(57)【要約】【課題】パーティクルの発生が少なく、半導体製造装置またはフラットパネルディスプレイ製造装置に好適な多孔体を提供する。【解決手段】１００質量％のＳｉＣ粉末と、５質量％以下のカーボンと、２０質量％以上の金属シリコンからなることを特徴とする多孔体であって、前記金属シリコンの粒子同士がネッキングした構造を有する。１００質量％のＳｉＣ粉末と、５質量％以下のカーボン粉末または５質量％以下のカーボンを含む有機系バインダーと、２０質量％以上の金属シリコン粉末との混合粉末をプレス成形して成形体とする工程と、前記成形体を非酸化雰囲気中、１２００〜１３５０℃で熱処理することにより金属シリコンの粒子同士をネッキングさせる工程を含む製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００質量％のＳｉＣ粉末と、５質量％以下のカーボンと、２０質量％以上の金属シリコンと、からなることを特徴とする多孔体。
【請求項２】
前記金属シリコンの粒子同士がネッキングした構造を有する請求項１記載の多孔体
【請求項３】
半導体製造装置または、フラットパネルディスプレイ製造装置に使用される請求項１、２記載の多孔体
【請求項４】
１００質量％のＳｉＣ粉末と、５質量％以下のカーボン粉末または５質量％以下のカーボンを含む有機系バインダーと、２０質量％以上の金属シリコン粉末との混合粉末をプレス成形して成形体とする工程と、
前記成形体を非酸化雰囲気中、１２００〜１３５０℃で熱処理することにより金属シリコンの粒子同士をネッキングさせる工程を含む多孔体の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶パネルをはじめとするフラットパネルディスプレイ製造装置などに使用される露光装置のようにパーティクルの発生が問題となる工程を必要とする各産業分野に関わる。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス多孔体は耐熱性や耐蝕性に優れていることから半導体製造装置や液晶製造装置内のフィルター、雰囲気ガス等や洗浄液等をウエハやガラス基板等に供給するための給気部材や給液部材、およびウエハやガラス基板の吸着装置の吸着板等に使用されている。吸着装置としてはアルミニウムやステンレスなどの金属素材に溝や穴を開け、そこから吸引するものも多くある。しかし、近年、ウエハや基板ガラスの大型化、薄型化に伴い、溝や穴などの特定部位から吸引する場合、被吸着物であるウエハや基板ガラスが変形し、高精度の吸着が出来ないことや、吸着力が不足するなどの問題が発生する。そのため、吸着装置として全面吸着することができる多孔体が多く用いられている。なかでも、ＳｉＣはＳｉウエハとの熱膨張率差が少ないことからＳｉウエハの搬送装置などに多く使用されており、吸着装置以外でのＳｉＣを用いた多孔体の活用も広がっている。
【０００３】
このような多孔体に関する技術が種々提案されている。例えば、ＳｉＣ粉末に、金属シリコン粉末とフェノールなどの有機物を添加し、それらを反応させてＳｉＣ化することによるＳｉＣ粒子間を接合するものや発泡剤をいれるものなどがある。多孔体の強度は通常の緻密体より低く、そのため粒子の脱粒も起こりやすくなっている。また、残留しているカーボンなどによりパーティクルが多く発生するという問題点がある。
【０００４】
特許文献１には、骨材となる耐火性粒子と金属珪素とを含む多孔体が開示されている。この多孔体は、耐火性粒子原料に、金属珪素と有機バインダーを添加し混合及び混練して得られた坏土を成形し、得られた成形体を仮焼して成形体中の有機バインダーを除去した後、本焼成する製造方法により得られる。この方法によれば、バインダーを除去しているので、残留カーボンによるパーティクルの発生を抑制できることが期待される。
【特許文献１】特開２００２−２０１０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者の検討によれば、バインダーを除去しても、パーティクルの発生を十分に抑制することはできなかった。したがって、このような多孔体を半導体製造装置等の部材として用いると、ウエハやガラス基板にパーティクルが付着し、処理精度の低下を招く。具体的には、給気部材や給液部材では、供給する気体や液体にパーティクルが紛れ込む場合があり、また、吸着装置でも直接接触するのでパーティクルがウエハやガラス基板に転移する場合があった。特に近年、半導体製造装置やフラットパネルディスプレイ製造装置の分野では、処理精度の高度化が著しく、より低パーティクル性の多孔体が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決し、パーティクルの発生を抑えた多孔体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、これらの問題を解決するため、熱処理温度を下げることによりパーティクル発生量の少ない多孔体が得られることを見出し、本発明をするに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、１００質量％のＳｉＣ粉末と、５質量％以下のカーボンと、２０質量％以上の金属シリコンからなることを特徴とする多孔体を提供する。
【０００９】
パーティクルの発生源として残留カーボンの脱粒とＳｉＣの脱粒があげられる。残留カーボンとしては、ＳｉＣ多孔体の接合材として使用されているフェノールなどバインダーの有機物が起因と考えられる。上述のように、通常、ＳｉＣの多孔体を作製する場合、カーボン源と金属シリコンを添加し、これらを反応させてＳｉＣ化させることによりＳｉＣの粒子同士を接合させる。このとき、すべてのカーボンがＳｉＣ化せず、一部が微細な残留カーボンとして残るため、これがパーティクルとなってしまう。残留カーボンについては、本焼成後に、有機溶剤等により洗浄することにより、ある程度除去することができる。しかし、完全に除去することは困難なので、できるだけ減らすことが好ましい。
【００１０】
したがって、特許文献１に記載された発明によれば、カーボンを除去しているのでパーティクルを低減できることが期待されたが、十分に低減することはできなかった。そこで、パーティクル成分を調べたところ、カーボンは低減されているものの、ＳｉＣの脱粒が著しいことがわかった。
【００１１】
ここで、通常、ＳｉＣには遊離炭素が含まれており、遊離炭素は、バインダーの除去温度である１５０℃から７００℃では、除去することはできない。したがって、特許文献１に記載された発明のように、１４００℃以上に加熱して金属シリコンを軟化させて結合させる場合、カーボンとの反応性が高まるため、ＳｉＣに含まれる遊離炭素と反応して、微細なＳｉＣが生成する。これが、パーティクル源となったと考えられる。
【００１２】
本発明では、金属シリコンを軟化させることなく１２００℃から１３５０℃の温度で熱処理するため、遊離炭素と反応して微細なＳｉＣが生成することはない。したがって、パーティクルの発生を著しく低減することができる。
【００１３】
多孔体のカーボンは、多孔体に含まれるＳｉＣ粉末１００質量％に対して、５質量％以下が望ましい。カーボンが多いと、それ自体がパーティクル源となりやすいためであり、また、金属シリコンのネッキングを阻害するおそれがあるためである。また、カーボンは1質量％以上が望ましい。それ以下の添加量では本焼成前の成形体の作製が困難である。さらに金属シリコンによるネッキングが発生するまで、成形体を保持できなくなる。
【００１４】
多孔体の金属シリコンは、多孔体に含まれるＳｉＣ粉末１００質量％に対して、２０質量％以上が望ましい。金属シリコンが２０質量％に満たないと、多孔体全体の強度が低下するため好ましくない。また、金属シリコンの添加量の上限は６０質量％以下が望ましい。６０質量％よりも多く添加すると金属シリコンのネッキングにより、気孔率の制御が困難になる。
【００１５】
また、本発明の多孔体は、前記金属シリコンの粒子同士がネッキングした構造を有する。上述のように１２００℃から１３５０℃で熱処理することにより、金属シリコンの粒子同士がネッキングし、強固に結合された構造となる。ここで、本発明では、非酸化雰囲気で加熱を行っているため、金属シリコンの表面にネッキングを阻害する酸化膜は生じない。したがって、低温でも金属シリコンの粒子同士のネッキングが進行し、強固に結合した多孔体が得られる。金属シリコンを十分量添加し、金属シリコンのネッキングを進行させることにより金属シリコン粒子間の距離が小さくなり、ＳｉＣ粉末についても強固に締め付けられるため脱粒を防ぐことができる。
【００１６】
上述のように、本発明の多孔体は低パーティクル性であるため、半導体製造装置または、フラットパネルディスプレイ製造装置に好適に使用することができる。
【００１７】
また、本発明の多孔体は、１００質量％のＳｉＣ粉末と、５質量％以下のカーボン粉末または５質量％以下のカーボンを含む有機系バインダーと、２０質量％以上の金属シリコン粉末との混合粉末をプレス成形して成形体とする工程と、前記成形体を非酸化雰囲気中、１２００〜１３５０℃で熱処理することにより金属シリコンの粒子同士をネッキングさせる工程と、を含む多孔体の製造方法により得ることができる。
【００１８】
このような温度範囲としたのは、熱処理温度を低下させることにより金属シリコンがカーボンと反応してＳｉＣ化することが無いようにするためである。ＳｉＣ化が起こると、その部分が脆化し、金属シリコンから脱落しやすくなる。また、生成したＳｉＣは微細であり、洗浄などでは容易に除去することが出来ない。また、上記温度範囲であれば、金属シリコンのネッキングが進行し、結合強度を高めることができる。金属シリコンとＳｉＣ粉末とは反応しないと考えられるので、ＳｉＣ粉末の固定が問題となるが、金属シリコンのネッキングにより、ＳｉＣ粉末についても強固に締め付けられるため脱粒を防ぐことができる。ここで、有機系バインダーに含まれるカーボン量は、残留炭素量（コンラドソン法；ＪＩＳＫ２２７０）である。
【発明の効果】
【００１９】
上述のように、金属シリコンがネッキングした構造とすることにより、パーティクルの発生を抑え、半導体製造装置やフラットパネルディスプレイ製造装置に好適な多孔体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ＳｉＣ粉末としては平均粒径（Ｄ５０）が２０〜２００μｍで、純度は９９％以上のものを使用する。平均粒径が２０μｍより小さいと多孔体として十分な気孔径が確保できない。また、平均粒径が２００μｍより大きいと粒子の表面積が大きいため、多孔体としての十分な強度が確保できない。また、純度については９８％以上であれば十分であり、市販の研磨材程度の純度で十分である。なお、ここで言う平均粒径（Ｄ５０）は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置（LA-920、堀場製作所（登録商標）製）を用いた測定値である。
【００２１】
金属シリコンとしては平均粒径（Ｄ５０）が１０〜５０μｍで純度は９９．９％以上のものを使用する。平均粒径が１０μｍより小さい金属シリコンを使用すると表面に酸化膜が多く形成されている可能性が高く、熱処理の段階で酸化膜の影響により多孔体の強度を発現するために必要なネッキングが発生しない。また、平均粒径が５０μｍよりも大きいと金属シリコンの分散に偏りが生じ、多孔体の強度が低下する。純度については、純度の低い金属シリコンを使用すると融点が低下するため、１２００〜１３５０℃程度の温度で熔解し、カーボンと反応する恐れがある。
【００２２】
カーボンとしては有機系のバインダーであれば液体でも粉末状のものでも構わない。ただし、高温での強度を考慮するとフェノール系のバインダーが望ましい。バインダーの残留炭素率（カーボン量）としては、４０〜６０質量％のものが混合粉末の成形に適している。
【００２３】
混合粉末の成形方法は、公知の方法が採用できる。例えば、ＣＩＰ、プレス成形、押し出し成形等が適用できる。添加するバインダーによっては、成形体の強度を高めるために熱を加えても良い。
【００２４】
金属シリコンをネッキングさせるための熱処理の雰囲気は、非酸化雰囲気が望ましい。具体的には、真空中やＡｒ等の不活性ガス中で熱処理することができる。
【００２５】
本発明の多孔体は、気孔径が１０μｍ以上とすることが好ましい。１０μｍ未満では通風抵抗が大きく、フィルターとして使用する場合、好ましくない。また、上限については使用上の規定はないが、使用するＳｉＣ粉末の粒径などから１００μｍ以上の平均気孔径は多孔体の強度上、作製が困難である。
【００２６】
また、気孔率は、３０〜６０％が好ましい。この範囲の気孔率ならばフィルターなどとして使用する際の通風抵抗が最適である。気孔率が６０％より大きいと多孔体の強度が低下するという問題が発生する。
【００２７】
以下、本発明の実施例を比較例とともに具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
［実施例1〜8、比較例1〜3］
市販のＳｉＣ粉末（粒径（Ｄ５０）１３５μｍ、純度９９％）とＳｉ粉末（粒径（Ｄ５０）４５μｍ、純度９９．９％）とフェノール粉末（ノボラック型、残留炭素率５０質量％）を表1の割合で混合し、乾式で１時間混合する。その後、20kg/cm２の圧力をかけながら150℃で１時間熱プレスを行った。熱プレス後、12時間-150℃で硬化処理を行い、その後、表1の温度で熱処理（Ａｒ雰囲気）を行った。こうして得られた多孔体をパーティクルを測定するために□30ｍｍ×t3mm形状に加工した。加工後の洗浄はメタノールによる超音波洗浄（４０ｋＨｚ）を１５分間行った後、炭化水素系洗剤に３０分間浸漬、超純水に１０分間浸漬、さらに超純水による超音波洗浄（４０ｋＨｚ）を１０分間行い、最後に超純水でシャワーを行った。その後、乾燥した後、測定を行った。
【００２８】
パーティクルの測定はリオン（登録商標）社製のＫＣ−２４を用いた。窒素ガスを多孔体を介して吸引し、吸引したガスに含まれるパーティクルを測定した。測定用の気体は液体窒素から取り出した窒素を使用し、窒素を満たした容器の出口に多孔体を取り付け、この多孔体と測定器から伸びているφ10ｍｍの吸引部を接続して、更に測定器の計測部分に接続した。パーティクル測定器の吸引流量は２８ｌ／ｍｉｎとした。測定したパーティクルの粒子径は0.5μｍ以上で、１０分間測定しパーティクルの量をカウントした。なお、ブランクのパーティクル数は平均で10個以下であった。パーティクルの測定結果を表1に示す。なお、気孔率はアルキメデス法で測定した。
【００２９】
［比較例4］
上記実施例と同様に成形したものを、熱処理において、７００℃まで大気中にて加熱し、バインダー起因のカーボンを除去した後に、Ａｒ雰囲気で加熱した。その他の工程は、上記実施例と同様に行った。
【００３０】
【表１】
2009035452.tif 000002
【００３１】
すべての実施例でパーティクル数が50個以下であった。比較例1〜3では、実施例と比べて、パーティクル数は著しく多くなった。バインダーを除去した比較例4でもパーティクル数が多かった。したがって、１００質量％のＳｉＣ粉末に対して、５質量％以下のカーボン及び２０質量％以上の金属シリコンとからなり、１２００〜１３５０℃の低温で熱処理して得られる多孔体により、パーティクルを低減できることが分かった。光学顕微鏡で、本発明の多孔体（実施例１〜８）を観察したところ、金属シリコン粒子は溶融せずに隣接する粒子とネッキングしており、ＳｉＣ粉末粒子との濡れは見られなかった。
【００３２】
以上より、本発明の多孔体は、金属シリコンのネッキング構造を有しており、パーティクルの発生が少なく、半導体製造装置またはフラットパネルディスプレイ製造装置に好適に使用できることが示された。