JP2023035557A - 焼結体及び半導体製造装置用部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の焼結体の新たな用途を提供する。【解決手段】オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体であって、当該焼結体の粉末Ｘ線回折のチャートにおいて、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶に基づくピークが確認されず、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマ雰囲気下において使用されることを特徴とする焼結体。【選択図】図１
Description
本発明は、焼結体及び半導体製造装置用部材に関する。
半導体の製造における各工程、特に、ドライエッチング、プラズマエッチング及びクリーニングの工程ではフッ素系腐食性ガスを用いたプラズマが使用される。
これらの腐食性ガスを用いたプラズマを使用すると、半導体製造装置の構成部材が腐食されたり、上記構成部材の表面からはく離した微細粒子（パーティクル）が半導体の表面に付着し、製品不良の原因となりやすい。そのため、半導体製造装置の構成部材には、フッ素系腐食性ガスを用いたプラズマに対して耐食性の高いセラミックスがバルク材料として使用される必要がある。
このようなバルク材料として、イットリウムのオキシフッ化物を含む焼結体が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１では、イットリウムのオキシフッ化物としてのＹＯＦ焼結体のプラズマに対する耐食性は記載されているものの、Ｙ５О４Ｆ７焼結体については、プラズマに対する耐食性の検討はされておらず、どのようなプラズマ雰囲気下で使用するものか、何ら開示されていなかった。
本発明では、上記課題を鑑み、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の焼結体の新たな用途を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の焼結体は、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体であって、当該焼結体の粉末Ｘ線回折のチャートにおいて、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶に基づくピークが確認されず、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマ雰囲気下において使用されることを特徴とする。
本発明者らは以下の事実を知見した。
オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体中に、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子が、粉末Ｘ線回折により確認される程度まで存在している場合は、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマにより、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子およびフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子とオキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）との粒子境界が優先的にエッチングされてしまい、焼結体中にボイドが生じる。このボイドがさらにエッチングを加速させてしまうため、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマに対する耐食性が低下してしまうのである。
オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体中に、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子が、粉末Ｘ線回折により確認される程度まで存在している場合は、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマにより、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子およびフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子とオキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）との粒子境界が優先的にエッチングされてしまい、焼結体中にボイドが生じる。このボイドがさらにエッチングを加速させてしまうため、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマに対する耐食性が低下してしまうのである。
そこで、本発明では、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体中のフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子の存在量を、粉末Ｘ線回折により確認されない程度にまで減らすことで、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマによるフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子およびフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子とオキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）との粒子境界における選択的なエッチングの機会を無くし、焼結体中にボイドが発生することを防ぐことで、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体をＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマ雰囲気中でも使用できることを新たに知見したのである。
本発明の焼結体において、前記焼結体の粉末Ｘ線回折チャートは、粉末Ｘ線回折装置のＸ線がＣｕＫα線であり、Ｘ線管球電圧が４０ｋＶ、電流が２０ｍＡであり、走査範囲２θ＝１０～７０°、走査速度１０°／ｍｉｎの条件で計測されたものであることが望ましい。最も標準的な粉末Ｘ線回折チャートの計測条件だからである。
本発明の焼結体では、前記焼結体の粉末Ｘ線回折チャートにおいて、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）結晶に基づくピークのみが確認されることが望ましい。フッ化イットリウム（ＹＦ３）に限らず、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）以外の不純物結晶粒子は、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）との間で粒子境界を形成するため、この粒子境界からＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマにより腐食が進行しやすく、ボイドを形成するからである。
本発明の半導体製造装置用部材は、上記オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の焼結体を備える。
上記オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の焼結体は、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマに対し耐食性が高い。このため、耐食性および耐衝撃性に優れた半導体製造装置用部材を提供することができる。
上記オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の焼結体は、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマに対し耐食性が高い。このため、耐食性および耐衝撃性に優れた半導体製造装置用部材を提供することができる。
（オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の焼結体）
本発明では、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体中のフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子の存在量を、粉末Ｘ線回折により確認されない程度にまで減らすことで、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマによる選択的なエッチングの機会を無くし、焼結体中にボイドが発生することを防いだ。これにより、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体をＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマ雰囲気中で使用することを可能にしている。
本発明では、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体中のフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子の存在量を、粉末Ｘ線回折により確認されない程度にまで減らすことで、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマによる選択的なエッチングの機会を無くし、焼結体中にボイドが発生することを防いだ。これにより、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体をＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマ雰囲気中で使用することを可能にしている。
オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体中に、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子が、粉末Ｘ線回折により確認される程度まで存在している場合は、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマにより、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子およびフッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶粒子とオキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）との粒子境界が優先的にエッチングされてしまい、焼結体中にボイドが生じる（図３、図４参照）。このボイドがさらにエッチングを加速させてしまうため、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマに対する耐食性が低下してしまうのである。
本発明の焼結体において、前記焼結体の粉末Ｘ線回折チャートは、粉末Ｘ線回折装置のＸ線がＣｕＫα線であり、Ｘ線管球電圧が４０ｋＶ、電流が２０ｍＡであり、走査範囲２θ＝１０～７０°、走査速度１０°／ｍｉｎの条件で計測されたものであることが望ましい。最も標準的な粉末Ｘ線回折チャートの計測条件だからである。
フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶に基づくピークが確認されない、とは、フッ化イットリウム（ＹＦ３）の回折プロファイルであるＪＣＰＤＳカード番号３２－１４３１により特定されるピーク出現位置（２θ）に、ピークが確認されないか、ピークが確認されてもＳ／Ｎ比２未満であり、ピークが存在しないとして扱うことができる場合をいう。
また、粉末Ｘ線回折装置は、最も標準的な装置である株式会社リガク製 ＳｍａｒｔＬａｂを使用することができる。
フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶に基づくピークが確認されない、とは、フッ化イットリウム（ＹＦ３）の回折プロファイルであるＪＣＰＤＳカード番号３２－１４３１により特定されるピーク出現位置（２θ）に、ピークが確認されないか、ピークが確認されてもＳ／Ｎ比２未満であり、ピークが存在しないとして扱うことができる場合をいう。
また、粉末Ｘ線回折装置は、最も標準的な装置である株式会社リガク製 ＳｍａｒｔＬａｂを使用することができる。
本発明では、焼結体の粉末Ｘ線回折チャートにおいて、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）結晶に基づくピークのみが確認されることが望ましい。フッ化イットリウム（ＹＦ３）に限らず、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）以外の不純物結晶粒子は、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）との間で粒子境界を形成するため、この粒子境界からＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマにより腐食が進行しやすく、ボイドを形成するからである。
オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）結晶に基づくピークのみが確認される、とは、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の回折プロファイルであるＪＣＰＤＳカード番号０１－０８０－１１２４により特定されるピーク出現位置（２θ）にピークが確認され、それ以外の位置（２θ）に、ピークが確認されないか、ピークが確認されてもＳ／Ｎ比２未満となっており、ピークが存在しないとして扱うことができる場合をいう。
オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）結晶に基づくピークのみが確認される、とは、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）の回折プロファイルであるＪＣＰＤＳカード番号０１－０８０－１１２４により特定されるピーク出現位置（２θ）にピークが確認され、それ以外の位置（２θ）に、ピークが確認されないか、ピークが確認されてもＳ／Ｎ比２未満となっており、ピークが存在しないとして扱うことができる場合をいう。
（オキシフッ化イットリウムの焼結体の製造方法）
本発明のオキシフッ化イットリウムの焼結体は、次のような製造方法により製造することができる。
本発明においては、原料としてＹ２Ｏ３とＹＦ３とを組み合わせて焼結させることで、Ｙ５Ｏ４Ｆ７からなる焼結体を得ることができる。
本発明のオキシフッ化イットリウムの焼結体は、次のような製造方法により製造することができる。
本発明においては、原料としてＹ２Ｏ３とＹＦ３とを組み合わせて焼結させることで、Ｙ５Ｏ４Ｆ７からなる焼結体を得ることができる。
また、Ｙ２Ｏ３とＹＦ３を組み合わせる場合には、モル比でＹ２Ｏ３：ＹＦ３＝１００：１７５～２００が好ましい。
この原材料組成物を焼結させた焼結体であれば、Ｙ５Ｏ４Ｆ７マトリックス中のＹＦ３結晶粒子が生成しないか、生成しても粉末Ｘ線回折チャート上、ＹＦ３結晶粒子に基づくピークが確認されない程度にまで抑制することができる。
この原材料組成物を焼結させた焼結体であれば、Ｙ５Ｏ４Ｆ７マトリックス中のＹＦ３結晶粒子が生成しないか、生成しても粉末Ｘ線回折チャート上、ＹＦ３結晶粒子に基づくピークが確認されない程度にまで抑制することができる。
本発明の焼結体の原料としては、Ｙ５Ｏ４Ｆ７粉末とバインダおよび必要に応じて添加される焼結助剤のみを用いることができる。
しかしながら、Ｙ５Ｏ４Ｆ７の粉末とバインダのみを使用して製造した焼結体は、副反応により不純物結晶粒子が生成することがあり、Ｙ５Ｏ４Ｆ７結晶相と不純物結晶粒子との粒子境界がＣＦ４およびＯ２プラズマによって腐食されることが考えられるため、用途などを考慮して原料選定を行う必要がある。
しかしながら、Ｙ５Ｏ４Ｆ７の粉末とバインダのみを使用して製造した焼結体は、副反応により不純物結晶粒子が生成することがあり、Ｙ５Ｏ４Ｆ７結晶相と不純物結晶粒子との粒子境界がＣＦ４およびＯ２プラズマによって腐食されることが考えられるため、用途などを考慮して原料選定を行う必要がある。
また、原材料組成物には、上記したＹ２Ｏ３、及びＹＦ３などのフッ化物のほか、有機バインダ、潤滑剤、分散媒液、成形助剤等の添加物を適宜加えてもよい。
有機バインダとしては特に限定されず、例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。
上記潤滑剤としては特に限定されず、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系化合物等が挙げられる。
有機バインダとしては特に限定されず、例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。
上記潤滑剤としては特に限定されず、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系化合物等が挙げられる。
分散媒液としては特に限定されず、例えば、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられる。
成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。
成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。
原材料組成物を造粒して得られる粉末の粒子の大きさ（平均粒子径）は、例えば、１０～２００μｍが好ましい。
オキシフッ化イットリウムの焼結体を製造する工程を説明する。
前述した原材料組成物の粉末を仮成形して所定の形状に整え、仮成形体を作製する。仮成形の方法は、特に限定されるものではないが、型押し成形、ＣＩＰ成形などを適用することができる。
前述した原材料組成物の粉末を仮成形して所定の形状に整え、仮成形体を作製する。仮成形の方法は、特に限定されるものではないが、型押し成形、ＣＩＰ成形などを適用することができる。
得られた成形体を脱脂し、焼成して粒子同士を結合させて焼結することによって、本発明のオキシフッ化イットリウムの焼結体を得ることができる。
焼成の温度、雰囲気は特に限定されないが、雰囲気は例えば、アルゴンなどの不活性雰囲気が好ましく、焼成温度は８００～１１００℃が好ましい。
また焼成時の圧力は常圧でもよいし、成形体を加圧しながら粒子を焼結させる熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）や、機械的圧力とパルス通電加熱により粒子を焼結させる放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ）等を採用してもよい。
焼成の温度、雰囲気は特に限定されないが、雰囲気は例えば、アルゴンなどの不活性雰囲気が好ましく、焼成温度は８００～１１００℃が好ましい。
また焼成時の圧力は常圧でもよいし、成形体を加圧しながら粒子を焼結させる熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）や、機械的圧力とパルス通電加熱により粒子を焼結させる放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ）等を採用してもよい。
本発明の半導体製造装置用部材は、上記のオキシフッ化イットリウム（Ｙ５Ｏ４Ｆ７）の焼結体を備えることを特徴とする。
オキシフッ化イットリウムの焼結体はＹ５Ｏ４Ｆ７からなり、ＹＦ３結晶粒子などの不従物結晶粒子の存在量を粉末Ｘ線回折チャート上知見されない程度まで抑制できるためＣＦ４プラズマやＯ２プラズマに対し耐食性が高い。
このため、上記のオキシフッ化イットリウム（Ｙ５Ｏ４Ｆ７）の焼結体を用いることで、ＣＦ４プラズマやＯ２プラズマ雰囲気において使用される半導体製造装置用部材を提供することができる。
オキシフッ化イットリウムの焼結体はＹ５Ｏ４Ｆ７からなり、ＹＦ３結晶粒子などの不従物結晶粒子の存在量を粉末Ｘ線回折チャート上知見されない程度まで抑制できるためＣＦ４プラズマやＯ２プラズマに対し耐食性が高い。
このため、上記のオキシフッ化イットリウム（Ｙ５Ｏ４Ｆ７）の焼結体を用いることで、ＣＦ４プラズマやＯ２プラズマ雰囲気において使用される半導体製造装置用部材を提供することができる。
具体的な本発明の半導体製造装置用部材は、特に限定されるものではないが、例えば、ウェハ等の半導体部材の載置台、静電チャック、ガス供給部、冷却材供給部、搬送アーム、チャンバ内壁材、上部電極、シャワープレート、フォーカスリング、エッジプレート等が挙げられる。
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
Ｙ２Ｏ３を４６．２重量部、ＹＦ３を５３．８重量部（モル比はＹ２Ｏ３：ＹＦ３＝１００：１７９、すなわち焼成反応後の組成は、モル比でＹ５Ｏ４Ｆ７：ＹＦ３＝１００：２）、有機バインダとしてアクリル樹脂を３．０重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を４０重量部、を混合した後、スプレードライヤーを用いて７０℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。
得られた顆粒状の造粒粒子について、粒子径８０μｍ以上の粒子をカット（除去）し粒度調整した。なお、アルコール系溶媒は、エタノール８６重量％、イソプロピルアルコール１４重量％とした。
Ｙ２Ｏ３を４６．２重量部、ＹＦ３を５３．８重量部（モル比はＹ２Ｏ３：ＹＦ３＝１００：１７９、すなわち焼成反応後の組成は、モル比でＹ５Ｏ４Ｆ７：ＹＦ３＝１００：２）、有機バインダとしてアクリル樹脂を３．０重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を４０重量部、を混合した後、スプレードライヤーを用いて７０℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。
得られた顆粒状の造粒粒子について、粒子径８０μｍ以上の粒子をカット（除去）し粒度調整した。なお、アルコール系溶媒は、エタノール８６重量％、イソプロピルアルコール１４重量％とした。
次に、この造粒粒子をφ２５ｍｍの型に充填し、６ＭＰａで一軸成形し全体の形状を整えた後、さらにゴムバックに詰め２００ＭＰａでＣＩＰ成形した。
上記成形体を大気中、６００℃で２時間、脱脂処理を行った後、アルゴン雰囲気中、１０００℃で２時間焼成し、オキシフッ化イットリウムの焼結体を得た。
得られたオキシフッ化イットリウムの焼結体は、φ１９ｍｍ、厚さ３ｍｍの板状であった。
得られたオキシフッ化イットリウムの焼結体は、φ１９ｍｍ、厚さ３ｍｍの板状であった。
（試験例１）
Ｙ２Ｏ３を３６．３重量部、ＹＦ３を６３．７重量部（モル比はＹ２Ｏ３：ＹＦ３＝１００：２７０、すなわち焼成反応後の組成は、モル比でＹ５Ｏ４Ｆ７：ＹＦ３＝１００：３５）、有機バインダとしてアクリル樹脂を３．０重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を４０重量部、を混合した後、スプレードライヤーを用いて７０℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。
得られた顆粒状の造粒粒子について、粒子径８０μｍ以上の粒子をカット（除去）し粒度調整した。なお、アルコール系溶媒は、エタノール８６重量％、イソプロピルアルコール１４重量％とした。
Ｙ２Ｏ３を３６．３重量部、ＹＦ３を６３．７重量部（モル比はＹ２Ｏ３：ＹＦ３＝１００：２７０、すなわち焼成反応後の組成は、モル比でＹ５Ｏ４Ｆ７：ＹＦ３＝１００：３５）、有機バインダとしてアクリル樹脂を３．０重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を４０重量部、を混合した後、スプレードライヤーを用いて７０℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。
得られた顆粒状の造粒粒子について、粒子径８０μｍ以上の粒子をカット（除去）し粒度調整した。なお、アルコール系溶媒は、エタノール８６重量％、イソプロピルアルコール１４重量％とした。
次に、この造粒粒子をφ２５ｍｍの型に充填し、６ＭＰａで一軸成形し全体の形状を整えた後、さらにゴムバックに詰め２００ＭＰａでＣＩＰ成形した。
上記成形体を大気中、６００℃で２時間、脱脂処理を行った後、アルゴン雰囲気中、９５０℃で２時間焼成し、オキシフッ化イットリウムの焼結体を得た。
得られたオキシフッ化イットリウムの焼結体は、φ１９ｍｍ、厚さ３ｍｍの板状であった。
得られたオキシフッ化イットリウムの焼結体は、φ１９ｍｍ、厚さ３ｍｍの板状であった。
（実施例２）
Ｙ２Ｏ３を４６．９重量部、ＹＦ３を５３．１重量部（すなわち焼成反応後の組成は、モル比でＹ５Ｏ４Ｆ７：ＹＦ３＝１００：０）を混合し、７００℃で２時間焼成してＹ５Ｏ４Ｆ７を合成し、この合成物を粉砕して平均粒子径１．１μｍの大きさに粉末化した。この粉末１００重量部と、有機バインダとしてアクリル樹脂を３．０重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を４０重量部、をそれぞれ混合した後、スプレードライヤーを用いて７０℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。次に、この造粒粒子をφ２５ｍｍの型に充填し、６ＭＰａで一軸成形し全体の形状を整えた後、さらにゴムバックに詰め２００ＭＰａでＣＩＰ成形した。
上記成形体を大気中、６００℃で２時間、脱脂処理を行った後、アルゴン雰囲気中、２１ＭＰａ、９５０℃の条件で、２時間ホットプレス焼成し、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５Ｏ４Ｆ７）の焼結体を得た。
Ｙ２Ｏ３を４６．９重量部、ＹＦ３を５３．１重量部（すなわち焼成反応後の組成は、モル比でＹ５Ｏ４Ｆ７：ＹＦ３＝１００：０）を混合し、７００℃で２時間焼成してＹ５Ｏ４Ｆ７を合成し、この合成物を粉砕して平均粒子径１．１μｍの大きさに粉末化した。この粉末１００重量部と、有機バインダとしてアクリル樹脂を３．０重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を４０重量部、をそれぞれ混合した後、スプレードライヤーを用いて７０℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。次に、この造粒粒子をφ２５ｍｍの型に充填し、６ＭＰａで一軸成形し全体の形状を整えた後、さらにゴムバックに詰め２００ＭＰａでＣＩＰ成形した。
上記成形体を大気中、６００℃で２時間、脱脂処理を行った後、アルゴン雰囲気中、２１ＭＰａ、９５０℃の条件で、２時間ホットプレス焼成し、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５Ｏ４Ｆ７）の焼結体を得た。
（比較例１）
Ｙ２Ｏ３焼結体の板（西村陶業製Ｎ－１００Ｙ）をダイヤモンドカッターで大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍに切削し、さらにダイヤモンドラッピング研磨機を用いて厚さ１ｍｍに研磨加工した。
Ｙ２Ｏ３焼結体の板（西村陶業製Ｎ－１００Ｙ）をダイヤモンドカッターで大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍに切削し、さらにダイヤモンドラッピング研磨機を用いて厚さ１ｍｍに研磨加工した。
得られた実施例１～２、試験例１および比較例１の焼結体について、以下の条件にて、ＣＦ４プラズマおよびＯ2プラズマによるエッチング処理を行い、比較例１のエッチング量を１とした場合のそれぞれのエッチング量を表１に記載した。
（プラズマエッチング条件）
プラズマエッチング装置：神港精機株式会社製ＥＸＡＭ
エッチング方式：平行平板型（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－ＲＩＥ）
なお、ＲＩＥはＲｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇの略である。
基板温度：２０℃
電源：高周波 １３．５６МＨｚ
電力：３５０Ｗ
エッチング時間：６時間
サンプル：実施例１、実施例２、試験例１の焼結体についてはダイヤモンドラッピング研磨機により研磨して厚さを１ｍｍに調整し、実施例１、実施例２、試験例１および比較例１の各焼結体のプラズマ接触面にマスキングテープ（カプトンテープ）を貼付けた。カプトンテープで被覆された領域はエッチングされないため、当該領域が基準面となる。基準面とエッチングされた領域の段差がエッチング量として計測される。段差は、レーザー顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製 ＶＫ－Ｘ２００ ｓｅｒｉｅｓ）にて測定した。
プラズマエッチング装置：神港精機株式会社製ＥＸＡＭ
エッチング方式：平行平板型（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－ＲＩＥ）
なお、ＲＩＥはＲｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇの略である。
基板温度：２０℃
電源：高周波 １３．５６МＨｚ
電力：３５０Ｗ
エッチング時間：６時間
サンプル：実施例１、実施例２、試験例１の焼結体についてはダイヤモンドラッピング研磨機により研磨して厚さを１ｍｍに調整し、実施例１、実施例２、試験例１および比較例１の各焼結体のプラズマ接触面にマスキングテープ（カプトンテープ）を貼付けた。カプトンテープで被覆された領域はエッチングされないため、当該領域が基準面となる。基準面とエッチングされた領域の段差がエッチング量として計測される。段差は、レーザー顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製 ＶＫ－Ｘ２００ ｓｅｒｉｅｓ）にて測定した。
表１に示すように、比較例１にかかる焼結体のエッチング量が最も多く、試験例１にかかる焼結体のエッチング量が次に多く、実施例１及び２にかかる焼結体のエッチング量は少なくなっていた。すなわち、実施例１及び２にかかる焼結体はＣＦ４プラズマやＯ２プラズマに対し耐食性が高い焼結体であるといえる。
なお、実施例１および試験例１にかかる焼結体については、ＣＦ４プラズマおよびＯ２プラズマによりエッチング処理した後の表面状態を電子顕微鏡にて撮像した。それらの撮像結果を図１～４に記載した。電子顕微鏡の撮像条件は以下の通りである。
装置：株式会社日立ハイテク製Ｓ－４８００
加速電圧：３．０ｋＶ
倍率：５０００倍
装置：株式会社日立ハイテク製Ｓ－４８００
加速電圧：３．０ｋＶ
倍率：５０００倍
図１は、実施例１に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体（Ｙ５О４Ｆ７）のＣＦ４プラズマ処理後の表面の電子顕微鏡写真である。
図２は、実施例１に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体（Ｙ５О４Ｆ７）のＯ２プラズマ処理後の表面の電子顕微鏡写真である。
図３は、試験例１に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体（Ｙ５О４Ｆ７）のＣＦ４プラズマ処理後の表面の電子顕微鏡写真である。
図４は、試験例１に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体（Ｙ５О４Ｆ７）のＯ２プラズマ処理後の表面の電子顕微鏡写真である。
図１と図３を比較すると、図３ではＹＦ3結晶粒子と考えられる領域とＹＦ3結晶粒子とＹ５О４Ｆ７結晶相との境界に大きなボイドが確認されるが、図１ではＹＦ3結晶粒子は殆ど確認されず、焼結体中に存在する気孔を中心に若干の腐食が認められる。
図２と図４を比較すると、図４では、ＹＦ３結晶粒子と考えられる領域に大きなボイドが確認されるが、図２ではＹＦ３結晶粒子は殆ど確認されず、腐食によるボイドも認められなかった。
図２は、実施例１に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体（Ｙ５О４Ｆ７）のＯ２プラズマ処理後の表面の電子顕微鏡写真である。
図３は、試験例１に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体（Ｙ５О４Ｆ７）のＣＦ４プラズマ処理後の表面の電子顕微鏡写真である。
図４は、試験例１に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体（Ｙ５О４Ｆ７）のＯ２プラズマ処理後の表面の電子顕微鏡写真である。
図１と図３を比較すると、図３ではＹＦ3結晶粒子と考えられる領域とＹＦ3結晶粒子とＹ５О４Ｆ７結晶相との境界に大きなボイドが確認されるが、図１ではＹＦ3結晶粒子は殆ど確認されず、焼結体中に存在する気孔を中心に若干の腐食が認められる。
図２と図４を比較すると、図４では、ＹＦ３結晶粒子と考えられる領域に大きなボイドが確認されるが、図２ではＹＦ３結晶粒子は殆ど確認されず、腐食によるボイドも認められなかった。
さらに、実施例１、試験例１で得られた焼結体について以下の条件にて粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）を実施し、粉末Ｘ線回折チャートを得た。図５は、試験例１に係る焼結体の粉末Ｘ線回折チャート図であり、図６は、実施例１に係る焼結体の粉末Ｘ線回折チャート図である。いずれのチャートにもＹ５Ｏ４Ｆ７の結晶構造が確認された。また、図５に示す粉末Ｘ線回折チャートには、ＹＦ３のピークが観察されたが、図６に示す粉末Ｘ線回折チャートには、ＹＦ３に起因するピーク及び不純物結晶に起因するピークのいずれも観察されず、Ｙ５Ｏ４Ｆ７の結晶構造のみが確認された。
なお、図５、および図６におけるＹ５Ｏ４Ｆ７の結晶構造の特定は、ＪＣＰＤＳカード番号０１－０８０－１１２４を用いて行った。また、図５のＹＦ３の結晶構造の特定は、ＪＣＰＤＳカード番号３２－１４３１を用いて行った。
なお、図５、および図６におけるＹ５Ｏ４Ｆ７の結晶構造の特定は、ＪＣＰＤＳカード番号０１－０８０－１１２４を用いて行った。また、図５のＹＦ３の結晶構造の特定は、ＪＣＰＤＳカード番号３２－１４３１を用いて行った。
粉末Ｘ線回折の測定条件は以下の通りである。
装置：株式会社リガク製 ＳｍａｒｔＬａｂ
電圧：４０ｋＶ、電流：２０ｍＡ
Ｘ線源：ＣｕＫα
走査範囲：２θ＝１０～７０°
走査速度：１０°／ｍｉｎ
装置：株式会社リガク製 ＳｍａｒｔＬａｂ
電圧：４０ｋＶ、電流：２０ｍＡ
Ｘ線源：ＣｕＫα
走査範囲：２θ＝１０～７０°
走査速度：１０°／ｍｉｎ
表１および図５、図６から理解されるように、実施例１に係るＹ５Ｏ４Ｆ７焼結体は、ＹＦ３結晶粒子等の不純物結晶粒子が存在しないか、その存在量が粉末Ｘ線回折により検出されない程度まで抑制されており、ＹＦ３結晶等のＹ５Ｏ４Ｆ７以外の不純物結晶粒子およびこのような不純物結晶粒子とＹ５Ｏ４Ｆ７との粒子境界で生じる、ＣＦ４プラズマおよびＯ2プラズマによる優先的な腐食を防止することできるため、ＣＦ４プラズマおよびＯ2プラズマ雰囲気での使用に適した焼結体と言える。
また、同様の条件で、実施例２に係るＹ５Ｏ４Ｆ７焼結体について、粉末Ｘ線回折により結晶構造を特定した。実施例２に係るＹ５Ｏ４Ｆ７焼結体については、Ｙ５Ｏ４Ｆ７結晶以外に、Ｓ／Ｎ＝３の、ＹＦ３結晶以外であって、結晶構造を特定できない不純物結晶に基づく若干のピークが観察された。
Ｙ５Ｏ４Ｆ７粉末をホットプレス焼結させたため、焼結時に副反応が進行して、不純物結晶が生成してしまったと考えられる。このように不純物結晶を含む場合、不純物結晶とＹ５Ｏ４Ｆ７粒子境界でＣＦ４、又はＯ２プラズマにより優先的に腐食しやすいと考えられる。そのため、実施例２の焼結体は実施例１の焼結体に比べてエッチング量が多くなっていた。
Ｙ５Ｏ４Ｆ７粉末をホットプレス焼結させたため、焼結時に副反応が進行して、不純物結晶が生成してしまったと考えられる。このように不純物結晶を含む場合、不純物結晶とＹ５Ｏ４Ｆ７粒子境界でＣＦ４、又はＯ２プラズマにより優先的に腐食しやすいと考えられる。そのため、実施例２の焼結体は実施例１の焼結体に比べてエッチング量が多くなっていた。
Claims (4)
- オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）からなる焼結体であって、当該焼結体の粉末Ｘ線回折のチャートにおいて、フッ化イットリウム（ＹＦ３）結晶に基づくピークが確認されず、ＣＦ４プラズマもしくはＯ２プラズマ雰囲気下において使用されることを特徴とする焼結体。
- 前記焼結体の粉末Ｘ線回折チャートは、粉末Ｘ線回折装置のＸ線がＣｕＫα線であり、Ｘ線管球電圧が４０ｋＶ、電流が２０ｍＡであり、走査範囲２θ＝１０～７０°、走査速度１０°／ｍｉｎの条件で計測されたものである請求項１に記載の焼結体。
- 前記焼結体の粉末Ｘ線回折チャートには、オキシフッ化イットリウム（Ｙ５О４Ｆ７）結晶に基づくピークのみが確認される請求項１または２に記載の焼結体。
- 請求項１～３のいずれか１項に記載の焼結体を備えることを特徴とする半導体製造装置用部材。
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| JP2021142504A JP2023035557A (ja) | 2021-09-01 | 2021-09-01 | 焼結体及び半導体製造装置用部材 |
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ID=85503777
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2021
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