(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削、研磨された窒化アルミニウム焼結体を、リン酸塩水溶液を用い、１５〜４０℃の温度で１〜４０時間洗浄することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のＬＳＩの集積度の飛躍的な向上に伴うＩＣチップの発熱量増大により、従来より使用されているアルミナでは熱特性が不十分で、放熱が限界に達しつつある。これに対し、窒化アルミニウムは、高熱伝導率、高絶縁性を有し、半導体素子搭載用基板をはじめ、各種放熱部品材料及び絶縁用基板として利用範囲が広がっている。なかでも、半導体製造装置用部品として、例えば、ウエハークランプ、静電チャック、サセプター、電極材、絶縁材等として、注目されている。
【０００３】
この半導体製造プロセスでは、回路パターンの微細化が進み、ＬＳＩが高密度、高集積、高性能化するにつれて、半導体製品の歩留りや品質、信頼性の点から、浮遊微粒子（パーティクル）対策が最重要課題となっており、製造プロセスで使用される部品に対し、低発塵性が要求されている。
【０００４】
窒化アルミニウム焼結体を得る方法としては、窒化アルミニウム粉末を顆粒に造粒した後、乾式プレスにより成形してプレス成形体を得、焼成する方法や窒化アルミニウム粉末を湿式成形してグリーンシートを得、これを焼成する方法等がある。このときに生じる収縮は、成形体の密度、形状、厚み等の成形条件や焼成条件によって変化するため、要求される寸法精度や表面粗さ等を確保することが困難で、焼結後に研削や研磨による仕上げ加工が行われる。その際に、発生する加工屑パーティクルや有機物の汚れに対し、フッ硝酸や塩酸等の酸やメチレンクロライド等の有機溶剤で洗浄する方法が一般的に採用されている。
【０００５】
また、特開平３−２６５５８６号には、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2及びＨ2Ｏを含有する溶液を用いた表面エッチング処理により機械的な傷やパーティクルを除去する方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のフッ硝酸や塩酸等の酸やメチレンクロライド等の有機溶剤による洗浄方法では、窒化アルミニウム焼結体表面のパーティクル除去能力に乏しく、更に、フッ酸は毒物であることから取り扱いにかなりの注意が必要である。また、Ｈ2Ｏ2溶液を用いる表面エッチング処理では、Ｈ2Ｏ2は、該溶液中で分解するため、溶液管理が難しい等の問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、パーティクル源である窒化アルミニウムに対してエッチング効果があり、しかも、分散作用やケン化作用、金属イオン封鎖作用等の機能を有するリン酸塩水溶液が、パーティクル除去能力に優れ、窒化アルミニウム焼結体の洗浄に有効であることを見い出し、本発明を提案するに至った。即ち、本発明は、研削、研磨された窒化アルミニウム焼結体を、リン酸塩水溶液を用い、１５〜４０℃の温度で１〜４０時間洗浄することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における洗浄とは、窒化アルミニウム焼結体の表面に付着した窒化アルミニウム屑やセラミック片、金属粉等のパーティクルを除去することをいう。
【０００９】
本発明に使用する窒化アルミニウム焼結体は、特に制限されるものではなく、公知の窒化アルミニウム焼結体に対して適用することができる。
【００１０】
上記窒化アルミニウム焼結体は、一般に、窒化アルミニウム単独又は窒化アルミニウムと焼結助剤０．１〜１０重量％から構成されるが、更にアルミナ等が共存していてもよい。焼結助剤としては、アルカリ土類化合物や希土類化合物等の公知の焼結助剤より一種以上を選択して用いられる。
【００１１】
本発明において使用されるリン酸塩は、リン酸の可溶性塩であればよいが、好適に使用しうるリン酸塩を具体的に例示すると、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三ナトリウム、リン酸三アンモニウム、リン酸三カリウム等のオルトリン酸塩、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸アンモニウム等のピロリン酸塩、トリポリリン酸ナトリウム等のポリリン酸塩、トリメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸アンモニウム、トリメタリン酸カリウム等のメタリン酸塩、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸アンモニウム、亜リン酸カリウム等の亜リン酸塩、ピロ亜リン酸アンモニウム、ピロ亜リン酸カリウム等のピロ亜リン酸塩等が挙げられ、単独または二種以上を混合して使用される。前記リン酸塩のなかでも、陽イオン成分としては、アルカリ金属イオン又はアンモニウムイオンが好ましく、特に、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三アンモニウム、リン酸水素二アンモニウムがパーティクル除去能力に優れるため、好適に採用される。
【００１２】
上記リン酸塩水溶液の濃度は、リン酸塩の種類によって適宜選択すれば良いが、一般的に、水１００重量部に対して０．０１〜１００重量部、好ましくは、０．０５〜５０重量部、更に好ましくは１〜２０重量部の範囲が好ましい。即ち、かかる濃度は、窒化アルミニウム焼結体にダメージを与えること無く、効果的にパーティクルを除去できるため好適に採用される。
【００１３】
本発明において、リン酸塩水溶液に公知の界面活性剤を添加すると、該水溶液の表面張力が低下して、洗浄を促進するため、更に効果的である。かかる用途に用いられる界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、または、アニオン性界面活性剤が好ましく、具体的には、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンステアリルアミン等のポリオキシエチレンアルキルアミン類、ポリオキシエチレンオレイン酸アミド等のポリオキシエチレンアルキルアミド類、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ポリエチレングリコールモノラウレート等のポリエチレングリコール脂肪酸エステル類、デカグリセリンラウレート等のポリグリセリン脂肪酸エステル類等の非イオン性界面活性剤、または、ラウリル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸塩、２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム等のアルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム等のアルキルスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ラウリルリン酸ナトリウム等のアルキルリン酸塩等のアニオン性界面活性剤である。
【００１４】
本発明におけるリン酸塩水溶液による窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法に、特に制限はないが、浸け置き、超音波洗浄、撹拌洗浄等の一般的な湿式洗浄方法が好適に採用される。リン酸塩水溶液の温度や洗浄時間は、１５〜４０℃の温度で１〜４０時間であり、好ましくは、５〜２０時間の洗浄時間が好適に採用される。また、リン酸塩水溶液で洗浄した後、窒化アルミニウム焼結体の使用目的に合わせて、塩酸や硫酸などの無機酸や酢酸などの有機酸を用いた酸洗及び水洗等の後洗浄を適宜組み合わせて実施する事もできる。また後洗浄において、超音波洗浄を使用することは、パーティクル除去を完全にするために好ましい。
【００１５】
【発明の作用】
本発明におけるリン酸塩水溶液は、アルカリ性から弱酸性で、パーティクル源である窒化アルミニウムに対し、エッチング剤としてはたらき、窒化アルミニウムパーティクルを選択的に溶解する。更に、リン酸塩は、金属イオンと結合して可溶性の錯塩を形成するので金属イオン封鎖作用や該水溶液中に分散したパーティクルの再付着を防止する効果もあるため、パーティクル除去能力に優れているものと考えられる。
【００１６】
また、該リン酸塩水溶液による窒化アルミニウムのエッチング作用により、窒化アルミニウム焼結体の加工時に生じた表面近傍の残留応力が除去されることで、使用環境下での新たなパーティクルの発生を抑制できると考えられる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の窒化アルミニウム焼結体の洗浄に用いるリン酸塩水溶液は、溶液管理が簡便で、安全面、装置材質の選定の点で優れ、また、該リン酸塩水溶液は、ケン化作用により油汚れに対し洗浄効果があり、有機溶剤による洗浄を簡略化できるため、工業的に非常に有利である。本発明により、窒化アルミニウム焼結体の低パーティクル化が可能となり、クリーン技術が要求される半導体製造装置用部品等の半導体関連素材として利用できる。また、窒化アルミニウム焼結体表面へのアルミナ被膜やシリカ被膜等の各種表面被膜の形成やファインパターン形成等の各種メタライズ、或いは、金属や他素材との接合及び接着に対し、密着強度が向上するため信頼性を高めることができる。本発明により、窒化アルミニウム焼結体の工業材料としての用途をますます広げるものである。
【００１８】
【実施例】
本発明をさらに具体的に説明するために、以下に実施例及び比較例を挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
相対密度９９％で助剤無添加の窒化アルミニウム焼結体を、５×５×３ｍｍに切断、平面研削し、試験片を作製した。試験片表面のパーティクルは、日本電子（株）製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ−５４００」を用いて、焼結体表面の任意の各１０点を倍率３５００倍で観察し、計５０視野のパーティクルを計数した。試験前の焼結体表面のパーティクル数は、単位平方ミリメートル当り２５２００個／ｍｍ2であった。
【００２０】
洗浄液として、ピロリン酸ナトリウムの５重量％水溶液をテフロン製容器に５０ｃｃ入れ、次いで、前記窒化アルミニウム焼結体の試験片を５枚浸漬し、室温で１６時間放置した。その後、５０ｃｃの超純水に１０分間浸漬した後、エアーブロー乾燥した。洗浄後の焼結体表面のパーティクルは、単位平方ミリメートル当り８個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２１】
実施例２
相対密度９９％で焼結助剤のイットリアを５重量％含有する窒化アルミニウム焼結体を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。試験前の焼結体表面のパーティクル数は、２７８００個／ｍｍ2であった。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクルは、１０個／ｍｍ2で、焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２２】
実施例３
洗浄液として、リン酸水素二アンモニウムの５重量％水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、２５個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２３】
実施例４
洗浄液として、リン酸三アンモニウムの５重量％水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、２０個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２４】
実施例５
洗浄液として、トリポリリン酸ナトリウムの５重量％水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、１０個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２５】
実施例６
洗浄液として、ピロリン酸ナトリウム５重量％、界面活性剤としてポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル０．５重量％の混合水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、３個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認めれなかった。
【００２６】
実施例７
洗浄液として、ピロリン酸ナトリウム３重量％、トリポリリン酸ナトリウム２重量％の混合水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、１２個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２７】
実施例８
実施例１において、ピロリン酸ナトリウム水溶液の濃度を１０重量％としたこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、７個／ｍｍ2であった。洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２８】
実施例９
実施例１において、ピロリン酸ナトリウム水溶液への浸漬時間を５時間にしたこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、３２個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。
【００２９】
比較例１
洗浄液として、水酸化ナトリウムの５重量％水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、７５個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観は、浸食により白っぽく変色していた。
【００３０】
比較例２
洗浄液として、硫酸ナトリウムの５重量％水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、１３０００個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認めれなかった。
【００３１】
比較例３
洗浄液として、５％塩酸を使用したこと以外は、実施例１と同様にして実施した。洗浄後の焼結体表面の残留パーティクル数は、８１００個／ｍｍ2であった。また、洗浄後の焼結体外観に変化は認められなかった。