[发明专利]高纯度碳材料和被覆有陶瓷膜的高纯度碳材料

说明书

本申请为母案200410092101.2(申请日为2004年10月9日)、发 明名称为“高纯度碳材料和被覆有陶瓷膜的高纯度碳材料”的中国申请的分 案申请。

技术领域

本发明涉及杂质含量极低的碳材料，更详细地说，涉及硅单晶、碳化硅单 晶(SiC)、氮化镓(GaN)、氟化钙(CaF₂)单晶等半导体产业和原子能产业中 使用的，或作为陶瓷膜被覆用基材使用的高纯度碳材料。此外，还涉及以这些 高纯度碳材料作为基材的被覆有陶瓷膜的高纯度碳材料。

背景技术

碳材料不仅耐热性、各种机械特性优异，还具有难以与其它金属反应的优 点，已广泛用于半导体、机械、原子能产业等。

然而，近年来，无论是使用硅单晶的半导体，还是使用以碳化硅、氮化镓 为代表的化合物单晶的半导体的市场已大幅扩大，随即对碳材料的要求也越来 越严格。另外作为除此之外的用途，为了使半导体高度集成化，需要产生半导 体烧蚀(焼付け)(以下，称之为光蚀刻)用短波长准分子激光光源，碳材料也 被用于制造产生该光源的CaF₂单晶。

半导体光蚀刻要求有高分辨率，为实现该目的，已逐渐使用CaF₂产生氟化 氪线(248nm)、氟化氩线(193nm)、氟气线(157nm)等短波长准分子激光。 于是，由于迄今为止使用的无定形光学材料不能透过193nm的光，因此，已逐 渐使用由荧石(CaF₂单晶)构成的透镜。以下，对CaF₂单晶的制造进行具体的 说明。CaF₂单晶通过bridgman法和Czochralski(CZ)法制造。例如，如果通过 bridgman法制造CaF₂单晶，在下述专利文献1中公开了将石墨材料用作加热器 等炉内部件使用。

另一方面，通常由于石墨材料在其气孔和石墨层间滞有金属杂质，因而不 能直接使用。因此，申请人在下述专利文献2、3中建议将用含有卤素的气体等 对石墨材料进行高纯度化处理、使金属杂质(灰分)降到5ppm或以下的高纯度 石墨材料，供半导体、原子能使用。此外，近年来，在下述专利文献4中还提 到了用于化合物半导体制造的氮含量低的碳材料。

【专利文献1】特开2000-137101号公报

【专利文献2】特开昭64-18964号公报

【专利文献3】特公平6-35325号公报

【专利文献4】特开2002-249376号

发明内容

然而，现状是即使将上述各专利文献中所示的降低了金属杂质和氮含量的 高纯度石墨材料用作为炉内部件，只要存在氧、氯、磷、硫等杂质，制造CaF₂单晶时的产量会极低，产量最多不过10％。

因此，本发明的目的是提供一种所谓的高纯度碳材料，其不仅减少了碳材 料气孔中所含的氧、氮、氯、磷、硫，还可减少了与构成石墨材料的碳原子结 合的氧、氮、氯、磷、硫、硼。

本发明者们为解决上述课题，进行了精心的研究，结果发现了适合于除去 各种杂质元素的高纯度化处理条件，通过这个发现，可以解决上述课题，即减 少与碳原子结合的氧、氮、氯、磷、硫、硼，从而完成本发明。

也就是说，本发明的高纯度碳材料，通过SIMS分析法测定的氧的含量为1 ×10¹⁸原子/cm³或以下。其理由是，例如，制造碳化硅单晶时，必须尽可能降低 氧浓度，因为通过使用1×10¹⁸原子/cm³或以下的碳材料，可以得到具有优异半 导体特性的单晶。氧的含量更优选为3×10¹⁷原子/cm³或以下，特别优选为1× 10¹⁷原子/cm³或以下。