特許 7197036 半導体製造装置用部材及び半導体製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】半導体製造装置用部材及び半導体製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20221220BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20221220BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20221220BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20221220BHJP

   C23C 14/00 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

H01L21/205

H01L21/31 C

C23C16/44 J

C23C14/00 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022011206

(22)【出願日】2022-01-27

(65)【公開番号】P2022166811

(43)【公開日】2022-11-02

【審査請求日】2022-05-23

(31)【優先権主張番号】P 2021072042

(32)【優先日】2021-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】中川 龍之介

(72)【発明者】

【氏名】古賀 達也

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１０７３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０６０１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５７２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０７９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４６２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０５８５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４１８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１４７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１１０６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２８３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２９３９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｃ２３Ｃ １４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体製造装置のチャンバ内で用いられる半導体製造装置用部材であって、
第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、前記第１面及び前記第２面を貫通する少なくとも１つの孔と、を含む基材と、
前記基材の少なくとも前記第１面上に露出するように設けられ耐プラズマ性を有するセラミック層と、
を備え、
前記孔は、
前記第１面と連続し、前記第１面から前記第２面に向かう第１方向に対して傾斜した傾斜面と、
前記第１方向において前記第２面と前記傾斜面との間に位置し、前記第１方向に沿って延びる垂直面と、
を有し、
前記セラミック層は、前記第１面上と、前記傾斜面上と、に設けられており、
前記傾斜面上のセラミック層の厚さは、前記第１面上のセラミック層の厚さよりも小さく、
前記第１面と前記傾斜面とのなす角は、前記垂直面と前記傾斜面とのなす角よりも大きい、半導体製造装置用部材。

【請求項2】

前記第１面と前記傾斜面とのなす前記角は、１６０°以上１８０°未満である、請求項１記載の半導体製造装置用部材。

【請求項3】

前記垂直面と前記傾斜面とのなす前記角は、９０°より大きく１０５°以下である、請求項１または２に記載の半導体製造装置用部材。

【請求項4】

前記セラミック層は、多結晶セラミックスを含む、請求項１～３のいずれか１つに記載の半導体製造装置用部材。

【請求項5】

倍率４０万倍～２００万倍のＴＥＭ画像より算出される、前記多結晶セラミックスの平均結晶子サイズは、３ナノメートル以上５０ナノメートル以下である、請求項４記載の半導体製造装置用部材。

【請求項6】

前記セラミック層は、希土類元素の酸化物、希土類元素のフッ化物および希土類元素の酸フッ化物からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１～５のいずれか１つに記載の半導体製造装置用部材。

【請求項7】

前記希土類元素が、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＬｕからなる群から選択される少なくとも一種である、請求項６記載の半導体製造装置用部材。

【請求項8】

前記基材は、セラミックを含む、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体製造装置用部材。

【請求項9】

前記基材は、アルミナを含む、請求項８記載の半導体製造装置用部材。

【請求項10】

チャンバと、
請求項１～９のいずれか１つに記載の半導体製造装置用部材と、
を備えた半導体製造装置であって、
前記チャンバは、プラズマが生成される空間を形成する内壁を有し、
前記半導体製造装置用部材の前記セラミック層は、前記内壁の少なくとも一部を構成する、半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の態様は、一般的に、半導体製造装置用部材及び半導体製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、プラズマで半導体ウェーハなどの被加工物の処理を行う半導体製造装置が使用される。このような半導体製造装置内には、少なくとも１つの孔が設けられプラズマと接触する半導体製造装置用部材が配置されていることがある。このような半導体製造装置用部材からパーティクルが発生することがある。パーティクルは、製造される半導体デバイスの歩留まりの低下の要因となるため、パーティクルの発生または影響の低減が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－０５７２５１号公報

【文献】特開２０１６－０２８３７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、パーティクルの発生または影響を低減することができる半導体製造装置用部材及び半導体製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

第１の発明は、半導体製造装置のチャンバ内で用いられる半導体製造装置用部材であって、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、前記第１面及び前記第２面を貫通する少なくとも１つの孔と、を含む基材と、前記基材の少なくとも前記第１面上に露出するように設けられたセラミック層と、を備え、前記孔は、前記第１面と連続し、前記第１面から前記第２面に向かう第１方向に対して傾斜した傾斜面と、前記第１方向において前記第２面と前記傾斜面との間に位置し、前記第１方向に沿って延びる垂直面と、を有し、前記第１面と前記傾斜面とのなす角は、前記垂直面と前記傾斜面とのなす角よりも大きい、半導体製造装置用部材である。

【0006】

この半導体製造装置用部材によれば、第１面と傾斜面とのなす角が比較的大きいことにより、第１面と傾斜面とが形成するエッジ部付近へのプラズマ集中を緩和し、パーティクルの発生を抑制することができる。また、垂直面と傾斜面とのなす角が比較的小さいことにより、プラズマが孔内部に侵入することをより効果的に抑制することができる。

【0007】

第２の発明は、第１の発明において、前記第１面と前記傾斜面とのなす前記角は、１６０°以上１８０°以下である、半導体製造装置用部材である。

【0008】

この半導体製造装置用部材によれば、第１面と傾斜面とが形成するエッジ部付近へのプラズマ集中をより緩和し、パーティクルの発生をより抑制することができる。

【0009】

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記垂直面と前記傾斜面とのなす前記角は、９０°より大きく１０５°以下である、半導体製造装置用部材である。

【0010】

この半導体製造装置用部材によれば、プラズマが孔内部に侵入することをより効果的に抑制することができる。

【0011】

第４の発明は、第１～第３のいずれか１つの発明において、前記セラミック層は、多結晶セラミックスを含む、半導体製造装置用部材である。

【0012】

この半導体製造装置用部材によれば、パーティクルの発生または影響をより確実に低減することができる。

【0013】

第５の発明は、第４の発明において、倍率４０万倍～２００万倍のＴＥＭ画像より算出される、前記多結晶セラミックスの平均結晶子サイズは、３ナノメートル以上５０ナノメートル以下である、半導体製造装置用部材である。

【0014】

この半導体製造装置用部材によれば、パーティクルの発生または影響をより確実に低減することができる。

【0015】

第６の発明は、第１～第５のいずれか１つの発明において、前記セラミック層は、希土類元素の酸化物、希土類元素のフッ化物および希土類元素の酸フッ化物からなる群から選択される少なくとも一種を含む、半導体製造装置用部材である。

【0016】

この半導体製造装置用部材によれば、パーティクルの発生または影響をより確実に低減することができる。

【0017】

第７の発明は、第６の発明において、前記希土類元素が、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＬｕからなる群から選択される少なくとも一種である、半導体製造装置用部材である。

【0018】

この半導体製造装置用部材によれば、パーティクルの発生または影響をより確実に低減することができる。

【0019】

第８の発明は、第１～第７のいずれか１つの発明において、前記基材は、セラミックを含む、半導体製造装置用部材である。

【0020】

この半導体製造装置用部材によれば、パーティクルの発生または影響をより確実に低減することができる。

【0021】

第９の発明は、第８の発明において、前記基材は、アルミナを含む、半導体製造装置用部材である。

【0022】

この半導体製造装置用部材によれば、パーティクルの発生または影響をより確実に低減することができる。

【0023】

第１０の発明は、チャンバと、第１～第９のいずれか１つに記載の半導体製造装置用部材と、を備えた半導体製造装置であって、前記チャンバは、プラズマが生成される空間を形成する内壁を有し、前記半導体製造装置用部材の前記セラミック層は、前記内壁の少なくとも一部を構成する、半導体製造装置である。

【0024】

この半導体製造装置によれば、パーティクルの発生または影響を低減することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の態様によれば、パーティクルの発生または影響を低減することができる半導体製造装置用部材及び半導体製造装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１実施形態に係る半導体製造装置用部材を有する半導体製造装置を例示する断面図である。

【図2】第１実施形態に係る半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。

【図3】図３（ａ）～図３（ｃ）は、第１実施形態に係る別の半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。

【図4】図４（ａ）～図４（ｃ）は、第１実施形態に係る基材の一部を例示する断面図である。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。

【図6】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。

【図7】半導体製造装置用部材の応力を例示するグラフ図である。

【図8】半導体製造装置用部材における耐パーティクル性の評価を例示する表である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0028】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置用部材を有する半導体製造装置を例示する断面図である。
図１に表した半導体製造装置１００は、チャンバ１１０と、半導体製造装置用部材１２０と、静電チャック１６０と、を備える。静電チャック１６０は、チャンバ１１０の内部における下部に設けられている。ウェーハ２１０等の被吸着物は、静電チャック１６０の上に載置される。この例では、半導体製造装置用部材１２０は、チャンバ１１０の内部における上部に設けられている。例えば、半導体製造装置用部材１２０は、チャンバ１１０の内部において静電チャック１６０及びウェーハ２１０の直上に位置する、チャンバ１１０の天板部材である。

【0029】

チャンバ１１０は、プラズマが生成される空間（領域１９１）を形成する内壁１１１を有する。半導体製造装置用部材１２０の表面のセラミック層２０（図２参照）は、内壁１１１の少なくとも一部を構成する。この例では、内壁１１１は、静電チャック１６０が配置される下側内壁１１１ｂと、下側内壁１１１ｂより上に配置される上側内壁１１１ｕと、を有する。上側内壁１１１ｕの少なくとも一部に、半導体製造装置用部材１２０のセラミック層２０が設けられる。

【0030】

半導体製造装置１００では、高周波電力が供給され、図１に表した矢印Ａ１のように例えばハロゲン系ガスなどの原料ガスがチャンバ１１０の内部に導入される。すると、チャンバ１１０の内部に導入された原料ガスは、静電チャック１６０と半導体製造装置用部材１２０との間の領域１９１においてプラズマ化する。

【0031】

ここで、チャンバ１１０の内壁がプラズマにより腐食されるとパーティクル２２１が発生する場合がある。このパーティクル２２１がウェーハ２１０に付着すると、製造された半導体デバイスに不具合が発生する場合がある。すると、半導体デバイスの歩留まりおよび生産性が低下する場合がある。そのため、半導体製造装置用部材１２０には、耐プラズマ性が要求される。

【0032】

なお、実施形態に係る半導体製造装置用部材は、チャンバ内の上部以外の位置に配置される部材であってもよい。また、半導体製造装置用部材が用いられる半導体製造装置は、図１の例に限られず、アニール、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を行う任意の半導体製造装置（半導体処理装置）を含む。

【0033】

実施形態に係る半導体製造装置用部材は、半導体製造装置内の各種部材、とりわけ腐食性の高密度プラズマ雰囲気に暴露される環境において用いられる部材として好適に用いることができる。具体的には、チャンバ壁、シャワープレート、ライナー、シールド、ウィンドウ、エッジリング、フォーカスリング、等が挙げられる。

【0034】

図２は、第１実施形態に係る半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。
図２は、図１に表した領域Ｒ近傍を拡大して示している。
半導体製造装置用部材１２０は、基材１０と、セラミック層２０と、を含む。基材１０は、第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２と、を有する。第１面１１は、図１に示したチャンバ１１０の内側を向く面であり、第２面１２は、チャンバ１１０の外側を向く面である。基材１０には、少なくとも１つの孔１３が設けられている。孔１３は、第１面１１から第２面１２にかけて、基材１０を貫通している。

【0035】

この例では、基材１０は、例えば板状（円板状）である。第１面１１及び第２面１２は、それぞれ、例えば平面である。ただし、第１面１１及び第２面１２は、曲面であってもよい。また、基材１０の中央には、１つの孔１３が設けられている。例えば、孔１３には、プラズマの原料ガスを噴射するインジェクタなどの部材が配置される。プラズマの原料ガスは、孔１３を通って、チャンバ１１０の内部に導入される。ただし、孔１３は、チャンバ１１０内にプラズマ生成用の原料ガスを供給する孔でなくてもよく、基材１０を貫通する任意の孔でよい。また、孔１３は、基材１０の中央でなくてもよいし、複数設けられてもよい。

【0036】

第１面１１から第２面１２に向かう方向をＺ方向（第１方向）とする。Ｚ方向に垂直な１つの方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向と垂直な方向をＹ方向とする。例えば、第１面１１及び第２面１２は、Ｚ方向に対して垂直であり、Ｘ－Ｙ平面に沿って延びている。

【0037】

孔１３（孔の内周面１３ｓ）は、第１孔部１３ａと、第２孔部１３ｂと、第３孔部１３ｃと、を有する。孔１３は、Ｚ方向に沿ってみたときに、例えば円形である。内周面１３ｓは、孔１３を規定する基材１０の内周表面である。内周面１３ｓは、孔１３の内側を向き、Ｘ－Ｙ平面と交差する。

【0038】

第１孔部１３ａは、内周面１３ｓのうち第１面１１の近傍に位置し、第１面１１と隣接する領域である。第１孔部１３ａは、第１面１１と連続している。第１孔部１３ａは、Ｚ方向において第１面１１と第２面１２との間に位置する。第１孔部１３ａは、第１面１１に対して平行ではなく、第１面１１及びＺ方向と交差する傾斜面である。第１孔部１３ａは、Ｚ方向に平行に延びる面であってもよい。この例では、図２のようなＺ方向に平行な断面において、第１孔部１３ａは直線状である。ただし、Ｚ方向に平行な断面において、第１孔部１３ａは、直線状でなくてもよく、例えば湾曲していてもよい。Ｚ方向に沿ってみたときに（すなわちＸ－Ｙ平面に投影したときに）、第１孔部１３ａは、例えば第１面１１に囲まれた環状である。

【0039】

この例では、Ｚ方向に平行な断面において、第１面１１と第１孔部１３ａとが接する境界１４は、角になっている。但し、第１面１１と第１孔部１３ａとは、滑らかに接続されていてもよい。言い換えれば、図２の断面において、境界１４は丸められて湾曲し、曲率を有していてもよい。

【0040】

第２孔部１３ｂは、Ｚ方向において、第１孔部１３ａと第２面１２との間に位置する。言い換えれば、第２孔部１３ｂのＺ方向における位置は、第１孔部１３ａのＺ方向における位置と、第２面１２のＺ方向における位置と、の間である。例えば、第２孔部１３ｂは、内周面１３ｓのうち第２面１２の近傍に位置し、第２面１２と隣接する領域である。第２孔部１３ｂは、第２面１２と連続していてもよい。第２孔部１３ｂは、Ｚ方向に延びており、例えばＺ方向に対して平行である。第２孔部１３ｂは、例えば第２面１２に略垂直な垂直面を構成している。Ｚ方向に沿って見たときに、第２孔部１３ｂは、例えば第１孔部１３ａの内側に位置する環状である。

【0041】

第３孔部１３ｃは、Ｚ方向において、第１孔部１３ａと第２孔部１３ｂとの間に位置する。言い換えれば、第３孔部１３ｃのＺ方向における位置は、第１孔部１３ａのＺ方向における位置と、第２孔部１３ｂのＺ方向における位置と、の間である。第３孔部１３ｃは、内周面１３ｓのうち第１孔部１３ａと連続した領域である。第３孔部１３ｃは、第１面１１に対して平行ではなく、第１面１１及びＺ方向と交差する傾斜面である。第３孔部１３ｃは、Ｚ方向に延びる面であってもよい。この例では、Ｚ方向に平行な断面において、第３孔部１３ｃは直線状である。ただし、Ｚ方向に平行な断面において、第３孔部１３ｃは、直線状でなくてもよく、例えば湾曲していてもよい。Ｚ方向に沿ってみたときに、第３孔部１３ｃは、例えば、第１孔部１３ａに囲まれ第１孔部１３ａと接する環状であり、第３孔部１３ｃの内側に第２孔部１３ｂが位置する。第３孔部１３ｃと第２孔部１３ｂとは連続していてもよい。

【0042】

この例では、Ｚ方向に平行な断面において、第１孔部１３ａが延びる方向と第３孔部１３ｃが延びる方向とは同一直線上である。言い換えれば、第３孔部１３ｃとＺ方向とのなす角θ１は、第１孔部１３ａとＺ方向とのなす角θ２と同じである。ただし、角θ１と角θ２とは異なっていてもよい。

【0043】

また、この例では、Ｚ方向に平行な断面において、第２孔部１３ｂと第３孔部１３ｃとが接する境界１７は、角になっている。但し、第２孔部１３ｂと第３孔部１３ｃとは、滑らかに接続されていてもよい。言い換えれば、図２の断面において、境界１７は丸められて湾曲し、曲率を有していてもよい。

【0044】

また、孔１３（孔の内周面１３ｓ）は、傾斜面１３ａｃを有する。傾斜面１３ａｃは、例えば第１孔部１３ａと第３孔部１３ｃとを含む面である。傾斜面１３ａｃは、第１面１１と連続し、第１面１１及びＺ方向に対して傾斜している。傾斜面１３ａｃは、垂直面（第２孔部１３ｂ）と連続し、第１面１１と第２孔部１３ｂとを接続する。この例において、第１孔部１３ａと第３孔部１３ｃとによって形成された傾斜面１３ａｃは、Ｚ方向に対して平行な断面において直線状である。ただし、傾斜面１３ａｃは湾曲していてもよい。

【0045】

第１面１１と傾斜面１３ａｃとのなす角θαは、第２孔部１３ｂ（垂直面）と傾斜面１３ａｃとのなす角θβよりも大きい。例えば、角θαは、第１面１１と第１孔部１３ａとのなす角であり、角θβは、第２孔部１３ｂと第３孔部１３ｃとのなす角である。

【0046】

セラミック層２０のプラズマ腐食耐性は、基材１０のプラズマ腐食耐性よりも高い。セラミック層２０は、基材１０の上に設けられる。より具体的には、セラミック層２０は、図２に示したように、第１部分２１と第２部分２２とを含む。第１部分２１は、第１面１１上に設けられ、第１面１１と接している。第１部分２１は、第１面１１の略全体に設けられている。第２部分２２は、第１孔部１３ａ上に設けられ、第１孔部１３ａと接している。第１部分２１の表面２１ｓ及び第２部分の表面２２ｓは、チャンバ１１０内のプラズマと直接接する。つまり、表面２１ｓは、第１部分２１の第１面１１と接する面とは反対側の面であり、チャンバ１１０内に露出するように設けられている。表面２２ｓは、第２部分２２の第１孔部１３ａと接する面とは反対側の面であり、チャンバ１１０内に露出するように設けられている。第１面１１は、第１部分２１に覆われているため、プラズマと直接接しないようになっている。また、第１孔部１３ａは、第２部分２２に覆われているため、プラズマと直接接しないようになっている。つまり、第１面１１および第１孔部１３ａはセラミック層２０で被覆されており、セラミック層２０がプラズマに曝されるように構成されている。表面２１ｓは、例えばＸ－Ｙ平面に平行な平面である。表面２１ｓは、曲面であってもよい。表面２２ｓは、表面２１ｓ及びＺ方向と交差する傾斜面である。表面２１ｓはＺ方向に延びる面であってもよい。

【0047】

セラミック層２０は、第２面１２上、第２孔部１３ｂ上及び第３孔部１３ｃ上には設けられない。言い換えれば、この例においては、孔１３の内周面１３ｓのうち、セラミック層２０が設けられた領域が第１孔部１３ａであり、セラミック層２０が設けられていない領域が第２孔部１３ｂ及び第３孔部１３ｃである。第３孔部１３ｃは、第２部分２２の端部と接している。第２孔部１３ｂ及び第３孔部１３ｃは、チャンバ１１０内のプラズマに露出しており、プラズマと直接接する。第２孔部１３ｂ、第３孔部１３ｃはセラミック層２０で被覆されていない。

【0048】

第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａは、第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａよりも小さい。なお、算術平均高さＳａ（面粗さ）は、後述する方法によって評価できる。例えば、第１部分２１の表面粗さ（表面２１ｓの粗さ）は、第２部分２２の表面粗さ（表面２２ｓの粗さ）よりも小さい。

【0049】

上述したように、パーティクルを低減させるために、プラズマと接触する半導体製造装置用部材には、耐プラズマ性が求められる。そこで、従来、半導体製造装置用部材の表面を耐プラズマ性に優れた被膜（層）でコーティングする方法が用いられている。しかし、半導体製造装置用部材（例えば天板部材）の大部分を占める非孔部を、耐プラズマ性の高い被膜（例えばＹ_２Ｏ_３等）でコーティングした場合であっても、昨今では、パーティクルの低減の要求を十分に満たせない恐れがある。そのため、例えば、孔からのパーティクルの制御も求められている。孔からのパーティクルとしては、例えば、孔に設けられた被膜の一部が脱離することで発生するパーティクルや、孔に配置された部材（例えばインジェクタ）からのパーティクルなどが考えられる。

【0050】

これに対して、実施形態においては、基材１０の第１面１１及び第１孔部１３ａにセラミック層２０が設けられ、第１面１１上の第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａが、第１孔部１３ａ上の第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａよりも小さい。これにより、パーティクルの発生または影響を低減することができる。

【0051】

例えば、腐食性プラズマと接する第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａ（面粗さ）が比較的小さいことで、第１部分２１からのパーティクルの発生を効果的に抑制することができる。すなわち、例えば、第１部分は平滑な構造を有しており、第１部分２１における凹凸を基点としたクラックやパーティクルの発生を抑制できる。例えば、第１部分２１がプラズマにより腐食され、その一部が、セラミック層２０から脱離してパーティクルとなることを抑制できる。

【0052】

また、第１孔部１３ａ上の第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａ（面粗さ）が、比較的大きいことで、孔１３からのパーティクルの発生または影響を抑制することができる。例えば、第２部分２２は第１孔部１３ａ上に設けられているため、第２部分２２においては、第１部分２１よりも電界の影響が大きい場合があると考えられる。つまり、第１面１１上に設けられた第１部分２１がプラズマに曝されるときに、第１孔部１３ａ上の第２部分２２は、孔１３の端部付近であるため、第１部分２１よりも電界が集中しやすい場合がある。電界が集中する部分においては、電界強度が大きく、プラズマが集中することでプラズマによるダメージが大きくなる。ダメージを受けた部分がセラミック層２０から脱離してパーティクルが発生する恐れがある。これに対して、実施形態においては、第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａが比較的大きいことで、第２部分２２の表面積が大きくなり、電界の集中を緩和することができる。

【0053】

また、孔１３の端部付近（出口付近）に設けられた第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａが比較的大きいことにより、孔１３から発生したパーティクルを第２部分２２で捕集することができ、パーティクルの影響をより効果的に抑制することができる。

【0054】

また、プラズマ生成用ガスが孔１３を通過する場合においては、ガスの噴射によって孔周辺の温度が変化する。そのため、第２部分２２における熱応力が、第１部分２１における熱応力よりも高くなる恐れがある。熱応力に起因して、第２部分２２においてクラックやパーティクルが発生する恐れがある。これに対して、第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａが比較的大きいことで、第２部分２２の表面積が大きくなり、第２部分２２の熱分散（放熱）効果を高めることができる。これにより、第２部分２２におけるクラックやパーティクルの発生を抑制することができる。

【0055】

例えば、第２部分２２の表面粗さは、第１部分の表面粗さの２倍以上１０倍以下、より好ましくは５倍以下であることが望ましい。第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａは、第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａの２倍以上１０倍以下、より好ましくは５倍以下であることが望ましい。第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａは、例えば０．５マイクロメートル（μｍ）未満である、また、例えば０．００５μｍ以上である。第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａは、例えば０．１μｍ未満である、また、例えば０．００１μｍ以上である。このような構成によれば、パーティクルの発生又は影響をより確実に低減することができる。

【0056】

例えば、第３孔部１３ｃの表面粗さは、第１部分２１の表面粗さよりも大きく、第２部分２２の表面粗さよりも大きい。例えば、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは、第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａよりも大きく、第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａよりも大きい。

【0057】

既に述べたように、この例において、第３孔部１３ｃ上には、セラミック層２０が設けられておらず、孔１３の内壁が露出している。つまり、第３孔部１３ｃは、セラミック層２０と孔１３の内壁との境界部分であり、プラズマと接する基材端部である。このような基材端部（第３孔部１３ｃ）の算術平均高さＳａ（面粗さ）を比較的大きくすることで、基材端部の表面積が大きくなり基材端部における電界の集中を緩和することができる。これにより、例えば、基材端部における電界集中によるプラズマのダメージを抑制し、基材端部からのパーティクルの発生を抑制することができる。

【0058】

例えば、第３孔部１３ｃの表面粗さは、第１部分２１の表面粗さの２倍よりも大きいことが望ましい。第３孔部１３ｃの表面粗さは、第１部分２１の表面粗さの１０倍以下とすることも好ましい。第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは、第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａの２倍よりも大きいことが望ましい。第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは、第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａの１０倍以下とすることも好ましい。このような構成によれば、パーティクルの発生又は影響をより確実に低減することができる。

【0059】

また、第３孔部１３ｃの表面粗さは、第１部分２１の表面粗さよりも大きく、第２部分２２の表面粗さよりも小さくてもよい。例えば、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは、第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａよりも大きく、第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａよりも小さくてもよい。

【0060】

第３孔部１３ｃにおいては、プラズマと基材１０とが直接接するため、基材１０からのパーティクルが発生しやすい場合がある。これに対して、実施形態においては、第３孔部１３ｃが、第１孔部１３ａ、第２孔部１３ｂに比べて、第１面１１、第２面１２から遠い位置に配置されている。さらに、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａが、第２部分２２の表面の算術平均高さＳａよりも小さい場合には、第３孔部１３ｃからのパーティクルの発生をより低減させることができる。すなわち、例えば、第３孔部１３ｃにおける凹凸を基点としたクラックやパーティクルの発生を抑制できる。第３孔部１３ｃの一部が、基材１０から脱離してパーティクルとなることを抑制できる。

【0061】

前述したように、基材１０がプラズマと接することで腐食されると、基材１０から微細なパーティクルが発生し、製造される半導体デバイスの歩留まりが低下する恐れがある。そこで基材１０のうちプラズマと接する面を、基材１０よりも高いプラズマ腐食耐性を備えたセラミック層で被覆する。基材１０に設けられる孔１３は、例えば基材１０の第１、２面に対して垂直な垂直面を有するが、プラズマの一部は、孔１３内部に回り込んで孔１３の内壁を腐食させ、孔１３からのパーティクルが発生することがある。そこで、孔１３の内壁（例えば垂直面）にも、プラズマ腐食耐性の高いセラミック層を設ける方法が考えられる。しかし、例えば孔１３の内部のセラミック層は比較的脆弱な可能性があり、脆弱なセラミック層がプラズマに腐食されるとパーティクルが発生する。また、第１面１１と第２孔部１３ｂとの間の傾斜面（第１孔部１３ａ及び第３孔部１３ｃ）には、プラズマ集中が起きやすいことがある。

【0062】

これに対して、実施形態においては、第１孔部１３ａと第３孔部１３ｃとによって形成される傾斜面１３ａｃのうち、プラズマと接する第１部分２１に比較的近い第１孔部１３ａにセラミック層２０の第２部分２２が設けられる。これにより、第１孔部１３ａからのパーティクルの発生を効果的に抑制することができる。一方、傾斜面１３ａｃのうち、第１部分２１から比較的遠い第３孔部１３ｃは、プラズマと接する。すなわち、第１孔部１３ａに比べて第１部分２１から遠くプラズマ腐食リスクが比較的低い第３孔部１３ｃはセラミック層２０で被覆されておらず、第３孔部１３ｃにおいて基材１０がプラズマと直接接する。これにより、性状の劣るセラミック層が第３孔部１３ｃに形成されて、そのセラミック層からパーティクルが発生することを効果的に抑制することができる。

【0063】

また、傾斜面１３ａｃがＺ方向に平行な断面において湾曲していると、傾斜面１３ａｃまたは傾斜面１３ａｃ上のセラミック層２０に電界が集中し、パーティクルが発生することがある。これに対して、傾斜面１３ａｃがＺ方向に平行な断面において直線状である場合には、傾斜面１３ａｃまたは傾斜面１３ａｃ上のセラミック層２０における電界集中をより緩和することができる。

【0064】

また、例えば、セラミック層２０において、第２部分２２は、第１部分２１よりも薄い。すなわち、第２部分２２の厚さＴ２２は、第１部分２１の厚さＴ２１よりも小さい。プラズマに暴露されやすい第１部分２１が第２部分２２よりも厚いことにより、第１面１１からのパーティクルの発生をより抑制することができる。一方、第１部分２１よりもプラズマに暴露されにくい第２部分２２が比較的薄いことにより、例えば、第２部分２２におけるセラミック層２０の崩壊が抑制され、パーティクルの発生をより抑制することができる。例えば、第２部分における膜厚を薄くすることで、膜中の歪や内部応力が緩和され、膜の崩壊を抑制できる。

【0065】

なお、セラミック層２０の厚さは、基材１０の表面からセラミック層２０の表面までの距離である。具体的には、セラミック層２０の厚さ（厚さＴ１１及びＴ２２）は、次のようにして求める。図２のようにＺ方向に平行に半導体製造装置用部材１２０を切断し、その破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いて観察することで、セラミック層２０の厚さを求める。例えば、第１部分２１の厚さＴ２１は、第１面１１から表面２１ｓまでの、第１面１１に対して垂直な方向に沿った長さである。例えば、第２部分２２の厚さＴ２２は、第１孔部１３ａから表面２２ｓまでの、第１孔部１３ａに対して垂直な方向に沿った長さである。ＳＥＭには例えば、ＨＩＴＡＣＨＩ製Ｓ－５５００を用い、ＳＥＭ観察条件を、倍率５０００倍、加速電圧１５ｋＶとしてもよい。断面画像において厚さにばらつきがある場合には、複数箇所で測定を行い、その平均値を算出する。第２部分２２の厚さＴ２２を第１部分２１の厚さＴ２１よりも小さくする方法は、例えば製膜時間を異ならせる（第２部分の製膜時間を第１部分の製膜時間よりも短くする）、研磨量を異ならせる（第２部分の研磨量を第１部分の研磨量よりも多くする）等、公知の方法が利用できる。

【0066】

また、第１面１１と傾斜面１３ａｃとが形成するエッジ部（境界１４）は、プラズマ照射面（表面２１ｓ）の近くに位置する。そのため、このエッジ部付近（エッジ部上のセラミック層２０）にはプラズマが集中しやすい場合がある。これに対して、実施形態においては、第１面１１と傾斜面１３ａｃとのなす角θαは、傾斜面１３ａｃと垂直面（第２孔部１３ｂ）とのなす角θβよりも大きい。角θαが比較的大きいことにより、第１面１１と傾斜面１３ａｃとが形成するエッジ部付近へのプラズマ集中を緩和し、パーティクルの発生を抑制することができる。一方、角θβが大きい場合には、プラズマが孔１３の内部により侵入しやすくなる。これに対して、角θβが比較的小さいことにより、プラズマが孔１３の内部に侵入することを効果的に抑制することができる。

【0067】

また、角θαが角θβよりも大きい場合、第２孔部１３ｂのＺ方向の長さを長くしやすい。例えば後述する図６（ａ）に示す長さＬｎは、図６（ｂ）に示す長さＬｎよりも長い。また、例えば、図２において、基材１０の厚さ（第１面１１及び第２面１２のＺ方向における位置）及び孔１３の径（境界１４及び境界１７のＸ方向における位置）を変えずに、傾斜面１３ａｃが直線状のまま、角θαをさらに大きくすると、境界１７の位置が下方に下がり、第２孔部１３ｂがＺ方向において長くなる。孔１３からチャンバ内に流入するプラズマの原料ガスの流れ（方向性）は、例えば第２孔部１３ｂによって規制されるため、第２孔部１３ｂが長いことにより、原料ガスの流れを安定させやすい。また、第２孔部１３ｂにインジェクタ等のユニットを固定する場合、第２孔部１３ｂが長いことにより、ユニットを取り付けやすく、ユニットがプラズマに曝されることを抑制できる。

【0068】

境界１４及び境界１７は、面取りされていることが好ましい。これにより、境界１４上のセラミック層２０や、境界１７におけるプラズマ集中をより緩和することができる。

【0069】

角θαは、例えば、１５０°以上１８０°以下であり、好ましくは１６０°以上１８０°以下である。これにより、第１面１１と傾斜面１３ａｃとが形成するエッジ部付近へのプラズマ集中をより緩和し、パーティクルの発生をより抑制することができる。

【0070】

角θβは、例えば９０°より大きく１２０°以下であり、好ましくは９０°より大きく１０５°以下である。これにより、プラズマが孔内部に侵入することをより効果的に抑制することができる。

【0071】

例えば、第２部分２２の緻密度は、第１部分２１の緻密度よりも高い。また、例えば、第２部分２２の硬度は、第１部分２１の硬度よりも高い。

【0072】

半導体製造装置用部材のメンテナンスやハンドリング時においては、孔１３（及び後述する貫通孔３１３）付近は、別の部材（例えばピンなどの治具や、スポンジ状の洗浄パッド）と物理的に接触する場合がある。このような物理的接触によって、孔１３（及び貫通孔３１３）付近に摩耗、損傷または剥離が生じ、パーティクルが発生する恐れがある。例えば、半導体製造装置用部材のハンドリング時においては、孔１３に位置決めピンなどの治具が挿入されることがある。孔１３に設けられた第２部分２２は、第１部分２１に比べて、このような治具と物理的に接触する可能性が高い。また、例えば、半導体製造装置用部材のメンテナンス時において、第１面１１側の表面洗浄が行われ、第１部分２１及び第２部分２２は、洗浄パッドなどの部材と接触する場合がある。このとき、孔１３の形状に起因して、孔１３に設けられた第２部分２２に洗浄パッドから加えられる力は、第１面１１上の第１部分２１に洗浄パッドから加えられる力よりも大きくなることがある。洗浄パッドと半導体製造装置用部材との接触面積は一般に、傾斜面に位置する第２部分２２において平面部に位置する第１部分２１よりも小さくなる。したがって、洗浄パッドに加わる力が一定の場合、第２部分２２では接触面積が小さい分、単位面積当たりの受ける力が大きくなる。

【0073】

これに対して、第２部分２２の緻密度が比較的高いことにより、半導体製造装置用部材のメンテナンスまたはハンドリング時における物理的な接触によって、第２部分２２に損傷や剥離が生じることを抑制できる。したがって、パーティクルが発生することをより抑制することができる。また、第２部分２２の硬度が比較的高いことにより、半導体製造装置用部材のメンテナンスまたはハンドリング時における物理的な接触によって、第２部分２２に損傷や剥離が生じることを抑制できる。したがって、パーティクルが発生することをより抑制することができる。

【0074】

図３（ａ）～図３（ｃ）は、第１実施形態に係る別の半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。
図３（ａ）～図３（ｃ）に表した半導体製造装置用部材１２０ａ～１２０ｃは、孔１３の形状において、図１及び図２に関して説明した半導体製造装置用部材１２０と異なる。これ以外については、半導体製造装置用部材１２０ａ～１２０ｃは、半導体製造装置用部材１２０と同様である。
図３（ａ）に表した半導体製造装置用部材１２０ａにおいては、Ｚ方向に平行な断面において、第１孔部１３ａ及び第３孔部１３ｃは、それぞれ直線状である。図３（ａ）では、Ｚ方向に平行な断面において、第１孔部１３ａが延びる方向と第３孔部１３ｃが延びる方向とは同一直線上ではなく、非平行である。例えば、第３孔部１３ｃとＺ方向とのなす角θ１は、第１孔部１３ａとＺ方向とのなす角θ２よりも小さい。

【0075】

半導体製造装置用部材１２０ａにおいては、Ｚ方向に平行な断面において、第１孔部１３ａと第３孔部１３ｃとが接する境界１５は、角になっている。但し、図３（ａ）の断面において、境界１５は丸められて湾曲し、曲率を有していてもよい。

【0076】

図３（ｂ）に表した半導体製造装置用部材１２０ｂにおいては、Ｚ方向に平行な断面において、第３孔部１３ｃは直線状であり、第１孔部１３ａは屈曲している。例えば、第１孔部１３ａは、第１面１１と接する第１領域１６ａと、第３孔部１３ｃと接する第２領域１６ｂと、を有する。図３（ｂ）の断面において、第１領域１６ａ及び第２領域１６ｂは、それぞれ直線状である。第１領域１６ａ及び第２領域１６ｂは、湾曲していてもよい。

【0077】

図３（ｂ）の例において、第１領域１６ａが延びる方向と第２領域１６ｂが延びる方向とは同一直線上ではなく、非平行である。例えば、第２領域１６ｂとＺ方向とのなす角θ３は、第１領域１６ａとＺ方向とのなす角θ４よりも小さい。また、図３（ｂ）の例では、第２領域１６ｂが延びる方向と第３孔部１３ｃが延びる方向とは同一直線上である。

【0078】

半導体製造装置用部材１２０ｂにおいては、Ｚ方向に平行な断面において、第１領域１６ａと第２領域１６ｂとが接する境界１６ｃは、角になっている。但し、図３（ｂ）の断面において、境界１６ｃは丸められて湾曲し、曲率を有していてもよい。

【0079】

図３（ｃ）に表した半導体製造装置用部材１２０ｃにおいては、第１孔部１３ａは、第１領域１６ａ、第２領域１６ｂを有しており、その境界１６ｃは角になっている。また、第１孔部１３ａと第３孔部１３ｃとの境界１５は角になっている。境界１５及び境界１６ｃは、丸められて湾曲し、曲率を有していてもよい。以上説明したように、孔１３の断面形状は、適宜、屈曲または湾曲したものでよい。

【0080】

算術平均高さＳａの評価にあたっては、レーザ顕微鏡を用いて評価対象の表面の算術平均高さＳａ（Arithmetical mean height of the surface）を調べる。この算術平均高さＳａは、三次元表面性状に関する国際規格ＩＳＯ０２５１７８（ＪＩＳＢ０６８１）に規定されている。

【0081】

レーザ顕微鏡としては、「ＶＫ－Ｘ１０００／ＫＥＹＥＮＣＥ製」を使用する。対物レンズの倍率は、１０００倍とする。Ｓ－フィルターは、２．５μｍまたは０．８μｍとし、Ｌ－フィルターは０．５ｍｍに設定する。

【0082】

算術平均高さとは、２次元の算術平均粗さＲａを３次元に拡張したものであり、３次元粗さパラメータ（３次元高さ方向パラメータ）である。具体的には、算術平均高さＳａは、表面形状曲面と平均面とで囲まれた部分の体積を測定面積で割ったものである。平均面をｘｙ面、縦方向をｚ軸とし、測定された表面形状曲線をｚ（ｘ、ｙ）とすると、算術平均高さＳａは、次式で定義される。ここで、式（１）の中の「Ａ」は、測定面積である。

【数1】

【0083】

セラミック層２０の緻密度は、膜を構成する粒子間の（ナノレベルの）隙間の大小を示す。セラミック層２０の緻密度（第１部分２１、第２部分２２、および後述する第３部分２３などの緻密度）は、例えば特許第６５９７９２２号公報に記載された方法によって算出される輝度Ｓａによって評価できる。実施形態において緻密度が高いことは、輝度Ｓａが小さいことに対応する。

【0084】

また、実施形態において、セラミック層２０や基材１０の表面硬度（第１部分２１、第２部分２２、後述する第１孔領域３１３ａおよび第３孔領域３１３ｃなどの硬度）は、ＩＳＯ１４５７７に規定された方法によって評価できる。具体的には、評価対象の表面に対して極微小押し込み硬さ試験（ナノインデンテーション）による硬度測定を行う。圧子はバーコビッチ圧子、押し込み深さは２００ｎｍの固定値とし、インデンテーション硬さ（押し込み硬さ）ＨＩＴを測定する。評価対象の表面におけるＨＩＴの測定箇所として傷や凹みを除外した表面を選択する。より好ましくは評価対象の表面は研磨を施した平滑面とする。測定点数は少なくとも２５点以上とする。測定した２５点以上のＨＩＴの平均値を実施形態における硬度とする。その他の試験方法及び分析方法、試験装置の性能を検証するための手順、標準参考試料に求められる条件については、ＩＳＯ１４５７７に準拠する。

【0085】

実施形態において、プラズマ腐食耐性が高いことは、基準耐プラズマ性試験後の表面の算術平均高さＳａが小さいことに対応する。基準耐プラズマ性試験は例えば以下のようにして実施される。セラミック層または基材などの評価対象の表面にプラズマを照射する。プラズマエッチング装置として、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング装置（Muc-21 Rv-Aps-Se／住友精密工業製）を使用する。プラズマエッチングの条件は、電源出力としてＩＣＰ出力を１５００Ｗ、バイアス出力を７５０Ｗ、プロセスガスとしてＣＨＦ_３ガス１００ｃｃｍとＯ_２ガス１０ｃｃｍの混合ガス、圧力を０．５Ｐａ、プラズマエッチング時間を１時間とする。プラズマ照射後の評価対象の表面の状態をレーザ顕微鏡により撮影する。具体的には、レーザ顕微鏡「OLS4500／オリンパス製」を使用し、対物レンズは、MPLAPON100xLEXT（開口数０．９５、作動距離０．３５ｍｍ、集光スポット径０．５２μｍ、測定領域１２８×１２８μｍ）を用い、倍率を１００倍とする。うねり成分除去のλｃフィルターは２５μｍに設定する。測定は、任意の３箇所で行い、その平均値を算術平均高さＳａとする。その他、三次元表面性状国際規格ＩＳＯ２５１７８を適宜参照する。本発明の１つの態様として、「基準耐プラズマ性試験」後のセラミック層又は基材の表面の算術平均高さＳａは、０．０６０以下が好ましく、より好ましくは０．０３０以下である。

【0086】

図４（ａ）～図４（ｃ）を参照して、本願明細書における角θα及び角θβの算出方法について説明する。
図４（ａ）～図４（ｃ）は、第１実施形態に係る基材の一部を例示する断面図である。

【0087】

図４（ａ）に示した基材１０ａは、図２に関して説明した基材１０と同様である。第１面１１は、Ｘ－Ｙ平面に沿って延びている。第２孔部１３ｂは、Ｚ方向に沿って延びている。この例では、第１面１１と第２孔部１３ｂとを接続する傾斜面１３ａｃは、Ｚ方向に平行な断面において、直線状である。Ｚ方向に平行な断面において、傾斜面１３ａｃは、第１面１１の端部ｅ１から第２孔部１３ｂの端部ｅ２まで直線状に延びている。端部ｅ１は、第１面１１が傾斜面１３ａｃと接する点であり、端部ｅ２は、第２孔部１３ｂが傾斜面１３ａｃと接する点である。

【0088】

Ｚ方向に平行な断面において、傾斜面１３ａｃのうち第１面１１と連続する部分Ｐ１が直線状の場合は、角θαは、第１面１１と部分Ｐ１との間の角度である。Ｚ方向に平行な断面において、傾斜面１３ａｃのうち第２孔部１３ｂと連続する部分Ｐ２が直線状の場合は、角θβは、第２孔部１３ｂと部分Ｐ２との間の角度である。図４（ａ）の例においては、角θαは、第１面１１と、端部ｅ１と端部ｅ２とを繋ぐ線分と、によって形成される角度であり、角θβは、第２孔部１３ｂと、端部ｅ１と端部ｅ２とを繋ぐ線分と、によって形成される角度である。なお、角θα及び角θβは、基材１０の内側の角度であり、１８０°以下となる。

【0089】

図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示したように、Ｚ方向に平行な断面において部分Ｐ１、Ｐ２が湾曲している場合、角θα及び角θβは以下のようにして算出する。
図４（ｂ）に示した基材１０ｂは、傾斜面１３ａｃの形状において基材１０ａと異なる。基材１０ｂにおいては、Ｚ方向に平行な断面において、傾斜面１３ａｃのうち、第１面１１と連続する部分Ｐ１が曲線状となっており、部分Ｐ１と連続する部分は直線状となっている。この場合、角θαは、図４（ｂ）に示すように、第１面１１と線分Ｌ１とによって形成される角度である。線分Ｌ１は、端部ｅ１と端部ｅ４とを結ぶ線分であり、端部ｅ４は、傾斜面１３ａｃのうち部分Ｐ１と連続する直線状部分の端点である。また、基材１０ｂにおいては、Ｚ方向に平行な断面において、傾斜面１３ａｃのうち、第２孔部１３ｂと連続する部分Ｐ２が曲線状となっており、部分Ｐ２と連続する部分は直線状となっている。この場合、角θβは、図４（ｂ）に示すように、第２孔部１３ｂと線分Ｌ２とによって形成される角度である。線分Ｌ２は、端部ｅ２と端部ｅ３とを結ぶ線分であり、端部ｅ３は、傾斜面１３ａｃのうち部分Ｐ２と連続する直線状部分の端点である。なお、この例では、傾斜面１３ａｃのうち、部分Ｐ１と部分Ｐ２との間が直線状の部分Ｐ３となっており、部分Ｐ３の端部ｅ３は部分Ｐ３が部分Ｐ１と接する点であり、部分Ｐ３の端部ｅ４は部分Ｐ３が部分Ｐ２と接する点である。

【0090】

図４（ｃ）に示した基材１０ｃは、傾斜面１３ａｃの形状において基材１０ａと異なる。基材１０ｃにおいては、傾斜面１３ａｃは、Ｚ方向に平行な断面において、曲線となっている。この場合、角θαは、図４（ｃ）に示すように、第１面１１と、端部ｅ１と端部ｅ２とを結ぶ線分Ｌ３と、によって形成される角度である。また、この場合、角θβは、図４（ｃ）に示すように、第２孔部１３ｂと、線分Ｌ３と、によって形成される角度である。

【0091】

基材１０は、金属、セラミックス、ガラス、プラスチック、およびそれらの組合せのいずれであってもよい。基材１０は、好ましくは金属またはセラミックスである。金属には、表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）を施したアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることができる。セラミックスには、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウムなどを用いることができる。

【0092】

セラミック層２０は、例えば多結晶セラミックスを含む。セラミック層２０は、セラミックスを主成分とする層である。セラミック層２０は、例えば、希土類元素の酸化物、希土類元素のフッ化物および希土類元素の酸フッ化物からなる群から選択される少なくとも一種を含む。希土類元素として、例えば、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＬｕからなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。より具体的には、セラミック層２０は、イットリウムの酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_αＯ_β（非化学量論的組成））、イットリウムオキシフッ化物（ＹＯＦ、Ｙ_５Ｏ_４Ｆ_７，Ｙ_６Ｏ_５Ｆ_８，Ｙ_７Ｏ_６Ｆ_９およびＹ_１７Ｏ_１４Ｆ_２３）、（ＹＯ_{０．８２６}Ｆ_０．１７）Ｆ_{１．１７４}、ＹＦ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｙ_２Ｏ_３－ＺｒＯ_２、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｅｒ_４Ａｌ_２Ｏ_９、ＥｒＡｌＯ_３、Ｇｄ_４Ａｌ_２Ｏ_９、ＧｄＡｌＯ_３、Ｎｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｎｄ_４Ａｌ_２Ｏ_９およびＮｄＡｌＯ_３からなる群から選択される少なくとも一種を含む。セラミック層２０は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、およびＣｕからなる群から選択される少なくとも一種を含んでもよい。
例えば、セラミック層２０は、フッ素及び酸素の少なくともいずれかと、イットリウムとを含む。セラミック層２０は、例えば、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）又はオキシフッ化イットリウム（ＹＯＦ）を主成分とする。
本明細書において「主成分」とは、当該成分を５０％超、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上、最も好ましくは１００％含むことをいう。ここでいう「％」は、例えば、質量％である。

【0093】

あるいは、セラミック層２０は、酸化物、フッ化物、オキシフッ化物以外であってもよい。具体的には、Ｃｌ元素やＢｒ元素を含む化合物（塩化物、臭化物）が挙げられる。

【0094】

半導体製造装置用部材１２０において、セラミック層２０は多結晶セラミックスのみから構成されてもよく、多結晶セラミックスとアモルファスセラミックスとを含むものであってもよい。

【0095】

セラミック層２０において、多結晶セラミックスの平均結晶子サイズは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。好ましくはその上限は３０ｎｍであり、より好ましくは２０ｎｍ、さらに好ましくは１５ｎｍである。またその好ましい下限は５ｎｍである。

【0096】

「平均結晶子サイズ」は以下の方法で求めることができる。
まず、倍率４０万倍以上で透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を撮影する。この画像において結晶子１５個の円形近似による直径の平均値より算出した値を平均結晶子サイズとする。このとき、ＦＩＢ加工時のサンプル厚みを３０ｎｍ程度に十分薄くすれば、より明確に結晶子を判別することができる。撮影倍率は、例えば４０万倍以上２００万倍以下の範囲で適宜選択することができる。

【0097】

実施形態に係る半導体製造装置用部材の製造手順においては、まず、孔１３が設けられた基材１０を用意する。そして、基材１０の形状を適宜な手段により整える。例えば、基材１０には、ブラスト、物理的研磨、ケミカルメカニカルポリッシング、ラッピング及び化学的研磨の少なくともいずれかが施される。これにより、第１面１１や孔１３（第１孔部１３ａ、第２孔部１３ｂ及び第３孔部１３ｃ）の算術平均高さＳａ（面粗さ）や形状を制御することができる。

【0098】

その後、基材１０上に、セラミック層２０を形成する。セラミック層２０を形成した後に、仕上げの研磨を行う。研磨には、ブラスト、物理的研磨、ケミカルメカニカルポリッシング、ラッピング及び化学的研磨の少なくともいずれかを用いることができる。これにより、例えばセラミック層２０（第１部分２１の表面２１ｓ及び第２部分２２の表面２２ｓ）、第２孔部１３ｂ及び第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａや形状を制御することができる。

【0099】

なお、基材１０上にセラミック層２０を形成する方法は、例えば溶射、ＣＶＤ、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、または、エアロゾルデポジション法などの方法を用いることができる。

【0100】

基材１０上にセラミック層２０を形成するとき、例えばエアロゾルデポジション法、溶射、ＣＶＤ、またはＰＶＤを用いる場合は、第３孔部１３ｃとなる部分にテープなどのマスクを設けた上でセラミック層２０となる膜を成膜してもよい。成膜後にマスクを取り除くことで、セラミック層２０が設けられずに露出した第２孔部１３ｂ及び第３孔部１３ｃが形成される。または、マスクを施さずに成膜した後、研磨などによって膜の一部を取り除くことで、露出した第２孔部１３ｂ及び第３孔部１３ｃを形成してもよい。

【0101】

セラミック層２０の形成方法によっては、孔１３の内周面１３ｓである第３孔部１３ｃには、第１面１１に比べてセラミック層２０が形成されにくい場合がある。すなわち、例えば、ＰＶＤ、溶射、エアロゾルデポジション法など、第１面１１側から原料粒子を基材１０に供給して（例えば衝突させて）セラミック層を形成する方法の場合、第３孔部１３ｃは、第１面１１から離れており第１面１１に対して傾斜しているため、第３孔部１３ｃに原料粒子が到達しにくいなど、平面とは異なる状態で第３孔部１３ｃに到達する場合がある。このような場合に、仮に第３孔部１３ｃにセラミック層２０が形成されると、第３孔部１３ｃ上に形成されたセラミック層２０の品質（例えば緻密度、硬度など）は、第１面１１上に形成されたセラミック層２０の品質よりも低くなることがある。品質が低く脆弱なセラミック層２０の一部は、基材からより脱離しやすくなり、パーティクルの発生源となる恐れがある。第３孔部１３ｃにはセラミック層２０を設けないことで、むしろパーティクルの発生を低減させることができる。

【0102】

第３孔部１３ｃのように、孔１３の内壁（垂直面）にはセラミック層が形成しにくいことがある。孔１３の内部にセラミック層を設けた場合、孔１３の内部のセラミック層の性状（例えば緻密度や膜厚）は、基材の第１面上に設けられたセラミック層の性状に比べて劣る場合があり、孔１３の内部の脆弱なセラミック層がプラズマに腐食されるとパーティクルが発生する。また、例えば、性状の劣るセラミック層の機械的性質（例えば外力に対する強度、硬度または靱性など）は、基材の機械的性質よりも劣る。そのため、半導体製造装置用部材のハンドリングやメンテナンス時の物理的衝撃や接触によりパーティクルが生じる恐れがある。

【0103】

例えば、ＰＶＤ、溶射、またはエアロゾルデポジション法などによって、セラミック層２０を形成する場合、垂直な第２孔部１３ｂには膜が形成されにくいため、第２孔部１３ｂが長いことにより、孔内部への成膜を抑制することができる。

【0104】

なお、エアロゾルデポジション法においては、材料となる微粒子を基材に衝突させて、衝突の衝撃によって微粒子を基材上で接合させ、層状構造物を形成する。一方、エアロゾルデポジション法においては、材料となる微粒子が衝突する基材の表面が粗いと、微粒子が基材上で接合・集積しにくくなり、層状構造物が形成されにくくなる。実施形態においては、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａが比較的大きいことにより、エアロゾルデポジション法によって第３孔部１３ｃ上に脆弱なセラミック層が形成されることをより確実に抑制することができる。したがって、パーティクルの発生を抑制することができる。

【0105】

このように、エアロゾルデポジション法を用いる場合には、例えば第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａを制御することで、第３孔部１３ｃ上にセラミック層が形成されることを抑制できる。エアロゾルデポジション法を用いた場合には、成膜前のマスキングなどの工程を省略してもよいため、半導体製造装置用部材を製造しやすい。

【0106】

「エアロゾルデポジション法」は、脆性材料を含む微粒子をガス中に分散させた「エアロゾル」をノズルから基材に向けて噴射し、金属、ガラス、セラミックス、プラスチックなどの基材に微粒子を衝突させ、この衝突の衝撃により脆性材料微粒子に変形や破砕を起させしめてこれらを接合させ、基材上に微粒子の構成材料からなる層状構造物（膜状構造物ともいう）をダイレクトに形成させる方法である。

【0107】

この例では、例えばイットリア等の耐パーティクル性に優れたセラミック材料の微粒子とガスとの混合物であるエアロゾルを、基材１０に向けて噴射し、層状構造物（セラミック層２０）を形成する。

【0108】

エアロゾルデポジション法によれば、特に加熱手段や冷却手段などを必要とせず、常温で層状構造物の形成が可能であり、焼成体と同等以上の機械的強度を有する層状構造物を得ることができる。また、微粒子を衝突させる条件や微粒子の形状、組成などを制御することにより、層状構造物の密度や微構造、機械強度、電気特性などを多様に変化させることが可能である。

【0109】

なお、本願明細書において「多結晶」とは、結晶粒子が接合・集積してなる構造体をいう。結晶粒子は、実質的にひとつで結晶を構成する。結晶粒子の径は、通常５ナノメートル（ｎｍ）以上である。但し、微粒子が破砕されずに構造物中に取り込まれる場合には、結晶粒子は、多結晶である。

【0110】

また、本願明細書において「微粒子」とは、一次粒子が緻密質粒子である場合には、粒度分布測定や走査型電子顕微鏡などにより同定される平均粒径が５マイクロメータ（μｍ）以下のものをいう。一次粒子が衝撃によって破砕されやすい多孔質粒子である場合には、平均粒径が５０μｍ以下のものをいう。

【0111】

また、本願明細書において「エアロゾル」とは、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、乾燥空気、これらを含む混合ガスなどのガス中に前述の微粒子を分散させた固気混合相体を指し、一部「凝集体」を含む場合もあるが、実質的には微粒子が単独で分散している状態をいう。エアロゾルのガス圧力と温度は任意であるが、ガス中の微粒子の濃度は、ガス圧を１気圧、温度を摂氏２０度に換算した場合に、吐出口から噴射される時点において０.０００３ｍＬ／Ｌ～５ｍＬ／Ｌの範囲内であることが層状構造物の形成にとって望ましい。

【0112】

エアロゾルデポジションのプロセスは、通常は常温で実施され、微粒子材料の融点より十分に低い温度、すなわち摂氏数１００度以下で層状構造物の形成が可能であるところにひとつの特徴がある。
なお、本願明細書において「常温」とは、セラミックスの焼結温度に対して著しく低い温度で、実質的には０～１００℃の環境をいい、２０℃±１０℃前後の室温がより一般的である。

【0113】

層状構造物の原料となる粉体を構成する微粒子は、セラミックスや半導体などの脆性材料を主体とし、同一材質の微粒子を単独であるいは粒径の異なる微粒子を混合させて用いることができるほか、異種の脆性材料微粒子を混合させたり、複合させたりして用いることが可能である。また、金属材料や有機物材料などの微粒子を脆性材料微粒子に混合したり、脆性材料微粒子の表面にコーティングしたりして用いることも可能である。これらの場合でも、層状構造物の形成の主となるものは、脆性材料である。

【0114】

この手法によって形成される複合構造物において、結晶性の脆性材料微粒子を原料として用いる場合、複合構造物の層状構造物の部分は、その結晶粒子サイズが原料微粒子のそれに比べて小さい多結晶体であり、その結晶は実質的に結晶配向性がない場合が多い。また、脆性材料結晶同士の界面には、ガラス層からなる粒界層が実質的に存在しない。また多くの場合、複合構造物の層状構造物部分は、基材（この例において基材１０）の表面に食い込む「アンカー層」を形成する。このアンカー層が形成されている層状構造物は、基材に対して極めて高い強度で強固に付着して形成される。

【0115】

エアロゾルデポジション法により形成される層状構造物は、微粒子同士が圧力によりパッキングされ物理的な付着で形態を保っている状態のいわゆる「圧粉体」とは明らかに異なり、十分な強度を保有している。

【0116】

エアロゾルデポジション法において、飛来してきた脆性材料微粒子が基材の上で破砕・変形を起していることは、原料として用いる脆性材料微粒子と、形成された脆性材料構造物の結晶子（結晶粒子）サイズとをＸ線回折法などで測定することにより確認できる。すなわち、エアロゾルデポジション法で形成された層状構造物の結晶子サイズは、原料微粒子の結晶子サイズよりも小さい。微粒子が破砕や変形をすることで形成される「ずれ面」や「破面」には、もともとの微粒子の内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった「新生面」が形成される。表面エネルギーが高く活性なこの新生面が、隣接した脆性材料微粒子の表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基材の表面と接合することにより層状構造物が形成されるものと考えられる。

【0117】

また、エアロゾル中の微粒子の表面に水酸基がほどよく存在する場合は、微粒子の衝突時に微粒子同士や微粒子と構造物との間に生じる局部のずれ応力などにより、メカノケミカルな酸塩基脱水反応が起き、これら同士が接合するということも考えられる。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、これらの現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料からなる層状構造物が成長するものと考えられる。

【0118】

例えば、セラミック層２０がエアロゾルデポジション法により形成された場合、セラミック層２０は、セラミック焼成体や溶射膜などと比較すると構成する結晶子サイズが小さく緻密な微構造を有する。これにより、実施形態に係る半導体製造装置用部材１２０の耐パーティクル性は、焼成体や溶射膜の耐パーティクル性よりも高い。また、実施形態に係る半導体製造装置用部材１２０がパーティクルの発生源になる確率は、焼成体や溶射膜などがパーティクルの発生源になる確率よりも低い。

【0119】

本発明による半導体製造装置用部材１２０を、例えばエアロゾルデポジション法で製造する場合、それに用いる装置の一例について説明する。エアロゾルデポジション法に用いる装置は、チャンバと、エアロゾル供給部と、ガス供給部と、排気部と、配管と、により構成される。チャンバの内部には、例えば、基材１０を配置するステージと、駆動部と、ノズルと、が配置される。駆動部によりステージに配置された基材１０とノズルとの位置を相対的に変えることができる。このとき、ノズルと基材１０との間の距離を一定にしてもよいし、可変にしてもよい。この例では、駆動部はステージを駆動させる態様を示しているが、駆動部がノズルを駆動させてもよい。駆動方向は例えば、ＸＹＺθ方向である。

【0120】

エアロゾル供給部は、配管によりガス供給部と接続される。エアロゾル供給部では、原料微粒子とガスとが混合されたエアロゾルを、配管を介してノズルに供給する。装置は、原料微粒子を供給する粉体供給部をさらに備える。粉体供給部はエアロゾル供給部内に配置されてもよいし、エアロゾル供給部とは別に配置されてもよい。また、エアロゾル供給部とは別に、原料微粒子とガスとを混合するエアロゾル形成部を備えていてもよい。ノズルから噴射される微粒子の量が一定となるように、エアロゾル供給部からの供給量を制御することで、均質な構造物を得ることができる。

【0121】

ガス供給部は、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、空気などを供給する。供給されるガスが空気の場合、例えば、水分や油分などの不純物が少ない圧縮空気を用いるか、空気から不純物を取り除く空気処理部をさらに設けることが好ましい。

【0122】

次に、エアロゾルデポジション法に用いる装置の動作の一例について説明する。チャンバ内のステージに基材１０を配置した状態で、真空ポンプなどの排気部により、チャンバ内を大気圧以下、具体的には数百Ｐａ程度に減圧する。一方、エアロゾル供給部の内圧をチャンバの内圧よりも高く設定する。エアロゾル供給部の内圧は、例えば、数百～数万Ｐａである。粉体供給部を大気圧としてもよい。チャンバとエアロゾル供給部との差圧などにより、ノズルからの原料粒子の噴射速度が亜音速～超音速（５０～５００ｍ/ｓ）の領域となるように、エアロゾル中の微粒子を加速させる。噴射速度は、ガス供給部から供給されるガスの流速、ガス種、ノズルの形状、配管の長さや内径、排気部の排気量などにより制御される。例えば、ノズルとして、ラバルノズルなどの超音速ノズルを用いることもできる。ノズルから高速で噴射されたエアロゾル中の微粒子は、基材１０に衝突し、粉砕または変形して基材１０上に構造物（セラミック層２０）として堆積される。基材１０とノズルとの相対的な位置を変えることにより、所定面積を有する構造物（セラミック層２０）を基材１０上に備えた複合構造物（半導体製造装置用部材１２０）が形成される。

【0123】

また、ノズルから噴射される前に、微粒子の凝集を解くための解砕部を設けてもよい。解砕部における解砕方法は、任意の方法を選択することができる。例えば、振動、衝突などの機械的解砕、静電気、プラズマ照射、分級、等公知の方法が挙げられる。

【0124】

（第２実施形態）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。

【0125】

図５（ａ）に表した半導体製造装置用部材１２０ｄには、半導体製造装置用部材１２０と同様の説明を適用することができる。ただし、第１部分２１の表面の算術平均高さＳａは、第２部分２２の表面の算術平均高さＳａよりも小さくなくてもよいし、半導体製造装置用部材１２０と同様でもよい。また、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは、第１部分２１、第２部分２２の表面の算術平均高さＳａより大きくなくてもよいし、半導体製造装置用部材１２０と同様でもよい。

【0126】

図５（ａ）に表したように、半導体製造装置用部材１２０ｄは、複合構造物３０を有する。複合構造物とは、基材と、基材表面上に設けられた構造物（例えば層又は膜）と、を備えたものをいう。複合構造物３０は、基材１０と、セラミック層２０と、を含む。この例では、複合構造物３０は、基材１０とセラミック層２０との積層体である。なお、実施形態において、基材１０及びセラミック層２０のそれぞれは、複数の層を含む積層構造を有していてもよい。

【0127】

図５（ａ）に表したように、複合構造物３０は、第１主面３１１と、第１主面３１１とは反対側の第２主面３１２と、を有する。例えば、第１主面３１１は、セラミック層２０の第１部分の表面２１ｓであり、第２主面３１２は、基材１０の第２面１２である。また、複合構造物３０には、少なくとも１つの貫通孔３１３が設けられている。貫通孔３１３は、Ｚ方向に延び、基材１０とセラミック層２０とを貫通している。例えば、１つの貫通孔３１３が、複合構造物３０の中央に設けられる。ただし、貫通孔３１３は、複合構造物３０の中央でなくてもよいし、複数設けられてもよい。

【0128】

貫通孔３１３は、Ｚ方向に沿ってみたときに、例えば円形である。貫通孔３１３（貫通孔の内周面３１３ｓ）は、第１孔領域３１３ａと、第２孔領域３１３ｂと、第３孔領域３１３ｃと、を有する。第１孔領域３１３ａ、第２孔領域３１３ｂ及び第３孔領域３１３ｃは、それぞれ露出しており、プラズマと接するように設けられている。内周面３１３ｓは、貫通孔３１３を規定する複合構造物３０の内周表面である。内周面３１３ｓは、貫通孔３１３の内側を向き、Ｘ－Ｙ平面と交差する。

【0129】

第１孔領域３１３ａは、内周面３１３ｓのうち第１主面３１１の近傍に位置し、第１主面３１１と隣接する領域である。第１孔領域３１３ａは、第１主面３１１と連続している。第１孔領域３１３ａは、Ｚ方向において第１主面３１１と第２主面３１２との間に位置する。第１孔領域３１３ａは、第１主面３１１に対して平行ではなく、第１主面３１１及びＺ方向と交差する傾斜面である。第１孔領域３１３ａは、Ｚ方向に平行に延びる面であってもよい。Ｚ方向に平行な断面において、第１孔領域３１３ａは、直線状でもよいし、湾曲していてもよい。Ｚ方向に沿ってみたときに（すなわちＸ－Ｙ平面に投影したときに）、第１孔領域３１３ａは、例えば第１主面３１１に囲まれた環状である。

【0130】

第２孔領域３１３ｂは、Ｚ方向において、第１孔領域３１３ａと第２主面３１２との間に位置する。言い換えれば、第２孔領域３１３ｂのＺ方向における位置は、第１孔領域３１３ａのＺ方向における位置と、第２主面３１２のＺ方向における位置と、の間である。例えば、第２孔領域３１３ｂは、内周面３１３ｓのうち第２主面３１２の近傍に位置し、第２主面３１２と隣接する領域である。第２孔領域３１３ｂは、第２主面３１２と連続していてもよい。第２孔領域３１３ｂは、Ｚ方向に延びており、例えばＺ方向に対して平行である。第２孔領域３１３ｂは、例えば第２主面３１２に略垂直な垂直面である。Ｚ方向に沿って見たときに、第２孔領域３１３ｂは、例えば第１孔領域３１３ａの内側に位置する環状である。

【0131】

第３孔領域３１３ｃは、Ｚ方向において、第１孔領域３１３ａと第２孔領域３１３ｂとの間に位置する。言い換えれば、第３孔領域３１３ｃのＺ方向における位置は、第１孔領域３１３ａのＺ方向における位置と、第２孔領域３１３ｂのＺ方向における位置と、の間である。第３孔領域３１３ｃは、内周面３１３ｓのうち第１孔領域３１３ａと連続した領域である。第３孔領域３１３ｃは、第１面１１に対して平行ではなく、第１面１１及びＺ方向と交差する傾斜面である。第３孔領域３１３ｃは、Ｚ方向に延びる面であってもよい。Ｚ方向に平行な断面において、第３孔領域３１３ｃは、直線状でもよいし、湾曲していてもよい。Ｚ方向に沿ってみたときに、第３孔領域３１３ｃは、例えば、第１孔領域３１３ａに囲まれ第１孔領域３１３ａと接する環状であり、第３孔領域３１３ｃの内側に第２孔領域３１３ｂが位置する。第３孔領域３１３ｃと第２孔領域３１３ｂとは連続していてもよい。

【0132】

図５（ａ）の例では、貫通孔３１３の第１孔領域３１３ａは、セラミック層２０の第２部分２２の表面２２ｓであり、第２孔領域３１３ｂは、基材１０の孔１３の第２孔部１３ｂであり、第３孔領域３１３ｃは、基材１０の孔１３の第３孔部１３ｃである。複合構造物３０の貫通孔３１３の一部は、基材１０の孔１３の少なくとも一部である。具体的には、貫通孔３１３の一部は、基材１０の孔１３の一部を規定する第２孔部１３ｂ及び第３孔部１３ｃによって規定されている。

【0133】

第３孔領域３１３ｃの硬度は、第１孔領域３１３ａの硬度よりも高い。例えば、第３孔領域３１３ｃは、第１孔領域３１３ａよりも摩耗しにくい。図５（ａ）の例では、基材１０の第３孔部１３ｃの硬度は、セラミック層２０の表面２２ｓの硬度よりも高い。例えば、基材１０の材料の硬度は、セラミック層２０の材料の硬度よりも高い。これにより、第３孔領域３１３ｃの硬度を、第１孔領域３１３ａの硬度よりも高くすることができる。具体的には、セラミック層２０の第１部分２１及び第２部分２２の材料には、希土類元素の酸化物、希土類元素のフッ化物および希土類元素の酸フッ化物の少なくともいずれかを用いることができる。希土類元素は、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＬｕからなる群から選択される少なくとも一種である。また、基材１０の材料には、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の少なくともいずれかを用いることができる。

【0134】

第３孔領域３１３ｃは、第１孔領域３１３ａよりも貫通孔３１３の内側に位置する。例えば、半導体製造装置用部材のハンドリング時において、貫通孔３１３に位置決めピンなどの治具が挿入された場合、第３孔領域３１３ｃが治具と物理的に接触する可能性は、第１孔領域３１３ａが治具と物理的に接触する可能性よりも高い。また、例えば、半導体製造装置用部材のメンテナンス時において、第１孔領域３１３ａおよび第３孔領域３１３ｃが洗浄パッドと接触した場合、角θβが角θαよりも小さいと、第３孔領域３１３ｃは、第１孔領域３１３ａよりも摩耗しやすい恐れがある。例えば、角θβが角θαよりも小さい場合、第３孔領域３１３ｃと第２孔領域３１３ｂとの境界の角部付近は、第１孔領域３１３ａと第１主面３１１との境界の角部付近よりも力が集中しやすく、摩耗しやすい恐れがある。

【0135】

これに対して、実施形態においては、第３孔領域３１３ｃの硬度が比較的高いことにより、半導体製造装置用部材のメンテナンスまたはハンドリング時における物理的な接触によって、第３孔領域３１３ｃにダメージが生じることを抑制できる。これにより、パーティクルが発生することを抑制することができる。

【0136】

図５（ｂ）に表した半導体製造装置用部材１２０ｅは、セラミック層２０が第３部分２３を有する点において、半導体製造装置用部材１２０ｄと異なる。半導体製造装置用部材１２０ｅにおいては、第３孔領域３１３ｃは、第３部分２３の表面２３ｓである。これ以外については、半導体製造装置用部材１２０ｅには、半導体製造装置用部材１２０ｄと同様の説明を適用できる。

【0137】

セラミック層２０の第３部分２３は、第３孔部１３ｃ上に設けられ、第３孔部１３ｃと接している。第３部分２３は、第２部分２２から連続して設けられている。第３部分２３の表面２３ｓは、プラズマと直接接する。つまり、表面２３ｓは、第３部分２３の第３孔部１３ｃと接する面とは反対側の面であり、チャンバ１１０内に露出するように設けられている。この例では、第１孔部１３ａ及び第３孔部１３ｃがセラミック層２０に覆われており、プラズマと直接接しないようになっている。これにより、基材の孔１３の第１孔部１３ａ及び第３孔部１３ｃからのパーティクルの発生を抑制することができる。一方、図５（ａ）の例のように、第３孔部１３ｃにセラミック層２０を設けない場合には、性状の劣るセラミック層２０が第３孔部１３ｃに形成されることを抑制することができ、セラミック層２０からのパーティクルの発生をより抑制することができる。

【0138】

図５（ｂ）の例では、貫通孔３１３の第１孔領域３１３ａは、セラミック層２０の第２部分２２の表面２２ｓであり、第２孔領域３１３ｂは、基材１０の孔１３の第２孔部１３ｂであり、第３孔領域３１３ｃは、セラミック層２０の第３部分２３の表面２３ｓである。この例でも、複合構造物３０の貫通孔３１３の一部は、基材１０の孔１３の少なくとも一部である。具体的には、貫通孔３１３の一部は、基材１０の孔１３の一部を規定する第２孔部１３ｂによって規定されている。

【0139】

半導体製造装置用部材１２０ｅにおいても、第３孔領域３１３ｃの硬度は、第１孔領域３１３ａの硬度よりも高い。すなわち、セラミック層２０の第３部分２３の表面２３ｓの硬度は、セラミック層２０の第２部分２２の表面２２ｓの硬度よりも高い。これにより、半導体製造装置用部材のメンテナンスまたはハンドリング時における物理的な接触によって、第３孔領域３１３ｃにダメージが生じることを抑制できる。これにより、パーティクルが発生することを抑制することができる。

【0140】

例えば、第３部分２３の材料は、第２部分２２の材料と異なり、第３部分２３の材料の硬度は、第２部分２２の材料の硬度よりも高い。これにより、第３孔領域３１３ｃの硬度を第１孔領域３１３ａの硬度よりも高くすることができる。例えば、第３部分２３の材料には、希土類元素の酸化物、希土類元素のフッ化物および希土類元素の酸フッ化物の少なくともいずれかを用いることができる。希土類元素は、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＬｕからなる群から選択される少なくとも一種である。第３部分２３の組成と第２部分２２の組成とを異ならせることにより、第３部分２３の硬度と第２部分２２の硬度とを異ならせることができる。

【0141】

テープなどのマスキングを用いることで、第２部分２２となる膜及び第３部分２３となる膜のそれぞれを、所望の範囲に設けることができる。例えば、第１孔部１３ａまたは第２部分２２上にマスクを設けた状態で、第３孔部１３ｃ上に第３部分２３となる膜を成膜する。また、例えば、第３孔部１３ｃまたは第３部分２３上にマスクを設けた状態で、第１孔部１３ａ上に第２部分２２となる膜を成膜する。これにより、第１孔部１３ａ及び第３孔部１３ｃ上に別々の膜を形成することができ、第３部分２３の材料と第２部分２２の材料とを異ならせることができる。これにより、第３部分２３の硬度と第２部分２２の硬度とを異ならせることができる。マスキングを用いずに、成膜後に膜の一部を研磨などによって取り除くことによって、第１孔部１３ａ及び第３孔部１３ｃ上に別々の膜を設けてもよい。

【0142】

例えば、第３部分２３の緻密度は、第２部分２２の緻密度よりも高い。これにより、第３孔領域３１３ｃの硬度を第１孔領域３１３ａの硬度よりも高くすることができる。例えば、第２部分２２及び第３部分２３となる１つの膜を成膜した後に、その膜の一部に表面改質処理を施すことで、第２部分２２及び第３部分２３を形成することができる。表面改質処理の一例としては、膜の表面から所定の深さの範囲にエネルギーを与えて溶融させた後、その範囲を冷却して溶融固化膜を形成する方法が挙げられる。表面改質処理によって形成された溶融固化膜は、表面改質処理が施されていない領域に比べて、空隙が少なく、表面が平坦化された緻密な膜となる。表面改質処理には、選択的に表面を熱溶融できる方法を用いてもよい。具体的には、表面改質処理は、レーザアニール処理またはプラズマジェット処理が挙げられる。例えば、表面改質処理が施された範囲が第３部分２３となり、表面改質処理が施されていない範囲が第２部分２２となる。

【0143】

第３部分２３の成膜条件と第２部分２２の成膜条件とを異ならせてもよい。これにより、第３部分２３の緻密度と第２部分２２の緻密度とを異ならせる、または、第３部分２３の硬度と第２部分２２の硬度とを異ならせることができる。この成膜条件は、エアロゾルデポジション法を用いる場合、ガス供給部から供給されるガスの流量、流速またはガス種などが挙げられる。成膜条件は、ノズルから噴出されたエアロゾルが基材に衝突する角度でもよい。

【0144】

なお、本実施形態においては、必ずしも第１孔部１３ａ及び第３孔部１３ｃ上にセラミック層２０が設けられなくてもよい。第１孔領域３１３ａは基材１０の表面でもよい。基材表面の一部の硬度を、表面処理（例えば被膜または改質処理）などによって、適宜調節してもよい。

【0145】

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、半導体製造装置用部材の一部を例示する断面図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）は、それぞれ、半導体製造装置用部材の基材１０を表す。図６（ａ）に示した基材１０の構成は、図２に関して前述した基材１０と同様である。図６（ａ）の基材１０においては、角θαは１５０°である。

【0146】

図６（ｂ）に示した基材１０においては、角θαは１２０°である。図６（ｂ）の基材１０は、傾斜面１３ａｃの形状（長さ及び角度）及び第２孔部１３ｂの長さにおいて、図６（ａ）の基材１０と異なる。これ以外については、図６（ｂ）の基材１０の構成は、図６（ａ）の基材１０と同様である。

【0147】

図６（ａ）に表した基材１０においては、角θαは、角θβよりも大きい。図６（ｂ）に表した基材１０においては、角θαは、角θβよりも小さい。図６（ａ）の基材１０の第２孔部１３ｂのＺ方向の長さＬｎは、図６（ｂ）の基材１０の第２孔部１３ｂのＺ方向の長さＬｎよりも長い。このように、基材１０の厚さを一定とすると、角θαが角θβよりも大きい場合、第２孔部１３ｂのＺ方向の長さを長くしやすい。

【0148】

図６（ａ）及び図６（ｂ）には、近接円ＰＣを示す。近接円ＰＣは、第１面１１と傾斜面１３ａｃとが形成するエッジ部（境界１４）に近接する。近接円ＰＣは、図６（ａ）及び図６（ｂ）のようなＺ方向に平行な断面において、第１面１１と傾斜面１３ａｃとに接する円である。図６（ａ）での近接円ＰＣの中心ｐのＸ方向の位置と、境界１４のＸ方向の位置と、の間の距離（距離ｔ２）と、図６（ｂ）での近接円ＰＣの中心ｐのＸ方向の位置と、境界１４のＸ方向の位置と、の間の距離（距離ｔ２）とは一致している。つまり、図６（ａ）及び図６（ｂ）において、境界１４同士のＸ方向における位置を一致させた場合、中心ｐ同士のＸ方向における位置が一致している。このとき、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す傾斜の幅ｔは、一定としている。すなわち、図６（ａ）の幅ｔと図６（ｂ）の幅ｔとは、互いに等しい。図６（ａ）に示す近接円ＰＣの半径Ｒを、ｒとすると、図６（ｂ）に示す近接円ＰＣの半径Ｒは、０．４７ｒである。

【0149】

ここで、傾斜の幅ｔは、所定距離ｔ１と距離ｔ２との和である。図６（ａ）において、所定距離ｔ１は、境界１４から第２孔部１３ｂまでのＸ方向における距離である。所定距離ｔ１は、一定である。すなわち、図６（ａ）の所定距離ｔ１と図６（ｂ）の所定距離ｔ１とは、互いに等しい。傾斜の幅ｔは、近接円ＰＣの中心ｐと、図６（ａ）における第２孔部１３ｂと、の間のＸ方向に沿った距離である。

【0150】

図７は、半導体製造装置用部材の応力を例示するグラフ図である。
図７は、近接円ＰＣの半径Ｒと、半導体製造装置用部材に生じる応力Ｓと、の関係の計算結果を例示する。すなわち、図７は、図２と同様の半導体製造装置用部材において、図６（ａ）及び図６（ｂ）と同様に基材１０の近接円ＰＣの半径Ｒを変化させたときの、応力Ｓの変化を示す。より具体的には、基材１０において、距離ｔ２（近接円ＰＣの中心ｐのＸ方向における位置、境界１４のＸ方向における位置）及び基材１０の厚さを一定として、角θαを変化させる。これにより、半径Ｒ、第２孔部１３ｂのＺ方向の長さ、及び傾斜面１３ａｃの形状（長さ及び角度）が変化した場合の、境界１４上に形成されたセラミック層２０に生じる応力Ｓを計算する。なお、角θαは９０°よりも大きいものとしており、このとき半径Ｒ＞０．２７ｒである。

【0151】

応力Ｓは、第１部分２１と第２部分２２との接続部（すなわち境界１４上に形成されたセラミック層２０）に生じる応力（例えば残留応力）の計算結果である。例えば、応力Ｓの大きさは、境界１４上のセラミック層２０の表面における電界強度に対応する。

【0152】

角θαが大きくなると、近接円ＰＣの半径Ｒが大きくなる。図７に表したように、半径Ｒが大きくなると、応力Ｓが小さくなる。例えば、図６（ａ）のように角θαが１５０°のときの半径Ｒをｒとし、そのときの応力Ｓをｓ程度とする。図６（ｂ）のように角θαが１２０°の場合には半径Ｒが０．４７ｒであり、そのときの応力Ｓは１．７ｓ程度と算出される。すなわち、図６（ａ）の例においては、図６（ｂ）の例に比べて、応力集中を抑制することができ、１．７倍程度、応力が低減する。つまり、角θαを大きくすることで、応力集中を緩和することができる。角θαは、例えば１５０°以上、より好ましくは１６０°以上である。

【0153】

例えば、傾斜面１３ａｃを、Ｚ方向に対して平行な断面において直線状とする。傾斜面１３ａｃがＺ方向に平行な断面において湾曲していると、傾斜面１３ａｃまたは傾斜面１３ａｃ上のセラミック層２０に電界が集中し、パーティクルが発生することがある。これに対して、傾斜面１３ａｃがＺ方向に平行な断面において直線状である場合には、傾斜面１３ａｃまたは傾斜面１３ａｃ上のセラミック層２０における電界集中をより緩和することができる。

【0154】

なお、例えば、半径Ｒが０．３ｒの場合に応力Ｓは２．５ｓ程度であり、半径Ｒが０．７ｒの場合に応力Ｓは１．２ｓ程度である。

【0155】

図８は、半導体製造装置用部材における耐パーティクル性の評価を例示する表である。 サンプル１～５は、それぞれ、図２に関して説明した半導体製造装置用部材１２０と同様である。図８に表したように、サンプル１～５においては、第１部分２１の算術平均高さＳａ、第２部分２２の算術平均高さＳａ、及び第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａの少なくともいずれかを変化させている。サンプル１～５において、算術平均高さＳａ以外（例えば角θα、角θβ、基材１０の厚さなど）は一定である。

【0156】

サンプル１において、第１部分２１の算術平均高さＳａは０．０３μｍ、第２部分２２の算術平均高さＳａは０．０６μｍ、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは０．２μｍである。
サンプル２において、第１部分２１の算術平均高さＳａは０．０３μｍ、第２部分２２の算術平均高さＳａは０．１２μｍ、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは０．５μｍである。
サンプル３において、第１部分２１の算術平均高さＳａは０．０６μｍ、第２部分２２の算術平均高さＳａは０．３５μｍ、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは０．３μｍである。
サンプル４において、第１部分２１の算術平均高さＳａは０．０８μｍ、第２部分２２の算術平均高さＳａは０．８１μｍ、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは０．８５μｍである。
サンプル５において、第１部分２１の算術平均高さＳａは０．１５μｍ、第２部分２２の算術平均高さＳａは０．４１μｍ、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは０．２μｍである。

【0157】

また、図８は、各サンプルにおける、比Ｒ２１と比Ｒ３１とを表す。比Ｒ２１は、第１部分２１の算術平均高さＳａに対する、第２部分２２の算術平均高さＳａの割合である。比３１は、第１部分２１の算術平均高さＳａに対する、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａの割合である。

【0158】

また、図８は、各サンプルにおける耐パーティクル性を「◎」「○」または「×」で表す。耐パーティクル性の評価においては、サンプルにプラズマを照射し、プラズマ照射前の算術平均高さＳａと、プラズマ照射後の短術平均高さＳａとの差を評価する。当該プラズマ照射の条件は、以下である。プラズマエッチング装置として、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング装置（Ｍｕｃ－２１ Ｒｖ－Ａｐｓ－Ｓｅ／住友精密工業製）を使用する。プラズマエッチングの条件は、電源出力としてＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）の出力を１５００Ｗとし、バイアス出力を７５０Ｗとし、プロセスガスとしてＣＨＦ_３ガス１００ｃｃｍとＯ_２ガス１０ｃｃｍとの混合ガスを使用し、圧力を０．５Ｐａとし、プラズマエッチング時間を１時間とする。

【0159】

「◎」は、第１部分２１及び第２部分２２及び第３孔部１３ｃのすべてにおいて、プラズマ照射による算術平均高さＳａの変化が小さいことを表す。「○」は、第１部分２１及び第２部分２２及び第３孔部１３ｃのうちの２つ以上において、プラズマ照射による算術平均高さＳａの変化が小さいこと表す。「×」は、「◎」及び「○」以外の耐パーティクル性を表す。

【0160】

既に述べたように、例えば、第２部分２２の表面２２ｓの算術平均高さＳａは、第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａの２倍以上１０倍以下、より好ましくは５倍以下である。言い換えれば、比Ｒ２１は、２．０以上１０以下、より好ましくは５．０以下である。図８に表したように、比Ｒ２１が５．８であるサンプル３の耐パーティクル性は、比Ｒ２１が１０．１であるサンプル４の耐パーティクル性よりも高い。比Ｒ２１が２．０であるサンプル１及び比Ｒ２１が４．０であるサンプル２の耐パーティクル性は、サンプル３の耐パーティクル性よりも高い。

【0161】

また、既に述べたように、例えば、第３孔部１３ｃの算術平均高さＳａは、第１部分２１の表面２１ｓの算術平均高さＳａの２倍よりも大きい。言い換えれば、比Ｒ３１は２．０より大きい。図８に表したように、比Ｒ３１が６．７であるサンプル１、比Ｒ３１が１６．７であるサンプル２、および比Ｒ３１が５．０であるサンプル３の耐パーティクル性は、比Ｒ３１が１．３であるサンプル５の耐パーティクル性よりも高い。

【0162】

なお、図２～図６（ｂ）に関して説明した半導体製造装置用部材の各断面は、孔１３のＸ－Ｙ平面における中心を通る断面でよい。

【0163】

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

【0164】

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、半導体製造装置用部材、半導体製造装置などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0165】

１０、１０ａ～１０ｃ 基材、 １１ 第１面、 １２ 第２面、 １３ 孔、 １３ａ 第１孔部、 １３ａｃ 傾斜面、 １３ｂ 第２孔部、 １３ｃ 第３孔部、 １３ｓ 内周面、 １４、１５ 境界、 １６ａ 第１領域、 １６ｂ 第２領域、 １６ｃ 境界、 １７ 境界、 ２０ セラミック層、 ２１ 第１部分、 ２１ｓ 表面、 ２２ 第２部分、 ２２ｓ 表面、 ２３ 第３部分、 ２３ｓ 表面、 ３０ 複合構造物、 θα、θβ、θ１～θ４ 角、 １００ 半導体製造装置、 １１０ チャンバ、 １１１ 内壁、 １１１ｂ 下側内壁、 １１１ｕ 上側内壁、 １２０、１２０ａ～１２０ｅ 半導体製造装置用部材、 １６０ 静電チャック、 １９１ 領域、 ２１０ ウェーハ、 ２２１ パーティクル、 ３１１ 第１主面、 ３１２ 第２主面、 ３１３ 貫通孔、 ３１３ａ 第１孔領域、 ３１３ｂ 第２孔領域、 ３１３ｃ 第３孔領域、 ３１３ｓ 内周面、 Ｌ１～Ｌ３ 線分、 Ｔ２１、Ｔ２２ 厚さ、 ｅ１～ｅ４ 端部、 Ｐ１～Ｐ３ 部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】