JPH1171181A - 半導体製造装置用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度且つ高純度の良質な炭化ケイ素焼
結体を用いて、ウエハ等の金属不純物による汚染を防止
することができ、生産性が良好で製造コストが低く、且
つ、耐久性、耐溶剤性に優れた半導体製造装置用部材を
提供する。 【解決手段】 炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤と
の混合物を焼結して得られた焼結体であって、密度が
２．９ｇ／ｃｍ³ 以上である炭化ケイ素焼結体を用いる
ことを特徴とする。この炭化ケイ素焼結体は、比抵抗が
１Ω・ｃｍ以下であり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・ｋ以
上であり、不純物元素の総含有量が１ｐｐｍ未満である
ことが好ましい。また、半導体製造装置用部材は組立式
のものであってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置用
部材に関し、詳しくは、優れた特性を有する炭化ケイ素
焼結体を用いた、耐久性に優れ、高い特性を有する半導
体製造装置用部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体を製造するために用いる均熱管
（ライナーチューブ）、反応ガスを流す反応管（プロセ
スチューブ）、半導体ウエハを乗せる治具（ウエーハボ
ート）等の半導体製造装置用部材は、緻密性、耐熱性、
剛性等の高い特性を要求されることから、炭化ケイ素の
使用が増加する傾向にある。従来、炭化ケイ素により半
導体製造装置用部材を作製する場合、原料粉末に結合剤
を添加して成形した後、焼成、焼結後、金属シリコンを
溶融含浸するの工程に付する方法が汎用されている。

【０００３】従来の炭化ケイ素を用いた半導体製造装置
用部材は、高温処理時に炭化ケイ素内部の金属不純物が
部材中に拡散移動するため、製造される半導体ウェハを
汚染するという問題があった。この炭化ケイ素の不純物
に起因するウェハの汚染を防止する方法として、部材を
高純度の原料で作製する方法、部材表面にＣＶＤ（化学
的気相析出）処理による高純度の炭化ケイ素被膜を形成
する方法等が行われている。

【０００４】しかしながら、含有不純金属が数ｐｐｍ以
下のオーダーの高純度の炭化ケイ素を用いても金属シリ
コン含浸前の多孔体焼結体の純化は必要であり、また、
金属シリコン含浸後の焼結体は酸洗いや酸処理工程で金
属シリコンの溶出の問題があった。そこで、更なる高純
度化や耐久性向上のため、部材表面を炭化ケイ素膜で被
覆するＣＶＤ処理を行っているが、このＣＶＤ処理は設
備に多額の費用が必要で、生産コストが高くなり、ま
た、このＣＶＤ被膜は急熱、急冷のサイクルを繰り返す
うちに、基材から剥離したり、ピンホールや亀裂が生じ
たりして汚染防止効果の耐久性に欠ける問題点があっ
た。

【０００５】また、このＣＶＤ処理を施すための基材
は、鋳込み成形などの手段により反応焼結法によって予
め治具の形状に成形されるが、近年のウエハサイズの大
型化や反応管の形状の変化に伴って、基材の形状も多様
なものが求められ、各部材ごとに鋳型が必要となり、こ
れも製造コストを引き上げる要因となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の各問題
点を考慮してなされたものであり、その目的は、高密度
且つ高純度の良質な炭化ケイ素焼結体を用いて、ウエハ
等の金属不純物による汚染を防止することができ、生産
性が良好で製造コストが低く、且つ、耐久性、耐溶剤性
に優れた半導体製造装置用部材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の如
き焼結法開発の経緯を鋭意検討した結果、予め炭化ケイ
素粉体の表面に炭素を代表とする非金属系焼結助剤を適
量適度に配置し、特定条件でのホットプレスを組み合わ
せることにより得られた高密度かつ、高純度の炭化ケイ
素焼結体を用いることにより、優れた特性の半導体製造
装置用部材を得られることを見出し、本発明を完成し
た。

【０００８】即ち、本発明の半導体製造装置用部材は、
炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤との混合物を焼結し
て得られた焼結体であって、密度が２．９ｇ／ｃｍ³ 以
上である炭化ケイ素焼結体を用いることを特徴とする。

【０００９】ここで用いられる炭化ケイ素焼結体は、比
抵抗が１Ω・ｃｍ以下であり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ
・ｋ以上であることが好ましく、また、この炭化ケイ素
焼結体は、そこに含まれる不純物元素の総含有量が１ｐ
ｐｍ未満である、高純度のものが好ましい。

【００１０】本発明の半導体製造装置用部材は、高純度
で、且つ、高密度の炭化ケイ素焼結体を用いているた
め、金属ケイ素を含有せず、ケイ素の融点である１５０
０℃を超える加熱によっても強度の低下が見られず、酸
処理にも安定である。また、この部材は放電加工を容易
になし得るので、組立式とすることもでき、これによっ
て、半導体製造装置用部材の設計の自由度が上がり、大
型の部材を作製する場合においても、従来の規模の焼結
体製造装置で対応することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をさらに詳細に説
明する。まず、本発明の半導体製造装置用部材を構成す
る炭化ケイ素焼結体について説明する。

【００１２】本発明の半導体製造装置用部材の基材とし
て用いられる炭化ケイ素焼結体は、原料として、α型、
β型、非晶質或いはこれらの混合物等である炭化ケイ素
粉末が使用されており、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。

【００１３】好適な炭化ケイ素原料粉体の態様として
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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】また、高純度炭化ケイ素粉末の製造に使用
される加熱により炭素を生成する有機化合物としては、
液状のものの他、液状のものと固体のものとを併用する
ことができ、残炭率が高く、且つ触媒若しくは加熱によ
り重合又は架橋する有機化合物、具体的には例えば、フ
ェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド、ポリウレタ
ン、ポリビニルアルコール等の樹脂のモノマーやプレポ
リマーが好ましく、その他、セルロース、蔗糖、ピッ
チ、タール等の液状物も用いられ、特にレゾール型フェ
ノール樹脂が好ましい。また、その純度は目的により適
宜制御選択が可能であるが、特に高純度の炭化ケイ素粉
末が必要な場合には、各金属を５ｐｐｍ以上含有してい
ない有機化合物を用いることが望ましい。

【００１９】本発明に使用される原料粉体である高純度
炭化ケイ素粉体を製造するにあたっての、炭素とケイ素
のモル比（以下、Ｃ／Ｓｉ比と略記）は、混合物を１０
００℃にて炭化して得られる炭化物中間体を、元素分析
することにより定義される。化学量論的には、Ｃ／Ｓｉ
比が３．０の時に生成炭化ケイ素中の遊離炭素が０％と
なるはずであるが、実際には同時に生成するＳｉＯガス
の揮散により低Ｃ／Ｓｉ比において遊離炭素が発生す
る。この生成炭化ケイ素粉体中の遊離炭素量が焼結体等
の製造用途に適当でない量にならないように予め配合を
決定することが重要である。通常、１気圧近傍で１６０
０℃以上での焼成では、Ｃ／Ｓｉ比を２．０〜２．５に
すると遊離炭素を抑制することができ、この範囲を好適
に用いることができる。Ｃ／Ｓｉ比を２．５以上にする
と遊離炭素が顕著に増加するが、この遊離炭素は粒成長
を抑制する効果を持つため、粒子形成の目的に応じて適
宜選択しても良い。但し、雰囲気の圧力を低圧又は高圧
で焼成する場合は、純粋な炭化ケイ素を得るためのＣ／
Ｓｉ比は変動するので、この場合は必ずしも前記Ｃ／Ｓ
ｉ比の範囲に限定するものではない。

【００２０】なお、遊離炭素の焼結の際の作用は、本発
明で用いられる炭化ケイ素粉体の表面に被覆された非金
属系焼結助剤に由来する炭素によるものに比較して非常
に弱いため、基本的には無視することができる。

【００２１】また、本発明においてケイ素源と加熱によ
り炭素を生成する有機化合物とを均質に混合した固形物
を得るために、ケイ素源と該有機化合物の混合物を硬化
させて固形物とすることも必要に応じて行われる。硬化
の方法としては、加熱により架橋する方法、硬化触媒に
より硬化する方法、電子線や放射線による方法が挙げら
れる。硬化触媒としては、炭素源に応じて適宜選択でき
るが、フェノール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエ
ンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、
塩酸、硫酸等の酸類、ヘキサミン等のアミン類等を用い
る。

【００２２】この原料混合固形物は必要に応じ加熱炭化
される。これは窒素又はアルゴン等の非酸化性雰囲気中
８００℃〜１０００℃にて３０分〜１２０分間該固形物
を加熱することにより行われる。

【００２３】さらに、この炭化物をアルゴン等の非酸化
性雰囲気中１３５０℃以上２０００℃以下で加熱するこ
とにより炭化ケイ素が生成する。焼成温度と時間は希望
する粒径等の特性に応じて適宜選択できるが、より効率
的な生成のためには１６００℃〜１９００℃での焼成が
望ましい。

【００２４】また、より高純度の粉体を必要とする時に
は、前述の焼成時に２０００〜２１００℃にて５〜２０
分間加熱処理を施すことにより不純物をさらに除去でき
る。

【００２５】以上より、特に高純度の炭化ケイ素粉末を
得る方法としては、特開平９−７８６０５号公報「単結
晶の製造方法」に記載された原料粉体の製造方法を利用
できる。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を利用することができる。

【００２６】また、本発明の半導体製造装置用部材に好
適に使用し得る炭化ケイ素焼結体を製造するにあたっ
て、前記炭化ケイ素粉末と混合されて用いられる非金属
系焼結助剤としては、加熱により炭素を生成する、所謂
炭素源と称される物質が用いられ、加熱により炭素を生
成する有機化合物又はこれらで表面を被覆された炭化ケ
イ素粉末（粒径：０．０１〜１μｍ程度）が挙げられ、
効果の観点からは前者が好ましい。

【００２７】加熱により炭素を生成する有機化合物とし
ては、具体的には、残炭率の高いコールタールピッチ、
ピッチタール、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ
樹脂、フェノキシ樹脂やグルコース等の単糖類、蔗糖等
の少糖類、セルロース、デンプン等の多糖類などの等の
各種糖類が挙げられる。これらは炭化ケイ素粉末と均質
に混合するという目的から、常温で液状のもの、溶媒に
溶解するもの、熱可塑性或いは熱融解性のように加熱す
ることにより軟化するもの或いは液状となるものが好適
に用いられるが、なかでも、得られる成形体の強度が高
いフェノール樹脂、特に、レゾール型フェノール樹脂が
好適である。

【００２８】この有機化合物は加熱されると系中でカー
ボンブラックやグラファイトの如き無機炭素系化合物を
生成し、これが焼結助剤として有効に作用すると考えら
れる。なお、カーボンブラックやグラファイト粉末を焼
結助剤として添加しても本発明の効果を得ることはでき
ない。

【００２９】本発明において、炭化ケイ素粉末と非金属
系焼結助剤との混合物を得る際に、非金属系焼結助剤を
溶媒に溶解又は分散させて混合することが好ましい。溶
媒は、非金属系焼結助剤として使用する化合物に対して
好適なもの、具体的には、好適な加熱により炭素を生成
する有機化合物であるフェノール樹脂に対しては、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、
アセトン等を選択することができる。また、この非金属
系焼結助剤及び溶媒についても不純物の含有量が低いも
のを使用することが好ましい。

【００３０】炭化ケイ素粉末と混合される非金属系焼結
助剤の添加量は少なすぎると焼結体の密度が上がらず、
多過ぎると焼結体に含まれる遊離炭素が増加するため高
密度化を阻害する虞があるため、使用する非金属系焼結
助剤の種類にもよるが、一般的には、１０重量％以下、
好ましくは２〜５重量％となるように添加量を調整する
ことが好ましい。この量は、予め炭化ケイ素粉末の表面
のシリカ（酸化ケイ素）量をフッ酸を用いて定量し、化
学量論的にその還元に充分な量を計算することにより決
定することができる。

【００３１】なお、ここでいう炭素としての添加量と
は、上記の方法により定量されたシリカが非金属系焼結
助剤に由来する炭素で、下記の化学反応式により還元さ
れるものとし、非金属系焼結助剤の熱分解後の残炭率
（非金属系焼結助剤中で炭素を生成する割合）などを考
慮して得られる値である。

【００３２】

【化１】 ＳｉＯ₂ ＋ ３Ｃ → ＳｉＣ ＋ ２ＣＯ また、本発明に係る炭化ケイ素焼結体においては、炭化
ケイ素焼結体中に含まれる炭化ケイ素に由来する炭素原
子及び非金属系焼結助剤に由来する炭素原子の合計が３
０重量％を超え、４０重量％以下であることが好まし
い。含有量が３０重量％以下であると、焼結体中に含ま
れる不純物の割合が多くなり、４０重量％を超えると炭
素含有量が多くなり得られる焼結体の密度が低下し、焼
結体の強度、耐酸化性等の諸特性が悪化するため好まし
くない。

【００３３】本発明に係わる炭化ケイ素焼結体を製造す
るにあたって、まず、炭化ケイ素粉末と、非金属系焼結
助剤とを均質に混合するが、前述の如く、非金属系焼結
助剤であるフェノール樹脂をエチルアルコールなどの溶
媒に溶解し、炭化ケイ素粉末と十分に混合する。混合は
公知の混合手段、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。混合は、１０〜３０時
間、特に、１６〜２４時間にわたって行うことが好まし
い。十分に混合した後は、溶媒の物性に適合する温度、
例えば、先に挙げたエチルアルコールの場合には５０〜
６０℃の温度、で溶媒を除去し、混合物を蒸発乾固させ
たのち、篩にかけて混合物の原料粉体を得る。なお、高
純度化の観点からは、ボールミル容器及びボールの材質
を金属をなるべく含まない合成樹脂にする必要がある。
また、乾燥にあたっては、スプレードライヤーなどの造
粒装置を用いてもよい。

【００３４】本発明の半導体製造装置用部材原料に適す
る焼結体を製造する製造方法において必須の工程である
焼結工程は、粉体の混合物又は後記の成形工程により得
られた粉体の混合物の成形体を、温度２０００〜２４０
０℃、圧力３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ² 、非酸化性雰
囲気下で成形金型中に配置し、ホットプレスする工程で
ある。

【００３５】ここで使用する成形金型は、得られる焼結
体の純度の観点から、成形体と金型の金属部とが直接接
触しないように、型の一部又は全部に黒鉛製の材料を使
用するか、金型内にテフロンシート等を介在させること
が好ましい。

【００３６】本発明においてホットプレスの圧力は３０
０〜７００ｋｇｆ／ｃｍ² の条件で加圧することができ
るが、特に、４００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の加圧した場合
には、ここで使用するホットプレス部品、例えば、ダイ
ス、パンチ等は耐圧性の良好なものを選択する必要があ
る。

【００３７】ここで、焼結工程を詳細に説明するが、焼
結体を製造するためのホットプレス工程の前に以下の条
件で加熱、昇温を行って不純物を十分に除去し、非金属
系焼結助剤の炭化を完全に行わせしめた後、前記条件の
ホットプレス加工を行うことが好ましい。

【００３８】即ち、以下の２段階の昇温工程を行うこと
が好ましい。まず、炉内を真空下、室温から７００℃に
至るまで、緩やかに加熱する。ここで、高温炉の温度制
御が困難な場合には、７００℃まで昇温を連続的に行っ
てもよいが、好ましくは、炉内を１０^-4ｔｏｒｒにし
て、室温から２００℃まで緩やかに昇温し、該温度にお
いて一定時間保持する。その後、さらに緩やかに昇温を
続け、７００℃まで加熱する。さらに７００℃前後の温
度にて一定時間保持する。この第１の昇温工程におい
て、吸着水分や有機溶媒の脱離が行われ、さらに、非金
属系焼結助剤の熱分解による炭化が行われる。２００℃
前後或いは７００℃前後の温度に保持する時間は焼結体
のサイズによって好適な範囲が選択される。保持時間が
十分であるか否かは真空度の低下がある程度少なくなる
時点をめやすにすることができる。この段階で急激な加
熱を行うと、不純物の除去や非金属系焼結助剤の炭化が
十分に行われず、成形体に亀裂や空孔を生じさせる虞が
あるため好ましくない。

【００３９】一例を挙げれば、５〜１０ｇ程度の試料に
関しては、１０^-4ｔｏｒｒにして、室温から２００℃ま
で緩やかに昇温し、該温度において約３０分間保持し、
その後、さらに緩やかに昇温を続け、７００℃まで加熱
するが、室温から７００℃に至るまでの時間は６〜１０
時間程度、好ましくは８時間前後である。さらに７００
℃前後の温度にて２〜５時間程度保持することが好まし
い。

【００４０】真空中で、さらに７００℃から１５００℃
に至るまで、前記の条件であれば６〜９時間ほどかけて
昇温し、１５００℃の温度で１〜５時間ほど保持する。
この工程では二酸化ケイ素、酸化ケイ素の還元反応が行
われると考えられる。ケイ素と結合した酸素を除去する
ため、この還元反応を十分に完結させることが重要であ
り、１５００℃の温度における保持時間は、この還元反
応による副生物である一酸化炭素の発生が完了するま
で、即ち、真空度の低下が少なくなり、還元反応開始前
の温度である１３００℃付近における真空度に回復する
まで、行うことが必要である。この第２の昇温工程にお
ける還元反応により、炭化ケイ素粉体表面に付着して緻
密化を阻害し、大粒成長の原因となる二酸化ケイ素が除
去される。この還元反応中に発生するＳｉＯ、ＣＯを含
む気体は不純物元素を伴っているが、真空ポンプにより
これらの発生気体が反応炉へ絶えず排出され、除去され
るため、高純度化の観点からもこの温度保持を十分に行
うことが好ましい。

【００４１】これらの昇温工程が終了した後に、高圧ホ
ットプレスを行うことが好ましい。温度が１５００℃よ
り高温に上昇すると焼結が開始するが、その際、異常粒
成長を押さえるために３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ² 程
度までをめやすとして加圧を開始する。その後、炉内を
非酸化性雰囲気とするために不活性ガスを導入する。こ
の不活性ガスとしては、窒素あるいは、アルゴンなどを
用いるが、高温においても非反応性であることから、ア
ルゴンガスを用いることが望ましい。

【００４２】炉内を非酸化性雰囲気とした後、温度を２
０００〜２４００℃、圧力３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ
² となるように加熱、加圧をおこなう。プレス時の圧力
は原料粉体の粒径によって選択することができ、原料粉
体の粒径が小さいものは加圧時の圧力が比較的小さくて
も好適な焼結体が得られる。また、ここで１５００℃か
ら最高温度である２０００〜２４００℃までへの昇温は
２〜４時間かけて行うが、焼結は１８５０〜１９００℃
で急速に進行する。さらに、この最高温度で１〜３時間
保持し、焼結を完了する。

【００４３】ここで最高温度が２０００℃未満であると
高密度化が不十分となり、２４００℃を超えると粉体若
しくは成形体原料が昇華（分解）する虞があるため好ま
しくない。また、加圧条件が５００ｋｇｆ／ｃｍ² 未満
であると高密度化が不十分となり、７００ｋｇｆ／ｃｍ
² を超えると黒鉛型などの成形型の破損の原因となり、
製造の効率から好ましくない。

【００４４】この焼結工程においても、得られる焼結体
の純度保持の観点から、ここで用いられる黒鉛型や加熱
炉の断熱材等は、高純度の黒鉛原料を用いることが好ま
しく、黒鉛原料は高純度処理されたものが用いられる
が、具体的には、２５００℃以上の温度で予め十分ベー
キングされ、焼結温度で不純物の発生がないものが望ま
しい。さらに、使用する不活性ガスについても、不純物
が少ない高純度品を使用することが好ましい。

【００４５】本発明では、前記焼結工程を行うことによ
り半導体製造装置用部材の基材として優れた特性を有す
る炭化ケイ素焼結体が得られるが、最終的に得られる焼
結体の高密度化の観点から、この焼結工程に先立って以
下に述べる成形工程を実施してもよい。以下にこの焼結
工程に先立って行うことができる成形工程について説明
する。ここで、成形工程とは、炭化ケイ素粉末と、非金
属系焼結助剤とを均質に混合して得られた原料粉体を成
形金型内に配置し、８０〜３００℃の温度範囲で、５〜
６０分間にわたり加熱、加圧して予め成形体を調整する
工程である。ここで、原料粉体の金型への充填は極力密
に行うことが、最終的な焼結体の高密度化の観点から好
ましい。この成形工程を行うと、ホットプレスのために
試料を充填する際に嵩のある粉体を予めコンパクトにな
しうるので、この成形工程を繰り返すことにより厚みの
大きい成形体を製造し易くなる。

【００４６】加熱温度は、非金属系焼結助剤の特性に応
じて、８０〜３００℃、好ましくは１２０〜１４０℃の
範囲、圧力６０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲で、充填
された原料粉体の密度を１．５ｇ／ｃｍ³ 以上、好まし
くは、１．９ｇ／ｃｍ³ 以上とするようにプレスして、
加圧状態で５〜６０分間、好ましくは２０〜４０分間保
持して原料粉体からなる成形体を得る。ここで成形体の
密度は、粉体の平均粒径が小さくなる程高密度にしにく
くなり、高密度化するためには成形金型内に配置する際
に振動充填等の方法をとることが好ましい。具体的に
は、平均粒径が１μｍ程度の粉体では密度が１．８ｇ／
ｃｍ³ 以上、平均粒径が０．５μｍ程度の粉体では密度
が１．５ｇ／ｃｍ³ 以上であることがより好ましい。そ
れぞれの粒径において密度が１．５ｇ／ｃｍ³ 又は１．
８ｇ／ｃｍ³ 未満であると、最終的に得られる焼結体の
高密度化が困難となる。

【００４７】この成形体は、次の焼結工程に付す前に、
予め用いるホットプレス型に適合するように切削加工を
行うことができる。この成形体を前記の温度２０００〜
２４００℃、圧力３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ² 、非酸
化性雰囲気下で成形金型中に配置し、ホットプレスする
工程即ち焼成工程に付して、高密度、高純度の炭化ケイ
素焼結体を得るものである。

【００４８】以上により生成し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。得られた焼結体の密度が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、
汚染性が悪化するため好ましくない。炭化ケイ素焼結体
の密度は、３．０ｇ／ｃｍ³ 以上であることがより好ま
しい。

【００４９】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も生じてく
る。

【００５０】本発明に用い得る炭化ケイ素焼結体の不純
物の総含有量は、５ｐｐｍ以下、好ましくは３ｐｐｍ以
下、より好ましくは１ｐｐｍ以下であるが、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
まれる不純物元素の総含有量を１ｐｐｍ以下にすること
ができる。ここで不純物元素とは、１９８９年ＩＵＰＡ
Ｃ無機化学命名法改訂版の周期律表における１族から１
６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。

【００５１】その他、本発明に係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５０〜６５ｋｇｆ／ｍｍ² 、１５００℃に
おける曲げ強度は５５〜８０ｋｇｆ／ｍｍ² 、ヤング率
は３．５×１０⁴ 〜４．５×１０⁴ 、ビッカース硬度は
２０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、ポアソン比は０．１４〜
０．２１、熱膨張係数は３．８×１０^-6〜４．２×１０
^-6（℃^-1）、熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・ｋ以上、比熱は
０．１５〜０．１８ｃａｌ／ｇ・℃、耐熱衝撃性は５０
０〜７００ΔＴ℃、比抵抗は１Ω・ｃｍ以下であること
が好ましい。

【００５２】上記の製造方法により得られた炭化ケイ素
焼結体を、使用目的に応じて、加工、研磨、洗浄等の処
理を行い、半導体製造装置用部材を作製する。所望の形
状への加工方法としては導電性を利用した放電加工が好
適に用いられる。

【００５３】ここで加工して得られる部材や加工方法に
ついて具体的に述べれば、素材からの部材の切り出しと
して、ワイヤー放電加工機やダイヤモンドブレードのカ
ッターによる直線切り出し、ワイヤー放電加工機による
曲線切り出しが挙げられる。穴あけには、放電ボール盤
やダイヤモンド砥石研削加工機による丸穴開け、研削加
工機や型彫放電加工機による底付穴・段付穴開け、ワイ
ヤー放電加工機や型彫放電加工機による異形穴あけ、型
彫放電加工機やダイヤモンドタップ機によるネジ穴加
工、円筒研削盤やダイヤモンド電着チップ使用旋盤によ
るオスネジ加工、ダイヤモンド砥石平面研削盤やラップ
盤による平面加工、型彫放電加工機や形状研削盤による
溝付け加工等が挙げられる。本発明の半導体製造装置用
部材の原料である炭化ケイ素焼結体は導電性を有するた
め、加工範囲が広い放電加工が適用できるという利点を
有する。

【００５４】放電加工機、例えば、型彫放電加工機、ワ
イヤー放電加工機、放電ボール盤等としては、一般の金
属加工用放電加工機が使用できるが、本発明の部材に係
る素材の加工には電源が高出力のほうが加工が行い易
く、加工時間も短縮できる。電源回路は安定回路内蔵
型、瞬間最大加工電流５０アンペア以上、最大ワイヤー
送り速度１５ｍ／ｍｉｎ．以上、使用ワイヤー径０．３
ｍｍ程度のコンピードワイヤー使用を目安とすることが
できる。また、吹き付け型ではなく、加工液浸漬型とす
る。

【００５５】ここで用いる焼結体によって、治具を一体
的に形成することもできるが、焼結体が均質で高純度で
あるため、いくつかの部品を作製し、それを組み立てて
治具を形成することもできる。ＣＶＤ処理を行う場合に
は、均一な被膜を形成させるためには、治具は一体成形
されたものが好ましく、複雑な形状を得る場合には、先
に述べたように複雑な、そして、様々な形状の鋳型を必
要としており、さらに、部材の一部が破損すると全体が
使用できなくなるのが現状であったが、本発明に係る高
純度の焼結体を用いれば、種々の部品の加工も公知の放
電加工等により簡単に行うことができ、さらに、部品の
一部が破損してもその部品のみを交換し得るという利点
や面精度を向上させること（鏡面化）か容易であるとい
う利点をも有するものである。部材を所望の形状にする
ための加工は、部品の切り出し、穴あけ、ネジたて、ボ
ルト、ナットなどのファスナー製造及び鏡面加工など、
公知の機械加工の手順で行うことができる。かくして得
られた半導体製造装置用部材は、半導体製造装置の部
品、半導体安全部品等の使用に供される。

【００５６】ここで、本発明の半導体製造装置用部材が
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、熱処理装置やＣＶ
Ｄ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。

【００５７】本発明に係る素材となる炭化ケイ素焼結体
の製造においては、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。

【００５８】本発明に係る炭化ケイ素焼結体の原料粉体
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１ｐｐｍ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、先に述べたのと同様に、１９８９年ＩＵ
ＰＡＣ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。

【００５９】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明の主旨を超えない限り本実施例に限定さ
れるものではない。

【００６０】（実施例１）成形体の製造 高純度炭化ケイ素粉末（平均粒径１．１μｍ：前記特開
平９−７８６０５号公報に記載された製造方法に準じて
製造された不純物含有量５ｐｐｍ以下の炭化ケイ素粉
末：１．５重量％のシリカを含有）９０ｇと含水率２０
％の高純度液体レゾール型フェノール樹脂（熱分解後の
残炭率５０％）１０ｇをエタノール１５０ｇに溶解した
ものとを、遊星ボールミルで１８時間攪拌し、十分に混
合した。その後、５０〜６０℃に加温してエタノールを
蒸発乾固させ、５００μｍの篩にかけて均質な炭化ケイ
素原料粉体を得た。この原料粉体８．５ｇを３０ｍｍφ
の金型に充填し１３０℃で２０分間プレスして、密度
２．１ｇ／ｃｍ³ の成形体を得た。

【００６１】焼結体の製造 この成形体を黒鉛製型に入れ、以下の条件でホットプレ
スを行った。ホットプレス装置としては、高周波誘導加
熱式１０ｔホットプレスを用いた。 （焼結工程の条件）１０^-5〜１０^-4ｔｏｒｒの真空条件
下で、室温から７００℃まで６時間かけて昇温し、５時
間その温度に保持した。（第１の昇温工程） 真空条件下で、７００℃〜１２００℃まで３時間で昇温
し、さらに、１２００℃〜１５００℃まで３時間で昇温
し、１時間その温度に保持した。（第２の昇温工程） さらに５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で加圧し、アルゴン
雰囲気下にて１５００℃〜２２００℃まで３時間で昇温
し、１時間その温度に保持した。

【００６２】（ホットプレス工程）得られた焼結体の密
度は３．１５ｇ／ｃｍ³ 、ビッカース硬度は２３００ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 、電気比抵抗は０．０２Ω・ｃｍであっ
た。この焼結体の金属不純物はいずれも０．１ｐｐｍ未
満であった。

【００６３】また、実施例１により得られた焼結体につ
いて物性を詳細に測定した結果、前記以外の特性とし
て、室温における曲げ強度は５７ｋｇｆ／ｍｍ² 、１５
００℃における曲げ強度は６０ｋｇｆ／ｍｍ² 、ヤング
率は４．１×１０⁴ 、ポアソン比は０．１５、熱膨張係
数は３．９×１０^-6℃^-1、熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・ｋ
以上、比熱は０．１６ｃａｌ／ｇ・℃、耐熱衝撃性は５
３０ΔＴ℃であり、前記の好ましい物性を全て満たして
いることが確認された。

【００６４】半導体製造装置用部材の作製 得られた焼結体を放電加工し、図１（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）及び図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す
如き部材を作製して、それらを組み合わせて図３に示す
如き横形ウエハボートを作製した。図１（Ａ）は横形ウ
エハボートに用いる側板１０の斜視図を示し、図１
（Ｂ）は両端にネジ切り部を有する外径６ｍｍ、長さ６
００ｍｍの横形ウエハボートに用いる受け棒１２の斜視
図を示し、図１（Ｃ）は、受け棒１２を支持するために
複数箇所に取り付けられる支柱１４の斜視図を示す。図
２（Ａ）はブラケット１８に取り付けるハンドル１６の
斜視図を示し、図２（Ｂ）は図１（Ａ）に示された側板
１０に取り付けるブラケット１８の斜視図を示し、図２
（Ｃ）は側板１０と受け棒１２との結合や、ハンドル１
６等の取り付けに使用するナット２０、図２（Ｄ）はブ
ラケット１８を側板１０に取り付けるボルト２２のそれ
ぞれ斜視図を示す。また、図３は横形ウエハボート２４
の概略斜視図を示す。

【００６５】半導体製造装置用部材の評価 （汚染性）ウエハ（８インチ）をこのウエハボートに配
置し、１０５０℃の拡散炉中で、ウエハの表面に酸化被
膜を形成した。この酸化被膜中の表面より１μｍ以内の
鉄の原子数を確認したところ、３．０×１０¹²ａｔｏｍ
ｓ／（１μｍ×１ｃｍ² ）であった。このことから、ウ
エハはほとんど汚染されていない、即ち、このウエハボ
ートの汚染性は無視できるほど小さいことがわかった。

【００６６】（耐久性）得られた部材を拡散炉に挿入
し、空気の存在下１２５０℃まで２０℃／ｍｉｎの速度
で昇温し、１２５０℃に３０分間保持した後、８００℃
まで１５℃／ｍｉｎで冷却し、この昇温、冷却のサイク
ルを１０回繰り返した。その後、部材表面について、ク
ラック、ピンホール等の発生状態を目視で観察したとこ
ろ、表面におけるクラック、ピンホール等の発生は認め
られず、昇温、冷却の繰り返しによる表面の劣化は見ら
れなかった。

【００６７】（耐溶剤性）得られた部材の重量を測定し
た後、フッ酸で３０回洗浄し、洗浄後の重量を測定して
重量の減少量を測定した。洗浄の前後で重量の減少は認
められず、耐溶剤性に優れていることがわかった。

【００６８】（実施例２）焼結体の製造 実施例１と同様にして得た炭化ケイ素原料粉体を８．５
ｇとり、実施例１で行った金型に充填してプレスし、成
形体を得る工程を行わずに、直接黒鉛製型に粉体を充填
し、実施例１と同様の条件でホットプレスを行った。ホ
ットプレス装置としては、実施例１と同じものを用い
た。 （ホットプレス条件）１０^-5〜１０^-4ｔｏｒｒの真空条
件下で、室温から７００℃まで８時間かけて昇温し、１
時間その温度に保持した。（第１の昇温工程） 真空条件下で、７００℃〜１２００℃まで３時間で昇温
し、さらに、１２００℃〜１５００℃まで３時間で昇温
し、４時間その温度に保持した。（第２の昇温工程） さらに５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で加圧し、アルゴン
雰囲気下にて１５００℃〜２２００℃まで４時間で昇温
し、１時間その温度に保持した。（ホットプレス工程） 得られた焼結体の密度は３．０５ｇ／ｃｍ³ 、ビッカー
ス硬度は２５００ｋｇｆ／ｍｍ² 、電気比抵抗は０．０
３Ω・ｃｍであった。

【００６９】半導体製造装置用部材の作製と評価 得られた焼結体を用いて、実施例１と同様にして半導体
製造装置用部材（ウエハボート）を作製し、実施例１と
同様に評価を行ったところ、汚染性の評価結果は、８．
３×１０¹²ａｔｏｍｓ／（１μｍ×ｃｍ² ）であり、ウ
エハーボートの汚染性は無視できるほど小さいことがわ
かった。また、耐久性、耐溶剤性ともに実施例１と同様
に優れていることが確認された。

【００７０】（比較例１）市販の炭化ケイ素粉末８５重
量％、炭素粉末１５重量％を混合して実施例１と同様の
部材を成形した後、仮焼炉に入れて窒素ガス雰囲気下で
９００℃まで加熱して仮焼結体を得た。次に、これを焼
結炉にセットして１５５０℃に加熱して金属ケイ素を含
浸し、焼結を完了した。このようにして得られた焼結体
を鋳込み成形してウエハボートを得た。

【００７１】得られた焼結体の密度は３．０２ｇ／ｃｍ
³ 、ビッカース硬度は２０００ｋｇｆ／ｍｍ² 、電気比
抵抗は１．０×１０^-3Ω・ｃｍであった。

【００７２】半導体製造装置用部材の評価 得られた半導体製造装置用部材（ウエハボート）につい
て、実施例１と同様に評価を行ったところ、汚染性の評
価結果は、１．１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／（１μｍ×ｃｍ
² ）であり汚染性が著しいことがわかった。また、耐久
性については、８回目の昇温時に接合部に亀裂が生じ、
耐溶剤性については、１５％の重量減少が見られ、ウエ
ハ投入部に欠損が観察され、耐久性、耐溶剤性ともに不
充分であった。

【００７３】（比較例２）比較例１で鋳込み成形により
得られたウエハボートの表面に、１０００℃で、メチル
トリクロロシランを原料ガスとして炭化ケイ素被膜をＣ
ＶＤ処理により形成した。被膜の厚みは１０〜１００μ
ｍであった。

【００７４】半導体製造装置用部材の評価 得られた半導体製造装置用部材（ウエハボート）につい
て、実施例１と同様に評価を行ったところ、汚染性の評
価結果は、４．６×１０¹²ａｔｏｍｓ／（１μｍ×ｃｍ
² ）であり汚染性は、無視できるほど小さいことがわか
った。また、耐久性については、７回目の昇温時に表面
に亀裂が観察され、８回目には接合部に亀裂が生じ、耐
久性が不充分であった。耐溶剤性については、フッ酸洗
浄後も重量減少は観察されず、耐溶剤性には優れること
がわかった。

【００７５】前記の各実施例並びに比較例に明らかなよ
うに、本発明の方法により得られた実施例１、２の半導
体製造装置用部材は、放電加工及び研削加工による部品
を組み合わせることにより簡単に製造し得るとともに、
耐久性、耐溶剤性に優れ、汚染性は無視できるほど小さ
いことがわかった。一方、従来法により得られた比較例
１の半導体製造装置用部材は、耐久性、耐溶剤性ともに
不充分で、汚染性は顕著であった。また、この表面にＣ
ＶＤ処理による被膜を形成した比較例２の半導体製造装
置用部材は、汚染性、耐溶剤性に優れていたが、製造が
煩雑であり、また、被膜強度の問題から耐久性に問題が
あることがわかった。

【００７６】このように、本発明の半導体製造装置用部
材は組立式の部材としても優れた特性を示すため、近年
の半導体製造装置用の大型化に伴う大型部材への要求に
対しても、焼結体製造装置を大型化することなく対応し
得るという利点をも示すものである。

【００７７】

【発明の効果】本発明の半導体製造装置用部材は、高密
度性、高純度性、高導電性、高熱伝導率を兼ね備えた高
品位の炭化ケイ素焼結体よりなるため、製造、加工が簡
単であり、金属元素による半導体の汚染がなく、優れた
耐久性、耐溶剤性を有していた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は炭化ケイ素焼結体を放電加工して得ら
れた横形ウエハボートに用いる側板、（Ｂ）は同じく受
け棒、（Ｃ）は支柱の側面図を示す。

【図２】（Ａ）は炭化ケイ素焼結体を放電加工して得ら
れた横形ウエハボートに用いるブラケットのハンドル、
（Ｂ）は図１（Ａ）に示す側板に取り付けるブラケット
の側面図を示す。（Ｃ）はナット、（Ｄ）はボルトの側
面図を示す。

【図３】実施例１の横形ウエハボートの概略斜視図を示
す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤との
   混合物を焼結して得られた焼結体であって、密度が２．
   ９ｇ／ｃｍ³ 以上である炭化ケイ素焼結体を用いたこと
   を特徴とする半導体製造装置用部材。
2. 【請求項２】 前記非金属系焼結助剤が、加熱により炭
   素を生成する有機化合物であることを特徴とする請求項
   １に記載の半導体製造装置用部材。
3. 【請求項３】 前記非金属系焼結助剤が、炭化ケイ素粉
   末表面を被覆していることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の半導体製造装置用部材。
4. 【請求項４】 前記非金属系焼結助剤が、加熱により炭
   素を生成する有機化合物により表面を被覆された炭化ケ
   イ素粉末であることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載の半導体製造装置用部材。
5. 【請求項５】 前記非金属系焼結助剤がレゾール型フェ
   ノール樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のい
   ずれかに記載の半導体製造装置用部材。
6. 【請求項６】 前記炭化ケイ素焼結体の比抵抗が１Ω・
   ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れかに記載の半導体製造装置用部材。
7. 【請求項７】 前記炭化ケイ素焼結体の熱伝導率が２０
   ０Ｗ／ｍ・ｋ以上であることを特徴とする請求項１乃至
   ６のいずれかに記載の半導体製造装置用部材。
8. 【請求項８】 前記炭化ケイ素焼結体に含まれる不純物
   元素の総含有量が１ｐｐｍ未満であることを特徴とする
   請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体製造装置用部
   材。
9. 【請求項９】 前記半導体製造装置用部材が組立式のも
   のであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに
   記載の半導体製造装置用部材。