TW202128558A

TW202128558A - 以碳化鉭被覆之石墨構件及其製造方法

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Publication number: TW202128558A
Application number: TW109142336A
Authority: TW
Inventors: 狩野正樹; 平手暁大; 山村和市
Original assignee: 日商信越化學工業股份有限公司
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-08-01
Also published as: WO2021117498A1

Abstract

本發明旨在提供一種在高溫還原性環境下使用也不易剝離的以碳化鉭被覆之石墨構件及其製造方法。本發明所涉及之以碳化鉭被覆之石墨構件，係以碳化鉭膜被覆石墨基材而成；該以碳化鉭被覆之石墨構件，係在石墨基材與碳化鉭膜之間，有形成熱解氮化硼膜。再者，以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，具備以下步驟：於石墨基材上，被覆熱解氮化硼膜的步驟；以及於被覆了熱解氮化硼膜之石墨基材上，被覆碳化鉭膜的步驟；被覆熱解氮化硼膜的步驟與被覆碳化鉭膜的步驟，係在同一個反應器內連續地進行。

Description

以碳化鉭被覆之石墨構件及其製造方法

本發明，係有關使用於半導體製程等的以碳化鉭被覆之石墨構件及其製造方法。

由於有施作碳化鉭（TaC）鍍層的石墨構件，會有優異的耐熱性、化學穩定性，所以在還原性氣體或反應性氣體所導致之石墨的腐蝕特別劇烈之製程等等，會用作耐熱治具。

再者，由於石墨基材易於加工成所要的形狀，TaC之鍍層製程也只要短時間就可完工，所以施作了TaC鍍層之石墨構件的適用範圍很廣泛，例如會用作：用於半導體製程之晶圓盒、原料熔融坩堝、加熱源、反應容器、隔熱構件、單晶直拉用坩堝等。

作為對石墨基材施作TaC鍍層之方法，已知有電弧離子鍍（AIP）式反應性蒸鍍法、反應性PVD（物理氣相沉積）法、化學氣相沉積法（CVD法）等等。可是，用這些方法所得到的TaC鍍膜，會由於與石墨基材間之熱膨脹係數差異，而有容易產生膜層剝離的問題。再者，由於TaC膜是又硬又脆的材質，所以還會由於膜中之熱應力而有容易發生裂縫的問題。例如，若在高溫之還原性氣體環境下使用，會產生微小的裂縫，而有數十小時左右就在石墨基材與TaC膜之間產生剝離的情形。

有鑑於此，於專利文獻1，試圖藉由使TaC膜成為微粒子緊密堆積之結晶組織，以延緩裂縫之進展。

再者，於專利文獻2，則提出藉由使TaC層之結晶的X光繞射的（200）面之峰值強度I（200）與（111）面之峰值強度I（111）間的比值為：I（200）／I（111）＝0.2～0.5、或I（111）／I（200）＝0.2～0.5，而製得即使與還原性氣體或反應性氣體接觸也不易腐蝕、不易發生裂縫或損傷的材料。 [習知技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平10－236892號公報 [專利文獻2]日本特開2004－84057號公報

[發明所欲解決的問題]

在還原性氣體環境下使用以碳化鉭被覆之石墨構件時，若TaC膜很薄，則還原性氣體會穿透TaC膜而抵達石墨基材，導致石墨還原，漸漸腐蝕石墨。在這一部分的TaC膜就會變成離開石墨基材的狀態，而這樣的區域一擴大，就會導致石墨基材與TaC膜發生剝離。

另一方面，藉由使TaC膜增厚，就可以使得還原性氣體不容易抵達石墨基材。然而，已知若使膜厚增厚，則會由於在TaC膜中，石墨基材側與表面側之結晶性的差異，而導致在膜層中發生熱應力，變得容易引起TaC膜之局部剝離。

故而，本發明之目的，係提供一種在高溫還原性環境下使用也不易剝離的以碳化鉭被覆之石墨構件及其製造方法。 [解決問題之技術手段]

[1]為了解決上述課題，本發明之實施形態所涉及之以碳化鉭被覆之石墨構件，係以碳化鉭膜被覆石墨基材而成；該以碳化鉭被覆之石墨構件，係在石墨基材與碳化鉭膜之間，有形成熱解氮化硼膜。

[2]於本發明，可在碳化鉭膜與熱解氮化硼膜之間，形成中間層。

[3]於本發明，可在石墨基材與熱解氮化硼膜之間，形成中間層。

[4]於本發明，碳化鉭膜的膜厚，可以係在0.5μm以上、100μm以下。

[5]再者，於本發明，石墨基材的容積密度，可以係在1.6g／cm³ 以上、2.0g／cm³ 以下。

[6]再者，於本發明，熱解氮化硼膜的膜厚，可以係在10μm以上、1000μm以下。

[7]再者，本發明之實施形態所涉及之以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，具備以下步驟：在第1反應器內，於石墨基材上形成熱解氮化硼膜的步驟；使被覆了熱解氮化硼膜之石墨基材，在第2反應器內，保持在惰性氣體環境或真空下之封閉系統的步驟；以及在該第2反應器內，於被覆了熱解氮化硼膜之石墨基材上，被覆碳化鉭膜的步驟。然後，藉由此以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，製造如上述[1]至[6]中任一項之以碳化鉭被覆之石墨構件。

[8]再者，本發明之另一實施形態所涉及之以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，具備以下步驟：於石墨基材上，形成熱解氮化硼膜的步驟以及於被覆了熱解氮化硼膜之石墨基材上，被覆碳化鉭膜的步驟形成熱解氮化硼膜的步驟與被覆碳化鉭膜的步驟，係在同一個反應器內連續地進行。然後，藉由此以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，製造如上述[1]至[6]中任一項之以碳化鉭被覆之石墨構件。

[9]於本發明，可在形成熱解氮化硼膜的步驟與被覆碳化鉭膜的步驟之間，更進一步地具備對於熱解氮化硼膜的表面進行酸洗的步驟。

[10]於本發明，可在進行過使熱解氮化硼膜的表面粗糙度Rmax成為10μm以上之處理後，再形成碳化鉭膜。 [發明之效果]

若藉由本發明，則可以製得一種以碳化鉭被覆之石墨構件，即使在高溫還原性環境下使用也不易產生被覆膜之剝離。

以下針對本發明之實施形態進行詳細說明，但本發明並不受其限定。

一開始將參照圖1，說明本發明之實施形態所涉及之以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法。圖1係繪示以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法的程序之流程圖。

於該製造方法，首先準備石墨基材（步驟程序S10）。石墨基材係藉由機械加工等的加工手段，因應用途而加工成任意形狀。用作基材的石墨材料，若使用熱膨脹率接近後續形成之熱解氮化硼（PBN）膜的成長面方向之熱膨脹率者，則基材與膜層之間的熱應力就會變小，所以較佳。再者，雖然使用熱膨脹率具有異向性之異向性黑鉛亦無妨，但更佳係使用其熱膨脹率之最大值與最小值間的比值在1以上、1.5以下的黑鉛。若使用等向性黑鉛，會更加理想。

再者，若使石墨基材的容積密度成為1.6g／cm³ 以上，則強度會升高，變得不易損壞，所以較佳。然而，由於容積密度超過2.0g／cm³ 之石墨基材的製作，技術難度較高，價格往往偏高，所以考量成本效率，較佳係在2.0g／cm³ 以下。

接著，在石墨基材表面，形成熱解氮化硼（PBN）膜（步驟程序S20）。PBN膜的形成方法並無特別限定，例如可以使用CVD法以使氨（NH₃ ）與三氯化硼（BCl₃ ），在大約1900℃之高溫下反應而形成。若使用CVD法，則具有以下優點：容易配合基材之複雜形狀而形成厚度均勻的PBN膜，且易於使膜質緊密化及高純化。

此時，若使PBN之膜厚在10μm以上，則防止還原性氣體穿透而抵達石墨基材的效果會更進一步地提高，所以較佳若設為30μm以上，則更為理想。另一方面，若設為1000μm以下，則熱膨脹導致之PBN膜內的層間剝離或基材與PBN膜界面間的剝離不易發生，所以較佳而設為500μm以下又更佳。

雖然PBN膜可以直接形成在石墨基材，但亦可在石墨基材與PBN膜之間存在中間層。作為中間層的材質，可列舉例如：熱解石墨、加碳熱解石墨、碳化硼、硼摻雜熱解石墨（BPG）等等。硼摻雜熱解石墨（BPG）膜，可以藉由將石墨基材放入CVD裝置的反應器內，先抽真空，再一邊加熱至1600℃左右，一邊對反應器內供給甲烷氣體（CH₄ ）與微量的三氯化硼（BCl₃ ），使其反應而形成。

接著，在PBN膜的表面，形成碳化鉭（TaC）膜（步驟程序S30）。TaC膜的形成方法並無特別限定，但較佳係使用CVD法。若是以CVD法，可以係例如將甲烷（CH₄ ）這類含有碳原子之化合物與鉭鹵化物加熱氣化，而作為原料加以供給並藉由在約900℃至約1200℃之高溫下使其反應，以形成TaC膜。若使用CVD法，則具有以下優點：容易配合基材之複雜形狀而形成厚度均勻的TaC膜，且易於使膜質緊密化及高純化。

在此，為了使PBN膜不易劣化，較佳係防止金屬雜質混入PBN膜與TaC膜間的界面。為了防止金屬雜質之混入，可使例如形成了PBN膜後的石墨構件，能在真空中從以閘閥等隔開的PBN成膜室移動至TaC膜成膜用的成膜室。或者，在成膜室保持成封閉系統而使PBN膜的表面維持在潔淨之狀態下，再轉換至TaC膜之形成程序。此封閉系統，係包圍住構件而使髒汙之外部氣體無法流入之空間藉由使該空間處於真空狀態、或是灌滿去除了粉塵微粒的潔淨氣體，以維持在潔淨狀態。

亦可在將構件保持在封閉系統前，先以酸洗或純水超音波洗淨等等來洗淨PBN膜的表面、或是磨削PBN的表面之一部分，以使表面成為潔淨的PBN面。

再者，亦可使PBN膜之形成與TaC膜之形成係在同一裝置的成膜室內進行，而在形成PBN膜後，接著使裝置溫度變更為形成TaC膜的溫度，再置換所要供給之反應氣體以進行TaC膜形成。如此一來，也不再需要暫時將裝置溫度降到室溫，所以成本面亦有優勢。

TaC膜可以直接形成在PBN膜上，但亦可在PBN膜與TaC膜之間設置中間層。這麼一來，可以更進一步地提高TaC膜的黏著性，所以較佳。中間層的材質，可列舉例如石墨（C）、硼摻雜石墨、PBN與TaC之中間組成的材質（B_x N_y Ta_z C）等等。在使用B_x N_y Ta_z C以作為中間層的情況下，更佳為呈梯度變化組成：從PBN膜側朝向TaC膜側，緩緩地從富含BN之組成，變化成富含TaC之組成。

在形成中間層之際，較佳係防止金屬雜質混入PBN膜與中間層間的界面。為了防止金屬雜質混入PBN膜與中間層間的界面，較佳係在PBN膜之形成後，接著將供給至反應器的氣體，切換為形成中間層用的原料氣體，以形成中間層。再者，在PBN膜與中間層之間，亦可設置遞變層，該遞變層係於PBN中含有微量（1重量％左右）的碳。可以藉由接在通常的PBN膜之形成後，一邊添加微量的甲烷（CH₄ ）氣體、一邊進行PBN膜之形成，而形成此種遞變層。

再者，亦可在形成中間層後，更進一步地將供給至反應器的氣體切換為TaC原料氣體，以形成TaC膜。

在採用呈梯度變化之B_x N_y Ta_z C以作為中間層之材質的情況下，在形成中間層時，亦可藉由流通PBN原料氣體與TaC原料氣體之雙方，而在PBN膜上形成PBN與TaC的中間組成之膜層再緩緩地減少PBN原料氣體而變成僅有TaC原料氣體，以轉換至TaC膜形成。

TaC膜的膜厚，較佳係0.5μm以上、100μm以下，更佳係1μm以上、40μm以下。若TaC膜過厚，則TaC膜內的內部熱應力會變大，而容易在與PBN膜之間的界面引起剝離。再者，由於TaC膜的成長速度緩慢，所以加厚TaC膜之膜厚會引發成本增加。

另一方面，PBN膜的成長速度較快。因此，若使PBN膜比TaC膜更厚，則在成本面亦有優勢。

TaC膜，係直接形成在PBN膜表面較佳，但即使在PBN膜與TaC膜之間存在著中介層也無妨。

若是此種以碳化鉭被覆之石墨構件，則即使讓TaC膜的厚度薄到膜中之熱應力不會造成問題之程度，也可以藉由相對於還原性氣體具有耐蝕性的PBN膜，來防止穿透了TaC膜之還原性氣體抵達石墨基材的情形。

本發明之以碳化鉭被覆之石墨構件，在半導體製造裝置內之高溫下的HCl（鹽酸）乾蝕刻製程等等也能發揮優異的耐受性，而可以妥善地適用於半導體製程所使用之晶圓盒、原料熔融坩堝、加熱源、反應容器、隔熱構件、單晶直拉用坩堝等需要耐熱性、耐蝕性之構件。

再者，本發明之以碳化鉭被覆之石墨構件，亦可使用於Si（矽）半導體元件製造裝置內這樣不宜受到硼汙染的製程。 [實施例]

〈實施例1〉圖2係使用以實施例1之以碳化鉭被覆之石墨構件製作之晶圓盒1的剖面概略圖。實施例1之晶圓盒1，係由以下程序所製作。一開始，對等向性石墨進行機械加工，而製備100mm×100mm×10mm的石墨基材2。如圖2所示，在石墨基材2的一邊表面形成了φ76mm的凹部，邊角則施作倒角成R角。

將此石墨基材2放入CVD裝置的反應器內，使用真空泵而使反應器內成為真空狀態，並加熱至1900℃。之後，藉由對反應器內供給氨（NH₃ ）與三氯化硼（BCl₃ ）而使其反應，以在石墨基材2的表面上形成熱解氮化硼（PBN）膜3。使此PBN膜3的膜厚為300μm。

接著，在已形成PBN膜3之基材2維持著被收納於反應器的狀態下，使反應器內置換成氮（N₂ ）後，使其成為真空狀態，並使反應器內的溫度成為900℃。之後，藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與五氯化鉭（TaCl₅ ）而使其反應，以在PBN膜3的表面上形成碳化鉭（TaC）膜4。使此TaC膜4的膜厚為5μm。

使反應器內置換成N₂ 後，再降溫至常溫，之後取出，就完成了以碳化鉭被覆之石墨構件的晶圓盒1。此晶圓盒1並未發現有剝離。

針對所製得之晶圓盒1，進行了熱衝撃試驗。首先，將晶圓盒1設置於評價用裝置內，並使裝置內進行真空排氣。之後，一邊流通氨（NH₃ ），一邊以大約3分鐘急速加熱至1500℃，並保持在1500℃之溫度10分鐘。接著，冷卻至200℃，再度加熱升溫至1500℃並保持10分鐘，重複這種急速升降溫的循環。於每次循環，確認了在晶圓盒1的剝離狀態。

所製得之晶圓盒1，即使在重複了100次急速升降溫的循環之時間點，也沒有觀察到剝離或腐蝕。

〈實施例2〉圖3係使用以碳化鉭被覆之石墨構件製作之加熱器5的正面概略圖。加熱器5，係由以下程序所製作。一開始，對等向性石墨進行機械加工，而製備外徑φ300mm×內徑φ250mm、厚度10mm之以同心圓形狀折返的石墨基材。

將此石墨基材放入CVD裝置的反應器內，使用真空泵而使反應器內成為真空狀態，並加熱至1900℃。之後，藉由對反應器內供給氨（NH₃ ）與三氯化硼（BCl₃ ）而使其反應，以在石墨基材的表面上形成熱解氮化硼（PBN）膜。使此PBN膜的膜厚為10μm。

接著，在已形成PBN膜之基材維持著被收納於反應器的狀態下，使反應器內成為真空狀態，並使反應器內的溫度成為900℃。之後，藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與五氯化鉭（TaCl₅ ）而使其反應，以在PBN膜的表面上形成碳化鉭（TaC）膜。使此TaC膜的膜厚為1μm。

使反應器內置換成N₂ 後，再降溫至常溫，之後取出，就完成了以碳化鉭被覆之石墨構件的加熱器5。此加熱器5並未發現有剝離。

針對所製得之加熱器5，進行了通電加熱。首先，將加熱器5設置於評價用裝置內，並使裝置內進行真空排氣。之後，一邊流通氨（NH₃ ），一邊通電而以大約30分鐘加熱至1500℃，並保持在1500℃之溫度10分鐘。接著，冷卻至200℃，再度加熱升溫至1500℃並保持10分鐘，重複這種急速升降溫的循環。於每次循環，確認了剝離狀態。

所製得之加熱器5，即使在重複了100次急速升降溫的循環之時間點，也沒有觀察到剝離或腐蝕。

〈實施例3〉圖4係使用以實施例3之以碳化鉭被覆之石墨構件製作之加熱器5A的剖面概略圖。實施例3之加熱器5A，係由以下程序所製作。一開始，對等向性石墨進行機械加工，而製備與實施例2相同形狀之石墨基材2A。

將此石墨基材2A放入CVD裝置的反應器內，使用真空泵而使反應器內成為真空狀態，並加熱至1900℃。之後，藉由對反應器內供給氨（NH₃ ）與三氯化硼（BCl₃ ）而使其反應，以在石墨基材2A的表面上形成熱解氮化硼（PBN）膜3A。使此PBN膜3A的膜厚為50μm，更進一步地添加微量的甲烷（CH₄ ）氣體，以設置PBN中之碳濃度會成為1重量％左右的1～2μm左右的遞變層6A。

接著，在已形成PBN膜3A之基材2維持著被收納於反應器的狀態下，使反應器內成為真空狀態，並使反應器內的溫度成為1600℃。之後，藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與微量的BCl₃ 氣體而使其反應，以在PBN膜3A的表面上形成硼摻雜石墨膜，該硼摻雜石墨膜就成為中間層7A。使此硼摻雜石墨膜的膜厚為2μm。並使此時的熱分解碳中之硼濃度為6～8重量％。

接著，在已形成中間層7A之基材維持著被收納於反應器的狀態下，使反應器內成為真空狀態，並使反應器內的溫度成為1500℃，進行1小時的加熱處理。之後，藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與五氯化鉭（TaCl₅ ）而使其反應，以在PBN膜3A的表面上，隔著中間層7A而形成碳化鉭（TaC）膜4A。使此TaC膜4A的膜厚為5μm。

使反應器內置換成N₂ 並降溫至常溫後，從反應器取出基材2A，就完成了以碳化鉭被覆之石墨構件的加熱器5A。此加熱器5A並未發現有剝離。

針對所製得之加熱器5A，進行了通電加熱。首先，將加熱器5A設置於評價用裝置內，並使裝置內進行真空排氣。之後，一邊流通氨（NH₃ ），一邊通電而以大約30分鐘加熱至1500℃，並保持在1500℃之溫度10分鐘。接著，冷卻至200℃，再度加熱升溫至1500℃並保持10分鐘，重複這種急速升降溫的循環。於每次循環，確認了剝離狀態。

所製得之加熱器5A，即使在重複了100次急速升降溫的循環之時間點，也沒有觀察到剝離或腐蝕。

〈實施例4〉一開始，對等向性石墨進行機械加工，而製備與實施例2相同形狀之石墨基材。

將此石墨基材放入CVD裝置的反應器內，使用真空泵而使反應器內成為真空狀態，並加熱至1900℃。之後，藉由對反應器內供給氨（NH₃ ）與三氯化硼（BCl₃ ）而使其反應，以在石墨基材的表面上形成熱解氮化硼（PBN）膜。使此PBN膜的膜厚為50μm。

將已形成PBN膜之石墨基材暫時從反應器取出，以純水洗淨表面，再放入CVD反應器。一邊使潔淨之乾燥N₂ （露點－75℃）以常壓對反應器內持續流動，一邊以1600℃進行30分鐘的加熱處理後，使反應器內成為真空狀態而保持30分鐘。之後，藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與五氯化鉭（TaCl₅ ）而使其反應，以在PBN膜的表面上形成碳化鉭（TaC）膜。使此TaC膜的膜厚為5μm。

〈實施例5〉一開始，對等向性石墨進行機械加工，而製備與實施例2相同形狀之石墨基材。

將此石墨基材放入CVD裝置的反應器內，使用真空泵而使反應器內成為真空狀態，並加熱至1900℃。之後，藉由對反應器內供給氨（NH₃ ）與三氯化硼（BCl₃ ）而使其反應，以在石墨基材的表面上形成熱解氮化硼（PBN）膜。使此PBN膜的膜厚為55μm。

將已形成PBN膜之石墨基材暫時從反應器取出，對表面進行磨削，使表面粗糙度Rmax成為12μm。之後以王水洗淨磨削面，接著，在以純水進行超音波洗淨後，進行120℃的加熱乾燥，再放入CVD反應器。使反應器內成為真空，更進一步地加熱至120℃後保持30分鐘。之後，藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與五氯化鉭（TaCl₅ ）而使其反應，以在PBN膜的表面上形成碳化鉭（TaC）膜。使此TaC膜的膜厚為5μm。

使反應器內置換成氬（Ar）後，再降溫至常溫，之後取出，就完成了以碳化鉭被覆之石墨構件的加熱器5。此加熱器5並未發現有剝離。

所製得之加熱器5，即使在重複了80次急速升降溫的循環之時間點，也沒有觀察到剝離或腐蝕。

〈實施例6〉圖5係使用以實施例6之以碳化鉭被覆之石墨構件製作之晶圓盒1B的剖面概略圖。實施例6之晶圓盒1B，係由以下程序所製作。一開始，對等向性石墨進行機械加工，而製備與實施例1相同之晶圓盒的石墨基材2B。

將此石墨基材2B放入CVD裝置的反應器內，使用真空泵而使反應器內成為真空狀態，並加熱至1600℃。

之後，藉由對反應器內供給甲烷氣體（CH₄ ）與微量的三氯化硼（BCl₃ ）而使其反應，以在石墨基材2B的表面上形成2μm之硼摻雜熱解石墨（BPG）膜，該硼摻雜熱解石墨膜就成為中間層7B。

之後，使反應器內進行真空排氣後，將反應器內加熱至1850℃藉由對反應器內供給氨（NH₃ ）與三氯化硼（BCl₃ ）而使其反應，以在BPG之中間層7B的表面上形成75μm之熱解氮化硼（PBN）膜3B。在形成了75μm之PBN膜3B的時間點，流通微量的甲烷氣體（CH₄ ），而更進一步地形成了3μm之碳摻雜熱解氮化硼（PBCN）之中間層8B。

之後，使反應器進行真空排氣後，將反應器內溫度維持在1500℃30分鐘，之後藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與五氯化鉭（TaCl₅ ）而使其反應，以在設有中間層8B的PBN膜的表面上形成碳化鉭（TaC）膜4B。

使反應器內置換成N₂ 後，再降溫至常溫，之後取出，就完成了以碳化鉭被覆之石墨構件的晶圓盒1B。此晶圓盒1B並未發現有剝離。

針對所製得之晶圓盒1B，進行了熱衝撃試驗。首先，將晶圓盒1B設置於評價用裝置內，並使裝置內進行真空排氣。之後，一邊流通氨（NH₃ ），一邊以大約3分鐘急速加熱至1500℃，並保持在1500℃之溫度10分鐘。接著，冷卻至200℃，再度加熱升溫至1500℃並保持10分鐘，重複這種急速升降溫的循環。於每次循環，確認了在晶圓盒1B的剝離狀態。

所製得之晶圓盒1，即使在重複了50次急速升降溫的循環之時間點，也沒有觀察到剝離或腐蝕。

〈比較例1〉對等向性石墨進行機械加工，而製備100mm×100mm×10mm的石墨基材。在石墨基材的一邊表面形成了φ76mm的凹部，邊角則施作倒角成R角。

將此石墨基材放入CVD裝置的反應器內，使用真空泵而使反應器內成為真空狀態，並加熱至900℃。之後，藉由對反應器內供給甲烷（CH₄ ）氣體與五氯化鉭（TaCl₅ ）而使其反應，以在PBN膜的表面上形成碳化鉭（TaC）膜。使此TaC膜的膜厚為5μm。

將反應器內降溫至常溫，之後取出，就完成了以碳化鉭被覆之石墨構件的晶圓盒。此晶圓盒並未發現有剝離。

針對所製得之晶圓盒，進行了熱衝撃試驗。首先，將晶圓盒設置於評價用裝置內，並使裝置內進行真空排氣。之後，一邊流通氨（NH₃ ），一邊以大約3分鐘急速加熱至1500℃，並保持在1500℃之溫度10分鐘。接著，冷卻至200℃，再度加熱升溫至1500℃並保持10分鐘，重複這種急速升降溫的循環。於每次循環，確認了剝離狀態。

所製得之晶圓盒，在重複了50次急速升降溫的循環之時間點，於邊角產生裂縫，發生了剝離。

〈比較例2〉以相同於比較例1的方法，完成了以碳化鉭被覆之石墨構件的晶圓盒。但是，於比較例2，係使TaC膜的膜厚為50μm。

與比較例1同樣地針對所製得之晶圓盒，進行了熱衝撃試驗，但在重複了10次急速升降溫的循環之時間點，於邊角產生裂縫，發生了剝離。

從以上所說明之實施例、比較例可知，若藉由本發明所涉及之製造方法，則可以製得一種以碳化鉭被覆之石墨構件，即使在高溫還原性環境下使用，被覆膜也不易產生剝離。

上述實施形態及實施例係例示，只要具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質相同的構成、會發揮同樣之作用效果者，不論何者皆包含在本發明之技術範圍內。

S10,S20,S30:步驟程序 1,1B:晶圓盒 2,2A,2B:石墨基材 3,3A,3B:熱解氮化硼膜 4,4A,4B:碳化鉭膜 5,5A:加熱器 6A:遞變層 7A,7B,8B:中間層

[圖1]繪示以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法的程序之流程圖。 [圖2]使用以碳化鉭被覆之石墨構件製作之晶圓盒的剖面概略圖。 [圖3]使用以碳化鉭被覆之石墨構件製作之加熱器的正面概略圖。 [圖4]使用以實施例3之以碳化鉭被覆之石墨構件製作之加熱器的剖面概略圖。 [圖5]使用以實施例6之以碳化鉭被覆之石墨構件製作之晶圓盒的剖面概略圖。

S10,S20,S30:步驟程序

Claims

一種以碳化鉭被覆之石墨構件，其為以碳化鉭膜被覆石墨基材而成該以碳化鉭被覆之石墨構件，係在該石墨基材與該碳化鉭膜之間形成熱解氮化硼膜。
如請求項1之以碳化鉭被覆之石墨構件，其中，在該碳化鉭膜與該熱解氮化硼膜之間，形成中間層。
如請求項1或2之以碳化鉭被覆之石墨構件，其中，在該石墨基材與該熱解氮化硼膜之間，形成中間層。
如請求項1或2之以碳化鉭被覆之石墨構件，其中，該碳化鉭膜的膜厚，係在0.5μm以上、100μm以下。
如請求項1或2之以碳化鉭被覆之石墨構件，其中，該石墨基材的容積密度，係在1.6g／cm³ 以上、2.0g／cm³ 以下。
如請求項1或2之以碳化鉭被覆之石墨構件，其中，該熱解氮化硼膜的膜厚，係在10μm以上、1000μm以下。
一種以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，用以製造如請求項1至6項中任一項之以碳化鉭被覆之石墨構件該以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，包括以下步驟：在第1反應器內，於石墨基材上形成熱解氮化硼膜的步驟使被覆了該熱解氮化硼膜之該石墨基材，在第2反應器內，保持在惰性氣體環境或真空下之封閉系統的步驟以及在該第2反應器內，於被覆了該熱解氮化硼膜之該石墨基材上，被覆碳化鉭膜的步驟。
一種以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，用以製造如請求項1至6項中任一項之以碳化鉭被覆之石墨構件該以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，係在同一個反應器內連續地進行以下步驟：於石墨基材上，形成熱解氮化硼膜的步驟以及於被覆了該熱解氮化硼膜之該石墨基材上，被覆碳化鉭膜的步驟。
如請求項7或8之以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，其中，在形成該熱解氮化硼膜的步驟與被覆該碳化鉭膜的步驟之間，更包括對於該熱解氮化硼膜的表面進行酸洗的步驟。
如請求項7或8之以碳化鉭被覆之石墨構件之製造方法，其中，在進行過使該熱解氮化硼膜的表面粗糙度Rmax成為10μm以上之處理後，再形成該碳化鉭膜。