JP2005277333A - Ceramic member for semiconductor manufacturing equipment, and processing container and semiconductor manufacturing equipment using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置においてCVDやPVDのような成膜装置やエッチング装置等に使用されるセラミック部材であり、特にパーティクル発生防止のために表面の凹凸を有した処理容器の内壁に用いられる部材および処理容器に関するものである。 The present invention is a ceramic member used for a film forming apparatus such as CVD or PVD or an etching apparatus in a semiconductor manufacturing apparatus, and particularly used for an inner wall of a processing container having surface irregularities to prevent generation of particles. The present invention relates to a member and a processing container.
図6は従来の半導体製造装置用処理容器の一例を示し、(a)は断面概略図を、(b)は一部の拡大断面図である。 6A and 6B show an example of a conventional processing container for a semiconductor manufacturing apparatus, wherein FIG. 6A is a schematic cross-sectional view, and FIG. 6B is a partial enlarged cross-sectional view.
この処理容器31は、CVDやPVDのような成膜装置やエッチング装置等に使用されるため、半導体製造装置内で使用される腐食性ガスやそのプラズマへの耐食性を備えたアルミナ等のセラミックスからなり、その内表面は粗面化して凹凸部32を形成することで耐久性を向上させていた。
Since this
粗面化する理由としては、半導体デバイス製造プロセスのCVDやPVD法を用いる成膜工程において、成膜される膜成分が装置を取り囲む処理容器31の内壁表面に付着し、これが後に剥がれ落ちパーティクルとなるため、付着面積を大きくし、さらに粗面化した凹凸部32とのアンカー効果を利用して剥がれ落ちにくくするためである。
The reason for roughening the surface is that in the film forming process using the CVD or PVD method of the semiconductor device manufacturing process, the film component to be formed adheres to the inner wall surface of the
また、内壁に用いる部材を粗面化する方法としては、図7に示すように焼成後のセラミック部材41に電融アルミナや炭化珪素質からなるグリーンカーボン(以下GCと呼ぶ)等の砥粒42をサンドブラスト装置43によって、セラミック部材41の腐食性ガスに接する表面にぶつけて粗面化した表面を得る方法が一般的である。その他の方法としては、冷間静水圧プレス(コールド・アイソスタティック・プレス)成形法において、成形金型の表面を予めサンドブラスト装置43を用いて粗面化し、これを成型時に成形体表面に転写する方法や、エッチング液により上記セラミック部材41の表面を粗面化する方法等が提案されている。
Further, as a method of roughening the member used for the inner wall, as shown in FIG. 7, the sintered
また、上記凹凸部32の表面粗さについては、Raで1μm以上とするのが良いとされており、成形体の段階で加工処理をするか、焼き放し面で上記面粗さにすることが提案されていた(特許文献1、2参照)。
The surface roughness of the concavo-
また、上記処理容器31を多孔質焼結体により形成することで、その表面を粗面化することも提案されている(特許文献3参照)。
しかしながら、従来のようにサンドブラスト装置43を用いて得られた粗面の場合、図8に示すように焼結後のセラミック部材41の表面に、硬度の高い砥粒42を衝突させて粗面を得るため、セラミック部材41を構成する結晶粒子同士の界面にクラック44が無数に存在し、装置に加わる振動等で進展したクラック44や堆積物の重みによって、例えば図8の点線部分から脱した粒子45がパーティクルの要因となっていた。
However, in the case of a rough surface obtained by using a
更には、サンドブラスト装置43に用いる砥粒42が上記クラック44部分にかみ込み、装置の振動によりかみ込みが緩んで落下したり、装置内壁が加熱されて膨張し、クラック44の開口部分が広がるため、かみ込んでいた砥粒42が落下するといったことが起こり、落下した砥粒42がパーティクルとなる問題があった。
Furthermore, the
また、エッチング処理により粗面化する方法では、上記のようにサンドブラスト装置43を用いる方法と比較してパーティクル発生の要因は少ないものの、所定の粗面を得るための処理時間が長く、実用的ではない。
Further, in the method of roughening by etching, although the cause of particle generation is less than the method using the
また、成形体に加工処理する方法や、焼き放しで表面粗さをRaで1μm以上とすることなどが提案されているが、切削加工で得られた粗面がそのまま焼結体に反映されにくいという問題や、得られる粗面がバラツキ、再現性に乏しいという問題があった。 In addition, it has been proposed to process the molded body and to raise the surface roughness to 1 μm or more by Ra, but the rough surface obtained by cutting is not easily reflected in the sintered body as it is. There was a problem that the obtained rough surface was uneven and reproducibility was poor.
また、セラミック部材を多孔質焼結体で構成した場合、部材強度が低いことや、多孔質焼結体中を腐食性ガスが透過するという問題、また気孔が小さければ、付着する成膜成分とのアンカー効果が得られにくく堆積した膜が剥離し、これがパーティクルとなる問題等が生じる。 Further, when the ceramic member is composed of a porous sintered body, the strength of the member is low, the problem that corrosive gas permeates through the porous sintered body, and if the pores are small, The anchor effect is difficult to obtain, and the deposited film peels off, resulting in a problem of becoming particles.
上記課題に鑑み、本発明の半導体製造装置用セラミック部材は、腐食性ガスに曝される表面部を有する半導体製造装置用セラミック部材であって、少なくとも表面部がセラミック基材と、その表面に被着された複数の粒状セラミック体とからなることを特徴とする。 In view of the above problems, a ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is a ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus having a surface portion exposed to a corrosive gas, and at least the surface portion is covered with a ceramic base material and the surface thereof. It is characterized by comprising a plurality of attached granular ceramic bodies.
また、本発明の半導体製造装置用セラミック部材は、上記粒状セラミック体が複数層被着されたことを特徴とする。 The ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is characterized in that a plurality of layers of the granular ceramic body are applied.
さらに、本発明の半導体製造装置用セラミック部材は、上記粒状セラミック体が、少なくとも2種以上の小径と大径の粒状セラミック体から構成されることを特徴とする。 Furthermore, the ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is characterized in that the granular ceramic body is composed of at least two kinds of granular ceramic bodies having a small diameter and a large diameter.
またさらに、本発明の半導体製造装置用セラミック部材は、上記粒状セラミック体が0.3〜5.0mmの最大径を有した粒状であることを特徴とする。 Furthermore, the ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is characterized in that the granular ceramic body is granular having a maximum diameter of 0.3 to 5.0 mm.
また、本発明の処理容器は、上記半導体製造装置用セラミック部材を内壁に配置した処理容器としたことを特徴とする。 Moreover, the processing container of the present invention is characterized in that it is a processing container in which the ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus is disposed on an inner wall.
また、本発明の半導体製造装置は、上記半導体製造装置用セラミック部材を用いたことを特徴とする。 The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is characterized by using the above-mentioned ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus.
本発明によれば、半導体製造工程で用いられる腐食性ガスやそれらのプラズマに曝される半導体製造装置用セラミック部材表面に、複数の粒状セラミック体を層状に配置することにより、部材表面を粗面化でき、成膜成分等の付着が生じても粗面とのアンカー効果により剥離が生じにくく、パーティクル発生を抑制することが可能となる。 According to the present invention, the surface of a member is roughened by arranging a plurality of granular ceramic bodies in layers on the surface of a ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus that is exposed to corrosive gases used in semiconductor manufacturing processes and their plasmas. Even if adhesion of a film forming component or the like occurs, peeling hardly occurs due to an anchor effect with a rough surface, and generation of particles can be suppressed.
また、上記粒状セラミック体を複数層被着することで、部材を長寿命化することが可能となる。 Further, by applying a plurality of layers of the granular ceramic body, it is possible to extend the life of the member.
また、上記粒状セラミック体が少なくとも2種以上の小径と大径の粒状体で構成されることにより、より良好な付着強度が得られる粗面への調整が可能となる。 Further, when the granular ceramic body is composed of at least two kinds of small-diameter and large-diameter granular bodies, it is possible to adjust to a rough surface where better adhesion strength can be obtained.
また、上記半導体製造装置用セラミック部材を処理容器内壁に配置することで、パーティクル発生が少なく、しかも処理容器の長寿命化が可能となる。 Further, by arranging the ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus on the inner wall of the processing container, the generation of particles is reduced and the life of the processing container can be extended.
また、上記半導体製造装置用セラミック部材を半導体製造装置に用いることで、パーティクルの発生が少ないため、それが原因で発生する製造不良を少なくすることが可能となる。 Moreover, since the generation of particles is reduced by using the ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus in a semiconductor manufacturing apparatus, it is possible to reduce manufacturing defects caused by the generation of particles.
以下、本発明の半導体製造装置用セラミック部材の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の半導体製造装置用セラミック部材一実施形態を示し、(a)は部分拡大図、(b)は表面の拡大概略図である。 1A and 1B show an embodiment of a ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, wherein FIG. 1A is a partially enlarged view and FIG. 1B is an enlarged schematic view of a surface.
図1(a)に示すように、本発明の半導体製造装置用セラミック部材は、セラミック基材1の表面に粒状セラミック体2を被着させ、凹凸部3を形成したものとなっている。
As shown in FIG. 1A, the ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is formed by depositing a granular
これにより、部材表面を粗面化でき、成膜成分等の付着が生じても粗面とのアンカー効果により剥離が生じにくく、パーティクル発生を抑制することが可能となる。 As a result, the surface of the member can be roughened, and even if deposition of a film forming component or the like occurs, peeling is unlikely to occur due to the anchor effect with the rough surface, and particle generation can be suppressed.
ここで、上記セラミック基材1の材質としては、一般に用いられるセラミックスであれば適用可能であるが、特に半導体製造装置用として用いられるアルミナセラミックスとするのが良い。
Here, as the material of the
また、上記粒状セラミック体2の材質としては、一般的なセラミックスであればいずれも適用可能であるが、その中でもアルミナ、イットリア、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(以下YAGと記載)、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素が半導体製造プロセス内で使用されるフッ素系や塩素系の腐食性ガスに対する耐食性に優れるために良い。さらに、上記材質の中でも、SF6、CF4、CHF3、ClF3、NF3、C4F8、HF等のフッ素系、Cl2、HCl、BCl3、CCl4等の塩素系ガス、或いはBr2、HBr、BBr3等の臭素系ガスなどに対して良好な耐食性を有するYAG、イットリアセラミックスを用いることがより好適である。上記のYAG、イットリア(Y2O3)はフッ素系、塩素系、臭素系ガスとの反応生成物の融点が他のセラミックスと腐食性ガスの反応生成物の融点よりも高いために特に安定した耐食性を備えている。
Any material can be used as the material of the granular
また、セラミック基材1、粒状セラミック体2を成すセラミック材料としては、純度95%以上、1次原料平均粒径が5μm以下のものを用いることが好ましく、純度が95%より低い場合には、半導体製造装置用セラミック部材として用いた場合に腐食性ガスやそれらのプラズマに対し耐食性が低下するからであり、1次原料平均粒径が5μmより大きな場合には、より高温で焼成しなければ緻密化が困難であり、製造コストが大幅にアップしてしまうからである。
Moreover, as a ceramic material which comprises the
さらに、上記粒状セラミック体2の形状としては、球状、扁平状、角柱状、円柱状等、成形可能な粒状であればどのような形状でも適用可能であるが、成形のし易さや、成形後の取り扱い易さ、製造コストを考慮すると、球状とするのがより好適である。
Furthermore, as the shape of the granular
また、粒状セラミック体2は、セラミック基材1に対して1層以上の層状として被着されれば良好な耐食性を示し、隙間のないように被着されることが好ましい。
Moreover, the granular
なお、セラミック基材1の表面に粒状セラミック体2を被着する方法については、後述する。
A method for depositing the granular
上記粒状セラミック体2は、図2(a)、(b)に示すように複数層で被着することが好ましい。
The granular
例えば、図2は2層に被着した場合を示し、(a)は部分拡大図、(b)は表面の拡大概略図である。粒状セラミック体2を2層とすることによって、腐食性ガスやそのプラズマに対して耐食層の厚さが厚いために、耐久時間は2倍となる。耐食性をより強化しようとすれば、上記層数を増加して複数層被着させればよい。
For example, FIG. 2 shows a case where two layers are deposited, (a) is a partially enlarged view, and (b) is an enlarged schematic view of the surface. By making the granular
単にセラミック基材1の厚さを増して耐久時間を長くしようとすると、厚さが増した分だけセラミック基材1を均質に焼結させることが困難であり、焼成時間も延長しなければならない。これに加えて厚さを増したセラミック基材1を作製後、表面を粗面化するためのサンドブラスト処理等が必要であり、時間と製造コストが大幅アップしてしまう。本発明を用いれば、耐久時間延長と粗面化が同時に実現可能であり、コスト面に対するメリットが非常に大きい。
If an attempt is made to increase the durability by simply increasing the thickness of the
また、複数層とすることで耐久時間の延長につながるが、あまり多層化しすぎると、製造時間を要してしまいコストアップにつながるため、粒状セラミック体2の粒径にもよるが、層数としては5層以下とするのが良い。
Moreover, although it leads to the extension of endurance time by making it into multiple layers, since it will lead to a cost increase when manufacturing too many layers, it depends on the particle size of the granular
また、上記粒状セラミック体2は、図3(a)、(b)に示すように、少なくとも2種以上の小径と大径の粒状体から構成されることが好ましい。
In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, the granular
例えば、図3は、粒状セラミック体2が小径粒状セラミック体5と大径粒状セラミック体4から成る場合を示し、(a)は部分拡大図、(b)は表面の拡大概略図である。このように小径粒状セラミック体5と大径粒状セラミック体4、いわゆる粒度配合した粒状セラミック体2をセラミック基材1の表面に被着させることで、大径粒状セラミック体4同士の隙間に小径粒状セラミック体5がその隙間を埋めるような形で充填されるために、同径の粒状セラミック体を基材表面に被着した場合と比較して、被着層の密度を高めることが可能であり、これにより腐食性ガスへの耐食性をさらに向上させることが可能となる。
For example, FIG. 3 shows a case where the granular
なお、粒状セラミック体2の小径、大径とは少なくとも10μm以上の差があることを示す。より好ましくは、小径粒子は大径粒子の半分以下の粒子径とするのが良く、このような粒径であれば、特に粒子形状が球状である場合に、大径粒子4つの隙間に1個以上の小径粒子が充填されるため、被着層の密度をより向上させることが可能となる。
The small diameter and large diameter of the granular
さらには、上記粒状セラミック体2はそれぞれ1種類以上の小径、大径粒子から構成されるのが被着した層を高密度化するという観点から好ましいが、あまり粒径の種類が多く成りすぎると、セラミック基材1へ被着する時の配列等、製法上の理由からセラミック基材1への良好な被着が困難となる。従って、1種類の大径粒子の隙間を1種類以上の小径粒子で埋める形とするのがより好適である。
Furthermore, each of the above-mentioned granular
さらに、上記粒状セラミック体2は、0.3〜5.0mmの範囲内の最大径を有することが好ましい。
Further, the granular
最大径が0.3mm未満では、付着した成膜成分の剥離防止のために形成しようとする凹凸部3の間隔が狭くなってしまい、良好なアンカー効果が得られず付着した上記成膜成分の剥離が生じやすい。一方、5mmより大きいと、凹凸部3の間隔が広すぎてアンカー効果が得られにくく、付着した上記成膜成分の剥離が生じてしまうからである。
When the maximum diameter is less than 0.3 mm, the interval between the concavo-
なお、本発明の半導体製造装置用セラミック部材を用いた半導体製造装置内で生じるパーティクル量にもよるが、より良好な剥離防止効果が得られ、しかも作り易いとう観点から上記粒状セラミック体2の最大径の範囲は1〜3mmとすることがより好ましい。
Although it depends on the amount of particles generated in the semiconductor manufacturing apparatus using the ceramic member for semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to obtain a better delamination preventing effect and to make the maximum of the granular
また、上記粒状セラミック体2は、その表面が平滑な曲面のものばかりでなく、粗いもの、凹凸を有したものでも粒状であれば使用可能である。表面が粗く凹凸を有していれば、上記成膜成分がより剥離しにくくなるため良好である。
The granular
次に、本発明の半導体製造装置用セラミック部材の製造方法を説明する。 Next, the manufacturing method of the ceramic member for semiconductor manufacturing apparatuses of this invention is demonstrated.
まず、上記セラミック基材1となる成形体を準備する。セラミック基材1は基材に用いるセラミックの1次原料粉末に、成形助剤等を所定量添加して2次原料粉末を作製し、これをプレス成形法や冷間静水圧プレス成形法(コールド・アイソスタティック・プレス)等の一般的な成形方法により、必要とする形状、サイズとなるように成形する。
First, a molded body to be the
ただし、この時成形圧力について、焼成後に緻密体が得られる成形圧力の50〜80%程度の成形圧力で成形する。これは、後に粒状セラミック体2を表面に被着して再度通常の成形圧力によって成形し、セラミック基材1と粒状セラミック体2の密着性を増すためである。
However, at this time, the molding pressure is molded at a molding pressure of about 50 to 80% of the molding pressure at which a dense body is obtained after firing. This is because the granular
次に、上記複数の粒状セラミック体2となる粒状セラミック成形体を作製する。用いる成形方法としては、セラミック基材1の製造方法と同様の方法により成形可能であり、その他の成形方法として押出成形法によっても成形可能である。しかしながら、成形の効率化や成形体サイズの調整を考慮すると、プレス成形法により成形するのがより好適である。このとき成形圧力については焼成後に緻密体が得られる通常圧力で成形しても良いが、後にセラミック基材1の表面に層状に配置して、再度通常圧力で冷間静水圧プレス成形により加圧して被着させるために、より好適には通常圧力の50〜80%の成形圧力とするのが良い。また、前記粒状セラミック成形体の粒径、形状についてはプレス成形法で製造する場合は用いる成形型を調整することにより行う。押出成形により製造する場合には、成形機の口金の口径を調整することにより粒径を調整する。形状に関してはプレス成形と比較してバラツキが激しいため、成形後に転動造粒機等を用いて形状をそろえる必要がある。
Next, a granular ceramic molded body to be the plurality of granular
そして、上述のようにして得られたセラミック基材1となる成形体の表面に、上記粒状セラミック成形体を層状に配置し、これを再度冷間静水圧プレス成形法により加圧して、セラミック基材1となる成形体表面に粒状セラミック成形体を加圧密着させ、一体とした半導体製造装置用セラミック部材の成形体を得る。
Then, the above-mentioned granular ceramic molded body is arranged in layers on the surface of the molded body to be the
このとき、上記セラミック基材1となる成形体の表面に粒状セラミック成形体を隙間なく配置する方法としては、例えば、型を用いる方法として、セラミック基材1となる成形体の表面と型との間に粒状セラミック成形体の最大径に相当する隙間を設けるようにして作製したゴム製の型を準備しておき、この型を上記セラミック基材1となる成形体に嵌め、型の一部分に設置した投入口から粒状セラミック成形体を投入して型とセラミック基材1となる成形体の表面との隙間に充填するという方法である。また、他の例としては、あらかじめ上記セラミック基材1となる成形体表面に粘着性を有したスラリー状のバインダーを塗布し、この上に所定の容器内に入れておいた上記粒状セラミック成形体を容器と成形体表面の距離を一定に保ちながら落下させ、塗布したバインダーの粘着力により表面に配列させる方法である。この方法では、一度バインダーを塗布して上記粒状セラミック成形体を配列させた後、その上からバインダーを塗布して、粒状セラミック成形体の配列を繰り返すことにより、複数層の形成が可能である。
At this time, as a method of disposing the granular ceramic molded body on the surface of the molded body to be the
この他にも種々の方法があるが、上記工程を経た後、本発明の上記成形体の形状に合わせたゴム製型を用いて、冷間静水圧プレス成形法により再加圧してセラミック基材1へ粒状セラミック体2を加圧密着させることで、本発明の半導体製造装置用セラミック部材の成形体が得られる。
There are various other methods, but after passing through the above steps, a ceramic base material is re-pressurized by a cold isostatic press molding method using a rubber mold that matches the shape of the molded body of the present invention. By pressing and adhering the granular
ここで、上記バインダーとしてはポリビニールアルコール、ポリエチレングリコール等、一般的なバインダー類はいずれも適用可能であり、溶媒としては水、有機溶媒が適用可能である。上記スラリー状バインダーの塗布方法としては、ハケ塗り、スプレーコーティング等、種々のコーティング方法が適用可能であるが、塗布効率や均一性を考慮するとスプレーコーティングを用いるのが良い。このように、上記セラミック基材成形体表面にバインダーを介して粒状セラミック成形体を配列させ、再度加圧成形することにより、単に型に充填させて配列、再加圧させる製法と比較して、粒状セラミック成形体を基材成形体表面により強固に接着させることができ、成形体のハンドリング性が向上する。 Here, general binders such as polyvinyl alcohol and polyethylene glycol are applicable as the binder, and water and organic solvents are applicable as the solvent. As the method for applying the slurry binder, various coating methods such as brushing and spray coating can be applied. However, in consideration of application efficiency and uniformity, spray coating is preferably used. In this way, by arranging the granular ceramic molded body through the binder on the surface of the ceramic substrate molded body, and pressurizing again, it is simply filled in the mold, arranged, and compared with the manufacturing method of repressurizing, The granular ceramic molded body can be more firmly bonded to the surface of the substrate molded body, and the handleability of the molded body is improved.
その後、上記成形体を所定の焼成炉内で、上記セラミック基材1と粒状セラミック体2に使用したセラミック粉末の緻密化温度で焼成し、両者を接合一体化することにより本発明の半導体製造装置用セラミック部材が得られる。
Thereafter, the molded body is fired in a predetermined firing furnace at the densification temperature of the ceramic powder used for the
なお、上述の方法は、セラミック基材と粒状セラミック体を成形体同士で加圧密着させ、その後焼成することにより一体化させる方法だが、焼結体同士を被着させることも可能である。この場合には無機バインダーを含む粘着性を有したスラリーを、あらかじめ上記基材表面に塗布しておき、この上に粒状セラミック焼結体をスラリーによって接着して配列させた後、所定温度で焼成することにより、焼結体同士が無機バインダーの作用によって接合される。これにより半導体製造装置用セラミック部材を製造可能である。 The above-described method is a method in which the ceramic base material and the granular ceramic body are pressed and adhered to each other between the molded bodies, and then fired to be integrated, but the sintered bodies can also be adhered. In this case, an adhesive slurry containing an inorganic binder is applied to the substrate surface in advance, and a granular ceramic sintered body is adhered and arranged on the slurry, and then fired at a predetermined temperature. As a result, the sintered bodies are joined together by the action of the inorganic binder. Thereby, the ceramic member for semiconductor manufacturing apparatuses can be manufactured.
このようにして得られた半導体製造装置用セラミック部材は、半導体製造プロセスで使用されるフッ素系、塩素系あるいは臭素系等の腐食性ガスに対して良好な耐食性を示す。しかも、半導体基板への成膜の際の成膜成分の付着物落下をその表面の凹凸とのアンカー効果により防止することが可能で、パーティクルの発生を低減することができる。 The ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus thus obtained exhibits good corrosion resistance against a corrosive gas such as fluorine, chlorine or bromine used in the semiconductor manufacturing process. In addition, it is possible to prevent the deposits of film forming components from dropping during film formation on the semiconductor substrate by the anchor effect with the unevenness of the surface, and the generation of particles can be reduced.
次に、本発明の半導体製造装置用セラミック部材を用いた処理容器の一例を図4(a)、(b)に示し、(a)は処理容器の断面概略図を、(b)は同図(a)のA部の拡大図を示す。 Next, an example of a processing container using the ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is shown in FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of the processing container, and FIG. The enlarged view of the A section of (a) is shown.
図4に示すように、処理容器6は、腐食性ガスやプラズマに曝される内壁表面に粒状セラミック体2が層状となった粒状セラミック体層7が被着された構造となっており、優れた耐食性を有している。また、これにより容器内壁は粗面化されており、容器内でCVD法等を用いての半導体への成膜が実施された際に、その成膜成分が内壁表面に付着した場合でも、上記成膜成分が粗面である壁面とアンカー効果をなすために落下することがなく、半導体製造装置処理容器内でのパーティクルの発生を低減できる。
As shown in FIG. 4, the
また、図4(b)では、粒状セラミック体層7を1層とした例を示しているが、必要とする耐食性に応じて、これを2層、3層と複数層とすることが可能である。更には、本発明では図4(a)に示すように断面が曲面を有する形状であっても対応可能である
次に、上記本発明の処理容器6を半導体製造装置に用いた例について図5を用いて説明する。
FIG. 4B shows an example in which the granular ceramic body layer 7 is one layer. However, depending on the required corrosion resistance, it can be divided into two layers, three layers, and a plurality of layers. is there. Furthermore, in the present invention, even if the cross section has a curved shape as shown in FIG. 4A, it is possible to cope with it. Next, an example in which the
図5は誘導結合型プラズマエッチング装置を示す概略断面図である。図中参照符号10が本発明の処理容器である。この処理容器10はドーム状をなし、内壁表面には粗面部11を有しており、その下に金属製の下部チャンバー12が処理容器10に密着するように設けられ、これらによりチャンバー12が構成されている。下部チャンバー12内の上部には支持テーブル13が配置され、その上に静電チャック14が設けられており、静電チャック14上に半導体ウェハ15が載置される。静電チャック14の電極には直流電源が接続されており、これにより半導体ウェハ15を静電吸着する。また、支持テーブル13にはRF電源が接続されている。一方、下部チャンバー12の底部には真空ポンプ18が接続されており、下部チャンバー12内を真空排気可能となっている。また、下部チャンバー12の上部には半導体ウェハ15の上方にエッチングガス、例えばCF4ガスを供給するガス供給ノズル16が設けられている。処理容器用10の周囲には誘導コイル17が設けられており、この誘導コイル17にはRF電源から例えば400kHzの高周波が印加される。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an inductively coupled plasma etching apparatus.
このようなエッチング装置においては、真空ポンプ18によりチャンバー12内を所定の真空度まで排気し、静電チャック14により半導体ウェハ15を静電吸着した後、ガス供給ノズル16からエッチングガスとして例えばCF4ガスを供給しつつ、RF電源から誘導コイル18に給電することにより、半導体ウェハ15の上方部分にエッチングガスのプラズマが形成され、半導体ウェハ15が所定のパターンにエッチングされる。なお、高周波電源から支持テーブル13に給電することにより、エッチングの異方性を高めることができる。
In such an etching apparatus, the inside of the
このようなエッチング処理の際、処理容器10の内面はCF4ガスやそれらのプラズマによる腐食を受けるとともに、フッ化物膜等が付着する。しかしながら、処理容器10は上述した本発明の半導体製造装置用セラミック部材で構成されているため、プラズマに対する耐食性が高いとともに、付着物が落下しにくい。
During such an etching process, the inner surface of the
本発明の半導体製造装置用セラミック部材は、図5のような半導体製造装置の処理容器に限らず、エッチング装置やCVD成膜等、腐食性ガスを用いる処理用の部材としてあらゆる部分に適用することが可能である。 The ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is not limited to the processing container of the semiconductor manufacturing apparatus as shown in FIG. 5, but is applied to all parts as a processing member using a corrosive gas such as an etching apparatus or a CVD film formation. Is possible.
以下本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の実施例として図1〜図3に示すような半導体製造装置用セラミック部材を作製した。 As an example of the present invention, a ceramic member for a semiconductor manufacturing apparatus as shown in FIGS.
まずアルミナからなるセラミック基材をいくつか準備する。アルミナとしては、純度95%以上であり、1μm前後の平均粒径を有する1次原料粉末を、所定のバインダーと溶媒とともに混合ミルを用いて混合した後、これをスプレードライ装置等の噴霧造粒装置にて造粒して2次原料粉末とした後、これを冷間静水圧プレス(コールド・アイソスタティック・プレス)成形装置にて成形するため、ゴム型に投入して該成形装置により通常圧力の70%の成形圧力で所定形状に成形した。その後、上記成形体を切削加工により外径60mm×厚さ10mmの形状に加工しセラミック基材とした。 First, several ceramic substrates made of alumina are prepared. As alumina, a primary raw material powder having a purity of 95% or more and having an average particle diameter of around 1 μm is mixed with a predetermined binder and solvent using a mixing mill, and then mixed with a spray granulator such as a spray dryer. After granulating with an apparatus to make a secondary raw material powder, it is put into a rubber mold to be molded with a cold isostatic press (cold isostatic press) molding apparatus, and then the normal pressure is applied with the molding apparatus. Was molded into a predetermined shape with a molding pressure of 70%. Then, the said molded object was processed into the shape of outer diameter 60mm x thickness 10mm by cutting, and it was set as the ceramic base material.
粒状セラミック体として、アルミナ、YAG、Y2O3からなる1次原料を準備した。純度はそれぞれ95%以上であり、平均粒径は1μm前後のものを用いている。次に、この1次原料を、上記基材と同様の工程を経て2次原料粉末とし、これを表1に示す如く大きさの平均粒径(粒径の種類が2種以上の場合は最小径、最大径)の球状となるようにそれぞれの材料毎にプレス成形機を用いて、上記基材と同様の成形圧力にて成形し、3種類の材料からなる粒状セラミック成形体を得た。 As a granular ceramic body, a primary material made of alumina, YAG, Y 2 O 3 was prepared. The purity is 95% or more, and the average particle size is about 1 μm. Next, the primary raw material is made into a secondary raw material powder through the same steps as the above-mentioned base material, and as shown in Table 1, this is the average particle size (when the number of particle types is two or more, the maximum). Using a press molding machine for each material so as to obtain a spherical shape having a small diameter and a maximum diameter), molding was performed at a molding pressure similar to that of the base material, thereby obtaining a granular ceramic molded body made of three kinds of materials.
次に、上記セラミック基材成形体表面に予め粘着性を持ったバインダーを含むスラリーを塗布し、その上に上記粒状セラミック成形体をセラミック基材成形体が覆われるまで載置し、余分な粒状セラミック成形体をふるい落とす。これを何度か繰り返すことによって、粒状セラミック成形体をセラミック基材成形体表面に表1に示す如く層数で被着させることにより配列させた。なお、上記スラリーとしては、溶媒に水、バインダーとしてPVA(ポリビニールアルコール)を用い、これを混合したものを用いた。 Next, a slurry containing an adhesive binder is applied to the surface of the ceramic base material in advance, and the granular ceramic green body is placed on the ceramic base material until the ceramic base material is covered. Sift out the ceramic body. By repeating this several times, the granular ceramic molded bodies were arranged on the surface of the ceramic substrate molded body in the number of layers as shown in Table 1. In addition, as said slurry, what mixed this using water as a solvent and PVA (polyvinyl alcohol) as a binder was used.
その後、上記の粒状セラミック体並びにセラミック基材の成形体を、準備したゴム型に厚さ方向によく圧力がかかるような向きで投入し、冷間静水圧プレス成形により、通常圧力にて成形し、成形体を得る。 Thereafter, the above-mentioned granular ceramic body and ceramic base body are put into the prepared rubber mold in such a direction that pressure is applied in the thickness direction, and formed at normal pressure by cold isostatic pressing. A molded body is obtained.
その後、この成形体を大気雰囲気炉にて1600〜1800℃で焼成することにより、図6に示すような半導体製造装置用セラミック部材19の試料を得た。図中、20はセラミック基材、21は粒状セラミック体を示す。 Thereafter, this compact was fired at 1600 to 1800 ° C. in an atmospheric furnace to obtain a sample of the ceramic member 19 for a semiconductor manufacturing apparatus as shown in FIG. In the figure, 20 indicates a ceramic substrate, and 21 indicates a granular ceramic body.
また比較例として、半導体製造装置用セラミック部材19と同サイズのアルミナからなるセラミック基材の表面を市販のサンドブラスト装置にて表面粗さ(Ra)10μmに粗面化した試料も準備した。 As a comparative example, a sample was also prepared in which the surface of a ceramic substrate made of alumina of the same size as the ceramic member 19 for a semiconductor manufacturing apparatus was roughened to a surface roughness (Ra) of 10 μm by a commercially available sandblast apparatus.
得られた半導体製造装置用セラミック部材19の試料の気孔率をアルキメデス法により測定し、気孔率が0.1%以下となるものを評価用の試料とした。 The porosity of the sample of the obtained ceramic member 19 for a semiconductor manufacturing apparatus was measured by the Archimedes method, and a sample having a porosity of 0.1% or less was used as an evaluation sample.
そして、各試料の耐食性をRIE(Reactive Ion Etchinng)装置にて評価した。評価は装置内をCl2ガス雰囲気としてプラズマを発生し、このプラズマに3時間曝露させて試験前後の重量減少量から1分間あたりのエッチングレートを算出する。また、上記エッチングレートをアルミナ焼結体(アルミナ含有量99.5質量%、試料表面鏡面加工品Ra0.1μm)のエッチングレートを1としたとき、これとの相対比較値を求めたものをエッチングレート比とした。 And the corrosion resistance of each sample was evaluated with the RIE (Reactive Ion Etching) apparatus. In the evaluation, plasma is generated with the inside of the apparatus as a Cl 2 gas atmosphere, and the plasma is exposed to this plasma for 3 hours, and the etching rate per minute is calculated from the weight loss before and after the test. Further, when the etching rate of the alumina sintered body (alumina content 99.5% by mass, sample surface mirror-finished product Ra 0.1 μm) is set to 1, the etching rate of the relative comparison value obtained with this etching rate is etched. The rate ratio.
また、各試料をCVD成膜装置内の所定位置に3日間置き、その表面に成膜成分を付着させた後、装置内から取り出し、これを純水の入った容器に入れて、容器ごと市販の超音波洗浄機内で洗浄した後取り出し、容器内に残っている純水中のパーティクル量を市販のパーティクルカウンターにて測定した。 In addition, each sample is placed in a predetermined position in the CVD film forming apparatus for 3 days, and after depositing film forming components on its surface, it is taken out from the apparatus and put in a container containing pure water, and the entire container is commercially available. After washing in an ultrasonic cleaner, the sample was taken out and the amount of particles in pure water remaining in the container was measured with a commercially available particle counter.
表1に結果を示す。
表1より、本発明の試料(No.1〜14)は、いずれもエッチングレート比が1.15以下、パーティクル量が220cm3/個以下となり、付着した成膜成分の剥離が少ないことが判った。 From Table 1, it can be seen that all of the samples (Nos. 1 to 14) of the present invention have an etching rate ratio of 1.15 or less and a particle amount of 220 cm 3 / piece or less, and there is little peeling of the deposited film forming components. It was.
特に、粒状セラミック体をYAG、Y2O3で構成した試料(No.13、14)は、使用した材料自体の耐食性が反映されており、エッチングレート比が0.65以下、パーティクル量も10cm3/個以下となり優れた耐食性を有することが判った。 In particular, the samples (Nos. 13 and 14) in which the granular ceramic body is composed of YAG and Y 2 O 3 reflect the corrosion resistance of the used material itself, the etching rate ratio is 0.65 or less, and the particle amount is 10 cm. It was found to have excellent corrosion resistance at 3 / piece or less.
また、粒状セラミック体を2層、3層で被着した試料(No.2〜4)は、エッチングレート比が1.15以下、パーティクル量が220cm3/個以下となり、付着した成膜成分の剥離が少ないことが判った。 In addition, the sample (No. 2 to 4) in which the granular ceramic body was deposited in two layers and three layers had an etching rate ratio of 1.15 or less and a particle amount of 220 cm 3 / piece or less. It was found that there was little peeling.
さらに、粒状セラミック体を小径と大径の2種を混合した試料(No.3、11、12)は、表面の粒状セラミック体層の密度が向上するため、特に良好な耐食性を示すことが分かる。この中でも2種の粒径を有する粒状セラミック体を2層に被着した試料(No.3)は、エッチングレート比、パーティクル量がともに良好な値を示した。 Further, it can be seen that the samples (No. 3, 11, 12) in which the granular ceramic body is mixed with two kinds of small diameter and large diameter show particularly good corrosion resistance because the density of the granular ceramic body layer on the surface is improved. . Among them, the sample (No. 3) in which the granular ceramic bodies having two kinds of particle sizes were deposited in two layers showed good values for both the etching rate ratio and the amount of particles.
また、粒状セラミック体の最大径が0.3〜5μmの範囲内の試料(No.6〜9)は、粒状セラミック体の間隔が良好な範囲であり、特にパーティクル量が少ない。 Moreover, the sample (No. 6-9) in the range whose maximum diameter of a granular ceramic body is 0.3-5 micrometers is a range with the favorable space | interval of a granular ceramic body, and there are especially few particle amounts.
これに対し、比較例である粒状セラミック体を被着していない試料(No.15)は、表面をサンドブラスト加工して粗面化しているために、腐食性ガスとの接触面積が増え、エッチングレート比が1.22と大きく耐食性に劣り、パーティクル量も500cm3/個と非常に多いことが判った。 On the other hand, the sample (No. 15) not coated with the granular ceramic body as a comparative example is roughened by sandblasting the surface, so that the contact area with the corrosive gas is increased and etching is performed. It was found that the rate ratio was as large as 1.22, inferior in corrosion resistance, and the amount of particles was as large as 500 cm 3 / piece.
1:セラミック基材
2:粒状セラミック体
3:凹凸部
4:大径粒状セラミック体
5:小径粒状セラミック体
6、10:処理容器
7:粒状セラミック体層
11:粗面部
12:チャンバー
13:支持テーブル
14:静電チャック
15:半導体ウェハ
16:ガス供給ノズル
17:誘導コイル
18:真空ポンプ
31:処理容器
41、51:セラミック部材
32:凹凸部
42:砥粒
43:サンドブラスト装置
44:クラック
45:粒子
1: Ceramic base material 2: Granular ceramic body 3: Uneven portion 4: Large diameter granular ceramic body 5: Small diameter granular
Claims (6)
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JP2009032574A (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Kyocera Corp | Structure and device using this |
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- 2004-03-26 JP JP2004092238A patent/JP2005277333A/en active Pending
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