JP5595795B2 - プラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法 - Google Patents

プラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法 Download PDF

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Description

本発明は、プラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法に関する。
基板としてのウエハに所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置は、該ウエハを収容する減圧室としてのチャンバと、該チャンバ内に処理ガスを導入するシャワーヘッドと、チャンバ内においてシャワーヘッドと対向して配置され、ウエハを載置するとともにチャンバ内に高周波電力を印加するサセプタとを備える。チャンバ内に導入された処理ガスは高周波電力によって励起されてプラズマとなる。
サセプタは載置されたウエハの周縁を囲うリング状のフォーカスリングを有する。フォーカスリングはウエハと同様に硅素（Ｓｉ）からなり、チャンバ内におけるプラズマの分布域をウエハ上だけでなく該フォーカスリング上まで拡大してウエハの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハの全面に施されるプラズマ処理の均一性を確保することができる（例えば、特許文献１参照）。
フォーカスリングはプラズマ処理の間、プラズマ中の陽イオンによってスパッタされて消耗する。フォーカスリングが消耗すると、フォーカスリングの上面がウエハの表面よりも下がるため、ウエハ上におけるプラズマの分布形態が変化し、その結果、ウエハの全面に施されるプラズマ処理の均一性を確保するのが困難となる。そこで、フォーカスリングはある程度消耗すると交換される。交換されたフォーカスリングはそのまま廃却処分されている。
また、プラズマ処理装置はフォーカスリング以外にも硅素からなる消耗部品を有するが、これらのうちプラズマ処理に影響を及ぼす消耗部品は、フォーカスリングと同様に、ある程度消耗すると交換され、交換された消耗部品もそのまま廃却処分されている。
特開２００５−６４４６０号公報
しかしながら、フォーカスリング等の硅素からなる消耗部品は、硅素の塊（バルク材）から切り出されて製造されるため、製造に非常な手間を有する。したがって、消耗部品がある程度消耗する度にその消耗部品を廃却処分するのは非常に無駄が多い。
本発明の目的は、無駄を排除することができるプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法は、炭化珪素をＣＶＤによって積層して炭化硅素塊を生成する炭化硅素塊生成ステップと、前記炭化硅素塊を加工して所定の形状のプラズマ処理装置用の消耗部品を製造する消耗部品製造ステップと、前記製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、前記表面洗浄ステップでは、アルカリ溶液及び酸をこの順で用いて前記消耗部品の表面を洗浄することを特徴とする。
請求項２記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法は、炭化珪素をＣＶＤによって積層して炭化硅素塊を生成する炭化硅素塊生成ステップと、前記炭化硅素塊を加工して所定の形状のプラズマ処理装置用の消耗部品を製造する消耗部品製造ステップと、前記製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、前記消耗部品再製造ステップ後、且つ前記第２のプラズマ処理ステップの前に、前記再製造された消耗部品を高温雰囲気中に置き、該高温雰囲気へ炭化硅素の原料ガスを供給する表面処理ステップをさらに有することを特徴とする。
請求項４記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法は、炭化珪素製の消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、前記表面洗浄ステップでは、アルカリ溶液及び酸をこの順で用いて前記消耗部品の表面を洗浄することを特徴とする。
請求項５記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法は、所定時間に亘る第１のプラズマ処理によって消耗した炭化珪素製の消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、再製造された消耗部品を用いて基板に第２のプラズマ処理を施すために、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップとを有し、前記表面洗浄ステップでは、アルカリ溶液及び酸をこの順で用いて前記消耗部品の表面を洗浄することを特徴とする。
請求項６記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法は、炭化珪素製の消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、前記消耗部品再製造ステップ後、且つ前記第２のプラズマ処理ステップの前に、前記再製造された消耗部品を高温雰囲気中に置き、該高温雰囲気へ炭化硅素の原料ガスを供給する表面処理ステップをさらに有することを特徴とする。
請求項７記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法は、所定時間に亘る第１のプラズマ処理によって消耗した炭化珪素製の消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、再製造された消耗部品を用いて基板に第２のプラズマ処理を施すために、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップとを有し、前記消耗部品再製造ステップ後、且つ前記第２のプラズマ処理ステップの前に、前記再製造された消耗部品を高温雰囲気中に置き、該高温雰囲気へ炭化硅素の原料ガスを供給する表面処理ステップをさらに有することを特徴とする。
本発明に係るプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法によれば、所定時間に亘るプラズマ処理によって消耗した消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素が積層され、炭化硅素が表面に積層された消耗部品が加工されて所定の形状の消耗部品が再製造されるので、炭化硅素塊を加工して製造された消耗部品が消耗しても、該消耗した消耗部品を廃棄処分することなく再利用することができ、もって、無駄を排除することができる。また、ＣＶＤによって炭化硅素が積層される前に、消耗した消耗部品の表面が洗浄されるので、該表面から不純物を除去することができ、もって、ＣＶＤによる炭化硅素の積層を確実に行うことができるとともに、再製造された消耗部品の品質を維持することができる。
本発明の実施の形態に係る再利用方法が適用される消耗部品が用いられるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１におけるフォーカスリングを示す拡大図であり、図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）における線II−IIに沿う断面図である。 図１における上部電極板を示す拡大図であり、図３（Ａ）は平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における線III−IIIに沿う断面図である。 フォーカスリングの再利用方法を示す工程図である。 上部電極板の再利用方法を示す工程図である。 ＣＶＤ−ＳｉＣ層の積層１層目と積層２層目との境界部分を含む矩形のテストピースを示す模式的平面図である。 消耗量がＣＶＤによって積層されたＳｉＣ層の厚さを超えたフォーカスリングの断面を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る再利用方法が適用される消耗部品が用いられるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本プラズマ処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
図１において、プラズマ処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。プラズマ処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続される。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
サセプタ１２の上部には、静電電極板２２を内部に有する静電チャック２３が配置されている。静電チャック２３は或る直径を有する下部円板状部材の上に、該下部円板状部材より直径の小さい上部円板状部材を重ねて形成されるため、周縁部において段差を有する。なお、静電チャック２３はセラミックスで構成されている。
静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２３における上部円板状部材の上において吸着保持される。
また、静電チャック２３には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、フォーカスリング２５が静電チャック２３の段差における水平部へ載置される。フォーカスリング２５は炭化硅素（ＳｉＣ）によって構成される。すなわち、フォーカスリング２５は半導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２５上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるプラズマエッチング処理の均一性を確保する。
サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２６が設けられる。この冷媒室２６には、チラーユニット（図示しない）から冷媒用配管２７を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック２３を介してウエハＷ及びフォーカスリング２５を冷却する。なお、フォーカスリング２５の裏面に熱伝導性を向上させるシートを設けてもよい。これにより、フォーカスリング２５から冷却されたサセプタ１２への熱伝導が改善され、その結果、フォーカスリング２５を効率良く冷却することができる。
静電チャック２３における上部円板状部材の上面のウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２８が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２８は、伝熱ガス供給ライン２９を介して伝熱ガス供給部（図示しない）に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのＨｅ（ヘリウム）ガスを、伝熱ガス供給孔２８を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱を静電チャック２３に効果的に伝達する。
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド３０が配置される。シャワーヘッド３０は、上部電極板３１（電極板）と、該上部電極板３１を着脱可能に釣支するクーリングプレート３２と、該クーリングプレート３２を覆う蓋体３３とを有する。上部電極板３１は厚み方向に貫通する多数のガス孔３４を有する円板状部材からなり、半導電体である炭化硅素によって構成される。また、クーリングプレート３２の内部にはバッファ室３５が設けられ、このバッファ室３５には処理ガス導入管３６が接続されている。
また、シャワーヘッド３０の上部電極板３１には直流電源３７が接続され、上部電極板３１へ負の直流電圧が印加される。このとき、上部電極板３１は二次電子を放出して処理室１５内部におけるウエハＷ上において電子密度が低下するのを防止する。放出された二次電子はウエハＷ上から側方排気路１３においてサセプタ１２の側面を囲うように設けられた半導体である炭化硅素や硅素によって構成される接地電極（グランドリング）３８へ流れる。
プラズマ処理装置１０では、処理ガス導入管３６からバッファ室３５へ供給された処理ガスがガス孔３４を介して処理室１５内部へ導入され、該導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５内部へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起されてプラズマとなる。該プラズマ中のイオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
上述したプラズマ処理装置１０の各構成部品の動作は、プラズマ処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵがプラズマエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
図２は、図１におけるフォーカスリングを示す拡大図であり、図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）における線II−IIに沿う断面図である。
図２（Ａ）及び（Ｂ）において、フォーカスリング２５は内周部に段差２５ａを有するリング状部材によって構成され、上述したように、炭化硅素の単体によって構成される。段差２５ａはウエハＷの外周部に対応して形成され、ウエハＷが吸着面に吸着保持されるとき、段差２５ａにおける水平部２５ｂはウエハＷの外周部によって覆われるが、同段差２５ａにおける隅部２５ｃはウエハＷによって覆われない。
プラズマエッチング処理において、フォーカスリング２５における隅部２５ｃや上面２５ｄはプラズマに晒されてプラズマ中の陽イオンによってスパッタされる。
図３は、図１における上部電極板を示す拡大図であり、図３（Ａ）は平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における線III−IIIに沿う断面図である。
図３（Ａ）及び（Ｂ）において、上部電極板３１は厚さが約１０ｍｍの円板状部材によって構成される。上部電極板３１では、該上部電極板３１を厚み方向に貫通する多数のガス孔３４が等ピッチで配置されている。各ガス孔３４の直径は、例えば０．５ｍｍであり、切削ドリル等によって形成される。
上部電極板３１がシャワーヘッド３０の一部としてプラズマ処理装置１０へ装着されるとき、上部電極板３１の側面３１ａは、炭化硅素、石英や硅素等によって構成されるリング状部材であるアウターリング３９によって覆われる（図１参照。）が、下面３１ｂは処理室１５内の空間に暴露される。すなわち、プラズマエッチング処理において、下面３１ｂはプラズマに晒されてプラズマ中の陽イオンによってスパッタされる。
上述したように、フォーカスリング２５や上部電極板３１は陽イオンによってスパッタされるため、次第に消耗する。本実施の形態では、これに対応してフォーカスリング２５や上部電極板３１を硅素ではなく炭化硅素によって構成する。炭化硅素はＣＶＤによって積層可能であるため、後述するように、消耗したフォーカスリング２５や上部電極板３１を、ＣＶＤによる炭化硅素の積層によって再利用可能となるように元の形状へ復元（再製造）することができる。
以下、本実施の形態に係る再利用方法について説明する。
図４は、フォーカスリング２５の再利用方法を示す工程図である。
まず、リング状の黒鉛部材４０を核として、該黒鉛部材４０の周りにＣＶＤによって炭化硅素を積層し、リング状の炭化硅素塊４１を生成する（図４（Ａ））（炭化硅素塊生成ステップ）。なお、図４（Ａ）はリング状の炭化硅素塊４１の縦断面を示す。ＣＶＤでは炭化硅素が黒鉛部材４０に対して等方的に積層されるが、炭化硅素塊４１においてフォーカスリング２５を、黒鉛部材４０を含むことなく切り出すため、炭化硅素塊４１における黒鉛部材４０から該炭化硅素塊４１の表面までの厚みがフォーカスリング２５の厚みよりも大きくなるまで炭化硅素の積層は継続される。
次いで、炭化硅素塊４１から黒鉛部材４０を含まないようにフォーカスリング２５を切り出して製造し（図４（Ｂ））（消耗部品製造ステップ）、プラズマ処理装置１０内のサセプタ１２に装着する。その後、プラズマ処理装置１０においてウエハＷのプラズマエッチング処理が所定の回数ほど繰り返される（第１のプラズマ処理ステップ）と、フォーカスリング２５は消耗する。上述したように、フォーカスリング２５の上面２５ｄ及び隅部２５ｃはウエハＷによって覆われないため、主として上面２５ｄ及び隅部２５ｃが消耗する（図４（Ｃ））。
次いで、消耗したフォーカスリング２５’（以下、「消耗フォーカスリング２５’」という。）をプラズマ処理装置１０から取り出し、該消耗フォーカスリング２５’の表面を洗浄する（表面洗浄ステップ）。
表面洗浄ステップは、例えば、アルカリ洗浄ステップ、酸洗浄ステップ、純水超音波洗浄ステップからなる。すなわち、消耗フォーカスリング２５’は、先ず、苛性ソーダまたＮａＯＨ溶液を用いたアルカリ洗浄によって、その表面に付着した酸洗浄によっては除去できない、例えば油分等の不純物が洗浄除去される。次いで、アルカリ洗浄後の消耗フォーカスリング２５’に対し、フッ酸（ＨＦ）や硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を用いた酸洗浄が施され、これによってアルカリ洗浄では除去することができない、例えばシリカや金属等の不純物が洗浄除去される。その後、酸洗浄後の消耗フォーカスリング２５’は、純水が満たされた水槽に搬入され、超音波を用いた純水洗浄が施される。
なお、表面洗浄ステップにおいては、アルカリ洗浄ステップの前工程として超音波を併用するか又は併用しない純水洗浄ステップを実行してもよく、また、アルカリ洗浄ステップ、酸洗浄ステップ、純水洗浄ステップ及び純水超音波洗浄ステップのうちいずれか１つを実行するか、又は２つ以上のステップを任意に組み合わせることもできる。このとき、洗浄ステップにおける薬液を洗い落とす必要がある場合は、最終洗浄ステップとして、純水超音波洗浄ステップを採用することが好ましい。
さらにまた、消耗フォーカスリング２５’の汚れがひどい場合、洗浄効率の向上又は洗浄時間の短縮を図るために、ＣＯ２ブラスト、ＳｉＣブラスト等のブラスト、プラズマによるスパッタ、または機械研削を組み合わせることもできる。この場合、上記のアルカリ洗浄ステップや、酸洗浄ステップ、純水洗浄ステップ、または純水超音波洗浄ステップの前に、行うことが好ましい。
なお、フォーカスリング２５の裏面へ上述したような熱伝導性を向上させるシートを設けた場合には、この表面洗浄ステップで該シートを取り除く必要がある。従って、例えば、アルカリ洗浄、酸洗浄、純水超音波洗浄等とは別途に、シートを取り除くために、消耗フォーカスリング２５’を、例えば３００〜４００℃に加熱してシートを消失させる熱処理、ＣＯ２ブラスト、ＳｉＣブラスト等のブラスト、プラズマによるスパッタ等を併用することもできる。なお、消耗フォーカスリング２５’に対するアルカリ洗浄ステップ、酸洗浄ステップ等を実行する際に該シートを同時に取り除くようにしてもよい。
その後、表面洗浄ステップが終了した消耗フォーカスリング２５’の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層して新たな炭化硅素塊４２を生成する（図４（Ｄ））。このとき、炭化硅素塊４２がフォーカスリング２５よりも大きくなるまで炭化硅素の積層は継続される（炭化硅素積層ステップ）。
次いで、炭化硅素塊４２を加工してフォーカスリング２５”を再製造し（図４（Ｅ））（消耗部品再製造ステップ）、その後、必要に応じて再製造されたフォーカスリング２５”（以下、「再製造フォーカスリング２５”」という。）をアニール炉内の高温雰囲気中に置き、アニール炉内へ炭化硅素の原料ガス、例えば、シラン系ガス及び炭素系ガスの混合ガスを供給する。このとき、原料ガスは熱によって分解されて再製造フォーカスリング２５”の表面に付着して凝固し、厚さが数ミクロンの炭化硅素薄膜を形成する（図４（Ｆ））（表面処理ステップ）。該炭化硅素薄膜は再製造フォーカスリング２５”の表面に現れる消耗フォーカスリング２５’と、消耗フォーカスリング２５’の表面に積層された炭化硅素部との境界線２５ｅを覆い隠す。これにより、境界線２５ｅを目立たなくすることができ、もって、再製造フォーカスリング２５”の見栄えをよくすることができる。なお、表面処理ステップは省略してもよい。
次いで、炭化硅素薄膜が表面に形成された再製造フォーカスリング２５”をプラズマ処理装置１０内のサセプタ１２に装着する。その後、プラズマ処理装置１０においてウエハＷのプラズマエッチング処理が所定の回数ほど繰り返される（第２のプラズマ処理ステップ）。
次いで、消耗フォーカスリング２５’の表面洗浄ステップと、ＣＶＤによる新たな炭化硅素塊４２の生成（図４（Ｄ））と、加工によるフォーカスリング２５”の再製造（図４（Ｅ））と、再製造フォーカスリング２５”の表面における炭化硅素薄膜の形成（図４（Ｆ））と、再製造フォーカスリング２５”を装着した後のプラズマエッチング処理とを順に繰り返す。
図５は、上部電極板３１の再利用方法を示す工程図である。
まず、図４の処理と同様に、円板状の黒鉛部材４３の周りにＣＶＤによって炭化硅素を積層し、炭化硅素塊４４を生成する（図５（Ａ））（炭化硅素塊生成ステップ）。炭化硅素塊４４においても上部電極板３１を、黒鉛部材４３を含むことなく切り出すため、炭化硅素塊４４における黒鉛部材４３から該炭化硅素塊４４の表面までの厚みが上部電極板３１の厚みよりも大きくなるまで炭化硅素の積層は継続される。
次いで、炭化硅素塊４４から所定の大きさの円板状部材を切り出し、該切り出された円板状部材に多数のガス孔３４を加工によって形成して上部電極板３１を製造し（図５（Ｂ））（消耗部品製造ステップ）、プラズマ処理装置１０へシャワーヘッド３０の一部として装着する。その後、プラズマ処理装置１０においてウエハＷのプラズマエッチング処理が所定の回数ほど繰り返される（第１のプラズマ処理ステップ）と、上部電極板３１は消耗する。上述したように、上部電極板３１の下面３１ｂはアウターリング３９よって覆われないため、主として下面３１ｂが消耗する（図５（Ｃ））。なお、上部電極板３１の上面３１ｄはクーリングプレート３２と接するため、プラズマエッチング処理中に消耗することがない。
次いで、消耗した上部電極板３１’（以下、「消耗上部電極板３１’」という。）をプラズマ処理装置１０から取り出し、該消耗上部電極板３１’の表面を、図４における処理と同様に、例えばアルカリ、酸、純水等で洗浄し（表面洗浄ステップ）、その後、２つの消耗上部電極板３１’を、それぞれの上面３１ｄ同士が接するように密着させ、さらに、密着された２つの消耗上部電極板３１’の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層して新たな炭化硅素塊４５を生成する（図５（Ｄ））。このとき、炭化硅素塊４５が、上面３１ｄ同士が接するように密着された２つの上部電極板３１よりも大きくなるまで炭化硅素の積層は継続される（炭化硅素積層ステップ）。
次いで、炭化硅素塊４５を加工して２つの上部電極板３１”を再製造し（図５（Ｅ））（消耗部品再製造ステップ）、その後、再製造された上部電極板３１”（以下、「再製造上部電極板３１”」という。）の表面に、必要に応じて高温雰囲気及び炭化硅素の原料ガスを用いて厚さが数ミクロンの炭化硅素薄膜を形成する（図５（Ｆ））（表面処理ステップ）。該炭化硅素薄膜は再製造上部電極板３１”の表面に現れる消耗上部電極板３１’と、消耗上部電極板３１’の表面に積層された炭化硅素部との境界線３１ｃを覆い隠す。これにより、境界線３１ｃを目立たなくすることができ、もって、再製造上部電極板３１”の見栄えをよくすることができる。なお、表面処理ステップは省略してもよい。
次いで、炭化硅素薄膜が表面に形成された再製造上部電極板３１”をプラズマ処理装置１０へシャワーヘッド３０の一部として装着する。その後、プラズマ処理装置１０においてウエハＷのプラズマエッチング処理が所定の回数ほど繰り返される（第２のプラズマ処理ステップ）。
次いで、消耗上部電極板３１’の表面洗浄ステップと、ＣＶＤによる新たな炭化硅素塊４５の生成（図５（Ｄ））と、加工による上部電極板３１”の再製造（図５（Ｅ））と、再製造上部電極板３１”の表面における炭化硅素薄膜の形成（図５（Ｆ））と、再製造上部電極板３１”を装着した後のプラズマエッチング処理とを順に繰り返す。
図４のフォーカスリング２５の再利用方法及び図５の上部電極板３１の再利用方法によれば、所定の回数ほど繰り返されるプラズマエッチング処理によって消耗したフォーカスリング２５や消耗した上部電極板３１の表面へＣＶＤによって炭化硅素が積層されて炭化硅素塊４２，４５が生成され、炭化硅素塊４２，４５が加工されてフォーカスリング２５”や上部電極板３１”が再製造されるので、フォーカスリング２５や上部電極板３１が消耗しても、これらを廃棄処分することなく再利用することができ、もって、無駄を排除することができる。
上述した再利用方法によれば、消耗フォーカスリング２５’又は消耗上部電極板３１’の表面洗浄、ＣＶＤによる新たな炭化硅素塊４２，４５の生成、加工によるフォーカスリング２５”又は上部電極板３１”の再製造、必要に応じて施される再製造フォーカスリング２５”又は再製造上部電極板３１”の表面における炭化硅素薄膜の形成、再製造フォーカスリング２５”又は再製造上部電極板３１”を装着した後のプラズマエッチング処理が順に繰り返されるので、フォーカスリング２５や上部電極板３１を長期間に亘って再利用することができ、もって、確実に無駄を排除することができる。
また、上述した再利用方法によれば、ＣＶＤによって炭化硅素が積層される前に、消耗フォーカスリング２５’や消耗上部電極板３１’の表面が洗浄される。プラズマエッチング処理中にフッ素イオンや酸素イオンに起因して生じ、且つフォーカスリング２５等の表面に付着する不純物の厚さはせいぜい１μｍ程度であるため、上記洗浄によって充分に不純物を表面から除去することができ、もって、その後のＣＶＤによる炭化硅素の積層を確実に行うことができるとともに、再製造フォーカスリング２５”や再製造上部電極板３１”の品質を維持することができる。また、アルカリ洗浄、酸洗浄等は簡便に行うことができるので、フォーカスリング２５”や上部電極板３１”の再製造を容易に行うことができる。
上述した再利用方法によれば、フォーカスリング２５や上部電極板３１が再利用される。フォーカスリング２５や上部電極板３１は多少消耗しただけで交換が必要である（例えば、上部電極板３１は厚さ方向に１〜２ｍｍほど消耗すると交換が必要である。）ため、これらを再利用することによって効果的に無駄を排除することができる。
上述した再利用方法では、消耗フォーカスリング２５’や消耗上部電極板３１’の表面がアルカリ洗浄、酸洗浄等されたが、プラズマエッチング処理において配線層等を形成する銅（Ｃｕ）がエッチングされて銅イオンが飛散し、フォーカスリング２５や上部電極板３１の表面へ銅又は銅化合物が固着する場合、アルカリ洗浄、酸洗浄等の前に、プラズマを用いて消耗フォーカスリング２５’や消耗上部電極板３１’の表面をスパッタする。また、処理ガスとしてフッ素含有ガスや酸素含有ガスが用いられた結果、フォーカスリング２５等の表層内にフッ素イオンや酸素イオンが打ち込まれて不純物がドープされる場合では、アルカリ洗浄、酸洗浄等の前に、ＣＯ２ブラスト、ＳｉＣブラスト等のブラストや機械研削により、消耗フォーカスリング２５’や消耗上部電極板３１’の表面を削る。これにより、表面に固着した銅又は銅化合物や不純物がドープされた表層を物理的に削り取ることができ、もって、再製造フォーカスリング２５”や再製造上部電極板３１”の品質を確実に維持することができる。
また、高抵抗部材であれば、多少の不純物の含有は許容するので、フォーカスリング２５や上部電極板３１が高抵抗であれば、表層に不純物がドープされていてもプラズマを用いて表面をスパッタする必要はなく、表面を、アルカリ洗浄、酸洗浄等すればよい。
上述した再利用方法では、フォーカスリング２５や上部電極板３１が再利用されたが、上述した再利用方法は、ＣＶＤによる積層によって生成された炭化硅素塊から切り出される消耗部品であれば適用することができる。例えば、炭化硅素からなる接地電極３８や炭化硅素からなるアウターリング３９も上述した再利用方法によって再利用することができる。
また、上述した再利用方法では、ＣＶＤによる炭化硅素の積層のみで生成された炭化硅素塊からフォーカスリング２５等が切り出されたが、例えば、炭化硅素の焼結材や黒鉛（カーボン）を核としてＣＶＤによる炭化硅素の積層によって炭化硅素塊を生成し、該炭化硅素塊から焼結剤や黒鉛を含んだ状態でフォーカスリングを切り出すことも可能である。しかしながら、例えば焼結材はＣＶＤによる積層によって形成された部材よりも目が粗く、陽イオンによるスパッタリングによって容易にパーティクルが飛散するため、プラズマエッチング処理中にフォーカスリング等が消耗して炭化硅素の焼結材が露出した場合、パーティクルが生じる虞がある。
図７は、上記の懸念点を示す図であって、消耗量が、ＣＶＤによって積層されたＳｉＣ層の厚さを超えたフォーカスリングの断面を示す図である。
図７において、フォーカスリング７０は、プラズマエッチング処理時にウエハによって覆われることがない上面７０ａ及び段差の隅部７０ｃが消耗し、その部分におけるＣＶＤによって積層されたＳｉＣ層７２が消耗し、これによって核である、例えば焼結ＳｉＣ７１が露出している。このように焼結ＳｉＣ７１が露出すると、パーティクルが飛散し、チャンバ内が汚染される。
また、ＣＶＤによって積層されたＳｉＣ層７２の厚さは、例えば１００μｍ程度であり、消耗部品の交換インターバルが短いという問題もある。
一方、核である焼結ＳｉＣ７１の露出によるパーティクルの発生を回避しつつ効率の良いプラズマエッチング処理を行うためには、ＣＶＤによって積層されたＳｉＣ層７２が完全に消耗する直前にプラズマエッチング処理を停止して消耗部品を交換する必要があり、消耗部品の交換時期を正確に管理するという煩雑な操作が必要になる。
したがって、炭化硅素の焼結材や黒鉛を核として生成された炭化硅素塊からフォーカスリングを切り出す場合、該フォーカスリングを、炭化硅素の焼結材や黒鉛を含むことなく切り出す必要がある。すなわち、炭化硅素の焼結材や黒鉛を含むフォーカスリングはプラズマエッチング処理に不適であるため、フォーカスリングをＣＶＤによる炭化硅素の積層部のみから切り出す必要がある。
上述した再利用方法によれば、炭化硅素塊生成ステップは、核の表面にＣＶＤによって炭化珪素を積層して炭化硅素塊を生成するものであり、消耗部品製造ステップは、炭化硅素塊生成ステップによって生成した炭化珪素塊を、核を含まないように加工して消耗部品を製造するようにしたので、消耗によって核である黒鉛部材４０が露出することはない。従って、ＣＶＤ−ＳｉＣ層を多層積層した消耗部品（再製造フォーカスリング２５”）であっても、パーティクルの発生及びこれに基づくチャンバ内汚染を回避することができる。
また、上述した再利用方法によれば、消耗部品が核を含んでいないので、表面の許容消耗量が、例えば５ｍｍ程度となり、最大でも１００μｍ程度であった従来部品に比べて許容消耗量が多くなる。従って、消耗部品の交換頻度を少なくすることができる。また、核である黒鉛部材４０が露出する直前でプラズマエッチング処理を停止させるという煩雑な制御が不要となり、処理効率の向上を図ることができる。また、核を含まないので、核を含む従来の消耗部品に比べて再製造時の形状の制約がなく、再製造消耗部品の形状を消耗前消耗部品の形状に比べて、その径を縮小させたり、部分的に傾斜角度を変更させたり、面取り部分を変更する等の変更が可能であり、形状に対するフレキシビリティーが向上する。例えば、厚さ４ｍｍのフォーカスリングを再製造処理して、厚さ３ｍｍの再製造フォーカスリングを製造したり、直径３８０ｍｍのフォーカスリングを再製造処理して直径３６０ｍｍの再製造フォーカスリングを製造したりすることも可能となる。
なお、従来、核である黒鉛部材４０を再利用する場合には、核の表面に残存するＳｉＣを除去しなければならなかったが、上記した再利用方法においては、そのような操作が不要になるという利点もある。
上述した実施の形態においてプラズマエッチング処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
上記した再利用方法においては、プラズマ処理ステップによる消耗部品の消耗、炭化硅素積層ステップによるＳｉＣの積層、及び消耗部品再製造ステップによる消耗部品の再製造を繰り返すので、再製造フォーカスリング２５”及び再製造上部電極板３１”は、ＣＶＤによって積層されたＳｉＣ層（以下、「ＣＶＤ−ＳｉＣ層」という。）が順次積層された多層構造になる。
そこで、ＣＶＤ−ＳｉＣ層が積層された多層構造を有する消耗部品のチャンバ内の構成部材としての的確性を確認した。
すなわち、核としての焼結ＳｉＣの表面にＣＶＤ−ＳｉＣ層を多層に形成したバルク材におけるＣＶＤ−ＳｉＣ層の積層１層目と積層２層目との境界部分を含む矩形のテストピース（図６）を切り出し、該テストピースについて、図１のプラズマ処理装置を用いて所定条件でプラズマを照射するプラズマ照射テストを行った後、段差計を用いて積層１層目と積層２層目との間の段差の有無を調査した。
なお、このときのプラズマ照射条件は、チャンバ内圧力を２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）とし、プラズマ生成用の励起電力を５００Ｗ、バイアス電力を３０００Ｗとし、処理ガスとして１４０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８ガス、４０ｓｃｃｍのＣＯガス、６００ｓｃｃｍのＡｒガスの混合ガスを用いてプラズマを発生させ、プラズマ照射時間を６０ｓｅｃとした。また、このとき、サセプタ１２における複数の伝熱ガス供給孔２８を流通する伝熱ガスとしてのＨｅガスの圧力を、センター部分で３０Ｔｏｒｒ（３．９９ｋＰａ）、エッジ部分で１０Ｔｏｒｒ（１．３３ｋＰａ）とした。
プラズマ照射テスト後、積層１層目と積層２層目との境界部に段差は確認できなかった。これによって、積層１層目と積層２層目との消耗レートが同じであることを確認した。
また、プラズマ照射テスト後のＣＶＤ−ＳｉＣ層の積層１層目と積層２層目について、それぞれＳＥＭ写真を撮影してその表面の組織を観察したところ、両者に差異はなく、表面状態が同じであることを確認した。すなわち、ＣＶＤ−ＳｉＣ層の積層１層目と積層２層目のプラズマに対する消耗特性に差がないことが分かった。
次に、図４のフォーカスリング２５の再利用方法で再製造フォーカスリング２５”を再製造し、当該再製造フォーカスリング２５”における再生率を求めた。ここで、再生率とは、再製造フォーカスリング２５”における全体積に対する再製造時に積層されたＣＶＤ−ＳｉＣ層の体積を百分率で表したものである。
すなわち、消耗前のフォーカスリング２５（図４（Ｂ））の体積は、例えば１４７８５７ｍｍ３であり、消耗フォーカスリング２５’（図４（Ｃ））の体積は、例えば１０２０８７ｍｍ３であった。そして、消耗部品再製造ステップによって消耗前のフォーカスリング２５と同様の体積となるように再製造して再製造フォーカスリング２５”を得たので、再生率Ｒは、
Ｒ＝［１−（１０２０８７／１４７８５７）］×１００ ＝ ３１．０ （％）
となる。
物理的には、フォーカスリングの再生率Ｒは０．１％〜９０％の間で実現可能である。しかし、実際のプラズマエッチング処理時の生産性等を考慮すれば、再生率Ｒは１５％〜４０％程度が好ましく、さらに２０％〜３５％程度が好ましい。
次に、再製造フォーカスリング２５”と消耗前のフォーカスリング２５をそれぞれ適用した図１のプラズマ処理装置を用い、任意のサンプルウエハにおけるＴＥＯＳ膜に対して同一の条件で、それぞれプラズマエッチング処理を実行した場合における処理前後のエッチングレート（Ｅ／Ｒ）、サンプルウエハの表面に付着した０．１μｍ以上のパーティクルの数、及びＴＥＯＳ膜表面の汚染具合について観察し、両フォーカスリングの消耗形態による影響を観察した。
結果を表１に示す。なお、プラズマ処理条件は、上述のテストピースを用いたプラズマ照射テストと同様とした。
Figure 0005595795
表１において、消耗前のフォーカスリング２５の消耗（処理）前後におけるＥ／Ｒは、それぞれ４１２．９（μｍ／ｍｉｎ）及び４２７．９（μｍ／ｍｉｎ）であり、再製造フォーカスリング２５”の消耗前後におけるＥ／Ｒは、それぞれ４１４．２（μｍ／ｍｉｎ）及び４２８．４（μｍ／ｍｉｎ）であり、両者に有意差は見られなかった。また、再製造フォーカスリング２５”の消耗前後におけるパーティクル付着数は、共に規格値以内（スペックイン）であり、特に再製造による悪影響は見られなかった。
以上の結果から、上記した再利用方法においては、再製造消耗部品と消耗前消耗部品との間における消耗レート、消耗後の表面状態並びに消耗によるＥ／Ｒ及びチャンバ内雰囲気に与える悪影響はなく、再製造消耗部品をチャンバ内部品として再利用することによる不都合がないことが確認できた。
１０ プラズマ処理装置
２５ フォーカスリング
３１ 上部電極板
３８ 接地電極
３９ アウターリング

Claims (10)

  1. 炭化珪素をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって積層して炭化硅素塊を生成
    する炭化硅素塊生成ステップと、
    前記炭化硅素塊を加工して所定の形状のプラズマ処理装置用の消耗部品を製造する消耗部品製造ステップと、
    前記製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、
    所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、
    前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、
    前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、
    前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、
    前記表面洗浄ステップでは、アルカリ溶液及び酸をこの順で用いて前記消耗部品の表面を洗浄することを特徴とするプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  2. 炭化珪素をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって積層して炭化硅素塊を生成する炭化硅素塊生成ステップと、
    前記炭化硅素塊を加工して所定の形状のプラズマ処理装置用の消耗部品を製造する消耗部品製造ステップと、
    前記製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、
    所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、
    前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、
    前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、
    前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、
    前記消耗部品再製造ステップ後、且つ前記第２のプラズマ処理ステップの前に、前記再製造された消耗部品を高温雰囲気中に置き、該高温雰囲気へ炭化硅素の原料ガスを供給する表面処理ステップをさらに有することを特徴とするプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  3. 前記炭化硅素塊生成ステップは、核の表面にＣＶＤによって炭化珪素を積層して炭化硅素塊を生成するものであり、前記消耗部品製造ステップは、前記炭化珪素塊を、前記核を含まないように加工して前記消耗部品を製造することを特徴とする請求項１又２記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  4. 炭化珪素製の消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、
    所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、
    前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、
    前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、
    前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、
    前記表面洗浄ステップでは、アルカリ溶液及び酸をこの順で用いて前記消耗部品の表面を洗浄することを特徴とするプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  5. 所定時間に亘る第１のプラズマ処理によって消耗した炭化珪素製の消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、
    前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、
    再製造された消耗部品を用いて基板に第２のプラズマ処理を施すために、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップとを有し、
    前記表面洗浄ステップでは、アルカリ溶液及び酸をこの順で用いて前記消耗部品の表面を洗浄することを特徴とするプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  6. 炭化珪素製の消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第１のプラズマ処理ステップと、
    所定時間に亘る前記プラズマ処理によって消耗した前記消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、
    前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、
    前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップと、
    前記再製造された消耗部品を用いて基板にプラズマ処理を施す第２のプラズマ処理ステップとを有し、
    前記消耗部品再製造ステップ後、且つ前記第２のプラズマ処理ステップの前に、前記再製造された消耗部品を高温雰囲気中に置き、該高温雰囲気へ炭化硅素の原料ガスを供給する表面処理ステップをさらに有することを特徴とするプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  7. 所定時間に亘る第１のプラズマ処理によって消耗した炭化珪素製の消耗部品の表面を洗浄する表面洗浄ステップと、
    前記洗浄された消耗部品の表面へＣＶＤによって炭化硅素を積層する炭化硅素積層ステップと、
    再製造された消耗部品を用いて基板に第２のプラズマ処理を施すために、前記炭化硅素が表面へ積層された消耗部品を加工して前記所定の形状の消耗部品を再製造する消耗部品再製造ステップとを有し、
    前記消耗部品再製造ステップ後、且つ前記第２のプラズマ処理ステップの前に、前記再製造された消耗部品を高温雰囲気中に置き、該高温雰囲気へ炭化硅素の原料ガスを供給する表面処理ステップをさらに有することを特徴とするプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  8. 前記表面洗浄ステップでは、アルカリ溶液及び酸の少なくとも１つを用いて前記消耗部品の表面を洗浄することを特徴とする請求項２、６及び７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  9. 前記表面洗浄ステップと、前記炭化硅素積層ステップと、前記消耗部品再製造ステップとをこの順で繰り返すことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
  10. 前記表面洗浄ステップ前に、ＣＯ２ブラスト、ＳｉＣブラスト等のブラスト、プラズマによるスパッタ及び機械研削の少なくとも１つを用いて前記消耗部品へ処理を施すことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用の消耗部品の再利用方法。
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