(57)【要約】【課題】基材上にエアロゾルデポジション法により形成された膜を備えた部材において、基材と膜との線熱膨張係数の差による膜の剥離やクラックの発生を効果的に抑制することができ、高温で繰り返し使用される半導体製造装置に好適に用いることができる部材を提供する。【解決手段】基材表面の少なくとも一部に、少なくとも１層の中間層を介して、エアロゾルデポジション法により形成された膜を形成し、前記基材と膜との線熱膨張係数の差が３×１０-6／Ｋ以上であり、前記中間層を、前記基材の構成材料と前記膜の構成材料との混合組成からなるように構成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面の少なくとも一部に、少なくとも１層の中間層を介して、エアロゾルデポジション法により形成された膜を備え、前記基材と膜との線熱膨張係数の差が３×１０-6／Ｋ以上であり、前記中間層は、前記基材の構成材料と前記膜の構成材料との混合組成からなることを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項２】
前記基材および膜は、互いに異なる材質からなり、いずれも、アルミナ、ムライト、安定化ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、イットリアおよびシリカのうちの少なくともいずれか１種を含む材質からなることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置用部材。
【請求項３】
前記中間層は、膜厚が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体製造装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上に膜が形成された構成を有しており、半導体の表面処理、洗浄処理、熱処理等の半導体製造装置に好適に用いることができる部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置に用いられる部材において、その耐久性、耐食性、耐熱性、機械的強度の向上等を目的として、基材表面に異なる材質からなる膜で被覆したものが多用されている。
この被覆方法としては、スラリーを塗布して焼き付ける方法、ＰＶＤやＣＶＤ等の蒸着法、溶射法等が一般に用いられている。
【０００３】
一方、近年、セラミックス等の基材表面への脆性材料からなる膜を形成する新たな方法として、特許文献１に記載されているような、いわゆるエアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法という）と呼ばれる方法が知られている。
このＡＤ法とは、具体的には、サブミクロンオーダーの脆性材料の微粒子を含むエアロゾルをノズルから噴射し、高速で基板に吹き付け、微粒子を基材上に堆積させることにより、微粒子組成からなる圧粉体による堆積膜を形成させる方法である。
【０００４】
ＡＤ法は、焼成や溶射等の工程を伴わないため、基材表面が高温に曝されることがなく、室温程度の低温下で、脆性材料を緻密な膜として形成することができるという利点を有しており、上記のような半導体製造装置用のセラミックス部材等の製造への適用も検討されている。
【特許文献１】再公表特許ＷＯ０１／０２７３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＡＤ法においては、上記のように、低温下で、緻密な膜が形成されることから、基材と膜との線熱膨張係数の差が大きいと、これにより形成された半導体製造装置用部材を、一定の温度以上で繰り返し使用した場合、線熱膨張係数の差から生じる応力により、膜の剥離やクラックを生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、基材上にＡＤ法により形成された膜を備えた部材において、基材と膜との線熱膨張係数の差による膜の剥離やクラックの発生を効果的に抑制することができ、高温で繰り返し使用される半導体製造装置に好適に用いることができる部材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体製造装置用部材は、基材表面の少なくとも一部に、少なくとも１層の中間層を介して、ＡＤ法により形成された膜を備え、前記基材と膜との線熱膨張係数の差が３×１０-6／Ｋ以上であり、前記中間層は、前記基材の構成材料と前記膜の構成材料との混合組成からなることを特徴とする。
このような層構成からなる部材は、中間層により、基材と緻密な膜との線熱膨張係数の差が緩和され、膜の剥離やクラックの発生が抑制される。
【０００８】
前記基材および膜は、互いに異なる材質からなり、いずれも、アルミナ、ムライト、安定化ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、イットリアおよびシリカのうちの少なくともいずれか１種を含む材質からなることが好ましい。
基材と膜とは、上記のような線熱膨張係数の差の大きい材質からなり、かつ、半導体製造装置に一般的に用いられており、基材に対して、膜による耐熱性、耐食性等の特性を付与し得る材質が構成材料として好適である。
【０００９】
また、前記中間層は、膜厚が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
上記範囲内の膜厚とすることにより、基材と膜との線熱膨張係数の差の緩和効果が十分に得られ、膜の剥離やクラックの防止効果が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
上述したとおり、本発明によれば、基材上にＡＤ法により形成された膜を備えた部材において、基材と膜との線熱膨張係数の差による膜の剥離やクラックの発生が効果的に抑制された半導体製造装置用部材が提供される。
したがって、本発明に係る半導体製造装置用部材は、高温での繰り返し使用にも耐え得るものであり、耐熱衝撃性にも優れており、半導体の表面処理、洗浄処理、熱処理等を行う装置に好適に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る半導体製造装置用部材は、基材表面の少なくとも一部に、少なくとも１層の中間層を介して、ＡＤ法により形成された膜を備えた構成を有するものである。そして、前記基材と膜との線熱膨張係数の差が３×１０-6／Ｋ以上であり、前記中間層は、前記基材の構成材料と前記膜の構成材料との混合組成からなることを特徴としている。
このように、基材と表面層との間に、両者の線熱膨張係数の差を緩和する役割を果たす中間層を介することにより、膜の剥離やクラックの発生を抑制することができる。
また、ＡＤ法により各層を緻密な膜として形成することができるため、上記のような中間層を備えていても、全体として薄膜化することができるという利点も有している。
【００１２】
前記基材としては、半導体製造装置用部材において一般的に用いられている材質であれば、いずれでもよく、通常は、セラミックス、単結晶、ガラス等の無機材料が用いられる。あるいはまた、ＡＤ法により形成された積層体であってもよい。
これらの材質は、半導体製造装置用部材の使用態様に応じて適宜選択されるが、特に、アルミナ、ムライト、安定化ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、イットリアおよびシリカのうちの少なくともいずれか１種を含む材質からなることが好ましい。
【００１３】
例えば、シリカからなる基材上に、アルミナ膜を形成する場合、アルミナは、シリカに比べて線熱膨張係数が大きく、高温において、その線熱膨張係数の差により膜の剥離やクラックを生じやすい。特に、膜が緻密になると、その傾向が強く、ＡＤ法により基材上にアルミナ膜を形成した部材であっても、一定温度以上で使用されると、膜の剥離やクラックを生じる。
このため、前記基材と膜との間には、シリカとアルミナの間の線熱膨張係数を有する中間層を形成し、これにより、基材と膜との線熱膨張係数の差を緩和させ、剥離やクラックの発生を抑制する。
したがって、本発明に係る半導体製造装置用部材の構成は、上記において例示したシリカ基材とアルミナ膜のように、基材と膜との線熱膨張係数の差が３×１０-6／Ｋ以上である場合に非常に有効である。
【００１４】
本発明に係る部材の最表面に形成される膜は、基材との線熱膨張係数の差が３×１０-6／Ｋ以上の基材と異なる材質により構成され、かつ、基材と同様に、半導体製造装置用部材に一般的に使用されている、アルミナ、ムライト、安定化ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、イットリアおよびシリカのうちの少なくともいずれか１種を含む材質からなることが好ましい。
【００１５】
前記膜の形成方法としては、本発明においては、ＡＤ法を用いる。具体的には、特許文献１に記載されている方法と同様の方法により行うことができる。
この方法は、膜形成材料の微粒子が、高速噴射され、基材に対して強い衝撃力で衝突することにより、より微粒子に破砕され、この微粒子表面が高エネルギーとなり、基材表面あるいはまた微粒子同士との強い接合力を生じ、緻密な膜を形成することができるという特徴を有している。
また、上記のような微粒子の強い衝撃力での衝突により、基材表面に形成された中間層の表面には凹凸が形成され、膜をより剥離し難くさせるアンカー効果も得られるという優れた特徴を有している。
【００１６】
前記膜の厚さは、剥離防止、コスト低減化等の観点からは、できる限り薄くすることが好ましいが、緻密で完全な被覆膜とすることを考慮して、０．５μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。
なお、この膜は、必ずしも、基材全体を覆うものとは限らず、部材の用途目的に応じて、少なくとも、膜による耐熱性、耐食性等の特性付与が求められる箇所に、形成されれば足りる。
【００１７】
また、前記基材と膜との間に形成される中間層は、前記基材の構成材料と前記膜の構成材料との混合組成からなる層として構成することが好ましい。
このように、中間層の材質には、基材および膜の構成材料が混合された材質とすることにより、基材と膜との線熱膨張係数の差の緩和が図られ、膜の剥離およびクラック防止効果を高めることができる。
前記中間層は、１層でもよく、また、複数層により構成してもよい。
【００１８】
前記中間層は、上記のような材質からなる基材表面を被覆する際に一般的に用いられている方法により形成することができる。中間層の具体的な形成方法としては、スラリーを塗布して焼き付ける方法、金属有機化合物堆積法（ＭＯＤ法）、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＰＶＤ等の蒸着法、溶射法等が挙げられる。
【００１９】
前記中間層は、剥離防止、部材の薄肉化等の観点からは、できる限り薄くすることが好ましいが、上述したような基材と膜との熱膨張係数の差を十分に緩和可能な厚さを要することから、その膜厚は０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
シリカガラス基板表面に、ＭＯＤ材料として、シリカ用溶液とアルミナ用溶液とをシリカとアルミナのモル比が１：１になるように混合した液を用いて、スピンコータにて塗布した。１２００℃で焼成した後、乾燥し、膜厚０．２μｍの中間層を形成した。
この中間層上に、ＡＤ法により、膜厚１０μｍのアルミナ膜を形成した。
この試料について、室温から１２００℃までの昇降温を５回繰り返したところ、膜のクラック発生は認められなかった。
【００２１】
［実施例２］
アルミナ基板表面に、アルミナと炭化ケイ素のモル比が１：１になるように混合した溶射材を用いて、プラズマ溶射を行い、膜厚２０μｍの中間層を形成した。
この中間層上に、ＡＤ法により、膜厚１０μｍの炭化ケイ素膜を形成した。
この試料について、室温から１２００℃までの昇降温を５回繰り返したところ、膜のクラック発生は認められなかった。
【００２２】
［実施例３］
ムライト基板表面に、ムライトとイットリア安定化ジルコニアのモル比が１：１になるように混合したスラリーを用いて、スプレーにて塗布した。１２００℃で焼成した後、乾燥し、膜厚５０μｍの中間層を形成した。
この中間層上に、ＡＤ法により、膜厚１０μｍのイットリア安定化ジルコニア膜を形成した。
この試料について、室温から１２００℃までの昇降温を５回繰り返したところ、膜のクラック発生は認められなかった。
【００２３】
［実施例４〜１１］
基材、膜および中間層を表１の実施例４〜１１に示す組成として、それぞれ、実施例１〜３と同様の成膜方法にて、基材上に、中間層および膜を形成した。
いずれの試料も、室温から１２００℃までの昇降温を５回繰り返したところ、膜のクラック発生は認められなかった。
【００２４】
［実施例１２］
シリカガラス基板表面に、シリカ粉末（平均粒径０．５μｍ）とアルミナ粉末（平均粒径０．５μｍ）との混合粉末を用いて、ＡＤ法により、膜厚１０μｍのシリカ−アルミナ傾斜組成層を形成した。
なお、この傾斜組成層は、シリカ粉末とアルミナ粉末の各キャリア流量を徐々に変化させながらノズル手前で混合して噴射させることにより形成した。膜厚の増加に伴い、シリカ含有量が少なくなり、アルミナ含有量が多くなるような傾斜組成とした。
この試料について、室温から１２００℃までの昇降温を５回繰り返したところ、膜のクラックの発生は認められなかった。
【００２５】
［比較例１］
シリカガラス基板表面に、アルミナ粉末（平均粒径０．５２μｍ）を用いて、ＡＤ法により、膜厚約５０μｍのアルミナ層を形成した。
この試料について、室温から１２００℃までの昇降温を５回繰り返したところ、膜にクラックが発生した。
【００２６】
上記実施例および比較例の結果をまとめて表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示したように、基材と膜との線熱膨張係数が３×１０-6／Ｋ以上である場合においても、その線熱膨張係数を緩和する中間層を形成することにより、繰り返しの高温での使用においても、膜にクラックを生じない、耐熱衝撃性に優れた部材が得られることが認められた。