(57)【要約】【課題】  本発明は、緻密でかつ透光性のあるＹ２Ｏ３焼結体を特別な焼成容器やＹ２Ｏ３詰め粉を必要とせず、簡便な操作で製造することができる方法を実現する。【解決手段】  この発明は、純度が９９重量％以上で平均粒径が２μｍ以下のＹ２Ｏ３原料を成形する工程と、得られた成形体を、水素雰囲気中で１７１０〜１８５０℃で焼成し、平均結晶粒径が１０〜８００μｍのＹ２Ｏ３結晶を形成させる工程によってＹ２Ｏ３焼結体を製造することにある。これによって高純度、かつ緻密で、機械的強度に優れた半導体処理装置特にプラズマを用いた処理装置に適した焼結体を実現することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が９９重量％以上で平均粒径２μｍ以下のＹ２Ｏ３原料を用いた成形物を水素雰囲気中で１７１０〜１８５０℃で焼成し、Ｙ２Ｏ３焼結体中に平均結晶粒径が１０〜８００μｍのＹ２Ｏ３結晶を形成させたことを特徴とするＹ２Ｏ３焼結体。
【請求項２】
前記Ｙ２Ｏ３焼結体の平均結晶粒径が５０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１記載のＹ２Ｏ３焼結体。
【請求項３】
前記Ｙ２Ｏ３焼結体が透光性を有するものであることを特徴とする請求項２記載のＹ２Ｏ３焼結体。
【請求項４】
純度が９９重量％以上で平均粒径が２μｍ以下のＹ２Ｏ３原料を成形する工程と、
得られた成形体を、水素雰囲気中で１７１０〜１８５０℃で焼成し、平均結晶粒径が１０〜８００μｍのＹ２Ｏ３結晶を形成させる工程を少なくとも備えたことを特徴とするＹ２Ｏ３焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記Ｙ２Ｏ３原料を成形する工程が、鋳込み成形による成形工程であることを特徴とする請求項４記載のＹ２Ｏ３焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐プラズマ部材用Ｙ２Ｏ３焼結体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｙ２Ｏ３はその優れた耐プラズマ性から半導体装置用部材への適用が期待されている。
従来Ｙ２Ｏ３焼結体は大気中において焼成するいわゆる大気焼成によって製造されている。しかしながら、この大気焼成においては、Ｙ２Ｏ３成形体を大気に直接暴露して焼成すると、黄色に着色してしまうため、無着色の焼結体を製造するためには、焼成時に高純度アルミナやＹ２Ｏ３焼結体などＹ２Ｏ３成形体を汚染しない焼結体容器で成形体を密封し、かつＹ２Ｏ３の詰め粉を充填する必要がある。従って、焼成スペースにとって焼結体容器の寸法が制約となって、製造設備の容積効率が低い上に、量産化にとって不都合であった。
【０００３】
また、Ｙ２Ｏ３成形体の大気焼成では、Ｙ２Ｏ３焼結体を製造するのに適した耐火物の耐熱性の制約から、焼成温度が最大１７００℃であり、この焼成温度範囲では、得られるＹ２Ｏ３焼結体の平均結晶粒径は５〜２０μｍの範囲のものしか得られなかった。また、焼結体の色調も白色で、透光性は有していないものであった。このようなＹ２Ｏ３焼結体は、材料自体は耐プラズマ性に優れているものの、プラズマ処理装置において用いられる部材として、透光性を必要とする要求には応じられない状況であった。
また、Ｙ２Ｏ３成形体を各種雰囲気下で焼成することによってＹ２Ｏ３焼結体を製造することが知られている（特許文献１参照）。しかしながら、この技術では、緻密な焼結体を得ることは困難であり、かつ透光性に優れた焼結体を実現することはできなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６８８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はＹ２Ｏ３焼結体における従来の上記問題を解消するためになされたものであり、緻密でかつ透光性のあるＹ２Ｏ３焼結体を実現することを目的とするものである。また、本発明の製造方法は、特別な焼成容器やＹ２Ｏ３詰め粉を必要とせず、簡便な操作で緻密で透光性のあるＹ２Ｏ３焼結体を製造する方法を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、特別な焼成容器やＹ２Ｏ３詰め粉を必要とせず、大気焼成よりも高温焼成することで結晶粒径を肥大化させ、透光性を発現させることができることを見いだして、本発明に至ったものである。
【０００７】
第１の本発明は、純度が９９重量％以上で平均粒径２μｍ以下のＹ２Ｏ３原料を用いた成形物を水素雰囲気中で１７１０〜１８５０℃で焼成し、平均結晶粒径が１０〜８００μｍのＹ２Ｏ３結晶を形成させたことを特徴とするＹ２Ｏ３焼結体である。
【０００８】
前記第１の本発明において、前記Ｙ２Ｏ３焼結体の平均結晶粒径が５０〜５００μｍであることが好ましい。このような焼結体とすることにより、従来実現が困難であった透光性を有するＹ２Ｏ３焼結体を実現することができた。
【０００９】
第２の本発明は、純度が９９重量％以上で平均粒径が２μｍ以下のＹ２Ｏ３原料を成形する工程と、
得られた成形体を、水素雰囲気中で１７１０〜１８５０℃で焼成し、平均結晶粒径が１０〜８００μｍのＹ２Ｏ３結晶を形成させる工程を少なくとも備えたことを特徴とするＹ２Ｏ３焼結体の製造方法である。
このような本発明の製造方法によって透光性を有し、緻密なＹ２Ｏ３結晶を有する焼結体を実現することができた。
【００１０】
また、前記第２の本発明において、Ｙ２Ｏ３原料を用いた成形方法として、鋳込み成形を採用することが好ましい。これによってより、密度の高い焼結体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＹ２Ｏ３焼結体の発明によれば、緻密で、透光性があり、プラズマ処理装置の窓枠のような半導体処理装置の部材に適した焼結体を実現することができる。
また、本発明のＹ２Ｏ３焼結体の製造方法の発明によれば、簡便な装置及び工程で、緻密で透光性のあるＹ２Ｏ３焼結体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［焼結体］
本発明の焼結体は、純度が９９重量％以上で平均粒径２μｍ以下のＹ２Ｏ３原料を用いた成形物を水素雰囲気中で１７１０〜１８５０℃で焼成し、Ｙ２Ｏ３焼結体中に平均結晶粒径が１０〜８００μｍのＹ２Ｏ３結晶を形成させたものである。この焼結体は、高純度で、緻密であり、かつ曲げ強度も高いので、半導体処理装置、特にプラズマ処理を行うための装置の部材として優れている。
【００１３】
また、このＹ２Ｏ３焼結体において、平均結晶粒径が５０〜５００μｍの範囲にあるものはさらに緻密で透光性に優れている。従って、このような材料は、前述のプラズマ処理装置において、従来実現が困難であった耐プラズマ性を有しながら、透明な材料を実現することができるので、例えば、プラズマ処理装置の窓材に適している。
【００１４】
［製造方法］
本発明の製造方法は、原料粉末を準備する原料調製工程、ついで原料粉末を成形する成形工程、さらにこれを水素雰囲気中で焼結する焼成工程を少なくとも有するものである。以下本実施の形態の製造方法を詳細に説明する。
【００１５】
本実施の形態の第１の工程である原料調製工程について説明する。
まず、原料を準備する。原料となるＹ２Ｏ３は、９９％以上の純度を有するものが好ましい。この純度が９９％を下回ると、この原料を使用した部材を半導体装置に用いた場合に、不純物成分が半導体ウェハ表面に異物として付着してしまったり、半導体ウェハに金属などの不純物汚染を引き起こすおそれがあり、好ましくない。
また、このＹ２Ｏ３原料粉末の粒度は、２μｍ以下であることが好ましい。Ｙ２Ｏ３原料粉末の粒度が、２μｍを超えると、曲げ強度が５０ＭＰａ未満となるため好ましくない。一方、原料粉末は、過度に微細化すると取り扱いが困難になるが、焼結体密度が向上し好ましい。
【００１６】
次に、第２の工程である成形工程について説明する。この工程では、前行程で準備された原料となるＹ２Ｏ３の粉末を、乾式もしくは湿式によって所望の形状に成形する工程である。
【００１７】
乾式成形工程としては、乾式加圧成形として、従来公知の一軸加圧成型あるいは静水圧成型などの方法を採用することができる。
乾式成形は、例えば次にようにして行うことができる。まず、原料となるＹ２Ｏ３の粉末に、ＰＶＡのようなバインダー、及び純水を添加し、公知の混合装置を用いて攪拌混合し、得られたスラリーをスプレードライヤーで乾燥し造粒する。得られた原料混合粒子は、型に充填し、一軸加圧成形機あるいは静水圧加圧成形機（ＣＩＰ）を用いて加圧成形する。この際、バインダーの添加量は、原料粉末の粒径にも依存するが、０．５〜３重量％の範囲が適切である。また、スプレードライヤーで造粒する粒子のサイズは、１０〜２００μｍ程度とすることが好ましい。
上記方法において、原料粒子の粒径が１μｍに近い場合には造粒せずに、そのままバインダーを添加して、加圧成形することもできる。
【００１８】
また、湿式成形工程としては、従来公知の押し出し成形、湿式加圧成形、鋳込み成形などの方法を採用することができる。これらのうちで、ニアネットシェープ品が得られることによりその後の切削加工などの工程が不要になり、製造工程が簡便で、複雑形状の成形体を成形することができ、また、緻密な成形体が得られる点で鋳込み成形法が好ましい。
このような鋳込み成形は、次のようにして行うことができる。まず、原料となるＹ２Ｏ３の粉末に分散剤、可塑剤、ゲル化剤などの添加剤、及び水を添加し、攪拌混合する。得られたスラリーを石膏型、樹脂型、セラミックス型などの型に流しこみ、あるいは加圧して流し込み、型中で乾燥させて成形することができる。
【００１９】
第３の工程は脱脂及び焼成工程である。脱脂は、前工程までで、有機添加剤を加えていない場合には省略することも可能であるが、バインダーなどの有機物を使用している場合には、成形体を加熱して有機物を分解あるいは揮散除去する。この際の温度は、５００〜９００℃程度の温度で十分である。
【００２０】
ついで、Ｙ２Ｏ３原料粉末を用いて成形した成形体を水素雰囲気中で焼成する。
この工程で用いる水素雰囲気は、純水素雰囲気でもよいが、アルゴンガスなど、Ｙ２Ｏ３と非反応性の不活性ガスが混合されていても差し支えない。ただし、経済性を考慮すれば、アルゴンガス等を添加しない市販されている水素ガスがもっとも好ましい。水素雰囲気ガスは、焼成炉内を流通させてもよいし、滞留していてもよい。
【００２１】
本発明において、水素ガスを雰囲気ガスとして用いることにより、被焼成物を詰め粉や治具で被覆することなく加熱しても着色せず、透明な焼結体が得られる。また、水素雰囲気中での加熱によって、成形体表面に存在する金属不純物等が減少し半導体処理装置に適した材料を得ることができる。さらに、焼成炉材料として、Ｍｏ台板や、タングステンヒータを用いることができ、これによって焼成炉内材料による加熱温度の制約を受けることなく、１７００℃以上の高温で加熱焼成することができ、焼結体の緻密度を向上させることができる。
【００２２】
本工程の焼成温度は、前述したとおり、１７１０〜１８５０℃の範囲が好ましい。焼成温度が、１７００℃以下では曲げ強度が５０ＭＰａ未満と不十分である。一方、焼成温度を１８５０℃を超える値とするためには、焼成炉の部材をより耐熱性の優れたものを採用する必要があるが、得られるＹ２Ｏ３焼結体は、それに見合った特性改善を期待することができず、経済的でない。
【００２３】
前記焼成温度は、１７１０〜１８５０℃の範囲で任意に選択できるが、焼成温度が、１７１０〜１７８０℃までは、得られるＹ２Ｏ３焼結体の平均結晶粒径３０μｍ未満で透光性が乏しい。焼成温度が、１７８０℃を超えると平均結晶粒径が３０μｍ以上となり透光性が発現され、焼成温度が高いほど平均結晶粒径が大きくなり透光性も高くなる。しかしながら、焼結体の機械的強度は焼成温度が高いほど低下し、半導体用部材として必要な曲げ強度５０ＭＰａ以上を達成するためには、平均結晶粒径が４００μｍで、焼成温度は１８５０℃以下の条件となる。従って、Ｙ２Ｏ３の焼成温度は、１７１０〜１８５０℃が好ましい。
【実施例】
【００２４】
（実施例１〜５、比較例１）
平均粒径１μｍ、純度９９．９％のＹ２Ｏ３原料粉末１００重量部に対して、バインダーとしてＰＶＡを２重量部添加し、適量の水を添加して湿式で混合しスラリーを形成した。ついで、このスラリーを、石膏型に流し込み、型中で乾燥して、２００×２００×１０ｍｍの板状体を成形した。この成形体を、９００℃に加熱して脱脂した後、１ｍ３／ｈｒの流量のＨ２雰囲気で、１７００℃、１７２０℃、１７５０℃、１７８０℃、１８００℃、及び１８５０℃で６時間焼成し、焼結体を作成した。得られた６種の成形体の平均結晶粒径、曲げ強度、透光性、及び密度を評価した。なお、透光性の有無は、厚さ１０ｍｍの試料について、可視光の透過率が１０％を超えるものを透過性ありとした。
その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2004269350.tif 000002
【００２６】
上記表１の結果から明らかなように、従来一般にＹ２Ｏ３の焼結方法として行われている大気中１７００℃近辺の焼成条件によって得られる焼結体は、Ｙ２Ｏ３の理論密度５．０２よりかなり低いものしか得られなかった。一方、本発明の焼結体は、密度が４．９９以上と、理論密度にかなり近い値のものが得られた。
【００２７】
（実施例６、実施例７）
成型法の差異によって生ずる焼結体の特性を比較するために、樹脂型を用いた加圧鋳込み成形（実施例６）、及びＣＩＰ成形（実施例７）によって、作成した成形体を水素雰囲気中で焼成した例を示す。まず、樹脂型を用いた加圧鋳込み成形である実施例６の方法は、前記実施例１と同様にして、スラリーを作成した後、これを合成樹脂で形成した型中に充填し、圧力１ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧して、２００×２００×１０ｍｍの板状体を成形した。これを乾燥後、実施例１と同様にして脱脂し、１７８０℃で焼成した。また、ＣＩＰ成形による実施例７の方法は、スプレードライヤーで造粒した造粒粉を用い、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）で、１００ＭＰａの圧力で、２００×２００×１０ｍｍの板状体を成形した。これを実施例１と同様にして脱脂し、水素雰囲気下で１７８０℃で６時間焼成した。
これらの試料の密度を測定したところ、鋳込み成形によって作成した実施例６の試料は、密度が４．９９ｇ／ｃｍ３以上であり透光性があったのに対して、ＣＩＰ成形によって作成した実施例７の試料は、密度が、４．９８ｇ／ｃｍ３であり透光性がなかった。