TWI759981B - 耐電漿性構件、電漿處理裝置用零件及電漿處理裝置 - Google Patents

耐電漿性構件、電漿處理裝置用零件及電漿處理裝置 Download PDF

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Abstract

本揭露係一種耐電漿性構件及使用該耐電漿性構件之電漿處理裝置用零件以及電漿處理裝置，前述耐電漿性構件會曝露於電漿的面係由{100}面的單晶釔/鋁/石榴石(YAG)所構成。當會曝露於電漿的面複數個的情況下，至少最需要耐電漿性的面係由{100}面的單晶YAG所構成。

Description

耐電漿性構件、電漿處理裝置用零件及電漿處理裝置
本揭露係有關於能夠在曝露於電漿的環境下使用之耐電漿性構件、電漿處理裝置用零件以及電漿處理裝置。
以往，在半導體製造步驟等中，係使用採用電漿而將薄膜成膜於對象物、或是將對象物進行蝕刻處理的裝置。電漿成膜裝置係藉由將原料氣體電漿化並使其進行化學反應，以在對象物上形成薄膜。電漿蝕刻裝置則是藉由將蝕刻氣體電漿化，並使對象物的表面與電漿進行化學反應而氣化來蝕刻對象物。
在此等電漿處理裝置的反應室中，會使用氣體噴嘴、視窗(window)、基板載置用零件等各種電漿處理裝置用零件。此等電漿處理裝置用零件的材質係能夠使用：釔、釔/鋁/石榴石(YAG)、氧化鋁等陶瓷燒結體(專利文獻1)。
電漿處理裝置用零件的表面當與反應性高的氣體或電漿進行反應時，會有在表面產生顆粒之情形。若顆粒附著在對象物，則可能會成為不良 的原因，所以對於電漿處理裝置用零件要求耐電漿性。已知釔以及YAG的耐電漿性係較氧化鋁高(專利文獻1、2)。
為了減低因顆粒造成的不良，係尋求耐電漿性更為優異的耐電漿性構件。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]WO2014/119177號公報
[專利文獻2]日本特開平10-45461號公報
本揭露為一種耐電漿性構件、及使用了該耐電漿性構件的電漿處理裝置用零件以及電漿處理裝置，前述耐電漿性構件之會曝露於電漿的面係由{100}面的單晶釔/鋁/石榴石(YAG)所構成。
本揭露為一種耐電漿性構件、及使用了該耐電漿性構件之電漿處理裝置用零件以及電漿處理裝置，前述耐電漿性構件係具有複數個會曝露於電漿的面，且至少最需要耐電漿性的面係由{100}面的單晶YAG所構成。
1:電漿處理裝置
2:反應室
3:氣體導入管(氣體供給管)
4:氣體噴嘴
4a:端面
4b:外周面
4c:內周面
5:對象物
6:保持部
7:內部電極
8:偏壓電源
9:線圈
10:電源
11:供給孔
12:視窗
12a:第1面
21:內周面
24、34:氣體噴嘴
31:貫穿孔
圖1係本揭露之電漿處理裝置之概略圖。
圖2A係使用了本揭露之耐電漿性構件之氣體噴嘴的概略斜視圖。
圖2B係圖2A之A1-A1線剖面圖。
圖3係使用了本揭露之耐電漿性構件之視窗之概略圖。
圖4A係使用了本揭露之耐電漿性構件之氣體噴嘴的其他例子。
圖4B係使用了本揭露之耐電漿性構件的氣體噴嘴的其他例子。
以下，係參照圖式並說明本揭露之一種實施形態。本揭露係提供耐電漿性優異、產生的顆粒少的耐電漿性構件、電漿處理裝置用零件及電漿處理裝置。
於本說明書中，耐電漿性構件係指對於鹵素系氣體等的電漿具有抗蝕性(不易蝕刻)之零件。
耐電漿性構件係被使用於電漿成膜裝置和電漿蝕刻裝置等電漿處理裝置中的分注器、氣體噴嘴、噴灑頭等氣體供給零件；視窗等內部監察用零件；靜電吸盤(electrostatic chuck)、載板等基板保持零件；熱電偶的保護管等保護零件等。
圖1係使用本揭露之耐電漿性構件的電漿處理裝置之概略剖面圖。電漿處理裝置1係在半導體晶圓和玻璃基板等對象物5形成薄膜、進行蝕刻處理、將對象物5的表面進行改質處理之裝置。
電漿處理裝置1係具備用以處理對象物5的反應室2。反應室2的內部係具備：對反應室2內供給氣體的氣體噴嘴4、以及具備內部電極7的靜電吸盤等之保持部6。反應室2的外部係具備：對氣體噴嘴4供給原料氣體的氣體供給管3、供給用以生成電漿之電力的線圈9及電源10、以及連接至內 部電極7的偏壓電源8。此外，反應室2係具備用以觀察反應室2內部的視窗12。
於保持部6載置對象物5，經由氣體噴嘴4向反應室2內供給氣體，並藉由線圈9以及電源10所供給的電力所致之放電而電漿化，來處理對象物5上。
例如，當在對象物5上形成由氧化矽(SiO2)所構成的薄膜時，係供給矽烷(SiH4)、氧(O2)等原料氣體；當在將對象物5進行蝕刻處理時，係供給SF6、CF4、CHF3、ClF3、NF3、C3F8、C4F8、HF、Cl2、HCl、BCl3、CCl4等鹵素系氣體等蝕刻氣體。
圖2A、圖2B係使用了本揭露之耐電漿性構件之氣體噴嘴的概略圖。圖2A為斜視圖，圖2B為圖2A於A1-A1線的剖面圖。氣體噴嘴4係例如形成為圓柱、角柱等柱狀，並沿著氣體噴嘴4的軸心而設置複數個(圖2A所示之例為4個)導引氣體的供給孔11。氣體噴嘴4的端面4a、外周面4b以及內周面4c會曝露於電漿。
圖3係使用了本揭露之耐電漿性構件之視窗的概略圖。視窗12具有相對的第1面12a與第2面，第1面12a會曝露於電漿。
單晶釔/鋁/石榴石(YAG)係具有立方晶系的結晶結構，具有{100}面、{111}面等晶體取向。YAG係具有高耐電漿性的材料，而本發明者係藉由以下的實驗釐清{100}面的耐電漿性為特別優異。
為了評估各種構件的耐電漿性，係使用反應性離子蝕刻()裝置[RIE(Reactive Ion Etching)裝置]，對試料照射CF4的電漿，並比較蝕刻深度(蝕刻率)。氧化鋁陶瓷、(100)單晶YAG、(111)單晶YAG、釔陶瓷的蝕刻深度係 分別為0.61μm、0.16μm、0.20μm、0.13μm，得知單晶YAG的耐電漿性係優於氧化鋁陶瓷，且可與釔陶瓷匹敵，其中，以{100}面單晶YAG的耐電漿性尤其優異。
此外，因單晶YAG的強度比釔陶瓷更高，所以本揭露之耐電漿性構件可以是強度以及抗蝕性皆為高者。
本揭露之耐電漿性構件中，會曝露於電漿的面係由{100}面的單晶YAG所構成。
當本揭露之耐電漿性構件使用在視窗12的情況下，至少會曝露於電漿的第1面12a係由{100}面的單晶YAG所構成。
此外，如氣體噴嘴4般，有複數個面會曝露於電漿(就氣體噴嘴4而言，係端面4a、外周面4b以及內周面4c)的零件中，會曝露於電漿的面中之至少最為要求耐電漿腐蝕性的面係由{100}面的單晶YAG所構成。例如，就圖2A、2B所示之例子而言，可將氣體噴嘴4的端面4a設為{100}面。再者，亦可如圖2A所示般，將供給孔11的剖面形狀設為矩形狀，並將內周面4c設為{100}面。此外，可將氣體噴嘴4的剖面外部形狀設為矩形狀，將外周面4b設為{100}面。
本揭露之耐電漿性構件中，會曝露於電漿的面係由單晶YAG所構成。如先前技術文獻所述，藉由使構件的氣孔率以及表面粗糙度減小，抗蝕性會提升。相較於陶瓷(多晶)，單晶係氣孔較小、較少(或者無氣孔)，故抗蝕性高。此外，就多晶而言，晶界相較於結晶晶粒內係結晶性差而容易被蝕刻，惟單晶沒有晶界，所以抗蝕性會變高。此外，因為無晶界而氣孔亦小(少)，故亦容易減少表面粗糙度。此外，由於無晶界而氣孔小、氣孔少(或無氣孔)，故不 易產生顆粒。基於上述理由，單晶YAG係成為抗蝕性優異，產生的顆粒少的耐電漿性構件。
又，本揭露之耐電漿性構件所使用之YAG的結晶面，可具有從{100}面算起±10°以下的偏移角(offset angle)，特佳為±5°以下的偏移角。偏移角若為10°以下，則可期待不遜於{100}面的耐電漿性。
YAG的結晶結構為立方晶系，故{100}面為四重對稱，若將與面垂直的軸作為中心旋轉90°，則可出現等價的面。因此，於氣體噴嘴等柱狀或筒狀的構件中，軸方向為<100>方向且為最被曝露於電漿的面之端面4a為{100}面，如圖2A之例子或是圖4A之例子般，構件的內周面(例如，氣體噴嘴4的供給孔11的內周面、氣體噴嘴24的內周面21)或外周面的至少任一者的與軸垂直的剖面的形狀，係可為矩形狀，特佳為正方形狀。若為此種結構，各內周面或各外周面係成為等價的面，而各面的抗蝕性以各種物性會變得相等，故適合作為抗蝕性構件。例如，不易因熱膨脹率的各向異性而產生變形。
基於同樣的理由，若是構件的軸方向為<100>方向，同時使最被曝露於電漿的面的端面4a為{100}面，且如圖4B般，構件(氣體噴嘴34)的與軸垂直的剖面的形狀(外部形狀、內部形狀、貫穿孔31的配置)為四重對稱，則於剖面中各種物性會變得較為各向同性，故適合作為抗蝕性構件。
本揭露之電漿處理裝置用零件以及電漿處理裝置係使用上述結構的耐電漿性構件。
單晶YAG之晶塊(ingot)，例如可使用CZ(柴氏，Czochralski)法來製造。將混合有高純度(例如4N以上)的釔粉末與氧化鋁粉末的原料、或把前述原料準燒製而得到的多晶YAG填充至銥等高熔點金屬製的坩堝中，進行加 熱並使之溶融，將晶種浸入熔液後，以指定的拉升速度與旋轉速度拉起，藉此可長成具有圓筒狀的直體部的單晶。藉由適當地選擇晶種的晶體取向，可製造出具有所期望的晶體取向的高純度(例如4N以上)的單晶。
棒狀、筒狀、板狀的單晶YAG，係例如可用EFG(限邊薄片續填生長，Edge-defined Film-fed Growth)法進行製造。藉由將混合有高純度(例如4N以上)的釔粉末與氧化鋁粉末的原料、或將前述原料準燒製而得到的多晶YAG，填充至配置有具有隙縫的模具之銥等高熔點金屬製的坩堝中，並進行加熱使之溶融，將晶種浸於經由隙縫供給至模具的上面的熔液後，以指定的拉升速度拉起，可以長成棒狀、筒狀、板狀的單晶。藉由適當選擇晶種的晶體取向，可製造所期望的晶體取向的高純度(例如，4N以上)的單晶。
將長成的晶塊使用線鋸、外周刃切斷機等各種切斷機而切斷成所期望的長度(厚度)，並使用綜合加工機(machining center)、研磨裝置等各種加工裝置來加工成所期望的形狀以及表面粗糙度，藉此可製造氣體噴嘴等製品。
1:電漿處理裝置
2:反應室
3:氣體導入管(氣體供給管)
4:氣體噴嘴
5:對象物
6:保持部
7:內部電極
8:偏壓電源
9:線圈
10:電源
12:視窗

Claims (8)

  1. 一種耐電漿性構件，其會曝露於電漿的面係由{100}面的單晶YAG所構成。
  2. 一種耐電漿性構件，其係具有複數個會曝露於電漿的面，且至少最需要耐電漿性的面係由{100}面的單晶YAG所構成。
  3. 如請求項1或2所述之耐電漿性構件，其係板狀的耐電漿性構件，且主面係由{100}面的單晶YAG所構成。
  4. 如請求項1或2所述之耐電漿性構件，其係柱狀或筒狀的耐電漿性構件，且端面、外周面、內周面之至少任一者係由{100}面的單晶YAG所構成。
  5. 如請求項4所述之耐電漿性構件，其中，軸方向為<100>方向，且內周面或外周面之至少任一者的與軸垂直的剖面之形狀為矩形狀。
  6. 如請求項4所述之耐電漿性構件，其中，軸方向為<100>方向，且與軸垂直的剖面的形狀為四重對稱。
  7. 一種電漿處理裝置用零件，係使用請求項1至6中之任一項所述之耐電漿性構件。
  8. 一種電漿處理裝置，係使用請求項1至6中之任一項所述之耐電漿性構件。
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