JP2006173413A

JP2006173413A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2006173413A
Application number: JP2004365120A
Authority: JP
Inventors: Sakae Inayoshi; さかえ稲吉; Tadashi Morita; 正森田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】薄膜形成装置に使用される酸化性気体が真空処理室内壁や部品表面の酸化に費やされない様にすることにより、被処理物の表面に形成される酸化皮膜の形成条件を一定にすることができる薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】酸化性気体を処理室１内に導入し、被処理物４に酸化皮膜を形成するための薄膜形成装置において、酸化性気体が接触することになる部材表面１，２，３を、厚さ１μｍ以下の緻密な酸化皮膜により被覆した。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜形成装置に関するものであり、詳細には、被処理物に形成される薄膜を酸化して酸化皮膜を形成するための装置に関するものである。

従来、酸素や二酸化窒素などの酸化性気体を真空処理室内に導入し、プラズマ処理又は昇温処理により、被処理物の表面に酸化皮膜を形成する装置においては、装置を構成する部材の表面には、多孔質型陽極酸化処理が施されていた（例えば、特許文献１参照）。多孔質型陽極酸化処理が施されていないと、酸素や二酸化窒素などの酸化性気体が、真空処理室内壁や部品表面の酸化に費やされ、被処理物の酸化条件が一定とならないためである。
しかしながら、多孔質型陽極酸化皮膜からは、非常に多くの気体が放出され、その中でも、水は、酸化性気体の量を制御する上で悪影響を与えるという問題があった。また、酸化皮膜の構造は、多孔質であるため酸化性気体が多孔質中に入り込んだり、吐き出されたりすることを繰り返し、同様に酸化性気体の量を制御することが困難になるという問題があった。

特開平８−１４４０８９号公報

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために、薄膜形成装置に使用される酸化性気体の量の制御を容易にすることにより、被処理物の表面に形成される酸化皮膜の形成条件を任意に制御することができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者等は下記の通り、解決手段を見出した。
即ち、本発明の薄膜形成装置は、請求項１に記載の通り、酸化性気体を処理室内に導入し、被処理物に酸化皮膜を形成するための薄膜形成装置であって、前記処理室内において前記酸化性気体が接触することになる部材表面を、厚さ１μｍ以下の緻密な酸化皮膜により被覆したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の薄膜形成装置は、請求項１に記載の薄膜形成装置において、前記酸化皮膜は、バリア型陽極酸化皮膜、オゾン酸化皮膜又は熱酸化皮膜のいずれかであることを特徴とする。
また、請求項３に記載の薄膜形成装置は、請求項１又は２に記載の薄膜形成装置において、前記酸化皮膜は、皮膜形成後、真空、大気、窒素雰囲気又はアルゴン等の雰囲気中で１００℃乃至２００℃の温度で加熱処理されたものであることを特徴とする。

本発明は、薄膜形成装置を構成する部材の表面に、緻密な酸化皮膜を予め形成することにより、酸化性気体が装置内壁等の酸化に消費されることがない。また、不純物となる気体の発生量を少なくすることができる。従って、酸化性気体の量を容易に制御することができ、被処理物に形成される酸化皮膜の膜厚等の制御が容易になる。
また、本発明は、前記酸化皮膜は、被膜形成後に、真空、大気、窒素雰囲気又はアルゴン等の希ガス雰囲気中で１００℃乃至２００℃の温度で、前記部材を加熱処理することにより、酸化皮膜中に含まれた、或いは、酸化皮膜表面に吸着した水等が予め除去されるため、薄膜形成装置内で使用するときに、酸化皮膜からの不純物を低減することができ、被処理物に形成される酸化皮膜等の制御をより容易とすることができる。

本発明の薄膜形成装置は、処理室内に酸化性気体を導入して被処理物に酸化皮膜を形成するものである。一例としては、半導体ウエハの表面に絶縁層を形成するための半導体製造装置等が挙げられる。
前記被処理物に形成される酸化皮膜を形成する方法としては、酸化性気体を使用し、例えば、プラズマ酸化法や熱酸化法等が挙げられる。
前記酸化性気体についても、特に制限はなく、例えば、酸素、二酸化窒素や水等が挙げられる。

本発明では、上記薄膜形成装置において、酸化性気体が接触することになる部材、例えば、処理室内壁や防着板等の表面を、厚さ１μｍ以下の緻密な酸化皮膜により被覆するものである。
前記緻密な酸化皮膜とは、突発的な欠陥を除き、ナノメートルオーダー以上の空孔がなく酸化皮膜形成後に大気中で酸化するなどして酸化を促進しようとしても、それ以上酸化層が厚くならないことをいう。また、前記酸化皮膜は、１μｍ以下とする必要がある。１μｍを超える酸化皮膜を成長させると、薄膜形成装置の熱サイクルにより、酸化皮膜にひび割れが生じ、酸化皮膜下のアルミニウムやアルミニウム合金等で構成される部材表面が露出するため、薄膜形成装置により処理される被処理物に形成される酸化皮膜の膜厚等の制御が困難になるからである。

前記酸化皮膜は、真空、大気、窒素雰囲気又はアルゴン等の雰囲気中で１００℃乃至２００℃の温度で加熱処理されることが好ましい。加熱することで、酸化皮膜中に含まれた、或いは、酸化皮膜表面に吸着した水等が予め除去されるため、薄膜形成装置内で使用するときに、酸化皮膜から生じる不純物を低減することができ、被処理物に形成される酸化皮膜等の制御をより容易とすることができるからである。

以下、添付図面に従って、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の薄膜形成装置の一例を示すもので、図中１は、Ａｌ−Ｍｇ系合金（A5052）製真空処理室であり、２はＡｌ−Ｍｇ系合金（A5052）製防着板、３はシャワープレート、４は基板、５は基板ホルダー（ホットプレート付き）、６はゲートバルブ、７はターボ分子ポンプ、８は油回転ポンプ、９はアングルバルブ、１０はマスフローコントローラー、１１はＲＦ電源である。
本装置においては、真空処理室１の内壁、防着板２及びシャワープレート３には、１０％−ホウ酸アンモニウムにより、４００Ｖでバリア型陽極酸化処理を施し、表面に５２０ｎｍの緻密な酸化皮膜を形成した。

（比較例１）
次に、比較例１として、真空処理室１の内壁、防着板２及びシャワープレート３を、上記実施例１のバリア型陽極酸化処理をせずに、硫酸系溶液を用いた多孔質型陽極酸化処理を施し、表面に膜厚２０μｍの膜を形成し、温水により封孔処理を施した。

（比較試験）
実施例１及び比較例１の装置を用い、シリコン製基板４を基板ホルダー５の上に置いて、基板ホルダー５の温度を３００℃まで上昇させ、マスフローコントローラー１０で調整しながら２ｓｃｃｍの酸素を導入した。そして、ＲＦ電源１１により放電を行い、基板４の表面を酸化した。
そして、真空処理室１内への酸素の供給と停止を繰り返し、真空処理室１内の酸素分圧を測定した。その結果を、実施例１については図２に示し、比較例１については図３に示す。
図２から、実施例１の装置の真空処理室１内の酸素分圧は、酸素の供給と停止に対応して垂直方向に直線的に変化しており、酸素量を極めて容易に制御できることがわかった。これに対して、比較例１の装置の真空処理室１内の酸素分圧は、図３から酸素の供給と停止に即座に反応することができなかったことがわかった。また、酸素を真空処理室１内に供給したときの飽和値が、酸素の供給と停止の回数の増加に伴い変化しており、酸素分圧が不規則に変化していることがわかった。

実施例１及び比較例１の装置で処理した基板４の表面に、酸素流量１００ｓｃｃｍ（分圧１Ｐａ）、ＲＦ電源の出力３００Ｗとし、３００秒間の酸化処理を１００回繰り返した。そして、形成された酸化皮膜の膜厚を、ＥＰＭＡにより酸素のｋα線強度から測定した。その結果を実施例１の装置で処理された基板４については図４に示し、比較例１の装置で処理された基板４については図５に示す。
実施例１の装置で処理された基板４では、酸化皮膜の平均膜厚は、１８ｎｍ±１０％であり、１〜１００回目を通して、安定した膜厚が得られることがわかった。一方、比較例１の装置で処理された基板４では、平均膜厚は、２０ｎｍ±２２％であり、膜厚のばらつきが大きく、安定した膜厚が得られないことがわかった。

次に、２枚のA5052製基板４（２５ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍ）を用意し、それぞれに、実施例１の装置によりバリア型陽極酸化処理を行ったものと、比較例１の装置により多孔質陽極酸化処理を行ったものとを、真空中で３００℃に加熱し、その際に放出される気体のマススペクトルをそれぞれ図６（ａ）及び（ｂ）に示す。
図６（ｂ）の水のイオン電流は、同図（ａ）に示す水のイオン電流に比べて２桁以上大きかった。従って、比較例１の装置で処理された基板４の方が、実施例１の装置で処理された基板４に比べて、酸化処理を行う系内の不純物量が極端に多いことがわかった。
上記結果から、薄膜形成装置により被処理物を酸化する際、酸素流量を制御しても、比較例１の多孔質陽極酸化処理の場合には、不純物が多いために、酸化過程に使用される酸素量を制御することが困難であることがわかった。

更に、別のA5052製基板４（２５ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍ）に、実施例１の装置によりバリア型陽極酸化処理を行ったものを、大気中で２００℃で１時間加熱した後、真空中で３００℃に加熱し、その際に放出される気体のマススペクトルを図６（ｃ）に示す。
図６（ｃ）の水のイオン電流は、図６（ａ）の水のイオン電流に比べて小さく、実施例１よりも更に酸化処理を行う系内の不純物を低減できることがわかった。このことから、薄膜形成装置により被処理物を酸化する際、バリア型陽極酸化処理した部材を予め加熱処理しておくことにより、不純物が少なくできるので、酸化過程に使用される酸素量を制御することが容易であることがわかった。

尚、上記実施例では、ホウ酸アンモニウムを用いてバリア型陽極酸化皮膜をアルミニウム合金表面に成長させたが、緻密な酸化皮膜を形成することができるものであれば特に制限されるものではなく、アジピン酸アンモニウムや燐酸アンモニウム等を使用することもできる。また、特願２００３−３３６６０２に開示されるように極めて薄い多孔質アルマイトとバリア型アルマイトを複合化させたものであってもよい。

（実施例２）
アルミニウム製防着板２を使用した以外は、実施例１と同じ構成の薄膜形成装置を用意し、真空処理室１を１０^-6Ｐａまで真空ポンプ７により排気した後、９９．９９９９％の酸素を真空処理室１内に１００００Ｐａまで導入し、５３０℃の温度で１０時間加熱して、真空処理室１内壁、防着板２及びシャワープレート３の表面に、厚さ５０ｎｍの緻密な酸化皮膜を形成した。
本実施例の装置により、シリコン製基板４に対して、酸素流量１００ｓｃｃｍ（分圧１Ｐａ）、ＲＦ電源の出力３００Ｗとし、３００秒間の酸化処理を１００回繰り返した。そして、形成された酸化皮膜の膜厚を、ＥＰＭＡにより酸素のｋα線強度から測定した。
その結果、実施例１の装置で処理された基板４と同様に、１〜１００回目を通して、安定した膜厚が得られることがわかった。
尚、本実施例では、酸素雰囲気で酸化を行ったが、大気中で、４５０℃から５５０℃で１時間加熱してアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に緻密な酸化皮膜を形成しても同様の効果が得られることを確認した。

（実施例３）
上記実施例１と同じ構成の別の薄膜形成装置を用意して、真空処理室１に、真空処理室１の内壁、防着板２及びシャワープレート３の表面をオゾン酸化処理するために次の処理を行った。真空処理室１の内壁、防着板２及びシャワープレート３の表面を、１５０℃に加熱し、真空処理室１内に大気圧にて酸素を１ｓｌｍ導入して波長２５４ｎｍの紫外線により真空処理室１内にオゾンを発生させて１時間オゾン酸化処理し、真空処理室１の内壁、防着板２及びシャワープレート３の表面に２００ｎｍの表面酸化層を形成した。
本実施例の装置により、シリコン製基板４に対して、実施例２と同様にして酸化処理を行い、酸化皮膜の膜厚を測定し、その結果を図７に示す。図７から、酸化皮膜の平均膜厚は、１９．４ｎｍ±９％であり、安定した膜厚が得られることがわかった。

（実施例４）
上記実施例１の装置に装着された防着板２の代わりに、実施例２の装置で使用する厚さ５０ｎｍの緻密な酸化皮膜が形成された防着板２を使用して薄膜形成装置とした。
本実施例の装置により、シリコン製基板４に対して、実施例２と同様にして酸化処理を行い、酸化皮膜の膜厚を測定し、その結果を図８に示す。図８から、実施例４の酸化皮膜の平均膜厚は、１９．９ｎｍ±８％であり、安定した膜厚が得られることがわかった。

本発明の一実施例を説明するための装置の模式図実施例１により処理された防着板の酸素の分圧を示すグラフ比較例１により処理された防着板の酸素の分圧を示すグラフ実施例１により処理された防着板の酸化皮膜の膜厚の変化を示すグラフ比較例１により処理された防着板の酸化皮膜の膜厚の変化を示すグラフ（ａ）実施例１により処理された平板の気体のマススペクトル（ｂ）比較例１により処理された平板の気体のマススペクトル（ｃ）実施例１により処理された平板を、加熱処理し、その後の平板の気体のマススペクトル実施例３により処理された防着板の酸化皮膜の膜厚の変化を示すグラフ実施例４により処理された防着板の酸化皮膜の膜厚の変化を示すグラフ

符号の説明

１真空処理室
２防着板
３シャワープレート
４基板
５基板ホルダー（ホットプレート付き）
６ゲートバルブ
７ターボ分子ポンプ
８油回転ポンプ
９アングルバルブ
１０マスフローコントローラー
１１ＲＦ電源
１２ＲＦ誘導コイル
１３石英窓
１４マッチングボックス

Claims

酸化性気体を処理室内に導入し、被処理物に酸化皮膜を形成するための薄膜形成装置であって、前記処理室内において前記酸化性気体が接触することになる部材表面を、厚さ１μｍ以下の緻密な酸化皮膜により被覆したことを特徴とする薄膜形成装置。
前記酸化皮膜は、バリア型陽極酸化皮膜、オゾン酸化皮膜又は熱酸化皮膜のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
前記酸化皮膜は、皮膜形成後、真空、大気、窒素雰囲気又はアルゴン等の雰囲気中で１００℃乃至２００℃の温度で加熱処理されたものであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。