KR20020067640A - 다이아몬드 코팅 부재 - Google Patents

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KR20020067640A
KR20020067640A KR1020020007775A KR20020007775A KR20020067640A KR 20020067640 A KR20020067640 A KR 20020067640A KR 1020020007775 A KR1020020007775 A KR 1020020007775A KR 20020007775 A KR20020007775 A KR 20020007775A KR 20020067640 A KR20020067640 A KR 20020067640A
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diamond
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thin film
film
coated
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오하시츠네아키
무라이마코토
고바야시히로미치
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니뽄 가이시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 실리콘 웨이퍼로 대표되는 기판이 플라즈마나 부식성 가스 등에 노출되는 반응 챔버 내의 부재, 예컨대 링류, 챔버 라이닝, 가스 샤워 플레이트, 노즐류, 서셉터, 정전 척, 히터 등으로서 적절하게 이용될 수 있는 우수한 내부식성을 발휘하는 다이아몬드 코팅 내부식성 부재를 제공하는 것이다.
이 과제의 해결은, 질화알루미늄 등의 기재와, 기재 표면의 적어도 일부를 덮으면서 밀착된 다이아몬드 박막을 구비한 내부식성이 있는 다이아몬드 코팅 부재로서, 박막과 기재의 밀착 강도가 15 MPa 이상이거나, 다이아몬드 박막에 있어서 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조 {220} 면의 배향도가 식
[Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
으로 표시되는 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 제공에 의한다.

Description

다이아몬드 코팅 부재 {DIAMOND-COATED MEMBER}
본 발명은, 주로 기판 처리 장치에 이용되며, 내부식성이 우수한 다이아몬드 코팅 부재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 특히, 실리콘 웨이퍼로 대표되는 기판이 플라즈마나 부식성 가스 등에 노출되는 반응 챔버 내의 부재, 예컨대 링류, 챔버 라이닝, 가스 샤워 플레이트, 노즐류, 서셉터, 돔, 벨 쟈(bell-jar), 전극, 히터 등으로서 적절하게 이용되고, 배향성을 갖게 함으로써, 또한, 고온에서 플라즈마에 노출되는 부재로서 유용하게 되는 다이아몬드 코팅 부재에 관한 것이다.
농업 혁명, 산업 혁명에 이은 IT 혁명의 물결이 밀려오고 있다. 그리고, 21세기의 일본에서 경제가 거듭 발전하고 풍요롭고 활력 있는 사회를 실현하기 위해서는, IT(Information and Communications Technology: 정보통신기술)를 활용하여 사회경제구조를 개혁하는 것이 과제가 되며, 국가 수준에서 통합 체제가 구축되어 나가고, 특히 전기통신사업에 있어서의 개방 및 경쟁원리의 도입과, 콘텐츠를 확충하여 서비스의 고도화·다양화에 대한 필요성에의 대응을 진행시키는 등, 소프트웨어를 보다 충실하게 하여 IT를 기간 산업으로서 한층 더 발전, 활성화를 도모해 나가는 것이 열쇠를 쥐는 것이라고 말하고 있다.
그러나, 이와 같은 통신이나 소프트웨어를 지탱하고 있는 것은 하드웨어이며, 그 중에서도, 여러 하드웨어의 부품으로서 이미 25년 이상 동안 공급되어 온 산업의 정수인 반도체인 것은 의심의 여지가 없다. 반도체는 사회가 계속되기 위해 이미 없어서는 안될 것으로, 반도체의 IC(Integrated Circuit: 집적회로)는 종래에는 전자기기라고 간주되지 않던 기기를 포함해서, 모든 기기에 합체되어 이용되고 있다.
반도체는 24개월에 2배의 페이스로 집적도를 올린다고 하는 소위 무어의 법칙에 따라 집적도를 계속 향상시켜, 혁신적으로 성능을 진보시켜 발전을 계속해 왔다. 항상 새로운 제조 기술이 도입되어, 최근에는 기판의 SOI(Silicon On Insulater)화 등이 적용되거나, 또는 배선에 구리를 채용하거나 회로를 그리는 레이저에 아르곤 불화 엑시머 레이저를 이용하는 등, 방법, 재료를 불문한 기술혁신에 의해 벽을 타파하여, 집적도의 향상은 18개월에 2배의 페이스로, 그 스피드를 가속시켜 오고 있다. 그리고, 그 집적도 향상의 기초를 이루는 것은 회로의 미세화 및 제조 공정의 청정화이다.
동일 면적 또는 보다 작은 면적에 IC를 보다 많이 집적시키기 위해서는 회로를 미세화하는 것이 필수이며, 디자인 룰, 즉 회로를 형성하는 최소 배선간 치수는 계속 축소되어, 현재에는 0.18 ㎛로부터 0.13㎛로, 나아가서는 O.10 ㎛의 시대로 이동하려 하고 있다. 그리고, 미세화된 회로를 갖는 반도체의 신뢰성을 높이기 위해서는 그 회로에 먼지가 부착되는 것을 방지하는 것이 긴요하고, 일반적으로 디자인 룰의 1/10 크기의 미립자가 거의 없을 것이 요구되고 있다.
통상, 반도체는 청정실에서 고순도 약품 및 고순도 가스를 이용하여 반응을 행하여 초순수로 세정하는 프로세스를 거쳐 제조되고, 전체 공정에 있어서 전술한 미립자뿐만 아니라 금속 이온이나 유기물 등의 불순물을 극한으로 배제하여, 청정화된 환경에서 불순물이 거의 포함되지 않는 재료를 이용하여 제조되어 있다.
반도체 제조 공정에 있어서는, 항상 극도로 청정한 반응 프로세스가 요구되고 있고, 고순도의 재료를 청정 상태에서 사용하지만, 그러한 바람직한 반도체의 반응 프로세스를 실현하기 위해서는 그 반응 프로세스에 이를 때까지 재료가 고순도로 유지되고 있을 것이 필요하다. 즉, 아무리 불순물이 없는 고순도의 재료를 준비하더라도, 제조 장치까지의 공급로나 제조 장치 내에서 부재가 부식되거나 부재로부터의 용출이 많아지는 등, 일어나야 할 반응 이외의 현상이 일어나 불순물이 발생하고, 제조 도중의 기판이나 칩이 오염되어서는 고순도의 재료를 사용하는 의미가 없다.
고순도의 재료는, 평형 개념을 감안하면, 접하는 대상을 녹여 혼입시키기 쉬운 상태라고도 말할 수 있고, 또한, 반도체 제조 공정에서 사용하는 약품 및 가스에는 원래 반응하기 쉬운 활성종이 많이 포함되어 있는 것이 많다. 따라서, 반도체 제조 공정에 사용되는 장치를 구성하는 부재에는, 그와 같은 활성종을 많이 포함하는 약품, 가스, 세정수 등과 접하면서 부식, 용출을 일으키지 않는 우수한 안정성이 요구된다. 이것이 반도체 제조 장치를 구성하는 부재에 부여된 해결해야 할 과제가 되어, 예컨대, 부재가 다결정체로 구성되어 있으면 미립자가 생기기 쉬워 바람직하지 못하고, 부식, 용출을 쉽게 일으키지 않는 내부식성이 우수한 재료로서 흑연, 고도로 부동태화(不動態化) 처리된 스테인레스 등의 금속, 또는 PEEK(Poly Ether Ether Ketone) 등의 엔지니어링 플라스틱 등이 이용되고 있다.
상세하게는, 예컨대 CVD(Chemical Vapor Deposition: 화학 기상 성장법)나 에칭 등의 공정에 사용되는 반도체 제조 장치의 부재에 있어서의 과제를 들 수 있고, 더욱 상세한 일례로서 CVD 장치용 기판 가열용 히터 및 기판 주변 부재의 과제를 들 수 있다.
반도체 제조 공정은, 기술혁신이 이루어지고 있지만, 그 기본은 리소그래피, 불순물 도입, 박막 형성의 반복으로 이루어지는 것에는 변함이 없고, CVD, 에칭 등은 그 핵심이 되는 제조 기술이다. CVD법은, 예컨대 절연막이 되는 산화막 형성 등 주로 박막 형성에 이용되고, 고온 하에서의 화학 촉매 반응에 기초한 기술로서, 열 CVD, 플라즈마 CVD 등의 방법이 있으며, CVD 장치에는 어느 방법에서도 열원으로서 기판 가열용 히터가 구비된다. CVD 장치에서는, 박막 성장 시의 원료 가스 또는 반응 가스로서 모노 실란, 6불화텅스텐, TEOS(Tetraethylorthosilicate: 정규산에틸), 오존, 수소 등이, 또한 클리닝 시의 가스로서 3불화질소, 3불화염소, 테트라플루오로메탄(프론14), 불화수소 가스 등이 이용되며, 이들은 부식성이 있다. 또한, 에칭 공정에서는, 각종 불화탄소계 가스나 질소, 산소, 염소, 염화붕소, 브롬화수소 등의 에칭 가스가 플라즈마화되어 이용된다. 따라서, 일례로서 든 CVD 장치의 기판 가열용 히터 및 기판 주변의 부재는, 이들 부식성 가스에 노출되어도 활성종에 의한 화학적 부식이나 이온 충격에 의한 물리적 부식, 또는 그 양방의 상승(相乘)적 효과인 물리화학적 부식에 견뎌야 한다. 즉, 기판 가열용 히터 및 기판 주변의 부재에는, 고온하의, 또는 온도의 상승과 하강을 반복하는 보다 부식이 진행되기 쉬운 환경에서, 미립자 등의 불순물을 생성하지 않고 프로세스 중에 기판을 오염시키지 않는 열적·기계적 내구성이 요구된다.
종래에는, 예컨대 기판 가열용 히터에는 발열체에 스테인레스, 인코넬 등의금속을 피복한 것이 이용되고 있었다. 스테인레스, 인코넬은 내부식성이 우수한 금속이며, CVD 장치에서의 기판 가열용 히터에 일정한 수명을 부여하였다.
그러나, CVD법에 이용되는 가스가, 보다 부식성을 증가시킴에 따라 금속과 반응하여 생기는 바람직하지 못한 산화물, 염화물, 불화물 등의 불순물이 많아져, 장기간의 연속 사용에 견딜 수 없게 되었다.
그래서, 발열체를 CVD 장치의 반응기 밖에 배치하여 부식성 가스로부터 격리시켜, 발열체가 직접 부식성 가스에 노출되지 않는 간접 가열 히터가 제안되었다. 간접 가열 히터란 발열체와 기판을 실은 피가열체로 이루어진 히터이며, 예컨대 발열체로서 적외선 램프를 이용하여 CVD 장치의 반응기에 적외선 투과창을 설치하고, 반응기 내에 구비한 피가열체에 적외선을 조사하여 피가열체 위에 실은 기판을 가열하는 것이다. 피가열체로서 스테인레스 등보다 내부식성이 우수한 흑연 등을 이용하면 보다 장기간 안정적인 가동을 기대할 수 있었다.
그러나, 이 히터에서는, 간접 가열이기 때문에 열 손실이 크고, 운전 비용의 증가를 가져오며, 온도 상승에 시간이 걸리고, 작업 처리량이 저하한다고 하는 개선해야 할 문제를 안고 있었다. 또한, 적외선 투과창에 CVD에 의한 박막이 부착되어 버리고, 적외선 투과가 점차로 방해되거나, 적외선 투과창이 가열되는 등의 문제도 발생하며, 유지 보수에 걸리는 시간도 적지 않았다. 또한, 이러한 방식에 있어서도, 피가열체가 흑연 등으로 만들어지는 이상, 부식되는 것으로부터 피할 수 없다.
반도체 제조 장치의 부재의 과제에 대한 다른 예로서, 드라이 에칭 장치, 특히 챔버 내의 부재에 대해서 과제를 들 수 있다. 드라이 에칭 장치란, 예컨대 챔버 내에 전극을 구비하여 박막에 맞춰 도입된 가스를 플라즈마화하고, 마스크되어 있지 않은 박막, 예컨대 산화막을 에칭하는 장치로서, 플라즈마의 이온 충격에 의해 부재의 부식이 가속되거나, 부재 성분이 플라즈마의 이온 충격에 의해 스퍼터되거나 하면 기판 오염의 원인이 된다. 디자인 룰이 보다 미세화되어 O.1 ㎛에 가까워짐에 따라 이러한 문제가 이전보다 한층 현저해지고 있다. 또한, 플라즈마 생성을 위한 고주파 전력도 더 커지게 되어, 결과적으로 내부식성 부재도 고온까지 가열되면서 이온 충격을 받는다고 하는 더 가혹한 환경에 노출된다.
이러한 반도체 제조 장치의 부재에 대한 문제를 해결하기 위해, 종래보다 내부식성이 우수한 질화알루미늄이나 질화규소 등의 파인 세라믹의 적용이 제안되고 있다.
일본 특공평6-28258호 공보에 따르면, 세라믹스 내에 발열체를 매설한 히터와 세라믹스제 지지부로 이루어진 반도체 기판용 가열 장치가 개시되어 있다. 도 5는 그 반도체 기판용 가열 장치를 포함하는 반도체 제조 장치의 일례를 도시한 단면도이다. 반응기(21)에 세라믹스제 지지부(26)를 통해 세라믹스제 원반형 히터(23)를 구비하여, 직접 기판을 가열하는 가열 장치(22)를 포함시킨 CVD 장치(24)를 나타내고 있다. 이 가열 장치(22)는 직접 가열 방식이기 때문에 열 손실이 적다. 반응기(21) 내에는 CVD용 가스가 공급되고, 원반형 히터(23)와 지지부(26)는 부식성 분위기에 노출되지만, 질화알루미늄, 사이알론 등의 치밀하고 가스 타이트(gas tight)한 세라믹스를 재료로 하고 있기 때문에, 불순물 발생원이되는 일이 없다고 기재되어 있다.
또한, 일본 특공평8-8215호 공보에는, 전술한 가열 장치(22)와는 히터를 반응기에 지지하는 방법을 바꾸어, 원반형 히터의 내주부와 외주부의 온도차를 작게 한 반도체 기판용 가열 장치가 개시되어 있다. 도 6은 그 반도체 기판용 가열 장치를 포함하는 반도체 제조 장치의 일례를 도시한 단면도로서, 반응기(31)에 세라믹스제 지지부(36)를 통해 세라믹스제 원반형 히터(33)를 구비하여, 가열하는 가열 장치(32)를 포함시킨 CVD 장치(34)를 나타내고 있다. 가열 장치(22)와 마찬가지로 직접 가열 방식이기 때문에 열 손실이 적고, 또한 부식성 분위기에 노출되어도 원반형 히터(33) 및 지지부(36)는 질화알루미늄, 사이알론 등의 치밀하고 가스 타이트한 세라믹스를 재료로 하고 있기 때문에 불순물 발생원이 되지 않는다.
그 밖에, 미국 특허 제5231690호, 미국 특허 제5490228호 및 일본 특허 공개 제2000-44345호 공보에도 세라믹스를 적용한 예가 도시되어 있지만, 최근에 와서 작업 처리량이나 수율의 향상, 또는 신규한 박막 형성을 목적으로 하여, 온도가 더욱 올라간 고온 프로세스에 대응할 수 있는 보다 우수한 균열성(均熱性)을 갖는 히터가 요구되고 있다.
이와 같은 요망에 부응하여, 다이아몬드나 다이아몬드형 탄소 등을 피복한 기판 처리 장치의 부재가 개시되어 있다. 일본 특개평10-70181호에 따르면, 기판 처리 장치에 있어서, 정전력에 의해 기판을 유지하고 반송하는 정전 척의 피막으로서, 1∼50 ㎛의 얇은 다이아몬드막을 이용한 개량된 정전 척이 제안되어 있다. 다이아몬드막으로 부재를 피복함으로써, 예컨대 스테인레스나 세라믹스 등으로 이루어진 정전 척의 기체로부터 미립자가 발생하여 기판을 오염시키는 것을 방지하고, 챔버 클리닝 시의 더미 기판을 불필요하게 하였다.
또한, 일본 특개평10-96082호 공보에 따르면, 다이아몬드나 다이아몬드형 탄소를 포함하는 탄소 베이스 피막 처리를 실시한 챔버를 구비하는 기판 처리 장치가 제안되어 있다. 기판 처리 장치에 있어서 챔버의 표면을 유지하는 피막으로서, 1∼50 ㎛의 얇은 탄소 베이스 피막을 이용하여, 에칭 공정 및 클리닝 공정 등에서의 반응 물질과 접하는 챔버 구성 부재의 내성을 향상시키며, 유효 수명을 연장시켜 기판 처리의 작업 처리량을 높이고, 미립자의 방출을 최소한으로 억제하였다.
그런데, 다이아몬드는 가장 단단하고, 가장 열전도가 높으며, 저항률도 높다고 하는 특징을 갖는 재료로서, 공구나 방열판에의 적용이 이루어지고 있는 것이 알려져 있다. 또한, 다이아몬드는 높은 결합 에너지에 기초한 안정된 화합물일 뿐만 아니라, 탄소 이외의 성분이 기본적으로는 함유되어 있지 않기 때문에, 금속 이온에 의한 오염의 원인이 되지 않는다. 더욱이, 다이아몬드는 고가이지만, 이와 같이 얇은 피막으로서 이용함으로써 경제적 약점을 극복하여 충분히 실용에 적합하다고 생각할 수 있다.
따라서, 일본 특개평10-70181호 및 일본 특개평10-96082호의 제안에서 볼 수 있는 다이아몬드 박막 처리를 실시한 부재를 갖는 반도체 제조 장치는, 부식 분위기에서 내성을 발휘하여 미립자, 금속 이온 등의 오염원 발생을 방지하는 요구를 충족시킨 바람직한 장치라고 말할 수 있다.
그러나, 이들 제안에 있어서는, 다이아몬드나 다이아몬드형 탄소의 피막 처리를 실시하는 대상의 부재가 정전 척과 챔버에 한정되기 때문에, 전술한 바와 같이, 보다 부식 반응이 진행하기 쉬운 고온에서 부식성 가스와 접하는 기판 가열용 히터 및 링 등에 관한 기재가 없다. 다이아몬드는 탄소 원자에 의해 구성되어 있기 때문에, 예컨대 고온 대기 하에서 용이하게 산화되므로, 이산화탄소로 되어 가스화하여 비산함으로부터 유추되는 화학적 약점에 의해, 보다 고온 하에서 장기적으로 충분한 내부식성을 발휘할 수 있는지의 여부는 일본 특개평10-70181호 공보 및 특개평10-96082호 공보에 의해서는 명확하지 않다. 또한, 이들 제안에서는, 피막 처리를 실시하는 부재의 기체 재료에 대한 기재도 구체적이지 않다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 더욱 가혹함을 증가시킨 반도체 제조 프로세스의 부식성 분위기에 있어서, 보다 부식성이 높은 가스, 출력이 보다 높은 플라즈마 등에 노출되어도 충분한 내성을 발휘하여 미립자, 금속 이온 등의 오염원의 발생을 방지하는 부재로서, 보다 더 높은 온도 하에서 기판 가열용 히터 및 기판 주변의 부재로서 적용할 수 있는 다이아몬드 코팅 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 내부식성이 우수한 재료로서의 다이아몬드나, 이 다이아몬드를 적용한 부재에 대해 연구를 진행시켜 여러 가지 실험을 반복한 결과, 다이아몬드가, 반도체나 액정, PDP, 유기 EL 등의 디스플레이 또는 광 디바이스용 기판 등의 제조 프로세스(셀프클리닝 공정도 포함함)에 사용되는 부식성 가스에 견딜 수 있는 재료인 것을 확인하였다. 그리고, 다이아몬드를 박막으로 해서 기재를 덮도록 밀착시킨 부재에 있어서 기재와 평행한 면, 즉 이온 충격을 직접 받는 면에서, 특히 다이아몬드의 {220}면을 일정량 이하로 배향한 다이아몬드막은 고온에서 이온 충격을 받는 경우에도 강한 내부식성을 나타내는 발견하였다. 즉, 이러한 다이아몬드막에 의해 내부식성이 우수한 기재를 덮은 다이아몬드 코팅 부재에 의해 상기 목적이 달성될 수 있는 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서 시험 실시 전후의 결정면을 SEM(Scanning Electron Microscope: 주사형 전자현미경)에 의해 확대한 사진.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서 시험 실시 전후의 결정면을 SEM에 의해 확대한 사진.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서 시험 실시 전후의 결정면을 SEM에 의해 확대한 사진.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서 시험 실시 전후의 결정면을 SEM에 의해 확대한 사진.
도 5는 종래의 부재로 이루어진 기판 가열용 히터를 내장한 반도체 제조 장치의 한 가지 실시 형태를 도시한 단면도.
도 6은 종래의 부재로 이루어진 기판 가열용 히터를 내장한 반도체 제조 장치의 또 하나의 실시 형태를 도시한 단면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 히터의 한 가지 실시 형태를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 히터의 다른 실시 형태를 도시한 단면도.
도 9는 기판 가열용 히터를 구비한 반도체 제조 장치에 이용되는 부재의 한 가지 실시 형태를 도시한 도면으로, 링의 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 히터의 또 다른 실시 형태를 도시한 단면도.
도 11은 라만 분광 분석법에 따른 라만 스펙트럼의 일례를 도시한 그래프.
도 12는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 한 가지 실시 형태를 도시한 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 다른 실시 형태를 도시한 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 또 다른 실시 형태를 도시한 단면도.
도 15a 내지 도 15e는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 제조 방법의 한 가지 실시 형태를 도시한 설명도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
2 : 가열면
3 : 통전 가열용 교류 전원
7 : 전극 단자
8 : 배면
21, 31, 51 : 반응기
22, 32, 52 : 가열 장치
23, 33, 53 : 히터
24, 34, 50 : CVD 장치
26, 36, 56 : 지지부
43, 73 : 다이아몬드 코팅 히터
45, 75 : 저항 발열체
47, 77, 127, 137, 147, 157 : 기재
48, 58, 68, 78, 128, 138, 148, 158 : 다이아몬드막
49, 79 : 고주파 전극
60 : 링
111 : 냉각수 유로
112 : 냉각 플레이트
113; 접합층
115 : 전극
117 : 단자 구멍
120, 130, 140 : 다이아몬드 코팅 서셉터
125, 135, 145, 155 : 중간층
E : 어스
W : 기판(웨이퍼)
보다 상세하게는, 목적을 달성하는 수단은 다음과 같다.
우선, 본 발명에 따르면, 기재와, 기재 표면의 적어도 일부를 덮으면서 밀착된 박막을 구비한 내부식성 부재로서, 상기 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이고, 이 다이아몬드막에 있어서, 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조{220}면의 배향도가 식
[Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
으로 표시되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 내부식성 부재가 제공된다. 상기 배향도가 보다 바람직하게는 0.75 이하이다.
여기서, Im220이란 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아 결정{220}면에 의한 X선 회절 강도를 나타내고, Ip111이란 무배향 상태에서의 111면의 X선 회절 강도를 의미한다. 무배향 상태에서의 X선 회절 강도는 JCPDS 카드(Joint Committee On Powder Diffraction Standards: International Centre For Diffraction Data가 발행하는 Powder Diffraction File) 6-0675에 보고되는 값을 이용하였다. 모든 X선원은 CuKα선이다. 회절각 2θ는 I220이 75.3°, I111이43.9°이다.
이하, 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서, 박막과 기재와의 밀착 강도는 15 MPa 이상인 것이 바람직하다. 다이아몬드는 우수한 내부식성을 갖지만 고비용이기 때문에, 기재로서 이용하지 않고, 표면 밀착된 박막으로서 이용하는 것이 바람직하며, 이것에 의해, 다이아몬드의 과제 중 하나인 경제성과의 양립이 가능해지지만, 밀착된 박막으로서 다이아몬드막을 적용하는 경우에 기재와의 밀착 강도는 다이아몬드인 박막과 기재 계면에서의 열적 장벽과 관계되고, 가열 효율이나 균열성 등의 히터 특성의 관점에서 중요하며, 또한 고온 유지 시나 온도의 상승 및 하강 시의 열응력에 대해서도 기재로부터 박막이 박리되지 않을 것에도 유의해야 한다. 15 MPa 이상의 밀착 강도를 부여하면 이와 같은 요구에 대응할 수 있다. 보다 바람직하게는, 20 MPa 이상의 밀착 강도이다.
기재는 고열전도성인 것이 바람직하고, 데이터 측정이 비교적 용이한 실온값으로 나타내면 열전도도 50 W/mK 이상이 바람직하다. 예컨대, 탄화규소, 금속 실리콘, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 재료 또는 화합물 재료를 적절하게 이용할 수 있다. 다이아몬드 또는 고열전도 타입의 질화규소질 세라믹스도 적용할 수 있다. 또한, 기재로서 단결정 실리콘을 이용하는 것도 바람직하다. 열전도도는, 보다 바람직하게는 실온값으로 80 W/mK 이상이다.
또한, 기재와 박막 사이에, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 실리콘, 탄소, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 재료 또는 화합물 재료를 개재시켜 이루어지는 것도 바람직하다. 이들에 의한 중간층의 형성에 의해 밀착 강도의 향상을 기대할 수 있고, 또한 다이아몬드의 석출을 컨트롤하기 쉽게 된다. 중간층의 형성 방법은, 15 MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상의 밀착 강도를 얻을 수 있으면 일반적으로 알려져 있는 방법에 상관없이, 예컨대 CVD, PVD, 용사(溶射), 페이스트 또는 슬러리의 베이킹 등을 들 수 있다. 중간층이 도전성이 있는 때에는, 단자를 부착함으로써 중간층을 고주파 전극 등의 전극으로 할 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서, 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량은 금속 오염을 방지할 목적으로 박막의 전체 중량의 백만분의 50 이하인 것이 바람직하다. 1a족∼3b족 원소는, 구체적으로는 Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Ir, Ni, Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, B, Al, Ga, In, Tl이다. 불순물 분석은 다이아몬드막만 분리하여, 예컨대 GD-MASS법(Glow Discharge Mass Spectroscopy: 질량 분석의 한 방법)에 의해 분석할 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서, 박막을 형성하는 다이아몬드에 질소나 불소를 도핑하면 내부식성이 향상되기 때문에 바람직하다. 또한, 0.01∼10 질량% 정도로 실리콘을 함유시켜도 좋다. 이 경우, 특히 산소 플라즈마에의 내성 향상에 유효하다. 또한, 바이어스가 부여된 400℃의 3불화질소 플라즈마에 대한 박막의 부식 감량은 5 ㎎/㎠·h 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서는, 박막을 전기 저항률이 다른 복수 개의 다이아몬드막으로 구성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 다이아몬드 박막을 단층이 아닌 다층 구조로서, 최외측막을 저저항층, 최내측막을 고저항층으로 하면, 대전 방지를 도모하면서 부재 내부와의 절연을 얻을 수 있게 된다. 반대로, 최외측막을 고저항층, 최내측막을 저저항층으로 하면, 얇은 유전층을 설치할 수 있게 된다. 다이아몬드는 내전압(耐電壓)이 높으므로, 보다 얇은 부분에 고전압이 걸리는 경향으로 되기 때문에 이러한 구조는 특히 유효하다. 또한, 이러한 구성은, 예컨대 다이아몬드 박막을 정전 척의 유전층에 적용하는 경우에 특히 적절하다. 또한, 다층화함으로써, 부식 등에 의해 두께를 감소시켰을 경우에 전자기적 특성이 변화하기 때문에, 열화 검출도 가능해진다. 다이아몬드막은 다결정 다이아몬드 쪽이 제조하기 쉽지만, 최외측막을 단결정 다이아몬드로 하여도 상관없다. 이들 다층다이아몬드막은 수회의 제막 공정을 거쳐 얻을 수 있지만, 이 때, 제막 공정마다 연속적으로 가스 조성이나 온도, 플라즈마 출력 등을 변화시켜 제막하는 것이 바람직하다. 각 층의 결합력을 보다 높일 수 있기 때문이다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 내부식성 부재에 있어서, 박막의 표면 조도는 대략 1∼100 ㎛인 것이 바람직하다. 그 이유는, 다이아몬드막이 갖는 미시적인 요철이 균열성 향상의 효과를 가져온다고 기대되기 때문이다. 다이아몬드막은, 그 특이한 표면 형태 때문에 열선이 난반사되어 균열성이 향상된다고 생각된다. 보다 바람직하게는, 박막의 표면 조도는 3∼10 ㎛이다.
또한, 다이아몬드 박막의 두께는 대략 1∼500 ㎛인 것이 비용면과 내부식성의 균형면에서 바람직하다. 다이아몬드는 고열전도성을 가지며, 이 특성은 균열성에 있어서는 환영할만한 것이지만, 이러한 얇은 막이기 때문에, 부재에 형성된 박막으로서는 열전도도가 크게 향상되지 않는다. 이 점으로부터도, 균열성 향상의 효과는 주로 높은 열전도성이 가져오는 것이 아니라, 다이아몬드막이 갖는 미시적인 요철이 유도한다고 생각된다.
다이아몬드 박막을 형성하는 방법으로서, 예컨대 CVD법, PVD법, 열필라멘트법, 아크제트(arc jet)법 등이 있고, 밀착 강도가 15 MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상이고, 높은 내부식성을 발휘할 수 있으면 어떤 방법이라도 적용할 수 있다. 가장 바람직한 방법은, 비(非)다이아몬드 성분이 적고, 바람직한 미시적인 요철을 부여할 수 있으며, 충분한 밀착 강도를 확보할 수 있기 때문에, CVD법이다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 내부식성 부재는 기판 처리 장치에 이용되고, 적어도 기판과 대면하는 부분을 다이아몬드 박막에 의해 덮음으로써 우수한 내부식성을 발휘할 수 있다.
이어서, 이하에 다이아몬드 코팅 히터에 대해서 설명한다. 본 발명의 발명자들은 다이아몬드 박막의 전기 저항 측정으로부터, 코팅된 다이아몬드가 약간의 도전성을 갖는 것을 발견하였다. 일반적으로, 다이아몬드는 절연 물질로서 알려져 있다. 붕소를 도핑한 다이아몬드가 예외적으로 도전성을 갖는 것은 알려져 있지만, 붕소는 P형 반도체를 형성하는 원소로서, 반도체 제조 공정에서 엄격히 관리되야 되는 원소이며, 따라서 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 붕소를 확산하는 것은 디바이스 특성에 크게 영향을 부여하기 때문에 피해야 한다. 그런데, 다이아몬드 박막에 도전성이 부여된 이유는, 코팅 방법에 기인하는 것인지, 기재와의 열팽창차 등에 기인하는 막내 응력에 의한 것인지 분명하지 않지만, 이것은 다이아몬드 코팅한 표면이 플라즈마에 노출되어도 전하가 충전되지 않는 다는 것을 의미하며, 디바이스 파괴의 우려가 없어지는 등의 우수한 이점을 가져온다. 이 특성은 절연성 기재나 매설형 히터 엘레먼트와 조합하여 히터를 형성함으로써, 완전 일체형임에도 불구하고 히터 엘레먼트는 챔버와 전기적으로 흐름 상태를 유지할 수 있고, 표면 전하만 개방 가능한 히터를 실현할 수 있기 때문에, 매우 바람직한 특성이라고 할 수 있다. 또한, 도전성을 갖는 다이아몬드막은 고주파 전극 또는 바이어스 부여를 위한 직류 전극으로서도 적용할 수 있고, 도전성이 없더라도 도전 재료의 표면에 코팅함으로써 이들 전극으로서 적용할 수 있다.
또한, 다이아몬드 박막이 광투과성을 갖고 있는 것도, 히터에 적용하기에 바람직한 특성이다. 예컨대, CVD 장치 등의 반도체 제조 장치 내에 설치되는 히터에서는, 대기압 하가 아니라 감압 하에서 사용되는 경우가 많기 때문에, 히터 재질의 방사율(emissivity)을 제어하는 것이 기판 균열성 확보의 면에서 중요하다. 표층막이 빛을 투과하지 않는, 즉 표층막 자체가 방사율을 제어하는 경우에는, 막의 물성을 균질하게 제어하는 것 자체가 곤란해지는 데다가, 방사율은 통상 막 두께나 파장에도 의존하기 때문에, 균열성의 변동이 생기는 원인이 된다. 다이아몬드는 빛, 즉 열선을 투과하기 쉽기 때문에, 기재의 방사율을 제어하면 안정된 균열성을 가져올 수 있다. 또한, 광투과성을 가지면서 착색되어 있는 경우는, 이전의 이점에 더하여 기재의 방사율 변동을 억제하도록 설계하는 것도 가능하다. 이 점에서 착색 투명의 다이아몬드막은 바람직하다. 기재를 다결정 세라믹스로 구성하면, 물질 자체로부터의 방사에 더하여, 결정 입계에서의 산란 효과도 기여하기 때문에, 방사율의 제어는 비교적 용이하다.
본 발명의 발명자들은 이들 특성을 살려, 이하에 개시된 기판 처리 장치용 다이아몬드 코팅 히터를 발명하였다.
즉, 본 발명에 따르면, 기판 처리 장치 내에 설치되고, 발열체가 매설된 기재와, 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 밀착된 박막을 구비하며, 기판을 가열하는 히터로서, 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이며, 박막과 기재의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 히터가 제공된다.
전술한 바와 같이, 다이아몬드는 표면 밀착된 박막으로서 이용하면 경제성과의 양립이 가능해진다. 밀착된 박막으로서 다이아몬드막을 적용하는 경우, 기재와의 밀착 강도는 다이아몬드인 박막과 기재 계면에서의 열적 장벽과 관계되고, 가열 효율이나 균열성 등의 히터 특성의 관점에서 중요하다. 또한, 고온 유지 시나 온도 상승 및 하강시의 열응력, 또는 CVD 장치나 PVD 장치 등에 이용되는 성막용 히터에 이용하는 경우는, 성막 물질의 성장 응력에 대하여 박리되지 않을 것이 요구된다. 이들 조건을 예의 검토한 결과, 본 발명의 발명자들은 다이아몬드 코팅 히터에 있어서, 다이아몬드 박막과 기재 사이에서 15 MPa 이상의 밀착 강도를 부여하는 것이 중요하다는 것을 발견하였다. 보다 바람직하게는, 밀착 강도는 20 MPa 이상이다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 히터에 있어서, 기재는 고열전도성인 것이 바람직하고, 데이터 측정이 비교적 용이한 실온값으로 나타내면 열전도도 50 W/mK 이상이 바람직하다. 예컨대, 탄화규소, 금속 실리콘, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 재료 또는 화합물 재료를 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 다이아몬드 또는 고열전도 타입의 질화규소질 세라믹스도 적용할 수 있다. 또한, 기재로서 단결정 실리콘을 이용하는 것도 바람직하다. 열전도도는, 보다 바람직하게는 실온값으로 80 W/mK 이상이다.
히터 엘레먼트를 매설하는 히터의 경우에는, 전기 저항이 높은 기재를 이용하는 것이 바람직하고, 이 조건에 적합한 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소 중 어느 하나의 세라믹스를 이용하는 것이 바람직하다. 히터 엘레먼트를 매설하지 않는 형식의 히터에서는, 기재의 내측에 가열 기구를 갖는 구조도 바람직하다. 기재에 적용하는 세라믹스에는 조제류를 포함하여도 상관없다. 예컨대, 기재가 질화알루미늄이면, 조제로서 알칼리토류, 희토류 또는 리튬 등을 포함하여도 좋다.
다이아몬드 코팅 히터의 기재의 표면적에 대한 박막의 피복률은 100%, 즉 전체면이 코팅되어 있어도 좋지만, 10∼90%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 60∼80%이다. 또한, 기재와 박막 사이에 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 탄소, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 재료 또는 화합물 재료를 개재시키는 것도 바람직하다. 전술한 다이아몬드 코팅 내식성 부재와 마찬가지로, 이들에 의한 중간층의 형성에 의해 밀착 강도의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 다이아몬드의 석출을 컨트롤하기 쉬운 효과도 있다. 중간층의 형성 방법은, 15 MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상의 밀착 강도를 얻을 수 있으면, 일반적으로 알려져 있는 방법이라도 상관없다. CVD, PVD, 용사, 페이스트 또는 슬러리의 베이킹 등을 들 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 히터에 있어서는, 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량이 금속 오염을 방지할 목적에서 박막의 전체 중량의 백만분의 50 이하인 것이 바람직하다. 1a족∼3b족 원소의 상세한 내용은 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 경우와 동일하다. 불순물 분석도, 마찬가지로, 다이아몬드막만 분리하여, 예컨대 GD-MASS법에 의해 분석할 수 있다. 또한, 박막을 형성하는 다이아몬드에 질소나 불소를 도핑하면 내부식성이 향상되기 때문에 바람직하다. 나아가서는, 플라즈마에 대한 내성이 향상되기 때문에, 박막을 형성하는 다이아몬드에 0.01∼10 질량% 정도 실리콘을 함유시키는 것도 바람직하다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 히터에 있어서, 바이어스가 부여된 400℃의 3불화질소 플라즈마에 대한 박막의 부식 감량은 5 ㎎/㎠·h 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 박막을 전기 저항률이 상이한 복수 개의 다이아몬드막으로 구성한 다이아몬드 코팅 히터로 하는 것도 바람직하고, 예컨대 다이아몬드 박막을 단층이 아닌 다층 구조로 하는 것도 바람직하다. 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재와 마찬가지로, 최외측막을 저저항층, 최내측막을 고저항층으로 하면, 대전 방지를 도모하면서 기체와의 절연을 취할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있고, 또한 다층화함으로써 열화 검출도 가능해진다. 다층 다이아몬드막을, 연속적으로 가스 조성이나 온도, 플라즈마 출력 등을 변화시킨 수회의 제막 공정을 거쳐 얻는 것이 바람직한 점도 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재와 동일하다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 히터에 있어서는, 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재와 마찬가지로, 다이아몬드막이 미시적인 요철을 갖는 것이 균열성의 향상을 가져오기 때문에, 다이아몬드 박막의 표면 조도는 대략 1∼100 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3∼10 ㎛이다. 또한, 박막의 두께는 내부식성과 비용면의 균형으로부터, 대략 1∼500 ㎛인 것이 바람직하다. 다이아몬드는 고열전도성을 가지며, 이 특성은 균열성에 있어서는 환영할 만한 것이지만, 이러한 얇은 막이기 때문에 히터에 형성된 박막으로서 열전도도가 크게 향상되는 것은 아니다. 예컨대, 열전도율 1000 W/mK의 다이아몬드 박막의 두께를 0.1 ㎜, 히터 엘레먼트로부터 다이아몬드 박막까지의 사이가 두께 5 ㎜이고 열전도율 30 W/mK의 질화규소 기재인 경우로 계산하면, 합계의 열전도율(λt)은 식
dt/λt〓d다이아/λ다이아＋d질화규소/λ질화규소
으로 구할 수 있고, 열전도율 λt = 30.6 W/mK로 밖에 되지 않는다. 따라서, 다이아몬드 박막을 형성함에 따라 균열성이 향상되는 것은, 주로 미시적 요철이 열선을 난반사하는 효과에 의해, 예컨대 기재 내의 입계상 등의 존재에 기초한 미시적인 불균일이 저감되기 때문이라고 생각된다.
이러한 효과를 가져오는 미시적 요철을 박막에 부여하기 위해서는, 기판면측에 마련하는 다이아몬드 박막은 CVD법으로 마련하는 것이 바람직하다. 특히, 플라즈마 CVD법이 바람직하다. 이것은, 표면이 다이아몬드 결정이 자형(自形)을 띰으로써 요철을 형성하기 때문이다. 이 요철이 과잉되면 열의 전달 효율이 나빠지기 때문에, 표면 조도로 환산하여 약 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 반대로 너무 지나치게 평활하면, 히터 표면에 홈이나 구멍이나 엠보스를 부여한 디자인에 있어서는, 다이아몬드 박막이 접하고 있는 부분과 접하지 않는 부분의 열전달 효율이 너무 다르기 때문에, 어느 정도 거칠어져 있는 쪽이 바람직하다. 다이아몬드 박막의 조도는 표면 조도로 환산하면 약 1 ㎛ 이상이 바람직하다.
그 밖에, 다이아몬드 박막을 형성하는 방법으로서, 예컨대 PVD법이 있지만, PVD법에서는, 예컨대 DLC(Diamond Like Carbon: 다이아몬드형 탄소) 등의 비(非)다이아몬드 성분이 많아지고, 열필라멘트법에서는 필라멘트 성분이 다이아몬드 박막에 혼입되어 버린다. 또한, 아크제트법으로는 밀착성을 얻기 어렵고, 다이아몬드 박막의 내부식성이 떨어진다. 그러나, 이들 방법으로도, 기체와의 밀착 강도가 15 MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상이며, 형성된 박막이 높은 내부식성을 갖는다면 적용은 할 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 히터의 다이아몬드막에 있어서는, 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조{220}면의 배향도를 식
[Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
으로 표시되는 범위로 형성하면, 보다 부식되기 쉬운 고온에서도 부식성 가스나 플라즈마에 대하여 내성을 더 향상시킬 수 있다. 배향도는, 보다 바람직하게는 0.75 이하이다. 또한, 이 식이 의미하는 바는 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 경우와 동일하다.
또한, 본 발명의 다이아몬드 코팅 히터로서 적절한 히터의 형식으로는, 예컨대 통전 가열형, 즉 저항 가열형 또는 램프형 등을 들 수 있다. 통전 가열형으로서, 더욱 상세하게는 샤프트가 달린 올세라믹형을 들 수 있지만, 이 형식은 프로세스 가스나 클리닝 가스에 노출되는 부위, 특히 고온화하는 부분에 금속부가 없기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명의 다이아몬드 코팅 히터는, 일례로서 일본 특공평6-28258호 공보, 일본 특공평8-8215호 공보에 도시된 바와 같이, 기재에 몰리브덴, 텅스텐 등을 공소결(共燒結)에 의해 히터 엘레먼트를 매설, 일체화시킴으로써 얻을 수 있다. 큰 전류를 흘리기 위해서는 히터 엘레먼트에 금속 소선을 이용해야 하지만, 분말 페이스트를 이용하여도 좋다. 히터 엘레먼트를 기재에 매설하는 방식에서는, 열이 기재에 전해지기 때문에 가열 효율이 높아지지만, 동시에 엘레먼트 사이 및 엘레먼트와 어스 사이의 전기적 절연을 취하기 위해 기재에 일정 이상의 체적 저항률이 요구된다. 체적 저항률은 사용 온도에서 1 ×104Ω㎝ 이상이 표준이며, 바람직하게는 사용 온도에서 1 ×106Ω㎝ 이상이다. 이 점으로부터, 기재로서 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소 등의 세라믹스를 이용하는 것이 바람직하다. 소위 시스(sheath)형의 히터 엘레먼트를 채용하는 경우에는 전기 저항적 제약은 없고, 탄화규소도 적용할 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 히터는, 단순한 히터로서 뿐만 아니라 고주파 전극을 조합시킨 히터, 또는 서셉터나 진공 척 등의 척 기능을 갖는 히터로서도 응용할 수 있다. 그 밖에, 히터에는 공지의 재료 기술, 접합 기술, 설계 기술을 적용하는 것이 가능하다.
전술한 히터와 마찬가지로 가혹한 부식 환경에 노출되는 환상의 링에도, 다이아몬드 박막을 형성하여 내부식성을 부여할 수 있다. 여기서 링이란 기판의 외주부에 위치하여 기판을 둘러싸는 부품이다. 이하에, 다이아몬드 코팅 링에 대해서 설명한다.
본 발명에 따르면, 기판 처리 장치, 주로 에칭제 내에 설치되고, 기재와, 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 박막을 구비하며, 이 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이고, 박막과 기재의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 링이 제공된다.
전술한 다이아몬드 코팅 히터의 경우와 같이, 다이아몬드는 표면 밀착된 박막으로서 이용하면 경제성과의 양립이 가능해진다. 밀착된 박막으로서 다이아몬드막을 적용하는 경우, 기재와의 밀착 강도는 다이아몬드인 박막과 기재 계면에서의 열적 장벽과 관계되고, 가열 효율이나 균열성 등의 관점에서 중요하다. 또한, 플라즈마의 온·오프에 따르는 정상, 비정상의 열응력, 또는 에칭 공정에서 생기는 반응 부생성물의 퇴적 응력에 대하여 박리되지 않을 것이 요구된다. 이들 조건을 예의 검토한 결과, 본 발명의 발명자들은 다이아몬드 코팅 링에 있어서도, 다이아몬드 박막과 기재 사이에 15 MPa 이상의 밀착 강도를 부여하는 것이 중요하다는 것을 발견하였다. 밀착 강도는, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상이다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 링에 있어서, 기재는 고열전도성인 것이 바람직하고, 데이터 측정이 비교적 용이한 실온값으로 나타내면 열전도도 50 W/mK 이상이 바람직하다. 기재로서, 예컨대 탄화규소, 금속 실리콘, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 재료 또는 화합물 재료를 적절하게 이용할 수 있다. 다이아몬드 또는 고열전도 타입의 질화규소질 세라믹스도 적용할 수 있다. 또한, 기재로서 단결정 실리콘을 이용하는 것도 바람직하다. 열전도도는, 보다 바람직하게는 실온값으로 80 W/mK 이상이다.
질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소 등의 세라믹스에는 조제류를 포함하여도 상관없다. 예컨대, 기재가 질화알루미늄이면, 조제로서 알칼리토류, 희토류 또는 리튬 등을 포함하여도 좋다.
다이아몬드 코팅 링의 기재 표면적에 대한 박막의 피복률은 10∼90%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60∼80%이다. 또한, 기재와 박막 사이에 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 탄소, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 재료 또는 화합물 재료를 개재시키는 것도 바람직하다. 전술한 다이아몬드 코팅 내식성 부재와 마찬가지로, 이들에 의한 중간층의 형성에 의해 밀착 강도의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 다이아몬드의 석출을 컨트롤하기 쉬운 효과도 있다. 중간층의 형성 방법은 15 MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상의 밀착 강도를 얻을 수 있으면, 일반적으로 알려져 있는 방법이라도 상관없다. CVD, PVD, 용사, 페이스트 또는 슬러리의 베이킹 등을 들 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 링에 있어서는, 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량이 금속 오염을 방지할 목적에서 박막의 전체 중량의 백만분의 50이하인 것이 바람직하다. 1a족∼3b족 원소의 상세한 내용은 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 경우와 동일하다. 불순물 분석도, 마찬가지로 다이아몬드막만 분리하여, 예컨대 GD-MASS법에 의해 분석할 수 있다. 또한, 박막을 형성하는 다이아몬드에 질소나 불소를 도핑하면 내부식성이 향상되기 때문에 바람직하다. 나아가, 플라즈마에 대한 내성이 향상되기 때문에, 박막을 형성하는 다이아몬드에 O.01∼10 질량% 정도 실리콘을 함유시키는 것도 바람직하다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 링에 있어서는, 바이어스가 부여된 400℃의 3불화질소 플라즈마에 대한 박막의 부식 감량은 5 ㎎/㎠·h 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 박막을 전기 저항률이 상이한 복수 개의 다이아몬드막으로 구성한 다이아몬드 코팅 링으로 하는 것도 바람직하고, 예컨대 다이아몬드 박막을 단층이 아닌 다층 구조로 하는 것도 바람직하다. 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재와 마찬가지로, 최외측막을 저저항층, 최내측막을 고저항층으로 하면, 대전 방지를 도모하면서 기체와의 절연을 취할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있고, 또한 다층화함으로써 열화 검출도 가능해진다. 더욱이, 다층 다이아몬드막을, 연속적으로 가스 조성이나 온도, 플라즈마 출력 등을 변화시킨 수회의 제막 공정을 거쳐 얻는 것이 바람직한 점도, 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재와 동일하다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 링에 있어서는, 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재와 마찬가지로 다이아몬드막이 미시적인 요철을 갖는 것이 균열성이나 퇴적하는 부생성물의 밀착성 향상을 가져오기 때문에, 다이아몬드 박막의 표면 조도는 대략 1∼100 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3∼10 ㎛이다. 또한, 박막의 두께는 내부식성과 비용면의 균형으로부터, 대략 1∼500 ㎛인 것이 바람직하다. 다이아몬드는 고열전도성을 가지며, 이 특성은 균열성에 있어서는 환영할 만한 것이지만, 이러한 얇은 막이기 때문에, 링에 형성된 다이아몬드막으로서는 열전도도가 크게 향상되지 않는다. 따라서, 다이아몬드 박막을 형성함으로써 균열성이 향상되는 것은, 주로 미시적 요철이 열선을 난반사하는 효과에 의해, 예컨대 기재 내의 입계상 등의 존재에 기초한 미시적인 불균일이 저감되기 때문이라고 생각된다.
이러한 효과를 가져오는 미시적 요철을 박막에 부여하기 위해서는, 기판면측에 마련하는 다이아몬드 박막은 CVD법으로 마련하는 것이 바람직하고, 더욱 상세하게는, 플라즈마 CVD법을 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 표면이, 다이아몬드 결정이 자형(自形)을 띰으로써 요철을 형성하기 때문이다. 이 요철이 과잉되면 열의 전달 효율이 나빠지기 때문에, 표면 조도로 환산하여 약 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 반대로 너무 지나치게 평활하면, 다이아몬드 박막이 있는 부분과 없는 부분의 열전달 효율이 너무 다르기 때문에, 어느 정도 거칠어져 있는 쪽이 바람직하다. 다이아몬드 박막의 조도는 표면 조도로 환산하면 약 1 ㎛ 이상이 바람직하다.
그 밖에, 다이아몬드 박막을 형성하는 방법으로서, PVD법, 열필라멘트법, 아크제트법 등이 있고, 이들 방법에서도 밀착 강도가 15 MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상이고, 형성된 박막이 높은 내부식성을 갖는다면 적용할 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 링의 다이아몬드막에 있어서는, 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조{220}면의 배향도를 식
[Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
으로 표시되는 범위로 형성하면, 보다 부식되기 쉬운 고온이라도, 부식성 가스나 플라즈마에 대하여 내성을 더욱 향상시킬 수 있다. 배향도는, 보다 바람직하게는 0.75 이하이다. 또한, 이 식이 의미하는 바는 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 경우와 동일하다.
전술한 히터, 링과 마찬가지로 가혹한 부식 환경에 노출되는 서셉터에도 다이아몬드 박막을 형성하여 내부식성을 부여할 수 있다. 여기서, 서셉터란 기판을 싣는 대를 가리키며, 정전 척이나 하부 고주파 전극도 포함된다. 이하, 다이아몬드 코팅 서셉터에 대해서 설명한다.
본 발명에 따르면, 기판 처리 장치 내에 설치되고, 기재와, 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 박막을 구비하며, 기재와 박막 사이에 바람직하게는 전극을 개재시켜 이루어지고, 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이며, 박막과 기재의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 서셉터가 제공된다. 전극은 기재와 다이아몬드막 사이의 전체면에 개재되어 있어도 좋지만, 기재 내에, 또는 기재와 다이아몬드막 사이의 일부에 개재되어 있는 쪽이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 전극으로부터 처리 장치로 누설되는 전류값을 원하는 값으로 설계하기 쉽기 때문이다.
전술한 히터, 링의 경우와 같이, 다이아몬드는 표면 밀착된 박막으로서 이용하면 경제성과의 양립이 가능해진다. 밀착된 박막으로서 다이아몬드막을 적용하는 경우, Si 웨이퍼 등의 기판의 흡·탈착을 반복하여도 다이아몬드인 박막과 기재가박리하지 않기 위해서는 밀착 강도가 중요하다. 본 발명의 발명자들이 예의 검토한 결과에 따르면, 다이아몬드 코팅 서셉터에 있어서는 다이아몬드막과 기재의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것이 중요하다. 밀착 강도는, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상이다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 서셉터에 있어서, 기재는 고열전도성인 것이 바람직하고, 데이터 측정이 비교적 용이한 실온값으로 나타내면 열전도도 50 W/mK 이상이 바람직하다. 열전도도는 보다 바람직하게는 실온값으로 80 W/mK 이상이다. 이 조건에 맞도록, 기재로서, 예컨대 탄화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료를 적절하게 이용할 수 있다. 또는, 고열전도 타입의 질화규소질 세라믹스도 적용할 수 있다. 또한, 기재에 세라믹스를 적용하는 경우, 소위 소결 조제류를 포함하여도 상관없다. 예컨대, 기재가 질화알루미늄이면, 조제로서 알칼리토류, 희토류 또는 리튬 등의 화합물, 대부분의 경우는 산화물을 예시할 수 있다.
또한, 기재에는 일정 이상의 체적 저항률이 요구된다. 체적 저항률은 원하는 낮은 누설 전류를 실현하기 위해서, 사용 온도 영역에서 1 ×106Ω㎝ (1 MΩ㎝) 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 사용 온도 영역에서 1 ×108Ω㎝ 이상이다. 이러한 조건에서도 상기 재료가 기재로서 적합하다.
또한, 전극은 금속 소선이 세라믹스 재료 내에 메쉬 형상으로 매설된 구성을 취할 수 있다. 이러한 구조는 전극으로서의 전기 저항이 낮기 때문에 큰 전류를흘릴 수 있고, 고주파 전극으로서도 이용할 수 있다.
또한, 전극을 세라믹스 재료와 금속 재료를 공소결한 복합체로 구성하는 것도 바람직하다. 이 경우의 금속 재료로서, 텅스텐이나 몰리브덴, 또는 이들을 포함하는 합금, 탄화물을 이용하면 밀착성 향상을 위한 중간층으로서도 기능한다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 서셉터에 있어서는, 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량이 금속 오염을 방지할 목적으로 박막의전체 중량의 백만분의 50 이하인 것이 바람직하다. 1a족∼3b족 원소의 상세한 내용은 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 경우와 동일하다. 불순물 분석도, 마찬가지로 다이아몬드막만 분리하여, 예컨대 GD-MASS 법에 의해 분석할 수 있다. 또한, 박막을 형성하는 다이아몬드에 질소나 불소를 도핑하면 내부식성이 향상되기 때문에 바람직하다. 나아가, 플라즈마에 대한 내성이 향상되기 때문에, 박막을 형성하는 다이아몬드에 O.01∼10 질량% 정도 실리콘을 함유시키는 것도 바람직하다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 서셉터에 있어서는, 바이어스가 부여된 400℃의 3불화질소 플라즈마에 대한 박막의 부식 감량은 5 ㎎/㎠·h 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 박막을 전기 저항률이 상이한 복수 개의 다이아몬드막으로 구성한 다이아몬드 코팅 서셉터로 하는 것도 흡착 특성의 개선, 누설 전류의 저감을 도모하기 때문에 바람직하고, 예컨대 다이아몬드 박막을 단층이 아닌 다층 구조로 하는 것도 바람직하다. 최외측막(기판측)을 고저항층, 최내측막(전극 내지 기재측)을 저저항층으로 하면, 흡착 특성이 보다 개선되고, 고저항층을 보다 얇게 함으로써 흡착성이 개선된다. 이들 다층 다이아몬드막은 수회의 제막 공정을 거쳐 얻을 수있지만, 이 때, 제막 공정마다 연속적으로 가스 조성이나 온도, 플라즈마 출력 등을 변화시켜 제막하는 것이 바람직하다. 각 층의 결합력을 보다 높일 수 있기 때문이다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 서셉터에 있어서는, 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재와 마찬가지로, 다이아몬드막이 미시적인 요철을 갖는 것이 균열성의 향상을 가져오기 때문에, 다이아몬드 박막의 표면 조도는 대략 1∼100 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3∼10 ㎛이다. 또한, 박막의 두께는 내부식성과 비용면의 균형으로부터, 대략 1∼500 ㎛인 것이 바람직하다.
이러한 효과를 가져오는 미시적 요철을 박막에 부여하기 위해서는 기판면측에 마련하는 다이아몬드 박막은 CVD법으로 마련하는 것이 바람직하다. 특히, 플라즈마 CVD법이 바람직하다. 이것은, 표면이, 다이아몬드 결정이 자형(自形)을 띰으로써 요철을 형성하기 때문이다. 이 요철이 과잉되면, 열의 전달 효율이 나빠지기 때문에, 표면 조도로 환산하여 약 1OO ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 반대로 너무 지나치게 평활하면, 다이아몬드 박막이 접하고 있는 부분과 접하지 않는 부분의 열전달 효율이 너무 다르기 때문에, 어느 정도 거칠어져 있는 쪽이 바람직하다.
그 밖에, 다이아몬드 박막을 형성하는 방법으로서, 예컨대 PVD법이 있지만, PVD법에서는, 예컨대 DLC(Diamond Like Carbon: 다이아몬드형 탄소) 등의 비(非)다이아몬드 성분이 많아지고, 열필라멘트법에서는 필라멘트 성분이 다이아몬드 박막에 혼입되어 버린다. 또한, 아크제트법으로는 밀착성을 얻기 어렵고, 다이아몬드 박막의 내부식성이 떨어진다. 그러나, 이들 방법에서도, 기체와의 밀착 강도가 15MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상이며, 형성된 박막이 높은 내부식성을 갖는다면 적용은 할 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 코팅 서셉터의 다이아몬드막에 있어서는, 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조{220}면의 배향도를 식
[Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
으로 표시되는 범위로 형성하면, 보다 부식되기 쉬운 고온이라도, 부식성 가스나 플라즈마에 대하여 내성을 더욱 향상시킬 수 있다. 배향도는 보다 바람직하게는 0.75 이하이다. 또한, 이 식이 의미하는 바는 전술한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 경우와 동일하다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판 처리 장치 내에 설치되고, 기재와, 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 박막을 구비하여, 기재와 박막 사이에 금속을 함유하는 전극을 개재시켜 이루어진 서셉터의 제조 방법으로서, 기재를 성형하는 동시에 전극을 기재에 매설하는 공정과, 기재와 전극을 공소결하는 공정과, 기재의 하나의 면을 가공 제거하고, 하나의 면에 전극을 노출시킨 후, 하나의 면에 다이아몬드막을 제조하는 공정과, 다이아몬드막을 플라즈마 처리에 의해 고전기저항화시키는 공정과, 전극에 단자를 접합시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 서셉터의 제조 방법이 제공된다. 또한, 금속을 함유하는 전극은 2개의 형태를 취할 수 있다. 제1 전극은 금속 재료 그 자체이다. 이 때, 전극은 기재, 대부분의 경우 세라믹스 재료 내에 금속 소선이 메쉬 형상으로 배치된 구성을 취한다. 매입되는 세라믹스 재료를 기재와 같은 재료로 하면, 기재 내의 다이아몬드막 측에, 기재의 전체면을 덮지 않는 메쉬 형상으로 전극이 매입된 구성이 된다. 또한, 제2 전극은 세라믹스 재료와 금속 재료를 공소결한 복합체로서 구성할 수 있다. 이 때, 전극은 기재와 다이아몬드막의 밀착 강도를 향상시키는 중간층으로서도 기능한다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자의 통상의 지식에 기초하여 적절하게 설계의 변경 개량 등이 가해지는 것을 이해해야 한다.
이하, 본 발명의 다이아몬드 코팅 부재에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 7(a), 도 7(b)는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 히터의 한 가지 실시 형태를 도시한 단면도이다. 도 7(a)는 수평 방향의 단면을 나타내고, 도 7(b)는 수직 방향의 단면을 나타낸다. 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 코팅 히터(43)의 기재(47)의 가열면(2)측과 측면측에는 다이아몬드막(48)이 코팅되어 있다. 또한, 다이아몬드 코팅 히터(43)의 기재(47) 내에는 코일형 저항 발열체(45) 및 고주파 전극(49)이 매입되어 있는데, 저항 발열체(45)는 배면(8)측에 매설되고, 고주파 전극(49)은 가열면(2)측에 매설되어 있다.
저항 발열체(45)의 평면적인 매설 형상은 도 7(a)에 모식적으로 도시되어 있다. 즉, 예컨대 몰리브덴 선을 권취하여 권취체를 얻어, 권취체의 양단에 단자 A, B를 접합시킨 것이다. 저항 발열체(45)는 도 7(b)에 도시된 바와 같이 대략 수평으로, 그리고 도 7(a)에 도시된 바와 같이 전체적으로 직경이 다른 동심원을 그리며, 또한 거의 선대칭이 되도록 배치되어 있다. 저항 발열체(45)에는 통전 가열용 교류 전원(3)이 접속되고, 어스(E)에도 접속되어 있다. 고주파 전극(49)도 애노드측 전극으로서 어스(E)에 접속되어 있다.
도 8은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 히터의 또 하나의 실시 형태를 도시한 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치의 하나인 CVD 장치(50)는 반응기(51) 내에 지지부(56)를 통해 원반형 히터(53)를 구비하고, 기판(W)을 가열하는 가열 장치(52)가 포함되어 있다. 도 8에서는, 기판 낙하 방지를 위해 기계적 클램프로 히터 하면에 고정하는 등의 기구가 예시되어 있지만, 히터 아래쪽에 서셉터를 별도로 배치하고, 기판을 위쪽의 히터로부터 가열하는 것도 가능하다. 반응기(51) 내에는 CVD용 가스가 공급되고, 원반형 히터(53)와 지지부(56)는 부식성 분위기에 노출되지만, 원반형 히터(53)의 가열면(2)측 및 측면측에는 다이아몬드막(58)이 코팅되어 있어 부식을 방지하며, 불순물 발생원이 되는 일이 없다.
도 9는 반도체 제조 장치, 특히 에칭 장치에 이용되는 부재의 한 가지 실시 형태를 도시한 도면으로, 링(60)의 사시도이다. 또는, 도 6에 도시된 CVD 장치(34)와 같이, 원반형 히터(33)의 이면측에 공간을 형성하는 가열 장치(32)에 있어서의 지지부(36)로서도 이용된다. 기판 주변의 부재는, 히터와 같이 부식성 분위기에 노출되므로, 내부식성이 필요한 부재이며, 이러한 용도에 적용되는 링(60)은 가열면(2)측과, 내측 및 외측의 측면에 다이아몬드막(68)이 코팅되어 부식을 방지한다.
도 10은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 히터의 또 다른 실시 형태를 도시한 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 코팅 히터(73)의 기재(77)의 가열면(2)측과 측면측에는 다이아몬드막(78)이 코팅되고, 또한 다이아몬드 코팅 히터(73)의 기재(77) 내에는 코일형 저항 발열체(75) 및 평면 메쉬 형상의 고주파 전극(79)이 매입되어 있으며, 저항 발열체(75)는 배면(8)측에 매설되고, 고주파 전극(79)은 가열면(2)측에 매설되어 있다. 저항 발열체(75)에는 통전 가열용 교류 전원(3)이 접속되고, 고주파 전극(79)은 애노드측 전극으로서 어스(E)에 접속되어 있다.
도 12는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 한 가지 실시 형태를 도시한 단면도이다. 다이아몬드 코팅 서셉터(120)는 전극(125)으로서, 금속 재료(분말)와 세라믹스 재료(분말)를 공소결하여 얻어지는 복합체를 이용한 것이다. 이 복합체는 전극이지만, 후술하는 금속 소선으로 이루어진 전극(115)과는 다르다. 전극(125)은 단극형의 정전 척 전극 겸 고주파 전극으로서 설계되고, 다이아몬드막(128)으로 코팅하는 기재(127) 상면의 전체면에 설치되어 있지는 않으며, 기재(127)의 외주 5∼10 ㎜ 폭, 또는 예컨대 가스 구멍이나 리프트 핀 구멍 주위는 기재(127)인 채로 한 것이다. 기재(127)에 1 ×108Ω㎝ 이상의 고전기저항률을 갖는 세라믹스 재료를 이용함으로써, 누설 전류를 줄일 수 있어 서셉터 전위 및 기판 전위의 보다 정밀한 제어가 가능해진다. 기재(127)는 접합층(113)을 통해, 예컨대 알루미늄합금제의 냉각 플레이트(112)에 접합되어 있다. 접합층(113)으로서는, 실리콘, 폴리이미드, 불소수지 또는 인듐 등의 금속 결합을 예시할 수 있지만, 높은 열전도성을 갖는 것이라면 이들에 한정되지 않는다.
도 13은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 다른 실시 형태를 도시한 단면도이다. 다이아몬드 코팅 서셉터(130)는, 중간층(135)으로서, 기재(137)와 동일한 세라믹스 재료 내에 금속 소선(전극(115))이 메쉬 형상으로 배치되어 이루어진다. 즉, 다이아몬드 코팅 서셉터(130)는 기재(137) 내의 다이아몬드막(138)측에, 금속 재료[전극(115)]가 평면 메쉬 형상으로 배치되어 이루어진다. 다이아몬드 코팅 서셉터(130)에 있어서, 전극(115)은 쌍극형의 정전 척 전극으로서 설계되어 있지만, 다이아몬드막(138)으로 코팅하는 기재(137) 상면의 전체면에 설치되어 있지는 않으며, 기재(137)의 외주 5∼10 ㎜ 폭, 또는 예컨대 가스 구멍이나 리프트 핀 구멍 주위는 기재(137)인 상태로 한 것이다. 기재에 1 ×108Ω㎝ 이상의 고전기저항률을 갖는 재료를 이용함에 따른 효과와, 접합층, 냉각 플레이트를 포함하는 구성과 접합층의 재료 등은 다이아몬드 코팅 서셉터(120)에 준한다.
도 14는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 또 다른 실시 형태를 도시한 단면도이다. 다이아몬드 코팅 서셉터(140)는 기재(147) 내에 금속 소선[전극(115)]이 평면 메쉬 형상으로 배치되어 이루어진다. 다이아몬드 코팅 서셉터(130)와 같이, 금속 재료[전극(115)]가 다이아몬드막에 접해 있지 않고, 기재를 통해 있는 부분이 다르다. 다이아몬드 코팅 서셉터(140)에 있어서, 전극(115)은 단극형의 정전 척 전극 겸 고주파 전극으로 해서 설계되어 있지만, 다이아몬드막(148)으로 코팅하는 기재(147) 상면의 전체면에 설치되는 것은 아니며, 기재(147)의 외주5∼10 ㎜ 폭, 또는 예컨대 가스 구멍이나 리프트 핀 구멍 주위는기재(147)인 채로 한 것이다. 기재에 1 ×1O8Ω㎝ 이상의 고전기저항률을 갖는 재료를 이용함에 따른 효과와, 접합층, 냉각 플레이트를 포함하는 구성과 접합층의 재료 등은 다이아몬드 코팅 서셉터(120)에 준한다.
도 15(a) 내지 도 15(e)는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 서셉터의 제조 방법의 한 가지 실시 형태를 도시한 설명도이다. 도 15(a)는 기재(157)를 성형하는 동시에 전극(115)을 기재(157)에 매설하는 공정을 나타내고, 도 15(b)는 전극(115)을 매설한 기재(157)를 소결하는 공정을 나타내며, 도 15(c)는 기재(157)의 하나의 면(기판을 흡착하는 쪽)을 가공하고, 그 면에 전극(115)을 노출시켜 기재(157)의 하나의 면과는 반대측의 면에 단자 구멍(117)을 뚫는 공정을 나타내며, 도 15(d)는 전극(115)이 노출된 면에 다이아몬드막(158)을 제조하고, 다이아몬드막(158)을 플라즈마 처리에 의해 고전기저항화시키는 공정을 나타내며, 도 15(e)는 전극(115)에 전극 단자(7)를 금속 접합시키는 공정을 나타낸다. 또한, 도 15(a) 내지 도 15(e)에 도시된 다이아몬드 코팅 서셉터에 있어서, 중간층(155)이란 전극(115)과, 전극(115) 사이의 기재(157)를 포함하는 층을 가리킨다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 이하에 개시된 실시예 및 비교예에 의해, 본 발명의 다이아몬드 코팅 내부식성 부재의 특성에 대해서 종래의 다이아몬드를 코팅하지 않은 부재와 비교하면서 설명한다.
(실시예 1∼3, 비교예 1)
탄산스트론튬과 산화세륨을 소결 조제로 해서, 질소 중에서 소결·치밀화시킨 질화규소 소결체를 준비하고, 다이아몬드 지석을 이용하여 20 ㎜W(가로) ×20 ㎜L(세로) ×2 ㎜t(두께) 형상의 소편으로 잘라내었다. 이 소편에, 메탄, 수소, 산소를 원료 가스로 해서, 마이크로파 CVD법에 의해 15 ㎛ 두께의 다이아몬드막을 석출시켰다(실시예 1). 성막 중의 기재 온도는 730℃였다. 또한, 메탄, 수소를 원료 가스로 해서, 열필라멘트법에 의해 3 ㎛ 두께의 다이아몬드막을 석출시켰다(실시예 2). 기재 온도는 750℃였다. 또한, 메탄과 수소를 원료 가스로 해서, 아크제트법으로써 70 ㎛ 두께의 다이아몬드막을 석출시켰다(실시예 3).
실시예 1∼3 모두 결정상은 다이아몬드와 비(非)다이아몬드상으로 이루어지고, 결정면(facets)은 도 1(a) 내지 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 명료하게 관찰되었다.
다이아몬드막의 표면 조직의 특징으로서, 실시예 1에서는 결정면이 {100}, 즉 각이 90°를 이루고 있는 사각 면이 비교적 많이 확인되지만, 실시예 2와 실시예 3에서는 피라미드 형상인지 평탄적 형상인지의 차이는 있으나, 모든 결정면(facets)이 {111}, 즉 각이 60°를 이루고 있는 삼각형 형상의 면이 많다. XRD 측정으로부터 구할 수 있는 배향도는 각각 다르며, 실시예 1이 0.68, 실시예 2가 1.44, 실시예 3이 3.21이었다. 다이아몬드막은 요철 형상을 띠기 때문에, 관찰되는 결정면은, 대부분의 경우 기재와 평행하지 않은 면이 되기 때문에, XRD로부터 구한 배향도와 미시적 관찰로부터 확인되는 결정면이 일치하지 않는 것은 당연하다. 또한, 바이어스 환경에서는, 이온이 기재와 수직으로 향하기 때문에, 기판과평행한 면, 즉 배향도로 정량(定量)되는 배향 상태가 내부식성에 영향을 주는 것은 이치에 맞다.
전술한 다이아몬드막을 형성한 질화규소 소결체의 소편(실시예 1∼3)과, 다이아몬드막을 형성하지 않은 질화규소 소결체의 소편(비교예 1)에 대하여 후술하는 내식 시험을 행하였다. 그 결과를 표 1, 도 2(a) 내지 도 2(c), 도 3(a) 내지 도 3(c) 및 도 4(a) 내지 도 4(c)에 나타내었다. 고온(400℃)에서 3불화질소 플라즈마에 노출시킨 경우를 제외하면, 모든 다이아몬드막이 질화규소의 약 1/10, 또는 그 이하의 우수한 내부식성을 나타내었다. 고온(400℃)에서 3불화질소 플라즈마에 노출시킨 경우에는, 배향도가 작은 실시예 1이 가장 양호한 내부식성을 나타내었다. 도 4(a) 내지 도 4(c)의 SEM 사진에 의해서도 분명하고, 예컨대 실시예 2에서는 결정면{111}의 단부가 선택적으로 깍여 있으며, 실시예 3에서는 도 4(c)에 화살표로 예시한 바와 같이 부분적으로 잠식된 구멍처럼 깎여 있다. 실시예 3에서도 결정면{100}이 약간 존재하지만, 이 면의 손상은 적다는 것도 확인되었다.
시료 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
다이아몬드 조도 ㎛ 8 36 10 -
밀착 강도 MPa 29 23 1 -
Cl2플라즈마, 바이어스 있음,100℃ mg/cm2 <0.2 <0.2 <0.2 3
NF3+O2플라즈마, 바이어스 있음,100℃ mg/cm2 0.3 0.5 0.5 12
NF3플라즈마, 바이어스 있음,400℃ mg/cm2 0.3 6 13 21
ClF3바이어스 없음, 735℃ mg/cm2 <0.2 <0.2 <0.2 10
(실시예 4∼7)
다음으로, 5 중량%(wt%)의 산화이트륨을 소결 조제로서 첨가하여, 질소 중에서 핫 프레스법에 의해 치밀화시킨 질화알루미늄 소결체를 준비하고, 다이아몬드 지석을 이용하여 20 ㎜W(가로) ×20 ㎜L(세로)×2 ㎜t(두께) 형상의 소편으로 잘라내었다. 이 소편에, 중간층으로서 CVD법에 의해 탄화규소를 100 ㎛의 두께로 코팅하였다(실시예 4). 또한, 중간층으로서 스퍼터법에 의해 1 ㎛ 두께의 질화규소를 코팅하였다(실시예 5). 또한, 용사법에 의해 금속 실리콘을 약 100 ㎛ 두께 코팅하였다(실시예 6). 실시예 4∼6에는, 수소, 산소를 원료 가스로 해서 마이크로파 CVD법에 의해 15 ㎛ 두께의 다이아몬드막을 석출시켰다. 성막 중의 기재 온도는 740℃였다.
실시예 4∼6에 있어서의 결정상은, 모두 다이아몬드와 미량인 비다이아몬드상이었다. 또한, 배향도는 실시예 4가 0.70, 실시예 5가 0.63, 실시예 6이 0.74였다.
상기 각종 재료로 이루어진 중간층을 가지며 다이아몬드막이 석출된 질화알루미늄 소결체의 소편(실시예 4∼6)과, 중간층이 없는 다이아몬드막을 석출한 질화알루미늄 소결체의 소편(실시예 7)에 대하여 후술하는 내식 시험을 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다. 모든 다이아몬드막이 양호한 내부식성을 나타내었다. 밀착 강도에 대해서는 중간층을 형성하지 않은 것에 비하여 향상되는 것이 나타났다.
시료 단위 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
다이아몬드 조도 ㎛ 8 8 8 8
밀착 강도 MPa 48 29 19 16
Cl2플라즈마, 바이어스 있음,100℃ mg/cm2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2
NF3+O2플라즈마, 바이어스 있음,100℃ mg/cm2 0.3 0.3 0.3 0.3
NF3플라즈마, 바이어스 있음,400℃ mg/cm2 0.3 0.3 0.3 0.3
ClF3바이어스 없음, 735℃ mg/cm2 <0.2 <0.2 <0.2 <0.2
(실시예 8, 비교예 2)
다음으로, 이소프로필알코올 중에서 질화알루미늄 분말에 산화마그네슘 분말 1.0 중량%와, 아크릴계 수지 바인더를 적량 첨가하여 포트밀(potmill)로 혼합한 후, 분무 조립(造粒) 장치로 건조 조립하여 조립 과립을 얻어, 이 조립 과립 중에 몰리브덴제의 코일형 저항 발열체 및 고주파 전극을 매설하고 가압 성형하여 도 7(a),도 7(b)에 도시한 바와 같이 전극 있는 원반 형상의 질화알루미늄 히터를 제작하였다. 고주파 전극으로서는 직경 0.4 ㎜φ의 몰리브덴 선을 24가닥/인치의 밀도로 짠 금망을 사용하였다.
이 히터에, 실시예 4와 같이, 중간층으로서 CVD법에 의해 가열면측에 탄화규소를 100 ㎛의 두께로 코팅하였다. 다이아몬드 지석으로 탄화규소막의 두께가 약 50 ㎛가 될 때까지 연삭 가공하고, 그 위에 실시예 1과 동일한 조건으로 다이아몬드막을 더 형성하였다(실시예 8). 이 다이아몬드막의 배향도는, 후술하는 시험 후에 시험편을 잘라내어 측정한 결과 0.41이었다.
다이아몬드막을 형성한 후, 세바스찬법에 따라 밀착 강도를 측정하였다. 응력 환산으로 20 MPa가 될 때까지 인장하여, 박리되지 않는 것을 확인하였다. 또한, 테스터를 사용하여 전극간 거리 10 ㎜에서 다이아몬드막 표면의 전기 저항을 측정한 결과, 10∼300 kΩ으로 약간의 도전성을 나타내고 있었다. 또한, 고주파 전극∼히터 엘레먼트 사이와, 히터 엘레먼트∼히터 표면 사이의 누설 전류는 측정 하한 이하였다. 더욱이, 임의의 장소 10점에서 표면 조도를 측정한 결과, 평균 조도 Ra는 3∼14 ㎛였다.
이 히터의 가열면에서의 최고 온도와 최저 온도의 차를 진공중 700℃에서 측정하여 균열성을 평가하였다. 가열면의 최대 온도차는 5℃였다. 탄화규소 및 다이아몬드를 코팅하지 않는 논코팅품도 제작하여(비교예 2) 균열성을 평가한 결과, 가열면의 최대 온도차는 11℃였다.
이 실시예 8에 대하여, 히터를 400℃ 가열한 상태에서 3불화질소, 바이어스가 있는 내식 시험(상세한 내용은 후술함)을 행하고, 그 후 다이아몬드막 표면을 관찰하였지만, 실시예 1과 같은 형태로서, 내부식성은 양호하였다. 비교예 2에 대해서는 불화 반응이 현저하고, 3불화알루미늄이 명료하게 확인되었다.
(실시예 9, 10, 비교예 3)
계속해서, 도 8에 도시된 CVD 장치 내에 포함된 히터와 같은 형상의 히터를 제작하였다. 기재는 질화규소를 이용하고, 히터 엘레먼트로서는 텅스텐 선을 매설하였다. 최종 마무리 가공은 다이아몬드 지석을 이용하였다. 이 가열면측의 면에 실시예 1과 동일한 조건으로 다이아몬드를 코팅한 히터(실시예 9)와, 실시예 3과 동일한 조건으로 다이아몬드를 코팅한 히터(실시예 10)를 준비하였다.
다이아몬드막을 형성한 후, 세바스찬법에 따라 밀착 강도를 측정하였다. 실시예 9는 응력 환산으로 20 MPa가 될 때까지 인장하였지만 박리되지 않았다. 실시예 10은 3 MPa로 다이아몬드막이 박리되었다. 테스터를 이용하여 전극간 거리 10 ㎜에서 다이아몬드막 표면의 전기 저항을 측정한 결과, 모두 10∼300 kΩ으로 약간의 도전성을 띠고 있었다. 히터 엘레먼트∼히터 표면 사이의 누설 전류는 측정 하한 이하였다. 또한, 임의의 장소 5점에서 표면 조도를 측정한 결과, 평균 조도 Ra는 1∼20 ㎛였다.
이들 히터의 가열면에서의 최고 온도와 최저 온도의 차를 진공중 700℃에서 측정하여 균열성을 평가하였다. 가열면의 최대 온도차는 8℃였다. 다이아몬드를 코팅하지 않는 논코팅품도 제작하여(비교예 3) 균열성을 평가한 결과, 가열면의 최대 온도차는 35℃였다. 시험 후의 관찰에서, 실시예 9에 대해서는 다이아몬드막의 거듭되는 박리가 육안으로 확인되었지만, 실시예 10에 대해서는 박리가 확인되지 않았다.
실시예 9에 대해서는, 히터를 400℃ 가열한 상태에서 3불화질소, 바이어스가 있는 내식 시험(상세한 내용은 후술함)을 행하고, 그 후 다이아몬드막 표면을 관찰하였지만, 실시예 1과 같은 형태로서 내부식성은 양호하였다. 시험 후에, 배향도를 측정한 결과 실시예 9에서는 0.55, 실시예 10에서는 2.8이었다.
(실시예 11∼13, 비교예 4)
계속해서, 99.9999% 이상 순도의 금속 실리콘으로부터, 도 9에 도시된 바와 같은 링을 잘라내었다. 링의 외경은 230 ㎜, 내경은 2.01 ㎜, 두께는 5 ㎜이다.최종 가공에는 다이아몬드 지석을 이용하였다. 도 9에 도시한 링은 완전한 원형이지만, 실리콘 웨이퍼 등의 피처리물의 형상에 따라 오리엔테이션 플랫이나 노치를 마련하여도 좋다.
이 링에, 실시예 1과 동일한 방법으로 상면에서의 두께가 15 ㎛ 두께가 될 때까지 다이아몬드막을 석출시켰다. 내측면, 외측면은 모두 수 ㎛ 정도이지만, 다이아몬드막이 형성되어 있었다. 성막 중의 기재 온도는 730℃였다. 링은 3개 제작하였다(실시예 11∼13).
실시예 11은 평가에 제공하였다. 실시예 1과 마찬가지로 결정상은 다이아몬드와 비다이아몬드상으로 이루어졌지만, 결정면{100}, 즉, 각이 90°를 이루고 있는 사각 면이 비교적 많이 확인되었다. 배향도는 0.72였다.
실시예 12는, 그대로 고온(400℃)에서 3불화질소 플라즈마 내식 시험을 행하였다. 시험 시간은 2시간이다. 링은 상면이 이온 충격을 받도록 세트하였다. 시험 후, 링을 잘라내어 상면을 SEM 관찰한 결과, 실시예 1과 마찬가지로 양호한 내부식성을 나타내고 있었다. 양측면도 마찬가지로 관찰하였지만, 이들 면의 부식 상황은 무시할 수 있는 레벨이며, 시험 전과 동일한 미구조를 보이고 있었다.
실시예 13은 내측면, 외측면만 다이아몬드막을 제거하였다. 즉, 양측면은 금속 실리콘이 노출되고, 상면에만 다이아몬드막이 설치되어 있는 상태로 하였다. 실시예 13에 대하여 플라즈마 시험을 행하면, 내측면, 상면, 외측면이 플라즈마에 노출된다. 다이아몬드막을 마련한 부분과, 마련하지 않은 부분, 즉 금속 실리콘이 노출되어 있는 부분의 면적은 각각 약 98 ㎠와 약 68 ㎠이며, 다이아몬드막의 면적비율은 59%이다. 또한, 실제 사용 시에, 내측면은 실리콘 웨이퍼나 서셉터로 차단되기 때문에, 같은 링이더라도 다이아몬드를 마련하지 않는 부분의 면적은 약 32 ㎠가 되고, 다이아몬드막의 면적 비율은 75%가 된다.
실시예 11과 마찬가지의 시험을 행한 결과, 상면에 대해서는 실시예 1과 동일한 양호한 내부식성이었지만, 양측면은 약 100 ㎛ 두께가 감소하였다. 동일한 시험을 10회 더 반복하였지만, 상면의 다이아몬드막은 잔존하였다. 측면의 두께 감소는 약 600 ㎛에 그치고 있었다. 이것은 플라즈마가 상면의 다이아몬드에 의해 돌아 들어가기 어렵게 되었기 때문이라고 생각된다.
최종 가공은 다이아몬드이지만 다이아몬드막을 마련하지 않는 링(비교예 4)도 제작하여 마찬가지의 부식 시험을 실시하였지만, 부식 감소가 현저하고 모든 면이 약 100 ㎛ 두께가 감소하였다.
그런데, 일반적인 내식 코팅의 경우에는 플라즈마나 부식성 가스에 노출되는 부분 전부를 코팅한다. 일부밖에 코팅하지 않는 경우도 있지만, 기본적으로는 코팅 기술의 한계에 따른 것이다. 두께 방향, 또는 엣칭 특성에의 영향이 작은 부분을 부식용 부분으로 함으로써, 보다 저렴하면서 부재의 수명을 확보한다는 점에서, 이 실시예 13과 같은 코팅 구조는 우수하다.
예컨대, 옥사이드 에칭 공정에 이용하는 경우, 불소 래디컬 F*를 실리콘 웨이퍼 측면의 불화 반응에 의해 소비시킬 수 있기 때문에, 디바이스 중의 폴리실리콘은 에칭하고 싶지 않지만 옥사이드층은 에칭하는 것 등 에칭의 선택비를 향상시키는 것이 가능해진다.
다이아몬드막을 마련하지 않는 부분은 측면으로 하는 것이 바람직하지만, 주면(主面)(표면)의 일부에 마련하여도 좋다. 또한, 가공하고 나서 다이아몬드막을 제거하는 방법을 예시하였지만, 다이아몬드막 석출 시에 마스킹하거나, 또는 공지의 선택 성장 기술을 응용하는 등의 방법을 이용하여도 좋다. 기재에 금속 실리콘을 이용하는 경우에는, 99.999%(5N) 이상의 순도인 것, 더욱 바람직하게는 99.9999%(6N) 이상의 순도의 금속 실리콘이 바람직하다. 이것은, 실리콘 웨이퍼와 같은 순도로 함으로써 금속 오염 문제의 우려를 없애기 위함이다. 단결정 실리콘을 기재로 하는 경우에는 소위 100면, 또는 111면이 주면이 되도록 하는 것이 바람직하다.
(실시예 14, 15, 비교예 5)
계속해서, 실시예 11∼13의 링과 같은 형상이고, 질화규소로 이루어진 링(실시예 14) 및 탄화규소로 이루어진 링(실시예 15)을 각각 3개 준비하였다. 최종 가공에는 다이아몬드 지석을 이용하였다. 실시예 14는 세리아(CeO2: 산화세륨)를 5중량% 첨가하고, 질소 분위기 중에서 핫 프레스법으로 소결시켜, 이론 밀도비 99% 이상까지 치밀화시킨 것으로, 소결체 내에 함유되는 1a족 원소 및 4a∼3b족 원소의 함유량은 50 ppm 미만이다. 실시예 15는 붕소 1 중량%와 카본 0.5 중량%를 첨가하고, 동일한 아르곤 분위기 중에서 핫 프레스법으로 95% 이상까지 치밀화시킨 것이다. 붕소를 제외하고, 1a족 원소 및 4a∼3b족 원소의 함유량은 50 ppm 미만이다.
실시예 14 및 실시예 15를 각각 3개씩 준비하여 실시예 1과 같은 방법으로 상면에서의 두께가 15 ㎛ 두께가 될 때까지 다이아몬드막을 석출시켰다. 내측면,외측면은 모두 수 ㎛ 정도이지만, 다이아몬드막이 형성되어 있었다. 성막 중의 기재 온도는 730℃였다.
실시예 14 및 실시예 15는 각각 1개씩 평가하였다. 실시예 1과 마찬가지로 결정상은 다이아몬드와 비다이아몬드상으로 이루어졌지만, 결정면{100}, 즉, 각이 90°를 이루고 있는 사각 면이 비교적 많이 확인되었다. 배향도는 각각 0.60이었다. 밀착 강도는 실시예 15의 경우 35 MPa, 실시예 14의 경우 42 MPa였다.
실시예 14 및 실시예 15의 다른 1개씩은 그대로 고온(400℃)에서 3불화질소 플라즈마 내식 시험을 행하였다. 시험 시간은 2시간이다. 링은 상면이 이온 충격을 받도록 세트하였다. 시험 후에, 링을 잘라내어 상면을 SEM 관찰한 결과, 실시예 1과 마찬가지로 양호한 내부식성을 나타내고 있었다. 양측면도 마찬가지로 관찰하였지만, 이들 면의 부식 상황은 무시할 수 있는 레벨이며, 시험 전과 동일한 미세 구조를 보이고 있었다.
실시예 14 및 실시예 15의 나머지 1개는 내측면, 외측면만 다이아몬드막을 제거하였다. 즉, 양측면은 질화규소 또는 탄화규소가 노출되고, 상면에만 다이아몬드막이 마련되어 있는 상태로 하였다. 고온(400℃)에서 3불화질소 플라즈마 내식 시험을 행한 결과, 상면에 대해서 실시예 14 및 실시예 15 모두 실시예 1과 동일한 양호한 내부식성이었다. 양측면은 실시예 15에서 약 30 ㎛ 두께가 감소하였다. 동일한 시험을 10회 더 반복하였지만, 상면의 다이아몬드막은 잔존하였다. 측면의 두께 감소는 약 300 ㎛였다. 실시예 14에서 양측면의 두께 감소는 약 10 ㎛였다. 10회 반복 후에는 약 50 ㎛로 적었다.
최종 가공은 다이아몬드에 의하지만, 다이아몬드막을 마련하지 않는 링(비교예 5 및 비교예 6)도 제작하여 동일한 부식 시험을 실시하였지만, 어느 기재의 경우도 측면과 같은 레벨의 두께 감소가 확인되었다.
이와 같이, 기재가 질화규소나 탄화규소와 같은 실리콘 함유 화합물이라면, 금속 실리콘의 경우와 마찬가지로 주면은 거의 두께가 감소하지 않지만, 측면의 두께를 감소시킴으로써 반도체 제조 프로세스에의 영향을 최소화하면서 수명을 확보할 수 있다.
금속 실리콘, 질화규소, 탄화규소 모두 기재에는 적합하지만, 다이아몬드와의 밀착성의 관점과 치수 정밀도의 관점에서는 질화규소나 탄화규소가 바람직하다. 치수 정밀도의 관점에서 이들 세라믹스가 바람직한 것은 다이아몬드와의 열팽창차가 작기 때문이다. 다이아몬드를 고온으로 석출시키면, 기재와의 열팽창차에 기초한 응력이 발생하지만, 다이아몬드는 고강도의 화합물이기 때문에 기재의 변형을 초래한다. 링 형상의 부재는 기판 주변에 설치되기 때문에 고도의 치수 정밀도가 요구되며, 변형이 작은 것이 큰 장점이 된다. 물론, 초고순도가 요구되는 경우에는 실리콘 기재를 선택해야 한다.
(실시예 16)
다음은, 실시예 8과 동일한 히터이지만, 고주파 전극과 다이아몬드막 사이에 기재가 존재하지 않고, 직접 다이아몬드를 전극에 코팅한 도 10에 도시된 히터(실시예 16)이다. 구체적으로는, 실시예 8과 동일한 히터를 제작하고, 가열면측을 다이아몬드 지석으로 제거하여 몰리브덴 메쉬 고주파 전극을 노출시켰다. 메쉬의 간극에는 기재인 질화알루미늄이 존재한다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방식으로 약 15 ㎛의 다이아몬드막을 형성시켰다.
실시예 8과 마찬가지로 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 방식은 다이아몬드막 자체가 고주파 전극으로서 작용하기 때문에 바람직하다. 즉, 통상의 세라믹스제 히터에서는 부식성 가스로부터 보호하기 위해 고주파 전극을 세라믹스로 이루어진 기재 내에 매설해야 하지만, 다이아몬드는 어느 정도의 도전성이 있기 때문에 내부식성을 겸비한 전극으로서도 작용한다. 한 지점에서의 접속이 아니라, 몰리브덴 메쉬를 통해 다수의 점에서 접속시킨 것은 다이아몬드막에 전기 저항이 있기 때문이다. 붕소의 도핑 등에 의해 낮은 저항의 다이아몬드막을 얻을 수 있으면, 한 지점의 전기적 접속이라도 좋지만, 붕소는 실리콘 웨이퍼의 도전성에 영향을 주는 성분이기 때문에 약간의 도전성을 갖는 다이아몬드에 다점 접촉시키는 방식이 바람직하다. 밀착 강도에 대해서는 임의의 10개 지점에서 20 MPa까지 인장하여 박리가 없는 것을 확인하였다.
이하, 상기 기재에 대한 측정 방법, 평가 방법 등에 대해서 설명한다.
(결정상과 배향도의 평가 방법)
결정상의 판정은 X-선 회절법(X-Ray Diffractometry, XRD로 약칭함)과 라만 분광법을 병용하여 행하였다. XRD는 기판마다 다이아몬드막이 홀더와 같은 면이 되도록 세트하고, θ-2θ방식으로 회절 피크를 측정하였다. X선은 CuKα선을 이용하였다. 회절각 2θ에서, 약 43.9°의 위치와 약 75.3°의 위치에 피크가 존재하는 것을 확인한 뒤에, 양 피크 모두 높이를 측정하여 다음의 (1) 식으로 정의되는배향도를 산출하였다.
배향도=[Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1(1)
(1) 식에 있어서, Im220은 코팅한 다이아몬드막으로부터 θ-2θ법에 의해 얻어진 다이아몬드의 220 회절의 강도를 의미한다. 마찬가지의 Im111은, 마찬가지로 코팅한 다이아몬드막으로부터 θ-2θ법에 의해 얻어지는 다이아몬드의 111 회절 강도이다. 양쪽 모두 측정 자체는 피크 높이이지만 이것을 피크 강도로 간주하였다.
Ip220이나 Ip111은 다이아몬드 분말, 즉, 무배향 상태의 다이아몬드로부터 회절되는 피크의 강도이다. 여기서는, JCPDS 카드 No. 6-0675에 보고되는 값을 이용하였다. 즉, Ip220=25, Ip111=100이다. θ-2θ 방식이기 때문에, (1)식은 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정의 {220}면의 대소를 산출하게 된다. 랜덤하게 결정면이 석출되는 경우, 즉 무배향의 경우에는 (1)식으로 정의되는 배향도가 1이 된다. 기재와 평행한 면에 다이아의 {220}면이 적으면, 배향도는 1보다 작아지고, 반대로 많으면 배향도는 1보다 커진다.
라만 분광법은 주로 비다이아몬드(비정질 카본)의 유무를 확인하기 위해서 이용하였다. 도 11은 실시예 1의 라만 스펙트럼을 나타내지만, 1330 ㎝-1부근의 날카로운 피크는 다이아몬드이다. 1500 ㎝-1주변의 넓은 피크는 비다이아몬드 성분이다. 1330 ㎝-1부근에 날카로운 피크가 존재할 때에, 주결정상이 다이아몬드라고 판정하였다.
(밀착 강도의 측정 방법)
세바스찬법을 이용하였다. 세바스찬법이란 인장봉을 구비한 5 ㎜φ원판의 한쪽 면에 수지계 접착제를 붙여 막에 접착·경화시킨 후, 원판과 수직 방향으로 인장하여, 이탈되었을 때의 하중을 원판 면적으로 나눈 것을 밀착 강도로 하는 방법이다. 접착제 부분에서 이탈된 경우는 데이터로부터 제외하였다.
(내부식성 평가 방법)
우선, 염소 가스 및 3불화질소＋산소, 그리고 산소의 플라즈마에 노출시켰을 때의 중량 감소에 의해 평가하였다. 각각 모두 13.56 MHz(800 W)로 ICP(Inductively-coupled Plasma: 유도 결합 플라즈마)에 의해 플라즈마화하는 동시에, 샘플 스테이지측에는 13.56 MHz(30O W)의 바이어스를 걸어 샘플 표면이 이온 충격을 받도록 하였다. 부식종은, 염소 가스의 경우에는 염소 가스: 130 sccm, 캐리어 가스로서 질소 가스를 50 sccm 흘리고, 3불화질소＋산소의 경우에는 3불화질소: 75 sccm, 산소: 75 sccm을 혼합하여 흘리며, 캐리어 가스로서 질소 가스를 50 sccm 흘렸다. 산소 가스의 경우에는 산소: 75 sccm, 캐리어 가스로서 아르곤 가스를 160 sccm 흘렸다. 시험 시간은 각각 2시간이다. 시험시 챔버 내의 압력은 0.1 Torr, 바이어스의 정도를 나타내는 Vdc는 약 400 V였다. 스테이지 온도는 약 100℃였다.
다음에, 고온 시험으로서 2종류의 시험을 실시하였다.
제1 시험은 전술한 시험과 마찬가지로 13.56 MHz(800 W)로 ICP 방식에 의해 플라즈마화하는 동시에, 샘플 스테이지측에는 13.56 MHz(300 W)의 바이어스를 걸어 샘플 표면이 이온 충격을 받도록 하였다. 또한, 3불화질소를 80 sccm, 질소 가스를 50 sccm, 각각 2시간 흘려 중량 감소를 측정하였다. 시험 시의 압력은 0.1 Torr, 바이어스의 정도를 나타내는 Vdc는 약 400 V였다. 또한, 외부 히터에 의해 스테이지를 가열하여 스테이지 온도를 약 320℃로 하였다.
제2 시험은 3불화염소를 100 sccm, 캐리어 가스로서 질소 가스를 50 sccm 흘렸다. 이 가스는 열해리하기 때문에 0ICP, 바이어스 모두 걸지 않는다. 시험 시간은 같은 2시간, 압력은 0.1 Torr이다. 외부 히터에 의해 735℃로 가열하였다.
(표면 조도)
조도는 일본 공업 규격 BO601에 준거한 표면 조도계(테일러밥슨사에서 제조한 상품명 Form Talysurf 2-S4)를 이용하여 평균 조도 Ra를 조도로 하였다.
(실시예 17∼19, 비교예 7, 8)
기재로서 원반 형상의 190 ㎜φ×10 ㎜t의 알루미늄 합금(A6061)을 준비하고, 그 상면에, 용사법에 의해 알루미나층을 약 250 ㎛ 형성하였다. 그 후, 그 알루미나층을 약 50 ㎛ 연삭하고 평면으로 정비하여 정전 척을 얻었다(비교예 7).
이 정전 척에 대해 이하의 시험을 행하여 평가하였다.
우선, 2 ㎝φ의 Si로 이루어진 프로브를 알루미나층에 얹고, 기재와 프로브 사이에 직류 전압을 인가하면서 프로브를 위쪽으로 인장하여, 박리되었을 때의 하중을 측정한 후, 극성을 반전시켜 동일한 측정을 행하고, 평균치를 프로브 면적(3.1 ㎠)으로 나눈 값을 흡착력으로 하였다.
또한, 측정 중에 프로브와 기재 사이에 흐르는 전류를 측정하고, 이것에 대해서도 극성 반전시킨 경우의 평균치를 누설 전류로 정의하였다.
다음에, 소정의 인가 전압에서의 흡착력의 약 1/3∼1/2까지 인장하고, 거기서 전압을 OFF로 했을 경우에 박리될 때까지의 시간을 측정하여 지연 시간으로 정의하였다. 시험 결과를 표 3에 나타내었다.
비교예 7에 있어서, 누설 전류, 지연 시간이 모두 적어서 양호하지만, 실질적으로 흡착하기(약 10 Torr 이상) 위해서는 약 1000 V 이상 정도의 고압이 필요하며, 충분한 절연 설계를 요하는 결점이 있었다.
다음으로, 전극에 몰리브덴 입자(입경 100∼200 ㎛)와 질화알루미늄의 복합체를 채용한 서셉터를 제작하였다[도 12에 도시한 다이아몬드 코팅 서셉터(120)]. 기재에 전기 저항률 1 ×1010Ω㎝ 이상의 질화알루미늄을 이용하고, 전극은 기재와 공소결함으로써 형성하였다. 다이아몬드막은 마이크로파 CVD법에 의해 상면에서 두께 약 10 ㎛, 표면 조도는 2∼4 ㎛가 되도록 형성하였다. 그 후, NF3플라즈마에 10분간 노출시켜 저항률을 1 ×1016Ω㎝ 이상으로 향상시켰다(실시예 17).
비교예 7과 마찬가지의 시험을 행한 결과를 표 3에 나타내었다. 비교예 7에 나타낸 용사형(溶射型)에 비하여 약 절반의 전압으로 흡착하는 것을 알 수 있다. 또한, 흡착후 밀착 강도를 평가한 결과 25 Mpa 이상이었다.
계속해서, 전극에 몰리브덴망(선 직경 100∼200 ㎛)과 질화알루미늄의 복합체를 채용하여 기재에 저항률 1 ×1010Ω㎝ 이상의 질화알루미늄을 이용한 서셉터를 제작하였다[도 13에 도시한 다이아몬드 코팅 서셉터(130)]. 전극은 기재와 공소결함으로써 형성하였다. 그 후, 상면을 몰리브덴망이 노출될 때까지 연삭 제거하였다. 다이아몬드막은 실시예 17과 마찬가지로 제조하였다(실시예 18).
비교예 7과 마찬가지의 시험을 행한 결과를 표 3에 나타내었다. 비교예 7에 나타낸 용사형에 비하여 약 절반의 전압으로 흡착하는 것을 알 수 있다.
다음으로, 전극에 몰리브덴망(선 직경 100∼200 ㎛)과 질화알루미늄의 복합체를 채용하여 기재에 저항률 11 ×108Ω㎝ 이상의 질화알루미늄을 이용한 서셉터를 제작하였다[도 14에 도시한 다이아몬드 코팅 서셉터(140)]. 전극은 기재와 공소결함으로써 형성하였다. 기재의 상면은 다이아몬드 지석으로 연삭 가공을 행하였지만, 몰리브덴망은 노출시키지 않고, 질화알루미늄이 약 300 ㎛ 두께가 되도록 가공하였다. 다이아몬드막은 실시예 17과 마찬가지로 제조하였다(실시예 19).
비교예 7과 마찬가지의 시험을 행한 결과를 표 3에 나타내었다. 비교예 7에 나타낸 용사형에 비하여 약 절반의 전압으로 흡착하는 것을 알 수 있다.
계속해서, 다이아몬드막을 제조하지 않은 것 이외에는 실시예 19와 동일하게 하여 정전 척을 제작하였다(비교예 8).
비교예 7과 마찬가지의 시험을 행한 결과를 표 3에 나타내었다. 흡착력에 대해서는 양호하지만, 누설 전류나 지연 시간이 큰 점에서 실시예 17∼19에 뒤떨어진다.
인가전압 흡착력 누설전류 지연시간
단위 V Torr nA sec
실시예 17 250 1 <0.1 -
500 10 <0.1 0
750 24 9 0
실시예 18 250 1 <0.1 -
500 14 <0.1 0
750 32 2.6 0
실시예 19 250 2 <0.1 -
500 12 <0.1 0.3(4 Torr)
750 20 0.5 1.9(10 Torr)
비교예 7 500 <1 <0.1 -
750 7 <0.1 -
1000 14 <0.1 0
1500 39 <0.1 0
2000 75 <0.1 0
비교예 8 100 2 1.5 -
200 12 9.8 1.3(4 Torr)
300 25 30 5.4(13 Torr)
(실시예 20∼23, 비교예 9)
산화이트륨 3 중량%와 마그네시아 2 중량%를 소결 조제로서 첨가하여, 질소 중에서 소결·치밀화시킨 질화규소 소결체를 준비하고, 다이아몬드 지석을 이용하여 25 ㎜φ(직경)×2 ㎜t(두께) 형상의 소편으로 잘라내었다. 이 소결체는 체적 저항률이 실온에서 약 1 ×1014Ω㎝, 열전도율이 100 W/mK, 열팽창률이 3.1 ×106/℃, 파괴 인성값 K1c가 10 MN/m3/2이다.
이 소편에, 메탄, 수소, 산소를 원료 가스로 해서, 마이크로파 CVD법에 의해 두께 9∼34 ㎛의 다이아몬드막을 석출시켰다(실시예 20∼23). 그 중 실시예21∼23은, 소편의 주위를 동일 재질의 질화규소 소결체 및 석영 유리로 둘러싸는 동시에, 메탄 농도를 간헐적으로 O으로 하여 질화규소 및 석영 유리로부터 Si를 스퍼터시킴으로써 0.49∼3.3 중량%의 Si 성분을 다이아몬드막에 첨가시켰다. 다이아몬드막에 있어서 분석된 성분은 탄소와 Si뿐이며, Si, 탄소 이외의 성분은 검출되지 않았다. 성막 중의 기재 온도는 실시예 20∼23 모두 700∼760℃ 사이이며, 다이아몬드막의 표면 조도는 2∼9 ㎛였다.
실시예 20∼23 모두 결정상은 다이아몬드와 비다이아몬드상으로 이루어져 있지만, XRD 측정으로부터 요구되는 배향도는 각각 다르며, 실시예 20이 0.69, 실시예 21이 0.60, 실시예 22가 0.52, 실시예 23이 0.43이었다. 결정면(facets)은 실시예 20∼22에서는 명료하게 관찰되었지만, 실시예 23에서는 불명료하였다. 또한, 다이아몬드막의 성분 분석에는 필립스사에서 제조한 주사형 전자현미경 XL-30 및 에너지 분산형 분광 분석기 DX-4를 이용하였다.
상기 다이아몬드막을 형성한 질화규소 소결체의 소편(실시예 20∼23)과, 다이아몬드막을 형성하지 않는 질화규소 소결체의 소편(비교예 9)에 대하여 전술한 내식 시험을 행하였다. 결과를 표 4에 나타내었다. 모든 다이아몬드막에서, 3불화질소 플라즈마에 노출시킨 경우에 질화규소의 약 1/100의 우수한 내부식성을 나타내었다. 산소 플라즈마(100℃)에서는 Si 함유량이 클수록 우수한 내식성이 되었다. 산소 플라즈마로 때려짐으로써 다이아몬드막 표면에 SiO2막이 형성되고, 그 결과, 산소 플라즈마에 대하여도 내성이 생기게 되었다고 생각된다. 이에 따라, 할로겐계 플라즈마에의 내성뿐만 아니라, 산소계 플라즈마에 대해서도 내성을 부여할 수 있게 된다.
시료 단위 실시예 20 실시예 21 실시예 22 실시예 23 비교예 9
다이아몬드 두께 ㎛ 34 24 26 9 비코팅
Si 함유율 wt% 0 0.49 1.78 3.3 -
밀착 강도 MPa 43 45 40 47 -
NF3플라즈마, 바이어스 있음,400℃ mg/cm2 0.3 0.3 0.3 0.3 21
O2플라즈마, 바이어스 있음,100℃ mg/cm2 2.8 1.8 0.7 0.3 -0.5
이상, 본 발명의 다이아몬드 코팅 부재에 대해 실시예를 바꾸어 설명하였지만, 본 발명은 이들 예에 한정되지 않는 것은 물론이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다이아몬드 코팅 부재에 의하면, 가혹함을 더욱 증가시킨 반도체 제조 프로세스의 부식성 분위기에 있어, 보다 부식성이 높은 가스, 보다 출력이 높은 플라즈마 등에 노출되어도 충분한 내성을 발휘하여 미립자, 금속 이온 등의 오염원 발생을 방지할 수 있다는 여러 가지 효과를 얻을 수 있으며, 이것에 의해, 예컨대 기판 처리 장치의 기판 가열용 히터, 고주파 전극, 서셉터, 전극판, 정전 척류, 돔, 벨 쟈, 가스 노즐, 샤워 플레이트 및 기타 기판 주변 부재로서 적용할 수 있다.

Claims (51)

  1. 기재와, 이 기재 표면의 적어도 일부를 덮으면서 밀착된 박막을 구비한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재로서,
    상기 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이고,
    상기 다이아몬드막에 있어서, 상기 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조 {220}면의 배향도가 식
    [Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
    으로 표시되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  2. 기재와, 이 기재 표면의 적어도 일부를 덮으면서 밀착된 박막을 구비한 다이아몬드 코팅 내부식성 부재로서,
    상기 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이고,
    상기 박막과 상기 기재와의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재는 탄화규소, 금속 실리콘, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 구성되어 있는 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재는 단결정 실리콘인 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재와 상기 박막 사이에 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 실리콘, 탄소, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 이루어진 중간층을 개재시켜 이루어지는 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량이 상기 박막의 전체 중량의 백만분의 50 이하인 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막은 실리콘, 질소, 불소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료를 0.01∼10 질량% 함유하여 이루어지는 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 바이어스가 부여된 400℃ 3불화질소 플라즈마에 대한 상기 박막의 부식 감량이 5 ㎎/㎠·h 이하인 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막은 전기 저항률이 다른 복수 개의 다이아몬드막으로 구성되는 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막의 표면 조도가 대략 1∼100 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막의 두께가 대략 1∼500 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판 처리 장치에 이용되는 내부식성 부재이며, 상기 기재 중 적어도 기판과 대면하는 부분이 상기 박막에 의해 덮여져 있는 것인 다이아몬드 코팅 내부식성 부재.
  13. 기판 처리 장치 내에 설치되고, 발열체가 매설된 기재와, 이 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 밀착된 박막을 구비하여 기판을 가열하는 다이아몬드 코팅 히터로서,
    상기 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이며,
    상기 박막과 상기 기재와의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 히터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기재는 탄화규소, 금속 실리콘, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 구성되어 있는 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  15. 제13항에 있어서, 상기 기재는 단결정 실리콘인 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  16. 제13항에 있어서, 상기 기재의 표면적에 대한 상기 박막의 피복률이 10∼90%인 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  17. 제13항에 있어서, 상기 기재와 상기 박막 사이에 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 실리콘, 탄소, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 이루어진 중간층을 개재시켜 이루어지는 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  18. 제13항에 있어서, 상기 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량이 상기 박막의 전체 중량의 백만분의 50 이하인 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  19. 제13항에 있어서, 상기 박막은 실리콘, 질소, 불소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료를 0.01∼10 질량% 함유하여 이루어지는 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  20. 제13항에 있어서, 바이어스가 부여된 400℃ 3불화질소 플라즈마에 대한 상기 박막의 부식 감량이 5 ㎎/㎠·h 이하인 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  21. 제13항에 있어서, 상기 박막은 전기 저항률이 다른 복수 개의 다이아몬드막으로 구성되는 것인 다아몬드 코팅 히터.
  22. 제13항에 있어서, 상기 박막의 표면 조도가 대략 1∼100 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  23. 제13항에 있어서, 상기 박막의 두께가 대략 1∼500 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  24. 제13항에 있어서, 상기 다이아몬드막에 있어서, 상기 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정구조 {220}면의 배향도가 식
    [Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
    으로 표시되는 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  25. 제13항에 있어서, 고주파 전극 기능 내지 정전 척 기능을 갖는 것인 다이아몬드 코팅 히터.
  26. 기판 처리 장치 내에 설치되고, 기재와, 이 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 밀착된 박막을 구비하며, 기판의 주위에 설치되는 다이아몬드 코팅 링으로서,
    상기 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이며,
    상기 박막과 상기 기재와의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 링.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기재는 탄화규소, 금속 실리콘, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 구성되어 있는 것인 다이아몬드 코팅 링.
  28. 제26항에 있어서, 상기 기재는 단결정 실리콘인 것인 다이아몬드 코팅 링.
  29. 제26항에 있어서, 상기 기재의 표면적에 대한 상기 박막의 피복률이 10∼90%인 것인 다이아몬드 코팅 링.
  30. 제26항에 있어서, 상기 기재와 상기 박막 사이에 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 실리콘, 탄소, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 이루어진 중간층을 개재시켜 이루어지는 것인 다이아몬드 코팅링.
  31. 제26항에 있어서, 상기 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량이 상기 박막의 전체 중량의 백만분의 50 이하인 것인 다이아몬드 코팅 링.
  32. 제26항에 있어서, 상기 박막은 실리콘, 질소, 불소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료를 0.01∼10 질량% 함유하여 이루어지는 것인 다이아몬드 코팅 링.
  33. 제26항에 있어서, 바이어스가 부여된 400℃ 3불화질소 플라즈마에 대한 상기 박막의 부식 감량이 5 ㎎/㎠·h 이하인 것인 다이아몬드 코팅 링.
  34. 제26항에 있어서, 상기 박막은 전기 저항률이 다른 복수 개의 다이아몬드막으로 구성되는 것인 다이아몬드 코팅 링.
  35. 제26항에 있어서, 상기 박막의 표면 조도가 대략 1∼100 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 링.
  36. 제26항에 있어서, 상기 박막의 두께가 대략 1∼500 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 링.
  37. 제26항에 있어서, 상기 다이아몬드막에 있어서, 상기 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조 {220}면의 배향도가 식
    [Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
    으로 표시되는 것인 다이아몬드 코팅 링.
  38. 기판 처리 장치 내에 설치되고, 기재와, 이 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 박막을 구비하며, 상기 기재 내에, 또는 상기 기재와 상기 박막 사이에 전극을 개재시켜 이루어지는, 기판을 적재하는 다이아몬드 코팅 서셉터로서,
    상기 박막은 주결정상이 다이아몬드인 다이아몬드막이고,
    상기 박막과 상기 기재와의 밀착 강도가 15 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 서셉터.
  39. 제38항에 있어서, 상기 기재는 체적 저항률이 실온에서 100 MΩ㎝ 이상인 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  40. 제38항에 있어서, 상기 기재는 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 구성되어 있는 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  41. 제38항에 있어서, 상기 전극은 세라믹스 재료와, 금속 재료를 공소결한 복합체로 구성되는 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  42. 제38항에 있어서, 상기 전극은 실리콘, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 재료를 50% 이상 함유하는 재료로 구성되는 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  43. 제38항에 있어서, 상기 박막에 함유되는 1a족∼3b족 원소의 합계 중량이 상기 박막의 전체 중량의 백만분의 50 이하인 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  44. 제38항에 있어서, 상기 박막은 실리콘, 질소, 불소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료를 0.01∼10 질량% 함유하여 이루어지는 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  45. 제38항에 있어서, 바이어스가 부여된 400℃ 3불화질소 플라즈마에 대한 상기 박막의 부식 감량이 5 ㎎/㎠·h 이하인 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  46. 제38항에 있어서, 상기 박막은 전기 저항률이 다른 복수 개의 다이아몬드막으로 구성되는 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  47. 제46항에 있어서, 상기 복수 개의 다이아몬드막은 기판과 대면하는 쪽이 전기 저항률이 높은 막이고, 기재측이 도전성을 갖는 막이 되도록 구성되는 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  48. 제38항에 있어서, 상기 박막의 표면 조도가 대략 1∼100 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  49. 제38항에 있어서, 상기 박막의 두께가 대략 1∼500 ㎛인 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  50. 제38항에 있어서, 상기 다이아몬드막에 있어서, 상기 기재와 평행한 면 내에 존재하는 다이아몬드 결정 구조 {220}면의 배향도가 식
    [Im220/(Im220＋Im111)]/[Ip220/(Ip220＋Ip111)]＜1
    으로 표시되는 것인 다이아몬드 코팅 서셉터.
  51. 기판 처리 장치 내에 설치되고, 기재와, 이 기재의 적어도 기판과 대면하는 부분을 덮는 박막을 구비하며, 상기 기재의 내부, 또는 상기 기재와 상기 박막 사이에 금속을 함유하는 전극을 개재시켜 이루어지는 다이아몬드 코팅 서셉터의 제조 방법으로서,
    상기 기재를 성형하는 동시에 상기 전극을 상기 기재에 매설하는 공정과,
    상기 기재와 상기 전극을 공소결하는 공정과,
    상기 기재의 한 면을 가공 제거하고, 이 한 면에 상기 전극을 노출시킨 후, 상기 한 면에 다이아몬드막을 형성하는 공정과,
    상기 다이아몬드막을 플라즈마 처리에 의해 고전기저항화시키는 공정과,
    상기 전극에 단자를 접합시키는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 서셉터의 제조 방법.
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