JP2004221266A

JP2004221266A - 半導体製造装置用リング部材

Info

Publication number: JP2004221266A
Application number: JP2003006110A
Authority: JP
Inventors: Koji Kato; 孝治加藤; Haruaki Ohashi; 玄章大橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】プラズマ処理装置において、装置材料によらず装置部材の形状規定によって、意図しない装置内でのパーティクル発生、汚染、及びそれらによる被処理製品の歩留まり低下を効果的に回避する。
【解決手段】プラズマ処理装置において支持台の周囲に配置される略円形状の半導体製造装置用リング部材１であって、支持台に載置した被処理基板の円周端部と対向するリング内周部４と、その外周に一体として形成された外周部５とから成り、外周部５は内周部４よりも常に低い高さにあるよう高さ制限されて形成されてなるよう、該円形状のリング部材１を構成した。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング処理、薄膜堆積処理等、プラズマを用いた薄膜処理装置において用いる、半導体ウェハ周囲に配置するリング状の保護部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体集積回路など微細パターンを有する薄膜形成にプラズマを用いた薄膜堆積装置、エッチング装置などのプラズマ処理装置が用いられている。このような処理装置においては、製造しようとする半導体装置パターンの微細化が進行するにつれ、製造工程中に発生する意図しない不純物質（パーティクル）に起因した半導体装置内の欠陥発生を回避するため、処理室内におけるより高い程度のクリーン度に対する要求が近年益々高まってきている。
【０００３】
例えばエッチング装置の場合、１つ以上の平坦な薄膜層を基板の上に形成し、この上にフォトレジストマスクを堆積、パターンニングを行って開口部を適宜残し、この部分が露出されてプラズマエッチング処理時、エッチング対象となる。プラズマエッチング処理装置内では、供給されたエッチングガスは励起され基板上部全面においてプラズマ状態を作り、これが前記の露出部分に選択的に作用して、エッチング，除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなプラズマ処理過程において、冒頭で述べたような処理室内のクリーン度を低下させる主原因の１つに、被処理基材以外の装置内の装置構成部材の塩素系，フッ素系等腐食性ガスによる腐食の問題があげられる。例えばチャンバ内壁の腐食性ガスによる腐食の進行、腐食物の室内での浮遊化（パーティクル化）、飛散、被処理基材への付着、といった過程を経て、最終的に製造されようとする半導体装置に欠陥を発生させ、装置の信頼性、製造プロセスのスループットを低下させるといった問題を有している。
【０００５】
従来、このような装置部材の腐食およびそれによる被処理基材への欠陥発生防止のため、被処理基材及び使用されるガス種に応じて、装置部材に用いる材料も適宜、適切に選択し、或いは耐腐食性のコーティングを部材に施すなどし、個々のケースに応じて、特定の処理に対しては装置部材の腐食が進行しにくいよう、対処の努力がなされてきた。
【０００６】
例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウムガーネット）は一般に耐食性の高い材料であり、高い耐食性が要求されるプラズマ処理に好適に用いられる。しかし非常に脆い性質をもっており、取り扱い等で破損しやすく、万能ではない。窒化アルミニウムも高い耐食性を有する材料であって、プラズマ処理形態に応じて、装置構成部材にしばしば用いられる材料である。しかし、窒化アルミニウムは高価であり、プラズマ処理のタイプによっては必ずしもこの程度の耐食性を要求されない。他方一般にアルミナは耐食性においてこれらに若干劣るが比較的安価な材料であって、被処理製品の生産性を総合的に考えて、プラズマ処理工程によってはしばしば用いられる。
【０００７】
しかしながら、従来行われてきたように装置の材料選択によって腐食防止を図るのでは、如何なるエッチング処理か、或いは膜堆積処理か、処理の種類ごとに適する材料選択も異なる、プラズマプロセスが新規に開発され或いは既存プロセスにさらに改良が行われて新規にガス種が変更になるなど処理条件が改変されると部材腐食の問題も再考慮しなければならない。このような状況で、処理装置自体の設計変更、新規部材材料の使用、開発など、新たに生じる負担は多く、経済的、恒久的な対処策とはいえなかった。
【０００８】
上述する従来の課題に鑑み、本発明の目的は、使用する装置材料によらず、装置部材の形状規定によって、意図しない装置内でのパーティクル発生、汚染、及びそれらによる被処理製品の歩留まり低下を効果的に回避する、プラズマ処理装置のリング部材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ処理装置において支持台の周囲に配置される略円形状の半導体製造装置用リング部材であって、前記半導体製造装置用リング部材は、前記支持台に載置した被処理基板の円周端部と対向するリング内周部と、その外周に一体として形成された外周部とから成り、外周部は内周部よりも高さが低く形成されていることを特徴とする半導体製造装置用リング部材である。
【００１０】
外周部は、その外周側ほど高さが低くなるよう階段形状に形成されることができる。或いは外周部は、その外周側ほど高さが低くなるよう、その上部が外周側に向かってテーパ状の傾斜を有することができる。プラズマ処理装置は、典型的には、プラズマエッチング処理装置である。プラズマ処理装置は、特に外周部がテーパ状の傾斜を有する場合、反応ガスがダウンフロー方式で上部から供給されるプラズマ処理装置であることが好適である。
【００１１】
本発明ではこのような構成を採用したことにより、形成材料の如何を問わず、プラズマ処理使用時、リング部材からのパーティクル発生を効果的に抑制できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係るリング部材を用いてウェハにプラズマ処理を施している様子を示した概念図である。
【００１４】
リング１は、静電チャック２の周囲に沿い、これをプラズマ照射及び腐食性ガスから保護するように配置されている。半導体ウェハ３もまた、プラズマ照射及び腐食性ガスから保護されるように、リング１のリング内に載置される。半導体ウェハは、リング１内において、静電チャック２表面と直接接触し、その静電力で固定されている。プラズマはこれら上部において発生、維持され、ウェハ３表面のエッチング、薄膜堆積、クリーニングなどプラズマを用いた薄膜処理が実行される。なお、静電チャック及びウェハの保護のため、リング部材の内周部は典型的には上部に幾分突出した形状をとり、この突出部がリング内周部の外周端を構成する。
【００１５】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係るリング部材を示したものである。内径１８０ｍｍ、外径２５０ｍｍ、厚み１０ｍｍ、突出部Ｔ３ｍｍ、内周部４に対する外周部５の段差量Ｌ７ｍｍの各寸法を有するリング１が、静電チャック２の周囲に位置し、静電チャック２上リング内に半導体ウェハ３を有している。この実施の形態の場合、リング内周部４は半導体ウェハ３表面と同一の高さを有する。またその外周部５は、内周部４との結合部分においては内周部４と同一高さを有するが、その上部面が直線的な斜面を形成しており、内周部４より常に低い高さを有するよう成されている。
【００１６】
本発明の効果を顕著に得るためには、外周部５は、内周部４と比較し低いほど好ましいが、低すぎれば外周部は薄くなり機械的強度が低下するなど問題が発生する。これらの実際の運用状況を勘案し、外周部５の高さは内周部４の高さの２０％〜５０％程度であることが好ましいと考えられる。
【００１７】
また、内周部４の高さは、プラズマ処理実行時、ウェーハ処理表面の高さと同等か又は若干高い位置になることが好ましく、特に同等な高さとなるのが良い。プラズマ処理実行時、被処理基板であるウェーハ３の外周部をプラズマから保護したり、ウェーハ３内に局部的に電位差が発生するチャージアップ現象を回避するためには、内周部４の高さはウェーハ処理表面よりも高くした方が良い。しかし高すぎるとこの高さが逆にパーティクル発生原因となり、好ましくない。これらの観点から内周部の高さは、ウェーハ処理面と実質的に同等、或いは高くする場合でも０．５ｍｍ以内の高さの差にとどめることが、より好ましい。
【００１８】
図示されたように、外周部との境界付近において内周部は、典型的には上方に突出した形状を有するが、この突出形状は、このような好ましい内周部の高さを実現するよう設計、形成されている。
【００１９】
図２（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係るリング部材を示したものである。静電チャック２、リング１、半導体ウェハ３相互の関係は（ａ）の場合と同様であり、リング内周部４も半導体ウェハ３表面と同一高さを有する。リング外周部５は、内周部４との結合部分において内周部４と、従ってウェハ３表面と同一高さを有するが、その上部面は該結合部分近傍から急激に下方に後退した形態を採る。従ってこの実施の形態では、リング外周部５は概ね階段状をなし、これによって内周部４より常に低い高さを有するリング外周部５を実現している。
【００２０】
以上、本発明に係るリング部材の形状として、内周部が直線状の傾斜を有するもの、及び一段の不連続ステップを有するものを示した。しかし、本発明はこれらに限定されるものでなく、外周部を低く形成した本発明の構成の範囲内で、本発明の実施の形態は種々考えられることは明らかである。例をさらに挙げれば、傾きも変化させた凹面状の傾斜を有するもの、或いは複数段の不連続ステップを有するものなど、当然考えられる。
【００２１】
本発明に係る実施の形態によれば、傾斜、段差など外周部を低く設定したリング部材形状にしているので、プラズマの反応性ガスとの接触機会を小さくし、腐食、パーティクル化を低減している。特に、前者の傾斜を設けた前者の実施の形態では、昨今の装置上部から反応性ガスが供給されるダウンフロータイプのプラズマ処理装置において、ガスを傾斜面に沿って滑らかに周囲に誘導する形状であるため、リング部材近傍でのガス分子の部材への直接衝突、停留、乱流発生などを回避することにより、腐食反応進行を効果的に防止する。
【００２２】
なおリング部材は、典型的には、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウムガーネット）などの原料粉末を用いて、公知の粉末成形、焼成工程を経て、製作することができる。
【００２３】
内周部のリング半径方向の幅は、腐食の観点からは極力小さくするのが望ましいが、製作のし易さ、ウェハ載置時の破損回避のため、少なくとも３ｍｍ以上確保するのが好ましい。なお、ウェハの厚みは、一般にウェハサイズによって若干相違があるが、通常０．８ｍｍ程度、厚くても１ｍｍ程度であることは周知のとおりである。
【００２４】
薄膜堆積、エッチングなどプラズマによる基材表面処理においては、プラズマ状態にある反応ガスを用いて、その処理面全体において均一に意図する処理を進行させ、均一な処理面を得ようとする。このため、処理時には、少なくともその処理面の寸法分だけの広がりを有するプラズマをバルク状に発生、及び維持させ、処理を進行させる。従って処理面はその中央部から端部まで、均一なプラズマ密度を有する過酷な環境に晒され、さらにこの近傍に位置する装置部材は、その構成材料に応じて必然的に腐食、反応物生成など、処理面と概ね同様な苛酷な環境に置かれ、影響を受けうる状況下にある。
【００２５】
特に、被処理基材である半導体ウェハ周囲近傍に、これを取り囲むように配置するリング状の保護部材は、半導体ウェハのプラズマ処理において典型的に使用される装置部材である。従ってリング部材は、装置部材の中でも、最も被処理体に近い前記ごとくの過酷なプラズマ処理環境に晒されている。
【００２６】
本発明は、半導体部材周りの以上のような技術的状況において、当該部材の形状工夫によって、その顕著な腐食汚染防止効果及びその結果としての処理装置内での腐食物パーティクル発生防止効果を達成している。特に昨今では、反応性ガスは装置上部からダウンフローで供給されるタイプのプラズマ処理装置が普及している。このようなタイプのプラズマ処理装置において、本発明に係る外周部高さを内周部高さより低くしたリング部材を用いれば、外周部すなわち装置中央部から内周部すなわち装置周辺部へガスのスムーズな流れを形成でき、パーティクル発生、及びそれの処理する半導体ウェハへの付着が効果的に防止できる。
【００２７】
【実施例】
〔実施例〕
リング内周部と外周部との間に７ｍｍの段差を与えて後者を低く形成したリング部材をアルミナで製作した。製作したアルミナ製リングをチャンバ内に設置、さらに図３（ａ）に示したようにその外周部上面の特定位置に１０ｍｍ四方、厚さ１ｍｍのアルミナ製試験サンプルを配置し、ＣｌＦ_３ガス下でプラズマに５時間曝露させた。
【００２８】
試験サンプルの単位面積当たりの重量をプラズマ曝露前後で測定したところ、試験サンプルはプラズマ曝露後２．７ｍｇ／ｃｍ^２だけ重量が減少していた。
【００２９】
〔比較例〕
図３（ｂ）に示したように、リング内周部と外周部との間に段差を設けず、同じ高さで形成したリング部材を実施例と同様にアルミナで製作、実施例と同様にプラズマに曝露させ、その重量変化を測定した。
【００３０】
試験サンプルはプラズマ曝露後、３．５ｍｇ／ｃｍ^２その重量が減少していた。
【００３１】
以上の実施例に拠れば、従来の段差すなわち内周部と外周部との間で高さに差を設けないリングに比較し、段差を設けた本発明のリングによれば、プラズマ曝露によるリング部材腐食、パーティクル発生が顕著に抑制されていることがわかる。
【００３２】
以上、本発明について実施の形態に沿って説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の改良や置換が可能であることは当業者には明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明による半導体製造装置用リング状部材によれば、プラズマ処理工程実行時、プラズマ処理装置内における装置部材からの腐食物パーティクル発生防止・発生したパーティクルの付着抑制を図ることができる。本発明は、使用材料の腐食性など材料特性によらず、当該部材の形状規定によってパーティクル発生、汚染防止を図るものであって、プラズマ処理の設計変更にも用意に対処可能である。高コスト、高耐食性材料に依存せず、半導体デバイスの歩留まり向上、生産コスト低減への寄与が大いに期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料台となる静電チャックに本発明による部材を装着し、ウェハをプラズマ処理している様子を示した概念図である。
【図２】本発明の実施の形態を示した断面概念図である。
【図３】実施例で用いたリング部材の概念斜視図である。
【符号の説明】
１リング
２静電チャック
３ウェハ
４内周部
５外周部

Claims

プラズマ処理装置において支持台の周囲に配置される略円形状の半導体製造装置用リング部材であって、
前記半導体製造装置用リング部材は、前記支持台に載置した被処理基板の円周端部と対向するリング内周部と、その外周に一体として形成された外周部とから成り、
前記外周部は、前記内周部よりも高さが低く形成されていることを特徴とする半導体製造装置用リング部材。
前記外周部が、その外周側ほど高さが低くなるよう階段形状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造装置用リング部材。
前記外周部は、その外周側ほど高さが低くなるよう、外周側に向かってテーパ状の傾斜を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造装置用リング部材。
前記プラズマ処理装置が、プラズマエッチング処理装置であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造装置用リング部材。
前記プラズマ処理装置が、反応ガスがダウンフロー方式で上部から供給されるプラズマ処理装置であることを特徴とする、請求項１又は３に記載の半導体製造装置用リング部材。