(57)【要約】【課題】  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生じるパーティクルの発生を抑制すること。【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、表面粗さＲａが４μｍ〜１０μｍのアルミナ基材である半導体製造装置用部材。【選択図】  図１
2006008474.tif 000002
【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使用される半導体製造装置用部材において、
表面粗さＲａが４μｍ〜１０μｍ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】
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おいて、
化学的エッチングによる処理が行われ、表面粗さＲａが４μｍ〜１０μｍ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３】
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おいて、
サンドブラストによる処理が行われ、次に、化学的エッチングによる処理が行われ、表面粗さＲａが４μｍ〜１０μｍ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４】
請求項２又は３に記載の半導体製造装置用部材において、
化学的エッチングによる処理の後に熱処理を行う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６に示す。
【０００３】
図６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】
この他に、マスクエッチング加工により複数の凹凸を形成する方法（特許文献２）、又は、酸性エッチング液中で侵食処理してセラミックスの破砕層を除去する方法（特許文献３）が知られている。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１９１３７０号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５０２４号公報
【特許文献３】特開２００３−１７１１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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】
【００１３】
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、表面粗さＲａが４μｍ〜１０μｍ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】
【００１４】
本発明によれば、半導体製造用部材の表面の層、即ち表層は、表面粗さＲａが４〜１０μｍ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る。つまり、この表層に一旦付着した粒子類などは、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・不具合が回避・解消される。
【００１５】
また、ガス放出性も抑制されるので、例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ることに伴って、耐プラズマ性が助長され、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を提供できる。
【００１６】
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半導体製造装置用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】
【００１７】
半導体製造装置用部材は、アルミナ基材を化学的にエッチングすることにより製造される。化学的エッチングによるアルミナ基材の模式的な表面状態の変化を図１に示す。図１（Ａ）の化学的エッチング前の表面状態は、エッチングにより粒界が選択的に消耗されて、図１（Ｂ）のように例えばＲａ１．２μｍの表面粗さの状態になる。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、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】
このようにアルミナ基材の表面が凹凸状態になることにより、表面にアンカー効果が生じる。アルミナ基材を化学的エッチングすることにより、表面粗さがＲａ４μｍ〜Ｒａ１０μｍとなるように処理することができ、この範囲にすることにより、特にパーティクルの発生を抑制することができる。表面粗さＲａが４μｍより小さい場合、及び表面粗さＲａが１０μｍより大きい場合、パーティクルの発生が多くなり、表面粗さがＲａ４μｍ〜Ｒａ１０μｍの範囲が好ましい。サンドブラストでは多数のマイクロクラックが発生するが、化学的なエッチングによりマイクロクラックの発生を低減することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
以下、図面を参照して実施例を説明する。
【００２１】
［比較例１］
比較例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によって表面加工したものを使用した。次に、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。その後にアルミナ基材を断面で切断した。その断面を電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）で撮像した画像を図２に示す。図２（Ａ）は、アルミナ基材の断面の表層を示しており、１０００倍の拡大画像である。図２（Ｂ）は、アルミナ基材の表面を示しており、２０００倍の拡大画像である。これらの画像は、アルミナ基材の表面にマイクロクラックが多数発生していることを示している。
【００２２】
［実施例１］
実施例１は、比較例１で作製したと同一の処理をしたアルミナ基材（サンドブラストしたアルミナ基材）を用い、約１ＭＰａ（１０ａｔｍ）の加圧下で、１８０℃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、表面を化学エッチング処理をしたものである。その後にアルミナ基材を断面で切断した。その断面を電子顕微鏡写真で撮像した画像を図３に示す。図３（Ａ）は、アルミナ基材の断面の表層を示しており、１０００倍の拡大画像である。図３（Ｂ）は、アルミナ基材の表面を示しており、２０００倍の拡大画像である。表面は、マイクロクラックが除去された微細な凹凸構造となっている。すなわち、表面は微細な凹凸構造を有する一方、マイクロクラックが除かれた良好なエッチング状態が確認された。
【００２３】
［実施例２］
実施例２は、グラインダー処理、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、表面を化学的エッチング処理されたアルミナ基材について、更に、１７００℃で４時間、熱処理を施したものである。表面を熱処理した後に切断し、その断面を電子顕微鏡写真で撮像した画像を図４に示す。表面は、マイクロクラックが除去された微細な凹凸構造であった。図４（Ｂ）では、表面の凹凸構造について、図３（Ｂ）と比較すると、より鮮明になっていることを示している。
【００２４】
［実施例３］
実施例３は、比較例１で作製したと同一のグラインダー処理、ブラスト処理を施したアルミナ基材について、化学エッチングを行い、更に熱処理を施したものである。化学エッチングと熱処理は、実施例２とほぼ同一の条件で行った。表面を熱処理した後に切断し、その断面を電子顕微鏡写真で撮像し、その画像を図５に示す。表面は、実施例２よりも更に凹凸構造を有する。
【００２５】
［比較例２］
比較例２は、グラインダー処理、ブラスト処理、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２０時間浸漬し、表面を化学的エッチング処理されたアルミナ基材について、更に、１７００℃で４時間、熱処理を施したものである。
【００２６】
［比較］
実施例１〜３と比較例１〜２について、表面粗さとパーティクル数について、表１にまとめてある。
【００２７】
【表１】
2006008474.tif 000003
【００２８】
実施例の場合は、いずれもエッチングの進行がスムースで、また、エッチング状態も全体的によかった。特に、実施例２では表面粗さＲａが７．２で、パーティクル数が３３であり、また、実施例３では表面粗さＲａが１０．４で、パーティクル数が３５であり、パーティクル数が少ない。実施例１では表面粗さＲａが４．６で、パーティクル数が４３である。その結果、表面粗さがＲａ４μｍ〜Ｒａ１０μｍの範囲が好ましい。これに対して、比較例１の場合は、パーティクル数が６７と多く、表層が剥離し易い状態にあり、耐プラズマ性及びパーティクルの剥離・離脱性などに問題がある。比較例２の場合は、パーティクル数が７０と多く、化学的エッチングにより表層のアルミナ粒子のネックが弱くなったため剥離し易い状態であった。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】比較例のアルミナ基材面の電子顕微鏡画像
【図３】実施例１のアルミナ基材面の電子顕微鏡画像
【図４】実施例２のアルミナ基材面の電子顕微鏡画像
【図５】実施例３のアルミナ基材面の電子顕微鏡画像
【図６】半導体製造装置の概略図
【符号の説明】
【００３１】
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６】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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