(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品本体と、原料粉末としての窒化物粒子の溶射により前記部品本体の表面に形成された溶射被膜とを具備する半導体製造装置用部品であって、前記溶射被膜は窒化物の粉末粒子が未溶融で９０％以上堆積して形成されていることを特徴とする半導体製造装置用部品。
【請求項２】
請求項１記載の半導体製造装置用部品において、前記溶射被膜の窒化物以外の残部は酸化物であり、前記未溶融の窒化物粒子は原料粉末の結晶構造を維持していることを特徴とする半導体製造装置用部品。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置用部品において、前記窒化物粒子は窒化アルミニウム、窒化ボロン、窒化けい素の少なくとも１種であることを特徴とする半導体製造装置用部品。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部品において、前記窒化物粒子は窒化アルミニウム(ＡｌＮ)粒子であり、前記溶射被膜は未溶融の窒化物の他に酸化物としての酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)を１０質量％以下含有することを特徴とする半導体製造装置用部品。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の半導体製造装置用部品において、前記溶射被膜の気孔率が５％以下であることを特徴とする半導体製造装置用部品。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の半導体製造装置用部品において、前記溶射被膜の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下であることを特徴とする半導体製造装置用部品。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の半導体製造装置用部品において、前記部品本体表面には少なくとも１層の酸化膜皮膜が形成されており、前記溶射被膜が酸化物被膜の最表面に形成されていることを特徴とする半導体製造装置用部品。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部品を具備することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置及びスパッタリング装置などプラズマ放電を利用して微細配線を形成する装置に好適な半導体製造装置用部品や化合物半導体製造用部品及び半導体製造装置や化合物半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造や化合物半導体装置製造における微細配線は、スパッタリング装置やＣＶＤ装置による成膜とエッチング装置による等方性エッチングおよび異方性エッチングの技術とを利用して形成されている。これらの装置では成膜速度やエッチング性の向上のためにプラズマ放電が利用されている。【０００３】
ここでは、プラズマ放電を利用している半導体製造装置の代表例としてプラズマエッチング装置について説明する。半導体製造装置の製造工程において、Ｓｉの微細加工や基板上に成膜された絶縁膜、電極膜及び配線膜等の各種薄膜のドライエッチングプロセスに、プラズマガスを用いて行う方法が知られている。具体的には、ドライエッチング装置のチャンバー内に配置された上部電極とそれに対向して配置された下部電極面に搭載された基板間に、気体である弗素（Ｆ）系や塩素（Ｃｌ）系のプラズマガスを導入し、前記電極間でプラズマ放電して弗素系や塩素系プラズマを発生させ、このプラズマ中で生成された活性なイオンやラジカル等で、基板上に形成された薄膜をドライエッチングする方法が適用されている。【０００４】
この弗素系や塩素系のプラズマを利用したドライエッチングにより、基板上の薄膜からエッチングされて形成された生成物は、気体状態となって、チャンバーから排気ポンプによりチャンバー外に排出される。また、生成物の一部は固体状態となり、チャンバー内に堆積して付着膜となるため、この付着膜の除去を目的に、前記ドライエッチングに用いた弗素系や塩素系プラズマガスとは異なるガス条件を用いてドライエッチングを行ってチャンバー内に付着した生成物をチャンバー外に排出する処理が採用されている。【０００５】
しかしながら、フルオロカーボン系のエッチング生成物が発生して堆積した場合、この生成物は弗素系や塩素系のプラズマには完全に反応しないために、生成物がチャンバー内に残留し、この堆積膜が剥離して基板上に混入して、パターン不良や歩留り低下を招くことになる。【０００６】
このようなことから、ドライエッチング装置では、プラズマが照射される部品には、耐プラズマ性及び耐食性が高い酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から成る溶射被膜を形成し、生成物の発生抑制とプラズマアタックによる損傷防止のために酸化イットリウムや酸化アルミニウムが使用されている。【０００７】
しかしながら、溶射法によって形成された酸化イットリウムや酸化アルミニウムの被膜は、酸化イットリウムや酸化アルミニウムの原料粉末を溶融状態で堆積して形成されているため、プラズマ熱源によって溶融粒子が急冷凝固して付着した際、扁平状態となって堆積した粒子にマイクロクラックが多数発生し、さらに急冷凝固によって発生した歪が各扁平粒子内に残留した状態となって被膜が形成されている。このような状態での酸化イットリウム被膜や酸化アルミニウム被膜にプラズマ放電で発生した活性ラジカルが照射された場合、マイクロクラックに活性ラジカルがアタックして、クラックを進展させるとともに、内部歪の開放とともに、さらにクラックが伝播して溶射被膜が欠損してパーティクルの発生を引き起す問題がある。【０００８】
また、溶射被膜のクラック進展に伴い、その上に生成した堆積物が剥離し、それがパーティクルの発生を誘発する問題がある。【０００９】
上記のように、溶射処理によって形成した酸化イットリウム被膜や酸化アルミニウムは、溶融状態での粒子の堆積膜であるため、パーティクルの発生源となり易く、製品歩留りの低下を引き起すため、溶射処理による被膜形成では問題を生じ易い（特許文献１参照）。【００１０】
さらに、溶射被膜を構成部品に形成する場合、砥粒等を高圧流体と共に基材表面に吹き付けるブラスト処理を事前に行った表面に溶射被膜を堆積するため、ブラスト処理を行った構成部品表面にブラスト材(砥粒)の残留片が存在したり、部品表面にブラストによって破砕層が形成されたりする。このような部品表面に溶射被膜が堆積しているため、プラズマ放電による温度変化による熱膜応力により、部品と溶射被膜との界面に応力が作用し、溶射被膜ごと膜剥離が発生し易くなる。特に、ブラスト処理の圧力や砥粒サイズを大きくした場合には、膜剥離の発生が顕著となる。そのため、溶射被膜の寿命は、溶射被膜自体の構成の他に、このブラスト処理の条件によって大きく左右される要因となる。
【特許文献１】特開２００２−３１３７８０号公報
【００１１】
発明の開示
本発明は、部品から発生する微細なダストの発生を安定かつ有効に抑制することが可能であり、部品からの不純物による汚染防止が可能な半導体製造装置用部品や化合物半導体製造装置用部品及び半導体製造装置や化合物半導体製造装置を提供することを目的としている。【００１２】
上述したように、ドライエッチング装置の構成部品における付着物の剥離防止対策では、溶射法で形成した酸化イットリウムや酸化アルミニウムの被膜中及び部品との界面に欠陥が存在するために、耐プラズマ性や耐食性を有する酸化イットリウムや酸化アルミニウムでも被膜の長寿命化や、部品表面に付着した付着物の剥離を十分に抑制することができず、比較的短期間で付着物の剥離が生じてしまうという問題がある。付着物の剥離が発生すると急激にパーティクルの発生量が増加するため、装置のクリーニンク゛や部品の交換が頻繁に必要となり、結果的に生産性の低下や成膜コストの上昇などが生じてしまう。【００１３】
また、プラズマ溶射の場合、供給粉末である酸化物粉末の粒径が１０〜４５μｍ程度と大きいため、形成された溶射被膜中に気孔（ボイド）が最大１５％程度発生すると共に、溶射表面の粗さが平均粗さＲａで６〜１０μｍ程度となる。そのような溶射被膜が形成されたプラズマエッチング装置部品を使用した場合、気孔を通じてプラズマエッチングが進行する。さらに、表面粗さが大きいと、プラズマ放電が溶射面の凸部に集中して叩かれる。このように内部欠陥にプラズマアタックが集中することに加えて、表面欠陥で溶射被膜が脆くなっているため、溶射被膜の損耗によるパーティクルの発生量が多くなり、部品及び装置の使用寿命の低下を招く。【００１４】
すなわち、耐プラズマ性と耐食性が必要とされるドライエッチング装置においては、酸化イットリウム被膜や酸化アルミニウムでも被膜欠陥を起因として付着物の剥離防止対策が完全に機能せず、生産性の低下やエッチングコストの増加などを招いている。【００１５】
また、最近の半導体素子においては、高集積度を達成するために配線幅の狭小化（例えば０．１８μｍ、０．１３μｍ、さらには０．０９μｍ以下）が進められている。このように狭小化された配線やそれを有する素子においては、例えば直径０．２μｍ程度の極微小粒子（微小パーティクル）が混入しても、配線不良や素子不良などを引起すことになるため、装置構成部品に起因する微細なパーティクルの発生をより一層抑制することが強く望まれている。【００１６】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、酸化イットリウムや酸化アルミニウムより耐プラズマ性及び耐食性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品に適用し、ＡｌＮ粉末を内部欠陥を生じることなく堆積して、エッチング及び成膜工程中に付着する生成物や堆積膜の剥離を安定的かつ有効的に防止し、頻繁な装置クリーニングや部品の交換などに伴う生産性の低下やエッチングや成膜コストの増加を押さえるとともに、微細なパーティクルの発生を抑制することを可能にした半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品、さらに基板中へのパーティクル混入や不純物の汚染を抑制し、高集積化された半導体素子などへの対応を図るとともに、稼働率の改善によりエッチングや成膜コストの低減などを図ることを可能にした半導体製造装置及び化合物半導体製造装置を提供することを目的としている。【００１７】
本発明のような、溶射時に供給粉末を溶融せずに堆積した窒化物溶射被膜によると、溶融粒子が生じ難いために表面欠陥を低減することができる。同時に、溶射被膜の高密度化と表面の平滑化とを図ることができるため、内部欠陥を少なくすることができる。さらには、溶射被膜を構成する窒化物の結晶構造の安定性が高くなるため、溶射被膜の化学的安定性を向上することができる。【００１８】
このような窒化物溶射被膜を、プラズマ放電を利用する半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品に施すことによって、部品の耐プラズマ性を向上させることができ、パーティクルの発生量や不純物汚染量を抑制することができると共に、装置クリーニングや部品交換の回数を大幅に減らすことができる。パーティクル発生量の低減は、半導体製造装置及び化合物半導体製造装置で処理する各種の薄膜、さらにはそれを用いた素子や部品の歩留り向上に大きく寄与する。また、装置クリーニングや部品交換回数の低減は、生産性の向上ならびにエッチングコストや成膜コストの削減に大きく寄与する。【００１９】
本発明に係る半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品は、部品本体と、窒化物粒子の溶射により前記部品本体の表面に一体に形成された溶射被膜とを具備する半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品であって、前記溶射被膜は窒化物の粉末粒子が未溶融で９０質量％以上堆積して形成されていることを特徴とする。【００２０】
本発明に係る半導体製造装置及び化合物半導体製造装置は、前記溶射被膜を具備する半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品を具備することを特徴とする。【００２１】
本発明によれば、部品から発生する微細なパーティクルの発生が安定的にかつ有効的に抑制され、頻繁な装置クリーニングや部品の交換などに伴う生産性の低下や部品コストの増加を抑えることができ、高集積化された半導体素子の製造にも適用可能で、稼働率の改善によりエッチングや成膜コストの低減などを図ることも可能である半導体製造装置用部品や化合物半導体製造装置用部品と半導体製造装置や化合物半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】溶射法の原理を説明するための模式図である。
【図２】扁平形状の溶射粒子の模式図である。
【図３】Ａｒ＋Ｈ２プラズマ溶射によって形成した酸化アルミニウム被膜の表面形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】図３の要部を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図５】Ａｒ＋とＨｅプラズマ溶射によって形成した酸化アルミニウム被膜の表面形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】図５の要部を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の一実施例である窒化アルミニウム被膜の表面形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図８】図７の要部を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明に係る半導体製造装置としてのドライエッチング装置の一例を示すマイクロ波エッチング装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…供給粉末、２…熱源、３…加熱媒体、４…溶融粒子、５…加速ガス、６…溶射トーチ、７…基材、８ａ…扁平粒子、９…隙間、１０…処理室、１１…放電管、１２…ガス供給口、１３…排気口、１４…試料台、１５…高周波電源、１６…導波管、１７…ソレノイドコイル、１８…マグネトロン、１９…ウェハー、２０…溶射被膜。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。【００２５】
プラズマエッチング装置内のパーティクルおよび部品交換回数の低減を目的とする場合には、プラズマによる活性ラジカルが照射される部品に、耐プラズマ性及び耐食性を有する窒化物被膜を形成することが有効である。耐プラズマ性及び耐食性を有する窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）などが挙げられる。また複合窒化物としては、Ａｌ−Ｂ−Ｎなどが挙げられる。本発明は、窒化物の粉末粒子が未溶融で９０質量％以上堆積した被膜構造であるために所定の効果が発揮される。【００２６】
一般的に、溶射法による被膜８は、図１に示すように、粉末などの素材（供給粉末１）を電気や燃焼ガスなどを熱源２として溶融し、その溶融粒子４をＡｒガスや圧縮空気などの加速ガス５を利用して溶射トーチ６から噴出させ吹付ける方法によって形成される。そのため、溶融粒子４が被覆物（基材７）に堆積する際、図１に示すように溶融粒子４が衝突エネルギーで扁平に変化して扁平粒子８ａになり、この扁平粒子８ａが堆積した構造（ラメラー構造）が得られる。ここで述べる扁平粒子８ａとは、図２に示すように、溶射被膜８の膜厚方向に対して横（Ｘ）と縦（Ｙ）との比率（Ｘ／Ｙ）が２．５以上である粒子と定義される。【００２７】
しかし、扁平粒子８ａが堆積した被膜構造の場合、図３〜図６に示すように、溶融粒子４の堆積時に衝突した粒子が飛散して飛散粒子２１として付着するため、扁平粒子８ａ上に飛散粒子２１が不安定に堆積する表面形態となる。このような表面形態を有する溶射被膜８を形成した部品をそのまま半導体製造装置や化合物半導体製造装置に使用した場合、溶射の形態に応じて部品に付着膜が堆積するため、付着膜表面からパーティクルが発生し易い形態となる。また、溶融粒子４が堆積する際、扁平状となった溶融粒子が急激に冷却凝固するため、図４および図６に示すように扁平粒子８ａに微小クラック２２が発生したり、水素還元によって多数のクレータ２３が発生したりする。【００２８】
特に、酸化物セラミックスを溶射材料として使用した場合、クラックの発生が顕著となる。そのため、このような溶射被膜を半導体製造装置及び化合物半導体製造装置に使用した場合、プラズマによる熱応力により、この扁平粒子８ａのクラック２１が進展して溶射被膜８の強度が低下し、付着膜にクラック２１が伝播して膜剥離を引き起す問題が発生する。さらに、溶融状態で溶射被膜を形成しているため、複合酸化物を原料粉末とした場合、融点の相違により複合酸化物が分離堆積して、複合酸化物の材料特性が得られず、本来の耐プラズマ性及び耐食性を喪失してしまう問題も発生する。【００２９】
また、アルミナ砥粒を使用してブラスト処理した場合、アルミナ砥粒が構成部品に食い込み、残留アルミナが溶射被膜の密着性の低下を引き起こす問題もある。さらに、ブラスト処理を行った部品表面には、ブラストショットに起因したマイクロクラックが発生した破砕層が存在しているため、溶射被膜及びスパッタ堆積膜の密着性が低下する原因となっている。【００３０】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、超高速フレーム溶射設備の溶射ノズルを改造することによって、フレームの低温化と供給粉末粒子の高速化とを図ることが可能となり、そのため、供給粉末粒子を溶融せずに基板に連続堆積して被膜を形成することを溶射設備で初めて実現したものである。具体的には燃焼室の形状変更、ノズルの細孔化及び補助燃焼機構の追加により実現したものである。未溶融状態で粒子を堆積することが可能となったことから、これまで溶射方式では溶融して昇華する窒化物は被膜形成が不可能であったが、窒化物粒子が未溶融の状態であるため、窒化物の被膜が形成できるようになった。【００３１】
図７及び図８に示すように、本設備により得られた窒化アルミニウム被膜は、微細粒子２４が結合した形態で被膜を形成しており、未溶融の粒子が堆積した膜構造であるために、溶射膜に見られたようなクラック、クレータ及び飛散粒子等の表面欠陥が存在しない表面形態を呈する。【００３２】
このような溶射時に供給粉末を溶融せずに堆積した窒化物溶射被膜によると、プラズマ放電を利用したプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置及びスパッタリング装置のような半導体製造装置及び化合物半導体製造装置に使用される部品における耐プラズマ性が著しく向上し、パーティクル低減と不純物汚染の低減、さらに部品使用の長寿命化を達成できるという知見が得られた。【００３３】
本発明における半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品は、部品本体の表面に窒化物粒子の溶射被膜を具備し、前記窒化物の粉末粒子が未溶融で９０質量％以上堆積して溶射被膜を形成していることを特徴としている。また、前記窒化物粒子は原料粉末の結晶構造を維持していることが好ましい。このため、本発明の溶射被膜は高い化学安定性を有しており、複合窒化物粒子を使用した場合でも、融点の相違によって分離することなく原料粉末の材料特性を得ることができる。【００３４】
また、溶射被膜が微粒子の堆積構造を有しているため、図１に示す堆積粒子間の隙間９が小さく、溶射被膜８を高密度に形成することができ、プラズマアタックによるプラズマの侵入とラジカルアタックによるラジカル（例えば、活性なＦラジカルやＣｌラジカル）の侵入を阻止することが可能であり、部品からの不純物汚染の低減が可能となる。【００３５】
また、被膜の表面は微粒子の結合形態であるため、その上に堆積する付着膜も安定的に堆積する付着膜形態となり、部品上に堆積した付着物の剥離を安定かつ有効に抑制することができる。また、溶融堆積した溶射被膜に形成されるパーティクル発生を誘発するような突起の発生が無いため、パーティクルの発生量を大幅に低減する効果が得られる。【００３６】
これらの結果、プラズマアタック及びラジカルアタックによる損耗と、損耗に伴うパーティクルの発生量を減少させることができ、窒化物溶射被膜の耐プラズマ性および耐食性を向上させることができる。さらに、微粒子でのクラックの発生や、飛散粒子の付着も抑制することができる。【００３７】
また、溶射被膜を形成しようとする窒化物粒子が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子であり、未溶融の窒化物の他に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を１０質量％以下含有することが好ましい。窒化アルミニウム被膜は酸化イットリウム被膜より弗素系プラズマ及び塩素系プラズマによる活性ラジカルに対しての耐食性が高く、被膜自体の腐食生成物の発生量が極端に少ないため、損耗による部品交換頻度を低減できる被膜が得られる。また、窒化アルミニウムは、プラズマエッチング性が高いため、未溶融粒子を堆積した窒化アルミニウム溶射被膜は特に高い効果が得られる。【００３８】
窒化アルミニウムの溶射被膜は、粒子が高速度で衝突し、その衝突エネルギーで被膜を形成しているが、さらに窒化アルミニウム粒子を溶射により被膜形成した際、窒化アルミニウム粒子の表面が酸化アルミニウムに変化する。この窒化アルミニウム粒子の表面に生成した酸化アルミニウムの被膜が粒子間の結合を助長して被膜形成を可能とする働きをしている。そのため、窒化アルミニウムの溶射被膜中には酸化アルミニウムが含有した被膜構造となるが、窒化アルミニウムの被膜中に含有する酸化アルミニウムの比率は、１０％以下にすることが望ましい。【００３９】
これは以下に説明する理由によるものである。酸化アルミニウムの含有比率が１０質量％を超えると、粒子間の結合力が向上するが、プラズマエッチングによる損耗が生じやすく、パーティクル発生量が多くなる恐れがある。また、酸化アルミニウムの含有比率が１０質量％以下になると、プラズマアタック及びラジカルアタックによる損耗が低減してパーティクル発生量が少なくなり、耐プラズマ性が向上する。含有比率のより好ましい値は、５質量％以下であり、さらに好ましくは３質量％以下である。なお、酸化アルミニウムの含有効果を得るためには２質量％以上が好ましい。但し、酸化アルミニウムの含有量が０．２％以上の場合、窒化アルミニウムの粒子結合が向上するため、下限値としては０．２％以上であることが好ましい。なお、上記酸化アルミニウムの添加の効果は、溶射材料がＡｌＮの場合のみならず、Ｓｉ３Ｎ４やＢＮの場合についても同様に得られる。【００４０】
溶射被膜の気孔率は、５％以下にすることが望ましい。これにより、気孔内へのプラズマ流入を抑制することができると共に、溶射被膜を構成する粒子間の結合強度を高くすることができるため、損耗によるパーティクルの発生を低減することができる。この気孔率が５％を超えると、気孔内でプラズマエッチングが集中的に起り、その部分からパーティクルの発生が助長される可能性があるとともに、溶射皮膜の剥離が発生し易くなり、部品交換回数が増加して生産性の低下を招く恐れがある。気孔率のより好ましい範囲は、１％以下である。【００４１】
溶射被膜の表面粗さは平均粗さＲａで５μｍ以下にすることが望ましい。これにより、プラズマエッチングの集中する部分を少なくすることができるため、エッチングの加速による損耗を低減することができ、溶射被膜の寿命を長くすることができる。一方、平均粗さＲａが５μｍを超えると、その凸部にプラズマ集中が起こって、その部分が選択エッチングされるため、パーティクルの増加と使用寿命の低下を招く恐れがある。平均粗さＲａのより好ましい範囲は、３μｍ以下である。【００４２】
また、高密度プラズマを利用したエッチング装置では、部品の絶縁性が必要となる場合があり、その際は絶縁性の高い酸化アルミニウム被膜を堆積した後、その上に窒化アルミニウム被膜を形成した二層コーティングが有効となる。絶縁性に対しては、酸化アルミニウム被膜の厚さ調整と高密度被膜の形成が重要となり、特にα構造の酸化アルミニウム被膜を緻密に形成した場合、さらなる効果が発揮されるため、窒化アルミニウム被膜の形成と同等の条件に設定することが好ましい。【００４３】
なお、下層は酸化アルミニウム被膜としたが、他の酸化物や窒化物あるいはそれらの混合物でも良く、必要特性に応じて材料選定することが好ましい。さらに、窒化アルミニウム被膜を形成した後、被膜の最表面を弗化処理して弗化物被膜を形成しても効果が発揮される。【００４４】
本発明による溶射被膜の膜厚は１０μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以上である。なお、溶射被膜の上限は特に限定されるものではないが、過度に厚くしても、それ以上の効果が得られないので５００μｍ以下が好ましい。【００４５】
このような被膜構造に制御することにより、耐プラズマ性及び耐食性が大幅に向上することから、部品からの不純物汚染の低減が可能となり、部品上に堆積した付着物の剥離を安定的にかつ有効的に抑制することができる。また、被膜の表面は微粒子の結合形態であるため、その上に堆積する付着膜も安定的に堆積する付着膜形態となり、溶融堆積した溶射被膜に形成されるパーティクル発生を誘発するような突起の発生が無いため、パーティクルの発生量を大幅に低減する効果が得られる。【００４６】
また、粉末を高速で吹付け、その衝突エネルギーで粒子を堆積しているため、構成部品に被膜を堆積する場合にはブラスト処理が不要となり、ブラスト材の残留や表面欠陥の発生が無いことにより、被膜の密着性が向上している。これは、粒子の高速衝突で構成部品の表面酸化被膜が破壊され、活性面が露出したことにより、部品表面に直接被膜が形成され、その後の粒子衝突によって粒子破壊による発熱で粒子間において接合が起こり、被膜として形成されるものと考えられる。【００４７】
したがって、装置用部品上に堆積する付着物の剥離によるパーティクルの発生を抑えることができると共に、装置クリーニングや部品交換の回数を大幅に減少させることができる。パーティクル発生量の低減は、半導体製造装置及び化合物半導体製造装置でエッチングや成膜する各種の薄膜、さらにはそれを用いた素子や部品の歩留り向上に大きく寄与する。また、装置クリーニングや部品交換回数の低減、ブラスト処理の不要化による部品の使用寿命の延長は、生産性の向上ならびにエッチングコストの削減に大きく寄与する。【００４８】
このように、プラズマエッチング装置のパーティクル低減と部品交換回数の低減（長寿命化）に対しては、窒化物溶射被膜を未溶融状態で緻密に堆積することが有効であり、微細で粒径を選定した溶射粉末を利用することにより、気孔率が小さく、最適な溶射表面粗さが得られるため、耐プラズマエッチング性が高い表面形態および溶射構造が達成可能となり、両者の効果が相乗的に発揮される溶射被膜が得られるのである。【００４９】
被膜の高密度化あるいは緻密性に対しては、微粉末を溶融することなく堆積することが肝要であり、微粉末が堆積し始める臨界速度以上に加速する必要がある。そのためには、微粉末粒子は数μｍ以下であることが好ましい。ただし、粒子が過度に小さいと、粒子同士が凝集体を形成し、その凝集体同士が結合するために、高密度化が阻害されるとともに、堆積粒子の密着性が低下する。特に、堆積膜を厚く形成した場合には、微粉末の形状は球状より粉砕粉のように角張った形状の方が好ましい。【００５０】
このように微粉末で被膜の表面粗さを調整した後、被膜表面を更にドライアイスペレットを吹付けてクリーニング処理を行って脱落し易い粒子を除去すれば、パーティクルとなる微粒子の除去ができると共に、表面粗さが低減されるため、ドライアイスクリーニング処理を行うことが好ましい。さらに、被膜を形成した後、研磨して鏡面仕上げする後加工を行っても良い。ただし、表面加工による微小異物が表面に残存してパーティクルの発生源となり易いため、加工後にはドライアイスペレットを吹き付けて除去クリーニング処理を行うことが好ましい。【００５１】
窒化物粒子の溶射被膜を得るための具体的な方法としては、部品本体の構成材料や形状、使用される環境条件、溶射材料などに応じて、溶射条件を適宜選択して使用することが望ましい。具体的には、未溶融結合粒子の大きさを制御するためには、粉末粒径が数ミクロン程度に選定された細かな窒化物粒子を使用する。また、結合粒子の大きさと溶射被膜の表面粗さを制御するためには、供給粉末の粒径範囲を選定して使用することによって、所望の結合粒子サイズおよび表面粗さが得られる。供給粉末の平均粒径は１０μｍ以下が好ましく、さらに好ましい範囲は１μｍ以上３μｍ以下である。そして、ガス流量、圧力、溶射距離、ノズル径、材料供給量などの溶射条件をコントロールすることによって、未溶融粒子が結合した溶射被膜構造、表面粗さ、気孔率などを制御することができる。【００５２】
衝突エネルギーによって微粉末が堆積し始める臨界速度は、使用する微粉末の材料によって異なるが、微粉末粒子の速度を４００ｍ／ｓｅｃ以上８００ｍ／ｓｅｃ以下程度に設定することにより微粉末の堆積が開始されて被膜が形成される。この粒子速度が得られるように、燃焼ガスで微粉末を吹付けることで、ブラスト処理を行わずに粒子が堆積するため、ガス種の選定が必要である。燃焼ガスには、アセチレン、酸素、灯油等の燃焼エネルギーを利用することが好ましい。【００５３】
次に、本発明の半導体製造装置の実施形態について説明する。図９は本発明の半導体製造装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置の要部構成を示す模式図である。【００５４】
Ｓｉの微細加工や基板上に成膜された絶縁膜、電極膜及び配線膜等の各種薄膜のプラズマエッチング処理は、図９に示すようなマイクロ波電界と磁界との相互作用を利用してエッチングガスをプラズマ化するマイクロ波エッチング装置を使用して行うことができる。【００５５】
真空装置処理室１０の上部には石英製の放電管１１が設けてあり、処理室内１０にはエッチングガスを導入するガス供給口１２が配置され、また真空排気口１３が設けてある。処理室１０にはウェハーを設置する試料台１４が設けてあり、この試料台１４に高周波電源１５が接続され、試料台１４に高周波電力が印加される構造となっている。放電管１１の外側には導波管１６が設けられ、さらにその外側には放電管に磁界を発生させるソレノイドコイル１７が設けてある。この導波管１６の端部にはマイクロ波を発振させるマグネトロン１８が設けてある。【００５６】
このエッチング装置ではガス供給口１２から処理室内１０にエッチングガスを導入し、処理室内１０を減圧排気してから、導波管１６によりマグネトロン１８からのマイクロ波を放電管内１１に導入してソレノイドコイル１７によって磁界を形成して、マイクロ波の電界とソレノイドコイル１７による磁界との相互作用によって放電管内１１のエッチングガスをプラズマ化する。さらに高周波電源１５により試料台１４に高周波電力を印加してバイアス電圧を発生させて、プラズマ中のイオンをウェハー１９側に引き込み異方性エッチングを行うように構成されている。未溶融の窒化物粒子を含む溶射被膜２０は、部品本体としての石英製の放電管１１の内面に形成されている。【００５７】
溶射被膜２０は、前述したようにプラズマ及びラジカルによる損耗を低減することができるため、溶射被膜２０の剥離によるパーティクルの発生を低減することができる。同時に、放電管１１の石英表面が露出することを防止できるため、石英表面からの剥離によるパーティクルの発生を少なくすることができる。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の実施形態について以下の実施例を参照して詳細に説明する。【００５９】
（実施例１）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が５０μｍであるＡｌＮ被膜を形成した。すなわち、超高速フレーム溶射設備を使用し、酸素流量１３８ｃｃ／ｍｉｎ、灯油供給量１３３ｃｃ／ｍｉｎ、供給アセチレン圧力３０ｐｓｉに設定し、平均粒径２．３μｍのＡｌＮ粉末材料を燃焼ガスと共に噴射せしめ、上記各部品表面に堆積せしめてＡｌＮ被膜を形成した。その際、溶射距離は表１に示すように１３０〜１６０ｍｍの範囲に設定して実施した。次に、圧力５ｋｇ／ｃｍ２でドライアイスペレットをＡｌＮ被膜表面に吹付けることにより、ＡｌＮ被膜面のクリーニング処理を実施し、しかる後にＡｌＮ被膜を形成した各部品を温度２００℃×２時間の条件で乾燥処理を施した。【００６０】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＢＣｌ３＋Ｃｌ２＋Ｎ２の混合ガスを使用して８インチウェーハ上のアルミニウム合金膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とウェハー処理枚数との比較検討を行った。【００６１】
なお、パーティクルの発生量は、８インチウェーハ上に混入した直径０．２μｍ以上のパーティクル数をパーティクルカウンタで測定することにより求めた。また、使用寿命は、パーティクル発生量が急激に増加し５０個を超える直前までのウェハーの処理枚数で確認した。これらの結果を表１に示す。【００６２】
（実施例２）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が５０μｍであるＳｉ３Ｎ４被膜２０を形成した。すなわち、超高速フレーム溶射設備を使用し、酸素流量１２８ｃｃ／ｍｉｎ、灯油供給量１３０ｃｃ／ｍｉｎ、供給アセチレン圧力３０ｐｓｉに設定し、平均粒径２．３μｍのＳｉ３Ｎ４粉末材料を燃焼ガスと共に噴射せしめ、上記各部品表面に堆積せしめてＳｉ３Ｎ４被膜２０を形成した。その際、溶射距離は表１に示すように１３０〜１６０ｍｍの範囲に設定して実施した。次に、圧力５ｋｇ／ｃｍ２でドライアイスペレットをＳｉ３Ｎ４被膜２０の表面に吹付けることにより、Ｓｉ３Ｎ４被膜２０面のクリーニング処理を実施し、しかる後にＳｉ３Ｎ４被膜２０を形成した各部品を温度２００℃×２時間の条件で乾燥処理を施した。【００６３】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＢＣｌ３＋Ｃｌ２＋Ｎ２の混合ガスを使用して８インチウェーハ上のアルミニウム合金膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とウェハー処理枚数との比較検討を行った。【００６４】
なお、パーティクルの発生量は、８インチウェーハ上に混入した直径０．２μｍ以上のパーティクル数をパーティクルカウンタで測定することにより求めた。また、使用寿命は、パーティクル発生量が急激に増加し５０個を超える直前までのウェハーの処理枚数で確認した。これらの結果を表１に示す。【００６５】
（実施例３）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が５０μｍであるＢＮ被膜２０を形成した。すなわち、超高速フレーム溶射設備を使用し、酸素流量１３０ｃｃ／ｍｉｎ、灯油供給量１３５ｃｃ／ｍｉｎ、供給アセチレン圧力３０ｐｓｉに設定し、平均粒径２．２μｍのＢＮ粉末材料を燃焼ガスと共に噴射せしめ、上記各部品表面に堆積せしめてＢＮ被膜２０を形成した。その際、溶射距離は表１に示すように１４０〜１６０ｍｍの範囲に設定して実施した。次に、圧力５ｋｇ／ｃｍ２でドライアイスペレットをＢＮ被膜２０表面に吹付けることにより、ＢＮ被膜面のクリーニング処理を実施し、しかる後にＢＮ被膜２０を形成した各部品を温度２００℃×２時間の条件で乾燥処理を施した。【００６６】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＢＣｌ３＋Ｃｌ２＋Ｎ２の混合ガスを使用して８インチウェーハ上のアルミニウム合金膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とウェハー処理枚数との比較検討を行った。【００６７】
なお、パーティクルの発生量は、８インチウェーハ上に混入した直径０．２μｍ以上のパーティクル数をパーティクルカウンタで測定することにより求めた。また、使用寿命は、パーティクル発生量が急激に増加し５０個を超える直前までのウェハーの処理枚数で確認した。これらの結果を表１に示す。【００６８】
（実施例４）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が６０μｍであるＡｌ２Ｏ３被膜２０形成した後、そのＡｌ２Ｏ３被膜２０の上にＡｌＮ被膜を５０μｍ形成した。すなわち、超高速フレーム溶射設備を使用し、酸素流量１３２ｃｃ／ｍｉｎ、灯油供給量１３８ｃｃ／ｍｉｎ、供給アセチレン圧力３０ｐｓｉに設定し、平均粒径２．１μｍのＡｌ２Ｏ３粉末材料を燃焼ガスと共に噴射せしめ、上記各部品表面に堆積せしめてＡｌ２Ｏ３被膜２０を形成した。その際、溶射距離は１３０〜１６０ｍｍに設定して実施した。次に、超高速フレーム溶射設備を使用し、酸素流量１３８ｃｃ／ｍｉｎ、灯油供給量１３３ｃｃ／ｍｉｎ、供給アセチレン圧力３０ｐｓｉに設定し、平均粒径２．３μｍのＡｌＮ粉末材料を燃焼ガスと共に噴射せしめ、上記Ａｌ２Ｏ３被膜表面に堆積せしめてＡｌＮ被膜を形成した。圧力５ｋｇ／ｃｍ２でドライアイスペレットをＡｌＮ被膜表面に吹付けることにより、ＡｌＮ被膜面のクリーニング処理を実施し、しかる後にＡｌＮ被膜を形成した各部品を温度２００℃×２時間の条件で乾燥処理を施した。【００６９】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＢＣｌ３＋Ｃｌ２＋Ｎ２の混合ガスを使用して８インチウェーハ上のアルミニウム合金膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とウェハー処理枚数との比較検討を行った。【００７０】
なお、パーティクルの発生量は、８インチウェーハ上に混入した直径０．２μｍ以上のパーティクル数をパーティクルカウンタで測定することにより求めた。また、使用寿命は、パーティクル発生量が急激に増加し５０個を超える直前までのウェハーの処理枚数で確認した。これらの結果を表１に示す。【００７１】
（比較例１）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が５０μｍであるＡｌ２Ｏ３溶射被膜を形成した。すなわち、プラズマ溶射設備を使用し、電流６５０Ａ、電圧５５Ｖ、Ａｒガス流量／圧力を７５／８０に設定し、平均粒径３２μｍのＡｌ２Ｏ３粉末材料を上記各部品表面に堆積せしめてＡｌ２Ｏ３溶射被膜を形成した。その際、溶射距離は表１に示すように１２０〜１５０ｍｍの範囲に設定して実施した。しかる後に、Ａｌ２Ｏ３溶射被膜を形成した各部品を温度２００℃×２時間の条件で乾燥処理を施した。【００７２】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＢＣｌ３＋Ｃｌ２＋Ｎ２の混合ガスを使用して８インチウェーハ上に形成されたアルミニウム合金膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とパーティクル発生量が５０個を超える直前までのウェハー処理枚数との比較検討を行い、その結果を下記表１に示す。【００７３】
（比較例２）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が５０μｍであるＡｌＮ被膜を形成した。その際、Ａｌ２Ｏ３が夫々４０％（試料１５）、３０％（試料１６）及び２０％（試料１７）含有するＡｌＮ原料粉末を使用した。処理品は実施例１と同様に、超高速フレーム溶射設備を使用し、酸素流量１３８ｃｃ／ｍｉｎ、灯油供給量１３３ｃｃ／ｍｉｎ、供給アセチレン圧力３０ｐｓｉに設定し、平均粒径１．８μｍのＡｌＮ粉末材料を燃焼ガスと共に噴射せしめ、上記各部品表面に堆積せしめてＡｌＮ被膜を形成した。その際、溶射距離は表１に示すように１３０〜１６０ｍｍの範囲に設定して実施した。次に、圧力５ｋｇ／ｃｍ２でドライアイスペレットをＡｌＮ被膜表面に吹付けることにより、ＡｌＮ被膜面のクリーニング処理を実施し、しかる後にＡｌＮ被膜を形成した各部品を温度２００℃×２時間の条件で乾燥処理を施した。【００７４】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＢＣｌ３＋Ｃｌ２＋Ｎ２の混合ガスを使用して８インチウェーハ上に形成されたアルミニウム合金膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とパーティクル発生量が５０個を超える直前までのウェハー処理枚数との比較検討を行い、その結果を下記表１に示す。【００７５】
（実施例５）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が５０μｍであるＡｌＮ被膜２０を形成した。すなわち、超高速フレーム溶射設備を使用し、酸素流量１３８ｃｃ／ｍｉｎ、灯油供給量１３３ｃｃ／ｍｉｎ、供給アセチレン圧力３０ｐｓｉに設定し、平均粒径１．６μｍのＡｌＮ粉末材料を燃焼ガスと共に噴射せしめ、上記各部品表面に堆積せしめてＡｌＮ被膜２０を形成した。その際、溶射距離は表１に示すように１３０〜１６０ｍｍの範囲に設定して実施した。次に、圧力５ｋｇ／ｃｍ２でドライアイスペレットをＡｌＮ被膜表面に吹付けることにより、ＡｌＮ被膜面のクリーニング処理を実施し、しかる後にＡｌＮ被膜２０を形成した各部品を温度２００℃×２時間の条件で乾燥処理を施した。【００７６】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＣＦ４＋Ｏ２＋Ａｒの混合ガスを使用して８インチウェーハ上に形成されたＳｉＯ２膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とウェハー処理枚数との比較検討を行い、その結果を下記表１に示す。【００７７】
（比較例３）
前述した図９に示すようなプラズマエッチング装置の構成部品である石英製の放電管１１の内面に、下記要領で膜厚が５０μｍであるＹ２Ｏ３被膜を形成した。すなわちプラズマ溶射法により、電流５５０Ａ、電圧７５Ｖ、Ａｒガス流量／圧力を１００／１００に設定し、平均粒径３３μｍのＹ２Ｏ３粉末を使用し、Ｙ２Ｏ３の酸化物から成る溶射被膜を形成した。その際、溶射距離は表１に示すように１３０〜１５０ｍｍの範囲に設定して実施した。溶射被膜を構成する各粒子表面には原料粉末中に含有される不純物のＡｌの酸化膜が形成されていた。【００７８】
このように調製したプラズマエッチング装置において、ＣＦ４＋Ｏ２＋Ａｒの混合ガスを使用して８インチウェーハ上のＳｉＯ２膜のプラズマエッチングを行って、所定のウェハー処理枚数までのパーティクル平均発生量とウェハー処理枚数との比較検討を行い、その結果を下記表１に示す。【００７９】
上記実施例１〜５及び比較例１〜３の溶射被膜の表面粗さＲａと気孔率と、溶射被膜を構成する粒子の結晶構造比率とを以下に説明する方法で確認し、その結果を下記表１に併記する。【００８０】
（溶射被膜の表面粗さＲａ）
日本工業規格（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）で規定する算術平均粗さを表面粗さＲａとした。【００８１】
（溶射被膜の気孔率）
溶射被膜の膜厚方向に切断した断面組織を、倍率５００倍の光学顕微鏡で観察し、縦２１０μｍ×横２７０μｍの観察視野で空孔の面積を測定し、下記（１）式から気孔率（％）として換算し、各視野１０箇所の平均値を気孔率として下記表１に示す。        
気孔率（％）＝（Ｓ２／Ｓ１）×１００      （１）
但し、Ｓ１は縦２１０μｍ×横２７０μｍの視野面積（μｍ２）で、Ｓ２は縦２１０μｍ×横２７０μｍの視野内における空孔の合計面積（μｍ２）である。【００８２】
（溶射被膜を構成する粒子の結晶構造比率）
溶射被膜の表面を、Ｘ線質量分析法によって分析し、ＡｌＮの主ピークとＡｌ２Ｏ３の主ピークのピーク強度比からＡｌ２Ｏ３の含有量を算出した。また、溶射材料としてＳｉ３Ｎ４やＢＮを使用した場合についても、溶射材料の主ピークと各酸化物（ＳｉＯ２やＢ２Ｏ３）の主ピークとのピーク強度比から各酸化物の含有量を算出した。【００８３】
【表１】
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【００８４】
上記表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜５に係るプラズマエッチング装置の場合、比較例１〜３に比較してパーティクル発生量が少なく、使用寿命も長くなることが判明した。これらから、実施例１〜５の溶射被膜によりパーティクル発生を有効かつ安定的に防止でき、使用寿命の延長が達成できることが確認された。【００８５】
なお、上記各実施例では部品本体表面に直接に溶射被膜を形成した例で示しているが、部品本体表面にＡｌ２Ｏ３等から成るような酸化膜を少なくとも１層形成し、その最表面に溶射被膜を形成することにより、部品として絶縁性をも高められる効果が発揮される。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明したように、本発明に係る半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品によれば、構成部品から発生するパーティクルを安定的にかつ有効的に防止できると共に、剥離防止用の被膜自体の安定性を高めることが可能となる。したがって、半導体製造装置及び化合物半導体製造装置のクリーニングや部品の交換回数を削減することができる。また、このような半導体製造装置用部品及び化合物半導体製造装置用部品を有する本発明の半導体製造装置及び化合物半導体製造装置によれば、配線膜や素子の不良発生原因となる膜中へのパーティクルの混入を抑制することが可能となると共に、生産性の向上ならびに消耗部品コストの低減を図ることが可能となる。【００８７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。【００８８】
また、本実施例では処理ガスのプラズマを発生させる方法として、マイクロ波電界と磁界との相互作用を用いたものについて説明したが、プラズマの発生方法としてこれに限定されるものではなく、例えば、平行平板電極を用いたもの、高周波コイルを用いたもの、その他誘導エネルギーを用いたもの等のプラズマ発生装置に同様の効果があり、適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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