(57)【要約】【課題】  大気中で制限なく使用できる高周波加熱用被加熱部材及びそれを備える高周波加熱装置を提供する。【解決手段】  金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である炭化ケイ素焼結体から構成された高周波加熱用被加熱部材。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である炭化ケイ素焼結体から構成された高周波加熱用被加熱部材。
【請求項２】
密度が２．９ｇ／ｃｍ３以上である炭化ケイ素焼結体から構成された請求項１記載の高周波加熱用被加熱部材。
【請求項３】
室温体積抵抗率が１Ω・ｃｍ以下である炭化ケイ素焼結体から構成された請求項２に記載の高周波加熱用被加熱部材。
【請求項４】
少なくとも被加熱部材と、高周波発生器とを備える電磁誘導加熱装置であって、
前記被加熱部材は、金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である炭化ケイ素焼結体から構成された高周波加熱装置。
【請求項５】
さらに、金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である防塵部を備える請求項４記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波加熱用被加熱部材及び高周波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒータの加熱方法の一つに高周波加熱方式がある。高周波加熱方式のヒータ装置は、被加熱部材自体を発熱させることから、高火力かつ高効率であるため、近年その需要が増加している。
【０００３】
かかる高周波加熱方式のヒータの部分側断面を図２に示す。高周波加熱方式のヒータにおいて、プレート１０２の下部に配置された高周波磁界発生コイル１０３ａ，１０３ｂは、電気回路１０５から両端に印加された高周波電流により磁力線M１、M２を発生するように構成されている。そして、被加熱部材１０１の底面に渦電流S１、S２を発生させることで被加熱部材１０１自体が発熱する。
【０００４】
この場合、ある技術分野においては、適当な抵抗を持ちしかも安価であることから、被加熱部材１０１は、カーボン（グラファイト）から構成されていた。しかし、このカーボン（グラファイト）は、酸素に弱く大気中で加熱できないという欠点があるため、その使用が制限されていた。
【０００５】
これに対して、カーボン（グラファイト）の代わりに金属を被加熱部材として用いる方法が提案されている。しかし、半導体分野または高純度な材料を製作する必要がある分野では、上記金属が加熱により飛散し悪影響を及ぼす傾向があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため、大気中で使用できる被加熱部材及びそれを備える高周波加熱装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下の記載事項に関する：
（１）  金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である炭化ケイ素焼結体から構成された高周波加熱用被加熱部材。  
（２）  密度が２．９ｇ／ｃｍ３以上である炭化ケイ素焼結体から構成された上記（１）記載の高周波加熱用被加熱部材。  
（３）  室温体積抵抗率が１Ω・ｃｍ以下である炭化ケイ素焼結体から構成された上記（２）に記載の高周波加熱用被加熱部材。  
（４）  少なくとも被加熱部材と、高周波発生器とを備える電磁誘導加熱装置であって、
前記被加熱部材は、金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である炭化ケイ素焼結体から構成された高周波加熱装置。  
（５）  さらに、金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である防塵部を備える上記（４）記載の高周波加熱装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の高周波加熱用被加熱部材は、大気中で使用することができる。また、熱処理空間に不純物金属を揮散することがないので、非常に高純度で材料を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明について実施形態を挙げて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。尚、図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態にかかる高周波加熱装置１０は、被加熱部材１と、被加熱部材１を覆う防塵部６と、被加熱部材１の下方に配置され、磁力発生用コイル３ａ、３ｂを備える高周波発生器４と、を備える。
【００１１】
このような構成を備えることから、被加熱部材１の底面に発生する渦電流により被加熱部材１自体が発熱する。そのため、効率よくワーク８を加熱することができる。また、被加熱部材１は高純度の炭化ケイ素より構成されているため、真空や種々の雰囲気はもちろん大気中であっても特に制限なく加熱できる。
【００１２】
この場合、被加熱部材１は、金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下であることが好ましい。半導体用途で用いる場合、材料に微量の不純物を添加することで導電性等の特性を制御する。この場合、金属が加熱装置系内から混入することなく精緻に制御できれば、半導体チップの特性も向上し、歩留まりも改善する。
【００１３】
また被加熱部材１は好ましくは密度が２．９ｇ／ｃｍ３以上である炭化ケイ素焼結体から構成されている。密度が２．９ｇ／ｃｍ３に満たないと、孔が多数存在することになり、強度が弱くなるからである。また、熱伝導率が均一な発熱特性を発現することが困難になるからである。密度の上限値は制限されるものではないが３．１ｇ／ｃｍ３程度である。被加熱部材１は、体積抵抗率が１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。室温体積低効率が１Ω・ｃｍよりも大きいと、熱効率の点で都合が悪くなるからである。尚、室温体積抵抗率の下限値は制限されるものではないが、室温体積抵抗率の下限値は1×１０−３Ω・ｃｍ程度である。
【００１４】
防塵部６は、金属不純物の含有量が全重量基準で１ｐｐｍ以下である部材から構成されている。材質は特に制限されないが炭化ケイ素焼結体が好ましい。防塵部６は高周波発生器４と分離可能に形成されている。また防塵部６の中空部は真空又は大気雰囲気が保てるように構成されている。尚、防塵部６は、必須の構成要件ではないが、防塵部６を設けることにより、ワーク８に不純物が付着することを好適に防止することができる。
【００１５】
（製造方法）
高周波加熱装置を構成する各部材は、反応焼結法やホットプレス法により製造することができる。以下に反応焼結法を説明する。
【００１６】
（炭化ケイ素粉末）
炭化ケイ素粉末として、α型、β型、非晶質あるいはこれらの混合物等が挙げられる。また、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末を用いることが好ましい。
【００１７】
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型炭化ケイ素を用いることができる。炭化ケイ素粉末の粒径は、高密度の観点からは、小さいことが好ましく、具体的には、０．０１μｍ〜１０μｍ程度、さらに好ましくは、０．０５μｍ〜５μｍである。粒径が、０．０１μｍ未満であると、計量、混合等の処理工程における取扱いが困難となりやすく、１０μｍを超えると、比表面積が小さく、即ち、隣接する粉末との接触面積が小さくなり、高密度化し難くなるため好ましくない。
【００１８】
高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、少なくとも１種以上のケイ素化合物を含むケイ素源と、少なくとも１種以上の加熱により炭素を生成する有機化合物を含む炭素源と、重合又は架橋触媒と、を溶媒中で溶解し、乾燥した後に得られた粉末を非酸化性雰囲気下で焼成する工程により得ることができる。
【００１９】
前述のケイ素化合物を含むケイ素源（以下、「ケイ素源」という。）として、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１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−）及びそ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。前述の反応焼結法において酸化ケイ素とは、ＳｉＯの他、シリカゲル（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、石英粉末）等を含む。これらケイ素源は、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。
【００２０】
これらケイ素源の中でも、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末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。
【００２１】
高純度の炭化ケイ素粉末の製造に用いられる重合及び架橋触媒としては、炭素源に応じて適宜選択でき、炭素源がフェノール樹脂やフラン樹脂の場合、トルエンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、マレイン酸等の酸類が挙げられる。これらの中でも、しゅう酸が好適に用いられる。
【００２２】
前述の反応焼結法に使用される原料粉末である高純度炭化ケイ素粉末を製造する工程における、炭素とケイ素の比（以下、Ｃ／Ｓｉ比と略記）は、混合物をｌ０００℃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％となるばずであるが、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末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１６００℃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２.５５以上にすると遊離炭素が顕著に増加するが、この遊離炭素は結晶成長を抑制する効果を持つため、得ようとする結晶成長サイズに応じてＣ／Ｓｉ比を適宜選択しても良い。但し、雰囲気の圧力を低圧又は高圧とする場合は、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述のＣ／Ｓｉ比の範囲に限定するものではない。
【００２３】
この様にして得られた炭化ケイ素粉末は、大きさが不均一であるため、解粉、分級により前述の粒度に適合するように処理する。
【００２４】
炭化ケイ素粉末を製造する工程において窒素を導入する場合は、まずケイ素源と、炭素源と、窒素源からなる有機物質と、重合又は架橋触媒と、を均質に混合するが、前述の如く、フェノール樹脂等の炭素源と、ヘキサメチレンテトラミン等の窒素源からなる有機物質と、カルボン酸等の重合又は架橋触媒とを、エタノール等の溶媒に溶解する際に、テトラエトキシシランのオリゴマー等のケイ素源と十分に混合することが好ましい。
【００２５】
（炭素源）
炭素源として用いられる物質は、酸素を分子内に含有し、加熱により炭素を残留する高純度有機化合物であることが好ましい。具体的には、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各種糖類が挙げられる。これらはケイ素源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、熱可塑性ある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あるいは液状となるものが主に用いられる。なかでも、レゾール型フェノール樹脂やノボラック型フェノール樹脂が好適である。特に、レゾール型フェノール樹脂が好適に使用される。
【００２６】
（ケイ素源）
ケイ素源としては、高純度のテトラアルコキシシラン、その重合体、酸化ケイ素から選択される１種以上を用いる。本発明において、酸化ケイ素とは、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素を包含するものとする。ケイ素源としては、具体的には、テトラエトキシシランに代表されるアルコキシシラン、その低分子量重合体（オリゴマー）、及び、さらに重合度が高いケイ酸ポリマー等や、シリカゾル、微粉体シリカ等の酸化ケイ素化合物が挙げられる。アルコキシシランとしては、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例示され、なかでも、ハンドリング性の観点から、エトキシシランが好ましくは用いられる。
【００２７】
ここでオリゴマーとは重合度２〜１５程度の重合体を指す。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。
【００２８】
（炭化ケイ素反応焼結体（高周波加熱用被加熱部材）の製造方法）
炭化ケイ素反応焼結体の製造方法の好ましい１実施形態は、
（イ）炭化ケイ素粉末を溶媒中に入れ、分散して得られるスラリー状の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、
（ロ）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１を得る工程と、
（ハ）得られた仮焼体１に炭素源を含浸させる工程と、
（ニ）炭素源を含浸させた仮焼体２を仮焼する工程と、
（ホ）得られた仮焼体２に溶融した金属シリコンを含浸させ、前述の仮焼体２中の遊離炭素とケイ素とを反応させて炭化ケイ素体を得る反応焼結工程と、
（ヘ）真空雰囲気下１４５０〜１８００℃で加熱して未反応ケイ素を除去する熱処理工程とを有する。
【００２９】
以上の製造方法により高純度、高密度、高靭性な炭化ケイ素反応焼結体（高周波加熱用被加熱部材）を得ることができる。前述の反応焼結法において、本発明の前述の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。
【００３０】
また、高周波加熱用被加熱部材の製造方法は、特に制限されることなく、反応焼結法の他にホットプレス法がある。これは、炭化ケイ素粉末を予めフェノール樹脂などの高純度有機液体と混合し、粒子表面に樹脂被覆した粉末をグラファイトモールドに入れ２０００℃以上の温度でホットプレスすることで焼結体を得る。
【００３１】
得られた高周波加熱用被加熱部材は、残留ケイ素量が少なく、また炭化ケイ素粒子が均一に分散している構造を有する。本実施形態により得られる高周波加熱用被加熱部材は、密度が２．９ｇ／ｃｍ３以上であり、平均粒径が２μｍ〜８μｍの主として等方状のケイ素粒子が均一に分散している構造を有する。そのため、密度等のバラツキが小さい構造部材として使用できる。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、本発明の高周波加熱用被加熱部材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。必要に応じより厳しい環境で用いるためには、高周波加熱用被加熱部材の密度は、３．０ｇ／ｃｍ3 以上が好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
本発明で得られる高周波加熱用被加熱部材の不純物の総含有量は、１０ｐｐｍ未満、好ましくは３ｐｐｍ未満、さらに好ましくは１ｐｐｍ未満である。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、高周波加熱用被加熱部材に含まれるケイ素、炭素、酸素以外の不純物の総含有量を１ｐｐｍ未満にすることができる。
【００３４】
本発明で得られる高周波加熱用被加熱部材の物性は、室温における曲げ強度は４００ＭＰａ〜７００ＭＰａ、ビッカース硬度は１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、ポアソン比は０．１４〜０．２１、熱膨張率は３．８×１０-6〜４．５×１０-6（℃-1）、熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・ｋ以上、比熱は０．６０〜０．７０Ｊ／ｇ・Ｋ、室温体積抵抗率は１Ωｃｍ以下である。
【００３５】
本実施形態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、各不純物金属元素含有量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。  
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本実施形態にかかる高周波加熱用加熱装置の概略側面断面図を示す。
【図２】図２は、電磁誘導加熱方式のヒータの部分側面断面図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１、１０１…被加熱部材
３ａ、３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ…高周波磁界発生コイル
６…防塵部
８…ワーク
１０２…プレート
１０５…電気回路
M１、M２…磁力線
S１、S２…渦電流
【図１】
2006086065.tif 000003
【図２】
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