JP2001163638A - Surface decorating quartz glass and method for manufacturing the same as well as application for the same - Google Patents

Surface decorating quartz glass and method for manufacturing the same as well as application for the same

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JP2001163638A JP34484599A JP34484599A JP2001163638A JP 2001163638 A JP2001163638 A JP 2001163638A JP 34484599 A JP34484599 A JP 34484599A JP 34484599 A JP34484599 A JP 34484599A JP 2001163638 A JP2001163638 A JP 2001163638A
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plasma
semiconductor manufacturing
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Hiroaki Hidaka
宏昭 樋高
Shinkichi Hashimoto
眞吉 橋本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide surface decorating quartz glass which has an excellent adhesion property and thermal impact property, exhibits high corrosion resistance particularly a plasma of a fluorine system and can maintain transparency for a long period of time even when exposed to the plasma, a method for easily manufacturing the surface decorating quartz glass and a member for a semiconductor manufacturing apparatus using the surface decorating quartz glass. SOLUTION: The surface decorating quartz glass formed by coating the surface of quartz glass with an aluminum oxide film by a sol-gel method and the method for manufacturing the same as well as the member for the semiconductor manufacturing apparatus using the surface decorating quartz glass are used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造分野で
好適に用いられる表面修飾石英ガラス及びその製造方法
に関し、さらにこの表面修飾石英ガラスを用いた半導体
製造装置用部材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface-modified quartz glass suitably used in the field of semiconductor manufacturing and a method for manufacturing the same, and further relates to a member for a semiconductor manufacturing apparatus using the surface-modified quartz glass.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、石英ガラスは、高純度、耐熱
性、耐薬品性、高透過性、易加工性等の優れた特性のた
め、特にこれらの特性を要求される半導体製造装置用部
材として用いられている。例えば、石英ガラスは、半導
体製造装置における熱処理装置の反応管やウエハボート
などのウエハ搬送・支持部材として、さらには、ドライ
エッチング装置やアッシング装置(レジスト除去)、プ
ラズマCVD(Chemical Vapor Dep
osition)装置のベルジャー、チャンバー、テー
ブル等の部材や内部観察用窓材として用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, quartz glass has excellent properties such as high purity, heat resistance, chemical resistance, high permeability, and easy workability. It is used as For example, quartz glass is used as a wafer transfer / support member such as a reaction tube or a wafer boat of a heat treatment apparatus in a semiconductor manufacturing apparatus, a dry etching apparatus, an ashing apparatus (resist removal), and a plasma CVD (Chemical Vapor Depth).
It is used as a member of a bell jar, a chamber, a table, and the like of an position apparatus and a window material for internal observation.

【0003】そしてこのドライエッチング装置やプラズ
マCVD装置ではプラズマを発生させるため、半導体製
造装置用部材として用いられる石英ガラスのプラズマ腐
食への対策、すなわちプラズマ耐性が大きな課題となっ
ており、このプラズマ腐食としては、化学反応による腐
食とイオン衝撃による腐食が知られている。
In the dry etching apparatus and the plasma CVD apparatus, plasma is generated. Therefore, measures against plasma corrosion of quartz glass used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus, that is, plasma resistance have become a major issue. As such, corrosion due to chemical reaction and corrosion due to ion bombardment are known.

【0004】化学反応による腐食の一例としてフッ素プ
ラズマによるものがあり、プラズマ中で解離してフッ素
ラジカルを生成し、石英ガラスと反応して揮発性のSi
4を生成し、石英ガラスを腐食する。Dennis
W.Hess,PlasmaChemistry an
d Plasma Processing,Vol.
2,No.2,141〜155頁(1982年)やY.
H.Leeら、J.Appl.Phys.Vol.6
8、5329〜5336頁(1990年)に記載されて
いるように、この時生成するフッ素は、アルミニウムと
反応してフッ化アルミニウムとなること、このフッ素プ
ラズマとアルミとで反応生成したフッ化アルミニウム
は、低揮発性で緻密な膜を形成することから、アルミニ
ウムさらにはアルミナはフッ素プラズマ腐食に強いこと
がよく知られている。また、アルミナはスパッタリング
収量が小さく、イオン衝撃による腐食にも耐性を有して
いることが知られている。
One example of corrosion due to a chemical reaction is that caused by fluorine plasma, which dissociates in plasma to produce fluorine radicals, which react with quartz glass to form volatile Si.
Generates F 4 and corrodes quartz glass. Dennis
W. Hess, PlasmaChemistry an
d Plasma Processing, Vol.
2, No. 2, 141-155 (1982) and Y.
H. Lee et al. Appl. Phys. Vol. 6
8, pages 5329-5336 (1990), the fluorine produced at this time reacts with aluminum to form aluminum fluoride, and the aluminum fluoride produced by the reaction between this fluorine plasma and aluminum It is well known that aluminum and alumina are resistant to fluorine plasma corrosion because they form a dense film with low volatility. Also, it is known that alumina has a small sputtering yield and is resistant to corrosion by ion bombardment.

【0005】こうしたプラズマ耐性に優れた表面修飾石
英ガラスとしては、例えば特開平7−157337号公
報では、石英ガラスをイオンプレーティング法による酸
化アルミニウム被膜で表面修飾することにより耐摩耗性
や耐蝕性を改善することが提案されている。さらに、特
開平10−139480号公報では、同様に石英ガラス
を高周波スパッタコーティング処理による酸化アルミニ
ウム被膜で表面修飾することにより、プラズマ活性化さ
れたフッ素系ガスによる侵食に対する耐性の効果が述べ
られている。そして、石英ガラスを半導体製造装置用部
材に用いる場合、石英ガラスは腐食を受けやすく、その
ために上記に示したごとく酸化アルミニウム被膜で表面
修飾した石英ガラスを用いることが試みられている。
[0005] As such a surface-modified quartz glass having excellent plasma resistance, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-157337 discloses a method of modifying the surface of quartz glass with an aluminum oxide film by an ion plating method to improve abrasion resistance and corrosion resistance. It is proposed to improve. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-139480 describes the effect of resistance to erosion by plasma-activated fluorine-based gas by similarly modifying the surface of quartz glass with an aluminum oxide film by high-frequency sputter coating. . When quartz glass is used for a member for a semiconductor manufacturing apparatus, quartz glass is susceptible to corrosion. For this reason, it has been attempted to use quartz glass surface-modified with an aluminum oxide film as described above.

【0006】しかしながら、前述のイオンプレーティン
グ法の場合は、酸化アルミニウム膜(1000℃におけ
る熱膨張係数は、約8×10-6-1)と石英ガラス(1
000℃における熱膨張係数は、約0.5×10
-6-1)との熱膨張係数の差や、酸化アルミニウム膜中
の内部応力により剥離が生じ易く、密着力が十分なもの
ではないという課題があった。また、高周波スパッタリ
ングでのコーティング処理では、成膜速度が遅く、成膜
時に電子線ダメージが発生しやすいという課題があっ
た。そして両者ともこうした被膜の密着性や熱衝撃性の
問題の他に、成膜操作が煩雑で、かつ、装置が高価であ
るという課題を有しており、さらにまた、このような表
面を修飾した石英ガラスを半導体製造装置用部材用とし
て用いる場合、その形状としてベルジャーやウエハボー
ト等、複雑形状になる場合が多いが、これらの方法で
は、部材の窪み部分や曲面への表面修飾は困難であっ
た。
However, in the case of the above-mentioned ion plating method, the aluminum oxide film (the coefficient of thermal expansion at 1000 ° C. is about 8 × 10 −6 K −1 ) and the quartz glass (1
The coefficient of thermal expansion at 000 ° C. is about 0.5 × 10
-6 K -1 ), and the internal stress in the aluminum oxide film easily causes peeling, resulting in insufficient adhesion. Further, in the coating process by high frequency sputtering, there is a problem that a film forming speed is slow, and electron beam damage is likely to occur at the time of film forming. In addition to the problems of adhesion and thermal shock of these films, both have the problem that the film forming operation is complicated and the apparatus is expensive. When quartz glass is used for a member of a semiconductor manufacturing apparatus, the shape is often a complicated shape such as a bell jar or a wafer boat. However, in these methods, it is difficult to modify the surface of the member into a concave portion or a curved surface. Was.

【0007】また、これら以外にも、例えば、特公昭6
0−5524号公報では、Alのアルコキシドの塗布、
熱分解により、酸化アルミニウム被膜で表面修飾した石
英ガラスを報告しているが、これは高温での耐失透性の
向上を目的としたものであり、半導体製造装置用部材と
して十分な性能を有した石英ガラスが望まれていた。
[0007] In addition to these, for example,
In Japanese Patent Application No. 0-5524, application of Al alkoxide,
Quartz glass whose surface has been modified with an aluminum oxide film by thermal decomposition has been reported, but this is aimed at improving the resistance to devitrification at high temperatures and has sufficient performance as a member for semiconductor manufacturing equipment. A desired quartz glass has been desired.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の従来法における課題に鑑み、密着性に優れるとともに
熱衝撃性にも優れ、特にフッ素系のプラズマに対して、
化学反応によるプラズマ腐食とイオン衝撃によるプラズ
マ腐食の双方に対し高耐蝕性を示し、プラズマに晒され
ても長時間透明度を保持できる表面修飾石英ガラス及び
この表面修飾石英ガラスを容易に製造する方法を提供す
ることにある。さらに、この表面修飾石英ガラスを用
い、プラズマを利用した半導体製造装置用の部材、特に
内部観察用の窓材として有用な半導体製造装置用の部材
を提供することも本発明の目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems in the conventional method, an object of the present invention is to provide excellent adhesiveness and thermal shock resistance.
A surface-modified quartz glass that exhibits high corrosion resistance to both plasma corrosion due to chemical reaction and plasma corrosion due to ion bombardment, and can maintain transparency for a long time even when exposed to plasma, and a method for easily manufacturing this surface-modified quartz glass. To provide. It is a further object of the present invention to provide a member for a semiconductor manufacturing apparatus using this surface-modified quartz glass and utilizing plasma, particularly a member for a semiconductor manufacturing apparatus useful as a window material for internal observation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、石英ガラス
上にAlのアルコキシドからなる塗布液を塗布し、次い
で焼成してアルミナ被膜を形成することで、少なくとも
酸化アルミニウムを構成要素とする被膜で被覆されてな
る表面修飾石英ガラスを得ることができ、この表面修飾
石英ガラスに被覆された被膜が超微細孔を有しており、
密着性、熱衝撃性に優れているのみならず、プラズマに
対して高耐蝕性を示すことから、プラズマに晒されても
長時間透明度が保持できることを見出した。さらに、こ
の表面修飾石英ガラスの特性を利用することで、プラズ
マを利用した半導体製造装置用の部材、特には、内部観
察用の窓材として有用であることを見出し、本発明を完
成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, applied a coating solution composed of an alkoxide of Al on quartz glass, and then fired the alumina. By forming the coating, it is possible to obtain a surface-modified quartz glass coated with a coating containing at least aluminum oxide as a constituent element, and the coating coated with the surface-modified quartz glass has ultrafine pores. ,
In addition to being excellent in adhesiveness and thermal shock resistance, they have high corrosion resistance to plasma, and thus have been found to be able to maintain transparency for a long time even when exposed to plasma. Furthermore, by utilizing the characteristics of this surface-modified quartz glass, they have found that they are useful as members for semiconductor manufacturing equipment using plasma, particularly as window materials for internal observation, and have completed the present invention. Was.

【0010】以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0011】本発明の表面修飾石英ガラスは、ゾル−ゲ
ル法すなわち石英ガラス表面に主としてAlのアルコキ
シドから成る塗布液を塗布し、次いで、焼成する方法で
酸化アルミニウム被膜を形成する手法により得られる。
この方法で得られた被膜には、BULENT E.YO
LDAS, CERAMIC BULLETIN,VO
L.54.No.3,286〜288頁(1975年)
に記載しているように、100〜150オングストロー
ム程度の細孔が多数あいているという特徴を有する。そ
のため、本発明の表面修飾石英ガラスに被覆されている
アルミナ被膜は、通常のアルミナ結晶の密度よりも実質
的に密度が小さくなっている。
The surface-modified quartz glass of the present invention is obtained by a sol-gel method, that is, a method of applying a coating solution mainly composed of an alkoxide of Al to the surface of quartz glass and then baking to form an aluminum oxide film.
The coating obtained by this method includes BULENT E. YO
LDAS, CERAMIC BULLETIN, VO
L. 54. No. 3, 286-288 (1975)
As described in the above, there is a feature that many pores of about 100 to 150 angstroms are formed. Therefore, the density of the alumina coating on the surface-modified quartz glass of the present invention is substantially lower than that of ordinary alumina crystals.

【0012】また、ゾル−ゲル法により石英ガラスに酸
化アルミニウムを被覆することで、他の方法に比べて密
着性のよい被膜が得られる。これは、石英ガラス表面に
残留しているOH基とアルコキシドが反応して、強固な
結合を作るからである。このように石英ガラスと被膜と
の密着性がよいにもかかわらず、数nm径の極微細孔が
クラックの進展を防止するので、振動や固形物との衝
撃、さらには、加熱冷却の繰り返しによる熱応力でも、
これらを吸収し、被膜が剥離することはない。
Further, by coating quartz glass with aluminum oxide by the sol-gel method, a film having better adhesiveness than other methods can be obtained. This is because the alkoxide remaining on the quartz glass surface reacts with the alkoxide to form a strong bond. In spite of the good adhesion between the quartz glass and the coating, the ultrafine pores having a diameter of several nanometers prevent cracks from developing, so that vibrations, impacts with solids, and even heating and cooling are repeated. Even with thermal stress,
These are absorbed and the coating does not peel off.

【0013】一方、プラズマ腐食には、前述したよう
に、化学反応による腐食とイオン衝撃による腐食がある
が、本発明の酸化アルミニウムが被膜された表面修飾石
英ガラスにおいては、化学反応による腐食の場合、例え
ば、フッ素イオンに対しては、不揮発性のフッ化アルミ
ニウムの緻密膜を生成するので腐食の進行が押さえるこ
とができ、また、イオン衝撃による腐食の場合、酸化ア
ルミニウムはスパッタリング収量が小さく、イオン衝撃
に強いばかりでなく、酸化アルミニウム被膜は細孔が多
数あいているので、細孔近傍で酸化アルミニウム表面へ
の高エネルギーイオンの入射角度が実質的に浅くなるの
でイオン衝撃が軽減できる。
On the other hand, as described above, plasma corrosion includes corrosion due to chemical reaction and corrosion due to ion bombardment. In the case of the surface-modified quartz glass coated with aluminum oxide of the present invention, when corrosion is caused by chemical reaction. For example, for fluorine ions, a dense film of non-volatile aluminum fluoride is formed, so that the progress of corrosion can be suppressed.In the case of corrosion by ion bombardment, aluminum oxide has a small sputtering yield, In addition to being resistant to impact, the aluminum oxide coating has many pores, and the angle of incidence of high-energy ions on the aluminum oxide surface near the pores becomes substantially shallow, so that ion impact can be reduced.

【0014】本発明の表面修飾石英ガラスにおける被覆
層の耐剥離性の向上に対しては、酸化アルミニウム被膜
の下地として、酸化珪素と酸化アルミニウムの混合組成
の被膜層を形成させることも有効である。この場合は、
例えば、アルミニウム トリ−sec−ブトキシド(a
luminium tri−sec−butoxid
e)とテトラエトキシシラン(tetraethoxy
silane)からなる混合物をもとにゾルを作製し、
塗布すればよく、石英ガラスと被覆層との熱膨脹差によ
る、石英ガラスと被覆層との界面への応力集中が緩和さ
れ、被膜の剥がれを防ぐことができる。
In order to improve the peeling resistance of the coating layer in the surface-modified quartz glass of the present invention, it is effective to form a coating layer of a mixed composition of silicon oxide and aluminum oxide as a base of the aluminum oxide coating. . in this case,
For example, aluminum tri-sec-butoxide (a
luminium tri-sec-butoxid
e) and tetraethoxysilane (tetraethoxysilane)
sol is made from the mixture consisting of
It suffices to apply the coating, so that stress concentration at the interface between the quartz glass and the coating layer due to the difference in thermal expansion between the quartz glass and the coating layer is reduced, and peeling of the coating film can be prevented.

【0015】また、酸化アルミニウム被膜の上に、何層
にも多層状の同種の被膜を重ねてもよいし、酸化アルミ
ニウム被覆石英ガラスを、さらにフッ化アルミニウムを
含む水溶液に浸漬し、酸化アルミニウム層にこれとは異
なる膜質を持つ、フッ化アルミニウム層を重ねて被覆す
るなど、少なくともアルミナを含む成分から成る被覆層
を1層以上形成して、多層状表面修飾石英ガラスとして
もよい。
[0015] In addition, a multilayer film of the same type may be laminated on the aluminum oxide film in any number of layers, or the aluminum oxide-coated quartz glass is further immersed in an aqueous solution containing aluminum fluoride to form an aluminum oxide layer. Alternatively, a multilayer surface-modified quartz glass may be formed by forming at least one coating layer having at least a component containing alumina, such as by coating an aluminum fluoride layer having a different film quality from the above.

【0016】このように、本発明の表面修飾石英ガラス
は、プラズマ腐食に対して耐性を有しているので、特に
プラズマに晒される半導体製造装置用部材、さらには、
プラズマを利用した半導体製造装置の窓材、ベルジャ
ー、チャンバー、管、ウエハ支持部材として特に有用で
ある。
As described above, since the surface-modified quartz glass of the present invention has resistance to plasma corrosion, the member for semiconductor manufacturing equipment particularly exposed to plasma,
It is particularly useful as a window material, a bell jar, a chamber, a tube, and a wafer support member of a semiconductor manufacturing apparatus using plasma.

【0017】本発明の表面修飾石英ガラスは、上述のよ
うに、石英ガラス表面上にAlのアルコキシドからなる
塗布液が塗布され、次いで、焼成され、酸化アルミニウ
ム被膜が形成される。酸化アルミニウム被膜の形成に際
して用いられるAlのアルコキシドとしては、例えば、
Al(OC373 (aluminium isop
ropoxide )やAl(OC49) (alum
inium tri−sec−butoxide)を用
いることができるがこの限りではない。
As described above, the surface-modified quartz glass of the present invention is formed by applying a coating solution composed of Al alkoxide on the quartz glass surface, followed by firing to form an aluminum oxide film. Examples of the Al alkoxide used in forming the aluminum oxide film include, for example,
Al (OC 3 H 7 ) 3 (aluminium isop
(ropoxide) and Al (OC 4 H 9 ) (alum
Indium tri-sec-butoxide) can be used, but is not limited thereto.

【0018】このような塗布液の作製においては、上記
のアルコキシドをイソプロピルアルコール等の溶媒に溶
かせがよい。その後、必要量の水が加えられ重合され、
塗布液が供せられる。ここで、Alのアルコキシドが用
いられる場合、水との反応性が高く、加水分解時に沈殿
や不均質析出が生じることがあり、これが原因で膜質に
不均質部が生じたり、密着性に悪影響を及ぼすことがあ
る。これを防ぐため、Alのアルコキシドに、Alイオ
ンに配位して安定なキレート化合物を形成するキレート
剤を加えると、反応性を抑制することができるため、加
水分解時の沈殿や不均質析出を防止できる。用いられる
キレート剤としては、3−オキソブタン酸エチルやアセ
チルアセトン等を用いることができるが、キレート剤と
して知られているものであればよく、この限りではな
い。
In the preparation of such a coating solution, the above alkoxide is preferably dissolved in a solvent such as isopropyl alcohol. Then, the required amount of water is added and polymerized,
A coating liquid is provided. Here, when an alkoxide of Al is used, the reactivity with water is high, and precipitation or inhomogeneous precipitation may occur during hydrolysis, which causes an inhomogeneous portion in the film quality or adversely affects adhesion. May have an effect. To prevent this, the addition of a chelating agent that forms a stable chelate compound by coordinating with Al ions to the alkoxide of Al can suppress the reactivity, thereby preventing precipitation during hydrolysis and heterogeneous precipitation. Can be prevented. As the chelating agent to be used, ethyl 3-oxobutanoate, acetylacetone, or the like can be used, but any known chelating agent may be used.

【0019】また、酸化アルミニウムの被覆層の下地と
して、Alのアルコキシドと、テトラエトキシシラン
(tetraethoxysilane)のようなSi
のアルコキシドとの混合物をもとにゾルを作製し、塗布
してもよい。AlのアルコキシドとSiのアルコキシド
の混合比としては、種々の混合比のものを調製し多数回
被覆することで、実質的に酸化アルミニウムと二酸化珪
素の比が連続的に変化する被膜も形成することができ
る。
As an underlayer for the aluminum oxide coating layer, Al alkoxide and Si such as tetraethoxysilane are used.
A sol may be prepared based on a mixture with an alkoxide of the formula (1) and applied. As for the mixing ratio of the alkoxide of Al and the alkoxide of Si, various coating ratios are prepared and coated a number of times to form a coating in which the ratio of aluminum oxide to silicon dioxide is substantially continuously changed. Can be.

【0020】石英ガラス表面にこのような塗布液を塗布
する方法としては、これを均一に塗布できる方法であれ
ば、種々の塗布方法を用いて差し支えなく、石英ガラス
の大きさ、形状に合わせ、例えば、ディッピング法、ス
ピンコート法、スプレー法、印刷法、並びにこれらを組
み合わせた方法、さらには既知の塗布手段を適宜用いる
こともできる。
As a method of applying such a coating solution to the surface of the quartz glass, various coating methods may be used as long as the method can uniformly apply the coating solution. For example, a dipping method, a spin coating method, a spray method, a printing method, a method combining these, or a known coating means can be appropriately used.

【0021】本発明の表面修飾石英ガラスは、この様に
種々の塗布方法が可能なことから、曲面や凹凸面を有す
るような複雑形状の石英ガラス構造体や大型部材への被
覆も可能である。
Since the surface-modified quartz glass of the present invention can be applied in various ways as described above, it can be applied to a quartz glass structure or a large-sized member having a complicated shape having a curved surface or an uneven surface. .

【0022】このようにして金属アルコキシドの加水分
解・重合で生成したゾルである塗布液が塗布された後、
石英ガラスは350〜1400℃の範囲の温度で焼成さ
れる。ここで、焼成温度が350℃未満では、ゲル化後
の焼成不足となり、被膜の透明性や石英ガラスとの密着
性が弱くなることがあり、1400℃を超えると、被膜
と石英ガラスの反応による被膜の変質や石英ガラスの変
形が生じ易くなるため、350〜1400℃の範囲が好
ましい。
After the coating solution, which is a sol formed by hydrolysis and polymerization of the metal alkoxide, is applied,
Quartz glass is fired at a temperature in the range of 350-1400C. Here, if the firing temperature is lower than 350 ° C., the firing after gelation becomes insufficient, and the transparency of the coating and the adhesion to the quartz glass may be weak. If the firing temperature exceeds 1400 ° C., the reaction between the coating and the quartz glass may occur. The range of 350 to 1400 ° C. is preferable because the quality of the coating and the deformation of the quartz glass are easily caused.

【0023】被覆層の厚さとしては、塗布液の金属アル
コキシド濃度の調製と多数回、塗布と焼成を繰り返すこ
とで、所望の厚さとすることができる。例えば、金属ア
ルコキシド濃度を薄くしたり、あるいは、濃くしたりし
て、一回の塗布、焼成で、容易に10nmないし5μm
の厚さの被膜を形成することができる。また、多数回の
塗布、焼成を実施すれば、100μm以上の厚さの被膜
の形成も容易である。
The thickness of the coating layer can be adjusted to a desired value by adjusting the metal alkoxide concentration of the coating solution and repeating coating and baking a number of times. For example, by reducing or increasing the concentration of the metal alkoxide, it is easy to apply 10 nm to 5 μm
Can be formed. In addition, if coating and firing are performed a number of times, it is easy to form a coating having a thickness of 100 μm or more.

【0024】また、プラズマを利用した半導体製造装置
用の観察用窓材等には高い透明性が要求されるが、本発
明の表面修飾石英ガラスの被膜には細孔を有するにもか
かわらず超微細であることから、被膜自体の透光性も、
波長500nmの光を石英ガラスに照射して光透過率を
測定した場合において、石英ガラスの厚み10mm以上
で80%以上と高くでき、プラズマに晒されても長時間
透明度が保持されるなど、光透過性に非常に優れている
ため、透明材として利用価値が高い。他方、導入管やベ
ルジャーなど石英ガラスを均熱や熱遮断のため、不透明
石英ガラスとしたり、表面粗さを変化させて半透明材と
してもよく、部材用途に応じて適宜選択することができ
る。
Although high transparency is required for an observation window material for a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma, the coating of the surface-modified quartz glass of the present invention has a very small size despite having pores. Because it is fine, the translucency of the coating itself,
When the light transmittance is measured by irradiating the quartz glass with light having a wavelength of 500 nm, the light can be as high as 80% or more when the thickness of the quartz glass is 10 mm or more, and the transparency is maintained for a long time even when exposed to plasma. Because of its excellent transparency, it is highly useful as a transparent material. On the other hand, quartz glass such as an inlet tube and a bell jar may be made of opaque quartz glass or a translucent material with a changed surface roughness in order to equalize or block heat, and may be appropriately selected depending on the use of the member.

【0025】以上、述べたように、本発明のアルミナ被
膜で被覆した表面修飾石英ガラスは、Alのアルコキシ
ドを含む塗布液の塗布、焼成により得ることができ、特
にプラズマ腐食に対して高耐性を有しているため、プラ
ズマを利用した半導体製造装置用の窓材、ベルジャー、
チャンバー、管、ウエハ支持部材として適している。
As described above, the surface-modified quartz glass coated with the alumina coating of the present invention can be obtained by applying and baking a coating solution containing an Al alkoxide, and has particularly high resistance to plasma corrosion. Window material, bell jar, for semiconductor manufacturing equipment utilizing plasma
Suitable for chambers, tubes, wafer support members.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明を実施例をもってさらに詳細に
説明するが、本発明は、これらに限定されるものではな
い。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0027】実施例1 先ず、イソプロピルアルコール 75ccにアルミニウ
ム トリ−sec−ブトキシド 13ccを加えて1時
間攪拌した。これに3−オキソブタン酸エチル(eth
yl acetoacetate) 13ccを加え3
時間攪拌した。これに、イソプロピルアルコール 20
ccに純水を3cc加えて攪拌した溶液を、静かに滴下
しながら攪拌混合した後、さらに1時間攪拌して、アル
コキシドから成る溶液を作製した。この溶液に、研磨仕
上げのφ30mm x 10mmの石英ガラス円盤を浸
漬した後、15cm/分の速度で引き上げ、12時間乾
燥させた。これを石英製の容器に入れ、電気炉で、90
0℃まで5時間で昇温し、900℃で1時間加熱し、そ
の後炉冷して、石英ガラス円盤に酸化アルミニウム被膜
を被覆した。このものの被膜の厚さは約2μm、500
nmの可視光透過率は91%であった。
Example 1 First, 13 cc of aluminum tri-sec-butoxide was added to 75 cc of isopropyl alcohol, and the mixture was stirred for 1 hour. Ethyl 3-oxobutanoate (eth
yl acetoacetate) Add 13cc and add 3
Stirred for hours. Add isopropyl alcohol 20
A solution prepared by adding 3 cc of pure water to cc and stirring was gently dropped and stirred and mixed, and further stirred for 1 hour to prepare a solution composed of alkoxide. A polished quartz glass disk of φ30 mm × 10 mm was immersed in this solution, pulled up at a speed of 15 cm / min, and dried for 12 hours. This is put in a quartz container, and 90
The temperature was raised to 0 ° C. in 5 hours, heated at 900 ° C. for 1 hour, and then cooled in a furnace, and a quartz glass disk was coated with an aluminum oxide film. The thickness of the coating is about 2 μm, 500
The visible light transmittance in nm was 91%.

【0028】この酸化アルミニウム被膜を被覆した石英
ガラス円盤を、プラズマエッチング装置を用いてプラズ
マに2時間晒した。RFパワーを50Wとし、CF4
スを100cc/分で、さらに、O2ガスを10cc/
分で流した。
The quartz glass disk coated with the aluminum oxide film was exposed to plasma for 2 hours using a plasma etching apparatus. RF power is 50 W, CF 4 gas is 100 cc / min, and O 2 gas is 10 cc / min.
Shed in minutes.

【0029】プラズマを晒したのち、目視にてこの石英
ガラス円盤を観察したところ、反対側の様子がよく見え
るものであり、十分な透明度を有していた。このものの
被膜の厚さは約2μmであり、膜厚さの減少がほとんど
なく、エッチングは僅小であった。また、500nmの
可視光透過率は、83%であった。
After exposing the plasma, the quartz glass disk was visually observed. The opposite side was clearly visible and had sufficient transparency. The thickness of the film was about 2 μm, there was almost no decrease in the film thickness, and the etching was slight. The visible light transmittance at 500 nm was 83%.

【0030】実施例2 まず、イソプロピルアルコール 85ccに、アルミニ
ウム トリ−sec−ブトキシド 9ccとテトラエト
キシシラン 8ccを加えて1時間攪拌した。これに3
−オキソブタン酸エチル 13ccを加え3時間攪拌し
た。これに、イソプロピルアルコール 20ccに純水
を3cc加えて攪拌した溶液を、静かに滴下しながら攪
拌混合した後、さらに1時間攪拌して、アルコキシドか
ら成る溶液を作製した。この溶液に、研磨仕上げのφ3
0mm x 10mm の石英ガラス円盤を浸漬した
後、15cm/分の速度で引き上げ、12時間乾燥させ
た。これを石英製の容器に入れ、電気炉で、900℃ま
で5時間で昇温し、900℃で1時間加熱し、その後炉
冷して、石英ガラス円盤に酸化アルミニウムと二酸化珪
素の混合組成の被膜を被覆した。次いで、この石英ガラ
ス円盤に実施例1と同様の方法で酸化アルミニウム被膜
を被覆した。このものの被膜の厚さは約4μm、500
nmの可視光透過率は90%であった。
Example 2 First, 9 cc of aluminum tri-sec-butoxide and 8 cc of tetraethoxysilane were added to 85 cc of isopropyl alcohol and stirred for 1 hour. This is 3
13 cc of ethyl oxobutanoate was added and the mixture was stirred for 3 hours. A solution obtained by adding 3 cc of pure water to 20 cc of isopropyl alcohol was stirred and mixed gently while dropping, and further stirred for 1 hour to prepare a solution composed of alkoxide. Add a polished φ3 to this solution.
After a 0 mm × 10 mm quartz glass disk was immersed, it was pulled up at a speed of 15 cm / min and dried for 12 hours. This was placed in a quartz container, heated in an electric furnace to 900 ° C. in 5 hours, heated at 900 ° C. for 1 hour, and then cooled in a furnace, and the mixed composition of aluminum oxide and silicon dioxide was placed on a quartz glass disk. The coating was coated. Next, this quartz glass disk was coated with an aluminum oxide film in the same manner as in Example 1. The thickness of the coating is about 4 μm, 500
The visible light transmittance in nm was 90%.

【0031】この石英ガラス円盤を実施例1と同様な方
法でプラズマを晒したのち、目視にてこの石英ガラス円
盤を観察したところ、反対側の様子がよく見え、十分な
透明度を有していた。このものの被膜の厚さは約4μm
であり、膜厚さの減少がほとんどなく、エッチングは僅
小であった。また、500nmの可視光透過率は86%
であり、アルミニウム トリ−sec−ブトキシドとテ
トラエトキシシランによる混合組成の被覆層を酸化アル
ミニウム被膜と石英ガラスの間に入れることでプラズマ
による光透過率がより低減されることが分かった。
After exposing the quartz glass disk to plasma in the same manner as in Example 1, when the quartz glass disk was visually observed, the condition on the opposite side was clearly seen and had sufficient transparency. . The thickness of the coating is about 4 μm
The film thickness was hardly reduced, and the etching was slight. The visible light transmittance at 500 nm is 86%.
It was found that light transmittance by plasma was further reduced by inserting a coating layer having a mixed composition of aluminum tri-sec-butoxide and tetraethoxysilane between the aluminum oxide coating and quartz glass.

【0032】比較例 研磨仕上げのφ30mm x 10mm の石英ガラス
円盤を、実施例と同じ条件で、プラズマに晒した。その
後、当該石英ガラス円盤を観察したところ、プラズマに
晒した側の表面が白濁し、不透明であった。500nm
の可視光透過率は、45%であった。マイクロメーター
で石英ガラス円盤の厚さを測ったところ約5μmの減少
がみられ、エッチング速度は、約400オングストロー
ム/分と見積もられた。
Comparative Example A polished and finished quartz glass disk of φ30 mm × 10 mm was exposed to plasma under the same conditions as in the example. Thereafter, when the quartz glass disk was observed, the surface exposed to the plasma was clouded and opaque. 500nm
Had a visible light transmittance of 45%. When the thickness of the quartz glass disk was measured with a micrometer, a decrease of about 5 μm was observed, and the etching rate was estimated to be about 400 Å / min.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明のアルミナ被膜を被覆した表面修
飾石英ガラスは、ゾル−ゲル法によりAlのアルコキシ
ドの塗布、焼成により作製されるが、被膜が超微細孔を
有するため、密着性に優れると共に熱衝撃性にも優れて
いる。また特にフッ素系のプラズマに対しては、化学反
応によるプラズマ腐食、イオン衝撃によるプラズマ腐食
の双方に対し、高耐蝕性を示し、プラズマに晒されても
長時間透明度が保持される。従って、プラズマを利用し
た半導体製造装置用の部材、特には、内部観察用の窓材
として用いると、当該製造装置の連続使用期間が伸び、
メンテナンスが著しく改善されるなど、工業的に有用で
ある。
The surface-modified quartz glass coated with the alumina coating of the present invention is produced by applying and baking an Al alkoxide by a sol-gel method. Since the coating has ultrafine pores, it has excellent adhesion. Also has excellent thermal shock resistance. Particularly, fluorine plasma exhibits high corrosion resistance to both plasma corrosion due to a chemical reaction and plasma corrosion due to ion bombardment, and maintains transparency for a long time even when exposed to plasma. Therefore, when used as a member for a semiconductor manufacturing apparatus using plasma, particularly, as a window material for internal observation, the continuous use period of the manufacturing apparatus is extended,
It is industrially useful, for example, the maintenance is significantly improved.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ゾル−ゲル法により酸化アルミニウム被膜
が石英ガラス表面に被覆されてなる表面修飾石英ガラ
ス。
1. A surface-modified quartz glass in which an aluminum oxide film is coated on a quartz glass surface by a sol-gel method.
【請求項2】酸化アルミニウム被膜と石英ガラス表面の
間に二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合組成の層が介
在していることを特徴とする請求項1に記載の表面修飾
石英ガラス。
2. The surface-modified quartz glass according to claim 1, wherein a layer having a mixed composition of silicon dioxide and aluminum oxide is interposed between the aluminum oxide film and the quartz glass surface.
【請求項3】二酸化珪素と酸化アルミニウムの混合組成
の層において、その混合組成が連続的に変化しているこ
とを特徴とする請求項2に記載の表面修飾石英ガラス。
3. The surface-modified quartz glass according to claim 2, wherein in the layer having a mixed composition of silicon dioxide and aluminum oxide, the mixed composition changes continuously.
【請求項4】酸化アルミニウム被膜の上に、酸化アルミ
ニウムを含む成分からなる被覆層を1層以上形成してい
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の表
面修飾石英ガラス。
4. The surface-modified quartz glass according to claim 1, wherein one or more coating layers made of a component containing aluminum oxide are formed on the aluminum oxide coating.
【請求項5】波長500nmの光を石英ガラスに照射し
て光透過率を測定した場合において、石英ガラスの厚み
10mm以上で80%以上となることを特徴とする請求
項1〜4のいずれかに記載の表面修飾石英ガラス。
5. The quartz glass according to claim 1, wherein when the quartz glass is irradiated with light having a wavelength of 500 nm and the light transmittance is measured, the quartz glass has a thickness of 10 mm or more and 80% or more. 4. The surface-modified quartz glass according to item 1.
【請求項6】石英ガラス表面に、Alのアルコキシドを
含む塗布液を塗布し、次いで焼成して酸化アルミニウム
被膜を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれ
かに記載の表面修飾石英ガラスの製造方法。
6. The surface-modified quartz according to claim 1, wherein a coating solution containing an Al alkoxide is applied to the surface of the quartz glass, and then baked to form an aluminum oxide film. Glass manufacturing method.
【請求項7】塗布液が、AlのアルコキシドとSiのア
ルコキシドを主成分とする混合物をもとにゾルを作製し
た塗布液であることを特徴とする請求項6に記載の表面
修飾石英ガラスの製造方法。
7. The surface-modified quartz glass according to claim 6, wherein the coating solution is a coating solution prepared by preparing a sol based on a mixture mainly composed of an alkoxide of Al and an alkoxide of Si. Production method.
【請求項8】塗布液が、キレート剤も含むことを特徴と
する請求項6又は請求項7に記載の表面修飾石英ガラス
の製造方法。
8. The method for producing surface-modified quartz glass according to claim 6, wherein the coating solution also contains a chelating agent.
【請求項9】半導体製造装置用部材であって、請求項1
〜5のいずれかに記載の表面修飾石英ガラスから形成さ
れてなることを特徴とする半導体製造装置用部材。
9. A member for a semiconductor manufacturing apparatus, wherein:
A member for a semiconductor manufacturing apparatus, which is formed from the surface-modified quartz glass according to any one of claims 1 to 5.
【請求項10】半導体製造装置用部材が、プラズマを利
用した半導体製造装置用の窓材、ベルジャー、チャンバ
ー、管又はウエハ支持部材であることを特徴とする請求
項9に記載の半導体製造装置用部材。
10. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the member for a semiconductor manufacturing apparatus is a window material, a bell jar, a chamber, a tube, or a wafer supporting member for a semiconductor manufacturing apparatus using plasma. Element.
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