JP4780932B2 - Corrosion-resistant member, method for manufacturing the same, and member for semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus - Google Patents
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は腐食性ガスまたはそのプラズマに対する高い耐食性が求められる半導体・液晶製造装置の内壁材(チャンバー)、マイクロ波導入窓、シャワーヘッド、半導体製造装置用耐食性リング(フォーカスリング、シールドリング等)等に好適に用いられ、少なくともハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位が、酸化イットリウム(Y2O3)質からなる耐食性部材に関する。 The present invention relates to an inner wall material (chamber), a microwave introduction window, a shower head, a corrosion-resistant ring for semiconductor manufacturing equipment (focus ring, shield ring, etc.), etc. for semiconductor / liquid crystal manufacturing equipment that requires high corrosion resistance against corrosive gas or plasma. The corrosion-resistant member is preferably used in which the portion exposed to a corrosive gas containing at least a halogen element or plasma thereof is made of yttrium oxide (Y 2 O 3 ).
近年、半導体製造におけるドライエッチングプロセスや成膜プロセスなどの各プロセスにおいて、プラズマを利用した技術が盛んに使用されている。半導体の製造時におけるプラズマプロセスでは、特にエッチング、クリーニング用として、反応性の高いフッ素系、塩素系等のハロゲン元素を含む腐食性ガスが多用されている。これら腐食性ガス及びプラズマに接触する部分には、高い耐食性が要求される。 In recent years, techniques using plasma have been actively used in various processes such as a dry etching process and a film forming process in semiconductor manufacturing. In the plasma process at the time of manufacturing a semiconductor, a corrosive gas containing a highly reactive fluorine-based or chlorine-based halogen element is often used particularly for etching and cleaning. High corrosion resistance is required for the portions that come into contact with these corrosive gases and plasma.
被処理物以外でこれらの腐食性ガス及びプラズマに曝される部材は、一般に石英ガラスやステンレス、アルミニウム、セラミックスとしてアルミナ焼結体や窒化アルミニウム焼結体、及びこれらセラミックスに炭化珪素等の膜を被覆したもの等が使用されていた。 The members exposed to these corrosive gases and plasma other than the object to be processed are generally quartz glass, stainless steel, aluminum, ceramics such as alumina sintered bodies and aluminum nitride sintered bodies, and silicon ceramic films on these ceramics. Coated ones were used.
さらに、最近では上述の部材にかわり、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(以下YAGと記載)焼結体やY2O3質焼結体、またはこれらの膜が耐食性の優れる材料として使用されている。 Further, recently, in place of the above-described members, yttrium, aluminum, garnet (hereinafter referred to as YAG) sintered body, Y 2 O 3 based sintered body, or a film thereof is used as a material having excellent corrosion resistance.
また、Y2O3質焼結体は、高周波、例えばマイクロ波帯で誘電正接が小さいことから、誘電体共振器用セラミックスとしても用いることが可能である。 Further, the Y 2 O 3 sintered body has a small dielectric loss tangent at a high frequency, for example, a microwave band, and therefore can be used as a ceramic for a dielectric resonator.
特許文献1には、ハロゲン元素を含む腐食性ガス或いはそのプラズマに曝される半導体製造装置用セラミックス部品であって、部品を構成するセラミックスがY2O3を主体とするセラミックスからなり、熱伝導率が40W/m・K以下かつ室温から500℃での全放射率が80%以下であることを特徴とする。 Patent Document 1 discloses a ceramic component for a semiconductor manufacturing apparatus that is exposed to a corrosive gas containing a halogen element or its plasma, and the ceramic constituting the component is made of a ceramic mainly composed of Y 2 O 3 , and conducts heat. The rate is 40 W / m · K or less, and the total emissivity from room temperature to 500 ° C. is 80% or less.
また、特許文献2には、ハロゲン元素を含む腐食性ガスのプラズマにより基板を処理する装置に用いられる基板処理用部材であって、ハロゲン元素を含む腐食性ガスのプラズマに曝される部位が、相対密度94%以上、純度99.5%以上のY2O3で構成されることを特徴とした低金属汚染の基板処理用部材の例が示されている。
特許文献3には、ハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位が、Y2O3を30重量%以上含む酸化物で構成され、気孔率が3%を超え8%以下であることを特徴とする部材が示されている。 In Patent Document 3, a portion exposed to corrosive gas containing halogen element or plasma thereof is composed of an oxide containing 30 wt% or more of Y 2 O 3 , and the porosity exceeds 3% and is 8% or less. A member is shown that is characterized.
さらに、特許文献4には、腐食性ガス下でプラズマに曝される少なくとも表面領域がY2O3系焼結体である耐プラズマ性部材の例が示されている。 Furthermore, Patent Document 4 shows an example of a plasma-resistant member in which at least a surface region exposed to plasma in a corrosive gas is a Y 2 O 3 based sintered body.
さらにまた、特許文献5には、金属微量成分の含有量が、重量基準で、Si:200ppm以下、Al:100ppm以下、Na、K、Ti、Cr、Fe、Niの総量:200ppm以下であることを特徴とするY2O3焼結体の例が示されている。 Furthermore, in Patent Document 5, the content of a trace amount of metal is, based on weight, Si: 200 ppm or less, Al: 100 ppm or less, and the total amount of Na, K, Ti, Cr, Fe, Ni: 200 ppm or less. An example of a Y 2 O 3 sintered body characterized by:
また、特許文献6には、少なくともプラズマ雰囲気に曝される部位が、金属微量成分量が質量基準で、Si:400ppm以下、Al:200ppm以下であり、平均粒径が200μm以下、気孔率が5%以下であるY2O3質部材の例が示されている。 Further, Patent Document 6 discloses that at least a portion exposed to a plasma atmosphere is based on a mass amount of a metal trace component, Si: 400 ppm or less, Al: 200 ppm or less, an average particle size of 200 μm or less, and a porosity of 5 An example of a Y 2 O 3 material that is less than or equal to% is shown.
さらに、特許文献7には、イットリアを主成分としY2O3質焼結体を用いた耐食性部材において、緻密化されたY2O3質焼結体を用いることが示されている。 Furthermore, Patent Document 7 discloses that a densified Y 2 O 3 sintered body is used in a corrosion-resistant member containing yttria as a main component and using a Y 2 O 3 sintered body.
また、特許文献8には、Y2O3に酸化チタンを添加することで、低温焼成を可能とするY2O3基材セラミック組成物の例が示されている。
上記各種耐食性部材として用いられているY2O3の焼結体や膜の結晶構造は、立方晶、六方晶、単斜晶、斜方晶があることが知られており、このうち、立方晶Y2O3が熱的に最も安定なため、特許文献1〜8のY2O3質の焼結体や膜を含む部材は、立方晶Y2O3を主成分とするものと思われる。 The crystal structures of Y 2 O 3 sintered bodies and films used as the various corrosion-resistant members are known to be cubic, hexagonal, monoclinic, and orthorhombic, of which cubic Since the crystal Y 2 O 3 is thermally most stable, the members including the Y 2 O 3 -based sintered body and film of Patent Documents 1 to 8 are considered to have cubic Y 2 O 3 as a main component. It is.
このY2O3質の焼結体や膜を含む部材では、これに含まれる立方晶Y2O3の結晶構造を規則化させると、X線回折におけるピークの幅が小さくなる傾向があり、特に、立方晶Y2O3のX線回折ピークのうち回折強度が最も大きく、立方晶Y2O3の結晶構造の規則化の度合いを最も良く表すミラー指数(222)面帰属ピークの半値幅を小さくすることにより、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに対する耐食性を向上させることができる。 In a member including a sintered body or film of Y 2 O 3 quality, when the crystal structure of cubic Y 2 O 3 contained therein is ordered, the peak width in X-ray diffraction tends to be reduced, in particular, cubic diffraction intensity of X-ray diffraction peaks of Y 2 O 3 is the largest, cubic Y 2 O 3 of the half-value width of the best Miller indices representing (222) plane attributed peak of the degree of ordering of the crystal structure By reducing the thickness, it is possible to improve the corrosion resistance against corrosive gas containing halogen element or plasma thereof.
しかし、従来のY2O3質の焼結体や膜からなる耐食性部材は、上述のように結晶構造を制御するような製法が管理されていないため、立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅が0.4°以下に制御されておらず、この半値幅が0.4°を超えるものがあった。このため、結晶構造が十分規則化しないものがあり、格子欠陥が多数存在し、この格子欠陥によって耐食性を長期間高いものに保持できないという問題があった。 However, a conventional Y 2 O 3 sintered body or film made of a corrosion-resistant member is not managed by a method for controlling the crystal structure as described above, and therefore, the cubic Y 2 O 3 (222) The full width at half maximum of the plane attribute peak was not controlled to 0.4 ° or less, and there was a case where the full width at half maximum exceeded 0.4 °. For this reason, some crystal structures are not sufficiently ordered, and there are many lattice defects, and this lattice defect has a problem that the corrosion resistance cannot be kept high for a long time.
特許文献1の半導体製造装置用セラミックス部品、特許文献2のY2O3からなる基板処理用部材では、その製造過程において、成形体中に含まれる有機バインダーを十分に脱脂して残留炭素量の少ない脱脂体を得た後、格子欠陥を低減する焼成方法によって焼成していないため、Y2O3のX線回折ピークの半値幅が大きくなる場合があり、結晶構造の規則化が不十分となり、耐食性が悪くなるという問題があった。
In the ceramic component for semiconductor manufacturing apparatus of Patent Document 1 and the substrate processing member made of Y 2 O 3 of
また、特許文献3の部材は、焼成時の降温速度を制御していないため酸素欠陥などの格子欠陥が多くなり、結晶構造が十分規則化しないおそれがあった。特に降温速度が速すぎると、得られた部材中に酸素欠陥が多くなるため、X線回折ピークの半値幅が大きくなり、結晶構造の規則化が不十分なものとなって耐食性が悪くなるという問題があった。
Also, members of the Patent Document 3, the lattice defects such as oxygen defects because it does not control the temperature decrease rate during firing is increased, there Re emesis crystal structure is not sufficiently ordered is. In particular, if the temperature lowering rate is too high, oxygen vacancies increase in the obtained member, so that the half-value width of the X-ray diffraction peak becomes large and the crystal structure is insufficiently ordered, resulting in poor corrosion resistance. There was a problem.
さらに、特許文献4の耐プラズマ性部材は、平均粒径0.1〜5.0μmのY2O3粉末を造粒して、1500〜2000℃の温度で焼成する工程を用いる製法が記載されているが、焼成時の降温速度を制御していないため、降温速度が速すぎる場合、得られるY2O3焼結体のX線回折ピークの半値幅が大きくなり、結晶構造が十分規則化せず耐食性が悪くなるという問題があった。この問題は造粒後の粉末の平均粒径が1μmを超える焼結活性の小さいY2O3粉末を用いた場合顕著に発生していた。また、特許文献4には、成形体に含まれるバインダーを900℃程度で加熱して脱脂することが記載されているが、900℃程度で脱脂する際に、保持する時間が不十分であったりすると、脱脂体に含まれる炭素量が多くなった。炭素量の多い脱脂体を焼成して焼結体を作製すると、脱脂体に含まれていた炭素がY2O3結晶格子の酸素と反応して、得られるY2O3焼結体からなる部材の酸素欠陥が多くなるので、X線回折ピークの半値幅がさらに大きくなり、結晶構造の規則化がさらに不十分となり、耐食性が悪くなるという問題があった。 Furthermore, the plasma-resistant member of Patent Document 4 describes a production method using a step of granulating Y 2 O 3 powder having an average particle size of 0.1 to 5.0 μm and firing it at a temperature of 1500 to 2000 ° C. However, since the temperature drop rate during firing is not controlled, if the temperature drop rate is too fast, the half width of the X-ray diffraction peak of the obtained Y 2 O 3 sintered body becomes large, and the crystal structure is sufficiently ordered. There was a problem that the corrosion resistance deteriorated. This problem occurred remarkably when using a Y 2 O 3 powder having a small sintering activity in which the average particle size of the powder after granulation exceeded 1 μm. Patent Document 4 describes that the binder contained in the molded body is heated at about 900 ° C. for degreasing. However, when degreasing at about 900 ° C., the holding time is insufficient. Then, the amount of carbon contained in the defatted body increased. When a degreased body with a large amount of carbon is baked to produce a sintered body, the carbon contained in the degreased body reacts with oxygen in the Y 2 O 3 crystal lattice and is obtained Y 2 O 3 sintered body. Since the number of oxygen defects in the member increases, there is a problem that the half width of the X-ray diffraction peak is further increased, the ordering of the crystal structure is further insufficient, and the corrosion resistance is deteriorated.
特許文献5のY2O3焼結体およびウエハ保治具や、特許文献6のY2O3質部材は、Si、Alなどの金属微量成分の含有量の上限を設定することにより、腐食性ガスやそのプラズマに対する耐食性を向上させようとしているものの、有機バインダーに含まれる炭素を焼結前に十分除去しなかったり、焼成時の降温速度が速すぎたりすると、X線回折ピークの半値幅が大きく、結晶構造が十分に規則化せず、耐食性が悪いものであった。 The Y 2 O 3 sintered body and wafer holding jig of Patent Document 5 and the Y 2 O 3 quality member of Patent Document 6 are corrosive by setting the upper limit of the content of metal trace components such as Si and Al. Although we are trying to improve the corrosion resistance against gas and its plasma, if the carbon contained in the organic binder is not removed sufficiently before sintering, or if the temperature drop rate during firing is too fast, the half width of the X-ray diffraction peak will be The crystal structure was not sufficiently ordered and the corrosion resistance was poor.
特許文献7の耐食性部材は、成形体に含まれる有機バインダーを400〜600℃で脱脂した場合、脱脂温度が低すぎたり、脱脂時間が短かったりすると、脱脂体に炭素が多く残留していた。この脱脂体を焼結させる過程で、残留した炭素がY2O3結晶格子の酸素と反応して、得られる部材中の酸素欠陥が多くなり、その結果X線回折ピークの半値幅が大きくなり、結晶構造の規則化が不十分となって耐食性が悪くなるという問題が生じていた。また、焼成時の降温速度を速くすると、例えば特許文献3の部材と同様に結晶構造の規則化が不十分となって耐食性が悪くなるという問題があった。 In the corrosion-resistant member of Patent Document 7, when the organic binder contained in the molded body is degreased at 400 to 600 ° C., if the degreasing temperature is too low or the degreasing time is short, a large amount of carbon remains in the degreased body. In the process of sintering this degreased body, the remaining carbon reacts with oxygen in the Y 2 O 3 crystal lattice, resulting in an increase in oxygen defects in the resulting member, resulting in an increase in the half width of the X-ray diffraction peak. However, there has been a problem that the crystal structure is insufficiently ordered and the corrosion resistance is deteriorated. Moreover, when the temperature-falling rate at the time of baking is made high, there existed a problem that ordering of crystal structure became inadequate similarly to the member of patent document 3, for example, and corrosion resistance worsened.
また、特許文献8のセラミック組成物は、酸化チタンを0.01〜20重量%添加することにより低温焼成を可能とし製造コストを低減できるとされているものの、酸化チタンを添加しているため、チタンがY2O3の結晶格子内に固溶してY2O3の結晶構造が規則化しなかったり、チタンを含む化合物が粒界に析出して耐食性の悪い粒界相を形成したりしたため、耐食性が悪いという問題があった。 In addition, although the ceramic composition of Patent Document 8 is said to be capable of low-temperature firing by reducing the production cost by adding 0.01 to 20% by weight of titanium oxide, since titanium oxide is added, titanium or not the crystal structure ordering of Y 2 O 3 solid solution in the crystal lattice of the Y 2 O 3, since the compounds containing titanium is or to form a corrosion resistance poor grain boundary phase precipitated in the grain boundary There was a problem of poor corrosion resistance.
これら特許文献1〜8の部材は、結晶構造が十分規則化していない場合、高周波帯域、特に半導体製造装置内でプラズマを発生させる周波数帯域等(1〜5GHz)の電磁波に対する誘電正接が大きくなるという問題もあった。 These members in Patent Documents 1 to 8 have a high dielectric loss tangent to electromagnetic waves in a high frequency band, particularly a frequency band (1 to 5 GHz) for generating plasma in a semiconductor manufacturing apparatus, when the crystal structure is not sufficiently regularized. There was also a problem.
上記問題点に鑑み、本発明者らはY2O3の結晶構造を規則化させることで、少なくともハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位が良好な耐食性を有する耐食性部材を提供できることを見出し、本発明に至った。また、比表面積が大きく焼結活性が高いY2O3粉末を用い、結晶構造を規則化させるために、脱脂体の炭素量を少なくし、さらに焼成の際の降温速度の条件を制御することによって、良好な耐食性を有する耐食性部材の製造方法を提供できることを見出した。 In view of the above problems, the present inventors ordered a corrosion resistant member having good corrosion resistance at a portion exposed to a corrosive gas containing at least a halogen element or plasma thereof by ordering the crystal structure of Y 2 O 3. The present invention has been found out and can be achieved. Also, use Y 2 O 3 powder with a large specific surface area and high sintering activity, and to regulate the crystal structure, reduce the carbon content of the defatted body, and further control the temperature-decreasing rate conditions during firing. Thus, it has been found that a method for producing a corrosion-resistant member having good corrosion resistance can be provided.
本発明は、ハロゲン元素等を含有する腐食性ガスやそのプラズマに対して良好な耐食性を有する耐食性部材を提供し、また、ハロゲン元素等を含有する腐食性ガスやそのプラズマに対して良好な耐食性を有する耐食性部材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a corrosion-resistant member having good corrosion resistance against a corrosive gas containing halogen element or the like and plasma thereof, and also having good corrosion resistance against a corrosive gas containing halogen element or the plasma thereof. It aims at providing the manufacturing method of the corrosion-resistant member which has this.
本発明の耐食性部材は、少なくともハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位に用いられる耐食性部材であって、Yの含有量がY2O3換算で99.5質量%以上であり、炭素の含有量が100質量ppm以下であり、さらにSi、Fe、Al、Ca、Mgのうち少なくともSi、Feを含む2種以上の金属元素を含み、Siの含有量がSiO2換算で300質量ppm以下、Feの含有量がFe2O3換算で50質量ppm以下、Alの含有量がAl2O3換算で100質量ppm以下、CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下であるY2O3質焼結体からなり、X線回折による立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅が0.21〜0.26°であり、前記Y2O3質焼結体の表面近傍と深部との平均結晶粒径(0.5μm以下の結晶は計算対象外とする)の差が30μm以下であるとともに、前記深部に対する前記表面近傍の金属元素の含有量の比が0.5〜5であることを特徴とする。
The corrosion-resistant member of the present invention is a corrosion-resistant member used in a portion exposed to a corrosive gas containing at least a halogen element or plasma thereof, and the Y content is 99.5% by mass or more in terms of Y 2 O 3. Yes, the carbon content is 100 mass ppm or less, and further contains at least two metal elements including Si and Fe among Si, Fe, Al, Ca, and Mg, and the Si content is in terms of SiO 2 300 mass ppm or less, Fe content is 50 mass ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , Al content is 100 mass ppm or less in terms of Al 2 O 3 , and Ca and Mg contents are converted to CaO and MgO, respectively. It consists of a Y 2 O 3 sintered body that is 350 mass ppm or less in total, and the half width of the (222) plane attribute peak of cubic Y 2 O 3 by X-ray diffraction is 0.21 to 0.2. 6 °, and the difference in average crystal grain size between the vicinity of the surface of the Y 2 O 3 sintered body and the deep part (crystals of 0.5 μm or less are excluded from calculation) is 30 μm or less, and the deep part The ratio of the content of the metal element in the vicinity of the surface to the surface is 0.5 to 5.
また、本発明の耐食性部材は、立方晶Y2O3結晶の格子歪みが0.2%以下であることを特徴とする。さらにまた、結晶子の径が平均で5〜100nmであることを特徴とする。
Further, corrosion-resistant member of the present invention, the lattice distortion of standing-cubic Y 2 O 3 crystals 0. It is characterized by being 2 % or less. Furthermore, wherein the diameter of the crystallites is 5 ~ 1 nm on average.
さらに、本発明の耐食性部材は、前記YをY2O3換算で99.9質量%以上含有し、前記半値幅が0.21〜0.25°であることを特徴とする。
In addition, corrosion resistant member of the present invention, the Y contained 99.9 wt% in
また、本発明の耐食性部材は、1〜5GHzにおける誘電正接が1.6×10−4 以下であることを特徴とする。
Further, corrosion-resistant member of the present invention has a dielectric loss tangent at 1~5GHz is 1.6 × 10 - is characterized in that 4 or less.
さらに、本発明の耐食性部材は、気孔率が1%以下であることを特徴とする。
Furthermore, the corrosion-resistant member of the present invention is characterized in that the porosity is 1 % or less.
本発明の耐食性部材の製造方法は、Y2O3を99.5質量%以上含有する粉末、溶媒とをミルに入れて比表面積が1m2/g以上となるまで粉砕した後に、有機結合剤を添加するスラリー作製工程と、該スラリーを噴霧乾燥して造粒し、造粒された顆粒の金属元素の含有量が、SiがSiO 2 換算で300質量ppm以下、FeがFe 2 O 3 換算で50質量ppm以下、AlがAl 2 O 3 換算で100質量ppm以下、CaおよびMgがそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下であり、この顆粒を用いて成形体を作製する成形工程と、前記成形体を300〜900℃の温度で脱脂して炭素含有量が200ppm以下の脱脂体を得る脱脂工程と、酸素分圧が0.05〜1MPaであり、酸素を50体積%以上含む酸素雰囲気中において、15℃/時間以下の昇温速度で昇温し、1500〜2000℃で2時間以上保持後、100℃/時間以下の降温速度で降温することにより前記脱脂体を焼成する焼成工程とを有することを特徴とする。
The method for producing a corrosion-resistant member according to the present invention includes a powder containing 99.5% by mass or more of Y 2 O 3 and a solvent, pulverized until the specific surface area becomes 1 m 2 / g or more, and then an organic binder. The slurry is prepared by adding the slurry, and the slurry is spray-dried and granulated, and the content of the metal element in the granulated granule is 300 mass ppm or less in terms of SiO 2 and Fe is Fe 2 O 3. 50 mass ppm or less in terms of conversion, Al is 100 mass ppm or less in terms of Al 2 O 3 , and Ca and Mg are 350 mass ppm or less in terms of CaO and MgO, respectively. step and the degreasing step of the carbon content to obtain a less brown body 200ppm by degreasing the molded body at a temperature of 300 to 900 ° C., oxygen partial pressure is 0.05 to 1 MPa, oxygen 50 volume% or more In an oxygen atmosphere containing, heated by the following heating rate 15 ° C. / h and left for two hours or more at 1500 to 2000 ° C., firing the degreased body by cooling below the cooling rate 100 ° C. / Time And a firing step .
また、本発明の半導体・液晶製造装置用部材は、前記耐食性部材からなることを特徴とする。 In addition, a member for a semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus according to the present invention is made of the corrosion-resistant member.
本発明の耐食性部材によれば、少なくともハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位に用いられる耐食性部材であって、Yの含有量がY2O3換算で99.5質量%以上であり、炭素の含有量が100質量ppm以下であり、さらにSi、Fe、Al、Ca、Mgのうち少なくともSi、Feを含む2種以上の金属元素を含み、Siの含有量がSiO2換算で300質量ppm以下、Feの含有量がFe2O3換算で50質量ppm以下、Alの含有量がAl2O3換算で100質量ppm以下、CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下である
Y2O3質焼結体からなり、X線回折による立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅が0.21〜0.26°であり、前記Y2O3質焼結体の表面近傍と深部との平均結晶粒径(0.5μm以下の結晶は計算対象外とする)の差が30μm以下であるとともに、前記深部に対する前記表面近傍の金属元素の含有量の比が0.5〜5であることにより、結晶構造が整列しており、格子欠陥の生成の原因となる金属元素の含有量が少ないので、ハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに選択的にエッチングされる格子欠陥を少なくなり、腐食性ガスに長期間曝された場合でも優れた耐食性を保持することができる。また、炭素の含有量が100質量ppm以下であることにより、炭素が粒界に遊離炭素として存在しにくく、炭素のほとんどが結晶格子内あるいは格子間に固溶するので、遊離炭素の存在に起因する粒界の耐食性の劣化がなくなり、特に耐食性に優れる耐食性部材とすることができる。
According to the corrosion-resistant member of the present invention, it is a corrosion-resistant member used in a portion exposed to a corrosive gas containing at least a halogen element or its plasma, and the Y content is 99.5% by mass in terms of Y 2 O 3. The carbon content is 100 mass ppm or less, and further contains at least two metal elements including Si and Fe among Si, Fe, Al, Ca and Mg, and the Si content is SiO 2. 300 mass ppm or less in terms of conversion, Fe content of 50 mass ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , Al content of 100 mass ppm or less in terms of Al 2 O 3 , and Ca and Mg contents of CaO and MgO, respectively. It consists of a Y 2 O 3 sintered body that is 350 mass ppm or less in total, and the half width of the (222) plane attribute peak of cubic Y 2 O 3 by X-ray diffraction is 0.21 to 0.21. 0.26 °, and the difference in the average crystal grain size between the vicinity of the surface of the Y 2 O 3 sintered body and the deep part (crystals of 0.5 μm or less are excluded from calculation) is 30 μm or less, Since the ratio of the metal element content near the surface to the deep part is 0.5 to 5, the crystal structure is aligned, and the content of the metal element causing the generation of lattice defects is small. Lattice defects that are selectively etched by a corrosive gas containing a halogen element or plasma thereof are reduced, and excellent corrosion resistance can be maintained even when exposed to a corrosive gas for a long period of time. In addition, since the carbon content is 100 ppm by mass or less, carbon is unlikely to exist as free carbon at the grain boundaries, and most of the carbon is solid-solved within the crystal lattice or between the lattices. Therefore, the corrosion resistance of the grain boundary is not deteriorated, and a corrosion resistant member having excellent corrosion resistance can be obtained.
また、本発明の耐食性部材によれば、立方晶Y2O3結晶の格子歪みが0.2%以下であることにより、格子欠陥が少ないので耐食性を向上させることができる。さらに、結晶子の径が平均で5〜100nmであることにより、プラズマ発生効率の低下を抑制することができる。
Further, according to the corrosion-resistant member of the present invention, the lattice distortion of the stand-cubic Y 2 O 3 crystals 0. By being 2 % or less, since there are few lattice defects, corrosion resistance can be improved. Further, by the diameter of the crystallites is 5 ~ 1 nm on average, it is possible to suppress the reduction in plasma generation efficiency.
さらに、本発明の耐食性部材によれば、前記Yの含有量をY2O3換算で99.9質量%以上とし、前記半値幅を0.21〜0.25°とすることにより、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに長時間曝されても優れた耐食性を有する耐食性部材とすることができる。
Et al is, according to the corrosion-resistant member of the present invention, the content of the Y and Y 2 O 3 in terms of 99.9% by mass or more, the half width 0. By setting the angle to 21 to 0.25 °, a corrosion-resistant member having excellent corrosion resistance can be obtained even when exposed to a corrosive gas containing a halogen element or plasma thereof for a long time.
さらに、本発明の耐食性部材によれば、1〜5GHzにおける誘電正接を1.6×10−4 以下とすることにより、半導体製造装置内で電磁界エネルギーが熱エネルギーに変換されにくくなるので、装置内で無駄な発熱がなくなり、プラズマのエネルギー損失が低減できる。このため、プラズマの発生効率を高めることができる。
Furthermore, according to the corrosion-resistant member of the present invention, the dielectric loss tangent 1.6 × 10 in 1~5GHz - With 4 or less, since the electromagnetic energy is less likely to be converted into heat energy in a semiconductor manufacturing device, device This eliminates unnecessary heat generation and reduces plasma energy loss. For this reason, plasma generation efficiency can be increased.
またさらに、本発明の耐食性部材によれば、気孔率を1%以下とすることにより、表面の開気孔を少なくできるので、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに曝される表面積が少なくなり、さらに良好な耐食性を有することが可能となる。
Furthermore, according to the corrosion-resistant member of the present invention, the surface porosity can be reduced by reducing the porosity to 1 % or less, so that the surface area exposed to corrosive gas containing halogen element or plasma thereof is small. Thus, it becomes possible to have better corrosion resistance.
また、本発明の耐食性部材の製造方法によれば、Y2O3を99.5質量%以上含有する粉末と、溶媒とをミルに入れて比表面積が1m2/g以上となるまで粉砕した後に、有機結合剤を添加するスラリー作製工程と、該スラリーを噴霧乾燥して造粒し、造粒された顆粒の金属元素の含有量が、SiがSiO 2 換算で300質量ppm以下、FeがFe 2 O 3 換算で50質量ppm以下、AlがAl 2 O 3 換算で100質量ppm以下、CaおよびMgがそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下であり、この顆粒を用いて成形体を作製する成形工程と、前記成形体を300〜900℃の温度で脱脂して炭素含有量が200ppm以下の脱脂体を得る脱脂工程と、酸素分圧が0.05〜1MPaであり、酸素を50体積%以上含む酸素雰囲気中において、15℃/時間以下の昇温速度で昇温し、1500〜2000℃で2時間以上保持後、100℃/時間以下の降温速度で降温することにより前記脱脂体を焼成する焼成工程とを有することにより、結晶構造の規則化が促進された耐食性部材を作製することができる。比表面積が1m2/g以上となるまで粉砕した原料を用い、脱脂体の炭素含有量を200ppmとし、降温速度を100℃/時間以下とすると、焼結活性を高めて緻密で比表面積の小さい焼結体を製造できるだけでなく、酸素欠陥等の格子欠陥が少なく、前記半値幅が0.21〜0.26°である耐食性に優れた耐食性部材を製造することができ、ハロゲン元素を含む腐食性ガス等に対する耐食性に優れているため、半導体製造工程においてハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに曝されても、減肉したり、亀裂等が入ったりせずに長時間使用することができる。また、前記雰囲気の酸素分圧が0.05〜1MPaであり、酸素を50体積%以上含むことにより、焼結体をより高密度化することができる。
Further, according to the method for producing a corrosion-resistant member of the present invention, a powder containing 99.5% by mass or more of Y 2 O 3 and a solvent are put in a mill and pulverized until the specific surface area becomes 1 m 2 / g or more. Later, a slurry preparation step of adding an organic binder, spray-drying and granulating the slurry, and the content of metal elements in the granulated granules is that Si is 300 mass ppm or less in terms of SiO 2 , Fe Is 50 mass ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , Al is 100 mass ppm or less in terms of Al 2 O 3 , and Ca and Mg are 350 mass ppm or less in total in terms of CaO and MgO, respectively. a molding step of manufacturing a body, a degreasing step of the carbon content to obtain a less brown body 200ppm by degreasing the molded body at a temperature of 300 to 900 ° C., oxygen partial pressure is 0.05 to 1 MPa, oxygen In an oxygen atmosphere containing more than 50 vol%, the temperature was raised to the following heating rate 15 ° C. / h and left for two hours or more at 1500 to 2000 ° C., the degreasing by cooling below the cooling rate 100 ° C. / Time By having a firing step for firing the body, a corrosion-resistant member in which ordering of the crystal structure is promoted can be produced. When the raw material ground until the specific surface area becomes 1 m 2 / g or more is used, the carbon content of the defatted body is set to 200 ppm, and the temperature lowering rate is set to 100 ° C./hour or less, the sintering activity is increased and the density is small and the specific surface area is small. In addition to producing a sintered body, there are few lattice defects such as oxygen defects, and the half-value width is 0.8. A corrosion-resistant member having excellent corrosion resistance of 21 to 0.26 ° can be manufactured, and since it has excellent corrosion resistance against a corrosive gas containing a halogen element, a corrosive gas containing a halogen element in a semiconductor manufacturing process or Even if exposed to the plasma, it can be used for a long time without thinning or cracking. Moreover, the oxygen partial pressure of the said atmosphere is 0.05-1 Mpa, By containing 50 volume% or more of oxygen, a sintered compact can be densified more.
また、本発明の半導体・液晶装置用部材は、前記耐食性部材から形成することで、製造装置中でハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに曝されても、優れた耐食性を有し、部品交換の頻度を少なくできるために、製造コストを抑えることが可能となる。 In addition, the semiconductor / liquid crystal device member of the present invention is formed from the corrosion-resistant member, so that it has excellent corrosion resistance even when it is exposed to a corrosive gas containing a halogen element or its plasma in the production apparatus, Since the frequency of parts replacement can be reduced, manufacturing costs can be reduced.
本発明の耐食性部材は、少なくともハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに曝される部位に用いられるものであり、Y2O3質焼結体からなるものである。
Corrosion resistant member of the present invention are those used in the site to be exposed to a corrosive gas and or plasma containing at least halogen element, it is made of Y 2 O 3 sintered material.
本発明の耐食性部材の用途として、第一は、半導体製造装置用部材(内壁材、監視窓、マイクロ波導入窓、マイクロ波結合用アンテナ、静電チャック、サセプタなど)であり、ハロゲン元素を含む腐食性ガスのプラズマに対する優れた耐腐食性が必要とされる。この半導体製造装置用部材には、さらに好ましくは、プラズマ発生効率を高めるため、マイクロ波帯における低い誘電正接を有することが要求される。 As a use of the corrosion-resistant member of the present invention, the first is a member for semiconductor manufacturing equipment (inner wall material, monitoring window, microwave introduction window, microwave coupling antenna, electrostatic chuck, susceptor, etc.), which contains a halogen element. Excellent corrosion resistance against corrosive gas plasma is required. More preferably, the semiconductor manufacturing apparatus member is required to have a low dielectric loss tangent in the microwave band in order to increase the plasma generation efficiency.
第二は、Y2O3質焼結体の透光性を利用した金属蒸気放電灯用発光管である。ハロゲン属ガスを封入し放電させる金属蒸気放電灯用発光管には、ハロゲン属ガスに対する耐食性が求められる。 The second is an arc tube for a metal vapor discharge lamp that utilizes the translucency of a Y 2 O 3 sintered material. An arc tube for a metal vapor discharge lamp that encloses and discharges a halogen gas is required to have corrosion resistance against the halogen gas.
第三は、少なくともその表面がY2O3質焼結体からなるマイクロ波加熱焼成用治具である。ハロゲン元素を含む化合物などの腐食性のある未焼成体をマイクロ波加熱によって焼結させる場合、未焼成体を入れる坩堝などの焼成用治具には、ハロゲン元素に対する優れた耐食性が求められる。前記焼成用治具の誘電正接が低いことは、印加したマイクロ波のエネルギー損失が少ないので未焼成体を少ない電力で効率よく焼結させることができるので好ましい。前記ハロゲン元素を含む腐食性ガスとしては、SF6、CF4、CHF3、ClF3、NF3、C4F8、HF等のフッ素系ガス、Cl2、HCl、BCl3、CCl4等の塩素系ガス、Br2、HBr、BBr3等の臭素系ガスなどがある。
The third is a microwave heating and firing jig having at least a surface thereof made of a Y 2 O 3 sintered material. When a corrosive green body such as a compound containing a halogen element is sintered by microwave heating, a firing jig such as a crucible into which the green body is placed is required to have excellent corrosion resistance to the halogen element. A low dielectric loss tangent of the firing jig is preferable because the energy loss of the applied microwave is small, so that the green body can be efficiently sintered with a small amount of electric power. Examples of the corrosive gas containing the halogen element include fluorine-based gases such as SF 6 , CF 4 , CHF 3 , ClF 3 , NF 3 , C 4 F 8 and HF, Cl 2 , HCl, BCl 3 , CCl 4 and the like. There are bromine-based gases such as chlorine-based gas, Br 2 , HBr, and BBr 3 .
前記第一の用途の場合、これらの腐食性ガスにマイクロ波等の高周波が照射されると、これらの腐食性ガスがプラズマ化され、このプラズマが半導体製造装置用の各部材に接触することとなる。また、ドライエッチングにより行われるエッチング効果を高めるために前記のような腐食性ガスとともに、Ar等の不活性ガスを導入してプラズマを発生させることもある。腐食性ガスによりエッチング可能な材料としては、酸化膜系材料(th−SiO2、PSG、BPSG、HTO、P−SiO2、P−TEOS、SOG等)、窒化膜系材料(P−SiN、LP−SiN等)、シリコン系 材料(Si、Poly−Si、a−Si、WSi、MoSi、TiSi等)、金属系材料(Al、Al合金、TI、TiN、TiW、W、Cu、Pt、Au等)がある。ハロゲン元素を含む腐食性のフッ素系ガスとY2O3が反応すると主にYF3を生成し、塩素系ガスとY2O3が反応すると主にYCl3を生成する。これらの反応生成物の融点(YF3:1152℃、YCl3:680℃)は、従来から用いられていた石英や酸化アルミニウム焼結体との反応により生成される反応生成物の融点(SiF4:−90℃、SiCl4:−70℃、AlF3:1040℃、AlCl3:178℃)より高い。このため、Y2O3質焼結体からなる耐食性部材は、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに高温で曝されたとしても安定した耐食性を備えている。特に、本発明の耐食性部材は、格子欠陥が少なく、結晶構造が規則化しているのでハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに対する耐食性に優れている。
In the case of the first application, when these corrosive gases are irradiated with high-frequency waves such as microwaves, these corrosive gases are turned into plasma, and this plasma comes into contact with each member for a semiconductor manufacturing apparatus. Become. Further, in order to enhance the etching effect performed by dry etching, an inert gas such as Ar may be introduced together with the corrosive gas as described above to generate plasma. The etchable material by corrosive gases, oxide-based materials (th-SiO 2, PSG, BPSG, HTO, P-
ここで、本発明の耐食性部材の実施形態について説明する。
Here will be described embodiments of the corrosion resistant member of the present invention.
本発明の耐食性部材は、少なくともハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位が、Yの含有量がY2O3換算で99.5質量%以上であり、炭素の含有量が100質量ppm以下であり、さらにSi、Fe、Al、Ca、Mgのうち少なくともSi、Feを含む2種以上の金属元素を含み、Siの含有量がSiO2換算で300質量ppm以下、Feの含有量がFe2O3換算で50質量ppm以下、Alの含有量がAl2O3換算で100質量ppm以下、CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下であるY2O3質焼結体からなり、X線回折による立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅が0.21〜0.26°であり、前記Y2O3質焼結体の表面近傍と深部との平均結晶粒径(0.5μm以下の結晶は計算対象外とする。以下同じ。)の差が30μm以下であるとともに、前記深部に対する前記表面近傍の金属元素の含有量の比が0.5〜5であることに特定する。 In the corrosion-resistant member of the present invention, the portion exposed to corrosive gas containing at least a halogen element or plasma thereof has a Y content of 99.5% by mass or more in terms of Y 2 O 3 , and a carbon content. It is 100 mass ppm or less, and further contains two or more kinds of metal elements including at least Si and Fe among Si, Fe, Al, Ca, and Mg, and the content of Si is 300 mass ppm or less in terms of SiO 2 . The content is 50 mass ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , the Al content is 100 mass ppm or less in terms of Al 2 O 3 , and the Ca and Mg contents are 350 mass ppm or less in total in terms of CaO and MgO, respectively. made from one Y 2 O 3 quality sintered body, the half-value width of the (222) plane of the attribution peak cubic Y 2 O 3 by X-ray diffraction is from 0.21 to 0.26 °, the Y 2 O 3 quality With the difference between the average crystal grain size of the near-surface and the deep part of the sintered body (0.5 [mu] m or less of crystal the computation excluded. Hereinafter the same.) Is 30μm or less, the metallic elements of the near-surface for the deep It is specified that the content ratio is 0.5 to 5.
これにより、ハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに対する優れた耐食性を有する。この理由は次のように考えられる。 Thereby, it has the outstanding corrosion resistance with respect to the corrosive gas containing a halogen element, or its plasma. The reason is considered as follows.
立方晶Y2O3質の焼結体に含まれる結晶の結晶格子を構成するY、O(酸素)の欠損
や、Y、Oの配列の乱れなどの格子欠陥があると、この格子欠陥に位置したり隣接したりする原子が電気的、結晶構造的に不安定なため、ハロゲン元素を含む腐食性ガスのプラズマはこの格子欠陥のある結晶格子の原子を選択的にエッチングすると考えられる。格子欠陥のある結晶格子の原子がエッチングされると、隣接する結晶格子が電気的、結晶構造的に安定性を保つことが困難となるので、隣接する結晶格子の原子が続いてエッチングされる。このエッチングが連鎖的に起こり、エッチングが進行すると考えられる。本発明の耐食性部材は、YをY2O3換算で99.5質量%以上含有しているため、立方晶Y2O3を主結晶相とすることができる。また、その半値幅を0.4°以下、特に0.21〜0.26°とすることで、耐食性部材を構成する立方晶Y2O3からなる結晶の結晶構造を十分に規則化することができるため格子欠陥が少なく、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに対する長期間の耐食性を優れたものとすることができる。さらに、好ましくは、Yの含有量がY2O3換算で99.9質量%以上、半値幅が0.3°以下、特に0.21〜0.25°であることによって結晶構造がさらに規則化するので、さらに耐食性に優れた耐食性部材とすることができる。
If there are lattice defects such as defects of Y and O (oxygen) constituting the crystal lattice of crystals contained in the sintered body of cubic Y 2 O 3 material and disorder of Y and O arrangement, It is considered that the plasma of a corrosive gas containing a halogen element selectively etches the atoms of the crystal lattice having the lattice defect because the positioned or adjacent atoms are unstable in terms of electrical and crystal structure. When atoms in a crystal lattice having lattice defects are etched, it becomes difficult to maintain the stability of the adjacent crystal lattice in terms of electrical and crystal structure. Therefore, atoms in the adjacent crystal lattice are subsequently etched. It is considered that this etching occurs in a chain and the etching proceeds. Since the corrosion resistant member of the present invention contains 99.5% by mass or more in terms of Y 2 O 3 , cubic Y 2 O 3 can be used as the main crystal phase. Further, by setting the half width to 0.4 ° or less , particularly 0.21 to 0.26 °, the crystal structure of the crystal composed of cubic Y 2 O 3 constituting the corrosion-resistant member is sufficiently ordered. Therefore, the number of lattice defects is small, and the long-term corrosion resistance against a corrosive gas containing halogen element or plasma thereof can be improved. Further, preferably, the content of Y is in
一方、前記半値幅が0.4°を超えると、立方晶Y2O3からなる結晶の結晶構造が十分に規則化していないので格子欠陥が多くなり、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに対する耐食性が悪くなる。 On the other hand, if the half width exceeds 0.4 °, the crystal structure of the crystal composed of cubic Y 2 O 3 is not sufficiently ordered, so that lattice defects increase and corrosive gas containing halogen element or its Corrosion resistance to plasma is deteriorated.
なお、このように前記半値幅を0.4°以下の耐食性部材を得るためには、詳細を後述するように、例えば耐食性部材の原料粉末の比表面積を大きくし、焼成前の脱脂体に含まれる炭素量を少なく制御し、さらに焼成時の降温速度等を制御することによって、得られる耐食性部材の格子欠陥を低減させる製造条件とする。 In order to obtain a corrosion-resistant member having a half width of 0.4 ° or less in this way, as described in detail later, for example, the specific surface area of the raw material powder of the corrosion-resistant member is increased and included in the degreased body before firing. The production conditions are such that the amount of carbon produced is controlled to be small, and the rate of temperature drop during firing is controlled to reduce lattice defects in the resulting corrosion-resistant member.
ここで、上述の実施形態において、立方晶Y2O3のミラー指数のうち(222)面を選択したのは、(222)面が立方晶Y2O3のX線回折ピークのうち回折強度が最も大きく、立方晶Y2O3の結晶構造の規則化の度合いを最も良く示すためである。半値幅が0.21〜0.26°であるということは、耐食性部材を構成する全ての結晶が完全に結晶化し、格子定数がほぼ同じで、かつ格子欠陥もほとんどない結晶(理想的な結晶)に近づくことを意味する。
Here, in the implementation described above, the cubic Y 2 of the Miller index of the O 3 (222) was chosen plane, (222) plane diffraction of X-ray diffraction peaks of cubic Y 2 O 3 This is because the strength is the highest and the degree of ordering of the crystal structure of cubic Y 2 O 3 is best shown. Half width is 0. The fact that Ru 21-0.26 ° der, all crystals constituting the corrosion resistance member is completely crystallized, approaches the lattice constant substantially the same, and the lattice defects little crystal (ideal crystal) Means that .
すなわち、理想的な結晶からなる耐食性部材の(222)面帰属ピークの半値幅は0.2°よりも小さいと考えられることから、本発明の耐食性部材の半値幅は、各々の結晶の結晶化の度合いや格子定数のばらつきによって、理想的な結晶の(222)面帰属ピークの半値幅よりも大きくなるものの、前記理想的な結晶の半値幅の約2倍以下、具体的には0.21〜0.26°とすることで結晶構造を規則化することができ、十分な耐食性を有する耐食性部材を得ることができると推測したものである。
That is, since the half-value width of the (222) plane attribution peak of the corrosion-resistant member made of an ideal crystal is considered to be smaller than 0.2 °, the half-value width of the corrosion-resistant member of the present invention is the crystallization of each crystal. Although it is larger than the half-value width of the ideal (222) plane attribute peak of the crystal depending on the degree and the lattice constant variation , it is less than about twice the half-value width of the ideal crystal , specifically 0.21. It is estimated that the crystal structure can be ordered by setting the angle to ˜0.26 °, and a corrosion-resistant member having sufficient corrosion resistance can be obtained.
したがって、本発明の耐食性部材においては、ハロゲン元素やそのプラズマに対して優れた耐食性を有するのは、理想的な結晶の(222)面帰属ピークの半値幅の2倍以下、具体的には0.21〜0.26°に制御したものである。
Therefore, in the corrosion-resistant member of the present invention, excellent corrosion resistance to halogen elements and plasma thereof is not more than twice the half-value width of the (222) plane attribute peak of an ideal crystal , specifically 0. .21 to 0.26 ° .
なお、前記理想的な結晶からなる耐食性部材の(222)面帰属ピークの半値幅はより正確には0.15°よりも小さいと考えられ、耐食性部材の製造を容易にして量産可能とするために前記半値幅を0.21〜0.26°とする。
Incidentally, the half-value width of the (222) plane attributed peak of corrosion-resistant member made of the ideal crystal is more precisely is considered to be less than 0.15 °, to allow production to facilitate the production of corrosion-resistant member 0 before Symbol half-width in order. 21 to 0.26 °.
また、本発明の耐食性部材におけるX線回折による立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅の測定は例えば次のようにして行う。 In addition, the half width of the (222) plane attribute peak of cubic Y 2 O 3 by X-ray diffraction in the corrosion resistant member of the present invention is measured as follows, for example.
先ず、耐食性部材の表面部を、CuKα線を用いたX線回折法により測定し、ミラー指数(222)面に帰属するX線回折ピークの半値幅を測定する。前記半値幅の単位は、入射X線の回折角であり、通常2θで表される角度(°)である。立方晶Y2O3のX線回折パターンはJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードNo.41−1105を参照することができる。このJCPDSカードによれば、立方晶Y2O3の(222)面の面間隔は3.061Åであり、回折角2θはCuKα線を用いた場合29.15°とされている。具体的には、図1に示すようにX線回折の結果、最もピーク強度が大きい2θが29°付近にあるピーク(P)の強度(ピーク(P)の先端部のピーク強度)をPIとするとき、PI/2のピーク強度のところに、横軸2θ方向に平行線を引き、この平行線がピーク(P)と交わる2つの交点間の距離を半値幅として求めた。 First, the surface portion of the corrosion-resistant member is measured by an X-ray diffraction method using CuKα rays, and the half width of the X-ray diffraction peak attributed to the Miller index (222) plane is measured. The unit of the half width is a diffraction angle of incident X-rays, and is an angle (°) usually expressed by 2θ. The X-ray diffraction pattern of cubic Y 2 O 3 is JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) card no. 41-1105 can be referred to. According to this JCPDS card, the surface spacing of the (222) plane of cubic Y 2 O 3 is 3.061 mm, and the diffraction angle 2θ is 29.15 ° when using CuKα rays. Specifically, the results of X-ray diffraction as shown in FIG. 1, the intensity of the peak (P) of 2θ are most peak intensity is large in the vicinity of 29 ° (peak intensity of the tip portion of the peak (P)) P I Then, a parallel line is drawn in the direction of the horizontal axis 2θ at the peak intensity of P I / 2, and the distance between two intersections at which the parallel line intersects the peak (P) was obtained as a half width.
また、耐食性部材に含まれるYの含有量は、例えばICP発光分光分析法により定量分析して求めることができる。
Further, the content of Y contained in the corrosion-resistant member can be obtained by quantitative analysis by, for example, ICP emission spectroscopy .
また、上述の実施形態における耐食性部材は、金属元素の含有量を質量基準で、SiをSiO2換算で300ppm以下、FeをFe2O3換算で50ppm以下、AlをAl2O3換算で100ppm以下、CaおよびMgをそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350ppm以下とする。
Moreover, the corrosion-resistant member in the above-mentioned embodiment is based on the mass of the metal element, Si is 300 ppm or less in terms of SiO 2 , Fe is 50 ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , and Al is 100 ppm in terms of Al 2 O 3. hereinafter, it shall be the 350ppm or less of Ca and Mg in total and CaO and MgO in terms respectively.
これら金属元素は、製造過程で意図的に添加されるものの他、出発原料中に含まれる不純物、製造過程で用いられる水、バインダー等に含まれる不純物や、機械の摩耗によるFeなどの金属成分などの不純物が混入すること等によって添加する可能性があり、これら金属元素を上述の範囲とすることで、イオンや電子を移動させる原因となる不純物による誘電正接の低下を特に抑制できるので、誘電正接がさらに小さくなり、半値幅をより小さいものとして優れた耐食性を有することができる。 These metal elements are added intentionally in the manufacturing process, impurities contained in the starting material, water used in the manufacturing process, impurities contained in the binder, metal components such as Fe due to machine wear, etc. When the impurities are mixed into the above-mentioned range, the decrease of the dielectric loss tangent due to the impurities that cause the movement of ions and electrons can be particularly suppressed. Can be further reduced, and can have excellent corrosion resistance with a smaller half-value width.
これは、Siが耐食性部材に混入すると、Siは主に+4価のSi4+となって存在する。耐食性部材中のSi4+の半径は、Y3+イオン半径に比べて1/2以下と小さく、またSi4+とY3+は価数が異なるので、立方晶Y2O3の結晶格子中にSiは固溶しにくい。このためSiを多く含有する場合、Siを含む耐食性の悪い粒界相が微量生成し、耐食性を著しく向上させることができなくなる。Siの含有量がSiO2換算で300ppmであると、Siを含む耐食性の悪い粒界相がほとんど生成しないので、耐食性をさらに向上させることができる。 This is because when Si is mixed into the corrosion-resistant member, Si mainly exists as +4 valent Si 4+ . The radius of Si 4+ in the corrosion-resistant member is as small as 1/2 or less than the Y 3+ ion radius, and Si 4+ and Y 3+ have different valences, so that Si is contained in the crystal lattice of cubic Y 2 O 3. Hard to dissolve. For this reason, when it contains a lot of Si, a grain boundary phase containing Si having poor corrosion resistance is generated in a very small amount, and the corrosion resistance cannot be remarkably improved. When the Si content is 300 ppm in terms of SiO 2 , the grain boundary phase containing Si and having poor corrosion resistance is hardly generated, and therefore the corrosion resistance can be further improved.
FeがFe2O3換算で50ppmを超えて含有すると、Feの酸化物、例えばFe2O3相が粒界に形成される。Fe2O3等のFe化合物は磁性体であるので、ハロゲン元素を含むガスのプラズマに曝されるとこのプラズマと電磁気的に反応しやすい。このため、Fe化合物を含む粒界相が選択的にエッチングされ、耐食性を著しく向上させることができない。Feの含有量がFe2O3換算で50ppm以下であると、Fe化合物を含む粒界相がほとんど生成しないので、ハロゲン元素を含むプラズマによって、粒界がエッチングされにくくなり、耐食性が著しく向上する。 When Fe contains more than 50 ppm in terms of Fe 2 O 3 , an Fe oxide, for example, an Fe 2 O 3 phase is formed at the grain boundary. Since an Fe compound such as Fe 2 O 3 is a magnetic substance, it easily reacts electromagnetically with this plasma when exposed to plasma of a gas containing a halogen element. For this reason, the grain boundary phase containing the Fe compound is selectively etched, and the corrosion resistance cannot be remarkably improved. When the Fe content is 50 ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , a grain boundary phase containing an Fe compound is hardly generated, so that the grain boundary is hardly etched by plasma containing a halogen element, and the corrosion resistance is remarkably improved. .
Alの含有量がAl2O3換算で100ppmを超えると、六方晶や斜方晶のYAlO3、単斜晶のY4AlO9の粒界相が微量粒界に形成されるおそれがある。これらの粒界相は、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに対する耐食性を低下させるおそれがある。Alの含有量がAl2O3換算で100ppm以下の場合は、これらの粒界相が粒界に形成されないので、耐食性を著しく向上させることができる。
When the content of Al is more than 100ppm in
CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgOに換算した合計で350ppmを超えると、粒界にYとCaまたはMgの酸化物が多く生じる。この酸化物の粒界相の結晶相は特定できていないが、CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgOに換算した合計で350ppmを超えると、耐食性が著しく向上しないことから判断すると、この酸化物の生成量が耐食性の善し悪しに影響していると考えられる。CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgOに換算した合計で350ppm以下とすると、YとCaまたはMgの酸化物からなる粒界相を少なくできるので、耐食性が特に向上すると考えられる。さらに耐食性に優れた耐食性部材とするためには、Caを100ppm以下とすることがより好ましい。
When the Ca and Mg contents exceed 350 ppm in total converted to CaO and MgO, a large amount of oxides of Y and Ca or Mg are generated at the grain boundaries. The crystal phase of the grain boundary phase of this oxide has not been specified. However, if the total content of Ca and Mg exceeds 350 ppm in terms of CaO and MgO , the corrosion resistance does not remarkably improve. It is thought that the amount of product produced affects the quality of corrosion resistance. If the total content of Ca and Mg is 350 ppm or less in terms of CaO and MgO, respectively, the grain boundary phase composed of Y and Ca or Mg oxide can be reduced, so that the corrosion resistance is considered to be particularly improved. To further excellent corrosion resistance member corrosion resistance, it is more preferable that the C a and 100ppm or less.
さらに、上述の実施形態における耐食性部材は、Yの含有量をY2O3換算で99.9質量%以上とし、製法を特定の条件とすることで前記半値幅を0.3°以下とすることが好ましく、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに長時間曝されても優れた耐食性を有するものとできる。
Further, the corrosion resistance member in the implementation described above, the content of Y and Y 2 O 3 in terms of 99.9% by mass or more, or less 0.3 ° the half width by a method with a particular condition and It is preferable to have excellent corrosion resistance even when exposed to a corrosive gas containing a halogen element or plasma thereof for a long time.
ここで、Yの含有量がY2O3換算で99.9質量%以上の高純度とした場合においても、半値幅が0.3°以下となるように製造方法を制御することが必要であり、Yの含有量がY2O3換算で99.9質量%以上と高純度でも、製造方法を制御しなかったために半値幅が0.3°よりも大きくなると、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに長時間曝された場合、優れた耐食性を有することができない。Yの含有量がY2O3換算で99.9質量%以上と高純度の場合、半値幅が0.3°以下、すなわち上述した理想的な結晶の半値幅のより正確と思われる値である0.15°の2倍以下とすることができるため、結晶構造がさらに規則化したものとなり、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに長時間曝されても優れた耐食性を保持することができる。最も好ましくは、Yの含有量がY2O3換算で99.95質量%以上、前記半値幅が0.25°以下である耐食性部材とする。 Here, even when the Y content is high purity of 99.9% by mass or more in terms of Y 2 O 3 , it is necessary to control the production method so that the half width is 0.3 ° or less. Yes, even if the Y content is as high as 99.9% by mass or more in terms of Y 2 O 3 , if the half-value width is larger than 0.3 ° because the production method was not controlled, the corrosiveness including halogen elements When exposed to gas or plasma for a long time, it cannot have excellent corrosion resistance. When the Y content is as high as 99.9% by mass or more in terms of Y 2 O 3 , the full width at half maximum is 0.3 ° or less, that is, a value that seems to be more accurate than the half width of the ideal crystal described above. Since the crystal structure can be more regular than 0.15 °, the crystal structure becomes more regular, and retains excellent corrosion resistance even when exposed to a corrosive gas containing a halogen element or plasma thereof for a long time. be able to. Most preferably, the corrosion-resistant member has a Y content of 99.95% by mass or more in terms of Y 2 O 3 and a half width of 0.25 ° or less.
さらに、耐食性部材のハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位は、肉厚を2mm以上とすることが好ましく、耐食性部材の焼成時に、耐食性部材の深部から表面へ金属元素が拡散して、前記表面での金属元素の濃度が高くなることが抑制されるので、耐食性部材表面での金属元素を含む粒界相の量を低減することができ、粒界相がハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマによって腐食されにくくなるので、さらに耐食性に優れる。また、耐食性部材中の内部応力を小さくすることができるので、機械的強度の高い耐食性部材とすることができる。特に、前記肉厚を8mm以上とすることにより、耐食性に優れると共に、機械的強度の特に高い耐食性部材とすることができる。
Furthermore, sites exposed to a corrosive gas or plasma thereof containing a halogen element corrosion resistance member, it is preferable that the thickness of the above 2 mm, sometimes baked corrosion resistance member, a metal element to the surface from the deep corrosion resistant member diffusion Then, since the increase in the concentration of the metal element on the surface is suppressed, the amount of the grain boundary phase containing the metal element on the surface of the corrosion resistant member can be reduced, and the grain boundary phase contains the halogen element. Since it becomes difficult to be corroded by corrosive gas or its plasma, it is further excellent in corrosion resistance. Moreover, since the internal stress in a corrosion-resistant member can be made small, it can be set as a corrosion-resistant member with high mechanical strength. In particular, by setting the thickness to 8 mm or more, it is possible to obtain a corrosion-resistant member having excellent corrosion resistance and particularly high mechanical strength.
ここで、前記表面近傍と深部は次のように定義する。深部は、耐食性部材の肉厚をTとするとき、耐食性部材表面から垂直方向にT/1.6〜T/2.4の範囲の内部とする。表面近傍は、Tが2mmを超える場合は耐食性部材の表面および表面から0.4mm以内の内部とし、Tが2mm未満の場合は耐食性部材表面から垂直方向にT/1.6〜T/2.4の範囲を除く内部とする。また、Y 2 O 3 質焼結体からなる耐食性部材に肉厚の異なる部分がある場合、表面近傍と深部の平均結晶粒径は肉厚の厚い部分を選び測定する。
Here, the vicinity of the surface and the deep part are defined as follows. When the thickness of the corrosion-resistant member is T, the deep portion is in the range of T / 1.6 to T / 2.4 in the vertical direction from the surface of the corrosion-resistant member. When T is greater than 2 mm, the vicinity of the surface is within 0.4 mm from the surface of the corrosion-resistant member and from the surface, and when T is less than 2 mm, T / 1.6 to T / 2. The inside except the range of 4. Also, if the corrosion resistance member composed of Y 2 O 3 quality sintered body has different parts of the wall thickness, the average crystal grain size near the surface and deep measures to select the thicker portion of wall thickness.
また、本発明の耐食性部材では、誘電正接に影響する格子欠陥をなるべく少なくして低誘電正接とし、1〜5GHzにおける誘電正接(tanδ)を2×10−3以下とすることにより、半導体製造装置内で電磁界エネルギーが熱エネルギーに変換されにくくなるので、装置内で無駄な発熱がなくなり、プラズマの発生効率を高めることができる。 Moreover, in the corrosion-resistant member of the present invention, the number of lattice defects that affect the dielectric loss tangent is reduced to a low dielectric loss tangent, and the dielectric loss tangent (tan δ) at 1 to 5 GHz is set to 2 × 10 −3 or less. Since electromagnetic field energy is less likely to be converted into thermal energy, unnecessary heat generation is eliminated in the apparatus, and plasma generation efficiency can be increased.
これは、耐食性部材に含まれる立方晶Y2O3の半値幅が小さい程、結晶内を伝搬する電磁界エネルギーの損失が小さくなり、その結果、誘電正接は小さくなる。耐食性部材をハロゲン元素を含む腐食性ガスのプラズマに曝す場合、通常耐食性部材には1〜5GHzの電磁波が照射される。この電磁波の電磁界エネルギーの一部は耐食性部材の中で熱エネルギーに変化して発熱し、この発熱量が大きいほど、プラズマを発生させるための電磁界エネルギーの損失が大きくなる。この電磁界エネルギーの損失を抑制して、プラズマを効率良く発生させるためには、耐食性部材の誘電正接を2×10−3以下、さらには5×10−4以下とすることが好ましい。 This is because the smaller the half width of the cubic Y 2 O 3 contained in the corrosion resistant member, the smaller the loss of electromagnetic energy propagating in the crystal, and the smaller the dielectric loss tangent. When the corrosion-resistant member is exposed to the plasma of a corrosive gas containing a halogen element, the corrosion-resistant member is usually irradiated with an electromagnetic wave of 1 to 5 GHz. A part of the electromagnetic field energy of the electromagnetic wave changes into heat energy in the corrosion resistant member and generates heat. The larger the amount of generated heat, the greater the loss of electromagnetic field energy for generating plasma. In order to suppress the loss of electromagnetic energy and generate plasma efficiently, it is preferable that the dielectric loss tangent of the corrosion-resistant member is 2 × 10 −3 or less, further 5 × 10 −4 or less.
なお、前記誘電正接は、1〜5GHzにおける誘電正接を空洞共振器法あるいは円柱共振器法で測定する。 The dielectric loss tangent is measured by a cavity resonator method or a cylindrical resonator method at a dielectric loss tangent at 1 to 5 GHz.
また、本発明の耐食性部材によれば、気孔率を5%以下とすることにより、表面の開気孔を少なくできるので、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに曝される表面積が少なくなり、さらに良好な耐食性を有することが可能となる。好ましくは気孔率が2%以下、特に好ましくは1%以下である。また、耐食性部材表面の開気孔は、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに曝される確率が大きいので、好ましくは気孔率のうちでも開気孔率を5%以下、さらに好ましくは2%以下、特に好ましくは1%以下とする。 Further, according to the corrosion-resistant member of the present invention, the surface porosity exposed to corrosive gas containing halogen element or plasma thereof is reduced because the open pores on the surface can be reduced by setting the porosity to 5% or less. Further, it becomes possible to have better corrosion resistance. The porosity is preferably 2% or less, particularly preferably 1% or less. Moreover, since the open pores on the surface of the corrosion-resistant member have a high probability of being exposed to a corrosive gas containing halogen element or plasma thereof, the open porosity is preferably 5% or less, more preferably 2% among the porosity. Hereinafter, it is particularly preferably 1% or less.
さらに、耐食性部材は、密度を4.8g/cm3以上とすることにより、耐食性部材表面の開気孔が少なくなり、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに曝される表面積が少なくなり、非常に良好な耐食性を有するものとすることが可能となる。前記密度を4.9g/cm3以上とすることにより、耐食性が向上するだけでなく、誘電損失を特に小さくすることもできる。なお、Y 2 O 3 質焼結体からなる耐食性部材の密度はアルキメデス法により求めることができる。
Furthermore, the corrosion-resistant member has a density of 4.8 g / cm 3 or more, thereby reducing the number of open pores on the surface of the corrosion-resistant member, and reducing the surface area exposed to corrosive gas containing halogen element or plasma thereof. It becomes possible to have very good corrosion resistance. When the density is 4.9 g / cm 3 or more, not only the corrosion resistance is improved, but also the dielectric loss can be particularly reduced. The density of the corrosion-resistant member comprising a Y 2 O 3 quality sintered body can RiMotomu Mel by the A Rukimedesu method.
なお、前記密度は、耐食性部材を構成する立方晶Y2O3の結晶を含む部位の密度である。すなわち、前記密度は、耐食性部材であるY 2 O 3 質焼結体の密度である。
Incidentally, the density is the density of a portion including a crystal of cubic Y 2 O 3 constituting the corrosion resistant member. That is, the density is the density of the corrosion
また、立方晶Y 2 O 3 結晶の格子歪みが0.4%以下であることが好ましい。格子歪みが0.4%を超えると格子欠陥が多くなって耐食性を著しく向上できないおそれがあるからである。耐食性部材の結晶子(単結晶と見なせる微結晶)の径は平均で1〜200nmであることが好ましい。これは、本発明の耐食性部材に含まれる結晶は、複数の結晶子から構成される。結晶中を伝搬する電磁波は結晶子の界面において減衰し、減衰した電磁波の電磁界エネルギーは熱エネルギーに変換される。結晶子径が1nmよりも小さいと結晶子同士の界面の面積が増加するため誘電正接が大きくなるため、半導体製造装置内でハロゲン元素を含む腐食性ガスのプラズマを発生させ、このプラズマに耐食性部材が曝される場合、耐食性部材の誘電損失によってそのプラズマ発生効率が低下するおそれがあるからである。また、結晶子径が200nmを超えると、耐食性部材を構成する結晶の結晶化度が小さくなるため誘電正接が大きくなり、同様にプラズマ発生効率が低下するおそれがあるからである。前記結晶子径は、5〜100nmであることが特に好ましい。また、この格子歪みが小さくなると結晶構造が規則化するので、格子歪みが小さいと前記半値幅は小さくなる傾向がある。
Further, it is preferable that the lattice distortion of the cubic Y 2 O 3 crystals is below 0.4% or less. Lattice distortion is because there is a Re emesis which can not significantly improve the corrosion resistance increasing number of lattice defects exceeds 0.4%. The average diameter of crystallites (microcrystals that can be regarded as single crystals) of the corrosion-resistant member is preferably 1 to 200 nm. This is because the crystals contained in the corrosion-resistant member of the present invention are composed of a plurality of crystallites. The electromagnetic wave propagating through the crystal is attenuated at the crystallite interface, and the electromagnetic field energy of the attenuated electromagnetic wave is converted into thermal energy. If the crystallite diameter is smaller than 1 nm, the area of the interface between the crystallites increases and the dielectric loss tangent increases. Therefore, a corrosive gas plasma containing a halogen element is generated in the semiconductor manufacturing apparatus, and the plasma is a corrosion-resistant member. If is exposed, its plasma generation efficiency by the dielectric loss of the corrosion-resistant member there is a Re emesis decrease. In addition, if the crystallite diameter exceeds 200 nm, the crystallinity of the crystals constituting the corrosion-resistant member decreases, so that the dielectric loss tangent increases and the plasma generation efficiency may similarly decrease. The crystallite diameter is particularly preferably 5 to 100 nm. Further, since the crystal structure The lattice distortion is reduced is ordered, the half-value width lattice distortion is small tends to decrease.
なお、前記結晶子径、格子歪みは例えばHall法等により測定することができる。Hall法により試料の結晶子径および格子歪みを測定するには、具体的には、X線回折装置を用い、例えば次のように測定する。X線回折ピーク角度の補正は、Siを用いた外部標準試料法(SRM640b)により行う。この方法において用いるSiのミラー指数は、(111)、(220)、(311)、(400)、(331)、(422)、(511)、(440)および(531)面である。例えば立方晶Y2O3の結晶子径、格子歪みは、立方晶Y 2 O 3 のミラー指数(211)、(222)、(400)、(440)および(622)面のX線回折ピークを用いて、積分幅法により測定する。この積分幅法において、立方晶Y 2 O 3 のX線回折ピーク角度は、SiのX線回折ピークを基準として補正した値を用いる。
さらに、熱伝導率は20W/m・K以下であることが好ましく、20W/m・Kより高い熱伝導率では、半導体製造装置への入力エネルギーの増加を図り、プラズマをより高密度化しようとした場合に、入力エネルギーが熱エネルギーとして系外へ放出されてしまうため、エネルギー損失が多くなり生産性が向上しないからである。なお、熱伝導率は例えばJIS R 1611に基づく測定により求めることができる。熱伝導率を熱拡散率を用いて計算する場合、熱拡散率はレーザーフラッシュ法にて測定した値を用いる。
The crystallite diameter and lattice strain can be measured by, for example, the Hall method . In order to measure the crystallite diameter and lattice distortion of a sample by the Hall method , specifically, an X-ray diffractometer is used, for example, as follows. Correction of X-ray diffraction peak angle is carried out by external standard sample method (SRM640b) with Si. Miller indices of Si used in the method, (111), (220), (311), (400), (331), (422), (511), (440) and (531) plane Ru der. For example crystallite size of the cubic Y 2 O 3, lattice strain, the Miller index of the cubic Y 2 O 3 (211), (222), (400), (440) and (622) plane X-ray diffraction peaks of using measured by integral breadth method. In this integral width method, the X-ray diffraction peak angle of cubic Y 2 O 3 uses a value corrected with reference to the X-ray diffraction peak of Si.
Furthermore, the thermal conductivity is preferably 20 W / m · K or less, and if the thermal conductivity is higher than 20 W / m · K, an attempt is made to increase the input energy to the semiconductor manufacturing apparatus and to increase the plasma density. In this case, the input energy is released as thermal energy to the outside of the system, so that energy loss increases and productivity is not improved. The thermal conductivity can be obtained by measurement based on, for example, JIS R 1611. When calculating thermal conductivity using thermal diffusivity, the value measured by the laser flash method is used for thermal diffusivity.
さらに、耐食性部材においては、次のようにして、炭素含有量や結晶粒径を制御したりすることによって、耐食性を向上させつつ、さらに誘電正接、機械的強度、色むらを改善できるので好ましい。 Further, in the corrosion resistant member, it is preferable to control the carbon content and the crystal grain size as follows, thereby improving the corrosion resistance and further improving the dielectric loss tangent, mechanical strength, and color unevenness.
炭素含有量を100ppm以下と少なくすると炭素が遊離炭素として存在しにくく、炭素が結晶格子内あるいは格子間に固溶しやすくなるので、遊離炭素の存在に起因するイオンや電子の移動が抑制され、誘電正接を特に小さくすることができる。なお、残留炭素量は例えば炭素分析装置(堀場製作所製EMIA−511型)による測定により求めることができる。 If the carbon content is reduced to 100 ppm or less, carbon is less likely to be present as free carbon, and carbon is liable to be dissolved in the crystal lattice or between lattices, so that the movement of ions and electrons due to the presence of free carbon is suppressed, The dielectric loss tangent can be particularly reduced. In addition, the amount of residual carbon can be calculated | required by the measurement by a carbon analyzer (Horiba EMIA-511 type), for example.
また、深部の金属元素の含有量に対する表面近傍の金属元素の含有量の比を0.5〜5
とすることにより、耐食性に優れ、誘電正接が小さいのみならず、外観上の色むらを抑制し、機械的強度を向上することができる。表面近傍と深部における金属元素の濃度が異なると、表面近傍と深部の金属元素の含有量が異なる。さらには、金属元素の比を0.8〜3とすれば、より効果的に前記表面近傍と深部の結晶粒径の差の抑制に寄与できる。このとき、表面近傍と深部の結晶粒径の差は15μm以下となる。前記平均結晶粒径の差が30μm以下であると、深部の前記金属元素の含有量に対する表面近傍の前記金属元素の含有量の比が0.5〜5である耐食性部材となる。これによって、表面近傍と深部での前記テンソルの違い、可視光領域の電磁波の吸収係数、反射角度や反射率の違いを特に抑制できるので、機械的強度が向上し、色むらが抑制される。また、焼成工程で溶融したり蒸発したりする金属元素が表面近傍に集中して存在していないために、耐食性を表面近傍から深部まで均一な耐食性部材とすることが可能となる。
なお、前記金属元素の比率は次のようにして測定することができる。例えば、Y 2 O 3 焼結体の表面近傍の断面および深部の断面にレーザーアブレーションシステム(LSX−200 CETAC Technologes社製)を用いてレーザーを照射し、蒸発した元素をICP質量分析装置(Platform ICP Micromass社製)により分析することにより、表面近傍および深部に含まれる金属元素(Si、Fe、Al、Ca,Mg)の各々の元素のカウント数を求め、各々の元素について、深部のカウント数に対する表面近傍のカウント数の比を金属元素の含有量の比として計算する。
Further, the ratio of the content of the metal element in the vicinity of the surface to the content of the metal element in the deep part is set to 0.5 to 5
And by excellent corrosion resistance, not only a small dielectric loss tangent, to suppress the color unevenness in the appearance, mechanical strength may improvement over to Rukoto. When the concentration of the metal element in the vicinity of the surface and in the deep part is different, the content of the metal element in the vicinity of the surface and in the deep part is different. Furthermore, if the ratio of the metal elements is 0.8 to 3, it can contribute to the suppression of the difference in crystal grain size between the vicinity of the surface and the deep part more effectively. At this time, the difference in crystal grain size between the vicinity of the surface and the deep part is 15 μm or less. When the difference in the average crystal grain size is 30 μm or less, the corrosion-resistant member has a ratio of the content of the metal element in the vicinity of the surface to the content of the metal element in the deep part of 0.5 to 5. Thereby, the difference in the tensor between the vicinity of the surface and the deep part, the difference in the absorption coefficient of the electromagnetic wave in the visible light region, the reflection angle, and the reflectance can be particularly suppressed, so that the mechanical strength is improved and the color unevenness is suppressed. In addition, since metal elements that melt or evaporate in the firing step are not concentrated near the surface, the corrosion resistance can be made uniform from the vicinity of the surface to the deep portion.
The ratio of the metal element can be measured as follows. For example, a laser ablation system (manufactured by LSX-200 CETAC Technologies) is used to irradiate a cross section near the surface and a deep cross section of the Y 2 O 3 sintered body with an ICP mass spectrometer (Platform ICP). By analyzing with Micromass), the count number of each element of the metal elements (Si, Fe, Al, Ca, Mg) contained in the vicinity of the surface and in the deep part is obtained, and for each element, the count number in the deep part The ratio of the number of counts near the surface is calculated as the ratio of the content of metal elements.
なお、平均結晶粒径を測定するには、例えばY2O3質焼結体からなる耐食性部材の断面を鏡面研磨し、得られた鏡面の表面近傍と深部の各々を金属顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)により50〜2000倍程度の倍率で観察し、写真撮影する。得られた写真に写っている複数の結晶の粒径を測定し、これらの粒径を平均して平均結晶粒径を求める。SEMにより平均結晶粒径を求める場合は、前記鏡面研磨した試料の粒界を熱処理あるいは化学的処理によりエッチングした後、SEM写真を撮ることが好ましい。なお、結晶粒径の測定において結晶粒径が0.5μm以下の結晶は、機械的強度や色むらに与える影響が小さいので平均結晶粒径の計算の対象外とする。 In order to measure the average crystal grain size, for example, a cross section of a corrosion-resistant member made of a Y 2 O 3 sintered material is mirror-polished, and the surface vicinity and the deep part of the obtained mirror surface are each subjected to a metal microscope or a scanning electron The photograph is observed with a microscope (SEM) at a magnification of about 50 to 2000 times. The grain sizes of a plurality of crystals shown in the obtained photograph are measured, and these grain sizes are averaged to obtain an average grain size. When the average crystal grain size is determined by SEM, it is preferable to take a SEM photograph after etching the grain boundary of the mirror-polished sample by heat treatment or chemical treatment. In the measurement of the crystal grain size, crystals having a crystal grain size of 0.5 μm or less are excluded from the calculation of the average crystal grain size because they have a small effect on mechanical strength and color unevenness.
なお、耐食性部材は、さらに結晶構造を規則化させて耐食性部材を向上させるために、Sc、Inのうち少なくとも1種をSc2O3、In2O3換算合計で5質量%以下含んでもよい。 The corrosion resistant member may further contain at least one of Sc and In in an amount of 5 mass% or less in terms of Sc 2 O 3 and In 2 O 3 in order to further improve the corrosion resistant member by ordering the crystal structure. .
次に本発明の耐食性部材の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the corrosion-resistant member of this invention is demonstrated.
先ず、ハロゲン元素を含む腐食性ガスまたはそのプラズマに曝される部位に用いられる耐食性部材であるY2O3質焼結体は、Y2O3を99.5質量%以上含有する粉末と、溶媒とをミルに入れて比表面積が1m2/g以上となるまで粉砕した後に、有機結合剤を添加してスラリーを作製する。Y 2 O 3 を99.5質量%以上含有する粉末を用いることにより、耐食性を低下させる不純物量を低減させた組成とすることができる。また、前記比表面積が1m2/g以上となるまで粉砕して焼結活性を高めることにより、後述する焼成工程において立方晶Y2O3の結晶化を促進して結晶構造を規則化させ、前記半値幅を0.4°以下とした耐食性部材を製造することができる。前記比表面積が1m2/gよりも小さいと、得られる耐食性部材に含まれる結晶の結晶構造が規則化せず、前記半値幅が0.4°よりも大きくなる。
First, Y 2 O 3 Shitsushoyui body as a corrosion-resistant member used in the site to be exposed to corrosive gas or plasma thereof include a halogen element, a
詳細には、粉砕用のミルに、溶媒であるイオン交換水と、酸化イットリウム(Y2O3)粉末とを投入してBETによる比表面積を1m2/g以上に湿式粉砕した後、有機結合剤を添加してスラリーを作製する。ここで、前記湿式粉砕後の比表面積を1m2/g以上
としたのは、比表面積が1m2/g未満であると焼結性が悪いだけでなく、結晶構造が十分規則化した焼結体が得られないからである。
In particular, the mill for milling, and ion-exchanged water as a solvent, yttrium oxide (
また、前記スラリー作製に使用する粉砕用ミルには例えばボールミルや振動ミルを用いることが可能である。該スラリーへのメディア摩耗物の混入を抑制し、これによって焼結体の結晶構造の規則化の向上が妨げられるのを防止するために、ボールミルのメディアとしては高純度のZrO2ボールを用いること、および得られる焼結体中のZrO2含有量を0.1質量%以下に制御することが好ましい。 Further, for example, a ball mill or a vibration mill can be used as a grinding mill used for the slurry preparation. Use high-purity ZrO 2 balls as the media of the ball mill in order to prevent the media wear product from being mixed into the slurry and thereby prevent the improvement of the ordering of the crystal structure of the sintered body. It is preferable to control the ZrO 2 content in the obtained sintered body to 0.1% by mass or less.
さらに、粉砕用ミルとしてはビーズミルを使用することもできる。ビーズミルのメディアとしては、ボールミルと同様に高純度のZrO2ビーズを用いることが、より小さい粒径の粉砕粒子を得るために好ましい。この場合も、粉砕時のZrO2ボールの摩耗量を制御し、最終的に得られる焼結体中のZrO2含有量を0.1質量%以下に制御することが好ましい。 Furthermore, a bead mill can also be used as the mill for grinding. As the media of the bead mill, it is preferable to use high-purity ZrO 2 beads as in the ball mill in order to obtain pulverized particles having a smaller particle diameter. Also in this case, it is preferable to control the amount of wear of the ZrO 2 balls during pulverization and to control the ZrO 2 content in the finally obtained sintered body to 0.1% by mass or less.
前記有機結合剤としては、パラフィンワックス、ワックスエマルジョン(ワックス+乳化剤)、PVA(ポリビニールアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)、PEO(ポリエチレンオキサイド)等の使用が有効である。また、前記溶媒についてはイオン交換水のみならず、蒸留水、有機溶媒等も使用できる。
As the organic binder, use of paraffin wax, wax emulsion (wax + emulsifier), PVA (polyvinyl alcohol), PEG (polyethylene glycol), PEO (polyethylene oxide), or the like is effective. Moreover, about the said solvent, not only ion-exchange water but distilled water, an organic solvent, etc. can be used.
そして、得られたスラリーをスプレードライ装置等の噴霧造粒機にて造粒し、得られたた顆粒である2次原料粉末を用いて静水圧プレス成形により成形後、切削加工により所定形状にする。
Then, the obtained slurry is granulated with a spray granulator such as a spray dryer, and the resulting raw material powder , which is the obtained granule, is molded by isostatic pressing, and then cut into a predetermined shape by cutting. To do.
ここで、本発明の前記スプレードライ等の噴霧造粒機にて造粒された2次原料粉末に含まれる金属元素の含有量は、質量基準でSiをSiO2換算で300ppm以下、FeをFe2O3換算で50ppm以下、AlをAl2O3換算で100ppm以下、CaおよびMgをそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350ppm以下とする。
Here, the content of the metal element contained in the secondary raw material powder granulated by the spray granulator such as the spray-drying of the present invention is as follows: Si is 300 ppm or less in terms of SiO 2 and Fe is Fe in terms of mass. 50ppm or less 2 O 3 in terms of the following 100ppm of Al in
また、上記金属元素のうち、特にAlについては一般に焼結助剤として用いられており、他の元素と比較してよりY2O3質焼結体中の結晶の粒成長を促進させる効果がある。従って、Alの上記2次原料粉体中の含有量はより少なくするのが良く、より好適にはAlをAl2O3換算で30ppm以下とするのがよい。 Further, among the above metal elements, particularly Al is generally used as a sintering aid, and has an effect of promoting crystal grain growth in the Y 2 O 3 sintered body as compared with other elements. is there. Therefore, the content of Al in the secondary raw material powder is preferably reduced, and more preferably Al is 30 ppm or less in terms of Al 2 O 3 .
また、前記成形は目的とする部材の形状に合わせてその方法を選択すればよく、具体的には金型プレス成形等の乾式成形方法や鋳込み成形、押出成形、射出成形、テープ成形等の湿式成形方法等による成形も可能である。 In addition, the method may be selected according to the shape of the target member. Specifically, a dry molding method such as die press molding or a wet method such as casting molding, extrusion molding, injection molding, or tape molding. Molding by a molding method or the like is also possible.
そして、脱脂工程として、有機結合剤を含む前記成形体を脱脂して炭素含有量が200ppm以下の脱脂体を得る。脱脂体の炭素含有量を200ppm以下に制御することにより、得られる耐食性部材に含まれる結晶の酸素欠陥を低減できるので、結晶構造が規則化し、前記半値幅を0.4°以下に制御することができる。炭素含有量が200ppmを超
えると、脱脂体の焼成中に、立方晶Y2O3の結晶に含まれる酸素が炭素と反応して、系外へ放出され、多くの結晶構造の規則化を妨げ、耐食性を悪くする程の酸素欠陥が生じ、前記半値幅が0.4°よりも大きくなる。
Then, as the degreasing step, the carbon content by degreasing the molded body containing an organic binder Ru to give the following degreased body 200 ppm. By controlling the carbon content of the defatted body to 200 ppm or less, oxygen defects of crystals contained in the resulting corrosion-resistant member can be reduced, so that the crystal structure is regularized and the half width is controlled to 0.4 ° or less. Can do. When the carbon content exceeds 200 ppm, oxygen contained in the cubic Y 2 O 3 crystals reacts with the carbon during the firing of the defatted body and is released out of the system, preventing the ordering of many crystal structures. Oxygen vacancies are generated to the extent that the corrosion resistance is deteriorated, and the half width becomes larger than 0.4 °.
成形体は300〜900℃の温度で脱脂する。脱脂温度が300℃未満の場合は、前記成形体に含まれる炭素が焼成後に多く残留し、残留した炭素が遊離炭素として多く存在するので、得られる耐食性部材の耐食性を著しく向上させることができない。脱脂温度が900℃を超える場合は、前記炭素が結晶粒内に固溶し易いため、固溶した炭素が格子欠陥を生成させるおそれがあり、これによって、結晶構造を著しく規則化することができないため、耐食性を著しく向上させることができない。
しかる後、焼成工程として、脱脂体を1500〜2000℃で2時間以上保持後、100℃/時間以下の降温速度で降温する。これにより、結晶構造が規則化して前記半値幅を0.4°以下の耐食性部材を製造することができる。降温速度が100℃/時間を超えると、格子欠陥が増加して結晶構造を十分規則化させることができないので、前記半値幅が0.4°よりも大きくなる。なお、前記降温速度は1500〜1000℃の温度範囲での平均降温速度であることが好ましい。この理由は、この温度範囲での平均降温速度を100℃/時間以下に制御すると、耐食性部材を構成する結晶の酸素欠陥が効率的に低減して、前記半値幅のばらつきがなくなり、耐食性に優れた耐食性部材の歩留まりを向上できるからである。
The molded body is degreased at a temperature of 300 to 900 ° C. When the degreasing temperature is less than 300 ° C., a large amount of carbon contained in the molded body remains after firing, and a large amount of remaining carbon exists as free carbon, so that the corrosion resistance of the resulting corrosion-resistant member cannot be significantly improved. If the degreasing temperature exceeds 900 ° C. is liable the carbon solid solution in crystal grains, there is Re emesis that solid solution carbon is to produce a lattice defect, thereby, be significantly ordered crystal structure Therefore, the corrosion resistance cannot be significantly improved.
Thereafter, as a firing step, the degreased body is held at 1500 to 2000 ° C. for 2 hours or more, and then cooled at a temperature lowering rate of 100 ° C./hour or less. Thereby, the crystal structure is ordered, and the corrosion-resistant member having the half width of 0.4 ° or less can be manufactured. When the temperature lowering rate exceeds 100 ° C./hour, lattice defects increase and the crystal structure cannot be sufficiently ordered, so the half width becomes larger than 0.4 °. In addition, it is preferable that the said temperature fall rate is an average temperature fall rate in the 1500-1000 degreeC temperature range. This is because when the average temperature drop rate in this temperature range is controlled to 100 ° C./hour or less, the oxygen defects of the crystals constituting the corrosion-resistant member are efficiently reduced, the variation in the half width is eliminated, and the corrosion resistance is excellent. This is because the yield of the corrosion-resistant member can be improved.
焼成において保持する焼成温度が1500℃未満では、Y2O3質焼結体からなる耐食性部材が致密化せず、2000℃を超えると結晶が異常粒成長して機械的強度が低下し、半導体製造装置等に使われる耐食性部材として使用できなくなる。また、降温速度が100℃/時間よりも速いと、得られる耐食性部材の格子欠陥が多くなるので耐食性が悪くなる。好ましくは降温速度を50℃/時間以下とする。また、脱脂中あるいは脱脂後から焼成温度保持開始までの昇温速度が15℃/時間以下であることが好ましい。これによって、昇温中に熱エネルギーを表面から深部まで均一に伝達できるとともに、金属元素の深部から表面近傍への相互の拡散を抑制できるので、表面近傍と深部の平均結晶粒径の差が30μm以下、前記深部の金属元素の含有量に対する表面近傍の金属元素の含有量の比が0.5〜5のY2O3質焼結体からなる耐食性部材を製造することができる。同時に、これによって、色むらを特に抑制するとともに機械的強度を特に向上させた耐食性部材を製造することができる。耐食性部材の厚さと焼成炉の容量にもよるが、より好ましくは、1m3以上の容量を有する焼成炉において12℃/時間以下の昇温速度で焼成する。
When the firing temperature held in firing is less than 1500 ° C., the corrosion-resistant member made of Y 2 O 3 sintered material does not become dense, and when it exceeds 2000 ° C., crystals grow abnormally and the mechanical strength is reduced. It cannot be used as a corrosion-resistant member used in manufacturing equipment. On the other hand, when the rate of temperature decrease is higher than 100 ° C./hour, the number of lattice defects in the resulting corrosion-resistant member increases, so that the corrosion resistance deteriorates. Preferably, the temperature decrease rate is 50 ° C./hour or less. Moreover , it is preferable that the rate of temperature increase during degreasing or after degreasing to the start of holding the firing temperature is 15 ° C./hour or less. Thus, the thermal energy together the uniformly transferred from the surface to deep into the heated, since mutual diffusion of the near-surface from the deep portion of the metal element can be suppressed, the difference in mean crystal grain size near the surface and deep Is 30 μm or less, and a corrosion-resistant member made of a Y 2 O 3 sintered material having a ratio of the content of the metal element in the vicinity of the surface to the content of the metal element in the deep part of 0.5 to 5 can be produced. At the same time, whereby, in together when color unevenness particularly suppressed can be manufactured corrosion-resistant member which particularly improves the mechanical strength. Although it depends on the thickness of the corrosion-resistant member and the capacity of the firing furnace, it is more preferably fired at a heating rate of 12 ° C./hour or less in a firing furnace having a capacity of 1 m 3 or more.
また、前記酸素を含む雰囲気中で焼成する際には、酸素分圧を0.05〜1MPaとし、酸素を50体積%以上含む雰囲気中、特に酸素を80体積%含む雰囲気中で焼成することが焼結体をより高密度化させるために好ましい。これは、焼成雰囲気中の酸素分圧を大気中の酸素分圧よりも高くし、かつ酸素を50体積%以上含む雰囲気中で焼成することにより、大気雰囲気中の焼成よりも焼結体をより緻密化させることが可能である。一般に焼結体を高致密化するためには、焼結過程において気孔内に取り込まれた雰囲気ガスが外部に排除されることが必要である。大気雰囲気中での焼成の場合、閉気孔内に取り込まれた雰囲気ガスは空気(主に酸素ガスが約21体積%、窒素ガスが約78体積%)である。酸素分圧を大気中での酸素分圧よりも高くし、かつ酸素を50体積%以上含む雰囲気中で焼成すると、閉気孔内に取り込まれたガス中の酸素濃度は大気中での焼成よりも高くなる。本発明の焼結体中では、窒素よりも酸素の拡散速度が速いので、閉気孔に取り込まれたガス中の酸素濃度が高い程、閉気孔内に取り込まれたガスの焼結体外部への排除を促進させることができ、これによって焼結体の密度を向上させることが可能となる。焼成雰囲気中の酸素分圧の好ましい上限を1MPaとするのは、酸素分圧が1MPaを超えると、焼成後の焼結体中の残留炭素量が200ppmを超えるおそれがあるからである。
Further, when firing in the atmosphere containing oxygen, the partial pressure of oxygen is 0.05 to 1 MPa, and firing is performed in an atmosphere containing 50% by volume or more of oxygen, particularly in an atmosphere containing 80% by volume of oxygen. This is preferable for increasing the density of the sintered body. This is because the oxygen partial pressure in the firing atmosphere is made higher than the oxygen partial pressure in the atmosphere, and firing in an atmosphere containing 50% by volume or more of oxygen makes the sintered body more than firing in the air atmosphere. It can be densified. In general, in order to increase the density of a sintered body, it is necessary to remove the atmospheric gas taken into the pores during the sintering process. In the case of firing in an air atmosphere, the atmospheric gas taken into the closed pores is air (mainly about 21% by volume of oxygen gas and about 78% by volume of nitrogen gas). When the oxygen partial pressure is set higher than the oxygen partial pressure in the atmosphere and the firing is performed in an atmosphere containing 50% by volume or more of oxygen, the oxygen concentration in the gas taken into the closed pores is higher than that in the atmosphere. Get higher. In the sintered body of the present invention, since the diffusion rate of oxygen is faster than that of nitrogen, the higher the oxygen concentration in the gas taken into the closed pores, the more the gas taken into the closed pores moves to the outside of the sintered body. Exclusion can be promoted, which makes it possible to improve the density of the sintered body. To a preferred upper limit of the oxygen partial pressure in the firing atmosphere and 1MPa, when the oxygen partial pressure exceeds 1MPa, residual carbon content of the sintered body after firing there is a Re emesis more than 200 ppm.
そして、Y 2 O 3 を99.5質量%以上含有する粉末と、溶媒とをミルに入れて比表面積が1m 2 /g以上となるまで粉砕した後に、有機結合剤を添加するスラリー作製工程と、該スラリーを噴霧乾燥して造粒し、造粒された顆粒の金属元素の含有量が、SiがSiO 2 換算で300質量ppm以下、FeがFe 2 O 3 換算で50質量ppm以下、AlがAl 2 O 3 換算で100質量ppm以下、CaおよびMgがそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下であり、この顆粒を用いて成形体を作製する成形工程と、前記成形体を300〜900℃の温度で脱脂して炭素含有量が200ppm以下の脱脂体を得る脱脂工程と、酸素分圧が0.05〜1MPaであり、酸素を50体積%以上含む酸素雰囲気中において、15℃/時間以下の昇温速度で昇温し、1500〜2000℃で2時間以上保持後、100℃/時間以下の降温速度で降温することにより前記脱脂体を焼成する焼成工程を有する製造方法により得られた耐食性部材は、Yの含有量がY 2 O
3 換算で99.5質量%以上であり、炭素の含有量が100質量ppm以下であり、さらにSi、Fe、Al、Ca、Mgのうち少なくともSi、Feを含む2種以上の金属元素を含み、Siの含有量がSiO 2 換算で300質量ppm以下、Feの含有量がFe 2 O 3 換算で50質量ppm以下、Alの含有量がAl 2 O 3 換算で100質量ppm以下、CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下であるY 2 O 3 質焼結体からなり、X線回折による立方晶Y 2 O 3 の(222)面帰属ピークの半値幅が0.21〜0.26°であり、前記Y 2 O 3 質焼結体の表面近傍と深部との平均結晶粒径の差が30μm以下であるとともに、前記深部に対する前記表面近傍の金属元素の含有量の比が0.5〜5である耐食性部材となり、ハロゲン元素を含む腐食性ガス等に対する耐食性に優れているため、半導体製造工程においてハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに暴露されても、減肉したり、亀裂等が入ったりせずに長時間使用することができ、半導体製造装置用部材、液晶製造装置用部材として好適に用いることができる。
Then, a powder containing Y 2 O 3 more than 99.5 wt%, after the specific surface area put the solvent in the mill was pulverized until 1
3 conversion is 99.5 mass% or more, carbon content is 100 mass ppm or less, and further contains at least two kinds of metal elements including Si and Fe among Si, Fe, Al, Ca, and Mg. , Si content is 300 mass ppm or less in terms of SiO 2 , Fe content is 50 mass ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , Al content is 100 mass ppm or less in terms of Al 2 O 3 , Ca and Mg The Y 2 O 3 sintered body has a total content of 350 mass ppm or less in terms of CaO and MgO, respectively, and the half width of the (222) plane attribute peak of cubic Y 2 O 3 by X-ray diffraction is 0.21 to 0.26 °, and the difference in average crystal grain size between the vicinity of the surface and the deep portion of the Y 2 O 3 sintered body is 30 μm or less, and the metal element in the vicinity of the surface with respect to the deep portion Contains The ratio becomes corrosion resistant member is 0.5 to 5, and because of its excellent corrosion resistance against corrosive gas or the like containing a halogen element, be exposed to corrosive gas and or plasma containing a halogen element in a semiconductor manufacturing process It can be used for a long time without thinning or cracking, and can be suitably used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus and a member for a liquid crystal manufacturing apparatus.
さらに、耐食性部材からなる半導体製造装置用部材である耐食性リングは、ハロゲン元素を含む腐食性ガスやまたはそのプラズマに対する優れた耐食性を有しており、この耐食性リングは、その部品交換の頻度を少なくできるために、製造コストを抑えることが可能となる。 Furthermore, the corrosion-resistant ring, which is a member for semiconductor manufacturing equipment composed of corrosion-resistant members, has excellent corrosion resistance against corrosive gases containing halogen elements or plasma thereof, and this corrosion-resistant ring requires less frequent component replacement. Therefore, the manufacturing cost can be suppressed.
ここで、図2に本発明の耐食性部材を用いたエッチング装置の例を示す。 Here, FIG. 2 shows an example of an etching apparatus using the corrosion-resistant member of the present invention.
図2中、1はチャンバーを、2はクランプリングまたはフォーカスリングを、3は下部電極を、4はウエハを、5は誘導コイルを示す。図2の装置では、チャンバー1の中にハロゲン元素を含む腐食性ガスを注入し、周りに巻かれている誘導コイル5に高周波電力を印加して、ハロゲン元素を含むガスをプラズマ化する。また、下部電極3にも高周波電力を与え、バイアスを発生させ、クランプリング2で固定されたウエハ4に所望のエッチング加工を行う。本装置にて発生したプラズマはチャンバー1や、ウエハ4を固定しているクランプリング2に接触するために、これらの部品は特に腐食を受けやすい。そこでチャンバー1やクランプリング2を本発明の耐食性部材で形成することによって、優れた耐食性を示し、また熱衝撃による割れ等も防止することが可能となる。
In FIG. 2, 1 is a chamber, 2 is a clamp ring or focus ring, 3 is a lower electrode, 4 is a wafer, and 5 is an induction coil. In the apparatus of FIG. 2, a corrosive gas containing a halogen element is injected into the chamber 1, and high-frequency power is applied to the induction coil 5 wound around the chamber 1 to turn the gas containing the halogen element into plasma. Further, high frequency power is applied to the lower electrode 3 to generate a bias, and a desired etching process is performed on the wafer 4 fixed by the
粉砕用のミルに、溶媒であるイオン交換水と、表1に示すイットリア(Y2O3)、ランタノイド元素(LN)酸化物粉末、SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgOの各粉末とを投入して、比表面積が表1に示す値となるまでZrO2ボールを用いたボールミルで湿式粉砕した後、有機結合剤としてPVA(ポリビニールアルコール)1質量%、PEG(ポリエチレングリコール)1質量%、PEO(ポリエチレンオキサイド)1質量%を粉体重量に対して添加してスラリーを作製した。なお、比表面積は、有機結合剤を添加前のスラリーを乾燥し、乾燥後の粉体の比表面積をBET法により測定した。
A mill for milling, and ion-exchanged water as a solvent, yttria (Y 2 O 3) shown in Table 1, lanthanoid elements (LN) oxide powder, SiO 2, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3, CaO, and powders of MgO was put, after the specific surface area was wet ground in a ball mill using ZrO 2 balls until the values shown in Table 1, PVA (polyvinyl alcohol) 1% by mass as an organic binder, PEG ( 1% by mass of polyethylene glycol) and 1% by mass of PEO (polyethylene oxide) were added to the weight of the powder to prepare a slurry. In addition, the specific surface area dried the slurry before adding an organic binder , and measured the specific surface area of the powder after drying by BET method.
次に、得られたスラリーをスプレードライで噴霧、乾燥、造粒し、得られた顆粒を静水圧プレス成形により成形後、切削加工して外径60mm、厚さ50mmの円柱形状に成形して複数の成形体を得た。得られた成形体を昇温速度100℃/時間で昇温して表1に示す温度で3時間保持して脱脂し、残留炭素量が200ppm以下となるまで脱脂して脱脂体を得た。得られた脱脂体を酸素分圧0.062MPa、窒素分圧0.04MPaの酸素/窒素混合ガス雰囲気中、表1に示す昇温速度で昇温後、表1に示す焼成温度で3時間保持し、さらに表1に示す降温速度で降温して焼成した。
Next , the obtained slurry is spray-dried, dried and granulated, and the obtained granule is molded by isostatic pressing and then cut into a cylindrical shape having an outer diameter of 60 mm and a thickness of 50 mm. A plurality of molded bodies were obtained. The obtained molded body was heated at a temperature rising rate of 100 ° C./hour, held at the temperature shown in Table 1 for 3 hours for degreasing, and degreased until the residual carbon content was 200 ppm or less to obtain a degreased body. The obtained degreased body was heated at an increasing temperature rate shown in Table 1 in an oxygen / nitrogen mixed gas atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.062 MPa and a nitrogen partial pressure of 0.04 MPa, and then held at the firing temperature shown in Table 1 for 3 hours. Further, the temperature was lowered at a temperature lowering rate shown in Table 1 and baked.
このようにして作製した試料について次の評価を行った。
In this way, we have specimen Nitsu was prepared which was evaluated as follows.
(立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅)
株式会社リガク製X線回折装置RINT2000/PCシリーズを用いて、試料表面をCuKα線を用いたX線回折法により分析し、面間隔3.04〜3.09Åの間にある立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅を求めた。ランタノイド元素酸化物を添加した試料の半値幅についても、面間隔3.04〜3.09Åの範囲にある最も大きな回折強度を有する回折ピークの半値幅を求めた。具体的には、図1で2θが29°付近にあるピーク(P)の強度(ピーク(P)の先端部のピーク強度)をPIとするとき、PI/2のピーク強度のところに、横軸2θ方向に平行線を引き、この平行線がピーク(P)と交わる2つの交点間の距離を半値幅として求めた。なお、ランタノイド元素酸化物を添加した試料は、立方晶Y2O3にLNが固溶していることが透過型電子顕微鏡を用いたX線回折法による測定によりわかった。
(Half width of (222) plane attribute peak of cubic Y 2 O 3 )
Using a Rigaku Co., Ltd. X-ray diffractometer RINT2000 / PC series, the sample surface was analyzed by X-ray diffractometry using CuKα rays, and cubic Y 2 O lying between 3.04 and 3.09 mm. The full width at half maximum of the (222) plane attribute peak of 3 was determined. As for the half-width of the sample to which the lanthanoid element oxide was added, the half-width of the diffraction peak having the largest diffraction intensity in the range of the inter-plane spacing of 3.04 to 3.09 mm was determined. Specifically, in FIG. 1, when the intensity of the peak (P) where 2θ is around 29 ° (peak intensity at the tip of the peak (P)) is P I , the peak intensity is P I / 2. A parallel line was drawn in the direction of the horizontal axis 2θ, and the distance between two intersections where the parallel line intersected the peak (P) was determined as a half-value width. Note that, in the sample to which the lanthanoid element oxide was added, it was found by measurement by an X-ray diffraction method using a transmission electron microscope that LN was dissolved in cubic Y 2 O 3 .
(炭素含有量)
炭素分析装置(堀場製作所製EMIA−511型)により炭素含有量を測定した。
(Carbon content)
The carbon content was measured by a carbon analyzer (EMIA-511 type manufactured by Horiba, Ltd.).
(金属元素(Si、Fe、Al、Ca、Mg)の含有量)
ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法(島津製作所製 ICPS―8100)によりSi、Fe、Al、Ca、Mgの含有量を求め、SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgOの含有量に換算した。
(Content of metal elements (Si, Fe, Al, Ca, Mg))
The contents of Si, Fe, Al, Ca, and Mg are determined by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopy (ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation), and SiO 2 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , CaO, MgO It converted into content of.
(表面近傍と深部の平均結晶粒径の差)
試料断面部を鏡面研磨した後、結晶粒界相をエッチングして結晶粒子の大きさを走査電子顕微鏡(日立製作所製S−800)にて測定して、その表面近傍と深部の平均結晶粒径の差を求めて結晶構造の規則化を確認した。この際結晶粒径が0.5μm以下の結晶は測定の対象外とした。
(Difference in average crystal grain size near the surface and a depth portion)
After the sample cross section is mirror-polished, the grain boundary phase is etched, and the size of the crystal grains is measured with a scanning electron microscope (S-800, manufactured by Hitachi, Ltd.). The order of the crystal structure was confirmed by determining the difference between the two. At this time, crystals having a crystal grain size of 0.5 μm or less were excluded from measurement.
(金属元素の含有量の比)
試料表面近傍の断面および深部の断面にレーザーアブレーションシステム(LSX−200 CETAC Technologes社製)を用いてレーザーを照射し、蒸発した元素をICP質量分析装置(Platform ICP Micromass社製)により分析することにより、表面近傍および深部の各々の金属元素(Si、Fe、Al、Ca、Mg)の元素のカウント数をスペクトル図からピーク強度として求め、深部の金属元素のピーク強度に対する表面近傍の金属元素のピーク強度の比を金属元素の含有量の比として計算した。
(Ratio of metal element content)
By irradiating a laser with a laser ablation system (manufactured by LSX-200 CETAC Technologies) on the cross section near the sample surface and a deep section, and analyzing the evaporated element with an ICP mass spectrometer (manufactured by Platform ICP Micromass) The count number of each metal element (Si, Fe, Al, Ca, Mg) in the vicinity of the surface and in the deep part is obtained as a peak intensity from the spectrum diagram, and the peak of the metal element in the vicinity of the surface with respect to the peak intensity of the deep metal element The intensity ratio was calculated as the ratio of metal element content.
(誘電正接tanδ)
空洞共振器法により2〜3GHzでの誘電正接(tanδ)を求めた。
(Dielectric loss tangent tan δ)
The dielectric loss tangent (tan δ) at 2-3 GHz was determined by the cavity resonator method.
(焼結体密度、気孔率)
イオン交換水を用い、アルキメデス法により焼結体の見掛け密度、気孔率を測定した。
(Sintered body density, porosity)
The apparent density and porosity of the sintered body were measured by the Archimedes method using ion-exchanged water.
(結晶子径、格子歪み)
X線回折装置を用い、Hall法により試料の結晶子径および格子歪みを測定した。具体的には、立方晶Y2O3のミラー指数(211)、(222)、(400)、(440)および(622)面のX線回折ピークを用いて、積分幅法により測定し、この積分幅法において、立方晶Y 2 O 3 のX線回折ピーク角度の補正は、Siを用いた外部標準試料法(SRM640b)により、Siのミラー指数(111)、(220)、(311)、(400)、(331)、(422)、(511)、(440)および(531)面のSiのX線回折ピークを基準として用いた。
(Crystallite size, lattice strain only)
Using an X-ray diffractometer, the crystallite diameter and lattice distortion of the sample were measured by the Hall method . Specifically, the Miller index of the cubic Y 2 O 3 (211), as measured by (222), (400), (440) and (622) by using the X-ray diffraction peaks of the surface, the integral width method, in this integration width method, the correction of the X-ray diffraction peak angle of cubic Y 2 O 3, the external standard sample method using Si by (SRM640b), Si of mirror index (111), (220), (311 ), (400), (331), (422), (511), (440) and (531) Si X-ray diffraction peaks were used as a reference .
(色むら評価)
試料を円柱形状の軸方向に中央から切断し、その断面を目視で観察して色むらが生じているか確認した。
(Evaluation of uneven color)
The sample was cut from the center in the axial direction of the cylindrical shape, and the cross section was visually observed to confirm whether color unevenness occurred.
(エッチングレート比)
試料表面に鏡面加工を施し、この試料をRIE(Reactive Ion Etchinng)装置にセットしてCl2ガス雰囲気下でプラズマ中に3時間曝し、その前後の重量減少量から1分間当たりのエッチングレートを算出し、基準試料として用意したアルミナ焼結体(アルミナ含有量99.8質量%)のエッチングレートを1としたときの相対比較値として求め、この相対比較値が0.5以下のものを優れたものとした。
(Etching rate ratio)
The sample surface is mirror-finished, this sample is set in a RIE (Reactive Ion Etching) device, exposed to plasma in a Cl 2 gas atmosphere for 3 hours, and the etching rate per minute is calculated from the weight loss before and after that. And obtained as a relative comparison value when the etching rate of an alumina sintered body (alumina content 99.8 mass%) prepared as a reference sample is 1, and the relative comparison value is 0.5 or less. It was supposed to be.
また、JIS R 1611に基づき熱拡散率(レーザーフラッシュ法)、比熱、密度から熱伝導率を計算したところ、15〜21W/m・Kであった。 Further, the thermal conductivity was calculated from the thermal diffusivity (laser flash method), specific heat and density based on JIS R 1611, and it was 15 to 21 W / m · K.
また、本発明の耐食性部材の色は、マンセル表色系におけるマンセル記号H V/C(色相 明度/彩度)で表すとN9.0(白色)のものや、H(色相)が10YRまたは2.5Y、V(明度)が8.0〜9.5、C(彩度)が0〜2の範囲内で示される色を示していた。 The color of the corrosion-resistant member of the present invention is N9.0 (white) or H (hue) is 10 YR or 2 in terms of the Munsell symbol HV / C (hue lightness / saturation) in the Munsell color system. .5Y, V (lightness) was 8.0 to 9.5, and C (saturation) was a color shown in the range of 0 to 2.
次に、本発明の範囲外の試料(比較例、試料No.19〜28)として、イットリア(Y2O3)、ランタノイド元素酸化物粉末の組成、金属元素(Si、Fe、Al、Ca、Mg)含有量、乾燥後の粉体の比表面積、脱脂温度、焼成温度、昇温速度、降温速度を変更した以外は実施例と同様にして焼結体を作製し、上記と同様に評価した。
Next , as samples outside the scope of the present invention (comparative examples , sample Nos. 19 to 28 ), yttria (Y 2 O 3 ), the composition of the lanthanoid element oxide powder, metal elements (Si, Fe, Al, Ca, Mg) content, the specific surface area of the powder after drying, the degreasing temperature, the firing temperature, the heating rate, and the cooling rate were changed in the same manner as in the example, and the sintered body was evaluated and evaluated in the same manner as above. .
本発明の試料および比較例についての結果を表1、2に示す。
表1、2から明らかなように、Y2O3を99.5質量%以上含有する粉末と、溶媒とをミルに入れて比表面積が1m2/g以上となるまで粉砕した後に、有機結合剤を添加したスラリーを噴霧乾燥して造粒し、得られた顆粒を用いて、成形体を得、この成形体を300〜900℃の温度で脱脂して炭素含有量が200ppm以下の脱脂体とし、さらに酸素を含む雰囲気中において、15℃/時間以下の昇温速度で昇温し、1500〜2000℃で2時間以上保持後、100℃/時間以下の降温速度で降温することにより前記脱脂体を焼成して得られた試料(No.1〜4,8〜18)は、立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅が0.4°以下と小さくすることができた。また、Si、Fe、Al、Ca、Mgのうち少なくともSi、Feを含む2種以上の金属元素を含み、Siの含有量がSiO 2 換算で300質量ppm以下、Feの含有量がFe 2 O 3 換算で50質量ppm以下、Alの含有量がAl 2 O 3 換算で100質量ppm以下、CaおよびMgの含有量がそれぞれCaOおよびMgO換算した合計で350質量ppm以下である試料(No.8〜18)は、立方晶Y 2 O 3 の(222)面帰属ピークの半値幅が0.21〜0.26°とさらに小さかった。また、誘電正接tanδが2×10−3以下、色むらなし、エッチングレート比が4nm/分以下と優れた特性が得られた。また、本発明の試料の結晶子径は5〜100nmであった。また、Y2O3質焼結体の表面近傍と深部との平均結晶粒径の差が30μm以下であるとともに、深部に対する表面近傍の金属元素の含有量の比は0.5〜5であった。また、本発明の試料の気孔率をアルキメデス法により測定したところ、すべて1%以下であった。
As is clear from Tables 1 and 2 , the organic bond is obtained after the powder containing 99.5% by mass or more of Y 2 O 3 and the solvent are put in a mill and pulverized until the specific surface area becomes 1 m 2 / g or more. The slurry to which the agent is added is spray-dried and granulated, and the resulting granule is used to obtain a molded body. This molded body is degreased at a temperature of 300 to 900 ° C., and the carbon content is 200 ppm or less. Further, in the atmosphere containing oxygen, the temperature is increased at a rate of temperature increase of 15 ° C./hour or less, held at 1500 to 2000 ° C. for 2 hours or more, and then decreased at a temperature decrease rate of 100 ° C./hour or less. Samples (Nos. 1-4, 8-18) obtained by firing the body can have a half-value width of the (222) plane attribute peak of cubic Y 2 O 3 as small as 0.4 ° or less. It was. In addition, Si, Fe, Al, Ca, Mg includes at least two metal elements including Si and Fe, Si content is 300 mass ppm or less in terms of SiO 2 , Fe content is Fe 2 O 3 50 mass ppm in terms of the following, the content of Al is less than 100 mass ppm in
これに対し、比較例の試料(No.19〜28)は、立方晶Y2O3の(222)面帰属ピークの半値幅が0.4°を超えており、エッチングレートが大きかった。また、エッチングレートが大きいのみならず、誘電正接tanδが大きかったり、色むらがあったりした。また、比較例の試料は結晶子径が200nmを超えるものがあった。 On the other hand, in the samples of comparative examples (Nos. 19 to 28), the half width of the (222) plane attribute peak of cubic Y 2 O 3 exceeded 0.4 °, and the etching rate was high. Further, not only the etching rate was high, but also the dielectric loss tangent tan δ was large or there was uneven color. Moreover, the sample of the comparative example had a crystallite diameter exceeding 200 nm.
1:チャンバー
2:クランプリングまたはフォーカスリング
3:下部電極
4:ウエハ
5:誘導コイル
1: Chamber 2: Clamp ring or focus ring 3: Lower electrode 4: Wafer 5: Induction coil
Claims (8)
記成形体を300〜900℃の温度で脱脂して炭素含有量が200ppm以下の脱脂体を得る脱脂工程と、酸素分圧が0.05〜1MPaであり、酸素を50体積%以上含む酸素雰囲気中において、15℃/時間以下の昇温速度で昇温し、1500〜2000℃で2時間以上保持後、100℃/時間以下の降温速度で降温することにより前記脱脂体を焼成する焼成工程を有することを特徴とする耐食性部材の製造方法。 A slurry preparation step of adding an organic binder after pulverizing a powder containing 99.5% by mass or more of Y 2 O 3 and a solvent into a mill until the specific surface area becomes 1 m 2 / g or more, The slurry is spray-dried and granulated, and the content of metal elements in the granulated granule is 300 mass ppm or less in terms of SiO 2 , Fe is 50 mass ppm or less in terms of Fe 2 O 3 , and Al is Al. 100 mass ppm or less in terms of 2 O 3 , Ca and Mg are 350 mass ppm or less in total in terms of CaO and MgO, respectively, and a molding step for producing a molded body using this granule; A degreasing step of degreasing at a temperature of ° C. to obtain a degreased body having a carbon content of 200 ppm or less, an oxygen partial pressure of 0.05 to 1 MPa, and an oxygen atmosphere containing 50% by volume or more of oxygen; It has a firing step in which the degreased body is fired by raising the temperature at a rate of temperature increase of not more than ° C / hour, holding at 1500 to 2000 ° C for 2 hours or more, and then decreasing the temperature at a rate of temperature decrease of 100 ° C / hour or less. A method for producing a corrosion-resistant member.
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