耐等离子体性构件、等离子体处理装置用零件和等离子体处理装置的制作方法

1.本发明涉及在曝露于等离子体的环境下使用的耐等离子体性构件、等离子体处理装置用零件和等离子体处理装置。


背景技术：

2.历来，在半导体制造工序等之中，使用等离子体在对象物上形成薄膜，或使用对于对象物进行蚀刻处理的装置。在等离子体成膜装置中，通过使原料气体等离子体化并进行化学反应，从而在对象物上形成薄膜。在等离子体蚀刻装置中，使蚀刻气体等离子体化，使对象物的表面与等离子体发生化学反应而气化，由此蚀刻对象物。
3.这些等离子体处理装置的反应室中，使用气体喷嘴、窗、衬底载置用零件等的各种等离子体处理装置用零件。作为这些等离子体处理装置用零件的材质，使用氧化钇、钇铝石榴石(yag)、氧化铝等的陶瓷烧结体(专利文献1)。
4.等离子体处理装置用零件的表面，若与反应性高的气体或等离子体反应，则从表面发生微粒。若微粒附着于对象物，则会成为不良的原因，因此对于等离子体处理装置用零件要求耐等离子体性。可知氧化钇和yag与氧化铝比较，耐等离子体性更高。(专利文献1、2)。
5.为了减少以微粒为原因的不良，要求耐等离子体性更优异的耐等离子体性构件。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：wo2014/119177号公报
9.专利文献2：日本特开平10－45461号公报


技术实现要素：

10.本发明是被曝露于等离子体中的面由{100}面的单晶钇铝石榴石(yag)形成的耐等离子体性构件、以及使用了该耐等离子体性构件的等离子体处理装置用零件和等离子体处理装置。
11.本发明是具有多个曝露于等离子体中的面，至少最被要求耐等离子体性的面由{100}面的单晶yag形成的耐等离子体性构件、以及使用了该耐等离子体性构件的等离子体处理装置用零件和等离子体处理装置，
附图说明
12.图1是本发明的等离子体处理装置的概略图。
13.图2a是使用本发明的耐等离子体性构件的气体喷嘴的概略立体图。
14.图2b是图2a的a1－a1线剖视图。
15.图3是使用了本发明的耐等离子体性构件的窗的概略图。
16.图4a是使用了本发明的耐等离子体性构件的气体喷嘴的另一例。
17.图4b是使用了本发明的耐等离子体性构件的气体喷嘴的另一例。
具体实施方式
18.以下，一边参照附图，一边对于本发明的一个实施方式进行说明。本发明提供耐等离子体性优异，微粒发生少的耐等离子体性构件、等离子体处理装置用零件、等离子体处理装置。
19.在本说明书中，所谓耐等离子体性构件，是对于卤素系气体等的等离子体具有耐腐蚀性的(难以被蚀刻的)零件。
20.耐等离子体性构件，在等离子体成膜装置和等离子体蚀刻装置等的等离子体处理装置中，被用于注射器、气体喷嘴、喷淋头等的气体供给零件；窗等的内部监控用零件；静电吸盘、载板等的衬底保持零件；热电偶的保护管等保护零件等。
21.图1是使用了本发明的耐等离子体性构件的等离子体处理装置的概略剖视图。等离子体处理装置1在半导体晶圆、玻璃衬底等的对象物5上形成薄膜，或进行蚀刻处理，是进行对象物5的表面的改性处理的装置。
22.等离子体处理装置1具有用于处理对象物5的反应室2。在反应室2的内部，具备向反应室2内供给气体的气体喷嘴4、和具有内部电极7的静电吸盘等的保持部6。在反应室2的外部，具备向气体喷嘴4供给原料气体的供气管3、供给用于生成等离子体的电力的线圈9和电源10、连接于内部电极7的偏压电源8。另外，反应室2还具备用于观察其内部的窗12。
23.对象物5被载置于保持部6，经由气体喷嘴4气体被供给到反应室2内，通过从线圈9和电源10供给的电力进行的放电使之等离子体化，对象物5上被处理。
24.例如，在对象物5上形成包含氧化硅(sio2)的薄膜时，供给硅烷(sih4)、氧(o2)等原料气体，在对对象物5进行蚀刻处理时，供给sf6、cf4、chf3、clf3、nf3、c3f8、c4f8、hf、cl2、hcl、bcl3、ccl4等卤素系气体等蚀刻气体。
25.图2a、图2b是使用了本发明的耐等离子体性构件的气体喷嘴的概略图。图2a是立体图，图2b是图2a的a1－a1线的剖视图。气体喷嘴4，例如形成为圆柱、棱柱等柱状，引导气体的供给孔11沿着气体喷嘴4的轴心设有多个(图2a所示的例子中为4条)。气体喷嘴4的端面4a、外周面4b和内周面4c曝露在等离子体中。
26.图3是使用了本发明的耐等离子体性构件的窗的概略图。窗12具有对置的第1面12a和第2面，第1面12a被曝露于等离子体中。
27.单晶钇铝石榴石(yag)具有立方晶系的晶体结构，具有{100}面、{111}面等的晶体取向。yag是具有高耐等离子体性的材料，但特别是{100}面耐等离子体性优异，这一点是本发明人在以下这样的实验中明确的。
28.为了评价各种构件的耐等离子体性，使用反应离子蚀刻装置(rie装置)，对试料辐射cf4的等离子体，比较蚀刻深度(蚀刻速率)。氧化铝陶瓷、(100)单晶yag、(111)单晶yag、氧化钇陶瓷的蚀刻深度分别为0.61μm、0.16μm、0.20μm、0.13μm，可知单晶yag的耐等离子体性高于氧化铝陶瓷，与氧化钇陶瓷相当，其中，{100}面在单晶yag中耐等离子体性优异。
29.另外，因为单晶yag的强度高于氧化钇陶瓷，所以本发明的耐等离子体性构件，能够成为强度和耐腐蚀性都高的构件。
30.本发明的耐等离子体性构件中，被曝露在等离子体中的面由{100}面的单晶yag形成。
31.本发明的耐等离子体性构件被用于窗12时，至少曝露于等离子体中的第1面12a由{100}面的单晶yag形成。
32.另外，像气体喷嘴4这样，被曝露于等离子体中的面为多个(在气体喷嘴4中，有端面4a、外周面4b和内周面4c)的零件，在被曝露于等离子体的面之中，至少最被要求耐等离子体腐蚀性的面由{100}面的单晶yag形成。例如，在图2a、2b所示的例子中，使气体喷嘴4的端面4a为{100}面。此外，也可以如图2a这样，使供给孔11的截面形状为矩形，使内周面4c也为{100}面。另外，也可以使气体喷嘴4的截面外形状为矩形，使外周面4b为{100}面。
33.本发明的耐等离子体性构件中，被曝露于等离子体中的面以单晶yag形成。如现有文献的记载所述，通过减小构件的气孔率和表面粗糙度，提高耐腐蚀性。单晶与陶瓷(多晶)比较，因为气孔小且少(或不存在气孔)，所以耐腐蚀性高。另外，在多晶中，晶界与晶内相比，结晶性较差更容易被蚀刻，但在单晶中不存在晶界，因此耐腐蚀性高。另外，因为没有晶界，气孔也小(少)，所以容易减小表面粗糙度。另外，因为没有晶界，气孔小且少(或没有)，所以难以发生微粒。基于上述理由，单晶yag耐腐蚀性优异，成为微粒发生少的耐等离子体性构件。
34.还有，本发明的耐等离子体性构件所使用的yag的晶面，可以具有距{100}面
±
10
°
以下的偏移角，特别优选为
±5°
以下的偏移角。如果偏移角在10
°
以下，则能够期待不逊色于{100}面的耐等离子体性。
35.因为yag的晶体结构是立方晶系，{100}面是4次对称，若以垂直于面的轴为中心使之旋转90
°
，则出现等效的面。因此，在气体喷嘴等柱状或筒状的构件中，轴向是＜100＞方向且成为最被曝露于等离子体中的面的端面4a是{100}面，如图2a的示例或图4a的示例，构件的内周面(例如，气体喷嘴4的供给孔11的内周面、气体喷嘴24的内周面21)或外周面中的至少任意一个的、与轴垂直的截面的形状可以是矩形，特别优选为正方形。如果是这样的结构，则各内周面或各外周面成为等效的面，各面的耐腐蚀性和各种物性同等，因此适合作为耐腐蚀性构件。例如，难以发生因热膨胀率的各向异性造成的变形。
36.基于同样的理由，构件的轴向为＜100＞方向且成为最被曝露于等离子体的面的端面4a是{100}面，如图4b这样，如果构件(气体喷嘴34)的与轴垂直的截面的形状(外部形状、内部形状、通孔31的配置)为4次对称，则截面的各种物性成为比较的各向同性，因此适合作为耐腐蚀性构件。
37.本发明的等离子体处理装置用零件和等离子体处理装置，使用上述结构的耐等离子体性构件。
38.单晶yag的晶锭，例如，能够使用cz(柴氏拉晶法)法制造。将混合了高纯度(例如4n以上)的氧化钇粉末和氧化铝粉末的原料、或将所述原料预热而得到的多晶yag，填充到铱等高熔点金属制的坩埚中，加热使之熔融，将晶种浸于熔体后，以规定的提起速度和转速提起，从而能够培养具有圆筒状的直体部的单晶。通过适宜选择晶种的晶体取向，能够制造预期的晶体取向的高纯度(例如，4n以上)的单晶。
39.棒状、筒状、板状的单晶yag，例如，能够使用efg(edge-defined film-fed growth)法制造。将混合了高纯度(例如4n以上)的氧化钇粉末和氧化铝粉末的原料、或将所
述原料预烧而得到的多晶yag，填充到配置了具有狭缝的模具的铱等高熔点金属制的坩埚中，加热使之熔融，将晶种浸于经由狭缝而被供给到模具上表面的熔体中之后，以规定的提起速度提起，从而能够培养棒状、筒状、板状的单晶。通过适宜选择晶种的晶体取向，能够制造预期的晶体取向的高纯度(例如，4n以上)的单晶。
40.使用线锯、外圆刃口切割机等各种切割机，将所培养的晶锭切割成希望的长度(厚度)，使用数控机床、研磨装置等各种加工装置加工成希望的形状和表面粗糙度，由此能够制造气体喷嘴等制品。
41.符号说明
42.1：等离子体处理装置
43.2：反应室
44.3：气体导入管
45.4：气体喷嘴
46.4a：端面
47.4b：外周面
48.4c：内周面
49.5：对象物
50.6：保持部
51.7：内部电极
52.8：偏压电源
53.9：线圈
54.10：电源
55.11：供给孔
56.12：窗
57.12a：第1面