JP2002097075A - セラミックス材料 - Google Patents
セラミックス材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハロゲン系ガスやハロゲン系プラズマに対す
る耐蝕性が良好であり、しかも、熱伝導率が高く熱衝撃
特性に優れたセラミックス材料を提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウムを５重量％以上９５重
量％以下含み、残部が希土類元素を含む酸化物または複
合酸化物からなるセラミックス材料。
る耐蝕性が良好であり、しかも、熱伝導率が高く熱衝撃
特性に優れたセラミックス材料を提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウムを５重量％以上９５重
量％以下含み、残部が希土類元素を含む酸化物または複
合酸化物からなるセラミックス材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲン系ガスや
ハロゲン系プラズマ環境下での耐性が高く、半導体製造
装置等に好適に用いられるセラミックス材料に関する。
ハロゲン系プラズマ環境下での耐性が高く、半導体製造
装置等に好適に用いられるセラミックス材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程においては、化学的腐蝕
性の高い環境下で用いられる部材は数多い。例えば、ベ
ルジャー、チャンバー、サセプター、クランプリング、
フォーカスリング等は、腐蝕性の高いハロゲン系ガスに
よるドライエッチング工程において使用される。このよ
うな腐蝕性環境下で用いられる材料としては、シリカ・
石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が多く用い
られてきたが、ハロゲン系ガスやハロゲン系プラズマ環
境下での耐蝕性は十分とは言えないことから、これらに
代わる高耐蝕性材料として希土類元素を含む酸化物や複
合酸化物を用いることが提案されている。
性の高い環境下で用いられる部材は数多い。例えば、ベ
ルジャー、チャンバー、サセプター、クランプリング、
フォーカスリング等は、腐蝕性の高いハロゲン系ガスに
よるドライエッチング工程において使用される。このよ
うな腐蝕性環境下で用いられる材料としては、シリカ・
石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が多く用い
られてきたが、ハロゲン系ガスやハロゲン系プラズマ環
境下での耐蝕性は十分とは言えないことから、これらに
代わる高耐蝕性材料として希土類元素を含む酸化物や複
合酸化物を用いることが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、イットリア
（Ｙ２Ｏ３）に代表される希土類酸化物を含む複合酸化
物やＹ２Ｏ３単体は、熱伝導率が小さく熱膨張が大きい
ために、熱衝撃特性が従来用いられてきたＡｌ２Ｏ３等
に比べて劣り、使用時の熱衝撃による破損が懸念されて
いた。
（Ｙ２Ｏ３）に代表される希土類酸化物を含む複合酸化
物やＹ２Ｏ３単体は、熱伝導率が小さく熱膨張が大きい
ために、熱衝撃特性が従来用いられてきたＡｌ２Ｏ３等
に比べて劣り、使用時の熱衝撃による破損が懸念されて
いた。
【０００４】本発明はこのような従来技術の有する課題
に鑑みてなされたものであり、ハロゲン系ガスやハロゲ
ン系プラズマに対する耐蝕性を良好に維持しつつ、しか
も、熱伝導率が高く、熱衝撃特性に優れたセラミックス
材料を提供することを目的とする。
に鑑みてなされたものであり、ハロゲン系ガスやハロゲ
ン系プラズマに対する耐蝕性を良好に維持しつつ、しか
も、熱伝導率が高く、熱衝撃特性に優れたセラミックス
材料を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、窒化アルミニウムを５重量％以上９５重量％以下含
み、残部が希土類元素を含む酸化物または複合酸化物か
らなることを特徴とするセラミックス材料、が提供され
る。
ば、窒化アルミニウムを５重量％以上９５重量％以下含
み、残部が希土類元素を含む酸化物または複合酸化物か
らなることを特徴とするセラミックス材料、が提供され
る。
【０００６】このような本発明のセラミックス材料は、
緻密に焼結することが容易であり、これにより、ハロゲ
ン系プラズマ環境下でのエッチング速度が１５ｎｍ／分
以下であり、室温での熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と
いう特性を有し、優れた耐蝕性を示すとともに、熱伝導
率が大きいことから熱衝撃特性にも優れる。そのため、
半導体製造装置等のハロゲン系ガスやハロゲン系プラズ
マ雰囲気を用いる装置のこれらの環境下で用いる部材と
して好適に用いられる。
緻密に焼結することが容易であり、これにより、ハロゲ
ン系プラズマ環境下でのエッチング速度が１５ｎｍ／分
以下であり、室温での熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と
いう特性を有し、優れた耐蝕性を示すとともに、熱伝導
率が大きいことから熱衝撃特性にも優れる。そのため、
半導体製造装置等のハロゲン系ガスやハロゲン系プラズ
マ雰囲気を用いる装置のこれらの環境下で用いる部材と
して好適に用いられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のセラミックス材料は、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）を５重量％以上９５重量％以
下含み、残部が希土類元素を含む酸化物または複合酸化
物からなる。ここで、ＡｌＮが５重量％未満であると熱
伝導率が小さく、十分な耐熱衝撃性を得ることができな
いという問題がある。一方、ＡｌＮが９５重量％超の場
合には、フッ素（Ｆ２）ガスや塩素（Ｃｌ２）ガス等の
ハロゲン系ガスやハロゲン系プラズマに対して十分な耐
蝕性を得ることができないという問題がある。希土類元
素を含む酸化物または複合酸化物は、５重量％以上が含
まれることで耐蝕性の向上や保持が可能となるが、より
好ましいＡｌＮの含有量は２０重量％以上８０重量％以
下である。
化アルミニウム（ＡｌＮ）を５重量％以上９５重量％以
下含み、残部が希土類元素を含む酸化物または複合酸化
物からなる。ここで、ＡｌＮが５重量％未満であると熱
伝導率が小さく、十分な耐熱衝撃性を得ることができな
いという問題がある。一方、ＡｌＮが９５重量％超の場
合には、フッ素（Ｆ２）ガスや塩素（Ｃｌ２）ガス等の
ハロゲン系ガスやハロゲン系プラズマに対して十分な耐
蝕性を得ることができないという問題がある。希土類元
素を含む酸化物または複合酸化物は、５重量％以上が含
まれることで耐蝕性の向上や保持が可能となるが、より
好ましいＡｌＮの含有量は２０重量％以上８０重量％以
下である。
【０００８】希土類元素を含む酸化物または複合酸化物
は、室温〜１０００℃の温度域で安定な形態であればよ
く、具体的には、イットリア（Ｙ２Ｏ３）やイットリウ
ム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）からなる複合酸化物
（ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）、Ｙ
ＡＭ（イットリウムアルミニウムモノクリニック）、Ｙ
ＡＰ（イットリウムアルミニウムペロブスカイト））を
挙げることができる。
は、室温〜１０００℃の温度域で安定な形態であればよ
く、具体的には、イットリア（Ｙ２Ｏ３）やイットリウ
ム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）からなる複合酸化物
（ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）、Ｙ
ＡＭ（イットリウムアルミニウムモノクリニック）、Ｙ
ＡＰ（イットリウムアルミニウムペロブスカイト））を
挙げることができる。
【０００９】前述したＡｌＮとＹ２Ｏ３またはＹＡＧ等
からなる本発明に係るセラミックス材料は緻密に焼結す
ることが容易であり、これにより後述する実施例に示す
ように、ハロゲン系プラズマ環境下でのエッチング速度
が１５ｎｍ／分以下という優れた耐蝕性を示す。また、
室温での熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上という大きな熱
伝導率を有し、熱衝撃特性にも優れる。なお、エッチン
グ速度はＦ２ガスプラズマとＣｌ２ガスプラズマのそれ
ぞれの環境下での浸食深さから求められた値であり、熱
伝導率は室温においてレーザフラッシュ法により測定し
た値である。
からなる本発明に係るセラミックス材料は緻密に焼結す
ることが容易であり、これにより後述する実施例に示す
ように、ハロゲン系プラズマ環境下でのエッチング速度
が１５ｎｍ／分以下という優れた耐蝕性を示す。また、
室温での熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上という大きな熱
伝導率を有し、熱衝撃特性にも優れる。なお、エッチン
グ速度はＦ２ガスプラズマとＣｌ２ガスプラズマのそれ
ぞれの環境下での浸食深さから求められた値であり、熱
伝導率は室温においてレーザフラッシュ法により測定し
た値である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。純度が９９．９％以上のＹ２Ｏ３、Ａｌ
２Ｏ３、ＡｌＮの粉末を用いて、表１に示す各試料の組
成となるように各試料毎に合計２００ｇを秤量し、ポリ
エチレンポット中にそれぞれの粉末とメタノール２００
ｇ、鉄芯入りナイロンボール２５０ｇを入れて、１６時
間混合処理した。こうして得られたスラリーをロータリ
ーエバポレータで減圧乾燥した後に、得られた粉末を＃
１００のナイロンメッシュでメッシュパスし、成形用粉
末とした。
明する。純度が９９．９％以上のＹ２Ｏ３、Ａｌ
２Ｏ３、ＡｌＮの粉末を用いて、表１に示す各試料の組
成となるように各試料毎に合計２００ｇを秤量し、ポリ
エチレンポット中にそれぞれの粉末とメタノール２００
ｇ、鉄芯入りナイロンボール２５０ｇを入れて、１６時
間混合処理した。こうして得られたスラリーをロータリ
ーエバポレータで減圧乾燥した後に、得られた粉末を＃
１００のナイロンメッシュでメッシュパスし、成形用粉
末とした。
【００１１】
【表１】
【００１２】成形用粉末を直径１５ｍｍφ、厚さ６ｍｍ
にプレス成形した後、冷間静水圧プレス処理して成形体
を得た。作製した成形体は、非酸化性雰囲気下で、組成
に合わせて焼成温度を決定し、それぞれ３時間焼成し
た。得られた焼結体の熱伝導率は、室温においてレーザ
フラッシュ法を用いて測定した。また、焼成体の片面を
鏡面研磨してその一部をポリイミド樹脂でマスキング
し、並行平板型のＲＩＥプラズマエッチング装置を用い
て、四フッ化炭素（ＣＦ４）＋酸素（Ｏ２）プラズマ
（流量５０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：Ｏ２＝４０：１０）と三
塩化ホウ素（ＢＣｌ３）＋酸素（Ｏ２）プラズマ（流量
５０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３：Ｏ２＝４０：１０）によりエ
ッチング試験をそれぞれ行った。エッチング試験後に試
験試料のエッチングされた露出部分の高さを先にポリイ
ミド樹脂でマスキングした部分の高さと比較することに
より、その浸食深さを調べ、エッチング速度を算出し
た。
にプレス成形した後、冷間静水圧プレス処理して成形体
を得た。作製した成形体は、非酸化性雰囲気下で、組成
に合わせて焼成温度を決定し、それぞれ３時間焼成し
た。得られた焼結体の熱伝導率は、室温においてレーザ
フラッシュ法を用いて測定した。また、焼成体の片面を
鏡面研磨してその一部をポリイミド樹脂でマスキング
し、並行平板型のＲＩＥプラズマエッチング装置を用い
て、四フッ化炭素（ＣＦ４）＋酸素（Ｏ２）プラズマ
（流量５０ｓｃｃｍ、ＣＦ４：Ｏ２＝４０：１０）と三
塩化ホウ素（ＢＣｌ３）＋酸素（Ｏ２）プラズマ（流量
５０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３：Ｏ２＝４０：１０）によりエ
ッチング試験をそれぞれ行った。エッチング試験後に試
験試料のエッチングされた露出部分の高さを先にポリイ
ミド樹脂でマスキングした部分の高さと比較することに
より、その浸食深さを調べ、エッチング速度を算出し
た。
【００１３】試験結果を表１に併記する。比較例１と比
較例３はともにＡｌＮ含有量が３重量％と少なく、その
ためにエッチング速度が、２ｎｍ／分と小さく耐蝕性が
良好であるが、熱伝導率が８〜１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、
従来から用いられているＡｌ ２Ｏ３セラミックスの約１
／４〜１／２と小さいために、十分な熱衝撃特性を得る
ことができない。これに対し、比較例２と比較例４はと
もにＡｌＮ含有量が９８重量％と多いために、熱伝導率
が１２５〜１４０Ｗ／ｍ・Ｋと大きく、良好な熱衝撃特
性が期待できる一方で、エッチング速度が１８〜３０ｎ
ｍ／分と大きく、十分な耐蝕性が得られていないことが
わかる。
較例３はともにＡｌＮ含有量が３重量％と少なく、その
ためにエッチング速度が、２ｎｍ／分と小さく耐蝕性が
良好であるが、熱伝導率が８〜１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、
従来から用いられているＡｌ ２Ｏ３セラミックスの約１
／４〜１／２と小さいために、十分な熱衝撃特性を得る
ことができない。これに対し、比較例２と比較例４はと
もにＡｌＮ含有量が９８重量％と多いために、熱伝導率
が１２５〜１４０Ｗ／ｍ・Ｋと大きく、良好な熱衝撃特
性が期待できる一方で、エッチング速度が１８〜３０ｎ
ｍ／分と大きく、十分な耐蝕性が得られていないことが
わかる。
【００１４】実施例１〜６は、ＡｌＮとＹ２Ｏ３からな
るセラミックスであるが、エッチング速度が２〜４ｎｍ
／分と小さく良好な耐蝕性が得られていると同時に、熱
伝導率も２２〜１４３Ｗ／ｍ・Ｋと２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
が確保され、Ａｌ２Ｏ３セラミックスと同等以上であっ
た。また、実施例７〜１２は、ＡｌＮとＹＡＧからなる
セラミックスであるが、エッチング速度が２〜４ｎｍ／
分、熱伝導率が２３〜１４０Ｗ／ｍ・Ｋと、実施例１〜
６と比較して同等の特性が得られている。このように、
本発明の組成条件を満足するセラミックス材料は、耐蝕
性に優れ、また、熱伝導率が大きく熱衝撃特性に優れる
ことが確認された。
るセラミックスであるが、エッチング速度が２〜４ｎｍ
／分と小さく良好な耐蝕性が得られていると同時に、熱
伝導率も２２〜１４３Ｗ／ｍ・Ｋと２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
が確保され、Ａｌ２Ｏ３セラミックスと同等以上であっ
た。また、実施例７〜１２は、ＡｌＮとＹＡＧからなる
セラミックスであるが、エッチング速度が２〜４ｎｍ／
分、熱伝導率が２３〜１４０Ｗ／ｍ・Ｋと、実施例１〜
６と比較して同等の特性が得られている。このように、
本発明の組成条件を満足するセラミックス材料は、耐蝕
性に優れ、また、熱伝導率が大きく熱衝撃特性に優れる
ことが確認された。
【００１５】なお、上記実施例は、希土類酸化物または
複合酸化物としてＹ２Ｏ３、ＹＡＧを用いた場合につい
て示したが、希土類酸化物または複合酸化物はイットリ
ア化合物に限定されず、例えば、酸化エルビウム（Ｅｒ
２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ジ
スプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）等を挙げることができる。
また、ハロゲン系ガス雰囲気は、ハロゲン系ガスプラズ
マ雰囲気よりも腐蝕性は小さいと考えられることから、
本実施例の結果から、本発明のセラミックス材料は、ハ
ロゲン系ガス雰囲気においても、良好な耐蝕性を有する
ものと判断される。
複合酸化物としてＹ２Ｏ３、ＹＡＧを用いた場合につい
て示したが、希土類酸化物または複合酸化物はイットリ
ア化合物に限定されず、例えば、酸化エルビウム（Ｅｒ
２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ジ
スプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）等を挙げることができる。
また、ハロゲン系ガス雰囲気は、ハロゲン系ガスプラズ
マ雰囲気よりも腐蝕性は小さいと考えられることから、
本実施例の結果から、本発明のセラミックス材料は、ハ
ロゲン系ガス雰囲気においても、良好な耐蝕性を有する
ものと判断される。
【００１６】
【発明の効果】上述の通り、本発明のセラミック材料に
よれば、ハロゲン系ガスやハロゲン系プラズマに対する
耐蝕性が良好であり、また熱伝導率が大きく熱衝撃特性
に優れることから、半導体製造装置等の部材として用い
ることが可能となる。これにより、使用部品の交換頻度
が低減され、それに伴うメンテナンスコストが低減され
る。また、腐蝕した成分による処理雰囲気への汚染が抑
制されることから、処理特性も向上するという種々の効
果が得られる。
よれば、ハロゲン系ガスやハロゲン系プラズマに対する
耐蝕性が良好であり、また熱伝導率が大きく熱衝撃特性
に優れることから、半導体製造装置等の部材として用い
ることが可能となる。これにより、使用部品の交換頻度
が低減され、それに伴うメンテナンスコストが低減され
る。また、腐蝕した成分による処理雰囲気への汚染が抑
制されることから、処理特性も向上するという種々の効
果が得られる。
フロントページの続き (72)発明者 大滝 浩通 宮城県仙台市泉区明通三丁目５番 株式会 社日本セラテック本社工場内 (72)発明者 南澤 一右 宮城県仙台市泉区明通三丁目５番 株式会 社日本セラテック本社工場内 (72)発明者 内野 栄一 宮城県仙台市泉区明通三丁目５番 株式会 社日本セラテック本社工場内 (72)発明者 佐藤 敬輔 宮城県仙台市泉区明通三丁目５番 株式会 社日本セラテック本社工場内 (72)発明者 岸 幸男 宮城県仙台市泉区明通三丁目５番 株式会 社日本セラテック本社工場内 Ｆターム(参考） 4G001 BA03 BA09 BA36 BB03 BB09 BB36 BC23 BC54 BD03 BD37
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化アルミニウムを５重量％以上９５重
量％以下含み、残部が希土類元素を含む酸化物または複
合酸化物からなることを特徴とするセラミックス材料。 - 【請求項２】 ハロゲン系プラズマ環境下でのエッチン
グ速度が１５ｎｍ／分以下であり、室温での熱伝導率が
２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上あることを特徴とする請求項１に記
載のセラミックス材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001104460A JP2002097075A (ja) | 2000-07-19 | 2001-04-03 | セラミックス材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000218656 | 2000-07-19 | ||
| JP2000-218656 | 2000-07-19 | ||
| JP2001104460A JP2002097075A (ja) | 2000-07-19 | 2001-04-03 | セラミックス材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097075A true JP2002097075A (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=26596293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001104460A Pending JP2002097075A (ja) | 2000-07-19 | 2001-04-03 | セラミックス材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002097075A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6953761B2 (en) | 2002-12-27 | 2005-10-11 | Hitachi, Ltd. | Aluminum nitride sintered body and substrate for electronic devices |
| US7211216B2 (en) | 2004-06-18 | 2007-05-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Aluminum nitride ceramic, semiconductor manufacturing member, and manufacturing method for aluminum nitride ceramic |
| JP2009221028A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Ngk Insulators Ltd | 酸化イットリウム材料及び半導体製造装置用部材 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1154603A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-26 | Ngk Insulators Ltd | 半導体支持装置 |
| JPH11100271A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-04-13 | Kyocera Corp | セラミック抵抗体およびそれを用いた静電チャック |
| JP2000001362A (ja) * | 1998-06-10 | 2000-01-07 | Nippon Seratekku:Kk | 耐食性セラミックス材料 |
| JP2001044179A (ja) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Kyocera Corp | 半導体製造用チャンバ構成部材 |
| JP2001139365A (ja) * | 1999-11-10 | 2001-05-22 | Nihon Ceratec Co Ltd | 半導体製造装置用セラミックス部品 |
| JP2001181024A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-07-03 | Nihon Ceratec Co Ltd | セラミックス部材 |
| JP2002241177A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Nihon Ceratec Co Ltd | 脱ガス特性に優れた窒化アルミニウム焼結体 |
-
2001
- 2001-04-03 JP JP2001104460A patent/JP2002097075A/ja active Pending
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| US7605102B2 (en) | 2004-06-18 | 2009-10-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Aluminum nitride ceramic and semiconductor manufacturing member |
| JP2009221028A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Ngk Insulators Ltd | 酸化イットリウム材料及び半導体製造装置用部材 |
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