JP2007073823A - セラミックス被覆材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸処理やプラズマ処理に対する耐食性に優れたセラミックス被覆材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス被覆材１０は、基材１１と、基材１１の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜１３と、ＤＬＣ膜１３の表面に形成されたセラミックス膜１５とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面がセラミックス膜で被覆され、酸処理やプラズマ処理に対する耐食性に優れ、半導体製造装置用部材として好適に用いられるセラミックス被覆材およびその製造方法に関する。

半導体装置の製造工程では、シリコンウェハに対して、フッ素系洗浄流体を用いた洗浄処理や、腐食性ガスを用いたプラズマエッチング処理、プラズマＣＶＤ法による成膜処理等が行われており、このような処理を行うための各処理装置には、各処理環境に対して優れた耐久性を備えた材料が求められる。このため、従来、半導体製造装置用部材としては、石英ガラスや、アルミナ，窒化珪素等のセラミックス材料が広く用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。

しかしながら、これら石英ガラスやセラミックス材料からなる部材は、例えば、プラズマエッチング処理装置に用いた場合には、過酷なプラズマ環境下に繰り返し曝されるために、その表面がエッチングされて損傷、劣化し、それに伴ってパーティクルが発生し、シリコンウェハを汚染してしまう問題がある。また、ウェットエッチング処理等の酸処理雰囲気に曝されるセラミックス部材についても、腐食による損傷や摩耗の進行が早く、十分な耐久性が得られているとは言えない。
特開平１１−２７４１４９号公報 特開２００４−３１１８３７号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、酸処理やプラズマ処理に対する耐食性に優れたセラミックス被覆材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点では、基材と、該基材の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜と、該ダイヤモンドライクカーボン膜の表面に形成されたセラミックス膜と、を具備することを特徴とするセラミックス被覆材を提供する。

ここで、前記セラミックス膜としては、ジルコニア系セラミックス薄膜が好適である。

本発明の第２の観点では、ジルコニア系セラミックス薄膜を備えたセラミックス被覆材の製造方法、すなわち、基材の表面にプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、形成されたダイヤモンドライクカーボン膜の表面にＭＯＤ法によりジルコニア系セラミックス膜を形成する工程と、を有することを特徴とするセラミックス被覆材の製造方法を提供する。

ここで、ジルコニア系セラミックス膜を形成する工程における焼成温度は１０００℃〜１２００℃とすることが好ましい。

本発明によれば、基材と表面のセラミックス膜との間にダイヤモンドライクカーボン膜を設けることで、このダイヤモンドライクカーボン膜の熱膨張緩和効果により、セラミックス薄膜の密着性を向上させることができる。これにより、例えば、半導体製造装置用部材として用いた場合に、高い耐久性が得られ、部材を長寿命化させることができる。また、パーティクルの発生が低減され、シリコンウェハおよびその他の装置部材の汚染が抑制される。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明に係るセラミックス被覆材１０の概略構造を表す断面図を示す。セラミックス被覆材１０は、基材１１と、基材１１の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜（以下「ＤＬＣ膜」と記す）１３と、ＤＬＣ膜１３の表面に形成されたセラミックス膜１５とを備えている。

基材１１としては、石英ガラス、石英、シリコン、チタン等を用いることができる。

ＤＬＣ膜１３は、公知の通り、主に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により合成されるダイヤモンドに類似した高硬度・電気絶縁性・赤外線透過性等を持つカーボン薄膜である。ＤＬＣ膜１３の成膜方法は、例えば、特開平１０−７２２８５号公報に開示されている。ＤＬＣ膜１３を基材１１とセラミックス膜１５との間に設けると、ＤＬＣ膜１３の熱膨張緩和効果により、セラミックス膜１５の密着性を向上させることができ、このことがひいてはセラミックス被覆材１０の耐食性を向上させる。

ＤＬＣ膜１３の厚さは１００ｎｍ〜３００ｎｍとすることが好ましい。１００ｎｍ未満では、十分な熱膨張緩和効果が得られず、セラミックス膜１５に亀裂や剥離が発生しやすくなる。一方、３００ｎｍ超とすると、ＤＬＣ膜形成のコストが嵩む。さらにＤＬＣ膜の剥離が起こりやすくなる。

セラミックス膜１５としては、耐酸性やプラズマ耐食性に優れるジルコニア系セラミックス膜が好適である。しかし、これに限定されるものではなく、セラミックス膜１５として、イットリア、アルミナ等の膜を設けてもよい。

セラミックス膜１５の厚さは５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることが好ましい。５０ｎｍ未満では十分な耐久性が得られず、部材寿命が短くなるおそれがある。一方、５００ｎｍ超では、ＣＶＤ法では成膜コストが嵩む問題があり、ＭＯＤ法では欠陥のない均質な膜の形成が困難となる。

セラミックス被覆材１０は、使用目的に応じて所定の形状に成形，加工等された基材１１の表面に、まず、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜１３を形成し、次いで、こうして形成されたＤＬＣ膜１３の表面に、例えば、金属有機化合物堆積法（ＭＯＤ法）やＣＶＤ法、スパッタ法等によりセラミックス膜１５を形成することにより、製造することができる。

セラミックス膜１５としてジルコニア系セラミックス膜を用い、このジルコニア系セラミックス膜をＭＯＤ法により形成する場合には、その焼成温度を１０００℃〜１２００℃で行うことが好ましい。焼成温度が１０００℃未満では、粒成長が十分でなく、緻密化しないという問題があり、一方、焼成温度が１２００℃超では、基材がダメージを受けるという問題が生じる。

（実施例の試料作製）
厚さが約１５０ｎｍのＤＬＣ膜が形成された石英ガラス基板を準備し、このＤＬＣ膜上にＭＯＤ法によりジルコニア系セラミックス膜を形成した。ここでは、有機金属化合物である、高純度化学所から購入したＺｒ−０５−Ｐを溶液に使用した。これをスピンコートによりＤＬＣ膜上に塗布した後、１２０℃で乾燥してゲル状膜とし、次いで、ゲル状膜からの水分除去および有機成分の分解と燃焼を行うための仮焼処理を５００℃にて行い、その後、焼成処理を１２００℃で行うことで、成膜した。

図２にこうして形成されたジルコニア系セラミックス膜のＳＥＭ写真を示す。形成されたジルコニア系セラミックス膜には亀裂や剥離は観察されず、滑らかで粒径の揃った均一な組織を有していることが確認された。

（比較例の試料作製）
石英ガラス基板の表面に直接に、上記実施例と同様の方法で、ジルコニア系セラミックス膜を形成した。形成されたジルコニア系セラミックス膜には、亀裂が確認され、半導体製造装置用部材としては適さないと判断された。

（ジルコニア系セラミックス膜の密着力評価）
実施例および比較例の各試料におけるジルコニア系セラミックス膜の密着性評価は、Ｑｕａｄ Ｇｒｏｕｐ社製ＲＯＭＵＬＵＳIII−Ａを用いて、スタッドプル法にて行った。

その結果、実施例におけるジルコニア系セラミックス膜の密着力は８６３．３５ｋｇ／ｃｍ^２（＝８６．６４ＭＰａ）であり、十分な密着性が得られた。これに対して、比較例におけるジルコニア系セラミックス膜の密着力は２１．６２ｋｇ／ｃｍ^２（＝２．１２ＭＰａ）と小さく、剥離しやすいために、半導体製造装置用部材としては適さないと判断された。

（プラズマ処理による耐久性評価）
実施例として作製したセラミックス被覆材を、ＣＦガス：５０ｓｃｃｍ、ＲＦ−ｓｏｕｒｃｅ：１００Ｗ、ＲＦ−ｂｉａｓ：５０Ｗ、チャンバ内圧力：２．６６Ｐａ、処理時間：３時間の暴露条件でプラズマエッチング処理した。一方、比較のために、石英ガラス板を同条件でプラズマエッチング処理した。

その結果、実施例のセラミックス被覆材のエッチング量は、０．０６９９μｍ／時間であり、石英ガラスのエッチング量は３．３９３９μｍ／時間であった。このことから、本発明に係るセラミックス被覆材は、従来の石英ガラス部材に比べて高いプラズマ耐食性を示すことが確認された。

本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれるものであることは言うまでもない。

本発明に係るセラミックス被覆材の概略構造を示す断面図。 実施例に係るジルコニア系セラミックス膜のＳＥＭ写真。

符号の説明

１０…セラミックス被覆材、１１…基材、１３…ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、１５…セラミックス膜。

Claims (4)

1. 基材と、該基材の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜と、該ダイヤモンドライクカーボン膜の表面に形成されたセラミックス膜と、を具備することを特徴とするセラミックス被覆材。
2. 前記セラミックス膜はジルコニア系セラミックス薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス被覆材。
3. 基材の表面にプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、
   形成されたダイヤモンドライクカーボン膜の表面にＭＯＤ法によりジルコニア系セラミックス膜を形成する工程と、
   を有することを特徴とするセラミックス被覆材の製造方法。
4. 前記ジルコニア系セラミックス膜を形成する工程における焼成温度を１０００℃〜１２００℃とすることを特徴とする請求項３に記載のセラミックス被覆材の製造方法。