(57)【要約】【課題】イットリア焼結体を加工した後に塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液により表面酸エッチングされたイットリア焼結体からなる耐食性部材、及びその製造方法を提供する。【解決手段】イットリア焼結体は、イットリア焼結体を加工した後に塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液に浸漬せしめ、イットリア焼結体の表面をエッチングして製造される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリア焼結体を加工した後に塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液により表面酸エッチングされたイットリア焼結体からなることを特徴とする耐食性部材。
【請求項２】
請求項１に記載の耐食性部材において、加工時に生じる算術平均粗さＲａ５．０ミクロン未満の面粗さを算術平均粗さＲａ０．８ミクロン未満の面粗さにしたことを特徴とする耐食性部材。
【請求項３】
請求項１に記載の耐食性部材において、欠けや粒子脱落が生じた表面は、微細な凹凸に表面酸エッチングされたイットリア焼結体からなることを特徴とする耐食性部材。
【請求項４】
加工時算術平均粗さ５．０ミクロン未満面粗さが生じたイットリア焼結体を塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液により表面エッチングし、その表面を算術平均粗さＲａ０．８ミクロン未満にすることを特徴とする耐食性部材の製造方法。
【請求項５】
加工時欠けや粒子脱落が生じた表面を有するイットリア焼結体を塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液により表面エッチングし、その表面に微細な凹凸を形成することを特徴とする耐食性部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐食性部材、及びその製造方法に係わり、特に耐プラズマ部材などの各種部材に使用され耐食性部材、及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イットリア部材は、その優れた耐プラズマ性、耐溶融塩性、耐ウラン性、耐Ｔｉ合金性などから、半導体用部材、各種溶融用坩堝などへの適用が期待されており、特に半導体デバイスの製造プロセスにおける半導体部材としての適用が期待されている。
【０００３】
イットリア焼結体も多種のセラミックス部材と同様に焼結後、加工され製品化される。坩堝形状では鋳込み成形における排泥方法により成形されるため、その焼結後の加工は必要としないが、半導体部材では孔明けや各種加工が必要となる。その際に加工面が円滑でないと使用時異物混入が生じ、あるいは部材寿命を縮めてしまう。
【０００４】
さらに、イットリア焼結体は、破壊靭性値が１．３〜１．５ＭＰａ・ｍ−１／２と小さいため、加工時に欠けや粒子脱落が発生し易い。特に孔明け加工時、欠けや粒子脱落が生じると、それを除去し円滑化するための後加工が必要となる。また、一部に比較的円滑な表面を有するイットリア焼結体を機械加工すると、その表面から欠けや粒子脱落が生じるが、これら部分を加工により微細な凹凸に修復するのは困難である。
【０００５】
なお、表面凹凸化したセラミックス部材の製造方法として、特許文献１に記載されているように、セラミックス部材を酸エッチングする製造方法が提案されている。しかしながら、この製造方法はエッチング時間短縮の課題を残す。
【０００６】
そこで、加工時生じた欠けや粒子脱落の除去のために後加工を必要とせず、かつエッチング時間を短縮して製造される耐食性部材、及びその製造方法が要望されていた。
【０００７】
また、加工時欠けた部分や粒子脱落跡を時間が短縮されたエッチングにより微細な凹凸に形成するよう耐食性部材、及びその製造方法が要望されていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３０８６８３号公報（段落番号［００１６］、［００２６］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、加工時生じた欠けや粒子脱落の除去のために後加工を必要とせず、かつエッチング時間を短縮して製造されるイットリア焼結体からなる耐食性部材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、欠けた部分や粒子脱落跡を時間が短縮されたエッチングにより微細な凹凸に形成するイットリア焼結体からなる耐食性部材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、イットリア焼結体を加工した後に塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液により表面酸エッチングされたイットリア焼結体からなることを特徴とする耐食性部材が提供される。これにより、加工時生じた欠けや粒子脱落の除去のために後加工を必要とせず、かつエッチング時間を短縮して製造されるイットリア焼結体あるいは欠けた部分や粒子脱落跡を時間が短縮されたエッチングにより微細な凹凸に形成されるように耐食性部材が実現される。
【００１２】
好適な一例では、加工時に生じる算術平均粗さＲａ５．０ミクロン未満の面粗さを算術平均粗さＲａ０．８ミクロン未満の面粗さにしたことを特徴とする耐食性部材である。これにより、耐プラズマ性が向上し、半導体部材として用いても、プラズマクリーニング時における選択的なエッチングなどが回避され、耐プラズマ性が助長されるだけでなく、パーティクル問題を解消でき、半導体デバイスの信頼性向上や歩留向上を図ることができる。また、熱応力に対して高い耐性を呈するので、割れや破損など機械的な損傷問題も大幅に解消される。
【００１３】
また、他の好適な一例では、欠けや粒子脱落が生じた表面は、微細な凹凸に表面酸エッチングされたイットリア焼結体からなることを特徴とする耐食性部材である。これにより、ガス放出性も抑制されているので、蒸着やスパッタリングの処理室内部などの構造部材としての使用で、歩留よく、信頼性の高い加工が可能となり、また、真空系の構成部材、凹凸構造面（アンカー効果）を被接合体（積層体）の基材などとして有効であり、付着する粒子や形成する膜の離脱・剥離などの不都合・不具合が全面的に回避・解消される。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、加工時算術平均粗さ５．０ミクロン未満面粗さが生じたイットリア焼結体を塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液により表面エッチングし、その表面を算術平均粗さＲａ０．８ミクロン未満にすることを特徴とする耐食性部材の製造方法が提供される。これにより、破壊靭性値が小いさく、加工時に欠けや粒子脱落が発生し易いイットリアであっても、低コストで加工面荒れを円滑化することができる。
【００１５】
また、本発明の他の態様によれば、欠けや粒子脱落が生じた表面を有するイットリア焼結体を塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液により表面エッチングし、その表面に微細な凹凸を形成することを特徴とする耐食性部材の製造方法が提供される。これにより、破壊靭性値が小いさく、加工時に欠けや粒子脱落が発生し易いイットリアであっても、低コストで加工面荒れを修復することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるイットリア焼結体及びその製造方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明者らは、イットリア焼結体は特定の酸により効果的に表面酸エッチングされるとの知見を得、本発明を完成させるに至った。
【００１８】
すなわち、本発明に係わるイットリア焼結体は、イットリア焼結体を加工した後に塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液に浸漬せしめ、イットリア焼結体の表面をエッチングして製造される。
【００１９】
具体的には、図１に示すように、加工時にイットリア焼結体１の表面２に生じる算術平均粗さＲａ５．０ミクロン未満面粗さを算術平均粗さＲａ０．８ミクロン未満にする。算術平均粗さＲａはＪＩＳ  Ｂ０６０１（２００１）に準ずる方法にて測定し、以下単にＲａと記す。加工時に生じる面粗さが、Ｒａ５．０ミクロンを超えると、上記酸水溶液では効果的に円滑化できず、円滑化後の表面がＲａ０．８ミクロンを超えると、半導体装置用部材などとしてガス拡散工程に使用すると、異物混入が発生する。
【００２０】
上記イットリア焼結体は、純度が９５重量％以上で、平均粒径が１０〜７０μｍであるのが好ましい。その理由として、イットリア焼結体は、粒子同士が粒界を介して接合・一体化した微細構造をなしており、一般的に、結晶粒子（内部）に比べて、結晶粒子間に偏析する不純物の存在量が多い粒界部の方が侵食され易い。しかしながら、その理由は明確でないが、焼結体の構成成分の純度が、９５重量％以上、より好ましくは９９重量％以上で、かつ焼結体の平均粒径が１０〜７０μｍの場合、酸性エッチング液による粒子自体の侵食速度と粒子間（粒界）の侵食速度との差が小さくなって、ほとんど同時的な侵食が進行する。なお、上記平均粒径は１０〜７０μｍであるが、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは０〜４５μｍである。また、上記エッチング工程は、常温でもよいが、加湿あるいは加圧することにより反応速度を加速できる。
【００２１】
一般的にイットリア焼結体のプラズマによるエッチングは、表面の破砕層（マイクロクラック）を中心として選択的に行われる傾向があり、イットリア焼結体表面は、プラズマに曝されると徐々にエッチングされるが、このとき、先ず、表面に形成されているマイクロクラックが選択的に行われる。そして、このマイクロクラックは、プラズマクリーニング回数の増加に伴って広がり、半導体デバイスの製造プロセスにおける半導体部材として用いると、選択的なエッチングによって、パーティクル問題を助長する。
【００２２】
上記のようにして、Ｒａ５．０ミクロン未満面粗さのイットリア焼結体は、その表面粗さＲａ０．８ミクロン未満となり、円滑化されるとともに表面に形成されたマイクロクラックも除去され、耐プラズマ性が向上し、半導体部材として用いても、プラズマクリーニング時における選択的なエッチングなどが回避され、耐プラズマ性が助長されるだけでなく、パーティクル問題を解消でき、半導体デバイスの信頼性向上や歩留向上を図ることができる。また、熱応力に対して高い耐性を呈するので、割れや破損など機械的な損傷問題も大幅に解消される。さらに、上記イットリア焼結体を製造する方法を用いれば、低コストで加工面荒れを円滑化することができる。
【００２３】
また、他の具体例について説明する。
【００２４】
図２に示すように、イットリア焼結体１Ａは、欠けや粒子脱落が生じた表面をもったイットリア焼結体を、塩酸、塩酸過水、ふっ酸、硝酸、ふっ硝酸から選ばれる１種以上の酸水溶液に浸漬せしめ、その表面２Ａを表面エッチングして表面２Ａに微細な凹凸を形成して製造される。
【００２５】
欠けや粒子脱落が生じた表面を酸エッチングすることにより、表面層（平均粒径の５倍以内）は、深さ方向に径大部がある平均粒子サイズオーダーの微細孔を含む凹凸構造、換言すると、部分的に粒子が脱落したように見える凹凸構造に侵食される一方、ビッカース硬度も向上する。なお、粒子が脱落したような形状とは、エッチング後の形状がそのように見えると言うだけであり、実際に粒子が欠落するのは、主に粒界そのものが同時にエッチングされることによる。この酸エッチング処理において、表面に形成されたマイクロクラックが除去される。
【００２６】
上記イットリア焼結体の深さ方向に径大部がある凹凸構造は、実質的に平均粒径の５倍以内の表面層のみであり、基体部が緻密で、ガス吸着作用ないしガス放出作用もほとんど無視できる。従って、ガス放出性も抑制されているので、例えば蒸着やスパッタリングの処理室内部などの構造部材としての使用で、歩留よく、信頼性の高い加工が可能となる。また、上記ビッカース硬度の改善・構造と相俟って、例えば真空系の構成部材、凹凸構造面（アンカー効果）を被接合体（積層体）の基材などとして有効である。このアンカー効果により、付着する粒子や形成する膜の離脱・剥離などの不都合・不具合が全面的に回避・解消される。
【００２７】
また、上記本イットリア焼結体を製造する方法を用いれば、破壊靭性値が小いさく、加工時に欠けや粒子脱落が発生し易いイットリアであっても、低コストで加工面荒れを修復することができる。
【００２８】
【実施例】
試験方法：次のようにして作製した試料を用い、表面酸エッチングに用いる２０重量％濃度の酸と、エッチング時間を変え、欠け部の粗さを電子顕微鏡により観察した。
【００２９】
試料：純度９９．９９％以上、焼結体密度４．９８ｇ／ｃｍ３、縦２００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚さ５ｍｍのイットリア焼結体に直径０．５ｍｍの貫通孔を２０個明けたところ、全ての孔の入口部に約４ミクロン程度の非定形な欠けが存在し、その表面は粗面であった。
【００３０】
結果：観察結果を表１に示す。
【表１】
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【００３１】
表１からもわかるように、いずれの酸を用いた場合にも、面粗さをＲａ０．８ミクロン未満にできることがわかった。特にふっ硝酸を用いると、エッチングが２時間を超えれば、Ｒａ０．８ミクロン未満が達成できる。また、ふっ硝酸、硝酸、ふっ酸、塩酸、塩酸過水の順でエッチングが速いこともわかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係わる耐食性部材によれば、加工により生じた欠けや粒子脱落の除去のために後加工を必要とせず、かつエッチング時間を短縮して製造されイットリア焼結体からなる耐食性部材、及びその製造方法を提供することができる。
【００３３】
また、本発明に係わる耐食性部材によれば、欠けた部分や粒子脱落跡を時間が短縮されたエッチングにより微細な凹凸に形成されイットリア焼結体からなる耐食性部材、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる耐食性部材の一実施形態の断面を示す概念図。
【図２】本発明に係わる耐食性部材の他の実施形態の断面を示す概念図。
【符号の説明】
１  イットリア焼結体
２  表面
【図１】
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【図２】
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