KR20090087839A

KR20090087839A - 산화이트륨 재료, 반도체 제조 장치용 부재 및 산화이트륨 재료의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090087839A
Application number: KR1020090011943A
Authority: KR
Inventors: 요시마사 고바야시; 유지 가츠다
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2009-08-18
Also published as: EP2090557A2; CN101508567A; EP2090557A3; CN101508567B; EP2090557B1; US20090200523A1; US7744780B2; TW200940477A; JP5363132B2; JP2009215154A; TWI444350B

Abstract

본 발명은 기계적 강도를 보다 높일 수 있는 산화이트륨 재료 및 그 제조 방법을 제공한다.

반도체 제조 장치용 부재인 정전 척(20)의 기체(22)는, 산화이트륨(Y₂O₃)과, 탄화규소(SiC)와, RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물을 적어도 포함하는 산화이트륨 재료에 의해 구성되어 있다. 이 산화이트륨 재료는, RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물로서, RE를 La, Y 등으로 하는 RE₈Si₄N₄O₁₄를 포함하고 있다. 이 RE₈Si₄N₄O₁₄는 원료의 주성분인 Y₂O₃이나 원료로서 첨가한 Si₃N₄ 등으로부터 소결 과정에서 생성된 화합물이다. 산화이트륨에 포함되는 SiC나 이 화합물에 의해 기계적 강도나 체적 저항률이 향상된다.

Description

산화이트륨 재료, 반도체 제조 장치용 부재 및 산화이트륨 재료의 제조 방법{YTTRIUM OXIDE MATERIAL, MEMBER FOR USE IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS, AND METHOD FOR PRODUCING YTTRIUM OXIDE MATERIAL}

본 발명은 산화이트륨 재료, 반도체 제조 장치용 부재 및 산화이트륨 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 산화이트륨 재료로서는, 반도체 제조 장치용의 세라믹 부재로서, 산화이트륨에 0.03 ㎛∼5 ㎛의 탄화규소를 2 중량％∼30 중량％ 첨가함으로써, 도전성을 높여, 할로겐계 플라즈마 가스에 대한 내식성이나 내구성을 높인 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-69843호 공보

이와 같이, 이 특허문헌 1에 기재된 산화이트륨 재료에서는, 반도체 제조 시의 내식성이나 내구성을 높여, 도전성을 부여하도록 특정 범위 내의 탄화규소를 첨가하고 있지만, 그럼에도 아직 충분하지 않으며, 한층 더 특성의 향상, 예컨대 기 계적 강도를 향상시키는 것이 요구되고 있었다. 또한, 이 특허문헌 1에 기재된 산화이트륨 재료에서는, 도전성이 높아져 있지만, 산화이트륨 재료에서는 도전성이 낮은, 즉 체적 저항률이 높은 특성인 것도 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 기계적 강도를 보다 높일 수 있는 산화이트륨 재료, 반도체 제조 장치용 부재 및 산화이트륨 재료의 제조 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다. 또한, 체적 저항률을 보다 높일 수 있는 산화이트륨 재료, 반도체 제조 장치용 부재 및 산화이트륨 재료의 제조 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해 예의 연구한 바, 본 발명자들은 SiC에 더하여 특정 성분을 포함하는 것으로 하면, 기계적 강도를 보다 높일 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 산화이트륨 재료는,

Y₂O₃과, SiC와, RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명의 산화이트륨 재료의 제조 방법은,

Y₂O₃과, SiC와, RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물로 이루어지는 무기 입자를 혼합하여 1500℃ 이상 1850℃ 이하의 범위에서 소성하는 소성 공정을 포함하는 것이다.

이 산화이트륨 재료, 그것을 이용한 반도체 제조 장치용 부재 및 산화이트륨 재료의 제조 방법에서는, 기계적 강도를 보다 높일 수 있다. 또한, 체적 저항률을 높일 수 있다. 이러한 효과를 얻을 수 있는 이유는 분명하지 않지만, 이하와 같이 추측된다. 예컨대, 첨가된 SiC가 재료 자체의 강도를 높이지만, 한편, 소결성이 저하되며, 결함 부분이 생성되기 쉬워지기 때문에 소성체로서의 강도가 향상되기 어려운 데 대하여, RE나 Si, N 등의 성분으로부터 RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물이 생성되고, 이 화합물이 존재함으로써 소결성이 높아지며, SiC의 첨가에 의해 생기는 결함 부분을 보충하여, 강도가 향상되는 것으로 추측된다. 또한, 체적 저항률을 높이는 이유로서는, 예컨대, SiC를 첨가한 산화이트륨 재료에서는, 첨가한 SiC 입자의 연결에 의한 도전성의 발현 및 환원 분위기에서의 소성에 의해 산화이트륨상(相)에 산소 결손이 생성되는 것에 의해 도전성이 발현하는 것으로 생각되지만, RE나 Si, N 등의 성분으로부터 RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물이 생성됨으로써, 피닝 효과(pinning effect)에 의해 소성 중의 산화이트륨의 입자 성장이 억제되어, 산화이트륨의 결정립계(grain boundary)에 존재하는 SiC 입자끼리가 접하는 기회가 적어져, 첨가한 SiC의 연결을 억제한 것, 및 산화이트륨으로부터 환원되기 쉽다고 생각되는 RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물의 존재에 의해, 산화이트륨의 환원이 억제되었기 때문이라고 생각된다.

다음에, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태인 정전 척(20)의 구성의 개략을 도시하는 구성도이며, 도 1의 (a)가 평면도이고, 도 1의 (b)가 도 1의 (a)의 A-A선 단면도이다. 본 실시형태의 정전 척(20)은 실리콘 웨이퍼를 적재하며 이를 흡착하여 유지하는 반도체 제조 장치용 부재로서 구성되어 있으며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 하단보다도 상단의 외주가 작은 원판형으로 형성된 기체(22)와, 기체(22) 내부에 형성되어 정전 흡착력을 발생시키는 정전 전극(24)과, 기체(22)의 중심으로부터 하측으로 관통한 구멍부(26)를 통해 정전 전극(24)에 접속된 단자(28)를 포함하고 있다.

이 정전 척(20)의 기체(22)는, 산화이트륨(Y₂O₃)과, 탄화규소(SiC)와, RE(희토류 원소, 이하 동일)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물(희토류 화합물이라고도 칭함)을 적어도 포함하는 산화이트륨 재료에 의해 구성되어 있다. 여기서는, 기체(22)의 산화이트륨 재료는 희토류 화합물이 RE₈Si₄N₄O₁₄여도 좋으며, 예컨대, RE로서 La, Y 등이 보다 바람직하다. 여기서는, 산화이트륨 재료는 RE가 Y인 Y₈Si₄N₄O₁₄를 포함하고 있다. 이 Y₈Si₄N₄O₁₄는 원료의 주성분인 Y₂O₃이나 원료로서 첨가한 Si₃N₄, 혹은 SiC, 혹은 Si₃N₄ 또는 SiC 분말의 표면에 생성된 SiO₂ 등으로부터 소결 과정에서 생성된 화합물이라고 생각된다. 또한, 이 산화이트륨 재료는 희토류 화합물로서, RE₂Si₃O₃N₄를 포함하고 있어도 좋다. 이 RE₂Si₃O₃N₄는 Y₂Si₃O₃N₄나 La₂Si₃O₃N₄ 등이 바람직하다.

산화이트륨 재료는, 포함되는 SiC의 평균 입자 직경이 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하며 2 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 4 ㎛ 이하이면, 예컨대, 반도체의 제조에 이용되어 부식성 가스 등에 의해 SiC가 침식되었을 때에, 실리콘 웨이퍼를 적재하는 표면의 평활성이 저하되는 것을 억제할 수 있으므로, 바람직하다. 이 SiC는 평균 입자 직경이 0.5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 산화이트륨 재료의 기계적 강도를 보다 높일 수 있다. 이 평균 입자 직경은 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 SiC 입자 직경을 측정할 수 있는 것과 같은 배율(예컨대, 2000배에서 10000배)로 관찰하고, 관찰된 범위의 SiC 입자의 단직경을 측정하여, 이 측정값을 평균하여 구하는 것으로 한다.

산화이트륨 재료는 불소(F)를 더 포함하는 것으로 하여도 좋다. F의 함유 형태는 특히 한정되지 않지만, REF₃, REOF, MgF₂, CaF₂, AlF₃, 산화이트륨 입자 내에의 고체 용융 등, 구체적으로는, YF₃이나 YOF, MgF₂, CaF₂, AlF₃, 산화이트륨 입자 내에의 고체 용융 등을 들 수 있다. F를 함유하면, 보다 소결성이 높아지며, 기계적 강도가 보다 적합하게 되기 때문에 바람직하다. 또한, F가 포함되어 있으면, NF₃ 등의 할로겐계의 부식성 가스에 노출되었을 때에, 산화이트륨이 반응하여 YF₃과 같은 반응물을 생성할 때의 체적 변화를 저감할 수 있으며, 반응성 생물이 파티클이 되는 것을 억제하도록 작용하는 것이 고려되어, 바람직하다.

산화이트륨 재료는 4점 굽힘 강도가 250 ㎫ 이상인 것이 바람직하며, 270 ㎫ 이상인 것이 보다 바람직하고, 300 ㎫ 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 4점 굽힘 강도가 250 ㎫ 이상이면, 반도체 제조 장치에 이용하는 부재로서 적합하다. 또한, 산화이트륨 재료는 파괴 인성(靭性)이 1.5 ㎫·m^1/2 이상인 것이 바람직하며, 1.7 ㎫·m^1/2 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.9 ㎫·m^1/2 이상인 것이 한층 더 바람직하다. 파괴 인성이 1.5 ㎫·m^1/2 이상이면, 반도체 제조 장치에 이용하는 부재로서 적합하다. 4점 굽힘 강도는 JIS-R1601에 따라 구하는 것으로 한다. 또한, 파괴 인성은 JIS-R1607에 따라 IF법(하중 9.8 N)에 의해 구하는 것으로 한다.

산화이트륨 재료는 20℃에서의 체적 저항률이 1×10¹⁵Ω㎝ 이상인 것이 바람직하며, 1×10¹⁶Ω㎝ 이상인 것이 보다 바람직하다. 1×10¹⁵Ω㎝ 이상이면, 반도체 제조 장치에 이용하는 부재로서 적합하다.

산화이트륨 재료는 포함되는 원소에도 따르지만, 밀도가 4.7 g/㎤ 이상 5.0 g/㎤ 이하인 것이 바람직하며, 4.8 g/㎤ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이 산화이트륨 재료는 개기공률(open porosity)이 5％ 이하인 것이 바람직하며, 0.5％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 개기공률이 5％ 이하이면, 기계적 강도를 보다 높일 수 있다. 이 밀도나, 개기공률은 JlS-R1634에 따라 순수를 매체로 이용하여 아르키메데스법에 의해 구하는 것으로 한다.

다음에, 이 정전 척(20)의 제조 방법의 일례에 대해서 설명한다. 정전 척(20)의 제조 방법은, (1) 원료 조제 공정과, (2) 성형 소성 공정을 포함하는 것으로 하여도 좋다.

(1) 원료 조제 공정

원료 조제 공정에서는, Y₂O₃과, SiC와, 희토류 화합물로 이루어지는 무기 입자를 혼합하여, 용매에 넣어, 원료 분체를 조제한다. 희토류 화합물로 이루어지는 무기 입자로서는, RE₂O₃이나 Si₃N₄나 SiO₂ 등을 들 수 있으며, RE로서는 Y나 La 등이 적합하다. SiO₂는 Si₃N₄나 SiC 분말의 표면에 존재하는 것을 이용할 수 있다. 산화이트륨 재료를 제작하는 원료 분체의 배합 비율로서는, Y₂O₃이 80 체적％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 원료 분체의 배합 비율에서, Si₃N₄를 1.0 체적％ 이상 10 체적％ 이하 포함하는 것이 바람직하며, 3.0 체적％ 이상 7.5 체적％ 이하 포함하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 원료의 배합 비율에서 SiC를 1.0 체적％ 이상 20 체적％ 이하 포함하는 것이 바람직하며, 5.0 체적％ 이상 13 체적％ 이하 포함하는 것이 보다 바람직하고, 10 체적％ 포함하는 것이 더 바람직하다. 상기 범위로 하면, 기계적 강도나 파괴 인성 등의 특성이 보다 적합한 것이 되어, 바람직하다. 또한, 산화이트륨 재료를 제작하는 원료 분체에는, F가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 소성 온도를 저하할 수 있기 때문에, 소성체의 구성 입자의 크기를 미세화하여, 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 소성에 의해 소비되는 에너지를 보다 저감할 수 있다. 또한, 산화이트륨 입자의 입자 성장을 억제함으로써 SiC 입자의 연결을 억제하며, 산화이트륨의 환원을 억제할 수 있기 때문에, 체적 저항률를 높게 할 수 있다. F로서는, 예컨대, REF₃, MgF₂, CaF₂, AlF₃ 등의 형태로 원료 에 첨가하는 것이 바람직하며, REF₃으로서는 YF₃이나 LaF₃ 등이 보다 바람직하다. 원료 분체의 배합 비율에서는, REF₃, MgF₂, CaF₂, AlF₃ 중 적어도 1종류 이상을 0 체적％ 이상 5 체적％ 이하로 첨가하는 것이 바람직하며, 0.5 체적％ 이상 3 체적％ 이하로 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 이 배합 비율이 O.5 체적％ 이상 3 체적％ 이하이면, 기계적 강도를 보다 적합하게 할 수 있다. Y₂O₃과, SiC와, 희토류 화합물로 이루어지는 무기 입자는, 용매와 혼합하며, 예컨대 볼밀 등으로 혼합하여도 좋다. 이때, 적절하게 용매를 더하여 슬러리형으로서 혼합하여도 좋다. 용매로서는, 유기 용매가 바람직하며, 예컨대 이소프로필알코올 등의 알코올류를 이용할 수 있다. 슬러리로 혼합한 후, 불활성 분위기 하에서 건조하여도 좋다. 건조 후의 분체를 적절한 체 등으로 쳐서, 원료 분체를 얻는다.

(2) 성형 소성 공정

이 공정은 원료 분체를 소정의 형상으로 성형하여, 소성하는 공정이다. 성형 소성 공정에서는, 성형틀을 이용하는 금형 성형법이나 CIP법, 슬립 주입법(slip casting method) 등에 의해 성형체로 성형하여 상압에서 소성하는 상압 소결법에 의해 행할 수도 있으며, 소정 형상이 되도록 프레스압을 걸면서 소성하는 핫프레스 소성을 행하는 것으로 하여도 좋지만, 후자가 보다 바람직하다. 핫프레스 소성에서는, 불활성 분위기 내에서 소성하는 것이 바람직하다. 불활성 분위기로서는, 예컨대 질소 가스나 아르곤 가스 등이 바람직하다. 핫프레스 소성은 성형할 성형체의 사이즈 등에 맞추어 적절한 프레스압을 설정하는 것이 바람직하며, 예컨대, 50 ㎏/ ㎠ 이상 200 ㎏/㎠의 범위에서 행할 수 있다. 소성 온도는 1300℃ 이상 1900℃ 이하로 하는 것이 바람직하며, 1500℃ 이상 1850℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 1600℃ 이상 1800℃ 이하로 하는 것이 보다 더 바람직하다. 1500℃ 이상에서는 밀도를 보다 높일 수 있고, 1850℃ 이하에서는 소성체의 구성 입자의 크기를 미세화하여, 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 소성에 의해 소비되는 에너지를 보다 저감할 수 있다. 또한, 산화이트륨 입자의 입자 성장을 억제함으로써 SiC 입자의 연결을 억제하며, 산화이트륨의 환원을 억제할 수 있기 때문에, 체적 저항률을 높게 할 수 있다. 정전 척(20)을 성형 소성하는 경우는, 기체(22)와 정전 전극(24)을 일체로 하여 성형·소성하여도 좋으며, 기체(22)와 정전 전극(24)을 별체로 성형·소성하여도 좋다. 예컨대, 도 1에 도시하는 구멍부(26)를 갖는 기체(22)의 하단 부분을 성형하고, 계속해서 정전 전극(24)을 형성하여, 기체(22)의 상단 부분을 성형하여 소성하여도 좋다. 정전 전극(24)은 전극이 되는 성분을 포함하는 페이스트(예컨대 Pt나 Au 등)를 별도 제작하여 두어, 이것을 이용하여 형성하는 것으로 한다. 이 정전 전극(24)의 페이스트는 기체(22)의 열팽창률이 동등하게 되도록 세라믹스의 분체를 조합하는 것이 바람직하다. 또한, 정전 전극(24)을 갖고 있지 않은 산화이트륨 재료만의 성형체를 성형하는 것으로 하여도 좋다. 이 성형 소성 공정에 의해, 원료 분체로서 포함되는 Y₂O₃이나 Si₃N₄나 SiC, 혹은 SiC나 SiC 분말 표면의 SiO₂ 등이 반응하여, 희토류 화합물인 Y₈Si₄N₄O₁₄나 Y₂Si₃O₃N₄ 등이 산화이트륨 재료 내에 생성되는 것이다. 이와 같이, 산화이트륨 재료에 의해 구성된 정전 척(20)을 제작할 수 있다.

이상 전술한 본 실시형태의 정전 척(20)에 의하면, 주성분인 Y₂O₃과, SiC와, Y₈Si₄N₄O₁₄나 Y₂Si₃O₃N₄ 등의 희토류 화합물을 적어도 포함한 산화이트륨 재료로 구성되어 있기 때문에, 기계적 강도나 파괴 인성, 체적 저항률 등을 보다 높일 수 있다. 또한, 소성 후의 SiC의 평균 입자 직경이 4 ㎛ 이하이며, 부식성 가스에 의해 침식되어도 표면의 평활도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

예컨대, 전술한 실시형태에서는, 산화이트륨 재료를 이용한 부재를 정전 척으로 하여 설명하였지만, 반도체 제조용의 다른 부재, 예컨대, 이 정전 척을 수용하는 돔 형상의 챔버 부재, 히터를 포함한 서셉터, 정전 척의 외주에 배치되는 더미용의 포커스링, 실리콘 웨이퍼를 고정하는 클램프링, 실리콘 웨이퍼를 가열하는 히터 등으로 하여도 좋으며, 반도체 제조용에 한정되지 않고, 산화이트륨의 내부식성 등을 이용한 부재 등, 어떤 분야에 이용하여도 좋다.

전술한 실시형태에서는, 희토류 화합물로서 Y₂O₃ 및 Si₃N₄로부터 생성한 Y₈Si₄N₄O₁₄ 등으로 하였지만, 예컨대 희토류 화합물로서 La를 포함하는 것으로 하여도 좋으며, La 이외의 희토류 원소, 예컨대, Yb 등으로 하여도 좋다.

이하에는, 산화이트륨 재료를 구체적으로 제조한 예를 실험예로서 설명한다.

[실험예 1]

원료 분말로서, 산화이트륨(Y₂O₃, 신에츠카가쿠코교(주) 제조, UUHP 글레이드), 탄화규소(SiC, 이비덴(주) 제조), 질화규소(Si₃N₄, 우베코산(주) 제조, E10) 및 불화이트륨(YF₃, (주)코쥰도카가쿠켄큐쇼 제조)을 각각 89 체적％, 10 체적％, 1 체적％, 0 체적％(89:10:1:0)의 비율로 조합한 후, 조합한 분체를 IPA(이소프로필알코올) 용매에 넣어, ZrO₂ 옥석을 이용한 볼밀에 의해 24시간 습식 혼합하여 슬러리를 조제하였다. 다음에, 슬러리를 체에 통과시킨 후, 110℃의 질소 분위기에서 16시간 건조시킴으로써 원료 분체를 얻었다. 다음에, 분체를 체에 통과시킨 후, 200 ㎏/㎠의 프레스압에 의해 80 g의 분체를 직경 50 ㎜의 원반형으로 성형하였다. 이 성형체를 1700℃의 아르곤 가스 분위기 하에서 200 ㎏/㎠의 프레스압으로 2시간 핫프레스 소성함으로써, 실시예 1의 산화이트륨 재료를 얻었다.

[실험예 2∼11]

실험예 1과 마찬가지의 배합 조성의 것을 1800℃에서 2시간 핫프레스 소성을 행한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지로 하여 제작한 산화이트륨 재료를 실험예 2로 하였다. 또한, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄의 배합 비율을, (87:10:3)으로 한 것을 실험예 3, 4로 하며, (85:10:5)로 한 것을 실험예 5, 6, 7로 하고, (82.5:10:7.5)로 한 것을 실험예 8, 9로 하며, (87.5:7.5:5)로 한 것을 실험예 10으로 하고, (90:5:5)로 한 것을 실험예 11로 하였다. 그리고, 실험예 3, 5, 8에 대해서는 1700℃에서 2시 간 핫프레스 소성하며, 실험예 4, 6, 9, 10, 11에 대해서는 1800℃에서 2시간 핫프레스 소성하고, 실험예 7에 대해서는 1850℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 실험예 3∼11의 산화이트륨 재료를 얻었다.

[실험예 12∼20]

Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, YF₃의 배합 비율을, (88:10:3:1)로 한 것을 실험예 12로 하며, (86:10:3:1)로 한 것을 실험예 13∼16으로 하고, (84:10:5:1)로 한 것을 실험예 17로 하며, (81.5:10:7.5:1)로 한 것을 실험예 18로 하고, (86.5:7.5:5:1)로 한 것을 실험예 19로 하며, (89:5:5:1)로 한 것을 실험예 20으로 하였다. 그리고, 실험예 13에 대해서는 1600℃에서 2시간 핫프레스 소성하며, 실험예 14에 대해서는 1700℃에서 2시간 핫프레스 소성하고, 실험예 12, 15, 17∼20에 대해서는 1800℃에서 2시간 핫프레스 소성하며, 실험예 16에 대해서는 1850℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 실험예 12∼20의 산화이트륨 재료를 얻었다.

[실험예 21]

Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, YF₃의 배합 비율을 (84:10:3:3)으로 하며, 1550℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 실험예 21의 산화이트륨 재료를 얻었다.

[실험예 22∼31]

Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, YF₃의 배합 비율을 (100:0:0:0)으로 한 것을 실험예 22∼24 로 하며, (90:10:0:0)으로 한 것을 실험예 25∼27로 하고, (89:10:0:1)로 한 것을 실험예 28∼30으로 하며, (91.5:0:7.5:1)로 한 것을 실험예 31로 하였다. 그리고, 실험예 22, 25, 28에 대해서는 1600℃에서 2시간 핫프레스 소성하며, 실험예 23, 26, 29에 대해서는 1700℃에서 2시간 핫프레스 소성하고, 실험예 24, 27, 30, 31에 대해서는 1800℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 실험예 22∼31의 산화이트륨 재료를 얻었다.

[실험예 32~37]

Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, CaF₂의 배합 비율을, (86:10:3:1)로 하며, 1650℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 얻어진 것을 실험예 32로 하였다. 또한, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, CaF₂의 배합 비율을, (81.8:13:3.9:1.3)으로 하며, 1650℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 얻어진 것을 실험예 33으로 하였다. 또한, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, CaF₂의 배합 비율을, (81.8:13:3.9:1.3)으로 하며, 1700℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 얻어진 것을 실험예 34로 하였다. 또한, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, MgF₂의 배합 비율을, (86:10:3:1)로 하며, 1650℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 얻어진 것을 실험예 35로 하였다. 또한, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, MgF₂의 배합 비율을, (86:10:3:1)로 하며, 1700℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1 과 마찬가지의 공정을 거쳐 얻어진 것을 실험예 36으로 하였다. 또한, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, AlF₃의 배합 비율을, (86:10:3:1)으로 하며, 1650℃에서 2시간 핫프레스 소성한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지의 공정을 거쳐 얻어진 것을 실험예 37로 하였다.

[구성상의 평가]

X선 회절 장치[회전 대(對) 음극형 X선 회절 장치(리가쿠덴키 제조 RINT), CuKα선원, 50 ㎸, 300 ㎃, 2θ=10°∼70°]를 이용하여 실험예 1∼37의 X선 회절 패턴을 측정하여, 얻어진 X선 회절 패턴으로부터 결정상을 동정하였다.

[SiC 입자 직경 측정]

실험예 1∼37을 SEM(필립스사 제조 XL30)을 이용하여 관찰하여, 각 산화이트륨 재료 내에서의 SiC의, 평균 입자 직경을 측정하였다. 단, 입자 직경 0.5 ㎛ 미만의 SiC 입자는 명확하게 계측할 수 없기 때문에, 입자 직경 0.5 ㎛ 이상의 입자만의 단직경의 사이즈를 측정하여, 평균값을 구하여 이것을 평균 입자 직경으로 하였다.

[강도 측정]

실험예 1∼37에 대해서 강도 측정을 행하였다. 강도는 JIS-R1601에 따라, 강도 시험기(시마즈세이사쿠쇼 제조 S500C)를 이용하여, 4점 굽힘 강도를 평가하였다.

[파괴 인성 측정]

실험예 1∼37에 대해서 파괴 인성 측정을 행하였다. 파괴 인성 측정은 JIS-R1607에 따라, 강도 시험기(아카시샤 제조 AVK)를 이용하여, IF법(하중 9.8 N)에 의해 평가하였다.

[밀도 측정, 개기공률 측정]

실험예 1∼37에 대해서, 밀도 측정, 개기공률 측정을 행하였다. 밀도 및 개기공률은 JIS-R1634에 따라, 순수를 매체로 이용하여, 아르키메데스법에 의해 평가하였다. 또한, 밀도는 부피 밀도로서 구하였다.

[체적 저항률 측정]

실험예 1∼37에 대해서 체적 저항률 측정을 행하였다. 체적 저항률은 JIS-C2141에 준거한 방법에 의해, 실온 대기 내에서 측정하였다. 시험편 형상은 Φ50 ㎜×1 ㎜로 하며, 주전극 직경을 20 ㎜, 가드 전극 내직경을 30 ㎜, 가드 전극 외직경을 40 ㎜, 인가 전극 직경을 40 ㎜가 되도록 각 전극을 은페이스트로 형성하였다. 인가 전압은 0.1 V/㎜∼500 V/㎜로 하여, 전압 인가 후 1분 시의 전류를 판독하여, 체적 저항률을 산출하였다.

[화학 분석]

실험예 12∼20, 28∼37에 대해서 불소의 함유량의 검출을 행하였다. 산화이트륨 재료에 포함되는 불소 함유량은 JIS-R1675의 불소의 정량 방법에 따라, 열가수분해 분리한 용액을 이온크로마토그래프법에 의해 측정하였다. 그 결과, 모든 실험예에 대해서, 첨가한 불소량이 소성체 내에 잔존하고 있는 것을 확인하였다.

[측정 결과]

실험예 1∼31의 측정 결과를 표 1에 나타내며, 실험예 32∼37의 측정 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 도 2는 실험예 1∼9, 13∼16의 소성 온도에 대한 강도의 도면이며, 도 3은 1700℃에서 소성한 실험예의 Si₃N₄의 첨가 비율에 대한 강도의 도면이고, 도 4는 1800℃에서 소성한 실험예의 Si₃N₄의 첨가 비율에 대한 강도의 도면이며, 도 5는 실험예 5∼7, 13∼16, 21∼30의 소성 온도에 대한 강도의 도면이다. 또한, 도 2∼도 4는 Si₃N₄의 첨가 비율 및 소성 온도를 검토한 실험예의 데이터이며, 도 5는 SiC, Si₃N₄, YF₃의 첨가 효과와 소성 온도를 검토한 실험예의 데이터를 나타내고 있다. 또한, 도 4에는 SiC의 첨가 비율에 대한 강도를 검토한 실험예도 함께 나타내며, 이 심볼을 빗금 처리를 시행하여 나타내었다. 또한, 도 2∼도 5에서는, 이해를 돕기 위해, 공통의 조성의 실험예에는 동일 형태의 심볼을 이용하며, 각 심볼의 중앙에 실험예의 번호를 붙였다. 도 2, 도 5에 도시하는 바와 같이, 조성이 동일한 것에서는, 소성 온도의 상승에 따라, 강도는 저하하는 경향을 나타내었다. 또한, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 첨가 비율이 7.5 체적％의 범위에서는, Si₃N₄의 첨가 비율의 증가에 따라 강도도 증가하는 것을 알 수 있었다. 마찬가지로, SiC에 대해서도, 첨가 비율이 10 체적％의 범위에서는, SiC의 첨가 비율의 증가에 따라 강도도 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, Y₂O₃ 단일물(△)에 SiC를 더하면 약간 강도가 증가하며, SiC와 Si₃N₄를 첨가하면, SiC와 YF₃을 첨가한 것에 비해서 보다 큰 강도의 증가를 나타내는 것이 분 명하게 되었다. 또한, SiC와 Si₃N₄에 YF₃을 더 더하면 보다 더, 강도가 향상되는 것이 분명하게 되었다. 특히, 소성 온도가 1600℃∼1800℃, 특히 1600℃∼1700℃에서는 강도의 값이 적합하였다. 또한, YF₃을 3 체적％ 첨가한 실험예 21에서는, 소성 온도는 1550℃이지만, 높은 강도를 나타내었다. 또한, 파괴 인성은 강도와 마찬가지의 경향을 나타낸다(표 1 참조). 또한, 체적 저항률은, 실험예 23, 24를 제외하고 10¹⁶ 이상이라고 하는 높은 값을 나타내었다. SiC 및 Y₈Si₄N₄O₁₄를 포함하는 실험예 1∼21, 32∼37이, 적합한 강도, 파괴 인성, 체적 저항률의 값을 나타내는 것이 분명하게 되었다. 또한, F를 포함하는 화합물로서, CaF₂, MgF₂ 및 AlF₃를 검토하였지만, 모두 비교적 낮은 소성 온도(1650℃∼1700℃)에서 적합한 강도, 파괴 인성, 체적 저항률의 값을 나타내는 것이 분명하게 되었다. 또한, RE로서 La를 이용한 실험예도 검토하였지만, RE로서의 Y와 마찬가지로, 적합한 강도, 파괴 인성, 체적 저항률이 얻어지는 것이 확인되었다.

본 발명은 세라믹스의 제조 분야에 이용 가능하다.

도 1은 정전 척(20)의 구성의 개략을 도시하는 구성도이며, 도 1의 (a)는 평면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A선 단면도.

도 2는 실험예 1∼9, 13∼16의 소성 온도에 대한 강도의 도면.

도 3은 1700℃에서 소성한 실험예의 Si₃N₄ 첨가 비율에 대한 강도의 도면.

도 4는 1800℃에서 소성한 실험예의 Si₃N₄ 첨가 비율에 대한 강도의 도면.

도 5는 실험예 5∼7, 13∼16, 21∼30의 소성 온도에 대한 강도의 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 정전 척 22: 기체

24: 정전 전극 26: 구멍부

28: 단자

Claims

Y₂O₃과, SiC와, RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물을 포함하는 산화이트륨 재료.
제1항에 있어서, 상기 화합물은 RE₈Si₄N₄O₁₄(RE는 희토류 원소)인 것인 산화이트륨 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 RE는 Y인 것인 산화이트륨 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, F를 더 포함하는 산화이트륨 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SiC는 평균 입자 직경이 4 ㎛ 이하인 것인 산화이트륨 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 4점 굽힘 강도가 250 ㎫ 이상인 것인 산화이트륨 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 파괴 인성은 1.5 ㎫ㆍm^1/2 이상인 것인 산화이트 륨 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 20℃에서의 체적 저항률은 1×10¹⁵Ω㎝ 이상인 것인 산화이트륨 재료.
제1항 또는 제2항에 기재된 산화이트륨 재료에 의해 구성되어 있는 반도체 제조 장치용 부재.
산화이트륨 재료의 제조 방법으로서,

Y₂O₃과, SiC와, RE(희토류 원소)와 Si와 O와 N을 포함하는 화합물로 이루어지는 무기 입자를 혼합하여 1500℃ 이상 1850℃ 이하의 범위에서 소성하는 소성 공정을 포함하는 산화이트륨 재료의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 소성 공정에서는, 상기 무기 입자로서 Si₃N₄와 Y₂O₃을 혼합하여 소성하는 것인 산화이트륨 재료의 제조 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 소성 공정에서는, 또한 YF₃, MgF₂, CaF₂, AlF₃ 중 적어도 1종 이상을 혼합하여 소성하는 것인 산화이트륨 재료의 제조 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 소성 공정에서는, 1600℃ 이상 1700℃ 이하의 범위에서 소성하는 것인 산화이트륨 재료의 제조 방법.