JP2009234877A

JP2009234877A - プラズマ処理装置用部材

Info

Publication number: JP2009234877A
Application number: JP2008085440A
Authority: JP
Inventors: Masataka Murata; 征隆村田; Keisuke Watanabe; 敬祐渡邉
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れ、かつ、ハロゲンプラズマプロセスでも、該セラミックスの構成原料に起因する不純物金属汚染を抑制することができ、イットリアに代わって、半導体・液晶製造用等のプラズマ処理装置の構成部材に好適に使用することができるセリアを主成分としたプラズマ処理装置用部材を提供する。
【解決手段】少なくともプラズマに曝露される部分が、純度９９％以上の酸化セリウム１００重量部に、純度９９％以上のイットリアが３重量部以上１００重量部以下添加されたセラミックスからなり、気孔率２％以下の部材、または、純度９９％以上のイットリアが３〜３０重量％添加されたプラズマ溶射膜で被覆された部材を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体・液晶製造用等のプラズマ処理装置に好適に用いることができるプラズマ処理装置用部材に関する。

半導体製造装置のうち、プラズマプロセスが主流であるエッチング工程、ＣＶＤ成膜工程、レジストを除去するアッシング工程における装置の部材は、反応性の高いフッ素、塩素等のハロゲン系腐食性ガスに曝される。

このため、上記のような工程でハロゲンプラズマに曝される部材には、高純度アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、ＹＡＧ等のセラミックスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
これらの中でも、イットリアセラミックスは、特に、耐プラズマ性に優れており、従来、単体の焼結体として、プラズマ処理装置に用いられていた。
特開２０００−２４７７２６号公報

しかしながら、イットリアの構成元素であるイットリウムは、希土類の中でも地球上での存在量が少なく、非常に高価であり、イットリアを用いた部材は、コスト高となるという課題を有していた。

また、近年、プラズマ処理装置に用いられるイットリアセラミックス部材からの被処理ウェーハ等に対する不純物金属汚染、特に、イットリウムのコンタミネーションの低減化の要求が強まっている。

このため、耐プラズマ性に優れ、かつ、イットリアよりも低コストで得られる材料が求められていた。
そこで、本発明者らは、上記技術的課題を解決するために、プラズマ処理装置に用いられるイットリアに代わる材料について検討を重ね、希土類の中でも最も存在量が多く、比較的安価であるセリウムに着目した。
酸化セリウム（以下、セリアともいう）は、ウェーハのＣＭＰ工程における研磨剤や、ガラスの着色成分等にも使用されており、半導体用途における使用実績もあり、耐プラズマ性の点でも期待できる材料である。

すなわち、本発明は、ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れ、かつ、ハロゲンプラズマプロセスでも、該セラミックスの構成原料に起因する不純物金属汚染を抑制することができ、イットリアに代わって、半導体・液晶製造用等のプラズマ処理装置の構成部材に好適に使用することができるセリアを主成分としたプラズマ処理装置用部材を提供することを目的とするものである。

本発明に係るプラズマ処理装置用部材は、少なくともプラズマに曝露される部分が、純度９９％以上の酸化セリウム１００重量部に、純度９９％以上のイットリアが３重量部以上１００重量部以下添加されたセラミックスであり、気孔率が２％以下であることを特徴とする。
このように、イットリアを添加したセリアセラミックスを用いることにより、耐プラズマ性を維持しつつ、該セラミックスの構成原料に起因する不純物金属汚染を抑制することができ、また、該セラミックスをプラズマ処理装置の部材に用いた際のエッチングによるダストの発生を防止することができる。

前記セラミックスは、１６００℃以上１９００℃以下で焼成されたものであることが好ましい。
焼成温度を上記範囲内とすることにより、十分な強度を有する緻密なセラミックスとすることができる。

また、本発明に係る他の態様のプラズマ処理装置用部材は、少なくともプラズマに曝露される部分が、純度９９％以上の酸化セリウム１００重量部に、純度９９％以上のイットリアが３重量部以上１００重量部以下添加されたプラズマ溶射膜で被覆されていることを特徴とする。
このように、プラズマに曝露される部分に、イットリアを添加したセリア溶射膜を形成することにより、耐プラズマ性を維持しつつ、該溶射膜の溶射原料に起因する不純物金属汚染を抑制することができる。

前記溶射膜は、気孔率が５％以下であることが好ましい。
上記範囲の気孔率であれば、プラズマ処理装置に該溶射膜で被覆された部材を用いた際のエッチングによるダストの発生を防止することができる。

上述したとおり、本発明に係るプラズマ処理装置用部材は、ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れ、かつ、ハロゲンプラズマプロセスにおいても、該セラミックスの構成原料に起因する不純物汚染を抑制することができる。
したがって、半導体や液晶等の製造工程におけるプラズマ処理装置の構成部材に用いられていた従来のイットリア系セラミックスまたは溶射膜に代えて、より低コストで耐プラズマ性部材を提供することができ、ひいては、後の工程において製造される半導体チップ等の歩留まり向上に寄与し得る。

以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る第１の態様のプラズマ処理装置用部材は、少なくともプラズマに曝露される部分が、純度９９％以上の酸化セリウム１００重量部に、純度９９％以上のイットリアが３重量部以上１００重量部以下添加されたセラミックスである。
すなわち、前記セラミックスは、セリアにイットリアを所定量添加することにより、耐プラズマ性を維持し、ハロゲンプラズマプロセスにおいても、従来のイットリア系セラミックスよりも、該セラミックスの構成原料に起因する不純物金属汚染を抑制することができる。

また、本発明に係る第２の態様のプラズマ処理装置用部材は、少なくともプラズマに曝露される部分が、純度９９％以上の酸化セリウム１００重量部に、純度９９％以上のイットリアが３重量部以上１００重量部以下添加されたプラズマ溶射膜で被覆されているものである。
すなわち、この溶射膜も、溶射原料は、前記セラミックスと同様に、セリアにイットリアが所定量添加されたものである。
このため、前記溶射膜に被覆された部材も、前記セリアセラミックス部材と同様に、耐プラズマ性を備え、ハロゲンプラズマプロセスにおいても、従来のイットリア系セラミックスよりも、該溶射膜原料に起因する不純物金属汚染を抑制することができる。

本発明に係るセラミックスまたは溶射膜の組成成分であるセリアおよびイットリアの各原料は、いずれも、純度９９％以上の高純度の粉末を用いる。
純度９９％未満である場合は、十分に緻密化したセラミックスまたは溶射膜が得られず、また、プラズマ処理装置の部材に用いた際に、原料中の不純物に起因するダストの発生を招くおそれがある。

前記イットリアの添加量は、前記セリア１００重量部に対して３重量部以上１００重量部以下とする。
前記添加量が３重量部未満である場合、耐プラズマ性の向上効果が十分に得られない。
一方、前記添加量が１００重量部を超える場合、添加成分であるイットリアが多くなり、低コスト化が図れない。

前記第１の態様におけるセラミックスは、気孔率が２％以下とする。
前記気孔率が２％を超える場合、該セラミックスをプラズマ処理装置の部材に用いた際、セラミックス内の残留気孔に起因するエッチングにより、ダストが発生しやすくなる。
前記気孔率は、１％以下であることがより好ましい。

上記のような低気孔率のセラミックスとするためには、１６００℃以上１９００℃以下で焼成することが好ましい。
前記焼成温度が１６００℃未満である場合、セラミックス中に気孔が多く残留し、十分に緻密化された焼結体が得られない。
一方、焼成温度が１９００℃を超える場合、結晶粒子の異常粒成長が起きやすくなり、強度が低下する。
前記焼成温度は、１７００℃以上１８５０℃以下であることがより好ましい。

一方、前記第２の態様における溶射膜は、気孔率が５％以下であることが好ましい。
前記気孔率が５％を超える場合、該溶射膜で被覆された部材をプラズマ処理装置に用いた際、溶射膜内の残留気孔に起因するエッチングにより、ダストが発生しやすくなる。
前記気孔率は、３％以下であることがより好ましい。

上記のような第１の態様に係るセラミックス部材は、純度９９％以上のセリア粉末１００重量部に、純度９９％以上のイットリア粉末を３重量部以上１００重量部以下添加し、成形後、１６００℃以上１９００℃以下で焼成することにより得ることができる。具体的な製造方法は、下記実施例に示すとおりである。
なお、上記原料粉末に対しては、必要に応じて、バインダ等の焼結助剤を添加してもよい。
また、焼成雰囲気は、還元雰囲気または不活性ガス雰囲気であっても、大気雰囲気であってもよい。

一方、上記のような第２の態様に係る溶射膜は、純度９９％以上のセリア粉末１００重量部に、純度９９％以上のイットリア粉末を３重量部以上１００重量部以下添加した溶射原料を用いて、プラズマ溶射法により、プラズマに曝露される部分の基材表面を所定厚さで被覆する。具体的な形成方法は、下記実施例に示すとおりである。
プラズマ溶射法は、プラズマ炎を使用するため、フレーム溶射法に比べて、セリアおよびイットリアを十分に溶融して高速で基材に衝突させることができ、緻密な膜を形成することができるため好ましい。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
純度９９．５％のセリア（Ｃｅ₂Ｏ₃）粉末１００重量部に、純度９９．２％のイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）粉末を１５重量部、バインダを前記セリア粉末に対して１重量部添加し、スプレードライヤにて造粒した。
得られた造粒粉を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）にて１５００ｋｇｆ／ｃｍ²で加圧成形し、得られた成形体を、水素雰囲気下で、１８００℃で焼成し、セラミックス焼結体とした。
この焼結体により、フォーカスリングを作製した。

［実施例２，３、比較例１〜４、参考例］
下記表１の実施例２，３、比較例１〜４、参考例に示す条件にて、実施例１と同様にして、セラミックス焼結体からなるフォーカスリングを作製した。

［実施例４］
純度９９．５％のセリア（Ｃｅ₂Ｏ₃）粉末１００重量部に、純度９９．２％のイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）粉末を１５重量部添加した溶射原料を用いて、アルミナ製フォーカスリングのプラズマに曝露される面に、プラズマ溶射法により、厚さ２００μｍの溶射を形成した。

［実施例５，６、比較例５〜７］
下記表１の実施例５，６、比較例５〜７に示す条件にて、実施例４と同様にしてフォーカスリングに溶射膜を形成した。

上記実施例および比較例で得られた焼結体について、ＪＩＳＲ１６３４準拠にて、気孔率を測定した。

また、上記において作製したフォーカスリングを用いて、ＲＩＥ方式のエッチング装置（使用ガス：ＣＨＦ₃、Ｏ₂、Ａｒ混合、上部電極出力：２５００Ｗ、下部電極出力２０００Ｗ）にて、直径２００ｍｍのシリコンウェーハのプラズマ処理を行った後、エッチングレートを測定した。また、レーザパーティクルカウンタにより、ウェーハ上の０．１０μｍ以上のダスト数を測定した。
これらの測定結果を表１にまとめて示す。

表１に示したように、本発明に係るセラミックス（実施例１〜３）および溶射膜（実施例４〜６）は、気孔率が低く、プラズマ処理装置の部材に使用した場合、耐プラズマ性に優れ、ダストの発生が抑制され、イットリア添加量が１５０重量部以上の場合（比較例４，７）と同等の良好な結果が得られることが認められた。
なお、イットリア添加量が１５０重量部以上の場合（比較例４，７）は、高コストとなる観点から、好ましくない。
また、１９５０℃で焼成して得られたセラミックス部材（参考例）は、気孔率、エッチングレート、ダスト数とも、低い値であり、良好な結果であったが、強度が不十分であり、破損した。

Claims

少なくともプラズマに曝露される部分が、純度９９％以上の酸化セリウム１００重量部に、純度９９％以上のイットリアが３重量部以上１００重量部以下添加されたセラミックスであり、気孔率が２％以下であることを特徴とするプラズマ処理装置用部材。
前記セラミックスは、１６００℃以上１９００℃以下で焼成されたものであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用部材。
少なくともプラズマに曝露される部分が、純度９９％以上の酸化セリウム１００重量部に、純度９９％以上のイットリアが３重量部以上１００重量部以下添加されたプラズマ溶射膜で被覆されていることを特徴とするプラズマ処理装置用部材。
前記溶射膜は、気孔率が５％以下であることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置用部材。