專利名稱：碳材料、夾具及碳材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及碳材料、夾具及碳材料的制造方法，涉及能夠抑制雜質的放出、且能夠提高在氮氣氛下的溫度耐性的碳材料、夾具及碳材料的制造方法。
背景技術：
碳材具有為輕量、并且化學穩(wěn)定性或熱穩(wěn)定性優(yōu)異的特性。但是，由于具有起塵性，所以作為半導體制造工序等中的材料，使用受到限制。因此，如下述專利文獻1、或專利文獻2中所示的那樣，提出了以下發(fā)明:通過用鹵化鉻氣體處理碳基材，在碳基材的表面設置由Cr23C6構成的碳化鉻層，對該碳化鉻層噴鍍金屬而進行被覆。然而，為了形成能夠噴鍍金屬那樣的由Cr23C6構成的層，存在需要長時間，并且必須在氫氣氣氛中進行處理，或在減壓下處理，處理繁雜的問題。因此，如專利文獻3中所示的那樣，提出將埋入于包含含有過渡金屬的金屬粒子和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的表面改性劑中的碳基材與碳基材以外的碳構件一起進行加熱處理?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平8-143384號

專利文獻2:日本特開平8-143385號專利文獻3:日本特開2010-132518號

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題在上述半導體制造工序等中，由于有時在氮氣氛中進行各種處理，所以要求覆蓋碳基材的碳化金屬層在氮氣氛下的溫度耐性優(yōu)異。然而，如上述專利文獻3中所示，只是在碳基材表面形成過渡金屬，未必能夠提高氮氣氛下的溫度耐性。本發(fā)明考慮了上述課題，目的在于提供能夠抑制起塵、且提高氮氣氛下的溫度耐性的碳材料及其制造方法。用于解決問題的方法為了達成上述目的，本發(fā)明的特征在于，其是在碳基材表面形成有碳化金屬層的碳材料，其中，上述碳化金屬層含有碳化鑰和/或碳化鐵。另外，含有碳化鑰和/或碳化鐵是指在碳化金屬層中的金屬成分中，鑰和/或鐵為90重量％以上，優(yōu)選為在X射線衍射中幾乎檢測不到其它金屬的水平。如上述構成那樣，由于在碳基材表面形成有碳化金屬層，所以能夠抑制起塵。此夕卜，由于上述碳化金屬層由碳化鑰和/或碳化鐵構成，所以能夠提高氮氣氛下的溫度耐性。前述碳化金屬層優(yōu)選含有碳化鑰。因為碳化鑰與碳化鐵相比，氮氣氛下的溫度耐性更優(yōu)異。
前述碳化金屬層優(yōu)選為碳基材表面的碳與金屬發(fā)生反應而形成的層。此外，為了達成上述目的，本發(fā)明的特征在于，其是在氮氣氛下使用的夾具，其中，在碳基材上形成有含有碳化鑰和/或碳化鐵的碳化金屬層。前述碳化金屬層優(yōu)選含有碳化鑰，前述碳化金屬層優(yōu)選為碳基材表面的碳與金屬發(fā)生反應而形成的層。此外，為了達成上述目的，本發(fā)明的特征在于，將埋入于含有鑰粒子和/或鐵粒子、和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的表面改性劑中的碳基材，與該碳基材以外的碳構件一起進行加熱處理。若是上述方法，則能夠容易且廉價地制造上述碳材料。具體而言，如下所述。作為含有碳化鑰或碳化鐵的碳化金屬層的制造方法，考慮了蒸鍍法或CVD法等。在蒸鍍法或CVD法中，由于作為原料使用的鑰或鐵容易氧化，特別是鑰在常溫下也發(fā)生氧化，所以需要能夠精密地進行脫氧的真空設備。此外，在蒸鍍裝置或CVD裝置中使用鹵化合物的情況下，需要洗滌器設備。進而，在蒸鍍法或CVD法中，由于在基材上重新形成膜，所以與基材的密合性差，在該制法上，難以在復雜的形狀的基材的整個面上形成膜。因此，在碳材上形成有碳化鑰或碳化鐵的材料，生產(chǎn)成本高漲，并且在特性方面也得不到滿意的結果，難以實用化。與此相對，若使用上述制造方法(CVR法)，則能夠在不使用真空設備等的情況下，在碳基材上形成含有碳化鑰或碳化鐵的碳化金屬層。該碳化金屬層是碳基材的表面的碳與金屬發(fā)生反應而表面被改性的層，是不易產(chǎn)生剝離等的密合性非常高的層。此外，即使在使用了容易氧化的鑰的情況下，由于碳基材或CVR法中使用的碳構件(由后述的碳材構成的容器或碳粉末)含有碳，所以即使在鑰等發(fā)生氧化的情況下，也容易通過加熱處理而被還原。因此，能夠在碳基 材的表面容易地形成含有碳化鑰或碳化鐵的碳化金屬層。前述表面改性劑優(yōu)選含有鑰粒子和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑。若是這樣的方法，則可在碳基材的表面形成氮氣氛下的溫度耐性比碳化鐵優(yōu)異的碳化鑰。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于在碳基材的表面形成含有碳化鑰或碳化鐵的碳化金屬層，所以發(fā)揮能夠抑制起塵、且提高氮氣氛下的溫度耐性，并且能夠廉價地形成碳化金屬層的優(yōu)異的效果。


圖1是表示本發(fā)明的碳材料的制造方法中使用的裝置的一個例子的圖。圖2是表示本發(fā)明材料A與比較材料Z的X射線衍射譜的圖。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明進行詳細地說明。本發(fā)明中的碳材料是在碳基材表面形成有含有碳化鑰和/或碳化鐵的碳化金屬層的碳材料。該碳化金屬層是碳基材的表面的碳與金屬發(fā)生反應而表面被改性的層。此外，該制造方法將埋入于含有包含鑰或鐵的金屬粒子(更優(yōu)選僅由鑰或鐵構成)和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑等的表面改性劑(粉體狀)中的碳基材，與該碳基材以外的碳構件一起進行加熱處理。在本發(fā)明的碳材料的制造方法中，將應該處理的碳基材與該碳基材以外的碳構件一起進行加熱處理。作為該碳構件，可列舉出石墨坩堝等由碳構成的容器、碳粉末等。這樣通過與碳構件一起將應該處理的碳基材進行加熱處理，能夠以短時間在碳基材上形成碳化金屬層。推測這是由于，通過使用碳構件，能夠有效地將粉體中含有的鑰或鐵、熱分解性鹵化氫發(fā)生劑等材料利用到碳基材的表面處理中，所以能夠降低所需要的的熱量。關于熱處理的時間，能夠以低于I小時的處理在碳基材上沒有顏色不均地大致均一地形成碳化金屬層。該碳化金屬層只要30分鐘就能夠充分形成。在需要將碳化金屬層變厚的情況下，該處理時間也可以進行更長時間、例如I小時以上。上述加熱處理優(yōu)選在800°C以上且1500°C以下進行。通過在該溫度范圍內進行處理，能夠有效地處理碳基材。另外，在溫度過低的情況下，有可能碳化金屬層的生成變遲，在溫度過高的情況下，有可能在加熱處理中沒有反應的粉體與碳基材融合。此外，在上述加熱處理中，優(yōu)選在常壓下進行處理。由于能夠在常壓下處理，從而不需要真空泵等設備，不需要花時間減壓，處理變得簡易，同時處理時間縮短。另外，也可以在減壓下進行處理，但由于熱分解性鹵化氫發(fā)生劑有可能產(chǎn)生低溫下的急劇的分解，所以難以有效地使鹵化氫發(fā)生反應，并且粉體有可能飛散。進而，在本發(fā)明的碳材料的制造方法中，由于不需要氫氣的導入，所以能夠提高安全性，能夠容易地處理。

用本發(fā)明所述的碳材料，能夠在碳化金屬層的表面形成金屬層，在該情況下，能夠良好地保持碳化金屬層與金屬等層的密合性。作為之后在碳化金屬層的表面形成金屬層等的方法，可列舉出鍍敷法、噴鍍法等，特別是作為提高密合性的方法，為鍍敷法。以下，對本發(fā)明中使用的各構件進行說明。作為上述碳基材，沒有特別限定，可列舉出例如各向同性石墨材料、各向異性石墨材料、碳纖維材料等。作為該碳基材，優(yōu)選體積密度為1.4 2.lg/cm3,優(yōu)選平均氣孔半徑為10 ii m以下、氣孔率為40%以下。上述熱分解性鹵化氫發(fā)生劑是指在常溫、常壓下保持固體狀態(tài)，通過加熱而分解并產(chǎn)生氯化氫、氟化氫、溴化氫等鹵化氫的物質。作為該熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的熱分解溫度，為200°C以上的溫度時，加熱之前的處理容易，所以優(yōu)選。由該熱分解性鹵化氫發(fā)生劑產(chǎn)生的鹵化氫在加熱處理中與鑰或鐵發(fā)生反應而產(chǎn)生鹵化金屬氣體。通過利用該鹵化金屬氣體來處理碳基材能夠在碳基材的表面形成碳化金屬層。由于這樣碳基材的處理利用氣體來進行，所以即使在碳基材上形成有孔、槽等那樣的復雜的形狀的情況下，也能夠在碳基材上大致均一地形成碳化金屬層。作為該熱分解性鹵化氫發(fā)生劑，從獲得的容易性出發(fā)優(yōu)選氯化銨。作為上述碳構件，可列舉出例如石墨坩堝等由碳構成的容器、碳粉末等。通過使用碳構件，能夠縮短碳基材的處理時間，同時能夠不需要氫氣的供給，可以更簡易地將碳基材進行表面改性。由此，能夠提高與之后在表面形成的金屬等的層的密合性，并且能夠比碳基材更加提高強度。此外，不需要減壓，能夠在常壓(大氣壓中)下進行加熱處理，能夠簡易地進行處理。
作為上述碳構件，優(yōu)選使用石墨坩堝。通過在處理時使用石墨坩堝，能夠抑制在埋入的碳基材的周圍的氣體的流動，能夠在碳基材的表面上沒有顏色不均地更均勻地形成碳化金屬層。此外，由于將由粉體產(chǎn)生的氣體在一定程度上停留在石墨坩堝內，所以能夠有效利用所產(chǎn)生的氣體。優(yōu)選在該石墨坩堝上蓋上蓋子，通過該蓋子能夠更加抑制在碳基材的周圍的氣體的流動。作為該蓋子，可列舉出石墨制的蓋子、由石墨構成的片材等。此外，為了放掉容器內產(chǎn)生的氣體，優(yōu)選在容器或蓋子上設置通氣孔。另外，在使用由石墨構成的片材的情況下，由于只是簡單地覆蓋，所以不特別需要通氣孔。在使用碳粉末作為碳構件的情況下，只要將含有包含鑰或鐵的金屬粒子、熱分解性鹵化氫發(fā)生劑及碳粉末的粉體填充到容器中，在填充到該容器中的粉體中埋入碳基材并進行加熱處理即可。另外，在使用碳粉末作為該碳構件的情況下，作為容器沒有特別限定。并且，在進行處理時，也可以蓋上蓋子、或覆蓋由石墨構成的片材等，來抑制容器內的氣體的流動。此外，作為容器也可以使用上述的石墨坩堝。如上述說明的那樣，不向埋入有碳基材的容器中直接吹入導入氣體。相反，即使導入氫氣并進行處理，石墨坩堝等容器也會成為氫氣的障礙，難以有效地進行使用了氫氣的處理。接著，對用于進行本發(fā)明的碳材料的制造方法中的加熱處理的加熱裝置的一個例子，使用圖1進行說明。這里，對作為碳構件使用石墨坩堝的情況進行說明。如圖1所示的那樣，本發(fā)明的碳材料的制造方法中使用的加熱裝置(主加熱裝置)具備具有加熱熱源的加熱爐I，對該加熱爐I內載置的處理物進行加熱處理。在該加熱爐I中，設置有吸氣口 4及排氣口 5?？梢詮脑撐鼩饪?4根據(jù)情況導入氮氣、氬氣等惰性氣體。此外，在主加熱裝置中，在加熱爐I內配置石墨坩堝6。在該石墨坩堝6中，填充粉體(表面改性劑)3，在該填充的粉體3中埋入被處理的碳基材2，進而用蓋體7蓋上。在該蓋體7上設置有通氣孔。該粉體3含有熱分解性鹵化氫發(fā)生劑、和含有鑰或鐵的金屬粉(金屬粒子)。另外，也可以在該粉體3中添加不參與反應的氧化鋁粉。在上述圖1的加熱裝置中，在作為碳構件的石墨坩堝6中填充粉體3，在該填充的粉體3中埋設碳基材2，用蓋體7蓋上。進而，將該石墨坩堝6配置到加熱裝置中，進行加熱。通過以上的構成，能夠實施本發(fā)明的碳材料的制造方法。此外，本發(fā)明的碳材料在碳基材上具有含有Mo2C和/或Fe3C的碳化金屬層。作為該碳化金屬層的最大厚度，優(yōu)選為100 以下。另一方面，作為碳化金屬層的最小厚度，若超過0 y m就能夠發(fā)揮本發(fā)明的作用效果，但為了更充分地發(fā)揮作用效果，優(yōu)選為0.5 y m以上。此外，更進一步優(yōu)選碳化金屬層的厚度優(yōu)選為Ium以上且50 以下。其理由是，在碳化金屬層的厚度低于I U m的情況下，有時產(chǎn)生被處理的碳的整面改性困難的不良情況，但另一方面在碳化金屬層的厚度超過50 y m的情況下，由于最終的碳材的尺寸變化過大，所以有時產(chǎn)生尺寸控制困難的不良情況。另外，鑰或鐵的量需要根據(jù)碳基材的表面積而變化，但優(yōu)選每Icm2碳基材限制為
0.3 0.6g左右。若這樣限制，則能夠得到上述那樣的膜厚的碳化金屬層。此外，在使用鑰粉作為金屬粉、 使用氯化銨作為熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的情況下，優(yōu)選相對于鑰粉I限制為氯化銨0.05 0.3的重量比。進而，在使用鐵粉作為金屬粉、使用氯化銨作為熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的情況下，優(yōu)選相對于鐵粉I限制為氯化銨0.05 0.3的重量比。若氯化銨粉過少，則不能在碳基材上充分地生成碳化金屬層膜，另一方面，若氯化銨粉過多，則由于鹵化氫產(chǎn)生過多，所以產(chǎn)生在碳化基材上不能充分地生成碳化金屬層的問題。在碳化金屬層的形成后，也可以通過進一步實施熱處理，使碳化金屬層穩(wěn)定化。該熱處理在氫氣等還原氣體氣氛中、在500°C以上且1500°C以下的溫度下進行30分鐘左右處
理即可。
另外，本發(fā)明的碳材料可以作為夾具適當?shù)厥褂?。夾具要求各種形狀，但由于碳基材容易加工，所以通過預先將碳基材加工成所期望的形狀，進行如上所述的處理來形成碳化鑰和/或碳化鐵層，能夠容易地制造。根據(jù)上述的方法，由于利用氣體來處理碳基材，所以即使在碳基材上形成有孔、槽等那樣的復雜的形狀的情況下，也可以在碳基材上大致均勻地形成碳化金屬層。該夾具耐氮性優(yōu)異，可以在半導體制造工序等中的氮氣氛下優(yōu)選使用。實施例以下，基于實施例對本發(fā)明進一步進行詳細地說明，但本發(fā)明不限定于這些實施例。(實施例1)使用圖1所示的裝置，在石墨坩堝(東洋炭素株式會社制、型號IG-11)中填充含有鑰粉末(17g)、氯化銨(NH4Cl)粉末(2.8g)、氧化鋁(Al2O3)粉末(17g)的混合粉體，在該填充的混合粉末中埋入寬IOmmX長60mmX厚IOmm的碳基材(經(jīng)過冷各向同壓加壓成形的致密質各向同性石墨；體積密度為1.8、平均氣孔半徑為5 u m、氣孔率為20% )，蓋上蓋子并配置到加熱爐中，在1200°C下加熱處理30分鐘。加熱時，從吸氣口導入氮氣，從排氣口自然排氣。由此，得到在碳基材的表面形成有含有碳化鑰的碳化金屬層的碳材料。另外，碳化金屬層的膜厚為5 ii m。以下，將這樣操作而制作的碳材料稱為本發(fā)明材料Al。(實施例2)除了將氯化銨粉末的量設定為1.4g以外，與上述實施例1同樣地操作制作了碳材料。由此，得到在碳基材的表面形成有含有碳化鑰的碳化金屬層的碳材料。另外，碳化金屬層的膜厚為5 ii m。以下，將這樣操作而制作的碳材料稱為本發(fā)明材料A2。(實施例3)除了將氯化銨粉末的量設定為5.6g以外，與上述實施例1同樣地操作制作了碳材料。由此，得到在碳基材的表面形成有含有碳化鑰的碳化金屬層的碳材料。另外，碳化金屬層的膜厚為5 ii m。以下，將這樣操作而制作的碳材料稱為本發(fā)明材料A3。(實施例4)除了代替鑰粉末而使用鐵粉末(17g)、將加熱處理溫度設定為1100°C以外，與上述實施例1同樣地操作制作了碳材料。由此，得到在碳基材的表面形成有含有碳化鐵的碳化金屬層的碳材料。另外，碳化金屬層的膜厚為2pm。以下，將這樣操作而制作的碳材料稱為本發(fā)明材料A4。
(比較例I)除了代替鑰粉末而使用鉻粉末(17g)、將加熱處理溫度設定為800°C以外，與上述實施例1同樣地操作制作了碳材料。由此，得到在碳基材的表面形成有含有碳化鉻的碳化金屬層的碳材料。另外，碳化金屬層的膜厚為2pm。以下，將這樣操作而制作的碳材料稱為比較材料Zl。(比較例2)除了代替鑰粉末而使用不銹鋼粉末(SUS316粉末)、將加熱處理溫度設定為1000°C以外，與上述實施例1同樣地操作制作了碳材料。由此，得到在碳基材的表面形成有含有構成不銹鋼的金屬的碳化物的碳化金屬層的碳材料。另外，碳化金屬層的膜厚為5 u m。以下，將這樣操作而制作的碳材料稱為比較材料Z2。(實驗)將上述本發(fā)明材料Al A4及比較材料Zl、Z2在氮氣氛下、在300°C、500°C、及1000°C下進行退火處理，對在各碳材料的表面上有無變色進行了調查，將其結果示于表I中。[表 I]
權利要求
1.一種碳材料，其特征在于，其是在碳基材表面形成有碳化金屬層的碳材料，其中， 所述碳化金屬層含有碳化鑰和/或碳化鐵。
2.根據(jù)權利要求1所述的碳材料，其中，所述碳化金屬層含有碳化鑰。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的碳材料，其中，所述碳化金屬層是碳基材表面的碳與金屬發(fā)生反應而形成的層。
4.一種夾具，其特征在于，其是在氮氣氛下使用的夾具， 在碳基材上形成有含有碳化鑰和/或碳化鐵的碳化金屬層。
5.根據(jù)權利要求4所述的夾具，其中，所述碳化金屬層含有碳化鑰。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的夾具，其中，所述碳化金屬層是碳基材表面的碳與金屬發(fā)生反應而形成的層。
7.—種碳材料的制造方法，其特征在于，將埋入于含有鑰粒子和/或鐵粒子、和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的表面改性劑中的碳基材，與該碳基材以外的碳構件一起進行加熱處理。
8.根據(jù)權利要求7所述的碳材料的制造方法，其中，所述表面改性劑含有鑰粒子和熱分解性鹵化氫發(fā) 生劑。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供能夠抑制起塵、且提高在氮氣氛下的溫度耐性的碳材料、夾具及碳材料的制造方法。其是在碳基材表面形成有碳化金屬層的碳材料，其中，上述碳化金屬層含有碳化鉬或碳化鐵。其特征在于，將埋入于含有鉬粒子或鐵粒子、和熱分解性鹵化氫發(fā)生劑的表面改性劑中的碳基材，與該碳基材以外的碳構件一起進行加熱處理。
文檔編號C04B41/87GK103180270SQ20118005159
公開日2013年6月26日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權日2010年12月27日
發(fā)明者瀨谷薰, 松永纮明, 武田章義 申請人:東洋炭素株式會社