TWI839494B - 電漿處理裝置用之構件、具備該構件之電漿處理裝置、及燒結體之使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電漿處理裝置用之構件，其僅包含碳化鎢相，包含選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子，且該原子之總含量為30～3300原子ppm。

Description

電漿處理裝置用之構件、具備該構件之電漿處理裝置、及燒結體之使用方法
本發明係關於一種電漿處理裝置用之構件、具備該構件之電漿處理裝置、及燒結體之使用方法。
半導體製造過程中設置於電漿蝕刻裝置等之腔室內之構件曝露於半導體圖案形成等過程中所使用之蝕刻氣體之電漿所形成之浸蝕環境。若此種構件為可與蝕刻劑進行反應之材質，則腔室內及蝕刻處理物(例如半導體晶圓)會受到污染，導致絕緣不良及形狀不良。為抑制此種現象，對使用矽(Si)或石英作為構件之情況進行了研究。
例如，專利文獻1(日本專利特開2001-135619號公報)中，提出由包含單晶矽之邊緣環來防止重金屬等雜質造成之污染。專利文獻2(日本專利特開昭62-047130號公報)中，提出使用SiC、WC及TiC等作為晶圓環之材質。專利文獻3(日本專利特開2018-107433號公報)中，列舉有SiC、Si、SiO2 、W、WC等作為邊緣環之材質。除該等材質以外，已知有價格低且容易製造之鋁或鋁合金、進行過氧化鋁膜處理之鋁、向鋁等基材熔射耐蝕性較高之氧化釔而成之構件。
然而，上述材質中，鋁對電漿之耐蝕性並不充分，有因消耗導致構件之更換頻度增加之虞。雖然考慮到設置耐蝕層作為應對，但若設置耐蝕層，則有產生粒子等之虞。又，鋁及釔等之金屬離子會對半導體電路造成不良影響，導致誤動作及動作不良。
矽及石英亦容易被電漿所浸蝕，因此構件之更換頻度增加。又，陶瓷中，碳化鎢(WC)因強度較高且具有較高之導電性而成為不易產生靜電之優異材料。然而，WC本身之熔點較高，為難燒結材，相對難以獲得成為粒子孔(particle pocket)之氣孔較少之燒結體。雖然向WC添加固定量之Co、Ni等金屬黏合劑而成之所謂超硬合金可減少氣孔，但有Co、Ni等金屬黏合劑成分對電漿處理裝置之腔室內造成污染及導致粒子產生之虞。以“相”之形式包含金屬成分之情形時尤其容易產生此種金屬污染。其原因在於：碳化物相及金屬相中對於電漿氣體之蝕刻速度(蝕刻速率)不同，於金屬相之情形時，金屬部分優先被腐蝕，釋放出大量污染金屬。
因此，本發明提供一種對電漿處理具有優異之耐蝕性且可充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染之電漿處理裝置用之構件。又，提供一種耐蝕性優異且可充分抑制裝置內之金屬污染之電漿處理裝置。又，本發明提供一種使用對電漿處理具有優異之耐蝕性且可充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染之燒結體作為電漿處理裝置之構件的使用方法。
本發明之一態樣提供一種電漿處理裝置用之構件(燒結體)，其僅包含碳化鎢相，包含選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子，且該原子之總含量為30～3300原子ppm。
上述構件僅包含碳化鎢相這一種相，故而對電漿處理具有優異之耐蝕性。又，若含有複數個相，則因蝕刻速率之差異而容易產生粒子孔，但本發明之構件僅包含一種相，故而不易產生粒子孔。此處，碳化鎢本身具有難燒結性，氣孔比率容易變高，有該氣孔成為粒子孔之情形。然而，本發明之構件包含特定量之選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子。藉此，可促進碳化鎢之燒結而降低氣孔率，從而抑制粒子孔之產生。又，Fe原子、Co原子及Ni原子之總含量具有上限。由於該等原因，可充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染。
本發明之另一態樣提供一種具備上述構件之電漿處理裝置。該電漿處理裝置具備上述構件。因此，可提供一種耐蝕性優異且可充分抑制裝置內之污染之電漿處理裝置。
本發明之又一態樣提供一種燒結體之使用方法，該燒結體係作為電漿處理裝置之構件使用，該燒結體僅包含碳化鎢相，包含選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子，且該原子之總含量為30～3300原子ppm。
上述燒結體僅包含碳化鎢相這一種相，故而對電漿處理具有優異之耐蝕性。又，若含有複數個相，則因蝕刻速率之差異而容易產生粒子孔，但上述燒結體僅包含一種相，故而不易產生粒子孔。此處，碳化鎢本身具有難燒結性，氣孔之比率容易變高，有該氣孔成為粒子孔之情形。然而，上述燒結體包含特定量之選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子。藉此，可促進碳化鎢之燒結而降低氣孔率，從而抑制粒子孔之產生。又，Fe原子、Co原子及Ni原子之總含量具有上限。由於該等原因，可充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染。
根據本發明，可提供一種對電漿處理具有優異之耐蝕性且可充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染之電漿處理裝置用之構件。又，可提供一種耐蝕性優異且可充分抑制裝置內之污染之電漿處理裝置。又，可提供一種使用對電漿處理具有優異之耐蝕性且可充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染之燒結體作為電漿處理裝置之構件的使用方法。
以下，視情形參照圖式對本發明之一實施形態進行說明。然而，以下實施形態係用以說明本發明之例示，並不意圖將本發明限定於以下內容。
本發明之一實施形態之電漿處理裝置用之構件係由燒結體構成且僅包含碳化鎢相這一種相。本發明中之所謂碳化鎢相(WC相)係指碳化鎢之結晶相。即，本實施形態之構件不含除WC相以外之結晶相。WC相對電漿蝕刻具有優異之耐蝕性，故而可延長構件之壽命。構件含有特定量之選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子。該等原子可固溶於WC相，亦可存在於WC相之結晶之粒界。該等原子於粒界中之濃度可於不形成相之範圍內高於WC相之結晶內之濃度。上述構件中之Fe原子、Co原子及Ni原子之總含量為30～3300原子ppm，可為30～2100原子ppm，亦可為30～1650原子ppm。
藉由使上述原子之總含量為30原子ppm以上，可促進作為難燒結材之碳化鎢之燒結而降低氣孔率。另一方面，若上述原子之含量過剩，則會形成金屬相等異相，且該部分優先被電漿蝕刻。其結果，於構件表面產生凹凸而成為粒子孔。又，有如下傾向，即，金屬相被電漿蝕刻而導致金屬離子浮動，成為半導體晶圓等蝕刻處理物之污染源。
因此，於本實施形態中，藉由將上述原子之總含量設為3300原子ppm以下，可抑制除碳化鎢相以外之相之產生，從而抑制電漿處理裝置內之金屬污染。藉由將上述原子之總含量設為2100原子ppm以下，可充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染。藉由將上述原子之總含量設為1650原子ppm以下，可進一步抑制電漿處理裝置內之金屬污染。構件中之各原子之含量可藉由輝光放電質量分析(GDMS)進行測定。
本發明中之所謂“耐蝕性”意指對使用碳氟系或鹵素系等蝕刻氣體之電漿處理之耐蝕性。
就進一步抑制裝置內部之金屬污染之觀點而言，構件中之Fe原子、Co原子及Ni原子各者之含量可為1650原子ppm以下，可為1200原子ppm以下，亦可為1000原子ppm以下。另一方面，就降低構件之製造成本之觀點而言，構件中之Fe原子、Co原子及Ni原子各者之含量可為30原子ppm以上，亦可為300原子ppm以上。
本實施形態之構件可不含除W原子、Fe原子、Co原子及Ni原子以外之金屬原子。就進一步充分抑制電漿處理裝置內之金屬污染之觀點而言，除W原子、Fe原子、Co原子及Ni原子以外之金屬原子之總量可為1650原子ppm以下。又，除W原子、Fe原子、Co原子及Ni原子以外之金屬原子各者之含量可為300原子ppm以下。
就減少隨電漿處理產生之粒子孔之觀點而言，上述構件之氣孔率可為2體積%以下。就充分減少隨電漿處理產生之粒子孔且降低製造成本之觀點而言，該氣孔率可為0.05～1體積%，亦可為0.1～0.5體積%。可對構件之剖面進行研磨並利用掃描型電子顯微鏡對研磨面進行圖像觀察而算出氣孔率。
本實施形態之構件僅由對電漿處理具有優異之耐蝕性之WC相構成。因此，構件之蝕刻速度極慢，與例如包含矽之構件相比，可實現長壽命化。又，與含有複數個相之情形相比，可使構件表面不易因蝕刻速度之不同而產生凹凸。因此，不易產生粒子孔，並且可抑制金屬污染。進而，由於含有具有促進燒結之作用之鐵族原子(Fe原子、Co原子、Ni原子)，故而與純粹之碳化鎢相比，可充分減少構件中主要會導致粒子孔產生之氣孔。藉由將此種構件用於電漿處理裝置，可減少蝕刻處理物及裝置內之污染，且可實現半導體製造步驟所得之製造品之品質改善及良率之提昇。
於利用電漿處理裝置進行電漿蝕刻時，有使用包含鎢之材質作為遮罩材料之情況。於此情形時，鎢係於腔室內使用，因此可對蝕刻處理物進行將鎢去除之處理。因此，可不增加新的洗淨步驟而利用上述處理去除因構件含鎢而產生之污染。
以下對電漿處理裝置用之構件之製造方法之一例進行說明。準備碳化鎢粉末作為原材料。就充分降低金屬污染之觀點而言，碳化鎢粉末之純度可為99.9質量%以上。就燒結性及處理性之觀點而言，平均粒徑可為0.1～4 μm左右。
作為添加鐵族金屬(Fe、Ni、Co)之方法，可將粉末狀態之鐵族金屬混合，亦可於後述之混合攪拌步驟中自介質混入。又，可混合將鐵族元素作為構成元素之化合物之粉末，亦可將該化合物形成為水溶液等而以離子狀態進行混合。如此一來，原材料之形態並無特別限制。於以粉末狀態進行混合之情形時，可使用平均粒徑為0.5～5 μm左右者。關於添加量，考慮到至燒結結束時會有少量氣化及飛散，鐵族原子之總含量於後述之混合粉末之狀態下可為30～3500原子ppm左右。
例如，利用乾式或濕式之公知方法將碳化鎢粉末及視需要添加之鐵族之金屬粉末混合攪拌。隨後，視需要使之乾燥或添加成形用之有機黏合劑而獲得成形原料。於以粉末狀態或水溶液等形態添加鐵族金屬之情形時，可調配至碳化鎢粉末而進行混合攪拌。
接下來，對成形原料進行加壓成形而獲得成形體。可使用模具及壓製機進行加壓成形，亦可使用利用均壓之濕式壓製機進行加壓成形。壓製時之最大加壓可為10～500 MPa左右。可視需要對所獲得之成形體進行脫脂、暫時燒結、中間加工。
將成形體或對成形體進行脫脂、暫時燒結、中間加工後所得之處理體放入燒結爐而進行燒結。燒結可於非氧化氛圍(氫氣氛圍、氨氣氛圍、存在碳之真空氛圍、或稀有氣體氛圍等)下進行。因碳化鎢係難燒結材，故而燒結時之最高溫度可為1800～2400℃左右。
燒結後，可對燒結體進行HIP(熱均壓)處理而進一步減少殘留氣孔。又，於要求尺寸精度之用途、形狀之情形時，亦可對燒結體實施機械加工及電性加工等各種公知之表面處理等。如此可獲得由燒結體構成之電漿處理裝置用之構件。構件之製造方法並不限定於上述例，亦可視形狀使用熱壓法、或SPS法(放電電漿燒結法)。
存在部分碳化鎢於燒結時之高溫下發生反應之情形。因此，成形原料中之成分比率可與構件中之成分比率不一致。其原因如下：碳化鎢原本並非具有理想之W1 C1 比率之化合物(W之計量比為1，而C之計量比未達1)；與煅燒時之氛圍(亦包含煅燒夾具等)產生碳之交換；及碳化鎢與除碳化鎢以外之碳源之間產生碳之交換等。
可對所投入之原材料之比率及燒結之條件進行調整而使燒結體僅由碳化鎢相這一種相構成。以此方式獲得之燒結體對電漿處理具有充分之耐蝕性，因此可於電漿處理時充分抑制粒子孔之產生及金屬污染。因此，可較佳地用作半導體製造步驟中所使用之電漿處理裝置用之構件。作為具體之構件，可列舉：設置於半導體晶圓周圍之邊緣環、吸附半導體之靜電吸盤、晶圓載置用之基材、作為蝕刻之處理氣體供給部之簇射板、作為流出冷卻水之構造之水套部之心柱、及腔室內壁材等。
圖1係表示一實施形態之電漿處理裝置10之一例之縱剖視圖。本實施形態之電漿處理裝置10為電容耦合型(Capacitively Coupled Plasma：CCP)平行平板電漿處理裝置。電漿處理裝置10中，於腔室11內將氣體電漿化，並利用電漿之作用對載置於載置台20之晶圓Wa進行處理。晶圓Wa例如為半導體晶圓。電漿處理裝置10係處理裝置之一例。
電漿處理裝置10具有大致圓筒形之腔室11。對腔室11之內面實施氧化鋁膜處理(陽極氧化處理)。腔室11內劃定有對晶圓Wa實施電漿蝕刻處理及成膜處理等之處理室U。
載置台20具有基台18及靜電吸盤21並載置晶圓Wa。載置台20亦可作為下部電極發揮作用。
基台18上設置有靜電吸盤21。靜電吸盤21具有將吸盤電極21a夾於絕緣體21b之間之構造。直流電源22經由開關23連接於吸盤電極21a，開關23接通時，直流電壓自直流電源22施加至吸盤電極21a。藉此，利用庫侖力將晶圓Wa吸附於靜電吸盤21。
於晶圓Wa周圍且為靜電吸盤21外周之載置面載置有圓環狀之邊緣環87。邊緣環87亦稱為聚焦環，其作用在於使處理室U內之電漿朝向晶圓Wa之表面聚集，提高電漿處理之效率。
載置台20由支持體14保持於腔室11之底部。基台18之內部形成有冷媒流路24。自冷卻器單元輸出之例如冷卻水及鹽水等冷卻媒體流經冷媒入口配管26a、冷媒流路24、冷媒出口配管26b並返回冷卻器單元，經控制至特定溫度而循環通過上述路徑。藉此對載置台20進行降溫、冷卻。
自導熱氣體供給源供給之氦氣(He)等導熱氣體通過氣體供給管線28供給至靜電吸盤21之載置面與晶圓Wa之背面之間。利用冷媒流路24中循環之冷卻媒體及供給至晶圓Wa之背面之導熱氣體將晶圓Wa控制至特定溫度。
第1高頻電源32經由第1整合器33電性連接於載置台20，並對載置台20施加第1頻率之電漿生成用之高頻電力HF(例如，40 MHz)。又，第2高頻電源34經由第2整合器35電性連接於載置台20，並對載置台20施加低於第1頻率之第2頻率之偏壓電壓產生用之高頻電力LF(例如，13.56 MHz)。
第1整合器33將電漿側之負荷阻抗整合為第1高頻電源32之內部阻抗。第2整合器35將電漿側之負荷阻抗整合為第2高頻電源34之內部阻抗。
氣體簇射頭25係以經由設置於其外緣之圓筒狀之屏蔽環40封閉腔室11之頂壁開口之方式安裝。氣體簇射頭25亦作為與載置台20(下部電極)對向之對向電極(上部電極)發揮作用。於氣體簇射頭25之周邊部，於屏蔽環40之下表面配置有頂部屏蔽環41。
氣體簇射頭25中形成有將氣體導入之氣體導入口45。氣體簇射頭25之內部設置有擴散室46。自氣體供給源15輸出之氣體經由氣體導入口45供給至擴散室46，並於擴散室46內擴散而自複數個氣體供給孔47導入至腔室11內之處理室U。
於腔室11之底面形成有排氣口55，腔室11內之氣體藉由連接於排氣口55之排氣裝置50而排出。藉此，可將腔室11內維持於特定真空度。於腔室11之側壁設置有閘閥G，藉由閘閥G之開閉，晶圓Wa自搬送口搬送至腔室11內或腔室11外。
以覆蓋載置台20之外周側面之方式配置有圓筒狀之絕緣環86。又，以覆蓋邊緣環87之外周側面之方式配置有圓筒狀之覆蓋環89。
於腔室11之側部沿內壁面設置有積存物遮罩82。又，沿載置台20及支持體14之外周側面設置有積存物遮罩83。積存物遮罩82、83可自由裝卸。積存物遮罩82、83防止因腔室11中執行之電漿蝕刻處理等而產生之副產物(積存物)附著於腔室11之內壁。
於積存物遮罩82、83間之環狀之排氣通路設置有環狀之隔板81。於隔板81下方之排氣通路49設置有排氣口55。
於電漿處理裝置10設置有控制整個裝置之動作之控制部100。控制部100具有CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)105、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)110及RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)115。CPU105根據RAM115等記憶區域內所儲存之配方執行蝕刻等所需之電漿處理。配方中設定有針對製程條件之裝置控制資訊，即製程時間、壓力(氣體之排出)、高頻電力或電壓、各種氣體流量、腔室內溫度、冷卻媒體之溫度等。
執行電漿處理時，閘閥G之開閉受到控制，晶圓Wa被搬入至腔室11並載置於載置台20。若自直流電源22向吸盤電極21a施加直流電壓，則晶圓Wa被吸附並保持於靜電吸盤21。
處理氣體自氣體供給源15供給至腔室11內。高頻電力HF自第1高頻電源32施加至載置台20，高頻電力LF自第2高頻電源34施加至載置台20。藉此，處理室U中產生電漿，並藉由電漿之作用對晶圓Wa實施電漿處理。
電漿處理後，自直流電源22向吸盤電極21a施加與吸附晶圓Wa時之正負相反之直流電壓，從而去除晶圓Wa之電荷。藉此，晶圓Wa自靜電吸盤21剝離，並自閘閥G搬出至腔室11之外部。
電漿處理裝置10中，可利用上述實施形態之構件構成曝露於電漿處理之各構成要素。例如，可利用上述構件(燒結體)構成選自由邊緣環87、覆蓋環89、隔板81、氣體簇射頭25、頂部屏蔽環41、積存物遮罩82、及積存物遮罩83所組成之群中之至少一個。電漿處理裝置並不限定於圖1之裝置，且上述構件可用於進行電漿處理之各種半導體製造裝置。應用上述構件之構成要素並無特別限定，例如可應用於簇射板、基台及處理容器之內壁等。藉由將上述燒結體用於電漿處理裝置，可提高電漿處理裝置10之構成要素之耐蝕性，可充分抑制晶圓Wa等蝕刻處理物及裝置內之金屬污染。
上述實施形態之另一態樣亦可為作為電漿處理裝置之構件之上述燒結體之使用方法。以上，對本發明之一實施形態進行了說明，但本發明絕不限定於上述實施形態。 [實施例]
參照實施例及比較例更詳細地說明本發明之內容，但本發明並不限定於下述實施例。
(實施例1～14) [原材料之製備]準備市售之WC粉末(平均粒徑：0.6 μm，Co含量：150原子ppm)。將WC粉末5000 g及甲醇1800 ml放入5 L之無黏合劑超硬襯裏鍋，並利用球磨機(轉速：64 rpm)粉碎，對粉碎時間(0～50小時)與Co含量之關係進行研究。作為磨球之材質，分別使用無黏合劑之超硬合金製磨球及含有黏合劑(Co，13質量%)之超硬合金製磨球，並對磨球材質之不同所致之黏合劑成分混入至WC粉末之量進行研究。
圖2係表示粉碎時間與粉碎後之Co含量之關係之圖表。如圖2所示，可確認藉由使用含有黏合劑之超硬合金製磨球進行粉碎，Co原子之含量增加。藉由此種製備方法製備Co原子之含量互不相同之複數種原材料。以同樣之方式製備Ni原子及Fe原子之含量互不相同之複數種原材料。實施例1之原材料係不使用超硬合金之磨球而於短時間混合WC粉末而進行製備，該WC粉末幾乎不含Co，哪怕該Co以雜質形式存在。
[燒結體之製作] 使用上述“原材料之製備”步驟中所獲得之原材料製備鐵族之金屬含量互不相同之複數種成形原料。將所製備之成形原料放入特定尺寸之模具，並使用壓製機以100 MPa加壓。以此方式製作金屬含量互不相同之複數個成形體。將各成形體於真空下以2200℃煅燒2小時。隨後，於1700℃、200 MPa之條件下進行HIP處理而獲得各實施例之燒結體。包含Co原子、Ni原子及Fe原子中之兩種以上原子之燒結體係使用將兩種以上之原材料混合所獲得之成形原料進行製作。
將各實施例之燒結體中之鐵族原子之含量及氣孔率彙總示於表1。由X射線繞射及EDX(Energy Dispersive X-ray，能量分散性X射線)測繪之結果可確認各實施例之燒結體僅由碳化鎢相構成。鐵族原子之含量係利用輝光放電質量分析(GDMS)進行分析。氣孔率係對燒結體之剖面進行研磨並對研磨面進行圖像解析而求出。
[表1]
燒結體之組成 (括弧內之數值為原子ppm) 鐵族原子之總含量(原子ppm) 氣孔率 (體積%)
實施例1 WC-Co(33) 33 1
實施例2 WC-Co(330) 330 ＜0.5
實施例3 WC-Co(830) 830 ＜0.5
實施例4 WC-Co(1700) 1700 ＜0.5
實施例5 WC-Co(2300) 2300 ＜0.5
實施例6 WC-Co(3300) 3300 ＜0.5
實施例7 WC-Ni(330) 330 ＜0.5
實施例8 WC-Ni(1700) 1700 ＜0.5
實施例9 WC-Fe(830) 830 ＜0.5
實施例10 WC-Fe(3300) 3300 ＜0.5
實施例11 WC-Co(83)-Ni(83) 166 ＜0.5
實施例12 WC-Co(1300)-Ni(660) 1960 ＜0.5
實施例13 WC-Co(1650)-Ni(1650) 3300 ＜0.5
實施例14 WC-Fe(1000)-Co(1000)-Ni(1200) 3200 ＜0.5
＜強度之評估＞ 實施例1～14之燒結體均具有導電性，且機械強度(3點彎曲抗彎力)處於700～1800 MPa之範圍。
(比較例1～9) 使用市售之粉末製作具有表2所示之組成之試樣(燒結體)。比較例1係於電漿處理裝置之處理容器內作為各種構件使用之矽製構件。矽製構件容易被電漿蝕刻。
比較例2之氧化鋁較矽更難被蝕刻。然而，對蝕刻之耐蝕性並不充分。比較例3係碳化鎢(Co原子之含量：15原子ppm)之構件。該燒結體之原材料係選定Co含量較少之粉末作為WC粉末，並以混合時無鐵族元素混入之方式進行製備。作為單獨成分之碳化鎢係難燒結材，以與實施例相同之條件製作燒結體時，相對密度為95.6%(氣孔率4.4體積%)。
比較例4係分類為低鈷超硬合金之Co含量相對較低之超硬合金。比較例5係含有Co作為黏合劑之普通超硬合金。除向市售之碳化鎢粉末添加Co(以體積比率計為20.7體積%)作為黏合劑而混合、且將燒結溫度設為1450℃以外，比較例5之燒結體係以與實施例1～14相同之程序進行製作。比較例5之燒結體之相對密度約為100%。比較例6係含有Ni作為黏合劑之普通超硬合金。比較例7係向含有Co作為黏合劑之超硬合金添加以週期表之4～6族元素作為構成元素之碳化物而成之超硬合金。
比較例8係於碳化鎢中含有以週期表之4～6族元素作為構成元素之碳化物之燒結體。該燒結體之原材料係選定Co含量較少之粉末作為WC粉末，並以混合時無鐵族元素混入之方式添加上述碳化物而製備。比較例8中，生成除碳化鎢相以外之相。比較例9係於鋁基材上塗佈Y2 O3 之熔射皮膜而成之試樣。
[表2]
燒結體之組成 (括弧內之數值為原子濃度) 鐵族原子之總含量 氣孔率 (體積%)
比較例1 矽 - ≦0.5
比較例2 Al2 O3 - ≦0.5
比較例3 WC-Co(15原子ppm) 5原子ppm 4.4
比較例4 WC-Co(3原子%) 3原子% -
比較例5 WC-Co(33原子%) 33原子% ≦0.5
比較例6 WC-Ni(20原子%) 20原子% ≦0.5
比較例7 WC-Co(30原子%)-Cr3 C2 (Cr:10000原子ppm)-VC(V:600原子ppm) 30原子% ≦0.5
比較例8 WC-TiC(Ti:2原子%)-TaC(Ta:3000原子ppm) 5原子ppm ≦0.5
比較例9 鋁+Y2 O3 熔射皮膜 - 約為5
[作為電漿處理裝置用之構件之評估1] ＜電漿蝕刻處理＞ 按以下程序進行各實施例及各比較例之燒結體(構件)之電漿蝕刻之評估。進行所製作之燒結體之機械加工而製作30 mm×3 mm之尺寸之評估用試樣。對評估用試樣之表面進行鏡面加工。繼而，如圖3所示，利用Kapton製之遮蔽膠帶3遮蔽燒結體1中經鏡面加工之表面之一部分，並使用電漿處理裝置進行電漿蝕刻處理。
使用8英吋LSI(Large Scale Integration，大型積體電路)量產用之平行平板型反應性離子電漿蝕刻裝置作為電漿處理裝置。又，CF4 氣體電漿之蝕刻條件係設為陰極溫度60℃、陽極溫度30℃、RF電源輸出1000 W、腔室內氣壓16 Pa、蝕刻時間60分鐘、氣體流量60 sccm。藉由電漿蝕刻處理，如圖3所示，燒結體之表面中未遮蔽之部分被蝕刻。
＜蝕刻深度D＞ 電漿蝕刻處理後，自表面將遮蔽膠帶3剝離，並使用輪廓形狀測定機(商品名：Surfcom2800，東京精密股份有限公司製造)對非蝕刻面與蝕刻面之階差進行測定而求出蝕刻深度D。
比較例1及2之蝕刻深度D分別為34 μm及3.6 μm。與此相對，實施例1～14及比較例3、4、8、9均為1.5 μm以內。可確認實施例1～14具有較比較例1、2優異之耐蝕性。
＜粒子之個數＞ 電漿蝕刻處理後之粒子之個數測定係使用市售之粒子計數器基於JIS B 9921進行。關於粒子個數之測定結果，比較例1中約為100個。與此相對，實施例1～14及比較例8中處於20～100個之範圍。比較例3～7中之粒子超過100個。
對於比較例3，認為因氣孔率較高，故而表面之氣孔成為粒子孔，容易保持粒子。對於比較例4～7，認為具有尺寸為數μm以上之金屬相(Co相或Ni相)。該等金屬相之耐蝕性低於碳化鎢相。因此，於電漿蝕刻處理中與碳化鎢相之間產生凹陷(recession，腐蝕所致之階差)，該凹陷成為粒子孔而容易保持粒子。對於比較例9，因溫度變化所致之熱膨脹差而於表面之一部分產生微細之剝離。
＜金屬污染＞ 利用洗淨液(氫氟酸)將進行電漿蝕刻後之燒結體洗淨。利用ICP-MS法(融合耦合電漿質量分析法)對洗淨液進行分析，藉此進行金屬污染之評估。分析對象之元素係設為Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、W這13種。
半導體製造步驟中，將尤其容易污染電路之有害金屬元素即Cu、Ti、Ca超過3×1010 (atoms/cm2 )之試樣判定為不合格，且將除Cu、Ti、Ca及W以外之金屬元素超過20×1010 (atoms/cm2 )之試樣判定為不合格。W與金屬遮罩成分同樣可利用後續步驟中之製程中去除，因此影響較小，可排除於金屬污染評估之外。
根據上述基準，實施例1～14、及比較例1、2、3、9之評估結果合格。對於比較例4、5、6、7，檢測出大量之Co或Ni，不合格。對於比較例8，Ti量較多，不合格。
總結以上結果，實施例1～14之蝕刻深度D足夠小，觀察粒子之個數為比較例1之同等以下。又，金屬污染為容許值以下。又，任一試樣均具有導電性，於任一評估中均未產生剝離。另一方面，比較例1雖然不存在導電性問題，但因強度較低故而難以加工成所需之形狀。又，蝕刻深度D最大，耐蝕性不足。
比較例2之蝕刻深度D與比較例1相比有所改善。然而，較實施例1～14而言，蝕刻深度D仍較大。又，由於不具有導電性，因此存在因靜電放電而容易吸附粒子之傾向。
比較例3中，即使洗淨亦無法充分減少粒子之個數。認為其原因在於，存在於表面及內部之大量氣孔成為粒子孔。
比較例4、5及6具有Co、Ni等金屬相。金屬相優先被蝕刻而產生凹凸，認為此係粒子孔之成因。又，金屬污染方面，Co、Ni之量遠超過容許範圍。比較例7之情況相同。比較例8中，TiC及TaC之體積比率較高，因此檢測出Ti及Ta超過容許量。
[作為電漿處理裝置用之構件之評估2] ＜粒子之個數測定、及金屬污染之評估＞ 將實施例3、比較例1及比較例8之燒結體製成如圖1所示之電漿處理裝置之構件(邊緣環)。繼而，以與上述“評估1”相同之蝕刻條件進行矽晶圓之蝕刻。利用洗淨液(氫氟酸)將電漿蝕刻處理後之矽晶圓洗淨。利用與上述“金屬污染”相同之方法對洗淨液進行分析而進行金屬污染之評估。金屬污染之評估結果如表3所示。
[表3]
實施例3 比較例1 比較例8
Na 40 20 ＜7.4
Mg 0.08 0.43 ＜7.0
Al 5.4 4 ＜6.3
K 3.5 12 ＜4.4
Ca 2.5 1.8 9.7
Ti 1.3 2.8 11000
Cr 3.5 0.22 53
Fe 1.9 0.59 39
Co 3.3 - 64
Ni 0.3 0.069 4.8
Cu 0.8 3.1 4.4
Zn 0.1 1.7 ＜2.6
W 5500 0.046 10000
表中數值之單位為[×1010 atoms/cm2 ]。
表3中，於將實施例3之燒結體用作構件之情形時，所有元素均滿足容許值。雖然W之含量較高，但由於其為可藉由洗淨而去除之成分，故而問題並不大。另一方面，比較例8中Ti之含量較高。
1:燒結體 3:遮蔽膠帶 10:電漿處理裝置 11:腔室 14:支持體 15:氣體供給源 18:基台 20:載置台 21:靜電吸盤 21a:吸盤電極 21b:絕緣體 22:直流電源 23:開關 24:冷媒流路 25:氣體簇射頭 26a:冷媒入口配管 26b:冷媒出口配管 28:氣體供給管線 32:第1高頻電源 33:第1整合器 34:第2高頻電源 35:第2整合器 40:屏蔽環 41:頂部屏蔽環 45:氣體導入口 46:擴散室 47:氣體供給孔 49:排氣通路 50:排氣裝置 55:排氣口 81:隔板 82:積存物遮罩 83:積存物遮罩 86:絕緣環 87:邊緣環 89:覆蓋環 100:控制部 105:CPU 110:ROM 115:RAM D:蝕刻深度 G:閘閥 U:處理室 Wa:晶圓
圖1係表示電漿處理裝置之一實施形態之模式剖視圖。圖2係表示粉碎時間與粉碎後之Co含量之關係之圖表。圖3係表示電漿蝕刻處理之概要之圖。
10:電漿處理裝置
11:腔室
14:支持體
15:氣體供給源
18:基台
20:載置台
21:靜電吸盤
21a:吸盤電極
21b:絕緣體
22:直流電源
23:開關
24:冷媒流路
25:氣體簇射頭
26a:冷媒入口配管
26b:冷媒出口配管
28:氣體供給管線
32:第1高頻電源
33:第1整合器
34:第2高頻電源
35:第2整合器
40:屏蔽環
41:頂部屏蔽環
45:氣體導入口
46:擴散室
47:氣體供給孔
49:排氣通路
50:排氣裝置
55:排氣口
81:隔板
82:積存物遮罩
83:積存物遮罩
86:絕緣環
87:邊緣環
89:覆蓋環
100:控制部
105:CPU
110:ROM
115:RAM
G:閘閥
U:處理室
Wa:晶圓

Claims (9)

  1. 一種電漿處理裝置用之構件，其由僅包含碳化鎢相之燒結體所構成，上述燒結體包含選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子，上述燒結體中該原子之總含量為30~3300原子ppm，且上述燒結體中除W原子、Fe原子、Co原子及Ni原子以外之金屬原子之總量為1650原子ppm以下。
  2. 如請求項1之構件，其中上述燒結體之氣孔率為2體積%以下。
  3. 如請求項1或2之構件，其中上述燒結體中Fe原子、Co原子及Ni原子各者之含量為1650原子ppm以下。
  4. 一種電漿處理裝置，其具備由燒結體所構成之構件，上述燒結體僅包含碳化鎢相，上述燒結體包含選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子，且上述燒結體中該原子之總含量為30~3300原子ppm。
  5. 如請求項4之電漿處理裝置，其中上述燒結體中除W原子、Fe原子、Co原子及Ni原子以外之金屬原子之總量為1650原子ppm以下。
  6. 一種燒結體之使用方法，該燒結體係作為電漿處理裝置之構件使用，其中上述燒結體僅包含碳化鎢相，包含選自由Fe原子、Co原子及Ni原子所組成之群中之至少一種原子，且該原子之總含量為30~3300原子ppm。
  7. 如請求項6之使用方法，其中上述燒結體中除W原子、Fe原子、Co原子及Ni原子以外之金屬原子之總量為1650原子ppm以下。
  8. 如請求項6或7之使用方法，其中上述燒結體之氣孔率為2體積%以下。
  9. 如請求項6或7之使用方法，其中上述燒結體中之Fe原子、Co原子及Ni原子各者之含量為1650原子ppm以下。
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