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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022006662
(43)【公開日】2022-01-13
(54)【発明の名称】半導体製造装置部材
(51)【国際特許分類】
C04B 35/486 20060101AFI20220105BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20220105BHJP
【ＦＩ】
C04B35/486
H01L21/302 101G
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020109024
(22)【出願日】2020-06-24
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110847
【弁理士】
【氏名又は名称】松阪 正弘
(74)【代理人】
【識別番号】100136526
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勉
(74)【代理人】
【識別番号】100136755
【弁理士】
【氏名又は名称】井田 正道
(72)【発明者】
【氏名】高橋 知典
(72)【発明者】
【氏名】吉田 信也
【テーマコード（参考）】
5F004
【Ｆターム（参考）】
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB29
5F004CA06
(57)【要約】
【課題】半導体製造装置部材のｔａｎδを小さくする。
【解決手段】チャンバ２０の蓋部２２のプラズマに接する面（すなわち、プラズマ接触面）は、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２を主成分とする多結晶体により形成される。当該多結晶体において、ＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部がＺｒＯ２である。当該多結晶体の結晶中に含まれる正方晶および立方晶の合計割合は９０質量％以上である。当該多結晶体の気孔率は３％以下である。これにより、多結晶体のｔａｎδを小さくすることができる。
【選択図】図１
【解決手段】チャンバ２０の蓋部２２のプラズマに接する面（すなわち、プラズマ接触面）は、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２を主成分とする多結晶体により形成される。当該多結晶体において、ＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部がＺｒＯ２である。当該多結晶体の結晶中に含まれる正方晶および立方晶の合計割合は９０質量％以上である。当該多結晶体の気孔率は３％以下である。これにより、多結晶体のｔａｎδを小さくすることができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材であって、
プラズマに接する面が、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２を主成分とする多結晶体により形成され、
前記多結晶体において、ＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部がＺｒＯ２であり、
前記多結晶体の結晶中に含まれる正方晶および立方晶の合計割合は９０質量％以上であり、
前記多結晶体の気孔率は３％以下であることを特徴とする半導体製造装置部材。
プラズマに接する面が、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２を主成分とする多結晶体により形成され、
前記多結晶体において、ＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部がＺｒＯ２であり、
前記多結晶体の結晶中に含まれる正方晶および立方晶の合計割合は９０質量％以上であり、
前記多結晶体の気孔率は３％以下であることを特徴とする半導体製造装置部材。
【請求項2】
請求項１に記載の半導体製造装置部材であって、
前記多結晶体の周波数１ＭＨｚにおけるｔａｎδは、０．５×１０－３以下であり、周波数２０ＭＨｚにおけるｔａｎδは、１．０×１０－３よりも小さいことを特徴とする半導体製造装置部材。
前記多結晶体の周波数１ＭＨｚにおけるｔａｎδは、０．５×１０－３以下であり、周波数２０ＭＨｚにおけるｔａｎδは、１．０×１０－３よりも小さいことを特徴とする半導体製造装置部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体製造装置部材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体基板の製造過程において、プラズマエッチング等のプラズマ処理が半導体基板に対して行われている。特許文献１では、半導体基板にプラズマ処理を施す際に用いられる真空容器の構造材として、耐食性が高いジルコニア（ＺｒＯ２）製のセラミック構造材が開示されている。
【0003】
ジルコニア製の構造材は、高耐食、高強度である一方、ｔａｎδ（すなわち、誘電正接）が大きく、誘電損失が大きいことが知られている。また、ジルコニア製の構造材では、安定化のため、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等の安定化剤が添加される。非特許文献１では、ジルコニアにおける高い誘電損失は、ジルコニアにイットリアを添加することにより酸素空孔が形成され、酸素空孔とイットリウム（Ｙ）イオンとが近接して双極子のような状態を形成することによる、と説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１９／２０３３６９号
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】M. WELLER and H. SCHUBERT、「Internal Friction, Dielectric Loss, and Ionic Conductivity of Tetragonal ZrO2-3%Y2O3 (Y-TZP)」、Journal of American Ceramic Society, 69 [7]、p. 573-577 (1986)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、半導体基板に対してプラズマ処理を施す装置では、プラズマ励起のための高周波電界近傍に誘電損失が大きい構造材が用いられると、当該電界のエネルギーが減衰するおそれがある。
【0007】
本発明は、半導体製造装置において使用される半導体製造装置部材に向けられており、少なくともプラズマに接する面がＣｅＯ２およびＺｒＯ２を主成分とする半導体製造装置部材において、当該半導体製造装置部材のｔａｎδを小さくすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の好ましい一の形態に係る半導体製造装置部材は、プラズマに接する面が、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２を主成分とする多結晶体により形成される。前記多結晶体において、ＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部がＺｒＯ２である。前記多結晶体の結晶中に含まれる正方晶および立方晶の合計割合は９０質量％以上である。前記多結晶体の気孔率は３％以下である。
【0009】
好ましくは、前記多結晶体の周波数１ＭＨｚにおけるｔａｎδは、０．５×１０－３以下であり、周波数２０ＭＨｚにおけるｔａｎδは、１．０×１０－３よりも小さい。
【発明の効果】
【0010】
本発明では、半導体製造装置部材のｔａｎδを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る半導体製造装置部材が使用される半導体製造装置１の断面図である。半導体製造装置１は、例えば、半導体基板９（以下、単に「基板９」と呼ぶ。）に対してプラズマエッチング等のプラズマ処理を行う装置である。
【0013】
半導体製造装置１は、チャンバ本体２１と、蓋部２２と、サセプター２３と、電極２４と、を備える。チャンバ本体２１は、有底略円筒状の部材である。蓋部２２は、後述する多結晶体を用いて作成された略円板状の部材である。蓋部２２は、チャンバ本体２１の図１中における上端部に取り付けられる。半導体製造装置１では、蓋部２２によりチャンバ本体２１の上部開口が閉塞されることにより、内部に密閉空間を有するチャンバ２０が形成される。以下の説明では、図１中の上側および下側を、単に「上側」および「下側」と呼ぶ。また、図１中の上下方向を、単に「上下方向」と呼ぶ。図１中の上下方向は、実際の上下方向と必ずしも一致する必要はない。
【0014】
サセプター２３は、チャンバ２０の内部空間に収容される。サセプター２３は、略円板状の部材である。サセプター２３の上面上には、略円板状の基板９が載置される。サセプター２３は、基板９を下側から支持する。サセプター２３の内部には、バイアス電源に接続される内部電極（図示省略）が設けられている。電極２４は、蓋部２２の上面上に配置される。電極２４は、図示省略の高周波電源に接続される。半導体製造装置１では、電極２４に高周波が印可されることにより、チャンバ２０内のガスがプラズマ化され、当該プラズマによる基板９に対する処理が行われる。蓋部２２は、電極２４と、プラズマ処理が行われるチャンバ２０の内部空間とを隔てる隔壁である。
【0015】
蓋部２２は、セリア（酸化セリウム（ＣｅＯ２））およびジルコニア（二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２））を主成分とする多結晶体を用いて形成される。蓋部２２では、少なくともプラズマに接する面（すなわち、図１中の蓋部２２の下面のうち、チャンバ２０の内部空間に露出している領域）が、当該多結晶体により形成される。例えば、蓋部２２の全体が当該多結晶体により形成されてもよく、蓋部２２のプラズマに接する面（以下、「プラズマ接触面」とも呼ぶ。）のみが当該多結晶体により形成されてもよい。
【0016】
蓋部２２のプラズマ接触面（すなわち、蓋部２２の内壁面）のみが上記多結晶体により形成される場合、例えば、当該多結晶体とは別の材料により形成された略円板状の蓋部本体の下面に、当該多結晶体により形成された略円板状の薄い部材が積層されて接合されてもよい。あるいは、当該多結晶体とは別の材料により形成された略円板状の蓋部本体の下面が、当該多結晶体により形成された被膜により被覆されてもよい。以下の説明では、蓋部２２の全体が当該多結晶体を用いて形成されるものとして説明する。
【0017】
上述の多結晶体では、ＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部がＺｒＯ２である。すなわち、当該多結晶体が実質的にＣｅＯ２およびＺｒＯ２のみからなる場合、多結晶体におけるＺｒＯ２の含有率は、７０ｍｏｌ％以上かつ８８ｍｏｌ％以下である。多結晶体は、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２の含有率に実質的に影響しない程度の微量の焼結助剤および／または不可避化合物を含んでいてもよい。
【0018】
当該多結晶体の結晶相は、主に、正方晶および／または立方晶（すなわち、正方晶ジルコニアおよび／または立方晶ジルコニアと同じ結晶構造）である。多結晶体の結晶中に含まれる正方晶および立方晶の合計割合（以下、「正方・立方割合」とも呼ぶ。）は、９０質量％以上である。正方・立方割合は、多結晶体の結晶中に含まれる正方晶の質量と立方晶の質量との和を、多結晶体中の結晶の合計質量によって除算したものである。多結晶体中の結晶の合計質量とは、正方晶の質量と、立方晶の質量と、斜方晶等の他の結晶の質量との和である。正方・立方割合は、リートベルト法により求めることが可能である。
【0019】
多結晶体の気孔率は、３％以下であり、好ましくは１％以下である。当該気孔には、開気孔および閉気孔が含まれる。当該気孔率は、アルキメデス法により求めることが可能である。
【0020】
周波数１ＭＨｚ～２０ＭＨｚの範囲における多結晶体の室温（例えば、２５℃）でのｔａｎδ（すなわち、誘電正接）は、好ましくは、周波数１ＭＨｚで０．５×１０－３以下であり、周波数２０ＭＨｚで１．０×１０－３よりも小さい。当該ｔａｎδは、「ＪＩＳ Ｃ ２１４１：１９９２」および「ＪＩＳ Ｃ ２１３８：２００７」に準じた試験により求めることが可能である。
【0021】
次に、図２を参照しつつ蓋部２２の製造方法の一例について説明する。蓋部２２を製造する際には、まず、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２を混合した混合粉末が準備される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２の粉末が、所定の組成となるように秤量され、ボールミル等により湿式混合される。そして、湿式混合により得られたスラリーを乾燥させ、篩により整粒することにより、上述の混合粉末（すなわち、調合粉末）が得られる。なお、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２の粉末は、湿式混合ではなく、乾式混合により混合されてもよい。また、混合粉末を生成する際に、焼結助剤の粉末が必要に応じて添加されてもよい。
【0022】
続いて、ステップＳ１１にて準備された混合粉末を、所定形状の成形体に成形する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、例えば、一軸加圧成形用の粉末プレス機により成形体が成形される。当該成形体の成形は、形状を保持できるのであれば、他の様々な方法により行われてもよい。また、前述のスラリーのように、流動性のある状態のままモールドに流し込んだ後に溶媒成分を除去し、所定形状の成形体としてもよい。その後、当該成形体が焼成され、多結晶体である蓋部２２が生成される（ステップＳ１３）。
【0023】
蓋部２２は、上記以外の製造方法により製造されてもよい。例えば、ステップＳ１１において、上述のスラリーを乾燥させた後、仮焼成することにより、結晶相が主に正方晶および／または立方晶である仮焼体を得る。そして、当該仮焼体を必要に応じて粉砕した後、ステップＳ１２において仮焼体を成形して成形体が得られる。なお、成形前の仮焼体に、必要に応じて焼結助剤の粉末が添加されてもよい。
【0024】
次に、表１および表２を参照しつつ本発明に係る多結晶体の実施例１～６、および、当該多結晶体と比較するための比較例１～４の多結晶体について説明する。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
表１および表２では、実施例１～６および比較例１～４の多結晶体について、組成（ｍｏｌ％）、焼成温度、結晶相の種類および正方・立方割合、気孔率、並びに、周波数１ＭＨｚ，２０ＭＨｚにおける室温でのｔａｎδ（すなわち、誘電正接）を示す。
【0028】
実施例１～６および比較例１～４の多結晶体は、上述のステップＳ１１～Ｓ１３に示す製造方法により製造した。実施例１～６および比較例１～４では、上述のステップＳ１１において、混合前の第ＣｅＯ２の粉末の平均粒子径は０．２５μｍであり、ＺｒＯ２の平均粒子径は０．１μｍであった。また、ボールミルによる湿式混合では、φ５ｍｍのジルコニア（３ＹＺ）製の玉石を用い、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液を溶媒として用い、１６時間粉砕混合を行った。ボールミルのポット容積は１Ｌ（リットル）であり、当該ポットにおいて、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２の粉末を合計１００ｇ、ＰＶＡ０．５ｇ、および、水３００ｍＬを混合した。湿式混合により得られたスラリーの乾燥は、大気雰囲気下で行った。また、篩は、１００メッシュのものを用いた。
【0029】
ステップＳ１２では、一軸加圧成形用の粉末プレス機により、圧力２０ＭＰａにて混合粉末をプレスし、縦８０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの略平板状の試験用成形体を成形した。ステップＳ１３の焼成時の昇温速度は１００℃／ｈであり、最高温度は１４００℃～１５００℃であった。また、最高温度での保持時間は５時間であった。
【0030】
表１に示すように、実施例１～６および比較例１～４における多結晶体の組成は、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２である。実施例１～６および比較例３～４では、多結晶体におけるＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部はＺｒＯ２である。一方、比較例１では、ＣｅＯ２の含有率は１０ｍｏｌ％（すなわち、１２ｍｏｌ％未満）であり、比較例２では、ＣｅＯ２の含有率は３２ｍｏｌ％（すなわち、３０ｍｏｌ％よりも大）である。
【0031】
ステップＳ１３における焼成温度（すなわち、焼成時の最高温度）は、実施例１～４および比較例１～２では１５００℃である。一方、比較例３および比較例４ではそれぞれ、焼成温度は１４００℃および１４５０℃と低い。
【0032】
表２に示すように、実施例１～６の多結晶体では、結晶相は正方晶または立方晶であり、正方・立方割合は９０質量％以上であった。また、当該多結晶体の気孔率は３％以下であった。周波数１ＭＨｚにおける当該多結晶体の室温でのｔａｎδは、０．２×１０－３～０．５×１０－３（すなわち、０．５×１０－３以下）であり、周波数２０ＭＨｚにおける当該多結晶体の室温でのｔａｎδは、１．０×１０－３よりも小さかった（すなわち、１．０×１０－３未満であった）。
【0033】
一方、ＣｅＯ２の含有率が１０ｍｏｌ％（すなわち、１２ｍｏｌ％未満）と低い比較例１では、多結晶体は安定せず崩壊した。なお、比較例１の崩壊した多結晶体では、結晶相は斜方晶であった。ＣｅＯ２の含有率が３２ｍｏｌ％（すなわち、３０ｍｏｌ％よりも大）と高い比較例２では、周波数１ＭＨｚおよび２０ＭＨｚにおける当該多結晶体の室温でのｔａｎδはそれぞれ、１．０×１０－３および１．２×１０－３と大きかった。
【0034】
焼成温度が１４００℃と低い比較例３では、正方・立方割合が９０％未満と低く、気孔率も１０％と高かった。また、周波数１ＭＨｚおよび２０ＭＨｚにおける当該多結晶体の室温でのｔａｎδはそれぞれ、２．４×１０－３および２．７×１０－３と大きかった。焼成温度が１４５０℃と低い比較例４では、気孔率は５％と高く、周波数１ＭＨｚおよび２０ＭＨｚにおける当該多結晶体の室温でのｔａｎδはそれぞれ、１．１×１０－３および１．４×１０－３と大きかった。比較例３および比較例４のように気孔率が高い場合、多結晶体の気孔内に存在する雰囲気に含まれる水分量が多くなるため、ｔａｎδが大きくなると考えられる。
【0035】
以上に説明したように、半導体製造装置において使用される上述の半導体製造装置部材（上記例では、蓋部２２）では、プラズマに接する面（すなわち、プラズマ接触面）が、ＣｅＯ２およびＺｒＯ２を主成分とする多結晶体により形成される。当該多結晶体において、ＣｅＯ２の含有率は１２ｍｏｌ％以上かつ３０ｍｏｌ％以下であり、残部がＺｒＯ２である。当該多結晶体の結晶中に含まれる正方晶および立方晶の合計割合は９０質量％以上でありる。当該多結晶体の気孔率は３％以下である。
【0036】
当該多結晶体では、ＺｒＯ２の４価のＺｒイオンに対して、ＣｅＯ２の４価のＣｅイオンが添加されることにより安定化されるため、価数が不足せず、酸素空孔が形成されない。これにより、表１および表２の実施例１～６に示すように、上述の多結晶体のｔａｎδを小さくし、誘電損失を小さくすることができる。その結果、基板９に対してプラズマ処理を行う半導体製造装置１において、プラズマ接触面が当該多結晶体により形成された蓋部２２が使用される場合、プラズマ励起のための高周波電界のエネルギー減衰を抑制することができる。
【0037】
好ましくは、上記多結晶体の周波数１ＭＨｚにおけるｔａｎδは、０．５×１０－３以下であり、周波数２０ＭＨｚにおけるｔａｎδは、１．０×１０－３よりも小さい。これにより、上述の高周波電界のエネルギー減衰を、好適に抑制することができる。
【0038】
上述の多結晶体および半導体製造装置部材では、様々な変更が可能である。
【0039】
上述の半導体製造装置部材は、必ずしもチャンバ２０の蓋部２２である必要はなく、例えば、雰囲気に曝したくない高周波電極とプラズマ室との隔壁および当該隔壁に類する部位に使用される。この場合、当該隔壁のうち、少なくともプラズマに接する面（すなわち、プラズマ室に露出する面）は上述の多結晶体により形成される。
【0040】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明は、半導体製造装置に関する分野、例えば、半導体基板にプラズマ処理を施す半導体製造装置において半導体基板を収容するチャンバの製造に利用可能である。
【符号の説明】
【0042】
１ 半導体製造装置
２２ 蓋部
２２ 蓋部
【図1】
【図2】