JP2005350685A

JP2005350685A - 基板処理装置の部品及びその製造方法

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Publication number: JP2005350685A
Application number: JP2004169780A
Authority: JP
Inventors: Ryo Kikuchi; 僚菊池; Masanori Kogo; 雅則向後
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】基板処理装置内におけるパーティクルの発生を防ぎ、フッ素系又は塩素系ガス等の腐食性ガスに対する耐食性を増加させた、基板処理装置において使用する部品を提供する。
【解決手段】基材上を金属シリコンとシリカとからなる溶射膜で被覆してなり、溶射膜中の金属シリコン含有量が１〜５０ｗｔ％であることを特徴とする基板処理装置の部品であり、このような溶射膜をもつ部品は、金属シリコンを溶射粉末として用い、大気中または酸素を含む雰囲気下で窒素含有ガスをプラズマガスとして基材上にプラズマ溶射を行うことにより製造することができる。
【選択図】選択図なし

Description

本発明は、シリコンウエハー等の基板を処理する装置において用いられる部品であって、基板への汚染が少ない部品ならびにその製造方法に関するものである。

半導体等の製造におけるプラズマエッチングや、ＣＶＤ装置のクリーニング等には腐食性ガスが多用されている。これら腐食性ガスにはフッ素系、塩素系ガス等が用いられている（例えば特許文献１、２参照）。

この腐食性ガスを用いて、シリコンウエハー等の基板への処理を行なう基板処理装置において、腐食性ガス或いは腐食性ガスを含むプラズマに接触する場所に用いられる、容器、反応（処理）室内壁、各種部品等（以下、総称して部品という）には、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス部材又はアルミニウム、ステンレス等の金属部材が使用されている。しかし、これらの部材は腐食性ガスとしてフッ素系ガスを使用した場合、フッ素系ガスと反応して固体のフッ化物を生成し、装置内でパーティクルを発生する問題があった。

一方、これらの装置に用いられる別の部材として石英ガラスがある（例えば特許文献３参照）。石英ガラスの部材は、フッ素ガスやフッ素プラズマと反応してＳｉＦ_４を生成して昇華して消耗するためパーティクルの発生は非常に少ない。

そこで、セラミックス部材や金属部材の表面に石英ガラスをコーティングすることが考えられる。しかしながら、シリカの溶融スプラットは粘性が高く、低温の基材上では広がりにくいため基材に密着せず、シリカの溶射膜を形成することは容易ではなかった。

特開平５−２９２７５号公報（特許請求の範囲）

特開平１−１１５１２３号公報（特許請求の範囲）特開平１０−２８７９８７号公報（特許請求の範囲）

本発明の目的は、基板処理装置の部品において、装置内におけるパーティクルの発生を防ぎ、且つ腐食性ガスに対する耐蝕性を増加させるため、基材にシリカを主成分とする溶射膜を形成した部品、および当該溶射膜を低温で基材に溶射する製造方法を提供することである。

本発明者らは、上述のような現状に鑑み、鋭意検討を行った結果、基板処理装置に用いる部品の基材上に、酸素を含む雰囲気下で金属シリコンを溶射することによって、シリコンが酸化してシリカとなり、低温でシリカを主成分とする溶射膜を保持した基板処理装置に用いる部品を形成することができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

以下、本発明の基板処理装置の部品について詳細に説明する。

本発明の基板処理装置の部品とは、基材上に、金属シリコンとシリカとが混在する溶射膜を形成した部品である。基材近傍の金属シリコンが、基材とシリカとの両方に密着することにより、低温でシリカを主体とする溶射膜を製造することが可能となる。

本発明の部品を形成する溶射膜において、溶射膜中の金属シリコンの含有量は１〜５０ｗｔ％である。金属シリコンが５０ｗｔ％よりも多いと、シリカの割合が少ないため腐食性ガスに対して耐蝕性を保つ効果が低くなる。また、金属シリコンの含有量が１ｗｔ％未満であるとシリコン粒子がシリカの粒子を密着させる効果が少なくなり、良好な膜の形成が困難である。好ましい金属シリコンの含有量としては、１０〜４５ｗｔ％、更に好ましくは、２０〜４０ｗｔ％である。ここで、金属シリコンの含有量は、例えば、電子線プローブマイクロアナライザーや蛍光Ｘ線分析装置による分析によって、溶射膜中のＳｉ、Ｏの分布を調べ、Ｏの分布のない箇所の割合から求めることができる。

本発明の部品を形成する溶射膜は、金属シリコン層の上にシリカ層が積み重なることを特徴とし、具体的には図１に示すように、基材１０上に金属シリコン層の溶射膜１１が形成され、その上に金属シリコンが酸化したシリカ層の溶射膜１２が積み重なっている。シリカの膜が積み重なることにより、基材の上下で絶縁性をとるのに非常に優れている。

本発明の部品を形成する溶射膜の厚さは、装置内におけるパーティクルの発生防止および腐食性ガスに対する耐蝕性を考慮して適宜決定することができ、好ましくは、５０〜５００μｍである。

上記基板処理装置部品の基材としては、金属、セラミックス、耐熱プラスチック等の様々なものを用いることができる。溶射膜と基材とが良好な密着性を保つため、基材の表面粗さＲａは５μｍ以上が好ましく、更に好ましくは８μｍ以上である。

本発明の基板処理装置部品の製造方法としては、例えば、図２に示すような溶射装置において、基材温度を３００℃〜８００℃とし、溶射粉末２０として、金属シリコン粉末または金属シリコンとシリカとの混合粉末を、少なくとも窒素を含むガスをプラズマガス２５として用いたプラズマジェット２４中に供給し、プラズマ溶射自体は酸素を含む雰囲気下で行なう方法である。この方法によって、シリコン粉末は窒化され、高温で基材２１に衝突後酸素により窒化物が分解・酸化されてシリカ２３となり、基材２１上にシリカを主成分とする、シリカ２３とシリコン２２が混在する溶射膜が形成されると考えられる。

プラズマガスとしては窒素を含有するガスであり、例えば、窒素ガス、空気、窒素ガスに水素ガスを添加した混合ガス等を例示することができる。窒素濃度としては、５０〜１００ｖｏｌ％が好ましい。プラズマガスとして酸素ガスを用いてシリコン粉末を酸化させた場合、粉末の外側のみが酸化して内部は酸化しないために完全なシリカとなっていないと考えられ、得られた溶射膜のプラズマ耐性や絶縁性が充分でない。

本発明の基板処理装置の部品の製造方法として、図３に示すようなプラズマ溶射装置を用いる場合、基材３５と溶射ガン先端にある粉末供給口３３との溶射距離３４を５〜１５ｃｍにし、プラズマガス３２として窒素含有ガスを用い溶射パワーを２５〜４０ｋＷで溶射ガンを基材と平行移動させて金属シリコンを溶射することにより形成される。なお、プラズマを発生させるために、カソード３０およびアノード３１には電源３７が接続されている。

また、本発明の部品を形成する溶射膜は、シリコンとシリカとの混合粉末を原料粉末として溶射することによっても形成可能である。混合粉末は、例えばシリコンとシリカを湿式混合し、スプレードライ法によって乾燥して調製することができる。なお、混合粉末中における金属シリコンの濃度は５０ｗｔ％以上であることが好ましい
粉末供給口３３から供給する原料粉末の平均粒径が大きいと溶射しづらいので、原料粉末の平均粒径（２次粒径）は２０〜６０μｍが望ましい。

溶射の際の基材温度は、３００〜８００℃とする。好ましい基材温度としては、４００〜６００℃である。この基材温度とするためには、溶射距離３４を５〜１０ｃｍにするのがよい。

本発明の製造方法において、溶射した金属シリコンが酸化することにより溶射膜中のシリカ含有率を高めることができるので、溶射の際の雰囲気は、大気下等の酸素を含む雰囲気下で溶射する必要がある。

本発明で用いられる溶射膜は、シリカゾルまたは有機ケイ素化合物からなる封孔剤により封孔されることが望ましい。本発明の製造方法により形成される溶射膜は気孔があり、その封孔処理には金属成分を含まない、有機ケイ素化合物からなる封孔剤を用いるのがよい。例えば、低温での処理でシリカをコーティングすることが可能なポリシラザンやゾルゲル法を用いるのが望ましい。本発明のコーティング方法は、例えば溶射膜を含む基材をコーティング液に浸し、その後１５０〜４５０℃で３０分乾燥することにより封孔処理がなされる。

本発明の基板処理装置の部品は、基材がシリカとシリコンとからなる溶射膜で覆われており、溶射膜はシリカとシリコンで結合されていた粒子が強固に結合し、基材への密着性が良好で層状構造となっており絶縁性も良好である。またプラズマによるエッチングによりパーティクルが発生しにくいので、本発明のシリカ膜をコーティングすることにより金属汚染の少ない基板処理装置の部品を提供することができる。

本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
図３に示すプラズマ溶射装置において、プラズマガス３２としてＮ_２を用い、３０ｋＷのパワーでプラズマを生成させ、溶射距離３４を１０ｃｍとし、原料粉末を供給せずに溶射ガンを４００ｍｍ／秒の速度で石英ガラスからなる基材３５上を移動させて予熱した。

次に、上述と同様の条件でプラズマを発生させながら、金属シリコン（平均粒径：５４μｍ）を溶射粉末供給口３３から供給し、溶射ガンを４００ｍｍ／秒の速度で石英ガラスからなる基材３５上を移動させながら溶射を繰り返して厚さ３００μｍの溶射膜を製造した。この際、エアーによる冷却をしながら溶射中の基材温度を２００℃、４５０℃および６００℃とそれぞれ温度を変えて製膜を行った。石英ガラスからなる基材３５の表面粗さ（Ｒａ）は１０μｍであった。

さらに上記と同様の方法で、石英ガラスからなる基材のかわりに、Ｒａが１０μｍのアルミナ基材を用いて溶射を行った。

上記の方法で溶射を行うと、基材によらず密着性がよく、シリカを主成分とした溶射膜を製造することができた。ここで基材の温度が低いと、溶射膜中のシリカの割合が少なかった。シリカの量が少ない場合は、塩素プラズマに対する耐性が劣っていた。

実施例２
図４に示す溶射装置において、プラズマガスと４７して圧縮空気を用い、他の条件は実施例１と同条件で溶射を行った。

得られた溶射膜は、実施例１と同様にシリカを主成分とする溶射膜であった。

実施例３
実施例２と同様の条件で製膜した溶射膜上に、５ｗｔ％のポリシラザンを含むキシレン溶液をスプレーコーティングし、１５０℃で３０分間熱処理して、溶射膜の封孔処理を行った。

得られた溶射膜は、実施例２より良好な対プラズマ耐性を示した。

比較例１
プラズマガスとしてＡｒを用いて２０ｋＷのパワーで、他の条件は実施例１と同条件で溶射を行った。

得られた溶射膜は実施例１、２と比べるとシリカの割合が少ない溶射膜が得られた。

比較例２
プラズマガスとして酸素を用い、他の条件は実施例２と同条件で溶射を行った。

得られた溶射膜は比較例１と同様に実施例１、２と比べるとシリカの割合が少ない溶射膜であった。

実施例１、２および比較例１、２の条件で、ＳＵＳ基材上に膜厚３００μｍの溶射膜を設け、１ｃｍ^２の電極を溶射膜上と基材上に蒸着し、テスターにより抵抗を測定したところ、本発明で規定するシリコン含有量の範囲において抵抗値が高く、優れた絶縁性を示した。

本発明の部品を形成する溶射膜の断面構造（ＳＥＭ）を示す図である。本発明の部品を構成する溶射膜の形成状態を示す模式図である。本発明の部品における溶射膜を形成する為に用いるプラズマ溶射装置の一例を示す図である。本発明の部品における溶射膜を形成する為に用いる複トーチ型プラズマ溶射装置の一例を示す図である。

符号の説明

１０：基材
１１：金属シリコン溶射膜
１２：シリカ溶射膜
２０：溶射粉末
２１：基材
２２：溶射されたシリコン
２３：溶射によりシリコンが酸化して生じたシリカ
２４：プラズマジェット
２５：プラズマガス
２６：溶射ガン
３０：カソード
３１：アノード
３２：プラズマガス（供給口）
３３：溶射粉末（供給口）
３４：溶射距離
３５：基材
３６：溶射膜
３７：電源
４０：カソード
４１：アノード
４２：プラズマガス（供給口）
４３：溶射粉末（供給口）
４４：溶射距離
４５：金属基材
４６：シリカ溶射膜
４７：プラズマガス（供給口）
４８：主電源
４９：補助電源

Claims

基材上を金属シリコンとシリカとからなる溶射膜で被覆してなり、溶射膜中の金属シリコン含有量が１〜５０ｗｔ％であることを特徴とする基板処理装置の部品。
シリカまたは有機ケイ素化合物からなる封孔剤により溶射膜中の開気孔を封孔したことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置の部品。
シリコンの層とシリカの層が積み重なっていることを特徴とする溶射膜を有する請求項１または２記載の基板処理装置の部品。
金属シリコン粉末または金属シリコンとシリカとの混合粉末を溶射粉末として用いて、酸素を含む雰囲気下で基材温度を３００℃〜８００℃とし、少なくとも窒素を含むガスをプラズマガスとして用いたプラズマ溶射により、金属シリコンとシリカとからなる溶射膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置の部品の製造方法。