JP5890232B2

JP5890232B2 - 炭化ケイ素部材の製造方法

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Publication number: JP5890232B2
Application number: JP2012087332A
Authority: JP
Inventors: 和人長谷
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-04-06
Also published as: JP2013216525A

Description

本発明は、炭化ケイ素部材の製造方法に関する。

従来、酸化雰囲気下において、炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材を加熱し、炭化ケイ素部材の表面に酸化膜を形成する工程を有する炭化ケイ素部材の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。形成された酸化膜を酸により洗浄することにより、炭化ケイ素部材の表面に存在する不純物が酸化膜と一緒に除去される。

特許文献１の方法では、酸化膜を除去した後に、さらに、常圧の不活性雰囲気下又はＨＣｌガス雰囲気下において、炭化ケイ素部材を加熱し、炭化ケイ素部材を純化している。これにより、炭化ケイ素部材の表面の不純物をさらに除去している。

特開平１１−２４０７８０号公報

しかしながら、上述した炭化ケイ素部材の製造方法では、不活性雰囲気下又はＨＣｌガス雰囲気下において、１２００度以上で炭化ケイ素部材を加熱する。これにより、炭化ケイ素部材を構成するケイ素の一部が気化し、炭化ケイ素部材の表面に煤（カーボン）が生じていた。煤は、不純物であるため、炭化ケイ素部材を純化しても、炭化ケイ素部材の純度を充分に高くすることができていなかった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材において、純度の高い炭化ケイ素部材を製造できる炭化ケイ素部材の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の特徴は、アルミニウムを含有する炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材の表面を、フッ化水素と硝酸との混酸水溶液によって洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後に、不活性雰囲気下において、前記炭化ケイ素部材を加熱し、前記炭化ケイ素部材を純化する純化工程と、前記純化工程の後に、酸化雰囲気下において前記炭化ケイ素部材を１４００度以上かつ１８００度以下の温度で加熱し、前記炭化ケイ素部材の表面に酸化膜を形成する酸化工程と、前記酸化工程の後に、前記酸化膜を酸により洗浄し、前記酸化膜を除去する酸洗浄工程と、を有することを要旨とする。

本発明の特徴によれば、純化工程の後に、酸化工程及び酸洗浄工程を行うことにより、純化工程によって生じた煤は、酸化工程の加熱によって気化するとともに、酸洗浄によって酸化膜と一緒に洗い流される。その結果、煤によって、炭化ケイ素部材の純度が低下することがなくなり、高純度の炭化ケイ素部材を製造することができる。

前記純化工程では、１００Ｐａ以下の圧力で、前記炭化ケイ素部材を加熱してもよい。

前記酸化工程では、１４００度以上、１８００度以下の温度で、前記炭化ケイ素部材を加熱してもよい。

本発明によれば、炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材において、純度の高い炭化ケイ素部材を製造できる。

図１は、本実施形態に係る炭化ケイ素部材の製造方法を説明するためのフローチャートである。

本発明に係る炭化ケイ素部材の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）炭化ケイ素部材の製造方法、（２）作用効果、について説明する。

以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）炭化ケイ素部材の製造方法
本実施形態に係る炭化ケイ素部材の製造方法について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る炭化ケイ素部材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１に示されるように、本実施形態に係る炭化ケイ素部材の製造方法は、部材準備工程Ｓ１０、表面洗浄工程Ｓ２０、純化工程Ｓ３０、酸化工程Ｓ４０及び酸洗浄工程Ｓ５０を有する。

（１．１）部材準備工程Ｓ１０
部材準備工程Ｓ１０は、炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材を準備する工程である。炭化ケイ素部材は、炭化ケイ素からなる焼結体であれば、特に限定されないが、不純物が少ない炭化ケイ素からなる焼結体であることが好ましい。

炭化ケイ素焼結体は、炭化ケイ素からなる原料を焼結することにより製造できる。例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）で製造された炭化ケイ素を原料としてもよいし、ケイ素含有原料と炭素含有原料とから炭化ケイ素前駆体を生成し、生成された炭化ケイ素前駆体を焼成することで得られる炭化ケイ素を原料としてもよい。準備した原料を、例えば、金型に入れて、圧力を加えながら加熱することにより、炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材を準備してもよい。

炭化ケイ素焼結体を所定の形状に加工したものを炭化ケイ素部材としてもよい。

（１．２）表面洗浄工程Ｓ２０
表面洗浄工程Ｓ２０は、準備した炭化ケイ素部材の表面を洗浄する工程である。フッ化水素（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）との混酸水溶液等によって、炭化ケイ素部材の表面を洗浄する。これにより、炭化ケイ素部材の表面に付着していた不純物が除去される。

炭化ケイ素部材の表面を洗浄した後、炭化ケイ素部材を乾燥させる。

（１．３）純化工程Ｓ３０
純化工程Ｓ３０は、不活性雰囲気下において、炭化ケイ素部材を加熱し、炭化ケイ素部材を純化する工程である。表面が洗浄された炭化ケイ素部材を加熱する。例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガス又は窒素等の不活性ガス雰囲気下において、炭化ケイ素部材を加熱する。減圧雰囲気下で炭化ケイ素部材を加熱することが好ましく、特に、１００Ｐａ以下の圧力で、炭化ケイ素部材を加熱することが好ましい。

加熱温度は、炭化ケイ素部材が純化する温度以上の温度である。例えば、１２００度以上の温度で、炭化ケイ素部材を２時間保持する。これにより、炭化ケイ素部材が加熱され、炭化ケイ素部材に含まれる不純物が除去される。その結果、炭化ケイ素部材の純度が向上する。

炭化ケイ素部材の加熱が終わった後に、炭化ケイ素部材の表面を洗浄してもよい。

（１．４）酸化工程Ｓ４０
酸化工程Ｓ４０は、酸化雰囲気下において、炭化ケイ素部材を加熱し、炭化ケイ素部材の表面に酸化膜を形成する工程である。酸化工程Ｓ４０は、純化工程Ｓ３０の後に行う。

例えば、大気雰囲気下、又は、酸素、酸化性ガス等の酸化雰囲気下において、炭化ケイ素部材を加熱する。加熱により、炭化ケイ素部材の表面では、以下の反応が起こる。

２ＳｉＣ＋３Ｏ_２＝２ＳｉＯ_２＋２ＣＯ
上記反応によって、炭化ケイ素部材の表面には、酸化膜が形成される。酸化膜は、炭化ケイ素部材の表面を構成する炭化ケイ素が酸素と反応することによって形成されるため、酸化膜は、炭化ケイ素部材の表面付近に存在した不純物（純化工程Ｓ３０において除去できなかった不純物）を含んでいる。なお、不純物を除いて二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる膜である。

また、炭化ケイ素部材の表面には、純化工程Ｓ３０によって、微量の煤（カーボン）が存在する。加熱により、炭化ケイ素部材の表面では、さらに、以下の反応が起こる。

２Ｃ＋Ｏ_２＝２ＣＯ
Ｃ＋Ｏ_２＝ＣＯ_２
上記反応によって、炭化ケイ素部材の表面に存在する煤は、一酸化炭素又は二酸化炭素となって、炭化ケイ素部材の表面から除去される。

加熱温度は、炭化ケイ素部材の表面に酸化膜が形成される温度である。例えば、１２００度以上の温度で、２時間炭化ケイ素部材を保持する。１４００度以上、１８００度以下の温度で、炭化ケイ素部材を加熱することが好ましい。

なお、有機成分及び軽金属元素等（例えば人由来の不純物等）は酸化膜の質に影響を与える。このため、有機成分及び軽金属元素等が付着している部分の酸化膜は、変色する。従って、酸化工程Ｓ４０を経ることによって、目視にて、有機成分及び軽金属元素等が付着しているか確認できる。

（１．５）酸洗浄工程Ｓ５０
酸洗浄工程Ｓ５０は、酸化膜を酸により洗浄し、酸化膜を除去する工程である。酸洗浄工程Ｓ５０は、酸化工程Ｓ４０の後に行う。

酸としては、二酸化ケイ素を溶解可能な溶液を用いる。例えば、酸として、フッ酸水溶液又はフッ酸と硝酸との混酸水溶液が挙げられる。具体的には、５〜４０重量％の濃度のフッ酸水溶液を用いることができる。８〜１５重量％の濃度のフッ酸水溶液を用いることが好ましい。

酸の温度は、常温であってもよいし、常温よりも高い温度であってもよい。例えば、１０％濃度のフッ酸水溶液の場合、常温で１０分程度、炭化ケイ素部材の表面に形成された酸化膜を洗浄することにより、酸化膜を除去することができる。

酸化膜の除去によって、酸化膜に含まれる不純物が酸化膜と一緒に除去される。これにより、炭化ケイ素部材の純度が向上する。

さらに、酸化膜の表面には、酸素と反応しなかった煤が存在する。酸化膜の除去によって、煤も一緒に除去されるため、炭化ケイ素部材の純度がさらに向上する。

酸洗浄した後に、酸により洗浄された炭化ケイ素部材の表面を純水で洗浄し、炭化ケイ素部材を乾燥させてもよい。

以上の工程により、高純度の炭化ケイ素部材を製造することができる。

（２）作用効果
本実施形態に係る炭化ケイ素部材の製造方法は、不活性雰囲気下において、炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材を加熱し、炭化ケイ素部材を純化する純化工程Ｓ３０と、純化工程Ｓ３０の後に、酸化雰囲気下において炭化ケイ素部材を加熱し、炭化ケイ素部材の表面に酸化膜を形成する酸化工程Ｓ４０と、酸化工程Ｓ４０の後に、酸化膜を酸により洗浄し、酸化膜を除去する酸洗浄工程Ｓ５０と、を有する。

純化工程Ｓ３０の後に、酸化工程Ｓ４０及び酸洗浄工程Ｓ５０を行うことにより、純化工程Ｓ３０によって生じた煤は、酸化工程Ｓ４０の加熱によって気化するとともに、酸洗浄によって酸化膜と一緒に洗い流される。その結果、煤によって、炭化ケイ素部材の純度が低下することがなくなり、高純度の炭化ケイ素部材を製造することができる。

また、純化工程Ｓ３０では、１００Ｐａ以下の圧力で、炭化ケイ素部材を加熱することが好ましい。減圧雰囲気下において、特に１００Ｐａ以下の圧力で、加熱することにより、金属が気化しやすくなるため、不純物（金属）を効率よく除去することができる。その結果、高純度の炭化ケイ素部材を製造することができる。

また、酸化工程Ｓ４０では、１４００度以上、１８００度以下の温度で、炭化ケイ素部材を加熱することが好ましい。

１４００度以上の温度で炭化ケイ素部材を加熱することにより、炭化ケイ素部材の表面に効率よく酸化膜を形成することができる。さらに、１４００度以上の温度で炭化ケイ素部材を加熱することにより、煤が気化しやすくなるため、煤を効率よく除去することができる。加えて、炭化ケイ素部材にアルミニウム（Ａｌ金属又はＡｌ化合物）が含まれている場合（例えば、アルミニウム化合物を含む焼結助剤を用いた場合）、加熱時にアルミニウムの物質移動が起こることがある。このため、炭化ケイ素部材を半導体製造装置を構成する部材として用いた場合、半導体の品質に影響を与えることがある。１４００度以上の温度で炭化ケイ素部材を加熱することにより、アルミニウムは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）になりやすくなる。アルミナは、熱的及び化学的に安定性が高いため、物質移動が起こらなくなる。その結果、炭化ケイ素部材を半導体製造装置を構成する部材として用いても半導体の品質に影響を与えることが少なくなる。

１８００度以下の温度で、炭化ケイ素部材を加熱することにより、炭化ケイ素部材の内部まで必要以上に酸化されることを抑制することができる。

本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

Ｓ１０…部材準備工程、Ｓ２０…表面洗浄工程、Ｓ３０…純化工程、Ｓ４０…酸化工程、Ｓ５０…酸洗浄工程

Claims

アルミニウムを含有する炭化ケイ素焼結体からなる炭化ケイ素部材の表面を、フッ化水素と硝酸との混酸水溶液によって洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程の後に、不活性雰囲気下において、前記炭化ケイ素部材を加熱し、前記炭化ケイ素部材を純化する純化工程と、
前記純化工程の後に、酸化雰囲気下において前記炭化ケイ素部材を１４００度以上かつ１８００度以下の温度で加熱し、前記炭化ケイ素部材の表面に酸化膜を形成する酸化工程と、
前記酸化工程の後に、前記酸化膜を酸により洗浄し、前記酸化膜を除去する酸洗浄工程と、を有する炭化ケイ素部材の製造方法。
前記純化工程では、１００Ｐａ以下の圧力で、前記炭化ケイ素部材を加熱する請求項１に記載の炭化ケイ素部材の製造方法。