(57)【要約】【課題】ガラス状炭素からなるプラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材の炭素処理工程での生産効率を向上させ、かつ、高い寸法精度、即ち真円度を容易に実現できるようにすることである。【解決手段】プラズマ処理装置のガラス状炭素の筒体からなるチャンバー内壁保護部材を、熱硬化性樹脂の板を円錐状金型に沿って変形させ、その両側端を接合して切頭円錐形状に形成したのである。このようにすれば、この切頭円錐形状の一方の筒体を、その外周面が他方の筒体の内周面に接するように嵌め込み、多段に積み重ねて炉内に装入して炭素化処理を行なえる。それにより、炉内での充填密度が著しく高まり、長時間を要する炭素化処理での生産効率が大幅に増加する。また、積み重ねた筒体の内周面および外周面が隣接するそれぞれの筒体により保持されるため、内外径の寸法変動を防止でき、良好な真円度が実現できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置に設けられるガラス状炭素の筒体からなるチャンバー内壁保護部材であって、前記筒体が切頭円錐形状であることを特徴とするプラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材。
【請求項２】
プラズマ処理装置に設けられるガラス状炭素の筒体からなるチャンバー内壁保護部材の製造方法であって、前記筒体を切頭円錐形状に形成した後に、この切頭円錐形状の筒体を、一方の筒体の外周面が他方の筒体の内周面に嵌まり込むように多段に積み重ねて炭素化処理を行なうことを特徴とするプラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材の製造方法。
【請求項３】
前記切頭円錐形状の筒体を、熱硬化性樹脂の板を円錐状金型に沿って変形させ、その両側端を接合して形成することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリコン半導体などの集積デバイスの製造プロセスなどで、基板表面の超微細加工などに使用されるプラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、集積デバイスの製造プロセスでのシリコン半導体ウェハにプラズマエッチングを施す工程では、図５に一例を示すように、プラズマ処理装置のチャンバー１内に、上部電極２および下部電極３が配置され、これらの電極２、３間に直流電圧を印加して放電させることにより、ガス導入口４からチャンバー１内に導入したＡｒなどの不活性ガスとＣＦ４などのフルオロカーボンガスを混合した反応性ガスをイオン化してプラズマ５が生成し、このプラズマ５によりシリコン半導体ウェハなどの被加工物６の表面にエッチング加工が施される。
【０００３】
前記チャンバー１、即ち反応容器の内壁７は、反応性ガスのプラズマ５との反応による損傷や、または反応副生成物の堆積により、汚染が避けられない。この内壁７の汚染は、シリコン半導体ウェハなどの被加工物６の表面にパーティクル、即ち微小な異物が付着する原因となり、この付着は不良品の発生につながり、歩留まりの低下をもたらす。このパーティクルの付着を防止するために、チャンバーの内壁７を定期的に洗浄するか、場合によっては、チャンバー１そのものを交換する必要が生じ、いずれにしても生産性を著しく低下させる作業を伴うことになる。
【０００４】
このため、内壁７の近傍に、図６（ａ）および（ｂ）に示すような保護部材、即ち円筒形状の内壁保護部材８を着脱可能に配置することにより、内壁７そのもの損傷や汚染を防止し、内壁保護部材８を交換するだけでメインテナンスを行う方法が一般的となっている。この内壁保護部材８の一般的な形状は、内径がシリコン半導体ウェハの直径よりも一回り大きく、高さが１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度の薄肉円筒である。
【０００５】
前記内壁保護部材８に要求される物性としては、ｉ）プラズマとの反応性が低く耐久性が高いこと、ｉｉ）不純物を生成しないこと、ｉｉｉ）温度分布を小さくするために熱伝導率が高いこと、ｉｖ）付着物をよく保持すること、などがある。このような物性を満たす内壁保護部材用材料として、近年、非晶質な組織で等方的な特性を有し、強度が大きく、耐食性に優れ、高純度を実現できるなどの特徴を有するガラス状炭素が好適であることが明らかにされ、その製造方法が、例えば、特開平２０００−３１３６６６号公報、特開平１１−３１２６４６号公報および特開平１１−３１０４５９号公報などに開示されている。
【０００６】
上記公報によれば、一般に、フェノール樹脂、フラン樹脂またはポリイミド樹脂などの熱硬化樹脂を高温で熱処理、即ち炭素化すると、水素や酸素などの異種元素が除かれて、高純度のガラス状炭素が生成する。この炭素化処理は、チャンバー１の内壁保護部材８を製作する際には、通常、前記の熱硬化性樹脂を、予めその内壁保護部材８の円筒形状に近い筒体に成形した後に行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱硬化性樹脂を熱硬化処理してガラス状炭素に変換する炭素化工程では、通常、この熱硬化性樹脂の円筒形状の筒体を、およそ２５０℃以下の温度域で、１週間から２週間かけて熱硬化させた後に１０００℃以上の高温域に、５℃／ｈ前後の極めて遅い加熱速度で昇温して、有機物質の炭素前駆体を固相炭化させる。このため、炭素化炉での熱処理コストは非常に高いものとなる。この炭素化反応は、反応により組織構造が変化する速度と、ガス状生成物が有機物質内を拡散する速度とにより律速されるため、熱処理コストの大幅な削減が可能となるほどに炭素化工程を短縮することは、事実上不可能である。
【０００８】
前記炭素化工程は長時間を要し、高処理コストの工程であるため、処理コストの削減には、炭素化炉内にできるだけ多くの被処理材、即ち熱硬化性樹脂の筒体を装入し、炉内容積をより効率的に使用することが有効である。
【０００９】
しかし、前記熱硬化樹脂の筒体は、薄肉の円筒形状の内壁保護部材８に近い円筒形状であるため、積み重ねて炭素化処理ができる円盤状部材に比べて、炉内における充填密度は自ずと小さくなる。このため、単位体積当たり、即ち１個の成形体あたりの処理コストは、著しく高いものとなる。
【００１０】
一方、熱硬化性樹脂の熱硬化過程では、２０％近い寸法収縮が生じることが知られている。前記内壁保護材８には高い寸法精度、即ち真円度が要求されることから、この大きな寸法収縮を防止するために、炭素化工程において、円筒形状の熱硬化樹脂の筒体のそれぞれに、中子機能を有する治具を用いる必要があった。
【００１１】
このため、前記特開平２０００−３１３６６６号公報では、熱硬化性樹脂の円筒を高さ方向に分割し、この分割円筒とほぼ等しい曲率を有する治具とを交互に積層して熱硬化処理をする方法が提案されている。しかし、熱硬化処理では、分割した円筒を治具と交互に積層して炉内に装入することにより、炉内における充填密度は増加するものの、熱硬化処理と同様に長時間を要する炭素化処理は、分割した円筒を接着剤を用いて一体化した後に行なう必要があるため、従来の円筒の場合と同様に炉内での充填密度は小さく、生産効率を大幅に改善するまでには至っていない。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、ガラス状炭素からなるプラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材の炭素処理工程での生産効率を向上させ、かつ、高い寸法精度、即ち真円度を容易に実現できるようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。即ち、プラズマ処理装置に設けられるガラス状炭素の筒体からなるチャンバー内壁保護部材を、切頭円錐形状に形成したのである。
【００１４】
このようにすれば、熱硬化性樹脂のガラス状炭素への炭素化工程において、一方の切頭円錐形状の筒体の外周面を、他方の切頭円錐形状の筒体の内周面に嵌まり込むように多段に積み重ねて炉内に装入し、熱硬化処理および炭素化処理を行なうことができる。それにより、従来の円筒形状の筒体を積み重ねる場合に比べて、炉内の充填率が飛躍的に高まり、一度に処理できる筒体、即ち内壁保護部材の個数が増加するので、長時間を要する炭素化工程の生産効率が、実質的に著しく上昇する。
【００１５】
また、多段に積み重ねた上側の筒体が、下側の筒体に対して部分的に嵌まり込み、中子として機能するため、熱硬化過程での収縮を防止でき、中子の機能を有する治具を使用しなくても、高い寸法精度、即ち良好な真円度を実現することができる。
【００１６】
なお、このように、チャンバー内壁保護部材を切頭円錐形状に形成しても、プラズマ処理過程におけるその内壁保護機能は、従来の単純円筒形状の内壁保護部材と比較しても、なんら遜色はない。
【００１７】
プラズマ処理装置に設けられるガラス状炭素の筒体からなるチャンバー内壁保護部材を、前記筒体を切頭円錐形状に形成した後に、この切頭円錐形状の筒体を、一方の外周面が他方の筒体の内周面に嵌まり込むように多段に積み重ねて炭素化処理を行なうことにより、プラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材を製造することができる。
【００１８】
このように、チャンバー内壁保護部材を切頭円錐形状に形成すれば、上述したように、炭素化工程での熱硬化処理および炭素化処理の際に、炉内の充填密度を飛躍的に高めることができるため、長時間を要する炭素化工程における生産効率が著しく向上する。そして、熱硬化処理時の収縮を防止できるため、収縮防止用の治具も不要であり、高い寸法精度、即ち真円度を維持することができる。
【００１９】
なお、前記の熱処理中に上下の筒体どうしがくっ付くのを防止するために、上下の筒体の嵌まり込み部に、例えば、炭素製の織布や不織布などの耐熱性および非反応性の薄い材料を介在させることが望ましい。
【００２０】
前記切頭円錐形状の筒体を、熱硬化性樹脂の板を円錐状金型に沿って変形させ、その両側端を接合して形成することができる。
【００２１】
このようにすれば、切頭円錐形状の筒体を能率よく製作することができ、また、注型法や加圧モールディング法を用いて賦形する場合に比べて、内部欠陥の少ない筒体を得ることができる。
【００２２】
なお、前記熱硬化性樹脂の板は、遠心成形法や粉末圧延法などにより作製することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する。
図１は、この発明のフェノール樹脂、フラン樹脂またはポリイミド樹脂などの熱硬化樹脂をガラス状炭素からなる内壁保護部材８ａを、既出の図５で説明したプラズマ処理装置のチャンバー１内の上部電極２および下部電極３と内壁７との間に着脱可能に組み込んだ状態を示したもので、ガス導入口４から前記の反応性ガスが導入される。
【００２４】
前記内部保護部材８ａは、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、切頭円錐形状に形成されている。これらの電極２、３間に直流電圧を印加して生成させた、ガス導入口４からチャンバー１内に導入した反応性ガスのプラズマ５により、シリコン半導体ウェハなどの被加工物６の表面にエッチング加工が施される。このエッチング過程で、反応性ガスのプラズマ５と反応して損傷したり、または反応副生成物が堆積して、被加工物６の表面にパーティクル、即ち微小な異物が付着する原因となる内壁７の汚染が、前記内壁保護部材８ａにより防止される。また、この内壁保護部材８ａは、上方へ拡径した状態でチャンバー１内に組み込まれているため、被加工物６の装入や取出し、および上下の電極２、３の取替えなどが容易となる。
【００２５】
なお、前記内部保護部材８ａの傾斜角θ（図２（ｂ）参照）は、炭素化処理時に互いに嵌合しうる程度の角度範囲にあることが必要であり、炉内での積み重ねの状態や、内壁７との適正隙間の確保などの点から３°〜２０°の範囲、好ましくは３°〜１０°の範囲にあることが望ましい。
【００２６】
以下に上記切頭円錐形状の内壁保護部材８ａの製造方法の実施例について説明する。
【００２７】
【実施例】
市販の液状フェノール樹脂（群栄化学製ＰＬ−４８０４）を、７０℃で２時間、真空排気により脱水処理をした、ガラス状炭素用の粉末原料２．３ｋｇを、遠心成形機の内径３００ｍｍ、深さ１０００ｍｍの円筒型の、電気ヒータにより９０℃に加熱した金型内に供給し、この円筒型金型を毎分６００回転の速度で回転させ、十分な柔軟性を有する成形体が得られるまで加熱を続けた後に、室温まで冷却し、円筒型金型からフェノール樹脂成形体を取り出した。この遠心成形、即ち回転成形により、外形２９６ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ９８０ｍｍの円筒形状のフェノール樹脂成形体が得られた。
【００２８】
前記フェノール樹脂成形体を、長手方向に中心軸に平行に切断して平板とした後、この平板から、接合して所要の一つの切頭円錐形状の内壁保護部材を形成できるように、切頭半円錐の展開形状の板を２枚切り出し、この２枚の板をそれぞれ円錐形状の中空金型の外表面に沿って変形させて２個の切頭半円錐を形成し、それらの両側端をフェノール樹脂接着剤でそれぞれ接合して、大径側端部の外径５００ｍｍ、小径側端部の外径４５０ｍｍ、高さ２５０ｍｍの切頭円錐形状の筒体を得た。この接合筒体を、２５０℃の大気雰囲気下で、１００時間加熱保持するキュアリング（養生）処理を行なった。
【００２９】
このキュアリング処理を施した上記切頭円錐形状の成形体、即ち６個の筒体９ａ〜９ｆを、図３に示すように、例えば一方の筒体９ｂの外周面が他方の筒体９ａの内周面に嵌まり込むように、図示していない炭素繊維製不織布を介してそれぞれ順次多段に積み重ねて、炉内高さが９００ｍｍの炭素化炉に装入して炉床１０上に載置し、２５０℃以下の低温域で熱硬化をさせた後、５℃／ｈの加熱速度で１６００℃まで昇温して炭素化処理を行なった。この炭素化処理により、大径側端部の外径４１０ｍｍ、小径側端部の外径３７０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、高さ２０５ｍｍの一様な寸法精度を有するガラス状炭素からなる６個の切頭円錐形状の筒体、即ち内壁保護部材８ａが得られた。この内壁保護部材８ａの両端における内径および外径の変動は、いずれも２ｍｍ以内に収まっており、真円度が良好で、プラズマ処理装置のチャンバー１の内壁保護部材８ａとして好適なものであった。
【００３０】
なお、前記キュアリング処理後と炭素化処理後とで、切頭円錐形状の筒体の寸法が異なるのは、炭素化処理過程での収縮によるものである。また、多段に積み重ねた最上段の筒体９ｆの内周面は、他の筒体による中子の作用が及ばないが、その外周面が直下の筒体９ｅの内周面に保持された状態で収縮するために、外径および内径の寸法変動が抑制される。なお、最上段の筒体９ｆの内周面にのみ、例えば、黒鉛などの耐熱材料で形成した中子を嵌め込むことがより好ましい。
【００３１】
上記の実施例と比較するために、実施例の場合と同じ条件で作製したフェノール樹脂の平板から、接合して所要の一つの円筒形状の内壁保護部材を形成できるように、２枚の半円筒の展開形状の板を切り出し、この２枚の板をそれぞれ円筒形状の中空金型の外表面に沿って変形させて半円筒を形成し、それらの両側端をフェノール樹脂接着剤でそれぞれ接合して、外径５００ｍｍ、高さ２５０ｍｍの円筒１１を得た。この円筒１１を、実施例の場合と同じ条件でキュアリング処理を行なった後、スペーサ１２を介して、図４に示すように、３個積み重ねて、上記の炉内高さ９００ｍｍの炭素化炉で炭素化処理を行ない、ガラス状炭素からなる円筒１１が得られた。
【００３２】
しかし、炉内高さが９００ｍｍであり、前記の外径５００ｍｍ、高さ２５０ｍｍの円筒１１は、切頭円錐形状の筒体のように、一方の円筒を他方の円筒に嵌め込むことができないため、図４に示したように、３個積み重ねて装入するのが限度であり、炉内の充填密度、従って、炭素化処理の生産効率は、６個積み重ねて装入できた実施例の場合の半分にとどまった。
【００３３】
また、炭素化処理後のガラス状炭素の円筒１１の両端における内径および外径の寸法変動は、３個のいずれの円筒１１も５ｍｍを超えており、実施例の場合と比べて、真円度が低下し、プラズマ処理装置のチャンバー１の内壁保護部材として適さないものであった。
【００３４】
このように、チャンバー内壁保護部材を形成する筒体を切頭円錐形状とすることにより、一方の筒体の小径側の外周面を他方の筒体の大径側の内周面に嵌め込んで、多段に積み重ねることができ、嵌め込んだ一方の筒体が他方の筒体に対して一種の中子の機能を果たすために、炭素化処理過程における寸法収縮が半径方向に一様に生じる。その結果として、得られたガラス状炭素の筒体の両端の内径および外径の寸法変動を抑制することができ、かつ、前述のように、炉内の充填密度を著しく増加させることができる。
【００３５】
これに対し、チャンバー内壁保護部材を形成する筒体が、従来の円筒形状の場合には、一方の円筒を他方の円筒に嵌め込むことができないため、中子の機能は得られず、炭素化処理の際の収縮による寸法変動を抑制できないため、真円度が低下し、また、炉内の充填密度も増加させることができない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、プラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材を切頭円錐形状に形成したので、炭素化処理工程で、互いに嵌め込み多段に積み重ねて炉内に装入できるため、極めて長い処理時間を要する炭素化処理工程での炉内での充填密度が飛躍的に上昇し、この処理工程の生産効率が著しく向上する。
【００３７】
また、それぞれの内壁保護部材に中子機能を有する治具を用いなくても、炭素化処理時の収縮による寸法変動を抑制することができ、この炭素化工程でガラス状炭素に組織変化した内壁保護部材は、高い寸法精度、即ち良好な真円度を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の切頭円錐形状のチャンバー内壁保護部材をプラズマ処理装置に組み込んだ状態を示す説明図
【図２】（ａ）図１のチャンバー内壁保護部材の平面図
（ｂ）同上のＡ−Ａ線における断面図
【図３】炭素化工程で上記内壁保護部材を積み重ねて炉内に装入した状態の説明図
【図４】炭素化工程で従来技術の内壁保護部材を積み重ねて炉内に装入した状態の説明図
【図５】従来技術の円筒形状のチャンバー内壁保護部材をプラズマ処理装置に組み込んだ状態を示す説明図
【図６】（ａ）図５のチャンバー内壁保護部材の平面図
（ｂ）同上のＢ−Ｂ線における断面図
【符号の説明】
１：チャンバー　　　　　２：上部電極　　　　　　３：下部電極
４：ガス導入口　　　　　５：プラズマ　　　　　　６：被加工物
７：内壁　　　　　８、８ａ：内壁保護部材　　　９ａ〜９ｆ：筒体
１０：炉床　　　　　　　１１：円筒　　　　　　　１２：スペーサ
【図１】
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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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【図６】
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