JP4461507B2

JP4461507B2 - Deposition equipment

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Publication number: JP4461507B2
Application number: JP15687199A
Authority: JP
Inventors: 昌彦松土
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: TW484175B; JP2000345343A; WO2000075971A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に成膜処理を施すための成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ表面に配線パターンを形成するために或いは配線間等の凹部を埋め込むためにＷ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等の金属或いは金属化合物を堆積させて薄膜を形成することが行なわれている。
これらの成膜を行なうには、ＷＦ₆ 、ＴｉＣｌ₄ 、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 等のハロゲン化合物よりなる腐食性の強いガスが用いられ、また、使用するガス種によってはＨＣｌ等の腐食性ガスが発生する。
【０００３】
また、同一成膜装置内である程度の枚数のウエハに対して成膜処理を行なうと、剥がれるとパーティクルの原因となる不要な膜が内部に付着するので、この不要な膜を除去するために、定期的に、或いは不定期的にクリーニング操作が行なわれる。このクリーニング操作もＣｌＦ系ガスやＨＦ系ガスなどの腐食性の強いガスが用いられる。例えばＷＦ₆ （六フッ化タングステン）やＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ （ジクロルシラン）を用いてタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）を成膜するにはプロセスは５００〜６００℃程度の高温域で行なわれ、また、不要なタングステンシリサイド膜を除去するには、クリーニングガスとしてＣｌＦ₃ ガスを用い、２００〜２５０℃程度の温度域でクリーニングを行なう。この際、不要なタングステンシリサイド膜はＣｌＦ₃ ガスと発熱反応して除去されて行く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように腐食性の強いガスは、成膜装置内の各種の部品にも作用し、この表面を腐食させて寿命を短くするという問題があった。この腐食反応は、部品の温度が高い程進行が早いので、その分、部品の短寿命化が加速されてしまう。この点について、図８を参照して説明する。
図８は従来の一般的な成膜装置を示す概略構成図である。この成膜装置は、真空引き可能になされた処理容器２を有している。この処理容器２内には、円筒状のリフレクタ４に支持された、例えばアモルファスカーボン製の載置台６が設置されており、この上面に半導体ウエハＷを載置するようになっている。この載置台６の下方の容器底部には、例えば石英ガラス製の透過窓８が設けられており、更に下方に回転可能に配置された複数の加熱ランプ１０からの熱線を透過して載置台６及び半導体ウエハＷを加熱するようになっている。
【０００５】
また、上記載置台６の外側には、整流孔１２を有する例えばアルミニウム製或いは石英製のリング状のアタッチメント部材１４が容器内周壁との間で設けられている。そして、載置台６の周縁部の段部と上記アタッチメント部材１４の内周側の段部との間を掛け渡すようにして例えばアモルファスカーボン製のシールドリング１６が設置されており、このシールドリング１６の作用により、ウエハ表面上に厚さが均一な膜を堆積させるようになっている。そして、この載置台６に対向する容器天井部には、処理容器２内へ必要な成膜ガスを導入するために、例えばアルミニウム製或いはニッケル製のシャワーヘッド部１８が設けられている。
このような成膜装置において、主として処理容器２内の部品、特に、高温状態に晒される部品、例えば載置台６やその外周のシールドリング１６やシャワーヘッド部１８等の表面が強く腐食される、という問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器内の部品の表面粗さを大きくすることにより、耐腐食性を向上させて長寿命化を図ることができる成膜装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設置した載置台上に被処理体を載置し、前記処理容器内に腐食性の成膜ガスを導入して成膜処理を施すようにした成膜装置において、前記処理容器内に設けた部品の材料はアモルファスカーボンであり、前記アモルファスカーボンは、ブラスト処理により平均表面粗さが３．０〜７．４μｍの範囲内に設定された後に、酸素存在下のプラズマエッチング処理が施されていることを特徴とする成膜装置である。
このように、処理容器内に設けた部品の材料はアモルファスカーボンであり、アモルファスカーボンは、ブラスト処理により平均表面粗さが３．０〜７．４μｍの範囲内に設定された後に、酸素存在下のプラズマエッチング処理が施されていることにより、表面粗さが大きくなり、この結果、単位面積当たりの不要な膜の成膜量が少なくなって、クリーニング時にその部分の発熱量が少なくなり、或いは表面温度が低くなり、この結果、耐腐食性を向上させることが可能となる。
このような部品は、例えば載置台やシールドリングである。
【０００７】
請求項４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設置した載置台上に被処理体を載置し、前記処理容器内に成膜ガスを導入して成膜処理を施す際に腐食性のガスを発生する成膜装置において、前記処理容器内に設けた部品の材料はアモルファスカーボンであり、前記アモルファスカーボンは、ブラスト処理により平均表面粗さが３．０〜７．４μｍの範囲内に設定された後に、酸素存在下のプラズマエッチング処理が施されていることを特徴とする成膜装置である。
請求項７に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設置した載置台上に被処理体を載置し、前記処理容器内に成膜ガスを導入して成膜処理を施すようにすると共に、クリーニングにおいて腐食性ガスを用いるようにした成膜装置において、前記処理容器内に設けた部品の材料はアモルファスカーボンであり、前記アモルファスカーボンは、ブラスト処理により平均表面粗さが３．０〜７．４μｍの範囲内に設定された後に、酸素存在下のプラズマエッチング処理が施されていることを特徴とする成膜装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜装置を示す断面構成図、図２は図１中の載置台とその周辺部分を示す部分拡大図、図３は図１中のＡ部を示す拡大図である。この成膜装置２０は、例えばアルミニウム等により円筒状或いは箱状に成形された処理容器２２を有しており、この処理容器２２内には、処理容器底部より起立させた円筒状のアルミニウム製のリフレクタ２４上に、被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台２６が設けられている。
【０００９】
この載置台２６の下方には、複数本、例えば３本（図示例では２本のみ記す）のリフタピン２８が支持部材３０に対して上方へ起立させて設けられており、この支持部材３０を処理容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒３２により上下動させることにより、上記リフタピン２８を載置台２６に貫通させて設けたリフタピン穴３４に挿通させてウエハＷを持ち上げ得るようになっている。
上記押し上げ棒３２の下端は、処理容器２２において内部の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ３６を介してアクチュエータ３８に接続されている。
【００１０】
また、載置台２６の直下の処理容器底部には、石英ガラス等の熱線透過材料よりなる透過窓４０が気密に設けられており、この下方には、透過窓４０を囲むように箱状の加熱室４２が設けられている。この加熱室４２内には加熱手段として複数個の加熱ランプ４４が反射鏡も兼ねる回転台４６に取り付けられており、この回転台４６は、回転軸を介して加熱室４２の底部に設けた回転モータ４８により回転される。従って、この加熱ランプ４４より放出された熱線は、透過窓４０を透過して載置台２６の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。尚、加熱手段として加熱ランプ４４に替えて、抵抗加熱ヒータを載置台２６内に埋め込むようにして設けるようにしてもよい。
【００１１】
また、載置台２６の外周側には、多数の整流孔５０を有する例えばアルミニウム製のリング状のアタッチメント部材５２が、支持コラム５４により支持させて設けられている。
そして、上記載置台２６は、例えば厚さが２ｍｍ程度の円板状の例えばアモルファスカーボンよりなり、その周縁部は角部をリング状に削り取ることにより成形された段部５６が形成されている。また、この外周に隣接されたアタッチメント部材５２の内周部にもリング状に削り取られた段部５９が形成されている。そして、これら段部５６、５９間に掛け渡されるようにしてリング状のシールドリング５８が設けられており、この作用によりウエハＷの表面に堆積する膜の厚さの面内均一性を向上し得るようになっている。このシールドリング５８の材料は、上記載置台２６と同様に、例えばアモルファスカーボンよりなる。尚、載置台２６やシールドリング５８の材料としては、上記アモルファスカーボンの他に、ＡｌＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等も用いることができる。
【００１２】
また、上記アタッチメント部材５２の下方の底部には排気口６０が設けられ、この排気口６０には図示しない真空ポンプに接続された排気路６２が接続されており、処理容器２２内を所定の真空度に維持し得るようになっている。また、処理容器２２の側壁には、ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ６４が設けられる。
【００１３】
一方、上記載置台２６と対向する処理容器天井部には、処理ガス等を処理容器２２内へ導入するためのシャワーヘッド部６６が設けられている。具体的には、このシャワーヘッド部６６は、例えばアルミニウム等により円形箱状に成形されたヘッド本体６８を有し、この天井部にはガス導入口７０が設けられている。
このガス導入口７０には、図示しないガス通路を介して成膜に必要なガス、例えばＷＦ₆ 、ＳｉＣｌ₂ Ｈ₂、Ｈ₂ 、Ｎ₂ 、Ａｒ等のガス源が接続されており、流量制御可能に供給できるようになっている。
上記ヘッド本体６８の下部には、ヘッド本体６８内へ供給されたガスを処理空間Ｓへ放出するための多数のガス噴射孔７４が面内の略全体に配置されており、ウエハ表面に亘ってガスを放出するようになっている。
【００１４】
また、ヘッド本体６８内には、多数のガス分散孔７６を有する拡散板７８が配設されており、ウエハ面に、より均等にガスを供給するようになっている。
そして、本発明では、上記処理容器２２内の部品の表面粗さを、この部品が標準的に用いられていた時の表面粗さよりも大きく設定されている。具体的には、本実施例では図２に示すように、載置台２６の上面（載置面）２６Ａ及びシールドリング５８の表面５８Ａは、その表面粗さが通常の標準的に用いられる時の表面粗さよりも大きくなされて凹凸８０、８２が形成されている。同様に、図３に示すように、シャワーヘッド部６６の下面（噴射面）６６Ａは、その表面粗さが通常の標準的に用いられる時の表面粗さよりも大きくなされて凹凸８４が形成されている。尚、シャワーヘッド部６６の下面のみならず、側面の表面粗さも大きくするようにしてもよい。このように表面粗さを大きくすることにより、後述するように耐腐食性を向上させることが可能となる。図４は、上記各部品２６、５８、６６の表面の凹凸８０、８２、８４の状態を模式的に示した拡大図であり、表面粗さが大きく設定されている。
【００１５】
上記載置台２６やシールドリング５８やシャワーヘッド部６６等の各部品の表面粗さを大きくするには、例えば所定の粒径のアルミナ系粒子を用いて表面をブラスト処理すればよい。また、表面粗さをコントロールするには、用いるアルミナ系粒子の粒径を選択すればよい。
この場合、例えば材料としてアモルファスカーボンを載置台２６やシールドリング５８として用いた時には、標準品の表面粗さは１．７μｍ前後なので、ここではその表面粗さは３．０〜１０．０程度の範囲内に設定する。
また、例えば材料としてアルミニウムをシャワーヘッド部６６として用いた場合には、標準品の表面粗さは０．４μｍ程度なので、ここではその表面粗さは０．７〜２．４μｍ程度の範囲内に設定する。
【００１６】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる成膜処理について説明する。
まず、クリーニング処理後の成膜装置、或いは装置組み立て直後の成膜装置内では、各種の部材の材料が剥き出し状態になっているので、この状態では直接ウエハ表面に成膜処理を行なわず、処理容器２２内の部品表面に成膜材料と同じ薄膜を施すプリコート処理を行なう。このプリコート処理では、載置台２６上にはウエハＷを載置しない状態にしてプロセス時と同様なガス種を流し、プロセス圧力及びプロセス温度等の各種のプロセス条件を、例えば実際の成膜時と同じプロセス条件として、処理容器２２の内壁面、載置台２６、シールドリング５８及びシャワーヘッド部６６等の表面に、ここでは例えばタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）の薄膜をプリコートして、処理容器２２の内部環境を整えて再現性を高く維持する。このようにして、プリコート処理を行なったならば、次に、半導体ウエハＷの表面に実際に膜を堆積させる成膜処理を行なう。
まず、処理容器２２の側壁に設けたゲートバルブ６４を開いて搬送アームにより処理容器２２内にウエハＷを搬入し、リフタピン２８を押し上げることによりウエハＷをリフタピン２８側に受け渡す。そして、押し上げ棒３２を下げることによってリフタピン２８を降下させ、ウエハＷを載置台２６上に載置する。
【００１７】
次に、図示しない処理ガス源から処理ガスとしてＷＦ₆ ，ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 等の成膜に必要なガスをシャワーヘッド部６６へ所定量ずつ供給して混合し、これをヘッド本体６８の下面のガス噴射孔７４から処理容器２２内へ略均等に供給する。これと同時に、排気口６０から内部雰囲気を吸引排気することにより処理容器２２内を所定の真空度に設定し、且つ載置台２６の下方に位置する加熱ランプ４４を回転させなが駆動し、熱エネルギを放射する。
放射された熱線は、透過窓４０を透過した後、載置台２６の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台２６は非常に薄いことから迅速に加熱され、従って、この上に載置してあるウエハＷを迅速に所定の温度まで加熱することができる。供給された混合ガスは所定の化学反応を生じ、成膜条件に応じて例えばタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）の膜がウエハ表面に堆積し、形成されることになる。
【００１８】
この成膜処理時のプロセス条件に関しては、プロセス圧力が例えば０．１〜５Ｔｏｒｒ程度、プロセス温度が５００〜６００℃程度である。
このような成膜処理を、多数枚、例えば２５枚のウエハに対して連続的に行なうが、この連続処理の間に、処理容器２２内の各部品の表面にも剥がれるとパーティクル等の原因となる不要な膜が付着するので、これを除去するために、次にクリーニング処理を行なう。
このクリーニング処理においては、クリーニングガスとして例えばＣｌＦ₃ ガスをシャワーヘッド部６６から処理容器２２内へ流して、各部品の表面に堆積している不要なタングステンシリサイド膜を、クリーニングガスとの発熱反応により気化させて除去する。このクリーニング処理時には、載置台２６の温度をクリーニングに最適な、例えば２００〜２５０℃程度の温度に維持する。
【００１９】
そして、このクリーニング処理が完了したならば、再度、前述したプリコート処理を行なった後に、半導体ウエハへの成膜処理を行なう。以下は上述した各工程を繰り返し行なうことになる。
さて、このような一連の処理において、処理容器２２内の各部品は腐食性ガスに晒されて、その表面が腐食される傾向にある。例えば成膜中においては、各部品は成膜反応によって生じたＨＣｌガスやＣｌガス等の腐食性の強い腐食性ガスに晒され、また、クリーニング処理時には腐食性の強いクリーニングガス（ＣｌＦ₃ ）自体に晒されて、損傷を受け易くなっている。
しかしながら、本実施例においては、載置台２６、シールドリング５８及びシャワーヘッド部６６等の各部品は、その表面粗さが標準的に用いられていた時の表面粗さよりも大きく設定されているので、耐食され難くなって耐腐食性が大幅に向上しており、その長寿命化を図ることが可能となる。
【００２０】
このように、表面粗さを大きくすることにより、表面が腐食され難くなる理由は、表面粗さが小さい場合には単位面積当たりの成膜量が多くて、クリーニング時にその反応に伴う発熱量も多くなって腐食し易くなるのに対して、表面粗さが大きい場合には、単位面積当たりの成膜量が小さくなってその反応に伴う発熱量も少なくなって腐食し難くなる、と推測される。
また、他の理由としては、特に、クリーニング処理時には、各部品の表面のアモルファスカーボンがＣｌＦ₃ ガスと反応してフッ化カーボンが生成されるが、この時の熱応力が小さくなくなるからであると推測される。すなわち、クリーニング処理中に発生するフッ素ガスと載置台２６、シールドリング５８等からのカーボンとが反応してフッ化カーボンを作り、このフッ化カーボンが各部品の表面に生成されて、このフッ化カーボンと下地であるアモルファスカーボンとの熱膨張係数が異なるために応力歪みを生ずるが、上述のように表面粗さが大きいと表面積が大きくなって熱の分散が起こってその表面温度が低くなってここに生成されるフッ化カーボンの量も少なくなり、その結果、応力歪みも小さくなるからであると推測される。また、このように表面粗さが大きいと、応力歪みを緩衝する効果も大きくなると推測される。
【００２１】
また、特に、載置台２６の表面粗さを大きくすることにより、これとウエハ裏面との接触面積がその分低減できるので、ウエハ裏面に付着するパーティクルの量もその分少なくすることが可能となる。
上記実施例では、各部品２６、５８、６６の表面に単にブラスト処理等を施すことにより表面粗さを大きく設定した場合を例にとって説明したが、この表面にプラズマエッチング処理、例えばＯ₂ 存在下のプラズマエッチング処理を施すことにより、図５に示すように、各部品２６、５８、６６の凹凸表面の凸部の頂上部をある程度削り取るようにしてもよい。これによれば、表面の耐腐食性を一層向上させることが可能となる。
【００２２】
次に、平均表面粗さが種々異なるテストピースを用いて実施例１〜５及び比較例１、２について実際に耐腐食性に対する評価を行なったので、その結果について説明する。
図６はその評価結果を示す図である。図中において、テストピースの材料は全てアモルファスカーボンを用いており、実施例１〜５において、その平均表面粗さＲａを３．０〜７．４まで種々変更している。また、実施例５は、実施例１で用いたテストピースの表面にＯ_２プラズマエッチング処理を施している。比較例１の平均表面粗さＲａは１．７μｍであって、この値はアモルファスカーボン製部品（載置台、シールドリング等）の従来の一般的な平均表面粗さであり、いわゆる標準品である。また、比較例２の平均表面粗さＲａは０．５μｍであり、略鏡面状態に仕上げられている。評価については、プリコート処理＋２５枚のウエハ成膜処理＋ＣｌＦ_３クリーニング処理を１サイクルとして行ない、何サイクルでテストピースの表面にダメージが生じたかを目視により観察して行なった。
【００２３】
また、テストピースの表面にカーボンテープを接着してこれを剥がすことによりパウダ状の粒子の発生の有無を評価した。
図示するように、比較例１で示す平均表面粗さが１．７μｍの標準品の場合には、耐久サイクル数は１６回であり、また、パウダ粒子の剥がれも存在して好ましくなかった。また、比較例２で示す平均表面粗さが０．５μｍ（略鏡面状態）の場合には、耐久サイクル数はたった４回で表面荒れが生じており、また、パウダ粒子の剥がれも存在して耐腐食性は劣化しており、更に好ましくなかった。
これに対して、平均表面粗さを３．０以上とした実施例１〜５の場合には、耐久サイクル数は比較例１、２よりも大きくなって１９〜４０回まで上昇しており、耐腐食性が向上して好ましいことが判明する。ここで実施例２〜４については、耐久サイクル数は４０回となっているが、耐久性に関してはこの回数で十分なので、これ以上の回数のテストを中止しているためであり、実際には耐久サイクル数は更に大きくなると思われる。
【００２４】
また、実施例１では、パウダ粒子の剥がれがあり、実施例２、３では、パウダ粒子の剥がれが若干であり、更に、実施例４ではパウダ粒子の剥がれがなくなっており、従って、平均表面粗さが大きい程、耐腐食性が向上している。ただし、平均表面粗さが１０．０μｍを超えるとテストピースの凹凸表面の凸部の頂点に堆積している膜が剥離してパーティクル発生原因となるので、平均表面粗さの上限は１０．０μｍ程度である。従って、部品の材料としてアモルファスカーボンを用いた場合には、その平均表面粗さは３．０〜１０．０μｍの範囲内が好ましいことが判明した。この平均表面粗さの範囲は、アモルファスカーボン以外の他の材料にも適用でき、標準品の平均表面粗さの１．７６（＝３．０／１．７）〜５．８８（＝１０．０／１．７）倍の範囲内の平均表面粗さの部品を用いればよいことになる。
【００２５】
また、実施例１と実施例５とを比較すると明らかなように、同じ平均表面粗さでも、実施例５のようにその表面にプラズマエッチング処理を施すことにり、耐久サイクル数は１９回から２３回まで延び、更に、パウダ粒子の表面剥がれもなくなっており、耐腐食性をより向上できることが判明した。
図７（Ａ）は平均表面粗さが４．３μｍの実施例２の表面の実験前後の電子顕微鏡写真を示すが、これによれば、実験後には表面全体に細かなカーボン片が見られて剥がれ落ちていない様子が観察できた。これに対して、図７（Ｂ）は平均表面粗さが１．７μｍの比較例１の表面の実験前後の電子顕微鏡写真を示すが、これによれば、実験後には、表面でカーボンが抜け落ちたように凹凸が広がっている様子が観察できた。
尚、上記実施例では成膜ガスとしてＷＦ_６やＳｉＨ_２Ｃｌ_２を用い、クリーニングガスとしてＣｌＦ_３ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これらのガスに限定されるものではない。また、被処理体としても半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも本発明装置を適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器内に設けた部品の材料はアモルファスカーボンであり、アモルファスカーボンは、ブラスト処理により平均表面粗さが３．０〜７．４μｍの範囲内に設定された後に、酸素存在下のプラズマエッチング処理が施されていることにより、表面粗さが大きくなり、この結果、単位面積当たりの不要な膜の成膜量が少なくなって、クリーニング時にその部分の発熱量が少なくなり、或いは表面温度が低くなり、この結果、耐腐食性を向上させることができる。
また、更に表面にプラズマエッチング処理を施すことにより、耐腐食性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置を示す断面構成図である。
【図２】図１中の載置台とその周辺部分を示す部分拡大図である。
【図３】図１中のＡ部を示す拡大図である。
【図４】処理容器内の各部品の表面の凹凸の状態を模式的に示した拡大図である。
【図５】プラズマエッチング処理により部品の凹凸表面の凸部の頂上部を削り取った状態を示す拡大図である。
【図６】本発明の実施例と比較例の耐腐食性の評価結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例と比較例の部品の表面の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図８】従来の一般的な成膜装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２０成膜装置
２２処理容器
２６載置台（部品）
４０透過窓
４４加熱ランプ
５８シールドリング（部品）
６６シャワーヘッド部（部品）
６８ヘッド本体
７４ガス噴射孔
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus for performing a film forming process on a semiconductor wafer or the like.
[0002]
[Prior art]
In general, in the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, W (tungsten), WSi (tungsten silicide), Ti (in order to form a wiring pattern on the surface of a semiconductor wafer, which is an object to be processed, or to fill a recess such as between wirings. Thin films are formed by depositing metals or metal compounds such as titanium), TiN (titanium nitride), and TiSi (titanium silicide).
In order to form these films, a highly corrosive gas composed of a halogen compound such as WF ₆ , TiCl ₄ , SiH ₂ Cl ₂ is used. Depending on the type of gas used, a corrosive gas such as HCl is generated. To do.
[0003]
In addition, when a film forming process is performed on a certain number of wafers in the same film forming apparatus, an unnecessary film that causes particles adheres to the inside if it is peeled off.To remove this unnecessary film, The cleaning operation is performed regularly or irregularly. This cleaning operation also uses a highly corrosive gas such as ClF gas or HF gas. For example, in order to form tungsten silicide (WSix) using WF ₆ (tungsten hexafluoride) or SiH ₂ Cl ₂ (dichlorosilane), the process is performed in a high temperature range of about 500 to 600 ° C. and unnecessary tungsten. In order to remove the silicide film, cleaning is performed in a temperature range of about 200 to 250 ° C. using ClF ₃ gas as a cleaning gas. At this time, the unnecessary tungsten silicide film is removed by an exothermic reaction with the ClF ₃ gas.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, as described above, the highly corrosive gas acts on various components in the film forming apparatus, and there is a problem that the surface is corroded to shorten the life. This corrosion reaction progresses faster as the temperature of the part increases, and accordingly, shortening of the life of the part is accelerated. This point will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional general film forming apparatus. This film forming apparatus has a processing container 2 that can be evacuated. In this processing container 2, a mounting table 6 made of, for example, amorphous carbon supported by a cylindrical reflector 4 is installed, and a semiconductor wafer W is mounted on the upper surface thereof. A transmission window 8 made of, for example, quartz glass is provided at the bottom of the container below the mounting table 6. Further, the mounting table 6 transmits heat rays from a plurality of heating lamps 10 rotatably disposed below. And the semiconductor wafer W is heated.
[0005]
Further, on the outside of the mounting table 6, for example, an aluminum or quartz ring-shaped attachment member 14 having a rectifying hole 12 is provided between the container inner peripheral wall. A shield ring 16 made of, for example, amorphous carbon is installed so as to span between the step on the peripheral edge of the mounting table 6 and the step on the inner periphery of the attachment member 14. As a result, a film having a uniform thickness is deposited on the wafer surface. In order to introduce a necessary film forming gas into the processing container 2, for example, an aluminum or nickel shower head 18 is provided on the container ceiling facing the mounting table 6.
In such a film forming apparatus, mainly the components in the processing container 2, particularly the components exposed to a high temperature state, for example, the surface of the mounting table 6, the shield ring 16 on the outer periphery thereof, the shower head unit 18, etc. are strongly corroded. There was a problem.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of improving the corrosion resistance and extending the life by increasing the surface roughness of the components in the processing container.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, an object to be processed is mounted on a mounting table installed in a processing container that can be evacuated, and a corrosive film forming gas is introduced into the processing container to form a film. In the film forming apparatus adapted to perform the processing, the material of the component provided in the processing container is amorphous carbon, and the amorphous carbon has a mean surface roughness of 3.0 to 7.4 μm by blast processing. The film forming apparatus is characterized in that after being set in, a plasma etching process in the presence of oxygen is performed .
As described above, the material of the parts provided in the processing container is amorphous carbon, and the amorphous carbon is set in the range of 3.0 to 7.4 μm by blasting , and then in the presence of oxygen. As a result, the surface roughness is increased, resulting in a reduction in the amount of unnecessary film formed per unit area, and a reduction in the amount of heat generated during cleaning, or The surface temperature is lowered, and as a result, the corrosion resistance can be improved.
Such a component is, for example, a mounting table or a shield ring.
[0007]
According to a fourth aspect of the present invention, when an object to be processed is mounted on a mounting table installed in a processing container that can be evacuated and a film forming gas is introduced into the processing container, a film forming process is performed. In the film forming apparatus that generates corrosive gas, the material of the parts provided in the processing container is amorphous carbon, and the amorphous carbon has an average surface roughness of 3.0 to 7.4 μm by blasting . The film forming apparatus is characterized in that after being set within the range, a plasma etching process in the presence of oxygen is performed .
According to the seventh aspect of the present invention, the object to be processed is mounted on a mounting table installed in a processing container that can be evacuated, and a film forming gas is introduced into the processing container to perform a film forming process. In addition, in the film forming apparatus in which corrosive gas is used for cleaning, the material of the parts provided in the processing container is amorphous carbon, and the amorphous carbon has an average surface roughness of 3. The film forming apparatus is characterized in that after being set in a range of 0 to 7.4 μm , a plasma etching process in the presence of oxygen is performed .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a film forming apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged view showing a mounting table and its peripheral portion in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view showing a portion A in FIG. . The film forming apparatus 20 has a processing container 22 formed into a cylindrical shape or a box shape by using aluminum or the like, for example, and the processing container 22 is made of cylindrical aluminum made upright from the bottom of the processing container. On the reflector 24, a mounting table 26 for mounting a semiconductor wafer W as an object to be processed is provided.
[0009]
Below the mounting table 26, a plurality of, for example, three (only two in the illustrated example) lifter pins 28 are erected upward with respect to the support member 30, and the support member 30 is processed. The wafer W can be lifted by moving the lifter pin 28 through the lifter pin hole 34 penetrating the mounting table 26 by moving it up and down by a push-up bar 32 penetrating the bottom of the container.
The lower end of the push-up bar 32 is connected to an actuator 38 via a bellows 36 that can be expanded and contracted in order to maintain an internal airtight state in the processing container 22.
[0010]
In addition, a transmission window 40 made of a heat ray transmission material such as quartz glass is airtightly provided at the bottom of the processing vessel immediately below the mounting table 26, and a box-shaped heating is provided below the transmission window 40 so as to surround the transmission window 40. A chamber 42 is provided. In the heating chamber 42, a plurality of heating lamps 44 are attached as a heating means to a rotating table 46 that also serves as a reflecting mirror. The rotating table 46 is a rotation provided at the bottom of the heating chamber 42 via a rotating shaft. It is rotated by a motor 48. Accordingly, the heat rays emitted from the heating lamp 44 can pass through the transmission window 40 and irradiate the lower surface of the mounting table 26 to heat it. Instead of the heating lamp 44 as a heating means, a resistance heater may be provided so as to be embedded in the mounting table 26.
[0011]
Further, on the outer peripheral side of the mounting table 26, for example, an aluminum ring-shaped attachment member 52 having a large number of rectifying holes 50 is supported by a support column 54.
The mounting table 26 is made of, for example, disk-shaped amorphous carbon having a thickness of about 2 mm, for example, and a peripheral portion is formed with a step portion 56 formed by scraping the corner portion into a ring shape. In addition, a stepped portion 59 cut into a ring shape is also formed on the inner peripheral portion of the attachment member 52 adjacent to the outer periphery. A ring-shaped shield ring 58 is provided so as to span between the step portions 56 and 59, and this action improves the in-plane uniformity of the thickness of the film deposited on the surface of the wafer W. To get. The material of the shield ring 58 is made of, for example, amorphous carbon, like the mounting table 26 described above. In addition to the amorphous carbon, AlN, Al ₂ O ₃ , SiC, SiO ₂ , Si ₃ N _4, etc. can be used as the material for the mounting table 26 and the shield ring 58.
[0012]
In addition, an exhaust port 60 is provided at the bottom below the attachment member 52, and an exhaust path 62 connected to a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 60 so that the inside of the processing container 22 has a predetermined vacuum. Can be maintained at any time. Further, a gate valve 64 that is opened and closed when a wafer is carried in and out is provided on the side wall of the processing container 22.
[0013]
On the other hand, a shower head 66 for introducing a processing gas or the like into the processing container 22 is provided on the processing container ceiling facing the mounting table 26. Specifically, the shower head portion 66 has a head main body 68 formed in a circular box shape by, for example, aluminum, and a gas inlet 70 is provided in the ceiling portion.
A gas source such as WF ₆ , SiCl ₂ H ₂ , H ₂ , N ₂ , Ar, or the like is connected to the gas inlet 70 through a gas passage (not shown). It can be supplied as possible.
A large number of gas injection holes 74 for discharging the gas supplied into the head main body 68 to the processing space S are arranged in substantially the entire surface in the lower part of the head main body 68 and extend over the wafer surface. The gas is released.
[0014]
A diffusion plate 78 having a large number of gas dispersion holes 76 is disposed in the head main body 68 so as to supply gas more evenly to the wafer surface.
And in this invention, the surface roughness of the components in the said processing container 22 is set larger than the surface roughness at the time of this components being used normally. Specifically, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the upper surface (mounting surface) 26 </ b> A of the mounting table 26 and the surface 58 </ b> A of the shield ring 58 are used when the surface roughness is normally used as a standard. Concavities and convexities 80 and 82 are formed to be larger than the surface roughness. Similarly, as shown in FIG. 3, the lower surface (injection surface) 66A of the shower head portion 66 has a surface roughness larger than that of a normal standard surface used to form irregularities 84. Yes. The surface roughness of the side surface as well as the lower surface of the shower head 66 may be increased. By increasing the surface roughness in this way, it becomes possible to improve the corrosion resistance as will be described later. FIG. 4 is an enlarged view schematically showing the state of the irregularities 80, 82, 84 on the surfaces of the components 26, 58, 66, and the surface roughness is set to be large.
[0015]
In order to increase the surface roughness of each component such as the mounting table 26, the shield ring 58, and the shower head 66, the surface may be blasted using alumina particles having a predetermined particle size, for example. Moreover, what is necessary is just to select the particle size of the alumina type particle | grains to use in order to control surface roughness.
In this case, for example, when amorphous carbon is used as the material for the mounting table 26 or the shield ring 58, the surface roughness of the standard product is around 1.7 μm, so the surface roughness is about 3.0 to 10.0 here. Set within the range.
For example, when aluminum is used as the material for the shower head portion 66, the standard product has a surface roughness of about 0.4 μm, and the surface roughness is within a range of about 0.7 to 2.4 μm. Set.
[0016]
Next, a film forming process performed using the apparatus configured as described above will be described.
First, in the film forming apparatus after the cleaning process or in the film forming apparatus just after the apparatus assembly, the materials of various members are exposed, so in this state, the film processing is not performed directly on the wafer surface. A precoating process is performed in which the same thin film as the film forming material is applied to the surface of the component in the container 22. In this pre-coating process, the wafer W is not placed on the mounting table 26 and a gas species similar to that used in the process is allowed to flow, and various process conditions such as process pressure and process temperature are set, for example, during actual film formation. As the same process condition, for example, a thin film of tungsten silicide (WSix) is pre-coated here on the inner wall surface of the processing vessel 22, the mounting table 26, the shield ring 58, the shower head portion 66, etc. To maintain high reproducibility. After the pre-coating process is performed in this manner, a film forming process for actually depositing a film on the surface of the semiconductor wafer W is performed.
First, the gate valve 64 provided on the side wall of the processing container 22 is opened, the wafer W is loaded into the processing container 22 by the transfer arm, and the lifter pin 28 is pushed up to deliver the wafer W to the lifter pin 28 side. Then, the lifter pin 28 is lowered by lowering the push-up bar 32, and the wafer W is mounted on the mounting table 26.
[0017]
Next, a gas necessary for film formation, such as WF ₆ , SiH ₂ Cl _2, or the like as a processing gas is supplied from a processing gas source (not shown) to the shower head unit 66 by a predetermined amount and mixed. The gas injection holes 74 are supplied almost uniformly into the processing container 22. At the same time, the inside atmosphere is sucked and exhausted from the exhaust port 60 to set the inside of the processing container 22 to a predetermined degree of vacuum, and the heating lamp 44 located below the mounting table 26 is driven to rotate, Radiates energy.
The radiated heat rays pass through the transmission window 40 and then irradiate the back surface of the mounting table 26 to heat it. Since the mounting table 26 is very thin, it is quickly heated. Therefore, the wafer W mounted thereon can be rapidly heated to a predetermined temperature. The supplied mixed gas causes a predetermined chemical reaction, and a tungsten silicide (WSix) film, for example, is deposited on the wafer surface in accordance with the film forming conditions.
[0018]
Regarding the process conditions during the film forming process, the process pressure is, for example, about 0.1 to 5 Torr, and the process temperature is about 500 to 600 ° C.
Such film formation processing is continuously performed on a large number of wafers, for example, 25 wafers. If the surface of each component in the processing container 22 is peeled off during the continuous processing, it may cause particles or the like. Since an unnecessary film is deposited, a cleaning process is performed to remove the unnecessary film.
In this cleaning process, for example, a ClF ₃ gas is flowed as a cleaning gas from the shower head 66 into the processing container 22, and an unnecessary tungsten silicide film deposited on the surface of each component is caused by an exothermic reaction with the cleaning gas. Evaporate and remove. During this cleaning process, the temperature of the mounting table 26 is maintained at a temperature optimum for cleaning, for example, about 200 to 250 ° C.
[0019]
When the cleaning process is completed, the pre-coating process described above is performed again, and then a film forming process is performed on the semiconductor wafer. In the following, the above-described steps are repeated.
Now, in such a series of processing, each component in the processing container 22 is exposed to corrosive gas and its surface tends to be corroded. For example, during film formation, each part is exposed to highly corrosive gas such as HCl gas and Cl gas generated by the film formation reaction, and the highly corrosive cleaning gas (ClF ₃ ) itself during the cleaning process. It is easily exposed to damage.
However, in this embodiment, the parts such as the mounting table 26, the shield ring 58, and the shower head portion 66 are set to have a surface roughness larger than the surface roughness when the surface roughness is normally used. It becomes difficult to be corrosion resistant, and the corrosion resistance is greatly improved, so that it is possible to extend its life.
[0020]
The reason why the surface becomes difficult to be corroded by increasing the surface roughness in this way is that the amount of film formation per unit area is large when the surface roughness is small, and the amount of heat generated by the reaction during cleaning is also large. It is presumed that when the surface roughness is large, the amount of film formation per unit area becomes small and the amount of heat generated by the reaction decreases, making it difficult to corrode. The
Another reason is that, particularly during the cleaning process, amorphous carbon on the surface of each component reacts with ClF ₃ gas to produce carbon fluoride, and the thermal stress at this time is not reduced. Guessed. That is, the fluorine gas generated during the cleaning process reacts with the carbon from the mounting table 26, the shield ring 58, etc. to produce carbon fluoride, which is generated on the surface of each component. Stress distortion occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between carbon and the underlying amorphous carbon. However, as described above, if the surface roughness is large, the surface area becomes large and heat is dispersed, resulting in a low surface temperature. It is presumed that the amount of carbon fluoride produced here is also reduced, and as a result, the stress strain is also reduced. In addition, when the surface roughness is large as described above, it is presumed that the effect of buffering stress strain is also increased.
[0021]
In particular, by increasing the surface roughness of the mounting table 26, the contact area between this and the back surface of the wafer can be reduced accordingly, so that the amount of particles adhering to the back surface of the wafer can be reduced accordingly. .
In the above embodiment, the case of setting a large surface roughness by performing such simple blast treatment on the surface of each part 26,58,66 is explained as an example, a plasma etching process on the surface, for example, O ₂ presence By performing this plasma etching process, as shown in FIG. 5, the tops of the convex portions of the concavo-convex surfaces of the components 26, 58, 66 may be scraped to some extent. According to this, it becomes possible to further improve the corrosion resistance of the surface.
[0022]
Next , the test results were actually evaluated for Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 using test pieces having different average surface roughness , and the results will be described.
FIG. 6 is a diagram showing the evaluation results. In the figure, the test piece material is all made of amorphous carbon. In Examples 1 to 5, the average surface roughness Ra is variously changed from 3.0 to 7.4. In Example 5, the surface of the test piece used in Example 1 was subjected to O ₂ plasma etching. The average surface roughness Ra of Comparative Example 1 is a 1.7 [mu] m, this value is a conventional one general average surface roughness of the amorphous carbon made parts (mounting table, the shield ring, etc.), so-called standards is there. The average table surface roughness Ra of Comparative Example 2 is 0.5 [mu] m, are finished in a substantially specular state. The evaluation was performed by performing pre-coating process + 25 wafer film forming process + ClF ₃ cleaning process as one cycle, and visually observing how many cycles the surface of the test piece was damaged.
[0023]
Moreover, the presence or absence of the generation | occurrence | production of the powder-like particle | grains was evaluated by adhere | attaching and peeling the carbon tape on the surface of a test piece.
As shown, when the average surface roughness be shown in Comparative Example 1 is a standard of 1.7μm, the number of endurance cycles is 16 times, also peeling of powder particles is also not favorable present. Further, when the average surface roughness shown in Comparative Example 2 is 0.5 μm (substantially mirror surface state), the surface roughness occurs when the durability cycle number is only four times, and there is also peeling of the powder particles. The corrosion resistance was deteriorated and was not preferable.
And the other hand, in the case of Examples 1 to 5 was an average surface roughness of 3.0 or more, the number of endurance cycles is increased to 19-40 times larger than the Comparative Examples 1 and 2, It turns out that the corrosion resistance is improved. Here, with respect to Examples 2 to 4, the number of endurance cycles is 40, but this number is sufficient for the endurance, so the test was stopped more than this, and actually The number of endurance cycles will be even greater.
[0024]
In Example 1, there is peeling of powder particles, in Examples 2 and 3, the peeling of the powder particles are somewhat further, and disappeared peeling of Example 4, powder particles, thus, the average surface roughness The greater the thickness, the better the corrosion resistance. However, in the film the average surface roughness is deposited on the apex of the convex portion of the uneven surface of the test piece exceeds 10.0μm is particle generation caused by peeling, the upper limit of the average surface roughness is 10 About 0.0 μm. Therefore, when using amorphous carbon as the material of the part, the average surface roughness of its proved to be preferably in the range of 3.0～10.0Myuemu. The average surface roughness of this range can also be applied to other materials than amorphous carbon, the average table surface roughness of 1.76 standard (= 3.0 / 1.7) ～5.88 (= becomes 10.0 / 1.7) to may be used fold range average surface roughness components of囲内.
[0025]
Further , as apparent from a comparison between Example 1 and Example 5, even with the same average surface roughness, the surface was subjected to plasma etching treatment as in Example 5, and the number of durability cycles was 19 times. It has been found that the surface of the powder particles is not peeled off and the corrosion resistance can be further improved.
FIG. 7A shows electron micrographs of the surface of Example 2 having an average surface roughness of 4.3 μm before and after the experiment. According to this, fine carbon pieces are seen on the entire surface after the experiment. The state where it did not peel off could be observed. In contrast, although FIG. 7 (B) shows an electron micrograph before and after the experiment an average table surface roughness Comparative Example 1 the surface of 1.7 [mu] m, according to this, after the experiment, the carbon at the surface It was possible to observe the unevenness spreading as if it had fallen off.
In the above embodiment, the case where WF ₆ or SiH ₂ Cl ₂ is used as the film forming gas and ClF ₃ gas is used as the cleaning gas has been described as an example. However, the present invention is not limited to these gases. Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and the apparatus of the present invention can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, and the like.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the film forming apparatus of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
The material of the parts provided in the processing container is amorphous carbon, and the amorphous carbon has an average surface roughness of 3. After being set within the range of 0 to 7.4 μm , the plasma etching process in the presence of oxygen is performed , resulting in an increase in surface roughness. As a result, the amount of unnecessary films formed per unit area is increased. This reduces the amount of heat generated at the time of cleaning, or lowers the surface temperature. As a result, the corrosion resistance can be improved.
Further, the corrosion resistance can be further improved by subjecting the surface to plasma etching treatment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view showing the mounting table in FIG. 1 and its peripheral part.
FIG. 3 is an enlarged view showing a part A in FIG. 1;
FIG. 4 is an enlarged view schematically showing the state of unevenness on the surface of each component in the processing container.
FIG. 5 is an enlarged view showing a state in which the top of the convex portion of the concavo-convex surface of the part is scraped off by the plasma etching process.
FIG. 6 is a diagram showing evaluation results of corrosion resistance of examples of the present invention and comparative examples.
FIG. 7 is a view showing electron micrographs of surfaces of parts of an example of the present invention and a comparative example.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional general film forming apparatus.
[Explanation of symbols]
20 Deposition apparatus 22 Processing container 26 Mounting table (parts)
40 Transmission window 44 Heating lamp 58 Shield ring (parts)
66 Shower head (parts)
68 Head body 74 Gas injection hole W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims

A film forming apparatus in which an object to be processed is mounted on a mounting table installed in a processing container that can be evacuated, and a corrosive film forming gas is introduced into the processing container to perform a film forming process. In
The material of the parts provided in the processing container is amorphous carbon, and the amorphous carbon has an average surface roughness of 3. A film forming apparatus, wherein a plasma etching process in the presence of oxygen is performed after being set within a range of 0 to 7.4 μm .

The film forming apparatus according to claim 1, wherein the component is the mounting table.

2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a shield ring is provided in the processing container so as to surround the mounting table, and the component is the shield ring.

An object to be processed is placed on a mounting table installed in a processing container that can be evacuated, and a corrosive gas is generated when a film forming gas is introduced into the processing container to perform a film forming process. In the film forming apparatus,
The material of the parts provided in the processing container is amorphous carbon, and the amorphous carbon has an average surface roughness of 3. After being set in the range of 0~7.4μ m, the film-forming apparatus characterized that you plasma etching of the presence of oxygen is applied.

The film forming apparatus according to claim 4, wherein the component is the mounting table.

The film forming apparatus according to claim 4, wherein a shield ring is provided in the processing container so as to surround the mounting table, and the component is the shield ring.

The object to be processed is placed on a mounting table installed in a processing container that can be evacuated, and a film forming gas is introduced into the processing container to perform a film forming process. In a film forming apparatus that uses gas,
The material of the parts provided in the processing vessel is amorphous carbon, and the amorphous carbon is plasma in the presence of oxygen after the average surface roughness is set in the range of 3.0 to 7.4 μm by blasting. A film forming apparatus which is subjected to an etching process .

The film forming apparatus according to claim 7, wherein the component is the mounting table.

8. The film forming apparatus according to claim 7, wherein a shield ring is provided in the processing container so as to surround the mounting table, and the component is the shield ring.