(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性を有し半導体製造装置に用いられる耐蝕性部材であって、
前記耐蝕性部材がアルミニウムからなり、このアルミニウムが、不純物として珪素、鉄、チタンおよび銅をそれぞれ１００質量ｐｐｍ以下含有しており、マグネシウムの量が１０００質量ｐｐｍ以下であり、他の金属元素の量がいずれも２０質量ｐｐｍ以下であり、これら他の金属元素の量の合計が５０質量ｐｐｍ以下であり、更に、酸素を質量１００ｐｐｍ未満含有しており、前記耐蝕性部材の表面の任意の縦５０μｍ、横４０μｍの領域に、珪素、鉄、チタンおよび銅からなる群より選ばれた金属を含有する径１μｍ以上の析出物が存在しないことを特徴とする、耐蝕性部材。
【請求項２】
前記アルミニウムが、３０質量ｐｐｍ以下の珪素、３０質量ｐｐｍ以下の鉄および３０質量ｐｐｍ以下の銅を含有することを特徴とする、請求項１記載の耐蝕性部材。
【請求項３】
ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性を有し半導体製造装置に用いられる耐蝕性部材であって、
前記耐蝕性部材が、金属、セラミックスまたは金属とセラミックスとの複合材料からなる基体と、この基体のうち少なくとも前記ハロゲン系腐食性ガスに対して接触するべき表面を被覆するアルミニウム製の耐蝕性層とを備えており、前記アルミニウムが、不純物として珪素、鉄、チタンおよび銅をそれぞれ１００質量ｐｐｍ以下含有しており、マグネシウムの量が１０００質量ｐｐｍ以下であり、他の金属元素の量がいずれも２０質量ｐｐｍ以下であり、これら他の金属元素の量の合計が５０質量ｐｐｍ以下であり、更に、酸素を質量１００ｐｐｍ未満含有しており、前記耐蝕性層の表面の任意の縦５０μｍ、横４０μｍの領域に、珪素、鉄、チタンおよび銅からなる群より選ばれた金属を含有する径１μｍ以上の析出物が存在しないことを特徴とする、耐蝕性部材。
【請求項４】
前記アルミニウムが、３０質量ｐｐｍ以下の珪素、３０質量ｐｐｍ以下の鉄および３０質量ｐｐｍ以下の銅を含有することを特徴とする、請求項３記載の耐蝕性部材。
【請求項５】
前記耐蝕性層と前記基体とを接合するろう材層を備えていることを特徴とする、請求項３または４記載の耐蝕性部材。
【請求項６】
前記耐蝕性層が溶射膜であることを特徴とする、請求項３または４記載の耐蝕性部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化学的気相成長法、物理的気相成長法などの真空蒸着装置、あるいはドライエッチングプロセス装置等の半導体製造装置内には、ヒーター、ライナー、真空チャック、サセプターなどの部材が必要である。これらの部材は、塩素やフッ素を含有するハロゲン系腐食性ガスに対して、高い耐蝕性を有している必要がある。更に、プラズマ化学的気相成長装置などのように、ハロゲン系腐食性ガスのプラズマを使用する装置においては、ハロゲン系腐食性ガスに対する耐蝕性が要求される。こうした部材の材質としては、最近、アルミニウムが採用されてきている。しかし、アルミニウムの、ハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマに対する耐蝕性は、パーティクルの発生や金属汚染を嫌う半導体製造用途においては不十分である。
【０００３】
このため、アルミニウムの表面にアルマイト被膜を形成することが、特公平５−５３８７０号公報、特開平８−１４４０８８号公報、特開平８−２６０１９６号公報において提案された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アルマイト被膜は、高温下では、基体と被膜との熱膨張差によって、基体中の不純物（Ｍｇ２Ｓｉ、ＦｅＳｉ２等）が析出する。この結果、耐蝕性部材のエッジなどに被覆が不完全な場所が残っていると、ここから被膜にクラックが入り、クラックの下から基体が露出する。このため、耐蝕性が損なわれる。
【０００５】
本発明の課題は、アルミニウムを用いた耐蝕性部材において、ハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマに対して、例えば高温下で曝露されても、腐食による重量変化がほとんどない耐蝕性部材を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、不純物として珪素、鉄、チタンおよび銅をそれぞれ１００質量ｐｐｍ以下含有しており、マグネシウムの量が１０００質量ｐｐｍ以下であり、他の金属元素の量がいずれも２０質量ｐｐｍ以下であり、これら他の金属元素の量の合計が５０質量ｐｐｍ以下であり、更に、酸素を質量１００ｐｐｍ未満含有しており、耐蝕性部材の表面の任意の縦５０μｍ、横４０μｍの領域に、珪素、鉄、チタンおよび銅からなる群より選ばれた金属を含有する径１μｍ以上の析出物が存在しないようなアルミニウムが、ハロゲン系腐食性ガスに対して極めて高い耐蝕性を有することを見出した。
【０００７】
即ち、本発明者は、種々雑多な多数のアルミニウムについて、特に高温下の厳しい条件下で、ハロゲン系腐食性ガスプラズマに対する耐蝕性を試験した。この過程において、ほとんどのアルミニウムは、このような烈しい条件下では高い耐蝕性を示さなかった。
【０００８】
更に、本発明者は、試験後のアルミニウムの腐食状態を詳細に検討していった結果、次の発見に到達した。即ち、アルミニウムの腐食やクラック発生の起点の多くが、アルミニウムの表面にある特定種類の不純物による析出物であり、この析出物が、主として珪素、鉄、チタン、銅からなっていることを見出した。
【０００９】
更に、本発明者は、この知見に立脚し、高純度のアルミニウムにおいて、更に不純物となる珪素、鉄、チタン、銅の含有量をそれぞれ１００ｐｐｍ、更に好ましくは３０ｐｐｍ以下まで減少させ、これによってアルミニウム表面の前記析出物のうち顕著なものを消滅させた。そして、このようなアルミニウムをハロゲン系腐食性ガスのプラズマに対して高温で曝露した結果、腐食に伴う重量変化が見られないという驚くべき結果を得た。
【００１０】
また、本発明においては、耐蝕性部材が、金属、セラミックスまたは金属とセラミックスとの複合材料からなる基体と、この基体のうち少なくとも前記ハロゲン系腐食性ガスに対して接触する表面を被覆するアルミニウム製の耐蝕性層とを備えており、このアルミニウムが前記の条件を満足する。
【００１１】
なお、こうしたアルミニウムは、ＪＩＳの規定によれば、ＪＩＳ  Ａ１０８５の中に含まれる。ＪＩＳ  Ａ１０８５における各金属元素の含有量は、以下のように規定されている。
Ｓｉ  １０００質量ｐｐｍ以下
Ｆｅ  １２００質量ｐｐｍ以下
Ｔｉ  ２００質量ｐｐｍ以下
Ｃｕ  ３００質量ｐｐｍ以下
Ｍｎ  ２００質量ｐｐｍ以下
Ｍｇ  ２００質量ｐｐｍ以下
Ｃｒ  規定なし
Ｚｎ  ３００質量ｐｐｍ以下
【００１２】
しかし、この規定を満足するアルミニウムであっても、前述した本発明の条件を満足しない場合には、ハロゲン系腐食性ガスに対する高い耐蝕性は得られない。
【００１３】
マグネシウムは、最大で１０００質量ｐｐｍ含有されていてもよい。マグネシウムは、他の金属元素とは異なり、フッ素ガスに暴露したときに、保護膜として作用するフッ化マグネシウム相を生成する性質があるため、マグネシウムの含有量はある程度多くともよい。特に好ましくは、マグネシウムの量は５００質量ｐｐｍ以下である。
【００１４】
「他の金属元素」の量はいずれも２０質量ｐｐｍ以下（好ましくは１０質量ｐｐｍ以下）であり、他の金属元素の量の合計が５０質量ｐｐｍ以下（特に好ましくは３０質量ｐｐｍ以下）である。こうした他の金属元素としては、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｚｒなどがあるが、他の不可避的不純物も含んでいる。
【００１５】
耐蝕性部材の基体を構成する金属としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレスが好ましく、セラミックスとしてはアルミナ、窒化アルミニウムが好ましく、複合材料としては、アルミニウム−アルミナ、アルミニウム−窒化アルミニウムが好ましい。
【００１６】
基体と、アルミニウムからなる薄板とをろう付けすることによって、本発明の耐蝕性部材を作製できる。この場合には、アルミニウム−珪素系ろう材、アルミニウム−珪素−マグネシウム系ろう材が好ましい。
【００１７】
また、耐蝕性層の作製方法は特に限定されず、圧延接合、ロウ接合、化学的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、物理的気相成長法であってよい。しかし、近年は、耐蝕性部材の面積が大きくなっていることから、生産性の点で溶射法が特に好ましい。
【００１８】
本発明の耐蝕性部材は、ＣｌＦ３、ＮＦ３、ＣＦ４、ＷＦ６等のフッ素系腐食性ガスや、Ｃｌ２、ＢＣｌ３等の塩素系腐食性ガス、あるいはそのプラズマに対して安定である。
【００１９】
また、本発明の耐蝕性部材は、ハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマに対して、１５０℃−室温でも安定であるが、更に１５０℃以上、更には３００℃以上でも安定である。また、この温度の上限は特に限定されないが、６００℃以下、更には５５０℃以下において極めて安定である。アルミニウムを基体として使用する場合には、５５０℃以下で使用することが好ましい。
【００２０】
本発明の耐蝕性部材は、赤外線ランプ加熱によって発熱するサセプター、半導体加熱用ヒーター、半導体加熱用ヒーターの発熱面に設置されるサセプター、静電チャック用電極が埋設されているサセプター、静電チャック用電極および抵抗発熱体が埋設されているサセプター、高周波プラズマ発生用電極が埋設されているサセプター、高周波プラズマ発生用電極および抵抗発熱体が埋設されているサセプターに対して適用できる。また、本発明の耐蝕性部材は、ダミーウエハー、シャドーリング、高周波プラズマを発生させるためのチューブ、高周波プラズマを発生させるためのドーム、高周波透過窓、赤外線透過窓、半導体ウエハーを支持するためのリフトピン、シャワー板等の各半導体製造用装置の基体として、使用することができる。
【００２１】
【実施例】
（本発明例１、２）
純度９９．９９％のアルミニウム地金を公知の方法によって溶解させ、鋳造して鋳塊を得た。一部については、ゾーンメルティング法によって精製したものを鋳造し、鋳塊を得た。得られた鋳塊について、４５０℃−５５０℃で４時間均質化処理を行い、熱間圧延し、次いで冷間圧延し、厚さ２ｍｍの平板を作製した。２種類の平板を作製した（一方はゾーンメルティング法によって精製しており、他方はゾーンメルティング法によって精製していない）。次いで、各平板を縦２０ｍｍ，横２０ｍｍに切断し、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を得た。各平板の金属含有量を表１に示す。
【００２２】
各例のアルミニウムを化学溶解させて溶液を得、この溶液を誘導結合プラズマで湿式分析することによって、アルミニウム中の微量金属（不純物）の含有量を測定した。酸素量と炭素量とは、燃焼ガスの分析によって測定した。各金属元素の含有量、および酸素と炭素との含有量を、質量ｐｐｍ単位で表１に示した。
【００２３】
また、各アルミニウムの表面の前記析出物を測定する際には、走査型電子顕微鏡を用いて、倍率２０００倍にて、縦５０μｍ、横４０μｍの視野領域を走査し、写真を撮影した。この際には、前記領域を任意に５箇所選択した。５枚の写真を使用し、この各視野領域に存在する析出物を観察し、直径１μｍ以上の析出物の個数を数える。５箇所の視野領域について、平均値を算出する。この結果を表１に示す。また、析出物の主成分が不純物金属元素であることについては、走査型電子顕微鏡に付属するＥＤＳ装置によって確認した。
【００２４】
本発明例１、２の各平板の表面を、前述のように走査型電子顕微鏡によって観察したところ、直径１μｍ以上の不純物の析出物は認められなかった。
【００２５】
次いで、各平板の耐蝕性試験を行った。具体的には、ＮＦ３ガスおよびＮ２ガスを、それぞれ７５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍの流量で流して混合ガスとし、混合ガスの圧力を０．１Ｔｏｒｒとした。周波数１３．５６ＭＨｚ、８００Ｗの誘導結合プラズマによって、混合ガスを励起し、フッ素ガスプラズマを得た。このフッ素ガスプラズマ中に、各平板を５５０℃で５時間保持し、重量増加量を測定した。この結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004212737.tif 000002
【００２７】
（比較例１、２）
比較例１としては、添加元素の少ない高純度のＪＩＳ  １０５０合金を使用した。また、比較例２としては、典型的な構造部材であるＪＩＳ  ６０６１合金の市販材を使用した。そして、各合金からなる前記寸法の試験片を作製し、前記の試験に供した。この結果を表１に示す。
【００２８】
比較例１、２の試験片においては、フッ素系腐食性ガスへの曝露前にも、表面に不純物析出物（主として鉄、珪素など）が析出していた。この析出物の平均個数は表１に示してある。
【００２９】
以上の結果から分かるように、本発明の耐蝕性部材は、高温のフッ素系腐食性ガスのプラズマに対して曝露しても、ほとんど重量変化がないという、驚くべき耐蝕性を示した。
【００３０】
（本発明例３）
本発明例１と同様にして、厚さ０．５ｍｍの薄板を作製し、薄板を縦２０ｍｍ、横２０ｍｍに切断し、耐蝕性層を作製した。一方、ＪＩＳ  ６０６１合金を切断し、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの基体を得た。この基体の表面に、上記の耐蝕性層を、市販のアルミニウムろう材（Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ）を用いてろう付けした。ろう付け後に前述のように表面を観察したところ、析出物の個数は０．０個であり、フッ素系腐食性ガスのプラズマに対して曝露しても重量増加はほとんど見られなかった。
【００３１】
（本発明例４）
市販の９９．９９％の高純度アルミニウム粉末の粗粒を用いて、市販のＪＩＳ
６０６１合金からなる平板（縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ２ｍｍ）の表面にプラズマ溶射を行った。この溶射膜の厚さは、３００μｍ程度に制御した。溶射膜表面の析出物の個数は０．０個であった。表面溶射膜のみを採取し、誘導結合プラズマによって湿式分析し、分析結果を表１に示した。また、この耐蝕性部材を切断して、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を得、試験片の溶射膜をプラズマに対して曝露させ、耐蝕性試験を行った。この結果、重量増加量は０．１ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の耐蝕性部材は、アルミニウム基を用いた耐蝕性部材において、ハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマに対して、例えば高温下で曝露されても、腐食による重量変化がほとんどない。