JP6831916B2 - ＳｉＣ素材及びＳｉＣ複合素材 - Google Patents
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Description
本発明は、ＳｉＣ素材及びこれを用いたＳｉＣ複合素材に関する。
一般的に、半導体製造装備に用いられるサセプタ又はフォーカスリング、電極などは、既存の半導体工程で使用した炭素素材をそのまま使用すれば、炭素素材で異物が生じる問題がある。
このような問題を考慮して、炭素素材の構造物の表面にＳｉＣやＴａＣをコーティングして使用する方法が用いられている。
ＳｉＣは、耐熱性及び耐化学性に強く、物理的な強度が高くて利用可能性が高いものの、半導体分野で使用するＳｉＣは、プラズマ環境で表面のエッチングが発生し、このようなプラズマによるエッチングは、ＳｉＣの結晶方向により異なるエッチング量を示す。このような互いに異なるエッチング量によってＳｉＣ素材の製品安定性が低くなり、ＳｉＣ素材の頻繁な切り替えは半導体の製造コストなどが増加する原因となる。
本発明は、上述したような問題を解決するためのもので、プラズマ環境で安定的で均一にエッチングされるＳｉＣ素材及びＳｉＣ複合素材を提供することにある。
また、本発明は、ＳｉＣ多重層複合素材を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されることなく、言及されない他の課題は下記の記載によって通常の技術者に明確に理解できるものである。
本発明の一態様は、下記の式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が１．５未満であるＳｉＣ素材に関する。
本発明の一実施形態により、前記回折強度比（Ｉ）は、１．０以下であり得る。
本発明の一実施形態により、前記回折強度比（Ｉ）は、０．９以下であり得る。
本発明の一実施形態により、前記回折強度比（Ｉ）は、０．８以下であり得る。
本発明の一実施形態により、前記１１１面のピークの２θ値は、前記１１１面のピークの２θ値は３５°〜３６°であり、前記２００面ピークの２θ値は４１°〜４２°であり、前記２２０面のピークの２θ値は６０°〜６１°であり得る。
本発明の他の態様は、ベースと、前記ベース上の少なくとも一面に形成されたＳｉＣコーティング膜とを含み、前記ＳｉＣコーティング膜は、前記回折強度比（Ｉ）が１．５未満であるＳｉＣ複合素材に関する。
本発明の更なる態様は、ベースと、前記ベース上の少なくとも一面に形成された第１ＳｉＣコーティング膜と、前記第１ＳｉＣコーティング膜上に形成された第２ＳｉＣコーティング膜とを含み、前記第１ＳｉＣコーティング膜及び第２ＳｉＣコーティング膜は、下記の式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が互いに異なるＳｉＣ多重層複合素材に関する。
本発明の一実施形態により、前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過及び１．５未満であり得る。
本発明の一実施形態により、前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５以上であり得る。
本発明の一実施形態により、前記第２ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５未満であり得る。
本発明の一実施形態により、前記第１ＳｉＣコーティング膜対第２ＳｉＣコーティング膜の厚さ比は、１：０．１〜１：０．９５であり得る。
本発明は、プラズマに露出される部分にプラズマによって低いエッチング量を有する１１１面を優先成長の結晶方向に形成し、プラズマ環境で安定的で均一なエッチング量を有するＳｉＣ素材及びＳｉＣ複合素材を提供することができる。
本発明によるＳｉＣ素材及びＳｉＣ複合素材は、プラズマ環境でクラック、ホールなどの発生頻度を低くして素材の寿命を増加させることができる。
本発明は、ソースガスの供給速度、成長速度などのような工程条件を変更して、優先成長の結晶方向を１１１面に転換させるため、１１１面を優先成長の結晶方向を有するＳｉＣ素材及びＳｉＣ複合素材の製造に対する経済性及び生産性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明を説明するにおいて、関連する公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合はその詳細な説明を省略する。また、本明細書で用いられる用語は本発明の好適な実施形態を適切に表現するために使用された用語として、これはユーザ、運用者の意図、又は本発明が属する分野の慣例などによって変わり得る。本明細書で本用語に対する定義は、本明細書全般にわたった内容に基づいて下されなければならないのであろう。
本発明は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）素材に関し、前記ＳｉＣ素材は、プラズマ露出面の優先成長の結晶方向に１１１面を成長させ、プラズマ環境に対する安定性が向上され、均一なエッチング量を有する表面を提供することができる。
本発明の一実施形態により、図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態に係るＳｉＣ素材、ＳｉＣ複合素材、及びＳｉＣ多重層複合素材の断面を例示的に示すものであり、図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るＳｉＣ素材のＸ線回折パターンを例示的に示すものであり、図１Ａに示すＳｉＣ素材１は、図２Ａ及び図２Ｂで提示すように、１１１面、２００面、２２０面、及び３１１面のＸ線回折ピークを主ピークとして有し、前記ピークのうち１１１面は、ＳｉＣ１の成長時に優先成長の結晶方向に成長し、最大の回折強度を有する。
本発明の一例として、図２Ａ及び図２ＢのＸ線回折パターンは、本発明の技術分野で適用されるＸ線回折測定方法を使用し、本明細書には具体的に言及していないが、例えば、薄膜又は粉末Ｘ線回折測定方法を用いることができ、好ましくは、ＳｉＣ素材及び複合素材の表面、又は切断面にＸ線を照射して実施してもよい。Ｘ線分析装置は、「Ｒｉｇａｋｕ、Ｄｍａｘ ２５００」を利用し、縦軸に回折強度及び横軸に回折角（２θ）を示すＸ線パターンを取得し、これについて図２Ａ〜図３に適用される。
本発明の一例として、Ｘ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）は下記の式により算出され、Ｘ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）は１．５未満であってもよく、好ましくは、１．２１以下、１．０以下、０．９以下、又は０．８以下であり得る。例えば、図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、図２Ａは回折強度比（Ｉ）が１．２１であるＳｉＣ素材であり、図２Ｂは回折強度比（Ｉ）が０．７であるＳｉＣ素材である。前記回折強度比（Ｉ）が１．５未満であれば、プラズマ環境で表面エッチングを均一にし、従来の２００面及び２２０面が優先成長の結晶方向を有するＳｉＣ素材に比べてエッチング量が少なく、クラック、ホールなどの発生を減らすことができる。
本発明の一例として、前記２００面のピークの２θ値は４１°〜４２°であってもよい。前記２２０面のピークの２θ値は６０°〜６１°であってもよい。
本発明の一例として、ＳｉＣ素材１は５０ｕｍ以上、好ましくは、５００ｕｍ以上、又は１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに形成され、前記厚さ範囲内に含まれれば、プラズマ環境で素材の安定性が保持され、寿命が延びて長期間使用することができる。
本発明はＳｉＣ複合素材に関し、プラズマ環境で最も低くエッチングされる結晶方向が優先成長されたＳｉＣコーティング膜が形成されるため、複合素材の安定性を向上させることができる。
本発明の一実施形態により、図１Ｂを参照すると、本発明のＳｉＣ複合素材２は、ベース１０及び前記ベース上の一面、両面、又は全面に形成されたＳｉＣコーティング膜２０を含む。
本発明の一例として、ＳｉＣ複合素材２は、一面、両面、又は全面にプラズマに露出され、プラズマに露出される面に形成されたＳｉＣコーティング膜２０は、１１１面、２００面、２２０面、及び３１１面のＸ線回折ピークを主ピークとして有し、前記ピークのうち１１１面は、優先成長の結晶方向に成長し、最大の回折強度を有する。また、前記式（１）により算出されたＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が１．５未満であってもよく、好ましくは、１．２１以下、１．０以下、０．９以下、又は０．８以下であり得る。
本発明の一例として、ベース１０は、ＳｉＣ基材又は炭素基材であり、前記炭素基材は、半導体工程などに適用される炭素からなる素材を含み、例えば、黒鉛、等方性黒鉛、グラファイト、炭素繊維強化炭素複合材などであってもよく、好ましくは、グラファイトイである。
本発明の一例として、ＳｉＣコーティング膜２０は、５ｕｍ以上、好ましくは、５０ｕｍ以上、１ｍｍ以上、又は、１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに形成され、前記厚さ範囲内に含まれれば、プラズマ環境で製品の安定性が保持され、ＳｉＣコーティング膜のエッチング不均一によるベースの損傷を防止することができ、素材の寿命を延長させることができる。
本発明は、ＳｉＣ多重層複合素材に関し、ベース上に回折強度比（Ｉ）を変化させて多層のＳｉＣコーティング膜が形成されるため、プラズマ環境でエッチング量を低くしながら、製品の生産性を向上することができる。
本発明の一実施形態により、図１Ｃを参照すると、本発明のＳｉＣ多重層複合素材３は、ベース１０’及び前記ベース上の一面、両面、又は全面に形成された第１ＳｉＣコーティング膜２０ａ、及び第１ＳｉＣコーティング膜２０ａ上に形成された第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂを含む。
本発明の一例として、ベース１０’は、ＳｉＣ基材又は炭素基材であり、前記で言及したものと同一である。
本発明の一例として、第１ＳｉＣコーティング膜２０ａ及び第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂは、式（１）により算出される回折強度比（Ｉ）の値が互いに異なってもよい。
例えば、図３を参照すると、図３において、第１ＳｉＣコーティング膜２０ａは、１１１面、２００面、２２０面、及び３１１面のＸ線回折ピークを主ピークとして有し、前記ピークのうち２００面及び２２０面が優先成長の結晶方向に成長してもよい。また、第１ＳｉＣコーティング膜２０ａは、前記式で算出される回折強度比（Ｉ）が１．５以上、又は１．５４以上であってもよく、好ましくは、図３に示すように、回折強度比（Ｉ）が１．５４であってもよい。これは速い成長が行われた２００面及び２２０面を優先成長の結晶方向に優先成長させた後、相対的に成長速度の低い第２ＳｉＣコーティング膜２１ｂを形成するため、ＳｉＣ多重層複合素材の生産性を確保することができる。
異なる例として、第１ＳｉＣコーティング膜２０ａは、１１１面、２００面、２２０面、及び３１１面のＸ線回折ピークを主ピークとして有し、前記ピークのうち１１１面が優先成長の結晶方向に成長し、１１１面が最大の回折強度を有し、第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂと異なる回折強度比（Ｉ）を有する。例えば、回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過であり、好ましくは、複合素材の生産性とプラズマエッチングによる製品の安定性を改善するために１．２１超過及び１．５未満であってもよい。
本発明の一例として、第１ＳｉＣコーティング膜２０ａは、５ｕｍ以上、好ましくは５０ｕｍ以上、１ｍｍ以上、又は１ｍｍ〜１０ｍｍ又は５ｍｍ〜７ｍｍの厚さに形成され、前記厚さ範囲内に含まれれば、プラズマ環境でベースの損傷を防止して複合素材の生産性及び経済的な製造コストを確保することができる。
本発明の一例として、第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂは、１１１面、２００面、２２０面及び３１１面のＸ線回折ピークを主ピークとして有し、前記ピークのうち１１１面が優先成長の結晶方向に成長し、最大の回折強度を有する。また、前記式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が１．５未満、好ましくは１．２１、１．０以下、０．９以下、又は０．８以下であってもよい。第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂがプラズマ露出面に形成されるため、２００面及び２２０面に比べて低いエッチング量と均一な表面エッチングを提供することができる。
本発明の一例として、第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂは、５ｕｍ以上、好ましくは５０ｕｍ以上１ｍｍ以上、又は、１ｍｍ〜１０ｍｍ、１ｍｍ〜５ｍｍの厚さで形成され、前記厚さ範囲内に含まれれば、プラズマ環境で安定性が保持され、プラズマは、露出面で均一なエッチングが行われるために複合素材の寿命を延長させることができる。
本発明の一例として、第１ＳｉＣコーティング膜２０ａ及び第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂの厚さは互いに異なり、例えば、前記第１ＳｉＣコーティング膜２０ａ対第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂの厚さ比は、１：０．１〜１：０．９５、好ましくは、１：０．１〜１：０．７、１：０．１〜１：０．５、又は、１：０．１〜１：０．４であってもよい。前記厚さ比に含まれれば、相対的に速い成長速度で第１ＳｉＣコーティング膜２０ａを第２ＳｉＣコーティング膜２０ｂに比べて厚く形成するため、相対的に成長速度が低い第２ＳｉＣコーティング膜の形成による生産性の低下を防止することができ、プラズマ環境で均一なエッチング量を有する複合素材を提供することができる。
本発明は、本発明によるＳｉＣ素材及びＳｉＣ複合素材の製造方法を提供する。
本発明の一実施形態により、ＳｉＣ素材１及びＳｉＣ複合素材２は、本発明の技術分野で適用される方法により製造され、例えば、ＣＶＤを用いて形成され、Ｓｉソースガス、Ｃソースガス、及び水素、窒素、ヘリウム、アルゴンなどのような通常の運搬ガスなどを適用して形成され得る。例えば、前記ＣＶＤは、本発明の技術分野に適用される工程条件で実行され、例えば、ＳｉＣ素材１は、本発明の技術分野で用いられる蒸着装置を用いて製造されてもよい。
本発明は、本発明によるＳｉＣ多重層複合素材の製造方法を提供する。
本発明の一実施形態により、ＳｉＣ多重層複合素材３は、本発明の技術分野で適用される方法により製造され、例えば、ＣＶＤを用いて形成され、Ｓｉソースガス、Ｃソースガス、及び水素、窒素、ヘリウム、アルゴンなどのような通常の運搬ガスなどを適用して形成され得る。例えば、第１ＳｉＣコーティング膜及び第２ＳｉＣコーティング膜のコーティング膜の形成時の成長速度を調整し、ＳｉＣコーティング膜の優先成長の結晶方向を変更して回折強度比（Ｉ）を変化させ得る。成長の速度調整により主成長の結晶方向を容易に調整し、このような速度によってＳｉＣ自体の温度が５０℃以上上昇し、速い成長速度でベースに接する第１ＳｉＣコーティング膜を形成した後成長速度を低くし、プラズマエッチングに強い第２ＳｉＣコーティング膜を形成するため、ＳｉＣ多重層複合素材の生産性の低下を防止できる。
本発明は、プラズマ環境でエッチング量が少なくて均一なエッチングが行われるＳｉＣ素材、ＳｉＣ複合素材、及びＳｉＣ多重層複合素材を提供することができ、ＳｉＣ製造時工程条件、例えば、成長速度を調整してＳｉＣ素材、ＳｉＣ複合素材、及びＳｉＣ多重層複合素材を提供し得る。
本発明の前記実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、下記の特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付された図面に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができる。
本発明に関連する発明の実施態様の一部を以下に示す。
［態様１］
下記の式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が１．５未満である、ＳｉＣ素材。
［態様２］
前記回折強度比（Ｉ）は、１．２１以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様３］
前記回折強度比（Ｉ）は、１．０以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様４］
前記回折強度比（Ｉ）は、０．９以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様５］
前記回折強度比（Ｉ）は、０．８以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様６］
前記１１１面のピークの２θ値は、３５°〜３６°であり、
前記２００面ピークの２θ値は、４１°〜４２°であり、
前記２２０面のピークの２θ値は、６０°〜６１°である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様７］
ベースと、
前記ベース上の少なくとも一面に形成されたＳｉＣコーティング膜と、
を含み、
前記ＳｉＣコーティング膜は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＳｉＣ素材である、ＳｉＣ複合素材。
［態様８］
ベースと、
前記ベース上の少なくとも一面に形成された第１ＳｉＣコーティング膜と、
前記第１ＳｉＣコーティング膜上に形成された第２ＳｉＣコーティング膜と、
を含み、
前記第１ＳｉＣコーティング膜及び第２ＳｉＣコーティング膜は、下記の式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が互いに異なる、ＳｉＣ多重層複合素材。
［態様９］
前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１０］
前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過及び１．５未満である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１１］
前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５以上である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１２］
前記第２ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５未満である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１３］
前記第１ＳｉＣコーティング膜対第２ＳｉＣコーティング膜の厚さ比は、１：０．１〜１：０．９５である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
本発明に関連する発明の実施態様の一部を以下に示す。
［態様１］
下記の式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が１．５未満である、ＳｉＣ素材。
前記回折強度比（Ｉ）は、１．２１以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様３］
前記回折強度比（Ｉ）は、１．０以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様４］
前記回折強度比（Ｉ）は、０．９以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様５］
前記回折強度比（Ｉ）は、０．８以下である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様６］
前記１１１面のピークの２θ値は、３５°〜３６°であり、
前記２００面ピークの２θ値は、４１°〜４２°であり、
前記２２０面のピークの２θ値は、６０°〜６１°である、請求項１に記載のＳｉＣ素材。
［態様７］
ベースと、
前記ベース上の少なくとも一面に形成されたＳｉＣコーティング膜と、
を含み、
前記ＳｉＣコーティング膜は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＳｉＣ素材である、ＳｉＣ複合素材。
［態様８］
ベースと、
前記ベース上の少なくとも一面に形成された第１ＳｉＣコーティング膜と、
前記第１ＳｉＣコーティング膜上に形成された第２ＳｉＣコーティング膜と、
を含み、
前記第１ＳｉＣコーティング膜及び第２ＳｉＣコーティング膜は、下記の式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が互いに異なる、ＳｉＣ多重層複合素材。
前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１０］
前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過及び１．５未満である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１１］
前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５以上である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１２］
前記第２ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５未満である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
［態様１３］
前記第１ＳｉＣコーティング膜対第２ＳｉＣコーティング膜の厚さ比は、１：０．１〜１：０．９５である、請求項８に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
Claims (4)
- ベースと、
前記ベース上の少なくとも一面に形成された第１ＳｉＣコーティング膜と、
前記第１ＳｉＣコーティング膜上に形成された第２ＳｉＣコーティング膜と、
を含み、
前記第１ＳｉＣコーティング膜及び第２ＳｉＣコーティング膜は、下記の式（１）により算出されるＸ線回折ピークの回折強度比（Ｉ）が互いに異なり、
前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過であり、
前記第２ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５未満である、
ＳｉＣ多重層複合素材。
- 前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．２１超過及び１．５未満である、請求項１に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
- 前記第１ＳｉＣコーティング膜の回折強度比（Ｉ）は、１．５以上である、請求項１に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
- 前記第１ＳｉＣコーティング膜対第２ＳｉＣコーティング膜の厚さ比は、１：０．１〜１：０．９５である、請求項１に記載のＳｉＣ多重層複合素材。
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