JP4999264B2 - 薄膜製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜製造装置及びその製造方法に関する。

半導体デバイスを製造するにおいて、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング、ＣＶＤ法等により成膜処理が行われるが、目的とする被成膜物以外の薄膜製造装置の内面壁、防着板あるいはカバーリング等にも付着し成膜が生じる。この付着した膜は堆積が進むと基材との間の内部応力が増大し、堆積物の剥離、脱落を生じる。この剥離物や脱落物の被成膜物への付着は、成膜の汚染となり、特に、半導体デバイス製造工程において大きな問題となっている。

このため、半導体製造装置内面及び防着板、治具等は、付着物の剥離、脱落を生じる前に、定期的に洗浄再生されている。また、付着物の剥離、脱落を防止する幾つかの方法が提案されている。例えば、特許文献１には、被処理物を処理するチャンバ内における各構造物の表面をホーニング、サンドブラスト、エッチングなどによって凹凸面状することにより、付着物との密着性をあげ、内部応力を緩和する方法が提案されている。特許文献２には、チャンバ内にプラズマ溶射膜を形成することにより付着物との密着性を上げる方法が提案されている。特許文献３は、金属性部材表面に金網を密着させその上から溶射した後、金網を引き剥がすことにより凹凸を形成する方法が提案されている。特許文献４には、第一のアルミパウダーによる溶射に次いで、第一のアルミパウダーの粒径より小さな粒径の第二のアルミパウダーを用いて溶射する方法、特許文献５では、成膜装置部品表面に格子状マスク又は連子格子マスクを介して溶射し、格子状マスク又は連子格子マスクを介して該溶射膜をブラスト処理あるいは選択的にエッチングすることにより表面粗さの最初の溶射膜の粗さより大きい凹凸を有する溶射膜を形成する方法を提案している。また、特許文献６は、表面に機械加工により凹凸を設けた成膜装置用構成部品を酸に浸漬することにより、成膜中に付着堆積する成膜材料の剥離を防止させることを開示している。特許文献６は、溶射膜に吸蔵されているガスが成膜装置内で使用中に放出されてくること等の、溶射膜の欠点を指摘している。
特開昭５８−２０２５３５号公報 特開昭６０−１２０５１５号公報 特開平１０−２０４６０４号公報 特開平１１−３４０１４３号公報 特開２００１−４９４１９号公報 特開平８−２７７４６０号公報

薄膜製造装置内壁及び部材等において、膜の剥離、脱落を起こしやすい部分は、特に、端面Ｒ部であり、従来技術では、この部分での膜の剥離、脱落を十分に防止することができなかった。特許文献１の方法では、内部応力の緩和が十分ではなく、その他の従来技術では、平面部分での内部応力の緩和には効果が確認されているが、端面Ｒ部への溶射が困難なことや、Ｒ部位で十分な凹凸を形成することが困難であった。端面Ｒ部でのより一層の剥離防止効果が望まれていた。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面に放電加工等により溝を形成し、更に該基材表面上に溶射被膜又はブラスト処理を施すことにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明は、以下の各項に示す発明に関する：
項１． 薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面に溝が形成されており、更に該基材表面上に溶射被膜又はブラスト処理が施されている、薄膜製造装置。
項２． 前記内壁及び／又は内部部材のＲ部及び／又は端面Ｒ部の基材表面に溝が形成されている、項１に記載の薄膜製造装置。
項３． 溝の深さが０．１〜３．０ｍｍであり、溝の幅が０．５〜３．０ｍｍである、項１又は２に記載の薄膜製造装置。
項４． 溝で囲まれる凸部１つの面積が１〜１６ｍｍ²である、項１〜３のいずれかに記載の薄膜製造装置。
項５． 放電加工、切削・研削加工、レーザー加工、ローレット加工及び鋳型による成形加工からなる群から選択されるいずれかの加工により溝が形成されている、項１〜４のいずれかに記載の薄膜製造装置。
項６． 溝が放電加工より形成されている、項５に記載の薄膜製造装置。
項７． 薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面に、放電加工、切削・研削加工、レーザー加工、ローレット加工及び鋳型による成形加工からなる群から選択されるいずれかの加工により溝を形成し、更に該基材表面上に溶射被膜又はブラスト処理を施すことを包含する、薄膜製造装置の製造方法。
項８． 放電加工により溝を形成する、項７に記載の方法。

本発明によって得られた薄膜製造装置は、特に内部応力の緩和に優れ、従来困難であったＲ部や端面Ｒ部位においても十分な内部応力の緩和が得られ、優れた剥離防止効果が得られる。更に、再生処理は、付着物を洗浄除去するだけ、あるいは付着物及び溶射膜を洗浄除去後に溶射膜を形成するのみでよく、従来方法に比較して簡明であり経済的にも有利である。

本明細書において「薄膜製造装置」とは、ウエハ等の基板表面上に金属膜、半導体膜等の薄膜を形成させる装置のことをいい、例えばスパッタ装置、ＣＶＤ装置、真空蒸着装置が挙げられるが、これらに限定されない。また、本明細書において「薄膜製造装置の内部部材」とは、該装置のチャンバ内に設置される機器・部品のことをいい、例えば治具、防着板、カバーリング、アッパーシールド、ロアーシールド、シャッター板等が挙げられる。薄膜製造装置の内壁および薄膜装置の内部部材の基材に使用される材質としては、例えばステンレス、アルミ、チタン等の金属が挙げられ、ステンレスが使用されることが多い。

本明細書において薄膜製造装置の内壁・内部部材の「基材表面」とは、溶射被膜が施されていない状態の、内壁・内部部材の母材表面のことをいう。内壁・内部部材の「基材表面」は、ステンレス、アルミ、チタン等の金属表面である。本発明の薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面には、溝が形成され、更に溶射被膜又はブラスト処理が施される。

本発明の薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面には、溝が形成される。溝を形成させる箇所は、内壁・内部部材の基材表面全体であってもその一部であってもよい。特に、薄膜製造装置の内壁・内部部材のうち、膜形成物質が付着する部分（例えば、ウエハ基板周辺に配置される内部部材）に溝を形成させると有効である。更には、膜形成物質が付着しその付着物が剥離しやすい部分に溝を形成させると有効である。装置のＲ部や端面Ｒ部は特に内部応力が大きく、剥がれが生じやすいため、Ｒ部や端面Ｒ部に溝を形成させるのが効果的である。なお、本明細書において、「Ｒ部」とは、図２および３に例示されるような内壁・内部部材の湾曲部分をいい（図において○で囲まれている箇所）、特に内部部材の湾曲部分の端を「端面Ｒ部」という。

本発明の薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面に形成される溝の形状は、Ｖ字形、Ｕ字形等などが挙げられるが、特に限定されない。溝の深さは、０．１〜３．０ｍｍ、好ましくは０．２〜１．５ｍｍ、更に好ましくは０．３〜０．８ｍｍである。また、溝の幅は、０．５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．８〜２．５ｍｍ、更に好ましくは１．０〜２．０ｍｍである。更に、溝の深さと幅の比は、１：３〜３０、好ましくは１：２〜１０である。

溝で囲まれる凸部１つの面積は、１〜１６ｍｍ²、好ましくは２〜１０ｍｍ²、更に好ましくは２〜８ｍｍ²ある。溝で囲まれる凸部の形状は特に問わないが、平面図において方形、円形、亀甲形等が挙げられる。但し、例えば方形の場合、一辺の長さが他辺の長さより極端に異なることは好ましくなく、辺の長さがほぼ等しいものが好ましい。溝で囲まれる凸部のこの様な形状により付着膜厚の増大による内部応力の増加を防止することができ、付着膜の剥離、脱落を防止することができる。

溝の形成方法としては、例えば、放電加工法、切削・研削加工法、レーザー加工、ローレット加工法及び鋳型による成形加工法が挙げられる。これらの加工方法の使用により、薄膜製造装置の内壁・内部部材のＲ部・端面Ｒ部に容易に溝を形成することが可能である。好ましい方法としては、放電加工法、切削・研削加工法である。より好ましくは、放電加工法である。これらの方法は公知であり、例えば放電加工は、三菱電機（株）製のＤＩＡＸ ＥＡ ３０を使用することにより実施可能である。

本発明の薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面には、溝が形成されており、更に該基材表面上に溶射被膜又はブラスト処理が施されている。溶射被膜又はブラスト処理を施す箇所は、内壁・内部部材の基材表面全体のうち溝が形成されている箇所およびその周辺であり、基材表面全体に施してもよい。

ブラスト処理方法としては、サンドブラスト、ショットブラスト、グリットブラスト、ドライアイスブラスト等が挙げられ、特に限定的ではないが、サンドブラストが好ましい。メディア材も母材の材質から決定すればよい。

溶射材料としてはアルミニウム、銅、ステンレス、チタン、コバルト、ニッケル、およびこれらの合金が挙げられる。溶射材料は、薄膜製造装置の材質から決定するとよい。溶射膜の膜厚は、特に問わないが、０．１〜１ｍｍが好ましく、０．１５〜０．５ｍｍがより好ましい。また、溶射膜の表面粗さ（Ｒａ）は、特に問わないが、１０〜１０００μｍが好ましく、２０μｍ〜５００μｍがより好ましい。溶射の前処理としてブラスト処理を行ってもよい。ブラスト法も特に限定的ではないが、サンドブラストが一般的である。メディア材も母材の材質から決定すればよい。溶射膜の効果は、部材の寿命の延長と成形膜材料との密着性を向上させるためである。

本発明の薄膜製造装置は、ｉ）薄膜製造装置の内壁及び／又は内部部材の基材表面に、放電加工、切削・研削加工、レーザー加工、ローレット加工及び鋳型による成形加工からなる群から選択されるいずれかの加工により溝を形成し、ｉｉ）更に該基材表面上に溶射被膜又はブラスト処理を施し、ｉｉｉ）これらを組み立てることによって製造することができる。組み立てた後に溶射することも可能である。また、必要に応じて溶射前にブラスト処理等により基材表面を処理することがより好ましい。

本発明の薄膜製造装置は、装置から内部部材を解体し、各内部部材上の付着物を洗浄除去することによって再生することができる。あるいは、本発明の薄膜製造装置は、装置から内部部材を解体し、各内部部材上の付着物及び溶射被膜を洗浄除去し、溶射膜を形成させることによって再生することができる。従来の方法では、装置を再生する場合、付着物を除去後、再度凹凸をつける加工が必要であるが、本発明は、付着物の除去後、そのまま、或いは溶射膜を単に付けるだけでよく、作業が簡単である。

以下において、内部部材としてカバーリングを使用するが、他の内部部材あるいは内壁を使用しても同様な効果が得られる。

実施例１
カバーリングに深さ０．５ｍｍ、幅１．０ｍｍの溝により囲まれた面積が４ｍｍ²になるように溝を放電加工により形成した。さらに、カバーリング表面にブラスト処理を行った後、膜厚０．１５ｍｍ、Ｒａ＝２０μｍのプラズマアルミ溶射皮膜を設けたものを試験物とし、これを薄膜製造装置に取り付け、８インチのウエハにＷ−Ｓｉ膜の形成を行い、次の評価を行った。

評価方法
Ｗ−Ｓｉ膜が形成されたウエハ上の総ダスト数を測定し、１．０μｍ以上のダスト数が１０個以上、または０．２μｍ以上のダスト数が４０個を超えたウエハの枚数が３枚になったときのＷ−Ｓｉ膜作成に要した積算電力を測定した。さらにカバーリング上に付着したＷ−Ｓｉ膜の密着性をＪＩＳ Ｈ−８６６１の方法を用いて測定した。結果を表１に示した。

比較例１
カバーリングにブラスト処理を行った後、膜厚０．１５ｍｍ、Ｒａ＝２０μｍのアルミ溶射膜を形成したものを試験物として薄膜製造装置に取り付け、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１に示した。

比較例２
ブラスト処理を行ったカバーリングに金網スクリーンを通してプラズマアルミ溶射を行い、実測凸部高さ０．５ｍｍ、凸部１辺２．０ｍｍの凹凸を作成したものを試験物とし、実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示した。

図１は、本発明の薄膜製造装置の内部部材の縦断面の１実施形態を示す。 図２は、一般的な薄膜製造装置の断面図を示す。 図３は、一般的な薄膜製造装置の内部部材の断面図を示す。

符号の説明

ａ 溶射被膜
ｂ 基材
ｃ 内部部材
ｄ 溝の幅
ｅ 溝の高さ

Claims (4)

1. 薄膜製造装置の内壁の湾曲部分、内部部材の湾曲部分及び端面湾曲部分からなる群から選ばれるいずれかの湾曲部分の基材表面に溝及び溝で囲まれる凸部が形成されており、更に該基材表面上に溶射被膜又はブラスト処理が施されており、溝の深さが０．１〜３．０ｍｍであり、溝の幅が０．５〜３．０ｍｍであり、溝の深さと幅の比が１：３〜３０であり、溝で囲まれる各凸部の面積が１〜１６ｍｍ^２であり、放電加工、切削・研削加工、レーザー加工、ローレット加工及び鋳型による成形加工からなる群から選択されるいずれかの加工により溝が形成されている、薄膜製造装置。
2. 溝が放電加工より形成されている、請求項１に記載の薄膜製造装置。
3. 薄膜製造装置の内壁の湾曲部分、内部部材の湾曲部分及び端面湾曲部分からなる群から選ばれるいずれかの湾曲部分の基材表面に、放電加工、切削・研削加工、レーザー加工、ローレット加工及び鋳型による成形加工からなる群から選択されるいずれかの加工により溝及び溝で囲まれる凸部を形成し、更に該基材表面上に溶射被膜又はブラスト処理を施すことを包含する、請求項１に記載の薄膜製造装置の製造方法。
4. 放電加工により溝を形成する、請求項３に記載の方法。

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