(57)【要約】  部品は、多結晶酸化イットリウムを有する膜を具備する。膜のＸ線回折パターンにおいて、立方晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｃに対する、単斜晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｍの比Ｉｍ／Ｉｃは、式：０≦Ｉｍ／Ｉｃ≦０．００２を満たす。
2019026818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶酸化イットリウムを有する膜を具備し、
前記膜のＸ線回折パターンにおいて、立方晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｃに対する、単斜晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｍの比Ｉｍ／Ｉｃは、
式：０≦Ｉｍ／Ｉｃ≦０．００２
を満たす、部品。
【請求項２】
前記Ｘ線回折パターンは、前記立方晶酸化イットリウムと結晶構造が異なる酸化イットリウムに帰属するピークを有しない、請求項１に記載の部品。
【請求項３】
前記膜の厚さは、１００μｍ以下である、請求項１に記載の部品。
【請求項４】
前記膜の厚さは、１０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の部品。
【請求項５】
前記多結晶酸化イットリウムの平均粒径は、１０ｎｍ以下である、請求項１に記載の部品。
【請求項６】
前記膜の厚さ方向の断面を走査型電子顕微鏡により１００００倍の倍率で観察することにより得られる観察像において、ポアの最大径が０ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１に記載の部品。
【請求項７】
前記膜中の酸化イットリウムの含有量は、９９質量％以上であり、
前記膜中のアルミニウムの含有量は、１００質量ｐｐｍ以下であり、
前記膜中のマグネシウムの含有量は、２０質量ｐｐｍ以下であり、
前記膜中のナトリウムの含有量は、５０質量ｐｐｍ以下であり、
前記膜中の亜鉛の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下であり、
前記膜中のカルシウムの含有量は、１００質量ｐｐｍ以下であり、
前記膜中のカリウムの含有量は、５質量ｐｐｍ以下であり、
前記膜中のニッケルの含有量は、１０質量ｐｐｍ以下である、請求項１に記載の部品。
【請求項８】
２５℃の温度の環境下の前記膜の引っ張り強度Ａに対する、４００℃以上６００℃以下の温度環境に前記部品を３０分間曝した後に２５℃の温度環境に前記部品を３０分間曝す処理を３回繰り返した後の前記膜の引っ張り強度Ｂの低下率は、式：Ｘ＝（（Ａ−Ｂ）／Ａ）×１００により表され、２０％以下である、請求項１に記載の部品。
【請求項９】
請求項１に記載の部品を具備する、半導体製造装置。
【請求項１０】
前記半導体製造装置は、プラズマ処理を行うための機構を備え、
前記機構は、前記部品を有する、請求項９に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、部品および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、成膜工程とエッチング工程とを複雑に組み合わることにより製造される。
近年、半導体素子は、高性能化に伴い微細配線を必要とする場合がある。成膜工程は、例えば化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法や物理気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）法等により実施される。また、成膜工程はスパッタリングや原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）法等を用いて実施される。これらの方法は、真空を利用する。例えば、スパッタリングは、スパッタリングターゲットにイオンを衝突させることにより、ターゲット表面から弾き飛ばされた原子を基材上に堆積させる。【０００３】
ドライエッチングはプラズマエッチングの一種である。プラズマエッチングは、フッ素系ガスや塩素系ガスをプラズマ放電させてフッ素系プラズマまたは塩素系プラズマを発生させる。これにより、基材上の薄膜をエッチングすることができる。また、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）のように、エッチングガスをプラズマ化して、イオンによるスパッタリングとエッチングガスの化学反応を同時に行う方法もある。ＲＩＥを用いることにより、微細加工に適した高い精度のエッチングを実現することができる。【０００４】
このように、成膜工程およびエッチング工程のいずれにおいてもプラズマ処理が用いられている。よって、半導体製造装置内はプラズマに曝される。このため、半導体製造装置内に搭載される部品は、プラズマに対する耐久性（耐プラズマ性）を必要とする。【０００５】
半導体素子の歩留まり向上のためにはパーティクルの更なる抑制を必要とする。特に、微細配線化により、平均径０．１μｍ以下のパーティクルの発生の抑制を必要とする。従来の酸化イットリウム膜の上記パーティクルを抑制することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６０８４４６４号公報
【特許文献２】特許第５０４６４８０号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、部品の耐プラズマ性を高めることである。
【０００８】
実施形態の部品は、多結晶酸化イットリウムを有する膜を具備する。膜のＸ線回折パターンにおいて、立方晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｃに対する、単斜晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｍの比Ｉｍ／Ｉｃは、式：０≦Ｉｍ／Ｉｃ≦０．００２を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】部品の構成例を示す図である。
【図２】膜の断面構造例を示す図である。
【図３】半導体製造装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、各部の厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。
【００１１】
図１は、部品の一例を示す図である。部品１は、膜２を具備する。膜２は、例えば基材３上に設けられる。膜２は多結晶酸化イットリウムを含む。多結晶酸化イットリウムは、酸化イットリウム結晶を主体とする。
【００１２】
膜２をＸ線回折（Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）を用いて分析することにより得られるＸＲＤ回折パターンにおいて、立方晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｃに対する単斜晶酸化イットリウムに帰属するピークの最大強度Ｉｍは、式：０≦Ｉｍ／Ｉｃ≦０．００２を満たす。立方晶酸化イットリウムは、立方晶系の結晶構造を有する。単斜晶酸化イットリウムは、単斜晶系の結晶構造を有する。
【００１３】
単斜晶酸化イットリウムに帰属するピークは、３０度以上３３度以下の回折角（２θ）で検出される。また、立方晶酸化イットリウムに帰属するピークは、２８度以上３０度以下の回折角（２θ）で検出される。ＸＲＤ回折パターンが単斜晶酸化イットリウムに帰属する複数のピークを有する場合、当該複数のピークのうち最大強度を有するピークの最大強度を最大強度Ｉｍと定義する。また、ＸＲＤ回折パターンが立方晶酸化イットリウムに帰属する複数のピークを有する場合、当該複数のピークのうち最大強度を有するピークの最大強度を最大強度Ｉｃと定義する。膜２が薄く基材３の影響を受ける場合、薄膜法により最大強度Ｉｍ、Ｉｃを測定してもよい。
【００１４】
ＸＲＤ分析は、膜２の表面にＸ線を照射することにより行われる。ＸＲＤ分析は、Ｃｕターゲット、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ、スリット径（ＲＳ）０．１５ｍｍ、走査スピード０．５秒／ＳＴＥＰで行われる。
【００１５】
酸化イットリウムは、立方晶系、単斜晶系、または六方晶系の結晶構造を有する。酸化イットリウムは、１８００℃付近の温度で立方晶から単斜晶に相転移する。酸化イットリウムは、２２００℃付近の温度で単斜晶から六方晶に相転移する。立方晶は４００℃以上１０００℃以下の温度で安定である。
【００１６】
半導体素子の製造工程におけるプラズマ処理工程は、一般的に４００℃以上６００℃以下の温度で行われる。立方晶酸化イットリウムは、これらの温度領域で安定であるため、相転移に伴う歪の発生を防ぐことができる。単斜晶酸化イットリウムは、立方晶酸化イットリウムに比べて、格子欠陥が多い。単斜晶酸化イットリウムはプラズマ雰囲気に曝されると選択的に腐食されてしまう。これによりパーティクルの発生を招く。
【００１７】
実施形態の部品は、膜２中の立方晶酸化イットリウムの割合を高めることにより、耐プラズマ性を大幅に向上させることができる。Ｘ線回折パターンは、立方晶酸化イットリウムと結晶構造が異なる酸化イットリウムに帰属するピークを有しないことが好ましい。式：０≦Ｉｍ／Ｉｃ≦０．００２を満たすことは、膜２が実質的に立方晶酸化イットリウムからなることを示す。さらに、Ｉｍ／Ｉｃ＝０の場合、Ｘ線回折パターンは、単斜晶酸化イットリウムに帰属するピークを有していないことを示す。すなわち、膜２が立方晶酸化イットリウムからなることを示す。０．００２を超えるＩｍ／Ｉｃは、単斜晶酸化イットリウムの割合が立方晶酸化イットリウムの割合よりも多い。
【００１８】
立方晶酸化イットリウムと単斜晶酸化イットリウムとの混在組織を有する多結晶酸化イットリウム膜を有する部品は、プラズマエッチングによる重量減少率が低いが、膜の均一性も低い。従来の多結晶酸化イットリウム膜におけるＩｍ／Ｉｃは、０．００５以上０．１以下である。これに対し、膜２のＩｍ／Ｉｃは、０以上０．００２以下である。これは、膜２の均一性が従来の多結晶酸化イットリウム膜よりも高いことを示す。Ｉｍ／Ｉｃを低くすることにより、膜２において径０．１μｍ以上０．３μｍ以下のパーティクルの発生を低減できる。
【００１９】
膜２の厚さは、１００μｍ以下が好ましい。厚さが１００μｍを超えると、それ以上の効果が得られず、反ってコストアップの原因となるおそれがある。なお、厚さの下限は特に限定されないが２μｍ以上が好ましい。２μｍ未満では、膜２の機械的強度が低下するおそれがある。このため、膜２の厚さは、２μｍ以上１００μｍ以下、さらには１０μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。
【００２０】
多結晶酸化イットリウムの平均粒径は、１０ｎｍ以下が好ましい。平均粒径を１０ｎｍ以下にすることにより、膜２内のポアを小さくかつ少なくすることができる。ポアは、結晶同士の粒界に形成される。平均粒径は、１０ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下がより好ましい。
【００２１】
平均粒径は、例えば以下の測定方法により測定できる。走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により膜２の表面の拡大写真を撮影する。拡大写真の長さ５μｍの直線上に存在する酸化イットリウム結晶の個数を平均粒径と定義する。
【００２２】
図２は、膜２の断面構造の一例を示す図である。膜２は、酸化イットリウム結晶４を有する。膜２の厚さ方向の任意の断面をＳＥＭにより１００００倍の倍率で観察することにより得られる観察像において、ポアの最大径が０ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。ポアは、任意の断面に対してイオンミリング加工を施して観察される。
【００２３】
ＳＥＭ写真に写るポアの最も長い対角線をポアの最大径とする。０ｎｍのポアの最大径は、ポアが観察されない状態を示す。ポアの最大径を１０ｎｍ以下に小さくすることにより、欠陥の原因となるポアがないため、膜２の耐プラズマ性を改善することができる。多結晶酸化イットリウム（複数の酸化イットリウム結晶４）の平均粒径を小さくすることにより、膜２内のポアの最大径を１０ｎｍ以下にすることができる。なお、ポア最大径０ｎｍとはポアが観察されないことを示す。ＳＥＭ写真であれば、コントラストの差でポアと酸化イットリウム結晶とを区別することができる。
【００２４】
膜２中の酸化イットリウムの含有量は、９９．０質量％以上、さらには９９．３質量％以上が好ましい。膜２中の不純物金属成分の含有量は１質量％以下、さらには０．７質量％以下が好ましい。特に、Ａｌ（アルミニウム）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下、Ｍｇ（マグネシウム）の含有量は、２０質量ｐｐｍ以下、Ｎａ（ナトリウム）の含有量は、５０質量ｐｐｍ以下、Ｆｅ（鉄）の含有量は、５０質量ｐｐｍ以下、Ｚｎ（亜鉛）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下、Ｃａ（カルシウム）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下、Ｋ（カリウム）の含有量は、５質量ｐｐｍ以下、Ｎｉ（ニッケル）の含有量は、１０質量ｐｐｍ以下、Ｃｕ（銅）の含有量は。１０質量ｐｐｍ以下、が好ましい。また、これら含有量は、金属単体で換算された値である。
【００２５】
Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇが半導体膜に混入すると、半導体性能に悪影響を与える。よって、上記部品を備える半導体製造装置を用いて半導体素子を製造したとき、不純物としてＮａ等が混入すると半導体素子の性能に悪影響を与える。
【００２６】
Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕは、プラズマとの反応性が高い。このため、前述の含有量を超えると耐プラズマ性を低下させる原因となる。屈折率のばらつきが１％以下であることは、不純物金属成分の分散状態が均質であることを示している。これにより、部分的に耐プラズマ性が低い箇所ができるのを防ぐことができる。言い換えると、不純物金属成分を少量含有する場合であっても、分散状態を均質にすることにより、耐プラズマ性を向上させることができる。
【００２７】
膜２により部品１の耐熱衝撃性も向上させることができる。耐熱衝撃特性は、常温（２５℃）の引っ張り強度と高温環境下に曝した後の引っ張り強度の低下率を測定するヒートショック試験によって判断することができる。
【００２８】
常温での引っ張り強度Ａ（ＭＰａ）に対する、高温環境下に曝した後の引っ張り強度Ｂ（ＭＰａ）の低下率Ｘは、式：Ｘ（％）＝（（Ａ−Ｂ）／Ａ）×１００により表される。
【００２９】
高温環境下に曝す処理では、「４００℃×３０分→常温×３０分」を１回の処理（１サイクル)とし、上記処理を３回繰り返した後（３サイクル後）の引っ張り強度を引っ張り強度Ｂとする。部品１は耐熱衝撃性が優れているため、引っ張り強度の低下率を２０％以下、さらには１５％以下、さらには１０％以下にすることができる。引っ張り強度は、例えばセバスチャン引張試験法により測定される。すなわち、試験用端子を、エポキシ接着剤を用いて、膜２の表面に接合した後、試験用端子を膜２の表面の垂直方向に引っ張って、膜２と基材３との剥離強度を求める。
【００３０】
セバスチャン引張試験機としては、例えばＱｕａｄＧｒｏｕｐ社セバスチャンＶ−Ａ型を使用することができる。試験条件は、ＦＯＲＣＥ  ＬＩＭＩＴ「Ｍａｘ」、Ａｕｔｏ側スイッチがＲＡＴＥ「Ｌ０から１メモリ（荷重適応速度０．５ｋｇ／ｓｅｃ〜１０ｋｇ／ｓｅｃ）」、ＳＣＡＬＩＮＧ「ＦＯＲＣＥ」とする。なお、荷重適応速度は、引っ張り強度によって引っ張られる速度が変化するので０．５ｋｇ／ｓｅｃ〜１０ｋｇ／ｓｅｃである。引っ張り強度が高いと荷重適応速度が遅くなり、引っ張り強度が低いと荷重適応速度が速くなる。
【００３１】
高温側は４００℃を例示したが、６００℃にしてもよい。４００℃ないし６００℃の温度範囲はドライエッチング装置内の最高到達温度を想定して調整された温度である。部品１は６００℃の高温環境下に曝した後であっても、引っ張り強度の低下率を２０％以下、さらには１５％以下、さらには１０％以下にすることができる。
【００３２】
次に、部品１の製造方法について説明する。部品１の製造方法は特に限定されないが歩留まり良く得るための方法として次の方法が挙げられる。
【００３３】
基材３を用意する。基材３は、例えばセラミックス、金属等が挙げられるが、特に限定されない。セラミックスとしては、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。金属としては、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等が挙げられる。基材３の表面は、表面粗さＲａ２μｍ以下の平坦面を有することが好ましい。
【００３４】
次に、基材３上に酸化イットリウム膜を形成する工程を行う。成膜方法はスパッタリングが好ましい。まず、金属イットリウム製スパッタリングターゲットを用意する。金属イットリウムターゲットであれば、溶解法を繰り返すことにより、純度と密度を向上させることができる。例えば、Ｙ２Ｏ３粉末を固めたターゲットでは、緻密化が難しい。また、緻密化のために焼結助剤を使う必要があるため、不純物の混入が避けられない。
【００３５】
金属イットリウムターゲットの純度は９９．０質量％以上、さらには９９．３質量％以上が好ましい。ターゲット中のＡｌ（アルミニウム）の含有量は、３００質量ｐｐｍ以下、Ｍｇ（マグネシウム）の含有量は、２０質量ｐｐｍ以下、Ｎａ（ナトリウム）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下、Ｆｅ（鉄）の含有量は、５０質量ｐｐｍ以下、Ｚｎ（亜鉛）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下、Ｃａ（カルシウム）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下、Ｋ（カリウム）の含有量は、１０質量ｐｐｍ以下、Ｎｉ（ニッケル）の含有量は、２０質量ｐｐｍ以下、Ｃｕ（銅）の含有量は、２０質量ｐｐｍ以下が好ましい。
【００３６】
不純物希土類元素を除いて、金属イットリウムの含有量は９９．９質量％以上が好ましい。不純物希土類元素とはイットリウム以外の希土類元素である。金属イットリウムターゲット中の不純物金属成分量を制御しておくことにより、酸化イットリウム膜中の不純物金属成分量を制御できる。
【００３７】
金属イットリウムターゲットをスパッタリングして、金属イットリウム膜を形成する。次に、酸化工程を行う。金属イットリウム膜の形成と酸化工程とを交互に行うことにより膜２を形成する。酸化工程では酸素含有雰囲気で金属イットリウム膜を加熱する。酸素雰囲気での加熱を１０００℃以下の温度で行うことにより、式：０≦Ｉｍ／Ｉｃ≦０．００２を満たすことができる。
【００３８】
金属イットリウムターゲットを使ったスパッタリング膜の厚さを１０ｎｍ以下にして酸化することにより、多結晶酸化イットリウム結晶の平均粒径を１０ｎｍ以下にすることができる。スパッタリング膜の厚さを薄くして酸化することにより、酸化イットリウム結晶のサイズを小さくすることができる。金属イットリウム成膜→酸化工程→金属イットリウム成膜→酸化工程を繰り返すことにより、ポアが小さくかつ少ない多結晶酸化イットリウムを形成することができる。また、厚さ１０ｎｍ以下である薄い金属イットリウム膜を酸化する工程とすることにより、均質な膜を形成することができる。
【００３９】
成膜雰囲気を真空中にすることが好ましい。真空度は０．５Ｐａ以下が好ましい。酸化工程はプラズマ処理を使って行うことが好ましい。酸化工程は酸素含有雰囲気で熱処理することにより、金属イットリウムを酸化イットリウムに変える工程である。前述のように金属イットリウム膜は１０ｎｍ以下の薄い膜である。プラズマ処理を用いることにより、短時間で酸化工程を行うことができる。
【００４０】
プラズマ処理は、１工程１秒以下（１ｓｅｃ／ｐａｓｓ以下）、さらには０．５ｓｅｃ／ｐａｓｓ以下で行われることが好ましい。通常の酸素含有雰囲気中の熱処理では３０ｓｅｃ／ｐａｓｓ程度かかる。短時間で酸化工程を行うことにより、結晶粒径の粒成長を抑制できる。また、真空中で熱処理することにより、金属イットリウム膜への熱の伝わり方を均一にできる。熱の伝わり方を均一にすると粒成長の度合いが均一になる。これにより、ポアの形成を抑制することができる。
【００４１】
金属イットリウムターゲットを用い、酸素含有雰囲気中でスパッタリングする反応性スパッタリングを用いることも有効である。反応性スパッタリングは、スパッタリング雰囲気中の酸素と反応させながら酸化イットリウム膜を形成する方法である。前述の金属イットリウム膜を酸化する方法に比べて酸化熱処理工程が無いので、製造設備の負荷は軽減される。その一方で、スパッタリング雰囲気中の酸素と反応させるため、成膜時間が長い。上記製造方法はＹ２Ｏ３粉末を燃焼炎を使って成膜してないために、単斜晶酸化イットリウムが形成され難くなっている。
【００４２】
燃焼炎を用いて酸化イットリウム膜を形成する場合、瞬間的にＹ２Ｏ３粉が高温に曝されるため、単斜晶酸化イットリウムが形成されやすい。これに対し、膜２は、例えば金属イットリウム膜を酸化することにより形成されるため、実質的に立方晶酸化イットリウムのみからなる多結晶酸化イットリウムを有する膜を形成することができる。
【００４３】
次に、実施形態の部品を具備する半導体製造装置の例について説明する。実施形態の半導体製造装置の例は、チャンバと、チャンバ内に設けられ、基材を載置する支持体と、チャンバ内でプラズマを発生させてプラズマ処理を行うための機構と、を具備する。上記機構は、実施形態の部品を有する。
【００４４】
プラズマ処理としては、ＲＩＥ、プラズマＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、またはプラズマエッチング等が挙げられる。
【００４５】
半導体素子の製造工程は、ＣＶＤやＰＶＤ等が使われ、プラズマを使って行われる工程が多い。配線膜のエッチングにより微細配線を形成する。例えば、エッチング工程は、ドライエッチング法が使われている。ドライエッチングはプラズマエッチングの一種である。プラズマエッチング法は、フッ素系ガスや塩素系ガスをプラズマ放電させてフッ素系プラズマまたは塩素系プラズマを発生させる。これにより、基材上の薄膜をエッチングしていくことができる。
【００４６】
ＲＩＥは、エッチングガスをプラズマ化して、イオンによるスパッタリングとエッチングガスの化学反応を同時に行う。ＲＩＥを使うことにより、微細加工に適した高い精度のエッチングを実現することができる。
【００４７】
半導体製造装置内はプラズマに曝される。半導体製造装置内に用いる部品の耐プラズマ性を向上することにより、装置自体の耐久性を向上させることができる。また、パーティクルの発生も防ぐことができるため、半導体素子の歩留まりも向上させることができる。
【００４８】
部品としては、例えば静電チャック、チャンバ、マイクロ波導入窓、シャワーヘッド、フォーカスリング、シールドリング等が挙げられる。また、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）半導体等、より微細配線を求められる半導体素子の製造装置に有効である。
【００４９】
図３は、半導体製造装置としてドライエッチング装置の構成例を示す模式図である。図３に示す半導体製造装置は、処理室４０と、放電管４１と、試料台４４と、導波管４６と、放電管４１に磁界を発生させるソレノイドコイル４７と、導波管４６の端部に設けられ、マイクロ波を発生させるマグネトロン４８と、を具備する。
【００５０】
処理室４０は、プラズマ処理を行うための空間と、エッチングガスを導入するためのガス供給口４２と、真空排気口４３と、を有する。真空排気口４３は、例えば真空ポンプに接続される。真空ポンプは、処理室４０内を排気して真空雰囲気を形成する。
【００５１】
放電管４１は、処理室４０の上部に設けられている。放電管４１は、例えば石英等により形成される。実施形態の部品は、例えば放電管４１に用いられる。放電管４１が基材３であるとき、膜２は、放電管４１の内面に設けられている。放電管４１の外側には導波管４６が設けられている。
【００５２】
試料台４４は、処理室４０の内部に設けられている。試料台４４は高周波電源４５に接続され、高周波電力を受けることができる。
【００５３】
図３に示す半導体製造装置では、ガス供給口４２から処理室４０の内部にエッチングガスを導入し、処理室４０の内部を減圧排気する。導波管４６によりマグネトロン４８からのマイクロ波を放電管４１の内部に導入してソレノイドコイル４７によって磁界を形成する。マイクロ波の電界とソレノイドコイル４７により磁界との相互作用によって放電管４１の内部のエッチングガスをプラズマ化する。さらに高周波電源４５により試料台４４に高周波電力を印加してバイアス電圧を発生させて、プラズマ中のイオンをウェハ４９側に引き込み、異方性エッチングを行う。
【００５４】
実施形態の部品は、高い耐プラズマ性を有する。よって、半導体製造装置に用いる場合にパーティクルの発生を低減することができる。また、放電管４１の表面の露出を抑制することができるため、当該表面の一部の剥離によるパーティクルの発生を低減することができる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１〜５、比較例１）
基材としてアルミナ基板を用意した。基板表面の表面粗さＲａが１．０μｍになるように研磨加工を施した。次に、純度９９．５質量％の金属イットリウムターゲットを用意した。アルミナ基板上に、金属イットリウム膜を形成する工程と酸化工程を繰り返して多結晶酸化イットリウムを含む膜を形成した。また、実施例１ないし３は金属イットリウム膜の厚さは３〜７ｎｍの範囲とした。金属イットリウム膜形成工程と酸化工程とを繰り返すことにより、表１に示す厚さを有する部品１を作製した。【００５６】
実施例５は金属イットリウム膜の厚さを８０〜１００ｎｍ→酸化工程を繰り返して作製した。実施例および比較例の酸化イットリウム膜の厚さは２０μｍに統一した。実施例１、２ではプラズマ処理を用いて０．５ｓｅｃ／ｐａｓｓ以下の酸化工程を行った。実施例３および実施例５では酸素含有雰囲気中で、平均３０ｓｅｃ／ｐａｓｓで熱処理した。実施例４では酸素含有雰囲気中で反応性スパッタリング法により成膜した。比較例１では従来の燃焼フレーム炎を使った方法によりＹ２Ｏ３膜を形成した。【００５７】
金属イットリウムターゲットにおける、Ａｌ（アルミニウム）の含有量は１００質量ｐｐｍ以下、Ｍｇ（マグネシウム）の含有量は５質量ｐｐｍ以下、Ｎａ（ナトリウム）の含有量は１０質量ｐｐｍ以下、Ｆｅ（鉄）の含有量は２０質量ｐｐｍ以下、Ｚｎ（亜鉛）の含有量は１０質量ｐｐｍ以下、Ｃａ（カルシウム）の含有量は１０質量ｐｐｍ以下、Ｋ（カリウム）の含有量は５質量ｐｐｍ以下、Ｎｉ（ニッケル）の含有量は１０質量ｐｐｍ以下、Ｃｕ（銅）の含有量は１０質量ｐｐｍ以下、である。不純物希土類元素を不純物金属に含めると、金属イットリウムターゲットの純度は９９．２質量％であった。【００５８】
実施例および比較例にかかる部品に対し、ＸＲＤ分析を行った。ＸＲＤ分析はＣｕターゲット、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ、スリット径（ＲＳ）０．１５ｍｍ、走査スピード０．５秒／ＳＴＥＰにて行った。３０度以上３３度以下の回折角（２θ）で現れるピークを単斜晶に帰属するピーク、２８度以上３０度以下の回折角（２θ）に現れるピークを立方晶に帰属するピークとして、Ｉｍ／Ｉｃを求めた。【００５９】
多結晶酸化イットリウムの平均粒径を求めた。平均粒径は膜表面をＳＥＭにより観察し、直線５μｍ上の酸化イットリウム結晶の数を求める線密度法にて求めた。【００６０】
膜内のポアの最大径を求めた。ポアの最大径は膜の断面を１００００倍の倍率でＳＥＭにより観察することにより得られる観察像において、ポアの最も長い対角線を最大径とした。任意の断面における単位面積５μｍ×５μｍの範囲の中で最も大きなポアの長径を最大径として示した。その結果を表１に示す。【００６１】
【表１】
2019026818.tif 000003
【００６２】
表からわかる通り、実施例１〜５にかかる膜のＩｍ／Ｉｃは０．００２以下であった。また、Ｉｍ／Ｉｃ＝０であった実施例１および実施例２では、単斜晶酸化イットリウムに帰属するピークが検出されず、立方晶酸化イットリウムに帰属するピークのみ検出された。また、実施例１は単位面積５μｍ×５μｍの中ではポアは観察されなかった。なお、Ｘ線回折パターンが立方晶に帰属するピークのみであることは、ＰＤＦデータベースの００−０４１−１１０５もしくは００−０４３−１０３６と照合することからわかる。【００６３】
実施例５は平均粒径が８９ｎｍと大きかった。粒径の大型化に伴いポアの最大径も大きかった。比較例１はＩｍ／Ｉｃが０．１と大きかった。【００６４】
次に、実施例および比較例にかかる部品の耐熱衝撃性を測定した。耐熱衝撃性は引っ張り強度Ａに対する引っ張り強度Ｂの低下率で求めた。高温環境下は４００℃と６００℃で行った。具体的には「４００℃×３０分→常温×３０分」を１サイクルとし、３サイクル後の引っ張り強度Ｂを測定した。また、「６００℃×３０分→常温×３０分」を１サイクルとし、３サイクル後の引っ張り強度Ｂを測定した。引っ張り強度はセバスチャン引張試験法により測定した。具体的には、試験用端子をエポキシ接着剤を用いて膜の表面に接合した後、試験用端子を膜の表面の垂直方向に引っ張って、基材と膜との剥離強度を求めた。それぞれ５回行い最小値、最大値で示した。また、５回の平均値も示した。また、低下率は最も低下した割合を記載した。【００６５】
セバスチャン引張試験機は、ＱｕａｄＧｒｏｕｐ社セバスチャンＶ−Ａ型を使用した。試験条件は、ＦＯＲＣＥ  ＬＩＭＩＴ「Ｍａｘ」、Ａｕｔｏ側スイッチがＲＡＴＥ「Ｌ０から１メモリ（荷重適応速度０．５ｋｇ／ｓｅｃ〜１０ｋｇ／ｓｅｃ）」、ＳＣＡＬＩＮＧ「ＦＯＲＣＥ」とした。その結果を表２に示す。【００６６】
【表２】
2019026818.tif 000004
【００６７】
実施例１〜４は引っ張り強度の低下率は１０％以下であった。また、実施例５は６００℃のときに１７％以下であった。これは多結晶酸化イットリウムの平均粒径が８９ｎｍと大きかったためである。それに対し、比較例１は低下率が３０％以上と悪化した。【００６８】
引っ張り強度Ａの最小値は、５２ＭＰａ以上であり、引っ張り強度Ａの最大値は、５７ＭＰａ以上であり、引っ張り強度Ａの平均値は、５３ＭＰａ以上であり、引っ張り強度Ｂの最小値は、３７ＭＰａ以上であり、引っ張り強度Ｂの最大値は、４４ＭＰａ以上であり、引っ張り強度Ｂの平均値は、４２ＭＰａ以上であった。【００６９】
次に、実施例および比較例にかかる部品の耐プラズマ性能を調べた。耐プラズマ性は、プラズマエッチング工程に使われるフッ素系ガスと塩素系ガスの両方のガスを用いて、重量減少量、パーティクルの発生の有無を調べた。また、それぞれ厚さを変えたものについても実施した。【００７０】
重量減少量はプラズマエッチング工程を２４時間後の減った重量を重量減少量として示した。また、Ｓｉ基板上のパーティクルの発生個数を０．１μｍ未満と０．１μｍ以上のサイズに分けて示した。なお、パーティクルの発生個数はＳｉ基板上の単位面積１ｃｍ２あたりの個数とした。その結果を表３に示す。【００７１】
【表３】
2019026818.tif 000005
【００７２】
表からわかる通り、立方晶酸化イットリウムの比率を高めた実施例は重量減少量が低減された。耐プラズマ性が優れていることがわかる。また、それに伴いパーティクルの発生量も低減した。特に、平均径０．１μｍ未満の小さなパーティクルも低減できている。微細配線化に十分対応できるものである。【００７３】
実施例５のように平均粒径やポア最大径が大きくなると耐プラズマ性が低下した。特に、厚さが１００μｍを超えると耐プラズマ性が低下した。このため、厚さは１００μｍ以下、さらには１０μｍ以上５０μｍ以下が好ましいことが分かった。比較例のようにＩｍ／Ｉｃが範囲外であると、耐プラズマ性が低下した。【００７４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【図１】
2019026818.tif 000006
【図２】
2019026818.tif 000007
【図３】
2019026818.tif 000008
【国際調査報告】
2019026818.tif 000009
2019026818.tif 000010
2019026818.tif 000011
2019026818.tif 000012