KR102242191B1 - 반도체 제조 장치용 부재, 및 반도체 제조 장치용 부재를 구비한 반도체 제조 장치, 및 디스플레이 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
(과제) 파티클을 저감할 수 있는 반도체 제조 장치용 부재를 제공한다.
(해결 수단) 제 1 면과, 상기 제 1 면과 교차하는 제 2 면과, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 접속하는 능 부분을 포함하는 기재와, 상기 제 1 면, 상기 제 2 면, 및 상기 능 부분을 덮고, 다결정 세라믹스를 포함하는 내파티클층으로서, 상기 능부에 형성된 제 1 내파티클층과, 상기 제 1 면에 형성된 제 2 내파티클층을 포함하는 내파티클층을 구비하고, 상기 제 1 내파티클층의 내파티클성은 상기 제 2 내파티클층의 내파티클성보다 높은 반도체 제조 장치용 부재를 제공한다.
(해결 수단) 제 1 면과, 상기 제 1 면과 교차하는 제 2 면과, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 접속하는 능 부분을 포함하는 기재와, 상기 제 1 면, 상기 제 2 면, 및 상기 능 부분을 덮고, 다결정 세라믹스를 포함하는 내파티클층으로서, 상기 능부에 형성된 제 1 내파티클층과, 상기 제 1 면에 형성된 제 2 내파티클층을 포함하는 내파티클층을 구비하고, 상기 제 1 내파티클층의 내파티클성은 상기 제 2 내파티클층의 내파티클성보다 높은 반도체 제조 장치용 부재를 제공한다.
Description
본 발명의 실시형태는 일반적으로 반도체 제조 장치용 부재, 및 상기 반도체 제조 장치용 부재를 구비한 반도체 제조 장치, 및 디스플레이 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는 체임버 내에서 드라이에칭, 스퍼터링, 및 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 처리를 행하는 반도체 제조 장치가 사용된다. 이 체임버 내에서는 피가공물이나 체임버의 내벽 등으로부터 파티클이 발생하는 경우가 있다. 이러한 파티클은 제조되는 반도체 디바이스의 수율의 저하의 요인이 되기 때문에 파티클의 저감이 요구된다.
파티클을 저감시키기 위해서 체임버나 그 주변에 사용되는 반도체 제조 장치용 부재에는 내플라스마성이 요구된다. 그래서 반도체 제조 장치용 부재의 표면을 내플라스마성이 우수한 피막(층)으로 코팅하는 방법이 사용되어 있다. 예를 들면, 기재의 표면에 이트리아 용사막이 형성된 부재가 사용되어 있다. 그러나 용사막에는 균열이나 박리가 발생하는 경우가 있으며, 내구성이 충분하다고는 말할 수 없다. 피막의 박리나 피막으로부터의 탈립은 파티클 발생의 요인이 되기 때문에 피막과 기재의 박리를 억제하는 것이 요구된다. 이에 대하여 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 에어로졸 디포지션법으로 형성된 세라믹스막을 사용한 반도체 또는 액정 제조 장치 부재가 개시되어 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2). 또한, 특허문헌 3에는 환형상이나 돔형상의 기재의 내벽에 주기율표 제 3a족소화합물을 포함하는 용사막을 형성하는 것이 개시되어 있다.
요즘에는 반도체 디바이스의 미세화가 진행되어 있으며, 나노 레벨에서의 파티클의 컨트롤이 요구되어 있다.
도 1은 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 갖는 반도체 제조 장치를 예시하는 단면도이다.
도 2(a), 도 2(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 3은 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 4는 도 3에 있어서 파선 A-A에서 절단한 내부를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 또 다른 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 2(a), 도 2(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 3은 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 4는 도 3에 있어서 파선 A-A에서 절단한 내부를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 또 다른 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재는 제 1 면과, 상기 제 1 면과 교차하는 제 2 면과, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 접속하는 능 부분을 포함하는 기재와, 상기 제 1 면, 상기 제 2 면, 및 상기 능 부분을 덮고, 다결정 세라믹스를 포함하는 내파티클층으로서, 상기 능부에 형성된 제 1 내파티클층과, 상기 제 1 면에 형성된 제 2 내파티클층을 포함하는 내파티클층을 구비한다. 상기 제 1 내파티클층의 내파티클성은 상기 제 2 내파티클층의 내파티클성보다 높다.
반도체 제조 장치용 부재에서는 그 표면이 부식성 플라스마 분위기에 노출된다. 본 발명자들은 이때 기재의 능 부분에서는 플라스마가 집중되기 쉽고, 제 1 면보다 플라스마에 의한 데미지가 커져서 파티클 발생원이 될 우려가 높은 것을 발견했다.
그래서 본 발명에서는 기재의 제 1 면, 제 2 면, 및 능 부분을 덮는 내파티클층이 능 부분에 형성되는 제 1 내파티클층과, 제 1 면에 형성되는 제 2 내파티클층을 포함하도록 구성하고, 제 1 내파티클층의 내파티클성을 제 2 내파티클층의 내파티클성보다 높게 하고 있다. 그 때문에 능 부분에 있어서의 플라스마 데미지를 경감할 수 있고, 내파티클성이 우수한 반도체 제조 장치용 부재를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재에서는 내파티클층은 희토류 원소의 산화물, 희토류 원소의 불화물, 및 희토류 원소의 산불화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것도 바람직하다.
본 발명에 의하면 내파티클층의 내파티클성을 높일 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재로는 희토류 원소가 Y, Sc, Yb, Ce, Pr, Eu, La, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Lu로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것도 바람직하다.
본 발명에 의하면 내파티클층의 내파티클성을 더 높일 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재에서는 배율 40만배~200만배의 TEM 화상으로부터 산출되는 다결정 세라믹스의 평균 결정자 사이즈가 3㎚ 이상 50㎚ 이하인 것도 바람직하다.
본 발명에 의하면 내파티클층의 내파티클성을 높일 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재에서는 제 1 내파티클층에 있어서의 배율 40만배~200만배의 TEM 화상으로부터 산출되는 상기 다결정 세라믹스의 평균 결정자 사이즈가 제 2 내파티클층에 있어서의 배율 40만배~200만배의 TEM 화상으로부터 산출되는 상기 다결정 세라믹스의 평균 결정자 사이즈보다 작은 것도 바람직하다.
본 발명에 의하면 제 1 내파티클층의 내파티클성을 제 2 내파티클층의 내파티클성보다 높일 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재에서는 제 1 내파티클층 및 상기 제 2 내파티클층이 각각 기준 내플라스마성 시험 후에 있어서 0.060 이하의 산술 평균 높이 Sa를 나타내는 것도 바람직하다.
본 발명에 의하면 높은 레벨에서의 내파티클성을 발현할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치는 체임버와, 상기 반도체 제조 장치용 부재의 적어도 어느 1개와, 정전 척을 구비한다. 상기 체임버는 플라스마가 생성되는 공간을 형성하는 내벽을 갖고, 상기 내벽은 상기 정전 척이 배치되는 하측 내벽과, 하측 내벽보다 위에 배치되는 상측 내벽을 갖고, 상기 반도체 제조 장치용 부재의 상기 내파티클층은 상기 상측 내벽의 적어도 일부를 구성한다.
본 발명의 반도체 제조 장치에 의하면 높은 레벨에서의 내파티클성을 발현할 수 있다.
본 발명에 의한 디스플레이 제조 장치는 상기 반도체 제조 장치용 부재의 적어도 어느 1개를 구비하고 있다.
본 발명의 디스플레이 제조 장치에 의하면 높은 레벨에서의 내파티클성을 발현할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면 중 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여서 상세한 설명은 적당히 생략한다.
도 1은 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 갖는 반도체 제조 장치를 예시하는 단면도이다.
도 1에 나타낸 반도체 제조 장치(100)는 체임버(110)와, 천판(120)과, 반도체 제조 장치용 부재(130)와, 정전 척(160)을 구비한다. 천판(120)은 체임버(110)의 내부에 있어서의 상부에 설치되어 있다. 정전 척(160)은 체임버(110)의 내부에 있어서의 하부에 설치되어 있다. 즉, 천판(120)은 체임버(110)의 내부에 있어서 정전 척(160) 상에 설치되어 있다. 웨이퍼(210) 등의 피흡착물은 정전 척(160) 상에 재치된다.
체임버(110)의 내벽(111)은 정전 척(160)이 배치되는 하측 내벽(111b)과, 하측 내벽(111b)보다 위에 배치되는 상측 내벽(111u)을 갖는다. 이 예에서는 체임버(110)의 내벽(111)은 밑으로부터 위를 향해서 지름이 작아지는 테이퍼형상으로 구성된다. 즉, 천판(120)과 접하는 체임버(110)의 상변의 직경은 정전 척(160)측의 체임버(110)의 하변의 직경보다 작아져 있다. 반도체 제조 장치용 부재(130)는, 예를 들면 천판(120)과 접하도록 배치된다.
반도체 제조 장치(100)에서는 고주파 전력이 공급되고, 도 1에 나타낸 화살표(A1)와 같이, 예를 들면 할로겐계 가스 등의 원료 가스가 체임버(110)의 내부에 도입된다. 그러면 체임버(110)의 내부에 도입된 원료 가스는 정전 척(160)과 천판(120) 사이의 영역(191)에 있어서 플라스마화된다.
여기에서 체임버(110)의 내부에 있어서 발생한 파티클(221)이 웨이퍼(210)에 부착되면 제조된 반도체 디바이스에 문제가 발생하는 경우가 있다. 그러면 반도체 디바이스의 수율 및 생산성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에 천판(120)이나 반도체 제조 장치용 부재(130)에는 내플라스마성이 요구된다.
또한, 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재는 체임버 내의 상부 이외의 위치나 체임버 주변에 배치되는 부재이어도 좋다. 또한, 반도체 제조 장치용 부재가 사용되는 반도체 제조 장치는 도 1의 예에 한정되지 않고, 아닐, 에칭, 스퍼터링, CVD 등의 처리를 행하는 임의의 반도체 제조 장치(반도체 처리 장치)를 포함한다.
도 2(a), 도 2(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 2(a)는 반도체 제조 장치용 부재(130)의 일부분 중 기재(10)를 설명하기 위한 모식적 단면도이다. 도 2(b)는 반도체 제조 장치용 부재(130)의 일부분을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 반도체 제조 장치용 부재(130)는 기재(10)와, 내파티클층(20)을 구비하고 있다.
기재(10)는 제 1 부분(11)과, 제 2 부분(12)을 포함한다. 기재(10)는 표면(10a)을 갖는다. 제 1 부분(11)은 능 부분(11s)을 포함한다. 도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 능 부분(11s)은 위로 볼록한 형상을 갖는다. 능 부분(11s)은, 예를 들면 R면이다. 제 2 부분(12)은 단면도에 있어서 평면으로 구성된다.
내파티클층(20)은 기재(10)의 표면(10a)을 덮는다. 내파티클층(20)은 다결정 세라믹스를 포함한다. 내파티클층(20)은 제 1 내파티클층(21)과, 제 2 내파티클층(22)을 구비하고 있다. 제 1 내파티클층(21)은 제 1 부분(11)의 능 부분(11s)의 표면에 형성된다. 제 2 내파티클층(22)은 제 2 부분(12)의 표면에 형성된다. 반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서는 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높다.
또한, 본원 명세서에 있어서 「내파티클성이 높다」란 플라스마 조사에 의해 내파티클층이 부식됨으로써 발생하는 파티클의 양이 적은 것을 의미한다. 예를 들면, 내파티클성이 높다란 내파티클층의 소모량이 적은 것, 또는 내파티클층의 표면 거칠기의 변화가 적은 것 등으로부터 판단할 수 있다. 본원 명세서에 있어서 「내파티클성」은 후술하는 「휘도 Sa(luminance Sa)」를 지표로 하여 판단하는 것이 바람직하다.
도 3은 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재를 예시하는 모식적 단면도이다.
도 4는 도 3에 있어서 파선 A-A에서 절단한 내부를 예시하는 모식적 단면도이다.
반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서 기재(10)가 환형상이며, 기재(10) 중 표면(10a)이 환형상의 기재(10)의 내측 부분을 구성하고 있어도 좋다. 도 3에 나타내는 바와 같이 환형상의 기재(10)의 내측 부분이 표면(10a)으로 되어 있다. 이 표면(10a)에 내파티클층(20)이 형성된다(도 3에서는 내파티클층(20)을 생략).
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 환형상의 기재(10)는 상변(10u)과, 하변(10b)을 갖는다. 상변(10u)의 직경(Du)은 하변(10b)의 직경(Db)보다 짧다. 환형상의 기재(10)는, 예를 들면 하변(10b)으로부터 상변(10u)을 향해서 지름이 작아지는 테이퍼형상으로 구성된다. 도 4에 나타내는 바와 같이 환형상의 기재(10)에 있어서는 기재(10)의 상변(10u)이 제 1 부분(11)의 능 부분(11s)에 대응하고 있다.
기재(10)를 환형상으로 함으로써 반도체 제조 장치용 부재(130)의 내벽으로서 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 반도체 제조 장치에 있어서는 체임버의 상측의 내벽을 밑으로부터 위를 향해 지름이 작아지는 테이퍼형상으로 구성하는 경우가 있다. 본 발명자들은 이 경우 기재(10)에 있어서 특히 그 상변(10u)과 플라스마 분위기(P)의 접촉 면적이 커지는 경우가 있는 것을 발견했다(도 4 참조).
반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서는 기재(10)가 환형상일 경우에는, 예를 들면 상변(10u)을 능 부분(11s)으로 하고, 보다 내파티클성이 우수한 제 1 내파티클층(21)으로 피복해도 좋다. 그것에 의해 내파티클성의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.
반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서는 제 1 내파티클층(21)의 두께는, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 두께보다 작다. 반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서 제 1 내파티클층(21)은 제 2 내파티클층(22)보다 내파티클성이 우수하다. 예를 들면, 제 1 내파티클층(21)의 쪽이 제 2 내파티클층(22)보다 치밀할 경우에는 제 1 내파티클층(21)의 내부 응력이 제 2 내파티클층(22)의 내부 응력보다 높을 경우가 있다. 따라서, 제 1 내파티클층(21)의 두께를 제 2 내파티클층(22)의 두께보다 작게 함으로써 제 1 내파티클층(21)의 내부 응력을 보다 작게 해서 능 부분(11s)에 있어서 제 1 내파티클층(21)이 파손되는 등의 문제를 억제할 수 있다.
또한, 능 부분(11s)에 있어서 플라스마가 집중되기 쉬워지는 이유로서는 에지 효과의 영향이 생각된다. 에지 효과란 평행판 전극을 사용하여 방전을 일으키게 할 경우, 극판의 주변의 뾰족해진 부분이나 전극면의 요철이 있을 경우에는 볼록부에 있어서 전계 강도가 커지며, 플라스마가 집중되는 현상이다.
제 1 내파티클층(21)의 두께는, 예를 들면 1㎛ 이상 10㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상 5㎛ 이하, 더 바람직하게는 1㎛ 이상 3㎛ 이하이다. 제 1 내파티클층(21)의 두께를 10㎛ 이하로 충분히 작게 함으로써 제 1 내파티클층(21)의 파손 등의 문제의 발생을 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 제 1 내파티클층(21)의 두께를 1㎛ 이상으로 하는 것이 실용상 바람직하다. 제 1 내파티클층(21)의 두께는 기재(10)의 능 부분(11s)에 있어서의 접선에 직교하는 방향의 내파티클층(20)의 길이이다.
제 2 내파티클층(22)의 두께는, 예를 들면 1㎛ 이상 10㎛ 이하이다. 제 2 내파티클층(22)의 두께는 기재(10)의 제 2 부분(12)에 있어서의 접선에 직교하는 방향의 내파티클층(20)의 길이이다.
본 명세서에 있어서 내파티클층(20)(제 1 내파티클층(21), 제 2 내파티클층(22))의 두께는 다음과 같이 해서 구한다.
반도체 제조 장치용 부재(130)를 절단하고, 그 파단면에 대해서 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 사용해서 관찰하여 확인할 수 있다. SEM에는, 예를 들면 Hitachi, Ltd.제 S-5500을 사용하여 SEM 관찰 조건을 배율 5000배, 가속 전압 15kV로 해도 좋다. 단면 화상에 있어서 두께에 불균일이 있을 경우에는 복수 개소에서 측정을 행하여 그 평균값을 산출한다.
기재(10)는 금속, 세라믹스, 유리, 플라스틱, 및 그들의 조합 중 어느 것이어도 좋다. 기재(10)는 바람직하게는 금속 또는 세라믹스이다. 금속에는 표면에 양극 산화 처리(알루마이트 처리)를 실시한 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 세라믹스에는 산화알루미늄, 질화알루미늄 등을 사용할 수 있다.
내파티클층(20)은 다결정 세라믹스를 포함한다. 내파티클층(20)은, 예를 들면 희토류 원소의 산화물, 희토류 원소의 불화물, 및 희토류 원소의 산불화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한다. 희토류 원소로서, 예를 들면 Y, Sc, Yb, Ce, Pr, Eu, La, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Lu로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 보다 구체적으로는 내파티클층(20)은 이트륨의 산화물(Y2O3, YαOβ(비화학양론적 조성)), 이트륨옥시불화물(YOF, Y5O4F7, Y6O5F8, Y7O6F9, 및 Y17O14F23), (YO0.826F0.17)F1.174, YF3, Er2O3, Gd2O3, Nd2O3, Y3Al5O12, Y4Al2O9, Y2O3-Zr02, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, Er4Al2O9, ErAlO3, Gd4Al2O9, GdAlO3, Nd3Al5O12, Nd4Al2O9, 및 NdAlO3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한다. 내파티클층(20)은 Fe, Cr, Zn, 및 Cu로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함해도 좋다.
예를 들면, 내파티클층(20)은 불소 및 산소 중 적어도 어느 하나와, 이트륨을 포함한다. 내파티클층(20)은, 예를 들면 산화이트륨(Y2O3), 불화이트륨(YF3), 또는 옥시불화이트륨(YOF)을 주성분으로 한다.
본 명세서에 있어서 「주성분」이란 상기 성분을 50%초, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 더 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 100% 포함하는 것을 말한다. 여기에서 말하는 「%」는, 예를 들면 질량%이다.
또는 내파티클층(20)은 산화물, 불화물, 옥시불화물 이외이어도 좋다. 구체적으로는 Cl 원소나 Br 원소를 포함하는 화합물(염화물, 브롬화물)을 들 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높게 구성되어 있다. 제 1 내파티클층(21)과 제 2 내파티클층(22)을 동일 조성으로 구성하고, 예를 들면 그 나노 레벨의 미구조를 제어함으로써 내파티클성을 제어해도 좋다. 또한, 제 1 내파티클층(21)과 제 2 내파티클층(22)을 상이한 조성으로 하고, 제 1 내파티클층(21)에 있어서의 내파티클성을 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높여도 좋다.
반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높게 구성되어 있다. 이 「내파티클성」은 이하에 설명하는 「기준 내플라스마성 시험」을 하나의 기준법으로 하여 평가할 수 있다. 반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서 기준 내플라스마성 시험 후에 있어서의 제 1 내파티클층(21)의 산술 평균 높이 Sa1은 기준 내플라스마성 시험 후에 있어서의 제 2 내파티클층(22)의 산술 평균 높이 Sa2보다 작다. 기준 내플라스마성 시험 후에 있어서의 제 1 내파티클층(21)의 산술 평균 높이 Sa1은 0.060 이하, 보다 바람직하게는 0.020 이하, 더 바람직하게는 0.016 이하인 것이 바람직하다.
이어서, 기준 내플라스마성 시험의 상세에 대해서 설명한다.
기준 내플라스마성 시험을 위한 플라스마 에칭 장치로서 유도 결합형 플라스마 반응성 이온 에칭 장치(Muc-21 Rv-Aps-Se/Sumitomo Precision Products CO., LTD.제)를 사용한다. 플라스마 에칭의 조건은 전원 출력으로서 ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합 플라스마)의 출력을 1500W, 바이어스 출력을 750W, 프로세스 가스로서 CHF3 가스 100ccm과 O2 가스 10ccm의 혼합 가스, 압력을 0.5Pa, 플라스마 에칭 시간을 1시간으로 한다. 플라스마 조사 후의 반도체 제조 장치용 부재(130)의 표면(내파티클층(20)의 표면)의 상태를 레이저 현미경(예를 들면, OLS4500/Olympus Corporation제)에 의해 촬영한다. 관찰 조건 등의 상세는 후술한다. 얻어진 화상으로부터 플라스마 조사 후의 표면의 산술 평균 높이 Sa를 산출한다. 여기에서 산술 평균 높이 Sa란 2차원의 산술 평균 거칠기 Ra를 3차원으로 확장한 것이며, 3차원 거칠기 파라미터(3차원 높이 방향 파라미터)이다. 구체적으로는 산술 평균 높이 Sa는 표면형상 곡면과 평균면으로 둘러싸인 부분의 체적을 측정 면적으로 나눈 것이다. 즉, 평균면을 xy면, 세로 방향을 z축이라고 하고, 측정된 표면형상 곡선을 z(x, y)라고 하면 산술 평균 높이 Sa는 다음 식으로 정의된다. 여기에서 식 (1) 중 「A」는 측정 면적이다.
산술 평균 높이 Sa는 측정법에 기본적으로는 의존하지 않는 값이지만 본 명세서에 있어서의 「기준 내플라스마성 시험」에 있어서는 이하의 조건하에서 산출된다. 산술 평균 높이 Sa의 산출에는 레이저 현미경을 사용한다. 구체적으로는 레이저 현미경 「OLS4500/Olympus Corporation제」를 사용한다. 대물 렌즈는 MPLAPON100xLEXT(개구 수 0.95, 작동 거리 0.35㎜, 집광 스폿 지름 0.52㎛, 측정 영역 128×128㎛)를 사용하고, 배율을 100배로 한다. 물결 성분 제거의 λc 필터는 25㎛로 설정한다. 측정은 임의의 3개소에서 행하고, 그 평균값을 산술 평균 높이 Sa로 한다. 그 외 3차원 표면 성상 국제 규격 ISO25178을 적당히 참조한다.
또한, 기준 내플라스마성 시험을 위한 시료는 에칭 장치의 체임버에 들어가는 사이즈로 적당히 절단한다. 예를 들면, 제 1 내파티클층(21)을 포함하도록 절단한 샘플과, 제 2 내파티클층(22)을 포함하도록 절단한 샘플을 준비하고, 이들에 대하여 기준 내플라스마성 시험을 실시한다.
「내파티클성」의 지표로서 「휘도 Sa(luminance Sa)」를 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 「휘도 Sa」란 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의해 얻어진 구조물의 명시야상의 디지털 흑백 화상의 픽셀 정보를 정량화해서 얻은 지표이며, 기공률이 매우 작은(0.01~0.1%) 구조물에 있어서 추가적인 미세한(예를 들면, 나노 레벨) 구조를 평가 가능한 지표이다. 휘도 Sa가 작을수록 내파티클성이 우수하다. 「휘도 Sa」란 산술 평균 높이 Sa의 개념을 디지털 TEM 화상의 화상 처리에 응용한 것이다.
휘도 Sa는, 예를 들면 이하와 같이 해서 산출된다.
휘도 Sa의 산출에 있어서 디지털 흑백 화상을 취득하기 위한 TEM 관찰 시료는 집속 이온 빔(FIB: Focused Ion Beam)법을 사용하여 가공 데미지를 억제해서 작성된다. FIB 가공 시에 구조물의 표면에는 대전 방지 및 시료 보호를 위한 카본층 및 텅스텐층이 형성된다. FIB 가공 방향을 세로 방향으로 했을 때에 세로 방향에 대하여 수직인 평면에 있어서의 구조물 표면의 단축 방향의 길이인 시료 상부 두께는 100±30㎚로 한다. 하나의 구조물로부터 TEM 관찰 시료를 적어도 3개 준비한다.
적어도 3개의 TEM 관찰 시료 각각에 대해서 디지털 흑백 화상을 취득한다. 디지털 흑백 화상은 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여 배율 10만배, 가속 전압 200kV로 취득한다. 디지털 흑백 화상은 구조물, 카본층, 및 텅스텐층을 포함한다.
디지털 흑백 화상에 있어서 구조물 표면으로부터 상기 세로 방향으로 0.5㎛를 영역 세로 길이로 하는 휘도 취득 영역을 설정한다. 이 휘도 취득 영역의 면적의 합계가 6.9㎛2 이상이 되도록 적어도 3개의 TEM 관찰 시료 각각으로부터 복수의 상기 디지털 흑백 화상을 취득한다.
취득한 디지털 흑백 화상 중의 1픽셀마다의 색 데이터를 계조의 수치로 나타낸 휘도값에 대해서 카본층의 휘도값을 255, 텅스텐층의 휘도값을 0으로 하여 상대적으로 보정한다.
보정한 휘도값을 사용해서 이하와 같이 휘도 Sa를 산출한다. 즉, 휘도 취득 영역의 각각에 대해서 최소 제곱법을 사용하여 픽셀마다의 보정 후의 휘도값의 차의 절대값의 평균을 산출하고, 그들의 평균을 휘도 Sa라고 한다. 휘도 Sa의 상세에 대해서는, 예를 들면 일본 특허 제6597922호 공보를 참조하는 것으로 한다.
본 발명에 있어서 제 1 내파티클층(21)의 휘도 Sa는 제 2 내파티클층(22)의 휘도 Sa보다 작다.
본 발명 중 하나의 실시형태에 의하면 내파티클층(20)이 형성되어 기재(10)의 표면(10a)은 평활한 것이 바람직하다. 본 발명 중 하나의 실시형태에 의하면 기재(10)의 표면(10a)에, 예를 들면 블라스트, 물리적 연마, 케미컬 메커니컬 폴리싱, 래핑, 화학적 연마 중 적어도 어느 하나를 실시하여 표면의 요철을 제거한다. 이러한 요철 제거는 그 후의 표면(10a)이, 예를 들면 그 산술 평균 거칠기 Ra가 0.2㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이하, 또는 최대 높이 거칠기 Rz가 3㎛ 이하가 되도록 행해지는 것이 바람직하다. 산술 평균 거칠기 Ra 및 최대 높이 거칠기 Rz는 JIS B 0601: 2001에 준거하고, 예를 들면 표면 거칠기 측정기 「SURFCOM 130A/TOKYO SEIMITSU CO., LTD.제」에 의해 측정할 수 있다.
예를 들면, 내파티클층(20)(제 1 내파티클층(21), 제 2 내파티클층(22))을 「에어로졸 디포지션법」에 의해 형성할 수 있다. 「에어로졸 디포지션법」은 취성 재료를 포함하는 미립자를 가스 중에 분산시킨 「에어로졸」을 노즐로부터 기재를 향해 분사하여 금속, 유리, 세라믹스, 플라스틱 등의 기재에 미립자를 충돌시키고, 이 충돌의 충격에 의해 취성 재료 미립자에 변형이나 파쇄를 일으키게 해서 이들을 접합시키고, 기재 상에 미립자의 구성 재료로 이루어지는 층형상 구조물(막형상 구조물이라고도 한다)을 다이렉트로 형성시키는 방법이다.
이 예에서는, 예를 들면 이트리아 등의 내파티클성이 우수한 세라믹 재료의 미립자와 가스의 혼합물인 에어로졸을 기재(10)를 향해서 분사하여 층형상 구조물(내파티클층(20))을 형성한다.
에어로졸 디포지션법에 의하면 특별히 가열 수단이나 냉각 수단 등을 필요로 하지 않아 상온에서 층형상 구조물의 형성이 가능하며, 소성체와 동등 이상의 기계적 강도를 갖는 층형상 구조물을 얻을 수 있다. 또한, 미립자를 충돌시키는 조건이나 미립자의 형상, 조성 등을 제어함으로써 층형상 구조물의 밀도나 미구조, 기계 강도, 전기 특성 등을 다양하게 변화시키는 것이 가능하다.
예를 들면, 상기 조건을 적당히 제어해서 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성을 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높게 할 수 있다.
또한, 본원 명세서에 있어서 「다결정」이란 결정 입자가 접합·집적해서 이루어지는 구조체를 말한다. 결정 입자는 실질적으로 하나로 결정을 구성한다. 결정 입자의 지름은 통상 5나노미터(㎚) 이상이다. 단, 미립자가 파쇄되지 않고 구조물 중에 도입될 경우에는 결정 입자는 다결정이다.
또한, 반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서 내파티클층(20)(제 1 내파티클층(21), 제 2 내파티클층(22))은 다결정 세라믹스만으로 구성되어도 좋고, 또한 다결정 세라믹스와 어모퍼스 세라믹스를 포함하는 것이어도 좋다.
내파티클층(20)(제 1 내파티클층(21), 제 2 내파티클층(22))에 있어서 다결정 세라믹스의 평균 결정자 사이즈는 3㎚ 이상 50㎚ 이하이다. 바람직하게는 그 상한은 30㎚이며, 보다 바람직하게는 20㎚, 더 바람직하게는 15㎚이다. 또한, 그 바람직한 하한은 5㎚이다.
반도체 제조 장치용 부재(130)에 있어서 제 1 내파티클층(21)의 평균 결정자 사이즈는, 예를 들면 제 2 내파티클층(21)의 평균 결정자 사이즈보다 작다. 그것에 의해, 예를 들면 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성이 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높아진다.
본 발명에 있어서 「평균 결정자 사이즈」는 이하의 방법으로 구할 수 있다.
우선, 배율 40만배 이상으로 투과형 전자 현미경(TEM) 화상을 촬영한다. 이 화상에 있어서 결정자 15개의 원형 근사에 의한 직경의 평균값으로부터 산출한 값을 평균 결정자 사이즈라고 한다. 이때, FIB 가공 시의 샘플 두께를 30㎚ 정도로 충분히 얇게 하면 보다 명확하게 결정자를 판별할 수 있다. 촬영 배율은 40만배 이상의 범위에서 적당히 선택할 수 있다.
또한, 본원 명세서에 있어서 「미립자」란 1차 입자가 치밀질 입자일 경우에는 입도 분포 측정이나 주사형 전자 현미경 등에 의해 동정되는 평균 입경이 5마이크로미터(㎛) 이하인 것을 말한다. 1차 입자가 충격에 의해 파쇄되기 쉬운 다공질 입자일 경우에는 평균 입경이 50㎛ 이하인 것을 말한다.
또한, 본원 명세서에 있어서 「에어로졸」이란 헬륨, 질소, 아르곤, 산소, 건조 공기, 이들을 포함하는 혼합 가스 등의 가스 중에 상술한 미립자를 분산시킨 솔리드 혼합상체를 가리키고, 일부 「응집체」를 포함하는 경우도 있지만 실질적으로는 미립자가 단독으로 분산되어 있는 상태를 말한다. 에어로졸의 가스 압력과 온도는 임의이지만 가스 중의 미립자의 농도는 가스압을 1기압, 온도를 섭씨 20℃로 환산한 경우에 토출구로부터 분사되는 시점에 있어서 0.0003mL/L~5mL/L의 범위 내인 것이 층형상 구조물의 형성에 있어서 바람직하다.
에어로졸 디포지션의 프로세스는 통상은 상온에서 실시되고, 미립자 재료의 융점보다 충분히 낮은 온도, 즉 섭씨 수 100℃ 이하에서 층형상 구조물의 형성이 가능한 곳에 하나의 특징이 있다.
또한, 본원 명세서에 있어서 「상온」이란 세라믹스의 소결 온도에 대하여 현저하게 낮은 온도이며, 실질적으로는 0~100℃의 환경을 말하고, 20℃±10℃ 전후의 실온이 보다 일반적이다.
층형상 구조물의 원료가 되는 분체를 구성하는 미립자는 세라믹스나 반도체 등의 취성 재료를 주체로 하고, 동일 재질의 미립자를 단독으로 또는 입경이 상이한 미립자를 혼합시켜서 사용할 수 있는 것 외, 이종의 취성 재료 미립자를 혼합시키거나 복합시키거나 해서 사용하는 것이 가능하다. 또한, 금속 재료나 유기물 재료 등의 미립자를 취성 재료 미립자에 혼합하거나 취성 재료 미립자의 표면에 코팅시키거나 해서 사용하는 것도 가능하다. 이들의 경우에도 층형상 구조물의 형성의 주가 되는 것은 취성 재료이다.
이 방법에 의해 형성되는 복합 구조물에 있어서 결정성의 취성 재료 미립자를 원료로서 사용할 경우 복합 구조물의 층형상 구조물의 부분은 그 결정 입자 사이즈가 원료 미립자의 그것에 비해서 작은 다결정체이며, 그 결정은 실질적으로 결정 배향성이 없는 경우가 많다. 또한, 취성 재료 결정끼리의 계면에는 유리층으로 이루어지는 입계층이 실질적으로 존재하지 않는다. 또한, 많은 경우 복합 구조물의 층형상 구조물 부분은 기재(이 예에 있어서 기재(10))의 표면에 파고드는 「앵커층」을 형성한다. 이 앵커층이 형성되어 있는 층형상 구조물은 기재에 대하여 매우 높은 강도로 강고하게 부착되어 형성된다.
에어로졸 디포지션법에 의해 형성되는 층형상 구조물은 미립자끼리가 압력에 의해 패킹되어 물리적인 부착으로 형태를 유지하고 있는 상태의 소위 「압분체」와는 명백히 상이하며, 충분한 강도를 보유하고 있다.
에어로졸 디포지션법에 있어서 비래해 온 취성 재료 미립자가 기재 상에서 파쇄·변형을 일으키고 있는 것은 원료로서 사용하는 취성 재료 미립자와, 형성된 취성 재료 구조물의 결정자(결정 입자) 사이즈를 X선 회절법 등으로 측정함으로써 확인할 수 있다. 즉, 에어로졸 디포지션법으로 형성된 층형상 구조물의 결정자 사이즈는 원료 미립자의 결정자 사이즈보다 작다. 미립자가 파쇄나 변형을 함으로써 형성되는 「어긋남면」이나 「파면」에는 원래의 미립자의 내부에 존재해서 다른 원자와 결합하고 있던 원자가 드러나는 상태가 된 「신생면」이 형성된다. 표면 에너지가 높게 활성된 이 신생면이 인접한 취성 재료 미립자의 표면이나, 동일하게 인접한 취성 재료의 신생면 또는 기재의 표면과 접합함으로써 층형상 구조물이 형성되는 것이라고 생각된다.
또한, 에어로졸 중의 미립자의 표면에 수산기가 알맞게 존재할 경우에는 미립자의 충돌 시에 미립자끼리나 미립자와 구조물 사이에 발생하는 국부의 어긋남 응력 등에 의해 메카노케미컬한 산염기 탈수 반응이 일어나고, 이들끼리가 접합한다는 것도 생각된다. 외부로부터의 연속된 기계적 충격력의 부가는 이들의 현상을 계속적으로 발생시켜 미립자의 변형, 파쇄 등의 반복에 의해 접합의 진전, 치밀화가 행해지고, 취성 재료로 이루어지는 층형상 구조물이 성장하는 것이라고 생각된다.
예를 들면, 내파티클층(20)이 에어로졸 디포지션법에 의해 형성되었을 경우, 세라믹층인 내파티클층(20)은 세라믹 소성체나 용사막 등과 비교하면 구성하는 결정자 사이즈가 작아 치밀한 미구조를 갖는다. 이것에 의해 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재(130)의 내파티클성은 소성체나 용사막의 내파티클성보다 높다. 또한, 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재(130)가 파티클의 발생원이 될 확률은 소성체나 용사막 등이 파티클의 발생원이 될 확률보다 낮다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재(130)를, 예를 들면 에어로졸 디포지션법으로 제조할 경우 그것에 사용하는 장치의 일례에 대해서 설명한다. 에어로졸 디포지션법에 사용하는 장치는 체임버와, 에어로졸 공급부와, 가스 공급부와, 배기부와, 배관에 의해 구성된다. 체임버의 내부에는, 예를 들면 기재(10)를 배치하는 스테이지와, 구동부와, 노즐이 배치된다. 구동부에 의해 스테이지에 배치된 기재(10)와 노즐의 위치를 상대적으로 변경할 수 있다. 이때 노즐과 기재(10) 사이의 거리를 일정하게 해도 좋고, 가변으로 해도 좋다. 이 예에서는 구동부는 스테이지를 구동시키는 실시형태를 나타내고 있지만 구동부가 노즐을 구동시켜도 좋다. 구동 방향은, 예를 들면 XYZθ 방향이다.
에어로졸 공급부는 배관에 의해 가스 공급부와 접속된다. 에어로졸 공급부에서는 원료 미립자와 가스가 혼합된 에어로졸을 배관을 통해 노즐에 공급한다. 장치는 원료 미립자를 공급하는 분체 공급부를 더 구비한다. 분체 공급부는 에어로졸 공급부 내에 배치되어도 좋고, 에어로졸 공급부와는 별도로 배치되어도 좋다. 또한, 에어로졸 공급부와는 별도로 원료 미립자와 가스를 혼합하는 에어로졸 형성부를 구비하고 있어도 좋다. 노즐로부터 분사되는 미립자의 양이 일정해지도록 에어로졸 공급부로부터의 공급량을 제어함으로써 균질한 구조물을 얻을 수 있다.
가스 공급부는 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스, 공기 등을 공급한다. 공급되는 가스가 공기일 경우, 예를 들면 수분이나 유분 등의 불순물이 적은 압축 공기를 사용하거나 공기로부터 불순물을 제거하는 공기 처리부를 더 설치하는 것이 바람직하다.
이어서, 에어로졸 디포지션법에 사용하는 장치의 동작의 일례에 대해서 설명한다. 체임버 내의 스테이지에 기재(10)를 배치한 상태로 진공 펌프 등의 배기부에 의해 체임버 내를 대기압 이하, 구체적으로는 수 백Pa 정도로 감압한다. 한편, 에어로졸 공급부의 내압을 체임버의 내압보다 높게 설정한다. 에어로졸 공급부의 내압은, 예를 들면 수 백~수 만Pa이다. 분체 공급부를 대기압으로 해도 좋다. 체임버와 에어로졸 공급부의 차압 등에 의해 노즐로부터의 원료 입자의 분사 속도가 아음속~초음속(50~500m/s)의 영역이 되도록 에어로졸 중의 미립자를 가속시킨다. 분사 속도는 가스 공급부로부터 공급되는 가스의 유속, 가스 종류, 노즐의 형상, 배관의 길이나 내경, 배기부의 배기량 등에 의해 제어된다. 예를 들면, 노즐로서 드 라발 노즐 등의 초음속 노즐을 사용할 수도 있다. 노즐로부터 고속으로 분사된 에어로졸 중의 미립자는 기재(10)에 충돌해서 분쇄 또는 변형되어 기재(10) 상에 구조물(내파티클층(20))로서 퇴적된다. 기재(10)와 노즐의 상대적인 위치를 바꿈으로써 소정 면적을 갖는 구조물(내파티클층(20))을 기재(10) 상에 구비한 복합 구조물(반도체 제조 장치용 부재(130))이 형성된다.
또한, 노즐로부터 분사되기 전에 미립자의 응집을 풀기 위한 해쇄부를 설치해도 좋다. 해쇄부에 있어서의 해쇄 방법은 임의의 방법을 선택할 수 있다. 예를 들면, 진동, 충돌 등의 기계적 해쇄, 정전기, 플라스마 조사, 분급 등 공지의 방법을 들 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 제조 장치용 부재는 반도체 제조 장치 내의 각종 부재, 특히 부식성의 고밀도 플라스마 분위기에 폭로되는 환경에 있어서 사용되는 부재로서 적합하게 사용할 수 있다. 구체적으로는 체임버 벽, 샤워 플레이트, 라이너, 실드, 윈도, 에지 링, 포커스 링 등을 들 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 5(b)는 도 5(a)에 나타낸 영역(R1)의 측단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 이 예에서는 기재(10)는 제 1 면(31)과, 제 2 면(32)과, 제 3 면(33)과, 제 1 능 부분(41)과, 제 2 능 부분(42)을 갖는다.
제 1 면(31)은, 예를 들면 곡면이다. 제 1 면(31)은 평면이어도 좋다. 제 2 면(32)은 제 1 면(31)과 교차하고 있다. 즉, 제 2 면(32)은 제 1 면(31)과 평행한 면은 아니다. 제 2 면(32)은, 예를 들면 평면이다. 제 2 면(32)은 곡면이어도 좋다. 제 1 능 부분(41)은 제 1 면(31)과 제 2 면(32)을 접속하고 있다. 즉, 제 1 능 부분(41)은 제 1 면(31)과 제 2 면(32) 사이의 볼록형상의 모서리 부분(아웃사이드 코너(出隅): outside corner)이다.
제 3 면(33)은 제 1 면(31)과 교차하고 있다. 즉, 제 3 면(33)은 제 1 면(31)과 평행한 면은 아니다. 제 3 면(33)은, 예를 들면 평면이다. 제 3 면(33)은 곡면이어도 좋다. 제 2 능 부분(42)은 제 1 면(31)과 제 3 면(33)을 접속하고 있다. 즉, 제 2 능 부분(42)은 제 1 면(31)과 제 3 면(33) 사이의 볼록형상의 모서리 부분(아웃사이드 코너)이다.
능 부분(11s)은 제 1 능 부분(41) 및 제 2 능 부분(42) 중 적어도 어느 하나이다. 제 1 부분(11)은, 예를 들면 제 2 면(32)과 제 1 능 부분(41)을 구성하고 있는 부분이다. 제 1 부분(11)은 제 3 면(33)과 제 2 능 부분(42)을 구성하고 있는 부분이어도 좋다. 제 2 부분(12)은 제 1 면(31)을 구성하고 있는 부분이다.
이 예에서는 기재(10)는 상하 방향으로 관통하는 환형상이다. 제 1 면(31)은 환형상의 기재(10)의 내주면이다. 즉, 제 1 면(31)은 기재(10)의 내측의 측면이며, 체임버의 내측에 위치하는 면이다. 제 2 면(32)은 환형상의 기재(10)의 상면이다. 제 1 능 부분(41)은 환형상의 기재(10)의 내측 상단의 모서리 부분이다. 제 3 면(33)은 환형상의 기재(10)의 하면이다. 제 2 능 부분(42)은 환형상의 기재(10)의 내측 하단의 모서리 부분이다.
또한, 제 2 면(32)은 환형상의 기재(10)의 하면이어도 좋다. 이 경우, 제 1 능 부분(41)은 환형상의 기재(10)의 내측 하단의 모서리 부분이다. 마찬가지로, 제 3 면(33)은 환형상의 기재(10)의 상면이어도 좋다. 이 경우, 제 2 능 부분(42)은 환형상의 기재(10)의 내측 상단의 모서리 부분이다.
이 예에서는 제 2 면(32) 및 제 3 면(33)은 대략 수평인 평면이다. 제 2 면(32) 및 제 3 면(33)은 이것에 한정되지 않고, 각각 수평 방향에 대하여 경사진 경사면이어도 좋고, 곡면이어도 좋다. 또한, 이 예에서는 제 2 면(32)과 제 3 면(33)은 서로 평행하지만, 제 2 면(32)과 제 3 면(33)은 서로 평행하지 않아도 좋다. 제 1 능 부분(41) 및 제 2 능 부분(42)은 각각 직각이어도 좋고, 예각이어도 좋고, 둔각이어도 좋다. 제 1 능 부분(41)은 제 1 면(31)으로부터 제 2 면(32)을 향해서 만곡하는 만곡면(R면)을 갖고 있어도 좋다. 제 2 능 부분(42)은 제 1 면(31)으로부터 제 3 면(33)을 향해서 만곡하는 만곡면(R면)을 갖고 있어도 좋다.
또한, 기재(10)는 상단에 위치하는 제 1 개구(15a)와, 하단에 위치하는 제 2 개구(15b)를 갖는다. 즉, 기재(10)는 상하의 단부에 개구를 갖는 통형상이다. 이 예에서는 제 1 개구(15a)의 구경은 제 2 개구(15b)의 구경보다 작다. 이 예에서는 기재(10)는 하단의 제 2 개구(15b)로부터 상단의 제 1 개구(15a)를 향해서 내경이 작아지는 테이퍼형상이다. 제 1 개구(15a)의 구경은 제 2 개구(15b)의 구경과 동일해도 좋다.
기재(10)의 제 1 면(31), 제 2 면(32), 제 3 면(33), 제 1 능 부분(41), 및 제 2 능 부분(42)은 내파티클층(20)에 의해 덮여 있다. 환언하면, 내파티클층(20)은 기재(10)의 제 1 면(31), 제 2 면(32), 제 3 면(33), 제 1 능 부분(41), 및 제 2 능 부분(42)에 형성되어 있다.
내파티클층(20)은 제 1~제 5 내파티클층(21~25)을 갖는다. 제 1 내파티클층(21)은 제 1 능 부분(41)에 형성되어 있다. 즉, 내파티클층(20) 중 제 1 능 부분(41)에 형성되어 있는 부분이 제 1 내파티클층(21)이다. 제 2 내파티클층(22)은 제 1 면(31)에 형성되어 있다. 즉, 내파티클층(20) 중 제 1 면(31)에 형성되어 있는 부분이 제 2 내파티클층(22)이다. 제 3 내파티클층(23)은 제 2 면(32)에 형성되어 있다. 즉, 내파티클층(20) 중 제 2 면(32)에 형성되어 있는 부분이 제 3 내파티클층(23)이다. 제 4 내파티클층(24)은 제 2 능 부분(42)에 형성되어 있다. 즉, 내파티클층(20) 중 제 2 능 부분(42)에 형성되어 있는 부분이 제 4 내파티클층(24)이다. 제 5 내파티클층(25)은 제 3 면(33)에 형성되어 있다. 즉, 내파티클층(20) 중 제 3 면(33)에 형성되어 있는 부분이 제 5 내파티클층(25)이다.
제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높다. 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은, 예를 들면 제 3 내파티클층(23)의 내파티클성보다 높다. 제 3 내파티클층(23)의 내파티클성은, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성과 동일하다.
또한, 제 4 내파티클층(24)의 내파티클성은, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높다. 제 4 내파티클층(24)의 내파티클성은, 예를 들면 제 5 내파티클층(25)의 내파티클성보다 높다. 제 4 내파티클층(24)의 내파티클성은, 예를 들면 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성과 동일하다. 제 5 내파티클층(25)의 내파티클성은, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성과 동일하다.
내파티클층(20)이 능 부분(제 1 능 부분(41))에 형성되는 제 1 내파티클층(21)과, 제 1 면(31)에 형성되는 제 2 내파티클층(22)을 포함하도록 구성하고, 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성을 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높게 함으로써 능 부분(제 1 능 부분(41))에 있어서의 플라스마 데미지를 경감할 수 있어 내파티클성이 우수한 반도체 제조 장치용 부재(130)를 제공할 수 있다.
또한, 능 부분(제 1 능 부분(41))에 형성되는 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성을 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높게 함으로써 기재(10)가 환형상일 경우에도 능 부분(제 1 능 부분(41))에 있어서의 플라스마 데미지를 경감할 수 있다.
또한, 환형상의 기재(10)의 상면(제 2 면(32))과 내주면(제 1 면(31))을 접속하는 능 부분(제 1 능 부분(41))을 보다 내파티클성이 우수한 제 1 내파티클층(21)으로 피복하고 있기 때문에 내파티클성의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 6(b)는 도 6(a)에 나타낸 영역(R2)의 측단면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 이 예에서는 기재(10)는 똑바로 상하를 관통하는(즉, 테이퍼형상이 아닌) 환형상이다. 제 1 면(31)은 환형상의 기재(10)의 내주면이다. 제 2 면(32)은 환형상의 기재(10)의 상면이다. 제 1 능 부분(41)은 환형상의 기재(10)의 내측 상단의 모서리 부분이다. 제 3 면(33)은 환형상의 기재(10)의 하면이다. 제 2 능 부분(42)은 환형상의 기재(10)의 내측 하단의 모서리 부분이다.
기재(10)는 상단에 위치하는 제 1 개구(15a)와, 하단에 위치하는 제 2 개구(15b)를 갖는다. 제 1 개구(15a)의 구경은 제 2 개구(15b)의 구경과 동일하다.
도 5(a) 및 도 5(b)에 나타낸 예와 마찬가지로 기재(10)의 제 1 면(31), 제 2 면(32), 제 3 면(33), 제 1 능 부분(41), 및 제 2 능 부분(42)은 내파티클층(20)에 의해 덮여 있다. 내파티클층(20)은 제 1~제 5 내파티클층(21~25)을 갖는다.
제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높다. 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은, 예를 들면 제 3 내파티클층(23)의 내파티클성보다 높다. 제 3 내파티클층(23)의 내파티클성은, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성과 동일하다.
또한, 제 4 내파티클층(24)의 내파티클성은, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높다. 제 4 내파티클층(24)의 내파티클성은, 예를 들면 제 5 내파티클층(25)의 내파티클성보다 높다. 제 4 내파티클층(24)의 내파티클성은, 예를 들면 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성과 동일하다. 제 5 내파티클층(25)의 내파티클성은, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성과 동일하다.
능 부분(제 1 능 부분(41))에 형성되는 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성을 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높게 함으로써 기재(10)가 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 바와 같은 환형상일 경우에도 능 부분(제 1 능 부분(41))에 있어서의 플라스마 데미지를 경감할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 실시형태에 의한 반도체 제조 장치용 부재의 또 다른 일례를 모식적으로 나타내는 측면도 및 단면도이다.
도 7(b)는 도 7(a)에 나타낸 영역(R3)의 측단면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 이 예에서는 기재(10)는 위로 볼록한 반구형상(hemisphere)이다. 제 1 면(31)은 반구형상의 기재(10)의 내주면이다. 즉, 제 1 면(31)은 체임버의 내측에 위치하는 면이다. 제 2 면(32)은 반구형상의 기재(10)의 하단면이다. 제 1 능 부분(41)은 반구형상의 기재(10)의 내측 하단의 모서리 부분이다.
능 부분(11s)은 제 1 능 부분(41)이다. 제 1 부분(11)은, 예를 들면 제 2 면(32)과 제 1 능 부분(41)을 구성하고 있는 부분이다. 제 2 부분(12)은 제 1 면(31)을 구성하고 있는 부분이다.
이 예에서는 제 2 면(32)은 대략 수평인 평면이다. 제 2 면(32)은 이것에 한정되지 않고, 수평 방향에 대하여 경사진 경사면이어도 좋고, 곡면이어도 좋다. 제 1 능 부분(41) 및 제 2 능 부분(42)은 직각이어도 좋고, 둔각이어도 좋다. 제 1 능 부분(41)은 제 1 면(31)으로부터 제 2 면(32)을 향해서 만곡하는 만곡면(R면)을 갖고 있어도 좋다.
제 1 면(31), 제 2 면(32), 및 제 1 능 부분(41)은 내파티클층(20)에 의해 덮여 있다. 환언하면, 내파티클층(20)은 제 1 면(31), 제 2 면(32), 및 제 1 능 부분(41)에 형성되어 있다.
내파티클층(20)은 제 1~제 3 내파티클층(21~23)을 갖는다. 제 1 내파티클층(21)은 제 1 능 부분(41)에 형성되어 있다. 제 2 내파티클층(22)은 제 1 면(31)에 형성되어 있다. 제 3 내파티클층(23)은 제 2 면(32)에 형성되어 있다.
제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높다. 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성은, 예를 들면 제 3 내파티클층(23)의 내파티클성보다 높다. 제 3 내파티클층(23)의 내파티클성은, 예를 들면 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성과 동일하다.
능 부분(제 1 능 부분(41))에 형성되는 제 1 내파티클층(21)의 내파티클성을 제 2 내파티클층(22)의 내파티클성보다 높게 함으로써 기재(10)가 도 7(a) 및 도 7(b)에 나타낸 바와 같은 반구형상일 경우에도 능 부분(제 1 능 부분(41))에 있어서의 플라스마 데미지를 경감할 수 있다.
(실시예)
본 발명을 이하의 실시예에 의해 더 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 샘플 제작
환형상의 기재(10)를 사용하여 제 1 내파티클층(21)과 제 2 내파티클층(22)을 포함하는 내파티클층(20)을 형성했다.
1-1 기재의 준비
기재(10)로서 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같은 테이퍼를 갖는 환형상의 알루미늄 합금 기재를 사용했다.
1-2 원료 입자
원료 입자로서 산화이트륨 분체를 준비했다. 원료 입자의 평균 입경은 0.4㎛이었다.
1-3 내파티클층의 형성
상기 기재의 내벽 부분에 대해서 에어로졸 디포지션법을 사용하고, 능 부분(11s)을 포함해서 내파티클층(20)으로 피복하여 샘플 1~5를 얻었다. 제작은 실온(20℃ 전후)에서 행했다. 샘플 1에 있어서 내파티클층(20)의 두께는 표 1에 나타내는 바와 같았다.
2. 샘플 평가
2-1 평균 결정자 사이즈
샘플 1의 내파티클층(20)에 대해서 평균 결정자 사이즈를 산출했다. 구체적으로는 샘플 1 중 제 1 내파티클층(21)을 포함하는 부분과, 제 2 내파티클층(22)을 포함하는 부분을 잘라내어 배율 40만배로 취득한 TEM 화상을 사용하고, 결정자 15개의 원형 근사에 의한 평균값으로부터 평균 결정자 사이즈를 산출했다. 샘플 1에 있어서 제 1 내파티클층(21)의 평균 결정자 사이즈는 9㎚이며, 제 2 내파티클층(22)의 평균 결정자 사이즈는 12㎚이었다.
2-2 휘도 Sa
얻어진 샘플 1~5에 대해서 휘도 Sa를 산출했다. 휘도 Sa의 산출은 일본 특허 제6597922호 공보에 기재된 방법으로 행했다. 이때 로우 패스 필터에 의한 노이즈 제거는 실시하지 않았다. 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이 기재나 내파티클층의 조성에 관계 없이 제 2 내파티클층(22)의 쪽이 제 1 내파티클층(21)보다 높은 레벨에서의 내파티클성을 발현하는 것이 확인되었다.
2-3 기준 내플라스마성 시험
이어서, 샘플 1 중 제 1 내파티클층(21)을 포함하는 부분과, 제 2 내파티클층(22)을 포함하는 부분을 잘라내어 기준 내플라스마성 시험을 실시했다.
플라스마 에칭 장치로서 유도 결합형 플라스마 반응성 이온 에칭 장치(Muc-21 Rv-Aps-Se/Sumitomo Precision Products CO., LTD.제)를 사용했다. 플라스마 에칭의 조건은 전원 출력으로서 ICP 출력을 1500W, 바이어스 출력을 750W, 프로세스 가스로서 CHF3 가스 100ccm과 O2 가스 10ccm의 혼합 가스, 압력을 0.5Pa, 플라스마 에칭 시간을 1시간으로 했다.
이어서, 플라스마 조사 후의 제 1 내파티클층(21), 제 2 내파티클층(22)의 표면(202)의 상태를 레이저 현미경에 의해 촬영했다. 구체적으로는 레이저 현미경 「OLS4500/Olympus Corporation제」를 사용하고, 대물 렌즈는 MPLAPON100xLEXT(개구 수 0.95, 작동 거리 0.35㎜, 집광 스폿 지름 0.52㎛, 측정 영역 128×128㎛)를 사용하고, 배율을 100배로 했다. 물결 성분 제거의 λc 필터는 25㎛로 설정했다. 측정은 임의의 3개소에서 행하고, 그 평균값을 산술 평균 높이 Sa라고 했다. 그 외 3차원 표면 성상 국제 규격 ISO25178을 적당히 참조했다. 기준 내플라스마성 시험 전후의 샘플 1에 있어서의 제 1 내파티클층(21), 제 2 내파티클층(22)의 표면의 산술 평균 높이 Sa의 값은 표 1에 나타내는 바와 같았다.
표 1에 나타내는 바와 같이 샘플 1에서는 기준 내플라스마성 시험 후의 제 1 내파티클층(21)의 산술 평균 높이 Sa1은 기준 내플라스마성 시험 후의 제 2 내파티클층(22)의 산술 평균 높이 Sa2보다 작았다. 따라서, 제 2 내파티클층(22)의 쪽이 제 1 내파티클층(21)보다 높은 레벨에서의 내파티클성을 발현하는 것이 확인되었다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했다. 그러나 본 발명은 이들의 기술에 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시형태에 대해서 당업자가 적당히 설계 변경을 추가한 것도 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들면, 기재, 알루마이트층, 내파티클층 등의 형상, 치수, 재질, 배치 등은 예시한 것에 한정되는 것은 아니고, 적당히 변경할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시형태가 구비하는 각 요소는 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합할 수 있고, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (12)
- 반도체 제조 장치에 있어서 플라스마가 생성되는 체임버의 내벽으로서, 정전 척이 배치되는 하측 내벽보다 위에 배치되는 상측 내벽을 구성하고, 제 1 면과, 상기 제 1 면과 교차하는 제 2 면과, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 접속하는 능 부분을 포함하는 기재와,
상기 제 1 면, 상기 제 2 면, 및 상기 능 부분을 덮고, 다결정 세라믹스를 포함하는 내파티클층으로서,
상기 능부에 형성된 제 1 내파티클층과,
상기 제 1 면에 형성된 제 2 내파티클층을 포함하는 내파티클층을 구비하고,
상기 기재는 환형상으로서,
상기 제 1 면은 상기 기재의 내주면이며,
상기 제 2 면은 상기 기재의 상면 또는 하면이며,
상기 제 1 내파티클층의 내파티클성은 상기 제 2 내파티클층의 내파티클성보다 높은 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항에 있어서,
상기 기재는 상단의 제 1 개구 및 하단의 제 2 개구를 갖고,
상기 제 1 개구의 구경은 상기 제 2 개구의 구경보다 작고,
상기 제 2 면은 상기 기재의 상면인 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 내파티클층의 두께는 상기 제 2 내파티클층의 두께보다 작은 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 내파티클층의 두께는 1㎛ 이상 10㎛ 이하인 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 내파티클층은 희토류 원소의 산화물, 희토류 원소의 불화물, 및 희토류 원소의 산불화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 반도체 제조 장치용 부재. - 제 5 항에 있어서,
상기 희토류 원소가 Y, Sc, Yb, Ce, Pr, Eu, La, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Lu로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
배율 40만배~200만배의 TEM 화상으로부터 산출되는 상기 다결정 세라믹스의 평균 결정자 사이즈가 3㎚ 이상 50㎚ 이하인 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 내파티클층에 있어서의 배율 40만배~200만배의 TEM 화상으로부터 산출되는 상기 다결정 세라믹스의 평균 결정자 사이즈는 상기 제 2 내파티클층에 있어서의 배율 40만배~200만배의 TEM 화상으로부터 산출되는 상기 다결정 세라믹스의 평균 결정자 사이즈보다 작은 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
기준 내플라스마성 시험 후에 있어서의 상기 제 1 내파티클층의 산술 평균 높이 Sa1은 상기 기준 내플라스마성 시험 후에 있어서의 상기 제 2 내파티클층의 산술 평균 높이 Sa2보다 작은 반도체 제조 장치용 부재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 내파티클층 및 상기 제 2 내파티클층은 각각 기준 내플라스마성 시험 후에 있어서 0.060 이하의 산술 평균 높이 Sa를 나타내는 반도체 제조 장치용 부재. - 체임버와,
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 반도체 제조 장치용 부재와,
정전 척을 구비한 반도체 제조 장치로서,
상기 체임버는 플라스마가 생성되는 공간을 형성하는 내벽을 갖고,
상기 내벽은 상기 정전 척이 배치되는 하측 내벽과, 하측 내벽보다 위에 배치되는 상측 내벽을 갖고,
상기 반도체 제조 장치용 부재의 상기 내파티클층은 상기 상측 내벽 중 적어도 일부를 구성하는 반도체 제조 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 반도체 제조 장치용 부재를 구비한 디스플레이 제조 장치.
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- 2024-06-10 US US18/738,213 patent/US20240331982A1/en active Pending
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