JP7585574B2 - Powder for cold spray, cold spray film, and method for producing the film - Google Patents
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Description
本発明はコールドスプレー用粉末、コールドスプレー膜及び膜の製造方法に関する。 The present invention relates to powders for cold spray, cold spray films, and methods for producing films.
コールドスプレー法は、原料粒子を音速近くまで加速し、固相状態のまま基材に衝突させることにより成膜するシステムである。通常、コールドスプレー法では、超音速ノズル(Laval nozzle)を用い高速ガス流を発生させ,そのガス流中に粉末粒子を投入することにより衝突速度を上げ,材料粒子を基材に高速に衝突させる。
コールドスプレー法は溶射法の一種として分類されるコーティング技術であるが、一般的な溶射法は原材料を溶融状態或いは半溶融状態で基材に衝突させて成膜させるのに対し、コールドスプレー法は、原材料を溶融させることなく基材に固着させるという点で異なっている。
The cold spray method is a system that accelerates raw material particles to near the speed of sound and causes them to collide with a substrate in a solid phase to form a film. In the cold spray method, a supersonic nozzle (Laval nozzle) is usually used to generate a high-speed gas flow, and powder particles are injected into the gas flow to increase the collision speed, causing the material particles to collide with the substrate at high speed.
Cold spray is a coating technology classified as a type of thermal spraying. However, it differs from conventional thermal spraying in that a coating is formed by colliding raw material in a molten or semi-molten state with a substrate, whereas cold spray adheres the raw material to the substrate without melting it.
従来、コールドスプレー法では、延性に優れる金属を成膜することが一般的であり、脆性材料であるセラミックスの成膜例は極めて少なかった。
しかし近年、出願人は、特定の比表面積以上のイットリウム化合物の粉末について、コールドスプレー法での成膜が可能であることを見出した(特許文献1)。
Conventionally, the cold spray method has generally been used to form metal films, which have excellent ductility, and there have been very few examples of forming ceramic films, which are brittle materials.
However, in recent years, the applicant has found that it is possible to form a film by the cold spray method for powder of an yttrium compound having a specific specific surface area or more (Patent Document 1).
一方、コールドスプレー法に供する金属粉末に関し、アルミナ粉末を添加することで、ノズル詰まりを解消し、得られる膜の硬度を向上させた報告例が存在する(例えば、非特許文献1)。
また特許文献2には、プラズマ溶射において緻密かつスピッティングの発生が抑制された膜を得ることができる溶射用粉末として、細孔半径分布のピークを0.2μm以上に有する酸化イットリウム含有溶射用粉末が記載されている。
Meanwhile, there are reports of adding alumina powder to metal powders used in cold spraying to eliminate nozzle clogging and improve the hardness of the resulting film (for example, Non-Patent Document 1).
Furthermore, Patent Document 2 describes a thermal spray powder containing yttrium oxide, which has a pore radius distribution peak of 0.2 μm or more, as a thermal spray powder that can provide a dense coating in plasma spraying with suppressed spitting.
出願人は、特許文献1に記載のコールドスプレー用材料について、成膜条件によっては、成膜中にノズルの詰まりが生じるなど、材料の供給性の点で改善の余地がある場合があることを知見した。
一方、非特許文献1には金属成膜原料をコールドスプレー法で成膜する場合において、金属成膜原料にアルミナ粉末を供給助剤として用いることが記載されているものの、イットリウム等の特定の希土類化合物をコールドスプレー法で成膜する場合において、どのような構成の供給助剤が適しているかについて何らの検討もなされていない。
また特許文献2はコールド溶射用粉末に関するものではなく、同文献にはコールド溶射において従来より高硬度の膜を得るために必須である細孔直径0.3μm未満の細孔容積について何も触れられていない。
The applicant has found that with respect to the cold spray material described in Patent Document 1, depending on the film formation conditions, there may be room for improvement in terms of material supplyability, such as the occurrence of nozzle clogging during film formation.
On the other hand, Non-Patent Document 1 describes the use of alumina powder as a supply aid for the metal film-forming raw material when the metal film-forming raw material is used to form a film by a cold spray method, but does not consider what kind of supply aid is suitable when a specific rare earth compound such as yttrium is used to form a film by a cold spray method.
Furthermore, Patent Document 2 does not relate to powders for cold thermal spraying, and the document makes no mention of the pore volume having a pore diameter of less than 0.3 μm, which is essential for obtaining a coating having higher hardness than conventional coatings in cold thermal spraying.
したがって、本発明の課題は、イットリウム等の特定の希土類元素の化合物を成膜用化合物として用い、成膜性のみならず供給性に優れたコールドスプレー用材料を提供することにある。
また本発明の課題はイットリウム等の特定の希土類の化合物のコールドスプレー膜として、従来得難かった硬度の膜及びその製造方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a material for cold spray that is excellent not only in film-forming properties but also in supplyability, by using a compound of a specific rare earth element such as yttrium as a film-forming compound.
Another object of the present invention is to provide a film having a hardness that has heretofore been difficult to obtain as a cold spray film of a compound of a specific rare earth element such as yttrium, and a method for producing the same.
本発明は、Y、Yb及びGdから選ばれる少なくとも一種の成膜用元素の化合物を含有するコールドスプレー用粉末であって、
水銀圧入法により測定した細孔径に対する細孔容積の分布において、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲に少なくとも1つのピークが観察され、細孔径0.3μm未満の細孔容積が0.1ml/g以上0.5ml/g以下である、コールドスプレー用粉末を提供するものである。
The present invention provides a powder for cold spraying, which contains a compound of at least one film-forming element selected from Y, Yb, and Gd,
The present invention provides a powder for cold spray, in which at least one peak is observed in a pore size range of 0.3 μm or more and 2.0 μm or less in a distribution of pore volume versus pore size measured by mercury intrusion porosimetry, and the pore volume of pores with a pore size of less than 0.3 μm is 0.1 ml/g or more and 0.5 ml/g or less.
また、本発明は、前記コールドスプレー用粉末を用いて成膜されたコールドスプレー膜を提供するものである。 The present invention also provides a cold spray film formed using the cold spray powder.
更に、本発明は、前記粉末を用いてコールドスプレー法を行う工程を有する膜の製造方法を提供するものである。 The present invention further provides a method for producing a film, which includes a step of performing a cold spray method using the powder.
更に、本発明は、Y5O4F7、YOF及びYF3から選ばれる1種又は2種以上からなり、ビッカース硬度が70以上500以下である、コールドスプレー膜を提供するものである。 The present invention further provides a cold spray coating comprising one or more elements selected from Y 5 O 4 F 7 , YOF and YF 3 and having a Vickers hardness of 70 or more and 500 or less.
本発明により、イットリウム等の特定の希土類元素の化合物を成膜用化合物として用い、成膜性のみならず供給性に優れたコールドスプレー用材料を提供することができる。
また、本発明により、イットリウム等の特定の希土類の化合物のコールドスプレー膜として、従来得難かった硬度の膜及びその製造方法を提供することができる。
According to the present invention, a material for cold spraying that is excellent not only in film-forming properties but also in supplyability can be provided by using a compound of a specific rare earth element such as yttrium as a film-forming compound.
Furthermore, the present invention can provide a cold spray film of a specific rare earth compound such as yttrium that has a hardness that has been difficult to obtain in the past, and a method for producing the same.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。
まず、本発明のコールドスプレー用粉末について説明する。以下、「コールドスプレー」を「CS」と略して説明する場合がある。本発明のCS用粉末はCS法により成膜性に加えて供給性に優れ、特定の希土類化合物を含むCS膜として従来得難い硬度のコールドスプレー膜(CS膜)を得ることができる。
The present invention will now be described based on its preferred embodiments.
First, the powder for cold spray of the present invention will be described. Hereinafter, "cold spray" may be abbreviated as "CS". The powder for CS of the present invention has excellent film-forming and supplying properties by the CS method, and can obtain a cold spray film (CS film) with a hardness that has been difficult to obtain in the past as a CS film containing a specific rare earth compound.
(1)希土類元素の化合物
本発明のCS用粉末は、Y、Yb及びGdから選ばれる少なくとも一種の希土類元素(以下、「Ln1」ともいう。)の成膜用元素の化合物を含有することを特徴の一つとしている。
(1) Compound of Rare Earth Element One of the features of the CS powder of the present invention is that it contains a compound of a film-forming element of at least one rare earth element selected from Y, Yb, and Gd (hereinafter also referred to as " Ln1 ").
本発明においてLn1の化合物は、Ln1の酸化物、Ln1のフッ化物、又はLn1のオキシフッ化物であることが、CS用粉末を半導体の製造装置のコーティングに使用した際に優れた耐食性が得られる点で好ましく、特に、フッ素系プラズマに対する化学的安定性の点から、Ln1のフッ化物、又はLn1のオキシフッ化物であることが好ましい。
Ln1の酸化物としては、セスキ酸化物(Ln1
2O3)のほか、Ln1とAl等との複合酸化物を含む。Ln1のフッ化物はLn1F3で表されることが好ましい。
In the present invention, the compound of Ln 1 is preferably an oxide of Ln 1 , a fluoride of Ln 1 , or an oxyfluoride of Ln 1 , in that excellent corrosion resistance can be obtained when the CS powder is used for coating a semiconductor manufacturing device, and in particular, from the viewpoint of chemical stability against fluorine-based plasma, it is preferable that the compound is an oxide of Ln 1, a fluoride of Ln 1 , or an oxyfluoride of Ln 1 .
The oxide of Ln1 includes a sesquioxide (Ln12O3 ) and a composite oxide of Ln1 and Al, etc. The fluoride of Ln1 is preferably represented by Ln1F3 .
Ln1のオキシフッ化物はY等の特定の希土類元素(Ln1)、酸素(O)、フッ素(F)からなる化合物(以下、「Ln1-O-F」とも記載する。)である。Ln1-O-Fとしては、希土類元素(Ln1)、酸素(O)、フッ素(F)のモル比がLn1:O:F=1:1:1である化合物(Ln1OF)であってもよく、その他の形態の希土類元素のオキシフッ化物(Ln1 5O4F7、Ln1 7O6F9、Ln1 4O3F6等)であってもよい。オキシフッ化物の入手しやすさの点並びに成膜性及び供給性が高いという本発明の効果がより高く奏される観点から、Ln1-O-Fは、Ln1OxFy(0.3≦x≦1.7、0.1≦y≦1.9)で表されることが好ましい。特に上記の観点から、上記式において、0.35≦x≦1.65であることがより好ましく、0.4≦x≦1.6であることが更に好ましい。また0.2≦y≦1.8であることがより好ましく、0.5≦y≦1.5であることが更に好ましい。また上記式において、2.3≦2x+y≦5.3、特に2.35≦2x+y≦5.1を満たすものも好ましく、とりわけ2x+y=3を満たすものが好ましい。特に、x<1であり、y>1であるものを用いることが、フッ素系プラズマ及び酸素系プラズマの両者に対する化学的安定性の点で好ましい。 The oxyfluoride of Ln 1 is a compound (hereinafter also referred to as "Ln 1 -O-F") consisting of a specific rare earth element (Ln 1 ) such as Y, oxygen (O), and fluorine (F). Ln 1 -O-F may be a compound (Ln 1 OF) in which the molar ratio of the rare earth element (Ln 1 ), oxygen (O), and fluorine (F) is Ln 1 :O:F=1:1:1, or may be an oxyfluoride of a rare earth element in another form (Ln 1 5 O 4 F 7 , Ln 1 7 O 6 F 9 , Ln 1 4 O 3 F 6, etc.). From the viewpoint of availability of oxyfluorides and from the viewpoint of achieving the effect of the present invention, namely, high film-forming property and supplyability, Ln 1 -O-F is preferably represented by Ln 1 O x F y (0.3≦x≦1.7, 0.1≦y≦1.9). In particular, from the viewpoint above, in the above formula, it is more preferable that 0.35≦x≦1.65, and even more preferable that 0.4≦x≦1.6. Also, it is more preferable that 0.2≦y≦1.8, and even more preferable that 0.5≦y≦1.5. In addition, in the above formula, it is also preferable that 2.3≦2x+y≦5.3, particularly 2.35≦2x+y≦5.1 is satisfied, and it is particularly preferable that 2x+y=3 is satisfied. In particular, it is preferable to use one where x<1 and y>1, in terms of chemical stability against both fluorine-based plasma and oxygen-based plasma.
Ln1としてはYであることが、半導体製造装置の耐食性部材として適している点、及び、本発明による供給性向上及びそれによる膜の硬度の向上効果が優れている点で最も好ましい。 It is most preferable that Ln 1 is Y, since it is suitable for use as a corrosion-resistant member of semiconductor manufacturing equipment and has an excellent effect of improving the supplyability and the resulting hardness of the film according to the present invention.
(2)細孔容積分布
本発明のCS用粉末は、水銀圧入法により測定した細孔径に対する細孔容積の分布において、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲に少なくとも1つのピークが観察され、且つ細孔径0.3μm未満の細孔容積が0.1ml/g以上0.5ml/g以下であることを特徴の一つとする。なお本明細書でいう細孔径は細孔直径を指す。
本発明者は、従来のイットリウム等の特定の希土類化合物の粉末について成膜性を維持しつつ、成膜時にノズル(供給管)を詰まらせることなく供給性を高める構成について、鋭意検討した。その結果、細孔容積の分布において、細孔径0.3μm以上2.0μm以下にピークを有し、且つ細孔径0.3μm未満の細孔容積が上記範囲内となる粉末であることで、CS法による成膜時に供給性が向上し、当該粉末をCS法に供することで従来のLn1化合物のCS膜に比して優れて硬度の高い膜が得られることを見出した。
(2) Pore volume distribution The CS powder of the present invention is characterized in that, in the distribution of pore volume versus pore diameter measured by mercury intrusion porosimetry, at least one peak is observed in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm, and the volume of pores with a pore diameter of less than 0.3 μm is 0.1 ml/g to 0.5 ml/g. Note that the pore diameter in this specification refers to the pore diameter.
The present inventors have intensively studied a configuration for improving the supplyability of a powder of a specific rare earth compound such as conventional yttrium without clogging a nozzle (supply pipe) during film formation while maintaining the film-forming properties. As a result, it has been found that a powder having a peak of pore diameters of 0.3 μm or more and 2.0 μm or less in the distribution of pore volume, and a pore volume of pores with diameters of less than 0.3 μm falling within the above range, improves the supplyability during film formation by the CS method, and by subjecting the powder to the CS method, a film having a higher hardness than the CS film of the conventional Ln 1 compound can be obtained.
細孔容積の分布において、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲にピークを有し、且つ細孔径0.3μm未満の細孔容積が上記の所定量である粉末は、通常、粒径の異なる2種以上の粒子(粉末)を含有する。具体的には細孔容積の分布において、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲におけるピークは、比較的粒径(一次粒径)の大きな粉末の一次粒子の粒子間空隙に由来している。また細孔径0.3μm未満の範囲における上記範囲内の細孔容積は、比較的粒径(一次粒径)の小さな粉末の一次粒子の粒子間空隙に由来する。 In the pore volume distribution, a powder that has a peak in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm and has a pore volume of less than 0.3 μm at the above-mentioned specified amount usually contains two or more types of particles (powders) with different particle sizes. Specifically, in the pore volume distribution, the peak in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm is derived from the interparticle voids of the primary particles of the powder with a relatively large particle size (primary particle size). Also, the pore volume within the above range in the pore diameter range of less than 0.3 μm is derived from the interparticle voids of the primary particles of the powder with a relatively small particle size (primary particle size).
CS用粉末の細孔容積の分布において細孔径0.3μm未満の範囲に上記範囲内の細孔容積を与える粉末は上述の通り一次粒径が比較的小さく、これに起因して一定以上の比表面積を有する。比表面積が高いことは、CS用粉末の成膜性にとって重要である。一方、当該比表面積を有する粉末は、CS法による成膜時に粉末を高速で基材へ衝突させるための加速ノズル内に詰まりを生じさせて、供給性を低下させてしまう場合がある。この点に関し、本発明のCS用粉末では、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲にピークを与える比較的大きな粒径(一次粒径)の粉末を含有する。この比較的大きな粒径(一次粒径)の存在が、特定の希土類Ln1を用いたCS法において、粉末供給時のノズルの詰まりを改善する。それにより、CS法の成膜時に基材に対する成膜用粉末の衝突速度が高い状態で安定するために、得られるCS膜の硬度が高まることになると考えられる。 In the pore volume distribution of the CS powder, the powder that gives a pore volume in the above range of pore diameters less than 0.3 μm has a relatively small primary particle size as described above, and as a result has a specific surface area of a certain level or more. A high specific surface area is important for the film-forming properties of the CS powder. On the other hand, a powder having such a specific surface area may cause clogging in an acceleration nozzle for colliding the powder with a substrate at high speed during film formation by the CS method, thereby reducing the supplyability. In this regard, the CS powder of the present invention contains a powder with a relatively large particle size (primary particle size) that gives a peak in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm. The presence of this relatively large particle size (primary particle size) improves nozzle clogging during powder supply in the CS method using a specific rare earth Ln 1. As a result, the collision speed of the film-forming powder with the substrate during film formation by the CS method is stable at a high speed, and it is considered that the hardness of the obtained CS film is increased.
本発明のCS用粉末は、細孔径0.3μm未満の細孔容積を与える粒子がLn1を含むことが好ましい。細孔径0.3μm未満における細孔容積を与える粒子がLn1を含むことは例えばカーボンテープ上に撒いた粉末を1500倍の倍率で走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、観察された粉末にエネルギー分散型X線分析(EDX)の点分析を実施することにより確認することができる。例えば凝集径(二次粒径)が大径及び小径の2種類以上の粒子が観察され、大径の凝集径を有する粒子について点分析を実施することが好ましく、当該大径の凝集径の粒子がレーザー回折・散乱式粒度分布測定法により測定されたD50が10μm超に相当する凝集径を有することがより好ましい。細孔径0.3μm未満における細孔容積を与える粒子の例として後述する第1粉末が挙げられる。一方細孔容積の分布のうち、細孔径0.3μm以上2.0μm以下において少なくとも一つのピークを与える粉末はセラミックス粉末が好ましい。当該粉末の好適な例としては後述する第2粉末が挙げられる。 In the powder for CS of the present invention, the particles that give the pore volume with a pore diameter of less than 0.3 μm preferably contain Ln 1. The fact that the particles that give the pore volume with a pore diameter of less than 0.3 μm contain Ln 1 can be confirmed, for example, by observing the powder spread on a carbon tape with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 1500 times and performing a point analysis of energy dispersive X-ray analysis (EDX) on the observed powder. For example, it is preferable to observe two or more types of particles with large and small aggregate diameters (secondary particle diameters), and to perform a point analysis on the particles having the large aggregate diameter, and it is more preferable that the particles with the large aggregate diameter have an aggregate diameter corresponding to a D 50 measured by a laser diffraction/scattering type particle size distribution measurement method of more than 10 μm. An example of a particle that gives a pore volume with a pore diameter of less than 0.3 μm is the first powder described later. On the other hand, a powder that gives at least one peak in the pore volume distribution at a pore diameter of 0.3 μm to 2.0 μm is preferably a ceramic powder. A suitable example of the powder is the second powder described below.
本発明において、CS用粉末は、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲の中でも、特に、0.6μm以上1.8μm以下の範囲にピークを有することが、より一層供給性を高める点で好ましく、0.8μm以上1.4μm以下の範囲にピークを有することが更に一層好ましい。 In the present invention, the CS powder has a pore size in the range of 0.3 μm to 2.0 μm, and in particular, it is preferable for the CS powder to have a peak in the range of 0.6 μm to 1.8 μm in order to further improve supplyability, and it is even more preferable for the powder to have a peak in the range of 0.8 μm to 1.4 μm.
本発明において、CS用粉末は、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲における細孔容積のピークの立ち下がり点(終点)が細孔径0.3μmよりも大径側に位置することが、流動性の点から好ましい。ここでピークの立ち下がり点とは、細孔径の大径側から小径側に向けたピークの下降スロープとベースラインとの交点以上の細孔径であって、その細孔径から20nm細孔径が大きい点のlog微分細孔容積に対しlog微分細孔容積が70%以下に減少する傾きを得られる最も小さな細孔径とする。
またCS用粉末の細孔容積の分布は、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲における細孔容積IAに対して、細孔径0.3μm未満の細孔容積IBの比IB/IAが5以下であることが成膜中の詰まりの解消や膜硬度の向上の点で好ましく、3以下であることがより好ましく、2以下であることが特に好ましく、1.8以下であることが更に好ましい。IB/IAの下限としては、0.1以上であることが基材と膜の剥離を抑制する点で好ましく、0.3以上であることが更に好ましい。
In the present invention, it is preferable from the viewpoint of fluidity that the falling point (end point) of the pore volume peak in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm is located on the larger diameter side of the pore diameter of 0.3 μm. Here, the falling point of the peak is the pore diameter equal to or greater than the intersection point of the descending slope of the peak from the larger diameter side to the smaller diameter side and the baseline, and is the smallest pore diameter at which the log differential pore volume decreases by 70% or less compared to the log differential pore volume at a point 20 nm larger than that pore diameter.
In addition, the pore volume distribution of the CS powder is preferably such that the ratio IB/IA of the pore volume IB of pores with diameters less than 0.3 μm to the pore volume IA in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm is 5 or less in terms of eliminating clogging during film formation and improving film hardness, more preferably 3 or less, particularly preferably 2 or less, and even more preferably 1.8 or less. The lower limit of IB/IA is preferably 0.1 or more in terms of suppressing peeling of the substrate and the film, and even more preferably 0.3 or more.
本発明のCS用粉末は、細孔径0.3μm未満の細孔容積IBが0.1ml/g以上であることで、膜の硬度が優れる利点があり、0.5ml/g以下であることで容易に厚膜が得られる利点がある。この観点から、細孔径0.3μm未満の細孔容積IBが0.12ml/g以上0.4ml/g以下であることがより好ましく、0.14ml/g以上0.3ml/g以下であることが更に一層好ましい。 The CS powder of the present invention has the advantage that the film hardness is excellent when the pore volume IB of pores with diameters of less than 0.3 μm is 0.1 ml/g or more, and has the advantage that a thick film can be easily obtained when the pore volume IB is 0.5 ml/g or less. From this viewpoint, it is more preferable that the pore volume IB of pores with diameters of less than 0.3 μm is 0.12 ml/g or more and 0.4 ml/g or less, and even more preferable that it is 0.14 ml/g or more and 0.3 ml/g or less.
本発明のCS用粉末は成膜中の詰まりの解消や膜硬度や成膜性の点で、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の細孔容積IAが0.05ml/g以上0.25ml/g以下であることが好ましく、0.12ml/g以上0.2ml/g以下であることがより好ましい。 In terms of eliminating clogging during film formation, film hardness, and film-forming properties, the CS powder of the present invention preferably has a pore volume IA of pores with diameters of 0.3 μm to 2.0 μm of 0.05 ml/g to 0.25 ml/g, more preferably 0.12 ml/g to 0.2 ml/g.
本発明におけるCS用粉末は細孔容積分布において、細孔径0.3μm未満に、少なくとも一つピークを有していてもよい。或いは、細孔径0.3μm未満において、ブロードな隆起を有していてもよい。本発明におけるCS用粉末は細孔容積分布において、細孔径0.3μm未満において、少なくとも一つピークを有する場合、当該ピークのピーク位置としては、5nm以上300nm未満の範囲が挙げられ、10nm以上200nm以下の範囲がより好ましい。 The CS powder of the present invention may have at least one peak in the pore volume distribution at a pore diameter of less than 0.3 μm. Alternatively, it may have a broad protuberance at a pore diameter of less than 0.3 μm. When the CS powder of the present invention has at least one peak in the pore volume distribution at a pore diameter of less than 0.3 μm, the peak position of the peak may be in the range of 5 nm or more and less than 300 nm, and more preferably in the range of 10 nm or more and 200 nm or less.
上記の細孔容積分布を有するCS用粉末は後述する好適な製造方法により得ることができる。 CS powder having the above pore volume distribution can be obtained by a suitable manufacturing method described below.
(3)BET比表面積
CS用粉末は、成膜性と供給性及びそれに基づく高い膜硬度を得る点から、BET比表面積が特定範囲であることが好ましい。具体的には、CS用粉末のBET比表面積は、3m2/g以上30m2/g未満であることが好ましく、5m2/g以上25m2/g以下であることがより好ましく、7.5m2/g以上20m2/g以下であることが特に好ましい。
(3) BET Specific Surface Area In order to obtain film-forming and supplying properties and thus high film hardness, the CS powder preferably has a BET specific surface area within a specific range. Specifically, the BET specific surface area of the CS powder is preferably 3 m2 /g or more and less than 30 m2 /g, more preferably 5 m2 /g or more and 25 m2 /g or less, and particularly preferably 7.5 m2 /g or more and 20 m2 /g or less.
上記のBET比表面積を有するCS用粉末は後述する好適な製造方法により得ることができる。 CS powder having the above BET specific surface area can be obtained by a suitable manufacturing method described below.
(4)粒度分布
CS用粉末は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定法により測定された体積基準の粒度分布のピークが1μm以上10μm以下の範囲に少なくとも1つ観察されることが好ましい。1μm以上10μm以下の粒度の粉末が、細孔容積の分布において細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲にピークを与えやすい。このような構成とすることで、CS用粉末は一層流動性を高めることができる。上記効果を一層優れたものとする点から、CS用粉末は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定法により測定された体積基準の粒度分布のピークが1μm以上10μm以下の範囲内において、特に1.5μm以上8μm以下の範囲に粒度分布のピークが観察されることがより好ましく、とりわけ2μm以上5μm以下の範囲に少なくとも1つピークが観察されることがより一層好ましい。
なお、本明細書において、CS用粉末のレーザー回折・散乱式粒度分布測定法による粒度分布は、超音波による前処理を行っていない試料について測定するものとする。
(4) Particle size distribution It is preferable that the CS powder has at least one peak in the volumetric particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method in the range of 1 μm to 10 μm. A powder with a particle size of 1 μm to 10 μm is likely to give a peak in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm in the pore volume distribution. By adopting such a configuration, the CS powder can further increase the fluidity. In order to further improve the above effect, it is more preferable that the CS powder has a peak in the volumetric particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method in the range of 1 μm to 10 μm, particularly in the range of 1.5 μm to 8 μm, and it is even more preferable that at least one peak is observed in the range of 2 μm to 5 μm.
In this specification, the particle size distribution of the powder for CS by the laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method is measured on a sample that has not been subjected to ultrasonic pretreatment.
CS用粉末は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定法により測定された体積基準の粒度分布のピークが10μm超100μm以下の範囲に少なくとも1つ観察されることが好ましい。前記の粒度分布において、10μm超100μm以下の範囲の粒度のピークを有する二次粒子は、上述した細孔容積分布において、一次粒子間の空隙が、細孔径0.3μm未満における上記範囲の細孔容積を与えやすい。このような粒度の二次粒子は、流動性を有し、且つ成膜性に優れるため好ましい。この観点から、CS用粉末は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定法により測定された体積基準の粒度分布のピークが10μm超100μm以下の範囲内のうち、特に20μm以上80μm以下の範囲にピークが観察されることがより好ましく、とりわけ25μm以上50μm以下の範囲に少なくとも1つピークが観察されることがより一層好ましい。上記のような二次粒径を有する二次粒子は造粒工程により得られた造粒粉末であってもよく、造粒工程を経ずに一次粒子が凝集した凝集粉であってもよい。造粒粉末は顆粒と呼ばれることもある。 It is preferable that the CS powder has at least one peak in the volumetric particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method in the range of more than 10 μm to 100 μm. In the above particle size distribution, the secondary particles having a particle size peak in the range of more than 10 μm to 100 μm tend to provide a pore volume in the above range with a pore diameter of less than 0.3 μm in the above-mentioned pore volume distribution. Secondary particles of such a particle size are preferable because they have fluidity and excellent film forming properties. From this perspective, it is more preferable that the CS powder has a peak in the volumetric particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method in the range of more than 10 μm to 100 μm, particularly in the range of 20 μm to 80 μm, and even more preferably in the range of 25 μm to 50 μm. The secondary particles having the above-mentioned secondary particle size may be a granulated powder obtained by a granulation process, or may be an agglomerated powder in which primary particles are aggregated without going through a granulation process. Granulated powders are sometimes called granules.
(5)第1粉末及び第2粉末
本発明のCS用粉末は、Ln1の化合物を有し、レーザー回折・散乱式粒度分布測定法により測定された体積基準の粒度分布において10μm超100μm以下のD50(レーザー回折・散乱式粒度分布測定法による小径側からの積算体積が50%になる粒径)を有する第1粉末と、前記粒度分布において1μm以上10μm以下のD50を有する第2粉末とを含有することが好ましい。第2粉末のD50は1.5μm以上8μm以下であることが、成膜性及び供給性の点で好ましく、2μm以上5μm以下がより好ましい。第1粉末のD50は20μm以上80μm以下が成膜性及び供給性の点で好ましく、25μm以上50μm以下がより好ましい。
本明細書において、第1粉末のレーザー回折・散乱式粒度分布測定法によるD50は、超音波による前処理を行っていない試料について測定するものとする。
第1粉末の形態は顆粒又は凝集粉が挙げられる。
(5) First Powder and Second Powder The powder for CS of the present invention preferably contains a first powder having a compound of Ln 1 and having a D 50 of more than 10 μm and not more than 100 μm in a volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering type particle size distribution measurement method (a particle size at which the cumulative volume from the small diameter side by a laser diffraction/scattering type particle size distribution measurement method is 50%), and a second powder having a D 50 of 1 μm or more and not more than 10 μm in the particle size distribution. The D 50 of the second powder is preferably 1.5 μm or more and not more than 8 μm in terms of film-forming properties and supply properties, and more preferably 2 μm or more and not more than 5 μm. The D 50 of the first powder is preferably 20 μm or more and not more than 80 μm in terms of film-forming properties and supply properties, and more preferably 25 μm or more and not more than 50 μm.
In this specification, the D 50 of the first powder measured by the laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method is measured on a sample that has not been subjected to ultrasonic pretreatment.
The first powder may be in the form of granules or agglomerated powder.
第1粉末は、Ln1の化合物を有し、CS膜を構成するための成膜用の粉末である。第1粉末は、CS用粉末における前記の粒度分布において、10μm超100μm以下の範囲内のピークを与えるものである。成膜性及び供給性の両立の点から、第1粉末はBET比表面積が10m2/g以上50m2/g以下であることが好ましく、15m2/g以上30m2/g以下であることがより好ましい。 The first powder has a compound of Ln 1 and is a film-forming powder for forming a CS film. The first powder gives a peak in the particle size distribution of the CS powder in the range of more than 10 μm to 100 μm. From the viewpoint of achieving both film-forming property and supply property, the first powder preferably has a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and 50 m 2 /g or less, and more preferably 15 m 2 /g or more and 30 m 2 /g or less.
第2粉末は供給助剤として作用する。第2粉末はCS用粉末における前記の粒度分布において1μm以上10μm以下の範囲のピークを与えるものである。第2粉末は、BET比表面積が1m2/g以上10m2/g以下であることが、CS用粉末が供給性に優れる点で好ましく、2m2/g以上5m2/g以下であることがより好ましい。
本明細書において、第2粉末のレーザー回折・散乱式粒度分布測定法によるD50は、超音波による前処理を行っていない試料について測定するものとする。
第2粉末の形態に特に限定はないが顆粒でないことが供給性の向上の点で好ましい。
The second powder acts as a supply aid. The second powder gives a peak in the particle size distribution of the CS powder in the range of 1 μm to 10 μm. The second powder preferably has a BET specific surface area of 1 m2 /g to 10 m2 /g in terms of excellent supplyability of the CS powder, and more preferably has a BET specific surface area of 2 m2 /g to 5 m2 /g.
In this specification, the D 50 of the second powder measured by the laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method is measured on a sample that has not been subjected to ultrasonic pretreatment.
The form of the second powder is not particularly limited, but it is preferable that the second powder is not in granular form in terms of improving supplyability.
第2粉末はセラミックス粉末であることが、Ln1化合物をCS法にて成膜する際のノズル詰まりを改善しやすいこと、及び、膜硬度を向上させる点で好ましく、特に希土類化合物、珪素化合物及びアルミニウム化合物のうち少なくとも1種からなることが、シリコンウェハーへの不純物汚染を防ぐ点から好ましい。第2粉末が希土類化合物、珪素化合物及びアルミニウム化合物のうち少なくとも1種からなるとは、第2粉末が希土類化合物、珪素化合物及びアルミニウム化合物のうち少なくとも1種を主相とすること、具体的には、第2粉末は粉末を下記条件のX線回折測定に供した場合に、そのメーンピークが希土類化合物、珪素化合物又はアルミニウム化合物に由来するものであることを意味することが好ましい。 The second powder is preferably a ceramic powder in terms of improving nozzle clogging when forming a film from the Ln 1 compound by the CS method and improving the film hardness, and is particularly preferably made of at least one of rare earth compounds, silicon compounds, and aluminum compounds in terms of preventing impurity contamination of silicon wafers. The second powder is preferably made of at least one of rare earth compounds, silicon compounds, and aluminum compounds, which means that the second powder has at least one of rare earth compounds, silicon compounds, and aluminum compounds as its main phase, specifically, when the second powder is subjected to X-ray diffraction measurement under the following conditions, its main peak is derived from a rare earth compound, a silicon compound, or an aluminum compound.
第2粉末を構成する希土類化合物における希土類元素Ln2としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユーロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)及びルテチウム(Lu)の16種類の元素が挙げられる。第2粉末を構成する希土類元素Ln2の化合物としては、希土類元素Ln2の酸化物、希土類元素Ln2のフッ化物、希土類元素Ln2のオキシフッ化物が挙げられる。希土類元素Ln2の酸化物、希土類元素Ln2のフッ化物、希土類元素Ln2のオキシフッ化物としては、上述した16種の希土類元素Ln2の酸化物、フッ化物、オキシフッ化物を特に制限なく用いることができる。 The rare earth element Ln 2 in the rare earth compound constituting the second powder includes 16 elements, namely, scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu). The compound of the rare earth element Ln 2 constituting the second powder includes an oxide of the rare earth element Ln 2 , a fluoride of the rare earth element Ln 2 , and an oxyfluoride of the rare earth element Ln 2 . As the oxide of the rare earth element Ln2 , the fluoride of the rare earth element Ln2 , and the oxyfluoride of the rare earth element Ln2 , the oxides, fluorides, and oxyfluorides of the above-mentioned 16 kinds of rare earth elements Ln2 can be used without any particular limitation.
希土類元素Ln2の酸化物はセリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、テルビウム(Tb)のときを除いてセスキ酸化物(Ln2 2O3、Ln2は上記希土類元素)であってもよい。酸化セリウムは通常CeO2であり、酸化プラセオジムは通常Pr6O11であり、酸化テルビウムは通常Tb4O7である。希土類元素Ln2の酸化物は、2種以上の希土類元素の複合酸化物であってもよく、また希土類元素とAl等との複合酸化物であってもよい。 The oxide of the rare earth element Ln2 may be a sesquioxide ( Ln22O3 , Ln2 being the above rare earth element) except for cerium (Ce ), praseodymium (Pr), and terbium (Tb). Cerium oxide is usually CeO2 , praseodymium oxide is usually Pr6O11 , and terbium oxide is usually Tb4O7 . The oxide of the rare earth element Ln2 may be a composite oxide of two or more rare earth elements, or a composite oxide of a rare earth element and Al, etc.
希土類元素Ln2のフッ化物はLn2F3で表されることが好ましい。また、希土類元素Ln2のオキシフッ化物については希土類元素が上記16種に広がった以外は、上記特定の希土類元素Ln1について述べたことが当てはまる。つまり、Ln2のオキシフッ化物は希土類元素(Ln2)、酸素(O)、フッ素(F)からなる化合物(以下、「Ln2-O-F」とも記載する。)である。Ln2-O-Fとしては、希土類元素(Ln2)、酸素(O)、フッ素(F)のモル比がLn2:O:F=1:1:1である化合物(Ln2OF)であってもよく、その他の形態の希土類元素のオキシフッ化物(Ln2 5O4F7、Ln2 7O6F9、Ln2 4O3F6等)であってもよい。オキシフッ化物の製造しやすさや供給性が高いという効果をより高く奏される観点から、Ln2-O-Fは、Ln2OxFy(0.3≦x≦1.7、0.1≦y≦1.9)で表されることが好ましい。特に上記の観点から、上記式において、0.35≦x≦1.65であることがより好ましく、0.4≦x≦1.6であることが更に好ましい。また0.2≦y≦1.8であることがより好ましく、0.5≦y≦1.5であることが更に好ましい。また上記式において、2.3≦2x+y≦5.3、特に2.35≦2x+y≦5.1を満たすものも好ましく、とりわけ2x+y=3を満たすものが好ましい。特に、x<1であり、y>1であるものを用いることが、フッ素系プラズマ及び酸素系プラズマの両者に対する化学的安定性の点で好ましい。 The fluoride of the rare earth element Ln2 is preferably represented by Ln2F3 . In addition, the same description as for the specific rare earth element Ln1 applies to the oxyfluoride of the rare earth element Ln2 , except that the rare earth elements are expanded to the above 16 types. In other words, the oxyfluoride of Ln2 is a compound consisting of a rare earth element ( Ln2 ), oxygen (O), and fluorine (F) (hereinafter also referred to as " Ln2 -O-F"). Ln 2 -O-F may be a compound (Ln 2 OF) in which the molar ratio of rare earth element (Ln 2 ), oxygen (O), and fluorine (F) is Ln 2 : O: F = 1: 1: 1, or may be an oxyfluoride of a rare earth element in another form (Ln 2 5 O 4 F 7 , Ln 2 7 O 6 F 9 , Ln 2 4 O 3 F 6, etc.). From the viewpoint of achieving a higher effect of ease of production and high supplyability of the oxyfluoride, it is preferable that Ln 2 -O-F is represented by Ln 2 O x F y (0.3≦x≦1.7, 0.1≦y≦1.9). In particular, from the above viewpoint, in the above formula, it is more preferable that 0.35≦x≦1.65, and even more preferable that 0.4≦x≦1.6. It is more preferable that 0.2≦y≦1.8, and even more preferable that 0.5≦y≦1.5. In the above formula, it is also preferable that 2.3≦2x+y≦5.3, particularly 2.35≦2x+y≦5.1, and it is particularly preferable that 2x+y=3 is satisfied. In particular, it is preferable to use a compound in which x<1 and y>1 is satisfied, in terms of chemical stability against both fluorine-based plasma and oxygen-based plasma.
第2粉末の希土類元素Ln2の化合物は、成膜用元素Ln1の化合物と同一であってもよく、異なっていてもよい。第2粉末の希土類元素Ln2の化合物が成膜用元素Ln1の化合物と同一であることは膜組成を単一化合物からなるものに容易に構成できる点で好ましい。
なお、本発明において第2粉末は、得られるCS膜を構成していてもよく、例えば供給性を高める助剤としてのみ作用し、膜を構成しなくてもよい。
The compound of the rare earth element Ln2 of the second powder may be the same as or different from the compound of the film-forming element Ln1 . It is preferable that the compound of the rare earth element Ln2 of the second powder is the same as the compound of the film-forming element Ln1 , since this makes it easier to form a film composition consisting of a single compound.
In the present invention, the second powder may constitute the obtained CS film, or may act only as an auxiliary agent for improving the supplyability, without constituting a film.
珪素化合物としてはSiO2が挙げられる。 The silicon compound may be SiO2 .
アルミニウム化合物としては、Al2O3、AlF3、AlOFが挙げられる。 The aluminum compound includes Al 2 O 3 , AlF 3 , and AlOF.
第2粉末としては、Ln2の化合物の中でも特にY,Y及びGdから選ばれる少なくとも一種の希土類元素の化合物を用いることが半導体装置の耐食性被覆部材の使用に適している点や原料価格の点で好ましく、Y,Yb及びGdから選ばれる少なくとも一種の希土類元素のフッ化物又はオキシフッ化物を用いることが好ましく、とりわけYの化合物を用いることがプラズマに対する化学及び物理的安定性の点で好ましい。また第2粉末としては、Al2O3を用いることが膜の硬度を向上させる点で好ましい。 As the second powder, among the Ln2 compounds, it is preferable to use at least one rare earth element compound selected from Y, Y and Gd in terms of suitability for use in corrosion-resistant coating members of semiconductor devices and in terms of raw material prices, and it is preferable to use at least one rare earth element fluoride or oxyfluoride selected from Y, Yb and Gd, and it is particularly preferable to use a Y compound in terms of chemical and physical stability against plasma. Also, it is preferable to use Al2O3 as the second powder in terms of improving the hardness of the film.
成膜性を維持しつつ供給性を高める点から、第1粉末の量は、CS用粉末中、10質量%以上90質量%以下であることが好ましく、20質量%以上80質量%以下であることが好ましく、30質量%以上70質量%以下であることが特に好ましい。また、第1粉末の量は、第1粉末と第2粉末との合計量に対しても、10質量%以上90質量%以下であることが好ましく、20質量%以上80質量%以下であることが好ましく、30質量%以上70質量%以下であることが特に好ましい。 In order to maintain film-forming properties while improving supplyability, the amount of the first powder in the CS powder is preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, and particularly preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less. The amount of the first powder is also preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, and particularly preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less, based on the total amount of the first powder and the second powder.
成膜性を維持しつつ供給性を高める点から、第2粉末の量は、CS用粉末中、10質量%以上90質量%以下であることが好ましく、20質量%以上80質量%以下であることが好ましく、30質量%以上70質量%以下であることが特に好ましい。また、第2粉末の量は、第1粉末と第2粉末との合計量に対しても、10質量%以上90質量%以下であることが好ましく、20質量%以上80質量%以下であることが好ましく、30質量%以上70質量%以下であることが特に好ましい。 In order to maintain film-forming properties while improving supplyability, the amount of the second powder in the CS powder is preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, and particularly preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less. The amount of the second powder is also preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, and particularly preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less, based on the total amount of the first powder and the second powder.
CS用粉末中の第1粉末及び第2粉末以外の粉末の量は10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、2質量%以下であることが更に好ましい。 The amount of powders other than the first powder and the second powder in the CS powder is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or less.
次いで、上記CS用粉末の好適な製造方法について説明する。本発明のCS用粉末の製造方法としては、上述したD50及び組成の第1粉末及び第2粉末を製造し、それを混合する方法が挙げられる。混合比率は上述した好適な比率が挙げられる。
第1粉末は従来公知の方法で製造でき、例えば特許文献1に記載の希土類化合物粉末の製造方法に準じた製造方法によって製造できる。
第2粉末も製法は特に限定されないが、第2粉末がLn2のオキシフッ化物又はフッ化物からなる場合の好適な製造方法について、以下説明する。
Next, a preferred method for producing the powder for CS will be described. The method for producing the powder for CS of the present invention includes a method in which the first powder and the second powder having the above-mentioned D50 and composition are produced and mixed. The mixing ratio can be the preferred ratio described above.
The first powder can be produced by a conventionally known method, for example, a method similar to the method for producing a rare earth compound powder described in Patent Document 1.
The manufacturing method of the second powder is also not particularly limited, but a preferred manufacturing method in the case where the second powder is made of an oxyfluoride or fluoride of Ln2 will be described below.
第2粉末がLn2のオキシフッ化物又はフッ化物からなる場合の好適な製法とは、希土類元素のフッ化物及び希土類元素の酸化物とを混合し、当該混合物を600℃以上1000℃以下で焼成した後、粉砕してD50を1μm以上10μm以下にする。
上記の焼成温度は700℃以上900℃以下であることがより好ましい。また焼成雰囲気としては大気雰囲気が挙げられる。
When the second powder is made of an oxyfluoride or fluoride of Ln2, a suitable method for producing the second powder is to mix a fluoride of a rare earth element and an oxide of a rare earth element, sinter the mixture at 600°C to 1000°C, and then grind the mixture to have a D50 of 1 μm to 10 μm.
The firing temperature is more preferably 700° C. or higher and 900° C. or lower. The firing atmosphere may be air.
(6)CS法による成膜
次いで、CS法による成膜方法について説明する。
本成膜方法は、本発明のCS用粉末を原料粉末とし、加熱及び加圧されたガスにより、原料粉末を加熱及び加速し、基材上に衝突させて成膜する。
CS法の成膜に用いる成膜装置としては、高温・高圧ガスを発生させる発生部と、当該発生部から高温・高圧ガスを受け取り、ガスを加速させるガス加速部及び基材を保持する基材保持部とを有し、高温・高圧ガス流中に原料粉末を投入することで基材に原料粉末を衝突させるものが挙げられる。
(6) Film Formation by CS Method Next, a film formation method by the CS method will be described.
In this film formation method, the CS powder of the present invention is used as a raw material powder, and the raw material powder is heated and accelerated by a heated and pressurized gas, and caused to collide with a substrate to form a film.
An example of a film formation device used in film formation by the CS method is one that has a generation section that generates high-temperature, high-pressure gas, a gas acceleration section that receives the high-temperature, high-pressure gas from the generation section and accelerates the gas, and a substrate holding section that holds a substrate, and in which raw material powder is injected into the high-temperature, high-pressure gas flow to cause the raw material powder to collide with the substrate.
高温・高圧ガス発生部におけるガス温度としては150℃以上であることが希土類化合物の粒子を基材に付着しやすくする点で好ましく、800℃以下であることが、加速ノズルからの金属不純物汚染を防止する観点で好ましい。これらの観点から、ガス温度は160℃以上750℃以下であることがより好ましく、180℃以上700℃以下であることが特に好ましい。 The gas temperature in the high-temperature, high-pressure gas generation section is preferably 150°C or higher in order to facilitate adhesion of rare earth compound particles to the substrate, and 800°C or lower in order to prevent metal impurity contamination from the acceleration nozzle. From these perspectives, the gas temperature is more preferably 160°C or higher and 750°C or lower, and particularly preferably 180°C or higher and 700°C or lower.
高温・高圧ガス発生部におけるガス圧力としては0.1MPa以上であることが、粒子が基材に付着しやすい点で好ましく、10MPa以下であることが、基材表面近傍で発生する衝撃波によって粒子が基材に衝突し難い現象を防止しやすい点で好ましい。この観点から、ガス圧力は0.2MPa以上8MPa以下であることがより好ましく、0.3MPa以上6MPa以下であることが特に好ましい。 The gas pressure in the high-temperature, high-pressure gas generating section is preferably 0.1 MPa or more since it allows the particles to easily adhere to the substrate, and is preferably 10 MPa or less since it makes it easier to prevent shock waves generated near the substrate surface from causing the particles to collide with the substrate. From this perspective, the gas pressure is more preferably 0.2 MPa or more and 8 MPa or less, and particularly preferably 0.3 MPa or more and 6 MPa or less.
ガス加速部には加速ノズルを用いることができ、その形状や構造は限定されない。
基材としてはアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、炭素鋼等の金属基材、グラファイト、石英、アルミナ等のセラミックス、プラスチック等を用いることができる。
ガスとしては、圧縮空気、窒素、ヘリウム等を用いることができる。
The gas acceleration section can be an acceleration nozzle, and the shape and structure thereof are not limited.
The substrate may be made of metal such as aluminum, aluminum alloy, stainless steel, or carbon steel; ceramics such as graphite, quartz, or alumina; or plastics.
The gas may be compressed air, nitrogen, helium, or the like.
基材保持部における基材の位置は、高温・高圧ガス流に曝される位置であれば良い。基材保持部と基材は固定されていても良いが、基材及び/又はガンを上下及び/又は左右に移動させて、基材全体を高温・高圧ガス流に曝し、均一成膜することが好ましい。原料粉末の噴出部と基材との距離(以下「成膜距離」ともいう)は例えば、10mm以上50mm以下であることが成膜しやすさ等の点で好ましく、15mm以上45mm以下であることがより好ましい。 The position of the substrate in the substrate holder may be any position that is exposed to the high-temperature, high-pressure gas flow. The substrate holder and substrate may be fixed, but it is preferable to move the substrate and/or the gun vertically and/or horizontally to expose the entire substrate to the high-temperature, high-pressure gas flow and form a uniform film. The distance between the ejection portion of the raw powder and the substrate (hereinafter also referred to as the "film formation distance") is preferably, for example, 10 mm or more and 50 mm or less in terms of ease of film formation, and more preferably 15 mm or more and 45 mm or less.
上記で得られた皮膜の厚さは20μm以上であることが半導体製造装置の構成部材のコーティングにより、ハロゲン系プラズマ耐性を十分得られる点で好ましく、500μm以下であることが経済的な観点や用途に適した厚みという観点で好ましい。この観点から100μm以上300μm以下がより好ましい。また、本発明で得られた膜は、エッチング時に膜に印加される物理的スパッタ作用への耐久性の観点から、ビッカース硬度が70以上であることが好ましく、90以上であることがより好ましく、100以上であることが更に一層好ましい。ビッカース硬度の上限としては製造容易性の観点からは500が挙げられる。ビッカース硬度の測定方法は、後述する実施例に記載の方法が挙げられる。 The thickness of the film obtained above is preferably 20 μm or more in terms of obtaining sufficient halogen plasma resistance by coating the components of the semiconductor manufacturing equipment, and 500 μm or less in terms of economical viewpoints and thickness suitable for the purpose. From this viewpoint, 100 μm or more and 300 μm or less are more preferable. Furthermore, from the viewpoint of durability against the physical sputtering action applied to the film during etching, the film obtained by the present invention preferably has a Vickers hardness of 70 or more, more preferably 90 or more, and even more preferably 100 or more. From the viewpoint of ease of production, the upper limit of the Vickers hardness is 500. The method for measuring the Vickers hardness can be the method described in the examples below.
上記で得られた皮膜は、Ln1の化合物からなり、好ましくは、Ln1のオキシフッ化物又はフッ化物からなる。皮膜又は粉末がLn1の化合物からなるとは、Ln1の化合物を主相とすること、具体的には、皮膜又は粉末を下記条件のX線回折測定に供した場合に、そのメーンピークがLn1の化合物に由来するものであることを意味することが好ましい。とりわけ、上記で得られた皮膜は、Y5O4F7、YOF及びYF3から選ばれる1種又は2種以上からなることが、これらの化合物からなるCS膜において比較的硬度の高い膜が得られることに関し、フッ素系プラズマ及び塩素系プラズマ、酸素系プラズマの何れに対しても化学的に安定であり、半導体製造装置のチャンバー等の部材の耐食コーティングとして適している等の効果に優れる点で好ましい。 The coating obtained above is composed of a compound of Ln 1 , and preferably composed of an oxyfluoride or fluoride of Ln 1. The coating or powder composed of a compound of Ln 1 preferably means that the compound of Ln 1 is the main phase, specifically, that when the coating or powder is subjected to X-ray diffraction measurement under the following conditions, the main peak is derived from the compound of Ln 1. In particular, the coating obtained above is preferably composed of one or more selected from Y 5 O 4 F 7 , YOF and YF 3 , in terms of obtaining a relatively hard film in a CS film composed of these compounds, being chemically stable against any of fluorine-based plasma, chlorine-based plasma and oxygen-based plasma, and being suitable as a corrosion-resistant coating for members such as chambers of semiconductor manufacturing equipment.
上記で得られた皮膜は半導体製造装置の構成部材以外にも各種プラズマ処理装置、化学プラントの構成部材のコーティング用途に用いることができる。 The coating obtained above can be used for coating components of various plasma processing equipment and chemical plants in addition to components of semiconductor manufacturing equipment.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」は「質量%」を意味する。なお、以下に記載のBET比表面積は何れも以下に記載の方法で測定した。図1~図9に実施例1及び2並びに比較例1及び2の細孔容積分布、粒度分布を示す。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, "%" means "mass %." The BET specific surface areas described below were all measured by the method described below. Figures 1 to 9 show the pore volume distribution and particle size distribution of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
<実施例1>
[第1粉末]
第1粉末は以下の手順に従い作製した。
酸化イットリウム粉末1.6kgを、100℃に加温した30%酢酸水溶液10kg中に溶解させた。得られた溶液を、冷却し、析出した酢酸イットリウム水和物を大気雰囲気下、650℃で焼成した。この工程により酸化イットリウム粉末を得た。
得られた酸化イットリウム粉末を70g/Lの濃度にて純水中に分散させ、そこに酸化イットリウム100gに対して、フッ化水素25gとなるように、50%フッ化水素酸を添加して25℃で24時間撹拌を行い、オキシフッ化イットリウム前駆体を得た。得られた前駆体を脱水したのち、大気雰囲気下、120℃で24時間乾燥を行った。得られた乾燥粉末を大気雰囲気下、400℃で5時間焼成を行ったのち、ピンミルにて解砕を行い、オキシフッ化イットリウム粉末とした。
得られたオキシフッ化イットリウム粉末を35%の濃度にて純水中に分散させたのち、大川原加工機製FOC-16型スプレードライヤーを用いて造粒を行い、オキシフッ化イットリウム(Y5O4F7)造粒粉末(顆粒)とした。スプレードライヤーの操作条件はスラリー供給速度:245ml/min、アトマイザー回転数:20000min-1、入口温度:250℃とした。
Example 1
[First powder]
The first powder was prepared according to the following procedure.
1.6 kg of yttrium oxide powder was dissolved in 10 kg of 30% acetic acid aqueous solution heated to 100° C. The resulting solution was cooled, and the precipitated yttrium acetate hydrate was fired in an air atmosphere at 650° C. Yttrium oxide powder was obtained by this process.
The obtained yttrium oxide powder was dispersed in pure water at a concentration of 70 g/L, and 50% hydrofluoric acid was added thereto so that 25 g of hydrogen fluoride was obtained per 100 g of yttrium oxide, and the mixture was stirred at 25° C. for 24 hours to obtain an yttrium oxyfluoride precursor. The obtained precursor was dehydrated and then dried at 120° C. for 24 hours in an air atmosphere. The obtained dried powder was calcined at 400° C. for 5 hours in an air atmosphere, and then crushed with a pin mill to obtain an yttrium oxyfluoride powder.
The obtained yttrium oxyfluoride powder was dispersed in pure water at a concentration of 35%, and then granulated using a FOC-16 spray dryer manufactured by Okawara Kakakuki Co., Ltd. to obtain yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) granulated powder (granules). The operating conditions of the spray dryer were a slurry supply rate of 245 ml/min, an atomizer rotation speed of 20,000 min -1 , and an inlet temperature of 250°C.
[第2粉末]
第2粉末としてはフジミインコーポレイテッド(株)製アルミナ粉末DTS-A35-10/0を用いた。
[Second Powder]
As the second powder, alumina powder DTS-A35-10/0 manufactured by Fujimi Incorporated was used.
上述で得られた第1粉末500gと第2粉末500gをビニール袋中で3分間振蕩し、CS用混合粉末とした。実施例1で得られたCS用混合粉末において、細孔容積IAに対して、細孔容積IBの比IB/IAは5以下であった。CS用粉末は、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲における細孔容積のピークの立ち下がり点(終点)が細孔径0.3μmよりも大径側に位置していた。また細孔容積の分布において細孔径10nm以上200nmの範囲に細孔容積のピークが観察された。 500 g of the first powder and 500 g of the second powder obtained above were shaken in a vinyl bag for 3 minutes to obtain a mixed powder for CS. In the mixed powder for CS obtained in Example 1, the ratio IB/IA of the pore volume IB to the pore volume IA was 5 or less. In the powder for CS, the falling point (end point) of the pore volume peak in the pore diameter range of 0.3 μm to 2.0 μm was located on the larger diameter side than the pore diameter of 0.3 μm. In addition, in the pore volume distribution, a pore volume peak was observed in the pore diameter range of 10 nm to 200 nm.
<実施例2>
[第1粉末]
第1粉末は実施例1に供したものと同じ粉末を用いた。
[第2粉末]
第2粉末は以下の手順に従い作製した。
日本イットリウム(株)製酸化イットリウム粉末1.0kgとフッ化イットリウム粉末1.1kgを(株)石川工業製石川式攪拌擂潰機を用いて混合し、大気雰囲気下で900℃24時間焼成を行った。得られた焼成物について、増幸産業(株)製マスコロイダーを用いて粗砕を行った。得られた粗砕物に純水を添加し、30%のスラリーとした後、ボールミルを用いてD50が2.5μmになるまで湿式粉砕を行った。得られた粉砕物を大気雰囲気下、150℃で24時間乾燥したのち、ピンミルを用いて微解砕を行い、目的とする第2粉末を得た。
Example 2
[First powder]
The first powder was the same as that used in Example 1.
[Second Powder]
The second powder was prepared according to the following procedure.
1.0 kg of yttrium oxide powder manufactured by Nippon Yttrium Co., Ltd. and 1.1 kg of yttrium fluoride powder were mixed using an Ishikawa-type mixing and crushing machine manufactured by Ishikawa Kogyo Co., Ltd., and fired at 900°C for 24 hours in an air atmosphere. The fired product was coarsely crushed using a mass colloider manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. Pure water was added to the coarsely crushed product to make a 30% slurry, and then wet-pulverized using a ball mill until D50 was 2.5 μm. The crushed product was dried at 150°C for 24 hours in an air atmosphere, and then finely crushed using a pin mill to obtain the desired second powder.
上述で得られた第1粉末500gと第2粉末500gをビニール袋中で3分間振蕩し、CS用混合粉末とした。 500 g of the first powder and 500 g of the second powder obtained above were shaken in a plastic bag for 3 minutes to prepare a mixed powder for CS.
<実施例3>
[第1粉末]
第1粉末は以下の手順に従い作製した。
酸化イットリウム粉末1.6kgを100℃に加温した30%酢酸水溶液10kg中に溶解させた。得られた溶液を冷却し、析出した酢酸イットリウム水和物を大気雰囲気下、650℃で焼成した。この工程により、酸化イットリウム粉末を得た。
得られた酸化イットリウム粉末を70g/Lの濃度にて純水中に分散させ、そこに酸化イットリウム100gに対して、フッ化水素18gとなるように、50%フッ化水素酸を添加して25℃で24時間撹拌を行い、オキシフッ化イットリウム前駆体を得た。得られた前駆体を脱水したのち、大気雰囲気下、120℃で24時間乾燥を行った。得られた乾燥粉末を大気雰囲気下、400℃で5時間焼成を行ったのち、ピンミルにて解砕を行い、オキシフッ化イットリウム粉末とした。
得られたオキシフッ化イットリウム粉末を35%の濃度にて純水中に分散させたのち、大川原加工機製FOC-16型スプレードライヤーを用いて造粒を行い、オキシフッ化イットリウム(YOF)造粒粉末(顆粒)とした。スプレードライヤーの操作条件はスラリー供給速度:245ml/min、アトマイザー回転数:20000min-1、入口温度:250℃とした。
Example 3
[First powder]
The first powder was prepared according to the following procedure.
1.6 kg of yttrium oxide powder was dissolved in 10 kg of 30% aqueous acetic acid solution heated to 100° C. The resulting solution was cooled, and the precipitated yttrium acetate hydrate was fired in an air atmosphere at 650° C. By this process, yttrium oxide powder was obtained.
The obtained yttrium oxide powder was dispersed in pure water at a concentration of 70 g/L, and 50% hydrofluoric acid was added thereto so that 18 g of hydrogen fluoride was added per 100 g of yttrium oxide, and the mixture was stirred at 25° C. for 24 hours to obtain an yttrium oxyfluoride precursor. The obtained precursor was dehydrated and then dried at 120° C. for 24 hours in an air atmosphere. The obtained dried powder was calcined at 400° C. for 5 hours in an air atmosphere, and then crushed with a pin mill to obtain an yttrium oxyfluoride powder.
The obtained yttrium oxyfluoride powder was dispersed in pure water at a concentration of 35%, and then granulated using a FOC-16 spray dryer manufactured by Okawara Kakakuki Co., Ltd. to obtain yttrium oxyfluoride (YOF) granulated powder (granules). The operating conditions of the spray dryer were a slurry supply rate of 245 ml/min, an atomizer rotation speed of 20,000 min -1 , and an inlet temperature of 250°C.
[第2粉末]
第2粉末は以下の手順に従い作製した。
日本イットリウム(株)製酸化イットリウム粉末1.0kgとフッ化イットリウム粉末0.6kgを(株)石川工業製石川式攪拌擂潰機を用いて混合し、大気雰囲気下で900℃24時間焼成を行った。得られた焼成物について、増幸産業(株)製マスコロイダーを用いて粗砕を行った。得られた粗砕物に純水を添加し、30%のスラリーとした後、ボールミルを用いてD50が2.5μmになるまで湿式粉砕を行った。得られた粉砕物を大気雰囲気下、150℃で24時間乾燥したのち、ピンミルを用いて微解砕を行い、目的とする第2粉末を得た。
[Second Powder]
The second powder was prepared according to the following procedure.
1.0 kg of yttrium oxide powder manufactured by Nippon Yttrium Co., Ltd. and 0.6 kg of yttrium fluoride powder were mixed using an Ishikawa-type mixing and crushing machine manufactured by Ishikawa Kogyo Co., Ltd., and fired at 900°C for 24 hours in an air atmosphere. The fired product was coarsely crushed using a mass colloider manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. Pure water was added to the coarsely crushed product to make a 30% slurry, and then wet-pulverized using a ball mill until D50 was 2.5 μm. The crushed product was dried at 150°C for 24 hours in an air atmosphere, and then finely crushed using a pin mill to obtain the desired second powder.
上述で得られた第1粉末500gと第2粉末500gをビニール袋中で3分間振蕩し、CS用混合粉末とした。 500 g of the first powder and 500 g of the second powder obtained above were shaken in a plastic bag for 3 minutes to prepare a mixed powder for CS.
<実施例4>
[第1粉末]
第1粉末は以下の手順に従い作製した。
酸化イットリウム粉末1.6kgを100℃に加温した30%酢酸水溶液10kg中に溶解させた。得られた溶液を冷却し、析出して得られた酢酸イットリウム水和物を大気雰囲気中、650℃で焼成した。この工程により、酸化イットリウム粉末を得た。
得られた酸化イットリウム粉末を70g/Lの濃度にて純水中に分散させ、そこに酸化イットリウム100gに対して、フッ化水素35gとなるように、50%フッ化水素酸を添加して25℃で24時間撹拌を行い、オキシフッ化イットリウム前駆体を得た。得られた前駆体を脱水したのち、大気雰囲気下、120℃で24時間乾燥を行った。得られた乾燥粉末について大気雰囲気下、400℃で5時間焼成を行ったのち、ピンミルにて解砕を行い、オキシフッ化イットリウムとフッ化イットリウムを含む粉末とした。
得られた粉末を35%の濃度にて純水中に分散させたのち、大川原加工機製FOC-16型スプレードライヤーを用いて造粒を行い、オキシフッ化イットリウム(Y5O4F7)及びYF3の造粒粉末(顆粒)とした。スプレードライヤーの操作条件はスラリー供給速度:245ml/min、アトマイザー回転数:20000min-1、入口温度:250℃とした。
得られた粉末を下記条件のX線回折測定に供したところ、主相はY5O4F7(YO0.8F1.4)であり、副相がYF3であった。
Example 4
[First powder]
The first powder was prepared according to the following procedure.
1.6 kg of yttrium oxide powder was dissolved in 10 kg of 30% aqueous acetic acid solution heated to 100° C. The resulting solution was cooled, and the precipitated yttrium acetate hydrate was fired in an air atmosphere at 650° C. By this process, yttrium oxide powder was obtained.
The obtained yttrium oxide powder was dispersed in pure water at a concentration of 70 g/L, and 50% hydrofluoric acid was added thereto so that 35 g of hydrogen fluoride was added per 100 g of yttrium oxide, and the mixture was stirred at 25° C. for 24 hours to obtain an yttrium oxyfluoride precursor. The obtained precursor was dehydrated and then dried at 120° C. for 24 hours in an air atmosphere. The obtained dried powder was calcined at 400° C. for 5 hours in an air atmosphere, and then crushed with a pin mill to obtain a powder containing yttrium oxyfluoride and yttrium fluoride.
The obtained powder was dispersed in pure water at a concentration of 35%, and then granulated using an FOC-16 spray dryer manufactured by Okawara Kakakuki Co., Ltd. to obtain granulated powders (granules) of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) and YF 3. The operating conditions of the spray dryer were a slurry supply rate of 245 ml/min, atomizer rotation speed of 20,000 min -1 , and inlet temperature of 250°C.
The resulting powder was subjected to X-ray diffraction measurement under the conditions described below, which revealed that the main phase was Y 5 O 4 F 7 (YO 0.8 F 1.4 ) and the subphase was YF 3 .
[第2粉末]
第2粉末は以下の手順に従い作製した。
日本イットリウム(株)製酸化イットリウム粉末1.0kgとフッ化イットリウム粉末2.6kgを(株)石川工業製石川式攪拌擂潰機を用いて混合し、大気雰囲気下で900℃24時間焼成を行った。得られた焼成物について、増幸産業(株)製マスコロイダーを用いて粗砕を行った。得られた粗砕物に純水を添加し、30%のスラリーとした後、ボールミルを用いてD50が2.5μmになるまで湿式粉砕を行った。得られた粉砕物を大気雰囲気下、150℃で24時間乾燥したのち、ピンミルを用いて微解砕を行い、目的とする第2粉末を得た。得られた第2粉末を下記条件のX線回折測定に供したところ、主相はY5O4F7(YO0.8F1.4)であり、副相がYF3であった。
[Second Powder]
The second powder was prepared according to the following procedure.
1.0 kg of yttrium oxide powder manufactured by Nippon Yttrium Co., Ltd. and 2.6 kg of yttrium fluoride powder were mixed using an Ishikawa-type stirring and crushing machine manufactured by Ishikawa Kogyo Co., Ltd., and fired at 900°C for 24 hours in an air atmosphere. The fired product was coarsely crushed using a mass colloider manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. Pure water was added to the coarsely crushed product obtained to make a 30% slurry, and then wet-pulverized using a ball mill until D50 was 2.5 μm. The resulting pulverized product was dried at 150 °C for 24 hours in an air atmosphere, and then finely crushed using a pin mill to obtain the desired second powder. The obtained second powder was subjected to X-ray diffraction measurement under the following conditions, and the main phase was Y5O4F7 ( YO0.8F1.4 ) and the subphase was YF3 .
上述で得られた第1粉末500gと第2粉末500gをビニール袋中で3分間振蕩し、CS用混合粉末とした。 500 g of the first powder and 500 g of the second powder obtained above were shaken in a plastic bag for 3 minutes to prepare a mixed powder for CS.
<実施例5>
[第1粉末]
酸化イットリウム換算で濃度300g/Lの硝酸イットリウム水溶液2.2kgと50%フッ化水素酸0.5kgを反応させることによりフッ化イットリウムの沈殿物を得た。得られた沈殿物を脱水及び洗浄したのち、大気雰囲気下にて150℃で24時間乾燥を行った。得られた乾燥粉を擂潰器により解砕し、フッ化イットリウム粉末を得た。
得られた粉末を35%の濃度にて純水中に分散させたのち、大川原加工機製FOC-16型スプレードライヤーを用いて造粒を行い、フッ化イットリウムYF3の造粒粉末(顆粒)とした。スプレードライヤーの操作条件はスラリー供給速度:245ml/min、アトマイザー回転数:20000min-1、入口温度:250℃とした。
得られた粉末を下記条件のX線回折測定に供したところ、主相はYF3であった。
Example 5
[First powder]
A precipitate of yttrium fluoride was obtained by reacting 2.2 kg of an aqueous solution of yttrium nitrate having a concentration of 300 g/L in terms of yttrium oxide with 0.5 kg of 50% hydrofluoric acid. The precipitate was dehydrated and washed, and then dried at 150° C. for 24 hours in an air atmosphere. The dried powder was crushed in a grinder to obtain a powder of yttrium fluoride.
The obtained powder was dispersed in pure water at a concentration of 35%, and then granulated using a spray dryer FOC-16 manufactured by Okawara Kakakuki Co., Ltd. to obtain a granulated powder (granules) of yttrium fluoride YF3 . The operating conditions of the spray dryer were a slurry supply rate of 245 ml/min, an atomizer rotation speed of 20,000 min -1 , and an inlet temperature of 250°C.
The obtained powder was subjected to X-ray diffraction measurement under the following conditions, and the main phase was found to be YF3 .
[第2粉末]
第2粉末は以下の手順に従い作製した。
本実施例の[第1粉末]を大気雰囲気下、900℃24時間で焼成して得られた焼成物について増幸産業(株)製マスコロイダーを用いて粗砕を行った。得られた粗砕物に純水を添加し、30%のスラリーとした後、ボールミルを用いてD50が2.5μmになるまで湿式粉砕を行った。得られた粉砕物を大気雰囲気下にて150℃で24時間乾燥したのち、ピンミルを用いて微解砕を行い、目的とする第2粉末を得た。
[Second Powder]
The second powder was prepared according to the following procedure.
The first powder of this example was sintered at 900°C for 24 hours in an air atmosphere to obtain a sintered product, which was then roughly crushed using a mass colloider manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. The resulting roughly crushed product was mixed with pure water to obtain a 30% slurry, which was then wet-pulverized using a ball mill until the D50 reached 2.5 μm. The resulting pulverized product was dried at 150°C for 24 hours in an air atmosphere, and then finely crushed using a pin mill to obtain the desired second powder.
上述で得られた第1粉末500gと第2粉末500gをビニール袋中で3分間振蕩し、CS用混合粉末とした。 500 g of the first powder and 500 g of the second powder obtained above were shaken in a plastic bag for 3 minutes to prepare a mixed powder for CS.
<実施例6>
[第1粉末]
第1粉末は以下の手順に従い作製した。
酸化イットリウム粉末1.6kgを100℃に加温した30%酢酸水溶液10kg中に溶解させた。得られた溶液を冷却し、析出した酢酸イットリウム水和物を大気雰囲気中、650℃で焼成した。この工程により、酸化イットリウム粉末を得た。
得られた酸化イットリウム粉末を70g/Lの濃度にて純水中に分散させ、そこに酸化イットリウム100gに対して、フッ化水素25gとなるように、50%フッ化水素酸を添加して25℃で24時間撹拌を行い、オキシフッ化イットリウム前駆体を得た。得られた前駆体を脱水したのち、大気雰囲気中、120℃で24時間乾燥を行った。得られた乾燥粉末を大気雰囲気中、900℃で5時間焼成を行ったのち、ピンミルにて解砕を行い、オキシフッ化イットリウム粉末とした。
得られた乾燥粉末を35%の濃度にて純水中に分散させたのち、大川原加工機製FOC-16型スプレードライヤーを用いて造粒を行い、オキシフッ化イットリウム(Y5O4F7)造粒粉末(顆粒)とした。スプレードライヤーの操作条件はスラリー供給速度:245ml/min、アトマイザー回転数:20000min-1、入口温度:250℃とした。
Example 6
[First powder]
The first powder was prepared according to the following procedure.
1.6 kg of yttrium oxide powder was dissolved in 10 kg of 30% aqueous acetic acid solution heated to 100° C. The resulting solution was cooled, and the precipitated yttrium acetate hydrate was fired in an air atmosphere at 650° C. By this process, yttrium oxide powder was obtained.
The obtained yttrium oxide powder was dispersed in pure water at a concentration of 70 g/L, and 50% hydrofluoric acid was added thereto so that 25 g of hydrogen fluoride was obtained per 100 g of yttrium oxide, and the mixture was stirred at 25° C. for 24 hours to obtain an yttrium oxyfluoride precursor. The obtained precursor was dehydrated and then dried in an air atmosphere at 120° C. for 24 hours. The obtained dried powder was calcined in an air atmosphere at 900° C. for 5 hours, and then crushed in a pin mill to obtain an yttrium oxyfluoride powder.
The obtained dry powder was dispersed in pure water at a concentration of 35%, and then granulated using a spray dryer FOC-16 manufactured by Okawara Kakakuki Co., Ltd. to obtain yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ) granulated powder ( granules ). The operating conditions of the spray dryer were a slurry supply rate of 245 ml/min, atomizer rotation speed of 20,000 min -1 , and inlet temperature of 250°C.
[第2粉末]
第2粉末は以下の手順に従い作製した。
日本イットリウム(株)製酸化イットリウム粉末1.0kgとフッ化イットリウム粉末1.1kgを(株)石川工業製石川式攪拌擂潰機を用いて混合し、大気雰囲気下で900℃24時間焼成を行った。得られた焼成物について、増幸産業(株)製マスコロイダーを用いて粗砕を行った。得られた粗砕物に純水を添加し、30%のスラリーとした後、ボールミルを用いてD50が2.5μmになるまで湿式粉砕を行った。得られた粉砕物を大気雰囲気下、150℃で24時間乾燥したのち、ピンミルを用いて微解砕を行い、目的とする第2粉末を得た。
[Second Powder]
The second powder was prepared according to the following procedure.
1.0 kg of yttrium oxide powder manufactured by Nippon Yttrium Co., Ltd. and 1.1 kg of yttrium fluoride powder were mixed using an Ishikawa-type mixing and crushing machine manufactured by Ishikawa Kogyo Co., Ltd., and fired at 900°C for 24 hours in an air atmosphere. The fired product was coarsely crushed using a mass colloider manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. Pure water was added to the coarsely crushed product to make a 30% slurry, and then wet-pulverized using a ball mill until D50 was 2.5 μm. The crushed product was dried at 150°C for 24 hours in an air atmosphere, and then finely crushed using a pin mill to obtain the desired second powder.
上述で得られた第1粉末500gと第2粉末500gをビニール袋中で3分間振蕩し、CS用混合粉末とした。 500 g of the first powder and 500 g of the second powder obtained above were shaken in a plastic bag for 3 minutes to prepare a mixed powder for CS.
<比較例1>
[第1粉末]
第1粉末は実施例1に供したものと同じ粉末を用いた。
本実施例では第2粉末を用いず第1粉末500gをCS用粉末とした。
<Comparative Example 1>
[First powder]
The first powder was the same as that used in Example 1.
In this example, the second powder was not used, and 500 g of the first powder was used as the CS powder.
<比較例2>
[第1粉末]
第1粉末は実施例1に記載したものを用いた。
<Comparative Example 2>
[First powder]
The first powder was that described in Example 1.
[第2粉末]
第2粉末としてはフジミインコーポレイテッド(株)製アルミナ粉末DTS-A150-45-45/10を用いた。
[Second Powder]
As the second powder, alumina powder DTS-A150-45-45/10 manufactured by Fujimi Incorporated was used.
上述で得られた第1粉末500gと第2粉末500gをビニール袋中で3分間振蕩し、CS用混合粉末とした。 500 g of the first powder and 500 g of the second powder obtained above were shaken in a plastic bag for 3 minutes to prepare a mixed powder for CS.
実施例及び比較例で得られた第1粉末、第2粉末及びCS用粉末について、下記の方法で比表面積、粒度を測定した。またCS用粉末について下記方法で細孔容積を測定した。また第1粉末及び第2粉末の組成は下記方法にて確認した。第1粉末、第2粉末の測定結果を表1に、CS用粉末の結果を表2に示す。
<BET法比表面積の測定方法>
マウンテック社製全自動比表面積計Macsorb model―1201を用いてBET1点法にて測定した。使用ガスは、窒素ヘリウム混合ガス(窒素30vol%)とした。
The specific surface area and particle size of the first powder, second powder, and CS powder obtained in the examples and comparative examples were measured by the following method. The pore volume of the CS powder was also measured by the following method. The compositions of the first powder and second powder were also confirmed by the following method. The measurement results of the first powder and second powder are shown in Table 1, and the results of the CS powder are shown in Table 2.
<Method for measuring specific surface area by BET method>
The measurement was performed by the BET single point method using a fully automatic specific surface area meter Macsorb model-1201 manufactured by Mountech Co., Ltd. The gas used was a nitrogen/helium mixed gas (nitrogen 30 vol%).
<X線回折測定の条件>
・装置:UltimaIV(株式会社リガク製)
・線源:CuKα線
・管電圧:40kV
・管電流:40mA
・スキャン速度:2度/min
・ステップ:0.02度
・スキャン範囲:2θ=10度~90度
測定対象の粉末は、50gを採取し、めのう乳鉢に入れ、粉末が完全に浸漬する量のエタノールを滴下して10分、めのう乳鉢で手粉砕した後、乾燥させ、目開き250μm以下の篩下をX線回折測定に供した。
<Conditions for X-ray diffraction measurement>
・Apparatus: Ultima IV (manufactured by Rigaku Corporation)
Radiation source: CuKα radiation Tube voltage: 40 kV
Tube current: 40mA
Scan speed: 2 degrees/min
Step: 0.02 degree Scan range: 2θ = 10 degrees to 90 degrees 50 g of the powder to be measured was collected and placed in an agate mortar. Ethanol was added dropwise in an amount sufficient to completely immerse the powder, and the powder was manually crushed in the agate mortar for 10 minutes. The powder was then dried, and the powder that had sieved to a mesh size of 250 μm or less was subjected to X-ray diffraction measurement.
<水銀圧入法による細孔容積>
マイクロメリティクス社製オートポアIVを用いた。
細孔直径が0.001μm以上100μm以下である範囲を測定し、細孔直径が0.3μm未満である範囲の累積容積を細孔容積IBとし、細孔直径が0.3μm以上2μm以下の累積容積を細孔容積IAとした。
<Pore volume by mercury intrusion porosimetry>
An Autopore IV manufactured by Micromeritics was used.
The range in which the pore diameter was 0.001 μm or more and 100 μm or less was measured, and the cumulative volume in the range in which the pore diameter was less than 0.3 μm was taken as pore volume IB, and the cumulative volume in the range in which the pore diameter was 0.3 μm or more and 2 μm or less was taken as pore volume IA.
<D50及び粒度分布の測定方法>
D50及び粒度分布は粉末を、0.2質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液が入った日機装株式会社製マイクロトラック3300EXIIの試料循環器のチャンバーに、適正濃度であると装置が判定するまで投入して、測定した。なお、マイクロトラック3300EXIIの試料循環器のチャンバーに粉末を投入したので外部の超音波分散装置による分散処理は行っておらず、またマイクロトラック3300EXIIの内部に付属の超音波分散も行わなかった。
<Method of measuring D50 and particle size distribution>
D50 and particle size distribution were measured by feeding the powder into the chamber of the sample circulator of a Microtrac 3300EXII manufactured by Nikkiso Co., Ltd., which contained 0.2% by mass of sodium hexametaphosphate aqueous solution, until the device determined that the concentration was appropriate. Note that since the powder was fed into the chamber of the sample circulator of the Microtrac 3300EXII, no dispersion treatment was performed using an external ultrasonic dispersion device, and no ultrasonic dispersion was performed inside the Microtrac 3300EXII.
実施例及び比較例で得たCS用粉末を下記の評価に供した。結果を表3に示す。
<成膜評価>
成膜評価は以下の手順に従い行った。
成膜装置としては高圧型コールドスプレー装置であるCGT-KINETICS4000を用い、基材としてはスチールグリットGH10(新東工業(株)製)を用いて粗面化処理をした25mm×25mm×5mmのアルミニウムA5052を用いた。
作動ガスとしては窒素を用いた。ガスの圧力は3.0MPa、ガスの温度は500℃、成膜距離25mmとした。ガンの走査速度は10mm/sとした。
ノズルへの粉末供給は図1に示す装置を用い、以下の手順により行った。まず、粉末フィーダー11に粉末0.5kgを投入し、振動によりチューブ12に供給した。チューブ12に供給された粉末はガス配管13からノズル14に供給されるガスに随伴されることによりノズル14まで供給され、ノズル14から基材15に向けて発射された。
施工中のノズル閉塞に関しては上述のアルミニウム基板表面に対し一層成膜した際の粉末供給性(供給安定性)を観察し、以下の基準で分類した。
〇:成膜中に詰まりが発生しなかった。
×:成膜中に一時的に詰まりが発生した、又は詰まりが発生し、成膜が継続できなくなった。
The CS powders obtained in the Examples and Comparative Examples were subjected to the following evaluations. The results are shown in Table 3.
<Film formation evaluation>
The film formation evaluation was carried out according to the following procedure.
The deposition apparatus used was a high-pressure cold spray apparatus, CGT-KINETICS4000, and the substrate used was 25 mm x 25 mm x 5 mm aluminum A5052 that had been roughened using steel grit GH10 (manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd.).
Nitrogen was used as the working gas. The gas pressure was 3.0 MPa, the gas temperature was 500° C., and the deposition distance was 25 mm. The gun scanning speed was 10 mm/s.
Powder was fed to the nozzle using the device shown in Figure 1 according to the following procedure. First, 0.5 kg of powder was charged into powder feeder 11, which was then fed to tube 12 by vibration. The powder fed to tube 12 was carried to nozzle 14 by being accompanied by gas fed to nozzle 14 from gas pipe 13, and was then ejected from nozzle 14 toward substrate 15.
Regarding nozzle clogging during application, the powder supplyability (supply stability) when a single layer was formed on the surface of the above-mentioned aluminum substrate was observed and classified according to the following criteria.
◯: No clogging occurred during film formation.
×: Clogging occurred temporarily during film formation, or clogging occurred and film formation could not be continued.
成膜性に関しては、膜の断面をダイヤモンドスラリーで研磨した後、走査型電子顕微鏡を用いて膜断面及び基材―膜界面を観察し、以下の基準で分類した。
〇:クラックや基材との剥離の無い厚さ100μm以上の厚膜が得られた。
×:厚さ100μm以上の厚膜は得られたものの、膜中にクラックや基材との剥離が観察された、又は膜の堆積が十分でなく、厚さ100μm以上の厚膜が形成されなかった。
Regarding the film formability, the cross section of the film was polished with diamond slurry, and then the cross section of the film and the substrate-film interface were observed using a scanning electron microscope, and classified according to the following criteria.
◯: A thick film having a thickness of 100 μm or more was obtained without cracks or peeling from the substrate.
×: Although a thick film having a thickness of 100 μm or more was obtained, cracks in the film or peeling from the substrate was observed, or the film deposition was insufficient, and a thick film having a thickness of 100 μm or more was not formed.
膜の硬度に関しては、下記の条件で10点測定を行い、平均値で評価した。
・装置 :島津製作所製HMV-1
・加圧力 :HV0.1
・保持時間 :10秒
The hardness of the film was measured at 10 points under the following conditions and evaluated as an average value.
・Equipment: Shimadzu HMV-1
Pressure: HV0.1
Hold time: 10 seconds
膜は50gを採取し、めのう乳鉢に入れ、膜が完全に浸漬する量のエタノールを滴下して10分、めのう乳棒で手粉砕した後、乾燥させ、目開き250μm以下の篩下を上記条件のX線回折測定に供した。 50 g of the membrane was collected, placed in an agate mortar, and ethanol was added dropwise in an amount that completely immersed the membrane. The membrane was then crushed by hand with an agate pestle for 10 minutes, dried, and the membrane that passed through a sieve with an opening of 250 μm or less was subjected to X-ray diffraction measurement under the above conditions.
11 粉末フィーダー
12 チューブ
13 ガス配管
14 ノズル
15 基材
11 Powder feeder 12 Tube 13 Gas pipe 14 Nozzle 15 Substrate
Claims (10)
水銀圧入法により測定した細孔径に対する細孔容積の分布において、細孔径0.3μm以上2.0μm以下の範囲に少なくとも1つのピークが観察され、細孔径0.3μm未満の細孔容積が0.1ml/g以上0.5ml/g以下である、コールドスプレー用粉末。 A powder for cold spray containing a compound of at least one film-forming element selected from Y, Yb, and Gd,
A powder for cold spray, in which at least one peak is observed in a pore size range of 0.3 μm or more and 2.0 μm or less in a distribution of pore volume versus pore size measured by mercury intrusion porosimetry, and the pore volume of pores with a pore size of less than 0.3 μm is 0.1 ml/g or more and 0.5 ml/g or less.
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