JP2019116676A - 成膜装置の構成部材の耐食構造およびその構成部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】成膜装置の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓等の石英ガラス製構成部材のクリーニングガスに対する耐食性を向上するための耐食構造およびその構成部材の製造方法の提供。【解決手段】導入したクリーニングガスと接触可能な成膜装置の構成部材１，８の耐食構造において、構成部材１，８を石英ガラスで構成し、構成部材１，８のクリーニングガスと接触可能な周面に酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の薄膜の保護膜１２を形成した構成部材１，８の耐食構造。【選択図】図１
Description
本発明は、例えば成膜装置の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓等の石英ガラス製構成部材のクリーニングガス対策に好適で、構成部材の耐食性を向上し、成膜装置の安定した成膜品質と成膜の円滑性を得られ、成膜装置のクリーニングを確実に行なえるとともに、成膜装置の構成部材にクリーニングガスに対する保護膜を緻密かつ薄膜に形成できる、成膜装置の構成部材の耐食構造およびその構成部材の製造方法に関する。
半導体製造プロセスやＬＥＤ製造プロセスにおける成膜装置に、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置が多く用いられている。これらの成膜装置は、基板に目的の成膜を形成する際、装置内部、ステージを含む成膜チャンバー内部、構成部材等に同様な膜が堆積し、この膜が厚くなると、膜応力により剥離を起こしてパーティクルとなり、これが処理する基板に付着する等して不具合を起こすため、成膜装置では定期的に堆積物を除去するクリーニングを行なう必要がある。
前記クリーニングには、成膜装置を開放分解し構成部材を取り外してクリーニングする方法と、構成部材を取り外さずにクリーニングガスを用いてクリーニングする方法がある
前記クリーニングガスには、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ3等が良く用いられ、なかでも三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）はプラズマを用いず、低温でクリーニングを行なうことができ、温暖化係数が低く環境に配慮されているため、近時、その実用化が見受けられている。
これに対し、ＳＦ6やＮＦ3はプラズマを用い、イオン衝撃による装置材料に与える影響が大きく、使用するガス種によってはクリーニング時に二次汚染物を生成する場合があり、また概して温暖化係数が高く、しかもプラズマ中、若しくはその近傍しかクリーニングできない等の問題がある。
前記クリーニングガスには、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ3等が良く用いられ、なかでも三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）はプラズマを用いず、低温でクリーニングを行なうことができ、温暖化係数が低く環境に配慮されているため、近時、その実用化が見受けられている。
これに対し、ＳＦ6やＮＦ3はプラズマを用い、イオン衝撃による装置材料に与える影響が大きく、使用するガス種によってはクリーニング時に二次汚染物を生成する場合があり、また概して温暖化係数が高く、しかもプラズマ中、若しくはその近傍しかクリーニングできない等の問題がある。
一方、ＣｌＦ3は石英ガラスに対して強い腐食性があり、例えば透明な石英ガラスは数回のクリーニングによって白濁して曇ってしまう問題がある。
特に、ランプ加熱機構を備えた成膜装置では、ランプの光を成膜チャンバーに導入する窓の役割として石英ガラスを用いているが、この石英ガラスがクリーニングによって曇ってしまうと成膜条件に支障を来す惧れがあるため、予てよりその改善が望まれていた。
特に、ランプ加熱機構を備えた成膜装置では、ランプの光を成膜チャンバーに導入する窓の役割として石英ガラスを用いているが、この石英ガラスがクリーニングによって曇ってしまうと成膜条件に支障を来す惧れがあるため、予てよりその改善が望まれていた。
このような要請に応ずるものとして、成膜装置の回転テ−ブルの底面形成部を構成するＳｉＣ製の本体部の表面に、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の被膜を被覆し、クリーニング時にＣｌＦ3等のフッ素系ガスのクリーニングガスによって、本体部がエッチングされることを防止した基板処理装置がある（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この装置はＳｉＣ製の本体部の表面にＹ2Ｏ3の被膜を被覆しており、ＳｉＣは透明な石英ガラスに比べて黒色または緑色を呈して不透明であり、また被膜のコーティング方法について具体的な記載がないため、成膜装置への利用が難しくＳｉＣと異質の石英ガラスに対するエッチング防止に、具体的な改善を行えなかった。
しかし、この装置はＳｉＣ製の本体部の表面にＹ2Ｏ3の被膜を被覆しており、ＳｉＣは透明な石英ガラスに比べて黒色または緑色を呈して不透明であり、また被膜のコーティング方法について具体的な記載がないため、成膜装置への利用が難しくＳｉＣと異質の石英ガラスに対するエッチング防止に、具体的な改善を行えなかった。
また、他の先行技術に、成膜装置の成膜後、ＨＦガスおよびＣｌＦ3ガスを用いてクリーニングする際、成膜装置の成膜時における温度に応じて、ＨＦガスとＣｌＦ3ガスの混合比とクリーニング温度を変化させるようにした半導体製造装置が示されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、前記半導体製造装置は、ＳｉＣ製の本体部の表面にＹ2Ｏ3の被膜を被覆しており、ＳｉＣは前述のように黒色または緑色を呈して不透明で、ＳｉＣに対する被膜方法が明らかでないため、石英ガラスに対し具体的なエッチング対策を採り得なかった。
しかし、前記半導体製造装置は、ＳｉＣ製の本体部の表面にＹ2Ｏ3の被膜を被覆しており、ＳｉＣは前述のように黒色または緑色を呈して不透明で、ＳｉＣに対する被膜方法が明らかでないため、石英ガラスに対し具体的なエッチング対策を採り得なかった。
更に、他の先行技術に、成膜装置をクリーニングする際、インナーチューブ内のウェハボートを除去し、このインナーチューブにクリーニングガス導入管を介してＣｌＦ3のクリーニングガスを導入し、かつその際、インナーチューブに導入する不純物供給用ガス、またはアウターチューブに導入する不活性ガスの少なくとも一方のガスの導入を停止し、クリーニングガスの希釈を防止しつつ、クリーニングガスの回り込みを向上するようにした成膜装置が示されている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、前記成膜装置のクリーニングは、インナーチューブ内からウェハボートを除去し、またインナーチューブまたはアウターチューブに導入する不純物供給用ガスまたは不活性ガスの少なくとも一方のガスの導入を停止するため、クリーニングの前後にウェハボートの除去と設置を要して利用が煩雑になり、また不純物供給用ガスまたは不活性ガスの一方の導入停止分、クリーニングガスの希釈が停止されて、インナーチューブやアウターチューブがエッチングされる惧れがあった。
一方、プラズマエッチング装置の構成部のエッチング防護手段として、ウェハの周縁部に配置するＳｉ製のフォーカスリングの段差部に、酸化イットリウム粒子を含有する半溶融状態のイットリア、すなわちＹ2Ｏ3膜からなる保護膜を、ＣＶＤ法によって形成したものがある（例えば、特許文献４参照）。
しかし、プラズマエッチング装置は成膜装置と構成が基本的に相違し、また保護膜の膜厚が１０〜２００μｍと非常に厚く、この膜応力によって剥離し易くなるため、前記技術を成膜装置に採用することが難しい。
しかし、プラズマエッチング装置は成膜装置と構成が基本的に相違し、また保護膜の膜厚が１０〜２００μｍと非常に厚く、この膜応力によって剥離し易くなるため、前記技術を成膜装置に採用することが難しい。
更に、プラズマエッチング装置のプラズマ処理部材のＡｌ基材に、希土類元素の酸化物皮膜をＣｌＦ3ガスを含むフッ素系ガスと反応させて、フッ化処理した耐プラズマ耐食性を有するフッ化物皮膜を形成したものがある（例えば、特許文献５参照）。
しかし、前記フッ化物皮膜の製造には複雑なフッ化処理を要し、またその耐食性皮膜は耐プラズマ耐食性を有するものの、前記技術を成膜装置に採用することが難しい。
しかし、前記フッ化物皮膜の製造には複雑なフッ化処理を要し、またその耐食性皮膜は耐プラズマ耐食性を有するものの、前記技術を成膜装置に採用することが難しい。
これらの他に、Ｙ2Ｏ3またはＹＡＧを１〜１０重量％含有する石英ガラスからなる部材の表面に、１０μｍ以上のＹ2Ｏ3またはＹＡＧの被膜をプラズマ溶射して形成したプラズマエッチング装置用部材がある（例えば、特許文献６参照）。
しかし、前記部材はプラズマエッチング装置用であるため、構成が基本的に相違する成膜装置に採用することができず、しかもその被膜は非常に厚く、その応力によって剥離し易いため、長時間の使用に耐えられない等の問題があった。
しかし、前記部材はプラズマエッチング装置用であるため、構成が基本的に相違する成膜装置に採用することができず、しかもその被膜は非常に厚く、その応力によって剥離し易いため、長時間の使用に耐えられない等の問題があった。
本発明はこのような問題を解決し、例えば成膜装置の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓等の石英ガラス製構成部材のクリーニングガス対策に好適で、構成部材の耐食性を向上し、成膜装置の安定した成膜品質と成膜の円滑性を得られ、成膜装置のクリーニングを確実に行なえるとともに、成膜装置の構成部材にクリーニングガスに対する保護膜を緻密かつ薄膜に形成できる、成膜装置の構成部材の耐食構造およびその構成部材の製造方法を提供することを目的とする。
請求項１の発明は、導入したクリーニングガスと接触可能な成膜装置の構成部材の耐食構造において、構成部材を石英ガラスで構成し、該構成部材のクリーニングガスと接触可能な周面に酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の薄膜の保護膜を形成し、該保護膜によって構成部材のクリーニングガスに対する耐食性を向上し、成膜装置の安定した成膜品質と成膜の円滑性を得られ、しかも成膜装置のクリーニングを確実に行なえるようにしている。
請求項２の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成し、保護膜に緻密さとガスバリア性を得られ、クリーニングガスに対し成膜装置ないし構成部材の耐食性を得られるようにしている。
請求項３の発明は、酸化イットリウムの皮膜を５０ｎｍ以上に形成し、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得るようにして、成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実に行なえるとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持するようにしている。
請求項２の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成し、保護膜に緻密さとガスバリア性を得られ、クリーニングガスに対し成膜装置ないし構成部材の耐食性を得られるようにしている。
請求項３の発明は、酸化イットリウムの皮膜を５０ｎｍ以上に形成し、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得るようにして、成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実に行なえるとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持するようにしている。
請求項４の発明は、クリーニングガスは三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を含むガスであり、三フッ化塩素ガスは石英ガラスに対し腐食性の強いガスであるが、酸化イットリウムの皮膜が三フッ化塩素ガスに対抗し、成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実に行えるようにしている。
請求項５の発明は、構成部材に３００〜５００℃に加熱したクリーニングガスを導入可能にし、保護膜によって成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実かつ精密に行なえるようにしている。
請求項６の発明は、構成部材は、石英ガラス製の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓であり、透明な石英ガラスによって主要な構成部材を構成し、それらの保護膜を介しクリーニングガスに対する構成部材の耐食性を向上するようにしている。
請求項５の発明は、構成部材に３００〜５００℃に加熱したクリーニングガスを導入可能にし、保護膜によって成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実かつ精密に行なえるようにしている。
請求項６の発明は、構成部材は、石英ガラス製の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓であり、透明な石英ガラスによって主要な構成部材を構成し、それらの保護膜を介しクリーニングガスに対する構成部材の耐食性を向上するようにしている。
請求項７の発明は、クリーニングガスを導入可能な成膜装置の構成部材の製造方法において、前記構成部材を石英ガラスで構成し、該構成部材のクリーニングガスと接触可能な周面に三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を含むクリーニングガスに対する耐食皮膜として、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の薄膜の保護膜を形成し、石英ガラス製の構成部材の周面に緻密さとガスバリア性を有する酸化イットリウムの薄膜の保護膜を形成して、クリーニングガスに対する耐食性を向上し、安定した成膜品質と成膜の円滑性を得られ、成膜装置のクリーニングを確実に行なえる構成部材を製造するようにしている。
請求項８の発明は、保護膜を薄膜の単一層に形成し、保護膜を容易かつ迅速に形成し、保護膜の緻密さとガスバリア性を得られ、しかも保護膜を薄膜化して膜応力を抑制し、その剥離を防止し得る高品質の構成部材を製造するようにしている。
請求項９の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成し、緻密さとガスバリア性を得られる保護膜を製造するようにしている。
請求項１０の発明は、保護膜を５０ｎｍ以上に形成し、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得る保護膜を製造するとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持するようにしている。
請求項９の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成し、緻密さとガスバリア性を得られる保護膜を製造するようにしている。
請求項１０の発明は、保護膜を５０ｎｍ以上に形成し、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得る保護膜を製造するとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持するようにしている。
請求項１の発明は、構成部材を石英ガラスで構成し、該構成部材のクリーニングガスと接触可能な周面に酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の薄膜の保護膜を形成したから、保護膜によって構成部材のクリーニングガスに対する耐食性を向上し、成膜装置の安定した成膜品質と成膜の円滑性を得られ、成膜装置のクリーニングを確実に行なうことができる。
請求項２の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成したから、保護膜に緻密さとガスバリア性を得られ、しかもクリーニングガスに対し成膜装置ないし構成部材の耐食性を得られる効果がある。
請求項３の発明は、酸化イットリウムの皮膜を５０ｎｍ以上に形成したから、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得るようにして、成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実に行なうことができるとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持することができる。
請求項２の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成したから、保護膜に緻密さとガスバリア性を得られ、しかもクリーニングガスに対し成膜装置ないし構成部材の耐食性を得られる効果がある。
請求項３の発明は、酸化イットリウムの皮膜を５０ｎｍ以上に形成したから、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得るようにして、成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実に行なうことができるとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持することができる。
請求項４の発明は、クリーニングガスは三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を含むガスであるから、三フッ化塩素ガスは石英ガラスに対し腐食性の強いガスであるが、酸化イットリウムの皮膜が三フッ化塩素ガスに対抗し、成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実に行なうことができる。
請求項５の発明は、構成部材に３００〜５００℃に加熱したクリーニングガスを導入可能にしたから、保護膜によって成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実かつ精密に行なうことができる。
請求項６の発明は、構成部材は、石英ガラス製の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓であるから、透明な石英ガラスによって主要な構成部材を構成し、それらの保護膜を介しクリーニングガスに対する構成部材の耐食性を向上することができる。
請求項５の発明は、構成部材に３００〜５００℃に加熱したクリーニングガスを導入可能にしたから、保護膜によって成膜装置ないし構成部材のクリーニングを確実かつ精密に行なうことができる。
請求項６の発明は、構成部材は、石英ガラス製の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓であるから、透明な石英ガラスによって主要な構成部材を構成し、それらの保護膜を介しクリーニングガスに対する構成部材の耐食性を向上することができる。
請求項７の発明は、構成部材を石英ガラスで構成し、該構成部材のクリーニングガスと接触可能な周面に三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を含むクリーニングガスに対する耐食皮膜として、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の薄膜の保護膜を形成するから、石英ガラス製の構成部材の周面に緻密さとガスバリア性を有する酸化イットリウムの薄膜の保護膜を形成して、クリーニングガスに対する耐食性を向上し、安定した成膜品質と成膜の円滑性を得られ、成膜装置のクリーニングを確実に行なえる構成部材を製造することができる。
請求項８の発明は、保護膜を薄膜の単一層に形成するから、保護膜を容易かつ迅速に形成でき、保護膜の緻密さとガスバリア性を得られ、しかも保護膜を薄膜化して膜応力を抑制し、その剥離を防止し得る高品質の構成部材を製造することができる。
請求項９の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成するから、緻密さとガスバリア性を得られる保護膜を製造することができる。
請求項１０の発明は、保護膜を５０ｎｍ以上に形成するから、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得る保護膜を製造することができるとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持することができる。
請求項９の発明は、保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成するから、緻密さとガスバリア性を得られる保護膜を製造することができる。
請求項１０の発明は、保護膜を５０ｎｍ以上に形成するから、薄膜化によって膜応力を抑制し、その剥離を防止し得る保護膜を製造することができるとともに、例えば成膜時の１０００℃の高温に曝し、４００℃のクリーニング工程で三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を流しても保護膜の変状を生じず、剥離を防止して高温に耐え、安定した保護膜を維持することができる。
以下、本発明を熱ＣＶＤ装置の成膜チャンバーに適用した図示の実施形態について説明すると、図１乃至図１５において１は成膜装置を構成する主要な構成部材である石英ガラス製の成膜チャンバーで、その両側に石英ガラス製の入口管２と出口管３が設けられ、それらのフランジ１ａ，１ｂにステンレス製のガス導入管４と排気管５が接続されている。
前記ガス導入管４にＮ2等の不活性ガスからなるキャリアガス６と、所定のソース（原料）ガス７とが所定時間、成膜チャンバー１に導入され、化学反応後の前記ガスを排気管５から排出可能にしている。
前記ガス導入管４にＮ2等の不活性ガスからなるキャリアガス６と、所定のソース（原料）ガス７とが所定時間、成膜チャンバー１に導入され、化学反応後の前記ガスを排気管５から排出可能にしている。
前記成膜チャンバー１の内部にサセプターである、例えば石英ガラス製のステージ８が設けられ、このステージ８上にＳｉ、ＳｉＣ、サファイヤ等の被成膜基板９が載置され、また成膜チャンバー１の外部にハロゲンランプ等の熱源１０が設けられ、成膜チャンバー１内と被成膜基板９を加熱可能にしている。
そして、成膜原料の揮発性化合物を気化し、これをキャリアガス６に混ぜて成膜チャンバー１内の、高温に加熱した被成膜基板９上になるべく均一に送り込み、被成膜基板９上で分解、還元、酸化、置換等の化学反応を行なわせて、被成膜基板９の上にＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｗ等の膜種の薄膜１１を形成可能にしている。
そして、成膜原料の揮発性化合物を気化し、これをキャリアガス６に混ぜて成膜チャンバー１内の、高温に加熱した被成膜基板９上になるべく均一に送り込み、被成膜基板９上で分解、還元、酸化、置換等の化学反応を行なわせて、被成膜基板９の上にＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｗ等の膜種の薄膜１１を形成可能にしている。
その際、ステージ８や成膜チャンバー１の内部にも薄膜１１が堆積し、この膜が厚くなると、膜応力により剥離を起こしてパ−ティクルとなり、これが処理する被成膜基板９に付着する等して不具合を起こすため、定期的に薄膜１１の堆積物を除去するクリーニングを行なうようにしている。
前記クリーニングは実施形態の場合、成膜チャンバー１内のステージ８やその他の構成部材を取外さずに、クリーニングガスとして三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を、成膜チャンバー１の内部に導入して行なうようにしている。
前記クリーニングは実施形態の場合、成膜チャンバー１内のステージ８やその他の構成部材を取外さずに、クリーニングガスとして三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を、成膜チャンバー１の内部に導入して行なうようにしている。
前記成膜チャンバー１の内面と、入口管２と出口管３のフランジ１ａ，１ｂを含む内面は、図１（ｂ）に示すように、その素地である石英ガラスの表面に、フッ素系ガスに対し耐食性を有するＹ2Ｏ3の保護膜１２が被覆されている。
実施形態では保護膜１２を熱ＣＶＤ法によって５０ｎｍ以上の薄膜に形成し、製作の安定性と品質上からは１５０〜２５０ｎｍの薄膜に形成している。したがって、前記薄膜１１は保護膜１２上に形成されている。
実施形態では保護膜１２を熱ＣＶＤ法によって５０ｎｍ以上の薄膜に形成し、製作の安定性と品質上からは１５０〜２５０ｎｍの薄膜に形成している。したがって、前記薄膜１１は保護膜１２上に形成されている。
前記ＣＶＤ法による保護膜１２は、ステージ８等を組み込む前の一部品の状態の成膜チャンバー１に形成される。
前記保護膜１２は、例えばイットリウム（Ｙ）の有機金属錯体を原料としたガスおよび酸素を加熱により反応させることによって、イットリア、すなわち酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を形成している。この場合、イットリウム（Ｙ）の有機金属錯体を原料としたガスおよび酸素の反応は、プラズマを用いても良い。
こうして作製した保護膜１２は、密度が５.０ｇ／ｃｍ3で緻密に形成され、耐プラズマ性に優れ、かつガスを透過させないためにガスバリア性に優れている。
前記保護膜１２は、例えばイットリウム（Ｙ）の有機金属錯体を原料としたガスおよび酸素を加熱により反応させることによって、イットリア、すなわち酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を形成している。この場合、イットリウム（Ｙ）の有機金属錯体を原料としたガスおよび酸素の反応は、プラズマを用いても良い。
こうして作製した保護膜１２は、密度が５.０ｇ／ｃｍ3で緻密に形成され、耐プラズマ性に優れ、かつガスを透過させないためにガスバリア性に優れている。
前記クリーニングは、電熱による抵抗加熱やランプ加熱等によって、成膜チャンバー１を３００〜５００℃に加熱し、ＣｌＦ3ガスのみを導入して行なわれる。
したがって、従来のようにＨＦガスおよびＣｌＦ3ガスを用い、これらを成膜装置の成膜時における温度に応じて混合し温度を変化させる、複雑なクリーニングを解消し得る。
また、成膜チャンバー１に導入されたＣｌＦ3ガスは、後述するプラズマ援用ガスではないから、ガスが回り込むところであれば、所期の効果を得られる。
したがって、従来のプラズマ援用ガスであるＳＦ6、ＣＦ4、ＮＦ3のように、プラズマ中若しくは近傍しかクリーニングできず、配管内は全くクリーニングできない、という不具合を解消し得る。
したがって、従来のようにＨＦガスおよびＣｌＦ3ガスを用い、これらを成膜装置の成膜時における温度に応じて混合し温度を変化させる、複雑なクリーニングを解消し得る。
また、成膜チャンバー１に導入されたＣｌＦ3ガスは、後述するプラズマ援用ガスではないから、ガスが回り込むところであれば、所期の効果を得られる。
したがって、従来のプラズマ援用ガスであるＳＦ6、ＣＦ4、ＮＦ3のように、プラズマ中若しくは近傍しかクリーニングできず、配管内は全くクリーニングできない、という不具合を解消し得る。
前記ＣｌＦ3ガスは、石英ガラスに対し強い腐食性を有するが、実施形態では前記Ｙ2Ｏ3の保護膜１２によって石英ガラスを保護するから、例えばＣｌＦ3ガスによるエッチングを防止して、石英ガラス１の白濁化を防止し曇りを防止可能にしている。
したがって、成膜チャンバー１の窓に用いる石英ガラスに保護膜１２を形成し、クリーニングによる曇りを防止することによって、成膜条件に支障を来す不具合を解消し円滑に成膜し得る。
したがって、成膜チャンバー１の窓に用いる石英ガラスに保護膜１２を形成し、クリーニングによる曇りを防止することによって、成膜条件に支障を来す不具合を解消し円滑に成膜し得る。
発明者は、このような保護膜１２による石英ガラス１の耐食性の向上を確認するため、石英ガラス１をＣｌＦ3を含むクリーニングガスに暴露する試験を行なった。
図２は、その暴露試験に使用した成膜チャンバー１の概要を示し、図１と同様な構成部分に同一の符号を用いている。
図２は、その暴露試験に使用した成膜チャンバー１の概要を示し、図１と同様な構成部分に同一の符号を用いている。
図２において、成膜チャンバー１は角柱状の石英製チューブで構成し、その内部に矩形のガス通路１３を形成し、その両側に矩形のフランジ１ａ，１ｂを突設し、このフランジ１ａ，１ｂのガス通路１３の外側端面に、後述するＯリングで区画した矩形のガス接触域１４を形成している。
前記キャリアガス６に不活性ガスであるＮ2を導入し、クリーニングガス７として三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）のみを導入している。
この場合、実施形態では、ＣｌＦ3のみを用いて暴露試験を行なっているが、ＣｌＦ3ガスに他のクリーニングガス、例えば少量のフッ化系ガスを混合して、使用することも可能である。
前記キャリアガス６に不活性ガスであるＮ2を導入し、クリーニングガス７として三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）のみを導入している。
この場合、実施形態では、ＣｌＦ3のみを用いて暴露試験を行なっているが、ＣｌＦ3ガスに他のクリーニングガス、例えば少量のフッ化系ガスを混合して、使用することも可能である。
前記ガス導入管４と排気管５は、成膜チャンバー１と同形のステンレス製チューブで構成し、それらの一端に前記フランジ１ａ，１ｂと同形の矩形のフランジ４ａ，５ａを形成し、前記フランジ１ａとフランジ４ａを接合し、また前記フランジ１ｂとフランジ５ａを接合している。
実施形態では、前記フランジ１ａ，１ｂ、４ａ，５ａを、縦６０ｍｍ、横９０ｍｍに形成している。
前記フランジ１ａ，１ｂ、４ａ，５ａの接合面は機械的に研磨して平滑に形成し、これらのフランジ１ａ，４ａと、フランジ１ｂ，５ａをボルト・ナット（図示略）を介して連結し、周囲の空気の流れを利用して３０℃以下に維持可能にしている。
実施形態では、前記フランジ１ａ，１ｂ、４ａ，５ａを、縦６０ｍｍ、横９０ｍｍに形成している。
前記フランジ１ａ，１ｂ、４ａ，５ａの接合面は機械的に研磨して平滑に形成し、これらのフランジ１ａ，４ａと、フランジ１ｂ，５ａをボルト・ナット（図示略）を介して連結し、周囲の空気の流れを利用して３０℃以下に維持可能にしている。
前記暴露試験では防食性能を評価するために、図２のように入口側の前記フランジ１ａの外端面には前記保護膜１２を被覆せず、出口側のフランジ１ｂの外端面に保護膜１２を被覆している。
前記保護膜１２はＣＶＤ法によってＹ2Ｏ3を形成し、その形成法は前述した通りである
前記保護膜１２はＣＶＤ法によってＹ2Ｏ3を形成し、その形成法は前述した通りである
前記フランジ４ａ，５ａの接合端面に、横長矩形の環状のＯリングまたはゴム製のガスケット１５，１６を内外に配置し、対応するフランジ１ａ，１ｂとの気密性を保持可能にしている。
なお、前記Ｏリング１５の頂部による矩形の区画域は、前記ガス接触域１４と同大に形成している。したがって、前記フランジ１ａ，１ｂの環状のＯリングまたはガスケット１５による区画域は、前記ガス接触域１４と同様にガス通路１３に開放する微小な隙間を有し、導入したＣｌＦ3ガスに曝されてエッチングを受ける可能性がある。
なお、前記Ｏリング１５の頂部による矩形の区画域は、前記ガス接触域１４と同大に形成している。したがって、前記フランジ１ａ，１ｂの環状のＯリングまたはガスケット１５による区画域は、前記ガス接触域１４と同様にガス通路１３に開放する微小な隙間を有し、導入したＣｌＦ3ガスに曝されてエッチングを受ける可能性がある。
図中、１７は成膜チャンバー１内に収容した石英ガラス製のトレイで、このトレイ１７にサンプル１８として広い表面積を有するＹ2Ｏ3粉末を収容し、トレイ１７の下に炭化珪素板１７ａを敷き、後述のハロゲンランプ光を吸収し加熱させて、温度分布のばらつきを低減させて実験している。なお、熱源１０として６個のハロゲンランプを使用している。
前記フランジ１ａ，１ｂにおけるエッチングはサンプル１８と一緒に行なわれ、そのエッチングプロセスは図７のようである。
すなわち、成膜チャンバー１に窒素ガスを導入してサンプル１８を加熱し、その実験温度を３００〜６００℃に変化させ、実験温度が目的の処理温度に到達したところで、ＣｌＦ3ガスを成膜チャンバー１に導入し、サンプル１８を１０分間エッチングする。その後、ＣｌＦ3ガスの導入を停止し、サンプル１８を成膜チャンバー１内で室温に冷却する。
すなわち、成膜チャンバー１に窒素ガスを導入してサンプル１８を加熱し、その実験温度を３００〜６００℃に変化させ、実験温度が目的の処理温度に到達したところで、ＣｌＦ3ガスを成膜チャンバー１に導入し、サンプル１８を１０分間エッチングする。その後、ＣｌＦ3ガスの導入を停止し、サンプル１８を成膜チャンバー１内で室温に冷却する。
前記フランジ１ａ，１ｂ表面の高さ試験、表面形態および表面粗さ試験、後述するＹ2Ｏ3粉末の三フッ化塩素暴露試験、重量変化、組成試験の結果から、次の評価を得られた
（１）Ｙ2Ｏ3の反応
図８は成膜チャンバー１の室温から６００℃の温度で１０分間１００％のＣｌＦ3ガスに暴露した後のＹ2Ｏ3の重量変化（％）を示している。
これによると、３００℃より低い温度での重量変化は０％近くであり、５００℃および６００℃では、前記粉末の重量増加はそれぞれ１８％および２２％であった。
図８は成膜チャンバー１の室温から６００℃の温度で１０分間１００％のＣｌＦ3ガスに暴露した後のＹ2Ｏ3の重量変化（％）を示している。
これによると、３００℃より低い温度での重量変化は０％近くであり、５００℃および６００℃では、前記粉末の重量増加はそれぞれ１８％および２２％であった。
図９はＣｌＦ3ガスに暴露した後のＹ2Ｏ3サンプル粉末の組成を評価している。
これによると、３００℃での重量変化の挙動と一致して、フッ素含有量は有意に小さかった。酸素含有量は室温における値と同じ値に維持される。
これによると、３００℃での重量変化の挙動と一致して、フッ素含有量は有意に小さかった。酸素含有量は室温における値と同じ値に維持される。
これとは対照的に、５００℃および６００℃でのＣｌＦ3ガスへの暴露後、フッ素含有量は０％からそれぞれ４１％および６５％に増加した。一貫して、酸素含有量は、それぞれ５００℃および６００℃で６３％から３０％および８％に減少した。これは、Ｙ2Ｏ3のＣｌＦ3による旺盛なフッ化が促進され、以下の化学反応が発生したと思われる。
Ｙ2Ｏ3+２ＣｌＦ3→２ＹＦ3+Ｃｌ2
Ｙ2Ｏ3+２ＣｌＦ3→２ＹＦ3+Ｃｌ2
（２）Ｙ2Ｏ3膜コーティング
石英ガラス上に形成されたＹ2Ｏ3膜を長期耐食性の観点から検討した。
石英ガラス製のフランジ１ｂ上に形成されたＹ2Ｏ3膜の厚さを図１０に示す。
図１０の右上および左上の線は２３０ｎｍの最大厚を有していた。底部のＹ2Ｏ3膜の厚さは、上部のＹ2Ｏ3膜の厚さよりも薄かった。最小厚さは中心下部位置で１５０ｎｍであった。中心位置の四角はガス通路１３に対応している。入口側フランジ１ａのガス通路１３の周りの領域は、後述のようにＣｌＦ3ガスに曝された。
石英ガラス上に形成されたＹ2Ｏ3膜を長期耐食性の観点から検討した。
石英ガラス製のフランジ１ｂ上に形成されたＹ2Ｏ3膜の厚さを図１０に示す。
図１０の右上および左上の線は２３０ｎｍの最大厚を有していた。底部のＹ2Ｏ3膜の厚さは、上部のＹ2Ｏ3膜の厚さよりも薄かった。最小厚さは中心下部位置で１５０ｎｍであった。中心位置の四角はガス通路１３に対応している。入口側フランジ１ａのガス通路１３の周りの領域は、後述のようにＣｌＦ3ガスに曝された。
この試験では、ＣｌＦ3ガスへの暴露の合計時間は１０１２分であった。
大部分の暴露時間において、ＣｌＦ3ガスの濃度は１００％であり、ガス流量は５０ｓｃｃｍであった。１０１２分の暴露後の成膜チャンバー１の状況を図１１（ａ），（ｂ）に示している。
大部分の暴露時間において、ＣｌＦ3ガスの濃度は１００％であり、ガス流量は５０ｓｃｃｍであった。１０１２分の暴露後の成膜チャンバー１の状況を図１１（ａ），（ｂ）に示している。
このうち、図１１（ａ）は保護膜１２を被覆しない入口側のフランジ１ａの外観を示し、フランジ１ａの端面のガス通路１３の周りに、ＣｌＦ3ガスでエッチングされた白濁した曇り部１９が形成されている。
一方、図１１（ｂ）はＹ2Ｏ3膜、つまり保護膜１２を被覆した出口側のフランジ１ｂは、暴露前と同様の透明な外観を示し、ＣｌＦ3ガスでエッチングされていないことが確認された。
一方、図１１（ｂ）はＹ2Ｏ3膜、つまり保護膜１２を被覆した出口側のフランジ１ｂは、暴露前と同様の透明な外観を示し、ＣｌＦ3ガスでエッチングされていないことが確認された。
次に、前記入口側のフランジ１ａと、出口側のフランジ１ｂの表面を光学顕微鏡で拡大して観測すると、図１２のような結果を得られた。
このうち、図１２のＹ2Ｏ3を被覆していない入口側のフランジ１ａの表面には、明暗のコントラストを有する多くの曖昧な形状の小さなパタ−ンが見受けられ、表面の平均粗さＲａは０.８５〜１.７μｍであり、Ｒｚ粗さは１１〜２３μｍであった。この粗表面形態は、ＣｌＦ3ガスに暴露してエッチングされて形成されたと考えられる。
したがって、入口側のフランジ１ａがＣｌＦ3ガスでエッチングされ、その表面が反射して前記パターンに見えると考えられる。
このうち、図１２のＹ2Ｏ3を被覆していない入口側のフランジ１ａの表面には、明暗のコントラストを有する多くの曖昧な形状の小さなパタ−ンが見受けられ、表面の平均粗さＲａは０.８５〜１.７μｍであり、Ｒｚ粗さは１１〜２３μｍであった。この粗表面形態は、ＣｌＦ3ガスに暴露してエッチングされて形成されたと考えられる。
したがって、入口側のフランジ１ａがＣｌＦ3ガスでエッチングされ、その表面が反射して前記パターンに見えると考えられる。
一方、出口側のフランジ１ｂの表面には平坦な表面が見受けられ、その表面粗さは、Ｒａが０.１３〜０.３２μｍ、Ｒｚが１.２〜３.８μｍであった。これらの値は、入口側のフランジ１ａよりも著しく小さく、出口側のフランジ１ｂはＣｌＦ3ガスでエッチングされなかったことが確認された。
前記非接触三次元表面プロファイラによるフランジ１ａ，１ｂの表面高さの測定は、図５のＸ、Ｙ軸方向に沿ってガス通路１３を挟んで行ない、その測定結果は図１３，１４の通りである。
このうち、図５のＸ軸に沿う表面高さは図１３のＸ方向プロファイルのように、保護膜１２を被覆しない入口側のフランジ１ａのガス接触域１４は、ＣｌＦ3ガスに曝されてエッチングされ、０.０８１５〜０.０８６３ｍｍ消耗している。
一方、保護膜１２を被覆した出口側のフランジ１ｂのガス接触域１４は、ＣｌＦ3ガスに曝されてもエッチングされず消耗していない。
このうち、図５のＸ軸に沿う表面高さは図１３のＸ方向プロファイルのように、保護膜１２を被覆しない入口側のフランジ１ａのガス接触域１４は、ＣｌＦ3ガスに曝されてエッチングされ、０.０８１５〜０.０８６３ｍｍ消耗している。
一方、保護膜１２を被覆した出口側のフランジ１ｂのガス接触域１４は、ＣｌＦ3ガスに曝されてもエッチングされず消耗していない。
また、図５のＹ軸に沿う表面高さは図１４のＹ方向プロファイルの通りで、保護膜１２を被覆しない入口側のフランジ１ａのガス接触域１４は、ＣｌＦ3ガスに曝されエッチングされて、０.０９６９〜０.１０１６ｍｍ消耗し、保護膜１２を被覆した出口側のフランジ１ｂのガス接触域１４は、ＣｌＦ3ガスに曝されてもエッチングされず消耗していない
このように、ＸおよびＹ方向プロファイルでは、保護膜１２を被覆した出口側のフランジ１ｂは、ＣｌＦ3ガスに曝されてもエッチングされず消耗していないため、保護膜１２の被覆効果が確認された。
この結果は、Ｙ2Ｏ3被覆のフランジ１ｂが、三フッ化塩素ガスによるエッチングを抑制するのに、重要な効果を示すと結論される。この効果は、成膜チャンバー１の洗浄プロセスに関連する維持費を削減することによって、ＣＶＤ膜の生産性を向上させるのに役立つと考えられる。
（３）結論
以上から、Ｙ2Ｏ3に対する耐食性を評価した。Ｙ2Ｏ3粉末は、３００℃より低い温度では変化しなかったが、その重量および組成は５００℃より高い温度で変化した。
以上から、Ｙ2Ｏ3に対する耐食性を評価した。Ｙ2Ｏ3粉末は、３００℃より低い温度では変化しなかったが、その重量および組成は５００℃より高い温度で変化した。
Ｙ2Ｏ3薄膜で被覆されていない石英ガラス表面をエッチングして、深さ約０.１ｍｍの消耗を生じさせ、その表面の平均表面粗さＲａは約１.５μｍであった。対照的に、Ｙ2Ｏ3被覆表面は消耗せず試験前の表面粗さを維持し、Ｒａは０.２μｍであった。
発明者は前記エッチング試験を更に広範かつ多様に行い、図１５のような各種材料に対するエッチング試験を行ない、後述の結果を得た。
すなわち、発明者は、成膜チャンバー１の材質、保護膜（皮膜）の内容、成膜方法、膜厚（ｎｍ）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）ガスの暴露の形態、等に分けて種々試験した。
すなわち、発明者は、成膜チャンバー１の材質、保護膜（皮膜）の内容、成膜方法、膜厚（ｎｍ）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）ガスの暴露の形態、等に分けて種々試験した。
成膜チャンバー１の材質として、石英ガラス、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、保護膜の種類として、なし、Ｙ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＹＦ3、ＣａＦ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、成膜方法として、ＣＶＤ法１回（１層）または２回（２層）被覆、溶射法、真空蒸着法，ＰＥ−ＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法、等で行なった。
これらの試験では、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）ガスの暴露による成膜の剥離の有無、成膜条件、製造コスト等を重要な評価基準にして総合的に評価した。
その結果、成膜チャンバー１の材質が石英ガラスで、保護膜１２がＹ2Ｏ3皮膜であり、これをＣＶＤ法により１回被覆し、つまり単一層の１５０〜２５０ｎｍの膜厚を形成した場合が最高に評価された。しかも、成膜時を想定して高温（１０００℃）に曝し、４００℃のクーリング工程でＣｌＦ3ガスを流しても膜に変状が見られず、剥離されなかった。
その結果、成膜チャンバー１の材質が石英ガラスで、保護膜１２がＹ2Ｏ3皮膜であり、これをＣＶＤ法により１回被覆し、つまり単一層の１５０〜２５０ｎｍの膜厚を形成した場合が最高に評価された。しかも、成膜時を想定して高温（１０００℃）に曝し、４００℃のクーリング工程でＣｌＦ3ガスを流しても膜に変状が見られず、剥離されなかった。
これに対し、近似した成膜条件として、石英ガラスにＹ2Ｏ3皮膜を形成し、これをＣＶＤ法により２回被覆し、つまり二層に３００〜５００ｎｍの膜厚を形成した場合がある。
しかし、この場合は膜厚が厚くなった分、膜の応力が大きくなって剥離を生じ易くなり、また作業に手間が掛かる等の問題がある。
しかし、この場合は膜厚が厚くなった分、膜の応力が大きくなって剥離を生じ易くなり、また作業に手間が掛かる等の問題がある。
また、同様な三フッ化系皮膜では、真空蒸着によって石英ガラスにＹＦ3皮膜を形成し、これを１４０ｎｍに被覆する場合がある。
しかし、この場合は現状では緻密なガスバリア性のある成膜法が得られないため、石英ガラスへの保護膜に使用することができない。
この他、ＣｌＦ3に対し耐性のある材料として、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）がある。
しかし、この場合は現状では緻密なガスバリア性のある成膜法が得られないため、石英ガラスへの保護膜に使用することができない。
この他、ＣｌＦ3に対し耐性のある材料として、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）がある。
そこで、バルクアルミナ（セラミックス焼結材）をＣｌＦ3に暴露したところ、殆ど変化しないことが確認されたが、バルクアルミナは焼結材のため不透明であり、石英ガラスのように透明性を有しないため、ランプの窓等に使用することができない。
しかも、石英ガラスよりも多く不純物を含む等の問題がある。
しかも、石英ガラスよりも多く不純物を含む等の問題がある。
なお、ＣＶＤ法以外の成膜方法として、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。このＡＬＤ法は、ＣＶＤ法よりも成膜レートが遅く、所定の膜厚（５０ｎｍ）に達するまでに時間を要する。つまり、生産性がＣＶＤ法よりも低いという問題があるが、緻密なガスバリア性のある膜を成膜することができる。したがって、成膜原料を、例えばプリカーサと呼ばれるＹを有する有機金属の前躯体に変更すれば、Ｙ2Ｏ3を成膜することも可能である。
このように本発明は、構成部材の耐食性を向上し、成膜装置の安定した成膜品質と成膜の円滑性を得られ、成膜装置のクリーニングを確実に行なえるとともに、成膜装置の構成部材にクリーニングガスに対する保護膜を緻密かつ薄膜に形成できるから、例えば成膜装置の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓等の石英ガラス製構成部材のクリーニングガス対策に好適である。
１ 成膜チャンバー（構成部材）
８ ステージ（構成部材）
１２ 保護膜
８ ステージ（構成部材）
１２ 保護膜
Claims (10)
- 導入したクリーニングガスと接触可能な成膜装置の構成部材の耐食構造において、前記構成部材を石英ガラスで構成し、該構成部材のクリーニングガスと接触可能な周面に酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の薄膜の保護膜を形成したことを特徴とする成膜装置の構成部材の耐食構造。
- 前記保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成した請求項１記載の成膜装置の構成部材の耐食構造。
- 前記酸化イットリウムの皮膜を５０ｎｍ以上に形成した請求項１または２記載の成膜装置の構成部材の耐食構造。
- 前記クリーニングガスは三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を含むガスである請求項１記載の成膜装置の構成部材の耐食構造。
- 前記構成部材に３００〜５００℃に加熱したクリーニングガスを導入可能にした請求項４記載の成膜装置の構成部材の耐食構造。
- 前記構成部材は、石英ガラス製の成膜チャンバー、ステージ、覗き窓である請求項１記載の成膜装置の構成部材の耐食構造。
- クリーニングガスを導入可能な成膜装置の構成部材の製造方法において、前記構成部材を石英ガラスで構成し、該構成部材のクリーニングガスと接触可能な周面に三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）を含むクリーニングガスに対する耐食皮膜として、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の薄膜の保護膜を形成することを特徴とする成膜装置の構成部材の製造方法。
- 前記保護膜を薄膜の単一層に形成する請求項７記載の成膜装置の構成部材の製造方法。
- 前記保護膜をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により形成する請求項７記載の成膜装置の構成部材の製造方法。
- 前記保護膜を５０ｎｍ以上に形成する請求項７または９記載の成膜装置の構成部材の製造方法。
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-
2017
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