JPH1088316A

JPH1088316A - スパッタリング装置用防着部材およびスパッタリング装置

Info

Publication number: JPH1088316A
Application number: JP24823496A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Ota; 博康大田; Minoru Takao; 実高尾; Michiyasu Komatsu; 通泰小松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】強酸等の薬品で洗浄処理した場合においても腐
食せずに再使用回数や耐久性を改善したスパッタリング
装置用防着部材と、形成するスパッタ膜中へのダストの
混入を抑制することが可能であり、保守管理が容易なス
パッタリング装置を提供する。【解決手段】本発明のスパッタリング装置用防着部材
は、構成元素としてマグネシウムを０．１〜１．５重量
％、アルミニウムを０．１〜２．５重量％、炭素を０．
０１〜６重量％、酸素を０．２〜５重量％の範囲で含
み、残部が実質的にけい素、窒素および不純物からなる
窒化けい素系セラミックス焼結体により構成されている
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリング装置
用防着部材およびスパッタリング装置に係り、特に耐食
性に優れ、繰り返しの使用に耐えるスパッタリング装置
用防着部材およびその防着部材を使用したスパッタリン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや液晶表示素子等の製造
プロセスにおいては、基板表面にＳｉＯ₂膜等の絶縁膜
を形成するためにスパッタリング装置が使用される。こ
のスパッタリング装置は、図１に示すように、真空槽１
を備え、この真空槽１内にはスパッタリングターゲット
２と成膜基板３とが対向配置されている。成膜基板３
は、基板受け台４上に載置されている。また成膜基板３
の周囲にスパッタリング被膜（例えばＳｉＯ₂膜）が被
着することを防ぐために、防着部材として、防着用プレ
ート５や防着用リング６が配置されている。なお、図中
７はＲＦ電源である。

【０００３】枚葉式のスパッタリング装置の場合、基板
処理枚数の増加に伴って、上記防着用プレート５や防着
用リング６、さらには基板受け台３にスパッタ被膜が厚
く被着する。被着したスパッタ被膜は、熱膨張差や振動
によって防着部材から間欠的に剥離し、ダストとなって
成膜中に混入して製品の特性を劣化させる。そこで、適
当な処理枚数毎に基板受け台３、防着用プレート５およ
び防着用リング６上に被着したスパッタ被膜を除去する
必要がある。

【０００４】ところで、上記基板受け台４、防着用プレ
ート５、防着用リング６の構成材料としては、被膜の熱
膨張係数とそろえて熱膨張差による剥離を防止する観点
から従来、二酸化けい素（ＳｉＯ₂）を主成分とする石
英が用いられていたが、これら石英製の防着部材は、フ
ッ酸処理によりスパッタ被膜、例えばＳｉＯ₂膜を除去
する際に、基材部分まで腐食により除去されてしまうた
め、再使用回数が制限されるという問題を有していた。
また、石英製の基板受け台４、防着用プレート５、防着
用リング６は機械的強度が低く、取扱い時に破損等が生
じやすく、耐久性に乏しいという問題も有していた。

【０００５】そこで、基板受け台４や防着部材５、６の
耐久性改善のために、石英に比べて高強度の酸化アルミ
ニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）製防着部材を用いることが検討さ
れている。しかし、Ａｌ₂Ｏ₃製防着部材とＳｉＯ₂膜
とでは、熱膨張係数の差が大きいため、基板受け台４や
防着部材５、６上のＳｉＯ₂膜が厚くなると、上記熱膨
張差によりＳｉＯ₂膜の剥離が高頻度で起こり、それが
ダスト化して配線保護膜（基板上のＳｉＯ₂膜）中に混
入するという不具合が生じる。これによって、配線保護
膜のＨ₂Ｏ、Ｎ₂等に対する保護効果が劣化するという
問題を招いてしまう。

【０００６】また、スパッタ時の防着部材等の表面温度
は、プラズマ中で高温（２００℃程度）になるため、Ａ
ｌ₂Ｏ₃では熱サイクルによる熱衝撃破壊の頻度が高い
という問題もある。さらに、スパッタＳｉＯ₂膜の膜厚
が３０〜５０μｍになって、スパッタ作業間の熱サイク
ルにより被膜剥離が生じた場合や、１００μｍ程度をス
パッタ被膜の膜厚の目途として、クリーニングを実施す
るが、その際に装置冷却による熱サイクルとＡｌ₂Ｏ₃
とＳｉＯ₂との熱膨張差による応力の複合的作用によ
り、Ａｌ₂Ｏ₃製防着部材に破壊が生じる等、十分な耐
久性が得られないという問題があった。

【０００７】さらに上記防着部材の構成材料として、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄−Ｙ₂Ｏ₃系セラミックス焼結体やＳｉ₃Ｎ₄
−Ｙ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃系セラミックス焼結体を使用す
ることも試行されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記組
成を有する窒化けい素系セラミックス焼結体は、いずも
も酸やアルカリ等の化学薬品に対する耐腐食性が不十分
であり、フッ硝酸等で定期的に洗浄する防着部材として
使用した場合には、所定の耐久性や信頼性が得られない
という問題があった。

【０００９】また前記のような各種セラミックス焼結体
を防着部材の構成材料として使用した従来のスパッタリ
ング装置においては、基板受け台や防着用プレート、防
着用リングと、そこに被着するスパッタ被膜との熱膨張
係数のマッチングが悪いため、被膜剥離を起こして、基
板上のスパッタ膜（例えば配線保護膜）中へのダスト混
入を招いたり、また耐熱衝撃性も不十分で、熱サイクル
や熱膨張差により破壊が生じる等、耐久性にも問題を有
していた。

【００１０】さらに、防着部材を頻繁に取外して洗浄し
たり、交換する必要があったため、運転員の作業負荷が
増加するとともに、スパッタリング装置を長期間、連続
して運転することが困難であり、半導体装置の製造効率
が低下する問題点もあった。

【００１１】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、強酸等の薬品で洗浄処理した
場合においても腐食せずに再使用回数や耐久性を改善し
たスパッタリング装置用防着部材と、形成するスパッタ
膜中へのダストの混入を抑制することが可能であり、保
守管理が容易なスパッタリング装置とを提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために、種々のセラミックス焼結体により防着
部材を形成してスパッタリング装置に適用し、その耐久
性，ダストの混入量操作性等について比較検討した。そ
の結果、少なくともＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃スピネル構造体
と炭化けい素とを添加助剤として窒化けい素原料に適量
配合することによって、耐薬品性に優れると共に、強度
劣化等が少ない窒化けい素系セラミックス焼結体が得ら
れ、この焼結体をスパッタリング装置の防着部材として
使用したときに、耐久性や操作性に優れ、ダストの混入
量が少ないスパッタリング装置が初めて得られるという
知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。

【００１３】すなわち本願第１の発明に係るスパッタリ
ング装置用防着部材は、構成元素としてマグネシウムを
０．１〜１．５重量％、アルミニウムを０．１〜２．５
重量％、炭素を０．０１〜６重量％、酸素を０．２〜５
重量％の範囲で含み、残部が実質的にけい素、窒素およ
び不純物からなる窒化けい素系セラミックス焼結体によ
り構成されていることを特徴とする。またセラミックス
焼結体は、その構成元素として、さらにチタニウム、ハ
フニウム、タングステンから選ばれる少なくとも１種を
０．１〜３．８重量％の範囲で含むように構成するとよ
い。

【００１４】また本願第２の発明に係るスパッタリング
装置用防着部材は、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃スピネル構造体
を０．５〜６重量％、炭化けい素を０．１〜２０重量
％、酸化けい素を１重量％以下含み、残部が実質的に窒
化けい素からなるセラミックス混合体を焼成してなる窒
化けい素系セラミックス焼結体により構成されているこ
とを特徴とする。またセラミックス混合体は、さらに、
チタニウム、ハフニウム、タングステンの酸化物および
炭化物から選ばれる少なくとも１種の化合物を０．１〜
４重量％の範囲で含むように構成するとよい。

【００１５】さらにスパッタリング装置用防着部材の表
面粗さが、最大高さ（Ｒmax ）基準で０．８〜５μｍで
あることを特徴とする。

【００１６】また本願第３の発明に係るスパッタリング
装置は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、成膜基板
が載置される基板受け台と、前記真空槽内の前記成膜基
板と対向して配置されたターゲットと、前記成膜基板お
よびその周辺部を覆う防着用リングおよび防着用プレー
トとを具備するスパッタリング装置において、前記基板
受け台、防着用リングおよび防着用プレートから選ばれ
た少なくとも１つの防着部材が、構成元素としてマグネ
シウムを０．１〜１．５重量％、アルミニウムを０．１
〜２．５重量％、炭素を０．０１〜６重量％、酸素を
０．２〜５重量％の範囲で含み、残部が実質的にけい
素、窒素および不純物からなる窒化けい素系セラミック
ス焼結体により構成されていることを特徴とする。

【００１７】さらに本願第４の発明に係るスパッタリン
グ装置は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、成膜基
板が載置される基板受け台と、前記真空槽内の前記成膜
基板と対向して配置されたターゲットと、前記成膜基板
およびその周辺部を覆う防着用リングおよび防着用プレ
ートとを具備するスパッタリング装置において、前記基
板受け台、防着用リングおよび防着用プレートから選ば
れた少なくとも１つの防着部材が、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃
スピネル構造体を０．５〜６重量％、炭化けい素を０．
１〜２０重量％、酸化けい素を１重量％以下含み、残部
が実質的に窒化けい素からなるセラミックス混合体を焼
成してなる窒化けい素系セラミックス焼結体により構成
されていることを特徴とする。

【００１８】また上記スパッタリング装置において、防
着用リングと防着用プレートとが一体的に形成され、か
つ中央部が成膜基板方向に陥没するようにドーム状に形
成されるとよい。さらに防着用リングと防着用プレート
とが一体的に形成され、かつ金属板上に一体に接合され
るように構成するとよい。

【００１９】本発明で使用される窒化けい素系セラミッ
クス焼結体の製造時において、窒化けい素原料に添加さ
れるＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃スピネル構造体は、焼結促進剤
として機能するばかりでなく、特に薬品に対して強い耐
性を示す粒界相を形成して、焼結体の耐薬品性を向上さ
せるものである。このため、原料粉末中に０．５〜６重
量％の範囲で添加される。その添加量が０．５重量％未
満の場合には、焼結体の緻密化が不十分となり、窒化け
い素本来の特性が損われる。一方、６重量％を超える
と、耐薬品性が逆に低下しはじめる。特に好ましい添加
量は２〜５重量％の範囲である。

【００２０】また、窒化けい素原料に添加する他の成分
としての炭化けい素は、耐薬品性を高める効果を発揮す
るのみでなく、窒化けい素系セラミックスの機械的特
性、特に硬度の向上に寄与し、焼結体の高剛性化を達成
するものであり、原料粉末中に０．１〜２０重量％の範
囲で添加される。炭化けい素の添加量が０．１重量％未
満であると、機械的特性の改善効果が不十分であり、一
方２０重量％を超えると、焼結性を阻害する。より好ま
しい添加量は１〜１０重量％の範囲である。

【００２１】さらに、窒化けい素原料に添加する他の成
分としての酸化けい素は、窒化けい素粒子と各種添加助
剤との結合を強固にし、耐薬品性を高める効果を示すも
のである。酸化けい素は必ずしも添加しなければならな
いものではないが、上記したような効果を得る上で添加
することが望ましく、その際の添加量は１重量％以下と
する。添加量が１重量％を超えると、焼結性を阻害す
る。より好ましい添加範囲は０．２〜０．６重量％であ
る。

【００２２】また、セラミックス混合体においては、上
記した各添加助剤の他に、さらにＴｉ、ＨｆおよびＷの
酸化物および炭化物から選ばれる少なくとも１種の化合
物を０．１〜４重量％の範囲で添加することができる。
これらのＴｉ、Ｈｆ、Ｗの化合物は、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ
₃スピネル構造体と相乗的に作用し、緻密化を促進する
焼結促進剤として機能する上に、焼結後において高融点
の化合物となって、単独で粒子として焼結体組織内に分
散する形態を示し、焼結体の強度を向上させる効果を有
する。上記Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗの化合物は、原料粉末中に
０．１〜４重量％の範囲で添加することが好ましい。添
加量が０．１重量％未満のときは、焼結性の促進および
強度特性の改善効果が少なく、一方４重量％を超える
と、耐薬品性が低下してしまう。焼結体の機械的強度、
耐薬品性を保持するためには、１〜２重量％の範囲で添
加することがより好ましい。

【００２３】本発明で使用される窒化けい素系セラミッ
クス焼結体における各構成元素の含有量は、上記した各
添加成分の添加量規定と同様な理由から規定されたもの
であり、Ｍｇの含有量が０．１重量％未満であったり、
Ａｌの含有量が０．１重量％未満であると、良好な耐薬
品性を付与することができないと共に、焼結体の密度低
下をもたらす。一方、Ｍｇの含有量が１．５重量％を超
えたり、Ａｌの含有量が２．５重量％を超えると、逆に
耐薬品性が低下してしまう。これらは、基本的にはＭｇ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃スピネル構造体を構成し得るような比率
で含有されているものであるが、焼結過程等において多
少変動するものである。Ｏの含有量範囲は、上記Ｍｇと
Ａｌの含有量の理由に準ずるものである。また、Ｃは炭
化けい素として添加されたものであり、Ｃの含有量が
０．０１重量％未満であると、機械的特性や耐薬品性を
十分に高めることができず、一方６重量％を超えると、
焼結体の密度低下をもたらす。Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗに関して
も同様である。

【００２４】本発明で使用する窒化けい素系セラミック
ス焼結体は、例えば以下に示すような製造方法により作
製される。

【００２５】すなわち、窒化けい素原料にＭｇＯ・Ａｌ
₂Ｏ₃スピネル構造体、炭化けい素、酸化けい素、さら
には必要に応じて、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗの酸化物および炭化
物から選ばれる少なくとも１種の化合物を所定量添加
し、原料混合体を調製する。次いで、得られた原料混合
体を金型プレス等の汎用の成形法によって所望形状の成
形体（セラミックス混合物成形体）とした後、この成形
体を窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気
中で、１７００〜１８００℃程度の温度で所定時間焼結
する。なお、上記焼結操作は、常圧焼結法によっても、
あるいはその他の焼結法、例えばホットプレス法、雰囲
気加圧法、熱間静水圧法（ＨＩＰ）等を適用して実施し
てもよい。いずれの焼結法においても緻密で機械的強度
が高く、特に酸やアルカリ等の化学的薬品が混在する使
用環境下において、耐薬品性（耐腐蝕性）に優れた窒化
けい素系セラミックス焼結体が得られる。

【００２６】本発明に係るスパッタリング装置用防着部
材は、上記のように調製した窒化けい素系セラミックス
焼結体により構成される。また、本発明に係るスパッタ
リング装置は、基板受け台、防着用リングおよび防着用
プレートから選ばれた少なくとも１つの防着部材が上記
窒化けい素系セラミックス焼結体により構成される。

【００２７】ここで上記スパッタリング装置用防着部材
の表面粗さは、スパッタ被膜の堆積形態に大きな影響を
及ぼすため、本発明においては最大高さ（Ｒmax ）基準
で０．８〜５μｍの範囲とする。表面粗さが５μｍを超
えるように凹凸が粗大になると、堆積するスパッタ被膜
の厚さが不均一になり、熱衝撃や振動等によって被膜が
剥離し易くなり、基板表面に形成した製品被膜中へのダ
スト混入量が増加する。一方、表面粗さが０．８μｍ未
満となるように平滑に形成しても堆積膜厚の均一化効果
は飽和し、却って研磨工数が増加するため好ましくな
い。

【００２８】また上記スパッタリング装置において、防
着用リングおよび防着用プレートは、それぞれ別体とし
て形成してもよいが、特に両者を一体的に形成すること
により、スパッタリング装置内におけるリングやプレー
トの着脱や組立が容易になる効果が発揮される。

【００２９】また防着用リングと防着用プレートとを一
体に形成し、その中央部が成膜基板方向に陥没するよう
にドーム状に形成することにより、堆積するスパッタ粒
子の厚さを均一化でき、堆積厚さの不均一によって生じ
るダストの発生量を低減することができる。

【００３０】すなわち防着用リングと防着用プレートと
を別体で分割して調製し、真空槽内で組立てたスパッタ
リング装置においては、防着用リングと防着用プレート
との接合部において死空間が形成され、この死空間部に
スパッタ粒子が厚く不均一に堆積され易い。一方、防着
用リングと防着用プレートとを一体化し、その中央部を
基板方向に陥没するようにドーム状に形成した場合に
は、基板受け台，防着用リングおよび防着用プレートの
各表面へのスパッタ粒子の蒸着量が均一になり、各防着
部材へのスパッタ粒子の堆積厚さが均一となる。従っ
て、スパッタ膜の堆積厚さの不均一に起因するダストの
発生が効果的に抑止される。

【００３１】さらに、一体化した防着用リングと防着用
プレートとを、剛性に優れたステンレス鋼などの金属板
表面に一体に接合することにより、防着部材の剛性およ
び耐衝撃性を高めることができ、また取扱性も大幅に改
善される。

【００３２】上記構成に係る防着部材によれば、特に耐
薬品性が向上した窒化けい素系セラミックス焼結体によ
り形成しているため、フッ硝酸などの薬品を使用して繰
り返してスパッタ膜を洗浄除去した場合においても、防
着部材が劣化損傷することが少なく、耐久性に優れた長
寿命の防着部材が得られる。

【００３３】また上記、防着部材を使用したスパッタリ
ング装置によれば、防着部材を構成する窒化けい素系セ
ラミックス焼結体とスパッタ被膜との熱膨張係数差が小
さいことから、熱応力により各防着部材からスパッタ被
膜が剥離することが効果的に抑制でき、よって堆積した
スパッタ被膜を洗浄除去するまでの使用回数を増加させ
ることができる。そのため、防着部材の着脱によるスパ
ッタリング装置の停止頻度が少なく、装置の長期間に亘
る連続運転が可能となり、半導体部品等の製造効率を大
幅に高めることができる。

【００３４】さらにスパッタ被膜の剥離が少ないため、
基板上に形成した成膜中へのダストの混入が少ないた
め、高品質の半導体製品を高い製造歩留りで量産するこ
とが可能になる。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について添
付図面および実施例を参照して、より具体的に説明す
る。まず本発明に係るスパッタリング装置用防着部材を
構成する窒化けい素系セラミックス焼結体について説明
し、しかる後にスパッタリング装置の実施例について説
明する。

【００３６】実施例１平均粒径０．７μｍのα相型窒化けい素粉末９２重量％
と、平均粒径０．８μｍのＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃スピネル
構造体粉末４重量％と、平均粒径０．５μｍの炭化けい
素粉末３．４重量％と、平均粒径０．７μｍの酸化けい
素粉末０．６重量％との混合物を、エタノールを溶媒と
してボールミルで４８時間混合し、均一な原料混合体を
作製した。

【００３７】次に、得られた原料混合体に有機バインダ
を所定量添加して均一に混合した後、１０００kgf/cm²
の成形圧力で加圧成形し、５０×５０×５mmの成形体を
作製した。次いで、得られた成形体を温度５００℃の窒
素ガス雰囲気中で脱脂した後、この脱脂体を窒素ガス雰
囲気中にて、１８００℃で２時間常圧焼結し、窒化けい
素系セラミックス焼結体を得た。

【００３８】比較例１一方、上記実施例１において、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃スピ
ネル構造体粉末の代わりに、平均粒径０．９μｍの酸化
イットリウム粉末を２重量％と平均粒径０．９μｍの酸
化アルミニウム粉末２重量％を添加する以外は、実施例
１と同一条件で、混合、成形、脱脂、焼結を行って、比
較例１に係る窒化けい素系セラミックス焼結体を得た。

【００３９】こうして得た実施例１および比較例１に係
る各窒化けい素系セラミックス焼結体について、密度、
常温における曲げ強度および破壊靭性値を測定した。ま
た、耐薬品性を評価するために、各試料をそれぞれ３０
％濃度のＨＣｌ溶液に浸漬し、９０℃で１００時間加熱
処理し、処理後における重量減および曲げ強度を測定し
た。それらの結果を表１に示す。なお、実施例１による
窒化けい素系セラミックス焼結体中に含まれる構成元素
は、Ｍｇ０．７重量％、Ａｌ１．５重量、Ｏ２．
５重量％、Ｃ１．０重量％、Ｓｉ５７．５重量％、
Ｎ３６．８重量％、不純物（Ｆｅ等）０．０１重量％
であった。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１の結果が示すように、実施例１の窒化
けい素系セラミックス焼結体は、曲げ強度、破壊靭性値
等の機械的特性が優れていると共に、浸漬処理後の特性
についても、比較例１の酸化イットリウム添加系の焼結
体よりも重量減が少なく、機械的特性にも優れているこ
とが判明した。

【００４２】実施例２〜１５実施例１で使用した窒化けい素粉末、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ
₃スピネル構造体粉末、炭化けい素粉末、酸化けい素粉
末、およびＴｉ、Ｈｆ、Ｗの酸化物または炭化物粉末
を、表２に示す組成比となるように調合して原料混合体
をそれぞれ調製した。次いで、得られた各原料混合体を
実施例１と同一条件で成形、脱脂、焼結して、それぞれ
窒化けい素系セラミックス焼結体を作製した。

【００４３】比較例２〜５一方、比較例２〜５として、炭化けい素を過剰に添加し
たもの、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃スピネル構造体を過剰に添
加したもの、酸化けい素を過剰に添加したもの、酸化チ
タニウムを過剰に添加したものをそれぞれ調製し、実施
例１と同一条件で原料混合から焼結操作を実施し、それ
ぞれ窒化けい素系セラミックス焼結体を作製した。

【００４４】

【表２】

【００４５】こうして得た実施例２〜１５および比較例
２〜５の各窒化けい素系セラミックス焼結体について、
実施例１と同一条件で、密度、曲げ強度、硬度をそれぞ
れ測定すると共に、浸漬処理を実施して各試料の重量減
および曲げ強度を測定した。それらの結果を表３に示
す。

【００４６】

【表３】

【００４７】表３に示す結果から明らかなように、スピ
ネル構造体と炭化けい素と、必要に応じて酸化けい素と
Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗの酸化物または炭化物を所定量添加した
実施例２〜１５の各焼結体は、いずれも高い機械的特性
を示し、かつ耐薬品性に優れていることが確認された。

【００４８】次に本発明に係るスパッタリング装置の実
施例について説明する。なお本実施例に係るスパッタリ
ング装置の基本構成は図１に示すスパッタリング装置と
同一である。

【００４９】前記のように調製した実施例１〜１５に係
る窒化けい素系セラミックス焼結体をそれぞれ研削加工
し、さらに各表面粗さがＲmax で４μｍとなるように研
磨して図２に示すような所定形状の基板受け台（プラテ
ンカバー）４，防着用プレート５および防着用リング６
をそれぞれ作製した。そして各防着部材４，５，６を真
空槽１内に配置して、図１に示すような実施例１〜１５
に係るスパッタリング装置を組立てた。

【００５０】一方、比較例１〜５において調製した窒化
けい素系セラミックス焼結体、従来のアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）焼結体（比較例６）および石英（ＳｉＯ₂）材
（比較例７）を同様に研削研磨加工して各実施例と同一
寸法の各防着部材を形成し、真空槽１内に配置して、そ
れぞれ比較例１〜７に対応するスパッタリング装置を組
立てた。

【００５１】そして各実施例および比較例のスパッタリ
ング装置を用いて、６インチのＳｉ基板（成膜基板３）
上に１枚当り１μｍ厚さのＳｉＯ₂膜を形成するスパッ
タ工程を連続して実施した。そして、各防着部材の少く
とも１部に堆積したスパッタ膜の剥離が発生し、防着部
材の酸洗いによる洗浄再生が必要になるまでの期間を測
定して洗浄間隔を評価した。また防着部材が繰り返しの
洗浄処理を受けて腐食し再使用が困難になるまでの使用
期間を寿命として測定した。なお、上記の各防着部材の
洗浄間隔および寿命は、石英（ＳｉＯ₂）で形成した防
着部材を使用した比較例７の場合を基準値１．０として
相対的に示した。測定評価結果を下記表４に示す。

【００５２】

【表４】

【００５３】上記表４に示す結果から明らかなように、
耐食性が大幅に改善された窒化けい素系セラミックス焼
結体から成る基板受け台４，防着用プレート５および防
着用リング６などの防着部材を配置した各実施例に係る
スパッタリング装置によれば、防着部材を繰り返して洗
浄処理した場合においても腐食の進行が少なく、防着部
材の寿命が大幅に改善される。

【００５４】また、窒化けい素焼結体とスパッタＳｉＯ
₂膜との熱膨張係数の差が小さいことから、熱応力によ
り各防着部材からスパッタＳｉＯ₂被膜が剥離すること
を抑制することができ、よって洗浄再生までの使用期間
（換言すれば累積スパッタ膜厚）を延ばすことができる
と共に、基板上のスパッタ膜中に不純物が混入すること
を抑制することができる。

【００５５】特に各実施例に用いた防着部材の酸洗いに
よる洗浄間隔が、従来のＳｉＯ₂で形成した防着部材と
比較して約２倍になると同時に寿命は約５倍に改善され
るため、各実施例に係る防着部材の実質的な耐久性は、
従来のＳｉＯ₂製の防着部材と比較して１０倍程度にも
改善される。これにより防着部材の洗浄や取替えに要す
る保守管理作業が１／１０程度になり、装置の保守が極
めて容易になると同時に、スパッタリング装置の長期連
続運転が可能になり、半導体部品の製造効率が大幅に改
善される。

【００５６】また、窒化けい素焼結体とスパッタＳｉＯ
₂膜との熱膨張差が小さいこと、さらには焼結体自体の
強度や耐熱衝撃性が大きいことから、防着部材を洗浄再
生して使用し得る回数を改善することができる。これら
によって、製造コストの低減を図った上で、高品質の絶
縁膜を作製することが可能となる。

【００５７】次に本発明の他の実施例について、図３を
参照して説明する。図３は本発明に係るスパッタリング
装置用防着部材の他の実施例を示し、図２に示す防着用
リング６と防着用プレート５とを一体に形成して防着部
材８としたものである。また、この防着部材８は、その
中央部が成膜基板３方向に陥没するようにドーム状に形
成され、さらにステンレス鋼（ＳＵＳ）から成る金属板
９に一体に接合されている。

【００５８】上記のようにドーム状に一体化された防着
部材８を配置したスパッタリング装置によれば、スパッ
タ粒子が不均一に堆積し易い死空間が形成されないた
め、スパッタ粒子の堆積厚さが均一となる。従って、ス
パッタ膜の堆積厚さの不均一に起因するダストの発生が
抑止され、不純物の混入が少ない成膜を形成することが
できる。

【００５９】また、一体化した防着部材８を金属板９に
一体に接合することにより、防着部材８全体の剛性およ
び耐衝撃性を高めることができ、防着部材８をスパッタ
リング装置から着脱する際に損傷するおそれがなく、取
扱性が大幅に改善される。

【００６０】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る防着部材
によれば、特に耐薬品性が向上した窒化けい素系セラミ
ックス焼結体により形成しているため、フッ硝酸などの
薬品を使用して繰り返してスパッタ膜を洗浄除去した場
合においても、防着部材が劣化損傷することが少なく、
耐久性に優れた長寿命の防着部材が得られる。

【００６１】また上記、防着部材を使用したスパッタリ
ング装置によれば、防着部材を構成する窒化けい素系セ
ラミックス焼結体とスパッタ被膜との熱膨張係数差が小
さいことから、熱応力により各防着部材からスパッタ被
膜が剥離することが効果的に抑制でき、よって堆積した
スパッタ被膜を洗浄除去するまでの使用回数を増加させ
ることができる。そのため、防着部材の着脱によるスパ
ッタリング装置の停止頻度が少なく、装置の長期間に亘
る連続運転で可能となり、半導体部品等の製造効率を大
幅に高めることができる。

【００６２】さらにスパッタ被膜の剥離が少ないため、
基板上に形成した成膜中へのダストの混入が少ないた
め、高品質の半導体製品を高い製造歩留りで量産するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタリング装置の概略構成を示す断面図。

【図２】スパッタリング装置用防着部材の一実施例を示
す断面図。

【図３】本発明に係るスパッタリング装置用防着部材の
他の実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１真空槽２スパッタターゲット３成膜基板４基板受け台（プラテンカバー）５防着用プレート（防着部材）６防着用リング（防着部材）７ＲＦ電源８防着部材９金属板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構成元素としてマグネシウムを０．１〜
１．５重量％、アルミニウムを０．１〜２．５重量％、
炭素を０．０１〜６重量％、酸素を０．２〜５重量％の
範囲で含み、残部が実質的にけい素、窒素および不純物
からなる窒化けい素系セラミックス焼結体により構成さ
れていることを特徴とするスパッタリング装置用防着部
材。
【請求項２】セラミックス焼結体は、その構成元素と
して、さらにチタニウム、ハフニウム、タングステンか
ら選ばれる少なくとも１種を０．１〜３．８重量％の範
囲で含むことを特徴とする請求項１記載のスパッタリン
グ装置用防着部材。
【請求項３】ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃スピネル構造体を
０．５〜６重量％、炭化けい素を０．１〜２０重量％、
酸化けい素を１重量％以下含み、残部が実質的に窒化け
い素からなるセラミックス混合体を焼成してなる窒化け
い素系セラミックス焼結体により構成されていることを
特徴とするスパッタリング装置用防着部材。
【請求項４】セラミックス混合体は、さらに、チタニ
ウム、ハフニウム、タングステンの酸化物および炭化物
から選ばれる少なくとも１種の化合物を０．１〜４重量
％の範囲で含むことを特徴とする請求項３記載のスパッ
タリング装置用防着部材。
【請求項５】スパッタリング装置用防着部材の表面粗
さが、最大高さ（Ｒmax ）基準で０．８〜５μｍである
ことを特徴とする請求項１または３記載のスパッタリン
グ装置用防着部材。
【請求項６】真空槽と、前記真空槽内に配置され、成
膜基板が載置される基板受け台と、前記真空槽内の前記
成膜基板と対向して配置されたターゲットと、前記成膜
基板およびその周辺部を覆う防着用リングおよび防着用
プレートとを具備するスパッタリング装置において、前
記基板受け台、防着用リングおよび防着用プレートから
選ばれた少なくとも１つの防着部材が、構成元素として
マグネシウムを０．１〜１．５重量％、アルミニウムを
０．１〜２．５重量％、炭素を０．０１〜６重量％、酸
素を０．２〜５重量％の範囲で含み、残部が実質的にけ
い素、窒素および不純物からなる窒化けい素系セラミッ
クス焼結体により構成されていることを特徴とするスパ
ッタリング装置。
【請求項７】真空槽と、前記真空槽内に配置され、成
膜基板が載置される基板受け台と、前記真空槽内の前記
成膜基板と対向して配置されたターゲットと、前記成膜
基板およびその周辺部を覆う防着用リングおよび防着用
プレートとを具備するスパッタリング装置において、前
記基板受け台、防着用リングおよび防着用プレートから
選ばれた少なくとも１つの防着部材が、ＭｇＯ・Ａｌ₂
Ｏ₃スピネル構造体を０．５〜６重量％、炭化けい素を
０．１〜２０重量％、酸化けい素を１重量％以下含み、
残部が実質的に窒化けい素からなるセラミックス混合体
を焼成してなる窒化けい素系セラミックス焼結体により
構成されていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項８】防着用リングと防着用プレートとが一体
的に形成され、かつ中央部が成膜基板方向に陥没するよ
うにドーム状に形成されていることを特徴とする請求項
６または７記載のスパッタリング装置。
【請求項９】防着用リングと防着用プレートとが一体
的に形成され、かつ金属板上に一体に接合されているこ
とを特徴とする請求項６または７記載のスパッタリング
装置。