(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材において、
窒化アルミニウム焼結体(11)と、前記焼結体(11)の表面に前記焼結体を酸化して形成された酸化層(12)と、前記酸化層(12)の表面にＺｒアルコキシド溶液又はＴｉアルコキシド溶液を塗布し加熱することにより形成されたＺｒＯ2又はＴｉＯ2からなる金属酸化物層(14)とにより構成されたことを特徴とする半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材。
【請求項２】
半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材の製造方法において、
窒化アルミニウム焼結体(11)を酸化して前記焼結体(11)の表面に酸化層(12)を形成し、前記酸化層(12)の表面にＺｒアルコキシド溶液又はＴｉアルコキシド溶液を塗布し加熱することによりＺｒＯ2又はＴｉＯ2からなる金属酸化物層(14)を形成する半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材の製造方法。
【請求項３】
半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材において、
窒化アルミニウム焼結体(11)と、前記焼結体(11)の表面に前記焼結体を酸化して形成された多孔質Ａｌ2Ｏ3層からなる酸化層(12)と、前記酸化層(12)の表面にＡｌアルコキシド溶液を塗布し加熱することにより形成されたＡｌ2Ｏ3からなる金属酸化物層(14)とにより構成されたことを特徴とする半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材。
【請求項４】
半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材の製造方法において、
窒化アルミニウム焼結体(11)を酸化して前記焼結体(11)の表面に多孔質Ａｌ2Ｏ3層からなる酸化層(12)を形成し、前記酸化層(12)の表面にＡｌアルコキシド溶液を塗布し加熱することによりＡｌ2Ｏ3からなる金属酸化物層(14)を形成する半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスで用いられる、製造装置部品である窒化アルミニウム基材及びその製造方法に関する。更に詳しくは、化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：  以下、ＣＶＤという）装置、ドライエッチング装置等の半導体製造装置において、ウェーハを載せるホルダ若しくはサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）、又はプラズマ反応を起こす電極等に用いられる窒化アルミニウム基材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置がより微細化し高密度化するに従って、半導体装置の製造プロセス技術の中で、ＣＶＤ装置、ドライエッチング装置等の制御が重要視されるようになり、被処理物が枚葉化している。また微細化がハーフミクロン程度になった半導体装置の製造プロセスでは、クリーンルーム内のパーティクル密度を低減させることはもちろん、プロセス処理中にパーティクルを発生させない技術、又はウェーハにパーティクルを付着させない技術が極めて重要な問題になっている。
【０００３】
ＣＶＤ装置、ドライエッチング装置等においてウェーハを載せるホルダ若しくはサセプタ、又はプラズマ反応を起こす電極等の基材は、処理時に約５００℃の装置内部の雰囲気に置かれるとともに、処理後には装置外部の室温の雰囲気に曝される。このため、枚葉処理ではこの熱サイクルが繰返し行われ、この基材には熱衝撃に対して高い耐久性が求められる。またこの基材はヒータからの熱を効率よくウェーハ等に伝える必要がある。更にこの基材は成膜用ガス、エッチングガス等に対して腐食されないことが要求される。
従来、これらの要求を満たすために、この基材には熱衝撃に対して高い耐久性を示し、かつ熱伝導率と耐食性に優れた炭化ケイ素、窒化アルミニウム、アルマイト処理したアルミニウム、グラファイト等が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年ＣＶＤ成膜速度やドライエッチング速度が高くなるにつれて、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、アルマイト処理したアルミニウム、グラファイトからなる基材では、その損傷が激しく、寿命が短いため、より耐食性、熱衝撃に対して耐久性の高い基材が求められるようになった。
特に、窒化アルミニウムは、他の炭化ケイ素等と比較して、熱伝導率、耐食性、耐熱衝撃性がより優れていて、好ましい材料であるけれども、ＣＶＤ装置やドライエッチング装置に用いられるフッ化物の成膜用ガス（ＷＦ６，ＭｏＦ６等）、エッチングガス（ＣＦ４，ＣＢｒＦ３，ＳＦ６，Ｃ２Ｃｌ２Ｆ４，Ｃ３Ｆ８，ＣＨＦ３，ＮＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＣｌ２Ｆ２等）又は洗浄ガス（ＣｌＦ３等）がこの窒化アルミニウム基材に接触すると、ガス中のフッ素成分が窒化アルミニウムのアルミニウム成分と反応してフッ化物系皮膜を生成する。このフッ化物系皮膜は当初は窒化アルミニウム基材の表面に付着しているが、やがて基材表面から剥離してＣＶＤ装置やドライエッチング装置の内部を浮遊した後、ウェーハ表面に付着する恐れがあった。
【０００５】
本発明の目的は、熱伝導率が高く、熱衝撃に対して耐久性に優れ、かつ耐食性、特にフッ素系ガスに対する耐食性が良好な半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１の拡大図に示すように、半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材１０，２０が、窒化アルミニウム焼結体１１と、この焼結体１１の表面に焼結体を酸化して形成された酸化層１２と、この酸化層１２の表面にＺｒアルコキシド溶液又はＴｉアルコキシド溶液を塗布し加熱することにより形成されたＺｒＯ2又はＴｉＯ2からなる金属酸化物層１４とにより構成されたものである。
請求項３に係る発明は、半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材１０，２０が、窒化アルミニウム焼結体１１と、この焼結体１１の表面に焼結体を酸化して形成された多孔質Ａｌ2Ｏ3層からなる酸化層１２と、この酸化層１２の表面にＡｌアルコキシド溶液を塗布し加熱することにより形成されたＡｌ2Ｏ3からなる金属酸化物層１４とにより構成されたものである。
【０００７】
また請求項２に係る発明は、窒化アルミニウム焼結体１１を酸化してこの焼結体１１の表面に酸化層１２を形成し、この酸化層１２の表面にＺｒアルコキシド溶液又はＴｉアルコキシド溶液を塗布し加熱する、所謂ゾル−ゲル法により、ＺｒＯ2又はＴｉＯ2からなる金属酸化物層１４を形成する半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材の製造方法である。
更に請求項４に係る発明は、窒化アルミニウム焼結体１１を酸化してこの焼結体１１の表面に多孔質Ａｌ2Ｏ3層からなる酸化層１２を形成し、この酸化層１２の表面にＡｌアルコキシド溶液を塗布し加熱することにより、Ａｌ2Ｏ3からなる金属酸化物層１４を形成する半導体製造装置用の窒化アルミニウム基材の製造方法である。
【０００８】
窒化アルミニウム焼結体の表面に焼結体を酸化して形成された酸化層を介してゾル−ゲル法により形成されたＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２又はＴｉＯ２からなる金属酸化物層を設けたので、窒化アルミニウム自体の持つ高い熱伝導率や熱衝撃に対する耐久性の優秀さに加えて、金属酸化物層による高い耐食性、特にフッ素系ガスに対する高い耐食性が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化アルミニウム基材は、ＣＶＤ装置、ドライエッチング装置等の半導体製造装置のウェーハを載せるホルダ若しくはサセプタ、又はプラズマ反応を起こす電極等に用いられる。上記以外の半導体製造装置として、酸化装置、拡散装置、イオン注入装置、真空蒸着装置、スパッタリング装置、リソグラフィ装置等が挙げられる。ウェーハはシリコンウェーハ、ＧａＡｓウェーハ等の半導体基板となるウェーハが挙げられる。
図１に示すように、例えばシリコンウェーハ１５がＣＶＤ装置内で窒化アルミニウム基材からなるサセプタ１０の上に載せられ、やはり窒化アルミニウム基材からなるクランプリング２０で保持される。
【００１０】
ＣＶＤ装置は熱ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、光を照射しながら堆積させる光ＣＶＤ装置を含む。このＣＶＤ装置では、半導体基板であるウェーハ表面にＳｉＯ２（二酸化シリコン），ＰＳＧ（リンガラス），ＢＳＧ（ホウ素ガラス），ＡＳＧ（ヒ素ガラス），Ｓｉ３Ｎ４（窒化シリコン），多結晶シリコン、単結晶シリコン（エピタキシャル法），Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン），ＷＳｉ２，ＭｏＳｉ２，ＴａＳｉ２，ＴｉＳｉ２等の薄膜を形成する。これらの薄膜を形成するための原料ガス（成膜用ガス）としては、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＣｌ４，ＳｉＢｒ４，ＷＦ６，ＭｏＦ６，ＴａＣｌ５，ＴｉＣｌ４等が使用される。また洗浄用ガスとしてＣｌＦ３等が使用される。
またドライエッチング装置はプラズマ・エッチング装置、反応性イオン・エッチング装置を含む。このドライエッチング装置では、半導体基板であるウェーハ表面又はこのウェーハ表面に形成された上記薄膜の一部又は全部を除去する。このエッチングガスとしては、ＣＦ４，ＣＦ４＋Ｏ２，ＣＢｒＦ３，ＣＣｌ４＋Ｏ２，Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，ＳＦ６，Ｃ２Ｃｌ２Ｆ４，Ｃ３Ｆ８，ＣＨＦ３，ＮＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＣｌ２Ｆ２等が使用される。
【００１１】
窒化アルミニウム基材は、主として窒化アルミニウム焼結体により構成される。この基材は、半導体製造装置内の仕様に応じて、板状、リング状、バルク状、台状等に種々の形状に形成される。この窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム単体のみからなる焼結体に限らず、窒化アルミニウムを主成分とし、各種添加物、例えばＣａＯ，Ｙ２Ｏ３等を含有する焼結体でもよい。例えば、窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム粉末にＹ２Ｏ３等の焼結助剤を５ｗｔ％程度添加した成型体をＮ２雰囲気にて１７００〜１８００℃で常圧にて焼結して得られる。この焼結体の表面に設けられる酸化層は、窒化アルミニウム焼結体を１×１０−２ａｔｍ以上の酸素分圧であってかつ１×１０−３ａｔｍ以下の水蒸気分圧の雰囲気において、１１００〜１５００℃で３〜０．５時間程度熱処理することにより作られる。温度を高くする程、処理時間は短くてよい。この熱処理により窒化アルミニウム焼結体の表面が酸化され、気孔率０．０１〜１５容積％の多孔質の酸化層（Ａｌ２Ｏ３層）が形成される。酸化層は０．１〜１０μｍの厚さに形成される。０．１μｍ未満では基材の耐食性が不十分であり、１０μｍを越えると酸化層にクラック、割れ等が生じ易くなる。
【００１２】
この酸化層の表面にはＡｌアルコキシド溶液、Ｚｒアルコキシド溶液又はＴｉアルコキシド溶液を塗布し加熱することによりＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２又はＴｉＯ２からなる金属酸化物層が形成される。塗布の方法としては、ディップコーティング、スピンコーティング等の方法が挙げられる。この金属酸化物層は０．０１〜１μｍの厚さに形成される。０．０１μｍ未満では基材の耐食性が不十分であり、１μｍを越えると、この金属酸化物層にクラックを生じ易くなる。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
先ず、厚さ１ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を５０×５０ｍｍの正方形に切り出し、Ｏ２雰囲気中、１３００℃で１時間熱処理を行い、焼結体表面に厚さ３．０μｍの多孔質Ａｌ２Ｏ３層からなる酸化層を形成した。
次に、トリイソプロポキシアルミニウムと２−メトキシエタノールとジエタノールアミンをそれぞれ１３．３ｇ、９０．５ｇ、６．９ｇの量比で混合及び還流を行ってＡｌアルコキシド溶液を調製した後、この溶液に上記窒化アルミニウム焼結体を浸漬し、１０ｃｍ／分の速度で引き上げた。この焼結体を大気中、３００℃で１時間乾燥させた後、同じく大気中、９００℃で１時間焼成してＡｌ２Ｏ３層を上記酸化層の表面に形成した。このＡｌアルコキシド溶液への浸漬、引き上げ、乾燥、焼成を２回繰返すことにより、厚さ０．１μｍのＡｌ２Ｏ３層を有する窒化アルミニウム焼結体を得た。この窒化アルミニウム基材を実施例１とした。
【００１４】
＜実施例２＞
実施例１のＡｌアルコキシド溶液の代わりに、テトラノルマルブトキシジルコニウムと２−プロパノールと３−オキソ−ブタン酸エチルとをそれぞれ３８．９ｇ、９０．３ｇ、５２．８ｇの量比で混合及び還流を行って調製したＺｒアルコキシド溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして厚さ０．１μｍのＺｒＯ２層を有する窒化アルミニウム焼結体を得た。この窒化アルミニウム基材を実施例２とした。
【００１５】
＜実施例３＞
実施例１のＡｌアルコキシド溶液の代わりに、テトライソプロポキシチタンと２−メトキシエタノールとジエタノールアミンとをそれぞれ３０．０ｇ、９５．５ｇ、７．９ｇの量比で混合及び還流を行って調製したＴｉアルコキシド溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして厚さ０．１μｍのＴｉＯ２層を有する窒化アルミニウム焼結体を得た。この窒化アルミニウム基材を実施例３とした。
【００１６】
＜比較例１＞
実施例１と同じ形状の窒化アルミニウム焼結体を用い、この焼結体の表面に何も形成しなかった。この窒化アルミニウム基材を比較例１とした。
【００１７】
＜比較例２＞
実施例１と同じ形状の窒化アルミニウム焼結体をＯ２雰囲気中、１３００℃で１時間熱処理を行い、焼結体表面に厚さ３．０μｍの多孔質Ａｌ２Ｏ３層からなる酸化層を形成した。この窒化アルミニウム基材を比較例２とした。
【００１８】
＜比較試験＞
実施例１〜３の窒化アルミニウム基材と比較例１，２の窒化アルミニウム基材の耐フッ素ガス性を評価するために、これらの基材をＡｌ製チャンバ内に入れ、ＣｌＦ３ガス雰囲気中、６００℃で１０時間保持した。比較試験の前後の基材の重量を測定し、それぞれ重量変化を調べた。また比較試験前後の基材表面を光学顕微鏡で観察し、その変化の有無を調べた。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
0003568006.tif 000002
【００２０】
表１から明らかなように、実施例１〜３の窒化アルミニウム基材では比較試験前後の重量変化は小さく、更に基材表面の変化はなかったのに対し、比較例１の窒化アルミニウム基材では重量変化が大きく、基材表面には微細な付着物が多数観察された。即ち、比較例１では窒化アルミニウムとＣｌＦ３ガスとの間で反応が起こり、表面に微細な反応生成物が多数形成され、それらが基材から剥離したものと考えられた。また、比較例２の窒化アルミニウム基材では、表面の組織変化は認めれらなかったが、重量変化が実施例１〜３のそれより大きいことから、窒化アルミニウムとＣｌＦ３ガスとの間で一部反応が起こったものと考えられた。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、窒化アルミニウム基材の表面に酸化層を介して、ゾル−ゲル法により形成されたＡｌ2Ｏ3層、ＺｒＯ2層又はＴｉＯ2層を形成したので、従来の熱伝導率が高く、熱衝撃に対して耐久性に優れた窒化アルミニウム焼結体のみの基材に比べて、本発明の窒化アルミニウム基材はこれ以外の特性に加えて更に高い耐フッ素ガス性を有する。
この結果、本発明の窒化アルミニウム基材は、特にフッ素系ガスを用いる半導体製造装置におけるウェーハを載せるホルダ若しくはサセプタ、又はプラズマ反応を起こす電極等の基材として優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化アルミニウム基材をサセプタ及びクランプリングに用いたＣＶＤ装置の要部拡大断面図。
【符号の説明】
１０  窒化アルミニウム基材（サセプタ）
２０  窒化アルミニウム基材（クランプリング）
１１  窒化アルミニウム焼結体
１２  酸化層
１４  金属酸化物層
１５  シリコンウェーハ
【図１】
0003568006.tif 000003