(57)【要約】【課題】この発明は、窒化アルミニウム焼結体のハロゲンプラズマに曝される面の４０％以上を粒内破壊によって形成して、窒化アルミニウム焼結体のハロゲンプラズマに曝される面に鋭角をもった凹部が形成しないようにし、これによって部材表面に弗化アルミニウムが堆積し難くし、さらに弗化アルミニウムが部材から脱離してパーティクルを発生しないようにした窒化アルミニウム焼結体を得ようとしたものである。【解決手段】半導体製造装置のハロゲンプラズマに曝される部材に用いられる窒化アルミニウム焼結体部材であって、該部材のハロゲンプラズマに曝される面の４０％以上が粒内破壊によって生成されたものである低発塵性窒化アルミニウムである。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置のハロゲンプラズマに曝される部材に用いられる窒化アルミニウム焼結体部材であって、該部材のハロゲンプラズマに曝される面の４０％以上が粒内破壊によって生成されたものであることを特徴とする低発塵性窒化アルミニウム。
【請求項２】
前記窒化アルミニウム焼結体部材のハロゲンプラズマに曝される面に表れる結晶粒子の径の平均が５μｍ以下である請求項１記載の低発塵性窒化アルミニウム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置のハロゲンプラズマに曝される個所に用いられる窒化アルミニウム焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウムは、熱伝導率が理論値として３２０Ｗ／ｍ・Ｋと高いために、放熱基板や半導体製造装置でウェーハに均一に熱を伝達するための部材などに使用されている。また、窒化アルミニウムは、耐ハロゲン性を有するために半導体製造装置のプラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置、ＣＶＤ装置などのハロゲンプラズマに曝される各種部材、例えばマイクロ波導入窓用部材、静電チャック、保護プレートなどの部材に使用されている。半導体製造装置におけるプラズマ処理装置では、炉内クリーニング時にチャンバー内を減圧して弗素系の反応ガスを導入し、高周波やマイクロ波を印加してガス放電を起こさせるものである。こうしたプラズマ処理装置において、前記のマイクロ波導入窓、保護プレート、静電チャックなの部材は弗素系プラズマに激しく曝らされるものである。窒化アルミニウムは熱伝導率が著しく高い上に、ハロゲンに対し良好な耐食性があるのでこうした部材に最も好ましい材料であるが、窒化アルミニウムもこうしたプラズマ処理装置で繰り返しハロゲンプラズマに曝されると徐々に腐食を受けるようになる。即ち、窒化アルミニウム部材に弗素系ガスを供給しこれにプラズマを照射すると、表面に弗化アルミニウムの層が生成し、これが曝露時間の経過とともに膜状に成長していくのが認められるものである。
【０００３】
半導体製造装置の稼動時に、上記のような装置内面の部材に弗化アルミニウムが徐々に堆積するとこれが部材から脱離してパーティクルとなり、装置内のウェーハを汚染し半導体製造の歩留りに大きな影響を与えることになる。このために、プラズマ処理装置では、一定数のウェーハをプラズマ処理して弗化アルミニウムが所定以上に堆積した部材は高い頻度で取外し、これを交換またはクリーニングしなければならず、このメインテナンスのために半導体製造工程のスループットに影響を与えることにもなっていた。
【０００４】
従来から、半導体製造装置のプラズマ耐食性部材として使用されている窒化アルミニウムとしては、平均粒径が１μｍから２０μｍで、プラズマに接すべき表面の平均表面粗さが０．５μｍ以下で、耐食性に優れかつ高い強度をもったものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２０９１８２号（段落［００１０］）
しかしがら、この先行技術は、窒化アルミニウム焼結体部材のプラズマに曝される表面を、通常の研削加工および／または研磨加工してその平均表面粗さを０．５μｍ以下とするものであるから、この焼結体では研削加工または研磨加工によって結晶粒子が粒塊のまま欠落することが多く、その跡をミクロ的に観察するとこれまで嵌装していた粒子形状と一致して鋭角をもった凹凸部を随所に形成したものとなっていた。この状態の窒化アルミニウム焼結体の表面を模写して図２に示した。図２において、ハッチング部が粒塊のまま欠落した凹部を示す。こうした鋭角部にはプラズマが集中し易く窒化アルミニウムの焼結体の表面は、表面粗さが小さくても弗化アルミニウムが堆積し易く、またこれが多くなるとこれが部材から脱離してパーティクルとなる恐れがあった。従って、これを交換またはクリーニングする頻度を多くしなければならないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、窒化アルミニウム焼結体のハロゲンプラズマに曝される面の４０％以上を粒内破壊によって形成して、窒化アルミニウム焼結体のハロゲンプラズマに曝される面において鋭角をもった凹凸部の存在を少なくし、これによって部材表面に弗化アルミニウムが堆積し難くし、さらに弗化アルミニウムが部材から脱離してパーティクルを発生しなようにした窒化アルミニウム焼結体を得ようとしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体製造装置のハロゲンプラズマに曝される部材に用いられる窒化アルミニウム焼結体部材であって、該部材のハロゲンプラズマに曝される面の４０％以上が粒内破壊によって生成されたものであることを特徴とする低発塵性窒化アルミニウムである。即ち、この発明は窒化アルミニウム焼結体部材表面の平滑化を従来の単なる表面粗さの限定に代えて、焼結体の結晶粒子自体の破壊による粒内破壊によって行うようにしたもので、しかもその面積を焼結体部材のハロゲンガスに曝される表面積の４０％以上を占めるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の態様】
一般に、セラミック焼結体製品の表面は、研削又は研磨などの加工によって形成される。また、その加工面は結晶粒子の脱落による粒界破壊と、結晶粒子自体が破壊を受ける粒内破壊が混在した状態で存在した形となっている。この中で粒界破壊によって生じた表面は結晶面による鋭角をもった凹凸を有し、ハロゲンプラズマの曝露によるハロゲン化アルミニウムの生成時には、この凹凸形状が反映した膜がここに形成されることになる。一方、粒内破壊によって生じた表面は粒界破壊によって生じた表面よりも凹凸が少なく、しかもそこでの凹凸は結晶粒子の脱落に起因するような鋭角をもったものではないので、ハロゲンプラズマの曝露によるハロゲン化アルミニウムの生成時の膜はこの緩やかな凹凸形状が反映されたものとなる。この発明は、セラミック焼結体の表面加工における粒界破壊と粒内破壊のこうした特徴に注目して、ハロゲンプラズマに曝される部材に用いられる窒化アルミニウム焼結体部材のうち４０％以上が粒内破壊によって生成されるようにしたものである。粒内破壊が４０％以上の窒化アルミニウムを得るためには、窒化アルミニウム焼結体の粒径制御と焼結体を研削する条件を適宜に設定することによって当業者に可能である。
【０００９】
この発明の窒化アルミニウム焼結体自体は通常の方法で得たものが用いられる。即ち、高純度窒化アルミニウム粉末に焼結助剤、例えば酸化イットリウム、酸化カルシウムなどを添加し、これにさらに有機バインダーや有機溶剤を適量添加し、これをボールミルで混合してスラリーとする。このスラリーをスプレードライヤーで造粒する。次いでこの造粒粉を一軸金型プレス機で加圧して成形体とする。この成形体を大気中加熱して脱脂を行い、その後１５００℃〜２０００℃で焼成して窒化アルミニウム焼結体とするものである。しかしながら、この発明になる窒化アルミニウム焼結体を得るには、焼結体の結晶粒が出来るだけ小さくしておくことが好ましく、５μｍ以下さらに好ましくは３μｍ以下が好適である。焼結体の粒径がこれよりも大きいと焼結体の使用面を研削するときに結晶粒が脱落して、その跡にそれまで存在していた結晶粒の形状をした鋭角の凹部が形成されるからである。反対に、結晶粒が小径であると粒子が表面研削によっても脱落せずマトリックスに強固に固着されたままとなるので、研削に際しても粒子自体が研削されて粒内破壊が行なわれやすくなる。結晶粒子を小さくするには、原料の窒化アルミニウム粉末は高純度のものを用いるとともに、１８５０℃以下と低温焼成でしかも焼成時間も５ｈ以下（最高温度保持時間）と短い時間とする。また、低温で焼成することが可能なホットプレスを用いることもできる。この場合は、焼成温度は１６５０℃〜１７５０℃まで低下させることができる。
【００１０】
次に、上記の焼結体のハロゲンプラズマに曝露される面を研削または研磨して、焼結体部材のうち４０％以上が粒内破壊によって生成されるようにする。そのために、ここにおける研削または研磨は出来るだけマイルドで、即ち、砥石の切り込みを小さく、さらに細かい砥粒で行う。例えば、砥石の切り込み量は２μｍ以下、砥粒は♯２４０以上で行う。従って、逆に研削時間はそれだけ多くの時間をかけて行うことが必要である。但し、適正な加工条件は焼結体特性により変わるため、上記の条件に限らず、試行してこれを決定する必要がある。粒内破壊は主に研削で行なわれるが、必ずしもこれに限られるものではなく、外にブラスト加工によっても可能である。これらの粒内破壊を行った後は、この面をさらに研削して最終的な表面仕上げを行うものである。最終的に仕上げた表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．８以下が好ましい。上記によって、ハロゲン化プラズマに曝される窒化アルミニウムの面の４０％以上を粒内破壊にすることが出来る。さらに好ましくはハロゲン化プラズマに曝される面の６０％以上を粒内破棄によるものである。
【００１１】
【実施例】
（実施例１〜３，比較例１〜５）
純度９９．５％、平均粒径１μｍの高純度窒化アルミニウム原料粉に、焼結助剤として酸化イットリウムを０．５重量％、バインダー、有機溶媒としてメチルアルコールを適量添加してボールミルで混合した。このスラリーをスプレードライヤーで造粒した。この造粒粉を一軸金型プレス機によって３０ＭＰａの圧力で径２６０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの厚手の円板に成形した。さらにこの成形体を大気中６００℃で脱脂した。この成形体を表１に示す条件で焼成を行った。
【００１２】
この厚手の円板状の焼結体は、全て同じ条件で研削加工して径２００ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形した。各焼成条件のサンプルはそれぞれ２ピース作成し、その中の１ピース資料はＳＥＭによる表面観察を行い、その結果から粒界破壊している部分と粒内破壊している部分の面積を算出し、粒内破壊率［粒内破壊率／（粒界破壊面積＋粒内破壊面積）×１００（％）］を求めた。なお、この円板状の窒化アルミニウム焼結体の表面を模写して図１に示した。他方の１ピースの試料は、これをＩＣＰプラズマ処理装置を用いてＣ２Ｆ６ガスを用いた弗素プラズマの中に曝し、これに０．５μｍの弗化アルミニウム膜を堆積させた。さらに、これらの弗化アルミニウムの層を有する窒化アルミニウム円板上に６インチのシリコンウェーハを載置して、２０ｍＴｏｒｒ、８００ＷのＡｒプラズマ中で１ｍｉｎのプラズマ曝露を実施した。その後、このシリコンウェーハを回収し、パーティクルカウンターによってシリコンウェーハ上の直径０．２μｍ上のパーティクル数を測定した。この測定結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
2004224610.tif 000002
【００１４】
表１の実施例１、実施例２に示すように、焼成温度を低温とした焼結体で、ハロゲンプラズマ曝露面の粒内破壊率が本発明の範囲内にあるものは、半導体製造プロセス中のパーティクル発生を低レベルに抑えることが可能である。また、実施例３に示すように、常圧焼結することによって粒内破壊率が本発明の範囲内にしたものにあっても（実施例３）、同じように半導体製造プロセス中のパーティクル発生を低レベルに抑えることが可能である。これに対して、比較例１ないし５のようにハロゲンプラズマ曝露面の粒内破壊率が本発明の範囲外にあるものは、いずれも半導体製造プロセス中のパーティクル発生が高いレベルにあった。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、この発明の窒化アルミニウム焼結体部材は、ハロゲンプラズマに曝される面の４０％以上が粒内破壊によって生成されたものであるので表面の凹凸が少なく、しかもそこでの凹凸は結晶粒子の脱落によるような鋭角をもったものではないので、ハロゲンプラズマの曝露によるハロゲン化アルミニウムの生成時の膜はこの緩やかな凹凸形状が反映された強固なものが形成され、これが脱離してパーティクルとなりにくくすることができる。したがって、この部材の交換またはクリーニングまで膜の離脱によるパーティクルの発生を抑制することができて、半導体製造装置の性能を一層向上させることが出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による円板状の窒化アルミニウム焼結体の表面を模写した説明図。
【図２】従来の円板状の窒化アルミニウム焼結体の表面を模写した説明図。
【図１】
2004224610.tif 000003
【図２】
2004224610.tif 000004