JP5412290B2 - 耐食性部材 - Google Patents
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Description
本発明は、耐食性部材に関し、例えば半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内での使用に適した酸化物皮膜を有する耐食性部材に関する発明である。
半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内では、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等の環境下で製造が行われるため、耐食性を持った部材が使用されている。近年では、希土類化合物の耐食性が確認され、特にＹ2Ｏ3が注目され、例えば、特開２００１−１６４３５４号公報に記載されているように、基材表面にＹ2Ｏ3を含む耐食性皮膜を施した部材が使用されている。
しかしながら、Ｙ2Ｏ3は高融点のため溶融させるのが困難であり、半溶融状態で酸化物皮膜を形成する。そのため、半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内で、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝されてしまうと、エッチングにより皮膜表面から結晶粒子が脱粒することで、パーティクルが発生する。そして、発生したパーティクルはウエハーに付着し、歩留まりを低下させてしまう問題がある。
本発明は、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に対して優れた耐食性を有する酸化物皮膜で形成された耐食性部材を提供する。
本発明は、上述のような現状に鑑み、上記課題を解決し、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に対して耐食性が十分確保できる耐食性部材を提供することを目的としてなされたもので、かかる目的を達成するために、例えば以下の構成を備える。
すなわち、基材にＧｄの酸化物を含む酸化物皮膜を形成してなり、前記酸化物皮膜には酸化第二鉄（Ｆｅ 2 Ｏ 3 ）が５ppmより多く含まれ、５０ppmより少なく含まれていることを特徴とする耐食性部材とする。例えば、前記酸化物皮膜は溶射法により形成され、気孔率が５〜１５％で、かつ、厚さが１００〜１０００μｍであることを特徴とする。さらに、本発明の耐食性部材は、半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内で使用される部材であることを特徴とする。
本発明によれば、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等を利用する半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内で使用可能な耐食性に優れた耐食性部材を提供することができ、パーティクルの発生を少なくすることが可能となる。
また、本発明によれば、酸化物皮膜中に鉄族金属化合物を酸化物換算で５ppmより多く含めることにより、耐食性に優れた酸化物皮膜の形成が可能となる。
本願発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、ＧｄまたはＹｂを含む酸化物皮膜がハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝されても耐食性に優れており、パーティクルの発生が少ないことを発見した。また、該酸化物皮膜中に鉄族金属化合物を酸化物換算で５ppmより多く含めることによりＧｄまたはＹｂの融点を低下させ、耐食性に優れた酸化物皮膜の形成が可能なことを発見した。
以下、図面等を参照して本発明に係る実施の形態例を詳細に説明する。以下に説明する本実施の形態例の耐食性部材は、Ｇｄ（ガドリニウム：Gadolinium）またはＹｂ（イッテルビウム：Ytterbium）を含み、かつ、鉄族金属化合物を酸化物換算で５ppmより多く含まれている酸化物皮膜が形成されてなるものである。
本実施の形態例に係る耐食性部材は、半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内で使用するのに適した部材であって、少なくとも表面にハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に対する耐食性を有する酸化物皮膜を有している。耐食性部材の基材の材質は特に限定はしないが、例えばガラス、石英、アルミニウムやステンレス等の金属、アルミナ等のセラミックス等を用いることができる。また、必要に応じてブラスト処理を施して基材の表面を粗くしてから酸化物皮膜を形成してもよい。
本実施の形態例の酸化物皮膜の純度は、９９．９％以上が好ましい。純度を９９．９％以上にすることより、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝されても、酸化物皮膜の腐食の進行を抑制することができる。
本実施の形態例の耐食性部材表面に形成された酸化物皮膜に含まれる鉄族金属化合物は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等が好ましく、ＧｄまたはＹｂの融点を低下させるために使用される。そして、原料となるＧｄまたはＹｂを酸化させて粉末化するとともに、鉄族金属化合物を酸化させて粉末化し、これらを混合した後に基材表面に後述する方法で酸化物皮膜を形成する。鉄族金属化合物の混合割合は酸化物換算で５ppmより多く含まれていることがよい。鉄族金属化合物が酸化物換算で５ppmより少なく含まれていると、ＧｄまたはＹｂの融点を低下させる効果が少ないからである。また、鉄族金属化合物が酸化物換算で５０ppmより多く含まれていると、ＧｄまたはＹｂを含む酸化物皮膜がハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝されたときに、エッチングを活性化させてしまい、過剰なパーティクルを発生させてしまう。そのため、鉄族金属化合物を酸化物換算で５ppmより多く、５０ppmより少なく含まれていることが好ましい。
本実施の形態例における酸化物皮膜の形成方法は特に限定はしないが、例えばフレーム溶射、高速フレーム溶射(ＨＶＯＦ)、プラズマ溶射、爆発溶射、コールドスプレー、エアロゾルデボジション法等で形成できる。その中でも、溶射出力が高く、高融点材料の溶射に適しているプラズマ溶射で形成することが好ましい。
プラズマ溶射時におけるプラズマ発生の際に使用するガスは特に限定はしないが、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス、水素ガス、酸素ガス等を用いることができる。
本実施の形態例における酸化物皮膜の気孔率は、５％〜１５％とすることが好ましい。５％以上の酸化物皮膜は、成膜工程においてクラックが発生しにくい。また、１５％以下の酸化物皮膜は、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝された場合でも、酸化物皮膜は強度を維持することができ、カケや剥離の発生を防止することができる。さらに、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等が酸化物皮膜を透過せず基材に損傷を与えにくい。
本実施の形態例における酸化物皮膜を形成するために使用する溶射粉末は、平均粒径を２０μm〜６０μm、好ましくは３０μm〜５０μmとすることにより、プラズマ炎上に流れ、溶融状態で部材に付着させることができる。平均粒径を２０μm以上にすることにより、プラズマ炎に溶射粉末を投入時に溶射粉末は吹き飛ばされることがなくプラズマ炎上に流れ、溶融状態で部材に付着させることができる。また、平均粒径を６０μm以下にすることにより、プラズマ炎に溶射粉末を投入時に溶射粉末はプラズマ炎を通り抜けることがなくプラズマ炎上に流れ、溶融状態で部材に付着させることができる。
本実施の形態例の酸化物皮膜の厚さは、１００μm〜１０００μmとすることが好ましい。１００μm以上にすることにより、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝された場合でも、耐食性の効果が見込め、さらに基材までハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等が透過しにくくなる。また、１０００μm以下にすることにより、耐食性部材の基材と酸化物皮膜との熱膨張差による剥離が発生しにくくなる。
本実施の形態例の酸化物皮膜の密着強度は、２０MPa以上で基材に形成されていることが好ましい。酸化物皮膜と基材との密着強度を２０MPa以上にすることで、使用中や洗浄中における酸化物皮膜の剥離を防止することができる。酸化物皮膜が剥離すると基材の露出部からのパーティクルが発生しやすいが、上記の密着強度とすることで、これを防止できる。
以下、本発明に係る一実施例を詳細に説明をする。なお本発明は、以下に説明する実施例により何ら限定されるものではない。
実施例におけるＦｅ2Ｏ3値は、ＩＣＰ発光分析装置を用いて測定した。実施例における溶射粉末の平均粒径は、レーザー回折・散乱式の粒度測定機を用いて測定した。
実施例におけるエッチングレートは、酸化物皮膜の一部をポリイミドテープでマスキングを行い、ＲＩＥ装置を用い、ＣＦ４プラズマ中で１０時間照射を行い、マスキング有無の箇所の段差を測定して求めた。
実施例における気孔率は、酸化物皮膜の乾燥重量Ｗ１、水中重量Ｗ２、飽水重量Ｗ３を測定し、以下のアルキメデス法を用いて求めた。
（実施例１，２，３，４，５）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ８ppm、１０ppm、２０ppm、３０ppm、４０ppm含むＧｄの酸化物であるＧｄ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ８ppm、１０ppm、２０ppm、３０ppm、４０ppm含むＧｄの酸化物であるＧｄ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
（実施例６，７，８，９，１０）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ８ppm、１０ppm、２０ppm、３０ppm、４０ppm含むＹｂの酸化物であるＹｂ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ８ppm、１０ppm、２０ppm、３０ppm、４０ppm含むＹｂの酸化物であるＹｂ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
（比較例１，２，３，４，５）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ１ppm、３ppm、４ppm、７０ppm、８０ppm含むＧｄの酸化物であるＧｄ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ１ppm、３ppm、４ppm、７０ppm、８０ppm含むＧｄの酸化物であるＧｄ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
（比較例６，７，８，９，１０）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ１ppm、３ppm、４ppm、７０ppm、８０ppm含むＹｂの酸化物であるＹｂ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3をそれぞれ１ppm、３ppm、４ppm、７０ppm、８０ppm含むＹｂの酸化物であるＹｂ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５t(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
（比較例１１）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3を１０ppm含むＹの酸化物であるＹ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５ｔ(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3を１０ppm含むＹの酸化物であるＹ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した１００×１００×５ｔ(mm)のアルミニウム基材上に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。そして、形成された酸化物皮膜のエッチングレートおよび気孔率の評価を実施した。
表１に、実施例と比較例についてエッチングレートおよび気孔率を測定した結果を示す。なお、比較例５，１０については、局所的にエッチングが確認されたため、表１には、その部分のエッチングレートを示した。
表１より、Ｆｅ2Ｏ3が５ppmより少ないＧｄ2Ｏ3およびＹｂ2Ｏ3は、気孔率が１５％以上であるため、酸化物皮膜がハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝されてしまうと、酸化物皮膜は強度不足よりエッチングされやすく、パーティクルを発生させてしまうことが分かる。そのため、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等を利用する半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ装置内、太陽電池製造装置内での耐食性部材としては好ましくない。また、Ｆｅ2Ｏ3が５０ppmより多いＧｄ2Ｏ3およびＹｂ2Ｏ3は、酸化物皮膜が局所的にエッチングされ、過剰なパーティクルを発生させてしまう。そのため、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等を利用する半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内での耐食性部材としては好ましくない。
表１より、Ｆｅ2Ｏ3が５ppmより多いＧｄ2Ｏ3およびＹｂ2Ｏ3は、Ｙ2Ｏ3に対してエッチングレートが１/２〜１/３のためパーティクルの発生が少ないことが分かる。そのため、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等を利用する半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内での耐食性部材としては好ましい。
上記より、ＧｄまたはＹｂの酸化物を含み、かつ、鉄族金属化合物を酸化物換算で５ppmより多く含む酸化物皮膜で形成された耐食性部材は、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に対する耐食性に優れている。そのため、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ等に曝される半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内での使用に好適である。
（試料１，２）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3を８ppm含むＧｄおよびＹｂの酸化物であるＧｄ2Ｏ3およびＹｂ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用して、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した棒状のアルミニウム基材上（表面粗さＲａ５．１１μm）に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。その後、この酸化物皮膜を形成した基材と別の棒状のアルミニウム基材とを接着剤にて接合し、引張により剥離する強度、すなわち、密着強度を測定した。（ＪＩＳＨ８６６６に準じた試験方法）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3を８ppm含むＧｄおよびＹｂの酸化物であるＧｄ2Ｏ3およびＹｂ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用して、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した棒状のアルミニウム基材上（表面粗さＲａ５．１１μm）に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。その後、この酸化物皮膜を形成した基材と別の棒状のアルミニウム基材とを接着剤にて接合し、引張により剥離する強度、すなわち、密着強度を測定した。（ＪＩＳＨ８６６６に準じた試験方法）
（試料３）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3を８ppm含むＹの酸化物であるＹ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した棒状のアルミニウム基材上（表面粗さＲａ５．０２μm）に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。その後、この酸化物皮膜を形成した基材と別の棒状のアルミニウム基材とを接着剤にて接合し、引張により剥離する強度、すなわち、密着強度を測定した。（ＪＩＳＨ８６６６に準じた試験方法）
平均粒径が３０μm〜４０μm、Ｆｅ2Ｏ3を８ppm含むＹの酸化物であるＹ2Ｏ3の溶射粉末を、エアロプラズマ社製ＡＳＰ７１００プラズマ溶射機を使用し、電圧２７５Ｖ、電流１１０Ａ、アルゴンガス流量２５L/min、酸素ガス流量４０L/minの溶射条件にて、ブラスト処理を施した棒状のアルミニウム基材上（表面粗さＲａ５．０２μm）に溶射し、２００μm〜３００μmの酸化物皮膜を形成した。その後、この酸化物皮膜を形成した基材と別の棒状のアルミニウム基材とを接着剤にて接合し、引張により剥離する強度、すなわち、密着強度を測定した。（ＪＩＳＨ８６６６に準じた試験方法）
表２に、上記の試料１，２，３について密着強度を測定した結果を示す。
表２より、同等の条件下においてＹ2Ｏ3と基材との密着強度が１４MPaであるのに対して、Ｇｄ2Ｏ3およびＹｂ2Ｏ3と基材との密着強度は、それぞれ２２Mpa，２１MPaであった。したがって、Ｇｄ2Ｏ3とＹｂ2Ｏ3の方が、Ｙ2Ｏ3よりも基材に密着しやすく、剥離が生じにくいことが分かった。
以上より、ＧｄおよびＹｂの酸化物であるＧｄ2Ｏ3およびＹｂ2Ｏ3で形成された耐食性部材は、半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内での使用や洗浄環境での使用に好適である。
なお、半導体製造装置内、フラットパネルディスプレイ製造装置内、太陽電池製造装置内で使用される部材としては、例えば、静電チャック、ヒータ等、内部に静電電極や抵抗発熱体を有するものに用いることができる。静電電極等は耐食性の低い金属が用いられることが多いことから、これらを本発明の耐食性部材で被覆することで大幅に耐食性を高めることができ、長期間使用することができる。
本発明に係る耐食性部材は、ハロゲン系腐蝕ガスを装置内に導入するためのガス拡散プレート、バッフルプレート、バッフルリング、シャワープレート等に採用できる。さらに、ガスが導入される処理容器であるチャンバー、ベルジャー、ドームおよびそれらの内壁材、ならびに高周波透過窓、赤外線透過窓および監視窓にも適用できる。さらには、容器内で使用されるサセプター、クランプリング、フォーカスリング、シャドーリング、絶縁リング、ダミーウエハー、半導体ウエハーを支持するためのリフトピン、ベローズカバー、クーリングプレート、上部電極、下部電極等、プラズマ雰囲気に曝され、耐食性を要する種々の部材に適用できる。
Claims (3)
- 基材にＧｄの酸化物を含む酸化物皮膜を形成してなり、前記酸化物皮膜には酸化第二鉄（Ｆｅ 2 Ｏ 3 ）が５ppmより多く含まれ、５０ppmより少なく含まれていることを特徴とする耐食性部材。
- 前記酸化物皮膜は溶射法により形成され、気孔率が５〜１５％で、かつ、厚さが１００〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐食性部材。
- 半導体製造装置内、またはフラットパネルディスプレイ製造装置内、または太陽電池製造装置内で使用されることを特徴とする請求項２に記載の耐食性部材。
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