JP2008230901A - Ceramic member and corrosion resistant member - Google Patents

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Takayuki Ide
貴之 井出
Masami Ando
正美 安藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic member having high density, small particle diameter and excellent plasma resistance. <P>SOLUTION: The ceramic member is constituted of a fine structure comprising fine particles. The ceramic member having excellent plasma resistance is structured to have <1.5 μm average particle diameter, <0.1% open porosity measured by an Archimedes method and <3 μm maximum particle diameter, thereby reducing places becoming start points of erosion. Abnormal growth of the particles is suppressed and the ceramic member is constituted of small particles to reduce particle contamination due to dusting. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、被処理基板を処理する処理装置に用いられる耐蝕性部材に係り、耐プラズマ特性に優れ、かつ耐パーティクル特性に優れたセラミック部材に関する発明である。 The present invention relates to a corrosion-resistant member used in a processing apparatus for processing a substrate to be processed, and is an invention related to a ceramic member having excellent plasma resistance and particle resistance.

半導体または液晶製造装置用のチャンバー内部の部材は、フッ素系、塩素系ガスを導入したプラズマ処理装置内にあり、高い耐プラズマ性の材料が求められている。耐プラズマ性に優れる材料としては高純度酸化アルミニウムなどの高純度セラミック材料の提案が多くなされている。近年イットリアが耐プラズマ性に優れていると注目されている。また、エッチングの際、高いプラズマ性を有するとともに、部材の侵食に伴うダストが発生し、処理基板に付着しパーティクル汚染を生じる不具合があるとされていることから、微細な粒子からなる部材の提案や、粒界侵食の少ない不純物量の少ない材料の提案がなされている。 A member inside a chamber for a semiconductor or liquid crystal manufacturing apparatus is in a plasma processing apparatus into which fluorine-based or chlorine-based gas is introduced, and a material having high plasma resistance is required. Many proposals of high-purity ceramic materials such as high-purity aluminum oxide have been made as materials having excellent plasma resistance. In recent years, it has been noted that yttria is excellent in plasma resistance. In addition, it is considered that there is a problem that the etching has a high plasma property, and dust accompanying the erosion of the member is generated and adheres to the processing substrate to cause particle contamination. Therefore, a member made of fine particles is proposed. In addition, a material with a small amount of impurities with little grain boundary erosion has been proposed.

セラミックスは一般的にその焼成の過程で高温を必要とするため、粒子成長を伴う焼結がなされるため出発原料の粒子径よりも大きくなることが知られている。大きな粒子で構成されたセラミックスは脱落が生じやすくなる事が知られている。 It is known that ceramics generally require a high temperature during the firing process, and are therefore sintered with particle growth, and thus become larger than the particle diameter of the starting material. It is known that ceramics composed of large particles are likely to fall off.

また、プラズマに曝される部分に気孔があると、プラズマ侵食の起点となり耐プラズマ性が悪くなる事が知られている。 Further, it is known that if there are pores in a portion exposed to plasma, plasma erosion becomes a starting point and plasma resistance deteriorates.

プラズマ部材としての従来の技術は、粒子径を小さくして脱粒しにくくさせることや焼結体中に含まれる気孔率を少なくする方法がとられている。イットリアは難焼結材料のため、緻密な焼結体を得るためには高温での焼成が必要となり、粒子成長が進み、小さな粒子径で構成される焼結体を得ることができない。たとえば、特許文献1には、平均粒子径0.7μmの原料粉末を用いて、1700℃で焼成した場合に、平均粒子径4μm、嵩密度4.90g/cmのイットリア焼結体が開示されている。 In the conventional technology as a plasma member, a method is adopted in which the particle size is reduced to make it difficult to degranulate and the porosity contained in the sintered body is reduced. Since yttria is a difficult-to-sinter material, firing at a high temperature is necessary to obtain a dense sintered body, particle growth proceeds, and a sintered body having a small particle diameter cannot be obtained. For example, Patent Document 1 discloses a yttria sintered body having an average particle diameter of 4 μm and a bulk density of 4.90 g / cm 3 when fired at 1700 ° C. using a raw material powder having an average particle diameter of 0.7 μm. ing.

さらに、特許文献2には平均粒子径1.2μmの原料粉末を用いて、1650℃で焼成した場合に平均粒子径2μm、嵩密度4.64g/cmのイットリア焼結体が得られ、1710℃で焼成した場合に、平均粒子径12μm、嵩密度4.90g/cmのイットリア焼結体が得られることが開示されている。これより、通常の焼成方法で緻密なイットリア焼結体を作製する場合には1700℃以上の温度で焼成を行う必要があることがわかる。
特開2006−21990号公報 特開2005−8482号公報
Further, Patent Document 2 provides a yttria sintered body having an average particle diameter of 2 μm and a bulk density of 4.64 g / cm 3 when fired at 1650 ° C. using a raw material powder having an average particle diameter of 1.2 μm. It is disclosed that an yttria sintered body having an average particle diameter of 12 μm and a bulk density of 4.90 g / cm 3 can be obtained when fired at a temperature of 0 ° C. From this, it can be seen that when a dense yttria sintered body is produced by a normal firing method, it is necessary to perform firing at a temperature of 1700 ° C. or higher.
JP 2006-21990 A JP 2005-8482 A

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、セラミック部材中の異常粒成長を抑制し、気孔の生成を少なくするとともに小さな粒子から構成させることで脱粒の生じにくい耐プラズマ性の優れるセラミック部材を提供する事にある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The problem of the present invention is to suppress abnormal grain growth in the ceramic member, to reduce the generation of pores, and to generate degranulation by constituting from small particles. It is to provide a ceramic member that is difficult to plasma and excellent in plasma resistance.

前記目的を達成するために、本発明においては、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材を構成する粒子の平均粒子径が1.5μm未満、かつアルキメデス法による測定で得られる開気孔率が0.1%未満であることを特徴とするセラミック部材とすることにより、耐プラズマ性、耐パーティクル特性を向上できる。 In order to achieve the above object, in the present invention, in a ceramic member having yttria as a main component and obtained by firing, the average particle diameter of particles constituting the ceramic member is less than 1.5 μm, and the measurement by Archimedes method By using a ceramic member having an open porosity of less than 0.1%, plasma resistance and particle resistance can be improved.

本発明の好ましい形態においては、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材を構成する粒子の最大粒子径が3μm未満であり、かつアルキメデス法による測定で得られる開気孔率が0.1%未満であることを特徴とするセラミック部材とすることにより、耐プラズマ性、耐パーティクル特性を向上できる。 In a preferred embodiment of the present invention, in a ceramic member mainly composed of yttria and obtained by firing, the maximum particle size of particles constituting the ceramic member is less than 3 μm, and the open porosity obtained by measurement by the Archimedes method When the ceramic member is characterized by being less than 0.1%, plasma resistance and particle resistance can be improved.

さらに好ましい形態においては、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材中にYBOを含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載のセラミック部材とすることにより、耐プラズマ性、耐パーティクル特性を向上できる。 In a more preferred embodiment, the ceramic member according to claim 1 or 2, characterized in that yttria is a main component and the ceramic member obtained by firing contains Y 3 BO 6 in the ceramic member. As a result, plasma resistance and particle resistance can be improved.

より好ましい形態のおいては、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材をさらに加圧雰囲気下で熱処理することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のセラミック部材とすることで、耐プラズマ性、耐パーティクル特性を向上できる。 In a more preferred embodiment, the ceramic member according to any one of claims 1 to 3, wherein yttria is a main component, and the ceramic member obtained by firing is further heat-treated in a pressurized atmosphere. By doing so, plasma resistance and particle resistance can be improved.

本発明においては、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材の厚さが0.3mm以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のセラミック部材である。 In the present invention, yttria is the main component, and in a ceramic member obtained by firing, the thickness of the ceramic member is 0.3 mm or more. It is a ceramic member.

また、本発明に係る耐蝕性部材は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のセラミック部材であって耐蝕性を必要とする部位に配設して成る耐蝕性部材である。 A corrosion-resistant member according to the present invention is a ceramic member according to any one of claims 1 to 5, and is a corrosion-resistant member that is disposed at a site that requires corrosion resistance.

本発明によれば、開気孔を少なくすることで,プラズマ侵食の起点となる個所を低減できることから耐プラズマ性に優れたセラミック部材を提供でき、かつ異常粒子成長を抑制させ小さい粒子で構成させることで発塵によるパーティクル汚染を低減させることが可能となる。 According to the present invention, by reducing the number of open pores, it is possible to provide a ceramic member excellent in plasma resistance because the number of starting points of plasma erosion can be reduced, and to suppress abnormal particle growth and to configure with small particles. This makes it possible to reduce particle contamination due to dust generation.

本件で使用する語句の説明を以下に行う The words used in this case are explained below.

(セラミック部材)
本発明におけるセラミック部材とは、イットリア粉末の焼成により得られるセラミック部材であって、セラミック部材表面は、焼き肌、研磨・研削面等は問わない。イットリアを主成分とするとは、セラミック部材を構成する金属元素のうち主たる部分を占めるものがイットリウム元素であることをさす。
(Ceramic material)
The ceramic member in the present invention is a ceramic member obtained by firing yttria powder, and the surface of the ceramic member may be a burned surface, a polished / ground surface, or the like. The expression “yttria as a main component” means that the element occupying the main portion of the metal elements constituting the ceramic member is the yttrium element.

(粒子径)
本発明における粒子径とは、セラミック部材を構成する一つ一つの固体結晶粒子の大きさであり、セラミック部材中では相互が粒子界面で区切られた個々の粒子の大きさをさす。
(Particle size)
The particle diameter in the present invention is the size of each solid crystal particle constituting the ceramic member, and in the ceramic member is the size of individual particles separated from each other at the particle interface.

(平均粒子径)
本発明における平均粒子径は、プラニメトリック法により算出した値をさす。平均粒子径の測定は、試料を鏡面研磨した後、大気雰囲気中でサーマルエッチングを行い、SEMによる観察像を用いて、プラニメトリック法により平均粒子径を算出した。
(Average particle size)
The average particle diameter in the present invention refers to a value calculated by a planimetric method. The average particle size was measured by mirror-polishing the sample, performing thermal etching in the air atmosphere, and calculating the average particle size by a planimetric method using an image observed by SEM.

(プラニメトリック法)
本発明における平均粒子径の測定は、Jeffriesのプラニメトリック法を用いて行った。(参考文献:Z.Feffries,Chem.Met.Engrs.,16,503-504(1917);ibid.,18,185(1918).)サーマルエッチングを行った試料の任意の2〜3箇所を10000倍でSEM撮影を行い、写真上で面積(A)の既知の円を描き、円内の粒子数nと円周にかかった粒子数nから次式によって単位面積あたりの粒子数Nを求める。
=(n+1/2n)/(A/10000
1/Nが1個の粒子が占める面積である。これより次式を用いて円相当径(D)を算出し平均粒子径とした。
D=2/(πN1/2
(Planimetric method)
The average particle size in the present invention was measured using Jeffries' planimetric method. (Reference: Z. Feffries, Chem. Met. Engrs., 16,503-504 (1917); ibid., 18, 185 (1918).) SEM images of any two to three locations of the thermally etched sample at a magnification of 10,000. It was carried out, draw a known circular area (a) on the photograph to determine the number of particles n C per unit area from suffering particle number n i the number of particles n C and the circumference of the circle by the following equation.
N G = (n C + 1 / 2n i ) / (A / 10000 2 )
1 / NG is the area occupied by one particle. From this, the equivalent circle diameter (D) was calculated using the following formula, and the average particle diameter was determined.
D = 2 / (πN G ) 1/2

(サーマルエッチング)
本発明におけるサーマルエッチングは、試料を鏡面研磨した後,焼成温度に対して300〜400℃低い温度まで昇温速度300℃/hで昇温し、10〜30分間保持した後炉内放冷を行う工程である。この熱処理により、粒子一つ一つが熱膨張をし、冷却による収縮時に粒子界面に凹みができる。これにより、粒子の大きさを観察できる。
(Thermal etching)
In the thermal etching in the present invention, the sample is mirror-polished, then heated to a temperature lower by 300 to 400 ° C. than the firing temperature at a heating rate of 300 ° C./h, held for 10 to 30 minutes, and then allowed to cool in the furnace. It is a process to be performed. By this heat treatment, each particle is thermally expanded, and a dent is formed at the particle interface when shrinking due to cooling. Thereby, the size of the particles can be observed.

(最大粒子径)
本発明における最大粒子径とは、サーマルエッチングを施した試料を10000倍のSEM観察で撮影し、観察される最大粒子の定方向最大径(Krumbein径)によって得られる大きさである。
(Maximum particle size)
The maximum particle diameter in the present invention is a size obtained by taking a sample subjected to thermal etching by SEM observation at a magnification of 10,000 times and obtaining the maximum diameter (Krumbein diameter) of the maximum particle observed.

(アルキメデス法)
本発明におけるアルキメデス法とは、JIS規格(JIS R 1634)に示される密度測定方法である。飽水方法は真空法、媒液には蒸留水を用いて測定を行った。
開気孔率の算出方法もJIS R 1634に従って行った。数値は小数点以下1ケタに丸めると比較が困難であるため、本実験例では2ケタまで表示し比較を行った。
(Archimedes method)
The Archimedes method in the present invention is a density measuring method shown in the JIS standard (JIS R 1634). The water saturation method was measured using a vacuum method, and the medium was measured using distilled water.
The calculation method of open porosity was also performed according to JIS R1634. Since numerical values are difficult to compare when rounded to the first decimal place, in this experimental example, up to two digits were displayed for comparison.

(比表面積)
本発明における原料粉末粒子径の表記に用いた比表面積は、JIS規格(JIS R 1626)に示されるBET法によるものである。
(Specific surface area)
The specific surface area used for the description of the raw material powder particle diameter in the present invention is based on the BET method shown in the JIS standard (JIS R 1626).

耐プラズマ性を向上させるには気孔の存在を少なくする必要があることは良く知られている。一般にHIP処理で気孔を減らす処理が知られているが、緻密化が完了した焼結体中に存在する数μm以上の粗大な気孔は除去困難となる。よって、焼結時に気孔を減らす必要がある。
一般に、気孔の大きさは構成する焼結体の粒子径の約1/10といわれている。また、焼結体を構成する限界の粒子径と気孔の平均径および気孔の体積には以下のような関係式が成り立つことが知られている。
D=d/f
D: 構成粒子の限界粒子径
d: 気孔の平均径
f: 気孔の体積
気孔の体積を減らすためには、気孔の大きさを小さくする必要がある。そのためには、構成する焼結体の粒子を小さくすると同時に異常粒子成長を抑制させ、均質な粒子から構成する必要がある。しかしながら粒子成長は焼結の過程では、緻密化を促進させ気孔除去するためにはで不可欠であり、ある程度の粒子成長は必要である。
本発明では、平均粒子径が0.2〜1μm程度であり、最大粒子径が3μm未満の条件を満たした場合に、焼結体中の気孔の抑制に効果があることを見出した。
耐パーティクル特性の観点から、平均粒子径と最大粒子径はさらに小さくすることが望ましいが、緻密質なセラミック部材は得られない。セラミック部材を構成する粒子の移動は温度に依存すると同時に焼結が促進される温度にも依存する。本発明では、十分な焼結と同時に微細構造を達成できる構成粒子サイズ領域と判断できる限界値を見出した。
It is well known that it is necessary to reduce the presence of pores in order to improve plasma resistance. In general, a process of reducing pores by HIP processing is known, but coarse pores of several μm or more existing in a sintered body that has been densified are difficult to remove. Therefore, it is necessary to reduce pores during sintering.
In general, the pore size is said to be about 1/10 of the particle size of the sintered body constituting the pores. Further, it is known that the following relational expressions hold for the limit particle diameter, the average pore diameter, and the pore volume constituting the sintered body.
D = d / f
D: Limit particle diameter of constituent particles d: Average diameter of pores f: Volume of pores In order to reduce the volume of pores, it is necessary to reduce the size of the pores. For that purpose, it is necessary to make the sintered compact particles smaller and to suppress abnormal particle growth and to make the particles from homogeneous particles. However, grain growth is indispensable in the sintering process in order to promote densification and remove pores, and a certain degree of grain growth is necessary.
In the present invention, it has been found that when the average particle size is about 0.2 to 1 μm and the maximum particle size is less than 3 μm, the pores in the sintered body are effectively suppressed.
From the viewpoint of particle resistance, it is desirable to further reduce the average particle size and the maximum particle size, but a dense ceramic member cannot be obtained. The movement of the particles constituting the ceramic member depends on the temperature and also on the temperature at which sintering is promoted. In the present invention, a limit value that can be determined as a constituent particle size region in which a fine structure can be achieved simultaneously with sufficient sintering has been found.

本発明ではイットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材を構成する粒子の平均粒子径が1.5μm未満、好ましくは1.0μm以下、さらに好ましくは0.6μm以下であり、かつアルキメデス法による測定で得られる開気孔率が0.1%未満、好ましくは0.05%以下であることを特徴とすることで緻密で気孔の少ない微細な粒子から成るセラミック部材が得られる。 In the present invention, in the ceramic member obtained mainly by yttria and obtained by firing, the average particle diameter of the particles constituting the ceramic member is less than 1.5 μm, preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.6 μm or less. In addition, the open porosity obtained by measurement by the Archimedes method is less than 0.1%, and preferably 0.05% or less, so that a ceramic member composed of fine particles with fine pores can be obtained. .

本発明の好ましい形態においては、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材を構成する粒子の最大粒子径が3μm未満、好ましくは2.0μm以下であり、かつアルキメデス法による測定で得られる開気孔率が0.1%未満、好ましくは0.05%以下であることを特徴とすることで緻密で気孔の少ない微細な粒子から成るセラミック部材が得られる。 In a preferred embodiment of the present invention, in a ceramic member mainly composed of yttria and obtained by firing, the maximum particle size of the particles constituting the ceramic member is less than 3 μm, preferably 2.0 μm or less, and by the Archimedes method. The open porosity obtained by the measurement is less than 0.1%, preferably 0.05% or less, so that a ceramic member composed of fine particles having fine pores and few pores can be obtained.

より好ましい形態のおいては、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材をさらにアルゴン等の不活性雰囲気あるいは酸素を用いた加圧雰囲気下で一時焼成より低い温度で熱処理することで、耐プラズマ性、耐パーティクル特性を向上できる。 In a more preferable form, yttria is the main component, and the ceramic member obtained by firing is further heat-treated at a temperature lower than that of temporary firing in an inert atmosphere such as argon or a pressurized atmosphere using oxygen, whereby Plasma properties and particle resistance can be improved.

さらに、イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、セラミック部材の厚みは、0.3mm以上が好ましい。より好ましくは1mm以上である。セラミック部材を厚くすることで、腐食環境下で長時間の使用が可能となる。 Furthermore, in the ceramic member obtained mainly by yttria and obtained by firing, the thickness of the ceramic member is preferably 0.3 mm or more. More preferably, it is 1 mm or more. By making the ceramic member thick, it can be used for a long time in a corrosive environment.

本発明における好ましい形態においては、イットリア粉末を成形し、1200〜1600℃で焼成し、アルゴン等の不活性雰囲気ガスあるいは酸素を用いた加圧雰囲気下で1200〜1550℃でHIP処理を施した後、必要に応じて研削・研磨加工をする。この温度で焼成することで、粒成長を抑制し微細な粒子からなるセラミック部材を得ることができる。 In a preferred embodiment of the present invention, yttria powder is molded, fired at 1200 to 1600 ° C., and subjected to HIP treatment at 1200 to 1550 ° C. in a pressurized atmosphere using an inert atmosphere gas such as argon or oxygen. , Grind and polish as necessary. By firing at this temperature, a ceramic member made of fine particles can be obtained while suppressing grain growth.

より好ましくは、イットリアに対し前記温度で液相を生成する助剤を添加する。焼結助剤を添加することにより焼結性を高めることができ、前記温度での焼成がしやすくなる。 More preferably, an auxiliary agent that generates a liquid phase at the above temperature is added to yttria. By adding a sintering aid, the sinterability can be enhanced and firing at the above temperature is facilitated.

前記助剤としては例えば、酸化ほう素やほう酸等のほう素化合物や、フッ化リチウム等のリチウム化合物、フッ化カリウム等のカリウム化合物等が好適に利用できる。最も好ましくは、ほう素化合物を添加する。 As the auxiliary, for example, boron compounds such as boron oxide and boric acid, lithium compounds such as lithium fluoride, potassium compounds such as potassium fluoride, and the like can be suitably used. Most preferably, a boron compound is added.

(混合・原料粉末)
原料の混合方法は、ボールミルのようなセラミックスの製造工程に利用される一般的な方法が利用できる。イットリア原料粉末の粒子径に制限はないが、平均10μm以下が好ましく、より好ましくは2μm以下が好ましい。下限値の制限はないが、成形性の低下があることから、サブミクロン程度が好ましい。ボールミルのような粉砕工程を伴う混合方法は、粒子径を細かくするだけでなく粗大粒子を粉砕する効果があり、均質で微細な粒子からなるセラミック部材を得るには好ましい。
(Mixed and raw powder)
As a raw material mixing method, a general method used in a ceramic manufacturing process such as a ball mill can be used. Although there is no restriction | limiting in the particle diameter of a yttria raw material powder, 10 micrometers or less are preferable on average, More preferably, 2 micrometers or less are preferable. Although there is no restriction | limiting of a lower limit, since there exists a fall of a moldability, about submicron is preferable. A mixing method involving a pulverizing step such as a ball mill has an effect of not only reducing the particle diameter but also pulverizing coarse particles, and is preferable for obtaining a ceramic member composed of uniform and fine particles.

(成形)
本発明の実施形態における成形方法は、造粒した粉末をプレス成形やCIPなどの乾式成形方法により成形体を得ることができる。成形は乾式成形に限らず、押し出し成形、射出成形、シート成形、鋳込み成形、ゲルキャスト成形などの成形方法を利用して成形体を得ることができる。乾式成形の場合、バインダーを加えてスプレードライヤーなどを利用し、顆粒にし利用できる。
(Molding)
In the molding method according to the embodiment of the present invention, a granulated powder can be obtained by a dry molding method such as press molding or CIP. The molding is not limited to dry molding, and a molded body can be obtained using a molding method such as extrusion molding, injection molding, sheet molding, cast molding, gel cast molding, and the like. In the case of dry molding, it can be used as a granule by adding a binder and using a spray dryer.

(焼成)
本発明の実施形態において、焼成は大気雰囲気で1600℃未満の焼成が可能であり、SiC発熱体やカンタル発熱体を有する電気炉での焼成が可能である。焼成は大気雰囲気中に限らず、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気中や真空中の焼成でも可能である。焼成時間は0.5〜8時間の間で選択することができる。焼成温度は1200〜1600℃の範囲で選択することができる。この温度で焼成することで、粒成長を抑制し微細な粒子からなるセラミック部材を得られる。
HIP処理は、一次焼成したセラミックス部材の粒成長を抑制する目的で、一次焼成温度以下の温度での処理が好ましい。処理温度は1200〜1550℃の範囲で選択することができる。
(Baking)
In the embodiment of the present invention, firing can be performed at an air atmosphere of less than 1600 ° C., and can be performed in an electric furnace having a SiC heating element or a Kanthal heating element. Firing is not limited to the air atmosphere, but can be performed in an inert atmosphere such as nitrogen or argon or in a vacuum. The firing time can be selected between 0.5 and 8 hours. The firing temperature can be selected in the range of 1200 to 1600 ° C. By firing at this temperature, a ceramic member composed of fine particles can be obtained while suppressing grain growth.
The HIP treatment is preferably a treatment at a temperature equal to or lower than the primary firing temperature for the purpose of suppressing grain growth of the primarily fired ceramic member. The treatment temperature can be selected in the range of 1200 to 1550 ° C.

焼結性を高めるために、セラミック部材中にほう素化合物を入れた場合には、焼成中にほう素化合物が蒸散しやすいことから、マッフル等を施し焼成することが好ましい。ほう素化合物は焼成の過程でYBOを形成し、1100〜1600℃の温度で液相を形成し焼結を促進する。このYBOの液相の生成が低温での焼成がセラミック粒子の粒子成長を抑制し、微細な粒子から構成されるセラミック部材を得ることが可能となる。 In order to enhance the sinterability, when a boron compound is put in the ceramic member, the boron compound is likely to evaporate during firing. The boron compound forms Y 3 BO 6 during the firing process, forms a liquid phase at a temperature of 1100 to 1600 ° C., and promotes sintering. The production of the liquid phase of Y 3 BO 6 is performed at a low temperature to suppress the growth of ceramic particles, and a ceramic member composed of fine particles can be obtained.

前記YBO結晶を生成するほう素化合物としては、酸化ほう素に限らず、ほう酸、窒化ほう素、炭化ほう素、YBO、YBO等のほう素化合物が利用可能であり、中でも酸化ほう素、ほう酸、YBOが好適に利用できる。 The boron compound that forms the Y 3 BO 6 crystal is not limited to boron oxide, and boron compounds such as boric acid, boron nitride, boron carbide, YBO 3 , and Y 3 BO 6 can be used. Of these, boron oxide, boric acid, and YBO 3 can be suitably used.

得られたセラミック部材は、鏡面研磨を行い、焼成温度に対して300〜400℃低い温度まで昇温速度300℃/hで昇温し、10〜30分間保持しサーマルエッチングを施した。得られた試料はSEMを用いて粒子形状を観察することが可能である。 The obtained ceramic member was mirror-polished, heated to a temperature lower by 300 to 400 ° C. than the firing temperature at a heating rate of 300 ° C./h, held for 10 to 30 minutes, and subjected to thermal etching. The obtained sample can be observed for particle shape using SEM.

本発明により得られるセラミック部材は、チャンバー、ベルジャー、サセプター、クランプリング、フォーカスリング、キャプチャーリング、シャドーリング、絶縁リング、ライナー、ダミーウエハー、高周波プラズマを発生させるためのチューブ、高周波プラズマを発生させるためのドーム、半導体ウエハーを支持するためのリフトピン、シャワー板、バッフル板、ベローズカバー、上部電極、下部電極、チャンバー内部の部材固定用のネジ、ネジキャップ、ロボットアームなどのプラズマ雰囲気に曝される半導体または液晶製造装置用部材に利用することができる。 The ceramic member obtained by the present invention includes a chamber, a bell jar, a susceptor, a clamp ring, a focus ring, a capture ring, a shadow ring, an insulating ring, a liner, a dummy wafer, a tube for generating high-frequency plasma, and a high-frequency plasma. Semiconductors exposed to plasma atmosphere such as dome, lift pins to support semiconductor wafer, shower plate, baffle plate, bellows cover, upper electrode, lower electrode, screws for fixing members inside chamber, screw cap, robot arm, etc. Or it can utilize for the member for liquid crystal manufacturing apparatuses.

さらに、本発明のセラミック部材は、1014Ω・cm以上の体積抵抗を有するため、半導体ウエハーや石英ウエハーに微細な加工を施すエッチング装置などの静電チャックに利用することが可能である。 Furthermore, since the ceramic member of the present invention has a volume resistance of 10 14 Ω · cm or more, it can be used for an electrostatic chuck such as an etching apparatus that performs fine processing on a semiconductor wafer or a quartz wafer.

また、本発明のセラミック部材は、フッ化水素等の腐食溶液や腐食ガス等を搬送するための搬送管等の腐食防止用部材や、腐食溶液用た化学的処理等を行う際に使用する坩堝等に利用することができる。 In addition, the ceramic member of the present invention includes a corrosion prevention member such as a transport pipe for transporting a corrosive solution or corrosive gas such as hydrogen fluoride, or a crucible used when performing a chemical treatment for a corrosive solution. Etc. can be used.

(実施例)
原料としてイットリア粉末(比表面積11〜15g/cm)と酸化ほう素(試薬級)を用意し、酸化ほう素添加量を0〜8wt%とし、分散剤・バインダー・離型剤を加えてボールミルによる粉砕攪拌混合を行った。混合後スプレードライヤーによる造粒を行った。得られた造粒粉末はプレス成形を行った後、CIP成形を行った。スプレードライヤーによる造粒とCIP処理により、成形体密度を向上させると安定して焼成体が得られる。得られた成形体は、脱脂した後、大気雰囲気中1300℃〜1550℃で焼成した。焼成後の試料は20〜200MPaのアルゴン雰囲気中で1200〜1500℃の温度範囲でHIP処理を行った。表1は得られた焼結体と平均粒子径、最大粒子径および開気孔率の関係である。
(Example)
Prepare yttria powder (specific surface area 11-15 g / cm 3 ) and boron oxide (reagent grade) as raw materials, add boron oxide to 0-8 wt%, add dispersant, binder, mold release agent and ball mill The mixture was pulverized and stirred. After mixing, granulation was performed with a spray dryer. The obtained granulated powder was press-molded and then CIP-molded. When the density of the molded body is improved by granulation with a spray dryer and CIP treatment, a fired body can be obtained stably. The obtained molded body was degreased and then fired at 1300 ° C. to 1550 ° C. in an air atmosphere. The fired sample was subjected to HIP treatment in a temperature range of 1200 to 1500 ° C. in an argon atmosphere of 20 to 200 MPa. Table 1 shows the relationship between the obtained sintered body, the average particle size, the maximum particle size, and the open porosity.

Figure 2008230901
Figure 2008230901

実施例1〜5ではほう素添加量および焼成条件を変化させて試験を行った結果である。焼結体の平均粒子径は0.2〜1.5μmの範囲にあり、非常に微細な粒子から構成されている。さらに最大粒子径は3μm以下であり微細かつ狭い粒度分布を有する焼結体である。これより開気孔率は0.05%以下の低い値を示した。 In Examples 1-5, it is the result of having tested by changing boron addition amount and baking conditions. The average particle diameter of the sintered body is in the range of 0.2 to 1.5 μm, and is composed of very fine particles. Furthermore, the maximum particle size is 3 μm or less, and the sintered body has a fine and narrow particle size distribution. Accordingly, the open porosity showed a low value of 0.05% or less.

(比較例)
比較例1はほう素無添加試料を1600℃で焼成した結果である。平均粒子径は0.35μmかつ最大粒子径が0.8μmと非常に小さなものから構成されている。しかし開気孔率0.76%と多くの気孔を有する。
(Comparative example)
Comparative Example 1 is the result of firing a boron-free sample at 1600 ° C. The average particle size is 0.35 μm and the maximum particle size is 0.8 μm, which is very small. However, it has many pores with an open porosity of 0.76%.

比較例2はほう素添加量を8wt%添加した系である。比較例2では異常成長した粒子が確認され、大きなもので3μmを超える粒子から構成されていた。ある程度の粒子成長は焼結に必要であることが前記実施例で確認されたが、過剰な粒子成長は焼結を阻害する傾向があることが確認された。そのため、気孔も多く開気孔率は24%の高い値を示した。 Comparative Example 2 is a system to which 8 wt% of boron is added. In Comparative Example 2, abnormally grown particles were confirmed, and consisted of large particles exceeding 3 μm. Although it was confirmed in the above examples that a certain degree of particle growth is necessary for sintering, it was confirmed that excessive particle growth tends to inhibit sintering. Therefore, there were many pores and the open porosity showed a high value of 24%.

比較例3は比表面積35〜45m2/gの原料粉末を用いた場合を示した。1400℃の大気雰囲気焼成で得られる焼結体は嵩密度3.87g/cmと若干緻密化しきれていないものの、その構成粒子の平均粒子径は0.26μmと粒成長をしている様子が確認された。しかしながら、開気孔率20%と十分な緻密体ではない。 The comparative example 3 showed the case where the raw material powder with a specific surface area of 35-45 m <2> / g was used. Although the sintered body obtained by firing at 1400 ° C. in the air atmosphere has not been fully densified to a bulk density of 3.87 g / cm 3 , the average particle diameter of the constituent particles is 0.26 μm, and it seems that the grains are growing. confirmed. However, it is not a dense body with an open porosity of 20%.

以上の結果より、平均粒子径が0.2〜1.5μmと微細な粒子から構成されており、焼結体中に存在する異常粒成長した粒子が3μm未満を同時みたすことは、プラズマ侵食の起点となりうる開気孔の存在を抑制する効果があり、耐プラズマ性に有効であり、微細な粒子で構成されていることから耐パーティクルに性にも有効である。 From the above results, it is composed of fine particles having an average particle size of 0.2 to 1.5 μm, and abnormally grown particles existing in the sintered body are observed to be less than 3 μm at the same time. It has the effect of suppressing the presence of open pores that can be the starting point, is effective in plasma resistance, and is effective in resistance to particles because it is composed of fine particles.

本発明のセラミック部材の耐プラズマ性を評価するために、実施例4および比較例1をRIE型エッチャー装置を用い、腐食ガスとしてCF4+O2、マイクロ波出力1KW、照射時間30時間にてプラズマ雰囲気に曝した。結果を図1〜4に示す。実施品は比較例に比べ、プラズマ照射後も非常に良好な表面形状であることが確認された。 In order to evaluate the plasma resistance of the ceramic member of the present invention, Example 4 and Comparative Example 1 were exposed to a plasma atmosphere using an RIE type etcher, CF4 + O2 as a corrosive gas, microwave output 1 kW, and irradiation time 30 hours. did. The results are shown in FIGS. Compared with the comparative example, the implemented product was confirmed to have a very good surface shape even after plasma irradiation.

実施例3に示す本発明のセラミック部材の、プラズマ照射前の表面状態を表す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph showing the surface state before plasma irradiation of the ceramic member of the present invention shown in Example 3. 実施例3に示す本発明のセラミック部材の、プラズマ照射後の表面状態を表す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph showing the surface state after plasma irradiation of the ceramic member of the present invention shown in Example 3. 比較例1に示すセラミック部材の、プラズマ照射前の表面状態を表す電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph showing the surface state of the ceramic member shown in Comparative Example 1 before plasma irradiation. 比較例1に示すセラミック部材の、プラズマ照射後の表面状態を表す電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph showing the surface state of the ceramic member shown in Comparative Example 1 after plasma irradiation.

Claims (6)

イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材を構成する粒子の平均粒子径が1.5μm未満であり、かつアルキメデス法による測定で得られる開気孔率が0.1%未満であることを特徴とするセラミック部材。 In a ceramic member mainly composed of yttria and obtained by firing, the average particle diameter of particles constituting the ceramic member is less than 1.5 μm, and the open porosity obtained by measurement by Archimedes method is less than 0.1% A ceramic member characterized by the above. イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材を構成する粒子の最大粒子径が3μm未満であり、かつアルキメデス法による測定で得られる開気孔率が0.1%未満であることを特徴とするセラミック部材。 In a ceramic member mainly composed of yttria and obtained by firing, the maximum particle size of particles constituting the ceramic member is less than 3 μm, and the open porosity obtained by measurement by the Archimedes method is less than 0.1%. A ceramic member characterized by the above. イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材中にYBOを含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載のセラミック部材。 The ceramic member according to claim 1 or 2, characterized in that, in the ceramic member obtained mainly by yttria and obtained by firing, Y 3 BO 6 is contained in the ceramic member. イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材をさらに加圧雰囲気下で熱処理することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のセラミック部材。 The ceramic member according to any one of claims 1 to 3, wherein yttria is a main component, and the ceramic member obtained by firing is further heat-treated in a pressurized atmosphere. イットリアを主成分とし、焼成により得られるセラミック部材において、このセラミック部材の厚さが0.3mm以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のセラミック部材。 The ceramic member according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic member is made of yttria as a main component and obtained by firing, and the thickness of the ceramic member is 0.3 mm or more. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のセラミック部材であって耐蝕性を必要とする部位に配設して成る耐蝕性部材。 The ceramic member according to any one of claims 1 to 5, wherein the corrosion-resistant member is disposed at a site requiring corrosion resistance.
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