JP2004247361A

JP2004247361A - 半導体製造装置用部材とその製造方法

Info

Publication number: JP2004247361A
Application number: JP2003032995A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kobayashi; 小林　　廣道
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP4057443B2

Abstract

【課題】プラズマ処理装置の反応容器内で使用される部材の寿命を延ばす。
【解決手段】プラズマ処理装置内で使用される半導体製造装置用部材において、使用の際に最もプラズマ衝撃の大きい箇所を含む耐食材部分と、それ以外の母材部分とを有し、耐食材部分を、母材部分を構成する材料より耐プラズマエッチング性の高い材料で形成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置の反応容器内で使用される部材に関し、特にプラズマ処理装置内で使用される部材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程におけるプラズマＣＶＤ、プラズマエッチング等に使用されるプラズマ処理装置は、低圧真空状態を維持できる密封可能な反応容器を有しており、反応容器内に導入した反応ガスをプラズマにより励起し、ウエハ上に薄膜を成膜、あるいはその薄膜のエッチングを行う。この反応ガスとしては、腐食性の強いハロゲン系ガスが利用されることが多い。
【０００３】
例えば、成膜装置ではメタル配線用薄膜の成膜に、ＴｉＣｌ_４、ＭｏＣｌ_４やＷＦ_６等のハロゲンガスが使用され、プラズマエッチング装置では、Ｓｉ膜や種々の絶縁膜等のエッチングにＮＦ_３、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、ＣＣｌ_４、ＨＦ、ＣｌＦ_３、およびＨＣｌ等のハロゲンガスが使用されている。
【０００４】
一方、反応容器内には、ウエハを載置する静電チャック、ヒータあるいはサセプタ等の半導体製造装置用部材を有している。また、これらのウエハを載置する部材の外周囲には、一または複数のリング形状の部材（以下、リング状部材という。）を備えている。これらのリング状部材は、反応容器内に発生するプラズマを安定化する機能や、内周囲に置かれたウエハの側壁や、高付加価値を持つ静電チャック等の部材の側壁をハロゲンプラズによる腐食から保護する機能等を有している。
【０００５】
従来、これらのリング状部材の材料としては、ウエハや形成する薄膜と共通する成分であるＳｉ（珪素）やＳｉＯ_２（石英ガラス）が主に使用されているが、さらにこれらの材料の耐食性を改善した珪素化合物材料の使用も提案されている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２６２７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記耐食性を改善した珪素化合物材料を用いた部材においても、ハロゲンプラズマによるエッチングを完全に防止することはできず、使用回数に伴い、エッチングによる表面の侵食が進む。エッチングによる部材の変形がある程度以上になるとプラズマ状態が変動するため、部材の交換が必要となる。上記耐食性を改善した珪素化合物材料を使用した部材においても交換の頻度は十分に低いとはいえず、メンテナンスコストを下げるため、更に耐食性の高い材料の使用が望まれている。
【０００８】
一方、ウエハの大きさは２００ｍｍ〜３００ｍｍと大型化しており、その周囲に配置されるリング状部材も大型化を余儀なくされている。したがって、部材材料としては、高耐食性とともに、大型の部材への加工が可能なものであることが必要になる。しかしながら、高耐食性セラミックス材料は、一般に破壊靭性が低いため、製造時にクラック等が発生しやすく、大型の焼結体を作製することが困難であり、かつ材料コストも高い。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上述する従来の課題に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理装置の反応容器内で使用される半導体製造装置用部材において、材料コストの負担をかけず、より耐プラズマエッチング性が高く、長寿命化が可能な半導体製造装置用部材、およびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造装置用部材は、プラズマ処理装置の反応容器内で使用される半導体製造装置用部材であって、使用の際に最もプラズマ衝撃の大きい箇所を含む耐食材部分と、それ以外の母材部分とを有する。耐食材部分は、母材部分を形成する第１の材料より使用の際の条件において、耐プラズマエッチング性の高い第２の材料で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の半導体製造装置用部材の特徴によれば、耐食材部分を母材部分を形成する第１の材料より耐プラズマエッチング性の高い第２の材料で形成しているので、耐食材部分のプラズマ衝撃によるエッチングを抑制できる。部材の寿命は最もプラズマ衝撃の大きい箇所の部材侵食の程度により決まるため、この部分のエッチングを抑制することにより部材の寿命を大幅に伸ばすことができる。また、部材の一部のみに耐食性材料を使用するため、材料コストの高い高耐食性材料を第２の材料として使用できる。また、靭性が小さく大型の焼結体が得られにくい高耐食性材料を第２の材料として使用できる。
【００１２】
なお、本発明の半導体製造装置用部材において、上記第２の材料は、使用時のプラズマ条件において、プラズマによるエッチング速度が第１の材料の１／２以下であることが望ましい。
【００１３】
本発明の半導体製造装置用部材において、第１の材料として、珪素、または珪素化合物を使用してもよい。例えば、珪素（Ｓｉ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸窒化珪素物からなる群より選択される一の材料を使用してもよい。なお、酸窒化珪素物とは、サイアロンや酸窒化珪素（Ｓｉ_２ＯＮ_２）等の、Ｓｉ、Ｏ、及びＮを含む複合化合物セラミックスをいう。これらの材料は、Ｓｉウエハと共通する組成を含有しているので、半導体特性に影響を与えるような不純物となりにくいので好ましい。
【００１４】
また、本発明の半導体製造装置用部材において、第２の材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、ＹＡＧ、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸窒化珪素物および窒化アルミニウムからなる群より選択される一のセラミックス材を使用してもよい。
【００１５】
なお、本発明の半導体製造装置用部材は、リング形状を有する部材であってもよく、さらにこのリング形状を有する部材において、使用の際、プラズマに曝露される部材の内周部に、リング状の耐食材部分を有してもよい。また、耐食材部分は、使用の際にプラズマ発生領域外周端に接する部分にあることが望ましい。
【００１６】
本発明の半導体製造装置用部材を製造する方法は、上記第１の材料からなる母材部分を形成する工程と、上記第２の材料の原料粉を用いて、記耐食材部分の成形体を形成する工程と、耐食材部分の成形体を焼成し、焼結体を形成する工程と、母材部分と耐食材部分の焼結体とを嵌め合わせ、一体化する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
なお、上記母材部分を形成する工程は、第１の材料の原料粉を用いて成形体を形成する工程と、成形体を焼成し、焼結体を形成する工程とを有してもよく、あるいは、第１の材料からなるバルク体を機械加工する工程であってもよい。
【００１８】
上記本発明の製造方法によれば、母材部分に使用する第１の材料と耐食材部分に使用する第２の材料とが、焼成雰囲気や焼成温度等の焼結条件を異にする場合、あるいは第１の材料が、金属体、半導体、あるいはガラス体等のような、バルク体原料を使用できる場合においても、本発明の上記特徴を有する、母材部分と耐食材部分とを有する半導体製造装置用部材を作製できる。
【００１９】
本発明の別の半導体製造装置用部材の製造方法は、上記第１の材料の原料紛と上記第２の材料の原料紛とを用いて、第１の材料の原料紛を主成分とする第１の領域と第２の材料の原料紛を主成分とする第２の領域とを有する一体型成形品を形成する工程と、この一体型成形品を焼成し、一体型焼結品を得る工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
上記別の半導体製造装置用部材の製造方法において、上記一体型成形品を形成する工程は、上記第１の材料の原料紛を用いて第１の領域の成形体を形成する工程と、上記第２の材料の原料紛を用いて第２の領域の成形体を形成する工程と、第１の領域の成形体と第２の領域の成形体とを嵌め合わせ、一体化する工程とを有してもよい。
【００２１】
あるいは、上記別の半導体製造装置用部材の製造方法において、上記一体成形品を形成する工程は、型材内に、上記第１の材料の原料紛と上記第２の材料の原料紛とを、第２の材料の原料紛が一部の領域に偏るように充填する工程と、型材内に充填された第１、及び第２の原料紛をプレス成形する工程とを有してもよい。
【００２２】
上記本発明の別の製造方法によれば、予め一体型成形品を形成し、この一体型成形品を焼成することにより焼結工程を共通化し、プロセスの負荷を低減できる。母材部分に使用する第１の材料と、耐食材部分に使用する第２の材料として、焼成雰囲気や焼成温度等の焼結条件が共通する材料を使用する場合に最適に使用できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参考にしながら本発明の実施の形態に係る半導体製造装置用部材について説明する。
【００２４】
図１は、プラズマエッチング装置の反応容器内に配置される、本実施の形態に係る各種半導体製造装置用部材を例示する模式的な断面図である。例えば、図１に示すプラズマエッチング装置では、反応容器内の下側中央に、静電チャック３０が配置され、その上にウエハ２０が固定されており、ウエハ２０と対向する上方に、反応ガスをウエハ面に均一に供給する、微細なガス供給孔を多数備えたシャワーヘッド４０が設けられている。ここでは、静電チャック３０内に埋設された電極および導電性部材で形成されたシャワーヘッド４０の双方がプラズマを発生させる対向電極として使用され、同図に示すように、ウエハ２０とシャワーヘッド４０との間にプラズマが形成される。
【００２５】
静電チャック３０およびシャワーヘッド４０は、いずれもウエハ２０の大きさと形状に対応した円形形状に沿った外周部を有しており、その外周囲にリング状部材が配置されている。リング状部材には種々の形態があるが、代表的には、静電チャック３０およびウエハ２０に近接して配置されるリングＡ１０、さらにそのリングＡ１０の外周囲に配置されるリングＢ１２、およびシャワーヘッド４０の外周囲に配置されるリングＣ１４等を挙げることができる。なお、ここで使用する各リング状部材の呼称は便宜的なものである。
【００２６】
これらのリング状部材は、主にウエハ２０の外周縁までプラズマ状態を安定に発生させる役割とともに、内側に配置された部材を保護する役割を有する。なお、これらのリング状部材は、一体でリング形状を構成するものに限らず、複数の部品に分割され、それらを組み合わせてリング形状を構成するものであってもよい。
【００２７】
本実施の形態に係る半導体製造装置用部材の特徴は、図１に示すように、例えばリングＡ１０、リングＢ１２やリングＣ１４において、使用の際に最もプラズマ衝撃の大きい箇所を含む耐食材部分１２ａ、１４ａとそれ以外の母材部分１２ｂ、１４ｂとを有することを特徴とする。耐食材部分１２ａとは、母材部分１２で使用される材料（第１の材料）に比較し、使用時の条件における耐プラズマエッチング特性のより高い材料（第２の材料）を使用している部分である。
【００２８】
なお、ウエハ２０としてＳｉウエハを使用する場合、ウエハ２０および静電チャック３０に最も近接して配置されるリングＡ１０については、シリコンウエハと共通する組成である珪素（Ｓｉ）、または珪素化合物で形成することが好ましい。プラズマエッチングの際には、リングＡ１０上部表面もウエハ表面と同様に、プラズマに晒され、エッチングされるため、リングＡ１０のエッチング成分がウエハ表面に飛散する可能性が高い。したがって、リングＡ１０については、飛散したエッチング成分が半導体素子形成工程において、素子特性の劣化要因となる不純物とならないよう、ウエハと同一組成で形成することが好ましいからである。
【００２９】
一方、リングＡ１０の外周囲に配置されるリングＢ１２の上部表面も、プラズマエッチングの際プラズマに晒されるが、リングＢ１２内周部上方にプラズマ発生領域（図１中破線部）端部が存在する。内周部表面のみがプラズマに晒され、外周部表面はプラズマに直接晒されていない。すなわち、プラズマ発生領域の端部が内周部表面に近接した状態で使用される。
【００３０】
プラズマ発生領域で生じる電圧は、ウエハと平行な面内においてはほぼ均一に分布しているが、通常、外周端部において電圧値は急激に立ち上がっている。したがって、プラズマ衝撃はプラズマ発生領域端部に近接する領域の部材表面において最も大きくなる。よって、従来の部材ではこの領域において、局所的にエッチングが早く進行し、その変形の度合いにより部材の交換を余儀なくされていた。すなわち、この部分の損傷が部材交換の律速となっていた。
【００３１】
しかし、本実施の形態では、この領域に相当するリングＢ１２の内周部に耐食材部分１２ａを設け、それ以外の母材１２ｂを形成する材料（第１の材料）より、耐プラズマエッチング性の高い材料（第２の材料）で形成している。例えば、母材部分１２ｂを、従来と同様に珪素または珪素化合物で形成し、耐食材部分１２ａを少なくとも母材部分１２ｂより耐プラズマエッチング性が高い材料、好ましくは、使用の際のプラズマエッチング条件において、エッチング速度が母材１２ｂを形成する材料の１／２以下の材料で形成する。したがって、耐食材部分１２ａにおける部材のエッチング速度が低減されるため部材寿命を大幅に伸ばすことが可能になる。
【００３２】
シャワーヘッド４０の周囲に配置するリングＣ１４についてもリングＢ１２と同様に、プラズマ発生領域端部が近接する内周部に、耐食材部分１４ａを有し、母材部分１４ｂより耐プラズマエッチング性の高い材料を使用している。したがって、耐食材部分１４ａにおける部材のエッチング速度を大幅に低減できるため部材の交換頻度を少なくできる。
【００３３】
以下、表１、表２を参照し、母材部分１２ｂ、１４ｂおよび耐食材部分１２ａ、１４ａに使用する具体的な材料について説明する。表１および表２は、本願発明者等によって測定した、耐食材部分１２ａ、１４ａおよび母材１２ｂ、１４ｂとして使用できる各種材料のハロゲンプラズマに対するエッチング速度を示す。なお、表に挙げる材料は一例に過ぎず、本実施の形態に係る部材として使用できる材料はこれらの材料に限られるものではない。
【００３４】
表１、および表２中に示すＮＦ_３プラズマに対するエッチング速度の測定は、具体的には次の条件で行った。すなわち、各材料を縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ１ｍｍの平板形状に切り出し、各材料の試料を評価用プラズマエッチング装置の反応容器内のサンプルステージ上にセットした。各試料の外周部にカプトンテープを貼付し、カプトンテープが貼付されていない領域、すなわちプラズマへの曝露領域を縦１０ｍｍ、横１０ｍｍとした。
【００３５】
なお、サンプルステージとしては、直径２１０ｍｍの円形ステージを備えたものを使用した。反応容器内圧力を０．０９Ｔｏｒｒに調整し、ＮＦ_３ガスとＡｒとをそれぞれ流量７５ｓｃｃｍおよび１６０ｓｃｃｍにて反応容器内に供給し、周波数１３．５６ＭＨｚ、出力８００Ｗの誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）で、プラズマを発生させるとともに、ステージに３００ｗのバイアスを印加し、試料に一定時間プラズマ衝撃を与えた。なお、加熱手段は特に用いていないが、試料温度はプラズマ衝撃により約２００℃に達していた。この後、プラズマ曝露領域と未曝露領域の段差を表面粗さ計で測定しエッチング速度（μｍ／ｈｒ）を算出した。なお、各試料のうち、特に焼結体材料については、焼結助剤の種類、焼結助剤添加量の異なるものも複数種使用した。
【００３６】
表１、および表２中のＣｌ_２プラズマに対するエッチング速度の測定も、同様な条件で測定した。ただし、Ｃｌ_２ガスとＡｒのそれぞれ流量は、３００ｓｃｃｍおよび１６０ｓｃｃｍとした。
【００３７】
【表１】

【表２】

表１、表２を参考にすると、例えば、母材部分１２ｂ、１４ｂとして、従来のリング状部材で主に使用されているＳｉで形成する場合、耐食材部分１２ａ、１４ａを、珪素化合物であるＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＣで形成すれば、部材全体をＳｉで形成する場合に比較し部材寿命を延ばすことができるが、さらに耐食材部分１２ａ、１４ｂをＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、窒化珪素、炭化珪素およびＹＡＧ（Ｙ_２Ａｌ_５Ｏ_１２）サイアロンのいずれかで形成すれば、ＮＦ_３プラズマおよびＣｌ_２プラズマに対する部材のエッチング耐性を大幅に改善することができる。
【００３８】
また、母材部分１２ｂ、１４ｂをＳｉＯ_２で形成する場合、耐食材部分１２ａ、１４ａを、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、窒化珪素、炭化珪素、サイアロンおよびＹＡＧのいずれかで形成すれば、ＮＦ_３プラズマに対しては、ＳｉＯ_２より高い耐食性を示すため、部材全体をＳｉＯ_２で形成する場合に比較し部材寿命を伸ばすことができる。また、Ｃｌ_２プラズマに対しては、耐食材部分１２ａ、１４ａとしてＡｌ_２Ｏ_３またはＹＡＧを使用すれば、部材の寿命を延ばすことができる。
【００３９】
ここで、耐食材部分１２ａ、１４ａを耐エッチング性が際めて高いＹ_２Ｏ_３、ＹＡＧで形成する場合は、種々のハロゲンプラズマに対し大幅に部材寿命を伸ばすことが可能になるので好ましい。しかし、その一方で、ＹＡＧは材料価格が高く、靭性が小さいため大型の焼結体を形成しにくく、製造工程でクラック等を生じやすい。しかしながら、本実施の形態に係る部材では、耐食材部分１２ａ、１４ａはリング状部材の一部に過ぎない。したがって、材料コストの負担を抑制できるとともに、製造工程においてクラック等が入らないサイズに限定できる。
【００４０】
なお、母材部分１２ｂ、１４ｂの材料としては、上述するＳｉ、ＳｉＯ_２以外にもＳｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、さらにサイアロンやＳｉ_２ＯＮ_２等の酸窒化珪素物等を使用することもできる。また、これらの珪素化合物焼結体を使用する場合は、ＳｉやＳｉＯ_２を使用する場合に比較し、研削加工時にチッピングやクラック発生が生じにくい。なお、Ｓｉ_３Ｎ_４またはＳｉＣの焼結体を使用する場合は、焼結助剤が多すぎると、焼結助剤が偏析する粒界層のエッチングが顕著に進行するため好ましくないため、焼結助剤を構成する金属元素の量は、金属元素換算にてセラミックス１モルに対して１５ｍｏｌ以下が好ましい。また、焼結助剤としては、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｓｃ_２Ｏ_３、およびＤｙ_２Ｏ_３等を一種またそれ以上添加して使用することができる。
【００４１】
さらに、母材部分１２ｂ、１４ｂの材料として、上述する珪素化合物材料以外に、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２を使用し、耐食材部分１２ａ、１４ａとしてＹＡＧを使用してもよい。
【００４２】
また、ＡｌＮ焼結体のＣｌ_２プラズマに対するエッチング耐性は、焼結助剤を加えないＡｌＮ焼結体のエッチング速度が６．５μｍ／ｈｒであるのに対し、焼結助剤としてＭｇＯを１ｗｔ％加えたＡｌＮ焼結体のエッチング速度は３．５μｍ／ｈｒである。このように、焼結助剤の有無、種類、含有量によってもプラズマエッチング特性は異なる。したがって、例えば母材部分１２ｂ、１４ｂの材料として、焼結助剤を加えないＡｌＮ焼結体を使用し、耐食材部分１２ａ、１４ａの材料として焼結助剤であるＭｇＯを１％加えたＡｌＮ焼結体を使用してもよい。
【００４３】
次に本実施の形態に係る部材の製造方法について説明する。なお、ここではリングＡ１２の製造方法を説明するが、リングＣ１４も同様の方法を使用して製造することができる。
【００４４】
まず、母材部分１２ｂと、耐食材部分１２ａとをそれぞれ焼成温度、焼成雰囲気等の製造条件が異なる異種材料で作製する場合は、母材部分１２ｂと耐食材部分１２ａとをそれぞれ独立に作製する。
【００４５】
例えば、母材部材１２ａとしてＳｉＯ_２を使用し、耐食材部分１２ａとして、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３およびＹＡＧのいずれかを使用する場合は、成形、焼成工程等を経て、図２（ａ）に示すような、例えば内径２１０〜２２０ｍｍ、外径２３０ｍｍ、厚み１ｍｍ〜２ｍｍのリング状耐食材部分１２ａを形成する。また、これとは別の工程により図２（ｂ）に示すような、リング状耐食材部分１２ａが嵌め込まれる溝を内周部に備えた内径２３０ｍｍ、外径２４０〜２５０ｍｍ、厚肉部の厚み３〜４ｍｍ、薄肉部の厚さ１〜２ｍｍの母材部分１２ｂを作製する。各々の部材の寸法公差は使用最高温度での各々の使用材料の熱膨張差を考慮したものとする。耐食材部分１２ａの大きさは、プラズマエッチング装置のプラズマ発生領域の大きさ、位置、カバーリング１２の位置等を考慮に入れ、少なくともプラズマ発生領域の端部に近接するリングＡ１２の表面部分が耐食材部分１２ａに含まれるように、耐食材部分１２ａのサイズを調整する。また、靭性の小さいＹＡＧ等の材料については、製造工程時にクラック等が生じないように、できるだけ部品サイズを小さく、厚みを薄くすることが望ましい。
【００４６】
母材部分１２ｂおよび耐食材部分１２ａの製造方法は、両者の材料が酸化物、非酸化物あるいは焼成温度や焼成雰囲気によって異なるものである。特に限定されず、種々の成形法を使用することができる。例えばゲルキャスト法を用いて耐食材部分１２ａを作製する場合は、ＹＡＧの粉末１００重量部、分散媒であるグルタン酸ジメチルを２５重量部、バインダであるヘキサメチレンジイソシアネートを６重量部、および分散剤であるポリマレイン酸共重合体２重量部を混合し、これに触媒であるトリエチルアミンを４．５重量部加えて、スラリーを作製する。このスラリーを鋳型に入れ、硬化させ、鋳型から成形体を離型する。続いて、得られた成形体を２００℃で乾燥し、さらに、脱バインダ処理を経て、１６５０℃で焼成を行うことにより図２（ａ）に示すような耐食材部分１２ａに相当する焼結体を形成することができる。
【００４７】
また、母材部分１２ｂとして、ＳｉＯ_２を使用する場合は、市販の溶融石英や合成石英を所定の寸法に機械加工し形成する。こうして作製されたそれぞれの部品である耐食材部分１２ａ、および母材部分１２ｂそれぞれに研削加工等を加え、サイズ調整を図った上で、図２（ｃ）に示すように、二つの部品を機械的に嵌め合わせ、リングＢ１２を完成させる。なお、図３は、完成したリングＢ１２の平面図である。同図に示すように、内周部に耐食材部分１２ａが嵌め込まれている。
【００４８】
次に、耐食材部分１２ａと母材部分１２ｂとをそれぞれ焼成温度、焼成雰囲気を共通とする同種材料で作製する場合の製造方法について説明する。例えば、母材部分１２ｂを焼結助剤を含まないＡｌＮで構成し、耐食材部分１２ａを焼結助剤としてのＭｇＯを１．０重量％含むＡｌＮで構成する場合である。
【００４９】
この場合は、成形工程で図２（ａ）および図２（ｂ）に示す耐食材部分１２ａ、母材部分１２ｂに対応するそれぞれの成形体を作製し、焼成前に、両者を嵌め合わせ、図２（ｃ）に示す一体型の成形体を形成する。あるいは、例えば、金型を用いたプレス加工により成形品を作製する場合は、粒状原料を金型に充填する際に、金型の底部および外周部には母材となる焼結助剤を含まないＡｌＮ粒状原料粉を充填し、内周部にＭｇＯを添加したＡｌＮ粒状原料粉を充填して、金型プレスにて約２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の加圧力で成形しほぼ図２（ｃ）に相当する一体型の成形体を容易に形成することができる。この製造方法を用いる場合は、耐食材部分１２ａと母材部分１２ｂとの境界部分ははっきりとは区別されないが、耐食材部分１２のサイズを十分広くすれば機能的には特に問題にはならない。
【００５０】
上述するいずれかの方法で得られた一体型成形体を、脱バインダ処理を行い、さらに、窒素雰囲気中、１８００℃で約２時間焼成を行う。こうして、一体型焼結品であるリングＢ１２を作製することができる。
【００５１】
すなわち、成形体はプレス成形で外周部材と内周部材を一体成形するか外周部材と内周部材を別々に成形し、焼成直前に一体化した後、焼成する方法が使用できる。焼成方法としてはホットプレスや常圧焼成等が使用できる。
【００５２】
あるいは、外周部材及び内周部材を使用する材料に適した条件でそれぞれ別に焼成後、焼結体を所定の寸法に機械加工し嵌め合せて一体化する方法が使用できる。
【００５３】
以上説明するように、本実施の形態に係るリング状部材は、プラズマ衝撃の大きい内周部分に耐エッチングプラズマ性の高い材料で形成した耐食材部分１２ａ、１４ａを備えているため、部材の寿命を大幅に延ばすことができる。また、耐食材部分１２ａ、１４ａを部材の一部でのみ使用するため、ＹＡＧのような材料コストが高く、靭性の低い高耐食性材料を使用することも可能である。
【００５４】
以上、実施の形態に沿って本発明の半導体製造装置用部材について説明したが、本発明は、これらの実施の形態の記載に限定されるものでないことは明らかである。種々の改良および変更が可能なことは当業者には明らかである。
【００５５】
例えば、本実施の形態の記載では、リングＢ１２およびリングＣ１４のみを例示したが、本発明の対象となる部材は、これらに限られるものではなく、部分的にプラズマ衝撃の大きい箇所を有する部材であれば上述する部材に限らず適用できる。
【００５６】
また、表１および表２には、ＮＦ_３およびＣｌ_２ガスをエッチングガスとして使用した場合のエッチング速度を示しているが、プラズマエッチング装置内で使用されるエッチングガス種はこれらのものに限定されない。したがって、使用するエッチングガス条件に応じて、耐食材部分と母材部分それぞれに適した材料の選定を行うとよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上に説明するように、本発明の半導体製造装置用部材によれば、最もプラズマ衝撃の大きい部分を、ハロゲンプラズマに対し高い耐食性を有する第２のセラミックス材で形成しているため、この耐食材部分における部材のエッチング速度を大幅に低減し、部材寿命を大幅に伸ばすことができる。したがって、部材の交換頻度を抑制し、メンテナンスコストを低減できる。
【００５８】
また、耐食材部分は、部材の一部のみに形成するため、材料コストの高い耐食性材料を使用できるとともに、靭性が高いため大型化が困難な耐食性材料を使用することが可能になる。
【００５９】
本発明の半導体製造装置用部材の製造方法によれば、上述する半導体製造装置用部材を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマエッチング装置の反応容器内で使用される各種半導体製造装置用部材を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカバーリングの製造工程を説明するための各部品の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るカバーリングの平面図である。
【符号の説明】
１０・・・リングＡ
１２・・・リングＢ
１２ａ、１４ａ・・・耐食材部分
１２ｂ、１４ｂ・・・母材部分
１４・・・リングＣ
２０・・・ウエハ
３０・・・静電チャック
４０・・・シャワーヘッド

Claims

プラズマ処理装置の反応容器内で使用される半導体製造装置用部材であって、使用の際、前記部材表面において最もプラズマ衝撃の大きい場所を含む耐食材部分と、
前記耐食材部分以外の母材部分とを有し、
前記耐食材部分は、前記母材部分を形成する第１の材料より、使用の際の条件において耐プラズマエッチング性の高い第２の材料で形成されていることを特徴とする半導体製造装置用部材。
前記第２の材料は、使用の際の条件において、エッチング速度が前記第１の材料の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用部材。
前記第１の材料は、珪素、または珪素化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置用部材。
前記第１の材料は、珪素、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素物からなる群より選択される一の材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
前記第２の材料は、アルミナ、ジルコニア、ＹＡＧ、イットリア、窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素物および窒化アルミニウムからなる群より選択される一のセラミックス材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
前記半導体製造装置用部材は、
リング形状を有する部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
前記リング形状を有する部材において、
使用の際、プラズマに曝露される前記部材の内周部に、リング状の前記耐食材部分を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置用部材。
前記リング形状を有する部材において、使用の際、プラズマ発生領域端部が前記耐食材部分に接することを特徴とする請求項６または７に記載の半導体製造装置用部材。
前記第１の材料は酸化珪素であり、前記第２の材料はＹＡＧ、イットリアであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
前記プラズマ処理装置は、プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
請求項１に記載の半導体製造装置用部材を製造する方法であって、
前記第１の材料からなる前記母材部分を形成する工程と、
前記第２の材料の原料粉を用いて、前記耐食材部分の成形体を形成する工程と、
前記耐食材部分の成形体を焼成し、焼結体を形成する工程と、
前記母材部分と前記耐食材部分の焼結体とを嵌め合わせ、一体化する工程とを有することを特徴とする半導体製造装置用部材の製造方法。
前記母材部分を形成する工程は、
前記第１の材料の原料粉を用いて成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼成し、焼結体を形成する工程とを有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
前記母材部分を形成する工程は、
前記第１の材料からなるバルク体を機械加工する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
請求項１に記載の半導体製造装置用部材を作製する方法であって、
前記第１の材料の原料紛と前記第２の材料の原料紛とを用いて、前記第１の材料の原料紛を主成分とする第１の領域と前記第２の材料の原料紛を主成分とする第２の領域とを有する一体型成形品を形成する工程と、
前記一体型成形品を焼成し、一体型焼結品を得る工程とを有することを特徴とする半導体製造装置用部材の製造方法。
前記一体型成形品を形成する工程は、
前記第１の材料の原料紛を用いて、前記第１の領域の成形体を形成する工程と、
前記第２の材料の原料紛を用いて、前記第２の領域の成形体を形成する工程と、
前記第１の領域の成形体と前記第２の領域の成形体とを嵌め合わせ、一体化する工程とを有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。
前記一体型成形品を形成する工程は、
型材内に、前記第１の材料の原料紛と前記第２の材料の原料紛とを、前記第２の材料の原料紛が一部の領域に偏るように充填する工程と、
前記型材内に充填された前記第１の材料の原料紛と前記第２の材料の原料紛とをプレス成形する工程とを有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体製造装置用部材の製造方法。