JPH0246550B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体の製造工程に於て使用されるサ
セプター、黒鉛ヒーター等の半導体処理治具の構
成材料として用いられるガラス状炭素被覆体に関
する。 〔従来の技術〕 サセプター、黒鉛ヒーターなどはシリコンなど
の半導体を製造する際に欠くことのできないもの
である。 例えば、サセプターは高純度のシリコン基板等
の製品を接触するため、その製品を汚染しないと
いう特性が要求される。また、高温に於せる塩化
水素雰囲気での耐エツチング性、ほぼ1200℃まで
の繰返し使用に耐える耐熱衝撃性も要求される。 さらに、チヨクラルスキー法などで使用される
黒鉛ヒーターは、その加熱温度が1600℃を越える
ので、黒鉛中に含まれる金属などの不純物が揮散
し易く、シリコンなどの半導体製品を汚染すると
いう欠点があつた。 この欠点を補うものとして、従来から炭素成形
品、若しくはセラミツクス成形品の上に化学気相
蒸着（CVD）法による炭化ケイ素を被覆した被
覆体が使用されている（参考文献；特開昭56−
10921号公報）。 しかし、炭化ケイ素被覆体は、炭化ケイ素被膜
と、炭素若しくはセラミツスとの熱膨張係数が異
なつているため、繰返し使用による熱サイクルに
より被膜にクラツクが発生し、そのクラツクを通
して炭素若しくはセラミツクス成型品から不純物
が浸み出し、製品を汚染するという欠点を有して
いた。 これらの欠点を克服する手段として、炭素又は
セラミツク成形品にガラス状炭素を被覆する提案
がある（特公昭52−39684号公報）。 この方法で得られるガラス状炭素被覆体は、上
記炭化ケイ素被覆体と比較して被膜の均一性が優
れており、さらに被膜の厚味が10μｍと、炭化ケ
イ素被膜の約100μｍと比較して薄いため、熱サ
イクルによるクラツク、剥離が生じ難いという
数々の利点を有している。 しかしながら、ガラス状炭素被覆体は、膜厚が
薄いが故に、例えば、サセプターとして使用する
場合、水素雰囲気中で1000℃以上の高温に加熱さ
れるので、ガラス状炭素と水素が反応して炭化水
素ガスが発生する。 従つて、長時間使用すると、ガラス丈炭素被膜
が消耗し、基材の黒鉛が露出してしまい、黒鉛基
材からの不純物が放出されて、半導体製品を汚染
することになる。 上記黒鉛の露出を防ぐために、ガラス状炭素被
膜の厚さを厚くすると、これを急熱急冷等の苛酷
な条件で使用した場合、ガラス状炭素被膜に剥離
およびクラツクが発生するという欠点があつた。 一方、炭化水素化合物のガスを黒鉛基材上で熱
分解させ、アモルフアスな炭素を黒鉛基材の表面
にコーテイングすることも知られている（特開昭
60−103087号公報）。 しかし、この方法では、黒鉛基材はアモルフア
スな炭素の熱膨張係数とほぼ同一なものを使用す
る必要があり、また熱サイクルによる耐久性も十
分ではなかつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記欠点を解消し、黒鉛基材の選定が
容易であり、しかも長時間の使用に耐え、かつ、
急熱急冷の条件で使用しても剥離またはクラツク
が生じ難いガラス状炭素被覆体を提供することを
目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ガラス状
炭素被膜を厚くした場合に剥離およびクラツクが
発生するのは、ガラス状炭素と黒鉛基材との熱膨
張係数の差が1.5×10^-6／℃を越える場合である
ことを究明した。さらに、本発明者らはガラス状
炭素被膜の厚みについて検討の結果、第１に被膜
の厚みが200μｍ以下で、かつ、上記熱膨張係数
の差が1.5×10^-6／℃以下であると剥離およびク
ラツクの発生が少なくなること、第２の被膜の厚
みは最小15μｍないと摩耗による黒鉛基材の露出
のおそれがあること、そして第３に上記熱膨張係
数の差を容易に1.5×10^-6／℃以下とし、かつ、
熱サイクルによる耐久性をさらに高めるためには
ガラス状炭素被膜に耐熱性無機質粉末を存在させ
ればよいことを見い出し、本発明を完成させたも
のである。 すなわち、本発明は、有機重合体の熱分解生成
物からなり耐熱性無機質粉末を含んでなる厚さ
15μｍ〜200μｍのガラス状炭素の被膜を、黒鉛基
材との熱膨張係数の差を1.5×10^-6／℃以下とし
て黒鉛基材上に設けてなることを特徴とするガラ
ス状炭素被覆体である。 本発明のガラス状炭素被覆体は、有機重合体の
不完全熱分解生成物（以下、PC物質という）を
溶剤に溶かした溶液に耐熱性無機質粉末（以下、
骨材という）を配合してスラリーとし、それを黒
鉛基材の表面に塗布し焼成することにより得られ
る。 以下さらに本発明を詳しく説明する。 本発明で用いる有機重合体は、塩化ビニル樹
脂、油溶性フエノール樹脂、アルキルフエノール
樹脂、塩素化パラフイン、塩素化ポリプロピレ
ン、酢酸ビニル樹脂またはポリカーボネート樹脂
が好適である。特に不浸透性炭素被覆を施した物
品の使途が半導体製造用サセプターの場合には、
不純物の面から塩化ビニル樹脂がとりわけ好まし
い。 これら有機重合体の熱分解はその種類を問わず
粒状品又は粉末を、不活性雰囲気例えばアルゴン
ガス中で200〜500℃で30分以上加熱して行う。し
かしながら、完全に炭化させないほうが好まし
い。この加熱の望ましい温度・時間は加熱装置お
よび有機重合体の種類によつて異なるが、分解生
成物の炭素原子と水素原子の重量比（Ｃ／Ｈ比）
が結果的に10〜25：１の範囲に入るよう実験によ
り定めればよい。 このようにして得られるPC物質に溶剤を加え
て溶かし、濃度200〜500ｇ／の溶液をつくる。
溶剤は溶解性の点から脂肪族塩素系の溶剤が好ま
しい。不溶解物が残ればろ過して不溶解物を取除
く。 上記熱膨張係数の差を容易に1.5×10^-6／℃以
下とし、かつ、熱サイクルによる被膜の耐久性を
高めるために骨材を上記溶液に配合しスラリーと
する。骨材としては、黒鉛、炭化珪素、アルミナ
などの物質をあげることができ、その形態は直径
が50μｍ以下の球形または不定形でよく、また、
長径500μｍ以下の棒状または繊維状でもよい。
骨材として上記有機重合体を炭化したものを用い
ると、最終的に被覆層内がほぼ均質となるため不
浸透性の点でとくに好ましい。その平均粒径は
20μｍ以下になるよう出来るだけ細かく粉砕した
ほうが塗布層の表面状態の点で好ましい。このよ
うにして得られたスラリーを黒鉛基材の表面に塗
布する。 ここで特に留意すべき事柄としては、黒鉛基材
はガラス状炭素被膜との熱膨張係数の差が1.5×
10^-6／℃以下となるものを使用することである。
上記限度を越えると剥離およびクラツクの発生防
止効果がない。 黒鉛はその品種により熱膨張係数が２×10^-6〜
６×10^-6／℃の範囲で種々のものがある。一方、
ガラス状炭素被膜の熱膨張係数は通常３×10^-6〜
４×10^-6／℃であるが、被膜の製造条件たとえば
原料の有機重合体の種類、焼成条件などにより、
多少変化する。そこで通常は被膜の製造条件をま
ず定めて、得られる被膜の熱膨張係数を測定した
のち、これに近い熱膨張係数の黒鉛基材を選定す
る方法が好ましい。 このようにして選定された黒鉛基材をサセプタ
ー、黒鉛ヒーターなど所定の形状に加工したもの
に上記スラリーを塗布する。 塗布の方法は超音波含浸、はけ塗り、スプレ
ー、浸漬などである。塗布後、比較的低温（50〜
100℃程度）で乾燥する。ここで重要な点は被膜
の厚さである。被膜の厚さは15μｍ〜200μｍの範
囲にしなければならない。被膜の厚さが200μｍ
を越えると、熱膨張係数の差を1.5×10^-6／℃以
下としても、急熱急冷によりクラツクが入つてし
まう。また、15μｍ未満では、被覆体の使用時に
被膜が摩耗して黒鉛基材が露出するおそれがあ
る。 なお、上記厚さは後記焼成を行なつた後の厚さ
である。厚さは被覆体の被覆前後の重さの差から
算出される。被覆層を厚くするにはスラリーの
塗布・乾燥を繰り返す、スラリーをより厚く塗
布する、PC物質溶液の濃度を高くする等によ
り可能である。 上記の焼成とは、不活性雰囲気下または真空中
で600〜1300℃程度の温度で30分以上の加熱を施
すことであり、これによりPC物質は炭素化する。
なお、スラリーを厚く塗布した場合、またはPC
物質の溶解濃度を高くした場合には泡の発生を防
ぐために焼成の際の昇温速度をやや遅くするほう
がよい。 〔実施例〕 以下、実施例および比較例をあげて本発明をさ
らに具体的に説明する。 実施例１〜３、比較例１〜３ 第１表に示す各種の熱膨張係数を有する黒鉛を
用意し、それを20cm×50cm×１cmの板状に加工し
黒鉛基材とした。 つぎに、塩化ビニル樹脂（電気化学工業(株)製
SS−110）をアルゴン雰囲気下400℃で、30分間
不完全熱分解して得たPC物質を第１表に示す割
合でトリクレンに溶解させた。その際、骨材とし
て、実施例１と比較例１では炭化珪素粉末（平均
粒径10μｍ、熱膨張係数5.0×10^-6／℃）、実施例
２では黒鉛粉末Ａ（平均粒径20μｍ、熱膨張係数
3.0×10^-6／℃）及び実施例３では黒鉛粉末Ｂ（平
均粒径20μｍ、熱膨張係数5.0×10^-6／℃）を第１
表に示す割合で配合した。 このようにして得られたスラリーをはけ塗りに
より黒鉛基材上に塗布した。塗布回数は１〜５回
の範囲であつた。 以上の工程で得られた基材を1150℃にて、40分
間に焼成を行ない、ガラス状炭素被覆体を得た。
これら避覆体の被膜の厚味は第１表に示す通りで
あつた。 得られたガラス炭素被覆体を室温〜1150℃の真
空中に於ける急熱急冷サイクルを最高200回まで
繰り返し行い、表面のクラツク発生の有無を100
倍の光学顕微鏡で観察した。 その結果は第１表に示す通りであり、比較例１
〜３では３回〜30回のサイクル数でクラツクが発
生したが、本発明の実施例１〜３ではいずれも
200回までのサイクル数ではクラツクは認められ
なかつた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、黒鉛基材の選定が容易であ
り、しかも急熱急冷のサイクルをくり返してもク
ラツクが発生することがなく、寿命の長い優れた
ガラス状炭素被覆体が得られ、実用上極めて利用
価値の高いものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 有機重合体の熱分解生成物からなり耐熱性無
   機質粉末を含んでなる厚さ15μｍ〜200μｍのガラ
   ス状炭素の被膜を、黒鉛基材との熱膨張係数の差
   を1.5×10^-6／℃以下として黒鉛基材上に設けて
   なることを特徴とするガラス状炭素被覆体。