(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリベンゾイミダゾールの粉末に真空乾燥処理を施した後、該真空乾燥処理された前記粉末に成形処理を施して所定形状の成形品を製造し、該成形処理後の機械加工時に、２８０℃〜３００℃の温度で２〜４時間行う第１のアニール処理と３４０℃〜３６０℃の温度で２〜４時間行う第２のアニール処理とを施すことを特徴とするプラズマ処理装置用部品の製造方法。
【請求項２】
前記真空乾燥処理で設定される第１の乾燥処理温度よりも高い第２の乾燥処理温度で前記成形品を再度真空乾燥処理することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用部品の製造方法。
【請求項３】
前記真空乾燥処理は、温度１４０℃〜１８０℃で５〜７時間行うことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置用部品の製造方法。
【請求項４】
前記第１のアニール処理を２回行った後、前記第２のアニール処理を１回行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品の製造方法。
【請求項５】
前記機械加工後に洗浄処理を行った後、温度２００℃〜２５０℃で２〜４時間行う真空乾燥処理を施すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置用部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造工程では、例えば、プラズマエッチング装置を使用することにより、半導体ウエハ等の被処理物にエッチング処理を施し、被処理物の表面に所望の微細加工を施すことが行われている。
【０００３】
この種のプラズマ処理装置では、気密な装置本体内に上部電極と下部電極とを対向して配設し、被処理物が載置された下部電極に高周波電力を印加して下部電極と上部電極との間にグロー放電を生じさせる。このグロー放電により処理室内に供給される処理ガスがプラズマ化され、被処理物にエッチング加工を施している。また、処理ガスとしては、従来より、ＣＦ（フロロカーボン）系ガスが広く使用されている。
【０００４】
この上記プラズマエッチング装置では、装置本体はアルマイト処理されたＡｌ（アルミニウム）金属が基材として使用され、焼結処理されたＡｌ2Ｏ3（アルミナ）製セラミックス部材が着脱可能に前記装置本体の内周面全域に亙って装着されている。
【０００５】
従来のプラズマエッチング装置では、装置本体がＡｌ製の外壁部と、外壁部の内周面に着脱可能に装着されたＡｌ2Ｏ3（アルミナ）製セラミックス部材からなる内壁部とで構成されており、装置本体の内壁がプラズマにより削られて損傷した場合であっても、内壁部のみの交換で被処理物の処理を再開できる。
【０００６】
また、従来のプラズマエッチング装置では、上部電極と下部電極との間でプラズマを効果的に閉じ込めて被処理物に所望のエッチング処理を施すべく、フォーカスリング、バッフル板、及びシールドリング等の部品類（以下、「チャンバ内部品」という）、すなわち装置部品が上部電極及び下部電極の周辺所定位置に配設されている。
【０００７】
このチャンバー内部品は、誘電率が１０以下の絶縁性能を要求され、従来より、石英（ＳｉＯ2）、或いはポリイミド（ＰＩ）系やポリアミドイミド（ＰＡＩ）系の樹脂材料で形成されている。
【０００８】
しかし、チャンバ内部品の部品材料として使用されることが多いＳｉＯ2材は、機械加工時に生じる破砕屑の部品表面への付着量が多い。この破砕屑の付着した状態でプラズマエッチング装置を稼動させると、破砕屑が固体微粒子となってプラズマ雰囲気中を飛散し、被処理物の表面に付着することとなる。
【０００９】
このため、従来から、被処理物に付着する固体微粒子の個数が許容範囲内（例えば、粒径０．２μｍ以上の固体微粒子の個数が３０個以内）となるまで、ダミーとしての被処理物を使用してダミー運転を行なっている。そして、ダミー運転の後、新規な被処理物にドライエッチング処理を施して所望の微細加工がなされた半導体製品を得ている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したように、石英、或いはＰＩ系やＰＡＩ系の樹脂材料で形成されている従来のチャンバ内部品は、プラズマ雰囲気に晒されるものの、これら石英、或いはＰＩ系やＰＡＩ系の樹脂材料は耐プラズマ性に劣るため、プラズマ化した処理ガスにより容易に削り取られ、したがってこれらチャンバ内部品を消耗部品として頻繁に新品に交換しなければならず、装置の保守・点検に手間を要し、生産性にも劣るという問題点があった。
【００１１】
また、上記従来のプラズマエッチング装置では、上述したように装置本体の内壁部がＡｌ2Ｏ3製セラミックス部材で形成されているため、Ａｌ2Ｏ3と処理ガスとしてのＣＦ系ガスとが反応して、ＡｌＦ3（フッ化アルミニウム）が生成される。被処理物の微細加工化に伴う処理室の低圧化及び高パワー化により処理室（チャンバ）の圧力がＡｌＦ3の蒸気圧（室温２０℃で１．６×１０-4Ｐａ）に近付き、ＡｌＦ3が固体微粒子となる。このＡｌＦ3の固体微粒子が内壁部及び装置本体内に配されている部品類から脱落してプラズマ雰囲気中に飛散する。この飛散したＡｌＦ3の固体微粒子が被処理物の表面に固着し、金属汚染の一種であるＡｌ汚染を招来し、製品歩留まりが低下するという問題点があった。
【００１２】
さらに、チャンバ内部品としてＳｉＯ2材を使用した場合は、ＳｉＯ2材の表面に多量の破砕屑が付着するため、プラズマ雰囲気中を飛散する固体微粒子の個数が許容範囲となるまで、長時間のダミー運転を行なわなければならないという問題点があった。
【００１３】
従って、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであって、装置本体内に配設されたプラズマ雰囲気に晒されている部品類の耐プラズマ性を向上させてメンテナンスサイクルの延長を図ることのできるプラズマ処理装置用部品の製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
また、本発明は、被処理物の金属汚染を回避して製品歩留まりの向上を図ることができ、さらに部品の耐久性向上と共に生産性の向上を図ることのできるプラズマ処理装置用部品の製造方法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】
【００１５】
本発明者らは、耐プラズマ性に優れたプラズマ処理装置用部品の材料を見出すべく鋭意研究をしたところ、ポリベンゾイミダゾール（以下、「ＰＢＩ」という）が、石英やＰＩ樹脂或いはＰＡＩ樹脂等、従来のチャンバ内部品に使用されていた部品材料に比べて耐プラズマ性に優れ、しかも密着性に優れているため処理室内で発生する固体微粒子を容易に吸着し、固体微粒子が飛散して被処理物に堆積するのを極力回避することができるという知見を得た。
【００１６】
一方、ＰＢＩは吸水性が高いという性質を有するので、ＰＢＩをそのまま吸水した状態で使用した場合は、被処理物に水分が付着して製品に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１７】
被処理物に付着した水分を除去する方策として、被処理物にエッチング加工を施した後、処理ガスの供給を停止して一定時間ダミー運転することにより水分を飛ばすことも考えられるが、ダミー運転のために余分な時間が必要となり、生産性の低下を招来する。
【００１８】
そこで、本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法は、ＰＢＩの粉末に真空乾燥処理を施した後、該真空乾燥処理された粉末に成形処理を施して所定形状の成形品を製造し、該成形処理後の機械加工時に、２８０℃〜３００℃の温度で２〜４時間行う第１のアニール処理と３４０℃〜３６０℃の温度で２〜４時間行う第２のアニール処理とを施すことを特徴としている。
【００１９】
また、プラズマ処理装置用部品の割れの発生を回避する観点からは、真空乾燥処理で設定される第１の乾燥処理温度よりも高い第２の乾燥処理温度で成形品を再度真空乾燥処理するのが好ましい。
【００２０】
また、プラズマ処理装置用部品の製造方法において、真空乾燥処理は温度１４０℃〜１８０℃で５〜７時間行うことが好ましい。
【００２１】
また、プラズマ処理装置用部品の製造方法において、第１のアニール処理を２回行った後、第２のアニール処理を１回行うことが好ましい。
【００２２】
また、プラズマ処理装置用部品の製造方法において、機械加工後に洗浄処理を行った後、温度２００℃〜２５０℃で２〜４時間行う真空乾燥処理を施すことが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
上記製造方法によれば、ＰＢＩ粉末に真空乾燥処理を施した後、成形加工しているので、所望のＰＢＩ製部品を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置用部品及びその製造方法、並びにプラズマ処理装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
第１図は本発明に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置の一実施例の形態を示す内部構造図である。
【００２６】
プラズマエッチング装置本体１（以下、装置本体１）内の処理室２２には、所定形状に形成された多数の各種チャンバ内部品が所定位置に配設されている。
【００２７】
具体的には、装置本体１には導電性材料で形成された下部電極２が配設されている。下部電極２の上面には半導体ウエハ３（被処理物）を吸着保持する静電チャック４が載設されると共に、下部電極２の下方には矢印Ａ方向に昇降可能な昇降軸５が配設され、下部電極２は該昇降軸５に支持されている。また、昇降軸５は整合器６を介して高周波電源７に接続されている。
【００２８】
尚、静電チャック４は、プラズマ溶射法によりアルミニウム製の基材上にセラミック溶射被膜が形成されている。この溶射被膜表面には、溶射被膜の気孔を封ずる目的でメタクリル酸メチルを含浸剤として塗布するのが好ましい。含浸剤としてメタクリル酸メチルを使用することにより、溶射被膜表面の気孔を充分に閉塞して半導体ウエハ３と静電チャック４との間に所望の熱伝達ガス層を形成することができ、これにより半導体ウエハ３を安定的に温調することが可能となる。
【００２９】
また、下部電極２の底面及び側面は電極保護部材８で覆われて保護されていると共に、電極保護部材８の側面及び底面は導電性部材９で覆われ、さらに導電性部材９と装置本体１の内部底面との間にはステンレス等の導電性材料で形成された伸縮自在なベローズ１０が取り付けられている。尚、電極保護部材８の下面には酸化処理されたＡｌ等の導電性材料からなる管状部材１１が設けられ、昇降軸５は管状部材１１に貫挿されている。
【００３０】
また、電極保護部材８の側面には水平方向に延びたバッフル板１２が固定され、さらに、電極保護部材８の上端面と静電チャック４の側面との間にはフォーカスリング１３及びインシュレータリング４０が配設されている。また、バッフル板１２の下面には下方に延びた第１のベローズカバー１４が固定され、さらに装置本体１の内部底面には第１のベローズカバー１４と一部が重なり合うように第２のベローズカバー１５が立設されている。
【００３１】
また、処理室２２内の天井近くには導電性材料で形成された上部電極１６が下部電極２と対向して配設されている。この上部電極１６には多数のガス吐出孔１７が形成されており、装置本体１の上面に設けられたガス供給口１８からＣＦ系ガスを含む処理ガスがガス吐出孔１７を通して処理室２２に供給される。このガス供給口１８は、ガス管Ｇに設けられた流量調整弁１９及び開閉弁２０を介してガス供給源２１に接続されている。従って、ガス供給源２１から供給される処理ガスは、開閉弁２０及び流量調整弁１９を介してガス供給口１８に至り、ガス吐出孔１７から吐出されて処理室２２に導入される。
【００３２】
また、上部電極１６は絶縁性部材で形成されたシールドリング４１によって周縁部を保持され、さらに、シールドリング４１には保護リング４２が周設され、また保護リング４２の外周にはシールド部材４３が垂設されている。
【００３３】
装置本体１の底部には排出口２３が形成されている。この排出口２３は真空ポンプ２４に接続され、さらに装置本体１の下方側面には被処理物搬送口２５が形成されており、この被処理物搬送口２５を通して半導体ウエハ３の搬入・搬出が行われる。
【００３４】
被処理物搬送口２５を通して処理室２２内に搬送される半導体ウエハ３はマスキングされており、静電チャック４によって静電的に保持される。
【００３５】
装置本体１の側面には外周に沿って永久磁石２６が配設されている。
【００３６】
この永久磁石によって、処理室２２内には、静電チャック４に保持された半導体ウエハ３の被処理面に対して平行な向きの磁場が生成される。
【００３７】
このように構成されたプラズマ処理装置においては、不図示の駆動機構により昇降軸５を矢印Ａ方向に移動させて半導体ウエハ３の位置調整を行う。昇降軸５は給電棒としての作用をなし、高周波電源７から、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を下部電極２に印加できる。この高周波電力の印加によって下部電極２と上部電極６の間にグロー放電を生じさせることができる。これにより、電場と磁場とが直交する直交電磁場が形成される。
【００３８】
処理室２２が真空ポンプ２４により所定の真空雰囲気に減圧され、ガス供給源２１からの処理ガスが処理室２２に供給される。この処理ガスはプラズマ化し、下部電極２と上部電極１６との間に閉じ込められたプラズマにより、マスキングされている半導体ウエハ３の被処理面に所望の微細加工が施される。
【００３９】
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００４０】
本発明の第１の実施の形態では、プラズマ雰囲気に晒されるチャンバ内部品、すなわちフォーカスリング１３、シールドリング４１、保護リング４２、シールド部材４３、第１及び第２のベローズカバー１４，１５が、耐プラズマ性に優れたＰＢＩ樹脂で形成されている。
【００４１】
上述したように半導体ウエハ３にはドライエッチング処理が施されると共に、プラズマ雰囲気に晒されるチャンバ内部品の表面もエッチングされて消耗するため、その消耗度合に応じてこれら消耗した装置部品を新規部品と交換する必要がある。ところが、従来よりチャンバ内部品の部品材料として使用されている石英やＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂は耐プラズマ性に劣るため、チャンバ内部品の交換を頻繁に行わなければならず、生産性の向上を図る上で支障となっていた。
【００４２】
本発明者らの実験結果により、上記ＰＢＩ樹脂は、上記石英やＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂に比べ耐プラズマ性に優れていることが判明したので、第１の実施の形態ではプラズマ雰囲気に晒されるチャンバ内部品はＰＢＩ樹脂で形成されている。
【００４３】
このＰＢＩ樹脂は密着性に優れているため、処理室２２内でのＣＦ系ガスとの反応で生成されてプラズマ雰囲気中を飛散する固体微粒子が、ＰＢＩ樹脂製のチャンバ内部品に容易に吸着され、この固体微粒子が被処理物に堆積するのを効果的に防止することができる。
【００４４】
ところで、ＰＢＩの分子構造式は下記一般式（１）で表わされ、ＰＢＩにはイミド基（−ＮＨ基）が含有されている。
【００４５】
【化１】
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【００４６】
一方、処理ガスは、一般に、ＣＦ系ガスにＡｒガス、Ｏ2ガス等を含有した混合ガスからなるので、処理室２２内で、ＰＢＩのイミド基はＯ2と反応して水酸基（−ＯＨ基）を含有した反応物を生成する。これにより、ＰＢＩ樹脂の吸水量が多くなり、ＰＢＩ樹脂の吸水した水分が半導体ウエハ３に付着してしまう虞がある。
【００４７】
そして、半導体ウエハ３に付着した水分を除去する方策としては、半導体ウエハ３に所定のエッチング加工を施した後、処理ガスの供給を停止して一定時間ダミー運転することにより水分を飛ばす方策も考えられるが、これではダミー運転のために余分な時間が必要となり、生産性向上を図ることができない。
【００４８】
そこで、本発明の第１の実施の形態では、予めＰＢＩ樹脂に乾燥処理を施し、この乾燥処理されたＰＢＩ樹脂をチャンバ内部品の部品材料として使用することとした。
【００４９】
以下、上記チャンバ内部品の製造方法について第４図を用いて説明する。
【００５０】
第４図は、チャンバ内部品の製造工程を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、ＰＢＩの粉末を圧力１，９９５Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）の減圧下、温度１４０℃〜１８０℃で５時間〜７時間の間、振動真空乾燥機により真空乾燥を施し（Ｓ１０１）、次いで、所定条件下、周知の加圧焼結（Hot Press）法により所定形状、例えばフォーカスリング１３やシールドリング４１等に略対応した形状の成形品を作製し（Ｓ１０２）、その後、切削加工等の機械加工を施し（Ｓ１０３）、次いで脱脂洗浄及び純水洗浄を実施する（Ｓ１０４）。尚、前記機械加工時には、２８０℃〜３００℃の温度で２〜４時間加熱するアニール処理を２回行った後、３４０℃〜３６０℃の温度で２〜４時間のアニール処理を１回行うのが好ましい。
【００５２】
以下、上記のアニ-ル処理温度の検証試験結果について説明する。
【００５３】
アニ-ル処理温度の検証試験は、２９０℃で３時間加熱するアニール処理を３回施したセラゾールのサンプルＡと、２９０℃で３時間加熱するアニール処理を２回施した後３５０℃で３時間加熱するアニール処理を１回施したセラゾールのサンプルＢとを、夫々、１２０℃又は３５０℃で３０分加熱して、そのとき発生するアウトガス成分を測定するものであり、その結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
表１から明らかなように３５０℃で３０分加熱したとき、１ｇのサンプルＡから無水フタル酸が４４μｇ、イソブチルアルコールが１７μｇ発生しているのに対して、１ｇのサンプルＢからは無水フタル酸が５μｇ、イソブチルアルコールが１μｇしか発生していない。
【００５６】
このことより、サンプルＢには、無水フタル酸及びイソブチルアルコール等の不純物が少量しか含まれていない、即ち、３５０℃で３時間加熱するアニール処理を１回施したことで、セラゾール内の不純物を取り除く効果があることが分かる。
【００５７】
その後部品割れが生じるのを回避するために、圧力５，３２０Ｐａ（４０Torr）の減圧下、温度２００℃〜２５０℃で２時間〜４時間の間、再度真空乾燥を施した（Ｓ１０５）。その結果、所望形状に形成され、含有水分量が３７０ｐｐｍ以下であるＰＢＩ樹脂製のチャンバ内部品を製造することができる。
【００５８】
なお、含有水分量は高精度昇温脱離ガス分析により測定した。
【００５９】
また、第５図は、エッチング溝のＢＴＭ（ボトム）寸法の経時変化を示す特性図であり、（ａ）は、含有水分量が３７０ｐｐｍに抑制されたＰＢＩ樹脂を用いたとき、（ｂ）は、含有水分量が２２４０ｐｐｍであるＰＢＩ樹脂を用いたときを夫々示す。
【００６０】
また、含有水分量が３７０ｐｐｍに抑制されたＰＢＩ樹脂を用いた場合と含有水分量が２２４０ｐｐｍであるＰＢＩ樹脂を用いた場合とで、エッチング溝のＢＴＭ（ボトム）寸法のばらつき及び経時変化を比較した。これにより、ＰＢＩ樹脂の含有水分量が抑制されているとエッチング溝のＢＴＭ（ボトム）寸法のばらつき及び経時変化を抑制することができることが分かる。
【００６１】
また、機械加工後の洗浄処理は、以下のようにして行われる。
【００６２】
機械加工後の成形品に脱脂洗浄及び純水洗浄を施し、フッ酸にて表面に付着している重金属を取り除き、純水洗浄及び超音波洗浄を施した後、天然高分子材料で表面に研磨処理（ポリッシング）を施して表面上の固体微粒子を除去し、この後、高圧化洗浄及び超純水洗浄を実施し、これにより機械加工後の洗浄処理を行っている。
【００６３】
このように本発明の第１の実施の形態によれば、プラズマ雰囲気に晒されるチャンバ内部品が、乾燥処理されたＰＢＩ樹脂で形成されているので、石英、ＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂で形成された部品よりも耐プラズマ性が向上し、その結果、チャンバ内部品の耐久性が向上し、部品交換の頻度も少なくなり、生産性の向上を図ることができる。
【００６４】
また、ＰＢＩ樹脂は乾燥処理されているため、半導体製品に水分が付着することもなく、したがって余計なダミー運転を行う必要もなく、使い勝手を損なうこともない。
【００６５】
しかも、ＰＢＩ樹脂は密着性に優れているため、処理ガスと反応して生成された反応生成物の固体微粒子がプラズマ雰囲気中を飛散しても、ＰＢＩ製のチャンバ内部品に容易に吸着され、したがって、固体微粒子が半導体製品上に堆積するのを回避することができる。
【００６６】
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６７】
本発明の第２の実施の形態では、装置本体１は、アルマイト処理されたＡｌ製の外壁部１ａと、該外壁部１ａの内周面全域に亙って着脱可能に装着された内壁部１ｂとから構成され、さらに該内壁部１ｂはアルミニウム成分を含まない焼結セラミックス材料、すなわちアルミレス焼結セラミックス材料で形成され、これによりプラズマにより内壁部１ｂが削られても被処理物である半導体ウエハ３はＡｌに汚染されることがなく、製品歩留まりの向上を図っている。
【００６８】
上記プラズマ処理装置では、プラズマ雰囲気に晒されるフォーカスリング１３、インシュレータリング４０、電極保護部材８、バッフル板１２、第１及び第２のベローズカバー１４、１５等のチャンバ内部品が夫々の所定位置に配設されているが、本発明の第２の実施の形態では、チャンバ内部品もアルミレス焼結セラミックス材料で形成されている。
【００６９】
アルミレス焼結セラミックス材料としては、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、Ｙ2Ｏ3、ＳｉＣを主成分とする１種の材料又は２種以上の複合材料が使用される。
【００７０】
また、従来よりチャンバ内部品の部品材料として広く使用されているＳｉＯ2材は、機械加工時に発生する多量の破砕屑がその表面に付着するため、長時間のダミー運転を行なう必要があり、しかも耐プラズマ性にも劣るため、その交換頻度も多く、生産性が悪い。
【００７１】
このため、本実施の形態では、ＳｉＯ2に比べて耐プラズマ性に優れ、しかも機械加工時に発生する破砕屑もＳｉＯ2に比べて少なく、したがってダミー運転も短時間で済む材料種、すなわちＳｉ3Ｎ4、Ｙ2Ｏ3、ＳｉＣを主成分とする１種の材料又は２種以上の複合材料、好ましくは焼結助剤としてイットリビウム（Ｙｂ）及びイットリウム（Ｙ）のうちの少なくともいずれか一方を添加した材料を使用している。
【００７２】
本発明者らの実験結果により、上記チャンバ内部品（耐プラズマ性部品）を、内壁部１ｂと同様、上述したアルミレス焼結セラミックス材料で形成した場合であっても、チャンバ内部品をＳｉＯ2材で形成した場合と略同等のエッチング速度でもって半導体ウエハ３を微細加工することができることが明らかとなり、したがって、所望のエッチング速度を確保することもできる。
【００７３】
尚、これら耐プラズマ性に優れたアルミレスのセラミックス材料は、常圧焼結法、加圧焼結（Hot Press）法、等方加圧焼結（Hot Isostatic Press）法など、周知の焼結法を使用して容易に所定形状に成形することができるのはいうまでもない。
【００７４】
このように本発明の第２の実施の形態では、内壁部１ｂがアルミレス焼結セラミックス材料で形成されているので、被処理物である半導体ウエハ３がＡｌ汚染する事態を回避することができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
【００７５】
さらに、装置本体１の内部に配設されたチャンバ内部品も、内壁部１ｂと同様、耐プラズマ性に優れたＳｉ3Ｎ4、Ｙ2Ｏ3、ＳｉＣ等を主成分とするアルミレス焼結セラミックス材料、好ましくは焼結助剤としてイットリビウム及びイットリウムのうちの少なくともいずれか一方を添加したアルミレス焼結セラミックス材料で形成されているので、従来のようなＳｉＯ2材を使用した場合に比べ、ダミー運転に要する時間を短縮化することができ、したがってチャンバ内部品をＳｉＯ2で形成した場合と略同等のエッチング速度を確保しつつ生産性の向上を図ることができ、更には部品の耐プラズマ性、すなわち耐久性の向上を図ることができる。
【００７６】
Ｓｉ3Ｎ4、Ｙ2Ｏ3、ＳｉＣ等を主成分とするアルミレス焼結セラミックス材料を使用することにより、上述したようにＡｌ汚染については確実に回避することができるが、これらアルミレス焼結セラミックス材料の市販品には、不純物としてＦｅ成分が混入している可能性があるので、Ａｌ汚染以外の金属汚染としてＦｅ汚染が生じる虞がある。しかしながら、斯かるＦｅ汚染についてはＦｅの含有量を低減させることにより容易に解消することができる。
【００７７】
なお、上記実施の形態では装置本体１の外周に永久磁石２６を配設した磁場アシスト方式のプラズマエッチング装置を例に説明したが、他の方式、例えば、永久磁石２６を設ける代わりに、上部電極１６及び下部電極２の双方に高周波電力を印加してプラズマを発生させるイオンアシスト方式のプラズマエッチング装置についても同様に適用することができるのはいうまでもない。
【００７８】
以下、本発明の第３の実施の形態について第１１図を参照しながら説明する。
【００７９】
第１１図は、第３の実施の形態におけるプラズマ処理装置部品材料の製造方法を示す模式図である。
【００８０】
本発明の第３の実施の形態では、プラズマ処理装置用部品材料は、酸水素溶融法で製造される。
【００８１】
具体的には、耐プラズマ性に優れた所定の異種材料をＨ2及びＯ2と共に天然の水晶粉末１０１（以下、ＳｉＯ2粉末１０１）に加え、混合缶１０２の中でＳｉＯ2粉末１０１と異種材料とを混合させる。これにより、混合物１０３を得る。次いで、所定の高温ガス雰囲気１０４下（例えば、２０００℃）で、混合物１０３を溶融させ、溶融した混合物１０３を矢印Ａ方向に回転しているインゴットケース１０５に積層し、その後自然冷却させて鋳塊状の部品材料１０６を製造している。
【００８２】
このように第３の実施の形態では、ＳｉＯ2粉末１０１に所定の異種材料を添加させた混合物１０３を、ガス溶融法としての酸水素溶融法により高温ガス雰囲気１０４下で溶融させ、これによりＳｉＯ2中に異種材料が均一に混合した部品材料１０６を製造している。
【００８３】
上記所定の異種材料としては、耐プラズマ性に優れた材料、具体的には、Ｙ2Ｏ3等の希土類化合物や、ＳｉＣやＳｉ3Ｎ4等のＳｉＯ2以外のケイ素化合物、Ａｌ2Ｏ3等のアルミニウム化合物、或いはＹ2Ａｌ5Ｏ12（イットリウム−アルミニウム−ガーネット；ＹＡＧ）等の希土類化合物とアルミニウム化合物との反応生成物を使用することができる。
【００８４】
また、第３の実施の形態では、ＳｉＯ2に対する上記異種材料の含有率は１ｗｔ％〜５ｗｔ％に設定されている。
【００８５】
ここで上記異種材料の含有率を１ｗｔ％〜５ｗｔ％としたのは、上記異種材料の含有率が１ｗｔ％未満の場合は、異種材料の含有率が少な過ぎるため耐プラズマ性の向上に寄与することができず、一方、５ｗｔ％を超えて異種材料を含有させても、耐プラズマ性が飽和状態となり、異種材料添加の効果を奏することができないからである。
【００８６】
このように、第３の実施の形態では、希土類化合物等の耐プラズマ性に優れた所定の異種材料を酸水素溶融法で均一にＳｉＯ2粉末１０１中に添加（混合）させて部品材料１０６を製造しているので、部品材料１０６を使用して製造されたプラズマ処理装置用部品（シールドリング４１、フォーカスリング１３、絶縁リング等）の耐プラズマ性が向上し、従来に比べて装置部品の交換頻度が減少し、半導体製造の生産性向上を図ることができる。
【００８７】
実施例
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００８８】
以下、本発明の第１の実施の形態に対応する第１の実施例について説明する。
【００８９】
〔第１の実施例〕
本発明者らは、本実施例において、ＰＢＩ材として２種類のＰＢＩ（ＰＢＩ−Ａ、ＰＢＩ−Ｂとする）、ＰＩ材として３種類のＰＩ（ＰＩ−Ａ、ＰＩ−Ｂ、ＰＩ−Ｃとする）、ＰＡＩ材として１種類のＰＡＩ（ＰＡＩ−Ａとする）を使用し、これら各材料を使用して夫々縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を作製した。そして、第２図に示すように、各試験片の外周部３０をポリイミドフィルム（デュポン社、登録商標「カプトン」）でマスクし、中央部３１に縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの照射面を設け、以下の放電条件でもってプラズマを２０時間照射し、表面粗度計によってＸ軸方向及びＹ軸方向の削れ量（消耗量）を計測し、耐プラズマ性を評価した。
【００９０】
〔放電条件〕
高周波電力：１３００Ｗ
電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
処理室の圧力：１３３Ｐａ（１．０Torr）
処理ガスの成分：ＣＦ4 ／Ａｒ／Ｏ2
第３図は測定結果を示す棒グラフであり、横軸は各試験片材料を示し、縦軸は２０時間後の削れ量（μm）を示している。
【００９１】
この第３図から明らかなように、ＰＢＩ材はＰＩ材やＰＡＩ材に比べ消耗量が少なく、耐プラズマ性に優れていることが分かる。
【００９２】
以下、本発明の第２の実施の形態に対応する第２の実施例について説明する。
【００９３】
〔第２の実施例〕
本発明者らは、まず、本実施例としてＳｉ3Ｎ4を主成分としたＳｉ3Ｎ4材を使用し、比較例としてＳｉＯ2を主成分としたＳｉＯ2材を使用し、概略寸法が内径２３０ｍｍ、外径２８０ｍｍ、全高１５ｍｍのインシュレータリング４０を製造した。
【００９４】
次いで、該インシュレータリング４０を処理室２２内の所定位置に配設すると共に、８インチ（２０３．２ｍｍ）の半導体ウエハ３を静電チャック４に吸着保持させ、所定の放電条件でグロー放電を生じさせてプラズマ照射を行い、プラズマ照射前後の固体微粒子の個数を測定した。
【００９５】
具体的には、上記インシュレータリング４０の表面には機械加工により破砕屑が付着しているため、該破砕屑を除去すべく、５枚の半導体ウエハ３を使用して各々１分間ずつ、計５分間のダミー運転を行い、その後新たな半導体ウエハ３を静電チャック４に吸着保持させて３０秒間プラズマ照射を行い、プラズマ照射前後の固体微粒子の個数をＫＬＡ−Tencor社製Surfscan6420で測定した。
【００９６】
尚、放電条件は以下の通りである。
【００９７】
〔放電条件〕
高周波電力：１５００Ｗ
電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
処理室の圧力：５．３２Ｐａ（４．０×１０-2Torr）
反応ガス種：Ｃ4Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2
表２は試験前後における半導体ウエハ３上に付着した固体微粒子の個数を示している。
【００９８】
【表２】
0004021325.tif 000004
【００９９】
この表２から明らかなように、比較例であるＳｉＯ2材では０．２μｍ以上の固体微粒子がプラズマ照射前後では１１５個も増加しているのに対し、Ｓｉ3Ｎ4材では９個しか増加していない。
【０１００】
すなわち、ＳｉＯ2材では、その表面に多量の破砕屑が付着しているため、５分間程度のダミー運転では不十分であり、長時間に亙るダミー運転が必要であることが判る。
【０１０１】
これに対してＳｉ3Ｎ4材では、その表面に付着している破砕屑が少量であるため、短時間のダミー運転で表面に付着している破砕屑を除去することができ、半導体ウエハ３の微細加工を行なう本運転に迅速に移行可能であることが確認された。
【０１０２】
以下、本発明の第２の実施の形態に対応する第３の実施例について説明する。
【０１０３】
〔第３の実施例〕
次に、本発明者らは、本発明実施例としてＹ2Ｏ3を主成分としたＹ2Ｏ3材を使用し、比較例としてＡｌ2Ｏ3を主成分としたＡｌ2Ｏ3材を使用して、第２の実施例と同様のインシュレータリング４０を製造した。
【０１０４】
次いで、第２の実施例と同様の放電条件でもってＹ2Ｏ3材（本発明実施例）については５枚のダミーウエハを使用して各１分間ずつ、計５分間のダミー運転を行い、Ａｌ2Ｏ3材（比較例）については２５枚のダミーウエハを使用して各３分間ずつ、計７５分間のダミー運転を行い、その後、１００時間のランニングテストを行い、半導体ウエハ３上に固着した０．２μｍ以上の固体微粒子個数の経時的変化を測定した。
【０１０５】
第６図は測定結果を示す特性図であり、横軸は高周波電力の印加時間（ｈｒ）、縦軸は０．２μｍ以上の固体微粒子の個数を示している。また、図中、実線は本発明実施例であるＹ2Ｏ3材の固体微粒子の発生個数を示し、破線は比較例であるＡｌ2Ｏ3材の固体微粒子の発生個数を示している。
【０１０６】
この第６図から明らかなように、比較例では印加時間が約２５時間程度を経過した後、固体微粒子の個数が急激に増加しているのに対し、本発明実施例では固体微粒子の発生は低水準で安定化していることが分かる。
【０１０７】
すなわち、比較例ではＡｌ2Ｏ3がＣ4Ｆ8ガスと反応してＡｌＦ3を生成し、該ＡｌＦ3が固体微粒子となってプラズマ雰囲気中を飛散し、これにより固体微粒子が半導体ウエハ３上に付着しているものと推認される。
【０１０８】
これに対して本発明実施例であるＹ2Ｏ3材では、固体微粒子の発生は生じるものの低水準で安定化し、印加時間が１００時間を経過した時点でも固体微粒子は４０個程度しか発生しないことから、固体微粒子の発生は少ないことが確認された。
【０１０９】
以下、本発明の第２の実施の形態に対応する第４の実施例について説明する。
【０１１０】
〔第４の実施例〕
次に、本発明者らは、本実施例としてＳｉＣ、Ｙ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、比較例としてＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2の各材料について、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を作製し、第２図に示すように、各試験片の外周部３０をポリイミドフィルム（デュポン社、登録商標「カプトン」）でマスクし、中央部３１に縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの照射面を設け、第２の実施例と同様の放電条件でもってプラズマを２０時間照射し、表面粗度計でＸ軸方向及びＹ軸方向の削れ量（消耗量）を計測した。
【０１１１】
第７図は測定結果を示す棒グラフであり、横軸は各セラミックス材料を示し、縦軸は２０時間後の削れ量（μｍ）を示している。
【０１１２】
この第７図から明らかなように、Ｓｉ3Ｎ4材、Ｙ2Ｏ3材、ＳｉＣ材はＳｉＯ2材に比べ削れ量が少なく、耐プラズマ性に優れていることが判る。
【０１１３】
尚、Ａｌ2Ｏ3材はＳｉ3Ｎ4材やＳｉＣ材に比しても耐プラズマ性に優れているが、第２の実施例の実験結果から明らかなように、Ａｌ2Ｏ3がＣ4Ｆ8ガスと反応してＡｌＦ3からなる固体微粒子が発生するため、プラズマ処理装置用の部品材料には適さない。
【０１１４】
以下、本発明の第２の実施の形態に対応する第５の実施例について説明する。
【０１１５】
〔第５の実施例〕
次に、本発明者らは、本実施例としてＳｉ3Ｎ4材を使用し、比較例としてＳｉＯ2材を使用して上記第２の実施例と同様、インシュレータリング４０を製造し、上述の放電条件でエッチング速度を比較した。
【０１１６】
第８図はＳｉ3Ｎ4材の測定結果を示し、第９図はＳｉＯ2材の測定結果を示している。第８図及び第９図において、横軸は半導体ウエハのウエハ径（ｍｍ）、縦軸はエッチング速度（ｎｍ／min）である。また、測定は半導体ウエハのＸＹ平面上をＸ軸方向及びＹ軸方向の双方で行った。
【０１１７】
第８図のＳｉ3Ｎ4材ではエッチング速度は３１４ｎｍ／min±２．１％、第９図のＳｉＯ2材ではエッチング速度は３０２ｎｍ／min±１．９％となり、Ｓｉ3Ｎ4材を耐プラズマ性部品（チャンバ内部品）として使用した場合であっても、ＳｉＯ2材と略同様のエッチング性能を確保することができることが確認された。
【０１１８】
以下、本発明の第２の実施の形態に対応する第６の実施例について説明する。
【０１１９】
〔第６の実施例〕
次に、本発明者らは、本実施例としてＳｉ3Ｎ4に焼結助剤としてイットリビウム及びイットリウムを加えたＳｉ3Ｎ4純度が８０％のＳｉ3Ｎ4−Ａ、Ｓｉ3Ｎ4に焼結助剤としてイットリビウム及びイットリウムを加えたＳｉ3Ｎ4純度が９１％のＳｉ3Ｎ4−Ｂ、及びＳｉ3Ｎ4に焼結助剤としてイットリウムを加えたＳｉ3Ｎ4純度が９８％のＳｉ3Ｎ4−Ｃ、比較例としてＳｉ3Ｎ4に焼結助剤としてマグネシウムを加えたＳｉ3Ｎ4純度が９９．５％のＳｉ3Ｎ4−Ｄ、及びＱｕａｒｔｚについて、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を作製し、第２図に示すように、各試験片の外周部３０をポリイミドフィルム（デュポン社、登録商標「カプトン」）でマスクし、中央部３１に縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの照射面を設け、以下の放電条件でもってプラズマを２０時間照射し、表面粗度計でＸ軸方向及びＹ軸方向の削れ量（消耗量）を計測した。
【０１２０】
〔放電条件〕
高周波電力：１４００Ｗ
電源周波数：１３．５６ＭＨｚ
処理室の圧力：５．３２Ｐａ（４．０×１０-2Torr）
反応ガス種：：ＣＦ4 ／Ａｒ／Ｏ2
第１０図は測定結果を示す棒グラフであり、横軸は各セラミックス材料を示し、縦軸はＱｕａｒｔｚの２０時間後の削れ量を１００としたときの削れ量を示している。
【０１２１】
この第１０図から明らかなように、Ｓｉ3Ｎ4に焼結助剤としてイットリビウム及びイットリウムを加えたＳｉ3Ｎ4−Ａ及びＳｉ3Ｎ4−Ｂの削れ量は、Ｑｕａｒｔｚの削れ量の約１／３であり、Ｓｉ3Ｎ4に焼結助剤としてマグネシウムを加えたＳｉ3Ｎ4−Ｄの削れ量より少ない。
【０１２２】
また、Ｓｉ3Ｎ4に焼結助剤としてイットリウムを加えたＳｉ3Ｎ4−Ｃの削れ量は、Ｑｕａｒｔｚの削れ量の約６割であり、Ｓｉ3Ｎ4に焼結助剤としてマグネシウムを加えたＳｉ3Ｎ4−Ｄの削れ量より少ない。
【０１２３】
以上の結果により、削れ量はＳｉ3Ｎ4純度に依存せず、Ｓｉ3Ｎ4に乾燥助剤を加えることによって、削れ量が小さくなり、また、乾燥助剤として、イットリビウム及びイットリウムのうちの少なくともいずれか一方を用いることが適していることが判る。
【０１２４】
以上、第１の実施の形態で詳述したように、本発明に係るプラズマ処理装置用部品は、乾燥処理されたポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）で形成されているので、石英、ＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂で形成された従来品に比べ耐プラズマ性が向上し、したがってチャンバ内部品の耐久性向上を図ることができ、もってメンテナンスサイクルを延長することができ、部品交換の頻度も少なくなる。
【０１２５】
しかも、本発明に係るプラズマ処理装置用部品は、乾燥処理されたポリベンゾイミダゾールで形成されているので、半導体デバイス等の製品に水分が付着することもなく、したがって余計なダミー運転を行う必要もなくなる。
【０１２６】
また、本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法は、ポリベンゾイミダゾールの粉末に真空乾燥処理を施した後、真空乾燥処理された粉末に成形処理を施して所定形状の成形品を製造するので、耐プラズマ性に優れ、且つ、吸水性を除去したプラズマ処理装置用部品を容易に製造することができ、もって、エッチング溝のＢＴＭ（ボトム）部分の寸法におけるばらつき及び経時変化を抑制することができる。
【０１２７】
さらに、真空乾燥処理で設定される第１の乾燥処理温度よりも高い第２の乾燥処理温度で成形品を再度真空乾燥処理することにより、成形品に割れが生じるのを回避することができる。
【０１２８】
また、本発明に係るプラズマ処理装置においては、装置本体の内部に配設されてプラズマ雰囲気に晒される部品類が、乾燥処理されたポリベンゾイミダゾールで形成されているので、部品類の耐プラズマ性が向上し、したがってこれら部品類の耐久性も向上する。このため、部品交換の頻度も減少するため、半導体デバイス等の製品の生産性向上を図ることができる。
【０１２９】
また、第２の実施の形態で詳述したように、本発明に係るプラズマ処理装置は、装置本体の内壁及び該処理室の内部に配設されているプラズマ雰囲気に晒される部品類が、アルミニウム成分を含有していない焼結セラミックス材料で形成されているので、半導体製品の表面にＡｌＦ3等の不純物が固着してＡｌ汚染が生じるのを回避することができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
【０１３０】
また、焼結セラミック材料は、窒化ケイ素、酸化イットリウム、又は炭化ケイ素を主成分とした材料の中から１種又は２種以上を選択して構成されることの中から選択された１種又は２種以上からなるので、所謂ダミー運転を短縮化することができ、生産性を向上させることができる。
【０１３１】
しかも、これら焼結セラミック材料は石英（ＳｉＯ2）に比べて耐プラズマ性においても優れているため耐久性向上も図ることができ、したがって部品交換の頻度も減少し、メンテナンス性が向上する。
【０１３２】
また、これら焼結セラミック材料には焼結助剤としてイットリビウム及びイットリウムのうちの少なくともいずれか一方が添加されているので、耐プラズマ性をさらに向上させることができ、もって耐久性の向上をさらに図ることができる。
【０１３３】
さらに、第３の実施の形態で詳述したように、本発明に係るプラズマ処理装置用部品は、プラズマ処理装置の装置本体内部に配設される絶縁性部品に使用されるプラズマ処理装置用部品であって、ケイ素酸化物が主成分として含有されると共に、ケイ素酸化物以外の所定の異種材料が添加されているので、所定の異種材料として耐プラズマ性に優れた材料を選択することにより、耐プラズマ性に優れたプラズマ処理装置用部品を製造することができ、もって当該部品の耐久性向上を図ることができると共に、半導体製造の生産性向上を図ることができる。
【０１３４】
また、本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法は、プラズマ処理装置の装置本体内部に配設される絶縁性部品に使用するプラズマ処理装置用部品の製造方法であって、ケイ素酸化物にケイ素酸化物以外の所定の異種材料を添加し、酸水素炎下でケイ素酸化物及び前記異種材料を溶融し、その後冷却してプラズマ処理装置用部品を製造しているので、ケイ素酸化物と異種材料とを確実に均一に混合させることができ、所望の優れた耐プラズマ性を有するプラズマ処理装置用部品を得ることができる。
【０１３５】
また、上記異種材料としては、希土類化合物、前記ケイ素酸化物以外のケイ素化合物、及びアルミニウム化合物の中から選択された１種又は２種以上を含む物質を選択しているので、上述した耐プラズマ性の向上を容易に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置の一実施の形態を示す内部構造図である。
【図２】削れ量（消耗量）の測定方法を説明するための図である。
【図３】第１の実施例における各種セラミックス材料の耐プラズマ性の評価結果を示す棒グラフである。
【図４】ＰＢＩの加工工程及び洗浄工程のフローチャートである。
【図５】第５図（ａ）は、含有水分量が３７０ｐｐｍに抑制されたＰＢＩ樹脂を用いたときのエッチング溝のＢＴＭ（ボトム）寸法の経時変化を示す特性図であり、第５図（ｂ）は、含有水分量が２２４０ｐｐｍであるＰＢＩ樹脂を用いたときのエッチング溝のＢＴＭ（ボトム）寸法の経時変化を示す特性図である。
【図６】半導体ウエハ上に固着する固体微粒子の経時的変化を示す特性図である。
【図７】第２の実施例における各種セラミックス材料の耐プラズマ性の評価結果を示す棒グラフである。
【図８】フォーカスリングとしてＳｉ3Ｎ4材を使用したときのエッチング特性図である。
【図９】フォーカスリングとしてＳｉＯ2材を使用したときのエッチング特性図である。
【図１０】第６の実施例における各種セラミックス材料の耐プラズマ性の評価結果を示す棒グラフである。
【図１１】第３の実施の形態におけるプラズマ処理装置部品材料の製造方法を示す目的図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１    プラズマエッチング装置本体
２    下部電極
３    半導体ウエハ
１６    上部電極
２２    処理室
１０１    水晶粉末
１０３    混合物
１０５    インゴットケース
１０６    部品材料
【図１】
0004021325.tif 000005
【図２】
0004021325.tif 000006
【図３】
0004021325.tif 000007
【図４】
0004021325.tif 000008
【図５】
0004021325.tif 000009
【図６】
0004021325.tif 000010
【図７】
0004021325.tif 000011
【図８】
0004021325.tif 000012
【図９】
0004021325.tif 000013
【図１０】
0004021325.tif 000014
【図１１】
0004021325.tif 000015