JP2005008482A - Yttrium oxide sintered compact and its producing method - Google Patents

Yttrium oxide sintered compact and its producing method Download PDF

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JP2005008482A
JP2005008482A JP2003174322A JP2003174322A JP2005008482A JP 2005008482 A JP2005008482 A JP 2005008482A JP 2003174322 A JP2003174322 A JP 2003174322A JP 2003174322 A JP2003174322 A JP 2003174322A JP 2005008482 A JP2005008482 A JP 2005008482A
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sintered body
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sintered compact
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Minoru Takahashi
実 高橋
Masatada Fuji
正督 藤
Keiichiro Isomura
敬一郎 磯村
Takayuki Ikeda
隆之 池田
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Coorstek KK
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Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>sintered compact, which has been developed in order to solve a problem of prior technologies related to the Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>sintered compact; and to provide the Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>sintered compact which is obtained while suppressing an increase in cost by a near net shape technology. <P>SOLUTION: The Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>sintered compact is obtained by preparing slurry by dispersing a Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>raw material having a purity of ≥99 wt.% and an average particle diameter of ≤2 μm into an aqueous solution of radically polymerizable organic monomers or oligomers, then inpouring the obtained slurry in a mold, polymerizing the monomers or oligomers in the slurry in the mold to form a formed body comprising a wet polymer gel-like material containing the Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>raw material, and firing the formed body at 1,710-1,850 °C in a gaseous hydrogen atmosphere. At this time, it is possible to inhibit the increase of viscosity of the slurry by treating the surface of each Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>particle of the raw material powder with a chelating agent or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置用部材として最適なイットリア(Y)系焼結体およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
焼結体は、その優れた耐プラズマ性から半導体装置用部材への適用が期待されている。しかしながら、Y原料は、高価であるため、必ずしも十分活用されているとは言い難い状況にある。そのために、原料粉末の損失の少ない成型方法として、Y原料を用いたニアネットシェープ技術の確立が望まれている。
【0003】
これまで開発されているセラミックスを用いた成形法において複雑形状品のニアネットシェープに適した技術として、鋳込み成形方法および射出成形方法が知られている。
【0004】
上記ニアネットシェープ技術である鋳込み成形方法は、原料粉末を用いて作成したスラリーを型に流し込み、乾燥固化させて成形体を得るものである。しかしながら、Y粉末を用いたスラリーは、経時安定性に劣り、スラリー作成後直ちに粘度上昇が起こり、流動性が低下して、鋳込み成形が困難になるという欠点があった(特許文献1参照)。そのために、これまでは、Y粉末を用いた鋳込み成形は行われていなかった。
【0005】
また、上記鋳込み成型方法も射出成型方法も、成形原料の流動過程と固化過程を完全に分離できないという本質的な問題がある。すなわちスラリーまたは熔融コンパウンドを型に充填すると同時に型接触面から着肉ないし冷却固化が起こるため、成形体の表面と内部で固化時刻のずれが生じ、不均一充填が生じる。さらに鋳込み成形方法および射出成形方法だけでなく加圧成形方法などの従来成形法では流動過程すなわち形状付与過程や固化過程において、異形状粒子の配向や粒度偏析がしばしば起こり、乾焼収縮や焼結収縮の異方性をもたらす。これらの原因が重なり、乾燥・脱脂工程での変形・割れが起こり、成形可能なサイズが制限されていた。
【0006】
これを解決する手段として、ゲルキャスト法が適していることが知られている(特許文献1)。
しかしながら、この方法は、ゲル化成分として水硬性ウレタンを用いることにより、環境上および安全面で問題のない材料を提供しようとするものであり、前述の通り、鋳込み成形が困難であるというY原料を鋳込み成形に適用しようとする従来の課題を解決するものではなかった。
【0007】
さらに、Yの焼結体は、従来は大気焼成によって製造されている。しかしながらこの大気焼成においては炉内からの汚染により黄色に着色してしまうため、無着色の焼結体を製造するためには焼成時に高純度アルミナやY焼結体などY成形物を汚染しない焼成体容器で密封し、かつYの詰め粉を充填する必要がある。従って、焼成スペースにとって焼成体容器の寸法が制約となって製造設備の容積効率が低いうえに量産化にとって不都合であった。
【0008】
さらに、Y成形体の大気焼成では、耐火物の耐熱性の制約から焼成温度が最大1700℃であり、この焼成温度範囲では得られるY焼結体の平均結晶粒径は5〜20μmの範囲のものしか得られなかった。また、透光性は有していないため,透光性を必要とする要求には応じられなかった。
【0009】
上記したように、Y原料粉末を用いて、コスト上昇を抑制しながら、特性の優れた半導体製造装置用部材としてのY焼結体を製造することは困難であった。
【0010】
【特許文献1】特開平11−171651号公報
【特許文献2】特開平6−128033号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Y焼結体の上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ニアネットシェープ技術によりコストアップを抑制しながら、特性の優れたY焼結体およびその製造方法を実現することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明は、純度が99重量%以上で平均粒径2μm以下のY原料をラジカル重合する有機物モノマーまたはオリゴマー水溶液に分散させてスラリーを形成し、得られたスラリーを型に流し込み、該スラリー中のモノマーまたはオリゴマーを該型内で重合反応させて、Y原料を含んだ湿潤ポリマーゲル状物からなる成形体を成形し、次いで該成形体を水素ガス雰囲気中において、1710〜1850℃で焼成することを特徴とするY焼結体の製造方法である。
【0013】
前記第1の本発明である前記Y焼結体の製造方法において、純度が99重量%以上で平均粒径2μm以下のY原料が、表面処理されたものであることが好ましい。前記表面処理は、キレート化剤による表面処理であることが特に好ましい。
【0014】
第2の本発明は、Y焼結体のかさ密度が、4.9g/cm以上で、かつ焼結体中のYの平均結晶粒径が、30〜600μmであることを特徴とするY焼結体である。
【0015】
前記第2の本発明において、前記Y焼結体が透光性を有するものであることが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明の作用について説明する。
ゲルキャスト成形では流動過程と固化過程を完全に分離することが可能で、すなわちスラリーが型に十分に充填された後に系全体にわたって重合反応が一様に進行するため、原理的には射出成形や鋳込み成形に見られるような粒子充填状態の不均一性が現われない。このため、乾燥および焼結に伴う収縮は等方的に起こり、変形・割れを防止することができる。また、原料となるY原料表面を処理することにより、スラリー中におけるY原料の早期のゲル化を防止することができる。
このように、本発明は、ゲルキャスト成形を用い、かつ表面処理したY原料粉末を採用することにより、Y原料粉末をゲルキャスト成形するものである。
【0017】
以下本発明の実施の形態について説明する。
【0018】
[原料]
(Y原料粉末)
原料粉末は、99%以上の純度が好ましい。99%を下回ると半導体装置用部材に使用すると不純物成分が半導体ウェハ表面に異物として付着したり、半導体ウェハに金属などの不純物汚染を引き起こしたりしてしまい、好ましくない。
【0019】
また、Y原料粉末の粒度は、2μm以下であることが好ましい。Y原料の粒度が2μmを超えると、製造される焼結体の密度が、4.9未満となり、耐プラズマ性および曲げ強度が低下し、好ましくない。
【0020】
(表面処理剤)
本発明において、表面処理剤としては、Y原料粉末が水中において増粘しないようにするものであるが、このような表面処理剤としては、原料粉末の表面に高分子物質などの被覆を施すコーティング剤や、界面活性剤や、キレート剤などが挙げられるが、これらの内でキレート剤がもっとも適している。本発明において、これらの表面処理剤による表面処理によって、Y原料粉末のスラリー中における粘度上昇を防止できる機構は明かではないが、耐水性が向上し、Y原料粉末と水との反応が抑止されるものと考えられる。
【0021】
上記キレート化剤としては、カテコール、ピロガロールなどのオキシフェノール類;ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミノアルコール類;グリコール酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、マンデル酸、リンゴ酸、ヒドロキシアクリル酸などのオキシ酸およびそれらのメチル、エチル、ヒドロキシエチルなどの低級アルキルまたはヒドロキシアルキルエステル類;グリコールアルデヒドなどのオキシアルデヒド類;シュウ酸、マロン酸などのポリカルボン酸;グリシン、アラニンなどのアミノ酸類;アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、ステアロイルアセトン、ステアロイルベンゾイルメタン、ジベンゾイルメタンなどのβ−ジケトン類;アセト酢酸、プロピオニル酢酸、ベンゾイル酢酸などのβ−ケトン酸類およびそれらのメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、tert−ブチルなどのアルキルエステル類などを挙げることができる。これらキレート化剤は単独でも、あるいは2種以上組み合わせて使用することもできる。
【0022】
これらキレート化剤のうち、グリコール酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、マンデル酸、リンゴ酸、ヒドロキシアクリル酸などのオキシ酸、およびアセチルアセトンなどのβ−ジケトン類が好適に使用される。特に、α、βおよびγ−オキシ酸など、α、βおよびγの炭素原子上に酸素原子を有するカルボニル化合物が好適に使用される。
【0023】
これらのキレート化剤は、原料となるY原料粉末の表面に被覆させた後、これをスラリーの分散媒に添加してスラリーを形成するが、その添加量は、Y原料粉末に対して、0.5〜5.0%の範囲が好ましい。この添加量が、上記範囲を下回った場合、キレート剤被覆の効果が発揮されず、粘度上昇を抑止することができない。一方、被覆量が、上記範囲を上回った場合、被覆量の増加に見合った効果が期待できず、経済的ではない。このキレート剤による処理は、キレート剤を有機溶剤に添加して溶液とし、これをY原料粉末に添加して、乾燥することによって行うことができる。
【0024】
(モノマーもしくはオリゴマー)
本発明において用いられるモノマーとしては、ラジカル重合可能な不飽和炭素結合を有する公知のモノマーないしはオリゴマーを用いることができるが、特にアクリルアミドとN,N’−メチレンビスアクリルアミド、メタクリル酸、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、アクリル酸アンモニウム塩などのモノマーを単独で、あるいはこれらの混合物などを用いることが好ましい。さらに、本発明はこれらのモノマーの数分子を結合したオリゴマーとして用いてもよい。
【0025】
このモノマーもしくはオリゴマーの添加量は、スラリーに対して、10〜40%の範囲が適している。この添加量が上記範囲を下回った場合、これらのモノマーもしくはオリゴマーを重合して成形体としても、その強度が十分ではなく、取り扱いが困難で、実用的ではない。一方、この添加量が上記範囲を上回った場合、成形体中における重合体の占める比率が大きくなり過ぎ、得られる焼結体の気孔率が増加して、焼結体の強度が低下して好ましくない。
【0026】
(分散剤)
分散剤としては、ポリカルボン酸、ポリアクリル酸、スルホン酸などが使用できる。これらは高成形体密度を得るために濃度70%以上が、成形体密度が高く、焼成収縮が小さくなる理由で、好ましいが、これに限定されるものでない。
【0027】
(重合開始剤)
本発明のラジカル重合可能なモノマーもしくはオリゴマーを重合させる重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、あるいはこれに硫酸カリウムを添加した混合物、過酸化水素、アゾビスイソブチロニトリル、硫酸アンモニウム第一鉄/過硫酸アンモニウムなどを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
この重合開始剤の添加量は、スラリー中に、0.05〜5%の範囲が適切である。重合開始剤の量が上記範囲を下回った場合、ゲル化の遅延による沈降偏析の問題があり、一方、上記範囲を上回った場合、停止反応の進行によるゲルの強度低下及びゲルの不均一固化の問題があり好ましくない。
【0028】
(重合触媒)
重合触媒としては、テトラメチルエチレンジアミンなど、公知のラジカル重合触媒が使用できるが、これらに限定されるものではない。
この重合触媒の添加量は、スラリー中に、0.05〜7%の範囲が適切である。重合触媒の量が上記範囲を下回った場合、ゲル化の遅延による沈降偏析の問題があり、一方、上記範囲を上回った場合、ゲルの不均一化の問題があり好ましくない。
【0029】
(その他の添加剤)
その他、セラミック粉末を含有するスラリーを作成するために用いられている添加剤は、本発明においても採用することができる。これらの添加剤としては、焼結助剤、レオロジー改良剤、潤滑剤、消泡剤、可塑化剤などが挙げられる。これらの添加剤の添加量は、セラミック原料粉末に対して、20重量%以下の量が好ましい。
【0030】
[製造方法]
本実施の形態の焼結体の製造方法は、まず、Y原料粉末を含有するスラリーを形成する工程、このスラリーを型に注入し、スラリー中に含有されているモノマーもしくはオリゴマーを重合して成形する工程、および得られる成形体を焼成して焼結体を作成する工程を備えている。以下順次この工程に従って本実施の形態の製造方法を説明する。
【0031】
(スラリー作成方法)
本実施の形態のスラリーの作成は以下の通り行うことができる。すなわち、先ず水と、モノマーあるいはオリゴマーと、分散剤からなる予備混合液を調整し、これにY原料粉末を加えて攪拌機で混合し、高濃度の分散スラリーを作る。その後、重合開始剤と触媒を添加し、脱泡処理して流し込み用スラリーとする。脱泡処理は、スラリーを減圧化に静置することによってスラリー中に存在する気体を除去することができる。
スラリー調整や流し込みを行う際に酸素が存在すると、重合反応を阻害するので、この工程においては、窒素雰囲気内で行うことが好ましい。
【0032】
(成形方法)
得られたスラリーが流動状態であるうちに、型に流し込む。スラリーが型を満たしてから重合反応が始まるように、反応開始までの時間(誘導時間)を調節することが好ましい。誘導時間の調節は、重合開始剤や触媒の量および温度制御で可能である。十分に重合・架橋が進むとスラリーは流動性を失い、Y原料は湿潤ポリマーゲルの網目中に保持され成形体となる。該成形体は急激に乾燥すると亀裂が発生するため、調湿乾燥にて行ない、その後、脱脂することが好ましい。
【0033】
(型)
本工程の成形において使用する型の素材としては、高分子樹脂、金属、セラミックス、木材を用いることが可能である。この型は、透湿性のある材料であってもよいし、透湿性のない材料であってもよい。
【0034】
(焼成方法)
本実施の形態において、Yの焼成温度は1710〜1850℃の範囲が好ましい。1700℃以下では焼結体の密度が、4.9未満のものしか得られず、不十分である。一方、1850℃を超えると、焼成炉材をより耐熱性の優れたものにする必要があるが、それに見合った特性改善を期待できず経済的でない。
【0035】
焼成温度は1710〜1850℃の範囲で任意に選択できるが、1710〜1780℃の範囲では、得られるY焼結体の平均結晶粒径が30μm未満で透光性が乏しい。焼成温度が1780℃を超えると平均結晶粒径が30μm以上となり透光性が発現され、焼成温度が高いほど平均結晶粒径が大きくなり透光性も高くなる。しかしながら焼結体の曲げ強度は焼成温度が高いほど低下し、半導体用部材として必要な曲げ強度50MPa以上を達成するためには焼成温度1850℃以下の条件となり、その場合の平均結晶粒径は500μmである。
【0036】
焼成時間は、0.5〜8時間の間で選択することができる。焼成時間が上記範囲を下回った場合、強度が不充分となる。一方、焼成時間がこれより長いと、経済的に不都合である。一般的に、低温で焼成する場合には、長時間の焼成が必要である。
【0037】
の焼成については、不活性ガス雰囲気で焼成すればよいが、経済性を考慮すれば純水素雰囲気が最も好ましい。本発明において水素ガス雰囲気中で焼成することにより、焼成炉材としてMo台板やタングステンヒータを用いることができ、1700℃以上での焼成が可能となる。
【0038】
[焼結体]
上記実施の形態において記載した方法によって製造したY焼結体は、そのかさ密度が、4.9g/cm以上で、かつ焼結体中のYの平均結晶粒径が、30〜600μmであった。そして、この焼結体は、透光性を有しており、半導体製造装置用部材として最適な特性を有していた。
前記Y焼結体のかさ密度が、上記範囲を下回った場合、機械的強度が十分ではなく、半導体製造装置用部材としては適していない。
【0039】
また、上記Y焼結体中のYの平均結晶粒径が、上記範囲を下回っていた場合、透光性が十分ではなく、半導体製造装置に用いる用途が限られてしまう。一方、平均結晶粒径が上記範囲を上回っていた場合、強度低下の点で不都合があり好ましくない。
【0040】
【実施例】
(実施例1〜3)
平均粒子径1.18μmおよび1.2μmのYを、原料に対して3%のキレート剤を用いて表面処理し、原料粉末とした。
上記原料粉末を用いて、密栓のできる容量250mlのポリエチレン容器中に表1に示す調合に従い、スラリーの原料を収容し、混合してスラリーを調整した。分散剤にはポリカルボン酸を用いた。モノマーにはメタアクリルアミド、架橋剤にはN,N’−メチレンビスアミドを用いた。スラリー混合はポットミルを用いて16時間行った。
【0041】
【表1】

Figure 2005008482
【0042】
調整後のスラリーに重合開始剤として過硫酸アンモニウムを0.029g、触媒としてN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンを0.029g加えた。攪拌と重合の過程は窒素雰囲気で行った。重合開始剤および触媒を混合したスラリーをポリスチレン製角型容器(長さ90mm、幅55mm、深さ約20mm)に流し込んだ。重合反応が十分に進行した4時間後に脱型を行ない、湿潤成形体を得た。
【0043】
該湿潤成形体は調湿プログラム可能な乾燥機を用いて、5RH%/日で90RH%から60RH%まで乾燥した。乾燥後、600℃で4時間キープして脱脂を行った。
【0044】
該脱脂体を200m/時間の流量での水素ガス雰囲気にて1710℃、1780℃、1850℃の焼成を行った。焼成後の密度、平均結晶粒径、透光性の有無を表2に示す。
【0045】
【表2】
Figure 2005008482
【0046】
(比較例1〜2)
焼成温度を、1650℃および1900℃で焼成したこと以外には、上記実施例1〜3と同様にしてYの焼成を行った。その結果を表2に併せて示す。
【0047】
(比較例3)
原料となるYの粉末の表面処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして、スラリーを形成した。しかしながら、得られたスラリーは、調整後1分程度で、粘度が上昇し、型への注型が困難となり成形体を得ることができなかった。
【0048】
以上実施例および比較例の結果から明らかなように、Yの焼成温度を1710〜1850℃以内とすることによって透光性及び耐プラズマ性の性質が優れた焼結体を得ることができた。また、原料粉末の表面を処理することにより、スラリー粘度上昇をもたらすことなく、ゲルキャスト法に適したセラミックススラリーを得ることができた。
【0049】
【発明の効果】
以上本発明によれば、半導体製造装置に用いるのに適した優れた特性を有するY焼結体を鋳込み成形によって製造することができることが明かとなった。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an yttria (Y 2 O 3 ) -based sintered body that is optimal as a member for a semiconductor manufacturing apparatus and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The Y 2 O 3 sintered body is expected to be applied to a semiconductor device member because of its excellent plasma resistance. However, since the Y 2 O 3 raw material is expensive, it is difficult to say that it is necessarily fully utilized. Therefore, establishment of a near net shape technique using a Y 2 O 3 raw material is desired as a molding method with little loss of raw material powder.
[0003]
A casting method and an injection molding method are known as techniques suitable for near-net shape of complex-shaped products in the molding methods using ceramics developed so far.
[0004]
The cast molding method, which is the near net shape technique, is a method in which a slurry formed using raw material powder is poured into a mold and dried and solidified to obtain a molded body. However, the slurry using Y 2 O 3 powder is inferior in stability over time, has a drawback that viscosity increases immediately after the slurry is produced, fluidity is lowered, and casting molding becomes difficult (Patent Document 1). reference). Therefore, until now, casting molding using Y 2 O 3 powder has not been performed.
[0005]
Further, both the casting method and the injection molding method have an essential problem that the flow process and the solidification process of the forming raw material cannot be completely separated. That is, as the slurry or melt compound is filled into the mold, the solidification or cooling and solidification occurs from the mold contact surface, so that the solidification time shifts between the surface and the inside of the molded body, resulting in nonuniform filling. Furthermore, conventional molding methods such as the pressure molding method as well as the casting molding method and the injection molding method often cause irregular shape particle orientation and particle size segregation in the flow process, that is, the shape imparting process and the solidification process. Brings shrinkage anisotropy. Overlapping these causes, deformation and cracking occurred in the drying / degreasing process, and the moldable size was limited.
[0006]
As a means for solving this, it is known that the gel cast method is suitable (Patent Document 1).
However, this method is intended to provide a material having no problem in terms of environment and safety by using hydraulic urethane as a gelling component, and as described above, Y 2 is difficult to cast. It did not solve the conventional problem of applying the O 3 raw material to casting.
[0007]
Further, Y 2 O 3 sintered bodies are conventionally manufactured by atmospheric firing. However, in this atmospheric firing, since it is colored yellow due to contamination from inside the furnace, in order to produce an uncolored sintered body, Y 2 O 3 such as high-purity alumina or Y 2 O 3 sintered body is used during firing. It is necessary to seal the molded product with a fired body container that does not contaminate, and to fill it with Y 2 O 3 filling powder. Therefore, the size of the fired body container is restricted for the firing space, and the volumetric efficiency of the manufacturing equipment is low, and it is inconvenient for mass production.
[0008]
Further, in the air firing of the Y 2 O 3 compact, the firing temperature is a maximum of 1700 ° C. due to the heat resistance limitation of the refractory, and the average crystal grain size of the Y 2 O 3 sintered body obtained in this firing temperature range is Only those in the range of 5 to 20 μm were obtained. Moreover, since it does not have translucency, the request | requirement which requires translucency was not responded.
[0009]
As described above, it has been difficult to manufacture a Y 2 O 3 sintered body as a member for a semiconductor manufacturing apparatus having excellent characteristics while suppressing an increase in cost using the Y 2 O 3 raw material powder.
[0010]
[Patent Document 1] JP-A-11-171651 [Patent Document 2] JP-A-6-128033
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the problems of the prior art Y 2 O 3 sintered body, while suppressing an increase in cost by near net shape technique, excellent Y 2 O 3 sintering properties It aims at realizing a body and its manufacturing method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the first aspect of the present invention, a Y 2 O 3 raw material having a purity of 99% by weight or more and an average particle size of 2 μm or less is dispersed in an organic monomer or oligomer aqueous solution that undergoes radical polymerization to form a slurry, and the resulting slurry is used as a mold. And a monomer or oligomer in the slurry is polymerized in the mold to form a molded product made of a wet polymer gel containing a Y 2 O 3 raw material, and the molded product is then placed in a hydrogen gas atmosphere. , And firing at 1710 to 1850 ° C., which is a method for producing a Y 2 O 3 sintered body.
[0013]
In the method for producing a Y 2 O 3 sintered body according to the first aspect of the present invention, a Y 2 O 3 raw material having a purity of 99% by weight or more and an average particle size of 2 μm or less is subjected to a surface treatment. preferable. The surface treatment is particularly preferably a surface treatment with a chelating agent.
[0014]
In the second aspect of the present invention, the bulk density of the Y 2 O 3 sintered body is 4.9 g / cm 3 or more, and the average crystal grain size of Y 2 O 3 in the sintered body is 30 to 600 μm. This is a Y 2 O 3 sintered body.
[0015]
In the second aspect of the present invention, the Y 2 O 3 sintered body preferably has translucency.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The operation of the present invention will be described below.
In gel cast molding, it is possible to completely separate the flow process and the solidification process, that is, the polymerization reaction proceeds uniformly throughout the system after the slurry is sufficiently filled in the mold. The non-uniformity of the particle filling state as seen in casting molding does not appear. For this reason, shrinkage accompanying drying and sintering occurs isotropically, and deformation and cracking can be prevented. Further, by processing the Y 2 O 3 raw material surface as a raw material, it is possible to prevent the Y 2 O 3 raw material premature gelation of the slurry.
Thus, the present invention uses a gel cast molding, and by employing a Y 2 O 3 raw material powder surface-treated, in which a gel cast molding a Y 2 O 3 raw material powder.
[0017]
Embodiments of the present invention will be described below.
[0018]
[material]
(Y 2 O 3 raw material powder)
The Y 2 O 3 raw material powder preferably has a purity of 99% or more. If it is less than 99%, it is not preferable if it is used for a semiconductor device member, because the impurity component adheres to the surface of the semiconductor wafer as a foreign substance, or the semiconductor wafer is contaminated with impurities such as metal.
[0019]
The particle size of the Y 2 O 3 raw material powder is preferably 2 μm or less. When the particle size of the Y 2 O 3 raw material exceeds 2 μm, the density of the sintered body to be produced is less than 4.9, which is not preferable because the plasma resistance and bending strength are reduced.
[0020]
(Surface treatment agent)
In the present invention, the surface treatment agent is to prevent the Y 2 O 3 raw material powder from being thickened in water. As such a surface treatment agent, the surface of the raw material powder is coated with a polymer substance or the like. Among these, a coating agent, a surfactant, a chelating agent, and the like are given, and among these, the chelating agent is most suitable. In the present invention, the mechanism that can prevent the viscosity increase in the slurry of the Y 2 O 3 raw material powder by surface treatment with these surface treatment agents is not clear, but the water resistance is improved, and the Y 2 O 3 raw material powder and water It is thought that reaction with is suppressed.
[0021]
Examples of the chelating agent include oxyphenols such as catechol and pyrogallol; amino alcohols such as diethanolamine and triethanolamine; oxyacids such as glycolic acid, citric acid, tartaric acid, lactic acid, mandelic acid, malic acid, and hydroxyacrylic acid And lower alkyl or hydroxyalkyl esters thereof such as methyl, ethyl and hydroxyethyl; oxyaldehydes such as glycol aldehyde; polycarboxylic acids such as oxalic acid and malonic acid; amino acids such as glycine and alanine; acetylacetone and benzoylacetone , Β-diketones such as stearoylacetone, stearoylbenzoylmethane, dibenzoylmethane; β-ketones such as acetoacetic acid, propionylacetic acid, benzoylacetic acid and their Examples thereof include alkyl esters such as til, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl and tert-butyl. These chelating agents can be used alone or in combination of two or more.
[0022]
Of these chelating agents, glycolic acid, citric acid, tartaric acid, lactic acid, mandelic acid, malic acid, hydroxyacrylic acid and other oxyacids and β-diketones such as acetylacetone are preferably used. In particular, carbonyl compounds having an oxygen atom on α, β and γ carbon atoms, such as α, β and γ-oxy acids, are preferably used.
[0023]
These chelating agents are coated on the surface of the raw material Y 2 O 3 raw material powder and then added to the dispersion medium of the slurry to form a slurry. The amount added is Y 2 O 3 raw material The range of 0.5-5.0% is preferable with respect to the powder. When this addition amount is less than the above range, the effect of coating the chelating agent is not exhibited, and the increase in viscosity cannot be suppressed. On the other hand, when the coating amount exceeds the above range, an effect commensurate with the increase in the coating amount cannot be expected, which is not economical. The treatment with this chelating agent can be performed by adding the chelating agent to an organic solvent to form a solution, adding this to the Y 2 O 3 raw material powder, and drying.
[0024]
(Monomer or oligomer)
As the monomer used in the present invention, a known monomer or oligomer having an unsaturated carbon bond capable of radical polymerization can be used, and in particular, acrylamide and N, N′-methylenebisacrylamide, methacrylic acid, N-hydroxymethyl. It is preferable to use monomers such as acrylamide and ammonium acrylate alone or in a mixture thereof. Furthermore, the present invention may be used as an oligomer in which several molecules of these monomers are combined.
[0025]
The addition amount of the monomer or oligomer is suitably in the range of 10 to 40% with respect to the slurry. When the amount added is less than the above range, even if these monomers or oligomers are polymerized to form a molded product, its strength is not sufficient, handling is difficult, and it is not practical. On the other hand, if the amount added exceeds the above range, the proportion of the polymer in the molded body becomes too large, the porosity of the resulting sintered body increases, and the strength of the sintered body decreases, which is preferable. Absent.
[0026]
(Dispersant)
As the dispersant, polycarboxylic acid, polyacrylic acid, sulfonic acid and the like can be used. In order to obtain a high molded body density, these are preferably 70% or more for the reason that the molded body density is high and firing shrinkage is small, but it is not limited thereto.
[0027]
(Polymerization initiator)
As a polymerization initiator for polymerizing the monomer or oligomer capable of radical polymerization of the present invention, ammonium persulfate or a mixture obtained by adding potassium sulfate thereto, hydrogen peroxide, azobisisobutyronitrile, ferrous ammonium sulfate / ammonium persulfate However, it is not limited to these.
The addition amount of this polymerization initiator is suitably in the range of 0.05 to 5% in the slurry. When the amount of the polymerization initiator is below the above range, there is a problem of sedimentation segregation due to gelation delay.On the other hand, when the amount exceeds the above range, the gel strength is reduced due to the progress of the termination reaction and the gel is nonuniformly solidified. There is a problem and it is not preferable.
[0028]
(Polymerization catalyst)
As the polymerization catalyst, a known radical polymerization catalyst such as tetramethylethylenediamine can be used, but it is not limited thereto.
The addition amount of this polymerization catalyst is suitably in the range of 0.05 to 7% in the slurry. When the amount of the polymerization catalyst is below the above range, there is a problem of sedimentation segregation due to gelation delay. On the other hand, when the amount is above the above range, there is a problem of gel non-uniformity, which is not preferable.
[0029]
(Other additives)
In addition, the additive used for preparing the slurry containing the ceramic powder can also be employed in the present invention. These additives include sintering aids, rheology modifiers, lubricants, antifoaming agents, plasticizers and the like. The amount of these additives added is preferably 20% by weight or less with respect to the ceramic raw material powder.
[0030]
[Production method]
In the manufacturing method of the sintered body of the present embodiment, first, a step of forming a slurry containing Y 2 O 3 raw material powder, this slurry is injected into a mold, and a monomer or an oligomer contained in the slurry is polymerized. And a step of forming a sintered body by firing the resulting molded body. Hereinafter, the manufacturing method of the present embodiment will be described in order according to this step.
[0031]
(Slurry creation method)
Creation of the slurry of this Embodiment can be performed as follows. That is, first, a premixed liquid composed of water, a monomer or oligomer, and a dispersant is prepared, and Y 2 O 3 raw material powder is added thereto and mixed with a stirrer to make a high-concentration dispersed slurry. Thereafter, a polymerization initiator and a catalyst are added, and defoaming is performed to obtain a slurry for casting. In the defoaming treatment, the gas present in the slurry can be removed by allowing the slurry to stand under reduced pressure.
If oxygen is present during slurry adjustment or pouring, the polymerization reaction is inhibited. Therefore, this step is preferably performed in a nitrogen atmosphere.
[0032]
(Molding method)
While the obtained slurry is in a fluid state, it is poured into a mold. It is preferable to adjust the time until the reaction starts (induction time) so that the polymerization reaction starts after the slurry fills the mold. The induction time can be adjusted by controlling the amount of polymerization initiator and catalyst and the temperature. When the polymerization / crosslinking proceeds sufficiently, the slurry loses fluidity, and the Y 2 O 3 raw material is held in the network of the wet polymer gel to form a molded body. Since the molded body cracks when it is dried rapidly, it is preferable to perform humidity-control drying and then degrease.
[0033]
(Type)
As a mold material used in the molding in this step, polymer resin, metal, ceramics, and wood can be used. This mold may be a moisture permeable material or a non-moisture permeable material.
[0034]
(Baking method)
In the present embodiment, the firing temperature of Y 2 O 3 is preferably in the range of 1710 to 1850 ° C. Below 1700 ° C., the density of the sintered body is less than 4.9, which is insufficient. On the other hand, if the temperature exceeds 1850 ° C., it is necessary to make the firing furnace material more excellent in heat resistance, but it is not economical because improvement in characteristics commensurate with it cannot be expected.
[0035]
The firing temperature can be arbitrarily selected in the range of 1710 to 1850 ° C., but in the range of 1710 to 1780 ° C., the obtained Y 2 O 3 sintered body has an average crystal grain size of less than 30 μm and poor translucency. When the firing temperature exceeds 1780 ° C., the average crystal grain size becomes 30 μm or more and translucency is exhibited. The higher the firing temperature, the larger the average crystal grain size and the higher the translucency. However, the bending strength of the sintered body decreases as the firing temperature increases, and in order to achieve the bending strength of 50 MPa or more required for a semiconductor member, the sintering temperature is 1850 ° C. or less, and the average crystal grain size in that case is 500 μm. It is.
[0036]
The firing time can be selected between 0.5 and 8 hours. When the firing time falls below the above range, the strength is insufficient. On the other hand, if the firing time is longer than this, it is economically inconvenient. Generally, when firing at a low temperature, firing for a long time is required.
[0037]
The Y 2 O 3 may be fired in an inert gas atmosphere, but a pure hydrogen atmosphere is most preferable in consideration of economy. By firing in a hydrogen gas atmosphere in the present invention, a Mo base plate or a tungsten heater can be used as a firing furnace material, and firing at 1700 ° C. or higher is possible.
[0038]
[Sintered body]
The Y 2 O 3 sintered body produced by the method described in the above embodiment has a bulk density of 4.9 g / cm 3 or more and an average crystal grain size of Y 2 O 3 in the sintered body. 30 to 600 μm. And this sintered compact had translucency, and had the optimal characteristic as a member for semiconductor manufacturing apparatuses.
When the bulk density of the Y 2 O 3 sintered body is lower than the above range, the mechanical strength is not sufficient and it is not suitable as a member for a semiconductor manufacturing apparatus.
[0039]
Moreover, when the average crystal grain size of Y 2 O 3 in the Y 2 O 3 sintered body is below the above range, the translucency is not sufficient, and the use for the semiconductor manufacturing apparatus is limited. . On the other hand, when the average crystal grain size exceeds the above range, there is a disadvantage in terms of strength reduction, which is not preferable.
[0040]
【Example】
(Examples 1-3)
Y 2 O 3 having an average particle diameter of 1.18 μm and 1.2 μm was surface-treated using 3% of a chelating agent with respect to the raw material to obtain a raw material powder.
Using the raw material powder, a slurry raw material was accommodated and mixed in a polyethylene container having a capacity of 250 ml capable of being sealed in accordance with the formulation shown in Table 1 to prepare a slurry. A polycarboxylic acid was used as the dispersant. As the monomer, methacrylamide was used, and as the crosslinking agent, N, N′-methylenebisamide was used. Slurry mixing was performed for 16 hours using a pot mill.
[0041]
[Table 1]
Figure 2005008482
[0042]
0.029 g of ammonium persulfate as a polymerization initiator and 0.029 g of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine as a catalyst were added to the adjusted slurry. The process of stirring and polymerization was performed in a nitrogen atmosphere. The slurry in which the polymerization initiator and the catalyst were mixed was poured into a polystyrene square container (length 90 mm, width 55 mm, depth about 20 mm). Demolding was performed 4 hours after the polymerization reaction sufficiently proceeded to obtain a wet molded body.
[0043]
The wet molded body was dried from 90 RH% to 60 RH% at 5 RH% / day using a humidity control programmable dryer. After drying, degreasing was performed by keeping at 600 ° C. for 4 hours.
[0044]
The degreased body was fired at 1710 ° C., 1780 ° C., and 1850 ° C. in a hydrogen gas atmosphere at a flow rate of 200 m 3 / hour. Table 2 shows the density after firing, the average crystal grain size, and the presence or absence of translucency.
[0045]
[Table 2]
Figure 2005008482
[0046]
(Comparative Examples 1-2)
Y 2 O 3 was fired in the same manner as in Examples 1 to 3 except that the firing temperature was 1650 ° C. and 1900 ° C. The results are also shown in Table 2.
[0047]
(Comparative Example 3)
A slurry was formed in the same manner as in Example 1, except that the surface treatment of the raw material Y 2 O 3 powder was not performed. However, in the obtained slurry, the viscosity increased in about 1 minute after adjustment, and it was difficult to cast into a mold, and a molded product could not be obtained.
[0048]
As is apparent from the results of the examples and comparative examples, a sintered body having excellent translucency and plasma resistance can be obtained by setting the firing temperature of Y 2 O 3 within 1710 to 1850 ° C. did it. Further, by treating the surface of the raw material powder, a ceramic slurry suitable for the gel casting method could be obtained without causing an increase in the slurry viscosity.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention above, it became apparent that can be produced by casting a Y 2 O 3 sintered body having excellent properties suitable for use in semiconductor manufacturing equipment.

Claims (5)

純度が99重量%以上で平均粒径2μm以下のY原料をラジカル重合する有機物モノマーまたはオリゴマー水溶液に分散させてスラリーを形成し、得られたスラリーを型に流し込み、該スラリー中のモノマーまたはオリゴマーを該型内で重合反応させて、Y原料を含んだ湿潤ポリマーゲル状物からなる成形体を成形し、次いで該成形体を水素ガス雰囲気中において、1710〜1850℃で焼成することを特徴とするY焼結体の製造方法。A Y 2 O 3 raw material having a purity of 99% by weight or more and an average particle diameter of 2 μm or less is dispersed in an organic monomer or oligomer aqueous solution for radical polymerization to form a slurry, and the resulting slurry is poured into a mold, and the monomer in the slurry Alternatively, an oligomer is polymerized in the mold to form a molded body made of a wet polymer gel containing a Y 2 O 3 raw material, and then the molded body is fired at 1710 to 1850 ° C. in a hydrogen gas atmosphere. A method for producing a Y 2 O 3 sintered body. 前記Y焼結体の製造方法において、純度が99重量%以上で平均粒径2μm以下のY原料が、表面処理されたものであることを特徴とする請求項1記載のY焼結体の製造方法。 2. The method for producing a Y 2 O 3 sintered body according to claim 1, wherein the Y 2 O 3 raw material having a purity of 99% by weight or more and an average particle diameter of 2 μm or less is surface-treated. A method for producing a Y 2 O 3 sintered body. 前記表面処理が、キレート化剤による表面処理であることを特徴とする請求項2に記載のY焼結体の製造方法。The method for producing a Y 2 O 3 sintered body according to claim 2, wherein the surface treatment is a surface treatment with a chelating agent. 焼結体のかさ密度が、4.9g/cm以上で、かつ焼結体中のYの平均結晶粒径が、30〜600μmであることを特徴とするY焼結体。Y 2 O 3 bulk density of the sintered body, at 4.9 g / cm 3 or more and an average grain size of Y 2 O 3 in the sintered body, characterized in that it is a 30~600μm Y 2 O 3 sintered body. 前記Y焼結体が透光性を有するものであることを特徴とする請求項4記載のY焼結体。Y 2 O 3 sintered body of claim 4, wherein said Y 2 O 3 sintered body has a light-transmitting property.
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