JP2005170728A

JP2005170728A - Ｙ２ｏ３焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005170728A
Application number: JP2003412104A
Authority: JP
Inventors: Isao Imai; 功今井; Masataka Murata; 征隆村田; Takayuki Ikeda; 隆之池田; Takahiro Kubo; 尊裕久保
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適し、耐プラズマ性に優れ、緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体を提供する。
【解決手段】本Ｙ_２Ｏ_３焼結体は、Ｙ_２Ｏ_３原料を用いた成形物を水素雰囲気、１７１０〜１８５０℃で焼成し、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３以上、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍ以下でかつ明度がＮ８．０以上であるＹ_２Ｏ_３焼結体。これにより、半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適し、耐プラズマ性に優れ、緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体を得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明はＹ_２Ｏ_３焼結体およびその製造方法に係わり、特に半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適するＹ_２Ｏ_３焼結体およびその製造方法に関する。

酸化イットリウム（以後、Ｙ_２Ｏ_３と記す）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。従来、Ｙ_２Ｏ_３焼結体は大気中において焼成するいわゆる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、Ｙ_２Ｏ_３成形体を大気に直接暴露して焼成すると、黄色に着色してしまうため、このようなＹ_２Ｏ_３焼結体は、材料自体は耐プラズマ性に優れているものの、プラズマ処理装置において用いられる部材に要求される高い明度には応じられない状況であった。

そこで、無着色のＹ_２Ｏ_３焼結体を製造するために、焼成時において高純度アルミナやＹ_２Ｏ_３焼結体などＹ_２Ｏ_３成形体を汚染しない焼結体容器で成形体を密封し、かつＹ_２Ｏ_３の詰め粉を充填して焼成するなどの提案がなされている。しかし、焼成スペースにとって焼結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上に、量産化にとって不都合であった。

また、Ｙ_２Ｏ_３焼結体は、不純物成分であるＭоＯ_２の含有量が変化すると、焼結体の色調もその量に応じて変化し、焼結体の色調はＪＩＳ標準色票で示される明度がＮ７．０以下の濃灰色となる問題があった。しかし、半導体装置用部材、プラズマ処理装置に適用するためには、明度がＮ８．０以上の白色基調のＹ_２Ｏ_３焼結体が必要とされている。

なお、Ｙ_２Ｏ_３成形体を各種雰囲気下で焼成することによって、Ｙ_２Ｏ_３焼結体を製造することは知られている（特許文献１）。しかしながら、この特許文献１の製造方法では、緻密な焼結体を得ることは困難であり、かつ高い明度を有する焼結体を実現することはできない。
特開２００２−６８８３８号公報（段落［００３５］）

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適し、耐プラズマ性に優れ、緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体を提供することを目的とする。また、本発明に係わるＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法は、特別な焼成容器やＹ_２Ｏ_３詰め粉を必要とせず、簡便な操作で緻密で明度の高いＹ_２Ｏ_３焼結体を得る製造方法を提供するものである。

上記目的を達成するために本発明者らは鋭意研究し、焼結体の密度と焼結体に含有するＭоＯ_２量を制御することにより、半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適し、耐プラズマ性に優れ、緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体が得ることができることを見いだして、本発明に至ったものである。

第１の本発明は、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３以上、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍ以下でかつ明度がＮ８．０以上であることを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体である。このような焼結体とすることにより、半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適し、耐プラズマ性に優れ、緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体が実現される。

前記第１の発明において、Ｙ_２Ｏ_３焼結体が水素雰囲気中で焼成することが好ましい。また、１７１０℃以上１８５０℃以下において焼成することが好ましい。このような焼結体とすることにより、高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体が実現される。

また、本発明の他の態様によれば、Ｙ_２Ｏ_３原料を用いた成形物を水素雰囲気中、１７１０℃以上１８５０℃以下で焼成し、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ３以上、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍ以下でかつ明度がＮ８．０以上のＹ_２Ｏ_３焼結体を製造することを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法である。これにより、特別な焼成容器やＹ_２Ｏ_３詰め粉を必要とせず、簡便な操作で緻密で明度の高いＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法が実現される。

本発明に係わるＹ_２Ｏ_３焼結体によれば、半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適し、耐プラズマ性に優れ、緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体を提供することができる。

また、本発明に係わるＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法によれば、特別な焼成容器やＹ_２Ｏ_３詰め粉を必要とせず、簡便な操作で緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体を製造する方法を提供することができる。

上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ３以上、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍ以下でかつ明度がＮ８．０以上であることを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体が提供される。これにより、半導体製造用エッチャーなどの耐プラズマ部材に適し、耐プラズマ性に優れ、緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体が実現される。

好適な一例では、水素雰囲気で焼成されたことを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体である。

また、他の好適な一例では、１７１０℃以上１８５０℃以下で焼成されたことを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体である。

また、本発明の他の態様によれば、Ｙ_２Ｏ_３原料を用いた成形物を水素雰囲気、１７１０℃以上１８５０℃以下で焼成し、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ３以上、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍ以下でかつ明度がＮ８．０以上のＹ_２Ｏ_３焼結体を製造することを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法である。これにより、特別な焼成容器やＹ_２Ｏ_３詰め粉を必要とせず、簡便な操作で緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法が実現される。

以下、本実施形態のＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法を詳細に説明する。

本実施形態の第１の工程である原料調製工程について説明する。

まず、原料を準備する。原料となるＹ_２Ｏ_３は、９９ｗｔ％以上の純度を有するものが好ましい。この純度が９９ｗｔ％を下回ると、この原料を使用した部材を半導体装置に用いた場合に、不純物成分が半導体ウエハ表面に異物として付着してしまったり、半導体ウエハに金属などの不純物汚染を引き起こすおそれがあり、好ましくない。

また、このＹ_２Ｏ_３原料粉末の粒度は、２μｍ以下であることが好ましい。Ｙ_２Ｏ_３原料粉末の粒度が、２μｍを超えると、曲げ強度が５０ＭＰａ未満となるため好ましくない。一方、原料粉末は、過度に微細化すると取り扱いが困難になるが、焼結体密度が向上し好ましい。第３の工程は脱脂及び焼成工程である。脱脂は、前工程までで、有機添加剤を加えていない場合には省略することも可能であるが、バインダなどの有機物を使用している場合には、成形体を加熱して有機物を分解あるいは揮散除去する。この際の温度は、５００〜９００℃程度の温度で十分である。

次いで、Ｙ_２Ｏ_３原料粉末を用いて成形した成形体を水素雰囲気中で焼成する。この工程で用いる水素雰囲気は、純水素雰囲気でもよいが、アルゴンガスなど、Ｙ_２Ｏ_３と非反応性の不活性ガスが混合されていても差し支えない。ただし、経済性を考慮すれば、アルゴンガス等を添加しない市販されている水素ガスがもっとも好ましい。水素雰囲気ガスは、焼成炉内を流通させてもよいし、滞留していてもよい。

本発明のＹ_２Ｏ_３焼結体において、水素ガスを雰囲気ガスとして用いることにより、被焼成物を詰め粉や治具で被覆することなく加熱しても着色せず、透明な焼結体が得られる。また、水素雰囲気中での加熱によって、成形体表面に存在する金属不純物等が減少し半導体処理装置に適した材料を得ることができる。さらに、焼成炉材料として、Ｍо合板や、タングステンヒータを用いることができ、これによって焼成炉内材料による加熱温度の制約を受けることなく、１７００℃以上の高温で加熱焼成することができ、焼結体の緻密度を向上させることができる。

本工程の焼成温度は、上述したとおり、１７１０℃以上１８５０℃以下の範囲が好ましい。より好ましい焼成温度は、１７３０℃以上１８３０℃以下である。

焼成温度が、１７１０℃以下の焼成では、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３未満となり十分に緻密化しないため、実用的な機械的強度特性を確保できない。１８５０℃以上では、結晶成長が著しく大きくなるため、１７１０℃以下の場合と同様に、機械的強度が極端に低位となり実用的でない。

また、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３未満では、緻密化が不十分で内在する気孔が多数存在するため、色調はＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍより多い場合でも明度がＮ８．０以上となる。すなわち、ＭоＯ_２含有量と色調に明確な相関が認められなくなり、さらに強度は著しく低位となる。焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３以上で、かつＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍより多い場合、明度がＮ７．０以下の濃灰色基調となる。

上記のように、本実施形態のＹ_２Ｏ_３焼結体の製造方法によれば、特別な焼成容器やＹ_２Ｏ_３詰め粉を必要とせず、簡便な操作で緻密で高い明度を有するＹ_２Ｏ_３焼結体を製造することができる。また、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３以上のＹ_２Ｏ_３焼結体は、不純物成分であるＭоＯ_２の含有量が変化すると、焼結体の色調もその量に応じて変化し、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍより多い場合、焼結体の色調は明度がＮ７．０以下の濃灰色となるが、ＭоＯ_２含有量を５ｐｐｍ以下にすることにより、明度がＮ８．０以上の白色基調のＹ_２Ｏ_３焼結体を製造することができる。

試験１：平均粒径１μｍ、ＭоＯ_２を３ｐｐｍ含む純度９９．９％のＹ_２Ｏ_３原料１００重量部に対して、バインダとしてＰＶＡを２重量部と適量の水を添加混合してスラリを得た。このスラリをスプレードライヤにて噴霧乾燥し、平均粒径３０μｍの造粒体とした後、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）にて１００ＭＰａの圧力で、２００×２００×１０ｍｍの板状体を成形した。この成形体を大気中９００℃に加熱して脱脂した後、水素雰囲気中１７５０℃で６時間焼成し、焼結体を作成した。得られた焼結体の密度、曲げ強度および明度を評価した（実施例１〜５）。

同様の方法により、ＭоＯ_２量の異なる原料を用い、あるいは焼成温度を変化させた条件で焼結体を作成し、同様の評価を行った（比較例１〜３）。

その条件と評価結果を表１に示す。

表１からもわかるように、ＭоＯ_２量、焼成温度及び焼結体密度が本発明の範囲内の実施例１〜５は、焼成温度が範囲限界値である実施例５の曲げ強度が低下するのを除き、各々の曲げ強度は大きな値を示し、かついずれも、必要とされる明度がＮ８．５以上と白色基調のＹ_２Ｏ_３焼結体が実現されるのに対して、ＭоＯ_２量及び焼成温度が範囲外で焼結体密度が範囲内の比較例１、２は曲げ強度は大きいが、明度がＮ７．５、Ｎ７．０と灰色乃至濃灰色基調となり、ＭоＯ_２量、焼成温度及び焼結体密度が範囲外の比較例３は明度がＮ８．０となるが、曲げ強度が著しく低下し実用性に欠ける。

Claims

焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３以上、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍ以下でかつ明度がＮ８．０以上であることを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体。
Ｙ_２Ｏ_３焼結体が水素雰囲気中で焼成されたことを特徴とする請求項１に記載のＹ_２Ｏ_３焼結体。
Ｙ_２Ｏ_３焼結体が１７１０℃以上１８５０℃以下で焼成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のＹ_２Ｏ_３焼結体。
Ｙ_２Ｏ_３原料を用いた成形物を水素雰囲気中、１７１０℃以上１８５０℃以下で焼成し、焼結体密度が４．８５ｇ／ｃｍ^３以上、ＭоＯ_２含有量が５ｐｐｍ以下でかつ明度がＮ８．０以上のＹ_２Ｏ_３焼結体を製造することを特徴とするＹ_２Ｏ_３焼結体の方法。