JP6975972B2 - Ｙｆ３成膜体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＹＦ_３成膜体の製造方法に関する。

例えば、半導体の製造工程におけるエッチング工程，ＣＶＤ成膜工程、レジストを除去するアッシング工程などでは、プラズマ源として反応性の高いフッ素や塩素などのハロゲン系腐食性ガスが多用されている。プラズマによる製造機器の腐食を防止するために、前記腐食性ガスおよびプラズマに直接曝される部材には、高い耐プラズマ性が要求される。現在、半導体製造装置では耐プラズマ性を確保するため、製造機器の表面にイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の膜を成膜することが行われている。例えば、特許文献１には、スパッタリングにより、被成膜体の表面にイットリアの膜を形成する技術が開示されている。

特開２００９‐２８７０５８号公報

ところで、イットリアはフッ素系ガスと反応すると、主にＹＦ_３を生成する。その際に被成膜体の表面に形成されたＹＦ_３が離脱するとともに成膜体が消耗し、さらには離脱した粒子が製品に混入し半導体製品の質を劣化させる問題がある。そのため、イットリアよりもプラズマに対する耐久性に優れたＹＦ_３の膜を被成膜体の表面に形成する技術が期待されている。しかし、被成膜体の表面に純度が高く厚膜のＹＦ_３膜を形成することは技術的に難しい。そのため、現状では、必要とされる膜厚よりも薄いＹＦ_３の膜や、他の化合物を含むために純度が低いＹＦ_３の膜が被成膜体の表面に形成されたＹＦ_３成膜体が製造されている。

そこで本発明は、厚く且つ高純度のＹＦ_３の膜が被成膜体の表面に形成されたＹＦ_３成膜体を製造することが可能なＹＦ_３成膜体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、不活性ガスの雰囲気中でＹＦ_３を蒸発させる蒸発工程と、蒸発工程で蒸発させたＹＦ_３を含む不活性ガスを超音速のガス流になるように加速させる加速工程と、加速工程で加速されたガス流を被成膜体に噴出させ、被成膜体の表面にＹＦ_３の膜を形成する成膜工程とを備えたＹＦ_３成膜体の製造方法である。

この構成によれば、蒸発工程により、不活性ガスの雰囲気中でＹＦ_３が蒸発させられ、加速工程により、蒸発工程で蒸発させたＹＦ_３を含む不活性ガスが超音速のガス流になるように加速させられ、成膜工程により、加速工程で加速されたガス流が被成膜体に噴出させられ、被成膜体の表面にＹＦ_３の膜が形成される。これにより、厚く且つ高純度のＹＦ_３の膜が被成膜体の表面に形成されたＹＦ_３成膜体を製造することができる。

本発明のＹＦ_３成膜体の製造方法によれば、厚く且つ高純度のＹＦ_３の膜が被成膜体の表面に形成されたＹＦ_３成膜体を製造することができる。

実施形態に係るＳＦＪ−ＰＶＤ装置を示す図である。 実験例のＹＦ_３成膜体の膜厚を示す表である。 （Ａ）は実験例の試料番号８のＹＦ_３膜を示す図であり、（Ｂ）は実験例の試料番号１７のＹＦ_３膜を示す図であり、（Ｃ）は実験例の試料番号１８のＹＦ_３膜を示す図である。 実験例のＹＦ_３成膜体の結晶子サイズを示す表である。 実験例のＸ線結晶構造解析の結果を示すグラフである。 実験例のＸ線結晶構造解析の結果を示すグラフである。 実験例のＸ線結晶構造解析の結果を示すグラフである。 実験例のＸ線結晶構造解析の結果を示すグラフである。 実験例のＸ線結晶構造解析の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係るＹＦ_３成膜体の製造方法について説明する。本実施形態では、超音速フリージェット（Supersonic Free Jet:ＳＦＪ）物理蒸着（Physical VaporDeposition：ＰＶＤ）により被成膜体の表面にＹＦ_３の膜を形成する。超音速フリージェット物理蒸着は、以下に説明するＳＦＪ−ＰＶＤ装置により行われる。

図１に示すように、ＳＦＪ−ＰＶＤ装置１は、成膜材料であるＹＦ_３を蒸発させる蒸発チャンバ２と、成膜用の真空チャンバである成膜チャンバ３とを備えている。蒸発チャンバ２と成膜チャンバ３との間は、移送管４により接続されている。蒸発チャンバ２には、バルブ５及びマスフローコントローラ６を介してガス供給源７から、Ｈｅ，Ａｒ，Ｎ_２などの不活性ガスが所定の流量で供給され、蒸発チャンバ２の内部が所定の圧力の不活性ガスの雰囲気とされる。Ｈｅの雰囲気が最も音速が速いため、ガス供給源７は蒸発チャンバ２にＨｅガスを供給することが好ましい。

蒸発チャンバ２の内部には、水冷され、水平方向に移動自在なＸ−Ｙステージ８が設置されている。Ｘ−Ｙステージ８に成膜材料であるＹＦ_３材９が載置されている。ＹＦ_３材９には、石英窓１０、レンズ１１及びミラー１２，１３，１４を介してレーザ源１５から、例えば、波長λ＝５３２ｎｍ程度のＮｄ：ＹＡＧレーザが照射される。レーザ源１５のレーザ出力は、パワーメータ１６により計測される。レンズ１１は、図１中において実線で示されるＹＦ_３材９に最も近い位置から、図１中において破線で示されるＹＦ_３材９から最も遠い位置までの距離Ｚを移動可能である。レンズ１１を移動させることにより、ＹＦ_３材９とレンズ１１との距離を適宜変更可能である。

一方、成膜チャンバ３には、バルブ１７を介してロータリーポンプ１８及びメカニカルブースターポンプ１９が接続されている。ロータリーポンプ１８及びメカニカルブースターポンプ１９の作動により成膜チャンバ３の内部が排気され、１０^−１０Ｔｏｒｒ程度の超高真空雰囲気とされる。成膜チャンバ３の内部には、ホルダ２１を水平方向及び垂直方向に移動自在なＸ−Ｙ−Ｚステージ２０が設けられている。ホルダ２１は電気抵抗加熱システムを有する。ホルダ２１に、成膜用の被成膜体２２が固定される。蒸発チャンバ２に接続されている移送管４の他方の端部が成膜チャンバ３の内部に導かれており、移送管４の先端に超音速ノズル２３が取り付けられている。超音速ノズル２３は、ノズルヒータ２４により加熱される。

以下、ＳＦＪ−ＰＶＤ装置１を用いたＹＦ_３成膜体の製造方法について説明する。蒸発チャンバにおいて、ガス供給源７から供給された不活性ガスであるＨｅガスの雰囲気中で、レーザ源１５からのＮｄ：ＹＡＧレーザによりＹＦ_３材９を蒸発させる蒸発工程が行われる。レーザ源１５からのＮｄ：ＹＡＧレーザによりＹＦ_３材９が加熱されて蒸発し、ＹＦ_３材９から蒸発した原子からナノメートルオーダーの直径の微粒子が形成される。

蒸発工程で蒸発させたＹＦ_３を含む不活性ガスであるＨｅガスを超音速のガス流になるように加速させる加速工程が行われる。上記の蒸発チャンバ２と成膜チャンバ３との間において、圧力差によりガスの流れが生じ、蒸発チャンバ２で生成されたＹＦ_３の微粒子は雰囲気ガスであるＨｅガスと共に移送管４を通して成膜チャンバ３へと移送される。ＹＦ_３の微粒子とＨｅガスとを含む流体は、超音速ノズル２３により超音速ガス流（超音速フリージェットの気流）に加速される。

加速工程で加速されたガス流を被成膜体２２に噴出させ、被成膜体２２の表面にＹＦ_３の膜を形成する成膜工程が行われる。ＹＦ_３の微粒子とＨｅガスとを含む流体は、超音速ノズル２３から超音速ガス流として成膜チャンバ３中において被成膜体２２に向けて噴出させられる。Ｈｅガスに含まれるＹＦ_３の微粒子は、成膜対象である被成膜体２２上に堆積（物理蒸着）する。以上のようにして、被成膜体２２の上にＹＦ_３の微粒子からなるＹＦ_３膜が形成される。

本実施形態では、蒸発工程により、ＳＦＪ−ＰＶＤ装置１の蒸発チャンバ２において不活性ガスの雰囲気中でＹＦ_３材９が蒸発させられ、加速工程により、ＳＦＪ−ＰＶＤ装置１の超音速ノズル２３において蒸発工程で蒸発させたＹＦ_３を含む不活性ガスが超音速のガス流になるように加速させられ、成膜工程により、成膜チャンバ３において加速工程で加速されたガス流が超音速ノズル２３から被成膜体２２に噴出させられ、被成膜体２２の表面にＹＦ_３の膜が形成される。これにより、厚く且つ高純度のＹＦ_３の膜が被成膜体２２の表面に形成されたＹＦ_３成膜体を製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。例えば、蒸発工程でＹＦ_３を蒸発させる雰囲気の不活性ガスは、Ｈｅ以外にもＡｒやＮ_２を適用することができる。また、蒸発工程でＹＦ_３を蒸発させる熱源はレーザ以外の物を適用してもよい。

（実験例）

図１に示すＳＦＪ−ＰＶＤ装置１を用いて図２に示した条件により被成膜体２２である基板の表面にＹＦ_３の膜を形成することによって、ＹＦ_３成膜体が製造された。まず、製造されたＹＦ_３成膜体のＹＦ_３膜３０の膜厚が測定された。図２は、実験例のＹＦ_３成膜体の膜厚を示す表である。なお、図２において、圧力は、蒸発チャンバ２の内部の圧力を意味する。

また、図２において距離Ｚが１７４ｍｍとは、図１中において実線で示されるＹＦ_３材９に最も近い位置からの距離Ｚが１７４ｍｍであり、レンズ１１が図１中において破線で示されるＹＦ_３材９から最も遠い位置に配置されていることを意味する。この距離Ｚが１７４ｍｍである場合は、ＹＦ_３材９とレンズ１１との距離がレンズ１１の焦点距離である４４０ｍｍである。

また、図２において距離Ｚが８７ｍｍとは、図１中において実線で示されるＹＦ_３材９に最も近い位置からの距離Ｚが８７ｍｍであり、レンズ１１が図１中において破線で示されるＹＦ_３材９から最も遠い位置から１７４ｍｍ−８７ｍｍ＝８７ｍｍだけＹＦ_３材９に接近した位置に配置されていることを意味する。この距離Ｚが８７ｍｍである場合は、ＹＦ_３材９とレンズ１１との距離がレンズ１１の焦点距離である４４０ｍｍよりも８７ｍｍだけ短い。このため、距離Ｚが８７ｍｍである場合は、距離Ｚが１７４ｍｍである場合よりも、レーザの照射面積が広くなり、レーザのパワー密度は低下する。

また、図２において距離Ｚが０ｍｍとは、図１中において実線で示されるＹＦ_３材９に最も近い位置からの距離Ｚが０ｍｍであり、レンズ１１が図１中において実線で示されるＹＦ_３材９から最も近い位置に配置されていることを意味する。この距離Ｚが０ｍｍである場合は、ＹＦ_３材９とレンズ１１との距離がレンズ１１の焦点距離である４４０ｍｍよりも１７４ｍｍだけ短い。このため、距離Ｚが０ｍｍである場合は、距離Ｚが８７ｍｍである場合よりも、レーザの照射面積が広くなり、レーザのパワー密度は低下する。

図２における基板種類は、日本工業規格（ＪＩＳ：Japanese IndustrialStandards）に準拠している。図２における膜厚は、製造されたＹＦ_３成膜体の試料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ScanningElectron Microscope）による断面写真における５箇所の測長値の平均値であり、小数第一位まで表記されている。試料番号４，５及び１８のＹＦ_３成膜体は、同じレーザ出力、圧力及び距離Ｚの条件により製造されている。試料番号１２及び１７のＹＦ_３成膜体は、同じレーザ出力、圧力及び距離Ｚの条件により製造されている。

図２及び図３（Ａ）に示すように、試料番号８の被成膜体２２には８．０μｍの膜厚のＹＦ_３膜３０が形成された。図２及び図３（Ｂ）に示すように、試料番号１７の被成膜体２２には２８４．０μｍの厚い膜厚のＹＦ_３膜３０が形成された。図２及び図３（Ｃ）に示すように、試料番号１７の被成膜体２２には６１６．６μｍのさらに厚い膜厚のＹＦ_３膜３０が形成された。なお、図３（Ｃ）のＹＦ_３膜３０の左右の下部に斜めに延在する模様は、試料を加工する際の加工傷である。

次に製造されたＹＦ_３成膜体のＹＦ_３膜３０の組成が分析された。図４は、実験例のＹＦ_３成膜体の結晶子サイズを示す表である。図４には、上から順に各試料の５点平均の結晶子サイズが並べられている。試料番号１９〜２１は、膜厚の測定がなされていない試料である。図５、図６、図７、図８及び図９は、実験例のＸ線結晶構造解析の結果を示すグラフである。図５〜図９において、破線はＹＦ_３ターゲットとＪＣＰＤＳ（Joint Committeeon Powder Diffraction Standards）カード（０１‐０７０‐１９３５）とが一致したピークを示す。

図５〜図９に示すように、全ての試料のピークが、ＹＦ_３ターゲット及びＪＣＰＤＳカードのピークと一致している。これは、各試料のＹＦ_３膜３０が他の化合物等を含まない純粋なＹＦ_３で構成されていることを意味する。以上の本実験例の結果は、本発明のＹＦ_３成膜体の製造方法により、厚く且つ高純度のＹＦ_３の膜が被成膜体の表面に形成されたＹＦ_３成膜体を製造することができることを示している。

１…ＳＦＪ−ＰＶＤ装置、２…蒸発チャンバ、３…成膜チャンバ、４…移送管、５…バルブ、６…マスフローコントローラ、７…ガス供給源、８…Ｘ−Ｙステージ、９…ＹＦ_３材、１０…石英窓、１１…レンズ、１２，１３，１４…ミラー、１５…レーザ源、１６…パワーメータ、１７…バルブ、１８…ロータリーポンプ、１９…メカニカルブースターポンプ、２０…Ｘ−Ｙ−Ｚステージ、２１…ホルダ、２２…被成膜体、２３…超音速ノズル、２４…ノズルヒータ、３０…ＹＦ_３膜、Ｚ…距離。

Claims (1)

1. 不活性ガスの雰囲気中でＹＦ_３を蒸発させる蒸発工程と、
   前記蒸発工程で蒸発させたＹＦ_３を含む前記不活性ガスを超音速のガス流になるように加速させる加速工程と、
   前記加速工程で加速された前記ガス流を被成膜体に噴出させ、前記被成膜体の表面にＹＦ_３の膜を形成する成膜工程と、
   を備えたＹＦ_３成膜体の製造方法。

Images