KR101284474B1 - 반도체 제조 장치용 부품 및 반도체 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
부품 본체와, 질화물 입자의 용사에 의해 상기 부품 본체의 표면에 형성된 용사 피막을 구비하는 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 장치용 부품이며, 상기 용사 피막 중의 질화물 입자가 미용융으로 90질량% 이상 퇴적되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품이다. 용융 입자가 급냉 응고하여 형성된 용사 피막에서는, 입자에 마이크로크랙이 다수 발생하고, 왜곡이 잔존한 상태로 되어 있으므로, 플라즈마 방전의 공정에 있어서, 부품의 용사 피막으로부터 파티클이 더스트로서 발생한다. 본 발명에 따르면 상기 더스트의 발생을 안정되고 또한 유효하게 억제한 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은, 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 및 스퍼터링 장치 등 플라즈마 방전을 이용하여 미세 배선을 형성하는 장치에 적합한 반도체 제조 장치용 부품이나 화합물 반도체 제조용 부품 및 반도체 제조 장치나 화합물 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 장치 제조나 화합물 반도체 장치 제조에 있어서의 미세 배선은, 스퍼터링 장치나 CVD 장치에 의한 성막과 에칭 장치에 의한 등방성 에칭 및 이방성 에칭의 기술을 이용하여 형성되어 있다. 이들 장치에서는 성막 속도나 에칭성의 향상을 위하여 플라즈마 방전이 이용되고 있다.
여기서는, 플라즈마 방전을 이용하고 있는 반도체 제조 장치의 대표예로서 플라즈마 에칭 장치에 대하여 설명한다. 반도체 제조 장치의 제조 공정에 있어서, Si의 미세 가공이나 기판 상에 성막된 절연막, 전극막 및 배선막 등의 각종 박막의 건식 에칭 프로세스에, 플라즈마 가스를 사용하여 행하는 방법이 알려져 있다. 구체적으로는, 건식 에칭 장치의 챔버 내에 배치된 상부 전극과 그에 대향하여 배치된 하부 전극면에 탑재된 기판간에, 기체인 불소(F)계나 염소(Cl)계의 플라즈마 가스를 도입하고, 상기 전극 사이에서 플라즈마 방전하여 불소계나 염소계 플라즈마를 발생시켜, 이 플라즈마 중에서 생성된 활성인 이온이나 라디칼 등으로, 기판 상에 형성된 박막을 건식 에칭하는 방법이 적용되어 있다.
이 불소계나 염소계의 플라즈마를 이용한 건식 에칭에 의해, 기판 상의 박막으로부터 에칭되어 형성된 생성물은, 기체 상태로 되고, 챔버로부터 배기 펌프에 의해 챔버 밖으로 배출된다. 또한, 생성물의 일부는 고체 상태로 되고, 챔버 내에 퇴적하여 부착막이 되므로, 이 부착막의 제거를 목적으로, 상기 건식 에칭에 사용한 불소계나 염소계 플라즈마 가스와는 다른 가스 조건을 사용하여 건식 에칭을 행하여 챔버 내에 부착된 생성물을 챔버 외부로 배출하는 처리가 채용되어 있다.
그러나, 플루오로카본계의 에칭 생성물이 발생하여 퇴적된 경우, 이 생성물은 불소계나 염소계의 플라즈마에는 완전히 반응하지 않으므로, 생성물이 챔버 내에 잔류하고, 이 퇴적막이 박리되어 기판 상에 혼입하여, 패턴 불량이나 수율 저하를 초래하게 된다.
이와 같은 점에서, 건식 에칭 장치에서는, 플라즈마가 조사되는 부품에는, 내플라즈마성 및 내식성이 높은 산화이트륨(Y2O3)이나 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 용사 피막을 형성하고, 생성물의 발생 억제와 플라즈마 어택에 의한 손상 방지를 위하여 산화이트륨이나 산화알루미늄이 사용되고 있다.
그러나, 용사법에 의해 형성된 산화이트륨이나 산화알루미늄의 피막은, 산화이트륨이나 산화알루미늄의 원료 분말을 용융 상태에서 퇴적하여 형성되어 있으므로, 플라즈마 열원에 의해 용융 입자가 급냉 응고되어 부착되었을 때, 편평 상태로 되어 퇴적된 입자에 마이크로크랙이 다수 발생하고, 또한 급냉 응고에 의해 발생한 왜곡이 각 편평 입자 내에 잔류한 상태로 되어 피막이 형성되어 있다. 이와 같은 상태에서의 산화이트륨 피막이나 산화알루미늄 피막에 플라즈마 방전에서 발생된 활성 라디칼이 조사된 경우, 마이크로크랙에 활성 라디칼이 어택하여 크랙을 진전시킴과 함께, 내부 왜곡의 개방과 함께, 또한 크랙이 전파되어 용사 피막이 결손되어 파티클의 발생을 일으키는 문제가 있다.
또한, 용사 피막의 크랙 진전에 수반하여, 그 위에 생성된 퇴적물이 박리되고, 그것이 파티클의 발생을 유발하는 문제가 있다.
상기한 바와 같이, 용사 처리에 의해 형성된 산화이트륨 피막이나 산화알루미늄은, 용융 상태에서의 입자의 퇴적막이므로, 파티클의 발생원이 되기 쉽고, 제품 수율의 저하를 일으키므로, 용사 처리에 의한 피막 형성에서는 문제를 발생하기 쉽다(특허문헌 1 참조).
또한, 용사 피막을 구성 부품에 형성하는 경우, 지립 등을 고압 유체와 함께 기재 표면에 분사하는 블라스트 처리를 사전에 행한 표면에 용사 피막을 퇴적하기 위하여, 블라스트 처리를 행한 구성 부품 표면에 블라스트재(지립)의 잔류편이 존재하거나, 부품 표면에 블라스트에 의해 파쇄층이 형성되거나 한다. 이와 같은 부품 표면에 용사 피막이 퇴적되어 있으므로, 플라즈마 방전에 의한 온도 변화에 의한 열막 응력에 의해, 부품과 용사 피막의 계면에 응력이 작용하고, 용사 피막째 막 박리가 발생하기 쉬워진다. 특히, 블라스트 처리의 압력이나 지립 크기를 크게 한 경우에는, 막 박리의 발생이 현저해진다. 그로 인해, 용사 피막의 수명은, 용사 피막 자체의 구성 외에, 이 블라스트 처리의 조건에 의해 크게 좌우되는 요인이 된다.
본 발명은, 부품으로부터 발생하는 미세한 더스트의 발생을 안정되고 또한 유효하게 억제하는 것이 가능하고, 부품으로부터의 불순물에 의한 오염 방지가 가능한 반도체 제조 장치용 부품이나 화합물 반도체 제조 장치용 부품 및 반도체 제조 장치나 화합물 반도체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상술한 바와 같이, 건식 에칭 장치의 구성 부품에 있어서의 부착물의 박리 방지 대책에서는, 용사법으로 형성한 산화이트륨이나 산화알루미늄의 피막 중 및 부품과의 계면에 결함이 존재하므로, 내플라즈마성이나 내식성을 갖는 산화이트륨이나 산화알루미늄으로도 피막의 장기 수명화나, 부품 표면에 부착된 부착물의 박리를 충분히 억제할 수 없어, 비교적 단기간에 부착물의 박리가 발생하는 문제가 있다. 부착물의 박리가 발생하면 급격하게 파티클의 발생량이 증가하므로, 장치의 클리닝이나 부품의 교환이 빈번히 필요해지고, 결과적으로 생산성의 저하나 성막 비용의 상승 등이 발생하게 된다.
또한, 플라즈마 용사의 경우, 공급 분말인 산화물 분말의 입경이 10 내지 45㎛ 정도로 크기 때문에, 형성된 용사 피막 중에 기공(보이드)이 최대 15% 정도 발생함과 함께, 용사 표면의 거칠기가 평균 거칠기 Ra로 6 내지 10㎛ 정도가 된다. 그와 같은 용사 피막이 형성된 플라즈마 에칭 장치 부품을 사용한 경우, 기공을 통하여 플라즈마 에칭이 진행된다. 또한, 표면 거칠기가 크면, 플라즈마 방전이 용사면의 볼록부에 집중하여 충격을 준다. 이와 같이 내부 결함에 플라즈마 어택이 집중하는 데 더하여, 표면 결함에서 용사 피막이 물러져 있으므로, 용사 피막의 손모에 의한 파티클의 발생량이 많아져, 부품 및 장치의 사용 수명의 저하를 초래한다.
즉, 내플라즈마성과 내식성이 필요하게 되는 건식 에칭 장치에 있어서는, 산화이트륨 피막이나 산화알루미늄으로도 피막 결함을 기인으로 하여 부착물의 박리 방지 대책이 완전하게 기능하지 않아, 생산성의 저하나 에칭 비용의 증가 등을 초래하고 있다.
또한, 최근 반도체 소자에 있어서는, 고집적도를 달성하기 위하여 배선 폭의 협소화(예를 들어 0.18㎛, 0.13㎛, 나아가 0.09㎛ 이하)가 진행되고 있다. 이와 같이 협소화된 배선이나 그것을 갖는 소자에 있어서는, 예를 들어 직경 0.2㎛ 정도의 극미소 입자(미소 파티클)가 혼입되어도, 배선 불량이나 소자 불량 등을 일으키게 되므로, 장치 구성 부품에 기인하는 미세한 파티클의 발생을 보다 한층 억제하는 것이 강하게 요망되고 있다.
본 발명은 이와 같은 과제에 대처하기 위하여 이루어진 것으로, 산화이트륨이나 산화알루미늄보다 내플라즈마성 및 내식성을 갖는 질화알루미늄(AlN)을 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품에 적용하고, AlN 분말을 내부 결함을 발생시키지 않고 퇴적하여, 에칭 및 성막 공정 중에 부착되는 생성물이나 퇴적막의 박리를 안정적이고 또한 유효적으로 방지하고, 빈번한 장치 클리닝이나 부품의 교환 등에 수반하는 생산성의 저하나 에칭이나 성막 비용의 증가를 억제함과 함께, 미세한 파티클의 발생을 억제하는 것을 가능하게 한 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품, 또한 기판 중에의 파티클 혼입이나 불순물의 오염을 억제하고, 고집적화된 반도체 소자 등에의 대응을 도모함과 함께, 가동률의 개선에 의해 에칭이나 성막 비용의 저감 등을 도모하는 것을 가능하게 한 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명과 같은, 용사시에 공급 분말을 용융하지 않고 퇴적된 질화물 용사 피막에 따르면, 용융 입자가 발생하기 어렵기 때문에 표면 결함을 저감시킬 수 있다. 동시에, 용사 피막의 고밀도화와 표면의 평활화를 도모할 수 있으므로, 내부 결함을 적게 할 수 있다. 나아가, 용사 피막을 구성하는 질화물의 결정 구조의 안정성이 높아지므로, 용사 피막의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 질화물 용사 피막을, 플라즈마 방전을 이용하는 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품에 실시함으로써, 부품의 내플라즈마성을 향상시킬 수 있고, 파티클의 발생량이나 불순물 오염량을 억제할 수 있음과 함께, 장치 클리닝이나 부품 교환의 횟수를 대폭으로 저감시킬 수 있다. 파티클 발생량의 저감은, 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치로 처리하는 각종 박막, 나아가 그것을 사용한 소자나 부품의 수율 향상에 크게 기여한다. 또한, 장치 클리닝이나 부품 교환 횟수의 저감은, 생산성의 향상 및 에칭 비용이나 성막 비용의 삭감에 크게 기여한다.
본 발명에 관한 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품은, 부품 본체와, 질화물 입자의 용사에 의해 상기 부품 본체의 표면에 일체로 형성된 용사 피막을 구비하는 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품이며, 상기 용사 피막은 질화물의 분말 입자가 미용융으로 90질량% 이상 97.8질량% 이하로 퇴적되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치는, 상기 용사 피막을 구비하는 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 부품으로부터 발생하는 미세한 파티클의 발생이 안정적이고 또한 유효적으로 억제되고, 빈번한 장치 클리닝이나 부품의 교환 등에 수반하는 생산성의 저하나 부품 비용의 증가를 억제할 수 있고, 고집적화된 반도체 소자의 제조에도 적용 가능하고, 가동률의 개선에 의해 에칭이나 성막 비용의 저감 등을 도모하는 것도 가능한 반도체 제조 장치용 부품이나 화합물 반도체 제조 장치용 부품과 반도체 제조 장치나 화합물 반도체 제조 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 용사법의 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 편평 형상의 용사 입자의 모식도이다.
도 3은 Ar+H2 플라즈마 용사에 의해 형성된 산화알루미늄 피막의 표면 형태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 4는 도 3의 주요부를 확대한 전자 현미경 사진이다.
도 5는 Ar+와 He 플라즈마 용사에 의해 형성된 산화알루미늄 피막의 표면 형태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 6은 도 5의 주요부를 확대한 전자 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예인 질화알루미늄 피막의 표면 형태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 8은 도 7의 주요부를 확대한 전자 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명에 관한 반도체 제조 장치로서의 건식 에칭 장치의 일례를 나타내는 마이크로파 에칭 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 편평 형상의 용사 입자의 모식도이다.
도 3은 Ar+H2 플라즈마 용사에 의해 형성된 산화알루미늄 피막의 표면 형태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 4는 도 3의 주요부를 확대한 전자 현미경 사진이다.
도 5는 Ar+와 He 플라즈마 용사에 의해 형성된 산화알루미늄 피막의 표면 형태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 6은 도 5의 주요부를 확대한 전자 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예인 질화알루미늄 피막의 표면 형태를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 8은 도 7의 주요부를 확대한 전자 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명에 관한 반도체 제조 장치로서의 건식 에칭 장치의 일례를 나타내는 마이크로파 에칭 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다.
플라즈마 에칭 장치 내의 파티클 및 부품 교환 횟수의 저감을 목적으로 하는 경우에는, 플라즈마에 의한 활성 라디칼이 조사되는 부품에, 내플라즈마성 및 내식성을 갖는 질화물 피막을 형성하는 것이 유효하다. 내플라즈마성 및 내식성을 갖는 질화물로서는, 예를 들어 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 질화규소(Si3N4) 등을 들 수 있다. 또한 복합 질화물로서는, Al-B-N 등을 들 수 있다. 본 발명은, 질화물의 분말 입자가 미용융으로 90질량% 이상 퇴적된 피막 구조이므로 소정의 효과가 발휘된다.
일반적으로, 용사법에 의한 피막(8)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 분말 등의 소재(공급 분말(1))를 전기나 연소 가스 등을 열원(2)으로 하여 용융하고, 그 용융 입자(4)를 Ar 가스나 압축 공기 등의 가속 가스(5)를 이용하여 용사 토치(6)로부터 분출시켜 내뿜는 방법에 의해 형성된다. 그로 인해, 용융 입자(4)가 피복물(기재(7))에 퇴적할 때, 도 1에 도시한 바와 같이 용융 입자(4)가 충돌 에너지에 의해 편평하게 변화하여 편평 입자(8a)가 되고, 이 편평 입자(8a)가 퇴적된 구조(라멜라 구조)를 얻을 수 있다. 여기서 설명하는 편평 입자(8a)라 함은, 도 2에 도시한 바와 같이, 용사 피막(8)의 막 두께 방향에 대하여 가로(X)와 세로(Y)의 비율(X/Y)이 2.5 이상인 입자로 정의된다.
그러나, 편평 입자(8a)가 퇴적된 피막 구조의 경우, 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 용융 입자(4)의 퇴적시에 충돌한 입자가 비산하여 비산 입자(21)로서 부착되므로, 편평 입자(8a) 상에 비산 입자(21)가 불안정하게 퇴적되는 표면 형태가 된다. 이와 같은 표면 형태를 갖는 용사 피막(8)을 형성한 부품을 그대로 반도체 제조 장치나 화합물 반도체 제조 장치에 사용한 경우, 용사의 형태에 따라서 부품에 부착막이 퇴적되므로, 부착막 표면으로부터 파티클이 발생하기 쉬운 형태가 된다. 또한, 용융 입자(4)가 퇴적할 때, 편평 형상이 된 용융 입자가 급격하게 냉각 응고되므로, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이 편평 입자(8a)에 미소 크랙(22)이 발생하거나, 수소 환원에 의해 다수의 크레이터(23)가 발생하거나 한다.
특히, 산화물 세라믹스를 용사 재료로서 사용한 경우, 크랙의 발생이 현저해진다. 그로 인해, 이와 같은 용사 피막을 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치에 사용한 경우, 플라즈마에 의한 열응력에 의해, 이 편평 입자(8a)의 크랙(21)이 진전하여 용사 피막(8)의 강도가 저하되고, 부착막에 크랙(21)이 전파되어 막 박리를 일으키는 문제가 발생한다. 또한, 용융 상태에서 용사 피막을 형성하고 있으므로, 복합 산화물을 원료 분말로 한 경우, 융점의 차이에 의해 복합 산화물이 분리 퇴적되어, 복합 산화물의 재료 특성을 얻을 수 없어, 본래의 내플라즈마성 및 내식성을 상실하게 되는 문제도 발생한다.
또한, 알루미나 지립을 사용하여 블라스트 처리한 경우, 알루미나 지립이 구성 부품에 파고 들어가, 잔류 알루미나가 용사 피막의 밀착성의 저하를 일으키는 문제도 있다. 또한, 블라스트 처리를 행한 부품 표면에는, 블라스트 샷에 기인한 마이크로크랙이 발생한 파쇄층이 존재하고 있으므로, 용사 피막 및 스퍼터 퇴적막의 밀착성이 저하되는 원인으로 되어 있다.
본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 초고속 프레임 용사 설비의 용사 노즐을 개조함으로써, 프레임의 저온화와 공급 분말 입자의 고속화를 도모하는 것이 가능해지고, 그로 인해, 공급 분말 입자를 용융하지 않고 기판에 연속 퇴적하여 피막을 형성하는 것을 용사 설비에서 처음으로 실현한 것이다. 구체적으로는 연소실의 형상 변경, 노즐의 세공화 및 보조 연소 기구의 추가에 의해 실현한 것이다. 미용융 상태에서 입자를 퇴적하는 것이 가능하게 되었으므로, 지금까지 용사 방식에서는 용융하여 승화하는 질화물은 피막 형성이 불가능하였지만, 질화물 입자가 미용융의 상태이므로, 질화물의 피막을 형성할 수 있게 되었다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 설비에 의해 얻어진 질화알루미늄 피막은, 미세 입자(24)가 결합한 형태에서 피막을 형성하고 있고, 미용융의 입자가 퇴적된 막 구조이므로, 용사막에 보인 크랙, 크레이터 및 비산 입자 등의 표면 결함이 존재하지 않는 표면 형태를 나타낸다.
이와 같은 용사시에 공급 분말을 용융하지 않고 퇴적된 질화물 용사 피막에 따르면, 플라즈마 방전을 이용한 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 및 스퍼터링 장치와 같은 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치에 사용되는 부품에 있어서의 내플라즈마성이 현저하게 향상되고, 파티클 저감과 불순물 오염의 저감, 또한 부품 사용의 장기 수명화를 달성할 수 있다는 지식을 얻을 수 있었다.
본 발명에 있어서의 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품은, 부품 본체의 표면에 질화물 입자의 용사 피막을 구비하고, 상기 질화물의 분말 입자가 미용융으로 90질량% 이상 퇴적되어 용사 피막을 형성하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 질화물 입자는 원료 분말의 결정 구조를 유지하고 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 본 발명의 용사 피막은 높은 화학 안정성을 갖고 있고, 복합 질화물 입자를 사용한 경우에서도, 융점의 차이에 의해 분리되지 않고 원료 분말의 재료 특성을 얻을 수 있다.
또한, 용사 피막이 미립자의 퇴적 구조를 갖고 있으므로, 도 1에 도시하는 퇴적 입자간의 간극(9)이 작고, 용사 피막(8)을 고밀도로 형성할 수 있고, 플라즈마 어택에 의한 플라즈마의 침입과 라디칼 어택에 의한 라디칼(예를 들어, 활성인 F 라디칼이나 Cl 라디칼)의 침입을 저지하는 것이 가능하여, 부품으로부터의 불순물 오염의 저감이 가능해진다.
또한, 피막의 표면은 미립자의 결합 형태이므로, 그 위에 퇴적되는 부착막도 안정적으로 퇴적되는 부착막 형태로 되어, 부품 상에 퇴적된 부착물의 박리를 안정되고 또한 유효하게 억제할 수 있다. 또한, 용융 퇴적된 용사 피막에 형성되는 파티클 발생을 유발하는 돌기의 발생이 없기 때문에, 파티클의 발생량을 대폭으로 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.
이들 결과, 플라즈마 어택 및 라디칼 어택에 의한 손모와, 손모에 수반하는 파티클의 발생량을 감소시킬 수 있고, 질화물 용사 피막의 내플라즈마성 및 내식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 미립자에서의 크랙의 발생이나, 비산 입자의 부착도 억제할 수 있다.
또한, 용사 피막을 형성하고자 하는 질화물 입자가 질화알루미늄(AlN) 입자이며, 미용융의 질화물 외에 산화알루미늄(Al2O3)을 10질량% 이하 함유하는 것이 바람직하다. 질화알루미늄 피막은 산화이트륨 피막보다 불소계 플라즈마 및 염소계 플라즈마에 의한 활성 라디칼에 대한 내식성이 높고, 피막 자체의 부식 생성물의 발생량이 극단적으로 적으므로, 손모에 의한 부품 교환 빈도를 저감시킬 수 있는 피막이 얻어진다. 또한, 질화알루미늄은, 플라즈마 에칭성이 높기 때문에, 미용융 입자를 퇴적한 질화알루미늄 용사 피막은 특히 높은 효과를 얻을 수 있다.
질화알루미늄의 용사 피막은, 입자가 고속도로 충돌하고, 그 충돌 에너지로 피막을 형성하고 있지만, 또한 질화알루미늄 입자를 용사에 의해 피막 형성하였을 때, 질화알루미늄 입자의 표면이 산화알루미늄으로 변화한다. 이 질화알루미늄 입자의 표면에 생성된 산화알루미늄의 피막이 입자간의 결합을 조장하여 피막 형성을 가능하게 하는 작용을 하고 있다. 그로 인해, 질화알루미늄의 용사 피막 중에는 산화알루미늄이 함유된 피막 구조로 되지만, 질화알루미늄의 피막 중에 함유하는 산화알루미늄의 비율은 10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이는 이하에 설명하는 이유에 의한 것이다. 산화알루미늄의 함유 비율이 10질량%를 초과하면, 입자간의 결합력이 향상되지만, 플라즈마 에칭에 의한 손모가 발생하기 쉬워, 파티클 발생량이 많아질 우려가 있다. 또한, 산화알루미늄의 함유 비율이 10질량% 이하로 되면, 플라즈마 어택 및 라디칼 어택에 의한 손모가 저감되어 파티클 발생량이 적어지고, 내플라즈마성이 향상된다. 함유 비율의 보다 바람직한 값은, 5질량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 3질량% 이하이다. 또한, 산화알루미늄의 함유 효과를 얻기 위해서는 2질량% 이상이 바람직하다. 단, 산화알루미늄의 함유량이 0.2% 이상인 경우, 질화알루미늄의 입자 결합이 향상되므로, 하한값으로서는 0.2% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 산화알루미늄의 첨가의 효과는, 용사 재료가 AlN인 경우뿐만 아니라, Si3N4나 BN의 경우에 대해서도 마찬가지로 얻을 수 있다.
용사 피막의 기공률은, 5% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 기공 내에의 플라즈마 유입을 억제할 수 있음과 함께, 용사 피막을 구성하는 입자간의 결합 강도를 높일 수 있으므로, 손모에 의한 파티클의 발생을 저감시킬 수 있다. 이 기공률이 5%를 초과하면, 기공 내에서 플라즈마 에칭이 집중적으로 일어나, 그 부분으로부터 파티클의 발생이 조장될 가능성이 있음과 함께, 용사 피막의 박리가 발생하기 쉬워져, 부품 교환 횟수가 증가하여 생산성의 저하를 초래할 우려가 있다. 기공률의 보다 바람직한 범위는 1% 이하이다.
용사 피막의 표면 거칠기는 평균 거칠기 Ra로 5㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라즈마 에칭의 집중하는 부분을 적게 할 수 있으므로, 에칭의 가속에 의한 손모를 저감시킬 수 있고, 용사 피막의 수명을 길게 할 수 있다. 한편, 평균 거칠기 Ra가 5㎛를 초과하면, 그 볼록부에 플라즈마 집중이 일어나고, 그 부분이 선택 에칭되므로, 파티클의 증가와 사용 수명의 저하를 초래할 우려가 있다. 평균 거칠기 Ra의 보다 바람직한 범위는 3㎛ 이하이다.
또한, 고밀도 플라즈마를 이용한 에칭 장치에서는, 부품의 절연성이 필요해지는 경우가 있고, 그 때는 절연성이 높은 산화알루미늄 피막을 퇴적한 후, 그 위에 질화알루미늄 피막을 형성한 2층 코팅이 유효해진다. 절연성에 대해서는, 산화알루미늄 피막의 두께 조정과 고밀도 피막의 형성이 중요해지고, 특히 α 구조의 산화알루미늄 피막을 치밀하게 형성한 경우, 한층 더 효과가 발휘되므로, 질화알루미늄 피막의 형성과 동등한 조건으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 하층은 산화알루미늄 피막으로 하였지만, 다른 산화물이나 질화물 혹은 그들의 혼합물이어도 되고, 필요 특성에 따라서 재료 선정하는 것이 바람직하다. 또한, 질화알루미늄 피막을 형성한 후, 피막의 최표면을 불화 처리하여 불화물 피막을 형성해도 효과가 발휘된다.
본 발명에 의한 용사 피막의 막 두께는 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50㎛ 이상이다. 또한, 용사 피막의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도하게 두껍게 해도, 그 이상의 효과를 얻을 수 없으므로 500㎛ 이하가 바람직하다.
이와 같은 피막 구조로 제어함으로써, 내플라즈마성 및 내식성이 대폭으로 향상되므로, 부품으로부터의 불순물 오염의 저감이 가능해지고, 부품 상에 퇴적된 부착물의 박리를 안정적이고 또한 유효적으로 억제할 수 있다. 또한, 피막의 표면은 미립자의 결합 형태이므로, 그 위에 퇴적되는 부착막도 안정적으로 퇴적되는 부착막 형태로 되고, 용융 퇴적된 용사 피막에 형성되는 파티클 발생을 유발하는 돌기의 발생이 없기 때문에, 파티클의 발생량을 대폭으로 저감하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 분말을 고속으로 내뿜고, 그 충돌 에너지로 입자를 퇴적하고 있으므로, 구성 부품에 피막을 퇴적하는 경우에는 블라스트 처리가 불필요해지고, 블라스트재의 잔류나 표면 결함의 발생이 없음으로써, 피막의 밀착성이 향상되어 있다. 이는, 입자의 고속 충돌로 구성 부품의 표면 산화 피막이 파괴되어, 활성면이 노출됨으로써, 부품 표면에 직접 피막이 형성되고, 그 후의 입자 충돌에 의해 입자 파괴에 의한 발열에 의해 입자간에 있어서 접합이 일어나고, 피막으로서 형성되는 것으로 생각된다.
따라서, 장치용 부품 상에 퇴적되는 부착물의 박리에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 함께, 장치 클리닝이나 부품 교환의 횟수를 대폭으로 감소시킬 수 있다. 파티클 발생량의 저감은, 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치로 에칭이나 성막하는 각종 박막, 나아가 그것을 사용한 소자나 부품의 수율 향상에 크게 기여한다. 또한, 장치 클리닝이나 부품 교환 횟수의 저감, 블라스트 처리의 불필요화에 의한 부품의 사용 수명의 연장은, 생산성의 향상 및 에칭 비용의 삭감에 크게 기여한다.
이와 같이, 플라즈마 에칭 장치의 파티클 저감과 부품 교환 횟수의 저감(장기 수명화)에 대해서는, 질화물 용사 피막을 미용융 상태에서 치밀하게 퇴적하는 것이 유효하고, 미세하고 입경을 선정한 용사 분말을 이용함으로써, 기공률이 작고, 최적인 용사 표면 거칠기를 얻을 수 있으므로, 내플라즈마 에칭성이 높은 표면 형태 및 용사 구조가 달성 가능해지고, 양자의 효과가 상승적으로 발휘되는 용사 피막이 얻어지는 것이다.
피막의 고밀도화 혹은 치밀성에 대해서는, 미분말을 용융하지 않고 퇴적하는 것이 긴요하며, 미분말이 퇴적하기 시작하는 임계 속도 이상으로 가속할 필요가 있다. 그것을 위해서는, 미분말 입자는 수㎛ 이하인 것이 바람직하다. 단, 입자가 과도하게 작으면, 입자끼리가 응집체를 형성하고, 그 응집체끼리가 결합하므로, 고밀도화가 저해됨과 함께, 퇴적 입자의 밀착성이 저하된다. 특히, 퇴적막을 두껍게 형성한 경우에는, 미분말의 형상은 구 형상보다 분쇄분과 같이 네모진 형상 쪽이 바람직하다.
이와 같이 미분말로 피막의 표면 거칠기를 조정한 후, 피막 표면을 또한 드라이아이스 펠릿을 내뿜어 클리닝 처리를 행하여 탈락하기 쉬운 입자를 제거하면, 파티클이 되는 미립자를 제거할 수 있음과 함께, 표면 거칠기가 저감되므로, 드라이아이스 클리닝 처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 피막을 형성한 후, 연마하여 경면 마무리하는 후속 가공을 행해도 된다. 단, 표면 가공에 의한 미소 이물질이 표면에 잔존하여 파티클의 발생원이 되기 쉬우므로, 가공 후에는 드라이아이스 펠릿을 분사하여 제거 클리닝 처리를 행하는 것이 바람직하다.
질화물 입자의 용사 피막을 얻기 위한 구체적인 방법으로서는, 부품 본체의 구성 재료나 형상, 사용되는 환경 조건, 용사 재료 등에 따라서 용사 조건을 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 미용융 결합 입자의 크기를 제어하기 위해서는, 분말 입경이 수 마이크로미터 정도로 선정된 미세한 질화물 입자를 사용한다. 또한, 결합 입자의 크기와 용사 피막의 표면 거칠기를 제어하기 위해서는, 공급 분말의 입경 범위를 선정하여 사용함으로써, 원하는 결합 입자 크기 및 표면 거칠기를 얻을 수 있다. 공급 분말의 평균 입경은 10㎛ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직한 범위는 1㎛ 이상 3㎛ 이하이다. 그리고, 가스 유량, 압력, 용사 거리, 노즐 직경, 재료 공급량 등의 용사 조건을 컨트롤함으로써, 미용융 입자가 결합한 용사 피막 구조, 표면 거칠기, 기공률 등을 제어할 수 있다.
충돌 에너지에 의해 미분말이 퇴적되기 시작하는 임계 속도는, 사용하는 미분말의 재료에 따라 다르지만, 미분말 입자의 속도를 400m/sec 이상 800m/sec 이하 정도로 설정함으로써 미분말의 퇴적이 개시되어 피막이 형성된다. 이 입자 속도가 얻어지도록, 연소 가스로 미분말을 내뿜음으로써, 블라스트 처리를 행하지 않고 입자가 퇴적되므로, 가스 종류의 선정이 필요하다. 연소 가스에는, 아세틸렌, 산소, 등유 등의 연소 에너지를 이용하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 반도체 제조 장치의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 반도체 제조 장치의 일 실시 형태인 플라즈마 에칭 장치의 주요부 구성을 도시하는 모식도이다.
Si의 미세 가공이나 기판 상에 성막된 절연막, 전극막 및 배선막 등의 각종 박막의 플라즈마 에칭 처리는, 도 9에 도시한 바와 같은 마이크로파 전계와 자계의 상호 작용을 이용하여 에칭 가스를 플라즈마화하는 마이크로파 에칭 장치를 사용하여 행할 수 있다.
진공 장치 처리실(10)의 상부에는 석영제의 방전관(11)이 설치되어 있고, 처리실 내(10)에는 에칭 가스를 도입하는 가스 공급구(12)가 배치되고, 또한 진공 배기구(13)가 설치되어 있다. 처리실(10)에는 웨이퍼를 설치하는 시료대(14)가 설치되어 있고, 이 시료대(14)에 고주파 전원(15)이 접속되고, 시료대(14)에 고주파 전력이 인가되는 구조로 되어 있다. 방전관(11)의 외측에는 도파관(16)이 설치되고, 또한 그 외측에는 방전관에 자계를 발생시키는 솔레노이드 코일(17)이 설치되어 있다. 이 도파관(16)의 단부에는 마이크로파를 발진시키는 마그네트론(18)이 설치되어 있다.
이 에칭 장치에서는 가스 공급구(12)로부터 처리실 내(10)에 에칭 가스를 도입하고, 처리실 내(10)를 감압 배기한 후, 도파관(16)에 의해 마그네트론(18)으로부터의 마이크로파를 방전관 내(11)에 도입하여 솔레노이드 코일(17)에 의해 자계를 형성하여, 마이크로파의 전계와 솔레노이드 코일(17)에 의한 자계의 상호 작용에 의해 방전관 내(11)의 에칭 가스를 플라즈마화한다. 또한 고주파 전원(15)에 의해 시료대(14)에 고주파 전력을 인가하여 바이어스 전압을 발생시켜, 플라즈마 중의 이온을 웨이퍼(19)측으로 끌어들여 이방성 에칭을 행하도록 구성되어 있다. 미용융의 질화물 입자를 포함하는 용사 피막(20)은, 부품 본체로서의 석영제의 방전관(11)의 내면에 형성되어 있다.
용사 피막(20)은, 전술한 바와 같이 플라즈마 및 라디칼에 의한 손모를 저감시킬 수 있으므로, 용사 피막(20)의 박리에 의한 파티클의 발생을 저감시킬 수 있다. 동시에, 방전관(11)의 석영 표면이 노출되는 것을 방지할 수 있으므로, 석영 표면으로부터의 박리에 의한 파티클의 발생을 적게 할 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 이하의 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
전술한 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 50㎛인 AlN 피막을 형성하였다. 즉, 초고속 프레임 용사 설비를 사용하여, 산소 유량 138cc/min, 등유 공급량 133cc/min, 공급 아세틸렌 압력 30psi로 설정하고, 평균 입경 2.3㎛의 AlN 분말 재료를 연소 가스와 함께 분사시키고, 상기 각 부품 표면에 퇴적시켜 AlN 피막을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 표 1에 나타낸 바와 같이 130 내지 160㎜의 범위로 설정하여 실시하였다. 다음에, 압력 5㎏/㎠로 드라이아이스 펠릿을 AlN 피막 표면에 내뿜음으로써, AlN 피막면의 클리닝 처리를 실시하고, 그러한 후에 AlN 피막을 형성한 각 부품을 온도 200℃×2시간의 조건에서 건조 처리를 실시하였다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, BCl3+Cl2+N2의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상의 알루미늄 합금막의 플라즈마 에칭을 행하여, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하였다.
또한, 파티클의 발생량은, 8인치 웨이퍼 상에 혼입한 직경 0.2㎛ 이상의 파티클수를 파티클 카운터로 측정함으로써 구하였다. 또한, 사용 수명은, 파티클 발생량이 급격하게 증가하여 50개를 초과하기 직전까지의 웨이퍼의 처리 매수로 확인하였다. 이들 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 2)
전술한 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 50㎛인 Si3N4 피막(20)을 형성하였다. 즉, 초고속 프레임 용사 설비를 사용하여, 산소 유량 128cc/min, 등유 공급량 130cc/min, 공급 아세틸렌 압력 30psi로 설정하고, 평균 입경 2.3㎛의 Si3N4 분말 재료를 연소 가스와 함께 분사시키고, 상기 각 부품 표면에 퇴적시켜 Si3N4 피막(20)을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 표 1에 나타낸 바와 같이 130 내지 160㎜의 범위로 설정하여 실시하였다. 다음에, 압력 5㎏/㎠로 드라이아이스 펠릿을 Si3N4 피막(20)의 표면에 내뿜음으로써, Si3N4 피막(20)면의 클리닝 처리를 실시하고, 그러한 후에 Si3N4 피막(20)을 형성한 각 부품을 온도 200℃×2시간의 조건에서 건조 처리를 실시하였다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, BCl3+Cl2+N2의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상의 알루미늄 합금막의 플라즈마 에칭을 행하여, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하였다.
또한, 파티클의 발생량은, 8인치 웨이퍼 상에 혼입한 직경 0.2㎛ 이상의 파티클수를 파티클 카운터로 측정함으로써 구하였다. 또한, 사용 수명은, 파티클 발생량이 급격하게 증가하여 50개를 초과하기 직전까지의 웨이퍼의 처리 매수로 확인하였다. 이들 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 3)
전술한 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 50㎛인 BN 피막(20)을 형성하였다. 즉, 초고속 프레임 용사 설비를 사용하여, 산소 유량 130cc/min, 등유 공급량 135cc/min, 공급 아세틸렌 압력 30psi로 설정하고, 평균 입경 2.2㎛의 BN 분말 재료를 연소 가스와 함께 분사시키고, 상기 각 부품 표면에 퇴적시켜 BN 피막(20)을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 표 1에 나타낸 바와 같이 140 내지 160㎜의 범위로 설정하여 실시하였다. 다음에, 압력 5㎏/㎠로 드라이아이스 펠릿을 BN 피막(20) 표면에 내뿜음으로써, BN 피막면의 클리닝 처리를 실시하고, 그러한 후에 BN 피막(20)을 형성한 각 부품을 온도 200℃×2시간의 조건에서 건조 처리를 실시하였다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, BCl3+Cl2+N2의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상의 알루미늄 합금막의 플라즈마 에칭을 행하고, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하였다.
또한, 파티클의 발생량은, 8인치 웨이퍼 상에 혼입한 직경 0.2㎛ 이상의 파티클수를 파티클 카운터로 측정함으로써 구하였다. 또한, 사용 수명은, 파티클 발생량이 급격하게 증가하여 50개를 초과하기 직전까지의 웨이퍼의 처리 매수로 확인하였다. 이들 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 4)
전술한 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 60㎛인 Al2O3 피막(20)을 형성한 후, 그 Al2O3 피막(20) 상에 AlN 피막을 50㎛ 형성하였다. 즉, 초고속 프레임 용사 설비를 사용하여, 산소 유량 132cc/min, 등유 공급량 138cc/min, 공급 아세틸렌 압력 30psi로 설정하고, 평균 입경 2.1㎛의 Al2O3 분말 재료를 연소 가스와 함께 분사시키고, 상기 각 부품 표면에 퇴적시켜 Al2O3 피막(20)을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 130 내지 160㎜로 설정하여 실시하였다. 다음에, 초고속 프레임 용사 설비를 사용하여, 산소 유량 138cc/min, 등유 공급량 133cc/min, 공급 아세틸렌 압력 30psi로 설정하고, 평균 입경 2.3㎛의 AlN 분말 재료를 연소 가스와 함께 분사시키고, 상기 Al2O3 피막 표면에 퇴적시켜 AlN 피막을 형성하였다. 압력 5㎏/㎠로 드라이아이스 펠릿을 AlN 피막 표면에 내뿜음으로써, AlN 피막면의 클리닝 처리를 실시하고, 그러한 후에 AlN 피막을 형성한 각 부품을 온도 200℃×2시간의 조건에서 건조 처리를 실시하였다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, BCl3+Cl2+N2의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상의 알루미늄 합금막의 플라즈마 에칭을 행하여, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하였다.
또한, 파티클의 발생량은, 8인치 웨이퍼 상에 혼입한 직경 0.2㎛ 이상의 파티클수를 파티클 카운터로 측정함으로써 구하였다. 또한, 사용 수명은, 파티클 발생량이 급격하게 증가하여 50개를 초과하기 직전까지의 웨이퍼의 처리 매수로 확인하였다. 이들 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 1)
전술한 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 50㎛인 Al2O3 용사 피막을 형성하였다. 즉, 플라즈마 용사 설비를 사용하여, 전류 650A, 전압 55V, Ar 가스 유량/압력을 75/80으로 설정하고, 평균 입경 32㎛의 Al2O3 분말 재료를 상기 각 부품 표면에 퇴적시켜 Al2O3 용사 피막을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 표 1에 나타낸 바와 같이 120 내지 150㎜의 범위로 설정하여 실시하였다. 그러한 후에, Al2O3 용사 피막을 형성한 각 부품을 온도 200℃×2시간의 조건에서 건조 처리를 실시하였다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, BCl3+Cl2+N2의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상에 형성된 알루미늄 합금막의 플라즈마 에칭을 행하여, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 파티클 발생량이 50개를 초과하기 직전까지의 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(비교예 2)
전술한 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 50㎛인 AlN 피막을 형성하였다. 그 때, Al2O3가 각각 40%(시료 15), 30%(시료 16) 및 20%(시료 17) 함유하는 AlN 원료 분말을 사용하였다. 처리품은 실시예 1과 마찬가지로, 초고속 프레임 용사 설비를 사용하여, 산소 유량 138cc/min, 등유 공급량 133cc/min, 공급 아세틸렌 압력 30psi로 설정하고, 평균 입경 1.8㎛의 AlN 분말 재료를 연소 가스와 함께 분사시키고, 상기 각 부품 표면에 퇴적시켜 AlN 피막을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 표 1에 나타낸 바와 같이 130 내지 160㎜의 범위로 설정하여 실시하였다. 다음에, 압력 5㎏/㎠로 드라이아이스 펠릿을 AlN 피막 표면에 내뿜음으로써, AlN 피막면의 클리닝 처리를 실시하고, 그러한 후에 AlN 피막을 형성한 각 부품을 온도 200℃×2시간의 조건에서 건조 처리를 실시하였다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, BCl3+Cl2+N2의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상에 형성된 알루미늄 합금막의 플라즈마 에칭을 행하여, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 파티클 발생량이 50개를 초과하기 직전까지의 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(실시예 5)
전술한 도 9에 나타낸 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 50㎛인 AlN 피막(20)을 형성하였다. 즉, 초고속 프레임 용사 설비를 사용하여, 산소 유량 138cc/min, 등유 공급량 133cc/min, 공급 아세틸렌 압력 30psi로 설정하고, 평균 입경 1.6㎛의 AlN 분말 재료를 연소 가스와 함께 분사시키고, 상기 각 부품 표면에 퇴적시켜 AlN 피막(20)을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 표 1에 나타낸 바와 같이 130 내지 160㎜의 범위로 설정하여 실시하였다. 다음에, 압력 5㎏/㎠로 드라이아이스 펠릿을 AlN 피막 표면에 내뿜음으로써, AlN 피막면의 클리닝 처리를 실시하고, 그러한 후에 AlN 피막(20)을 형성한 각 부품을 온도 200℃×2시간의 조건에서 건조 처리를 실시하였다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, CF4+O2+Ar의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상에 형성된 SiO2막의 플라즈마 에칭을 행하여, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(비교예 3)
전술한 도 9에 도시한 바와 같은 플라즈마 에칭 장치의 구성 부품인 석영제의 방전관(11)의 내면에, 하기 요령으로 막 두께가 50㎛인 Y2O3 피막을 형성하였다. 즉 플라즈마 용사법에 의해, 전류 550A, 전압 75V, Ar 가스 유량/압력을 100/100으로 설정하고, 평균 입경 33㎛의 Y2O3 분말을 사용하고, Y2O3의 산화물로 이루어지는 용사 피막을 형성하였다. 그 때, 용사 거리는 표 1에 나타낸 바와 같이 130 내지 150㎜의 범위로 설정하여 실시하였다. 용사 피막을 구성하는 각 입자 표면에는 원료 분말 중에 함유되는 불순물의 Al의 산화막이 형성되어 있었다.
이와 같이 제조한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, CF4+O2+Ar의 혼합 가스를 사용하여 8인치 웨이퍼 상의 SiO2막의 플라즈마 에칭을 행하여, 소정의 웨이퍼 처리 매수까지의 파티클 평균 발생량과 웨이퍼 처리 매수의 비교 검토를 행하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 용사 피막의 표면 거칠기 Ra와 기공률과, 용사 피막을 구성하는 입자의 결정 구조 비율을 이하에 설명하는 방법으로 확인하고, 그 결과를 하기 표 1에 병기한다.
(용사 피막의 표면 거칠기 Ra)
닛본 고교 규격(JIS B 0601-1994)에서 규정하는 산술 평균 거칠기를 표면 거칠기 Ra로 하였다.
(용사 피막의 기공률)
용사 피막의 막 두께 방향으로 절단한 단면 조직을, 배율 500배의 광학 현미경으로 관찰하고, 세로 210㎛×가로 270㎛의 관찰 시야에서 구멍의 면적을 측정하고, 하기 수학식 1로부터 기공률(%)로서 환산하고, 각 시야 10군데의 평균값을 기공률로서 하기 표 1에 나타낸다.
단, S1은 세로 210㎛×가로 270㎛의 시야 면적(㎛2)이고, S2는 세로 210㎛×가로 270㎛의 시야 내에 있어서의 구멍의 합계 면적(㎛2)이다.
(용사 피막을 구성하는 입자의 결정 구조 비율)
용사 피막의 표면을, X선 질량 분석법에 의해 분석하고, AlN의 주 피크와 Al2O3의 주 피크의 피크 강도비로부터 Al2O3의 함유량을 산출하였다. 또한, 용사 재료로서 Si3N4나 BN을 사용한 경우에 대해서도, 용사 재료의 주 피크와 각 산화물(SiO2나 B2O3)의 주 피크의 피크 강도비로부터 각 산화물의 함유량을 산출하였다.
상기 표 1에 나타내는 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실시예 1 내지 5에 관한 플라즈마 에칭 장치의 경우, 비교예 1 내지 3에 비교하여 파티클 발생량이 적고, 사용 수명도 길어지는 것이 판명되었다. 이들로부터, 실시예 1 내지 5의 용사 피막에 의해 파티클 발생을 유효하고 또한 안정적으로 방지할 수 있고, 사용 수명의 연장을 달성할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 상기 각 실시예에서는 부품 본체 표면에 직접 용사 피막을 형성한 예로 나타내고 있지만, 부품 본체 표면에 Al2O3 등으로 이루어지는 산화막을 적어도 1층 형성하고, 그 최표면에 용사 피막을 형성함으로써, 부품으로서 절연성도 높일 수 있는 효과가 발휘된다.
<산업상의 이용 가능성>
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품에 따르면, 구성 부품으로부터 발생하는 파티클을 안정적이고 또한 유효적으로 방지할 수 있음과 함께, 박리 방지용 피막 자체의 안정성을 높이는 것이 가능해진다. 따라서, 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치의 클리닝이나 부품의 교환 횟수를 삭감할 수 있다. 또한, 이와 같은 반도체 제조 장치용 부품 및 화합물 반도체 제조 장치용 부품을 갖는 본 발명의 반도체 제조 장치 및 화합물 반도체 제조 장치에 따르면, 배선막이나 소자의 불량 발생 원인이 되는 막 중에의 파티클의 혼입을 억제하는 것이 가능해짐과 함께, 생산성의 향상 및 소모 부품 비용의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소가 적절한 조합에 의해, 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 다른 실시 형태에 걸친 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.
또한, 본 실시예에서는 처리 가스의 플라즈마를 발생시키는 방법으로서, 마이크로파 전계와 자계의 상호 작용을 사용한 것에 대하여 설명하였지만, 플라즈마의 발생 방법으로서 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 평행 평판 전극을 사용한 것, 고주파 코일을 사용한 것, 그 밖의 유도 에너지를 사용한 것 등의 플라즈마 발생 장치에 마찬가지의 효과가 있고, 적용할 수 있다.
1: 공급 분말
2: 열원
3: 가열 매체
4: 용융 입자
5: 가속 가스
6: 용사 토치
7: 기재
8a: 편평 입자
9: 간극
10: 처리실
11: 방전관
12: 가스 공급구
13: 배기구
14: 시료대
15: 고주파 전원
16: 도파관
17: 솔레노이드 코일
18: 마그네트론
19: 웨이퍼
20: 용사 피막
2: 열원
3: 가열 매체
4: 용융 입자
5: 가속 가스
6: 용사 토치
7: 기재
8a: 편평 입자
9: 간극
10: 처리실
11: 방전관
12: 가스 공급구
13: 배기구
14: 시료대
15: 고주파 전원
16: 도파관
17: 솔레노이드 코일
18: 마그네트론
19: 웨이퍼
20: 용사 피막
Claims (8)
- 부품 본체와, 원료 분말로서의 질화물 입자의 용사에 의해 상기 부품 본체의 표면에 형성된 용사 피막을 구비하는 반도체 제조 장치용 부품이며, 상기 용사 피막은 질화물의 분말 입자가 미용융으로 90질량% 이상 97.8질량% 이하로 퇴적되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품.
- 제1항에 있어서, 상기 용사 피막의 질화물 이외의 잔량부는 산화물이며, 상기 미용융의 질화물 입자는 원료 분말의 결정 구조를 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질화물 입자는 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질화물 입자는 질화알루미늄(AlN) 입자이며, 상기 용사 피막은 미용융의 질화물 이외에 산화물로서의 산화알루미늄(Al2O3)을 10질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용사 피막의 기공률이 5% 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용사 피막의 표면 거칠기가 산술 평균 거칠기 Ra로 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부품 본체 표면에는 적어도 1층의 산화막 피막이 형성되어 있고, 상기 용사 피막이 산화물 피막의 최표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 부품.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 반도체 제조 장치용 부품을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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