JP3652166B2

JP3652166B2 - Processing equipment

Info

Publication number: JP3652166B2
Application number: JP11028399A
Authority: JP
Inventors: 勇蔵幸田; 正太郎岡部; 直芳里; 公一朗森山; 裕之尾崎; 幸人青田; 英寿都築; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JP2000303183A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタ法、水素プラズマ処理法、ドライエッチング法等を用いて、処理空間（例えば、基体処理空間や膜処理空間）である反応室内において堆積膜を堆積するような基体処理或いはエッチング等の膜処理を行う処理装置であって、特に、排気ガス中に生成を余儀なくされる未反応ガスや副生成物等を上記反応室より外の排気管内で処理する手段を備えた処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等においては、ステンレスや石英管等の材質で構成される処理空間（基体処理空間）である反応室内に、ガスミキシング設備等を経由して混合原料ガスを導入した後、高周波、熱、光等の分解エネルギーを印加し、反応室内で原料ガスを分解し、所望の基体上に堆積膜を形成し、残留する排気ガスを真空ポンプ等の排気手段へつながった排気管を通して排気する手法が一般的に行われている。しかしながら、これらの手法において、導入される原料ガスが全て反応室内において分解消費され、所望の基体上に堆積膜として形成されるわけではなく、未反応なガス成分が存在したり、或いは新たな反応副生成物が生成される場合があり、これら堆積膜には不要となったガスを含む排気ガスが排気管を通して反応室外へ排気されることとなる。
【０００３】
また、スパッタ法、水素プラズマ処理法、ドライエッチング法等においては、反応室内に導入されるガス種や反応室内での処理後に生成される残留排気ガスのガス種が、上記ＣＶＤ法の場合とは異なる点があるものの、排気管を通して排気される排気ガス中に未反応ガス成分や副生成物等が含まれてしまうことは、上記ＣＶＤ法の場合と同様である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタ法、水素プラズマ処理法、ドライエッチング法等を用いて、機能性堆積膜の堆積等基体処理或いはエッチング等の膜処理といった処理を行う際、処理空間である反応室内から排気される排気ガスの中には、未反応ガス成分や副生成物等が含まれることから、この排気ガスが排気管を通過する際に、該未反応ガスや副生成物等が元となって排気管内壁面に新たな副堆積物が生じてしまい、これが積み重なってくると、排気管内断面、即ち排気管開口を閉塞させてしまうことになる結果、反応室内の排気されるべき排気ガスを十分に排気することが困難になってしまい、処理装置としての機能が損なわれてしまう。
【０００５】
排気管内副堆積物によって排気管の開口が次第に閉塞してくると、排気ガスの排気能力が経時的に低下してくることは自明であり、またその閉塞具合が時間に対して必ずしも一定ではないことも相俟って、反応室で行っている処理条件を厳しく管理したとしても、その処理を長時間にわたって再現性良く実行することが困難になってしまうという問題があった。
【０００６】
このような問題点を解決するために、排気管内に加熱手段を設けることによって、副堆積物を処理する方法が知られている。しかしながら、排気管内に設置される加熱手段を構成する発熱体が連続使用により破損に至ってしまう。そこで、発熱体ユニットのメンテナンスを行うことが必要となるが、それにより装置の稼働率を低下させてしまう問題があった。そのため、装置の稼働率を向上させるべく、発熱体ユニットの耐久性を向上させることが望まれていた。
【０００７】
また、排気管の途中には、Ｌ型のバルブ類や反応室内の圧力を調整するためのコンダクタンスバルブや圧力を測定するための圧力計等が設置されており、これらの部材に副堆積物が付着してくると、次第にその機能が損なわれてくることから定期的なメンテナンス作業が必要となるといった問題点もあった。
【０００８】
さらには、排気手段として用いられているロータリーポンプ等の真空ポンプへの副堆積物の混入は、ポンプ本体の排気能力を低下させるだけにとどまらず、故障等を引き起こす原因にもなり、ポンプ交換の手間や装置の復旧のための時間損失等の問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、処理装置において、反応室から排気される未反応ガス及び副生成物を効率良く分解し、排気管及び排気手段への副堆積物の付着、堆積を防止し、効率良く本来の処理を行うことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の処理装置は、下記のように構成したものである。
【００１１】
即ち本発明の処理装置は、基体または膜を処理するための処理空間と該処理空間を排気するための排気手段とを有する処理装置であって、前記処理空間と前記排気手段とを連絡する排気経路中に、上記処理空間から排気される未反応ガス及び副生成物の少なくとも一方に化学反応を起こさせるための化学反応生起手段を有し、該化学反応生起手段が、少なくともクロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれかを母体材料として形成され、リン原子を含む発熱体から構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、上記発熱体に含まれるリン原子の量は、発熱体を構成する全原子成分に対し、原子組成比で０．１％以上であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の処理装置について、ＣＶＤ装置を例に挙げて説明する。例えば、非晶質（アモルファス）シリコン膜や、非晶質シリコン合金膜等の非単結晶半導体薄膜を形成するためには、プラズマＣＶＤ法を用いることになる。
【００１４】
図１に、本発明の処理装置の一つであるプラズマＣＶＤ装置の一実施形態の模式的断面図を示す。図中、１００は反応室、１０１は被処理基体、１０２はガスミキシング設備、１０３は排気管、１０４はカソード電極、１０５はヒーターユニット、１０６は高周波電力源、１０７は発熱体ユニット、１０８は排気ポンプユニット、１０９はガス導入管、１１０は排気ガス配管、１１１は高周波印加ケーブル、１１２は放電空間、１１３は圧力計、１１４はコンダクタンス調整バルブ、１１５はＡＣ電力源、１１６はＡＣ印加ケーブルである。
【００１５】
図１の装置においては、処理空間としてステンレスや石英等からなる反応室１００を使用し、マスフローコントローラー等で構成されるガスミキシング設備１０２を経由してシランガス（ＳｉＨ₄）や水素ガス（Ｈ₂）を所望の比率で混合した原料ガスを反応室１００内へガス導入管１０９を通して導入した後、高周波電力源１０６から高周波印加ケーブル１１１を経由してカソード電極１０４へ分解エネルギーとしての高周波電力を印加し、放電空間１１２で放電を生じさせ、反応室１００内の原料ガスを分解し、ステンレスやガラス等所望の被処理基体１０１上に堆積膜を形成する。カソード電極１０４の裏面にはヒーターユニット１０５が設けられており、それにより基体１０１が加熱される。また、反応室１００内の圧力は圧力計１１３でモニターされる。
【００１６】
堆積膜にならなかった残ガス（未反応ガス、副生成物）は排気ガスとして排気管１０３、コンダクタンスバルブ１１４を通り、排気ポンプユニット１０８によって排気ガス配管１１０から反応室１００外へ排気される。その際、排気経路である排気管１０３の内部に、未反応ガスや副生成物に化学反応を起こさせるための化学反応生起手段として、リン（Ｐ）原子を含有する発熱体ユニット１０７を設置する。発熱体ユニット１０７はＡＣ印加ケーブル１１６を介してＡＣ電力源１１５に接続されている。発熱体の母体材料としては、高融点金属として分類される、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の少なくとも１種類の材質から選定され、この母体材料にリン原子を含有させて使用する。リン原子の含有量は、発熱体を構成している全原子成分に対し、原子組成比で０．１％以上であることが望ましい。
【００１７】
母体材料にリン原子を含有させることの効果を以下に述べる。
【００１８】
例えば、発熱体材質として純金属を選定した場合、金属によっては発熱体として昇温させて使用を続けると発熱体自体の熱処理効果が起こる結果、金属の結晶粒径等内部組織の構造が変移し、高温強度が低下し非常に脆くなってしまう場合がある。とりわけ、酸素（Ｏ）原子は、処理空間へ導入される原料ガスに含まれない場合であっても、通常の真空処理装置では装置のメンテナンスを大気開放して行うことが多いため、大気に曝される処理空間内部の壁面構成部材等の表面に水分（Ｈ₂Ｏ）や酸素が吸着しているため、メンテナンス後処理を開始するために処理空間を真空引きした後、前記壁面部材等を加熱してベーキングを行ったり、酸素原子を含まない高純度ガスで数回パージを行ったりしたとしても、処理空間内では少なくともｐｐｍオーダー以上の酸素原子を含む気体が存在してしまう。この酸素原子を含む気体の存在は、高温に加熱される発熱体を構成する高融点金属原子と容易に反応し、高融点金属原子を酸化させてしまう結果、発熱体材質の変質を引き起こし、靱性が低下し脆化してしまう場合がある。
【００１９】
そこで、上記酸素原子が高融点金属原子よりも結びつき易いリン原子を発熱体に含有させることにより、該リン原子に酸素原子を結合させて発熱体を構成する高融点金属原子の酸化を大幅に抑制することが可能となる。その結果、母体材料（金属）の高温強度を維持させることが可能となり、発熱体としての機能をより長く維持することができるため、数百時間といった長時間にわたって、連続的に非晶質シリコン膜形成等の処理を行う場合においても十分に対応できる。また、発熱体の損傷周期を長くとることが可能となることにより、メンテナンス頻度が減少し、装置の稼働率を向上させることができる。
【００２０】
発熱体を設置する位置としては、処理空間である反応室１００とロータリーポンプ等で代表される排気ポンプユニット１０８との間に配置される排気管１０３の途中部分で排気管１０３内部即ち排気ガス流路内が望ましい。
【００２１】
発熱体としては、例えば図２に示すように、絶縁性板材２００にワイヤ状発熱体２０１を複数回巻き付けて排気管１０３内に少なくとも１ユニット以上を設置することができる。ワイヤ状発熱体２０１にはその両端部にＡＣ電力等の電力を印加して加熱する。必要であれば、スライダック等の電圧調整変換器によってＡＣ電力の電圧値を調整しても良い。また、図３に示すように、発熱体をコイル状発熱体２０３に形成し、絶縁性棒材２０４を中に通すことによって支持し、排気管１０３内のガス流れ方向を横切るような位置関係で少なくとも１本以上設置しても良い。コイル状発熱体２０３の両端部にはＡＣ電力等を印加する。また、図４に示すように、棒状発熱体２０５を少なくとも１本以上用い、該棒状発熱体２０５の両端部に別途導電性電極材２０６を設け、棒状発熱体２０５を並列接続させ、両端部の導電性電極材２０６にＡＣ電力等を印加して使用しても良い。さらに、図５に示すように、テープ状発熱体２０７を少なくとも１本以上用い、該テープ状発熱体２０７の両端部に別途導電性電極材２０８を設け、該テープ状発熱体２０７を並列接続させ、両端部の導電性電極材２０８にＡＣ電力等を印加して使用しても良い。
【００２２】
上記いずれの場合においても、発熱体ユニット１０８が処理空間（反応室１００）と排気手段（コンダクタンス調整バルブ１１４、排気ポンプユニット１０８）との間の排気管１０３内に設置され、且つ、排気ガス流路を塞ぐことなく設置されていれば良く、設定の態様が限定されるものではない。
【００２３】
上記発熱体の加熱方法としては、線状、棒状、コイル状等のいずれの形状であっても、その両端部にＡＣ電力やＤＣ電力を印加して発熱体自体に電流を流すことで発熱させると良い。必要であれば、温度調整コントローラーを介して電力を印加しても良い。
【００２４】
また、発熱体の温度としては、例えば非晶質シリコン膜の形成時においては、排気管１０３内に堆積するポリシラン（Ｓｉ_xＨ_y；ｘ、ｙは整数）に含まれる大量の水素原子の放出反応を促進させ、結果としてシリコン膜片に変化させてしまう処理を行うという観点から、５００℃以上に昇温させて使用することが望ましい。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
図１に示したプラズマＣＶＤ装置を用いて、堆積膜形成を行った。発熱体ユニット１０７の仕様としては、図２に示すようなアルミナセラミックス製の絶縁性板材２００（３００ｍｍ×１５０ｍｍ×５ｍｍ）に、発熱体２０１として直径０．２ｍｍでリン原子を１％（原子組成比）含有したワイヤ材（母体材料：クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれか１種）を、板材の長手方向に５周巻き付けて排気管１０３内に設置した。被処理基体１０１としてステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる基体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ）をカソード電極１０４上に設置し、カソード電極１０４下部に埋め込まれたヒーターユニット１０５を用いて、上記ステンレス基体１０１が３００℃になるように設定した。本例においては、発熱体ユニット１０７の効果をより明確に判断するために、以下のような通常より厳しい成膜条件を設定した。
【００２６】
ガスミキシング設備１０２において、シラン（ＳｉＨ₄）ガス（流量：２００ｓｃｃｍ）と水素（Ｈ₂）ガス（流量：２００ｓｃｃｍ）とを混合し、この混合ガスをガス導入管１０９を通して反応室１００内に導入した。発熱体２０１の両端部には、ＡＣ電力源１１５からＡＣ印加ケーブル１１６を介して、ＡＣ１００Ｖを印加した。この時、発熱体２０１を流れる電流値は５Ａであった。この時、発熱体２０１の温度は１０００℃であった。その後、圧力計１１３にて反応室１００内の圧力が１Ｔｏｒｒになるようにコンダクタンス調整バルブ１１４を調整した。その後、高周波電力源１０６から高周波印加ケーブルを介してカソード電極１０４に、ＲＦ電力１０００Ｗを印加し、放電を生起させた。処理時間即ち放電時間は、連続的に１０時間とした。
【００２７】
（比較例１）
発熱体ユニット１０７の仕様として、リン原子の含有率が０％のワイヤ材を発熱体として用いる以外は実施例１と同様の発熱体レイアウト、同様な装置構成、同様な成膜条件にて堆積膜を形成した。
【００２８】
実施例１及び比較例１ともに、連続的に１０時間の放電処理を行った後、上記基体を入れ替える作業を行い、再度放電を調整し、１０時間放電処理を行うという手順を繰り返した。そして、発熱体の寿命を比較するために、発熱体が破損して使用不能になるまでの各々連続１０時間放電を１サイクルとしてその繰り返し回数を比較し、耐久性の評価を行った。また、同時に、排気管１０３の内壁面に付着した副堆積物の状況比較（発熱体破損後）も行い、処理能力を評価した。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
〔耐久性の評価〕
○：１１サイクル以上
△：６〜１０サイクル
×：０〜５サイクル
【００３１】
〔処理能力の評価〕
◎：粉状のポリシランは全く観測されず、硬質の膜が付着、堆積していた。
○：粉状のポリシランがわずかに観測され、硬質な膜が付着、堆積していた。
△：粉状のポリシランが３割程度、硬質な膜が７割程度の割合で付着、堆積していた。
【００３２】
表１に示す通り、リン原子を含む発熱体を使用することで、繰り返し使用における発熱体が破損するまでの回数、即ち寿命が長く、耐久性に優れていることが実証された。それと同時に、排気管１０３の内壁部へ付着する副堆積物の状況と言う観点からも、リン原子を含む発熱体を使用することで優れた結果が得られることが実証された。
【００３３】
（実施例２）
リン原子含有率が異なる発熱体を使い分けたこと以外は実施例１と同様にして堆積膜を形成し、発熱体のリン原子含有率依存性を調べた。具体的には、リン原子の含有率が０．０１％、０．０５％、０．１％、０．５％、１％、５％（原子組成比）の６種類のワイヤ材（母体材料：クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれか１種）を用意し、いずれのワイヤ材も直径０．２ｍｍと同一にした。
【００３４】
実施例１及び比較例１の手順と同様に、連続１０時間の放電処理を１サイクルとして、発熱体が破損に至るまでの繰り返し回数を比較し、同時に排気管１０３内壁面に付着した副堆積物の比較を行った。結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
上記表２における評価基準は表１と同じである。
【００３７】
表２に示す通り、リン原子含有率が０．１％以上である発熱体を使用することで、繰り返し使用における発熱体の耐久性が優れていることが実証された。それと同時に、排気管１０３の内壁部へ付着する副堆積物の状況という観点からも、リン原子含有率が０．１％以上である発熱体を使用することで優れた効果が得れれることが実証された。
【００３８】
（実施例３）
リン原子の含有率が１％（原子組成比）、直径が０．２ｍｍのタングステンワイヤ材を用い、該ワイヤ材へ印加するＡＣ電圧を変化させることでワイヤ材即ち発熱体の温度を種々変化させ、発熱体温度依存性を調べた。発熱体レイアウト、装置構成、放電条件は実施例１と同様とした。発熱体の温度は、３００℃、５００℃、６００℃、８００℃、１０００℃、１２００℃の６種類とし、実施例１及び比較例１の手順と同様にして、発熱体が破損に至るまでの、連続的な１０時間放電処理の繰り返し回数を比較した。同時に排気管１０３内壁面に付着した副堆積物の比較を行った。結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】

【００４０】
表中の処理能力の評価基準は表１と同じである。
【００４１】
表３に示す通り、ワイヤ材即ち発熱体の温度が５００℃以上の温度領域において、本発明にかかる発熱体は破損に至るまでの繰り返し回数が多い、即ち寿命が長いことが実証され、同時に、発熱体の温度を５００℃以上とすることによって、処理能力も優れた結果が得られることがわかった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の処理装置によれば、機能性堆積膜の形成といった基体処理やエッチング等の膜処理において、反応室内から排気される排気ガス中に含まれる未反応ガスや副生成物等が排気管を通過する際に該排気管内壁面に形成されてしまう副堆積物が、良好に分解されて硬質の膜として堆積されるため、排気管開口の閉塞を防止して長期にわたって本来の処理を行うことができる。
【００４３】
また、排気経路に設置される発熱体の耐久性が高いことから、発熱体ユニットのメンテナンス回数が低減され、装置の稼働率を向上させることができる。
【００４４】
さらに、排気管の途中に設けられたＬ型のバルブ類や、コンダクタンス調整バルブ、圧力計等への副堆積物の付着を防止することができ、その機能を長時間維持することが可能となり、従来行っていた定期的なメンテナンス作業が不要となる。
【００４５】
またさらに、排気手段として用いられるロータリーポンプ等の真空ポンプへの副堆積物の混入を防止することができ、ポンプ本体の排気能力を長時間維持することが可能となり、ポンプの故障頻度を大幅に減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置であるプラズマＣＶＤ装置の一実施形態の模式的断面図である。
【図２】本発明で用いられる発熱体の構造の一例を示す図である。
【図３】本発明で用いられる発熱体の構造の他の例を示す図である。
【図４】本発明で用いられる発熱体の構造の他の例を示す図である。
【図５】本発明で用いられる発熱体の構造の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１００反応室
１０１被処理基体
１０２ガスミキシング設備
１０３排気管
１０４カソード電極
１０５ヒーターユニット
１０６高周波電力源
１０７発熱体ユニット
１０８排気ポンプユニット
１０９ガス導入管
１１０排気ガス配管
１１１高周波印加ケーブル
１１２放電空間
１１３圧力計
１１４コンダクタンス調整バルブ
１１５ＡＣ電力源
１１６ＡＣ印加ケーブル
２００絶縁性板材
２０１ワイヤ状発熱体
２０３コイル状発熱体
２０４絶縁性棒材
２０５棒状発熱体
２０６導電性電極材
２０７テープ状発熱体
２０８導電性電極材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, a sputtering method, a hydrogen plasma processing method, a dry etching method and the like in a reaction chamber that is a processing space (for example, a substrate processing space or a film processing space). A processing apparatus for performing film processing such as substrate processing or etching for depositing a deposited film, in particular, exhausting unreacted gas and by-products generated in exhaust gas outside the reaction chamber. The present invention relates to a processing apparatus having means for processing in a pipe.
[0002]
[Prior art]
In the conventional plasma CVD method, thermal CVD method, photo CVD method, etc., mixing is performed via a gas mixing facility or the like in a reaction chamber which is a processing space (substrate processing space) made of a material such as stainless steel or quartz tube. After introducing the source gas, decomposition energy such as high frequency, heat and light is applied, the source gas is decomposed in the reaction chamber, a deposited film is formed on the desired substrate, and the remaining exhaust gas is exhausted by a vacuum pump or the like. A method of exhausting air through an exhaust pipe connected to the means is generally performed. However, in these methods, all of the introduced source gas is decomposed and consumed in the reaction chamber and is not formed as a deposited film on the desired substrate, and there is an unreacted gas component or a new reaction. By-products may be generated, and exhaust gas containing gas that is no longer necessary for these deposited films is exhausted out of the reaction chamber through the exhaust pipe.
[0003]
In addition, in the sputtering method, the hydrogen plasma processing method, the dry etching method, etc., the gas type introduced into the reaction chamber and the residual exhaust gas generated after the processing in the reaction chamber are different from those in the case of the CVD method. Although there are differences, it is the same as in the case of the CVD method that the unreacted gas components and by-products are contained in the exhaust gas exhausted through the exhaust pipe.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, using a plasma CVD method, a thermal CVD method, a photo CVD method, a sputtering method, a hydrogen plasma processing method, a dry etching method, etc., a processing such as a substrate processing such as functional deposition film or a film processing such as etching. The exhaust gas exhausted from the reaction chamber, which is the processing space, contains unreacted gas components and by-products, so that when the exhaust gas passes through the exhaust pipe, As a result, new side deposits are generated on the inner wall surface of the exhaust pipe based on the reaction gas, by-products, etc., and when this is stacked, the cross section in the exhaust pipe, that is, the exhaust pipe opening is blocked, It becomes difficult to sufficiently exhaust the exhaust gas to be exhausted in the reaction chamber, and the function as a processing apparatus is impaired.
[0005]
Obviously, if the exhaust pipe opening gradually closes due to the sub-deposits in the exhaust pipe, the exhaust gas exhaust capability will decline over time, and the degree of blockage is not always constant over time. For this reason, even if the processing conditions in the reaction chamber are strictly controlled, there is a problem that it becomes difficult to execute the processing over a long period of time with good reproducibility.
[0006]
In order to solve such a problem, a method of treating a sub-sediment by providing a heating means in the exhaust pipe is known. However, the heating element constituting the heating means installed in the exhaust pipe is damaged due to continuous use. Therefore, it is necessary to perform maintenance of the heating element unit, but there is a problem in that the operating rate of the apparatus is lowered. Therefore, it has been desired to improve the durability of the heating element unit in order to improve the operating rate of the apparatus.
[0007]
In the middle of the exhaust pipe, L-shaped valves, a conductance valve for adjusting the pressure in the reaction chamber, a pressure gauge for measuring the pressure, and the like are installed. When it adheres, its function gradually deteriorates, so that there is a problem that regular maintenance work is required.
[0008]
Furthermore, the inclusion of by-products in vacuum pumps such as rotary pumps used as exhaust means not only lowers the exhaust capacity of the pump body but also causes malfunctions. There were problems such as time loss for troublesome and device recovery.
[0009]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to efficiently decompose unreacted gas and by-products exhausted from the reaction chamber in the processing apparatus, and to attach and deposit by-products to the exhaust pipe and exhaust means. Is to efficiently perform the original process.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the processing apparatus of the present invention is configured as follows.
[0011]
That is, the processing apparatus of the present invention is a processing apparatus having a processing space for processing a substrate or a film and an exhaust means for exhausting the processing space, and is an exhaust that communicates the processing space and the exhaust means. The passage has a chemical reaction generating means for causing a chemical reaction in at least one of the unreacted gas and by-products exhausted from the processing space, and the chemical reaction generating means includes at least chromium, molybdenum, tungsten. And any one of vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium, and hafnium as a base material, and is composed of a heating element containing phosphorus atoms.
[0012]
In the present invention, the amount of phosphorus atoms contained in the above SL heating element, relative to the total atomic components constituting the heating element, it is preferable in terms of atomic composition ratio is 0.1% or more.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The processing apparatus of the present invention will be described using a CVD apparatus as an example. For example, a plasma CVD method is used to form a non-single crystal semiconductor thin film such as an amorphous silicon film or an amorphous silicon alloy film.
[0014]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of one embodiment of a plasma CVD apparatus which is one of the processing apparatuses of the present invention. In the figure, 100 is a reaction chamber, 101 is a substrate to be treated, 102 is a gas mixing facility, 103 is an exhaust pipe, 104 is a cathode electrode, 105 is a heater unit, 106 is a high-frequency power source, 107 is a heating element unit, and 108 is exhaust. Pump unit 109 is a gas introduction pipe, 110 is an exhaust gas pipe, 111 is a high frequency application cable, 112 is a discharge space, 113 is a pressure gauge, 114 is a conductance adjustment valve, 115 is an AC power source, and 116 is an AC application cable .
[0015]
In the apparatus of FIG. 1, a reaction chamber 100 made of stainless steel, quartz, or the like is used as a processing space, and silane gas (SiH ₄ ) or hydrogen gas (H ₂ ) is passed through a gas mixing facility 102 composed of a mass flow controller or the like. Is introduced into the reaction chamber 100 through the gas introduction pipe 109, and then high frequency power as decomposition energy is applied from the high frequency power source 106 to the cathode electrode 104 via the high frequency application cable 111. Then, a discharge is generated in the discharge space 112, the source gas in the reaction chamber 100 is decomposed, and a deposited film is formed on the desired substrate 101 such as stainless steel or glass. A heater unit 105 is provided on the back surface of the cathode electrode 104, whereby the substrate 101 is heated. The pressure in the reaction chamber 100 is monitored with a pressure gauge 113.
[0016]
Residual gas that has not become a deposited film (unreacted gas, by-product) passes through the exhaust pipe 103 and the conductance valve 114 as exhaust gas, and is exhausted from the exhaust gas pipe 110 to the outside of the reaction chamber 100 by the exhaust pump unit 108. At that time, a heating element unit 107 containing phosphorus (P) atoms is installed inside the exhaust pipe 103 as an exhaust path as a chemical reaction generating means for causing a chemical reaction to the unreacted gas and by-products. . The heating element unit 107 is connected to an AC power source 115 via an AC application cable 116. The base material of the heating element is classified as a refractory metal, chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti). , zirconium (Zr), is selected from at least one material of hafnium (Hf), used contain a phosphorus atom in the base material of this. The phosphorus atom content is desirably 0.1% or more in terms of the atomic composition ratio with respect to all atomic components constituting the heating element.
[0017]
The effect of including phosphorus atoms in the base material will be described below.
[0018]
For example, when pure metal is selected as the material of the heating element, depending on the metal, if the temperature of the heating element is raised and the use is continued, the heat treatment effect of the heating element itself will occur, resulting in a change in the structure of the internal structure such as the crystal grain size of the metal. In some cases, the high-temperature strength decreases and the material becomes very brittle. In particular, even when oxygen (O) atoms are not included in the raw material gas introduced into the processing space, normal vacuum processing apparatuses often perform maintenance of the apparatus after opening it to the atmosphere. Since water (H ₂ O) and oxygen are adsorbed on the surface of the wall surface constituent member inside the processing space to be processed, the wall surface member is heated after evacuating the processing space to start the post-maintenance processing Even if baking is performed or purging is performed several times with a high-purity gas not containing oxygen atoms, gas containing oxygen atoms of at least ppm order or more exists in the processing space. The presence of this oxygen atom-containing gas easily reacts with the refractory metal atoms constituting the heating element heated to a high temperature and oxidizes the refractory metal atoms, resulting in alteration of the heating element material and toughness. May fall and become brittle.
[0019]
Therefore, by containing phosphorus atoms in the heating element, in which the oxygen atoms are more likely to be bonded than refractory metal atoms, the oxygen atoms are bonded to the phosphorus atoms to greatly suppress oxidation of the refractory metal atoms constituting the heating element. It becomes possible to do. As a result, the high temperature strength of the base material (metal) can be maintained, and the function as a heating element can be maintained for a long time. Even when processing such as formation is performed, it is possible to sufficiently cope. Moreover, since it becomes possible to make the damage cycle of a heat generating body long, a maintenance frequency can reduce and the operating rate of an apparatus can be improved.
[0020]
The heating element is installed at a position in the middle of the exhaust pipe 103 disposed between the reaction chamber 100 as a processing space and an exhaust pump unit 108 represented by a rotary pump, that is, the exhaust gas flow. The road is desirable.
[0021]
As the heating element, for example, as shown in FIG. 2, at least one unit can be installed in the exhaust pipe 103 by winding the wire-like heating element 201 around the insulating plate 200 a plurality of times. The wire heating element 201 is heated by applying power such as AC power to both ends thereof. If necessary, the voltage value of the AC power may be adjusted by a voltage adjustment converter such as a slidac. Further, as shown in FIG. 3, a heating element is formed on a coiled heating element 203, supported by passing an insulating rod 204 therethrough, and in a positional relationship crossing the gas flow direction in the exhaust pipe 103. At least one or more may be installed. AC power or the like is applied to both ends of the coiled heating element 203. Also, as shown in FIG. 4, at least one rod-shaped heating element 205 is used, and a conductive electrode material 206 is separately provided at both ends of the rod-shaped heating element 205, and the rod-shaped heating elements 205 are connected in parallel. You may apply and use AC electric power etc. to the conductive electrode material 206. FIG. Further, as shown in FIG. 5, at least one tape-like heating element 207 is used, and a conductive electrode material 208 is separately provided at both ends of the tape-like heating element 207 so that the tape-like heating element 207 is connected in parallel. Alternatively, AC power or the like may be applied to the conductive electrode material 208 at both ends.
[0022]
In any of the above cases, the heating element unit 108 is installed in the exhaust pipe 103 between the processing space (reaction chamber 100) and the exhaust means (conductance adjustment valve 114, exhaust pump unit 108), and the exhaust gas flow. It is only necessary to be installed without blocking the road, and the mode of setting is not limited.
[0023]
As a heating method for the heating element, any shape such as a linear shape, a rod shape, or a coil shape may be used to generate heat by applying an AC power or a DC power to both ends of the heating element and flowing a current through the heating element itself. And good. If necessary, power may be applied via a temperature controller.
[0024]
Further, as the temperature of the heating element, for example, when an amorphous silicon film is formed, a large amount of hydrogen atoms contained in polysilane (Si _x H _y ; x and y are integers) deposited in the exhaust pipe 103 are released. From the viewpoint of accelerating the reaction and, as a result, performing a process of changing to a silicon film piece, it is desirable to raise the temperature to 500 ° C. or higher.
[0025]
【Example】
(Example 1)
A deposited film was formed using the plasma CVD apparatus shown in FIG. As the specifications of the heating element unit 107, an alumina ceramic insulating plate 200 (300 mm × 150 mm × 5 mm) as shown in FIG. 2 is used, and the heating element 201 has a diameter of 0.2 mm and phosphorus atoms of 1% (atomic composition ratio). ) The contained wire material (matrix material: any one of chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium, and hafnium) was wound in the longitudinal direction of the plate material and installed in the exhaust pipe 103 . A substrate (50 mm × 50 mm × 1 mm) made of stainless steel (SUS304) is placed on the cathode electrode 104 as the substrate 101 to be processed, and the stainless steel substrate 101 is heated to 300 ° C. using the heater unit 105 embedded under the cathode electrode 104. Was set to be. In this example, in order to judge the effect of the heating element unit 107 more clearly, the following more stringent film forming conditions were set.
[0026]
In the gas mixing facility 102, silane (SiH ₄ ) gas (flow rate: 200 sccm) and hydrogen (H ₂ ) gas (flow rate: 200 sccm) are mixed, and this mixed gas is introduced into the reaction chamber 100 through the gas introduction pipe 109. . AC 100 V was applied to both ends of the heating element 201 from the AC power source 115 via the AC application cable 116. At this time, the current value flowing through the heating element 201 was 5A. At this time, the temperature of the heating element 201 was 1000 ° C. Thereafter, the conductance adjustment valve 114 was adjusted by the pressure gauge 113 so that the pressure in the reaction chamber 100 was 1 Torr. Thereafter, RF power of 1000 W was applied from the high frequency power source 106 to the cathode electrode 104 via a high frequency application cable to cause discharge. The treatment time, that is, the discharge time, was continuously 10 hours.
[0027]
(Comparative Example 1)
As a specification of the heating element unit 107, a deposited film is used with the same heating element layout, the same apparatus configuration, and the same film forming conditions as in Example 1 except that a wire material having a phosphorus atom content of 0% is used as the heating element. Formed.
[0028]
For both Example 1 and Comparative Example 1, the procedure of continuously performing the discharge treatment for 10 hours, then replacing the substrate, adjusting the discharge again, and performing the discharge treatment for 10 hours was repeated. And in order to compare the lifetime of a heat generating body, each continuous 10-hour discharge until a heat generating body was damaged and became unusable was made into 1 cycle, the repetition frequency was compared, and durability was evaluated. At the same time, the situation of sub-deposits adhering to the inner wall surface of the exhaust pipe 103 was also compared (after the heating element was broken) to evaluate the processing capability. The results are shown in Table 1.
[0029]
[Table 1]

[0030]
[Evaluation of durability]
○: 11 cycles or more Δ: 6 to 10 cycles ×: 0 to 5 cycles
[Evaluation of processing capacity]
A: Powdered polysilane was not observed at all, and a hard film was adhered and deposited.
○: A slight amount of powdery polysilane was observed, and a hard film was adhered and deposited.
Δ: Powdery polysilane adhered and deposited at a rate of about 30% and a hard film at a rate of about 70%.
[0032]
As shown in Table 1, it was demonstrated that by using a heating element containing phosphorus atoms, the number of times until the heating element in repeated use was broken, that is, the life was long and the durability was excellent. At the same time, it was proved that excellent results can be obtained by using a heating element containing phosphorus atoms from the viewpoint of the situation of sub-deposits adhering to the inner wall portion of the exhaust pipe 103.
[0033]
(Example 2)
A deposited film was formed in the same manner as in Example 1 except that different heating elements having different phosphorus atom contents were used, and the dependency of the heating elements on the phosphorus atom content was examined. Specifically, six types of wire materials (matrix materials) having a phosphorus atom content of 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.5%, 1%, 5% (atomic composition ratio) : Any one of chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium, and hafnium), and each wire material had the same diameter of 0.2 mm.
[0034]
Similar to the procedure in Example 1 and Comparative Example 1, the discharge treatment for 10 hours is taken as one cycle, and the number of repetitions until the heating element is damaged is compared. A comparison was made. The results are shown in Table 2.
[0035]
[Table 2]

[0036]
The evaluation criteria in Table 2 are the same as in Table 1.
[0037]
As shown in Table 2, it was proved that the durability of the heating element in repeated use was excellent by using the heating element having a phosphorus atom content of 0.1% or more. At the same time, from the viewpoint of the state of the sub-deposits adhering to the inner wall portion of the exhaust pipe 103, an excellent effect can be obtained by using a heating element having a phosphorus atom content of 0.1% or more. Proven.
[0038]
(Example 3)
A tungsten wire material having a phosphorus atom content of 1% (atomic composition ratio) and a diameter of 0.2 mm is used, and the AC voltage applied to the wire material is changed to change the temperature of the wire material, that is, the heating element. The temperature dependency of the heating element was examined. The heating element layout, device configuration, and discharge conditions were the same as in Example 1. The temperature of the heating element is six types of 300 ° C., 500 ° C., 600 ° C., 800 ° C., 1000 ° C., and 1200 ° C., and the heating element is damaged in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1. The number of continuous 10-hour discharge treatments was compared. At the same time, a comparison was made of the secondary deposits adhering to the inner wall surface of the exhaust pipe 103. The results are shown in Table 3.
[0039]
[Table 3]

[0040]
The evaluation criteria for the processing capacity in the table are the same as those in Table 1.
[0041]
As shown in Table 3, in the temperature region where the temperature of the wire material, that is, the heating element is 500 ° C. or more, the heating element according to the present invention has been demonstrated to have a large number of repetitions until failure, that is, has a long life, It has been found that by setting the temperature of the heating element to 500 ° C. or higher, a result with excellent processing ability can be obtained.
[0042]
【The invention's effect】
According to the processing apparatus of the present invention, unreacted gas, by-products, etc. contained in the exhaust gas exhausted from the reaction chamber in the exhaust gas exhausted from the reaction chamber in the substrate processing such as formation of a functional deposition film or etching. is formed in the exhaust pipe in the wall surface when passing want earthenware pots by-deposits, it is well decomposed to be deposited as a film of a hard, performing the original processing for a long time by preventing the clogging of the exhaust pipe opening Can do.
[0043]
In addition, since the heating element installed in the exhaust path has high durability, the number of maintenance of the heating element unit is reduced, and the operating rate of the apparatus can be improved.
[0044]
Furthermore, it is possible to prevent adhering deposits to L-type valves provided in the middle of the exhaust pipe, conductance adjustment valves, pressure gauges, etc., and to maintain the function for a long time. Periodic maintenance work that has been performed in the past becomes unnecessary.
[0045]
Furthermore, it is possible to prevent admixture of by-products from vacuum pumps such as rotary pumps used as exhaust means, and it is possible to maintain the exhaust capacity of the pump body for a long time, greatly increasing the frequency of pump failures. It becomes possible to decrease.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a plasma CVD apparatus which is a processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of a heating element used in the present invention.
FIG. 3 is a view showing another example of the structure of the heating element used in the present invention.
FIG. 4 is a view showing another example of the structure of the heating element used in the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing another example of the structure of the heating element used in the present invention.
[Explanation of symbols]
100 reaction chamber 101 substrate 102 gas mixing equipment 103 exhaust pipe 104 cathode electrode 105 heater unit 106 high frequency power source 107 heating element unit 108 exhaust pump unit 109 gas introduction pipe 110 exhaust gas pipe 111 high frequency application cable 112 discharge space 113 pressure gauge 114 Conductance Adjustment Valve 115 AC Power Source 116 AC Application Cable 200 Insulating Plate Material 201 Wire Heating Element 203 Coiled Heating Element 204 Insulating Bar Material 205 Bar Heating Element 206 Conductive Electrode Material 207 Tape Heating Element 208 Conductive Electrode Material

Claims

A processing apparatus having a processing space for processing a substrate or a film and an evacuation unit for evacuating the processing space, wherein the processing space and the evacuation unit communicate with each other from the processing space. It has a chemical reaction generating means for causing a chemical reaction in at least one of the unreacted gas and by-product to be exhausted, and the chemical reaction generating means is at least chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, titanium A processing apparatus comprising: a heating element formed of any one of zirconium, hafnium as a base material and containing phosphorus atoms.

The processing apparatus according to claim 1, wherein the amount of phosphorus atoms contained in the heating element is 0.1% or more by atomic composition ratio with respect to all atomic components constituting the heating element.

The processing apparatus according to claim 1, wherein the heating element is installed in an exhaust passage for unreacted gas and by-products in the exhaust path.