JP6462449B2 - 高周波用窓部材および半導体製造装置用部材ならびにフラットパネルディスプレイ（ｆｐｄ）製造装置用部材 - Google Patents

Description

本発明は、高周波用窓部材および半導体製造装置用部材ならびにフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造装置用部材に関する。

従来、半導体製造装置やＦＰＤ製造装置には、流路を有する高周波用窓部材が用いられている。特許文献１には、高周波用窓部材の一例として、冷媒や温媒を流すための流路を有するプラズマ処理装置用の高周波用窓部材が記載されている。特許文献１の高周波用窓部材は、内部に流路を形成するために、流路となる凹部が表面に形成された第１誘電板と第２誘電板とを、シリコン系の接着剤等を用いて接合して、高周波用窓部材を構成している。特許文献１には、第１誘電板や第２誘電板を構成する材質として、石英ガラスや各種セラミックス焼結体、サファイア等の単結晶体などが例示されている。この中でもアルミナ質焼結体は、大型な部材を比較的形成し易く、価格も比較的低く、プラズマ等に対する耐食性を高くすることができる等の利点があり、利用が進んでいる。

近年では大型化への対応とともに、半導体デバイスの高集積化と微細化とにともなう回路配線の細線化に対応しなければならない等、半導体製造装置やＦＰＤ製造装置に求められる技術課題は高いものとなっている。そして、回路配線を微細化するには、半導体製造装置やＦＰＤ製造装置の一部であるプラズマ処理装置内で発生させるプラズマの安定性を高くすることが必要である。プラズマの安定のためには、高周波用窓部材における高周波の電磁波（以降、単に高周波ともいう）の透過性が高いことが必要であり、そのためには高周波用窓部材の誘電正接（ｔａｎδ）が低いことが求められている。例えば特許文献２，３には、誘電正接（ｔａｎδ）が低いアルミナ質焼結体の一例が挙げられている。高周波用窓部材に用いるアルミナ質焼結体として、特許文献２、３に記載されているような誘電正接（ｔａｎδ）が低いアルミナ質焼結体の利用が検討されている。

特開２００３−３０９１０９号公報 特開平８−１４３３５８号公報 特開平５−２１７９４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている流路付きの高周波用窓部材では、シリコン系の接着剤等を用いて第１誘電板と第２誘電板とを接合しているため、誘電正接（ｔａｎδ）が低いアルミナ質焼結体を用いたとしても、この接着剤層が誘電正接（ｔａｎδ）を悪化させてしまい、全体として誘電正接（ｔａｎδ）が充分には低くならないといった問題があった。また、特許文献２および３に記載されているアルミナ質焼結体では、Ｎａの酸化物の含有量を減らすことにより誘電正接を低くしているが、Ｎａの酸化物はアルミナ原料に不可避的に含まれるものであるため、その除去工程に多大なコストが必要となる。このため、特許文献２、３に記載されているような誘電正接（ｔａｎδ）が低いアルミナ質焼結体を用いた場合は高周波用窓部材が高価になってしまうという課題もあった。本願はこのような課題を解決することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１主面を有する第１基板と、第２主面を有する第２基板と、前記第１主面および前記第２主面が接合され、前記第１基板および前記第２基板の間に位置するとともに前記第１主面および前記第２主面に平行な方向に沿った流路とを備えてなる高周波用窓部材であって、前記第１主面および前記第２主面を接合する接合部材を備えており、前記第１基板、前記第２基板、および前記接合部材はいずれもアルミナ質焼結体からなり、アルミナ質焼結体における粒界相内において、アルミナ結晶との境界領域に比べて、前記境界領域以外の内部領域の方が、Ｎａの酸化物がより多いことを特徴とする高周波用窓部材を提供する。

また、上述の高周波用窓部材を備えて構成された半導体製造装置用部材、および上述の高周波用窓部材を備えて構成されたフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造装置用部材を併せて提供する。

本発明の高周波用窓部材は、比較的安価でありながら、高周波の透過性が比較的高い。本発明の半導体製造装置用部材およびＦＰＤ製造装置用部材は、少ないエネルギーで高出力のプラズマが安定して生成されるので、各種処理精度が高い。

本発明の一実施形態における高周波用窓部材を用いたプラズマ処理装置の厚み方向に沿った断面図である。 （ａ）は、図１に示した高周波用窓部材の斜視図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示した高周波用窓部材の平面図である。 （ａ）は、図２（ｂ）に示す高周波用窓部材のＡＡ線における断面の一例を示す図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＲ１部分の拡大図である。 （ａ）は、図２（ｂ）に示す高周波用窓部材のＡＡ線における断面の他の例を示す図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＲ１部分の拡大図であり、（ｃ）は、図４（ｂ）のＲ２部分の拡大図である。 （ａ）は、図４（ａ）に示す高周波用窓部材のＡＡ線における断面の一例を示す図であり、（ｂ）は、図５（ａ）のＲ３部分の拡大図である。

以下、本発明の一実施形態に係る高周波用窓部材を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の高周波用窓部材１は、例えば半導体製造装置やＦＰＤ製造装置等において、チャンバ内にプラズマを生成するための高周波を透過する窓部材として用いられる。また、高周波用窓部材１は内部に流路を備えており、自身の冷却または加熱のための熱交換装置としても機能する。

半導体製造装置は、半導体ウエハに各種の処理を行なうことによって、半導体デバイスを製造するための装置である。ＦＰＤ製造装置は、ガラス基板に各種の処理を行なうことによって、ＦＰＤを製造する装置である。本実施形態においては、半導体製造装置およびＦＰＤ製造装置として、半導体ウエハやガラス基板にエッチング処理や成膜処理を施すためのプラズマ処理装置２を例として説明する。

本実施形態のプラズマ処理装置２は、図１に示すように、半導体ウェハまたはガラス基板などの対象物３を収容する反応室４が内部に形成されたチャンバ５と、反応室４内で対象物３を吸着する静電チャックなどのチャック６と、反応室４にガスを供給する供給口７と、反応室４からガスを排気する排気口８と、チャンバ５上に位置するとともに反応室４内に高周波電圧を印加するコイル９と、コイル９に高周波電圧を印加する電源１０とを備えている。

このプラズマ処理装置２は、反応室４内に供給口７からガスを供給した後、コイル９が反応室４内に電界を生じさせることによって、反応室４内にプラズマを発生させる。このプラズマによって、対象物３にエッチングまたは成膜などを行なう。

プラズマ処理装置２のチャンバ５は、対象物３の上方に位置するとともにコイル９を支持する高周波用窓部材１を有する。この高周波用窓部材１は、コイル９が発生させた高周波電圧が透過する窓部材として機能する。

プラズマ処理装置２がプラズマを発生させる際、コイル９には高周波電圧が印加される。この際、高周波用窓部材１は、この高周波電圧によって誘導加熱される。高周波用窓部材１を通過する高周波電圧の強度は、コイル９の形状に応じて空間的に不均一となっており、高周波用窓部材１の加熱の程度も、この高周波電圧の強度のばらつきに応じて部分的にばらつき易い。高周波用窓部材１の加熱の程度の部分的なばらつきによって、高周波用窓部材１の各部分における温度が不均一になった場合、反応室４内のプラズマ強度も空間的に不均一となりやすい。本実施形態では、誘電体窓部材として、水またはオイル等の冷媒や温媒等の流体が通る流路１６を内部に備えた高周波用窓部材１を用いることで、高周波用窓部材１の温度分布を低減して、反応室４内におけるプラズマ強度の均一性を比較的高くしている。

本実施形態の高周波用窓部材１は、第１主面１１を有する第１基板１２と、第２主面１３を有する第２基板１４と、第１主面１１および第２主面１３が接合され、第１基板１２および第２基板１４の間に位置するとともに第１主面１１および第２主面１３に平行な方向に沿った流路１６とを備えてなり、第１主面１１および第２主面１２を接合する接合部材１５を備えており、第１基板１２、第２基板１４、および接合部材１５はいずれもアルミナ質焼結体からなり、アルミナ質焼結体における粒界相内において、アルミナ結晶との境界領域に比べて、この境界領域以外の内部領域の方が、Ｎａの酸化物がより多い。

このようなアルミナ質焼結体からなる第１基板１２、第２基板１４および接合部材１５は、アルミナ原料に不可避的に含まれるＮａを含むものであり、Ｎａの除去等の為のコストを必要としないので、第１基板１２および第２基板１４は比較的安価であり、第１基板１２、第２基板１４および接合部材１５を備える高周波用窓部材１も、比較的安価に構成することができる。また、第１基板１２、第２基板１４、さらには第１基板１２と第２基板１４とを接合する接合部材１５が、同様の材質で構成されているので、第１基板１２、第２基板１４および接合部材１５の線膨張係数が近くなり、加熱および冷却が繰り返されても、第１基板１２と第２基板１４との間で作用する熱応力が抑制されるので、第１基板１２と第２基板１４との剥離を低減することができる。第１基板１２、第２基板１４、および接合部材１５は、いずれも誘電正接の値が比較的低く、従来の、例えばシリコン系の接着剤層等を接合部材に用いた場合等と比べて、高周波用窓部材１全体での高周波の透過性が高い。また、高周波用窓部材１の温度を調整することができる流体を流すことができる流路を備えており、高周波用窓部材１の温度の変動を抑制し、高周波用窓部材１を透過する高周波で生成されるプラズマの強度分布を抑制することができる。このような高周波用窓部材１は、比較的安価でありながら、高周波の透過性が比較的高い。また高周波用窓部材１を備えるプラズマ処理装置２は、少ないエネルギーで高出力のプラズマが安定して生成することができるので、各種処理の精度が高い。

粒界相内における、アルミナ結晶との境界領域とは、アルミナ結晶の表面から５ｎｍ離れた位置までの範囲内のことをいう。第１基板１２、第２基板１４、および接合部材１５における、Ｎａの酸化物の含有量は、以下の方法により確認することができる。

まず、アルミナ質焼結体の一部をイオンシンニング装置などの加工装置を用いてエッチングし、測定面とする。次に、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ ＪＥＯＬ社製 ＪＥＭ−2010Ｆ）を用いて、加速電圧を２００ｋＶとして測定面の特定視野を１万倍〜１０万倍の倍率で粒界相を観察する。なお、位置によるＮａの酸化物の含有量を確認すため、３重点を観察することが好適である。

そして、３重点において、境界領域に対応する部分と、内部領域（境界領域以外の領域）対応する部分とをエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）により測定し、Ｎａの含有量を確認することで粒界相の位置におけるＮａの酸化物の含有量を確認することができる。

Ｎａの酸化物がアルミナ結晶に固溶することで誘電正接の値が高くなる。アルミナ質焼結体における粒界相内において、アルミナ結晶との境界領域に比べて、この境界領域以外の内部領域の方がＮａの酸化物がより多いということは、粒界相内にＮａの酸化物が留められ、アルミナ結晶へのＮａの酸化物の固溶が抑えられている状態であることを意味しており、ひいては誘電正接の値を低く保っている。

例えば、第１基板１２、第２基板１４、および接合部材１５はいずれも、それぞれを構成する成分１００質量％のうち、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であり、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量が９９．４質量％以上である。ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量が９９．４質量％以上とすることで、高周波用窓部材１の耐プラズマ性が比較的高い。また、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であれば、アルミナ原料粉からのＮａを取り除く為特別な処理をすることがないので高周波用窓部材１の製造コストが低く、かつ誘電正接の値を比較的低くすることができる。

例えば、第１基板１２や第２基板１４の８．５ＧＨｚにおける誘電正接の値は、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量が５００ｐｐｍでは、２．５×１０^−４以下であり、３０ｐｐｍでは、０．１５×１０^−４以下と、従来から提案されているアルミナ質焼結体等（例えば特許文献２や特許文献３記載のアルミナ質焼結体等）を用いた場合に比べて、低くなっている。

第１基板１２や第２基板１４の誘電正接については、例えば直径が５０ｍｍ、厚みが１ｍｍの円板状の試料を作製し、周波数８．５ＧＨｚの誘電正接の値をそれぞれキャパシタンスメータ（ＨＰ−４２７８Ａ）、インピーダンスアナライザ（ＨＰ−４２９１Ａ）および空洞共振器（ネットワーク・アナライザ ８７２２ＥＳ）を用いて測定することができる。

また、各部材を構成する成分１００質量％におけるＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量およびＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量については、アルミナ質焼結体の一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸などの溶液に溶解した後、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（例えば、島津製作所製：ＩＣＰＳ−８１００）を用いて、ＮａおよびＡｌの含有量を測定し、Ｎａ_２ＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算すればよい。

接合部材１５の位置は例えば以下のようにして確認することができる。まず、高周波用窓部材１を第１基板１２および第２基板１４の厚み方向（図３に示すｚ方向）に平行で、かつ流路１６の長さ方向（流体が流れる方向）に垂直な方向に沿って切断し、この断面（図３に示す断面）を研磨して鏡面にする。次に、例えばキーエンス社製デジタルマイクロスコープを用いて、この鏡面を観察する。この観察では、第１基板１２と接合部材１５と第２基板１４とを同一視野に入れる。この観察によって、第１基板１２および第２基板１４に対応する相対的に気孔３０が少ない領域と、これら第１基板１２および第２基板１４
に対応する領域に挟まれた、相対的に気孔３０が多い領域とを観察することができる。気孔３０が相対的に多い領域が接合部材１５に対応する領域である。また、上述のデジタルマイクロスコープで気孔３０が有意に判別できない場合も、電子顕微鏡やその他の分析手法によって結晶の状態や含有成分を分析することで、接合部材１５の位置を確認することができる。すなわち、流路１６の形状から第１基板１２と第２基板１４との境界部分は推測できるので、この境界部分の近傍を観察し、第１基板１２および第２基板１４と気孔や粒界の状態、また含まれる成分の含有率等を測定し、第１基板１２および第２基板１４と有意に相違する領域を確認することで、接合部材１５の位置を確認することができる。

なお、第１基板１２，第２基板１４および接合部材１５はＭｇを含み、ＭｇＯ換算した含有量が２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下であることが好適である。このような構成を満たしていることにより、誘電正接が高くなる傾向を示すスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）の結晶を生成させるおそれが少なく、焼結の促進を図ることができるため、アルミナ質焼結体の機械的強度を向上させることができる。

また、第１基板１２，第２基板１４および接合部材１５は、ＡｌおよびＮａ以外の成分として、少なくともＳｉおよびＣａを含んでいる。そして、ＳｉおよびＣａは、それぞれＳｉＯ_２換算した含有量およびＣａＯ換算した含有量が、各部材をそれぞれ構成する成分１００質量％のうち、いずれも２００ｐｐｍ以上であることが好適である。また、他に、Ｂａ，Ｓｒのいずれかを含んでいてもよい。そして、Ｎａ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒは、主結晶であるアルミナ結晶間である粒界相に、酸化物からなる結晶相または非晶質相として存在する。なお、Ｍｇを含む場合、Ｍｇも粒界相に存在する。また、Ａｌが粒界相に存在する場合もある。そして、以下の記載において、粒界相を構成する成分として、Ｎａ以外の成分は、他の成分と記載する。

また、第１基板１２，第２基板１４および接合部材１５は、アルミナ結晶間の粒界相において、ＮａをＮａ_２Ｏに換算した含有量をＡとし、Ｎａ以外である他の成分をそれぞれ酸化物に換算した含有量の合計をＢとしたとき、比Ａ／Ｂが０．１１以下であることが好適である。

このように、アルミナ結晶間の粒界相において、ＮａをＮａ_２Ｏに換算した含有量をＡとし、他の成分をそれぞれ酸化物に換算した含有量の合計をＢとしたとき、比Ａ／Ｂが０．１１以下であるときには、さらに誘電正接を低くすることができる。

なお、アルミナ結晶間の粒界相におけるＮａをＮａ_２Ｏに換算した含有量Ａと、Ｎａ以外の成分をそれぞれ酸化物に換算した含有量の合計Ｂとの比Ａ／Ｂは、次のようにして求めることができる。

まず、アルミナ質焼結体の一部をイオンシンニング装置などの加工装置を用いてエッチングした測定面をＴＥＭにより、加速電圧２００ｋＶの条件で測定面の特定視野を１万倍〜１０万倍の倍率で観察し、粒界相のＥＤＳ測定を行ない、得られた各成分の含有量を求め、それぞれ酸化物に換算し、ＮａをＮａ_２Ｏに換算した含有量をＡとし、他の成分をそれぞれ酸化物に換算した含有量の合計をＢとし、比Ａ／Ｂを算出すればよい。なお、１つの粒界相において、複数カ所、例えば、３カ所についてＥＤＳ測定を行ない、平均値を用いて比Ａ／Ｂを算出することが好適であり、小数点第３位で四捨五入する。

なお、粒界相にＡｌが含まれていない場合は、アルミナ質焼結体の一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸などの溶液に溶解した後、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて、ＮａやＮａ以外の他の成分の含有量を測定し、それぞれ酸化物に換算した値を用いて比（Ａ／Ｂ）を算出してもよい。

また、第１基板１２，第２基板１４および接合部材１５は、ＮｉをＮｉＯ換算した含有量が４ｐｐｍ以下であることが好適である。

Ｎｉは、酸化すると、酸化の程度に応じて色調がばらつきやすく、商品価値を損ねやすいからであり、ＮｉをＮｉＯ換算した含有量を上記範囲とすることで、色調のばらつきが抑制され、商品価値が向上する。

また、第１基板１２，第２基板１４および接合部材１５は、アルミナ結晶の平均結晶粒径が１μｍ以上３μｍ以下であることが好適である。

アルミナ結晶の平均結晶粒径が上記範囲であると、アルミナ結晶の大きさの分布が狭まるので、上記各部材の機械的強度を高くすることができる。

アルミナ結晶の平均結晶粒径を求めるには、まず、上記各部材をダイヤモンド砥粒で研磨して、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下の鏡面を得る。そして、この鏡面を大気雰囲気中、１４５０℃で１時間サーマルエッチングすることによって得られる面を走査型電子顕微鏡によって１０００倍〜３０００倍に拡大した８６〜１１０μｍ×６５〜９２μｍの範囲で、同じ長さの直線を８本引き、この８本の直線上に存在する結晶の個数をこれら直線の合計長さで除すことで求められる。

なお、倍率が１００倍のときには、直線１本当たりの長さを８０μｍとし、倍率が３０００倍のときには、直線１本当たりの長さを２７μｍとすればよい。

また、本実施形態の高周波用窓部材１は、接合部材１５が複数の気孔３０を有する場合、接合部材１５における気孔３０の円相当径の平均値が５μｍ以下であることが好適である。また、本実施形態の高周波用窓部材１は、接合部材１５における気孔３０の円相当径の最大値は１４μｍ以下であることが好適である。また、本実施形態の高周波用窓部材１は、接合部材１５における気孔３０の面積率は４．５％以下であることが好適である。接合部材１５が複数の気孔を有する場合、上述したいずれかの構成を満たすことによって、気孔内に金属や水等の導電性成分が浸入しにくくなるので、高周波用窓部材１表面における電流漏れ等を抑制し、高周波用窓部材１の絶縁性を高く維持することができる。

接合部材１５における気孔３０の円相当径の平均値、最大値および面積率を求めるには、光学顕微鏡を用いて倍率を２７０倍として、接合部材１５をダイヤモンド砥粒で研磨して得られた鏡面を対象とする。この鏡面から気孔の大きさや分布が平均的に観察される部分を選択し、面積が３．５４×１０^５μｍ^２（例えば、横方向の長さが７０８μｍ、縦方向の長さが５００μｍ）となる範囲の画像を観察の対象として、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）の粒子解析という手法を適用する。粒子解析の設定条件である粒子の明度、２値化の方法および小図形除去面積は、それぞれ暗、自動、３μｍとする。

本実施形態の高周波用窓部材は、半導体製造装置やＦＰＤ製造装置に用いられる大型で、厚みのある部材（半導体製造装置用部材、ＦＰＤ製造装置用部材）として好適に用いることができ、これらの部材が本実施形態の高周波用窓部材からなることにより、高い耐食性を有しつつ、エネルギーロスが少なく、各種処理精度の向上を図ることができる。

次に、高周波用窓部材１の形状等について詳述しておく。図３は高周波用窓部材１の実施形態の１つである。図３に示す高周波用窓部材１の実施形態では、第１主面１１、第２主面１３、および第１主面１１と第２主面１３とを接合する接合部材１５を備えている。
第１基板１２および第２基板１４は、平面視で例えば円板状である。第１基板１２および第２基板１４の幅（直径）は、例えば１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下である。第１主面１１および第２主面１３間の接合部材１５の厚みは、例えば、５０μｍ以上６５μｍ以下である。流路１６の径方向における端部である第１部分２１は、第２基板１４の第２主面１３から厚み方向（ｚ方向）に設けられた第１溝部１８を含む。また、流路１６の径方向における中央部である第２部分２２は、第１溝部１８に沿って隣接しているとともに、第１溝部１８より深さの浅い第２溝部１９とを含む。高周波用窓部材１では、第２基板１４の第２溝部１９の第２底面３１と第１基板１２の第１主面１１とで挟まれた領域（第２部分２２）と、第２基板１４の第１溝部１８の内面と第１基板１２の第１主面１１とに挟まれた領域（第１部分２１）とを有している。第２溝部１９は必ずしも必要ではないが、流路１６を流れる流体の流量を多くするには、第２溝部１９を設けるのが好ましい。流路１６は、第２部分２２と第２部分２２を挟んで配された２つの第１部分２１とを有している。

第１部分２１の高さＨ１は第２部分２２の高さＨ２よりも大きい。第１部分２１Ｈ１および第２部分２２の高さＨ２は、第１基板１２および第２基板１４の厚み方向（図中のｚ方向）に沿った高さである。第１部分２１の高さＨ１は、例えば２ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。第２部分２２の高さＨ２は、例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下ある。第１部分２１の幅Ｗ１は、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。第２部分２２の幅Ｗ２は、例えば５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。

流路１６は、第１部分２１の幅Ｗ１より第２部分２２の幅Ｗ２の方が大きい。第１部
分２１の幅Ｗ１および第２部分２２の幅Ｗ２は、第１基板１２、第２基板１４の厚み方向および流路１６の長さ方向に直交する方向（図３におけるｘ方向）の長さである。実質的に流路として機能する第２部分２２の幅Ｗ２を大きくすることにより、第２部分２２における熱交換の程度を大きくすることができる。これにより、第２部分２２内を安定して流れる流体によって、高周波用窓部材１の温度を安定して調整することができる。

第１溝部１８は、第１底面２６と、第１底面２６に接続した側面２７と、第１底面２６および側面２７の間に配置された傾斜面２８とを有する。言い換えれば、例えば、断面視における第１溝部１８の形状が矩形状である場合に、矩形の角部が隅切り（コーナーカット）されている。流路１６において第１溝部１８に対応する領域は断面積が比較的大きく、流体の流れが遅くなり易い。例えば第１溝部１８が傾斜面２８を有さず、図３に示す断面が角部を有する矩形状である場合など、この角部で流体の流速が著しく遅くなって角部に対応する部分での熱交換が十分にできない場合がある。高周波用窓部材１では、第１底面２６と側面２７との間に傾斜面２８を有しており、このような角部での流速の低下が抑制されている。図３（ｂ）に示す例における高周波用窓部材１では傾斜面２８は曲面状であるが、傾斜面２８は平面状であってもよい。また、傾斜面２８は、異なる傾斜を有する複数の平面から形成されていてもよい。

また、高周波用窓部材１は図２に示すように、第１基板１２および第２基板１４の少なくともいずれかを厚み方向（ｚ方向）に貫通した貫通孔１７を備えている。貫通孔１７は、流路１６につながっており、流路１６への流体の供給孔または流路１６からの流体の排出孔として機能する。この貫通孔１７の開口は、流体を供給および排出する流体供給手段（図示せず）に接続される。なお、貫通孔１７は、第１基板１２および第２基板１４の一方のみを貫通していても構わないし、第１基板１２および第２基板１４の双方を厚み方向に貫通していても構わない。

また、図４は高周波用窓部材１の他の実施形態の断面図である。図４に示す高周波用窓部材１も、第１主面１１および第２主面１３を接合する接合部材１５を備えており、第１
主面１１および第２主面１３間の接合部材１５の厚みは、例えば、５０μｍ以上６５μｍ以下である。接合部材１５は、図４に示すように、第１主面１１および第２主面１３の間から流路１６の内部に向かって突出した突出部２０を有する。このような構成である場合、流路１６は、突出部２０が内部に配された第１部分２１と、第１部分２１の突出部２０が配された側と反対側に第１部分２１と繋がっている第２部分２２とを有する。

流路１６内に突出部２０が配置されるまで接合部材１５をはみ出させるように設けることで、接合強度を高めるとともに、第１基板１２と第２基板１４との間への流体の侵入をこの接合部材１５によって抑制して、第１基板１２と第２基板１４との剥離を抑制することができる。

高周波用窓部材１では、突出部２０の第１基板１２および第２基板１４の厚み方向に沿った厚みＴｐが、第２部分２２の高さＨ２よりも大きい方が好ましい。このようにすることで、第２部分２２を比較的速い流速で流れる流体が、第１基板１２と第２基板１４との境界部分に直接当接することを防止し、第１基板１２と第２基板１４との剥離をより確実に抑制している。

また、突出部２０の厚みＴｐは、例えば０．１ｍｍ以上１１ｍｍ以下程度である。突出部２０の幅Ｗｐは第１部分２１の幅Ｗ１より小さく、例えば約０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度である。

また、図４に示す高周波用窓部材１では、接合部材１５の突出部２０が配置される第１部分２１の高さＨ１を、この第１部分２１に繋がった第２部分２２の高さＨ２に比べて大きくすることが好適である。突出部２０の周辺での流体の流速を比較的小さくするとともに、突出部２０に起因した乱流が第１部分２１内に留まり易くなっている。すなわち、突出部２０が配される第１部分２１の高さＨ１を比較的大きくすることで、突出部２０によって小さくなり易い突出部２０周辺の流路１６の断面積を比較的大きくし、突出部２０近傍で流体の流速が高くなり過ぎないようにしている。これにより突出部２０に起因して起こる乱流の程度を小さく抑制している。加えて、突出部２０近傍の流路１６の断面積を大きくすることで、この第１部分２１で生じた乱流の影響が、第２部分２２まで伝わり難くしている。このため高周波用窓部材１では、第２部分２２における流体の流速を比較的大きく、かつ第２部分２２における乱流を少なくすることができる。これにより、流路１６の第２部分２２に、比較的速くかつ比較的安定した状態で、流体を流すことができる。すなわち、主として第２部分２２に流路としての機能を持たせており、このため高周波用窓部材１は、高周波用窓部材１自身の温度を所望の温度に調整し易い。

図５に示すように、突出部２０は、第２部分２２と対向する側の表面部分に、流路１６（第２部分２２）に向かって凸である凸部２９と凹である凹部３２とを有しており、流路１６の長さ方向に沿って凹部３２と凸部２９とが交互に配置された凹凸領域３３を有することが好適である。図５に示す例においては、高周波用窓部材１は、同心円状に配置された複数の円環状の流路１６を有しており、流路１６の凹凸領域３３は円環状に連続して、各流路１６の第２部分２２と対向する側の表面部分の全体に配置されている。このような凹凸領域３３が配置されていることで、流路１６の全体で、突出部２０が配された第１部分２１において安定した乱流を発生させることができる。これにより、局所的な乱流の発生に起因する熱交換の程度の局所的な乱れにともなう高周波用窓部材１の温度分布や、局所的な乱流に起因した、第１基板１２と第２基板１４との局所的な剥離等が抑制されている。

次に、高周波用窓部材１１の製造方法の一実施形態として、図４に示す高周波用窓部材の製造方法の一例について説明する。

まず、平均粒径が０．４〜０．６μｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）Ａ粉末および平均粒径が１．２〜１．８μｍ程度のアルミナＢ粉末を準備する。また、Ｓｉ源として酸化珪素（ＳｉＯ_２）粉末、Ｃａ源として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）粉末を準備する。なお、酸化珪素粉末は、平均粒径が０．５μｍ以下の微粉のものを準備する。また、Ｍｇを含むアルミナ質焼結体を得るには、水酸化マグネシウム粉末を用いる。なお、以下の記載において、アルミナＡ粉末およびアルミナＢ粉末以外の粉末を総称して、第１の副成分粉末と称す。

そして、第１の副成分粉末をそれぞれ所定量秤量する。次に、アルミナＡ粉末と、アルミナＢ粉末とを質量比率が４０：６０〜６０：４０となるように、また、得られるアルミナ質焼結体を構成する成分１００質量％のうち、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量が９９．４質量％以上となるように秤量し、アルミナ調合粉末とする。また、第１の副成分粉末について好適には、アルミナ調合粉末におけるＮａ量をまず把握し、アルミナ質焼結体とした場合におけるＮａ量からＮａ_２Ｏに換算し、この換算値と、第１の副成分粉末を構成する成分（この例においては、ＳｉやＣａ等）を酸化物に換算した値との比が１．１以下となるように秤量する。

そして、アルミナ調合粉末と、第１の副成分粉末と、アルミナ調合粉末および第１の副成分粉末との合計１００質量部に対し、１〜１．５質量部のＰＶＡ（ポリビニールアルコール）などのバインダと、１００質量部の溶媒と、０．１〜０．５5質量部の分散剤とを攪拌装置に入れて混合・攪拌してスラリーを得る。

その後、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、粉末プレス成形法や静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により所定形状に成形し、必要に応じて切削加工を施す。以上の工程を経て、第１基板１２となる成形体（以下、第１基板１２となる成形体を第１セラミック成形体という。）と、第２基板１４となる成形体（以下、第２基板１４となる成形体を第２セラミック成形体という。）とを作成しておく。

次に、アルミナ調合粉末と、上述した比率の第１の副成分粉末と、純水と、を所定量秤量し、攪拌装置内の収納容器に入れ、混合・攪拌して、ペーストを作製する。なお、増粘剤を添加することによって、ペーストの粘度を調整してもよい。ペーストにおけるアルミナ調合粉末および副成分仮焼粉末の充填率は、例えば、２５体積％以上３５体積％以下とし、ペーストの粘度が、４Ｐａ・ｓ以上７Ｐａ・ｓ以下となるように、有機溶媒および増粘剤の量で調整する。そして、攪拌条件としては、大気中において、回転数を８００ｒｐｍ以上１２００ｒｐｍとし、回転時間を８分以上１６分以下とする。

次に、第２セラミック成形体の表面（接合面）にメッシュを配置した後、湿度が５０％ＲＨ以上の環境下で、塗布後の厚みが０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下となるように、メッシュを介して、第２セラミック成形体の表面（接合面）にペーストを塗布する。メッシュを介してペーストを塗布することによって、ペーストを均一に塗布することができるとともに、ペーストの厚みを調節することができる。また、湿度を５０％ＲＨ以上にすることによって、ペーストの急激な乾燥を抑制し、ペーストの含水率を保つことができる。

次に、ペーストが塗布された第２セラミック成形体の表面（接合面）に第１セラミック成形体の表面を当接させる。このように当接させた後、厚み方向に４．９ｋＰａ以上９８．１ｋＰａ以下の圧力で０．５時間以上加圧することによって、双方の成形体の表面（接合面）の間からペーストの一部を第１溝部１８内に向かってはみ出させることができる。

次に、表面同士を当接させた成形体を焼成する。この複合体５０を焼成する工程では、
第１溝部１８にペーストがはみ出した状態で、例えば、１５００℃以上１７００℃以下で焼成することで、第１基板１２および第２基板１４は、ペーストが焼成されてなる接合部材１５を介して接合されるとともに、流路１６の第１溝部１８に対応する領域に突出部２０が配置された流路１６を有する高周波用窓部材１を形成することができる。

接合部材１５は第１基板１２および第２基板１４と同様の材質で構成されており、第１基板１２および第２基板１４を含めていずれも誘電正接が低いので、高周波用窓部材１は高周波の透過性が高い。また、接合部材１５が第１基板１２および第２基板１４と同様の材質で構成されているので、加熱および冷却が繰り返されても、第１基板１２と第２基板１４との間で作用する熱応力が抑制されている。

第２セラミック成形体は第１溝部１８を備えているので、第１セラミック成形体と第２セラミック成形体とをペーストを介して接合する際に、十分な力で第１セラミック成形体と第２セラミック成形体とを加圧しても、この加圧によってはみ出したペーストが、比較的大きな第１溝部１８の範囲に収まり易く、高周波用窓部材１６の第２部分２２の断面形状が、はみ出したペースト（突出部２０）によって部分的に変化することが抑制されている。また、第１溝部１８にこのようなはみ出し部が配置されることで、高周波用窓部材１の流路１６の第１部分２１に突出部２０を配置することができ、高周波用窓部材１において、上述した種々の作用効果を実現できる。

なお、上述した方法を用いることにより、アルミナ質焼結体の誘電正接が低くなる理由は明らかではないが、０．５μｍ以下の微粉の酸化珪素粉末を用いることにより、アルミナ調合粉末に含まれる不可避不純物であるＮａの酸化物を酸化珪素が捕らえ易い状態になっており、他の副成分粉末を構成する成分の酸化物と併せて、アルミナの結晶に捕らえられることなく酸化珪素等でＮａの酸化物が覆われることによって、粒界相の内部にＮａの酸化物を存在させることができるからであると考えられる。また、平均粒径が異なるアルミナＡ粉末およびアルミナＢ粉末とを所定の比率で混合したアルミナ調合粉末を用いていることも、誘電正接を低くすることに寄与していると考えられる。

なお、第１セラミック成形体と第２セラミック成形体の接合に用いるペーストとして、例えば、アルミナ調合粉末と、上述した比率の第１の副成分粉末から上述した方法によって得られる副成分仮焼粉末と、有機溶媒（例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール，プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールまたはシクロヘキサンジメタノール）と、増粘剤とを所定量秤量し、攪拌装置内の収納容器に入れ、混合・攪拌して、ペーストを作製してもよい。

また、第１の副成分粉末の代わりに、Ｓｉ源として酸化珪素粉末、Ｃａ源として炭酸カルシウム粉末、Ｓｒ源またはＢａ源として、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）粉末または炭酸バリウム粉末（ＢａＣＯ_３）粉末、および水酸化マグネシウム粉末を含む、第２の副成分粉末を用いてもよい。アルミナ調合粉末を作成する際、第２の副成分粉末について好適には、アルミナ調合粉末におけるＮａ量をまず把握し、アルミナ質焼結体とした場合におけるＮａ量からＮａ_２Ｏに換算し、この換算値と、第２の副成分粉末を構成する成分（この例においては、Ｓｉ，Ｃａ，ＳｒまたはＢａ等）を酸化物に換算した値の比が１．１以下となるように秤量することが好ましい。第２の副成分粉末を用いた場合にもアルミナ質焼結体の誘電正接が低くなる理由は、明らかではないが、第２の副成分粉末を仮焼することによって複合酸化物（例えば、Ｓｉ−Ｃａ−ＳｒまたはＢａを含む酸化物）の結晶相を形成させるとともに、１μｍ以下となるまで粉砕したことにより、アルミナ調合粉末に含まれる不可避不純物であるＮａの酸化物と接触しやすくなり、この複合酸化物の結晶相の内部にＮａの酸化物を多く存在させることができるからであると考えられる。

なお、複合酸化物の結晶相の存在については、アルミナ質焼結体の一部をイオンシンニング装置などの加工装置を用いてエッチングした測定面をＴＥＭにより、加速電圧２００ｋＶの条件で測定面の特定視野を１万倍〜１０万倍の倍率で観察し、制限視野電子回折することにより、確認することができる。また、確認された結晶相において、結晶相の外側である外部と、中心近傍にあたる内部とをＥＤＳで測定することにより、結晶相の内部にＮａの酸化物を多く存在させているか否かを確認することができる。なお、Ｓｒ源を用いた場合、得られる複合酸化物の結晶相は、Ｓｉ，Ｃａ，ＳｒおよびＯを含むものである。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

以降、実施例として第１基板１２と第２基板１４の作製例と評価結果とを示す。

まず平均粒径が０．４μｍのアルミナＡ粉末および平均粒径が１.６μｍのアルミナＢ
粉末を準備した。また、Ｓｉ源として酸化珪素粉末、Ｃａ源として炭酸カルシウム粉末、Ｓｒ源として炭酸ストロンチウム粉末を準備した。なお、酸化珪素粉末は、平均粒径がそれぞれ０．５μｍ，３．０μｍおよび５．０μｍの粉末を用意した。

次に、アルミナＡ粉末と、アルミナＢ粉末とを、質量比率が５０：５０となるように調合した。そして、アルミナ質焼結体を構成する成分１００質量％のうち、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量が９９．６５質量％以上となるように秤量し、アルミナ調合粉末を得た。なお、このアルミナ調合粉末を用いて作製されたアルミナ質焼結体を構成する成分１００質量％のうち、ＮａをＮａ_２Ｏに換算した値は５００ｐｐｍとなるものである。

次に、試料Ｎｏ．１として、平均粒径が０．５μｍの酸化珪素粉末と、炭酸カルシウム粉末とを用い、ＳｉＯ_２換算で１５００ｐｐｍ、ＣａＯ換算で１５００ｐｐｍとなるように秤量した。

そして、アルミナ調合粉末と、酸化珪素粉末および炭酸カルシウム粉末と、これらの粉末の合計１００質量部に対し、１質量部のＰＶＡと、１００質量部の溶媒と、０．２質量部の分散剤とを攪拌装置に入れて混合・攪拌してスラリーを得た。

その後、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、静水圧プレス成形法により所定形状の成形体を成形した。そして、得られた成形体に切削加工を施し、大気雰囲気の焼成炉を用いて、１６００℃の最高温度で所定時間保持して焼成することにより、直径５０ｍｍ×厚み５０ｍｍの試料Ｎｏ．１を得た。

次に、平均粒径が５．０μｍの酸化珪素粉末を用いた以外は、試料Ｎｏ．１と同じ方法により試料Ｎｏ．２を作製した。

そして、アルミナ質焼結体の一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸に溶解した後、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて、Ａｌの含有量を測定し、Ａｌ_２Ｏ_３換算したところ、いずれも９９．６５質量％であった。また、ＮａについてはＮａ_２Ｏ換算で５００ｐｐｍであった。また、ＳｉＯ_２換算およびＣａＯ換算でそれぞれ１５００ｐｐｍであった。

また、アルミナ質焼結体の一部をイオンシンニング装置などの加工装置を用いてエッチングし、測定面とし、ＴＥＭを用いて、加速電圧２００ｋＶの条件で測定面の特定視野を１万倍〜１０万倍の倍率で３重点を観察し、３重点において、境界領域と内部領域とをエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）により測定し、Ｎａの酸化物の含有量を確認した。 さらに、得られたアルミナ質焼結体の厚み方向中央部から厚み１ｍｍの試料を切り出して、誘電正接を測定し、その値を表１に示した。ここで、誘電正接ｔａｎδは、測定周波数をそれぞれ８．５ＧＨｚ、１ＭＨｚ、１２ＭＨｚとし、各測定周波数毎に、それぞれキャパシタンスメータ（ＨＰ−４２７８8Ａ）、インピーダンスアナライザ（ＨＰ−４２９１Ａ）、空洞共振器（ネットワーク・アナライザ ８７２２ＥＳ）を用いて測定した。

表１に示す結果から、試料Ｎｏ．２は、粒界相の位置が異なってもＮａの酸化物の含有量は誤差範囲以上の差が確認できず（変わらず）、８．５ＧＨｚにおける誘電正接の値は、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量の値の１倍にあたる５．０×１０^−４であった。一方、本発明の試料Ｎｏ．１は、８．５ＧＨｚにおける誘電正接の値が、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量の値の０．５倍にあたる２．５×１０^−４である。

この結果から、本発明の試料Ｎｏ１は、誘電正接の低い高周波用窓部材を形成することができると言える。また、アルミナ質焼結体を構成する成分１００質量％のうち、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量が９９．４質量％以上であるため、高い耐食性を有しているとともに、Ｎａの酸化物を含有しながらも誘電正接が低いアルミナ質焼結体であることがわかった。

表２に示す量のＭｇをＭｇＯ換算で含むアルミナ質焼結体を試料Ｎｏ．１を作製した方法と同じ方法により作製した。そして、ＪＩＳ Ｒ １６０１−２００８（ＩＳＯ １７５６５：２００３（ＭＯＤ））に準拠して３点曲げ強度を測定した。

表２に示す結果から、試料Ｎｏ．４〜９は、Ｍｇを含み、ＭｇＯ換算した含有量が２０
０ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下であることにより、この範囲外である試料Ｎｏ３，１０よりも機械的強度が向上することがわかった。この結果から、本発明の試料Ｎｏ．４〜９は、誘電正接が低く、機械的強度が高い高周波用窓部材を形成することができると言える。

表３に示すように各成分の含有量が異なるアルミナ質焼結体を作製し、誘電正接を測定した。なお、作製方法は、実施例１における試料Ｎｏ．１を作製した方法と同じとし、アルミナＡ粉末およびアルミナ粉末ＢのＮａの含有量が異なる粉末を用いるとともに、また、各試料ともに、ＳｉＯ_２およびＣａＯ換算での含有量が５０：５０となるように、酸化珪素粉末および炭酸カルシウム粉末の量を調整して作製した。

そして、得られたアルミナ質焼結体の一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸などの溶液に溶解した後、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて測定し、Ａｌ_２Ｏ_３含有量、Ｎａ_２Ｏ含有量、他の成分含有量（ＳｉＯ_２換算およびＣａＯ換算した値の合計）を算出した。そして、これらの値より算出した比Ａ／Ｂおよび実施例１で示した方法と同様の方法により測定した誘電正接の値を表３に示す。

表３に示す結果から、アルミナ結晶間の粒界相において、ＮａをＮａ_２Ｏに換算した含有量をＡとし、Ｎａ以外の成分をそれぞれ酸化物に換算した含有量の合計をＢとしたとき、試料Ｎｏ．１２〜１５は、比Ａ／Ｂが０．１１以下であることにより、８．５ＧＨｚにおける誘電正接の値は、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量の０．１６倍以下となり、さらに誘電正接を低くできることがわかった。

１ 高周波用窓部材
２ プラズマ処理装置
３ 対象物
４ 反応室
５ チャンバ
６ チャック
７ 供給口
８ 排気口
９ コイル
１０ 電源
１１ 第１主面
１２ 第１基板
１３ 第２主面
１４ 第２基板
１５ 接合部材
１６ 流路
１７ 貫通孔
１８ 第１溝部
１９ 第２溝部
２０ 突出部
２１ 第１部分
２２ 第２部分
２６ 第１底面
２７ 側面
２８ 傾斜面
２９ 凸部
３０ 気孔
３１ 第２底面
３２ 凹部
３３ 凹凸領域

Claims (7)

1. 第１主面を有する第１基板と、第２主面を有する第２基板と、前記第１主面および前記第２主面が接合され、前記第１基板および前記第２基板の間に位置するとともに前記第１主面および前記第２主面に平行な方向に沿った流路とを備えてなる高周波用窓部材であって、
   前記第１主面および前記第２主面を接合する接合部材を備えており、
   前記第１基板、前記第２基板、および前記接合部材はいずれもアルミナ質焼結体からなり、アルミナ質焼結体における粒界相内において、アルミナ結晶との境界領域に比べて、前記境界領域以外の内部領域の方が、Ｎａの酸化物がより多いことを特徴とする高周波用窓部材。
2. 前記第１基板、前記第２基板、および前記接合部材はいずれも、それぞれを構成する成分１００質量％のうち、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であり、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した含有量が９９．４質量％以上のアルミナ質焼結体からなり、少なくとも前記第１基板および前記第２基板は、８．５ＧＨｚにおける誘電正接の値が、ＮａをＮａ_２Ｏ換算した含有量の値の０．５倍以下であることを特徴とする請求項１記載の高周波用窓部材。
3. 前記第１基板，前記第２基板および前記接合部材はＭｇを含み、ＭｇＯ換算した含有量が２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波用窓部材。
4. 前記第１基板，前記第２基板および前記接合部材は、前記粒界相において、ＮａをＮａ_２Ｏに換算した含有量をＡとし、Ｎａ以外の成分をそれぞれ酸化物に換算した含有量の合計をＢとしたとき、比Ａ／Ｂが０．１１以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波用窓部材。
5. 前記接合部材は、前記第１主面および前記第２主面の間から前記流路の内部に向かって突出した突出部を有し、
   前記流路は、前記突出部が内部に配された第１部分と、前記第１部分の前記突出部が配された側と反対側に隣接して前記第１部分と繋がっている第２部分とを有し、前記第１部分の高さは、前記第２部分の高さよりも大きいことを特徴とする特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波用窓部材。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高周波用窓部材を備えて構成された半導体製造装置用部材。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高周波用窓部材を備えて構成されたフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造装置用部材。

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