JP4925152B2

JP4925152B2 - 半導体製造装置用部品及び半導体製造装置

Info

Publication number: JP4925152B2
Application number: JP2000013146A
Authority: JP
Inventors: 匡志野呂; 俊高木; 敬一阪下
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: JP2001203192A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，プラズマを利用した半導体製造装置に使用される部品に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体の製造工程においては，プラズマを利用した半導体製造装置が用いられる。例えば，プラズマエッチング装置は，露光・現像工程を経たシリコンウェハをガスプラズマにさらすことにより，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処理を行う。
プラズマエッチング装置は，後述する図３に示すごとく，そのチャンバ５１内に配設された上下一対の電極５２，５３を備えてなり，上部電極５２から下部電極５３へ向けてガスプラズマが供給されるよう構成されている。そして，下部電極５３の上面に被処理材としてのシリコンウェハ８を載置してガスプラズマの照射を行うことにより，上記のシリコン面の露出処理を行うことができる。
【０００３】
シリコンウェハ８の外周部の周りには，ダミーリングを配置する必要がある。このダミーリングは，ガスプラズマがシリコンウェハの外周部においても均一に照射されるようにし，シリコンウェハのプラズマによる削れ量の面内バラツキを抑え均一なエッチングを行えるようにするためのものである。
【０００４】
【解決しようとする課題】
ところで，従来のダミーリングをはじめとして，半導体製造装置用部品は，プラズマ処理時にプラズマの照射を受けることにより，徐々に劣化していく。具体的には，プラズマが照射された部分が例えば粉状に分離されて飛散したり，ガス化し，徐々に消耗していく。また，反応生成物や飛散した粒子は，パーティクルとしてシリコンウェハに付着し，これを不良にしてしまう場合がある。
【０００５】
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別の材料への転換が図られつつある。
【０００６】
このような新たな材料としては，高純度炭化珪素焼結体やシリコン材料等が提案されている。しかしながら，これらの材料は，アルミニウムやカーボン材料に比べると確かにパーティクルの発生は少ないが，長期にわたり使用していると，ガスプラズマの照射によって表層の結晶粒子が脱落し，それがパーティクルの発生原因となる。
【０００７】
以上のように，従来の半導体製造装置用部品は，長期にわたって安定して使用することができなかった。
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，シリコンウェハを汚染すること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及びこれを用いた半導体製造装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１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半導体製造装置用部品において，
該半導体製造装置用部品は，上記半導体製造装置においてシリコンウェハの外周に配置されるダミーリングであり，全体形状がリング形状を有していると共に，その内周部上面に上記シリコンウェハを保持するための凹部を有しており，
炭化珪素焼結体よりなる基材と，
該基材の表面におけるプラズマが照射される部分にＣＶＤ法により形成された炭化珪素よりなる皮膜とからなり，
上記皮膜は，膜厚が８０〜２００μｍであり，
上記基材における不純物の含有量は１〜５０ｐｐｍであることを特徴とする半導体製造装置用部品。にある。
【０００９】
上記基材としての炭化珪素焼結体は，炭化珪素粉末とバインダー成分を混合し，顆粒化したものを金型中に充填して加圧することにより生成形体を作製し，その生成形体を不活性ガス雰囲気中で１０００℃以上の高温下で処理し，焼結により作製した炭化珪素（以下，焼結ＳｉＣという）である。
【００１０】
一方，上記皮膜は，上記のごとくＣＶＤ法により形成した炭化珪素（以下，ＣＶＤ−ＳｉＣという）を用いる。この皮膜は，上記基材の表面に直接ＣＶＤ法により成膜して得ることができる。
また，上記皮膜は，上記基材表面の全面に設けてもよいが，プラズマが照射される部分に部分的に設けても勿論よい。
【００１１】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明の半導体製造装置用部品は，上記基材とその表面に設けた皮膜とよりなる。そのため，上記半導体製造装置用部品の耐久性は，上記皮膜の耐久性により左右される。ここで，本発明では，上記皮膜として，ＣＶＤ法により形成した炭化珪素（以下，ＣＶＤ−ＳｉＣという）を用いている。このＣＶＤ−ＳｉＣは，従来用いられていた高純度炭化珪素焼結体よりなる皮膜と比べると，高純度化，緻密性の点で優れたＳｉＣとすることができる。そのため，このＣＶＤ−ＳｉＣよりなる皮膜は，プラズマが照射された際の結晶粒子の脱落を従来よりも抑制することができ，パーティクルの発生を従来よりも低減することができる。
また，このように皮膜の消耗による劣化が従来よりも抑制されるので，この優れた皮膜を備えた半導体製造装置用部品全体の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
さらに，本発明では，上記基材を上記の焼結ＳｉＣにより構成してある。そのため，万一上記皮膜が消耗して基材が露出した場合においても，例えば基材をカーボン材料により構成した場合よりも消耗の抑制およびパーティクル発生の抑制を図ることができる。
【００１３】
次に，上記皮膜は，膜厚が８０μｍ以上である。これにより，上記皮膜の消耗劣化による基材が露出するまでの期間を十分に確保することができ，半導体製造装置用部品の交換頻度を低減させることができる。
【００１４】
また，上記基材における不純物の含有量は１〜５０ｐｐｍである。上記基材における不純物の含有量が５０ｐｐｍを超える場合には，上記ＣＶＤ−ＳｉＣよりなる皮膜を基材の表面に形成する際に，皮膜の純度を上記不純物により低下させ，ガスプラズマの照射によって不純物が飛散し，シリコンウェハを汚染したり，不純物濃度が増大し，耐久性を悪化させるおそれがある。一方，最も好ましくは不純物は全く無い方がよいが，現状の基材製造技術においては，不純物の含有量を１ｐｐｍ未満とすることが困難である。
【００１５】
また，請求項２の発明のように，上記皮膜における不純物の含有量は１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記皮膜における不純物の含有量が１０ｐｐｍを超える場合には，ガスプラズマの照射によって不純物が飛散し，シリコンウェハを汚染し，所望の耐久性が得られないおそれがある。
【００１６】
また，請求項３の発明のように，上記皮膜に不純物として含まれるホウ素，リン，鉄の量は，それぞれ１ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの不純物の含有量が１ｐｐｍを超える場合には，全体の不純物含有量にかかわらず，ガスプラズマの照射によって不純物が飛散し，シリコンウェハを不良にしたり，所望の耐久性を得ることが困難となるという問題がある。
【００１７】
また，請求項４の発明のように，上記半導体製造装置用部品は，上記半導体製造装置においてシリコンウェハの外周に配置されるダミーリングとすることができる。この場合には，シリコンウェハを汚染することなく，非常に耐久性に優れたダミーリングを得ることができ，これを用いることにより，品質に優れたシリコンウェハを製造することができる。
【００１８】
また，請求項４の発明は，上記半導体製造装置用部品を用いたことを特徴とする半導体製造装置にある。
本発明の半導体製造装置は，上記の優れた半導体製造装置用部品を用いているので，品質に優れたシリコンウェハを長期間安定して作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる半導体製造装置用部品につき，図１〜図３を用いて説明する。
本例では，図３に示すごとく，半導体の製造工程において，露光・現像工程を経たシリコンウェハ８をガスプラズマにさらすことにより，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処理を行うためのプラズマエッチング装置５に用いる半導体製造装置用部品であるダミーリング１の例を示す。
【００２０】
本例のダミーリング１は，図１，図２に示すごとく，炭化珪素焼結体（焼結ＳｉＣ）よりなる基材１１と，基材１１の表面にＣＶＤ法により形成された炭化珪素（ＣＶＤ−ＳｉＣ）よりなる皮膜１２とからなる。全体形状は，リング形状を有していると共に，その内周部上面にシリコンウェハ８を保持するための凹部１９を有ている。そして，本例のダミーリング１は，上記基材１１の外表面全体を上記ＣＶＤ−ＳｉＣの皮膜１２により被覆してある。
【００２１】
このダミーリング１を製造するに当たっては，まず，α型結晶の炭化珪素粉末とβ型結晶の炭化珪素粉末とを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。
【００２２】
この生成形体をアルゴンガス雰囲気中にて最高温度である２０００℃まで加熱し，その後は，その温度で所定時間保持した。その結果，円盤状の高純度炭化珪素焼結体を得た。
【００２３】
そして，円盤状の高純度炭化珪素焼結体を，外径φ２５０ｍｍ，内径φ１９０ｍｍ，厚み３ｍｍに旋盤加工し，焼結ＳｉＣよりなる基材１１を作製した。この基材１１の表面にＣＶＤ法によりＣＶＤ−ＳｉＣよりなる皮膜１２を直接形成する。
【００２４】
具体的には，上記基材１１を図示しないＣＶＤ装置内にセットし，温度１３５０℃，真空度１５０Ｔｏｒｒの条件下，反応ガスとしてメチルクロロシラン，キャリアガスとして水素を供給し，熱分解させることにより皮膜１２を形成した。
これにより，膜厚が２００μｍの皮膜１２が基材１１の表面に均一に形成された。
【００２５】
なお，本例で得られたダミーリング１の各部の純度はいずれも高純度となった。具体的には，基材１１は，ＧＤＭＳ法により測定した結果，不純物含有量が３０ｐｐｍ以下の高純度であった。また，皮膜２は，不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり，かつ不純物として含まれるホウ素，リン，鉄の量がいずれも１ｐｐｍ以下であった。
【００２６】
次に，このダミーリング１を用いるプラズマエッチング装置５につき，図３を用いて簡単に説明する。
本例のプラズマエッチング装置５は，同図に示すごとく，円筒状のチャンバ５１内に配設された上下一対の電極５２，５３を備えてなり，上部電極５２から下部電極５３へ向けてガスプラズマが供給されるよう構成されている。また，チャンバー５１の側面には，内部を真空引きするための排気口５１４を設けてある。
【００２７】
上電極５２は，導電性のＳｉＣ，シリコン，アルミニウム，カーボン等の材料よりなり構成されており，上方から供給されるガスを電極間に導くための貫通穴５２１を多数設けてなる。また，上電極５２は，チャンバー５１から内方へ突出させた支持リング５１２に係合させて配置してある。
【００２８】
下電極５３は，ステージ５４の上方に配設されており，中央に凸部５３１を設け，その周囲に上記ダミーリング１を配置するための窪み部５３２をリング状に設けてある。
そして，上記ダミーリング１は，上記凸部５３１を囲うように上記窪み部５３２にセットして使用する。また，シリコンウェハ８は，図２，図３に示すごとく，ダミーリング１の凹部１９に保持される。
【００２９】
次に，上記プラズマエッチング装置５を用いて，実際にシリコンウェハ８を処理し，ダミーリング１の耐久性および得られたシリコンウェハ８の品質について評価した。
その結果，従来と同様の条件でプラズマエッチング処理を行ったところ，ダミーリング１の消耗の進行は遅く，優れた耐久性を示し，かつ，得られるシリコンウェハ８の品質も，パーティクルや汚染等のない優れたものであった。
【００３０】
実施形態例２
本例では，実施形態例１におけるダミーリング１（実施例Ｅ１とする）の優れた効果を定量的に評価すべく，比較のためのダミーリングを３種類（従来例Ｃ１，比較例Ｃ２，Ｃ３）を準備して，上記実施例Ｅ１と共にテストを行った。
【００３１】
（従来例Ｃ１）
従来例Ｃ１は，実施形態例１におけるダミーリング１の基材１１と同様の方法で作製した焼結ＳｉＣを機械加工して作製した従来品のダミーリングである。
【００３２】
（比較例Ｃ２）
比較例Ｃ２は，実施形態例１におけるダミーリング１の基材１１と皮膜１２の純度を低下させた例である。
即ち，比較例Ｃ２の基材は，実施形態例１におけるダミーリング１と同様の方法で作製した焼結ＳｉＣよりなる基材であるが，ＧＤＭＳ法により測定した不純物含有量が２００ｐｐｍのものである。
また，この基材の表面に実施形態１と同様の方法にて形成した膜厚２００μｍの皮膜は，不純物含有量を５０ｐｐｍとした。
【００３３】
（比較例Ｃ３）
比較例Ｃ３は，実施形態例１におけるダミーリング１の皮膜１２における特定の元素の不純物量だけを増加させた例である。
即ち，比較例Ｃ３の基材は，実施形態例１の基材１１と同様の方法で作製した焼結ＳｉＣよりなる基材である。この基材は，ＧＤＭＳ法により測定した結果不純物含有量が３０ｐｐｍ以下の高純度であった。
この基材の表面に実施形態１と同様の方法にて均一に形成した膜厚３００μｍの皮膜は，全体の不純物含有量が５ｐｐｍ以下であり，不純物として含まれるホウ素及びリンは１ｐｐｍ以下である。しかし，この皮膜に含まれる鉄は，１．５ｐｐｍである。
【００３４】
次に，テストは，上記プラズマエッチング装置５を用いて，減圧下，１５００Ｗの出力，ガスとしてＣ₄Ｆ₈，Ａｒ，Ｏ₂，ＣＯを所定条件で導入し，所定時間毎にシリコンウェハを交換し，５０時間の連続プラズマエッチング評価を実施した。そして，ダミーリングの消耗量を測定すると共にシリコンウェハの品質にて比較した。
【００３５】
消耗量測定結果を図４に示す。同図は，横軸にダミーリングの種類を，縦軸に消耗量（μｍ）をとったものである。
シリコンウェハの品質についてシリコンウェハの処理枚数に対する不良発生枚数から不良率を算出したものを図５に示す。同図は，横軸にダミーリングの種類を，縦軸に不良率（％）をとったものである。
【００３６】
図４，図５から知られるごとく，本発明品であるＣＶＤ−ＳｉＣの皮膜１２を有するダミーリング１（実施例Ｅ１）は，従来例Ｃ１と比較して消耗する速度が遅く，また，比較例Ｃ２，Ｃ３と比べてシリコンウェハの不良率も少なく，得られるシリコンウェハの品質も優れていることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
上述のごとく，本発明によれば，シリコンウェハを汚染すること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及びこれを用いた半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，半導体製造装置用部品（ダミーリング）の断面図。
【図２】実施形態例１における，半導体製造装置用部品（ダミーリング）およびシリコンウェハの斜視図。
【図３】実施形態例１における，プラズマエッチング装置の構成を示す説明図。
【図４】実施形態例２における，消耗量測定結果を示す説明図。
【図５】実施形態例２における，シリコンウェハ品質を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．半導体製造装置用部品（ダミーリング），
１１．．．基材，
１２．．．皮膜，
５．．．プラズマエッチング装置，
８．．．シリコンウェハ，

Claims

プラズマを利用した半導体製造装置に使用される半導体製造装置用部品において，
該半導体製造装置用部品は，上記半導体製造装置においてシリコンウェハの外周に配置されるダミーリングであり，全体形状がリング形状を有していると共に，その内周部上面に上記シリコンウェハを保持するための凹部を有しており，
炭化珪素焼結体よりなる基材と，
該基材の表面におけるプラズマが照射される部分にＣＶＤ法により形成された炭化珪素よりなる皮膜とからなり，
上記皮膜は，膜厚が８０〜２００μｍであり，
上記基材における不純物の含有量は１〜５０ｐｐｍであることを特徴とする半導体製造装置用部品。
請求項１において，上記皮膜における不純物の含有量は１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体製造装置用部品。
請求項１又は２において，上記皮膜に不純物として含まれるホウ素，リン，鉄の量は，それぞれ１ｐｐｍ以下であることを特徴とする半導体製造装置用部品。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体製造装置用部品を用いたことを特徴とする半導体製造装置。