SiC构件和由其构成的基板保持构件以及它们的制造方法与流程

本发明涉及sic构件和由其构成的基板保持构件以及它们的制造方法。

背景技术：

由sic烧结体构成的sic构件具有高刚性和高耐磨损性。因此，以往一直进行的是，使在半导体制造工艺的各种处理时用于保持晶片等基板的真空夹头等基材保持构件由sic构件构成(例如参见专利文献1)。

在专利文献2中公开了：通过cvd法在由α-sic烧结体构成的基板的表面形成多晶体的β-sic层后，在1850℃～2000℃进行热处理，由此，使β-sic转化为α-sic。通过热处理，从α-sic与β-sic的界面开始进行从β-sic向α-sic的转化，大部分β-sic转化为α-sic，可以得到结晶组织一致化的sic构件。

在专利文献3中公开了：通过适当地调节原料气体的供给方法和温度，得到由沿与基材垂直的方向生长的β-sic的柱状晶体和沿与基材平行的方向生长的α-sic的微晶构成的高纯度cvd-sic质的半导体热处理用构件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-302397号公报

专利文献2：日本专利第3154053号公报

专利文献3：日本专利第3524679号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

但是，在专利文献2记载的结构中，大部分β-sic转化为α-sic，因此，与α-sic相比致密且高强度并且具有高耐磨损性的β-sic几乎不存在，强度和耐磨损性不充分。

另一方面，在专利文献3记载的结构中，由于β-sic的柱状晶体与α-sic的微晶的各向异性，在为了在表面形成管脚等而进行切削研磨加工等的情况下，在晶体间产生残余应力，难以以高的尺寸精度进行加工，并且，由于取向性等的影响，长期使用时，有时尺寸精度劣化。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供强度和耐磨损性优良的sic构件及其制造方法。本发明的目的还在于提供能够实现提高加工精度和长期维持加工精度的基板保持构件及其制造方法。

用于解决问题的方法

本发明的sic构件的制造方法的特征在于，包括：通过化学气相沉积(cvd)法形成由β-sic构成的sic构件的工序；和在非活性气氛下在高于2000℃且2200℃以下的温度下对上述sic构件进行热处理而使上述β-sic局部地相变为α-sic的工序。

根据本发明的sic构件的制造方法，sic构件只是由β-sic构成的部分局部地相变为α-sic，因此，β-sic所具有的高致密、高强度、高耐磨损性等优良的特性保留。

本发明的基板保持构件的制造方法是使用上述本发明的sic构件来制造保持基板的基板保持构件的方法，其特征在于，具备：将上述sic构件的表面局部地除去而在低于上述表面的位置形成主面并且形成从上述主面突出的多个凸部的工序；和按照使上述多个凸部的前端面从上述主面突出相同高度并且位于同一水平面的方式加工至平坦的工序。

根据本发明的基板保持构件的制造方法，构成sic构件的β-sic局部地相变为α-sic，因此，与对只由β-sic构成的sic构件进行加工的情况相比，晶体的取向性被缓和。因此，能够以各向异性少的良好的尺寸精度进行加工。此外，由于对sic构件进行加工时产生的残余应力被缓和，因此，能够实现抑制因长期使用导致的尺寸精度的劣化。

本发明的sic构件是含有β-sic和α-sic的sic构件，其特征在于，在x射线衍射图谱中，来源于上述α-sic的衍射角2θ＝34°±0.5°范围内的最大峰的强度相对于来源于上述β-sic的衍射峰中最大峰的强度的比为3％以上且30％以下。

根据本发明的sic构件，由后述的实施例可知，由于上述最大峰的强度比为3％以上，因此，α-sic的比例多至缓和内部应力的效果有效的程度，由于上述最大峰的强度比为30％以下，因此，α-sic的比例少至强度和耐磨损性良好的程度。

本发明的基板保持构件是由上述本发明的sic构件构成的基板保持构件，其特征在于，例如，上述sic构件具备：具有主面的基材；和从上述基材的上述主面突出相同高度并且前端面位于同一水平面的多个凸部。

由此，可以得到能够长期地以良好的平面度保持基板的基板保持构件。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的sic构件和基板保持构件的制造方法的流程图。

图2是本发明的实施方式的sic构件的示意截面图。

图3是本发明的实施方式的基板保持构件的示意截面图。

图4是示出实施例1的cvd-sic构件的x射线衍射测定结果的图。

图5是示出实施例1的sic构件的x射线衍射测定结果的图。

图6是示出比较例3的sic构件的x射线衍射测定结果的图。

具体实施方式

参考图1和图2对本发明的实施方式的sic构件10的制造方法进行说明。需要说明的是，在图2和后述的图3中，为了明确sic构件10和后述的基板保持构件20的构成，各构成要素存在变形，并不表示实际的比率。

sic构件10的制造方法包括：通过(chemicalvapordeposition：cvd，化学气相沉积)法形成由β-sic构成的sic构件(以下也称为cvd-sic构件)的cvd工序步骤1；和在非活性气氛下在高于2000℃且2200℃以下的温度下对cvd-sic构件进行热处理而形成使β-sic局部地相变为α-sic的sic构件的热处理工序步骤2。

在cvd工序步骤1中，通过cvd法形成由β-sic构成的cvd-sic构件。cvd法可以为热cvd法、等离子体cvd法、超级生长法、醇cvd法等以往公知的cvd法中的任一种。通过cvd法形成的sic由晶体结构为3c的立方晶的β-sic构成。

cvd-sic构件例如可以使用通过热cvd法使sic在由高纯度各向同性石墨构成的基材上生长而形成sic膜、然后除去基材而得到的cvd-sic构件。作为热cvd法中的原料气体，例如可以使用三氯甲基硅烷(ch3sicl3)与氢气的混合气体。另外，作为原料气体，可以使用四氯化硅(sicl4)与氢气的混合气体等。

cvd-sic构件是β-sic的块状体，与α-sic的块状体相比，致密且高强度，并且耐磨损性优良。但是，β-sic具有取向性，因此，难以形成真空夹头等基板保持构件所要求的高精度的平面度，即使初期能得到高精度的平面度，也存在长期使用时平面度劣化的问题。

因此，在热处理工序步骤2中，通过热处理使β-sic中局部地混合存在有α-sic。由此，β-sic的取向性被混合存在的α-sic缓和，能够消除上述问题。

为了不使sic发生氧化，热处理在n2、ar、真空气氛等非活性气氛下进行。

热处理的温度为高于2000℃且2200℃以下，优选为高于2000℃且2100℃以下。热处理的温度为2000℃以下时，从β-sic向α-sic的相变几乎不进行，或者相变非常耗费时间，热处理时间长时间化，因此不优选。热处理的温度超过2200℃时，从β-sic向α-sic的相变急剧地进行，难以调节α-sic的生成，因此不优选。

处理时间优选为0.5小时以上且10小时以下，更优选为0.5小时以上且2小时以下。这是因为，根据后述的实施例可知，在非活性气氛下在高于2000℃且2200℃以下的温度范围内对β-sic进行热处理时，表面附近存在的β-sic的一部分晶体结构随着热处理时间的推移向内部进行而相变为2h、4h、6h的六方晶，可以得到在β-sic的组织内局部地导入了α-sic的sic构件10。

通过在上述条件下对β-sic的块状体进行热处理，向α-sic的相变从β-sic的表面向内部缓慢地局部进行。由此，在β-sic的一部分中混合存在有α-sic，它们发生复合化，由此，与只由β-sic构成的构件相比，能够缓和对sic构件10进行加工时产生的残余应力。并且，sic构件10的大部分由β-sic构成，因此，基本上具有β-sic所具有的高致密、高强度、高耐磨损性等特性。

在上述专利文献2所公开的方法中，在1850℃～2000℃的温度范围内进行热处理，由此，从β-sic向α-sic的相变从α-sic与β-sic的界面开始进行。与此相对，在本发明中，从β-sic向α-sic的相变从β-sic的块状体的表面朝向内部进行。

认为上述相变的进行方向不同是因为热处理的温度范围不同。虽然还不明确，但推测这是因为：在从表面开始的相变中，从化学键断裂的端部、在端部有氧等杂质修饰的部分开始进行，因此，需要更高的能量(高的温度)。如上所述，完成本发明的原因之一是发现了：在高于2000℃且2200℃以下的温度范围内进行热处理时，从β-sic向α-sic的相变从β-sic的块状体的表面朝向内部进行。

通过热处理发生相变而生成的α-sic主要由6h的六方晶系构成，膨胀系数因晶体取向而不同。但是，认为在因相变而生成的α-sic中还含有微量的2h、4h等六方晶系。由此，在β-sic中混合存在的α-sic的膨胀系数因方向而不同。因此，通过在结晶性良好且取向性强的β-sic的周围局部地混合存在有α-sic，能够缓和β-sic的晶体间的内部应力，能够利用磨削研磨加工等对sic构件10进行高精度的加工，能够得到高的平面度，并且，即使长期使用sic构件10也能够抑制尺寸精度劣化。

需要说明的是，虽然还不确定，但推测β-sic的内部应力为拉伸，且推测应变因膨胀系数大的α-sic的取向而被缓和是内部应力被缓和的主要原因。

在β-sic中混合存在的α-sic的比例优选为规定的范围。例如，对于sic构件10的表面而言，在x射线衍射图谱中，来源于α-sic的衍射角2θ＝34°±0.5°范围内的最大峰的强度相对于来源于β-sic的衍射峰中最大峰的强度的比优选为3％以上且30％以下。这是因为，上述最大峰的强度比小于3％时，α-sic的比例过少，缓和内部应力的效果小。另一方面是因为，上述最大峰的强度比超过30％时，α-sic的比例过多，强度和耐磨损性降低。

接着，参考图1至图3对本发明的实施方式的基板保持构件20的制造方法进行说明。

本制造方法为如下所述的方法：使用上述的sic构件10，根据需要通过磨削等进行外形的加工后，制造利用从sic构件10的表面11侧的主面21以相同高度突出的多个凸部22的前端面23保持半导体晶片等基板w的基板保持构件20。

本制造方法具备：将sic构件10的表面11局部地除去而在低于表面11的位置形成主面21并且形成从主面21突出的多个凸部22的凸部形成工序步骤3；和按照使多个凸部22的前端面23从主面21突出相同高度并且位于同一水平面的方式加工至平坦的平坦化工序步骤4。

在凸部形成工序步骤3中，首先，进行通过喷砂加工或加工中心将sic构件10的表面11局部地除去的加工，由此，在低于表面11的位置(靠近表面11相反侧的背面12的位置)形成主面21。并且，形成从主面21突出的多个凸部22。通过将表面11局部地除去，未被除去而残留的部分成为凸部22。凸部22为圆柱状、棱柱状、截圆锥形状、截棱锥形状等，其形状没有限定，可以是带阶梯的。

在平坦化工序步骤4中，优选按照多个凸部22的前端面23从主面21突出相同高度并且位于同一水平面的方式利用研磨加工机、抛光加工机等进行研磨加工。

如上所述，sic构件10的表面11附近的被磨削加工或研磨加工的部分中，β-sic的周围局部地混合存在有α-sic，晶体的取向性被缓和，因此，能够以各向异性少的良好的尺寸精度进行加工。例如可以得到多个凸部22的前端面23的表面粗糙度ra为0.02μm以下、并且多个凸部22利用前端面23保持的晶片w的任意的一边20mm的正方形内的平面度(局部平面度)为0.1μm以下这样非常良好的平坦度。

此外，如上所述，在sic构件10的表面11附近的被磨削加工或研磨加工后的部分的内部附近，β-sic的周围局部地混合存在有α-sic，残余应力被缓和，因此，能够抑制因长期使用导致的尺寸精度的劣化。

根据以上方法，可以得到尺寸精度良好并且能够长期地维持尺寸精度的基板保持构件20。该基板保持构件20具备：具有主面21的基材；和从基材的主面21突出相同高度并且前端面位于同一水平面的多个凸部22。并且，通过使用该基板保持构件20，能够长期地以良好的平面度保持基板w。

实施例

以下，具体地列举本发明的实施例和比较例，对本发明详细地进行说明。

(实施例1)

首先，进行形成cvd-sic构件的cvd工序步骤1。具体而言，通过利用加热成膜在高纯度各向同性石墨材料上形成碳化硅体的热cvd法制作cvd-sic构件。作为原料气体，使用三氯甲基硅烷(ch3sicl3：mts)与氢气的混合气体。成膜后除去石墨材料，由此得到cvd-sic构件。

然后，通过磨削加工将得到的cvd-sic构件形成为直径100mm、厚度5.0mm的圆板状。然后，利用理学公司制造的x射线衍射装置multiflex对该cvd-sic构件进行x射线衍射测定。x射线衍射测定对sic构件10的镜面研磨后的表面进行，在cu-kα射线源(波长)、加速电压40kv、40ma、扫描步距0.02°、扫描轴2θ、扫描范围10°～90°的条件下进行测定。

将x射线衍射测定的结果示于图4中。需要说明的是，在从图4到图6中，三角标记表示6h的α-sic的峰位置，星型标记表示3c的β-sic的峰位置。

根据图4可知，cvd-sic构件由3c的β-sic构成，不含α-sic。

接着，进行热处理工序步骤2。具体而言，将cvd-sic构件放入煅烧炉内，在ar气氛下达到2070℃的温度后煅烧2小时，得到sic构件10。

然后，对于所得到的sic构件10，与cvd-sic构件同样地进行x射线衍射测定。将x射线衍射测定的结果示于图5中。根据图5可知，所得到的sic构件10除了含有3c的β-sic以外还含有6h的α-sic。另外示出了：表示6h的α-sic的衍射角2θ＝34°±0.5°范围内的最大峰的强度相对于表示3c的β-sic的衍射峰中最大峰的强度的比为3％以上且30％以下。

(实施例2)

将工序步骤2中的热处理的温度变为2020℃，除此以外，与实施例1同样地操作而得到sic构件10。与实施例1同样地对所得到的sic构件10进行x射线衍射测定，结果可知，与实施例1同样，所得到的sic构件10除了含有3c的β-sic以外还含有6h的α-sic。另外示出了：表示6h的α-sic的衍射角2θ＝34°±0.5°范围内的最大峰的强度相对于表示3c的β-sic的衍射峰中最大峰的强度的比为3％以上且30％以下。

(比较例1)

将工序步骤2中的热处理的温度变为1950℃，除此以外，与实施例1同样地操作而得到sic构件10。与实施例1同样地对所得到的sic构件10进行x射线衍射测定，结果可知，与实施例1同样，所得到的sic构件10除了含有3c的β-sic以外还含有6h的α-sic。但是，表示6h的α-sic的衍射角2θ＝34°±0.5°范围内的最大峰的强度相对于表示3c的β-sic的衍射峰中最大峰的强度的比小至小于3％，可知6h的α-sic的生成量少。

(实施例3)

与实施例1同样地制造cvd-sic构件。但是，所得到的cvd-sic构件通过磨削加工形成为直径302mm、厚度6.0mm的圆板状。

然后，与实施例1同样地对cvd-sic构件进行热处理，得到sic构件10。

然后，对所得到的sic构件10进行磨削和研磨加工，由此，形成为直径300mm、厚度5.0mm的圆板状。

然后，在凸部形成工序步骤3中，对于sic构件10，在一个面(表面11)上以位于一边6mm的正方形的顶点的点为中心在整个面上形成直径0.5mm、高度200μm的凸部22，并在圆板的外周边部形成宽度0.2mm、高度200μm的环状凸部(环状肋)。进一步，在sic构件10的中央部形成排气用的贯通孔。

然后，在平坦化工序步骤4中，进行使用金刚石游离磨粒的研磨加工。由此，得到基板保持构件20。

此外，准备由硅构成、直径300mm、厚度0.7mm的晶片w，将该晶片w载放于基板保持构件20的多个凸部22和环状凸部的上表面。然后，使用zygo公司制造的激光干涉仪，测定晶片w的任意的一边20mm的正方形内的平面度(局部平面度)。平面度为0.05μm，是良好的。

另外，利用激光干涉仪的二维解析功能测定凸部22的表面粗糙度ra，结果为0.01μm，是良好的。

进一步，经过三个月后，再次测定平面度，结果平面度没有变化，没有发现劣化。

(比较例2)

对于没有进行热处理工序步骤2的sic构件10，进行磨削和研磨加工，由此形成为直径300mm、厚度5.0mm的圆板状。然后，对于该sic构件10，与实施例3同样地形成多个凸部22、环状凸部和贯通孔，并且与实施例3同样地进行平坦化工序步骤4。由此，得到基板保持构件20。

此外，准备与实施例3相同的晶片w，将该晶片w载放于基板保持构件20的多个凸部22和环状凸部的上表面。然后，与实施例3同样地测定平面度，结果为0.05μm，是良好的。另外，与实施例3同样地测定表面粗糙度ra，结果为0.008μm，是良好的。

进一步，经过三个月后，再次测定平面度，结果平面度劣化至0.1μm，确认到因经年变化导致的劣化。

(比较例3)

对于作为市售的烧结体的由α-sic构成的sic构件10，进行磨削和研磨加工，由此形成为直径300mm、厚度5.0mm的圆板状。然后，对于所得到的sic构件10，与实施例1同样地进行x射线衍射测定。将x射线衍射测定的结果示于图6中。根据图6可知，所得到的sic构件10由6h的α-sic构成。

进一步，对于sic构件10，与实施例3同样地形成多个凸部22、环状凸部和贯通孔，并且与实施例3同样地进行平坦化工序步骤4。由此，得到基板保持构件20。

此外，准备与实施例3相同的晶片w，将该晶片w载放于sic构件10的多个凸部和环状凸部的上表面。然后，与实施例3同样地测定平面度，结果为0.2μm，不良好。另外，与实施例3同样地测定表面粗糙度ra，结果为0.04μm，不良好。

符号说明

10…sic构件、11…表面、12…背面、20…基板保持构件、21…主面、22…凸部、23…凸部的前端面、w…基板、晶片。