JP2008195973A - プラズマ処理装置用セラミックスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れ、低抵抗化が図られ、かつ、高強度である半導体・液晶製造用等のプラズマ処理装置の構成部材に好適に使用することができるプラズマ処理装置用セラミックスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】純度９９％以上のアルミナ粉末に、純度９９％以上のタングステン粉末を前記アルミナ粉末に対して５重量％以上３００重量％以下、純度９９％以上のイットリア粉末を前記アルミナ粉末に対して３重量％以上１００重量％以下添加し、成形後、還元雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、１７００℃以上１９００℃以下で焼成し、気孔率が２％以下であり、かつ、３点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であるセラミックスを製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体・液晶製造用等のプラズマ処理装置に好適に用いることができるプラズマ処理装置用セラミックスおよびその製造方法に関する。

半導体製造装置のうち、プラズマプロセスが主流であるエッチング工程、ＣＶＤ成膜工程、レジストを除去するアッシング工程における装置の部材は、反応性の高いフッ素、塩素等のハロゲン系腐食性ガスに曝される。
このため、上記のような工程でハロゲンプラズマに曝される部材には、高純度アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、ＹＡＧ等のセラミックスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、デザインルールの微細化に伴い、上記工程におけるプラズマは、より低圧高密度化しており、装置の構成部材自体の消耗が激しく、該部材には、耐プラズマ性に優れた材料が求められている。
このような材料の中でも、イットリアセラミックスは、特に、耐プラズマ性に優れており、従来、単体の焼結体として、プラズマ処理装置に多用されていた。
特開２０００−２４７７２６号公報

しかしながら、イットリア単体のセラミックスは、アルミナや窒化アルミニウム等と比較して、強度に劣り、物理衝撃や使用時の熱衝撃によって破損しやすいという課題を有していた。
また、イットリアやアルミナ等のセラミックスは、体積抵抗率が１０¹³Ω・ｃｍ以上と高く、絶縁体であり、シリコン部材等の代替として用いるためには、特別なチューニングが必要であり、また、帯電しやすく、反応生成物を引き寄せてダストを発生する原因にもなっていた。

そこで、本発明者らは、上記技術的課題を解決するために、強度特性に優れたアルミナセラミックスにおいて、耐プラズマ性および体積抵抗率を制御すべく検討した結果、アルミナに所定量のタングステンおよびイットリアを添加することが有効であることを見出した。

すなわち、本発明は、ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れ、低抵抗化が図られ、かつ、高強度である半導体・液晶製造用等のプラズマ処理装置の構成部材に好適に使用することができるプラズマ処理装置用セラミックスおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係るプラズマ処理装置用セラミックスは、純度９９％以上のアルミナに、純度９９％以上のタングステンがアルミナに対して５重量％以上３００重量％以下、純度９９％以上のイットリアがアルミナに対して３重量％以上１００重量％以下分散されてなり、気孔率が２％以下であり、かつ、３点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
このように、アルミナセラミックスに、タングステンおよびイットリアを添加することにより、強度特性を維持しつつ、低抵抗化を図り、かつ、耐プラズマ性の向上を図ることができる。

前記セラミックスは、２０〜４００℃での体積抵抗率が１０^-6Ω・ｃｍ以上１０¹¹Ω・ｃｍ未満であることが好ましい。
体積抵抗率が上記範囲内であるセラミックスであれば、該セラミックスをプラズマ処理装置の部材に用いた際のエッチングによるダストの発生を抑制することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置用セラミックスの製造方法は、純度９９％以上のアルミナ粉末に、純度９９％以上のタングステン粉末を前記アルミナ粉末に対して５重量％以上３００重量％以下、純度９９％以上のイットリア粉末を前記アルミナ粉末に対して３重量％以上１００重量％以下添加し、成形後、還元雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、１７００℃以上１９００℃以下で焼成することを特徴とする。
このような製造方法によれば、高強度で、かつ、耐プラズマ性に優れた上記のようなセラミックスを好適に得ることができる。

上述したとおり、本発明に係るプラズマ処理装置用セラミックスは、ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れ、低抵抗化が図られ、かつ、高強度であるため、半導体や液晶等の製造工程におけるプラズマ処理装置の構成部材に好適に用いることができる。
また、前記セラミックスからなる部材を用いれば、ハロゲンプラズマプロセスにおいても、ダストの発生が抑制され、ひいては、後の工程において製造される半導体チップ等の歩留まり向上に寄与し得る。
また、本発明に係る製造方法によれば、上記のような本発明に係るセラミックスを好適に得ることができる。

以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るプラズマ処理装置用セラミックスは、純度９９％以上のアルミナに、純度９９％以上のタングステンがアルミナに対して５重量％以上３００重量％以下、純度９９％以上のイットリアがアルミナに対して３重量％以上１００重量％以下分散されているものである。そして、気孔率が２％以下であり、かつ、３点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
すなわち、本発明に係るセラミックスは、強度特性に優れたアルミナに、耐プラズマ性に優れたイットリアおよび高融点金属であるタングステンを所定量添加することによって、耐プラズマ性の向上および体積抵抗率の低下を図ったものである。
このため、前記セラミックスは、プラズマ処理装置の強度が要求される箇所の部材に好適に用いることができ、また、該部材の帯電によるダストの発生を抑制することができる。

本発明に係るセラミックスの組成成分であるアルミナ、タングステンおよびイットリアの各原料粉末は、いずれも、純度９９％以上の高純度のものを用いる。
純度９９％未満である場合は、十分に緻密化したセラミックスが得られず、また、プラズマ処理装置の部材に用いた際に、原料中の不純物に起因するダストの発生を招くおそれがある。

前記タングステン粉末の添加量は、イットリアに対して５重量％以上３００重量％以下とする。
前記添加量が５重量％未満である場合、体積抵抗率の低下効果が十分に得られない。
一方、前記添加量が３００重量％を超える場合、耐プラズマ性が極端に低下する。

また、前記イットリア粉末の添加量は、アルミナに対して３重量％以上１００重量％以下とする。
前記添加量が３重量％未満である場合、十分な耐プラズマ性の向上の効果が得られない。
一方、前記添加量が１００重量％を超える場合、強度が低下する。

また、前記セラミックスは、気孔率が２％以下であることが好ましい。
前記気孔率が２％を超える場合、該セラミックスをプラズマ処理装置の部材に用いた際、セラミックス内の残留気孔に起因するエッチングにより、ダストが発生しやすくなる。
前記気孔率は、１％以下であることがより好ましい。

また、前記セラミックスの強度は、プラズマ処理装置用部材として用いる際の十分な強度として、室温である２５℃付近での３点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることが好ましい。

また、前記セラミックスの体積抵抗率は、２０〜４００℃において、１０^-6Ω・ｃｍ以上１０¹¹Ω・ｃｍ未満であることが好ましい。
前記体積抵抗率が１０¹¹Ω・ｃｍを超える場合、該セラミックスは、帯電しやすく、プラズマ処理装置の部材に用いた際、ダストの発生を抑制することは困難である。
一方、前記体積抵抗率が小さくなるほど、導電性が高くなるが、上記タングステン添加量の範囲内において、体積抵抗率を１０^-6Ω・ｃｍ未満とすることは、実際上困難である。

上記のような本発明に係るセラミックスは、純度９９％以上のアルミナ粉末に、純度９９％以上のタングステン粉末を前記アルミナ粉末に対して５重量％以上３００重量％以下、純度９９％以上のイットリア粉末を前記アルミナ粉末に対して３重量％以上１００重量％以下添加し、成形後、還元雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、１７００℃以上１９００℃以下で焼成することにより得ることができる。
なお、上記原料粉末に対しては、必要に応じて、バインダ等の焼結助剤を添加してもよい。

上記のように、焼成雰囲気は、得られるセラミックス焼結体を気孔率２％以下の緻密質とすることができるように、還元雰囲気または不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
また、焼成温度は、１７００℃以上１９００℃以下であることが好ましい。
前記焼成温度が１７００℃未満である場合、セラミックス中に気孔が多く残留し、十分に緻密化された焼結体が得られない。
一方、焼成温度が１９００℃を超える場合、結晶粒子の異常粒成長が起きやすくなり、強度が低下する。
前記焼成温度は、１７５０℃以上１８５０℃以下であることがより好ましい。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
純度９９．５％のアルミナ粉末に、純度９９．５％のタングステン粉末を前記アルミナ粉末に対して５０重量％、純度９９．５％のイットリア粉末を前記アルミナ粉末に対して２０重量％、バインダを前記アルミナ粉末に対して１重量％添加し、スプレードライヤにて造粒した。
得られた造粒粉を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）にて１５００ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧成形し、得られた成形体を、水素雰囲気下で、１８００℃で焼成し、セラミックス焼結体とした。

［実施例２、比較例１〜１０］
下記表１の実施例２、比較例１〜１０に示す純度のアルミナ、タングステンおよびイットリア粉末を用い、表１に示す添加量、各焼成雰囲気および温度とし、それ以外については、実施例１と同様にして、セラミックス焼結体を作製した。

上記実施例および比較例で得られた焼結体について、下記に示す方法により、各種物性評価を行った。
気孔率測定は、ＪＩＳ Ｒ １６３４準拠により行った。
３点曲げ強度測定は、ＪＩＳ Ｒ １６０１準拠により行った。
抵抗率測定は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１およびＪＩＳ Ｋ ７１９４準拠により、室温（２０℃）にて行った。

さらに、前記焼結体により、プラズマに曝露される部分の表面粗さＲａが１．０μｍとなるように表面研磨を施したフォーカスリングを作製した。
これを用いて、ＲＩＥ方式のエッチング装置（使用ガス：ＣＦ₄、Ｏ₂）にて、直径２００ｍｍのシリコンウェーハのプラズマ処理を行った後、レーザパーティクルカウンタにより、ウェーハ上の０．１５μｍ以上のダスト数を測定した。
これらの測定結果を表２にまとめて示す。

表２に示したように、本発明に係るセラミックス（実施例１，２）は、気孔率が低く、高強度であり、かつ、体積抵抗率も低減されていることが認められた。さらに、プラズマ処理装置の部材に使用した場合、耐プラズマ性に優れ、ダストの発生が抑制されることが認められた。

Claims (3)

1. 純度９９％以上のアルミナに、純度９９％以上のタングステンがアルミナに対して５重量％以上３００重量％以下、純度９９％以上のイットリアがアルミナに対して３重量％以上１００重量％以下分散されてなり、気孔率が２％以下であり、かつ、３点曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることを特徴とするプラズマ処理装置用セラミックス。
2. ２０〜４００℃での体積抵抗率が１０^-6Ω・ｃｍ以上１０¹¹Ω・ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用セラミックス。
3. 純度９９％以上のアルミナ粉末に、純度９９％以上のタングステン粉末を前記アルミナ粉末に対して５重量％以上３００重量％以下、純度９９％以上のイットリア粉末を前記アルミナ粉末に対して３重量％以上１００重量％以下添加し、成形後、還元雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、１７００℃以上１９００℃以下で焼成することを特徴とするプラズマ処理装置用セラミックスの製造方法。