JP4037956B2

JP4037956B2 - チャンバー内壁保護部材

Info

Publication number: JP4037956B2
Application number: JP11902298A
Authority: JP
Inventors: 和義灰野; 晃一風間
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: WO1999056309A1; JPH11312646A; EP1081749A4; EP1081749B1; EP1081749A1; KR20010043079A; TWI225110B; US6383333B1; US20030015287A1; KR100596085B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣやＬＳＩなどの半導体デバイスを製造する工程において用いられる、プラズマエッチング処理のためのプラズマ処理装置のチャンバー内壁を保護するチャンバー内壁保護部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマエッチング加工に用いられるプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバー内に下部電極及び上部電極を所定の間隔で相対向する位置に配置し、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ａｒ、Ｏ₂などの反応性ガスを上部電極の細孔から流出させて、上部と下部電極間に印加した高周波電力によりプラズマを発生させる。このプラズマにより下部電極上に載置したシリコンウエハなどのエッチング加工を行うものである。
【０００３】
電極にはアルミニウム、グラファイト、ガラス状カーボン、シリコンなどが用いられ、またプラズマ処理チャンバーの内壁部材にはアルミニウムやその表面を酸化したアルミナなどが用いられている。
【０００４】
しかしながら、プラズマエッチング処理の継続にともないプラズマ処理チャンバーの内壁部が化学的に浸食されてダストを発生して損耗し、これがウエハ表面に付着し不良品となり歩留りが低下する。またチャンバー自体の寿命が短くなるという問題もある。そこで、プラズマ処理チャンバーの内壁部に保護部材を設けて内壁部のプラズマによる損耗を抑制する手段が講じられている。
【０００５】
例えば、特開平９−２７５０９２号公報には処理対象となる基板が格納されるチャンバーと、該チャンバーの内部を排気するポンプと、該チャンバーの内部に導入される処理用ガスをプラズマ化して該基板に照射し所望の処理を行う電極手段とを備えたプラズマ処理装置であって、該チャンバーの内壁に沿って所定の空隙を介して交換可能に取り付けられた保護壁部材と、該空隙に冷却用ガスを導入して該チャンバー内に発生した熱に起因する保護壁部材の表面温度上昇を抑制する冷却手段とを有することを特徴とするプラズマ処理装置が開示されている。
【０００６】
この特開平９−２７５０９２号公報はプラズマ処理装置のチャンバー内部に設けた保護壁部材の冷却構造に関するもので、保護壁部材にプラズマ化によって生じるＣ_xＦ_yで表されるポリマーを吸着させることでチャンバー内のあらゆる場所にこのポリマーが付着するのを防止する。この保護壁部材自体は容易に交換可能なためクリーニング作業の能率が向上し、また保護壁部材表面のプラズマによる温度上昇が防止されるのでプロセスの安定化を図ることができる。
【０００７】
また、特開平９−２８９１９８号公報にはプラズマ発生用電極が配置されたプラズマ処理室を有するプラズマ処理装置において、上記プラズマ処理室内の上記電極以外のプラズマに曝される部分の少なくとも表面をガラス状カーボンにて形成したことを特徴とするプラズマ処理装置、及び、２個のプラズマ発生用電極が配置され、これら両電極間にプラズマ領域が形成されるプラズマ処理室内に、上記両電極の両側方に上記プラズマ領域を覆うように配設されるプラズマ処理装置用保護部材において、この保護部材の少なくとも上記プラズマ領域側表面をガラス状カーボンにて形成したことを特徴とするプラズマ処理装置用保護部材が開示されている。
【０００８】
すなわち、特開平９−２８９１９８号公報によればプラズマに曝される部分がガラス状カーボンにて形成されているので、プラズマによる侵食、損傷が少なくなり、長寿命でパーティクル（ダスト）の発生も少なく、ダストによる被処理物の汚染も防止される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガラス状カーボン材の耐プラズマ性はガラス状カーボンの材質性状によって異なるため、チャンバー内壁保護部材として好適な性能を発揮するためには適切な材質選定が必要である。
【００１０】
本発明者らは、プラズマ処理装置のチャンバー内壁部を保護するチャンバー内壁部材として好適なガラス状カーボン材の材質性状について鋭意研究を進めた結果、耐プラズマ性に優れダストの発生が少なく、また安定なプラズマ状態を形成維持できるガラス状カーボン材の材質性状を見出し、本発明に到達したものである。
【００１１】
すなわち、本発明の目的はガラス状カーボン材の材質性状を特定することにより長時間に亘って安定使用が可能なプラズマ処理装置のチャンバー内壁保護部材及び該保護部材を配置したプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明によるチャンバー内壁保護部材は、中空形状の保護部材であって、体積比抵抗が１×１０^-2Ω・cm以下、熱伝導率が５Ｗ／m・Ｋ以上の特性を有するガラス状カーボン材から、厚さが４ mm 以上の一体型構造に形成されてなることを構成上の特徴とする。ここで中空形状とは、筒形状のほか、これに必要な穴、切り欠きを入れたものも含まれる。また、円筒形状の他に角柱を中空にしたものも含まれる。
【００１３】
本発明によるチャンバー内壁保護部材はまた、中空形状の保護部材であって、体積比抵抗が１×１０ ^-2 Ω・ cm 以下、熱伝導率が５Ｗ／ m ・Ｋ以上の特性を有するガラス状カーボン材から、平均面粗さ (Ra) が２．０μ m 以下である一体型構造に形成されてなること、および体積比抵抗が１×１０ ^-2 Ω・ cm 以下、熱伝導率が５Ｗ／ m ・Ｋ以上の特性を有するガラス状カーボン材から、厚さが４ mm 以上、平均面粗さ (Ra) が２．０μ m 以下である一体型構造に形成されてなることを構成上の特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ガラス状カーボン材は、巨視的に無孔組織の三次元網目構造を呈し、ガラス質の緻密な組織構造を有する特異な硬質炭素物質で、通常のカーボン材に比べて化学的安定性、ガス不透過性、耐摩耗性、表面平滑性及び堅牢性等に優れており、また不純物が少ない等の特徴を有する特殊な炭素物質である。
【００１５】
本発明は、これらの特徴を備えたガラス状カーボン材のうち、その体積比抵抗が１×１０^-2Ω・cm以下、熱伝導率が５Ｗ／ m・Ｋ以上の特性を有するガラス状カーボン材を一体構造の中空形状に加工してチャンバー内壁保護部材とするものである。すなわち保護部材の作製は、中空形状のガラス状カーボン材に対して側面にウエハ搬出、搬入用の穴とモニタリング用の穴、排気管の切り欠きなどを設けて一体型構造に形成される。なお保護部材の厚さは４mm以上、中空形状の内面の平均面粗さ(Ra)は２．０μm 以下とすることが好ましい。
【００１６】
体積比抵抗が１×１０^-2Ω・cmを超えるとチャンバー内壁保護部材内面の電位が接地電位に近づき難いため良好なプラズマの形成が困難となる。また熱伝導率が５Ｗ／ m・Ｋ未満の場合にはチャンバー内壁保護部材の内面の温度を制御している処理容器との温度差が大きくなるので温度の調節制御に長時間を要することとなり、更に温度分布も不均一化するために安定なプラズマ形成が困難となる。また、構造が一体型でなく分割構造型であると保護部材内面の電位が不均一となり、良好なプラズマ形成が困難となる。
【００１７】
更に、チャンバー内壁保護部材はその厚さが４mm以上であることが好ましい。保護部材の厚さが薄くなると環状断面の断面積が小さくなって、保護部材をチャンバー内に配置した状態での上下方向の電気抵抗が大きくなるためにチャンバー内壁保護部材内面の上下方向の電位差が比較的大きくなり、良好なプラズマの形成が難しくなる。より好ましくは厚さは８mm以上であり、耐久性が向上する。
【００１８】
また、中空形状の保護部材の内面はその平均面粗さ(Ra)が２．０μm 以下であることが好ましい。チャンバー内壁保護部材の内面はプラズマ処理中に腐食性ガスと反応して僅かずつ消耗するが、平均面粗さ(Ra)が２．０μm を超えると消耗形態によってはチャンバー内壁保護部材の内面より粒子として脱落する可能性が生じるためである。なお、ウエハ搬出、搬入用の穴、モニタリング用の穴及び排気管の切り欠き部の表面もプラズマ処理中に消耗するため、平均面粗さ（Ｒａ）が２．０μm 以下であることが好ましい。
【００１９】
本発明のチャンバー内面保護部材を適用したプラズマ処理装置は、これらの材質性状を備えるガラス状カーボン材で一体型構造の中空形状に形成されたチャンバー内壁保護部材をプラズマ処理装置のチャンバー内壁部に沿って配置して、チャンバー内壁部と保護部材とを電気的に導通するとともにチャンバーが接地されて構成されている。チャンバー内壁部と内壁保護部材とが電気的に導通されておらず、また接地もされていない場合にはプラズマが不安定化するために安定で均一なプラズマ処理が困難となるためである。なお、チャンバー内壁保護部材をチャンバー内壁部に電気的に導通させるには、内壁部材の表面に形成されている酸化アルミニウム層を取り除いてアルミニウム材に直接保護部材の底面を接触させることにより行うことができる。
【００２０】
本発明のチャンバー内壁保護部材を形成するガラス状カーボン材は、次のようにして製造することができる。まず、材質の高密度化及び高純度化を図るため、原料として予め精製処理した残炭率が少なくとも４０％以上のフェノール系、フラン系またはポリイミド系あるいはこれらをブレンドした熱硬化性樹脂が選択使用される。これらの原料樹脂は、通常、粉体や液状を呈しているため、その形態に応じてモールド成形、射出成形、注型成形など適宜な成形法により中空形状に成形する。成形体は、引き続き大気中で１００〜２５０℃の温度で硬化処理を施したのち、次いで黒鉛坩堝に詰めるか、黒鉛板で挟持した状態で窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気に保持された電気炉あるいはリードハンマー炉に詰め、８００℃以上の温度に加熱することにより焼成炭化してガラス状カーボン材に転化させる。
【００２１】
焼成炭化したガラス状カーボン材は雰囲気置換可能な真空炉に入れ、塩素ガス等のハロゲン系の精製ガスを流しながら１５００℃以上の温度に加熱処理することにより高純度化処理が施される。高純度化処理されたガラス状カーボン材は、ダイヤモンドなどの硬質ツールを用いて機械加工し、さらにその内面を研磨加工して本発明のチャンバー内壁保護部材が得られる。
【００２２】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。
【００２３】
実施例１〜３、比較例１〜３
液状のフェノール・ホルムアルデヒド樹脂〔住友デュレズ（株）製 PR940〕をポリプロピレン製の成形型に流し込み、１０Torr以下の減圧下で３時間脱気処理した後８０℃の電気オーブンに入れ、３日間放置して円筒形状の成形体を得た。成形体を型から取り出したのち、１００℃で３日間、１３０℃で３日間、１６０℃で３日間、２００℃で３日間、加熱処理して硬化した。硬化物を窒素雰囲気に保持された電気炉内で昇温速度３℃／hr、加熱温度１０００℃にて焼成炭化した。次いで、雰囲気置換可能な真空炉により加熱温度を変えて高純度化処理した。
【００２４】
このようにして得られた特性の異なるガラス状カーボン材をダイヤモンドツールを用いて機械加工したのち、内面を研磨加工して表面粗さおよび厚さの異なる中空形状のチャンバー内壁保護部材を作製した。
【００２５】
これらのチャンバー内壁保護部材を図１に示したプラズマ処理チャンバー１の内壁にチャンバー内壁保護部材２を配置した。処理チャンバー１は表面が酸化処理されたアルミニウムで作成されていて、接地されている。チャンバー内壁保護部材２は図１のＰ部を拡大した図２に示すように底面１０１で処理チャンバーと電気的に導通されている。なお、底面１０１と接触している部分の処理チャンバーの表面は酸化アルミニウム層が剥がしてある。チャンバー内壁保護部材２の底面突出部は、表面が酸化処理されたアルミニウム部材１０２で固定されている。これによりチャンバー内壁保護部材２は底面で充分に電気的に導通されている。また、酸化処理されたアルミニウム部材１０２のネジ上にはプラズマによる腐食を防ぐため、ネジカバー１０３が設置されている。
【００２６】
この処理チャンバー１内の下部電極５上に、静電チャック４を介して半導体ウエハ３を保持する。下部電極５には高周波電源（例えば８００kHz ）１１を接続している。下部電極５は絶縁体６を介して処理チャンバー１底面に配置される。上部電極７は導体部８と電気的に導通しており、導体部８には高周波電源（例えば２７．１２MHz ）１２を接続している。導体部８と処理チャンバー１は絶縁体９を介して配置される。
【００２７】
上部電極７の上方から処理ガスとしてＣ₄Ｆ₈とＯ₂とＡｒをチャンバー１内に導入し、上部電極と下部電極の２つの高周波電力を印加してプラズマを生起させ、ウエハ３のＳｉＯ₂膜をエッチング処理した。１００枚のウエハをエッチング処理した際のダスト数と面内均一度を測定した。この結果を表１に示す。なお、面内均一度はウエハの中心部と端部のエッチングの均一性を表す指標で、ウエハ中心部のエッチングレートをＡ、ウエハ端部のエッチングレートをＢとするとき、下記式（数１）で算出される値である。これは、ウエハ中心部や端部のエッチングレートとこれらの平均エッチングレートの差が、平均エッチングレートの何％であるかを表している。したがって、この値から±を取った数値が大きい程不均一であり、小さい程均一であることを示している。本測定では、ウエハ直径が２００mmのものを用いた。
【００２８】
【数１】

【００２９】
【表１】

【００３０】
表１から、本発明の材質性状を備えたガラス状カーボン材で形成した実施例のチャンバー内壁保護部材は、比較例に比べてダスト発生数が少なく、また、面内でのエッチング均一性もあった。なお、チャンバー内壁保護部材を角型の筒形状にすればＬＣＤエッチング装置にも適用が可能である。また、本実施例では上下両電極に高周波電力を印加したが、上部電極のみに高周波電力を印加して下部電極とチャンバーを接地する装置、あるいは下部電極のみに高周波電力を印加して上部電極とチャンバーを接地する装置に適用することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の材質性状を特定したガラス状カーボン材により形成したチャンバー内壁保護部材によれば、耐プラズマ性に優れ、長時間、安定にプラズマ処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置を示した図である。
【図２】チャンバー内壁保護部材を底面で処理チャンバーに電気的導通した図である。
【符号の説明】
１プラズマ処理チャンバー
２チャンバー内壁保護部材
３半導体ウエハ
４静電チャック
５下部電極
７上部電極
13 排気管
101 チャンバー内壁保護部材の底面
103 ネジカバー

Claims

プラズマ処理装置に配置して、プラズマ処理装置のチャンバー内壁を保護するとともに、半導体ウエハを均一にプラズマエッチング処理するための中空形状の保護部材であって、体積比抵抗が１×１０^-2Ω・cm以下、熱伝導率が５Ｗ／ m・Ｋ以上の特性を有するガラス状カーボン材から、厚さが４ mm 以上の一体型構造に形成されてなることを特徴とするチャンバー内壁保護部材。
プラズマ処理装置に配置して、プラズマ処理装置のチャンバー内壁を保護するとともに、半導体ウエハを均一にプラズマエッチング処理するための中空形状の保護部材であって、体積比抵抗が１×１０^-2Ω・cm以下、熱伝導率が５Ｗ／ m・Ｋ以上の特性を有するガラス状カーボン材から、内面の平均面粗さ (Ra) が２．０μ m 以下である一体型構造に形成されてなることを特徴とするチャンバー内壁保護部材。
プラズマ処理装置に配置して、プラズマ処理装置のチャンバー内壁を保護するとともに、半導体ウエハを均一にプラズマエッチング処理するための中空形状の保護部材であって、体積比抵抗が１×１０^-2Ω・cm以下、熱伝導率が５Ｗ／ m・Ｋ以上の特性を有するガラス状カーボン材から、厚さが４ mm 以上、内面の平均面粗さ (Ra) が２．０μ m 以下である一体型構造に形成されてなることを特徴とするチャンバー内壁保護部材。