JP2012219369A

JP2012219369A - 皮膜形成処理装置用部材

Info

Publication number: JP2012219369A
Application number: JP2011089715A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Sugawara; 克生菅原
Original assignee: MMC Superalloy Corp
Current assignee: MMC Superalloy Corp
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】高温強度、プロセスガスに対する耐食性および耐プラズマ反応性を備えた皮膜形成処理装置用部材を提供すること。
【解決手段】基材の表面にＮｉ−Ａｌ合金層を形成した皮膜形成処理装置用部材であって、前記基材の材質が純ニッケルまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であり、前記Ｎｉ−Ａｌ合金層が厚さ：１０〜２００μｍであり、組成：Ａｌ；１０〜６０重量％で、残部：Ｎｉと不可避不純物であることを特徴とする皮膜形成処理装置用部材により、前記課題を解決する。
【選択図】なし

Description

本発明は、皮膜形成処理に用いられるＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、ＬＣＤ装置および半導体製造装置において、耐プラズマ反応性や成膜・クリーニングガスに対する耐食性にすぐれたＮｉ−Ａｌ層を表面に形成した純ニッケルまたはＮｉ基合金部材に関するものである。

ＣＶＤ装置など皮膜形成処理装置では、チャンバー内の部材には次のような特性が求められる。
成膜用ガス（ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＧｅＦ_４）、クリーニング用ガス（Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＮＦ_３、ＣｌＦ_３）に対する耐食性およびこれらのガスを含むプラズマガスに対する耐食性が要求される。
このような要求を満足するために、従来、アルミニウムそのもの、またはアルミニウムにアルマイト処理、窒化処理を施した部材が用いられている。また、耐食性にすぐれたアルミニウム合金材が、皮膜形成処理装置用部材として好適に使用されている（例えば、特許文献１参照）。
また、アルミニウムを基材として、スパッタリングやイオンプレーティングを用いたニッケル、クロム、チタン、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）等の耐食性皮膜を形成した部材を用いることも行われている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、ニッケルやＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金やハステロイ（登録商標）などのニッケルやＮｉ基合金そのものを用いることも行われている。

特開２００３−１７１７２７号公報特開２００８−７８５９２号公報

近年、プロセスの多様化により、４００〜７００℃のような高温域での耐熱性が要求されるようになってきた。ＣＶＤ装置など皮膜形成処理装置のチャンバー内の部材に、アルミニウムを用いた場合、アルミニウムは、耐プラズマ反応性にはすぐれるものの、融点が低いため、７００℃ぐらいまでの耐熱性が要求されるチャンバー内の部材としては、高温強度の点で問題がある。
また、アルミニウムは、低温側ではプロセスガスに対する耐食性にすぐれているが、高温側では、プロセスガスに対する耐食性が劣っている。
さらに、アルミニウム基材に耐食性の皮膜を形成した部材は、プロセスガスに対する耐食性にすぐれているが、高温強度に問題がある。また、耐プラズマ反応性に劣っている。
また、ニッケルやＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金やハステロイ（登録商標）などのニッケルやＮｉ基合金は、高温強度にすぐれ、プロセスガスに対する耐食性にすぐれている。しかし、高温域における耐プラズマ反応性が十分でない。特に、Ｎｉ基合金は、合金成分であるＣｒが、高温側でフッ素ラジカルにより形成されるクロムフッ化物として昇華してしまうため耐プラズマ反応性に劣っている。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高温強度、プロセスガスに対する耐食性および耐プラズマ反応性を備えた皮膜形成処理装置用部材を提供することにある。

前記の課題を解決すべく、本発明者らが鋭意研究したところ、高温強度にすぐれるニッケルまたはＮｉ基合金を基材として用い、低温側で耐プラズマ反応性、プロセスガスに対する耐食性にすぐれるアルミニウムをニッケルと合金化させることによってアルミニウムよりも格段に高融点であるＮｉ−Ａｌ合金層を前記基材表面に形成することにより、高温強度、プロセスガスに対する耐食性および耐プラズマ反応性のいずれにもすぐれた部材を得ることができるという新規な知見を得た。本発明は、この知見に基づき完成されたものであって、
「（１）基材の表面にＮｉ−Ａｌ合金層を形成した皮膜形成処理装置用部材であって、
前記基材の材質が純ニッケルまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であり、
前記Ｎｉ−Ａｌ合金層が厚さ：１０〜２００μｍであり、組成：Ａｌ；１０〜６０重量％で、残部：Ｎｉと不可避不純物であることを特徴とする皮膜形成処理装置用部材。
（２）前記基材の材質がＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であり、
前記Ｎｉ−Ａｌ合金層の直下にＣｒ濃縮層を有していることを特徴とする（１）に記載の皮膜形成処理装置用部材。」
に特徴を有するものである。

以下に、本発明について、より具体的かつ詳細に説明する。

本発明は、基材の表面に耐プラズマ反応性、高温強度、プロセスガスに対する耐食性にすぐれたＮｉ−Ａｌ合金層を形成する。ここで、Ｎｉ−Ａｌ合金層の厚さとしては、１０μｍ未満であると高温での使用中に基材成分の拡散の影響を受けるため好ましくない。一方、２００μｍを超えると基材との熱膨張差などにより、高温での使用中にＮｉ−Ａｌ合金層に亀裂などが発生しやすくなるため好ましくない。したがって、Ｎｉ−Ａｌ合金層の厚さは、１０〜２００μｍと定めた。

また、Ｎｉ−Ａｌ合金層の組成は、Ａｌが１０％未満だと、純ニッケルに近い挙動となり、耐プラズマ反応性がアルミニウムよりも劣る。一方、６０％を超えるとアルミニウムに近い挙動となり、プロセスガスに対する耐食性が劣る。アルミニウム以外は、ニッケルであるが、基材成分に含まれるクロムを５％以下、鉄を１０％以下含有することは許容される。

基材の材質は、純ニッケルまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いる。特に、耐プラズマ反応性とプロセスガスに対する耐食性を重視する場合には、純ニッケルを用いる。純ニッケルは、アルミニウムより高温強度にすぐれるが、さらなる高温強度重視の場合には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いる。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金の具体例としては、重量％で、Ｃｒ：１５．５％、Ｆｅ：７％、残部Ｎｉおよび不可避不純物の化学組成をもつ、いわゆる６００合金OLE_LINK1OLE_LINK2（ＵＮＳＮ０６６００）OLE_LINK1OLE_LINK2や、Ｃｒ：２３％、Ｆｅ：１４％、残部Ｎｉおよび不可避不純物の化学組成を持つ、いわゆる６０１合金（ＵＮＳＮ０６６０１）や、Ｃｒ：３０％、Ｆｅ：９．５％、残部Ｎｉおよび不可避不純物の化学組成を持つ、いわゆる６９０合金（ＵＮＳＮ０６６９０）などがあげられる。

また、基材にＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いた際には、基材表面にカロライジング処理によりＮｉ−Ａｌ合金層を形成すると基材中のＣｒが表面近傍に濃縮してきてＮｉ−Ａｌ合金層と基材との間にＣｒ濃化層が形成される。このＣｒ濃化層がＮｉ−Ａｌ合金層のバッファー層として作用し、特に耐腐食ガス性を一層向上させることができる。

本発明によれば、基材の表面にＮｉ−Ａｌ合金層を形成した皮膜形成処理装置用部材であって、基材の材質が純ニッケルまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であり、Ｎｉ−Ａｌ合金層が厚さ：１０〜２００μｍであり、組成：Ａｌ；１０〜６０重量％で、残部：Ｎｉと不可避不純物であることによって、Ｎｉ−Ａｌ合金の持つすぐれた耐プラズマ反応性および成膜・クリーニングガスに対する耐食性と純ニッケルおよびＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金の持つすぐれた高温強度の特性の相乗効果により、耐プラズマ性・耐腐食ガス性にすぐれた皮膜形成処理装置用部材が実現可能であり、パーティクルの発生が低減されることから、製品への汚染が少なく、高い製品歩留まりを実現することが可能である。

以下に、本発明について、実施例を用いて説明する

［皮膜形成処理装置用部材の製造方法］
プラズマＣＶＤチャンバー内の部材であるシリコンウエハホルダを各種金属素材から機械加工により形成し、表面にＮｉ−Ａｌ合金層を形成することにより、表１に示したような本発明および比較例の皮膜形成処理装置用部材を作成した。なお、表１中で６００合金と示した基材は、重量％で、Ｃｒ：１５．５％、Ｆｅ：７％、残部Ｎｉおよび不可避不純物の化学組成をもつＮｉ基合金を示している。なお、表１においては、Ｎｉ基合金として、いわゆる６００合金しか示していないが、Ｎｉ基合金としては、前述したいわゆる６０１合金や６９０合金など、他のＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であっても構わない。

Ｎｉ−Ａｌ合金層の形成は、カロライジング処理を用いた。カロライジング処理は、被処理物（基材）にアルミニウムを拡散浸透させる処理で、具体的には、基材をＦｅ−Ａｌ合金粉末およびＮＨ_４Ｃｌ粉よりなる調合剤とともに鋼製ケース内に埋め込み、ケースを密閉し、それを炉内にて９００〜１０５０℃に加熱することによって基材の表面にＮｉ−Ａｌ合金層を得た。温度や処理時間を変量にすることにより、所定の厚さ・組織の合金層とした。
［皮膜形成処理装置用部材の評価方法］
上記のようにしてできた各部材をプラズマＣＶＤチャンバーに挿入し、フッ素系ガスを含むプラズマに曝したとき、高温のフッ素系ガスに曝したときのパークティル量を比較した。試験条件は、次の通りである。
チャンバー内圧力：５ｔｏｒｒ、クリーニングガス：Ｃ_２Ｆ_６、電極間に７５０Ｗの高周波電力を印加することで６０秒間プラズマを発生させた。ガス排気口に取り付けたパーティクルカウンターによりパーティクル数を測定した。この時、チャンバー内ヒーターにより、ホルダ表面温度を３００℃と４５０℃の２温度条件に保持した。

この試験結果を表１に記載する。４００℃では、従来アルミニウム製（従来例１）を１００％として比較した。また、６００℃では、従来ニッケル製（従来例２）を１００％として比較した。

表１から明らかなように、表面に所定のＮｉ−Ａｌ合金層を形成した基材は、パーティクルの発生量が少なく皮膜形成処理装置用部材として適していることが分かる。

以上のとおり、本発明の皮膜形成処理装置用部材によれば、耐プラズマ反応性にすぐれているばかりか、腐食性のプロセスガスに対する耐食性および高温強度にもすぐれているため、より高品質化が要求されるＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、ＬＣＤ装置および半導体製造装置の構成部材として大きな期待が持てるとともに、工業的な価値は極めて大きい。

Claims

基材の表面にＮｉ−Ａｌ合金層を形成した皮膜形成処理装置用部材であって、
前記基材の材質が純ニッケルまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であり、
前記Ｎｉ−Ａｌ合金層が厚さ：１０〜２００μｍであり、組成：Ａｌ；１０〜６０重量％で、残部：Ｎｉと不可避不純物であることを特徴とする皮膜形成処理装置用部材。
前記基材の材質がＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であり、
前記Ｎｉ−Ａｌ合金層の直下にＣｒ濃縮層を有していることを特徴とする請求項１に記載の皮膜形成処理装置用部材。