JP2007063595A - Ceramic gas nozzle made of y2o3 sintered compact - Google Patents
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本発明はY2O3焼結体からなるセラミックガスノズルに関する。たとえば、本発明はプラズマ処理装置や半導体・液晶製造用プラズマ装置内での使用に適したY2O3焼結体からなるセラミックガスノズルに関するものである。 The present invention relates to a ceramic gas nozzle made of a Y 2 O 3 sintered body. For example, the present invention relates to a ceramic gas nozzle made of a Y 2 O 3 sintered body suitable for use in a plasma processing apparatus or a semiconductor / liquid crystal manufacturing plasma apparatus.
半導体製造プロセスには様々な反応ガスが用いられている。これらの反応ガスをチャンバー内に均一に導入するためにガスノズルが使用されている。 Various reaction gases are used in the semiconductor manufacturing process. A gas nozzle is used to uniformly introduce these reaction gases into the chamber.
従来、ガスノズルの材料としては、主に石英ガラスやアルミーアルマイトあるいは高純度アルミナセラミックスなどが使用されてきた。これらの中でも、とくにアルミナセラミックスは、耐プラズマ性の点で他の材質より優れているため、多用されている。耐プラズマ性に劣る材料では、パーティクルやコンタミが発生するのは勿論の事、ノズル径の寸法変化が著しく大きい。そのため、特にCVD装置を始めとした薄膜形成装置においては、ノズル径の寸法変化が成膜の厚み制御やウェーハ面内の均一性に悪影響を及ぼす。 Conventionally, quartz glass, aluminum anodized, high-purity alumina ceramics, and the like have been used as the material for the gas nozzle. Among these, alumina ceramics are often used because they are superior to other materials in terms of plasma resistance. In the case of a material with poor plasma resistance, not only particles and contamination are generated, but the dimensional change of the nozzle diameter is remarkably large. Therefore, particularly in a thin film forming apparatus such as a CVD apparatus, a change in the nozzle diameter adversely affects film thickness control and uniformity within the wafer surface.
しかし、LSIの微細化に伴い、パーティクル、コンタミ等の発生や、ノズル孔の形状変化への要求は厳しくなってきている。従来から多用されてきたアルミナセラミックス製のノズルでは、そのように厳しい要求を満たすことは難しくなってきた。
ノズル材質自体の耐プラズマ性が問題となっている。 The problem is the plasma resistance of the nozzle material itself.
たとえば、エッチャー装置では腐食性の高いハロゲンガスが多用されているため、配線の微細化に伴い、プラズマ密度が高くなったこともあって、チャンバー内の構成材料の消耗が大きな問題になってきた。 For example, the etcher uses a lot of highly corrosive halogen gas, and with the miniaturization of the wiring, the plasma density has increased, and consumption of the constituent materials in the chamber has become a major problem. .
CVD装置等の薄膜形成装置においても、同様の問題が生じている。薄膜形成装置においては、成膜反応処理を続けていくと、反応炉内の各種パーツの様々な表面に反応生成膜が付着してくる。この反応生成膜をそのままにしておくと、徐々に成長していき、反応生成膜と基材との熱膨張差や、振動、ガス気流の影響で、反応生成膜が剥がれ落ちるようになる。剥がれ落ちたものがウェーハ上に付着すると、半導体素子の製造歩留りが著しく低下する。 Similar problems occur in thin film forming apparatuses such as CVD apparatuses. In the thin film forming apparatus, when the film forming reaction process is continued, reaction product films are attached to various surfaces of various parts in the reaction furnace. If this reaction product film is left as it is, it grows gradually, and the reaction product film comes off due to the effects of thermal expansion difference between the reaction product film and the substrate, vibration, and gas flow. If the peeled-off material adheres to the wafer, the manufacturing yield of the semiconductor element is significantly reduced.
従来は、所定の成膜処理数を越えた段階で、装置を停止して、チャンバーを開放し、各パーツの様々な表面に付着した膜を洗浄していたが、最近では、プラズマクリーニング、つまり、一定の成膜処理毎にNF3などのガスをチャンバー内に導入し、プラズマを発生させてクリーニングするプラズマクリーニングが、主流となっている。 Conventionally, when the predetermined number of film forming processes has been exceeded, the apparatus is stopped, the chamber is opened, and the films adhering to various surfaces of each part are cleaned, but recently, plasma cleaning, that is, Plasma cleaning, in which a gas such as NF 3 is introduced into the chamber for every fixed film forming process to generate plasma and cleaning, has become the mainstream.
プラズマクリーニングの場合、腐食性の高いNF3ガスに数多く曝されることになる。その結果、ノズルにとって一番重要であるノズル径の寸法変化が、アルミナセラミックにおいても、無視できない程度に生じるようになってきた。 In the case of plasma cleaning, many exposures are made to highly corrosive NF 3 gas. As a result, the dimensional change of the nozzle diameter, which is the most important for the nozzle, has occurred to a degree that cannot be ignored in alumina ceramics.
もう一つの問題として、アルミナノズルからのパーティクル・ダストの発生をあげることができる。 Another problem is the generation of particles and dust from the alumina nozzle.
ノズルから発生するパーティクルは、ほとんどがアルミナ粒子である。とくに、使用初期にパーティクルが発生することが多い。洗浄不足により発生するパーティクルもあるが、ほとんどのパーティクルが研削加工面の加工破砕層からガスの流れと共に脱落したアルミナ粒子である。 Most of the particles generated from the nozzle are alumina particles. In particular, particles are often generated in the initial stage of use. Some particles are generated due to insufficient cleaning, but most of the particles are alumina particles that have fallen from the processing crush layer on the ground surface along with the gas flow.
ノズルの外表面に付着した反応生成膜が剥がれ落ちてダストになることもある。 The reaction product film attached to the outer surface of the nozzle may peel off and become dust.
本発明の目的は、耐プラズマ性に優れ、パーティクル・ダストの発生しないセラミックガスノズルを提供することである。 An object of the present invention is to provide a ceramic gas nozzle which is excellent in plasma resistance and does not generate particle dust.
本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。 Examples of the solving means of the present invention are as follows.
(1)Y2O3焼結体からなるセラミックガスノズルであって、ハロゲン性腐食ガスの流れる内面が焼成したままの面であり、ハロゲン性腐食ガスあるいはハロゲン性腐食ガスのプラズマに曝される外表面が表面粗さRaが1μm以上に粗面化されていることを特徴とするY2O3焼結体セラミックガスノズル。 (1) A ceramic gas nozzle made of a sintered body of Y 2 O 3 , wherein the inner surface where the halogen corrosive gas flows is a fired surface and is exposed to the halogen corrosive gas or the plasma of the halogen corrosive gas. The Y 2 O 3 sintered ceramic gas nozzle, wherein the surface is roughened to a surface roughness Ra of 1 μm or more.
(2)Y2O3焼結体の密度が4.83g/cm3以上であることを特徴とする前述のY2O3焼結体セラミックガスノズル。 (2) The Y 2 O 3 sintered ceramic gas nozzle described above, wherein the density of the Y 2 O 3 sintered body is 4.83 g / cm 3 or more.
(3)外表面の表面粗さRaが1μm以上であることを特徴とする前述のY2O3焼結体セラミックガスノズル。 (3) The Y 2 O 3 sintered ceramic gas nozzle described above, wherein the surface roughness Ra of the outer surface is 1 μm or more.
(4)外表面がブラスト処理により粗面化されていることを特徴とする前述のY2O3焼結体セラミックガスノズル。 (4) The Y 2 O 3 sintered ceramic gas nozzle described above, wherein the outer surface is roughened by blasting.
本発明によれば、セラミックガスノズルは、ハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマに対して高い耐食性を有し、かつ、パーティクルの発生を防ぐことができ、半導体チップや液晶パネルの歩留向上に寄与できる。 According to the present invention, the ceramic gas nozzle has high corrosion resistance against the halogen-based corrosive gas and its plasma, can prevent the generation of particles, and can contribute to the improvement of the yield of semiconductor chips and liquid crystal panels. .
Y2O3焼結体セラミックス製のガスノズルは、アルミナ焼結体セラミックス製のガスノズルに比べ、格段にF系、Cl系などのハロゲンプラズマに対する耐食性が優れている。しかも、ガスの通る内面は、焼成面のままになっているため、加工破砕層がない。さらに、反応生成膜の付着する外表面は、粗面化されているため、反応生成膜と基材との密着力が高く、容易に剥がれ落ちることが無い。従って、長期にわたって初期のノズル寸法を維持でき、パーティクル・ダストも減らすことが可能であり、製造プロセスの安定と歩留まりの向上が可能となる。 The gas nozzle made of Y 2 O 3 sintered ceramics has much better corrosion resistance against halogen plasmas such as F-based and Cl-based than the gas nozzle made of sintered alumina ceramics. Moreover, since the inner surface through which the gas passes remains as a fired surface, there is no processed fracture layer. Furthermore, since the outer surface to which the reaction product film adheres is roughened, the adhesion between the reaction product film and the substrate is high, and it does not easily peel off. Therefore, the initial nozzle dimensions can be maintained over a long period of time, particle dust can be reduced, and the manufacturing process can be stabilized and the yield can be improved.
本発明者らは、前述のような従来技術の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、相対密度が96%以上のY2O3焼結体からなるセラミックガスノズルで、反応ガスの流れる内面を焼成面のままとし、外表面をサンドブラスト等により表面粗さRa1μm以上に粗面化させたセラミックガスノズルが有効であることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the problems of the prior art as described above, the inventors of the present invention are the ceramic gas nozzle made of a Y 2 O 3 sintered body having a relative density of 96% or more, and the inner surface through which the reaction gas flows. It was found that a ceramic gas nozzle whose surface was roughened to a surface roughness Ra of 1 μm or more by sandblasting or the like was effective.
本発明のセラミックガスノズルにおいては、Y2O3焼結体の密度を4.83g/cm3以上とするのが好ましい。密度が4.83g/cm3未満では、焼結体に気孔が残り、気孔に起因するエッチングが顕著となり、寸法変化が生じやすく、パーティクルが発生しやすくなるためである。 In the ceramic gas nozzle of the present invention, it is preferable that the density of the Y 2 O 3 sintered body is 4.83 g / cm 3 or more. When the density is less than 4.83 g / cm 3 , pores remain in the sintered body, etching due to the pores becomes remarkable, dimensional change is likely to occur, and particles are likely to be generated.
密度の測定方法は、JISR1634「ファインセラミックスの焼成体密度・開気孔率の測定方法」に準じる。 The method for measuring the density is in accordance with JIS R1634 “Method for measuring the density and open porosity of fired fine ceramics”.
外表面の粗面化はサンドブラスト、ショットブラスト、グリットブラスト等のブラスト処理によって、実施することが好ましい。なぜなら、低コストで粗面化でき、マスキング等をすることによって部分的な粗面化も容易に出来るからである。 The roughening of the outer surface is preferably carried out by blasting such as sand blasting, shot blasting or grit blasting. This is because the surface can be roughened at a low cost, and partial roughening can be easily performed by masking or the like.
外表面の表面粗さはRa1μm以上が好ましい。これ未満では、反応生成膜と基材とのアンカー効果が少なく、剥がれやすくなるためである。 The surface roughness of the outer surface is preferably Ra 1 μm or more. If it is less than this, the anchor effect between the reaction product film and the base material is small, and it becomes easy to peel off.
表面粗さの測定方法は、JISB0601等で定められた方法で測定することが一般的である。 Generally, the surface roughness is measured by a method defined in JIS B0601 or the like.
純度99.9%のY2O3原料にイオン交換水とバインダーを加えてスラリーとした後、スプレードライヤーで造粒して造粒粉を得た。得られた造粒粉を1500kgf/cm2の圧力で成形してノズル形状にし、素地加工品とした。素地加工品を900℃で仮焼して、バインダーを飛散させた後、1800℃水素雰囲気にて焼成した。反応ガスが通過する内表面を焼成面のままとし、外表面をブラスト処理によって粗面化した。焼成体の密度はJISR1634で定められた方法にて測定した。
表1に示すように準備したノズル8本を1組とし、プラズマCVD装置に装着し、成膜を行った。ノズルの寸法は、外形7mm、内径5mm、長さ60mmであった。直径200mmのウェーハ上のパーティクルをレーザーパーティクルカウンターで測定した。ノズルの消耗については、寸法測定及び表面観察により行った。 A set of 8 nozzles prepared as shown in Table 1 was attached to a plasma CVD apparatus to form a film. The dimensions of the nozzle were an outer diameter of 7 mm, an inner diameter of 5 mm, and a length of 60 mm. Particles on a 200 mm diameter wafer were measured with a laser particle counter. Nozzle wear was performed by dimensional measurement and surface observation.
表1から明らかなように、本発明の実施例では、パーティクルの発生が少なく、プラズマによる材料の消耗量が少ないため、ノズル径など、ノズルにとって重要な寸法の変動を抑えることができた。従って、成膜等の半導体製造プロセスが安定すると共に、半導体素子の歩留まりを向上させることが出来た。 As is clear from Table 1, in the example of the present invention, the generation of particles is small and the amount of material consumption due to plasma is small. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in dimensions important for the nozzle, such as the nozzle diameter. Therefore, the semiconductor manufacturing process such as film formation can be stabilized and the yield of the semiconductor element can be improved.
密度が4.83g/cm3未満のものは、内面が焼成面のままで、かつ、外表面が粗面化されていても、パーティクル数が多くなった。これは、プラズマが気孔部分を集中的にエッチングするためである。 When the density was less than 4.83 g / cm 3 , the number of particles increased even when the inner surface remained a fired surface and the outer surface was roughened. This is because the plasma concentrates the pores.
以上のとおり、本発明の前述の実施例によれば、ガスノズルを密度4.83g/cm3以上のY2O3セラミックスで製作し、反応ガスが通過する内表面を焼成面のままとし、外表面をブラスト処理によって粗面化しているので、腐食性のプラズマによるノズルの消耗が少なく、パーティクルやダストの発生を抑えることが可能となり、結果として、半導体素子の歩留まりを向上させることが可能になった。
As described above, according to the above-described embodiment of the present invention, the gas nozzle is made of Y 2 O 3 ceramics having a density of 4.83 g / cm 3 or more, the inner surface through which the reaction gas passes is left as the fired surface, and the outer surface Since the surface is roughened by blasting, nozzle consumption due to corrosive plasma is reduced, and generation of particles and dust can be suppressed. As a result, the yield of semiconductor elements can be improved. It was.
Claims (4)
The Y 2 O 3 sintered ceramic gas nozzle according to any one of claims 1 to 3, wherein an outer surface is roughened by a blast treatment.
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