(57)【要約】【課題】イットリア系の皮膜で被覆された部材であって、主に、半導体や液晶製造用等のプラズマ処理装置部材として用いることができ、表面が緻密で滑らかであり、プラズマ処理時にパーティクルや金属不純物の発生によって被処理品を汚染することがなく、かつ、耐久性に優れた耐食性部材を提供する。【解決手段】セラミックス又は金属からなる基材の少なくともプラズマ又は腐食性ガスに曝される部位の表面に、イットリア系耐食膜が形成された耐食性部材において、前記耐食膜の少なくとも表面層を、イットリアを主成分とし、他は五酸化タンタル又は五酸化ニオブのいずれか１種以上を前記イットリア１００ｍｏｌ％に対して０．０２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下含有している組成とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス又は金属からなる基材の少なくともプラズマ又は腐食性ガスに曝される部位の表面に、イットリア系耐食膜が形成された耐食性部材であって、前記耐食膜の少なくとも表面層が、イットリアを主成分とし、他は五酸化タンタル又は五酸化ニオブのいずれか１種以上を前記イットリア１００ｍｏｌ％に対して０．０２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下含有していることを特徴とする耐食性部材。
【請求項２】
前記耐食膜の少なくとも表面層が、気孔率が２．０％以下であり、かつ、厚さが５μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の耐食性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、半導体や液晶製造用等のプラズマ処理装置に好適に用いることができる耐食性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体や液晶製造用等のプラズマ処理装置の部品には、アルミナセラミックスやイットリアセラミックスが使用されてきたが、大型部材の場合には、焼結体として製造することが困難であった。
このため、コストの面からも、プラズマ処理時の耐食性が必要とされる部位にのみ、溶射等の方法でアルミナやイットリアの皮膜を形成する方法が採られていた。
【０００３】
このような溶射皮膜は、プラズマ処理装置での被処理品を汚染しないようにするために、不純物が含まれていないことが好ましく、このような観点から、イットリアの溶射においては、従来、その溶射材料としてイットリアのみが単独で用いられていた。
【０００４】
しかしながら、イットリアのみからなる溶射皮膜は、緻密化しにくく、気孔率３〜５％程度の気孔を有する状態で形成される。気孔が多いと、プラズマ処理時に、気孔部分からエッチングされやすく、パーティクルの発生原因となり、また、プラズマや腐食性ガスに対する耐食性が低下するため、耐久性に劣るという課題を有していた。
【０００５】
上記課題に対しては、イットリアを単独ではなく、他の材料との混合物とした膜を形成することが提案されており、例えば、特許文献１には、静電チャックの保護層を、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タンタル等の金属と混合されたイットリアを含む構成とすることにより、耐プラズマ性が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４２１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された保護層は、イットリアと混合される材料が、タンタル等の金属であるため、この金属成分が、プラズマ処理装置での被処理品のウェーハ等に不純物として混入し、該被処理品を汚染するおそれがある。
また、金属タンタルの融点は約３０００℃であり、イットリアの融点２４３０℃よりも高いため、イットリアにタンタルを混合して溶射等により皮膜を形成した場合、皮膜表面が十分に緻密化されず、パーティクルの発生原因となるような気孔や凹凸がない状態とすることは困難であった。
【０００８】
したがって、プラズマ処理装置部材に形成される耐食膜には、不純物が少ないことのみならず、パーティクルの発生原因となるような気孔や凹凸が少なく、表面が緻密で滑らかであることが求められている。
【０００９】
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、イットリア系の皮膜で被覆された部材であって、主に、半導体や液晶製造用等のプラズマ処理装置部材として用いることができ、表面が緻密で滑らかであり、プラズマ処理時にパーティクルや金属不純物の発生によって被処理品を汚染することがなく、かつ、耐久性に優れた耐食性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】
【００１０】
本発明に係る耐食性部材は、セラミックス又は金属からなる基材の少なくともプラズマ又は腐食性ガスに曝される部位の表面に、イットリア系耐食膜が形成された耐食性部材であって、前記耐食膜の少なくとも表面層が、イットリアを主成分とし、他は五酸化タンタル又は五酸化ニオブのいずれか１種以上を前記イットリア１００ｍｏｌ％に対して０．０２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下含有していることを特徴とする。
このような金属酸化物を含むイットリア皮膜は、表面が緻密で滑らかであり、優れた耐食膜として機能するため、該耐食性部材をプラズマ処理装置に適用した場合、パーティクルや金属不純物の発生による被処理品の汚染を抑制することができる。
【００１１】
前記耐食性部材において、耐食膜の少なくとも表面層は、気孔率が２．０％以下であり、かつ、厚さが５μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
上記範囲内の気孔率及び厚さで耐食膜を形成することにより、該耐食性部材がプラズマや腐食性ガスに曝された際のパーティクルの発生の抑制や耐食性、耐久性の向上が図られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る耐食性部材によれば、表面が緻密で滑らかな耐食膜が形成されているため、プラズマや腐食性ガスに曝された場合におけるパーティクルや金属不純物の発生が抑制され、また、耐久性の向上が図られる。
したがって、本発明に係る耐食性部材は、主に、半導体や液晶製造用等のプラズマ処理装置部材として好適に適用することができ、プラズマ処理時における被処理品の不純物汚染を抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る耐食性部材は、セラミックス又は金属からなる基材の少なくともプラズマ又は腐食性ガスに曝される部位の表面に、イットリア系耐食膜が形成されたものである。そして、前記耐食膜は、少なくとも表面層が、イットリアを主成分とし、五酸化タンタル又は五酸化ニオブのいずれか１種以上を前記イットリア１００ｍｏｌ％に対して０．０２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下含有しているものである。
イットリアに上記のような金属酸化物を添加することにより、表面が緻密で滑らかな耐食膜を得ることができる。
【００１４】
前記耐食膜は、イットリア系の皮膜であり、少なくともプラズマ又は腐食性ガスに曝される表面層における組成が、イットリアが主成分であり、他は五酸化タンタル又は五酸化ニオブのいずれか１種以上を前記イットリア１００ｍｏｌ％に対して０．０２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下含まれているものとする。
五酸化タンタル又は五酸化ニオブは、タンタル又はニオブの安定酸化物である。五酸化タンタルの融点は約１８８０℃、五酸化ニオブの融点は約１５２０℃であり、イットリアの融点約２４３０℃より低いため、両酸化物は、イットリア系の皮膜の融点を低下させ、緻密化を促進する役割を果たす。
また、前記五酸化タンタル又は五酸化ニオブは、イットリアと固溶体又は複合酸化物を形成して安定化するため、プラズマや腐食性ガスに曝された場合に、タンタル又はニオブの金属単体の不純物の発生が抑制され、また、イットリア自体が本来有しているプラズマや腐食性ガスに対する耐食性が損なわれることはない。
【００１５】
前記組成において、イットリア系の皮膜に含まれる五酸化タンタル又は五酸化ニオブは、いずれか一方であっても、あるいはまた、両方が混合されていてもよい。
この五酸化タンタル又は五酸化ニオブの含有量は、前記組成の主成分であるイットリア１００ｍｏｌ％に対して、合計で０．０２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下とする。
前記含有量が０．０２ｍｏｌ％未満の場合は、上述した融点を低下させる効果が不十分となり、前記耐食膜表面を緻密化する効果が十分に得られない。一方、前記含有量が１０ｍｏｌ％を超える場合は、五酸化タンタル又は五酸化ニオブが過剰になり、プラズマや腐食性ガスに曝された際のタンタルやニオブによる不純物が発生しやすくなる。
前記含有量は、好ましくは、０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下である。
【００１６】
なお、ここでいう表面層の厚さは、該耐食性部材の使用目的、用途等に応じて異なるものであり、一概には決められないが、通常、５〜２００μｍで足りる。すなわち、前記耐食膜の表面層のみが上記組成であり、該表面層よりも下部においては、五酸化タンタル又は五酸化ニオブが所定量含有されていなくてもよい。好ましくは、耐食膜の全厚さにおいて上記組成とする。
【００１７】
また、前記耐食膜の厚さは、５μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
前記厚さが５μｍ未満の場合、該耐食性部材がプラズマや腐食性ガスに曝された際に、短時間で基材が露出し、十分な耐食性が得られなくなり、耐久性に劣る。
一方、前記厚さが１０００μｍを超える場合、基材との密着力が弱まり、耐食膜の剥離が生じやすくなる。
前記厚さは、より好ましくは、５０μｍ以上５００μｍ以下である。
【００１８】
また、前記耐食膜の少なくとも表面層は、気孔率が２．０％以下であることが好ましい。
前記気孔率が２．０％を超える場合、該耐食性部材がプラズマや腐食性ガスに曝された際に、気孔に起因するエッチングの進行が促進され、パーティクルが発生しやすくなる。
【００１９】
前記耐食膜の少なくとも表面層の組成成分であるイットリア、五酸化タンタル及び五酸化ニオブの各原料には、いずれも、純度９９％以上の高純度の粉末を用いることが好ましい。
純度９９％未満である場合は、該耐食性部材がプラズマや腐食性ガスに曝された際に、これらの原料中の不純物に起因するパーティクルや汚染物質の発生を招くおそれがある。
【００２０】
また、前記耐食膜で被覆される基材の材質は、セラミックス又は金属であれば、特に限定されるものではなく、該耐食性部材が、半導体や液晶製造用等のプラズマ処理装置に用いられる場合には、例えば、アルミニウム（アルマイトも含む）、石英、アルミナ、炭化ケイ素又はシリコン等が用いられる。
【００２１】
前記耐食膜を基材表面に形成する方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、溶射皮膜として形成する。
溶射皮膜であれば、複雑な形状の基材表面等にも、高融点セラミックス材料からなる本発明に係る耐食膜を、均一かつ容易に形成することができる。
【００２２】
溶射の方法としては、一般に、フレーム溶射、プラズマ溶射等があるが、本発明においては、前記耐食膜の構成材料を混合調製して溶射用粉末とし、これを用いて、プラズマ溶射法により膜を形成することが好ましい。
プラズマ溶射法は、プラズマ炎を使用するため、フレーム溶射法に比べて、イットリア等の前記耐食膜の構成材料を十分に溶融して、高速で基材に衝突させることができるため、緻密な膜を形成する上で好ましい方法である。
【実施例】
【００２３】
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］
原料純度９９．５％のイットリア粉末１００ｍｏｌ％に、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）を０．０２ｍｏｌ％添加し、スプレー造粒した後、大気中で１０００℃にて焙焼した。得られた粉末を溶射用粉末として用い、ガスプラズマ溶射法により、１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ１０ｍｍの板状アルミニウムの基材表面に、厚さ２００μｍの耐食膜を形成し、耐食性部材の試料を作製した。
得られた試料の耐食膜の気孔率を、断面ＳＥＭ写真の２００倍視野における気孔の面積により測定した。
また、５０ｍｍ×４０ｍｍ×５ｍｍの板状アルミニウムの基材表面に、上記と同様にして厚さ５ｍｍの耐食膜を形成した後、アルミニウム基材から脱膜し、３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの耐食膜の試験片を作製して、４点曲げ強度をＪＩＳ Ｒ １６０１準拠により測定した。
【００２４】
また、アルミニウム製上部電極に、上記と同様にして溶射皮膜を形成し、この電極を用いて、ＲＩＥ方式のエッチング装置（使用ガス：ＣＦ4，Ｏ2）にて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハのプラズマ処理を行った。
その後、レーザパーティクルカウンタにより、ウェーハ上のサイズ０．１５μｍ以上のパーティクル数を測定した。また、ウェーハ上のタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）等ののコンタミネーションを検出し、各元素量をＩＣＰ−ＭＳにて測定した。
【００２５】
［実施例２〜２０及び比較例１〜８］
下記表１の実施例２〜２０及び比較例１〜８のそれぞれに示すような条件にて、それ以外については実施例１と同様にして、皮膜を形成し、試料及び電極を作製した。
得られた各試料の耐食膜の気孔率、各電極を用いたプラズマ処理後のパーティクル数及びコンタミネーションの測定を、実施例１と同様にして行った。
なお、比較例８は、五酸化タンタル又は五酸化ニオブに代えて、金属タンタル（Ｔａ）を添加して耐食膜を形成したものである。
これらの実施例及び比較例の測定結果をまとめて表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示したように、実施例１〜２０に係る耐食性部材は、曲げ強度が向上し、塩素系ガスによるプラズマに曝された場合においても、被処理ウェーハ上のパーティクル及び耐食膜の構成材料に起因する金属のコンタミネーションが少なく、不純物汚染が抑制されることが認められた。
なお、プラズマ処理後、耐食膜の厚さが薄すぎる場合（実施例１９）は、基材の一部が露出しており、一方、耐食膜の厚さが厚すぎる場合（実施例２０）は、該耐食膜の一部に剥離が生じていた。