(57)【要約】【課題】  半導体製造装置、液晶デバイス製造装置用の絶縁性部材等として好適に用いることができ、また、前記部材等の大型化、高精度化、複雑化にも対応することができる高比抵抗炭化ケイ素焼結体を提供する。【解決手段】  常圧焼結法により、窒素含有量が０．４ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下であり、前記窒素の一部が炭化ケイ素結晶に固溶しており、残部が炭化ケイ素結晶粒界に窒化ホウ素結晶として存在し、かつ、比抵抗が０．１ＧΩ・ｃｍ以上である高比抵抗の炭化ケイ素焼結体を得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧焼結法により得られる炭化ケイ素焼結体であって、窒素含有量が０．４ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下であり、前記窒素の一部が炭化ケイ素結晶に固溶しており、残部が炭化ケイ素結晶粒界に窒化ホウ素結晶として存在し、かつ、比抵抗が０．１ＧΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする高比抵抗炭化ケイ素焼結体。
【請求項２】
前記窒化ホウ素結晶は、径が４μｍ以下であり、数密度が１２０個／ｍｍ2以下であることを特徴とする請求項１記載の高比抵抗炭化ケイ素焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置、液晶デバイス製造装置等におけるステッパ、チャンバ部品、静電気除去端子等に用いられるセラミックス部材や、メカニカルシール、軸受け等の摺動部品に好適な高比抵抗炭化ケイ素焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶デバイスの製造装置のうち、例えば、ステッパ部材であるステージには、軽量であり、放電し難い材料として、従来はアルミニウムが用いられていた。
この場合、紫外線等の短波長光の反射を抑制して高精度で露光するために、アルミニウム材の表面にブラックアルマイト処理を施していた。
【０００３】
近年、液晶基板の大型化に伴い、液晶用のステージは大型化が進み、アルミニウムに替わる材料として、軽量かつ高剛性であるアルミナ、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス（焼結体）を用いることが検討されている。
これらのうち、炭化ケイ素焼結体は、黒〜黒褐色であり、紫外線反射率が３％未満であるため、黒色化処理を施さなければならない他のセラミックスに比べて有利である。
【０００４】
しかしながら、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素等のセラミックスは、絶縁材料であるのに対して、炭化ケイ素焼結体は、１０3〜１０6Ω・ｃｍと広範囲にわたる比抵抗を示すものである。
しかも、炭化ケイ素焼結体は、上記のようなステッパ部材に用いる際は、プロセス毎に除電処理しなければならず、特に、大型の部材の場合には、除電処理の所要時間が長くなり、また、塵埃の付着や吸着も防止しなければならなかった。
【０００５】
したがって、軽量かつ高剛性であり、低反射率である炭化ケイ素焼結体は、これらの優れた特性に加えて、高抵抗化を図ることができれば、大型液晶のステッパ部材に好適に用いることができる材料となる。
【０００６】
ところで、従来、炭化ケイ素焼結体の製造においては、焼結体の緻密化を図るために、炭化ケイ素原料に、焼結助剤として炭化ホウ素が添加されていた。
しかしながら、これにより得られる炭化ケイ素焼結体は、剛性および強度は高く、大型化への対応も可能であるが、比抵抗は高々１０6Ω・ｃｍオーダーであり、半導体製造装置、液晶デバイス製造装置における絶縁性を要求される前記部材等に適用するには、十分な比抵抗であるとは言えなかった。
【０００７】
これに対して、高比抵抗の炭化ケイ素焼結体を得る方法としては、例えば、特許文献１に、炭化ケイ素粉末原料に、ベリリウムまたはベリリウム化合物を添加して、ホットプレス焼結を行うことにより、比抵抗が１ＧΩ・ｃｍに達する炭化ケイ素焼結体が得られることが開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、焼結助剤として、窒化ホウ素１〜２０質量％と、炭素または／および炭化ホウ素を併用して、ホットプレス焼結することにより、高比抵抗の炭化ケイ素焼結体が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１５６３７３号公報
【特許文献２】特開２００３−２７７１５２号公報（段落００１３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１記載の炭化ケイ素焼結体は、非常に高い比抵抗が得られているが、添加されるベリリウムまたはベリリウム化合物は、毒性の問題があり、また、ホットプレス焼結では、近年の液晶の大型化に伴う製造装置部材の大型化、高精度化、複雑化に対応する炭化ケイ素焼結体を得ることは困難であった。
【００１０】
また、上記特許文献２記載の炭化ケイ素焼結体も、ホットプレス焼結により緻密化が図られ、高い比抵抗が得られるものの、これも、上記特許文献１記載の炭化ケイ素焼結体と同様に、大型かつ複雑な形状の焼結体とすることは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、半導体製造装置、液晶デバイス製造装置用の絶縁性部材等として好適に用いることができ、また、大型化、高精度化、複雑化にも対応することができる高比抵抗炭化ケイ素焼結体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る高比抵抗炭化ケイ素焼結体は、常圧焼結法により得られる炭化ケイ素焼結体であって、窒素含有量が０．４ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下であり、前記窒素の一部が炭化ケイ素結晶に固溶しており、残部が炭化ケイ素結晶粒界に窒化ホウ素結晶として存在し、かつ、比抵抗が０．１ＧΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする。
上記のような高比抵抗の炭化ケイ素焼結体は、紫外線の反射率が低く、軽量かつ高剛性であるため、半導体製造装置、液晶デバイス製造装置等における大型の絶縁性セラミックス材として好適に用いることができる。
【００１３】
前記高比抵抗炭化ケイ素焼結体においては、強度の観点から、窒化ホウ素結晶は、径が４μｍ以下であり、数密度が１２０個／ｍｍ2以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上述したとおり、本発明に係る高比抵抗炭化ケイ素焼結体は、短波長光の反射率が低く、軽量かつ高剛性であり、比抵抗が０．１ＧΩ・ｃｍ以上と高く、静電気の発生を抑制することができ、静電気が発生した場合であっても、容易に除電することができる。
したがって、本発明に係る高比抵抗炭化ケイ素焼結体は、半導体製造装置、液晶デバイス製造装置における１ｍを超える大型のステージやチャンバ部品、静電気除去端子等に用いられるセラミックス部材として、また、メカニカルシール、軸受け等の摺動部品にも好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、より詳細に説明する。
本発明に係る高比抵抗炭化ケイ素焼結体は、常圧焼結法により得られる炭化ケイ素焼結体であって、窒化ホウ素粒子を含み、窒素含有量が０．４ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下であり、かつ、比抵抗が０．１ＧΩ・ｃｍ以上のものである。
このように、本発明に係る炭化ケイ素焼結体は、軽量かつ高剛性であるセラミックス一般の特性に加えて、紫外線等の短波長光の反射が少なく、高比抵抗のものである。
【００１６】
上記のような本発明に係る高比抵抗炭化ケイ素焼結体は、例えば、炭化ケイ素粉末原料に、焼結助剤として窒化ホウ素、カーボンブラックおよび有機バインダを用いて、スラリーを混合して調製する工程と、前記スラリーを造粒した後、これを加圧成形により成形体とする工程と、前記成形体を２１００〜２３００℃で常圧焼結させる工程とを経ることにより、容易に製造することができる。
このような製造方法によれば、従来のようなホットプレスによる焼結を行う必要がないため、半導体製造装置や液晶デバイス製造装置におけるチャンバ部品のような複雑形状の部材等であっても比較的容易に製造することができ、また、前記部材の大型化、高精度化にも対応することが可能である。
【００１７】
前記炭化ケイ素粉末原料としては、純度９８％程度のα‐ＳｉＣからなる市販品の炭化ケイ素粉末を用いることができる。
なお、前記炭化ケイ素粉末中に、Ａｌが１００〜３００ｐｐｍ含まれている場合がある。このＡｌはｐ型形成元素であるため、電気抵抗を半導体レベルにまで低下させるものであり、本発明においては、このような炭化ケイ素粉末を用いる場合は、高抵抗に維持するために、ｎ型形成元素であるＮを３００ｐｐｍ以上含む粉末を添加して使用する。
また、前記炭化ケイ素粉末原料の粒径は、スラリー調製時における分散性等の観点から、平均粒径１．０μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
前記炭化ケイ素粉末原料に添加する窒化ホウ素は、０．７ｗｔ％以上１ｗｔ％以下の範囲であることが好ましい。
前記窒化ホウ素の添加量が０．７ｗｔ％未満の場合、後述のように、得られる炭化ケイ素焼結体中にＮが十分に導入されず、抵抗率の向上が図られない。一方、窒化ホウ素の添加量が１ｗｔ％を超える場合、成形工程において、成形性が著しく低下し、成形が困難となる。
なお、前記窒化ホウ素は、平均粒径５μｍ以下程度の粉末が、スラリー調製時における分散性等に優れているため好ましい。
【００１９】
得られる炭化ケイ素焼結体中のＢの含有量は、添加される窒化ホウ素中のＢの含有量とほぼ等量となる。
これに対して、炭化ケイ素焼結体中のＮの含有量は、Ｎの一部が揮散することにより、添加される窒化ホウ素中のＮの含有量よりも少なくなる。
したがって、窒化ホウ素の添加量は、Ｎが窒化ホウ素結晶の状態で、炭化ケイ素焼結体中に残留することができる程度の量とすることが必要であり、これにより、炭化ケイ素焼結体の高抵抗化を図ることができる。
なお、本発明に係る炭化ケイ素焼結体の粒界中に窒化ホウ素結晶が残留していることは、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Electron Energy-Loss Spectroscopy）によって確認することができる。
【００２０】
上記のように、本発明に係る炭化ケイ素焼結体中には、窒化ホウ素結晶が存在していることを要するが、この窒化ホウ素結晶の凝集相が炭化ケイ素結晶粒界のほぼ三重点に形成される。前記窒化ホウ素結晶のサイズが大きすぎたり、数が多すぎる場合は、炭化ケイ素焼結体の密度が低下し、強度が低下することとなる。
このため、本発明に係る炭化ケイ素焼結体中に存在する窒化ホウ素結晶は少ないことが好ましく、すなわち、径が４μｍ以下であり、その数密度が１２０個／ｍｍ2以下であることが好ましく、より好ましくは、１００個／ｍｍ2以下である。
【００２１】
また、前記スラリー調製工程においては、分散性の向上、焼結体の均質化および緻密化を図る等の目的で、分散剤、バインダ等の助剤を、適宜添加してもよい。
前記バインダとしては、炭化率が高いことから、フェノール系樹脂が好適に用いられる。
前記バインダは、炭化ケイ素原料粉末に対して、Ｃの含有量が０．５〜４ｗｔ％となる量を添加することが好ましい。
前記Ｃの含有量が０．５ｗｔ％未満の場合は、成形性が劣る。一方、４ｗｔ％を超える場合は、得られる炭化ケイ素焼結体中に残留するＣが多くなり、比抵抗の低下を招く。
また、スラリー調製時に用いられる分散媒は、揮発性液体であることが好ましく、例えば、水、アルコール等を用いることが好ましい。
【００２２】
前記スラリーからの造粒方法は、特に限定されるものではないが、通常は、スプレードライにより行われる。
また、成形工程においては、焼結体の緻密化を図るため、加圧成形することが好ましく、例えば、一軸プレス成形、ＣＩＰ等により行うことができる。
【００２３】
上記のようにして造粒粉を加圧成形して得た成形体を、２１００〜２３００℃で焼成することにより、本発明に係る炭化ケイ素焼結体が得られる。
前記焼成温度が２１００℃未満の場合は、焼結が十分に進行せず、密度および抵抗が低下する。一方、焼成温度が２３００℃を超える場合は、焼結体中に添加した窒化ホウ素の蒸発による空隙が生じ、密度の低下および抵抗の低下を招く。
また、高比抵抗の焼結体を得るためには、不純物の混入防止の観点から、不活性ガス雰囲気下で焼結させることが好ましい。
なお、焼結時間およびその他の焼結条件は、製造する炭化ケイ素焼結体の形状、大きさ、用途等に応じて、適宜調整される。
【００２４】
上記のようにして得られる本発明に係る炭化ケイ素焼結体は、高比抵抗であるため、半導体製造装置、液晶デバイス製造装置等における絶縁性セラミックス材として好適に用いることができる。
なお、高比抵抗であることは、除電の観点からは不利であるが、誘電し難いため、例えば、ステッパにおいて、露光作業中の放電を防止し、基板との放電によるパターン破壊を防止することができるという利点を有しており、１ｍを超える大型のステージやチャンバ部品、静電気除去端子等、また、メカニカルシール、軸受け等の摺動部品にも好適に用いることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
平均粒径０．７μｍの炭化ケイ素粉末原料（α‐ＳｉＣ、純度９８％）に対して、焼結助剤として窒化ホウ素０．８ｗｔ％と、フェノール樹脂系バインダをＣ換算で２ｗｔ％と、分散媒としてアルコールとを、樹脂製ボールミルにて混合してスラリーを調製した。
前記スラリーをスプレードライにより造粒した後、８０ｍｍ×１３ｍｍ×１０ｍｍの成形体を形成した。
前記成形体を圧力１２００ｋｇ／ｃｍ2で一軸プレス成形し、２１００℃で１時間焼成し、炭化ケイ素焼結体を作製した。
【００２６】
得られた炭化ケイ素焼結体の密度は、３．１５±０．０３ｇ／ｃｍ3、動弾性率は約４００ＧＰａであり、高比抵抗でない通常の炭化ケイ素焼結体と同程度の密度および強度を有していることが認められた。
この炭化ケイ素焼結体中の窒素含有量を測定したところ、０．４２ｗｔ％であった。
また、ＴＥＭ観察により、炭化ケイ素の結晶粒界に、窒化ホウ素粒子が存在していることが確認された。
【００２７】
さらに、前記炭化ケイ素焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試験片に加工して、四端子法（ＪＩＳ  Ｒ１６３７およびＪＩＳ  Ｋ７１９４）により比抵抗を測定した結果、室温比抵抗で１ＧΩ・ｃｍを超えることが認められた。
また、コール‐コールプロットによる比誘電率は２２０±２０、誘電損失は０．８以下であり、通常の炭化ケイ素焼結体が、比誘電率３００、誘電損失１．４であるのと比べていずれも低く、誘電し難いものであることが認められた。
【００２８】
［実施例２］
窒化ホウ素の添加量を０．９５ｗｔ％として、それ以外については、実施例１と同様にして、炭化ケイ素焼結体を作製し、窒素含有量および比抵抗を測定した。
これらの測定結果を表１に示す。
【００２９】
［比較例１，２］
表１の比較例１，２に示すように、窒化ホウ素の添加量を変化させて、それ以外については、実施例１と同様にして、炭化ケイ素焼結体を作製し、窒素含有量および比抵抗を測定した。
これらの測定結果を表１に示す。
【００３０】
［比較例３］
窒化ホウ素に替えて、炭化ホウ素を０．１５重量％添加し、それ以外については、実施例１と同様にして、炭化ケイ素焼結体を作製し、窒素含有量および比抵抗を測定した。
これらの測定結果を表１に示す。
なお、比較例３においては、焼結体中の窒素含有量は、炭化ケイ素原料に含まれていた不純物に由来する。
【００３１】
【表１】
2006240960.tif 000002