(57)【要約】【課題】  アンカー効果が得られ易く、パーティクル数が少なくなる半導体製造装置用部材を提供すること。【解決手段】  半導体ウエハを処理する半導体製造装置に配置される半導体製造装置用部材において、表層が２０％〜６０％の気孔率を持ち、気孔の深さが１０μｍ〜１００μｍの多孔質のアルミナ基材であることを特徴とする半導体製造装置用部材。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを処理する半導体製造装置に配置される半導体製造装置用部材において、
表層が２０％〜６０％の気孔率を持ち、気孔の深さが１０μｍ〜１００μｍの多孔質のアルミナ基材であることを特徴とする半導体製造装置用部材。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体製造装置用部材において、
表層の表面粗さＲａが２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする半導体製造装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハを処理する半導体製造装置に使用される半導体製造装置用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハに微細な加工を施すエッチング装置やスパッタリング装置、或いは半導体ウエハに成膜を行うＣＶＤ装置などの半導体製造装置が使用されている。そして、これらの半導体製造装置として、例えばヘリコン波プラズマエッチング装置が知られ、その構成の概略を図２に示す。
【０００３】
図２において、エッチング処理室１は、エッチングガス供給口２および真空排気口３を有し、その外周には、アンテナ４、電磁石５および永久磁石６が設置されている。また、処理室１内には、被処理体となる半導体ウエハ７を支持する下部電極８が配置されている。なお、前記アンテナ４は、第１のマッチングネットワーク９を介して第１の高周波電源１０に接続し、下部電極８は、第２のマッチングネットワーク１１を介して第２の高周波電源１２に接続している。半導体製造装置用部材は、主にエッチング処理室１の壁部材や室内に配置される。
【０００４】
このエッチング装置によるエッチングは、次のように行われる。すなわち、下部電極８面上に半導体ウエハ７を載置して、処理室１内を真空化した後、エッチングガス供給口２からエッチングガスを供給する。次いで、対応するマッチングネットワーク９、１１を介して高周波電源１０、１２から、アンテナ４および下部電極８に、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電流を流す。また、電磁石５に所要の電流を流して、処理室１内に磁界を発生させることにより、高密度のプラズマを発生させる。このプラズマエネルギーによって、エッチングガスを原子状態に分解して、半導体ウエハ８面に形成された膜のエッチングが行われる。
【０００５】
この種の半導体製造装置では、エッチングガスとして塩素系ガス（例えば塩化ホウ素（ＢＣｌ）など）を、もしくはフッ素系ガス（例えばフッ化炭素（ＣＦ４）など）の腐食性ガスを使用する。したがって、処理室１の内壁部、監視窓、マイクロ波導入窓、下部電極８、静電チャック、サセプタなど、腐食性ガス雰囲気下でプラズマに曝される半導体製造装置用部材については、耐プラズマ性が要求される。
【０００６】
上記プラズマエネルギーを利用するエッチング手段や成膜手段においては、更に、次のような問題がある。成膜過程で、例えば半導体ウエハの被成膜面だけでなく、プラズマに曝される処理室内壁や被成膜基体を支持する支持体などの半導体製造装置用部材の面にも、成膜成分粒子が付随的に付着・堆積して成膜する。これら半導体製造装置用部材の面に付着・堆積した成膜成分の一部が、剥離ないし離脱して、小さな粒子（パーティクル）が被成膜面に付着する現象がある。
【０００７】
半導体製造装置用部材の面から離脱したパーティクルの再付着は、例えば形成中の回路パターンなど成膜の遮断や品質低下などとなって、半導体製品の信頼性ないし歩留まりの低下を招来する。このパーティクル離脱防止能を付与するため、通常、プロセスごとに、或いは定期的に、プラズマ利用のドライクリーニング、もしくはチャンバーメンテナンスによって、チャンバー内に堆積した膜を除去している。
【０００８】
また、半導体製造装置用部材の表面を粗面化する手段も提案されている（特許文献１）。すなわち、サンドブラスト処理や研磨加工によって、表面を粗面化し、付着・堆積する膜との物理的な結合を強めて剥離し難くする（アンカー効果の付与）方法が知られている。
【０００９】
しかし、サンドブラスト処理などによる粗面化手段では、ガス放出性の問題を抱えるだけでなく、充分なアンカー効果を付与できず、依然としてパーティクル離脱の問題が残されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１９１３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、アンカー効果が得られ易く、パーティクル数が少なくなる半導体製造装置用部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、半導体ウエハを処理する半導体製造装置に配置される半導体製造装置用部材において、表層が２０％〜６０％の気孔率を持ち、気孔の深さが１０μｍ〜１００μｍの多孔質のアルミナ基材であることを特徴とする半導体製造装置用部材である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体製造用部材の表層は、２０％〜６０％の気孔率を持ち、気孔の深さが１０μｍ〜１００μｍの多孔質のアルミナ基材であり、アンカー効果が得られ易く、パーティクル数が少なくなる。また、化学的エッチング処理により、マイクロクラックが減少し、更にパーティクル数が少ない状態となっている。つまり、この表層に一旦付着した粒子類などは、前記投錨的な作用・効果に伴って、すぐれたアンカー効果を呈し、マイクロクラック数の減少により、付着する粒子や形成する膜の離脱・剥離などの不都合・不具合が全面的に回避・解消される。
【００１４】
また、ガス放出性も抑制されているので、たとえば蒸着やスパッタリングの処理室内壁面などの構成部材としての使用で、歩留まりよく、信頼性の高い加工が可能となる。さらに、プラズマエッチングの起点となるマイクロクラックが、基材の表層から除去されていることに伴って、耐プラズマ性が助長されるし、マイクロクラックの影響も回避されるので、熱応力の問題も抑制され、機械的な耐久性の高い構成部材が提供されることになる。
【００１５】
すぐれたアンカー効果及び耐熱応力性を有するだけでなく、ガス放出性も抑制されて、信頼性の高い加工が可能なセラミックス構造部材を歩留まりよく、かつ量産的に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
半導体製造装置用部材は、半導体製造装置の内部に配置され、その表面の層がエッチング処理など、半導体ウエハの処理環境におかれるものである。半導体製造装置用部材は、その表層が２０％〜６０％の気孔率を持ち、気孔の深さが１０μｍ〜１００μｍの多孔質のアルミナ基材であることが望ましい。更に、その表層の表面粗さＲａが２μｍ〜１０μｍであることが望ましい。このような表層を形成するために、化学的エッチング処理を行う。この処理により、サンドブラストでは発生する破砕層が形成されない。また、表層を多孔質にすることにより、小さな表面粗さＲａとすることができ、高いアンカー効果を得ることができる。これにより、パーティクルの発生を抑えることができ、また、クリーニングライフを長くすることができ、歩留まりが向上する。
【００１７】
アルミナ基材を化学的エッチング処理することにより、表層が変化する模式図を図１に示す。図１（Ａ）は、化学的エッチング前の表面状態を示している。図１（Ｂ）は、エッチングにより粒界が選択的に消耗された状態を示し、例えばＲａ１．２μｍの表面粗さの表面状態を示している。更にエッチングを継続すると、エッチングされた粒界部分を経由し、深部の粒界がエッチングされ、図１（Ｃ）のように例えばＲａ４μｍ以上の表面粗さの状態になる。なお、アルミナ基材は、少なくとも表層の主成分がアルミナからなる部材である。このような化学的エッチング処理により、アルミナ基材の表面が最適な凹凸状態に形成し、マイクロクラックの発生を抑え、パーティクルの発生を抑制することができる。なお、本発明の半導体製造装置用部材は、少なくとも表層の主成分がアルミナからなる部材であり、部材全体がアルミナであっても、又は表層のみ、又は半導体製造装置の処理室に露出する表層がアルミナであってもよい。
【００１８】
なお、アルミナ基材は、真空装置の構造材となっていることが多く、Ｏリングで気密性を維持することがある。このような箇所には、適宜、粗面化をほどこさない処理が必要であるが、例えば、シリコーン接着剤を塗布したマイカテープなどで予めマスキング処理した後、化学的エッチング処理をすれば良い。化学的エッチングを行う酸性溶液には、マスキング部は極力浸漬しないようにする必要がある。
【００１９】
以下、図面を参照して実施例を説明する。
【００２０】
［実施例１］
実施例１の半導体製造装置用部材は、純度９９．９重量％、平均粒径２５μｍのアルミナ基材（アルミナ焼結体）をグラインダー処理したものを使用した。このグラインダー処理したアルミナ基材について、次のように化学エッチング処理を施したものである。化学エッチング処理は、約３ＭＰａ（３０ａｔｍ）の加圧下で、２３０℃に加熱・保持された濃度２５重量％の硫酸水溶液中に１６時間浸漬した。更に、１７００℃で４時間、熱処理を施した。
【００２１】
この処理により、半導体製造装置用部材の表層は、２３％の気孔率を持ち、気孔の深さが１８．７μｍであり、表面粗さが２．８μｍの多孔質となった。この半導体製造装置用部材は、パーティクル数が３４個であった。なお、パーティクル数の測定は、ＮＦ３ドライクリーニング１回／１２枚を１サイクルとして、５０サイクル後の最後の１枚のパーティクル数である。
【００２２】
気孔の深さはアルミナ基材を断面で切断し、その断面を電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）で撮像した画像から求めた。また気孔率も同様に断面画像から解析ソフトを用いて算出した。
【００２３】
［実施例２］
実施例２の半導体製造装置用部材は、実施例１の同じグラインダー処理をしたアルミナ基材について、ＳｉＣ粒子によるサンドブラストで表面加工処理を施した。実施例１と同様に化学エッチング加工処理、熱処理を行った。
【００２４】
この処理により、半導体製造装置用部材の表層が４４％の気孔率を持ち、気孔の深さが７２．９μｍであり、表面粗さが７．２８μｍの多孔質のアルミナ基材となり、パーティクル数が２１個であった。
【００２５】
［実施例３］
実施例３の半導体製造装置用部材は、実施例１の同じグラインダー処理したアルミナ基材について、ＳｉＣ粒子によるサンドブラストで表面加工処理を施した。実施例１と浸漬時間のみ異なる２０時間で化学エッチング加工処理、熱処理を行った。
【００２６】
この処理により、半導体製造装置用部材の表層が５８％の気孔率を持ち、気孔の深さが９２．１μｍであり、表面粗さが９．５μｍの多孔質のアルミナ基材となり、パーティクル数が４３個であった。
【００２７】
［比較例１］
比較例１の半導体製造装置用部材は、実施例１の同じグラインダー処理したものを使用した。このグラインダー処理したアルミナ基材について、ＳｉＣ粒子によるサンドブラストで表面加工処理を施した。この処理により、表面粗さが４．７μｍのアルミナ基材となり、パーティクル数が７３個であった。
【００２８】
［比較例２］
比較例２の半導体製造装置用部材は、実施例１の同じグラインダー処理したアルミナ基材について、化学エッチング加工処理は約１．６ＭＰａ（１６ａｔｍ）の加圧下で、２００℃に加熱・保持された濃度２５重量％の硫酸水溶液中に１６時間浸漬させた。更に熱処理を行った。この処理により、半導体製造装置用部材の表層が１４％の気孔率を持ち、気孔の深さが７．０μｍであり、表面粗さが１．６μｍの多孔質のアルミナ基材となり、パーティクル数が１１５個であった。
【００２９】
［比較例３］
比較例３の半導体製造装置用部材は、実施例１の同じグラインダー処理したアルミナ基材について、実施例１と浸漬時間のみ異なる２５時間で化学エッチング加工処理、熱処理を行った。この処理により、半導体製造装置用部材の表層が７７％の気孔率を持ち、気孔の深さが２２３．３μｍであり、表面粗さが１７．９μｍの多孔質のアルミナ基材となり、パーティクル数が１３２個であった。
【００３０】
［比較］
以上の実施例１〜３と比較例１〜３について、気孔率（％）、深さ（μｍ）、表面粗さＲａ（μｍ）、及びパーティクル数（個数）のデータを表１にまとめてある。
【００３１】
【表１】
2006013288.tif 000003
【００３２】
比較例１のサンドブラスト処理の場合、表層が多孔質でなく、粗面化は、Ｒａ４．７が最大であり、しかも、破砕層が形成される。そのため、パーティクル数が７３個と多くなっている。それに対して、本発明は、化学エッチング処理により、破砕層が形成されず、多孔質になる。そのため、薄膜の剥離を防ぎ、しかも、小さな表面粗さでも高いアンカー効果を得ることができる。更に、小さな表面粗さのため、プラズマの集中による消耗が少なく、パーティクル量が減少した。その結果、クリーニングライフを長くすることができ、歩留まりの向上が得られる。
【００３３】
比較例２では、気孔率が１４であり、パーティクル数が１１５と多い。このように気孔率が２０％以下の場合、気孔による効果が少なく、パーティクル数が多くなっている。また、比較例３では、気孔率が７７であり、パーティクル数が１３２と多い。このように気孔率が６０％以上の場合、自己発塵を起こしなっている。
【００３４】
また、これらのデータからして、気孔の深さは１０μｍ以下の場合、気孔による効果が少なく、パーティクル数が例えば１１５と多くなっている。また、気孔の深さ１００μｍ以上の場合、自己発塵を起こし、パーティクル数が例えば１３２と多くなっている。
【００３５】
また、これらのデータからして、表面粗さＲａは２μｍ以下の場合、表面粗さによる効果が少なく、パーティクル数が例えば１１５と多くなっている。また、表面粗さＲａは１０μｍ以上の場合、パーティクル数が例えば１３２と多くなっている。
【００３６】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。また、その使用例も幅広い用途が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の化学的エッチングによる表面の状態を示す概略図
【図２】半導体製造装置の概略図
【符号の説明】
【００３８】
１・・・エッチング処理室
２・・・エッチングガス供給口
３・・・排出口
４・・・アンテナ
５・・・電磁石
６・・・永久磁石
７・・・半導体ウエハ
８・・・下部電極
９・・・第１のマッチングネットワーク
１０・・第１の高周波電源
１１・・第２のマッチングネットワーク
１２・・第２の高周波電源
【図１】
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【図２】
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