(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム焼結体を母材とし、該母材の少なくともハロゲン系腐食性ガス、あるいはそのプラズマに曝される表面に、一般式ＲＥ２Ｏ３で表される単一酸化物、３ＲＥ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３で表されるガーネット、または２ＲＥ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３で表されるメリライトのうちのいずれかから成る周期律表第３ａ族元素含有酸化物膜を形成したことを特徴とする耐食性部材。
【請求項２】
前記周期律表第３ａ族元素含有酸化物膜の膜厚を１〜１００μｍに形成した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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素系や塩素系ガスのプラズマに対して高い耐食性を有する耐食性部材に関し、特に、半導体製造装置の内壁部材や、ウエハなどの被処理物を支持する静電チャック、サセプタなどの支持部材、フォーカスリング、ヒータ等の治具などの半導体製造装置用部材に好適な耐食性部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子などの高集積回路素子の製造に使用されるドライプロセスやプラズマコーティング等プラズマの利用は、近年急速に進んでいる。半導体製造におけるプラズマプロセスとしては、フッ素、塩素等のハロゲン系腐食ガスおよびそのプラズマがその反応性の高さから、気相成長、エッチングやクリーニングに利用されている。
【０００３】
これら腐食性ガスに曝される部材に対しては、高い耐食性が要求され、従来より被処理物以外のプラズマに接触する部材は、一般にガラスや石英などのＳｉＯ2 を主成分とする材料や、ステンレス、モネルなどの金属、および、セラミックス材料としてアルミナが使用され始めている。
【０００４】
また、半導体製造時において、ウエハを固定するリング材などとして、アルミナ、サファイヤ、炭化ケイ素、窒化アルミニウムなどのセラミックス質焼結体が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来から用いられているガラスや石英はプラズマ中の耐食性が不十分で消耗が激しく、特にフッ素或いは塩素系プラズマに接すると接触面がエッチングされ、表面性状が変化してエッチング条件に影響する等の問題が生じていた。また、ステンレスなどの金属を使用した部材で耐食性が不十分なため、腐食によって特に半導体製造においては不良品発生の原因となっていた。
【０００６】
また、アルミナ、サファイア、炭化ケイ素などのセラミックスは、プラズマに対する耐食性が十分でなく、また、窒化アルミニウムセラミックスは、上記の材料に比較すれば、フッ素系ガスや塩素系ガスに対して耐食性に優れるものの、これらのガスのプラズマに曝されると腐食が徐々に進行して焼結体の表面から結晶粒子の脱粒が生じたり、フッ素ガスとの反応によるフッ化アルミなどのパーティクル発生の原因になるという問題が生じている。
【０００７】
このようなパーティクルの発生は、半導体の高集積化、プロセスのさらなるクリーン化に伴い、メタル配線の断線、パターンの欠陥等により素子特性の劣化や歩留りの低下等の不具合を発生させる恐れがあった。
【０００８】
従って、本発明は、ハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマに対して優れた耐食性と同時にパーティクルの発生が少ない耐プラズマ部材を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本研究者らは種々の研究を行った結果、窒化アルミニウム焼結体を母材とし、該母材の少なくともハロゲン系腐食性ガス、あるいはそのプラズマに曝される表面に、一般式ＲＥ２Ｏ３で表される単一酸化物、３ＲＥ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３で表されるガーネット、または２ＲＥ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３で表されるメリライトのうちのいずれかから成る周期律表第３ａ族元素含有酸化物膜を、化学気相成長法あるいは物理気相成長法等によって形成することにより、ハロゲン化ガスやそのプラズマに対して優れた耐食性が発揮されると同時に、パーティクルの発生を抑制できることを見いだした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の耐プラズマ部材は、窒化アルミニウム質焼結体を母材とするものであり、その少なくともフッ素系や塩素系のハロゲン系腐食性ガス、あるいはそのプラズマと接触する表面に、周期律表第３ａ族元素を含有する酸化物からなる被膜を形成してなるものである。
【００１１】
この周期律表第３ａ族元素（ＲＥ）含有酸化物としては、一般式ＲＥ2 Ｏ3 で表される単一酸化物や、３ＲＥ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 で表されるガーネット、２ＲＥ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 で表されるメリライトなどが挙げられるが、ガーネットやメリライトは、母材との熱膨張差が大きいために、母材との界面に亀裂が入りやすく剥離が生じやすいことからＲＥ2 Ｏ3 膜からなることが最も望ましい。
【００１２】
なお、周期律表第３ａ族元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕなどが挙げられるが、特にＹ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれる少なくとも１種が耐食性に優れる点で望ましい。
【００１３】
上記周期律表第３ａ族元素含有酸化物膜は、高純度であることが望ましく、その点から、上記酸化物膜は、化学気相成長法、特に減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの物理気相成長法により形成することが望ましい。
【００１４】
また、上記酸化物膜の膜厚は、耐食性の長期安定性とともに、酸化物膜と母材との熱膨張差に基づく残留応力を緩和させる観点から、１〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍが好ましい。
【００１５】
また、腐食性ガスあるいはそのプラズマと接触する酸化物膜の表面が粗いと接触面積が増加するために耐食性およびパーティクルが発生しやすくなるために、酸化物膜表面は表面粗さＲｍａｘが１μｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
この酸化物膜表面の性状は、母材表面の影響を受けることから、母材となる窒化アルミニウム質焼結体は、相対密度が９７％以上の高密度焼結体からなるとともに、表面粗さＲｍａｘが１μｍ以下であることが望ましい。
【００１７】
母材となる窒化アルミニウム質焼結体は、周知の方法によって作成することができ、好適には、半導体製造時の半導体素子への不純物の混入を避ける上では、窒化アルミニウム含有量が９９重量％以上の高純度窒化アルミニウム質焼結体からなることが望ましいが、用途に応じては、焼結助剤として、周期律表第３ａ族元素化合物、アルカリ土類元素化合物などを添加し、成形後、焼成したものが使用される。
【００１８】
具体的には、金属不純物で９９．９％以上の高純度窒化アルミニウム粉末、あるいはこの原料粉末に対して、周期律表第３ａ族元素化合物および／またはアルカリ土類元素化合物を酸化物換算による合計で１〜２０重量％の割合で添加した混合粉末を所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、射出成形、押出し成形、テープ成形等により任意の形状に成形する。
【００１９】
また、耐食性部材として、配線層、電極層などの金属層が形成される場合等においては、この成形体の表面にタングステン、モリブデンなどの高融点金属を含有するペーストを印刷し、適宜、積層する。その後、この成形体を１６００〜１９００℃の窒素含有雰囲気中で焼成することによって作成することができる。
【００２０】
【実施例】
純度９９．９％以上、酸素含有量が１．０重量％の高純度窒化アルミニウム粉末に対して助剤を添加することなく、プレス成形し、これを窒素雰囲気中で１９００℃で焼成して、相対密度が９９％の高純度窒化アルミニウム焼結体を作成した。なお、得られた焼結体の表面は、表面粗さＲｍａｘ１μｍ以下に鏡面研磨した。その後、この焼結体表面に減圧熱ＣＶＤ法により、表１に示す各種の厚みの酸化物膜を形成した。なお、酸化物膜の表面は表面粗さＲｍａｘ０．５μｍ以下まで研磨処理した。
【００２１】
得られた各試料の表面の酸化物膜をＸ線回折により同定した。また、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）によって、酸化物膜の厚みを測定した。
【００２２】
この試料に対して、ＲＩＥプラズマエッチング装置にて、これらをＣＦ4 ＋ＣＨＦ3 ＋Ａｒのフッ素系プラズマ、および、Ｃｌ2 の塩素系プラズマに室温で曝し、エッチング速度を調査した。得られた結果を表１に示す。エッチング条件はいずれも圧力１０Ｐａ、ＲＦ出力１ｋＷ、プラズマ照射時間６時間とした。エッチング速度は試験前後の重量変化を基に算出した。
【００２３】
また、パーティクルの発生を暴露面を５０００倍のＳＥＭ観察して、視野中のパーティクル数を測定した。
【００２４】
【表１】
0003784180.tif 000002
【００２５】
表１の結果によれば、酸化物膜を全く形成していない高純度窒化アルミニウム質焼結体である試料Ｎo.１に比較して、酸化物膜を形成した本発明の試料は、いずれもいずれもエッチング速度が小さく、耐食性が向上していた。しかも、パーティクルの発生量も非常に少ないものであった。
【００２６】
但し、ガーネット型（３Ｙ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 ）、メリライト型（２Ｙ2 Ｏ3 ・Ａｌ2 Ｏ3 ）の酸化物膜においては、酸化物膜の母材との界面の一部に剥離が認められるのに対して、ＲＥ2 Ｏ3 膜は、母材との密着性にも優れ、安定した特性を発揮した。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の耐食性部材は、窒化アルミニウム質焼結体からなる母材の表面に周期律表第３ａ族元素含有酸化物膜を形成することにより、フッ素系や塩素系などのハロゲン系腐食性ガス、あるいはそのプラズマに対して、高い耐食性を有するとともに、パーティクルの発生をも抑制することができ、プラズマ処理装置などの半導体製造装置における内壁部材や、被処理物を支持する支持体、静電チャック、ヒーターなどとして好適な部材を提供できる。