JP5031259B2

JP5031259B2 - 耐食性部材とその製造方法およびこれを用いた半導体・液晶製造装置

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Publication number: JP5031259B2
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Inventors: 正博中原
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Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: JP2007290933A

Description

本発明は、半導体・液晶製造装置における腐食性ガスまたはそれらのプラズマに曝される耐食性部材と、その製造方法、また耐食性部材を用いた半導体製造装置、液晶製造装置に関し、特に、半導体・液晶製造装置に用いる腐食性ガスまたはそのプラズマに対する高い耐食性が求められる部材、例えば、チャンバー、マイクロ波導入窓、シャワーヘッド、フォーカスリング、シールドリング等に用いるものである。

近年、例えば、半導体・液晶製造の際のエッチングや成膜などの各工程において、プラズマを利用して被処理物への処理を施す技術が盛んに使用されている。この工程には、反応性の高いフッ素系、塩素系等のハロゲン元素を含む腐食性ガスが多用されている。従って、半導体・液晶製造装置に用いられる腐食性ガスやそのプラズマに接触する部材には高い耐食性が要求されており、このような耐食性部材には、アルミナ焼結体などのセラミックスが用いられてきた。最近では、金属やセラミックスの基材の表面にハロゲン系腐食性ガスやそれらのプラズマに対し高い耐食性を備えた材料から成る耐食膜を形成した部材が多用されるようになってきている。

このような耐食膜の材質としては、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等のセラミックスが用いられており、これを溶射法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の成膜方法を用いて、金属、セラミックスからなる基材の表面に形成して成るものであり、半導体製造装置のチャンバー内壁や半導体ウエハのクランプリング等の腐食性ガスやそのプラズマに曝される部分に耐食膜を形成して成るものである。

このような耐食膜の成膜方法のうち、溶射法は膜厚を厚くすることが可能であるために、現在耐食膜の形成方法として主流となりつつあるが、膜の緻密化が困難であるという問題を有している。また、ＣＶＤ法については、厚膜化が困難であり、また成膜速度も遅く、成膜装置が非常に高価であり、製造コストも著しく高くなるという問題を有している。これらの耐食膜の製造方法と比較して、ＰＶＤ法、その中でも特にイオンプレーティング法は、膜の緻密化が可能で、製造コストも安価であり、また他のＰＶＤ法よりも比較的膜厚を厚くできる点から耐食膜の製造方法として多用されるようになってきた。

例えば、特許文献１には、基材の表面に溶射法により形成された主層と、主層表面にイオンプレーティング法によりＹ_２Ｏ_３耐食膜からなるバリアコート層を形成したプラズマ処理容器内部材が提案されている。この構成では、低密度な溶射法により形成された主層表面を、緻密なイオンプレーティング法により形成されたバリアコート層により覆うため、耐食膜の耐食性をより高めることが可能となるが、製法の異なる耐食膜を２層形成しなければならないため、製造コストが高いという問題を有している。

また、特許文献２には、耐食膜の材料として、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ等の焼結助剤を添加し、結晶粒径を制御することにより、溶射法により形成された耐食膜の緻密化を図り、かつその表面に、セラミック焼結体を蒸発源とするイオンプレーティング法によりＹ_２Ｏ_３焼結体を用いて３００〜５００℃の低温でＹ_２Ｏ_３耐食膜を形成する。この耐食膜は、高密度に結晶化させることができるために耐食性をより高められることが提案されている。
特開２００４−１９０１３６号公報特開２００５−２４０１７１号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載されているようなイオンプレーティング法は、例えば、基材にＹ_２Ｏ_３耐食膜を形成する場合、真空容器内に前記基材を載置した後、Ｙ_２Ｏ_３粉末やＹ_２Ｏ_３焼結体を蒸発源として、これを加熱手段により容器内に溶融・蒸発さ
せる。同時に真空容器中にプラズマ励起するためのＡｒ、Ｏ_２等のガスを導入し、ガスに高周波を印加してプラズマを発生させ、前記溶融・蒸発させたＹ_２Ｏ_３をプラズマ中で解離し、前記基材に直流マイナス電圧を印加することで、膜成分となるＹ_２Ｏ_３を基材表面に堆積させていく。このとき、前記Ａｒ、Ｏ_２ガスについては、一定量で容器内に導入していたために、蒸発源として用いたＹ_２Ｏ_３成分は、Ｙ元素とＯ元素の構成比率が２：３の定比のままで耐食膜として基材上に成膜される。即ち、従来より用いられているイオンプレーティング法により形成したＹ_２Ｏ_３耐食膜は、その成分比が蒸発源となる粉末や焼結体の組成の理論比と同一となる。そのため、形成された耐食膜の耐食性は、Ｙ_２Ｏ_３焼結体と同等となり、更なる耐食性の向上が要求される半導体製造装置に搭載された場合、プラズマ等により腐食が進行しやすいため寿命が短いという課題を有していた。特に、直接プラズマが接触する部位やプラズマ源の周辺に搭載される部材として用いた場合は、さらに腐食が進行しやすく寿命が短くなるという課題を有していた。

本発明は前記課題に鑑み、セラミックスまたは金属からなる基材の少なくとも一部の表面上にＹ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜を備えた耐食性部材であって、前記耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％を超え、８０ｍｏｌ％以下であり、前記耐食膜における前記Ｙ元素の組成比率が基材側に漸増してなることを特徴とする。

さらに、前記耐食膜は、その厚みが５μｍ以上であることを特徴とする。

またさらに、前記基材は、アルミナ質セラミックスからなることを特徴とする。

さらにまた、前記耐食膜は、イオンプレーティング法を用いて形成したＰＶＤ耐食膜であることを特徴とする。

また、前記耐食性部材の製造方法であって、前記基材に、Ｙ_２Ｏ_３質焼結体を蒸発源として、反応ガスである酸素の流量を漸減させながらイオンプレーティング法により耐食膜を成膜することを特徴とする耐食性部材の製造方法。

さらに、本発明の半導体・液晶製造装置は、前記耐食性部材を用いたことを特徴とする。

本発明の耐食性部材によれば、基材の少なくとも一部の表面上に形成され、Ｙ元素およびＯ元素を主成分とし、かつそのＹ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％を超え、８０ｍｏｌ％以下である耐食膜と、から成ることから、従来の理論比からなるＹ_２Ｏ_３耐食膜よりも優れた耐食性を有する耐食膜とすることができ、ハロゲン系腐食性ガスとの反応生成物の融点が高く、優れた耐食性を得ることができる。さらに、Ｙ元素の組成比率を増加させたことにより耐食膜中の酸素欠陥が増加した場合にも、耐食膜の発熱を極力抑えることが可能となり、耐食膜と基材が熱膨張差により剥離してしまうことを防止することができる。

また、前記耐食膜は、前記Ｙ元素の組成比率が基材側に漸増してなることから、長期間の使用に供して耐食膜表面から腐食が進行するが、基材側ほど耐食性が高くなるため、基材が腐食されるのを有効に防止し、より長期間の使用に供することができる耐食性部材を得ることができる。

本発明の最良の実施形態について説明する。

本発明の耐食性部材は、セラミックスまたは金属からなる基材の表面に、少なくとも一層の耐食膜を形成してなるものである。

前記基材は、セラミックスまたは金属からなり、基材に耐食膜を形成することで、用途に応じて基材の特性を生かした耐食性部材を作製することが可能である。前記セラミックスとしては、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等が適用でき、金属としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、合金工具鋼、炭素工具鋼、クロム鋼、アルミニウム、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼等が適用できる。

特に、セラミックスの中でもアルミナ、窒化珪素を主成分とするアルミナ質セラミックス、窒化珪素質セラミックスは、機械的強度、破壊靭性、耐熱衝撃性等の諸特性に優れていることから半導体製造装置用の各部材として広範囲に適用することができる。また、アルミナ質セラミックスは、安価なため、半導体製造装置では腐食性ガスとの接触面積が一番多い内壁材として好適に用いられ、また窒化珪素質セラミックスは高強度、炭化珪素質セラミックスは高熱伝導率を有し、それぞれの特性に適した部位の半導体製造装置用部材として用いられている。

さらに、前記基材がセラミックスからなる場合、その相対密度が９５％以上とすることが好ましく、基材の電気的、機械的特性を活かしたまま、耐食膜によってさらに耐食性を付与することができる。９５％より低いものでは、基材の材質の本来の電気的、機械的特性が得られにくいからである。

前記基材の少なくとも一部の表面に形成されたＹ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜は、耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％を超え、８０ｍｏｌ％以下であることが重要である。

表面部におけるＹ元素の組成比率をＹ_２Ｏ_３の理論比である４０ｍｏｌ％を超えた比率とすることにより、より耐食性に優れるＹ元素の組成比率を高めたものとできる。このような構造の半導体製造装置用部材として半導体製造装置内で用いられた場合、前記耐食膜はＳＦ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣｌＦ_３、ＮＦ_３、Ｃ_４Ｆ_８、ＨＦ等のフッ素系、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ_４等の塩素系ガス、或いはＢｒ_２、ＨＢｒ、ＢＢｒ_３等の臭素系ガスや、それらのプラズマと接触した際に、耐食膜を成すＹ_２Ｏ_３とフッ素系ガスが反応すると主にＹＦ_３を、塩素系ガスと反応すると主にＹＣｌ_３を、臭素系ガスと反応すると主にＹＢｒ_３をそれぞれ生成するが、これらの反応生成物の融点は、ＹＦ_３：１１５２℃、ＹＣｌ_３：６８０℃、ＹＢｒ_３：９０４℃となっており、従来、耐食性部材として用いられていた石英やアルミナとの反応により生成される反応生成物の融点より高いため、腐食性ガスやプラズマに高温で曝されたとしてもより安定した耐食性を備えることができる。また、その表面をガスとの反応生成物であるＹＦ_３やＹＣｌ_３量を増加させた表面とすることが可能となる。前記ＹＦ_３やＹＣｌ_３は、前述のように融点が高く、溶融・蒸発しにくい物質で、耐食膜表面から除去されにくく、これら反応生成物の割合を高めれば、耐食膜の耐食性を高めることとなり、これら反応生成物の割合を高めるには、上述のように耐食膜における前記Ｙ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％を超えた比率とすることが有効である。

同時に、前記耐食膜のＹ元素の組成比率を８０ｍｏｌ％以下とすることで、半導体製造装置の部材として用いた際にも、そのプラズマ生成領域において耐食膜と基材の密着強度
の低下を防止することができる。耐食膜のＹ元素の組成比率が８０ｍｏｌ％を超えると、耐食膜中に多くの酸素欠陥が生じやすくなるため、半導体製造装置用部材、特にプラズマの生成領域、あるいはそれら近傍の部材として用いると、耐食膜に高温で電界が加わることになり、酸素欠陥に生じた陰イオンからの電子の放出によって、耐食膜自体が発熱し、基材との熱膨張差が原因となって、耐食膜が基材から剥離しやすくなる。

さらには、前記耐食膜のＹ元素の組成比率を６０ｍｏｌ％以上、８０ｍｏｌ％以下とすることで、より高耐食性の耐食膜とすることができる。

なお、前記耐食膜のＹ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％を超え、且つ８０ｍｏｌ％以下とする耐食膜の製造方法について詳細は後述するが、成膜時に用いる酸素量等を調整することにより、Ｙ元素の組成比率を前記範囲内で調整することが可能である。

ここでは、耐食膜におけるＹ元素の組成比率は、耐食膜の表面から基材側へ１μｍ以下の範囲内の領域を耐食膜の表面部とし、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて耐食膜の表面の１０箇所を測定し、全元素量のカウント数に対するＹ元素のカウント数を測定、算出し、この値を基にモル比率に換算することによって得ることができる。このときの透過電子顕微鏡の測定条件は、倍率１万倍、電子線照射スポット径０．５〜５ｎｍ、測定時間３０〜７５ｓｅｃ、測定エネルギー幅０．１〜５０ｋｅＶとする。

また、本発明の耐食膜中には、不可避不純物として、Ｓｉ，Ｃａ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎａ等が合計で１質量％以下とすることが好ましい。これら不可避不純物は蛍光Ｘ線分析法やＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）発光分析法を用いて検出することができる。

また、前記耐食膜は、そのＹ元素の組成比率が表面側から基材側に漸増してなる。これにより、長期間の使用に供して耐食膜表面から腐食が進行するが、基材側ほど耐食性が高くなるため、基材が腐食されるのを有効に防止し、より長期間の使用に供することができる耐食性部材を得ることができる。また、耐食膜成分と半導体製造装置内で使用される反応ガスとの反応生成物の生成量を腐食の進行とともに増加させることでさらに長期間の使用に供することができるものである。さらには、この耐食膜のＹ元素の組成比率は、表面側から基材側に漸増するが、表面から厚み方向に１μｍまでの領域である表面部と、基材と耐食膜との境界より厚み方向に耐食膜側に１μｍの領域である境界部のそれぞれのＹ元素の組成比率の差が５０％以下であることが好ましく、基材と耐食膜の境界部との熱膨張係数を近似するものとして基材からの剥離を防止することができる。

なお、Ｙ元素の組成比率の測定は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いた上述の方法と同様であるが、それぞれ耐食膜の表面、耐食膜の厚みの半分の位置となるように表面より研磨加工により除去した耐食膜の厚みの中央部、さらに耐食膜をラップ研磨加工して基材から例えば１μｍの厚みである基材との境界部の少なくとも３箇所を測定して厚み方向のＹ元素の組成比率を測定した。

さらに、前記耐食膜は、その厚みは種々の用途にあわせて設定すればよいが、特に５μｍ以上とすることが好ましい。膜厚が５μｍ未満であると、耐食膜の寿命が極端に短く、充分な耐久性を得ることができない。耐食膜の厚みは５０μｍ以上、さらには１００μｍ前後がより好ましく、さらに緻密な耐食膜を得ることも可能である。

また、前記耐食膜は、その相対密度を７０％以上とすることが好ましい。７０％より低い場合には耐食性が著しく低下するためである。なお、膜密度はＸ線反射率法を用い測定した値を用い、その値から相対密度を算出すればよい。

以下、本発明の耐食性部材の製造方法について説明する。

本発明の耐食膜は、イオンプレーティング法、スパッタ法、イオンビームスパッタ法等のＰＶＤ（物理的蒸着）法やＣＶＤ（化学的蒸着）により形成されたものであり、この中でも特に成膜レートを向上させ、より緻密なＰＶＤ耐食膜を形成することが可能で、密着強度を高くすることが可能な、イオンプレーティング法を用いることが好適である。

以下、イオンプレーティング法を用いた耐食膜の形成方法について詳細を説明する。

先ず、耐食膜を成膜する前に、基材を約３００℃にハロゲンヒーターを用いて予熱する。

基材中には、有機物が残存しており、この状態で基材表面に耐食膜を形成した場合、耐食膜形成後の加熱により膜と基材の境界部に前記有機物のガスが急激な体積膨張を伴って発生するため、基材から耐食膜が剥がれやすい。そのため、予熱により、基材中の有機物を除去する。また、有機物除去には他に紫外線（ＵＶ）洗浄等も効果的である。

次に、イオンプレーティング装置を用いて基材表面に耐食膜を成膜する。イオンプレーティング装置としては、例えば図１に示すような装置１を用いる。

このイオンプレーティング装置１の真空チャンバー２内の基材支持部３には成膜を施す基材４を載置する。そして、ガス導入系５から酸化促進用の反応ガスである酸素ガスとアルゴンガスを導入し、真空排気系６に備えた真空ポンプ（不図示）にてチャンバー２内を真空度１×１０^−３Ｐａに整える。そして、導入した反応ガスにＲＦコイル７にて１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し図１に示すように、ＲＦコイル７の周囲にプラズマ８を発生させる。

次に、溶融・蒸発容器９内に充填した蒸発源１０となるＹ_２Ｏ_３質焼結体に、電子線源１１から電子線１２を照射して溶融・蒸発させ、イオン化した蒸気とする。この時、基材４側の背面に設置した金属背面板１３に直流マイナス電圧を印加することで成膜成分であるイオン化した蒸気と反応ガスを基材４側に加速、堆積させる。この蒸発したＹ_２Ｏ_３がプラズマ８中で解離し、基材４の表面に成膜される。この際、成膜速度は約０．１〜１０Å／ｓｅｃで所定の膜厚となるまで付着させる。なお、前記ガス導入系５、真空排気系６、ＲＦコイル７への入力、金属背面板１１への印加電圧のコントロール等は全てパーソナルコンピュータからなる制御系１４にてコントロールするようになっている。

ここで、前記耐食膜のＹ元素の組成比率を調整するためには、第１に、反応性ガスとして用いる酸素の流量を成膜中に漸減させる。基材表面に成膜を開始した成膜前半では、軽元素である酸素が解離し易い状態、即ち、軽元素である酸素の叩き出し効果が大きいため、耐食膜中の酸素欠陥が増大してしまう傾向にある。よって、酸素の流量を増加させて、酸素欠陥の総量を少なくする。これにより、耐食膜中のＹ元素の組成比率を８０ｍｏｌ％以下に制御することが可能となる。また、表面部の成膜となる成膜後半では、Ｙ_２Ｏ_３イオンがこれまで堆積させた耐食膜の表面への衝突が減少するため、軽元素である酸素は解離しにくくなり、蒸発源１０であるＹ_２Ｏ_３質焼結体のＹ元素の組成比率に近い耐食膜となってしまうため、Ｙ元素の組成比率をより高めるために酸素の流量を低減させる。これによりＹ元素の組成比率を高いものとすることができる。

例えば、反応性ガスである酸素の流量については、２５℃、１気圧（１，０１３ｈＰａ）で１０〜２００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄｃｃ／ｍｉｎ）の範囲で調整すれば良く
、１０ｓｃｃｍより少ない流量では、成膜後半で酸素の流量を低減しても、Ｙ_２Ｏ_３の理論比である４０ｍｏｌ％よりＹ元素の組成比率を高めることができず、また、２００ｓｃｃｍより多い酸素流量では、耐食膜中の酸素量がＹ_２Ｏ_３理論比より多くなり、耐食膜の耐食性が低下してしまう。

また、ＲＦコイル７に印加する自己電圧を、４００〜８００Ｖの範囲内で種々の値を選択することが好ましい。これは、蒸発源１０であるＹ_２Ｏ_３質焼結体のイオン化率を高くすることができ、基板４側へ加速されるイオン数を増加させることができる。堆積した膜はイオンの衝突によって、踏み固められるように緻密化が促進すると同時に、軽元素である酸素が膜中から解離することに影響を与える。このイオンの加速に関しては、直流マイナス電圧も影響し、直流マイナス電圧としては３００〜６００Ｖの範囲内とするのが好ましい。

なお、ＲＦコイル７の自己電圧、直流マイナス電圧が、上記数値より小さいと、耐食膜の緻密性が乏しくなり、発生する膜応力に耐えきれずクラックが発生する。一方、上記数値より大きいと、堆積した耐食膜へのスパッタ作用が過大となり成膜速度が著しく低下してしまう。

このような条件下で成膜したＹ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜は、そのＹ元素の組成比率は４０ｍｏｌ％を超え、且つ８０モル％以下とすることができる。

このようなイオンプレーティング法により、基材４表面に形成されたＹ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜は、３００〜５００℃と低温で形成されるために、基材４成分と耐食膜成分の反応は起こりにくく、耐食膜表面のほとんど好ましくは全てが高密度に結晶化させたＹ_２Ｏ_３とできるために耐食性を高めることが可能である。また、耐食膜は真空チャンバー２中で蒸発粒子をイオン化させ、これを負に帯電させた基材４に対して運動エネルギーをもって加速衝突させる物理的衝突にて形成しており、基材４表面に強固に付着させることができるばかりか、緻密な耐食膜とできる。さらには、ＲＦコイル７の自己電圧と金属背面板に印加する直流マイナス電圧を制御することで、膜中のＹ元素の組成比率を高め、耐食性を更に向上させることができる。

なお、ここではイオンプレーティング法を用いた成膜条件を成膜中に変化、調整することで耐食膜のＹ元素の組成比率を蒸発源等の成膜源の理論比よりも高くできることを示したが、イオンプレーティング法以外にも、ＰＶＤ（物理的蒸着）法やＣＶＤ（化学的蒸着）法における反応性ガス、成膜用のガス組成の条件を成膜中に変化させることで耐食膜中のＹ元素の組成比率を調整することが可能である。

このように形成された耐食膜を有する耐食性部材は、特に、半導体・液晶製造装置に用いる腐食性ガスまたはそのプラズマに対する高い耐食性が求められる部材、例えば、チャンバー、マイクロ波導入窓、シャワーヘッド、フォーカスリング、シールドリング等に用いるものであり、さらに、このような耐食性部材を備えた半導体・液晶製造装置として好適に用いることができる。

以上、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内であれば種々変更をしてもよいことは言うまでもない。

以下、本発明の実施例について詳細を示す。

本発明の耐食性部材を図１に示すイオンプレーティング装置１を用いて作製した。

まず、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ５ｍｍで正方形をした基材４をアルミナ質セラミックスにより数枚作製した。基材の表面粗さは、市販の表面粗さ計を用いて測定したところ、ＪＩＳＢ０６０１に準拠した算術平均高さ（Ｒａ）１μｍであった。

また、イオンプレーティング法の蒸発源１０としては、相対密度９５％以上、純度９９．５％以上のＹ_２Ｏ_３質焼結体を使用した。

そして、これら８０枚の基材４、蒸発源１０を図１のイオンプレーティング装置１の基材支持部３に金属背面板１３と接触させた状態でセットした。しかる後、真空排気系６を作動させてチャンバー２内を１×１０^−３Ｐａの真空度にし、ガス導入系５から反応ガスとして酸素、アルゴンガスを導入して真空チャンバー２内の雰囲気を整えた。成膜源１０であるＹ_２Ｏ_３質焼結体を溶融・蒸発させるために、電子線源１１から電子線１２を蒸発源１０に照射して、溶融・蒸発させた。そしてそれと同時にＲＦコイル７に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、その周囲にプラズマ８を発生させ、前記金属背面板１３に直流マイナス電圧を印加させることにより、溶融・蒸発した蒸発源１０であるＹ_２Ｏ_３質焼結体がプラズマ８中で解離、イオン化され、これが基材４表面に引きつけられ、加速して基材４表面に衝突することにより堆積し、Ｙ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜を基材４表面に成膜した。耐食膜の厚さはそれぞれ１０μｍとし、また前記ＲＦコイルに印加する電圧は６００Ｖ、金属背面板には４００Ｖの直流マイナス電圧を印加した。

なお、本実施例では、反応ガスである酸素ガスの流量を表１のように開始から終了まで漸減させることにより、同条件で各５枚の基材試料に耐食膜を成膜し、得られた耐食膜のＹ元素の組成比率を調整した。

また、Ｙ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜のＹ元素の組成比率については、ａ．耐食膜表面、ｂ．耐食膜を表面から５μｍラップ加工したもの、ｃ．耐食膜と基材の境界部である１０μｍの高精度ラップ加工を施したものをそれぞれ準備し、この表面のＹ元素カウント数をエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて算出した後、算出されたＹ元素カウント数と、その他の元素の分子量から、その部分のＹ元素質量割合を算出する。そしてこの方法をそれぞれの条件で基材試料５枚、基材試料１枚あたり１０箇所にわたって実施し、それらの平均値を算出した後、これをモル比率に換算することによってＹ元素の組成比率を求めた。このときの透過電子顕微鏡の倍率としては１万倍、電子線照射スポット径はφ０．５〜５ｎｍとし、測定時間３０〜７５ｓｅｃ、測定エネルギー幅０．１〜５０ｋｅＶの条件にて測定を実施した。

その後、前記試料について、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）装置を用いて、チャンバー内に各々試料を入れ、フッ素系のＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ａｒの混合ガス雰囲気中にて高周波出力１４０Ｗを印加し、プラズマを発生させ、一定時間保持した後、試料の体積減少率を確認した。なお、前記耐食性はＹ_２Ｏ_３質焼結体の体積減少率の値を１として算出しており、１より小さいほど耐食性が優れている。また前記体積減少率とは、耐食性測定前後の試料の質量を測定して質量減少を算出した後、これを試料の密度で除した値である。

さらに、前記耐食性試験実施後に、各試料について金属顕微鏡を用いた外観検査を実施し、耐食膜に剥離等の不具合がないかどうかの確認を行った。

結果を表１に示す。

表１より、本発明範囲内である耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％を超え、８０ｍｏｌ％以下である試料（Ｎｏ．２〜７）は、エッチングレート比が０．５〜０．９と小さく、高い耐食性を示し、耐食性評価後の膜剥離も生じることはなかった。特に、耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が６０ｍｏｌ％を超え、８０ｍｏｌ％以下である試料（Ｎｏ．２、３）は、エッチングレート比が０．５以下とさらに高い耐食性とすることができた。

これに対し、耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が８０ｍｏｌ％を超える試料（Ｎｏ．１）は、耐食膜中に多くの酸素欠陥が生じ、耐食膜が基材から剥離した。また、成膜時の酸素流量が一定の試料（Ｎｏ．８）は、耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％以下であり、エッチングレートも高くなり耐食性は低いものであった。

また、成膜後半における酸素流量が多い試料（Ｎｏ．９）は、耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が３２ｍｏｌ％と少なく、エッチングレートも高くなり耐食性は低いものであった。

本発明の耐食性部材のＹ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜を基材表面に成膜するイオンプレーティング装置を示す概略図である。

１：イオンプレーティング装置
２：真空チャンバー
３：基材支持部
４：基材
５：ガス導入系
６：真空排気系
７：ＲＦコイル
８：プラズマ
９：溶融・蒸発容器
１０：成膜源
１１：電子線源
１２：電子線
１３：金属背面板
１４：制御系

Claims

セラミックスまたは金属からなる基材の少なくとも一部の表面上にＹ元素およびＯ元素を主成分とする耐食膜を備えた耐食性部材であって、前記耐食膜の表面部におけるＹ元素の組成比率が４０ｍｏｌ％を超え、８０ｍｏｌ％以下であり、前記耐食膜における前記Ｙ元素の組成比率が基材側に漸増してなることを特徴とする耐食性部材。
前記耐食膜は、その厚みが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の耐食性部材。
前記基材は、アルミナ質セラミックスからなることを特徴とする請求項１または２に記載の耐食性部材。
前記耐食膜は、イオンプレーティング法を用いて形成したＰＶＤ耐食膜であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の耐食性部材。
請求項１に記載の耐食性部材の製造方法であって、前記基材に、Ｙ_２Ｏ_３質焼結体を蒸発源として、反応ガスである酸素の流量を漸減させながらイオンプレーティング法により耐食膜を成膜することを特徴とする耐食性部材の製造方法。
請求項１乃至４の何れかに記載の耐食性部材を用いたことを特徴とする半導体・液晶製造装置。