TWI403488B - 三氧化二釔燒結體、稀土類燒結體以及耐腐蝕性構件、其製造方法 - Google Patents
三氧化二釔燒結體、稀土類燒結體以及耐腐蝕性構件、其製造方法 Download PDFInfo
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Description
本發明係關於一種燒結溫度低，且耐電漿性優越之三氧化二釔燒結體以及稀土類燒結體。
一般已知三氧化二釔(Y2
O3
)之耐電漿性優越，且三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體之密度或耐電漿性的提昇等提案，均揭露於專利文獻1~9以及非專利文獻1中。
一般已知，三氧化二鋁(Al2
O3
)或二氧化鋯(ZrO2
)經常被用以作為陶瓷燒結製品，其合成法以非晶質合成、單結晶育成、薄膜合成等最為一般用以燒結之合成法。而且，為使燒結加工容易完成，會使用燒結助劑。
專利文獻1中揭露，以冷靜水壓(Cool Isostatic Pressure,CIP)將三氧化二釔(Y2
O3
)粉末成型，將此成型體於1400~1800℃進行燒成，此成型體一旦冷卻後，在B2
O3
等硼化合物之存在下經1400~2
000℃下之熱處理，可得結構緻密之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體。此專利文獻1中，推測其可得緻密的燒結體之理由在於，當硼化合物存在時，B2
O3
將擴散至燒成物的內部用以促進燒結加工之進行。
專利文獻2中則提出，欲作為耐電漿性優越之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體，必須使三氧化二釔中所含有之Si、Al成分分別成Si為400 ppm以下、Al為200 ppm以下之提案。
專利文獻3中，為得到直至目前仍未能製得之相對密度為95%以上之耐電漿性優越之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體，提案使用Zr、Si、Ce或Al以作為燒結助劑。
專利文獻4~6中，係有將三氧化二釔(Y2
O3
)粉末於熱壓進行後加以熱靜水壓(Hot Isostatic Pressure,HIP)處理，可得透光性與機械強度優越之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體之記載。特別在專利文獻4中，揭露添加氟化鋰或氟化鉀用以作為燒結助劑；專利文獻5中則揭露添加鑭系金屬氧化物之燒結助劑；專利文獻6中則揭露使起始原料之三氧化二釔(Y2
O3
)粉末之比表面積(BET值)為2 m2
/g~10 m2
/g。
專利文獻7之揭露與專利文獻2相似，提出分別使三氧化二釔中所含之Si、Al以Si為200 ppm以下，Al為100 ppm以下之同時，使Na、K、Ti、Cr、Fe、Ni為200 ppm以下之提案。
專利文獻8中揭露，使耐電漿性優越之三氧化二釔(Y2
O3
)或三氧化二釔．鋁．柘榴石成型體於還原性氛圍之1650~2000℃之範圍下進行燒成。
專利文獻9中，於曝曬於電漿之部位使用之耐腐蝕性陶瓷構件，為由氧化釔、氧化鋁以及氧化矽所構成者。
非專利文獻1中所揭露者，係為將三氧化二釔(Y2
O3
)粉末經冷靜水壓(CIP 140 MPa)成型，將此成型體於1400~1700℃進行一次燒結，而後於此一次燒結體上進行氮化硼(BN)噴霧處理，再經熱靜水壓(HIP 140 MPa、1400~1700℃)進行二次燒結後，可得透光性優越之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體。
[專利文獻1]特開2000－239065號公報[專利文獻2]特開2003－55050號公報[專利文獻3]特開2001－181042號公報[專利文獻4]特開平4－59658號公報[專利文獻5]特開平4－238864號公報[專利文獻6]特開平4－74764號公報[專利文獻7]特開2002－255647號公報[專利文獻8]特開2003－48792號公報[專利文獻9]特開2001－31466號公報
[非專利文獻1]日本陶瓷協會2004年度講演預稿集2G09(根據HIP燒結之透明三氧化二釔(Y2
O3
)之製作)
上述專利文獻以及非專利文獻之中，揭露有最接近本案發明之技術者係為專利文獻1與非專利文獻1。其中，專利文獻1以及非專利文獻1之課題細述如下。
專利文獻1中揭露，在B2
O3
等之硼化合物的存在下於1400~2000℃進行熱處理(HIP)。又於非專利文獻1中，揭露經氮化硼噴霧處理後，於1400~1700℃之HIP下進行二次燒結即得透光性優越之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體。此外，依據專利文獻1之記載，可知即使所添加之硼化合物並非為B2
O3
，於氧氣氛圍下之加熱所引起之氧化，又即使是於不含氧氣氛圍下之加熱處理，均會與存在於燒成物表面之氧氣進行結合而形成B2
O3
。
但是，上述之任一先前技術也都必須使用較高溫之燒成方得以獲得氣孔率小的燒結體，尚且還需於一次燒成後，在硼化合物存在下進行熱處理或HIP處理等等複雜的製造程序方能得到三氧化二釔燒結體。
本發明係以提供一種，能於較低之溫度下簡單地製作高密度且耐電漿性優越之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體、稀土類燒結體以及耐腐蝕性構件、其之製造方法。
經本案之發明者們之實際驗證之結果，發現就獲得三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體方面，B2
O3
的添加量相當重要。自本發明者們實際進行實驗之結果可觀察到，當B2
O3
的添加量增加時，會出現YBO3
相，而當B2
O3
的添加量減少時，則出現Y3
BO6
相。若含有YBO3
相為燒結體之構成相時，將較單一成分之Y2
O3
燒成時更具有能於低溫下提昇密度之效果，但卻無法得到高密度燒結體。若使Y3
BO6
相作為構成相時，則已知燒結體之密度將會升高。
因此，關於第1發明之三氧化二釔燒結體，係為將硼化合物添加於三氧化二釔(Y2
O3
)粉末後經燒結而成者。此三氧化二釔燒結體中，實際上硼元素(B)係為以Y3
BO6
存在之組成。此外，燒成後之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體中所含Y3
BO6
之量以0.12體積%以上60體積%以下為佳。
又，上述於製作三氧化二釔燒結體時，係將氧化硼(B2
O3
)粉末以0.02重量%以上10重量%以下之比例添加於三氧化二釔(Y2
O3
)粉末中，此混合粉末成型之後，於1300℃以上1600℃以下，最好是於1400℃以上1500℃以下使其進行燒結。
此外，關於第1發明之耐腐蝕性構件，係用於處理被處理基板之處理裝置，且進一步含有Y2
O3
結晶以及Y3
BO6
結晶以作為該耐腐蝕性構件之構成結晶。
又在先前技術中，已知稀土類氧化物之粉末中，並不含添加氧化硼(B2
O3
)以為燒結助劑者。該處稀土類元素之中，關於La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc已經實際驗證。
其結果可確定關於La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc之稀土類氧化物，氧化硼(B2
O3
)之添加具有效果。
即，關於第2發明之稀土類燒結體，係為含有Ln3
BO6
(Ln＝La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu)、Sc3
BO6
之至少一種作為該燒結體構成結晶之構成。
上述燒結體若欲成為相對密度高者，係使燒結體中所含之稀土類與硼元素所成之化合物包含Ln3
BO6
、Sc3
BO6
之至少一種成為該燒結體之構成結晶之型態。此處Ln係為La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。
此外，為使相對密度應該提高之燒結體中所含之稀土類與硼元素所成之化合物型態為Ln3
BO6
、Sc3
BO6
，添加之氧化硼(B2
O3
)係以相對於稀土類氧化物粉末之0.06莫耳%以上未達25莫耳%為添加比例。
燒結成型之溫度依稀土類元素而異，離子半徑小者偏向於高燒成溫度。例如，氧化鑭(La2
O3
)中之氧化硼(B2
O3
)添加(3重量%：12.6莫耳%)時的燒成溫度為1100℃~1300℃、氧化釤(Sm2
O3
)中之氧化硼(B2
O3
)添加(3重量%：13.4莫耳%)時的燒成溫度為1200℃~1400℃、氧化釹(Nd2
O3
)中之氧化硼(B2
O3
)添加(3重量%：13.0莫耳%)時的燒成溫度為1100℃~1300℃、氧化鐿(Yb2
O3
)中之氧化硼(B2
O3
)添加(3重量%：14.9莫耳%)時的燒成溫度為1400℃~1500℃。
依據第1發明，可於比較低溫下簡單地製得高密度且耐電漿性優越之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體。
依據第2發明，可獲得於比較低溫下且為高密度之稀土類燒結體。
準備三氧化二釔(Y2
O3
)粉末(信越化學工業製RU)與氧化硼(B2
O3
)粉末，(純正化學製試藥級)作為原料，相對於三氧化二釔(Y2
O3
)粉末，氧化硼(B2
O3
)粉末以添加比例為：無添加、0.02重量%之添加、0.1重量%之添加、1重量%之添加、3重量%之添加、10重量%之添加、16重量%之添加、23.6重量%之添加等，製作8種實驗試料，將此等於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖1所示。以下所述由圖1可知。
首先，無添加的情況下，當溫度升高至1700℃時，可得相對密度約95%之燒結體。此燒成溫度以及相對密度與一般所熟知之值一致。
當B2
O3
之添加比例為0.1重量%之添加、1重量%之添加以及3重量%之添加時，幾乎可視為同一舉動。即約自1000℃起相對密度便開始提昇，於1400℃~1500℃時可得相對密度超過95%之結果。於3重量%之添加時，燒結體的相對密度幾乎為100%。如此比無添加時更能獲得高密度之燒結體，可能係因Y3
BO6
於燒成過程中生成液相後發生液相燒結所致。
此外，0.1重量%之添加、1重量%之添加以及3重量%之添加時，於1583℃附近燒結體發生崩解。於此溫度發生崩解，可能是因燒結體中所含Y3
BO6
之沸點係為此溫度附近所致。
10重量%之添加時，當溫度自1300℃至1500℃時，可確定相對密度上升。此現象可能係因，構成相中所含之若干量的YBO3
相，因溫度上升所引起之蒸發．分解等現象而自試料中減少，Y－B化合物變為Y3
BO6
單一相時則使密度向上提昇。
如此，於比較低溫(自1300℃起未達1600℃)下亦可得高密度之燒結體。
當為16重量%以及23.6重量%之添加時，相對密度幾乎不提昇，約於1500℃下發生崩解。可能係因硼元素生成YBO3
相，而此YBO3
相引起蒸發．分解等之現象。
圖2之(a)為無添加時於1300℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為無添加時於1500℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(c)為無添加時於1700℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。由圖可知在無添加之情況下，於1500℃時之燒結初期階段並非為緻密，1700℃時即發生固相燒結。
圖3之(a)為0.1重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為0.1重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。由圖可知此添加情況下，於1400℃時既為緻密化。
圖4之(a)為1重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為1重量%添加時於1300℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(c)為1重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(d)為1重量%添加時於1500℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。由圖可知，此情況之下係於1400℃時發生激烈的構造變化。
圖5之(a)為3重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為3重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。由圖可知，此情況與0.1重量%添加之結果相同，於1400℃時既為緻密化。
圖6之(a)為10重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為10重量%添加時於1300℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(c)為10重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(d)為10重量%添加時於1500℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。由圖可知，此情況下亦於溫度1400℃時發生激烈的構造變化。
圖7之(a)為0.1重量%B2
O3
之添加系列之破面電子顯微鏡照片、(b)為鏡面經熱蝕刻後狀態之電子顯微鏡照片；圖8之(a)為1重量%B2
O3
之添加系列之破面電子顯微鏡照片、(b)為鏡面經熱蝕刻後狀態之電子顯微鏡照片；圖9之(a)為3重量%B2
O3
之添加系列之破面電子顯微鏡照片、(b)為鏡面經熱蝕刻後狀態之電子顯微鏡照片。由這些電子顯微鏡照片可知，本發明之三氧化二釔燒結體，係因燒成溫度低之故，幾乎不見Y2
O3
粒子成長。
若粒子成長持續進行而使粒子變大，將發生脫粒之問題，且使耐電漿性降低。而本發明係因粒子成長受到抑制之故，而可獲得耐電漿性優越之燒結體。
圖10為0.02重量%之B2
O3
添加系列之X光繞射圖形。由此圖可知，0.02重量%之B2
O3
添加系列之情況下，除了Y2
O3
相之外，確認有若干之Y3
BO6
相之存在。
圖11為1重量%之B2
O3
添加系列之X光繞射圖形。由此圖可知，1重量%之B2
O3
添加系列之情況下，較0.02重量%之B2
O3
添加系列，確認有更多的Y3
BO6
相存在。
圖12為10重量%之B2
O3
添加系列之X光繞射圖形。由此圖可知，10重量%之B2
O3
添加系列之情況下，除了Y3
BO6
相之外，亦確認出YBO3
相之存在。當B2
O3
之添加超過9.6重量%時，即出現YBO3
相，此後之密度便難以提昇。
其次，本燒成體中所含之Y3
BO6
之比例係由以下所述之方法所求得。
添加由Y2
O3
粉末與B2
O3
粉末以化學量論比之方法所得之Y3
BO6
比率(9.3重量%)更多之過剩量的B2
O3
量，經混合後壓粉，置入坩堝中以1400℃進行10個小時之大氣氛圍燒成加工。將該物粉碎，再次添加B2
O3
後壓粉，置入坩堝中以1400℃進行10個小時之大氣氛圍燒成加工後粉碎。如此所得之粉末，經由X光繞射(XRD)確認其係為無Y2
O3
或者B2
O3
存在之Y3
BO6
單一相。再者，能斷言為Y3
BO6
，係因判斷其與JCPDS卡34－0291一致。
使用經上述所得之Y3
BO6
粉末，將Y3
BO6
粉末(比重為4.638 g/cm3
)與Y2
O3
粉末(比重為5.031 g/cm3
)以體積比為1、5、10、20、50、75體積%之比例秤量，混合均勻後之粉末以為標準試料。將這些混合粉末進行XRD測定。所得各XRD檔案中，算出Y2
O3
之(khl)＝(211)、(400)以及(440)之繞射高峰強度的合算值IY 2 O 3
與Y3
BO6
之(khl)＝(003)、(－601)以及(－205)之繞射高峰強度的合算值IY 3 B O 6
之比率。若由所得之值，使IY 3 B O 6
/(IY 2 O 3
＋IY 3 B O 6
)為縱軸，Y3
BO6
存在量為橫軸，即可取得極佳的線性關係，以此作為檢量線。
從XRD檔案使用上述檢量線，調查本發明之三氧化二釔燒結體中所含之Y3
BO6
之量與所添加之B2
O3
之量的關係，結果如圖13所示。由圖可知，添加0.02~10重量%之B2
O3
的情況下，三氧化二釔燒結體中所含Y3
BO6
之量，雖因燒成中之氛圍影響而異，但大致上約為0.12~60體積%，可確定約有一半份量之硼元素於燒成中蒸散掉。
由此可知，當燒結後之三氧化二釔燒結體中所含的Y3
BO6
量較0.12體積%為高之存在下，具有使三氧化二釔燒結體於低溫下緻密化之效果，當燒結後之三氧化二釔燒結體中所含的Y3
BO6
量較60體積%為低之存在下，將因不易形成YBO3
而可於低溫下燒成，且能獲得安定之高密度燒結體。
圖14為本發明品與過往品之耐電漿蝕刻性之比較圖，而以下之(表1)為本發明燒結品與以往燒結品之耐電漿蝕刻性(侵蝕深度)之比較結果。
由圖14以及(表1)可知，本發明品之三氧化二釔燒結體於耐電漿性方面較為優越。
準備氧化鑭(La2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化鑭(La2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加3重量%(12.6莫耳%)之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖15所示。由圖15可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下的相對密度為80%程度之結果而言，氧化硼(B2
O3
)添加於氧化鑭(La2
O3
)之情況下，於1130℃附近之相對密度為95%以上，於1200℃附近燒結完成，當下之相對密度係為99%以上。
準備氧化釤(Sm2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化釤(Sm2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加3重量%(13.4莫耳%)之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖16所示。由圖16可知，在添加氧化硼(B2
O3
)之氧化釤(Sm2
O3
)，於1200℃附近之相對密度為95%以上，於1300℃附近燒結完成，當下之相對密度係為99%以上。
準備氧化釹(Nd2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化釹(Nd2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加3重量%(13.0莫耳%)之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖17所示。由圖17可知，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化釹(Nd2
O3
)，於1200℃附近燒結完成，當時之相對密度約為95%。
準備氧化鐿(Yb2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化鐿(Yb2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加3重量%(14.9莫耳%)之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖18所示。由圖18可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下的相對密度為60~70%程度之結果而言，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化鐿(Yb2
O3
)於1500℃附近時之相對密度約為95%以上。
準備氧化銪(Eu2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化銪(Eu2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖19所示。由圖19可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下於1300℃以上時之緻密化結果而言，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化銪(Eu2
O3
)，於1200℃附近之相對密度為95%以上，於1300℃附近燒結完成，當下之相對密度係為99%以上。
準備氧化鏑(Dy2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化鏑(Dy2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖20所示。由圖20可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下的相對密度為95%程度之結果而言，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化鏑(Dy2
O3
)之情況下，自1300℃至1400℃燒成之相對密度約為99%以上。
準備氧化釓(Gd2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化釓(Gd2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖21所示。由圖21可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下於1500℃以上時之緻密化結果而言，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化釓(Gd2
O3
)，於1300℃附近之相對密度為99%以上，於1300℃至1400℃附近燒結完成，當下之相對密度係約為99%以上。
準備氧化鈥(Ho2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化鈥(Ho2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖22所示。由圖22可知，氧化硼(B2
O3
)無添加與氧化硼(B2
O3
)添加之情況下之氧化鈥(Ho2
O3
)，其燒成曲線顯示相同之傾向，氧化硼(B2
O3
)添加之下較為緻密化。
準備氧化鉺(Er2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化鉺(Er2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖23所示。由圖23可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下於1700℃以上時之緻密化結果而言，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化鉺(Er2
O3
)，於1400℃附近之相對密度為95%以上，於1500℃附近燒結完成，當下之相對密度係約為99%以上。
準備氧化鈧(Sc2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化鈧(Sc2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖24所示。由圖24可知，氧化硼(B2
O3
)無添加與氧化硼(B2
O3
)添加之情況下之氧化鈧(Sc2
O3
)，其燒成曲線幾乎顯示相同之傾向，氧化硼(B2
O3
)添加之下更為緻密化。
準備氧化銩(Tm2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化銩(Tm2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖25所示。由圖25可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下於1700℃時的相對密度為80%以上之結果而言，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化銩(Tm2
O3
)，於1500℃附近之相對密度為90%以上，於1500℃附近可得高密度燒結體。
準備氧化鎦(Lu2
O3
)粉末與氧化硼(B2
O3
)作為原料，相對於氧化鎦(Lu2
O3
)粉末，使氧化硼(B2
O3
)粉末以無添加、以及添加9.0莫耳%之添加比例調製2種試驗樣品，成型後於燒成爐進行燒成。
燒成溫度與相對密度之關係如圖26所示。由圖26可知，相對於氧化硼(B2
O3
)無添加之情況下於1700℃燒成之相對密度未達80%之結果而言，添加氧化硼(B2
O3
)之氧化鎦(Lu2
O3
)，於1500℃附近之相對密度為90%之程度，於1600℃附近可得高密度燒結體。
於未達1550℃之較低溫下可獲得95%以上之緻密的燒結體。當未達1550℃時，置於以二矽化鉬加熱器、碳化矽加熱器作為發熱體之廣用性燒成爐中，於大氣中即可簡單地進行燒成。
就硼化合物而言，並不限於氧化硼，亦可使用硼酸(H3
BO3
)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4
C)等之硼化合物，其中以使用氧化硼、硼酸較佳。
此外，對於耐電漿性所進行之評價，其評價方法如下所述。
評價之試驗樣品，係使用經過研磨使各燒結體之表面粗糙度(Ra)於0.1 μ m以下者。將此試驗樣品表面的一半進行遮蔽覆蓋之後，使用RIE電漿蝕刻裝置，於蝕刻氣體為CF4
＋O2
下進行1000W、30小時之電漿照射。照射後除去遮蔽覆蓋物，測定遮蔽部分與為遮蔽部分之表面段差，計算出蝕刻速度(nm/hr)，將結果列表。於各種稀土類氧化物中添加9莫耳%之氧化硼(B2
O3
)作為實施例進行試驗，而以高純度之礬土(99.7%氧化鋁)作為比較例，將比較之結果列示於表2。由表2可知，添加氧化硼(B2
O3
)以為燒結助劑之稀土類氧化物與高純度礬土比較下，其蝕刻速度較慢，具有較優越之耐電漿性。
本發明相關之三氧化二釔(Y2
O3
)燒結體以及稀土類氧化物燒結體，可作為例如電漿處理裝置之反應腔室(chamber)、捕獲環(capture ring)、調焦環(focus ring)、靜電式晶圓吸附器(electrostatic chuck)等必要之耐電漿蝕刻性之耐腐蝕性構件上之應用。
圖1：以三氧化二硼之添加比例所示之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖2：(a)為無添加時於1300℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為無添加時於1500℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(c)為無添加時於1700℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。
圖3：(a)為0.1重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為0.1重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。
圖4：(a)為1重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為1重量%添加時於1300℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(c)為1重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(d)為1重量%添加時於1500℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。
圖5：(a)為3重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為3重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。
圖6：(a)為10重量%添加時於1200℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(b)為10重量%添加時於1300℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(c)為10重量%添加時於1400℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片、(d)為10重量%添加時於1500℃之燒成狀況下之電子顯微鏡照片。
圖7：(a)為0.1重量%之三氧化二硼添加系列之破面電子顯微鏡照片、(b)為鏡面熱蝕刻狀態之電子顯微鏡照片。
圖8：(a)為1重量%之三氧化二硼添加系列之破面電子顯微鏡照片、(b)為鏡面熱蝕刻狀態之電子顯微鏡照片。
圖9：(a)為3重量%之三氧化二硼添加系列之破面電子顯微鏡照片、(b)為鏡面熱蝕刻狀態之電子顯微鏡照片。
圖10：0.02重量%之三氧化二硼添加系列之X線繞射圖形。
圖11：1重量%之三氧化二硼添加系列之X線繞射圖形。
圖12：10重量%之三氧化二硼添加系列之X線繞射圖形。
圖13：表示本發明之三氧化二釔燒結體中所含硼酸釔的存在量與添加之氧化硼的量所成之關係圖。
圖14：本發明品與過往品之耐電漿蝕刻性之比較圖。
圖15：表示氧化鑭(La2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖16：表示氧化釤(Sm2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖17：表示氧化釹(Nd2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖18：表示氧化鐿(Yb2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖19：表示氧化銪(Eu2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖20：表示氧化鏑(Dy2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖21：表示氧化釓(Gd2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖22：表示氧化鈥(Ho2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖23：表示氧化鉺(Er2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖24：表示氧化鈧(Sc2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖25：表示氧化銩(Tm2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
圖26：表示氧化鎦(Lu2
O3
)粉末中添加氧化硼(B2
O3
)粉末下之燒成溫度與相對密度之關係圖。
Claims (7)
- 一種將硼化合物添加於三氧化二釔(Y2 O3 )粉末中所燒結而成之三氧化二釔燒結體，其特徵係為，藉由使燒成溫度為1300℃以上1583℃以下，此三氧化二釔燒結體中硼元素(B)實際上係以硼酸釔(Y3 BO6 )存在，且此三氧化二釔(Y2 O3 )燒結體中所含Y3 BO6 量為0.12體積%以上60體積%以下。
- 如申請專利範圍第1項之三氧化二釔燒結體之製造方法，其中，將氧化硼(B2 O3 )以0.02重量%以上10重量%以下之比例添加於三氧化二釔(Y2 O3 )粉末中，使此混合粉末成型後，於1300℃以上1583℃以下使其燒結。
- 如申請專利範圍第1項之三氧化二釔燒結體之製造方法，其中，將氧化硼(B2 O3 )以0.02重量%以上10重量%以下之比例添加於三氧化二釔(Y2 O3 )粉末中，使此混合粉末成型後，於1400℃以上1500℃以下使其燒結。
- 一種處理被處理基板之處理裝置用之耐腐蝕性構件，其特徵係含有以三氧化二釔(Y2 O3 )結晶以及硼酸釔(Y3 BO6 )結晶作為該耐腐蝕性構件之構成結晶。
- 一種稀土類燒結體，其係於La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Sc之至少一種稀土類氧化物粉末中添加硼化合物後予以燒成所得之稀土類燒結體，其特徵係， 於前述稀土類氧化物中，添加以氧化硼(B2 O3 )換算為0.06莫耳%以上且未達25莫耳%之比例的硼化合物，且含有Ln3 BO6 (Ln=La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu)、Sc3 BO6 之至少一種作為該燒結體之構成結晶。
- 一種稀土類燒結體之製造方法，其特徵係為，於La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Sc之至少一種之氧化物粉末中，將硼化合物換算為氧化硼(B2 O3 )，以0.06莫耳%以上未達25莫耳%之比例添加，使此混合粉末成型後，使其燒結而成。
- 一種處理被處理基板之處理裝置用之耐腐蝕性構件，其特徵係含有Ln3 BO6 (Ln=La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu)、Sc3 BO6 之至少一種作為該耐腐蝕性構件之構成結晶。
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2006
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Patent Citations (1)
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