TW201430162A - 熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法 - Google Patents

熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201430162A
TW201430162A TW102146452A TW102146452A TW201430162A TW 201430162 A TW201430162 A TW 201430162A TW 102146452 A TW102146452 A TW 102146452A TW 102146452 A TW102146452 A TW 102146452A TW 201430162 A TW201430162 A TW 201430162A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
boron nitride
carbon substrate
thermal expansion
pyrolytic boron
coating film
Prior art date
Application number
TW102146452A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI510666B (zh
Inventor
Koji Kato
Waichi Yamamura
Original Assignee
Shinetsu Chemical Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinetsu Chemical Co filed Critical Shinetsu Chemical Co
Publication of TW201430162A publication Critical patent/TW201430162A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI510666B publication Critical patent/TWI510666B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0254—Physical treatment to alter the texture of the surface, e.g. scratching or polishing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/342—Boron nitride

Abstract

本發明提供能夠透過簡單的方法抑制熱解氮化硼被覆膜與碳基材之間的剝離等的熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法。本發明是用熱解氮化硼被覆碳基材的一部分或全部的熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法，其特徵在於，碳基材的表面粗糙度較佳為以JIS B 0601-2001定義的算術平均粗糙度計調整為0.5 μm以上且小於7.0 μm，並使被覆膜的熱膨脹係數接近於碳基材的熱膨脹係數。

Description

熱分解氮化硼被覆碳質基材的製造方法
本發明是有關於一種用熱解氮化硼被覆的碳基材的製造方法，所述熱解氮化硼被覆碳基材通常用於譬如在半導體及太陽能電池製造裝置等中使用的加熱器(heater)、夾具(jig)等中。
熱解氮化硼透過CVD法製備，是具有高絕緣性、高耐熱性、柔韌性的材料。其結構為與石墨相似的六方晶系，在與生長面平行的a方向和與生長面垂直的c方向上物理特性值有顯著差異。尤其是熱膨脹係數，在a方向上約為3.0×10-6〔1/℃〕，而在c方向上約為30×10-6〔1/℃〕，具有約10倍的差異。
當把具有這種物理特性值的熱解氮化硼被覆於碳基材上時，碳基材與被覆膜的熱膨脹係數無差異的話更能夠抑制碳基材與被覆膜之間的剝離，因此，作為碳基材，通常選擇其熱膨脹係數與熱解氮化硼的熱膨脹係數相近的材料。
另外，就碳基材而言，通常採用成型材、擠壓材、CIP 材等，不過，由於在製備成型材、CIP材等的塊坯(block)時，無法避免在混合、成形、燒成等製造步驟中的不確定因素的影響，因此，實際上在所製造的各批塊坯之間無論如何會產生物理特性值的差異，這個問題對於熱膨脹係數也不例外。如上所述，若每批碳基材的熱膨脹係數不同，則即便能均勻地製做出熱解氮化硼膜的膜質，但由於製做後的碳基材與被覆膜的熱膨脹係數產生差異，也會發生變形或剝離。
作為上述剝離的對策，專利文獻1中記載了一種增加碳基材的表面粗糙度，透過錨固作用來迴避剝離的被覆方法。然而，這個被覆方法的問題在於，由於碳基材的熱膨脹係數存在差異，當使用與熱解氮化硼膜的膨脹率差異較大的基材時無法抑制剝離。
此外，專利文獻2記載了一種方法，在碳基材上被覆與碳基材的熱膨脹係數相近的低熱膨脹係數的熱解氮化硼膜，從而形成無裂縫的被覆膜。不過，這個被覆方法也存在如下的問題，即，因碳基材的熱膨脹係數存在差異，從而使與熱解氮化硼膜的熱膨脹係數產生差異的情況下，將出現剝離。專利文獻2並沒有對調整該膨脹率差異的方法做任何描述。
綜上所述，現有技術文獻中所記載的被覆方法存在的問題在於，盡管每批碳基材的熱膨脹係數不相同，但均未對熱解氮化硼膜的熱膨脹係數進行調整以使其與碳基材的熱膨脹係數相匹配，所以在膨脹率差異較大的情況下會發生剝離。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利 特開平3-10076號公報
[專利文獻2]日本專利 第2729289號
因此，本發明人就即使在使用每批(lot)的熱膨脹係數存在差異的碳基材塊坯的情況下是否也能夠透過比較簡單的方法抑制碳基材與被覆膜間的剝離這一問題進行了深入的研究，結果發現，在所被覆的材質為在a方向和c方向上的熱膨脹係數不同的各向異性的熱解氮化硼的情況下，若為配向性紊亂的所謂紊亂層構造時，具有c軸方向的膨脹係數的貢獻變大，而與生長面平行的a方向上的膨脹係數發生變化的傾向。
本發明人進一步得到了如下見解從而促成了本發明。即，由於熱解氮化硼的a軸、c軸的配向性的紊亂也受碳基材的表面粗糙度的變化影響，因此，如果使基材的表面粗糙度發生變化，則熱解氮化硼被覆膜的a軸、c軸的配向性將會產生紊亂，其結果，能夠透過這種配向性的紊亂使被覆膜的熱膨脹係數發生變化。
即，本發明的目的是提供一種熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法，該製造方法透過調整碳基材的表面粗糙度這樣簡單的方法使被覆膜的熱膨脹係數接近碳基材的熱膨脹係數，從而能夠 抑制剝離等。
本發明是一種熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法，用熱解氮化硼被覆碳基材的一部分或全部，其特徵在於，透過調整上述碳基材的表面粗糙度來控制上述熱解氮化硼被覆膜的熱膨脹係數。
並且，本發明的上述碳基材的表面粗糙度較佳為以JIS B 0601-2001定義的算術平均粗糙度計調整為0.5μm以上且小於7.0μm；上述熱解氮化硼被覆膜較佳為透過源自於晶面(002)的峰(peak)強度I(002)和源自於晶面(100)的峰強度I(100)計算的峰強度比I(002)/I(100)為10以上且小於500。
根據本發明，透過調整碳基材的表面粗糙度，能夠控制熱解氮化硼被覆膜的熱膨脹係數使其接近碳基材的熱膨脹係數，所以能夠透過比較簡單的方法抑制由熱膨脹係數的差異所引起的被覆膜與碳基材之間的剝離，同時，也能夠抑制熱解氮化硼被覆碳基材的彎曲、變形、翹曲。
1‧‧‧由碳基材構成的加熱器
2‧‧‧加熱器的電連接部
圖1是表示碳基材的表面粗糙度與熱解氮化硼被覆膜的熱膨脹係數之間的關係的圖。
圖2是表示碳基材的表面粗糙度與熱解氮化硼被覆膜的峰強 度比之間的關係的圖。
圖3是表示熱解氮化硼被覆膜的峰強度比與熱膨脹係數之間的關係的圖。
圖4是表示採用熱解氮化硼被覆碳基材的加熱器的概要的圖。
以下，對本發明的一實施方式進行具體說明，首先，對促成了本發明的實驗例進行說明。
<實驗例>
在實驗例中，準備了A-1至D-2共8種□50×3mm的碳基材(各向同性的石墨材料)樣本，透過噴砂(sand blasting)處理將這些樣本分別調整成表1所示的表面粗糙度。噴砂處理採用不二製作所製PNEUMA-BLASTER SG-5A，並使用不二製作所製的FUJI RANDOM WA(氧化鋁)#60磨粒，以0.4、0.7、1.0、1.5MPa的噴射壓力進行表面處理，並用小阪研究所製的表面粗糙度測定器SURFCORDER SEF580-M50對這些樣本的表面粗糙度進行了測量。然後，將分別進行了表面處理的8種碳基材的樣本放入真空爐，在1800℃、50Pa的條件下，透過BCl3和NH3氣體，分別往碳基材上實施150μm的熱解氮化硼膜表面塗層。之後，從如上塗層的8種樣本上剝下熱解氮化硼被覆膜，對於各被覆膜進行了X-射線衍射和熱膨脹係數α2測量。此時的X-射線衍射是透過理學 (Rigaku)公司製X-射線衍射RINT-2500VHF，在管電壓30kv、管電流30mA、掃描速度6.0°/min、取樣寬度0.05°、2 θ=20~60°的條件下進行的。
另外，熱膨脹係數的測量是利用ULVAC真空理工DL7000熱膨脹計(thermo-dilatometer)在50~800℃的溫度條件下進行的。
表1給出了上述8種樣本的表面處理的噴射壓力、表面粗糙度、根據由實驗得到的源自於X-射線衍射晶面(002)的峰強度I(002)與源自於晶面(100)峰強度I(100)的數據而求出的峰強度比I(002)/I(100)的值、由實驗得到的被覆膜的熱膨脹係數α2的值。
圖2基於表1的數值示出了碳基材的表面粗糙度與被覆膜的峰強度比之間的關係，圖3示出了被覆膜的峰強度比與熱膨脹係數α2的關係。從圖2及圖3可知，碳基材的表面粗糙度與被覆膜的峰強度比之間以及峰強度比與熱膨脹係數α2之間，分別具有某種一定規則性的關係。
即，根據圖2，若改變碳基材的表面粗糙度，則被覆膜的 峰強度比的值有隨著該變化而規則性減小的傾向；另一方面，根據圖3，如果峰強度比的值變小，則隨著該變化被覆膜的熱膨脹係數有規則性增大的傾向。因此，如果根據這些測定結果圖示出碳基材的表面粗糙度與被覆膜的熱膨脹係數α2的關係的話，則如圖1所示。從圖1清楚地說明了隨著表面粗糙度的增大，熱膨脹係數α2的值也有規則性增大的傾向。
因此，本發明人著眼於這種規則性的傾向，得到了只要使碳基材的表面粗糙度變化，即可以改變被覆膜的峰強度比和熱膨脹係數α2的見解，從而促成了本發明。因此，本發明根據以上見解，在被覆處理之前預先對碳基材的表面粗糙度進行調整，從而控制被覆後的熱解氮化硼膜的熱膨脹係數α2。
在本發明中，對碳基材的表面粗糙度進行調整時，具體來講，較佳為以JIS B 0601-2001定義的算術平均粗糙度計調整為0.5μm以上且小於7.0μm，更佳為2.0μm以上且小於5.0μm。如果表面粗糙度小於下限值0.5μm，雖然能夠使基材和被覆膜的熱膨脹係數接近，但由於碳基材表面的錨固效果變小，被覆膜變得易於剝離，故不佳。另外，當表面粗糙度大於上限值7.0μm時，由於為了將表面粗糙度提高到7.0μm以上的噴射壓力過大，使在碳基材表面形成損傷層的可能性增大，故不佳。作為調整該表面粗糙度的方法，可以採用噴砂處理、砂紙研磨處理、蝕刻處理等。
另外，如圖3所示，本發明能夠透過以使上述峰強度比I(002)/I(100)為10以上且小於500的範圍內的方式調整配向性， 來調整熱解氮化硼膜的熱膨脹係數α2。
在製造本發明的碳基材時，較佳為使所被覆的熱解氮化硼膜的厚度為50μm以上且300μm以下。如果被覆膜的厚度比50μm薄，則腐蝕性氣體等會在被覆膜中擴散，容易與基底的碳基材發生反應，故不佳。另外，如果比300μm厚，則與被覆膜與碳基材之間的界面的殘留應力變大，變得容易剝離，故不佳。
另外，碳基材的製造多使用透過各向同性CIP成形而製造的碳基材，這種各向同性碳基材的熱膨脹係數雖然依存於其製造方法，但大約為3.0×10-6~8.0×10-6〔1/℃〕的範圍。而被覆於碳基材的熱解氮化硼被覆膜的熱膨脹係數α2一般大約在2.5×10-6~4.0×10-6〔1/℃〕的範圍內，因此，在實施本發明的製造方法時，參考這些熱膨脹係數的值，較佳為使兩者的熱膨脹係數接近的碳基材。
實施例1
接下來，對本發明的實施例進行詳細說明。在實施例1中，準備熱膨脹係數為3.5×10-6〔1/℃〕的碳基材，將表面粗糙度調整為3.9μm，並實施與上述實驗例同樣的熱解氮化硼膜的表面塗層。從該塗層後的碳基材剝下熱解氮化硼被覆膜，測定被覆膜的熱膨脹係數α2，結果為3.6×10-6〔1/℃〕。因為這個α2值是與碳基材的熱膨脹係數3.5×10-6〔1/℃〕相當接近的值，故該實施例1驗證了本發明的方法。
實施例2
接下來，為了確認本發明的製造方法對抑制剝離等是否有效，準備了E至J的6種樣本進行實施。在本實施例2中，使用將其概要表示於圖4的加熱器1作為碳基材。6種加熱器1的兩端備有電極連接部2，製成全長600mm、寬20mm、厚5mm的形狀。表2示出了6種樣本各自的表面粗糙度和熱膨脹係數α1的值。
在實施例2中，為了剝下被覆後的被覆膜測定被覆膜的熱膨脹係數α2，除了這6種樣本以外，還準備了各樣本的假樣本(dummy sample)。各假樣本被調整為分別與6種樣本的物性值等相同，與各樣本一起放入真空爐。然後，在1800℃、50Pa的條件下，透過BCl3和NH3氣體，在樣本加熱器1和假樣本加熱器1的基材表面實施了150μm的熱解氮化硼膜的表面塗層。表面塗層後從各自的假樣本的基材剝下熱解氮化硼被覆膜，對於該被覆膜， 進行與實施例1同樣的X-射線衍射和熱膨脹係數α2測定，將測定結果表示於表2。
另一方面，對於各樣本E至J的加熱器1，除去附著於其電極連接部2的被覆膜，在其兩端連接電源之後，在氨氣氣氛、室溫~1400℃下進行了自發熱熱循環試驗，其結果，樣本E及J發生了剝離，其他的樣本未發現剝離，得到了良好的結果。將其結果示於上述表2中。
對於樣本E及J剝離的原因進行了考察，樣品E可認為是由於表面粗糙度小，錨固效果變小了，因此發生了剝離。而樣本J可認為是由於表面粗糙度大於上限值7.5μm，過大的負荷力作用於碳基材的表面而形成了損傷層，表面粒子脫落而導致剝離。
綜上所述，根據本發明，在製造用於加熱器及夾具等的熱解氮化硼被覆碳基材時，即使從各碳材料製造廠家得到的的碳基材存在熱膨脹係數的差異，也能夠透過預先調整所得到的碳基材的表面粗糙度來控制熱解氮化硼被覆膜的配向性和熱膨脹係數，因為能夠減小所塗敷的被覆膜與碳基材的熱膨脹係數的差異，因此能夠抑制由兩者的熱膨脹係數的差異而引起的剝離、變形等。

Claims (3)

  1. 一種熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法，用熱解氮化硼被覆碳基材的一部分或全部，其特徵在於，透過調整上述碳基材的表面粗糙度來控制上述熱解氮化硼被覆膜的熱膨脹係數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法，其中，上述碳基材的表面粗糙度以JIS B 0601-2001定義的算術平均粗糙度計調整為0.5μm以上且小於7.0μm。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法，其中，在上述熱解氮化硼被覆膜中，透過源自於晶面(002)的峰強度I(002)和源自於晶面(100)的峰強度I(100)計算的峰強度比I(002)/I(100)為10以上且小於500。
TW102146452A 2012-12-17 2013-12-16 熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法 TWI510666B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012274300A JP5854512B2 (ja) 2012-12-17 2012-12-17 熱分解窒化ホウ素被覆炭素質基材の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201430162A true TW201430162A (zh) 2014-08-01
TWI510666B TWI510666B (zh) 2015-12-01

Family

ID=51130126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102146452A TWI510666B (zh) 2012-12-17 2013-12-16 熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5854512B2 (zh)
KR (1) KR20140078533A (zh)
TW (1) TWI510666B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016102232A (ja) * 2014-11-27 2016-06-02 信越化学工業株式会社 熱分解窒化ホウ素被覆基材およびその製造方法
JP7294021B2 (ja) * 2019-09-18 2023-06-20 住友金属鉱山株式会社 黒鉛製支持基板の表面処理方法、炭化珪素多結晶膜の成膜方法および炭化珪素多結晶基板の製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0784357B2 (ja) * 1985-12-24 1995-09-13 京セラ株式会社 窒化ホウ素被覆ルツボ
JPS62207786A (ja) * 1986-03-06 1987-09-12 信越化学工業株式会社 グラフアイト材のコ−テイング方法
JPH0310076A (ja) * 1989-06-05 1991-01-17 Toshiba Ceramics Co Ltd 熱分解窒化ホウ素膜の被覆方法
EP0495095B1 (en) * 1990-08-08 1996-01-31 Advanced Ceramics Corporation Process for forming crack-free pyrolytic boron nitride on a carbon structure and article
JP2934120B2 (ja) * 1992-07-02 1999-08-16 信越化学工業株式会社 熱分解窒化ほう素容器
JP3057670B2 (ja) * 1992-10-28 2000-07-04 信越化学工業株式会社 複層セラミックスヒーター
JP2763239B2 (ja) * 1992-10-28 1998-06-11 信越化学工業株式会社 複層セラミックスるつぼ
TW200420431A (en) * 2002-11-20 2004-10-16 Shinetsu Chemical Co Heat resistant coated member, making method, and treatment using the same
JP2007317820A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Shin Etsu Chem Co Ltd 静電吸着装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5854512B2 (ja) 2016-02-09
KR20140078533A (ko) 2014-06-25
TWI510666B (zh) 2015-12-01
JP2014118600A (ja) 2014-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9764992B2 (en) Silicon carbide-tantalum carbide composite and susceptor
TWI734119B (zh) 稀土氧化物系抗電漿腐蝕薄膜塗層
CN101048531A (zh) 基材上的保护涂层及其制备方法
EP2251897A1 (en) A method for producing a wafer comprising a silicon single crystal substrate having a front and a back side and a layer of SiGe deposited on the front side
JP4985625B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
TWI697576B (zh) 基座及其製造方法
CN111270307A (zh) 层叠基板、自支撑基板、层叠基板的制造方法及自支撑基板的制造方法
TWI510666B (zh) 熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法
Nakamura et al. TaC-coated graphite prepared via a wet ceramic process: Application to CVD susceptors for epitaxial growth of wide-bandgap semiconductors
Hara et al. Mechanism of strain relaxation in BaSi2 epitaxial films on Si (111) substrates during post‐growth annealing and application for film exfoliation
JP6784870B1 (ja) 半導体膜
WO2020194803A1 (ja) 下地基板及びその製造方法
JP2008001562A (ja) イットリウム系セラミックス被覆材およびその製造方法
TWI818366B (zh) 碳化鉭塗層碳材料及其製備方法
JP6066644B2 (ja) セラミックス接合体の製造方法
Chandran et al. Adhesive microcrystalline diamond coating on surface modified non-carbide forming substrate using hot filament CVD
TWI538885B (zh) Thermal decomposition of boron nitride coated with carbon and carbon heaters using it
JP4619036B2 (ja) 炭素複合部材
Li et al. High quality transferable AlN thin film by PLD
JPH11130565A (ja) ＳｉＣ被覆炭素材料
KR20210011884A (ko) 탄소 복합 부재
KR101268910B1 (ko) 코팅모재에 대한 ＣＶＤ ＳｉＣ 코팅방법
JP2018157138A (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
WO2021064816A1 (ja) 下地基板及びその製造方法
Zhou et al. Pulsed DC Parameters (Reverse Voltage, Duty Cycle, Pulsed Frequency) on Film Quality in Reactive Sputtered Aluminum Nitride Films