JPH0986964A - ガラス状カーボン被膜を有するシリカガラス部材 - Google Patents

ガラス状カーボン被膜を有するシリカガラス部材

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JPH0986964A
JPH0986964A JP26201295A JP26201295A JPH0986964A JP H0986964 A JPH0986964 A JP H0986964A JP 26201295 A JP26201295 A JP 26201295A JP 26201295 A JP26201295 A JP 26201295A JP H0986964 A JPH0986964 A JP H0986964A
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Katsuhiko Kenmochi
克彦 剣持
Dietmar Hellmann
ディートマ・ヘルマン
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Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
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Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高い表面硬度、耐熱性及び耐プラズ
マ性を有するシリカガラス部材、特に半導体素子のプラ
ズマエッチング処理等において発塵がない半導体素子製
造用シリカガラス治具を提供することを目的とする。 【構成】表面がガラス状カーボンで被覆されたことを特
徴とするシリカガラス部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造工
程に用いるシリカガラス部材、さらに詳しくはプラズマ
を用いる、ドライエッチングやスパッタリング成膜工程
に用いるシリカガラス部材に関する。
【0002】
【従来技術】従来、半導体工業では、プラズマイオンで
金属素材をスパッタリングして半導体素子の上に金属の
膜を成膜したり、逆に半導体素子の表面をスパッタエッ
チしてパターンを形成したり、或は素子の表面を平坦化
したり、清浄化したりする等、各種のプラズマが様々に
利用されている。中でも、プラズマエッチングやスパッ
タエッチング(一般にドライエッチングと総称される)
においては使用する各種治具自体も同時にエッチングさ
れ、ここから微細な粉体を発生し、それが半導体素子を
汚染するという問題があった。そこで、緻密で発塵しに
くい物質として知られているガラス状カーボンの使用が
考えられ、例えば特開昭62ー252942号公報や実
開昭62ー170762号公報にはプラズマエッチング
用電極として、また炭素 No.51(1967)p1
7にはボート、ルツボ、ウエハサセプタ等の半導体処理
用治具としてガラス状カーボンの使用が検討されてい
る。しかしながら、ガラス状カーボンは、シリカガラス
に比べると、高価である上に、加工性が悪く複雑な形状
の部材を作成しにくいところから、例えば特開平6ー2
16225号公報にみるように治具の複雑な形状の部分
を等方性カーボン等加工性の優れた基材で形成し、単純
な部分をガラス状カーボンで形成したのち接合する等、
部分的にガラス状カーボンを使用している。このような
限られた形状での使用や、部分的な使用ではガラス状カ
ーボンの特性を十分生かした使用ができないのが現状で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等
は、ガラス状カーボンの有効使用を求めて鋭意研究を続
けた結果、従来のシリカガラス部材、特に半導体素子製
造用治具の基材の表面にガラス状カーボンの原料を塗布
し、それを炭化することで、複雑な形状であっても均一
なガラス状カーボン被膜が形成でき、ガラス状カーボン
の表面特性を備え発塵のない半導体製造用部材が得られ
ること、特にシリカガラス基材を化学的処理液で処理
し、表面を粗にしたのちガラス状カーボン原料を塗布
し、それを炭化することで均一で十分な接着強度を持つ
ガラス状カーボン被膜を有する部材が得られることを見
出し、本発明を完成したものである。すなわち、
【0004】本発明は、ガラス状カーボンで被覆したシ
リカガラス部材を提供することを目的とする。
【0005】本発明は、化学的処理液で処理し表面が粗
のシリカガラス部材の表面にガラス状カーボンを被覆し
てなる高い表面硬度、耐プラズマ性を有し、かつ発塵の
ないシリカガラス部材を提供することを目的とする。
【0006】本発明は、ガラス状カーボンで被覆されて
いる半導体素子製造用シリカガラス治具を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、表面がガラス状カーボンで被覆されたことを特徴
とするシリカガラス部材に関する。前記ガラス状カーボ
ンとは、例えば「炭素」No.45(1966)第19
〜25頁に記載されているようにフラン樹脂、フェノー
ル樹脂又はそれらの共縮合樹脂等の熱硬化性樹脂、特に
好ましくはフルフラール、フェノール共縮合樹脂を原料
とし、それをシリカガラス基材に塗布したのち炭化する
ことで形成されたガラス状組織を有するカーボンをい
う。前記炭化は不活性ガス雰囲気中で炭化温度まで加熱
することで行われ、不活性ガス雰囲気としてはアルゴン
雰囲気が、また炭化温度としてはシリカガラスの変形温
度以下、約1100℃以下の加熱がよい。前記炭化によ
りシリカガラス基材の表面にガラス状カーボン被膜が形
成されるがその厚さは0.5μm〜8μmの範囲がよ
い。ガラス状カーボン被膜の厚みが0.5μm以下で
は、ガラス状カーボンが有する耐プラズマ性、高い表面
硬度、パーテクルや不純物の発生が少ないという特性が
十分発揮できず、またガラス状カーボン被膜の厚みが8
μmを超える厚さは塗布工程と炭化工程を多数繰り返す
必要があるため実用的でない。前記被覆はガラス細工で
作成されたシリカガラス基材、或は細工前の各基材をガ
ラス状カーボンの原料で塗布したのち炭化して形成され
るが、かかる滑らかな表面のシリカガラス基材上への被
覆は剥離が起こりやすく、膜厚2μm程度までが限界で
ある。良好なガラス状カーボンの被膜を形成するにはシ
リカガラス基材の表面を粗にするのがよい。特に中心線
平均粗さ(Ra)0.5〜2.0μmの範囲で粗にする
のが好ましい。表面粗さが中心線平均粗さで0.5μm
未満では粗にした効果がなく、また表面粗さが2μmを
超える処理はシリカガラス基材を損傷し強度を低下させ
る。
【0008】シリカガラス基材の表面を粗にする方法と
してはサンドブラスト法や化学的処理法が採用できる
が、サンドブラスト法ではシリカガラス基材にクラック
が発生し易く、そこに汚染物質が取り込まれ、それが半
導体製品処理中に開放されて半導体素子を汚染すること
があるので好適とはいえない。一方、化学的処理法は処
理後洗浄することで汚染物質を容易に除去でき好まし
い。特に、フッ化水素、フッ化アンモニウム、酢酸及び
水からなる表面処理液は金属元素やアルカリ元素のよう
な半導体素子を汚染する物質を含まないのでシリカガラ
ス基材の表面を粗にする処理液として好ましい。前記表
面処理液の成分割合は、酢酸の含有量が10重量%以
上、水の含有量が50重量%以下、フッ化水素とフッ化
アンモニウムの合計含有量が25%以上及びフッ化アン
モニウム1モルに対してフッ化水素の含有量が0.2〜
15モルの比率で、かつフッ化水素70部に対して水が
30部以上の範囲である。前記表面処理液は沈殿物を含
んだ混合体でもよい。前記沈殿物は、表面処理液の劣化
をその再溶解で補うため好ましい。表面処理液において
フッ化アンモニウム1モルに対してフッ化水素が15モ
ルを超えると粗面化が起こらず、また0.2モル未満で
はエッチングの進行が遅くて粗面化が起っても凹凸が浅
過ぎて実用的でない。さらにフッ化アンモニウムとフッ
化水素の合計含有量が25重量%未満では粗面化が起こ
りにくい。表面処理液の経済的な理由から水が多い方が
よいが水が50重量%以上では粗面の成長が遅く、また
処理液中の沈殿物の量も少なくなる。この水の存在で、
各化学物質のバランスが綿密に調整でき、析出物の大き
さや数や成長速度及びエッチング速度を任意に変えるこ
とができる。これらの成分に加えて前記表面処理液には
酢酸を含有することを必須とする。酢酸を含有すること
によりシリカガラス基材の表面を良好に粗にできる。前
記酢酸の配合量が10重量%未満では、シリカガラス表
面への凹凸の形成が悪く、粗面化が十分でない。前記表
面処理液においてフッ化水素とフッ化アンモニウムの
1:1モル比の試薬であるフッ化水素アンモニウムが取
り扱いが容易で好ましい。
【0009】シリカガラス基材の処理方法としては上記
表面処理液に該部材を2〜6時間、好ましくは3〜4時
間浸漬すればよい。これによりシリカガラス部材の表面
に均一な凹凸が形成され、外観が白色の粗面となる。
【0010】上記表面が粗面化されたシリカガラス基材
に、次いでフルフラール樹脂、フェノール樹脂又はそれ
らの共縮合樹脂等の熱硬化性樹脂液を塗布し、該樹脂液
を熱固化した後、不活性ガス中で加熱処理し炭化する。
こうしてシリカガラス基材表面にガラス状カーボンが均
一に被覆される。前記被膜はシリカガラス基材全面を被
覆する必要はないが、少なくともプラズマに曝される部
分は被覆する必要がある。
【0011】
【発明の実施の形態】次に実施例に基づいて本発明をさ
らに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何
ら限定されるものではない。
【0012】実施例1 図1はシリカガラスチャンバーとシリカガラス製ウエハ
支持治具を持つプラズマエッチング装置の図である。図
1において、1は半導体ウエハ、2はシリカガラス製チ
ャンバー、3シリカガラス製ウエハボート、4はガラス
状カーボン被膜、5はガス排気口、6はガス導入口及び
7はRF電源(高周波電源)である。シリカガラス製ウ
エハ支持治具3は、先ずシリカガラスで所定の形状に加
工した後、該加工部の汚染物質をフッ化水素酸でエッチ
ング除去し、火炎で表面の微小な凹凸を溶融し滑らかに
し、それをフッ化水素22.1重量%、フッ化アンモニ
ウム20.4重量%、酢酸35.4重量%及び及び純水
22.1重量%の処理液に4時間浸漬して中心線平均粗
さRa=1.1μmの治具基材を得、それにフルフラー
ルとフェノールとの共縮合樹脂を塗布し、固化しアルゴ
ンガス雰囲気中で最高1100℃迄加熱して、炭化し
て、前記塗布共縮合樹脂をガラス状カーボン4として製
造された。得られた治具3に半導体ウエハ1を載置しそ
れをシリカガラス製チャンバーに導入してCF4等のハ
ロゲン化炭素系のガスを用いてプラズマでエッチング処
理したところシリカガラス製ウエハ支持治具の表面のガ
ラス光沢は失なわれなかった。また処理半導体ウエハ1
へのパーテクル汚染もなかった。
【0013】実施例2 実施例1で製造したシリカガラス製ウエハ支持治具3の
不活性イオンに対する耐スパッタ性を確かめるためその
小片についてアルゴンガスRFスパッタ速度の測定を行
った。その結果、前記小片のスパッタ速度は耐スパッタ
性が良好な材料の代表である酸化アルミニウムの約5分
の1であった。一方、参考にシリカガラス小片について
前記試験を行ったところスパッタ速度は酸化アルミニウ
ムの約5倍であった。
【0014】実施例3 図2は反応性イオンエッチング装置の概略図を示す。図
2において、1は半導体ウエハ、2はシリカガラス製チ
ャンバー、9はシリカガラス製ウエハ支持治具、4はガ
ラス状カーボン被膜、5はガス排気口、6はガス導入
口、10は陽極、11は陰極、12はプラズマを示す。
CF4を主成分として水素ガスや四塩化炭素ガス等を混
合したガスを用いたシリカの反応性イオンエッチング
(RIE)用チャンバー8をシリカガラスで製造し、フ
ッ化水素23.6重量%、フッ化アンモニウム17.4
重量%、酢酸35.4重量%及び純水23.6重量%の
処理液に4時間浸漬して内表面を粗面化した。処理後の
チャンバー8の内表面は均一な白色をしており、その表
面粗さは中心線平均粗さRa=0.9μmであった。前
記チャンバー8の内側に実施例1と同様にフルフラール
とフェノールとの共縮合樹脂を塗布し、固化したのちア
ルゴンガス雰囲気中で最高1100℃迄加熱して、炭化
を行い、ガラス状カーボン4の被膜を形成した。得られ
た被膜4には少量のピンホールがみられるものの均一な
膜厚であった。前記内側にガラス状カーボン被膜を有す
るチャンバーをRIE用チャンバーとして用い、実用試
験を行ったところ、プラズマによるチャンバーの損傷が
なく良好なエッチングを行うことができた。
【0014】
【発明の効果】本発明のシリカガラス部材は、その表面
にガラス状カーボンの被膜が存在し、表面硬度が高い上
に、プラズマによってスパッタリングされたり表面が粗
くなったりしない安定な発塵のないシリカガラス部材で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、ウエハ支持部をガラス状カーボンで被
覆したシリカガラス治具を装備したプラズマエッチング
装置の概略図である。
【図2】図2は、チャンバーの内側をガラス状カーボン
で被覆したシリカガラス製チャンバーを持つ反応性イオ
ンエッチング装置の概略図である。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ 2 シリカガラス製チャンバー 3 シリカガラス製ウエハボート 4 ガラス状カーボン被膜 5 ガス排気口 6 ガス導入口 7 RF電源 8 反応性イオンエッチング(RIE)用チャンバー 9 シリカガラス製ウエハ支持治具 10 陽極 11 陰極 12 プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 剣持 克彦 東京都新宿区西新宿1丁目22番2号 信越 石英株式会社内 (72)発明者 ディートマ・ヘルマン ドイツ連邦共和国 63801 クラインオス トハイムラインハルド・ヘラウス・リング 29 ヘラウス・クワルツグラス・ゲーエ ムベーハー ベライヒ ハルプライター 内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面がガラス状カーボンで被覆されたこと
    を特徴とするシリカガラス部材。
  2. 【請求項2】ガラス状カーボン被膜の厚さが0.5〜8
    μmであることを特徴とする請求項1記載のシリカガラ
    ス部材。
  3. 【請求項3】中心線平均粗さ(R a)で0.5〜2.0
    μmのシリカガラス基材の表面にガラス状カーボンが被
    覆されていることを特徴とする請求項1記載のシリカガ
    ラス部材。
  4. 【請求項4】0.5〜2.0μmの中心線平均粗さが化
    学的処理で形成されたことを特徴とする請求項3記載の
    シリカガラス部材。
  5. 【請求項5】シリカガラス部材が半導体素子製造工程で
    使用されるシリカガラス治具であることを特徴とする請
    求項1〜4のいずれか1記載のシリカガラス部材。
  6. 【請求項6】シリカガラス部材がプラズマエッチングで
    使用されるシリカガラス治具であることを特徴とする請
    求項5記載のシリカガラス部材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970070243A (ko) * 1996-04-22 1997-11-07 모치즈키 아키히로 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치용 보호부재
JP2003086571A (ja) * 2001-09-14 2003-03-20 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd プラズマエッチング装置用部材

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KR970070243A (ko) * 1996-04-22 1997-11-07 모치즈키 아키히로 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치용 보호부재
JP2003086571A (ja) * 2001-09-14 2003-03-20 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd プラズマエッチング装置用部材

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