JPH1129378A - セラミックス複合部材 - Google Patents

セラミックス複合部材

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JPH1129378A JP19798297A JP19798297A JPH1129378A JP H1129378 A JPH1129378 A JP H1129378A JP 19798297 A JP19798297 A JP 19798297A JP 19798297 A JP19798297 A JP 19798297A JP H1129378 A JPH1129378 A JP H1129378A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造工程に用いられる部材であって、
高い寸法精度を維持し、かつ、シリコンウェハ−のダメ
−ジ抑制、パ−ティクル付着防止を満足できる複合部
材。 【解決手段】 20℃から50℃の間の平均熱膨張係数
が1.5×10-6/℃以下である窒化ケイ素またはサイ
アロンを基材とし、該基材表面にTiO2-x(2>x>0)膜又
はTiO2-x(2>x>0)とTiO2の混合組成よりなる膜を
形成してなることを特徴とするセラミックス複合部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、半導体製造工程で使用
されるセラミックス部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造工程における、シリコ
ンウエハーの搬送、保持には、ステンレス等の金属部材
が用いられてきた。近年、半導体ウエハーの大口径化、
回路パターンの高密度化に伴って、部材の変形の抑制、
ウエハーに対する金属汚染の抑制、長期に亘る精度維持
が要求されるようになり、セラミックス部材が多く使用
されるようになってきた。使用されるセラミックスとし
ては、アルミナあるいは炭化けい素等があり、精度面で
の経時変化が小さく金属部材に比較して、長期間に亘る
高精度維持が可能になってきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウエハ
ーの大口径化、回路パターンの高密度化が急速に進む中
で、上記の様なセラミックス部材を用いても、種々の不
良が多発するという問題が発生してきている。半導体製
造工程における不良原因としては、セラミックス部材の
熱膨張に起因する精度低下、セラミックスとシリコンウ
エハーの摩擦によるシリコンウエハーの傷つきおよびそ
れによるパーティクルの発生、静電気によるパーティク
ルの付着等がある。従って、半導体製造工程に使用する
セラミックス部材としては、寸法精度維持の面で、高剛
性および低熱膨張性、シリコンウエハーへのダメージ抑
制のために低硬度、パーティクル付着防止のために静電
気除去可能な導電性が要求される。
【0004】しかしながら、従来のセラミックス部材で
は、これらの要求の全てを満足することはできない。セ
ラミックス部材の多くは、高剛性という点では共通して
優れているが、例えばアルミナ部材では、絶縁体である
ためパーティクルの付着が発生するばかりでなく、熱膨
張係数も6×10-6/℃以上あり、熱変化に対する精度
低下も大きい。炭化けい素は、106Ω・cm以下の抵
抗率であるため、パーティクルの付着を抑制することは
できる。しかしながら、ビッカース硬度は2000Kg/
mm2以上あり、シリコンウエハーを傷つけやすく、熱膨
張係数もアルミナに比べると小さいが2.5×10-6
℃以上あり、熱的安定性に関しても必ずしも満足できる
ものではない。本発明は、かかる問題点に鑑みなされた
ものであって、その目的は、高い寸法精度を維持しつ
つ、シリコンウエハーへのダメージ、およびパーティク
ルの発生・付着を抑制し得るセラミックス部材を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点の解決のため
に、部材構造について詳細に検討した結果、熱膨張係数
の小さい窒化ケイ素またはサイアロン基材表面に酸素欠
損を有する酸化チタン膜を形成することにより、温度変
化に対しても高い寸法精度を維持でき、シリコンウエハ
ーへのダメージおよびパーティクルの発生・付着を抑制
し得る複合セラミックス部材が得られることを見出し本
発明を完成するに至った。即ち本発明は、20℃から5
0℃の間の平均熱膨張係数が1.5×10-6/℃以下の
窒化ケイ素またはサイアロンを基材とし、その基材表面
にTiO2-x膜(2>x>0)を形成してなることを要旨とする
ものである。
【0006】本発明のセラミックス複合部材において
は、その製法は規定されるものではなく、部材の構成そ
のものが重要となる。本発明におけるセラミックス基材
に要求される性能としては、その目的から高剛性と低熱
膨張性が挙げられる。低熱膨張性だけに着目すれば、石
英ガラスやチタン酸アルミ等の低熱膨張材も優れている
が、これら材料は概してヤング率が低く熱変化以前に応
力に対する精度維持の面で問題がある。本発明では、基
材を窒化ケイ素またはサイアロンとしたが、これは、ヤ
ンク率が200GPa以上の高剛性セラミックスの中で
は、窒化ケイ素およびサイアロンが最も小さい熱膨張係
数を有しているからである。
【0007】本発明では、基材として用いる窒化ケイ素
またはサイアロンの20℃から50℃の間の熱膨張係数
が1.5×10-6/℃以下であることを要件としている
が、これは、従来材料の中で比較的熱膨張係数の小さい
炭化けい素に対しても十分な優位性が確保できる範囲を
指定したものである。窒化ケイ素やサイアロンの熱膨張
係数は、添加する焼結助剤や焼結条件により左右される
が、例えば、Y23、Al23、MgO等の焼結助剤を
総量で15%未満添加して、常圧焼結、ガス圧焼結ある
いはHIP焼結を行って得られた、相対密度で95%以
上の緻密質焼結体であれば、20℃〜50℃の間の平均
熱膨張係数は1.5×10-6/℃以下となり、本発明の
基材として用いることができる。
【0008】次に、表面膜については、シリコンウエハ
ーのダメージ低減の目的から硬度が小さいことおよび静
電気によるパーティクル付着防止のために導電性が要求
される。導電性セラミックスとしては、炭化けい素や炭
化チタンあるいは窒化チタン等があるが、これらは高硬
度であり、シリコンウエハーとの接触時にシリコンウエ
ハーを傷つけやすいため好ましくない。本発明では、酸
素欠損を有する酸化チタン単独あるいは酸素欠損を有す
る酸化チタンと酸素欠損を有しない通常の酸化チタンの
混合組成よりなるものとした。この場合、TiO2-x(2>
x>0)とTiO2の比は0.6以上であることが好まし
い。0.6以下であると導電性が急激に低くなり、パ−
ティクルの付着を防止することができない。
【0009】酸化チタンのビッカース硬度は1000Kg
/mm2程度であり、シリコンウエハーの硬度約900Kg/
mm2と比較してもその差は小さい。また、TiO2組成で
表される二酸化チタンは、絶縁性であるが、酸素欠損を
生じたTiO2-x(2>x>0)は導電性を有するため、パーテ
ィクルの付着防止のための静電気除去が可能となる。こ
の酸素欠損を有する酸化チタン表面膜を形成することの
効果、即ちシリコンウエハーへのダメージ抑制および静
電気除去効果についてだけであれば、基材の種類に拘わ
らないことはいうまでもない。
【0010】酸化チタンの酸素欠損量の好ましい範囲と
しては、TiO2-xにおけるxの値が0.1〜0.4の範
囲である。酸化チタンはTiO2組成が最も安定な組成
ではあるが、導電性を有する酸素欠損型の酸化チタンの
中では、TiO1.86あるいはTiO1.67等の準安定組成
も存在する。これら準安定組成単独あるいは、準安定組
成と安定組成の混合組成のものが長期に使用する膜組成
としては好ましい。
【0011】導電性酸化チタン膜の形成方法としては、
酸素分圧を制御したイオンプレーティング、スパッタ、
CVD等が挙げられる。本発明においては、この酸化チ
タン膜の厚みは特に規定しないが、必要以上に厚くする
ことは、経済的に不利になるばかりでなく、酸化チタン
の熱膨張係数が大きいため部材全体としての熱膨張を大
きくする方向に働き好ましくない。通常は、基材の厚み
の1%以下程度であれば、部材全体の熱膨張は質基材の
熱膨張そのものと考えて差し支えない範囲の影響しかな
く、本発明の目的は達し得る。
【0012】以下、実施例及び比較例により本発明を説
明する。
【実施例1】市販の窒化ケイ素粉末にY23を6%、M
gOを2%、Al23を2%添加した粉末をプレス成形
後、窒素気流中1700℃で3時間常圧焼結した。得ら
れた焼結体の20℃から50℃の間の平均熱膨張係数は
1.2×10-6/℃であった。この焼結体を研削および
研磨加工してφ2mm×20mmの円柱状の窒化ケイ素基材
とし、ついで酸化チタンを蒸発源としてイオンプレーテ
ィング処理を行って、厚さ3μmの酸素欠損型の酸化チ
タン(TiO2-x)によりコ−ティングを施し試料とし
た。この試料の酸素欠損型の酸化チタンコ−ティングよ
りサンプルを採取しXの値を調べた結果0.3であるこ
とが判明した。この試料を用いて、20℃から50℃の
間の平均熱膨張係数を測定した結果を表1に示す。ま
た、酸素欠損型の酸化チタンコ−ティングの厚みを変化
させ、4探針法によりそのときの抵抗率を測定し、その
結果を表2に示した。
【0013】次に、φ2mm×20mmのピン形状に加工し
た20℃から50℃の間の平均熱膨張係数が1.2×1
-6/℃である窒化ケイ素基材に厚さ3μmの酸素欠損
型の酸化チタン(TiO1.7)によりコ−ティングを施
した試料及びシリコンウェハ−を用い、ピンオンディス
ク摩耗試験を行った。即ち、押しつけ加重5Kgfでピン
をシリコンウェハ−に押しつけた状態で、シリコンウェ
ハ−を回転させることにより、ピンとシリコンウェハ−
板を摺動させた。摺動距離が1Kmに達した段階で摺動を
停止し、摺動前後のシリコンウェハ−の重量測定から、
シリコンウェハ−の摩耗量を測定し、その結果を表3に
示した。
【0014】
【比較例1〜2】酸素欠損型の酸化チタンコ−ティング
が施されていない炭化けい素を比較例1とし、また酸素
欠損型の酸化チタンコ−ティングが施されていないアル
ミナを比較例2とし、実施例1と同様に20℃から50
℃の間の平均熱膨張係数を測定し、その結果を表1に示
した。また、同炭化けい素及びアルミナを実施例1と同
様に、φ2mm×20mmのピン形状に加工し、シリコンウ
ェハ−を用い、ピンオンディスク摩耗試験を行い、その
結果を表3に示した。
【0015】表1より、本発明の複合材料は従来材料に
比べて20℃から50℃の間の平均熱膨張係数が小さ
く、温度変化に対する精度維持特性が優れていることが
分かる。また、表2より、酸素欠損型の酸化チタンコ−
ティングの厚みは0.3μmでも十分な導電性が確保で
きることが分かる。さらに、表3より、本発明の複合材
料を用いた場合は、従来材料を用いた場合に比べ、シリ
コンウェハ−の摩耗量が少なく、したがってシリコンウ
ェハ−の損傷量が少ないことが分かる。
【0016】
【発明の効果】本発明の複合材料を半導体製造工程に用
いるセラミック部材として用いた場合、応力及び温度変
化に対する寸法維持精度、シリコンウェハ−のダメ−ジ
抑制、パ−ティクル付着防止に極めて有効である
【表1】
【表2】
【表3】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 20℃から50℃の間の平均熱膨張係数
    が1.5×10-6/℃以下である窒化ケイ素またはサイ
    アロンを基材とし、該基材表面にTiO2-x(2>x>0)膜又
    はTiO2-x(2>x>0)とTiO2の混合組成よりなる膜を
    形成してなることを特徴とするセラミックス複合部材。
  2. 【請求項2】 TiO2-xのxが0.1〜0.4である請
    求項1記載のセラミックス複合部材。
  3. 【請求項3】 膜の厚みが基材の厚みの1%以下である
    請求項1又は請求項2記載のセラミックス複合部材。
  4. 【請求項4】 TiO2-x(2>x>0)とTiO2の比が0.
    6以上である請求項1,2又は3記載のセラミックス複
    合部材。
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