JP4057165B2 - 半導体製造装置用部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置用部品の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、プラズマを利用した半導体製造装置の一種として、例えばプラズマエッチング装置が知られている。この装置は、露光・現像工程を経たシリコンウェハをガスプラズマに晒すことにより、感光膜における感光領域のみを選択的に除去してシリコン面を露出させるものである。プラズマエッチング装置を構成するチャンバ内には、一対の正負の電極板が上下方向に離間した状態で配置されている。上部電極板には多数の貫通孔が形成されていて、それらの貫通孔を介してガスプラズマが供給されるようになっている。下部電極板の上側面外周部には、ダミーリングと呼ばれる部品が配置されている。そして、プラズマを処理する際、シリコンウェハの底面外周部はダミーリングに支持され、底面中央部は下部電極板に支持されるようになっている。
【0003】
ところで、半導体の製造時にチャンバ内がパーティクル等の不純物で汚染されていると、それがシリコンウェハ上に付着する結果、パターンを正確に形成できなくなるおそれがある。よって、不良品が多く発生し、歩留まりの低下を来してしまう。また、とりわけプラズマを利用した前記エッチング装置では、ガスプラズマに晒される部品がパーティクルの発生源となりやすいことが指摘されている。
【0004】
従って、この種の装置に用いられる部品については、近年、パーティクル等が発生しやすいアルミニウムやカーボン等の材料から、パーティクルが発生しにくい高純度の炭化珪素焼結体への転換が図られつつある。
【0005】
高純度炭化珪素焼結体を材料とした場合、前記部品は一般的には下記のような手順で作製されることができる。まず、出発材料である炭化珪素焼結体からなる基材を用意する。この基材に対し、必要に応じて穴あけ等の各種加工を施す。そして、さらにラッピングによる研削加工を施して形状を整えることによって、所定の半導体製造装置用部品が完成するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高純度の炭化珪素焼結体とはいえども、研削工程を経た直後の状態においては、研削面上に厚さ1μm〜15μm程度の加工脆性層が残っている。このような加工脆性層は、表面が粗いことに加え、脆くて剥がれやすいという性質を有する。従って、特にガスプラズマに晒される部分については、プラズマの攻撃を受けることで加工脆性層が剥離する可能性があり、それがパーティクルの発生、ひいては汚染の原因となることが予想されている。
【0007】
本発明は上記の課題を解決するためなされたものであり、その第1の目的は、半導体ウェハを汚染する心配もなく、長期にわたって安定して使用することができる半導体製造装置用部品を確実に製造できる方法を提供することにある。
【0008】
また、本発明の第2の目的は、上記の優れた部品を確実にかつ効率よく製造できる方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、プラズマを利用した半導体製造装置に使用される高純度炭化珪素焼結体製の部品であって、少なくともプラズマに晒される面の表層にある加工脆性層の厚さが1μm以下である半導体製造装置用部品を製造する方法であって、炭化珪素焼結体の所定面に対する表面研削工程をあらかじめ実施した後、その研削面表層にある加工脆性層を薄くするため、ふっ硝酸に所定量の弱酸を混合したエッチャントを用いたエッチングである薄層化処理を行うことを特徴とした半導体製造装置用部品の製造方法をその要旨とする。
【0010】
請求項2に記載の発明は、プラズマを利用した半導体製造装置に使用される高純度炭化珪素焼結体製の部品であって、少なくともプラズマに晒される面の表層にある加工脆性層の厚さが1μm以下である半導体製造装置用部品を製造する方法であって、炭化珪素焼結体の所定面に対する表面研削工程をあらかじめ実施した後、その研削面表層にある加工脆性層を薄くするため、ふっ硝酢酸をエッチャントとして用いたエッチングである薄層化処理を行うことを特徴とした半導体製造装置用部品の製造方法をその要旨とする。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記ふっ硝酢酸における各成分の重量比は、ふっ酸:硝酸:酢酸=1:2:1であるとした。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記薄層化処理とは、前記エッチャントの処理を行いながら表面研磨を行うケミカルポリッシングであるとした。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項4において、前記ケミカルポリッシングは1分間〜5分間行われるとした。
【0013】
以下、本発明の「作用」を説明する。
【0016】
請求項1〜3に記載の発明によると、ふっ硝酸に所定量の弱酸を混合したエッチャントを用いた処理を行うことにより、加工脆性層が化学的に溶解・除去される。なお、このようなエッチャントは単なるふっ硝酸よりも弱いエッチャントであるため、加工脆性層に加えてその下層にある緻密層まで侵食されるような心配がない。よって、加工脆性層のみを確実に溶解・除去することができ、ふっ硝酸をそのまま使用した場合に比べて表面粗さが小さくなる。
【0017】
この場合、ふっ硝酸に所定量の酢酸を混合したエッチャント、即ちふっ硝酢酸を用いることがよく、さらにはふっ硝酢酸における各成分の重量比をふっ酸:硝酸:酢酸=1:2:1にすることがよい。上記のようなものは、下層にある緻密層を侵食することなく加工脆性層のみを確実に溶解・除去しうるものとなる。
【0018】
請求項4に記載の発明によると、化学的な溶解作用に加えて機械的な表面研磨作用が働くことにより、加工脆性層のみが確実にかつ効率よく除去される。よって、上記の優れた部品を確実にかつ効率よく製造することができる。
【0019】
この場合、ケミカルポリッシングは1分間〜5分間行われることがよい。ケミカルポリッシングの時間が短すぎると、加工脆性層を十分に薄層化できなくなるおそれがある。逆に、この時間が長すぎると、加工脆性層については十分に薄層化できる反面、その下層にある緻密層まで影響が及ぶおそれがある。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態のプラズマエッチング装置1を図1〜図7に基づき詳細に説明する。
【0021】
図1に示される本実施形態のプラズマエッチング装置1は、プラズマを利用した半導体製造装置の一種である。この装置1は、露光・現像工程を経たシリコンウェハ2をガスプラズマP1 に晒すことにより、感光膜における感光領域のみを選択的に除去してシリコン面を露出させるものである。プラズマエッチング装置1は、後述する各種の部品(チャンバ3、電極板4,5、支持リング6、ステージ7、ダミーリング8)によって構成されている。
【0022】
チャンバ3は円筒状を呈した部品であって、その内部は空洞になっている。同チャンバ3の側面には、ガスプラズマP1 を真空引きにより排出するための排出口3aが形成されている。チャンバ3内には、正極である上部電極板4と負極である下部電極板5とが、それぞれ上下方向に離間した状態で一対配置されている。
【0023】
上部電極板4は円盤状をした導電性材料からなる部品であって、その中心部には多数の貫通孔4aが形成されている。そして、これらの貫通孔4aを介してガスプラズマP1 がチャンバ3内に供給されるようになっている。リング状をした部品である支持リング6は、チャンバ3の上部内周面に固定されている。上部電極板4の底面外周部は、その全周にわたって支持リング6の上面に支持されている。つまり、上部電極板4は支持リング6を介して間接的にチャンバ3の内壁面に取り付けられている。
【0024】
ステージ7は、チャンバ3内の中央下部に配設されている。下部電極板5は円盤状をした導電性材料からなる部品であって、その上面中央部には円形状の凸部9が設けられている。この凸部9の外形寸法は、シリコンウェハ2の外形寸法よりもひとまわり小さくなるように設計されている。そして、この下部電極板5はステージ7の上部に支持されている。
【0025】
図1に示されるように、下部電極板5の上側面外周部には、ダミーリング8と呼ばれる部品が配置されている。ダミーリング8は、シリコンウェハ2の底面外周部をその全周にわたって支持するものであり、図示しない駆動機構によって垂直方向に所定範囲だけ移動することが可能である。即ち、上部電極板4からシリコンウェハ2までの距離を変更することにより、ガスプラズマP1 の照射具合を適宜調整できるようになっている。
【0026】
図1,図2に示されるように、ダミーリング8はリング状を呈しており、その中心部にはシリコンウェハ2を保持するための嵌合凹部10が設けられている。この嵌合凹部10の深さは、シリコンウェハ2の厚さよりも大きくなっている。嵌合凹部10の底面には断面円形状をした貫通孔11が形成されている。この貫通孔11の内径は、下部電極板5の凸部9の外径にほぼ等しくなるように設計されている。従って、ダミーリング8が最も下方の位置にあるときには、凸部9が貫通孔11にちょうど嵌合し、かつ凸部9の上面と嵌合凹部10の底面とがほぼ等しい高さになる。また、ダミーリング8の下面側には、円周状の段差部12が存在している。
【0027】
ここで、ダミーリング8における各面S1 〜S8 を次のように定義する。S1 :ダミーリング8の上面において嵌合凹部10よりも外周側となる領域、S2 :嵌合凹部10の内側面、S3 :嵌合凹部10の底面、S4 :貫通孔11の内壁面、S5 :ダミーリング8の下面において段差部12よりも内周側となる領域、S6 :段差部12における垂直な面、S7 :ダミーリング8の下面において段差部12よりも外周側となる領域、S8 :ダミーリング8の外周面。そして、これらのうちガスプラズマP1 に晒されることが相対的に多い面は、面S1 ,S2 ,S3 ,S6 ,S7 及びS8 であって、なかでも面S1 が最もガスプラズマP1 に晒されやすい位置にある。つまり、面S1 はダミーリング8の最上部に位置していることに加え、ガスプラズマP1 の流れに真っ向から直面しているからである。
【0028】
また、本実施形態のダミーリング8は、高純度の炭化珪素(SiC)焼結体からなる緻密体である。「高純度」とは炭化珪素中における不純物(主に焼結助剤)の濃度が5ppm以下であることを意味している。
【0029】
炭素珪素焼結体の結晶粒子の平均粒径は30μm以下、好ましくは25μm以下、さらには20μm以下であることがよい。
その理由は、このように設定すれば、脱落の可能性がある大きな結晶粒子(50μm以上の結晶粒子)の焼結体における存在比率を極めて小さく(場合によっては皆無に)することができる。従って、ダミーリング8の表層からの結晶粒子の脱落といった事態が従来よりも起こりにくくなるからである。
【0030】
炭化珪素焼結体のかさ密度は2.5g/cm3 〜2.9g/cm3 程度であることが好ましい。炭化珪素焼結体は金属シリコンを含浸させたものであることが望ましい。かかる含浸を行うことで気孔が閉塞される結果、緻密な焼結体を比較的簡単に得ることができるからである。また、含浸を行う際の金属シリコンの含浸率は20%以上であることがよい。
【0031】
上記のような炭化珪素焼結体からなるダミーリング8は、次のような手順で製造されることができる。
まず、成形及び焼成工程を経て炭化珪素焼結体を作製する。これによって得られた焼結体を基材として、それに対する穴あけ加工やラッピング等の研削加工を行う。そして、研削面に対する下記のような薄層化処理を行う結果、所望の形状をしたダミーリング8が完成する。
【0032】
ここで薄層化処理について述べる。薄層化処理とは、高純度炭化珪素焼結体の研削面表層にある加工脆性層13を薄くする処理を意味する。そして、本実施形態では、加工脆性層13の厚さt1 を1μm以下、好ましくは0.5μm以下にすべく、前記処理を実施している。
【0033】
本実施形態における薄層化処理は化学的な処理であって、具体的には炭化珪素を溶解しうる酸性のエッチャントを用いたエッチングである。より具体的にいうと、ふっ硝酸に所定量の弱酸を混合したエッチャントを用いることとしている。弱酸としては、例えば酢酸などの有機酸が挙げられる。
【0034】
ふっ硝酢酸における各成分の重量比は、ふっ酸:硝酸:酢酸=1:2:1であることが好ましい。かかる重量比のエッチャントであれば、下層にある緻密層を侵食することなく加工脆性層13のみを確実に溶解・除去することができるからである。
【0035】
また、前記重量比のふっ硝酢酸の処理を行いながら表面研磨を行う(即ちケミカルポリッシングを行う)ことがさらに好ましい。その理由は、ふっ硝酢酸による化学的な溶解作用に加えて機械的な表面研磨作用が働く結果、加工脆性層13のみを確実にかつ極めて短時間で効率よく除去できるからである。
【0036】
なお、ケミカルポリッシングの実施時間は0.5分間〜5分間程度、さらには1分間〜5分間程度、特には1分間〜2分間程度に設定されることがよい。この実施時間が短すぎると、加工脆性層13を1μm以下に薄層化できなくなるおそれがある。逆に、この時間が長すぎる場合、加工脆性層13については1μm以下に薄層化できるので、その点に関して問題はない。その反面、必要以上のケミカルポリッシング処理を行うことで却って生産性が低下するばかりでなく、加工脆性層13の下層にある緻密層までケミカルポリッシングの影響が及んで侵食されるおそれがある。
【0037】
【実施例及び比較例】
本実施形態においては、図3の表に示すような基本物理特性を有する炭化珪素焼結体(イビデン株式会社製、商品名:SCH−07)からなるダミーリング8を作製し、これを実施例とした。具体的には以下の手順を採った。
【0038】
α型結晶の炭化珪素粉末(信濃電気製錬社製、商品名:GC#6000)と、β型結晶の炭化珪素粉末(イビデン株式会社製)とを50重量%ずつ混合したものを原料粉末とした。これの100重量部に対し、ポリビニルアルコール5重量部、水300重量部を配合した後、ボールミル中にて5時間以上混合することにより、均一な混合物を得た。この混合物を所定時間乾燥して水分をある程度除去した後、その乾燥混合物を適量採取しかつ顆粒化した。そして、得られた混合物の顆粒を金型中に充填して加圧することにより、円盤状の生成形体を作製した。
【0039】
この生成形体を外気を遮断することができる黒鉛製ルツボに装入し、タンマン型焼成炉を使用してその焼成を行った。焼成は1気圧のアルゴンガス雰囲気中において実施した。また、焼成時には最高温度である1800℃まで加熱し、その後はその温度で所定保持した。その結果、結晶粒子の平均粒径が30μm以下である円盤状の高純度炭化珪素焼結体を得た。
【0040】
そして、前記円盤状の炭化珪素焼結体に対して、内周貫通加工、内周粗加工、外周加工、内周ざぐり加工、外周段差加工及び厚み仕上げ加工を実施した。
続く薄層化処理工程では、ふっ硝酢酸(重量比がふっ酸:硝酸:酢酸=1:2:1)をエッチャントとして用いてケミカルポリッシングを実施した。ここではエッチング処理時間を1分間にした試験区(実施例1)と、2分間にした試験区(実施例2)とを設けた。なお、これら2つの試験区に加え、研削面に対するケミカルポリッシングを全く行わない試験区(比較例)も設けた。
【0041】
図3(a),図3(b),図3(c)は、それぞれ比較例、実施例1、実施例2における研削面表層(面S1 を研削した場合のその表層)の断面の様子を示す顕微鏡写真である。これらの顕微鏡写真からも明らかなように、ケミカルポリッシングを全く実施しない比較例では、表層に7.60μmの加工脆性層13が残ったままであった。これに対し、実施例1,2では、加工脆性層13がほぼ完全に除去されていて、その厚さは約0μmであった。また、実施例1,2については、除去された加工脆性層13の下にある平坦な焼結体層が外部に露出した状態となっていた。なお、露出した焼結体層は平坦であってその表面粗度も小さかったため、加工脆性層13は殆ど侵食されていないものと推測された。
【0042】
その後、3種の試験サンプルに対して所定条件でガスプラズマP1 を照射し、焼結体における面S1 からのパーティクルの発生量を経時的に測定した。その結果を図4のグラフに示す。同図のグラフにおいて横軸はプラズマ照射時間(分)を示し、縦軸はウェハあたりのパーティクルの発生個数(個/ウェハ)を示している。ここでは0.2μm以上のものをカウントしている。また、同図のグラフにおいて、●でプロットされた各点を結ぶ曲線は実施例1のものであり、■でプロットされた各点を結ぶ曲線は比較例のものである。なお、実施例2については実施例1とほぼ同様の結果であったので、具体的データの紹介をあえて省略している。
【0043】
比較例の場合、プラズマ照射開始から約10分経過した時のパーティクル発生個数は、3930.0個/ウェハと極めて多かった。その後、パーティクル発生個数はプラズマ照射開始から約30分経過した時までに急激に減少し、それ以降はほぼ一定となる(強いて言えば僅かに減少する)傾向にあった。
【0044】
それに対し実施例1,2では、プラズマ照射開始から約10分経過した時におけるパーティクル発生量は、82.0個/ウェハと極めて少なかった。その後、パーティクル発生個数は、プラズマ照射開始から約15分経過した時で40.0個/ウェハとなり、約22分経過した時で39.0個/ウェハとなった。
【0045】
実施例1,2につきこのような好適な結果が得られたのは、薄層化処理工程を経ることで加工脆性層13が殆ど完全に溶解・除去された結果、加工脆性層13の剥離に起因するパーティクルの発生が抑制されたため、と推測される。
【0046】
従って、これまでの結果を総合すると、実施例1,2のほうが比較例に比べて総合的に優れた特性を有しているという結論に達するものとなった。
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
【0047】
(1)プラズマエッチング装置1に用いられるダミーリング8における各面S1 〜S8 の表層にある加工脆性層13の厚さt1 が、1μm以下と極めて薄くなっている。このため、ダミーリング8がガスプラズマP1 の照射を受けたとしても、加工脆性層13の剥離により発生するパーティクルの量は確実に少なくなる。従って、パーティクルの付着によりシリコンウェハ2を汚染する心配もなく、長期にわたって安定して使用可能なダミーリング8とすることができる。
【0048】
(2)本実施形態では、ダミーリング8を製造するに際し、好適な組成のふっ硝酢酸をエッチャントとして用いたケミカルポリッシングを行っている。そのため、化学的な溶解作用に加えて機械的な表面研磨作用が働くようになり、緻密層に悪影響を与えずに加工脆性層13のみを確実にかつ効率よく除去することができる。よって、上記の優れたダミーリング8を確実にかつ効率よく製造することができる。
【0049】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ エッチャントとしてふっ硝酢酸を用いた実施形態に限定されることはなく、酢酸以外の有機酸を混合したふっ硝酸などを用いても勿論よい。なお、ふっ硝酸に混合されるものは有機酸に限定されることはなく、弱酸という条件を満たすものならば無機酸であっても構わない。
【0050】
・ 前記実施形態では、エッチャントを用いたケミカルポリッシングを実施していた。これに代え、ポリッシングを実施せずに上記エッチャントのみを処理してもよい。
【0051】
・ また、エッチャントを用いた薄層化処理のほか、例えば次のようなエッチャントを用いない薄層化処理が可能である。図4のグラフにおける比較例の曲線をみてもわかるように、プラズマ照射の開始からある程度の時間が経過すれば、パーティクル発生量は激減するという事実がある。従って、パーティクルの発生が収まるまでの所定時間、研削面に対してガスプラズマP1 を前もって照射したものを、最終製品として出荷すればよいことになる。なお、プラズマ前処理の時間は少なくとも15分以上、好ましくは20分以上、さらに好ましくは40分以上であることがよい。
【0052】
・ 焼結体の全面S1 〜S8 の加工脆性層13を1μm以下に薄層化した前記実施形態のものばかりでなく、一部の面の加工脆性層13のみを1μm以下に薄層化した構成を採用することもできる。ただし、このような構成を採るにあたり、ガスプラズマP1 に最も晒されやすい面であるS1 や、シリコンウェハ2に近接している面であるS2 ,S3 について、優先的に加工脆性層13を薄層化処理しておくことが望ましい。
【0053】
・ プラズマエッチング装置1の構成部品であってダミーリング8以外の部品、即ちチャンバ3、電極板4,5、支持リング6、ステージ7を、実施形態と同様の焼結体を用いて作製してもよい。
【0054】
・ 本発明は、プラズマエッチング装置1以外のもの、例えばプラズマアッシング装置やプラズマCVD装置等における構成部品に適用されることが可能である。ここで、プラズマCVD装置の構成部品の場合の具体例を挙げるとすると、サセプタ、ピックアップ、ダミーウェハ、絶縁カバーなどがある。
【0055】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
(1) 請求項1において、前記薄層化処理とは、パーティクルの発生が収まるまでの所定時間、前記研削面に対して前もってプラズマを照射しておくプラズマ前処理であることを特徴とする半導体製造装置用部品の製造方法。従って、この技術的思想1に記載の発明によれば、プラズマに晒されることによって加工脆性層が除去されることから、エッチャントを用いることなく所望の薄層化が達成される。
【0056】
(2) 技術的思想1において、前記プラズマ前処理の時間は少なくとも15分以上(好ましくは20分以上、さらに好ましくは40分以上)であること。
【0058】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1〜5に記載の発明によれば、半導体ウェハを汚染する心配もなく、長期にわたって安定して使用することができる半導体製造装置用部品を確実に製造できる方法を提供することができる。
【0059】
特に請求項5によれば、このような部品を確実にかつ効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した一実施形態のプラズマエッチング装置の要部を示す概略断面図。
【図2】ダミーリング及びシリコンウェハを示す斜視図。
【図3】(a)は比較例における研削面表層の断面の様子を示す顕微鏡写真、(b)は実施例1における研削面表層の断面の様子を示す顕微鏡写真、(c)は実施例2における研削面表層の断面の様子を示す顕微鏡写真。
【図4】実施例1と比較例とにおけるパーティクル発生量の経時的変化の違いを示すグラフ。
【符号の説明】
1…半導体製造装置としてのプラズマエッチング装置、3…半導体製造装置用部品としてのチャンバ、4,5…半導体製造装置用部品としての電極板、6…半導体製造装置用部品としての支持リング、7…半導体製造装置用部品としてのステージ、8…半導体製造装置用部品としてのダミーリング、13…加工脆性層、S1 等…プラズマに晒される面、t1 …厚さ。
Claims (5)
- プラズマを利用した半導体製造装置に使用される高純度炭化珪素焼結体製の部品であって、少なくともプラズマに晒される面の表層にある加工脆性層の厚さが1μm以下である半導体製造装置用部品を製造する方法であって、炭化珪素焼結体の所定面に対する表面研削工程をあらかじめ実施した後、その研削面表層にある加工脆性層を薄くするため、ふっ硝酸に所定量の弱酸を混合したエッチャントを用いたエッチングである薄層化処理を行うことを特徴とした半導体製造装置用部品の製造方法。
- プラズマを利用した半導体製造装置に使用される高純度炭化珪素焼結体製の部品であって、少なくともプラズマに晒される面の表層にある加工脆性層の厚さが1μm以下である半導体製造装置用部品を製造する方法であって、炭化珪素焼結体の所定面に対する表面研削工程をあらかじめ実施した後、その研削面表層にある加工脆性層を薄くするため、ふっ硝酢酸をエッチャントとして用いたエッチングである薄層化処理を行うことを特徴とした半導体製造装置用部品の製造方法。
- 前記ふっ硝酢酸における各成分の重量比は、ふっ酸:硝酸:酢酸=1:2:1であることを特徴とする請求項2に記載の半導体製造装置用部品の製造方法。
- 前記薄層化処理とは、前記エッチャントの処理を行いながら表面研磨を行うケミカルポリッシングであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体製造装置用部品の製造方法。
- 前記ケミカルポリッシングは1分間〜5分間行われることを特徴とする請求項4に記載の半導体製造装置用部品の製造方法。
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