JPH0995773A - 真空装置用窓材の製造方法 - Google Patents
真空装置用窓材の製造方法Info
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- JPH0995773A JPH0995773A JP7256585A JP25658595A JPH0995773A JP H0995773 A JPH0995773 A JP H0995773A JP 7256585 A JP7256585 A JP 7256585A JP 25658595 A JP25658595 A JP 25658595A JP H0995773 A JPH0995773 A JP H0995773A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱・プラズマＣＶＤ装置等の真空装置におけ
るマイクロ波導入用の窓材について透明性や耐熱性を損
なうことなく耐弗素プラズマ性を改善する。特に常に安
定して優れた耐ハロゲン系ガス腐食性及び耐ハロゲン系
プラズマ腐食性を発揮することのできるコーティング膜
の製造方法の提供を目的とする。 【解決手段】 チャンバー内に腐食性ガスが存在する真
空装置における透明セラミック製窓材を製造するに当た
り、Ａｒを主成分とし、Ｏ2 ガス混入量が５ａｔｍ％以
下である放電ガス中で、Ａｌ2 Ｏ3 よりなるターゲット
材を用い、高周波マグネトロンスパッタリング法によっ
てコーティングする。
るマイクロ波導入用の窓材について透明性や耐熱性を損
なうことなく耐弗素プラズマ性を改善する。特に常に安
定して優れた耐ハロゲン系ガス腐食性及び耐ハロゲン系
プラズマ腐食性を発揮することのできるコーティング膜
の製造方法の提供を目的とする。 【解決手段】 チャンバー内に腐食性ガスが存在する真
空装置における透明セラミック製窓材を製造するに当た
り、Ａｒを主成分とし、Ｏ2 ガス混入量が５ａｔｍ％以
下である放電ガス中で、Ａｌ2 Ｏ3 よりなるターゲット
材を用い、高周波マグネトロンスパッタリング法によっ
てコーティングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】ＣＶＤ装置などで代表される
真空装置においては、例えばマイクロ波を導入する為の
透明窓材が設置されるが、この様な窓材は真空装置内部
で生成する腐食性ガスによって物理的・化学的な損傷を
受け、長期にわたる使用が困難になることがある。そこ
で本発明はこの様な窓材の耐食性を改善し得るコーティ
ング膜の形成技術について研究し、より信頼性の高い被
覆膜を安定して形成し得る新規なコーティング技術を提
供しようとするものである。
真空装置においては、例えばマイクロ波を導入する為の
透明窓材が設置されるが、この様な窓材は真空装置内部
で生成する腐食性ガスによって物理的・化学的な損傷を
受け、長期にわたる使用が困難になることがある。そこ
で本発明はこの様な窓材の耐食性を改善し得るコーティ
ング膜の形成技術について研究し、より信頼性の高い被
覆膜を安定して形成し得る新規なコーティング技術を提
供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】基板上に金属やセラミックス等の薄膜を
形成する手法のひとつとして、ＣＶＤ法が知られてい
る。ＣＶＤ法を実施する為の薄膜形成装置（ＣＶＤ装
置）には、真空チャンバー内に導入したガスを分解もし
くは反応させる手法の違いによって、熱ＣＶＤ装置、プ
ラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置、或はこれらの手法を
組合せて実施する装置、例えば熱・プラズマＣＶＤ装置
等が開発されている。
形成する手法のひとつとして、ＣＶＤ法が知られてい
る。ＣＶＤ法を実施する為の薄膜形成装置（ＣＶＤ装
置）には、真空チャンバー内に導入したガスを分解もし
くは反応させる手法の違いによって、熱ＣＶＤ装置、プ
ラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置、或はこれらの手法を
組合せて実施する装置、例えば熱・プラズマＣＶＤ装置
等が開発されている。
【０００３】代表例として熱・プラズマＣＶＤ装置につ
いて説明すると、図１に示す様に、チャンバー（反応
室）１の下方にランプヒータ３を配置し、透明石英ガラ
スまたは透明ガラス組成物等の透明セラミックスで形成
された窓２を通してサセプタ６を加熱する。サセプタ６
上には基板７が載置されており、サセプタ６からの伝熱
によって基板７が例えば３００℃程度に加熱される。一
方排気口５を介してチャンバー１内の空気を排出するこ
とにより、チャンバー１内は真空乃至減圧状態とされる
と共に、導入口４からはＷＦ6 等の材料ガスまたはエッ
チングガスが導入されている。この状態でサセプタ６と
チャンバー壁との間に高周波電圧を印加し、導入口４か
ら高周波を導入すると、前記材料ガス等がプラズマ化さ
れ、基板７上に希望組成の薄膜、例えばＷ膜が形成され
る。即ちランプヒータ３の加熱が窓２を介してチャンバ
ー１内に伝えられ、材料ガス等の分解や反応の開始・促
進、基板７上への薄膜堆積反応の促進、更には前記薄膜
の構造や基板７に対する密着性の改善等にとって重要な
役割を果たしている。
いて説明すると、図１に示す様に、チャンバー（反応
室）１の下方にランプヒータ３を配置し、透明石英ガラ
スまたは透明ガラス組成物等の透明セラミックスで形成
された窓２を通してサセプタ６を加熱する。サセプタ６
上には基板７が載置されており、サセプタ６からの伝熱
によって基板７が例えば３００℃程度に加熱される。一
方排気口５を介してチャンバー１内の空気を排出するこ
とにより、チャンバー１内は真空乃至減圧状態とされる
と共に、導入口４からはＷＦ6 等の材料ガスまたはエッ
チングガスが導入されている。この状態でサセプタ６と
チャンバー壁との間に高周波電圧を印加し、導入口４か
ら高周波を導入すると、前記材料ガス等がプラズマ化さ
れ、基板７上に希望組成の薄膜、例えばＷ膜が形成され
る。即ちランプヒータ３の加熱が窓２を介してチャンバ
ー１内に伝えられ、材料ガス等の分解や反応の開始・促
進、基板７上への薄膜堆積反応の促進、更には前記薄膜
の構造や基板７に対する密着性の改善等にとって重要な
役割を果たしている。
【０００４】従って窓２はランプヒータ３からの光線
（主に赤外線）を効率的に透過させるという主旨から、
透明であることが必須であり、前記の様な透明性の良い
素材が用いられている。一方窓の内面はチャンバー１の
高熱に露されるから、耐熱性であることも必要であり、
更に以下述べる理由から、耐腐食性、特に耐ハロゲン系
ガス腐食性及び耐ハロゲン系プラズマ腐食性に優れたも
のであることも必要であるとされている。
（主に赤外線）を効率的に透過させるという主旨から、
透明であることが必須であり、前記の様な透明性の良い
素材が用いられている。一方窓の内面はチャンバー１の
高熱に露されるから、耐熱性であることも必要であり、
更に以下述べる理由から、耐腐食性、特に耐ハロゲン系
ガス腐食性及び耐ハロゲン系プラズマ腐食性に優れたも
のであることも必要であるとされている。
【０００５】即ち該ＣＶＤ装置においては、ハロゲンガ
スやハロゲン化合物ガスを使用することが多く、代表的
なものとしてはＦ2 やＷＦ6 が示される。また成膜終了
後にはＮＦ3 等を含むエッチングガスがクリーニング用
としてチャンバー内に導入される。この様なハロゲン系
ガスを使用するときは、成膜中またはエッチング中にハ
ロゲン系ガスプラズマ（以下代表的に弗素プラズマ等と
言うことがある）が発生し、窓の内面がこれらに露され
る。しかるに前記した透明セラミックス、特にＳｉＯ2
単体で構成される石英ガラスは耐弗素ガス性及び耐弗素
プラズマ性が低く、著しい浸食損傷を受ける。
スやハロゲン化合物ガスを使用することが多く、代表的
なものとしてはＦ2 やＷＦ6 が示される。また成膜終了
後にはＮＦ3 等を含むエッチングガスがクリーニング用
としてチャンバー内に導入される。この様なハロゲン系
ガスを使用するときは、成膜中またはエッチング中にハ
ロゲン系ガスプラズマ（以下代表的に弗素プラズマ等と
言うことがある）が発生し、窓の内面がこれらに露され
る。しかるに前記した透明セラミックス、特にＳｉＯ2
単体で構成される石英ガラスは耐弗素ガス性及び耐弗素
プラズマ性が低く、著しい浸食損傷を受ける。
【０００６】窓の内面にこの様な浸食損傷が発生する
と、浸食損傷の程度が僅かであっても窓の透明性が低下
し、ランプヒータの窓材としての適格性を失う。また損
傷の程度が更に進むと、ピット状の局部的腐食が発生
し、これがクラック発生の起点になるという恐れがある
他、窓の厚みが全体的に減少し、真空装置としての安全
性という観点から、継続使用できなくなる。或は浸食に
よって窓面から剥離されたＳｉＯ2 が微粒子となってチ
ャンバー内に浮遊し基板に付着することがあり、この様
な場合は半導体装置用デバイスとして不良を招くという
致命的な問題もある。
と、浸食損傷の程度が僅かであっても窓の透明性が低下
し、ランプヒータの窓材としての適格性を失う。また損
傷の程度が更に進むと、ピット状の局部的腐食が発生
し、これがクラック発生の起点になるという恐れがある
他、窓の厚みが全体的に減少し、真空装置としての安全
性という観点から、継続使用できなくなる。或は浸食に
よって窓面から剥離されたＳｉＯ2 が微粒子となってチ
ャンバー内に浮遊し基板に付着することがあり、この様
な場合は半導体装置用デバイスとして不良を招くという
致命的な問題もある。
【０００７】そこで弗素プラズマ等による窓材浸食を防
止することが必要となり、その対策の第１としては、Ｓ
ｉＯ2 を含まない透明材料の使用が考えられる。しかし
ながら例えばプラスチックス材料では、透明性はあって
も耐熱性やガス放出の問題があり、熱・プラズマＣＶＤ
装置のチャンバー用窓材として不適切である。そこで耐
熱性及びガス放出特性の点で適切なものとして、ＳｉＯ
2 を含まないセラミックス材料が考えられるが、多結晶
セラミックスでは透明性に問題があり、透明性を確保す
るためには単結晶または非晶質状としなければならず、
いずれも製造上の問題に遭遇する。即ち単結晶のものを
大口径且つ大肉厚に製造することは現在の製造技術レベ
ルでは非常に難しいことであり、特にＣＶＤ装置では直
径８インチ或はそれ以上の大口径ウエハーを使用するこ
とが主流となっており、当然にそれ以上の大口径窓材が
必要となるから、単結晶窓材の開発は現実性に欠けると
言わなければならない。一方非晶質材料の製造について
も、大きなバルク材を非晶質とすることは熱平衡の観点
から技術上の問題があり、特に大口径窓材を非晶質材料
で製造することは非常に困難である。
止することが必要となり、その対策の第１としては、Ｓ
ｉＯ2 を含まない透明材料の使用が考えられる。しかし
ながら例えばプラスチックス材料では、透明性はあって
も耐熱性やガス放出の問題があり、熱・プラズマＣＶＤ
装置のチャンバー用窓材として不適切である。そこで耐
熱性及びガス放出特性の点で適切なものとして、ＳｉＯ
2 を含まないセラミックス材料が考えられるが、多結晶
セラミックスでは透明性に問題があり、透明性を確保す
るためには単結晶または非晶質状としなければならず、
いずれも製造上の問題に遭遇する。即ち単結晶のものを
大口径且つ大肉厚に製造することは現在の製造技術レベ
ルでは非常に難しいことであり、特にＣＶＤ装置では直
径８インチ或はそれ以上の大口径ウエハーを使用するこ
とが主流となっており、当然にそれ以上の大口径窓材が
必要となるから、単結晶窓材の開発は現実性に欠けると
言わなければならない。一方非晶質材料の製造について
も、大きなバルク材を非晶質とすることは熱平衡の観点
から技術上の問題があり、特に大口径窓材を非晶質材料
で製造することは非常に困難である。
【０００８】一方上記ＣＶＳ装置の運転はバッチ処理方
式が原則であるため、膜形成が終わった後のチャンバー
１は一旦開放され、次の運転に備えて諸準備が進められ
るまでの間に室温付近まで冷却される。従ってチャンバ
ー１内はバッチ処理の都度、室温と３００℃程度の間の
温度域で加熱／冷却が繰り返されることになり、チャン
バー１の一部材である窓材も加熱／冷却のヒートショッ
クを受けることになる。
式が原則であるため、膜形成が終わった後のチャンバー
１は一旦開放され、次の運転に備えて諸準備が進められ
るまでの間に室温付近まで冷却される。従ってチャンバ
ー１内はバッチ処理の都度、室温と３００℃程度の間の
温度域で加熱／冷却が繰り返されることになり、チャン
バー１の一部材である窓材も加熱／冷却のヒートショッ
クを受けることになる。
【０００９】ところで石英ガラスの熱膨張係数は約５×
１０-7／℃であり、Ａｌ2 Ｏ3 の熱膨張係数は約８×１
０-6／℃であるから、両者の熱膨張係数には１０倍以上
もの大差があることになる。従って加熱／冷却過程中に
は、この両者の熱膨張係数差によって生じる大きな熱応
力がＡｌ2 Ｏ3 膜にかかってくる。その為Ａｌ2 Ｏ3膜
にクラックを生じたり、部分的な剥離を生じることもあ
る。クラックが発生すると、ハロゲンガスが膜深部から
窓材表面へ侵入するという事故が起こり、そのこと自体
が新たな剥離原因ともなる。そして剥離部では石英ガラ
スが弗素プラズマに曝されることとなる為、前記したＳ
ｉＯ2 微粒子の発生を招くという問題に発展する。
１０-7／℃であり、Ａｌ2 Ｏ3 の熱膨張係数は約８×１
０-6／℃であるから、両者の熱膨張係数には１０倍以上
もの大差があることになる。従って加熱／冷却過程中に
は、この両者の熱膨張係数差によって生じる大きな熱応
力がＡｌ2 Ｏ3 膜にかかってくる。その為Ａｌ2 Ｏ3膜
にクラックを生じたり、部分的な剥離を生じることもあ
る。クラックが発生すると、ハロゲンガスが膜深部から
窓材表面へ侵入するという事故が起こり、そのこと自体
が新たな剥離原因ともなる。そして剥離部では石英ガラ
スが弗素プラズマに曝されることとなる為、前記したＳ
ｉＯ2 微粒子の発生を招くという問題に発展する。
【００１０】そこで上記の様な熱応力による被膜のクラ
ック防止という観点から、石英ガラス基板上にＡｌ膜と
Ａｌ2 Ｏ3 膜を積層被覆する方法が提案されたが（実公
昭６１−１３５５５）、Ａｌ膜が不透明である為ランプ
ヒータの光を遮り加熱効果が損なわれるという不具合が
ある。
ック防止という観点から、石英ガラス基板上にＡｌ膜と
Ａｌ2 Ｏ3 膜を積層被覆する方法が提案されたが（実公
昭６１−１３５５５）、Ａｌ膜が不透明である為ランプ
ヒータの光を遮り加熱効果が損なわれるという不具合が
ある。
【００１１】この他ジルコニア，アルミナまたはその混
合酸化物を窓材の表面に被覆する方法が開発されたが
（特開昭５３−１４６７１７，同５４−３１１８）、上
記発明では被覆材の材質が結晶質であって物性的に硬く
且つ脆いものであるため、基板の加熱時あるいはプラズ
マ発生時の温度上昇によってクラックやピンホールを生
じ易く、弗素プラズマ等がクラックやピンホールから侵
入して基板（窓材）をエッチングするという事故が発生
する危険があった。
合酸化物を窓材の表面に被覆する方法が開発されたが
（特開昭５３−１４６７１７，同５４−３１１８）、上
記発明では被覆材の材質が結晶質であって物性的に硬く
且つ脆いものであるため、基板の加熱時あるいはプラズ
マ発生時の温度上昇によってクラックやピンホールを生
じ易く、弗素プラズマ等がクラックやピンホールから侵
入して基板（窓材）をエッチングするという事故が発生
する危険があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記の様な状況から、
透明性を損なうことなしに、耐熱性、耐ハロゲン系ガス
腐食性及び耐ハロゲン系プラズマ腐食性を、より高い信
頼性をもって発揮すると共に、上記した熱的影響によっ
てクラックや剥離を生じることのない保護膜を備えた真
空装置用の窓材を提供することが要請され、本発明はこ
れに応えるべくなされたものである。
透明性を損なうことなしに、耐熱性、耐ハロゲン系ガス
腐食性及び耐ハロゲン系プラズマ腐食性を、より高い信
頼性をもって発揮すると共に、上記した熱的影響によっ
てクラックや剥離を生じることのない保護膜を備えた真
空装置用の窓材を提供することが要請され、本発明はこ
れに応えるべくなされたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者らが提供する新
規なコーティング技術は、該窓材におけるチャンバーの
内側となる面に、Ａｒを主成分とし、Ｏ2 ガス混入量が
５ａｔｍ％以下である放電ガス中でＡｌ2 Ｏ3 よりなる
ターゲット材を用い、高周波マグネトロンスッパタリン
グ法によってコーティング膜を形成することを要旨とす
るものである。
規なコーティング技術は、該窓材におけるチャンバーの
内側となる面に、Ａｒを主成分とし、Ｏ2 ガス混入量が
５ａｔｍ％以下である放電ガス中でＡｌ2 Ｏ3 よりなる
ターゲット材を用い、高周波マグネトロンスッパタリン
グ法によってコーティング膜を形成することを要旨とす
るものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】透明セラミックスからなる透明窓
材にＡｌ2 Ｏ3 膜を形成して耐弗素プラズマ性を改善す
ること自体は既述の如く公知であるが、本発明者らは、
Ａｌ2 Ｏ3 膜の膜質に注目し、膜質と耐弗素プラズマ性
及び耐熱性，耐剥離性等の関係について種々検討を行っ
た。その結果、腐食性の強い弗素プラズマ中で強い耐食
性を発揮させ、且つ上記諸特性を向上させる為には、Ａ
ｌ2 Ｏ3 膜の膜質が重大な制御項目となることが分かっ
た。
材にＡｌ2 Ｏ3 膜を形成して耐弗素プラズマ性を改善す
ること自体は既述の如く公知であるが、本発明者らは、
Ａｌ2 Ｏ3 膜の膜質に注目し、膜質と耐弗素プラズマ性
及び耐熱性，耐剥離性等の関係について種々検討を行っ
た。その結果、腐食性の強い弗素プラズマ中で強い耐食
性を発揮させ、且つ上記諸特性を向上させる為には、Ａ
ｌ2 Ｏ3 膜の膜質が重大な制御項目となることが分かっ
た。
【００１５】本発明者らが重要な膜質特性として到達し
た制御項目は下記の通りである。 Ａｌ2 Ｏ3 膜が実質的に均一な非晶質性を満足するこ
と Ａｌ2 Ｏ3 膜中に、結晶質部分或は不純物成分からな
る介在物を含有しないこと Ａｌ2 Ｏ3 膜中にピンホール等の膜欠陥が存在しない
こと Ａｌ2 Ｏ3 膜中の応力（特に圧縮応力）が小さいこと
た制御項目は下記の通りである。 Ａｌ2 Ｏ3 膜が実質的に均一な非晶質性を満足するこ
と Ａｌ2 Ｏ3 膜中に、結晶質部分或は不純物成分からな
る介在物を含有しないこと Ａｌ2 Ｏ3 膜中にピンホール等の膜欠陥が存在しない
こと Ａｌ2 Ｏ3 膜中の応力（特に圧縮応力）が小さいこと
【００１６】この様な制御項目を夫々満足させるために
は、Ａｌ2 Ｏ3 膜形成のための成膜手法乃至成膜条件を
コントロールする必要があり、種々のＰＶＤ法，ＣＶＤ
法等を検討した結果、成膜手法としては高周波（ＲＦ）
マグネトロンスパッタリング法の採用が最も有利である
ことが分かった。
は、Ａｌ2 Ｏ3 膜形成のための成膜手法乃至成膜条件を
コントロールする必要があり、種々のＰＶＤ法，ＣＶＤ
法等を検討した結果、成膜手法としては高周波（ＲＦ）
マグネトロンスパッタリング法の採用が最も有利である
ことが分かった。
【００１７】この方法を採用しない場合、例えばマグネ
ットを使用しないＲＦコンベンショナルスパッタリング
法、或は汎用されているイオンビーム蒸着法によってコ
ーティング膜を形成したときは、膜応力が著しく高くな
り、コーティング直後から、また窓材として使用中の基
板の加熱やプラズマによる温度上昇に伴って、コーティ
ング層の剥離や割れが発生する。また例えば金属Ａｌを
ターゲットとする反応性スパッタリング法によってコー
ティングを行なったときは、スパッタリングの為の放電
ガス中に多量（分圧比で５％以上）のＯ2 を混入させる
必要があり、後述する如くＡｌ2 Ｏ3 膜の膜質はかなり
劣ったものとなる。
ットを使用しないＲＦコンベンショナルスパッタリング
法、或は汎用されているイオンビーム蒸着法によってコ
ーティング膜を形成したときは、膜応力が著しく高くな
り、コーティング直後から、また窓材として使用中の基
板の加熱やプラズマによる温度上昇に伴って、コーティ
ング層の剥離や割れが発生する。また例えば金属Ａｌを
ターゲットとする反応性スパッタリング法によってコー
ティングを行なったときは、スパッタリングの為の放電
ガス中に多量（分圧比で５％以上）のＯ2 を混入させる
必要があり、後述する如くＡｌ2 Ｏ3 膜の膜質はかなり
劣ったものとなる。
【００１８】これに対し本発明者らは、ＲＦマグネトロ
ンスパッタリン法によってＡｌ2 Ｏ 3 膜を形成するとき
は、膜応力の小さい、且つ耐熱性・耐クラック性の優れ
たＡｌ2 Ｏ3 膜が形成されることを見出したのである。
しかもこの方法によって生成したＡｌ2 Ｏ3 膜をＸ線回
折測定に付したところ、結晶質に由来する半値幅５°以
下の回折ピークを有しないこと、換言すれば実質的に非
晶質であることが分かり、且つこのことが、優れた耐弗
素プラズマ性を発揮する上で重要な役割を果たしている
ことが解明されたのである。このＡｌ2 Ｏ3 膜が結晶質
且つ多結晶体であるとき、或は結晶質部分と非晶質部分
が混在するときは、結晶粒界や結晶質と非晶質と界面部
分が耐弗素プラズマ性に劣るため、当該部分から選択的
な腐食が進行し、クラックやピンホールの形成に発展す
る。尚Ａｌ2 Ｏ3 膜を単結晶体として形成したときは上
記の様な選択的腐食は回避できるが、全体が非晶質であ
るものに比べると、耐弗素プラズマ性が総体的に劣る
他、成膜時の残留膜応力が大きい為、前記と同様コーテ
ィング直後及び窓材使用中にコーティング層の剥離や割
れを生じ易い。従って全体を実質的に非晶質とすること
が極めて有利であることが確認された。尚結晶質Ａｌ2
Ｏ3 の混入をより一層少なくする為の積極的手法とし
て、コーティング膜形成プロセス中、基材たる窓材を冷
却し続けることが挙げられる。冷却を省略したときはコ
ーティング中の基板温度の上昇によってＡｌ2 Ｏ3 の一
部が結晶化することがあるからである。
ンスパッタリン法によってＡｌ2 Ｏ 3 膜を形成するとき
は、膜応力の小さい、且つ耐熱性・耐クラック性の優れ
たＡｌ2 Ｏ3 膜が形成されることを見出したのである。
しかもこの方法によって生成したＡｌ2 Ｏ3 膜をＸ線回
折測定に付したところ、結晶質に由来する半値幅５°以
下の回折ピークを有しないこと、換言すれば実質的に非
晶質であることが分かり、且つこのことが、優れた耐弗
素プラズマ性を発揮する上で重要な役割を果たしている
ことが解明されたのである。このＡｌ2 Ｏ3 膜が結晶質
且つ多結晶体であるとき、或は結晶質部分と非晶質部分
が混在するときは、結晶粒界や結晶質と非晶質と界面部
分が耐弗素プラズマ性に劣るため、当該部分から選択的
な腐食が進行し、クラックやピンホールの形成に発展す
る。尚Ａｌ2 Ｏ3 膜を単結晶体として形成したときは上
記の様な選択的腐食は回避できるが、全体が非晶質であ
るものに比べると、耐弗素プラズマ性が総体的に劣る
他、成膜時の残留膜応力が大きい為、前記と同様コーテ
ィング直後及び窓材使用中にコーティング層の剥離や割
れを生じ易い。従って全体を実質的に非晶質とすること
が極めて有利であることが確認された。尚結晶質Ａｌ2
Ｏ3 の混入をより一層少なくする為の積極的手法とし
て、コーティング膜形成プロセス中、基材たる窓材を冷
却し続けることが挙げられる。冷却を省略したときはコ
ーティング中の基板温度の上昇によってＡｌ2 Ｏ3 の一
部が結晶化することがあるからである。
【００１９】またＲＦマグネトロンスパッタリング法を
採用したときの他の利点として、他の不純元素が混入す
ることによる介在物の形成が可及的に抑制される点が挙
げられ、このことにより前記非晶質膜が一層均質性の高
いものとなって耐弗素プラズマ性の向上に資することが
可能となる。
採用したときの他の利点として、他の不純元素が混入す
ることによる介在物の形成が可及的に抑制される点が挙
げられ、このことにより前記非晶質膜が一層均質性の高
いものとなって耐弗素プラズマ性の向上に資することが
可能となる。
【００２０】更にスパッタリング時の放電ガス組成につ
いて述べると、放電ガス中に多量、分圧比にして５％を
超えるＯ2 ガスが混入しているときは、Ａｌ2 Ｏ3 膜中
に微細なピンホールが多数形成されることが分かった。
この様なピンホールが存在するままで窓材として使用す
ると、ピンホールを通して弗素プラズマが侵入し、基板
である窓材がエッチングされ、窓材の寿命は一気に短く
なる。従ってＡｌ2 Ｏ 3 膜形成時の放電ガス中のＯ2 は
分圧比で５％以下、好ましくは３％以下とする。かかる
意味からしても、反応性スパッタリング法を採用するの
ではなく、Ａｌ 2 Ｏ3 をターゲット材とする物理蒸着法
が推奨されるのである。
いて述べると、放電ガス中に多量、分圧比にして５％を
超えるＯ2 ガスが混入しているときは、Ａｌ2 Ｏ3 膜中
に微細なピンホールが多数形成されることが分かった。
この様なピンホールが存在するままで窓材として使用す
ると、ピンホールを通して弗素プラズマが侵入し、基板
である窓材がエッチングされ、窓材の寿命は一気に短く
なる。従ってＡｌ2 Ｏ 3 膜形成時の放電ガス中のＯ2 は
分圧比で５％以下、好ましくは３％以下とする。かかる
意味からしても、反応性スパッタリング法を採用するの
ではなく、Ａｌ 2 Ｏ3 をターゲット材とする物理蒸着法
が推奨されるのである。
【００２１】形成される非晶質Ａｌ2 Ｏ3 膜の厚さは本
発明を制限しないが、０．１μｍ未満であると窓表面を
完全に被覆することが困難で、被覆欠陥を内在してバリ
ア性が不十分であり、基板に部分的な腐食を招くことが
ある。よって０．１μｍ以上が好ましい。より好ましく
は０．５μｍ以上である。一方上限については、膜厚の
増大に伴って耐食効果が向上する反面、膜にかかる絶対
的な応力（熱応力の他、形状や成膜条件による応力を含
む：真応力）が増加してコーティング層の剥離や割れを
招き易くなるので、安全性という観点からは２０μｍ以
下とすることが望まれる。
発明を制限しないが、０．１μｍ未満であると窓表面を
完全に被覆することが困難で、被覆欠陥を内在してバリ
ア性が不十分であり、基板に部分的な腐食を招くことが
ある。よって０．１μｍ以上が好ましい。より好ましく
は０．５μｍ以上である。一方上限については、膜厚の
増大に伴って耐食効果が向上する反面、膜にかかる絶対
的な応力（熱応力の他、形状や成膜条件による応力を含
む：真応力）が増加してコーティング層の剥離や割れを
招き易くなるので、安全性という観点からは２０μｍ以
下とすることが望まれる。
【００２２】
【実施例】実施例１ 直径２インチのＳｉウエハー（１００）面上に、 高周波マグネトロンスパッタリング法 高周波コンベンショナルスパッタリング法 イオンビーム蒸着法 の夫々の手法によりＡｌ2 Ｏ3 膜を夫々膜厚０．５μｍ
となるように形成したものを試料１〜３とした。上記試
料１〜３に対して、レーザー光をスキャンさせながら、
その変位程度に基づいて基板の反り量を測定し、更に反
り量の変化から薄膜に生じている応力を算出した。各種
コーティング手法により作成したＡｌ2 Ｏ 3 膜の応力測
定結果を表１に示す。
となるように形成したものを試料１〜３とした。上記試
料１〜３に対して、レーザー光をスキャンさせながら、
その変位程度に基づいて基板の反り量を測定し、更に反
り量の変化から薄膜に生じている応力を算出した。各種
コーティング手法により作成したＡｌ2 Ｏ 3 膜の応力測
定結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】高周波マグネトロンスパッタリング法でコ
ーティングしたＡｌ2 Ｏ3 膜（試料１）では、膜応力は
圧縮側で１００ＭＰａ程度と小さいが、上記以外の手法
（高周波スパッタリング法およびイオンビーム蒸着法で
コーティングしたＡｌ2 Ｏ3膜（試料２，３）では、膜
応力はいずれも圧縮側で著しく高いことが分かる。
ーティングしたＡｌ2 Ｏ3 膜（試料１）では、膜応力は
圧縮側で１００ＭＰａ程度と小さいが、上記以外の手法
（高周波スパッタリング法およびイオンビーム蒸着法で
コーティングしたＡｌ2 Ｏ3膜（試料２，３）では、膜
応力はいずれも圧縮側で著しく高いことが分かる。
【００２５】実施例２ 溶融石英ガラス製の基板（窓材母材）表面上に、実施例
１と同一の手法〜を用いてＡｌ2 Ｏ3 膜を夫々膜厚
５μｍとなる様に形成した。得られた試料１’〜３’を
図１に示す熱・プラズマＣＶＤ装置の窓材２として同装
置にセットし、チャンバー内を４８５℃に加熱しながら
ＲＦ出力３００ＷにてＮＦ3 プラズマを放電させること
により、試料１’〜３’に対するプラズマ照射試験を延
べ５００分実施し、試験後の外観から耐弗素プラズマ性
を評価した。
１と同一の手法〜を用いてＡｌ2 Ｏ3 膜を夫々膜厚
５μｍとなる様に形成した。得られた試料１’〜３’を
図１に示す熱・プラズマＣＶＤ装置の窓材２として同装
置にセットし、チャンバー内を４８５℃に加熱しながら
ＲＦ出力３００ＷにてＮＦ3 プラズマを放電させること
により、試料１’〜３’に対するプラズマ照射試験を延
べ５００分実施し、試験後の外観から耐弗素プラズマ性
を評価した。
【００２６】また同じ様に調製した別の試料１’〜３’
に対して、５０℃から５５０℃まで昇温速度５０℃／分
で加熱し、５５０℃で１０分間保持した後、冷却速度１
５℃／分で冷却し、５０℃で１０分間保持するという加
熱／冷却サイクルを１０サイクル繰り返す熱サイクル試
験を実施し、試験後の外観（Ａｌ2 Ｏ3 膜のクラック発
生状況）から耐熱性を評価した。評価結果を表２に示
す。
に対して、５０℃から５５０℃まで昇温速度５０℃／分
で加熱し、５５０℃で１０分間保持した後、冷却速度１
５℃／分で冷却し、５０℃で１０分間保持するという加
熱／冷却サイクルを１０サイクル繰り返す熱サイクル試
験を実施し、試験後の外観（Ａｌ2 Ｏ3 膜のクラック発
生状況）から耐熱性を評価した。評価結果を表２に示
す。
【００２７】
【表２】
【００２８】表２より、本発明の条件を満たしている試
料１’はプラズマ照射試験、熱サイクル試験とも結果は
良好であり、優れた弗素プラズマ耐性および耐熱性を有
していることが分かる。
料１’はプラズマ照射試験、熱サイクル試験とも結果は
良好であり、優れた弗素プラズマ耐性および耐熱性を有
していることが分かる。
【００２９】実施例３ 溶融石英ガラス製の基板（窓材母材）表面上に、α−Ａ
ｌ2 Ｏ3 （純度９９．９９％以上）製焼結ターゲットを
使用し、高周波マグネトロンスパッタリング法により、
膜厚５μｍのＡｌ2 Ｏ3 膜を形成し試料とした。なお形
成に際して、スパッタリングのための放電ガスとしてＡ
ｒ（アルゴン）とＯ2 （酸素）を混合したガスを用い、
その混合比を変化させて試料１〜８を作成した。
ｌ2 Ｏ3 （純度９９．９９％以上）製焼結ターゲットを
使用し、高周波マグネトロンスパッタリング法により、
膜厚５μｍのＡｌ2 Ｏ3 膜を形成し試料とした。なお形
成に際して、スパッタリングのための放電ガスとしてＡ
ｒ（アルゴン）とＯ2 （酸素）を混合したガスを用い、
その混合比を変化させて試料１〜８を作成した。
【００３０】上記試料１〜８に対して、燐酸（純度８５
％以上）をエッチング液として８０℃で１分間エッチン
グを行ない、エッチング後のＡｌ2 Ｏ3 膜表面をＳＥＭ
にて観察し、膜表面に対するピンホール部の孔面積率を
求め、ピンホールの発生状況を評価した。
％以上）をエッチング液として８０℃で１分間エッチン
グを行ない、エッチング後のＡｌ2 Ｏ3 膜表面をＳＥＭ
にて観察し、膜表面に対するピンホール部の孔面積率を
求め、ピンホールの発生状況を評価した。
【００３１】また上記試料に対して、実施例２に記載し
たのと同一の方法により、耐弗素プラズマ性を評価し
た。評価結果を表３に示す。
たのと同一の方法により、耐弗素プラズマ性を評価し
た。評価結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
【００３３】表３より、本発明の条件を満たしている試
料１〜３はピンホール部の面積率が１％未満と低く、ま
た耐弗素プラズマ性にも優れていることが分かる。
料１〜３はピンホール部の面積率が１％未満と低く、ま
た耐弗素プラズマ性にも優れていることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の構成は上記の通りであるから、
真空装置用窓材としての透明性や耐熱性を損なうことな
く、優れたハロゲン系ガス腐食性及び対ハロゲン系プラ
ズマ腐食性を発揮し得るコーティング層の形成に成功し
た。こうして得られた窓材は長期間使用中に受ける加熱
／冷却の繰り返しによる熱応力にも耐え、長期間に亘っ
て剥離やクラックを生じることのない安定した窓材とす
ることができた。
真空装置用窓材としての透明性や耐熱性を損なうことな
く、優れたハロゲン系ガス腐食性及び対ハロゲン系プラ
ズマ腐食性を発揮し得るコーティング層の形成に成功し
た。こうして得られた窓材は長期間使用中に受ける加熱
／冷却の繰り返しによる熱応力にも耐え、長期間に亘っ
て剥離やクラックを生じることのない安定した窓材とす
ることができた。
【図１】熱・プラズマＣＶＤ装置を示す説明図である。
１ チャンバー（反応室） ２ 窓 ３ ランプヒータ ４ 導入口 ５ 排気口 ６ サセプタ ７ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 貢基 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 久本 淳 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 チャンバー内に腐食性ガスが存在する真
空装置における透明セラミックス製窓材を製造するに当
たり、Ａｒを主成分とし、Ｏ2 ガス混入量が５ａｔｍ％
以下である放電ガス中で、Ａｌ2 Ｏ3 よりなるターゲッ
ト材を用い、高周波マグネトロンスパッタリング法によ
ってコーティングすることを特徴とする真空装置用窓材
の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7256585A JPH0995773A (ja) | 1995-10-03 | 1995-10-03 | 真空装置用窓材の製造方法 |
| PCT/JP1996/002887 WO2004076711A1 (ja) | 1995-10-03 | 1996-10-03 | 耐ハロゲン系ガス腐食性及び耐ハロゲン系プラズマ腐食性に優れたコーティング膜、該コーティング膜を施した積層構造体並びにそれらの製造方法 |
| US08/849,123 US6027792A (en) | 1995-10-03 | 1996-10-03 | Coating film excellent in resistance to halogen-containing gas corrosion and halogen-containing plasma corrosion, laminated structure coated with the same, and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7256585A JPH0995773A (ja) | 1995-10-03 | 1995-10-03 | 真空装置用窓材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0995773A true JPH0995773A (ja) | 1997-04-08 |
Family
ID=17294681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7256585A Withdrawn JPH0995773A (ja) | 1995-10-03 | 1995-10-03 | 真空装置用窓材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0995773A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10244144A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 圧力隔壁 |
| WO2013065337A1 (ja) * | 2011-11-04 | 2013-05-10 | 株式会社フェローテックセラミックス | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| JP2017226887A (ja) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | 株式会社アルバック | 成膜方法 |
| WO2018139528A1 (ja) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | 株式会社 アルバック | 酸化アルミニウム膜の形成方法 |
-
1995
- 1995-10-03 JP JP7256585A patent/JPH0995773A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10244144A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 圧力隔壁 |
| WO2013065337A1 (ja) * | 2011-11-04 | 2013-05-10 | 株式会社フェローテックセラミックス | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| KR20140073570A (ko) * | 2011-11-04 | 2014-06-16 | 가부시키가이샤 페로테크 세라믹스 | 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법 |
| CN103917688A (zh) * | 2011-11-04 | 2014-07-09 | 飞罗得陶瓷股份有限公司 | 溅射靶材及其制造方法 |
| JPWO2013065337A1 (ja) * | 2011-11-04 | 2015-04-02 | 株式会社フェローテックセラミックス | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
| CN103917688B (zh) * | 2011-11-04 | 2016-06-29 | 飞罗得陶瓷股份有限公司 | 溅射靶材及其制造方法 |
| US10504706B2 (en) | 2011-11-04 | 2019-12-10 | Ferrotec Ceramics Corporation | Sputtering target and method for producing the same |
| JP2017226887A (ja) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | 株式会社アルバック | 成膜方法 |
| WO2018139528A1 (ja) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | 株式会社 アルバック | 酸化アルミニウム膜の形成方法 |
| CN109154075A (zh) * | 2017-01-26 | 2019-01-04 | 株式会社爱发科 | 氧化铝膜的形成方法 |
| JPWO2018139528A1 (ja) * | 2017-01-26 | 2019-03-22 | 株式会社アルバック | 酸化アルミニウム膜の形成方法 |
| CN109154075B (zh) * | 2017-01-26 | 2020-11-24 | 株式会社爱发科 | 氧化铝膜的形成方法 |
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|---|---|---|---|
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