JP6590234B1 - ＳｉＣ膜構造体およびＳｉＣ膜構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封止構造とすることのできるＳｉＣ膜構造体を提供する。【解決手段】気相成長型の成膜法により基材５０の外周にＳｉＣ膜を形成し、基材５０を除去することでＳｉＣ膜による立体形状を得るＳｉＣ膜構造体１０であって、ＳｉＣ膜により構成された立体形状を有すると共に、基材５０を除去するための開口部１２ａを備えた本体１２と、開口部１２ａを覆う蓋体１４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳｉＣ成膜技術に係り、特にＳｉＣ膜により構成された立体的な構造体、およびその製造方法に関する。

耐環境性に優れ、化学的安定性が高いことより、特に半導体素子製造の分野において、半導体製造時におけるウェハボートやチューブ、およびダミーウェハといった超高温下で利用される治具や製品として、ＳｉＣにより構成されている膜単体により構成された構造体が需要を高めている。

こうしたＳｉＣ膜により構成される構造体（以下、ＳｉＣ膜構造体と称す）は、平面形状のみならず、立体的な形状の物も製造することができる。その具体的な製造方法としては、例えば特許文献１に開示されているようなものが知られている。特許文献１に開示されているＳｉＣ膜構造体の製造方法は、まず、カーボン（グラファイト）等により構成された基材を製作する。次に、基材の表面に、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法を介してＳｉＣ膜を形成する。

次に、成膜された素材を高温酸化雰囲気中で加熱することで、基材を焼き抜きする。このような処理により基材除去を行うことで、機械加工では基材の除去が困難な複雑な立体形状を持つ構造体であっても、基材除去を行うことができ、ＳｉＣ膜構造体を得ることができる。

特開２００１−１５８６６６号公報

上記のようにして形成されるＳｉＣ膜構造体のうち、立体的な形状を持つものは、基材表面に部分的に、あるいは全面にＳｉＣ膜を形成し、基材の除去を行う必要がある。しかし、基材を除去するためには、基材の一部を露出させる酸化穴を設ける必要があり、ＳｉＣ膜構造体は、完全な封止構造とすることができない。

製品として構成されるＳｉＣ膜構造体に、こうした酸化穴が残存していると、洗浄時などに薬液などの水分が内部に入り込み、乾燥が困難となる箇所を生じさせる場合がある。
そこで本発明では、上記問題を解決し、封止構造とすることのできるＳｉＣ膜構造体、およびこのような効果を奏するＳｉＣ膜構造体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るＳｉＣ膜構造体は、気相成長型の成膜法により基材の外周にＳｉＣ膜を形成し、前記基材を除去することでＳｉＣ膜による立体形状を得るＳｉＣ膜構造体であって、ＳｉＣ膜により構成された立体形状を有すると共に、前記基材を除去するために基材の一部を露出させる開口部を備えた本体と、前記開口部を覆い、前記ＳｉＣ膜構造体を密閉された封止構造とするための蓋体と、を備えたことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するＳｉＣ膜構造体では、前記蓋体をＳｉＣ膜により構成することが望ましい。このような特徴を有することによれば、ＳｉＣ膜構造体をＳｉＣ単体により構成することができる。また、本体と蓋体との熱膨張率を一致させることができるため、温度変化に伴う歪を生じさせる虞が無い。

さらに、上記のような特徴を有するＳｉＣ膜構造体において前記蓋体は、前記開口部に嵌合するボス部と、前記ボス部の外周に張り出して前記開口部を覆うフランジ部とを有するようにすると良い。このような特徴を有することによれば、構造体が微小なものであったとしても、蓋体の位置決めと開口部の封止を容易に行うことが可能となる。

また、上記目的を達成するための本発明に係るＳｉＣ膜構造体の製造方法は、気相成長型の成膜法により基材の外周にＳｉＣ膜を形成し、前記基材を除去することでＳｉＣ膜による立体形状を得るＳｉＣ膜構造体の製造方法であって、前記基材の一部を露出させた状態で、当該基材の外周にＳｉＣ膜を形成する膜形成工程と、前記膜形成工程の後、前記基材を除去する基材除去工程と、基材を除去した前記ＳｉＣ膜の開口部を蓋体で塞ぎ、前記ＳｉＣ膜構造体を密閉された封止構造とする封止工程と、を含むことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するＳｉＣ膜構造体の製造方法において前記封止工程には、前記蓋体と前記ＳｉＣ膜との接触箇所を新たなＳｉＣ膜により覆う工程を含むようにすることができる。このような特徴を有することによれば、ＳｉＣ膜構造体をＳｉＣ単体により構成することができる。また、基材を除去した後のＳｉＣ膜により構成される本体と蓋体との熱膨張率を一致させることができるため、温度変化に伴う歪を生じさせる虞が無い。

さらに、上記のような特徴を有するＳｉＣ膜構造体の製造方法では、前記ＳｉＣ膜と前記蓋体との間に加熱により焼失するスペーサを介在させた状態で前記封止工程を行うようにすると良い。このような特徴を有することによれば、ＳｉＣ膜により構成される本体と蓋体との間に隙間が構成されるため、内部気体を脱気、あるいは不活性ガスなどに置換することが可能となる。また、炉内で封止工程を実施する場合であっても、封止工程を実施する際の加熱によりスペーサが消失し、開口部が密閉されることとなる。

上記のような特徴を有するＳｉＣ膜構造体によれば、立体形状を有する本体に開口部を残すことの無い封止構造とすることができる。また、上記のような特徴を有するＳｉＣ膜構造体の製造方法によれば、製造されたＳｉＣ膜構造体を封止構造とすることができる。

実施形態に係るＳｉＣ膜構造体の構成を示す図である。 実施形態に係るＳｉＣ膜構造体の製造方法を説明するための図である。 ＳｉＣ膜構造体を構成する上での第１の変形例を示す図である。 ＳｉＣ膜構造体を構成する上での第２の変形例を示す図である。

以下、本発明のＳｉＣ膜構造体、およびＳｉＣ構造体の製造方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施する上での好適な形態の一部であり、発明特定事項を備える範囲において、構成の一部を変更したとしても、本発明の一部とみなすことができる。

［構成］
本実施形態に係るＳｉＣ膜構造体１０は、図１に示すように、本体１２と蓋体１４、およびＳｉＣコート層１６を基本として構成されている。本体１２は、立体形状を成す中空部材であり、少なくとも一部に開口部１２ａを備えている。開口部１２ａは、中空部１２ｂに連通するように設けられている。なお、本体１２は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）膜により構成されている。

蓋体１４は、本体１２に形成された開口部１２ａを封止するための要素である。図１に示す例では、ボス部１４ａとフランジ部１４ｂとから構成されている。ボス部１４ａは、本体１２に形成されている開口部１２ａに嵌合し、位置決めを成す要素であり、フランジ部１４ｂは、ボス部１４ａの一方の端部側においてボス部１４ａの外周に張り出して、開口部１２ａを覆う役割を担う要素である。フランジ部１４ｂを設けることにより、ボス部１４ａが本体１２の内部に脱落する虞が無い。このため、ボス部１４ａと開口部１２ａとのクリアランスが多少大きくなった場合であっても支障は無く、精度を高めるための加工等も必要が無い。

蓋体１４の構成部材については、特に限定するものでは無いが、温度、薬品等に対する耐性、すなわち耐環境特性の高い部材を用いることが望ましい。なお、本実施形態では、ＳｉＣにより蓋体１４を構成することとする。このような構成とすることで、ＳｉＣ膜構造体１０をＳｉＣ膜単体構造とすることができるからである。蓋体１４を本体１２と同じ部材により構成することで、高温、あるいは低温環境下においても、熱膨張率の違いによる歪等を生じさせる虞が無い。

ＳｉＣコート層１６は、本体１２と蓋体１４とを接合する役割を担う要素である。このため、ＳｉＣコート層１６は、少なくとも、本体１２と、蓋体１４の外縁部との接触箇所を覆うように形成されている。図１に示す形態では、ＳｉＣコート層１６は、蓋体１４におけるフランジ部１４ｂの形成面を覆うと共に、フランジ部１４ｂの外周に位置する本体１２を覆うように形成されている。

上記のような構成のＳｉＣ膜構造体１０によれば、ＳｉＣ膜により構成された立体形状を有する構造体でありながら、完全に密閉された封止構造とすることができる。これにより、ＳｉＣ膜構造体１０を洗浄等する場合においても、内部に薬液等が入り込み、洗浄や乾燥が困難になるといった事態が生じない。

［製造方法］
次に、図２を参照して、本実施形態に係るＳｉＣ膜構造体１０の製造方法について説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、立体形状を有する基材５０を形成する。基材５０の形状については特に限定するものではない。なお、図２（Ａ）に示す例では、説明を容易化するために直方体型として示している。基材５０の構成部材としては、グラファイトやシリコン等、加熱や薬品により、比較的容易に除去することのできる材質とすることが望ましい。本実施形態においては、基材５０の構成部材として、グラファイトを採用することとしている。高温酸化雰囲気中における加熱により、焼失させることが可能だからである。なお、基材５０には、少なくとも一部に、開口部１２ａを構成するためのマスキング５２を施すようにする。

次に、図２（Ｂ）に示すように、気相成長型の成膜法により、基材５０の表面に本体１２を構成するＳｉＣ膜を成膜する。なお、気相成長型の成膜法とは、例えばＣＶＤ法によるもとすれば良いが、これに限定するものではなく、真空蒸着型のＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理気相成長）法や、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）法などであっても良い。ＳｉＣ膜の膜厚は、特に限定するものでは無いが、基材５０を除去した際、立体構造物として自立可能な強度を有する程度の膜厚を備える必要はある。

基材５０の外周にＳｉＣ膜を形成した後、図２（Ｃ）に示すように、マスキング５２を除去して基材５０の一部を露出させる。その後、成膜された基材５０を高温酸化雰囲気で加熱することで、基材５０の除去を行う。本実施形態のように、基材５０をグラファイトで構成している場合、基材５０は二酸化炭素として消失することとなる。

基材５０を除去した後、図２（Ｄ）に示すように、本体１２に形成された開口部１２ａに蓋体１４を配置する。なお、蓋体１４は、本体１２を形成する工程と別の工程で、前後、あるいは平行して作成すれば良い。

蓋体１４を開口部１２ａに配置した後、図２（Ｅ）に示すように、蓋体１４のフランジ部１４ｂの外周に僅かに本体１２を露出させるようにして、本体１２の外周にマスキング５４を施す。マスキング５４を施した後、マスキングの開口部に位置する蓋体と、本体の露出部を覆うようにして、ＳｉＣを成膜し、ＳｉＣコート層を形成する。ＳｉＣコート層の形成工程については、図２（Ｂ）における成膜工程と同様にすれば良い。なお、図２（Ｄ）から図２（Ｅ）の工程については、大気中での実施とすることもできるが、真空雰囲気中での実施としても良い。その他、炉内において、内部気体を不活性ガスなどに置換した上で蓋体１４の封止を行うようにしても良い。なお、無人環境において本体１２における内部気体の脱気や置換を行う場合には、開口部１２ａと蓋体１４との間にスペーサ（不図示）などを介在させて作業を行うようにすれば良い。スペーサの構成材料をシリコンなど、加熱により焼失する素材とすることで、脱気、置換後、成膜工程にて、スペーサが消失することとなる。このため、脱気または置換のために形成された隙間が消失し、開口部１２ａが密閉されることとなる。

ＳｉＣコート層による本体１２と蓋体１４の接合封止が完了した後、図２（Ｆ）に示すように、マスキング５４を取り除くことで、ＳｉＣ膜構造体１０が完成する。

［変形例］
上記実施形態では、本体１２の開口部１２ａを蓋体１４により封止する際、ＳｉＣコート層１６は、蓋体１４の全体を覆うように形成していた。しかしながら、ＳｉＣコート層１６は、本体１２と蓋体１４の外縁部との接触箇所を覆う構成とすれば良い。すなわち、図３に示すように、蓋体１４の中心付近にはＳｉＣコート層１６を設けることなく、外周上にＳｉＣコート層１６を配するようにしても良い。このような構成とした場合でも、本体１２の開口部１２ａを封止する構成に変わりないからである。

また、上記実施形態では、蓋体１４は、ボス部１４ａとフランジ部１４ｂとにより構成し、ボス部１４ａを開口部１２ａに嵌合することで、蓋体１４の位置決めを図る旨説明した。しかしながら蓋体１４は、本体１２の開口部１２ａを封止することができれば良い。このため、図４に示すように、蓋体１４を平板により構成しても良い。開口部１２ａを覆う事ができれば、蓋体１４としての機能を奏することができるからである。

１０………ＳｉＣ膜構造体、１２………本体、１２ａ………開口部、１２ｂ………中空部、１４………蓋体、１４ａ………ボス部、１４ｂ………フランジ部、１６………ＳｉＣコート層、５０………基材、５２………マスキング、５４………マスキング。

Claims (6)

1. 気相成長型の成膜法により基材の外周にＳｉＣ膜を形成し、前記基材を除去することでＳｉＣ膜による立体形状を得るＳｉＣ膜構造体であって、
   ＳｉＣ膜により構成された立体形状を有すると共に、前記基材を除去するために基材の一部を露出させる開口部を備えた本体と、
   前記開口部を覆い、前記ＳｉＣ膜構造体を密閉された封止構造とするための蓋体と、を備えたことを特徴とするＳｉＣ膜構造体。
2. 前記蓋体をＳｉＣ膜により構成したことを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ膜構造体。
3. 前記蓋体は、前記開口部に嵌合するボス部と、前記ボス部の外周に張り出して前記開口部を覆うフランジ部とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ膜構造体。
4. 気相成長型の成膜法により基材の外周にＳｉＣ膜を形成し、前記基材を除去することでＳｉＣ膜による立体形状を得るＳｉＣ膜構造体の製造方法であって、
   前記基材の一部を露出させた状態で、当該基材の外周にＳｉＣ膜を形成する膜形成工程と、
   前記膜形成工程の後、前記基材を除去する基材除去工程と、
   基材を除去した前記ＳｉＣ膜の開口部を蓋体で塞ぎ、前記ＳｉＣ膜構造体を密閉された封止構造とする封止工程と、を含むことを特徴とするＳｉＣ膜構造体の製造方法。
5. 前記封止工程には、前記蓋体と前記ＳｉＣ膜との接触箇所を新たなＳｉＣ膜により覆う工程を含むことを特徴とする請求項４に記載のＳｉＣ膜構造体の製造方法。
6. 前記ＳｉＣ膜と前記蓋体との間に加熱により焼失するスペーサを介在させた状態で前記封止工程を行うことを特徴とする請求項５に記載のＳｉＣ膜構造体の製造方法。

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