JP6772994B2 - Structure - Google Patents

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Description

本発明の態様は、一般的に、構造物に関する。 Aspects of the present invention generally relate to structures.

半導体製造装置などのプラズマ照射環境下で用いられる部材として、その表面に耐プラズマ性が高い被膜を形成したものが用いられている。被膜には、例えば、アルミナ(Al)、イットリア(Y)等の酸化物、あるいは、窒化アルミニウム(AlN)などの窒化物が用いられる。 As a member used in a plasma irradiation environment such as a semiconductor manufacturing apparatus, a member having a highly plasma resistant film formed on its surface is used. For the coating film, for example, oxides such as alumina (Al 2 O 3 ) and yttria (Y 2 O 3 ), or nitrides such as aluminum nitride (AlN) are used.

一方、酸化物系セラミックスでは、CF系ガスとの反応によるフッ化に伴い、膜の体積が膨張し、クラック等が発生し、結果としてパーティクルの発生につながるとして、元々フッ化されているフッ化イットリウム(YF)等のフッ化物系セラミックスを用いる提案がなされている(特許文献1)。 On the other hand, in oxide-based ceramics, the volume of the film expands due to fluoride due to the reaction with CF-based gas, cracks and the like occur, and as a result, it leads to the generation of particles. Proposals have been made to use fluoride-based ceramics such as yttrium (YF 3 ) (Patent Document 1).

また、YFでは、F系プラズマに対する耐性は高いが、Cl系プラズマに対する耐性が不十分である、あるいは、フッ化物の化学的安定性に疑問がある、などとして、オキシフッ化イットリウム(YOF)の被膜または焼結体を用いることも提案されている(特許文献2、3)。 In addition, YF 3 has high resistance to F-based plasma, but its resistance to Cl-based plasma is insufficient, or there is doubt about the chemical stability of fluoride, and yttrium oxyfluoride (YOF) It has also been proposed to use a coating or a sintered body (Patent Documents 2 and 3).

これまで、YFやYOFについては、溶射膜および焼結体での検討がなされてきた。しかし、溶射膜や焼結体においては、耐プラズマ性が不十分なことがあり、さらに耐プラズマ性を高めることが求められている。
例えば、希土類元素のオキシフッ化物を原料として溶射膜を形成することが検討されている(特許文献4)。しかし、溶射では、加熱時に大気中の酸素によって酸化が生じる。そのため、得られた溶射膜中にYが混入し、組成の制御が難しいことがある。また、溶射膜には、依然として緻密性に課題がある。また、プラズマエッチングにおいては、溶射等によってYFコーティングされたチャンバを用いると、エッチング速度がドリフトし、安定しないという課題もある(特許文献5)。また、Yを含む膜を形成した後に、その膜をプラズマ処理などのアニールによってフッ化する方法も検討されている(特許文献6)。しかし、この方法では、一度形成されたYを含む膜にフッ化処理が施されるため、フッ化により膜の体積が変化して基材から剥離する、あるいは膜にクラックが入る等の不具合が生じる恐れがある。また、膜全体の組成の制御が困難なことがある。また、溶射や焼結体では、加熱時のフッ化物原料微粒子の熱分解によりFガスが放出され安全性に課題がある。
So far, YF 3 and YOF have been studied with sprayed membranes and sintered bodies. However, the sprayed film and the sintered body may have insufficient plasma resistance, and it is required to further improve the plasma resistance.
For example, it has been studied to form a thermal sprayed film using a rare earth element oxyfluoride as a raw material (Patent Document 4). However, in thermal spraying, oxidation occurs due to oxygen in the atmosphere during heating. Therefore, Y 2 O 3 may be mixed in the obtained sprayed film, and it may be difficult to control the composition. In addition, the sprayed film still has a problem in density. Further, in plasma etching, if a chamber coated with YF 3 by thermal spraying or the like is used, there is a problem that the etching rate drifts and is not stable (Patent Document 5). Further, a method of forming a film containing Y 2 O 3 and then fluorinating the film by annealing such as plasma treatment has also been studied (Patent Document 6). However, in this method, since the fluorination treatment is applied to the membrane containing Y 2 O 3, which is once formed, the volume of the film is changed peeled from the substrate by fluoride, or film cracked in the like May cause problems. In addition, it may be difficult to control the composition of the entire membrane. Further, in thermal spraying and sintered bodies, F 2 gas is released due to thermal decomposition of fluoride raw material fine particles during heating, which poses a safety problem.

一方、特許文献7には、Yについて、エアロゾルデポジション法により常温で耐プラズマ性の構造物を形成可能であることが開示されている。しかし、イットリウムオキシフッ化物を用いたエアロゾルデポジション法については、十分な検討がなされてこなかった。 On the other hand, Patent Document 7 discloses that Y 2 O 3 can form a plasma-resistant structure at room temperature by an aerosol deposition method. However, the aerosol deposition method using yttrium oxyfluoride has not been sufficiently studied.

特開2013−140950号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-140950 特開2014−009361号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-09361 特開2016−098143号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-098143 特許第5927656号公報Japanese Patent No. 5927656 米国特許出願公開第2015/0126036号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2015/0126036 米国特許出願公開第2016/273095号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2016/273095 特開2005−217351号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-217351

イットリウムオキシフッ化物を含む構造物においては、耐プラズマ性にばらつきが生じることがある。
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、耐プラズマ性を高めることができる構造物を提供することを目的とする。
In structures containing yttrium oxyfluoride, plasma resistance may vary.
The present invention has been made based on the recognition of such a problem, and an object of the present invention is to provide a structure capable of enhancing plasma resistance.

第1の発明は、菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物の多結晶体を主成分とし、前記多結晶体における平均結晶子サイズが100ナノメートル未満である構造物であって、X線回折により回折角2θ=13.8°付近において検出される菱面体晶のピーク強度をr1とし、回折角2θ=36.1°付近において検出される菱面体晶のピーク強度をr2とし、割合γ1をγ1(%)=r2/r1×100としたときに、前記割合γ1は、0%以上100%未満である構造物である。
第2の発明は、第1の発明において、前記割合γ1は、80%未満である構造物である。
The first invention is a structure containing a polycrystal of yttriumoxyfluoride having a rhombic crystal structure as a main component and having an average crystallite size of less than 100 nanometers in the polycrystal. The peak intensity of the rhombic crystal detected near the diffraction angle 2θ = 13.8 ° by line diffraction is r1, and the peak intensity of the rhombic crystal detected near the diffraction angle 2θ = 36.1 ° is r2. When γ1 is γ1 (%) = r2 / r1 × 100, the ratio γ1 is 0% or more and less than 100%.
The second invention is a structure in which the ratio γ1 is less than 80% in the first invention.

本願発明者らは、菱面体晶のイットリウムオキシフッ化物の所定のピーク強度比(割合γ1)と、耐プラズマ性能とに相関があることを見出した。割合γ1が100%以上の場合には、耐プラズマ性能が低くなることを見出した。割合γ1を0%以上100%未満、好ましくは80%未満とすることで、実用上優れた耐プラズマ性能を発現させることが可能となる。 The inventors of the present application have found that there is a correlation between a predetermined peak intensity ratio (ratio γ1) of rhombohedral yttrium oxyfluoride and plasma resistance performance. It has been found that when the ratio γ1 is 100% or more, the plasma resistance performance becomes low. By setting the ratio γ1 to 0% or more and less than 100%, preferably less than 80%, it is possible to exhibit practically excellent plasma resistance performance.

第3の発明は、第1または第2の発明において、前記構造物は、斜方晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物を含まない、または、斜方晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物をさらに含み、回折角2θ=16.1°付近において検出される斜方晶のピーク強度をоとし、菱面体晶に対する斜方晶の割合をγ2(%)=о/r1×100としたときに、前記割合γ2は、0%以上100%未満である構造物である。
本願発明者らは、構造物中の化合物あるいは結晶相の割合(割合γ2)と耐プラズマ性との間に相関があることを見出した。割合γ2が100%以上の場合には、耐プラズマ性が低くなることを見出した。割合γ2を0%以上100%未満とすることにより、耐プラズマ性を高めることができる。
A third aspect of the invention is that in the first or second invention, the structure does not contain ittrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure, or is an ittrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure. When the peak intensity of the orthorhombic crystal detected near the diffraction angle 2θ = 16.1 ° is о and the ratio of the orthorhombic crystal to the rhombic crystal is γ2 (%) = о / r1 × 100. In addition, the ratio γ2 is a structure of 0% or more and less than 100%.
The inventors of the present application have found that there is a correlation between the ratio of the compound or the crystal phase in the structure (ratio γ2) and the plasma resistance. It has been found that when the ratio γ2 is 100% or more, the plasma resistance is low. Plasma resistance can be enhanced by setting the ratio γ2 to 0% or more and less than 100%.

第4の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明において、菱面体晶の結晶構造を有する前記イットリウムオキシフッ化物は、YOFである構造物である。
第5の発明は、第3の発明において、斜方晶の結晶構造を有する前記イットリウムオキシフッ化物は、1:1:2のYOFである構造物である。
これらの構造物によれば、耐プラズマ性を高めることができる。
In the fourth invention, in any one of the first to third inventions, the yttrium oxyfluoride having a rhombohedral crystal structure is a structure that is YOF.
A fifth invention is a structure in which the yttrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure is a YOF of 1: 1: 2 in the third invention.
According to these structures, plasma resistance can be enhanced.

第6の発明は、第3の発明において、前記割合γ2は、85%以下である構造物である。
第7の発明は、第3の発明において、前記割合γ2は、70%以下である構造物である。
第8の発明は、第3の発明において、前記割合γ2は、30%以下である構造物である。
これらの構造物によれば、耐プラズマ性をさらに高めることができる。
The sixth invention is a structure in which the ratio γ2 is 85% or less in the third invention.
The seventh invention is a structure in which the ratio γ2 is 70% or less in the third invention.
The eighth invention is a structure in which the ratio γ2 is 30% or less in the third invention.
According to these structures, plasma resistance can be further enhanced.

第9の発明は、第1〜第8のいずれか1つの発明において、前記平均結晶子サイズは、50ナノメートル未満である構造物である。
第10の発明は、第1〜第8のいずれか1つの発明において、前記平均結晶子サイズは、30ナノメートル未満である構造物である。
第11の発明は、第1〜第8のいずれか1つの発明において、前記平均結晶子サイズは、20ナノメートル未満である構造物である。
これらの構造物によれば、平均結晶子サイズが小さいことにより、プラズマによって構造物から発生するパーティクルを小さくすることができる。
The ninth invention is a structure in which the average crystallite size is less than 50 nanometers in any one of the first to eighth inventions.
The tenth invention is a structure in which the average crystallite size is less than 30 nanometers in any one of the first to eighth inventions.
The eleventh invention is a structure in which the average crystallite size is less than 20 nanometers in any one of the first to eighth inventions.
According to these structures, the small average crystallite size makes it possible to reduce the size of particles generated from the structure by plasma.

第12の発明は、第1〜第11のいずれか1つの発明において、X線回折により回折角2θ=29.1°付近において検出されるピーク強度をεとしたときに、前記r1に対する前記εの割合、および前記r2に対する前記εの割合の少なくともいずれかが1%未満である構造物である。
この構造物によれば、構造物に含まれるYが微少であるため、CF系プラズマによるフッ化が抑制され、耐プラズマ性をさらに高めることができる。
The twelfth invention is the ε with respect to the r1 in any one of the first to eleventh inventions, where ε is the peak intensity detected at a diffraction angle of 2θ = 29.1 ° by X-ray diffraction. A structure in which at least one of the ratio of ε and the ratio of ε to r2 is less than 1%.
According to this structure, since Y 2 O 3 contained in the structure is very small, fluorine due to CF-based plasma is suppressed, and plasma resistance can be further improved.

第13の発明は、第1〜第11のいずれか1つの発明において、X線回折により回折角2θ=29.1°付近において検出されるピーク強度をεとしたときに、前記r1に対する前記εの割合、および前記r2に対する前記εの割合の少なくともいずれかが0%である。
この構造物によれば、Yが実質的に含まれないため、CF系プラズマによるフッ化が抑制され、耐プラズマ性をさらに高めることができる。
The thirteenth invention is the ε with respect to the r1 in any one of the first to eleventh inventions, where ε is the peak intensity detected in the vicinity of the diffraction angle 2θ = 29.1 ° by X-ray diffraction. At least one of the ratio of the above and the ratio of the ε to the r2 is 0%.
According to this structure, since Y 2 O 3 is substantially not contained, fluorine due to CF-based plasma is suppressed, and plasma resistance can be further improved.

本発明の態様によれば、菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物を含み、耐プラズマ性を高めることができる構造物が提供される。 According to the aspect of the present invention, there is provided a structure containing yttrium oxyfluoride having a rhombohedral crystal structure and capable of enhancing plasma resistance.

実施形態に係る構造物を有する部材を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the member which has the structure which concerns on embodiment. 構造物の原料を例示する表である。It is a table which illustrates the raw material of a structure. 構造物のサンプルを例示する表である。It is a table which exemplifies the sample of a structure. 図4(a)及び図4(b)は、構造物のサンプルにおけるX線回折を示すグラフ図である。4 (a) and 4 (b) are graphs showing X-ray diffraction in a sample of the structure. 構造物のサンプルにおけるX線回折を示すグラフ図である。It is a graph which shows the X-ray diffraction in the sample of a structure. 実施形態に係る別の構造物を有する部材を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the member which has another structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る構造物を例示する写真図である。It is a photographic figure which illustrates the structure which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、実施形態に係る構造物を有する部材を例示する断面図である。
図1に示すように、部材10は、例えば基材15と、構造物20と、を有する複合構造物である。
部材10は、例えば、チャンバを有する半導体製造装置用の部材であり、チャンバ内部に設けられる。チャンバの内部にはガスが導入されプラズマが生じるため、部材10には耐プラズマ性が要求される。なお、部材10(構造物20)は、チャンバの内部以外に用いられてもよいし、半導体製造装置は、アニール、エッチング、スパッタリング、CVDなどの処理を行う任意の半導体製造装置(半導体処理装置)を含む。また、部材10(構造物20)は、半導体製造装置以外の部材に用いられてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, similar components are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a member having a structure according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the member 10 is a composite structure having, for example, a base material 15 and a structure 20.
The member 10 is, for example, a member for a semiconductor manufacturing apparatus having a chamber, and is provided inside the chamber. Since gas is introduced into the chamber and plasma is generated, the member 10 is required to have plasma resistance. The member 10 (structure 20) may be used in a place other than the inside of the chamber, and the semiconductor manufacturing apparatus is an arbitrary semiconductor manufacturing apparatus (semiconductor processing apparatus) that performs processing such as annealing, etching, sputtering, and CVD. including. Further, the member 10 (structure 20) may be used for a member other than the semiconductor manufacturing apparatus.

基材15は、例えばアルミナを含む。ただし、基材15の材料は、アルミナなどのセラミックスに限定されず、石英、アルマイト、金属あるいはガラスなどであってもよい。なお、この例では、基材15と構造物20とを有する部材10について説明している。基材15を設けず構造物20のみの態様も実施形態に包含される。また、基材15の表面(構造物20が形成される面)の算術平均粗さRa(JISB0601:2001)は、例えば5マイクロメータ(μm)未満、好ましくは1μm未満、より好ましくは0.5μm未満である。 The base material 15 contains, for example, alumina. However, the material of the base material 15 is not limited to ceramics such as alumina, and may be quartz, alumite, metal, glass, or the like. In this example, the member 10 having the base material 15 and the structure 20 is described. The embodiment in which the base material 15 is not provided and only the structure 20 is provided is also included in the embodiment. The arithmetic mean roughness Ra (JISB0601: 2001) of the surface of the base material 15 (the surface on which the structure 20 is formed) is, for example, less than 5 micrometers (μm), preferably less than 1 μm, and more preferably 0.5 μm. Is less than.

構造物20は、菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物の多結晶体を含む。構造物20の主成分は、菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物(YOF)の多結晶体である。 The structure 20 contains a polycrystal of yttrium oxyfluoride having a rhombohedral crystal structure. The main component of the structure 20 is a polycrystal of yttrium oxyfluoride (YOF) having a rhombohedral crystal structure.

本願明細書において、構造物の主成分とは、構造物のX線回折(X−ray Diffraction:XRD)による定量又は準定量分析により、構造物20に含まれる他の化合物よりも相対的に多く含まれる化合物をいう。例えば、主成分は、構造物中に最も多く含まれる化合物であり、構造物において主成分が占める割合は、体積比又は質量比で50%よりも大きい。主成分が占める割合は、より好ましくは70%より大きく、90%より大きいことも好ましい。主成分が占める割合が100%であってもよい。 In the present specification, the main component of the structure is relatively larger than the other compounds contained in the structure 20 by quantitative or semi-quantitative analysis by X-ray diffraction (XRD) of the structure. Refers to the contained compound. For example, the main component is a compound contained most in the structure, and the proportion of the main component in the structure is larger than 50% by volume or mass ratio. The proportion of the main component is more preferably larger than 70% and preferably larger than 90%. The proportion of the main component may be 100%.

なお、イットリウムオキシフッ化物とは、イットリウム(Y)と酸素(O)とフッ素(F)との化合物である。イットリウムオキシフッ化物としては、例えば、1:1:1のYOF(モル比がY:O:F=1:1:1)、1:1:2のYOF(モル比がY:O:F=1:1:2)が挙げられる。なお、本願明細書において、Y:O:F=1:1:2という範囲は、Y:O:Fが正確に1:1:2である組成に限られず、イットリウムに対するフッ素のモル比(F/Y)が1よりも大きく3未満の組成を含んでもよい。例えば、Y:O:F=1:1:2のイットリウムオキシフッ化物として、Y(モル比がY:O:F=5:4:7)、Y(モル比がY:O:F=6:5:8)、Y(モル比がY:O:F=7:6:9)、Y171423(モル比がY:O:F=17:14:23)などが挙げられる。また、本願明細書において、単に「YOF」という場合には、Y:O:F=1:1:1を意味し、「1:1:2のYOF」という場合には、上述のY:O:F=1:1:2を意味する。なお、イットリウムオキシフッ化物という範囲には、上記以外の組成が含まれてもよい。 The yttrium oxyfluoride is a compound of yttrium (Y), oxygen (O) and fluorine (F). Examples of yttrium oxyfluoride include 1: 1: 1 YOF (molar ratio Y: O: F = 1: 1: 1) and 1: 1: 2 YOF (molar ratio Y: O: F =). 1: 1: 2) can be mentioned. In the specification of the present application, the range of Y: O: F = 1: 1: 2 is not limited to the composition in which Y: O: F is exactly 1: 1: 2, and the molar ratio of fluorine to yttrium (F). / Y) may contain a composition greater than 1 and less than 3. For example, as yttrium oxyfluoride of Y: O: F = 1: 1: 2, Y 5 O 4 F 7 (molar ratio Y: O: F = 5: 4: 7), Y 6 O 5 F 8 (molar ratio Y: O: F = 5: 4: 7) Mole ratio is Y: O: F = 6: 5: 8), Y 7 O 6 F 9 (Mole ratio is Y: O: F = 7: 6: 9), Y 17 O 14 F 23 (Mole ratio is Y) : O: F = 17: 14: 23) and the like. Further, in the specification of the present application, the term "YOF" means Y: O: F = 1: 1: 1, and the term "1: 1: 2 YOF" means the above-mentioned Y: O. : F = 1: 1: 2. The range of yttrium oxyfluoride may include compositions other than the above.

図1の例では、構造物20は、単層構造であるが、基材15の上に形成される構造物は、多層構造であってもよい(図6参照)。例えば、基材15と、図1における構造物20に相当する層21と、の間に別の層22(例えばYを含む層)が設けられてもよい。構造物20に相当する層21が、多層構造の構造物20aの表面を形成する。 In the example of FIG. 1, the structure 20 has a single-layer structure, but the structure formed on the base material 15 may have a multi-layer structure (see FIG. 6). For example, the substrate 15, the layer 21 corresponding to the structure 20 in FIG. 1, another layer 22 (e.g., a layer comprising Y 2 O 3) may be provided between the. The layer 21 corresponding to the structure 20 forms the surface of the multi-layered structure 20a.

構造物20は、例えばイットリウムオキシフッ化物を含む原料により形成される。この原料は、例えばイットリアをフッ化処理することによって製造される。この製造工程により、原料は、酸素含有量が多いものと、酸素含有量が少ないものと、の2種類に大別される。酸素含有量が多い原料は、例えばYOF、1:1:2のYOF(例えばY、Yなど)を含む。酸素含有量が多い原料は、YOFのみを含むものでもよい。また、酸素含有量が少ない原料は、例えば、Y、Yなどに加えYFを含み、YOFを含まない。十分なフッ化処理がなされた場合には、原料は、YFのみを含むようになり、イットリウムオキシフッ化物を含まない場合もある。本実施形態において、構造物は、菱面体晶のイットリウムオキシフッ化物を含んでいる。原料や構造物が菱面体晶のイットリウムオキシフッ化物を含むとは、X線回折において回折角2θ=13.8°付近及び回折角2θ=36.1°付近の少なくともいずれかにピークが検出されることをいうものとする。 The structure 20 is formed of a raw material containing, for example, yttrium oxyfluoride. This raw material is produced, for example, by fluorinated yttria. According to this manufacturing process, the raw material is roughly classified into two types, one having a high oxygen content and the other having a low oxygen content. Raw materials with high oxygen content include, for example, YOF, 1: 1: 2 YOF (eg, Y 5 O 4 F 7 , Y 7 O 6 F 9, etc.). The raw material having a high oxygen content may contain only YOF. Further, the raw material having a low oxygen content contains, for example, YF 3 in addition to Y 5 O 4 F 7 , Y 7 O 6 F 9, and the like, and does not contain YOF. If sufficient fluoride treatment is performed, the raw material will contain only YF 3 and may not contain yttrium oxyfluoride. In this embodiment, the structure contains rhombohedral yttrium oxyfluoride. When the raw material or structure contains rhombohedral yttrium oxyfluoride, a peak is detected in at least one of the diffraction angle 2θ = 13.8 ° and the diffraction angle 2θ = 36.1 ° in X-ray diffraction. It shall mean that.

半導体製造装置などに用いられる構造物においては、YF、Y、Yなどは、経年的に酸化され、YOFに変化することがある。また、YOFは、他の組成よりも耐食性に優れるとの報告もある(特許文献3)。 In structures used in semiconductor manufacturing equipment and the like, YF 3 , Y 5 O 4 F 7 , Y 7 O 6 F 9, and the like may be oxidized over time and changed to YOF. It is also reported that YOF is superior in corrosion resistance to other compositions (Patent Document 3).

本願発明者らは、イットリウムオキシフッ化物を主成分とする構造物において、耐プラズマ性と構造物の結晶構造との間には相関があり、結晶構造を制御することによって耐プラズマ性を高くすることができることを見出した。構造物に含まれるイットリウムオキシフッ化物の結晶構造を制御することにより、耐プラズマ性を向上させることができる。 The inventors of the present application have a correlation between the plasma resistance and the crystal structure of the structure in a structure containing yttrium oxyfluoride as a main component, and enhance the plasma resistance by controlling the crystal structure. I found that I could do it. The plasma resistance can be improved by controlling the crystal structure of yttrium oxyfluoride contained in the structure.

具体的には、実施形態に係る構造物20の結晶構造は以下の如くである。
構造物20は、菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物の多結晶体を含む。また、構造物20のX線回折において、菱面体晶のピーク強度に関する割合γ1は、0%以上100%未満、好ましくは80%未満である。
Specifically, the crystal structure of the structure 20 according to the embodiment is as follows.
The structure 20 contains a polycrystal of yttrium oxyfluoride having a rhombohedral crystal structure. Further, in the X-ray diffraction of the structure 20, the ratio γ1 regarding the peak intensity of the rhombohedral crystal is 0% or more and less than 100%, preferably less than 80%.

ここで、割合γ1は、以下の方法により算出される。
イットリウムオキシフッ化物を含む構造物20に対してθ−2θスキャンでX線回折を行う。構造物20に対するX線回折により、回折角2θ=13.8°付近において検出される菱面体晶のピーク強度をr1とする。構造物20に対するX線回折により、回折角2θ=36.1°付近において検出される菱面体晶のピーク強度をr2とする。このとき、γ1(%)=r2/r1×100とする。例えば、割合γ1は、菱面体晶のイットリウムオキシフッ化物の配向度を表す。
Here, the ratio γ1 is calculated by the following method.
X-ray diffraction is performed on the structure 20 containing yttrium oxyfluoride by θ-2θ scan. Let r1 be the peak intensity of the rhombohedral crystal detected at a diffraction angle of 2θ = 13.8 ° by X-ray diffraction on the structure 20. Let r2 be the peak intensity of the rhombohedral crystal detected near the diffraction angle 2θ = 36.1 ° by X-ray diffraction on the structure 20. At this time, γ1 (%) = r2 / r1 × 100. For example, the ratio γ1 represents the degree of orientation of yttrium oxyfluoride in rhombohedral crystals.

なお、回折角2θ=13.8°付近のピーク、および回折角2θ=36.1°付近のピークは、それぞれ、例えば菱面体晶のYOFに起因すると考えられる。
また、回折角2θ=13.8°付近とは、例えば13.8±0.4°程度(13.4°以上14.2°以下)であり、回折角2θ=36.1°付近とは、例えば36.1°±0.4°程度(35.7°以上36.5°以下)である。
It is considered that the peak near the diffraction angle 2θ = 13.8 ° and the peak near the diffraction angle 2θ = 36.1 ° are caused by, for example, the YOF of the rhombohedral crystal.
Further, the diffraction angle 2θ = 13.8 ° is, for example, about 13.8 ± 0.4 ° (13.4 ° or more and 14.2 ° or less), and the diffraction angle 2θ = 36.1 ° or the like. For example, it is about 36.1 ° ± 0.4 ° (35.7 ° or more and 36.5 ° or less).

また、構造物20は、菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物を含み、かつ、斜方晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物を含まない。
または、構造物20は、菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物、及び、斜方晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物を含み、菱面体晶に対する斜方晶の割合γ2が0%以上100%未満である。
Further, the structure 20 contains yttrium oxyfluoride having a rhombic crystal structure and does not contain yttrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure.
Alternatively, the structure 20 contains yttrium oxyfluoride having a rhombic crystal structure and yttrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure, and the ratio γ2 of the orthorhombic crystal to the orthorhombic crystal is 0%. More than 100%.

ここで、割合γ2は、以下の方法により算出される。
イットリウムオキシフッ化物を含む構造物20に対してθ−2θスキャンでX線回折(X−ray Diffraction:XRD)を行う。X線回折により回折角2θ=13.8°付近において検出される菱面体晶のピーク強度をr1とする。X線回折により回折角2θ=16.1°付近において検出される斜方晶のピーク強度をоとする。このとき、γ2(%)=о/r1×100とする。
Here, the ratio γ2 is calculated by the following method.
X-ray diffraction (XRD) is performed on the structure 20 containing yttrium oxyfluoride by θ-2θ scan. Let r1 be the peak intensity of the rhombohedral crystal detected by X-ray diffraction at a diffraction angle of 2θ = 13.8 °. Let о be the peak intensity of orthorhombic crystals detected at a diffraction angle of 2θ = 16.1 ° by X-ray diffraction. At this time, γ2 (%) = о / r1 × 100.

なお、回折角2θ=16.1°付近のピークは、斜方晶の1:1:2のYOF(例えば斜方晶のYまたはYの少なくともいずれか)に起因すると考えられる。
また、回折角2θ=16.1°付近とは、例えば16.1±0.4°程度(15.7°以上16.5°以下)である。
The peak near the diffraction angle 2θ = 16.1 ° is the orthorhombic 1: 1: 2 YOF (for example, at least one of the orthorhombic Y 5 O 4 F 7 or Y 7 O 6 F 9 ). It is thought that this is due to.
Further, the diffraction angle around 2θ = 16.1 ° is, for example, about 16.1 ± 0.4 ° (15.7 ° or more and 16.5 ° or less).

菱面体晶に対する斜方晶の割合γ2は、好ましくは85%以下、より好ましくは70%以下、さらに好ましくは30%以下、最も好ましくは0%である。本明細書において、γ2=0%とは、測定における検出下限以下であることをいい、斜方晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物を実質的に含まないことと同義である。 The ratio of orthorhombic crystals to rhombohedral crystals γ2 is preferably 85% or less, more preferably 70% or less, still more preferably 30% or less, and most preferably 0%. In the present specification, γ2 = 0% means that it is below the lower limit of detection in measurement, and is synonymous with substantially not containing yttrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure.

構造物に含まれるイットリウムオキシフッ化物の多結晶において、平均結晶子サイズは、例えば100nm未満、好ましくは50nm未満、さらに好ましくは30nm未満、最も好ましくは20nm未満である。平均結晶子サイズが小さいことにより、プラズマによって発生するパーティクルを小さくすることができる。 In the yttrium oxyfluoride polycrystal contained in the structure, the average crystallite size is, for example, less than 100 nm, preferably less than 50 nm, more preferably less than 30 nm, and most preferably less than 20 nm. Since the average crystallite size is small, the particles generated by the plasma can be made small.

なお、結晶子サイズの測定には、X線回折を用いることができる。
平均結晶子サイズとして、以下のシェラーの式により、結晶子サイズを算出することができる。
D=Kλ/(βcosθ)
ここで、Dは結晶子サイズであり、βはピーク半値幅(ラジアン(rad))であり、θはブラッグ角(rad)であり、λは測定に用いたX線の波長である。
シェラーの式において、βは、β=(βobs−βstd)により算出される。βobsは、測定試料のX線回折ピークの半値幅であり、βstdは、標準試料のX線回折ピークの半値幅である。Kはシェラー定数である。
イットリウムオキシフッ化物において、結晶子サイズの算出に用いることができるX線回折ピークは、例えば、例えば、回折角2θ=28°付近のミラー面(006)に起因するピーク、回折角2θ=29°付近のミラー面(012)に起因するピーク、回折角2θ=47°付近のミラー面(018)に起因するピーク、回折角2θ=48°付近のミラー面(110)に起因するピーク等である。
なお、TEM観察などの画像から、結晶子サイズを算出してもよい。例えば、平均結晶子サイズには、結晶子の円相当直径の平均値を用いることができる。
X-ray diffraction can be used to measure the crystallite size.
As the average crystallite size, the crystallite size can be calculated by the following Scheller's formula.
D = Kλ / (βcosθ)
Here, D is the crystallite size, β is the peak half width (radian (rad)), θ is the Bragg angle (rad), and λ is the wavelength of the X-ray used for the measurement.
In Scheller's equation, β is calculated by β = (βobs-βstd). βobs is the half width of the X-ray diffraction peak of the measurement sample, and βstd is the half width of the X-ray diffraction peak of the standard sample. K is a Scheller constant.
In yttrium oxyfluoride, the X-ray diffraction peaks that can be used to calculate the crystallite size are, for example, peaks caused by the mirror surface (006) near the diffraction angle 2θ = 28 °, and the diffraction angle 2θ = 29 °. A peak caused by the mirror surface (012) in the vicinity, a peak caused by the mirror surface (018) near the diffraction angle 2θ = 47 °, a peak caused by the mirror surface (110) near the diffraction angle 2θ = 48 °, and the like. ..
The crystallite size may be calculated from an image such as TEM observation. For example, as the average crystallite size, the average value of the diameters corresponding to the circles of the crystallites can be used.

また、互いに隣接する結晶子同士の間隔は、好ましくは0nm以上10nm未満である。隣接する結晶子同士の間隔とは、結晶子同士が最も近接した間隔のことであり、複数の結晶子から構成される空隙を含まない。結晶子同士の間隔は、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)を用いた観察によって得られる画像から求めることができる。なお、図7に実施形態に係る構造物20の一例を観察したTEM像を示す。構造物20は複数の結晶子20c(結晶粒子)を含む。 The distance between crystallites adjacent to each other is preferably 0 nm or more and less than 10 nm. The distance between adjacent crystallites is the distance between the crystallites that are closest to each other, and does not include voids composed of a plurality of crystallites. The distance between the crystallites can be determined from an image obtained by observation using a transmission electron microscope (TEM). In addition, FIG. 7 shows a TEM image of observing an example of the structure 20 according to the embodiment. The structure 20 contains a plurality of crystallites 20c (crystal particles).

また、例えば構造物20は、実質的にYを含まない。構造物20に対してθ−2θスキャンでX線回折を行ったときに、回折角2θ=29.1°付近において検出されるYに起因するピーク強度をεとする。このとき、r1に対するεの割合(ε/r1)およびr2に対するεの割合(ε/r2)の少なくともいずれかは、1%未満、より好ましくは0%である。構造物20がYを含まない、または、構造物20に含まれるYが微少であることにより、CF系プラズマによるフッ化が抑制され、耐プラズマ性をさらに高めることができる。なお、2θ=29.1°付近とは、例えば29.1±0.4°程度(28.7°以上29.5°以下)である。 Further, for example, the structure 20 substantially does not contain Y 2 O 3 . Let ε be the peak intensity caused by Y 2 O 3 detected near the diffraction angle 2θ = 29.1 ° when X-ray diffraction is performed on the structure 20 by θ-2θ scan. At this time, at least one of the ratio of ε to r1 (ε / r1) and the ratio of ε to r2 (ε / r2) is less than 1%, more preferably 0%. Structure 20 does not include Y 2 O 3, or by Y 2 O 3 contained in the structure 20 is very small, fluoride with CF-based plasma is suppressed, it is possible to further improve the plasma resistance .. The vicinity of 2θ = 29.1 ° is, for example, about 29.1 ± 0.4 ° (28.7 ° or more and 29.5 ° or less).

実施形態に係る構造物20は、例えば、基材15の表面に脆性材料等の微粒子を配置し、該微粒子に機械的衝撃力を付与することで形成することができる。ここで、「機械的衝撃力の付与」方法には、例えば、高速回転する高硬度のブラシやローラーあるいは高速に上下運動するピストンなどを用いる、爆発の際に発生する衝撃波による圧縮力を利用する、または、超音波を作用させる、あるいは、これらの組み合わせが挙げられる。 The structure 20 according to the embodiment can be formed, for example, by arranging fine particles such as a brittle material on the surface of the base material 15 and applying a mechanical impact force to the fine particles. Here, as a method of "applying mechanical impact force", for example, a compressive force generated by a shock wave generated at the time of an explosion is used by using a high-hardness brush or roller that rotates at high speed or a piston that moves up and down at high speed. , Or an ultrasonic wave is applied, or a combination thereof can be mentioned.

また、実施形態に係る構造物20は、例えば、エアロゾルデポジション法で形成することも好ましい。
「エアロゾルデポジション法」は、脆性材料などを含む微粒子をガス中に分散させた「エアロゾル」をノズルから基材に向けて噴射し、金属やガラス、セラミックスやプラスチックなどの基材に微粒子を衝突させ、この衝突の衝撃により脆性材料微粒子に変形や破砕を起させしめてこれらを接合させ、基材上に微粒子の構成材料を含む構造物(例えば層状構造物または膜状構造物)をダイレクトに形成させる方法である。この方法によれば、特に加熱手段や冷却手段などを必要とせず、常温で構造物の形成が可能であり、焼結体と同等以上の機械的強度を有する構造物を得ることができる。また、微粒子を衝突させる条件や微粒子の形状、組成などを制御することにより、構造物の密度や機械強度、電気特性などを多様に変化させることが可能である。
Further, it is also preferable that the structure 20 according to the embodiment is formed by, for example, an aerosol deposition method.
In the "aerosol deposition method", "aerosol" in which fine particles containing brittle materials are dispersed in a gas is injected from a nozzle toward a base material, and the fine particles collide with a base material such as metal, glass, ceramics or plastic. The impact of this collision causes the brittle material fine particles to be deformed or crushed to join them, and a structure containing the constituent materials of the fine particles (for example, a layered structure or a film-like structure) is directly formed on the base material. It is a way to make it. According to this method, a structure can be formed at room temperature without requiring a heating means or a cooling means, and a structure having mechanical strength equal to or higher than that of a sintered body can be obtained. Further, by controlling the conditions for colliding the fine particles and the shape and composition of the fine particles, it is possible to change the density, mechanical strength, electrical characteristics, etc. of the structure in various ways.

なお、本願明細書において「多結晶」とは、結晶粒子が接合・集積してなる構造体をいう。結晶粒子の径は、例えば5ナノメートル(nm)以上である。 In the specification of the present application, "polycrystal" means a structure in which crystal particles are bonded and accumulated. The diameter of the crystal particles is, for example, 5 nanometers (nm) or more.

また、本願明細書において「微粒子」とは、一次粒子が緻密質粒子である場合には、粒度分布測定や走査型電子顕微鏡などにより同定される平均粒径が5マイクロメータ(μm)以下のものをいう。一次粒子が衝撃によって破砕されやすい多孔質粒子である場合には、平均粒径が50μm以下のものをいう。 Further, in the specification of the present application, when the primary particles are dense particles, the average particle size identified by particle size distribution measurement, scanning electron microscope, etc. is 5 micrometers (μm) or less. To say. When the primary particles are porous particles that are easily crushed by impact, they have an average particle size of 50 μm or less.

また、本願明細書において「エアロゾル」とは、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、乾燥空気、これらを含む混合ガスなどのガス(キャリアガス)中に前述の微粒子を分散させた固気混合相体を指し、一部「凝集体」を含む場合もあるが、実質的には微粒子が単独で分散している状態をいう。エアロゾルのガス圧力と温度は任意であるが、ガス中の微粒子の濃度は、ガス圧を1気圧、温度を摂氏20度に換算した場合に、吐出口から噴射される時点において0.0003mL/L〜5mL/Lの範囲内であることが構造物の形成にとって望ましい。 Further, in the present specification, the "aerosol" refers to a solid-gas mixed phase in which the above-mentioned fine particles are dispersed in a gas (carrier gas) such as helium, nitrogen, argon, oxygen, dry air, and a mixed gas containing these. It refers to a state in which fine particles are substantially dispersed alone, although some "aggregates" may be contained. The gas pressure and temperature of the aerosol are arbitrary, but the concentration of fine particles in the gas is 0.0003 mL / L at the time of injection from the discharge port when the gas pressure is converted to 1 atm and the temperature is converted to 20 degrees Celsius. It is desirable for the formation of the structure to be in the range of ~ 5 mL / L.

エアロゾルデポジションのプロセスは、通常は常温で実施され、微粒子材料の融点より十分に低い温度、すなわち摂氏数100度以下で構造物の形成が可能であるところにひとつの特徴がある。
なお、本願明細書において「常温」とは、セラミックスの焼結温度に対して著しく低い温度で、実質的には0〜100℃の室温環境をいう。
本願明細書において「粉体」とは、前述した微粒子が自然凝集した状態をいう。
The aerosol deposition process is usually carried out at room temperature and is characterized in that the structure can be formed at a temperature sufficiently lower than the melting point of the fine particle material, that is, at 100 degrees Celsius or less.
In the specification of the present application, "normal temperature" means a room temperature environment of 0 to 100 ° C., which is a temperature significantly lower than the sintering temperature of ceramics.
As used herein, the term "powder" refers to a state in which the above-mentioned fine particles are naturally aggregated.

以下、本願発明者らの検討について説明する。
図2は、構造物の原料を例示する表である。
本検討においては、図2に示した原料F1〜F8の8種類の粉体が用いられる。これらの原料は、イットリウムオキシフッ化物の粉体であり、YOF、および1:1:2のYOF(例えばY、Yなど)の少なくともいずれかを含む。また、各原料は、実質的にYF及びYを含まない。
Hereinafter, studies by the inventors of the present application will be described.
FIG. 2 is a table illustrating the raw materials of the structure.
In this study, eight kinds of powders of raw materials F1 to F8 shown in FIG. 2 are used. These raw materials are powders of yttrium oxyfluoride and contain at least one of YOF and 1: 1: 2 YOF (eg, Y 5 O 4 F 7 , Y 7 O 6 F 9, etc.). Also, each raw material is substantially free of YF 3 and Y 2 O 3 .

なお、YFを実質的に含まないとは、X線回折において、回折角2θ=24.3°付近または25.7°付近のYFに起因するピーク強度が、回折角2θ=13.8°付近または36.1°付近のYOFに起因するピーク強度の1%未満であることをいう。または、YFを実質的に含まないとは、X線回折において、回折角2θ=24.3°付近または25.7°付近のYFに起因するピーク強度が、回折角2θ=32.8°付近の1:1:2のYOFに起因するピーク強度の1%未満であることをいう。なお、2θ=24.3°付近とは、例えば24.3±0.4°程度(23.9°以上24.7°以下)である。2θ=25.7°付近とは、例えば25.7±0.4°程度(25.3°以上26.1°以下)である。2θ=32.8°付近とは、例えば32.8°±0.4°程度(32.4°以上33.2°以下)である。
また、Yを実質的に含まないとは、X線回折において、回折角2θ=29.1°付近のYに起因するピーク強度が、回折角2θ=13.8°付近または36.1°付近のYOFに起因するピーク強度の1%未満であることをいう。または、Yを実質的に含まないとは、X線回折において、回折角2θ=29.1°付近のYに起因するピーク強度が、回折角2θ=32.8°付近の1:1:2のYOFに起因するピーク強度の1%未満であることをいう。
Note that the fact that YF 3 is not substantially contained means that in X-ray diffraction, the peak intensity due to YF 3 at a diffraction angle of 2θ = 24.3 ° or 25.7 ° is a diffraction angle of 2θ = 13.8. It means that it is less than 1% of the peak intensity caused by YOF near ° or 36.1 °. Alternatively, the fact that YF 3 is not substantially contained means that in X-ray diffraction, the peak intensity due to YF 3 at a diffraction angle of 2θ = 24.3 ° or 25.7 ° is a diffraction angle of 2θ = 32.8. It means that it is less than 1% of the peak intensity due to the 1: 1: 2 YOF near °. The vicinity of 2θ = 24.3 ° is, for example, about 24.3 ± 0.4 ° (23.9 ° or more and 24.7 ° or less). The vicinity of 2θ = 25.7 ° is, for example, about 25.7 ± 0.4 ° (25.3 ° or more and 26.1 ° or less). The vicinity of 2θ = 32.8 ° is, for example, about 32.8 ° ± 0.4 ° (32.4 ° or more and 33.2 ° or less).
Further, the fact that Y 2 O 3 is not substantially contained means that in X-ray diffraction, the peak intensity due to Y 2 O 3 near the diffraction angle 2θ = 29.1 ° is around the diffraction angle 2θ = 13.8 °. Or, it means that it is less than 1% of the peak intensity caused by YOF near 36.1 °. Alternatively, the fact that Y 2 O 3 is not substantially contained means that in X-ray diffraction, the peak intensity due to Y 2 O 3 near the diffraction angle 2θ = 29.1 ° is around the diffraction angle 2θ = 32.8 °. It means that it is less than 1% of the peak intensity caused by YOF of 1: 1: 2.

原料F1〜F8は、図2に示すメジアン径(D50(μm))のように、粒径において互いに異なる。なお、メジアン径は、各原料の粒子径の累積分布における50%の径である。各粒子の径は、円形近似にて求めた直径が用いられる。
これらの原料と、製膜条件(キャリアガスの種類及び流量)と、の組み合わせを変化させて複数の構造物(層状構造物)のサンプルを作製し、耐プラズマ性の評価を行った。なお、この例では、サンプルの作製にはエアロゾルデポジション法を用いている。
The raw materials F1 to F8 are different in particle size from each other as shown in FIG. 2 having a median diameter (D50 (μm)). The median diameter is 50% of the cumulative distribution of the particle size of each raw material. As the diameter of each particle, the diameter obtained by circular approximation is used.
Samples of a plurality of structures (layered structures) were prepared by changing the combination of these raw materials and the film forming conditions (type and flow rate of carrier gas), and the plasma resistance was evaluated. In this example, the aerosol deposition method is used to prepare the sample.

図3は、構造物のサンプルを例示する表である。
図3に示すように、キャリアガスには、窒素(N)又はヘリウム(He)が用いられる。エアロゾルは、エアロゾル発生器内において、キャリアガスと原料粉体(原料微粒子)とが混合されることで得られる。得られたエアロゾルは、圧力差によってエアロゾル発生器に接続されたノズルから、製膜チャンバの内部に配置された基材に向けて噴射される。この際、製膜チャンバ内の空気は真空ポンプによって外部に排気されている。キャリアガスの流量は、窒素の場合、5(リットル/分:L/min)〜10(L/min)であり、ヘリウムの場合、3(L/min)〜5(L/min)である。
FIG. 3 is a table illustrating a sample of the structure.
As shown in FIG. 3, nitrogen (N 2 ) or helium (He) is used as the carrier gas. The aerosol is obtained by mixing the carrier gas and the raw material powder (raw material fine particles) in the aerosol generator. The obtained aerosol is ejected from a nozzle connected to the aerosol generator by a pressure difference toward a substrate arranged inside the film forming chamber. At this time, the air in the film forming chamber is exhausted to the outside by a vacuum pump. The flow rate of the carrier gas is 5 (liters / minute: L / min) to 10 (L / min) in the case of nitrogen, and 3 (L / min) to 5 (L / min) in the case of helium.

サンプル1〜10の構造物のそれぞれは、主にイットリウムオキシフッ化物の多結晶体を含み、その多結晶体における平均結晶子サイズは、いずれも100nm未満であった。 Each of the structures of Samples 1 to 10 mainly contained a polycrystal of yttrium oxyfluoride, and the average crystallite size in the polycrystal was less than 100 nm.

なお、結晶子サイズの測定には、X線回折を用いた。
XRD装置としては「X‘PertPRO/パナリティカル製」を使用した。管電圧45kV、管電流40mA、Step Size 0.033°、Time per Step 336秒以上を使用した。
平均結晶子サイズとして、上述のシェラーの式による結晶子サイズを算出した。シェラーの式中のKの値として0.94を用いた。
X-ray diffraction was used to measure the crystallite size.
As the XRD apparatus, "X'PertPRO / PANalytical" was used. A tube voltage of 45 kV, a tube current of 40 mA, a Step Size of 0.033 °, and a Time per Step of 336 seconds or more were used.
As the average crystallite size, the crystallite size was calculated by the above-mentioned Scheller's formula. 0.94 was used as the value of K in Scheller's equation.

イットリウムのオキシフッ化物の結晶相の主成分の測定には、X線回折を用いた。XRD装置としては「X‘PertPRO/パナリティカル製」を使用した。X線Cu−Kα(波長1.5418Å)、管電圧45kV、管電流40mA、Step Size 0.033°、Time per Step 100秒以上、を使用した。主成分の算出にはXRDの解析ソフト「High Score Plus/パナリティカル製」を使用した。ICDDカード記載の準定量値(RIR=Reference Intensity Ratio)を用いて、回折ピークに対してピークサーチを行った際に求められる相対強度比により算出した。なお、積層構造物である場合における、イットリウムのオキシフッ化物の主成分の測定においては、薄膜XRDにより、最表面から1μm未満の深さ領域の測定結果を用いることが望ましい。 X-ray diffraction was used to measure the main components of the crystal phase of the yttrium oxyfluoride. As the XRD apparatus, "X'PertPRO / PANalytical" was used. X-ray Cu-Kα (wavelength 1.5418 Å), tube voltage 45 kV, tube current 40 mA, Step Size 0.033 °, Time per Step 100 seconds or more were used. The XRD analysis software "High Score Plus / PANalytical" was used to calculate the principal components. It was calculated by the relative intensity ratio obtained when the peak search was performed on the diffraction peak using the quasi-quantitative value (RIR = Reference Intelligence Ratio) described on the ICDD card. In the case of a laminated structure, in the measurement of the main component of the yttrium oxyfluoride, it is desirable to use the measurement result in the depth region of less than 1 μm from the outermost surface by the thin film XRD.

また、X線回折を用いて、イットリウムのオキシフッ化物の結晶構造を評価した。XRD装置としては「X‘PertPRO/パナリティカル製」を使用した。X線Cu−Kα(波長1.5418Å)、管電圧45kV、管電流40mA、Step Size 0.033°を使用した。なお、測定精度を高めるために、Time per Step 700秒以上とすることが好ましい。 In addition, the crystal structure of yttrium oxyfluoride was evaluated using X-ray diffraction. As the XRD apparatus, "X'PertPRO / PANalytical" was used. X-ray Cu-Kα (wavelength 1.5418 Å), tube voltage 45 kV, tube current 40 mA, Step Size 0.033 ° were used. In order to improve the measurement accuracy, it is preferable that the Time per Step is 700 seconds or longer.

イットリウムのオキシフッ化物における、菱面体晶のピーク強度に関する割合γ1は、回折角2θ=13.8°付近のイットリウムのオキシフッ化物の菱面体晶に起因するピーク強度(r1)と、回折角2θ=36.1°付近のイットリウムのオキシフッ化物の菱面体晶に起因するピーク強度(r2)を用いて、r2/r1×100(%)により算出される。 The ratio γ1 of the peak intensity of the rhombohedral crystal in the yttrium oxyfluoride is the peak intensity (r1) caused by the rhombohedral crystal of the yttrium oxyfluoride near the diffraction angle 2θ = 13.8 ° and the diffraction angle 2θ = 36. . Calculated by r2 / r1 × 100 (%) using the peak intensity (r2) due to the rhombohedral crystals of yttrium oxyfluoride near 1 °.

イットリウムのオキシフッ化物における、菱面体晶に対する斜方晶の割合γ2の測定には、前述したとおり、X線回折を用いた。XRD装置としては「X‘PertPRO/パナリティカル製」を使用した。X線Cu−Kα(波長1.5418Å)、管電圧45kV、管電流40mA、Step Size 0.033°を使用した。なお、測定精度を高めるために、Time per Step 700秒以上とすることが好ましい。 As described above, X-ray diffraction was used for the measurement of the ratio γ2 of the orthorhombic crystal to the rhombohedral crystal in the yttrium oxyfluoride. As the XRD apparatus, "X'PertPRO / PANalytical" was used. X-ray Cu-Kα (wavelength 1.5418 Å), tube voltage 45 kV, tube current 40 mA, Step Size 0.033 ° were used. In order to improve the measurement accuracy, it is preferable that the Time per Step is 700 seconds or longer.

菱面体晶に対する斜方晶の割合γ2は、回折角2θ=13.8°付近のYOF等を含む菱面体晶のミラー面(003)に起因するピーク強度(r1)と、回折角2θ=16.1°付近のYやY等を含む斜方晶のミラー面(100)に起因するピーク強度(о)と、を用いて、斜方晶のピーク強度(о)/菱面体晶のピーク強度(r1)×100(%)により算出される。 The ratio of orthorhombic crystals to rhombohedral crystals γ2 is the peak intensity (r1) caused by the mirror surface (003) of rhombohedral crystals including YOF and the like at a diffraction angle of 2θ = 13.8 °, and the diffraction angle of 2θ = 16. The peak intensity (о) of the orthorhombic crystal including the mirror surface (100) of the orthorhombic crystal including Y 7 O 6 F 9 and Y 5 O 4 F 7 near 1 ° is used. (О) / Calculated by the peak intensity of rhombohedral crystals (r1) × 100 (%).

図4(a)、図4(b)及び図5は、構造物のサンプルにおけるX線回折を示すグラフ図である。
図4(a)、図4(b)及び図5のそれぞれにおいて、横軸は回折角2θを示し、縦軸は強度を示す。図4(a)及び図5に示すように、サンプル1〜10は、菱面体晶のイットリウムオキシフッ化物(例えばYOFの多結晶)を含み、各サンプルにおいて回折角2θ=13.8°付近にピークPr1が検出される。また、図4(b)に示すように、サンプル3、4、6〜10のそれぞれにおいて、回折角2θ=36.1°付近にピークPr2が検出される。サンプル1、2においては、回折角2θ=36.1°付近にはピークが検出されない。
4 (a), 4 (b) and 5 are graphs showing X-ray diffraction in a sample of the structure.
In each of FIGS. 4 (a), 4 (b) and 5, the horizontal axis represents the diffraction angle 2θ and the vertical axis represents the intensity. As shown in FIGS. 4A and 5, samples 1 to 10 contain rhombohedral yttrium oxyfluoride (for example, YOF polycrystal), and each sample has a diffraction angle of around 2θ = 13.8 °. Peak Pr1 is detected. Further, as shown in FIG. 4B, peak Pr2 is detected in the vicinity of the diffraction angle 2θ = 36.1 ° in each of the samples 3, 4, 6 to 10. In Samples 1 and 2, no peak is detected near the diffraction angle 2θ = 36.1 °.

また、図4(a)及び図5に示すように、サンプル3〜7は、斜方晶のイットリウムオキシフッ化物(例えばYまたはYの少なくともいずれかの多結晶)を含み、回折角2θ=16.1°付近にピークPоが検出される。サンプル1、2、8〜10においては、回折角2θ=16.1°付近にはピークが検出されない。 Further, as shown in FIGS. 4 (a) and 5, samples 3 to 7 are obtained by at least one of orthorhombic yttrium oxyfluoride (for example, Y 5 O 4 F 7 or Y 7 O 6 F 9 ). Crystal) is included, and a peak Pо is detected near a diffraction angle of 2θ = 16.1 °. In Samples 1, 2, 8 to 10, no peak is detected near the diffraction angle 2θ = 16.1 °.

各サンプルに関して、図4(a)及び図4(b)に示すデータにおいてバックグラウンドの強度を除いて前述のピーク強度(r1及びr2)を算出し、菱面体晶のピーク強度に関する割合γ1が求められる。また、各サンプルに関して、図5に示すデータにおいてバックグラウンドの強度を除いて前述のピーク強度(r1及びо)を算出し、菱面体晶に対する斜方晶の割合γ2が求められる。求められた割合γ1及び割合γ2を図3に示す。 For each sample, the above-mentioned peak intensities (r1 and r2) were calculated excluding the background intensity in the data shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), and the ratio γ1 with respect to the peak intensity of the rhombohedral crystal was obtained. Be done. Further, for each sample, the above-mentioned peak intensities (r1 and о) are calculated by excluding the background intensity from the data shown in FIG. 5, and the ratio γ2 of orthorhombic crystals to rhombohedral crystals is obtained. The obtained ratio γ1 and ratio γ2 are shown in FIG.

図3に示すように、割合γ1は、原料と成膜条件との組み合わせによって大きく変化する。本願発明者らは、菱面体晶のイットリウムオキシフッ化物の配向と耐プラズマ性との間に関連性があるという新たな知見を得た。
また、割合γ2も、原料と成膜条件との組み合わせによって大きく変化する。本願発明者らは、このように成膜条件等によって構造物中の化合物の割合が変化することを初めて発見した。例えば、原料F1〜F5などの酸素含有量の多い原料粉体においては、菱面体晶に対する斜方晶の割合γ2は、50%以上100%以下である。これに対して、エアロゾルデポジション法での製膜により、割合γ2は、サンプル1、2において0%となり、サンプル7においては100%を超える。
なお、サンプル1〜10の全てにおいて、回折角2θ=29.1°付近においては、強度のピークが検出されなかった。すなわち、バックグラウンドの強度を除くと、ピーク強度r1に対する、ピーク強度εの割合(ε/r1)は、0%であり、サンプル1〜10は、Yを含まなかった。
As shown in FIG. 3, the ratio γ1 changes greatly depending on the combination of the raw material and the film forming conditions. The inventors of the present application have obtained a new finding that there is a relationship between the orientation of yttrium oxyfluoride in rhombohedral crystals and plasma resistance.
Further, the ratio γ2 also changes greatly depending on the combination of the raw material and the film forming conditions. The inventors of the present application have discovered for the first time that the proportion of the compound in the structure changes depending on the film forming conditions and the like. For example, in raw material powders having a high oxygen content such as raw materials F1 to F5, the ratio γ2 of orthorhombic crystals to rhombohedral crystals is 50% or more and 100% or less. On the other hand, due to the film formation by the aerosol deposition method, the ratio γ2 becomes 0% in Samples 1 and 2 and exceeds 100% in Sample 7.
In all of the samples 1 to 10, no intensity peak was detected in the vicinity of the diffraction angle 2θ = 29.1 °. That is, excluding the background intensity, the ratio of the peak intensity ε to the peak intensity r1 (ε / r1) was 0%, and the samples 1 to 10 did not contain Y 2 O 3 .

また、これらのサンプル1〜7について、耐プラズマ性の評価を行った。
イットリウムのオキシフッ化物の耐プラズマの評価には、プラズマエッチング装置と表面形状測定器を用いた。
プラズマエッチング装置には「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CHF100ccmとO10ccm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。
In addition, the plasma resistance of these samples 1 to 7 was evaluated.
A plasma etching apparatus and a surface shape measuring instrument were used to evaluate the plasma resistance of yttrium oxyfluoride.
"Muc-21 Rv-Aps-Se / manufactured by Sumitomo Precision Products" was used for the plasma etching apparatus. The plasma etching conditions were an ICP output of 1500 W as a power supply output, a bias output of 750 W, a mixed gas of CHF 3 100 ccm and O 2 10 ccm as a process gas, a pressure of 0.5 Pa, and a plasma etching time of 1 hour.

表面粗さ測定器には「サーフコム1500DX/東京精密製」を使用した。表面粗さの指標には算術平均粗さRaを用いた。算術平均粗さRaの測定における、Cut Offと評価長さには、JISB0601に基づき測定結果の算術平均粗さRaに適合する標準値を用いた。 "Surfcom 1500DX / Tokyo Seimitsu" was used as the surface roughness measuring instrument. Arithmetic mean roughness Ra was used as an index of surface roughness. For the Cut Off and the evaluation length in the measurement of the arithmetic mean roughness Ra, standard values suitable for the arithmetic mean roughness Ra of the measurement results based on JISB0601 were used.

サンプルのプラズマエッチングをする前の表面粗さRaと、サンプルのプラズマエッチングをした後の表面粗さRaを用いて、表面粗さ変化量(Ra−Ra)により、耐プラズマ性を評価した。 Using the surface roughness Ra 0 before plasma etching of the sample and the surface roughness Ra 1 after plasma etching of the sample, the plasma resistance is determined by the amount of change in surface roughness (Ra 1- Ra 0 ). evaluated.

図3に耐プラズマ性の評価結果を示す。「〇」は、イットリアの焼結体よりも高い耐プラズマ性であることを示す。「◎」は、「〇」よりも耐プラズマ性が高く、エアロゾルデポジション法により作製されたイットリア構造物と同等以上の耐プラズマ性であることを示す。「△」は、「〇」よりも耐プラズマ性が低く、イットリアの焼結体と同等程度の耐プラズマ性であることを示す。「×」は、「△」よりも耐プラズマ性が低いことを示す。 FIG. 3 shows the evaluation results of plasma resistance. “○” indicates that the plasma resistance is higher than that of the yttria sintered body. “⊚” indicates that the plasma resistance is higher than that of “〇” and is equal to or higher than that of the yttria structure produced by the aerosol deposition method. “Δ” indicates that the plasma resistance is lower than that of “〇” and is equivalent to that of the yttria sintered body. “X” indicates that the plasma resistance is lower than that of “Δ”.

本願発明者らは、図3に示すように、耐プラズマ性と割合γ1とに相関があることを見出した。すなわち、割合γ1が100%以上であるサンプル6、7においては、耐プラズマ性が低い。成膜条件等によって割合γ1を100%未満に制御することで、耐プラズマ性を高め、実用上十分な耐プラズマ性を得ることができる。 The inventors of the present application have found that there is a correlation between plasma resistance and the ratio γ1 as shown in FIG. That is, the plasma resistance is low in the samples 6 and 7 in which the ratio γ1 is 100% or more. By controlling the ratio γ1 to less than 100% depending on the film forming conditions and the like, the plasma resistance can be enhanced and a practically sufficient plasma resistance can be obtained.

割合γ1を80%未満とすることで、サンプル3、4、9、10のように耐プラズマ性をイットリアの焼結体よりも高くすることができる。
割合γ1を0%とすることで、サンプル1、2、8のように耐プラズマ性を、エアロゾルデポジション法により作製されたイットリア構造物と同等以上にまで高めることができる。
By setting the ratio γ1 to less than 80%, the plasma resistance can be made higher than that of the yttria sintered body as in Samples 3, 4, 9, and 10.
By setting the ratio γ1 to 0%, the plasma resistance as in Samples 1, 2 and 8 can be increased to the same level as or higher than that of the yttria structure produced by the aerosol deposition method.

さらに本願発明者らは、図3に示すように、耐プラズマ性と割合γ2とに相関があることを見出した。すなわち、割合γ2が106%以上であるサンプル7においては、耐プラズマ性が低い。実施形態に係る構造物20では、成膜条件等を調整することで割合γ2を100%未満に制御することで、耐プラズマ性を高め、実用上十分な耐プラズマ性を得ることができる。 Furthermore, the inventors of the present application have found that there is a correlation between plasma resistance and the ratio γ2, as shown in FIG. That is, the plasma resistance is low in the sample 7 in which the ratio γ2 is 106% or more. In the structure 20 according to the embodiment, the plasma resistance can be enhanced and a practically sufficient plasma resistance can be obtained by controlling the ratio γ2 to less than 100% by adjusting the film forming conditions and the like.

割合γ2を85%以下、好ましくは70%以下とすることで、サンプル5、6のように耐プラズマ性をイットリアの焼結体と同等にまで高めることができる。
割合γ2を30%以下とすることで、サンプル3、4のように耐プラズマ性を、エアロゾルデポジション法によるイットリアの構造体と同等にまで高めることができる。
割合γ2を0%とすることにより、サンプル1、2にように耐プラズマ性をさらに高めることができる。
By setting the ratio γ2 to 85% or less, preferably 70% or less, the plasma resistance can be increased to the same level as that of the yttria sintered body as in Samples 5 and 6.
By setting the ratio γ2 to 30% or less, the plasma resistance can be increased to the same level as that of the yttria structure by the aerosol deposition method as in Samples 3 and 4.
By setting the ratio γ2 to 0%, the plasma resistance can be further enhanced as in Samples 1 and 2.

一般にエアロゾルデポジション法を用いてAlやYなどの酸化物の構造物を形成した場合、その構造物には結晶配向性が無いことが知られている。
一方、YFやイットリウムオキシフッ化物などは劈開性を有するため、例えば、原料の微粒子は、機械的衝撃の付与により劈開面に沿って割れやすい。そのため、機械的衝撃力により製膜時に微粒子が劈開面に沿って割れ、構造物が特定の結晶方向に配向すると考えられる。
It is generally known that when an oxide structure such as Al 2 O 3 or Y 2 O 3 is formed by using the aerosol deposition method, the structure has no crystal orientation.
On the other hand, since YF 3 and yttrium oxyfluoride have cleavage properties, for example, the fine particles of the raw material are easily cracked along the cleavage surface by applying a mechanical impact. Therefore, it is considered that the fine particles are cracked along the cleavage plane during film formation due to the mechanical impact force, and the structure is oriented in a specific crystal direction.

また、原料が劈開性を有する場合に、構造物がプラズマ照射によってダメージを受けると、劈開面に沿ってクラックを生じ、これを起点にパーティクルが発生する恐れがある。そこで、構造物形成の際にあらかじめ微粒子を劈開面に沿って破砕し、配向性を調整する。具体的には、割合γ1、γ2を調整する。これにより、耐プラズマ性を向上させることができると考えられる。 Further, when the raw material has cleavage property, if the structure is damaged by plasma irradiation, cracks may occur along the cleavage surface, and particles may be generated from the cracks. Therefore, when the structure is formed, the fine particles are crushed along the cleavage plane in advance to adjust the orientation. Specifically, the ratios γ1 and γ2 are adjusted. It is considered that this makes it possible to improve the plasma resistance.

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、構造物、基材などの形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these descriptions. With respect to the above-described embodiment, those skilled in the art with appropriate design changes are also included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention. For example, the shape, dimensions, material, arrangement, etc. of the structure, the base material, etc. are not limited to those exemplified, and can be changed as appropriate.
In addition, the elements included in each of the above-described embodiments can be combined as much as technically possible, and the combination thereof is also included in the scope of the present invention as long as the features of the present invention are included.

10 部材、 15 基材、 20、20a 構造物、 20c 結晶子、 Po、Pr1、Pr2 ピーク 10 members, 15 substrates, 20, 20a structures, 20c crystallites, Po, Pr1, Pr2 peaks

Claims (13)

菱面体晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物の多結晶体を主成分とし、前記多結晶体における平均結晶子サイズが100ナノメートル未満である構造物であって、
X線回折により回折角2θ=13.8°付近において検出される菱面体晶のピーク強度をr1とし、回折角2θ=36.1°付近において検出される菱面体晶のピーク強度をr2とし、割合γ1をγ1(%)=r2/r1×100としたときに、前記割合γ1は、0%以上100%未満である構造物。
A structure containing a polycrystal of yttrium oxyfluoride having a rhombic crystal structure as a main component and having an average crystallite size of less than 100 nanometers in the polycrystal.
The peak intensity of the rhombohedral crystal detected near the diffraction angle 2θ = 13.8 ° by X-ray diffraction is r1, and the peak intensity of the rhombohedral crystal detected near the diffraction angle 2θ = 36.1 ° is r2. A structure in which the ratio γ1 is 0% or more and less than 100% when the ratio γ1 is γ1 (%) = r2 / r1 × 100.
前記割合γ1は、80%未満である請求項1記載の構造物。 The structure according to claim 1, wherein the ratio γ1 is less than 80%. 前記構造物は、
斜方晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物を含まない、または、
斜方晶の結晶構造を有するイットリウムオキシフッ化物をさらに含み、X線回折により回折角2θ=16.1°付近において検出される斜方晶のピーク強度をоとし、菱面体晶に対する斜方晶の割合をγ2(%)=о/r1×100としたときに、前記割合γ2は、0%以上100%未満である請求項1または2に記載の構造物。
The structure is
It does not contain yttrium oxyfluoride or has an orthorhombic crystal structure.
It further contains yttrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure, and the peak intensity of the orthorhombic crystal detected at a diffraction angle of 2θ = 16.1 ° by X-ray diffraction is defined as о, and the orthorhombic crystal with respect to the rhorhombic crystal. The structure according to claim 1 or 2, wherein when the ratio of γ2 (%) = о / r1 × 100, the ratio γ2 is 0% or more and less than 100%.
菱面体晶の結晶構造を有する前記イットリウムオキシフッ化物は、YOFである請求項1〜3のいずれか1つに記載の構造物。 The structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the yttrium oxyfluoride having a rhombohedral crystal structure is YOF. 斜方晶の結晶構造を有する前記イットリウムオキシフッ化物は、1:1:2のYOFである請求項3記載の構造物。 The structure according to claim 3, wherein the yttrium oxyfluoride having an orthorhombic crystal structure has a YOF of 1: 1: 2. 前記割合γ2は、85%以下である請求項3記載の構造物。 The structure according to claim 3, wherein the ratio γ2 is 85% or less. 前記割合γ2は、70%以下である請求項3記載の構造物。 The structure according to claim 3, wherein the ratio γ2 is 70% or less. 前記割合γ2は、30%以下である請求項3記載の構造物。 The structure according to claim 3, wherein the ratio γ2 is 30% or less. 前記平均結晶子サイズは、50ナノメートル未満である請求項1〜8のいずれか1つに記載の構造物。 The structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the average crystallite size is less than 50 nanometers. 前記平均結晶子サイズは、30ナノメートル未満である請求項1〜8のいずれか1つに記載の構造物。 The structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the average crystallite size is less than 30 nanometers. 前記平均結晶子サイズは、20ナノメートル未満である請求項1〜8のいずれか1つに記載の構造物。 The structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the average crystallite size is less than 20 nanometers. X線回折により回折角2θ=29.1°付近において検出されるピーク強度をεとしたときに、前記r1に対する前記εの割合、および前記r2に対する前記εの割合の少なくともいずれかが1%未満である請求項1〜11のいずれか1つに記載の構造物。 When the peak intensity detected near the diffraction angle 2θ = 29.1 ° by X-ray diffraction is ε, at least one of the ratio of the ε to the r1 and the ratio of the ε to the r2 is less than 1%. The structure according to any one of claims 1 to 11. X線回折により回折角2θ=29.1°付近において検出されるピーク強度をεとしたときに、前記r1に対する前記εの割合、および前記r2に対する前記εの割合の少なくともいずれかが0%である請求項1〜11のいずれか1つに記載の構造物。 When the peak intensity detected in the vicinity of the diffraction angle 2θ = 29.1 ° by X-ray diffraction is ε, at least one of the ratio of the ε to the r1 and the ratio of the ε to the r2 is 0%. The structure according to any one of claims 1 to 11.
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