JP2009107864A - Parts for manufacturing semiconductor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide parts for manufacturing semiconductor which can maintain high performance and high reliability of the semiconductor. <P>SOLUTION: The parts are made by providing a substrate 1 comprised of silicon nitride crystal particles 3 and grain boundaries and composed of a silicon nitride sintered compact having a relative density of at least 98%, by removing the grain boundaries from the outer layer of the substrate 1 and providing a porous layer 5 having three-dimensionally connected silicon nitride crystal particles 3 on the substrate 1, wherein even when conveying silicon wafers laid on the porous layer 5, the silicon wafers do not contact with elements, for example rare earth elements, aluminium or the like, which would conventionally constitute grain boundaries, thereby the silicon wafers are not contaminated and the performance and the reliability of the semiconductor are not dameaged. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造用部品に関し、特にシリコンウエハを支持または搬送するための半導体製造用部品に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing component, and more particularly to a semiconductor manufacturing component for supporting or transporting a silicon wafer.

半導体装置の製造工程において、シリコンウエハを支持または保持するためのサセプタ、静電チャックや、これらを載せ可動部を有する支持台、絶縁リングとして、あるいは各種治具等の半導体製造用部品には主にアルミナ等のセラミックスが用いられている。   In the manufacturing process of a semiconductor device, a semiconductor manufacturing component such as a susceptor for supporting or holding a silicon wafer, an electrostatic chuck, a support base on which these are mounted, an insulating ring, or various jigs are mainly used. In addition, ceramics such as alumina are used.

アルミナセラミックスは比較的に安価で、化学的にも安定なため広く使用されている。しかしながら、アルミナセラミックスは、密度が4.0g/cmと重く、また熱膨張率も20〜40℃において5×10−6/℃と大きいため、微細加工を行う際には温度に対する変形が大きく、精度が低下して不良が発生するという問題があった。 Alumina ceramics are widely used because they are relatively inexpensive and chemically stable. However, since alumina ceramics are heavy with a density of 4.0 g / cm 3 and have a large coefficient of thermal expansion of 5 × 10 −6 / ° C. at 20 to 40 ° C., deformation due to temperature is large when performing microfabrication. There is a problem that the accuracy is lowered and a defect occurs.

そこで、最近では、このような半導体製造用部品を、窒化珪素焼結体によって形成することが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。このような窒化珪素焼結体は、軽量、低熱膨張率に加えて、高純度かつ高強度であり、半導体製造用部品として提案されている。   Therefore, recently, it is known that such a semiconductor manufacturing component is formed of a silicon nitride sintered body (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Such a silicon nitride sintered body has high purity and high strength in addition to light weight and low thermal expansion coefficient, and has been proposed as a component for semiconductor manufacturing.

このような窒化珪素焼結体は、一般に焼結助剤としてY等の希土類酸化物や、所望により酸化アルミニウム等との組み合わせにより、その焼結性が高められ、高密度化され、それにより、強度及び破壊靭性の高い焼結体が得られる。 Such a silicon nitride sintered body is generally increased in its sinterability and densified by a combination with rare earth oxides such as Y 2 O 3 as a sintering aid, and optionally aluminum oxide. Thereby, a sintered body having high strength and high fracture toughness can be obtained.

尚、特許文献3には、アルミニウム溶湯用部材として、窒化珪素焼結体の表面をエッチングして粒界相を除去し、5〜300μmの厚みの多孔質層を形成したことが開示されている。   Patent Document 3 discloses that as a member for molten aluminum, the surface of a silicon nitride sintered body is etched to remove the grain boundary phase, thereby forming a porous layer having a thickness of 5 to 300 μm. .

また、特許文献4には、アルミナ基材の表面を化学エッチングして、表面粗さRaを4〜10μmとした半導体製造用部材が開示され、特許文献5には、アルミナ基材の表面を化学エッチングして、20〜60%の気孔率を有し、気孔の深さが10〜100μmの表層を有する半導体製造用部材が開示されている。
特開2001−302353号公報 特開2007−39306号公報 特開2005−177850号公報 特開2006−8474号公報 特開2006−13288号公報
Patent Document 4 discloses a semiconductor manufacturing member in which the surface of an alumina base material is chemically etched to have a surface roughness Ra of 4 to 10 μm. Patent Document 5 discloses a surface of the alumina base material. A semiconductor manufacturing member having a surface layer with a porosity of 20 to 60% and a porosity of 10 to 100 μm by etching is disclosed.
JP 2001-302353 A JP 2007-39306 A JP 2005-177850 A JP 2006-8474 A JP 2006-13288 A

しかしながら、窒化珪素焼結体は、一般に焼結助剤としてY等の希土類酸化物や、所望により酸化アルミニウム等との組み合わせにより、その焼結性が高められており、特許文献1、2の半導体製造装置では、粒界相としての、例えば希土類元素、アルミニウム等の元素が、シリコンウエハを支持または保持する際にシリコンウエハを汚染し、半導体の性能や信頼性を損ねたりするという問題があった。 However, the silicon nitride sintered body is generally enhanced in sinterability by combining with rare earth oxides such as Y 2 O 3 as a sintering aid, and aluminum oxide if desired. In the semiconductor manufacturing apparatus 2, for example, an element such as a rare earth element or aluminum as a grain boundary phase contaminates the silicon wafer when supporting or holding the silicon wafer and impairs the performance or reliability of the semiconductor. was there.

尚、特許文献3には、アルミニウム溶湯用部材が記載されているものの、多孔質層を有する窒化珪素焼結体を半導体製造装置に用いる点については記載されていない。   In addition, although the member for aluminum melt is described in patent document 3, the point which uses the silicon nitride sintered compact which has a porous layer for a semiconductor manufacturing apparatus is not described.

本発明は、半導体の性能や信頼性を高く維持できる半導体製造用部品を提供することを目的とするものである。   An object of this invention is to provide the component for semiconductor manufacture which can maintain the performance and reliability of a semiconductor highly.

本発明の半導体製造用部品は、窒化珪素結晶粒子と粒界相とからなり、相対密度が98%以上の窒化珪素焼結体からなる基体に、該基体の表層の前記粒界相を除去して、前記窒化珪素結晶粒子が3次元的に連結した多孔質層を設けてなることを特徴とする。   The semiconductor manufacturing component of the present invention comprises a silicon nitride sintered body having a relative density of 98% or more, and the grain boundary phase on the surface layer of the base is removed from the base made of silicon nitride crystal grains and a grain boundary phase. In addition, a porous layer in which the silicon nitride crystal particles are three-dimensionally connected is provided.

このような半導体製造用部品では、多孔質層は窒化珪素結晶粒子と、該窒化珪素結晶粒子の粒界に3次元的に連続して形成された空隙とから構成されており、粒界相が存在しないため、多孔質層上にシリコンウエハを載置し、搬送する場合であっても、従来の粒界相を構成する、例えば希土類元素、アルミニウム等の元素がシリコンウエハと接触することがなく、これによりシリコンウエハを汚染し、半導体の性能や信頼性を損ねたりすることがない。   In such a semiconductor manufacturing component, the porous layer is composed of silicon nitride crystal particles and voids formed three-dimensionally continuously at the grain boundaries of the silicon nitride crystal particles. Since it does not exist, even when a silicon wafer is placed on the porous layer and transported, elements such as rare earth elements and aluminum constituting the conventional grain boundary phase do not come into contact with the silicon wafer. This prevents contamination of the silicon wafer and impairs the performance and reliability of the semiconductor.

また、相対密度98%以上の窒化珪素焼結体からなる基体の存在により、高い剛性を有し、強度を向上できるとともに、低熱膨張係数を有する。しかも、基体の表面に、窒化珪素結晶粒子と、該窒化珪素結晶粒子の粒界に3次元的に連続して形成された空隙とを含む多孔質層を設けたため、軽量化を図ることができるとともに、多孔質層は粒界相が存在していないため、上記したように、窒化珪素以外の不純物量を殆ど無くすことができ、シリコンウエハの汚染を防止することができる。   In addition, the presence of a substrate made of a silicon nitride sintered body having a relative density of 98% or more has high rigidity, can improve strength, and has a low thermal expansion coefficient. In addition, since a porous layer including silicon nitride crystal particles and voids formed three-dimensionally continuously at the grain boundaries of the silicon nitride crystal particles is provided on the surface of the substrate, the weight can be reduced. In addition, since the porous layer has no grain boundary phase, as described above, the amount of impurities other than silicon nitride can be almost eliminated, and contamination of the silicon wafer can be prevented.

特に、微粒の窒化珪素結晶粒子の先端で、シリコンウエハを支持または保持する場合には、半導体製造用部品との接触が点接触となるため汚染をさらに防止できる。   In particular, when the silicon wafer is supported or held at the tip of the fine silicon nitride crystal particles, the contact with the semiconductor manufacturing component becomes a point contact, thereby further preventing contamination.

また、本発明の半導体製造用部品は、前記多孔質層の窒化珪素結晶粒子の表面に、酸化珪素が存在することを特徴とする。このような半導体製造用部品では、多孔質層の窒化珪素結晶粒子同士の結合が強化され、多孔質層の強度を向上できる。これにより、半導体製造用部品の信頼性を向上することができる。   In the semiconductor manufacturing component of the present invention, silicon oxide is present on the surface of the silicon nitride crystal particles of the porous layer. In such a semiconductor manufacturing component, the bonding between the silicon nitride crystal particles in the porous layer is strengthened, and the strength of the porous layer can be improved. Thereby, the reliability of the semiconductor manufacturing component can be improved.

さらに、本発明の半導体製造用部品は、前記多孔質層の窒化珪素結晶粒子の先端は、丸みを帯びていることを特徴とする。このような半導体製造用部品では、窒化珪素結晶粒子の先端が丸みを帯びて滑らかになるため、シリコンウエハに傷を付けることを抑制することができる。   Furthermore, the semiconductor manufacturing component of the present invention is characterized in that the tips of the silicon nitride crystal particles of the porous layer are rounded. In such a semiconductor manufacturing component, the tips of the silicon nitride crystal particles are rounded and smooth, so that the silicon wafer can be prevented from being damaged.

多孔質層の厚みは0.01〜0.7mm、好ましくは0.02〜0.6mm、さらに好ましくは0.03〜0.5mmが望ましい。   The thickness of the porous layer is 0.01 to 0.7 mm, preferably 0.02 to 0.6 mm, more preferably 0.03 to 0.5 mm.

本発明の半導体製造用部品は、基体の存在により高い剛性を有し、強度を向上できるとともに、低熱膨張係数を有する。しかも、基体の表層に多孔質層を設けたため、軽量化を図ることができるとともに、多孔質層は粒界相が存在していないため、上記したように、窒化珪素以外の不純物量を殆ど無くすことができ、シリコンウエハの汚染を防止することができる。   The semiconductor manufacturing component of the present invention has high rigidity due to the presence of the substrate, can improve strength, and has a low coefficient of thermal expansion. Moreover, since the porous layer is provided on the surface layer of the substrate, the weight can be reduced, and the porous layer has no grain boundary phase. And contamination of the silicon wafer can be prevented.

本発明を、図を用いて説明する。図1は、本発明の半導体製造用部品の表面近傍を示す概略断面図である。図1によれば、本発明の半導体製造用部品は、基体1と、基体1の表面に設けられた多孔質層5とによって構成されており、多孔質層5の表面にシリコンウエハが載置される。   The present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the vicinity of the surface of a semiconductor manufacturing component according to the present invention. According to FIG. 1, the semiconductor manufacturing component of the present invention includes a base body 1 and a porous layer 5 provided on the surface of the base body 1, and a silicon wafer is placed on the surface of the porous layer 5. Is done.

基体1は、焼結助剤を1〜20質量%の割合で含み、相対密度が98%以上の窒化珪素焼結体であることが、耐熱衝撃性及び強度の点から望ましい。特に、基体1の窒化珪素焼結体の強度は、シリコンウエハを支持または保持する場合には、それほど応力が発生しないため、室温における内部の切り出し強度は200MPa以上であれば良い。   The substrate 1 is preferably a silicon nitride sintered body containing a sintering aid in a proportion of 1 to 20% by mass and having a relative density of 98% or more from the viewpoint of thermal shock resistance and strength. In particular, the strength of the silicon nitride sintered body of the substrate 1 does not generate much stress when supporting or holding a silicon wafer, and the internal cutout strength at room temperature may be 200 MPa or more.

焼結助剤としては公知の成分を用いることができる。例えば、Y、Er、Yb、Luなどの周規律表第3a族元素の酸化物や、Al、Mgなどの酸化物を用いることができるが、焼結性の促進の点から第3a族元素の酸化物が優れている。これらの焼結助剤成分を酸化物換算の合量が窒化珪素に対して1〜20質量%の割合となるように配合すれば良い。   Known components can be used as the sintering aid. For example, an oxide of a group 3a element such as Y, Er, Yb, or Lu, or an oxide such as Al or Mg can be used. From the viewpoint of promoting sinterability, the group 3a element can be used. The oxide is excellent. What is necessary is just to mix | blend these sintering adjuvant components so that the total amount of oxide conversion may become a ratio of 1-20 mass% with respect to silicon nitride.

焼結助剤の含有量が1質量%未満では緻密化が不十分となり、充分な強度が得られず、また、20質量%を超えると粒界の絶対量が大きくなるため、多孔質層5による空隙量が増大し、耐衝撃性や表面強度が低下する。そのため、充分な強度を有し、且つ多孔質層5の剥離及び欠損をより改善するため、特に2〜15質量%、更には3〜10質量%であることが望ましい。   If the content of the sintering aid is less than 1% by mass, the densification is insufficient and sufficient strength cannot be obtained, and if it exceeds 20% by mass, the absolute amount of the grain boundary becomes large. The amount of voids increases due to the impact resistance and surface strength. Therefore, in order to have sufficient strength and to further improve the peeling and deficiency of the porous layer 5, the content is particularly preferably 2 to 15% by mass, and more preferably 3 to 10% by mass.

多孔質層5の窒化珪素結晶粒子3の平均粒径は、基体1を構成する窒化珪素焼結体の窒化珪素結晶粒子の平均粒径と略同一であることが望ましい。基体1と多孔質層5との窒化珪素結晶の平均粒径を略同一にすることにより、剥離しにくい構造となり、また、強度の極端な低下も招かない。図1に示したように、多孔質層5の窒化珪素結晶粒子3の下端部が基体1に埋設されていることが望ましい。尚、窒化珪素結晶粒子3は六角柱状をしている。   It is desirable that the average particle diameter of the silicon nitride crystal particles 3 in the porous layer 5 is substantially the same as the average particle diameter of the silicon nitride crystal particles of the silicon nitride sintered body constituting the substrate 1. By making the average particle diameters of the silicon nitride crystals of the substrate 1 and the porous layer 5 substantially the same, the structure is difficult to peel off, and the strength is not drastically reduced. As shown in FIG. 1, it is desirable that the lower end portion of the silicon nitride crystal particles 3 of the porous layer 5 is embedded in the substrate 1. The silicon nitride crystal particles 3 have a hexagonal column shape.

なお、本発明における上記略同一とは、多孔質層5の窒化珪素結晶粒子3の平均粒径ALが、基体1の窒化珪素結晶粒子の平均粒径ASに対して0.95AS≦AL≦1.05AS関係式を満たす程度の値を意味する。   In the present invention, the term “substantially identical” means that the average particle size AL of the silicon nitride crystal particles 3 of the porous layer 5 is 0.95 AS ≦ AL ≦ 1 with respect to the average particle size AS of the silicon nitride crystal particles of the substrate 1. .05AS means a value that satisfies the relational expression.

また、多孔質層5は、窒化珪素結晶粒子3と、それを3次元的に取り巻く空隙4とからなることが重要である。多孔質層5は、シリコンウエハに直接接する多孔質層の表面2から特定の深さにわたり、窒化珪素質結晶粒子3の粒界に存在する焼結助剤や不純物を含む粒界相を除去し、空隙を3次元的に形成することによって作製することができる。   Further, it is important that the porous layer 5 is composed of the silicon nitride crystal particles 3 and the voids 4 surrounding the silicon nitride crystal particles 3 three-dimensionally. The porous layer 5 removes the grain boundary phase containing the sintering aid and impurities existing at the grain boundary of the silicon nitride crystal grain 3 from the surface 2 of the porous layer in direct contact with the silicon wafer to a specific depth. It can be produced by forming the voids three-dimensionally.

このように、内部に高強度、高耐衝撃性の焼結体があり、その焼結体と一体的に焼結してなる窒化珪素結晶3が3次元的に結合してなり、その窒化珪素結晶粒子3の粒界が3次元的に形成されている構造を採用しているため、焼結助剤のない多孔質層5の表面2にシリコンウエハが載置されても、希土類元素、アルミニウム等の元素がシリコンウエハと接触することがなく、これによりシリコンウエハを汚染し、半導体の性能や信頼性を損ねたりすることがない。また、空隙が多くても窒化珪素結晶粒子が基体1から連続して、しかも3次元的に焼結して一体化しているため、基体1から多孔質層5が剥離しにくく、信頼性の高い半導体製造用部品を実現できる。尚、基体に多孔質層を設けた本発明の半導体製造用部品は、液晶パネル製造用部品としても用いることができる。   Thus, there is a sintered body with high strength and high impact resistance inside, and the silicon nitride crystal 3 formed by sintering integrally with the sintered body is three-dimensionally bonded, and the silicon nitride Since the structure in which the grain boundaries of the crystal grains 3 are formed three-dimensionally is adopted, even if a silicon wafer is placed on the surface 2 of the porous layer 5 without the sintering aid, rare earth elements, aluminum Such an element does not come into contact with the silicon wafer, so that the silicon wafer is not contaminated and the performance and reliability of the semiconductor are not impaired. Further, even if there are many voids, the silicon nitride crystal particles are continuous from the substrate 1 and are three-dimensionally sintered and integrated, so that the porous layer 5 is difficult to peel off from the substrate 1 and is highly reliable. A semiconductor manufacturing component can be realized. The semiconductor manufacturing component of the present invention in which a porous layer is provided on a substrate can also be used as a liquid crystal panel manufacturing component.

本発明における「3次元的に連続する」との意味は、研磨面等の平面上ではかならずしも連続ではないものの、3次元における連続性を有し、空間的に連結していることを意味している。即ち、窒化珪素結晶粒子の粒界に形成された空隙4は連結しており、粒界相が全く又はほとんどない状態になっている。また、窒化珪素結晶粒子は、各結晶粒子の少なくとも一部が隣接する他の結晶粒子と部分的に焼結して一体化され、部分的に連結した状態が連なって3次元的に一体化している状態にある。   The meaning of “three-dimensionally continuous” in the present invention means three-dimensional continuity and spatial connection, though not necessarily continuous on a flat surface such as a polished surface. Yes. That is, the voids 4 formed at the grain boundaries of the silicon nitride crystal grains are connected, and there is no or almost no grain boundary phase. In addition, the silicon nitride crystal particles are partly sintered and integrated with other crystal grains in which at least a part of each crystal particle is adjacent, and the parts that are partially connected are connected in a three-dimensional manner. Is in a state of being.

多孔質層5の厚みは、10μm以上、特に20μm、更には30μm以上、より好適には50μm以上であることが好ましい。窒化珪素は、それ自体共有結合を有する化学的に安定な化合物からなるために耐食性に優れるが、粒界に焼結助剤や不純物があるとシリコンウエハを汚染するが、多孔質層の厚みを10μm以上とすることで、シリコンウエハが希土類元素、アルミニウム等の焼結助剤成分に直接接触することがない。   The thickness of the porous layer 5 is preferably 10 μm or more, particularly 20 μm, further 30 μm or more, and more preferably 50 μm or more. Silicon nitride itself is made of a chemically stable compound having a covalent bond, so it has excellent corrosion resistance, but if there is a sintering aid or impurity at the grain boundary, it contaminates the silicon wafer, but the thickness of the porous layer is reduced. By setting the thickness to 10 μm or more, the silicon wafer does not come into direct contact with a sintering aid component such as a rare earth element or aluminum.

多孔質層5の厚みの上限は特に制限されないが、例えば500μm以上であっても作用効果に変化はない。半導体製造用部品の強度を極端に低下させないためは、1mm以下、特に700μm以下、更には600μm以下、より好適には500μm以下が望ましい。   The upper limit of the thickness of the porous layer 5 is not particularly limited, but there is no change in the function and effect even when the thickness is 500 μm or more, for example. In order not to extremely reduce the strength of the semiconductor manufacturing component, 1 mm or less, particularly 700 μm or less, further 600 μm or less, more preferably 500 μm or less is desirable.

このような半導体製造用部品は、多孔質層5上にシリコンウエハを載置し、搬送する場合であっても、従来の粒界相を構成する、例えば希土類元素、アルミニウム等の元素がシリコンウエハと接触することがなく、これによりシリコンウエハを汚染し、半導体の性能や信頼性を損ねたりすることがない。   Even if such a semiconductor manufacturing component places a silicon wafer on the porous layer 5 and transports it, elements such as rare earth elements and aluminum constituting the conventional grain boundary phase are silicon wafers. This prevents contamination of the silicon wafer and impairs the performance and reliability of the semiconductor.

次に、本発明の半導体製造用部品の製造方法について説明する。基体となる窒化珪素焼結体は、周知の方法で作製することができる。   Next, the manufacturing method of the component for semiconductor manufacture of this invention is demonstrated. The silicon nitride sintered body serving as the substrate can be produced by a known method.

具体的には、窒化珪素粉末に、Y、Er、Yb、Luなどの周規律表第3a族元素酸化物や、Al、MgO、AlN、SiOなどの焼結助剤を合量で1〜20質量%、特に2〜15質量%、更には3〜10質量%の割合で添加したものを所望の成形手段、例えば、冷間静水圧プレス、鋳込み成形、押し出し成形等により任意の形状に成形後、焼成する。 Specifically, the silicon nitride powder is mixed with a Group 3a elemental oxide such as Y 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , MgO, AlN. , SiO 2 and other sintering aids added in a total amount of 1 to 20% by mass, particularly 2 to 15% by mass, and further 3 to 10% by mass, in a desired molding means such as cold static After forming into an arbitrary shape by hydraulic press, cast molding, extrusion molding, etc., firing is performed.

焼成は、窒素含有雰囲気で1500〜1950℃の温度で0.5〜10時間程度焼成して相対密度98%以上、特に98.5%以上、更には99%以上の焼結体を得る。   Firing is performed in a nitrogen-containing atmosphere at a temperature of 1500 to 1950 ° C. for about 0.5 to 10 hours to obtain a sintered body having a relative density of 98% or more, particularly 98.5% or more, and further 99% or more.

焼成方法としては、常圧焼成、窒素ガス加圧焼成、熱間静水圧焼成が挙げられ、場合によってはこれらを組み合わせて作製することができる。 Examples of the firing method include normal pressure firing, nitrogen gas pressure firing, and hot isostatic firing, and in some cases, these can be combined.

次に、上記のように得られた窒化珪素焼結体をエッチング処理し、粒界相を除去することが重要である。エッチング処理は、腐食ガス中での加熱エッチング処理及び腐食ガスプラズマ中でのプラズマエッチング処理、酸中での加圧加熱処理の3種類を採用することができる。腐食ガスには、ハロゲンガス及び/又は水素を、酸としては塩酸を用いることができる。   Next, it is important to etch the silicon nitride sintered body obtained as described above to remove the grain boundary phase. As the etching process, three kinds of heat etching process in a corrosive gas, plasma etching process in a corrosive gas plasma, and pressure heating process in an acid can be adopted. Halogen gas and / or hydrogen can be used as the corrosive gas, and hydrochloric acid as the acid.

特に、加熱エッチング処理では水素が、プラズマエッチング処理ではハロゲンガスが好適である。ハロゲンガスは腐食性が高いため、プラズマエッチング処理に適している。ハロゲンガスは、塩素ガス、臭素ガス及びヨウ素ガスの少なくとも1種を採用でき、コスト及び粒界相除去効率を考慮すると塩素ガスが好ましい。   In particular, hydrogen is preferable for the heat etching process, and halogen gas is preferable for the plasma etching process. Since halogen gas is highly corrosive, it is suitable for plasma etching. As the halogen gas, at least one of chlorine gas, bromine gas and iodine gas can be adopted, and chlorine gas is preferable in consideration of cost and grain boundary phase removal efficiency.

加熱エッチング処理の場合、少なくとも上記腐食ガスを含むガス雰囲気中で800〜1900℃の温度範囲でエッチング処理を行う。このエッチング処理によって、焼結体の表面における粒界相成分を除去することにより、多孔質層からなる表面層を形成することができる。   In the case of the heat etching process, the etching process is performed in a temperature range of 800 to 1900 ° C. in a gas atmosphere containing at least the above corrosive gas. By removing the grain boundary phase component on the surface of the sintered body by this etching treatment, a surface layer composed of a porous layer can be formed.

このエッチング処理時の温度が800℃を下回る場合、粒界相除去速度が小さいため、例えば30時間以上エッチング処理を継続しても5μm以上の厚みの多孔質層を得られないことがあり、量産に適しない。短時間で処理を完了させるため、特に900℃以上、更には1000℃以上、より好適には1100℃以上の温度が望ましい。しかし、1900℃を超える温度では、窒化珪素自体の分解が盛んに生じ、表面の大きな浸食がおこるため、大気圧では1900℃以下に設定する。なお、1気圧を超える高圧中でエッチング処理を行う場合は、エッチング処理温度の上限が引上げられるのは言うまでもない。   When the temperature during this etching process is less than 800 ° C., the removal rate of the grain boundary phase is small. For example, even if the etching process is continued for 30 hours or more, a porous layer having a thickness of 5 μm or more may not be obtained. Not suitable for. In order to complete the treatment in a short time, a temperature of 900 ° C. or higher, further 1000 ° C. or higher, more preferably 1100 ° C. or higher is desirable. However, at temperatures exceeding 1900 ° C., silicon nitride itself is actively decomposed and large surface erosion occurs. Therefore, the pressure is set to 1900 ° C. or lower at atmospheric pressure. Needless to say, when the etching process is performed at a high pressure exceeding 1 atm, the upper limit of the etching process temperature is raised.

さらに、基体1の曲げ強度の低下を抑えるためには、1600℃以下の温度でエッチング処理をすることが望ましい。また、エッチング処理時間については、充分に除去するため、いずれの温度条件においても、10分以上のエッチング処理を行うことが望ましい。   Furthermore, in order to suppress a decrease in the bending strength of the substrate 1, it is desirable to perform an etching process at a temperature of 1600 ° C. or lower. In addition, with respect to the etching process time, it is desirable to perform the etching process for 10 minutes or more in any temperature condition in order to sufficiently remove.

プラズマエッチング処理の場合、上記腐食ガスを放電させてプラズマ状態とし、このプラズマに接触するように窒化珪素焼結体を配置する。この処理においては、特に昇温する必要はないが、プラズマによる温度ばらつきを抑制するためには、加熱により50℃以上の一定温度に設定するのが好ましい。プラズマエッチング処理は低温で行えるため、安全性の点で好ましい。   In the case of the plasma etching process, the corrosive gas is discharged into a plasma state, and the silicon nitride sintered body is disposed so as to be in contact with the plasma. In this treatment, it is not particularly necessary to raise the temperature, but in order to suppress temperature variation due to plasma, it is preferable to set the temperature to a constant temperature of 50 ° C. or higher by heating. Since the plasma etching process can be performed at a low temperature, it is preferable in terms of safety.

このようなエッチング処理方法によれば、複雑な部材や大型の部材に対しても容易に適用でき、多孔質層を有する基体を製造することができる。   According to such an etching treatment method, it can be easily applied to a complicated member or a large member, and a substrate having a porous layer can be manufactured.

また、酸中での加圧加熱処理では120〜200℃の温度で水の平衡蒸気圧下、1〜100時間処理することで焼結体の表面における粒界相成分を除去することにより、多孔質層からなる表面層を形成することができる。   In addition, in the pressure heat treatment in acid, the porous material is removed by removing the grain boundary phase components on the surface of the sintered body by treating at a temperature of 120 to 200 ° C. under an equilibrium vapor pressure of water for 1 to 100 hours. A surface layer composed of layers can be formed.

また、本発明の半導体製造用部品では、多孔質層の窒化珪素結晶粒子の表面には、酸化珪素が存在することが望ましい。このような半導体製造用部品では、多孔質層の窒化珪素結晶粒子同士の結合が強化され、多孔質層の強度を向上できる。これにより、半導体製造用部品の信頼性を向上することができる。   In the semiconductor manufacturing component of the present invention, it is desirable that silicon oxide is present on the surface of the silicon nitride crystal particles of the porous layer. In such a semiconductor manufacturing component, the bonding between the silicon nitride crystal particles in the porous layer is strengthened, and the strength of the porous layer can be improved. Thereby, the reliability of the semiconductor manufacturing component can be improved.

窒化珪素結晶粒子の表面に酸化珪素を存在せしめ、多孔質層の窒化珪素結晶粒子同士の結合を強化するには、エッチングして多孔質層を形成した後、800〜1200℃で1〜50時間熱処理することで達成できる。   In order to make silicon oxide exist on the surface of the silicon nitride crystal particles and strengthen the bonding between the silicon nitride crystal particles of the porous layer, after forming the porous layer by etching, the temperature is 800 to 1200 ° C. for 1 to 50 hours. This can be achieved by heat treatment.

さらに、本発明の半導体製造用部品では、多孔質層の窒化珪素結晶粒子の先端は丸みを帯びていることが望ましい。このような半導体製造用部品では、窒化珪素結晶粒子の先端は丸みを帯びて滑らかになり、シリコンウエハを載置(接触して)支持または保持する場合であっても、シリコンウエハを傷つけることがない。窒化珪素結晶粒子の先端を滑らかにするためには、フッ素プラズマでプラズマエッチングするか、フッ酸中で加圧加熱処理することで達成できる。尚、酸中で加圧加熱処理して粒界相を除去する場合には、ある程度窒化珪素結晶粒子の先端は丸みを帯びた状態となるが、腐食ガス中での加熱エッチング処理及び腐食ガスプラズマ中でのプラズマエッチング処理で粒界相を除去する場合には、窒化珪素結晶粒子の表面に角が形成されているため、フッ素プラズマでプラズマエッチングするか、フッ酸中で加圧加熱処理して、窒化珪素粒子の先端を滑らかにすることが望ましい。   Furthermore, in the semiconductor manufacturing component of the present invention, it is desirable that the tips of the silicon nitride crystal particles of the porous layer are rounded. In such semiconductor manufacturing parts, the tips of the silicon nitride crystal particles are rounded and smooth, and even when the silicon wafer is placed (contacted) to support or hold, the silicon wafer may be damaged. Absent. Smoothing the tips of the silicon nitride crystal particles can be achieved by plasma etching with fluorine plasma or pressure heat treatment in hydrofluoric acid. In addition, when removing the grain boundary phase by pressurizing and heating in an acid, the tip of the silicon nitride crystal particles is rounded to some extent, but the etching process and the corrosive gas plasma in corrosive gas. When the grain boundary phase is removed by plasma etching treatment in the inside, since corners are formed on the surface of the silicon nitride crystal particles, plasma etching with fluorine plasma or pressure heating treatment in hydrofluoric acid is performed. It is desirable to smooth the tips of the silicon nitride particles.

まず、原料粉末を準備する。即ち、窒化珪素粉末(平均粒径0.6μm、酸素含有量0.7質量%、α化率92%)に希土類元素酸化物粉末、Al粉末をそれぞれ表1の組成となるように添加し、ボールミルにて十分に混合した後に、スプレードライヤーで乾燥造粒して顆粒を製作し、該顆粒を金型に充填して100MPaの圧力で金型プレス成形することにより成形体を作製した。 First, raw material powder is prepared. That is, silicon nitride powder (average particle size 0.6 μm, oxygen content 0.7 mass%, pregelatinization rate 92%), rare earth element oxide powder, and Al 2 O 3 powder so as to have the compositions shown in Table 1, respectively. After adding and thoroughly mixing with a ball mill, a granule is produced by drying and granulating with a spray dryer. The granule is filled into a mold and molded by pressing with a pressure of 100 MPa to produce a molded body. .

得られた成形体を炭化珪素質のこう鉢に入れて、カーボンヒータを用い、常圧窒素雰囲気中にて1750℃の温度まで昇温し、この温度にて5時間保持した後さらに1900℃まで昇温して5時間保持した。その後炉冷し、厚み5mmの窒化珪素焼結体を製作した。   The obtained molded body was put in a silicon carbide mortar, heated using a carbon heater to a temperature of 1750 ° C. in a normal pressure nitrogen atmosphere, held at this temperature for 5 hours, and further up to 1900 ° C. The temperature was raised and held for 5 hours. Thereafter, the furnace was cooled to produce a silicon nitride sintered body having a thickness of 5 mm.

得られた窒化珪素焼結体をエッチング処理し、多孔質層が形成された基体を作製した。エッチング処理は、塩酸中において平衡蒸気圧下で加圧加熱処理を行った。エッチング条件を表1に示した。   The obtained silicon nitride sintered body was subjected to etching treatment to produce a substrate on which a porous layer was formed. The etching process was a pressure heating process in hydrochloric acid under an equilibrium vapor pressure. The etching conditions are shown in Table 1.

次いで、上記窒化珪素焼結体を厚み5mmで20mm角の形状に加工して試験片を作製した。多孔質層の厚みは、試験片を切断し、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定した。   Next, the silicon nitride sintered body was processed into a 20 mm square shape with a thickness of 5 mm to prepare a test piece. The thickness of the porous layer was measured with a scanning electron microscope (SEM) after cutting the test piece.

その後、基体から、縦3mm×横4mm×長さ40mmの寸法に加工後(多孔質層は横4mm×長さ40mmの面に形成されている)、基体の4点曲げ強度を室温にて測定した。強度の測定は、JIS R 1601に基づいて行ない、多孔質層の反対側の面から荷重をかけた。   Then, after processing from the substrate to dimensions of 3 mm long × 4 mm wide × 40 mm long (the porous layer is formed on a surface 4 mm wide × 40 mm long), the 4-point bending strength of the substrate is measured at room temperature. did. The strength was measured according to JIS R 1601, and a load was applied from the opposite surface of the porous layer.

尚、試料No.13は、Si粉末を成形し、窒化して、縦3mm×横4mm×長さ40mmの多孔質体を作製した場合である。

Figure 2009107864
Sample No. 13 is a case where a Si powder was molded and nitrided to produce a porous body of 3 mm long × 4 mm wide × 40 mm long.
Figure 2009107864

本発明の試料No.1〜11では、多孔質層の厚みが10μm、特には300μm以上であり、シリコンウエハを載置した場合でも汚染されることがなく、しかも強度が300MPa以上であるため、破損等が生じることがない。さらに、窒化珪素結晶粒子の先端は丸みを帯びており、シリコンウエハを載置した場合でも傷を付けることがない。さらに、酸化処理した場合には、試料No.1、2、試料No.5、6の比較から判るように、窒化珪素粒子の表面に酸化珪素が存在し、窒化珪素粒子同士が十分に接合し、酸化処理しない場合よりも強度が大きくなることが判る。   Sample No. of the present invention. 1 to 11, the porous layer has a thickness of 10 μm, particularly 300 μm or more, and is not contaminated even when a silicon wafer is placed thereon. Further, since the strength is 300 MPa or more, damage or the like may occur. Absent. Furthermore, the tips of the silicon nitride crystal particles are rounded so that they are not damaged even when a silicon wafer is placed. Further, in the case of oxidation treatment, the sample No. 1, 2, Sample No. As can be seen from the comparison of 5 and 6, it can be seen that silicon oxide is present on the surface of the silicon nitride particles, the silicon nitride particles are sufficiently bonded to each other, and the strength is greater than when no oxidation treatment is performed.

一方、エッチング処理を行っていない本発明の範囲外の試料No.12は、強度は高いものの多孔質層が無く、シリコンウエハを汚染する可能性があることが判る。また、高純度の反応焼結窒化珪素試料No.13は焼結助剤を含まないものの強度が150MPaと低く、破損する危険性があることが判る。   On the other hand, a sample No. outside the scope of the present invention that was not etched. No. 12 shows that although the strength is high, there is no porous layer, which may contaminate the silicon wafer. Also, high purity reaction sintered silicon nitride sample No. No. 13 does not contain a sintering aid, but the strength is as low as 150 MPa, and there is a risk of breakage.

本発明の半導体製造用部品を示すもので、(a)は断面図、(b)は(a)の一部を拡大して示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The semiconductor manufacturing component of this invention is shown, (a) is sectional drawing, (b) is a schematic diagram which expands and shows a part of (a).

符号の説明Explanation of symbols

1・・・基体
2・・・多孔質層の表面
3・・・窒化珪素結晶粒子
4・・・空隙
5・・・多孔質層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate 2 ... Surface 3 of porous layer ... Silicon nitride crystal particle 4 ... Void 5 ... Porous layer

Claims (3)

窒化珪素結晶粒子と粒界相とからなり、相対密度が98%以上の窒化珪素焼結体からなる基体に、該基体の表層の前記粒界相を除去して、前記窒化珪素結晶粒子が3次元的に連結した多孔質層を設けてなることを特徴とする半導体製造用部品。   A silicon nitride sintered body having a silicon nitride crystal grain and a grain boundary phase and having a relative density of 98% or more is removed from the grain boundary phase on the surface layer of the base, so that the silicon nitride crystal grain is 3 A semiconductor manufacturing component comprising a dimensionally connected porous layer. 前記多孔質層の窒化珪素結晶粒子の表面に、酸化珪素が存在することを特徴とする請求項1記載の半導体製造用部品。   2. The semiconductor manufacturing component according to claim 1, wherein silicon oxide is present on the surface of the silicon nitride crystal particles of the porous layer. 前記多孔質層の窒化珪素結晶粒子の先端は、丸みを帯びていることを特徴とする請求項1記載の半導体製造用部品。   The semiconductor manufacturing component according to claim 1, wherein tips of the silicon nitride crystal particles of the porous layer are rounded.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015205813A (en) * 2010-12-02 2015-11-19 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド Refractory product

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