JP4453944B2 - 耐プラズマ性石英ガラス治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマが発生する装置内で使用される耐プラズマエッチング特性の優れた石英ガラス治具に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、シリコンウェーハ等の半導体素子の表面の処理にプラズマを利用したエッチング処理等が多用されるようになってきている。このプラズマエッチング処理にあってはプラズマ発生室にフッ素系、塩素系等のハロゲン系腐食ガスを導入する一方、石英ガラス製のマイクロ波導入窓を介してマイクロ波を導入し内在するハロゲン系腐食ガスをプラズマ化して半導体素子を処理する方法、または釣鐘状の石英ガラス製ベルジャー内にハロゲン系腐食ガス及びマイクロ波を導入し前記ハロゲン系腐食ガスをプラズマ化して半導体素子を処理する方法等が挙げられる。こうしたプラズマを発生する装置の治具としては、電気的な特性のよさや高純度であるところから天然石英ガラスで作製された治具が使用され、その治具のプラズマに接触する面は粗面化されてエッチング速度の安定化や付着物の剥離防止が図られている。前記粗面化にはセラミックス砥粒、ダイヤモンド砥粒、二酸化珪素砥粒などが用いられ石英ガラス表面を削り取る加工方法が使用されているが、この機械的な加工方法では、石英ガラス表面が粗面化されると同時にマイクロクラック層も形成され、それがプラズマ内で発生したラジカルにアタックされ、マイクロクラック部のみがエッチングされて異常な穴が形成され、最悪の場合にはその部分から石英ガラス治具が壊れてしまう欠点があった。
【０００３】
また、天然石英ガラスには、気泡を多く含有することがあり、仮令マイクロクラックの発生がない化学的な方法で粗面化しても、プラズマ内で放出される、異常に強い放射線や電子線でその表面が劣化され、気泡が開放され表面に露出すると、劣化が気泡部分において一段と進行し、パーティクルが発生し、半導体素子表面に付着してその電気特性、特に絶縁破壊特性を劣化させる欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした現状に鑑み、本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、治具の石英ガラス表面の表面粗さＲａを５μｍ〜０．０５μｍ、石英ガラス中の気泡の含有量をＤＩＮによる泡等級で０もしくは１とし、かつマイクロクラック層の存在をなくすることで、異常なエッチングやパーティクルの発生がなく、半導体製品を良好に製造できる石英ガラス治具が得られることを見出して、本発明を完成したものである。すなわち、
【０００５】
本発明は、プラズマ発生装置で使用しても異常なエッチングやパーティクルの発生がない耐プラズマエッチング特性の優れた石英ガラス治具を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、プラズマが発生する装置に使用される石英ガラス治具であって、その石英ガラス表面の表面粗さＲａが５μｍ〜０．０５μｍ、ガラス中の気泡の含有量がＤＩＮによる泡等級で０もしくは１で、かつ表面にマイクロクラック層が存在しないことを特徴とする耐プラズマ性石英ガラス治具に係る。
【０００７】
本発明の石英ガラス治具は、天然又は合成石英ガラスで作製される治具であって、そのプラズマと接触する内表面は、エッチング速度を安定化させるため及び付着物の剥離防止のため表面粗さＲａが５μｍ〜０．０５μｍの範囲で粗面化されている。前記表面粗さＲａが５μｍを超えると、プラズマ内で発生したラジカルやイオンが凹部に局所的にアタックし、異常なエッチングが進行する。また、表面粗さＲａが０．０５μｍ未満では、プラズマによって生成した２次生成物（例えばパーティクル等）が表面から剥離しやすくなり、半導体素子の特性を損なう危険性がある。
【０００８】
上記に加えて本発明の石英ガラス治具は、気泡の含有量がＤＩＮによる泡等級で０もしくは１であるのがよい。前記範囲を超える気泡を含有するとプラズマで発生したラジカルやイオンにより気泡が浸食され開放され、それに続く異常に強い放射線や電子線でさらに劣化が進み、パーテクルが発生する。前記ＤＩＮによる泡等級で０もしくは１とは、ＤＩＮ（Ｄｅｕｔｓｈｅｒ ＩｎｄｕｓｔｒｉｅＮｏｒｍ）５８９２７に準拠し、１００ｃｍ³に存在する泡の総断面積（ｃｍ²）が等級０の場合０〜０．０３、１の場合０．０３〜０．１０であることをいう。ＤＩＮによる気泡等級が０もしくは１の石英ガラスとしては、市販のＨＥＲＡＬＵＸ、ＳＵＰＲＡＳＩＬ（信越石英（株）製）等が挙げられる。
【０００９】
また、本発明の石英ガラス治具は、治具表面にマイクロクラック層が存在しないことが重要である。マイクロクラック層が存在すると、マイクロクラックがプラズマ内で発生したラジカルにアタックされ、エッチングされて異常な穴となる。前記マイクロクラック層が存在しない石英ガラス治具とは、特開平１０−２７３３３９号公報に記載するようにフッ化水素酸とフッ化アンモニウムと酢酸との溶液に石英ガラス治具を浸漬し、ケイフッ化アンモンの微結晶を析出させるフロスト処理で粗面化した治具、又は特開平１１−１０６２２５号公報に記載するように石英ガラス治具表面にシリコーン等の薄膜を形成し、フッ化水素酸水溶液でエッチング処理して粗面化した治具をいう。この化学的な方法による粗面化に当たってはエッチング薬液と石英ガラスとの反応をコントロールすることが肝要であるが、特に合成石英ガラスの場合、薬液の温度管理が重要で、薬液の温度を２０℃±２℃の範囲にコントロールするのがよい。前記温度範囲を外れると、石英ガラス表面の表面粗さＲａを５μｍ〜０．０５μｍとすることができない。
【００１０】
本発明の石英ガラス治具は上述のとおりその表面に微細な凹凸が形成されており、それが紫外線の透過率に大きく作用する。透過率が小さいと紫外線により石英ガラス表面が劣化する。特にプラズマ内のラジカルやイオンと同時に発生する異常に強い紫外線や電子線で石英ガラスのＳｉ−Ｏ結合が切れて欠陥が生成し、高密度化が進行し、マイクロクラックが大きくなり、エッチング速度が一段と加速され、大きな穴の形成となる。前記石英ガラスの紫外線による劣化を防ぐには石英ガラスの内部透過率を２００ｎｍの紫外線の透過率で８０％以上、見掛け透過率を３０〜８５％とするのがよい。見掛け透過率が８５％を超えることは、表面が粗になっていることから不可能であり、また見掛け透過率が３０％未満では石英ガラス表面での緻密化を防ぐことができない。前記内部透過率とは、ガラスの外表面での反射損失を含まない透過率をいい、反射損失を含むものを見かけ透過率という。
【００１１】
本発明の石英ガラス治具は、上述のように天然又は合成石英ガラスで作製されるが、特に気泡の含有量が少なく、かつ均質性の高い石英ガラスが容易に得られる合成石英ガラスがよい。この気泡が少なく、かつ均質性が高いことによりエッチングが均一に行われ、異常なエッチングがおこることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に具体例をあげて本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるものであって、本発明はそれにより限定されるものではない。
【００１３】
【実施例】
実施例１
５０％のフッ化水素水溶液約２４質量％、フッ化アンモニウム約１７質量％、１００％の酢酸水溶液約３５質量％及び水約２４質量％のフロスト処理液にＤＩＮでの気泡等級が０の合成石英ガラスを浸漬し、ケイフッ化アンモンの微結晶を析出させるフロスト処理で表面粗さＲａが０．５μｍ、Ｒｍａｘが２μｍの石英ガラスを作成した。該石英ガラスにはマイクロクラックが存在しなかった。この石英ガラスを加工して出力１ＫＷでＣＦ₄／Ｏ₂のガスが導入されるプラズマ装置のマイクロ波導入窓材とした。このプラズマ装置内にＳｉウェーハを載置し、プラズマを発生させ、Ｓｉウェーハのエッチング処理を行ったところ、５０００枚のＳｉウェーハを処理したがパーティクルの異常な増加が確認できなかった。
【００１４】
比較例１
実施例１で使用したフロスト処理液にＤＩＮでの気泡等級が２の天然石英ガラスを浸漬した以外、実施例１と同様な方法でフロスト処理を行い、窓材を作成し、実施例１と同様なＳｉウェーハのエッチング処理を行ったところ、２０００枚のＳｉウェーハを処理したところでパーティクルの異常な発生が確認された。
【００１５】
比較例２
ＤＩＮでの気泡等級が２の天然石英ガラスの表面を、＃１８０のＳｉＣ粒子でサンドブラストした。得られた石英ガラスにはマイクロクラック層が確認された。該石英ガラスを用いて石英ガラス窓材を作製し、実施例１と同様にＳｉウェーハのエッチング処理を行ったところ、最初からパーティクルが発生し、エッチング処理ができなかった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の石英ガラス治具は、表面粗さＲａが５μｍ〜０．０５μｍ、気泡の含有量がＤＩＮによる泡等級で０もしくは１で、かつマイクロクラック層が存在しないことから、プラズマが発生する装置用の治具として使用しても異常なエッチングやパーティクルを発生させることがない。

Claims (2)

1. プラズマが発生する装置に使用される石英ガラス治具であって、その石英ガラス表面の表面粗さＲａが５μｍ〜０．０５μｍ、ガラス中の気泡の含有量がＤＩＮによる泡等級で０もしくは１で、２００ｎｍの紫外線の内部透過率が８０％以上で、かつ見掛け透過率が３０％〜８５％である上に、表面にマイクロクラック層が存在しないことを特徴とする耐プラズマ性石英ガラス治具。
2. 石英ガラスが合成石英ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の耐プラズマ性石英ガラス治具。