(57)【要約】【課題】高プラズマ密度に対して耐プラズマ性を備えたフォーカスリングを提供する。【解決手段】本フォーカスリングの製造方法は、イットリア粉末、アルミニウム粉末の混合粉末に有機バインダーを加えて混練、成形した後、水素雰囲気または不活性雰囲気、１５２０℃以下の温度で焼成し、未反応Ｙ２Ｏ３が反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有するとともに、未反応Ｙ２Ｏ３にイットリウムを含有するようにする。【選択図】  図１
2007112641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリア粉末、アルミニウム粉末の混合粉末に有機バインダーを加えて混練、成形した後、水素雰囲気または不活性雰囲気、１５２０℃以下の温度で焼成し、未反応Ｙ２Ｏ３が反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有するとともに、前記未反応Ｙ２Ｏ３にイットリウムを含有するようにすることを特徴とするフォーカスリングの製造方法。
【請求項２】
反応生成物Ａｌ２Ｏ３と、イットリウムと、未反応Ｙ２Ｏ３からなる複合体であって、この複合体は前記未反応Ｙ２Ｏ３を前記反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有し、前記未反応Ｙ２Ｏ３に前記イットリウムを含有しかつ、前記イットリウムが全体に対して５重量％以上、１０重量％未満含有することを特徴とするフォーカスリング。
【請求項３】
比抵抗が１０９Ω・ｃｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載のフォーカスリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォーカスリングに係り、特にイットリウムを含有する未反応Ｙ２Ｏ３を用いるフォーカスリングの製造方法及びこれを用いたフォーカスリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造工程において、半導体ウェーハにプラズマを作用させて、成膜処理やエッチング処理等を施すプラズマ処理が行われている。
【０００３】
このようなプラズマ処理には、一般に、図１に示すようなプラズマエッチング装置１１を用い、半導体ウェーハ（以下、ウェーハという）Ｗにエッチング処理を施す反応室１２を備え、この反応室１２内にはウェーハＷの載置台を兼ねた上部電極１３と下部電極１４が対向して配置されている。
【０００４】
上部電極１３は中空部１３ａを有するようにして円盤状をなし、その上面にはエッチングガスを供給するガス供給管１５が連結され、またその下面には多数の細径孔１３ｂが形成されて、エッチングガス供給源からガス供給管１５を介して上部電極１３内に供給されたエッチングガスが、細径孔１３ｂを介して反応室１２内へ供給される。
【０００５】
一方、下部電極１４と反応室１２の底面とは絶縁部材１５によって絶縁されている。下部電極１４の周囲には、環状のフォーカスリング１６及び静電チャック１７が設けられている。フォーカスリング１６は、反応性イオンを引き寄せない絶縁性材質からなり、反応性イオンを内周側の被処理体である半導体ウェーハＷに効果的に入射せしめる働きをなすものである。また、静電チャック１７は、ウェーハＷの全面を吸着してウェーハＷを下部電極１４に保持するためのものである。
【０００６】
しかしながら、従来のフォーカスリング１６は、絶縁体であるため、プラズマ束の均一を乱し、場所によってウェーハのエッチング深さにバラツキをもたらす。
【０００７】
また、従来のフォーカスリングに、ウェーハと同質のシリコンを用いているが、次世代プラズマエッチング装置は高プラズマ密度であり、耐プラズマ性の点から、次世代プラズマエッチング装置には使用できない。
【０００８】
なお、ウェーハの単位面積当たりのインピーダンスに対する単位面積当たりのインピーダンスの比を約５以下にするフォーカスリングが提案され（特許文献１）、また、シリコンからなる導電体部とこの導電体部の下面に誘電体部で形成されたフォーカスリングが提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−２３５６２３号公報
【特許文献２】特開２００５−６４４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高プラズマ密度に対して耐プラズマ性を備えたフォーカスリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来、イットリアは耐プラズマ性が良好であり、高密度のプラズマエッチング装置に最適な材料とされているが、上記のように、絶縁体であるためプラズマ束の均一性を乱し、使用場所によっては、ウェーハのエッチング深さにバラツキを生じさせる。このバラツキをなくすには、イットリアの使用を耐プラズマの必要な最小部分に限定したり（表面処理など）、イットリア質の比抵抗をギガ級未満に抑えることが必要となっていた。
【００１１】
本発明者らは、上記要望に応えるために、鋭意研究した結果、金属を添加したイットリアの導電性が悪化するのは、気孔の存在であり、この気孔を無くす焼結条件の確立が必要であるとの知見を得、イットリアから金属イットリウムを還元遊離してイットリア中に分散させて、イットリアに導電性を持たせ、外から金属を添加する方法と異なり、良好な焼結性を実現させて、本発明をするに至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係るフォーカスリングの製造方法は、イットリア粉末、アルミニウム粉末の混合粉末に有機バインダーを加えて混練、成形した後、水素雰囲気または不活性雰囲気、１５２０℃以下の温度で焼成し、未反応Ｙ２Ｏ３が反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有するとともに、前記未反応Ｙ２Ｏ３にイットリウムを含有するようにすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るフォーカスリングは、反応生成物Ａｌ２Ｏ３と、イットリウムと、未反応Ｙ２Ｏ３からなる複合体であって、この複合体は前記未反応Ｙ２Ｏ３を前記反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有し、前記未反応Ｙ２Ｏ３に前記イットリウムを含有しかつ、前記イットリウムが全体に対して５重量％以上、１０重量％未満含有することを特徴とする。
【００１４】
好適には、比抵抗が１０９Ω・ｃｍ未満である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るフォーカスリングの製造方法によれば、高プラズマ密度に対して耐プラズマ性を備えたフォーカスリングを製造できるフォーカスリングの製造方法を提供することができる。
【００１６】
また、本発明に係るフォーカスリングによれば、高プラズマ密度に対して耐プラズマ性を備えたフォーカスリングを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るフォーカスリングの製造方法及びこれを用いたフォーカスリングの一実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るフォーカスリングを組み込んだプラズマエッチング装置の概念図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明に係るフォーカスリング１は、下部に小口径、上部に大口径が形成されるように段部を有するリング形状をなし、上述したようにプラズマエッチング装置１１の下部電極１４の周囲に設けられ、プラズマ束の均一を乱すことがないように、ギガ級未満の比抵抗を有する複合焼成体である。
【００２０】
本発明に係るフォーカスリングの製造方法は、イットリア粉末、アルミニウム粉末の混合粉末に有機バインダーを加えて混練、成形した後、水素雰囲気または不活性雰囲気、１５２０℃以下の温度で焼成し、未反応Ｙ２Ｏ３は反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有するとともに、未反応Ｙ２Ｏ３にイットリウムを含有するようにする。
【００２１】
イットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末はテルミット反応により、焼成時に式（１）に示す通り、アルミニウムと反応してイットリウム（Ｙ）に還元される。  
［化１］
Ｙ２Ｏ３＋２Ａｌ  →  ２Ｙ  ＋  Ａｌ２Ｏ３    ……（１）
式（１）において、等当量の完全反応なら体積の６０％がイットリウムとなり、残部がアルミナとなる。
【００２２】
しかしながら、本発明においては、未反応Ｙ２Ｏ３を反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有させるために、上記成形体中のイットリア粉末の含有量を等当量の完全反応に要する量よりも多く含有させる。
【００２３】
イットリア粉末から金属イットリウムが還元遊離してイットリア中に分散し、このイットリアが導電性を持ち、さらに、イットリアの焼結性が向上する。
【００２４】
バインダーは有機バインダーを用い、フェノ−ル樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等の有機化合物を用いることができる。また、混練、成形は常法により行うことができる。
【００２５】
１３００℃未満の焼成温度では上記式（１）のイットリアとアルミニウムとの交換反応が起こりにくく、１５２０℃を超えるとＹが溶融してしまい好ましくない。
【００２６】
このようにして製造された本実施形態のフォーカスリングは、反応生成物Ａｌ２Ｏ３と、イットリウムと、未反応Ｙ２Ｏ３からなる複合体であり、この複合体は未反応Ｙ２Ｏ３を反応生成物Ａｌ２Ｏ３より多く含有し、未反応Ｙ２Ｏ３にイットリウムを含有し、イットリウムが全体に対して５重量％以上、１０重量％未満含有する。
【００２７】
フォーカスリングの比抵抗は１０９Ω・ｃｍ未満であるのが好ましい。１０９Ω・ｍを超えると、反応性イオンを引き寄せない絶縁性材質に近くなり、反応性イオンを内周側の被処理体であるウェーハに効果的に入射せしめる働きをさせることができない。
【００２８】
従って、本実施形態のフォーカスリングによれば、無気孔の焼結複合体であって、未反応Ｙ２Ｏ３中にイットリウムを還元遊離してイットリア中に分散させて、イットリアに導電性を持たせることができて、耐プラズマ効果と金属含有により抵抗低減効果を同時に発揮させることができ、イットリア質がギガ級未満の比抵抗となり、反応性イオンを引き寄せることができて、反応性イオンを内周側のウェーハに効果的に入射せしめる働きをさせることができ、かつ、耐プラズマ性を有する。これにより、高プラズマ密度に対して耐プラズマ性を備え、次世代プラズマエッチング装置に用いることができるフォーカスリングが実現される。
【実施例】
【００２９】
「試験１」
セラミックス焼成体の導電率は、金属の種類に関係なく金属体積分率Ｖｆ（％）に依存しており、金属としてイットリウムを例にとり、金属体積分率Ｖｆ、比抵抗、気孔率の関係を調べた。
【００３０】
結果を図２に示す。図２中右下がりの点線は、無気孔（気孔率０％）のときのＶｆと比抵抗の関係を示す。また、Ｖｆ６％近傍で、気孔率３．１５％のとき、１０８．８Ω・ｃｍ、Ｖｆ６％近傍で、気孔率３．５％のとき、１０１０．１Ω・ｃｍ、Ｖｆ８％近傍で、気孔率６％のとき、１０９．９Ω・ｃｍであり、Ｖｆが大きくなる程比抵抗が小さくなり、気孔率が小さい程比抵抗が小さくなることが判かり、また、同一Ｖｆでは気孔率が小さい程、比抵抗が小さくなることが判る。
【００３１】
なお、金属分率Ｖｆ％に対応する重量％を図中上辺枠外に示す。
【００３２】
「試験２」
上述式（１）における等当量の完全反応時の各物質の諸値を下記の通り算出した。  
［化２］
Ｙ２Ｏ３＋２Ａｌ  →  ２Ｙ  ＋  Ａｌ２Ｏ３
質量            ２２６    ５４      １７８      １０２
比重                              ４．４７          ４
体積比                    ３９．８２１０３    ２５．５
Ｙの体積比率（％）        ６９．９６２０４
完全反応の場合、体積の６０Ｖｆ（％）がＹ、残部がＡｌ２Ｏ３となり、反応焼結を利用して気孔率を小さくすることにより、図２からも、低抵抗化を図ることができるのが判る。
【００３３】
「試験３」
反応生成物Ａｌ２Ｏ３と、イットリウムと、未反応Ｙ２Ｏ３からなる複合体中の未反応
Ｙ２Ｏ３の含有量を制御することで、焼成体の抵抗値を制御できることを確認する。
【００３４】
（１）Ｙ２Ｏ３：Ａｌ  ＝  ６：１（１４．３％Ａｌ）の場合には、
Ｙ  ４７．１３７０４    Ａｌ２Ｏ３  ２７．０１１１１
残部Ｙ２Ｏ３  ４０．１５１８５
であり、ＹのＶｆは４１．６３３９８％となり、比抵抗１０９．５Ω・ｃｍとなる。
【００３５】
（２）Ｙ２Ｏ３：Ａｌ  ＝  ７：１（１２．５％Ａｌ）の場合には、
Ｙ  ４１．２０３７    Ａｌ２Ｏ３  ２３．６１１１１
残部Ｙ２Ｏ３  ４７．６８５１９
であり、ＹのＶｆは３７．３８３２６％となり、比抵抗１０９．８Ω・ｃｍとなる。
【００３６】
（３）Ｙ２Ｏ３：Ａｌ  ＝  ９：１（１０％Ａｌ）の場合には、
Ｙ  ３２．９６２９６    Ａｌ２Ｏ３  １８．８８８８９
残部Ｙ２Ｏ３  ５８．１４８１５
であり、ＹのＶｆは２９．９６６３３％となり、比抵抗１０１０．４Ω・ｃｍとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るフォーカスリングを組み込んだプラズマエッチング装置の概念図。
【図２】本発明に用いられる複合体の金属体積分率Ｖｆ、比抵抗、気孔率の相関を示す試験結果図。
【符号の説明】
【００３８】
１  フォーカスリング
１１  プラズマエッチング装置
１２  反応室
１３  上部電極
１４  下部電極
【図１】
2007112641.tif 000003
【図２】
2007112641.tif 000004