KR20070091000A - 반도체 처리 장치용의 구성 부재 및 그 제조 방법, 및반도체 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 처리 장치에 사용되는 구성 부재(10)는, 구성 부재의 형상을 규정하는 기재(10a)와, 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막(10c)을 구비한다. 보호막(10c)은 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 1 원소의 산화물의 아몰퍼스로 이루어진다. 보호막은 1% 미만의 기공률을 갖고, 또한 1㎚ 내지 10㎛의 두께를 갖는다.
Description
본 발명은, 반도체 처리 장치용의 구성 부재 및 그 제조 방법, 및 그 구성 부재를 사용한 반도체 처리 장치에 관한 것이다. 여기에서, 반도체 처리란, 반도체 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display; 액정 디스플레이)이나 FPD(Flat Panel Display; 평판 디스플레이)용의 유리 기판 등의 피처리체상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 해당 피처리체상에 반도체 디바이스나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해서 실시되는 각종의 처리를 의미한다.
반도체 제조 장치(반도체 처리 장치), 예를 들면 성막 처리 장치나, 산화 처리 장치, 에칭 처리 장치 등은, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서, 반도체 웨이퍼(W)[이하, 「웨이퍼(W)」라 함]에 대하여 처리 가스에 의해 성막 처리 등의 소정의 처리를 실행하기 위한 처리 용기를 갖는다. 처리 용기에는, 처리 가스 공급관 을 거쳐서 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급원과, 배기관을 거쳐서 처리 용기를 배기하기 위한 배기 수단이 접속된다.
처리 용기나, 처리 가스 공급관, 배기관 등의 구성 부재는 통상 스테인리스강의 전해 연마품이나 알루미늄 등의 금속에 의해 구성된다. 또한, 처리 용기의 내부에도 금속제의 구성 부재가 포함된다. 이들 반도체 제조 장치를 구성하는 금속제의 구성 부재는 예를 들어 부식성 가스를 사용한 경우의 내식성을 향상시키는 것이 바람직하다. 이 때문에, 부식성 가스와 접촉하는 영역의 표면, 즉 처리 가스 공급관이나 배기관의 내면이나, 처리 용기의 내벽, 처리 용기의 내부의 구성 부재의 표면에 소정의 표면 처리가 실시되는 경우가 있다.
표면 처리로서는, 불화 피막 형성 처리나, 오존 패시베이션 처리(피막 형성 처리), SiO2 코팅 처리, 세라믹 용사막 형성 처리, 양극 산화 처리, CVD(Chemical Vapor Deposition; 화학적 증착) 처리 등의 각종의 방법이 사용된다. 종래에는, 이러한 표면 처리가 실행된 구성 부재를 개별적으로 구입한 후, 반도체 제조 장치를 조립한다. 이 때문에, 구성 부재가 고비용으로 되어, 반도체 제조 장치의 전체 제조 비용이 증대한다. 또한, 본 발명자들에 따르면, 후술하는 바와 같이, 종래의 이러한 종류의 구성 부재는 비용뿐만 아니라, 내구성의 면에서도 문제가 있다는 것이 밝혀져 있다.
본 발명의 목적은 반도체 처리 장치에 사용되는 내구성이 높은 구성 부재 및 그 제조 방법, 및 그 구성 부재를 사용한 반도체 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 시점은, 반도체 처리 장치에 사용되는 구성 부재로서, 상기 구성 부재의 형상을 규정하는 기재와, 상기 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막을 구비하며, 상기 보호막은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄(hafnium), 지르코늄(zirconium), 이트륨(yttrium)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 1 원소의 산화물의 아몰퍼스(amorphous; 비정질)로 이루어지고, 또한 1% 미만의 기공률을 갖고, 또한 1㎚∼10㎛의 두께를 갖는다.
본 발명의 제 2 시점은, 반도체 처리 장치에 사용되는 구성 부재의 제조 방법으로서, 상기 구성 부재의 형상을 규정하는 기재를 준비하는 공정과, 상기 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막을 형성하는 공정을 구비하며, 상기 보호막을 형성하는 공정은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 1 원소를 포함하는 제 1 원료 가스와, 산화 가스를 포함하는 제 2 원료 가스를 교대로 공급하여, CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성한 원자 또는 분자 레벨의 두께의 층을 적층하는 공정을 구비한다.
본 발명의 제 3 시점은, 반도체 처리 장치로서, 피처리 기판을 수납하는 처리 영역을 갖는 처리 용기와, 상기 처리 영역내에서 상기 피처리 기판을 지지하는 지지 부재와, 상기 처리 영역내를 배기하는 배기계와, 상기 처리 영역에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계를 구비하며, 상기 처리 영역, 상기 배기계 및 상기 가스 공급계중 어느 일부를 구성하는 구성 부재는, 상기 구성 부재의 형상을 규정하는 기재와, 상기 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막을 구비하며, 상기 보호막은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물의 아몰퍼스로 이루어지고, 또한 1% 미만의 기공률을 갖고, 또한 1㎚∼10㎛의 두께를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 반도체 제조 장치(반도체 처리 장치)를 도시하는 단면도,
도 2는 반도체 제조 장치의 구성 부재에 대하여 ALD(Atomic Layer Deposition; 이온층 증착) 막을 형성하는 표면 처리를 실행하기 위한, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 표면 처리 장치를 도시하는 구성도,
도 3은 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 금속제 배관에 대하여 ALD 막을 형성할 경우를 도시하는 구성도,
도 4는 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기내에 사용되는 구성 부재에 대하여 ALD 막을 형성할 경우를 도시하는 구성도,
도 5는 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 금속제 배관에 대하여 ALD 막을 형성하는 처리를 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 금속제 배관에 대하여 ALD 막을 형성할 경우의 원료 가스의 공급을 도시하는 타이밍 차트,
도 7은 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기내에 사용되는 구성 부재 에 대하여 ALD 막을 형성하는 처리를 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 반도체 제조 장치의 구성 부재인 처리 용기에 대하여 ALD 막을 형성하는 표면 처리를 실행하기 위한, 본 발명의 제 1 실시형태의 변경예에 따른 표면 처리 장치를 도시하는 구성도,
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 내환경 부재(구성 부재)의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 막 형성 장치의 구성도,
도 11a는 중간층(ALD 막)을 형성하는 각 공정에 있어서의 막 형성 장치의 각 밸브의 개폐 상태와, 장치 내부를 흐르는 원료 가스의 경로를 도시하는 설명도,
도 11b는 중간층을 형성하는 각 공정에 있어서의 막 형성 장치의 각 밸브의 개폐 상태와, 장치 내부를 흐르는 원료 가스의 경로를 도시하는 설명도,
도 11c는 중간층을 형성하는 각 공정에 있어서의 막 형성 장치의 각 밸브의 개폐 상태와, 장치 내부를 흐르는 원료 가스의 경로를 도시하는 설명도,
도 12는 중간층의 성막 공정을 도시한 흐름도,
도 13은 막 형성 장치에 대한 원료 가스의 공급을 도시하는 타이밍 차트,
도 14는 기재의 표면에 용사를 실시하는 모양을 도시한 측면도,
도 15는 본 발명에 따른 내환경 부재가 구성 부재로서 사용되는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 반도체 처리 장치를 도시하는 단면도,
도 16은 본 발명의 제 2 실시형태의 변경예에 따른 막 형성 장치의 구성도,
도 17은 종래의 세라믹 용사막 형성 처리가 실시된 부재의 제조 공정을 설명 하기 위한 모식도,
도 18은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 반도체 처리 장치를 도시하는 단면도,
도 19는 반도체 처리 장치의 구성 부재에 대하여 ALD 막을 형성하는 표면 처리를 실행하기 위한, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 표면 처리 장치의 일례를 도시하는 구성도,
도 20은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기와 해당 처리 용기에 처리 가스를 공급하기 위한 배관에 대하여 표면 처리를 실행할 경우를 도시하는 구성도,
도 21은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기와 배관에 대하여 실행하는 표면 처리의 흐름도,
도 22는 처리 용기와 배관에 대하여 ALD 막을 형성할 경우의 원료 가스의 공급을 도시하는 타이밍 차트,
도 23은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 처리 가스를 공급하기 위한 배관에 대해서만 표면 처리를 실행할 경우를 도시하는 구성도,
도 24는 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 대해서만 표면 처리를 실행할 경우를 도시하는 구성도,
도 25는 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 배관에 대해서만 표면 처리를 실행할 경우를 도시하는 구성도,
도 26은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 가스 공급관에 배치된 가스 공급 유닛에 대해서만 표면 처리를 실행할 경우를 도시하는 구성도,
도 27은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급관에 대해서만 표면 처리를 실행할 경우를 도시하는 구성도.
본 발명자들은, 본 발명의 개발의 과정에서, 종래의 각 표면 처리 방법을 반도체 처리 장치용의 구성 부재에 적용했을 경우에 발생하는 문제에 대하여 연구했다. 그 결과, 본 발명자들은 이하에 기술하는 바와 같은 지견을 얻었다.
불화 피막 형성 처리에서는, 표면 처리가 실시된 배관을 장치의 조립시에 굽힘 가공을 실행하려고 하면, 굽혀진 영역의 부동태막(표면 처리막)이 파괴되어서 박리한다. 이 경우, 금속 오염물(metal contamination)이나 파티클(particle) 발생의 요인이 된다. 산화 피막 형성 처리나 양극 산화 처리에서는, 충분한 두께의 산화막의 형성이 곤란하여, 내식성이 떨어진다. SiO2 코팅 처리에서는, 처리 대상인 배관의 내경이 적은 경우에는 처리가 불가능하고, 또한 불소 분위기에는 적합하지 않다. 세라믹 용사막 형성 처리는 피막이 다공성 구조이고, 표면이 거칠다. 이 때문에, 처리중에 막 박리가 발생하여, 파티클 발생의 요인이 된다. CVD 처리에서는, 치밀하고 양호한 막이 성막될 수 있지만, 고온으로 되므로 성막 대상이 한정되어, 알루미늄제의 구성 부재에는 적용하기 어렵다.
알루미늄제의 처리 용기(성막 챔버)는, 예를 들어 산화이트륨(Y203)이나 알루미나(Al2O3)를 용사한, 내식성이 큰 용사막에 의해 표면 처리가 실행되는 경우가 있다. 그러나, 처리 가스의 부식성이 높거나, 또는 플라즈마 처리에 있어서 플라즈마에 노출되는 시간이 길 경우, 용사막이 다공성 구조이기 때문에, 처리에 따라서는 단시간에 국소적으로 막의 박리가 발생한다. 이 경우, 재용사를 실행하는 것이 필요해질 가능성이 있다.
일본 특허 공개 제 2002-222807 호 공보(특허문헌 1)에는, 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입관부, 및 배기계로 통하는 배기관부를 구비한 열처리 장치에 있어서의 이러한 종류의 문제에 대한 대책 기술이 개시된다. 이 기술에서는, 처리로의 노내 환경에 노출되는 금속제 부재의 가스 접촉면에 크롬 산화물 피막을 코팅하거나, 혹은 배관의 가스 접촉면에 불소 수지 피막을 코팅한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 크롬 산화물 피막은 충분한 내식성을 확보하기 위한 두께로 형성하는 것이 곤란하다. 또한, 불소 수지 피막은, 배관을 구부리려고 하면, 피막이 박리하기 쉬워서, 금속 오염물이나 파티클 발생의 요인이 된다.
일본 특허 공개 제 2000-290785 호 공보(특허문헌 2)에는, CVD법에 의해 표면 처리를 실행하는 기술이 개시된다. 그러나, CVD법에서는 400℃∼500℃ 이상의 고온으로 가열하는 것이 필요해서, 알루미늄으로 구성된 구성 부재에서는 알루미늄의 용해가 일어난다. 또 스테인리스 강제의 배관에 대해서는, 통상 테이프 히터(tape heater)를 배관의 외면에 권회함으로써 가열을 실행한다. 그러나, 이러한 방법에서는 400℃∼500℃ 이상의 고온으로 가열하는 것이 곤란하여서, CVD법에 의한 표면 처리는 실현될 수 없다.
이하에, 이러한 지견에 근거하여 구성된 본 발명의 실시형태에 있어서 도면을 참조해서 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성요소에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 중복 설명은 필요할 경우에만 행한다.
이하의 실시형태에 있어서, 반도체 제조 장치(반도체 처리 장치)에 사용되는 구성 부재의 표면에 보호막(퇴적막)을 형성함으로써, 구성 부재의 내구성이나 부식성 가스에 대한 내식성을 향상시킨다. 반도체 제조 장치로서는, 반도체 디바이스 뿐만 아니라 평판 디스플레이를 제조하는 것도 포함된다. 반도체 제조 장치로서는, 예를 들면 부식성 가스를 처리 가스로서 사용하는 장치, 기판 처리후에 처리 용기내에 부식성 가스인 클리닝 가스를 공급하여 처리 용기내를 클리닝하는 장치, 플라즈마를 이용하여 처리를 실행하는 장치 등을 들 수 있다. 구체적으로는 에칭 장치, 성막 장치, 또는 애싱 장치 등이 해당된다.
<제 1 실시형태>
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 반도체 제조 장치(반도체 처리 장치)를 도시하는 단면도이다. 표면 처리의 대상이 되는 반도체 제조 장치의 구성 부재에 대해서, 도 1에 도시하는 장치를 이용하여 간단하게 설명한다. 이 장치에서는, 처리 용기(10)내에 배치된 탑재대(11)상에 웨이퍼(W)가 탑재된다. 탑재대(11)와 대향하도록 처리 용기(10)내에 가스 공급부(가스 샤워헤드)(12)가 배치된 다. 샤워헤드(12)의 하면 부재(13)에 형성된 다수의 가스 구멍(13a)으로부터, 탑재대(11)상의 웨이퍼(W)에 대하여 예컨대 부식성의 처리 가스가 공급된다. 처리 용기(10)내에는 처리 가스 공급관(14)으로부터 가스 공급부(12)를 거쳐서 처리 가스가 공급된다. 배기관(15)을 거쳐서 배기 수단(도시하지 않음)에 의해 처리 용기(10)내가 배기된다.
탑재대(11)의 주위에, 예컨대 복수의 가스의 배기구(16a)가 형성된 배플판(16)이 배치된다. 이로써, 처리 용기(10)내의 배기가 탑재대(11)의 주위로부터 원주방향으로 거의 균일하게 실행된다. 도면중 도면부호(17)는 웨이퍼(W)의 주위를 기계적으로 가압하여, 이 웨이퍼(W)를 탑재대(11)에 유지시키기 위한 메커니컬 척이다. 여기서 도 1에 도시하는 장치에서는, 표면 처리 대상이 되는 구성 부재로서, 크게 나누어 제 1 구성 부재(21)와 제 2 구성 부재(22)가 있다. 제 1 구성 부재(21)는 내면이 처리 가스와 접촉하고, 해당 내면이 표면 처리의 대상이 되는 구성 부재이다. 제 2 구성 부재(22)는 내면이나 외면이 처리 가스와 접촉하고, 이들 내면이나 외면이 표면 처리의 대상이 되는 구성 부재이다.
구체적으로는, 제 1 구성 부재(21)에는, 예를 들면 금속제의 처리 용기(10)나, 이 처리 용기(10)내에 처리 가스를 공급하기 위한 배관인 처리 가스 공급관(14)이나, 처리 용기(10)내를 배기하기 위한 배기관(15)이 해당된다. 또한, 해당 배관에 배치되는 밸브나, 유량 조정부, 압력계 등의 계측 기기, 또한 이들 밸브나 유량 조정부, 필터 등이 통합된 가스 공급 유닛 등의 금속제 배관에 접속되어, 내면이 처리 가스와 접촉하는 가스 공급 기기도 제 1 구성 부재(21)에 해당된다. 이들 부품의 처리 가스와 접촉하는 면에 표면 처리가 실행된다.
또한, 제 2 구성 부재(22)에는, 예를 들면 도 1에 도시하는 가스 공급부(가스 샤워헤드)(12)의 하면 부재(13)나, 배플판(16), 메커니컬 척(17) 등의 처리 용기(10)의 내부에 배치되는 부품이 해당된다. 이들 부품의 처리 가스와 접촉하는 면에 표면 처리가 실행된다.
도 2는 반도체 제조 장치의 구성 부재에 대하여 ALD(Atomic Layer Deposition) 막을 형성하는 표면 처리를 실행하기 위한, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 표면 처리 장치를 도시하는 구성도이다. 이하에서는, 구성 부재의 표면에, 퇴적막(보호막)로서, 알루미늄(Al)을 포함하는 화합물인 Al2O3 막을 형성하는 표면 처리를 실행할 경우를 예로 들어서 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 원료 가스인 트리메틸알루미늄(TMA: Al(CH3)3)을 공급하기 위해서, 그 공급원(제 1 원료 가스 공급원)(31)이 배치된다. 제 1 원료 가스 공급원(31)은 TMA의 가스화 기구를 구비한다. 제 2 원료 가스인 오존(O3) 가스를 공급하기 위해서, 그 공급원(제 2 원료 가스 공급원)(32)이 배치된다. 이들 제 1 및 제 2 원료 가스 공급원(31, 32)의 하류측에는 접속부(33)가 배치된다. 제 1 및 제 2 원료 가스 공급원(31, 32)은, 예컨대 제 1 및 제 2 개폐 밸브(V1, V2)와, 제 1 및 제 2 매스 플로우 콘트롤러(M1, M2)를 구비한 제 1 원료 유로(41)를 거쳐서 접속부(33)에 접속된다.
이 접속부(33)의 하류측은 개폐 밸브(V3)를 구비한 제 2 원료 유로(42)를 거 쳐서 진공 배기 수단, 예컨대 진공 펌프(5)에 접속된다. 또한, 이 접속부(33)의 하류측은, 개폐 밸브(V4)를 구비한 제 3 원료 유로(43)를 거쳐서, 제 2 구성 부재(22)에 대하여 표면 처리를 실행할 때에 사용되는 성막 용기(6)에 접속된다. 이 성막 용기(6)는, 제 2 원료 유로(42)의 개폐 밸브(V3)와 진공 펌프(5) 사이에, 개폐 밸브(V5)를 구비한 제 4 원료 유로(44)를 거쳐서 접속된다.
접속부(33)는, 표면 처리 대상이 제 1 구성 부재(21)일 때에, 이 제 1 구성 부재(21)를 제 1 원료 유로(41)와 제 2 원료 유로(42)에 대하여 접속하는 부위이다. 이 접속부(33)에 있어서, 예컨대 제 1 구성 부재(21)와 접속되는 제 1 원료 유로(41) 및 제 2 원료 유로(42)의 단부에 커넥터 부재(34, 35)가 각각 배치된다. 커넥터 부재(34, 35)는 이들 원료 유로(41, 42)를 구성하는 배관과 제 1 구성 부재(21)의 양측의 접속 단부를 접속하는데 사용된다.
이 커넥터 부재(34, 35)는 원료 유로(41, 42)와, 제 1 구성 부재(21)의 접속 단부의 각각의 개구부의 크기가 상이할 때에 이용된다. 커넥터 부재(34, 35)의 일단부측에 원료 유로[41(42)]가 접속되고, 타단부측에 제 1 구성 부재(21)가 접속된다. 이로써, 해당 부분의 내부에 원료 가스의 유로가 형성된다.
도 3은 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 금속제 배관[제 1 구성 부재(21)]에 대하여 ALD 막을 형성할 경우를 도시하는 구성도이다. 예를 들어 제 1 구성 부재(21)가 처리 가스 공급관(14)이나 배기관(15) 등의 금속제 배관일 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이, 금속제 배관의 양단부에 제 1 원료 유로(41)와 제 2 원료 유로(42)가 커넥터 부재(34, 35)를 거쳐서 접속된다. 접속부(33)에 금속제 배관이 접속되면, 예컨대 해당 배관의 외면에 테이프 히터(36)가 권회되어서, 해당 배관이 가열된다.
커넥터 부재(34, 35)는, 예컨대 제 1 구성 부재(21)의 접속 단부의 개구부에 맞추어서 복수개 준비된다. 또한, 제 1 구성 부재(21)와 원료 유로(41, 42)를 구성하는 배관의 접속부의 구경이 거의 동일한 크기일 경우, 커넥터 부재(34, 35)는 사용할 필요가 없다. 대신에, 예를 들어 각각의 배관의 접속 단부에 배치된 플랜지부끼리를 접속함으로써, 이들끼리를 직접 접속할 수 있다.
도 4는 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기내에 사용되는 구성 부재[제 2 구성 부재(22)]에 대하여 ALD 막을 형성할 경우를 도시하는 구성도이다. 제 2 구성 부재(22)의 표면 처리를 실행하는 성막 용기(6)는 예컨대 내면이 알루미나 용사막에 의해 구성된다. 그 내부에는 상부측에 가스 공급부(61)가 배치되고, 이 가스 공급부(61)에는 제 3 원료 유로(43)의 타단부측이 접속된다. 가스 공급부(61)의 하면에는 다수의 원료 가스의 공급구멍(61a)이 형성된다. 성막 용기(6) 내부의 하부측에는, 예를 들어 가스 공급부(61)와 대향하도록, 지지대(62)가 배치된다. 표면 처리 대상인 제 2 구성 부재(22)는 이 지지대(62)상에 탑재된다. 이들 가스 공급부(61) 및 지지대(62)에 있어서, 표면 처리의 원료 가스와의 접촉면은 예컨대 알루미늄에 의해 구성된다. 성막 용기(6)의 벽부에는 예를 들어 저항 발열체로 이루어지는 히터(63)가 배치된다. 성막 용기(6)의 바닥부에는 배기구(64)가 형성되고, 이 배기구(64)는 제 4 원료 유로(44), 제 2 원료 유로(42)를 거쳐서 진공 펌프(5)와 접속된다.
도 5는 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 금속제 배관[제 1 구성 부재(21)]에 대하여 ALD 막을 형성하는 처리를 설명하기 위한 흐름도이다. 이 처리는, 예를 들어 장치를 조립하기 이전이나 유지보수시에 실행된다. 우선 제 1 구성 부재(21)로서, 처리 가스 공급관(14)이나 배기관(15)에 대하여 퇴적막을 형성하기 위한 표면 처리를 실행할 경우에 대해서 설명한다. 예를 들면 처리 가스 공급관(14)이나 배기관(15)이 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속제 기재에 의해 구성될 경우, 이 금속제 기재의 표면에 퇴적막이 형성된다.
우선 도 3에 도시하는 바와 같이 처리 가스 공급관(14)이나 배기관(15) 등의 금속제 배관을 접속부(33)에 전술한 바와 같이 접속한다(단계 S1). 다음에, 예를 들어 테이프 히터(36)에 의해 금속제 배관의 내면이 예컨대 150℃ 정도로 되도록 가열한다. 또한, 밸브(V1, V2, V4, V5)를 폐쇄하고, 밸브(V3)를 개방하여서 진공 펌프(5)에 의해 금속제 배관의 내부를 예컨대 133Pa(1Torr) 정도까지 진공 배기한다.
다음에, 밸브(V3)를 폐쇄하고, 밸브(V1)를 개방하여서 금속제 배관 내부에, 제 1 원료 가스인 TMA 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. 이로써 TMA 가스가 표면 처리의 대상인 금속제 배관의 내면에 흡착된다(단계 S2).
다음에, 밸브(V1)를 폐쇄하고, 밸브(V3)를 개방하여서 금속제 배관의 내부를 2초 정도 진공 배기한다(단계 S3). 이로써 금속제 배관 내면에 흡착하지 않고, 금속제 배관의 내부에 부유한 상태로 잔존하는 제 1 원료 가스가 배출된다. 다음에, 밸브(V3)를 폐쇄하고, 밸브(V2)를 개방하여서 금속제 배관 내부에, 제 2 원료 가스인 O3 가스를 예컨대 1000㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. O3 가스는 금속제 배관에 흡착하는 액상의 TMA와 반응하여 Al2O3의 화학식으로 표시되는 반응 생성물(고상)을 생성한다. 이로써, 예컨대 막 두께가 0.1㎚ 정도의 Al2O3으로 이루어지는 극히 얇은 화합물층(산화물층)이 형성된다(단계 S4).
다음에, 밸브(V2)를 폐쇄하고, 밸브(V3)를 개방하여서 금속제 배관의 내부를 2초 정도 진공 배기하여, 금속제 배관의 내부에 잔존하는 O3 가스를 배기한다(단계 S5). 그리고, 이 단계 S2 내지 단계 S5의 공정을 예컨대 수백회 반복하여 실행함으로써, 예컨대 막 두께가 30㎚의 퇴적막을 형성한다(단계 S6).
이렇게 본 실시형태에서는, 처리 대상의 금속제의 기재를 제 1 원료 가스의 분위기에 배치하여, 해당 기재의 표면에 제 1 원료 가스를 흡착시킨다. 다음에, 해당 분위기를 제 1 원료 가스와 반응하는 제 2 원료 가스의 분위기로 전환함으로써, 예컨대 막 두께가 0.1㎚ 정도의 화합물층을 형성한다. 이렇게 해서 기재가 배치되는 분위기를 제 1 원료 가스의 분위기와 제 2 원료 가스의 분위기 사이에서, 교대로 다수회 전환함으로써, 기재의 표면에 화합물층의 적층막인 퇴적막을 형성한다.
도 6은 금속제 배관에 대하여 ALD 막을 형성할 경우의 원료 가스의 공급을 도시하는 타이밍 차트이다. 도시하는 바와 같이 제 1 구성 부재(21)내에 TMA 가스 와 O3 가스를 교대로 공급한다. 또한, 각각의 가스 공급 사이(시간 t2∼t3 및 시간 t4∼t5)에 금속제 배관내를 예컨대 2초간씩 오프(OFF)의 상태로 한다. 이로써, 금속제 배관의 내면에는 극히 얇은 Al2O3 막이 형성된다. 그리고 시간 t1∼t5의 각 단계를 1사이클로 하여, 예컨대 수백 사이클 반복하는 것에 의해 금속제 배관의 내측 표면에는 예컨대 30㎚의 막 두께의 Al2O3 막으로 이루어지는 퇴적막이 형성된다. 제 1 구성 부재(21)가 금속제의 처리 용기(10)일 경우, 예를 들어 이 처리 용기(10)는 그 기재가 알루미늄으로 이루어지거나, 또는 그 표면에 용사막(다결정으로 이루어짐), 예를 들어 알루미늄이나 산화이트륨 용사막이 형성된 것으로 이루어진다. 따라서, 이들 기재의 표면이나 용사막의 표면에 퇴적막이 형성된다. 용사막으로서는, 예를 들어 붕소(B), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 갈륨(Ga), 크롬(Cr), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 게르마늄(Ge), 네오디움(Nd) 등을 포함하는 것이 형성된다.
이 경우에 있어서도, 금속제 배관과 동일하게, 접속부(33)에 있어서, 처리 용기(10)의 처리 가스 공급관(14)과의 접속부인 처리 가스 공급구(14a)(도 1 참조)에 커넥터 부재(34)를 거쳐서 제 1 원료 유로(41)를 접속한다. 또한, 해당 처리 용기(10)의 배기관(15)과의 접속부인 배기구(15a)(도 1 참조)에 커넥터 부재(35)를 거쳐서 제 2 원료 유로(42)를 접속한다. 그리고, 도 5에 도시하는 공정에 따라서, 처리 용기(10)의 내면에 퇴적막을 형성하는 표면 처리를 실행한다. 도 1은 이렇게 하여 형성되는 처리 용기(10)의 내면에 있어서의 기재(10a), 용사막(10b), ALD 막(10c)의 관계를 확대하여 도시하는 부속 부분(X1)을 포함한다.
도 8은 반도체 제조 장치의 구성 부재인 처리 용기에 대하여 ALD 막을 형성하는 표면 처리를 실행하기 위한, 본 발명의 제 1 실시형태의 변경예에 따른 표면 처리 장치를 도시하는 구성도이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 처리 용기(10)의 내면을 표면 처리하는 전용의 장치를 마련하여, 이 장치에서 처리를 실행하도록 해도 좋다. 이 장치에서는, 도 2에 도시하는 표면 처리 장치를 변경하여, 제 1 원료 유로(41)와 제 2 원료 유로(42) 사이에 처리 용기(10)를 배치한다. 제 1 원료 유로(41)의 하류단과 제 2 원료 유로(42)의 상류단은 처리 가스 공급구(14a)와 배기구(15a)에 접속하기 위한 전용의 접속 단부로서 배치된다. 즉, 이 장치는 성막 용기(6)와 제 3 및 제 4 원료 유로(43, 44)를 마련하지 않는 이외에는 도 2에 도시하는 장치와 마찬가지로 구성된다.
사용에 있어서는, 우선 제 1 및 제 2 원료 유로(41, 42) 사이에, 표면 처리 대상인 처리 용기(10)를 접속한다. 다음에, 예를 들면 처리 용기(10)의 측벽의 주위에, 예컨대 저항 발열체(37)로 이루어지는 가열 수단을 배치하여, 해당 처리 용기(10)를 가열한다. 또한, 처리 용기(10)의 내면의 표면 처리의 경우, 처리 용기(10)에 가스 공급부(12)를 배치한 상태로 실행할 수 있다. 대신에, 가스 공급부(12)를 장착하지 않은 상태로 처리를 실행하고, 그 후 개별 표면 처리를 실행한 가스 공급부(12)를 처리 용기(10)내에 배치하도록 해도 좋다.
도 7은 도 2의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기내에 사용되는 구성 부재[제 2 구성 부재(22)]에 대하여 ALD 막을 형성하는 처리를 설명하기 위한 흐름도 이다. 제 2 구성 부재(21), 예를 들면 가스 공급부(12)의 하면 부재(13)나, 배플판(16)이나, 메커니컬 척(17)의 기재는 예를 들어 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되므로, 이들 표면에 퇴적막이 형성된다.
이 경우, 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 접속부(33)에서 제 1 원료 유로(41)와 제 2 원료 유로(42)를 직접 접속하고, 제 2 구성 부재(22)를 성막 용기(6) 내부의 지지대(62)상에 탑재한다(단계 S11). 그리고, 예컨대 히터(63)에 의해 성막 용기(6)의 내면이 예컨대 150℃ 정도로 되도록 가열한다. 또한, 밸브(V1, V2, V3, V4)를 폐쇄하고, 밸브(V5)를 개방하여서 진공 펌프(5)에 의해 성막 용기(6)의 내부를 예컨대 133Pa(1Torr) 정도까지 진공 배기한다.
다음에, 밸브(V5)를 폐쇄하고, 밸브(V1, V4)를 개방하여서 성막 용기(6) 내부에 제 1 원료 가스인 TMA 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. 이로써, 제 2 구성 부재(22)의 제 1 원료 가스와의 접촉면에 TMA 가스를 흡착시킨다(단계 S12). 다음에, 밸브(V1, V4)를 폐쇄하고, 밸브(V5)를 개방하여서 성막 용기(6)의 내부를 2초 정도 진공 배기하여, 잔존하는 TMA 가스를 배기한다(단계 S13).
다음에, 밸브(V5)를 폐쇄하고, 밸브(V2, V4)를 개방하여서 성막 용기(6) 내부에 제 2 원료 가스인 O3 가스를 예컨대 1000㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. 이로써, 예컨대 막 두께가 0.1㎚ 정도의 Al2O3으로 이루어지는 극히 얇은 화합물층(산화물층)을 형성한다(단계 S14). 다음에, 밸브(V2, V4)를 폐쇄하고, 밸 브(V5)를 개방하여서 성막 용기(6)의 내부를 2초 정도 진공 배기하여, 잔존하는 O3 가스를 배기한다(단계 S15). 그리고, 이 단계 S12 내지 단계 S15의 공정을 예를 들어 수백회 반복하여 실행함으로써, 예컨대 30㎚ 정도의 막 두께의 Al2O3 막으로 이루어지는 퇴적막을 제 2 구성 부재(22)의 표면에 형성한다(단계 S16). 여기서 퇴적막은 예컨대 실온 내지 200℃ 정도의 온도에서도 형성되므로, 테이프 히터(36)나 저항 발열체(37), 히터(63)에 의한 가열을 실행하지 않아도 좋다.
또한, 전술한 표면 처리 방법에 있어서, 단계 S3 및 단계 S13에 나타내는 바와 같이 처리 대상물[전술한 예에서는 금속제 배관 및 성막 용기(6)]의 내부를 진공 배기할 때에, 퍼지 가스인 질소(N2) 가스를 공급하여, 처리 대상물내를 퍼지 처리해도 좋다. 이렇게 진공 배기시에 질소 가스를 도입함으로써, 처리 대상물의 내부에 부유한 상태로 잔존하는 TMA 가스를 효율적으로 배기할 수 있다.
또 단계 S3 및 단계 S13에 있어서, 처리 대상물 내부를 진공 배기할 때에, 처리 대상물 내부의 압력을 전술한 값보다도 높은 압력으로 하면, 처리 대상물의 내면에 대한 TMA의 흡착량이 많아져서 1회의 반응으로 형성되는 막 두께를 보다 두껍게 할 수 있다. 반대로, 처리 대상물 내부를 전술한 값보다도 낮은 압력으로 하면, 1회의 반응으로 형성되는 막 두께를 보다 얇게 할 수 있다.
이 처리를 반도체 제조 장치의 제조시에 실행할 경우, 우선 제 1 구성 부재(21)나 제 2 구성 부재(22)의 처리 가스와의 접촉면에 퇴적막을 형성하는 표면 처리를 실행한다. 다음에, 이들 제 1 구성 부재(21)나 제 2 구성 부재(22)를 조립 하여 반도체 제조 장치를 제조한다. 또한, 이러한 처리를 반도체 제조 장치의 유지보수시에, 정기적으로 또는 필요에 따라서 실행할 경우, 우선 표면 처리를 실행하는 구성 부재를 반도체 제조 장치로부터 분리한다. 다음에, 해당 구성 부재의 처리 가스와의 접촉면에 퇴적막을 형성하는 표면 처리를 실행한다. 다음에, 이 구성 부재를 반도체 제조 장치에 장착한다.
이상에 있어서 퇴적막으로서, 상기 방법에 의해 형성되는 Al2O3 막 이외에, 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y)을 포함하는 유기 금속 화합물을 들 수 있다. 대신에, 퇴적막으로서, 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y)을 포함하는 염화물 등의 화합물을 들 수 있다.
구체적으로는, 다음과 같은 예를 들 수 있다. 제 1 원료 가스로서 Al(T-OC4H9)3 가스, 제 2 원료 가스로서 H2O 가스를 이용하여 Al2O3을 형성한다. 제 1 원료 가스로서 HfCl4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Hf(N(CH3)(C2H5))4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Hf(N(C2H5)2)4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 ZrCl4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 ZrO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Zr(T-OC4H9)4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 ZrO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로 서 YCl3 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 Y2O3을 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Y(C5H5)3 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 Y2O3을 형성한다.
이러한 실시형태에서는, 제 1 구성 부재(21)의 경우, 제 1 구성 부재(21)의 내부에 원료 가스를 공급한다. 또 제 2 구성 부재(22)의 경우, 성막 용기(6)의 내부에 해당 구성 부재(22)를 탑재하고 성막 용기(6)의 내부에 원료 가스를 공급한다. 이로써, 각각 화합물층을 적층하여 박막을 형성하므로, 제 1 및 제 2 구성 부재(21, 22)의 내면 전체에 빈틈없이 퇴적막을 형성할 수 있어, 해당 구성 부재(21, 22)의 내구성을 크게 할 수 있다.
즉, 이러한 퇴적법에 의해 형성된 퇴적막은 극히 얇은 화합물층을 적층하여 형성되므로, 형성되는 막은 치밀한 막이어서, 내구성이나 부식성의 처리 가스에 대한 내식성이 크다. 또한, 표면의 평탄성이 높은 막이 형성되므로, 표면 거칠기가 원인이 되는 막 박리 등이 발생할 우려가 없다.
이때, 본 실시형태에서는, 표면 처리 대상이 되는 구성 부재에 대하여, 부식성 가스 등의 처리 가스와 동일하게 원료 가스를 공급하여 표면 처리를 실행함으로써, 해당 구성 부재의 처리 가스와 접촉하는 영역에 원료 가스를 공급한다. 이 때문에 구성 부재(21)의 처리 가스와 접촉하는 내면에 표면 처리를 실행하여, 퇴적막을 형성할 수 있다.
더욱이, 퇴적막은 진공 프로세스에 의해 형성되므로, 세부까지 원료 가스가 퍼져서, 해당 영역까지 퇴적막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 구성 부재(21) 를 구성하는 배관 내부에 배치된 밸브나 유량 조정부의 내부의 처리 가스와의 접촉면이나, 제 2 구성 부재(22)의 복잡한 형상에 대해서도 퇴적막을 형성할 수 있다.
퇴적막은, 전술한 바와 같이 극히 얇은 층(원자 혹은 분자 레벨의 두께)을 한층씩 쌓아올려서 형성된다. 따라서, 전술한 단계 S2 내지 단계 S5(단계 S12 내지 단계 S15)의 반복 회수를 제어함으로써, 원하는 두께의 퇴적막을 형성할 수 있다. 이 때문에 예컨대 표면 처리의 대상을 따라, 퇴적막의 두께를 용이하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 다수의 배관과 그것에 연속되는 밸브나 유량계, 필터 등을 통합하여 마련한 가스 공급 유닛 등의 복잡한 형상의 부위에는, 얇은 막 두께의 퇴적막으로 표면 처리를 실행한다. 이로써, 가스의 유통을 방해하지 않고, 부식성 가스에 대한 내식성을 높일 수 있다.
또한, 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 공급 사이에 진공 배기를 실행하여, 제 1 원료 가스가 잔존하지 않는 상태에서 제 2 원료 가스를 공급한다. 이로써, 구성 부재(21)의 내부나 성막 용기(6)의 내부에서의 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 반응이 억제되어, 이 반응물의 생성에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이렇게, 해당 구성 부재의 처리 가스와의 접촉면 전체에 치밀한 막을 형성할 수 있다. 이 때문에, 해당 구성 부재(21)의 부식성의 처리 가스에 대한 내식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 구성 부재의 부식에 의해 생기는 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
퇴적막은 예컨대 실온 내지 200℃ 정도의 온도에서 형성되어, 통상의 열 CVD 법에 비해서 저온에서 처리가 실행된다. 이 때문에, 예를 들어 알루미늄이나, 알루미늄상에 용사막이 형성된 처리 용기에 대해서도, 알루미늄의 용해를 일으키지 않고 표면 처리를 실행할 수 있다. 용사막상에 퇴적막을 형성할 경우, 다공성 용사막의 다수의 구멍부에 화합물층이 인입된 상태에서 퇴적막이 형성되므로, 보다 강고한 막이 형성되게 된다. 이 때문에, 원래 내식성이 큰 용사막상에 치밀한 퇴적막을 형성함으로써, 보다 내식성을 크게 할 수 있다. 또한, 다공성 구조로서 표면이 거칠다는 용사막의 약점을 커버할 수 있다. 이로써, 부식성의 처리 가스를 사용한 경우라도, 처리중의 막 박리의 발생 등을 억제할 수 있다.
금속제 배관에 대하여 표면 처리를 실행할 경우에도, 전술한 바와 같이 퇴적막은 저온에서 처리가 실행된다. 이때, 테이프 히터(36)에 의한 가열에 의해 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 반응을 충분히 진행시킬 수 있어, 간단한 가열 방법으로 처리를 실행할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 알루미늄제나 스테인리스강제의 처리 용기, 배관이나 하면 부재 등의, 표면 처리가 실행되어 있지 않은 저렴한 구성 부품에 퇴적막을 형성하는 표면 처리를 실행할 수 있다. 이로써, 해당 구성 부품에 내구성이나 부식성 가스에 대한 내식성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 미리 표면 처리가 행하여진 고가의 구성 부재를 구입하지 않고, 저렴한 구성 부품을 이용하여 반도체 제조 장치를 제조할 수 있어, 제조 비용의 저렴화를 도모할 수 있다.
또한, 구성 부재에 표면 처리를 실행하는 장치로서, 도 2에 도시하는 구성의 것을 사용할 수 있다. 이 경우, 제 1 구성 부재(21)는 접속부(33)에 금속제 배관 등의 제 1 구성 부재(21)를 접속하여 표면 처리를 실행한다. 또한, 제 2 구성 부재(22)는 성막 용기(6)내에 제 2 구성 부재(22)를 반입하여 표면 처리를 실행한다. 제 1 및 제 2 구성 부재(21, 22)에 대한 표면 처리는 원료 공급로의 개폐 밸브의 전환에 의해 선택하여 실행할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 구성 부재(21, 22)에 대한 표면 처리는 동시에 실행할 수 있다. 이 후자의 경우, 접속부(33)에 금속제 배관 등의 제 1 구성 부재(21)를 접속하는 동시에, 성막 용기(6)내에 제 2 구성 부재(22)를 반입한다. 원료 가스를 공급할 때에는, 제 1 및 제 2 구성 부재(21, 22)의 양쪽에 원료 가스를 공급한다. 진공 배기할 때에는, 제 1 및 제 2 구성 부재(21, 22)의 양쪽을 진공 배기한다. 이렇게 1대의 장치로, 제 1 및 제 2 구성 부재(21, 22)의 어느 한쪽 또는 양쪽에 대하여 표면 처리를 실행할 수 있어, 장치의 범용성이 높다.
단지, 각 구성 부재에 대하여 각각의 전용의 장치로 표면 처리를 실행하도록 해도 좋다. 예를 들면, 도 8의 처리 용기(10)의 예에서 도시하는 바와 같이, 성막 용기(6)를 마련하지 않은 금속제 배관 전용이나, 처리 용기(10) 전용의 표면 처리 장치를 사용할 수 있다. 대신에, 접속부(33)를 마련하지 않고 성막 용기(6)만을 마련한 제 2 구성 부재(22) 전용의 표면 처리 장치를 사용할 수 있다. 이들의 경우, 다른 처리 장치에서 다른 구성 부재에 대하여 병렬로 표면 처리를 실행할 수 있어, 표면 처리의 스루풋(throughput)을 높일 수 있다.
본 실시형태의 표면 처리 대상이 되는 구성 부재는 반도체 제조 프로세스의 하나의 공정을 실시하는 장치에 사용되는 구성 부재이다. 이것들에는, 전술한 바 와 같은 금속제의 구성 부재뿐만 아니라, 알루미늄제 기재의 표면에 알루마이트 처리가 실시된 구성 부재나, 전극판이나 포커스 링(focus ring), 데포 실드 등의 PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등의 수지나 석영에 의해 구성된 부재도 포함된다. 이러한 구성 부재에 퇴적막을 형성하는 표면 처리를 실행함으로써, 이들 구성 부재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태는, 처리 용기(10)에 제 2 구성 부재(22)를 장착한 후, 처리 용기(10)의 내면과 제 2 구성 부재(22)에 대하여 일괄하여 동시에 표면 처리를 실행하도록 해도 좋다. 더욱이, 본 실시형태에서는, 처리 용기(10)의 내면에 대하여 표면 처리를 실행할 경우에, 도 2의 성막 용기(6)의 접속부에 성막 용기(6) 대신에 처리 용기(10)를 접속하여 해당 처리 용기(10)의 표면 처리를 실행하도록 해도 좋다.
제 2 구성 부재는 전술한 가스 공급부(12)의 하면 부재(13), 배플판(16), 메커니컬 척(17) 등의 반도체 제조 프로세스의 하나의 공정을 실시하는 장치에 사용되는 구성 부재이다. 이것들에는, 기판에 대하여 처리를 실행하는 처리 용기에 처리 가스를 도입하는 반도체 제조 장치의, 처리 용기에 배치되는 구성 부재의 모두가 포함된다.
<제 1 실시형태에 관한 실험>
본 실시형태의 효과를 확인하기 위해서 실험을 실행했다.
(샘플의 제작)
도 4에 도시하는 표면 처리 장치를 이용하여 스테인리스강 기재의 표면에 Al2O3으로 이루어진 퇴적막(23)을 형성했다. 우선, 도 4에 도시하는 성막 용기(6) 내부의 지지대(62)상에 탑재된 스테인리스강 기재를 히터(63)에 의해 200℃로 가열했다. 또한, 성막 용기(6)내를 133Pa 정도로 진공 흡인했다. 다음에, 성막 용기(6)내에 TMA 가스를 100㎖/분의 유량으로 1초 정도 공급한 후, 성막 용기(6)내를 5초 정도 진공 흡인했다. 다음에, 성막 용기(6)내에 수증기를 100㎖/분의 유량으로 1초 정도 공급했다. 그리고 이들 공정을 100회 반복하여, 스테인리스강 기재상에 퇴적막을 형성했다. 이 스테인리스강 기판을 샘플 1이라고 했다.
스테인리스강 기재의 표면을 블라스트재(blast material)로 조면화 처리한 후, 플라즈마 용사 처리에 의해 해당 기재상에 Al2O3으로 이루어진 용사막을 형성했다. 이 용사막상에 샘플 1과 동일한 처리 방법으로 퇴적막을 형성했다. 이 스테인리스강 기재를 샘플 2라고 했다.
(밀착성 시험)
샘플 1과 샘플 2에 대해서, 스테인리스강 기재의 표면에 형성된 퇴적막의 밀착력 시험을 실행했다. 시험 방법에 대해서는, 퇴적막 표면에 점착 테이프를 붙이고, 점착 테이프를 당겨 벗겼을 때에, 점착 테이프에의 퇴적막의 부착 상황을 관찰했다. 이로써, 퇴적막과 스테인리스강 기재의 밀착 강도, 및 퇴적막과 용사막의 밀착 강도를 각각 평가했다. 이 시험의 결과에서는, 샘플 1 및 샘플 2의 어느 것도 점착 테이프를 당겨 벗겼을 때에, 해당 점착 테이프에는 퇴적막이 전혀 부착되어 있지 않고, 퇴적막의 박리는 없었다. 이로부터, 퇴적막과 스테인리스강 기재의 밀착 강도 및 퇴적막과 용사막의 밀착 강도의 어느 것에 대해서도 문제가 없다고 판단할 수 있었다.
(내부식성 시험)
본 실시형태의 처리를 행하고 있지 않은 비교 샘플인 스테인리스강 기재와 샘플 1에 대해서 부식성 시험을 실행했다. 우선, 챔버내에 비교 샘플과 샘플 1을 배치하고, 챔버내에 불소(F2) 가스를 3L/분, 질소(N2) 가스를 8L/분의 유량으로 각각 공급했다. 또한, 챔버내의 압력을 50kPa로 설정하여, 비교 샘플 및 샘플 1을 1시간 방치하는 것에 의해, 이들 샘플 표면의 내부식성을 평가했다. 그런 후, 비교 샘플 및 샘플 1을 챔버내로부터 취출하여, X선 전자 분광 분석(XPS) 장치로 이들 샘플 표면의 깊이 프로파일(profile)을 측정했다. 비교 샘플의 프로파일에서는, 퇴적막의 표면으로부터 크롬(Cr)이 빠져나가는 모양이 관찰되어, 시간의 경과와 함께 스테인리스강 기재의 부식이 진행했다. 이에 대하여 샘플 1의 프로파일에서는, 퇴적막의 최외측 표면만이 약간 불화 알루미늄(AlF3)으로 이루어진 것뿐이며, 막 두께는 거의 변하지 않았다. 이러한 것으로부터, 스테인리스강 기재의 표면에 퇴적막을 형성함으로써, 부식성 가스에 대한 큰 내식성을 유효하게 확보할 수 있는 것을 이해할 수 있었다.
<용사막 형성 처리에 관한 고찰>
용사막 형성 처리는, 용사 재료를 용융·분사하여(이하, 용사라 함) 기재 표면에 충돌시켜, 기재 표면에 있는 요철에 들어간 용사 재료를 수축 응력 등의 물리 적인 힘에 의해 기재 표면에 밀착시켜서 용사막을 형성한다. 이 처리는 이하의 3가지의 이점을 갖는다. (1) 금속을 비롯한 대부분의 재질이나 복잡한 형상의 부재(기재)에 대하여 처리를 실시하는 것이 가능하다. (2) 지극히 단시간에 두꺼운 피막을 형성할 수 있다. (3) 세라믹스를 용사 재료로서 사용한 경우, 세라믹스는 높은 내식성 등을 갖는다. 그러나, 한편으로, 예를 들면 금속 기재와 세라믹 용사막 사이 등에는, 화학적인 결합력이나 분자간 힘 등의 강력한 결합력이 작용하고 있지 않아, 용사막이 기재로부터 박리하기 쉽다는 문제가 있다.
이에 대하여, 기재 표면에 조면화 처리를 실시하여, 용사막이 기재 표면으로부터 박리하기 어렵게 하는 기술이 공지되어 있다. 도 17은 종래의 세라믹 용사막 형성 처리가 실시된 부재의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 예컨대 샌드 블라스트(sand blast)법에서는, 압축 공기 등을 이용하여 모래형상의 지립(砥粒)을 도 17(a)에 도시한 금속제의 기재 표면에 내뿜으면, 도 17(b)에 도시하는 바와 같이 그 표면이 조면화된다. 처리후의 기재 표면에 세라믹 용사막(F1)을 형성하면, 도 17(c)에 도시하는 바와 같이 세라믹 용사막(F1)과 기재(101) 사이의 접촉 면적이 커져서 결합력이 향상하여, 세라믹 용사막(F1)이 박리하기 어려워진다. 그러나, 이러한 처리를 행해도, 기재(101)와 세라믹 용사막(F1) 사이에 작용하는 힘이 보다 강력한 결합력(화학적인 결합력이나 분자간 힘 등)으로 변화되는 것은 아니다. 이 때문에 세라믹 용사막(F1)이 기재(101)로부터 박리한다는 문제는 여전히 해소되지 않고 있다.
또한, 세라믹 용사막(F1)은, 분사되어 부착된 입자형상의 용사 재료가 적층 되어서 형성되므로, 다수의 작은 구멍을 갖는 다공성 구조가 된다. 이 때문에, 용사 피복된 부재가 부식성 가스나 플라즈마의 환경에 배치될 경우, 도 17(c)에 도시하는 바와 같이, 부식성 가스나 플라즈마가 용사막에 형성된 작은 구멍을 빠져나가서 기재 표면에 도달할 우려가 있다. 따라서, 부식성을 갖는 가스에 의해 기재(101)가 부식되거나, 혹은 플라즈마에 노출됨으로써 기재(101)가 손상된다. 이 경우, 손상된 부위로부터 세라믹 용사막(F1)이 박리하고, 이 때문에 부재의 사용 수명이 단축된다.
부식성 가스를 처리 가스, 혹은 클리닝 가스로서 사용하는 성막 장치나, 플라즈마를 사용하는 에칭 장치, 혹은 애싱 장치 등에 있어서는, 용사막 형성 처리를 실시한 금속 재료를 처리 용기 등에 사용하는 경우가 많다. 이들 장치에 있어서 용사막이 박리하면, 부재 자신의 수명의 문제 이외에, 파티클의 발생에 따른 제품의 양품율 저하의 문제도 있다. 또한, 세라믹 기재의 표면에 용사막을 형성할 경우, 세라믹스의 재료에 따라서는 젖음성(wettability)이 나쁜 것에 의해 용사막이 기재의 미세한 요철의 내부에까지 밀착할 수 없다. 이 경우, 금속제의 기재와 비교해서 용사막이 박리하기 쉬워진다.
일본 특허 공개 제 2000-103690 호 공보(특허문헌 3)의 제 8 단락 내지 제 9 단락에는, 상기 문제에 대한 대책 기술이 개시된다. 이 기술에서는, 세라믹 기재의 표면에 밀착성이 좋은 금속 도금을 실시하여 중간층으로 하고, 이 중간층 위에 금속의 용사막을 형성한다. 이로써, 밀착성이 좋은 중간층을 앵커(anchor)로 하여서 용사막의 밀착성을 향상시킨다. 그러나, 해당 기술은 금속 용사막의 밀착성 향 상을 목적으로 하고 있어, 다른 문제에는 대응하지 못하고 있다.
또한, 특허문헌 3에 기재되는 기술에서는, 액체를 이용하여 기재 표면에 중간층(금속 도금)을 형성한다. 이 때문에, 기재 표면의 젖음성 등의 영향에 의해, 기재 표면에 형성된 미세한 요철의 내부에까지 중간층이 충분히 인입될 수 없는 경우가 있다. 이 경우, 중간층이 앵커로서의 효과를 충분히 발휘하지 못하여, 용사막이 중간층과 함께 박리하는 사태도 생각된다.
<제 2 실시형태>
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 내환경 부재(구성 부재)의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 9(a) 내지 (d)는 각 공정에 있어서의 기재(101) 및 그 표면에 형성된 막의 단면을 확대한 도면을 모식적으로 표현한다. 본 실시형태에서는, 표면 처리가 실시되는 기재(101)[도 9(a)]에, 조면화 처리를 실시하여 기재의 비표면적을 크게 한다[도 9(b)]. 다음에, 중간층(보호막)(F2)을 형성하고[도 9(c)], 중간층(F2)의 표면에 용사 재료를 용사하여 세라믹 용사막(F1)을 형성한다[도 9(d)].
기재(101)의 재질은, 부재의 용도나 가공 내용에 따라서, 예컨대 알루미늄, 스테인리스강 등의 금속 재료 등으로부터 선택된다. 선택된 기재(101)에의 조면화 처리는, 예컨대 샌드 블라스트법 등에 의해 실행된다. 샌드 블라스트법은, 압축 공기 등에 의해 모래형상의 지립을 내뿜어서 기재 표면을 절삭하여, 미세한 요철을 형성(조면화)하는 방법이다. 지립에는, 기재(101)의 재질에 맞추어 탄화 규소 등의 모래 입자나 금속 입자 등이 적절하게 선택된다. 또한, 조면화 처리가 실시되 어 있지 않은 기재(101)에 중간층(F2)이나 세라믹 용사막(F1)을 형성하는 처리를 행하여도 좋다.
조면화 처리가 실시된 기재(101)에는, 후술하는 방법에 의해 중간층(F2)이 형성된다. 중간층(F2)은 알루미나 등의 세라믹 재료로 이루어지는 박막이며, 도 9(c)에 도시하는 바와 같이, 조면화된 기재 표면을 따라 요철에 인입되도록 하여 형성된다.
이 중간층(F2)의 표면에, 용사 재료를 용사하여 세라믹 용사막(F1)을 형성함으로써 내환경 부재(110)가 제조된다. 세라믹 용사막(F1)은, 알루미나 등의 세라믹스를 용사(용융·분사)함으로써, 중간층(F2) 표면에 형성된 박막이다. 세라믹 용사막(F1)은 용사된 용사 재료가 중간층(F2)상에서 응고함으로써 형성되므로, 도 9(d)에 도시하는 바와 같이 다수의 입자가 퇴적한 다공성 구조(다결정으로 이루어짐)를 갖는다. 원칙으로서, 세라믹 용사막(F1)과 중간층(F2)은, 중간층(F2) 표면에 있는 요철에 들어간 용사 재료가 수축 응력 등의 물리적인 힘에 의해 세라믹 용사막(F1) 표면과 밀착함으로써 결합한다. 여기에서, 세라믹 용사막(F1) 및 중간층(F2)의 재료에 동일 또는 융점이 유사한 세라믹을 선택한다. 이 경우, 예를 들어 중간층(F2)의 융점보다 높은 온도로 용사 재료를 용사하면, 도 9(d)에 도시하는 바와 같이 중간층(F2) 표면과 세라믹 용사막(F1)을 구성하는 입자가 용융, 일체화하여, 보다 강고하게 결합시킬 수 있다. 또한, 용사의 구체적인 내용에 대해서는 후술한다.
다음에, 조면화 처리된 기재(101)의 표면에 중간층(F2)을 형성하는 방법에 대하여 상술한다. 본 실시형태에서는, 중간층(F2)의 일례로서, 알루미늄(Al)을 포함하는 화합물인 Al2O3막을 형성할 경우를 설명한다.
도 10은 기재(101)의 표면에 중간층(F2)을 형성하는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 막 형성 장치의 구성도이다. 막 형성 장치는, 중간층(F2)의 원료가 되는 가스를 공급하는 가스 공급부(103)와, 기재(101)에 처리를 실행하는 성막 용기(102)와, 진공 펌프(105)를 구비한다. 가스 공급부(103)와 성막 용기(102)는 개폐 밸브(V13)가 개재된 원료 공급로(141)에 의해 접속된다. 성막 용기(102)와 진공 펌프(105)는 개폐 밸브(V14)가 개재된 원료 배출로(142)에 의해 접속된다.
가스 공급부(103)는, 제 1 원료 가스인 트리메틸 알루미늄(TMA:Al(CH3)3)의 가스화 기구를 구비한 공급원[제 1 원료 가스 공급원(131)]과, 제 2 원료 가스인 오존(O3) 가스의 공급원[제 2 원료 가스 공급원(132)]을 갖는다. 제 1 원료 가스 공급원(131)에는, 개폐 밸브(V11)와 매스 플로우 콘트롤러(M11)가 순차적으로 접속되어, 제 1 원료 가스를 설정 유량으로 공급할 수 있다. 제 2 원료 가스 공급원(132)에도 동일한 목적으로, 개폐 밸브(V12)와 매스 플로우 콘트롤러(M12)가 접속된다.
성막 용기(102)는, 기재(101)의 표면[기재(101)가 부식성 가스나 플라즈마와 접하는 면]에 중간층(F2)을 형성시키기 위한 반응 용기이다. 성막 용기(102)는, 예컨대 내면이 세라믹 용사막에 의해 코팅된 금속 재료로 구성된다. 그 내부에는, 예컨대 동일한 소재로 이루어지는 가스 도입부(121)와, 지지대(122)와, 테이프 히 터(123)와, 배기구(124)가 배치된다.
가스 도입부(121)는 가스 공급부(103)로부터 공급된 원료 가스가 공급되는 공급구이다. 가스 도입부(121)는 성막 용기(102)의 상부에 배치되고, 원료 공급로(141)를 거쳐서 가스 공급부(103)와 접속된다. 가스 도입부(121)의 하면에는, 예컨대 원료 가스의 도입 구멍(121a)이 다수 형성되어, 원료 가스의 흐름이 치우치는 일없이 성막 용기(102) 내부에 균등하게 도입된다.
지지대(122)는 중간층(F2)이 형성되는 기재(101)를 탑재하도록 구성된다. 지지대(122)는 성막 용기(102) 내부의 하부측에, 예컨대 가스 도입부(121)와 대향하도록 배치된다. 이로써, 가스 도입부(121)로부터 도입된 원료 가스가 기재(101)의 표면과 접촉한다. 또, 가스 도입부(121)나 지지대(122)가 원료 가스와 접촉하는 표면은 예컨대 알루미늄에 의해 구성된다.
테이프 히터(123)는 성막 용기(102)의 내부를 원료 가스의 반응 온도까지 가열하는 역할을 한다. 테이프 히터(123)는, 예컨대 테이프 형상의 저항 발열체에 의해 구성되고, 성막 용기(102)의 측벽부 등에 매설된다. 또한, 배기구(124)는 성막 용기(102) 내부의 원료 가스를 외부로 배기할 때의 배출구이다. 배기구(124)는, 예컨대 성막 용기(102)의 바닥부에 형성되고, 원료 배출로(142)를 거쳐서 진공 펌프(105)와 접속된다.
다음에, 막 형성 장치를 사용한 중간층(ALD 막)(F2)의 형성 방법을 도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 11a, 도 11b, 도 11c는 중간층(F2)을 형성하는 각 공정에 있어서의 막 형성 장치의 상태(각 밸브의 개폐 상태 와, 장치 내부를 흐르는 원료 가스의 경로)을 도시한 도면이다. 개방 상태의 밸브는 「O」의 문자를 붙이고, 폐쇄 상태의 밸브는 흑색으로 빈틈없이 칠하는 동시에 「S」의 문자를 붙이고 있다.
도 11a는 성막 용기(102)내의 원료 가스를 배기할 때의 장치 상태이다. 여기에서, 밸브 「V11, V12, V13」을 폐쇄 상태로 하여, 성막 용기(102)로의 원료 가스 공급을 정지한다. 밸브 「V14」를 개방 상태로 함으로써, 성막 용기(102)내의 원료 가스는 진공 펌프(105)를 향해서 경로 「P1」을 통해 배출된다.
도 11b는 성막 용기(102)에 제 1 원료 가스인 TMA 가스를 공급할 때의 장치 상태이다. 여기에서, 밸브 「V12」을 폐쇄 상태로 하여, O3 가스의 공급을 정지한다. 또한, 밸브 「V14」를 폐쇄 상태로 하여, 성막 용기(102)의 배기구(124)를 봉쇄한다. 그리고, 밸브 「V11, V13」를 개방 상태로 함으로써, 제 1 원료 가스 공급원(131)으로부터 성막 용기(102)를 향해서 TMA 가스가 경로 「P2」을 통해 공급된다.
도 11c는 성막 용기(102)에 제 2 원료 가스인 O3 가스를 공급할 때의 장치 상태이다. 여기에서, 밸브 「V11」을 폐쇄 상태로 하여, TMA 가스의 공급을 정지한다. 또한, 밸브 「V14」를 폐쇄 상태로 하여, 성막 용기(102)의 배기구(124)를 봉쇄한다. 그리고, 밸브 「V12, V13」을 개방 상태로 함으로써, 제 2 원료 가스 공급원(132)으로부터 성막 용기(102)를 향해서 O3 가스가 경로 「P3」를 통해 공급된다.
다음에, 본 실시형태에 따른 중간층(F2)의 성막 공정을 설명한다. 도 12는 중간층(F2)의 성막 공정을 도시한 흐름도이다. 우선 성막 용기(102)내의 지지대(122)에 처리 대상의 기재(101)를 탑재한다. 다음에, 예를 들어 테이프 히터(123)에 의해 기재(101)의 표면이 예컨대 150℃ 정도로 되도록 가열한다. 또한, 성막 용기(102) 내부를 예컨대 133Pa(1Torr) 정도까지 진공 펌프(105)에 의해 진공 배기한다(단계 S21).
다음에, 성막 용기(102)에, 제 1 원료 가스인 TMA 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. 이로써 TMA 가스가 처리 대상인 기재(101)의 표면에 흡착된다(단계 S22).
다음에, 성막 용기(102) 내부를 2초 정도 진공 배기한다(단계 S23). 이로써 기재 표면에 흡착하지 않고 성막 용기(102)의 내부에 잔존하는 제 1 원료 가스가 배출된다. 다음에, 성막 용기(102) 내부에, 제 2 원료 가스인 O3 가스를 예컨대 1000㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. 이로써 O3 가스는 기재(101)에 흡착하는 TMA와 반응하여 Al2O3의 화학식으로 표시되는 알루미늄의 산화물(고상의 알루미나)을 생성하고, 예컨대 막 두께가 3㎚ 정도의 극히 얇은 막이 형성된다(단계 S24). 또한, 단계 S23에 있어서, 성막 용기(102) 내부를 진공 배기할 때에, 성막 용기(102) 내부의 압력을 전술한 값보다도 높은 압력으로 하면, 기재(101)에 대한다 TMA의 흡착량이 많아져서 1회의 반응에서 형성되는 막 두께를 보다 두껍게 할 수 있다. 반대로, 성막 용기(102) 내부를 전술한 값보다도 낮은 압력으로 하면, 1 회의 반응에서 형성되는 막 두께를 보다 얇게 할 수 있다.
다음에, 성막 용기(102) 내부를 2초 정도 진공 배기하여, 잔존하는 O3 가스를 배기한다(단계 S25). 그리고 이 단계 S22 내지 단계 S25의 공정을 예를 들어 수십회 반복하여 행함으로써, 예컨대 막 두께가 100㎚ 정도의 중간층(F2)을 형성한다(단계 S26).
이와 같이 본 실시형태에서는, 우선 처리 대상의 기재(101)를 제 1 원료 가스의 분위기에 배치하고, 기재(101)의 표면에 제 1 원료 가스를 흡착시킨다. 다음에, 해당 분위기를 제 1 원료 가스와 반응하는 제 2 원료 가스의 분위기로 전환함으로써, 예컨대 막 두께가 3㎚ 정도의 Al2O3의 분자층을 형성한다. 이렇게 해서 기재가 배치되는 분위기를 제 1 원료 가스의 분위기와 제 2 원료 가스의 분위기 사이에서, 교대로 다수회 전환함으로써, 기재(101)의 표면에 알루미늄 산화물의 원자 혹은 분자 레벨의 두께의 층을 복수 퇴적시킨 중간층(F2)이 형성된다. 또, 도 10에 도시한 막 형성 장치에 있어서는, 성막 용기(102) 내부를 테이프 히터(123)에 의해 가열한다. 그러나, TMA와 O3의 반응은, 예컨대 실온 내지 200℃ 정도의 온도에서 진행하므로, 테이프 히터(123)에 의한 가열을 실행하지 않아도 좋다.
도 13은 막 형성 장치에 대한 원료 가스의 공급을 도시하는 타이밍 차트이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, TMA 가스와 O3 가스는 성막 용기(102)에 교대로 공급된다. 각각의 가스 공급 사이(시간 t12∼t13 및 시간 t14∼t15)에 성막 용기(102) 내부를 예컨대 2초간씩 진공 배기한다. 이로써, 성막 용기(102) 내부의 기재(101)의 표면에는 극히 얇은 Al2O3 막이 형성된다. 그리고 시간 t11∼t15의 각 단계를 1 사이클로 하여, 예컨대 수십 사이클 반복하는 것에 의해 금속제 배관의 내측 표면에는 예컨대 100㎚ 두께의 Al2O3 막이 퇴적하여 이루어지는 중간층이 형성된다.
본 실시형태에 따른 방법에 의해 성막되는 중간층은, 예시한 TMA와 O3의 반응에 의해 얻어지는 Al2O3 막에 한정되지 않는다. 이 중간층은 알루미늄, 실리콘, 지르코늄, 이트륨 및 하프늄으로부터 선택된 원소(이하, 이들 원소를 「특정 원소군」이라 함)를 포함하는 산화물로부터 형성할 수 있다.
구체적으로는, 다음과 같은 예를 들 수 있다. 제 1 원료 가스로서 Al(T-OC4H9)3 가스, 제 2 원료 가스로서 H2O 가스를 이용하여 Al2O3를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 TEOS 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 SiO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 ZrCl4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 ZrO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Zr(T-OC4H9)4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 ZrO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 YCl3 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 Y2O3을 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Y(C5H5)3 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 Y2O3을 형성한다. 제 1 원료 가스로서 HfCl4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Hf(N(CH3)(C2H5))4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Hf(N(C2H5)2)4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다.
다음에, 중간층(F2)이 형성된 기재(101)의 표면에 세라믹으로 이루어지는 용사 재료를 용사하여 세라믹 용사막(F1)을 형성하는 방법에 대해서 간단히 설명한다. 도 14는 중간층(F2)이 형성된 후의 기재(101)에 용적(溶滴)(107)을 용사하는 모양을 도시한 측면도이다. 도면중, 예를 들어 로카이드·로드·스프레이 방식의 용사 노즐(106)이 도시된다. 용사 노즐(106)은, 해당 노즐부로 보내진 Al2O3의 소결봉(도시하지 않음)을, 예를 들어 산소-아세틸렌 화염중에서, 예컨대 2500℃까지 가열·용융하고, 그 용적(107)을 공기 제트로 기재(101)를 향해서 분사한다. 기재(101)는 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 반송됨으로써, 기재(101)의 표면에 빈틈없이 용적(107)이 용사된다. 기재 표면에 용사된 용적(107)이 응고하여, 중간층(F2)상에 세라믹 용사막(F1)(다결정으로 이루어짐)이 형성되는 것에 의해 내환경 부재(110)가 제조된다. 또, 용사의 방법은, 로카이드·로드·스프레이 방식에 의한 경우에 한정되지 않고, 예컨대 플라즈마·파우더·스프레이 방식이나 아크·스프레이 방식, 써모(thermo)·스프레이 방식 등이어도 좋다.
용사 공정에 있어서, 용적(107)은 보통 Al2O3의 융점 이상의 고온에서 용사 되므로, 기재(101)의 중간층(F2) 표면의 Al2O3을 융해하고 그 후 응고한다. 이로써, 세라믹 용사막(F1)과 중간층(F2)이 일체화된 결합력이 강한 피막이 형성된다. 또, 용사 재료로서 선택되는 용사 재료는 Al2O3에 한정되는 것은 아니다. 중간층(F2)의 재질이나 내환경 부재(110)의 사용 환경에 따라, SiO2, ZrO2, Y2O3, HfO2 등과 같이, 특정 원소군으로부터 선택된 원소를 포함하는 산화물(세라믹스)로부터 적당히 선택된다. 이때, 세라믹 용사막(F1)과 중간층(F2)은 동일한 세라믹스여도 좋고, 다른 세라믹스여도 좋다.
도 15는 본 발명에 따른 내환경 부재가 구성 부재로서 사용되는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 반도체 처리 장치를 도시하는 단면도이다. 도 15의 장치는 장치내에 형성되는 플라즈마에 의해 기판인 반도체 웨이퍼[이하, 웨이퍼(W)라 함]를 에칭하는, 플라즈마 처리 공정을 포함하는 에칭 장치(108)이다. 에칭 장치(108)는 진공 챔버를 이루는 처리 용기(180)를 포함한다. 처리 용기(180)내에, 상부 전극을 겸한 하면 부재(183)를 포함하는 가스 공급부(182)가 배치된다. 또한, 처리 용기(180)내에, 하부 전극을 겸하고, 웨이퍼(W)가 탑재되는 탑재대(181)가 가스 공급부(182)에 대향하도록 배치된다. 탑재대(181)는 고주파 전원(188)에 접속된다.
이 처리 용기(180)내에는 처리 가스 공급관(184)으로부터 가스 공급부(182)를 거쳐서 처리 가스가 공급된다. 또한, 배기관(185)을 거쳐서 처리 가스가 진공 펌프(도시하지 않음)에 의해 배기되어, 처리 용기(180) 내부가 소정의 압력으로 유 지된다. 에칭 장치(108)에는, 예컨대 복수의 가스의 배기 구멍(186a)이 탑재대(181)의 주위에 환상으로 배치되도록 형성된 배기 링(186)이 배치된다. 이로써, 처리 용기(180)내의 처리 가스의 배기가 탑재대(181)의 주위로부터 원주방향으로 거의 균일하게 행해진다. 도면중 도면부호(187)는 웨이퍼(W)의 주위를 기계적으로 가압하여, 이 웨이퍼(W)를 탑재대(181)에 유지시키기 위한 메커니컬 척이다.
가스 공급부(가스 샤워헤드)(182)의 하면 부재(183)에는 다수의 가스 구멍(183a)이 형성된다. 이 가스 구멍(183a)으로부터 탑재대(181)상의 웨이퍼(W)에 대하여 처리의 종류에 따라서 선택된 소정의 처리 가스가 분사된다. 진공 펌프에 의해 진공 배기를 행한 상태로 처리 가스를 공급하고, 고주파 전원(188)에 의해 상부 전극과 하부 전극 사이에 고주파 전압을 인가한다. 이로써, 처리 가스가 플라즈마화되어, 웨이퍼(W)에 대하여 에칭이 실행된다.
이러한 에칭 장치(108)에 있어서, 본 실시형태에 따른 내환경 부재(110)가 구성 부재로서 사용되는 부품으로서는, 예컨대 구성 부재의 표면이 플라즈마와 접촉하는 가스 공급부(182)의 하면 부재(183)나, 배기 링(186), 메커니컬 척(187) 등의 처리 용기(10)의 내부에 배치되는 부품을 들 수 있다. 또, 도 15에는, 실시형태의 일례로서 플라즈마 처리 공정을 포함하는 에칭 장치(108)의 예를 나타냈지만, 내환경 부재(110)를 구성 부재로서 사용하는 반도체 제조 장치는 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 부식성 가스를 이용하여 웨이퍼(W)에 성막 처리를 실시하는 성막 장치, 혹은 부식성 가스에 의해 예컨대 성막 용기내를 클리닝하는 성막 장치 등의 구성 부재에도, 본 실시형태에 따른 내환경 부재(110)는 적용할 수 있다. 또 한, 예시한 것 이외의 반도체 제조 장치의 구성 부재로서 이용하여도 좋다.
이들 내환경 부재(110)는 예컨대 부재 메이커에서 제조된다. 이것을 구입한 반도체 장치 메이커가 에칭 장치 등에 조립함으로써 반도체 제조 장치의 구성 부재가 된다. 대신에, 반도체 제조 장치의 유지보수시나, 정기적 또는 필요에 따라서, 재처리가 필요하게 된 구성 부재를 반도체 제조 장치로부터 분리한다. 이 구성 부재에 중간층(F2)의 형성 처리나 용사를 실행하여, 내환경 부재(110)를 재생하고나서, 반도체 제조 장치에 장착한다.
본 실시형태에 따른 내환경 부재(110)에서는, 기재 표면이 중간층(F2)에 의해 치밀하게 코팅되므로, 세라믹 용사막(F1)의 작은 구멍을 빠져나간 부식성 가스나 플라즈마가 기재 표면에까지 도달하기 어렵다. 또한, 이 중간층(F2)은 특정 원소군중의 원소를 포함하는 산화물(세라믹스)로 구성되어, 부식성 가스나 플라즈마 등에 침범되지 않는 성질을 갖는다. 이 때문에, 세라믹 용사막(F1)을 기재 표면에 직접 형성할 경우와 비교하여, 부식성 가스나 플라즈마에 노출되는 환경에서 사용할 경우에 있어서의 내환경 부재(110)의 부식이나 손상 등에 대한 내환경성을 향상시킬 수 있다. 또한, 내환경성의 향상에 의해, 세라믹스에 비해 비교적 저렴하고, 공작하기 쉬운 알루미늄이나 스테인리스강을 기재(101)로서 채용한 내환경 부재(110)를 장기간 사용하는 것이 가능해진다.
본 실시형태에서는, 2개의 원료 가스의 기재 표면상에 있어서의 반응에 의해 세라믹스(특정 원소군의 산화물)의 중간층(F2)이 형성되기 때문에, 기재 표면과 중간층(F2)이 분자 레벨에서 치밀하게 밀착한다. 이로써, 기재(101)와 중간층(F2)이 화학적 결합력 등에 의해 결합시킬 수 없는 재료로 구성되는 경우에도, 기재 표면으로부터 중간층(F2)이 박리하기 어려운 내환경 부재(110)로 할 수 있다.
더욱이, 세라믹 용사막(F1)은 통상 중간층(F2)을 구성하는 산화물(세라믹스)층의 융점보다도 높은 온도에서 용사된다. 이 때문에, 세라믹 용사막(F1)과 중간층(F2)이 용융, 일체화한 결합력이 강한 피막을 형성하는 것이 가능해진다. 그 결과, 중간층(F2)이 앵커가 되어, 세라믹 용사막(F1)이 박리하기 어려운 내환경 부재(110)로 할 수 있다. 특히, 세라믹 용사막(F1)과 중간층(F2)의 재료를 특정 원소군의 산화물로부터 적절하게 선택하여, 예를 들어 동일한 세라믹스로 할 수 있다. 이 경우, 세라믹 용사막(F1)과 중간층(F2)의 융점 등이 비교적 가까워지거나 동일해져서, 이것들을 보다 용이하게 일체화하는 것이 가능해진다.
또한, 중간층(F2)의 표면에 세라믹 용사막(F1)을 형성함으로써, 극히 단시간에 두꺼운 피막을 형성하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 중간층(F2)을 퇴적시켜서 세라믹 용사막(F1)과 동일한 두께로 할 경우에 비해 내환경 부재(110)의 제조 비용을 저감할 수 있다.
다음에, 제 2 실시형태의 변경예에 대해서 설명한다. 제 2 실시형태의 전술한 예에서는, 판형상 부재나 블록 부재 등에 표면 처리를 실행하는 방법에 대해서 설명되었다. 이 제 2 실시형태의 변경예에서는, 관형상 부재의 내측 표면에 대하여 표면 처리를 실행한다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시형태의 변경예에 따른 막 형성 장치의 구성도이다. 이 막 형성 장치는, 서로 병렬로 접속된 복수의 가스 배관의 각각에 한쌍의 커넥터 부재(191, 192)가 배치되고, 그 사이에 피막 처리물인 관형상의 기재(101)가 접속되는 점이 도 10의 장치와 상이하다. 즉, 원료 공급로(141)는 도 16에 도시하는 바와 같이 복수의 배관으로 분기되고, 분기한 각각의 배관이 공급측 커넥터 부재(191)와 접속된다. 마찬가지로 분기한 원료 배출로(142)의 배관이 각각 배출측 커넥터 부재(192)와 접속된다.
처리 대상이 되는 기재(101)에는, 예를 들어 구성 부재의 내면이 부식성 가스나 플라즈마 등과 접촉하는 반도체 제조 장치 등의 배관 부재를 들 수 있다. 또, 각 커넥터 부재(191, 192)에 접속된 구성 부재[기재(101)]의 외면에 예를 들어 테이프 히터를 권회하여, 중간층(F2)이 형성되는 기재(101)의 표면을 가열할 수 있도록 구성하여도 좋다.
각 커넥터 부재(191, 192)에 접속된 기재(101)에는, 도 11a 내지 도 13의 설명과 동일한 방법으로, 기재 내부에의 제 1, 제 2 원료 가스의 공급이나 진공 배기가 반복된다. 이로써, 기재(101)의 표면(구성 부재의 내면)에 중간층(F2)이 형성되어, 세라믹 용사막(F1)을 용사하는 공정이 완료한다. 또, 기재(101)에 형성되는 중간층(F2)의 재료 등에 대해서는, 제 1 실시형태와 동일하므로, 설명을 생략한다.
이상, 제 2 실시형태에서는, 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속제 재료에 중간층(F2)의 형성 처리를 실시할 경우에 대해서 설명했지만, 본 실시형태에 따른 내환경 부재(110)의 기재(101)가 되는 재료는 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 용도에 따라 실리카 등의 세라믹제의 기재(101)에 전술한 방법에 의해 중간층(F2)을 형성하고, 그 위에 세라믹 용사막(F1)을 형성해도 좋다. 세라믹스는 재 료에 따라 젖음성이 나쁜 것이 있다. 이러한 기재(101)의 표면에 직접 세라믹 용사막(F1)을 형성하면, 용사막이 기재의 미세한 요철의 내부에까지 밀착할 수 없다. 이 경우, 금속제의 기재(101)와 비교하여 세라믹 용사막(F1)이 박리하기 쉬워지는 경우가 있다. 이에 대하여, 실시형태에서 설명한 방법에 의해 형성된 중간층(F2)은 전술한 바와 같이 분자 레벨로 기재 표면에 밀착한다. 이 경우, 젖음성 등의 영향을 받지 않고 세라믹제의 기재(101)로부터도 박리하기 어려워진다. 이 때문에, 기재(101)를 세라믹스로 했을 경우에도, 중간층(F2)이 앵커가 되어, 세라믹 용사막(F1)이 박리하기 어려운 내환경 부재(110)로 할 수 있다.
<제 3 실시형태>
제 3 실시형태에서는, 반도체 처리 장치를 조립한 후, 부식성 가스가 유통하는 부위에, ALD 막을 형성하기 위한 제 1 및 제 2 원료 가스를 도입하여 ALD 처리를 실행한다. 이로써, 부식성 가스가 유통하는 부위에 존재하는 금속제의 구성 부재의 부식성 가스와의 접촉면에 ALD 막(보호막)을 형성하여, 구성 부재의 부식성 가스에 대한 내식성을 향상시킨다. 반도체 제조 장치로서는, 반도체 디바이스 뿐만 아니라 평판 디스플레이를 제조하는 것도 포함된다. 반도체 제조 장치로서는, 예를 들어 부식성 가스를 처리 가스로서 사용하는 장치, 기판 처리후에 처리 용기내에 부식성 가스인 클리닝 가스를 공급하여 처리 용기내를 클리닝하는 장치, 플라즈마를 이용하여 처리를 실행하는 장치 등을 들 수 있다. 구체적으로는 에칭 장치, 성막 장치, 혹은 애싱 장치 등이 해당한다.
도 18은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 반도체 처리 장치를 도시하는 단면 도이다. 이 장치에서는, 처리 용기(210)내에 배치된 탑재대(211)상에 웨이퍼(W)가 탑재된다. 탑재대(211)와 대향하도록 처리 용기(210)내에 가스 공급부(가스 샤워헤드)(212)가 배치된다. 샤워헤드(212)의 하면 부재(213)에 형성된 다수의 가스 구멍(213a)으로부터 탑재대(211)상의 웨이퍼(W)에 대하여 예컨대 부식성의 처리 가스나 클리닝 가스가 공급된다.
탑재대(211)의 주위에, 예를 들어 복수의 가스의 배기구(214a)가 형성된 배플판(214)이 배치된다. 이로써, 처리 용기(210)내의 배기가 탑재대(211)의 주위로부터 원주 방향으로 거의 균일하게 실행된다. 도면중 도면부호(215)는, 웨이퍼(W)의 주위를 기계적으로 가압하여, 이 웨이퍼(W)를 탑재대(211)에 유지시키기 위한 메커니컬 척이다.
가스 공급부(212)에는, 해당 처리 용기에 부설된 처리 가스 공급관(221)이 접속된다. 처리 가스 공급관(221)에 가스 공급 유닛(222)이 배치된다. 처리 가스 공급관(221)의 상류측에, 후술하는 유저측의 예컨대 밸브(V21)를 구비한 가스 배관(223)을 거쳐서, 처리 가스나 부식성 가스의 공급원(202)이 접속된다. 또한, 밸브(V22)를 구비한 배기관(224)을 거쳐서 진공 펌프(225) 등의 진공 배기 수단에 의해 해당 처리 용기(210) 내부가 배기된다. 이 예에서는, 처리 가스 공급관(221)과 가스 배관(223)에 의해, 처리 용기(210)에 부식성 가스를 공급하기 위한 배관이 구성된다.
가스 공급 유닛(222)은 처리 가스 공급관(221)이나 가스 배관(223)에 배치되는 각종의 배관이나 계측 기기 등을 하나의 유닛으로 통합한 것이다. 이것들에는, 처리 가스나 부식성 가스 등의 각종 가스의 다수의 가스 배관(226∼228)이나, 이들 가스 배관(226∼228)에 배치된 밸브(V)나 매스 플로우 콘트롤러(M)나 필터(F)가 포함된다.
반도체 처리 장치를 제조하는 메이커측에서 제조되어, 유저측에 납입되는 구성 부재는, 처리 용기(210), 처리 용기(210)의 내부에 배치되는 구성 부재, 처리 용기(210)에 부설된 처리 가스 공급관(221), 배기관(224), 및 진공 펌프(225)이다. 이것들은 유저측에 납입된 후, 유저측에서 조립되어, 유저측의 가스 배관(223)을 거쳐서 유저측의 가스 공급원(202)과 접속된다.
본 실시형태에 따른 표면 처리는, 예컨대 유저측에서 반도체 처리 장치를 조립한 후, 장치의 설치시나 정기적인 유지보수시에 실행된다. 이 표면 처리는, 처리 용기(210)에 처리 가스 공급관(221)이나 가스 배관(223)을 접속한 상태에서 실행된다. 예를 들면, 이 표면 처리의 대상이 되는 구성 부재는 부식성 가스가 유통하는 부위의 금속제의 구성 부재이며, 이 표면 처리에 의해 이들 부식성 가스와 접촉하는 면에 ALD 막이 형성된다. 구체적으로는, 이들 구성 부재에는, 예컨대 금속제의 처리 용기(210), 처리 가스 공급관(221), 가스 배관(223), 처리 용기(210)내를 배기하기 위한 배기관(224), 해당 배관(223, 224)에 배치되는 밸브(V21, V22), 가스 공급 유닛(222), 가스 공급부(가스 샤워헤드)(212)의 하면 부재(213), 배플판(214), 메커니컬 척(215) 등이 포함된다.
도 19는 반도체 처리 장치의 구성 부재에 대하여 ALD 막을 형성하는 표면 처리를 실행하기 위한, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 표면 처리 장치의 일례를 도 시하는 구성도이다. 이하에 표면 처리의 대상이 되는 금속제의 구성 부재의 표면에 ALD 막으로서, 알루미늄(Al)을 포함하는 화합물인 Al(T-OC4H9)3 막을 형성하는 표면 처리를 실행할 경우를 예로 들어서 설명한다.
처리 용기(210)에, 처리 가스 공급관(221)을 거쳐서 가스 공급 유닛(222)이 접속된다. 가스 공급 유닛(222)은 유저측의 가스 배관(223)에 접속된다. 또한, 처리 용기(210)에, 밸브(V22)을 구비한 배기관(224)을 거쳐서 진공 펌프(225)가 접속된다. 처리 용기(210)와 처리 가스 공급관(221) 사이에는, 바이패스로 접속용의 개폐 밸브(V23)를 구비한 배관(231)이 배치된다. 처리 용기(210)와 배기관(224) 사이에도 바이패스로 접속용의 배관(232)이 배치된다.
가스 공급 유닛(222)의 상류측에는, 개폐 밸브(V24)와 매스 플로우 콘트롤러(M21)을 구비한 제 1 원료 공급로(241)를 거쳐서 제 1 원료 가스인 트리메틸아민(MA:Al(CH3)3)의 공급원(제 1 원료 가스 공급원)(251)이 접속된다. 제 1 원료 공급로(241)로부터 분기하여, 개폐 밸브(V25)와 매스 플로우 콘트롤러(M22)를 구비한 제 2 원료 공급로(242)를 거쳐서 제 2 원료 가스인 오존(O3) 가스의 공급원(제 2 원료 가스 공급원)(252)이 접속된다. 제 1 원료 가스 공급원(251)은 TMA의 가스화 기구를 구비한다.
제 1 원료 공급로(241)에는, 제 2 원료 공급로(242)의 접속부의 하류측에, 가스 공급 유닛(222)측으로의 원료 가스의 공급을 제어하기 위한 개폐 밸브(V26)가 배치된다. 또 제 1 원료 공급로(241)의 제 2 원료 공급로(242)의 접속부와 개폐 밸브(V26) 사이에는, 개폐 밸브(V27)를 구비한 제 1 바이패스로(243)가 접속된다. 이 제 1 바이패스로(243)의 타단측은 배관(231)의 개폐 밸브(V23)의 상류측에 접속된다. 더욱이, 제 1 바이패스로(243)의 개폐 밸브(V27)의 하류측에는, 개폐 밸브(V28)를 구비한 제 2 바이패스로(244)가 접속된다. 이 제 2 바이패스로(244)의 타단측은 배관(232)에 접속된다.
배관(231, 232), 제 1 및 제 2 원료 공급로(241, 242), 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244)는 예컨대 스테인리스강제의 배관에 의해 구성된다. 또한 이렇게 처리 용기(210)에 배관(231, 232)을 거쳐서 처리 가스 공급관(221), 가스 배관(223), 가스 공급 유닛(222), 배기관(224)을 접속하여 표면 처리를 실행할 경우, 후술하는 바와 같이 예컨대 처리 가스 공급관(221), 가스 배관(223), 배기관(224)의 주위에는 예를 들어 테이프 히터로 이루어지는 가열 수단이 권회된다. 또 가스 공급 유닛(222)과 처리 용기(210)의 주위에는 예를 들어 저항 발열체로 이루어지는 가열 수단이 배치된다.
도 20은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기와 해당 처리 용기에 처리 가스를 공급하기 위한 배관에 대하여 표면 처리를 실행할 경우를 도시하는 구성도이다. 도 21은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기와 배관에 대하여 실행하는 표면 처리의 흐름도이다. 이 표면 처리는, 예컨대 메이커측에서 제조한 장치를 유저측에 납입하고, 유저측에서 조립한 후에 실행된다. 우선 처리 용기(210)와, 처리 가스 공급관(221)과, 가스 배관(223)과, 가스 공급 유닛(222)과, 배기관(224)에 대하여 일괄하여 표면 처리를 실행할 경우를 예로 들어서 설명한다.
예를 들면 처리 가스 공급관(221), 가스 배관(223), 배기관(224)이 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속제 기재에 의해 구성될 경우, 표면 처리에 의해 이러한 금속제 기재의 표면에 퇴적막(보호막)이 형성된다. 예를 들면 처리 용기(210)는, 그 기재가 알루미늄으로 이루어지거나, 혹은 그 표면에 용사막(다결정으로 이루어짐), 예컨대 알루미늄이나 산화이트륨 용사막이 형성된 것으로 이루어진다. 따라서, 이들 기재의 표면이나 용사막의 표면에 퇴적막이 형성된다. 용사막으로서는, 예컨대 붕소(B), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 갈륨(Ga), 크롬(Cr), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 게르마늄(Ge), 네오디움(Nd) 등을 포함하는 것이 형성된다.
또한 이 예에서는, 처리 용기(210)내에 배치되는 가스 공급부(212)의 하면 부재(213)나, 배플판(214)이나, 메커니컬 척(215) 등의 금속제 구성 부재에 대해서도 동시에 표면 처리가 실행된다. 이 경우에는 이들 구성 부재는, 예를 들어 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속제 기재에 의해 구성되고, 이들 표면에 퇴적막이 형성된다.
우선 메이커측에서 납입된 장치를 유저측에서 조립한다(단계 S31). 즉, 도 20에 도시하는 바와 같이, 내부의 금속제의 구성 부재가 장착된 처리 용기(210)에, 배관(231)을 거쳐서 처리 가스 공급관(221)과 가스 공급 유닛(222)과 가스 배관(223)을 접속한다. 또한, 처리 용기(210)에 배관(232)을 거쳐서 배기관(224)과 진공 펌프(225)를 접속한다. 또한, 가스 배관(223)의 상류측에, 가스 공급원(202) 대신에 제 1 및 제 2 원료 유로(241, 242)를 거쳐서 제 1 및 제 2 원료 가스 공급 원(251, 252)을 접속한다.
또한, 전술한 바와 같이 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244)를 접속한다.
이렇게 하여, 장치를 조립한 상태로 한다. 즉, 장치를 조립한 상태에서는, 처리 용기(210)에, 가스 공급원(202)과 처리 용기(210)를 연결하는 배관이나, 이 배관에 배치된 가스 공급 유닛(222)이 직접 또는 배관(231)을 거쳐서 접속된다. 또한, 처리 용기(210)에, 직접 또는 배관(232)을 거쳐서 배기관(224)과 진공 펌프(225)가 접속된다. 이때 가스 공급 유닛(222)에 대해서는, 부식성 가스의 배관(227)과, 가스 배관(223) 및 처리 가스 공급관(221)을 접속하고, 해당 배관(227)의 밸브(V)에 대해서는 개방하여 둔다.
예를 들면 가스 배관(223), 처리 가스 공급관(221), 배기관(224)에 대해서는 테이프 히터로 이루어지는 가열 수단(253, 254, 255)을 권회한다. 또한, 가스 공급 유닛(222)이나 처리 용기(210)에 대해서는 저항 발열체로 이루어지는 가열 수단(256, 257)을 주위에 마련한다. 이로써, 이들 원료 가스가 유통하는 부위에 배치된 구성 부재의 원료 가스와의 접촉면이 예컨대 150℃ 정도로 되도록 가열한다.
그리고, 밸브(V21, V22, V23)를 개방하고, 밸브(V24, V25, V26, V27, V28)를 폐쇄한다. 이 상태에서, 진공 펌프(225)에 의해, 가스 배관(223)으로부터 가스 공급 유닛(222)의 처리 가스 공급관(221)이나 처리 용기(210), 배기관(224)을 연결하는 가스 유로의 내부를 예컨대 133Pa(1Torr) 정도까지 진공 배기한다.
다음에, 밸브(V22)를 폐쇄하고, 밸브(V24, V26)를 개방하여, 가스 유로 내부에, 제 1 원료 가스인 TMA 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급 한다. 이로써 TMA 가스가 해당 가스 유로(해당 가스의 유통하는 부위)에 배치되는 구성 부재의 표면에 흡착된다(단계 S32). 즉, TMA 가스가, 예를 들어 가스 배관(223), 가스 공급 유닛(222), 처리 가스 공급관(221), 처리 용기(210), 배기관(224)의 내면, 처리 용기(210)에 배치되는 구성 부재의 표면에 흡착된다.
다음에, 밸브(V24, V26)를 폐쇄하고, 밸브(V22)를 개방하여, 가스 유로의 내부를 2초 정도 진공 배기한다(단계 S33). 이로써 가스 유로내에 배치된 구성 부재의 표면에 흡착하지 않고, 가스 유로의 내부에 부유한 상태로 잔존하는 제 1 원료 가스가 배출된다.
다음에, 밸브(V22)를 폐쇄하고, 밸브(V25, V26)를 개방하여, 가스 유로 내부에, 제 2 원료 가스인 O3 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. 이로써 O3 가스는 가스 유로에 배치되는 구성 부재의 표면에 흡착하는 액상의 TMA와 반응하여 Al2O3의 화학식으로 표시되는 반응 생성물(고상)을 생성한다. 이로써, 예를 들어 막 두께가 0.1㎚ 정도의 Al2O3으로 이루어지는 극히 얇은 퇴적막이 형성된다(단계 S34). 이 얇은 퇴적막은 Al의 산화물층이다.
다음에, 밸브(V25, V26)를 폐쇄하고, 밸브(V22)를 개방하여, 가스 유로 내부를 2초 정도 진공 배기하여서, 해당 가스 유로의 내부에 잔존하는 O3 가스를 배기한다(단계 S35). 그리고 이 단계 S32 내지 단계 S35의 공정을 예컨대 수백회 반복하여 실행함으로써, 가스 유로내에 배치되는 구성 부재의 표면에, 예컨대 20㎚ 두께 의 퇴적막을 형성한다(단계 S36).
본 실시형태에서는, 표면 처리 대상인 가스 유로내의 분위기를 제 1 원료 가스 분위기로 하여, 가스 유로내의 구성 부재의 표면에 제 1 원료 가스를 흡착시킨다. 다음에, 해당 분위기를 제 1 원료 가스와 반응하는 제 2 원료 가스의 분위기로 전환한다. 이로써, 예를 들어 막 두께가 0.1㎚ 정도의 Al의 원자층 혹은 Al을 포함하는 분자층을 형성한다. 즉, 가스 유로내를 제 1 원료 가스의 분위기와 제 2 원료 가스의 분위기 사이에서, 교대로 다수회 전환한다. 또한, 이들 사이에 원료 가스의 공급을 정지하여 진공 배기하는 공정을 개재시킨다. 이렇게 하여, 기재의 표면에 다층으로 적층하여 형성되는 퇴적막을 ALD(Atomic Layer Deposition) 막으로 불리고, 이 형성 방법은 ALD법으로 불린다.
도 22는 처리 용기와 배관에 대하여 ALD 막을 형성할 경우의 원료 가스의 공급을 도시하는 타이밍 차트이다. 도시하는 바와 같이 가스 유로내에 TMA 가스와 O3 가스를 교대로 공급한다. 또한, 각각의 가스 공급 사이(시간 t22∼t23 및 시간 t24∼t25)에 가스 유로내를 예컨대 2초간씩 오프의 상태로 한다. 이로써, 가스 유로의 내면이나, 가스 유로에 배치된 구성 부재의 표면에는 극히 얇은 Al2O3 막이 형성된다. 그리고, 시간 t21∼t25의 각 단계를 1 사이클로 하여, 예컨대 수백 사이클 반복하는 것에 의해, 가스 유로의 내면이나, 가스 유로에 배치된 구성 부재의 표면에는 예컨대 20㎚의 막 두께 Al2O3 막으로 이루어지는 ALD 막이 형성된다.
도 23은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 처리 가스를 공급하 기 위한 배관에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우를 도시하는 구성도이다. 즉, 여기에서는, 가스 공급원(202)과 처리 용기(210)를 연결하는 배관이나, 이 배관에 배치된 가스 공급 유닛(222)에 대하여 표면 처리를 실행하고, 처리 용기(210)에 대해서는 표면 처리를 실행하지 않는다. 이 경우, 예컨대 처리 용기(210)를 우회하는 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244)를 이용하여 제 1 및 제 2 원료 가스를 유통시키는 동시에, 가스 유로내를 진공 분위기로 설정한다. 이 상태에서, 가스 배관(223)으로부터 처리 가스 공급관(221), 가스 공급 유닛(222), 배기관(224)을 연결하는 가스 유로에 대하여 표면 처리가 실행된다.
이 경우에 있어서도, 우선 메이커측에서 납입된 장치를 전술한 도 19에 도시하는 바와 같이 유저측에서 조립한다(단계 S41). 그리고 예컨대 가열 수단(253, 254, 255, 256)에 의해, 가스 배관(223), 처리 가스 공급관(221), 가스 공급 유닛(222), 배기관(224)의 각각의 내면이 예컨대 150℃ 정도로 되도록 가열한다.
그리고, 밸브(V21, V22, V28)를 개방하고, 밸브(V23, V24, V25, V26, V27)를 폐쇄한다. 이 상태에서, 진공 펌프(225)에 의해, 제 1 및 제 2 바이패스 유로(243, 244)를 거쳐서 가스 배관(223)과, 가스 공급 유닛(222)과, 처리 가스 공급관(221)과, 배기관(224)을 연결하는 가스 유로의 내부를 진공 배기한다.
다음에, 밸브(V22, V28)를 폐쇄하고, 밸브(V24, V26)를 개방하여, 가스 유로 내부에, 제 1 원료 가스인 TMA 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급하여서, TMA 가스를 가스 유로의 내면에 흡착시킨다(단계 S42). 다음에, 밸브(V24, V26)를 폐쇄하고, 밸브(V22, V28)를 개방하여, 가스 유로의 내부를 2초 정 도 진공 배기하여서(단계 S43), 가스 유로의 내부에 잔존하는 제 1 원료 가스를 배출한다.
다음에, 밸브(V22, V28)를 폐쇄하고, 밸브(V25, V26)를 개방하여, 가스 유로 내부에, 제 2 원료 가스인 O3 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다.
이로써, O3 가스를 가스 유로의 내면에 흡착하는 TMA와 반응시켜서, Al2O3로 이루어지는 극히 얇은 퇴적막을 형성시킨다(단계 S44). 다음에, 밸브(V25, V26)를 폐쇄하고, 밸브(V22, V28)를 개방하여, 가스 유로 내부를 2초 정도 진공 배기하여서, 해당 가스 유로의 내부에 잔존하는 O3 가스를 배기한다(단계 S45). 그리고 이 단계 S42 내지 단계 S45의 공정을 예컨대 수백회 반복하여 실행함으로써, 가스 배관(223), 가스 공급 유닛(222)의 부식성 가스의 유로, 처리 가스 공급관(221), 배기관(224)의 내면에 퇴적막을 형성한다(단계 S46).
도 24는 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우를 도시하는 구성도이다. 이 경우, 가스 배관(223), 처리 가스 공급관(221), 가스 공급 유닛(222)을 우회하는 제 1 바이패스로(243)를 이용하여 제 1 및 제 2 원료 가스를 유통시키는 동시에, 가스 유로내를 진공 분위기로 설정한다. 이 상태에서, 처리 용기(210)와 배기관(224)을 연결하는 가스 유로에 대하여 표면 처리가 실행된다.
이 경우에 있어서도, 우선 메이커측으로부터 납입된 장치를 전술한 도 19에 도시하는 바와 같이 유저측에서 조립한다(단계 S51). 그리고 예컨대 가열 수단(257)에 의해, 처리 용기(210)의 내부가 예컨대 150℃ 정도로 되도록 가열한다.
그리고, 밸브(V22)를 개방하고, 밸브(V21, V23, V24, V25, V26, V27, V28)를 폐쇄한다. 이 상태에서, 진공 펌프(225)에 의해, 처리 용기(210)의 내부를 진공 배기한다. 다음에, 밸브(V22)를 폐쇄하고, 밸브(V23, V24, V27)를 개방하여, 가스 유로 내부에, 제 1 원료 가스인 TMA 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급하여서, TMA 가스를 가스 유로의 내면에 흡착시킨다(단계 S52). 다음에, 밸브(V23, V24, V27)를 폐쇄하고, 밸브(V22)를 개방하여, 가스 유로의 내부를 2초 정도 진공 배기하여서(단계 S53), 가스 유로의 내부에 잔존하는 제 1 원료 가스를 배출한다.
다음에, 밸브(V22)를 폐쇄하고, 밸브(V23, V25, V27)를 개방하여, 가스 유로 내부에, 제 2 원료 가스인 O3 가스를 예컨대 100㎖/분 정도의 유량으로 1초 정도 공급한다. 이로써, O3 가스를 가스 유로의 내면에 흡착하는 TMA와 반응시켜서, Al2O3으로 이루어지는 극히 얇은 퇴적막을 형성시킨다(단계 S54). 다음에, 밸브(V23, V25, V27)를 폐쇄하고, 밸브(V22)를 개방하여, 가스 유로 내부를 2초 정도 진공 배기하여서, 해당 가스 유로의 내부에 잔존하는 O3 가스를 배기한다(단계 S55). 그리고 이 단계 S52 내지 단계 S55의 공정을 예컨대 수백회 반복하여 실행함으로써, 처리 용기(210)의 내면이나 처리 용기(210)의 내부에 배치된 구성 부재의 표면, 배기관(224)의 내면에 퇴적막을 형성한다(단계 S56).
도 25는 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 배관에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우를 도시하는 구성도이다. 도 26은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 가스 공급관에 배치된 가스 공급 유닛에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우를 도시하는 구성도이다. 도 27은 도 19의 표면 처리 장치에 있어서, 처리 용기에 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급관에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우를 도시하는 구성도이다.
예를 들면 가스 배관(223)이나 처리 가스 공급관(221)이나 가스 공급 유닛(222)의 각각에 대해서만 표면 처리를 실행할 경우, 도 25 내지 도 27에 도시하는 바와 같이, 가스 배관(223)과 가스 공급 유닛(222)과 처리 가스 공급관(221)을 각각 바이패스로 접속용의 배관(233, 234)에 의해 접속한다. 또한, 하기의 제 3 내지 제 6 바이패스로(245∼248)를 적당히 배치한다. 즉, 제 3 바이패스로(245)는 제 1 원료 유로(241)의 개폐 밸브(V26)의 상류측으로부터 분기하여, 타단측이 배관(234)에 접속되고 또한 개폐 밸브(V29)를 구비한다. 제 4 바이패스로(246)는 이 제 3 바이패스로(245)로부터 분기하여, 타단측이 배관(223)에 접속되고 또한 밸브(V30)를 구비한다. 제 5 바이패스로(247)는 배관(234)과 제 1 바이패스로(243)를 접속하고 또한 밸브(V31)를 구비한다. 제 6 바이패스로(248)는 배관(233)과 제 1 바이패스로(243)를 접속하고 또한 밸브(V32)를 구비한다. 이로써, 표면 처리를 실행하는 대상의 구성 부재에만 선택적으로 제 1 및 제 2 원료 가스를 유통하여, 해당 구성 부재만을 선택적으로 진공 배기함으로써 처리를 실행한다.
가스 배관(223)에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우에 대해서는, 예를 들 면 도 25에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 원료 유로(241, 242), 제 6 바이패스로(248), 제 1 바이패스로(243), 제 2 바이패스로(244), 배기관(224)을 거쳐서, 제 1 및 제 2 원료 가스를 가스 배관(223)에 대하여 공급한다. 또한, 제 6 바이패스로(248), 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244), 배기관(224)을 거쳐서 가스 배관(223)에 대하여 진공 배기를 실행한다.
가스 공급 유닛(222)에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우에 대해서는, 예를 들면 도 26에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 원료 유로(241, 242), 제 3 바이패스로(245), 제 4 바이패스로(246), 제 5 바이패스로(247), 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244), 배기관(224)을 거쳐서 제 1 및 제 2 원료 가스를 가스 공급 유닛(222)에 대하여 공급한다. 또한, 제 5 바이패스로(247), 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244), 배기관(224)을 거쳐서 가스 공급 유닛(222)에 대하여 진공 배기를 실행한다.
처리 가스 공급관(221)에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우에 대해서는, 예를 들면 도 27에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 원료 유로(241, 242), 제 3 바이패스로(245), 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244), 배기관(224)을 거쳐서 제 1 및 제 2 원료 가스를 처리 가스 공급관(221)에 대하여 공급한다. 또한, 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244), 배기관(224)을 거쳐서 처리 가스 공급관(221)의 진공 배기를 실행한다.
배기관(224)에 대해서만 표면 처리를 실행하는 경우, 예를 들면 제 1 및 제 2 원료 유로(241, 242), 제 3 바이패스로(245), 제 1 및 제 2 바이패스로(243, 244)를 거쳐서 제 1 및 제 2 원료 가스를 배기관(224)에 대하여 공급한다. 또한, 진공 펌프(225)에 의해 배기관(224)의 진공 배기를 실행한다.
전술한 예에서는, 제 2 바이패스로(244)를 배기관(224)의 상류측에 접속했지만, 이 바이패스로(244)를 배기관(224)의 도중에 접속해도 좋다. 더욱이, 바이패스로(244)나 다른 새로운 바이패스로(도시하지 않음)를 배기관(224)의 하류측에 접속하고, 배기관(224)을 거치지 않고 직접 진공 펌프(225)에 의해, 배관(223), 가스 공급 유닛(222), 처리 가스 공급관(221), 처리 용기(210) 등의 진공 배기를 실행하도록 해도 좋다. 더더욱이, ALD 막은 예컨대 실온 정도의 온도에서도 형성되므로, 테이프 히터나 저항 발열체 등의 가열 수단(253∼257)에 의한 가열을 실행하지 않아도 좋다.
또 예컨대 도 18에 도시하는 바와 같은 접속 형태에서, 가스 배관(223)으로부터 가스 공급 유닛(222), 처리 가스 공급관(221), 처리 용기(210)를 거쳐서 배기관(224)에 이르는 부식성 가스의 유로에 대하여 일괄하여 표면 처리를 실행하도록 해도 좋다. 즉, 이 경우, 처리 용기(210)에 직접 처리 가스 공급관(221)이나 배기관(224)을 접속한다. 또한, 가스 배관(223)의 상류측에, 가스 공급원(202) 대신에, 제 1 및 제 2 원료 가스의 공급원(251, 252)을 접속한다.
본 실시형태에서는, 처리 가스 공급관(221)과 가스 배관(223)을 합쳐서 처리 용기(210)에 처리 가스를 공급하는 배관이 구성된다. 그러나, 반드시 유저측의 가스 배관(223)을 마련할 필요는 없고, 가스 공급 유닛(222)이 배치되어 있지 않은 구성이여도 좋다.
또 본 실시형태는, 유저측에서 조립된 장치뿐만 아니라, 메이커측에서 처리 용기(210)에 처리 가스 공급관(221)과 배기관(224)과 진공 펌프(225)를 접속하여 장치를 조립해도 좋다. 이 경우, 처리 가스 공급관(221)의 상류측에 제 1 및 제 2 원료 가스 공급원(251, 252)을 접속하여, 조립된 장치의 부식성 가스의 유로에 대하여 표면 처리를 실행한다.
이상에 있어서 ALD 막으로서, 상기 방법으로 형성되는 Al2O3 막 이외에, 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y)을 포함하는 유기 금속 화합물을 들 수 있다. 대신에, ALD 막으로서, 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y)을 포함하는 염화물 등의 화합물을 들 수 있다.
구체적으로는, 다음과 같은 예를 들 수 있다. 제 1 원료 가스로서 AlCl3 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스 또는 H2O 가스를 이용하여 Al2O3을 형성한다. 제 1 원료 가스로서 HfCl4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Hf(N(CH3)(C2H5))4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 또는 H2O 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Hf(N(C2H5)2)4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스 또는 H2O 가스를 이용하여 HfO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 ZrCl4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스 또는 H2O 가스를 이용하여 ZrO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Zr(T-OC4H9)4 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스 또 는 H2O 가스를 이용하여 ZrO2를 형성한다. 제 1 원료 가스로서 YCl3 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스 또는 H2O 가스를 이용하여 Y2O3을 형성한다. 제 1 원료 가스로서 Y(C5H5)3 가스, 제 2 원료 가스로서 O3 가스 또는 H2O 가스를 이용하여 Y2O3을 형성한다.
본 실시형태에서는, 우선 처리 용기(210)에 처리 가스 공급관(221)이나 배기관(224), 진공 펌프(225) 등을 접속하여, 반도체 처리 장치를 조립한다. 다음에, 해당 반도체 처리 장치의 부식성 가스의 유로에 제 1 및 제 2 원료 가스를 교대로 다수회 전환하여 공급한다. 또한, 제 1 및 제 2 원료 가스의 공급 사이에 유로내를 진공 배기한다. 이러한 ALD법에 의해 유로내에 퇴적막을 형성하므로, 반도체 처리 장치의 부식성 가스와 접촉하는 부위에 빈틈없이 ALD 막을 형성할 수 있어, 해당 부위의 부식성 가스에 대한 내식성을 크게 할 수 있다.
즉, 이 ALD법에 의해 형성된 ALD 막은 원자층을 한층씩 적층하는 것에 의해 극히 얇은 퇴적막을 적층하여 형성된다. 이 때문에, 형성되는 막은 치밀한 막이어서, 내구성이나 부식성의 처리 가스에 대한 내식성이 크다. 또 원자층을 한층씩 적층하는 방법에 의해, 표면의 평탄성이 높은 막이 형성되므로, 표면 거칠기가 원인이 되는 막 박리 등이 발생할 우려가 없다.
본 실시형태에서는, 반도체 처리 장치를 조립한 후, 이 장치의 부식성 가스의 유로에 원료 가스를 공급하고, 부식성 가스가 유통하는 부위에 배치되는 구성 부재의 표면 처리를 실행한다. 이 때문에, 해당 구성 부재의 부식성 가스와 접촉 하는 영역에 원료 가스가 공급되어, 해당 부위에 ALD 막을 형성할 수 있다.
또 전술한 바와 같이 반도체 처리 장치를 조립한 후에 표면 처리를 실행한다. 이 경우, 예를 들면 처리 용기(210)에 부설된 처리 가스 공급관(221)의 상류측에 유저측의 가스 배관(223)을 접속할 경우에도, 그 상류측으로부터 원료 가스를 유통시킴으로써, 해당 유저측의 가스 배관(223)에 대해서도 표면 처리를 실행할 수 있다. 이 때문에, 유저측에서 충분히 유지보수가 실행되고 있지 않은 배관을 사용한 경우에도, 해당 배관의 부식이 원인이 되는 파티클의 발생을 억제할 수 있어, 금속 오염을 방지할 수 있다.
장치의 조립시에, 배관의 굽힘 가공 등의 외적 요인에 의해 표면 처리막이 파괴될 가능성이 있다. 그러나, 배관의 굽힘 가공후에 표면 처리를 실행함으로써, 파괴된 막의 표면에 치밀한 ALD 막이 형성된다. 이 때문에, 파괴된 막으로부터 더욱 막 박리가 진행하여 파티클이 발생하는 것도 억제할 수 있다.
처리 용기(210)와 구성 부재에 대하여 별개로 처리할 경우, 처리 용기(210)로부터 구성 부재를 분리하여, 해당 구성 부재에 대하여 처리를 실행하고, 다음에 이 구성 부재를 다시 처리 용기(210)에 장착하는 작업이 필요해진다. 이 점에 대하여, 처리 용기(210)의 내부에 구성 부재를 장착한 후에 표면 처리를 실행함으로써, 처리 용기(210) 자체와, 처리 용기(210)내에 배치되는 구성 부재에 대하여 일괄하여 표면 처리를 실행할 수 있다. 이로써, 전술한 작업이 불필요해지므로, 작업이 용이해지는 동시에, 처리 시간이 단축 가능하다.
ALD 막은 진공 프로세스에 의해 형성되므로, 이에 의해 예컨대 가스 공급 유 닛(222) 등의, 복잡한 형상의 부위에 대해서도 세부까지 원료 가스가 퍼져서, 해당 영역까지 ALD 막을 형성할 수 있다. 이때, ALD 막은 전술한 바와 같이 극히 얇은 층을 한층씩 적층하여 형성된다. 따라서, 전술한 단계 S32 내지 단계 S35 등의 반복 회수를 제어함으로써, 원하는 두께의 ALD 막을 형성할 수 있다. 이 때문에 예컨대 표면 처리의 대상에 따라 ALD 막의 두께를 용이하게 조정할 수 있다.
가스 공급 유닛(222) 등과 같이, 가스 유로가 복잡한 형상의 부위에는, 해당 가스 공급 유닛(222)에 대하여 선택적으로 제 1 및 제 2 원료 가스를 유통시켜서, 진공 배기를 실행한다. 그리고, 해당 가스 공급 유닛(222)에 대해서는 얇은 막 두께의 ALD 막으로 표면 처리를 실행한다. 이로써, 가스의 유통을 방해하지 않고, 부식성 가스에 대한 내식성을 높일 수 있다.
또 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 공급 사이에 진공 배기를 실행하여, 제 1 원료 가스가 잔존하지 않는 상태에서 제 2 원료 가스를 공급한다. 이로써, 표면 처리 대상의 구성 부재의 내부에서의 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 반응을 억제할 수 있어, 이 반응물의 생성에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 반도체 처리 장치의 부식성 가스가 유통하는 부위의 부식성 가스와의 접촉면 전체에 치밀한 막을 형성할 수 있다. 이 때문에, 해당 부위의 부식성의 처리 가스에 대한 내식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이로써 해당 부위의 부식에 의해 생기는 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
ALD 막은 예컨대 실온 내지 200℃ 정도의 온도에서 형성되어, 통상의 열 CVD법에 비해서 저온에서 처리가 실행된다. 이 때문에, 예를 들면 알루미늄이나, 알 루미늄상에 용사막이 형성된 처리 용기에 대해서도, 알루미늄의 용해를 일으키지 않고 표면 처리를 실행할 수 있다. 용사막상에 ALD 막을 형성할 경우, 다공성 용사막의 다수의 구멍부에 화합물층이 인입된 상태에서 ALD 막이 형성되므로, 보다 강고한 막이 형성되게 된다. 이 때문에, 원래 내식성이 큰 용사막상에 치밀한 ALD 막을 형성함으로써, 보다 내식성을 크게 할 수 있다. 또한, 다공성 구조로서 표면이 거칠다는 용사막의 약점을 커버할 수 있다. 이로써, 부식성의 처리 가스를 사용했을 경우에도, 처리중의 막 박리의 발생 등을 억제할 수 있다.
금속제 배관에 대하여 표면 처리를 실행할 경우에 있어서도, 전술한 바와 같이 ALD 막은 저온에서 처리가 실행된다. 이때, 테이프 히터에 의한 가열에 의해 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 반응을 충분히 진행시킬 수 있어, 간단한 가열 방법으로 처리를 실행할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 알루미늄제나 스테인리스강제의 처리 용기, 배관이나 하면 부재 등의, 표면 처리가 실행되고 있지 않은 저렴한 구성 부품에 퇴적막을 형성하는 표면 처리를 실행할 수 있다. 이로써, 해당 구성 부품에 내구성이나 부식성 가스에 대한 내식성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 미리 표면 처리가 행해진 고가의 구성 부재를 구입하지 않고, 저렴한 구성 부품을 이용하여 반도체 제조 장치를 제조할 수 있어, 제조 비용의 저렴화를 도모할 수 있다.
또한, 구성 부재에 표면 처리를 실행하는 장치로서, 도 19에 도시하는 구성의 것을 사용할 수 있다. 이 경우, 원료 공급로의 개폐 밸브의 전환에 의해, 표면 처리 대상에 대하여 선택적으로 제 1 및 제 2 원료 가스를 공급하는 동시에, 진공 배기를 실행하여, 표면 처리를 실행할 수 있다. 이와 같이 1대의 장치에 의해, 처리 가스 공급관(221), 처리 용기(210), 가스 배관(223), 가스 공급 유닛(222)중 어느 하나 또는 전부에 대하여 선택적으로 표면 처리를 실행할 수 있어, 장치의 범용성이 높다.
또한 이렇게 어느 하나의 구성 부재에 대하여 선택적으로 표면 처리를 실행할 수 있으므로, 장치의 설치시나 유지보수시에, 표면 처리가 필요한 부재에만 표면 처리를 실행할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 각각의 구성 부재에 대하여, 적절한 막 두께의 ALD 막을 형성할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 배관 및/또는 처리 용기를 구성하는 금속에 알루마이트 처리를 실시하고, 그 위에 ALD 막을 형성하도록 해도 좋다.
<제 1 내지 제 3 실시형태에 공통 사항>
제 1 내지 제 3 실시형태에 의해 제공되는, 반도체 처리 장치에 사용되는 구성 부재는, 공통 사항으로서 다음과 같은 구성을 포함한다. 즉, 이 구성 부재는, 구성 부재의 형상을 규정하는 기재와, 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막(실시형태에 있어서는, 퇴적막, ALD 막, 중간층 등으로서 언급됨)을 구비한다. 보호막은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 1 원소의 산화물의 아몰퍼스로 이루어진다.
보호막은 1% 미만, 바람직하게는 0.1% 미만의 기공률을 갖는다. 환언하면, 보호막은 실질적으로 기공이 존재하지 않는 정도로 치밀하다. 보호막의 기공률이 1% 이상이면, 기재의 표면을 충분히 보호할 수 없게 될 가능성이 있다. 또한, 보 호막은 1㎚ 내지 10㎛, 바람직하게는 1㎚ 내지 1㎛의 두께를 갖는다. 보호막의 두께가 1㎚ 이하이면, 기재의 표면을 충분히 보호할 수 없게 될 가능성이 있다. 한편, 보호막의 두께가 두꺼울수록, ALD 처리에 시간이 걸리게 되지만, 그 보호 효과는 실질적으로 포화한다. 따라서, 보호막의 두께는 상기의 범위로 설정된다.
이렇게, 치밀하고 또한 매우 얇은 제 1 원소의 산화물의 아몰퍼스 막으로 이루어지는 보호막은, 구성 부재의 형상을 규정하는 기재상에 ALD법에 의해 성막 처리를 실행함으로써 형성할 수 있다. 이 경우, 구성 부재의 제조 방법은, 구성 부재의 형상을 규정하는 기재를 준비하는 공정과, 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막을 형성하는 공정을 구비한다. 여기에서, 보호막은, 제 1 원소를 포함하는 제 1 원료 가스와, 산화 가스를 포함하는 제 2 원료 가스를 교대로 공급하여, CVD에 의해 형성한 원자 혹은 분자 레벨의 두께의 층을 적층함으로써 형성할 수 있다.
또, 이 점에 대해서, 종래부터 보호막으로서 사용되고 있는 용사막은 일반적으로 기공률이 8% 정도의 다결정의 막으로 이루어진다. 또한, 용사막에서는, 10㎛ 이하와 같은 얇은 막을 형성하기 어렵다. 더욱이, 도포와 베이킹(baking)에 의해 형성된 막을 보호막으로서 사용할 경우도 있지만, 그러한 막은 다결정으로 이루어지고, 또한 막 두께는 꽤 큰 것이 된다.
반도체 처리 장치에 있어서, 상기 보호막을 형성하는 것이 바람직한 구성 부재는, 처리 영역, 배기계, 및 가스 공급계중 어느 일부를 구성함으로써, 부식성 분위기에 노출되는 부재이다. 이러한 구성 부재로서는, 예컨대 처리실의 측벽, 처리실의 바닥부를 구성하는 매니폴드, 처리실의 내면을 덮기 위한 데포 실드(Depo shield), 포커스 링, 가스 공급관, 배기관이 있다. 즉, 구성 부재의 기재는 이들 부재중 어느 하나의 형상을 규정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 보호막에 의해 보호해야 할 기재는, 전형적으로는 알루미늄, 스테인리스강으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료를 구비한다.
또한, 이러한 종류의 구성 부재의 기재는 표면이 용사막에 의해 피복되어 있는 경우도 있다. 이 경우, 이 용사막을 하지막으로서 보호막이 형성되기 때문에, 완성된 구성 부재는 기재의 표면과 보호막 사이에 배치된 하지막을 더 구비한다. 이 하지막은 제 2 원소의 산화물로 이루어진다. 이 제 2 원소는 붕소, 마그네슘, 알루미늄, 규소, 갈륨, 크롬, 이트륨, 지르코늄, 게르마늄, 탄탈, 네오디움으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
더욱이, 제 2 실시형태에 있어서 설명한 바와 같이, 보호막상에 용사막을 피복막으로서 더 형성할 수 있다. 이 경우, 완성된 구성 부재는 보호막을 덮도록 배치된 피복막을 더 구비하며, 이 피복막은 제 3 원소의 산화물로 이루어진다. 이 제 3 원소는 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 보호막을 형성하기 전에, 기재의 표면에 조면화 처리, 예컨대 샌드 블라스트 처리가 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명은, 반도체 처리 장치에 사용되는 내구성이 높은 구성 부재 및 그 제조 방법, 및 그 구성 부재를 사용한 반도체 처리 장치에 적용된다.
Claims (20)
- 반도체 처리 장치에 사용되는 구성 부재에 있어서,상기 구성 부재의 형상을 규정하는 기재와,상기 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막을 구비하며,상기 보호막은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 1 원소의 산화물의 아몰퍼스로 이루어지고, 또한 1% 미만의 기공률을 갖고, 또한 1㎚ 내지 10㎛의 두께를 갖는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호막은, 상기 제 1 원소를 포함하는 제 1 원료 가스와, 산화 가스를 포함하는 제 2 원료 가스를 교대로 공급하여, CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성한 원자 혹은 분자 레벨의 두께의 층을 적층한 막인반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 1 항에 있어서,상기 소정의 표면과 상기 보호막 사이에 배치된 하지막을 더 구비하고, 상기 하지막은 제 2 원소의 산화물로 이루어지는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 3 항에 있어서,상기 하지막은 용사에 의해 형성한 막인반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 원소는 붕소, 마그네슘, 알루미늄, 규소, 갈륨, 크롬, 이트륨, 지르코늄, 게르마늄, 탄탈, 네오디움으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호막을 덮도록 배치된 피복막을 더 구비하며, 상기 피복막은 제 3 원소의 산화물로 이루어지는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 6 항에 있어서,상기 피복막은 용사에 의해 형성한 막인반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 3 원소는 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 6 항에 있어서,상기 소정의 표면에 조면화 처리가 실시되는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 1 항에 있어서,상기 기재는 알루미늄, 스테인리스강으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료를 구비하는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 제 1 항에 있어서,상기 기재는, 처리실의 측벽, 처리실의 바닥부를 구성하는 매니폴드, 처리실의 내면을 덮기 위한 데포 실드, 포커스 링, 가스 공급관, 배기관으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 부재의 형상을 규정하는반도체 처리 장치용의 구성 부재.
- 반도체 처리 장치에 사용되는 구성 부재의 제조 방법에 있어서,상기 구성 부재의 형상을 규정하는 기재를 준비하는 공정과,상기 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막을 형성하는 공정을 구비하며,상기 보호막을 형성하는 공정은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 1 원소를 포함하는 제 1 원료 가스와, 산화 가스를 포함하는 제 2 원료 가스를 교대로 공급하여, CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성한 원자 혹은 분자 레벨의 두께의 층을 적층하는 공정을 구비하는반도체 처리 장치용의 구성 부재의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 보호막은 상기 제 1 원소의 산화물의 아몰퍼스로 이루어지고, 또한 1% 미만의 기공률을 갖고, 또한 1㎚ 내지 10㎛의 두께를 갖는반도체 처리 장치용의 구성 부재의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 기재는 알루미늄, 스테인리스강으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료를 구비하는반도체 처리 장치용의 구성 부재의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 소정의 표면과 상기 보호막 사이에 하지막이 배치되고, 상기 하지막은 붕소, 마그네슘, 알루미늄, 규소, 갈륨, 크롬, 이트륨, 지르코늄, 게르마늄, 탄탈, 네오디움으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제 2 원소의 산화물로 이루어지는반도체 처리 장치용의 구성 부재의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,용사에 의해 상기 보호막을 덮도록 피복막을 형성하는 공정을 더 구비하며, 상기 피복막은 제 3 원소의 산화물로 이루어지는반도체 처리 장치용의 구성 부재의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 3 원소는 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는반도체 처리 장치용의 구성 부재의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 소정의 표면에 조면화 처리를 실시하는 공정을 더 구비하는반도체 처리 장치용의 구성 부재의 제조 방법.
- 반도체 처리 장치에 있어서,피처리 기판을 수납하는 처리 영역을 갖는 처리 용기와,상기 처리 영역내에서 상기 피처리 기판을 지지하는 지지 부재와,상기 처리 영역내를 배기하는 배기계와,상기 처리 영역에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계를 구비하며,상기 처리 영역, 상기 배기계, 및 상기 가스 공급계중 어느 일부를 구성하는 구성 부재는, 상기 구성 부재의 형상을 규정하는 기재와, 상기 기재의 소정의 표면을 피복하는 보호막을 구비하며,상기 보호막은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물의 아몰퍼스로 이루어지고, 또한 1% 미만의 기공률을 갖고, 또한 1㎚ 내지 10㎛의 두께를 갖는반도체 처리 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 보호막을 덮도록 배치된 피복막을 더 구비하며, 상기 피복막은 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물로 이루어지는반도체 처리 장치.
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