JP5117891B2

JP5117891B2 - 酸化イットリウム材料、半導体製造装置用部材及び酸化イットリウム材料の製造方法

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Publication number: JP5117891B2
Application number: JP2008061334A
Authority: JP
Inventors: 義政小林; 祐司勝田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009215113A; US20090233087A1; US7915189B2

Description

本発明は、酸化イットリウム材料、半導体製造装置用部材及び酸化イットリウム材料の製造方法に関する。

従来、酸化イットリウム材料としては、半導体製造装置用のセラミック部材として、酸化イットリウムに０．０３〜５μｍの炭化珪素を２〜３０重量％添加することにより導電性を付与し、ハロゲン系プラズマガスに対する耐食性や耐久性を維持したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−６９８４３号公報

このように、この特許文献１に記載された酸化イットリウム材料では、導電性を付与し、半導体製造時の耐食性や耐久性を維持するべく炭化珪素を添加しているが、それでもまだ十分でなく、更なる特性の向上、例えば機械的強度を向上することが望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、機械的強度をより高めることのできる酸化イットリウム材料、半導体製造装置用部材及び酸化イットリウム材料の製造方法を提供することを主目的とする。

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、酸化イットリウムの粒内と粒界とに無機粒子が存在するものとすると、機械的強度をより高めることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の酸化イットリウム材料は、
酸化イットリウムに第１温度で固溶し該第１温度よりも低い第２温度で酸化イットリウムから析出可能であり、酸化イットリウムの粒内に存在する第１無機粒子と、
前記第１無機粒子に対しては固溶可能であり酸化イットリウムに対しては該第１無機粒子より固溶限が小さく、酸化イットリウムの粒界に存在する第２無機粒子と、
を含むものである。

本発明の酸化イットリウム材料の製造方法は、
酸化イットリウムに第１温度で固溶し該第１温度よりも低い第２温度で酸化イットリウムから析出可能な第１無機粒子の第１原料粉体と、前記第１無機粒子に対しては固溶可能であり酸化イットリウムに対しては該第１無機粒子より固溶限が小さい第２無機粒子の第２原料粉体とを混合し、焼成することにより固溶粒子を作製する第１作製工程と、
前記作製した固溶粒子と酸化イットリウムの第３原料粉体とを混合し、焼成することにより前記第１無機粒子を酸化イットリウムの粒内に存在させると共に、前記第２無機粒子を酸化イットリウムの粒界に存在させる第２作製工程と、
を含むものである。

この酸化イットリウム材料、それを用いた半導体製造装置用部材及び酸化イットリウム材料の製造方法では、機械的強度をより高めることができる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、以下のように推測される。例えば、第１無機粒子と第２無機粒子とを予め焼成して固溶粒子とし、この固溶粒子と酸化イットリウムと混合して焼成する工程において、第１無機粒子と第２無機粒子は分解し、第１無機粒子は酸化イットリウム粒内に固溶し、第２無機粒子は酸化イットリウムの粒界に析出し、その後、焼成後の降温過程で、酸化イットリウムの粒内に第１無機粒子が析出する。このように、析出した第１無機粒子や第２無機粒子は、例えば第１無機粒子と第２無機粒子とを固溶せずに酸化イットリウムに添加したものより非常に小さいサイズとなるため、これによって、例えば第２無機粒子と酸化イットリウムとの熱の膨張収縮などによる界面の剥離や、第１無機粒子と酸化イットリウムとの熱の膨張収縮などによる界面の剥離などが抑制され、このため、機械的強度をより高めることができるものと推測される。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である静電チャック２０の構成の概略を示す構成図であり、図１（ａ）が平面図、図１（ｂ）が図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施形態の静電チャック２０は、シリコンウエハを載置すると共にこれを吸着して保持する半導体製造装置用部材として構成されており、図１に示すように、下段よりも上段の外周が小さい円板状に形成された基体２２と、基体２２内部に形成され静電吸着力を発生させる静電電極２４と、基体２２の中心から下方に貫通した孔部２６を介して静電電極２４へ接続した端子２８とを備えている。

この静電チャック２０の基体２２は、酸化イットリウムの粒内に存在する第１無機粒子と、酸化イットリウムの粒界に存在する第２無機粒子と、を少なくとも含む酸化イットリウム材料により構成されている。この酸化イットリウム材料において、第１無機粒子は、酸化イットリウムに所定の第１温度で固溶しこの第１温度よりも低い第２温度で酸化イットリウムから析出可能な粒子である。この第１無機粒子は、ＺｒＯ₂及びＨｆＯ₂のうち少なくとも１以上であるものとしてもよく、このうちＺｒＯ₂が好ましい。また、第１無機粒子は、その平均粒径が、１μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。平均粒径が１μｍ以下では、酸化イットリウム材料の機械的強度をより高めることができる。第２無機粒子は、第１無機粒子に対しては固溶可能であり酸化イットリウムに対しては第１無機粒子より固溶限が小さい粒子である。この第２無機粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのうち少なくとも１以上であるものとしてもよく、このうちＭｇＯが好ましい。また、第２無機粒子は、その平均粒径が、１μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。平均粒径が１μｍ以下では、酸化イットリウム材料の機械的強度をより高めることができる。また、第１無機粒子と第２無機粒子とをそれぞれ粒内と粒界に平均粒径１μｍ以下の大きさで分散させることにより、粒内と粒界を共に強化することができ、更に効果的に酸化イットリウム材料の機械的強度を高めることができる。この平均粒径は、酸化イットリウム材料の表面をサーマルエッチングし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて粒子を測定できるような倍率（例えば、２０００倍から１０００００倍）でこの表面を観察し、観察された範囲の粒子の短径を測定し、この測定値を平均して求めるものとする。

この静電チャック２０は、第１無機粒子がＺｒＯ₂であり、第２無機粒子がＭｇＯである酸化イットリウム材料により構成されている。図２は、静電チャック２０を構成する酸化イットリウム材料の表面を拡大した模式図である。この酸化イットリウム材料は、粒界３４により複数の粒子が結合している酸化イットリウム粒子３２と、この酸化イットリウム粒子３２の粒内に析出した酸化ジルコニウム粒子３６と、粒界３４に存在する酸化マグネシウム粒子３８とにより構成されている。

酸化イットリウム材料は、更にフッ素（Ｆ）を含むものとしてもよい。Ｆの含有形態は、特に限定されないが、例えば、ＹＦ₃やＹＯＦなどが挙げられる。Ｆを含有すると、より低い焼成温度での焼結性が高まり、機械的強度がより好適なものとなるため好ましい。また、Ｆが含まれていると、ＮＦ₃などのハロゲン系の腐食性ガスに曝された際に、酸化イットリウムが反応してＹＦ₃のような反応物を生成するときの体積変化を低減でき、反応生成物がパーティクルとなることを抑制するよう作用することがあり、好ましい。

酸化イットリウム材料は、４点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることが好ましく、２２０ＭＰａ以上であることがより好ましく、２５０ＭＰａ以上であることが一層好ましい。４点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であれば、半導体製造装置に用いる部材として好適である。また、酸化イットリウム材料は、破壊靱性が１．５ＭＰａ・ｍ^1/2以上であることが好ましく、１．７ＭＰａ・ｍ^1/2以上であることがより好ましく、１．９ＭＰａ・ｍ^1/2以上であることが一層好ましい。破壊靱性が１．５ＭＰａ・ｍ^1/2以上であれば、半導体製造装置に用いる部材として好適である。４点曲げ強度は、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に従い求めるものとする。また、破壊靱性は、ＪＩＳ−Ｒ１６０７に従ってＩＦ法（加重９．８Ｎ）により求めるものとする。酸化イットリウム材料は、２０℃での体積抵抗率が１×１０¹⁵Ωｃｍ以上であることが好ましく、１×１０¹⁶以上であることがより好ましい。１×１０¹⁵Ωｃｍ以上であれば、半導体製造装置に用いる、特に絶縁性を必要とする部材として好適である。

酸化イットリウム材料は、含まれる元素にもよるが、密度が５．０ｇ／ｃｍ³以上５．３ｇ／ｃｍ³以下であることが好ましい。また、この酸化イットリウム材料は、開気孔率が５％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。開気孔率が５％以下であれば、機械的強度をより高めることができる。この密度や、開気孔率は、ＪＩＳ−Ｒ１６３４に従い純水を媒体に用いアルキメデス法により求めるものとする。

次に、この静電チャック２０の製造方法の一例について説明する。静電チャック２０の製造方法は、（１）第１無機粒子の第１原料粉体と第２無機粒子の第２原料粉体とを混合し焼成することにより固溶粒子を作製する第１作製工程と、（２）固溶粒子と酸化イットリウムの第３原料粉体とを混合し焼成する第２作製工程と、（３）第２作製工程のあと、第２作製工程の焼成温度よりも低い温度で熱処理を行う熱処理工程とを含むものとしてもよい。

（１）第１作製工程
第１作製工程では、まず、第１無機粒子の第１原料粉体と第２無機粒子の第２原料粉体とを秤量して混合する。このとき、例えばボールミルなどで混合してもよい。また、適宜溶媒を加えてスラリー状として混合してもよい。溶媒としては、有機溶媒が好ましく、例えばイソプロピルアルコールなどのアルコール類を用いることができる。用いる第１無機粒子としてはＺｒＯ₂及びＨｆＯ₂などが挙げられ、第２無機粒子としてはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどが挙げられ、これらのうち１以上を用いることができる。このうち、ＺｒＯ₂及びＭｇＯなどが好適である。第１無機粒子と第２無機粒子との固溶粒子を作製する原料粉体の配合割合としては、第２無機粒子は５体積％以上が好ましく、１０体積％以上がより好ましく、２０体積％以下であることが好ましい。また、第１無機粒子が９５体積％以下であることが好ましく、９０体積％以下がより好ましく、８０体積％以上であることが好ましい。上記範囲とすると、機械的強度などの特性がより好適なものとなり、好ましい。スラリー状として混合したあとは、４０℃〜２００℃の温度で乾燥してもよい。乾燥は、例えば窒素やアルゴンなど不活性雰囲気下で行うことが好ましい。

続いて、得られた混合原料粉体を成形して焼成し、第１無機粒子と第２無機粒子との固溶体を作製する。第１原料粉体をＺｒＯ₂とし第２原料粉体をＭｇＯとした場合には、焼成温度は、１４００℃以上１８００℃以下とすることが好ましく、１５００℃以上１６００℃以下とすることがより好ましい。焼成温度が１４００℃以上では、より十分に固溶化を図ることができるし、１８００℃以下では、焼成により消費されるエネルギーをより低減することができる。また、この焼成は、例えば窒素やアルゴンなど不活性雰囲気下で行うことが好ましい。このようにして得られた固溶体は、粉砕して固溶粉体とする。この固溶体の粉砕は、ボールミルなどにより湿式粉砕することが好ましい。この固溶粉体は、その平均粒径が、１μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であるのがより好ましい。こうすれば、焼成後において、より小さな粒子として酸化イットリウムの粒内又は粒界に存在させることができる。なお、この平均粒径は、レーザ回折／散乱式の粒度分布測定におけるメディアン径（Ｄ５０）をいう。

（２）第２作製工程
この工程は、第１作製工程で作製した固溶粉体と酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）とを混合したのち所定の形状に成形し、焼成する工程である。固溶粉体と酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）との混合は、例えばボールミルなどにより湿式混合することができる。また、酸化イットリウム材料を作製する原料粉体には、フッ素化合物を添加することが好ましい。こうすれば、焼成温度を低下しても比較的高い強度とすることが可能であるため、機械的強度を維持しつつ焼成により消費されるエネルギーをより低減することができる。フッ素化合物としては、例えば、ＲＥＦ₃（ＲＥ：希土類元素）などの形態で原料に添加することが好ましく、ＹＦ₃やＬａＦ₃などがより好ましい。原料粉体の配合割合では、例えばＹＦ₃が０体積％以上３体積％以下であることが好ましく、０．５体積％以上２体積％以下であることがより好ましい。ＲＥＦ₃の配合割合が０．５体積％以上２体積％以下であると、体積抵抗率の低下を抑制すると共に機械的強度をより好適なものとすることができる。第２作製工程では、成形型を用いる金型成型法やＣＩＰ法、スリップキャスト法などにより成形体に成形し常圧で焼成する常圧焼結法により行うこともできるし、所定形状となるようにプレス圧をかけながら焼成するホットプレス焼成法により行うこともできるが、後者がより好ましい。この焼成では、例えば窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下で行うことが好ましい。ホットプレス焼成では、成型する成形体のサイズなどに合わせて適宜プレス圧を設定することが好ましく、例えば、５０ｋｇ／ｃｍ²以上２００ｋｇ／ｃｍ²の範囲で行うことができる。焼成温度は、１３００℃以上１９００℃以下とすることが好ましい。また、固溶粉体をＺｒＯ₂とＭｇＯとによるものとした場合には、焼成温度は、１４００℃以上１８００℃以下とすることが好ましく、１５００℃以上１６００℃以下とすることがより好ましい。焼成温度が１４００℃以上では、より緻密化を図ることができると共に機械的強度を高めることができるし、１８００℃以下では、粒成長を抑えることができると共に焼成により消費されるエネルギーをより低減することができる。

静電チャック２０を成形焼成する場合は、基体２２と静電電極２４とを一体として成形・焼成してもよいし、基体２２と静電電極２４とを別体で成型・焼成してもよい。例えば、図１に示す孔部２６を有する基体２２の下段部分を成形し、続いて静電電極２４を形成し、基体２２の上段部分を成形し焼成してもよい。静電電極２４は、電極となる成分を含むペースト（例えばＰｔやＡｕなど）を別途作製しておき、これを用いて形成するものとする。この静電電極２４のペーストは、基体２２の熱膨張率が同等となるようにセラミックスの粉体を調合することが好ましい。なお、静電電極２４を有しない酸化イットリウム材料のみの成形体を成形するものとしてもよい。この第２作製工程の焼成において、原料粉体として含まれるＹ₂Ｏ₃や第１無機粒子の成分、第２無機粒子の成分などが固溶したり析出したりするものと考えられる。例えば、焼成時や焼成後の降温時などに、酸化イットリウムに固溶した第１無機粒子が析出したり、第２無機粒子が粒界に存在したりする変化が起こるものと推測される。

（３）熱処理工程
この工程は、第２作製工程の焼成のあと、第２作製工程の焼成温度よりも低い温度で熱処理を行う工程である。この工程を行うことにより、酸化イットリウム粒子の粒内での第１無機粒子の析出をより十分に行うことができると考えられる。こうすれば、より高い機械的強度を得ることができる。この熱処理工程は、第２作製工程の焼成温度で成形体を焼成するのに引き続き、熱処理温度へ移行させ成形体への熱処理を継続的に行うのが好ましい。この熱処理温度は、第２作製工程の焼成温度よりも１００℃〜５００℃程度低いことが好ましく、２００℃〜４００℃程度低いことがより好ましい。固溶粉体をＺｒＯ₂とＭｇＯとによるものとした場合には、熱処理温度は、１２００℃以上１４００℃以下とすることが好ましい。特に、第２作製工程の焼成温度が１６００℃であるときには、熱処理温度は、１２００℃〜１４００℃とすることが好ましい。この熱処理では、第２作製工程の焼成時の雰囲気を継続することが好ましく、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下で行うことがより好ましい。このように、体積抵抗率の低下を抑制しつつ、機械的強度を高めた酸化イットリウム材料により構成された静電チャック２０を作製することができる。

以上詳述した本実施形態の静電チャック２０によれば、酸化イットリウムに固溶・析出可能であり酸化イットリウムの粒内に存在する第１無機粒子（ＺｒＯ₂）と、第１無機粒子に対しては固溶可能であり酸化イットリウムに対しては第１無機粒子よりも固溶限が小さく酸化イットリウムの粒界に存在する第２無機粒子（ＭｇＯ）とを含む酸化イットリウム材料で構成されているため、機械的強度や体積抵抗率などをより高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、酸化イットリウム材料を用いた部材を静電チャックとして説明したが、半導体製造用の他の部材、例えば、この静電チャックを収容するドーム形状のチャンバー部材、ヒータを備えたサセプター、静電チャックの外周に配置されるダミー用のフォーカスリング、シリコンウエハを固定するクランプリング、シリコンウエハを加熱するヒータなどとしてもよいし、半導体製造用に限られず、酸化イットリウムの耐腐食性などを利用した部材など、どのような分野に用いてもよい。

上述した実施形態では、酸化イットリウム材料の製造方法において、熱処理工程を行うものとして説明したが、この熱処理工程を省略してもよい。こうしても、第１作製工程を行うことにより、機械的強度を高めることができる。

上述した実施形態では、酸化イットリウム材料の製造方法において、ＺｒＯ₂とＭｇＯとＹ₂Ｏ₃とを用いて混合、焼成するものとしたが、例えば第１作製工程で、焼成によりＺｒＯ₂となるＺｒ塩や、焼成によりＭｇＯとなるＭｇ塩などを用いてＺｒＯ₂とＭｇＯとの固溶体を作製するものとしてもよい。なお、第２作製工程でのＹ₂Ｏ₃についても同様である。

以下には、酸化イットリウム材料を具体的に製造した例を実験例として説明する。

［実験例１］
（第１作製工程）
原料粉末として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とをＭｇＯが１０ｍｏｌ％となるように調合したあと、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を溶媒としてＺｒＯ₂玉石を用いたボールミルにより１６時間、湿式混合を行い、スラリーを調製した。次に、スラリーを篩（１００メッシュ）に通したあと、１１０℃の窒素雰囲気下で１６時間乾燥させて粉体を得た。次にこの粉体を篩（３０メッシュ）に通したあと、２００ｋｇ／ｃｍ²のプレス圧により８０ｇの粉体を直径５０ｍｍの円板状に成形した。続いて、１５００℃の窒素雰囲気下で８時間、常圧焼成することによりＭｇＯ安定化ＺｒＯ₂を合成した。合成したＭｇＯ安定化ＺｒＯ₂を乳鉢で粉砕したのち、ＩＰＡを溶媒としてＺｒＯ₂玉石を用いたボールミルにより２４時間、湿式粉砕し、１１０℃の窒素雰囲気下で１６時間乾燥させることにより平均粒径１μｍの粉体を得た。得られたＭｇＯ安定化ＺｒＯ₂を便宜的に「Ｚ１０Ｍ」と称する。また、ＺｒＯ₂とＭｇＯとをＭｇＯが１３ｍｏｌ％となるように調合し、上記と同様の工程を経てＭｇＯ安定化ＺｒＯ₂（「Ｚ１３Ｍ」と称する）の粉体も作製した。なお、この平均粒径は、この粉体をＨＯＲＩＢＡ製レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−７５０を用い、水を分散媒として測定したメディアン径（Ｄ５０）をいう。
（第２作製工程）
酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）９５体積％と、Ｚ１０Ｍの粉体５体積％と、フッ化イットリウム（ＹＦ₃）０体積％とを調合したあと、ＩＰＡを溶媒としてＺｒＯ₂玉石を用いたボールミルにより１６時間、湿式混合を行い、スラリーを調製した。次に、スラリーを篩（１００メッシュ）に通したあと、１１０℃の窒素雰囲気下で１６時間乾燥させて粉体を得た。次にこの粉体を篩（３０メッシュ）に通したあと、２００ｋｇ／ｃｍ²のプレス圧により８０ｇの粉体を直径５０ｍｍの円板状に成形した。続いて、１６００℃の窒素雰囲気下、２００ｋｇ／ｃｍ²のプレス圧で４時間、ホットプレス焼成することにより、実験例１の酸化イットリウム材料を得た。

［実験例２，３］
第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を９０体積％とＺ１０Ｍを１０体積％とした以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例２の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を８０体積％とＺ１０Ｍを２０体積％とした以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例３の酸化イットリウム材料を得た。

［実験例４〜６］
第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を９５体積％とＺ１３Ｍを５体積％とした以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例４の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を９０体積％とＺ１３Ｍを１０体積％とした以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例５の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を８０体積％とＺ１３Ｍを２０体積％とした以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例６の酸化イットリウム材料を得た。

［実験例７，９〜１１］
第２作製工程で１６００℃のホットプレス焼成を行ったあと、この焼成温度よりも低い１２００℃で引き続き窒素雰囲気下、４時間、熱処理工程を行った以外は上述した実験例２と同様の工程を行い実験例７の酸化イットリウム材料を得た。また、上記熱処理工程を窒素雰囲気下、１４００℃で４時間行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例９の酸化イットリウム材料を得た。また、上記熱処理工程を窒素雰囲気下、１４００℃で４時間行った以外は上述した実験例２と同様の工程を行い実験例１０の酸化イットリウム材料を得た。また、上記熱処理工程を窒素雰囲気下、１４００℃で４時間行った以外は上述した実験例３と同様の工程を行い実験例１１の酸化イットリウム材料を得た。

［実験例８，１２］
第２作製工程で１６００℃のホットプレス焼成を行ったあと、この焼成温度よりも低い１２００℃で引き続き窒素雰囲気下、４時間、熱処理工程を行った以外は上述した実験例５と同様の工程を行い実験例８の酸化イットリウム材料を得た。また、上記熱処理工程を窒素雰囲気下、１４００℃で４時間行った以外は上述した実験例６と同様の工程を行い実験例１２の酸化イットリウム材料を得た。

［実験例１３〜１５］
第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を９４体積％とＺ１０Ｍを５体積％とＹＦ₃を１体積％とし、１４００℃でホットプレス焼成を行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例１３の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を８９体積％とＺ１０Ｍを１０体積％とＹＦ₃を１体積％とし、１４００℃でホットプレス焼成を行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例１４の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を７９体積％とＺ１０Ｍを２０体積％とＹＦ₃を１体積％とし、１４００℃でホットプレス焼成を行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例１５の酸化イットリウム材料を得た。

［実験例１６〜１８］
第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を９４体積％とＺ１３Ｍを５体積％とＹＦ₃を１体積％とし、１５００℃でホットプレス焼成を行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例１６の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を８９体積％とＺ１３Ｍを１０体積％とＹＦ₃を１体積％とし、１５００℃でホットプレス焼成を行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例１７の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を７９体積％とＺ１３Ｍを２０体積％とＹＦ₃を１体積％とし、１５００℃でホットプレス焼成を行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例１８の酸化イットリウム材料を得た。

［実験例１９〜２１］
第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を１００体積％とした以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例１９の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を９４．１体積％とＭｇＯを５．９体積％とした以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例２０の酸化イットリウム材料を得た。また、第２作製工程でＹ₂Ｏ₃を８０体積％とＺｒＯ₂を１５体積％とＭｇＯを５体積％とし、即ち、第１作製工程を経ることなく第２作製工程を行った以外は上述した実験例１と同様の工程を行い実験例２０の酸化イットリウム材料を得た。なお、ここで用いたＺｒＯ₂やＭｇＯについてＨＯＲＩＢＡ製レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−７５０を用い、水を分散媒として平均粒径（メディアン径（Ｄ５０））を測定したところ、それぞれ１μｍであった。

［構成相の評価］
Ｘ線回折装置（回転対陰極型Ｘ線回折装置（理学電機製ＲＩＮＴ），ＣｕＫα線源，５０ｋＶ，３００ｍＡ，２θ＝１０〜７０°）を用いて実験例１〜２１のＸ線回折パターンを測定し、得られたＸ線回折パターンから結晶相を同定した。その結果、実験例１〜１８及び実験例２１ではＹ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂及びＭｇＯが同定され、実験例１９ではＹ₂Ｏ₃が同定され、実験例２０では、Ｙ₂Ｏ₃及びＭｇＯが同定された。

［電子顕微鏡観察］
上記実験例１０，１２，１８，２１について、走査型電子顕微鏡（日本電子製ＪＳＭ−６３９０）を用いてＳＥＭ写真を撮影した。ＳＥＭ観察では、各実験例の酸化イットリウム材料の表面をサーマルエッチング処理したものを観察した。また、ＳＥＭ観察された酸化ジルコニウム粒子や酸化マグネシウム粒子の平均粒径を、観察された範囲の粒子の短径を測定し、この測定値を平均して求めた。

［強度測定］
実験例１〜３１について、強度測定を行った。強度は、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に従い、強度試験機（島津製作所製Ｓ５００Ｃ）を用い、４点曲げ試験を行うことにより評価した。

［密度測定、開気孔率測定］
実験例１〜２１について、密度および開気孔率は、ＪＩＳ−Ｒ１６３４に従い、純水を媒体に用い、アルキメデス法により評価した。なお、密度は、嵩密度として求めた。

［体積抵抗率測定］
実験例１〜２１について、体積抵抗率測定を行った。体積抵抗率は、ＪＩＳ−Ｃ２１４１に準じた方法により、室温大気中で測定した。試験片形状はφ５０ｍｍ×１ｍｍとし、主電極径を２０ｍｍ、ガード電極内径を３０ｍｍ、ガード電極外径を４０ｍｍ、印加電極径を４０ｍｍとなるよう各電極を銀ペーストで形成した。印加電圧は０．１〜５００Ｖ／ｍｍとし、電圧印加後１分時の電流を読みとり、体積抵抗率を算出した。

［化学分析］
実験例１３〜１８について、フッ素の含有量の検出を行った。酸化イットリウム材料に含まれるフッ素含有量はＪＩＳ−Ｒ１６７５のフッ素の定量方法に従い、熱加水分解分離した溶液をイオンクロマトグラフ法により測定した。その結果、実験例１３〜１８のすべてについて、添加したフッ素量が焼成体内に残存していることを確認した。

［測定結果］
各実験例の測定結果を表１に示す。また、図３は、Ｚ１０Ｍを含む実験例１〜３，７，９〜１１，１３〜１５及びＺ１０Ｍを含まない実験例１９〜２１のＺ１０Ｍ添加量に対する曲げ強度の関係を表す図であり、図４は、Ｚ１３Ｍを含む実験例４〜６，８，１２，１６〜１８及びＺ１３Ｍを含まない実験例１９〜２１のＺ１３Ｍ添加量に対する曲げ強度の関係を表す図であり、図５は、実験例１０，１２，１８，２１のＳＥＭ写真である。なお、図３，４では、実験例２０についてはＭｇＯの添加量を横軸とし、実験例２１についてはＺｒＯ₂及びＭｇＯの添加量を横軸とした。また、理解の容易のため、図３，４では、熱処理工程を行ったものを斜線で示し、ＹＦ₃を添加したものを網掛けで示し、各シンボル内に実験例の番号を付した。この測定結果では、図３，４に示すように、Ｚ１０ＭやＺ１３Ｍの添加量の増加に伴い、曲げ強度が向上することがわかった。また、Ｚ１０ＭやＺ１３Ｍを添加した実験例１〜１８は、これを添加しない実験例１９やＭｇＯのみを添加した実験例２０やＺｒＯ₂とＭｇＯとを固溶せずに添加した実験例２１と比較して高い曲げ強度を示した。また、熱処理工程を行ったものは、熱処理工程を行わないものに比してより高い曲げ強度を示した。また、ＹＦ₃を添加したものでは、焼成温度を低下させても（表１参照）十分高い曲げ強度を示すことがわかった。図５に示すように、曲げ強度が高い実験例１０，１２，１８では、酸化イットリウム粒子の粒内に酸化ジルコニウム粒子３６が存在すると共に、酸化イットリウム粒子３２の粒界３４に酸化マグネシウム粒子３８が存在していた。また、この酸化ジルコニウム粒子３６及び酸化マグネシウム粒子３８は、その平均粒径が各々１μｍ以下であった。このような構造を有する実験例が高い曲げ強度を有することが明らかとなった。一方、実験例２１では、極めて大きなＭｇＯの粒子が観察された。

本発明は、セラミックスの製造分野に利用可能である。

静電チャック２０の構成の概略を示す構成図であり、図１（ａ）が平面図、図１（ｂ）が図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。静電チャック２０を構成する酸化イットリウム材料の表面を拡大した模式図である。Ｚ１０Ｍを含む実験例及びＺ１０Ｍを含まない実験例のＺ１０Ｍ添加量に対する曲げ強度の関係を表す図である。Ｚ１３Ｍを含む実験例及びＺ１３Ｍを含まない実験例のＺ１３Ｍ添加量に対する曲げ強度の関係を表す図である。実験例１０，１２，１８，２１のＳＥＭ写真である。

符号の説明

２０静電チャック、２２基体、２４静電電極、２６孔部、２８端子、３２酸化イットリウム粒子、３４粒界、３６酸化ジルコニウム粒子、３８酸化マグネシウム粒子。

Claims

酸化イットリウムに第１温度で固溶し該第１温度よりも低い第２温度で酸化イットリウムから析出可能であり、酸化イットリウムの粒内に存在する第１無機粒子と、
前記第１無機粒子に対しては固溶可能であり酸化イットリウムに対しては該第１無機粒子より固溶限が小さく、酸化イットリウムの粒界に存在する第２無機粒子と、を含み、
前記第１無機粒子は、ＺｒＯ ₂ 及びＨｆＯ ₂ のうち少なくとも１以上であり、
前記第２無機粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのうち少なくとも１以上である、酸化イットリウム材料。
更にＦを含有している、請求項１に記載の酸化イットリウム材料。
前記第１無機粒子は、平均粒径が１μｍ以下である、請求項１又は２に記載の酸化イットリウム材料。
前記第２無機粒子は、平均粒径が１μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化イットリウム材料。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化イットリウム材料により構成されている、半導体製造装置用部材。
酸化イットリウム材料の製造方法であって、
酸化イットリウムに第１温度で固溶し該第１温度よりも低い第２温度で酸化イットリウムから析出可能な第１無機粒子の第１原料粉体と、前記第１無機粒子に対しては固溶可能であり酸化イットリウムに対しては該第１無機粒子より固溶限が小さい第２無機粒子の第２原料粉体とを混合し、焼成することにより固溶粒子を作製する第１作製工程と、
前記作製した固溶粒子と酸化イットリウムの第３原料粉体とを混合し、焼成することにより前記第１無機粒子を酸化イットリウムの粒内に存在させると共に、前記第２無機粒子を酸化イットリウムの粒界に存在させる第２作製工程と、を含み、
前記第１作製工程では、前記第１原料粉体をＺｒＯ ₂ 及びＨｆＯ ₂ のうち少なくとも１以上とし、前記第２原料粉体をＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのうち少なくとも１以上とする、酸化イットリウム材料の製造方法。
前記第１作製工程では、前記第１原料粉体をＺｒＯ₂とし、前記第２原料粉体をＭｇＯとし、焼成温度を１４００℃以上１８００℃以下で焼成する、請求項６に記載の酸化イットリウム材料の製造方法。
請求項６又は７に記載の酸化イットリウム材料の製造方法であって、
前記第２作製工程のあと該第２作製工程の焼成温度よりも低い温度で熱処理を行う熱処理工程、を含む酸化イットリウム材料の製造方法。
請求項６〜８のいずれか１項に記載の酸化イットリウム材料の製造方法であって、
前記第１作製工程では、前記第１原料粉体をＺｒＯ₂とし、前記第２原料粉体をＭｇＯとし、焼成温度を１４００℃以上１８００℃以下で焼成し、
前記第２作製工程に引き続き該第２作製工程の焼成温度よりも低い温度である１０００℃以上１６００℃以下の温度で熱処理を行う熱処理工程、を含む酸化イットリウム材料の製造方法。
前記第２作製工程では、前記第１作製工程で作製した固溶粒子と、前記酸化イットリウムの第３原料粉体とに更にＹＦ₃を加えて混合する、請求項６〜９のいずれか１項に記載の酸化イットリウム材料の製造方法。