JP7776306B2 - Sintered bodies and semiconductor manufacturing equipment components - Google Patents
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Description
本発明は、焼結体及び半導体製造装置用部材に関する。 The present invention relates to a sintered body and a component for semiconductor manufacturing equipment.
半導体の製造における各工程、特に、ドライエッチング、プラズマエッチング及びクリーニングの工程ではフッ素系腐食性ガスを用いたプラズマが使用される。 Plasma using fluorine-based corrosive gases is used in various processes in semiconductor manufacturing, particularly in dry etching, plasma etching, and cleaning processes.
これらの腐食性ガスを用いたプラズマを使用すると、半導体製造装置の構成部材が腐食したり、上記構成部材の表面からはく離した微細粒子(パーティクル)が半導体の表面に付着し、製品不良の原因となりやすい。そのため、半導体製造装置の構成部材には、フッ素系腐食性ガスを用いたプラズマに対して耐食性の高いセラミックスがバルク材料として使用される必要がある。 When plasmas using these corrosive gases are used, the components of semiconductor manufacturing equipment can corrode, and fine particles that detach from the surfaces of these components can adhere to the surface of the semiconductor, easily causing product defects. For this reason, the components of semiconductor manufacturing equipment must be made of bulk ceramics that are highly corrosion-resistant to plasmas using fluorine-based corrosive gases.
このようなバルク材料として、イットリウムのオキシフッ化物を含む焼結体が提案されている(特許文献1参照)。 As such a bulk material, a sintered body containing yttrium oxyfluoride has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1では、イットリウムのオキシフッ化物としてのYOF焼結体のプラズマに対する耐食性は記載されているものの、Y5О4F7焼結体については、プラズマに対する耐食性の検討はされておらず、さらに耐食性を改善する必要があった。 However, although Patent Document 1 describes the corrosion resistance of the YOF sintered body as an yttrium oxyfluoride against plasma, it does not consider the corrosion resistance of the Y 5 O 4 F 7 sintered body against plasma, and there is a need to further improve the corrosion resistance.
本発明では、上記課題を鑑み、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の焼結体の耐プラズマ性を改善することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to improve the plasma resistance of a sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ).
上記課題を解決するための本発明の焼結体は、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)からなる焼結体であって、当該焼結体中のオキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径が10μm以上であることを特徴とする。
プラズマによる腐食は、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶により構成される三重点を起点に進行すると推定され、結晶の平均粒子径が大きい場合は、単位面積当たりの三重点の存在密度が低下するため、プラズマによる腐食が進行しにくい。
このため、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径を10μm以上に調整することで、プラズマに対する耐食性を改善できるのである。
本発明においては、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径を70μm以上に調整することが望ましい。
さらに、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径は100μm以下に調整することが望ましい。平均粒子径が大きくなりすぎると、焼結体の破壊靭性値が低下するからである。
The sintered body of the present invention for solving the above problems is a sintered body made of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ), characterized in that the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals in the sintered body is 10 μm or more.
It is believed that corrosion by plasma begins at triple junctions formed by yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals, and when the average particle size of the crystals is large, the density of triple junctions per unit area decreases, making it difficult for corrosion by plasma to progress.
Therefore, by adjusting the average particle size of the crystals of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) to 10 μm or more, the corrosion resistance to plasma can be improved.
In the present invention, it is desirable to adjust the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals to 70 μm or more.
Furthermore, it is desirable to adjust the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals to 100 μm or less, because if the average particle size is too large, the fracture toughness value of the sintered body decreases.
本発明における焼結体の粉末X線回折のチャートにおいて、フッ化イットリウム(YF3)の結晶に基づくピークが確認されないことが望ましい。
フッ化イットリウム(YF3)の結晶よりも、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶を優先的に成長させることで、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径を大きくすることができるからである。
It is desirable that no peaks due to yttrium fluoride (YF 3 ) crystals are observed in the powder X-ray diffraction chart of the sintered body of the present invention.
This is because by growing yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals preferentially over yttrium fluoride (YF 3 ) crystals, the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals can be increased.
また、本発明の焼結体では、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)からなる焼結体中のフッ化イットリウム(YF3)結晶粒子の存在量を、粉末X線回折により確認されない程度にまで減らすことで、プラズマによるフッ化イットリウム(YF3)結晶粒子およびフッ化イットリウム(YF3)結晶粒子とオキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)との粒子境界における選択的なエッチングの機会を無くし、焼結体中にボイドが発生することを防ぐことで、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)からなる焼結体の耐食性を改善することができる。 Furthermore, in the sintered body of the present invention, the amount of yttrium fluoride ( YF3 ) crystal particles present in the sintered body made of yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ) is reduced to a level that cannot be confirmed by powder X-ray diffraction, thereby eliminating the opportunity for selective etching by plasma of the yttrium fluoride ( YF3 ) crystal particles and the particle boundaries between the yttrium fluoride ( YF3 ) crystal particles and yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ) , and preventing the generation of voids in the sintered body, thereby improving the corrosion resistance of the sintered body made of yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ).
本発明の焼結体において、前記焼結体の粉末X線回折チャートは、粉末X線回折装置のX線がCuKα線であり、X線管球電圧が40kV、電流が20mAであり、走査範囲2θ=10~70°、走査速度10°/minの条件で計測されたものであることが望ましい。最も標準的な粉末X線回折チャートの計測条件だからである。 In the sintered body of the present invention, the powder X-ray diffraction chart of the sintered body is preferably measured using a powder X-ray diffractometer with CuKα X-rays, an X-ray tube voltage of 40 kV, a current of 20 mA, a scanning range of 2θ = 10 to 70°, and a scanning speed of 10°/min. This is because these are the most standard measurement conditions for powder X-ray diffraction charts.
本発明の焼結体では、前記焼結体の粉末X線回折チャートにおいて、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)結晶に基づくピークのみが確認されることが望ましい。フッ化イットリウム(YF3)に限らず、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)以外の不純物結晶粒子は、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)との間で粒子境界を形成するため、この粒子境界からプラズマにより腐食が進行しやすく、ボイドを形成するからである。 In the sintered body of the present invention, it is desirable that only peaks based on yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ) crystals are confirmed in the powder X-ray diffraction chart of the sintered body. This is because impurity crystal particles other than yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ), not limited to yttrium fluoride ( YF3 ) , form particle boundaries with yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ) , and corrosion by plasma easily progresses from these particle boundaries, forming voids.
本発明の半導体製造装置用部材は、上記オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の焼結体を備える。
上記オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の焼結体は、プラズマに対し耐食性が高い。このため、耐食性および耐衝撃性に優れた半導体製造装置用部材を提供することができる。
The semiconductor manufacturing equipment member of the present invention comprises the above-mentioned sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ).
The sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) has high corrosion resistance against plasma, and therefore can provide a semiconductor manufacturing equipment member having excellent corrosion resistance and impact resistance.
(オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の焼結体)
本発明の焼結体は、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)からなる焼結体であって、当該焼結体中のオキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径が10μm以上であることを特徴とする。
プラズマによる腐食は、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶により構成される三重点を起点に進行すると推定され、結晶の平均粒子径が大きい場合は、単位面積当たりの三重点の存在密度が低下するため、プラズマによる腐食が進行しにくくなる。
このため、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径を10μm以上に調整することで、プラズマに対する耐食性を改善できるのである。
また、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径を70μm以上に調整することが望ましい。
さらに、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径は100μm以下に調整することが望ましい。平均粒子径が大きくなりすぎると、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)焼結体の破壊靭性値が低下するからである。
(Sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ))
The sintered body of the present invention is a sintered body made of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ), and is characterized in that the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals in the sintered body is 10 μm or more.
It is believed that corrosion by plasma begins at triple junctions formed by yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals, and when the average particle size of the crystals is large, the density of triple junctions per unit area decreases, making it difficult for corrosion by plasma to progress.
Therefore, by adjusting the average particle size of the crystals of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) to 10 μm or more, the corrosion resistance to plasma can be improved.
It is also desirable to adjust the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals to 70 μm or more.
Furthermore, it is desirable to adjust the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals to 100 μm or less, because if the average particle size is too large, the fracture toughness value of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) sintered body will decrease.
また、本発明の焼結体では、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)からなる焼結体中のフッ化イットリウム(YF3)結晶粒子の存在量を、粉末X線回折により確認されない程度にまで減らすことが望ましい。フッ化イットリウム(YF3)の結晶よりも、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶を優先的に成長させることで、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径を大きくすることができるからである。
また、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)からなる焼結体中に、フッ化イットリウム(YF3)結晶粒子が、粉末X線回折により確認される程度まで存在している場合は、プラズマにより、フッ化イットリウム(YF3)結晶粒子およびフッ化イットリウム(YF3)結晶粒子とオキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)との粒子境界が優先的にエッチングされてしまい、焼結体中にボイドが生じ、このボイドがさらにエッチングを加速させてしまうことがあるが、フッ化イットリウム(YF3)結晶粒子の存在量を粉末X線回折により確認されない程度まで減らすことでこのようなボイドの発生を抑制できるのである。
Furthermore, in the sintered body of the present invention, it is desirable to reduce the amount of yttrium fluoride (YF 3 ) crystal particles present in the sintered body made of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) to a level that cannot be confirmed by powder X-ray diffraction. This is because by growing yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals preferentially over yttrium fluoride (YF 3 ) crystals, the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals can be increased.
Furthermore , when yttrium fluoride ( YF3 ) crystal particles are present in a sintered body made of yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ) to an extent that they can be confirmed by powder X-ray diffraction, the plasma will preferentially etch the yttrium fluoride ( YF3 ) crystal particles and the particle boundaries between the yttrium fluoride ( YF3 ) crystal particles and yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ), causing voids in the sintered body that may further accelerate the etching; however, the occurrence of such voids can be suppressed by reducing the amount of yttrium fluoride ( YF3 ) crystal particles to an extent that they cannot be confirmed by powder X-ray diffraction.
本発明の焼結体において、前記焼結体の粉末X線回折チャートは、粉末X線回折装置のX線がCuKα線であり、X線管球電圧が40kV、電流が20mAであり、走査範囲2θ=10~70°、走査速度10°/minの条件で計測されたものであることが望ましい。最も標準的な粉末X線回折チャートの計測条件だからである。
フッ化イットリウム(YF3)結晶に基づくピークが確認されない、とは、フッ化イットリウム(YF3)の回折プロファイルであるJCPDSカード番号32-1431により特定されるピーク出現位置(2θ)に、ピークが確認されないか、ピークが確認されてもS/N比2未満であり、ピークが存在しないとして扱うことができる場合をいう。
また、粉末X線回折装置は、最も標準的な装置である株式会社リガク製 SmartLabを使用することができる。
In the sintered body of the present invention, the powder X-ray diffraction chart of the sintered body is preferably measured under the conditions of a powder X-ray diffractometer using CuKα X-rays, an X-ray tube voltage of 40 kV, a current of 20 mA, a scanning range of 2θ = 10 to 70°, and a scanning speed of 10°/min, because these are the most standard measurement conditions for powder X-ray diffraction charts.
The phrase "no peaks based on yttrium fluoride (YF 3 ) crystals are observed" means that no peaks are observed at the peak appearance positions (2θ) specified by JCPDS card number 32-1431, which is the diffraction profile of yttrium fluoride (YF 3 ), or even if a peak is observed, the S/N ratio is less than 2, and the peak can be treated as not being present.
Furthermore, the powder X-ray diffraction apparatus used may be the most standard one, SmartLab manufactured by Rigaku Corporation.
本発明では、焼結体の粉末X線回折チャートにおいて、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)結晶に基づくピークのみが確認されることが望ましい。フッ化イットリウム(YF3)に限らず、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)以外の不純物結晶粒子は、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)との間で粒子境界を形成するため、この粒子境界からCF4プラズマもしくはO2プラズマにより腐食が進行しやすく、ボイドを形成するからである。
オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)結晶に基づくピークのみが確認される、とは、オキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の回折プロファイルであるJCPDSカード番号01-080-1124により特定されるピーク出現位置(2θ)にピークが確認され、それ以外の位置(2θ)に、ピークが確認されないか、ピークが確認されてもS/N比2未満となっており、ピークが存在しないとして扱うことができる場合をいう。
In the present invention, it is desirable that only peaks based on yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ) crystals are confirmed in the powder X-ray diffraction chart of the sintered body. This is because impurity crystal particles other than yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ), not limited to yttrium fluoride ( YF3 ), form particle boundaries with yttrium oxyfluoride ( Y5O4F7 ), and corrosion from these particle boundaries is likely to progress by CF4 plasma or O2 plasma, forming voids.
"Only peaks based on yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals are observed" means that peaks are observed at the peak appearance positions (2θ) specified by JCPDS card number 01-080-1124, which is the diffraction profile of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ), and no peaks are observed at other positions (2θ), or even if peaks are observed, the S/N ratio is less than 2, and therefore it can be treated as if no peaks exist.
(オキシフッ化イットリウムの焼結体の製造方法)
本発明のオキシフッ化イットリウムの焼結体は、次のような製造方法により製造することができる。
本発明においては、原料としてY2O3とYF3とを組み合わせて焼結させることで、Y5O4F7からなる焼結体を得ることができる。
(Method for producing sintered body of yttrium oxyfluoride)
The yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention can be produced by the following production method.
In the present invention, a sintered body made of Y5O4F7 can be obtained by combining Y2O3 and YF3 as raw materials and sintering them .
また、Y2O3とYF3を組み合わせる場合には、モル比でY2O3:YF3=100:175~200が好ましい。この原材料組成物を焼結させた焼結体であれば、Y5O4F7マトリックス中のYF3結晶粒子が生成しないか、生成しても粉末X線回折チャート上、YF3結晶粒子に基づくピークが確認されない程度にまで抑制することができ、Y5O4F7の結晶粒子の平均粒子径を10μm以上に調整することができる。 Furthermore, when Y 2 O 3 and YF 3 are combined, a molar ratio of Y 2 O 3 :YF 3 = 100:175 to 200 is preferred. In a sintered body obtained by sintering this raw material composition, YF 3 crystal particles are not generated in the Y 5 O 4 F 7 matrix, or even if they are generated, they can be suppressed to an extent that no peaks due to the YF 3 crystal particles are observed on a powder X-ray diffraction chart, and the average particle size of the Y 5 O 4 F 7 crystal particles can be adjusted to 10 μm or more.
さらに、焼結温度を950℃より高い温度とすることで、Y5O4F7結晶粒子の平均粒子径を10μm以上に調整することができる。焼結温度は、1000℃以上が望ましい。また、焼結温度は1200℃以下が望ましい。 Furthermore, by setting the sintering temperature to a temperature higher than 950° C., the average particle size of the Y 5 O 4 F 7 crystal particles can be adjusted to 10 μm or more. The sintering temperature is preferably 1000° C. or higher. The sintering temperature is preferably 1200° C. or lower.
また、原材料組成物には、上記したY2O3、Y5O4F7及びYF3などのフッ化物のほか、有機バインダ、潤滑剤、分散媒液、成形助剤等の添加物を適宜加えてもよい。
有機バインダとしては特に限定されず、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。
上記潤滑剤としては特に限定されず、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系化合物等が挙げられる。
In addition to the above-mentioned fluorides such as Y 2 O 3 , Y 5 O 4 F 7 and YF 3 , additives such as organic binders, lubricants, dispersion media and molding aids may be added to the raw material composition as appropriate.
The organic binder is not particularly limited, and examples thereof include polyacrylonitrile (PAN), acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, imide resin, and furan resin.
The lubricant is not particularly limited, and examples thereof include polyoxyalkylene compounds such as polyoxyethylene alkyl ether and polyoxypropylene alkyl ether.
分散媒液としては特に限定されず、例えば、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられる。
成形助剤としては特に限定されず、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられる。
The dispersion medium is not particularly limited, and examples thereof include water, organic solvents such as benzene, and alcohols such as methanol.
The molding aid is not particularly limited, and examples thereof include ethylene glycol, dextrin, fatty acids, fatty acid soaps, polyalcohols, and the like.
原材料組成物を造粒して得られる粉末の粒子の大きさ(平均粒子径)は、例えば、10~200μmが好ましい。 The particle size (average particle diameter) of the powder obtained by granulating the raw material composition is preferably, for example, 10 to 200 μm.
オキシフッ化イットリウムの焼結体を製造する工程を説明する。
前述した原材料組成物の粉末を仮成形して所定の形状に整え、仮成形体を作製する。仮成形の方法は、特に限定されるものではないが、型押し成形、CIP成形などを適用することができる。
The process for producing a sintered body of yttrium oxyfluoride will be described.
The powder of the raw material composition described above is pre-molded into a predetermined shape to produce a pre-molded body. The pre-molding method is not particularly limited, but methods such as embossing and CIP molding can be used.
得られた成形体を脱脂し、焼成して粒子同士を結合させて焼結することによって、本発明のオキシフッ化イットリウムの焼結体を得ることができる。
焼成の温度、雰囲気は特に限定されないが、雰囲気は例えば、アルゴンなどの不活性雰囲気が好ましく、焼成温度は950℃を超え、1100℃以下が好ましい。
また焼成時の圧力は常圧でもよいし、成形体を加圧しながら粒子を焼結させる熱間等方圧加圧法(HIP)や、機械的圧力とパルス通電加熱により粒子を焼結させる放電プラズマ焼結法(SPS)等を採用してもよい。
The resulting molded body is degreased and fired to bond the particles together and sinter, thereby obtaining the sintered body of yttrium oxyfluoride of the present invention.
The firing temperature and atmosphere are not particularly limited, but the atmosphere is preferably an inert atmosphere such as argon, and the firing temperature is preferably above 950°C and 1100°C or less.
The pressure during firing may be normal pressure, or alternatively, hot isostatic pressing (HIP), in which particles are sintered while applying pressure to the molded body, or spark plasma sintering (SPS), in which particles are sintered by mechanical pressure and pulse current heating, may be used.
本発明の半導体製造装置用部材は、上記のオキシフッ化イットリウム(Y5O4F7)の焼結体を備えることを特徴とする。
オキシフッ化イットリウムの焼結体はY5O4F7からなり、焼結体中のオキシフッ化イットリウム(Y5О4F7)の結晶の平均粒子径が10μm以上であるためプラズマに対し耐食性が高い。
このため、上記のオキシフッ化イットリウム(Y5O4F7)の焼結体を用いることで、プラズマ雰囲気において使用される半導体製造装置用部材を提供することができる。
プラズマの例としてはCF4プラズマやO2プラズマが挙げられる。
The semiconductor manufacturing equipment member of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ).
The yttrium oxyfluoride sintered body is made of Y 5 O 4 F 7 , and since the average particle size of the yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) crystals in the sintered body is 10 μm or more, it has high corrosion resistance to plasma.
Therefore, by using the above-mentioned sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ), it is possible to provide a member for a semiconductor manufacturing device used in a plasma atmosphere.
Examples of plasma include CF4 plasma and O2 plasma.
具体的な本発明の半導体製造装置用部材は、特に限定されるものではないが、例えば、ウェハ等の半導体部材の載置台、静電チャック、ガス供給部、冷却材供給部、搬送アーム、チャンバ内壁材、上部電極、シャワープレート、フォーカスリング、エッジプレート等が挙げられる。 Specific semiconductor manufacturing equipment components of the present invention are not particularly limited, but include, for example, a stage for placing semiconductor components such as wafers, an electrostatic chuck, a gas supply unit, a coolant supply unit, a transfer arm, a chamber inner wall material, an upper electrode, a shower plate, a focus ring, an edge plate, etc.
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。 The following are examples that more specifically disclose the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
Y2O3を46.2重量部、YF3を53.8重量部(モル比はY2O3:YF3=100:179、すなわち焼成反応後の組成は、モル比でY5O4F7:YF3=100:2)、有機バインダとしてアクリル樹脂を3.0重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を40重量部、を混合した後、スプレードライヤーを用いて70℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。
得られた顆粒状の造粒粒子について、粒子径80μm以上の粒子をカット(除去)し粒度調整した。なお、アルコール系溶媒は、エタノール86重量%、イソプロピルアルコール14重量%とした。
Example 1
46.2 parts by weight of Y2O3 , 53.8 parts by weight of YF3 (molar ratio of Y2O3 : YF3 = 100 :179, i.e., the composition after the firing reaction is molar ratio of Y5O4F7 : YF3 = 100 : 2), 3.0 parts by weight of acrylic resin as an organic binder, and 40 parts by weight of an alcohol-based solvent as a dispersion medium were mixed, and then dried and granulated at 70°C using a spray dryer to prepare a granular raw material composition.
The resulting granular particles were adjusted for particle size by removing particles with a particle size of 80 μm or more. The alcohol-based solvent was 86% by weight of ethanol and 14% by weight of isopropyl alcohol.
次に、この造粒粒子をφ25mmの型に充填し、6MPaで一軸成形し全体の形状を整えた後、さらにゴムバックに詰め200MPaでCIP成形した。 Next, the granulated particles were filled into a φ25 mm mold and uniaxially molded at 6 MPa to adjust the overall shape, after which they were packed into a rubber bag and CIP molded at 200 MPa.
上記成形体を大気中、600℃で2時間、脱脂処理を行った後、アルゴン雰囲気中、1000℃で2時間焼成し、オキシフッ化イットリウムの焼結体を得た。
得られたオキシフッ化イットリウムの焼結体は、φ19mm、厚さ3mmの板状であった。
また、後述する電子顕微鏡写真の撮像条件にて倍率500倍の電子顕微鏡写真を撮像し、この電子顕微鏡写真から、後述する平均粒子径の測定方法に従い、Y5O4F7結晶の平均粒子径を測定したところ、85.1μmであった。電子顕微鏡写真を図1に記載する。
The above molded body was subjected to a degreasing treatment in the air at 600° C. for 2 hours, and then fired in an argon atmosphere at 1000° C. for 2 hours to obtain a sintered body of yttrium oxyfluoride.
The obtained sintered body of yttrium oxyfluoride was in the form of a plate having a diameter of 19 mm and a thickness of 3 mm.
In addition, an electron microscope photograph was taken at a magnification of 500 times under the conditions for taking electron microscope photographs described later, and the average particle size of the Y 5 O 4 F 7 crystals was measured from this electron microscope photograph according to the method for measuring the average particle size described later, and was found to be 85.1 μm. The electron microscope photograph is shown in Figure 1.
(試験例1)
Y2O3を36.3重量部、YF3を63.7重量部(モル比はY2O3:YF3=100:270、すなわち焼成反応後の組成は、モル比でY5O4F7:YF3=100:35)、有機バインダとしてアクリル樹脂を3.0重量部、分散媒液としてアルコール系溶媒を40重量部、を混合した後、スプレードライヤーを用いて70℃で乾燥、造粒して、顆粒状の原材料組成物を調製した。
得られた顆粒状の造粒粒子について、粒子径80μm以上の粒子をカット(除去)し粒度調整した。なお、アルコール系溶媒は、エタノール86重量%、イソプロピルアルコール14重量%とした。
(Test Example 1)
36.3 parts by weight of Y2O3 , 63.7 parts by weight of YF3 (molar ratio of Y2O3 : YF3 = 100 :270, i.e., the composition after the firing reaction is molar ratio of Y5O4F7 : YF3 = 100 : 35), 3.0 parts by weight of acrylic resin as an organic binder, and 40 parts by weight of an alcohol-based solvent as a dispersion medium were mixed, and then dried and granulated at 70°C using a spray dryer to prepare a granular raw material composition.
The resulting granular particles were adjusted for particle size by removing particles with a particle size of 80 μm or more. The alcohol-based solvent was 86% by weight of ethanol and 14% by weight of isopropyl alcohol.
次に、この造粒粒子をφ25mmの型に充填し、6MPaで一軸成形し全体の形状を整えた後、さらにゴムバックに詰め200MPaでCIP成形した。 Next, the granulated particles were filled into a φ25 mm mold and uniaxially molded at 6 MPa to adjust the overall shape, after which they were packed into a rubber bag and CIP molded at 200 MPa.
上記成形体を大気中、600℃で2時間、脱脂処理を行った後、アルゴン雰囲気中、950℃で2時間焼成し、オキシフッ化イットリウムの焼結体を得た。
得られたオキシフッ化イットリウムの焼結体は、φ19mm、厚さ3mmの板状であった。
また、後述する電子顕微鏡写真の撮像条件にて倍率5000倍の電子顕微鏡写真を撮像し、この電子顕微鏡写真から、後述する平均粒子径の測定方法に従い、Y5O4F7結晶の平均粒子径を測定したところ、3.0μmであった。電子顕微鏡写真を図2に記載する。
The above molded body was subjected to a degreasing treatment in the air at 600° C. for 2 hours, and then fired in an argon atmosphere at 950° C. for 2 hours to obtain a sintered body of yttrium oxyfluoride.
The obtained sintered body of yttrium oxyfluoride was in the form of a plate having a diameter of 19 mm and a thickness of 3 mm.
In addition, an electron microscope photograph was taken at a magnification of 5000 times under the conditions for electron microscope photographs described later, and the average particle size of the Y 5 O 4 F 7 crystals was measured from this electron microscope photograph according to the method for measuring the average particle size described later, and was found to be 3.0 μm. The electron microscope photograph is shown in FIG.
(比較例1)
Y2O3焼結体の板(西村陶業製N-100Y)をダイヤモンドカッターで大きさ20mm×20mmに切削し、さらにダイヤモンドラッピング研磨機を用いて厚さ1mmに研磨加工した。
(Comparative Example 1)
A plate of sintered Y 2 O 3 (N-100Y manufactured by Nishimura Porcelain Co., Ltd.) was cut into a size of 20 mm×20 mm using a diamond cutter, and further polished to a thickness of 1 mm using a diamond lapping polisher.
得られた実施例1、試験例1および比較例1の焼結体について、以下の条件にて、CF4プラズマおよびO2プラズマによるエッチング処理を行い、比較例1のエッチング量を1とした場合のそれぞれのエッチング量を表1に記載した。 The obtained sintered bodies of Example 1, Test Example 1, and Comparative Example 1 were subjected to etching treatment using CF4 plasma and O2 plasma under the following conditions, and the etching amount for each was shown in Table 1, assuming that the etching amount for Comparative Example 1 was 1.
(電子顕微鏡撮像条件)
装置:株式会社日立ハイテク製S-4800
加速電圧:3.0kV
倍率:500倍および5000倍
(Electron microscope imaging conditions)
Equipment: Hitachi High-Tech S-4800
Acceleration voltage: 3.0 kV
Magnification: 500x and 5000x
(平均粒子径の測定条件)
実施例1、試験例1の焼結体についてダイヤモンドラッピング研磨機により研磨して表面を鏡面加工した。電子顕微鏡(上記条件)にて500倍または5000倍で観察し、視野内に見られる任意の10個の粒子の長径を実測し、4視野での平均値を平均粒子径とした。
ただし、1視野内に10個の粒子の全径が確認できない場合は、別の視野を追加で観察し、10個の粒子径を確認した。
(Measuring conditions for average particle size)
The surfaces of the sintered bodies of Example 1 and Test Example 1 were polished to a mirror finish using a diamond lapping polisher. They were observed under an electron microscope (under the above conditions) at 500x or 5000x magnification, and the major axes of any 10 particles observed within the field of view were measured, and the average value over four fields of view was taken as the average particle diameter.
However, when the total diameters of all 10 particles could not be confirmed within one visual field, another visual field was additionally observed to confirm the diameters of the 10 particles.
(プラズマエッチング条件)
プラズマエッチング装置:神港精機株式会社製EXAM
エッチング方式:平行平板型(Capacitive Coupled Plasma-RIE)
なお、RIEはReactive Ion Etchingの略である。
基板温度:20℃
電源:高周波 13.56МHz
電力:350W
エッチング時間:6時間
サンプル:実施例1、試験例1の焼結体についてはダイヤモンドラッピング研磨機により研磨して厚さを1mmに調整し、実施例1、試験例1および比較例1の各焼結体のプラズマ接触面にマスキングテープ(カプトンテープ)を貼付けた。カプトンテープで被覆された領域はエッチングされないため、当該領域が基準面となる。基準面とエッチングされた領域の段差がエッチング量として計測される。段差は、レーザー顕微鏡(KEYENCE製 VK-X200 series)にて測定した。
(Plasma etching conditions)
Plasma etching equipment: EXAM manufactured by Shinko Seiki Co., Ltd.
Etching method: parallel plate type (Capacitive Coupled Plasma-RIE)
It should be noted that RIE is an abbreviation for Reactive Ion Etching.
Substrate temperature: 20℃
Power supply: High frequency 13.56MHz
Power: 350W
Etching time: 6 hours Sample: The sintered bodies of Example 1 and Test Example 1 were polished with a diamond lapping polisher to adjust the thickness to 1 mm, and masking tape (Kapton tape) was attached to the plasma contact surface of each sintered body of Example 1, Test Example 1, and Comparative Example 1. Since the area covered with Kapton tape is not etched, this area becomes the reference surface. The step between the reference surface and the etched area is measured as the etching amount. The step was measured with a laser microscope (KEYENCE VK-X200 series).
表1に示すように、比較例1にかかる焼結体のエッチング量が最も多く、試験例1にかかる焼結体のエッチング量が次に多く、実施例1にかかる焼結体のエッチング量は少なくなっていた。すなわち、実施例1にかかる焼結体はCF4プラズマやO2プラズマに対し耐食性が高い焼結体であるといえる。 As shown in Table 1, the etching amount of the sintered body according to Comparative Example 1 was the largest, followed by the etching amount of the sintered body according to Test Example 1, and the etching amount of the sintered body according to Example 1 was the smallest. In other words, it can be said that the sintered body according to Example 1 is a sintered body having high corrosion resistance against CF4 plasma and O2 plasma.
図1は、実施例1に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体(Y5О4F7)の表面の電子顕微鏡写真である。
図2は、試験例1に係るオキシフッ化イットリウムの焼結体(Y5О4F7)の表面の電子顕微鏡写真である。
FIG. 1 is an electron microscope photograph of the surface of the sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) according to Example 1.
FIG. 2 is an electron microscope photograph of the surface of the sintered body of yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) according to Test Example 1.
さらに、実施例1、試験例1で得られた焼結体について以下の条件にて粉末X線回折(XRD)を実施し、粉末X線回折チャートを得た。図3は、試験例1に係る焼結体の粉末X線回折チャート図であり、図4は、実施例1に係る焼結体の粉末X線回折チャート図である。いずれのチャートにもY5O4F7の結晶構造が確認された。また、図3に示す粉末X線回折チャートには、YF3のピークが観察されたが、図4に示す粉末X線回折チャートには、YF3に起因するピーク及び不純物結晶に起因するピークのいずれも観察されず、Y5O4F7の結晶構造のみが確認された。
なお、図3および図4におけるY5O4F7の結晶構造の特定は、JCPDSカード番号01-080-1124を用いて行った。また、図3のYF3の結晶構造の特定は、JCPDSカード番号32-1431を用いて行った。
Furthermore, powder X-ray diffraction (XRD) was performed on the sintered bodies obtained in Example 1 and Test Example 1 under the following conditions, and powder X-ray diffraction charts were obtained. Figure 3 is a powder X-ray diffraction chart of the sintered body according to Test Example 1, and Figure 4 is a powder X-ray diffraction chart of the sintered body according to Example 1. The crystal structure of Y5O4F7 was confirmed in both charts. Furthermore, while peaks of YF3 were observed in the powder X-ray diffraction chart shown in Figure 3, neither peaks due to YF3 nor peaks due to impurity crystals were observed in the powder X-ray diffraction chart shown in Figure 4 , and only the crystal structure of Y5O4F7 was confirmed.
The crystal structure of Y 5 O 4 F 7 in Figures 3 and 4 was identified using JCPDS card number 01-080-1124. The crystal structure of YF 3 in Figure 3 was identified using JCPDS card number 32-1431.
粉末X線回折の測定条件は以下の通りである。
装置:株式会社リガク製 SmartLab
電圧:40kV、電流:20mA
X線源:CuKα
走査範囲:2θ=10~70°
走査速度:10°/min
The measurement conditions for powder X-ray diffraction are as follows.
Equipment: Rigaku Corporation SmartLab
Voltage: 40 kV, Current: 20 mA
X-ray source: CuKα
Scanning range: 2θ = 10 to 70°
Scanning speed: 10°/min
実施例1および試験例1から理解されるように、実施例1に係るY5O4F7焼結体は、Y5O4F7結晶の平均粒子径が85.1μmと大きく、単位面積あたりの三重点の存在密度が試験例1に係るY5O4F7焼結体よりも相対的に低く、CF4プラズマおよびO2プラズマによる三重点を起点とした腐食が生じにくい。また、YF3結晶粒子等の不純物結晶粒子が存在しないか、その存在量が粉末X線回折により検出されない程度まで抑制されており、YF3結晶等のY5O4F7以外の不純物結晶粒子およびこのような不純物結晶粒子とY5O4F7との粒子境界で生じる、プラズマによる優先的な腐食を防止することができるため、プラズマ雰囲気での使用に適した焼結体と言える。 As can be seen from Example 1 and Test Example 1, the Y5O4F7 sintered body according to Example 1 has a large average particle size of 85.1 μm for the Y5O4F7 crystals , a relatively lower density of triple junctions per unit area than the Y5O4F7 sintered body according to Test Example 1 , and is less susceptible to corrosion originating from triple junctions due to CF4 plasma and O2 plasma. Furthermore, impurity crystal particles such as YF3 crystal particles are absent, or their abundance is suppressed to an extent that they are not detectable by powder X-ray diffraction. This prevents preferential corrosion due to plasma that occurs at the grain boundaries between impurity crystal particles other than Y5O4F7 , such as YF3 crystals, and Y5O4F7 . Therefore, the sintered body according to Example 1 can be said to be suitable for use in a plasma atmosphere.
Claims (5)
A member for semiconductor manufacturing equipment, comprising the sintered body according to any one of claims 1 to 4 .
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