(57)【要約】【課題】  真空プラズマ装置の反応処理室、排気系、処理ガス供給系で使用されているステンレス等の金属部材とガス種との接触部位における発熱反応を抑制し、部材の異常昇温を防止することを目的とする。【解決手段】  アルミニウム又は金属フッ化物の不動態にて、ガスとの接触部分を被覆し、発熱反応種と金属材料との接触を遮断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空プラズマ装置において、金属材料部と処理ガス又はプラズマ処理室より排気される排気ガスとの接触部を、鉄、ニッケル、クロム以外の金属材料又は金属フッ化物の不動態によって被覆処理することを特徴とする真空プラズマ装置。
【請求項２】
前記被覆処理をアルミニウム材によって行うことを特徴とする請求項１に記載の真空プラズマ装置。
【請求項３】
前記被覆処理をステンレス材又はステンレスの構成物質から成る部材に対して行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空プラズマ装置。
【請求項４】
前記被覆処理をベローズ状の部材に対して行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空プラズマ装置。
【請求項５】
前記被覆処理は、アルミニウム製のカバーを前記接触部に固定し被覆することで行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の真空プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空プラズマ処理装置における反応処理室、排気系、処理ガス供給系の異常昇温の防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、真空プラズマ処理装置は、金属材料加工や半導体デバイス製造など様々な産業上の分野で利用されており、真空チャンバに処理ガスを導入し放電等を行うことによって発生するプラズマを用いて成膜処理、改質処理などの表面処理が行われている。
【０００３】
特に、半導体デバイスの製造においては、近年エッチング、CVD、アッシングなど真空プラズマ装置を用いる工程が多用されており、使用する処理ガス及び排気されるプラズマ処理後の反応生成ガス中には、酸化力を持つものや還元性ガス、自己分解性ガスなど様々な分子種が含まれる。
【０００４】
その一方で、配管、バルブ等に使用されるステンレス等の金属部材は、前記処理ガス及びプラズマ処理後の排ガス中の成分に対して反応性や触媒能を持っている場合があり、プラズマ処理室、排気系、処理ガス供給系のガス接触面で発熱反応が進行することにより前記部材の異常昇温に繋がる恐れがある。
【０００５】
特に、ガスとの接触面積が大きいベローズ部や、比較的周囲への熱伝導が低い部材において上述したような発熱反応が発生した場合には、前記部材の異常昇温がより顕著になり、ベローズ部の消耗や使用しているOリングの劣化を加速させる恐れがある。
【０００６】
例えば特許第３１１０４６５号公報では、電解研磨処理を施したSUS-316L配管を水素ガスと酸素ガスから水分を発生させる反応の触媒として用いる水分発生法（特開平６−１１５９０３号公報）が従来技術として取りあげられており、反応に伴ってステンレス配管のガス入り口付近が発熱することによる危険性が指摘されている。
【０００７】
その他にも、ステンレス表面においてはステンレス中に含まれるクロム酸化物や鉄のフッ化、シリコン系材料の成膜の際に処理ガスとして使用するモノシランの分解反応など様々な反応が進行することが知られており、処理ガス又は排気ガスとの接触部における発熱反応に伴う反応熱によって発熱を引き起こす危険性が高い。
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、真空プラズマ装置においてステンレスなどの金属部材とガスとの接触部における発熱反応を抑制し、異常昇温を防止することにより装置の耐久性および安全性の向上をはかることを目的とする。
【特許文献１】特許第３１１０４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、真空プラズマ処理装置中の反応処理室、排気系、処理ガス供給系において、ステンレス等の金属部材とガス種との接触部位における発熱反応を抑制し部材の異常昇温を防止することにより、装置の安全性及び耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の昇温防止方法は、真空プラズマ処理装置中の反応処理室、排気系、処理ガス供給系において、ステンレス等の金属部材のガス接触部をアルミニウム又は金属フッ化物の不動態によって被覆することで構成される。
【発明の効果】
【００１１】
ステンレスなど活性ガスに対して反応性又は触媒能を持つ金属材料と、処理ガス又は排気ガス中に含まれる発熱反応種との接触を遮断し、前記金属材料表面での発熱反応を抑制する。これにより、前記金属材料の昇温を最低限にとどめ、真空プラズマ装置の安全性及び耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例に係わる真空プラズマ装置の構成例を示す図である。
【００１４】
図１に示す 真空プラズマ装置は、マイクロ波プラズマ処理装置であり、処理チャンバ６は処理チャンバを真空に引くための排気装置１０及び排気バルブ９を含む排気ライン４、プラズマ処理に用いる処理ガスを導入するためのガス導入装置８及びガス導入口３、プラズマ放電を行うためのマイクロ波を前記処理チャンバ内へと供給するマイクロ波導波管１、マイクロ波透過窓２及びマイクロ波電源７が備えられている。また、排気ライン４の途中にはステンレス製のベローズ５が接続されている。
【００１５】
前記ガス導入装置８には図示されないマスフローコントローラーに代表される流量制御装置が備えられ、複数の処理ガスをそれぞれ所望の流量で混合し前記処理チャンバ３へ導入することができる。
【００１６】
また、前記真空バルブ９と前記排気装置１０との間には、図示されない圧力コントローラーが備えられ、前記処理チャンバ３を所望の圧力に調整することができる。
【００１７】
プラズマチャンバー材料は、壁材料及び壁の接地、浮遊によって左右される電位状態が処理プラズマのポテンシャル分布や荷電粒子の消滅時間に大きな影響を与える。そのため、壁材の選択によりラジカル／イオン等の活性種との反応性が変化しその損失／吸着の確立が異なるためプラズマ中の活性種が存在する割合に影響を及ぼすと言われている。
【００１８】
また、半導体デバイス製造工程では、Cr／Ni／Fe等の重金属による処理基板への汚染がデバイス性能に悪影響を及ぼすことが多い。以上の理由からプラズマ処理チャンバ壁材はCr／Ni／Fe等の重金属を主成分とするステンレスを使用せず、純アルミニウム材もしくは、微量の重金属を含む5000番系のアルミニウム材を使用するのが主流である。
【００１９】
ただし、基板処理を行った後のプロセスチャンバーより下流側の排気ラインに使用されるベローズ、及びベローズ構造を有する排気バルブ中のベローズは、繰り返し強度等の理由でステンレスを使用する事が多い。
【００２０】
このように構成された真空プラズマ装置を用いて以下のようなガス組成でプラズマ放電を行った。
【００２１】
処理ガス：O2 3SLM + SF6 5sccm + H2 40sccm + Ar 1SLM
上述したプラズマは半導体デバイスの製造工程において、エッチングやイオン注入処理のマスク材として用いるレジストの除去工程において特に照射されたイオン成分により表面が変質、硬化し、高温のヒーター上に処理基板を戴置して酸素ガスのプラズマのみで処理を行う通常のアッシングでは除去が困難な場合に用いられる。
【００２２】
以下に、上記プラズマ処理の役割を具体的に述べる。
【００２３】
まず最初にCF4／SF6／NF3等のハロゲン系ガス供給を施すプラズマチャンバーを有する高ドーズイオンインプラレジストアッシング装置でのプロセスについて説明する。
【００２４】
基板上にはレジストのパターンが形成されており、燐、砒素、及びボロン等の不純物を拡散させる目的でこのレジストパターンをマスクとして基板にイオン注入がなされる。このイオン注入時にイオンの運動エネルギーが熱エネルギーに変換されレジストは加熱されて熱的変質を起こし硬化層と呼ばれる変質部が生成される。このように変質硬化層が形成されたレジストパターンを除去する場合、従来は酸素プラズマのみで変質硬化層を除去すると供に下部に残る通常レジストもアッシング除去を行っていた。
【００２５】
しかしながら、特にイオン加速エネルギーが100keＶ以上、イオン注入量1xE16 ions/cm2以上の高ドーズイオン注入されたプロセス、例えばDRAM製造工程でのp_MOS／n_MOS形成後イオン注入後レジストアッシング工程での高ドーズイオン注入された変質硬化層レジストは、通常のレジストより活性化エネルギーが大きく、従来の酸素ラジカル主体のアッシング方法では反応速度が小さいためアッシング時間を要する問題があった。
【００２６】
また、アッシング速度は温度依存性が大きいため、処理温度を上げてアッシング速度を速める事が考えられる。しかし、この場合変質硬化層と非硬化レジスト層との熱膨張が異なりかつ高温アッシングにより変質していない下層部のレジスト中のN2その他の脱ガスが発生する。また変質硬化層は、イオン注入種が熱で架橋反応を起こすとの報告もあり、特にノボラック系レジストと燐などは非常に硬質な膜に変質しているためアッシング処理時に変質硬化層がバースト（ポッピングとも呼ぶ）と呼ばれる現象が発生し、飛び散った表面変質層が基板表面に再付着し、後の洗浄工程においても剥離不能となり半導体デバイスの歩留まり低下を引き起こす原因となる。
【００２７】
そこで、現在このような高ドーズのイオン注入処理をされたレジストアッシングには、CF4／SF6／NF3等のハロゲン系ガスを添加する事により前述の変質硬化層の活性化エネルギーを下げバーストが起きない低温度にてアッシング速度を上げる方法が一般的となりつつ有る。
【００２８】
上記のようなプラズマ放電を処理チャンバ３にて行い、排気バルブ9のケーシング外側及びステンレス製ベローズ５外側の温度を  熱電対にて測定した。実際には、3.0kw、2.45GHzのマイクロ波発振装置を使用し処理圧力を146Pa（1.1Torr）、マイクロ波発振時間を200秒間、60秒OFF のサイクル発振条件にてプラズマ放電を行った。ステンレス製ベローズ部構成排気バルブ９のケーシング温度測定箇所を図２の１２に、ベローズ部５外表面の温度測定個所を図２の１４にそれぞれ示す。
【００２９】
ステンレス製ベローズ部構成排気バルブ９のケーシング温度推移を測定した結果を図３に示す。この計測では、6サイクルのマイクロ波発振により  32℃から42℃まで約10℃の昇温が確認された。また、図４に示すようにSF6を添加せずに同様の条件にてプラズマ放電を行った場合温度上昇が明らかに低減された（約1.0℃／6サイクル）ことから、図３にて観測された昇温は、排気ガスからの熱伝導によるものでないことが示された。
【００３０】
さらに、同様のプラズマ放電条件におけるステンレス製溶接ベローズ５の昇温は排気バルブ９外側よりも遙かに大きく、図５に示す様に200secのプラズマ放電２サイクルで約４０℃（33℃→7３℃）の昇温が観測された。また、この異常昇温は、放電サイクルを繰り返すことで約170℃に達することも確認された。
【００３１】
次に、本発明により発熱反応を抑制する目的で排気バルブ９のステンレス製ベローズ部１１に円柱状の厚み0.5 mmのアルミニウム（材質；A5052）カバー１５を装着した状態を図６に示す。この排気バルブを用い前述の処理条件（図３を参照）にて排気バルブケーシング表面の温度を測定しプロットしたグラフを図７に示す。
【００３２】
６サイクルのマイクロ波発振による昇温は約1.5℃に抑制され、アルミニウムカバーの発熱抑制効果が確認された。
【００３３】
また、同様に配管ベローズ部にステンレス材を用いている個所5に円柱状のアルミニウム（材質；A5052）カバー１６を装着した状態を図８に示す。この配管ベローズを用い前述の処理条件（図７を参照）にて配管ベローズ外表面の温度を測定しプロットしたグラフを図９に示す。
【００３４】
２サイクルのマイクロ波発振によりアルミニウムカバー無し（図７）では33℃から73℃まで40℃の昇温が発生したのに比べ、アルミニウムカバー有りでは、28℃から31℃まで1/13の3℃しか昇温しておらず、アルミニウムカバーの発熱抑制効果が確認された。
【００３５】
本実施例においては、被覆する材質としてアルミニウム(A5052)を使用したが、本発明の効果はこれに制限されるものではなく、他のアルミニウム合金、純アルミ材、ガスとの接触表面にフッ素不動態化処理を施した金属材料も同様に使用することができる。
【００３６】
また、被覆方法においても筒状のカバーに限らず、発熱反応種と金属材料との接触を遮断できる形態で有れば成膜による被覆処理、表面の不動態化処理など他の形態でも同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例に係わる真空プラズマ装置の構成例を示す図である。
【図２】ステンレス製ベローズ部構成排気バルブの温度計測箇所及び配管ベローズ部外表面の温度測定個所を示す図である。
【図３】ステンレス製ベローズ部構成排気バルブのケーシング温度推移をプロットしたグラフを示す図である。
【図４】処理ガスにSF6を添加せずにプラズマ放電を行い、ステンレス製ベローズ部構成排気バルブのケーシング温度推移をプロットしたグラフを示す図である。
【図５】ステンレス製ベローズ部のベローズ外表面温度推移をプロットしたグラフを示す図である。
【図６】ステンレス製ベローズ部構成の排気バルブ図、及び発熱抑制用アルミニウム製カバーの装着図を示す図である。
【図７】ステンレス製ベローズ部構成の排気バルブへアルミニウム製カバーを装着した場合のベローズ外表面温度推移をプロットしたグラフである。
【図８】ステンレス製配管ベローズ及び発熱抑制用アルミニウム製カバーの装着状態を示す図である。
【図９】ステンレス製ベローズ部へアルミニウム製カバーを装着した場合のベローズ外表面温度推移をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１  マイクロ波導波管
２  マイクロ波透過窓
３  処理ガス導入口
４  排気ライン
５  ステンレス製配管ベローズ部品
６  プラズマ処理チャンバ
７  排気バルブケーシング下面温度測定個所
８  マイクロ波電源
９  ステンレスベローズ構成部品を有する排気バルブ
１０  排気装置
１１  排気バルブ内ステンレス製ベローズ
１２  排気バルブケーシング温度計測箇所
１３  排気バルブケーシング
１４  ステンレス製配管ベローズ温度計測箇所
１５  排気バルブ内ステンレス製ベローズ部用アルミニウムカバー
１６  ステンレス製配管ベローズ用アルミニウムカバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006005060.tif 000009
【図８】
2006005060.tif 000010
【図９】
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