[发明专利]碳纤维增强型碳复合材料及其生产方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年4月30日提交的日本专利申请2008-119400号 的优先权，在此将其全部主题以参考的方式引入。

技术领域

本发明涉及在用于制造硅、SiC或类似化合物等的半导体的装置中 所使用的高纯度碳纤维增强型碳复合材料(C/C复合材料)。

背景技术

碳纤维增强型碳复合材料(下文也称作C/C复合材料)具有重量轻、 坚固以及能够容易地增大尺寸的优点。因此，它被广泛地用于硅单晶拉 引装置、硅多晶制造装置和半导体制造装置等装置中。

在这些用途中，为了抑制硅单晶等受到诸如金属等杂质的污染，可 以使用通过利用卤素气体精炼的高纯度C/C复合材料。

C/C复合材料通过下述方式获得：利用诸如长丝缠绕等方法使碳纤 维或石墨纤维形成为成形品，使用含有诸如酚醛树脂等热固性树脂的粘 合剂浸渍所形成的成形品，并将其固化和烧制。利用卤素气体精炼获得 的C/C复合材料，然后将其用于上述应用(参考日本特开平10-152391 号公报和日本特开2002-173392号公报)。在烧制过程中，用于浸渍的热 固性树脂变为无定形的玻璃碳。

然而，根据相关技术的生产方法，通过一次浸渍步骤无法获得足够 的强度，因而需要将浸渍、固化和烧制过程重复数次，由此获得足够的 强度。

此外，相关技术的C/C复合材料的透气性较差。其原因如下：C/C 复合材料的基体主要由不透气的无定形玻璃碳构成。此外，由于浸渍工 序被重复数次，使得从复合材料表面层通往其内部的连续孔变得极薄， 或使孔变得部分封闭，从而不再通往所述复合材料的外部。因此，通过 相关技术的在卤素气体中加热复合材料的精炼方法，难以从复合材料的 内部除去主要由金属元素构成的杂质。

为了解决上述问题，已进行了研究以确定是否可以使用诸如焦炭或 石墨等结晶性碳基粉末材料作为C/C复合材料的第三成分来降低产品中 的玻璃碳比例(参考日本特开平7-48191公报和WO2006/003774)。

这种具有三种成分的C/C复合材料包含：少量的玻璃碳，它最初即 具有不透气性，并且难以从其内部除去杂质；高密度结晶性碳基材料； 低密度碳纤维；和用于粘合它们的低密度玻璃碳，它通过碳化酚醛树脂 等获得。据此可知，与相关技术的包含低密度碳纤维和低密度玻璃碳的 具有两种成分的C/C复合材料相比，所述具有三种成分的C/C复合材料 在内部可具有更多的空隙，即使具有三种成分的C/C复合材料具有与相 关技术的具有两种成分的C/C复合材料相似的体积密度亦如此。因此， 精炼气体(卤素气体)可以渗入复合材料内部，从而易于除去杂质，尤 其是包含金属元素的那些杂质。

表1显示了具有三种成分的C/C复合材料的一个实例的物理性质和 具有两种成分的C/C复合材料的一个实例的物理性质。此外，图1显示 了使用由Thermo Finnigan制造的孔率计，通过压汞法测量的具有三种成 分的C/C复合材料的孔分布图，图2显示了具有两种成分的C/C复合材 料的孔分布图，图3显示了具有三种成分的C/C复合材料和相关技术的 具有两种成分的C/C复合材料的累积孔分布图，图4显示了具有三种成 分的C/C复合材料的X射线衍射测量图，图5显示了具有两种成分的C/C 复合材料的X射线衍射测量图。

[表1]