(57)【要約】【課題】耐プラズマエッチング性が高く、しかも導電性を備える半導体製造装置用部材を提供する。【解決手段】Ｓｉ及びＮを主成分とするセラミックス母材とし、セラミックス母材中に、窒化チタン、または窒化ジルコニウムを添加した、プラズマ処理装置内で使用される半導体製造装置用部材である。【選択図】      図１
2004311837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置の反応容器内で使用しうる半導体製造装置用部材であって、
Ｓｉ及びＮを主成分とするセラミックス母材と、
前記セラミックス母材中に、添加された窒化チタンと
を有することを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項２】
前記セラミックス母材は、窒化珪素焼結体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項３】
前記窒化チタンは、前記セラミックス母材１００重量部に対し、２５重量部以上６７重量部以下添加されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項４】
前記窒化チタンは、前記セラミックス母材１００重量部に対し、３３重量部以上５０重量部以下添加されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項５】
プラズマ処理装置の反応容器内で使用しうる半導体製造装置用部材であって、
Ｓｉ及びＮを主成分とするセラミックス母材と、
前記セラミックス母材中に、添加された窒化ジルコニウムと
を有することを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項６】
前記セラミックス母材は、窒化珪素焼結体であることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項７】
前記窒化ジルコニウムは、前記セラミックス母材１００重量部に対し、４４重量部以上９０重量部以下添加されていることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項８】
前記窒化ジルコニウムは、前記セラミックス母材１００重量部に対し、５７重量部以上６７重量部以下添加されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項９】
前記セラミックス母材は、イットリウム、イッテルビウムのランタノイド系元素、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、酸化ストロンチウム、セリウムからなる少なくともいずれか１種以上の酸化物を焼結助剤として含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項１０】
リング状部材であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項１１】
静電チャックの外周囲に配設されるリング状部材であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項１２】
１００重量部の窒化珪素原料紛と、２５重量部以上６７重量部以下の窒化チタンとを含む原料紛を混合粉砕する工程と、
前記混合粉砕により得られた粉体を用いて、成形体を形成する工程と、
前記成形体を１７００〜１９００℃で焼成する工程とを有することを特徴とする半導体製造装置用部材の製造方法。
【請求項１３】
１００重量部の窒化珪素原料紛と、４４重量部以上９０重量部以下の窒化ジルコニウムとを含む原料紛を混合粉砕する工程と、
前記混合粉砕により得られた粉体を用いて、成形体を形成する工程と、
前記成形体を１７００〜１９００℃で焼成する工程とを有することを特徴とする半導体製造装置用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置の反応容器内で使用される部材に関し、特にプラズマ処理装置内で使用できる部材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、プラズマＣＶＤ、プラズマエッチング等の種々のプラズマ処理装置が使用されている。これらのプラズマ処理装置は、低圧真空状態を維持できる密封可能な反応容器を有し、この反応容器内では、プラズマにより励起された反応ガスを用いて、ウエハ上に薄膜を成膜、あるいは薄膜のエッチング処理が行われる。
【０００３】
これらの反応ガスとしては、腐食性の強いハロゲン系ガスが利用されることが多い。例えば、成膜装置ではメタル配線用薄膜の成膜に、ＴｉＣｌ４、ＭｏＣｌ４やＷＦ６等のハロゲンガスが使用され、プラズマエッチング装置では、Ｓｉ膜や種々の絶縁膜等のエッチングにＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＦ４、ＣＣｌ４、ＨＦ、ＣｌＦ３、及びＨＣｌ等のハロゲンガスが使用される。
【０００４】
反応容器内には、通常ウエハを載置する静電チャック、ヒータ或いはサセプタ等の部品が配設されているが、これらの部品は一般に付加価値が高く高価であるため、ハロゲンプラズマによる腐食から保護するため、その外周囲に、一または複数のリング形状の半導体製造装置用部材（以下、「リング状部材」という。）が配設されることが多い。
【０００５】
リング状部材は、ハロゲンプラズマによるリング状部材自身のエッチングで発生するエッチング飛沫が半導体素子の汚染源とならないよう、従来は主にウエハや形成する薄膜と共通する成分であるＳｉ（珪素）バルク体が作製されていた。しかしながら、Ｓｉバルク体ではハロゲンプラズマに対する耐腐食性が十分ではなく、高い頻度でリング状部材の交換が必要であった。そこで、リング状部材の耐食性を改善するため、窒化珪素焼結体を使用することが提案されている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２６２７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
窒化珪素焼結体で作製することにより、リング状部材のハロゲンプラズマに対する耐食性は大幅に改善される。しかし、一般に窒化珪素等の耐腐食性セラミックス材料は絶縁性材料であるため、帯電により電荷が蓄積し、チャージアップを生じやすい。チャージアップが生じると、イオンの加速密度（イオン密度）にバラツキが生じ、プラズマの分布が不均一なものとなる。よって、例えば、エッチングを行う場合にはウエハ面内でのエッチングレートが場所により異なる恐れがある。
【０００８】
プラズマ処理装置等の半導体製造装置の反応容器内は、プラズマを発生させるため、低真空に維持され、プラズマ発生時、あるいはウエハを静電チャックでチャッキングする際には、高電圧が印加される。このとき、リング状部材と他の部品との間で、もしくはリング状部材と基板との間等でアーク放電が生じやすくなる。一旦、アーク放電が生じると、局所的に大電流が流れるため、ウエハ上の素子の破壊や静電チャック内の埋設電極の一部破損等の事故をもたらす。
【０００９】
したがって、半導体製造装置用部材には、ハロゲンプラズマに対する高い耐食性とともに、チャージアップやアーク放電防止の観点からは、帯電を防止し得る程度の導電性が付与されることが望まれる。
【００１０】
本発明は、上述する従来の課題に鑑みてなされたものであり、ハロゲンプラズマに対し、耐食性が高く、しかも導電性を備える半導体製造装置用部材を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の半導体製造装置用部材は、プラズマ処理装置の反応容器内で使用しうる半導体製造装置用部材であって、Ｓｉ及びＮを主成分とするセラミックス母材と、セラミックス母材中に、添加された窒化チタンとを有することを特徴とする。上記セラミックス母材としては、窒化珪素焼結体を使用してもよい。
【００１２】
上記本発明の第１の半導体製造装置用部材の特徴によれば、ハロゲンプラズマに対し高い耐食性を維持したまま、窒化チタンの添加量に依存した導電性を有することが可能になる。
【００１３】
上記本発明の第１の半導体製造装置用部材の特徴において、上記窒化チタンは、セラミックス母材１００重量部に対し、２５重量部以上６７重量部以下添加されていてもよい。この場合はハロゲンプラズマに対する良好な耐食性を維持したまま半導体製造装置用部材に帯電を抑制できるレベルの導電性が付与される。より好ましくは、上記窒化チタンがセラミックス母材１００重量部に対し、３３重量部以上５０重量部以下添加されていてもよい。この場合は、半導体領域の導電性を得ることが可能になり、反応容器内でのアーク放電の発生をより確実に抑制できるとともに、窒化チタンの添加によりセラミックス母材の耐食性をより改善できる。
【００１４】
本発明の第２の半導体製造装置用部材の特徴は、プラズマ処理装置の反応容器内で使用しうる半導体製造装置用部材であって、Ｓｉ及びＮを主成分とするセラミックス母材と、セラミックス母材中に、添加された窒化ジルコニウムとを有することである。なお、セラミックス母材は、窒化珪素焼結体であってもよい。
【００１５】
上記本発明の第２の半導体製造装置用部材の特徴によれば、ハロゲンプラズマに対し高い耐食性を維持したまま、窒化ジルコニウムの添加量に依存した導電性を付与することが可能になる。
【００１６】
上記本発明の第１の半導体製造装置用部材の特徴において、窒化ジルコニウムは、セラミックス母材１００重量部に対し４４重量部以上９０重量部以下添加されていてもよい。この場合は、ハロゲンプラズマに対する良好な耐食性を維持したまま半導体製造装置用部材に帯電を抑制できるレベルの導電性を付与できる。より好ましくは、セラミックス母材１００重量部に対し、５７重量部以上６７重量部以下添加されていてもよい。この場合は、半導体領域の固有抵抗を得ることが可能になり、反応容器内でのアーク放電の発生をより確実に抑制できるとともに、窒化ジルコニウムの添加によりセラミックス母材の耐食性をより改善できる。
【００１７】
なお、本発明の上記第１及び第２の半導体製造装置用部材において、母材は、イットリウム、イッテルビウムのランタノイド系元素、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、酸化ストロンチウム、セリウムからなる少なくともいずれか１種以上の酸化物を焼結助剤として含んでもよい。焼結助剤の添加により、該部材の耐食性をさらに改善できる。
【００１８】
本発明の上記第１及び第２の半導体製造装置用部材は、リング状部材であってもよい。プラズマ反応容器内で使用されるリング状部材は、隣接する他の部品等との間でチャージアップやアーク放電が生じやすい環境にあるため、導電性を付与されることによるチャージアップやアーク放電防止の効果が高い。例えば、このようなリング状部材としては、静電チャックの外周囲に配設されるリング状部材が挙げられる。
【００１９】
本発明の半導体製造装置用部材の製造方法の第１の特徴は、１００重量部の窒化珪素原料紛と、２５重量部以上６７重量部以下の窒化チタン原料紛とを含む原料紛を混合粉砕する工程と、混合粉砕により得られた粉体を用いて成形体を形成する工程と、成形体を１７００〜１９００℃で焼成する工程とを有することである。
【００２０】
本発明の半導体製造装置用部材の製造方法の第２の特徴は、１００重量部の窒化珪素原料紛と、４４重量部以上９０重量部以下の窒化ジルコニウム原料紛とを含む原料紛を混合粉砕する工程と、混合粉砕により得られた粉体を用いて成形体を形成する工程と、成形体を１７００〜１９００℃で焼成する工程とを有することである。
【００２１】
上記本発明の半導体製造装置用部材の製造方法の第１及び第２の特徴によれば、ハロゲンプラズマに対する高い耐食性を有するとともに、導電性を備える半導体製造装置用部材を提供できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参考にしながら本発明の実施の形態に係る半導体製造装置用部材（以下、「部材」という。）について説明する。なお、本明細書において、特に断らない限り、「ｗｔ％」とは、焼結助剤を含むセラミックス母材を１００ｗｔ％（１００重量部）とする場合の重量比率（重量部）を示す。「ｖｏｌ％」とは、原料粉末調合時の焼結助剤を含むセラミックス母材体積を１００ｖｏｌ％とする場合の体積比率を示すものとする。ここで、ｖｏｌ％の算出には各々の原料粉末の比重として窒化珪素は３．１８、酸化イットリウムは４．８５、窒化チタンは５．４４、窒化ジルコニウムは７．３５を各々適用した。
【００２３】
図１は、プラズマエッチング装置の反応容器内に配置される、本実施の形態に係る半導体製造装置用部材の代表例である各種リング状部材を例示する模式的な断面図である。
【００２４】
図１に示すプラズマエッチング装置では、反応容器内の下側中央に、静電チャック３０が配置され、その上にウエハ２０が固定されており、ウエハ２０と対向する上方に、反応ガスをウエハ面に均一に供給する、微細なガス供給孔を多数備えたシャワーヘッド４０が設けられている。
【００２５】
例えば、静電チャック３０内に埋設された電極および導電性部材で形成されたシャワーヘッド４０の双方がプラズマを発生させる対向電極として使用され、同図に示すように、ウエハ２０とシャワーヘッド４０との間にプラズマが形成される。
【００２６】
静電チャック３０およびシャワーヘッド４０は、いずれもウエハ２０の大きさと形状に対応した円形形状に沿った外周部を有しており、その外周囲にリング状部材が配置されている。リング状部材には種々の種類があるが、代表的には、静電チャック３０およびウエハ２０に近接して配置されるリングＡ１０、さらにそのリングＡ１０の外周囲に配置されるリングＢ１２、およびシャワーヘッド４０の外周囲に配置されるリングＣ１４等を挙げることができる。なお、ここで使用する各リング状部材の呼称は便宜的なものである。
【００２７】
これらのリング状部材は、主にウエハ２０の外周縁までプラズマ状態を安定に発生させる役割とともに、内側に配置された部材を保護する役割を有する。なお、これらのリング状部材は、一体でリング形状を構成するものに限らず、複数の部品に分割され、それらを組み合わせてリング形状を構成するものであってもよい。
【００２８】
本発明の実施の形態の特徴は、これらのリング状部材をＳｉ及びＮを主成分とするセラミックス母材で形成するとともに、このセラミックス母材中には窒化化合物導電材が添加されており、耐食性と導電性をかね添えていることである。
【００２９】
上記Ｓｉ及びＮを主成分とするセラミックス母材としては、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン及び酸窒化珪素（Ｓｉ２ＯＮ２）等の焼結体が挙げられる。これらの材料は、耐ハロゲンプラズマ性に優れた材料であり、かつ半導体基板材料であるＳｉ基板と共通の成分を含むため、ハロゲンプラズマによりエッチングされても飛散したエッチング材が不純物として半導体素子の特性に悪影響を及ぼしにくい。
【００３０】
また、上記セラミックス母材材料自体はいずれも絶縁性材料であるが、窒化化合物導電材の添加により、その添加量に依存した導電性がリング状部材に付与されている。
【００３１】
なお、窒化化合物導電材以外の硼化物導電材、炭化物導電材及び珪化物導電体を上述するセラミックス母材に添加しても、窒化化合物導電材を添加した場合のようにはセラミックス母材の良好な耐食性を維持することはできない。
【００３２】
例えば、窒化化合物導電材として窒化チタンを使用する場合は、セラミックス母材１００重量部に対し好ましくは２５重量部以上、即ち調合時のセラミックス母材１００ｖｏｌ％に対し１５ｖｏｌ％以上添加する。これにより、帯電防止可能な約１０８Ωｃｍ以下の固有抵抗をリング状部材に付与できる。より好ましくは、窒化チタンの添加比率を３３重量部以上、即ち窒化チタンの添加比率を２０ｖｏｌ％以上とする。この場合は、半導体領域である１０４Ωｃｍ以下の導電性を備えるリング状部材を提供できる。
【００３３】
こうして導電性が付与されたリング状部材は、接地あるいは基準電位等への接続を行うことにより、帯電を防止することができるとともに、隣接する静電チャック等の部品との間で高電界を生じないよう電位調整を行うことも可能になる。このように、部材への電荷の蓄積や高電界の発生を防止できるため、従来、静電チャックのチャッキング時や、プラズマ発生時に、リング状部材と隣接する部品等との間に生じていたチャージアップやアーク放電の発生を阻止できる。
【００３４】
また、セラミックス母材として使用する窒化珪素焼結体は、従来のＳｉバルク体で作製されたリング状部材に比較し、ハロゲンプラズマに対し高い耐食性を有するが、このセラミックス母材に対する窒化チタンの添加は、耐食性の阻害要因にはならず、むしろ５０重量部以下、即ち窒化チタンの添加比率が３０ｖｏｌ％以下においてはリング状部材の耐食性をセラミックス母材と同等もしくはより良好なものとする。なお、窒化チタンの添加比率が６７重量部、即ち窒化チタンの添加比率が４０ｖｏｌ％を超えると、もはや固有抵抗値の低下効果は見られず、添加比率の増加に伴う耐食性及び強度の低下が見られる。
【００３５】
したがって、セラミックス母材１００重量部に対し、窒化チタンの添加比率を、２５重量部以上６７重量部以下、より好ましくは３３重量部以上５０重量部以下とすることにより、良好なハロゲンプラズマ耐性と導電性の両方を備え、リング状部材の長寿命化を図ることができる。
【００３６】
また、窒化化合物導電材として窒化ジルコニウムを使用する場合は、セラミックス母材１００重量部に対し４４重量部以上、即ち調合時のセラミックス母材１００ｖｏｌ％に対し１９ｖｏｌ％以上窒化ジルコニウムを添加すれば、帯電防止可能な約１０８Ωｃｍ以下の固有抵抗を付与できる。より好ましくは、窒化チタンの添加比率を５７重量部以上、即ち調合時の窒化ジルコニウム添加比率を２５ｖｏｌ％以上とする。この範囲の窒化チタンの添加により、半導体領域である１０４Ωｃｍ以下の固有抵抗を備えるリング状部材を提供できる。
【００３７】
窒化珪素母材のみからなるリング状部材に較べ、窒化ジルコニウムを添加した場合は、大幅にハロゲンプラズマに対する耐腐食性が改善される。耐腐食性の改善効果は、上述する窒化チタンを添加する場合よりも高い。また、添加量の増加による耐食性の劣化の度合は、窒化チタンの場合より小さく、上述する範囲においてほぼ安定した良好な耐腐食性を得ることができる。なお、窒化ジルコニウムの添加量が約６７重量部、即ち窒化ジルコニウム添加比率が３０ｖｏｌ％を超えると固有抵抗の減少効果が減り、約９０重量部、即ち窒化ジルコニウム添加比率が４０ｖｏｌ％を超えると、固有抵抗はほぼ一定となり、むしろそれ以上の添加は、部材強度の低下を招くことになる。
【００３８】
したがって、窒化ジルコニウムの添加比率を、１９重量部以上４０重量部以下、より好ましくは２５重量部以上３０重量部以下とすることにより、良好なハロゲンプラズマ耐性と導電性の両方を備え、リング状部材の長寿命化効果を図ることができる。
【００３９】
なお、上記セラミックス母材には、イットリウム、イッテルビウムのランタノイド系元素、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、酸化ストロンチウム、セリウムからなる少なくともいずれか１種以上の酸化物を焼結助剤として含んでもよい。このように焼結助剤を添加することで、ハロゲンプラズマに対する耐食性をより改善することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態に係るリング状部材を製造するには、まず、窒化珪素紛、窒化導電材料紛、及び前述する焼結助剤等を所定の配合比で配合し、溶媒とともに、或いは溶媒を加えずにボールミル等の粉砕器を用いて混合粉砕する。粉砕後の混合紛を乾燥したもの、或いはそのまま、若しくはバインダを加えて造粒したものを用いて成形を行う。成形方法は限定されず、種々の方法を用いることができる。例えば、金型成形法、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法、スリップキャスト法、等の方法を用いることができる。さらに、得られた成型体を、ホットプレス法もしくは常圧焼結法等を用いて、１７００℃〜１９００℃で焼成して、焼結体を作製する。なお、最適な焼成温度は、焼成方法、焼結助剤の種類や添加量等によっても微妙に異なるが、例えば焼結助剤としてイットリアを用い、ホットプレス法により焼成する場合は、好ましくは約１８００℃、即ち１７５０℃〜１８５０℃とする。この温度において、より高温で焼成した場合に比較し、より高い強度を得ることができる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４２】
（実施例１〜４）
本発明の実施例１〜実施例４は、窒化珪素をセラミックス母材とし、該セラミックス母材に窒化チタンを添加した半導体製造装置用部材である。
【００４３】
この実施例１〜実施例４は、以下の製造方法を用いて作製した。なお、ここでは、評価の便宜のため、リング形状とはせず、円盤形状の部材を作製した。
【００４４】
原料紛としては、セラミックス母材原料である窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）紛（宇部興産製、Ｅ−１０型）、焼結助剤であるイットリア（Ｙ２Ｏ３）紛（信越化学製、ＢＢ型）、及び粒径０．７〜１．２μｍの窒化チタン紛（日本新金属製）を使用した。
【００４５】
比較例での酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉は協和化学製を用いた。イオン交換水１０００ｇに、上記各原料紛を表１に示す配合条件で加え、さらに分散剤（ＳＮディスパサント７３４７−Ｃ）を１０ｇ添加し、アトライターミルを用いて全体を約５時間粉砕混合した。この後、混合したスラリーを噴霧乾燥した。次に、噴霧乾燥により得られた粉末を金型プレスに入れ、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力で一軸プレス成形を行い、円盤形状の成形体を得た。この成形体をホットプレス焼結し、厚み５ｍｍ、直径１００ｍｍの円盤状焼結体からなる部材を得た。なお、ホットプレス焼成は、１．５気圧の窒素雰囲気中で、プレス圧２００ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１８００℃、または１９００℃で約３時間キープする条件で行った。こうして得られた部材について、導電性（固有抵抗）、耐ハロゲンプラズマ特性、及び強度特性を測定した。
【００４６】
【表１】
2004311837.tif 000003
【００４７】
固有抵抗は四端子法を用いて測定した。結果を図２に示す。横軸に窒化珪素母材（Ｓｉ３Ｎ４＋Ｙ２Ｏ３）１００ｖｏｌ％に対する窒化チタン（ＴｉＮ）の添加比率（ｖｏｌ％）、縦軸に固有抵抗（Ωｃｍ）を示す。窒化チタンの添加比率が１０〜３０ｖｏｌ％の間では、添加比率の増加に伴い部材の固有抵抗は急激に低下し、窒化チタンの添加により部材に導電性を付与できることが確認できた。具体的には、窒化珪素母材に対する窒化チタンの添加比率が約１５ｖｏｌ％、即ち約２５重量部を超えると、部材が帯電しにくい１０８Ωｃｍ未満の導電性を付与することが可能になり、さらに２０ｖｏｌ％、即ち約３３重量部以上で１０４Ωｃｍ以下の半導体領域の固有抵抗を得ることが可能になる。しかしながら、３０ｖｏｌ％、即ち約５０重量部超えると添加比率の増加による固有抵抗の減少変化は減り、４０ｖｏｌ％、即ち約６７重量部を超えると、約１０−３Ωｃｍでほぼ一定値となる。なお、グラフ中には１８００℃で焼成を行ったものと、１９００℃で焼成を行ったものを示しているが、固有抵抗値に対する焼成温度の違いはそれ程なかった。
【００４８】
図３に示すＮＦ３ガスプラズマに対するエッチング速度の測定は具体的には次の条件で行った。すなわち、各実施例の部材から縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ１ｍｍの平板形状の試料を切り出し、この試料を評価用プラズマエッチング装置の反応容器内のサンプルステージ上にセットし、各試料の外周部にカプトンテープを貼付した。カプトンテープが貼付されていない領域、すなわちプラズマへの曝露領域を縦１０ｍｍ、横１０ｍｍとした。
【００４９】
なお、サンプルステージとしては長径２１０ｍｍの円形ステージを備えたものを使用した。反応容器内圧力を０．０９Ｔｏｒｒに調整し、ＮＦ３ガスとＡｒとをそれぞれ流量７５ｓｃｃｍおよび１４０ｓｃｃｍにて反応容器内に供給し、周波数１３．５６ＭＨｚ、出力８００Ｗの誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）で、プラズマを発生させるとともに、ステージに３００ｗのバイアスを印加し、部材に一定時間プラズマ衝撃を与えた。なお、加熱手段は特に用いていないが、試料温度はプラズマ衝撃により約２００℃に達していた。この後、プラズマ曝露領域と未曝露領域の段差を段差計で測定しエッチング速度（μｍ／ｈｒ）を算出した。結果を図３に示す。
【００５０】
図３には、実施例２、３及び４のエッチングレートと、比較例１〜３のエッチングレートを示した。窒化珪素母材およびこれに窒化チタンを添加した実施例２，３及び４の部材は、いずれもＳｉバルク体で形成された比較例３の部材に較べ、耐エッチング性が非常に高いが、特に窒化チタンを窒化珪素母材に２０ｖｏｌ％（実施例２）添加した場合は、窒化珪素母材（比較例１）に較べても、エッチング耐性が高く、３０ｖｏｌ％（実施例３）の場合は窒化珪素母材とほぼ同等のエッチング耐性が得られた。しかしながら、窒化チタンの添加量が増加するに伴い、エッチングレートはリニアに増加する傾向が見られ、窒化チタン添加比率が４０ｖｏｌ％では、窒化珪素母材よりエッチングレートが明らかに高くなった。
【００５１】
なお、実施例２，３及び４のセラミックス母材は、比較例１の窒化珪素と同様にイットリアを焼結助剤として添加したものである。比較例２は、窒化珪素に焼結助剤としてマグネシア（ＭｇＯ）を加えたものである。この場合は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）を焼結助剤として使用した場合に較べ、エッチングレートはやや高くなった。したがって、窒化珪素母材に加える焼結助剤としては、耐食性の観点からは、マグネシアよりイットリアの方が好ましいことが確認できた。
【００５２】
さらに、強度特性は、四点曲げ強度測定でＪＩＳ  Ｒ  １６０１に準じて測定した。結果を図４に示す。部材強度は、窒化チタンの添加比率が４０ｖｏｌ％以下の範囲でも実用に見合った十分に高い強度を維持していたが、窒化チタンの添加比率の増加に伴いリニアに強度が減少する傾向が見られた。なお、焼成温度が１９００℃のものより１８００℃のものにおいて、良好な強度が得られた。
【００５３】
以上の結果より、ハロゲンプラズマに対する良好な耐食性と、チャージアップやアーク放電を防止しうる導電性を付与するためには、窒化チタンを窒化珪素母材に１５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％（即ち約２５重量部〜約６７重量部）、より好ましくは２０ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％（即ち約３３重量部〜約５０重量部）添加することが望ましいことが確認できた。
【００５４】
（実施例５〜１３）
本発明の実施例５〜実施例１３は、窒化珪素をセラミックス母材とし、該セラミックス母材に窒化ジルコニウムを添加した半導体製造装置用部材である。この実施例５〜１３は、上述する実施例１〜３と同様な条件で作製した。なお、各原料紛の配合比は表２に示す。また、得られた部材について、実施例１〜３と同様な条件で導電性（固有抵抗）、耐ハロゲンプラズマ特性、及び強度特性を測定した。
【００５５】
【表２】
2004311837.tif 000004
【００５６】
実施例５〜実施例１３の部材について測定した固有抵抗値を図５に示す。横軸に窒化珪素母材（Ｓｉ３Ｎ４＋Ｙ２Ｏ３）を１００ｖｏｌ％に対する窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）の添加比率（ｖｏｌ％）、縦軸に固有抵抗（Ωｃｍ）を示す。
【００５７】
部材の固有抵抗は、窒化ジルコニウムの添加比率が１８ｖｏｌ％を超えるあたりより急激に低下し、１９ｖｏｌ％即ち約４４重量部以上の窒化ジルコニウムの添加により、帯電を防止できる１０８Ωｃｍ程度の固有抵抗が得られた。さらに、窒化珪素母材に対する窒化ジルコニウム添加比率が２０ｖｏｌ％即ち約４６重量部以上で、固有抵抗１０４Ωｃｍ以下の半導体領域の導電性を得ることが可能になった。しかしながら、２５ｖｏｌ％即ち約５７重量部を超えると添加量の増加による固有抵抗の減少傾向は緩和し、４０ｖｏｌ％即ち約９０重量部を超えると、固有抵抗約１０−３Ωｃｍでほぼ一定値となった。なお、グラフ中には１８００℃で焼成を行ったものと、１９００℃で焼成を行ったものを示したが、窒化ジルコニウムの添加比率が２０ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％においては、１８００℃の焼成条件において固有抵抗値が若干低くなる傾向が見られた。
【００５８】
図６に、実施例６〜１３、比較例１及び３の耐ハロゲンプラズマ特性を示すエッチングレートを示した。実施例６〜１３において、いずれもエッチングレートは６〜８μｍ／ｈｒの範囲にありほぼ安定しており、Ｓｉバルク体からなる部材（比較例３）や、窒化珪素母材のみからなる部材（比較例１）に比較しいずれもより良好な耐ハロゲンプラズマ特性を示した。なお、焼結温度１８００℃で作製したものより１９００℃で作製したものの方が若干エッチングレートが高い傾向が見られるものもあったが、基本的に焼結温度の差は少なかった。即ち、窒化ジルコニウムの添加比率が４０ｖｏｌ％即ち約９０重量部以下の条件においては、いずれも窒化ジルコニウムの添加により窒化珪素母材の耐ハロゲンプラズマ性をより改善することができた。
【００５９】
図７に、部材強度の測定結果を示す。窒化ジルコニウムの添加比率が１０〜４０ｖｏｌ％の範囲でも実用に見合った十分に高い強度を維持していることが確認できたが、添加比率が３０ｖｏｌ％即ち約６７重量部を超えると窒化ジルコニウムの添加比率の増加に伴いやや強度が減少する傾向が見られた。また、焼結温度１８００℃で作製したものは焼結温度１９００℃で作製したものに較べ、明らかに高い強度を示した。
【００６０】
以上の結果より、部材にハロゲンプラズマに対する良好な耐食性と、アーク放電を防止しうる導電性を付与し、さらに良好な強度を与えるためには、窒化ジルコニウムを窒化珪素母材に１９ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％（即ち約４４重量部〜約９０重量部）、より好ましくは２５ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％（即ち約５７重量部〜約６７重量部）添加することが望ましいことが確認できた。
【００６１】
以上、実施の形態および実施例に基づき本発明について説明したが、本発明は、上記実施の形態、或いは実施例の説明に限定されるものではない。例えば、本発明における半導体装置用部材は、プラズマ処理装置内でのみならず、プラズマの発生を伴わない真空蒸着装置やスパッタ装置等の各種半導体製造装置に使用できる。また、その形状はリング状に限定されるものではない。また、セラミックス母材に添加する導電材は１種のみならず、窒化チタンおよび窒化ジルコニウムの両方を添加してもよい。
【００６２】
上記実施の形態及び実施例は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含されるものとする。
【００６３】
【発明の効果】
以上に説明するように、本発明の半導体製造装置用部材およびその製造方法によれば、セラミックス母材に対し、窒化チタンもしくは窒化ジルコニウムを添加することにより、ハロゲンプラズマに対し高い耐食性を有するとともに、導電性が付与された部材を提供できるので、半導体製造装置内での部材間、あるいは基板と部材、静電チャックと部材間等でのチャージアップやアーク放電の発生を防止できる。したがって、半導体製造装置用部材の長寿命化を図ることができるとともに、これらの半導体製造装置用部材を使用して作製する半導体デバイスの歩留まりを上げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマエッチング装置の反応容器内で使用される各種半導体製造装置用部材を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施例１〜４の部材に係る、窒化チタン添加比率と部材の固有抵抗との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２〜４、及び比較例１〜３の部材に係る、窒化チタン添加比率とハロゲンプラズマ雰囲気におけるエッチングレートの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２〜４の部材に係る、窒化チタン添加比率と強度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例５〜１３の部材、比較例１及び３に係る、窒化ジルコニウム添加比率と部材の固有抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例６〜１３、及び比較例１及び３の部材に係る、窒化ジルコニウム添加比率とハロゲンプラズマ雰囲気におけるエッチングレートの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例６、１０〜１３の部材に係る、窒化ジルコニウム添加比率と強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０・・・リングＡ
１２・・・リングＢ
１４・・・リングＣ
２０・・・ウエハ
３０・・・静電チャック
４０・・・シャワーヘッド
【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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