JPH11302007A - ガラス状カーボン基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板厚むらが小さい、緻密で均質なガラス状カ
ーボン成形体を容易に製造する方法を提供する。 【解決手段】 溶媒含有量が５〜２５重量％のフェノー
ル樹脂からなる半硬化樹脂成形体を熱プレスした後、８
００℃以上で焼成炭化することによりガラス状カーボン
成形体を製造する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス状カーボン
基板の製造方法に関し、詳しくは半導体集積回路などの
製造工程で使用されるダミーウエハーとして好適なガラ
ス状カーボン基板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造には、鏡面研磨さ
れたシリコンウエハーが基板として使用されており、シ
リコンウエハーに不純物を導入する拡散、アニールのよ
うな高温熱処理工程、化学蒸着（ＣＶＤ）又はスパッタ
リングにより薄膜を形成する成膜工程、リソグラフィと
エッチングによりパターンを形成する微細加工工程など
の製造プロセスを経ることにより半導体デバイスが製造
されている。

【０００３】近年、半導体デバイスの高性能化及び高精
度化に伴い、要求特性は厳しくなる一方であり、各製造
工程での徹底した品質管理や評価が半導体製造プロセス
に不可欠な要素となっている。そこで半導体の製造ライ
ンにおいては製品と同様に鏡面研磨されたシリコンウエ
ハーをダミーウエハーに用いて各種の検査項目のチェッ
クを行い、各工程での加工精度及びクリーン度を確認し
ている。

【０００４】具体的には、ＣＶＤ又はスパッタリングに
よりシリコンウエハー上に形成された薄膜の膜厚モニタ
ー用のダミーウエハーや電極から飛散したシリコンウエ
ハー上に付着したパーティクル数を検査するパーティク
ルカウント用のダミーウエハーなどを挙げることができ
る。半導体デバイスの製造ラインではシリコンウエハー
とほぼ同数に近いダミーウエハーを用いることが必要に
なっている。しかしながら、シリコンウエハーは高価で
あることから繰り返し使用されているが、フッ酸などに
対する耐薬品性に問題があることから繰り返し使用回数
も限られている。したがって、近年シリコンウエハーと
同様の特性を有するとともに耐薬品性に優れたガラス状
カーボン（Ｇｌａｓｓ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）で構
成されたダミーウエハーが例えば特開平７−２４０４０
１号公報、特開平８−３１６２８３号公報に開示されて
いる。

【０００５】かかるガラス状カーボンからなるダミーウ
エハーの製造方法としては、まず熱硬化性樹脂粉末又は
熱硬化性の液状樹脂を公知の成形方法、例えば圧縮、注
型、押出等の方法にて樹脂成形体を作成し、これを焼成
炉内に入れて不活性ガス雰囲気下で焼成炭化してガラス
状カーボン基板を得る。そして、得られたガラス状カー
ボン基板を最終製品に必要な板厚、平坦度、表面粗さを
得るために端面の研削加工を経て粗研磨、中間研磨、仕
上げ研磨をしてガラス状カーボンのダミーウエハーを得
る製造方法が知られている。

【０００６】しかし、前記の特開平８−３１６２８３号
公報に開示されている熱硬化性樹脂粉末を用いて射出成
形により熱硬化性樹脂成形体を作成した後、直接焼成炭
化してダミーウエハーを製造する方法においては、射出
成形した樹脂成形体の板厚は均一なものが得られるが、
熱硬化性樹脂粉末中の気泡や、原料が粉末であることか
ら生ずる粒界等による微小気孔が樹脂成形体に残留する
ため、焼成炭化したガラス状カーボン基板に気孔として
残存し、収率を低下させるという問題があった。

【０００７】また、特開平７−２４０４０１号公報には
熱硬化性の液状樹脂を型に流し込んで硬化する注型成形
方法が開示されている。しかし、液状の熱硬化性樹脂は
分子量が小さいので硬化に要する時間が長く、また硬化
反応中に発生する縮合水や分解ガスの量が多いために微
小気孔として樹脂成形体に残留し、焼成炭化したガラス
状カーボン基板に気孔として残存しやすいという問題点
があった。

【０００８】また、先に本発明者らは、ノボラック樹脂
とヘキサメチレンテトラミンを溶媒に溶解した溶液を流
延成形し、しかる後溶媒を除去し硬化する方法（特願平
８−２３７５５９号）を提案した。この方法ではきわめ
て高純度のフェノール樹脂成形体及び均質で欠陥の少な
いガラス状カーボン成形体を容易に得ることができる。
しかし流延成形法であるために、流延容器の側面に接触
する樹脂液の溶媒蒸散速度が相対的に速く進行すること
や、流延容器を精度良く水平に配置することの困難さか
ら生ずる樹脂板の板厚むらがかなり大きいという問題が
あり、かかる板厚を均一に修正するために、樹脂板を研
磨加工する方法、又は焼成炭化したカーボン基板を研磨
加工する方法によって大幅に研削して板厚むらを解消す
る必要があった。しかし樹脂板を研磨加工する方法は、
微小な亀裂や歪みが残るためにそれが焼成炭化時の割れ
やそり変形につながるという問題点や、研磨加工で用い
た砥粒が樹脂板に食い込んで残るためにそれが焼成炭化
した際にカーボン基板の不純物になるという問題点があ
った。またカーボン基板を研磨加工で大幅に研削する方
法は、研削速度が遅いためきわめて長時間を要し、経済
的にも問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような状況に鑑
み、本発明の課題は、板厚むらの小さい、緻密で均質な
ガラス状カーボン基板を容易に製造する方法を提供する
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達し
た。

【００１１】すなわち、本発明の要旨はフェノール樹脂
を板状に成形し、不活性雰囲気中で８００℃以上の温度
で焼成炭化してガラス状カーボン基板を製造する方法に
おいて、フェノール樹脂の溶液を流延成形して溶媒含有
量が５〜２５重量％の半硬化樹脂成形体を製造し、次い
で熱プレス処理してフェノール樹脂を板状に成形するこ
とを特徴とするガラス状カーボン基板の製造方法であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においてフエノール樹脂としては、例えばフェノ
ール（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とをＦ／Ｐ≦１
（モル比）に配合し酸性触媒下で反応させて得られるノ
ボラック樹脂にヘキサメチレンテトラミンのような硬化
剤を加えて得られるフェノール樹脂、又はフェノール類
とアルデヒド類とをＦ／Ｐ≧１．１（モル比）で塩基性
触媒下で反応させて得られるフェノール樹脂、さらには
酸性触媒下で反応させて得られるフェノール樹脂などを
挙げることができる。これらのフエノール樹脂のうち、
好ましくは、ノボラック樹脂とヘキサメチレンテトラミ
ンとからなるフェノール樹脂が良い。

【００１３】本発明における半硬化樹脂成形体の製造方
法としては、例えば本発明者らが先に提案したノボラッ
ク樹脂とヘキサメチレンテトラミンとを炭素数３以下の
アルコール溶媒に溶解させた樹脂溶液（特開平９−１２
４７５５号）を流延成形の方法により成形し、次いで５
０℃から１５０℃の温度で加熱して溶媒を蒸発させて板
状の半硬化成形体を製造する。

【００１４】この半硬化樹脂成形体は、溶媒含有量が５
〜２５重量％である。溶媒含有量が５．０重量％未満の
場合には、樹脂成形体の熱プレスによる板厚の均一化が
不充分となる傾向があり、一方２５重量％を超えると、
熱プレス時の溶媒の蒸発量が多いために気孔や割れなど
が生じることがあり、良好なフェノール樹脂成形板を得
るのが困難である。

【００１５】なお、ここでいう溶媒含有量は次の方法に
より測定し、次式から算出する。まず半硬化成形体の重
量（Ａ）を測定する。次にこれを循環式熱風乾燥機に入
れて室温から１５０℃まで５℃／時間で昇温し、１５０
℃で５時間保持し、１５０℃から室温まで８時間で降温
し、取り出してその重量（Ｂ）を測定する。 溶媒含有量（重量％）＝〔（Ａ−Ｂ）／Ａ〕×１００

【００１６】また、ここでいう板厚は次の方法により測
定することができる。半硬化樹脂成形体などの外周部分
について、（株）ミツトヨ製のマイクロメーターで８〜
１６箇所の板厚を測定し、その平均値を平均板厚とす
る。また測定した板厚の最大値と最小値との差を板厚む
らとする。なお、この測定方法は半硬化樹脂成形体に限
定せず、各種の試料に適用することができる。

【００１７】本発明の半硬化樹脂成形体を熱プレスして
板厚を均一化するには、例えば流延成形して得られた平
均板厚２〜１０mmの半硬化成形体を、金型に入れ、プレ
ス温度１００〜２００℃、圧力５〜６０kg/cm²、時間１
０〜１２０分間のプレス条件で熱プレスして、硬化した
フェノール樹脂成形体とする。ここでプレス温度１００
℃未満の場合や圧力５kg/cm²未満の場合には、成形体の
板厚均一化が不充分となることがある。また温度が２０
０℃を超える場合や圧力６０kg/cm²を超える場合には、
バリや、ヒケ、割れなどが発生することがある。本発明
の熱プレス条件としては、プレス温度１２０〜１７０
℃、圧力１５〜３０kg/cm²、時間２０〜６０分が特に好
ましい。

【００１８】次に上記のフェノール樹脂成形体を窒素ガ
ス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で８００℃
以上に加熱することによって焼成炭化することによりガ
ラス状カーボン基板を得る。焼成炭化の条件は、例え
ば、空気雰囲気中で室温から１５０℃までは２０℃／時
間で昇温し、１５０℃から２５０℃までは３℃／時間で
昇温し、更に２５０℃で５０時間保持し、室温に冷却す
る。次に窒素ガス雰囲気中で室温から２５０℃までは２
０℃／時間で昇温し、２５０℃から４００℃までは２℃
／時間で昇温し、４００℃から６００℃までは１℃／時
間で昇温し、６００℃から７００℃までは２℃／時間で
昇温し、７００℃から８００℃までは４℃／時間で昇温
し、８００℃から１０００℃までは８℃／時間で昇温
し、１０００℃から１５００℃までは１０℃／時間で昇
温し、１５００℃で１０時間保持する。次いで室温に冷
却することが望ましい。

【００１９】このようにして得られたガラス状カーボン
基板は、板厚むらが小さく、均質で緻密組織構造を有
し、気体不透過性や耐薬品性などの特性に優れている。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００２１】実施例１ （１）半硬化成形体の作製 ２Ｌのガラス製フラスコに、ノボラック樹脂（三井東圧
（株）製＃６００、融点７５〜８５℃、遊離フェノール
０．２重量％）７００重量部とメチルアルコール７００
重量部を入れ、４０℃で撹拌してノボラック樹脂を溶解
した。次いで攪拌下にヘキサメチレンテトラミン８４重
量部を加えて、４０℃で２時間保持してヘキサメチレン
テトラミンを溶解した。次に、この溶液を３０℃以下の
温度に冷却した後、孔径０．１μｍのフッ素樹脂フィル
ター（東洋濾紙（株）製、商品名：ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）タイプメンブランフィルター）を
用い加圧濾過した。得られた樹脂溶液８００ｇをステン
レス製トレーに流延し、室温下で１８時間放置して溶媒
を除去した。次いで循環式熱風乾燥機で３０℃から６０
℃までを昇温速度２℃／時間で昇温し、６０℃から７０
℃までを昇温速度０．２５℃／時間で昇温し、７０℃か
ら８０℃までを昇温速度２℃／時間で昇温し、更に８０
℃で５時間保持して１次硬化を行い、平均板厚３．３２
ｍｍ、板厚むら０．４２ｍｍ、面積１２００ｃｍ2 の半
硬化フェノール樹脂成形体を得た。得られた半硬化フェ
ノール樹脂成形体について、溶媒含有量を測定した結果
を表１に示す。

【００２２】（２）熱プレス 次に、得られた平均板厚３．３２ｍｍの半硬化樹脂成形
体を切削加工して直径３５０ｍｍの円板を得た（以下半
硬化基板という）。得られた半硬化基板について板厚を
測定した（表１）。次いで直径３６０mmの金型に、上下
を離型紙で挟んだ半硬化基板を入れ、（株）進藤金属工
業所製NF−７０型熱板プレス機を用いて、温度１６０℃
に加熱したプレス機に金型をセットし、この温度で１０
分間保持した。しかる後圧力２０kg/cm²で２０分間加圧
した後、冷却し、直径３６０ｍｍ、平均板厚３．０８ｍ
ｍ、板厚むら０．０１ｍｍ以下の樹脂基板を得た。

【００２３】（３）焼成炭化処理 次に、得られた樹脂基板を中外炉エンジニアリング
（株）製ＨＳＴ−３６−１７ＦＳ常圧雰囲気炉を用い、
空気雰囲気中で室温から１５０℃までは２０℃／時間で
昇温し、１５０℃から２５０℃までは３℃／時間で昇温
し、更に２５０℃で５０時間保持し、室温に冷却した。
次に窒素雰囲気中で室温から２５０℃までは２０℃／時
間で昇温し、２５０℃から４００℃までは２℃／時間で
昇温し、４００℃から６００℃までは１℃／時間で昇温
し、６００℃から７００℃までは２℃／時間で昇温し、
７００℃から８００℃までは４℃／時間で昇温し、８０
０℃から１０００℃までは８℃／時間で昇温し、１００
０℃から１５００℃までは１０℃／時間で昇温し、１５
００℃で１０時間保持し、その後室温まで冷却すること
によりガラス状カーボン基板を得た。

【００２４】得られたガラス状カーボン基板について、
板厚を測定した（表１）。表１から本実施例で得られた
ガラス状カーボン基板の板厚むらが小さいことが判る。

【００２５】実施例２ 半硬化成形体の板厚、成形温度、時間を変えた以外は実
施例１と同様にしてガラス状カーボン基板を得、溶媒含
有量、板厚を測定した結果を表１に示す。表１から本実
施例で得られたガラス状カーボン基板の板厚むらが小さ
いことが判る。

【００２６】比較例１ 半硬化成形体の成形温度、時間を変えた以外は実施例１
と同様にして、溶媒含有量が４．０％の半硬化成形体を
作製した。得られた半硬化成形体を実施例１と同様にし
て熱プレス及び焼成炭化処理を行った。半硬化基板及び
カーボン基板の板厚を表１に示す。

【００２７】比較例２ 実施例１と同様にして、平均板厚４．０１ｍｍ、板厚む
ら０．４１ｍｍ、溶媒含有量２７．０％の半硬化成形体
を作製した。得られた半硬化成形体を熱プレスの圧力が
７０kg/cm²以外は実施例１と同様の条件で熱プレスし、
次いで実施例１と同様に焼成炭化処理を行った。半硬化
基板及びカーボン基板の板厚を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、板厚のむらが小さい、緻密で均質なガラス状
カーボン基板を容易に製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェノール樹脂を板状に成形し、不活性
   雰囲気中で８００℃以上の温度で焼成炭化してガラス状
   カーボン基板を製造する方法において、フェノール樹脂
   の溶液を流延成形して溶媒含有量が５〜２５重量％の半
   硬化樹脂成形体を製造し、次いで熱プレス処理してフェ
   ノール樹脂を板状に成形することを特徴とするガラス状
   カーボン基板の製造方法。