JP6586029B2 - Semiconductor manufacturing equipment parts and semiconductor manufacturing equipment using the same - Google Patents

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Description

実施形態は、概ね、半導体製造装置用部品およびそれを用いた半導体製造装置、に関する。   Embodiments generally relate to a component for a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing apparatus using the same.

半導体の製造工程は、CVD(化学蒸着)工程、PVD(物理蒸着)工程、エッチング工程など様々な工程が使われている。シリコン基板上に導体薄膜の形成、絶縁膜の形成、露光、エッチング、などを行って半導体素子を製造している。
CVD工程は、反応系分子の気体、または、反応系分子の気体と不活性のキャリアーとの混合気体を基板上に流し、加水分解、自己分解、光分解、酸化還元などの反応による生成物を基板上に蒸着させる工程である。CVDは、反応温度を比較的低くすることができる。また、CVD工程では、プラズマ放電や光照射を利用して薄膜を形成することもできる。
PVD工程は、気相中で基板上に物理的手法により薄膜を堆積する方法である。PVD法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンビームデポジション法、スパッタリング法などが挙げられる。また、真空中や減圧下で加熱や電子ビームを使って薄膜を形成する。
また、エッチング工程は、薄膜をパターニングする工程である。エッチングには、大きく分けてウエットエッチングとドライエッチングがある。ウエットエッチングは、酸性またはアルカリ性の薬液を用いる方法である。また、ドライエッチングは、プラズマ中の反応種(イオン、高速中性粒子、ラジカルなど)を用いる方法である。そのため、ドライエッチングのことをプラズマエッチングともいう。
ウエットエッチングは、薬液による化学反応を利用しているため、広範囲のエッチングが可能となる。ドライエッチングは、化学反応、物理反応などの反応機構を制御することができる。このため、ドライエッチングは、ミクロン(μm)オーダー以下の微細加工に適している。
Various processes such as a CVD (chemical vapor deposition) process, a PVD (physical vapor deposition) process, and an etching process are used in a semiconductor manufacturing process. A semiconductor element is manufactured by forming a conductive thin film, forming an insulating film, exposing, etching, and the like on a silicon substrate.
In the CVD process, a reaction system molecule gas or a mixed gas of a reaction system molecule gas and an inert carrier is allowed to flow on the substrate, and the products resulting from reactions such as hydrolysis, autolysis, photolysis, and oxidation-reduction are removed. This is a step of vapor deposition on a substrate. CVD can lower the reaction temperature relatively. In the CVD process, a thin film can also be formed using plasma discharge or light irradiation.
The PVD process is a method of depositing a thin film on a substrate in a gas phase by a physical method. Examples of the PVD method include resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, ion plating, ion beam deposition, and sputtering. In addition, a thin film is formed using heating or an electron beam in a vacuum or under reduced pressure.
The etching process is a process of patterning the thin film. Etching is broadly classified into wet etching and dry etching. Wet etching is a method using an acidic or alkaline chemical. Further, dry etching is a method using reactive species (ion, high-speed neutral particles, radicals, etc.) in plasma. Therefore, dry etching is also called plasma etching.
Since wet etching uses a chemical reaction by a chemical solution, a wide range of etching is possible. Dry etching can control reaction mechanisms such as chemical reactions and physical reactions. For this reason, dry etching is suitable for fine processing of the order of microns (μm) or less.

このように半導体素子の製造工程は、CVD工程、PVD工程、エッチング工程を組合せて行われている。近年は配線の微細化に伴いプラズマなどの熱を伴う工程が主体になっている。また、工程の複雑化に伴い枚葉式の半導体製造装置が主体になっている。枚葉式の半導体製造装置は、それぞれの部屋でエッチング工程などの工程を行う。
従来の半導体製造装置用部品は、特許第4585260号公報(特許文献1)に示されたようなYなどの金属酸化物粒子からなる溶射膜を具備していた。Yは耐プラズマ性に優れているため、パーティクルの発生を抑制できている。
金属酸化物粒子の溶射膜を具備する半導体製造装置用部品は、耐プラズマ性が優れている。一方で、金属酸化物は材料自体の物性として熱伝導率が低い。熱伝導率の低い材料でできた溶射膜は放熱性が低い。熱伝導率の低い溶射膜は、半導体製造装置を稼働した際の熱を十分に放熱することができない。
特許第5566891号公報(特許文献2)には、窒化物粒子からなる溶射膜を具備する半導体製造装置用部品が開示されている。
Thus, the manufacturing process of a semiconductor element is performed combining the CVD process, the PVD process, and the etching process. In recent years, with the miniaturization of wiring, a process accompanied by heat such as plasma is mainly used. In addition, as a process becomes more complicated, a single-wafer type semiconductor manufacturing apparatus is mainly used. A single wafer type semiconductor manufacturing apparatus performs processes such as an etching process in each room.
A conventional component for a semiconductor manufacturing apparatus was provided with a sprayed film made of metal oxide particles such as Y 2 O 3 as disclosed in Japanese Patent No. 4585260 (Patent Document 1). Since Y 2 O 3 is excellent in plasma resistance, generation of particles can be suppressed.
A component for a semiconductor manufacturing apparatus having a thermal spray film of metal oxide particles has excellent plasma resistance. On the other hand, a metal oxide has a low thermal conductivity as a physical property of the material itself. Thermal spray films made of materials with low thermal conductivity have low heat dissipation. The thermal spray film having low thermal conductivity cannot sufficiently dissipate heat when the semiconductor manufacturing apparatus is operated.
Japanese Patent No. 5566891 (Patent Document 2) discloses a component for a semiconductor manufacturing apparatus including a sprayed film made of nitride particles.

特許第4585260号公報Japanese Patent No. 4585260 特許第5566891号公報Japanese Patent No. 5566891

特許文献2のように窒化物粒子(AlNなど)を使うことにより、パーティクルの抑制、ラジカル(塩素、フッ素など)への耐久性が向上することが開示されている。
一方で、窒化物粒子を加熱する溶射法では、大気中の酸素と反応して酸化物が形成され易くなっている。窒化物粒子膜中に、酸化物が存在すると、膜の熱伝導率が低下する。特に、基材と窒化物粒子膜の界面に酸化物が存在すると、放熱性への悪影響が大きかった。
本発明が解決しようとする課題は、放熱性の良い窒化物粒子膜を設けた半導体製造装置用部品を提供するためのものである。
Patent Document 2 discloses that the use of nitride particles (such as AlN) improves the suppression of particles and the durability to radicals (such as chlorine and fluorine).
On the other hand, in the thermal spraying method in which nitride particles are heated, an oxide is easily formed by reacting with oxygen in the atmosphere. If an oxide is present in the nitride particle film, the thermal conductivity of the film decreases. In particular, when an oxide is present at the interface between the base material and the nitride particle film, the adverse effect on heat dissipation is great.
The problem to be solved by the present invention is to provide a component for a semiconductor manufacturing apparatus provided with a nitride particle film having good heat dissipation.

実施形態にかかる半導体製造装置用部品は、基材上に窒化物粒子または酸窒化物粒子を堆積させた窒化物粒子膜を設けた半導体製造装置用部品において、基材と窒化物粒子膜の界面をXRD分析したとき、窒化物の最大ピークに対する酸化物の最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.1以下(ゼロ含む)であることを特徴とするものである。   The semiconductor manufacturing device component according to the embodiment is a semiconductor manufacturing device component in which a nitride particle film in which nitride particles or oxynitride particles are deposited on a base material is provided. The interface between the base material and the nitride particle film The ratio of the maximum peak of oxide to the maximum peak of nitride (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) is 0.1 or less (including zero) when XRD analysis is performed. is there.

実施形態にかかる半導体製造装置用部品の一例を示す図。The figure which shows an example of the components for semiconductor manufacturing apparatuses concerning embodiment.

実施形態にかかる半導体製造装置用部品は、基材上に窒化物粒子または酸窒化物粒子を堆積させた窒化物粒子膜を設けた半導体製造装置用部品において、基材と窒化物粒子膜の界面をXRD分析したとき、窒化物の最大ピークに対する酸化物の最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.1以下(ゼロ含む)であることを特徴とするものである。
図1に実施形態にかかる半導体製造装置用部品の一例を示した。図中、1は半導体製造装置用部品、2は基材、3は窒化物粒子(酸窒化物粒子)、4窒化物粒子膜、5は界面、である。
The semiconductor manufacturing device component according to the embodiment is a semiconductor manufacturing device component in which a nitride particle film in which nitride particles or oxynitride particles are deposited on a base material is provided. The interface between the base material and the nitride particle film The ratio of the maximum peak of oxide to the maximum peak of nitride (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) is 0.1 or less (including zero) when XRD analysis is performed. is there.
FIG. 1 shows an example of a component for a semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment. In the figure, 1 is a part for a semiconductor manufacturing apparatus, 2 is a base material, 3 is a nitride particle (oxynitride particle), 4 is a nitride particle film, and 5 is an interface.

基材上に、窒化物粒子または酸窒化物粒子を堆積した窒化物粒子膜を具備している。窒化物粒子は、金属窒化物または複合窒化物が挙げられる。酸窒化物粒子は、金属酸窒化物または複合酸窒化物が挙げられる。金属窒化物と金属酸窒化物を比較すると金属窒化物の方が熱伝導率が高いので好ましい。
また、窒化物粒子または酸窒化物粒子としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸窒化珪素、酸窒化アルミニウム、酸窒化ホウ素から選ばれる1種であることが好ましい。

また、窒化物粒子または酸窒化物粒子は平均粒径2μm以下であることが好ましい。さらには平均粒径1μm以下であることが好ましい。平均粒径を小さくすることにより、空隙の小さい緻密な窒化物粒子膜を得ることができる。なお、平均粒径の下限は特に限定されるものではないが、0.01μm以上が好ましい。あまり、粒径が小さいと、成膜工程の管理が煩雑になる。そのため、平均粒径は、2μm以下、さらには0.01〜1μmの範囲が好ましい。
A nitride particle film in which nitride particles or oxynitride particles are deposited is provided on a substrate. Examples of the nitride particles include metal nitrides and composite nitrides. Examples of the oxynitride particles include metal oxynitrides and composite oxynitrides. When metal nitride and metal oxynitride are compared, metal nitride is preferred because of its higher thermal conductivity.
The nitride particles or oxynitride particles are preferably one selected from silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, and boron oxynitride.

The nitride particles or oxynitride particles preferably have an average particle size of 2 μm or less. Furthermore, the average particle size is preferably 1 μm or less. By reducing the average particle size, a dense nitride particle film with small voids can be obtained. The lower limit of the average particle diameter is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more. If the particle size is too small, management of the film forming process becomes complicated. Therefore, the average particle size is preferably 2 μm or less, and more preferably 0.01 to 1 μm.

また、平均粒径の測定方法は、窒化物粒子膜の任意の断面を拡大写真に撮る。拡大写真は、SEM(走査型電子顕微鏡Scanning Electron Microscope)写真を用いる。拡大写真に写る窒化物粒子の長径を測定し、粒径を求める。窒化物粒子50粒分の平均値を平均粒径と呼ぶ。
実施形態にかかる半導体製造装置用部品は、基材と窒化物粒子膜の界面をXRD分析したとき、窒化物の最大ピークに対する酸化物の最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.1以下(ゼロ含む)であることを特徴とする。
基材と窒化物粒子膜の界面とは、基材と窒化物粒子(酸窒化物粒子含む)が直接に接する箇所である。XRD分析する際に、界面を含む領域にX線を照射して測定するものとする。X線を照射するスポット径は100μm以下とする。また、スリットを用いてスポット径を1μm程度にしても良い。
また、XRDの測定条件は、Cuターゲット(Cu−Kα)、管電圧40kV、管電流40mA、走査範囲(2θ)20〜100°にて行うものとする。
Moreover, the measuring method of an average particle diameter takes the arbitrary cross sections of a nitride particle film on an enlarged photograph. As an enlarged photograph, an SEM (Scanning Electron Microscope) photograph is used. The major axis of the nitride particles shown in the enlarged photograph is measured to determine the particle diameter. The average value for 50 nitride particles is called the average particle size.
When the interface between the substrate and the nitride particle film is subjected to XRD analysis, the component for a semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment has a ratio of the maximum peak of oxide to the maximum peak of nitride (maximum peak of oxide / maximum of nitride). The peak is 0.1 or less (including zero).
The interface between the base material and the nitride particle film is a place where the base material and nitride particles (including oxynitride particles) are in direct contact. In the XRD analysis, the region including the interface is irradiated with X-rays and measured. The spot diameter for X-ray irradiation is 100 μm or less. Further, the spot diameter may be about 1 μm using a slit.
The XRD measurement conditions are a Cu target (Cu-Kα), a tube voltage of 40 kV, a tube current of 40 mA, and a scanning range (2θ) of 20 to 100 °.

窒化物の最大ピークとは窒化物粒子膜を構成する窒化物粒子または酸窒化物粒子に基づくピークの中で最も大きなピークを示す。酸化物の最大ピークとは、窒化物または酸窒化物のピークとは別に検出される酸化物のピークの中で最も大きなピークである。
窒化物の最大ピークに対する酸化物の最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.1以下(ゼロ含む)であるということは、結晶になっている酸化物が少ないことを示している。XRD分析は、結晶化合物に特有のピークを検出するものである。ピークを検出することにより、結晶化合物の有無を確認できる。また、結晶化合物の存在量に応じてピークの高さが変わるものである。特定の結晶化合物の存在量が多いと、それに応じたピークが高くなる。メインピークとなる最大ピークは、このような傾向が強い。
The maximum peak of nitride indicates the largest peak among peaks based on nitride particles or oxynitride particles constituting the nitride particle film. The maximum peak of oxide is the largest peak among oxide peaks detected separately from the peak of nitride or oxynitride.
The ratio of the maximum peak of oxide to the maximum peak of nitride (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) is 0.1 or less (including zero) means that there are few oxides that are crystallized It is shown that. XRD analysis detects peaks peculiar to crystalline compounds. By detecting the peak, the presence or absence of the crystalline compound can be confirmed. Further, the height of the peak varies depending on the amount of the crystalline compound present. When the amount of the specific crystalline compound is large, the peak corresponding to the specific crystal compound becomes high. Such a tendency is strong in the maximum peak as the main peak.

結晶性酸化物は、窒化物粒子または酸窒化物粒子に比べて熱伝導率が低い。また、結晶性酸化物が多いと、結晶性酸化物同士の粒界が多くなる。酸化物同士の粒界が増えると熱抵抗領域となり、放熱性が低下する。最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.1以下(ゼロ含む)にすることにより、基材と窒化物粒子膜の界面に存在する結晶性酸化物を少なくできる。これにより、窒化物粒子膜から基材への放熱性を向上させることができる。
最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.1以下(ゼロ含む)、さらには0.01以下(ゼロ含む)であることが好ましい。最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)がゼロに近いほど結晶性酸化物が少ないことを示す。
また、窒化物粒子膜の膜厚が1μm以上200μm以下であることが好ましい。膜厚が1μm未満では膜の耐久性が不十分となるおそれがある。また、200μmを超えて厚いと、製造コストの増大を招くおそれがある。そのため、窒化物粒子膜の膜厚は1μm以上200μm以下、さらには3μm以上100μm以下が好ましい。
また、膜密度は90%以上であることが好ましい。膜密度とは、窒化物粒子膜中に窒化物粒子がどれだけ詰まっているかを示すものである。言い換えると、窒化物粒子膜中の気孔が少ないことを示す。つまり、膜密度90%以上ということは気孔率10vol%以下であることを示す。膜密度が90%未満と小さいと膜の強度が低下するおそれがある。そのため、膜密度は90%以上、さらには95%以上100%以下が好ましい。
また、膜密度の測定方法は、窒化物粒子膜の任意の断面において、単位面積「膜厚×50μm」をSEM観察する。そのSEM写真に写る気孔の合計面積を単位面積で割った値を気孔率(vol%)とする。任意の単位面積3箇所の平均値を気孔率(vol%)とし、100から引いた値を膜密度とする。
Crystalline oxides have lower thermal conductivity than nitride particles or oxynitride particles. Moreover, when there are many crystalline oxides, the grain boundary between crystalline oxides will increase. When the grain boundary between oxides increases, it becomes a heat resistance region, and heat dissipation decreases. By setting the maximum peak ratio (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) to 0.1 or less (including zero), the crystalline oxide present at the interface between the base material and the nitride particle film can be reduced. . Thereby, the heat dissipation from a nitride particle film to a base material can be improved.
The maximum peak ratio (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) is preferably 0.1 or less (including zero), more preferably 0.01 or less (including zero). The closer the maximum peak ratio (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) is to zero, the less crystalline oxide.
Moreover, it is preferable that the film thickness of the nitride particle film is 1 μm or more and 200 μm or less. If the film thickness is less than 1 μm, the durability of the film may be insufficient. Moreover, when it exceeds 200 micrometers, there exists a possibility of causing the increase in manufacturing cost. Therefore, the thickness of the nitride particle film is preferably 1 μm or more and 200 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 100 μm or less.
The film density is preferably 90% or more. The film density indicates how much nitride particles are packed in the nitride particle film. In other words, it indicates that there are few pores in the nitride particle film. That is, a film density of 90% or more indicates a porosity of 10 vol% or less. If the film density is less than 90%, the film strength may be reduced. Therefore, the film density is preferably 90% or more, more preferably 95% or more and 100% or less.
The film density is measured by SEM observation of the unit area “film thickness × 50 μm” in an arbitrary cross section of the nitride particle film. A value obtained by dividing the total area of the pores shown in the SEM photograph by the unit area is defined as a porosity (vol%). The average value at three arbitrary unit areas is defined as the porosity (vol%), and the value subtracted from 100 is defined as the film density.

また、基材が、金属部材またはセラミックス部材であることが好ましい。実施形態に係る半導体製造装置用部品は上記窒化物粒子膜を具備していれば、その基材の材質が限定されるものではない。その一方で、基材に金属部材またはセラミックス部材を用いることにより、半導体製造装置用部品の放熱性や強度を向上させることができる。
金属部材としては、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、鉄(Fe)、珪素(Si)またはこれらを主成分とする合金が挙げられる。また、セラミックス部材は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物またはこれらの複合化合物(酸窒化物など)が挙げられる。また、セラミックス部材は、必要に応じ、焼結助剤を添加したものであってもよい。
Moreover, it is preferable that a base material is a metal member or a ceramic member. As long as the component for a semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment includes the nitride particle film, the material of the base material is not limited. On the other hand, by using a metal member or a ceramic member for the base material, it is possible to improve the heat dissipation and strength of the semiconductor manufacturing apparatus component.
Examples of the metal member include aluminum (Al), copper (Cu), iron (Fe), silicon (Si), or an alloy containing these as a main component. Examples of the ceramic member include metal oxide, metal nitride, metal carbide, or a composite compound thereof (oxynitride or the like). Further, the ceramic member may be a member to which a sintering aid is added as necessary.

以上のような半導体製造装置用部品は、ラジカルへの耐久性に優れ、その上で放熱性がよい。そのため、様々な半導体製造装置に用いることができる。半導体製造装置としては、CVD工程、PVD工程、エッチング工程のいずれか1種が好ましい。
CVD工程は、化学蒸着(chemical vapor deposition)を用いた工程のことである。CVD法は、反応系分子の気体(または反応系分子と不活性キャリアーとの混合気体)を加熱した基材上に流し、加水分解、自己分解、光分解、酸化還元、置換などの反応による生成物を基材上に蒸着させる成膜方法である。また、反応を促進させるために、プラズマ放電を利用するものをプラズマCVDという。プラズマCVDは、プラズマにより励起させているので成膜スピードを早くすることができる。
また、PVD工程は、物理蒸着(physical vapor deposition)は、真空にした容器の中で、蒸着材料を加熱し気化もしくは昇華して、離れた位置に置かれた基材表面に付着させ、薄膜を形成するというものである。蒸着材料や基板の種類により、抵抗加熱、電子ビーム、高周波誘導、レーザーなどの方法で加熱される。PVD法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームデポジション法などが挙げられる。
エッチング(Etching)工程は、化学薬品などによる腐食作用を利用した表面加工技術である。例えば、基材上に金属膜を形成し、必要な部分にエッチングレジストを塗布することにより、レジストを塗布していない箇所の金属薄膜を残すことができる。また、エッチング工程には、ウエットエッチング、ドライエッチングなどがある。
また、ウエットエッチングは、液体によるエッチングである。また、ドライエッチング(dry etching)は反応性の気体(エッチングガス)やイオン、ラジカルによって材料をエッチングする方法である。また、反応性イオンエッチングは、反応性ガスをプラズマにより反応性ガスをイオン化・ラジカル化してエッチングする方法である。反応性イオンエッチングはドライエッチングの一種である。
The parts for semiconductor manufacturing apparatus as described above are excellent in durability against radicals and have good heat dissipation. Therefore, it can be used for various semiconductor manufacturing apparatuses. As a semiconductor manufacturing apparatus, any one of a CVD process, a PVD process, and an etching process is preferable.
The CVD process is a process using chemical vapor deposition. In the CVD method, a gas of reaction system molecules (or a mixture of reaction system molecules and inert carriers) is flowed over a heated substrate, and generated by reactions such as hydrolysis, autolysis, photolysis, redox, and substitution. This is a film forming method for depositing an object on a substrate. Also, what uses plasma discharge to promote the reaction is called plasma CVD. Since plasma CVD is excited by plasma, the film forming speed can be increased.
In the PVD process, physical vapor deposition is performed in a vacuumed container by heating the vapor deposition material to vaporize or sublimate it, and attach it to the surface of the substrate placed at a remote location, It is to form. Depending on the type of vapor deposition material and substrate, heating is performed by a method such as resistance heating, electron beam, high frequency induction, or laser. Examples of the PVD method include a sputtering method, an ion plating method, and an ion beam deposition method.
The etching process is a surface processing technique using a corrosive action by chemicals or the like. For example, by forming a metal film on the substrate and applying an etching resist to a necessary portion, the metal thin film at a portion where the resist is not applied can be left. Etching processes include wet etching and dry etching.
Further, the wet etching is a liquid etching. Further, dry etching is a method of etching a material with a reactive gas (etching gas), ions, or radicals. Reactive ion etching is a method in which reactive gas is etched by ionizing and radicalizing reactive gas with plasma. Reactive ion etching is a kind of dry etching.

半導体製造工程では、CVD工程、PVD工程、エッチング工程の1種または2種以上を用いる。近年の半導体の製造工程では、微細加工や処理スピードの観点からプラズマを使った工程が使われるようになっている。プラズマを使った工程としては、プラズマCVD工程、スパッタリング工程、ドライエッチング工程が挙げられる。実施形態に係る半導体製造装置用部品は、耐プラズマ性に優れている。また、放熱性も優れている。プラズマの使用は加熱を伴うものである。半導体製造装置用部品の放熱性が高いと、熱を逃がし易くなる。放熱性が高くなると、窒化物粒子膜と基材の熱応力を緩和できるため半導体製造装置用部品の耐久性が高くなる。そのため、半導体の製造工程を歩留り良く行うことができる。また、半導体製造装置用部品の耐久性が高いため、交換頻度を少なくすることができる。
また、半導体製造装置用部品は、半導体製造装置内に搭載される部品であればよい。このような部品としては、マスク材、内壁、静電チャック、サセプタ、電極部材などが挙げられる。
In the semiconductor manufacturing process, one or more of a CVD process, a PVD process, and an etching process are used. In recent semiconductor manufacturing processes, a process using plasma is used from the viewpoint of fine processing and processing speed. Examples of the process using plasma include a plasma CVD process, a sputtering process, and a dry etching process. The semiconductor manufacturing apparatus component according to the embodiment is excellent in plasma resistance. Moreover, heat dissipation is also excellent. The use of plasma involves heating. When the heat dissipation property of the semiconductor manufacturing apparatus component is high, heat is easily released. When the heat dissipation becomes high, the thermal stress between the nitride particle film and the base material can be relieved, so that the durability of the semiconductor manufacturing apparatus component becomes high. Therefore, the semiconductor manufacturing process can be performed with a high yield. Moreover, since the durability of the semiconductor manufacturing apparatus component is high, the replacement frequency can be reduced.
Further, the semiconductor manufacturing apparatus component may be any component mounted in the semiconductor manufacturing apparatus. Examples of such parts include mask materials, inner walls, electrostatic chucks, susceptors, and electrode members.

次に実施形態に係る半導体製造装置用部品の製造方法について説明する。実施形態に係る半導体製造装置用部品は上記構成を有していれば、その製造方法は特に限定されるものではないが歩留り良く得るための方法として次の方法が挙げられる。
窒化物粒子を堆積させる成膜方法としては、必要以上に原料粉末を熱しない成膜方法が好ましい。このような成膜方法としては、エアロゾルデポジション法(AD法)、超音速フリージェット−PVD法(SFJ−PVD法)、コールドスプレー法(CS法)、衝撃焼結法(CASP法)など挙げられる。例えば、溶射法は原料粉末を溶融状態にして堆積させる成膜方法である。原料粉末を溶融状態にすると、原料粉末が酸化され易くなる。原料粉末が酸化されると窒化物粒子膜と基材の界面に酸化物結晶が形成されてしまう。
AD法、SFJ−PVD法、CS法、CASP法は、いずれも原料粉末を溶融せずに、超音速レベルの噴射速度で飛ばすことができる。このため、原料粉末を溶融せずに窒化物粒子を堆積可能である。
また、AD法、SFJ−PVD法は真空プロセスであるため、原料粉末の酸化を抑制できる。その一方で、成膜工程を真空チャンバ内で行うため、大型化に向いていない。また、CASP法は、必ずしも真空中で行う必要がないため、大型化に向いている。
また、原料粉末は平均粒径2μm以下であることが好ましい。前述のように原料粉末が溶融しないようにしているため、原料粉末の平均粒径を2μm以下にしておけば、できあがった窒化物粒子膜の平均粒径も2μm以下にできる。また、原料粉末の平均粒径は2μm以下、さらには1μm以下が好ましい。
Next, a method for manufacturing a component for a semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment will be described. As long as the semiconductor manufacturing apparatus component according to the embodiment has the above-described configuration, the manufacturing method is not particularly limited, but the following method is a method for obtaining a good yield.
As a film forming method for depositing nitride particles, a film forming method that does not heat the raw material powder more than necessary is preferable. Examples of such a film forming method include an aerosol deposition method (AD method), a supersonic free jet-PVD method (SFJ-PVD method), a cold spray method (CS method), and an impact sintering method (CASP method). It is done. For example, the thermal spraying method is a film forming method in which raw material powder is deposited in a molten state. When the raw material powder is in a molten state, the raw material powder is easily oxidized. When the raw material powder is oxidized, oxide crystals are formed at the interface between the nitride particle film and the substrate.
The AD method, SFJ-PVD method, CS method, and CASP method can all be blown at a supersonic level injection speed without melting the raw material powder. For this reason, nitride particles can be deposited without melting the raw material powder.
Moreover, since AD method and SFJ-PVD method are vacuum processes, oxidation of the raw material powder can be suppressed. On the other hand, since the film forming process is performed in a vacuum chamber, it is not suitable for enlargement. The CASP method is not necessarily performed in a vacuum, and is suitable for upsizing.
The raw material powder preferably has an average particle size of 2 μm or less. Since the raw material powder is prevented from melting as described above, if the average particle diameter of the raw material powder is 2 μm or less, the average particle diameter of the finished nitride particle film can be 2 μm or less. The average particle size of the raw material powder is preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less.

また、原料粉末と同組成のターゲットを用いる方法も有効である。原料ターゲットにレーザなどの高エネルギーを照射し、ナノ粒子レベルの原料粉末を蒸発させる。蒸発により発生した原料粉末を基材に向けて飛ばすことができる。これにより、原料粉末の平均粒径を30nm以下にすることもできる。また、原料粉を小さくすることにより、膜密度を大きくすることも可能である。原料粉末の溶融を伴わない成膜方法の場合、原料粉末を超音速で飛ばしながら成膜すると、原料粉末と基材の衝突により原料粉末が粉砕する。同様に、原料粉末と窒化物粒子膜が衝突することによっても原料粉末が粉砕する。あまり原料粉末が粉砕しすぎると、膜密度の低下をまねくおそれがある。
また、成膜中の基材または原料粉末の酸化を防ぐために、成膜工程を真空中または不活性雰囲気中で行うことが有効である。また、基材の表面を予め清掃して、表面の酸化膜を除去しておくことも有効である。原料粉末として、窒化物を使用する場合は、この方法がよい。
また、原料として金属ターゲットを用いて、窒素雰囲気中で成膜する方法も挙げられる。例えば、AlN膜を形成する場合、AlターゲットからAlを蒸発させる。次に、窒素含有雰囲気にて成膜することにより、AlをAlNにして成膜することもできる。
A method using a target having the same composition as the raw material powder is also effective. The raw material target is irradiated with high energy such as a laser to evaporate the raw material powder at the nanoparticle level. The raw material powder generated by evaporation can be blown toward the substrate. Thereby, the average particle diameter of raw material powder can also be 30 nm or less. It is also possible to increase the film density by reducing the raw material powder. In the case of a film forming method that does not involve melting of the raw material powder, if the raw material powder is formed while flying at supersonic speed, the raw material powder is pulverized by the collision between the raw material powder and the substrate. Similarly, the raw material powder is pulverized when the raw material powder collides with the nitride particle film. If the raw material powder is pulverized too much, the film density may decrease.
In order to prevent oxidation of the base material or raw material powder during film formation, it is effective to perform the film formation step in a vacuum or in an inert atmosphere. It is also effective to clean the surface of the substrate in advance and remove the oxide film on the surface. This method is preferable when nitride is used as the raw material powder.
Moreover, the method of forming into a film in nitrogen atmosphere using a metal target as a raw material is also mentioned. For example, when forming an AlN film, Al is evaporated from an Al target. Next, it is also possible to form a film with Al as AlN by film formation in a nitrogen-containing atmosphere.

(実施例)
(実施例1〜3、比較例1)
基材として、金属Al板(縦50mm×横50mm×厚さ1mm)を用意した。次に、原料粉末としてAlN粉末を用意した。それぞれ表1に示す方法で成膜した。成膜範囲は縦20mm×横20mmの範囲とした。
表1に示したSFJ−PVD法は超音速フリージェット−PVD法、AD法はエアロゾルデポジション法、CASP法は衝撃焼結法である。また、基板の表面洗浄は、表面の酸化物を除去する工程を行ったものである。なお、SFJ−PVD法は純AlNターゲット(AlN−TG)を用いて、真空中にて成膜工程を行ったものである。また、AlNターゲットは平均結晶粒径30μmのものを用いた。
(Example)
(Examples 1 to 3, Comparative Example 1)
As a base material, a metal Al plate (length 50 mm × width 50 mm × thickness 1 mm) was prepared. Next, AlN powder was prepared as a raw material powder. Films were formed by the methods shown in Table 1, respectively. The film formation range was a range of 20 mm long × 20 mm wide.
The SFJ-PVD method shown in Table 1 is a supersonic free jet-PVD method, the AD method is an aerosol deposition method, and the CASP method is an impact sintering method. Further, the surface cleaning of the substrate is performed by removing a surface oxide. The SFJ-PVD method uses a pure AlN target (AlN-TG) and performs a film forming process in a vacuum. An AlN target having an average crystal grain size of 30 μm was used.

Figure 0006586029
Figure 0006586029

得られた窒化物粒子膜を表2に示した。膜厚(μm)、窒化物粒子の平均粒径(μm)、膜密度(%)の測定は、窒化物粒子膜の厚み方向の任意の断面をSEM写真(倍率1000倍)で測定する。そのSEM写真から、単位面積「膜厚×50μm」を抜き出す。単位面積中の平均膜厚を「膜厚(μm)」とする。また、単位面積に写る窒化物粒子の長径を求め、50粒分の平均値を「窒化物粒子の平均粒径(μm)」とする。また、単位面積に写る気孔の合計面積を単位面積から除いた値を膜密度(%)とした。それぞれ、この作業を任意の単位面積「膜厚×50μm」3箇所分を行いその平均値を表2に示した。
また、基材と窒化物粒子膜の界面のXRDピーク比は、基材と窒化物粒子が直接に接する箇所をXRDにて分析した。また、XRDの測定条件は、Cuターゲット(Cu−Kα)、管電圧40kV、管電流40mA、走査範囲(2θ)20〜100°、スリットを用いてスポット径1μmにて行った。そのXRDチャートにて、酸化物結晶の最大ピークと、窒化物(AlN)の最大ピークの比を求めた。
The obtained nitride particle film is shown in Table 2. The film thickness (μm), the average particle diameter (μm) of the nitride particles, and the film density (%) are measured by measuring an arbitrary cross section in the thickness direction of the nitride particle film with an SEM photograph (magnification 1000 times). A unit area “film thickness × 50 μm” is extracted from the SEM photograph. The average film thickness in the unit area is defined as “film thickness (μm)”. Further, the major axis of the nitride particles reflected in the unit area is obtained, and the average value for 50 grains is defined as “average grain diameter of nitride particles (μm)”. Further, the value obtained by removing the total area of pores reflected in the unit area from the unit area was taken as the film density (%). Each of these operations was carried out for three arbitrary unit areas “film thickness × 50 μm”, and the average values are shown in Table 2.
Further, the XRD peak ratio at the interface between the base material and the nitride particle film was analyzed by XRD at locations where the base material and the nitride particles were in direct contact. The XRD measurement conditions were a Cu target (Cu-Kα), a tube voltage of 40 kV, a tube current of 40 mA, a scanning range (2θ) of 20 to 100 °, and a spot diameter of 1 μm using a slit. From the XRD chart, the ratio of the maximum peak of the oxide crystal to the maximum peak of nitride (AlN) was determined.

Figure 0006586029
Figure 0006586029

表から分かる通り、実施例に係る半導体製造装置用部品は最大ピーク比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)は0.1以下であった。それに対し、比較例1(CASP法)は原料粉末の平均粒径が大きいため、密度は低かった。また、基材表面の洗浄を行っていないため、最大ピーク比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が大きかった。
次に、実施例および比較例に係る半導体製造装置用部品においてプラズマ雰囲気中にさらして、その耐久性を示した。また、熱伝導率を測定した。その結果を表3に示した。
なお、熱伝導率はレーザフラッシュ法にて測定した。また、プラズマ雰囲気への耐久性は以下の条件にて行い、その膜減量を調べた。
・プラズマ雰囲気への耐久性試験
ガス:CF/O/Ar=80/20/10sccm、20mTorr
出力:ICP100W、Bias100W
曝露時間:12時間[(30分放電+10分冷却)×24回]
As can be seen from the table, the maximum peak ratio (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) of the component for a semiconductor manufacturing apparatus according to the example was 0.1 or less. On the other hand, since the average particle diameter of the raw material powder was large in Comparative Example 1 (CASP method), the density was low. Further, since the substrate surface was not cleaned, the maximum peak ratio (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) was large.
Next, the semiconductor manufacturing apparatus components according to the examples and comparative examples were exposed to a plasma atmosphere to show their durability. Moreover, the thermal conductivity was measured. The results are shown in Table 3.
The thermal conductivity was measured by a laser flash method. Further, the durability to the plasma atmosphere was performed under the following conditions, and the film loss was examined.
Durability test to plasma atmosphere Gas: CF 4 / O 2 / Ar = 80/20/10 sccm, 20 mTorr
Output: ICP100W, Bias100W
Exposure time: 12 hours [(30 minutes discharge + 10 minutes cooling) × 24 times]

Figure 0006586029
Figure 0006586029

表から分かる通り、プラズマへの耐久性が優れていた。これは窒化物粒子膜と基材の界面の酸化物の形成を抑制しているため、放熱性に優れているためである。また、膜密度が高いことも、効果を強化している。
このため、実施例に係る半導体製造装置用部品は耐久性に優れている。そのため、それを用いた半導体製造装置は、歩留り良く半導体を製造することが可能である。また、半導体製造装置用部品のメンテナンスの回数を低減することも可能である。
As can be seen from the table, the durability to plasma was excellent. This is because the formation of an oxide at the interface between the nitride particle film and the base material is suppressed, and thus heat dissipation is excellent. The high film density also enhances the effect.
For this reason, the semiconductor manufacturing apparatus component according to the example is excellent in durability. Therefore, a semiconductor manufacturing apparatus using the semiconductor manufacturing apparatus can manufacture a semiconductor with a high yield. It is also possible to reduce the number of times of maintenance of parts for semiconductor manufacturing equipment.

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was illustrated, these embodiment is shown as an example and does not limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

1…半導体製造装置用部品
2…基材
3…窒化物粒子(酸窒化物粒子)
4…窒化物粒子膜
5…界面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor manufacturing apparatus component 2 ... Base material 3 ... Nitride particle (oxynitride particle)
4 ... Nitride particle film 5 ... Interface

Claims (7)

基材上に窒化物粒子または酸窒化物粒子を堆積させた窒化物粒子膜を設けた半導体製造装置用部品において、窒化物粒子は、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸窒化珪素、酸窒化アルミニウムから選ばれる1種であり、窒化物粒子の平均粒径が2μm以下であり、
基材と窒化物粒子膜が直接に接する界面をスポット径1μmでXRD分析したとき、窒化物の最大ピークに対する酸化物の最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.01以下(ゼロ含む)であることを特徴とする半導体製造装置用部品。
In a semiconductor manufacturing apparatus component provided with a nitride particle film in which nitride particles or oxynitride particles are deposited on a substrate, the nitride particles are selected from silicon nitride, aluminum nitride, silicon oxynitride, and aluminum oxynitride The average particle size of the nitride particles is 2 μm or less,
When the interface where the substrate and the nitride particle film are in direct contact is analyzed by XRD at a spot diameter of 1 μm, the ratio of the maximum peak of oxide to the maximum peak of nitride (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) is 0. .01 or less (including zero) for semiconductor manufacturing equipment.
基材と窒化物粒子膜が直接に接する界面をスポット径1μmでXRD分析したとき、窒化物の最大ピークに対する酸化物の最大ピークの比(酸化物の最大ピーク/窒化物の最大ピーク)が0.001以下(ゼロ含む)ことを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置用部品。 When the interface where the substrate and the nitride particle film are in direct contact is analyzed by XRD at a spot diameter of 1 μm, the ratio of the maximum peak of oxide to the maximum peak of nitride (maximum peak of oxide / maximum peak of nitride) is 0. The semiconductor manufacturing apparatus component according to claim 1, wherein the component is 0.001 or less (including zero). 窒化物粒子の平均粒径が1μm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項2のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部品。 Semiconductor manufacturing equipment component according to any one of claims 1 to claim 2, wherein an average particle diameter of the nitride particles is 1μm or less. 窒化物粒子膜の膜厚が1μm以上200μm以下、膜密度が90%以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部品。 The film thickness of the nitride particles film 1μm or 200μm or less, the semiconductor manufacturing device component according to any one of claims 1 to claim 3, wherein the film density is 90% or more. 基材が、金属部材またはセラミックス部材であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部品。 The component for a semiconductor manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the base material is a metal member or a ceramic member. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部品を搭載したことを特徴とする半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus comprising the semiconductor manufacturing apparatus component according to any one of claims 1 to 5 . 半導体の製造工程がCVD工程、PVD工程、エッチング工程のいずれか1種を具備することを特徴とする請求項6記載の半導体製造装置。 The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 6 , wherein the semiconductor manufacturing process includes any one of a CVD process, a PVD process, and an etching process.
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