JPH06163428A - 耐蝕性部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハロゲン系腐蝕性ガスへの曝露に対して、30
0 ℃以上の高温領域で長時間に亘って耐蝕性のある耐蝕
性部材を提供することである。 【構成】 耐蝕性部材の基材が耐熱性材料からなる。厚
さ10μm 以上の結晶質窒化アルミニウムからなる被覆膜
が、基材の表面に、好ましくは化学的気相法によって設
けられている。基材を構成する耐熱性材料としては、0.
01重量％以上の炭素を含有する窒化アルミニウム焼結
体、タングステンやモリブデンなどの高融点金属、グラ
ファイトが好ましい。本発明の耐蝕性部材は、半導体製
造用途に最適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐蝕性部材に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置（例えばＰＶＤ、ＣＶ
Ｄ、拡散、アニール）において、半導体ウエハーを加熱
するプロセスには、ウエハーを１枚毎処理する枚葉式
と、一度に多量の処理をするバッチ式がある。前者の枚
葉式の加熱装置としては、抵抗発熱体を雲母等の絶縁材
により被覆し、ステンレス、インコネル、モネル等の金
属でモールドした金属ヒーターや、グラファイト抵抗発
熱体と窒化ホウ素で絶縁被覆したグラファイトヒーター
や、ハロゲンランプの集光を利用した赤外線加熱方式の
ヒーター等が使用されている。後者のバッチ式の加熱装
置としては、ウエハーを収容する石英、SiC 製の円筒管
（チューブ）の外周全体より抵抗体により加熱する手段
が取られている。

【０００３】超ＬＳＩのメモリー容量の拡大に伴ない、
微細加工化がますます進行するに従って、ケミカルな反
応を必要とするプロセスが拡大してきている。特に、ス
ーパークリーン状態を必要とする半導体製造用装置では
デポジション用ガス、エッチング用ガス、クリーニング
用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガス等のハロゲン系腐
蝕性ガスが使用されている。

【０００４】これらの腐蝕性ガスに接触させた状態で加
熱するための加熱装置として、例えば、熱ＣＶＤ装置等
の半導体製造装置においては、デポジション後にClF₃、
NF₃、CF₄ 、HF、HCl 等のハロゲン系腐蝕性ガスからな
る半導体クリーニングガスを用いている。また、デポジ
ション段階においても、WF₆ 、SiH₂Cl₂ 等のハロゲン系
腐蝕性ガスを成膜用ガスとして使用している。ここで、
熱ＣＶＤ装置等において現在使用しているクリーニング
ガスを下記表１に示す。

【０００５】

【表１】

【０００６】表中、ClF₃は金属と常温においても反応
し、フッ化金属を生成し腐蝕を生ずることが判明してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そして、上記したステ
ンレス製の金属ヒーターを用いた場合は120 ℃程度、イ
ンコネルを用いた場合は300 ℃以上の温度でそれぞれ腐
蝕が発生し、パーティクルが出て半導体不良の原因とな
る。また、窒化ホウ素や炭化珪素は、クリーニングガス
に高温で曝露するとガス化するので、コンタミネーショ
ンの影響が出て半導体不良の原因となる。また、金属ヒ
ーターをＣＶＤ等で用いた場合、チャンバー内は10^-4To
rr以下の高真空になるため、放射率の低い金属では効率
的なウエハーの加熱が困難であり、ウエハーの加熱に非
常に時間がかかる。更に、石英のチューブは失透して強
度が低下する等の問題があった。

【０００８】このような腐蝕の問題を避けるには、半導
体ウエハーを高温に加熱して膜形成等の処理をした後、
一旦ヒーター温度を300 ℃以下、あるいは100 ℃以下ま
で下げ、除去すべき膜は反応するが、ヒーターの材料は
反応しないような状態で上記のクリーニングガスをヒー
ターに当ててクリーニングしなければならない。このた
め、昇温、降温のサイクルに相当の余分な時間がかか
り、半導体製造時のスループットが遅くなる。カーボン
ヒーターを用いた場合にも、室温から150 ℃以上の温度
範囲で腐蝕が生じ、ヒーター表面が粉化し、やはりパー
ティクルを発生する。

【０００９】更に、ハロゲン系腐蝕性ガスを成膜用ガス
として用いる場合には、例えば300〜1100℃の高温で成
膜を行うために、上記の腐蝕の問題を避けることはでき
ない。

【００１０】また、本発明者は、半導体製造装置用のセ
ラミックスヒーターやサセプターの基材として、窒化珪
素焼結体の高い耐熱衝撃性を利用することを検討した。
しかし、検討を進めてみると、窒化珪素焼結体が、半導
体用のクリーニングガスやエッチングガスによって腐蝕
し易いことを発見した。

【００１１】上記の問題を解決するため、本発明者は、
特願平３−150932号明細書 (1991年５月28日出願) や特
願平４−58727 号明細書 (1992年２月13日出願) におい
て、窒化アルミニウム焼結体が上記のハロゲン系腐蝕性
ガスに対して高い耐蝕性を備えていることを開示した。
即ち、例えばClF₃ガスに対して241 〜591 ℃の高温で１
時間窒化アルミニウム焼結体を曝露しても、その表面状
態は変化が見られなかった。

【００１２】しかし、本発明者は、更に研究を進めた結
果、次のことを発見した。即ち、本発明者は、上記の窒
化アルミニウム焼結体について、100 〜600 ℃の温度で
50時間以上の長時間に亘って曝露試験を行ってみた。と
ころが、100 ℃の場合には変質が見られなかったもの
の、300 ℃の場合にはＳＥＭ観察により焼結体の表面に
かなりの変質が見られ、重量増加の傾向が見られた。更
に600 ℃の場合には窒化アルミニウム粒子が表面から相
当脱落し、粉化し重量の減少が見られた。

【００１３】本発明の課題は、300 ℃以上の高温領域に
おいて、ハロゲン系腐蝕性ガスの曝露に対して長時間の
耐久性を有する耐蝕性部材を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、300 ℃以上の
温度でハロゲン系腐蝕性ガスに曝露されるべき耐蝕性部
材であって、耐熱性材料からなる基材と、厚さ10μm 以
上の結晶質窒化アルミニウムからなる被覆膜とを備えた
耐蝕性部材に係るものである。

【００１５】本発明者は、ハロゲン系腐蝕性ガスに対し
て長時間高温で曝露されても腐蝕されにくい耐蝕性部材
を探索した。そして、好ましくは化学的気相法によって
設けられた厚さ10μm 以上の結晶質窒化アルニミウムか
らなる被覆膜を基材の表面に形成すると、極めて優れた
耐蝕性が得られることを見出し、本発明を完成した。一
般に耐蝕性セラミックスとは、酸、アルカリ溶液に対す
るイオン反応性を示しているが、本発明では、イオン反
応性ではなく、ドライガス中でのハロゲンガス酸化還元
反応に対する反応性に着目している。

【００１６】上記において、「化学的気相法」には、化
学的気相堆積法、反応性スパッタリング、エピタキシャ
ル法を含む。また、アモルファスの窒化アルミニウムは
含まないが、単結晶及び多結晶の窒化アルミニウムを含
む。

【００１７】本発明者は、前記したように、窒化アルミ
ニウム焼結体を長時間に亘って高温でハロゲン系腐蝕性
ガスに曝露させた場合に窒化アルミニウム粒子の脱落等
が生ずる原因について、詳しく検討した。この結果、次
の事実を初めて突き止めた。

【００１８】即ち、上記の窒化アルミニウムを焼結させ
る際には、焼結プロセスを促進させ、また焼結体の熱伝
導率や機械的強度を高くするため、イットリアを焼結助
剤として添加していた。こうした焼結助剤は、焼結の終
了後には、図１に模式的に示す窒化アルミニウム粒子31
の粒界32に多く存在する。そして、比較的短時間であれ
ば問題ないけれども、高温で長時間ClF₃, NF₃ 等に曝露
すると、フッ素ラジカルの粒界拡散が矢印A のように進
行し、粒界32中のイットリアがフッ素ラジカルによって
攻撃され、粒界の体積が変化する。この結果、矢印Ｂに
示すように窒化アルミニウム粒子31が脱落するものと思
われる。

【００１９】ところが、本発明に従って製造した耐蝕性
部材であれば、後述するように、300 ℃以上の高温で長
時間ハロゲン系腐蝕性ガスに曝露しても、上記のような
窒化アルミニウム粒子の脱落は生じなかった。しかも、
基材としては、後述する種々の耐熱性材料を使用できる
ことも確認した。これは、粒界相にガラスが存在しない
ためである。

【００２０】また、窒化アルミニウムからなる被覆膜が
ClF₃ガス等に対して良好な耐蝕性能を有する理由は、窒
化アルミニウムの表層がＦラジカルによってAlF₃とな
り、不動能化しており、腐蝕の進行を防止しているから
である。ここで、窒化アルミニウムからなる被覆膜をCl
F₃ガスに曝露した後の表面をＥＰＭＡ分析した結果を、
図９のグラフに示す。フッ素のピークは約18.32Aであ
り、明らかにフッ素原子のピークが検出されている。

【００２１】また、本発明者が上記の不動能化膜の厚さ
を測定したところ、約５μm あることから、窒化アルミ
ニウム被覆膜の厚さは５μm 以上必要であり、好ましく
は10μm は必要である。

【００２２】

【実施例】以下、更に、本発明の種々の態様について述
べる。例えばClF₃ガスは、加熱による熱分解でフッ素ラ
ジカルを発生し、このフッ素ラジカルにより、種々の材
質をエッチング又はクリーニングするものである。ClF₃
は、次式に従って解離する。ClF₃→ClF ＋ F^- ＋ F⁺ 。
本発明の耐蝕性部材は、常温から1100℃もの高温に至る
まで、ClF₃ガスに対して長時間安定であった。

【００２３】NF₃ ガスについては、表１に示したよう
に、プラズマによるNF₃ 分子の分解が必要である。この
ため、−30℃等の低温においても、エッチングガス、ク
リーニングガスとして用いうる。しかし、高温である方
がエッチングレートは大きい。CF₄ ガス等についても、
同様のことが言える。そして、300 ℃〜1100℃もの高温
条件下においても、本発明の耐蝕性部材は、NF₃ ガス、
CF₄ ガスに対して長時間安定であることを見出した。

【００２４】基材を構成する耐熱性材料としては、0.01
重量％以上の炭素を含有する窒化アルミニウム焼結体
や、高融点金属や、グラファイトが好ましい。緻密な窒
化アルミニウム焼結体を得るには、窒化アルミニウム粉
末に対して数重量％のY₂O_3, Yb₂O₃ 等の焼結助剤を添加
し、これを混合し、混合粉末に有機バインダーを添加し
て造粒し、この造粒粉末を仮焼し、この仮焼体を粉砕す
る。そして、再びこの粉末を成形し、成形体を焼成す
る。

【００２５】このうち、特に仮焼工程においては、有機
バインダーを酸化させて二酸化炭素を気化させるが、こ
の後も炭素成分が焼結体中に0.01重量％以上残留する。
また、上記の工程において、マグネシウム、カリウム、
鉄、珪素などがＰＰＭオーダーの微量成分として残留し
てしまう。しかし、こうした0.01重量％以上の炭素を含
有する窒化アルミニウム焼結体も、やはりハロゲン系腐
蝕性ガスに対して高い耐蝕性を有しているし、かつ機械
的強度、熱伝導率共にセラミックスとしては非常に高い
ものであり、基材として適している。

【００２６】こうした窒化アルミニウム焼結体の焼結助
剤としては、Y₂O_3, Yb₂O₃ 等の希土類元素の酸化物が好
ましい。焼結方法としては、常圧焼成、ガス圧焼成、ホ
ットアイソスタティックプレス、ホットプレス法などを
採用できる。また、基材を構成しうる高融点金属として
は、タングステン、モリブデン、白金等を例示できる。

【００２７】本発明の耐蝕性部材を半導体製造装置用に
用いると、特に好適である。即ち、通常耐蝕性のある金
属としてはステンレス、モネル、アルミニウム、ニッケ
ルなどが知られているが、300 ℃以上の高温域ではハロ
ゲン系腐蝕性ガスに腐蝕されてしまう。

【００２８】また、本発明者の見出したところでは、上
記したような窒化アルミニウム焼結体であっても、高温
真空領域で、微量金属成分、残留炭素成分が、プラズマ
シース内のイオンボンバードメントやClラジカル、Ｆラ
ジカルの攻撃等により、基材から脱落していた。これら
は、半導体ウエハーのコンタミネーションを生じるもの
であった。

【００２９】本発明の耐蝕性部材を半導体製造装置用に
用いると、クリーニングガス、エッチングガスに対して
安定な構造部品を提供できるうえに、半導体不良の原因
となるパーティクルやコンタミネーションの発生を長期
間に亘って防止できる。これにより、特にＤＲＡＭ、４
Ｍ等の高集積度半導体の製造にも初めて良好に対応でき
るようになった。

【００３０】本発明を、赤外線ランプ加熱によって発熱
するサセプタ、半導体加熱用セラミックスヒーター、セ
ラミックスヒーターの発熱面に設置されるサセプタ、静
電チャックに対して適用すると、半導体の成膜用、クリ
ーニング用を問わず、極めて有益である。これらは、通
常300 ℃以上の高温でハロゲン系腐蝕性ガスに対して曝
露されるものであり、有用な材料が望まれているからで
ある。

【００３１】例えば、WF₆ 等のハロゲン系の成膜用ガス
は、腐蝕性を有している。このような成膜用ガスに成膜
工程で300 ℃〜1100℃の高温で曝露される耐蝕性部材に
本発明を適用すれば、成膜工程において、半導体不良の
原因となるパーティクルやコンタミネーションの発生を
防止できる。

【００３２】更に、耐蝕性部材が、半導体製造用ＣＶＤ
装置内で成膜用ガスに300 〜1100℃の成膜温度で曝露さ
れ、かつ成膜後にハロゲン系腐蝕性ガスからなるクリー
ニングガスに300 ℃、成膜温度以下の温度で曝露される
ものである場合が、好ましい。即ち、この場合は、半導
体ウエハーに成膜した後、クリーニングガスでクリーニ
ングする際に加熱温度を例えば100 ℃以下にまでそのつ
ど下げる必要がなく、加熱温度を300 ℃以上、成膜温度
以下の高温に保ったままでクリーニングすることができ
る。従って、半導体ウエハーに膜付けする際のスループ
ットを向上させ、生産量を増大させることができる。

【００３３】また、上記したような、ハロゲン系腐蝕性
ガスからなるクリーニングガス、エッチングガスは、半
導体製造業以外の化学工業において用いられているが、
この分野における耐蝕性部材に対しても本発明は有効で
ある。また、汎用セラミックスの表面にＣＶＤ法によっ
てコーティングし、高温用材料、耐酸化性材料、超硬材
料を製造することが行われている。こうしたＣＶＤ装置
においても、ハロゲン系腐蝕性ガスが使用されている
が、本発明は、これらに対しても有用である。こうした
成膜反応を例示する。

【００３４】

【化１】TiCl₄(ガス）＋CH₄ （ガス）→TiC ＋４HCl AlCl₃ （ガス）＋BCl₃（ガス）＋３H₂（ガス）→AlB ＋
６HCl

【００３５】以下、本発明の適用される各種の耐蝕性部
材について順次説明する。まず、本発明を円盤状セラミ
ックスヒーターに適用した例について述べる。図２は、
ヒーター２を、枚葉式の熱ＣＶＤ装置のフランジ13へと
取りつけた状態を示す断面図である。

【００３６】２は、容器の内部のケースに取り付けられ
たウエハー加熱用の円盤状セラミックスヒーターであ
り、ウエハー加熱面３の大きさは、ウエハーを設置可能
なサイズとしておく。円盤状セラミックスヒーター２
は、緻密でガスタイトな基材４の内部にタングステン系
等の抵抗発熱体５をスパイラル状に埋設したもので、そ
の中央及び端部の給電ケーブル７を介して外部から電力
が供給される。円盤状セラミックスヒーター２を例えば
最高1100℃程度に加熱することができる。

【００３７】13は、ケース８の上面を覆う水冷ジャケッ
ト11付きのフランジであり、Ｏリング12により容器の側
壁との間がシールされ、容器の天井面が構成されてい
る。９はフランジ13の壁面を貫通して容器の内部へと挿
入された中空シースであり、セラミックスヒーター２に
接合されている。中空シース９の内部に、ステンレスシ
ース付きの熱電対10が挿入されている。中空シース９と
フランジ13との間にはＯリングを設け、大気の侵入を防
止している。

【００３８】抵抗発熱体５の末端には端子６が接合さ
れ、この端子６が給電ケーブル７に結合されている。基
材４の表面には、厚さ10μm 以上の結晶質窒化アルミニ
ウムからなる被覆膜１Ａが、化学的気相法によって設け
られている。

【００３９】基材４を構成する耐熱性材料は、絶縁性で
ある必要がある。基材４として窒化アルミニウム焼結体
を用いる場合は、半導体ウエハーの均熱性の向上を図る
目的で、焼結助剤を加えた方が好ましい。その際、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、重金属等の添加は半導体
汚染の点で極力避けた方が好ましい。具体的には、Al ₂O
₃, Si, C等は、現在すでに半導体製造装置内で使用され
ており、元素としては問題は生じないが、これらの元素
は熱伝導率を低下させるので好ましくなく、希土類酸化
物、Ni化合物、希土類フッ化物、フッ化物が好ましく、
特にYb₂O₃, AlF ₃ が好ましい。

【００４０】次に、円盤状セラミックスヒーターの発熱
面に設置されるウエハー加熱用サセプタに対して本発明
を適用した例について説明する。図３は、ウエハー加熱
用サセプタを円盤状セラミックスヒーターに設置し、こ
のヒーターを熱ＣＶＤ装置のフランジ部に取り付けた状
態を示す断面図、図４は図３のIV−IV線断面図である。

【００４１】図示しない半導体製造用熱ＣＶＤ装置の容
器に、フランジ部14が取り付けられ、このフランジ部14
が容器の天井面を構成している。フランジ部14と、図示
しない容器との間は、Ｏリング12によって気密にシール
されている。フランジ部14の上側に、取り外し可能な天
板15が取り付けられ、この天板15が、フランジ部14の円
形貫通孔14a を覆っている。フランジ部14に冷水ジャケ
ット11が取り付けられる。

【００４２】フランジ部14の下側面には、グラファイト
等からなるリング状ケース保持具8Aが、断熱リング16A
を介して固定されている。ケース保持具8Aとフランジ部
14とは直接に接触しておらず、若干の間隙が設けられて
いる。ケース保持具8Aの下側面には、グラファイト等か
らなる略リング状のケース8Bが、断熱リング16B を介し
て固定されている。ケース8Bとケース保持具8Aとは直接
には接触しておらず、若干の隙間が設けられている。

【００４３】緻密質セラミックスからなる円盤状基材４
の内部に、抵抗発熱体５を螺旋状に埋設し、円盤状セラ
ミックスヒーター２を構成する。抵抗発熱体５の両端部
にはそれぞれ電極端子６を接続する。この電極端子６
は、円盤状基材４の背面側に、その表面が露出するよう
に、円盤状基材４に埋め込まれている。一対の電極端子
６には、それぞれ棒状の電極部材20が連結され、電極部
材20の一端がリード線に接続されている。円盤状基材４
の表面に被覆層１Ａが形成されている。

【００４４】ステンレスシース付きの熱電対10が、モリ
ブデン等からなる中空シース９内に挿入され、中空シー
ス９の細い先端が円盤状基材４の背面側に接合されてい
る。一対の電極部材20及び中空シース９は、それぞれ天
板15を貫通して容器外に端部を突き出した状態となって
いる。また、一対の電極部材20及び中空シース９と天板
15との間は、Ｏリングで気密にシールされる。

【００４５】円盤状セラミックスヒーター２の側周面の
背面側には延在部4aがリング状に形成され、一方、ケー
ス8Bの下部内周にはやはりリング状にケース本体から突
出した支持部8aが形成されている。円盤状セラミックス
ヒーター２とケース8Bとの間には所定の間隔を置き、こ
れら両者を接触させない。そして、例えば計４個の円柱
状介在ピン17をケース8B内周とセラミックスヒーター２
の側周面との間に介在させ、介在ピン17の一端を支持部
8a上に螺合、接合、嵌合等により固定し、他端の上に延
在部4aを載置し、これによりセラミックスヒーター２を
断熱固定する。

【００４６】ケース8Bの下側面及び円盤状セラミックス
ヒーター２の発熱面３に対して接するように、円盤状の
ウエハー加熱用サセプタ46を固定する。ウエハー加熱用
サセプタ46のウエハー設置面19に半導体ウエハーＷを設
置し、加熱する。ウエハー設置面19側に、半導体ウエハ
ーＷの平面形状に相似の凹部46a を形成する。

【００４７】半導体ウエハー加熱用サセプタ46において
は、耐熱性材料からなる基材18の表面に、本発明による
被覆膜1Bが設けられている。基材18の材質としては、グ
ラファイト等の導電性材料も使用できる。

【００４８】本実施例でも、前述の作用効果を奏するこ
とができる。なお、ClF₃、NF₃ 等のクリーニングガスは
ウエハー加熱用サセプタ46に当り、発熱面３には直接当
たらない。従って、セラミックスヒーターにおいて、被
覆膜1Aを設けないようにすることもできる。

【００４９】次いで、本発明者が別途開発した、半導体
ウエハーを吸着、加熱するための、セラミックスヒータ
ーと一体化された静電チャックに対して、本発明を適用
した例について説明する。図５は、こうしたヒーター付
きの静電チャックを示す概略断面図である。

【００５０】円盤状基材22の内部には抵抗発熱体５が埋
設され、この抵抗発熱体５は例えば螺旋状に巻回されて
いる。抵抗発熱体５の両端部には、それぞれ端子６が接
続固定され、各端子６の端面が給電ケーブル30に接合さ
れている。一対の給電ケーブル30は、それぞれヒーター
電源29に接続されており、図示省略したスイッチを作動
させることにより、抵抗発熱体５を発熱させることがで
きる。円盤状基材22は、相対向する主面22a, 22bを有す
る。ここで主面とは、他の面より相対的に広い面をい
う。

【００５１】円盤状基材22の一方の主面22a に沿って、
例えば円形の膜状内部電極23が形成されている。そし
て、この膜状内部電極23を覆うように、一方の主面22a
上に誘電体層21が形成され、一体化されている。これに
より、膜状内部電極23は、円盤状基材22と誘電体層21と
の間に内蔵される。この膜状内部電極23は、パンチング
メタルのような穴明き形状とすると、誘電体層21の基材
22との密着性が良好となる。円盤状基材22の内部には電
極端子24が埋設され、この電極端子24の一端には膜状内
部電極23が接続され、電極端子24の他端には給電ケーブ
ル25A が接続されている。この給電ケーブル25A は静電
チャック電源27の正極に接続され、直流電源27の負極が
アース線25B に接続される。

【００５２】円板状基材22及び誘電体層21を一体化した
状態で、円板状基材22の表面に被覆膜1Dが設けられてお
り、誘電体層21の表面に被覆膜1Cが設けられている。被
覆膜1C及び1Dは、本発明に従って設けられる。円板状基
材22を構成する耐熱性材料は、絶縁性でなければならな
い。

【００５３】ウエハーＷを加熱処理する際には、誘電体
層21のウエハー設置面21a にウエハーＷを設置し、ウエ
ハーＷに対してアース線25B を接触させる。そして、膜
状内部電極23に正電荷を蓄積して誘電体層21を分極さ
せ、誘電体層21のウエハー設置面側に正電荷を蓄積させ
る。それと共に、ウエハーＷに負電荷を蓄積させ、誘電
体層21とウエハーＷとの間のクーロン引力により、ウエ
ハーＷをウエハー設置面21a へと吸着させる。これと共
に、抵抗発熱体５を発熱させてウエハー設置面21a を所
定温度に加熱する。

【００５４】こうしたヒーター付き静電チャックによれ
ば、ウエハーＷをウエハー設置面21a へとクーロン力に
よって全面で吸着しつつ、同時にウエハー設置面21a を
加熱してウエハーを加熱することができる。従って、特
に中高真空中ではウエハーＷとウエハー加熱面との間の
隙間を最小とすることによりウエハーＷを全面に亘って
ヒーター温度に追従させ、均熱化することができる。更
には、ウエハー設置面21へのウエハー設置後の安定にか
かる時間が最小となり、半導体の歩留り、スループット
を向上させることができる。

【００５５】ついで、熱ＣＶＤ装置等の内部で半導体ウ
エハーを保持する、いわゆる静電チャックに本発明を適
用した例について述べる。図６は静電チャックの一例を
示す概略断面図である。

【００５６】円盤状基材22の一方の主面に沿って、例え
ば円形の膜状内部電極23が形成されている。そして、こ
の膜状内部電極23を覆うように、一方の主面上に誘電体
層21が形成され、一体化されている。これにより、膜状
内部電極23は、円盤状基材22と誘電体層21との間に内蔵
される。この膜状内部電極23は、パンチングメタルのよ
うな穴明きの形状とすると、誘電体層21の密着性が良好
となる。円盤状基材22の内部には電極端子24が埋設さ
れ、この電極端子24の一端には膜状内部電極23が接続さ
れ、電極端子24の他端には給電ケーブル25A が接続され
ている。この給電ケーブル25A は静電チャック電源27の
正極に接続され、電源27の負極がアース線25B に接続さ
れる。そして、半導体ウエハーＷをウエハー設置面に設
置し、吸着する。

【００５７】このウエハー設置面の平面形状の一部を拡
大して図７に示す。平面略正方形の突起28が図７におい
て上下方向及び左右方向に一定間隔で基盤目状に設けら
れており、各突起28の間の領域に凹部26が形成されてい
る。この凹部26によって、半導体ウエハーＷのチャック
解除後の残留吸着力を減らし、かつ温度上昇時の応答性
を高める。

【００５８】円盤状基材22と誘電体層21とを一体化した
状態で、本発明に従って、誘電体層21の表面に被覆膜1E
が形成され、円盤状基材22の表面に被覆膜1Fが形成され
る。

【００５９】また、赤外線加熱方式のウエハー加熱用サ
セプタを、本発明に従って形成することが可能である。
この方式では、熱ＣＶＤ装置等の容器の外側に赤外線ラ
ンプを設置し、容器外壁に赤外線透過窓を設け、赤外線
透過窓を通してウエハー加熱用サセプタに赤外線を放射
し、サセプタの表面に置いた半導体ウエハーを加熱す
る。こうしたサセプタを用いた例について、図８を参照
しつつ述べる。

【００６０】図８には、熱ＣＶＤ装置を、模式的に示し
てある。チャンバー33の上部壁面に支持部34が設置さ
れ、支持部34にシャワー板35が取り付けられる。シャワ
ー板35には、多数の貫通孔35a が設けられている。チャ
ンバー33の側周面に排気口33aが設けられ、下側壁面にS
iO₂製の窓43が設けられ、窓43の外側に赤外線ランプ44
が設置されている。アーム42の先端にサセプタ39が取り
付けられている。

【００６１】サセプタ39の基材40は略円盤形状であり、
基材40の上側表面及び側周面に被覆膜１Ｇが形成されて
いる。サセプタ39上に半導体ウエハーＷが設置され、ウ
エハーＷとシャワー板35とが対向している。基材40の裏
面側にＲＦプレート41が設置されている。交流電源29の
一端は支持部34に接続され、他端はＲＦプレート41に接
続されている。

【００６２】略円盤形状のサセプタ39を取り囲むよう
に、円環形状のガードリング36が固定されている。ガー
ドリング36においては、基材37の表面に、被覆膜38が設
けられている。

【００６３】成膜工程においては、赤外線ランプ44によ
ってサセプタ39を加熱し、これによってサセプタ39上の
半導体ウエハーＷを加熱する。チャンバー33の上部より
矢印Ｃのように成膜用ガスを流入させる。この成膜用ガ
スは、矢印Ｄのように分かれてチャンバー33内に流入す
る。このガスが、半導体ウエハーＷ上で加熱分解反応
し、堆積する。ガードリング36を設けることによって、
サセプタ39の裏面側に成膜用ガスが回り込んで堆積する
のを防止すると共に、赤外線ランプ44の光を遮断する。
ガードリング36は、冷却されているチャンバー33と接し
ており、これによりガードリング36上への成膜を防止で
きる。

【００６４】また、クリーニング時には、チャンバー内
にフッ素系のクリーニングガスを流入させ、ＲＦプレー
ト41とチャンバーとの間に高周波電圧を印加してプラズ
マを発生させ、クリーニングガスを活性化させる。これ
によって、サセプタ39、アーム42、チャンバー33の内壁
面などに付着した膜をクリーニングする。なお、ＲＦプ
レート41は、サセプタ39内に埋設することもできる。

【００６５】また、半導体ウエハー固定用のプシャーピ
ン、熱電対を内部に収容するための中空シース管、ＣＶ
Ｄ、ＰＶＤ装置用の半導体用ガス供給ノズル及び半導体
用ガス排気用ポート、ＣＶＤ、ＰＶＤ装置の容器（チャ
ンバー）の内壁を、それぞれ本発明に従って形成するこ
とができる。

【００６６】次いで、具体的な実験結果について述べ
る。表２に示す各試料を準備した。窒化アルミニウム焼
結体としては、焼結助剤としてY₂O₃を５重量％添加した
ものを用いた。また、窒化アルミニウム焼結体中の炭素
含有量は、0.03重量％であった。本発明の試料において
は、上記の窒化アルミニウム焼結体の表面に、熱ＣＶＤ
法で窒化アルミニウムからなる被覆膜を形成した。被覆
膜の厚さは50μm であった。

【００６７】表２に示す各試料を反応器中に封入し、76
0 Torrから５×10^-1Torrへと窒素バージし、次いで５×
10^-1Torrと500Torr との間で窒素ガス置換を３回行っ
た。そして、ClF₃ガスを100 SCCM及び窒素ガスを100SCC
M で導入して反応器内圧力を10Torrとした。そして、表
２に示す温度及び時間で反応させた。この反応の間は、
ClF₃濃度を100 ％とし、圧力を100Torr とした。次いで
ClF₃ガスのパージを行って反応器内圧力を５×10^-1Torr
とし、５×10^-1Torrと500Torr との間で窒素ガス置換を
３回行った。この後、反応器から試料を取り出した。

【００６８】各試料につき、反応前後の重量を測定し、
かつClF₃ガスに曝露した後の表面状態変化を目視、ＳＥ
Ｍ（走査型電子顕微鏡）で観察した。ここで、重量変化
率は次式から求めた。（反応後重量−反応前重量）／反
応前重量×100 （％）。この結果を下記表に示す。

【００６９】

【表２】

【００７０】表２において、表面状態をＳＥＭで観察し
た結果が「Ｘ」の場合は、10μm 以下のパーティクルの
発生が認められた。これが「Δ」の場合は、表面の粗れ
が発生していた。

【００７１】以上の結果から解るように、窒化アルミニ
ウム焼結体の耐蝕性は、耐蝕性セラミックスとして知ら
れているβ−SiC やサイアロンよりも遙かに高い。しか
し、窒化アルミニウム焼結体であっても、300 ℃以上の
高温で長時間ClF₃ガスに曝露すると、やはり腐蝕が見ら
れる。本発明の試料においては、300 ℃以上の高温で長
時間ClF₃ガスに曝露しても、このような表面の腐蝕は見
られず、半導体不良の原因となるパーティクルも発生し
ていない。

【００７２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の耐蝕性部材
は、ハロゲン系腐蝕性ガスに対して高温で長時間に亘っ
て極めて高い耐蝕性を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】窒化アルミニウム焼結体の微構造を模式的に示
す断面図である。

【図２】円盤状セラミックスヒーター２をＣＶＤ装置の
フランジ13に取り付けた状態を示す断面図である。

【図３】円盤状セラミックスヒーター２の発熱面３にサ
セプタ46を設置した状態を示す断面図である。

【図４】図３のIV−IV線断面図である。

【図５】ヒーター付きの静電チャックを模式的に示す一
部断面図である。

【図６】静電チャックを模式的に示す一部断面図であ
る。

【図７】図６の静電チャックのウエハー設置面を拡大し
て示す平面図である。

【図８】赤外線加熱方式の熱ＣＶＤ装置の例を模式的に
示す一部断面図である。

【図９】結晶質窒化アルミニウムからなる被覆膜をClF₃
ガスに曝露させた後のＥＰＭＡ分析結果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 38 被覆膜 ２ 円盤状セラミックスヒーター ３ 発熱面 ４，18, 21, 22, 37, 40 基材 23 膜状電極 36 ガードリング 39, 46 サセプター 44 赤外線ランプ Ｗ 半導体ウエハー

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 300 ℃以上の温度でハロゲン系腐蝕性ガ
   スに曝露されるべき耐蝕性部材であって、耐熱性材料か
   らなる基材と、厚さ10μm 以上の結晶質窒化アルミニウ
   ムからなる被覆膜とを備えた耐蝕性部材。
2. 【請求項２】 前記基材が、0.01重量％以上の炭素を含
   有する窒化アルミニウム焼結体からなる、請求項１記載
   の耐蝕性部材。
3. 【請求項３】 前記基材が高融点金属からなる、請求項
   １記載の耐蝕性部材。
4. 【請求項４】 前記基材がグラファイトからなる、請求
   項１記載の耐蝕性部材。
5. 【請求項５】 半導体製造装置内でハロゲン系腐蝕性ガ
   スに曝露される、半導体製造装置用の請求項１〜４のう
   ちいずれか一つの項に記載の耐蝕性部材。
6. 【請求項６】 前記耐蝕性部材が、赤外線ランプ加熱に
   よって発熱するサセプタであって、このサセプタの発熱
   面に設置された半導体ウエハーを加熱するためのサセプ
   タである、請求項５記載の耐蝕性部材。
7. 【請求項７】 前記耐蝕性部材が、耐熱金属からなる抵
   抗発熱体を前記基材内に埋設してなる半導体加熱用セラ
   ミックスヒーターである、請求項５記載の耐蝕性部材。
8. 【請求項８】 前記耐蝕性部材が、セラミックスヒータ
   ーの発熱面に設置されるサセプタであって、このサセプ
   タの発熱面に設置された半導体ウエハーを加熱するため
   のサセプタである、請求項５記載の耐蝕性部材。
9. 【請求項９】 前記耐蝕性部材が、盤状の前記基材内に
   少なくとも膜状内部電極を埋設した構造の静電チャック
   である、請求項５記載の耐蝕性部材。
10. 【請求項１０】 前記耐蝕性部材が、半導体製造用ＣＶ
    Ｄ装置内でハロゲン系腐蝕性ガスからなる成膜用ガスに
    300 〜1100℃の成膜温度で曝露される半導体ウエハー加
    熱用の耐蝕性部材である、請求項５記載の耐蝕性部材。
11. 【請求項１１】 前記耐蝕性部材が、半導体製造用ＣＶ
    Ｄ装置内で成膜用ガスに300 〜1100℃の成膜温度で曝露
    され、かつ成膜後にハロゲン系腐蝕性ガスからなるクリ
    ーニングガスに300 ℃以上、前記成膜温度以下の温度で
    曝露される半導体ウエハー加熱用の耐蝕性部材である、
    請求項５記載の耐蝕性部材。