(57)【要約】      （修正有）【課題】クリーニング速度の低下を招くことがなく、かつ長期使用時の表面の変色を抑えたシャワープレートを提供する。【解決手段】半導体製造装置に使用するアルミニウム又はアルミニウム合金製のシャワープレート１１であって、シャワープレート１１の表面が、膜厚０．１μｍ〜０．３μｍの無孔質のバリヤ層の陽極酸化膜を形成する陽極酸化膜処理されて成る。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置に使用するアルミニウム又はアルミニウム合金製のシャワープレートであって、
該シャワープレートの表面が、無孔質のバリヤ層の陽極酸化膜が形成される陽極酸化膜処理されて成ることを特徴とするシャワープレート。
【請求項２】
請求項１に記載のシャワープレートであって、
前記無孔質のバリヤ層の陽極酸化膜が、膜厚を０．１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とするシャワープレート。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシャワープレートを備えた半導体製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体製造装置であって、
該半導体製造装置はプラズマＣＶＤ装置であり、前記シャワープレートが上部電極であることを特徴とする半導体製造装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、プラズマＣＶＤ等の半導体製造装置に使用されるシャワープレート及びこのシャワープレートを含む半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造のプラズマＣＶＤ装置に使用される上部電極としてのシャワープレートは、高温雰囲気下においても反りが生じ難く、かつガス孔等の加工が容易であることからアルミニウムを素材とし、さらに硬度及び耐食性を強化するために、アルミニウムの表面に陽極酸化膜を形成する陽極酸化膜処理が施されている。
【０００３】
アルミニウムの上に成長した陽極酸化膜のうちの、アルミニウム付近の一部について模式的に描いた斜視図を図８に示す。アルミニウム板１０１の表面に形成された陽極酸化膜（アルマイト皮膜）１０２は、アルミニウム板１０１の上に形成されるバリヤ層１０３とその上に成長する多孔質層１０５とを含んで成り、この多孔質層１０５には、陽極酸化膜処理時の電流密度のばらつき等を要因として多数の細い空孔１０６が形成されている。
【０００４】
上記のように、陽極酸化膜は膜厚が比較的厚く細孔が多い構造の為、表面積が増加することから、クリーニングに使用するラジカルの消失が速くなり、クリーニング速度が低下する等の問題が生じる。また、カーボンを含有したガスを使用する基板の成膜時には、陽極酸化膜の空孔内部にクリーニングでは除去が困難なカーボンが残り、電極であるシャワープレートが変色し、さらにはパーティクル発生の原因となっている。
【０００５】
上記問題点に対しては、陽極酸化膜処理を行わない、無垢のアルミニウム材によりシャワープレートを作成することで、クリーニング速度の低下を防止することができる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
無垢のアルミニウム材は、陽極酸化膜処理された場合と較べて表面積が少ない為、クリーニング速度の低下を防止できるが、アルミニウムの表面がクリーニングガスに含まれるフッ素によりフッ化されて、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）が生成される。フッ化アルミニウムはシャワープレート全体に生成されるが、特に外周部分やリアクター構造に応じた局所的な部分に生成による変色が生じ、この変色した部分にプラズマが局所化されることで、ウエハ上に形成される膜の対応箇所で膜厚が薄くなり、ウエハの面内均一性が悪化するという問題が生じる。
【０００７】
上記面内均一性の悪化を解消すべくシャワープレートの交換が必要となるが、交換頻度が高まることで、部品寿命の短縮によるコスト増と、交換作業に要する時間のロスによる生産効率の悪化が問題となる。
【０００８】
本考案は、クリーニング速度の低下を招くことがなく、かつ長期間使用時の表面変色を抑えたシャワープレートの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本考案が提供するのは、半導体製造装置に使用するアルミニウム又はアルミニウム合金製のシャワープレートであって、該シャワープレートの表面が、無孔質のバリヤ層の陽極酸化膜が形成される陽極酸化膜処理されて成ることを特徴とするシャワープレートである。
【００１０】
このように、アルミニウム又はアルミニウム合金製のシャワープレートの表面が無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されているため、表面に多孔質層が形成される従来の陽極酸化膜処理とは異なり、表面積が無垢のアルミニウムの場合と同程度となるのでクリーニング速度の低下を抑えることができ、さらにフッ素を含むクリーニングガスによるフッ化を防止して表面の変色を抑えることができる。
【００１１】
前記無孔質のバリヤ層の陽極酸化膜は、膜厚が０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
膜厚を３μｍ以下とすることで多孔質層を含まない、バリヤ層のみの陽極酸化膜とすることができる。また、膜厚を０．１μｍ以上とすることで陽極酸化膜による耐食性を確保することができる。
【００１３】
上記シャワープレートを備えた半導体製造装置では、クリーニング速度の低下を抑え、シャワープレートの変色を抑えて部品寿命の長期化を図ることができ、さらに基板上に面内均一性の良好な成膜が可能となる。
【００１４】
また、上記シャワープレートは、プラズマＣＶＤ装置の上部電極に使用することが好ましい。
【考案の効果】
【００１５】
本考案によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金製のシャワープレートの表面が無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されているので、クリーニング速度の低下を抑え、さらにフッ素を含むクリーニングガスによるフッ化を防止して表面の変色を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本考案に係る無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されて成るシャワープレートを長期間使用した後の正面写真図である。
【図２】図２は、本考案に係るシャワープレートの材質であるアルミニウムの上に形成された、無孔質バリヤ層の陽極酸化膜の一部を描いた模式的な斜視図である。
【図３】図３は、無垢のアルミニウム製のシャワープレートを長期間使用した後の正面写真図である。
【図４】図４は、図１のシャワープレートを使用して成膜された半導体基板の正面模式図である。
【図５】図５は、図３のシャワープレートを使用して成膜された半導体基板の正面模式図である
【図６】図６は、本考案に係る無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されたシャワープレート及び従来の陽極酸化膜処理されたシャワープレートをそれぞれ使用して、カーボンガスを含む材料ガスで２００枚程度の半導体基板に成膜処理した後の各シャワープレートの正面写真図で、図４（ａ）は本考案に係るシャワープレートのリアクタチャンバ側（ＲＣｓｉｄｅ）、図４（ｂ）は同シャワープレートの裏面側（Ｂａｃｋｓｉｄｅ）、図４（ｃ）は従来の陽極酸化膜処理されたシャワープレートのリアクタチャンバ側（ＲＣｓｉｄｅ）、図４（ｄ）は同シャワープレートの裏面側（Ｂａｃｋｓｉｄｅ）の各写真図である。
【図７】図７は、本考案に係る無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されたシャワープレートと従来の陽極酸化膜処理されたシャワープレートとを使用する連続安定性評価に関するもので、基板処理枚数と成膜速度との関係を比較するグラフ図である。
【図８】図８は、アルミニウムの上に成長した陽極酸化膜のうちの、アルミニウム付近の一部について模式的に描いた斜視図である。
【考案を実施するための形態】
【００１７】
本考案に係る無孔質のバリヤ層による陽極酸化膜を形成する表面処理によるシャワープレートの正面写真図が図１に示される。図１のシャワープレート１１は、アルミニウムを材質として形成され、その表面を無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されて成るものである。
【００１８】
従来のアルミニウム製のシャワープレートも硬度及び耐食性の強化を図るべく陽極酸化膜処理がなされているが、従来の陽極酸化膜処理はアルミニウムの表面に、無孔質のバリヤ層が形成され、さらにその上に細い空孔が多数形成された多孔質が成長して成るものである（図８参照）。
【００１９】
これに対して本考案に係るシャワープレート１１は、アルミニウムの上に形成された無孔質バリヤ層の陽極酸化膜の一部を描いた模式的な斜視図である図２に示すように、シャワープレートを形成するアルミニウム板１３の上に空孔が形成されない無孔質のバリヤ層１５のみを陽極酸化膜１６として形成されるので、従来の多孔質層を含む陽極酸化膜の場合と異なり、その表面は平担になり、かつ表面積は減少して無垢のアルミニウムで形成されたシャワープレートの場合と同様になる。
【００２０】
無孔質のバリヤ層１５のみの陽極酸化膜１６は、その膜厚が０．１μｍ以上３μｍ以下に形成される。膜厚を３μｍ以下とすることで多孔質層を含まない、バリヤ層１５のみの陽極酸化膜１６とすることができ、膜厚を０．１μｍ以上とすることで陽極酸化膜１６による耐食性を確保することができる。
【００２１】
本考案に係るバリヤ層のみの陽極酸化膜は、ガス孔が形成されたシャワープレートを形成するアルミニウム板の表面にバリヤ層のみを形成する陽極酸化膜処理することにより形成される。電解液としては、例えば硫酸、リン酸、クロム酸等の無機酸、ギ酸や蓚酸等の有機酸から選択したものを使用し、さらに電解液組成、浴温、浴電圧、電流密度及び処理時間を制御して膜厚を３μｍ以下となるようにする。
【００２２】
陽極酸化膜処理を続けて膜厚が３μｍを超えると、無孔質のバリヤ層が形成された後に、バリヤ層の上に多孔質層が成長してしまうので（図８参照）、多孔質層が成長する前に陽極酸化膜処理を終了するようにする。
【００２３】
なお、陽極酸化膜処理を続行し続けて多孔質層が成長してしまった場合には、表面を例えばバフ研磨して多孔質層を除去することで、表面が平担となる無孔質のバリヤ層のみから成る陽極酸化膜を形成することができる。
【００２４】
また、本考案に係るバリヤ層のみの陽極酸化膜は、アルミニウム板を皮膜溶融性の低い電解質溶液中で定電流電解処理を行い、その後前記定電流電解処理時の電圧より高い電圧での定電圧電解処理を行うことで形成することができる（例えば、特許第３１５２９６０号「真空機器用アルミニウム又はアルミニウム合金材の製造法」を参照）。
【００２５】
上記皮膜溶解性の低い電解質溶液としては、アジピン酸塩、ホウ酸、ホウ酸塩、リン酸塩、フタル酸塩、マレイン酸塩、安息香酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩の群の中から選ばれる少なくとも一つを含むものであることが好ましい。
【００２６】
次に、半導体製造装置において、本考案に係る無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されて成るシャワープレートと、無垢のアルミニウムで形成されたシャワープレートとを長期間成膜処理に使用した後の状態を対比する。
【００２７】
図１は本考案に係る無孔質のバリヤ層で陽極酸化膜処理されて成るシャワープレートを長期間成膜処理に使用後の正面写真図であり、図３は無垢のアルミニウムで形成されたシャワープレートを長期間成膜処理に使用後の正面写真図である。
【００２８】
本考案に係るバリヤ層のみの陽極酸化膜が形成されたアルミニウムのシャワープレートは、図１に示すように、半導体製造装置による成膜処理等に長期間使用されても、多孔質層が形成されていないことからクリーニングガスに含まれるフッ素ラジカルによるフッ化アルミニウムが表面に生成され難く、不均一な変色等は確認されない。
【００２９】
これに対し、図３に示すように、無垢のアルミニウムで形成されたシャワープレート３１には、長期間の使用によりシャワープレート３１の外周部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃにおいてフッ化が進み変色が生じている。また、リフトピンの上対面の部分（図示せず）にも同様のフッ化による変色が見られた。
【００３０】
さらに、図１に示すシャワープレート１１を含む半導体製造装置で成膜処理された半導体基板の正面模式図を図４に、図３に示す無垢のアルミニウムで形成されたシャワープレートを含む半導体製造装置で成膜処理された半導体基板の正面模式図を図５にそれぞれ示し、成膜された半導体基板の表面均一性等を対比する。
【００３１】
図４及び図５における複数の黒丸の点は、成膜後の膜厚を計測する各計測点を示すものであり、この膜厚の計測結果に基づく膜厚の変化について、各模式図上に濃淡の程度で示している。
【００３２】
長期間成膜処理に使用された場合でも、本考案に係るシャワープレート１１を使用した成膜処理では、図４に示すように、膜厚の変については計測結果によると±１．８％の範囲にあり、面内均一性が２％以下となる安定した結果である。
【００３３】
これに対し、無垢のアルミニウム製のシャワープレートを使用した成膜処理では、
図５に示すように基板上の濃淡の差が図４の場合より大きく膜厚の変化が大きいことがわかる。特に、シャワープレート３１の変色部分に対応する半導体基板４１の表面上の対応位置４２ａ、４２ｂ、４２ｃにおいては、他の部分よりも濃淡の差の程度が大きく膜厚の変化が大きいことがわかる。基板全体の膜厚の変化については、計測結果によると±３．５％の範囲にあり、成膜された膜のプロファイルが変化し、その結果、半導体基板４１の面内均一性が±３％以上に悪化していると考えられる。
【００３４】
次に、カーボンを含む材料ガスを使用して半導体基板を２００枚程度成膜処理した後の各シャワープレートの表面状態を図６（ａ）から図６（ｄ）に示す。
【００３５】
図６（ａ）は本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されたシャワープレートのリアクタチャンバ側（ＲＣｓｉｄｅ）の正面写真図であり、図６（ｂ）は本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が形成されたシャワープレートの裏面側（Ｂａｃｋｓｉｄｅ）の正面写真図である。
【００３６】
図６（ｃ）は従来の多数の細い空孔を含む多孔質層が形成される陽極酸化膜（厚さ２５μｍ）が形成されたシャワープレートのリアクタチャンバ側（ＲＣｓｉｄｅ）の正面写真図であり、図６（ｄ）は同じく多孔質層が形成される陽極酸化膜（厚さ２５μｍ）が形成されたシャワープレートの裏面側（Ｂａｃｋｓｉｄｅ）の正面写真図である。
【００３７】
それぞれシャワープレートのリアクタチャンバ側（ＲＣｓｉｄｅ）の写真図である、図６（ａ）と図６（ｃ）とを対比すると、図６（ａ）に示す本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が形成されたシャワープレートでは変色部分はなく、良好な状態を保っている点が確認できるが、図６（ｃ）に示す多孔質層を含む従来の陽極酸化膜が形成されたシャワープレートではカーボンの付着による変色が確認され、特にシャワープレートの周囲全体がかなり変色している点が見られる。
【００３８】
また、それぞれシャワープレートの裏面側（Ｂａｃｋｓｉｄｅ）の写真図である、図６（ｂ）と図６（ｄ）とを対比すると、図６（ｂ）に示す本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が形成されたシャワープレートでは変色部分はなく、良好な状態を保っている点が確認できるが、図６（ｄ）に示す多孔質層を含む従来の陽極酸化膜が形成されたシャワープレートではカーボンの付着による変色が裏面全体に確認される。
【００３９】
本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されたシャワープレートでは、バリヤ層が緻密であり、かつ空孔の形成が殆どない無孔質であることから表面へのカーボンの付着が少なく、クリーニングで容易に除去可能であるから、成膜の繰り返し後も表面が良好な状態であると考えられる。
【００４０】
これに対し、従来の多孔質層を含む陽極酸化膜が形成されたシャワープレートでは、リアクタチャンバ側、裏面側ともカーボンの付着による変色が確認されるのは、多孔質層の空孔内にカーボンが付着し、クリーニングでの除去が困難なことによるものと考えられる。
【００４１】
次に、本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されるシャワープレートと、従来の多孔質層を含む陽極酸化膜が形成されるシャワープレートとを使用した成膜処理数における各シャワープレートの安定性評価を実施した。成膜処理は、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）が発生し易い、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ  ＨＭ６．５の条件下（ＴＥＯＳ：２００〜３００（ｓｃｃｍ）、Ｏ２：２〜３（ｓｌｍ）、ＨＲＦ：１００〜５００（Ｗ）、ＬＲＦ：０〜２００（Ｗ）、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：２００〜６００（Ｐａ）、電極距離：８（ｍｍ））で行った。
【００４２】
上記条件下における成膜処理において、成膜した半導体基板の枚数と、成膜速度（Ｄ／Ｒ：Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｒａｔｅ）との関係を図５に示す。なお、図５の縦軸に示す「ＨＤＲ−ＴＥＯＳ  Ｄ／Ｒ（％）」は、１枚目（１デポ目）の成膜速度（ＤＲ１）を基準として、ｎ枚目の成膜速度（ＤＲｎ）の低下の割合を示したものであり、（ＤＲ１−ＤＲｎ）／ＤＲ１×１００（％）の計算式により求められる。
【００４３】
図５に示すように、本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されるシャワープレートを使用した場合は、グラフ（Ａ）に示されるように、成膜処理の基板枚数が増加しても成膜速度の低下は確認されておらず、成膜処理が安定している。
【００４４】
一方、従来の多孔質層を含む陽極酸化膜が生成されるシャワープレートを使用した場合は、グラフ（Ｂ）に示されるように、成膜処理の基板枚数が増加すると成膜速度の低下が発生している点が確認でき、成膜処理の安定性に欠けることがわかる。
【００４５】
従来の多孔質層を含む陽極酸化膜が生成されるシャワープレートを使用した成膜処理においては、上記ＨＭ６．５条件では膜中に水分を多く含むことから、クリーニングガスのフッ化窒素（ＮＦ３）と反応してフッ化水素（ＨＦ）が発生する。このフッ化水素（ＨＦ）は上部電極であるシャワープレート表面の陽極酸化膜にダメージを与え、その結果フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）がシャワープレート表面に付着するためプラズマ密度が変化して成膜速度の低下を招くものと考えられる。
【００４６】
しかし、本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されるシャワープレートでは、表面空孔が殆どなく緻密で平担であることから、上記した多孔質層が形成された従来のシャワープレートのような成膜速度の低下の問題は発生していない。
【００４７】
次に、１）従来の多孔質層を含む陽極酸化膜が生成されるシャワープレートと、２）無垢のアルミニウム製のシャワープレートと、３）本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されるシャワープレートとをそれぞれ使用した半導体製造装置のＴＥＯＳ−ＳｉＯ膜の成膜において、フッ化窒素（ＮＦ３）のラジカルによるクリーニング速度を表１に示す。
【００４８】
【表１】
0003181783.tif 000003
【００４９】
表１に示すように、従来の多孔質層を含む陽極酸化膜が生成されるシャワープレートを使用した場合はクリーニング速度が１．６μｍ／ｍｉｎであるのに対し、本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されるシャワープレートの場合はクリーニング速度が２．６μｍ／ｍｉｎと格段に速い速度であることがわかる。
【００５０】
なお、無垢のアルミニウム製のシャワープレートのクリーニング速度は２．８μｍ／ｍｉｎと本考案のシャワープレートの場合よりも若干速いが、それでも本考案のバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されるシャワープレートでは十分なクリーニング速度を確保していることが確認された。
【００５１】
なお、本考案のシャワープレートは、アルミニウム板の上にバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されたものであるが、アルミニウム合金の板の上にバリヤ層のみの陽極酸化膜が生成されたものでもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１１    シャワープレート
１３    アルミニウム板
１５    バリヤ層
１６    陽極酸化膜
２１    半導体基板
１０１  アルミニウム板
１０２  陽極酸化膜
１０３  バリヤ層
１０５  多孔質層
１０６  空孔
【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】
0003181783.tif 000009
【図７】
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【図８】
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