JP5039120B2 - プラズマ処理装置用のアルミナ部材及びプラズマ処理装置用のアルミナ部材の製造方法 - Google Patents
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[1.アルミナ部材の製造方法]
(熱CVD処理装置の構成)
(アルミナ部材の製造方法)
(プロセス条件)
[2.アルミナ部材を配置したプラズマ処理装置]
(マイクロ波プラズマ処理装置の構成)
[3.アルミナ部材のプラズマ耐性評価]
(プラズマ耐性評価 TMAコート)
(プラズマ耐性評価 MPAコート)
(プラズマ耐性評価 コートなし)
まず、本発明の一実施形態に係るアルミナ部材の製造方法について説明する。このアルミナ部材はプラズマ処理装置用であり、プラズマ耐性を強化するために板状のアルミナ基材に以下の加工が施される。
本実施形態に係るアルミナ部材は、図1に示した熱CVD処理装置100にて熱CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)処理される。熱CVD処理は、熱エネルギーによってガスを化学反応させ、薄膜を生成するものである。
次にアルミナ部材の製造方法について、前工程、本工程の順に説明する。まず、アルミナ基材30aをコーティングする前工程では、温調器120の温度調整によりニクロム線115からの熱によって赤外線ランプ110を配管加熱し、リアクタ105内部を400℃以上に調温する。バルブV1を開き、他のバルブを閉じてガスラインL1からパージガスの窒素ガスをリアクタ105内に供給する。図示しない排気装置によりリアクタ105の内部を所定の真空度まで排気する。前工程では、窒素ガスの流量を1SLMに調整しながら30分間プリベークする。
その際、混合ガスの全ガス流量つまり、リアクタ105に供給される全ガス流量の和に対してアンモニアガス流量の割合が1000ppm(0.1%)になり、混合ガスの全ガス流量に対してTMAガス流量の割合が100ppm(0.01%)になるように、ガスラインL2から1SCCMのアンモニアガスと499SCCMのアルゴンガスとの混合ガスをリアクタ105に供給し、ガスラインL3から0.1SCCMのTMAガスと499.9SCCMのアルゴンガスとの混合ガスをリアクタ105に供給する。
以上に説明した熱CVD処理において、プロセス条件の最適化を図るとプラズマ耐性の高いコーティング膜が形成できる。換言すれば、プロセス条件の最適化を図らないと、窒化アルミニウム膜中にカーボン(C)が残留したり、酸素が混入したりしてプラズマ耐性が悪くなる。そこで、発明者らは、リアクタ105内の圧力や温度、熱CVDの処理時間等の適正化を図るための実験を行った。
まず、圧力を変化させて熱CVD処理し、生成された窒化アルミニウム膜の膜質を調べた。熱CVD処理時のプロセス条件は次の通りである。
・ガス種、流量 500SCCMの2000ppmNH3/Arの混合ガス及び500SCCMの200ppmTMA/Arの混合ガスを供給する。すなわち、実験時のガスに関する条件は、アンモニアガス流量とTMAガス流量とアルゴンガス流量の和が1SLMであり、前記流量の和に対してアンモニアガス流量が1000ppmであり、前記流量の和に対してTMAガス流量が100ppmである。つまり、アンモニアガス流量が1SCCMであり、TMAガス流量が0.1SCCMであり、アンモニアガスとアルゴンガスとの混合ガス中のアルゴンガスとTMAガスとアルゴンガスとの混合ガス中のアルゴンガスとを足した流量(つまりアルゴンガスの総流量)が998.9SCCMである。
・温度 600℃
・処理時間 30分
・圧力 XTorr(可変)
ただし、アルミナ基材30aをコーティングする窒化アルミニウム膜は、1μm以下である必要がある。これは、窒化アルミニウム膜の厚さが1μmを超えると、プラズマ処理時の熱膨張により窒化アルミニウム膜がひび割れる可能性が高くなるからである。コーティングされたアルミナ部材は、後述するようにプラズマ処理装置に設置されて、プラズマ処理中には高温にさらされ、基板の搬出時には冷却される。アルミナ基材の熱膨張係数は8.0×10−6K−1、そのアルミナ基材をコーティングする窒化アルミニウムの熱膨張係数は4.9×10−6K−1である。この熱膨張差が原因となって、1μmを超える厚さの窒化アルミニウム膜では、プラズマ処理時のアルミナ部材の加熱と冷却の繰り返しによって窒化アルミニウム膜が割れてしまう。よって、本実施形態では、窒化アルミニウムのコーティング膜は、1μm以下に制御される。
次に、温度を変化させて熱CVD処理し、生成された窒化アルミニウム膜の膜質を調べた。熱CVD処理時のプロセス条件は次の通りである。
ガス種、流量は、500SCCMの200ppmNH3/Arの混合ガスと、500SCCMの200ppmTMA/Arの混合ガスをリアクタ105へ供給する。これにより、リアクタ105に供給される全ガス流量の和に対して、アンモニアガス流量が100ppmとなり、TMAガス流量が100ppmとなる。すなわち、実験時の各ガスの流量に関する条件は、アンモニアガス流量とTMAガス流量とアルゴンガス流量の和が1SLMで、アンモニアガス流量は0.1SCCM、TMAガス流量は0.1SCCM、アルゴンガス流量は999.8SCCMである。
また、温度はX℃の可変であり、処理時間は30分である。
・ガス種、流量 5SCCMの100ppmTMA/Arの混合ガス、つまり0.0005SCCMのTMAガスと4.9995SCCMのアルゴンガスを供給する。
・プリベーク 500SCCMのアルゴンガスを流しながら500℃で1時間加熱する。
つまりこの熱分解特性の実験は、プリベークとして一分間に500SCCMのアルゴンガスを流しながら500℃で1時間加熱し、その後アルゴンガスを流しながら温度が室温に安定するまで待ち、室温での温度安定をしばらく保持した後、0.0005SCCMのTMAガスと4.9995SCCMのアルゴンガスとの混合ガスを流しながら温度を2℃/minのレートで上昇させ、この温度を上昇させている最中に温度と排出されるガスの成分とを測定することにより行った。
次に、アンモニア濃度を変化させて熱CVD処理した場合に成膜された窒化アルミニウム膜を調べた。熱CVD処理時のプロセス条件は次の通りである。
この実験時のガスに関する条件は、リアクタ105内に供給される、アンモニアガス流量とTMAガス流量とアルゴンガス流量との和を1SLM(=1000SCCM)に固定し、前記流量の和に対してアンモニアガス濃度がX(可変)ppmとなるように、アンモニアガス流量をX×10−6SLM(=X×10−3SCCM)とし、TMAガス流量を0.1SCCM(つまり前記流量の和に対してTMAガス濃度が100ppm)とし、アンモニアガスの流量を可変することに伴い総流量が1SLMとなるように、アルゴンガス流量を1000−(X×10−3)−(0.1)SCCMとした。また、温度は600℃、処理時間は30分である。
なお、アンモニアガス濃度100ppmは、TMAガス流量に対してアンモニアガス流量が1倍であり、アンモニアガス濃度1000ppmは、TMAガス流量に対してアンモニアガス流量が10倍である。
・ガス種及び流量 100ppmNH3/Arの混合ガスを5SCCM、つまり、0.0005SCCMのアンモニアガスと4.9995SCCMのアルゴンガスを流す。
・プリベーク 一分間に500SCCMのアルゴンガスを流しながら500℃で1時間加熱する。
つまりこの熱分解特性の実験は、プリベークとして一分間に500SCCMのアルゴンガスを流しながら500℃で1時間加熱し、その後アルゴンガスを流しながら温度が室温に安定するまで待ち、室温での温度安定をしばらく保持した後0.0005SCCMのアンモニアガスと4.9995SCCMのアルゴンガスとの混合ガスを流しながら温度を2℃/minのレートで上昇させ、この温度を上昇させている最中に温度と排出されるガスの成分とを測定することにより行った。
最後に、熱CVDの処理時間を変化させた場合の窒化アルミニウム膜の膜厚を調べた。その際のプロセス条件は次の通りである。
実験時のガスに関する条件は、アンモニアガス流量とTMAガス流量とアルゴンガス流量の和が1SLMであり、この流量の和に対してアンモニアガス流量が1000ppm、TMAガス流量が100ppmである。つまり、アンモニアガスが1SCCMでTMAガスが0.1SCCMでアルゴンガスが998.9SCCMである。また、温度は600℃、処理時間はX時間の可変である。
プロセス条件
・ガス種及び流量
ガスラインL2 2000ppmNH3/Arの混合ガスを500SCCM(アンモニアガスを1SCCM、アルゴンガスを499SCCM)供給
ガスラインL3 200ppmTMA/Ar混合ガスを500SCCM(TMAガスを0.1SCCM、アルゴンガスを499.9SCCM)供給
・温度 400℃以上(好ましくは500℃〜700℃)
・処理時間 30分
・圧力 特に限定なし(ただし、酸素含有量を低くするために低めがよい)
(マイクロ波プラズマ処理装置の構成)
図9は、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置200の縦断面図を模式的に示した図である。図10は同装置の天井面を示す。以下の説明では、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いて基板GにプラズマCVD処理を施す。
つぎに、上部電極及び下部電極を有する平行平板型プラズマ処理装置に載置されたアルミナ部材30を用いて、アルミナ部材30のプラズマ耐性を評価した。
初めに、TMAコート(TMAを原料に用いた窒化アルミニウム膜によるコーティング)されたアルミナ部材30を平行平板型プラズマ処理装置に載置して水素プラズマ処理を行った。プロセス条件は次の通りである。
・高周波電力 13.56MHz
・バイアス電圧 50V
・ガス種及び流量 水素(H2)ガス 5sccm、アルゴンガス 45sccm
・圧力 20mTorr
・処理時間 1時間
次に、MPAコート(MPAを原料に用いた窒化アルミニウム膜によるコーティング)されたアルミナ部材30を平行平板型プラズマ処理装置に載置して水素プラズマ処理を行った。プロセス条件は上記TMAコートの場合と同じである。
最後に、窒化アルミニウム膜によりコーティングされていないアルミナ基材のみ(コートなし)を載置した平行平板型プラズマ処理装置を用いて水素プラズマ処理を行った。プロセス条件は上記TMAコートの場合と同じである。
以上の説明では、アルミナ基材に窒化アルミニウム膜をコーティングしてアルミナ部材を製造することによりプラズマ耐性を向上させた。
20 蓋体
26 梁
33 導波管
30 アルミナ部材
30a アルミナ基材
31 スロットアンテナ
37 スロット
40 マイクロ波源
100 熱CVD処理装置
105 リアクタ
110 赤外線ランプ
115 ニクロム線
120 温調器
135 原料容器
200 マイクロ波プラズマ処理装置
Claims (10)
- 内部にてプラズマが励起される処理容器と、前記処理容器内にプラズマ励起用の電磁波を供給する電磁波源と、を備えたプラズマ処理装置に用いられるアルミナ部材であって、
前記アルミナ部材は、アルミナ基材に、膜厚が1μm以下の窒化アルミニウムの膜がコーティングされているプラズマ処理装置用のアルミナ部材。 - トリメチルアルミニウムとアンモニアとを含んだ混合ガスの熱CVD処理により、前記アルミナ基材を前記窒化アルミニウムの膜にてコーティングする請求項1に記載のプラズマ処理装置用のアルミナ部材。
- 前記熱CVD処理に使用される混合ガス中のトリメチルアルミニウムガスの流量に対するアンモニアガスの流量は、10倍以上である請求項2に記載のプラズマ処理装置用のアルミナ部材。
- 前記熱CVD処理を施す熱CVD処理装置の内部を400℃以上、700℃以下に調温する請求項2又は3のいずれかに記載のプラズマ処理装置用のアルミナ部材。
- アレン・エヌ・メチルピロリジンとアンモニアとを含んだ混合ガスの熱CVD処理により、前記アルミナ基材を前記窒化アルミニウムの膜にてコーティングする請求項1に記載のプラズマ処理装置用のアルミナ部材。
- 前記プラズマ処理装置用のアルミナ部材は、前記処理容器内に設けられ、プラズマ処理中に少なくともプラズマに晒されるアルミナ基材の表面に窒化アルミニウムの膜がコーティングされている請求項1〜5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用のアルミナ部材。
- 前記プラズマ処理装置用のアルミナ部材は、前記処理容器の内側に面して設けられ、前記電磁波源から供給された電磁波を前記処理容器内に向けて透過させる誘電体窓である請求項1〜6のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用のアルミナ部材。
- 前記プラズマ処理装置用のアルミナ部材は、前記プラズマ処理装置から取り外して前記熱CVD処理により前記窒化アルミニウムの膜をリコートした後、再度前記プラズマ処理装置に取り付けて再利用される請求項1〜7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用のアルミナ部材。
- 内部にてプラズマが励起される処理容器と、
前記処理容器内にプラズマを励起するために必要な電磁波を供給する電磁波源と、
前記処理容器内に設けられたアルミナ部材と、を備え、
前記アルミナ部材の少なくともプラズマに晒されるアルミナ基材の表面には、膜厚が1μm以下の窒化アルミニウムの膜がコーティングされているプラズマ処理装置。 - 熱CVD処理装置の内部を400℃以上、700℃以下に調温する工程と、
前記熱CVD処理装置にトリメチルアルミニウムとアンモニアとを含んだ混合ガスを供給する工程と、
前記混合ガスを使用した熱CVD処理により、前記熱CVD処理装置の内部にてアルミナ基材を、膜厚が1μm以下の窒化アルミニウムの膜にてコーティングする工程と、を含むプラズマ処理装置用のアルミナ部材の製造方法。
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