JPS62100477A - ドライ・エツチング装置用の炭化珪素質部品 - Google Patents

ドライ・エツチング装置用の炭化珪素質部品

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JPS62100477A
JPS62100477A JP60240263A JP24026385A JPS62100477A JP S62100477 A JPS62100477 A JP S62100477A JP 60240263 A JP60240263 A JP 60240263A JP 24026385 A JP24026385 A JP 24026385A JP S62100477 A JPS62100477 A JP S62100477A
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silicon carbide
sintered body
dry etching
porous
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正和 古川
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ドライ・エッチング処理装置等において使用
される炭化珪素質部品に関[2,特にICやLSIなど
の′電子部品を製造する際のドライやエツチング処理装
置に使用される部品として好適で耐食性に優れた生導体
梨4−用の1r化珪素質部品に関するものである。
〔従来の波山〕
ICやLSIなと゛のfM造夕【1−におtするエツチ
ング処理は、従来液相エッチ゛/グがXとして行なわれ
てきたが 鼓近になって、入fi(のパッチ処理ができ
る、サイドエッチを少なくシャープなエツジを得ること
ができる、同・装置でレジスト剥離もできる、液相ゴー
ツチングとWなり薬品の使用1−が少ない、T稈が簡略
化される、I/ジス]・の密着性が特に良い必要がない
等の特徴をイ(する気相エツチングが行なわれるように
なってきており、なかでもフォトレジストマスクの侵食
を避け、精度を向1−させることのできるプラズマ−エ
ツチング、イオン中エツチング等のドライ・エッチング
が広く行なわれている。
ところで、これらのドライ・エッチング処理を行なえば
、このエツチング処理によってシリコンウェハー等の表
面から当然に灰化物が発生し、飛散する。この灰化物は
、使用される腐食性ガスの種類によって異なるが、フッ
化物あるいは塩化物が多い。また、この灰化物は、シリ
コンウェハー−等の表面に再び堆積しないようにしなけ
ればならないが、この堆積の問題は、通常エツチング処
理を行なう処理容器に真空ポンプを接続して、当該処理
容器内が常に減圧状態となるように排気することによっ
て、すなわち発生した灰化物を直ちに外部に排出するこ
とによって解決するようにしている。
しかしながら、この灰化物が4−記の真空ポンプによっ
て確実に外部に排出される保証はない。そのある程度の
部分は、外部にIA出ネれる1i10こ、処理容器内の
各部品にそのままイ・1着する可能性があるからである
。この付着が例え微鼠なものであっても、これが爪型な
ってくれば処理容器内の各部品に灰化物が堆積すること
になり、これら各部品の清掃を頻繁に行なわなければな
らないだけでなく、場合によってはこれら各部品の交換
を余儀なくされるのである。
このような問題が発生する部品としては種々のものがあ
るが1例えば電極、電極カバー、あるいはエツチング・
テーブル等がその対象として考えられる。電極、電極カ
バー、あるいはエツチング・テーブル等の材料としては
、ステンレス鋼、表面にアルマイト処理を施した高純度
アルミニウム、黒鉛あるいは石英ガラス等が従来よりそ
れぞれの目的に応じて使用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前記ステンレス鋼や表面にアルマイト処
理を施した高純度アルミニウムは腐食性ガスによって腐
食され易く、しかもシリコンウェハーを汚染し易い欠点
を有するものであった。また黒鉛は腐食性ガスに対する
耐腐食性に劣るため寿命が短くて、長期間の使用に耐え
ない欠点を有するものであった。一方、石英ガラスは加
1”が困難で比較的高価であり、また腐食性ガスの種類
によって使用が限定される欠点を有するものであった。
さらには、各部品の表面をフッ素樹脂で被覆したものも
使用されているが、このものはエツチング処理の際の熱
によって「そり」や歪を発生し易いといった問題があっ
た。
1−述の如く、ドライ会エンチング処理を行なう場合に
使用される部品であって、シリコンウェハーーを汚染す
ることなく長期間の使用に耐え、しかも安価で汎用性に
優れた炭化珪素質部品は従来知られていないのである。
そこで、本発明者は前述の如き欠点を改み除去すること
のアきるドライ管エツチング処理装置に適した部品を開
発すべく種々検討した結果、炭化珪素焼結体が前述の如
き腐食性ガスに対する耐食性が良好であり、しかも多孔
質として通気性を+1与したことにより、極めて好適な
エツチング装置用部品になり得ることに想到した。
〔問題点を解決するためのff2) 本発明は、結晶の1i均粒径が0.3〜100μm、密
度が1.3〜2.83/cm’、1i均曲げ強IWが1
.0kgf/m m”以上で、しかも開放気孔率がlθ
〜80容績%の多孔質炭化ff素素焼棒体らなることを
特徴とするドライ・エッチング装置用のIJs化Y1素
質部品である。
以下に、本発明のドライ・エッチング装置用の炭化珪素
質部品をさらに詳細に説明する。
本発明のドライ・エラ千ング装りを川の炭化珪素質部品
(以下中に炭化珪素質部品、)二いう)は、多孔質炭化
珪素焼結体であることが必要である。その理由は、炭化
珪素質部品はシリコンウェハーにドライ・エッチング処
理を行なうために用いられるものであり、開放気孔を有
したものとすることによって、ドライ嗜エツチング処理
によって発生する灰化物によるシリコンウェハーの汚れ
を極めて効率よく防1トすることができるからである。
また、本発明の炭化珪素質部品は、比較的大きな面積の
板状体、あるいはその他の部品の保持用油J1として使
用されるため、装置への組付は作業時等の取扱い性も重
要な因子であり、その平均曲げ強度が1.Okgf/ 
m tn’以上であることが必要である。
未発明のIR化珪素質部品は、結晶の平均粒径が0.3
〜1100jL、密度が1.3〜2.8g/crrf 
テあることが必要である。前記結晶の平均粒径が0.3
〜100gmの範囲内であることが必要な理由は、前記
結晶の平均粒径が0.3 g mよりも小さい焼結体は
結晶粒相方の結合がそれ稈強固でないばかりでなく気孔
も小さいため通気に]に劣るからであり、一方 100
Ij、mよりも大きいと焼結体内の結晶粒と結晶粒との
結合箇所が相対的に少なくなるため、強度が低く取扱い
+′Iに優れた部品を得ることが困難であるからである
。また密度が1.3〜2.8g/em”の範囲内である
ことが必要な理由は、前記密度が1.33/crn”よ
りも小さな焼結体は、通気性の面では好ましいが1に化
珪素粒イ相互の結合個所が少ないため、本発明の多孔質
炭化珪素質部品に要求される1、Okgf/ m m’
以りの平均曲げ強度を達成することが困難であり、 −
フJ密度が2.8g/am”よりも大きな焼結体は開放
気孔率が著しく小さく、ドライ・エッチング装置用の部
品とI7ては不適当であるからである。
また、本発明に係る部品を構成する多孔質炭化珪素焼結
体は、その開放気孔率がIθ〜60容植%であることが
必要である。その理由は、開放気孔率がIO容積%以ド
のものであると、工・ンチング処理によって生じた灰化
物の吸収を効率的に行なうことができなくなるからであ
り、一方この開放気孔・#〆が60容桔%以[−である
と当該部品の強度の確保ができなくなり、しかも取付−
取外や洗淳作業を行なう場合にその取扱い性に劣るから
である。
本発明の)2化珪素賀部品は、β型結晶の炭化珪素を3
0重皐%以l−含有する多孔質炭化珪素焼結体であるこ
とが好ましい。その理由は、この部品は結晶粒相!fの
結合が強固な三次元網目状の結晶構造を有する多孔質炭
化珪素焼結体マあることが重要であり、β型結晶の炭化
珪素を3’o171%以上含−hする多孔質炭化珪素焼
結体は前記結晶粒相互の結合が強固な三次元網目状の結
晶4i造となすことができるからであり、なかでも50
@量%以トであることがイ1利である。
本発明の炭化珪素質部品は、実質的に収縮させることな
く焼結さぜた焼結体であって、その焼結に伴なう収縮率
は2%以上゛であることがイj利である。その理由は焼
結時に収縮を伴なう通常の常圧焼結lJ、による炭化珪
素焼結体は強度が高く取扱い性の面では望ましいが、焼
成収縮率が大きいと開放気孔率が著しく減少したり、気
孔が独I>−気孔化し易くなるため、高い通気セ1を有
する炭化珪素質部品を製造することが困難になるからで
ある。
本発明の炭化珪素質部品は、M#炭素および遊離シリカ
以外の不純物含有l−が30PpH以下であることが好
ましい。その理由は、前記lv化Y1素質部品の不純物
含有にが30PpHよ番]多いとシリコンウェハーのエ
ツチング処理時に炭化珪素?j部品も少しはf4食性ガ
スによる侵食を受けるため、シリコンウェハーが汚染さ
れ易くなるからであり、なかでも15ppm以下である
ことがより41利である。
また、本発明の12化t(素質部品をガス働プラズマ分
散板とL7て使用する場合には、必要によりガス0ブラ
ズ1をより多く通過ネせるためのilj′通孔を設ける
こともできる。
次に本発明の炭化珪素質部品を製造する方法について説
明する。
本発明の炭化珪素質部品は、平均粒径が10gm以下の
炭化珪素粉末を成形して嵩比重が1.3〜2.8g/c
m”の生成形体となし、非酸化性雰囲気下で1600〜
2300℃の温度に加熱して焼結することによって製造
することができる。
前記炭化珪素粉末として10gm以下の粉末を使用する
理由は、平均粒径が10gmより大きい粒度の炭化珪素
粉末を使用すると、焼結体内の粒と粒との結合箇所が少
なくなるため、高強度の多孔質炭化珪素焼結体を得るこ
とが困難になるからである。
前記多孔質炭化珪素焼結体は、従来知られた多孔質炭化
珪素焼結体に比較して低密度でかつ取扱い性に優れた高
強度の焼結体であることが重要であり、加圧成形法によ
り生成形体を成形する場合には出発原本;1としてly
化珪素粉末を分散媒液中で解膠剤とともに均一・分散さ
せた後、凍結乾燥あるいは噴霧乾燥ぜ1.めた炭化珪素
粉末を使用することが有利であり、また鋳i^み成1杉
法により生成形体を成形する場合には出発原本z1と【
7で炭化珪素粉末を分散媒液中で解膠剤とともに均一分
散させた懸濁液を使用することが右利である。
その理由は、炭化F1素粉末は凝集性が強く通常側々の
粒子が多数密接して集合した2次粒子を形成し易いため
、このような炭化f1素粉末を何らの分散処理を施すこ
となく出発原本1と1.て使用すると、2次粒子の中位
で結晶粒の粗大化が生起して得られる多孔質炭化珪素焼
結体の玉次元網[I構造が比較的粗い組織となり易く、
低密度でなおかつ高強度の多孔質炭化ii素焼結体を得
ることは困難であった。しか17ながら、前述の如き分
散媒液中で解膠剤とともに均一・分散させた後乾燥させ
た炭化珪素粉末を使用して加圧成形1.た生成形体、お
よび懸濁液を使用して詩込み成形した生成形体はいずれ
も炭化珪素粉末の個々の粒子−が極めて均一に分散した
状fniで存在する生成形体を製造することができるた
め、結晶の三次元網目構造を極めて微細でしかも均一に
発達させることができ、低密度でなおかつ高強度の多孔
質炭化珪素焼結体を製造することができるからである。
前記分散媒液としては種々のものを使用することができ
るが、特に凍結乾燥させる場合に使用するものは、融点
が一5=15°Cの範囲内のものが有利に使用でき、な
かでもベンゼン、シクロヘキサンより選ばれる少なくと
も1種あるいは木を使用することが有利である。
前記炭化珪素粉末を分散媒液中に均一・分散させる1段
として振動ミル、アトライター、ボールミル、コロイド
ミルあるいは高速ミキサーの如き強い剪断力を一す”え
ることのできる分散f段を用いることが有利である。
前記炭化珪素粉末を分子Kf媒液中に均・分散させる際
に使用する解膠剤としては、分散媒液が有機質の場合に
は例えば脂肪酸アミン塩、芳香族アミン塩、複素環アミ
ン塩、ポリアルキ1/ンポリアミン誘導体等の陽イオン
界面活Fl剤、エステル型、エステルエーア゛ル型、1
−テルヤ1、含窒素型Aの非イオン界面活性剤が有効で
あil、分散媒液が木の場合には例iばしゆう酸アン千
二’、7 h、アンモニア水等の無機解1γ剤、ジ丁、
J−ルア9ン、七)玉チルアミン、ピリジン、x fル
アミン、水酸化量メチルアンモニウJ1、モノエタ、ノ
・−ル/−ミンリ9の有機解膠剤が有効である1、 前記炭化■!素粉末な分A+奴液中1均一分散させた懸
濁液を凍結乾燥する用合番こIJ分散奴液の融点より低
い温度に維持された雰囲気中へ懸濁液を噴霧して速やか
に凍結させることが右利である。
ところで、前記炭化r−j素の結晶系にt」α型、β型
および非晶質のものがあるが、なかでもβ型のものは平
均粒径が5.m以下の微粉末を取得し易く、しかも比較
的高強度の多孔質炭化珪素焼結体を容易に製造すること
ができるため有利に使用することができ、特にβ型炭化
珪素を50@li%以−■−含有する炭化珪素粉末を使
用することが有利である。
前記生成形体の嵩比重は1.3〜2.8g/cm”とす
ることが有利である。その理由は、前記嵩比重が1.3
g/cm”よjl小yいと炭化珪素粒子相r11の結合
箇所が少ないため、得られる多孔質炭化珪素焼結体の強
度が低く取扱い性に劣るからであり、一方2.8g/c
rrfより大きいと開放気孔率が大きな多孔質炭化珪素
焼結体を製造することが困難で通気性に優れた炭化珪素
質部品を製造することが困難であるからである。
前記焼結温度は1600〜2300℃とすることが有利
である。その理由は、前記温度が1800”Oよりも低
いど粒と粒とを結合するネックを充分に発達させること
が困難で、高い強度を41する多孔質炭化珪素焼結体を
得ることができず、−・方2300℃より高いと −は
成長したネックのうち一定の大きさよりも小さなネック
がくびれた形状となったり、茗1゜い場合には消失した
り1.て、むしろ強度が低くなるからである。
前記生成形体は炭化珪素を酸化せしめることのない非酸
化性雰囲気中1例えばアルゴンン、ヘリウム、ネオン、
窒素、水素、−酸化炭素の中から選ばれる何れか少なく
とも1種よりなるガス雰囲気中あるいは真空中で焼成さ
れる。
前記生成形体は非酸化性雰囲気中で実質的に収縮させる
ことなく焼成することが有利である。その理由は、焼結
時における収縮は多孔質炭化珪素焼結体の強度を向l−
させる1−ではψましいが、焼成収縮すると開放気孔率
が減少したり、気孔が独立気孔化し易く通気性が劣化し
易いばかりでなく1寸法績度の高い多孔質IR化珪素焼
結体を焼成収縮を生起させて製造することは困難である
からである。
なお、通気性が良好でかつ寸法精度の高い多孔質炭化珪
素焼結体を得る一Lで、前記実質的に収縮させることな
く焼結する際の焼成収縮率は2%以ドとすることが有利
であり、なかでも1%以下であることが特に有利である
また、前記生成形体を焼成するに際し、生成形体からの
炭化珪素の揮散を抑制することが右利である。その理由
は、前記生成形体からの炭化珪素の揮散を抑制すること
によって、炭化珪素の粒と粒とを結合するネックを充分
に発達させることができるからであり、特に高強度で取
扱い性に優れた多孔質炭化珪素焼結体を製造する場合に
は、炭化珪素の揮散率を5重μ%以下に制御することが
有利である。
+iij記生成形体からの炭化珪素の揮散を抑制する方
V、としては、外気の侵入を遮断することのできる耐熱
性の容器内に生成形体を装入する方法が41効であり、
前記耐熱性の容器としては、黒鉛あるいは炭化珪素など
のl質からなる容器を使用することが好適である。
なお、前記炭化珪素質部品が特に高い強度が要求される
ような場合には、前記焼結体に液状の有機珪素高分子化
合物を含浸せしめた後焼成12、前記有機珪素高分子化
合物から生成yれる炭化■1素を被覆することもできる
(作用) 以−ヒのように構成した本発明に係るドライaエツチン
グ装置用の炭化珪素質部品には以下のような作用がある
。すなわち、この炭化珪素質部品は、耐熱性に優れてい
るものであるから、例えばプラズマ拳エツチング処理を
行なうことによって高温となっても、これによって変形
を来すことは殆どなく、低温プラズマによる処理の場合
は勿論のこと、高温プラズマによる処理の場合であって
も十分耐え得るものである。
また、この炭化珪素質部品は、その強度は相当高いもの
となっており、取付・取外作業時は勿論のこと、その洗
浄作業時にあっても十分これに耐え得るものとなってい
る。
さらに、本発明に係る炭化珪素質部品は、十分な開放気
孔を有したものとなっており、エツチング処理時におい
て発生する灰化物を効率良く捕捉するものである。すな
わち、この炭化珪素質部品の開放気孔は複雑な三次元網
目構造となっているから、エツチング処理によって発生
した灰化物は、そのすぐ近傍に位置する当該部品の開放
気孔内に一1侵入した場合に、これによって直ちに捕捉
されてしまい、エツチング処理中に再び出てくることは
なく、しかも超音波洗浄等の方法によれば極めて容易に
灰化物を除去させることができるため、繰返し使用する
ことができる。
次に本発明を実施例および比較例によって説明する。
(実施例) 支Iu。
出発原料として使用した炭化f1素粉末は87.5重量
%がβ型結晶で残部は実質的には2H型結晶よりなる炭
化珪素粉末であって、0.12% 51%の遊離炭素、
0.37重呈%の酸素、 1.2 X 10=重量%の
鉄、1.4 X 10” 東縫’)617);l!J)
lzシウム、0.8 Xl0−’重量%のナトリウム、
i x to”重−ω%のカリウムおよび痕跡にのアル
ミニウムを含有し、1.1 μ、mの平均粒径を有して
いた。
前記炭化珪素粉末100重敏部に対し、ポリビニルアル
コール51を部、モノエタノールアミン0.3重量部と
水100重量部を配合し、ボールミル中で5時間混合し
た後凍結乾燥した。
この乾燥混合物を適ω−採取し、顆粒化した後、静水圧
プレス機を用いて130(1kg/am”の圧力で生成
形体を成形した。この生成形体の形状は直径が200m
+m 、厚さが2l1の円盤状で、密度は1.73 g
/cm″(54容積%)であり5表面にシリコンウェハ
ー保持用の深さ0.5 m111の四部が設けられた。
前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、タンマン型焼結
炉を用いて1気圧の主としてアルゴンガス雰囲気中で焼
結した6昇温過程は450℃/時間で2000℃まで昇
温し、最高温度2000℃で15分間保持した。焼結中
のCOガス分圧は室温〜1700℃が80Pa以下、1
700℃よりも高温域では300±50Paの範囲内と
なるようにアルゴンガス流量を適宜調整して制御した。
得られた焼結体は密度が1.?Og/crn”、開放気
孔率が47容積%の多孔質体で、β型炭化珪素の含有率
が92重量%で残部は主として4H型と6H型のα型炭
化珪素であった。またこの結晶構造は走査型電子顕微鏡
によって観察したところ、粒状の炭化H素結晶が比較的
太いネックによって複雑に絡み合って結合された三次元
構造を有しており、生成形体に対する線収縮率はいずれ
の方向に対しても0.3±0.1%の範囲内で、この焼
結体のモ均曲げ強度は13.8kg/ m m’と高い
強度を有しており、3 X 10−” 屯IJ%ノアル
ミニウJ1.6xio−”屯@%の鉄および4×10”
7重醋−%のニッケルを含有していた。なお、クロム、
カルシウム、銅の含右早はいずれも痕Uμであり、ナト
リウムとカリウムはいずれもlXl0”屯を一%未満で
あった。
次いで、前記円板状の多孔質iμ化珪素焼結体をプラズ
マ争エツチング装置のF部電極として装着し、CFや 
ガスのプラズマによるシリコンウェハーのエツチング処
理を実施したところ、前記多孔質炭化珪素焼結体は殆ど
腐食されておらず極めて耐久性に優れていることが認め
られ、また長期111+使用しても灰化物によるシリコ
ンウェハーの汚染は殆ど認められなかった。
ル豊1」 実施例1と同様であるが、出発原料として実施例1で使
用した炭化珪素粉末と市販のα型炭化珪素(G C#2
00 、 ”I’均粒径80pm)を3ニアの重量化で
混合した混合粉末を使用して多孔質炭化珪素焼結体を得
た。
得られた多孔質炭化珪素焼結体は密度が2.37g/c
m”、開放気孔が26容積%、平均曲げ強度は5.2k
gf/m tn’と比較的低強度であった。
支癒掬」 実施例1と同様であるが、出発原料として実施例1で使
用した炭化珪素粉末と市販のα型炭化珪素粉末(c c
 a eooo)を粉砕し、さらに精製、粒度分級した
炭化珪素粉末(平均粒径1.2gm)を種々の割合で混
合した混合粉末を使用して多孔質炭化珪素焼結体を製造
した。
得られた多孔質炭化珪素焼結体の特性は第1表に示した
第1表よりわかるように、β型炭化珪素粉末の混合比率
の高い炭化珪素粉末を出発原料として使用した多孔質炭
化珪素焼結体は、密度の割に強度が優れていた。
実施例1と同様であるが、成形圧力を変えることにより
嵩比重の異なった生成形体を製造して多孔質炭化珪素焼
結体を得た。
得られた多孔質炭化珪素焼結体の特性は第2表に示した
。第2表よりわかるように、本実施例の多孔質炭化珪素
焼結体は低密度でも強度に優れていた。
(発明の効果) 以1−のように構成した本発明に係るドライ・エッチン
グ用の炭化珪素I!i部品は、腐食性ガスに対する耐腐
食性が極て良好であり、長期のエツチング処理に対して
相当な耐久性を有したものである。また、この炭化珪素
質部品は、強度に優れているから、その取付・取外作業
においては勿論のこと、洗浄作業を行なう場合にも、そ
の作業を容易に行なうことができる。
また、この炭化珪素質部品は、−E次元lll4ri構
造の開放気孔をイ1[7ているから、ドライ・エッチン
グ処理によって生じた灰化物をその開放気孔内部に抽提
してしまうから、他の部分、特にエツチング処理がなさ
れたシリコンウェハーの表面にこの灰化物が堆積するこ
とがなく、長期間に々−って極めて良々fなエツチング
処理を持続させることができる。
以   −ト

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)結晶の平均粒径が0.3〜100μm、密度が1.
    3〜2.8g/cm^3、平均曲げ強度が1.0kgf
    /mm^2以上で、開放気孔率が10〜60容積%であ
    る多孔質炭化珪素焼結体からなることを特徴とするドラ
    イ・エッチング装置用の炭化珪素質部品。 2)前記多孔質炭化珪素焼結体は、β型結晶の炭化珪素
    を30重量%以上含有する特許請求の範囲第1項記載の
    ドライ・エッチング装置用の炭化珪素質部品。 3)前記多孔質炭化珪素焼結体は、遊離炭素および遊離
    シリカ以外の不純物含有量が30ppm以下である特許
    請求の範囲第1項あるいは第2項のいずれかに記載のド
    ライ・エッチング装置用の炭化珪素質部品。
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JP (1) JPS62100477A (ja)

Cited By (4)

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JPS62109317A (ja) * 1985-11-08 1987-05-20 Anelva Corp プラズマエツチング装置
JPH0557841U (ja) * 1991-12-27 1993-07-30 関西日本電気株式会社 半導体熱処理用治具
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JP2009513027A (ja) * 2005-10-24 2009-03-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 半導体処理チャンバ

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