グラファイト部品

製品概要

高純度グラファイト部品は、半導体製造工程全体において極めて重要な位置を占めています。これらは、高純度グラファイト原料から精密加工されたブランク部品です。

このグレードのグラファイトは、炭素含有量が99.99%以上で、バランスの取れた機能特性を備えています。高い機械的強度と密度に加え、高温や酸化に対する優れた耐性を有しています。また、安定した熱伝導性と電気伝導性、良好な耐熱衝撃性、固有の自己潤滑性、優れた耐腐食性、そして精密加工への抜群の適合性を備えています。

半導体業界では、この材料で作られた部品は、特に単結晶成長炉の高温部部品やエピタキシャル成長装置など、さまざまな重要な用途で使用されている。

当社は、静水圧プレス法を用いて、粒径50マイクロメートル以下に制御された微細粒高純度グラファイトを製造しています。これにより、優れた微細構造均一性と表面品質を実現しています。製品の純度は99.999%以上に達し、お客様のご要望に応じて炭化タンタルまたは炭化ケイ素のコーティング処理を施すことも可能です。これにより、製品寿命を効果的に延ばし、微粒子汚染のリスクを低減できます。

商品詳細

a) 製品の特徴と利点

超高純度かつ低汚染リスク

当社の高純度グラファイト部品は、静水圧プレス成形によって形成された微細粒グラファイト材料から作られています。高温精製後、純度は99.999%（5N）以上に達し、半導体フロントエンドプロセスにおける極めてクリーンな環境の要件を満たします。グラファイトは原子番号の低い材料であるため、イオンやプラズマの衝撃に対する耐性が高く、金属イオンを放出して半導体プロセス環境を汚染することはありません。各バッチの製品は厳格な不純物試験を受け、主要な金属不純物（Fe、Cu、Na、Kなど）の含有量がppbレベルに抑えられていることを確認しています。

優れた高温性能

グラファイトは、極端な高温条件下でも安定した物理的・化学的性質を維持します。特に真空環境や不活性ガス環境下では、2000℃を超える高温でも安定して機能します。

低い熱膨張係数と優れた熱伝導率の組み合わせにより、高い耐熱衝撃性を実現している。

単結晶成長炉のヒーター、るつぼ、その他の高温部部品として使用されるグラファイト部品は、繰り返しの熱サイクルにもひび割れや変形を起こすことなく耐えることができます。この優れた耐久性により、機器のメンテナンス間隔が延長され、エンドユーザーにとって実用的な運用上のメリットが生まれます。

精密機械加工能力

当社は、±0.01mmの加工精度を実現する高度なCNC精密加工装置を備えており、複雑な形状の高精度加工が可能です。微細粒等方性黒鉛の均一な微細構造は、表面の滑らかさと寸法安定性を確保し、イオン注入装置の遮蔽板、エッチング装置のライナー、MOCVD支持ディスクなど、極めて高い寸法精度が求められる用途に適しています。

コーティング技術による性能向上

過酷なプロセス環境向けに、炭化タンタル（TaC）および炭化ケイ素（SiC）コーティングを施したグラファイト部品をご提供しています。炭化タンタルコーティングは、高い融点に加え、耐熱衝撃性および耐プラズマ侵食性に優れています。高温ハロゲン環境下でも腐食を確実に防止し、グラファイト部品の寿命を大幅に延ばします。また、コーティングからの金属溶出が最小限に抑えられるため、ウェーハの汚染を防ぎます。

炭化ケイ素コーティングは、化学気相成長法によってグラファイト表面に施さ​​れ、緻密な保護層を形成する。この層は、基材の耐摩耗性、耐薬品性、耐酸化性を向上させる。

総所有コスト（TCO）の削減

優れた材料特性と精密な加工品質により、当社のグラファイト部品は長寿命で安定したプロセス性能を実現します。交換頻度を低減し、微粒子汚染による歩留まり低下を最小限に抑えることで、お客様の総運用コストを効果的に削減します。

カスタマイズ可能なソリューション

標準仕様のグラファイト部品に加え、お客様のプロセス要件に基づいた完全カスタマイズサービスも提供しています。寸法、形状、コーティングの種類、厚さなど、あらゆるカスタマイズに対応可能です。材料選定のアドバイスや図面作成から完成品の納品まで、ワン​​ストップの技術サポートを提供いたします。

b) 製品パラメータ

製品名：高純度グラファイト部品

原材料：静水圧プレス加工された高純度微粒グラファイト

材料純度：99.999%以上、灰分：10ppm以下、材料密度：1.78～1.85g/cm³以上。粒径は50マイクロメートル以下に制御。曲げ強度：40～60MPa以上、圧縮強度：70～90MPa以上。抵抗率：約10～15マイクロオーム/メートル。室温における熱伝導率：約100～130ワット/メートル/ケルビン。熱膨張係数：室温から600℃まで約4.5×10⁻⁶/ケルビン。真空または不活性雰囲気下での製品の最高使用温度は2000℃以上。加工精度は±0.01ミリメートルまで。表面粗さは顧客の要求に応じて3.2マイクロメートル以下に制御可能。

コーティングの種類としては、炭化タンタルまたは炭化ケイ素コーティングが選択可能であり、コーティングの厚さは工程要件に応じてカスタマイズできます。

適用分野／シナリオ

単結晶成長炉の熱システム：単結晶シリコン成長炉では、多結晶シリコン原料を支えるグラファイトるつぼ、熱場の加熱要素となるグラファイトヒーター、断熱用のグラファイト断熱カバー、加熱電源を接続するためのグラファイト電極など、グラファイト部品が広く使用されています。これらの部品は高温真空環境下で長時間稼働するため、極めて高い耐高温性能と材料の純度が求められます。

エピタキシャル成長装置：エピタキシャル成長プロセスにおいて、グラファイト基板はウェハを支え、均一に熱を伝達します。一方、グラファイトノズルは反応性ガスを供給します。炭化ケイ素コーティングを施したグラファイト基板は、優れた耐腐食性と安定した熱特性を発揮します。これらの特性により、より均一なエピタキシャル層の厚さと、より優れた結晶品質を実現できます。

エッチング装置

プラズマエッチング中、グラファイトライナーはチャンバー内壁を保護し、ポリマーの蓄積を抑制し、チャンバーの腐食を遅らせます。グラファイト集束リングはプラズマ分布を制御し、安定したエッチング結果を確保します。グラファイトはプラズマ耐性に優れているため、様々なエッチングチャンバー部品に広く採用されています。

イオン注入装置

イオン注入アプリケーションでは、グラファイトシールドが迷走イオンビームを捕捉し、プロセスチャンバー内の汚染を防ぎます。グラファイト電極はイオンビームを生成および誘導します。グラファイトはスパッタリング率が低く、金属汚染特性が低いため、イオン注入装置の内部コンポーネントとして理想的です。有機金属化学気相成長装置：化合物半導体のエピタキシャル成長では、シリコンカーバイドコーティングされたグラファイトサポートパッドを使用して基板を支持し、均一な加熱を実現します。これは、極めて高い温度均一性と表面清浄度を必要とします。当社のシリコンカーバイドコーティングされたグラファイトサポートパッドは、窒化ガリウムやシリコンカーバイドなどの第3世代半導体材料のエピタキシャル成長のプロセス要件を満たすことができます。

よくある質問

Q：高純度グラファイト部品はどの程度の純度を達成できますか？

A：当社の高純度グラファイト部品は、高温精製処理により99.999%以上の純度を実現し、灰分含有量は10ppm以下に抑えられています。鉄、銅、ナトリウム、カリウムなどの主要な金属不純物は1ppbレベルに制御されており、半導体フロントエンドプロセスの高い清浄度要件を完全に満たしています。

Q：グラファイト部品は使用中に酸化するのはなぜですか？また、これを防ぐにはどうすれば良いですか？

A：グラファイトは400～500℃以上の温度で空気中にさらされると酸化が始まります。時間の経過とともに酸化が進み、材料の損失と部品性能の徐々の低下につながります。

このリスクを最小限に抑えるため、グラファイト部品は真空環境、またはアルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気下で使用することが推奨されます。非不活性ガス雰囲気下での使用が避けられない場合は、コーティングされたグラファイト部品、特に炭化ケイ素または炭化タンタルでコーティングされた部品がより信頼性の高い代替手段となります。これらのコーティングは酸素に対するバリアとして機能し、酸化耐性を大幅に向上させることができます。

Q：炭化タンタルコーティングと炭化ケイ素コーティングの違いは何ですか？お客様はどのようにして適切なオプションを選択すればよいでしょうか？

A：炭化タンタルコーティングは、融点が高く、プラズマ腐食に対する耐性が優れています。特に高温のハロゲンリッチ環境など、過酷な運転条件下で最高の性能を発揮します。

炭化ケイ素コーティングは、化学気相成長法によって成膜され、緻密な保護膜を形成することで、耐摩耗性、耐腐食性、耐酸化性のバランスの取れた性能を発揮します。

選定は実際のプロセス要件に基づいて行うべきです。腐食性の高い塩素、フッ素、および類似のガスを含む作動媒体を使用する場合は、炭化タンタルコーティングが推奨されます。摩耗および酸化防止が最優先事項である場合は、炭化ケイ素コーティングの方が費用対効果の高いソリューションとなります。

Q：グラファイト部品の耐用年数はどれくらいですか？

A：グラファイト部品の耐用年数は、運転温度、大気条件、プロセス頻度、保護コーティングの有無など、さまざまな要因によって影響を受けます。通常の使用およびメンテナンス条件下では、単結晶炉のグラファイト製ホットゾーン部品の耐用年数は通常6～12ヶ月です。炭化ケイ素または炭化タンタルでコーティングされたグラファイト部品は、耐食性および耐酸化性に優れており、耐用年数は18～24ヶ月、あるいはそれ以上に延びます。

Q：非標準のグラファイト部品をカスタマイズすることは可能ですか？

A：はい。弊社ではフルカスタマイズサービスを提供しています。お客様から図面やサンプルをご提供いただければ、弊社が材料を選定し、コーティング計画を設計し、特定の工程要件に基づいて精密加工を行います。特定のサイズ、複雑な形状、特殊なコーティング要件など、どのようなカスタマイズも可能です。最適なソリューションを得るために、事前に弊社の技術チームにご相談いただくことをお勧めします。

Q：グラファイト部品の洗浄とメンテナンス方法を教えてください。

A：グラファイト部品の洗浄は、清潔な環境で行う必要があります。一般的な洗浄方法としては、高純度窒素で表面をパージして微粒子を除去する方法、イソプロパノールまたは無水エタノールで表面を拭く方法などがあります。より深刻な汚染の場合は、超音波洗浄後に高温真空ベーキングを行う方法もあります。洗浄後は、グラファイト部品の表面に手で直接触れないようにしてください。作業中は清潔な手袋を着用することをお勧めします。コーティングされたグラファイト部品の場合は、洗浄中にコーティングを損傷する可能性があるため、強酸や強アルカリ、硬いブラシの使用は避けてください。