JP2003119077A - 炭化ケイ素焼結体の製造方法及び前記方法により得られた炭化ケイ素焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化ケイ素焼結体の純度を向上する。 【解決手段】 反応焼結法を用いて炭化ケイ素焼結体を
製造するに際し、スラリー状の混合溶液を得る工程にお
ける炭化ケイ素粉末及び炭素源として、以下の工程を有
する製法により得られる炭素コーティングされた炭化ケ
イ素粉末：炭化ケイ素粉末と、炭素源としてのフェノー
ル樹脂とをエタノール溶媒に加え混合することにより混
合溶液を得る工程と；前記混合溶液をＡｒ雰囲気の条件
でスプレードライすることにより炭化ケイ素粉末の表面
にフェノール樹脂をコーティングする工程と；前記フェ
ノール樹脂でコーティングされた炭化ケイ素粉末を９０
０℃〜１２００℃の条件で仮焼して炭素コーティングさ
れた炭化ケイ素粉末を得る工程と；を用いることを特徴
とする炭化ケイ素焼結体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化ケイ素焼結体
の製造方法及び前記製法により製造された炭化ケイ素焼
結体に関する。更に詳しくは、本発明は半導体製造装置
用部品、電子情報機器用部品、真空装置等の構造用部品
として有用な、高密度で、かつ高純度の炭化ケイ素焼結
体の製造方法、及び前記方法により得られた炭化ケイ素
焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化ケイ素は、共有結合性の強い物質で
あり、従来より高温強度性、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品
性等の優れた特性を生かして多くの用途で用いられてき
た。最近では、電子情報機器材料、半導体製造用材料の
分野において、ウェハの処理温度の上昇、ウェハ径の増
大、処理単位の増大によって、従来の石英部品における
如き熱変形やフッ酸などの薬液洗浄による変質のない、
さらに耐熱性の良好で、かつ、密度と純度の高い炭化ケ
イ素焼結体が要望されている。

【０００３】前記課題に対する解決手段として、主に
（ａ）炭化ケイ素の純度を向上する手段と、（ｂ）炭素
源の純度を向上する手段が提案され、そして、前記
（ａ）の手段として例えば、本出願人による特許出願、
特開平１０―６７５６５に開示された発明により前記課
題が大きく改善されるに至ったのであるが、前記（ｂ）
の手段にあっては以下に説明するように改良の余地が多
く残されていた。

【０００４】一般に、炭化ケイ素焼結体の純度や強度を
向上させるためには、仮焼後の粒子が細かくしかも粒径
が均一な炭素源を用いることが好適であるとされてい
る。そのため、従来、炭素源の高純度化を図る手段の１
つとして、カーボンブラックに代表される有機物質を粉
砕、分級したものを炭素源として用いていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記粉砕、
分級を行う際、炭化ケイ素焼結体の純度や強度の低下の
原因となる不純物が入り込むことを防ぐために細心の注
意と熟練の技術が必要であり、しかも不純物濃度を低下
させるには限界があった。そのため、炭素源の高純度化
を図るための有効な解決手段が求められていた。

【０００６】以上より、本発明は炭素源の純度の向上を
介して、炭化ケイ素焼結体の純度の向上を図ることを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するべく、炭素源として仮焼後の残炭率が高くしか
も粒子の極めが細かいフェノール樹脂を使用することに
着目し研究を続けた。ところが、スラリー状態の混合粉
体を製造する工程において、炭化ケイ素粉末と炭素源と
してのフェノール樹脂とを均一に分散混合することが極
めて困難であった。そこで、本発明者は、炭素源とし
て、炭化ケイ素粉末にスプレードライ法で炭素源をコー
ティングした炭化ケイ素粉末を用いることにより前記課
題が解決することを知見し、本発明を完成したのであ
る。

【０００８】即ち、請求項１に係る発明によれば、反応
焼結法を用いて炭化ケイ素焼結体を製造するに際し、ス
ラリー状の混合溶液を得る工程における炭化ケイ素粉末
及び炭素源として、以下の工程を有する製法により得ら
れる炭素コーティングされた炭化ケイ素粉末：炭化ケイ
素粉末と、炭素源としてのフェノール樹脂とをエタノー
ル溶媒に加え混合することにより混合溶液を得る工程
と；前記混合溶液をＡｒ雰囲気の条件でスプレードライ
することにより炭化ケイ素粉末の表面にフェノール樹脂
をコーティングする工程と；前記フェノール樹脂でコー
ティングされた炭化ケイ素粉末を９００℃〜１２００℃
の条件で仮焼して炭素コーティングされた炭化ケイ素粉
末を得る工程と；を用いることを特徴とする炭化ケイ素
焼結体の製造方法が提供される。

【０００９】請求項２に係る発明によれば、前記炭素コ
ーティングされた炭化ケイ素粉末を構成する炭化ケイ素
粉末は、液状のケイ素化合物と、加熱により炭素を生成
する液状の有機化合物と、重合又は架橋触媒と、を均一
に混合して得られた混合物を固化することにより固化物
を得る固化工程と；得られた固化物を非酸化性雰囲気下
で加熱炭化した後、さらに非酸化性雰囲気下で焼結する
焼結工程と；を有する製造方法により得られた炭化ケイ
素粉末であることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケ
イ素焼結体の製造方法が提供される。

【００１０】請求項３に係る発明によれば、請求項１又
は２に記載の製造方法により製造された炭化ケイ素焼結
体が提供される。

【００１１】請求項４に係る発明によれば、体積抵抗が
１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の
炭化ケイ素焼結体が提供される。

【００１２】請求項５に係る発明によれば、炭化ケイ素
焼結体のケイ素及び炭素以外の不可避的元素の総含有量
が５ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項３又は４
に記載の炭化ケイ素焼結体が提供される。

【００１３】請求項６に係る発明によれば、密度が２．
９ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする請求項３〜５
のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体が提供される。

【００１４】請求項７に係る発明によれば、曲げ強度が
４００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項３〜６
のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体が提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】発明の詳細について説明する。

【００１６】まず、本発明に用いられる炭素コーティン
グされた炭化ケイ素粉末について説明する。

【００１７】本発明に用いられる炭素コーティングされ
た炭化ケイ素粉末は、（１）炭化ケイ素粉末とフェノー
ル樹脂をエタノール溶媒に加え混合することにより混合
溶液を得る工程と；（２）前記混合溶液をＡｒ雰囲気の
条件でスプレードライすることにより炭化ケイ素粉末の
表面にフェノール樹脂をコーティングする工程と；
（３）前記フェノール樹脂でコーティングされた炭化ケ
イ素粉末を９００〜１２００℃の条件で仮焼し、炭素コ
ーティングされた炭化ケイ素粉末を得る工程と；を有す
る製法により得られうる。続いて前記製法の詳細を各工
程毎に説明する。

【００１８】（１）混合溶液を得る工程について 前記炭素コーティングされた炭化ケイ素粉末を構成する
炭化ケイ素粉末としては、従来公知の高純度の炭化ケイ
素粉末を使用することができる。

【００１９】具体的には、前記炭化ケイ素粉末として、
α型、β型、非晶質或いはこれらの混合物等が挙げられ
るが、特に、β型炭化ケイ素粉末が好適に使用される。
このβ型炭化ケイ素粉末のグレードには特に制限はな
く、例えば、一般に市販されているβ型炭化ケイ素粉末
を用いることができる。この炭化ケイ素粉末の粒径は、
高密度化の観点からは小さいことが好ましく、０．０１
〜１０μｍ程度、さらには、０．０５〜１μｍ程度であ
ることが好ましい。粒径が０．０１μｍ未満であると、
計量、混合などの処理工程における取扱が困難となり、
１０μｍを超えると比表面積が小さく、即ち、隣接する
粉体との接触面積が小さくなり、高密度化が困難となる
ため、好ましくない。

【００２０】好適な炭化ケイ素粉体の態様としては、粒
径が０．０５〜１μｍ、比表面積が５ｍ² ／ｇ以上、遊
離炭素１％以下、酸素含有量１％以下のものが好適に用
いられる。また、用いられる炭化ケイ素粉末の粒度分布
は特に制限されず、炭化ケイ素焼結体の製造時におい
て、粉体の充填密度を向上させること及び炭化ケイ素の
反応性の観点から、２つ以上の極大値を有するものも使
用しうる。

【００２１】なお、高純度の炭化ケイ素焼結体を得るた
めには、原料の炭化ケイ素粉末として、高純度の炭化ケ
イ素粉体を用いればよい。

【００２２】高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、少な
くとも１種以上の液状のケイ素化合物を含むケイ素源
と、加熱により炭素を生成する少なくとも１種以上の液
状の有機化合物を含む炭素源と、重合又は架橋触媒と、
を均質に混合して得られた固形物を非酸化性雰囲気下で
焼成する焼成工程とを含む製造方法により得ることがで
きる。液状のケイ素化合物を含むケイ素源、例えば、液
状シリコン化合物は固体状のシリコン化合物と併用する
こともできる。

【００２３】高純度の炭化ケイ素粉末の製造に用いられ
るケイ素化合物（以下、適宜、ケイ素源と称する）とし
ては、液状のものと固体のものとを併用することができ
るが、少なくとも一種は液状のものから選ばれなくては
ならない。液状のものとしては、アルコキシシラン（モ
ノ−、ジ−、トリ−、テトラ−）及びテトラアルコキシ
シランの重合体が用いられる。アルコキシシランの中で
はテトラアルコキシシランが好適に用いられ、具体的に
は、メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラ
ン、ブトキシシラン等が挙げられるが、ハンドリングの
点からはエトキシシランが好ましい。また、テトラアル
コキシシランの重合体としては、重合度が２〜１５程度
の低分子量重合体（オリゴマー）及びさらに重合度が高
いケイ酸ポリマーで液状のものが挙げられる。これらと
併用可能な固体状のものとしては、酸化ケイ素が挙げら
れる。本発明において酸化ケイ素とは、ＳｉＯの他、シ
リカゾル（コロイド状超微細シリカ含有液、内部にＯＨ
基やアルコキシル基を含む）、二酸化ケイ素（シリカゲ
ル、微細シリカ、石英粉体）等を含む。

【００２４】これらケイ素源のなかでも、均質性やハン
ドリング性が良好な観点から、テトラエトキシシランの
オリゴマー及びテトラエトキシシランのオリゴマーと微
粉体シリカとの混合物等が好適である。また、これらの
ケイ素源は高純度の物質が用いられ、初期の不純物含有
量が２０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以
下であることがさらに好ましい。

【００２５】高純度の炭化ケイ素粉末としては、本願出
願人が先に特願平７−２４１８５６号として出願した単
結晶の製造方法に記載された原料粉体の製造方法、即
ち、高純度のテトラアルコキシシラン、テトラアルコキ
シシラン重合体から選択される１種以上をケイ素源と
し、加熱により炭素を生成する高純度有機化合物を炭素
源とし、これらを均質に混合して得られた混合物を非酸
化性雰囲気下において加熱焼成して炭化ケイ素粉体を得
る炭化ケイ素生成工程と、得られた炭化ケイ素粉体を、
１７００℃以上２０００℃未満の温度に保持し、該温度
の保持中に、２０００℃〜２１００℃の温度において５
〜２０分間にわたり加熱する処理を少なくとも１回行う
後処理工程とを含み、前記２工程を行うことにより、各
不純物元素の含有量が０．５ｐｐｍ以下である炭化ケイ
素粉体を得ること、を特徴とする高純度炭化ケイ素粉末
の製造方法等により得られる炭化ケイ素粉末を利用する
ことができる。

【００２６】炭化ケイ素粉末の中でも特に、液状のケイ
素化合物と、加熱により炭素を生成する液状の有機化合
物と、重合又は架橋触媒とを均一に混合して得られた混
合物を固化することにより固化物を得る固化工程と；得
られた固化物を非酸化性雰囲気下で加熱炭化した後、さ
らに非酸化性雰囲気下で焼結する焼結工程と；を有する
製造方法により得られた炭化ケイ素粉末を用いることが
好ましい。

【００２７】前記炭化ケイ素粉末の表面にコーティング
される炭素源として、フェノール樹脂が用いられる。炭
素源としてフェノール樹脂を用いた理由は、前記樹脂が
加熱により炭素を生成する有機物質であって、仮焼後の
残炭率が高くしかも粒子密度が細かいことから、得られ
る炭化ケイ素焼結体の密度向上に寄与するからである。

【００２８】尚、前記フェノール樹脂と同様の機能を有
する有機物質であれば、フェノール樹脂に限定されるこ
となく他の有機物質を炭素源として用いてもよい。例え
ば、前記フェノール樹脂に替えてフラン樹脂や、キシレ
ン樹脂を用いてもよい。この場合、得られるグリーン体
の強度が高く、しかもハンドリングが容易であることよ
り、フェノール樹脂、特にレゾール型フェノール樹脂が
好適に用いられる。

【００２９】前記溶媒は、前記フェノール樹脂を溶解す
るものであって、かつ前記炭化ケイ素粉末をスラリー状
に好適に分散しうる溶媒であれば特に限定されないが、
好ましくはエタノールが溶媒として用いられる。この場
合、炭化ケイ素粉末をスラリー状に好適に分散させる目
的で、従来公知の分散剤等の添加剤を前記溶媒に加えて
もよいが、不純物濃度を低下させる目的から分散剤等の
添加剤は加えないことが好ましい。

【００３０】前記混合溶液を得る工程においては、エタ
ノール溶媒１００重量部に対して、前記炭化ケイ素粉末
（Ａ）と前記フェノール樹脂（Ｂ）の合計が１００重量
部になるように、かつ前記炭化ケイ素粉末（Ａ）と前記
フェノール樹脂（Ｂ）とをＡ：Ｂ＝９５〜８０：５〜２
０の比率（重量比）で混合することが好ましい。

【００３１】炭化ケイ素粉末（Ａ）の比率が９５％より
も高くなると、被膜効果がなくなり、炭化ケイ素粉末
（Ａ）の比率が８０％よりも低くなると、均一なコーテ
ィングができなくなるからである。

【００３２】（２）スプレードライによるコーティング
工程について スプレードライ装置としては、炭化ケイ素粉末の表面に
フェノール樹脂をコーティングできるものであればとく
に限定されることなく、従来公知のスプレードライ装置
を使用することができる。具体的には、大川原化工機社
製、「ＣＤＴ−１６」を用いることができる。

【００３３】スプレードライをする際、非酸化性雰囲気
下において行うことが好ましい。前記混合溶液をＡｒ雰
囲気の条件で噴霧することがさらに好ましい。

【００３４】また、スプレードライ装置の入り口温度を
１５０℃前後に設定しておくことが都合がよい。

【００３５】（３）仮焼工程について 仮焼は主に不純物を取り除く目的で行われる。ここで、
９００〜１２００℃の条件で仮焼するのは、９００℃未
満では炭化が不充分であり、１２００℃を超えると粒成
長するからである。酸化防止、窒化防止のためＡｒ雰囲
気下で仮焼することが好ましい。

【００３６】以上の工程を経ることにより、炭素コーテ
ィングされた炭化ケイ素粉末が得られるのである。

【００３７】尚、かくして得られた炭化ケイ素粉末は、
安息角で２７〜３７度、ゆるめ見かけかさ比重０．７〜
０．９といった物性を有する。

【００３８】続いて、前記製法により得られた炭化ケイ
素粉末を用いた炭化ケイ素焼結体の製造方法について好
ましい１実施態様を挙げて説明する。

【００３９】本発明にかかる炭化ケイ素焼結体の製造方
法の好ましい１実施態様は、（１）前記製法により得ら
れた炭化ケイ素粉末を溶媒中に混入、分散し、スラリー
状の混合粉体を製造する工程と、（２）得られた混合粉
体を成形型に流し込み乾燥させてグリーン体を得る工程
と、（３）得られたグリーン体を真空雰囲気又は不活性
ガス雰囲気下１２００〜１８００℃で仮焼して仮焼体を
得る工程と、（４）得られた仮焼体に毛細管現象により
溶融した金属シリコンを含浸させ、前記仮焼体中の遊離
炭素と毛細管現象により前記仮焼体中に吸い上げられた
シリコンとを反応させることにより炭化ケイ素体を得る
工程と、を有する。

【００４０】以下、前記炭化ケイ素焼結体の製造方法に
ついて各工程毎に詳細に説明する。

【００４１】（１）スラリー状の混合粉体を製造する工
程について スラリー状の混合粉体は、炭化ケイ素粉末と、所望によ
り有機バインダーや消泡剤を溶媒中に溶解又は分散する
ことにより製造される。溶解、分散時に、十分に攪拌混
合することにより、グリーン体中に均一に気孔を分散さ
せることができる。

【００４２】前記溶媒としては、水、エチルアルコール
等の低級アルコール類やエチルエーテル、アセトン等が
挙げられる。溶媒は不純物の含有量が低いものを使用す
ることが好ましい。

【００４３】また、炭化ケイ素粉末からスラリー状の混
合粉体を製造する際に、有機バインダーを添加してもよ
い。有機バインダーとしては、解膠剤、粉体粘着剤等が
挙げられ、解膠剤としては、導電性を付与する効果をさ
らに上げる点で窒素系の化合物が好ましく、例えばアン
モニア、ポリアクリル酸アンモニウム塩等が好適に用い
られる。粉体粘着剤としては、ポリビニルアルコールウ
レタン樹脂（例えば水溶性ポリウレタン）等が好適に用
いられる。

【００４４】また、その他、消泡剤を添加してもよい。
消包剤としては、シリコーン消泡剤等が挙げられる。

【００４５】前記攪拌混合は、公知の攪拌混合手段、例
えば、ミキサー、遊星ボールミルなどによって行うこと
ができる。攪拌混合は、２４〜９６時間、特に、４８〜
７２時間に渡って行うことが好ましい。

【００４６】前記スラリー状の混合溶液を製造する工程
において、前記炭素コーティングされた炭化ケイ素粉末
１００重量部と、解膠剤１．５重量部と、結合剤３重量
部と、水４５重量部と、を混合しスラリー状の混合溶液
を得ることが好ましい。

【００４７】（２）グリーン体を得る工程について スラリー状の混合粉体を型に流しこみ成形するには、一
般的に鋳込み成形が好適に用いられる。スラリー状の混
合粉体を鋳込み成形時の成形型に流し込み、放置、脱型
した後、４０〜６０℃の温度条件下で加熱乾燥又は自然
乾燥して溶媒を除去することにより、規定寸法のグリー
ン体を得ることができる。

【００４８】本発明において、「グリーン体」とは、ス
ラリー状の混合粉体から溶媒を除去して得られる、多く
の気孔が内在する反応焼結前の炭化ケイ素成形体を意味
する。

【００４９】（３）仮焼体を得る工程について 高い曲げ強度を有する炭化ケイ素焼結体を得るために
は、前記焼成前にグリーン体を仮焼することが好まし
い。この仮焼き工程により、乾燥だけでは除去しきれな
かった微量の水分、及び解膠剤、バインダー等の有機成
分を完全に除去することができる。

【００５０】仮焼きの温度は１２００〜１８００℃、好
ましくは１５００〜１８００℃である。１２００℃未満
であると、グリーン体中の炭化ケイ素粉体間の接触が十
分に促進されず接触強度が不足し取扱いが不便となり、
また、１８００℃を超えると、グリーン体中の炭化ケイ
素粉体の粉体成長が著しくなり、その後の溶融高純度シ
リコンの浸透が不十分となる。

【００５１】前記仮焼の昇温速度は、８００℃まではｌ
〜３℃／ｍｉｎが好ましく、８００℃から最高温度まで
は５〜８℃／ｍｉｎが好ましいが、グリーン体の形状、
大きさ等を考慮して適宜決定するのがよい。

【００５２】前記仮焼の最高温度保持時間は、１０〜１
２０分が好ましく、２０〜６０分がより好ましいが、グ
リーン体の形状、大きさ等を考慮して適宜決定するのが
よい。

【００５３】前記仮焼は、酸化防止の観点から真空雰囲
気又は不活性ガス雰囲気下で行うことが好適である。

【００５４】この仮焼きにより、室温における曲げ強度
が３００ＭＰａ以上の焼結体を得ることができる。ま
た、複雑な形状でもクラック、ひび割れ等の欠陥のない
焼結体を得ることが可能となる。

【００５５】本発明において、「仮焼体」とは、前記グ
リーン体を仮焼することにより得られる気孔や不純物が
取り除かれた反応焼結前の炭化ケイ素成形体を意味す
る。

【００５６】（４）炭化ケイ素体を得る工程について 前記工程を経て製造された焼結体２を、真空雰囲気又は
不活性ガス雰囲気下、高純度金属シリコンの融点以上、
具体的には１４５０〜１７００℃迄加熱して溶融した高
純度金属シリコン中に浸潰する。焼結体２を溶融金属シ
リコーン中に浸潰することにより、液状になったシリコ
ンが、毛細管現象によリ焼結体２中の気孔に浸透し、こ
のシリコンと焼結体２中の遊離炭素とが反応する。この
反応により炭化ケイ素が生成し、焼結体２中の気孔が生
成された炭化ケイ素によって充填される。

【００５７】シリコンと遊離炭素との反応は、炭化ケイ
素粉末を製造する工程で示したように１４２０〜２００
０℃程度で起こるので、１４５０〜１７００℃迄加熱さ
れた溶融高純度金属シリコンが、焼結体２中に浸透した
段階で、遊離炭素との反応が進行する。

【００５８】また、焼結体２を溶融金属シリコン中に浸
潰する時間は、特に限定されず、大きさや、焼結体２中
の遊離炭素の量により適宜決定する。高純度金属シリコ
ンは、１４５０〜１７００℃迄、好ましくは、１５５０
〜１６５０℃迄加熱して溶融させるが、この溶融温度が
１４５０℃未満では高純度金属シリコンの粘性が上昇す
るため毛細管現象により焼結体２に浸透しなくなり、ま
た１７００℃を超えると蒸発が著しくなり炉体等に損傷
を与えてしまう。

【００５９】高純度金属シリコンとしては、粉末、顆
粒、塊状の金属シリコンが等が挙げられ、２〜５ｍｍの
塊状の金属シリコンが好適に用いられる。本発明におい
て、高純度とは、不純物の含有量が１ｐｐｍ未満のもの
を意味する。

【００６０】前記のように焼結体２中に含まれる遊離炭
素とシリコンとを反応させて、生成した炭化ケイ素が焼
結体２中の気孔を埋めることにより、高密度な、かつ良
好な電気的特性を有する炭化ケイ素焼結体が得られる。

【００６１】以上の反応焼結法により高純度、高密度、
高靭性でかつ導電性を有し、放電加工が可能な炭化ケイ
素焼結体を得ることができる。前記反応焼結法におい
て、本発明の前記加熱条件を満たしうるものであれば、
特に製造装置等に制限はなく、公知の加熱炉内や反応装
置を使用することができる。

【００６２】かくして得られた炭化ケイ素焼結体は、十
分に高密度化されており、密度は２．９ｇ／ｃｍ³ 以上
である。一般に、焼結体の密度が２．９ｇ／ｃｍ³ 未満
であると、曲げ強度、破壊強度などの力学的特性や電気
的な物性が低下し、さらに、パーティクルが増大して汚
染性が悪化することが報告されていることからすると、
本発明の炭化ケイ素焼結体は良好な力学的特性と電気的
特性を有するものといえる。好ましい態様における本発
明の炭化ケイ素焼結体の密度は、３．０ｇ／ｃｍ³ 以上
である。

【００６３】また、得られた焼結体が多孔質体である
と、耐熱性、耐酸化性、耐薬品性や機械強度に劣る、洗
浄が困難である、微小割れが生じて微小片が汚染物質と
なる、ガス透過性を有する等の物性的に劣る点を有する
ことになり、用途が限定されるなどの問題点が生じてく
る。本発明の炭化ケイ素焼結体にあっては前記多孔質体
であることに起因する問題は生じ難い。

【００６４】本発明で得られる炭化ケイ素焼結体の不純
物の総含有量は、５ｐｐｍ未満、好ましくは３ｐｐｍ未
満、より好ましくは１ｐｐｍ未満であるが、半導体工業
分野への適用の観点からは、これらの化学的な分析によ
る不純物含有量は参考値としての意味を有するに過ぎな
い。実用的には、不純物が均一に分布しているか、局所
的に偏在しているかによっても、評価が異なってくる。
従って、当業者は一般的に実用装置を用いて所定の加熱
条件のもとで不純物がどの程度ウェハを汚染するかを種
々の手段により評価している。なお、液状のケイ素化合
物と、非金属系焼結助剤と、重合又は架橋触媒と、を均
質に混合して得られた固形物を非酸化性雰囲気下で加熱
炭化した後、さらに、非酸化性雰囲気下で焼成する焼成
工程とを含む製造方法によれば、炭化ケイ素焼結体に含
まれるケイ素、炭素、酸素以外の不純物の総含有量を１
ｐｐｍ未満にすることができる。

【００６５】その他、本発明で得られる炭化ケイ素焼結
体の好ましい物性について検討するに、例えば、室温に
おける曲げ強度は４００〜７００ＭＰａ、ビッカース硬
度は１５００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、ポアソン比は０．１
４〜０．２１、熱膨張率は３．８×１０^-6〜４．５×１
０^-6（℃^-1）、熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・ｋ以上、比熱
は０．６０〜０．７０Ｊ／ｇ・Ｋ、比抵抗は０．１Ω・
ｃｍ以下である。

【００６６】上記の製造方法により得られた焼結体は、
使用目的に応じて、加工、研磨、洗浄等の処理が行なわ
れる。本発明の焼結体は、ホットプレス等により円柱状
試料（焼結体）を形成させ、これを径方向にスライス加
工することによって製造することができ、その加工方法
として、放電加工が好適に用いられる。そして、半導体
製造部品、電子情報機器用部品等の使用に供される。

【００６７】ここで、本発明による焼結体製部品が使用
される主な半導体製造装置としては、露光装置、レジス
ト処理装置、ドライエッチング装置、洗浄装置、熱処理
装置、イオン注入装置、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、ダイ
シング装置等を挙げることができ、部品の一例として
は、ドライエッチング装置用のプラズマ電極、防護リン
グ（フォーカスリング）、イオン注入装置用のスリット
部品（アパーチャー）、イオン発生部や質量分析部用の
防護板、熱処理装置やＣＶＤ装置におけるウェハ処理時
に用いられるダミーウェハ、また、熱処理装置、ＣＶＤ
装置やＰＶＤ装置における発熱ヒーター、特にウェハを
その下部において直接加熱するヒーター等が挙げられ
る。

【００６８】電子情報機器用部品としては、ハードディ
スク装置用のディスク基盤や薄膜磁気ヘッド基盤等が挙
げられ、また、光磁気ディスク表面や各種摺動面に対す
る薄膜形成のためのスパッタリングターゲットもこの部
品に包含される。

【００６９】光学用部品としては、シンクロトロン放射
光（ＳＲ）、レーザー光等の反射鏡等にも使用できる。

【００７０】本発明の製造方法においては、本発明の前
記加熱条件を満たしうるものであれば、特に製造装置等
に制限はなく、焼結用の型の耐圧性を考慮すれば、公知
の加熱炉内や反応装置を使用することができる。

【００７１】本発明の原料粉体である炭化ケイ素粉体及
び原料粉体を製造するためのケイ素源と非金属系焼結助
剤、さらに、非酸化性雰囲気とするために用いられる不
活性ガス、それぞれの純度は、各不純物元素含有量１ｐ
ｐｍ以下であることが好ましいが、加熱、焼結工程にお
ける純化の許容範囲内であれば必ずしもこれに限定する
ものではない。また、ここで不純物元素とは、１９８９
年ＩＵＰＡＣ無機化学命名法改訂版の周期律表における
１族から１６族元素に属し、且つ、原子番号３以上であ
り、原子番号６〜８及び同１４〜１６の元素を除く元素
をいう。

【００７２】

【実施例】以下に実施例及び比較例を示して本発明につ
いて具体的に説明するが、本発明が以下の実施例に限定
されるものでないことは言うまでもない。

【００７３】実施例１ まず、炭化ケイ素粉末として、中心粒径１．１μｍの高
純度炭化ケイ素粉末（特開平９―４８６０５号に記載の
製造方法に準じて製造された不純物含有量５ｐｐｍ以下
の炭化ケイ素／１．５重量％のシリカを含有）８４部
と、炭素源として焼結後の残炭率が５０％であるレゾー
ル型フェノール樹脂１６部を溶媒としてのエタノール７
０部に加えて混合溶液を得た。そして、大川原化工社
製、商品名ＣＤＴ−１６のスプレードライ装置を用い
て、Ａｒ雰囲気下においてスプレードライを行って、炭
化ケイ素粉末表面にフェノール樹脂がコーティングされ
た炭化ケイ素粉末を得た。続いて、前記のようにして得
られた炭化ケイ素粉末１００部に対して、水４５部と、
解こう剤１．５部と、結合剤３部とを加え、ボールミル
で４８時間分散混合することによりスラリー状態の混合
粉体を得た。このスラリー状の混合粉体を長さ６０ｍ
ｍ、幅１０ｍｍ、厚み５ｍｍの石膏型に鋳込み、２４時
間、２２℃で自然乾燥させてグリーン体を得た。次に、
得られたグリーン体を、内径２００ｍｍ、高さ８０ｍｍ
の黒鉛製のるつぼ内で、真空下で１８００℃まで１０時
間かけて昇温し、前記温度で１時間、仮焼した。その
後、Ｓｉ源として金属シリコンを用いて、１５４０℃に
おいて、Ｓｉ含浸処理を行うことにより反応焼結体を得
た。

【００７４】比較例１ 炭化ケイ素粉末として、中心粒径１．１μｍの高純度炭
化ケイ素粉末（特開平９―４８６０５号に記載の製造方
法に準じて製造された不純物含有量５ｐｐｍ以下の炭化
ケイ素／１．５重量％のシリカを含有）１００部に、炭
素源としてカーボン粉末８部と、水５０部と、解こう剤
１．２部と、結合剤３部とを加え、ボールミルで２４時
間分散混合することによりスラリー状態の混合粉体を得
た。このスラリー状の混合粉体を長さ６０ｍｍ、幅１０
ｍｍ、厚み５ｍｍの石膏型に鋳込み、２４時間、２２℃
で自然乾燥させてグリーン体を得た。次に、得られたグ
リーン体を、内径２００ｍｍ、高さ８０ｍｍの黒鉛製の
るつぼ内で、真空下で１８００℃まで１０時間かけて昇
温し、前記温度で１時間仮焼した。その後、Ｓｉ源とし
て金属シリコンを用いて、１５４０℃において、Ｓｉ含
浸処理を行うことにより反応焼結体を得た。

【００７５】評価 得られた実施例１及び比較例１の炭化ケイ素焼結体につ
いて、以下のようにして、不純物純度、密度、曲げ強度
を測定した。得られた試験結果を表１に示す。

【００７６】（不純物純度）焼結体をフッ硝酸に浸漬
し、２時間後、密閉容器中で加圧、加熱した後の液体の
純度分析を行った。

【００７７】（アルキメデス法による密度の測定法）炭
化ケイ素焼結体の密度はＪＩＳ Ｒ１６３４に従って測
定した。

【００７８】（３点曲げ強度）炭化ケイ素焼結体の３点
曲げ試験は、ＪＩＳ Ｒ１６０１に従って行った。

【００７９】

【表１】 表１から明らかなように、本発明にかかる炭素コーティ
ングされた炭化ケイ素を原料として用いた実施例１の焼
結体は、不純物含有率が極めて低くまた良好な物性値を
有していた。特に、実施例１の不純物の総計（０．１８
ｐｐｍ）は、比較例１の不純物の総計（２.８８ｐｐ
ｍ）の１／１６であったことより、本発明によれば不純
物濃度が極めて低い焼結体が得られることが確認され
た。

【００８０】以上より、本発明により得られる前記実施
例１の焼結体は半導体製造装置、電子情報機器の部品等
への適用にも好適な優れた特性を有するものであること
がいえた。

【００８１】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成を有するこ
とより、以下のような作用効果を奏する。 （１）炭化ケイ素焼結体の原料である炭素源の純度の向
上を介して、炭化ケイ素焼結体の純度が向上する。 （２）スラリー状の混合粉体を調製することが容易にな
ることから、生産性や、作業性が向上する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応焼結法を用いて炭化ケイ素焼結体を
   製造するに際し、 スラリー状の混合溶液を得る工程における炭化ケイ素粉
   末及び炭素源として、以下の工程を有する製法により得
   られる炭素コーティングされた炭化ケイ素粉末：炭化ケ
   イ素粉末と、炭素源としてのフェノール樹脂とをエタノ
   ール溶媒に加え混合することにより混合溶液を得る工程
   と；前記混合溶液をＡｒ雰囲気の条件でスプレードライ
   することにより炭化ケイ素粉末の表面にフェノール樹脂
   をコーティングする工程と；前記フェノール樹脂でコー
   ティングされた炭化ケイ素粉末を９００℃〜１２００℃
   の条件で仮焼して炭素コーティングされた炭化ケイ素粉
   末を得る工程と；を用いることを特徴とする炭化ケイ素
   焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記炭素コーティングされた炭化ケイ素
   粉末を構成する炭化ケイ素粉末は、液状のケイ素化合物
   と、加熱により炭素を生成する液状の有機化合物と、重
   合又は架橋触媒と、を均一に混合して得られた混合物を
   固化することにより固化物を得る固化工程と；得られた
   固化物を非酸化性雰囲気下で加熱炭化した後、さらに非
   酸化性雰囲気下で焼結する焼結工程と；を有する製造方
   法により得られた炭化ケイ素粉末であることを特徴とす
   る請求項１に記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の製造方法により
   製造された炭化ケイ素焼結体。
4. 【請求項４】 体積抵抗が１Ωｃｍ以下であることを特
   徴とする請求項３に記載の炭化ケイ素焼結体。
5. 【請求項５】 炭化ケイ素焼結体のケイ素及び炭素以外
   の不可避的元素の総含有量が５ｐｐｍ未満であることを
   特徴とする請求項３又は４に記載の炭化ケイ素焼結体。
6. 【請求項６】 密度が２．９ｇ／ｃｍ^３以上であること
   を特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の炭化ケイ
   素焼結体。
7. 【請求項７】 曲げ強度が４００ＭＰａ以上であること
   を特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の炭化ケイ
   素焼結体。