(57)【要約】【課題】本発明は、加工面の表面粗さが左程変化することなく、砥粒としてブラスト加工に繰り返し使用することが可能な炭化珪素粉末を提供する。【解決手段】炭化珪素粉末は、Ｔｉ含有量が０．５ｐｐｍ未満であって、タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上１．８ｇ／ｃｍ３以下である。炭化珪素粉末は、ブラスト加工の砥粒である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ含有量が０．５ｐｐｍ未満であって、タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上１．８ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする炭化珪素粉末。
【請求項２】
ブラスト加工の砥粒であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットブラスト用の砥粒などに使用される炭化珪素粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の部品、特にウエハの処理を行うチャンバー部品には、耐熱性、耐食性に富み、ウエハへの汚染が少なく、高精度な寸法で加工されることが求められる。このようなことからセラミックス部品が半導体製造装置の部品として用いられることが多い。
【０００３】
半導体の露光工程を行う装置は、ウエハを吸着固定するジグとしてヒータ機構付き静電チャックを備えている。ヒータ機構付き静電チャックは、ウエハ裏面の汚染を低減するために、ウエハ吸着面に多数の突起を形成し、突起の先端でウエハを保持するものが多い。
【０００４】
このようにウエハは全面に亘ってヒータ機構付き静電チャックに吸着されるわけではないので、静電チャックに備わるヒータによって全面に亘って均温化を図ることはできない。そこで、ウエハと静電チャック表面との間に生じる突起高さの隙間に、ヘリウムなどの不活性ガスを流して、ウエハの均温化を図ることが多い。
【０００５】
ヒータ機構付き静電チャックの材質は、窒化アルミニウム、アルミナなどのセラミックスであり、非常に硬いので、切削加工などは困難であるので、一般的にショットブラスト加工（単にブラスト加工ともいう）で突起を形成している。そして、一般的にブラスト加工で使用されるアルミナ砥粒は窒化アルミニウム、アルミナより軟らかいので、突起を形成する際のブラスト加工には、炭化珪素砥粒が用いられる。
【０００６】
なお、特許文献１及び２には、かさ比重が１．１ｇ／ｃｍ３〜１．９ｇ／ｃｍ３の炭化珪素紛体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１７１６４７号公報
【特許文献２】特開２０００−３３２８２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、ブラスト加工で使用する砥粒は、１回のブラスト加工だけではなく、繰り返しブラスト加工で使用される。砥粒は静電チャックに打ち付けられると摩耗、破砕し、ブラスト加工で使用されるたびに、小径化する。これにより、加工効率が低下して、加工時間が長時間化するだけでなく、加工面の表面粗さが小さくなるという問題が生じる。
【０００９】
これは、大径の粗い砥粒でブラスト加工を行うと加工面の表面粗さは粗く、小径の角が丸まった砥粒でブラスト加工を行うと加工面の表面粗さは小さくなるからである。
【００１０】
ヒータ機構付き静電チャックにおいては、均温化を図るためのガスの流れが表面粗さに影響を受ける。そのため、表面粗さが変化すると、静電チャックの均温化が良好に行われず、ウエハの温度分布に悪影響を及ぼすおそれがある。よって、ヒータ機構付き静電チャックをブラスト加工する場合には、炭化珪素粉末からなる砥粒を頻繁に交換する必要があり、経済的に好ましくなかった。
【００１１】
本発明は、加工面の表面粗さが左程変化することなく、砥粒としてブラスト加工に繰り返し使用することが可能な炭化珪素粉末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】
本発明の炭化珪素（ＳｉＣ）粉末は、Ｔｉ含有量が０．５ｐｐｍ未満であって、タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上１．８ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の炭化珪素粉末によれば、Ｔｉ含有量が０．５ｐｐｍ未満である。このようにＴｉ含有量が０．５ｐｐｍ未満であると、Ｔｉ含有量が０．５ｐｐｍ以上である場合と比較して、破壊靱性が低く、ブラスト加工の砥粒として使用される場合、小径化すると加工能力が低下する。そのため、ブラスト加工で砥粒として繰り返し使用して、砥粒が小径化しても、加工面の表面粗さが小さくなる度合いが小さい（下記の実施例参照）。
【００１４】
また、本発明の炭化珪素粉末によれば、タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上である。このようにタップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上であると、タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３未満である場合と比較して、局所的に突出している部分等であって他物体との衝突により粒子全体に及ぶほどに割れが生じる可能性が高い程度の大きな角部を有する粒子が少ないと考えられる。そのため、ブラスト加工で砥粒として繰り返し使用しても、砥粒が小径化する度合いが小さい（下記の実施例参照）。
【００１５】
また、本発明の炭化珪素粉末によれば、タップかさ密度が１．８ｇ／ｃｍ３以下である。このようにタップかさ密度が１．８ｇ／ｃｍ３以下であると、タップかさ密度が１．８ｇ／ｃｍ３を超える場合と比較して、粒度分布の範囲が狭く、粒度分布の中心粒径と比較して大幅に小径の粒子が少ないと考えられる。そのため、ブラスト加工で砥粒として繰り返し使用しても、砥粒が小径化する度合いが小さい（下記の実施例参照）。
【００１６】
これらにより、砥粒が小径化する度合いが小さく、且つ、砥粒が小径化しても加工面の表面粗さが小さくなる度合いが小さいので、加工面の表面粗さが小さくなる度合いが小さく、頻繁に砥粒を交換する必要がないので、経済的に好ましい。
【００１７】
以上のように、本発明の炭化珪素粉末は、ブラスト加工の砥粒であることが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る炭化珪素粉末について説明する。
【００１９】
本発明の実施形態に係る炭化珪素（ＳｉＣ）粉末は、Ｔｉ（チタン）含有量が０．５ｐｐｍ未満である。
【００２０】
Ｔｉ含有量が０．５ｐｐｍ以上であると、破壊靱性が高く、ブラスト加工の砥粒として使用され破砕されて小径化しても、加工能力が高い。このように小径の砥粒の加工能力が高いと、加工面の表面粗さは小さくなる。
【００２１】
そのため、最初の頃のブラスト加工では、砥粒が大径であるので加工面の表面粗さは大きいが、同じ砥粒を用いて行うブラスト加工の回数が増えるごとに、砥粒が小径化して加工面の表面粗さが小さくなる。そのため、同じ砥粒を用いたブラスト加工による加工面の表面粗さに大きな差が生じる。このような差が生じると、同じ砥粒を用いた場合、少数回のブラストでしか加工設計時に目標とした範囲内の表面粗さが得られないので、頻繁に砥粒を交換する必要が生じ、経済的に好ましくない。
【００２２】
なお、炭化珪素粉末にＴｉを単に添加し混合しただけでは、上記したような効果は奏されない。よって、炭化珪素粉末自体にＴｉを含有させる必要がある。なお、Ｔｉがどのような形態で炭化珪素中に含有しているか定かではないが、炭化珪素の格子中に固溶しているのではなく、炭化珪素の結晶間に炭化物として存在していると推測される。
【００２３】
本発明の炭化珪素粉末は、炭化珪素粉末を製造する際に採用される任意の製造方法で製造することができる。炭化珪素粉末の製造方法には、気相合成法、液相合成法、固相合成法があるが、何れの方法で製造したものであってもよい。
【００２４】
ただし、炭化珪素粉末の形状が球状であるよりも角があるほうが、ブラスト加工の砥粒として使用した場合、加工速度が優れるため、好ましい。この点からは、炭化珪素粉末は、気相法で得られる球状粒子よりも、固相反応で得られた塊状の炭化珪素を粉砕して得たものであるほうが好ましい。
【００２５】
ここでは、固相合成法の一種であり広く用いられているアチソン法で、炭化珪素砥粒となる炭化珪素粉末を製造する場合について説明する。
【００２６】
まず、主原料であるシリカ（Ｓｉ）粉末及びカーボン（Ｃ）粉末に、Ｔｉを添加して混合する。このときの添加量を調整することによって、完成した炭化珪素粉末におけるＴｉの含有量を制御することができる。そして、混合物を電気炉(アチソン炉)に充填し、直接通電して炭化珪素インゴットを得て、このインゴットを粉砕して、炭化珪素粉末を製造する。
【００２７】
原料に添加するＴｉは、金属単体ではなく、酸化物、炭化物もしくは窒化物の形態であることが好ましい。これは、炭化珪素の生成温度が２０００℃以上と非常に高いので、Ｔｉを金属単体で添加した場合、昇温過程で揮発するため、含有量の制御が困難であるからである。ただし、電気炉の条件を制御することによって、含有量を制御することは可能ではある。
【００２８】
さらに、本発明の実施形態に係る炭化珪素粉末は、タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上１．８ｇ／ｃｍ３以下である。なお、本発明におけるタップかさ密度は、ＪＩＳ  Ｒ  １６２８（１９９７）に規定された定質量測定方法で計算したものである。
【００２９】
大きな角部を有する砥粒を加工物に打ち付けると、角部が加工物を局所的に掘って、表面粗さが大きくなると共に、炭化珪素粒子は粒子内破壊が生じやすいので、砥粒が割れ、又は角部が大きく欠けて、砥粒の小径化が進み易い。なお、大きな角部とは、局所的に突出している部分等であって、他物体との衝突により粒子全体に及ぶほどの割れが生じる可能性が高い部分をいう。
【００３０】
大きな角部を有する粒子が多いと、タップしても密に充填されないので、タップかさ密度は小さくなる。
【００３１】
タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３未満であると、大きな角部を有する粒子が多く、砥粒の小径化が進み易いと考えられる。そのため、後述する比較例３から分かるように、同じ砥粒をブラスト加工で使用すると、使用回数が増えるにつれて、砥粒が早く小径するので、加工面の表面粗さが小さくなる度合いが早い。そのため、同じ砥粒を用いた場合、少数回のブラストでしか加工設計時に目標とした範囲内の表面粗さが得られないので、頻繁に砥粒を交換する必要が生じ、経済的に好ましくない。
【００３２】
一方、タップかさ密度が１．８ｇ／ｃｍ３を超えて大きいと、砥粒の粒度分布の範囲が大きく、粒度分布の中心粒径と比較して大幅に小径の粒子が多いので、砥粒が全体として小径化が進み易いと考えられる。そのため、後述する比較例２から分かるように、同じ砥粒をブラスト加工で使用すると、砥粒が早く小径化するので、加工面の表面粗さが小さくなる度合いが早い。そのため、同じ砥粒を用いた場合、少数回のブラストでしか加工設計時に目標とした範囲内の表面粗さが得られないので、頻繁に砥粒を交換する必要が生じ、経済的に好ましくない。
【００３３】
本発明の炭化珪素粉末は、上述した炭化珪素粉末の塊状体を任意の方法で細粒化することにより得られる。
【００３４】
例えば、炭化珪素粉末の塊状体を、まず、ジョークラッシャーで粉砕した後、ボールミル又はジェットミルなどを用いて、衝撃及び摩擦によって小径化することが好ましい。この場合、ロールミル又はディスクミルなどのせん断を主体として小径化する場合と比較して、摩擦により角部が摩耗するので、粒子に大きな角部が生じ難いためである。
【００３５】
さらに、炭化珪素粉末の粉砕面にはＴｉ化合物が露出する。この露出したＴｉ化合物は、摩擦によって削り落とされ、１０μｍ程度の細かな粉末となる。
【００３６】
その後、ふるいなどの分級装置を用いて分級し、タップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上１．８ｇ／ｃｍ３以下となるように炭化珪素粉末を調整する。このとき、１０μｍ程度の細かな粉末となったＴｉ化合物は分級で除外されるので、０．５ｐｐｍ未満とＴｉ含有量の小さな本発明に係る炭化珪素粉末を得ることができる。
【００３７】
なお、本発明の炭化珪素粉末は、ショットブラスト加工用の砥粒として好適に使用され得るが、溶液に混合させてラッピング加工用の砥粒としても使用することができる。また、本発明の炭化珪素粉末は、炭化珪素単結晶を製造する際の原料としてもよい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例及び比較例を具体的に挙げ、本発明を詳細に説明する。
【００３９】
炭化珪素砥粒となる炭化珪素粉末は、アチソン法によって製造した。
【００４０】
具体的には、まず、純度９９．９％のシリカ粉末及びカーボン粉末に、Ｔｉの炭化物を添加して、ミルで混合した。
【００４１】
これをアチソン炉に充填し、２５００℃以上で１２時間焼成した。得られた炭化珪素インゴットを、ジョークラッシャーで粉砕した後、ボールミルでさらに粉砕した。粉砕して得られた粉末を、ふるいを用いて分級し、ＪＩＳ  Ｒ  ６０１０に規定するＰ３０粒度範囲の炭化珪素粉末を得た。
【００４２】
このようにして得られた炭化珪素粉末を分取し、酸分解した溶液をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析装置を用いて、Ｔｉの含有量を測定した。Ｔｉの含有量の測定結果を表１に示す。また、炭化珪素粉末のタップかさ密度を、ＪＩＳ  Ｒ  １６２８（１９９７）に規定された定質量測定方法に基づいて求めた。タップかさ密度の計算結果も表１に示す。
【００４３】
一方、１辺１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの正方形板状の窒化アルミニウム焼結体を被加工物として用意した。その表面を研磨し、表面粗さＲａを０．１μｍ〜０．２μｍとした。そして、これをブラスト機に設置し、ブラスト加工を行った。
【００４４】
ブラスト加工の条件は、炭化珪素砥粒の量１ｋｇ、エア圧１．８ＫＰａ、ノズル径１２ｍｍ、被加工物とノズルとの距離２００ｍｍ、トラバース速度５ｍｍ／秒、ピッチ３ｍｍであった。
【００４５】
ブラスト加工は被加工物の厚さが１００μｍだけ薄くなったときに終了した。ブラスト加工中に炭化珪素砥粒の交換及び追加はしなかった。ブラスト加工終了後、純水で被加工物を超音波洗浄した。そして、洗浄した被加工物の表面粗さＲａを測定した。なお、表面粗さＲａの目標範囲は１．６μｍ以上１．９μｍ以下であった。
【００４６】
同じブラスト加工を、炭化珪素砥粒の交換及び追加を行うことなく、１０枚の異なる被加工物に対して行った。１枚目及び１０枚目の加工面の表面粗さＲａを及びその差を表１に示す。また、表面粗さＲａが目標範囲外となった被加工物の枚数も表１に示す。
【００４７】
実施例１〜４の炭化珪素砥粒は、Ｔｉ含有量が０．５ｐｐｍ未満、且つタップかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上１．８ｇ／ｃｍ３以下であった。実施例１〜４では、加工面の表面粗さＲａの差は０．３μｍ以下と小さく、且つ、表面粗さＲａは全て目標範囲内であった。
【００４８】
比較例１の炭化珪素砥粒は、タップかさ密度は１．５ｇ／ｃｍ３であるが、Ｔｉ含有量が０．６１ｐｐｍであって０．５ｐｐｍ以上であった。比較例１では、１０枚目の被加工物の表面粗さＲａが１．３μｍと目標範囲と比較して小さかった。なお、比較例１では、８枚目の被加工物の表面粗さＲａは１．６μｍであり、この８枚目の被加工物までは、表面粗さＲａは目標範囲内であった。しかし、９枚目と１０枚目の被加工物の表面粗さＲａは１．５μｍ以下となり、目標範囲外となった。
【００４９】
比較例２の炭化珪素砥粒は、Ｔｉ含有量は０．３２ｐｐｍと０．５ｐｐｍ未満であるが、タップかさ密度は１．９ｇ／ｃｍ３と１．８ｇ／ｃｍ３を超えていた。比較例２では、１０枚目の被加工物の表面粗さＲａが１．４μｍと目標範囲と比較して小さかった。そして、比較例２では、４枚目以降の全ての被加工物の表面粗さＲａは、１．５μｍ以下であり、目標範囲外となった。
【００５０】
比較例３の炭化珪素砥粒は、Ｔｉ含有量は０．２２ｐｐｍと０．５ｐｐｍ未満であるが、タップかさ密度は１．４ｇ／ｃｍ３と１．５ｇ／ｃｍ３未満であった。比較例３では、１０枚目の被加工物の表面粗さＲａが１．４μｍと目標範囲と比較して小さく、１枚目と１０枚目の被加工物の表面粗さＲａの差も０．５μｍと大きかった。そして、比較例３では、７枚目以降の全ての被加工物の表面粗さＲａは、１．５μｍ以下であり、目標範囲外となった
【００５１】
【表１】
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