(57)【要約】【課題】  基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の膜で表面全体あるいは一部を覆うことで、被覆された部分の熱伝導を減少させ、周囲部材曲部や細部に熱応力が発生することを防止することが目的である。【解決手段】  プラズマ環境に曝される耐食部材であって、耐熱基材１の表面の少なくとも一部を耐食性の高い膜で覆われており、前記耐熱基材１の熱伝導率よりも低い熱伝導率の膜で覆われている耐食部材である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ環境に曝される耐食部材であって、耐熱基材の表面全体あるいは少なくとも一部が耐食性の高い被覆膜で覆われており、前記耐熱基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の被覆膜であることを特徴とする耐食部材。
【請求項２】
前記膜の熱伝導率は、９０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項１に記載の耐食部材。
【請求項３】
前記膜の相対密度は、５０％以上９８％未満である請求項２に記載の耐食部材。
【請求項４】
前記膜の材質がＡｌＮであり、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスとアンモニアガスを原料に用いて作製したものである請求項３に記載の耐食部材。
【請求項５】
前記耐熱基材は、熱分解窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体、熱分解窒化硼素コートグラファイト、窒化アルミニウム、希土類酸化物、酸化アルミニウム、酸化珪素、ジルコニア、サイアロン、グラファイト、高融点金属の何れかが主成分であることを特徴とする請求項４に記載の耐食部材。
【請求項６】
前記耐熱基材は、ヒーター及び／または静電チャックの機能を備えていることを特徴とする請求項５に記載の耐食部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食性プラズマガスなどの雰囲気下で用いられる耐食性部材であり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用される、ハロゲン系腐食ガスやハロゲンガスプラズマに対して、優れた耐食性を有する耐食性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、腐食性の高い雰囲気下で使用される部材として、従来ではシリコン、石英ガラス、炭化珪素が用途に応じて用いられてきた。しかし、これらの材料において種々の問題があった。例えば、石英ガラスは反応性の高いフッ素系ガスの存在下では、フッ化珪素など反応性化合物の蒸気圧が高く気体となってしまい、腐食が進行し部材が消失してしまう。また、石英ガラスよりも耐食性が優れる炭化珪素も、シリコン含浸炭化珪素のため、シリコン部がフッ素系ガスとの反応により消失するため、炭化珪素の粒子が離脱してパーティクルの原因となる。
【０００３】
一方で、アルミニウム、アルミナ、窒化アルミニウムなどのアルミニウム系材料は、フッ素ガスと反応して生成するフッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）の蒸気圧が低いことから、使用されている。
特に、アルミニウムや窒化アルミニウムは優れた熱伝導率を持っており、Ｓｉウェハなどの被加熱物を均一に加熱するため、半導体製造装置のヒーター及び静電チャックの基材に使用されている。
【０００４】
しかしながら、アルミニウムや窒化アルミニウムは熱伝導率が高いため、熱を周囲へ伝えやすい。特に周囲部材の曲部や細部に熱が伝導し、昇降温の繰り返しにより熱応力が繰り返し加えられると比較的容易に割れてしまうという問題があった。
【０００５】
特許文献１に開示されているように、載置台を支持するセラミック製の支持部材を複雑な形状に成形したり、或いは特許文献２に開示されているように、載置台と支持部材の接合部の外周を特定の曲率半径になるように形成することが行われているが、載置台等の割れを十分に抑制できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４１０１４２５号公報
【特許文献２】特許３５２００７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に鑑みて、昇降温の繰り返しにより熱応力が繰り返し加えられても割れが発生し難い、静電チャック等に用いて好適な耐食材料を提供すること課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の耐食材料は、プラズマ環境に曝される耐食部材であって、耐熱基材の表面全体あるいは一部の少なくとも一部が耐食性の高い被覆膜で覆われており、前記耐熱基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の被覆膜であることを特徴とする。
前記膜の熱伝導率は、９０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であること、前記膜の相対密度は、５０％以上９８％未満であること、前記膜の材質がＡｌＮであり、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスとアンモニアガスを原料に用いて作製したものであること、前記耐熱基材は、熱分解窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体、熱分解窒化硼素コートグラファイト、窒化アルミニウム、希土類酸化物、酸化アルミニウム、酸化珪素、ジルコニア、サイアロン、グラファイト、高融点金属の何れかが主成分であること、前記耐熱基材は、ヒーター及び／または静電チャックの機能を備えていること、が、それぞれ好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基材に被覆された膜の部分で熱伝導を抑制することにより、曲部や細部の熱応力による割れや破損を防止することができる。さらには、耐食性が高いため、腐食性の高い雰囲気でも長時間使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の耐食部材を示した図である。
【図２】本発明の実施例１の耐食部材を組込んだ構造を示した図である。
【図３】組込み構造の温度測定部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の耐食部材について説明する。
本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の膜で表面全体あるいは一部を覆うことで、被覆された部分の熱伝導を減少させ、周囲部材曲部や細部に熱応力が発生することを防止することができること、さらには、腐食性の高い雰囲気でも使用することのできる耐食性の高い膜とすることができること、を知見し、本発明に至った。
本発明は、耐熱基材の表面全体あるいは一部を耐食性の高い被覆膜で覆われており、前記基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の被覆膜で覆われていることを基本とする。
【００１２】
本発明の耐食部材は、図１に示すように、耐熱基材１の少なくとも一方の表面に被腹膜３が形成されている。耐熱基材１には、内部に発熱層２を設けることができる。
図２は、図１に示す耐食部材を組み込んで、半導体製造用ヒーターとしたものの基本的な構造を示す。支柱４で耐食部材を支えて、耐熱基材１上に、例えば、シリコンウェハからなる被処理物（図示せず）を載置して吸着・加熱する。６は、発熱ないし静電チャックのためのコイルへの通電電極である。この場合の、支柱４の支柱曲部５（図３）に、従来は割れ等の不具合が発生しがちであったが、その支柱曲部５における温度を測定することによって、本発明の被覆膜の効果を確認することができる。
【００１３】
本発明の耐食部材は、耐熱基材と相対密度が５０以上で９８％未満、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の窒化アルミニウムからなる被覆膜とを備えた耐食部材であり、基材から周囲へ熱が伝導することを抑制し、周囲の部材の熱応力による割れや破損を防止することができる。
ヒーター及び静電チャックの機能を備えた耐熱基材としては、熱伝導率の高い窒化アルミニウムが主流である。耐熱基材に窒化アルミニウムを使用した場合、被覆膜の熱伝導率は耐熱基材よりも低いことが必要なため、窒化アルミニウム焼結体（三井鉱山マテリアル製ＭＡＮ−９０）の９０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。さらに周囲への熱伝導を抑制するためには、４５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることがより好ましい。（請求項２）
【００１４】
被覆膜の相対密度は熱伝導率と相関があり、相対密度が高い場合、基材（例えば焼結体）の熱伝導率よりも高い被覆膜となってしまい、周囲の部材に対する断熱性を持たない。一方で相対密度が低い場合、膜として形成せず、基材から剥がれてしまう。よって、相対密度は５０以上で９８％未満とすることが好ましい。より好ましくは５０以上で８０％未満である（請求項３）
【００１５】
窒化アルミニウムを被覆膜に使用することで、ハロゲン系ガス、ハロゲンプラズマに対して高い耐食性を示すため、基材の劣化やパーティクルの発生を抑制できる。さらに、アルミニウムの有機金属化合物あるいは塩化アルミニウムとアンモニアを原料とした化学気相成長法によって成膜された窒化アルミニウムは、焼結体のような助剤を含んでいないため、特にパーティクルの発生が少ない。（請求項４）
【００１６】
ベースとなる耐熱性部材の材質が熱分解窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体、窒化アルミニウム、希土類酸化物、酸化アルミニウム、酸化珪素、ジルコニア、サイアロン、グラファイト、高融点金属のいずれかを主成分とするものであることにより５００℃以上の高温プロセスにも十分に対応できる（請求項５）。
【００１７】
特に、ヒーター機能を備えた耐熱基材３では高温プロセスで使用されるため、耐熱基材を保持する周囲の部材も高温になる。本発明の被覆膜を備えることで、ヒーター機能により耐熱基材の温度を上げても、被覆膜により周囲に熱が伝導することを抑制することができる。さらには、被覆膜が断熱作用として働き、耐熱基材の温度を効率的に上げることが可能となり、省エネ効果にも繋がる。
【実施例】
【００１８】
［実施例１］
内部に発熱層を備えたφ２００×５ｔの耐熱基材の片面に、熱ＣＶＤ法により窒化アルミニウム被覆膜を設けた。
被覆膜を成膜するに際し、原料はアルミニウムの有機金属化合物としてトリメチルアルミニウムをバブラー法にて供給し、バブリング用のガスはＡｒガスを用いた。Ｎ2、Ｈ2、Ｈｅ等を用いても同様の結果である。
トリメチルアルミニウムは、３５℃一定になるように恒温槽に入れ、バブリング用のＡｒ流量を２Ｌ／ｍｉｎとし、シリンダ内の圧力を１０ｋＰａとなるように制御した。その際のトリメチルアルミニウムの供給量は０．３ｍｏｌ／ｈｒとなる。一方、アンモニアは直接液体を加熱気化させて供給量１．７ｍｏｌ／ｈｒとなるようにマスフローコントローラーで調整して供給した。
【００１９】
原料ガスを反応器に導入するには、２重管構造の管状部材から供給するようにし、２重管の外側からアンモニア、内側からトリメチルアルミニウムを供給するようにした。
反応炉内は、真空状態となるよう真空ポンプでガスを排気した後、排気を継続しながら、圧力は５０Ｐａ程度になるように調整した。
反応温度は、６００℃から１４００℃の間で条件を変更させて、熱伝導率と相対密度を調整した窒化アルミニウムからなる厚さ１００μｍの被覆膜を設けた耐食部材（図１）を作製した。
【００２０】
被覆膜の物性を以下の方法により測定した。
熱伝導率はＢＥＴＨＥＬ社製  熱物性顕微鏡ＴＭ３を用いて、周期加熱サーモリフレクタンス法により、室温（２４℃）にて測定した。
相対密度は、膜厚と成膜前後の重量を測定して差分を膜の重量とし、相対密度１００％の密度を３．２５ｇ／ｃｍ3として算出した。
表１に被覆膜と基材との相対密度及び熱伝導率を示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
図１の耐食部材を図２に示す構造に組込み、真空チャンバー内にて昇温試験を行った。発熱層に３ｋＷの電力を投入し、定常状態になった時の図３に示す支柱曲部５の温度を放射温度計により測定した。また、比較例として、被覆膜を設けない場合についても同様に温度を測定した。支柱部材としてアルミナを使用し、昇降温の繰り返しを１０回行った後、支柱曲部５の状態を観察した。
表２に支柱曲部の測定温度の結果を示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２に示した結果から分かるように、本発明のように耐熱基材に熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の窒化アルミニウム被覆膜を備えることで、支柱曲部の温度を低下させることができる。これにより、曲部に発生する熱応力が抑制され、昇温後も良好な状態であり、表面にひび割れ等の発生は認められていない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上説明したように、本発明の耐食部材は、基材に被覆された膜の部分で熱伝導を抑制することにより、曲部や細部の熱応力による割れや破損を抑制することができる。さらには、窒化アルミニウムが高耐食性のため、腐食性の高い雰囲気でも長時間使用が可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１  耐熱基材
２  発熱層
３  被覆膜
４  支柱
５  支柱曲部（温度測定部）
６  通電電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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