高純度炭素繊維強化炭素複合材およびその製造方法
【課題】高純度かつ高強度の炭素繊維強化炭素複合材を提供すること。
【解決手段】易結晶性の炭素系材料であるコークス、黒鉛等の結晶性炭素系粉末を多量に含有し、その分炭素繊維、ガラス状炭素の含有量を少なくして、熱処理した後のＣ／Ｃコンポジットの結晶化度を高めることにより、Ｃ／Ｃコンポジットは連続気孔が形成されやすく、高純度化のためのガスが透過しやすくなる。従って、Ｃ／Ｃコンポジットの強度を充分に確保しつつ、Ｃ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去することができ、結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含み、硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下である、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材を得ることができる。
【解決手段】易結晶性の炭素系材料であるコークス、黒鉛等の結晶性炭素系粉末を多量に含有し、その分炭素繊維、ガラス状炭素の含有量を少なくして、熱処理した後のＣ／Ｃコンポジットの結晶化度を高めることにより、Ｃ／Ｃコンポジットは連続気孔が形成されやすく、高純度化のためのガスが透過しやすくなる。従って、Ｃ／Ｃコンポジットの強度を充分に確保しつつ、Ｃ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去することができ、結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含み、硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下である、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンやＳｉＣ、化合物などの半導体製造装置に使用する高純度の炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化炭素複合材（以下、Ｃ／Ｃコンポジットとも言う）は、軽く、強度が強い上、大型化し易いといった長所を持っているため、シリコン単結晶引上装置、シリコン多結晶製造装置、半導体製造装置等に広く使われている。
このような用途においては、シリコン単結晶等に金属等の不純物が混入することを防止するため、ハロゲンガスを用いて純化した高純度のＣ／Ｃコンポジットが用いられてきた。
このようなＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維あるいは黒鉛繊維をフィラメントワインディングなどの方法で賦形した成形体に、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂からなるバインダーを含浸、硬化、焼成しＣ／Ｃコンポジットを得た後、ハロゲンガスで純化し前記用途に用いられる（特許文献１、２参照）。含浸に使用する熱硬化性樹脂は、焼成することにより非晶質のガラス状カーボンとなる。
【０００３】
しかし、上記従来の製造方法では、一回の含浸では十分な強度を得ることが出来ないため、含浸、硬化、焼成工程を何度も繰り返すことで、強度を得ている。
また、上記従来のＣ／Ｃコンポジットは、マトリックスが主に非晶質のガラス状炭素で構成されているため、気体の浸透性が低い。これは、ガラス状炭素が気体不浸透の性質を備えている上、繰り返し数回の含浸を繰り返しているため、表層から内部につながる連続気孔が、非常に細くなったり、気孔の一部が、外部へ繋がることのない閉気孔となってしまうためと考えられる。このため、ハロゲンガス中で加熱する従来の純化方法では、Ｃ／Ｃコンポジット材内部に含まれる、主に金属元素からなる不純物を除去することは困難であった。
【０００４】
このような課題を解決するため、製品のガラス状炭素の比率が低くなるよう、主にコークスや黒鉛などの結晶性炭素系粉末材料を、Ｃ／Ｃコンポジット材の第三成分として用いることが検討されている（特許文献３、４参照）。
かかる三成分系のＣ／Ｃコンポジットであれば、もともと気体不浸透で内部の不純物が除去しにくいガラス状炭素の含有量が少ない上、高密度の結晶性炭素系材料と、低密度の炭素繊維と、これらを結合させるフェノール樹脂等が炭素化した低密度のガラス状炭素とからなるため、従来の（低密度の炭素繊維と低密度のガラス状炭素との）二成分系のＣ／Ｃコンポジット材と同じかさ密度であってもより多くの空隙を内部に持つことができ、純化ガス(ハロゲンガス)を材料の内部まで浸透させ金属不純物を除去させやすいと考えられる。
【０００５】
表１に、三成分系Ｃ／Ｃコンポジットの一例と二成分系Ｃ／Ｃコンポジットの一例の物理性状を示す。また、図１にサーモ フィニガン社製水銀ポロシメータを用い、水銀圧入法により測定した三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフを、図２に二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフを、図３に三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材および従来の二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の積算気孔分布のグラフを、図４に三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフを、図５に二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフを示す。
【０００６】
【表１】
【０００７】
図１〜３から、図１では、三成分系は、半径１０μｍ前後の気孔が集中していることが分かり、図２では、二成分系では主に０．１〜１０μｍまでの間に気孔が広く分布していることが分かり、図３では、三成分系は二成分系に比べ気孔が多いことが分かる。また、表１より、三成分系と二成分系はかさ密度がほぼ同等レベルであるにも関わらず、三成分系の方は、真密度が高いため、気孔率は大きくなっていることが分かる。
図４〜５、表１から二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材に比べ三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材では、（００２）面のピーク強度がシャープであるため、結晶化度が高いことがわかり、言い換えれば三成分系Ｃ／Ｃコンポジットの真密度の方が高いといえる。
表１から、繊維配向方向の引張強度は三成分系であっても５０ＭＰａを超えており、半導体製造装置の部材として使用出来るだけの十分な強度を備えていることがわかる。
【０００８】
また、三成分系のＣ／Ｃコンポジットは、原材料に揮発分が多く発生するフェノール樹脂等のバインダーが少なく、繰り返し含浸しなくても、一回で高密度のＣ／Ｃコンポジットを得ることができるため、二成分系に比べ大幅に工程を簡略化することができる点でも有用である。
【特許文献１】特開平１０−１５２３９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３３９２号公報
【特許文献３】特開平７−４８１９１号公報
【特許文献４】国際公開第２００６／００３７７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、金属不純物を除去しやすいと考えられる三成分系のＣ／Ｃコンポジットを用いても純度上の問題が発生していた。シリコン単結晶引き上げ装置等の半導体製造装置用に用いた場合、高純度のシリコンを得ることができず、銅合金、銀等と接する場合には、銅合金、銀等が腐食する問題が起きていた。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、高純度かつ高強度の炭素繊維強化炭素複合材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】
【００１１】
本発明者らは鋭意検討した結果、このような問題点は、三成分系のＣ／Ｃコンポジット中に含まれる硫黄が原因であることを見出した。
すなわち本発明は以下の高純度炭素繊維強化炭素複合材およびその製造方法を提供する。
［１］結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含み、
硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下である、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
［２］ヘリウムガスを用いたピクノメータによる真密度が２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３、かさ密度が１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３、Ｘ線回折測定における００２面の半値幅が０．５°以下、繊維配向方向の引張強度が５０ＭＰａ以上である、上記［１］に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
［３］水銀圧入法による気孔率が１０〜３５％である、上記［１］または［２］に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
［４］結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含む炭素繊維強化炭素複合材を、純化炉中で真空引きした後、１８００〜２４００℃に加熱し、次にハロゲン系ガスを５０ｋＰａ以上になるまで導入する第１工程と、続いて２０ｋＰａ以下になるまで真空引きを行う第２工程とを交互に繰り返す純化処理工程を含む、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、金属元素が除去しやすく製造工程の少ない三成分系のＣ／Ｃコンポジットであっても、シリコン単結晶引き上げ装置でのシリコンの汚染や、接触する銀や銅合金の腐食を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）＞
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材における炭素繊維としては、ピッチ系、ＰＡＮ系の炭素繊維、あるいはさらに熱処理を加えた黒鉛繊維を用いることができる。中でもＰＡＮ系の炭素繊維は、バインダー樹脂との接着性がよく、適度な柔軟性を備えているため、多少の変形にも追随しやすい。このため外力が加わって変形しても割れたり、つぶれたりしにくいＣ／Ｃコンポジットを提供することができる。
【００１４】
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、さらに、結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスを含有する。
【００１５】
マトリックスの構成成分の一つである結晶性炭素系粉末とは、易結晶性炭素系材料が熱処理により炭素化したものである。易結晶性炭素系材料としては石油系、石炭系のコークス、黒鉛が好適に利用できる。結晶性炭素系粉末は、原材料（すなわち易結晶性炭素系材料）の段階で結晶性である必要はなく、例えば、生コークス、メソカーボンなどの、焼成することにより結晶性に変化する炭素系粉末も含まれる。中でも結晶化が十分に進行していないコークスは芳香環末端に官能基を多数備えているため、バインダー樹脂との接着性が高い上、熱処理による収縮が重量減少よりも大きく、高密度で高強度のＣ／Ｃコンポジットを得ることができるため、特に好ましい。結晶性炭素系粉末の含有量は、炭素繊維、結晶性炭素系粉末、ガラス状炭素の合計質量に対し好ましくは２０〜７５質量％であり、より好ましくは３０〜５０質量％である。２０質量％以上であれば、金属不純物の純化が困難とならず、実質的に二成分系となってしまうことがないため、何度も繰り返し含浸をせずとも実用に耐えうる強度を得ることが出来る。７５質量％以下であれば、炭素繊維の含有量が低下しないため、実用に耐えうる強度を得ることが出来る。なお、結晶性炭素系粉末の含有量は、原料となる易結晶性炭素系材料の含有量を、炭素繊維、易結晶性炭素系材料、バインダー樹脂の合計質量に対し上記範囲とすることで調整することができる。
【００１６】
マトリックスの構成成分の一つであるガラス状炭素とは、バインダー樹脂が熱処理により炭化したものである。バインダー樹脂としては、ノボラック系、レゾール系などのフェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、シアン酸エステル化合物等の炭化収率の高い熱硬化性樹脂などを利用できる。中でもフェノール樹脂が好ましい。ガラス状炭素の含有量は、炭素繊維、結晶性炭素系粉末、ガラス状炭素の合計質量に対し好ましくは１０〜４０質量％であり、より好ましくは１５〜３５質量％である。１０〜４０質量％の範囲であれば、含浸を繰り返すことなく十分な強度を得ることができる。なお、ガラス状炭素の含有量は、原料となるバインダー樹脂の含有量を、炭素繊維、易結晶性炭素系材料、バインダー樹脂の合計質量に対し上記範囲とすることで調整することができる。
【００１７】
本発明では、上記以外にシリコン、ＳｉＣ、金属等の添加剤を適宜加えることができる。
【００１８】
本発明の炭素繊維強化炭素複合材は、真密度が好ましくは２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは２．０５〜２．２６５ｇ／ｃｍ３である。真密度が上記範囲であれば材料外部に接続した連続気孔が出来やすくＣ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去し易い。バインダー樹脂を炭化したガラス状炭素の真密度は概ね１．４〜１．６ｇ／ｃｍ３、炭素繊維の真密度は１．５〜２．０ｇ／ｃｍ３であるため、これらより得られる従来の二成分系のＣ／Ｃコンポジットの真密度はせいぜい１．４〜２．０ｇ／ｃｍ３であると概算される。これに対し、本発明の三成分系のＣ／Ｃコンポジットは、熱処理後の真密度が２．１０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３となるコークス、黒鉛等の易結晶性炭素系材料を使用し、その分熱処理後の真密度の低いバインダー樹脂等の含有量が少ないため、Ｃ／Ｃコンポジット全体の真密度が上記２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３と高い値を示すと考えられる。
真密度は、例えば市販の真比重計、（ユアサアイオニクス社製ペンタピクノメータ）等によって測定することができる。
【００１９】
本発明の炭素繊維強化炭素複合材は、かさ密度が好ましくは１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは１．４５〜１．７０ｇ／ｃｍ３である。かさ密度が上記範囲であれば十分な強度を得ることが出来、材料外部に接続した連続気孔が出来やすくＣ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去し易い。
かさ密度は、例えば質量を寸法測定で得られた体積で除することによって測定することができる。
【００２０】
また、本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、Ｘ線回折測定における００２面（２６．０度）の半値幅が好ましくは０．５°以下、より好ましくは０．４°以下である。Ｘ線回折測定によって炭素材料の結晶化度を測定することができる。また、図６に示すように半値幅とは、バックグラウンドを基準としたピーク高さの１／２の高さにおける強度の幅を意味し、半値幅が低いほど、結晶面の広がりが大きく結晶化度が高いことを意味する。Ｘ線回折測定は、炭素繊維強化炭素複合材を粉砕した粉末を試料とし、たとえばＣｕ、Ｋα線のＸ線回折装置を用いて行うことができる。
【００２１】
炭素繊維や、バインダー樹脂等を熱処理等により炭素化して得られるガラス状炭素の結晶化度は低く、易結晶性の炭素系材料であるコークス、黒鉛等を熱処理した結晶性炭素系粉末の結晶化度は高い。本発明のＣ／Ｃコンポジットは、結晶性炭素系粉末を多量に含有し、その分炭素繊維、ガラス状炭素の含有量が少ないため、００２面の半価幅は上記範囲となる。一方、易結晶性炭素系材料を使用せず、炭素繊維とフェノール樹脂等を主原料とする従来の二成分系のＣ／Ｃコンポジットは００２面の半値幅が０．５以上となると推測される。
【００２２】
真密度が２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３であり、かつ、かさ密度が１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３であるということは、気孔率の理論値が約１０〜３８％であるので、Ｃ／Ｃコンポジットは使用に耐え得る充分な強度を有する。さらに、Ｘ線回折測定における００２面（２６度）の半値幅が０．５°以下であるということは、結晶化度が高いということであるので、Ｃ／Ｃコンポジットは連続気孔が形成されやすく、高純度化のためのガスが透過しやすい。従って、Ｃ／Ｃコンポジットの強度を充分に確保しつつ、Ｃ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去することができる。
【００２３】
そして、本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、気孔率が好ましくは１０〜３５％、より好ましくは２０〜３５％である。気孔率は、水銀圧入法、例えばサーモ フィニガン社製水銀ポロシメータによって測定することができる。水銀圧入法による気孔率がこの様な範囲にある場合には、充分な数の連続気孔が形成される。
【００２４】
さらに、本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材の繊維配向方向の引張強度が５０ＭＰａ以上であることが好ましい。引張強度が５０ＭＰａ以上であれば、部材として必要な強度を十分に得ることが出来る。
【００２５】
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下、好ましくは４質量ｐｐｍ以下である。高温下での経年使用により硫黄または硫黄化合物が部材から拡散・放出される確率は、硫黄含有量の増加により指数関数的に増加するため、例えば１０質量ｐｐｍであれば、通常、部材の寿命が到来する前に硫黄または硫黄化合物の拡散・放出の影響が無視できなくなる。この点、硫黄含有量を約５質量ｐｐｍに抑えることができると、硫黄または硫黄化合物の拡散・放出の影響が現れる時期は、部材の寿命時期とほぼ一致する。このため、硫黄含有量を５質量ｐｐｍ以下とすることで、部材の寿命時期まで硫黄または硫黄化合物の拡散・放出の影響をほとんど受けなくなる。従って、５質量ｐｐｍ以下であれば高純度の製品を得ることができると共に、銀や銅合金と接する部位において腐食の問題が起きることもない。なお、下限値は特に限定されず、少ないほど好ましく、０質量ｐｐｍであることが最も好ましい。
【００２６】
＜製造方法＞
本発明の高純度Ｃ／Ｃコンポジットは、以下の方法によって得ることが出来る。
本発明の製造方法では、炭素繊維、易結晶性炭素系材料、バインダー樹脂を素に製作された炭素繊維、結晶性炭素系粉末、ガラス状炭素を含む三成分系のＣ／Ｃコンポジットを、純化処理工程により高純度化することによって得られる。三成分系のＣ／Ｃコンポジットは、公知のものを利用することが出来、例えば、特開平０７−４８１９１号公報、国際公開第２００６−３７７４号パンフレットに記載の方法によって得ることが出来る。
【００２７】
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材に用いる易結晶性炭素系材料には、液相炭素化する石油系または石炭系のコークスあるいはこれらのコークスを熱処理した黒鉛などが含まれる。これらの易結晶性炭素系材料は、動物性プランクトンや植物性プランクトンが変化した鉱物資源を原材料としているためシステイン、メチオニンなどのアミノ酸やその他生物由来の硫黄を内部に高濃度で含有している。純化処理工程は、主にこのような硫黄を除去するために行う。
【００２８】
純化処理は、まず、三成分系のＣ／Ｃコンポジットを純化炉中で真空引きした後、１８００〜２４００℃、好ましくは１９００〜２３００℃に加熱する。１８００℃以上であれば、他の金属元素の除去が困難とならず、２４００℃以下であれば、含有する炭素繊維の結晶化度が上がり脆くなってしまうおそれがない。真空引きは１０ｋＰａ以下になるまで行うことが好ましい。また、加熱後の保持時間は０．１〜４ｈｒが好ましい。
【００２９】
次に純化炉にハロゲン系ガスを５０ｋＰａ以上になるまで導入する第１工程に供し、続いて２０ｋＰａ以下になるまで真空引きを行う第２工程に供する。引き続き第１工程、第２工程、第１工程、第２工程を施し、処理を終了する。これにより、Ｃ／Ｃコンポジット中に含まれる金属不純物を高温で揮散しやすい金属ハロゲン化物に化学変化させ、気孔内部から素材外部に流出させることができる。そして、このとき同時に硫黄分等の不純物を硫黄系のガスとして気孔外部に一緒に流出させることができる。ハロゲン系ガスは、塩素ガス、フッ素ガス等のハロゲンガス、ＣＦ４、ＣＨＣｌ３等の有機ハロゲン系のガス等を用いることができ、特に塩素ガスが好ましい。
【００３０】
ハロゲン系ガスの導入は５０ｋＰａ以上まで行い、６０ｋＰａまで行うことが好ましい。金属不純物の除去を十分に行うことが出来るからである。
真空引きの真空度は２０ｋＰａ以下まで行い、１０ｋＰａ以下まで行うことがより好ましい。高い真空度で真空引きをおこなうことにより、気孔内部の不純物を効率的に除去できるからである。
【００３１】
本発明の製造方法では、純化を一定の圧力で行うのではなく、ハロゲン系ガスの導入(第１工程)、真空引き（第２工程）を交互に複数回、好ましくは４回以上行う。前記工程を繰り返し行うことによって、気孔内部に発生した不純物を含有するガスを効率的に系外に除去できるからである。
【００３２】
本発明の製造方法における純化処理工程は、ハロゲン系ガスを導入（第１工程）後、真空引き（第２工程）前に水素ベーク工程を加えてもよい。硫黄と化合物（Ｈ２Ｓ）を形成しやすい水素でベーキングすることにより、硫黄が除去しやすくなる上、前記と同様に真空引き工程によって発生した不純物ガスを系外に除去しやすいからである。
【実施例】
【００３３】
＜高純度炭素繊維強化炭素複合材の製造＞
（実施例１）
易結晶性炭素系材料として、平均粒子径2μｍの石炭系生コークスを用い、炭素繊維としてＰＡＮ系の平均径７μｍ、平均長さ５ｍｍのチョップを使用し、バインダー樹脂としてレゾール系のフェノール樹脂を使用した。次に易結晶性炭素系材料３０質量％、炭素繊維４５質量％、バインダー樹脂２５質量％の比率でミキサーを用いて混合し、１００×１００のキャビティを持った金型を用い２０ＭＰａ、９０℃で１５分間プレスし硬化させた。
得られた成形体をさらに１５０℃で３０分処理し完全硬化させた後、還元性雰囲気（炭化水素ガス）下で４℃／時間の昇温速度で９００℃まで焼成したのち、次の高温処理炉で窒素雰囲気下５０℃／時間の昇温速度で２０００℃まで焼成した。こうして得られたＣ／Ｃコンポジットを７０×７０×２０ｍｍのサイズに加工した。尚、繊維は、７０×７０の方向に２軸配向している。
前記、Ｃ／Ｃコンポジットを純化炉に入れ、２０ｋＰａまで真空引きを行い、加熱した。２１００℃になったところで塩素ガスを導入し、６０ｋＰａ以上に達するまで導入し、１分間保持（第１工程）再び２０ｋＰａに達するまで真空引きを行い（第２工程）２０ｋＰａに達し他時点で前記（第１工程）へ戻るように高純度化を行い、交互に（第１工程）、（第２工程）を３回ずつ実施した。高純度化の終了したＣ／Ｃコンポジット材は、冷却した後、窒素ガスで復圧し、大気解放した。
【００３４】
得られたＣ／Ｃコンポジット材について、下記評価を行った。結果を表２に示す。
真密度：ユアサアイオニクス社製ピクノメータを用い、ヘリウムガスを用いたピクノメータ法により測定した。
かさ密度：寸法測定より算出した体積で質量を除することにより算出した。
気孔率： サーモ フィニガン社製水銀ポロシメータを用い、水銀圧入法により測定した。（気孔量（ｃｃ／ｇ）にかさ密度を乗ずることにより気孔率が得られる。）
Ｘ線回折測定：Ｃｕ−Ｋα線を使用したＸ線回折装置を用い、Ｃ／Ｃコンポジット材の（００２）回折線を測定した。
繊維配向方向の引張強度：島津製作所製オートグラフＡＧ−ＩＳ（５ｋＮ）に引張試験用ホルダを取り付け測定した。
【００３５】
＜不純物分析＞
実施例１と、純化処理を行わなかった市販の三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材（比較例１）について、硫黄分析および塩素分析を行った。結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２に示すように、実施例１に係る本発明のＣ／Ｃコンポジット材は、本発明の純化処理を行ったことで硫黄含有量が低減されたことが分かる。また、高純度化によって、塩素含有量、真密度、かさ密度、気孔率、（００２）面半値幅、繊維配向方向の引張強度はほとんど変わらず、純化に用いた塩素ガスはほとんど残留せず、特性の変化もないことがわかる。塩素に関しては、高純度化によって若干含有量が増加しているが、経年使用で影響が大きくなる５質量ｐｐｍをはるかに下回っており、影響は無視できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフである。
【図２】二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフである。
【図３】三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材および二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の積算気孔分布のグラフである。
【図４】三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフである。
【図５】二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフである。
【図６】半値幅を示す概念図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンやＳｉＣ、化合物などの半導体製造装置に使用する高純度の炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化炭素複合材（以下、Ｃ／Ｃコンポジットとも言う）は、軽く、強度が強い上、大型化し易いといった長所を持っているため、シリコン単結晶引上装置、シリコン多結晶製造装置、半導体製造装置等に広く使われている。
このような用途においては、シリコン単結晶等に金属等の不純物が混入することを防止するため、ハロゲンガスを用いて純化した高純度のＣ／Ｃコンポジットが用いられてきた。
このようなＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維あるいは黒鉛繊維をフィラメントワインディングなどの方法で賦形した成形体に、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂からなるバインダーを含浸、硬化、焼成しＣ／Ｃコンポジットを得た後、ハロゲンガスで純化し前記用途に用いられる（特許文献１、２参照）。含浸に使用する熱硬化性樹脂は、焼成することにより非晶質のガラス状カーボンとなる。
【０００３】
しかし、上記従来の製造方法では、一回の含浸では十分な強度を得ることが出来ないため、含浸、硬化、焼成工程を何度も繰り返すことで、強度を得ている。
また、上記従来のＣ／Ｃコンポジットは、マトリックスが主に非晶質のガラス状炭素で構成されているため、気体の浸透性が低い。これは、ガラス状炭素が気体不浸透の性質を備えている上、繰り返し数回の含浸を繰り返しているため、表層から内部につながる連続気孔が、非常に細くなったり、気孔の一部が、外部へ繋がることのない閉気孔となってしまうためと考えられる。このため、ハロゲンガス中で加熱する従来の純化方法では、Ｃ／Ｃコンポジット材内部に含まれる、主に金属元素からなる不純物を除去することは困難であった。
【０００４】
このような課題を解決するため、製品のガラス状炭素の比率が低くなるよう、主にコークスや黒鉛などの結晶性炭素系粉末材料を、Ｃ／Ｃコンポジット材の第三成分として用いることが検討されている（特許文献３、４参照）。
かかる三成分系のＣ／Ｃコンポジットであれば、もともと気体不浸透で内部の不純物が除去しにくいガラス状炭素の含有量が少ない上、高密度の結晶性炭素系材料と、低密度の炭素繊維と、これらを結合させるフェノール樹脂等が炭素化した低密度のガラス状炭素とからなるため、従来の（低密度の炭素繊維と低密度のガラス状炭素との）二成分系のＣ／Ｃコンポジット材と同じかさ密度であってもより多くの空隙を内部に持つことができ、純化ガス(ハロゲンガス)を材料の内部まで浸透させ金属不純物を除去させやすいと考えられる。
【０００５】
表１に、三成分系Ｃ／Ｃコンポジットの一例と二成分系Ｃ／Ｃコンポジットの一例の物理性状を示す。また、図１にサーモ フィニガン社製水銀ポロシメータを用い、水銀圧入法により測定した三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフを、図２に二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフを、図３に三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材および従来の二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の積算気孔分布のグラフを、図４に三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフを、図５に二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフを示す。
【０００６】
【表１】
【０００７】
図１〜３から、図１では、三成分系は、半径１０μｍ前後の気孔が集中していることが分かり、図２では、二成分系では主に０．１〜１０μｍまでの間に気孔が広く分布していることが分かり、図３では、三成分系は二成分系に比べ気孔が多いことが分かる。また、表１より、三成分系と二成分系はかさ密度がほぼ同等レベルであるにも関わらず、三成分系の方は、真密度が高いため、気孔率は大きくなっていることが分かる。
図４〜５、表１から二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材に比べ三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材では、（００２）面のピーク強度がシャープであるため、結晶化度が高いことがわかり、言い換えれば三成分系Ｃ／Ｃコンポジットの真密度の方が高いといえる。
表１から、繊維配向方向の引張強度は三成分系であっても５０ＭＰａを超えており、半導体製造装置の部材として使用出来るだけの十分な強度を備えていることがわかる。
【０００８】
また、三成分系のＣ／Ｃコンポジットは、原材料に揮発分が多く発生するフェノール樹脂等のバインダーが少なく、繰り返し含浸しなくても、一回で高密度のＣ／Ｃコンポジットを得ることができるため、二成分系に比べ大幅に工程を簡略化することができる点でも有用である。
【特許文献１】特開平１０−１５２３９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３３９２号公報
【特許文献３】特開平７−４８１９１号公報
【特許文献４】国際公開第２００６／００３７７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、金属不純物を除去しやすいと考えられる三成分系のＣ／Ｃコンポジットを用いても純度上の問題が発生していた。シリコン単結晶引き上げ装置等の半導体製造装置用に用いた場合、高純度のシリコンを得ることができず、銅合金、銀等と接する場合には、銅合金、銀等が腐食する問題が起きていた。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、高純度かつ高強度の炭素繊維強化炭素複合材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】
【００１１】
本発明者らは鋭意検討した結果、このような問題点は、三成分系のＣ／Ｃコンポジット中に含まれる硫黄が原因であることを見出した。
すなわち本発明は以下の高純度炭素繊維強化炭素複合材およびその製造方法を提供する。
［１］結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含み、
硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下である、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
［２］ヘリウムガスを用いたピクノメータによる真密度が２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３、かさ密度が１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３、Ｘ線回折測定における００２面の半値幅が０．５°以下、繊維配向方向の引張強度が５０ＭＰａ以上である、上記［１］に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
［３］水銀圧入法による気孔率が１０〜３５％である、上記［１］または［２］に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
［４］結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含む炭素繊維強化炭素複合材を、純化炉中で真空引きした後、１８００〜２４００℃に加熱し、次にハロゲン系ガスを５０ｋＰａ以上になるまで導入する第１工程と、続いて２０ｋＰａ以下になるまで真空引きを行う第２工程とを交互に繰り返す純化処理工程を含む、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、金属元素が除去しやすく製造工程の少ない三成分系のＣ／Ｃコンポジットであっても、シリコン単結晶引き上げ装置でのシリコンの汚染や、接触する銀や銅合金の腐食を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）＞
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材における炭素繊維としては、ピッチ系、ＰＡＮ系の炭素繊維、あるいはさらに熱処理を加えた黒鉛繊維を用いることができる。中でもＰＡＮ系の炭素繊維は、バインダー樹脂との接着性がよく、適度な柔軟性を備えているため、多少の変形にも追随しやすい。このため外力が加わって変形しても割れたり、つぶれたりしにくいＣ／Ｃコンポジットを提供することができる。
【００１４】
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、さらに、結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスを含有する。
【００１５】
マトリックスの構成成分の一つである結晶性炭素系粉末とは、易結晶性炭素系材料が熱処理により炭素化したものである。易結晶性炭素系材料としては石油系、石炭系のコークス、黒鉛が好適に利用できる。結晶性炭素系粉末は、原材料（すなわち易結晶性炭素系材料）の段階で結晶性である必要はなく、例えば、生コークス、メソカーボンなどの、焼成することにより結晶性に変化する炭素系粉末も含まれる。中でも結晶化が十分に進行していないコークスは芳香環末端に官能基を多数備えているため、バインダー樹脂との接着性が高い上、熱処理による収縮が重量減少よりも大きく、高密度で高強度のＣ／Ｃコンポジットを得ることができるため、特に好ましい。結晶性炭素系粉末の含有量は、炭素繊維、結晶性炭素系粉末、ガラス状炭素の合計質量に対し好ましくは２０〜７５質量％であり、より好ましくは３０〜５０質量％である。２０質量％以上であれば、金属不純物の純化が困難とならず、実質的に二成分系となってしまうことがないため、何度も繰り返し含浸をせずとも実用に耐えうる強度を得ることが出来る。７５質量％以下であれば、炭素繊維の含有量が低下しないため、実用に耐えうる強度を得ることが出来る。なお、結晶性炭素系粉末の含有量は、原料となる易結晶性炭素系材料の含有量を、炭素繊維、易結晶性炭素系材料、バインダー樹脂の合計質量に対し上記範囲とすることで調整することができる。
【００１６】
マトリックスの構成成分の一つであるガラス状炭素とは、バインダー樹脂が熱処理により炭化したものである。バインダー樹脂としては、ノボラック系、レゾール系などのフェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、シアン酸エステル化合物等の炭化収率の高い熱硬化性樹脂などを利用できる。中でもフェノール樹脂が好ましい。ガラス状炭素の含有量は、炭素繊維、結晶性炭素系粉末、ガラス状炭素の合計質量に対し好ましくは１０〜４０質量％であり、より好ましくは１５〜３５質量％である。１０〜４０質量％の範囲であれば、含浸を繰り返すことなく十分な強度を得ることができる。なお、ガラス状炭素の含有量は、原料となるバインダー樹脂の含有量を、炭素繊維、易結晶性炭素系材料、バインダー樹脂の合計質量に対し上記範囲とすることで調整することができる。
【００１７】
本発明では、上記以外にシリコン、ＳｉＣ、金属等の添加剤を適宜加えることができる。
【００１８】
本発明の炭素繊維強化炭素複合材は、真密度が好ましくは２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは２．０５〜２．２６５ｇ／ｃｍ３である。真密度が上記範囲であれば材料外部に接続した連続気孔が出来やすくＣ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去し易い。バインダー樹脂を炭化したガラス状炭素の真密度は概ね１．４〜１．６ｇ／ｃｍ３、炭素繊維の真密度は１．５〜２．０ｇ／ｃｍ３であるため、これらより得られる従来の二成分系のＣ／Ｃコンポジットの真密度はせいぜい１．４〜２．０ｇ／ｃｍ３であると概算される。これに対し、本発明の三成分系のＣ／Ｃコンポジットは、熱処理後の真密度が２．１０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３となるコークス、黒鉛等の易結晶性炭素系材料を使用し、その分熱処理後の真密度の低いバインダー樹脂等の含有量が少ないため、Ｃ／Ｃコンポジット全体の真密度が上記２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３と高い値を示すと考えられる。
真密度は、例えば市販の真比重計、（ユアサアイオニクス社製ペンタピクノメータ）等によって測定することができる。
【００１９】
本発明の炭素繊維強化炭素複合材は、かさ密度が好ましくは１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは１．４５〜１．７０ｇ／ｃｍ３である。かさ密度が上記範囲であれば十分な強度を得ることが出来、材料外部に接続した連続気孔が出来やすくＣ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去し易い。
かさ密度は、例えば質量を寸法測定で得られた体積で除することによって測定することができる。
【００２０】
また、本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、Ｘ線回折測定における００２面（２６．０度）の半値幅が好ましくは０．５°以下、より好ましくは０．４°以下である。Ｘ線回折測定によって炭素材料の結晶化度を測定することができる。また、図６に示すように半値幅とは、バックグラウンドを基準としたピーク高さの１／２の高さにおける強度の幅を意味し、半値幅が低いほど、結晶面の広がりが大きく結晶化度が高いことを意味する。Ｘ線回折測定は、炭素繊維強化炭素複合材を粉砕した粉末を試料とし、たとえばＣｕ、Ｋα線のＸ線回折装置を用いて行うことができる。
【００２１】
炭素繊維や、バインダー樹脂等を熱処理等により炭素化して得られるガラス状炭素の結晶化度は低く、易結晶性の炭素系材料であるコークス、黒鉛等を熱処理した結晶性炭素系粉末の結晶化度は高い。本発明のＣ／Ｃコンポジットは、結晶性炭素系粉末を多量に含有し、その分炭素繊維、ガラス状炭素の含有量が少ないため、００２面の半価幅は上記範囲となる。一方、易結晶性炭素系材料を使用せず、炭素繊維とフェノール樹脂等を主原料とする従来の二成分系のＣ／Ｃコンポジットは００２面の半値幅が０．５以上となると推測される。
【００２２】
真密度が２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３であり、かつ、かさ密度が１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３であるということは、気孔率の理論値が約１０〜３８％であるので、Ｃ／Ｃコンポジットは使用に耐え得る充分な強度を有する。さらに、Ｘ線回折測定における００２面（２６度）の半値幅が０．５°以下であるということは、結晶化度が高いということであるので、Ｃ／Ｃコンポジットは連続気孔が形成されやすく、高純度化のためのガスが透過しやすい。従って、Ｃ／Ｃコンポジットの強度を充分に確保しつつ、Ｃ／Ｃコンポジット中に存在する不純物を純化ガスで除去することができる。
【００２３】
そして、本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、気孔率が好ましくは１０〜３５％、より好ましくは２０〜３５％である。気孔率は、水銀圧入法、例えばサーモ フィニガン社製水銀ポロシメータによって測定することができる。水銀圧入法による気孔率がこの様な範囲にある場合には、充分な数の連続気孔が形成される。
【００２４】
さらに、本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材の繊維配向方向の引張強度が５０ＭＰａ以上であることが好ましい。引張強度が５０ＭＰａ以上であれば、部材として必要な強度を十分に得ることが出来る。
【００２５】
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材は、硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下、好ましくは４質量ｐｐｍ以下である。高温下での経年使用により硫黄または硫黄化合物が部材から拡散・放出される確率は、硫黄含有量の増加により指数関数的に増加するため、例えば１０質量ｐｐｍであれば、通常、部材の寿命が到来する前に硫黄または硫黄化合物の拡散・放出の影響が無視できなくなる。この点、硫黄含有量を約５質量ｐｐｍに抑えることができると、硫黄または硫黄化合物の拡散・放出の影響が現れる時期は、部材の寿命時期とほぼ一致する。このため、硫黄含有量を５質量ｐｐｍ以下とすることで、部材の寿命時期まで硫黄または硫黄化合物の拡散・放出の影響をほとんど受けなくなる。従って、５質量ｐｐｍ以下であれば高純度の製品を得ることができると共に、銀や銅合金と接する部位において腐食の問題が起きることもない。なお、下限値は特に限定されず、少ないほど好ましく、０質量ｐｐｍであることが最も好ましい。
【００２６】
＜製造方法＞
本発明の高純度Ｃ／Ｃコンポジットは、以下の方法によって得ることが出来る。
本発明の製造方法では、炭素繊維、易結晶性炭素系材料、バインダー樹脂を素に製作された炭素繊維、結晶性炭素系粉末、ガラス状炭素を含む三成分系のＣ／Ｃコンポジットを、純化処理工程により高純度化することによって得られる。三成分系のＣ／Ｃコンポジットは、公知のものを利用することが出来、例えば、特開平０７−４８１９１号公報、国際公開第２００６−３７７４号パンフレットに記載の方法によって得ることが出来る。
【００２７】
本発明の高純度炭素繊維強化炭素複合材に用いる易結晶性炭素系材料には、液相炭素化する石油系または石炭系のコークスあるいはこれらのコークスを熱処理した黒鉛などが含まれる。これらの易結晶性炭素系材料は、動物性プランクトンや植物性プランクトンが変化した鉱物資源を原材料としているためシステイン、メチオニンなどのアミノ酸やその他生物由来の硫黄を内部に高濃度で含有している。純化処理工程は、主にこのような硫黄を除去するために行う。
【００２８】
純化処理は、まず、三成分系のＣ／Ｃコンポジットを純化炉中で真空引きした後、１８００〜２４００℃、好ましくは１９００〜２３００℃に加熱する。１８００℃以上であれば、他の金属元素の除去が困難とならず、２４００℃以下であれば、含有する炭素繊維の結晶化度が上がり脆くなってしまうおそれがない。真空引きは１０ｋＰａ以下になるまで行うことが好ましい。また、加熱後の保持時間は０．１〜４ｈｒが好ましい。
【００２９】
次に純化炉にハロゲン系ガスを５０ｋＰａ以上になるまで導入する第１工程に供し、続いて２０ｋＰａ以下になるまで真空引きを行う第２工程に供する。引き続き第１工程、第２工程、第１工程、第２工程を施し、処理を終了する。これにより、Ｃ／Ｃコンポジット中に含まれる金属不純物を高温で揮散しやすい金属ハロゲン化物に化学変化させ、気孔内部から素材外部に流出させることができる。そして、このとき同時に硫黄分等の不純物を硫黄系のガスとして気孔外部に一緒に流出させることができる。ハロゲン系ガスは、塩素ガス、フッ素ガス等のハロゲンガス、ＣＦ４、ＣＨＣｌ３等の有機ハロゲン系のガス等を用いることができ、特に塩素ガスが好ましい。
【００３０】
ハロゲン系ガスの導入は５０ｋＰａ以上まで行い、６０ｋＰａまで行うことが好ましい。金属不純物の除去を十分に行うことが出来るからである。
真空引きの真空度は２０ｋＰａ以下まで行い、１０ｋＰａ以下まで行うことがより好ましい。高い真空度で真空引きをおこなうことにより、気孔内部の不純物を効率的に除去できるからである。
【００３１】
本発明の製造方法では、純化を一定の圧力で行うのではなく、ハロゲン系ガスの導入(第１工程)、真空引き（第２工程）を交互に複数回、好ましくは４回以上行う。前記工程を繰り返し行うことによって、気孔内部に発生した不純物を含有するガスを効率的に系外に除去できるからである。
【００３２】
本発明の製造方法における純化処理工程は、ハロゲン系ガスを導入（第１工程）後、真空引き（第２工程）前に水素ベーク工程を加えてもよい。硫黄と化合物（Ｈ２Ｓ）を形成しやすい水素でベーキングすることにより、硫黄が除去しやすくなる上、前記と同様に真空引き工程によって発生した不純物ガスを系外に除去しやすいからである。
【実施例】
【００３３】
＜高純度炭素繊維強化炭素複合材の製造＞
（実施例１）
易結晶性炭素系材料として、平均粒子径2μｍの石炭系生コークスを用い、炭素繊維としてＰＡＮ系の平均径７μｍ、平均長さ５ｍｍのチョップを使用し、バインダー樹脂としてレゾール系のフェノール樹脂を使用した。次に易結晶性炭素系材料３０質量％、炭素繊維４５質量％、バインダー樹脂２５質量％の比率でミキサーを用いて混合し、１００×１００のキャビティを持った金型を用い２０ＭＰａ、９０℃で１５分間プレスし硬化させた。
得られた成形体をさらに１５０℃で３０分処理し完全硬化させた後、還元性雰囲気（炭化水素ガス）下で４℃／時間の昇温速度で９００℃まで焼成したのち、次の高温処理炉で窒素雰囲気下５０℃／時間の昇温速度で２０００℃まで焼成した。こうして得られたＣ／Ｃコンポジットを７０×７０×２０ｍｍのサイズに加工した。尚、繊維は、７０×７０の方向に２軸配向している。
前記、Ｃ／Ｃコンポジットを純化炉に入れ、２０ｋＰａまで真空引きを行い、加熱した。２１００℃になったところで塩素ガスを導入し、６０ｋＰａ以上に達するまで導入し、１分間保持（第１工程）再び２０ｋＰａに達するまで真空引きを行い（第２工程）２０ｋＰａに達し他時点で前記（第１工程）へ戻るように高純度化を行い、交互に（第１工程）、（第２工程）を３回ずつ実施した。高純度化の終了したＣ／Ｃコンポジット材は、冷却した後、窒素ガスで復圧し、大気解放した。
【００３４】
得られたＣ／Ｃコンポジット材について、下記評価を行った。結果を表２に示す。
真密度：ユアサアイオニクス社製ピクノメータを用い、ヘリウムガスを用いたピクノメータ法により測定した。
かさ密度：寸法測定より算出した体積で質量を除することにより算出した。
気孔率： サーモ フィニガン社製水銀ポロシメータを用い、水銀圧入法により測定した。（気孔量（ｃｃ／ｇ）にかさ密度を乗ずることにより気孔率が得られる。）
Ｘ線回折測定：Ｃｕ−Ｋα線を使用したＸ線回折装置を用い、Ｃ／Ｃコンポジット材の（００２）回折線を測定した。
繊維配向方向の引張強度：島津製作所製オートグラフＡＧ−ＩＳ（５ｋＮ）に引張試験用ホルダを取り付け測定した。
【００３５】
＜不純物分析＞
実施例１と、純化処理を行わなかった市販の三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材（比較例１）について、硫黄分析および塩素分析を行った。結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２に示すように、実施例１に係る本発明のＣ／Ｃコンポジット材は、本発明の純化処理を行ったことで硫黄含有量が低減されたことが分かる。また、高純度化によって、塩素含有量、真密度、かさ密度、気孔率、（００２）面半値幅、繊維配向方向の引張強度はほとんど変わらず、純化に用いた塩素ガスはほとんど残留せず、特性の変化もないことがわかる。塩素に関しては、高純度化によって若干含有量が増加しているが、経年使用で影響が大きくなる５質量ｐｐｍをはるかに下回っており、影響は無視できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフである。
【図２】二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の気孔分布のグラフである。
【図３】三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材および二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材の積算気孔分布のグラフである。
【図４】三成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフである。
【図５】二成分系Ｃ／Ｃコンポジット材のＸ線回折測定のグラフである。
【図６】半値幅を示す概念図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含み、
硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下である、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
【請求項２】
ヘリウムガスを用いたピクノメータによる真密度が２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３、かさ密度が１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３、Ｘ線回折測定における００２面の半値幅が０．５°以下、繊維配向方向の引張強度が５０ＭＰａ以上である、請求項１に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
【請求項３】
水銀圧入法による気孔率が１０〜３５％である、請求項１または２に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
【請求項４】
結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含む炭素繊維強化炭素複合材を、純化炉中で真空引きした後、１８００〜２４００℃に加熱し、次にハロゲン系ガスを５０ｋＰａ以上になるまで導入する第１工程と、続いて２０ｋＰａ以下になるまで真空引きを行う第２工程とを交互に繰り返す純化処理工程を含む、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項１】
結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含み、
硫黄の含有量が５質量ｐｐｍ以下である、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
【請求項２】
ヘリウムガスを用いたピクノメータによる真密度が２．０〜２．２６５ｇ／ｃｍ３、かさ密度が１．４０〜１．８０ｇ／ｃｍ３、Ｘ線回折測定における００２面の半値幅が０．５°以下、繊維配向方向の引張強度が５０ＭＰａ以上である、請求項１に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
【請求項３】
水銀圧入法による気孔率が１０〜３５％である、請求項１または２に記載の半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材。
【請求項４】
結晶性炭素系粉末およびガラス状炭素を含むマトリックスと、炭素繊維と、を含む炭素繊維強化炭素複合材を、純化炉中で真空引きした後、１８００〜２４００℃に加熱し、次にハロゲン系ガスを５０ｋＰａ以上になるまで導入する第１工程と、続いて２０ｋＰａ以下になるまで真空引きを行う第２工程とを交互に繰り返す純化処理工程を含む、半導体製造装置用の高純度炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２６９７７４（Ｐ２００９−２６９７７４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１９４００（Ｐ２００８−１１９４００）
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
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