JP5028755B2 - 半導体処理装置の表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体装置（半導体デバイス）に対して基板処理を行うための、処理容器内に腐食性ガスが供給される半導体処理装置において、この半導体処理装置の腐食性ガスが通流する部位の表面に堆積膜を形成するための表面処理を行う技術に関する。

半導体デバイスやＬＣＤ基板の製造プロセスに用いられる半導体処理装置、例えば成膜処理装置や、酸化処理装置、エッチング処理装置等は、例えば半導体デバイスを製造するための半導体ウエハＷ（以下「ウエハＷ」という）に対して処理ガスにより成膜処理等の所定の処理を行う処理容器と、この処理容器に処理ガス供給源からの処理ガスを供給するための処理ガス供給管と、前記処理容器を排気するための真空ポンプに接続された排気管と、を備えている。

通常、これら処理容器と処理ガス供給管、排気管、真空ポンプは、メーカ側で製造された後、納入先であるユーザ側で処理容器に処理ガス供給管が接続されると共に、排気管を介して真空ポンプが接続されて装置が組み立てられる。そして処理ガス供給源はユーザ側にて用意されているので、前記メーカ側の処理容器に付設された処理ガス供給管は、例えばユーザ側の配管を介して、ユーザ側の処理ガス供給源に接続される。

ここで前記処理容器や、処理ガス供給管、排気管等の構成部材の処理ガスとの接触面は、通常ステンレスの電解研磨品やアルミニウム等の金属により構成されている。また処理容器の内部にも金属製の構成部材が含まれている。これら半導体処理装置を構成する金属製の構成部材に対しては、例えば腐食性ガスを用いた場合の耐食性を向上させるために、腐食性ガスと接触する領域の表面、つまり腐食性ガスが通流する部位の表面に所定の表面処理が施される場合がある。

前記表面処理としては、フッ化被膜形成処理や、オゾンパッシベーション処理（被膜形成処理）、ＳｉＯ_２コーティング処理、セラミック溶射膜形成処理、陽極酸化処理、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理等の様々な手法が用いられている。従来では、このような表面処理が行われた構成部材を個別に購入した後、半導体処理装置を組み立てており、このため前記構成部材が高コストになり、半導体処理装置トータルの製造コストが増大してしまうという問題がある。

さらに各表面処理方法では、次のような問題がある。即ち前記フッ化被膜形成処理では、表面処理が施された配管に対して装置の組み立て時に曲げ施工を行おうとすると、曲げた領域の不動態膜（表面処理膜）が破壊され、剥離してしまい、メタルコンタミネーションやパーティクル発生の要因になってしまう。酸化被膜形成処理や陽極酸化処理では、十分な厚さの酸化膜の形成が困難であり、耐食性に劣る。ＳｉＯ_２コーティング処理では、処理対象である配管の内径が小さい場合には処理が不可能であり、またフッ素雰囲気には適さない。セラミック溶射膜形成処理は、被膜がポーラス構造であり、表面が粗いため、処理中に膜剥がれが発生し、パーティクル発生の要因となる。ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理では、緻密で良好な膜が成膜できるものの、高温になるため成膜対象が限られ、アルミニウム製の構成部材には適用しにくい。

さらに既述のように、半導体処理装置は、ユーザ側で組み立てられ、処理容器に付設された処理ガス供給管の上流側の配管については、ユーザ側の自社の配管を用いている。ここでユーザ側の配管についてはメンテナンスが十分に行われていない場合があり、このため処理容器に付設された処理ガス供給管については表面処理を行ったとしても、ユーザ側の配管の表面処理を行っていない場合には、ユーザ側の配管の内壁が腐食してしまい、これによってパーティクルが発生し、このパーティクルにより金属汚染が発生する場合がある。このようにメーカ側から、腐食性ガスが通流する部位にはパーティクルの発生要因がない状態で半導体処理装置を出荷した場合でも、ユーザ側で半導体処理装置を組み上げたときにパーティクルが発生する場合もある。また装置の組み立て時に、表面処理が行われた配管の曲げ加工を行なう場合もあり、このような外的要因で表面処理膜が破壊され、この膜がパーティクルの発生原因となる場合もある。

ところで特許文献１には、処理ガスを導入する処理ガス導入管部、及び排気系に通じる排気管部を備えた熱処理装置において、処理炉の炉内環境に晒される金属製部材の接ガス面にクロム酸化物被膜をコーティングしたり、配管の接ガス面
にフッ素樹脂被膜をコーティングする技術が記載されている。しかしながらこの文献１においては、熱処理装置をユーザ側の配管と接続したことによりパーティクルが発生する場合があることやその対策については何ら記載されておらず、特許文献１の技術を用いても本発明の課題を解決することは困難である。

特開２００２−２２２８０７号公報

本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、処理容器内に腐食性ガスを導入する半導体処理装置において、前記半導体処理装置を組み立てた後に、腐食性ガスが通流する部位の表面に原子層堆積膜を形成する表面処理を行う技術を提供することにある。

このため本発明は、処理ガスを金属製の処理容器内に供給することにより処理容器内の基板に対して半導体装置を製造するための処理を行い、処理ガスが腐食性ガスであるか、または前記処理後に処理容器内に腐食性ガスであるクリーニングガスを供給して処理容器内をクリーニングする半導体処理装置について、腐食性ガスが通流する部位の表面を処理する方法において、
前記処理容器に、当該処理容器に腐食性ガスを供給するための金属製の配管と排気管とを接続し、前記排気管に真空排気手段を接続する工程と、
次いで前記配管及び／または処理容器の内表面に、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムからなる群から選択された元素を含む堆積膜を成膜する工程と、を含み、
前記堆積膜を成膜する工程は、
前記配管及び処理容器のうち前記堆積膜を成膜させない部分を迂回するバイパス路を設ける工程と、
前記配管及び処理容器のうち前記堆積膜を成膜させる部分を加熱する工程と、
前記配管の上流側から、前記元素を含む第１の原料ガスを供給して、前記堆積膜を成膜させる部分の内表面に吸着させ、次いで前記配管の上流側から、第１の原料ガスに代えて第２の原料ガスを供給して、前記内表面に吸着された第１の原料ガスと反応させ、前記内表面に前記元素の原子層あるいは前記元素を含む分子層を形成し、前記第１の原料ガスを供給する工程と第２の原料ガスを供給する工程とを交互に多数回切り換え、両工程の間に、前記原料ガスの供給を止めて、前記堆積膜を成膜させる部分の内部を真空排気する工程を介在させて、加熱した前記堆積膜を成膜させる部分の内表面に前記堆積膜を成膜する工程と、を含むことを特徴とする。

ここで前記配管の上流側から、処理容器を迂回して前記真空排気手段に接続するバイパス路を介して、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスを交互に多数回切り換えて供給することにより、前記配管の内表面に前記堆積膜を成膜するようにしてもよいし、前記配管を迂回して前記処理容器と前記真空排気手段とを接続するバイパス路を介して、前記処理容器に第１の原料ガス及び第２の原料ガスを交互に多数回切り換えて供給することにより、前記処理容器の内表面に前記堆積膜を成膜するようにしてもよい。ここでバイパス路は真空排気手段に接続されるが、この際、バイパス路は、真空排気手段に直接接続するようにしてもよいし、排気路の途中に接続するようにしてもよい。

また前記配管は、半導体処理装置を製造するメーカにて製造された処理容器に付設された、当該処理容器に処理ガスを供給するための金属製の配管と、この配管に接続される半導体処理装置を使用するユーザ側の金属製の配管と、を含むものであってもよい。

ここで前記配管及び／又は処理容器を構成する金属は、アルミニウム又はステンレスであり、例えば前記配管及び／又は処理容器を構成する金属と堆積膜との間には溶射膜が形成されていてもよい。前記溶射膜は、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、ガリウム、クロム、イットリウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、タンタル、ネオジムのいずれかを含むものである。また前記配管及び／又は処理容器を構成する金属にアルマイト処理を施し、その上に堆積膜が形成されるものであってもよい。

本発明は、処理容器内に腐食性ガスを導入する半導体処理装置において、前記処理容器に、当該処理容器に処理ガスを供給するための配管や排気管を接続して半導体処理装置を組み立ててから、当該半導体処理装置の腐食性ガスが通流する部位に、第１及び第２の原料ガスを交互に多数回切り換えて供給すると共に、第１及び第２の原料ガスの供給の間に前記部位の真空排気を行うことにより、この部位に堆積膜を形成しているので、半導体処理装置の腐食性ガスと接触する部位に満遍なく緻密な堆積膜を形成することができ、当該部位の腐食性ガスに対する耐食性を大きくすることができる。このため腐食性ガスを処理容器に導入して処理を行なっても、腐食性ガスが通流する部位に用いられる金属製の構成部材の腐食が抑えられ、この腐食が原因となるパーティクルの発生が抑制される。

また半導体処理装置を組み立てた後に表面処理を行なっているので、例えば処理容器に付設された配管の上流側に、ユーザ側の配管を接続する場合であっても、このユーザ側の配管の上流側から原料ガスを通流させることにより、当該配管に対しても表面処理を行うことができる。このためユーザ側の表面処理を行っていない配管の腐食が原因となるパーティクルの発生を抑えることができる。

また表面処理が行われていない安価な金属製部品を購入し、その後堆積膜を形成する表面処理を行うことにより当該金属製部品の耐食性を向上させることができるので、安価な金属製部品を用いて半導体処理装置を製造することができ、半導体処理装置のトータルの製造コストの低廉化を図ることができる。

本発明は、半導体処理装置を組み立てた後、腐食性ガスが通流する部位に、原子層堆積膜を形成するための第１及び第２の原料ガスを導入して原子層堆積を行い、前記腐食性ガスが通流する部位に存在する金属製の構成部材の腐食性ガスとの接触面に原子層堆積膜を形成することにより、前記構成部材の腐食性ガスに対する耐食性を向上させるものである。

前記半導体処理装置としては、例えば腐食性ガスを処理ガスとして用いるエッチング装置、基板処理後に処理容器内に腐食性ガスであるクリーニングガスを供給して処理容器内をクリーニングする成膜装置等の、半導体デバイスに対して半導体製造プロセスの一工程を実施する半導体処理装置が対象となる。

続いて表面処理の対象となる半導体処理装置の構成部材について、図１に示す装置を用いて簡単に説明する。この装置では、処理容器１０内に設けられた載置台１１上に基板であるウエハＷが載置され、前記載置台１１と対向するように処理容器１０内に設けられたガス供給部（ガスシャワーヘッド）１２の多数のガス孔１３ａが形成された下面部材１３から、載置台１１上のウエハＷに対して例えば腐食性の処理ガスやクリーニングガスが供給されるようになっている。

この処理容器１０内には、載置台１１の周囲に、例えば複数のガスの排気口１４ａが載置台１１の周囲に環状に配置されるように形成されたバッフル板１４が設けられ、処理容器１０内の排気が載置台１１の周囲から周方向にほぼ均一に行なわれるようになっている。図中１５は、ウエハＷの周囲を機械的に押圧して、このウエハＷを載置台１１に保持させるためのメカチャックである。

またこのような処理容器１０には、当該処理容器に付設された処理ガス供給管２１や、この処理ガス供給管２１に設けられたガス供給機器ユニット２２、この処理ガス供給管２１の上流側に設けられた後述するユーザ側の例えばバルブＶ１を備えたガス配管２３を介して、処理ガスや腐食性ガスの供給源２から、ガス供給部１２を介して処理ガスや腐食性ガスが供給されると共に、バルブＶ１を備えた排気管２４を介して真空ポンプ２５等の真空排気手段により当該処理容器１０内が排気されるようになっている。ここでこの例では、処理ガス供給管２１とガス配管２３とにより、処理容器１０に腐食性ガスを供給するための配管が構成されている。

前記ガス供給機器ユニット２２とは、前記処理ガス供給管２１やガス配管２３に設けられ、処理ガスや腐食性ガス等の各種ガスの多数のガス配管２６〜２８や、これらガス配管２６〜２８に設けられたバルブＶやマスフローコントローラＭやフィルタＦや各種の計測機器等を１つのユニットにまとめたものである。

ここで半導体処理装置を製造するメーカ側で製造され、半導体処理装置を使用するユーザ側に納入される構成部材は、処理容器１０と処理容器１０の内部に設けられる構成部材と、処理容器１０に付設された処理ガス供給管２１と、排気管２４と真空ポンプ２５であり、これらはユーザ側に納入された後、ユーザ側で組み立てられ、ユーザ側のガス配管２３を介してユーザ側のガス供給源２と接続される。

本発明は、例えばユーザ側で半導体処理装置を組み立てた後、装置の立ち上げ時や定期的なメンテナンス時に行なわれるものであり、処理容器１０に処理ガス供給管２１やガス配管２３を接続した状態で表面処理が行われ、この表面処理の対象となる構成部材は、例えば前記金属製の処理容器１０や、処理ガス供給管２１やガス配管２３や、処理容器１０内を排気するための排気管２４、当該配管２３，２４に設けられるバルブＶ１，Ｖ２や、ガス供給機器ユニット２２、ガス供給部（ガスシャワーヘッド）１２の下面部材１３や、バッフル板１４、メカチャック１５等の、腐食性ガスが通流する部位の金属製の構成部材が含まれ、この表面処理により、これらの腐食性ガスと接触する面に原子層堆積膜が形成される。

続いて本発明の実施の形態について説明する。図２は本発明の表面処理方法を実施するための表面処理装置の一例であり、以下に表面処理の対象となる金属製の構成部材の表面に、原子層堆積膜として、アルミニウム（Ａｌ）を含む化合物であるＡｌ（Ｔ−ＯＣ_４Ｈ_９）_３膜を形成する表面処理を行う場合を例にして説明する。

図中１０は既述の処理容器、２１は処理ガス供給管、２２はガス供給機器ユニット、２３はユーザ側のガス配管、２４はバルブＶ２を備えた排気管、２５は真空ポンプであり、処理容器１０と処理ガス供給管２１との間には、バイパス路接続用の開閉バルブＶ３を備えた配管３１が設けられ、処理容器１０と排気管２４との間にもバイパス路接続用の配管３２が設けられている。

そしてガス供給機器ユニット２２の上流側には、開閉バルブＶ４とマスフローコントローラＭ１とを備えた第１の原料供給路４１を介して第１の原料ガスであるトリメチルアミン（ＴＭＡ：Ａｌ（ＣＨ_３）_３）の供給源（第１の原料ガス供給源）５１と、第１の原料供給路４１から分岐し、開閉バルブＶ５とマスフローコントローラＭ２とを備えた第２の原料供給路４２を介して第２の原料ガスであるオゾン（Ｏ_３）ガスの供給源（第２の原料ガス供給源）５２とが接続されている。前記第１の原料ガス供給源５１は、前記ＴＭＡのガス化機構を備えている。

前記第１の原料供給路４１には、第２の原料供給路４２の接続部の下流側に、ガス供給機器ユニット２２側への原料ガスの供給の給断を制御するための開閉バルブＶ６が設けられている。また前記第１の原料供給路４１の第２の原料供給路４２の接続部と開閉バルブＶ６との間には、開閉バルブＶ７を備えた第１のバイパス路４３が接続され、この第１のバイパス路４３の他端側は前記配管３１の開閉バルブＶ３の上流側に接続されている。さらに前記第１のバイパス路４３の開閉バルブＶ７の下流側には、開閉バルブＶ８を備えた第２のバイパス路４４が接続され、この第２のバイパス路４４の他端側は前記配管３２に接続されている。

前記配管３１，３２、第１及び第２の原料供給路４１，４２、第１及び第２のバイパス路４３，４４は例えばステンレス製の配管により構成されている。またこのように処理容器１０に配管３１，３２を介して処理ガス供給管２１、ガス配管２３、ガス供給機器ユニット２２、排気管２４を接続して表面処理を行う場合には、後述するように、例えば処理ガス供給管２１、ガス配管２３、排気管２４の周囲には例えばテープヒータよりなる加熱手段が巻回され、またガス供給機器ユニット２２と処理容器１０の周囲には例えば抵抗発熱体よりなる加熱手段が設けられる。

続いて本発明の表面処理方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。この表面処理は、例えばメーカ側で製造した装置をユーザ側に納入し、ユーザ側で組み立てた後で行なわれる。先ず処理容器１０と、処理ガス供給管２１と、ガス配管２３と、ガス供給機器ユニット２２と、排気管２４とに対して一括して表面処理を行う場合を例にして説明する。

ここで例えば前記処理ガス供給管２１やガス配管２３、排気管２４がステンレスやアルミニウム等の金属製基材により構成されている場合には、表面処理によりこの金属製基材の表面に堆積膜が形成される。また例えば処理容器１０が、アルミニウムや、アルミニウムの表面に溶射膜が形成されたものにより構成されている場合には、表面処理により、これらアルミニウムや、溶射膜が形成されたアルミニウムの溶射膜の表面に堆積膜が形成される。前記溶射膜としては、例えばホウ素（Ｂ），マグネシウム（Ｍｇ），アルミニウム（Ａｌ），ケイ素（Ｓｉ），ガリウム(Ｇａ)，クロム（Ｃｒ），イットリウム（Ｙ），ジルコニウム（Ｚｒ），タンタル（Ｔａ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ネオジム（Ｎｄ）等を含むものが形成される。

またこの例では、処理容器１０内に設けられるガス供給部１２の下面部材１３や、バッフル板１４や、メカチャック１５等の金属製構成部材についても同時に表面処理が行われ、この場合にはこれら構成部材は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製基材により構成されているので、これらの表面に堆積膜が形成される。

先ずメーカ側から納入された装置を、ユーザ側にて組み立てる(ステップＳ１)。つまり図３に示すように、内部の金属製の構成部材が取り付けられた処理容器１０に、配管３１を介して処理ガス供給管２１とガス供給機器ユニット２２とガス配管２３とを接続すると共に、処理容器１０に配管３２を介して排気管２４と真空ポンプ２５とを接続する。

そしてガス配管２３の上流側に、ガス供給源２に代えて第１及び第２の原料通流路４１，４２を介して、第１及び第２の原料ガス供給源５１，５２を接続し、既述のように第１及び第２のバイパス路４３，４４を接続する。このように処理容器１０に、ガス供給源２と処理容器１０とを結ぶ配管や、この配管に設けられたガス供給機器ユニット２２とを直接又は配管３１を介して接続し、処理容器１０に直接又は配管３２を介して排気管２４と真空ポンプ２５を接続した状態を装置を組み立てた状態という。この際ガス供給機器ユニット２２については、腐食性ガスの配管２７とガス配管２３、処理ガス供給管２１とを接続し、当該配管２７のバルブＶについては開いておく。

また例えばガス配管２３、処理ガス供給管２１、排気管２４についてはテープヒータよりなる加熱手段５３，５４，５５を巻回し、ガス供給機器ユニット２２や処理容器１０については抵抗発熱体よりなる加熱手段５６，５７を周囲に設け、これによりこれらの原料ガスが通流する部位に設けられた構成部材の原料ガスとの接触面が例えば１５０℃程度になるように加熱する。

一方、バルブバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を開き，バルブＶ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８を閉じて、真空ポンプ２５により、ガス配管２３からガス供給機器ユニット２２の処理ガス供給管２１や処理容器１０、排気管２４を結ぶガス流路の内部を例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度まで真空排気する。

次いでバルブＶ２を閉じ、バルブＶ４，Ｖ６を開いて、前記ガス流路内部に、第１の原料ガスであるＴＭＡガスを例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で１秒程度供給する。これによりＴＭＡガスが、当該ガス流路（当該ガスの通流する部位）に設けられる構成部材の表面、つまり例えばガス配管２３、ガス供給機器ユニット２２、処理ガス供給管２１や処理容器１０、排気管２４の内面や、処理容器１０に設けられる構成部材の表面に吸着される（ステップＳ２）。

続いてバルブＶ４，Ｖ６を閉じ、バルブＶ２を開いて、前記ガス流路の内部を２秒程度真空排気する（ステップＳ３）。これにより前記ガス流路内に設けられた構成部材の表面に吸着せずに、前記ガス流路の内部に浮遊した状態で残存する第１の原料ガスが排出される。

次いでバルブＶ２を閉じ、バルブＶ５，Ｖ６を開いて、前記ガス流路内部に、第２の原料ガスであるＯ_３ガスを例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で１秒程度供給する。これによりＯ_３ガスはガス流路に設けられる構成部材の表面に吸着している液状のＴＭＡと反応してＡｌ_２Ｏ_３の化学式にて示される反応生成物（固相）を生成し、例えば膜厚が０．１ｎｍ程度のＡｌ_２Ｏ_３よりなる極めて薄い堆積膜が形成される（ステップＳ４）。この薄い堆積膜はＡｌの酸化物層である。

続いてバルブＶ５，Ｖ６を閉じ、バルブＶ２を開いて、前記ガス流路内部を２秒程度真空排気して、当該ガス流路の内部に残存するＯ_３ガスを排気する（ステップＳ５）。そしてこのステップＳ２〜ステップＳ５の工程を例えば数百回繰り返して行うことにより、前記ガス流路内に設けられる構成部材の表面に、例えば２００Åの厚さの堆積膜を形成する（ステップＳ６）。

ここで本発明では、既述のように、表面処理対象であるガス流路内の雰囲気を第１の原料ガス雰囲気として、前記ガス流路内の構成部材の表面に、第１の原料ガスを吸着させ、次いで当該雰囲気を第１の原料ガスと反応する第２の原料ガスの雰囲気に切り替えることにより、例えば膜厚が０．１ｎｍ程度の前記Ａｌの原子層あるいは前記Ａｌを含む分子層を形成し、こうして前記ガス流路内を第１の原料ガスの雰囲気と第２の原料ガスの雰囲気との間で、交互に多数回切り替え、これらの間に原料ガスの供給を止めて真空排気する工程を介在させることにより、前記基材の表面に多層に積層して形成される堆積膜を原子層堆積膜と呼び、この形成手法を原子層堆積法と呼んでいる。

さらにこの工程を図５により説明すると、この図５は、原料ガスであるＴＭＡガスとＯ_３ガスとの給断のタイミングを時系列に沿って示したものであり、図示するように前記ガス流路内にＴＭＡガスとＯ_３ガスとを交互に供給し、各々のガス供給の間（時刻ｔ２〜ｔ３及び時刻ｔ４〜ｔ５）にガス流路内を例えば２秒間ずつ引き切りの状態とすることで、ガス流路の内面や、ガス流路に設けられた構成部材の表面には極めて薄いＡｌ_２Ｏ_３膜が形成される。そして時刻ｔ１〜ｔ５の各ステップを１サイクルとしたとき、例えば数百サイクル繰り返すことで、ガス流路の内面や、ガス流路に設けられた構成部材の表面には例えば２００Åの膜厚Ａｌ_２Ｏ_３膜よりなる原子層堆積膜が形成される。

続いてガス供給源２と処理容器１０とを結ぶ配管や、この配管に設けられたガス供給機器ユニット２２に対して表面処理を行ない、処理容器１０に対しては表面処理を行なわない場合について図６を用いて説明する。この場合には、例えば処理容器１０を迂回する第１及び第２のバイパス路４３，４４を用いて第１及び第２の原料ガスを通流させたり、真空雰囲気に設定することにより、ガス配管２３から処理ガス供給管２１、ガス供給機器２２、排気管２４を結ぶガス流路に対して表面処理が行われる。

この場合においても、先ずメーカ側から納入された装置を、既述の図２に示すようにユーザ側にて組み立てる(ステップＳ１１)。そして例えば加熱手段５３、５４，５５，５６により、ガス配管２３、処理ガス供給管２１、ガス供給機器２２、排気管２４の夫々の内面が例えば１５０℃程度になるように加熱する。

一方、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ８を開き，バルブＶ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を閉じて、真空ポンプ２５により、第１及び第２のバイパス流路４３，４４を介して、ガス配管２３と、ガス供給機器２２と、処理ガス供給管２１と、排気管２４とを結ぶガス流路の内部を真空排気する。

次いでバルブＶ２，Ｖ８を閉じ、バルブＶ４，Ｖ６を開いて、前記ガス流路内部に、第１の原料ガスであるＴＭＡガスを例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で１秒程度供給し、ＴＭＡガスを前記ガス流路の内面に吸着させる（ステップＳ１２）。続いてバルブＶ４，Ｖ６を閉じ、バルブＶ２，Ｖ８を開いて、前記ガス流路の内部を２秒程度真空排気して（ステップＳ１３）、前記ガス流路の内部に残存する第１の原料ガスを排出する。

次いでバルブＶ２，Ｖ８を閉じ、バルブＶ５，Ｖ６を開いて、前記ガス流路内部に、第２の原料ガスであるＯ_３ガスを例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で１秒程度供給し、前記ガス流路の内面に吸着しているＴＭＡと反応させて、Ａｌ_２Ｏ_３よりなる極めて薄い堆積膜を形成させる（ステップＳ１４）。続いてバルブＶ５，Ｖ６を閉じ、バルブＶ２，Ｖ８を開いて、前記ガス流路内部を２秒程度真空排気して、当該ガス流路の内部に残存するＯ_３ガスを排気する（ステップＳ１５）。そしてこのステップＳ１２〜ステップＳ１５の工程を例えば数百回繰り返して行うことにより、前記ガス配管２３、ガス供給機器ユニット２２の腐食性ガスの流路、処理ガス供給管２１、排気管２４の内面に堆積膜を形成する（ステップＳ１６）。

また処理容器１０のみに表面処理を行なう場合には、例えば図７に示すように、ガス配管２３、処理ガス供給管２１、ガス供給機器ユニット２２を迂回する第１のバイパス路４３を用いて第１及び第２の原料ガスを通流させたり、真空雰囲気に設定することにより、処理容器１０と排気管２４を結ぶガス流路に対して表面処理が行われる。

この場合においても、先ずメーカ側から納入された装置を、既述の図２に示すようにユーザ側にて組み立てる(ステップＳ２１)。そして例えば加熱手段５７により、処理容器１０の内部が例えば１５０℃程度になるように加熱する。

一方、バルブＶ２を開き，バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８を閉じて、真空ポンプ２５により、処理容器１０の内部を真空排気する。

次いでバルブＶ２を閉じ、バルブＶ３，Ｖ４，Ｖ７を開いて、前記ガス流路内部に、第１の原料ガスであるＴＭＡガスを例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で１秒程度供給し、ＴＭＡガスを前記ガス流路の内面に吸着させる（ステップＳ２２）。続いてバルブＶ３，Ｖ４，Ｖ７を閉じ、バルブＶ２を開いて、前記ガス流路の内部を２秒程度真空排気して（ステップＳ２３）、前記ガス流路の内部に残存する第１の原料ガスを排出する。

次いでバルブＶ２を閉じ、バルブＶ３，Ｖ５，Ｖ７を開いて、前記ガス流路内部に、第２の原料ガスであるＯ_３ガスを例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で１秒程度供給し、前記ガス流路の内面に吸着しているＴＭＡと反応させて、Ａｌ_２Ｏ_３よりなる極めて薄い堆積膜を形成させる（ステップＳ２４）。続いてバルブＶ３，Ｖ５，Ｖ７を閉じ、バルブＶ２を開いて、前記ガス流路内部を２秒程度真空排気して、当該ガス流路の内部に残存するＯ_３ガスを排気する（ステップＳ２５）。そしてこのステップＳ２２〜ステップＳ２５の工程を例えば数百回繰り返して行うことにより、前記処理容器１０の内面や処理容器１０の内部に設けられた構成部材の表面、排気管２４の内面に堆積膜を形成する（ステップＳ２６）。

続いて例えばガス配管２３や処理ガス供給管２１やガス供給機器ユニット２２の夫々のみについて表面処理を行う場合について図８〜図１０を用いて簡単に説明する。この場合には、例えば図８〜図１０に示すように、ガス配管２３とガス供給機器ユニット２２と処理ガス供給管２１とを夫々バイパス路接続用の配管３３，３４にて接続し、第１の原料通流路４１の開閉バルブＶ６の上流側から分岐して、他端側が前記配管３４に接続される開閉バルブＶ９を備えた第３のバイパス路４５と、この第３のバイパス路４５から分岐し、他端側が配管３３に接続されるバルブＶ１０を備えた第４のバイパス路４６と、配管３４と第１のバイパス路４３とを接続するバルブＶ１１を備えた第５のバイパス路４７と、配管３３と第１のバイパス路４３とを接続するバルブＶ１２を備えた第６のバイパス路４８とを備えた装置にて、表面処理を行なう対象の構成部材のみに選択的に第１及び第２の原料ガスを通流し、当該構成部材のみを選択的に真空排気することにより行なわれる。

つまりガス配管２３のみについて表面処理を行う場合については、例えば図８に示すように、第１及び第２の原料通流路４１，４２と、第６のバイパス路４８、第１のバイパス路４３、第２のバイパス路４４、排気管２４を介して、第１及び第２の原料ガスを選択的にガス配管２３に対して供給すると共に、第６のバイパス路４８、第１及び第２のバイパス路４３，４４、排気管２４を介してガス配管２３に対して選択的に真空排気が行なう。

またガス供給機器ユニット２２のみについて表面処理を行う場合については、例えば図９に示すように、第１及び第２の原料通流路４１，４２と、第３のバイパス路４５、第４のバイパス路４６、第５のバイパス路４７、第１及び第２のバイパス路４３，４４、排気管２４を介して第１及び第２の原料ガスが選択的にガス供給機器ユニット２２に対して供給すると共に、第５のバイパス路４７、第１及び第２のバイパス路４３，４４、排気管２４を介して選択的にガス供給機器ユニット２２に対して真空排気を行なう。

さらに処理ガス供給管２１のみについて表面処理を行う場合については、例えば図１０に示すように、第１及び第２の原料通流路４１，４２と、第３のバイパス路４５、第１及び第２のバイパス路４３，４４、排気管２４を介して第１及び第２の原料ガスを選択的に処理ガス供給管２１に対して供給すると共に、第１及び第２のバイパス路４３，４４、排気管２４を介して選択的に処理ガス供給管２１の真空排気を行なう。

さらにまた排気管２４のみに対して表面処理を行なう場合には、例えば第１及び第２の原料通流路４１，４２と、第３のバイパス路４５、第１及び第２のバイパス路４３，４４を介して第１及び第２の原料ガスを排気管２４に対して供給すると共に、真空ポンプ２５により排気管２４の真空排気を行う。

また上述の例では、第２のバイパス路４４を排気管２４の上流側に接続したが、このバイパス路４４を排気管２４の途中に接続してもよい。さらにこのバイパス路４４や別の新たなバイパス路（図示せず）を排気管２４の下流側に接続して、排気管２４を介さずに直接真空ポンプ２５により、配管２３、ガス供給機器ユニット２２、処理ガス供給管２１、処理容器１０等の真空排気を行うようにしてもよい。

また例えば図１に示すように、処理容器１０に直接処理ガス供給管２１や排気管２４を接続すると共に、ガス配管２３の上流側に、ガス供給源２の代わりに、第１及び第２の原料ガスの供給源５１，５２を接続して、ガス配管２３からガス供給機器ユニット２２、処理ガス供給管２１、処理容器１０を介して排気管２４に至る腐食性ガスの流路に対して一括して表面処理を行うようにしてもよい。

さらに本発明では、処理ガス供給管２１とガス配管２３とを合わせて処理容器１０に処理ガスを供給する配管が構成されるが、必ずしもユーザ側のガス配管２３を設ける必要はなく、ガス供給機器ユニット２２が設けられていない構成であってもよい。

また本発明は、ユーザ側にて組み立てられた装置のみならず、メーカ側で処理容器１０に処理ガス供給管２１と排気管２４と真空ポンプ２５とを接続して装置を組み立て、処理ガス供給管２１の上流側に第１及び第２の原料ガス供給源５１，５２を接続して、前記組み立てられた装置の腐食性ガスの流路に対して表面処理を行なうようにしてもよい。

以上において前記原子層堆積膜としては、前記の手法で形成されるＡｌ_２Ｏ_３膜の他に、第１の原料ガスとしてＡｌＣｌ_３ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３ガス又はＨ_２Ｏガスを用いて形成されるＡｌ_２Ｏ_３，第１の原料ガスとしてＨｆＣｌ_４ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３ガスを用いて形成されるＨｆＯ_２，第１の原料ガスとしてＨｆ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３又はＨ_２Ｏガスを用いて形成されるＨｆＯ_２，第１の原料ガスとしてＨｆ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３ガス又はＨ_２Ｏガスを用いて形成されるＨｆＯ_２，第１の原料ガスとしてＺｒＣｌ_４ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３ガス又はＨ_２Ｏガスを用いて形成されるＺｒＯ_２，第１の原料ガスとしてＺｒ（Ｔ−ＯＣ_４Ｈ_９）_４ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３ガス又はＨ_２Ｏガスを用いて形成されるＺｒＯ_２，第１の原料ガスとしてＹＣｌ_３ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３ガス又はＨ_２Ｏガスを用いて形成されるＹ_２Ｏ_３，第１の原料ガスとしてＹ（Ｃ_５Ｈ_５）_３ガス、第２の原料ガスとしてＯ_３ガス又はＨ_２Ｏガスを用いて形成されるＹ_２Ｏ_３等の、アルミニウム（Ａｌ），ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ）を含む結合子分有機で囲まれる形状の化合物や、前記アルミニウム（Ａｌ），ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ）を含む塩化物等の化合物よりなるものが形成される。

このような実施の形態では、処理容器１０に処理ガス供給管２１や排気管２４、真空ポンプ２５等を接続して、半導体処理装置を組み立ててから、当該半導体処理装置の腐食性ガスの流路に第１及び第２の原料ガスを交互に多数回切り換えて供給すると共に、前記第１及び第２の原料ガスの供給の間に前記流路内を真空排気するという原子層堆積法により前記流路内に堆積膜を形成しているので、半導体処理装置の腐食性ガスと接触する部位に満遍なく原子層堆積膜を形成することができ、当該部位の腐食性ガスに対する耐食性を大きくすることができる。

つまりこの原子層堆積法により形成された原子層堆積膜は、原子層を一層ずつ積み上げるように極めて薄い堆積膜を積層して形成されているので、形成される膜は緻密な膜であって、耐久性や腐食性の処理ガスに対する耐食性が大きい。また原子層を一層ずつ積み上げるという手法により、表面の平坦性の高い膜が形成されるので、表面の粗さが原因となる膜剥がれ等が発生するおそれがない。

この際、本発明では、半導体処理装置を組み立てた後、この装置の腐食性ガスの流路に原料ガスを供給して、前記腐食性ガスが通流する部位に設けられる構成部材の表面処理を行っているので、当該構成部材の腐食性ガスと接触する領域に原料ガスが供給され、当該部位に原子層堆積膜を形成することができる。

また既述のように半導体処理装置を組み立てた後に表面処理を行なっているので、例えば処理容器１０に付設された処理ガス供給管２１の上流側にユーザ側のガス配管２３を接続する場合であっても、このユーザ側のガス配管２３の上流側から原料ガスを通流させることにより、当該ユーザ側のガス配管２３に対しても表面処理を行うことができる。このためユーザ側で十分にメンテナンスが行われていない配管を用いる場合であっても、当該配管の腐食が原因となるパーティクルの発生が抑えられ、金属汚染を防止することができる。

さらに装置の組み立て時に、配管の曲げ加工を行ない、この際に外的要因で表面処理膜が破壊された場合であっても、配管の曲げ加工の後で表面処理を行うことにより、破壊された膜の表面に緻密な原子層堆積膜が形成されるので、破壊された膜からさらに膜剥がれが進行してパーティクルが発生するといったことも抑えられる。さらにまた処理容器１０の内部に構成部材を取り付けた後に表面処理を行うことにより、処理容器１０自体と、処理容器１０内に設けられる構成部材とに対して一括して表面処理を行うことができるので、処理容器１０と構成部材とに対して別個に処理する場合に比べて、処理容器１０から構成部材を取り外して、当該構成部材に対して処理を行い、次いでこの構成部材を再び処理容器１０に取り付けるという作業が不要になるので、作業が容易になると共に、処理時間が短縮できる。

さらにまた原子層堆積膜は真空プロセスにより形成されるので、これにより例えばガス供給機器ユニット２２等の、複雑な形状の部位に対しても細部まで原料ガスが行き渡り、当該領域まで原子層堆積膜を形成することができる。この際、原子層堆積膜は、既述のように極めて薄い層を一層ずつ積み上げて形成されるので、既述のステップＳ２〜ステップＳ５等の繰り返し回数を制御することにより、所望の厚さの原子層堆積膜を形成することができ、このため例えば表面処理の対象に応じて、原子層堆積膜の厚さを容易に調整できる。

つまりガス供給機器ユニット２２等のように、ガス流路が複雑な形状の部位には、当該ガス供給機器ユニット２２に対して選択的に第１及び第２の原料ガスを通流させ、真空排気を行うことにより、当該ガス供給機器ユニット２２に対しては薄い膜厚の原子層堆積膜で表面処理を行うことによって、ガスの通流を妨げずに、例えば腐食性ガスに対する耐食性を高めることができる。

また第１の原料ガスと第２の原料ガスの供給の間に真空排気を行い、第１の原料ガスが残存しない状態で第２の原料ガスを供給しているので、表面処理対象の構成部材の内部での第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応が抑えられ、この反応物の生成によるパーティクルの発生を抑えることができる。

このように、半導体処理装置の腐食性ガスが通流する部位の腐食性ガスとの接触面全体に緻密な膜を形成することができるので、当該部位の腐食性の処理ガスに対する耐食性を向上させることができ、これにより前記部位の腐食により生じるパーティクルの発生を抑えることができる。

この際、原子層堆積膜は例えば室温程度の温度でも形成され、ＣＶＤ法に比較して低温で処理が行われるので、例えばアルミニウムや、アルミニウムの上に溶射膜が形成された処理容器１０に対しても、アルミニウムの溶解を起こさずに表面処理を行うことができる。ここで溶射膜の上に原子層堆積膜を形成する場合には、ポーラスな溶射膜の多数の孔部に原子層が入り込んだ状態で原子層堆積膜が形成されるので、より強固な膜が形成されることになる。このため、元々耐食性の大きな溶射膜の上に緻密な原子層堆積膜を形成することによって、より耐食性を大きくすることができる上、ポーラス構造であって表面が粗いという溶射膜の弱点をカバーすることができ、腐食性の処理ガスを用いた場合であっても、処理中の膜剥がれが発生等を抑えることができる。

また金属製配管に対して表面処理を行う場合においても、既述のように原子層堆積膜は低温で処理が行われるので、テープヒータによる加熱で第１の原料ガスと第２の原料ガスとの反応を十分進行させることができ、簡易な加熱方法で処理を行なうことができて有効である。

このように本発明では、アルミニウム製やステンレス製の処理容器、配管や下面部材等の、表面処理が行われていない安価な構成部品に原子層堆積膜を形成する表面処理を行なうことにより、耐久性や腐食性ガスに対する耐食性を向上させることができるので、予め表面処理が行われた高価な構成部材を購入することなく、安価な構成部品を用いて半導体処理装置を製造することができ、製造コストの低廉化を図ることができる。

また構成部材に表面処理を行う装置として、図２に示す構成のものを用いれば、原料供給路の開閉バルブの切り替えにより、表面処理対象に対して選択的に第１及び第２の原料ガスを供給したり、表面処理対象に対して選択的に真空排気をを行い、こうしてある表面処理対象に対して選択的に表面処理を行なうことができる。このように１台の装置にて、処理ガス供給管２１、処理容器１０、ガス配管２３、ガス供給機器ユニット２２のいずれか又は全部に対して選択的に表面処理を行うことができ、装置の汎用性が高い。

またこのようにいずれかの構成部材に対して選択的に表面処理を行うことができるので、装置の立ち上げ時やメンテナンス時に、表面処理が必要な部材のみに表面処理を行うことができる上、既述のように夫々の構成部材に対して、適切な膜厚の原子層堆積膜を形成することができる。

以上において本発明では、配管及び／又は処理容器を構成する金属にアルマイト処理を施し、その上に堆積膜を形成するようにしてもよい。

本発明の原子層堆積膜を形成する表面処理の対象となる半導体処理装置を説明するための断面図である。 前記半導体処理装置の構成部材に対して原子層堆積膜を形成する表面処理を行うための表面処理装置の一例を示す構成図である。 前記表面処理装置において、処理容器と当該処理容器に処理ガスを供給するための配管とに対して表面処理を行う場合を示す構成図である。 前記表面処理装置において、処理容器と前記配管とに対して表面処理を行う場合を説明するための工程図である。 前記処理容器と配管とに対して原子層堆積膜を形成する場合の原料ガスの給断の様子を示す構成図である。 前記表面処理装置において、処理容器に処理ガスを供給するための配管のみに対して表面処理を行う場合を示す構成図である。 前記表面処理装置において、処理容器のみに対して表面処理を行う場合を示す構成図である。 前記表面処理装置において、処理容器に処理ガスを供給するためのガス配管のみに対して表面処理を行う場合を示す構成図である。 前記表面処理装置において、前記処理ガス供給管に設けられたガス供給機器ユニットのみに対して表面処理を行う場合を示す構成図である。 前記表面処理装置において、処理容器に処理ガスを供給するための処理ガス供給管のみに対して表面処理を行う場合を示す構成図である。

符号の説明

１０ 処理容器
１１ 載置台
１２ ガス供給部
１３ 下面部材
１４ バッフル板
１５ メカチャック
２ ガス供給源
２１ 処理ガス供給管
２２ ガス供給機器ユニット
２３ ガス配管
２４ 排気管
２５ 真空ポンプ
４１ 第１の原料供給路
４２ 第２の原料供給路
４３ 第１のバイパス路
４４ 第２のバイパス路
５１ 第１の原料ガス供給源
５２ 第２の原料ガス供給源

Claims (6)

1. 処理ガスを金属製の処理容器内に供給することにより処理容器内の基板に対して半導体装置を製造するための処理を行い、処理ガスが腐食性ガスであるか、または前記処理後に処理容器内に腐食性ガスであるクリーニングガスを供給して処理容器内をクリーニングする半導体処理装置について、腐食性ガスが通流する部位の表面を処理する方法において、
   前記処理容器に、当該処理容器に腐食性ガスを供給するための金属製の配管と排気管とを接続し、前記排気管に真空排気手段を接続する工程と、
   次いで前記配管及び／または処理容器の内表面に、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムからなる群から選択された元素を含む堆積膜を成膜する工程と、を含み、
   前記堆積膜を成膜する工程は、
   前記配管及び処理容器のうち前記堆積膜を成膜させない部分を迂回するバイパス路を設ける工程と、
   前記配管及び処理容器のうち前記堆積膜を成膜させる部分を加熱する工程と、
   前記配管の上流側から、前記元素を含む第１の原料ガスを供給して、前記堆積膜を成膜させる部分の内表面に吸着させ、次いで前記配管の上流側から、第１の原料ガスに代えて第２の原料ガスを供給して、前記内表面に吸着された第１の原料ガスと反応させ、前記内表面に前記元素の原子層あるいは前記元素を含む分子層を形成し、前記第１の原料ガスを供給する工程と第２の原料ガスを供給する工程とを交互に多数回切り換え、両工程の間に、前記原料ガスの供給を止めて、前記堆積膜を成膜させる部分の内部を真空排気する工程を介在させて、加熱した前記堆積膜を成膜させる部分の内表面に前記堆積膜を成膜する工程と、を含むことを特徴とする半導体処理装置の表面処理方法。
2. 前記配管は、半導体処理装置を製造するメーカにて製造された処理容器に付設された、当該処理容器に処理ガスを供給するための金属製の配管と、この配管に接続される半導体処理装置を使用するユーザ側の金属製の配管と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体処理装置の表面処理方法。
3. 前記配管及び／又は処理容器を構成する金属は、アルミニウム又はステンレスであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体処理装置の表面処理方法。
4. 前記配管及び／又は処理容器を構成する金属と堆積膜との間には溶射膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体処理装置の表面処理方法。
5. 前記溶射膜は、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、ガリウム、クロム、イットリウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、タンタル、ネオジムのいずれかを含むものであることを特徴とする請求項４記載の半導体処理装置の表面処理方法。
6. 前記配管及び／又は処理容器を構成する金属にアルマイト処理を施し、その上に堆積膜が形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の半導体処理装置の表面処理方法。

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