JPH11279761A

JPH11279761A - 耐食性部材

Info

Publication number: JPH11279761A
Application number: JP10087582A
Authority: JP
Inventors: Michihiko Koshida; 充彦越田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】パーティクルが発生されず、優れた耐食性を達
成した耐食性部材を提供する。【解決手段】基体の表面に密度２．４０ｇ／ｃｍ³以
上、表面粗さＲa ０．６μｍ以下の炭化硼素膜を被覆し
た耐食性部材。

Description

【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
などの腐食性ガス、あるいはフッ素系や塩素系ブラズマ
に対し優れた耐食性をもつ耐食性部材に関するものであ
り、このような耐食性部材は、たとえば半導体製造用装
置のスペーサリング、内壁部材または被処理物を支持す
る支持体、さらに他の各種半導体製造用治具に使用され
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、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
ング等のプラズマ技術が使用されているが、半導体製造
におけるプラズマプロセスとしては、フッ素系等のハロ
ゲン系ガスがエッチングやクリーニングに利用されてい
る。

【０００３】これらのガスと接触する部材には、高い耐
食性が要求され、そのためにガラスや石英、ステンレス
やモネル等の金属が多用されている。

【０００４】一方、半導体製造装置におけるウェハ支持
固定用のサセプタ材には、アルミナ焼結体、サファイ
ア、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、またはこれら
をＣＶＤ法等により表面被覆したもの、さらには炭化珪
素（ＳｉＣ）焼結体に対しＣＶＤ法でもってＳｉＣ膜を
被覆したものも使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ガラスや石英からなる部材では、プラズマ中において、
耐食性が不充分であり、そのために消耗が激しく、とく
にフッ素系や塩素系のプラズマにさらされるとエッチン
グされ、表面性状が劣化するという問題点がある。

【０００６】また、ステンレスなどの金属部材において
も、耐食性が不充分であり、長期間にわたって使用する
ことがむずかしく、さらに半導体製造において、その製
造装置自体に、あるいはウエハァにも不良が発生する原
因となっていた。さらにアルミナ焼結体やＡｌＮ焼結体
からなる部材では、上記の材料と比べフッ素系ガスに対
する耐食性に優れるが、高温下のプラズマにさらされる
と、腐食が徐々に進行し、これにより、焼結体の表面か
ら結晶粒子が脱粒していた。

【０００７】このようにパーティクルの発生も問題にな
っているが、このパーティクルはイオン衝撃などの物理
的な作用により発生したり、あるいは化学的な気相反応
で生成して、ゴミとなり、真空容器内の各部材に悪影響
を及ぼしている。すなわち、半導体製造装置において、
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、かかるパーティクルによってメタル配線の断線、パ
ターンの欠陥等が発生し、これによって素子特性の劣化
や歩留り低下を引き起こしていた。

【０００８】上記問題点を解決するために、フッ素・塩
素系プラズマに対し安定な周期律表第３ａ族元素を主成
分とする材料でもって耐食性部材となすことが提案され
ている（特開平９−２９５８６３号）。

【０００９】しかしながら、このような耐食性部材にお
いても、いまだ満足し得る程度の耐食性が達成されず、
その表面に形成されたハロゲン化物の脱落や気相反応に
よってパーティクルが発生していた。

【００１０】本発明者は上記事情に鑑みフッ素系や塩素
系の腐食ガスあるいはプラズマに対し、半導体の性能を
損ねるような元素（Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｎａ）を含まず、かつパーティクルを
発生しない高耐食性材料について、鋭意研究を重ねた結
果、炭化硼素膜であれば、製造上容易に緻密化でき、フ
ッ素や塩素と反応した場合においても、蒸気圧の高い反
応物が生成されることで固体にならず、また、パーティ
クルが発生しないでガスとして系外に放出され、しか
も、フッ素系および塩素系腐食ガスあるいはブラズマと
は反応しにくいために耐食性にも優れるということを見
い出した。

【００１１】したがって本発明は上記知見に基づいて完
成されたものであり、その目的はパーティクルが発生せ
ず、優れた耐食性を達成した長期信頼性の耐食性部材を
提供することにある。

【００１２】また、本発明の他の目的はフッ素系および
塩素系腐食ガスあるいはブラズマと反応しないことによ
りパーティクルの発生を防止する半導体製造用耐食性部
材を提供することにある。

【００１３】

【問題点を解決するための手段】本発明の耐食性部材
は、基体の表面に密度を２．４０ｇ／ｃｍ³以上、表面
粗さＲa ０．６μｍ以下の炭化硼素膜を被覆したことを
特徴とする。

【００１４】また、本発明の他の耐食性部材は、上記炭
化硼素膜中の珪素、アルミニウムおよび鉄の少なくとも
１種の元素が合計して３１００ｐｐｍ以下（０を含む）
であることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の耐食性部材は、基体表面
に上記構成の炭化硼素膜を被覆したものであって、これ
によってフッ素系または塩素系等のハロゲン系腐食ガ
ス、ならびにこのガス雰囲気にマイクロ波や高周波電圧
を導入することで、プラズマ化されるが、このようなプ
ラズマであっても優れた耐腐食性が達成される。フッ素
系ガスにはＳＦ₆、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＣｌＦ₃、ＨＦ
等があり、塩素系ガスにはＣｌ₂、ＢＣｌ₃、ＨＣｌ等
がある。

【００１６】上記基体は炭化硼素焼結体、ＡｌＮ、Ａｌ
₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣなどのセラミック焼結体、
サーメット、もしくはグラファイトにより構成する。

【００１７】上記炭化硼素膜については、低密度になる
と気孔が多くなり、そのために腐食ガスやプラズマとの
接触面積が増加し、消耗か速くなるので、密度が２．４
０ｇ／ｃｍ³以上、好適には２．４５ｇ／ｃｍ³以上に
高密度にするとよい。

【００１８】また、膜の構成成分として炭化硼素を９６
重量％以上、好適には９８重量％以上にすると緻密体と
なり、密度が２．４０ｇ／ｃｍ³以上が達成される。こ
のように炭化硼素を９６重量％以上にするためには、遊
離炭素、遊離硼素が含まないようにするのがよく、さら
にその他の不純物も含有させないのがよい。

【００１９】このような炭化硼素膜を成膜形成するに
は、公知の成膜技術、たとえばＣＶＤ法を用いればよ
く、その場合にはベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆₎）と三塩化硼素
（ＢＣｌ₃）との混合ガスを出発原料ガスにして、約１
０５０〜１１００℃の反応温度にて成膜形成する。

【００２０】また、炭化硼素膜の厚みは０．５μｍ以上
が望ましく、これによって耐食性を長期間にわたって維
持することができる。

【００２１】さらにまた、炭化硼素膜の表面粗さＲa を
０．５μｍ以下、好適には０．２μｍ以下にすると、パ
ーティクルの発生が低減され、優れた耐食性が得られる
という点でよい。０．５μｍ以下の表面粗さＲa は、上
記基体の表面粗さＲa を０．５μｍ以下にすることで得
られる。

【００２２】また、本発明によれば、炭化硼素膜の成膜
工程における不純物について、鋭意研究に努めたとこ
ろ、珪素、アルミニウムおよび鉄の各原子が耐食性を劣
化させる要因であることを見出し、そこで、これらの合
計量を３１００ｐｐｍ以下、好適には２０００ｐｐｍ以
下にするとよい。この範囲にすると、フッ素系や塩素系
ブラズマに長時間さらされても、優れた耐食効果が得ら
れる。なお、珪素、アルミニウムおよび鉄の各原子は炭
化硼素膜をＣＶＤコーティングした際に、チャンバ等各
種半導体製造用治具からガス雰囲気中に浮遊し、これに
よって含有されると本発明者は考える。

【００２３】

【実施例】（例１）まず、本発明の基体である炭化硼素
焼結体を作製した。この炭化硼素焼結体は焼成温度２２
００℃、成形圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ²によるホットプ
レスでもって作製した。

【００２４】この基体表面にＣＶＤ法により炭化硼素膜
を１．０μｍの厚みで形成した。このＣＶＤ法は硼素源
として三塩化硼素（ＢＣｌ₃）、炭素源としてベンゼン
（Ｃ₆Ｈ₆）を用いて、反応温度を１１００℃にしてＢ
₄Ｃ膜を成膜形成した。

【００２５】そして、表１に示すとおり、炭化硼素膜の
炭化硼素量と密度と表面粗さ（ただし、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆ
ｅの不純物含有量は合計で３１００ｐｐｍ以下である）
を幾とおりにも変えて成膜形成し、試料Ｎｏ．１〜６を
作製した。さらに上記基体に対し成膜しないものを試料
Ｎｏ．７とした。

【００２６】

【表１】

【００２７】これら各試料に対する評価をフッ素系プラ
ズマと塩素系プラズマの双方でもっておこなったとこ
ろ、表２に示すとおりの結果が得られた。

【００２８】

【表２】

【００２９】フッ素系プラズマによる評価であれば、各
試料をＲＩＥ(Reactive Ion Etching)プラズマエツチン
グ装置に入れ、ついでＣＦ₄ガスを６０ｓｃｃｍの流量
で、Ａｒガスを６０ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力１０
Ｐａ、ＲＦ出力ｌｋＷに設定し、３時間プラズマ照射す
ることによってフッ素系プラズマとなし、これでもって
室温にて評価し、エツチングレートとパーティクルの発
生有無を調べた。

【００３０】エツチングレートはテスト前後の重量変化
を基にして、材質の比重と時間でもって算出し、Å／分
の単位であらわす。すなわち、エツチングレート〔Å／
分〕＝〔（エツチング前の試料の重量−エツチング後の
試料の重量）／試料の比重〕／（プラズマ照射面積×プ
ラズマ照射時間）である。

【００３１】さらにパーティクルの発生状況を電子顕微
鏡にて各試料の表面を観察し、表面への粒子の付着状況
を観察した。○印はほとんどパーティクルが発生しな
かった場合であり、×印はパーティクルが顕著に発生
した場合である。

【００３２】他方、塩素系プラズマによる評価であれ
ば、各試料をＲｌＥプラズマエツチング装置に入れ、Ｂ
Ｃｌ₃ガスを導入し（流量ｌ００ｓｃｃｍ）、圧力４Ｐ
ａ、ＲＦ出力ｌ．８ｋＷのエッチング条件でもってプラ
ズマ照射を３時間おこない、その塩素プラズマ中に室温
にて評価し、エツチングレートとパーティクルとを同様
に測定評価した。

【００３３】表２に示す結果から明らかなとおり、本発
明の試料Ｎｏ．１〜４については、エツチングレートが
低く、しかも、パーティクルが発生しなかった。

【００３４】これに対し、試料Ｎｏ．５では膜の密度が
低く、試料Ｎｏ．６では表面粗さが大きく、これによ
り、エツチングレートが高くなり、パーティクルが発生
した。試料Ｎｏ．７についても炭化硼素膜を成膜形成し
ないことで、エツチングレートが高くなり、パーティク
ルが発生した。

【００３５】（例２）（例１）と同様に基体である炭化
硼素焼結体の表面にＣＶＤ法により炭化硼素膜を形成す
るが、さらに表３に示すようにＳｉ、Ａｌ、Ｆｅの不純
物を混入させ、合計含有量を変えて試料Ｎｏ．８〜１３
を作製した。いずれの試料も炭化硼素膜の炭化硼素量を
９６重量％、密度を２．４５ｇ／ｃｍ³、表面粗さＲａ
を０．５μｍにして、その他は（例１）とまったく同じ
にして成膜形成した。

【００３６】

【表３】

【００３７】こらら各試料に対する評価をフッ素系プラ
ズマと塩素系プラズマの双方でもっておこなったとこ
ろ、表３に示すとおりの結果が得られた。この結果から
明らかなとおり、本発明の試料Ｎｏ．８〜１０について
は、エツチングレートが低く、しかも、パーティクルが
発生しなかった。これに対する試料Ｎｏ．１１〜１３で
はパーティクルが発生しなかったが、エツチングレート
が高くなった。

【００３８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、基体の
表面に密度２．４０ｇ／ｃｍ³以上、表面粗さＲa ０．
６μｍ以下の炭化硼素膜を被覆したことで、パーティク
ルが発生せず、優れた耐食性を達成した長期信頼性の耐
食性部材が提供できた。

【００３９】また、本発明によれば、フッ素系および塩
素系の腐食ガスあるいはフッ素系・塩素系ブラズマと反
応せず、さらにパーティクルが発生しない半導体製造用
耐食性部材（たとえばプラズマ処理装置の内壁部材や被
処理物を支持する支持体などの治具部材）が得られ、そ
の結果、半導体製造の歩留りが向上して、生産コストが
低減でき、しかも、高品質かつ高信頼性の半導体素子が
作製できた。

【００４０】しかも、本発明の耐食性部材については、
炭化硼素膜中に珪素、アルミニウムおよび鉄の少なくと
も１種の元素を合計して３１００ｐｐｍ以下にしたこと
で、パーティクルが発生しなくなり、さらに優れた耐食
性を達成できた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体の表面に密度２．４０ｇ／ｃｍ³以
上、表面粗さＲa ０．６μｍ以下の炭化硼素膜を被覆し
たことを特徴とする耐食性部材。
【請求項２】前記炭化硼素膜中の珪素、アルミニウムお
よび鉄の少なくとも１種の元素が合計して３１００ｐｐ
ｍ以下（０を含む）であることを特徴とする請求項１記
載の耐食性部材。