JP2011162422A - Surface-treated ceramic member and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-treated ceramic member having less particles scattered even in a use environment of an elevated temperature of 250°C or higher. <P>SOLUTION: The surface-treated ceramic member has a film-forming surface on at least a part of a ceramic sintered compact substrate of a porosity of 1% or less, wherein the concave part on the surface of the ceramic sintered compact substrate is selectively coated with a film of an oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面処理を施したセラミックス部材およびその製造方法に関する。より詳しくは、加熱処理に供される部材、または、処理ガス雰囲気、プラズマ雰囲気、もしくは熱処理時の真空雰囲気に曝される部材に用いるのに適した表面処理セラミックス部材およびその製造方法に関する。本発明は、さらに、表面処理セラミックス部材を用いた真空処理装置に関する。   The present invention relates to a surface-treated ceramic member and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a surface-treated ceramic member suitable for use in a member subjected to heat treatment, or a member exposed to a processing gas atmosphere, a plasma atmosphere, or a vacuum atmosphere during heat treatment, and a method for manufacturing the same. The present invention further relates to a vacuum processing apparatus using a surface-treated ceramic member.

半導体デバイス製造装置などのプラズマチャンバー用部材などの腐食性ガスに曝される部材には、耐食性に優れるセラミックスが用いられている。これは、耐食性に劣る材料では、装置寿命が短いという問題があると共に、腐食性ガスとの反応生成物がパーティクルとしてデバイスに付着し、デバイスの品質劣化をもたらす場合があるからである。このような用途には、アルミナなどの一般的なセラミックス材料の他、AlN、Yなどのより耐食性に優れる材料が用いられる。 Ceramics having excellent corrosion resistance are used for members exposed to corrosive gases such as plasma chamber members for semiconductor device manufacturing apparatuses. This is because a material with poor corrosion resistance has a problem that the device life is short, and a reaction product with a corrosive gas adheres to the device as particles, which may cause deterioration of the quality of the device. For such applications, materials having higher corrosion resistance such as AlN and Y 2 O 3 are used in addition to general ceramic materials such as alumina.

しかしながら、材料の変更だけではパーティクルの発生を完全に防止するには至らない。すなわち、セラミックス部材は脆性材料の加工品であるため、必ず表層には凹部(気孔、マイクロクラック、加工傷など)が存在する。この凹部には表面研削工程などにおいて発生した微粒子が入り込む場合がある。このような凹部内微粒子は、通常の洗浄工程を経ても完全に除去するのは難しい。また、セラミックス部材の製造工程中にはマイクロクラックが発生する場合もある。このような微粒子やマイクロクラックが高温雰囲気、処理ガス雰囲気、プラズマ雰囲気もしくは熱処理時の真空雰囲気などに曝されると、パーティクルとして飛散する。   However, changing the material alone does not completely prevent the generation of particles. That is, since the ceramic member is a processed product of a brittle material, there are always concave portions (pores, microcracks, processing flaws, etc.) on the surface layer. In some cases, fine particles generated in the surface grinding process or the like enter the recess. It is difficult to completely remove such fine particles in the recess even after a normal cleaning process. In addition, micro cracks may occur during the manufacturing process of the ceramic member. When such fine particles and microcracks are exposed to a high temperature atmosphere, a processing gas atmosphere, a plasma atmosphere, a vacuum atmosphere during heat treatment, or the like, they are scattered as particles.

従来、セラミックス部材のパーティクルの飛散を防止する方法についての提案がいくつかなされている。   Conventionally, several proposals have been made on methods for preventing scattering of particles of ceramic members.

特許文献1には、「セラミックス製品を洗浄する方法であって、前記セラミックス製品の被洗浄面に溶剤を塗布し、次いでこの溶剤に可溶性の材料からなるフィルムを前記被洗浄面に接触させ、前記フィルムを前記被洗浄面から剥離させることによって前記被洗浄面を洗浄することを特徴とする、セラミックス製品の洗浄方法」に関する発明が開示されている。この発明では、溶剤によってフィルムの被洗浄面に対する接触部分が溶融し、被洗浄面の形態の凹凸に対して追従するため、被洗浄面に存在するパーティクルが、フィルムの溶融した部分に包み込まれる。その結果、フィルムを被洗浄面から剥離させると、フィルムの接触面側にパーティクルが固定化され、被洗浄面から取り除かれるとされている。   In Patent Document 1, “a method for cleaning a ceramic product, in which a solvent is applied to the surface to be cleaned of the ceramic product, and then a film made of a material soluble in the solvent is brought into contact with the surface to be cleaned, An invention relating to “a method for cleaning a ceramic product, wherein the surface to be cleaned is cleaned by peeling the film from the surface to be cleaned” is disclosed. In this invention, the contact portion of the film to the surface to be cleaned is melted by the solvent and follows the unevenness of the shape of the surface to be cleaned, so that the particles present on the surface to be cleaned are wrapped in the melted portion of the film. As a result, when the film is peeled off from the surface to be cleaned, particles are fixed on the contact surface side of the film and removed from the surface to be cleaned.

特許文献2には、「99.2重量%以上、99.99重量%以下の酸化アルミニウムと残部がアルミニウム以外の金属の酸化物からなり、平均粒子径が0.5μm以上、15μm以下で、かつ密度が3.88g/cm3以上、3.97g/cm3以下である焼結体、または研削加工した焼結体を、1000℃以上、1550℃以下の温度で0.1時間以上、6時間以下にわたり加熱処理したことを特徴とするアルミナセラミックス焼結体」に関する発明が開示されている。 Patent Document 2 discloses that “99.2% by weight or more and 99.99% by weight or less of aluminum oxide and the balance is an oxide of a metal other than aluminum, the average particle diameter is 0.5 μm or more and 15 μm or less, and A sintered body having a density of 3.88 g / cm 3 or more and 3.97 g / cm 3 or less, or a sintered sintered body at a temperature of 1000 ° C. or more and 1550 ° C. or less for 0.1 hour or more and 6 hours or more. An invention relating to an “alumina ceramic sintered body characterized by being heat treated over the following” is disclosed.

また、セラミックス材料の耐食性を向上させる方法として、耐食性の高い皮膜を形成する発明も提案されている。   In addition, as a method for improving the corrosion resistance of ceramic materials, an invention for forming a film having high corrosion resistance has been proposed.

特許文献3には「ハロゲン系腐食ガス環境下またはハロゲン系腐食ガスのプラズマの環境下で用いられる耐食性複合部材であって、基材と、基材上の少なくともハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系腐食ガスのプラズマに曝される部位に設けられたセラミックスゾル/ゲルにより形成された被膜とを有することを特徴とする耐食性複合部材」に関する発明が開示されている。   Patent Document 3 states that “a corrosion-resistant composite member used in a halogen-based corrosive gas environment or in a plasma environment of a halogen-based corrosive gas, the base material and at least a halogen-based corrosive gas or a halogen-based corrosive gas on the base material. And a coating formed of a ceramic sol / gel provided at a portion exposed to the plasma of the above, an invention relating to a “corrosion resistant composite member” is disclosed.

特許文献4には「溶射用の前加工をした基材表面に、単一金属または合金またはサーメットあるいはセラミックスを溶射し、その後溶射皮膜内の気孔中で封孔物を形成する浸透性の良い封孔液を塗布または含浸し、時効または熱処理を行って封孔処理をした後、ガラス質形成成分を溶解または懸濁した液を刷毛塗りまたは噴霧により塗布し、常温乾燥または900℃以下の温度で焼成することによりガラス質表層皮膜を形成することを特徴とする耐食性を有し、長期間使用に耐える複合皮膜の形成方法」に関する発明が開示されている。   Patent Document 4 states that “a single metal, alloy, cermet, or ceramic is sprayed on the surface of a base material that has been pre-processed for thermal spraying, and then a sealed material is formed in the pores in the thermal spray coating. After applying or impregnating the pore liquid, performing aging or heat treatment and sealing treatment, a solution in which the vitreous forming component is dissolved or suspended is applied by brushing or spraying, and dried at room temperature or at a temperature of 900 ° C. or lower. An invention relating to “a method of forming a composite film having corrosion resistance, characterized by forming a glassy surface film by firing and having a long-term use” is disclosed.

特許文献5には「セラミック部材上に設けられる複合コーティング材料であって、開気孔を有するセラミック多孔体と、前記開気孔に含浸されている樹脂とを備えていることを特徴とする、複合コーティング材料」に関する発明が開示されており、その実施例では、セラミック多孔体が溶射法によって形成されているもののみが記載されている。   Patent Document 5 states that “a composite coating material provided on a ceramic member, comprising: a ceramic porous body having open pores; and a resin impregnated in the open pores. The invention relating to “material” is disclosed, and in the examples, only the ceramic porous body formed by the thermal spraying method is described.

特許文献6には「溶射によって得られたセラミックス絶縁層において、気体と樹脂との温度差による収縮率の違いを利用して、このセラミックス絶縁層に発生した気孔の入口に熱硬化性樹脂からなる封孔体を形成したことを特徴とする封孔処理セラミックス絶縁層」に関する発明が記載されている。   In Patent Document 6, “a ceramic insulating layer obtained by thermal spraying is made of a thermosetting resin at the entrance of pores generated in the ceramic insulating layer by utilizing the difference in shrinkage due to the temperature difference between the gas and the resin. An invention relating to a “sealing treated ceramic insulating layer characterized in that a sealing body is formed” is described.

特許文献7には「基材の表面に、コーティング後に焼成したセラミックスからなる耐食膜が形成されている耐食性部材であって、前記耐食膜の表面を走査型電子顕微鏡観察によって拡大した写真または画像において、結晶粒子の面積占有率が70%以上であることを特徴とする耐食性部材。」に関する発明が開示されている。特許文献7では、耐食性部材の主面に、0.01μm以上0.1μm以下の微粒を含むスラリーを含浸処理させた後、500℃以上の熱処理温度で焼成して、耐食膜を形成することとしている。   In Patent Document 7, “a corrosion-resistant member in which a corrosion-resistant film made of ceramics fired after coating is formed on the surface of a substrate, and the surface of the corrosion-resistant film is magnified by a scanning electron microscope is observed. Further, an invention relating to a corrosion-resistant member characterized in that the area occupation ratio of crystal grains is 70% or more is disclosed. In Patent Document 7, a main surface of a corrosion-resistant member is impregnated with a slurry containing fine particles of 0.01 μm or more and 0.1 μm or less, and then fired at a heat treatment temperature of 500 ° C. or more to form a corrosion-resistant film. Yes.

特許文献8には「基材表面に、純度が98%以上、膜厚が0.05μm以上10μm以下、平均粒径が50nm以下のセラミック膜が形成されていることを特徴とするセラミックコーティング部材。」に関する発明が開示されている。特許文献8では、基材の表面に、金属アルコキシド、有機金属錯体、酸化物ナノ粒子または非酸化物ナノ粒子の少なくとも一種以上を含む溶液または分散液を用いて成膜した塗布膜を乾燥させ、その後に300℃以上1000℃以下の温度で熱処理して、セラミック膜を形成することとしている。   Patent Document 8 states that “a ceramic coating member in which a ceramic film having a purity of 98% or more, a film thickness of 0.05 μm or more and 10 μm or less, and an average particle diameter of 50 nm or less is formed on the surface of a substrate. Is disclosed. In Patent Document 8, a coating film formed using a solution or dispersion containing at least one kind of metal alkoxide, organometallic complex, oxide nanoparticle or non-oxide nanoparticle is dried on the surface of a substrate, Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower to form a ceramic film.

特許文献9には「基材表面に10nm以上500nm以下のアモルファス構造のイットリウム系セラミックス膜が形成され、その上に結晶質のイットリウム系セラミックス膜が形成されていることを特徴とするイットリウム系セラミックス被覆材。」に関する発明が開示されている。特許文献9では、イットリウム系MOD塗布剤を塗布し、その後、熱処理(具体的には、200℃以上800℃以下の熱処理)をして、結晶質のイットリウム系セラミックス膜を形成することとしている。   Patent Document 9 states that “an yttrium-based ceramic film having an amorphous structure of 10 nm to 500 nm is formed on a substrate surface, and a crystalline yttrium-based ceramic film is formed thereon. An invention relating to “materials” is disclosed. In Patent Document 9, an yttrium-based MOD coating agent is applied, and then a heat treatment (specifically, a heat treatment at 200 ° C. or higher and 800 ° C. or lower) is performed to form a crystalline yttrium-based ceramic film.

特開平11−21187号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-21187 特開平8−81258号公報JP-A-8-81258 特開2003−335589号公報JP 2003-335589 A 特開2001−152307号公報JP 2001-152307 A 特開2003−119087号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-119087 特開2002−180233号公報JP 2002-180233 A 特開2009−29686号公報JP 2009-29686 A 特開2008−120654号公報JP 2008-120654 A 特開2006−199545号公報JP 2006-199545 A

特許文献1に記載の発明では、セラミックスの表面にフィルムを形成し、そのフィルムを被洗浄面から剥離させることによりパーティクルの原因となる微粒子を除去するものであるが、粒界、気孔内に入り込んだ微粒子の除去は困難である。   In the invention described in Patent Document 1, a film is formed on the surface of the ceramic and the fine particles that cause particles are removed by peeling the film from the surface to be cleaned. It is difficult to remove fine particles.

特許文献2に記載の発明は、1000〜1550℃の熱処理によってパーティクルの原因となるマイクロクラックを修復することとしているが、粒界、気孔内に入り込んだ微粒子の除去はできない。   In the invention described in Patent Document 2, microcracks that cause particles are repaired by heat treatment at 1000 to 1550 ° C., but the fine particles that enter the grain boundaries and pores cannot be removed.

特許文献3〜6に記載の発明は、いずれも溶射セラミックスへの皮膜形成を目的とするものであり、そもそもパーティクルの問題を解決するものではない。また、特許文献3〜5は、セラミックス表面の全面に皮膜を形成させるものであるから、セラミックスの機能を発揮できない。   The inventions described in Patent Documents 3 to 6 are all for the purpose of forming a film on thermal sprayed ceramics, and do not solve the problem of particles in the first place. Moreover, since patent documents 3 to 5 form a film on the entire surface of the ceramic surface, the function of the ceramic cannot be exhibited.

また、セラミックス等の溶射によって皮膜を形成し、パーティクルを低減する方法の場合、例えば周期的に洗浄を必要とする部品については、洗浄により溶射自体が部材から剥離する為、1回または数回の洗浄ごとに再溶射を施す必要がある。この洗浄ごとの溶射費用は装置のランニングコストを上げる要因となっている。このコストを削減する為には恒久的に有効な処理方法の発明が必要となる。   In the case of a method of forming a film by thermal spraying of ceramics or the like and reducing particles, for example, for parts that require periodic cleaning, since the thermal spraying itself peels off from the member by cleaning, one or several times It is necessary to re-spray every cleaning. The spraying cost for each cleaning is a factor that increases the running cost of the apparatus. In order to reduce this cost, an invention of a permanently effective processing method is required.

特許文献7〜9に記載の発明は、いずれもセラミックスの基材に比較的厚肉の皮膜(イットリウムなどのセラミックス膜)を形成するものであり、基本的には、基材の表面に形成された皮膜によって、耐食性を確保しようとするものである。いずれも、耐食性を向上するという意味では一定の効果があるものと考えられるが、パーティクルの発生について十分に検討されていない。従って、半導体プロセスで使用中に、基材の表面に形成された膜が剥離したり、粉体が飛散したりといった問題が発生する場合がある。   The inventions described in Patent Documents 7 to 9 all form a relatively thick film (ceramic film such as yttrium) on a ceramic substrate, and are basically formed on the surface of the substrate. The coating is intended to ensure corrosion resistance. In any case, it is considered that there is a certain effect in terms of improving the corrosion resistance, but the generation of particles has not been sufficiently studied. Therefore, during use in a semiconductor process, there may be a problem that a film formed on the surface of the base material is peeled off or powder is scattered.

本発明者らは、上記の問題を解決するために、セラミックス焼結体が有する優れた耐食性を維持しつつ、恒久的にパーティクルの発生を防止する方法について鋭意研究を行った結果、下記の知見を得た。   In order to solve the above problems, the present inventors conducted extensive research on a method for permanently preventing the generation of particles while maintaining the excellent corrosion resistance of the ceramic sintered body. Got.

(A)セラミックス焼結体の全面を皮膜で覆ったのではセラミックス焼結体が本来有する機能を発揮できず、耐食性部材としての機能が皮膜の性能によって左右されることになる。また、全面被覆の場合、剥離等の耐久性の問題がある。従って、セラミックス焼結体の全面(処理雰囲気と接触する面の全面)を覆わない構成とするのが望ましい。   (A) If the entire surface of the ceramic sintered body is covered with a film, the function inherent to the ceramic sintered body cannot be exhibited, and the function as a corrosion-resistant member depends on the performance of the film. Further, in the case of full-surface coating, there is a problem of durability such as peeling. Therefore, it is desirable to have a configuration that does not cover the entire surface of the ceramic sintered body (the entire surface in contact with the processing atmosphere).

(B)パーティクルの発生原因の一つは、焼成時、研削加工時などに生じるセラミックスの微粒子の飛散によるものである。即ち、焼成炉内に飛散したセラミックス微粒子、研削加工時に発生したセラミックス微粒子などは、セラミックス焼結体表面に付着するが、超音波洗浄等の従来知られている様々な洗浄方法を用いたとしても、結晶粒界の隙間、微小気孔内、加工傷内などに入り込んだ微粒子を完全に除去することは困難である。従って、これらの微小空間に残存したセラミックス微粒子を除去するのではなく、セラミックス微粒子を微小空間内に固定することが必要である。   (B) One of the causes of generation of particles is due to scattering of ceramic fine particles generated during firing or grinding. That is, the ceramic fine particles scattered in the firing furnace and the ceramic fine particles generated during the grinding process adhere to the surface of the ceramic sintered body, but even if various conventionally known cleaning methods such as ultrasonic cleaning are used. It is difficult to completely remove the fine particles that have entered the gaps between the crystal grain boundaries, the micropores, the processing flaws, and the like. Therefore, it is necessary to fix the ceramic fine particles in the minute space instead of removing the ceramic fine particles remaining in the minute space.

(C)パーティクルの発生原因のもう一つは、セラミックス部材に生じたマイクロクラックにより発生した微小片が装置運転中に脱落することによるものである。従って、セラミックス部材の表面には、マイクロクラックによる微小片の脱落を防止するための定着材を存在させることが必要である。   (C) Another cause of the generation of particles is that microscopic pieces generated by microcracks generated in the ceramic member fall off during operation of the apparatus. Therefore, it is necessary that a fixing material for preventing the micro-pieces from dropping off due to micro cracks is present on the surface of the ceramic member.

(D)上記(B)および(C)に記載された原因によるパーティクルは、装置運用の比較的初期の段階にて大量に発生する。従来のセラミックス部材を用いた場合、パーティクルの発生量は、運用を続けることにより徐々に低減するものの、パーティクル数が使用可能な数に減少するまでは、製品処理を行うことはできない。   (D) Particles due to the causes described in (B) and (C) above are generated in large quantities at a relatively early stage of operation of the apparatus. When a conventional ceramic member is used, the amount of generated particles is gradually reduced by continuing operation, but product processing cannot be performed until the number of particles is reduced to a usable number.

本発明者らは、上記の知見に基づき、特願2008−211289号において、皮膜材をセラミックス焼結体に塗布し、これが完全に硬化する前にウエスなどで拭き取り、乾燥、硬化させることで、処理表面に基材表面と皮膜表面とを混在させた表面処理セラミックスに関する発明を提案している。この表面処理セラミックスは、使用環境が200℃程度まではパーティクルがほとんど発生することがないが、使用環境が高温になるにつれ皮膜材が分解してパーティクルが増加することが判明した。本発明者らは、この問題について鋭意研究を重ねた結果、下記(E)の知見を得た。 Based on the above findings, the present inventors applied a coating material to a ceramic sintered body in Japanese Patent Application No. 2008-211289, wiped with a waste cloth or the like before it was completely cured, dried, and cured, An invention relating to surface-treated ceramics in which a substrate surface and a film surface are mixed on the treated surface is proposed. In this surface-treated ceramic, particles were hardly generated until the use environment was about 200 ° C., but it was found that the coating material decomposes and particles increase as the use environment becomes high temperature. As a result of intensive studies on this problem, the present inventors have obtained the following knowledge (E).

(E)セラミックス焼結体基材表面の凹部に選択的に被覆した皮膜は、その熱分解温度以上の温度での熱処理が施されると、酸化物皮膜となる。このようにして形成された酸化物皮膜は、250℃以上の使用環境においても剥離または飛散することがない。   (E) The film selectively coated on the recesses on the surface of the ceramic sintered body base material becomes an oxide film when heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature. The oxide film thus formed does not peel off or scatter even in a use environment of 250 ° C. or higher.

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、セラミックス焼結体が本来有する機能を発揮しつつ、特に、250℃以上の使用環境においてもパーティクルの飛散が発生しないセラミックス部材およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and exhibits a function inherent to a ceramic sintered body, and in particular, a ceramic member in which particle scattering does not occur even in a use environment of 250 ° C. or higher and its manufacture It aims to provide a method.

本発明は、下記(1)〜(3)に示す表面処理セラミックス部材および下記(4)〜(8)に示す表面処理セラミックス部材の製造方法を要旨とする。   The gist of the present invention is the surface-treated ceramic member shown in the following (1) to (3) and the method for producing the surface-treated ceramic member shown in the following (4) to (8).

(1)気孔率が1%以下のセラミックス焼結体基材の少なくとも一部に皮膜形成表面を有するセラミックス部材であって、セラミックス焼結体基材表面の凹部が酸化物皮膜によって選択的に被覆されていることを特徴とする表面処理セラミックス部材。   (1) A ceramic member having a film-forming surface on at least a part of a ceramic sintered body base material having a porosity of 1% or less, wherein a concave portion on the ceramic sintered body base material is selectively covered with an oxide film A surface-treated ceramic member characterized by being made.

(2)酸化物皮膜が、金属酸化物前駆組成物を被覆した後、熱処理を実施して酸化物に変換された皮膜であることを特徴とする上記(1)の表面処理セラミックス部材。   (2) The surface-treated ceramic member according to the above (1), wherein the oxide film is a film that is coated with the metal oxide precursor composition and then converted into an oxide by heat treatment.

(3)半導体または電子デバイス製造装置に用いられることを特徴とする上記(1)または(2)の表面処理セラミックス部材。   (3) The surface-treated ceramic member according to (1) or (2), which is used in a semiconductor or electronic device manufacturing apparatus.

(4)気孔率が1%以下のセラミックス焼結体基材の表面に金属酸化物前駆組成物で構成される皮膜材を塗布し、その硬化前に該皮膜材がセラミックス焼結体基材表面の凹部に残存するような条件で該皮膜材の一部を除去し、該皮膜材を硬化させた後、該皮膜材に酸化処理を施すことを特徴とする表面処理セラミックス部材の製造方法。   (4) A coating material composed of a metal oxide precursor composition is applied to the surface of a ceramic sintered body base material having a porosity of 1% or less, and the coating material is the surface of the ceramic sintered body base material before curing. A method for producing a surface-treated ceramic member, comprising: removing a part of the coating material under conditions such that the coating material remains, curing the coating material, and then oxidizing the coating material.

(5)皮膜材の一部の除去が、拭き取りにより行われることを特徴とする上記(4)の表面処理セラミックス部材の製造方法。   (5) The method for producing a surface-treated ceramic member according to (4), wherein part of the coating material is removed by wiping.

(6)酸化処理が、金属酸化物前駆組成物の熱分解温度以上の温度域での熱処理であることを特徴とする上記(4)または(5)の表面処理セラミックス部材の製造方法。   (6) The method for producing a surface-treated ceramic member according to (4) or (5) above, wherein the oxidation treatment is a heat treatment in a temperature range equal to or higher than a thermal decomposition temperature of the metal oxide precursor composition.

(7)セラミックス焼結体がアルミナ焼結体であることを特徴とする上記(4)〜(6)のいずれかに記載の表面処理セラミックス部材の製造方法。   (7) The method for producing a surface-treated ceramic member according to any one of (4) to (6), wherein the ceramic sintered body is an alumina sintered body.

本発明によれば、セラミックス焼結体が本来有する機能、即ち、優れた耐食性を発揮しつつ、焼成時、研削加工時などに発生し、セラミックス焼結体表面の気孔内などの微小空間に残存した微粒子またはマイクロクラックに起因して発生するパーティクルの飛散を防止することができる。特に、250℃以上の高温の使用環境においてもパーティクルの飛散が少ない。従って、本発明の表面処理セラミックス部材は、例えば、半導体デバイス製造装置、液晶ディスプレイ製造装置などにおいて、高温雰囲気、腐食性ガス雰囲気またはプラズマ雰囲気に曝される部材に用いるのに最適である。   According to the present invention, the ceramic sintered body originally has a function, that is, excellent corrosion resistance, occurs during firing, grinding, etc., and remains in a minute space such as a pore on the surface of the ceramic sintered body. Scattering of particles generated due to the generated fine particles or microcracks can be prevented. In particular, there is little scattering of particles even in a high temperature use environment of 250 ° C. or higher. Therefore, the surface-treated ceramic member of the present invention is optimally used for a member exposed to a high temperature atmosphere, a corrosive gas atmosphere, or a plasma atmosphere in, for example, a semiconductor device manufacturing apparatus, a liquid crystal display manufacturing apparatus, and the like.

試験No.1のSEM像Test No. SEM image of 1 気孔率が0.1%のアルミナ基材にケイ素アルコキシド化合物を塗布し、これをウエスで拭き取った後、加熱により重合反応を完結、硬化させたゾルゲル皮膜を有する表面処理セラミックスのSEM像An SEM image of a surface-treated ceramic having a sol-gel film that has been coated with a silicon alkoxide compound on an alumina substrate having a porosity of 0.1%, wiped with a waste cloth, and then completed and cured by heating. 試験No.4のSEM像Test No. 4 SEM image 試験No.5のSEM像Test No. 5 SEM image 試験No.15のSEM像Test No. 15 SEM images 試験No.4のSEM像と、それに対応するEPMA像(SiおよびAl)Test No. 4 SEM images and corresponding EPMA images (Si and Al)

1.基材(セラミックス焼結体)
セラミックス焼結体としては、本来の化学的に安定な機能を発現させるために、気孔率が1%以下の緻密質で微小組織を呈するものを用いる。気孔率が1%を超えると、機械的特性及び耐食性が低下するからである。また、セラミックス溶射被膜の場合は、緻密に焼結した焼結体と比較すると多孔質であり、さらに機械的強度が弱いとともに、比表面積が大きいので、耐食性も劣る。このため、脱粒などによるパーティクルが発生しやすい材料であるため、本発明の表面処理セラミックス部材には用いることができない。また、気孔内に残存させた金属酸化物前駆組成物が熱処理の過程で粒状化し、パーティクルの発生原因となるおそれがある。
1. Base material (ceramic sintered body)
As the ceramic sintered body, in order to express the original chemically stable function, a ceramic sintered body having a fine structure with a porosity of 1% or less is used. This is because if the porosity exceeds 1%, the mechanical properties and corrosion resistance deteriorate. Further, in the case of a ceramic sprayed coating, it is more porous than a sintered body that is densely sintered, and has a low mechanical strength and a large specific surface area, and therefore has poor corrosion resistance. For this reason, since it is a material which easily generates particles due to degranulation, it cannot be used for the surface-treated ceramic member of the present invention. Further, the metal oxide precursor composition left in the pores may be granulated in the course of heat treatment and cause generation of particles.

本発明に用いるセラミックス材料には、特に制限はないが、アルミナ、イットリア、ジルコニア、ムライト、コーディエライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン等の一般的なセラミックス材料を用いることができる。このうち、特に、耐食性及び耐熱性に優れるアルミナ、窒化アルミニウム、イットリアなどを用いるのが望ましい。   The ceramic material used in the present invention is not particularly limited, and general ceramic materials such as alumina, yttria, zirconia, mullite, cordierite, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, and sialon can be used. Among these, it is particularly desirable to use alumina, aluminum nitride, yttria, etc., which are excellent in corrosion resistance and heat resistance.

セラミックス焼結体の製造方法には、特に制限はなく、一般的な製造方法を採用すればよい。例えば、平均粒径で0.01〜1μm程度の粉末原料に、公知の成形バインダーを添加し、スプレードライ法などの公知の方法により造粒した後、金型プレス、CIP(冷間静水圧成形)により得られた成形体を焼成して製造することができる。粉末原料には、必要に応じて公知の焼結助剤を添加してもよい。このとき、酸化物系セラミックスであれば、大気炉を用いることができる。また、非酸化物系セラミックスであれば、真空炉のほか、窒素、アルゴン等の雰囲気焼成炉を用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of a ceramic sintered compact, What is necessary is just to employ | adopt a general manufacturing method. For example, after adding a known molding binder to a powder raw material having an average particle diameter of about 0.01 to 1 μm and granulating it by a known method such as a spray drying method, a die press, CIP (cold isostatic pressing) ) Can be produced by firing. A known sintering aid may be added to the powder raw material as necessary. At this time, an atmospheric furnace can be used as long as it is an oxide-based ceramic. For non-oxide ceramics, an atmosphere firing furnace such as nitrogen or argon can be used in addition to a vacuum furnace.

2.皮膜(酸化物)
本発明の表面処理セラミックス部材は、上記のセラミックス焼結体からなる基材の表面に酸化物皮膜を形成したものである。この酸化物皮膜は、例えば、金属酸化物前駆組成物を基材に塗布、乾燥した後、熱処理を実施することによって得ることができる。金属酸化物前駆組成物としては、熱処理によって酸化物に転化可能なものであれば特に制約はないが、作業性の観点からは、塗布時には液体であるものが好ましい。
2. Film (oxide)
The surface-treated ceramic member of the present invention is obtained by forming an oxide film on the surface of a base material made of the ceramic sintered body. This oxide film can be obtained, for example, by applying a metal oxide precursor composition to a substrate and drying it, followed by heat treatment. The metal oxide precursor composition is not particularly limited as long as it can be converted into an oxide by heat treatment, but from the viewpoint of workability, a metal oxide precursor composition that is liquid at the time of application is preferable.

例えば、MOD(Metal Organic Decomposition、有機金属)材料を用いることができる。MOD材料とは、金属の有機化合物を有機溶剤に溶解した溶液である。このMOD材料は、基材への塗布、乾燥後に、熱処理を実施することで酸化物皮膜を形成する材料である。また、金属酸化物前駆組成物として、液状のシリコーンゴム、ゾルゲル材料などを用いることもできる。液状シリコーンゴムは、特に低粘度のものか、溶剤で希釈して塗布可能なものがよい。ここでのゾルゲル材料とは、金属アルコキシド化合物、金属アルコキシド等を加水分解、重合させた化合物であり、液体化合物を選定することが望ましい。また、ゾルゲル材料に対しては、基材への塗布や浸透に適した性状となるように重合反応を制御したり、溶剤等を添加したりしてもよい。このゾルゲル材料も、基材への塗布、乾燥後に、熱分解温度以上の熱処理を実施することで酸化物皮膜を形成する材料である。   For example, a MOD (Metal Organic Decomposition, organic metal) material can be used. The MOD material is a solution in which a metal organic compound is dissolved in an organic solvent. This MOD material is a material that forms an oxide film by performing heat treatment after application to a substrate and drying. Moreover, liquid silicone rubber, sol-gel material, etc. can also be used as a metal oxide precursor composition. The liquid silicone rubber is particularly preferably low-viscosity or can be applied by diluting with a solvent. The sol-gel material here is a compound obtained by hydrolyzing and polymerizing a metal alkoxide compound, a metal alkoxide or the like, and it is desirable to select a liquid compound. Moreover, with respect to the sol-gel material, the polymerization reaction may be controlled or a solvent may be added so as to obtain a property suitable for application to and penetration into the base material. This sol-gel material is also a material that forms an oxide film by performing heat treatment at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature after application to a substrate and drying.

上記の酸化物皮膜は、セラミックス焼結体の少なくとも半導体製造装置などにおいて処理雰囲気に曝される表面に存在する凹部(結晶粒界の隙間、微小気孔、加工傷など)に選択的に埋め込まれ、凹部以外の部分にはセラミックス焼結体が露出するように形成させ、セラミックス焼結体の処理表面がセラミックス焼結体基材の表面と酸化物皮膜の表面とが混在している必要がある。ここで処理雰囲気とは、処理ガス雰囲気(アルゴンガス、水素ガス、ハロゲン等の腐食ガスなど)、プラズマ雰囲気、熱処理時の真空雰囲気などである。   The oxide film is selectively embedded in recesses (gap between crystal grain boundaries, micropores, processing flaws, etc.) existing on the surface exposed to the processing atmosphere in at least a semiconductor manufacturing apparatus of a ceramic sintered body, It is necessary that the ceramic sintered body is formed so as to be exposed at portions other than the recesses, and the surface of the ceramic sintered body is mixed with the surface of the ceramic sintered body substrate and the surface of the oxide film. Here, the processing atmosphere includes a processing gas atmosphere (such as a corrosive gas such as argon gas, hydrogen gas, and halogen), a plasma atmosphere, and a vacuum atmosphere during heat treatment.

これは、前掲のように、セラミックス焼結体の凹部には微粒子などが残存しており、また、焼成工程、加工工程などにおいてマイクロクラックが形成されている場合がある。上記の酸化物皮膜は、凹部を選択的に被覆し、そこに存在する微粒子を捕捉して飛散を防止すると共に、マイクロクラックにより生じた微小片の脱落をも防止する役割を担う。特に、セラミックス焼結体基材表面の凹部が酸化物皮膜によって選択的に被覆されている場合には、250℃以上という高温の使用環境においてもパーティクルの飛散を抑止することが可能となる。   This is because, as described above, fine particles or the like remain in the concave portions of the ceramic sintered body, and microcracks may be formed in the firing step, the processing step, or the like. The above oxide film selectively covers the recesses, captures the fine particles present therein, prevents scattering, and plays a role in preventing the falling off of the fine pieces caused by the microcracks. In particular, when the recesses on the surface of the ceramic sintered body substrate are selectively covered with an oxide film, it is possible to suppress the scattering of particles even in a high temperature use environment of 250 ° C. or higher.

一方で、耐食性に優れるセラミックス焼結体が露出している。このセラミックス焼結体が露出した面は、もともと凹みがない平滑な部分であるので、洗浄等により微粒子を除去しやすく、パーティクルが発生しにくいため、この部分は、セラミックス焼結体を露出させて、本来の機能を発揮させるべき部位である。   On the other hand, the ceramic sintered body excellent in corrosion resistance is exposed. The surface on which this ceramic sintered body is exposed is a smooth part that is originally free of dents. Therefore, it is easy to remove fine particles by washing, etc., and particles are not easily generated. It is a part that should exhibit its original function.

処理表面に基材表面と酸化物皮膜表面とを混在させるためには、例えば、前掲の金属酸化物前駆組成物などで構成される皮膜液をセラミックス焼結体基材に塗布し、これが完全に硬化する前にウエスなどで拭き取り、乾燥、硬化させ、その後、酸化処理を行って酸化するのが有用である。この作業は、1回でも効果が発揮されるが、2回以上行うのがより望ましい。基材表面としては、研削面のほか、焼成面、熱処理面、ブラスト面などであってもよい。   In order to mix the substrate surface and the oxide film surface on the treated surface, for example, a coating liquid composed of the above-mentioned metal oxide precursor composition or the like is applied to the ceramic sintered body substrate, and this is completely Before curing, it is useful to wipe off with a waste cloth, dry and cure, and then oxidize by performing an oxidation treatment. This operation is effective even once, but it is more desirable to perform this operation twice or more. The substrate surface may be a ground surface, a fired surface, a heat-treated surface, a blast surface, or the like.

ここで、比較的平滑な面(この面には、微粒子が残存しにくい)においては、皮膜液は容易に除去できるが、凹部(気孔等)には皮膜液が残存する。そして、凹部に残存した皮膜液が乾燥、硬化した後に、熱処理を施すと、皮膜液が酸化し、凹部内の壁面に強固に結合するので、脱落することはなく、250℃以上という高温の使用環境においてもパーティクルの飛散を抑止することが可能となる。   Here, on a relatively smooth surface (fine particles are unlikely to remain on this surface), the coating solution can be easily removed, but the coating solution remains in the recesses (such as pores). And after the coating liquid remaining in the recesses is dried and cured, the coating liquid is oxidized and firmly bonded to the wall surface in the recesses, so that it does not fall off and is used at a high temperature of 250 ° C. or higher. It is possible to suppress scattering of particles even in the environment.

酸化処理の条件については、特に制約はないが、金属酸化物前駆組成物の熱分解温度以上の温度域で行うことが好ましい。熱処理は、1500℃以上の温度域で行うことが好ましい。これにより、基材と皮膜とを一体化してパーティクルの飛散を防止する効果が更に高まるからである。熱処理を基材の熱エッチングが生じる温度以上で行えば、基材と皮膜との結合が強化され、パーティクルの飛散を防止する効果が更に高まる。   Although there is no restriction | limiting in particular about the conditions of an oxidation process, It is preferable to carry out in the temperature range more than the thermal decomposition temperature of a metal oxide precursor composition. The heat treatment is preferably performed in a temperature range of 1500 ° C. or higher. This is because the effect of preventing the scattering of particles by integrating the base material and the film is further enhanced. If the heat treatment is performed at a temperature higher than the temperature at which the base material is thermally etched, the bond between the base material and the film is strengthened, and the effect of preventing particle scattering is further enhanced.

表1に掲げる材質および気孔率を有する種々のセラミックス基材(面粗さRa:0.7±0.1μm、寸法:30mm×30mm×2.5mm)を作製し試験片とした。一部の試験片には皮膜材を塗布した。一部の試験片については、塗布した皮膜材をウエスで拭き取った。また、一部の試験片については、熱処理を施した。これらの試験片の作成条件を表1に併記した。各種試験片について、その皮膜の剥離発生状況およびパーティクルの発生個数を求めた。その結果も表1に併記した。   Various ceramic base materials (surface roughness Ra: 0.7 ± 0.1 μm, dimensions: 30 mm × 30 mm × 2.5 mm) having the materials and porosity listed in Table 1 were prepared and used as test pieces. A coating material was applied to some test pieces. About some test pieces, the apply | coated film | membrane material was wiped off with the waste cloth. Some test pieces were subjected to heat treatment. The conditions for preparing these test pieces are also shown in Table 1. About various test pieces, the peeling | exfoliation generation | occurrence | production state of the film | membrane and the generation | occurrence | production number of particles were calculated | required. The results are also shown in Table 1.

<パーティクル数>
純水を入れたビーカーの中に各試験片を挿入し、このビーカーを、超音波発信機を備えた槽の中に装着した後、室温で104kHzの超音波を1分間負荷し、ビーカーの純水中に飛散したパーティクルの数を液中パーティクルカウンター(測定範囲0.5〜20μm)で測定し、1μm以上のパーティクルの数を求めた。得られた各種試験片のパーティクル数から試験No.1(皮膜無しの気孔率が0.1%のアルミナを使った例)に対する相対比率(以下、単に「パーティクル相対比率」という。)を算出した。
<Number of particles>
Each test piece is inserted into a beaker containing pure water, and the beaker is mounted in a tank equipped with an ultrasonic transmitter, and then ultrasonic waves of 104 kHz are loaded for 1 minute at room temperature, The number of particles scattered in water was measured with an in-liquid particle counter (measurement range: 0.5 to 20 μm), and the number of particles of 1 μm or more was determined. From the number of particles of the various test pieces obtained, test No. The relative ratio (hereinafter simply referred to as “particle relative ratio”) to 1 (an example in which alumina without a film having a porosity of 0.1%) was calculated.

<熱分解収束温度>
示差熱天秤(TG−DTA)を用いて、皮膜材料(酸化物前駆体)を不活性ガス雰囲気中で1500℃まで加熱した時の質量変化量(TG)および示差熱(DTA)を測定し、1500℃におけるTG値(TG)を求め、そのTGとの差が連続的に1%以内となる温度域における最小温度を熱分解収束温度とする。
<Pyrolysis convergence temperature>
Using a differential thermal balance (TG-DTA), the mass change (TG) and differential heat (DTA) when the coating material (oxide precursor) is heated to 1500 ° C. in an inert gas atmosphere are measured, A TG value (TG 0 ) at 1500 ° C. is obtained, and a minimum temperature in a temperature range where the difference from TG 0 is continuously within 1% is defined as a thermal decomposition convergence temperature.

Figure 2011162422
Figure 2011162422

〔試験No.1〜16について〕
これらの例は、いずれも気孔率が0.1%のアルミナを基材に使った例である。試験No.1は、このアルミナ基材に皮膜を形成せず、また熱処理もしない例である。
[Test No. About 1-16]
In these examples, alumina having a porosity of 0.1% is used as the base material. Test No. No. 1 is an example in which no film is formed on the alumina base material and no heat treatment is performed.

試験No.2および3は、アルミナ基材に皮膜を形成せず、熱処理を行った例である。試験No.2および3では、パーティクル相対比率がそれぞれ0.451および0.203であり、一応、パーティクル防止効果が確認できる。   Test No. 2 and 3 are examples in which heat treatment was performed without forming a film on the alumina base material. Test No. In 2 and 3, the particle relative ratios are 0.451 and 0.203, respectively, and the particle prevention effect can be confirmed once.

試験No.4および5は、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.4および5では、パーティクル相対比率がそれぞれ0.068および0.056であり、試験No.2および3よりも格段に優れたパーティクル防止効果を有していた。 Test No. Nos. 4 and 5 were coated with a SiO 2 precursor composition (MOD material), then wiped off, and then subjected to heat treatment to convert to oxide, and the recesses on the surface of the substrate were selectively selected by the oxide film. This is an example of coating. Test No. 4 and 5, the particle relative ratios were 0.068 and 0.056, respectively. It had a particle prevention effect far superior to 2 and 3.

試験No.6は、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施することなく、熱処理を実施して酸化物に変換させた例である。試験No.6では、皮膜の剥離が発生するとともに、パーティクル相対比率が5.12と極端に大きくなった。 Test No. No. 6 is an example in which the SiO 2 precursor composition (MOD material) was coated and then converted into an oxide by heat treatment without wiping. Test No. In No. 6, peeling of the film occurred, and the relative particle ratio became extremely large at 5.12.

試験No.7および8は、Al前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.7および8では、パーティクル相対比率がそれぞれ0.156および0.097であり、試験No.2および3よりも格段に優れたパーティクル防止効果を有していた。 Test No. Nos. 7 and 8 were coated with an Al 2 O 3 precursor composition (MOD material), then wiped off, and then subjected to a heat treatment to convert it into an oxide. This is an example of selective coating. Test No. 7 and 8, the relative particle ratios were 0.156 and 0.097, respectively. It had a particle prevention effect far superior to 2 and 3.

試験No.9は、Al前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施することなく、熱処理を実施して酸化物に変換させた例である。試験No.9では、皮膜の剥離が発生するとともに、パーティクル相対比率が6.53と極端に大きくなった。 Test No. No. 9 is an example in which an Al 2 O 3 precursor composition (MOD material) is coated and then converted into an oxide by heat treatment without wiping. Test No. In No. 9, peeling of the film occurred, and the relative particle ratio was extremely large at 6.53.

試験No.10および11は、YAG前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.10および11では、パーティクル相対比率がそれぞれ0.107および0.062であり、試験No.2および3よりも格段に優れたパーティクル防止効果を有していた。   Test No. Nos. 10 and 11 were coated with a YAG precursor composition (MOD material), then wiped off, and then heat-treated to convert to oxides so that the recesses on the surface of the substrate were selectively formed by the oxide film. This is an example of coating. Test No. 10 and 11, the relative particle ratios are 0.107 and 0.062, respectively. It had a particle prevention effect far superior to 2 and 3.

試験No.12は、YAG前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施することなく、熱処理を実施して酸化物に変換させた例である。試験No.12では、皮膜の剥離が発生するとともに、パーティクル相対比率が6.34と極端に大きくなった。   Test No. No. 12 is an example in which after the YAG precursor composition (MOD material) was coated, it was converted into an oxide by heat treatment without wiping. Test No. No. 12, peeling of the film occurred, and the particle relative ratio was extremely large at 6.34.

試験No.13および14は、Y前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.13および14では、パーティクル相対比率がそれぞれ0.085および0.063であり、試験No.2および3よりも格段に優れたパーティクル防止効果を有していた。 Test No. Nos. 13 and 14 were coated with a Y 2 O 3 precursor composition (MOD material), then wiped off, and then subjected to heat treatment to convert it into an oxide. This is an example of selective coating. Test No. 13 and 14, the particle relative ratios were 0.085 and 0.063, respectively. It had a particle prevention effect far superior to 2 and 3.

試験No.15は、YAG前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施することなく、熱処理を実施して酸化物に変換させた例である。試験No.15では、皮膜の剥離が発生するとともに、パーティクル相対比率が6.23と極端に大きくなった。   Test No. No. 15 is an example in which after the YAG precursor composition (MOD material) is coated, it is converted into an oxide by heat treatment without wiping. Test No. In No. 15, peeling of the film occurred, and the particle relative ratio was extremely increased to 6.23.

試験No.16は、熱分解温度が低いSiO−Al前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.16では、パーティクル相対比率が0.122であり、試験No.2および3よりも格段に優れたパーティクル防止効果を有していた。 Test No. 16, after coating a SiO 2 —Al 2 O 3 precursor composition (MOD material) having a low thermal decomposition temperature, wiping was performed, and then heat treatment was performed to convert it into an oxide. In this example, the recess is selectively covered with an oxide film. Test No. 16 has a particle relative ratio of 0.122. It had a particle prevention effect far superior to 2 and 3.

〔試験No.17〜20について〕
これらの例は、試験No.1〜16とは異なる気孔率(0.9%または0%)のアルミナを基材に使った例である。
[Test No. About 17-20]
These examples are described in Test No. This is an example in which alumina having a porosity (0.9% or 0%) different from 1 to 16 is used as a base material.

試験No.17は、気孔率が0.9%のアルミナ基材に皮膜を形成せず、また熱処理もしない例であり、試験No.18は、同じアルミナ基材に、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.18では、パーティクル相対比率が0.875であり、同じアルミナ基材を使用した試験No.17(パーティクル相対比率:1.13)と比較してパーティクル発生を減らすことができた。 Test No. No. 17 is an example in which a film is not formed on an alumina base material having a porosity of 0.9% and heat treatment is not performed. 18, after coating the same alumina base material with a SiO 2 precursor composition (MOD material), wiping was performed, and then heat treatment was performed to convert the oxide into oxides. This is an example of selective coating with a film. Test No. No. 18 has a particle relative ratio of 0.875 and test No. 1 using the same alumina substrate. Compared with 17 (particle relative ratio: 1.13), particle generation could be reduced.

試験No.19は、気孔率が0%のアルミナ基材に皮膜を形成せず、また熱処理もしない例であり、試験No.20は、同じアルミナ基材に、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.20では、パーティクル相対比率が0.083であり、同じアルミナ基材を使用した試験No.19(パーティクル相対比率:0.601)と比較してパーティクル発生を減らすことができた。 Test No. No. 19 is an example in which a film is not formed on an alumina base material having a porosity of 0% and heat treatment is not performed. No. 20, after coating the same alumina base material with the SiO 2 precursor composition (MOD material), wiping was performed, and then heat treatment was performed to convert it into an oxide. This is an example of selective coating with a film. Test No. No. 20 has a relative particle ratio of 0.083, and test No. 20 using the same alumina base material. Compared to 19 (particle relative ratio: 0.601), particle generation was reduced.

〔試験No.21〜25について〕
これらの例は、試験No.1〜20とは材質が異なるイットリアを基材に使った例である。
[Test No. About 21-25]
These examples are described in Test No. 1 to 20 are examples in which yttria having a different material is used as a base material.

試験No.21は、気孔率が0.2%のイットリア基材に皮膜を形成せず、また熱処理もしない例であり、試験No.22は、同じイットリア基材に、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例であり、試験No.23は、同じイットリア基材に、Y前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.22および23では、パーティクル相対比率がそれぞれ0.087および0.109であり、同じイットリア基材を使用した試験No.21(パーティクル相対比率:1.05)と比較してパーティクル発生を減らすことができた。 Test No. No. 21 is an example in which no film is formed on the yttria base material having a porosity of 0.2%, and no heat treatment is performed. No. 22, the same yttria base material was coated with a SiO 2 precursor composition (MOD material), then wiped off, and then heat-treated to convert it into an oxide, whereby the concave portion on the surface of the base material was oxidized. This is an example of selective coating with a film. 23, after coating the same yttria base material with the Y 2 O 3 precursor composition (MOD material), wiping was performed, and then heat treatment was performed to convert it into an oxide, thereby forming a recess on the base material surface. This is an example of selective coating with an oxide film. Test No. In Nos. 22 and 23, the relative particle ratios are 0.087 and 0.109, respectively. Compared with 21 (particle relative ratio: 1.05), particle generation could be reduced.

試験No.24は、気孔率が2.1%のイットリア基材に皮膜を形成せず、また熱処理もしない例であり、試験No.25は、同じイットリア基材に、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.25では、パーティクル相対比率がそれぞれ2.52であった。基材表面の凹部が酸化物皮膜によって選択的に被覆されていても、基材の気孔率が大きすぎる場合には、パーティクルの発生を減らすことができなかった。 Test No. No. 24 is an example in which a film is not formed on a yttria base material having a porosity of 2.1% and heat treatment is not performed. 25, the same yttria base material was coated with a SiO 2 precursor composition (MOD material), then wiped off, and then heat-treated to convert it into an oxide, whereby the recess on the surface of the base material was oxidized. This is an example of selective coating with a film. Test No. In No. 25, the relative particle ratio was 2.52. Even if the recesses on the surface of the substrate were selectively covered with the oxide film, the generation of particles could not be reduced if the porosity of the substrate was too large.

〔試験No.26および27について〕
これらの例は、試験No.1〜20とは材質が異なるジルコニアを基材に使った例である。
[Test No. About 26 and 27]
These examples are described in Test No. 1 to 20 are examples in which zirconia having a different material is used as a base material.

試験No.21は、気孔率が0.2%のイットリア基材に皮膜を形成せず、また熱処理もしない例であり、試験No.22は、同じアルミナ基材に、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例であり、試験No.23は、同じアルミナ基材に、Y前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させて、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆した例である。試験No.22および23では、パーティクル相対比率がそれぞれ0.087および0.109であり、同じイットリア基材を使用した試験No.21(パーティクル相対比率:1.05)と比較してパーティクル発生を減らすことができた。 Test No. No. 21 is an example in which no film is formed on the yttria base material having a porosity of 0.2%, and no heat treatment is performed. 22, after the same alumina base material was coated with the SiO 2 precursor composition (MOD material), wiping was performed, and then heat treatment was performed to convert the oxide into oxides. This is an example of selective coating with a film. 23, after coating the same alumina base material with the Y 2 O 3 precursor composition (MOD material), wiping was performed, and then heat treatment was performed to convert it into an oxide, so that the concave portions on the surface of the base material were formed. This is an example of selective coating with an oxide film. Test No. In Nos. 22 and 23, the relative particle ratios are 0.087 and 0.109, respectively. Compared with 21 (particle relative ratio: 1.05), particle generation could be reduced.

各種試験片の表面状態を確認するため、一部の試験片についてSEM像およびEPMA像を撮影した。   In order to confirm the surface state of various test pieces, SEM images and EPMA images were taken for some of the test pieces.

図1は、試験No.1のSEM像を、図2は、気孔率が0.1%のアルミナ基材にケイ素アルコキシド化合物重合体のゾルゲルを塗布し、これをウエスで拭き取った表面処理セラミックスのSEM像を、図3、4および5は、それぞれ試験No.4、5および15のSEM像をそれぞれ示している。図6は、試験No.4のSEM像と、それに対応するEPMA像(SiおよびAl)を示している。   FIG. FIG. 2 shows an SEM image of the surface-treated ceramic obtained by applying a silicon alkoxide compound polymer sol-gel to an alumina substrate having a porosity of 0.1% and wiping it with a waste cloth. 4 and 5 are test Nos. SEM images of 4, 5 and 15 are shown, respectively. FIG. 4 shows an SEM image of 4 and an EPMA image (Si and Al) corresponding to the SEM image.

図1および2に示すように、アルミナ基材のままでは表面に粉体が付着しており、また、基材表面はざらついており、細かい突起が装置使用中に脱落しかねない状態にあるが、これに気孔率が0.1%のアルミナ基材にケイ素アルコキシド化合物重合体のゾルゲルを塗布し、これをウエスで拭き取ったものであれば、粉体や脱落しかねない突起を覆っている。このような表面処理セラミックスは、使用環境が200℃程度まではパーティクルがほとんど発生することがないが、既に述べたように、使用環境が250℃以上になるとパーティクルが急激に増加する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the powder remains on the surface of the alumina substrate as it is, and the surface of the substrate is rough and fine protrusions may fall off during use of the apparatus. If a silicon alkoxide compound polymer sol-gel is applied to an alumina substrate having a porosity of 0.1% and then wiped off with a waste cloth, it covers powders and protrusions that may fall off. In such surface-treated ceramics, particles are hardly generated until the use environment is about 200 ° C., but as described above, the particles rapidly increase when the use environment is 250 ° C. or higher.

一方、図3および4に示すように、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、1500℃または1650℃での熱処理を実施して酸化物に変換させれば、アルミナ基材に存在していた粉体および突起が完全に覆われるとともに、皮膜が基材と一体化していた。更に1650℃での熱処理を行なった例では、基材が熱エッチングを受け、酸化物皮膜と基材との結合がより強固となっていた。 On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, after coating the SiO 2 precursor composition (MOD material), wiping is performed, and then heat treatment at 1500 ° C. or 1650 ° C. is performed to convert the oxide into an oxide. For example, the powder and protrusions present on the alumina substrate were completely covered, and the film was integrated with the substrate. Further, in the example in which heat treatment was performed at 1650 ° C., the base material was subjected to thermal etching, and the bond between the oxide film and the base material was further strengthened.

図5に示すように、1650℃での熱処理を実施しても、皮膜材の拭き取りを行わなければ、基材表面の凹部を酸化物皮膜によって選択的に被覆できず、表面に皮膜材由来の多くの突起が生じた。この突起は、装置の使用環境で容易に脱落、飛散することが予想される。   As shown in FIG. 5, even if the heat treatment at 1650 ° C. is performed, if the coating material is not wiped off, the concave portions on the surface of the base material cannot be selectively covered with the oxide film, and the surface is derived from the coating material. Many protrusions occurred. This protrusion is expected to easily fall off and scatter in the usage environment of the apparatus.

図6に示すように、基材表面の凹部に該当する部分にSiが存在していることが分かる。すなわち、SiO前駆組成物(MOD材料)を被覆した後、拭き取りを実施し、その後、熱処理を実施して酸化物に変換させた表面処理セラミックス部材では、基材表面の凹部が酸化物皮膜によって選択的に被覆されていることが分かる。 As shown in FIG. 6, it can be seen that Si is present in a portion corresponding to the concave portion on the surface of the substrate. That is, in the surface-treated ceramic member that has been coated with the SiO 2 precursor composition (MOD material), then wiped off, and then converted into an oxide by heat treatment, the recesses on the substrate surface are covered with the oxide film. It can be seen that it is selectively coated.

本発明によれば、セラミックス焼結体が本来有する機能、即ち、優れた耐食性を発揮しつつ、焼成時、研削加工時などに発生し、セラミックス焼結体表面の気孔内などの微小空間に残存した微粒子またはマイクロクラックに起因して発生するパーティクルの飛散を防止することができる。特に、250℃以上の高温の使用環境においてもパーティクルの飛散が少ない。従って、本発明の表面処理セラミックス部材は、例えば、半導体デバイス製造装置、液晶ディスプレイ製造装置などにおいて、高温雰囲気、腐食性ガス雰囲気またはプラズマ雰囲気に曝される部材に用いるのに最適である。   According to the present invention, the ceramic sintered body originally has a function, that is, excellent corrosion resistance, occurs during firing, grinding, etc., and remains in a minute space such as a pore on the surface of the ceramic sintered body. Scattering of particles generated due to the generated fine particles or microcracks can be prevented. In particular, there is little scattering of particles even in a high temperature use environment of 250 ° C. or higher. Therefore, the surface-treated ceramic member of the present invention is optimally used for a member exposed to a high temperature atmosphere, a corrosive gas atmosphere, or a plasma atmosphere in, for example, a semiconductor device manufacturing apparatus, a liquid crystal display manufacturing apparatus, and the like.

Claims (7)

気孔率が1%以下のセラミックス焼結体基材の少なくとも一部に皮膜形成表面を有するセラミックス部材であって、
セラミックス焼結体基材表面の凹部が酸化物皮膜によって選択的に被覆されていることを特徴とする表面処理セラミックス部材。
A ceramic member having a film-forming surface on at least a part of a ceramic sintered body substrate having a porosity of 1% or less,
A surface-treated ceramic member, wherein a concave portion on the surface of a ceramic sintered body is selectively covered with an oxide film.
酸化物皮膜が、金属酸化物前駆組成物を被覆した後、熱処理を実施して酸化物に変換された皮膜であることを特徴とする請求項1に記載の表面処理セラミックス部材。   2. The surface-treated ceramic member according to claim 1, wherein the oxide film is a film converted into an oxide by performing a heat treatment after coating the metal oxide precursor composition. 3. 半導体または電子デバイス製造装置に用いられることを特徴とする請求項1または2に記載の表面処理セラミックス部材。   The surface-treated ceramic member according to claim 1, wherein the surface-treated ceramic member is used in a semiconductor or electronic device manufacturing apparatus. 気孔率が1%以下のセラミックス焼結体基材の表面に金属酸化物前駆組成物で構成される皮膜材を塗布し、その硬化前に該皮膜材がセラミックス焼結体基材表面の凹部に残存するような条件で該皮膜材の一部を除去し、該皮膜材を硬化させた後、該皮膜材に酸化処理を施すことを特徴とする表面処理セラミックス部材の製造方法。   A coating material composed of a metal oxide precursor composition is applied to the surface of a ceramic sintered body substrate having a porosity of 1% or less, and the coating material is applied to the recesses on the surface of the ceramic sintered body substrate before curing. A method for producing a surface-treated ceramic member, comprising: removing a part of the coating material under conditions such that it remains, curing the coating material, and then oxidizing the coating material. 皮膜材の一部の除去が、拭き取りにより行われることを特徴とする請求項4に記載の表面処理セラミックス部材の製造方法。 The method for producing a surface-treated ceramic member according to claim 4, wherein part of the coating material is removed by wiping. 酸化処理が、金属酸化物前駆組成物の熱分解温度以上の温度域での熱処理であることを特徴とする請求項4または5に記載の表面処理セラミックス部材の製造方法。   The method for producing a surface-treated ceramic member according to claim 4 or 5, wherein the oxidation treatment is a heat treatment in a temperature range equal to or higher than a thermal decomposition temperature of the metal oxide precursor composition. セラミックス焼結体がアルミナ焼結体であることを特徴とする請求項4から6までのいずれかに記載の表面処理セラミックス部材の製造方法。   The method for producing a surface-treated ceramic member according to any one of claims 4 to 6, wherein the ceramic sintered body is an alumina sintered body.
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