JP5001489B2

JP5001489B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP5001489B2
Application number: JP2001078709A
Authority: JP
Inventors: 俊夫高木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: WO2002075019A1; JP2002275632A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は処理装置に関し、詳しくは、例えば半導体ウエハやガラス基板などの被処理体について成膜処理を行うための処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体ウエハの製造プロセスにおいて、絶縁膜、シリコン膜あるいは金属膜を半導体ウエハの表面に形成するに際して使用される処理装置として、ＣＶＤ装置が広く利用されており、例えば、処理室に設けられた載置手段に１枚の半導体ウエハを載置し、加熱手段によって半導体ウエハを所定の温度にまで加熱した状態で、この処理室に成膜用処理ガスを導入させることによって成膜処理を行う、いわゆる枚葉式のものが知られている。
【０００３】
一般に、被処理体の成膜プロセスにおいては、被処理体の表面だけでなく、処理室の雰囲気に曝される、例えば載置手段、処理室を区画する区画壁およびその他の部材に対しても不可避的に反応生成物が付着されるため、クリーニングガスを処理室に導入することにより、被処理体以外の部分に付着した反応生成物（以下、「無用反応生成物」という。）を除去することが行われている。
クリーニングガスとしては、形成される膜の種類に関わらず常に高いエッチング効果が発揮されることから、例えばＣｌＦ₃ガス、ＮＦ₃ガスが好適に利用されている。
【０００４】
而して、これらのクリーニングガスは反応性が極めて強いため、無用反応生成物のみだけでなく、無用反応生成物が付着される部材それ自体も不可避的にエッチング作用を受けることとなる。例えば、クリーニングガスにおける塩素（Ｃｌ）またはフッ素（Ｆ）が部材を構成する金属と反応すると、フッ化物および塩化物を生成し、クリーニング処理後に行われる成膜処理において、このフッ化物や塩化物が処理室の雰囲気中に汚染源として再放出されて拡散し、その結果、これらが成膜処理の際に膜中に取り込まれるなど、所定の膜を形成することが困難である、という問題がある。
【０００５】
また、このような枚葉式の処理装置においては、軽量化が図られる一方で十分な強度を維持するために、少なくとも一部の構成部材、例えば排気系の配管、伸縮性のベローズ、供給系の配管などを、例えばステンレス鋼により構成する必要がある。
しかしながら、ステンレス鋼製の構成部材においては、クリーニング処理が繰り返し行われた場合に、その表面がクリーニングガスによって腐食されていることが目視においても確認することができる程、上記のような問題が顕著になって現れることが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、処理室等に残留する反応生成物を確実に除去することができると共に、処理室内の部材がクリーニングガスによって腐食されることを有効に防止することができ、従って、所定の処理を安定的に実施することができる処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の処理装置は、被処理体を処理するための処理室を備え、前記処理室内に塩素またはフッ素を含むクリーニングガスを導入するクリーニングガス供給手段を有する処理装置であって、
前記処理室を構成するステンレス鋼よりなる部材において前記クリーニングガスに曝される部分の表面にニッケル合金皮膜が形成されており、
前記ニッケル合金皮膜は、ニッケルと、リンと、スズを含む三元系合金よりなり、
当該ニッケル合金皮膜におけるニッケルの含有割合が８０％以上であり、リンの含有割合が１５％以下であり、スズの含有割合が５％以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の処理装置においては、ニッケル合金皮膜の厚さが１〜３０μｍであることが好ましい。
【０００９】
【作用】
上記の構成によれば、処理装置を構成するステンレス鋼よりなる部材において、少なくとも処理室の雰囲気に曝される部分が、その表面に形成された特定のニッケル合金皮膜によって高い耐食性を有するものとなるので、反応性が強いガス雰囲気に曝された場合であっても、当該部材が腐食されることを防止することができ、従って、被処理体に対する金属汚染を有効に防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、熱ＣＶＤ法による成膜装置を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の成膜装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
この成膜装置１０は、例えばアルミニウムよりなる全体が略円筒状の処理室１１を備えており、この処理室１１には、被処理体である半導体ウエハＷが載置される被処理体載置手段であるサセプタ１２が支持部材１３により支持された状態で設けられている。そして、サセプタ１２の外周縁には、処理用ガスのまわりこみを防止するための板状部材１４が設けられている。
【００１１】
サセプタ１２は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは炭化ケイ素（ＳｉＣ）よりなり、その内部には、電源（図示せず）に接続されたヒーター（図示せず）が設けられており、このヒーターが給電されることにより半導体ウエハＷが所定の温度に均一に加熱されるよう、半導体ウエハＷの加熱状態が調整される。
【００１２】
処理室１１における上部壁１１Ａには、開口１５が形成されており、この開口１５には、処理室１１に処理用ガス等を導入するためのガス導入部材であるシャワーヘッド２０が、この開口１５を気密に塞ぐ状態で設けられており、シャワーヘッド２０の下面は、サセプタ１２に支持された半導体ウエハＷと対向した状態とされている。
【００１３】
シャワーヘッド２０は、例えばアルミニウムよりなり、その内部に、互いに独立した２つのガス流路が形成されていると共に、その下面には、それぞれのガス流路に接続された複数のガス吐出孔が形成されている。
【００１４】
具体的には、第１のガス流路２１Ａは、シャワーヘッド２０の内部における第１のガス導入空間２３Ａに接続されると共に、シャワーヘッド２０の上部に設けられたステンレス鋼よりなるガス導入管２４Ａを介して、例えばタンタルエトキシドガス（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）ガス）源２５Ａに接続されており、ガス導入空間２３Ａは、下方に伸びる複数のガス吐出孔２２Ａにより処理室１１と連通されている。
【００１５】
第２のガス流路２１Ｂは、シャワーヘッド２０の内部における第２のガス導入空間２３Ｂに接続されると共に、シャワーヘッド２０の上部に設けられたステンレス鋼よりなるガス導入管２４Ｂを介して、例えば酸素ガス（Ｏ₂ガス）源２５Ｂに接続されており、第２のガス導入空間２３Ｂは、下方に伸びる複数のガス吐出孔２２Ｂにより処理室１１と連通されている。
従って、成膜用処理ガスであるタンタルエトキシドガス（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）ガス）と酸素ガス（Ｏ₂ガス）とが互いに異なるガス吐出孔２２Ａ、２２Ｂより処理室１１に導入され、処理室１１において両者が混合される。
【００１６】
また、第２のガス流路２１Ｂには、例えばクリーニングガスである三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ₃ガス）源２５Ｃがバルブを介して接続されており、このバルブを切り替えることにより、ＣｌＦ₃ガスが処理室１１に導入される。
【００１７】
処理室１１には、その下面に開口する複数例えば４つの排気路１９が同心状に形成されており、各々の排気路１９には、例えばステンレス鋼よりなる排気管３０が下方に伸びるよう設けられている。なお、図においては、便宜上、１つの排気路１９のみが示されている。
そして、各々の排気管３０は、処理室１１より排気されたガスが集合される排気室３２に接続されており、この排気室３２には、その下面から下方に伸びる配管が３４が接続され、さらに、圧力調整機構３３を介して例えば真空ポンプなどの排気手段に接続されている（図２参照）。
【００１８】
処理室１１における他方の側壁１１Ｃには、半導体ウエハＷが処理室１１に搬入、搬出されるウエハ搬出入口２６が形成されており、このウエハ搬出入口２６を側壁１１Ｃの外側において閉鎖するゲートバルブ２７が設けられている。
【００１９】
処理室１１の下部壁１１Ｄに形成された開口２８には、サセプタ１２と対向して光透過窓４０が当該開口２８を気密に塞ぐよう設けられており、これにより処理室１１が区画されている。
そして、処理室１１の下方には、光透過窓４０により処理室１１と区画された光源室４１が形成されており、この光源室４１には、半導体ウエハＷの加熱手段としての複数の加熱ランプ４２が、モータなどの回転駆動機構４３によって所定の速度で回転自在とされたターンテーブル４４上に配設されている。
【００２０】
以上の成膜装置１０においては、当該成膜装置１０を構成するステンレス鋼よりなる部材において、少なくとも処理室１１の雰囲気、特にクリーニングガスに曝される部分の表面に、特定のニッケル合金（以下、単に「ニッケル合金」という。）よりなるニッケル合金皮膜が形成されている。
具体的には、図２に示すように、前記排気管３０には、その内表面の全面がニッケル合金により表面処理されてニッケル合金皮膜３１が形成されている。
また、排気室３２および配管３４の内表面においても、ニッケル合金皮膜３１が形成されている。
【００２１】
ニッケル合金は、ニッケル（Ｎｉ）と、リン（Ｐ）と、スズ（Ｓｎ）とを含む三元系合金、またはニッケル（Ｎｉ）と、リン（Ｐ）と、タングステン（Ｗ）とを含む三元系合金よりなり、ニッケル（Ｎｉ）の含有割合が８０％以上であり、リン（Ｐ）の含有割合が１５％以下であり、スズ（Ｓｎ）またはタングステン（Ｗ）の含有割合が５％以下であるものよりなることが好ましい。
【００２２】
ニッケル合金皮膜３１の厚さは１〜３０μｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜２０μｍである。これにより、クリーニングガスに対する腐食防止効果が確実に発揮される。
ニッケル合金皮膜３１を形成する方法としては、例えば化学メッキ（無電解メッキ）を利用することができ、ニッケル合金皮膜３１を形成するに際しては、複数回にわたって処理を行うことにより所定の膜厚のものとすることが好ましい。
【００２３】
また、ガス導入管２４Ａ、２４Ｂ、伸縮性のベローズなどについても、クリーニングガスに接触する表面がニッケル合金により表面処理されてニッケル合金皮膜が形成されている。
【００２４】
上記の成膜装置１０においては、以下のようにして、成膜処理およびクリーニング処理が行われる。
まず、ゲートバルブ２７が開放されてウエハ搬出入口２６より半導体ウエハＷが搬送装置（図示せず）によって処理室１１に搬入されてサセプタ１２上に載置され、ゲートバルブ２７が閉鎖された後、サセプタ１２におけるヒーターが作動されると共に、加熱ランプ４２が作動されて半導体ウエハＷが所定の温度、例えば４００〜５００℃の温度に加熱されると共に、排気手段が作動されて処理室１１が減圧状態、例えば１３．３〜６６７Ｐａ（０．１〜５Ｔｏｒｒ）とされて、成膜用処理ガス、例えばＴａ（ＯＣ₂Ｈ₅）ガスとＯ₂ガスとがシャワーヘッド２０における互いに異なるガス吐出孔２２Ａ、２２Ｂから処理室１１に導入されて、半導体ウエハＷの成膜処理が行われる。
【００２５】
上記のようにして半導体ウエハＷの表面に対して成膜処理が行われるが、処理室１１内の部材の表面にも反応生成物が付着するため、所定の処理回数毎、例えば数百回の成膜処理に対して１回の頻度でクリーニング処理が実施される。
すなわち、成膜用処理ガスの供給が停止されると共に、クリーニングガスであるＣｌＦ₃ガスが、シャワーヘッド２０における他方のガス流路２１Ｂを介してガス吐出孔２２Ｂより処理室１１に導入されて、サセプタ１２におけるヒーターが例えば２００〜３００℃程度に維持された状態でクリーニング処理が行われる。
【００２６】
而して、上記の成膜装置１０によれば、当該成膜装置１０の構成部材の少なくとも一部がステンレス鋼により構成されているので、十分に高い機械的強度が確保されると共に、当該ステンレス鋼よりなる部材において、少なくとも処理室１１の雰囲気に曝される部分の表面にニッケル合金皮膜３１が形成されていることにより、当該部材は高い耐食性を有するものとなるので、ＣｌＦ₃ガスなどの反応性が強いクリーニングガスに曝された場合であっても、当該部材が腐食されることを防止することができ、従って、半導体ウエハＷに対する金属汚染を有効に防止することができる。
【００２７】
すなわち、ニッケル合金皮膜は、通常のニッケル合金、すなわちニッケル−リンの二元系合金よりも高い耐食性を有し、下記に示す実験例からも明らかなように、その厚み方向に対して、クリーニングガスにおける塩素（Ｃｌ）およびフッ素（Ｆ）がニッケル合金皮膜の内部の深い位置にまで進入することを有効に防止することができ、特定のニッケル合金により表面処理されていないステンレス鋼製の構成部材であれば、塩素（Ｃｌ）およびフッ素（Ｆ）と反応して生成されるべき塩化物およびフッ化物が生成されることを確実に防止することができる。従って、所定の成膜処理を安定的に実施することができる。
【００２８】
また、ニッケル、リンおよびスズを含むニッケル合金を用いた場合には、形成されるニッケル合金皮膜の均一析出性が優れたものとなるので、複雑な形状を有するもの、例えば小径の孔が多数形成されたシャワーヘッドのような部材に対しても、均一なニッケル合金皮膜を形成することができる。
また、ニッケル、リンおよびタングステンを含むニッケル合金を用いた場合には、形成されるニッケル合金皮膜の表面の摩擦係数が小さいものとなるので、パーティクルなどが付着することを有効に防止することができる。
【００２９】
＜実験例＞
下記表１に示す条件に従って、アルミニウムよりなる基材の表面にニッケル合金メッキを施した試験片Ａ、Ｂを、下記の条件下でクリーニングガスであるＣｌＦ₃ガスに曝して、基材の表面に形成されたニッケル合金皮膜の厚み方向に対するフッ素（Ｆ）および塩素（Ｃｌ）の進入の程度について、それらの濃度を測定することにより評価を行った。
【００３０】
（条件）
・処理室の圧力；８００Ｐａ（６Ｔｏｒｒ）、
・試験片の温度；１７０゜Ｃ、
・三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ₃ガス）；４００ｓｃｃｍ、
・窒素ガス（Ｎ₂ガス）；４００ｓｃｃｍ、
・水蒸気（Ｈ₂Ｏ）；０．０４ｓｃｃｍ、
・試験時間；３０時間、
・試験片の面積；１２ｃｍ²
【００３１】
【表１】

【００３２】
以上の結果、基材の表面にニッケル合金被膜が形成された試験片Ａおよび試験片Ｂは、いずれも、ニッケル合金皮膜においてその厚み方向に対して表面から０．５μｍの深さ位置では、塩素（Ｃｌ）およびフッ素（Ｆ）の濃度が実質的に０ＰＰＭｗｔとなり、優れた腐食防止効果が発揮されることが確認された。
【００３３】
以上においては、成膜装置１０を構成するステンレス鋼よりなる部材において、処理室１１の雰囲気に曝される部分の表面に、ニッケル合金皮膜を形成する例について説明したが、ステンレス鋼に代えてニッケル合金により部材を構成することができ、例えば、排気管３０それ自体がニッケル合金により構成されていてもよい。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、クリーニングガスは、ＣｌＦ₃ガスに限定されるものではなく、例えばＮＦ₃ガス、ＣＦ₃ガス、ＨＣｌガス、ＨＦガス、Ｆ₂ガス、Ｃｌ₂ガスなどを用いた場合であっても、本発明の効果が低減されるものではない。
また、上記においては、本発明をいわゆる熱ＣＶＤ装置に適用した実施例について説明したが、本発明は熱ＣＶＤ装置に限らず、例えばエッチング装置、アッシング装置、スパッタ装置およびその他の半導体処理装置に適用することが可能であり、目的とする処理に応じた種々の処理ガスを用いることができる。
また、本発明の処理装置において処理される被処理体は、半導体ウエハに限定されるものではなく、例えばガラスウエハなどに対しても好適に用いられる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の処理装置によれば、当該処理装置を構成するステンレス鋼よりなる部材において、少なくとも処理室の雰囲気に曝される部分が、その表面に形成された特定のニッケル合金皮膜によって高い耐食性を有するものとなるので、反応性が強いガス雰囲気に曝された場合であっても、当該部材が腐食されることを防止することができ、従って、汚染物質が処理室に発生することが有効に防止され、所定の処理を安定的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】図１に示す成膜装置における排気管の構成の一例を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１０成膜装置
１１処理室
１１Ａ上部壁
１１Ｂ一方の側壁
１１Ｃ他方の側壁
１１Ｄ下部壁
１２サセプタ
１３支持部材
１４板状部材
１５開口
２０シャワーヘッド
２１Ａ第１のガス流路
２１Ｂ第２のガス流路
２２Ａ、２２Ｂガス吐出孔
２３Ａ第１のガス導入空間
２３Ｂ第２のガス導入空間
２４Ａ、２４Ｂガス導入管
２５Ａタンタルエトキシドガス（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）ガス）源
２５Ｂ酸素ガス（Ｏ₂ガス）源
２５Ｃ三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ₃ガス）源
２６ウエハ搬出入口
２７ゲートバルブ
２８開口
３０排気管
３１ニッケル合金皮膜
３２排気室
３３圧力調整機構
３４配管
４０光透過窓
４１光源室
４２加熱ランプ
４３回転駆動機構
４４ターンテーブル
Ｗ半導体ウエハ

Claims

被処理体を処理するための処理室を備え、前記処理室内に塩素またはフッ素を含むクリーニングガスを導入するクリーニングガス供給手段を有する処理装置であって、
前記処理室を構成するステンレス鋼よりなる部材において前記クリーニングガスに曝される部分の表面にニッケル合金皮膜が形成されており、
前記ニッケル合金皮膜は、ニッケルと、リンと、スズを含む三元系合金よりなり、
当該ニッケル合金皮膜におけるニッケルの含有割合が８０％以上であり、リンの含有割合が１５％以下であり、スズの含有割合が５％以下であることを特徴とする処理装置。
前記ニッケル合金皮膜の厚さが１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。