JP3894365B2

JP3894365B2 - Components for semiconductor processing equipment

Info

Publication number: JP3894365B2
Application number: JP2002034612A
Authority: JP
Inventors: 健司鈴木; 和司松山; 英雄上本; 駿蔵島井
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003234300A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体処理装置を構成する部材およびこれによって構成された半導体処理装置に関し、特にエッチングやＣＶＤのようなプラズマを用いて処理するための半導体処理装置に用いられる部材の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大規模集積回路、太陽電池、液晶デイスプレイ等に用いられる半導体素子の多くは、シリコンまたはその他の材料からなる基板面上に、各種の薄膜を化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成させることによって製造されている。特に、プラズマＣＶＤは、反応ガスを１０００℃付近の高温で熱分解させる熱ＣＶＤと比較して、２００〜４００℃程度の低温において成膜することが可能であるため、近年、多用されるようになってきた。
また、プラズマ処理は、上記のような薄膜形成工種に限らず、エツチング処理、洗浄処理等、半導体製造における様々な工程においても、広く採用されている。
【０００３】
以下、このようなプラズマ処理を行う半導体処理装置のうち、プラズマＣＶＤ装置を代表として説明する。
プラズマＣＶＤ装置は、減圧下で、反応性ガスのプラズマ放電分解により薄膜を形成するＣＶＤ装置であり、プラズマを発生させるために導入する電磁波エネルギーの周波数によって、高周波プラズマ装置、マイクロ波プラズマ装置等に分類される。また、プラズマ発生機構の差異によって、熱電子放電形、２極放電形、磁場収束形、無電極放電形、ＥＣＲ形等に分類される。
図８には、プラズマ装置の原理を表す概略図を示す。このプラズマ装置は、上部電極３と、これに対向して設けられる下部電極４とを備えた反応室２を有している。反応室２の壁面には、前記反応室内に反応ガスを供給するためのガス導入口５が設けられている。また、前記上部電極３は、前記反応室２の外部の高周波電源７に接続されている。一方、下部電極４の上面には、半導体ウエハのような被処理基板１が載置され、該下部電極４は接地されている。また、反応室２の下部には、外部の排気装置（図示せず）に連結されたガス排出口６が設けられている。
【０００４】
図８に示すようなプラズマＣＶＤ装置における薄膜形成工程おいては、高周波電源７により上部電極３に印加された高周波電力エネルギーによって、反応ガス導入口５から導入された反応ガスが、励起活性化（プラズマ化）され、下部電極４上に載置された半導体ウエハのような被処理基板１表面で化学反応を起こして、薄膜が形成される。
また、プラズマエッチング装置においては、上記プラズマＣＶＤ装置の反応ガスに代えてエッチングガスを供給し、活性化されたプラズマによって被処理基板１の表面をエッチングすることになる。従って、ＣＶＤ装置もエッチング装置も、基本的には同等の装置となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなプラズマ処理装置では、反応ガスを反応室内に供給し、プラズマによって活性化させ、被処理基板上に成膜する際に、反応ガスの反応によって生成した生成物は、被処理基板上に付着し成膜されるが、同時に、反応室を構成する各種部材の表面にも付着し成膜されてしまうことになる。そして、この装置を長時間稼働すると、付着物の膜厚が厚くなり、さらに稼働中に昇降温が繰り返されると、熱膨張および収縮を繰り返すことになり、これによって付着物層にクラックが生じて、付着壁面から剥離しパーティクルとして反応室内に飛散してしまう。
また、プラズマエッチング装置においても、エッチングガスや、エッチングによって被処理基板表面から離脱した物質が、反応室の壁面に付着して、同様にパーティクル発生の原因となっている。
【０００６】
このようにして、反応室内にパーティクルが発生した場合、被処理基板であるシリコンウェハに成膜欠陥などが生じ、その処理歩留まりが低下してしまうことになり、望ましくない。これを回避するためには、装置を定期的に分解して、メンテナンスや清掃を行ない、反応室内の付着物を除去する必要があったが、メインテナンス作業によってその半導体処理装置の稼働率が低下し、大きな負担となっている。
【０００７】
本発明は、このような従来の半導体処理装置におけるパーティクルの発生による半導体製造歩留まりの低下および半導体処理装置の稼働効率の低下を防止するために成されたものであり、半導体処理装置においてパーティクルなど発塵の発生を効果的に防止することのできる半導体処理装置およびそれに用いる部材を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記プラズマを用いた半導体処理装置における従来の問題点を解決するためになされたものである。
すなわち、第１の本発明は、少なくともその一部が撹拌起泡によって形成されるセラミックス多孔質焼結体からなり、該セラミックス多孔質焼結体は骨格の気孔率が５％以下であり、全体としての気孔率が５０％以上であることを特徴とする半導体処理装置用部材である。
【０００９】
前記第１の本発明において、前記セラミックスが、Ａｌ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃａ，ランタノイドからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、フッ化物、複合酸化物、およびこれらの複合体からなる群から選ばれた少なくとも１種であることが望ましい。
【００１０】
また、前記第１の本発明において、半導体処理装置用部材としては、内壁、断熱材、シャワープレート、プラズマトラップ、ドーム、電極、サセプタ、ステージ、チャック、フォーカスリング、リッド、および配管の少なくとも１種に、前記多孔質焼結体からなる部材を配置することが望ましい。
【００１１】
前記半導体処理装置用部材は、気孔率３％以下の緻密なセラミックス部材の表面に気孔率５０％以上の撹拌起泡によるセラミックス多孔質焼結体部材で形成されているか、または、気孔率３％以下の緻密なセラミックス部材と気孔率５０％以上の撹拌起泡によるセラミックス多孔質焼結体部材の間に中間層を設けたものであることが望ましい。
【００１２】
第２の本発明は、半導体処理装置を構成する炉壁、炉断熱材、シャワープレート、プラズマトラップ、ドーム、電極、サセプタ、ステージ、チャック、フォーカスリング、リッド、および配管の少なくとも一部が撹拌起泡によって形成されるセラミックス多孔質焼結体を少なくとも表面に備えたものであることを特徴とする半導体処理装置である。
【００１３】
本発明においては、プラズマを用いて半導体の処理を行う装置において、前記撹拌起泡によって形成した多孔質焼結体を半導体処理装置の部材の少なくともプラズマが発生する空間に面している部分に用いることによって、プラズマによって生成する付着物が剥離しパーティクルが発生することを防止するばかりではなく、多孔質焼結体であることから部材の軽量化を図ることができ、また、断熱効果も発揮するものである。さらに、本出願人の出願に係る特願２００１−２３０９４２号に示したように、プラズマの活性を失わせる効果を有するので、プラズマを反応室外に漏出させることがない。
【００１４】
本発明は、撹拌起泡によって形成された多孔質焼結体が有する次のような特徴を利用して、プラズマ処理を用いる半導体処理装置に適用することにより前記目的を実現する半導体処理装置およびそのための部材を実現するものである。
（１）本発明の撹拌起泡による多孔質焼結体の骨格は、気孔率１０％以下で製造することができ、緻密で強度が大きいため、構造部材としても充分使用することができる。
【００１５】
（２）本発明の多孔質焼結体は、全体として気孔率を３０〜９５％程度まで幅広く制御することができる。起泡による気孔径も１０μｍ程度から２０００μｍ程度まで幅広く、且つ均一な大きさに制御することができる。また、気孔率と気孔径を制御すれば、連通孔がない状態、連通孔がある状態、などを容易に制御することができる。さらに通気率を上げるために気孔径を大きくし、気孔率を大きくした上で酸などでエッチングすることにより通気率を向上することができる。この通気率を向上させることによって、ガスが流通する経路に配置する部材として使用してもガス圧力損失がないため使用するポンプなどに負担が掛からない。
【００１６】
（３）気孔径が均一にかつ任意に制御できるので、プラズマ装置用の部材としてプラズマに接する面に用いると、付着した反応生成物と最適化された凹凸を有する多孔質焼結体表面との密着性が向上するため、付着した反応生成物の剥離がほとんどなくなり、発塵の恐れもなくなる。
【００１７】
（４）プラズマが多孔質焼結体に入り込んだ場合、プラズマの活性を失わせる効果がある。
【００１８】
（５）ＹＡＧなど高耐食性で高価格の材料を用いる場合、使用する材料は多孔質焼結体の骨格部分のみで済むため、少量で、肉厚な部材を製造することができる。また、撹拌起泡による多孔質焼結体を焼成する際に、緻密な成型体同時焼成することにより容易に複合部材を形成することができるため、ＹＡＧのようなそれ自体、強度が弱い多孔質焼結体を、他の例えば透光性アルミナなどの基材と組み合わせ複合部材として用いることによりそれぞれの長所を生かした複合部材を実現することができる。
【００１９】
（６）本発明の多孔質焼結体は、連通気泡と独立気泡の比率を任意に制御することができるため、容易に断熱性能を有する多孔質焼結体を実現することができる。
また、連通気孔を通じてガスの流れを制御することもできる。すなわち、ガスを噴出するシャワープレートを用いて炉内のガスの流れを制御するために炉内を減圧したりあるいは洗浄時に洗浄ガスを流したりすることに用いることもできる。
従って、炉内耐火物に使用すると断熱性に優れているため、断熱効果は大きく、さらに、内部に熱伝達流体を流通させることにより断熱効果を上げることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［撹拌起泡多孔質焼結体］
以下、本発明において用いる撹拌起泡によって形成される多孔質焼結体について説明する。
本発明において用いる多孔質焼結体は、泡状微細気孔を内包する構造を有し、隣接する泡状微細気孔同士が連通している開気孔の多孔質焼結体であって、該多孔質焼結体の気孔率が５５〜９０％の範囲にあり、且つ、該多孔質焼結体を構成する骨格の断面積に占める該骨格中に存在する気孔の断面積の割合が５％以下であると共に、前記隣接する泡状微細気孔の連通部断面の平均直径が泡状気孔の平均直径の５０〜９０％であることを特徴としている。また、上記多孔質焼結体の一好適態様として、前記泡状微細気孔の直径が５０〜２０００μｍの範囲にあることが望ましい。好ましくは、前記気孔の断面積の割合は２％以下である。
【００２１】
更にまた、本発明にかかる多孔質焼結体の製造方法は、原料粉末、硬化性樹脂、その硬化剤、気散性の液体及び起泡剤を撹拌泡立てして泡沫状態のスラリーを調製する工程と、このスラリーを型内に導入する工程と、硬化性樹脂と硬化剤の作用により型内で泡沫状態のスラリーを硬化させる工程と、脱型した成形体中に含まれている気散性液体を気散させる工程と、該液体を気散させた成形体を焼結する工程とを具備する多孔質焼結体の製造方法において、硬化剤を添加してから硬化性樹脂と硬化剤の作用でスラリーが流動性を失うまでの時間を制御することにより、隣接する泡状気孔同士の連通部分の断面平均直径が該泡状気孔の平均直径の５０〜９０％となるように調節することを特徴としている。また、上記方法において、前記硬化性樹脂がエポキシ系樹脂であり、その硬化剤がアミン系化合物であることが望ましく、また前記硬化性樹脂がポリエチレンイミンであり、その硬化剤が多官能基エポキシ化合物であることが望ましい。
【００２２】
更に、上記方法の一好適態様として、前記硬化剤を添加してから硬化性樹脂と硬化剤の作用でスラリーが流動性を失うまでの時間を、前記硬化性樹脂及びその硬化剤に加えて、更に前記硬化反応の硬化遅延剤又は硬化促進剤のいずれかを添加することにより制御調節することが望ましい。前記硬化遅延剤が、カルボキシル基を持つ化合物からなることが望ましく、前記硬化促進剤が、アミン類、ポリチオール化合物、ポリオール類及びポリメルカプト化合物から選ばれた少なくとも１種であることが望ましい。更にまた、前記硬化剤を添加してから硬化性樹脂と硬化剤の作用でスラリーが流動性を失うまでの時間を、前記スラリーの温度を調節することにより制御することが望ましい。
【００２３】
本発明の多孔質焼結体は、泡状微細気孔を内包する構造を有し、隣接する泡状気孔同士が連通している開気孔のセラミック多孔質焼結体であって、気孔率が５５〜９０％と比較的大きく且つ、隣接する泡状気孔の連通部断面の平均直径が、該気孔の平均直径の５０〜９０％である特定の泡状気孔連通構造を有するため、流体が多孔質焼結体を透過する際の透過抵抗が小さい点が第１の特徴である。
また、気孔率が比較的大きいにもかかわらず、上記特定の泡状気孔連通構造を有すると共に、その骨格中に気孔径の大きな気孔が存在しないことのため、即ち、骨格断面積に占める気孔断面積の割合が５％以下と従来のこの種の多孔質焼結体の骨格に比べて小さいため、従来品に比べて高強度である点が第２の特徴である。即ち、本発明の多孔質焼結体の骨格部分には、多孔質樹脂（フォーム）を用いた従来法で作製された多孔質焼結体に存在するような比較的大きな気孔が骨格に存在しない。撹拌起泡法においても、充分に緻密化できずに残る気孔が骨格部分に存在するがこの気孔の径は小さいため、本発明の多孔質焼結体の場合、骨格断面積に占める気孔の断面積の割合（平均値）は５％以下にすることができる。その結果、この割合が通常２５％以上となる従来法の多孔質焼結体に比べて、本発明にかかる多孔質焼結体は、その強度を著しく高く保つことができる。また、従来技術の多孔質焼結体の場合のような樹脂の熱膨張や熱分解に起因する亀裂の発生が回避され、この点からも高強度となる。
【００２４】
更に、本発明の多孔質焼結体は、気孔率が５５〜９０％であり、且つ隣接する泡状気孔間の連通部断面の平均的な直径が泡状気孔の平均的な直径の５０〜９０％であることから、ガス状や液状の流体が該多孔質焼結体中の細孔（泡状気孔が連通して形成された）を透過する際の透過抵抗が過大とならない。
【００２５】
また、上記特定態様の多孔質焼結体を製造するため、本発明では、原料粉末、硬化性樹脂、硬化剤、気散性液体、起泡剤からなる混合物を、撹拌泡立てして泡沫スラリーとし、該スラリーを型内で泡沫状態で硬化させ、脱型した成形体中の気散性液体を気散させ、次いで焼結する諸工程よりなる所謂撹拌起泡法において、泡沫スラリーが硬化剤を添加してから流動性を失うまでの時間を制御調整するという特定手段を用いる。
【００２６】
以下本発明において用いられる多孔質焼結体についてさらに詳述する。
以下本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明する。図４は、本発明の多孔質焼結体の骨格構造を模式的に示した図であり、図５は、従来法で製造された多孔質焼結体の骨格構造を示した図である。また、図６は本発明の多孔質焼結体内における隣接する泡状気孔同士の連通態様を模式的に示した図であり、図７は本発明の多孔質焼結体の製造工程において隣接する泡状気孔が連通する過程を模式的に示した図である。本発明の多孔質焼結体は、その骨格４４が図４（ｂ）に示した断面態様を有し、前述した通り、骨格４４中に微細気孔４５が存在するが、従来法で作製された多孔質焼結体に存在する比較的大きな気孔（例えば図５において符号５２で示されているような気孔）は存在しない。なお、図４（ａ）は焼結前の断面態様を示す図であって、図５に示した同一、あるいは相当部材には同一符号を付している。
【００２７】
上記したように撹拌起泡法では焼結しても、原料粉末の隙間４２を充分に緻密化できずに残る微細気孔４５が骨格４４部分に存在するが、この微細気孔４５の径は小さい。そのため、本発明の多孔質焼結体の場合、骨格断面積に占める気孔の断面積の割合（平均値）は５％以下、好ましくは３％以下にすることができ、その結果、この割合が通常２５％以上となる従来法の多孔質焼結体に比べて、その強度を著しく高く保つことができる。
【００２８】
また、本発明の多孔質焼結体においては、隣接する泡状気孔の連通部は、その連通開口断面の平均的な直径が泡状気孔の平均的な直径の５０〜９０％になるように作製される。すなわち、図６に示すように泡状気孔６１の平均的な直径をａ、連通部６２における開口断面の平均的な直径（連通部径）をｂとすると、ｂ／ａ×１００＝５０乃至９０％となるように、作製される。好ましくは、ｂ／ａ×１００＝６５〜９０％となるように作製される。また、気孔率は、その用途により適宜選択することが可能であるが、５５〜９０％とする。好ましくは、６０〜８５％とする。上記連通部６２の平均直径が、気孔径の５０％未満であると、泡状気孔連通細孔中を透過する流体（ガス又は液）の透過抵抗が大きくなる。気孔率が５５％未満の場合にも流体の透過抵抗が大きくなる。また、後述する多孔質焼結体の製造方法によると、気孔率５５％未満の場合、隣接泡状気孔間の連通部断面径を適当な大きさに保つように制御することが困難になるため好ましくない。
【００２９】
本発明の多孔質焼結体の場合、通気率（透過抵抗に逆比例する）で表すと、１〜２５ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨ_２Ｏとなる。一方、隣接する泡状気孔の連通部の平均直径が泡状気孔の平均直径に対し９０％を越える場合は、多孔質焼結体を構成する骨格が細く成り過ぎるために強度が弱くなる。気孔率が９０％を越える場合にも、多孔質焼結体の強度が極端に弱くなる。例えば、気孔率が８０％である本発明の構造を有する多孔質焼結体の３点曲げ強度は、多孔質焼結体と同じ材質でできた緻密焼結体（真密度に対する相対密度が９９％以上の焼結体）の３点曲げ強度の２％以上、好ましくは３％以上の値となる。
【００３０】
前記したように流体の透過抵抗が大きい場合には、半導体処理装置の各種部材に応じて次のような問題が生ずる。すなわち、シャワープレートに用いる場合や、プラズマトラップに用いる場合には、通気性が重要で、気体流通の圧力損失が大きいと所要の効果を発揮し得ないため、連通起泡の気泡径および気孔率が大きな多孔質焼結体を用いる必要がある。
【００３１】
また、本発明の多孔質焼結体において、泡状気孔の径は用途に応じ適宜選択されるが、後述する多孔質焼結体の製造方法によると、平均径５０μｍ以下の泡状気泡は製作が困難であるだけでなく、流体の透過抵抗が大きくなり過ぎ好ましくない。一方、平均径が２０００μｍを越えるものは、泡状気孔の径分布が広くなりがちであるため、また強度が若干低下する傾向を有するため好ましくない。好ましくは、１００〜２０００μｍとする。
【００３２】
このように、本発明の多孔質焼結体は、比較的大きな気孔率を有すると共に適度な気孔径の開気孔が比較的狭い分布幅で多数存在し、且つ、該気孔の形状が泡状気孔の特定態様での連通構造からなるため、流体の透過に対する抵抗が従来品に比べて比較的少なく、適度な透過性（通気率）を有する。しかも、その骨格には、従来品のような粗大な気孔を有しないため気孔率が高いにもかかわらず高い曲げ強度を保持する。
【００３３】
本発明のこの多孔質焼結体は、必ずしもこれに限定されるものではないが、以下述べる方法で製造することができる。即ち、まず原料粉末に硬化性樹脂とこの樹脂の硬化剤と気散性の液体及び起泡剤を撹拌泡立てして泡沫状態のスラリーを作製する。原料粉末を分散媒中に充分分散するために、原料粉末、気散性液体、分散剤をボールミルなどで混合しても良い。また、硬化性樹脂はどの段階で混合しても良く、硬化剤も硬化剤を添加してからスラリーが流動性を失うまでの時間を調節できる範囲でどの時点で混合しても良い。起泡剤はどの段階で混合しても良いが、起泡により原料混合が困難になる場合があるため、撹拌起泡を行う工程の直前に添加することが好ましい。
【００３４】
本発明の半導体処理装置用部材は、周期律表第２ａ族、第３ａ族、４ａ族元素のうちの少なくとも１種を含む化合物を主体とする撹拌起泡による多孔質焼結体で構成する。この多孔質焼結体は、プラズマ中で安定であり優れた耐食性を有する。
【００３５】
用いられる周期律表第２ａ族元素としてはＭｇ、Ｃａ、Ｂａが好適であり、周期律表第３ａ族元素としてはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｌｕが好適であり、また、周期律表第４ａ族元素としてＺｒが好適である。これらの元素の含む焼成用原料化合物としては、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、フッ化物等が挙げられる。これらは、ハロゲン化ガスやそれらのプラズマと長時間接触した場合、各元素を含むハロゲン化物を形成することになる。また、前記周期律表第２ａ族、第３ａ族、第４ａ族元素を含む化合物としては、これらの元素と、Ａｌ等の周期律表第３ｂ族元素、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ等の元素を含む複合酸化物であってもよく、具体的には、ＡＢ_２Ｏ_４（Ａは周期律表第２ａ族元素、Ｂは周期律表第３ｂ族元素）で表されるスピネル型結晶またはコージェライト結晶や、周期律表第３ａ族元素とＡｌとの化合物としてペロブスカイト型（ＹＡＰ型）、メリライト型（ＹＡＭ型）、ガーネット型（ＹＡＧ型）化合物、さらにはＳｉとの複合化合物として、周期律表第２ａ、３ａ族元素のシリケート化合物等も使用できる。
【００３６】
具体的には、原料粉末としては、アルミナ、イットリア、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、ムライト、コージェライト、シリカ、水酸化アパタイトのほか種々のセラミックス原料粉末や鉄、ステンレス、ニッケル、モリブデン、タングステンのほか種々の金属粉末を用いることができ、これ等を２種以上混合して用いることもできる。
【００３７】
本発明において、上記原料粉末と硬化性樹脂を混合し、スラリーを形成するが、この本発明で用いられる硬化性樹脂としては、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、ポリエチレンイミン等を用いることができ、硬化剤としては、ジアルデヒド、アミン系化合物（ジアミン類等）、多官能基エポキシ化合物等の硬化能を有する物質を使用することができる。特に、硬化速度の制御性が良好であること等の観点から、硬化性樹脂にエポキシ樹脂、硬化剤にアミン系化合物（ジアミン類等）の組合せや、硬化性樹脂にポリエチレンイミン、硬化剤に多官能基エポキシ化合物の組合せが好ましい。
【００３８】
このようにして得られた泡沫状のスラリーを型内に流し込み硬化させて多孔質焼結体の前駆体とする。この型内スラリー中における硬化剤添加時点、即ち、硬化性樹脂と硬化剤の作用開始時点から、スラリーが硬化により流動性を失うまでの間に、泡立てにより生じたスラリー内の気泡の挙動について図７を参照しながら説明する。図７（ａ）に示すように、スラリー７１中の隣接する気泡７３、７３間には両者を隔てるスラリー膜７２が形成されている。このスラリー（液体と原料粉末よりなる）７１は、図７（ｂ）に示すように、徐々に骨格４４が形成される部分である骨格部６３の方に向かって移動し（図中の矢印方向に移動し）、気泡７３、７３間から骨格が形成される部分へ排出される。特に、スラリー７１中の原料粉末粒子は殆ど全てが気泡７３、７３間の膜部７２から骨格部６３に移動してしまい、極薄くなった膜は実質的に液成分で形成される状態となり、図７（ｃ）に示すように、この部分は焼結後には開口した連通部６２となる。尚、焼結後には気泡７３が泡状気孔６１となり、移動したスラリー中の粉末が骨格４４を形成する。
【００３９】
この時、スラリー６の排出が進み過ぎると、気泡７３、７３間に残った液膜までもが、移動消失してしまい、ついには気泡７３、７３同士が合体してしまう。この泡の合体が進行しすぎると、図７（ｄ）に示すように、所望の特定気泡連通状態が保てなくなる。一方、スラリー（原料粉末）の移動排出が充分に行われずに、泡間の膜中に多く残ったまま硬化すると、連通部分の径が小さくなって、気孔径の５０％未満となってしまう。
【００４０】
従って、本発明の方法においては、連通部径が気孔径の５０〜９０％の範囲内となるように調節するため、泡の合体が所望の構造が保てないほど進行せず（所望の構造が保てる程度に合体が進行するのは構わない）、且つ、充分にスラリーの排出が行われるように、硬化までの時間、即ち、硬化剤を添加してからスラリーが流動性を失う状態に至る迄の時間を制御する。
【００４１】
ここで、スラリーが流動性を失う状態とは、スラリーの粘度がスラリーを成形型に導入する鋳込み工程を実施できなくなる粘度に達する状態を意味し、スラリーの粘弾性特性によっても若干変動するが、一般的には、スラリーの粘度が５０００ｃｐｓを越えた場合、成形型への導入が実施できなくなる。
【００４２】
この場合において、上記硬化剤を添加してから（硬化剤が作用を開始してから）スラリーが流動性を失う状態に至る迄の時間（以下単に硬化時間と略称する）は、スラリーの原料粉末粒度が小さい方が、スラリー粘度は高い方が、泡径（泡立て直後の）は大きい方が、起泡体積（スラリー中の泡の総体積、単位重さに占める泡の量）は小さい方が、泡間の膜からのスラリーの排出速度は遅くなる。また、粒度が小さく、粘性が高いと、粒子の沈降が殆ど生じないためスラリー自体の移動速度が、排出速度となる。このような状態のスラリーの場合には、排出に時間がかかるので、充分に排出させるために硬化までの時間を長くし、例えば１時間を越えて、通常２〜６時間程度に制御することにより、連通部径を所望の大きさに調節にする。
【００４３】
反対に、粒度が大きい方が、スラリー粘度は低い方が、泡径（泡立て直後の）は小さい方が、起泡体積が大きい方が、泡間のスラリーの排出速度は速くなる。また、スラリー自体の移動速度が大きくなると共に、粒度が大きく、粘性が低いと、粒子の沈降が起こりやすくなる。よって、粒子が溶媒と共に沈降することによっても排出が進むので、スラリーの排出速度は非常に速くなる。したがって、この場合には泡の合体が進行しすぎないように硬化までの時間を短くし、例えば、１時間以内、通常１０乃至４０分に制御する。この場合には、硬化までの時間が長いと、図７（ｅ）に示したように気泡７３群が、合体による粗大気泡群（型内の上部に多く集まる）と孤立した微少気泡群（型内の下部に多く集まる）に分かれてしまうという弊害が生ずる。
【００４４】
このような硬化時間の制御方法としては、加熱による硬化反応の促進や、逆に冷却による反応の抑制と言ったスラリーの温度の調節、硬化樹脂の濃度や硬化剤添加量の増減による調節等の他、硬化反応の促進剤を添加する方法、逆に反応の遅延剤を添加する方法等を挙げることができる。上記硬化反応で添加する促進剤としては、アミン類、ポリチオール化合物、ポリオール類及びポリメルカプト化合物等を挙げることができ、より具体的には、フェノール、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ナフトール、クレゾール、ポリメルカプタン等を例示できる。また、遅延剤としては、カルボキシル基を持つ化合物、例えば、酢酸、蟻酸、プロピオン酸、アジピン酸、カプロン酸、乳酸、コハク酸、酒石酸、クエン酸、アスコルビン酸、ステアリン酸等を挙げることができる。
【００４５】
尚、気孔率はスラリー中への気体の導入量（起泡体積）、液体の気散（乾燥）による収縮、焼結による収縮によって決まるが、乾燥収縮量及び焼結収縮量を考慮して、スラリー中への気体の導入量を調節することにより制御できる。また、気孔径は起泡剤の種類や濃度、スラリーの粘度、硬化剤を添加してからスラリーが流動性を失うまでの時間（合体を進行させることにより気孔径を大きくできる）を調節することにより制御できる。
【００４６】
本発明の前記半導体処理装置用部材が、気孔率３％以下の緻密なセラミックス部材の表面に気孔率５０％以上の撹拌起泡による多孔質セラミックス部材で形成されていてもよい。
さらに、前記半導体処理装置用部材が、気孔率３％以下の緻密なセラミックス部材と気孔率５０％以上の撹拌起泡による多孔質セラミックス部材の間にセラミックス焼結体からなる中間層を設けたものであってもよい。
これらの層は、一体として焼結されていることが望ましいが、それぞれ別体として焼成され、無機接着剤等によって接着・接合されていても良い。また、各層をボルト締めなどの機械的手段によって接合しても良い。
【００４７】
前記多孔質焼結体を、半導体処理装置用部材の形状に成形するには、前記スラリーを各部材の形状に形成した型に流し込んで所要の形状に成形することもできるし、所要の形状より大きく成形した後、機械加工によって所要の形状に成形することもできる。
また、緻密なセラミック層と多孔質焼結体層との複合部材あるいはさらに中間層を有する複合部材を成型するには、緻密層を形成するためのスラリーを型に流し込み、乾燥させた後、撹拌起泡によって発泡させたスラリーをその上に流し込み、複合層化することもできる。また、緻密層を形成した後に、中間層を形成し、次いで撹拌起泡層を形成することもできる。
【００４８】
以下、上記撹拌起泡多孔質焼結体を適用した本発明の半導体処理装置について説明する。
［第１の実施の形態］
以下、第１の実施の形態である半導体処理装置について図１を用いて説明する。
この装置は、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生させるＣＶＤ処理装置であり、この装置によれば、無電極でかつ高真空でプラズマを形成することができ、高密度、低損傷で成膜あるいはエッチングを行うことができる。
【００４９】
図１が本発明のプラズマ処理装置の概略図である。図１において、１が励起用電磁波発生室であり、例えば２．４５ＧＨｚの励起用電磁波であるマイクロ波を発振するようになっている。このマイクロ波は、導波管２を経由して、励起用電磁波透過窓３を通過し、空洞共振器５に放射される。この空洞共振器５の周囲には、コイル６が配置され、磁界を発生するようになっている。
また、処理室７には、処理ガス及び雰囲気ガスを供給するガス供給口１０、処理室７内を真空排気する図示しない真空排気ポンプに接続されたガス排気口１１が接続されており、処理室内を真空排気するとともに、処理ガスを供給するようになっている。
上記励起用電磁波の周波数と磁界の磁束密度を最適化することによって効率よく共振させ、高密度のプラズマを発生させることができ、処理ガスをイオン化したプラズマが、半導体ウェハ支持載置台９上に配置された被処理体である半導体ウェハ８を照射して成膜もしくはエッチングなど所要の処理を行うようになっている。
【００５０】
そして、このＣＶＤ装置による成膜は、次のように行われる。すなわち、支持・載置台９面に半導体ウェハ８を載置し、処理室７内を真空化した後に、ガス供給口１０から成膜性ガス及び雰囲気ガスを供給する。一方、マイクロ波発生室１で発生させたマイクロ波は、マイクロ波導入窓１３を介して処理室７内に導入される。また、このマイクロ波導入にあわせてコイル６に通電し、磁界を発生させることにより、処理室７内に高密度のプラズマを発生させる。このプラズマエネルギーによって、成膜性ガスを原子状態に分解し、半導体ウェハ８面に堆積・成膜する。
【００５１】
この半導体ウェハ面への成膜工程において、反応ガス分解生成物は、このプラズマ処理装置のプラズマ発生領域に面している各部材、すなわち、チャンバ壁面、半導体ウェハ支持載置台、ガス導入口およびガス排出口の配管、空洞共振室壁面、励起用電磁波透過窓などの部材表面に付着することになる。そこでこれらの部材を本発明の撹拌起泡による多孔質焼結体を用いて構成するか、あるいはその少なくとも表面層を、撹拌起泡法による多孔質焼結体で形成する。これによって、これらの表面に、反応生成物が、付着しても、多孔質焼結体の凹凸面によって反応生成物と壁面表面の密着性が向上し、剥離が生じにくくなるため、パーティクルの発生が格段に抑制されるものである。
【００５２】
さらに、この半導体処理装置のチャンバ壁面を、本発明の多孔質焼結体で形成することにより、チャンバ内の熱の放散が抑制されるため、投入エネルギー量を削減することが可能となり、経済的に有利となる。また、この装置の重量において最も大きな比率を占めるチャンバを本発明の多孔質焼結体で形成することにより、装置全体の重量を減少させることができるため、これを収容する建造物の耐荷重を削減することとができるという利点もある。
特に、これらの本発明の装置の部材において、プラズマと接触する可能性の大きい半導体ウェハ載置台、反応室壁面、空洞共振室壁面、ガス導入口については、特に耐プラズマ性の良好なＹＡＧ、イットリア、ＣａＦ、イットリウム安定化ＺｒＯ_２などの材料で形成することが望ましい。
【００５３】
［第２の実施の形態］
以下本発明の第２の実施の形態について図２を用いて説明する。
図２の半導体処理装置は、アンテナ２１を用いて高周波を反応室８内に照射しプラズマを発生させて、被処理基板１の処理を行うための装置である。
図中、反応室８を構成するチャンバ２の上面には、石英ガラスや窒化アルミニウム、アルミナ製の窓材２２が配置されており、その上面には高周波電源８から供給される高周波を反応室内に照射するためのアンテナ２１が配置されている。また、チャンバ２内には、シリコンウェハのような被処理基板１を載置したチャック２４が配置されており、このチャック２４はステージ２５上に載置されている。このチャック２４は静電引力などにより被処理基板１を吸着保持できるようになっている。また、チャック２４の周囲には、プラズマが効率的に被処理基板１表面と接触するように、石英、シリコン、アルミナ等の材料から形成されているフォーカスリング２３が配置されている。その他、反応ガス導入口５、ガス排気口６、などが反応室８内もしくは反応室チャンバ８壁面に接して配置されている。
そして、これらの部材の少なくとも表面は、前記撹拌起泡によって形成された多孔質焼結体によって形成されている。特に本実施の形態の装置においては、フォーカスリング２３表面および、被処理基板１に対向している窓材２１表面にプラズマ生成物が付着しやすい。そこで、これらの表面に少なくとも本発明の多孔質焼結体によって形成した部材を配置することが望ましい。
【００５４】
［第３の実施の形態］
以下本発明の第３の実施の形態について図３を用いて説明する。
図３の装置は、反応室上部蓋体３５と、高周波導通板３１、およびシャワープレート３３によって形成される室内でプラズマを発生させ、ガス導入口５から圧入されるガスの圧力によってシャワープレート３３の貫通孔を経由してプラズマを反応室８内に送出し被処理基板１の処理を行うものである。
すなわち、図３中、３１が、高周波電力を供給するための高周波導通板であり、反応室上蓋３５とシャワープレート３３で囲繞された空間内で発生したプラズマはガス導入口５から圧入される反応ガスの圧力でシャワープレート３３に形成された貫通孔を通して、反応室８内に移送される。
このような装置では、シャワープレート３３の表面に特にプラズマによる生成物の付着が見られることから、このシャワープレート３３の少なくとも表面は、本発明の撹拌起泡による多孔質焼結体で形成することが望ましい。
【００５５】
［第４の実施の形態］
上述のプラズマ処理装置においては、ガス導入口５およびガス排出口６を通じて、プラズマ化されたガス（以下、プラズマ種という）が、反応室８の外部にまで流出し、ガス配管の内壁、さらには、接続される他の装置等までをも腐食損傷させたり、プラズマ種の反応生成物が付着し、配管が閉塞してしまうという課題を有しており、定期的に装置を分解して、メンテナンスや清掃を行う必要があった。
【００５６】
本実施の形態は、プラズマ生成部以外の箇所で、プラズマが発生することを防止するため、および、反応室の外部にプラズマ種が流出することを防止する手段として、多孔質焼結体を用いるものである。この機能を有する部材は、プラズマトラップと呼ばれており、ガス導入口５あるいはガス排出口６の開口部に配設され、使用される。
このようなプラズマトラップに本発明の多孔質焼結体を用いることによって、ガス流の圧力損失が小さく、大流量のガスを流すことができ、耐熱衝撃性にも優れ、かつ、軽量化および小型化を図ることができるため、メンテナンスも容易であり、装置の稼動効率の向上を図ることができるプラズマトラップを提供するものである。
【００５７】
この実施の形態のプラズマトラップは、例えば、図１のガス導入口５、およびガス排出口６の開口部に本発明の撹拌起泡によって成型されたブロック状体を充填するものである。
このブロック状体は、開口部全体に充填されていても良いし、開口部の一部に配置されていても良い。多孔質焼結体を開口部全体に充填する際には、ガス圧力損失を低下させ十分な通気性を確保するために、連通気孔をからなる気孔率の高い多孔質焼結体を用いる必要がある。
【００５８】
このように、本発明に係る多孔質セラミツクスは、連球状開気孔が３次元的に密に形成されている一方、骨格壁部は、微小気孔をほとんど有しないため緻密である。そのため、該多孔質セラミツクスは、全体として、気孔率が高くても、耐圧強度が高く、軽量であるプラズマトラップとすることができる。
【００５９】
さらに、前記多孔質セラミツクスは、緻密質セラミツクスに直管状の細孔を穿孔した従来品とは異なり、細孔によるガス流路は屈曲している。これは、プラズマ種が、細孔の壁面に衝突しやすい、すなわち、細孔の壁面との衝突回数が多く、それだけエネルギーを消耗し、失活する機会が多いことを意味する。したがって、上記のような多孔質セラミツクスからなるプラズマトラツプは、特に、真空に近い減圧雰囲気下において、大きい衝突エネルギーを有するプラズマ種およびイオン等を捕捉するのに好適である。
【００６０】
また、本発明に係る多孔質セラミツクスは、連通開気孔が密に形成され、かつその内壁面が滑らかであることから、反応ガスまたは排気ガスが透過する際の単位面積、単位厚さ当たりのガス流の圧力損失が低減されていると考えられる。
【００６１】
本発明に係るプラズマトラツプを構成する上記多孔質セラミツクスは、必ずしもこれに限定されるものではないが、硬度や強度特性の他、耐食性が要求されることから、チツ化アルミニウム、ＹＡＧ、アルミナ等のアルミナ系セラミツクス、イットリア、ＣａＦ_２、Ｙ_２Ｏ_３安定化ＺｒＯ_２であることが、特に好ましい。これらのセラミツクスは、半導体製造プロセスで使用される反応ガスやキヤリアガス、またはこれらによるプラズマ種に対して、優れた耐食性を有するため、消耗し難く、これらに起因する不純物やダストの発生も抑制することができる。
【００６２】
本発明に係るプラズマトラップは、プラズマ装置のガス排出口に配設されることにより、ガス排出口がプラズマにより消耗することを防止するとともに、プラズマ種が反応室の外部に流出することを防止することができるため、ガス排出管の損傷や反応生成物の付着による管の閉塞、さらには、連結される反応室外部の装置の腐食損傷等の不都合を回避することが可能となる。また、ガス導入口にも配設されることにより、反応室内で生成したプラズマ種が、ガス導入口側へ流出し、ガス導入管に損傷を与えたり、反応生成物が付着したりする不都合を回避することができる。
【００６３】
【実施例】
［実施例１］（多孔質焼結体の調製）
原料粉末として、平均結晶粒子径１μｍのアルミナ粉末１００重量部、気散性液体としてイオン交換水２５重量部、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム０．７５重量部、硬化性樹脂として水溶性エポキシ樹脂５重量部を、ボールミルで１５時間混合しスラリーとした。このスラリーを表１に示す温度に加温または冷却し、起泡剤としてラウリル硫酸トリエタノールアミンを０．７５重量部添加し（この時点でのスラリー粘度６０ｃｐｓ）、アルミナ原料粉末１ｋｇにつき、表１に示す体積まで泡立て泡沫状のスラリーとした。なお、泡立てた直後の泡の直径はいずれもほぼ同じであった。
【００６４】
ここに、硬化剤としてイミノビスプロピルアミンを１．３重量部添加して、充分に混合した後、成形型に流し込んだ。硬化剤を添加してから、泡沫状のスラリーが流動性を失うまでの時間を測定し、得られた成形体を乾燥後、１７００℃で焼結して多孔質アルミナとした。多孔質アルミナの気孔径は、顕微鏡による観察により測定し、隣接する気孔間の連通部平均径を水銀圧入法で測定した。各試料の機械的強度は三点曲げ強さ測定により評価した。
【００６５】
また、得られた多孔質焼結体を樹脂に埋め込み研磨を行って平らな面を作り、その面の顕微鏡写真を撮り、その画像をコンピュータに取り込み、骨格断面積及び骨格にある気孔の断面積を計算して、骨格断面積に占める気孔の断面積の割合を求めたところ、実施例、比較例のいずれも５％以下であった。以上の結果を表２、表３に示す。
【００６６】
【表１】

【００６７】
【表２】

【００６８】
【表３】

＊なお、上記表２、３中の通気率の単位は、ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨ_２Ｏである。
【００６９】
このように、泡沫状のスラリーが流動性を失うまでの時間（スラリー温度の調節による）と起泡体積を制御することにより、平均的な隣接する気孔間の連通部分の直径を平均的な気孔の直径の５０〜９０％に制御することが可能である。表２、表３から、連通部の径が気孔径の９０％を越え、且つ気孔率が９０％を越える多孔質焼結体は著しく強度が低下することがわかる。一方、連通部の径が気孔径の５０％を下回るか、もしくは気孔率が５５％未満であると、著しく通気率が低下し、透過抵抗が増大することがわかる。
上記、方法によって図１に示すチャンバーの内壁を製造し、これを用いてチャンバーの内張とし、半導体処理装置を組み立てた。この半導体処理装置をプラズマＣＶＤ処理装置として運転したが、ＣＶＤ処理の結果チャンバー内壁面に生じた付着物の剥離もなく、また、メインテナンスの頻度を削減できた。
【００７０】
［実施例２］（プラズマトラップ）
平均粒径１．０μｍのアルミナ粉未１００重量部に、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウムを０．５重量部添加し、分散媒として超純水を３０重量部用いて、混合・解砕し、スラリーを調製した。次いで、該スラリーに起泡剤としてラウリル硫酸トリエタノールアミンを０．２重量部添加し、撹拝して起泡させ、泡沫状スラリーを調製した。
【００７１】
なお、上記においては、主に、プラズマＣＶＤ装置に適用する場合について説明したが、本発明に係るプラズマトラップは、これに限定されるものではなく、ドーピング処理、エツチング処理、洗浄処理等のプラズマ処理を行う各種装置に適用することができる。
【００７２】
［実施例３］（プラズマトラップ）
平均粒径１．０μｍのアルミナ粉未１００重量部に、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウムを０．５重量部添加し、分散媒として超純水を３０重量部用いて、混合・解砕し、スラリーを調製した。次いで、該スラリーに起泡剤としてラウリル硫酸トリエタノールアミンを０．２重量部添加し、撹拝して起泡させ、泡沫状スラリーを調製した。また、気孔が組繊内に密に形成されるため、その隣接する気孔を区画する骨格壁部の厚さが薄く、焼結時に構成粒子が蒸発焼結することにより、連通した連球状開気孔が形成される。なお、焼結体の気孔率の調整は、セラミツクス原料粒子の粒度、スラリー濃度、起泡剤の添加量、撹拌および起泡条件等を適宜調節することにより行う。
【００７３】
上記製造方法により得られた多孔質セラミツクスは、そのままプラズマトラップとして用いても差し支えないが、さらに、還元性ガス雰囲気下にて、１５００〜１９００℃で、２〜８時間程度アニール処理することが好ましい。
【００７４】
本発明に係るプラズマトラップは、プラズマ装置のガス排出口に配設されることにより、ガス排出口がプラズマにより消耗することを防止するとともに、プラズマ種が反応室の外部に流出することを防止することができるため、ガス排出管の損傷や反応生成物の付着による管の閉塞、さらには、連結される反応室外部の装置の腐食損傷等の不都合を回避することが可能となる。また、ガス導入口にも配設されることにより、反応室内で生成したプラズマ種が、ガス導入口側へ流出し、ガス導入管に損傷を与えたり、反応生成物が付着したりする不都合を回避することができる。
【００７５】
【発明の効果】
上記本発明によれば、半導体処理装置を構成する部材として、撹拌起泡によって製造する多孔質焼結体を用いることにより、パーティクルの発生を防止し、プラズマ種を反応室外で発生させることもなく、かつ、部材を軽量化し、さらに断熱性の高い半導体処理装置用部材を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である半導体処理装置の概略図。
【図２】本発明の第２の実施の形態である半導体処理装置の概略図。
【図３】本発明の第３の実施の形態である半導体処理装置の概略図。
【図４】本発明の多孔質焼結体の骨格構造を模式的に示した図。
【図５】従来法で製造された多孔質焼結体の骨格構造を模式的に示した図。
【図６】本発明の多孔質焼結体内における隣接する泡状気孔同士の連通態様を示した模式図。
【図７】本発明の多孔質焼結体の製造工程において隣接する泡状気孔が連通する過程を示した模式図。
【図８】プラズマ処理装置の原理を表す概略図。
【符号の説明】
１…被処理基板
２…チャンバ
３…上部電極
４…下部電極
５…ガス導入口
６…ガス排出口
７…高周波電源
８…反応室
９…プラズマ
１１…マイクロ波発生室
１２…導波管
１３…励起用電磁波透過窓
１４…Ｏリング
１５…空洞共振室
１６…磁界形成コイル
１７…監視窓
１８…ステージ
２１…アンテナ
２２…上部高周波透過窓
２３…フォーカスリング
２４…チャック
２５…ステージ
３１…高周波導波板
３２…緩衝板
３３…シャワープレート
３４…サセプタ
４１…粉体成形体
４２…隙間
４３…粉体焼結体
４４…骨格
４５…微細気孔
５１…多孔質樹脂
５２…気孔
６１…泡状気孔
６２…連通部
６３…骨格部
７１…スラリー（液体＋粉末）
７２…スラリー膜
７３…気泡
ａ…気孔径
ｂ…連通部径[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a member constituting a semiconductor processing apparatus and a semiconductor processing apparatus constituted thereby, and more particularly to improvement of a member used in a semiconductor processing apparatus for processing using plasma such as etching or CVD.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, many semiconductor elements used in large-scale integrated circuits, solar cells, liquid crystal displays, etc., form various thin films on a substrate surface made of silicon or other materials by chemical vapor deposition (CVD). It is manufactured by. In particular, plasma CVD can be formed at a low temperature of about 200 to 400 ° C. compared to thermal CVD in which a reaction gas is thermally decomposed at a high temperature around 1000 ° C. It has become.
Further, the plasma treatment is not limited to the above-described thin film forming process, but is widely adopted in various processes in semiconductor manufacturing such as etching treatment and cleaning treatment.
[0003]
Hereinafter, of the semiconductor processing apparatuses that perform such plasma processing, a plasma CVD apparatus will be described as a representative.
The plasma CVD apparatus is a CVD apparatus that forms a thin film by plasma discharge decomposition of a reactive gas under reduced pressure. Depending on the frequency of electromagnetic energy introduced to generate plasma, the plasma CVD apparatus is applied to a high-frequency plasma apparatus, a microwave plasma apparatus, or the like. being classified. Moreover, it is classified into a thermionic discharge type, a bipolar discharge type, a magnetic field convergence type, an electrodeless discharge type, an ECR type, etc., depending on the difference in plasma generation mechanism.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the principle of the plasma apparatus. This plasma apparatus has a reaction chamber 2 provided with an upper electrode 3 and a lower electrode 4 provided opposite thereto. A gas inlet 5 for supplying a reaction gas into the reaction chamber is provided on the wall surface of the reaction chamber 2. The upper electrode 3 is connected to a high frequency power source 7 outside the reaction chamber 2. On the other hand, a substrate 1 to be processed such as a semiconductor wafer is placed on the upper surface of the lower electrode 4, and the lower electrode 4 is grounded. In addition, a gas discharge port 6 connected to an external exhaust device (not shown) is provided at the lower portion of the reaction chamber 2.
[0004]
In the thin film formation step in the plasma CVD apparatus as shown in FIG. 8, the reaction gas introduced from the reaction gas inlet 5 is excited and activated by the high frequency power energy applied to the upper electrode 3 by the high frequency power source 7 ( A thin film is formed by causing a chemical reaction on the surface of the substrate 1 to be processed such as a semiconductor wafer placed on the lower electrode 4.
In the plasma etching apparatus, an etching gas is supplied instead of the reaction gas of the plasma CVD apparatus, and the surface of the substrate 1 to be processed is etched by the activated plasma. Therefore, the CVD apparatus and the etching apparatus are basically equivalent apparatuses.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In such a plasma processing apparatus, when a reactive gas is supplied into a reaction chamber, activated by plasma, and formed on a substrate to be processed, a product generated by the reaction of the reactive gas is deposited on the substrate to be processed. Although it adheres and forms a film, it also adheres to the surface of various members constituting the reaction chamber and forms a film. And when this device is operated for a long time, the thickness of the deposit increases, and when the temperature rise and fall is repeated during operation, the thermal expansion and contraction are repeated, which causes cracks in the deposit layer. Then, it peels off from the attached wall surface and scatters as particles in the reaction chamber.
Also in the plasma etching apparatus, the etching gas and the substance released from the surface of the substrate to be processed by the etching adhere to the wall surface of the reaction chamber and similarly cause particles.
[0006]
In this way, when particles are generated in the reaction chamber, a film formation defect or the like occurs in the silicon wafer that is the substrate to be processed, and the processing yield decreases, which is not desirable. In order to avoid this, it was necessary to periodically disassemble the equipment, perform maintenance and cleaning, and remove the deposits in the reaction chamber. However, the maintenance operation reduced the operating rate of the semiconductor processing equipment. , Has become a big burden.
[0007]
The present invention was made to prevent a decrease in semiconductor manufacturing yield and a decrease in operating efficiency of a semiconductor processing apparatus due to the generation of particles in such a conventional semiconductor processing apparatus. An object of the present invention is to provide a semiconductor processing apparatus capable of effectively preventing generation of dust and a member used therefor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the conventional problems in the semiconductor processing apparatus using the plasma.
That is, the first aspect of the present invention comprises a ceramic porous sintered body at least a part of which is formed by stirring foaming.The porous ceramic sintered body has a skeleton porosity of 5% or less, and an overall porosity of 50% or more.A member for a semiconductor processing apparatus.
[0009]
In the first aspect of the present invention, the ceramic is an oxide, nitride, carbide, boride, fluoride of at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Sc, Y, Ca, and a lanthanoid. Desirably, the compound is at least one selected from the group consisting of compounds, composite oxides, and composites thereof.
[0010]
In the first aspect of the present invention, the semiconductor processing apparatus member is at least one of an inner wall, a heat insulating material, a shower plate, a plasma trap, a dome, an electrode, a susceptor, a stage, a chuck, a focus ring, a lid, and a pipe. It is desirable to arrange a member made of the porous sintered body.
[0011]
The semiconductor processing device member is formed of a ceramic porous sintered member by stirring and foaming with a porosity of 50% or more on the surface of a dense ceramic member with a porosity of 3% or less, or a porosity of 3%. It is desirable to provide an intermediate layer between the following dense ceramic member and a porous ceramic sintered body member produced by stirring and foaming with a porosity of 50% or more.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, at least a part of a furnace wall, a furnace heat insulating material, a shower plate, a plasma trap, a dome, an electrode, a susceptor, a stage, a chuck, a focus ring, a lid, and a pipe constituting the semiconductor processing apparatus is agitated. A semiconductor processing apparatus comprising a porous ceramic sintered body formed of foam at least on a surface thereof.
[0013]
In the present invention, in an apparatus for processing a semiconductor using plasma, the porous sintered body formed by stirring and foaming is used for at least a portion of the semiconductor processing apparatus facing the space where plasma is generated. As a result, it is possible to reduce the weight of the member because it is a porous sintered body and to exhibit a heat insulating effect. Is. Furthermore, as shown in Japanese Patent Application No. 2001-230942 related to the application of the present applicant, the plasma activity is lost, so that the plasma is not leaked out of the reaction chamber.
[0014]
The present invention utilizes the following characteristics of a porous sintered body formed by stirring and foaming, and applies it to a semiconductor processing apparatus using plasma processing to achieve the above object and therefore This material is realized.
(1) The skeleton of the porous sintered body produced by stirring and foaming according to the present invention can be produced with a porosity of 10% or less, and since it is dense and has high strength, it can be sufficiently used as a structural member.
[0015]
(2) As a whole, the porous sintered body of the present invention can widely control the porosity up to about 30 to 95%. The pore diameter due to foaming is also wide from about 10 μm to about 2000 μm and can be controlled to a uniform size. Further, by controlling the porosity and the pore diameter, it is possible to easily control the state where there is no communication hole, the state where there is a communication hole, and the like. Further, the pore diameter can be increased to increase the air permeability, and the air permeability can be improved by etching with an acid or the like after increasing the porosity. By improving this air permeability, there is no loss of gas pressure even if it is used as a member arranged in the path through which gas flows, so that a load is not imposed on the pump used.
[0016]
(3) Since the pore diameter can be uniformly and arbitrarily controlled, when used on a surface in contact with plasma as a member for a plasma apparatus, the reaction product adhered and the surface of the porous sintered body having optimized unevenness Since the adhesion is improved, there is almost no peeling of the attached reaction product, and there is no risk of dust generation.
[0017]
(4) When the plasma enters the porous sintered body, there is an effect of losing the plasma activity.
[0018]
(5) When using a high-corrosion-resistant and high-priced material such as YAG, the material to be used is only the skeleton part of the porous sintered body, so that a thick member can be manufactured with a small amount. In addition, when firing a porous sintered body by stirring and foaming, a composite member can be easily formed by simultaneous firing of a dense molded body. By using the sintered body as a composite member in combination with another base material such as translucent alumina, for example, a composite member that takes advantage of each advantage can be realized.
[0019]
(6) Since the porous sintered body of the present invention can arbitrarily control the ratio of open cells and closed cells, a porous sintered body having heat insulation performance can be easily realized.
It is also possible to control the gas flow through the continuous vent. That is, in order to control the flow of gas in the furnace using a shower plate that ejects gas, the inside of the furnace can be depressurized or can be used for flowing a cleaning gas during cleaning.
Therefore, since it is excellent in heat insulation when used as a refractory in a furnace, the heat insulation effect is great, and furthermore, the heat insulation effect can be increased by circulating a heat transfer fluid inside.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Agitated foamed porous sintered body]
Hereinafter, the porous sintered body formed by stirring foaming used in the present invention will be described.
The porous sintered body used in the present invention is a porous sintered body having open pores having a structure containing foamy fine pores and in which adjacent foamy fine pores communicate with each other. The porosity of the sintered body is in the range of 55 to 90%, and the ratio of the cross-sectional area of the pores present in the skeleton to the cross-sectional area of the skeleton constituting the porous sintered body is 5% or less. In addition, the average diameter of the cross-section of the communicating portions of the adjacent foam fine pores is 50 to 90% of the average diameter of the foam pores. Moreover, as a preferred embodiment of the porous sintered body, it is desirable that the diameter of the foamy fine pores is in the range of 50 to 2000 μm. Preferably, the ratio of the cross-sectional area of the pores is 2% or less.
[0021]
Furthermore, the method for producing a porous sintered body according to the present invention comprises a step of preparing a foam slurry by stirring and foaming raw material powder, a curable resin, a curing agent thereof, a dispersible liquid and a foaming agent. A step of introducing the slurry into the mold, a step of curing the foamed slurry in the mold by the action of the curable resin and the curing agent, and a dispersible liquid contained in the demolded molded body In the method for producing a porous sintered body comprising a step of diffusing the liquid and a step of sintering the molded body in which the liquid is diffused, the action of the curable resin and the hardener after the addition of the hardener By controlling the time until the slurry loses fluidity, the cross-sectional average diameter of the communicating portion between adjacent foam pores is adjusted to be 50 to 90% of the average diameter of the foam pores. It is a feature. In the above method, the curable resin is preferably an epoxy resin, and the curing agent is preferably an amine compound. The curable resin is polyethyleneimine, and the curing agent is a polyfunctional epoxy compound. It is desirable that
[0022]
Furthermore, as one preferred embodiment of the above method, the time until the slurry loses fluidity due to the action of the curable resin and the curing agent after adding the curing agent is added to the curable resin and the curing agent, Further, it is desirable to control and adjust by adding either a curing retarder or a curing accelerator for the curing reaction. The curing retarder is preferably made of a compound having a carboxyl group, and the curing accelerator is preferably at least one selected from amines, polythiol compounds, polyols and polymercapto compounds. Furthermore, it is desirable to control the time from the addition of the curing agent to the loss of fluidity of the slurry due to the action of the curable resin and the curing agent by adjusting the temperature of the slurry.
[0023]
The porous sintered body of the present invention is a ceramic porous sintered body having open pores having a structure containing foamy fine pores, in which adjacent foam pores communicate with each other, and having a porosity of 55. The fluid is porous because it has a specific foam pore communication structure in which the average diameter of the communication section of adjacent foam pores is comparatively large to ˜90% and the average diameter is 50 to 90% of the average diameter of the pores. The first feature is that the permeation resistance when passing through the sintered body is small.
In addition, despite having a relatively large porosity, the structure has the above-mentioned specific bubble-pore communication structure, and because there are no pores having a large pore diameter in the skeleton, that is, the pore breakage occupying the skeleton cross-sectional area. Since the area ratio is 5% or less, which is smaller than the conventional skeleton of this kind of porous sintered body, the second feature is that it has higher strength than conventional products. That is, in the skeleton part of the porous sintered body of the present invention, there are no relatively large pores in the skeleton as in a porous sintered body produced by a conventional method using a porous resin (foam). . Even in the stirring foaming method, pores that cannot be sufficiently densified remain in the skeleton portion, but since the pore diameter is small, in the case of the porous sintered body of the present invention, the pores occupying the skeleton cross-sectional area are broken. The area ratio (average value) can be 5% or less. As a result, the strength of the porous sintered body according to the present invention can be kept significantly higher than that of a conventional porous sintered body in which this ratio is usually 25% or more. Further, the occurrence of cracks due to thermal expansion and thermal decomposition of the resin as in the case of the porous sintered body of the prior art is avoided, and from this point, the strength becomes high.
[0024]
Furthermore, the porous sintered body of the present invention has a porosity of 55 to 90%, and the average diameter of the cross section of the communication portion between adjacent foam pores is 50 to 50 times the average diameter of the foam pores. Since it is 90%, the permeation resistance when the gaseous or liquid fluid permeates through the pores (formed by the bubble pores communicating) in the porous sintered body does not become excessive.
[0025]
In addition, in order to produce the porous sintered body of the specific aspect, in the present invention, a mixture of raw material powder, curable resin, curing agent, air-dispersible liquid, and foaming agent is stirred and foamed to obtain a foam slurry. In the so-called stirring foaming method comprising the steps of curing the slurry in a foam state in the mold, disperse the dispersible liquid in the demolded molded body, and then sintering, the foam slurry contains the curing agent. A specific means of controlling and adjusting the time from the addition to loss of fluidity is used.
[0026]
Hereinafter, the porous sintered body used in the present invention will be described in more detail.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram schematically showing the skeletal structure of the porous sintered body of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the skeleton structure of the porous sintered body manufactured by the conventional method. FIG. 6 is a view schematically showing a communication mode between adjacent bubble pores in the porous sintered body of the present invention, and FIG. 7 is adjacent in the manufacturing process of the porous sintered body of the present invention. It is the figure which showed typically the process in which a bubble pore communicates. The porous sintered body of the present invention has a skeleton 44 having the cross-sectional form shown in FIG. 4 (b), and as described above, the fine pores 45 are present in the skeleton 44. There are no relatively large pores (for example, pores indicated by reference numeral 52 in FIG. 5) present in the porous sintered body. 4A is a diagram showing a cross-sectional aspect before sintering, and the same or corresponding members shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
[0027]
As described above, the fine pores 45 remain in the skeleton 44 portion even after sintering by the stirring foaming method, and the gaps 42 of the raw material powder cannot be sufficiently densified, but the diameter of the fine pores 45 is small. Therefore, in the case of the porous sintered body of the present invention, the ratio (average value) of the pore cross-sectional area to the skeleton cross-sectional area can be 5% or less, preferably 3% or less. As a result, this ratio is Compared with the conventional porous sintered body of 25% or more, the strength can be kept extremely high.
[0028]
Moreover, in the porous sintered body of the present invention, the communicating part of the adjacent foam pores has an average diameter of the cross section of the communication opening so that it is 50 to 90% of the average diameter of the foam pores. Produced. That is, as shown in FIG. 6, b / a × 100 = 50 to 90, where a is the average diameter of the foam pores 61 and b is the average diameter (communication portion diameter) of the opening cross section of the communication portion 62. % Is produced. Preferably, it is produced so that b / a × 100 = 65 to 90%. The porosity can be appropriately selected depending on the application, but is 55 to 90%. Preferably, it is 60 to 85%. When the average diameter of the communicating part 62 is less than 50% of the pore diameter, the permeation resistance of the fluid (gas or liquid) that permeates through the bubble-like pore communicating pores increases. The fluid permeation resistance also increases when the porosity is less than 55%. In addition, according to the method for manufacturing a porous sintered body described later, when the porosity is less than 55%, it is difficult to control the cross-sectional diameter of the communicating portion between adjacent foam-like pores to be kept at an appropriate size. It is not preferable.
[0029]
In the case of the porous sintered body of the present invention, 1 to 25 cm in terms of air permeability (inversely proportional to permeation resistance).³・ Cm / cm²・ Sec ・ cmH₂O. On the other hand, when the average diameter of the communicating part of the adjacent foam pores exceeds 90% with respect to the average diameter of the foam pores, the skeleton constituting the porous sintered body becomes too thin and the strength becomes weak. Even when the porosity exceeds 90%, the strength of the porous sintered body becomes extremely weak. For example, the three-point bending strength of the porous sintered body having the structure of the present invention having a porosity of 80% is a dense sintered body made of the same material as the porous sintered body (relative density to the true density is 99). % Of the three-point bending strength), preferably 3% or more.
[0030]
As described above, when the fluid permeation resistance is large, the following problems occur depending on various members of the semiconductor processing apparatus. That is, when used for a shower plate or a plasma trap, air permeability is important, and if the pressure loss of gas flow is large, the required effect cannot be exhibited. It is necessary to use a porous sintered body having a large size.
[0031]
Moreover, in the porous sintered body of the present invention, the diameter of the foam pores is appropriately selected according to the application, but according to the method for producing a porous sintered body described later, foam bubbles having an average diameter of 50 μm or less are produced. Not only is difficult, but the permeation resistance of the fluid becomes too large. On the other hand, those having an average diameter exceeding 2000 μm are not preferable because the diameter distribution of the foam pores tends to be wide and the strength tends to be slightly lowered. Preferably, the thickness is 100 to 2000 μm.
[0032]
As described above, the porous sintered body of the present invention has a relatively large porosity, a large number of open pores having an appropriate pore diameter and a relatively narrow distribution width, and the shape of the pores is a foam-like pore. Therefore, the resistance to permeation of fluid is relatively less than that of the conventional product, and it has appropriate permeability (air permeability). Moreover, since the skeleton does not have coarse pores unlike conventional products, it retains high bending strength despite its high porosity.
[0033]
The porous sintered body of the present invention is not necessarily limited to this, but can be produced by the method described below. That is, first, a foamed slurry is prepared by stirring and foaming a curable resin, a curing agent of this resin, a dispersible liquid, and a foaming agent in the raw material powder. In order to sufficiently disperse the raw material powder in the dispersion medium, the raw material powder, a dispersible liquid, and a dispersant may be mixed by a ball mill or the like. Further, the curable resin may be mixed at any stage, and the curing agent may be mixed at any point within a range in which the time from the addition of the curing agent to the loss of fluidity of the slurry can be adjusted. The foaming agent may be mixed at any stage, but it may be difficult to mix the raw materials due to foaming, so it is preferable to add the foaming agent immediately before the step of stirring and foaming.
[0034]
The member for a semiconductor processing apparatus of the present invention is composed of a porous sintered body by stirring foaming mainly composed of a compound containing at least one element selected from Group 2a, Group 3a, and Group 4a elements of the Periodic Table. This porous sintered body is stable in plasma and has excellent corrosion resistance.
[0035]
The group 2a element of the periodic table used is preferably Mg, Ca, Ba, and the group 3a element of the periodic table is preferably Sc, Y, La, Ce, Nd, Yb, Dy, Lu, Moreover, Zr is suitable as the Group 4a element of the periodic table. Examples of the raw material compound for firing containing these elements include oxides, nitrides, carbides, borides and fluorides. When these are in contact with a halogenated gas or their plasma for a long time, a halide containing each element is formed. Moreover, as a compound containing said 2nd group, 3a, 4a group element of said periodic table, these elements, periodic table 3b group elements, such as Al, Si, Pb, Fe, Cr, Ti, etc. Or a complex oxide containing any of these elements, specifically AB₂O₄(A is a group 2a element of the periodic table, B is a group 3b element of the periodic table) or a perovskite type compound as a compound of the periodic table group 3a element and Al. YAP-type), melilite-type (YAM-type), garnet-type (YAG-type) compounds, and silicate compounds of Group 2a and 3a elements of the Periodic Table can also be used as complex compounds with Si.
[0036]
Specifically, the raw material powder includes alumina, yttria, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, mullite, cordierite, silica, hydroxide apatite, various ceramic raw material powders, iron, stainless steel, nickel, molybdenum and tungsten. In addition, various metal powders can be used, and two or more of these can be mixed and used.
[0037]
In the present invention, the raw material powder and the curable resin are mixed to form a slurry. As the curable resin used in the present invention, polyvinyl alcohol, epoxy resin, polyethyleneimine, or the like can be used. As such, a substance having curing ability such as dialdehyde, amine compounds (diamines and the like), polyfunctional epoxy compounds and the like can be used. In particular, from the viewpoint of good controllability of the curing rate, a combination of an epoxy resin as the curable resin and an amine compound (such as diamine) as the curing agent, polyethyleneimine as the curable resin, Combinations of functional group epoxy compounds are preferred.
[0038]
The foamy slurry thus obtained is poured into a mold and cured to form a porous sintered body precursor. The behavior of bubbles in the slurry generated by foaming from the time when the curing agent is added to the slurry in the mold, that is, from the time when the action of the curable resin and the curing agent starts until the slurry loses fluidity due to curing. This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7A, a slurry film 72 is formed between adjacent bubbles 73 in the slurry 71 to separate them. As shown in FIG. 7B, the slurry 71 (consisting of liquid and raw material powder) gradually moves toward the skeleton part 63 where the skeleton 44 is formed (in the direction of the arrow in the figure). To the portion where the skeleton is formed from between the

bubbles

73 and 73. In particular, almost all of the raw material powder particles in the slurry 71 move from the film part 72 between the

bubbles

73 and 73 to the skeleton part 63, and the extremely thin film is substantially formed of a liquid component. As shown in FIG. 7C, this portion becomes an open communication portion 62 after sintering. After the sintering, the bubbles 73 become the foam pores 61, and the powder in the moved slurry forms the skeleton 44.
[0039]
At this time, if the discharge of the slurry 6 proceeds excessively, even the liquid film remaining between the

bubbles

73 and 73 will move and disappear, and the

bubbles

73 and 73 will eventually merge. If the coalescence of the bubbles proceeds too much, as shown in FIG. 7D, the desired specific bubble communication state cannot be maintained. On the other hand, if the slurry (raw material powder) is not sufficiently transferred and discharged and is cured while remaining in the film between the bubbles, the diameter of the communicating portion becomes small, and becomes less than 50% of the pore diameter.
[0040]
Therefore, in the method of the present invention, the diameter of the communicating portion is adjusted so as to be in the range of 50 to 90% of the pore diameter, so that the coalescence of bubbles does not proceed so much that the desired structure cannot be maintained (the desired structure). The coalescence may proceed to such an extent that it can be maintained), and the time until curing, that is, the slurry loses its fluidity after the addition of the curing agent, so that the slurry is sufficiently discharged. Control the time until.
[0041]
Here, the state in which the slurry loses fluidity means a state in which the viscosity of the slurry reaches a viscosity at which the casting process for introducing the slurry into the mold cannot be performed, and varies slightly depending on the viscoelastic characteristics of the slurry, Generally, when the viscosity of the slurry exceeds 5000 cps, introduction into the mold cannot be performed.
[0042]
In this case, the time from when the curing agent is added (after the curing agent starts to act) until the slurry loses fluidity (hereinafter simply referred to as curing time) is the raw material powder of the slurry. The smaller the particle size, the higher the slurry viscosity, the larger the foam diameter (immediately after foaming), the smaller the foaming volume (total volume of foam in the slurry, the amount of foam occupying the unit weight). The discharge rate of the slurry from the film between the bubbles is slow. Further, when the particle size is small and the viscosity is high, the particles are hardly settled, and the moving speed of the slurry itself becomes the discharge speed. In the case of the slurry in such a state, it takes time to discharge, so in order to sufficiently discharge it, the time until curing is lengthened, for example, by controlling it to about 2 to 6 hours over 1 hour. Then, the diameter of the communication part is adjusted to a desired size.
[0043]
Conversely, the larger the particle size, the lower the slurry viscosity, the smaller the bubble diameter (immediately after foaming), and the larger the foaming volume, the faster the slurry discharge rate between the bubbles. In addition, when the moving speed of the slurry itself is increased, the particle size is large and the viscosity is low, the particles are likely to settle. Therefore, since the discharge proceeds even when the particles settle together with the solvent, the discharge speed of the slurry becomes very fast. Therefore, in this case, the time until curing is shortened so that the coalescence of the foam does not proceed too much, and is controlled within 10 hours, usually 10 to 40 minutes. In this case, if the time until curing is long, as shown in FIG. 7 (e), the bubbles 73 are combined into coarse bubble groups due to coalescence (collecting many in the upper part of the mold) and isolated microbubble groups (mold There is a negative effect that it is divided into a large number of parts in the lower part.
[0044]
Such curing time control methods include the acceleration of the curing reaction by heating, the adjustment of the temperature of the slurry, conversely the suppression of the reaction by cooling, the adjustment by increasing or decreasing the concentration of the curing resin and the amount of curing agent added, etc. Other examples include a method of adding a curing reaction accelerator, and a method of adding a reaction retarder. Examples of the accelerator added in the curing reaction include amines, polythiol compounds, polyols, and polymercapto compounds. More specifically, phenol, catechol, bisphenol A, bisphenol F, naphthol, cresol, Examples include polymercaptan. Examples of the retarder include compounds having a carboxyl group, such as acetic acid, formic acid, propionic acid, adipic acid, caproic acid, lactic acid, succinic acid, tartaric acid, citric acid, ascorbic acid, and stearic acid.
[0045]
The porosity is determined by the amount of gas introduced into the slurry (foaming volume), shrinkage due to liquid diffusion (drying), shrinkage due to sintering, but considering the amount of shrinkage due to drying and the amount of shrinkage due to sintering, This can be controlled by adjusting the amount of gas introduced into the slurry. Also, the pore size is adjusted by adjusting the type and concentration of the foaming agent, the viscosity of the slurry, and the time from the addition of the curing agent until the slurry loses fluidity (the pore size can be increased by advancing coalescence). Can be controlled.
[0046]
The member for a semiconductor processing apparatus of the present invention may be formed of a porous ceramic member formed by stirring and foaming having a porosity of 50% or more on the surface of a dense ceramic member having a porosity of 3% or less.
Further, the semiconductor processing apparatus member is provided with an intermediate layer made of a ceramic sintered body between a dense ceramic member having a porosity of 3% or less and a porous ceramic member by stirring and foaming having a porosity of 50% or more. It may be.
These layers are desirably sintered integrally, but may be fired as separate bodies and bonded and bonded with an inorganic adhesive or the like. Each layer may be joined by mechanical means such as bolting.
[0047]
In order to form the porous sintered body into the shape of a member for a semiconductor processing apparatus, the slurry can be poured into a mold formed in the shape of each member and formed into a required shape. It can also be formed into a required shape by machining after it is largely formed.
In addition, in order to mold a composite member of a dense ceramic layer and a porous sintered body layer or a composite member having an intermediate layer, the slurry for forming the dense layer is poured into a mold, dried, and stirred. A slurry foamed by foaming can be poured thereon to form a composite layer. Moreover, after forming a dense layer, an intermediate layer can be formed, and then a stirring foaming layer can be formed.
[0048]
Hereinafter, the semiconductor processing apparatus of the present invention to which the agitated and foamed porous sintered body is applied will be described.
[First Embodiment]
The semiconductor processing apparatus according to the first embodiment will be described below with reference to FIG.
This apparatus is a CVD processing apparatus that generates plasma using electron cyclotron resonance. According to this apparatus, plasma can be formed without electrode and in a high vacuum, and can be formed with high density and low damage. Etching can be performed.
[0049]
FIG. 1 is a schematic view of a plasma processing apparatus of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an excitation electromagnetic wave generation chamber, which oscillates a microwave that is an excitation electromagnetic wave of 2.45 GHz, for example. The microwave passes through the waveguide 2 and passes through the excitation electromagnetic wave transmission window 3 and is radiated to the cavity resonator 5. A coil 6 is disposed around the cavity resonator 5 to generate a magnetic field.
The processing chamber 7 is connected with a gas supply port 10 for supplying processing gas and atmospheric gas, and a gas exhaust port 11 connected to a vacuum exhaust pump (not shown) for evacuating the processing chamber 7. Is evacuated and a processing gas is supplied.
By optimizing the frequency of the excitation electromagnetic wave and the magnetic flux density of the magnetic field, it is possible to efficiently resonate and generate a high-density plasma, and the plasma ionized from the processing gas is placed on the semiconductor wafer support mounting table 9 The semiconductor wafer 8 that is the object to be processed is irradiated to perform required processing such as film formation or etching.
[0050]
The film formation by this CVD apparatus is performed as follows. That is, after the semiconductor wafer 8 is mounted on the surface of the support / mounting table 9 and the inside of the processing chamber 7 is evacuated, the film forming gas and the atmospheric gas are supplied from the gas supply port 10. On the other hand, the microwave generated in the microwave generation chamber 1 is introduced into the processing chamber 7 through the microwave introduction window 13. In addition, when the microwave is introduced, the coil 6 is energized to generate a magnetic field, thereby generating high-density plasma in the processing chamber 7. With this plasma energy, the film forming gas is decomposed into an atomic state, and is deposited and formed on the surface of the semiconductor wafer 8.
[0051]
In the film forming process on the semiconductor wafer surface, the reaction gas decomposition products are generated by the members facing the plasma generation region of the plasma processing apparatus, that is, the chamber wall surface, the semiconductor wafer support mounting table, the gas inlet, and the gas. It adheres to member surfaces such as the piping of the discharge port, the wall surface of the cavity resonance chamber, and the electromagnetic wave transmission window for excitation. Therefore, these members are formed using the porous sintered body by the stirring foaming of the present invention, or at least the surface layer thereof is formed by the porous sintered body by the stirring foaming method. As a result, even if the reaction product adheres to these surfaces, the uneven surface of the porous sintered body improves the adhesion between the reaction product and the wall surface, making it difficult for separation to occur. Is significantly suppressed.
[0052]
Furthermore, by forming the chamber wall surface of this semiconductor processing apparatus with the porous sintered body of the present invention, heat dissipation in the chamber is suppressed, so that it is possible to reduce the amount of input energy and economically. Is advantageous. Moreover, since the weight of the entire apparatus can be reduced by forming the chamber occupying the largest proportion in the weight of the apparatus with the porous sintered body of the present invention, the load resistance of the building that accommodates the chamber can be reduced. There is also an advantage that it can be reduced.
In particular, in the members of the apparatus of the present invention, the semiconductor wafer mounting table, the reaction chamber wall surface, the cavity resonance chamber wall surface, and the gas introduction port that have a high possibility of being in contact with plasma, , CaF, yttrium stabilized ZrO₂It is desirable to form with materials, such as.
[0053]
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The semiconductor processing apparatus of FIG. 2 is an apparatus for processing the substrate 1 to be processed by generating high-frequency plasma in the reaction chamber 8 using the antenna 21 and generating plasma.
In the drawing, a window material 22 made of quartz glass, aluminum nitride, or alumina is disposed on the upper surface of the chamber 2 constituting the reaction chamber 8, and a high frequency supplied from the high-frequency power source 8 is placed on the upper surface of the reaction chamber 8. An antenna 21 for irradiating is arranged. A chuck 24 on which the substrate 1 to be processed such as a silicon wafer is placed is disposed in the chamber 2, and the chuck 24 is placed on a stage 25. The chuck 24 can hold the substrate to be processed 1 by electrostatic attraction or the like. A focus ring 23 made of a material such as quartz, silicon, or alumina is disposed around the chuck 24 so that the plasma efficiently contacts the surface of the substrate 1 to be processed. In addition, a reaction gas introduction port 5 and a gas exhaust port 6 are arranged in the reaction chamber 8 or in contact with the wall surface of the reaction chamber chamber 8.
And at least the surface of these members is formed with the porous sintered compact formed by the said stirring foaming. In particular, in the apparatus of the present embodiment, plasma products are likely to adhere to the surface of the focus ring 23 and the surface of the window member 21 facing the substrate 1 to be processed. Therefore, it is desirable to arrange at least a member formed of the porous sintered body of the present invention on these surfaces.
[0054]
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The apparatus shown in FIG. 3 generates plasma in a chamber formed by the reaction chamber upper lid 35, the high-frequency conduction plate 31, and the shower plate 33, and the pressure of the shower plate 33 is controlled by the pressure of the gas injected from the gas inlet 5. Plasma is sent into the reaction chamber 8 through the through-hole to process the substrate 1 to be processed.
That is, in FIG. 3, reference numeral 31 denotes a high-frequency conduction plate for supplying high-frequency power, and the plasma generated in the space surrounded by the reaction chamber upper lid 35 and the shower plate 33 is pressed into the gas introduction port 5. The gas is transferred into the reaction chamber 8 through a through hole formed in the shower plate 33 by the pressure of the gas.
In such an apparatus, since the adhesion of the product due to the plasma is particularly observed on the surface of the shower plate 33, at least the surface of the shower plate 33 should be formed of the porous sintered body by stirring and foaming of the present invention. Is desirable.
[0055]
[Fourth Embodiment]
In the above-described plasma processing apparatus, the gas converted into plasma (hereinafter referred to as “plasma species”) flows out of the reaction chamber 8 through the gas inlet 5 and the gas outlet 6, and the inner wall of the gas pipe, , Even other connected devices are subject to corrosion damage, plasma species reaction products adhere to them, and piping is blocked, and the equipment is periodically disassembled for maintenance. There was a need to clean.
[0056]
This embodiment uses a porous sintered body to prevent plasma from being generated at a place other than the plasma generation unit and as a means to prevent plasma species from flowing out of the reaction chamber. Is. A member having this function is called a plasma trap, and is disposed at the opening of the gas inlet 5 or the gas outlet 6 and used.
By using the porous sintered body of the present invention for such a plasma trap, the pressure loss of the gas flow is small, a large amount of gas can be flowed, the thermal shock resistance is excellent, and the weight is reduced and the size is reduced. Therefore, it is possible to provide a plasma trap that can be easily maintained and can improve the operation efficiency of the apparatus.
[0057]
In the plasma trap of this embodiment, for example, the openings of the gas inlet 5 and the gas outlet 6 shown in FIG. 1 are filled with a block-like body formed by stirring and foaming according to the present invention.
The block-like body may be filled in the entire opening or may be disposed in a part of the opening. When filling the entire opening with a porous sintered body, it is necessary to use a porous sintered body having a high porosity composed of continuous vents in order to reduce gas pressure loss and ensure sufficient air permeability. is there.
[0058]
As described above, in the porous ceramics according to the present invention, the continuous spherical open pores are densely formed three-dimensionally, while the skeleton wall portion is dense because it has few micropores. Therefore, the porous ceramics as a whole can be a plasma trap having a high pressure resistance and a light weight even if the porosity is high.
[0059]
Further, unlike the conventional product in which the porous ceramics are formed by drilling straight tubular pores in the dense ceramics, the gas flow path by the pores is bent. This means that the plasma species easily collide with the wall surface of the pores, that is, the number of collisions with the wall surface of the pores is large, so that the energy is consumed and the opportunity for deactivation is high. Therefore, the plasma trap comprising the porous ceramic as described above is particularly suitable for capturing plasma species and ions having a large collision energy in a reduced-pressure atmosphere close to vacuum.
[0060]
In addition, the porous ceramics according to the present invention is formed of densely connected open pores and a smooth inner wall surface, so that the gas per unit area and unit thickness when the reaction gas or exhaust gas permeates. It is thought that the pressure loss of the flow is reduced.
[0061]
The porous ceramics constituting the plasma trap according to the present invention is not necessarily limited to this, but since corrosion resistance is required in addition to hardness and strength characteristics, aluminum nitride, YAG, alumina, etc. Alumina ceramics, yttria, CaF₂, Y₂O₃Stabilized ZrO₂It is particularly preferred that These ceramics have excellent corrosion resistance against the reaction gas and carrier gas used in the semiconductor manufacturing process, or plasma species by these, so they are not easily consumed, and also suppress the generation of impurities and dust caused by them. Can do.
[0062]
The plasma trap according to the present invention is disposed at the gas exhaust port of the plasma apparatus, thereby preventing the gas exhaust port from being consumed by the plasma and preventing the plasma species from flowing out of the reaction chamber. Therefore, it is possible to avoid inconveniences such as damage to the gas exhaust pipe, clogging of the pipe due to adhesion of reaction products, and corrosion damage to the apparatus outside the connected reaction chamber. In addition, since it is also disposed at the gas inlet, the plasma species generated in the reaction chamber flows out to the gas inlet, causing damage to the gas inlet pipe or the reaction product adhering. It can be avoided.
[0063]
【Example】
[Example 1] (Preparation of porous sintered body)
As raw material powder, 100 parts by weight of alumina powder having an average crystal particle diameter of 1 μm, 25 parts by weight of ion-exchanged water as a dispersible liquid, 0.75 parts by weight of ammonium polyacrylate as a dispersant, and water-soluble epoxy resin 5 as a curable resin Weight parts were mixed with a ball mill for 15 hours to form a slurry. This slurry was heated or cooled to the temperature shown in Table 1, and 0.75 parts by weight of lauryl sulfate triethanolamine was added as a foaming agent (slurry viscosity at this time: 60 cps). It was set as the foaming foamy slurry to the volume shown to. In addition, the diameter of the foam immediately after foaming was almost the same.
[0064]
Here, 1.3 parts by weight of iminobispropylamine as a curing agent was added and mixed thoroughly, and then poured into a mold. The time from the addition of the curing agent to the loss of fluidity of the foamy slurry was measured, and the resulting molded body was dried and then sintered at 1700 ° C. to obtain porous alumina. The pore diameter of the porous alumina was measured by observation with a microscope, and the average diameter of the communication portion between adjacent pores was measured by a mercury intrusion method. The mechanical strength of each sample was evaluated by measuring the three-point bending strength.
[0065]
Also, the obtained porous sintered body is embedded in a resin and polished to create a flat surface, a microphotograph of the surface is taken, the image is taken into a computer, and the cross-sectional area of the skeleton and the pores in the skeleton are taken. When the ratio of the pore cross-sectional area to the skeleton cross-sectional area was calculated, both the examples and the comparative examples were 5% or less. The above results are shown in Tables 2 and 3.
[0066]
[Table 1]

[0067]
[Table 2]

[0068]
[Table 3]

* The unit of air permeability in Tables 2 and 3 is cm.³・ Cm / cm²・ Sec ・ cmH₂O.
[0069]
In this way, by controlling the time until foamy slurry loses fluidity (by adjusting the slurry temperature) and the foaming volume, the diameter of the communication portion between the average adjacent pores is adjusted to the average pore size. It is possible to control to 50 to 90% of the diameter. From Tables 2 and 3, it can be seen that the strength of the porous sintered body in which the diameter of the communicating portion exceeds 90% of the pore diameter and the porosity exceeds 90% is significantly reduced. On the other hand, it can be seen that when the diameter of the communicating portion is less than 50% of the pore diameter or the porosity is less than 55%, the air permeability is remarkably lowered and the permeation resistance is increased.
The inner wall of the chamber shown in FIG. 1 was manufactured by the method described above, and the semiconductor processing apparatus was assembled using this as the chamber lining. Although this semiconductor processing apparatus was operated as a plasma CVD processing apparatus, there was no separation of deposits generated on the inner wall surface of the chamber as a result of the CVD processing, and the frequency of maintenance could be reduced.
[0070]
[Example 2] (Plasma trap)
0.5 parts by weight of ammonium polyacrylate as a dispersant is added to 100 parts by weight of alumina powder having an average particle size of 1.0 μm, and 30 parts by weight of ultrapure water is used as a dispersion medium, and then mixed and crushed A slurry was prepared. Next, 0.2 part by weight of lauryl sulfate triethanolamine was added to the slurry as a foaming agent, and the mixture was stirred to foam to prepare a foamy slurry.
[0071]
In addition, although the case where it applied mainly to a plasma CVD apparatus was demonstrated in the above, the plasma trap which concerns on this invention is not limited to this, Plasma processing, such as doping processing, etching processing, and cleaning processing It can be applied to various devices that perform the above.
[0072]
[Example 3] (Plasma trap)
0.5 parts by weight of ammonium polyacrylate as a dispersant is added to 100 parts by weight of alumina powder having an average particle size of 1.0 μm, and 30 parts by weight of ultrapure water is used as a dispersion medium, and then mixed and crushed A slurry was prepared. Next, 0.2 part by weight of lauryl sulfate triethanolamine was added to the slurry as a foaming agent, and the mixture was stirred to foam to prepare a foamy slurry. In addition, since pores are densely formed in the fabric, the thickness of the skeletal wall portion defining the adjacent pores is thin, and the constituent particles are evaporated and sintered at the time of sintering. Is formed. The porosity of the sintered body is adjusted by appropriately adjusting the particle size of the ceramic raw material particles, the slurry concentration, the amount of foaming agent added, stirring, foaming conditions, and the like.
[0073]
The porous ceramics obtained by the above production method may be used as a plasma trap as it is, but is further preferably annealed at 1500 to 1900 ° C. for about 2 to 8 hours in a reducing gas atmosphere. .
[0074]
The plasma trap according to the present invention is disposed at the gas exhaust port of the plasma apparatus, thereby preventing the gas exhaust port from being consumed by the plasma and preventing the plasma species from flowing out of the reaction chamber. Therefore, it is possible to avoid inconveniences such as damage to the gas exhaust pipe, clogging of the pipe due to adhesion of reaction products, and corrosion damage to the apparatus outside the connected reaction chamber. In addition, since it is also disposed at the gas inlet, the plasma species generated in the reaction chamber flows out to the gas inlet, causing damage to the gas inlet pipe or the reaction product adhering. It can be avoided.
[0075]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a porous sintered body produced by stirring and foaming as a member constituting the semiconductor processing apparatus, generation of particles is prevented, and plasma species are not generated outside the reaction chamber. And a member can be reduced in weight and the member for semiconductor processing apparatuses with high heat insulation can be implement | achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a semiconductor processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a semiconductor processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a semiconductor processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a skeleton structure of the porous sintered body of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a skeleton structure of a porous sintered body manufactured by a conventional method.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a communication mode between adjacent bubble pores in the porous sintered body of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view showing a process in which adjacent foam pores communicate with each other in the manufacturing process of the porous sintered body of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the principle of a plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 ... Substrate to be processed
2 ... Chamber
3 Upper electrode
4 ... Lower electrode
5 ... Gas inlet
6 ... Gas outlet
7 ... High frequency power supply
8 ... Reaction chamber
9 ... Plasma
11 ... Microwave generation room
12 ... Waveguide
13 ... Electromagnetic wave transmission window for excitation
14 ... O-ring
15 ... Cavity resonance chamber
16 ... Magnetic field forming coil
17 ... Monitoring window
18 ... Stage
21 ... Antenna
22 ... Upper high-frequency transmission window
23. Focus ring
24 ... Chuck
25 ... Stage
31 ... High-frequency waveguide plate
32 ... Buffer plate
33 ... Shower plate
34 ... Susceptor
41 ... Powder compact
42 ... Gap
43 ... Sintered powder
44 ... Skeleton
45 ... fine pores
51. Porous resin
52 ... Porosity
61 ... Bubble pores
62 ... Communication part
63 ... skeleton part
71 ... Slurry (liquid + powder)
72 ... Slurry membrane
73 ... Bubble
a ... pore diameter
b ... Diameter of communication part

Claims

At least a Ri part Do a ceramic porous sintered body which is formed by agitation foaming, the ceramic porous sintered body is not more than 5% porosity of skeleton, it is more than 50% overall porosity of A member for a semiconductor processing apparatus.

The ceramic is an oxide, nitride, carbide, boride, fluoride, composite oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Sc, Y, Ca, and a lanthanoid, and these 2. The member for a semiconductor processing apparatus according to claim 1, wherein the member is at least one selected from the group consisting of:

2. The semiconductor processing apparatus member is at least one of an inner wall, a heat insulating material, a shower plate, a plasma trap, a dome, an electrode, a susceptor, a stage, a chuck, a focus ring, a lid, and a pipe. Or the member for semiconductor processing apparatuses of Claim 2.

The semiconductor processing apparatus member is formed of a ceramic porous sintered member formed by stirring and foaming with a porosity of 50% or more on the surface of a dense ceramic member with a porosity of 3% or less. The member for semiconductor processing apparatuses in any one of Claim 1 thru | or 3 .

The semiconductor processing apparatus member is characterized in that an intermediate layer is provided between a dense ceramic member having a porosity of 3% or less and a ceramic porous sintered member by stirring and foaming having a porosity of 50% or more. The member for a semiconductor processing apparatus according to claim 1 .