JP2020012192A - Composite structure, semiconductor manufacturing equipment including composite structure, and display manufacturing apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a ceramic coat excellent in particle resistance; and to provide a method for evaluating particle resistance of the ceramic coat.SOLUTION: A composite structure includes a substrate, and a structure provided on the substrate, and having a surface. The composite structure in which the structure includes a polycrystalline ceramic, and brightness Sa calculated from its TEM image analysis satisfies a prescribed value, can be used suitably as an internal member of semiconductor manufacturing equipment requiring particle resistance.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、基材表面に多結晶セラミックスをコートして、基材に機能が付与された複合構造物に関する。また、本発明は該複合構造物を備えた半導体製造装置並びにディスプレイ製造装置に関する。特に、本発明は、半導体製造装置部材など、腐食性プラズマに曝される環境において用いられる耐パーティクル性(low-particle generation)に優れた複合構造物および該複合構造物を備えた半導体製造装置並びにディスプレイ製造装置に関する。   The present invention relates to a composite structure in which a substrate is provided with a function by coating the surface of the substrate with polycrystalline ceramic. The present invention also relates to a semiconductor manufacturing device and a display manufacturing device provided with the composite structure. In particular, the present invention relates to a composite structure excellent in particle resistance (low-particle generation) used in an environment exposed to corrosive plasma, such as a member of a semiconductor manufacturing apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus having the composite structure, and The present invention relates to a display manufacturing device.

基材表面にセラミックスをコートして、基材に機能を付与する技術が知られている。例えば、そのようなセラミックコートとして、半導体製造装置等におけるチャンバー構成部材の耐プラズマ性コート、放熱基材等における絶縁性コート、光学ミラー等における超平滑コート、摺動部材等における耐傷性・耐摩耗性コートなどがある。このような部材の高機能化等に伴ってその要求水準は高いものとなっており、これらのセラミックコートにあって、その性能を支配するのはその材料組成だけではなく、その物理的構造、とりわけ微構造であることがある。   2. Description of the Related Art There is known a technique in which a ceramic is coated on the surface of a base material to impart a function to the base material. For example, as such a ceramic coat, a plasma-resistant coat of a chamber constituent member in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, an insulative coat in a heat dissipation base or the like, an ultra-smooth coat in an optical mirror or the like, a scratch-resistant and abrasion resistant in a sliding member or the like There is a nature coat and the like. The demand level has become higher with the enhancement of the functions of such members, and in these ceramic coats, it is not only the material composition that governs the performance but also the physical structure, It may be especially microstructured.

こうしたセラミックコートを得るための手法として、エアロゾルデポジション法(Aerosol deposition method:AD法)、プラズマやイオンアシストにより厚膜化したPVD(Physical Vapor Deposition)法(PEPVD(Plasma-Enhanced Physical Vapor Deposition)法、IAD(Ion Assisted Deposition)法)、微細な原料のサスペンション(懸濁液)を用いたサスペンション溶射法等の各種セラミックコーティング技術が開発されている。   As a technique for obtaining such a ceramic coat, an aerosol deposition method (AD method), a PVD (Physical Vapor Deposition) method (PEPVD (Plasma-Enhanced Physical Vapor Deposition) method) in which a film is thickened by plasma or ion assist. Various types of ceramic coating techniques, such as an IAD (Ion Assisted Deposition) method and a suspension spraying method using a suspension (suspension) of a fine raw material, have been developed.

これらの方法により注意深く製造されたセラミックコートは微構造の制御もある程度なされている。これまでの報告では、SEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)などの画像解析法により確認された気孔率は0.01〜0.1%とされている。   Ceramic coats carefully manufactured by these methods also have some control over the microstructure. In previous reports, the porosity confirmed by an image analysis method such as a scanning electron microscope (SEM) is 0.01 to 0.1%.

例えば、特開2005−217351号公報(特許文献1)は、耐プラズマ性を有する半導体製造装置用部材として、ポア占有率が0.05面積%以下のイットリア多結晶体からなる層状構造物を開示する。この層状構造物は、好適な耐プラズマ性を有するとされている。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-217351 (Patent Document 1) discloses, as a member for a semiconductor manufacturing apparatus having plasma resistance, a layered structure made of a polycrystalline yttria having a pore occupancy of 0.05 area% or less. I do. This layered structure is said to have suitable plasma resistance.

また、韓国特許20170077830A公報(特許文献2)は、プラズマおよび腐食ガスに対する抵抗性が高いYF透明フッ素系薄膜を開示する。このYF薄膜は、気孔率が0.01−0.1%と緻密なため、プラズマなどに対する抵抗性が高いとされている。また、耐電圧が50−150V/μmとされている。 Also, Korean Patent No. 2017778830A (Patent Document 2) discloses a YF 3 transparent fluorine-based thin film having high resistance to plasma and corrosive gas. It is said that the YF 3 thin film has a high porosity of 0.01-0.1% and thus has high resistance to plasma and the like. The withstand voltage is set to 50 to 150 V / μm.

特表2016−511796号公報(特許文献3)は、粒径200−900nmの範囲の構成粒子と、粒径900nm−10μmの範囲の構成粒子とを含むYなどのセラミック被膜を開示する。この被膜は、気孔率が0.01−0.1%と緻密であり、プラズマなどに対する抵抗性が高い、とされている。また、耐電圧が80−120V/μmとされている。 Japanese Patent Application Publication No. 2006-511796 (Patent Document 3) discloses a ceramic coating such as Y 2 O 3 containing constituent particles having a particle size of 200 to 900 nm and constituent particles having a particle size of 900 nm to 10 μm. . This coating is said to be dense with a porosity of 0.01-0.1% and high in resistance to plasma and the like. The withstand voltage is set to 80 to 120 V / μm.

日本化学会誌1979,(8),p.1106〜1108(非特許文献1)には透明な板状試料である酸化イットリウム焼結体の光学特性として、屈折率と反射率を開示する(図10参照)。   The Chemical Society of Japan 1979, (8), p. 1106 to 1108 (Non-Patent Document 1) disclose a refractive index and a reflectance as optical characteristics of a yttrium oxide sintered body that is a transparent plate-shaped sample (see FIG. 10).

半導体製造装置分野においては、半導体デバイスの微細化は年々進み、EUV(Extreme ultraviolet lithography)が実用化されれば、それは数nmに達すると推測されている。IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc)が作成したIRDS(International Roadmap for Devices and Systems)、MORE MOORE WHITE PAPER 2016EDITIONによると、2017年のデバイス間横方向のハーフピッチは18.0nmであるが、2019年には12.0nm、2021年以降は10.0nm以下に小さくなると予測されている。   In the field of semiconductor manufacturing equipment, miniaturization of semiconductor devices is progressing year by year, and it is estimated that if EUV (Extreme ultraviolet lithography) is put into practical use, it will reach several nm. According to IRDS (International Roadmap for Devices and Systems) and MORE MOORE WHITE PAPER 2016 EDITION prepared by IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc), the half pitch in the horizontal direction between devices in 2017 is 18.0 nm. , 2019, it is predicted to decrease to 12.0 nm, and from 2021 onwards, it will decrease to 10.0 nm or less.

こうした半導体の高集積化を目的とした、回路線幅の細線化、回路ピッチの微細化がさらに進行する。また、例えばエッチング工程においてはCF、NFなどのフッ素系プラズマや、塩素系プラズマなどの腐食性プラズマが用いられる。そして、今後は今まで以上の高密度プラズマを用いた処理が行われるようになり、半導体製造装置内の各種部材にはより高いレベルでの耐パーティクル性が求められている。 For the purpose of high integration of such semiconductors, the circuit line width and the circuit pitch are further reduced. Further, for example, in the etching step, a corrosive plasma such as a fluorine-based plasma such as CF 4 or NF 3 or a chlorine-based plasma is used. In the future, processing using high-density plasma will be performed more than ever, and various members in a semiconductor manufacturing apparatus are required to have a higher level of particle resistance.

従来、セラミックコートの耐プラズマ性はその気孔率と相関し、プラズマ侵食によるセラミックコートの消耗自体を抑制すればパーティクルの発生は抑えられるとの発想のもと、構造物の気孔率を例えば0.01〜0.1%と小さくすることで、パーティクルによる課題を解決してきた。しかしながら、本発明者らの得た知見によれば、更なる微細化が進むうちに気孔率が非常に小さな構造物であっても、パーティクル発生抑制の課題を解決できなくなってきた。すなわち、気孔率を指標としたセラミックコートの消耗量だけでなく、別の視点でパーティクルの発生をより高精度に制御しなければならないとの理解に至った。   Conventionally, the plasma resistance of a ceramic coat correlates with its porosity, and the generation of particles can be suppressed by suppressing the consumption itself of the ceramic coat due to plasma erosion. The problem of particles has been solved by reducing the size to 01 to 0.1%. However, according to the knowledge obtained by the present inventors, it has become impossible to solve the problem of suppressing the generation of particles even with a structure having an extremely small porosity while further miniaturization proceeds. That is, they came to the understanding that not only the consumption of the ceramic coat using the porosity as an index but also the generation of particles from another viewpoint must be controlled with higher precision.

すなわち、近年のデバイス微細化、プラズマの高密度化にあっては、気孔率が0.01〜0.1%でほとんど気孔を含まないとされるセラミック構造物であってもパーティクル課題は依然として存在しており、更なる耐パーティクル性を有する構造物が求められている。また、将来的な半導体回路の線幅数nmレベルの微細なデバイスにおいてもパーティクル課題を解決できるセラミック構造物が求められている。   That is, in recent years of device miniaturization and high-density plasma, even with a ceramic structure having a porosity of 0.01 to 0.1% and containing almost no pores, the particle problem still exists. Therefore, a structure having further particle resistance is required. Further, there is a demand for a ceramic structure that can solve the particle problem even in a fine device having a line width of several nanometers in a semiconductor circuit in the future.

特開2005−217351号公報JP 2005-217351 A 韓国特許20170077830A公報Korean patent 20170778030A 特表2016−511796号公報JP 2006-511796 A

日本化学会誌1979,(8),p.1106〜1108「酸化イットリウム焼結体の屈折率と反射率」The Chemical Society of Japan 1979, (8), p. 1106 to 1108 “Refractive index and reflectance of yttrium oxide sintered body”

本発明者らは、今般、例えば半導体製造装置等の腐食性プラズマ環境に曝される状況で用いられるセラミックコートにおいて、パーティクルの影響を極めて小さくすることが可能な複合構造物を得ることに成功した。そして、いくつかの指標が、極めて高いレベルでの耐パーティクル性能と高い相関性を有することを見出し、その上でこれら指標、具体的には、後記する第1から第5の態様による指標により規定される、耐パーティクル性に優れた構造物の作成に成功した。   The present inventors have recently succeeded in obtaining a composite structure capable of extremely reducing the influence of particles in a ceramic coat used in a situation exposed to a corrosive plasma environment such as a semiconductor manufacturing apparatus. . Then, it was found that some indices have a high correlation with the particle resistance performance at an extremely high level, and thereafter, these indices, specifically defined by indices according to the first to fifth aspects described later. Successfully created a structure with excellent particle resistance.

したがって、本発明は、微構造が制御された多結晶セラミック構造物を備えた複合構造物の提供、とりわけ、高度の微細化、プラズマの高密度化においてもパーティクルの発生を抑制するとの課題を解決可能な多結晶セラミック構造物を基材上に備える複合構造物の提供をその目的としている。   Therefore, the present invention solves the problem of providing a composite structure having a polycrystalline ceramic structure with a controlled microstructure, and in particular, suppressing the generation of particles even in highly miniaturized and high-density plasma. It is an object to provide a composite structure comprising a possible polycrystalline ceramic structure on a substrate.

また、本発明は、該複合構造物を備えた半導体製造装置並びにディスプレイ製造装置の提供をその目的としている。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a display manufacturing apparatus provided with the composite structure.

本発明による複合構造物100の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a composite structure 100 according to the present invention. 本発明に係る輝度Saの評価方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a method for evaluating luminance Sa according to the present invention. TEM観察試料90の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a TEM observation sample 90. 構造物10のTEM画像Gを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a TEM image G of a structure 10. TEM画像G及び1ピクセル毎の輝度値を示す図である。It is a figure which shows the TEM image G and the brightness value for every pixel. TEM画像Gの輝度補正を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a luminance correction of a TEM image G. 輝度取得領域Rにおける輝度値を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a luminance value in a luminance acquisition region R. 複合構造物100を半導体製造装置部材301として用いた場合の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example at the time of using the composite structure 100 as the semiconductor manufacturing apparatus member 301. 複合構造物100を半導体製造装置部材302として用いた場合の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example at the time of using the composite structure 100 as the semiconductor manufacturing apparatus member 302. エアロゾルデポジション法に用いられる装置構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the apparatus structure used for an aerosol deposition method. 構造物10の倍率40万倍のTEM画像である。4 is a TEM image of the structure 10 at a magnification of 400,000. 構造物10の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。It is a scanning electron microscope (SEM) image of the structure 10. 構造物10の透過型電子顕微鏡画像(TEM)画像Gである。6 is a transmission electron microscope image (TEM) image G of the structure 10. 基準耐プラズマ性試験後の構造物10表面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。It is a scanning electron microscope (SEM) image of the structure 10 surface after a reference plasma resistance test. 基準耐プラズマ性試験後の構造物10表面の腐食痕面積を示すグラフである。It is a graph which shows the corrosion trace area of the structure 10 after a reference | standard plasma resistance test. 構造物10の表面10aにおける輝度Saと腐食痕面積との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between luminance Sa on a surface 10a of a structure 10 and an area of a corrosion mark. 構造物10の表面10aにおける水素量と腐食痕面積との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen on the surface 10a of the structure 10 and the area of the corrosion trace. 複合構造物の微構造について説明するための模式的断面図である。It is a typical sectional view for explaining the microstructure of a composite structure. 構造物10の波長と屈折率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a wavelength of a structure 10 and a refractive index. 従来技術にかかる酸化イットリウム焼結体の屈折率の波長分散を示すグラフである。4 is a graph showing the wavelength dispersion of the refractive index of a yttrium oxide sintered body according to the related art.

複合構造物
本発明による複合構造物の基本構造を、図1を用いて説明する。図1は、本発明による複合構造物100の断面模式図である。構造物10は、基材70の表面70aの上に設けられる。この構造物10は、表面10aを備える。この表面10aは、当該複合構造物に構造物10により付与される物性・特性が求められる環境において、当該環境に晒される面である。したがって、例えば、本発明による複合構造物が、構造物10により耐パーティクル性という物性・特性が付与された複合構造物にあっては、当該複合構造物の表面10は、プラズマなど腐食性ガスに曝される面である。本発明において、構造物10は、多結晶セラミックスを含む。さらに、本発明による複合構造物が備える構造物10は、後記する第1乃至第5の態様における指標において所定の値を示す。
Composite Structure The basic structure of the composite structure according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view of a composite structure 100 according to the present invention. The structure 10 is provided on the surface 70 a of the base 70. This structure 10 has a surface 10a. The surface 10a is a surface that is exposed to the environment in an environment where the physical properties and characteristics imparted by the structure 10 to the composite structure are required. Therefore, for example, in the case where the composite structure according to the present invention is a composite structure in which the physical properties and characteristics of particle resistance are provided by the structure 10, the surface 10 of the composite structure is exposed to corrosive gas such as plasma. The exposed surface. In the present invention, the structure 10 includes a polycrystalline ceramic. Furthermore, the structure 10 included in the composite structure according to the present invention shows a predetermined value in the index in the first to fifth aspects described later.

本発明による複合構造物が備える構造物10は、いわゆるセラミックコートである。セラミックコートを施すことにより、基材70に種々の物性・特性を付与することが出来る。なお、本明細書にあっては、構造物(またはセラミック構造物)とセラミックコートとは、特に断らない限り、同義に用いる。   The structure 10 provided in the composite structure according to the present invention is a so-called ceramic coat. By applying the ceramic coat, various physical properties and characteristics can be imparted to the substrate 70. In this specification, a structure (or a ceramic structure) and a ceramic coat are used synonymously unless otherwise specified.

本発明の一つの態様によれば、構造物10は多結晶セラミックスを主成分する。多結晶セラミックスの含有量は、70%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。最も好ましくは、構造物10は、100%の多結晶セラミックスからなる。   According to one aspect of the present invention, structure 10 is based on polycrystalline ceramics. The content of the polycrystalline ceramic is 70% or more, preferably 90% or more, and more preferably 95% or more. Most preferably, the structure 10 is made of 100% polycrystalline ceramic.

また、本発明の一つの態様によれば、構造物10が多結晶領域とアモルファス領域とを含むものであってもよいが、構造物10が多結晶のみから構成されることがより好ましい。   In addition, according to one embodiment of the present invention, the structure 10 may include a polycrystalline region and an amorphous region, but it is more preferable that the structure 10 be composed of only polycrystal.

結晶子サイズの測定方法
本発明において構造物10を構成する多結晶セラミックスの大きさは、下記測定条件により得られる平均結晶子サイズとして3nm以上50nm以下である。さらに好ましくはその上限は30nmであり、より好ましくは20nm、さらに好ましくは15nmである。またその好ましい下限は5nmである。本発明におけるこの「平均結晶子サイズ」は、倍率40万倍以上で透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission electron Microscope)画像を撮影し、この画像において結晶子15個の円形近似による直径の平均値より算出した値である。このとき、収束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)加工時のサンプル厚みを30nm程度に十分薄くする。これにより、より明確に結晶子を判別することができる。撮影倍率は、40万倍以上の範囲で適宜選択することができる。図11は、結晶子サイズ測定のためのTEM画像の例である。具体的には、図11は倍率200万倍における構造物10のTEM画像である。図中、10cで示される領域が結晶子である。
Method for Measuring Crystallite Size In the present invention, the size of the polycrystalline ceramic constituting the structure 10 is 3 nm or more and 50 nm or less as an average crystallite size obtained under the following measurement conditions. More preferably, the upper limit is 30 nm, more preferably 20 nm, even more preferably 15 nm. The preferred lower limit is 5 nm. The “average crystallite size” in the present invention is obtained by taking a transmission electron microscope (TEM) image at a magnification of 400,000 times or more, and calculating an average diameter of 15 crystallites in this image by circular approximation. This is a calculated value. At this time, the sample thickness at the time of processing a focused ion beam (FIB) is sufficiently reduced to about 30 nm. Thereby, the crystallite can be distinguished more clearly. The photographing magnification can be appropriately selected within a range of 400,000 times or more. FIG. 11 is an example of a TEM image for crystallite size measurement. Specifically, FIG. 11 is a TEM image of the structure 10 at a magnification of 2,000,000. In the figure, the region indicated by 10c is a crystallite.

構造物10を構成するセラミックスは、上記のとおり、基材70に付与を望む物性・特性により適宜決定されてよく、金属酸化物、金属フッ化物、金属窒化物、金属炭化物、またはそれらの混合物であってよい。本発明の一つの態様によれば、耐パーティクル性に優れる化合物として、希土類元素の酸化物、フッ化物、酸フッ化物(LnOF)、またはそれらの混合物が材料として挙げられる。より具体的には上記希土類元素Lnとして、Y、Sc、Yb、Ce、Pr、Eu、La、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Luが挙げられる。   As described above, the ceramics constituting the structure 10 may be appropriately determined according to the physical properties and characteristics desired to be imparted to the base material 70, and include a metal oxide, a metal fluoride, a metal nitride, a metal carbide, or a mixture thereof. May be. According to one embodiment of the present invention, as a compound having excellent particle resistance, an oxide of a rare earth element, a fluoride, an oxyfluoride (LnOF), or a mixture thereof is given as a material. More specifically, the rare earth element Ln includes Y, Sc, Yb, Ce, Pr, Eu, La, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Lu.

また、絶縁性の構造物10の場合には、Al、ZrO、AlN、SiC、Si、コージェライト、フォルステライト、ムライト、シリカ、等の材料を用いることができる。 Further, in the case of the structure 10 of the insulating property, it can be used Al 2 O 3, ZrO 2, AlN, SiC, Si 3 N 4, cordierite, forsterite, mullite, silica, a material such as.

本発明において、構造物10の膜厚は、求められる用途、特性、膜強度等を勘案して適宜決定されてよい。一般的には、0.1〜50μmの範囲であり、上限は例えば20μm、10μm、または5μm、さらに1μm以下であってもよい。ここで、構造物10の膜厚は、例えば構造物10を切断し、その破断面のSEM観察により確認することができる。   In the present invention, the film thickness of the structure 10 may be appropriately determined in consideration of the required use, characteristics, film strength, and the like. Generally, it is in the range of 0.1 to 50 μm, and the upper limit may be, for example, 20 μm, 10 μm, or 5 μm, or even 1 μm or less. Here, the film thickness of the structure 10 can be confirmed, for example, by cutting the structure 10 and observing the fractured surface by SEM observation.

本発明において、基材70は、構造物10により機能が付与される対象であり、適宜決定されてよい。その材質を例示すれば、セラミックス、金属、および樹脂などが挙げられ、さらにそれらの複合物であってもよい。複合物の例としては、樹脂とセラミックスの複合基材や、繊維強化プラスチックとセラミックスの複合基材などが挙げられる。また、その形状も特に限定されず、平板、凹面、凸面などであってもよい。   In the present invention, the base material 70 is an object to which a function is provided by the structure 10 and may be appropriately determined. Examples of the material include ceramics, metals, resins, and the like, and a composite thereof may be used. Examples of the composite include a composite substrate of resin and ceramic, a composite substrate of fiber-reinforced plastic and ceramic, and the like. The shape is not particularly limited, and may be a flat plate, a concave surface, a convex surface, or the like.

本発明の一つの態様によれば、構造物10と接合する基材70の表面70aは平滑であることが、良好な構造物10の形成のために好ましい。本発明の一つの態様によれば、基材70の表面70a表面に、例えば、ブラスト、物理的研磨、ケミカルメカニカルポリッシング、ラッピング、化学的研磨、の少なくともいずれかを施し、表面70aの凹凸を除去する。このような凹凸除去は、その後の表面70aが、例えばその2次元の算術平均粗さRaが0.2μm以下より好ましくは0.1μm以下、または2次元の算術平均高さRzが3μm以下となるよう行われることが好ましい。   According to one embodiment of the present invention, it is preferable that the surface 70 a of the base material 70 to be bonded to the structure 10 be smooth for the formation of a good structure 10. According to one embodiment of the present invention, the surface 70a of the substrate 70 is subjected to at least one of blasting, physical polishing, chemical mechanical polishing, lapping, and chemical polishing to remove irregularities on the surface 70a. I do. In such unevenness removal, the surface 70a thereafter has, for example, a two-dimensional arithmetic average roughness Ra of 0.2 μm or less, more preferably 0.1 μm or less, or a two-dimensional arithmetic average height Rz of 3 μm or less. It is preferable to be performed as follows.

本発明による複合構造物は、半導体製造装置内の各種部材、とりわけ腐食性プラズマ雰囲気に暴露される環境において用いられる部材として好適に用いることが出来る。半導体製造装置内部の部材には、既に述べたように耐パーティクル性が求められる。本発明による複合構造物が備える多結晶セラミックスを含む構造物は、高い耐パーティクル性を有するからである。   The composite structure according to the present invention can be suitably used as various members in a semiconductor manufacturing apparatus, particularly, a member used in an environment exposed to a corrosive plasma atmosphere. The members inside the semiconductor manufacturing apparatus are required to have particle resistance as described above. This is because the structure including the polycrystalline ceramic included in the composite structure according to the present invention has high particle resistance.

本発明による複合構造物を、腐食性プラズマ雰囲気に暴露される環境において用いられる部材として用いる場合、構造物10を構成するセラミックの組成としては、Y、イットリウムオキシフッ化物(YOF、Y,Y,YおよびY171423)、(YO0.8260.17)F1.174、YF、Er、Gd、Nd、YAl12、YAl、ErAl12、GdAl12、ErAl、ErAlO、GdAl、GdAlO、NdAl12、NdAl、NdAlO、等が挙げられる。 When the composite structure according to the present invention is used as a member used in an environment exposed to a corrosive plasma atmosphere, the composition of the ceramic constituting the structure 10 may be Y 2 O 3 , yttrium oxyfluoride (YOF, YF). 5 O 4 F 7 , Y 6 O 5 F 8 , Y 7 O 6 F 9 and Y 17 O 14 F 23 ), (YO 0.826 F 0.17 ) F 1.174 , YF 3 , Er 2 O 3 , Gd 2 O 3, Nd 2 O 3, Y 3 Al 5 O 12, Y 4 Al 2 O 9, Er 3 Al 5 O 12, Gd 3 Al 5 O 12, Er 4 Al 2 O 9, ErAlO 3, Gd 4 Al 2 O 9 , GdAlO 3 , Nd 3 Al 5 O 12 , Nd 4 Al 2 O 9 , NdAlO 3 , and the like.

耐プラズマ性
後記する第1から第5の態様による指標により規定される本発明による複合構造物は、耐プラズマ性を備える。その耐プラズマ性は、以下に述べる耐プラズマ性試験を、一つの基準法として評価することができる。以下、本明細書において、この耐プラズマ性試験を「基準耐プラズマ性試験」と呼ぶ。
Plasma Resistance The composite structure according to the present invention, which is defined by indices according to the first to fifth aspects described later, has plasma resistance. The plasma resistance can be evaluated using a plasma resistance test described below as one reference method. Hereinafter, in this specification, this plasma resistance test is referred to as a “reference plasma resistance test”.

本発明の一つの態様として、「基準耐プラズマ性試験」後の構造物10の表面10aの算術平均高さSaが0.060以下である複合構造物が好ましく、より好ましくは0.030以下のものである。算術平均高さSaについては後述する。   As one embodiment of the present invention, a composite structure in which the arithmetic mean height Sa of the surface 10a of the structure 10 after the “reference plasma resistance test” is 0.060 or less is preferable, and more preferably 0.030 or less. Things. The arithmetic mean height Sa will be described later.

「基準耐プラズマ性試験」のための、プラズマエッチング装置として、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング装置(Muc−21 Rv−Aps−Se/住友精密工業製)を使用する。プラズマエッチングの条件は、電源出力としてICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)の出力を1500W、バイアス出力を750W、プロセスガスとしてCHFガス100ccmとOガス10ccmの混合ガス、圧力を0.5Pa、プラズマエッチング時間を1時間とする。 An inductively coupled plasma reactive ion etching apparatus (Muc-21 Rv-Aps-Se / Sumitomo Seimitsu Kogyo) is used as a plasma etching apparatus for the "reference plasma resistance test". The plasma etching conditions were as follows: power supply output: ICP (Inductively Coupled Plasma) output: 1500 W; bias output: 750 W; process gas: a mixed gas of CHF 3 gas 100 ccm and O 2 gas 10 ccm; The plasma etching time is one hour.

プラズマ照射後の構造物10の表面10aの状態をレーザー顕微鏡(例えば、OLS4500/オリンパス製)により撮影する。観察条件等の詳細は後述する。   The state of the surface 10a of the structure 10 after the plasma irradiation is photographed by a laser microscope (for example, OLS4500 / Olympus). Details such as observation conditions will be described later.

得られたSEM像から、プラズマ照射後の表面の算術平均高さSaを算出する。ここで、算術平均高さSaとは、2次元の算術平均粗さRaを3次元に拡張したものであり、3次元粗さパラメータ(3次元高さ方向パラメータ)である。具体的には、算術平均高さSaは、表面形状曲面と平均面とで囲まれた部分の体積を測定面積で割ったものである。すなわち、平均面をxy面、縦方向をz軸とし、測定された表面形状曲線をz(x、y)とすると、算術平均高さSaは、次式で定義される。ここで、式(1)の中の「A」は、測定面積である。
The arithmetic mean height Sa of the surface after plasma irradiation is calculated from the obtained SEM image. Here, the arithmetic mean height Sa is obtained by expanding the two-dimensional arithmetic mean roughness Ra into three dimensions, and is a three-dimensional roughness parameter (three-dimensional height direction parameter). Specifically, the arithmetic average height Sa is obtained by dividing the volume of the portion surrounded by the surface shape curved surface and the average surface by the measured area. That is, assuming that the average plane is the xy plane, the vertical direction is the z axis, and the measured surface shape curve is z (x, y), the arithmetic average height Sa is defined by the following equation. Here, “A” in Expression (1) is a measurement area.

算術平均高さSaは、測定法に基本的には依存しない値であるが、本明細書における「基準耐プラズマ性試験」にあっては、以下の条件下で算出される。算術平均高さSaの算出にはレーザー顕微鏡を用いる。具体的には、レーザー顕微鏡「OLS4500/オリンパス製」を使用する。対物レンズはMPLAPON100xLEXT(開口数0.95、作動距離0.35mm、集光スポット径0.52μm、測定領域128×128μm)を用い、倍率を100倍とする。うねり成分除去のλcフィルターは25μmに設定する。測定は、任意の3箇所で行い、その平均値を算術平均高さSaとする。その他、三次元表面性状国際規格ISO25178を適宜参照する。   The arithmetic mean height Sa is a value that does not basically depend on the measurement method, but is calculated under the following conditions in the “reference plasma resistance test” in this specification. A laser microscope is used to calculate the arithmetic mean height Sa. Specifically, a laser microscope “OLS4500 / Olympus” is used. The objective lens uses MPLAPON 100 × LEXT (numerical aperture 0.95, working distance 0.35 mm, focused spot diameter 0.52 μm, measurement area 128 × 128 μm), and the magnification is 100 times. The λc filter for removing the undulation component is set to 25 μm. The measurement is performed at any three places, and the average value is defined as the arithmetic average height Sa. In addition, the three-dimensional surface texture international standard ISO25178 is appropriately referred to.

本発明の第1の態様
本発明の第1の態様の基礎となる知見として、本発明者らは、例えば半導体製造装置等の腐食性プラズマ環境に曝される状況で用いられる多結晶セラミックスを含む構造物を備えた複合構造物において、パーティクルの影響を極めて小さくすることに成功した。そして、二次イオン質量分析法(Dynamic−Secondary Ion Mass Spectrometry_D−SIMS法)により測定される、構造物に含まれる水素量を指標として用いることで、極めて高いレベルで耐パーティクル性能を評価できることを見出した。
First Aspect of the Present Invention As a basis for the first aspect of the present invention, the present inventors include polycrystalline ceramics used in a situation exposed to a corrosive plasma environment such as a semiconductor manufacturing apparatus. In a composite structure having a structure, the influence of particles has been extremely reduced. Further, it has been found that particle resistance performance can be evaluated at an extremely high level by using an amount of hydrogen contained in a structure, which is measured by a secondary ion mass spectrometry (Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry_D-SIMS method), as an index. Was.

本発明の第1の態様による複合構造物は、基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、前記構造物が多結晶セラミックスを含み、二次イオン質量分析法(Dynamic−Secondary Ion Mass Spectrometry_D−SIMS法)により測定される、測定深さ500nmまたは2μmのいずれかにおける、単位体積あたりの水素原子数が、7*1021atoms/cm以下であるものである。 The composite structure according to the first aspect of the present invention is a composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface, wherein the structure includes polycrystalline ceramics, The number of hydrogen atoms per unit volume at a measurement depth of 500 nm or 2 μm measured by secondary ion mass spectrometry (Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry_D-SIMS method) is 7 * 10 21 atoms / cm 3. It is the following.

図18は、複合構造物の微構造について説明するための模式的断面図である。図18において、(a)は従来の複合構造物110、(b)は本発明に係る複合構造物100である。図中、80がナノレベルの粗構造を表し、90が水分子(OH基)を表している。図18では理解を容易にするために、ナノレベルの粗構造80のサイズを大きくしているが、実際には複合構造物100、110のいずれも、SEM等による従来の評価方法での気孔率は0.01〜0.1%である。   FIG. 18 is a schematic cross-sectional view for describing the microstructure of the composite structure. 18A shows a conventional composite structure 110, and FIG. 18B shows a composite structure 100 according to the present invention. In the figure, 80 indicates a nano-level crude structure, and 90 indicates a water molecule (OH group). In FIG. 18, the size of the nano-level coarse structure 80 is increased for easy understanding. However, actually, both the composite structures 100 and 110 have a porosity according to a conventional evaluation method using an SEM or the like. Is 0.01 to 0.1%.

本発明者らは、気孔率が0.01〜0.1%と低い構造物であっても依然としてパーティクル課題を解決できない場合があることに着目し、より高いレベルでパーティクル課題を解決できる新規な構造物を得ることに成功した。従来の構造物によってパーティクル課題を解決できない原因として、構造物中の微構造として、ナノレベルの粗密ばらつきがあり、この粗構造80におけるプラズマ耐性が密構造と比べて低いと考えた。そして、ナノレベルと僅かな粗構造80には、例えば大気中に含まれる水分子(OH基)が存在していると考え、この定量を行うことで、耐パーティクル性との相関が得られると考えた。つまり水分子(OH基)の水素量を定量することで、より高いレベルでパーティクル課題を解決できる新規な構造物の構成を特定することができることを見出した。   The present inventors have focused on the fact that even with a structure having a low porosity of 0.01 to 0.1%, the particle problem still cannot be solved, and a novel problem that can solve the particle problem at a higher level is considered. The structure was successfully obtained. The reason why the particle problem cannot be solved by the conventional structure is that there is a nano-level coarse / dense variation as a fine structure in the structure, and it is considered that the plasma resistance of the rough structure 80 is lower than that of the dense structure. Then, for example, it is considered that water molecules (OH groups) contained in the atmosphere are present in the nano-level and slightly rough structure 80, and by performing this determination, a correlation with the particle resistance can be obtained. Thought. In other words, it has been found that by quantifying the amount of hydrogen in the water molecule (OH group), it is possible to specify the configuration of a novel structure that can solve the particle problem at a higher level.

具体的には、図18において、本発明の複合構造物100では、従来の複合構造物110と比べて、粗構造80が少なく、粗構造80に存在する水分子(OH基)も少ないと考えられる。後述する二次イオン質量分析法(D−SIMS法)により、構造物10の水素量(単位体積あたりの水素原子数)を定量することにより、耐パーティクル性と関連付けることができる。   Specifically, in FIG. 18, it is considered that the composite structure 100 of the present invention has fewer coarse structures 80 and less water molecules (OH groups) existing in the coarse structure 80 than the conventional composite structure 110. Can be By quantifying the amount of hydrogen (the number of hydrogen atoms per unit volume) of the structure 10 by the secondary ion mass spectrometry (D-SIMS method) described later, it is possible to correlate with the particle resistance.

本発明の第1の態様における水素量測定用試料作成
本発明の第1の態様において、水素量測定用の試料は、例えば以下の方法で作成することができる。
Preparation of Sample for Measurement of Hydrogen Amount in First Embodiment of the Present Invention In the first embodiment of the present invention, a sample for measurement of hydrogen amount can be prepared, for example, by the following method.

まず、構造物10を備えた複合構造物を予めダイシング加工機などで切り出す。このとき、図8及び図9のサンプル取得箇所40に対応する部分を切り出す。その大きさは任意とされてよいが、例えば3mm×3mm〜7mm×7mm、厚み3mm程度とする。なお、サンプルの厚さは用いる測定装置等に従い適宜決定されてよく、基材70において構造物10が形成されていない側の面を削る等により調整する。構造物10の表面10aは、研磨等により、2次元の表面粗さのパラメータである算術平均粗さRaを0.1μm以下、より好ましくは0.01μmとする。構造物10の厚さは少なくとも500nm以上、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上とする。   First, a composite structure having the structure 10 is cut out in advance by a dicing machine or the like. At this time, a portion corresponding to the sample acquisition location 40 in FIGS. 8 and 9 is cut out. The size may be arbitrary, but is, for example, about 3 mm × 3 mm to 7 mm × 7 mm and a thickness of about 3 mm. The thickness of the sample may be appropriately determined according to the measuring device to be used or the like, and is adjusted by shaving the surface of the base material 70 on which the structure 10 is not formed. Arithmetic average roughness Ra, which is a parameter of two-dimensional surface roughness, is set to 0.1 μm or less, more preferably 0.01 μm, on the surface 10 a of the structure 10 by polishing or the like. The thickness of the structure 10 is at least 500 nm or more, preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more.

本発明における水素量測定方法であるD−SIMS法では、一般に、標準試料を用いて測定する。標準試料としては、測定対象の試料と同組成、同構造のものを用いることが望ましい。例えば、試料を少なくとも2個作成し、そのうちの1つを標準試料とすることができる。標準試料の詳細については後述する。   In the D-SIMS method, which is a method for measuring the amount of hydrogen in the present invention, measurement is generally performed using a standard sample. It is desirable to use a standard sample having the same composition and structure as the sample to be measured. For example, at least two samples can be prepared, and one of them can be used as a standard sample. Details of the standard sample will be described later.

水素量測定前の試料の状態について説明する。   The state of the sample before the measurement of the amount of hydrogen will be described.

前述のとおり、本発明では、構造物100のナノレベルの粗構造の特定方法に水素量を用いている。そのため、水素量測定前の試料を所定時間、恒温恒湿槽に放置する等の管理が重要となる。具体的には、本発明では、試料を室温20−25℃、湿度60%±10%、大気圧の状態で24時間以上放置した後で水素量を測定するものとする。   As described above, in the present invention, the amount of hydrogen is used in the method of specifying the nano-level coarse structure of the structure 100. For this reason, it is important to manage the sample before the hydrogen amount measurement in a constant temperature and humidity chamber for a predetermined time. Specifically, in the present invention, the amount of hydrogen is measured after the sample has been left at room temperature of 20 to 25 ° C., humidity of 60% ± 10% and atmospheric pressure for 24 hours or more.

本発明の第1の態様における水素量の測定
次に、本発明の第1の態様における水素量の測定方法について説明する。
Measurement of hydrogen amount in the first aspect of the present invention will now be described a method for measuring the amount of hydrogen in the first aspect of the present invention.

本発明において、水素量は、二次イオン質量分析法:Dynamic−Secondary Ion Mass Spectrometry(D−SIMS法)により測定する。装置として、例えば、CAMECA製 IMF−7fを用いる。   In the present invention, the amount of hydrogen is measured by a secondary ion mass spectrometry: D-SIMS (Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry). As the device, for example, IME-7f manufactured by CAMECA is used.

次に、測定条件について記載する。   Next, measurement conditions will be described.

まず、構造物表面に、導電性の白金(Pt)を蒸着する。測定条件として、一次イオン種にはセシウム(Cs)イオンを用いる。一次加速電圧を15.0kV、検出領域を8μmφとする。測定深さは、500nmおよび2μmとする。   First, conductive platinum (Pt) is deposited on the surface of the structure. As measurement conditions, cesium (Cs) ions are used as primary ion species. The primary acceleration voltage is 15.0 kV, and the detection area is 8 μmφ. The measurement depth is 500 nm and 2 μm.

耐パーティクル性は、プラズマ雰囲気に直接曝露される、構造物表面の性状に大きく依存する。したがって、構造物において、少なくとも表面から深さ500nm程度の領域における水素量を定量することで、水素量と耐パーティクル性とを有効的に結びつけることができる。一方で、構造物の厚さが十分に大きく、かつ表面から測定対象深さまでの微構造が略均質な場合には、2μm程度の領域までを測定対象とすることで、定量結果の信頼性を高めることができる。なお、構造物10が、基材70側の下部領域10bと、表面10a側の上部領域10uと、を有し(図1参照)、その耐パーティクル性を、例えば上部領域10uにおいて下部領域10bよりも高めるような積層構造としている場合には、上部領域10uの領域のみの水素量を定量可能なように、測定深さを設定することが好ましい。この観点より、測定深さ500nmまたは2μmのいずれかにおいて、本発明において規定される水素量であればよい。好ましくは、測定深さ500nmおよびは2μmのいずれにおいても、本発明の水素量を満たす。   Particle resistance is highly dependent on the nature of the structure surface exposed directly to the plasma atmosphere. Therefore, by quantifying the amount of hydrogen in at least a region of about 500 nm in depth from the surface of the structure, the amount of hydrogen and the particle resistance can be effectively linked. On the other hand, if the thickness of the structure is sufficiently large and the microstructure from the surface to the depth to be measured is substantially homogeneous, the reliability of the quantitative results can be improved by measuring the area up to about 2 μm. Can be enhanced. The structure 10 has a lower region 10b on the side of the base material 70 and an upper region 10u on the surface 10a side (see FIG. 1). The particle resistance of the structure 10 is, for example, higher than that of the lower region 10b in the upper region 10u. In the case of a laminated structure that also increases the measurement depth, it is preferable to set the measurement depth so that the amount of hydrogen in only the upper region 10u can be determined. From this viewpoint, the hydrogen amount may be any of the hydrogen amounts defined in the present invention at either the measurement depth of 500 nm or 2 μm. Preferably, the hydrogen content of the present invention is satisfied at both the measurement depth of 500 nm and 2 μm.

水素量の測定には、測定用試料と、標準試料とを用意する。   For the measurement of the amount of hydrogen, a measurement sample and a standard sample are prepared.

標準試料は、測定条件に関わる因子を打ち消すことを目的として、分析対象イオン種の信号強度を試料のマトリックス元素を含むイオン種の信号強度で規格化する為にSIMS法で一般的に用いられる。より具体的には、評価試料と、評価試料と同等なマトリックス成分をもった試料である評価試料用の標準試料と、Si単結晶と、Si単結晶用の標準試料と、を用いる。評価試料用の標準試料とは、評価試料と同等なマトリックス成分を持った試料に対して、重水素を注入したものである。このとき同時にSi単結晶にも重水素を注入し、評価試料用の標準試料とSi単結晶に同等な重水素が注入されたと仮定する。その後、Si単結晶用の標準試料を用いて上記Si単結晶に注入された重水素量を同定する。評価試料用の標準試料に対して、二次イオン質量分析法(D−SIMS法)を用いて重水素と構成元素の二次イオン強度を算出し、相間感度係数を算出する。評価試料用の標準試料から算出した相間感度係数を用いて、評価試料の水素量を算出する。その他については、ISO 18114_“Determining relative sensitivity factors from ion-implanted reference materials”(International Organization for Standardization, Geneva, 2003)を参考にすることができる。   The standard sample is generally used in the SIMS method to normalize the signal intensity of the ion species to be analyzed with the signal intensity of the ion species including the matrix element of the sample for the purpose of canceling out the factors relating to the measurement conditions. More specifically, an evaluation sample, a standard sample for an evaluation sample having a matrix component equivalent to the evaluation sample, an Si single crystal, and a standard sample for a Si single crystal are used. The standard sample for the evaluation sample is obtained by injecting deuterium into a sample having a matrix component equivalent to that of the evaluation sample. At this time, it is assumed that deuterium is simultaneously injected into the Si single crystal, and that equivalent deuterium is injected into the standard sample for the evaluation sample and the Si single crystal. Thereafter, the amount of deuterium injected into the Si single crystal is identified using a standard sample for the Si single crystal. For the standard sample for the evaluation sample, the secondary ion intensities of deuterium and constituent elements are calculated using secondary ion mass spectrometry (D-SIMS method), and the interphase sensitivity coefficient is calculated. The amount of hydrogen in the evaluation sample is calculated using the inter-phase sensitivity coefficient calculated from the standard sample for the evaluation sample. For others, reference can be made to ISO 18114_ “Determining relative sensitivity factors from ion-implanted reference materials” (International Organization for Standardization, Geneva, 2003).

本発明では、複合構造物を構成する構造物に含まれる、二次イオン質量分析法(Dynamic−Secondary Ion Mass Spectrometry_D−SIMS法)により測定される、測定深さ500nmまたは2μm以下のいずれかにおける、単位体積あたりの水素原子数が7*1021atoms/cm以下である。 In the present invention, a secondary ion mass spectrometry (Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry_D-SIMS method) included in a structure constituting a composite structure, at a measurement depth of 500 nm or 2 μm or less. The number of hydrogen atoms per unit volume is 7 * 10 21 atoms / cm 3 or less.

本発明の構造物では、その表面が、例えばプラズマ雰囲気などに直接曝露される。そのため、特に構造物表面の性状が重要となる。本発明者らは、気孔率が0.01〜0.1%とほとんど気孔を含まない構造物であっても、ナノレベルの微構造の影響でパーティクル課題が依然として解決できていないと考え検討した結果、このナノレベルの微構造を制御することに成功し、より高いレベルでパーティクル課題を解決できる新規な構造物を得た。また、この新規な構造物の構成を表面の水素量(単位体積あたりの水素原子数)を指標として特定できることを新たに見出した。そして構造物表面の水素量と耐パーティクル性との相関を見出し本発明に想到したものである。   In the structure of the present invention, the surface is directly exposed to, for example, a plasma atmosphere. Therefore, the properties of the structure surface are particularly important. The present inventors have considered that even a structure having a porosity of 0.01 to 0.1% and containing almost no porosity, the particle problem has not been able to be solved due to the influence of the nano-level microstructure. As a result, we succeeded in controlling this nano-level microstructure and obtained a novel structure that can solve the particle problem at a higher level. In addition, they have newly found that the configuration of this novel structure can be specified using the amount of hydrogen on the surface (the number of hydrogen atoms per unit volume) as an index. The inventors have found a correlation between the amount of hydrogen on the surface of the structure and the particle resistance, and have reached the present invention.

具体的には、例えば大気中において、水素原子は、例えば水酸基(−OH)などの状態で存在すると考えられる。分子の大きさは、水分子で3Å、水酸基が1Å程度であり、構造物の、前述の粗構造80などにわずかに存在するものと考えられる。この水素量を指標とすることで、ナノレベルの微構造を表すことができる。   Specifically, for example, in the atmosphere, a hydrogen atom is considered to exist in a state of, for example, a hydroxyl group (—OH). The size of the molecule is about 3% for a water molecule and about 1% for a hydroxyl group, and it is considered that the molecule slightly exists in the above-described crude structure 80 or the like. By using this hydrogen amount as an index, a nano-level microstructure can be represented.

本発明において、構造物の水素量として、D−SIMSで測定した、測定深さ500nmまたは2μmのいずれかにおける、単位体積あたりの水素原子数が7*1021atoms/cm以下である。単位体積あたりの水素原子数は、好ましくは5*1021atoms/cm以下である。 In the present invention, the number of hydrogen atoms per unit volume at a measurement depth of 500 nm or 2 μm, measured by D-SIMS, is 7 * 10 21 atoms / cm 3 or less as the hydrogen amount of the structure. The number of hydrogen atoms per unit volume is preferably 5 * 10 21 atoms / cm 3 or less.

なお、本発明による複合構造物の構造物における水素量は、少なければ少ないほど好ましいと考えられるが、事実上の測定限界も存在することも当業者には明らかである。したがって、本態様における水素量の下限は測定限界とする。この点は、以下の第2の態様にあっても同様である。   It is considered that the smaller the amount of hydrogen in the structure of the composite structure according to the present invention, the better, but it is apparent to those skilled in the art that a practical measurement limit also exists. Therefore, the lower limit of the amount of hydrogen in this embodiment is the measurement limit. This point is the same in the following second embodiment.

本発明の第2の態様
本発明の第2の態様にあっては、本発明の第1の態様と同様、水素量を指標とするが、水素前方散乱分析法(HFS)−ラザフォード後方散乱分光法(RBS)(RBS−HFS法)およびプロトン−水素前方散乱分析法(p−RBS法)により測定される水素量を指標にする。すなわち、本発明者らは、例えば半導体製造装置等の腐食性プラズマ環境に曝される状況で用いられるY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む構造物を備えた複合構造物において、パーティクルの影響を極めて小さくすることに成功した。そして、水素前方散乱分析法(HFS)−ラザフォード後方散乱分光法(RBS)(RBS−HFS法)およびプロトン−水素前方散乱分析法(p−RBS法)により測定される、構造物に含まれる水素量を指標として用いることで、極めて高いレベルで耐パーティクル性能を評価できることを見出した。
Second Embodiment of the Present Invention In the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, the amount of hydrogen is used as an index, but hydrogen forward scattering analysis (HFS) -Rutherford backscattering spectroscopy. The amount of hydrogen measured by the method (RBS) (RBS-HFS method) and the proton-hydrogen forward scattering analysis method (p-RBS method) is used as an index. That is, the present inventors have developed a composite structure including a structure containing Y (yttrium element) and O (oxygen element) used in a situation exposed to a corrosive plasma environment such as a semiconductor manufacturing apparatus. We succeeded in minimizing the effects of particles. The hydrogen contained in the structure is measured by hydrogen forward scattering analysis (HFS) -Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) (RBS-HFS method) and proton-hydrogen forward scattering analysis method (p-RBS method). By using the amount as an index, it has been found that particle resistance performance can be evaluated at an extremely high level.

本発明の第2の態様による複合構造物は、基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、前記構造物が多結晶セラミックスを含み、水素前方散乱分析法(HFS)−ラザフォード後方散乱分光法(RBS)(RBS−HFS法)およびプロトン−水素前方散乱分析法(p−RBS法)により測定される水素原子濃度が7原子%以下であるものである。   The composite structure according to the second aspect of the present invention is a composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface, wherein the structure includes polycrystalline ceramics, Hydrogen forward scattering analysis (HFS)-Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) (RBS-HFS method) and proton-hydrogen forward scattering analysis (p-RBS method) when the hydrogen atom concentration is 7 atomic% or less. There is something.

本発明の第2の態様は、本発明の第1の態様と水素量の測定方法において相違し、それに基因する変更が加えられた場合を除いては、本明細書における第1の態様の説明は第2の発明の説明となる。   The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in the method for measuring the amount of hydrogen, and the description of the first embodiment in the present specification, except for a case where a change due to the difference is added. Is an explanation of the second invention.

本発明の第2の態様における水素量測定用試料作成
本発明の第2の態様において、水素量測定用の試料は、例えば以下の方法で作成することができる。
Preparation of Sample for Measuring Hydrogen Content in Second Embodiment of the Present Invention In the second embodiment of the present invention, a sample for measuring hydrogen content can be prepared, for example, by the following method.

まず、構造物10を備えた複合構造物を予めダイシング加工機などで切り出す。このとき、図8及び図9のサンプル取得箇所40に対応する部分を切り出す。その大きさは任意とされてよいが、例えば20mm×20mm、厚み5mm程度とする。なお、サンプルの厚さは用いる測定装置等に従い適宜決定されてよくは、基材70において構造物10が形成されていない側の面を削る等により調整する。構造物10の表面10aは、研磨等により、2次元の表面粗さのパラメータである算術平均粗さRaを0.1μm以下、より好ましくは0.01μmとする。構造物10の厚さは少なくとも500nm以上、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上とする。   First, a composite structure having the structure 10 is cut out in advance by a dicing machine or the like. At this time, a portion corresponding to the sample acquisition location 40 in FIGS. 8 and 9 is cut out. The size may be arbitrary, but is, for example, about 20 mm × 20 mm and about 5 mm in thickness. In addition, the thickness of the sample may be appropriately determined according to a measuring device to be used or the like, and is adjusted by, for example, shaving the surface of the base material 70 on which the structure 10 is not formed. Arithmetic average roughness Ra, which is a parameter of two-dimensional surface roughness, is set to 0.1 μm or less, more preferably 0.01 μm, on the surface 10 a of the structure 10 by polishing or the like. The thickness of the structure 10 is at least 500 nm or more, preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more.

水素量測定前の試料の状態について説明する。   The state of the sample before the measurement of the amount of hydrogen will be described.

前述のとおり、本発明では、構造物100のナノレベルの粗構造の特定方法に水素量を用いている。そのため、水素量測定前の試料を所定時間、恒温恒湿槽に放置する等の管理が重要となる。具体的には、本発明では、試料を室温20−25℃、湿度60%±10%、大気圧の状態で24時間以上放置した後で水素量を測定するものとする。   As described above, in the present invention, the amount of hydrogen is used in the method of specifying the nano-level coarse structure of the structure 100. For this reason, it is important to manage the sample before the hydrogen amount measurement in a constant temperature and humidity chamber for a predetermined time. Specifically, in the present invention, the amount of hydrogen is measured after the sample has been left at room temperature of 20 to 25 ° C., humidity of 60% ± 10% and atmospheric pressure for 24 hours or more.

本発明の第2の態様における水素量の測定
次に、水素量の測定方法について説明する。
Next, a method for measuring the amount of hydrogen in the second embodiment of the present invention will be described.

本発明において、水素量の測定には、Hydrogen Forward scatteringSpectrometry(HFS)/ Rutherford Backscattering Spectorometry(RBS)法(以降、RBS−HFS法と称す)と、プロトン(proton)を用いたRBS法(以降、p−RBSと称す)とを組合せる。装置には、例えば、National Electrostatics Corporation社製 Pelletron 3SDHを用いることができる。   In the present invention, the amount of hydrogen is measured by a Hydrogen Forward scattering Spectrometry (HFS) / Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) method (hereinafter referred to as an RBS-HFS method), and a proton (hereinafter referred to as a proton method). -Referred to as RBS). As the device, for example, Pelletron 3SDH manufactured by National Electrostatics Corporation can be used.

水素量の定量方法についてさらに説明する。   The method for quantifying the amount of hydrogen will be further described.

ヘリウム(He)元素を用いたRBS-HFS法を実施する。構造物にヘリウム(He原子)を照射し、後方散乱されたHe原子、前方散乱されたH原子を検出する。後方散乱されたHe原子のエネルギースペクトルについては、エネルギースペクトルが最も大きい元素から順にフィッティングを行い、散乱強度を算出する、また、前方散乱されたH原子のエネルギースペクトルについてもフィッティングを行い、散乱強度を算出する。算出された各々の散乱強度を基に、構造物中の元素の平均原子数の比率を算出することができる。例えば、構造物がイットリウム酸化物である場合、検出されたHe原子のエネルギースペクトルが最も大きいY元素のフィッティングを行い、散乱強度を算出する、続いて、O元素のフィッティングを行い、散乱強度を算出する。なお、エネルギースペクトルが最も大きい元素の特定には、エネルギー分散型X線分析(EDX)法等の他の手法を組み合わせることが好ましい。   An RBS-HFS method using a helium (He) element is performed. The structure is irradiated with helium (He atoms) to detect back-scattered He atoms and forward-scattered H atoms. For the energy spectrum of the back-scattered He atom, fitting is performed in order from the element having the largest energy spectrum, and the scattering intensity is calculated. In addition, the energy spectrum of the forward-scattered H atom is also fitted, and the scattering intensity is calculated. calculate. The ratio of the average number of atoms of the elements in the structure can be calculated based on the calculated scattering intensities. For example, when the structure is yttrium oxide, the energy spectrum of the detected He atom performs fitting for the Y element and calculates the scattering intensity, and then performs fitting for the O element to calculate the scattering intensity. I do. Note that it is preferable to combine other methods such as an energy dispersive X-ray analysis (EDX) method to specify the element having the largest energy spectrum.

上記RBS-HFS法により、構造物中の構造物中の元素の平均原子数の比率が測定されるが、その測定精度を高めるために、本発明ではさらにプロトン(H+)を用いたp−RBS法により、構造物中の、前記水素以外の平均原子数の比率を再度測定する。算出の際には、RBS-HFS法と同様に測定されるエネルギースペクトルが最も大きい元素から順にフィッティングを行い、散乱強度を算出する。算出された各々の散乱強度を基に、構造物中の元素の平均原子数の比率を算出する。そして、p−RBS法で測定した平均原子数の比率と、RBS−HFS法で測定した検出されたHe原子のエネルギースペクトルが最も大きい元素(例えば、構造物がイットリウム酸化物である場合、検出されたHe原子のエネルギースペクトルが最も大きい元素はY)と水素の平均原子数の比率、とを組み合わせることにより、水素量を水素原子濃度(原子%)として算出する。 According to the above RBS-HFS method, the ratio of the average number of atoms of the elements in the structure in the structure is measured. In order to improve the measurement accuracy, in the present invention, p-type using proton (H + ) is further used in the present invention. The ratio of the average number of atoms other than hydrogen in the structure is measured again by the RBS method. At the time of calculation, fitting is performed in order from the element having the largest energy spectrum measured in the same manner as in the RBS-HFS method, and the scattering intensity is calculated. The ratio of the average number of atoms of the elements in the structure is calculated based on the calculated scattering intensities. Then, the element having the largest ratio of the average number of atoms measured by the p-RBS method and the energy spectrum of the detected He atom measured by the RBS-HFS method (for example, if the structure is yttrium oxide, the element is detected. The amount of hydrogen is calculated as the concentration of hydrogen atoms (atomic%) by combining the element having the largest energy spectrum of He atoms (Y) and the ratio of the average number of hydrogen atoms.

本発明において、p−RBS法とRBS−HFS法とを行う順番は特に問わない。   In the present invention, the order of performing the p-RBS method and the RBS-HFS method is not particularly limited.

次に、測定条件について記載する。   Next, measurement conditions will be described.

RBS−HFS法
入射イオンには4He+を用いる。入射エネルギーは2300KeVとし、入射角75°、散乱角160°、反跳角30°とする。試料電流2nA、ビーム径1.5mmφとし、照射量は8μCとする。面内回転は無とする。
4He + is used for the RBS-HFS method incident ions. The incident energy is 2300 KeV, the incident angle is 75 °, the scattering angle is 160 °, and the recoil angle is 30 °. The sample current is 2 nA, the beam diameter is 1.5 mmφ, and the irradiation amount is 8 μC. There is no in-plane rotation.

p−RBS法
入射イオンには水素イオン(H+)を用いる。入射エネルギーは1740KeVとし、入射角0°、散乱角160°、反跳角なしとする。試料電流1nA、ビーム径3mmφとして、照射量は19μCとする。面内回転は無とする。
Hydrogen ions (H + ) are used as incident ions for the p-RBS method . The incident energy is 1740 KeV, the incident angle is 0 °, the scattering angle is 160 °, and there is no recoil angle. The sample current is 1 nA, the beam diameter is 3 mmφ, and the irradiation amount is 19 μC. There is no in-plane rotation.

RBS−HFS法に加え、p−RBS法を組み合わせることによって、より水素原子濃度の測定精度を高めることができ、水素量(水素原子濃度)をパーティクルと関連付けて定量することが可能となる。   By combining the p-RBS method in addition to the RBS-HFS method, the measurement accuracy of the hydrogen atom concentration can be further improved, and the amount of hydrogen (hydrogen atom concentration) can be quantified in association with particles.

本発明の複合構造物を構成する構造物に含まれる水素原子濃度は7原子%以下である。本発明の構造物では、その表面が、例えばプラズマ雰囲気などに直接曝される。そのため、特に構造物表面の性状が重要となる。本発明者らは、気孔率が0.01〜0.1%とほとんど気孔を含まない構造物であっても、ナノレベルの微構造の影響でパーティクル課題が依然として解決できていないと考え検討した結果、このナノレベルの微構造を制御することに成功し、より高いレベルでパーティクル課題を解決できる新規な構造物を得た。また、この新規な構造物の構成は表面の水素量(水素原子濃度)を指標として特定できることを新たに見出した。そして構造物表面の水素量と耐パーティクル性との相関を見出し本発明に想到したものである。   The concentration of hydrogen atoms contained in the structure constituting the composite structure of the present invention is 7 atom% or less. In the structure of the present invention, its surface is directly exposed to, for example, a plasma atmosphere. Therefore, the properties of the structure surface are particularly important. The present inventors have considered that even a structure having a porosity of 0.01 to 0.1% and containing almost no porosity, the particle problem has not been able to be solved due to the influence of the nano-level microstructure. As a result, we succeeded in controlling this nano-level microstructure and obtained a novel structure that can solve the particle problem at a higher level. In addition, they have newly found that the structure of this novel structure can be specified using the amount of hydrogen (hydrogen atom concentration) on the surface as an index. The inventors have found a correlation between the amount of hydrogen on the surface of the structure and the particle resistance, and have reached the present invention.

具体的には、例えば大気中において、水素原子は、例えば水酸基(−OH)などの状態で存在すると考えられる。分子の大きさは、水分子で3Å、水酸基が1Å程度であり、構造物の、前述の粗構造80などにわずかに存在するものと考えられる。この水素量(水素原子濃度)を指標とすることで、ナノレベルの微構造を表すことができる。   Specifically, for example, in the atmosphere, a hydrogen atom is considered to exist in a state of, for example, a hydroxyl group (—OH). The size of the molecule is about 3% for a water molecule and about 1% for a hydroxyl group, and it is considered that the molecule slightly exists in the above-described crude structure 80 or the like. By using this hydrogen amount (hydrogen atom concentration) as an index, a nano-level microstructure can be represented.

本発明では、水素量の特定方法として、p−RBS法とRBS−HFS法とを組み合わせた方法を用いている。これらの方法では、試料表面にヘリウムイオンまたは水素イオンを入射させ、弾性散乱により水素が前方へ、ヘリウムが後方へ散乱され、この水素を検出することで水素量を定量している。このとき、水素量の測定深さは、表面10aから400〜500nmとなる。したがって、構造物10において、耐パーティクルに最も影響する表面10aの微構造を適切に定量化することができる。   In the present invention, as a method for specifying the amount of hydrogen, a method combining the p-RBS method and the RBS-HFS method is used. In these methods, helium ions or hydrogen ions are incident on the sample surface, and hydrogen is scattered forward and helium is scattered backward by elastic scattering, and the amount of hydrogen is quantified by detecting the hydrogen. At this time, the measurement depth of the hydrogen amount is 400 to 500 nm from the surface 10a. Therefore, in the structure 10, the microstructure of the surface 10a that most affects the particle resistance can be appropriately quantified.

本発明の第3の態様
本発明の第3の態様の基礎となる知見として、輝度Saという新たな指標が、極めて高いレベルでの耐パーティクル性能と高い相関性を有することを見出した。その上で輝度Saが所定値以下とされた、耐パーティクル性に優れた構造物の作成に成功した。すなわち、極めて高い耐パーティクル性を有する構造物を得、さらに、その耐パーティクル性を輝度Saで定量化できることを見出した。そしてさらに、輝度Saを得る評価方法を確立した。
Third Aspect of the Present Invention As a finding that forms the basis of the third aspect of the present invention, it has been found that a new index called luminance Sa has a high correlation with particle resistance performance at an extremely high level. Then, a structure excellent in particle resistance, in which the luminance Sa was set to a predetermined value or less, was successfully formed. That is, it was found that a structure having extremely high particle resistance was obtained, and that the particle resistance could be quantified by the luminance Sa. Further, an evaluation method for obtaining the luminance Sa has been established.

さらに本発明者らは、耐パーティクル性と相関する輝度Saが、セラミックスの構造、とりわけ、気孔率が0.01〜0.1%と評価されるような構造において、更なる微細な構造(微構造)を評価可能な指標であることを見出した。   Furthermore, the present inventors have found that the luminance Sa correlated with the particle resistance is further reduced in the structure of ceramics, especially in the structure in which the porosity is evaluated to be 0.01 to 0.1% (finer structure). Structure) can be evaluated.

本発明の第3の態様による複合構造物は、
基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物が多結晶セラミックスを含んでなり、
以下の方法により算出される輝度Sa値が19以下であることを特徴とする、複合構造物:
前記輝度Saを得る方法が、
(i)前記構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、
(ii)前記TEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を用意する工程と、
(iii)前記デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程と、
(iv)前記輝度値を補正する工程と、
(v)前記補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程と
を備えてなり、
前記工程(i)において、
前記TEM観察試料は、前記構造物から、少なくとも3つ用意されるものであり、
前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれは、集束イオンビーム法(FIB法:Focused Ion Beam法)を用い、加工ダメージを抑制して作成されるものであり、
前記FIB加工時に、構造物の表面には帯電防止および試料保護のためのカーボン層およびタングステン層が設けられ、
前記FIB加工方向を縦方向としたときに、前記縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmであって、
前記工程(ii)において、
前記デジタル白黒画像は前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて取得されるものであり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで、前記構造物、前記カーボン層、及び前記タングステン層を含んでおり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれにおいて、前記構造物の前記表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定し、
この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得するものであって、
前記工程(iv)において、
前記輝度値について、前記カーボン層の輝度値を255、前記タングステン層の輝度値を0として相対的に補正して補正後の輝度値を取得し、
前記工程(v)において、
前記輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いて前記ピクセル毎の前記補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする
ことを特徴とするものである。
The composite structure according to the third aspect of the present invention comprises:
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure comprises polycrystalline ceramics,
A composite structure having a luminance Sa value calculated by the following method of 19 or less:
The method for obtaining the luminance Sa is as follows:
(I) preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure;
(Ii) preparing a digital black and white image of a bright field image of the TEM observation sample;
(Iii) obtaining a luminance value in which color data of each pixel in the digital monochrome image is represented by a gradation value;
(Iv) correcting the luminance value;
(V) calculating a luminance Sa using the corrected luminance value,
In the step (i),
The TEM observation sample is prepared at least three from the structure,
Each of the at least three TEM observation samples is formed by using a focused ion beam method (FIB method: Focused Ion Beam method) to suppress processing damage,
At the time of the FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer for antistatic and sample protection are provided on the surface of the structure,
When the FIB processing direction is the vertical direction, the sample upper thickness, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure in a plane perpendicular to the vertical direction, is 100 ± 30 nm,
In the step (ii),
The digital black and white image is obtained for each of the at least three TEM observation samples,
Each of the digital black and white images uses a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV, and includes the structure, the carbon layer, and the tungsten layer,
In each of the digital black-and-white images, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the surface of the structure is set,
Acquiring the plurality of digital black-and-white images from each of the at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions is 6.9 μm 2 or more,
In the step (iv),
Regarding the brightness value, the brightness value of the carbon layer is 255, the brightness value of the tungsten layer is 0, and the brightness value after correction is relatively corrected to obtain a brightness value,
In the step (v),
For each of the luminance acquisition areas, an average of absolute values of the differences between the corrected luminance values for each pixel is calculated using a least squares method, and the average is set as the luminance Sa. Things.

また、本発明の第3の態様による評価方法は、
多結晶セラミックスを含み、表面を有する構造物の微構造の評価方法であって、
(i)前記構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、
(ii)前記TEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を用意する工程と、
(iii)前記デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程と、
(iv)前記輝度値を補正する工程と、
(v)前記補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程と
を備えてなり、
前記工程(i)において、
前記TEM観察試料は、前記構造物から、少なくとも3つ用意されるものであり、
前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれは、集束イオンビーム法(FIB法)を用い、加工ダメージを抑制して作成されるものであり、
前記FIB加工時に、構造物の表面には帯電防止および試料保護のためのカーボン層およびタングステン層が設けられ、
前記FIB加工方向を縦方向としたときに、前記縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmであって、
前記工程(ii)において、
前記デジタル白黒画像は前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて取得されるものであり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで、前記構造物、前記カーボン層、及び前記タングステン層を含んでおり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれにおいて、前記構造物の前記表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定し、
この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得するものであって、
前記工程(iv)において、
前記輝度値について、前記カーボン層の輝度値を255、前記タングステン層の輝度値を0として相対的に補正して補正後の輝度値を取得し、
前記工程(v)において、
前記輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いて前記ピクセル毎の前記補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする
ことを特徴とするものである。
The evaluation method according to the third aspect of the present invention includes:
A method for evaluating a microstructure of a structure having a surface, including a polycrystalline ceramic,
(I) preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure;
(Ii) preparing a digital black and white image of a bright field image of the TEM observation sample;
(Iii) obtaining a luminance value in which color data of each pixel in the digital monochrome image is represented by a gradation value;
(Iv) correcting the luminance value;
(V) calculating a luminance Sa using the corrected luminance value,
In the step (i),
The TEM observation sample is prepared at least three from the structure,
Each of the at least three TEM observation samples is formed by using a focused ion beam method (FIB method) while suppressing processing damage.
At the time of the FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer for antistatic and sample protection are provided on the surface of the structure,
When the FIB processing direction is the vertical direction, the sample upper thickness, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure in a plane perpendicular to the vertical direction, is 100 ± 30 nm,
In the step (ii),
The digital black and white image is obtained for each of the at least three TEM observation samples,
Each of the digital black and white images uses a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV, and includes the structure, the carbon layer, and the tungsten layer,
In each of the digital black-and-white images, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the surface of the structure is set,
Acquiring the plurality of digital black-and-white images from each of the at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions is 6.9 μm 2 or more,
In the step (iv),
Regarding the brightness value, the brightness value of the carbon layer is 255, the brightness value of the tungsten layer is 0, and the brightness value after correction is relatively corrected to obtain a brightness value,
In the step (v),
For each of the luminance acquisition areas, an average of absolute values of the differences between the corrected luminance values for each pixel is calculated using a least squares method, and the average is set as the luminance Sa. Things.

本発明の第3の態様における輝度Sa
本発明の第3の態様にあって、構造物の微構造は、「輝度Sa」と呼ぶ指標により表される。この「輝度Sa」は、以下に詳細に説明するように、透過型電子顕微鏡(TEM)により得られた当該構造物の明視野像のデジタル白黒画像のピクセル情報を定量化して得た指標である。本発明による複合構造物の構造物は、輝度Saが19以下であることを特徴とするものであり、好ましくは13以下である。
Luminance Sa according to the third embodiment of the present invention
In the third aspect of the present invention, the microstructure of the structure is represented by an index called “luminance Sa”. This “luminance Sa” is an index obtained by quantifying pixel information of a digital black-and-white image of a bright-field image of the structure obtained by a transmission electron microscope (TEM), as described in detail below. . The structure of the composite structure according to the present invention is characterized in that the luminance Sa is 19 or less, preferably 13 or less.

本発明者らは、耐パーティクル性と相関する輝度Saが、セラミックスの構造、とりわけ、気孔率が0.01〜0.1%と評価されるような構造において、更なる微細な構造を評価可能な指標であることを見出したことは上述した。したがって、本発明にあって、「微構造」とは、気孔率が0.01〜0.1%と評価されるような構造において、さらに高いレベルでの耐パーティクル性を備え、輝度Saにおいて差異を生じる領域での微細な構造を意味する。   The present inventors can evaluate a finer structure in a ceramic structure, particularly a structure in which the porosity is evaluated to be 0.01 to 0.1%, in which the luminance Sa correlated with the particle resistance is evaluated. It was mentioned above that it was found to be a good index. Therefore, in the present invention, the “microstructure” refers to a structure having a porosity of 0.01 to 0.1%, a higher level of particle resistance, and a difference in luminance Sa. Means a fine structure in the region where

本明細書において「輝度値」とは、デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調(0〜255)の数値で表したものである。ここで、「階調」とは、明るさの段階である。具体的には、白黒画像中の1ピクセル毎の色データを256個の異なる明るさの段階に応じた数値で表したものを輝度値と呼ぶ(「画像処理装置とその使い方」日刊工業新聞社、1989年、初版、227頁参照)。TEM白黒画像中の白黒の濃淡(contrast)が、輝度値として表される。   In the present specification, the “brightness value” represents color data of each pixel in a digital monochrome image represented by numerical values of gradation (0 to 255). Here, the “gradation” is a brightness level. Specifically, a color value of each pixel in a black-and-white image represented by 256 numerical values corresponding to different brightness levels is referred to as a luminance value (“Image processing apparatus and its usage”, Nikkan Kogyo Shimbun) 1989, first edition, p. 227). The black and white contrast in the TEM black and white image is represented as a luminance value.

本明細書において、「輝度Sa」とは、三次元表面性状に関する国際規格ISO25178に規定されたSa(算術平均粗さ:Arithmetical mean height of the surface)の概念をデジタルTEM画像の画像処理に応用したものである。デジタルTEM画像の輝度値を3次元表示した図5を用いて具体的に説明する。図5(a)は、TEM明視野像である構造物のデジタル白黒画像である。このデジタル白黒画像について、1ピクセル毎の色データを階調(0〜255)の数値で表し、その数値をZ軸方向に表したものが図5(b)である。つまり、図5(b)において、Z軸が輝度値であり、X-Y平面におけるピクセル毎の輝度値が3次元で表されている。この輝度値の3次元イメージを、ISO25178に規定される表面性状の3次元イメージ(例えば以下URL参照。https://www.keyence.co.jp/ss/3dprofiler/arasa/surface/)に見立て、評価領域に対して、最小二乗法を用いてピクセル毎の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、「輝度Sa」とする。   In this specification, the term “brightness Sa” refers to the concept of Sa (arithmetic mean height of the surface) defined in the international standard ISO25178 concerning three-dimensional surface texture applied to image processing of digital TEM images. Things. This will be specifically described with reference to FIG. 5 in which luminance values of a digital TEM image are three-dimensionally displayed. FIG. 5A is a digital black-and-white image of a structure that is a TEM bright-field image. FIG. 5B shows the digital black and white image in which the color data for each pixel is represented by a numerical value of gradation (0 to 255) and the numerical value is represented in the Z-axis direction. That is, in FIG. 5B, the Z axis is the luminance value, and the luminance value for each pixel on the XY plane is represented in three dimensions. The three-dimensional image of the luminance value is regarded as a three-dimensional image of the surface texture defined in ISO25178 (for example, see the following URL: https://www.keyence.co.jp/ss/3dprofiler/arasa/surface/), For the evaluation area, the average of the absolute value of the difference between the luminance values for each pixel is calculated using the least squares method, and the result is defined as “luminance Sa”.

次に、本明細書における「輝度Sa」は概略以下のとおり算出される。   Next, “luminance Sa” in the present specification is roughly calculated as follows.

− 本発明における輝度Saの算出において、デジタル白黒画像を取得するためのTEM観察試料は、集束イオンビーム法(FIB法)を用い、加工ダメージを抑制して作成される。FIB加工時に、構造物の表面には帯電防止および試料保護のためのカーボン層およびタングステン層が設けられる。FIB加工方向を縦方向としたときに、縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmとする。ひとつの構造物から、TEM観察試料を少なくとも3つ用意する。
− 少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて、デジタル白黒画像を取得する。デジタル白黒画像は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで取得する。デジタル白黒画像は、構造物、カーボン層、及びタングステン層を含む。
− デジタル白黒画像において、構造物表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定する。この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得する。
− 取得したデジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値について、カーボン層の輝度値を255、タングステン層の輝度値を0として相対的に補正する。
− 補正した輝度値を用い、以下のように輝度Saを算出する。すなわち、輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いてピクセル毎の補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする。
-In the calculation of the luminance Sa in the present invention, a TEM observation sample for obtaining a digital black-and-white image is formed using a focused ion beam method (FIB method) while suppressing processing damage. During FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer for antistatic and sample protection are provided on the surface of the structure. When the FIB processing direction is the vertical direction, the thickness of the upper part of the sample, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure, on a plane perpendicular to the vertical direction is 100 ± 30 nm. At least three TEM observation samples are prepared from one structure.
Obtaining digital black and white images for each of the at least three TEM observation samples; Digital black and white images are acquired using a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an acceleration voltage of 200 kV. Digital black and white images include structures, carbon layers, and tungsten layers.
In a digital black and white image, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the structure surface is set. A plurality of the digital black-and-white images are obtained from each of at least three TEM observation samples so that the total area of the brightness acquisition regions is 6.9 μm 2 or more.
-With respect to the luminance value of the color data for each pixel in the acquired digital black and white image represented by the numerical value of the gradation, the luminance value of the carbon layer is 255 and the luminance value of the tungsten layer is relatively corrected as 0.
Using the corrected luminance value, calculate the luminance Sa as follows. That is, for each of the luminance acquisition regions, the average of the absolute values of the differences between the corrected luminance values for each pixel is calculated using the least squares method, and the average is set as the luminance Sa.

以下において図2〜図9を参照しながら、上記輝度Saの算出方法をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the method of calculating the luminance Sa will be described in more detail with reference to FIGS.

図2は、輝度Saの算出方法を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って以下説明する。
(i):TEM観察試料の用意
本工程は、TEM観察用の試料を用意する工程である。図3を参照しながら、本工程を説明する。TEM観察試料は、集束イオンビーム法(FIB法、Focused Ion Beam法)により作成される。FIB法による加工では、観察目的の場所を狙って薄膜化することができる(「表面分析技術選書 透過型電子顕微鏡」日本表面化学会編、丸善株式会社、平成11年3月30日発行)。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of calculating the luminance Sa. A description will be given below with reference to this flowchart.
(i): Preparation of TEM observation sample This step is a step of preparing a sample for TEM observation. This step will be described with reference to FIG. The TEM observation sample is created by a focused ion beam method (FIB method, Focused Ion Beam method). In the processing by the FIB method, a thin film can be formed aiming at a place to be observed (“Surface analysis technology selection transmission electron microscope” edited by The Surface Chemistry Society of Japan, Maruzen Co., Ltd., published on March 30, 1999).

まず、構造物10を予めダイシング加工機などで切り出す。このとき、後述の図8及び図9のサンプル取得箇所40に対応する部分がまず切り出される。そして構造物表面10aに対してFIB加工を行い、図3に示す形状に加工する。このとき、図3中の矢印Lを縦方向とする。縦方向Lは、構造物10の厚さ方向と略平行である。なお、縦方向Lは前述のFIB加工方向において定義した縦方向と略同じ方向である。   First, the structure 10 is cut in advance using a dicing machine or the like. At this time, a portion corresponding to a sample acquisition location 40 in FIGS. 8 and 9 described below is first cut out. Then, FIB processing is performed on the surface 10a of the structure, and processed into the shape shown in FIG. At this time, the arrow L in FIG. The vertical direction L is substantially parallel to the thickness direction of the structure 10. The vertical direction L is substantially the same as the vertical direction defined in the above-mentioned FIB processing direction.

FIB加工について、より詳細に説明する。ダイシング加工後の構造物10の表面10aに、チャージアップの抑制および構造物表面10aの保護のためカーボン層50を蒸着する。カーボン層50の蒸着厚みは300nm程度とする。ここで、カーボン層50を形成する前に、構造物表面10aを研磨などにより平滑にすることが好ましい。   FIB processing will be described in more detail. A carbon layer 50 is deposited on the surface 10a of the structure 10 after the dicing process in order to suppress charge-up and protect the structure surface 10a. The deposition thickness of the carbon layer 50 is about 300 nm. Here, before forming the carbon layer 50, it is preferable to smooth the structure surface 10a by polishing or the like.

カーボン層50が蒸着された構造物10を、次に、集束イオンビーム(FIB、Focused Ion Beam)装置を用いて薄片化する。具体的には、まず、カーボン層50を上にして、薄片化する部位の周辺にGaイオンビームを照射して、カーボン層50とともに構造物10の一部を切り出す。切り出した構造物10を、FIBピックアップ法により、タングステンデポジション機能を利用してFIB用TEM試料台に固定する。次いで、TEM観察試料90を得るために、切り出した構造物10を薄片化する。この薄片化の手順は、まず、構造物10のカーボン層50の上で、かつ、TEM観察用に薄片化する部位に、タングステンデポジション処理によりタングステン層60を形成する。タングステン層60を設けることにより、加工時において、GaイオンビームによるTEM観察試料表面の破壊を抑制することができる。蒸着されるタングステン層60の厚さは、500〜600nmである。そして、構造物をGaイオンで薄片化部位において両面から削り、所定厚み(図中矢印Tに沿う長さ)のTEM観察試料90を作製する。   Next, the structure 10 on which the carbon layer 50 has been deposited is sliced using a focused ion beam (FIB) apparatus. Specifically, first, a portion of the structure 10 is cut out together with the carbon layer 50 by irradiating a Ga ion beam around the portion to be sliced with the carbon layer 50 facing upward. The cut-out structure 10 is fixed to a FIB TEM sample table by a FIB pickup method using a tungsten deposition function. Next, in order to obtain a TEM observation sample 90, the cut structure 10 is sliced. In this procedure for thinning, first, a tungsten layer 60 is formed by a tungsten deposition process on the carbon layer 50 of the structure 10 and at a portion to be thinned for TEM observation. By providing the tungsten layer 60, it is possible to suppress the destruction of the TEM observation sample surface by the Ga ion beam during processing. The thickness of the tungsten layer 60 to be deposited is 500 to 600 nm. Then, the structure is shaved from both sides at the thinned portion with Ga ions, and a TEM observation sample 90 having a predetermined thickness (length along the arrow T in the figure) is produced.

本発明においては、TEM観察試料90の作製時に、加工面の凹凸ダメージ等の加工ダメージを抑制するよう作成される。具体的には、FIB加工時の加速電圧は最大電圧の40kVから始め、最後は構造物加工面のダメージやアモルファス層の形成をできるだけ回避するために、最低電圧の5kVで仕上げ加工を行う。または、最終的にArイオンによってダメージ層を除去する。イオンミリングによって表面をクリーニングしてから観察を行ってもよい。これらFIB加工の詳細については、「FIB装置を用いた微細加工」(室井光裕、筑波大学技術報告24:69-72,2004)、「FIB・イオンミリング技法Q&A」(平坂雅男、朝倉健太郎著、アグネ承風社)を参照する。   In the present invention, when the TEM observation sample 90 is manufactured, the TEM observation sample 90 is manufactured so as to suppress processing damage such as unevenness damage on the processing surface. Specifically, the accelerating voltage at the time of FIB processing is started from the maximum voltage of 40 kV, and finally, the finishing processing is performed at the minimum voltage of 5 kV in order to avoid damage to the processed surface of the structure and formation of the amorphous layer as much as possible. Alternatively, the damaged layer is finally removed by Ar ions. Observation may be performed after cleaning the surface by ion milling. For details of these FIB processes, see "Fine Machining Using FIB Apparatus" (Mitsuhiro Muroi, University of Tsukuba Technical Report 24: 69-72, 2004), "FIB / Ion Milling Technique Q & A" (Masao Hirasaka, Kentaro Asakura, Agune Shofusha).

図3(a)及び図3(b)は、以上のようにして得られたTEM観察試料90の模式図である。図3(a)(b)に示すように、TEM観察試料90は、薄い直方体の形状を有する。図3において、縦方向Lと垂直な2つの方向について、長軸方向を横方向W(図中矢印W)とし、短軸方向を厚み方向T(図中矢印T)とする。図3(a)に示すように、TEM観察では、厚さ方向Tに電子線が透過する。   FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams of the TEM observation sample 90 obtained as described above. As shown in FIGS. 3A and 3B, the TEM observation sample 90 has a thin rectangular parallelepiped shape. 3, in two directions perpendicular to the longitudinal direction L, the major axis direction is defined as the horizontal direction W (arrow W in the figure), and the minor axis direction is defined as the thickness direction T (arrow T in the figure). As shown in FIG. 3A, in the TEM observation, the electron beam is transmitted in the thickness direction T.

図3(a)に示すように、Gaイオンによる薄片化は図面上方から行われるため、試料90はその上部厚さ90uよりも下部厚さ90bが大きくなる傾向を有する。ここで、上部厚さ90uとは、表面10a側における試料90の厚み方向Tの長さである。TEM観察試料90の厚みは、電子線の透過能に影響する。具体的には、試料厚さが大き過ぎる場合には、輝度Saの感度が鈍り、耐パーティクル性能との相関が得られない恐れがある。試料厚さが小さすぎる場合には、加工時の厚さ制御が困難であり、TEM観察試料90内で厚さばらつきが生じてしまい、耐パーティクル性能との相関が得られない恐れがある。本発明において、上部厚さ90uは100nm±30nm、より好ましくは100nm±20nmである。   As shown in FIG. 3A, since the thinning by Ga ions is performed from the top of the drawing, the sample 90 tends to have a lower thickness 90b larger than its upper thickness 90u. Here, the upper thickness 90u is the length of the sample 90 in the thickness direction T on the surface 10a side. The thickness of the TEM observation sample 90 affects the electron beam transmission ability. Specifically, when the sample thickness is too large, the sensitivity of the luminance Sa becomes low and a correlation with the particle resistance performance may not be obtained. If the sample thickness is too small, it is difficult to control the thickness at the time of processing, the thickness will vary within the TEM observation sample 90, and there is a possibility that a correlation with the particle resistance performance cannot be obtained. In the present invention, the upper thickness 90u is 100 nm ± 30 nm, more preferably 100 nm ± 20 nm.

また、本発明にあってはTEMデジタル白黒画像を用いた画像解析より輝度Saを算出するため、TEM観察試料90の縦方向Lに沿う厚みの差(上部厚さ90uと下部厚さ90bとの差)がなるべく小さくなるように加工を行う。通常、試料は、図3(a)に示す形態とされ、その試料高さ90h(縦方向Lの長さ)は10μm程度、試料幅90w(横方向Wの長さ)は十μm〜数十μm程度とする。   Further, in the present invention, in order to calculate the luminance Sa by image analysis using a TEM digital monochrome image, the difference in the thickness of the TEM observation sample 90 along the longitudinal direction L (the difference between the upper thickness 90u and the lower thickness 90b). (Difference) as small as possible. Normally, the sample has the form shown in FIG. 3A, and the sample height 90h (the length in the vertical direction L) is about 10 μm, and the sample width 90w (the length in the horizontal direction W) is tens μm to several tens. It is about μm.

TEM観察試料90の上部厚さ90uの確認方法は以下のとおりである。TEM観察試料90について、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて2次電子像(図3(c)参照)を取得して、該二次電子像より上部厚さ90uを得る。SEMには、例えば、HITACHI製S−5500を用いる。SEM観察条件は、倍率20万倍、加速電圧2kV、スキャン時間40秒、画像数2560*1920ピクセルとする。このとき、該SEM画像が縦方向Lに垂直な平面となるようにする。このSEM画像のスケールバーを用いて、上部厚さ90uを得る。このとき、上部厚さ90uは5回の平均値とする。   The method for confirming the upper thickness 90u of the TEM observation sample 90 is as follows. For the TEM observation sample 90, a secondary electron image (see FIG. 3C) is acquired using a scanning electron microscope (SEM), and an upper thickness 90u is obtained from the secondary electron image. For the SEM, for example, S-5500 manufactured by HITACHI is used. The SEM observation conditions are a magnification of 200,000 times, an acceleration voltage of 2 kV, a scan time of 40 seconds, and an image number of 2560 * 1920 pixels. At this time, the SEM image is to be a plane perpendicular to the longitudinal direction L. Using the scale bar of this SEM image, an upper thickness of 90 u is obtained. At this time, the upper thickness 90u is an average value of five times.

上部厚さ90uの代替的な確認方法をさらに示せば以下のとおりである。すなわち、2次電子像のデジタル画像について、厚み方向Tに沿って輝度値を測定し、輝度ラインプロファイルを取得する。このとき、ライン幅を11ピクセルとし、ライン幅方向の11ピクセル分の輝度値の平均値を用いる。このように取得される輝度ラインプロファイルの例を図3(d)に示す。次いで、輝度ラインプロファイルを一次微分し、その一次微分の最大値と最小値を構造物10の端部として、構造物10の上部厚さ90uを得る(図3(e)参照)。このとき、上部厚さ90uは、5つの輝度ラインプロファイルの平均値とする。   An alternative method of confirming the upper thickness 90u is as follows. That is, the luminance value of the digital image of the secondary electron image is measured along the thickness direction T to obtain a luminance line profile. At this time, the line width is set to 11 pixels, and the average value of the luminance values for 11 pixels in the line width direction is used. FIG. 3D shows an example of the luminance line profile thus obtained. Next, the luminance line profile is first-order differentiated, and a maximum value and a minimum value of the first-order differentiation are set as ends of the structure 10 to obtain an upper thickness 90u of the structure 10 (see FIG. 3E). At this time, the upper thickness 90u is an average value of the five luminance line profiles.

本発明における輝度Saの算出においては、上述のTEM観察試料90を一つの複合構造物から少なくとも3つ用意する。少なくとも3つのTEM観察試料の用意について、図8および9を用いてさらに説明する。   In the calculation of the luminance Sa in the present invention, at least three TEM observation samples 90 are prepared from one composite structure. The preparation of at least three TEM observation samples will be further described with reference to FIGS.

図8および図9は、複合構造物100を半導体製造装置部材301として用いた場合の例を示す模式図である。図8では、半導体製造装置部材301において、円柱状の基材70の表面70aに構造物10が設けられている。図9では、半導体製造装置部材302において、中央に孔31が設けられた円柱状の基材70の表面70aに構造物10が設けられている。   FIGS. 8 and 9 are schematic diagrams illustrating an example in which the composite structure 100 is used as the semiconductor manufacturing apparatus member 301. FIG. In FIG. 8, in a semiconductor manufacturing apparatus member 301, a structure 10 is provided on a surface 70a of a columnar base material 70. In FIG. 9, in a semiconductor manufacturing apparatus member 302, a structure 10 is provided on a surface 70 a of a columnar base material 70 in which a hole 31 is provided in the center.

半導体製造装置部材301および302において、構造物10の表面10aは、腐食性のプラズマに曝される。半導体製造装置部材301および302は、例えば、シャワープレート、フォーカスリング、ウィンドウ、サイトガラスなど、エッチングチャンバーの内壁を構成する部材である。構造物10が、プラズマ照射領域30aと、プラズマに曝されないプラズマ非照射領域30bとを有する場合、輝度Sa測定用サンプル取得箇所40をプラズマ照射領域30aに対応する箇所に設定する。このとき、特に多くのプラズマに照射される領域があれば、その領域に対応する構造物表面10aをサンプル取得箇所40に設定することで、耐パーティクル性と輝度Saとの相関性を高めることができる。   In the semiconductor manufacturing apparatus members 301 and 302, the surface 10a of the structure 10 is exposed to corrosive plasma. The semiconductor manufacturing apparatus members 301 and 302 are members constituting an inner wall of the etching chamber, such as a shower plate, a focus ring, a window, and a sight glass. When the structure 10 has the plasma irradiation region 30a and the plasma non-irradiation region 30b that is not exposed to the plasma, the brightness Sa measurement sample acquisition position 40 is set to a position corresponding to the plasma irradiation region 30a. At this time, if there is a region irradiated with a lot of plasma, the structure surface 10a corresponding to the region is set as the sample acquisition location 40, so that the correlation between the particle resistance and the luminance Sa can be improved. it can.

本発明にあっては、TEM観察試料90を作成するための輝度Sa測定用サンプル取得箇所40を少なくとも3つとする。このとき、図8および図9に示すように、複数のサンプル取得箇所40を、プラズマ照射領域30a内にそれぞれ均等に配置する。それによって、複合構造物100の輝度Saと耐パーティクル性との高い相関性を担保することができる。   In the present invention, at least three sample acquisition points 40 for measuring the luminance Sa for producing the TEM observation sample 90 are provided. At this time, as shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of sample acquisition locations 40 are uniformly arranged in the plasma irradiation region 30a. Thereby, a high correlation between the luminance Sa of the composite structure 100 and the particle resistance can be secured.

(ii):TEM画像G(明視野像)の取得
この工程では、(i)で得た少なくとも3つのTEM観察試料90のそれぞれについて、断面を、TEMにより、撮影倍率10万倍、加速電圧200kVで観察して、構造物10、カーボン層50およびタングステン層60を含むTEM画像G(図4参照)を取得する。TEM観察試料90の断面とは、すなわち、図1に示す複合構造物100の断面であり、より具体的には構造物10の表面10a近傍を含む断面である。このとき、明視野像を取得する。明視野像とは、対物絞りに透過波のみを通して結像させた像である(「表面分析技術選書 透過型電子顕微鏡」日本表面化学会編、丸善株式会社、平成11年3月30日発行43〜44頁)。
(Ii): Acquisition of TEM image G (bright-field image) In this step, a cross section of each of at least three TEM observation samples 90 obtained in (i) was taken with a TEM at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV. To obtain a TEM image G (see FIG. 4) including the structure 10, the carbon layer 50, and the tungsten layer 60. The cross section of the TEM observation sample 90 is a cross section of the composite structure 100 shown in FIG. 1, more specifically, a cross section including the vicinity of the surface 10 a of the structure 10. At this time, a bright field image is acquired. A bright-field image is an image formed by passing only a transmitted wave through an objective aperture (“Surface Analysis Technology Selection Transmission Electron Microscope”, edited by The Surface Chemistry Society of Japan, Maruzen Co., Ltd., issued March 30, 1999, 43- 44).

TEM画像Gの撮影には、例えば、透過型電子顕微鏡(H−9500/日立ハイテクノロジーズ製)を用いる。加速電圧は200kVとし、デジタルカメラ(OneView Camera Model 1095/Gatan製)によって、撮影画素4096×4096ピクセル、キャプチャースピード6fps、露光時間2secイメージキャプチャモードの設定がエクスポージャータイム、カメラ位置ボトムマウントで撮影する条件と同等の条件で行う。図4に示すように、この画像Gの取得にあたり、構造物10、構造物表面10a、カーボン層50およびタングステン層60が同一視野内に入るようにする。   For photographing the TEM image G, for example, a transmission electron microscope (H-9500 / manufactured by Hitachi High-Technologies) is used. The accelerating voltage is 200 kV, and a digital camera (manufactured by OneView Camera Model 1095 / Gatan) is used to set the image capturing mode to 4096 × 4096 pixels, a capture speed of 6 fps, an exposure time of 2 sec. Perform under the same conditions as As shown in FIG. 4, in acquiring the image G, the structure 10, the structure surface 10a, the carbon layer 50, and the tungsten layer 60 are set in the same field of view.

本発明にあっては、デジタル画像の輝度情報ついての画像解析により輝度Saを算出する。そのため、撮影におけるフォーカス精度は極めて重要となる。したがって、例えば10万倍のTEM画像を取得する場合には、30万倍以上の高倍率でフォーカス調整をした後で、10万倍のTEM画像を取得する。   In the present invention, the luminance Sa is calculated by image analysis of the luminance information of the digital image. Therefore, focus accuracy in photographing is extremely important. Therefore, for example, when acquiring a 100,000-times TEM image, a 100,000-times TEM image is acquired after adjusting the focus at a high magnification of 300,000 times or more.

デジタル白黒画像であるTEM画像Gを、図4を用いてさらに説明する。図4は、TEM画像G(明視野像)の模式図であり、図中、縦長Gl、横長Gwの四角形の部分がTEM画像Gである。図4において、構造物10の表面10aの上に、工程(i)で蒸着されたカーボン層50と、タングステン層60に対応する画像がある。表面10aより下部の部分が構造物10に対応する。また、TEM画像Gでは、カーボン層50は白乃至薄い灰色に、タングステン層60は黒となる。   The TEM image G which is a digital monochrome image will be further described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of a TEM image G (bright-field image). In the figure, a square portion having a vertical length Gl and a horizontal length Gw is the TEM image G. In FIG. 4, on the surface 10a of the structure 10, there are images corresponding to the carbon layer 50 and the tungsten layer 60 deposited in the step (i). The portion below the surface 10a corresponds to the structure 10. In the TEM image G, the carbon layer 50 is white to light gray, and the tungsten layer 60 is black.

なお、本明細書にあっては、TEM画像Gにおいて、構造物10、カーボン層50、タングステン層60が並ぶ方向、すなわち図4における矢印Lにより示された方向を「縦方向」と、「縦方向」に対して垂直な、図中矢印Wの方向を「横方向」という。この縦方向Lは、図3の縦方向Lに対応している。   Note that in this specification, in the TEM image G, the direction in which the structure 10, the carbon layer 50, and the tungsten layer 60 are arranged, that is, the direction indicated by the arrow L in FIG. The direction of the arrow W in the figure, which is perpendicular to the direction, is referred to as the “lateral direction”. This vertical direction L corresponds to the vertical direction L in FIG.

本発明による複合構造物が備える物性・特性、例えば耐パーティクル性は、その構造物の表面付近の性状が支配する。本発明者らは、構造物表面10aからの縦方向Lに沿う領域縦長さdLが0.5μmの領域における輝度Saが最も耐パーティクル性等の物性・特性に相関することを見出した。倍率10万倍で取得されるTEM画像の画像縦方向長さGlおよび画像横方向長さGwは、カメラにもよるが、それぞれ、1.5μm〜2.0μm程度であるのが一般的である。したがって、本発明では10万倍のTEM画像を用い、領域縦長さdLを0.5μmとして輝度取得領域Rを設定し、この輝度取得領域Rにおける輝度値から輝度Saを定めている。   The physical properties and characteristics of the composite structure according to the present invention, for example, the particle resistance, are governed by the properties near the surface of the structure. The present inventors have found that the luminance Sa in a region where the vertical length dL along the vertical direction L from the structure surface 10a is 0.5 μm is most correlated with physical properties and characteristics such as particle resistance. The image vertical length Gl and the image horizontal length Gw of a TEM image obtained at a magnification of 100,000 times are generally about 1.5 μm to 2.0 μm, respectively, depending on the camera. . Therefore, in the present invention, the brightness acquisition region R is set using the TEM image of 100,000 times, the region vertical length dL is set to 0.5 μm, and the brightness Sa is determined from the brightness value in the brightness acquisition region R.

本発明では、輝度取得領域Rを各画像G毎に設定する。そして、輝度取得領域Rの面積の合計が6.9μm以上となるように、少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数のデジタル白黒画像を取得する。このとき、各々のTEM観察試料から得る画像Gの数が同じとなるようにする。輝度取得領域Rの面積の合計の詳細は後述する。 In the present invention, the brightness acquisition region R is set for each image G. Then, a plurality of digital black-and-white images are acquired from at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions R is 6.9 μm 2 or more. At this time, the number of images G obtained from each TEM observation sample is set to be the same. Details of the total area of the brightness acquisition region R will be described later.

(iii):輝度値の取得
次に、本工程では、前記工程(ii)において取得したデジタル白黒画像であるTEM画像Gにおける「縦方向」と「横方向」の座標ごとに、それに対応するピクセル毎の輝度値を取得する。ここには、画像G中のタングステン層の輝度値、カーボン層の輝度値も含まれる。図5(a)は、取得したTEM画像Gの一例を示す平面図である。図5(a)の矢印Yが図3および4の縦方向Lに対応している。図5(a)の矢印Xが図3および4の横方向Wに対応している。図5(b)は、画像Gにおいて、1ピクセルごとの輝度値を矢印Z方向に3次元的に表した図である。
(Iii): Acquisition of luminance value Next, in this step, for each of the “vertical” and “horizontal” coordinates in the TEM image G, which is the digital black and white image acquired in step (ii), the corresponding pixel Get the brightness value for each. Here, the luminance value of the tungsten layer and the luminance value of the carbon layer in the image G are also included. FIG. 5A is a plan view illustrating an example of the acquired TEM image G. The arrow Y in FIG. 5A corresponds to the vertical direction L in FIGS. The arrow X in FIG. 5A corresponds to the horizontal direction W in FIGS. FIG. 5B is a diagram in which the brightness value of each pixel in the image G is three-dimensionally represented in the arrow Z direction.

(iv):輝度値を補正する工程
次に、本工程では、前記工程(iii)において取得したTEM画像Gの輝度値の補正操作を行う。その具体的内容を図6を用いて説明する。図6(a)は、前記工程(iii)において取得したTEM画像Gの輝度値を、構造物10の縦方向と横方向の座標に対応するピクセル毎の輝度値を3次元的に表した図である。ここには、工程(iii)におけるのと同様、画像G中のタングステン層の輝度値、カーボン層の輝度値も含まれる。本工程では、これらピクセル毎の輝度値を、画像G中のタングステン層60の輝度値を0、画像G中のカーボン層50の輝度値を255として、構造物10に対応する輝度値をピクセル毎に相対的に補正する。上記のとおり、TEM画像Gでは、タングステン層60は黒に、カーボン層50は白乃至薄い灰色となる。本工程では、このタングステン層の輝度値0と、カーボン層の輝度値255の間に、構造物10のピクセル毎の輝度値を、相対値として補正して、定める。図6(b)は、補正後の画像Gの輝度値を3次元的に表した図である。図5と対比すれば、タングステン層60は黒に、カーボン層50は白乃至薄い灰色を基準に、構造物10における輝度値が、相対的に補正されたことが分かる。
(Iv): Step of Correcting Brightness Value Next, in this step, an operation of correcting the brightness value of the TEM image G obtained in the step (iii) is performed. The specific contents will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a diagram in which the brightness values of the TEM image G acquired in the step (iii) are three-dimensionally expressed for each pixel corresponding to the vertical and horizontal coordinates of the structure 10. It is. Here, as in the step (iii), the luminance value of the tungsten layer and the luminance value of the carbon layer in the image G are also included. In this step, the brightness value of the tungsten layer 60 in the image G is set to 0, the brightness value of the carbon layer 50 in the image G is set to 255, and the brightness value corresponding to the structure 10 is set for each pixel. Is corrected relative to. As described above, in the TEM image G, the tungsten layer 60 is black, and the carbon layer 50 is white to light gray. In this step, the luminance value of each pixel of the structure 10 is corrected and determined as a relative value between the luminance value 0 of the tungsten layer and the luminance value 255 of the carbon layer. FIG. 6B is a diagram three-dimensionally representing the luminance value of the image G after the correction. In comparison with FIG. 5, it can be seen that the luminance value of the structure 10 is relatively corrected based on black of the tungsten layer 60 and white to light gray of the carbon layer 50.

TEM画像Gにおいて、カーボン層50/タングステン層60のピクセル毎の輝度値には若干のばらつきがみられることが通常である。このばらつきの影響を無くすため、タングステン層の輝度値0と、カーボン層の輝度値255とする値は次のようにして決定する。タングステン層60の輝度値には、画像Gにおけるタングステン層60中の輝度値の最小値から連続して小さい順に1万ピクセル分の輝度値の平均値を用いる。また、カーボン層50の輝度値には、カーボン層50中の輝度値の最大値から連続して大きい順に10万ピクセル分の輝度値の平均値を用いる。ここで得られたそれぞれの平均値を、補正前のカーボン層50/タングステン層60の輝度値として扱う。複数のTEM画像Gについても同様に輝度値を補正する。   In the TEM image G, the brightness value of each pixel of the carbon layer 50 / tungsten layer 60 usually shows a slight variation. In order to eliminate the influence of this variation, the values for the luminance value 0 of the tungsten layer and the luminance value 255 of the carbon layer are determined as follows. As the luminance value of the tungsten layer 60, the average value of the luminance values of 10,000 pixels is used in ascending order from the minimum luminance value in the tungsten layer 60 in the image G. As the luminance value of the carbon layer 50, the average value of the luminance values of 100,000 pixels is used in ascending order from the maximum luminance value in the carbon layer 50. The respective average values obtained here are treated as luminance values of the carbon layer 50 / tungsten layer 60 before correction. The brightness values of the plurality of TEM images G are similarly corrected.

(v):輝度Saの算出
本工程では、前記工程(iv)で得た画像Gの輝度値から輝度Saを算出する。具体的には、前述の輝度取得領域Rのそれぞれに対して(以下、それぞれの輝度取得領域をRと表現する)、最小二乗法を用いてピクセル毎の補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を領域Rの輝度Saとする。そして、輝度取得領域R1+2+・・・+nの面積の合計が6.9μm以上となるように設定された複数の輝度取得領域Rについて算出した輝度Saの平均値を構造物10の輝度Saとする。
(V): Calculation of luminance Sa In this step, the luminance Sa is calculated from the luminance value of the image G obtained in the step (iv). Specifically, for each of the luminance obtaining region R described above (hereinafter, the respective brightness acquisition area is expressed as R n), the absolute of the difference between the luminance value after correction for each pixel by using the least square method calculating the average value, the average of them as the brightness Sa n region R n. The luminance of the luminance acquisition region R 1 + 2 + ··· + n total area luminance Sa n mean the structure 10 of the calculated plurality of luminance obtaining region R n which is set to be 6.9 [mu] m 2 or more of Sa.

本発明にあって、輝度Saと構造物が備える物性・特性、例えば耐パーティクル性との相関関係を高めるために、輝度Saを算出するにあたり、輝度取得領域Rの面積を6.9μm以上とする。この面積を超える領域を基礎に輝度Saを定めることで、構造物10において、その限定された領域で物性・特性のばらつきが生じる可能性のある場合にも、輝度Saと物性等との相関関係を正確・適正に表すことができる。 In the present invention, the area of the luminance acquisition region R is set to 6.9 μm 2 or more in calculating the luminance Sa in order to increase the correlation between the luminance Sa and the physical properties and characteristics of the structure, for example, the particle resistance. I do. By determining the luminance Sa on the basis of a region exceeding this area, the correlation between the luminance Sa and the physical properties and the like can be obtained even when there is a possibility that the physical properties and characteristics may vary in the limited region in the structure 10. Can be accurately and properly represented.

ひとつのTEM観察試料90の大きさは、構造物10の表面面積、すなわちプラズマ照射面積に対して非常に小さい。一方で、構造物に付与される物性・特性、例えば耐パーティクル性は、原則として構造物表面全体に求められる。この点、本発明にあっては、輝度取得領域Rの合計面積6.9μm以上が求められ、かつ構造物10から少なくとも3つのTEM観察試料が作成される。つまり本発明にあっては、構造物表面全体の情報をできる限り網羅するように、複数のTEM観察試料が構造物表面から均等に取得されている。また、少なくとも3つ以上のTEM観察試料の取得にあたっては、構造物表面全体の情報が網羅されるよう、配慮がなされる必要がある。 The size of one TEM observation sample 90 is very small with respect to the surface area of the structure 10, that is, the plasma irradiation area. On the other hand, physical properties and characteristics imparted to the structure, for example, particle resistance, are required in principle on the entire structure surface. In this regard, in the present invention, a total area of the luminance acquisition region R of 6.9 μm 2 or more is required, and at least three TEM observation samples are created from the structure 10. That is, in the present invention, a plurality of TEM observation samples are uniformly obtained from the structure surface so as to cover as much information as possible on the entire structure surface. In obtaining at least three or more TEM observation samples, care must be taken so that information on the entire structure surface is covered.

輝度Saは構造物が備える物性・特性、例えば耐パーティクル性と相関する。したがって、本発明によれば、構造物の輝度Saを算出することで、構造物の実際の耐パーティクル性の評価に代えて、その使用前に、構造物の耐パーティクル性等の性能を把握することができる。   The luminance Sa correlates with the physical properties and characteristics of the structure, for example, the particle resistance. Therefore, according to the present invention, by calculating the luminance Sa of the structure, the performance such as the particle resistance of the structure is grasped before using the structure instead of evaluating the actual particle resistance of the structure. be able to.

輝度Saの算出の工程を、輝度取得領域Rの面積に関する説明を中心にさらに詳細に述べる。   The process of calculating the luminance Sa will be described in more detail mainly on the description regarding the area of the luminance acquisition region R.

輝度Saと耐パーティクル性との相関性を高めるために、本発明にあっては、画像Gにおける輝度取得領域Rを、その合計面積が6.9μm以上となるように設定する。具体的には、少なくとも3つのTEM観察試料から複数(n個)の画像Gを取得し、それぞれの画像について領域Rを設定する。そして、各画像Gnの輝度Saの平均値を、構造物の輝度Saとする。 In order to enhance the correlation between the luminance Sa and the particle resistance, in the present invention, the luminance acquisition region R in the image G is set so that the total area thereof is 6.9 μm 2 or more. Specifically, to get the image G n of a plurality of (n) from at least three TEM observation sample for each of the images to set the region R n. Then, an average value of the luminance Sa n of each image Gn, and the brightness Sa of the structure.

図4、図6(a)および、図7(a)〜(b)を参照して、ひとつの画像Gより輝度Saを算出する方法について説明する。 4, FIGS. 6 (a) and, with reference to FIG. 7 (a) ~ (b) , a description will be given of a method of calculating one luminance Sa 1 from the image G 1.

図4および図6(a)に示すように、ひとつの画像Gについて、領域Rを設定する。一つの領域Rにおいて、領域縦長さdLを0.5μmとする。これは、前述のとおり、構造物の表面付近の性状が構造物の物性・特性、例えば耐パーティクル性に最も相関があると考えられるためである。また、領域Rにおける横方向Wの領域横長さdWとして、画像Gにおいて最長となるように設定する。一例として、倍率10万倍においては、領域横長さdWは1.5μm〜2.0μm程度である。つまり、倍率10万倍で撮影したひとつのTEM画像Gについて設定可能な領域R面積は0.75〜1.0μmとなる。 As shown in FIG. 4 and 6 (a), for one of the image G 1, it sets a region R 1. In one region R 1, the region vertical length dL and 0.5 [mu] m. This is because, as described above, the properties near the surface of the structure are considered to be most correlated with the properties and characteristics of the structure, for example, the particle resistance. Also, as an area horizontal length dW lateral direction W of the region R 1, it is set to be the longest in the image G. As an example, at a magnification of 100,000, the lateral width dW of the region is about 1.5 μm to 2.0 μm. In other words, the region R 1 area that can be set for the magnification 100,000 one taken at times TEM image G 1 becomes 0.75~1.0μm 2.

したがって、この例において、輝度取得領域Rの合計面積を6.9μmとするために必要な画像Gの数は7〜9枚となる。一方、前述のように、本発明では、TEM観察試料90を少なくとも3つ用意し、それぞれのTEM観察試料90から同数のTEM画像Gを取得する。したがって、この例では、ひとつのTEM観察試料90につき3枚の画像Gを取得する。ひとつのTEM観察試料90から複数のTEM画像Gを取得する場合、図3(b)に示すとおり、複数の画像Gが横方向Wにおいて連続するように取得する。また、複数枚の画像Gの大きさ(画像縦方向長さGl、画像横方向長さGw)は、それぞれ略同じとする。それによって、例えば観察者間の測定ばらつきの影響を小さくすることができ、輝度Saと耐パーティクル性との相関をより高めることができる。 Thus, in this example, the number of image G necessary for the total area of the brightness acquisition region R n and 6.9 [mu] m 2 becomes 7-9 sheets. On the other hand, as described above, in the present invention, at least three TEM observation samples 90 are prepared, and the same number of TEM images G are obtained from each TEM observation sample 90. Therefore, in this example, three images G are acquired for one TEM observation sample 90. When acquiring a plurality of TEM images Gn from one TEM observation sample 90, the plurality of images Gn are acquired so as to be continuous in the horizontal direction W as shown in FIG. In addition, the sizes of the plurality of images Gn (the image vertical length Gl and the image horizontal length Gw) are substantially the same. Thereby, for example, the influence of measurement variation between observers can be reduced, and the correlation between the luminance Sa and the particle resistance can be further increased.

本発明者らが、構造物表面10aから0.5μmの領域における輝度Saが最も構造物の物性・特性、例えば耐パーティクル性に相関することを見出したことは上記のとおりである。そのため、輝度Saを算出する際の領域Rにおいて、領域縦長さdLを0.5μmとしている。さらに、工程(i)において、図3により説明したとおり、構造物10の表面10a方向から加工するため、加工精度を高めた場合でも、TEM観察試料90の試料上部厚さ90uよりも試料下部厚さ90dが大きいテーパー形状になる。したがって、構造物10の表面10aからの深さが大きくなるほど、電子ビームが透過しづらくなり、輝度値の感度が鈍くなる。つまり、画像Gにおいて、表面10a側に対して深さ方向にいくにつれて画像が全体的に暗い、すなわち黒っぽい画像となる。したがって、試料厚さの影響を十分に小さくするためには、領域縦長さdLを0.5μmとする必要がある。   As described above, the present inventors have found that the luminance Sa in the region of 0.5 μm from the structure surface 10a is most correlated with the physical properties and characteristics of the structure, for example, the particle resistance. Therefore, in the region R when calculating the luminance Sa, the region vertical length dL is set to 0.5 μm. Further, in step (i), as described with reference to FIG. 3, since the processing is performed from the direction of the surface 10 a of the structure 10, even when the processing accuracy is increased, the thickness of the TEM observation sample 90 is smaller than the sample upper thickness 90 u. 90d becomes a large tapered shape. Therefore, as the depth from the surface 10a of the structure 10 increases, the electron beam becomes more difficult to transmit, and the sensitivity of the luminance value decreases. That is, in the image G, the image becomes darker as a whole in the depth direction with respect to the surface 10a side, that is, the image becomes darker. Therefore, in order to sufficiently reduce the influence of the sample thickness, the region vertical length dL needs to be 0.5 μm.

輝度取得領域Rを設定する際に、領域縦長さdLは、構造物10の表面10a近傍を基点に設定する。TEM画像Gにおいて、表面10aと、カーボン層50との間に隙間が観察される場合には、これを避けて領域Rを設定する必要がある。「表面10a近傍」とは、表面10aから5〜50nm程度の範囲を指す。具体的な設定の詳細は、後記実施例を参照に行うことができる。   When setting the brightness acquisition region R, the region vertical length dL is set based on the vicinity of the surface 10a of the structure 10 as a base point. When a gap is observed between the surface 10a and the carbon layer 50 in the TEM image G, it is necessary to set the region R to avoid the gap. "Near the surface 10a" refers to a range of about 5 to 50 nm from the surface 10a. Details of specific settings can be made with reference to the examples described later.

以上の工程(iii)〜(iv)における処理は、画像解析ソフトにおいて連続かつ一括して行うことができる。そのようなソフトとしては、WinROOF2015(三谷商事から入手可能)が挙げられる。を用いることができる。   The processes in the above steps (iii) to (iv) can be performed continuously and collectively by image analysis software. Such software includes WinROOF2015 (available from Mitani Corporation). Can be used.

なお、本発明による複合構造物の構造物が備える輝度Saは小さければ小さいほど好ましいと考えられるが、事実上の製造における限界値が存在することも当業者には明らかである。このような製造上の限界が本発明にあっては輝度Saの下限値となるから、下限値が具体的に特定されていないことは、第3の態様による本発明を不明瞭にするものではない。この点は、以下の第4の態様にあっても同様である。   It is considered that the smaller the brightness Sa of the structure of the composite structure according to the present invention, the better, but it is apparent to those skilled in the art that there is a practical limit in manufacturing. Since such a manufacturing limit becomes the lower limit value of the luminance Sa in the present invention, the fact that the lower limit value is not specifically specified does not obscure the present invention according to the third aspect. Absent. This point is the same in the following fourth embodiment.

本発明の第4の態様
本発明の第4の態様にあっては、本発明の第3の態様と同様輝度Saを指標とするが、第1の態様における輝度Saを得る方法における工程(iv)、つまり輝度値を補正する工程において、ノイズ成分を除く工程が付加されたことを特徴とする。したがって、そのノイズ成分を除く工程以外の本明細書における第3の態様の説明は第4の発明の説明となる。
Fourth Aspect of the Present Invention In a fourth aspect of the present invention, the luminance Sa is used as an index similarly to the third aspect of the present invention, but the step (iv) in the method for obtaining the luminance Sa in the first aspect That is, in the step of correcting the luminance value, a step of removing a noise component is added. Therefore, the description of the third embodiment in this specification other than the step of removing the noise component is the description of the fourth invention.

そして、本発明の第4の態様による複合構造物は、
基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物が多結晶セラミックスを含んでなり、
以下の方法より算出される輝度Sa値が10以下であることを特徴とする、複合構造物:
前記輝度Saを得る方法が、
(i)前記構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、
(ii)前記TEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を取得する工程と、
(iii)前記デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程と、
(iv)前記輝度値を補正する工程と、
(v)前記補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程と
を備えてなり、
前記工程(i)において、
前記TEM観察試料は、前記構造物から、少なくとも3つ用意されるものであり、
前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれは、集束イオンビーム法(FIB法)を用い、加工ダメージを抑制して作成されるものであり、
前記FIB加工時に、構造物の表面には帯電防止および試料保護のためのカーボン層およびタングステン層が設けられ、
前記FIB加工方向を縦方向としたときに、前記縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmであって、
前記工程(ii)において、
前記デジタル白黒画像は前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて取得されるものであり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで、前記構造物、前記カーボン層、及び前記タングステン層を含んでおり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれにおいて、前記構造物の前記表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定し、
この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得するものであって、
前記工程(iv)において、
前記輝度値について、前記カーボン層の輝度値を255、前記タングステン層の輝度値を0として相対的に補正して補正後の輝度値を取得し、
前記輝度値を補正した前記デジタル白黒画像について、ローパスフィルタを用いたノイズ除去を行うものであって、前記ローパスフィルタを用いたノイズ除去におけるカットオフ周波数(cut-off frequency)が1/(10ピクセル)であり、
前記工程(v)において、
前記輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いて前記ピクセル毎の前記補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする
ことを特徴とするものである。
And the composite structure according to the fourth aspect of the present invention is:
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure comprises polycrystalline ceramics,
A composite structure, wherein the luminance Sa value calculated by the following method is 10 or less:
The method for obtaining the luminance Sa is as follows:
(I) preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure;
(Ii) obtaining a digital black-and-white image of a bright-field image of the TEM observation sample;
(Iii) obtaining a luminance value in which color data of each pixel in the digital monochrome image is represented by a gradation value;
(Iv) correcting the luminance value;
(V) calculating a luminance Sa using the corrected luminance value,
In the step (i),
The TEM observation sample is prepared at least three from the structure,
Each of the at least three TEM observation samples is formed by using a focused ion beam method (FIB method) while suppressing processing damage.
At the time of the FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer for antistatic and sample protection are provided on the surface of the structure,
When the FIB processing direction is the vertical direction, the sample upper thickness, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure in a plane perpendicular to the vertical direction, is 100 ± 30 nm,
In the step (ii),
The digital black and white image is obtained for each of the at least three TEM observation samples,
Each of the digital black and white images uses a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV, and includes the structure, the carbon layer, and the tungsten layer,
In each of the digital black-and-white images, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the surface of the structure is set,
Acquiring the plurality of digital black-and-white images from each of the at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions is 6.9 μm 2 or more,
In the step (iv),
Regarding the brightness value, the brightness value of the carbon layer is 255, the brightness value of the tungsten layer is 0, and the brightness value after correction is relatively corrected to obtain a brightness value,
A noise removal using a low-pass filter is performed on the digital black-and-white image whose luminance value has been corrected, wherein a cut-off frequency in the noise removal using the low-pass filter is 1 / (10 pixels )
In the step (v),
For each of the luminance acquisition areas, an average of absolute values of the differences between the corrected luminance values for each pixel is calculated using a least squares method, and the average is set as the luminance Sa. Things.

また、本発明による評価方法は、
多結晶セラミックスを含み、表面を有する構造物の微構造の評価方法であって、
(i)前記構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、
(ii)前記TEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を取得する工程と、
(iii)前記デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程と、
(iv)前記輝度値を補正する工程と、
(v)前記補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程と
を備えてなり、
前記工程(i)において、
前記TEM観察試料は、前記構造物から、少なくとも3つ用意されるものであり、
前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれは、集束イオンビーム法(FIB法)を用い、加工ダメージを抑制して作成されるものであり、
前記FIB加工時に、構造物の表面には帯電防止および試料保護のためのカーボン層およびタングステン層が設けられ、
前記FIB加工方向を縦方向としたときに、前記縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmであって、
前記工程(ii)において、
前記デジタル白黒画像は前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて取得されるものであり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで、前記構造物、前記カーボン層、及び前記タングステン層を含んでおり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれにおいて、前記構造物の前記表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定し、
この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得するものであって、
前記工程(iv)において、
前記輝度値について、前記カーボン層の輝度値を255、前記タングステン層の輝度値を0として相対的に補正して補正後の輝度値を取得し、
前記輝度値を補正した前記デジタル白黒画像について、ローパスフィルタを用いたノイズ除去を行うものであって、前記ローパスフィルタを用いたノイズ除去におけるカットオフ周波数(cut-off frequency)が1/(10ピクセル)であり、
前記工程(v)において、前記輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いて前記ピクセル毎の前記補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする
ことを特徴とするものである。
Further, the evaluation method according to the present invention,
A method for evaluating a microstructure of a structure having a surface, including a polycrystalline ceramic,
(I) preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure;
(Ii) obtaining a digital black-and-white image of a bright-field image of the TEM observation sample;
(Iii) obtaining a luminance value in which color data of each pixel in the digital monochrome image is represented by a gradation value;
(Iv) correcting the luminance value;
(V) calculating a luminance Sa using the corrected luminance value,
In the step (i),
The TEM observation sample is prepared at least three from the structure,
Each of the at least three TEM observation samples is formed by using a focused ion beam method (FIB method) while suppressing processing damage.
At the time of the FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer for antistatic and sample protection are provided on the surface of the structure,
When the FIB processing direction is the vertical direction, the sample upper thickness, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure in a plane perpendicular to the vertical direction, is 100 ± 30 nm,
In the step (ii),
The digital black and white image is obtained for each of the at least three TEM observation samples,
Each of the digital black and white images uses a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV, and includes the structure, the carbon layer, and the tungsten layer,
In each of the digital black-and-white images, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the surface of the structure is set,
Acquiring the plurality of digital black-and-white images from each of the at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions is 6.9 μm 2 or more,
In the step (iv),
Regarding the brightness value, the brightness value of the carbon layer is 255, the brightness value of the tungsten layer is 0, and the brightness value after correction is relatively corrected to obtain a brightness value,
A noise removal using a low-pass filter is performed on the digital black-and-white image whose luminance value has been corrected, wherein a cut-off frequency in the noise removal using the low-pass filter is 1 / (10 pixels )
In the step (v), for each of the luminance acquisition regions, an average of absolute values of the differences between the corrected luminance values for each pixel is calculated using a least squares method, and the average is calculated as a luminance Sa. It is characterized by the following.

このように、第4の態様による複合構造物は、輝度Saが10以下であることを特徴とするものであり、好ましくは5以下である。   As described above, the composite structure according to the fourth embodiment is characterized in that the luminance Sa is 10 or less, and preferably 5 or less.

本発明の第4の態様においては、本発明の第3の態様におけるのと同様に輝度Saを求めるため、工程(i)、すなわち構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、工程(ii)、すなわちTEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を用意する工程と、そして工程(iii)、すなわちデジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程が行われる。そしてさらに、工程(iv)において、輝度Saが、より正確・適正に構造物の微構造を表すものとなるよう、必要に応じて画像におけるノイズ成分を除く工程が行われる。TEM画像Gには、高い周波数成分を持つノイズが含まれており、これをこの付加工程において、フィルタにより除去する。本態様では画像Gについて、ローパスフィルタ(LPF, low-pass filter)を用いてノイズ除去を行う。画像処理におけるノイズ除去の詳細については、「画像処理 −その基礎から応用まで第2版」(尾崎弘・谷口慶治著、共立出版株式会社)を参照する。   In the fourth embodiment of the present invention, step (i), that is, a step of preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure, in order to obtain the luminance Sa as in the third embodiment of the present invention. And step (ii), that is, a step of preparing a digital black-and-white image of a bright-field image of the TEM observation sample, and step (iii), that is, color data of each pixel in the digital black-and-white image is represented by a numerical value of gradation. The step of acquiring the obtained luminance value is performed. Further, in the step (iv), a step of removing a noise component from the image is performed as necessary so that the luminance Sa more accurately and appropriately represents the microstructure of the structure. The TEM image G contains noise having a high frequency component, and is removed by a filter in this additional step. In this embodiment, noise removal is performed on the image G using a low-pass filter (LPF). For details of noise removal in image processing, see "Image Processing-Second Edition from Basics to Applications" (by Hiroshi Ozaki and Keiji Taniguchi, Kyoritsu Shuppan Co., Ltd.).

本態様では、ローパスフィルタを用いたノイズ除去におけるカットオフ周波数(cut-off frequency)を1/(10ピクセル)とする。つまり、カットオフ周期を10ピクセルとする。例えば、画像処理ソフトとしてWinROOF2015を用いた場合、ノイズ除去コマンドを用いてカットオフ周波数を設定する。   In this embodiment, a cut-off frequency in noise removal using a low-pass filter is set to 1 / (10 pixels). That is, the cutoff period is set to 10 pixels. For example, when WinROOF2015 is used as image processing software, a cutoff frequency is set using a noise removal command.

図7(c)(d)は、輝度値補正後の画像Gである図7(a)(b)に対して、カットオフ周波数1/(10ピクセル)としてローパスフィルタを用いたノイズ除去を行った画像の例である。ノイズ除去を行うことで、TEM画像Gのフォーカス精度などの影響を排除することができ、構造物が備える物性・特性、例えば耐パーティクル性と輝度Saとの相関を高めることができる。   FIGS. 7 (c) and 7 (d) show the image G after the luminance value correction. FIGS. 7 (a) and 7 (b) show the noise removal using a low-pass filter as the cutoff frequency 1 / (10 pixels). It is an example of an image. By performing the noise removal, it is possible to eliminate the influence of the focus accuracy of the TEM image G and the like, and it is possible to enhance the physical properties and characteristics of the structure, for example, the correlation between the particle resistance and the luminance Sa.

本発明の第4の態様にあっては、こうして得られた補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程(v)がその後に行われる。この工程(v)も本発明の第3の態様と同様のものとされてよい。   In the fourth aspect of the present invention, the step (v) of calculating the luminance Sa using the corrected luminance value thus obtained is performed thereafter. This step (v) may be the same as in the third embodiment of the present invention.

本発明の第5の態様
本発明の第5の態様にあっては、本発明の第1乃至第4の態様とは異なり、その対象をY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む構造物に限定しながら、かつ構造物の微構造は屈折率を指標として表される。すなわち、本発明者らは、例えば半導体製造装置等の腐食性プラズマ環境に曝される状況で用いられるY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む構造物を備えた複合構造物において、パーティクルの影響を極めて小さくすることに成功した。そして、屈折率を指標として用いることで、極めて高いレベルで耐パーティクル性能を評価できることを見出した。
Fifth Aspect of the Present Invention In a fifth aspect of the present invention, unlike the first to fourth aspects of the present invention, the object includes Y (yttrium element) and O (oxygen element). While limited to the structure, the microstructure of the structure is expressed using the refractive index as an index. That is, the present inventors have developed a composite structure including a structure containing Y (yttrium element) and O (oxygen element) used in a situation exposed to a corrosive plasma environment such as a semiconductor manufacturing apparatus. We succeeded in minimizing the effects of particles. Then, they have found that particle resistance performance can be evaluated at an extremely high level by using the refractive index as an index.

本発明の第5の態様による複合構造物は、
基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物がY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む多結晶セラミックスを含み、
波長400nm〜550nmにおける屈折率が1.92よりも大きく、
前記屈折率は、顕微分光膜厚計を用い、反射分光法により算出されるものであり、
測定条件として、測定スポットサイズ10μm、前記基材表面および前記複合構造物表面の平均表面粗さRa≦0.1μm、前記構造物の厚さ≦1μm、測定波長範囲360〜1100nmであり、
解析条件として、解析波長範囲360〜1100nm、最適化法および最小二乗法を用いるものである。
The composite structure according to the fifth aspect of the present invention comprises:
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure includes a polycrystalline ceramic containing Y (yttrium element) and O (oxygen element);
The refractive index at a wavelength of 400 nm to 550 nm is larger than 1.92,
The refractive index is calculated by reflection spectroscopy using a microspectrophotometer,
As measurement conditions, the measurement spot size is 10 μm, the average surface roughness Ra of the substrate surface and the composite structure surface is ≦ 0.1 μm, the thickness of the structure is ≦ 1 μm, and the measurement wavelength range is 360 to 1100 nm.
As the analysis conditions, an analysis wavelength range of 360 to 1100 nm, an optimization method, and a least squares method are used.

また、本発明の第5のもう一つの態様による複合構造物は、
基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物がY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む多結晶セラミックスを含んでなり、
その屈折率は、波長400nmにおいて1.99以上、波長500nmにおいて1.96以上、波長600nmにおいて1.94以上、波長700nmにおいて1.93以上、波長800nm以上において1.92以上、の少なくともいずれかを満たし
前記屈折率は、顕微分光膜厚計を用い、反射分光法により算出されるものであり、
測定条件として、測定スポットサイズ10μm、前記基材表面および前記複合構造物表面の平均表面粗さRa≦0.1μm、前記構造物の厚さ≦1μm、測定波長範囲360〜1100nmであり、
解析条件として、解析波長範囲360〜1100nm、最適化法および最小二乗法を用いるものである。
Further, the composite structure according to the fifth other aspect of the present invention includes:
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure comprises a polycrystalline ceramic containing Y (yttrium element) and O (oxygen element);
The refractive index is at least one of 1.99 or more at a wavelength of 400 nm, 1.96 or more at a wavelength of 500 nm, 1.94 or more at a wavelength of 600 nm, 1.93 or more at a wavelength of 700 nm, and 1.92 or more at a wavelength of 800 nm or more. Is satisfied, using a microspectrophotometer, is calculated by reflection spectroscopy,
As measurement conditions, the measurement spot size is 10 μm, the average surface roughness Ra of the substrate surface and the composite structure surface is ≦ 0.1 μm, the thickness of the structure is ≦ 1 μm, and the measurement wavelength range is 360 to 1100 nm.
As the analysis conditions, an analysis wavelength range of 360 to 1100 nm, an optimization method, and a least squares method are used.

一般的に、Yの平均屈折率は1.92である(日本化学会編「化学便覧」,丸善(1962)、p919、「セラミック化学」p220、表8−24、社団法人日本セラミックス協会平成6年9月30日改訂版など)。また、日本化学会誌1979,(8),p.1106〜1108(非特許文献1)には透明な板状試料である酸化イットリウム焼結体の光学特性として、屈折率と反射率を開示する(図20参照)。これに対して、本発明の第5の態様による複合構造物は、例えば、波長400〜550nmにおける屈折率が1.92よりも大である。あるいは、波長400nmにおいて1.99以上、波長500nmにおいて1.96以上、波長600nmにおいて1.94以上、波長700nmにおいて1.93以上、波長800nm以上において1.92以上、の少なくともいずれかを満たす。 In general, the average refractive index of Y 2 O 3 is 1.92 (Chemical Handbook, edited by The Chemical Society of Japan, Maruzen (1962), p919, “Ceramic Chemistry” p220, Table 8-24, Japan Ceramics Co., Ltd. Association, revised version on September 30, 1994). Also, the Chemical Society of Japan 1979, (8), p. 1106 to 1108 (Non-Patent Document 1) disclose a refractive index and a reflectance as optical characteristics of a transparent plate-like sample yttrium oxide sintered body (see FIG. 20). In contrast, the composite structure according to the fifth aspect of the present invention has, for example, a refractive index at a wavelength of 400 to 550 nm greater than 1.92. Alternatively, it satisfies at least one of 1.99 or more at a wavelength of 400 nm, 1.96 or more at a wavelength of 500 nm, 1.94 or more at a wavelength of 600 nm, 1.93 or more at a wavelength of 700 nm, and 1.92 or more at a wavelength of 800 nm or more.

第5の態様において、複合構造物の基本構造は、第1乃至第4の態様による複合構造物と同様であるが、但し、図1における基本構造において、構造物10は、Y(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む多結晶セラミックス(以後、場合により「Y−O化合物」という)を含んでなる。そして、複合構造物が備える構造物10は、所定の屈折率を示す。   In the fifth embodiment, the basic structure of the composite structure is the same as the composite structures according to the first to fourth embodiments, except that in the basic structure in FIG. 1, the structure 10 is formed of Y (yttrium element). And a polycrystalline ceramic containing O (oxygen element) (hereinafter sometimes referred to as “YO compound”). The structure 10 provided in the composite structure has a predetermined refractive index.

したがって、第5の態様による複合構造物が備えるY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む構造物10は、いわゆるY−O化合物コートである。Y−O化合物コートを施すことにより、基材70に種々の物性・特性を付与することが出来る。なお、本態様にあっても、セラミック構造物とセラミックコートとは、特に断らない限り、同義に用いる。   Therefore, the structure 10 including Y (yttrium element) and O (oxygen element) included in the composite structure according to the fifth embodiment is a so-called YO compound coat. By applying the YO compound coat, the base material 70 can be given various physical properties and characteristics. In this embodiment, the ceramic structure and the ceramic coat are used synonymously unless otherwise specified.

一つの好ましい態様によれば、構造物10はY−O化合物を含む多結晶セラミックスを主成分とし、Y−O化合物を好ましくは50%超、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上、95%以上含む。最も好ましくは、構造物10は、Y−O化合物からなる。   According to one preferred embodiment, the structure 10 is mainly composed of a polycrystalline ceramic containing a YO compound, and preferably contains the YO compound in an amount of more than 50%, more preferably 70% or more, even more preferably 90% or more. , 95% or more. Most preferably, structure 10 comprises a YO compound.

本態様において、Y−O化合物とは、例えば、イットリウムの酸化物である。例えば、Y、Yαβ(非化学両論的組成)、が挙げられる。Y元素、O元素以外に、他の元素を含んでいてもよい。例えば、F元素、Cl元素、Br元素の少なくともいずれかをさらに含むY−O化合物が挙げられる。構造物10は、例えばYを主成分とする。Yの含有量は、70%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。最も好ましくは、構造物10は、100%Yからなる。 In this embodiment, the YO compound is, for example, an oxide of yttrium. For example, Y 2 O 3 and Y α O β (non-stoichiometric composition) can be mentioned. In addition to the Y element and the O element, other elements may be included. For example, a YO compound further containing at least one of the F element, the Cl element, and the Br element can be used. The structure 10 includes, for example, Y 2 O 3 as a main component. The content of Y 2 O 3 is 70% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. Most preferably, structure 10 comprises 100% Y 2 O 3 .

第5の態様における屈折率
屈折率の測定は、顕微分光膜厚計(例えば、大塚電子製OPTM−F2、FE−37S)を用い、反射分光法により算出することにより行われてよい。測定条件として、測定スポットサイズ10μm、測定波長範囲360〜1100nmとする。また、解析条件として、解析波長範囲360〜1100nmとし、最適化法および最小二乗法を用いる。
The refractive index in the fifth embodiment may be measured by reflection spectroscopy using a microspectrophotometer (for example, OPTM-F2, FE-37S, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). The measurement conditions are a measurement spot size of 10 μm and a measurement wavelength range of 360 to 1100 nm. The analysis condition is an analysis wavelength range of 360 to 1100 nm, and the optimization method and the least squares method are used.

本発明の第5の態様による複合構造物において、波長400nm〜550nmにおける屈折率が1.92よりも大きく、好ましくは400nm〜600nmにおける屈折率が1.92よりも大きく、さらに好ましくは400nm〜800nmにおける屈折率が1.92よりも大である。また、本発明の第5の態様による複合構造物において、屈折率は、波長400nmにおいて1.99以上、波長500nmにおいて1.96以上、波長600nmにおいて1.94以上、波長700nmにおいて1.93以上、波長800nm以上において1.92以上、の少なくともいずれかを満たす。本発明者らは、Y−O化合物を含む複合構造物において、屈折率を上述のように高くする新規の構造物を新たに見出した。そして、意外なことには、屈折率が極めて高いY−O化合物を含む複合構造物では、耐パーティクル性が極めて優れていることを見出し、本発明に想到したものである。本発明の一つの好ましい態様にあっては、屈折率の上限は2.20である。   In the composite structure according to the fifth aspect of the present invention, the refractive index at a wavelength of 400 nm to 550 nm is larger than 1.92, preferably the refractive index at a wavelength of 400 nm to 600 nm is larger than 1.92, more preferably 400 nm to 800 nm. Is greater than 1.92. In the composite structure according to the fifth aspect of the present invention, the refractive index is 1.99 or more at a wavelength of 400 nm, 1.96 or more at a wavelength of 500 nm, 1.94 or more at a wavelength of 600 nm, and 1.93 or more at a wavelength of 700 nm. And at least 1.92 at a wavelength of 800 nm or more. The present inventors have newly found a novel structure that increases the refractive index as described above in a composite structure containing a YO compound. Surprisingly, the present inventors have found that a composite structure containing a YO compound having a very high refractive index has extremely excellent particle resistance, and arrived at the present invention. In one preferred embodiment of the present invention, the upper limit of the refractive index is 2.20.

複合構造物の調製方法
本発明による複合構造物は、上記した第1乃至第5の態様の指標を備えるものを実現出来る限り、合目的的な種々の製造方法により製造されてよい。本発明の一つの態様によれば、本発明による複合構造物は、基材上に構造物を、エアロゾルデポジション法(AD法)により形成することにより、好ましく製造することが出来る。本発明の一つの好ましい態様によれば、本発明による複合構造物の構造物は、AD法により実現することができる。AD法とは、セラミックス等の脆性材料の微粒子とガスとが混合されたエアロゾルを基材の表面に噴射して高速で微粒子を基材に衝突させ、この衝突により微粒子を粉砕または変形させて基材上に構造物(セラミックコート)を形成させる方法である。
Method for Preparing Composite Structure The composite structure according to the present invention may be manufactured by any suitable manufacturing method as long as the structure having the indicators of the first to fifth aspects described above can be realized. According to one aspect of the present invention, the composite structure according to the present invention can be preferably manufactured by forming the structure on a substrate by an aerosol deposition method (AD method). According to one preferred embodiment of the present invention, the structure of the composite structure according to the present invention can be realized by an AD method. In the AD method, an aerosol in which fine particles of a brittle material such as ceramics and a gas are mixed is sprayed onto the surface of the base material, and the fine particles collide with the base material at a high speed. This is a method of forming a structure (ceramic coat) on a material.

AD法を実施する装置
本発明の第1乃至第5による複合構造物を製造するAD法に用いる装置は特に限定されないが、図10に示される基本的構成を備える。すなわち、AD法に用いる装置19は、チャンバー14と、エアロゾル供給部13と、ガス供給部11と、排気部18と、配管12と、により構成される。チャンバー14の内部には、基材70を配置するステージ16と、駆動部17と、ノズル15と、が配置される。駆動部17によりステージ16に配置された基材70とノズル15との位置を相対的に変えることができる。このとき、ノズル15と基材70との間の距離を一定にしてもよいし、可変にしてもよい。この例では、駆動部17はステージ16を駆動させる態様を示しているが、駆動部17がノズル15を駆動させてもよい。駆動方向は例えば、XYZθ方向である。
Apparatus for performing the AD method The apparatus used for the AD method for manufacturing the composite structure according to the first to fifth aspects of the present invention is not particularly limited, but has a basic configuration shown in FIG. That is, the device 19 used for the AD method includes the chamber 14, the aerosol supply unit 13, the gas supply unit 11, the exhaust unit 18, and the pipe 12. Inside the chamber 14, a stage 16 on which the base material 70 is arranged, a driving unit 17, and a nozzle 15 are arranged. The position of the base material 70 and the nozzle 15 arranged on the stage 16 can be relatively changed by the driving unit 17. At this time, the distance between the nozzle 15 and the substrate 70 may be constant or may be variable. In this example, the driving unit 17 drives the stage 16, but the driving unit 17 may drive the nozzle 15. The driving direction is, for example, the XYZθ direction.

図10の装置において、エアロゾル供給部13は、配管12によりガス供給部11と接続される。エアロゾル供給部13では、原料微粒子とガスとが混合されたエアロゾルを、配管12を介してノズル15に供給する。装置19は、原料微粒子を供給する粉体供給部(図示しない)をさらに備える。粉体供給部はエアロゾル供給部13内に配置されてもよいし、エアロゾル供給部13とは別に配置されてもよい。また、エアロゾル供給部13とは別に、原料微粒子とガスとを混合するエアロゾル形成部を備えていてもよい。ノズル15から噴射される微粒子の量が一定となるように、エアロゾル供給部13からの供給量を制御することで、均質な構造物を得ることができる。   In the apparatus shown in FIG. 10, the aerosol supply unit 13 is connected to the gas supply unit 11 by a pipe 12. In the aerosol supply unit 13, the aerosol in which the raw material fine particles and the gas are mixed is supplied to the nozzle 15 via the pipe 12. The apparatus 19 further includes a powder supply unit (not shown) for supplying raw material fine particles. The powder supply unit may be arranged in the aerosol supply unit 13 or may be arranged separately from the aerosol supply unit 13. In addition to the aerosol supply unit 13, an aerosol forming unit that mixes the raw material fine particles and the gas may be provided. By controlling the supply amount from the aerosol supply unit 13 so that the amount of fine particles injected from the nozzle 15 is constant, a uniform structure can be obtained.

ガス供給部11は、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、空気などを供給する。供給されるガスが空気の場合、例えば、水分や油分などの不純物が少ない圧縮空気を用いるか、空気から不純物を取り除く空気処理部をさらに設けることが好ましい。   The gas supply unit 11 supplies nitrogen gas, helium gas, argon gas, air, and the like. When the supplied gas is air, for example, it is preferable to use compressed air having a small amount of impurities such as moisture and oil, or to further provide an air treatment unit for removing impurities from the air.

次に、AD法に用いる装置19の動作について説明する。チャンバー14内のステージ16に基材を配置した状態で、真空ポンプなどの排気部18により、チャンバー14内を大気圧以下、具体的には数百Pa程度に減圧する。一方、エアロゾル供給部13の内圧をチャンバー14の内圧よりも高く設定する。エアロゾル供給部13の内圧は、例えば、数百〜数万Paである。粉体供給部を大気圧としてもよい。チャンバー14とエアロゾル供給部13との差圧などにより、ノズル15からの原料粒子の噴射速度が亜音速〜超音速(50〜500m/s)の領域となるように、エアロゾル中の微粒子を加速させる。噴射速度は、ガス供給部11から供給されるガスの流速、ガス種、ノズル15の形状、配管12の長さや内径、排気部18の排気量などにより適宜制御される。例えば、ノズル15として、ラバルノズルなどの超音速ノズルを用いることもできる。ノズル15から高速で噴射されたエアロゾル中の微粒子は、基材に衝突し、粉砕または変形して基材上に構造物として堆積される。基材とノズル15との相対的な位置を変えることにより、所定面積を有する構造物を基材上に備えた複合構造物が形成される。チャンバー内圧力、ガス流量等の具体的な製造条件は、個々の装置の組合せによって変化するものであり、これらの条件は本発明の構造物を形成可能な範囲において適宜調整されうる。   Next, the operation of the device 19 used for the AD method will be described. With the substrate placed on the stage 16 in the chamber 14, the inside of the chamber 14 is evacuated to a pressure lower than the atmospheric pressure, specifically about several hundred Pa, by an exhaust unit 18 such as a vacuum pump. On the other hand, the internal pressure of the aerosol supply unit 13 is set higher than the internal pressure of the chamber 14. The internal pressure of the aerosol supply unit 13 is, for example, several hundreds to several tens of thousands Pa. The powder supply unit may be at atmospheric pressure. The fine particles in the aerosol are accelerated by the pressure difference between the chamber 14 and the aerosol supply unit 13 so that the injection speed of the raw material particles from the nozzle 15 is in a subsonic to supersonic (50 to 500 m / s) region. . The injection speed is appropriately controlled by the flow rate of the gas supplied from the gas supply unit 11, the gas type, the shape of the nozzle 15, the length and inner diameter of the pipe 12, the amount of exhaust of the exhaust unit 18, and the like. For example, a supersonic nozzle such as a Laval nozzle can be used as the nozzle 15. The fine particles in the aerosol ejected at a high speed from the nozzle 15 collide with the base material and are crushed or deformed and deposited as a structure on the base material. By changing the relative position between the substrate and the nozzle 15, a composite structure having a structure having a predetermined area on the substrate is formed. Specific manufacturing conditions such as the pressure in the chamber and the gas flow rate vary depending on the combination of individual devices, and these conditions can be appropriately adjusted as long as the structure of the present invention can be formed.

また、ノズル15から噴射される前に、微粒子の凝集を解くための解砕部(図示しない)を設けてもよい。解砕部における解砕方法は、後述する微粒子の基材への衝突形態を充足する限り、任意の方法を選択することができる。例えば、振動、衝突などの機械的解砕、静電気、プラズマ照射、分級、等公知の方法が挙げられる。   Before being ejected from the nozzle 15, a crushing unit (not shown) for breaking up the aggregation of the fine particles may be provided. An arbitrary method can be selected as the method of crushing in the crushing unit, as long as the below-described mode of collision of the fine particles with the base material is satisfied. For example, known methods such as vibration, mechanical crushing such as collision, static electricity, plasma irradiation, classification and the like can be mentioned.

本発明による複合構造物は、以上に加え、次の様な用途において好ましく用いられる。すなわち、電気自動車、タッチパネル、LED、太陽電池、歯科インプラント、人工衛星のミラーなどの航空宇宙産業向けコーティング、摺動部材、化学プラントなどにおける耐腐食コーティング、全固体電池、サーマルバリアコーティング、高屈折率用途、例えば光学レンズ、光学ミラー、光学素子、宝飾品などの用途において好ましく用いられる。   The composite structure according to the present invention is preferably used in the following applications in addition to the above. That is, coatings for the aerospace industry, such as electric vehicles, touch panels, LEDs, solar cells, dental implants, satellite mirrors, corrosion-resistant coatings on sliding members, chemical plants, etc., all-solid-state batteries, thermal barrier coatings, high refractive indexes It is preferably used in applications such as optical lenses, optical mirrors, optical elements, and jewelry.

本発明をさらに以下の実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   The present invention will be further described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

1.サンプル作製
1−1 原料粒子
原料粒子として、酸化イットリウム、イットリウムオキシフッ化物、イットリウムフッ化物、酸化アルミニウム粉体および酸化ジルコニウム粉体を用意した。各種粉体の平均粒径及び粒子状態は、表1に示されるとおりであった。
1. Sample preparation
1-1 Raw material particles As raw material particles, yttrium oxide, yttrium oxyfluoride, yttrium fluoride, aluminum oxide powder, and zirconium oxide powder were prepared. The average particle size and particle state of the various powders were as shown in Table 1.

1−2 サンプルの製膜
上記原料粒子および表1に示される基材を用いて、サンプルa〜d、f〜nの複合構造物を作成した。サンプルeとしてイオンプレーティング法により作製された市販のサンプルを用い、その他のサンプルについてはエアロゾルデポジション法により作製した。
1-2 Film Formation of Samples Using the raw material particles and the base material shown in Table 1, composite structures of samples a to d and f to n were prepared. A commercially available sample prepared by the ion plating method was used as the sample e, and the other samples were prepared by the aerosol deposition method.

AD法に用いた装置の基本構造は、図10に示す装置と同様のものとした。各サンプルの原料粒子、基材、ガス種、ガス流量は表1に示されるとおりとし、ノズルからの噴射速度は150m/s以上であった。また、構造物の形成厚さはいずれも5μm前後とした。構造物の形成は室温(20℃前後)にて行った。   The basic structure of the device used for the AD method was the same as the device shown in FIG. The raw material particles, base material, gas type, and gas flow rate of each sample were as shown in Table 1, and the injection speed from the nozzle was 150 m / s or more. Further, the thickness of each of the structures was about 5 μm. The formation of the structure was performed at room temperature (around 20 ° C.).

2.構造物のキャラクタリゼーション(その1)2. Characterization of structures (Part 1)
2−1 平均結晶子サイズ2-1 Average crystallite size

サンプルeおよびサンプルcについて、倍率40万倍で撮影したTEM画像より平均結晶子サイズを算出した。具体的には、倍率40万倍で取得した画像を用い、結晶子15個の円形近似による平均値より平均結晶子サイズを算出した。   For sample e and sample c, the average crystallite size was calculated from the TEM image taken at a magnification of 400,000. Specifically, the average crystallite size was calculated from the average value of 15 crystallites by circular approximation using an image acquired at a magnification of 400,000 times.

AD法で作製したサンプルcについて、TEM画像により算出された平均結晶子サイズは9nmであった。   The average crystallite size calculated from the TEM image of the sample c prepared by the AD method was 9 nm.

イオンプレーティングにより作製したサンプルeでは、TEM画像により算出された平均結晶子サイズは1nmであった。   In sample e produced by ion plating, the average crystallite size calculated from the TEM image was 1 nm.

2−2 気孔率測定
サンプルa〜hについて、走査型電子顕微鏡(SEM)により取得した画像を用い、画像解析ソフトWinRoof2015を用いた画像解析より気孔率を算出した。倍率は5千倍〜2万倍とした。この気孔率の測定は、従来より、構造物の緻密度の評価手法として用いられているものである。
2-2 For the porosity measurement samples a to h, the porosity was calculated by image analysis using the image analysis software WinRoof 2015 using images acquired by a scanning electron microscope (SEM). The magnification was 5,000 times to 20,000 times. The measurement of the porosity has been conventionally used as a method for evaluating the denseness of a structure.

その結果、サンプルa〜hではいずれも、気孔率は0.01%以下であった。サンプルa、c、e、fおよびgのSEM画像は、それぞれ図12に示されるとおりであった。後述のとおり、耐パーティクル性が異なるこれらのサンプルについて、従来より実施されている気孔率の測定では、サンプルの構造の違いを特定することはできなかった。   As a result, the porosity of each of the samples a to h was 0.01% or less. SEM images of samples a, c, e, f and g were as shown in FIG. 12, respectively. As will be described later, the porosity measurement of these samples having different particle resistances could not identify the difference in the structure of the samples.

3.構造物のキャラクタリゼーション(その2)
3−1.D−SIMS法による水素量測定
水素量測定用の試料として、以下の手法を用いて作成した。まず、サンプルa〜c、f、i〜k、mおよびnをそれぞれ2つ用意した。サンプルサイズは、3mm×3mm、厚み3mmのものとした。サンプルのそれぞれについて、ひとつを標準試料とし、もうひとつを測定用試料とした。それぞれの試料について、構造物10の表面10aを、研磨等により、2次元の平均表面粗さRaを0.01μmとした。次に、それぞれの試料について、室温20−25℃、湿度60%±10%、大気圧の状態で24時間以上放置してからD−SIMSにより水素量を測定した。
3. Characterization of structures (Part 2)
3-1. Measurement of hydrogen amount by D-SIMS method A sample for hydrogen amount measurement was prepared by the following method. First, two samples a to c, f, i to k, m and n were prepared. The sample size was 3 mm x 3 mm and the thickness was 3 mm. For each of the samples, one was used as a standard sample and the other was used as a measurement sample. For each sample, the surface 10a of the structure 10 was polished to have a two-dimensional average surface roughness Ra of 0.01 μm. Next, each sample was allowed to stand at room temperature of 20-25 ° C., humidity of 60% ± 10% and atmospheric pressure for 24 hours or more, and then the amount of hydrogen was measured by D-SIMS.

二次イオン質量分析法:Dynamic−Secondary Ion Mass Spectrometry(D−SIMS法)による水素量の測定は、装置として、CAMECA製 IMF−7fを用いておこなった。   Secondary ion mass spectrometry: Measurement of hydrogen amount by Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry (D-SIMS method) was performed using an IMF-7f manufactured by CAMECA as an apparatus.

標準試料の作製は次の通りとした。評価試料と、評価試料と同等なマトリックス成分をもった試料である評価試料用の標準試料と、Si単結晶と、Si単結晶用の標準試料と、を用意した。2つ用意した各サンプルについて、ひとつを評価用試料、もうひとつを評価試料用の標準試料とした。評価試料用の標準試料とは、評価試料と同等なマトリックス成分を持った試料に対して、重水素を注入したものである。このとき同時にSi単結晶にも重水素を注入し、評価試料用の標準試料とSi単結晶に同等な重水素を注入した。その後、Si単結晶用の標準試料を用いて上記Si単結晶に注入された重水素量を同定した。評価試料用の標準試料に対して、二次イオン質量分析法(D−SIMS法)を用いて重水素と構成元素の二次イオン強度を算出し、相間感度係数を算出した。評価試料用の標準試料から算出した相間感度係数を用いて、評価試料の水素量を算出した。その他についてはISO 18114_“Determining relative sensitivity factors from ion-implanted reference materials”(International Organization for Standardization, Geneva, 2003)を適宜参考とした。   The preparation of the standard sample was as follows. An evaluation sample, a standard sample for an evaluation sample having a matrix component equivalent to that of the evaluation sample, a Si single crystal, and a standard sample for a Si single crystal were prepared. Of each of the two prepared samples, one was used as an evaluation sample and the other was used as a standard sample for evaluation samples. The standard sample for the evaluation sample is obtained by injecting deuterium into a sample having a matrix component equivalent to that of the evaluation sample. At this time, deuterium was simultaneously injected into the Si single crystal, and equivalent deuterium was injected into the standard sample for the evaluation sample and the Si single crystal. Thereafter, the amount of deuterium injected into the Si single crystal was identified using a standard sample for the Si single crystal. For the standard sample for the evaluation sample, the secondary ion intensities of deuterium and constituent elements were calculated using secondary ion mass spectrometry (D-SIMS method), and the interphase sensitivity coefficient was calculated. The hydrogen amount of the evaluation sample was calculated using the inter-phase sensitivity coefficient calculated from the standard sample for the evaluation sample. About others, ISO 18114_ "Determining relative sensitivity factors from ion-implanted reference materials" (International Organization for Standardization, Geneva, 2003) was suitably referred.

測定用試料および標準試料のそれぞれの構造物表面に、導電性の白金(Pt)を蒸着した。D-SIMSの測定条件として、一次イオン種にはセシウム(Cs)イオンを用いた。一次加速電圧を15.0kV、検出領域を8μmφとし、測定深さは、500nm、2μm、5μmの3水準とした。   Conductive platinum (Pt) was deposited on the surface of each structure of the measurement sample and the standard sample. Cesium (Cs) ion was used as a primary ion species as a measurement condition of D-SIMS. The primary acceleration voltage was 15.0 kV, the detection area was 8 μmφ, and the measurement depth was 500 nm, 2 μm, and 5 μm.

得られた単位体積あたりの水素原子数(atoms/cm)は、後記する表2に示されるとおりであった。 The obtained number of hydrogen atoms per unit volume (atoms / cm 3 ) was as shown in Table 2 below.

3−2.RBS−HFS法およびp−RBS法による水素量の測定
まず、サンプルa、c、f、およびjについて、構造物10の表面10aを研磨して、2次元の平均表面粗さRaを0.01μmとした。次に、試料を室温20−25℃、湿度60%±10%、大気圧の状態で24時間以上放置し、その後で水素量(水素原子濃度)を測定した。
3-2. Measurement of hydrogen amount by RBS-HFS method and p-RBS method First, for samples a, c, f, and j, the surface 10a of the structure 10 was polished to obtain a two-dimensional average surface roughness Ra of 0.01 μm. And Next, the sample was allowed to stand at room temperature of 20-25 ° C., humidity of 60% ± 10%, and atmospheric pressure for 24 hours or more, and then the amount of hydrogen (hydrogen atom concentration) was measured.

水素量の測定は、RBS−HFSと、p−RBSとを組合せて行った。装置として、National Electrostatics Corporation社製 Pelletron 3SDHを用いた。   The measurement of the amount of hydrogen was performed by combining RBS-HFS and p-RBS. As an apparatus, Pelletron 3SDH manufactured by National Electrostatics Corporation was used.

RBS−HFS法の測定条件は次のとおりとした。
入射イオン:4He+
入射エネルギー:2300KeV、入射角:75°、散乱角:160°、反跳角:30°
試料電流:2nA、ビーム径:1.5mmφ、照射量:8μC
面内回転:無し
The measurement conditions of the RBS-HFS method were as follows.
Incident ion: 4He +
Incident energy: 2300 KeV, incident angle: 75 °, scattering angle: 160 °, recoil angle: 30 °
Sample current: 2 nA, beam diameter: 1.5 mmφ, irradiation amount: 8 μC
In-plane rotation: None

p−RBS法の測定条件は次のとおりとした。
入射イオン:水素イオン(H+
入射エネルギー:1740KeV、入射角:0°、散乱角:160°、反跳角:なし
試料電流:1nA、ビーム径:3mmφ、照射量:19μC
面内回転:無し
The measurement conditions of the p-RBS method were as follows.
Incident ion: hydrogen ion (H + )
Incident energy: 1740 KeV, incident angle: 0 °, scattering angle: 160 °, recoil angle: none, sample current: 1 nA, beam diameter: 3 mmφ, irradiation amount: 19 μC
In-plane rotation: None

得られた水素原子濃度は後記する表2に示されるとおりであった。   The obtained hydrogen atom concentration was as shown in Table 2 below.

3−3−1.TEM観察用サンプルの作成
サンプルa〜nについて、TEM観察試料を集束イオンビーム法(FIB法、Focused Ion Beam)により作製した。まず、各サンプルを切断した。そして各サンプルの構造物表面に対してFIB加工を行った。まず、各サンプルの構造物表面に、カーボン層50を蒸着した。カーボン層の蒸着の狙い厚みを300nm程度とした。
3-3-1. For creating samples a to n TEM observation samples, the TEM observation sample focused ion beam method (FIB method, Focused Ion Beam) was prepared by. First, each sample was cut. Then, FIB processing was performed on the structure surface of each sample. First, a carbon layer 50 was deposited on the surface of the structure of each sample. The target thickness of the carbon layer was set to about 300 nm.

カーボン層蒸着後に、FIB装置を用いて各サンプルを薄片化した。まず、カーボン層を上にして、薄片化する部位の周辺にGaイオンビームを照射して、カーボン層とともに各サンプルの構造物の一部を切り出した。切り出した構造物を、FIBピックアップ法により、タングステンデポジション機能を利用してFIB用TEM試料台に固定した。次いで、カーボン層50の上で、かつ、TEM観察用に薄片化する部位に、タングステンデポジション処理によりタングステン層を形成した。タングステン層の狙い厚さは、500〜600nmとした。そして、各サンプルの構造物をGaイオンで薄片化部位において両面から削り、TEM観察試料を作製した。このときのTEM観察試料の狙い厚みを100nmとした。FIB加工時の加速電圧は最大電圧の40kVから始め、最後は最低電圧の5kVで仕上げ加工を行った。こうして各3つのTEM観察試料を得た。   After the carbon layer was deposited, each sample was sliced using a FIB apparatus. First, a portion of the structure of each sample was cut out together with the carbon layer by irradiating a Ga ion beam around the portion to be sliced with the carbon layer facing upward. The cut-out structure was fixed to a FIB TEM sample table by a FIB pickup method using a tungsten deposition function. Next, a tungsten layer was formed by a tungsten deposition process on the carbon layer 50 and at a portion to be sliced for TEM observation. The target thickness of the tungsten layer was 500 to 600 nm. Then, the structure of each sample was shaved from both sides at the flaked portion with Ga ions, to prepare a TEM observation sample. The target thickness of the TEM observation sample at this time was set to 100 nm. The accelerating voltage at the time of FIB processing was started from the maximum voltage of 40 kV, and finally the finishing processing was performed at the minimum voltage of 5 kV. Thus, three TEM observation samples were obtained.

次に、TEM観察試料90の上部厚さ90uを確認した。TEM観察試料、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて2次電子像を取得して、該二次電子像より上部厚さ90uを得た。SEMには、HITACHI製S−5500を用いた。SEM観察条件は、倍率20万倍、加速電圧2kV、スキャン時間40秒、画像数2560*1920ピクセルとした。このSEM画像のスケールバーを用いて、5回の平均より各TEM観察試料の上部厚さ90uを得た。各サンプルの上部厚さ90uを表1に示す。サンプル上部厚さ90uが100±30nmを超えて大きい場合には、輝度Saが小さく、サンプル上部厚さ90uが100±30nmを超えて小さい場合には、輝度Saが大きくなる傾向がある。サンプルgについては、サンプル上部厚さが138nmと規定範囲よりも大きい、すなわち輝度Saが本来よりも小さくなっていると思われるが、それでも本発明の範囲外であることが確認された。   Next, the upper thickness 90u of the TEM observation sample 90 was confirmed. A secondary electron image was obtained using a TEM observation sample and a scanning electron microscope (SEM), and an upper thickness of 90 u was obtained from the secondary electron image. S-5500 manufactured by HITACHI was used for SEM. The SEM observation conditions were a magnification of 200,000, an acceleration voltage of 2 kV, a scan time of 40 seconds, and an image number of 2560 * 1920 pixels. Using the scale bar of this SEM image, an upper thickness of 90 u of each TEM observation sample was obtained from an average of five measurements. Table 1 shows the upper thickness 90u of each sample. When the sample upper thickness 90u is larger than 100 ± 30 nm, the brightness Sa tends to be small, and when the sample upper thickness 90u is smaller than 100 ± 30 nm, the brightness Sa tends to be larger. For sample g, the upper thickness of the sample was 138 nm, which was larger than the specified range, that is, the luminance Sa was considered to be smaller than originally expected, but it was confirmed that the luminance was still outside the scope of the present invention.

3−3−2.TEM明視野像の撮影
FIB加工により得たサンプルa〜nについて、TEMによる明視野像の撮影を行った。透過型電子顕微鏡H−9500(日立ハイテクノロジーズ製)を用い、加速電圧は200kV、観察倍率は10万倍、デジタル/カメラ(OneView Camera Model 1095/Gatan製)によって、撮影画素4096×4096ピクセル、キャプチャースピード6fps、露光時間2sec、イメージキャプチャモードの設定がエクスポージャータイム、カメラ位置ボトムマウントで撮影した。サンプル作成時に蒸着したカーボン層およびタングステン層が同一視野内に含まれるようTEMデジタル白黒画像を取得した。
3-3-2. TEM bright-field image photographing A bright-field image was photographed by TEM for samples a to n obtained by FIB processing. Using a transmission electron microscope H-9500 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), an acceleration voltage of 200 kV, an observation magnification of 100,000 times, and a digital / camera (OneView Camera Model 1095 / Gatan), photographing pixels 4096 × 4096 pixels, capture The image was taken at a speed of 6 fps, an exposure time of 2 sec, an image capture mode of exposure time, and a camera position bottom mount. A TEM digital black-and-white image was obtained so that the carbon layer and the tungsten layer deposited during sample preparation were included in the same field of view.

図13は、倍率10万倍で撮影したサンプルa〜g、i、j、およびlのそれぞれのTEM画像である。TEM画像は各TEM観察試料について横方向において連続するように3枚取得し、ひとつのサンプルについて、合計9枚のTEM画像を得た。   FIG. 13 is a TEM image of each of the samples a to g, i, j, and l taken at a magnification of 100,000. Three TEM images were obtained for each TEM observation sample so as to be continuous in the horizontal direction, and a total of nine TEM images were obtained for one sample.

3−3−3.輝度値取得および画像解析による輝度Saの算出
取得したTEM明視野像より、画像解析ソフトWinROOF2015を用いて画像の輝度値を取得した。具体的には、図13に示す通り、それぞれの画像Gについて、構造物表面10a近傍を基点として、領域縦長さdLを0.5μm、領域横長さdwを画像Gの画像横方向長さGwとほぼ同じとなるようにして輝度取得領域Rを設定した。それぞれの輝度取得領域Rについて、ピクセル毎の輝度値を取得し、領域R中のタングステン層の輝度を0、カーボン層の輝度を255として、輝度値を相対的に補正した。ここで、タングステン層の輝度値には、TEM画像におけるタングステン層中の輝度値の最小値から連続して小さい順に1万ピクセル分の輝度値の平均値を用いた。また、カーボン層の輝度値には、カーボン層中の輝度値の最大値から連続して大きい順に10万ピクセル分の輝度値の平均値を用いた。ここで得られたそれぞれの平均値を、補正前のカーボン層/タングステン層の輝度値として扱った。
3-3-3. The brightness value of the image was obtained from the TEM bright-field image obtained by obtaining the brightness value and calculating the brightness Sa by image analysis using the image analysis software WinROOF2015. Specifically, as shown in FIG. 13, for each image G, the region vertical length dL is 0.5 μm and the region horizontal length dw is the image horizontal length Gw of the image G, with the vicinity of the structure surface 10a as a base point. The luminance acquisition region R was set so as to be almost the same. For each luminance acquisition region R, the luminance value for each pixel was acquired, and the luminance value was relatively corrected by setting the luminance of the tungsten layer in the region R to 0 and the luminance of the carbon layer to 255. Here, as the luminance value of the tungsten layer, the average value of the luminance values of 10,000 pixels was used in ascending order from the minimum value of the luminance value in the tungsten layer in the TEM image. Further, as the luminance value of the carbon layer, an average value of luminance values of 100,000 pixels was used in ascending order from the maximum value of the luminance value in the carbon layer. The respective average values obtained here were treated as the luminance values of the carbon layer / tungsten layer before correction.

上記輝度取得領域Rのそれぞれについて、最小二乗法を用いてピクセル毎の補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出した。こうして9枚のTEM画像より得られた値を平均して、輝度Saとした。このときの輝度取得領域Rの面積の合計は、6.9μm以上であった。 For each of the luminance acquisition regions R, the average of the absolute value of the difference between the luminance values after correction for each pixel was calculated using the least squares method. The values obtained from the nine TEM images in this manner were averaged to obtain the luminance Sa. At this time, the total area of the luminance acquisition regions R was 6.9 μm 2 or more.

また、図13(e)、(f)、(g)に示すように、構造物10の表面10aとタングステン層50との界面が直線的でない場合には、その領域を避けて輝度取得領域Rを設定した。また、図13(e)のように、構造物10の表面10aの凹凸が観察される場合には、表面10aに最も近い地点を起点として、領域縦長さdLを設定した。   Further, as shown in FIGS. 13E, 13F, and 13G, when the interface between the surface 10a of the structure 10 and the tungsten layer 50 is not linear, the luminance acquisition region R is avoided by avoiding the region. It was set. In addition, as shown in FIG. 13E, when unevenness on the surface 10a of the structure 10 is observed, the region vertical length dL is set with the point closest to the surface 10a as a starting point.

得られた輝度Sa値は後記する表2に示されるとおりであった。   The obtained luminance Sa value was as shown in Table 2 described later.

3−4.ノイズ成分を除いての輝度Saの算出
上記3−3−3.輝度値取得および画像解析による輝度Saの算出の工程において、画像解析ソフトWinROOF2015をノイズ成分を除くモードとして、画像の輝度値を取得した。
3-4. Calculation of luminance Sa excluding noise component 3-3-3. In the process of acquiring the luminance value and calculating the luminance Sa by the image analysis, the luminance value of the image was acquired by setting the image analysis software WinROOF2015 in a mode for removing noise components.

得られた輝度Sa値は後記する表2に示されるとおりであった。   The obtained luminance Sa value was as shown in Table 2 described later.

3−5.屈折率の算出
サンプルaおよびcについて、構造物10の表面10aを研磨して、2次元の平均表面粗さRaを0.1μm以下、構造物10の厚さを1μm以下とした。
3-5. With respect to the refractive index calculation samples a and c, the surface 10a of the structure 10 was polished so that the two-dimensional average surface roughness Ra was 0.1 μm or less and the thickness of the structure 10 was 1 μm or less.

屈折率の測定には、顕微分光膜厚計(大塚電子製OPTM−F2 大塚電子製FE−37S)を用い、反射分光法により屈折率を算出した。測定条件として、測定スポットサイズ10μm、測定波長範囲360〜1100nmとした。   The refractive index was measured by reflection spectroscopy using a microspectrophotometer (OPTM-F2 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., FE-37S manufactured by Otsuka Electronics). The measurement conditions were a measurement spot size of 10 μm and a measurement wavelength range of 360 to 1100 nm.

解析条件は、解析波長範囲360〜1100nmとし、最適化法および最小二乗法を用いた。各サンプルについて、各波長毎の屈折率は後記する表3および図19に示されるとおりであった。   The analysis conditions were an analysis wavelength range of 360 to 1100 nm, and an optimization method and a least squares method were used. For each sample, the refractive index for each wavelength was as shown in Table 3 below and FIG.

表3および図19に示されるように、本発明によるY−O化合物を含む構造物の屈折率は、従来知られているYの屈折率1.92よりも大きく、高い耐パーティクル性を有していた。 As shown in Table 3 and FIG. 19, the refractive index of the structure containing the YO compound according to the present invention is higher than the conventionally known refractive index of Y 2 O 3 of 1.92, and the particle resistance is high. Had.

4.構造物特性評価
4−1.耐プラズマ性評価
サンプルa〜nについて、「基準耐プラズマ性試験」を実施した。
4. Structure property evaluation
4-1. For the plasma resistance evaluation samples a to n, a “standard plasma resistance test” was performed.

具体的には試験には、プラズマエッチング装置として、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング装置(Muc−21 Rv−Aps−Se/住友精密工業製)を使用した。プラズマエッチングの条件は、電源出力としてICP出力を1500W、バイアス出力を750W、プロセスガスとしてCHFガス100ccmとOガス10ccmの混合ガス、圧力を0.5Pa、プラズマエッチング時間を1時間とした。 Specifically, in the test, an inductively coupled plasma reactive ion etching apparatus (Muc-21 Rv-Aps-Se / Sumitomo Seimitsu Kogyo) was used as a plasma etching apparatus. The plasma etching conditions were as follows: an ICP output of 1500 W as a power output, a bias output of 750 W, a mixed gas of 100 ccm of CHF 3 gas and 10 ccm of O 2 gas as a process gas, a pressure of 0.5 Pa, and a plasma etching time of 1 hour.

プラズマ照射後の構造物10の表面10aの状態をSEMにより撮影した。それらは図14に示されるとおりであった。SEM観察条件として、倍率5000倍、加速電圧は3kVとした。   The state of the surface 10a of the structure 10 after the plasma irradiation was photographed by SEM. They were as shown in FIG. The SEM observation conditions were a magnification of 5,000 and an acceleration voltage of 3 kV.

次に、得られたSEM像から、プラズマ照射後の表面の腐食痕の面積を算出した。その結果は表2に示される通りであった。   Next, from the obtained SEM image, the area of the corrosion trace on the surface after plasma irradiation was calculated. The results were as shown in Table 2.

また、プラズマ照射後の構造物10の表面10aの状態をレーザー顕微鏡により撮影した。具体的には、レーザー顕微鏡「OLS4500/オリンパス製」を使用し、対物レンズはMPLAPON100xLEXT(開口数0.95、作動距離0.35mm、集光スポット径0.52μm、測定領域128×128μm)を用い、倍率を100倍とした。うねり成分除去のλcフィルターは25μmに設定した。測定は、任意の3箇所で行い、その平均値を算術平均高さSaとした。その他、三次元表面性状国際規格ISO25178を適宜参照した。プラズマ照射後の表面10aの算術平均高さSaの値は表4に示されるとおりであった。   The state of the surface 10a of the structure 10 after the plasma irradiation was photographed with a laser microscope. Specifically, a laser microscope “OLS4500 / Olympus” was used, and the objective lens was MPLAPON 100 × LEXT (numerical aperture 0.95, working distance 0.35 mm, focused spot diameter 0.52 μm, measurement area 128 × 128 μm). And the magnification was 100 times. The λc filter for removing the undulation component was set to 25 μm. The measurement was performed at three arbitrary positions, and the average value was defined as the arithmetic average height Sa. In addition, three-dimensional surface texture international standard ISO25178 was appropriately referred. The value of the arithmetic mean height Sa of the surface 10a after the plasma irradiation was as shown in Table 4.

図15は、各サンプル毎の腐食痕面積(μm)のグラフである。図15に示されるとおり、イオンプレーティングにより形成されたサンプル(e)よりも、エアロゾルデポジション法により形成されたサンプルのほうが、総じて腐食痕面積が小さく良好な結果であった。 FIG. 15 is a graph of the corrosion trace area (μm 2 ) for each sample. As shown in FIG. 15, the sample formed by the aerosol deposition method generally had a smaller corrosion scar area and a better result than the sample (e) formed by ion plating.

図16に、エアロゾルデポジション法で形成された各サンプルについて、輝度Saと腐食痕面積(μm)との関係を示す。図16に示すように、輝度Saを所定値以下とすることで、腐食痕面積を顕著に小さくできることがわかる。 FIG. 16 shows the relationship between the luminance Sa and the area of the corrosion mark (μm 2 ) for each sample formed by the aerosol deposition method. As shown in FIG. 16, it can be seen that the corrosion mark area can be significantly reduced by setting the luminance Sa to a predetermined value or less.

また、図17および表2に示されるように、構造物表面の水素量(単位体積あたりの水素原子数/水素原子濃度)を小さくすることで、耐パーティクル性を向上させることができることがわかる。   Further, as shown in FIG. 17 and Table 2, it can be seen that the particle resistance can be improved by reducing the amount of hydrogen (the number of hydrogen atoms per unit volume / hydrogen atom concentration) on the surface of the structure.

100・・・複合構造物、10・・・構造物、10a・・・構造物表面、10u・・・上部領域、10b・・・下部領域、11・・・ガス供給部、12・・・配管、13・・・エアロゾル供給部、14・・・チャンバー、15・・・ノズル、16・・・ステージ、17・・・駆動部、18・・・排気部、19・・・装置、50・・・カーボン層、60・・・タングステン層、70・・・基材、70a・・・基材表面、dL・・・領域縦長さ、dW・・・領域横長さ、R・・・輝度取得領域、G・・・画像領域、Gl・・・画像縦方向長さ、Gw・・・画像横方向長さ、L・・・縦方向、W・・・横方向、90・・・TEM観察試料、90h・・・試料高さ、90u・・・試料上部厚さ、90b・・・試料下部厚さ、90w・・・試料幅、301・・・半導体製造装置部材、302・・・半導体製造装置部材、30a・・・プラズマ照射領域、30b・・・プラズマ非照射領域、40・・・輝度Sa測定用サンプル取得箇所、31・・・孔、81・・・一次粒子、82・・・二次粒子、10c・・・結晶子
100: Composite structure, 10: Structure, 10a: Structure surface, 10u: Upper region, 10b: Lower region, 11: Gas supply unit, 12: Piping , 13 ... aerosol supply unit, 14 ... chamber, 15 ... nozzle, 16 ... stage, 17 ... drive unit, 18 ... exhaust unit, 19 ... device, 50 ...・ Carbon layer, 60 ・ ・ ・ Tungsten layer, 70 ・ ・ ・ Base, 70a ・ ・ ・ Base surface, dL ・ ・ ・ Region vertical length, dW ・ ・ ・ Region horizontal length, R ・ ・ ・ Luminance acquisition region, G: Image area, Gl: Image vertical length, Gw: Image horizontal length, L: Vertical direction, W: Horizontal direction, 90: TEM observation sample, 90h・ ・ ・ Sample height, 90u ・ ・ ・ Sample upper thickness, 90b ・ ・ ・ Sample lower thickness, 90w ・ ・ ・ Sample width, 301 ・ ・ ・ Semiconductor manufacturing equipment member, 302 ・ ・ ・ Semiconductor manufacturing equipment member, 30a ・ ・ ・ Plasma irradiation area, 30b ・ ・ ・Plasma non-irradiation area, 40: sample acquisition point for luminance Sa measurement, 31: hole, 81: primary particle, 82: secondary particle, 10c: crystallite

標準試料は、測定条件に関わる因子を打ち消すことを目的として、分析対象イオン種の信号強度を試料のマトリックス元素を含むイオン種の信号強度で規格化する為にSIMS法で一般的に用いられる。より具体的には、評価試料と、評価試料と同等なマトリックス成分をもった試料である評価試料用の標準試料と、Si単結晶と、Si単結晶用の標準試料と、を用いる。評価試料用の標準試料とは、評価試料と同等なマトリックス成分を持った試料に対して、重水素を注入したものである。このとき同時にSi単結晶にも重水素を注入し、評価試料用の標準試料とSi単結晶に同等な重水素が注入されたと仮定する。その後、Si単結晶用の標準試料を用いて上記Si単結晶に注入された重水素量を同定する。評価試料用の標準試料に対して、二次イオン質量分析法(D−SIMS法)を用いて重水素と構成元素の二次イオン強度を算出し、相対感度係数を算出する。評価試料用の標準試料から算出した相対感度係数を用いて、評価試料の水素量を算出する。その他については、ISO 18114_“Determining relative sensitivity factors from ion-implanted reference materials”(International Organization for Standardization, Geneva, 2003)を参考にすることができる。 The standard sample is generally used in the SIMS method to normalize the signal intensity of the ion species to be analyzed with the signal intensity of the ion species including the matrix element of the sample for the purpose of canceling out the factors relating to the measurement conditions. More specifically, an evaluation sample, a standard sample for an evaluation sample having a matrix component equivalent to the evaluation sample, an Si single crystal, and a standard sample for a Si single crystal are used. The standard sample for the evaluation sample is obtained by injecting deuterium into a sample having a matrix component equivalent to that of the evaluation sample. At this time, it is assumed that deuterium is simultaneously injected into the Si single crystal, and that equivalent deuterium is injected into the standard sample for the evaluation sample and the Si single crystal. Thereafter, the amount of deuterium injected into the Si single crystal is identified using a standard sample for the Si single crystal. For the standard sample for the evaluation sample, the secondary ion intensities of deuterium and constituent elements are calculated using secondary ion mass spectrometry (D-SIMS method), and the relative sensitivity coefficient is calculated. The amount of hydrogen in the evaluation sample is calculated using the relative sensitivity coefficient calculated from the standard sample for the evaluation sample. For others, reference can be made to ISO 18114_ “Determining relative sensitivity factors from ion-implanted reference materials” (International Organization for Standardization, Geneva, 2003).

Claims (28)

基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物が多結晶セラミックスを含み、
二次イオン質量分析法(Dynamic−Secondary Ion Mass Spectrometry_D−SIMS法)により測定される、測定深さ500nmまたは2μmのいずれかにおける単位体積あたりの水素原子数が、7*1021atoms/cm以下である、複合構造物。
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure includes polycrystalline ceramics,
The number of hydrogen atoms per unit volume at a measurement depth of 500 nm or 2 μm measured by secondary ion mass spectrometry (Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry_D-SIMS) is 7 * 10 21 atoms / cm 3 or less. Is a composite structure.
前記構造物の単位体積あたりの水素原子数が5*1021atoms/cm以下である、請求項1に記載の複合構造物。 The composite structure according to claim 1, wherein the number of hydrogen atoms per unit volume of the structure is 5 * 10 < 21 > atoms / cm < 3 > or less. 基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物が多結晶セラミックスを含み、
水素前方散乱分析法(HFS)−ラザフォード後方散乱分光法(RBS)およびプロトン−水素前方散乱分析法(p−RBS)により測定される水素原子濃度が7原子%以下である、複合構造物。
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure includes polycrystalline ceramics,
Hydrogen forward scattering analysis (HFS)-A composite structure having a hydrogen atom concentration of 7 atomic% or less as measured by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) and proton-hydrogen forward scattering analysis (p-RBS).
基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物が多結晶セラミックスを含んでなり、
以下の方法により算出される輝度Sa値が19以下であることを特徴とする、複合構造物:
前記輝度Saを得る方法が、
(i)前記構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、
(ii)前記TEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を用意する工程と、
(iii)前記デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程と、
(iv)前記輝度値を補正する工程と、
(v)前記補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程と
を備えてなり、
前記工程(i)において、
前記TEM観察試料は、前記構造物から、少なくとも3つ用意されるものであり、
前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれは、集束イオンビーム法(FIB法)を用い、加工ダメージを抑制して作成されるものであり、
前記FIB加工時に、構造物の表面には帯電防止および試料保護のためのカーボン層およびタングステン層が設けられ、
前記FIB加工方向を縦方向としたときに、前記縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmであって、
前記工程(ii)において、
前記デジタル白黒画像は前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて取得されるものであり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで、前記構造物、前記カーボン層、及び前記タングステン層を含んでおり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれにおいて、前記構造物の前記表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定し、
この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得するものであって、
前記工程(iv)において、
前記輝度値について、前記カーボン層の輝度値を255、前記タングステン層の輝度値を0として相対的に補正して補正後の輝度値を取得し、
前記工程(v)において、
前記輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いて前記ピクセル毎の前記補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする。
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure comprises polycrystalline ceramics,
A composite structure having a luminance Sa value calculated by the following method of 19 or less:
The method for obtaining the luminance Sa is as follows:
(I) preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure;
(Ii) preparing a digital black and white image of a bright field image of the TEM observation sample;
(Iii) obtaining a luminance value in which color data of each pixel in the digital monochrome image is represented by a gradation value;
(Iv) correcting the luminance value;
(V) calculating a luminance Sa using the corrected luminance value,
In the step (i),
The TEM observation sample is prepared at least three from the structure,
Each of the at least three TEM observation samples is formed by using a focused ion beam method (FIB method) while suppressing processing damage.
At the time of the FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer for antistatic and sample protection are provided on the surface of the structure,
When the FIB processing direction is the vertical direction, the sample upper thickness, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure in a plane perpendicular to the vertical direction, is 100 ± 30 nm,
In the step (ii),
The digital black and white image is obtained for each of the at least three TEM observation samples,
Each of the digital black and white images uses a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV, and includes the structure, the carbon layer, and the tungsten layer,
In each of the digital black-and-white images, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the surface of the structure is set,
Acquiring the plurality of digital black-and-white images from each of the at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions is 6.9 μm 2 or more,
In the step (iv),
Regarding the brightness value, the brightness value of the carbon layer is 255, the brightness value of the tungsten layer is 0, and the brightness value after correction is relatively corrected to obtain a brightness value,
In the step (v),
For each of the luminance acquisition areas, an average of absolute values of the differences between the corrected luminance values for each of the pixels is calculated using a least squares method, and the average is defined as luminance Sa.
前記輝度Saが13以下である、請求項4に記載の複合構造物。   The composite structure according to claim 4, wherein the brightness Sa is 13 or less. 基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物が多結晶セラミックスを含んでなり、
以下の方法より算出される輝度Sa値が10以下であることを特徴とする、複合構造物:
前記輝度Saを得る方法が、
(i)前記構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、
(ii)前記TEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を取得する工程と、
(iii)前記デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程と、
(iv)前記輝度値を補正する工程と、
(v)前記補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程と
を備えてなり、
前記工程(i)において、
前記TEM観察試料は、前記構造物から、少なくとも3つ用意されるものであり、
前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれは、集束イオンビーム法(FIB法)を用い、加工ダメージを抑制して作成されるものであり、
前記FIB加工時に、構造物の表面には帯電防止および試料保護のためのカーボン層およびタングステン層が設けられ、
前記FIB加工方向を縦方向としたときに、前記縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmであって、
前記工程(ii)において、
前記デジタル白黒画像は前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて取得されるものであり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで、前記構造物、前記カーボン層、及び前記タングステン層を含んでおり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれにおいて、前記構造物の前記表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定し、
この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得するものであって、
前記工程(iv)において、
前記輝度値について、前記カーボン層の輝度値を255、前記タングステン層の輝度値を0として相対的に補正して補正後の輝度値を取得し、
前記輝度値を補正した前記デジタル白黒画像について、ローパスフィルタを用いたノイズ除去を行うものであって、前記ローパスフィルタを用いたノイズ除去におけるカットオフ周波数(cut-off frequency)が1/(10ピクセル)であり、
前記工程(v)において、
前記輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いて前記ピクセル毎の前記補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする。
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure comprises polycrystalline ceramics,
A composite structure, wherein the luminance Sa value calculated by the following method is 10 or less:
The method for obtaining the luminance Sa is as follows:
(I) preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure;
(Ii) obtaining a digital black-and-white image of a bright-field image of the TEM observation sample;
(Iii) obtaining a luminance value in which color data of each pixel in the digital monochrome image is represented by a gradation value;
(Iv) correcting the luminance value;
(V) calculating a luminance Sa using the corrected luminance value,
In the step (i),
The TEM observation sample is prepared at least three from the structure,
Each of the at least three TEM observation samples is formed by using a focused ion beam method (FIB method) while suppressing processing damage.
At the time of the FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer for antistatic and sample protection are provided on the surface of the structure,
When the FIB processing direction is the vertical direction, the sample upper thickness, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure in a plane perpendicular to the vertical direction, is 100 ± 30 nm,
In the step (ii),
The digital black and white image is obtained for each of the at least three TEM observation samples,
Each of the digital black and white images uses a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV, and includes the structure, the carbon layer, and the tungsten layer,
In each of the digital black-and-white images, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the surface of the structure is set,
Acquiring the plurality of digital black-and-white images from each of the at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions is 6.9 μm 2 or more,
In the step (iv),
Regarding the brightness value, the brightness value of the carbon layer is 255, the brightness value of the tungsten layer is 0, and the brightness value after correction is relatively corrected to obtain a brightness value,
A noise removal using a low-pass filter is performed on the digital black-and-white image whose luminance value has been corrected, wherein a cut-off frequency in the noise removal using the low-pass filter is 1 / (10 pixels )
In the step (v),
For each of the luminance acquisition areas, an average of absolute values of the differences between the corrected luminance values for each of the pixels is calculated using a least squares method, and the average is defined as luminance Sa.
前記輝度Saが5以下である、請求項6に記載の複合構造物。   The composite structure according to claim 6, wherein the luminance Sa is 5 or less. 基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物がY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む多結晶セラミックスを含み、
波長400nm〜550nmにおける屈折率が1.92よりも大きく、
前記屈折率は、顕微分光膜厚計を用い、反射分光法により算出されるものであり、
測定条件として、測定スポットサイズ10μm、前記基材表面および前記複合構造物表面の平均表面粗さRa≦0.1μm、前記構造物の厚さ≦1μm、測定波長範囲360〜1100nmであり、
解析条件として、解析波長範囲360〜1100nm、最適化法および最小二乗法を用いるものである、複合構造物。
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure includes a polycrystalline ceramic containing Y (yttrium element) and O (oxygen element);
The refractive index at a wavelength of 400 nm to 550 nm is larger than 1.92,
The refractive index is calculated by reflection spectroscopy using a microspectrophotometer,
As measurement conditions, the measurement spot size is 10 μm, the average surface roughness Ra of the substrate surface and the composite structure surface is ≦ 0.1 μm, the thickness of the structure is ≦ 1 μm, and the measurement wavelength range is 360 to 1100 nm.
A composite structure that uses an analysis wavelength range of 360 to 1100 nm, an optimization method, and a least squares method as analysis conditions.
基材と、前記基材上に設けられ、表面を有する構造物とを含む複合構造物であって、
前記構造物がY(イットリウム元素)とO(酸素元素)とを含む多結晶セラミックスを含み、
その屈折率は、波長400nmにおいて1.99以上、波長500nmにおいて1.96以上、波長600nmにおいて1.94以上、波長700nmにおいて1.93以上、波長800nm以上において1.92以上、の少なくともいずれかを満たし、
前記屈折率は、顕微分光膜厚計を用い、反射分光法により算出されるものであり、
測定条件として、測定スポットサイズ10μm、前記基材表面および前記複合構造物表面の平均表面粗さRa≦0.1μm、前記構造物の厚さ≦1μm、測定波長範囲360〜1100nmであり、
解析条件として、解析波長範囲360〜1100nm、最適化法および最小二乗法を用いるものである、複合構造物。
A composite structure including a substrate and a structure provided on the substrate and having a surface,
The structure includes a polycrystalline ceramic containing Y (yttrium element) and O (oxygen element);
The refractive index is at least one of 1.99 or more at a wavelength of 400 nm, 1.96 or more at a wavelength of 500 nm, 1.94 or more at a wavelength of 600 nm, 1.93 or more at a wavelength of 700 nm, and 1.92 or more at a wavelength of 800 nm or more. The filling,
The refractive index is calculated by reflection spectroscopy using a microspectrophotometer,
As measurement conditions, the measurement spot size is 10 μm, the average surface roughness Ra of the substrate surface and the composite structure surface is ≦ 0.1 μm, the thickness of the structure is ≦ 1 μm, and the measurement wavelength range is 360 to 1100 nm.
A composite structure that uses an analysis wavelength range of 360 to 1100 nm, an optimization method, and a least squares method as analysis conditions.
多結晶セラミックスを含み、表面を有する構造物の微構造の評価方法であって、
(i)前記構造物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察試料を用意する工程と、
(ii)前記TEM観察試料の明視野像のデジタル白黒画像を用意する工程と、
(iii)前記デジタル白黒画像中の1ピクセル毎の色データを階調の数値で表した輝度値を取得する工程と、
(iv)前記輝度値を補正する工程と、
(v)前記補正後の輝度値を用いて輝度Saを算出する工程と
を備えてなり、
前記工程(i)において、
前記TEM観察試料は、前記構造物から、少なくとも3つ用意されるものであり、
前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれは、集束イオンビーム法(FIB法)を用い、加工ダメージを抑制して作成されるものであり、
前記FIB加工時に、構造物の表面にはカーボン層およびタングステン層が設けられ、
前記FIB加工方向を縦方向としたときに、前記縦方向に対して垂直な平面における、構造物表面の短軸方向の長さである試料上部厚みは100±30nmであって、
前記工程(ii)において、
前記デジタル白黒画像は前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれについて取得されるものであり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、倍率10万倍、加速電圧200kVで、前記構造物、前記カーボン層、及び前記タングステン層を含んでおり、
前記デジタル白黒画像のそれぞれにおいて、前記構造物の前記表面から前記縦方向に0.5μmを領域縦長さとする輝度取得領域を設定し、
この輝度取得領域の面積の合計が6.9μm以上となるように、前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから複数の前記デジタル白黒画像を取得するものであって、
前記工程(iv)において、
前記輝度値について、前記カーボン層の輝度値を255、前記タングステン層の輝度値を0として相対的に補正して補正後の輝度値を取得し、
前記工程(v)において、
前記輝度取得領域のそれぞれに対して、最小二乗法を用いて前記ピクセル毎の前記補正後の輝度値の差の絶対値の平均を算出し、それらの平均を輝度Saとする、
評価方法。
A method for evaluating a microstructure of a structure having a surface, including a polycrystalline ceramic,
(I) preparing a transmission electron microscope (TEM) observation sample of the structure;
(Ii) preparing a digital black and white image of a bright field image of the TEM observation sample;
(Iii) obtaining a luminance value in which color data of each pixel in the digital monochrome image is represented by a gradation value;
(Iv) correcting the luminance value;
(V) calculating a luminance Sa using the corrected luminance value,
In the step (i),
The TEM observation sample is prepared at least three from the structure,
Each of the at least three TEM observation samples is formed by using a focused ion beam method (FIB method) while suppressing processing damage.
During the FIB processing, a carbon layer and a tungsten layer are provided on the surface of the structure,
When the FIB processing direction is the vertical direction, the sample upper thickness, which is the length in the minor axis direction of the surface of the structure in a plane perpendicular to the vertical direction, is 100 ± 30 nm,
In the step (ii),
The digital black and white image is obtained for each of the at least three TEM observation samples,
Each of the digital black and white images uses a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 100,000 and an accelerating voltage of 200 kV, and includes the structure, the carbon layer, and the tungsten layer,
In each of the digital black-and-white images, a brightness acquisition area having an area vertical length of 0.5 μm in the vertical direction from the surface of the structure is set,
Acquiring the plurality of digital black-and-white images from each of the at least three TEM observation samples so that the total area of the luminance acquisition regions is 6.9 μm 2 or more,
In the step (iv),
Regarding the brightness value, the brightness value of the carbon layer is 255, the brightness value of the tungsten layer is 0, and the brightness value after correction is relatively corrected to obtain a brightness value,
In the step (v),
For each of the luminance acquisition regions, calculate the average of the absolute value of the difference between the corrected luminance values for each pixel using the least squares method, and set the average as the luminance Sa.
Evaluation method.
前記工程(iv)において、
前記輝度値を補正した前記デジタル白黒画像について、ローパスフィルタを用いたノイズ除去を行う工程をさらに含んでなり、前記ローパスフィルタを用いたノイズ除去におけるカットオフ周波数(cut-off frequency)が1/(10ピクセル)である、請求項10に記載の評価方法。
In the step (iv),
The method further includes the step of performing noise removal using a low-pass filter on the digital black-and-white image whose luminance value has been corrected, wherein a cut-off frequency in the noise removal using the low-pass filter is 1 / ( The evaluation method according to claim 10, wherein the number of pixels is 10 pixels.
前記加工ダメージを抑制する方法は、5kVの低電圧で仕上げ加工を行う、Arイオンにより前記加工ダメージを除去する、前記TEM観察前にイオンミリングによって表面をクリーニングする、の少なくともいずれかである、請求項10または11に記載の評価方法。   The method of suppressing the processing damage is at least one of performing finishing processing at a low voltage of 5 kV, removing the processing damage by Ar ions, and cleaning a surface by ion milling before the TEM observation. Item 12. The evaluation method according to item 10 or 11. 前記試料上部厚みは、前記TEM観察試料について、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた2次電子像により得られ、
前記SEMの観察条件は、倍率20万倍、加速電圧2kV、スキャン時間40秒、画像数2560*1920ピクセルであり、
前記SEM画像が前記縦方向に対して垂直な平面を構成する、請求項10〜12に記載の評価方法。
The sample upper thickness is obtained by a secondary electron image using a scanning electron microscope (SEM) for the TEM observation sample,
The observation conditions of the SEM were 200,000 times magnification, 2 kV acceleration voltage, 40 seconds scan time, and 2560 * 1920 pixels.
The evaluation method according to claim 10, wherein the SEM image forms a plane perpendicular to the vertical direction.
前記少なくとも3つのTEM観察試料は、前記構造物の前記表面より均等に取得される、請求項10〜13のいずれか1項に記載の評価方法。   The evaluation method according to any one of claims 10 to 13, wherein the at least three TEM observation samples are obtained evenly from the surface of the structure. 前記デジタル白黒画像の取得においては、30万倍以上の倍率でフォーカス調整をした後で、10万倍の前記デジタル白黒画像を取得する、請求項10〜14のいずれか1項に記載の評価方法。   The evaluation method according to any one of claims 10 to 14, wherein in the acquisition of the digital monochrome image, after adjusting the focus at a magnification of 300,000 or more, the digital monochrome image of 100,000 is acquired. . 前記工程(iv)において、
補正前の前記タングステン層の輝度値には、前記デジタル白黒画像における前記タングステン層の輝度値において、最小値から連続して小さい順に1万ピクセル分の輝度値の平均値を用い、
補正前の前記カーボン層の輝度値には、前記デジタル白黒画像における前記カーボン層の輝度値において、最大値から連続して大きい順に10万ピクセル分の輝度値の平均値を用いる、請求項10〜15のいずれか1項に記載の評価方法。
In the step (iv),
As the brightness value of the tungsten layer before correction, in the brightness value of the tungsten layer in the digital black and white image, using the average value of the brightness values of 10,000 pixels in ascending order from the minimum value,
The brightness value of the carbon layer before the correction, the brightness value of the carbon layer in the digital black and white image, using the average value of the brightness value of 100,000 pixels in order from the largest value to the largest continuously. Item 15. The evaluation method according to any one of Items 15.
前記輝度取得領域において、前記デジタル白黒画像中で最長となるように前記領域縦長さに対して垂直な領域横長さを設定する、請求項10〜16のいずれか1項に記載の評価方法。   The evaluation method according to any one of claims 10 to 16, wherein, in the luminance acquisition region, a region horizontal length perpendicular to the region vertical length is set to be the longest in the digital monochrome image. 前記少なくとも3つのTEM観察試料のそれぞれから前記複数の前記デジタル白黒画像を取得する際に、前記複数の前記デジタル白黒画像が、前記デジタル白黒画像の前記縦方向に対して垂直な前記横方向において連続するように取得する、請求項10〜17のいずれか1項に記載の評価方法。   When acquiring the plurality of digital monochrome images from each of the at least three TEM observation samples, the plurality of digital monochrome images are continuous in the horizontal direction perpendicular to the vertical direction of the digital monochrome image. The evaluation method according to any one of claims 10 to 17, wherein the evaluation method is performed to perform the evaluation. 前記工程(iii)〜(iv)の各工程には、画像解析ソフトを用いる、請求項10〜18のいずれか1項に記載の評価方法。   The evaluation method according to any one of claims 10 to 18, wherein image analysis software is used in each of the steps (iii) to (iv). 倍率40万倍〜200万倍のTEM画像より算出される、前記多結晶セラミックスの平均結晶子サイズが3nm以上50nm以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の複合構造物。   The composite structure according to any one of claims 1 to 9, wherein an average crystallite size of the polycrystalline ceramic, calculated from a TEM image at a magnification of 400,000 to 2,000,000 times, is 3 nm or more and 50 nm or less. 前記結晶子サイズが30nm以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の複合構造物。   The composite structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the crystallite size is 30 nm or less. 前記結晶子サイズが5nm以上である、請求項21に記載の複合構造物。   22. The composite structure according to claim 21, wherein the crystallite size is 5 nm or more. 前記構造物が、希土類元素の酸化物、フッ化物、および酸フッ化物並びにそれらの混合物から選択される、請求項1〜9、21、22のいずれか一項に記載の複合構造物。   23. The composite structure according to any one of claims 1 to 9, 21 and 22, wherein the structure is selected from rare earth oxides, fluorides, and oxyfluorides, and mixtures thereof. 前記希土類元素が、Y、Sc、Yb、Ce、Pr、Eu、La、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、およびLuからなる群から選択される少なくとも一種である、請求項23に記載の複合構造物。   The rare earth element is at least one selected from the group consisting of Y, Sc, Yb, Ce, Pr, Eu, La, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Lu. A composite structure according to claim 23. 前記構造物が、基準耐プラズマ性試験後において0.060以下の算術平均高さSaを示す、請求項1〜9、21〜23のいずれか一項に記載の複合構造物。   The composite structure according to any one of claims 1 to 9, 21 to 23, wherein the structure has an arithmetic mean height Sa of 0.060 or less after the reference plasma resistance test. 耐パーティクル性が要求される環境において用いる、請求項1〜9、21〜25のいずれか一項に記載の複合構造物。   The composite structure according to any one of claims 1 to 9, 21 to 25, which is used in an environment where particle resistance is required. 請求項1〜9、21〜26のいずれか一項に記載の複合構造物を備えた半導体製造装置。   A semiconductor manufacturing apparatus comprising the composite structure according to any one of claims 1 to 9, 21 to 26. 請求項1〜9、21〜26のいずれか一項に記載の複合構造物を備えたディスプレイ製造装置。

A display manufacturing apparatus comprising the composite structure according to any one of claims 1 to 9, 21 to 26.

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