JP2002275632A

JP2002275632A - 処理装置

Info

Publication number: JP2002275632A
Application number: JP2001078709A
Authority: JP
Inventors: Toshio Takagi; 俊夫高木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP5001489B2; WO2002075019A1

Abstract

(57)【要約】【課題】処理室等に残留する反応生成物が確実に除去
されると共に、処理室内の部材がクリーニングガスによ
って腐食されることが有効に防止され、従って、所定の
処理を安定的に実施することができる処理装置を提供す
ること。【解決手段】本発明の処理装置は、被処理体を処理す
るための処理室を備えた処理装置であって、その構成部
材の少なくとも一部がステンレス鋼よりなり、前記ステ
ンレス鋼の少なくとも処理室の雰囲気に曝される部分の
表面にニッケル合金皮膜が形成されており、ニッケル合
金は、ニッケルと、リンと、スズまたはタングステンの
一方とを含む三元系合金よりなる。このニッケル合金
は、ニッケルの含有割合が８０％以上であり、リンの含
有割合が１５％以下であり、スズまたはタングステンの
含有割合が５％以下であるものを用いることが好まし
く、また、ニッケル合金皮膜の厚さが１〜３０μｍであ
ることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は処理装置に関し、詳
しくは、例えば半導体ウエハやガラス基板などの被処理
体について成膜処理を行うための処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体ウエハの製造プロセスにお
いて、絶縁膜、シリコン膜あるいは金属膜を半導体ウエ
ハの表面に形成するに際して使用される処理装置とし
て、ＣＶＤ装置が広く利用されており、例えば、処理室
に設けられた載置手段に１枚の半導体ウエハを載置し、
加熱手段によって半導体ウエハを所定の温度にまで加熱
した状態で、この処理室に成膜用処理ガスを導入させる
ことによって成膜処理を行う、いわゆる枚葉式のものが
知られている。

【０００３】一般に、被処理体の成膜プロセスにおいて
は、被処理体の表面だけでなく、処理室の雰囲気に曝さ
れる、例えば載置手段、処理室を区画する区画壁および
その他の部材に対しても不可避的に反応生成物が付着さ
れるため、クリーニングガスを処理室に導入することに
より、被処理体以外の部分に付着した反応生成物（以
下、「無用反応生成物」という。）を除去することが行
われている。クリーニングガスとしては、形成される膜
の種類に関わらず常に高いエッチング効果が発揮される
ことから、例えばＣｌＦ₃ガス、ＮＦ₃ガスが好適に利
用されている。

【０００４】而して、これらのクリーニングガスは反応
性が極めて強いため、無用反応生成物のみだけでなく、
無用反応生成物が付着される部材それ自体も不可避的に
エッチング作用を受けることとなる。例えば、クリーニ
ングガスにおける塩素（Ｃｌ）またはフッ素（Ｆ）が部
材を構成する金属と反応すると、フッ化物および塩化物
を生成し、クリーニング処理後に行われる成膜処理にお
いて、このフッ化物や塩化物が処理室の雰囲気中に汚染
源として再放出されて拡散し、その結果、これらが成膜
処理の際に膜中に取り込まれるなど、所定の膜を形成す
ることが困難である、という問題がある。

【０００５】また、このような枚葉式の処理装置におい
ては、軽量化が図られる一方で十分な強度を維持するた
めに、少なくとも一部の構成部材、例えば排気系の配
管、伸縮性のベローズ、供給系の配管などを、例えばス
テンレス鋼により構成する必要がある。しかしながら、
ステンレス鋼製の構成部材においては、クリーニング処
理が繰り返し行われた場合に、その表面がクリーニング
ガスによって腐食されていることが目視においても確認
することができる程、上記のような問題が顕著になって
現れることが判明した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な事情に基づいてなされたものであって、その目的は、
処理室等に残留する反応生成物を確実に除去することが
できると共に、処理室内の部材がクリーニングガスによ
って腐食されることを有効に防止することができ、従っ
て、所定の処理を安定的に実施することができる処理装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の処理装置は、被
処理体を処理するための処理室を備えた処理装置であっ
て、その構成部材の少なくとも一部がステンレス鋼より
なり、前記ステンレス鋼の少なくとも処理室の雰囲気に
曝される部分の表面にニッケル合金皮膜が形成されてお
り、ニッケル合金は、ニッケルと、リンと、スズまたは
タングステンの一方とを含む三元系合金よりなることを
特徴とする。

【０００８】本発明の処理装置においては、ニッケル合
金は、ニッケルの含有割合が８０％以上であり、リンの
含有割合が１５％以下であり、スズまたはタングステン
の含有割合が５％以下であるものを用いることが好まし
い。また、ニッケル合金皮膜の厚さが１〜３０μｍであ
ることが好ましい。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、処理装置を構成するステ
ンレス鋼よりなる部材において、少なくとも処理室の雰
囲気に曝される部分が、その表面に形成された特定のニ
ッケル合金皮膜によって高い耐食性を有するものとなる
ので、反応性が強いガス雰囲気に曝された場合であって
も、当該部材が腐食されることを防止することができ、
従って、被処理体に対する金属汚染を有効に防止するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、熱ＣＶＤ
法による成膜装置を例に挙げて説明する。図１は、本発
明の成膜装置の一例における構成の概略を示す説明用断
面図である。この成膜装置１０は、例えばアルミニウム
よりなる全体が略円筒状の処理室１１を備えており、こ
の処理室１１には、被処理体である半導体ウエハＷが載
置される被処理体載置手段であるサセプタ１２が支持部
材１３により支持された状態で設けられている。そし
て、サセプタ１２の外周縁には、処理用ガスのまわりこ
みを防止するための板状部材１４が設けられている。

【００１１】サセプタ１２は、例えば窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）あるいは炭化ケイ素（ＳｉＣ）よりなり、そ
の内部には、電源（図示せず）に接続されたヒーター
（図示せず）が設けられており、このヒーターが給電さ
れることにより半導体ウエハＷが所定の温度に均一に加
熱されるよう、半導体ウエハＷの加熱状態が調整され
る。

【００１２】処理室１１における上部壁１１Ａには、開
口１５が形成されており、この開口１５には、処理室１
１に処理用ガス等を導入するためのガス導入部材である
シャワーヘッド２０が、この開口１５を気密に塞ぐ状態
で設けられており、シャワーヘッド２０の下面は、サセ
プタ１２に支持された半導体ウエハＷと対向した状態と
されている。

【００１３】シャワーヘッド２０は、例えばアルミニウ
ムよりなり、その内部に、互いに独立した２つのガス流
路が形成されていると共に、その下面には、それぞれの
ガス流路に接続された複数のガス吐出孔が形成されてい
る。

【００１４】具体的には、第１のガス流路２１Ａは、シ
ャワーヘッド２０の内部における第１のガス導入空間２
３Ａに接続されると共に、シャワーヘッド２０の上部に
設けられたステンレス鋼よりなるガス導入管２４Ａを介
して、例えばタンタルエトキシドガス（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ
₅）ガス）源２５Ａに接続されており、ガス導入空間２
３Ａは、下方に伸びる複数のガス吐出孔２２Ａにより処
理室１１と連通されている。

【００１５】第２のガス流路２１Ｂは、シャワーヘッド
２０の内部における第２のガス導入空間２３Ｂに接続さ
れると共に、シャワーヘッド２０の上部に設けられたス
テンレス鋼よりなるガス導入管２４Ｂを介して、例えば
酸素ガス（Ｏ₂ガス）源２５Ｂに接続されており、第２
のガス導入空間２３Ｂは、下方に伸びる複数のガス吐出
孔２２Ｂにより処理室１１と連通されている。従って、
成膜用処理ガスであるタンタルエトキシドガス（Ｔａ
（ＯＣ₂Ｈ₅）ガス）と酸素ガス（Ｏ₂ガス）とが互い
に異なるガス吐出孔２２Ａ、２２Ｂより処理室１１に導
入され、処理室１１において両者が混合される。

【００１６】また、第２のガス流路２１Ｂには、例えば
クリーニングガスである三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ₃ガ
ス）源２５Ｃがバルブを介して接続されており、このバ
ルブを切り替えることにより、ＣｌＦ₃ガスが処理室１
１に導入される。

【００１７】処理室１１には、その下面に開口する複数
例えば４つの排気路１９が同心状に形成されており、各
々の排気路１９には、例えばステンレス鋼よりなる排気
管３０が下方に伸びるよう設けられている。なお、図に
おいては、便宜上、１つの排気路１９のみが示されてい
る。そして、各々の排気管３０は、処理室１１より排気
されたガスが集合される排気室３２に接続されており、
この排気室３２には、その下面から下方に伸びる配管が
３４が接続され、さらに、圧力調整機構３３を介して例
えば真空ポンプなどの排気手段に接続されている（図２
参照）。

【００１８】処理室１１における他方の側壁１１Ｃに
は、半導体ウエハＷが処理室１１に搬入、搬出されるウ
エハ搬出入口２６が形成されており、このウエハ搬出入
口２６を側壁１１Ｃの外側において閉鎖するゲートバル
ブ２７が設けられている。

【００１９】処理室１１の下部壁１１Ｄに形成された開
口２８には、サセプタ１２と対向して光透過窓４０が当
該開口２８を気密に塞ぐよう設けられており、これによ
り処理室１１が区画されている。そして、処理室１１の
下方には、光透過窓４０により処理室１１と区画された
光源室４１が形成されており、この光源室４１には、半
導体ウエハＷの加熱手段としての複数の加熱ランプ４２
が、モータなどの回転駆動機構４３によって所定の速度
で回転自在とされたターンテーブル４４上に配設されて
いる。

【００２０】以上の成膜装置１０においては、当該成膜
装置１０を構成するステンレス鋼よりなる部材におい
て、少なくとも処理室１１の雰囲気、特にクリーニング
ガスに曝される部分の表面に、特定のニッケル合金（以
下、単に「ニッケル合金」という。）よりなるニッケル
合金皮膜が形成されている。具体的には、図２に示すよ
うに、前記排気管３０には、その内表面の全面がニッケ
ル合金により表面処理されてニッケル合金皮膜３１が形
成されている。また、排気室３２および配管３４の内表
面においても、ニッケル合金皮膜３１が形成されてい
る。

【００２１】ニッケル合金は、ニッケル（Ｎｉ）と、リ
ン（Ｐ）と、スズ（Ｓｎ）とを含む三元系合金、または
ニッケル（Ｎｉ）と、リン（Ｐ）と、タングステン
（Ｗ）とを含む三元系合金よりなり、ニッケル（Ｎｉ）
の含有割合が８０％以上であり、リン（Ｐ）の含有割合
が１５％以下であり、スズ（Ｓｎ）またはタングステン
（Ｗ）の含有割合が５％以下であるものよりなることが
好ましい。

【００２２】ニッケル合金皮膜３１の厚さは１〜３０μ
ｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜２０μ
ｍである。これにより、クリーニングガスに対する腐食
防止効果が確実に発揮される。ニッケル合金皮膜３１を
形成する方法としては、例えば化学メッキ（無電解メッ
キ）を利用することができ、ニッケル合金皮膜３１を形
成するに際しては、複数回にわたって処理を行うことに
より所定の膜厚のものとすることが好ましい。

【００２３】また、ガス導入管２４Ａ、２４Ｂ、伸縮性
のベローズなどについても、クリーニングガスに接触す
る表面がニッケル合金により表面処理されてニッケル合
金皮膜が形成されている。

【００２４】上記の成膜装置１０においては、以下のよ
うにして、成膜処理およびクリーニング処理が行われ
る。まず、ゲートバルブ２７が開放されてウエハ搬出入
口２６より半導体ウエハＷが搬送装置（図示せず）によ
って処理室１１に搬入されてサセプタ１２上に載置さ
れ、ゲートバルブ２７が閉鎖された後、サセプタ１２に
おけるヒーターが作動されると共に、加熱ランプ３２が
作動されて半導体ウエハＷが所定の温度、例えば４００
〜５００℃の温度に加熱されると共に、排気手段が作動
されて処理室１１が減圧状態、例えば１３．３〜６６７
Ｐａ（０．１〜５Ｔｏｒｒ）とされて、成膜用処理ガ
ス、例えばＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）ガスとＯ₂ガスとがシャ
ワーヘッド２０における互いに異なるガス吐出孔２２
Ａ、２２Ｂから処理室１１に導入されて、半導体ウエハ
Ｗの成膜処理が行われる。

【００２５】上記のようにして半導体ウエハＷの表面に
対して成膜処理が行われるが、処理室１１内の部材の表
面にも反応生成物が付着するため、所定の処理回数毎、
例えば数百回の成膜処理に対して１回の頻度でクリーニ
ング処理が実施される。すなわち、成膜用処理ガスの供
給が停止されると共に、クリーニングガスであるＣｌＦ
₃ガスが、シャワーヘッド２０における他方のガス流路
２１Ｂを介してガス吐出孔２２Ｂより処理室１１に導入
されて、サセプタ１２におけるヒーターが例えば２００
〜３００℃程度に維持された状態でクリーニング処理が
行われる。

【００２６】而して、上記の成膜装置１０によれば、当
該成膜装置１０の構成部材の少なくとも一部がステンレ
ス鋼により構成されているので、十分に高い機械的強度
が確保されると共に、当該ステンレス鋼よりなる部材に
おいて、少なくとも処理室１１の雰囲気に曝される部分
の表面にニッケル合金皮膜３１が形成されていることに
より、当該部材は高い耐食性を有するものとなるので、
ＣｌＦ₃ガスなどの反応性が強いクリーニングガスに曝
された場合であっても、当該部材が腐食されることを防
止することができ、従って、半導体ウエハＷに対する金
属汚染を有効に防止することができる。

【００２７】すなわち、ニッケル合金皮膜は、通常のニ
ッケル合金、すなわちニッケル−リンの二元系合金より
も高い耐食性を有し、下記に示す実験例からも明らかな
ように、その厚み方向に対して、クリーニングガスにお
ける塩素（Ｃｌ）およびフッ素（Ｆ）がニッケル合金皮
膜の内部の深い位置にまで進入することを有効に防止す
ることができ、特定のニッケル合金により表面処理され
ていないステンレス鋼製の構成部材であれば、塩素（Ｃ
ｌ）およびフッ素（Ｆ）と反応して生成されるべき塩化
物およびフッ化物が生成されることを確実に防止するこ
とができる。従って、所定の成膜処理を安定的に実施す
ることができる。

【００２８】また、ニッケル、リンおよびスズを含むニ
ッケル合金を用いた場合には、形成されるニッケル合金
皮膜の均一析出性が優れたものとなるので、複雑な形状
を有するもの、例えば小径の孔が多数形成されたシャワ
ーヘッドのような部材に対しても、均一なニッケル合金
皮膜を形成することができる。また、ニッケル、リンお
よびタングステンを含むニッケル合金を用いた場合に
は、形成されるニッケル合金皮膜の表面の摩擦係数が小
さいものとなるので、パーティクルなどが付着すること
を有効に防止することができる。

【００２９】＜実験例＞下記表１に示す条件に従って、
アルミニウムよりなる基材の表面にニッケル合金メッキ
を施した試験片Ａ、Ｂを、下記の条件下でクリーニング
ガスであるＣｌＦ₃ガスに曝して、基材の表面に形成さ
れたニッケル合金皮膜の厚み方向に対するフッ素（Ｆ）
および塩素（Ｃｌ）の進入の程度について、それらの濃
度を測定することにより評価を行った。

【００３０】（条件）・処理室の圧力；８００Ｐａ（６Ｔｏｒｒ）、・試験片の温度；１７０゜Ｃ、・三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ₃ガス）；４００ｓｃｃ
ｍ、・窒素ガス（Ｎ₂ガス）；４００ｓｃｃｍ、・水蒸気（Ｈ₂Ｏ）；０．０４ｓｃｃｍ、・試験時間；３０時間、・試験片の面積；１２ｃｍ²

【００３１】

【表１】

【００３２】以上の結果、基材の表面にニッケル合金被
膜が形成された試験片Ａおよび試験片Ｂは、いずれも、
ニッケル合金皮膜においてその厚み方向に対して表面か
ら０．５μｍの深さ位置では、塩素（Ｃｌ）およびフッ
素（Ｆ）の濃度が実質的に０ＰＰＭｗｔとなり、優れた
腐食防止効果が発揮されることが確認された。

【００３３】以上においては、成膜装置１０を構成する
ステンレス鋼よりなる部材において、処理室１１の雰囲
気に曝される部分の表面に、ニッケル合金皮膜を形成す
る例について説明したが、ステンレス鋼に代えてニッケ
ル合金により部材を構成することができ、例えば、排気
管３０それ自体がニッケル合金により構成されていても
よい。

【００３４】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、
種々の変更を加えることができる。例えば、クリーニン
グガスは、ＣｌＦ₃ガスに限定されるものではなく、例
えばＮＦ₃ガス、ＣＦ₃ガス、ＨＣｌガス、ＨＦガス、
Ｆ₂ガス、Ｃｌ₂ガスなどを用いた場合であっても、本
発明の効果が低減されるものではない。また、上記にお
いては、本発明をいわゆる熱ＣＶＤ装置に適用した実施
例について説明したが、本発明は熱ＣＶＤ装置に限ら
ず、例えばエッチング装置、アッシング装置、スパッタ
装置およびその他の半導体処理装置に適用することが可
能であり、目的とする処理に応じた種々の処理ガスを用
いることができる。また、本発明の処理装置において処
理される被処理体は、半導体ウエハに限定されるもので
はなく、例えばガラスウエハなどに対しても好適に用い
られる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の処理装置によれば、当該処理装
置を構成するステンレス鋼よりなる部材において、少な
くとも処理室の雰囲気に曝される部分が、その表面に形
成された特定のニッケル合金皮膜によって高い耐食性を
有するものとなるので、反応性が強いガス雰囲気に曝さ
れた場合であっても、当該部材が腐食されることを防止
することができ、従って、汚染物質が処理室に発生する
ことが有効に防止され、所定の処理を安定的に実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成膜装置の一例における構成の概略を
示す説明用断面図である。

【図２】図１に示す成膜装置における排気管の構成の一
例を示す説明用断面図である。

【符号の説明】

１０成膜装置１１処理室１１Ａ上部壁１１Ｂ一方の側壁１１Ｃ他方の側壁１１Ｄ下部壁１２サセプタ１３支持部材１４板状部材１５開口２０シャワーヘッド２１Ａ第１のガス流路２１Ｂ第２のガス流路２２Ａ、２２Ｂガス吐出孔２３Ａ第１のガス導入空間２３Ｂ第２のガス導入空間２４Ａ、２４Ｂガス導入管２５Ａタンタルエトキシドガス（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）
ガス）源２５Ｂ酸素ガス（Ｏ₂ガス）源２５Ｃ三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ₃ガス）源２６ウエハ搬出入口２７ゲートバルブ２８開口３０排気管３１ニッケル合金皮膜３２排気室３３圧力調整機構３４配管４０光透過窓４１光源室４２加熱ランプ４３回転駆動機構４４ターンテーブルＷ半導体ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を処理するための処理室を備え
た処理装置であって、その構成部材の少なくとも一部が
ステンレス鋼よりなり、前記ステンレス鋼の少なくとも
処理室の雰囲気に曝される部分の表面にニッケル合金皮
膜が形成されており、ニッケル合金は、ニッケルと、リンと、スズまたはタン
グステンの一方とを含む三元系合金よりなることを特徴
とする処理装置。
【請求項２】ニッケル合金は、ニッケルの含有割合が
８０％以上であり、リンの含有割合が１５％以下であ
り、スズまたはタングステンの含有割合が５％以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】ニッケル合金皮膜の厚さが１〜３０μｍ
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の処理装置。