(57)【要約】【課題】減圧下の容器内を大気圧に復帰させるために、ガス導入口に設置されるブレイクフィルタに好適な炭化珪素質多孔体において、パーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止性能を確保するとともに、容器内を短時間のうちに大気圧に復帰させることのできる炭化珪素質多孔体を提供する。【解決手段】結合することにより骨格をなすとともに、複数の気孔を形成する複数の炭化珪素粒子２と、隣接する前記炭化珪素粒子同士が面接触することにより形成されたネック部３と、を有し、平均気孔径が３μｍより大きく９μｍ以下であって、気孔率が３５％以上５５％以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の炭化珪素粒子が互いに結合することにより骨格をなすとともに、複数の気孔を形成し、
隣接する前記炭化珪素粒子同士が面接触することにより形成されたネック部を有し、
平均気孔径が３μｍより大きく９μｍ以下であって、気孔率が３５％以上５５％以下であることを特徴とする炭化珪素質多孔体。
【請求項２】
前記請求項１に記載された炭化珪素質多孔体を、半導体処理装置のガス導入口に設置して用いることを特徴とするブレイクフィルタ。
【請求項３】
半導体処理装置のガス導入口に設置されるブレイクフィルタに用いられる炭化珪素質多孔体の製造方法であって、
平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下とした炭化珪素粒子に有機バインダーを添加、混合し、成形後に非酸化性雰囲気下で２２００℃以上２４００℃以下で焼成することを特徴とする炭化珪素質多孔体の製造方法。
【請求項４】
前記平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下とした炭化珪素粒子は、平均粒子径１μｍ未満の炭化珪素微粒子と平均粒子径１μｍ以上の炭化珪素粒子を混合したものであり、平均粒子径１μｍ未満の炭化珪素微粒子は、炭化珪素粒子全体の１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項３に記載された炭化珪素質多孔体の製造方法。
【請求項５】
前記平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下の炭化珪素原料に有機バインダーを添加、混合し、成形後に焼成する工程の後、
更に酸化性雰囲気下で、１０００℃以上１３００℃以下の温度で加熱処理することを特徴とする請求項３乃至請求項４のいずれかに記載された炭化珪素質多孔体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素質多孔体及びその製造方法、並びに前記炭化珪素質多孔体を用いたブレイクフィルタ（ディフューザーとも言う）に関し、例えば、半導体製造装置におけるロードロックに用いられ、減圧下の容器内を大気圧に復帰させるためにガス導入口に設置されるブレイクフィルタに好適な炭化珪素質多孔体及びその製造方法、並びに前記炭化珪素質多孔体を用いたブレイクフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、処理装置内部を減圧し、減圧下で熱処理が行われている。そして、この熱処理が終了すると、前記処理装置内を減圧状態から大気圧まで戻し、前記半導体ウェハの取り出しがなされる。
このような半導体処理装置にあっては、処理されるウェハを外部から搬入、または処理されたウェハを外部へ搬出する際に、その処理装置内の雰囲気を外部雰囲気に合わせることになるため、通常、ガス導入口部とガス排気口部とが設けられている。そして、これらガス導入口部、ガス排気口部によって、処理装置内の雰囲気ガスを排出して減圧状態にし、またガスを導入して減圧状態を解除するように構成されている。
【０００３】
この半導体処理装置の概略構成を、図３に基づいて説明する。
図３に示すように、半導体処理装置５０には、ガスを導入して減圧状態を解除するガス導入装置６０が設けられている。このガス導入口にガス導入装置（ブレイクフィルタ）６０が用いられる場合、開閉弁５１を開けた瞬間の圧力変動を緩和させることができるため、装置内のパーティクルの舞い上がりを抑制する効果がある。また、装置内の排気を行う場合、排気用の開閉弁５２と並列に微調整弁５３が備えられ、排気開始にあたって微調整弁５３が操作されることでスロー排気が実現される、尚、図中の符号Ｗは処理されるウェハである。
【０００４】
このようにして用いられるガス導入装置（ブレイクフィルタ）６０は、図４に示すように、フィルタエレメント６１が、一対の金属製スペーサ６２ａ、６２ｂ間にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製ガスケット６３、６３を介して装着されている。また、金属製中空状で周囲に多数の通気口６４が穿設された通気パイプ６５が設けられ、スペーサ６２ａ及びフィルタエレメント６１を貫通している。
【０００５】
このガス導入装置（ブレイクフィルタ）６０によって減圧状態を解除するには、まず開閉弁５１が開放されて、ガスがスペーサ６２ｂ側の通気パイプ６５から導入される。このガスは通気口６４及びフィルタエレメント６１を介して処理装置内に導入されるが、このときフィルタエレメント６１が抵抗となり、流速が減速されて徐々に減圧状態が解除される。
このように、ガスは、処理装置内へ流れ込む速度が減速され、処理装置内のパーティクルの舞い上がりや結露の発生が抑制される。
【０００６】
ところで、ガス導入装置６０（ブレイクフィルタ）におけるフィルタエレメント６１の材質としては、ニッケルなどの金属粒子からなる濾過材（特許文献１）、或いはＰＴＦＥ等の樹脂からなる濾過材、或いはアルミナ、シリカなどのセラミックスからなる濾過材が一般に用いられている。また、特許文献２には、炭化珪素質多孔体を濾過材としたブレイクフィルタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１２−５３０５９２号公報
【特許文献２】特許第５０３２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、フィルタエレメント６１の材質として、ニッケルなどの金属粒子からなる濾過材を用いた場合、ロードロック内に導入されるガス、例えば腐食性ガスにより腐食が進行するという問題があった。また、アルミナセラミックスを濾過材として用いた場合、アルミナ自体の耐食性は高いが、助剤として添加される添加剤や不可避的不純物により、耐食性が低下するという課題があった。また、シリカセラミックスを濾過材として用いた場合には、フッ素系ガスに対する耐食性が劣るという課題があった。更に、ＰＴＦＥを濾過材とした場合には、強度及び耐熱性が劣るという課題があった。
【０００９】
前記耐食性、及び耐熱性などの課題を解決するものとしては、特許文献２に開示された炭化珪素質多孔体を濾過材に用いることが考えられる。
しかしながら、特許文献２に開示されたブレイクフィルタにあっては、気孔径、気孔率が大きいため、パーティクル捕集性能、及びパーティクルの舞い上がり防止性能の点で不十分という課題があった。
また、前記課題を解決するため、炭化珪素多孔体において気孔径を小さくすると、気孔率が小さくなり、パーティクル捕集性能、パーティクル舞い上がり防止性能は改善されるが、圧力損失が大きくなって容器内を大気圧に復帰させる時間が長くなるという別の課題が生じていた。
【００１０】
そこで、本願発明者は、ブレイクフィルタの濾過材として、耐食性、及び耐熱性に優れる炭化珪素質多孔体を用いることを前提とし、前記特許文献２に開示された発明の有する課題を解決するために鋭意研究を行い、本願発明をするに至った。
【００１１】
本発明は、前記事情の下になされたものであり、減圧下の容器内を大気圧に復帰させるために、ガス導入口に設置されるブレイクフィルタとして用いられる炭化珪素質多孔体において、パーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止性能を確保するとともに、容器内を短時間のうちに大気圧に復帰させることのできる炭化珪素質多孔体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる炭化珪素質多孔体は、複数の炭化珪素粒子が互いに結合することにより骨格をなすとともに、複数の気孔を形成し、隣接する前記炭化珪素粒子同士が面接触することにより形成されたネック部を有し、平均気孔径が３μｍより大きく９μｍ以下であって、気孔率が３５％以上５５％以下であることを特徴とする。
このように構成された炭化珪素質多孔体を、半導体処理装置のガス導入口に設置されるブレイクフィルタに用いることによって、十分なガス流量を確保しつつ、優れたパーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止性能を得ることができる。また、ネック部を有することにより十分な強度を持たせることができる。
【００１３】
また、上記目的を達成するためになされた本発明にかかる炭化珪素質多孔体の製造方法は、半導体処理装置のガス導入口に設置されるブレイクフィルタに用いられる炭化珪素質多孔体の製造方法であって、平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下とした炭化珪素粒子に有機バインダーを添加、混合し、成形後に非酸化性雰囲気下で焼成する工程を備え、前記焼成の温度は２２００℃以上２４００℃以下であることを特徴とする。
また、前記平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下とした炭化珪素粒子は、平均粒子径１μｍ未満の炭化珪素微粒子と平均粒子径１μｍ以上の炭化珪素粒子を混合したものであり、平均粒子径１μｍ未満の炭化珪素微粒子は、炭化珪素粒子全体の１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００１４】
このような方法で炭化珪素質多孔体を製造することにより、前記した本発明に係る炭化珪素質多孔体を得ることができる。
【００１５】
また、前記平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下の炭化珪素原料に有機バインダーを添加、混合し、成形後に焼成する工程の後、更に酸化性雰囲気下で、１０００℃以上１３００℃以下の温度で加熱処理することが好ましい。
このように上記温度範囲での酸化加熱処理を行うことにより、炭化珪素表面に酸化被膜が形成され、欠陥になり得る亀裂が充填され、補修される。その結果、多孔質体としての強度を２倍程度増加させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、減圧下の容器内を大気圧に復帰させるために、ガス導入口に設置されるブレイクフィルタに用いられる炭化珪素質多孔体において、パーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止性能を確保するとともに、容器内を短時間のうちに大気圧に復帰させることのできる炭化珪素質多孔体及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係る炭化珪素質多孔体の第一の実施形態の骨格構造を示すＳＥＭ像である。
【図２】図２は、本発明に係る炭化珪素質多孔体の第二の実施形態の骨格構造を示すＳＥＭ像である。
【図３】図３は、半導体処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、ガス導入装置（ブレイクフィルタ）の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る炭化珪素質多孔体及びその製造方法の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は本発明に係る炭化珪素質多孔体の第一の実施形態の骨格構造を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。
【００１９】
図１に示す炭化珪素質多孔体１は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、複数の炭化珪素粒子が結合されて骨格をなし、それらの間に多数の気孔が形成されている。この炭化珪素質多孔体１の平均気孔径は、３μｍより大きく９μｍ以下（好ましくは３μｍより大きく６μｍ以下）であり、気孔率は３５％以上５５％以下である。
尚、平均気孔径の測定は、水銀圧入法を用いた。また、炭化珪素粒子の平均粒子径の測定には、ＳＥＭ画像解析法を用いた。
【００２０】
また、図１の画像に示すように、隣接する炭化珪素粒子２同士は面接触し、その接続部にネック部３が形成されている。このネック部３が形成されていることにより、濾過材として使用するに耐える十分な強度を持たせることができる。
【００２１】
尚、平均気孔径が３μｍ以下の場合、圧力損失が大きくガス供給量が少なくなる。そのため、そのため、大気圧に到達するまでの時間が大幅に長くなる。一方、平均気孔径が９μｍより大きいと、パーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止機能が低下し、ウェハ製造歩留まりの低下という課題がある。
【００２２】
また、気孔率が３５％より小さいと、ガス供給量が小さくなり、大気圧に達するまでの時間が大幅に長くなる。一方、気孔率が５５％より大きいと、パーティクル舞い上がり防止性能が低下し、ウェハ製造歩留まりが低下する。
【００２３】
このように形成された炭化珪素質多孔体１をブレイクフィルタとして用いることにより、十分なガス流量を確保しつつ、パーティクルを捕集し、パーティクル舞い上がりを十分に防止することができる。
【００２４】
前記炭化珪素質多孔体１を製造するには、平均粒子径０．５μｍ〜５μｍの炭化珪素原料に有機バインダーを添加、混合し、成形後に非酸化性雰囲気下で焼成する。焼成は、２２００℃〜２４００℃で例えば２時間行う。炭化珪素原料の平均粒子径０．５μｍ〜５μｍの根拠は、０．５μｍより小さいと気孔率が小さくなりガス供給量が小さくなって、大気圧に達するまでの時間が大幅に長くなる。５μｍより大きいと気孔径が大きくなりパーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止機能が低下してしまう。
【００２５】
尚、焼成体を得るには２０００℃〜２２００℃での加熱で可能であるが、その場合、粒成長が不十分となって炭化珪素微粉が残存し、発塵源となるとともに、気孔径が小さくなり、供給ガス量が減少する。更には、ネック部３の成長が十分ではなくなり、強度も不十分となる。
【００２６】
焼成温度を前記のように２２００℃〜２４００℃とすれば、炭化珪素微粉が気化する、或いはネック部に炭化珪素微粉が析出して凝集することで消失する。更には、強度も向上する。
焼成温度が２４００℃より大きい場合は、粒成長が進み気孔径が大きくなりパーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止機能が低下るとともに強度が低下する。
尚、平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下とした炭化珪素粒子は、平均粒子径１μｍ未満の炭化珪素微粒子と平均粒子径１μｍ以上の炭化珪素粒子を混合したものとし、平均粒子径１μｍ未満の炭化珪素微粒子を、炭化珪素粒子全体の１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とすることにより、炭化珪素粒子全体の大きさの割合が適切に制御され、目的とする気孔や骨格構造が作りやすくなる。
【００２７】
以上のように本発明に係る第一の実施の形態によれば、炭化珪素質多孔体１において、平均気孔径が３μｍより大きく９μｍ以下（好ましくは３μｍより大きく６μｍ以下）、気孔率を３５％以上５５％以下とすることにより、十分なガス流量を確保しつつ、優れたパーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止性能を得ることができる。
【００２８】
続いて、本発明に係る第二の実施形態について説明する。この第二の実施形態では、前記した第一の実施形態で得られた炭化珪素質多孔体１に対し更に加熱による酸化処理を行う。
即ち、前記得られた炭化珪素質多孔体１を、酸化雰囲気１０００℃〜１３００℃で例えば２時間、加熱処理する。この酸化処理により得られた炭化珪素質多孔体１０を図２に示す。図２は本発明に係る炭化珪素質多孔体の第二の実施形態の骨格構造を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。
【００２９】
この酸化処理により多孔質体としての強度が２倍程度に増加する。これは、加熱処理によって、ＳｉＣ表面に酸化被膜（好ましくは膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍ）が形成され、欠陥になり得る亀裂が充填され、補修されるためと考えられる。
この加熱処理による高強度化によってガス供給圧が大きくなり、ガス流量が増加できることから減圧された容器が大気圧に復帰するまでの時間を短くすることができる。
【００３０】
尚、前記高強度化のための加熱処理において、加熱温度が１０００℃より低いと、酸化膜厚が薄くなり、強度向上効果が不十分となる。一方、加熱温度が１３００℃より高いと、酸化膜厚は更に厚くなるものの、欠陥の充填、補修効果が飽和し、それ以上の強度効果が認められない。また、厚くなりすぎた酸化膜が、熱膨張率の差によりＳｉＣ表面から剥がれてしまい発塵源となりやすい。
【００３１】
以上のように本発明に係る第二の実施形態によれば、平均気孔径が３μｍより大きく９μｍ以下（好ましくは３μｍより大きく６μｍ以下）、気孔率を３５％以上５５％以下とした炭化珪素質多孔体１に対し所定温度で酸化加熱処理を行うことで、より高強度となり、パーティクル捕集性能、パーティクル舞い上がり防止性能に優れ、チャンバの減圧から大気圧に復帰までの時間を短縮可能な炭化珪素質多孔体１０を得ることができる。
【実施例】
【００３２】
続いて、本発明に係る炭化珪素質多孔体について、実施例に基づきさらに説明する。
本実施例では、前記実施の形態に示した構成の炭化珪素質多孔体の製造を行うことにより、その効果を検証した。
【００３３】
（実験１）
実験１では、本発明においてフィルタエレメントの材質として用いる炭化珪素質多孔体の耐食性について検証した。
【００３４】
実験１で検証する炭化珪素質多孔体として、ＯＹ−１５（屋久島電工株式会社製）を試料として用いた。
そして、この多孔体の試料をＨＦ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
また、前記多孔体の試料をＨＣＩ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
更に、前記多孔体の試料をＨＢｒ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
【００３５】
また、参考例１として、Ａ社製ディフューザーエレメント（Ｎｉエレメント）の試料をＨＦ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
また、Ａ社製ディフューザーエレメント（Ｎｉエレメント）の試料をＨｃｌ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
更に、Ａ社製ディフューザーエレメント（Ｎｉエレメント）の試料をＨＢｒ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
【００３６】
また、参考例２では、アルミナ多孔体に試料をＨＦ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
また、アルミナ多孔体に試料をＨｃｌ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
更に、アルミナ多孔体に試料をＨＢｒ１０％溶液（２２℃）に１５時間浸漬し、試料１ｇあたりの成分溶出量（μｇ／ｇ）を測定した。
【００３７】
実験１の結果を表１に示す。この結果、Ａ社製ディフューザーエレメント（参考例１）からは、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｔｉの溶出が認められ、アルミナ多孔体（参考例２）からは、Ｃａ、Ｔｉの溶出が認められた。
一方、炭化珪素質多孔体からは、微量のＴｉ溶出が認められたのみであり、耐食性に優れることを確認することができた。
【００３８】
【表１】
2019156685.tif 000003
【００３９】
（実験２）
実験２では、本発明に係る炭化珪素質多孔体（第一の実施形態）をブレイクフィルタとして用いた場合の特性について検証した。
この実験２では、平均粒子径が所定範囲の炭化珪素原料１００重量部にバインダーとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を２重量部加え、水とともに混合した。これを乾燥後解砕し、金型成形により得た成形体を所定温度で２時間焼成した。これにより得られた多孔体は、粒子径や加熱温度の条件を変えることにより、平均気孔径、平均気孔率が異なるものとなった。
【００４０】
そして、得られた多孔体から複数種のサンプルを選定し、それらから直径４８ｍｍ、厚さ５ｍｍのフィルタを形成した（実施例１〜７、比較例１〜６）。
表２に、実験２の条件を示す。
【００４１】
【表２】
2019156685.tif 000004
【００４２】
表３に、実施例１〜７、比較例１〜６の多孔体をブレイクフィルタとして用いた場合の特性を示す。
尚、表３において、ガス流量（Ｌ／ｍｉｎ）とは、直径４８ｍｍ、厚さ５ｍｍの多孔体に供給圧０．２ＭＰａでＮ２ガスを流し、多孔体を通過したガス量を示す。
また、発塵数とは、直径４８ｍｍ、厚さ５ｍｍの多孔体にエアを流し、多孔体から発生したパーティクルの個数を示す。
また、パーティクル捕集性能とは、直径４８ｍｍ、厚さ５ｍｍの多孔体に３０ｎｍのパーティクルが含まれるガスを流し、多孔体を通過したパーティクルの割合を示す。なお、パーティクル捕集性能のデータでＮは９を表し、その前の数値は９が連なる数を表す。（例：３Ｎ＝９９．９％）
また、パーティクル舞い上がり防止性能とは、チャンバ内に石英粉（直径３０〜６０μｍ）を撒き、真空から大気に復帰するまでに舞い上がった粒子の数を示す。
【００４３】
【表３】
2019156685.tif 000005
【００４４】
表３に示す結果から実施例１〜７では、十分なガス流量を確保しつつ、パーティクル捕集性能、パーティクル舞い上がり防止性能に優れることを確認した。また、そのときの平均気孔径は、３μｍより大きく９μｍ以下であって、気孔率が３５％以上５５％以下であることを確認した。
また、平均粒子径０．５μｍ以上５μｍ以下の炭化珪素原料に１μｍ未満の有機バインダーを添加、混合し、成形後に２２００℃以上２４００℃以下の温度で焼成することにより、前記平均気孔径及び気孔率を有する炭化珪素質多孔体を得ることができることを確認した。
【００４５】
（実験３）
実験３では、本発明に係る炭化珪素質多孔体（第一の実施形態）を更に酸化加熱し、酸化膜を形成したフィルタの特性について検証した。
この実験３では、前記第一の実施形態に基づき、平均気孔径が５μｍ、平均気孔率が４０％の炭化珪素質多孔体を形成した。
得られた多孔体に対し、加熱温度を条件に２時間の酸化加熱処理を行い、直径４８ｍｍ、厚さ５ｍｍのフィルタを形成し、その特性を検証した。
実験３の条件及び特性結果を表４に示す
【００４６】
【表４】
2019156685.tif 000006
【００４７】
表４の結果から、第一の実施形態で得られた多孔体に対し、さらに１０００℃以上１３００℃以下で加熱処理を行うことにより、優れたパーティクル捕集性能及びパーティクル舞い上がり防止性能を維持しつつ更に強度を増加させることができることを確認した。なお、表４のガス流量が表３に比べて多いのは、強度向上により高圧でガスを流すことができたためである。
【００４８】
以上の実施例の実験結果から、本発明に係る炭化珪素質多孔体によれば、パーティクル捕集性能、及びパーティクル舞い上がり防止性能に優れ、設置チャンバの減圧から大気圧に復帰するまでを短時間にすることができることを確認した。
【符号の説明】
【００４９】
１      炭化珪素質多孔体
２      炭化珪素粒子
３      ネック部
１０    炭化珪素質多孔体
【図１】
2019156685.tif 000007
【図２】
2019156685.tif 000008
【図３】
2019156685.tif 000009
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年3月16日(2018.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2019156685.tif 000011