JP2003300777A - High purity calcium fluoride sintered compact and production method therefor - Google Patents
High purity calcium fluoride sintered compact and production method thereforInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高純度フッ化カル
シウム焼結体およびその製造方法に関し、より詳細に
は、半導体製造工程において用いられる耐プラズマ性部
材に好適な高純度フッ化カルシウム焼結体およびその製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-purity calcium fluoride sintered body and a method for manufacturing the same, and more particularly, a high-purity calcium fluoride sintered body suitable for a plasma resistant member used in a semiconductor manufacturing process. The present invention relates to a body and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体製造工程においては、プラズマC
VD、プラズマエッチング、プラズマクリーニング、プ
ラズマアッシング等、プラズマを発生させて行う処理に
使用される各種のプラズマ処理装置が用いられている。
プラズマは極めて反応性が高いため、上記装置のチャン
バや処理用治具等の構成部材には、耐プラズマ性に優れ
た材料が選択して使用される。2. Description of the Related Art Plasma C is used in a semiconductor manufacturing process.
Various plasma processing apparatuses used for processing performed by generating plasma such as VD, plasma etching, plasma cleaning, and plasma ashing are used.
Since plasma is extremely reactive, a material having excellent plasma resistance is selected and used for the constituent members such as the chamber and the processing jig of the above apparatus.
【0003】また、半導体製造においては、不純物金属
等による汚染およびパーティクル汚染を回避することも
重要である。これらの汚染は、半導体製品ウエハにおけ
る結晶欠陥の発生、結晶の異常成長、抵抗値の変化、耐
圧の変化等、半導体製品の歩留まり、性能の低下を招く
ものである。このため、上記プラズマ処理装置において
は、優れた耐プラズマ性に加えて、さらに、汚染抑止性
に優れていることも要求される。In semiconductor manufacturing, it is important to avoid contamination by impurity metals and particles and particles. These contaminations lead to a decrease in the yield and performance of semiconductor products such as occurrence of crystal defects in semiconductor product wafers, abnormal growth of crystals, changes in resistance value, changes in breakdown voltage, and the like. Therefore, in the above plasma processing apparatus, in addition to excellent plasma resistance, it is also required to be excellent in pollution control.
【0004】ところで、フッ化カルシウムは、融点14
18℃、沸点2500℃、モース硬度4の立方晶系の無
色結晶である。このため、高純度の単結晶は透明度がよ
く、特に、紫外線および赤外線透過率が良好なため、従
来から、分光器のプリズム、写真用レンズ等の光学部材
として用いられ、最近では、ArFエキシマレーザ等の
エキシマレーザを光源とした光学部材として注目されて
いる。その一方では、耐プラズマ性に優れた材料である
ことも知られており、例えば、特許第3017528号
公報には、アルミニウムまたはステンレススチールを含
む材料からなる電極のプラズマに曝される表面に、フッ
化カルシウムでイオンプレーティングと真空蒸着の併用
により、コーティング膜を形成することにより、耐プラ
ズマ性に優れ、かつ、汚染源となる金属元素およびフッ
素の供給源とならないプラズマ処理装置が得られること
が開示されている。By the way, calcium fluoride has a melting point of 14
It is a cubic colorless crystal having a temperature of 18 ° C., a boiling point of 2500 ° C. and a Mohs hardness of 4. For this reason, high-purity single crystals have good transparency, and particularly good ultraviolet and infrared transmittances, and thus have been conventionally used as optical members such as prisms for spectroscopes and photographic lenses. Recently, ArF excimer lasers have been used. As an optical member using an excimer laser as a light source. On the other hand, it is also known that the material is excellent in plasma resistance. For example, in Japanese Patent No. 3017528, a surface of an electrode made of a material containing aluminum or stainless steel exposed to plasma is It is disclosed that by forming a coating film by using ion plating and vacuum deposition together with calcium fluoride, a plasma processing apparatus having excellent plasma resistance and not serving as a source of contamination metal elements and fluorine can be obtained. Has been done.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、プラズマ処理装置のチャンバ内張り材等の表面積の
大きい部材、特に、凹凸の多い複雑な形状を有する部材
や大型品等に、フッ化カルシウムを均一にコーティング
することは、イオンプレーティング等によっても困難で
ある。また、コーティングできた場合であっても、フッ
化カルシウムは、強度も比較的低く(モース硬度4)、
剥離しやすいという課題を有するものであった。However, for example, a member having a large surface area such as a chamber lining material of a plasma processing apparatus, particularly a member having a complicated shape with many irregularities or a large-sized product is uniformly coated with calcium fluoride. Coating is difficult even by ion plating or the like. Further, even if it is possible to coat, calcium fluoride has a relatively low strength (Mohs hardness of 4),
It has a problem of easy peeling.
【0006】そこで、フッ化カルシウムを耐プラズマ性
部材として利用するために、光学部材に用いられる高純
度のフッ化カルシウム単結晶を直接、半導体製造工程で
用いられる耐プラズマ性部材に研削加工することも考え
られる。しかしながら、この場合も、上記したように強
度が低いため割れやすく、加工が困難であり、特に、大
型で複雑な形状の部材を作製することは、非常に困難で
ある。しかも、原料とする高純度の単結晶フッ化カルシ
ウム自体が非常に高価であり、高コストであるという課
題も有しており、実用化に適しているとは言えなかっ
た。Therefore, in order to use calcium fluoride as a plasma resistant member, a high purity calcium fluoride single crystal used for an optical member is directly ground into a plasma resistant member used in a semiconductor manufacturing process. Can also be considered. However, also in this case, since the strength is low as described above, it is easily cracked and is difficult to process, and in particular, it is very difficult to manufacture a member having a large size and a complicated shape. In addition, the high-purity single-crystal calcium fluoride used as a raw material itself is very expensive and has a problem of high cost, so it cannot be said that it is suitable for practical use.
【0007】また、多結晶体のフッ化カルシウム粉末の
焼結体を、前記耐プラズマ性部材として用いることも考
えられる。市販されているフッ化カルシウム粉末は、そ
の原料により、蛍石として天然に産出する天然品と、合
成品とに大別される。高純度のフッ化カルシウムを得る
ためには、通常、合成品が用いられ、カルシウムアルコ
キシドのフッ化水素酸加水分解によるゾル−ゲル法や、
酸処理等による純化処理を施した炭酸カルシウムに、フ
ッ化水素アンモニウムの粉末を混合し加熱するか、もし
くは、過剰のフッ化水素酸を加えて温浸する方法等によ
り製造される。It is also possible to use a sintered body of polycrystalline calcium fluoride powder as the plasma resistant member. Commercially available calcium fluoride powder is roughly classified into a natural product that is naturally produced as fluorite and a synthetic product depending on its raw material. In order to obtain high-purity calcium fluoride, a synthetic product is usually used, and a sol-gel method by hydrofluoric acid hydrolysis of calcium alkoxide,
It is produced by a method in which powder of ammonium hydrogen fluoride is mixed with calcium carbonate subjected to purification treatment such as acid treatment and heated, or an excess of hydrofluoric acid is added for digestion.
【0008】しかしながら、ゾル−ゲル法は、高コスト
であり、また、これにより得られた微粒子状のフッ化カ
ルシウムは、通常、微粒子同士の凝集を防止するため
に、粒子表面に剥離剤等がコーティングされており、焼
結時において、焼結阻害や不必要な焼結粒界の生成等を
招きやすいものであった。また、酸処理等による純化処
理は、かなりの手間と時間を要し、結果的に高コストと
なるだけでなく、逆に、意図しない不純物の汚染を招く
こととなり、安定した高品質の原料を得ることは困難で
あった。さらに、フッ化カルシウムは、一般に焼結し難
く、たとえ焼結した場合であっても、強度が低く、粒界
相に不純物が取り込まれやすかった。したがって、コス
トに見合った効果が得られず、半導体製造工程で用いら
れる耐プラズマ性部材として、市販のフッ化カルシウム
粉末を原料とした焼結体を用いることは困難であった。[0008] However, the sol-gel method is expensive, and the fine particles of calcium fluoride thus obtained usually have a release agent on the surface of the particles in order to prevent the fine particles from coagulating. It was coated, and during sintering, it was liable to cause inhibition of sintering and generation of unnecessary sintered grain boundaries. Further, purification treatment such as acid treatment requires considerable labor and time, resulting in high cost and, conversely, undesired contamination of impurities, leading to stable high-quality raw materials. It was difficult to get. Furthermore, calcium fluoride is generally difficult to sinter, and even if it is sintered, it has low strength and impurities are easily incorporated into the grain boundary phase. Therefore, an effect commensurate with the cost cannot be obtained, and it has been difficult to use a commercially available sintered body of calcium fluoride powder as a raw material as a plasma resistant member used in a semiconductor manufacturing process.
【0009】本発明は、上記技術的課題を解決するため
になされたものであり、光学部材用等の高純度のフッ化
カルシウム単結晶の切出し屑等を原料として利用するこ
とにより、純度を低下させることなく、むしろ向上させ
つつ焼結特性の向上を図り、半導体製造工程で用いられ
る耐プラズマ性部材、特に、大型品や複雑な形状を有す
る部材に好適な高強度かつ低コストの高純度フッ化カル
シウム焼結体およびその製造方法を提供することを目的
とするものである。The present invention has been made in order to solve the above technical problems, and reduces the purity by using, as a raw material, cutting waste of high-purity calcium fluoride single crystal for optical members and the like. Rather than improving the sintering characteristics, the sintering characteristics are improved, and high-strength, low-cost, high-purity fluorine suitable for plasma-resistant members used in semiconductor manufacturing processes, especially large-sized products and members with complex shapes. An object of the present invention is to provide a calcium chloride sintered body and a method for producing the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明に係る高純度フッ
化カルシウム焼結体は、原料がフッ化カルシウム単結晶
片であり、かつ、純度99.0%以上、密度3.17g
/cm3以上であることを特徴とする。出発原料に光学
部材用フッ化カルシウム単結晶の切出し屑等、高純度の
単結晶片を用いることにより、一旦単結晶化された原料
を焼結させるため、粒界相の低減化も図ることができ、
高純度かつ高密度のフッ化カルシウム焼結体を低コスト
で得ることができる。The high-purity calcium fluoride sintered body according to the present invention is made of calcium fluoride single crystal pieces as a raw material, and has a purity of 99.0% or more and a density of 3.17 g.
/ Cm 3 or more. By using high-purity single crystal pieces such as calcium fluoride single crystal cutting scraps for optical members as the starting material, the once-single-crystallized raw material is sintered, so that the grain boundary phase can be reduced. You can
A high-purity and high-density calcium fluoride sintered body can be obtained at low cost.
【0011】前記フッ化カルシウム単結晶片に含まれる
Na元素の含有量が3ppm以下であることが好まし
い。半導体製造工程において用いられる耐プラズマ性部
材に好適なものとする観点から、半導体の汚染源となる
不純物金属の含有量をできる限り抑制することが好まし
い。It is preferable that the content of Na element contained in the calcium fluoride single crystal piece is 3 ppm or less. From the viewpoint of making it suitable for the plasma resistant member used in the semiconductor manufacturing process, it is preferable to suppress the content of the impurity metal which becomes a contamination source of the semiconductor as much as possible.
【0012】前記高純度フッ化カルシウム焼結体は、半
導体製造装置用部材として好適に用いられる。上記高純
度フッ化カルシウム焼結体は、耐プラズマ性に優れ、し
かも、高純度かつ高強度であることから、半導体製造工
程においても、好適に用いることができる。The high-purity calcium fluoride sintered body is preferably used as a member for semiconductor manufacturing equipment. Since the high-purity calcium fluoride sintered body has excellent plasma resistance, high purity and high strength, it can be suitably used also in the semiconductor manufacturing process.
【0013】本発明に係る高純度フッ化カルシウム焼結
体の製造方法は、フッ化カルシウム単結晶片を粉砕して
得られた粉末を、ホットプレスにより焼結させることを
特徴とする。上記製造方法によれば、プラズマ処理装置
のチャンバ内張り材等の大型品や複雑な形状を有する部
材であっても、焼結助剤を用いることなく、高密度かつ
高強度の焼結体を低コストで得ることができる。The method for producing a high-purity calcium fluoride sintered body according to the present invention is characterized in that a powder obtained by crushing a calcium fluoride single crystal piece is sintered by hot pressing. According to the above-described manufacturing method, even if a large-sized product such as a chamber lining material of a plasma processing apparatus or a member having a complicated shape is used, it is possible to obtain a high-density and high-strength sintered body without using a sintering aid. Can be obtained at a cost.
【0014】前記フッ化カルシウム単結晶片を粉砕して
得られた粉末は、平均粒径が0.1μm以上50μm以
下であり、かつ、粒径10μm以上20μm以下の粒子
が全体の90重量%以上であることが好ましい。上記粒
度分布を有する粉末原料を用いることにより、焼結体中
の粒界相が低減化され、粒子の結晶性を向上させること
ができ、均質性、緻密性、強度特性等に優れた高純度フ
ッ化カルシウム焼結体を得ることができる。The powder obtained by crushing the above-mentioned calcium fluoride single crystal pieces has an average particle size of 0.1 μm or more and 50 μm or less, and particles having a particle size of 10 μm or more and 20 μm or less are 90% by weight or more of the whole. Is preferred. By using the powder raw material having the above particle size distribution, the grain boundary phase in the sintered body can be reduced, the crystallinity of the particles can be improved, and the high purity with excellent homogeneity, denseness, strength characteristics, etc. A calcium fluoride sintered body can be obtained.
【0015】また、前記ホットプレスによる焼結は、8
00℃以上1200℃以下、圧力0.1ton/cm2
以上5ton/cm2以下で行われることが好ましい。
高純度かつ高強度のフッ化カルシウム焼結体を均質かつ
緻密質に、成形および焼結させるために好適な温度およ
び圧力条件を規定したものである。The sintering by hot pressing is 8
00 ° C or higher and 1200 ° C or lower, pressure 0.1 ton / cm 2
It is preferably performed at 5 ton / cm 2 or less.
The temperature and pressure conditions suitable for forming and sintering a high-purity and high-strength calcium fluoride sintered body into a homogeneous and dense material are defined.
【0016】さらにまた、前記フッ化カルシウム単結晶
片を粉砕して得られた粉末には、BaO21ppm以上
10ppm以下およびAl2O31ppm以上100pp
m以下を添加して焼結させてもよい。これらの微量の添
加物により、本来透明である高純度フッ化カルシウム焼
結体を黒化させることができ、光の透過率の低減および
これによる熱、光の散乱、拡散損失の抑制が可能となる
ため、特に、半導体製造の熱処理工程において用いられ
る耐プラズマ材等の製造に好適である。Further, the powder obtained by crushing the above-mentioned calcium fluoride single crystal piece has BaO 2 of 1 ppm or more and 10 ppm or less and Al 2 O 3 of 1 ppm or more and 100 pp.
m or less may be added for sintering. These trace amounts of additives can blacken the originally transparent high-purity calcium fluoride sinter, which can reduce the light transmittance and suppress heat, light scattering, and diffusion loss. Therefore, it is particularly suitable for manufacturing a plasma resistant material used in a heat treatment step of semiconductor manufacturing.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明に係る高純度フッ化カルシウム焼結体は、原
料として、市販のフッ化カルシウム粉末ではなく、フッ
化カルシウム単結晶片を用いたものであることを特徴と
するものである。本発明は、光学部材用フッ化カルシウ
ム単結晶の切出し屑等、純度99.0%以上の高純度の
単結晶片を粉砕して得た粉末を出発原料とすることによ
り、一旦単結晶化された原料を焼結させるため、高純度
のフッ化カルシウム焼結体の低コストでの製造を可能と
したものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below. The high-purity calcium fluoride sintered body according to the present invention is characterized by using not a commercially available calcium fluoride powder but a calcium fluoride single crystal piece as a raw material. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention uses a powder obtained by pulverizing a high-purity single crystal piece having a purity of 99.0% or more, such as cut-out scraps of a calcium fluoride single crystal for an optical member, as a starting material, so that the single crystal is once made Since the above raw materials are sintered, it is possible to manufacture a high-purity calcium fluoride sintered body at low cost.
【0018】本発明においては、フッ化カルシウム単結
晶片を原料として用いるが、具体的には、例えば、フッ
化カルシウム単結晶を上記光学部材等の製品に加工する
際に生じる不要な切出し断片、切削屑等の単結晶の加工
屑等を粉砕して粉末としたものを原料として用いること
ができる。このような原料を用いることにより、高純度
の原料を低コストで入手することができ、フッ化カルシ
ウム焼結体を純度99.0%以上の高純度で得ることが
できる。In the present invention, a piece of calcium fluoride single crystal is used as a raw material. Specifically, for example, an unnecessary cut-out piece produced when the calcium fluoride single crystal is processed into a product such as the above optical member, It is possible to use, as a raw material, a powder obtained by crushing a single crystal processing waste such as cutting waste. By using such a raw material, a high-purity raw material can be obtained at low cost, and a calcium fluoride sintered body can be obtained with a high purity of 99.0% or more.
【0019】また、前記高純度フッ化カルシウム焼結体
の密度は3.17g/cm3、好ましくは3.18g/
cm3以上であることにより、不純物の取り込みの原因
となる粒界相が少なく、結晶性に優れた緻密質かつ高強
度の焼結体とすることができる。The density of the high-purity calcium fluoride sintered body is 3.17 g / cm 3 , preferably 3.18 g / cm 3 .
When it is cm 3 or more, the grain boundary phase that causes the incorporation of impurities is small, and a dense and high-strength sintered body having excellent crystallinity can be obtained.
【0020】前記フッ化カルシウム単結晶片を粉砕して
得られた粉末は、Na元素の含有量が3ppm以下であ
ることが好ましい。特に、該高純度フッ化カルシウム焼
結体を、半導体製造装置用部材として用いる場合、ウエ
ハ等の半導体製品に対する部材による汚染防止の観点か
ら、金属不純物が1000ppm以下と少ないことが好
ましい。これらの金属不純物の中でも特に、Na元素
は、半導体製品の重大な汚染源となるため、原料粉末中
の含有量は3ppm以下、より好ましくは、2ppm以
下とする。The powder obtained by crushing the calcium fluoride single crystal piece preferably has a Na element content of 3 ppm or less. In particular, when the high-purity calcium fluoride sintered body is used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus, it is preferable that the metal impurities are as small as 1000 ppm or less from the viewpoint of preventing contamination of semiconductor products such as wafers by the member. Among these metal impurities, especially Na element is a serious source of contamination of semiconductor products, so the content in the raw material powder is 3 ppm or less, more preferably 2 ppm or less.
【0021】本発明に係る高純度フッ化カルシウム焼結
体は、耐プラズマ性に優れ、しかも、高純度かつ高強度
であることから、半導体製造工程で用いられるプラズマ
処理装置のチャンバ内壁材または内張り材等の半導体製
造装置用部材に好適に用いることができる。The high-purity calcium fluoride sinter according to the present invention has excellent plasma resistance, high purity and high strength, so that it is used as a chamber inner wall material or lining for a plasma processing apparatus used in a semiconductor manufacturing process. It can be suitably used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus such as a material.
【0022】上記のような高純度フッ化カルシウム焼結
体は、本発明に係る製造方法、すなわち、前記フッ化カ
ルシウム単結晶片を粉砕して得られた粉末を、ホットプ
レスにより焼結することにより得ることができる。ホッ
トプレスによる焼結は、成形型に原料粉末を入れ、加熱
しながら加圧成形・焼結させる方法である。通常の常圧
焼結においては、表面エネルギーに起因する応力が、緻
密化の駆動力であるのに対して、ホットプレスによれ
ば、焼結中に表面エネルギーに、外部からの圧力(通常
1〜50MPa)も加わることにより、より高密度にす
ることが可能となる。このため、ホットプレスによれ
ば、焼結時の緻密化応力が、通常の粒子表面エネルギー
のみによる応力の数倍以上となるため、難焼結性の材料
をも緻密化することができる。また、比較的低温で焼結
させることができるため、粒成長を抑制することがで
き、高い寸法精度で得られる等の利点を有し、しかも、
理論密度に近い高密度で、かつ、高強度の焼結体を得る
ことができる。The high-purity calcium fluoride sintered body as described above is produced by hot pressing a powder obtained by crushing the calcium fluoride single crystal piece according to the manufacturing method of the present invention. Can be obtained by Sintering by hot pressing is a method in which a raw material powder is put in a molding die and pressure-molded and sintered while being heated. In ordinary pressureless sintering, the stress resulting from the surface energy is the driving force for densification, whereas according to the hot pressing, the surface energy during the sintering is increased by the external pressure (usually 1 It is possible to make the density higher by adding (about 50 MPa). Therefore, according to the hot pressing, the densification stress at the time of sintering becomes several times or more the stress due to only the normal particle surface energy, so that it is possible to densify a material that is difficult to sinter. Further, since it can be sintered at a relatively low temperature, it has the advantages that grain growth can be suppressed and that it can be obtained with high dimensional accuracy.
It is possible to obtain a sintered body having a high density close to the theoretical density and high strength.
【0023】フッ化カルシウム(固体)の表面エネルギ
ーは、450×104erg/m2程度であり、アルミナ
(905×104erg/m2)等に比べて低いため、常
圧焼結では、たとえ焼結助剤を用いたとしても、高密度
かつ高強度の焼結体を得ることは困難である。これに対
して、本発明に係る上記方法によれば、フッ化カルシウ
ム単結晶片を粉砕して得られた粉末を、焼結助剤等を用
いることなく焼結させることができるため、前記粉末の
高純度を維持して、焼結体を得ることができる。The surface energy of calcium fluoride (solid) is about 450 × 10 4 erg / m 2, which is lower than that of alumina (905 × 10 4 erg / m 2 ) and the like. Even if a sintering aid is used, it is difficult to obtain a high-density and high-strength sintered body. On the other hand, according to the method of the present invention, the powder obtained by crushing the calcium fluoride single crystal piece can be sintered without using a sintering aid or the like. It is possible to obtain a sintered body while maintaining the high purity.
【0024】前記ホットプレスによる焼結は、高密度か
つ高強度の良質な焼結体を得るため、800℃以上12
00℃以下、圧力0.1ton/cm2以上5ton/
cm2以下の条件下で行われることが好ましい。Sintering by the hot press is performed at 800 ° C. or higher to obtain a high-quality sintered body with high density and high strength.
00 ° C or less, pressure 0.1 ton / cm 2 or more, 5 ton /
It is preferable to carry out under conditions of cm 2 or less.
【0025】また、本発明に係る製造方法において、前
記フッ化カルシウム単結晶片を粉砕して得られた粉末
は、平均粒径が0.1μm以上50μm以下であり、か
つ、粒径10μm以上20μm以下の粒子が全体の90
重量%以上である粒径分布幅の比較的狭い結晶粉末であ
ることが好ましい。前記平均粒径は5μm以上20μm
以下であることがより好ましい。上記粒度分布を有する
粉末原料を用いることにより、焼結体中の粒界相が低減
化され、粒子の結晶性を向上させることができる。In the production method according to the present invention, the powder obtained by crushing the calcium fluoride single crystal pieces has an average particle size of 0.1 μm or more and 50 μm or less and a particle size of 10 μm or more and 20 μm or less. 90 particles below
It is preferable that the crystal powder has a relatively narrow particle size distribution width of not less than wt%. The average particle size is 5 μm or more and 20 μm
The following is more preferable. By using the powder raw material having the above particle size distribution, the grain boundary phase in the sintered body can be reduced and the crystallinity of the particles can be improved.
【0026】平均粒径が50μmを超える場合は、前記
ホットプレスによる焼結の際、均質な成形が困難とな
り、また、高密度の焼結体を得ることができない。一
方、平均粒径が0.1μm未満である場合は、経済性の
面から好ましくなく、しかも、粉末のかさ密度が小さく
なり、焼結時の体積収縮が大きくなりすぎるため、この
場合も、均質な成形が困難である。When the average particle size exceeds 50 μm, it becomes difficult to form a homogeneous compact during sintering by the hot press, and a high density sintered body cannot be obtained. On the other hand, if the average particle size is less than 0.1 μm, it is not preferable from the economical point of view, and the bulk density of the powder becomes small and the volume shrinkage at the time of sintering becomes too large. Molding is difficult.
【0027】また、粒径10μm以上20μm以下の粒
子が全体の90重量%未満であり、粒径分布幅が広い粉
末である場合には、焼結時における不純物の取り込みの
原因となる結晶粒界相の増大を招くこととなる。フッ化
カルシウム焼結体中において、前記粒界相は、不純物の
取り込みを防止する観点から、4%以下であることが好
ましく、より好ましくは2%以下である。Further, in the case of a powder having a particle size of 10 μm or more and 20 μm or less and less than 90% by weight of the whole and having a wide particle size distribution width, a crystal grain boundary that causes the incorporation of impurities during sintering. This leads to an increase in phases. In the calcium fluoride sintered body, the grain boundary phase is preferably 4% or less, more preferably 2% or less, from the viewpoint of preventing the incorporation of impurities.
【0028】前記原料粉末は、単結晶から得られたもの
であるため、市販の合成品粉末に比較して結晶性が非常
によく、粉末X線回折法での吸収強度のピークはシャー
プであり、ほぼ完全な結晶質からなることが認められて
いる。また、本発明に係る原料粉末の粒子は、粒子表面
に剥離剤等が存在しないため、市販の合成品粉末とは異
なり、粉末を水中で攪拌した際に凝集するようなことは
なく、成形加工性においても優れている。Since the above-mentioned raw material powder is obtained from a single crystal, its crystallinity is very good as compared with the commercially available synthetic powder, and the peak of the absorption intensity in the powder X-ray diffraction method is sharp. , It is recognized that it consists of almost perfect crystalline material. Further, the particles of the raw material powder according to the present invention, because there is no release agent or the like on the particle surface, unlike commercially available synthetic product powder, does not agglomerate when the powder is stirred in water, forming process It is also excellent in sex.
【0029】本発明に係る製造方法においては、前記フ
ッ化カルシウム単結晶片の粉末原料に、焼結前に、二酸
化バリウム(BaO2)およびアルミナ(Al2O3)を
微量添加し、これを、ホットプレスにより焼結させても
よい。これにより、本来透明である高純度フッ化カルシ
ウム焼結体を黒化させることができ、光透過率の低減、
熱および光の散乱や拡散等による損失の防止を図ること
ができる。このように黒化させた高純度フッ化カルシウ
ム焼結体は、特に、半導体製造工程で用いられる熱処理
装置のチャンバの内壁材、耐プラズマ材、受熱板等に好
適である。前記BaO2の添加量は1ppm以上10p
pm以下、Al2O3の添加量は1ppm以上100pp
m以下の範囲とすることが、黒化が可能であり、かつ、
不純物含有量を最低限に抑制する観点から好ましい。In the manufacturing method according to the present invention, a small amount of barium dioxide (BaO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) are added to the powder raw material of the calcium fluoride single crystal piece before sintering, and this is added. Alternatively, it may be sintered by hot pressing. This makes it possible to blacken the high-purity calcium fluoride sintered body, which is originally transparent, to reduce the light transmittance,
It is possible to prevent loss due to scattering and diffusion of heat and light. The blackened high-purity calcium fluoride sintered body is particularly suitable for an inner wall material of a chamber of a heat treatment apparatus used in a semiconductor manufacturing process, a plasma resistant material, a heat receiving plate, and the like. The amount of BaO 2 added is 1 ppm or more and 10 p
pm or less, the addition amount of Al 2 O 3 is 1 ppm or more and 100 pp
The range of m or less enables blackening, and
It is preferable from the viewpoint of suppressing the impurity content to the minimum.
【0030】[0030]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明するが、本発明は下記の実施例により制限される
ものではない。
[実施例]フッ化カルシウム単結晶片をアルミナ乳鉢お
よび乳棒を用いて粉砕し、粉末を得た。この粉末の不純
物含有濃度をICP発光分光装置により測定した(検出
下限界濃度1ppm)。これにより検出された不純物金
属濃度を表1に示す。その結果、Naは検出されなかっ
た。また、粉末の粒度分布を測定した結果も、表1に示
す。さらに、この粉末について、粉末X線回折法により
解析したところ、単結晶と同等のピーク強度およびピー
ク広がりを示し、ほぼ完全な結晶質粒子からなることが
認められた。EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the invention is not intended to be limited by the following examples. [Example] A single crystal piece of calcium fluoride was crushed using an alumina mortar and a pestle to obtain a powder. The impurity content concentration of this powder was measured by an ICP emission spectrophotometer (lower limit concentration of detection: 1 ppm). Table 1 shows the impurity metal concentrations thus detected. As a result, Na was not detected. Table 1 also shows the results of measuring the particle size distribution of the powder. Furthermore, when this powder was analyzed by a powder X-ray diffraction method, it was confirmed that the powder showed a peak intensity and a peak broadening equivalent to those of a single crystal, and was composed of almost perfect crystalline particles.
【0031】次に、前記単結晶粉末を用いて、ホットプ
レスにより、1100℃、圧力0.3ton/cm2の
条件下で焼結させ、50mm×50mm×6mmの板状
焼結体を得た。この板状焼結体のかさ密度および3点曲
げ強度を測定し、また、結晶性の評価を行った。それら
の結果を表1に示す。Next, the single crystal powder was sintered by hot pressing under the conditions of 1100 ° C. and a pressure of 0.3 ton / cm 2 to obtain a plate-shaped sintered body of 50 mm × 50 mm × 6 mm. . The bulk density and three-point bending strength of this plate-shaped sintered body were measured, and the crystallinity was evaluated. The results are shown in Table 1.
【0032】[比較例]市販の合成フッ化カルシウム粉
末について、実施例と同様にして、不純物金属濃度およ
び粒度分布の測定を行った。その結果を表1に示す。こ
の市販品粉末中、Na以外の金属不純物は実施例とほぼ
同様であり、顕著な差異は認められなかったが、Naは
4ppm検出された。また、この市販品粉末は表面に剥
離剤が存在し、粉末を水中で攪拌すると、凝集してしま
うことが認められた。さらに、この市販品粉末につい
て、粉末X線回折法による解析を実施例と同様に行った
ところ、実施例の場合に比較して、ピーク強度が低く、
ピーク広がりがブロードとなっており、結晶性が悪いこ
とが認められた。[Comparative Example] With respect to commercially available synthetic calcium fluoride powder, the impurity metal concentration and the particle size distribution were measured in the same manner as in the example. The results are shown in Table 1. In this commercially available powder, metal impurities other than Na were almost the same as those in the example, and no significant difference was observed, but Na was detected at 4 ppm. Further, it was confirmed that this commercial powder had a release agent on the surface, and that the powder agglomerated when the powder was stirred in water. Furthermore, when the powder X-ray diffraction method was used to analyze this commercially available powder in the same manner as in the example, the peak intensity was lower than in the case of the example.
It was confirmed that the peak spread was broad and the crystallinity was poor.
【0033】次に、この粉末の一部を用いてスリップを
調製し、実施例と同様に、成形し、焼結を試みたが、実
施例ほどの緻密質の焼結体を得ることができなかった。Next, a slip was prepared by using a part of this powder, and molding and sintering were attempted in the same manner as in the example, but a dense sintered body as in the example could be obtained. There wasn't.
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】表1に示したように、フッ化カルシウム単
結晶片を原料として用いて製造した場合(実施例)の方
が、市販の合成品粉末を原料として用いた場合(比較
例)に比べて、結晶性が高く、高密度かつ高強度の高純
度フッ化カルシウム焼結体が得られることが認められ
た。As shown in Table 1, the case of using calcium fluoride single crystal pieces as a raw material (Example) is better than the case of using commercially available synthetic powder as a raw material (Comparative Example). It was confirmed that a high-purity calcium fluoride sintered body having high crystallinity, high density and high strength was obtained.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明に係る高純度フッ化カルシウム焼
結体は、光学部材用等の高純度のフッ化カルシウム単結
晶の切出し屑等を原料として利用することにより、Na
等の不純物金属元素をほとんど含有しないため、半導体
製造工程において用いられるチャンバの内壁材等、特
に、プラズマ処理装置における耐プラズマ材として好適
に用いることができる。また、本発明に係る製造方法に
よれば、プラズマ処理装置のチャンバ内張り材等の大型
品や複雑な形状を有する部材であっても、焼結助剤を用
いることなく、高密度かつ高強度の焼結体を低コストで
得ることができる。EFFECT OF THE INVENTION The high-purity calcium fluoride sinter according to the present invention can be used as a raw material by using, as a raw material, cutting scraps of high-purity calcium fluoride single crystals for optical members and the like.
Since it hardly contains an impurity metal element such as, for example, it can be suitably used as an inner wall material of a chamber used in a semiconductor manufacturing process, particularly as a plasma resistant material in a plasma processing apparatus. Further, according to the manufacturing method of the present invention, even in the case of a large-sized product such as a chamber lining material of a plasma processing apparatus or a member having a complicated shape, high density and high strength can be achieved without using a sintering aid. A sintered body can be obtained at low cost.
Claims (7)
り、かつ、純度99.0%以上、密度3.17g/cm
3以上であることを特徴とする高純度フッ化カルシウム
焼結体。1. A raw material is a piece of calcium fluoride single crystal, which has a purity of 99.0% or more and a density of 3.17 g / cm 3.
High-purity calcium fluoride sintered body characterized by being 3 or more.
るNa元素の含有量が3ppm以下であることを特徴と
する請求項1記載の高純度フッ化カルシウム焼結体。2. The high-purity calcium fluoride sintered body according to claim 1, wherein the content of the Na element contained in the calcium fluoride single crystal piece is 3 ppm or less.
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の高純度
フッ化カルシウム焼結体。3. The high-purity calcium fluoride sintered body according to claim 1, which is used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus.
られた粉末を、ホットプレスにより焼結させることを特
徴とする高純度フッ化カルシウム焼結体の製造方法。4. A method for producing a high-purity calcium fluoride sintered body, which comprises sintering a powder obtained by crushing a piece of calcium fluoride single crystal by hot pressing.
て得られた粉末は、平均粒径が0.1μm以上50μm
以下であり、かつ、粒径10μm以上20μm以下の粒
子が全体の90重量%以上であることを特徴とする請求
項4記載の高純度フッ化カルシウム焼結体の製造方法。5. The powder obtained by pulverizing the calcium fluoride single crystal pieces has an average particle size of 0.1 μm or more and 50 μm.
The method for producing a high-purity calcium fluoride sintered body according to claim 4, characterized in that the content of particles having a particle size of 10 μm or more and 20 μm or less is 90% by weight or more of the whole.
℃以上1200℃以下、圧力0.1ton/cm2以上
5ton/cm2以下で行われることを特徴とする請求
項4または請求項5記載のフッ化カルシウム焼結体の製
造方法。6. The sintering by hot pressing is 800
° C. or higher 1200 ° C. or less, the pressure 0.1ton / cm 2 or more 5 ton / cm 2 The method according to claim 4 or claim 5 calcium fluoride sintered body, wherein the carried out that in the following.
て得られた粉末に、BaO21ppm以上10ppm以
下およびAl2O31ppm以上100ppm以下を添加
して焼結させることを特徴とする請求項4から請求項6
までのいずれかに記載の高純度フッ化カルシウム焼結体
の製造方法。7. The powder obtained by pulverizing the calcium fluoride single crystal piece is added with BaO 2 1 ppm or more and 10 ppm or less and Al 2 O 3 1 ppm or more and 100 ppm or less and sintered. Item 4 to Item 6
A method for producing a high-purity calcium fluoride sintered body according to any one of 1 to 3 above.
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2002
- 2002-04-03 JP JP2002100716A patent/JP2003300777A/en active Pending
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