JP2002241971A - 耐プラズマ性部材 - Google Patents

耐プラズマ性部材

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JP2002241971A
JP2002241971A JP2001036820A JP2001036820A JP2002241971A JP 2002241971 A JP2002241971 A JP 2002241971A JP 2001036820 A JP2001036820 A JP 2001036820A JP 2001036820 A JP2001036820 A JP 2001036820A JP 2002241971 A JP2002241971 A JP 2002241971A
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Masahiko Ichijima
雅彦 市島
Shuichi Saito
秀一 齋藤
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Coorstek KK
Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ曝露に対しても十分耐え、かつコス
トの低減が図られた耐プラズマ性部材の提供。 【解決手段】 腐食性ガス下でプラズマに曝される少な
くとも表面領域が周期律表IIIA族の金属層で形成され
ていることを特徴とする耐プラズマ性部材である。ここ
で、周期律表IIIA族の金属は、Y,La,Ce,N
d,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Erなどの少なく
とも1種であり、また、前記金属層の厚さは10〜20
0μm程度が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐プラズマ性部材
に係り、さらに詳しくはハロゲン系腐食性ガス雰囲気下
で、すぐれた耐プラズマ性を呈する低コストタイプの耐
プラズマ性部材に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば半導体の製造工程においては、
半導体ウエハーに微細な加工を施すエッチング装置やス
パッタリング装置、あるいは半導体ウエハーに成膜を施
すCVD装置などが使用されている。そして、これらの
製造装置では、微細加工による高集積化などを目的とし
て、プラズマ発生機構を備えた構成が採られている。た
とえば、図1に構成の概略を断面的に示すようなヘリコ
ン波プラズマエッチング装置が知られている。
【0003】図1において、1はエッチングガス供給口
2および真空排気口3を有するエッチング処理室であ
り、その処理室1の外周部にはアンテナ4、電磁石5お
よび永久磁石6が設置されている。また、前記処理室1
内には、被処理体となる半導体ウエハー7を支持する下
部電極8が配置されている。さらに、前記アンテナ4
は、第1のマッチングネットワーク9を介して第1の高
周波電源10に接続し、下部電極8は、第2のマッチン
グネットワーク11を介して第2の高周波電源12に接
続している。
【0004】そして、このエッチング装置によるエッチ
ング加工は、次のように行われる。すなわち、下部電極
8面に半導体ウエハー7をセットし、エッチング処理室
1内を真空化した後に、エッチングガス供給口2からエ
ッチングガスを供給する。その後、アンテナ4および下
部電極8に、対応する各マッチングネットワーク9,1
1を介して、高周波電源10,12から、たとえば周波
数13.56MHzの高周波電流を流す。一方、電磁石
5に所要の電流を流して磁界を発生させることにより、
エッチング処理室1内に高密度のプラズマを発生させ
る。そして、このプラズマエネルギーによって、エッチ
ングガスを原子状態に分解して、半導体ウエハー7面に
形成された膜のエッチング加工が行われる。
【0005】ところで、この種の製造装置では、エッチ
ングガスとして、たとえば塩素(Cl)、塩化ホウ素
(BCl)などの塩素系ガス、もしくはフッ化炭素
(CF 、C)、フッ化窒素(NF)、フッ化
硫黄(SF)などのフッ素系ガス(いずれも腐食性ガ
ス)を使用する。したがって、エッチング処理室1の内
壁部、監視窓、マイクロ波導入窓、下部電極8、サセプ
ターなど、腐食性ガス雰囲気下でプラズマに曝される構
成部材については、耐プラズマ性が要求される。このよ
うな要求に対応して、上記耐プラズマ性部材として、ア
ルマイト材料、アルミナセラミックスなどのアルミ系材
料が使用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
ルミ系の耐プラズマ性部材は、腐食性ガス雰囲気下でプ
ラズマに曝されると、その程度差があるものの徐々に腐
食が進行し、表面領域を構成する結晶粒子が離脱するた
め、いわゆるパーティクル汚染を生じる。すなわち、離
脱したパーティクルが、半導体ウエハー7、下部電極
8、下部電極8近傍などに付着し、エッチングの精度な
どに悪影響を与え、半導体の性能や信頼性が損なわれ易
いという問題がある。
【0007】一方、近時、半導体ディバイスなどは、微
細化とともに大口径化が進められており、いわゆるドラ
イプロセス、特に、エッチンクプロセスにおいて、低圧
高密度プラズマが使用されつつある。この低圧高密度プ
ラズマを使用する場合、従来のエッチング条件に較べて
耐プラズマ性部材に与える影響が大きく、プラズマによ
るエロージョンと、このエロージョンに起因するAlの
コンタミや反応生成物による汚染などの問題が顕著にな
っている。
【0008】なお、CVD装置においても、クリーニン
グ時にフッ化窒素(NF)などのフッ素系ガスにプラ
ズマ下で曝されるため、上記のような問題に対応して、
耐食性が必要とされている。また、腐食性ガス雰囲気下
でのプラズマ加工は、半導体の製造工程に限られず、た
とえば液晶表示ディバイス用の部材に対しても行われ
る。
【0009】上記耐食性の問題に対し、イットリウムア
ルミニウムガーネット(いわゆるYAG)もしくはアル
ミン酸イットリウム焼結体を素材とする耐プラズマ性部
材が提案されている(たとえば特開平10−45461
号公報、特開平10−236871号公報)。しかし、
このイットリウムアルミニウムガーネット焼結体など
は、アルミナなどに較べて耐プラズマ性がすぐれている
とはいえ、被加工体の大口径化などに対応できない。す
なわち、半導体の製造におけるドライプロセス、特に、
エッチングプロセスにおいて、製造上のコストアップを
招来する。こうした事由によって、さらに、低コスト
で、すぐれた耐プラズマ性を有する部材が望まれる。
【0010】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、プラズマ曝露に対しても十分耐え、かつ低コスト
コスト化に有利な耐プラズマ性部材の提供を目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、腐食
性ガス下でプラズマに曝される少なくとも表面領域が周
期律表IIIA族の金属層で形成されていることを特徴と
する耐プラズマ性部材である。
【0012】請求項2の発明は、請求項1記載の耐プラ
ズマ性部材において、周期律表IIIA族の金属は、Y
(イットリウム),La(ランタン),Ce(セリウ
ム),Nd(ネオジウム),Sm(サマリウム),Eu
(ユーロビウム),Gd(ガドリニウム),Dy(ジス
プロシウム),Ho(ホルミウム),Er(エルビウ
ム)の群から選ばれた少なくとも1種の金属もしくは合
金であることを特徴とする。
【0013】請求項3の発明は、請求項1もしくは請求
項2記載の耐プラズマ性部材において、周期律表IIIA
族の金属層の厚さは10μm以上であることを特徴とす
る。
【0014】請求項4の発明は、請求項1ないし請求項
3いずれか一記載の耐プラズマ性部材において、周期律
表IIIA族の金属層を形成した基材がAlもしくはステ
ンレス鋼であることを特徴とする。
【0015】請求項5の発明は、請求項1ないし請求項
4いずれか一記載の耐プラズマ性部材において、周期律
表IIIA族の金属層の少なくとも一部をフッ化物と接触
させ、金属フッ化物としたことを特徴とする。
【0016】請求項1ないし5の発明は、次のような知
見に基づいてなされたものである。すなわち、ハロゲン
系のプラズマに対して高い耐食性を有する材料に関して
検討を進めた結果、(a)基材表面に周期律表IIIA族
の金属層を形成・被覆した場合、すぐれた耐ハロゲン系
プラズマ性を呈する。(b)Alやステンレス鋼などを
基材とすることにより、半導体などの大口径化に対応し
た耐プラズマ性部材を構成し易くなる。(c)上記すぐ
れた耐ハロゲン系プラズマ性に伴って、アルミナ焼結体
のような反応生成物もなく、また、Alなど不都合な元
素を放出する問題がない。(d)周期律表IIIA族の金
属層で被覆した積層構造は、イットリウムアルミニウム
ガーネット系焼結体に較べ、低コストの耐プラズマ性部
材として機能する。(e)また、周期律表IIIA族の金
属層は、フッ化物と接触するとフッ化する場合もあり、
その結果、周期律表IIIA族の金属がフッ化してもすぐ
れた耐食性を示す。などの点を確認し、これらの発明に
至ったものである。
【0017】請求項1ないし5の発明において、耐プラ
ズマ性部材の基材は、比較的入手し易く、あるいは加工
性なども良好で、半導体などの大口径化などに対応でき
る素材が好ましく、たとえばアルミナなどのセラミック
ス、アルマイト、Al(アルミニウム)、ステンレス鋼
などが挙げられる。特に、Alやステンレス鋼などの汎
用的な金属は、大形品の製造・加工が容易で、低コスト
化なども図れることから望ましい。
【0018】請求項1ないし5の発明において、腐食性
ガス下でプラズマに曝される少なくとも表面領域は、周
期律表IIIA族の金属、たとえばY,La,Ce,N
d,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Erの群から選ば
れた少なくとも1種の金属もしくは合金層で形成されて
いる。ここで、周期律表IIIA族の金属層の厚さは、特
に、限定されないが、所要の耐プラズマ性ないし機械的
な強度(耐剥離性)などの点から、少なくとも10μm
程度、好ましくは50〜200μm程度である。また、
周期律表IIIA族の金属層の形成は、一般的に、CVD
法、スパッタ法、蒸着法、メッキ法などで行うことがで
きる。
【0019】請求項1ないし5の発明では、少なくとも
腐食性ガス下でプラズマに曝される表面領域は、周期律
表IIIA族の金属層で形成されており、この金属層がハ
ロゲン系プラズマに対してすぐれた耐食性を呈する。そ
して、耐プラズマ性の向上に伴う反応の起こりにくさ
は、高密度の腐食性プラズマに曝される領域での使用に
おいて、パーティクル汚染を生じる恐れを解消し、高精
度で、信頼性の高い加工などに適した機能を呈する。
【0020】すなわち、製造装置ないし半導体などの低
コスト化を図りながら、たとえば大口径の半導体ウエハ
ーを対象とした場合も、成膜の質や加工精度などに悪影
響を与えることなく、性能や信頼性の高い半導体の製造
・加工などに効果的に寄与する。なお、請求項5の発明
のように、表面領域を形成する周期律表IIIA族の金属
層がフッ化物と接触して、その結果として、周期律表II
IA族金属がフッ化した場合も、同様にすぐれた耐食性
を呈する。
【0021】
【発明の実施形態】以下、実施例を説明する。
【0022】径15.24cm(6インチ)、厚さ1m
mのAl板を用意し、このAl板をスパッタリング装置
にセットする一方、スパッタ源としてY,La,Ce,
Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,HoもしくはErをセ
ットし、常套の手段により、Al板の一主面に膜厚20
〜120μm程度の金属層を形成して、13種の試験片
を作成した。また、比較のために、一主面に膜厚48μ
mの酸化物層が形成された(アルマイト化処理した)A
l板、およびアルミナセラミック板を用意した。
【0023】上記各試験片の被加工表面の約半分をテフ
ロン(登録商標)テープでマスキングし、たとえばヘリ
コン波プラズマ処理装置に取り付け、周波数13.56
MHz、高周波ソース500W、高周波バイアス100
W、ガス流比CF/O/Ar=30:20:50、
ガス圧0.6665Pa(5mTorr)の条件で、1
0時間プラズマ曝露試験を行って、それぞれエッチング
レート(nm/h)を測定・評価した。この結果を表1
に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1から分かるように、各実施例に係る耐
プラズマ性部材は、比較例に係る耐プラズマ性部材に較
べて、いずれもエッチングレートが1/10〜1/20
程度と小さく、腐食性ガス下におけるプラズマによるエ
ッチング損傷なども大幅に抑制される。つまり、半導体
の製造工程などにおいて、精度の高い加工などを行える
だけでなく、被加工体に悪影響を及ぼす恐れの解消も図
られる。
【0026】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば周期律表IIIA族金属層の
成形手段、その金属層厚、あるいは周期律表IIIA族金
属の組み合わせなど、許容される範囲で適宜変更でき
る。
【0027】
【発明の効果】請求項1および5の発明によれば、低コ
ストで、かつ汎用的ないし大口径化に対応できる耐プラ
ズマ性部材が提供される。さらに、耐プラズマ性の向上
に伴って、反応が起こりにくくなるので、低圧高密度の
腐食性プラズマに曝される領域での使用において、パー
ティクル汚染などを生じる恐れも解消し、高精度で、信
頼性の高い加工などに適した構造部材が提供される。
【0028】したがって、製造装置ないし半導体などの
製造コストアップを抑制防止しながら、成膜の質や精度
などに悪影響を与えることなく、性能や信頼性の高い半
導体の製造・加工に効果的に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマエッチング装置の概略構成を示す断面
図。
【符号の説明】
1……エッチング処理室 2……エッチングガス供給口 3……真空排気口 4……アンテナ 5……電磁石 6……永久磁石 7……半導体ウエハー 8……下部電極 9、11……マッチングネットワーク 10、12……高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 秀一 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 Fターム(参考) 4K057 DA20 DB01 DB11 DD01 DE08 DE09 DE14 DE20 DM03 DN01 5F004 AA16 BA20 BB07 BB13 BB29 DA00 DA01 DA04 DA11 DA18 5F045 AC02 EB03 EB06 EC05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 腐食性ガス下でプラズマに曝される表面
    領域が周期律表IIIA族の金属層で形成されていること
    を特徴とする耐プラズマ性部材。
  2. 【請求項2】 周期律表IIIA族の金属は、Y,La,
    Ce,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Erの群
    から選ばれた少なくとも1種の金属もしくは合金である
    ことを特徴とする請求項1記載の耐プラズマ性部材。
  3. 【請求項3】 周期律表IIIA族の金属層の厚さは10
    μm以上であることを特徴とする請求項1もしくは請求
    項2記載の耐プラズマ性部材。
  4. 【請求項4】 周期律表IIIA族の金属層を形成した基
    材がAlもしくはステンレス鋼であることを特徴とする
    請求項1ないし請求項3いずれか一記載の耐プラズマ性
    部材。
  5. 【請求項5】 周期律表IIIA族の金属層の少なくとも
    一部をフッ化物と接触させ、金属フッ化物としたことを
    特徴とする請求項1ないし請求項4いずれか一記載の耐
    プラズマ性部材。
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