TW200428416A - High voltage-endurance member - Google Patents

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200428416 Π) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明爲有關須具高耐電壓性之溶射構件，例如作胃 絕緣覆蓋構件、溶射覆蓋加熱器、半導體製造用微波發熱 體、靜電吸盤構件等之適當的高耐電壓溶射皮膜之構件。 【先前技術】 過去作爲使用溶射法之陶瓷類絕緣覆蓋構件，有電暈 放電處理用介電體滾筒、加熱基板、半導體製造裝置用靜 電吸盤構件等構件。 例如在電暈放電處理用之介電體滾筒，於介電體滾筒 在陶瓷類皮膜厚度3 00 // m以上的情形，耐電壓要求需有 5kV以上。現在，氧化鋁溶射皮膜雖具有10kV/mm程度 的耐電壓，爲了達到此條件，陶瓷類皮膜的厚度變成爲 5 00 μ m〜3mm，陶瓷類皮膜因爲厚度變厚，所以存在著易 有裂縫，易剝離等問題（特開平1 1 -2793 02號公報）。 再者，縱使加熱基板使用氧化鋁溶射皮膜構件，在 100//m以下，亦不能維持耐電壓，在500//m以上有發 生裂縫之虞。所以，100〜5 00 // m範圍的皮膜厚度最爲理 想，爲了獲得較高之耐電壓，有利用溶射封口氣孔處理之 必要（特開2002-2893 29號公報）。 另外，在半導體1C面板及平面顯示器面板等製造工 程，蝕刻加工、成膜加工、或曝光工程等基板加工工程， 在其處理裝置，使用著靜電吸盤構件、加熱器、微波發熱 -4- (2) (2)200428416 體。在此些工程，對於被處理物有使用氟族侵蝕性氣體的 電漿處理工程◦在此類環境下構成的處理構件，很容易遭 侵蝕，陶瓷製物品、及金屬材料上’有使用陶瓷溶射的構 件。特別是在最近，由1 c面板尺寸有大型化的趨勢，加 熱器等金屬構件及其負荷體比較容易形成之特點、低成本 化的特點，具有使用陶瓷類溶射構件之傾向。 代表性之陶瓷類溶射構件爲氧化鋁溶射構件。氧化鋁 溶射構件在靜電吸盤構件等被使用著。然而，氧化鋁溶射 構件爲使其有高耐電壓之性質，有封口處理之必要。封口 處理之材料例如使用有機物，或在氟族電漿之環境下，該 部分易遭鈾刻，成爲粒子化之原因。 另外，在最近的氟族電漿程序，高選擇性、爲了可以 把銅板蝕刻印刷的溝痕刻劃得既細且深，基於高密度電漿 化，上述的氧化鋁溶射構件亦出現有氟族電漿耐性較低的 問題。 在此，近年的氟族電漿之情形，作爲提升耐侵蝕性之 材料’週期表中m a族化合物受到廣泛的注意。其中最爲 大家熟知的，特別以含有纟乙（y 11 r i u m )的氧化物、氟化物 在氟族電漿之侵鈾耐性最爲優良，並提議以此類化合物作 爲溶射構件。（特開2 0 0 1 - 1 6 4 3 5 4號公報、特開200 1 -2 2 6 7 7 3號公報）。然而，在過去的氧化鋁及釔化物之溶 射皮膜其耐電壓並不充分，必須加厚其皮膜厚度並作封口 處理。 〔參考文獻〕 -5- (3) (3)200428416 特許文獻i 特開平1 1 -2 793 02號公報 特許文獻2 特開2 0 0 2 - 2 8 9 3 2 9號公報 特許文獻3 特開2001-164354號公報 特許文獻4 特開2001-226773號公報 〔發明欲解決之課題〕 本發明之目的，係基於前述說明，既保有氟族電漿之 耐性，同時可提供具有提升耐電壓特性溶射皮膜之高耐電 壓性構件。 〔用以解決課題之手段以及發明之實施態樣〕 本發明在進行爲達成上述目的之特別檢討後，結果發 現含有原子序64〜71之稀土元素的氧化物溶射皮膜爲基材 所構成之構件，既有縱使不做溶射皮膜封口處理亦具高耐 電壓之特性，而且也有對氟族電漿之耐侵蝕性，達到本發 明之要求。 從而，本發明係可提供一特徵爲含有原子序64〜71之 稀土元素之氧化物溶射皮膜，所構成之高耐電壓溶射皮膜 材料之高耐電壓性構件。 (4) (4)200428416 【發明內容】 以下就本發明進一步爲更詳細之說明。 本發明之高耐電壓性構件，其材料爲原子序6 4〜7 1之 稀土元素之氧化物溶射皮膜所構成之高耐電壓溶射皮膜， 在此情形，溶射皮膜縱使不爲封口處理亦具有高耐電壓性 構件耐電壓之特性。 在此情形，並不特別限定材料，使用相應於用途之陶 瓷、金屬、或是該等複合體均可以。陶瓷者，諸如石英、 氧化鋁、氧化鎂、氧化釔爲主成分之形成物，以及該等之 複合氧化物、及氮化矽、氮化鋁、氮化硼等爲主成分之形 成物，或是碳化矽、碳化硼爲主成分之形成物。碳素材料 部分，諸如碳素纖維及碳素燒結體。金屬部分，諸如鐵、 鋁、鎂、銅、矽、鎳爲主成分之金屬及其合金，鎂合金、 銅合金、單結晶矽等。上述的複合體部分，將上述金屬材 料附加在陶瓷皮膜上，或是進行鋁合金之陽極氧化處理之 物，抑或進行溶射表面處理之物均可。 另外’因爲溶射皮膜爲含有原子序64〜71之稀土元素 之氧化物，在此情形，溶射皮膜完全僅由該稀土元素氧化 物所構成者最佳，但含有該稀土元素氧化物4 5重量％， 特別是含有5 0重量％以上，就有效達成本發明效果之觀 點是較佳的。此外，作爲上述稀土元素氧化物以外之氧化 物，諸如Ah 〇3、Y2〇3及上述以外之稀土元素氧化物。

就溶射方法，有掃瞄溶射、高速掃瞄溶射（HV〇F ) 、爆炸溶射、電漿溶射、水安定化電漿溶射、誘導（RF (5) (5)200428416 )電漿溶射、電磁加速電漿溶射、低溫噴霧、雷射溶射等 方法’有關溶射方法並不特別限定，但以溶射輸出量較高 的電漿溶射爲佳。 另外，有關於溶射加工環境中之溶射方法，有大氣壓 溶射、減壓或在真空室內加工的減壓溶射法或真空溶射法 等，但爲了形成較細緻的皮膜，以減少其內部氣孔的情形 爲佳，故也有使用減壓溶射法之情形。然而，爲了進行減 壓溶射法及真空溶射法，必須要有減壓室及真空室，在進 行溶射的空間及時間上，有其限制。所以，有關本發明以 不需使用特別的壓力容器仍得實施的大氣壓溶射法爲佳。 電漿溶射機器主要是由水冷式的電漿發射槍、電源、 微粒（fine particle )供給機器、氣體流量控制（gas controller )所構成。電漿輸出量係以供給於電漿發射槍 的電力、氬氣、氮氣、氫氣、氦氣等供給量來加以決定。 另外，微粒供給量係以微粒供給機器加以控制。 電漿溶射法係以電漿發射槍使其發生電漿，並在其電 漿當中以放進微粒之方式使其粉末溶解，並瞬間使材料互 相作用而加以成膜之方法。從而，爲了獲得良好的皮膜， 使溶射用的粉末充分溶解，同時粒子飛行速度需迅速爲必 要的條件，但爲使粉末溶解，粉末在電漿當中盡量長時間 停留方較佳，此事在限定的空間下，速度較慢才有其效果 ， 因此，反倒不需要粒子飛行速度迅速的條件。對於氣 體輸入量之增加，係由電漿噴射的溫度、流速之共同提高 所形成，但是因爲粉末的溶解係由材料的溶解潛熱、粒徑 -8- (6) (6)200428416 、比重、氣體溫度所決定，飛行速度係由粒徑、比重、噴 射流的速度所決定，所以相較於粉末材料的種類，一般認 爲輸入功率比較有最佳化之必要。 在本發明由上述的溶射條件，爲了製造具有較高耐電 壓的構件，使用比重較高材料的皮膜是重要的。亦即，與 過往使用的氧化鋁耐電壓溶射構件相較，在構成高比重的 氧化物溶射皮膜一事上，與氧化鋁相比，能獲得較高耐電 壓的溶射構件。一般原子符號較大的元素之化合物，通常 其比重也較高。在此，稀土元素的化合物具有耐氟族電漿 性一事是爲大家所熟知的。然而，耐電壓性較高一事並不 爲大家所知，因此在本發明係發現到原子序64〜71的元素 之氧化物溶射皮膜具有較高的耐電壓此特徵。 此外，本發明雖未特別限制上述溶射皮膜的皮膜厚度 ，但是於100〜5 00 //m未滿的範圍，甚至進而在100〜450 //m，特別是於100〜400//m範圍的皮膜厚度最爲理想。 皮膜太薄的話，其皮膜的耐電壓性較小，所以有導致絕緣 破壞之虞。皮膜過厚時，皮膜容易發生裂縫，且皮膜有容 易剝離之虞。 再者，在本發明中上述溶射皮膜的耐電壓雖無特別限 制，但是下限以耐電壓在 15kV/mm以上，甚至在 17kV/mm以上較爲適當，上限以耐電壓在50kV/mm以下 較爲適當。 在本發明中有關耐電壓的測定’例如使用將金屬基板 上的氧化物加以電漿溶射的測定基板，並以n S C 2 1 1 0爲 (7) (7) 200428416 準得加以測定。溶射皮膜厚度以100〜5 00 // m程度較佳。 更具體言之，使用l〇〇mmxlOOmmx5mm的鋁基板，並於 其一側之表面在進行溶射前進行送風（b 1 a s t )處理，再用 含有原子序64〜71的元素之氧化物加以電漿溶射皮膜，可 構成溶射皮膜在2 0 0 // m程度之厚度。將此金屬基板插入 以 JIS C2110爲準的電極，昇壓至200V/sec的程度，作 爲其皮膜之絕緣破壞電壓之用。 將電壓設定在低於絕緣破壞電壓 〇 · 5 kV之情形，以 20V/sec昇壓至設定電壓，設定電壓在維持2〇SeC之時間 內亦不會絕緣破壞之電壓，以測出溶射皮膜全體的耐電壓 。將此測定之全體溶射皮膜之耐電壓，在溶射皮膜厚度每 1 m m的電壓加以記錄，作爲耐電壓之規格記錄。 【實施方式】 〔實施例〕 以下以實施例及比較例具體地說明本發明，但本發明 並不以下述之實施例爲限。 實施例1〜7 使用原子序64〜71的稀土元素之氧化物溶射粉，並以 電漿輸出功率35kW，氬氣體量在40L/min，氫氣體在5 L/min的溶射條件下，將粉末供給量調整爲2〇g/min，於 100mm X 1 OOmmx 5 mm之鋁基板上形成200// m的溶射皮 膜。將此溶射皮膜在不做封口處理的情形下進行耐電壓試 -10- (8) 200428416 驗。 耐電壓是以JIS C2U0爲標準。升壓至200V/sec，首

先測出會產生絕緣破壞的電壓。設定電壓設定在較上述之 絕緣破壞電壓低 〇.5kV之電壓，到設定電壓爲止’在 2 0 0 V / s e c條件下昇壓，等到達到設定電壓後，在2 0秒之 時間，設定電壓在維持20 sec之時間內亦不絕緣破壞之電 壓，加以測出全體溶射皮膜的耐電壓。將此全體溶射皮膜 的耐電壓除以溶射皮膜的皮膜厚度（2 0 0 // m )作爲耐電 壓値（kV/mm )。結果於表1中表示。 比較例1 平均粒子徑35 // m的Y2 03以與實施例1同樣的方法 加以溶射，進行耐電壓試驗。 比較例2 平均粒子徑35 // m的Al2〇3以與實施例1同樣的方法 加以溶射，進行耐電壓試驗。 此類結果於表1中表示。 -11 - 200428416 Ο) 表1 原子符號 氧化物種 比重 耐電壓 (kV/mm) 實施例1 64 Gd203 7.62 19 實施例2 65 Tb203 7.8 1 22 實施例3 66 Dy203 7.4 1 26 實施例4 67 Ho203 8.36 19 實施例5 68 Er203 8.65 26 實施例6 70 Yb203 9.17 28 實施例7 7 1 Lu203 9.84 25 比較例1 39 Y203 5.03 12 比較例2 13 A1203 3.99 10

〔發明之效果〕 依據本發明，可提供耐電壓較高之構件，因此可供介 電體滾筒、加熱基板、半導體製造裝置的靜電吸盤構件、 發熱構件等妥適地使用。 -12-

Claims (1)

1. (1) 200428416 拾、申請專利範圍 κ 一種高耐電壓性構件，其特徵爲在基材上形成由 s有原子序64〜71的稀土元素之氧化物之溶射皮膜所構成 之高耐電壓溶射皮膜材料所成。 2 ·如申請專利範圍第1項的高耐電壓性構件，其中 該溶射皮膜未作封口處理。

   -13- 200428416 柒、（一） (二） 、本案指定代表圖為：無 、本代表圖之元件代表符號簡單說明：無 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：