JP2010258276A - Anti-corrosion member - Google Patents
Anti-corrosion member Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010258276A JP2010258276A JP2009107824A JP2009107824A JP2010258276A JP 2010258276 A JP2010258276 A JP 2010258276A JP 2009107824 A JP2009107824 A JP 2009107824A JP 2009107824 A JP2009107824 A JP 2009107824A JP 2010258276 A JP2010258276 A JP 2010258276A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- corrosion
- heat
- resistant
- film
- thermal conductivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、腐食性プラズマガスなどの雰囲気下で用いられる耐食性部材であり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用される、ハロゲン系腐食ガスやハロゲンガスプラズマに対して、優れた耐食性を有する耐食性部材に関する。 The present invention is a corrosion-resistant member used in an atmosphere such as a corrosive plasma gas, and has, for example, a corrosion resistance having excellent corrosion resistance against a halogen-based corrosive gas or a halogen gas plasma used in a semiconductor device manufacturing process. It relates to members.
半導体デバイスの製造工程において、腐食性の高い雰囲気下で使用される部材として、従来ではシリコン、石英ガラス、炭化珪素が用途に応じて用いられてきた。しかし、これらの材料において種々の問題があった。例えば、石英ガラスは反応性の高いフッ素系ガスの存在下では、フッ化珪素など反応性化合物の蒸気圧が高く気体となってしまい、腐食が進行し部材が消失してしまう。また、石英ガラスよりも耐食性が優れる炭化珪素も、シリコン含浸炭化珪素のため、シリコン部がフッ素系ガスとの反応により消失するため、炭化珪素の粒子が離脱してパーティクルの原因となる。 Conventionally, silicon, quartz glass, and silicon carbide have been used according to applications as members used in a highly corrosive atmosphere in a semiconductor device manufacturing process. However, these materials have various problems. For example, in the presence of a highly reactive fluorine-based gas, quartz glass has a high vapor pressure of a reactive compound such as silicon fluoride and becomes a gas, corrosion proceeds, and the member disappears. In addition, silicon carbide, which has better corrosion resistance than quartz glass, is silicon-impregnated silicon carbide, so that the silicon portion disappears due to reaction with the fluorine-based gas, so that the silicon carbide particles are detached and cause particles.
一方で、アルミニウム、アルミナ、窒化アルミニウムなどのアルミニウム系材料は、フッ素ガスと反応して生成するフッ化アルミニウム(AlF3)の蒸気圧が低いことから、使用されている。
特に、アルミニウムや窒化アルミニウムは優れた熱伝導率を持っており、Siウェハなどの被加熱物を均一に加熱するため、半導体製造装置のヒーター及び静電チャックの基材に使用されている。
On the other hand, aluminum-based materials such as aluminum, alumina and aluminum nitride are used because the vapor pressure of aluminum fluoride (AlF 3 ) produced by reaction with fluorine gas is low.
In particular, aluminum and aluminum nitride have excellent thermal conductivity, and are used for heaters of semiconductor manufacturing apparatuses and substrates of electrostatic chucks to uniformly heat an object to be heated such as a Si wafer.
しかしながら、アルミニウムや窒化アルミニウムは熱伝導率が高いため、熱を周囲へ伝えやすい。特に周囲部材の曲部や細部に熱が伝導し、昇降温の繰り返しにより熱応力が繰り返し加えられると比較的容易に割れてしまうという問題があった。 However, since aluminum and aluminum nitride have high thermal conductivity, heat is easily transferred to the surroundings. In particular, there is a problem that heat is conducted to the curved portions and details of the surrounding members, and when thermal stress is repeatedly applied due to repeated raising and lowering of temperature, it is relatively easily cracked.
特許文献1に開示されているように、載置台を支持するセラミック製の支持部材を複雑な形状に成形したり、或いは特許文献2に開示されているように、載置台と支持部材の接合部の外周を特定の曲率半径になるように形成することが行われているが、載置台等の割れを十分に抑制できるものではなかった。
As disclosed in
本発明は、上記のような問題点に鑑みて、昇降温の繰り返しにより熱応力が繰り返し加えられても割れが発生し難い、静電チャック等に用いて好適な耐食材料を提供すること課題とする。 In view of the problems as described above, the present invention provides a corrosion-resistant material suitable for use in an electrostatic chuck or the like that is unlikely to crack even when thermal stress is repeatedly applied by repeated heating and cooling. To do.
本発明の耐食材料は、プラズマ環境に曝される耐食部材であって、耐熱基材の表面全体あるいは一部の少なくとも一部が耐食性の高い被覆膜で覆われており、前記耐熱基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の被覆膜であることを特徴とする。
前記膜の熱伝導率は、90W/m・K以下であること、前記膜の相対密度は、50%以上98%未満であること、前記膜の材質がAlNであり、TMA(トリメチルアルミニウム)ガスとアンモニアガスを原料に用いて作製したものであること、前記耐熱基材は、熱分解窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体、熱分解窒化硼素コートグラファイト、窒化アルミニウム、希土類酸化物、酸化アルミニウム、酸化珪素、ジルコニア、サイアロン、グラファイト、高融点金属の何れかが主成分であること、前記耐熱基材は、ヒーター及び/または静電チャックの機能を備えていること、が、それぞれ好ましい。
The corrosion-resistant material of the present invention is a corrosion-resistant member that is exposed to a plasma environment, and at least part of the entire surface or part of the heat-resistant substrate is covered with a coating film having high corrosion resistance. It is a coating film having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity.
The thermal conductivity of the film is 90 W / m · K or less, the relative density of the film is 50% or more and less than 98%, the material of the film is AlN, and TMA (trimethylaluminum) gas And the heat resistant base material is pyrolytic boron nitride, mixed sintered body of boron nitride and aluminum nitride, pyrolytic boron nitride coated graphite, aluminum nitride, rare earth oxide Any of aluminum oxide, silicon oxide, zirconia, sialon, graphite, and refractory metal is the main component, and the heat-resistant substrate has a heater and / or electrostatic chuck function, preferable.
本発明によれば、基材に被覆された膜の部分で熱伝導を抑制することにより、曲部や細部の熱応力による割れや破損を防止することができる。さらには、耐食性が高いため、腐食性の高い雰囲気でも長時間使用が可能である。 According to the present invention, it is possible to prevent cracks and breakage due to thermal stresses in curved portions and details by suppressing heat conduction at the portion of the film coated on the substrate. Furthermore, since it has high corrosion resistance, it can be used for a long time even in a highly corrosive atmosphere.
以下、本発明の耐食部材について説明する。
本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の膜で表面全体あるいは一部を覆うことで、被覆された部分の熱伝導を減少させ、周囲部材曲部や細部に熱応力が発生することを防止することができること、さらには、腐食性の高い雰囲気でも使用することのできる耐食性の高い膜とすることができること、を知見し、本発明に至った。
本発明は、耐熱基材の表面全体あるいは一部を耐食性の高い被覆膜で覆われており、前記基材の熱伝導率よりも低い熱伝導率の被覆膜で覆われていることを基本とする。
Hereinafter, the corrosion-resistant member of the present invention will be described.
As a result of intensive studies, the inventors have covered the entire surface or a part thereof with a film having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the base material, thereby reducing the thermal conductivity of the coated part and surrounding members. The inventors have found that it is possible to prevent thermal stress from being generated in curved portions and details, and that it is possible to provide a highly corrosion-resistant film that can be used even in highly corrosive atmospheres, leading to the present invention. It was.
In the present invention, the entire surface or a part of the heat-resistant substrate is covered with a coating film having high corrosion resistance, and is covered with a coating film having a thermal conductivity lower than that of the substrate. Basic.
本発明の耐食部材は、図1に示すように、耐熱基材1の少なくとも一方の表面に被腹膜3が形成されている。耐熱基材1には、内部に発熱層2を設けることができる。
図2は、図1に示す耐食部材を組み込んで、半導体製造用ヒーターとしたものの基本的な構造を示す。支柱4で耐食部材を支えて、耐熱基材1上に、例えば、シリコンウェハからなる被処理物(図示せず)を載置して吸着・加熱する。6は、発熱ないし静電チャックのためのコイルへの通電電極である。この場合の、支柱4の支柱曲部5(図3)に、従来は割れ等の不具合が発生しがちであったが、その支柱曲部5における温度を測定することによって、本発明の被覆膜の効果を確認することができる。
As shown in FIG. 1, the corrosion-resistant member of the present invention has a
FIG. 2 shows a basic structure of a semiconductor manufacturing heater incorporating the corrosion-resistant member shown in FIG. The
本発明の耐食部材は、耐熱基材と相対密度が50以上で98%未満、熱伝導率が90W/m・K以下の窒化アルミニウムからなる被覆膜とを備えた耐食部材であり、基材から周囲へ熱が伝導することを抑制し、周囲の部材の熱応力による割れや破損を防止することができる。
ヒーター及び静電チャックの機能を備えた耐熱基材としては、熱伝導率の高い窒化アルミニウムが主流である。耐熱基材に窒化アルミニウムを使用した場合、被覆膜の熱伝導率は耐熱基材よりも低いことが必要なため、窒化アルミニウム焼結体(三井鉱山マテリアル製MAN−90)の90W/m・K以下であることが好ましい。さらに周囲への熱伝導を抑制するためには、45W/m・K以下とすることがより好ましい。(請求項2)
The corrosion-resistant member of the present invention is a corrosion-resistant member comprising a heat-resistant substrate and a coating film made of aluminum nitride having a relative density of 50 or more and less than 98% and a thermal conductivity of 90 W / m · K or less. It is possible to suppress the conduction of heat from the surroundings to the surroundings, and to prevent cracking or breakage of surrounding members due to thermal stress.
As a heat-resistant substrate having functions of a heater and an electrostatic chuck, aluminum nitride having a high thermal conductivity is the mainstream. When aluminum nitride is used for the heat resistant substrate, the thermal conductivity of the coating film needs to be lower than that of the heat resistant substrate. Therefore, 90 W / m · of aluminum nitride sintered body (MAN-90 manufactured by Mitsui Mining Materials) It is preferable that it is K or less. Furthermore, in order to suppress heat conduction to the surroundings, it is more preferable to set it to 45 W / m · K or less. (Claim 2)
被覆膜の相対密度は熱伝導率と相関があり、相対密度が高い場合、基材(例えば焼結体)の熱伝導率よりも高い被覆膜となってしまい、周囲の部材に対する断熱性を持たない。一方で相対密度が低い場合、膜として形成せず、基材から剥がれてしまう。よって、相対密度は50以上で98%未満とすることが好ましい。より好ましくは50以上で80%未満である(請求項3) The relative density of the coating film has a correlation with the thermal conductivity. When the relative density is high, the coating film is higher than the thermal conductivity of the base material (for example, a sintered body), and the heat insulating property to the surrounding members. Does not have. On the other hand, when the relative density is low, it is not formed as a film and peeled off from the substrate. Therefore, the relative density is preferably 50 or more and less than 98%. More preferably, it is 50 or more and less than 80% (Claim 3).
窒化アルミニウムを被覆膜に使用することで、ハロゲン系ガス、ハロゲンプラズマに対して高い耐食性を示すため、基材の劣化やパーティクルの発生を抑制できる。さらに、アルミニウムの有機金属化合物あるいは塩化アルミニウムとアンモニアを原料とした化学気相成長法によって成膜された窒化アルミニウムは、焼結体のような助剤を含んでいないため、特にパーティクルの発生が少ない。(請求項4) By using aluminum nitride for the coating film, since it shows high corrosion resistance against the halogen-based gas and halogen plasma, deterioration of the base material and generation of particles can be suppressed. Furthermore, aluminum nitride formed by chemical vapor deposition using aluminum organometallic compounds or aluminum chloride and ammonia as raw materials does not contain any auxiliary agent such as a sintered body, and therefore generates less particles. . (Claim 4)
ベースとなる耐熱性部材の材質が熱分解窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体、窒化アルミニウム、希土類酸化物、酸化アルミニウム、酸化珪素、ジルコニア、サイアロン、グラファイト、高融点金属のいずれかを主成分とするものであることにより500℃以上の高温プロセスにも十分に対応できる(請求項5)。 The base material of the heat-resistant member is pyrolytic boron nitride, mixed sintered body of boron nitride and aluminum nitride, aluminum nitride, rare earth oxide, aluminum oxide, silicon oxide, zirconia, sialon, graphite, refractory metal It can fully cope with a high temperature process of 500 ° C. or higher.
特に、ヒーター機能を備えた耐熱基材3では高温プロセスで使用されるため、耐熱基材を保持する周囲の部材も高温になる。本発明の被覆膜を備えることで、ヒーター機能により耐熱基材の温度を上げても、被覆膜により周囲に熱が伝導することを抑制することができる。さらには、被覆膜が断熱作用として働き、耐熱基材の温度を効率的に上げることが可能となり、省エネ効果にも繋がる。
In particular, since the heat-
[実施例1]
内部に発熱層を備えたφ200×5tの耐熱基材の片面に、熱CVD法により窒化アルミニウム被覆膜を設けた。
被覆膜を成膜するに際し、原料はアルミニウムの有機金属化合物としてトリメチルアルミニウムをバブラー法にて供給し、バブリング用のガスはArガスを用いた。N2、H2、He等を用いても同様の結果である。
トリメチルアルミニウムは、35℃一定になるように恒温槽に入れ、バブリング用のAr流量を2L/minとし、シリンダ内の圧力を10kPaとなるように制御した。その際のトリメチルアルミニウムの供給量は0.3mol/hrとなる。一方、アンモニアは直接液体を加熱気化させて供給量1.7mol/hrとなるようにマスフローコントローラーで調整して供給した。
[Example 1]
An aluminum nitride coating film was provided on one side of a φ200 × 5 t heat-resistant substrate provided with a heat generating layer inside by a thermal CVD method.
When forming the coating film, trimethylaluminum was supplied as a raw material by using a bubbler method as an organometallic compound of aluminum, and Ar gas was used as a gas for bubbling. Similar results are obtained using N 2 , H 2 , He, or the like.
Trimethylaluminum was placed in a thermostatic bath so as to be constant at 35 ° C., the bubbling Ar flow rate was 2 L / min, and the pressure in the cylinder was controlled to 10 kPa. In this case, the supply amount of trimethylaluminum is 0.3 mol / hr. On the other hand, ammonia was supplied by adjusting the mass flow controller so that the liquid was directly vaporized by heating to a supply amount of 1.7 mol / hr.
原料ガスを反応器に導入するには、2重管構造の管状部材から供給するようにし、2重管の外側からアンモニア、内側からトリメチルアルミニウムを供給するようにした。
反応炉内は、真空状態となるよう真空ポンプでガスを排気した後、排気を継続しながら、圧力は50Pa程度になるように調整した。
反応温度は、600℃から1400℃の間で条件を変更させて、熱伝導率と相対密度を調整した窒化アルミニウムからなる厚さ100μmの被覆膜を設けた耐食部材(図1)を作製した。
In order to introduce the raw material gas into the reactor, ammonia was supplied from the outside of the double tube and trimethylaluminum was supplied from the inside of the double tube.
The inside of the reaction furnace was evacuated with a vacuum pump so as to be in a vacuum state, and then the pressure was adjusted to about 50 Pa while continuing the evacuation.
The reaction temperature was changed between 600 ° C. and 1400 ° C., and a corrosion-resistant member (FIG. 1) provided with a coating film having a thickness of 100 μm made of aluminum nitride with adjusted thermal conductivity and relative density was produced. .
被覆膜の物性を以下の方法により測定した。
熱伝導率はBETHEL社製 熱物性顕微鏡TM3を用いて、周期加熱サーモリフレクタンス法により、室温(24℃)にて測定した。
相対密度は、膜厚と成膜前後の重量を測定して差分を膜の重量とし、相対密度100%の密度を3.25g/cm3として算出した。
表1に被覆膜と基材との相対密度及び熱伝導率を示す。
The physical properties of the coating film were measured by the following method.
The thermal conductivity was measured at room temperature (24 ° C.) by a periodic heating thermoreflectance method using a thermophysical microscope TM3 manufactured by BETHEL.
The relative density was calculated by measuring the film thickness and the weight before and after the film formation, taking the difference as the film weight, and the density at a relative density of 100% as 3.25 g / cm 3 .
Table 1 shows the relative density and thermal conductivity between the coating film and the substrate.
図1の耐食部材を図2に示す構造に組込み、真空チャンバー内にて昇温試験を行った。発熱層に3kWの電力を投入し、定常状態になった時の図3に示す支柱曲部5の温度を放射温度計により測定した。また、比較例として、被覆膜を設けない場合についても同様に温度を測定した。支柱部材としてアルミナを使用し、昇降温の繰り返しを10回行った後、支柱曲部5の状態を観察した。
表2に支柱曲部の測定温度の結果を示す。
The corrosion-resistant member of FIG. 1 was incorporated in the structure shown in FIG. 2, and a temperature increase test was performed in a vacuum chamber. 3 kW of electric power was applied to the heat generation layer, and the temperature of the supporting column
Table 2 shows the results of the measurement temperature of the support column music part.
表2に示した結果から分かるように、本発明のように耐熱基材に熱伝導率が90W/m・K以下の窒化アルミニウム被覆膜を備えることで、支柱曲部の温度を低下させることができる。これにより、曲部に発生する熱応力が抑制され、昇温後も良好な状態であり、表面にひび割れ等の発生は認められていない。 As can be seen from the results shown in Table 2, by providing the heat resistant base material with an aluminum nitride coating film having a thermal conductivity of 90 W / m · K or less as in the present invention, the temperature of the column bending portion can be lowered. Can do. Thereby, the thermal stress which generate | occur | produces in a curved part is suppressed, it is in a favorable state after temperature rising, and generation | occurrence | production of the crack etc. is not recognized on the surface.
以上説明したように、本発明の耐食部材は、基材に被覆された膜の部分で熱伝導を抑制することにより、曲部や細部の熱応力による割れや破損を抑制することができる。さらには、窒化アルミニウムが高耐食性のため、腐食性の高い雰囲気でも長時間使用が可能となる。 As described above, the corrosion-resistant member of the present invention can suppress cracking and breakage due to thermal stress in curved portions and details by suppressing heat conduction at the film portion covered with the base material. Furthermore, since aluminum nitride has high corrosion resistance, it can be used for a long time even in a highly corrosive atmosphere.
1 耐熱基材
2 発熱層
3 被覆膜
4 支柱
5 支柱曲部(温度測定部)
6 通電電極
DESCRIPTION OF
6 Conductive electrodes
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009107824A JP2010258276A (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Anti-corrosion member |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009107824A JP2010258276A (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Anti-corrosion member |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010258276A true JP2010258276A (en) | 2010-11-11 |
Family
ID=43318833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009107824A Pending JP2010258276A (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Anti-corrosion member |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010258276A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011117054A (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Tokyo Electron Ltd | Alumina member for plasma treatment device and method for producing alumina member for plasma treatment device |
JP2022500846A (en) * | 2018-09-14 | 2022-01-04 | 北京北方華創微電子装備有限公司Beijing Naura Microelectronics Equipment Co., Ltd. | Electrostatic chuck |
WO2023223646A1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-11-23 | 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ | Wafer support |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001345309A (en) * | 2000-06-01 | 2001-12-14 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Ceramic heater for heating semiconductor |
-
2009
- 2009-04-27 JP JP2009107824A patent/JP2010258276A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001345309A (en) * | 2000-06-01 | 2001-12-14 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Ceramic heater for heating semiconductor |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011117054A (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Tokyo Electron Ltd | Alumina member for plasma treatment device and method for producing alumina member for plasma treatment device |
JP2022500846A (en) * | 2018-09-14 | 2022-01-04 | 北京北方華創微電子装備有限公司Beijing Naura Microelectronics Equipment Co., Ltd. | Electrostatic chuck |
JP7198915B2 (en) | 2018-09-14 | 2023-01-04 | 北京北方華創微電子装備有限公司 | electrostatic chuck |
WO2023223646A1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-11-23 | 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ | Wafer support |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5306895A (en) | Corrosion-resistant member for chemical apparatus using halogen series corrosive gas | |
US7446284B2 (en) | Etch resistant wafer processing apparatus and method for producing the same | |
CN104541362A (en) | Apparatus and method for selective oxidation at lower temperature using remote plasma source | |
JP2007251126A (en) | Semiconductor batch heating assembly | |
TW201032287A (en) | Substrate support table of plasma processing device | |
JP2010228965A (en) | Corrosion resistant member | |
US6605352B1 (en) | Corrosion and erosion resistant thin film diamond coating and applications therefor | |
JP2010258276A (en) | Anti-corrosion member | |
WO2010067424A1 (en) | Catalyst chemical vapor deposition apparatus | |
JP2010228965A5 (en) | ||
JP4856010B2 (en) | Catalytic chemical vapor deposition system | |
JP3071933B2 (en) | Corrosion-resistant member against dissociated halogen-based corrosive gas and method for producing the same | |
CN101045990A (en) | Etch resistant heater and assembly thereof | |
JP2012237024A (en) | Alminum nitride film and member covered therewith | |
TW200401367A (en) | Semiconductor or liquid crystal manufacturing apparatus | |
US11885022B2 (en) | Method of forming a film on a substrate by chemical vapor deposition | |
JP2019112288A (en) | Silicon carbide member and member for semiconductor manufacturing device | |
JP5876259B2 (en) | Method for manufacturing member covered with aluminum nitride film | |
JP4570372B2 (en) | Materials for plasma-resistant semiconductor manufacturing equipment | |
JP3078671B2 (en) | Corrosion resistant member, method of using the same and method of manufacturing the same | |
JP3133961B2 (en) | Corrosion resistant member, method of using the same, and method of manufacturing the same | |
JPH07153370A (en) | Discharge tube | |
CN105347848A (en) | Preparation method for composite material graphite heater used at high temperature | |
KR20120046007A (en) | A corrosion-resistant article coated with aluminum nitride and method for producing the same | |
JP4556389B2 (en) | Bonded body and bonding method of ceramic-metal composite and semiconductor or liquid crystal manufacturing apparatus using the bonded body |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110425 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20120228 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20121228 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130424 |