KR102373031B1 - 부품 및 반도체 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
부품은, 다결정 산화이트륨을 갖는 막을 구비한다. 막의 X선 회절 패턴에 있어서, 입방정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Ic에 대한, 단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Im의 비 Im/Ic는, 식:0≤Im/Ic≤0.002를 만족시킨다.
Description
본 발명의 실시 형태는, 부품 및 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 소자는, 성막 공정과 에칭 공정을 복잡하게 조합함으로써 제조된다.
근년, 반도체 소자는, 고성능화에 수반하여 미세 배선을 필요로 하는 경우가 있다. 성막 공정은, 예를 들어 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition:CVD)법이나 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition:PVD)법 등에 의해 실시된다. 또한, 성막 공정은 스퍼터링이나 원자층 퇴적(Atomic Layer Deposition:ALD)법 등을 사용하여 실시된다. 이들 방법은, 진공을 이용한다. 예를 들어, 스퍼터링은 스퍼터링 타깃에 이온을 충돌시킴으로써, 타깃 표면으로부터 튕겨 날리는 원자를 기재 상에 퇴적시킨다.
건식 에칭은 플라스마 에칭의 일종이다. 플라스마 에칭은, 불소계 가스나 염소계 가스를 플라스마 방전시켜서 불소계 플라스마 또는 염소계 플라스마를 발생시킨다. 이에 의해, 기재 상의 박막을 에칭할 수 있다. 또한, 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching:RIE)과 같이, 에칭 가스를 플라스마화하여, 이온에 의한 스퍼터링과 에칭 가스의 화학 반응을 동시에 행하는 방법도 있다. RIE를 사용함으로써, 미세 가공에 적합한 높은 정밀도의 에칭을 실현할 수 있다.
이와 같이, 성막 공정 및 에칭 공정의 어느 경우에도 플라스마 처리가 사용되고 있다. 따라서, 반도체 제조 장치 내는 플라스마에 노출된다. 이 때문에, 반도체 제조 장치 내에 탑재되는 부품은, 플라스마에 대한 내구성(내플라스마성)을 필요로 한다.
반도체 소자의 수율 향상을 위해서는 파티클의 가일층의 억제를 필요로 한다. 특히, 미세 배선화에 의해, 평균 직경 0.1㎛ 이하의 파티클 발생의 억제를 필요로 한다. 종래의 산화이트륨막의 상기 파티클을 억제하는 것은 곤란하다.
본 발명의 실시 형태가 해결하고자 하는 과제는, 부품의 내플라스마성을 높이는 것이다.
실시 형태의 부품은, 다결정 산화이트륨을 갖는 막을 구비한다. 막의 X선 회절 패턴에 있어서, 입방정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Ic에 대한, 단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Im의 비 Im/Ic는, 식:0≤Im/Ic≤0.002를 만족시킨다.
도 1은 부품의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 막의 단면 구조예를 도시하는 도면이다.
도 3은 반도체 제조 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 막의 단면 구조예를 도시하는 도면이다.
도 3은 반도체 제조 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
이하, 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 실시 형태에 있어서, 실질적으로 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 일부 생략하는 경우가 있다. 도면은 모식적인 것이며, 각 부의 두께와 평면 치수의 관계, 각 부의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다.
도 1은, 부품의 일례를 도시하는 도면이다. 부품(1)은, 막(2)을 구비한다. 막(2)은, 예를 들어 기재(3) 상에 마련된다. 막(2)은 다결정 산화이트륨을 포함한다. 다결정 산화이트륨은, 산화이트륨 결정을 주체로 한다.
막(2)을 X선 회절(X-ray Diffraction:XRD)을 사용하여 분석함으로써 얻어지는 XRD 회절 패턴에 있어서, 입방정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Ic에 대한 단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Im은, 식:0≤Im/Ic≤0.002를 만족시킨다. 입방정 산화이트륨은, 입방정계의 결정 구조를 갖는다. 단사정 산화이트륨은, 단사정계의 결정 구조를 갖는다.
단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크는, 30도 이상 33도 이하의 회절각(2θ)으로 검출된다. 또한, 입방정 산화이트륨에 귀속하는 피크는, 28도 이상 30도 이하의 회절각(2θ)으로 검출된다. XRD 회절 패턴이 단사정 산화이트륨에 귀속하는 복수의 피크를 갖는 경우, 당해 복수의 피크 중 최대 강도를 갖는 피크의 최대 강도를 최대 강도 Im이라 정의한다. 또한, XRD 회절 패턴이 입방정 산화이트륨에 귀속하는 복수의 피크를 갖는 경우, 당해 복수의 피크 중 최대 강도를 갖는 피크의 최대 강도를 최대 강도 Ic라 정의한다. 막(2)이 얇아서 기재(3)의 영향을 받는 경우, 박막법에 의해 최대 강도 Im, Ic를 측정해도 된다.
XRD 분석은, 막(2)의 표면에 X선을 조사함으로써 행해진다. XRD 분석은, Cu 타깃, 관전압 40㎸, 관전류 40㎃, 슬릿 직경(RS) 0.15㎜, 주사 스피드 0.5초/STEP로 행해진다.
산화이트륨은, 입방정계, 단사정계, 또는 육방정계의 결정 구조를 갖는다. 산화이트륨은, 1800℃ 부근의 온도에서 입방정으로부터 단사정으로 상전이된다. 산화이트륨은, 2200℃ 부근의 온도에서 단사정으로부터 육방정으로 상전이된다. 입방정은 400℃ 이상 1000℃ 이하의 온도에서 안정된다.
반도체 소자의 제조 공정에 있어서의 플라스마 처리 공정은, 일반적으로 400℃ 이상 600℃ 이하의 온도에서 행해진다. 입방정 산화이트륨은, 이들 온도 영역에서 안정되기 때문에, 상전이에 수반하는 변형의 발생을 방지할 수 있다. 단사정 산화이트륨은, 입방정 산화이트륨에 비해서, 격자 결함이 많다. 단사정 산화이트륨은 플라스마 분위기에 노출되면 선택적으로 부식되어 버린다. 이에 의해 파티클의 발생을 초래한다.
실시 형태의 부품은, 막(2) 중의 입방정 산화이트륨의 비율을 높임으로써, 내플라스마성을 대폭 향상시킬 수 있다. X선 회절 패턴은, 입방정 산화이트륨과 결정 구조가 상이한 산화이트륨에 귀속하는 피크를 갖지 않는 것이 바람직하다. 식:0≤Im/Ic≤0.002를 만족시킨다는 것은, 막(2)이 실질적으로 입방정 산화이트륨으로 이루어진다는 것을 나타낸다. 또한, Im/Ic＝0의 경우, X선 회절 패턴은, 단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크를 갖고 있지 않다는 것을 나타낸다. 즉, 막(2)이 입방정 산화이트륨으로 이루어진다는 것을 나타낸다. 0.002를 초과하는 Im/Ic는, 단사 정 산화이트륨의 비율이 입방정 산화이트륨의 비율보다도 많다.
입방정 산화이트륨과 단사정 산화이트륨의 혼재 조직을 갖는 다결정 산화이트륨막을 갖는 부품은, 플라스마 에칭에 의한 중량 감소율이 낮지만, 막의 균일성도 낮다. 종래의 다결정 산화이트륨막에 있어서의 Im/Ic는, 0.005 이상 0.1 이하이다. 이에 비해, 막(2)의 Im/Ic는, 0 이상 0.002 이하이다. 이것은, 막(2)의 균일성이 종래의 다결정 산화이트륨막보다도 높다는 것을 나타낸다. Im/Ic를 낮게 함으로써, 막(2)에 있어서 직경 0.1㎛ 이상 0.3㎛ 이하의 파티클의 발생을 저감할 수 있다.
막(2)의 두께는, 100㎛ 이하가 바람직하다. 두께가 100㎛를 초과하면, 그 이상의 효과가 얻어지지 않고, 오히려 비용 상승의 원인으로 될 우려가 있다. 또한, 두께의 하한은 특별히 한정되지 않지만 2㎛ 이상이 바람직하다. 2㎛ 미만이면, 막(2)의 기계적 강도가 저하될 우려가 있다. 이 때문에, 막(2)의 두께는, 2㎛ 이상 100㎛ 이하, 나아가 10㎛ 이상 50㎛ 이하가 바람직하다.
다결정 산화이트륨의 평균 입경은, 10㎚ 이하가 바람직하다. 평균 입경을 10㎚ 이하로 함으로써, 막(2) 내의 포어를 작고도 적게 할 수 있다. 포어는, 결정끼리의 입계에 형성된다. 평균 입경은, 10㎚ 이하, 나아가 1㎚ 이하, 나아가 0.5㎚ 이하가 보다 바람직하다.
평균 입경은, 예를 들어 이하의 측정 방법에 의해 측정할 수 있다. 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope:SEM)에 의해 막(2)의 표면의 확대 사진을 촬영한다. 확대 사진의 길이 5㎛의 직선 상에 존재하는 산화이트륨 결정의 개수를 평균 입경이라 정의한다.
도 2는, 막(2)의 단면 구조의 일례를 도시하는 도면이다. 막(2)은 산화이트륨 결정(4)을 갖는다. 막(2)의 두께 방향의 임의의 단면을 SEM에 의해 10000배의 배율로 관찰함으로써 얻어지는 관찰상에 있어서, 포어의 최대 직경이 0㎚ 이상 10㎚ 이하가 바람직하다. 포어는, 임의의 단면에 대해서 이온 밀링 가공을 실시하여 관찰된다.
SEM 사진에 찍히는 포어의 가장 긴 대각선을 포어의 최대 직경으로 한다. 0㎚의 포어의 최대 직경은, 포어가 관찰되지 않는 상태를 나타낸다. 포어의 최대 직경을 10㎚ 이하로 작게 함으로써, 결함의 원인으로 되는 포어가 없기 때문에, 막(2)의 내플라스마성을 개선할 수 있다. 다결정 산화이트륨(복수의 산화이트륨 결정(4))의 평균 입경을 작게 함으로써, 막(2) 내의 포어의 최대 직경을 10㎚ 이하로 할 수 있다. 또한, 포어 최대 직경 0㎚란 포어가 관찰되지 않는다는 것을 나타낸다. SEM 사진이라면, 콘트라스트의 차에 의해 포어와 산화이트륨 결정을 구별할 수 있다.
막(2) 중의 산화이트륨의 함유량은, 99.0질량％ 이상, 나아가 99.3질량％ 이상이 바람직하다. 막(2) 중의 불순물 금속 성분의 함유량은 1질량％ 이하, 나아가 0.7질량％ 이하가 바람직하다. 특히, Al(알루미늄)의 함유량은, 100질량ppm 이하, Mg(마그네슘)의 함유량은, 20질량ppm 이하, Na(나트륨)의 함유량은, 50질량ppm 이하, Fe(철)의 함유량은, 50질량ppm 이하, Zn(아연)의 함유량은, 100질량ppm 이하, Ca(칼슘)의 함유량은, 100질량ppm 이하, K(칼륨)의 함유량은, 5질량ppm 이하, Ni(니켈)의 함유량은, 10질량ppm 이하, Cu(구리)의 함유량은, 10질량ppm 이하가 바람직하다. 또한, 이들 함유량은, 금속 단체로 환산된 값이다.
Na, K, Ca, Mg가 반도체 막에 혼입되면, 반도체 성능에 악영향을 준다. 따라서, 상기 부품을 구비하는 반도체 제조 장치를 사용하여 반도체 소자를 제조하였을 때, 불순물로서 Na 등이 혼입되면 반도체 소자의 성능에 악영향을 준다.
Al, Mg, Fe, Zn, Ni, Cu는, 플라스마와의 반응성이 높다. 이 때문에, 상술한 함유량을 초과하면 내플라스마성을 저하시키는 원인으로 된다. 굴절률의 변동이 1％ 이하라는 것은, 불순물 금속 성분의 분산 상태가 균질하다는 것을 나타낸다. 이에 의해, 부분적으로 내플라스마성이 낮은 개소가 생기는 것을 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 불순물 금속 성분을 소량 함유하는 경우에도, 분산 상태를 균질하게 함으로써, 내플라스마성을 향상시킬 수 있다.
막(2)에 의해 부품(1)의 내열 충격성도 향상시킬 수 있다. 내열 충격 특성은, 상온(25℃)의 인장 강도와 고온 환경 하에 노출시킨 후의 인장 강도의 저하율을 측정하는 히트 쇼크 시험에 의해 판단할 수 있다.
상온에서의 인장 강도 A(MPa)에 대한, 고온 환경 하에 노출시킨 후의 인장 강도 B(MPa)의 저하율 X는, 식:X(％)＝((A-B)/A)×100에 의해 표시된다.
고온 환경 하에 노출시키는 처리에서는, 「400℃×30분→상온×30분」을 1회의 처리(1 사이클)로 하고, 상기 처리를 3회 반복한 후(3 사이클 후)의 인장 강도를 인장 강도 B라 한다. 부품(1)은 내열 충격성이 우수하기 때문에, 인장 강도의 저하율을 20％ 이하, 나아가 15％ 이하, 나아가 10％ 이하로 할 수 있다. 인장 강도는, 예를 들어 세바스찬 인장 시험법에 의해 측정된다. 즉, 시험용 단자를, 에폭시 접착제를 사용하여, 막(2)의 표면에 접합한 후, 시험용 단자를 막(2)의 표면의 수직 방향으로 인장하여, 막(2)과 기재(3)의 박리 강도를 구한다.
세바스찬 인장 시험기로서는, 예를 들어 QuadGroup사 세바스찬 V-A형을 사용할 수 있다. 시험 조건은, FORCE LIMIT 「Max」, Auto측 스위치가 RATE 「L0 내지 1 메모리(하중 적응 속도 0.5㎏/sec 내지 10㎏/sec)」, SCALING 「FORCE」로 한다. 또한, 하중 적응 속도는, 인장 강도에 의해 인장되는 속도가 변화하므로 0.5㎏/sec 내지 10㎏/sec이다. 인장 강도가 높으면 하중 적응 속도가 느려지고, 인장 강도가 낮으면 하중 적응 속도가 빨라진다.
고온측은 400℃를 예시하였지만, 600℃로 해도 된다. 400℃ 내지 600℃의 온도 범위는 건식 에칭 장치 내의 최고 도달 온도를 상정하여 조정된 온도이다. 부품(1)은 600℃의 고온 환경 하에 노출시킨 후에도, 인장 강도의 저하율을 20％ 이하, 나아가 15％ 이하, 나아가 10％ 이하로 할 수 있다.
다음으로, 부품(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 부품(1)의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만 높은 수율을 얻기 위한 방법으로서 다음 방법을 들 수 있다.
기재(3)를 준비한다. 기재(3)는 예를 들어 세라믹스, 금속 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 세라믹스로서는, 예를 들어 산화알루미늄, 질화알루미늄 등을 들 수 있다. 금속으로서는, 예를 들어 구리, 알루미늄, 스테인리스 등을 들 수 있다. 기재(3)의 표면은, 표면 조도 Ra2㎛ 이하의 평탄면을 갖는 것이 바람직하다.
다음으로, 기재(3) 상에 산화이트륨막을 형성하는 공정을 행한다. 성막 방법은 스퍼터링이 바람직하다. 먼저, 금속 이트륨제 스퍼터링 타깃을 준비한다. 금속 이트륨 타깃이라면, 용해법을 반복함으로써, 순도와 밀도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, Y2O3 분말을 단단하게 한 타깃에서는, 치밀화가 어렵다. 또한, 치밀화를 위해서 소결 보조제를 사용할 필요가 있기 때문에, 불순물의 혼입을 피할 수 없다.
금속 이트륨 타깃의 순도는 99.0질량％ 이상, 나아가 99.3질량％ 이상이 바람직하다. 타깃 내의 Al(알루미늄)의 함유량은, 300질량ppm 이하, Mg(마그네슘)의 함유량은, 20질량ppm 이하, Na(나트륨)의 함유량은, 100질량ppm 이하, Fe(철)의 함유량은, 50질량ppm 이하, Zn(아연)의 함유량은, 100질량ppm 이하, Ca(칼슘)의 함유량은, 100질량ppm 이하, K(칼륨)의 함유량은, 10질량ppm 이하, Ni(니켈)의 함유량은, 20질량ppm 이하, Cu(구리)의 함유량은, 20질량ppm 이하가 바람직하다.
불순물 희토류 원소를 제외하고, 금속 이트륨의 함유량은 99.9질량％ 이상이 바람직하다. 불순물 희토류 원소란 이트륨 이외의 희토류 원소이다. 금속 이트륨 타깃 내의 불순물 금속 성분량을 제어해 둠으로써, 산화이트륨막 내의 불순물 금속 성분량을 제어할 수 있다.
금속 이트륨 타깃을 스퍼터링하여, 금속 이트륨막을 형성한다. 다음으로, 산화 공정을 행한다. 금속 이트륨막의 형성과 산화 공정을 교대로 행함으로써 막(2)을 형성한다. 산화 공정에서는 산소 함유 분위기에서 금속 이트륨막을 가열한다. 산소 분위기에서의 가열을 1000℃ 이하의 온도에서 행함으로써, 식:0≤Im/Ic≤0.002를 만족시킬 수 있다.
금속 이트륨 타깃을 사용한 스퍼터링막의 두께를 10㎚ 이하로 하여 산화함으로써, 다결정 산화이트륨 결정의 평균 입경을 10㎚ 이하로 할 수 있다. 스퍼터링막의 두께를 얇게 하여 산화함으로써, 산화이트륨 결정의 사이즈를 작게 할 수 있다. 금속 이트륨 성막→산화 공정→금속 이트륨 성막→산화 공정을 반복함으로써, 포어가 작고도 적은 다결정 산화이트륨을 형성할 수 있다. 또한, 두께 10㎚ 이하인 얇은 금속 이트륨막을 산화하는 공정으로 함으로써, 균질한 막을 형성할 수 있다.
성막 분위기를 진공 중으로 하는 것이 바람직하다. 진공도는 0.5Pa 이하가 바람직하다. 산화 공정은 플라스마 처리를 사용하여 행하는 것이 바람직하다. 산화 공정은 산소 함유 분위기에서 열처리함으로써, 금속 이트륨을 산화이트륨으로 바꾸는 공정이다. 전술한 바와 같이 금속 이트륨막은 10㎚ 이하의 얇은 막이다. 플라스마 처리를 사용함으로써, 단시간에 산화 공정을 행할 수 있다.
플라스마 처리는, 1 공정 1초 이하(1sec/pass 이하), 나아가 0.5sec/pass 이하로 행해지는 것이 바람직하다. 통상의 산소 함유 분위기 중의 열처리에서는 30sec/pass 정도 걸린다. 단시간에 산화 공정을 행함으로써, 결정 입경의 입성장을 억제할 수 있다. 또한, 진공 중에서 열처리함으로써, 금속 이트륨막으로의 열의 전달 방식을 균일하게 할 수 있다. 열의 전달 방법을 균일하게 하면 입성장의 정도가 균일해진다. 이에 의해, 포어의 형성을 억제할 수 있다.
금속 이트륨 타깃을 사용하여, 산소 함유 분위기 중에서 스퍼터링하는 반응성 스퍼터링을 사용하는 것도 유효하다. 반응성 스퍼터링은, 스퍼터링 분위기 중의 산소와 반응시키면서 산화이트륨막을 형성하는 방법이다. 전술한 금속 이트륨막을 산화하는 방법에 비해서 산화 열처리 공정이 없으므로, 제조 설비의 부하는 경감된다. 한편, 스퍼터링 분위기 중의 산소와 반응시키기 때문에, 성막시간이 길다. 상기 제조 방법은 Y2O3 분말을 연소염을 사용하여 성막하고 있지 않기 때문에, 단사정 산화이트륨이 형성되기 어려워진다.
연소염을 사용하여 산화이트륨막을 형성하는 경우, 순간적으로 Y2O3 가루가 고온에 노출되기 때문에, 단사정 산화이트륨이 형성되기 쉽다. 이에 비해, 막(2)은 예를 들어 금속 이트륨막을 산화함으로써 형성되기 때문에, 실질적으로 입방정 산화이트륨으로만 이루어지는 다결정 산화이트륨을 갖는 막을 형성할 수 있다.
다음으로, 실시 형태의 부품을 구비하는 반도체 제조 장치의 예에 대해서 설명한다. 실시 형태의 반도체 제조 장치의 예는, 챔버와, 챔버 내에 마련되고, 기재를 적재하는 지지체와, 챔버 내에서 플라스마를 발생시켜서 플라스마 처리를 행하기 위한 기구를 구비한다. 상기 기구는, 실시 형태의 부품을 갖는다.
플라스마 처리로서는, RIE, 플라스마 CVD, ALD, PVD, 스퍼터링, 또는 플라스마 에칭 등을 들 수 있다.
반도체 소자의 제조 공정은, CVD나 PVD 등이 사용되고, 플라스마를 사용하여 행해지는 공정이 많다. 배선막의 에칭에 의해 미세 배선을 형성한다. 예를 들어, 에칭 공정은, 건식 에칭법이 사용되고 있다. 건식 에칭은 플라스마 에칭의 일종이다. 플라스마 에칭법은, 불소계 가스나 염소계 가스를 플라스마 방전시켜서 불소계 플라스마 또는 염소계 플라스마를 발생시킨다. 이에 의해, 기재 상의 박막을 에칭해 갈 수 있다.
RIE는, 에칭 가스를 플라스마화하고, 이온에 의한 스퍼터링과 에칭 가스의 화학 반응을 동시에 행한다. RIE를 사용함으로써, 미세 가공에 적합한 높은 정밀도의 에칭을 실현할 수 있다.
반도체 제조 장치 내는 플라스마에 노출된다. 반도체 제조 장치 내에 사용하는 부품의 내플라스마성을 향상시킴으로써, 장치 자체의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 파티클의 발생도 방지할 수 있기 때문에, 반도체 소자의 수율도 향상시킬 수 있다.
부품으로서는, 예를 들어 정전 척, 챔버, 마이크로파 도입창, 샤워 헤드, 포커스 링, 실드 링 등을 들 수 있다. 또한, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 반도체 등, 보다 미세 배선이 요구되는 반도체 소자의 제조 장치에 유효하다.
도 3은, 반도체 제조 장치로서 건식 에칭 장치의 구성예를 도시하는 모식도이다. 도 3에 도시하는 반도체 제조 장치는, 처리실(40)과, 방전관(41)과, 시료대(44)와, 도파관(46)과, 방전관(41)에 자계를 발생시키는 솔레노이드 코일(47)과, 도파관(46)의 단부에 마련되어, 마이크로파를 발생시키는 마그네트론(48)을 구비한다.
처리실(40)은 플라스마 처리를 행하기 위한 공간과, 에칭 가스를 도입하기 위한 가스 공급구(42)와, 진공 배기구(43)를 갖는다. 진공 배기구(43)는 예를 들어 진공 펌프에 접속된다. 진공 펌프는, 처리실(40) 내를 배기하여 진공 분위기를 형성한다.
방전관(41)은 처리실(40)의 상부에 마련되어 있다. 방전관(41)은 예를 들어 석영 등에 의해 형성된다. 실시 형태의 부품은, 예를 들어 방전관(41)에 사용된다. 방전관(41)이 기재(3)일 때, 막(2)은 방전관(41)의 내면에 마련되어 있다. 방전관(41)의 외측에는 도파관(46)이 마련되어 있다.
시료대(44)는 처리실(40)의 내부에 마련되어 있다. 시료대(44)는 고주파 전원(45)에 접속되어, 고주파 전력을 받을 수 있다.
도 3에 도시하는 반도체 제조 장치에서는, 가스 공급구(42)로부터 처리실(40)의 내부에 에칭 가스를 도입하여, 처리실(40)의 내부를 감압 배기한다. 도파관(46)에 의해 마그네트론(48)으로부터의 마이크로파를 방전관(41)의 내부에 도입하여 솔레노이드 코일(47)에 의해 자계를 형성한다. 마이크로파의 전계와 솔레노이드 코일(47)에 의해 자계의 상호 작용에 의해 방전관(41)의 내부의 에칭 가스를 플라스마화한다. 또한 고주파 전원(45)에 의해 시료대(44)에 고주파 전력을 인가하여 바이어스 전압을 발생시켜서, 플라스마 내의 이온을 웨이퍼(49)측에 인입하여, 이방성 에칭을 행한다.
실시 형태의 부품은, 높은 내플라스마성을 갖는다. 따라서, 반도체 제조 장치에 사용하는 경우에 파티클의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 방전관(41)의 표면의 노출을 억제할 수 있기 때문에, 당해 표면의 일부 박리에 의한 파티클의 발생을 저감할 수 있다.
실시예
(실시예 1 내지 5, 비교예 1)
기재로서 알루미나 기판을 준비하였다. 기판 표면의 표면 조도 Ra가 1.0㎛가 되도록 연마 가공을 실시하였다. 다음으로, 순도 99.5질량％의 금속 이트륨 타깃을 준비하였다. 알루미나 기판 상에, 금속 이트륨막을 형성하는 공정과 산화 공정을 반복하여 다결정 산화이트륨을 포함하는 막을 형성하였다. 또한, 실시예 1 내지 3은 금속 이트륨막의 두께는 3 내지 7㎚의 범위로 하였다. 금속 이트륨막 형성 공정과 산화 공정을 반복함으로써, 표 1에 나타내는 두께를 갖는 부품(1)을 제작하였다.
실시예 5는 금속 이트륨막의 두께를 80 내지 100㎚→산화 공정을 반복하여 제작하였다. 실시예 및 비교예의 산화이트륨막의 두께는 20㎛로 통일하였다. 실시예 1, 2에서는 플라스마 처리를 사용하여 0.5sec/pass 이하의 산화 공정을 행하였다. 실시예 3 및 실시예 5에서는 산소 함유 분위기 중에서, 평균 30sec/pass에서 열처리하였다. 실시예 4에서는 산소 함유 분위기 중에서 반응성 스퍼터링법에 의해 성막하였다. 비교예 1에서는 종래의 연소 플레임염을 사용한 방법에 의해 Y2O3막을 형성하였다.
금속 이트륨 타깃에 있어서의, Al(알루미늄)의 함유량은 100질량ppm 이하, Mg(마그네슘)의 함유량은 5질량ppm 이하, Na(나트륨)의 함유량은 10질량ppm 이하, Fe(철)의 함유량은 20질량ppm 이하, Zn(아연)의 함유량은 10질량ppm 이하, Ca(칼슘)의 함유량은 10질량ppm 이하, K(칼륨)의 함유량은 5질량ppm 이하, Ni(니켈)의 함유량은 10질량ppm 이하, Cu(구리)의 함유량은 10질량ppm 이하이다. 불순물 희토류 원소를 불순물 금속에 포함하면, 금속 이트륨 타깃의 순도는 99.2질량％이었다.
실시예 및 비교예에 관한 부품에 대해서, XRD 분석을 행하였다. XRD 분석은 Cu 타깃, 관전압(40㎸), 관전류(40㎃), 슬릿 직경(RS) 0.15㎜, 주사 스피드 0.5초/STEP에서 행하였다. 30도 이상 33도 이하의 회절각(2θ)으로 표시되는 피크를 단사정에 귀속하는 피크, 28도 이상 30도 이하의 회절각(2θ)으로 표시되는 피크를 입방정에 귀속하는 피크로 하여, Im/Ic를 구하였다.
다결정 산화이트륨의 평균 입경을 구하였다. 평균 입경은 막 표면을 SEM에 의해 관찰하여, 직선 5㎛ 상의 산화이트륨 결정의 수를 구하는 선 밀도법으로 구하였다.
막 내의 포어의 최대 직경을 구하였다. 포어의 최대 직경은 막의 단면을 10000배의 배율로 SEM에 의해 관찰함으로써 얻어지는 관찰상에 있어서, 포어의 가장 긴 대각선을 최대 직경으로 하였다. 임의의 단면에 있어서의 단위 면적 5㎛×5㎛의 범위 내에서 가장 큰 포어의 긴 직경을 최대 직경으로서 나타내었다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
표로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 5에 관한 막의 Im/Ic는 0.002 이하이다. 또한, Im/Ic＝0인 실시예 1 및 실시예 2에서는, 단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크가 검출되지 않고, 입방정 산화이트륨에 귀속하는 피크만 검출되었다. 또한, 실시예 1은 단위 면적 5㎛×5㎛ 중에서는 포어는 관찰되지 않았다. 또한, X선 회절 패턴이 입방정에 귀속하는 피크만이라는 것은, PDF 데이터베이스의 00-041-1105 또는 00-043-1036과 대조함으로써 알 수 있다.
실시예 5는 평균 입경이 89㎚으로 컸다. 입경의 대형화에 수반하여 포어의 최대 직경도 컸다. 비교예 1은 Im/Ic가 0.1으로 컸다.
다음으로, 실시예 및 비교예에 관한 부품의 내열 충격성을 측정하였다. 내열 충격성은 인장 강도 A에 대한 인장 강도 B의 저하율로 구하였다. 고온 환경 하는 400℃와 600℃에서 행하였다. 구체적으로는 「400℃×30분→상온×30분」을 1 사이클로 하여, 3 사이클 후의 인장 강도 B를 측정하였다. 또한, 「600℃×30분→상온×30분」을 1 사이클로 하여, 3 사이클 후의 인장 강도 B를 측정하였다. 인장 강도는 세바스찬 인장 시험법에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 시험용 단자를 에폭시 접착제를 사용하여 막의 표면에 접합한 후, 시험용 단자를 막의 표면의 수직 방향으로 인장하여, 기재와 막의 박리 강도를 구하였다. 각각 5회 행하여 최솟값, 최댓값으로 나타내었다. 또한, 5회의 평균값도 나타내었다. 또한, 저하율은 가장 저하된 비율을 기재하였다.
세바스찬 인장 시험기는, QuadGroup사 세바스찬 V-A형을 사용하였다. 시험 조건은, FORCE LIMIT 「Max」, Auto측 스위치가 RATE 「L0 내지 1 메모리(하중 적응 속도 0.5㎏/sec 내지 10㎏/sec)」, SCALING 「FORCE」로 하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 1 내지 4는 인장 강도의 저하율은 10％ 이하였다. 또한, 실시예 5는 600℃일 때 17％ 이하였다. 이것은 다결정 산화이트륨의 평균 입경이 89㎚로 컸기 때문이다. 그에 비해, 비교예 1은 저하율이 30％ 이상으로 악화되었다.
인장 강도 A의 최솟값은, 52MPa 이상이고, 인장 강도 A의 최댓값은, 57MPa 이상이고, 인장 강도 A의 평균값은, 53MPa 이상이고, 인장 강도 B의 최솟값은, 37MPa 이상이고, 인장 강도 B의 최댓값은, 44MPa 이상이고, 인장 강도 B의 평균값은, 42MPa 이상이다.
다음으로, 실시예 및 비교예에 관한 부품의 내플라스마 성능을 조사하였다. 내플라스마성은, 플라스마 에칭 공정에 사용되는 불소계 가스와 염소계 가스 양쪽의 가스를 사용하여, 중량 감소량, 파티클의 발생 유무를 조사하였다. 또한, 각각 두께를 바꾼 것에 대해서도 실시하였다.
중량 감소량은 플라스마 에칭 공정을 24시간 후의 줄어든 중량을 중량 감소량으로서 나타내었다. 또한, Si 기판 상의 파티클의 발생 개수를 0.1㎛ 미만과 0.1㎛ 이상의 사이즈로 나누어서 나타내었다. 또한, 파티클의 발생 개수는 Si 기판 상의 단위 면적 1㎠ 당 개수로 하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
표로부터 알 수 있는 바와 같이, 입방정 산화이트륨의 비율을 높인 실시예는 중량 감소량이 저감되었다. 내플라스마성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 그에 수반하여 파티클의 발생량도 저감되었다. 특히, 평균 직경 0.1㎛ 미만의 작은 파티클도 저감되었다. 미세 배선화에 충분히 대응할 수 있는 것이다.
실시예 5와 같이 평균 입경이나 포어 최대 직경이 커지면 내플라스마성이 저하된다. 특히, 두께가 100㎛를 초과하면 내플라스마성이 저하했다. 이 때문에, 두께는 100㎛ 이하, 나아가 10㎛ 이상 50㎛ 이하가 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 비교예와 같이 Im/Ic가 범위 외이면, 내플라스마성이 저하했다.
이상, 본 발명의 몇몇 실시 형태를 예시하였지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이지, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경 등을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형예는, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시 형태는, 서로 조합하여 실시할 수 있다.
Claims (12)
- 다결정 산화이트륨을 갖는 스퍼터링 막을 구비하고,
상기 스퍼터링 막의 X선 회절 패턴에 있어서, 입방정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Ic에 대한, 단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Im의 비 Im/Ic는,
식:0≤Im/Ic≤0.002
를 만족시키고,
상기 다결정 산화이트륨의 평균 입경은 1nm 이하이고, 상기 스퍼터링 막의 두께 방향의 단면을 주사형 전자 현미경에 의해 10000배의 배율로 관찰함으로써 얻어지는 관찰상에 있어서, 포어가 존재하지 않거나, 또는, 포어의 최대 직경이 10nm 이하인, 부품. - 제1항에 있어서,
상기 X선 회절 패턴은, 상기 입방정 산화이트륨과 결정 구조가 상이한 산화이트륨에 귀속하는 피크를 갖지 않는, 부품. - 제1항에 있어서,
상기 스퍼터링 막의 두께는, 100㎛ 이하인, 부품. - 제1항에 있어서,
상기 스퍼터링 막의 두께는, 10㎛ 이상 50㎛ 이하인, 부품. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 스퍼터링 막 내의 산화이트륨의 함유량은, 99질량％ 이상이고,
상기 스퍼터링 막 내의 알루미늄의 함유량은, 100질량ppm 이하이고,
상기 스퍼터링 막 내의 마그네슘의 함유량은, 20질량ppm 이하이고,
상기 스퍼터링 막 내의 나트륨의 함유량은, 50질량ppm 이하이고,
상기 스퍼터링 막 내의 아연의 함유량은, 100질량ppm 이하이고,
상기 스퍼터링 막 내의 칼슘의 함유량은, 100질량ppm 이하이고,
상기 스퍼터링 막 내의 칼륨의 함유량은, 5질량ppm 이하이고,
상기 스퍼터링 막 내의 니켈의 함유량은, 10질량ppm 이하인, 부품. - 제1항에 있어서,
25℃의 온도의 환경 하의 상기 스퍼터링 막의 인장 강도 A에 대한, 400℃ 이상 600℃ 이하의 온도 환경에 상기 부품을 30분간 노출시킨 후에 25℃의 온도 환경에 상기 부품을 30분간 노출시키는 처리를 3회 반복한 후의 상기 스퍼터링 막의 인장 강도 B의 저하율은, 식:X＝((A-B)/A)×100에 의해 표시되고, 20％ 이하인, 부품. - 삭제
- 제1항에 기재된 부품을 구비하는, 반도체 제조 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 반도체 제조 장치는, 플라스마 처리를 행하기 위한 기구를 구비하고,
상기 기구는, 상기 부품을 갖는, 반도체 제조 장치. - 다결정 산화이트륨을 갖고, X선 회절 패턴에 있어서, 입방정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Ic에 대한, 단사정 산화이트륨에 귀속하는 피크의 최대 강도 Im의 비 Im/Ic는,
식:0≤Im/Ic≤0.002
를 만족시키고,
상기 다결정 산화이트륨의 평균 입경은 1nm 이하이고, 두께 방향의 단면을 주사형 전자 현미경에 의해 10000배의 배율로 관찰함으로써 얻어지는 관찰상에 있어서, 포어가 존재하지 않거나, 또는, 포어의 최대 직경이 10nm 이하인, 막의 제조 방법으로서,
스퍼터링에 의해 금속 이트륨막을 형성한 후, 상기 금속 이트륨막을 1000℃ 이하의 온도에서 1초 이하로 산화시키는 공정을 반복하는, 막의 제조 방법.
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- 2021-08-20 US US17/407,668 patent/US20210381094A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
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