JP3029488B2 - プラズマ放電部材 - Google Patents
プラズマ放電部材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体シリコンウェーハ
用マイクロ波プラズマドライエッチング装置等でバイプ
状、ベルジャー状又はプレート状で電磁波透過窓として
使用されるプラズマ放電部材に関するものである。
用マイクロ波プラズマドライエッチング装置等でバイプ
状、ベルジャー状又はプレート状で電磁波透過窓として
使用されるプラズマ放電部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコンウェーハ用マイクロ波プラズマ
ドライエッチングは、マイクロ波を使用することにより
プラズマを発生し、つくられた非荷電活性粒子非加速イ
オンとウェーハ膜物質の化学反応により膜を削ることに
よりエッチングする方法である。従来は、このプラズマ
放電部材として石英ガラス又は一般的なアルミナセラミ
ックスが使われていた。
ドライエッチングは、マイクロ波を使用することにより
プラズマを発生し、つくられた非荷電活性粒子非加速イ
オンとウェーハ膜物質の化学反応により膜を削ることに
よりエッチングする方法である。従来は、このプラズマ
放電部材として石英ガラス又は一般的なアルミナセラミ
ックスが使われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】石英ガラス製のプラズ
マ放電部材はＣＦ４＋Ｏ２ガス中、マイクロ波透過によ
るプラズマ放電雰囲気での耐食性に問題があった。つま
り、石英ガラスの腐食により発生したパーティクル
（塵）がドライエッチング中のシリコンウェーハ上に沈
着し、ウェーハ不良の原因になると同時に、石英ガラス
製のプラズマ放電部材に腐食による穴があき、短時間で
ライフエンドとなった。
マ放電部材はＣＦ４＋Ｏ２ガス中、マイクロ波透過によ
るプラズマ放電雰囲気での耐食性に問題があった。つま
り、石英ガラスの腐食により発生したパーティクル
（塵）がドライエッチング中のシリコンウェーハ上に沈
着し、ウェーハ不良の原因になると同時に、石英ガラス
製のプラズマ放電部材に腐食による穴があき、短時間で
ライフエンドとなった。
【０００４】また、９９％アルミナセラミックスの場
合、赤熱して破損する問題があった。
合、赤熱して破損する問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波を
透過させる性質を持ち、かつプラズマ放電雰囲気中にお
いて使用される放電部材において、Ａｌ 2 Ｏ 3 が９９．９
ｗｔ％以上であり、Ｎａ 2 ＯとＫ 2 Ｏの総量が１５０ｐｐ
ｍ以下であり、誘電体損（ｔａｎδ）が１×１０ -3 以下
である高純度多結晶アルミナまたは高純度単結晶アルミ
ナで作られていることを特徴とするプラズマ放電部材を
要旨とする。
透過させる性質を持ち、かつプラズマ放電雰囲気中にお
いて使用される放電部材において、Ａｌ 2 Ｏ 3 が９９．９
ｗｔ％以上であり、Ｎａ 2 ＯとＫ 2 Ｏの総量が１５０ｐｐ
ｍ以下であり、誘電体損（ｔａｎδ）が１×１０ -3 以下
である高純度多結晶アルミナまたは高純度単結晶アルミ
ナで作られていることを特徴とするプラズマ放電部材を
要旨とする。
【０００６】
【作用】本発明は、マイクロ波を透過し、かつプラズマ
放電雰囲気中での耐食性に富む高純度アルミナ部材をプ
ラズマ放電部材として用いることにより、シリコンウェ
ーハに影響を与えるパーティクル（塵）の発生を抑制
し、かつ、プラズマ放電部材自体の長寿命化を計る。
放電雰囲気中での耐食性に富む高純度アルミナ部材をプ
ラズマ放電部材として用いることにより、シリコンウェ
ーハに影響を与えるパーティクル（塵）の発生を抑制
し、かつ、プラズマ放電部材自体の長寿命化を計る。
【０００７】
【実施例】図１にプラズマ放電方法を示す。図１はマイ
クロ波プラズマドライエッチング装置のプラズマ放電機
構の断面図である。プラズマ放電部材１に対して垂直に
設けられた導波部材２を通じてマイクロ波３が放射され
るようになっている。マイクロ波３はプラズマ放電部材
１を透過してプラズマ放電部材内部６に到達するように
なっている。導入ガス５はＣＦ４＋Ｏ２で、プラズマ放
電部材内部６に導入されると、マイクロ波３によりプラ
ズマ状態になり、活性化され、活性ガス７となってウェ
ーハ処理室４へ送られる。
クロ波プラズマドライエッチング装置のプラズマ放電機
構の断面図である。プラズマ放電部材１に対して垂直に
設けられた導波部材２を通じてマイクロ波３が放射され
るようになっている。マイクロ波３はプラズマ放電部材
１を透過してプラズマ放電部材内部６に到達するように
なっている。導入ガス５はＣＦ４＋Ｏ２で、プラズマ放
電部材内部６に導入されると、マイクロ波３によりプラ
ズマ状態になり、活性化され、活性ガス７となってウェ
ーハ処理室４へ送られる。
【０００８】上記プラズマ状態を発生させるプラズマ放
電部材において、Ａｌ２Ｏ３９９．９ｗｔ％以上の高純
度の多結晶アルミナまたは単結晶アルミナ製のプラズマ
放電部材を使用した。部材の肉厚は３ｍｍであり、プラ
ズマ放電部材内部へＣＦ４＋Ｏ２ガスを導入し、部材の
長さ方向中央部の外側より２．５ＧＨｚのマイクロ波を
照射した結果、従来の厚さ４ｍｍの石英ガラス製のプラ
ズマ放電部材では部材が２０時間で腐食穴が開いたのに
対し、本発明の高純度アルミナ製のプラズマ放電部材で
は５００時間経過しても腐食の進行が見られないものが
あった。
電部材において、Ａｌ２Ｏ３９９．９ｗｔ％以上の高純
度の多結晶アルミナまたは単結晶アルミナ製のプラズマ
放電部材を使用した。部材の肉厚は３ｍｍであり、プラ
ズマ放電部材内部へＣＦ４＋Ｏ２ガスを導入し、部材の
長さ方向中央部の外側より２．５ＧＨｚのマイクロ波を
照射した結果、従来の厚さ４ｍｍの石英ガラス製のプラ
ズマ放電部材では部材が２０時間で腐食穴が開いたのに
対し、本発明の高純度アルミナ製のプラズマ放電部材で
は５００時間経過しても腐食の進行が見られないものが
あった。
【０００９】ー般的にいって、セラミックス材料の誘電
的性質は、文献『セラミック入門第２版』（Ｉｎｔｒｏ
ｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｅｃｏｎｄ
Ｅｄｉｔｉｏｎ）第８７９〜９３８頁に述べられてい
るように、粒界のガラス質部分が誘電体損に対して大き
く寄与しているため、低損失のセラミックスを得るには
ガラス相の生成を注意深く制御する必要がある。
的性質は、文献『セラミック入門第２版』（Ｉｎｔｒｏ
ｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｅｃｏｎｄ
Ｅｄｉｔｉｏｎ）第８７９〜９３８頁に述べられてい
るように、粒界のガラス質部分が誘電体損に対して大き
く寄与しているため、低損失のセラミックスを得るには
ガラス相の生成を注意深く制御する必要がある。
【００１０】このため、粒界に２次相を形成するような
不純物は避ける必要があり、不純物総量の規制は重要で
ある。特に、その不純物成分中でガラス相を形成しやす
く、また、電荷のチャージによりイオンとして動きやす
く、自己発熱の要因となるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカ
リ金属成分は極力さける必要がある。誘電体損（ｔａｎ
δ）によって消費されるエネルギーは、材料の局所的な
発熱、高温化を招き、材料の割れ、腐食等の発生ならび
に悪化へと結びつく。
不純物は避ける必要があり、不純物総量の規制は重要で
ある。特に、その不純物成分中でガラス相を形成しやす
く、また、電荷のチャージによりイオンとして動きやす
く、自己発熱の要因となるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカ
リ金属成分は極力さける必要がある。誘電体損（ｔａｎ
δ）によって消費されるエネルギーは、材料の局所的な
発熱、高温化を招き、材料の割れ、腐食等の発生ならび
に悪化へと結びつく。
【００１１】実験によれば、アルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、
Ｋ２Ｏ）の総量を１５０ｐｐｍ以下に規制することが好
ましい。
Ｋ２Ｏ）の総量を１５０ｐｐｍ以下に規制することが好
ましい。
【００１２】また、誘電体損（ｔａｎδ）を１×１０
−３（２．４５ＧＨｚ）以下にすることが好ましい。
−３（２．４５ＧＨｚ）以下にすることが好ましい。
【００１３】さらに、アルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ
２Ｏ）の総量を１５０ｐｐｍ以下にし、かつ常温におけ
る誘電体損（ｔａｎδ）を１×１０−３以下にすること
が好ましい。
２Ｏ）の総量を１５０ｐｐｍ以下にし、かつ常温におけ
る誘電体損（ｔａｎδ）を１×１０−３以下にすること
が好ましい。
【００１４】また、セラミックスの場合、絶縁耐力を低
下させる最も大きな要因として気孔の存在が上げられ、
プラズマ放電部材に使われる材料としてはより緻密質で
あることが望まれる。本発明においてもかさ密度３．９
５（ｇ／ｃｍ３）以上にすることが望ましい。
下させる最も大きな要因として気孔の存在が上げられ、
プラズマ放電部材に使われる材料としてはより緻密質で
あることが望まれる。本発明においてもかさ密度３．９
５（ｇ／ｃｍ３）以上にすることが望ましい。
【００１５】プラズマ放電部材を、高純度多結晶アルミ
ナまたは高純度単結晶アルミナで作り、アルカリ金属
（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量を１５０ｐｐｍ以下に規制
し、かつ誘電体損（ｔａｎδ）を１×１０−３以下にす
ることによって、化学的耐食性に格段に優れたプラズマ
放電部材を得ることができる。
ナまたは高純度単結晶アルミナで作り、アルカリ金属
（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量を１５０ｐｐｍ以下に規制
し、かつ誘電体損（ｔａｎδ）を１×１０−３以下にす
ることによって、化学的耐食性に格段に優れたプラズマ
放電部材を得ることができる。
【００１６】
【実施例１〜６】本発明の好適な実施例として、高純度
多結晶アルミナ製で、アルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ
２Ｏ）の総量および誘電体損（ｔａｎδ）を許容値の範
囲内で種々に変化させたプラズマ放電部材の実施例１〜
５と、高純度単結晶アルミナ製のプラズマ放電部材の実
施例６を説明する。
多結晶アルミナ製で、アルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ
２Ｏ）の総量および誘電体損（ｔａｎδ）を許容値の範
囲内で種々に変化させたプラズマ放電部材の実施例１〜
５と、高純度単結晶アルミナ製のプラズマ放電部材の実
施例６を説明する。
【００１７】高純度アルミナ粉（純度９９．９％）１０
０部と、硫酸マグネシウム７水塩０．５部と、バインダ
ーとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）１部を混合
し、スリップにする。この場合、硫酸マグネシウム７水
塩は粒成長抑制剤である。スリップにした原料は、スプ
レードライヤーで乾燥して造粒する。この造粒粉をアイ
ソスタティックプレスにより例えば１トン／ｃｍ２の圧
力でバイプ状に成形し、これを所定の形状に研削加工す
る。得られた加工体は、例えば外径Ｘ内径Ｘ長さが約５
５ｍＸ４５ｍｍＸ１２００ｍｍになっている。これを１
１００℃で仮焼成してバインダーを飛散させた後、水素
雰囲気中１８０００℃で６時間焼成を行い、パイプ状の
高純度多結晶アルミナを得る。
０部と、硫酸マグネシウム７水塩０．５部と、バインダ
ーとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）１部を混合
し、スリップにする。この場合、硫酸マグネシウム７水
塩は粒成長抑制剤である。スリップにした原料は、スプ
レードライヤーで乾燥して造粒する。この造粒粉をアイ
ソスタティックプレスにより例えば１トン／ｃｍ２の圧
力でバイプ状に成形し、これを所定の形状に研削加工す
る。得られた加工体は、例えば外径Ｘ内径Ｘ長さが約５
５ｍＸ４５ｍｍＸ１２００ｍｍになっている。これを１
１００℃で仮焼成してバインダーを飛散させた後、水素
雰囲気中１８０００℃で６時間焼成を行い、パイプ状の
高純度多結晶アルミナを得る。
【００１８】また、比較例として、従来の石英ガラス製
のプラズマ放電部材の比較例１１と、多結晶アルミナ製
で、アルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量および誘
電体損（ｔａｎδ）を許容値の範囲外で種々に変化させ
たプラズマ放電部材の比較例２〜５を説明する。それら
の特性を表１に示す。
のプラズマ放電部材の比較例１１と、多結晶アルミナ製
で、アルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量および誘
電体損（ｔａｎδ）を許容値の範囲外で種々に変化させ
たプラズマ放電部材の比較例２〜５を説明する。それら
の特性を表１に示す。
【００１９】アルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量
は、偏光ゼーマン原子吸光光度法により化学分析した。
また、誘電体損（ｔａｎδ）は、２．５ＧＨｚ、室温で
の測定値である。パーティクル発生比はシリコンウェー
ハ上に付着するパーティクル（塵）をパーティクルカウ
ンターでカウントし、その数量を対比したものである。
それらの結果を表１に示す。
は、偏光ゼーマン原子吸光光度法により化学分析した。
また、誘電体損（ｔａｎδ）は、２．５ＧＨｚ、室温で
の測定値である。パーティクル発生比はシリコンウェー
ハ上に付着するパーティクル（塵）をパーティクルカウ
ンターでカウントし、その数量を対比したものである。
それらの結果を表１に示す。
【００２０】比較例１の従来の石英ガラス製プラズマ放
電部材では、ＣＦ４＋Ｏ２ガス中でのプラズマ雰囲気に
よる耐食性に問題があり、８時間でパーティクル（塵）
の発生が見られてシリコンウェーハの歩留まり低下とな
り、最終的には２０時間で部材が破壊し、ライフエンド
となった。
電部材では、ＣＦ４＋Ｏ２ガス中でのプラズマ雰囲気に
よる耐食性に問題があり、８時間でパーティクル（塵）
の発生が見られてシリコンウェーハの歩留まり低下とな
り、最終的には２０時間で部材が破壊し、ライフエンド
となった。
【００２１】比較例２〜４のように、特にアルカリ金属
が多く、誘電体損（ｔａｎδ）の大きいプラズマ放電部
材には赤熱割れが発生しており、使用に耐え難いことが
確認された。比較例５も最終的には割れが生じてライフ
エンドとなった。
が多く、誘電体損（ｔａｎδ）の大きいプラズマ放電部
材には赤熱割れが発生しており、使用に耐え難いことが
確認された。比較例５も最終的には割れが生じてライフ
エンドとなった。
【００２２】実施例１〜６の、本発明の高純度アルミナ
製プラズマ放電部材の場合、プラズマ雰囲気中での耐食
性に優れ、パーティクル（塵）の発生も見られなかっ
た。特に実施例４〜６においては、５００時間という長
時間にわたって安定してプラズマ放電が可能であった。
さらに高純度単結晶アルミナ製のプラズマ放電部材の実
施例６においては、５００時間を経過してもパーティク
ルの発生が見られなかった。
製プラズマ放電部材の場合、プラズマ雰囲気中での耐食
性に優れ、パーティクル（塵）の発生も見られなかっ
た。特に実施例４〜６においては、５００時間という長
時間にわたって安定してプラズマ放電が可能であった。
さらに高純度単結晶アルミナ製のプラズマ放電部材の実
施例６においては、５００時間を経過してもパーティク
ルの発生が見られなかった。
【００２３】図２に多結晶アルミナ中のアルカリ金属
（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量と誘電体損（ｔａｎδ）の
相関をグラフで示したが、この結果と表１の評価結果に
よりアルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量が１５０
ｐｐｍ以下、誘電体損（ｔａｎδ）が１×１０−３以下
の特性を持つ高純度アルミナ製の部材が本発明のプラズ
マ放電部材として最適であることが確認された。また、
実施例６に示されているように、高純度単結晶アルミナ
（サファイア）製のプラズマ放電部材についても、高純
度多結晶アルミナ製のプラズマ放電部材と同等ないしそ
れ以上の効果が確認されており、プラズマ放電部材とし
て実用が可能であるが、経済コスト的には多結晶アルミ
ナ部材に及ばない。
（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量と誘電体損（ｔａｎδ）の
相関をグラフで示したが、この結果と表１の評価結果に
よりアルカリ金属（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）の総量が１５０
ｐｐｍ以下、誘電体損（ｔａｎδ）が１×１０−３以下
の特性を持つ高純度アルミナ製の部材が本発明のプラズ
マ放電部材として最適であることが確認された。また、
実施例６に示されているように、高純度単結晶アルミナ
（サファイア）製のプラズマ放電部材についても、高純
度多結晶アルミナ製のプラズマ放電部材と同等ないしそ
れ以上の効果が確認されており、プラズマ放電部材とし
て実用が可能であるが、経済コスト的には多結晶アルミ
ナ部材に及ばない。
【００２４】
【発明の効果】本発明はマイクロ波を透過させる性質を
持ち、かつプラズマ放電雰囲気中において使用される放
電部材において、高純度多結晶アルミナまたは高純度単
結晶アルミナで作られていることを特徴とするプラズマ
放電部材であるため、前記条件下にて化学的耐食性に優
れたプラズマ放電部材を得ることができる。従って、シ
リコンウェーハの歩留まり向上、放電部材の長寿命、連
続運転によるメンテナンス等において、工業的経済効果
が非常に大きい。
持ち、かつプラズマ放電雰囲気中において使用される放
電部材において、高純度多結晶アルミナまたは高純度単
結晶アルミナで作られていることを特徴とするプラズマ
放電部材であるため、前記条件下にて化学的耐食性に優
れたプラズマ放電部材を得ることができる。従って、シ
リコンウェーハの歩留まり向上、放電部材の長寿命、連
続運転によるメンテナンス等において、工業的経済効果
が非常に大きい。
【００２５】プレート状にして各種電磁波を浸透する窓
として使用する場合も同様な効果が得られる。
として使用する場合も同様な効果が得られる。
【００２６】
【表１】
【図１】マイクロ波プラズマドライエッチング装置のプ
ラズマ放電機構の断面図。
ラズマ放電機構の断面図。
【図２】多結晶アルミナ中のアルカリ金属総量と誘電体
損の関係を示す図。
損の関係を示す図。
１ プラズマ放電部材 ２ 導波部材 ３ マイクロ波 ４ ウェーハ処理室 ５ 導入ガス ６ プラズマ放電部材内部 ７ 活性ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 和 千葉県東金市小沼田字戌開1573番８ 東 芝セラミックス株式会社東金工場内 (72)発明者 竹内 延吉 千葉県東金市小沼田字戌開1573番８ 東 芝セラミックス株式会社東金工場内 (72)発明者 鹿内 聰 神奈川県秦野市曽野30 東芝セラミック ス株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−56873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−221621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−270460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−269534（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (1)
- 【請求項１】 マイクロ波を透過させる性質を持ち、か
つプラズマ放電雰囲気中において使用される放電部材に
おいて、Ａｌ 2 Ｏ 3 が９９．９ｗｔ％以上であり、Ｎａ 2
ＯとＫ 2 Ｏの総量が１５０ｐｐｍ以下であり、誘電体損
（ｔａｎδ）が１×１０ -3 以下である高純度多結晶アル
ミナまたは高純度単結晶アルミナで作られていることを
特徴とするプラズマ放電部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3206600A JP3029488B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | プラズマ放電部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3206600A JP3029488B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | プラズマ放電部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04356922A JPH04356922A (ja) | 1992-12-10 |
| JP3029488B2 true JP3029488B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=16526079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3206600A Expired - Fee Related JP3029488B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | プラズマ放電部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3029488B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1065190A3 (en) | 1999-06-29 | 2001-05-16 | Hitachi Metals, Ltd. | Alumina ceramic composition |
| JP4245771B2 (ja) | 2000-03-21 | 2009-04-02 | 東京エレクトロン株式会社 | 耐プラズマ部材、電磁波透過窓用部材およびプラズマ処理装置 |
| JP4671662B2 (ja) * | 2003-10-30 | 2011-04-20 | 京セラ株式会社 | 放電プラズマクリーニング装置 |
| JP2005158675A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | プラズマ処理装置 |
| JP2005154262A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 放電発生部材 |
| JP4909494B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2012-04-04 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 |
| JP2010006685A (ja) * | 2008-05-28 | 2010-01-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌｘＧａ１−ｘＮ単結晶および電磁波透過体 |
| JP6943963B2 (ja) | 2017-08-01 | 2021-10-06 | 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ | アルミナ焼結体およびその製造方法、ならびに、半導体製造装置用部品 |
-
1991
- 1991-05-16 JP JP3206600A patent/JP3029488B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04356922A (ja) | 1992-12-10 |
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