碳化钽的评价方法
技术领域
本发明涉及碳化钽的评价方法。
本申请基于2016年11月8日在日本提出申请的专利申请2016－218082号来主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
碳化钽的硬度高，耐热性优异。碳化钽的熔点极高，为3880℃。因此，碳化钽被用作在高温下使用的各种构件的材料。例如，碳化钽被用于切削工具的部件、碳加热器的涂层、聚光型太阳能电池和SiC单晶所代表的半导体制造装置的构件等(参照专利文献1和专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/081210号
专利文献2：日本特开2015－36189号公报
专利文献3：日本特开2013－103848号公报
专利文献4：日本特开2012－171812号公报
发明内容
碳化钽是组成式由TaC表示的钽的碳化物。在化学计量组成比中，钽和碳以1比1存在。但是，实际的碳化钽有时钽和碳的比率不完全为1比1。例如，作为碳化钽的亚稳态，已知有TaC0.89。
当构成碳化钽的钽与碳的比率偏离化学计量组成比时，碳化钽的稳定性降低。因此，在例如将碳化钽用于涂层等情况下，可能成为开裂、剥离的原因。开裂、剥离影响到使用了碳化钽的构件的耐热性、耐蚀性等(参照专利文献1)。
另外，钽与碳的比率偏离化学计量组成比的碳化钽在将碳化钽用作半导体制造装置的构件的情况下，有时影响到半导体制造装置内的半导体晶体的生长环境。
例如，在使用了碳化钽的构件的半导体制造装置中使SiC单晶进行晶体生长的情况下，认为碳比率少的碳化钽吸收碳，成为生长环境中的C/Si比变动的原因。SiC单晶的晶体生长时的C/Si比变动成为Si微滴等缺陷、异构多态性的产生原因(参照专利文献3和专利文献4)。
为了解决这种问题，需要测量碳化钽的实际组成比。实际的碳化钽中的钽与碳的比率(以下有时称为“碳化率”)能够通过各种分析装置进行分析。
但是，对于碳化钽的碳化率的分析，需要花费时间和成本。另外，在将碳化钽用作装置等的构件的情况下，为了分析而需要破坏构件。一旦破坏了的构件变得不能使用，所以每次使用时都破坏构件是不现实的。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种碳化钽的碳化率的简单评价方法。
本发明人经过潜心研究，结果发现通过测量由碳化钽构成的构件表面的色度就能够分析碳化钽的碳化率。
即，为了解决上述问题，本发明提供以下的技术方案。
(1)本发明的一技术方案涉及的碳化钽的评价方法是根据色度对碳化率进行评价。
(2)在上述技术方案涉及的碳化钽的评价方法中，也可以通过L＊a＊b＊表色系来测量所述色度。
(3)在上述技术方案涉及的碳化钽的评价方法中，也可以根据使用分光光度计或照相机拍摄到的拍摄图像来求出所述色度。
(4)在上述技术方案涉及的碳化钽的评价方法中，所述碳化钽可以是选自由碳化钽构成的构件和用碳化钽进行了表面涂敷的构件中的构件。
(5)在上述技术方案涉及的碳化钽的评价方法中，所述构件可以是在SiC单晶生长用装置中使用的构件。
根据本发明的一技术方案涉及的碳化钽的评价方法，能够简单地评价碳化钽的碳化率。
附图说明
图1是用于说明使用照相机的情况下的碳化钽的试样的测色方法的图。
图2是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的L＊值和用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。
图3是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的a＊值和用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。
图4是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的b＊值和用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。
图5是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的L＊值和碳化率(C/Ta比)的关系的图。
图6是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的a＊值和碳化率(C/Ta比)的关系的图。
图7是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的b＊值和碳化率(C/Ta比)的关系的图。
图8是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的L＊值和由拍摄到的图像求出的L＊的关系的图。
图9是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的a＊值和由拍摄到的图像求出的a＊的关系的图。
图10是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的b＊值和由拍摄到的图像求出的b＊的关系的图。
图11是示出了使用分光光度计测量了碳化钽的试样的b＊值及由拍摄到的图像求出的b＊值、和用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。
具体实施方式
以下，一边适当参照附图，一边对本发明详细地说明。在以下说明中使用的附图中，为方便起见有时放大地示出成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下说明中例示的材质、尺寸等为一例，本发明并不被它们限定，能够在不变更其主旨的范围适当地变更来实施。
本发明的一技术方案涉及的碳化钽的评价方法根据色度来评价碳化率。在此，“色度”是指表示由“色相”和“彩度”所表示的颜色特性的尺度。
一般而言，色彩通过色相、彩度以及明度的颜色三属性来表示。从色彩除去了明度的部分是“色度”。
碳化钽的色调随着碳化率变大而改变。碳化钽随着碳化率变大而在整体上偏红。在此，“碳化率变大”是指碳化钽的碳比率变大，意味着碳化钽的组成接近于化学计量组成比。
在本实施方式中，根据色度来评价碳化钽的碳化率。本发明人发现了随着碳化钽的碳化率变化，在色彩中色度会系统地变化。
色度的评价方法能够使用各种方法。例如，可采用使用了色谱(色卡)的目视评价、利用了机械等并基于表色系的评价等。使用了机械的测色能够排除由个人差异造成的影响，能够判断色彩的微小差异。
在使用机械来测色的情况下，可使用分光光度计(比色计)。作为分光光度计，可使用例如KONICA MINOLTA公司制的SPECTROPHOTOMETER CM－2600d。作为测量方式，可以是包含镜面反射光的SCI方式，也可以是排除镜面反射光的SCE方式。
分光光度计(比色计)能够通过表色系而将色彩数值化。使用的表色系不特别限制。在分光光度计(比色计)中，广泛采用了L＊a＊b＊表色系、L＊C＊h表色系、XYZ表色系等。
L＊a＊b＊表色系是由国际照明委员会(CIE)制定的表色系。L＊a＊b＊表色系是在JIS Z8729中采用的、最普及使用的表色系。另外，L＊a＊b＊表色系是能够用表示明度的L、表示色度的a＊以及b＊而将明度和色度分离地表示。因此，L＊a＊b＊表色系可以说是适于用色度来评价的表色系。
例如，当在L＊a＊b＊表色系中评价碳化钽的碳化率时，确认了在a＊或b＊的值变大时碳化率变大的倾向。该倾向能够从晶体的晶格常数和a＊或b＊的值的关系来确认。当碳化钽的碳化率变大时，晶体的晶格常数变大。因此，能够根据晶体的晶格常数和a＊或b＊的值的关系导出碳化钽的碳化率。
碳化钽的晶体的晶格常数能够使用X射线衍射装置(XRD)来测量。
在无法准备分光光度计的情况下，也可以使用照相机拍摄由碳化钽构成的构件，并根据拍摄图像来求出L＊a＊b＊。
图1是用于对使用照相机的情况下的碳化钽的测色方法进行说明的图。以下，对使用照相机的情况下的碳化钽的测色方法进行具体说明。
首先，准备作为测定对象的碳化钽的试样1、具备开口部2A的盒2、照相机3、光源4和数据处理装置5。
以开口部2A朝向上面的方式设置盒2，在其内部载置碳化钽的试样1。
在无法水平地载置碳化钽的试样1的情况下，也可以将碳化钽的试样1的测量面相对于载置面而倾斜。盒2防止光源4以外的不需要的光照射到碳化钽的试样1的测量面。
接着，设置照相机3和光源4。照相机3设置在与碳化钽的试样1的测量面相对的位置。优选从照相机3的镜头下落的垂线和碳化钽的试样1的测量面正交。即，优选以从照相机3的镜头的中心朝向测量方向的线与碳化钽的试样1的测量面正交的方式设置照相机3。
光源4配置在来自光源4的入射光与碳化钽的试样1的测量面成为规定的倾斜角θ的位置。只要每次测量的条件一致，倾斜角θ就不特别限制。
光源4可以为多个。当光源4有多个时，在盒2的内部出现阴影，避免阴影落在碳化钽的试样1的测量面。在光源4有多个的情况下，每次测量的条件也一致。
作为光源4，使用白色光源。白色光源的平均显色指数(Ra)优选为50以上，更优选为90以上。具体而言，作为光源4，可使用荧光灯、LED等。
白色光源的平均显色指数(Ra)是以JIS Z8726标准作为基准的值。
将碳化钽的试样1、照相机3以及光源4设置在规定位置后，使用照相机3拍摄碳化钽的试样1。拍摄不限于一次，也可以例如一边改变光源4与测量面所成的倾斜角θ一边拍摄多次。
然后，向数据处理装置5读取使用照相机3拍摄到的图像。数据处理装置5可使用市售的计算机。数据处理装置5以RGB值读取碳化钽的试样1的色彩。
接着，在将所得到的RGB值转换成XYZ色彩空间后，进一步转换成Lab色彩空间。此时，也可以对RGB值进行亮度校正。在计算机的屏幕上显示的图像有时被进行了亮度校正，使得在屏幕上看起来像自然的亮度。再者，评价的终究只是色度，明度对测量结果没有影响。因此，即使进行亮度校正，也不会影响结果。
从RGB值校正为XYZ色彩空间的方法可使用公知的方法。通过将RGB值乘以规定的转换矩阵M，就能够转换成XYZ色彩空间。RGB值是使用sRGB或使用Adobe RGB来改变转换矩阵M的值。
接着，从XYZ空间转换为Lab色彩空间。在Lab色彩空间中，用L＊a＊b＊这三个数值表示颜色，因此通过该转换，使用与分光光度计(比色计)的测量结果同样的指标。
从RGB值转换的XYZ空间使用了D65来作为标准光源。在Lab色彩空间中，通常使用D50作为标准光源，因此需要进行基准点的校正。这种值的转换被称为Bradford转换。
并且，根据将标准光源转换为D50的XYZ空间的值，转换成Lab色彩空间。该转换能够使用公知的函数f(t)来进行。具体而言，使用以下的式(1)～(4)来进行。
L*＝116f(Y/Yn)-16…(2)
a*＝500[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]…(3)
b*＝200[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)]…(4)
在式(1)～(4)中，Xn、Yn、Zn为白点坐标，X、Y、Z为实际的XYZ的值。
能够以这种顺序，根据拍摄到的图像求出L*a*b*。人拍摄到的图像有时即使使条件恒定也会发生一些偏差。但是，在利用本实施方式涉及的评价方法实际测量的结果中，即使使用根据拍摄到的图像转换的L*a*b*的值，也能够充分确认碳化率和色度的相关关系。换句话说，可以说即使具有一些偏差，也能够用色度充分确认碳化率。只要是该方法，则不需要准备用于测色的专用装置，更加方便。
如上述那样，根据本实施方式涉及的评价方法，能够根据色彩来评价碳化钽的碳化率。由于需要的碳化率根据用途而不同，因此能够任意地设置阈值。例如，在使用碳化钽作为半导体制造装置内的碳加热器的涂敷材料的情况下，为了提高碳化钽的稳定性，碳化率期望接近于1.0，优选设为0.85以上。
再者，测量的碳化钽既可以是仅由碳化钽构成的构件，也可以是用碳化钽进行了涂敷的构件。碳化钽的涂敷厚度优选为0.1μm以上且1000μm以下。另外，测量的物质也可以是碳化钽的粉末。
实施例
(实施例1)
使石墨与金属的钽接触并加热，使加热时间变化而制作了多个碳化率不同的碳化钽的试样。所得到的碳化钽的试样在色彩上各自存在差异。使用X射线衍射装置(XRD)分析所得到的碳化钽的试样，并测量了晶体的晶格常数。色彩是以SCI方式使用KONICA MINOLTA公司制的SPECTROPHOTOMETER CM－2600d来测量的。
图2是示出了使用分光光度计测量了多个碳化钽的试样的L＊值和用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。另外，图3是示出了使用分光光度计测量了多个碳化钽的试样的a＊值和用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。另外，图4是示出了使用分光光度计测量了多个碳化钽的试样的b＊值和用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。
如图2所示，晶体的晶格常数相对于L＊值的值发生了偏差。即，无法确认明度(L＊值)和晶格常数的相关关系。与此相对，如图3所示可知，当a＊值和b＊值变大时，晶格常数变大。
当碳化钽的试样的碳化率增加时，向晶体结构中引入碳原子。当碳化率增加时，晶格常数变大，因此晶格常数与碳化率具有一定的相关关系。因此，能够根据色度(a＊值以及b＊值)来求出碳化钽的试样的碳化率。
图5～图7是将图2～图4的晶格常数替换为碳化率(C/Ta比)的坐标图。即，图5是示出了使用分光光度计测量了多个碳化钽的试样的L＊值和碳化率(C/Ta比)的关系的图。另外，图6是示出了使用分光光度计测量了多个碳化钽的试样的a＊值和碳化率(C/Ta比)的关系的图。另外，图7是示出了使用分光光度计测量了多个碳化钽的试样的b＊值和碳化率(C/Ta比)的关系的图。
碳化钽的晶体的晶格常数是使用X射线衍射装置(XRD)进行测量的。多个碳化钽的试样各自的碳化率(C/Ta比)是使用晶格常数来计算的。
如图5～图7所示，能够确认碳化钽的试样的碳化率与明度(L＊值)不具有相关关系，但与色度(a＊值以及b＊值)具有相关关系。能够确认a＊值或b＊值越大，碳化率越大。
(实施例2)
实施例2与实施例1的不同点为通过照片拍摄来进行了色彩的评价。照片拍摄的条件为：将光源设为1个，光源和测量面所成的倾斜角为大致5°～80°的范围内，测量4个点并采用了其平均值。
图8是示出了使用分光光度计测量的L＊值和由拍摄到的图像求出的L＊的关系的图。另外，图9是示出了使用分光光度计测量的a＊值和由拍摄到的图像求出的a＊的关系的图。另外，图10是示出了使用分光光度计测量的b＊值和由拍摄到的图像求出的b＊值的关系的图。
如图8和图9所示，使用分光光度计测量到的L＊a＊b＊值和由拍摄到的图像求出的L＊a＊b＊值由于测量条件等的精确度等不同而未必一致。
但是，在图10中，关于由拍摄到的图像求出的b＊值，确认了与使用分光光度计测定到的b＊值具有相关关系。即，表示如果是由拍摄到的图像求出的b＊值，则能够作为指标来使用。
图11是示出了使用分光光度计测量到的b＊值及由拍摄到的图像求出的b＊值、与用XRD求出的晶体的晶格常数的关系的图。无论在哪种情况下都确认了当b＊值变大时晶格常数变大这样的相关关系。即，当b＊值变大时，碳化率变大。
再者，使用分光光度计测量的b＊值和由拍摄到的图像求出的b＊值由于绝对值不同，所以优选在根据b＊值估计碳化率时按每个数据求出校正曲线。
附图标记说明
1：碳化钽的试样；2：盒；2A：开口部；3：照相机；4：光源；5：数据处理装置。
