JP3613472B2 - プラズマエッチング装置用部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体デバイスのプラズマエッチング装置に用いる部材に関し、さらに詳しくは酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜で被覆されたプラズマエッチング装置用部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体デバイスの製造プロセスにおいて、プラズマ内で発生したイオンやラジカルを利用して、Ｓｉウェーハ表面の薄膜をエッチング処理することが行なわれている。このプラズマエッチング処理ではＳｉウェーハ表面の薄膜を化学的なエッチングメカニズムで、又は物理的なエッチングメカニズムで、或はさらは電気的にイオンのスピードを加速させて、Ｓｉウェーハ表面に引き寄せて薄膜を異方的にエッチングする方法などがある。このプラズマエッチング処理に当たり、石英ガラス、アルミ、アルマイトなどからなる部品や容器（以下部材という）を利用することが行なわれるが、その際、部材自体の表面もエッチングされ、パーティクルが発生し、半導体デバイスを汚染する問題があった。そのため、部材表面にフッ素樹脂やエンジニアリングプラスチック製のテープを簡易的に貼る方法や前記樹脂の被膜を形成する方法が提案されている。しかし、テープを貼る方法では、テープ自体の膜厚が薄く、耐エッチング性が十分でないことや、テープを貼ることによりつなぎ目が形成され、この部分の隙間にプラズマのイオンが染み込んで生地を部分的にエッチングしたり、或は、テープを均一に表面に貼るのが難しく、部分的に生地とテープの間に隙間ができてしまい、この隙間により表面に凹凸が形成され表面での電気的特性にムラが生じ、それが原因で部分的な絶縁破壊が起こり、テープにピンホールが発生するなどの不具合があった。さらに、テープの粘着材から汚染物質が放出され、Ｓｉウェーハの特性を劣化させる欠点もあった。
【０００３】
また、従来のフッ素樹脂やエンジニアリングプラスチック被覆の部材にあっては、表面が粗れ易くプラズマがうまく発生しなかったり、膜にピンホールが形成されるなどの欠点があった。
【０００４】
これらの石英ガラスからなる部材の欠点を解決するため耐プラズマ性に優れたセラミックからなる部材が特開２００１−１１８９１０号公報などで提案されている。しかし、前記セラミックスからなる部材は、焼成時にクラックや反りが発生し大型の部材の作製が困難な上に、高価でコスト高となるなどの問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした現状に鑑み、本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、部材表面に酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成することで、耐プラズマ性が高く維持でき部分的な電気的特性の変化による異常なエッチングがなく、長時間の使用が可能なプラズマエッチング装置用部材が得られること、特に１２インチＳｉウェーハに対応できる大型の部材であっても耐プラズマ性を高く維持でき、部分的な電気的特性の変化による異常なエッチングがなく長時間の使用が可能となることを見出して、本発明を完成したものである。すなわち、
【０００６】
本発明は、耐プラズマ性が高く維持でき部分的な電気的特性の変化による異常なエッチングがなく、長時間の使用が可能なプラズマエッチング装置用部材を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、１２インチＳｉウェーハという大型の半導体デバイスにも対応できるプラズマエッチング装置用部材を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、上記プラズマエッチング装置用部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面に被膜の膜厚が１０μｍ以上の酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成したことを特徴とするプラズマエッチング装置用部材及びその製造方法に係る。
【００１０】
上述のとおり本発明のプラズマエッチング装置用部材は、その表面に酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜が形成されその膜厚は１０μｍ以上であり、好ましくは被膜のばらつきが１５％以下、被膜の面粗さＲａが１μｍ以下であるのがよい。そして、前記部材を形成する素材は酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％の範囲で含有する石英ガラスからなる。この酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有することで、耐プラズマ性が一段と優れ、パーティクルの発生が押えられ使用時間をより長くすることができる。酸化イットリウム又はＹＡＧ被膜の膜膜が１０μｍ未満ではピンホールが発生し易く、部材の稜部が極端に薄くなりクラックが発生する。また、被膜のばらつきが１５％を超えると、被膜の表面粗さＲａが１μｍ以下でも大きなうねりが生じ、このうねりにより被膜の電気的特性が劣化し、プラズマによるピンホールの発生が容易となる。さらに、表面粗さＲａが１μｍを超えると、被膜表面の電気特性に部分的な変化が生じ、異常なエッチングが起こる。
【００１１】
次に、本発明のプラズマエッチング装置用部材の製造方法の態様を示すと、石英ガラスからなる素材を機械加工でプラズマエッチング装置用部材に形成し、その表面に、（ｉ）酸化イットリウム又はＹＡＧをプラズマ溶射する方法、（ｉｉ）酸化イットリウム又はＹＡＧ粉を酸水素火炎中で溶融し、それで被覆する方法、（ｉｉｉ）イットリウムやイットリウム化合物又はＹＡＧを溶解する溶液を部材に塗布し、乾燥したのち、酸水素火炎で加熱溶融する方法（以下溶液塗布法という）、又は（ｉｖ）それらの組合せからなる方法が挙げられる。中でも、溶液塗布法で酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成しその上に酸化イットリウム又はＹＡＧをプラズマ溶射すると、膜厚が厚く均質な酸化イットリウム又はＹＡＧ被膜が形成できて好ましい。前記溶液塗布法で使用するイットリウム化合物としては、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩などが挙げられる。前記イットリウムやイットリウム化合物又はＹＡＧを溶解する溶媒としては純水又は有機溶媒が挙げられ、それらの溶媒にイットリウムやイットリウム化合物又はＹＡＧを溶解して塗布液が調製される。前記溶液塗布法においてはピンホールが発生しないように３回以上塗布するのがよい。
【００１２】
上記酸化イットリウム又はＹＡＧ被覆の形成に際し、部材の稜部を丸め加工をするのがよい。この丸め加工で被膜の薄化が防止できピンホールの発生が少なくなる。前記丸め加工はＲが０．５ｍｍ以上に加工するのがよく、酸水素火炎で稜部を加熱する方法、グラインダー等で稜部を機械的に擦る方法、結晶質二酸化珪素粉、炭化珪素粉などを稜部に吹きつける方法等が採られる。
【００１３】
さらに、上記酸化イットリウム又はＹＡＧ被覆の前に部材表面にフロスト処理を施して被膜を滑りにくくし剥離を防ぐのがよい。前記フロスト処理とは、物理的手段や化学的手段で石英ガラス表面に凹凸を設けることをいうが、物理的手段としては、結晶質二酸化珪素粉、炭化珪素粉等を加圧空気で吹きつけるいわゆるサンドブラスト法、ブラシに結晶質二酸化珪素粉、炭化珪素粉等をつけ、水で濡らして磨く方法などがある。また、化学的手段としてはフッ化水素、フッ化アンモニウムの混合試薬に浸漬する薬液処理方法などがある。特に化学的手段では表面にマイクロクラックの発生がなく、表面での石英ガラスの機械的強度が低下しないので好適である。前記フロスト処理で形成される表面粗さＲａは０．１〜１０μｍの範囲がよい。前記範囲を逸脱すると、酸化イットリウム又はＹＡＧ被膜と石英ガラスとの密着性が十分に改善されず好ましくない。前記フロスト処理による粗面化後の被覆であっても石英ガラスの熱膨張係数が小さいことから酸化イットリウム又はＹＡＧ被膜の厚みを厚くすることが困難であるが、酸化イットリウム又はＹＡＧ粉末を予め添加した原料で酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％の範囲で含有する石英ガラスとすることで膨張係数が制御され前記酸化イットリウム又はＹＡＧ被膜を容易に厚くできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例について述べるが、これにより本発明は何ら限定されるものではない。
【００１５】
【実施例】
参考例１
１２インチのＳｉウェーハのドライエッチング装置用の石英ガラスチャンバーを作成した。この石英ガラスチャンバーの内表面に結晶質二酸化珪素粉を吹きつけて、チャンバーの稜部をＲ２ｍｍにまるめ加工を行った。さらに、チャンバー内表面全体にも結晶質二酸化珪素粉（粒径１００〜３００μｍ）を吹き付けて、表面粗さＲａ２．５μｍ、Ｒｍａｘ２０μｍの凹凸面とした。得られた石英ガラスチャンバー内表面にＹ２Ｏ３をプラズマ溶射し、厚さ４０μｍのＹ２Ｏ３被膜を形成した。その被膜の表面粗さＲａは０．２μｍで、膜厚のばらつきは１２％であった。
【００１６】
上記石英ガラスチャンバー内で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、１２インチＳｉウェーハの酸化膜をエッチングした。５週間このチャンンバーを使用したが、Ｙ２Ｏ３被膜がエッチングされて石英ガラスが露出することがなく、Ｓｉウェーハ表面にも異常なパーティクルが発生することもなかった。
【００１７】
参考例２
実施例１と同じ、１２インチの石英ガラスチャンバーを石英ガラスで作成した。このチャンバーの稜部を酸水素火炎で加熱して、Ｒ１ｍｍにまるめ加工を行った。さらに、石英ガラスチャンバーをフッ酸とフッ化アンモニウムとの薬液でエッチング処理を行ない、内表面にＲａ１．５μｍ、Ｒｍａｘ１３μｍの凹凸面を形成した。このチャンバー内表面にＹＡＧをプラズマ溶射し、５０μｍのＹＡＧ被膜を形成した。このときのＹＡＧ被膜の表面粗さＲａは０．５μｍで、膜厚のばらつきは８％であった。
【００１８】
上記石英ガラスチャンバー内で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、１２インチウェーハの酸化膜をエッチングした。５週間このチャンンバーを使用したが、ＹＡＧ被膜がエッチングされて石英ガラスが露出することがなく、Ｓｉウェーハ表面にも異常なパーティクルが発生することがなかった。
【００１９】
参考例３
１２インチのＳｉウェーハのドライエッチング装置用のアルミカバーを作成した。アルミカバーの表面をアルマイト処理した。このカバーの稜部を、Ｒ１ｍｍにまるめ加工を行い、その外表面にＹ２Ｏ３を溶射して、２００μｍのＹ２Ｏ３被膜を形成した。このときのＹ２Ｏ３被膜の表面粗さＲａは０．１μｍで、膜厚のばらつきは１５％であった。
【００２０】
上記アルミカバーを備えたエッチング装置内で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、１２インチウェーハの酸化膜をエッチングした。５週間このカバーを使用したが、Ｙ２Ｏ３被膜がエッチングされてアルミニウムが露出することハなく、Ｓｉウェーハ表面にも異常なパーティクルが発生することもなかった。
【００２１】
実施例１
石英粉に５重量％のＹ２Ｏ３粉を混合し、ボールミルで十分に均一に混合した。この原料を酸水素火炎の中で溶融し石英ガラスの塊を作製した。この母材から１２インチのＳｉウェーハのドライエッチング装置用の石英ガラスチャンンバーを作成した。このチャンバーの内表面に結晶質二酸化珪素粉（１００〜３００μｍ）を吹き付けて、表面粗さＲａ２．５μｍ、Ｒｍａｘ２０μｍの凹凸面を形成した。得られたチャンバー内表面にＹ２Ｏ３をプラズマ溶射し、厚さ１５０μｍのＹ２Ｏ３被膜を得た。該被膜の表面粗さＲａは０．５μｍ、膜厚のばらつきは１０％であった。
【００２２】
上記石英ガラスチャンバー内で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、１２インチＳｉウェーハの酸化膜をエッチングした。１２週間このチャンンバーを使用したが、Ｙ２Ｏ３被膜がエッチングされて石英ガラスが露出することがなく、Ｓｉウェーハ表面にも異常なパーティクルが発生することもなかった。
【００２３】
実施例２
実施例１と同様にして１２インチのＳｉウェーハのドライエッチング装置用の石英ガラスチャンバーを作成した。このチャンバーの稜部を酸水素火炎で加熱して、Ｒ１ｍｍにまるめ加工を行った。さらに、チャンバー内をフッ酸とフッ化アンモニウムの薬液でエッチング処理を行い、表面粗さＲａ２．５μｍ、Ｒｍａｘ２０μｍの凹凸面を形成した。得られたチャンバー内表面に硝酸イットリウムの溶液を４回塗布し、乾燥したのち酸水素火炎で加熱溶融して、５０μｍのＹ２Ｏ３被膜を得た。該被膜の表面粗さＲａは０．５μｍ、膜厚のばらつきは８％であった。
【００２４】
上記石英ガラスチャンバー内で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、１２インチＳｉウェーハの酸化膜をエッチングした。１２週間このチャンンバーを使用したが、Ｙ２Ｏ３被膜がエッチングされて石英ガラスが露出することがなく、Ｓｉウェーハ表面にも異常なパーティクルが発生することもなかった。
【００２５】
比較例１
１２インチのＳｉウェーハのドライエッチング装置用の石英ガラスチャンバーを作成した。この石英ガラスチャンバー内で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、１２インチＳｉウェーハの酸化膜をエッチングした。２週間このチャンバーを使用したところ、Ｓｉウェーハ表面に異常なパーティクルが発生し、１週間で使用を中止した。
【００２６】
比較例２
１２インチのＳｉウェーハのドライエッチング装置用のアルミカバーを作成した。その表面をアルマイト処理した。このアルミカバーの外表面に１２５μｍのポリイミドのテープを貼り付け、このアルミカバーを使用したエッチング装置で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、８インチウェーハの酸化膜をエッチングした。２週間使用したところ、ポリイミドテープの隙間が異常にエッチングされてアルミが露出し、また表面に凹凸ができ部分的にエッチングが加速され、ポリイミドテープにピンホールが発生した。２週間後、ポリイミドテープを剥離して、再度ポリイミドテープを貼り付け装置にセッテングしたところ、異常な汚染がウェーハに認められ、使用を中止した。
【００２７】
比較例３
１２インチのＳｉウェーハのドライエッチング装置用のアルミカバーを作成した。このアルミカバーの表面をアルマイト処理した。このアルミカバーを使用したエッチング装置で、ＣＦ４＋Ｏ２のガスをプラズマ化して、１２インチＳｉウェーハの酸化膜をエッチングした。２週間このカバーを使用したところ、１週間後からアルマイトが剥離して、ウェーハ表面にパーティクルの発生が認められ、使用を中止した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のプラズマエッチング装置用部材は、プラズマに対する耐エッチング性が高く、異常なエッチングの発生がなく長時間使用できる。特に、１２インチＳｉに対応できる大型の部材であっても長時間の使用ができる。このプラズマエッチング装置用部材は、Ｙ２Ｏ３やＹＡＧを溶射する方法、イトリウムやＹＡＧ化合物の溶液を塗布し後酸水素火炎で酸化する方法、Ｙ ２ Ｏ ３ やＹＡＧ粉を溶融しそれで被覆する方法、又はそれらの組合せの 方法など簡便な方法で製造でき、その工業的価値は高いものがある。
Claims (10)
- 酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面に被膜の膜厚が１０μｍ以上の酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成したことを特徴とするプラズマエッチング装置用部材。
- 酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜の面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング装置用部材。
- 酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜の厚さのばらつきが１５％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマエッチング装置用部材。
- 請求項１ないし３のいずれか１記載の酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成したプラズマエッチング装置用部材の製造方法において、酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面に、酸化イットリウムやＹＡＧをプラズマ溶射することを特徴とするプラズマエッチング装置用部材の製造方法。
- 請求項１ないし３のいずれか１記載の酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成したプラズマエッチング装置用部材の製造方法において、酸化イットリウムやＹＡＧ粉末を酸水素火炎で溶融し、それを酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面に被覆することを特徴とするプラズマエッチング装置用部材の製造方法。
- 請求項１ないし３のいずれか１記載の酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成したプラズマエッチング装置用部材の製造方法において、酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面に、イットリウムやイットリウム化合物又はＹＡＧを溶解する溶液を塗布し、加熱溶融することを特徴とするプラズマエッチング装置用部材の製造方法。
- 請求項１ないし３のいずれか１記載の酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成したプラズマエッチング装置用部材の製造方法において、酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面に、イットリウムやイットリウム化合物又はＹＡＧを溶解する溶液を塗布し、加熱溶融して酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成したのち、さらに酸化イットリウムやＹＡＧをプラズマ溶射することを特徴とするプラズマエッチング装置用部材の製造方法。
- 酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の稜部をＲ０．５ｍｍ以上に丸め加工したのち、酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成することを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１記載のプラズマエッチング装置用部材の製造方法。
- 酸化イットリウム又はＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面をフロスト処理したのち、酸化イットリウム又はＹＡＧの被膜を形成することを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１記載のプラズマエッチング装置用部材の製造方法。
- フロスト処理が薬液による表面処理であることを特徴とする請求項９記載のプラズマエッチング装置用部材の製造方法。
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