JPH0992620A

JPH0992620A - 半導体製造装置用防着治具およびその再生方法

Info

Publication number: JPH0992620A
Application number: JP26771295A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Miyama; 吉生深山; Hajime Miura; 一三浦; Takashi Igarashi; 崇五十嵐; Arimitsu Tanzawa; 有備丹沢
Original assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】損傷を防止しつつ防着治具の異物膜保持力を
再生する。【解決手段】スパッタリング装置１における処理室１
１内のカソード１６と、ウエハ１４を装着するアノード
１５との間に反応領域を取り囲むように配設された円筒
形状の防着治具２０の表面に窒化膜２１を形成する。防
着治具再生方法の実施に際し、異物膜と窒化膜または酸
化膜との選択比が高いエッチング液が使用されると、窒
化膜や酸化膜は防着治具の母材よりもエッチング抵抗力
が大きいため、防着治具自体の表面の損傷を防止しつ
つ、防着治具表面の異物膜を完全に除去できる。窒化膜
または酸化膜と防着治具母材との選択比が大きいエッチ
ング液を使用すれば、異物膜を窒化膜や酸化膜と一緒に
完全に除去できる。【効果】防着治具の異物膜保持力が再生されるため、
膜剥がれによるウエハへの異物の付着を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ（以
下、ウエハという。）に半導体素子を含む集積回路を作
り込む際に使用される成膜装置やドライエッチング装置
等の半導体製造装置に関し、特に、半導体製造装置に組
み込まれる防着治具の改良に係り、例えば、ウエハ上に
金属膜を形成するスパッタリング装置に使用される防着
治具に利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程において、ウエハ上に金
属膜を形成するスパッタリング装置は、一対の電極が配
設された処理室を備えており、一方の電極はウエハ上に
被着させるべき金属膜と同質の材料が用いられて形成さ
れているターゲットが装着されるように構成され、もう
一方の電極はウエハが保持されるように構成されてい
る。そして、両電極間には円筒状の防着治具が反応領域
を取り囲むように配設されており、処理室の内壁にウエ
ハ上に形成される処理膜と同じ材質の微粒子が付着し膜
状に堆積してしまうのをこの防着治具によって防止して
いる。

【０００３】したがって、前記防着治具には処理室内壁
の代わりにウエハ上に形成される処理膜と同じ材質の微
粒子が付着し膜状に堆積することになる。この防着治具
に堆積した膜（以下、異物膜という。）は、ある程度の
膜厚以上になると膜剥がれを起こし、異物となってウエ
ハ上に付着するため、防着治具は定期的に交換する必要
がある。そして、交換した旧い方の防着治具は再生方法
を施されて繰り返し使用される。従来、この防着治具の
再生方法は化学的なエッチング処理によって防着治具の
表面に堆積した異物膜を除去したり、はつり等による機
械的処理によって剥離したりして実施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッチ
ング処理による再生方法および機械的処理による再生方
法のいずれもが、防着治具の母材表面を傷めずに異物膜
を完全に除去することができない。防着治具表面の異物
膜を完全に除去できない場合は、何回か再生方法が実施
されて繰り返し再使用されて行くうちに、未除去の異物
膜が防着治具の表面に累積し、防着治具の表面が荒れて
その異物膜保持力が低下するため、膜剥がれを起こしや
すくなる。

【０００５】また、防着治具表面の異物膜を完全に除去
するために、エッチング作用の大きなエッチング液を使
用すると、防着治具の母材が極度に浸食されることによ
って防着治具表面自体の異物膜保持力が低下するため、
防着治具の寿命が短くなってしまう。

【０００６】本発明の目的は、防着治具の表面の異物膜
保持力を維持し、膜剥がれによるウエハへの異物の付着
を防止することにある。

【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【０００９】すなわち、半導体ウエハの表面に処理を施
す半導体製造装置の処理室内に処理反応雰囲気に接触す
るようにして配設される半導体製造装置用防着治具の少
なくとも処理反応雰囲気に接触する表面に、窒化膜また
は酸化膜を形成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】前記した防着治具を繰り返し使用するために表
面に付着した異物膜を除去する防着治具再生方法の実施
に際しては、異物膜と防着治具表面の窒化膜または酸化
膜との選択比が高いエッチング液が使用される。この
際、エッチング作用の大きなエッチング液が使用されて
も、防着治具の表面に形成されている窒化膜や酸化膜は
防着治具の母材よりもエッチング作用に対する抵抗力が
大きいため、防着治具自体の表面の損傷を防止しつつ、
防着治具の表面の異物膜を完全に除去することができ
る。

【００１１】また、窒化膜または酸化膜と防着治具母材
との選択比が大きいエッチング液を使用すれば、窒化膜
や酸化膜を防着治具母材に対して除去することができる
ため、防着治具の表面すなわち窒化膜や酸化膜上に堆積
した異物膜を窒化膜や酸化膜ごと完全に除去することが
できる。この場合、防着治具の母材表面は滑らかになる
ため、防着治具表面の膜保持力は再生されることにな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
防着治具が使用されているスパッタリング装置を示す縦
断面図である。図２は防着治具の表面処理装置を示す縦
断面図である。図３は本発明の一実施形態であるスパッ
タリング装置用防着治具再生方法を示す各拡大部分断面
図である。

【００１３】本実施形態において、本発明に係る半導体
製造装置用防着治具はスパッタリング装置に使用されて
いる。半導体製造装置の一例であるスパッタリング装置
１は処理室１１を備えており、処理室１１にはクライオ
ポンプや油拡散ポンプ等の真空ポンプに接続されている
排気口１２と、イオンを生成するための不活性で質量の
大きい放電ガスとしてのアルゴンガスが供給されるガス
供給口１３と、被処理物としてのウエハ１４を出し入れ
するための搬入搬出口（図示せず）とが開設されてい
る。また、処理室１１内には一対の電極１５、１６がそ
れぞれ配設されており、両電極１５、１６間には直流電
圧または高周波電圧を印加するための電源装置１７が接
続されている。一方の電極（以下、アノードという。）
１５は、ウエハ１４を他方の電極（以下、カソードとい
う。）１６に対向させるように保持するウエハステージ
１８の上面に形成されている。カソード１６にはターゲ
ット１９がアノード１５に保持されたウエハ１４に対向
し得るように配設されており、ターゲット１９はウエハ
１４の上に被着させるべき金属膜と同質の材料が用いら
れて略円板形状に形成されている。

【００１４】前記アノード１５とカソード１６の間に
は、反応領域を取り囲むように円筒状の防着治具２０が
配設されている。防着治具２０はターゲット１９がスパ
ッタリングされて発生する被スパッタリング粒子が、処
理室１１の内壁に付着するのを防止するように構成され
ている。この防着治具２０はＴｉ（チタン）材料が使用
されて形成されており、防着治具２０の全表面には窒化
膜２１が次に述べる表面処理によって形成されている。

【００１５】防着治具２０の表面の窒化膜２１は、図２
に示されている表面処理装置２によって形成される。表
面処理装置２は処理室３１を備えており、処理室３１に
は真空ポンプに接続されている排気口３２と、アンモニ
アガス等のような窒化作用のあるガスが供給されるガス
供給口３３と、被処理物としての防着治具２０を出し入
れするための搬入搬出口（図示せず）とが開設されてお
り、処理室３１内に防着治具を載置するステージ３４が
設けられている。また、処理室３１の外周囲にはヒータ
３５が配設されており、ヒータ３５は処理室３１内の雰
囲気温度を高温に維持するように構成されている。

【００１６】次に、前記構成に係る表面処理装置２によ
って防着治具２０の表面に表面処理膜としての窒化膜２
１を形成する窒化方法を説明する。まず、防着治具２０
が処理室３１内へ適当なハンドラにより搬入搬出口から
搬入され、ステージ３４の上にセットされる。その後、
処理室３１内がヒータ３５によって所定の温度に加熱さ
れるとともに、処理室３１が常圧下あるいは真空排気口
３２により排気された減圧下で、ガス供給口３３からア
ンモニアガスが処理室３１に供給される。この状態で、
防着治具２０の表面がガス窒化されて、防着治具２０の
表面に窒化膜２１が形成される。窒化膜２１は数１０μ
ｍ程度の厚さに形成される。

【００１７】次に、前記構成に係るスパッタリング装置
の作用を説明する。ウエハ１４の上に被着すべき金属膜
の材料、例えば、配線材料であるＴｉＷ（チタンタング
ステン）からなるターゲット１９がカソード１６に予め
装着される。処理すべきウエハ１４が処理室１１内へ適
当なハンドラにより搬入搬出口から搬入され、アノード
１５の上にセットされる。その後、処理室１１が真空排
気口１２により高真空（例えば、１０^-7Ｔｏｒｒ）に排
気されると、ガス供給口１３から放電ガスとしてのアル
ゴンガス（図示せず）が処理室１１に供給される。この
ガス供給により、処理室１１内の圧力は、例えば、１０
^-3Ｔｏｒｒ程度になる。続いて、アノード１５とカソー
ド１６間の電源装置１７により直流電圧または高周波電
圧が印加され、プラズマが形成される。プラズマの励起
に伴ってターゲット１９がアルゴンイオンによってスパ
ッタリングされ、ＴｉＷの被スパッタリング粒子がウエ
ハ１４の上に被着される。その結果、ウエハ１４の上に
はＴｉＷから成る処理膜２３が形成されることになる。

【００１８】この際、被スパッタリング粒子は防着治具
２０の表面にも付着し、処理が繰り返されるうちに防着
治具２０の表面にはＴｉＷ膜が異物膜２２として堆積す
る。このようにして防着治具２０の表面に堆積した異物
膜２２は厚くなると、剥がれやすくなるため、防着治具
２０は定期的に交換され、交換された旧い方の防着治具
２０は表面の異物膜２２を除去する再生方法を実施され
る。

【００１９】次に、防着治具２０の表面に堆積した異物
膜２２を除去する再生方法を図３について説明する。

【００２０】本実施形態において、異物膜２２の除去は
エッチング処理によって行われる。使用されるエッチン
グ液は、異物膜２２を構成するＴｉＷと、防着治具２０
の表面に形成された窒化膜２１を構成するＴｉＮとの選
択比が高く、かつ、エッチング作用の大きな第１エッチ
ング液２４が使用される。この第１エッチング液２４と
しては、例えば、弗酸と硝酸の混合液、あるいは、弗酸
と硝酸と過酸化水素と純水との混合液が使用される。図
３（ａ）に示されているように、この第１エッチング液
２４の中に防着治具２０が浸漬されると、防着治具２０
の表面に堆積したＴｉＷからなる異物膜２２は第１エッ
チング液２４によって早くエッチングされる。これに対
し、防着治具２０の表面に形成された窒化膜２１は第１
エッチング液２４によってエッチングされにくいため、
殆どエッチングされない。したがって、図３（ｃ）に示
されているように、防着治具２０はその母材表面を第１
エッチング液２４によって殆ど侵蝕されずに異物膜２２
を完全に除去される。

【００２１】以上のようにＴｉＷとＴｉとの選択比の高
い第１エッチング液２４を使用すれば、防着治具２０の
表面に形成されているＴｉＮからなる窒化膜２１は治具
母材の材料Ｔｉよりもエッチング作用に対する抵抗力が
大きいため、防着治具２０自体の表面の第１エッチング
液２４による損傷を防止しつつ、防着治具２０の表面に
堆積したＴｉＷからなる異物膜２２を完全に除去するこ
とができる。

【００２２】前記実施形態によれば次の効果が得られ
る。防着治具の表面に窒化膜を形成することにより、防
着治具の再生方法の実施に際して、異物膜（ＴｉＷ）と
窒化膜（ＴｉＮ）とのエッチング速度の選択比が高く、
かつ、エッチング作用の大きなエッチング液を使用して
防着治具表面に堆積した異物膜を完全に除去することが
できるとともに、防着治具の母材表面の損傷を防止する
ことができるため、防着治具の異物膜保持力を再生させ
ることができるとともに、防着治具のリサイクル寿命を
延ばすことができる。

【００２３】前記により、防着治具表面の異物膜
保持力を確実に再生することができるため、防着治具の
表面に堆積した異物膜の膜剥がれによるウエハへの異物
の付着を確実に防止することができ、半導体装置の製造
歩留りを高めることができる。

【００２４】図４は本発明の実施形態２である防着治具
の再生方法を示す説明図である。

【００２５】本実施形態２が前記実施形態１と異なる点
は、防着治具の表面の異物膜を除去するエッチング液が
異なる点である。すなわち、本実施形態２におけるエッ
チング液は、窒化膜２１を構成するＴｉＮと防着治具２
０の母材を構成するＴｉとの選択比の大きい第２エッチ
ング液２５が使用される。この第２エッチング液２５と
しては、例えば、過酸化水素水、または、Ｕ洗用エッチ
ング液（アンモニア＋過酸化水素＋純水）が使用され
る。図４（ａ）に示されているように、この第２エッチ
ング液２５中に防着治具２０が浸漬されると、図４
（ｂ）に示されているように、防着治具２０の表面に形
成された窒化膜２１は第２エッチング液２５によってエ
ッチングされるため、この窒化膜２１と共に、異物膜２
２は除去される。この際、防着治具２０の母材表面は第
２エッチング液２５によって殆ど侵蝕されないため、防
着治具２０の表面は損傷されない。ちなみに、本実施形
態２において、防着治具２０が再使用される際には、防
着治具２０の母材表面に窒化膜２１が表面処理によって
再度形成されることになる。

【００２６】以上のようにＴｉＮとＴｉとの選択比が高
い第２エッチング液２５を使用すれば、防着治具２０の
表面に形成されている窒化膜２１は防着治具２０の母材
（Ｔｉ）よりもエッチング作用に対する抵抗力が小さい
ため、防着治具２０の母材の表面よりも早くエッチング
され、その結果、防着治具２０の母材表面の第２エッチ
ング液２５による損傷を防止しつつ、防着治具２０の表
面に堆積した異物膜２２を完全に除去することができ
る。

【００２７】図５（ａ）は本発明の実施形態３である防
着治具を示す正面断面図であり、（ｂ）、（ｃ）はその
再生方法を説明する各説明図である。

【００２８】本実施形態３は、防着治具の材料および防
着治具の表面に形成する膜が前記実施形態１と相違し、
他の構成は同じである。すなわち、本実施形態３におけ
る防着治具２０の材料はＡｌ（アルミニウム）であり、
このＡｌ製の防着治具２０の表面には酸化膜（Ａｌ
Ｏ₂）２６が形成されている。

【００２９】本実施形態３において、防着治具２０の表
面の酸化膜２６は図２に示されている表面処理装置２を
使用して形成することができ、ガス供給口３３から酸化
作用のあるガスを防着治具２０が収容された処理室３１
内に供給すればよい。

【００３０】次に、防着治具２０の表面に堆積した異物
膜２２を除去する再生方法を図５（ｂ）、（ｃ）につい
て説明する。

【００３１】本実施形態３においても、異物膜２２の除
去はエッチング処理によって行われる。使用されるエッ
チング液は、異物膜２２を構成するＴｉＷと、防着治具
２０の表面に形成された酸化膜２６を構成するＡｌＯ₂
との選択比が高く、かつ、エッチング作用の大きな第３
エッチング液２７が使用される。この第３エッチング液
２７としては、例えば、弗酸と硝酸の混合液、あるい
は、弗酸と硝酸と過酸化水素と純水との混合液が使用さ
れる。図５（ｂ）に示されているように、この第３エッ
チング液２７の中に防着治具２０が浸漬されると、防着
治具２０の表面に堆積したＴｉＷからなる異物膜２２は
第３エッチング液２７によって早くエッチングされる。
これに対し、防着治具２０の表面に形成されたＡｌＯ₂
の酸化膜２６は第３エッチング液２７によってエッチン
グされにくいため、殆どエッチングされない。したがっ
て、図５（ｃ）に示されているように、防着治具２０は
その母材表面を第３エッチング液２７によって殆ど侵蝕
されずに異物膜２２を完全に除去される。

【００３２】以上のようにＴｉＷとＡｌＯ₂との選択比
の高い第３エッチング液２７を使用すれば、防着治具２
０の表面に形成されているＡｌＯ₂からなる酸化膜２６
は防着治具２０の母材を構成する材料であるＡｌよりも
エッチング作用に対する抵抗力が大きいため、防着治具
２０自体の表面の第３エッチング液２７による損傷を防
止しつつ、防着治具２０の表面に堆積したＴｉＷからな
る異物膜２２を完全に除去することができる。

【００３３】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３４】例えば、防着治具の構造は前記実施形態で
示したものに限ることはなく、処理室の形状や構造、処
理条件等によって適宜選定される。また、防着治具は反
応領域を取り囲むように構成するに限らず、処理ガスが
流れる流路等の処理反応雰囲気と接触する部分を覆うよ
うに構成してもよい。

【００３５】防着治具の表面に形成される窒化膜または
酸化膜は、防着治具の表面全体に形成するに限らず、少
なくとも処理反応雰囲気に接触する面に部分的に形成し
てもよい。

【００３６】また、防着治具の形成材料はＴｉやＡｌ材
料に限ることはなく、この他、ステンレス鋼等が使用さ
れる。

【００３７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるスパッ
タリング装置に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではなく、ドライエッチング装置やＣ
ＶＤ装置等の半導体製造装置に使用される防着治具全般
に適用することができる。

【００３８】ＣＶＤ装置の場合は、窒化膜や酸化膜の形
成をＣＶＤ装置で行うことができるため、専用の表面処
理装置を使用する必要がなく、また、防着治具の表面の
隅々まで窒化膜または酸化膜を形成することができ、し
かも、窒化膜または酸化膜がその形成後に異物等で汚染
されるおそれがないので、より一層効果的である。

【００３９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４０】ウエハの表面に処理を施す半導体製造装置
の処理室内各部に異物膜が付着するのを防止するための
防着治具の表面に窒化膜または酸化膜を形成することに
より、防着治具の再生方法の実施に際して、防着治具の
表面の損傷を防止しつつ、異物膜を完全に除去すること
ができるため、防着治具の表面の膜保持力を維持するこ
とができ、膜剥がれによるウエハへの異物の付着を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である防着治具が使用され
ているスパッタリング装置を示す縦断面図である。

【図２】防着治具の表面処理装置を示す縦断面図であ
る。

【図３】本発明の一実施形態であるスパッタリング装置
用防着治具再生方法を示しており、（ａ）はエッチング
処理中の正面断面図、（ｂ）はエッチング処理中の拡大
部分断面図、（ｃ）はエッチング処理後の拡大部分断面
図である。

【図４】本発明の実施形態２である防着治具の再生方法
を示しており、（ａ）はエッチング処理中の正面断面
図、（ｂ）はエッチング処理中の拡大部分断面図、
（ｃ）はエッチング処理後の拡大部分断面図である。

【図５】（ａ）は本発明の実施形態３である防着治具を
示す正面断面図であり、（ｂ）、（ｃ）はその再生方法
を説明する各明図であり、（ｂ）はエッチング処理中の
拡大部分断面図、（ｃ）はエッチング処理後の拡大部分
断面図である。

【符号の説明】

１…スパッタリング装置（半導体製造装置）、２…防着
治具の表面処理装置、１１…処理室、１２…排気口、１
３…ガス供給口、１４…ウエハ、１５…アノード（電
極）、１６…カソード（電極）、１７…電源装置、１８
…ウエハステージ、１９…ターゲット、２０…防着治
具、２１…窒化膜、２２…異物膜、２３…処理膜、２４
…第１エッチング液、２５…第２エッチング液、２６…
酸化膜、２７…第３エッチング液、３１…処理室、３２
…排気口、３３…ガス供給口、３４…ステージ、３５…
ヒータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ２３Ｃ 16/44 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者五十嵐崇東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者丹沢有備東京都小平市上水本町５丁目22番１号株式会社日立マイコンシステム内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハの表面に処理を施す半導体
製造装置の処理室内に、処理反応雰囲気に接触するよう
に配設されている半導体製造装置用防着治具において、少なくとも前記処理反応雰囲気に接触する表面に窒化膜
または酸化膜が形成されていることを特徴とする半導体
製造装置用防着治具。
【請求項２】請求項１に記載の半導体製造装置用防着
治具を、その表面に半導体製造装置の処理反応によって
付着した異物をエッチング液によって除去して、再生す
る再生方法であって、前記エッチング液として、防着治具の表面に形成された
窒化膜または酸化膜と異物との選択比が大きいエッチン
グ液が使用されることを特徴とする半導体製造装置用防
着治具再生方法。
【請求項３】請求項１に記載の半導体製造装置用防着
治具を、その表面に半導体製造装置の処理反応によって
付着した異物をエッチング液によって除去して、再生す
る再生方法であって、前記エッチング液として、防着治具の表面に形成された
窒化膜または酸化膜と防着治具の母材との選択比が大き
いエッチング液が使用されることを特徴とする半導体製
造装置用防着治具再生方法。