DE60313042T2 - Element für eine plasmaätzeinrichtung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Element zur Verwendung in einer Plasmaätzvorrichtung für eine Halbleitervorrichtung, und insbesondere auf ein Element für eine Plasmaätzvorrichtung, beschichtet mit einem Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG, und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • Stand der Technik
  • Bisher ist bei einem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung eine Ätzbehandlung auf einem dünnen Film auf einem Si-Wafer unter Verwendung eines Ions oder eines Radikals, das in einem Plasma erzeugt wird, durchgeführt worden. Was dieses Plasmaätzbehandlungsverfahren angeht, gibt es beispielsweise ein Verfahren, bei dem ein dünner Film auf einer Oberfläche eines Si-Wafers durch einen chemischen Ätzmechanismus oder einen physikalischen Ätzmechanismus geätzt wird, oder ein Verfahren, bei dem der dünne Film durch elektrisches Beschleunigen der Ionengeschwindigkeit anisotrop geätzt wird, und dieser dann auf die Oberfläche des Si-Wafers gezogen wird. Zum Zeitpunkt der Durchführung der Plasmaätzbehandlung ist gewöhnlich ein Element oder ein Behälter (hierin nachstehend ebenso als „Element" bezeichnet), enthaltend Quarzglas, Aluminium, Alumit oder dergleichen, verwendet worden. Bei dieser Gelegenheit gab es dahingehend ein Problem, das eine Oberfläche des Elements selbst ebenso geätzt wurde, und dann ein Teilchen erzeugt wurde, durch das eine Halbleitervorrichtung kontaminiert wurde. Hierfür ist ein Verfahren, bei dem aus Bequemlichkeit ein Band, enthaltend ein Fluorcarbonharz oder einen technischen Kunststoff, auf eine Oberfläche des Elements aufgebracht wird, oder ein Verfahren, bei dem ein Beschichtungsfilm, enthaltend das oben beschriebene Harz, gebildet wird, vorgeschlagen worden. Jedoch ist bei dem Verfahren zum Aufbringen des Bandes die Ätzbeständigkeit nicht ausreichend, da die Filmdic ke des Bandes selbst klein ist, und da außerdem ein Verbindungsstück durch das Aufbringen des Bandes gebildet wird, dringt ein Plasmaion in eine Lücke ein, die auf diesem Stück gebildet wird, und dann wird das Substrat teilweise geätzt, oder da es schwierig ist, das Band einheitlich auf die Oberfläche aufzubringen, wird teilweise eine Lücke zwischen dem Substrat und dem Band erzeugt, und aufgrund dieser Lücke wird eine Unregelmäßigkeit auf der Oberfläche erzeugt, und dann wird eine Unregelmäßigkeit der elektrischen Eigenschaften auf der Oberfläche erzeugt, und aufgrund dieser Unregelmäßigkeit wird teilweise ein Isolationsfehler erzeugt, wodurch das Problem der Erzeugung eines Loches in dem Band verursacht wird. Ferner besteht der Nachteil, daß eine Verunreinigung aus dem Haftmittel des Bandes freigesetzt wird, wodurch sich die Eigenschaften des Si-Wafers verschlechtern.
  • Was ferner das Element betrifft, das mit dem konventionellen Fluorcarbonharz oder technischen Kunststoff beschichtet worden ist, wird, da dessen Oberfläche gewöhnlich angerauht wird, das Plasma nicht gut erzeugt und es besteht ebenso der Nachteil, daß in dem Film ein Loch oder dergleichen gebildet wird.
  • Um diese Nachteile von Elementen, enthaltend Quarzglas, Aluminium, Aluminiumoxid oder dergleichen, zu lösen, wird in JP-A-2001-118910 oder dergleichen ein Element, enthaltend Keramiken, die ausgezeichnete Plasmabeständigkeit haben, vorgeschlagen. Jedoch besteht das Problem, daß zum Zeitpunkt des Kalzinierens in dem Element, enthaltend die oben beschriebenen Keramiken, ein Riß oder eine Krümmung erzeugt wird und dann die Herstellung eines größeren Elements nicht nur schwierig sondern auch teuer wird.
  • EP 1156130 A1 offenbart die Abdeckung eines inneren Elements für ein Plasmabehandlungsgefäß aus Aluminium mit einer Grundierung aus Nickel (80%) und Aluminium (20%), einer mittleren Schicht aus einem Gemisch aus Saphir (50 Vol.-%) und Yttriumoxid (50 Vol.-%) und einer Deckschicht aus reinem Yttriumoxid. Die Beschichtung wird durch Plasmasprühen durchgeführt.
  • US 2002/0012791 A1 offenbart die Herstellung eines plasmaresistenten Keramikmaterials aus einem gesinterten Körper aus Aluminiumoxid, enthaltend weniger als 5 Gew.-% YAG. Der gesinterte Aluminiumoxidkörper wird mit einer YAG-Schicht abgedeckt, die durch Exsudation aus dem gesinterten Körper aus Aluminiumoxid gebildet wird.
  • Daher ist ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Elements für eine Plasmaätzvorrichtung, das eine hohe Plasmabeständigkeit aufweist, keine abnormale Ätzung durchführt, die durch eine Teiländerung der elektrischen Eigenschaften verursacht wird, und für eine längere Zeit verwendet werden kann.
  • Ferner ist ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Elements für eine Plasmaätzvorrichtung, das eine derart große Halbleitervorrichtung wie einen 300-mm-Si-Wafer (12''-Si-Wafer) handhaben kann.
  • Außerdem ist ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung des oben beschriebenen Elements für die Plasmaätzvorrichtung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Element für eine Plasmaätzvorrichtung, bei dem ein Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder Yttrium-Aluminium-Granat (hierin nachstehend ebenso als „YAG" bezeichnet) mit einer Dicke von 10 μm oder mehr, einer Filmdickenvarianz von 10% oder weniger, und bevorzugt einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 1 μm oder weniger auf einer Oberfläche eines Elements, das Quarzglas enthält, das 1 bis 10 Gew.-% an Yttriumoxid oder YAG enthält, gebildet wird, und bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zur Herstellung eines Elements für eine Plasmaätzvorrichtung, bei dem ein Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG auf einer Oberfläche eines Elements für eine Plasmaätzvorrichtung, enthaltend Quarzglas, Aluminium, Alumit oder eine Kombination davon, durch eines von einem Verfahren des Plasmasprühens von Yttriumoxid oder YAG, einem Verfahren des Verschmelzens von Yttriumoxid- oder YAG-Pulver durch eine Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme und anschließend des Durchführens des Beschichtens unter Verwendung des so verschmolzenen Gegenstandes, einem Verfahren des Aufbrin gens einer Lösung, in welcher Yttrium, eine Yttriumverbindung oder YAG gelöst sind, und anschließend des Durchführens des Wärmeverschmelzens und eine Kombination von diesen Verfahren gebildet wird.
  • Beste Weise zur Durchführung der Erfindung
  • Hierin nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
  • Ein Element für eine Plasmaätzvorrichtung gemäß der Erfindung enthält Quarzglas, das 1 bis 10 Gew.-% an Yttriumoxid oder YAG enthält, und weist auf einer seiner Oberflächen einen Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG mit einer Filmdicke von 10 μm oder mehr, einer Filmdickenvarianz von 10% oder weniger und bevorzugt ferner einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 1 μm oder weniger auf. Wenn die Filmdicke des oben beschriebenen Beschichtungsfilms aus Yttriumoxid oder YAG weniger als 10 μm beträgt, wird gewöhnlich ein Loch erzeugt und die Dicke eines Kammteils wird sehr klein, wodurch ein Riß erzeugt wird. Wenn ferner die Oberflächenrauhigkeit Ra mehr als 1 μm beträgt, werden die elektrischen Eigenschaften auf einer Oberfläche des Beschichtungsfilms teilweise verändert, wodurch eine abnormale Ätzung erzeugt wird. Wenn ferner die Filmdickenvarianz mehr als 10% beträgt, obwohl die Oberflächenrauhigkeit Ra des Beschichtungsfilms 1 μm oder weniger beträgt, wird eine große Wellenbewegung erzeugt, und dann verschlechtern sich aufgrund dieser großen Wellenbewegung die elektrischen Eigenschaften des Beschichtungsfilms, wodurch ohne weiteres ein Loch durch das Plasma erzeugt wird. Bevorzugt wird der Kammteil des Elements der Abrundungsbearbeitung unterzogen, wodurch eine Größe von R 0,5 mm oder mehr erhalten wird, und anschließend wird Yttriumoxid oder YAG als ein Beschichtungsfilm aufgebracht. Durch dieses Abrundungsbearbeiten wird verhindert, daß die Dicke des Beschichtungsfilms zu klein wird, wodurch die Erzeugung von Löchern unterdrückt wird. Was die Abrundungsbearbeitung betrifft kann ein Verfahren zum Bearbeiten des Kammteils durch eine Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme, ein Verfahren zum mechanischen Polieren des Kammteils durch eine Schleifmaschine oder dergleichen oder ein Verfahren zum Blasen von kristallinem Siliciumdioxidpulver, Siliciumcarbidpulver oder dergleichen auf den Kammteil übernommen werden.
  • Es wird ein Element gebildet, indem ein Element zuvor unter Verwendung von Quarzglas, das Yttriumoxid oder YAG im Bereich von 1 bis 10 Gew.-% enthält, und anschließend auf dem so gebildeten Element der Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG gebildet wird. Mittels Durchführen der oben beschriebenen Anordnung, wird der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Element und dem Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG kleiner, wodurch die Filmtrennung vermindert, die Plasmabeständigkeit verbessert, die Erzeugung von Teilchen unterdrückt und die Nutzungsdauer verlängert wird.
  • Anschließend wird ein Aspekt des Verfahrens zur Herstellung des Elements für die Plasmaätzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Genauer gesagt gibt es ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Ausgangsmaterial, das Quarzglas enthält, das 1 bis 10 Gew.-% an Ytrriumoxid oder YAG enthält, so bearbeitet wird, das ein Element für eine Plasmaätzvorrichtung gebildet wird, und anschließend auf der so gebildeten Oberfläche des Elements ein Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG durch eines von einem Verfahren (i) des Plasmasprühens von Yttriumoxid oder YAG, einem Verfahren (ii) des Verschmelzens von Yttriumoxid- oder YAG-Pulver in einer Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme und anschließend des Durchführens des Beschichtens mit dem so verschmolzenen Gegenstand, einem Verfahren (iii) des Aufbringens einer Lösung, in welcher Yttrium, eine Yttriumverbindung oder YAG gelöst sind, auf ein Element, des Trocknens der so aufgebrachten Lösung und anschließend des Wärmeverschmelzens des so getrockneten Gegenstandes durch die Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme (hierin nachstehend einfach als „Lösungsaufbringungsverfahren" bezeichnet) und eine Kombination von diesen Verfahren gebildet wird. Nach der Bildung eines Beschichtungsfilms aus Yttriumoxid oder YAG durch das Lösungsaufbringungsverfahren von diesen Verfahren, wird, wenn Yttriumoxid oder YAG auf den so gebildeten Beschichtungsfilm plasmagesprüht wird, die Filmdicke größer, und ferner wird ein homogener Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG gebildet, was bevorzugt ist. Bevorzugt beträgt die Filmdicke des Beschichtungsfilms aus Yttriumoxid oder YAG 10 μm oder mehr, die Beschichtungsfilmvarianz 10% oder weniger, und die Oberflächenrauhigkeit Ra bevorzugt 1 μm oder weniger. Was die Yttriumverbindungen, die durch das Lösungsaufbringungsverfahren verwendet werden sollen, angeht werden ein Hydroxid, ein Nitrat, ein Carbonat, ein Sulfat, ein Oxalat davon und dergleichen erwähnt. Was die Lösungsmittel für die Verwendung beim Lösen des Yttriums, der Yttriumverbindungen oder YAG angeht, wird reines Wasser, ein organisches Lösungsmittel genannt. Eine Beschichtungslösung wird durch Lösen von Yttrium, der Yttriumverbindung oder YAG hergestellt. Bei dem Lösungsaufbringungsverfahren wird die Lösung zur Verhinderung der Erzeugung von Löchern bevorzugt 3 Mal oder öfter aufgebracht.
  • Eine Oberfläche des Elements wird vor dem Beschichten mit Yttriumoxid oder YAG bevorzugt einer Aufrauhungsbehandlung unterzogen. Durch eine solche Behandlung gleitet der Beschichtungsfilm nur schwer, wodurch die Filmtrennung verhindert werden kann. Der Ausdruck „Frostbehandlung", wie hierin verwendet, bedeutet die Bereitstellung von Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche aus Quarzglas in physikalischer Hinsicht oder chemischer Hinsicht. Was die physikalischen Maßnahmen angeht, gibt es ein sogenanntes Sandstrahlverfahren, bei dem kristallines Siliciumdioxidpulver, Siliciumcarbidpulver oder dergleichen, mittels Druckluft geblasen wird, ein Verfahren, bei dem kristallines Siliciumdioxidpulver, Siliciumcarbidpulver oder dergleichen auf einer Bürste bereitgestellt wird, und anschließend die Oberfläche davon unter Verwendung der resultierenden Bürste poliert wird, während sie mit Wasser und dergleichen benetzt wird. Was die chemischen Maßnahmen angeht, gibt es ferner ein chemisches Lösungsbehandlungsverfahren, bei dem das Element in ein gemischtes Reagens aus Hydrogenfluorid und Ammoniumfluorid und dergleichen getaucht wird. Genauer gesagt ist aus chemischer Sicht, aufgrund dessen, daß kein Mikroriß auf der Oberfläche erzeugt wird und die mechanische Festigkeit von Quarzglas auf der Oberfläche nicht verschlechtert wird, die chemische Maßnahme bevorzugt. Die durch die Frostbehandlung zu erzeugende Oberflächenrauhigkeit Ra liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 10 μm. Liegt die Oberflächenrauhigkeit Ra jenseits dieses Bereiches, wird die Haftfähigkeit zwischen dem Beschichtungsfilm aus Yttriumoxid oder YAG und Quarzglas nicht ausreichend verbessert; folglich ist dieser Fall nicht bevorzugt.
  • Hierin nachstehend wird die vorliegende Erfindung in bezug auf die Ausführungsformen speziell beschrieben, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Beispiel
  • Quarzpulver wurde mit 5 Gew.-% Y2O3-Pulver gemischt und anschließend durch eine Kugelmühle ausreichend homogen gemischt. Das resultierende Ausgangsmaterial wurde in einer Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme geschmolzen, wodurch ein Block aus Quarzglas erzeugt wurde. Aus dem Block, der ein Grundmaterial ist, wurde eine Quarzglaskammer für eine Trockenätzvorrichtung eines 300-mm-Si-Wafers (12''-Si-Wafers) hergestellt. Kristallines Siliciumdioxidpulver (100 bis 300 μm) wurde auf eine Innenfläche dieser Kammer geblasen, wodurch eine unregelmäßige Fläche mit einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 2,5 μm und einer Rmax von 20 μm gebildet wurde. Dann wurde Y2O3 auf die so gebildete Innenfläche der Kammer plasmagesprüht, wodurch ein Y2O3-Beschichtungsfilm mit einer Dicke von 150 μm erhalten wurde. Die Oberflächenrauhigkeit Ra des Beschichtungsfilms betrug 0,5 μm und die Filmdickenvarianz 10%.
  • Im Inneren der oben beschriebenen Quarzglaskammer befand sich ein Gasgemisch aus CF4+O2 in einem Plasmazustand, und anschließend wurde der Oxidfilm des 300-mm-Si-Wafers (12''-Si-Wafers) geätzt. Obwohl diese Kammer für 12 Wochen verwendet wurde, gab es kein Vorkommen, bei dem der Y2O3-Beschichtungsfilm unter Aussetzung des Quarzglases geätzt wurde, und es gab keine Erzeugung abnormaler Teilchen auf der Oberfläche des Si-Wafers.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine Quarzglaskammer für eine Trockenätzvorrichtung für einen 300-mm-Si-Wafer (12''-Si-Wafer) wurde hergestellt. Im Inneren dieser Quarzglaskammer war ein Gasgemisch aus CF4+O2 in einem Plasmazustand, und anschließend wurde ein Oxidfilm des 300-mm-Si-Wafers (12''-Si-Wafers) geätzt. Wenn diese Kammer 2 Wochen verwendet wurde, wurde ein abormales Teilchen auf der Oberfläche des Si-Wafers gebildet, und folglich wurde die Kammer für mehr als eine Woche nicht mehr benutzt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine Aluminiumabdeckung für eine Trockenätzvorrichtung für einen 300-mm-Si-Wafer (12''-Si-Wafer) wurde hergestellt. Eine Oberfläche davon wurde einer Alumitbehandlung unterzogen. Ein Polyimidband mit einer Dicke von 125 μm wurde an die äußere Oberfläche der so behandelten Aluminiumabdeckung gehaftet. In einer Ätzvorrichtung, die mit dieser Aluminiumabdeckung ausgestattet war, war ein Gasgemisch aus CF4+O2 in einem Plasmazustand, und anschließend wurde ein Oxidfilm eines 8-Inch-Wafers geätzt. Wenn diese Abdeckung 2 Wochen verwendet wurde, wurde eine Lücke des Polyimidbandes unter Aussetzung von Aluminium abnormal geätzt, und anschließend wurde eine Unregelmäßigkeit auf der Oberfläche davon erzeugt, wodurch das Ätzen teilweise beschleunigt und ein Loch auf dem Polyimidband erzeugt wurde. 2 Wochen später wurde das Polyimidband entfernt und ein neues Polyimidband wurde angehaftet. Wenn die resultierende Aluminiumabdeckung auf die Vorrichtung aufgebracht wurde, war eine abnormale Kontamination auf dem Wafer zu beobachten, daraufhin wurde die Vorrichtung nicht mehr verwendet.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Eine Aluminiumabdeckung für eine Trockenätzvorrichtung für einen 300-mm-Si-Wafer (12''-Si-Wafer) wurde hergestellt. Eine Oberfläche davon wurde einer Alumitbehandlung unterzogen. In einer Ätzvorrichtung, die mit dieser Aluminiumabdeckung ausgestattet war, war ein Gasgemisch aus CF4+O2 in einem Plasmazustand, und anschließend wurde ein Oxidfilm des 300-mm-Si-Wafers (12''-Si-Wafers) geätzt. Wenn diese Abdeckung 2 Wochen verwendet wurde, wurde das Alumit 1 Woche nach Beginn der Verwendung entfernt und auf einer Oberfläche des Wafers war die Erzeugung von Teilchen zu beobachten, daraufhin wurde die Vorrichtung nicht mehr verwendet.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das Element für die Plasmaätzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Plasmabeständigkeit auf und unterliegt ferner keiner abnormalen Ätzung auf der Basis einer Teiländerung von elektrischen Eigenschaften, und kann folglich für einen längeren Zeitraum verwendet werden. Genauer gesagt bleiben, selbst wenn das Element groß genug ist, einen 300-mm-Si-Wafer (12''-Si-Wafer) handhaben zu können, die oben beschriebenen Eigenschaften erhalten, wodurch es für einen längeren Zeitraum verwendet werden kann. Dieses Element für die Plasmaätzvorrichtung kann günstigerweise durch die Verwendung eines Verfahrens zum Sprühen von Y2O3 oder YAG, eines Verfahrens zum Aufbringen einer Lösung aus Yttrium oder einer YAG-Verbindung und anschließend Durchführen der Oxidation unter Verwendung einer Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme, eines Verfahren zum Verschmelzen von Y2O3- oder YAG-Pulver und anschließend Durchführen der Beschichtung unter Verwendung des so verschmolzenen Gegenstandes, einer Kombination dieser Verfahren und dergleichen hergestellt werden, und ist somit industriell wertvoll.

Claims (7)

  1. Element für eine Plasmaätzvorrichtung, welches durch einen Film von Yttriumoxid oder YAG mit einer Beschichtungsfilmdicke von 10 μm oder mehr, einer Beschichtungsfilmdickenvarianz von 15% oder weniger beschichtet ist und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Element Quarzglas umfaßt, welches 1 bis 10 Gew.-% an Yttriumoxid oder YAG enthält.
  2. Element für eine Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenrauhigkeit Ra des Beschichtungsfilms von Yttriumoxid oder YAG 1 μm oder weniger beträgt.
  3. Verfahren zum Herstellen des Elements für eine Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsfilm von Yttriumoxid oder YAG durch eines von einem Verfahren des Plasmasprühens von Yttriumoxid oder YAG, einem Verfahren des Verschmelzens von Yttriumoxid- oder YAG-Pulver durch eine Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme und anschließend des Durchführens des Beschichtens, einem Verfahren des Aufbringens einer Lösung, in welcher Yttrium, eine Yttriumverbindung oder YAG gelöst ist, und anschließend des Durchführens des Wärmeverschmelzens, oder einer Kombination davon gebildet ist.
  4. Verfahren zum Herstellen des Elements für eine Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung, in welcher Yttrium, eine Yttriumverbindung oder YAG gelöst ist, auf eine Oberfläche eines Elements, welches Quarzglas umfaßt, aufgebracht und anschließend wärmeverschmolzen wird, um einen Beschichtungsfilm von Yttriumoxid oder YAG zu bilden, und danach weiter Yttriumoxid oder YAG plasmagesprüht wird.
  5. Verfahren zum Herstellen des Elements für eine Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Riefen- bzw. Stegabschnitt des Elements Rundungsbearbeitung unterzogen wird, um so eine Größe von R = 0,5 mm oder mehr aufzuweisen, und anschließend ein Beschichtungsfilm von Yttriumoxid oder YAG gebildet wird.
  6. Verfahren zum Herstellen des Elements für eine Plasmaätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem die Oberfläche einer Mattierungsbehandlung unterzogen worden ist, ein Beschichtungsfilm von Yttriumoxid oder YAG gebildet wird.
  7. Verfahren zum Herstellen des Elements für eine Plasmaätzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mattierungsbehandlung eine Oberflächenbehandlung unter Verwendung einer chemischen Lösung ist.
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