JP2000243742A - プラズマ発生装置、そのチャンバー内壁保護部材及びその製造法、チャンバー内壁の保護方法並びにプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プラズマ発生装置のチャンバ内壁保護部材、該
保護部材の容易な製造方法、チャンバ内壁の保護方法及
びプラズマ発生装置と処理方法を提供する。 【解決手段】 プラズマ発生装置チャンバ１の内壁保護
部材２は、プラズマとの接触面の一部がＪＩＳＢ０６０
１準拠の１０点平均面粗さＲｚが１〜５０μｍであり、
また最少５カ所で測定した前記Ｒｚの平均値が１〜５０
μｍである。チャンバは内面をアルマイト処理したＡｌ
合金製であり、その内壁保護部材にはガラス状炭素が最
適である。フラン樹脂初期縮合物を主原料とした円筒状
の樹脂成形体を焼成炭化後、高温処理しガラス状円筒を
得、ダイヤで仕上げ加工し観察窓とガス導入排出口を設
けた。円筒全内面をブラスト処理し保護部材の内面粗さ
を異なる粗さに仕上げ、各保護部材を装置チャンバ内に
装着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
用いられるプラズマ発生装置、これに用いられるチャン
バー内壁保護部材、その製造法、チャンバー内壁の保護
方法及びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造において、プラズ
マエッチング、プラズマＣＶＤ等のプラズマを用いるい
くつかの工程がある。これらの工程に使用されるプラズ
マ発生装置においては、半導体ウエハ周辺の装置部材が
プラズマに接触し、部材の消耗が生じる。この消耗によ
り（１）部材から微小な異物が発生し半導体ウエハ表面
に落下する、（２）構成物質がプラズマに混入して半導
体ウエハを汚染する、等の現象が引き起こされ、デバイ
ス特性や歩留りの低下を引き起こす。このため、プラズ
マ発生装置の部材には高純度であり、プラズマにより消
耗されにくい性質が要求されている。

【０００３】近年上記性質を満たす材料として、ガラス
状炭素が着目されている。ガラス状炭素とは熱硬化性樹
脂を炭化焼成して得られる炭素材料で、ガラス状の非常
に均質、緻密な構造を有する。この材料は、一般の炭素
材料の特徴である導電性、化学的安定性、耐熱性、高純
度等の性質に加え、構成粒子の脱落がないという優れた
特長を有する。このため、ガラス状炭素は半導体製造装
置部材として、プラズマエッチング装置の上部電極等に
適用されている。

【０００４】しかしながら、プラズマ発生装置において
は、電極だけでなく、プラズマを発生させる容器（以下
チャンバーと呼称する）の内壁にもプラズマが接触し前
述の問題が発生する。このため通常は、内面を陽極酸化
処理（アルマイト処理）したアルミニウム系材料がチャ
ンバー材料として使用されている。

【０００５】またプラズマ発生工程においては、チャン
バーの消耗と同時に有機重合膜の蒸着が同時進行する。
これは通常デポ膜と呼ばれ、プラズマ密度が低い部分に
堆積し易い。このデポ膜がある程度以上厚くなると、膜
の剥離が発生し、プラズマ中に混入して半導体ウエハー
の上に放電異物として落下し、歩留まりの低下を引き起
こす。このため定期的に容器内壁をクリーニングしてデ
ポ膜を除去する必要がある。

【０００６】前記の、チャンバーの材料をアルマイト処
理したアルミニウム系金属材料で構成する場合、アルマ
イト層が健全な状態では、不純物の抑制に一定の効果が
期待できる。しかしながら、一定期間使用してプラズマ
によりアルマイト層が消失すると、基材が露出しアルミ
ニウムやその他構成金属がプラズマに混入してしまう。
この金属成分は半導体ウエハを汚染し、歩留まりを低下
させる。また、チャンバーは通常プラズマ発生装置の中
心にあり、周辺機器と複雑に結合されているため、デポ
膜のクリーニング毎に分解清掃するのは困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、デポ膜が剥
離しにくく、放電異物を低減して半導体ウエハの歩留ま
り低下を防止するプラズマ発生装置のチャンバー内壁保
護部材を提供するものである。

【０００８】また本発明は、デポ膜が剥離しにくく、放
電異物を低減して半導体ウエハの歩留まり低下を防止す
るプラズマ発生装置のチャンバー内壁保護部材の容易な
製造法を提供するものである。また本発明は、デポ膜が
剥離しにくく、放電異物を低減して半導体ウエハの歩留
まり低下を防止するプラズマ発生装置のチャンバー内壁
の保護方法を提供するものである。

【０００９】また本発明は、デポ膜が剥離しにくく、放
電異物を低減して半導体ウエハの歩留まり低下を防止す
るプラズマ発生装置を提供するものである。さらに本発
明は、デポ膜が剥離しにくく、放電異物を低減して半導
体ウエハの歩留まり低下を防止するプラズマ処理方法を
提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はプラズマに接触
する面の少なくとも一部が、ＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠
の１０点平均面粗さ（Ｒｚ）が１〜５０μｍであるプラ
ズマ発生装置のチャンバー内壁保護部材に関する。また
本発明は、プラズマに接触する面の、少なくとも５カ所
で測定したＪＩＳＢ ０６０１準拠の１０点平均面粗さ
（Ｒｚ）の平均値が１〜５０μｍであるプラズマ発生装
置のチャンバー内壁保護部材に関する。また本発明は、
その材質がガラス状炭素であるプラズマ発生装置のチャ
ンバー内壁保護部材に関する。

【００１１】また本発明は、その形状が円筒状であるチ
ャンバー内壁保護部材に関する。また本発明は、ブラズ
マに接触する面を、ブラスト処理することを特徴とする
プラズマ発生装置のチャンバー内壁保護部材の製造法に
関する。また本発明は、前記のチャンバー内壁保護部材
を、チャンバー内に装着することを特徴とするプラズマ
発生装置のチャンバー内壁の保護方法に関する。

【００１２】また本発明は、前記のチャンバー内壁保護
部材をチャンバー内に装着してなるプラズマ発生装置に
関する。また本発明は、前記のプラズマ発生装置を用い
ることを特徴とするプラズマ処理方法に関する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のチャンバー内壁保護部材
を装着してなるプラズマ発生装置の一例の概略図を図１
に示す。本発明でいうプラズマ発生装置のチャンバー内
壁保護部材とは、プラズマとチャンバー内壁の間に設置
されるものである。図１のプラズマ発生装置では、チャ
ンバー１の内部に、上部電極４、下部電極６が設置さ
れ、下部電極６の上に半導体ウエハ５が置かれる。ガス
導入口３からガスが導入され、ガス排気口８から真空ポ
ンプでガスが排気される。上部電極４と下部電極６の間
に高周波の電圧がかけられ、中央部にプラズマ７を発生
させる。このとき、チャンバー内壁保護部材２は、チャ
ンバーの内面を保護しており、プラズマによるチャンバ
ーの消耗を防ぐ。また、同時に発生するデポ膜は、チャ
ンバー内壁保護部材の表面に付着するので、該部材はデ
ポ膜のチャンバー内面への付着も防いでいる。さらに保
護部材はチャンバーから外すことが出来るため、その表
面に付着したデポ膜の除去作業が効率よく行える。

【００１４】本発明のチャンバー内壁保護部材の形状
は、チャンバー内壁を保護できるものであれば特に制限
はない。通常チャンバー内壁は円筒状を有するため、一
体成形された筒状のもの、複数の湾曲状部材を組み合わ
せて筒状になるように構成されるもの、湾曲可能な一枚
又は複数枚フィルム状平板を用いて構成されるもの等が
挙げられる。これらのうち、フィルム状のものは、消耗
による寿命が短いため、ある程度の肉厚を有する円筒状
のもの（一体成形された筒及び複数の湾曲状部材を組み
合わせて筒状になるように構成されるもの双方を含む）
が好ましい。

【００１５】本発明に使用するチャンバー内壁保護部材
の大きさは、プラズマ発生装置のチャンバーの大きさに
応じて設計され、特に制限はないが、外径がφ２００〜
８００mmの円筒とすることが好ましい。外径がφ２００
mmより小さい場合、径を調整する際の変形の自由度が小
さくなり、取付時に円筒が破壊する恐れがある。また外
径がφ８００mmより大きい場合、焼成時の変形が大きく
なり、良好な円筒を得るのが困難となる傾向にある。

【００１６】また、円筒の長さは、２０〜５００mmが好
ましい。２０mm未満では、筒の強度が弱いため、円筒の
両端面の変形が大きくなる傾向にある。また５００mmを
超えると長さ方向の変形が大きくなり、やはり良好な円
筒が得られなくなる傾向にある。また、部材の厚さにつ
いては、０．２〜５mmの範囲が好ましい。厚さが０．２
mm未満では強度が弱くなる傾向にあり、５mmを超える
と、焼成時の揮発分の揮散が困難になり、割れ、ふくれ
が生じやすくなる傾向にある。

【００１７】本発明のチャンバー内壁保護部材の材質と
しては、炭素材料、セラミックス、ガラス等が挙げられ
る。前記炭素材料としては、ガラス状炭素、炭化珪素被
覆黒鉛等が挙げられ、前記セラミックスとしては、アル
ミナセラミックス、炭化珪素等が挙げられ、前記ガラス
としては、石英ガラスが挙げられる。これらの中で、導
電性、化学的安定性、耐熱性、高純度等の性質に加え、
構成粒子の脱落がないという優れた特長を有するガラス
状炭素が好ましいものとして使用される。

【００１８】ガラス状炭素は、一般に、熱硬化性樹脂硬
化物を、炭化して得られる炭素材料であり、用いられる
熱硬化性樹脂としては特に制限はないが、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フラン樹
脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、キシレン樹脂等を
挙げることができ、これら樹脂の混合物を用いることも
できる。好ましくはフラン樹脂、フェノール樹脂または
これらの混合樹脂である。これらの樹脂を成形、硬化、
焼成（炭化）、さらに必要に応じ高温熱処理してガラス
状炭素とすることができる。

【００１９】上記熱硬化性樹脂の成形方法に特に制限は
なく、（１）所要形状の型枠を用いて注型により成形す
る方法、（２）樹脂ブロック（円柱、直方体等）を作製
し、機械加工により所要形状に加工する方法、（３）熱
圧成形により所要形状に成形する方法、（４）遠心成型
法により円筒形状に成形する方法などが挙げられる。

【００２０】熱硬化性樹脂の硬化は、成形温度以上の温
度で行い、必要に応じては段階的に昇温させながら処理
する。最終的には、最高温度１３０〜２００℃の熱処理
を行い、十分に硬化を進める必要がある。樹脂の硬化が
不十分であると、焼成の際、組織に欠陥が生じたり、著
しい場合には発泡、割れが発生し、良好な特性のガラス
状炭素部材を得ることができない場合がある。なお、こ
の樹脂の硬化段階で、収縮率を見込んでの寸法加工や、
観察窓、ガス導入孔、ウエハ搬送口等の必要な加工を施
してもよい。

【００２１】次いで、不活性雰囲気中（通常、ヘリウ
ム、アルゴン等の不活性ガスや窒素、水素、ハロゲンガ
ス等の非酸化性ガスの少なくとも一種の気体からなる酸
素を含まない雰囲気、減圧若しくは真空下、又は黒鉛
粉、炭素粉等に埋没させて大気を遮断した雰囲気）にお
いて通常約９００℃以上の温度、好ましくは１０００〜
１２００℃の温度で焼成炭化する。その後、好ましくは
１３００〜３０００℃で高温熱処理を行いガラス状炭素
とすることができる。前記方法にてガラス状炭素部材を
得た後、必要に応じて、ダイヤモンドドリル加工、超音
波加工などの公知の加工方法で、寸法の仕上加工や、端
部の段差加工、観察窓、ガス排出口、ウエハ搬送口等の
加工を施すこともできる。

【００２２】本発明におけるチャンバー内壁保護部材
は、そのプラズマに接触する面の、少なくとも一部が、
ＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠の１０点平均面粗さ（以下Ｒ
ｚと略称する） １〜５０μｍであることを特徴とす
る。その割合については特に制限はないが、その割合が
多い方が効果は高く、５０％以上をそのような割合にす
ることが好ましく、全面に亘ってそのような面粗さに調
整されることが最も好ましい。プラズマ接触面の全面の
面粗さを測定することは困難であるので、基準として、
そのプラズマに接触する面の、少なくとも５カ所で測定
したＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠の１０点平均面粗さ（以
下Ｒｚと略称する）の平均値が１〜５０μｍであるとす
ることが好ましい。

【００２３】ここで、プラズマに接触する面とは、通常
その保護部材の内周面を指す。この内周面が平滑であり
すぎると、デポ膜は保護部材表面に密着しづらく剥離し
易い。剥離したデポ膜は、プラズマ中に混入し放電異物
として半導体ウエハ表面に落下し、デバイスの歩留まり
を下げる。一方、内周面の面粗さが大きすぎると、プラ
ズマにより保護部材が消耗する際、部材の一部が脱落し
て放電異物となることがある。この両点から、前述のよ
うに、Ｒｚ又はその平均値が１〜５０μｍとされる。ま
た、さらに放電異物を少なくすることができるため、面
粗さＲｚは、２〜３０μｍとすることが好ましい。

【００２４】上記Ｒｚの定義は、ＪＩＳ Ｂ０６０１に
規定されているが、本発明においては、基準長さを２．
５mmとして測定される。保護部材は前述のように通常円
筒状であるため、周方向では基準線が弧となり測定でき
ないため、測定方向は、一般に周方向の直行方向で測定
する。また、測定点は、少なくとも５カ所で測定する場
合、測定した面粗さの平均値が、全面の状態を代表でき
る様に測定部位を決定することが好ましい。具体的に
は、円筒形状部材の中心から等角度ずつ離れた場所の面
粗さを測定し、平均値を求めるのがよい。なお、１０カ
所以上で測定し、平均値を算出するのが、測定のばらつ
きを低減するためには好ましい。

【００２５】上記面粗さを達成するための方策として
は、熱処理後の保護部材表面をブラスト処理する方法
が、面粗さをコントロールしやすいため好ましい。ま
た、ガラス状炭素の保護部材において、その表面が、成
形〜熱処理時の表面そのままの場合は、その最表面層に
は欠陥が多く使用の初期に放電異物が多発する現象が生
じやすい。ブラスト処理は、この最表面層を除去するこ
とにより初期放電異物を低減するという効果も合わせ持
つので好ましい。

【００２６】ここでブラスト処理とは、一般に、研削材
を高速度で被加工物表面に吹き付け、該表面の粗化及び
清浄化をする処理をいう。その方法に特に制限はなく、
鋳鉄グリット、スティールグリット、炭化ケイ素等の公
知の研削材を使用し、エアーブラスト法により保護部材
表面を粗面化する。研削材の粒径、エアー圧力、及び処
理時間を調節し、適宜希望の面粗さとなるブラスト処理
を行う。本発明のブラスト処理の一法としては、粒径が
＃５０〜＃１０００の、材質が炭化珪素の研削材を用い
て、エアー圧力２〜１０kgf/cm²で行う方法などが挙げ
られる。

【００２７】本発明のプラズマ発生装置は、その例を図
１に示したとおり、前記チャンバー内壁保護部材をチャ
ンバー内壁に接するように装着されたものである。この
点以外は特に制限はない。また本発明のプラズマ処理方
法は、前記プラズマ発生装置を使用し、プラズマエッチ
ング、プラズマＣＶＤ等のプラズマを用いる方法により
半導体ウエハ等を処理することによって達成される。そ
の他の点に特に制限はない。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 実施例１〜５及び比較例１〜２ 内径φ４２０mm、高さ１９０mmのプラズマエッチング装
置のチャンバー内壁を保護するガラス状炭素円筒を以下
の方法で製作した。チャンバーの材質は内面をアルマイ
ト処理したアルミ合金である。

【００２９】フラン樹脂初期縮合物（日立化成工業(株)
製、商品名 ＶＦ−３０２）１００重量部に、パラトル
エンスルホン酸２０重量部、エチレングリコール８０重
量部で混合した硬化剤を１．５重量部添加し、十分混合
し原料とした。該樹脂を遠心成形法により成形し、外径
５２５mm、幅２５０mm、厚さ５．３mmの円筒状の樹脂成
形体を７個製作した。これを乾燥機に入れ、６０℃で３
日、８０℃で３日硬化させた後、さらに２０００℃で３
日間保持した。この円筒状の樹脂硬化体を電気炉に入
れ、窒素気流中で２℃／時間の昇温速度で、１０００℃
の温度で焼成炭化した。得られた焼成体を、さらに不活
性雰囲気下２６００℃の温度で高温処理を行ないガラス
状炭素円筒を得た。樹脂硬化体は熱処理中に約２０％収
縮したため、得られたガラス状炭素円筒の寸法は、外径
４２０mm、高さ２００mm、厚さ４．０mmであった。それ
ぞれの円筒について、ダイヤモンド工具を用いて、高さ
を１９０mmに仕上げ加工し、さらに観察窓とガス排気口
を加工して設けた。

【００３０】次に、ガラス状炭素円筒の内面全面を、ブ
ラスト処理した。研削材には＃２００の炭化ケイ素を使
用し、処理時間及びエアー圧力を１〜１０kgf/cm²の範
囲で変えて保護部材内面の面粗さを異なる状態に仕上げ
た。また、比較例としてダイヤモンド砥粒を用い、ハン
ドラップで内面を鏡面研磨した保護部材も製作した。部
材のプラズマに接触する面のＲｚは(株)東京精密製 サ
ーフコム５００Ｂを用いて、円筒の中心から円筒を十等
分した位置で、基準長さ２．５mmの条件で、１０カ所の
測定を実施した。その平均値を表１に示す。なお、その
バラツキは、実施例１ではＲｚが０．５〜１．５μｍ、
実施例５では４２〜５３μｍ程度であった。

【００３１】以上の様にして得られたガラス状炭素製保
護部材を前記のエッチング装置のチャンバー内に装着し
た。ついで、プラズマを発生させ直径２００mmのシリコ
ンウエハの酸化膜をエッチングし、ウエハ上の放電異物
数を測定した。なお、放電異物数はパーテイクルカウン
ターにより、ウエハ面上の０．２μｍ以上のものを測定
した。得られた結果を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】本発明のプラズマ発生装置のチャンバー
内壁保護部材は、デポ膜が剥離しにくく、放電異物を低
減して半導体ウエハの歩留まり低下を防止するものであ
る。本発明のチャンバー内壁保護部材の製造法によれ
ば、デポ膜が剥離しにくく、放電異物を低減して半導体
ウエハの歩留まり低下を防止することが、容易に達成で
きる。本発明のチャンバー内壁の保護方法によれば、デ
ポ膜が剥離しにくく、放電異物を低減して半導体ウエハ
の歩留まり低下を防止することができる。

【００３４】本発明のプラズマ発生装置は、デポ膜が剥
離しにくく、放電異物を低減して半導体ウエハの歩留ま
り低下を防止することができる。本発明のプラズマ処理
方法によれば、デポ膜が剥離しにくく、放電異物を低減
して半導体ウエハの歩留まり低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチャンバー内壁保護部材を有してなる
本発明のプラズマ発生装置の一例の概略図である。

【符号の説明】

１ プラズマ発生装置チャンバー ２ ガラス状炭素製保護部材 ３ ガス導入口 ４ 上部電極 ５ 半導体ウエハ ６ 下部電極 ７ プラズマ ８ ガス排気口

フロントページの続き (72)発明者 鎌田 充志 茨城県日立市鮎川町三丁目３番１号 日立 化成工業株式会社山崎工場内 Ｆターム(参考） 4K057 DA20 DM01 DM02 DM06 DM08 DN01 5F004 AA00 BA04 BB18 BB28 BB29 BB30 BC08 5F045 AA08 BB14 BB15 DP01 DP02 DP03 EB02 EC05 EF05 EH13 EH14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマに接触する面の少なくとも一部
   が、ＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠の１０点平均面粗さ（Ｒ
   ｚ）が１〜５０μｍであるプラズマ発生装置のチャンバ
   ー内壁保護部材。
2. 【請求項２】 プラズマに接触する面の、少なくとも５
   カ所で測定したＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠の１０点平均
   面粗さ（Ｒｚ）の平均値が１〜５０μｍであるプラズマ
   発生装置のチャンバー内壁保護部材。
3. 【請求項３】 材質がガラス状炭素である請求項１又は
   ２記載のプラズマ発生装置のチャンバー内壁保護部材。
4. 【請求項４】 形状が円筒状である請求項１、２又は３
   に記載のチャンバー内壁保護部材。
5. 【請求項５】 プラズマに接触する面を、ブラスト処理
   することを特徴とするプラズマ発生装置のチャンバー内
   壁保護部材の製造法。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５記載のチャ
   ンバー内壁保護部材を、チャンバー内に装着することを
   特徴とするプラズマ発生装置のチャンバー内壁の保護方
   法。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４又は５記載のチャ
   ンバー内壁保護部材をチャンバー内に装着してなるプラ
   ズマ発生装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のプラズマ発生装置を用い
   ることを特徴とするプラズマ処理方法。