JP2004281639A

JP2004281639A - セラミックス部材

Info

Publication number: JP2004281639A
Application number: JP2003069831A
Authority: JP
Inventors: Hirotake Yamada; 裕丈山田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: US7083846B2; JP4040998B2; US20040234824A1

Abstract

【課題】ハロゲンプラズマが生成される反応容器内に少なくとも一部が露出する状態で使用されるセラミックス部材の寿命を延長する。
【解決手段】第１のセラミックス材を主成分とする基材と、基材の反応容器内に面した表面を被覆し、第１のセラミックス材より耐プラズマエッチング性が高い第２のセラミックス材を主成分とする被覆層とを有するセラミックス部材である。さらに、上記被覆層は、ハロゲンプラズマによるエッチング速度が局所的に高い領域に厚膜部を有し、厚膜部の膜厚（ｔｔ）と、及び厚膜部以外の通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）とが、以下の式（１）を満たす。
ｔｎ＜ｔｔ ≦ （Ｅｅ／Ｅｎ）×ｔｎ・・・（１）
ここで、Ｅｎ：通常膜厚部での被覆層のエッチング速度
Ｅｅ：厚膜部での被覆層のエッチング速度
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置内で使用される部材に関し、特にハロゲンプラズマが発生する反応容器内で使用されるセラミックス部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置等の半導体製造用途で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、反応容器内に反応ガスを導入し、そのプラズマ反応により、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は、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ＣＦ_４、ＣＣｌ_４、ＨＦ、ＣｌＦ_３、Ｃｌ_２およびＢＣｌ_２等のハロゲンガスが使用されている。
【０００４】
従って、反応容器内で使用される部材、例えば反応容器の壁を構成する内壁部材や、基板台の周囲に設置される種々のリング部材類は、これらのハロゲンプラズマに対し、十分な耐腐食性を備えることが必要である。
【０００５】
例えば、従来プラズマ処理装置で使用される内壁部材の材料としては、耐ハロゲンプラズマ性を備え、大型焼結体が比較的容易に作製可能なアルミナ焼結体が使用されていた（特許文献）。
【０００６】
【特許文献】
特開２００１−４４１７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来使用されているアルミナ焼結体を用いた部材についても、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生じるため、部材の交換が必要とされていた。また、エッチングされたアルミナは、半導体素子に混入すると不純物となり、素子性能を阻害する要因ともなる。そこで、部材の交換頻度を減らし、メンテナンスコストを下げるとともに半導体素子への不純物の混入を防止するため、ハロゲンプラズマに対してより耐食性の高いセラミックス部材の使用が求められている。
【０００８】
一方、ハロゲンプラズマに対して高い耐食性を有する材料としては、例えばＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）が挙げられるが、アルミナのように大型の焼結体部材を形成することは困難である。そこで、最近、アルミナ焼結体からなる基材の表面に均一な厚みのＹＡＧ被覆層でコーティングし、耐食性を改善した部材の使用が検討され始めている。ＹＡＧ被覆層の厚みを厚くする程、部材の長寿命化が期待できる。
【０００９】
しかしながら、ＹＡＧ等の耐ハロゲンプラズマ材は、一般に靭性が小さく、機械的強度が弱いため、クラックが生じやすい。したがって、厚い被覆層を形成することは困難である。このため、従来の被覆層を用いた部材の長寿命化には限界がある。
【００１０】
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、ハロゲンプラズマが生成される反応容器内に露出面を有するセラミックス部材の寿命をさらに長寿命化することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によるセラミックス部材は、ハロゲンプラズマが生成される反応容器内に少なくとも一部が露出する状態で使用されるセラミックス部材であり、第１のセラミックス材を主成分とする基材と、基材の反応容器内に面した表面を被覆する、第１のセラミックス材より耐プラズマエッチング性が高い第２のセラミックス材を主成分とする被覆層とを有する。被覆層は、ハロゲンプラズマによる被覆層のエッチング速度が局所的に高い領域に厚膜部を有し、その厚膜部の膜厚（ｔｔ）と、厚膜部以外の通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）とが、以下の式（１）を満たすことを特徴とする。
【００１２】
ｔｎ＜ｔｔ ≦ （Ｅｅ／Ｅｎ）×ｔｎ・・・（１）
ここで、Ｅｎ：通常膜厚部での被覆層のエッチング速度
Ｅｅ：厚膜部での被覆層のエッチング速度。
【００１３】
本発明の第２に態様によるセラミックス部材は、ハロゲンプラズマが生成される反応容器内に少なくとも一部が露出する状態で使用されるセラミックス部材であり、第１のセラミックス材を主成分とする基材と、基材の反応容器内に面した表面を被覆する、第１のセラミックス材より耐プラズマエッチング性が高い第２のセラミックス材を主成分とする被覆層する。被覆層は、局所的に厚膜部を有し、その厚膜部の膜厚（ｔｔ）と、厚膜部以外の通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）とが以下の式（２）を満たすことを特徴とする。
【００１４】
ｔｎ＜ｔｔ ≦ ３×ｔｎ・・・（２）
上記本発明の第１または第２の態様によるセラミックス部材によれば、ハロゲンプラズマによるエッチング速度が速い部分に、局所的に被覆層の厚膜部を形成しているため、全面を厚い被覆層で覆う場合に比較し発生する応力の規模を抑制し、クラックの発生を防止できる。したがって、局所的に、厚い被覆層を形成できる。また、厚膜部の厚み（ｔｔ）を通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）より大きくすることで、被覆層の膜厚を均一な膜厚（ｔｎ）にする場合に比較してセラミックス部品の寿命を伸ばすとともに、（（Ｅｅ／Ｅｎ）×ｔｎ）以下、あるいは（３×ｔｎ）以下にすることで、被覆層の寿命が厚膜部の厚みで律速されるよう調整し、厚膜部を不必要に厚くすることによるクラックの発生を防止する。
【００１５】
なお、上記第１または第２の態様によるセラミックス部材において、厚膜部の膜厚（ｔｔ）が８ｍｍ以下であり、かつ通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）が５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
一方、上記第１または第２の態様によるセラミックス部材において、被覆層の表面積が１０^６ｍｍ^２以下である場合は、厚膜部の膜厚（ｔｔ）を１．５ｍｍ以下にすることが好ましい。被覆層の表面積が５×１０^５ｍｍ^２以下である場合は、厚膜部の膜厚（ｔｔ）が３ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、被覆層の表面積が１×１０^５ｍｍ^２以下である場合は、厚膜部の膜厚（ｔｔ）を６ｍｍ以下とすることが好ましい。このように、被覆層の表面積が広くなるほどクラックが生じやすくなるため、表面積が広くなるほど、厚膜部の厚みを薄くすることが好ましい。
【００１７】
上記第１または第２の態様のセラミックス部材において、第１のセラミックス材として、アルミナを使用し、第２のセラミックス材として、イットリアまたはイットリウムとアルミニウムを含む複合酸化物を使用してもよい。あるいは、第１のセラミックス材として窒化珪素又は、窒化アルミニウム又は、炭化珪素を使用し、第２のセラミックス材として、ダイヤモンドを使用してもよい。さらに、第１のセラミックス材として窒化珪素又は、窒化アルミニウム又は、炭化珪素を使用し、第２のセラミックス材としては、アルカリ土類フッ化物を使用してもよい。
【００１８】
上記セラミックス部材は、プラズマ処理装置の反応容器を構成する部材であってもよい。また、厚膜部は、プラズマ発生のための電極設置位置に近接する位置の被覆層に形成されることが好ましい。
【００１９】
上記基材は、略均一な厚みを有するものであってもよい。あるいは、基材の被覆層が形成される側の表面において、局部的に凹部を有し、凹部を被覆する部分に被覆層の厚膜部が形成されてもよい。
【００２０】
上記被覆層は、プラズマ溶射法を用いて形成されるものであってもよい。また、基材および被覆層をゲルキャスト法により成形し、一体として焼成された一体型焼結品であってもよい。
【００２１】
【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セラミックス部材について説明する。
【００２２】
本実施の形態に係るセラミックス部材は、ハロゲンプラズマが生成される反応容器内に少なくとも一部が露出する状態で使用されるセラミックス部材であり、例えば半導体製造用の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セラミックス部材が挙げられる。
【００２３】
図１は、プラズマエッチング装置の反応容器の部分的構造を示す断面図である。円筒状の内壁部材２０とその上に備えられたドーム型の内壁部材１０で、密封可能な反応容器が構成されており、ドーム型内壁部材１０の外周囲には、プラズマを発生させるための電極（高周波コイル）６０が配設されている。
【００２４】
反応容器内の中央下側には基板３０が静電チャック４０上に固定されている。静電チャック４０の周囲には、静電チャック４０および基板３０の側壁をプラズマダメージや腐食ガスから保護するために、円環状のリング部材５０が設置されている。なお、静電チャック４０の代わりに、基板ヒータやあるいはサセプタが使用されることも多い。また、リング部材５０は、単一の部材でなく、複数の部材で構成されていてもよい。
【００２５】
本発明の実施の形態に係る部材の種類は、特に限定されないが、ここでは、プラズマエッチング装置で使用される反応容器の内壁部材１０を例に挙げてその特徴を説明する。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る内壁部材１０は、第１のセラミックス材で形成された基材１１と、この基材１１を被覆する、被覆層１２とを有する。被覆層１２は、基材１１を形成する第１のセラミックス材よりハロゲンプラズマに対する耐食性が高い第２のセラミックス材で形成されている。本実施の形態に係る内壁部材１０の主たる特徴は、被覆層１２の厚みが均一ではなく、ハロゲンプラズマによるダメージが大きい部分に局所的に膜厚の厚い厚膜部１２Ｂを形成している点である。
【００２７】
図１（ａ）に示すプラズマエッチング装置では、プラズマ発生の際には、内壁部材１０の外壁周囲に備えられた電極６０に近接する反応容器内の領域で、特に高密度プラズマが発生しやすい。したがって、電極６０が配設された位置の内壁部材１０の反応容器内に露出する面は、この高密度プラズマによりハロゲンプラズマのダメージを最も受けやすい。すなわち、この部分に形成される被覆層１２のエッチング速度は、他の部分に形成される被覆層１２のエッチング速度より早い。本実施の形態に係る内壁部材１０の被覆層１２は、このエッチング速度の速い部分に局所的に厚膜部１２Ｂを設けている。
【００２８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線の位置より上方を見上げた視点での内壁部材１０の断面図である。ドーム型の内壁部材１０の断面は、ほぼ円形の外形を有しており、厚膜部１２Ｂは、コイル状の電極６０の配設領域に対応する円周部に、電極配設幅より少なくとも広い幅で形成されている。
【００２９】
本実施の形態に係る内壁部材１０では、このようにハロゲンプラズマのエッチング速度が早い領域に被覆層１２の厚膜部１２Ｂを備えているため、内壁部材１０の長寿命化を図ることが可能になる。
【００３０】
具体的に、内壁部材１０の基材１１材料としては、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素等を使用できる。また、基材１１材料としてアルミナを使用した場合は、被覆層１２材料として、アルミナより耐ハロゲンプラズマ性の高い、イットリア、あるいはイットリウムとアルミナの複合酸化物、例えばＹＡＧを使用することが好ましい。また、基材１１として窒化珪素又は、窒化アルミニウム又は、炭化珪素を使用した場合は、被覆層１２として、ダイヤモンド（Ｃ）膜を使用できる。また、基材１１として窒化珪素、窒化アルミニウム又は、炭化珪素を使用した場合は、被覆層１２材料として、アルカリ土類フッ化物を使用することもできる。具体的なアルカリ土類フッ化物としては、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等を例示できる。
【００３１】
被覆層１２を形成する、ＹＡＧやダイヤモンド等の耐ハロゲンプラズマセラミックス材料は一般に高価な材料であり、しかも靭性が小さく、機械的強度が弱い。したがって、基材１１表面全面に厚い膜を作製するのでは材料コストの負担が大きいとともに、膜作製時に被覆層１２との熱膨張係数の相違等に起因しクラックが発生しやすい。これに対し、本実施の形態にかかる内壁部材１０では、プラズマダメージが高い部分にのみ被覆層１２の厚膜部１２Ｂを形成しているので、材料コストを抑えることができ、かつ発生する応力の規模を抑えられるので、クラックの発生を防止することが可能になる。したがって、基材１１表面全面に均一な膜厚を形成する場合より、必要な箇所により厚い被覆層をクラックの発生なく形成できる。
【００３２】
具体的には、厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）、厚膜部以外の通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）が、以下の式（１）を満たすよう調整することが好ましい。
【００３３】
ｔｎ＜ｔｔ ≦ （Ｅｅ／Ｅｎ）×ｔｎ・・・（１）
ここで、Ｅｎ：通常膜厚部１２Ａでの被覆層のエッチング速度
Ｅｅ：厚膜部１２Ｂでの被覆層のエッチング速度。
【００３４】
ハロゲンプラズマによるエッチング速度が高い被覆層１２の領域に、それ以外の領域の通常膜厚部１２Ａより厚い厚膜部１２Ｂを形成することにより従来の寿命を改善できる。一方、厚膜部１２Ｂの厚み（ｔｔ）が通常膜厚部１２Ａの厚み（ｔｎ）の（Ｅｅ／Ｅｎ）倍を超えると、内壁部材１０の寿命は通常膜厚部１２Ａの寿命に律速されるので、厚膜部１２Ｂを設けたことによる寿命延長効果がなくなる。また、不必要に厚くするとクラック発生が生じやすくなり好ましくない。
【００３５】
また、図１に示すようなプラズマエッチング装置の内壁部材１０では、一般的には、（Ｅｅ／Ｅｎ）が３以下であるため、通常膜厚部１２Ａの膜厚（ｔｎ）に対し、厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）は、以下の式（２）を満たすように設定することが好ましい。
【００３６】
ｔｎ＜ｔｔ ≦ ３×ｔｎ・・・（２）
本実施の形態に係る内壁部材１０は、上記（２）式を満たすことにより、厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）を寿命延長効果が有効な範囲内とし、不必要に厚くすることによるクラックの発生を防止できる。
【００３７】
上記（１）式または（２）式を満たす条件において、厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）は８ｍｍ以下であり、かつ通常膜厚部１２Ａの膜厚（ｔｎ）が５ｍｍ以下であることが好ましい。厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）が８ｍｍを越えると、クラックが発生しやすくなるためである。また、通常膜厚部１２Ａの膜厚（ｔｎ）が５ｍｍを越える場合にも、同様にクラックの発生が生じやすくなる。
【００３８】
さらに、上記（１）または（２）式を満たす条件において、被覆層１２の表面積が１×１０^６ｍｍ^２以下であり、かつ厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）が１．５ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。被覆層１２の表面積が広くなるほど、基材１１との熱膨張係数等の相違により発生する応力が増大するため、クラックはより発生しやすくなる。従って、比較的大きい反応容器の内壁部材１０であって、その被覆層の表面積が１×１０^６ｍｍ^２に達するような場合は、厚膜部１２Ｂの膜厚を１．５ｍｍ以下にしなければ、クラックの発生を効果的に防止できない。なお、被覆層１２の表面積が５×１０^５ｍｍ^２以下の場合は、厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）を３ｍｍ以下、被覆層１２の表面積が１×１０^５ｍｍ^２以下の場合は、厚膜部１２Ｂの膜厚（ｔｔ）が６ｍｍ以下であれば、クラックの発生を効果的に防止できる。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る内壁部材１０の製造方法について、代表的な２つの方法について説明する。なお、ここでは、基材１１としてアルミナ焼結体を使用し、被覆層１２としてＹＡＧ層を使用する場合を例にとって説明する。
【００４０】
本実施の形態に係る内壁部材の第１の製造方法は、被覆層をプラズマ溶射法によって形成する方法である。この方法では、まず、基材の焼結体を作製する。すなわち、アルミナ粉末に必要に応じて焼結助剤、バインダー、硬化剤等を添加し、ＣＩＰ（ＣｏｌｄＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）、スリップキャスト、ゲルキャスト等の種々の成形方法を使用して図１に示すドーム型の成形体を形成する。その後、この成形体を大気中で加熱し、脱バインダー処理を行った後に、約１５００℃〜１７００℃で焼成を行い、アルミナ焼結体からなる図１に示す基材１１を得る。次に、プラズマ溶射法を用いて、ドーム型基材１１の内壁面にまず均一にＹＡＧをコーティングする。プラズマ溶射法では、例えば水素とアルゴン混合ガスを含む高温の火炎中にＹＡＧ粉末を供給することにより得たＹＡＧプラズマを基材１１表面に噴きつける。まず、基材１１もしくはＹＡＧプラズマの位置を二次元方向に移動し、基材１１の全面に均一に被覆層を形成する。続いて、内壁面にプラズマ溶射を局所的に行い、厚膜部を形成する。この後、約１５００℃〜１７００℃で焼成を行い、被覆層１２を形成する。プラズマ溶射法を用いて被覆層を形成する場合は、局所的に形成する厚膜部の場所を容易に変更できるため、種々の形状の内壁部材の被覆層形成に容易に適用できる。
【００４１】
本実施の形態に係る内壁部材の第２の製造方法は、ゲルキャスト法を用いて基材および被覆層を形成する方法である。以下、図２および図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して説明する。
【００４２】
まず、被覆層１２の原料となる耐ハロゲンプラズマ材のスラリーと、基材１１の原料となるスラリーをそれぞれ作製する（Ｓ１１、Ｓ２２）。
【００４３】
例えば、原料粉となるＹＡＧの粉末、分散媒、バインダー、および分散剤をトロンメル等で混合し、これに硬化反応を促進する触媒を加えて耐ハロゲンプラズマ材のスラリーを作製する。
【００４４】
また、原料粉となるＡｌ_２Ｏ_３の粉末に、分散媒、バインダー、および分散剤をトロンメルなどを用いて、混合し、これに硬化反応を促進する触媒を加えて、基材原料スラリーを作製する。
【００４５】
次に、図３（ａ）に示すように、金型９１および９２で構成される、被覆層１２の形状の鋳型に、上記耐ハロゲンプラズマ材スラリー１１２を流し込む（Ｓ１２）。金型９１には、厚膜部を形成すべき領域に溝９１Ａが形成されている。
【００４６】
鋳型に注入されたスラリー１１２は、触媒の作用により硬化を開始する。（Ｓ１３）。
【００４７】
耐ハロゲンプラズマ材スラリーの硬化が終了したら、内側の金型９１は、そのままにして、外側の金型９２のみを離型する（Ｓ１４）。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、残った金型９１および硬化により得られたＹＡＧを主成分とする成形体２１２と金型９３とを組み合わせ、基材１０の鋳型を作り、ここへ上記基材原料スラリー（基材スラリー）１１１を流し込む（Ｓ１５）。
【００４９】
鋳型に注入された基材スラリー１１１は、触媒の作用により硬化を開始する（Ｓ１６）。
【００５０】
基材スラリーの硬化が終了したら、金型９１および９３を離型する（Ｓ１７）。こうして、図３（ｃ）に示すような、アルミナを主成分とする基材の成形体２１１と、ＹＡＧを主成分とする被覆層の成形体２１２とからなる一体成形品を得る。
【００５１】
続いて、得られた一体成形品を乾燥し、成形体中の溶剤を揮発させる（Ｓ１８）。さらに、脱バインダー処理を経て、焼成を行い、一体焼結品を得る（Ｓ１９）。
【００５２】
上述するゲルキャスト法を使用すれば、金型を使用するため、基材および被膜層の各寸法の設計値に対する誤差を小さくすることができ、しかも基材と被覆層を一体として焼成できるため、焼成工程が１度ですむ。したがって、複数回の焼成工程を必要とするプラズマ溶射法に較べ、工程を大幅に簡略化できる。
【００５３】
なお、上述するゲルキャスト法では、被覆層１２の成形体を先に形成しているが、基材１１の成形体を先に形成してもよい。
【００５４】
図４は、本実施の形態に係る内壁部材１０の別の態様を示す。図４に示す内壁部材１０も、基材１１の内壁面を被覆層１２で覆っており、被覆層１２が通常膜厚部１２Ａと厚膜部１２Ｂとを有しているが、図４に示すように、基材１１が凹部を有し、この凹部を被覆する箇所に厚膜部１２Ｂが形成されている点で図１に示す内壁部材１０と異なる。なお、その他の条件は上述する内壁部材１０と同じ条件を使用できる。
【００５５】
図４に示す内壁部材１０であれば、内壁面をほぼ平滑な面にすることができる。したがって、被覆層に厚膜部を形成したことによる内壁形状の突出部の存在に起因するプラズマ状態の変動を防止できる。また、突出部、特に角部ではハロゲンプラズマによるエッチングの加速が生じる懸念があるが、これを防止できる。
【００５６】
また、上述するゲルキャスト法を使用すれば、金型の形状を変更するだけで、容易に図４に示す形状の内壁部材を作製することができる。
【００５７】
以上、本実施の形態では、プラズマエッチング装置で使用する内壁部材を例に、説明したが、プラズマエッチング装置に限られず、プラズマクリーニング、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理等の半導体製造プロセスで使用される種々のプラズマ処理装置の内壁部材にも適用される。
【００５８】
また、内壁部材１０の形状は、半導体製造装置の形状によって種々の形状を採り得るため、図１に示すようなドーム型に限られず、円筒型や、直方体型であってもよい。
【００５９】
さらに、プラズマが発生する密閉容器内に露出面を有する部材であれば、半導体製造装置に限られず適用できる。したがって、ハロゲンランプやメタルハライドランプのように、密封された発光管中にハロゲン物質を含むランプの発光管壁を構成する透光性セラミックス部材にも適用することができる。例えば、発光管壁基材を透明なアルミナ焼結体で形成し、その内壁表面にＹＡＧの被覆層を形成する。さらに、放電時に発光管内に形成されるアークに近接する領域の被覆層に厚膜部を形成することにより、発光管壁の寿命を延長することができる。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の効果を行う上で行った検討例について説明する。
【００６１】
図５に示すような直径３００ｍｍの円盤状のアルミナ焼結体からなる基材３１１の片面にＹＡＧ焼結体からなる被覆層３１２を形成した部材サンプル３１０を、以下の条件で作製した。被覆層３１２には、内径１００ｍｍ、外径１５０ｍｍのリング状の厚膜部３１２Ｂを形成した。
【００６２】
なお、被覆層３１２の面積、被覆層の通常膜厚部３１２Ａの膜厚、および厚膜部３１２Ｂの膜厚は、図６の表１に示す条件を使用した。
【００６３】
まず、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、バインダー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、被覆層用の耐ハロゲンプラズマ材スラリーを作製した。
【００６４】
また、Ａｌ_２Ｏ_３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、バインダー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、基材スラリーを作製した。
【００６５】
次に、図３（ａ）に示すように、金型９１および９２で構成される、被覆層１２の形状の鋳型に、作製した被覆層用耐ハロゲンプラズマ材スラリーを流し込み、硬化させた。この後、外側の金型９２のみを離型した。図３（ｂ）に示すように、残った金型９１および硬化により得られたＹＡＧを主成分とする成形体２１２と金型９３で構成する基材１０の鋳型に、基材原料スラリー１１１を流し込み、硬化させた。こうして、アルミナを主成分とする基材の成形体２１１と、ＹＡＧを主成分とする被覆層の成形体２１２からなる一体成形品を得た。
【００６６】
続いて、得られた一体成形品を２００℃で乾燥した。さらに、脱バインダー処理を経て、１６５０℃で焼成を行い、図５に示す一体焼結品である部材サンプル３１０を得た。
【００６７】
サンプルの評価は（１）製造後の被覆層におけるクラック発生の有無と、（２）ハロゲンプラズマに対する寿命について行った。
【００６８】
具体的には、（１）クラックの発生の有無は、被覆層表面に赤インクを塗り、クラックに赤インクを浸透させることでクラックの存在が目立つように処理し、目視によりクラック発生の有無を確認した。
【００６９】
また、（２）ハロゲンプラズマに対する寿命は以下の条件を用いて測定した。すなわち、得られたサンプル３１０を密閉反応容器内に入れ、厚膜部３１２Ｂが形成された領域に相当する基材３１１の裏面に電極を設置し、バイアス電圧をかけ、反応容器内でＣｌ_２ハロゲンプラズマを発生させ、被覆層３１２の厚膜部３１２Ｂ（以下、電極部という）と通常厚膜部３１２Ａ（以下、通常部という）におけるそれぞれのハロゲンプラズマによるエッチング速度から耐ハロゲンプラズマ寿命を評価した。反応容器内を０．１Ｔｏｒｒに設定し、キャリアガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスとともに塩素（Ｃｌ_２）ガスを導入した。ＡｒガスおよびＣｌ_２の流量は、それぞれ１００ｓｃｃｍ、および３００ｓｃｃｍとした。反応容器内はヒーター等での外部加熱を実施していないが、サンプル表面はプラズマガスからの入熱により数百度になっているものと思われる。また、バイアス電圧として３１０Ｖ印加し、ＲＦ８００Ｗの条件で、プラズマの発生を行った。結果は表１￣４に示した。
【００７０】
＜結果＞
（サンプル１〜９について）
サンプル１は、従来の内壁部材で使用されてきた条件とほぼ同じ構成を有するサンプルである。アルミナ焼結体からなる基材上に、厚み０．２ｍｍの均一な膜厚の被覆層を形成した。電極部の被覆層では、それ以外の領域（以下、ここでは「通常部」と呼ぶ）の被覆層に比べエッチング速度が約３倍であり、サンプルの総寿命は電極部の被覆層の寿命で決まった。
【００７１】
これに対し、サンプル２〜９では、被覆層の通常部の厚み（ｔｎ）は０．２ｍｍのまま、電極部の被覆層の膜厚（ｔｔ）を０．３ｍｍ〜０．９ｍｍにそれぞれ設定した。厚膜部の厚み（ｔｔ）を増すと、寿命は延長された。しかし、厚膜部の厚み（ｔｔ）が、通常部の厚み（ｔｎ）の３倍を超えると、被覆層の総合寿命は、通常部の厚み（ｔｔ）で決まるため、寿命延長率は飽和した。
【００７２】
以上の結果より、通常部の膜厚（ｔｎ）と電極部の膜厚（ｔｔ）は、通常部でのエッチング速度（Ｅｎ）と、電極部のエッチング速度（Ｅｅ）との比を（Ｅｎ／Ｅｅ）とすると、電極部の膜厚は（ｔｔ）は、以下の式を満たすことが望ましい。
【００７３】
ｔｎ＜ｔｔ ≦ （Ｅｎ／Ｅｅ）
（サンプル１０〜３７について）
サンプル１０〜１３では、通常部の膜厚（ｔｎ）を０．５ｍｍとし、電極部の膜厚（ｔｔ）との膜厚比を１．５〜３とする範囲でそれぞれのサンプルを作製した。サンプル１４〜１７では、通常部の膜厚（ｔｎ）を１ｍｍとし、電極部の膜厚（ｔｔ）との膜厚比を１．５〜３とする範囲でそれぞれのサンプルを作製した。サンプル１８〜２１では、通常部の膜厚（ｔｎ）を２ｍｍとし、電極部の膜厚（ｔｔ）との膜厚比を１．５〜３とする範囲でそれぞれのサンプルを作製した。いずれのサンプルでもクラックの発生は見られず、サンプル１に比較し寿命を延長させることができた。
【００７４】
サンプル２２〜２５では、通常部の膜厚（ｔｎ）を３ｍｍとし、電極部の膜厚（ｔｔ）との膜厚比を１．５〜３とする範囲でそれぞれのサンプルを作製した。電極部の膜厚（ｔｔ）が４．５ｍｍ〜７．５ｍｍであるサンプル２２〜２４では、クラックの発生は見られず、寿命の延長効果も得られたが、電極部の膜厚（ｔｔ）が９ｍｍであるサンプル２５では厚膜部でクラックが発生した。したがって、少なくともクラックの発生を防止するには電極部の膜厚が８ｍｍ以下とすることが望ましいといえる。
【００７５】
サンプル２６〜２９では、通常部の膜厚（ｔｎ）を４ｍｍとし、電極部の膜厚（ｔｔ）との膜厚比を１．５〜３とする範囲で、それぞれのサンプルを作製した。電極部の膜厚が８ｍｍ以上の場合に、厚膜部（電極部）でクラックが発生した。
【００７６】
サンプル３０〜３３では、通常部の膜厚（ｔｎ）を５ｍｍとし、電極部の膜厚（ｔｔ）との膜厚比を１．５〜３とする範囲でそれぞれのサンプルを作製したが、電極部の膜厚が８ｍｍ以上の場合に、厚膜部（電極部）でクラックが発生した。
【００７７】
サンプル３４〜３７では、通常部の膜厚（ｔｎ）を６ｍｍとし、電極部の膜厚（ｔｔ）との膜厚比を１．５〜３とする範囲でそれぞれのサンプルを作製したが、通常部および厚膜部（電極部）の両方でクラックが発生した。
【００７８】
したがって、少なくともクラックの発生を防止するには、電極部の膜厚が８ｍｍ以下、通常部の膜厚が５ｍｍ以下であることが望ましいことが確認できた。
【００７９】
（サンプル３８〜５７について）
サンプル３８〜５７では、通常部の膜厚（ｔｎ）と電極部の膜厚（ｔｔ）との比を３に固定し、電極部の膜厚を６ｍｍ以下とする条件で、各部の膜厚を条件を設定した。また、被覆層の面積を１×１０^６ｍｍ^２〜１×１０^４ｍｍ^２の範囲で設定した。
【００８０】
サンプル３８〜４１では、被覆層の面積を１×１０^６ｍｍ^２に設定したところ、電極部の膜厚が３ｍｍであるサンプル４０、および電極部の膜厚が６ｍｍであるサンプル４１でクラックが発生した。この結果より、被覆層の面積が広くなるとクラックが発生しやすくなるため、被覆層の面積が１×１０^６ｍｍ^２以下の範囲では、クラックの発生を防止するためには少なくとも電極部（厚膜部）の厚みが１．５ｍｍ以下であることが好ましいといえる。
【００８１】
サンプル４２〜４５では、被覆層の面積を５×１０^５ｍｍ^２に設定したところ、電極部の膜厚が６ｍｍであるサンプル４５でクラックが発生した。したがって、被覆層の面積が５×１０^５ｍｍ^２以下の範囲では、クラックの発生を防止するためには少なくとも電極部（厚膜部）の厚みが３ｍｍ以下であることが好ましいといえる。
【００８２】
サンプル４６〜４９では、被覆層の面積を１×１０^５ｍｍ^２に、サンプル５０〜５７では、被覆層の面積を１×１０^４ｍｍ^２に設定したところ、被覆層でのクラックの発生はなかった。なお、被覆層面積が１×１０^４ｍｍ^２に設定されていたサンプル１〜３７の結果も合わせて考慮すると、被覆層の面積が１×１０^４ｍｍ^２以下の範囲では、クラックの発生を防止するためには少なくとも電極部（厚膜部）の厚みが６ｍｍ以下であることが好ましいといえる。
【００８３】
以上、実施の形態および実施例に沿って本発明のセラミックス部材について説明したが、本発明は、これらの実施の形態および実施例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。
【００８４】
【発明の効果】
以上に説明するように、本発明のセラミックス部材は、耐ハロゲンプラズマ性を持つ被覆層の一部に局所的に厚膜部を形成しているので、クラックの発生を防止し、ハロゲンプラズマに対する部材寿命を延長できる。したがって、部材の取替え頻度を低減し、プラズマ処理装置等のメンテナンスコストを下げることができる。また、高価な耐ハロゲンプラズマ材を使用する場合にも、厚膜部の形成は限定された領域のみに行うため、材料コストの増大も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング装置で使用される各種セラミックス部材の例を示す装置概略断面図である。本発明の実施の形態に係るドーム型内壁部材１０の内壁面構成を示す内壁部材の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る、ゲルキャスト法を用いた内壁部材の製造方法を示す工程フロー図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る、ゲルキャスト法を用いた内壁部材の製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る別の態様のドーム型内壁部材の構成を示す装置断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る内壁部材サンプルの構成を示す装置断面図である。
【図６】内壁部材サンプルを用いた検討結果を示す表１である。
【図７】内壁部材サンプルを用いた検討結果を示す表２である。
【図８】内壁部材サンプルを用いた検討結果を示す表３である。
【図９】内壁部材サンプルを用いた検討結果を示す表４である。
【符号の説明】
１０・・・内壁部材
１１、３１２・・・被覆層
１２、３１１・・・基材
３０・・・基板
４０・・・静電チャック
５０・・・リング部材
６０・・・電極
９１、９２、９３・・・金型
１１１、１１２・・・スラリー
１１２、２１２・・・成形体

Claims

ハロゲンプラズマが生成される反応容器内に少なくとも一部が露出する状態で使用されるセラミックス部材であって、
第１のセラミックス材を主成分とする基材と、
前記基材の反応容器内に面した表面を被覆し、前記第１のセラミックス材より耐プラズマエッチング性が高い第２のセラミックス材を主成分とする被覆層とを有し、
前記被覆層は、前記ハロゲンプラズマによる前記被覆層のエッチング速度が局所的に高い領域に厚膜部を有し、前記厚膜部の膜厚（ｔｔ）、及び前記厚膜部以外の通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）が、以下の式（１）を満たすことを特徴とするセラミックス部材、
ｔｎ＜ｔｔ ≦ （Ｅｅ／Ｅｎ）×ｔｎ・・・（１）
ここで、Ｅｎ：前記通常膜厚部での被覆層のエッチング速度
Ｅｅ：前記厚膜部での被覆層のエッチング速度。
ハロゲンプラズマが生成される反応容器内に少なくとも一部が露出する状態で使用されるセラミックス部材であって、
第１のセラミックス材を主成分とする基材と、
前記基材の反応容器内に面した表面を被覆し、前記第１のセラミックス材より耐プラズマエッチング性が高い第２のセラミックス材を主成分とする被覆層であって、局所的に厚膜部を有し、前記厚膜部の膜厚（ｔｔ）、及び前記厚膜部以外の通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）が以下の式（２）を満たすことを特徴とするセラミックス部材。
ｔｎ＜ｔｔ ≦ ３×ｔｎ・・・（２）
前記厚膜部の膜厚（ｔｔ）が８ｍｍ以下であり、かつ前記通常膜厚部の膜厚（ｔｎ）が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス部材。
前記被覆層の表面積が１×１０^６ｍｍ^２以下であり、かつ前記厚膜部の膜厚（ｔｔ）が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス部材。
前記被覆層の表面積が５×１０^５ｍｍ^２以下であり、かつ前記厚膜部の膜厚（ｔｔ）が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１また２に記載のセラミックス部材。
前記被覆層の表面積が１×１０^５ｍｍ^２以下であり、かつ前記厚膜部の膜厚（ｔｔ）が６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス部材。
前記第１のセラミックス材は、アルミナであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記第２のセラミックス材は、イットリア、またはイットリウムとアルミニウムを含む複合酸化物であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記第１のセラミックス材は、窒化珪素又は、窒化アルミニウム又は、炭化珪素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記第２のセラミックス材は、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１〜６、および９のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記第２のセラミックス材は、アルカリ土類フッ化物であることを特徴とする請求項１〜６、９のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
プラズマ処理装置の反応容器内壁を構成する部材であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記厚膜部は、プラズマ発生のための電極設置位置に近接する被覆層に形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記基材は、略均一な厚みを有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記基材は、前記被覆層が形成される側の表面において、局部的に凹部を有し、前記凹部を被覆する部分に前記被覆層の前記厚膜部が形成されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記被覆層は、プラズマ溶射法を用いて形成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
前記基材および前記被覆層は、ゲルキャスト法により成形され、一体として焼成された一体型焼結品であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセラミックス部材。