(57)【要約】【課題】ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部位を、均一に緻密質とすることができ、大型部材であってもハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が高い耐食性を有する耐食部材を提供すること。【解決手段】ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ環境下で用いられる耐食部材であって、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分がＹ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ環境下で用いられる耐食部材であって、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分がＹ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になることを特徴とする耐食性部材。
【請求項２】
前記ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が、Ｙ２Ｏ３にＭｇＯを３０〜７０ｍｏｌ％添加してなることを特徴とする請求項１に記載の耐食性部材。
【請求項３】
前記ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が溶射膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐食性部材。
【請求項４】
前記溶射膜は、電磁振動式粉末供給フィーダーでの原料フィードで開始後１時間以内の単位時間当たりの原料供給量の変化が１０％以下となるように溶射してなることを特徴とする請求項３に記載の耐食性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程および液晶製造工程に好適なハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマへの耐性の高い耐食性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や液晶製造工程においては、ドライエッチングやＣＶＤ等のハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマといった化学的腐食性の高い環境下での処理が存在する。このような環境下で用いられる部材としては、例えば、ベルジャー、チャンバー、サセプター、クランプリング、フォーカスリング等があり、従来、この種の部材を構成する材料としては、石英ガラスやセラミックスが多く用いられている。
【０００３】
ところで、半導体製造工程および液晶製造工程におけるコスト低減の観点から、近時、被処理物である半導体ウエハや液晶基板のサイズの増加が図られており、半導体ウエハでは３００ｍｍ、液晶基板では１ｍ□超のサイズが要望されている。これにともなって、これらの製造装置の大型化が必要になってきており、上記部材も大型化が求められている。
【０００４】
しかしながら、従来使用されてきた石英ガラスでは強度、剛性率の観点からこのような大型部材への対応は制限される。またアルミナセラミックスで大型部材を製造しようとすると粗大ポアに代表される組織の不均一が生じるという問題があり、腐食性の強い環境下ではこのポアが腐食起点になるため、パーティクル発生および腐食の促進等の問題が懸念される。さらに、耐腐食性の高い材料としてサファイアがあるがこれも単結晶製造サイズの問題から上記大型部材への対応には限度がある。
【０００５】
このようなことから、近時、耐食性材料として耐食性がより高いＹ２Ｏ３に代表される希土類酸化物を用いることが提案されている（例えば特許文献１）。また、大型部材にも十分対応可能なようにＹ２Ｏ３を溶射法により基材上に被覆することが提案されている（例えば特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、Ｙ２Ｏ３溶射膜はＡｌ２Ｏ３溶射膜などの他の溶射膜に比べ耐食性が高いものの、融点が高く溶融しにくいので、膜質が不均一となり、このため使用において膜剥がれ等が発生し易い欠点がある。また、溶射法によるセラミックス膜は本質的にポアを含みやすく、Ｙ２Ｏ３溶射膜の場合には溶融しにくいことによりポアが多く含まれるおそれがあり、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝されると、このポアが腐食基点となるため、耐腐食性が必ずしも充分ではない。
【０００７】
また、バルクのＹ２Ｏ３もその高い耐食性により注目されているが、融点が高いことに起因して焼結温度が高く、十分焼結した均一な焼結体が得難く、全体が十分に高い耐食性を有する大型品を得ることが困難である。
【特許文献１】特開平１０−４５４６１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部位を、均一に緻密質とすることができ、大型部材であってもハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が高い耐食性を有する耐食部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、Ｙ２Ｏ３とＭｇＯとからなる材料は、本質的に耐食性が高く、また、高融点のＹ２Ｏ３の融点をＭｇＯで低下させることができ、均一な緻密質とすることができること、およびこの際のＭｇＯが３０〜７０ｍｏｌ％であれば共晶効果が有効に発揮され、より効果的に緻密化することができることを見出した。また、特に、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が溶射膜の場合には、このようにＹ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になるように構成することにより、溶射の際の不均一が生じず、緻密で均一な膜とすることができ、さらに溶射の際の原料の供給を調整することにより膜質の不均一化が一層抑制されることを見出した。
【００１０】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（４）を提供する。
（１）ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマ環境下で用いられる耐食部材であって、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分がＹ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になることを特徴とする耐食性部材。
（２）上記（１）において、前記ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が、Ｙ２Ｏ３にＭｇＯを３０〜７０ｍｏｌ％添加してなることを特徴とする耐食性部材。
（３）上記（１）、（２）において、前記ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が溶射膜であることを特徴とする耐食性部材。
（４）上記（３）において、前記溶射膜は、電磁振動式粉末供給フィーダーでの原料フィードで開始後１時間以内の単位時間当たりの原料供給量の変化が１０％以下となるように溶射してなることを特徴とする請求項３に記載の耐食性部材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分を、本質的に耐食性の高いＹ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になるようにしたので、原料が溶融しやすくなり、その部分を均一に緻密質とすることができ、大型部材であってもハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分が高い耐食性を有する耐食部材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る耐食性部材は、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分がＹ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になる。
【００１３】
Ｙ２Ｏ３とＭｇＯとはいずれも耐食性が高いため、これらからなる材料は本質的に耐食性が高い。また、Ｙ２Ｏ３単独では融点が高く、均一に緻密化することは困難であるが、ＭｇＯを添加することにより、融点を低下させて均一に緻密化することが可能となる。したがって、大型部材であっても、そのハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分の全体を均一化することができ、高い耐食性を得ることができる。
【００１４】
また、Ｙ２Ｏ３は、熱伝導率がアルミナの１／２以下と低く、半導体製造装置の急昇温での破壊が懸念されるが、熱伝導率が高いＭｇＯを添加することにより熱特性が改善されるという利点もある。
【００１５】
本発明の耐食性部材は、本発明に係る耐食性部材は、ハロゲン系腐食ガスまたはハロゲン系ガスプラズマに曝される部分を溶射膜で構成することもできるし、耐食性部材全体を焼結体（バルク）で構成することもできる。
【００１６】
溶射膜を形成する場合には、基材を清浄化した後、上記組成からなる溶射原料を溶融させた状態で基材上に射出することにより形成する。溶射方法としてはプラズマ溶射やアーク溶射等、通常用いられるものを使用することができる。上述のようなＹ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になる材料の場合には、ＭｇＯの作用によりＹ２Ｏ３に比べて融点を低下させることができるので溶融しやすくなり、溶融しにくいことによる膜質の不均一やポアの残存を極めて少なくすることができ、高い耐食性を得ることができる。
【００１７】
焼結体の場合には、原料粉末を常法に従って成形し、焼結することにより形成することができる。Ｙ２Ｏ３とＭｇＯとから実質的になる材料の焼結体は、ＭｇＯの存在により焼結温度を低下させることができ、均一に緻密な焼結体とすることが可能となる。
【００１８】
Ｙ２Ｏ３とＭｇＯとの比率は、ＭｇＯが３０〜７０ｍｏｌ％、すなわちｍｏｌ比でＹ２Ｏ３／ＭｇＯ＝７０／３０〜３０／７０の範囲であることが好ましい。この組成においては共晶効果により融点を一層有効に低下させることができ、より均一に緻密質化することができる。特に、溶射膜を形成する際には、このような組成範囲にして融点をより低くすることにより、より膜質の均一性を向上させることができ、耐食性をより高くすることができる。
【００１９】
溶射膜の形成において、電磁振動式粉末供給フィーダーで原料フィードする際に、フィード開始後１時間以内の単位時間当たりの原料供給量の変化が１０％以下となるように溶射することが好ましい。このように成膜速度を均一化することにより、原料供給の不安定に起因する膜質の不均一を抑制して、より一層均質な溶射膜を形成することができる。変動が１０％を超えると、膜質の疎／密の差が大きくなって組織が不均一になりやすい。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例について比較例と比較しつつ説明する。
平均粒径１．０μｍのＹ２Ｏ３粒子と平均粒径０．２μｍのＭｇＯ粒子を、イソプロピルアルコール、分散剤、結合剤とともに表１のＮｏ．１〜１０の比率で配合し、撹拌・混合してスラリーを調整した。次いで、このようにして調整したスラリーをスプレードライヤーにより造粒し、得られた造粒粉を大気中１５００℃で仮焼成し、分級を行い平均粒径５０μｍ以下の原料を作製した。一方、比較のため表１のＮｏ．１１の１００％Ｙ２Ｏ３の原料と、Ｎｏ．１２の１００％ＭｇＯの原料を同様に作製した。
【００２１】
Ｎｏ．６〜８の原料以外は、片面をブラスト処理によって粗面化したアルミニウム基材に上記原料を電磁振動式粉末供給フィーダーに入れ、アルゴンガスによりプラズマ溶射ガン内部にフィードし、表１に示す組成の膜厚２００μｍの溶射膜を作製した。この際に原料フィードの変動を調査した。
【００２２】
Ｎｏ．６〜８の原料については、□６５ｍｍの金型内に原料を充填して一次成形した後、１２００ｋｇ／ｃｍ２で二次成形し、大気中で１６００℃、４時間の条件で焼成し、焼結体（バルク）とした。
【００２３】
このように作製した溶射膜および焼結体（バルク）に関して相対密度、エッチング速度を把握した。また、溶射膜についてはピール試験を実施し、焼結体（バルク）については熱伝導率を測定した。相対密度は、溶射膜については４００℃までアルミニウム基材を加熱した後、２５℃の水中にすばやく入れ熱膨張差により剥離した溶射膜をアルキメデス法により測定した。バルクについては、そのままアルキメデス法により測定した。エッチング速度については溶射膜表面を研磨した後、研磨面の一部をポリイミドテープでマスクし、ＲＩＥプラズマエッチング装置によりＣＦ４＋Ｏ２プラズマにより腐食させ、マスクのある部分とない部分の段差を測定することにより算出した。ピール試験は□１００ｍｍのＡｌ基材上に溶射した溶射膜について、任意の１０ヶ所に粘着テープを貼ったのちテープを剥し、１０ヶ所中での溶射膜の剥離した部分をカウントした。また、熱伝導率はレーザーフラッシュ法で測定した。
【００２４】
表１に原料フィードの変動、相対密度、エッチング速度、ピール試験結果、および熱伝導率を併記する。原料フィードの変動については、１時間での原料フィード量の減衰が１０％以内を○、１０％を超える場合を×とした。また、エッチング速度については２ｎｍ／ｍｉｎ以下を良好とした。さらに、ピール試験については、剥離なし膜を○、膜剥離が２ヶ所までを△、膜剥離が３ヶ所以上を×とし、○、△を許容範囲とした。
【００２５】
表１から明らかなように実施例のＮｏ．１〜５，９，１０の溶射膜は相対密度が９０％以上となり緻密性の高い溶射膜が作製されているのが確認された。また、バルクの実施例Ｎｏ．６〜８も相対密度が１００％であり、緻密度が極めて高いことが確認された。また、Ｎｏ．１〜１０のいずれもエッチング速度が２ｎｍ／ｍｉｎ以下であり、Ｎｏ．１〜５，９，１０の溶射膜につては、ピール試験において許容範囲であった。特に、実施例のＮｏ．１〜５については、Ｙ２Ｏ３／ＭｇＯ＝７０／３０〜３０／７０の範囲であり、また原料供給の安定性が高いため、ピール試験による膜剥離は全く生じなかった。実施例のＮｏ．９，１０については、Ｙ２Ｏ３／ＭｇＯが好ましい範囲を外れ、かつ粉末供給量が不安定なことに起因して許容範囲であるが２ヶ所以下の溶射膜剥離が確認された。また、バルクの実施例Ｎｏ．６〜８についてはＭｇＯが増加するにしたがって熱伝導率が上昇することが確認された。
【００２６】
一方、比較例であるＮｏ．１１，１２の溶射膜は相対密度が９０％以下となり緻密性が不十分であり、エッチング速度も２ｎｍ／ｍｉｎ以上であった。また、単独組成のため原料の溶融温度が高く、原料が完全に溶融されない状態で基材へ溶射されたため膜質が低下しピール試験により膜剥離が３ヶ所以上確認された。
【００２７】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の耐食性部材は、ベルジャー、チャンバー、サセプター、クランプリング、フォーカスリング等の半導体製造工程や液晶製造工程に用いられる部材に好適である。