(57)【要約】【課題】処理品質および耐久性に優れた半導体装置製造装置を得ること。【解決手段】反応ガスを導入する反応容器と、前記反応容器内に設けられて高周波電圧によってプラズマを発生させる一対の高周波電極と、前記反応容器内に設けられて処理対象物を保持する保持部材と、前記処理対象物を加熱するヒータ部材と、を備え、前記反応容器内に配設される部材の外表面に耐食性被膜が形成されている。これにより、反応ガス中の成分と部材の構成材料の成分との化学反応を抑制、防止することができ、ウエハの処理品質および耐久性に優れた半導体装置製造装置を得ることができる。【選択図】        図１
2008010579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを導入する反応容器と、
前記反応容器内に設けられて高周波電圧によってプラズマを発生させる一対の高周波電極と、
前記反応容器内に設けられて処理対象物を保持する保持部材と、
前記処理対象物を加熱するヒータ部材と、
を備え、
前記反応容器内に配設される部材の外表面に耐食性被膜が形成されていること、
を特徴とする半導体装置製造装置。
【請求項２】
前記耐食性皮膜が、前記一対の高周波電極のうち少なくとも一方の高周波電極の外表面に耐食性被膜が形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装置。
【請求項３】
前記耐食性皮膜が、前記高周波電極の一部に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装置。
【請求項４】
前記耐食性皮膜が、前記高周波電極の外表面の全てに形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装置。
【請求項５】
前記耐食性皮膜が、前記ヒータ部材の外表面に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装置。
【請求項６】
前記耐食性皮膜が、前記反応容器の内面全面に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装置。
【請求項７】
前記耐食性皮膜の熱膨張率が、該耐食性皮膜が形成されている基材を構成する材料の熱膨張率よりも大きいこと
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置製造装置。
【請求項８】
前記耐食性被膜の構成材料が、ニッケル、クロム、チタン、ハステロイ、ニッケル合金およびダイヤモンドからなる群より選択された少なくとも１種であること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置製造装置。
【請求項９】
前記耐食性皮膜の膜厚が、０．１μｍ〜５００μｍの厚さであること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置製造装置に関するものであって、特に、真空排気系を有する反応容器内に反応ガスを導入し、ウエハステージと高周波電極との間に印加される高周波電圧によってプラズマを発生させ、ウエハステージに載置されたウエハに対して成膜、エッチングする半導体装置製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置を製造するために、プラズマ処理装置等の半導体装置製造装置が広く用いられている。図３に従来のプラズマ処理装置であるプラズマ化学的気相成長（以下、プラズマＣＶＤ）装置の概略構成を示す。図３に示すように、従来のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行うための容器であり真空排気系のポンプ１０２を有する反応容器１０１と、ウエハ１０４を載置するとともに下部電極を兼ねるウエハステージ１０３と、高周波電源１０５と、反応容器１０１に反応ガスを導入する反応ガス導入系１０６と、反応容器内に導入された高周波電極１０７と、高周波電極を兼ねるガスシャワープレート１０８と、を備えて構成されている。
【０００３】
つぎに、このようなプラズマＣＶＤ装置の動作について説明する。まず、ウエハステージ１０３上に、成膜対象であるシリコン材料などからなるウエハ１０４を載置する。つぎに、反応ガス導入系１０６から反応容器１０１に反応ガスを導入する。反応容器１０１に導入された反応ガスは、ガスシャワープレート１０８で分散され、反応容器１０１内に散布される。
【０００４】
つぎに、高周波電源１０５により高周波電圧を印加すると、高周波電極１０７、ガスシャワープレート１０８を通じて反応容器１０１内の反応ガスに高周波電圧が加わってプラズマ化し、ウエハ１０４に成膜を行う。反応容器１０１に導入される反応ガスは、成膜する膜がシリコン酸化膜である場合には、たとえばテトラエトキシシランと酸素、またはシランと酸素、亜酸化窒素等である。
【０００５】
このようなプラズマＣＶＤ装置において、ステージヒーターはウエハを載せるホルダー、およびプラズマ反応を起す電極として構成される。そして、ステージヒーターは、処理時には４００℃〜７００℃の温度になる装置内部の雰囲気に置かれるとともに、プラズマ輻射等により熱サイクルが大きく変化する環境下にある。
【０００６】
この熱サイクルは繰り返し行われるため、ステージヒーターは、熱衝撃に対して高い耐久性が要求される。また、ステージヒーターは、ヒーターからの熱を効率よくウエハに伝える必要があるとともに成膜用ガス、エッチング用ガス等に対して耐食性があることが要求される。
【０００７】
このような従来のステージヒーターの基材は、窒化アルミニウム、アルマイト処理したアルミニウム、耐食処理されていないアルミニウム（Ａ５０５２）材が使用されていた。近年、成膜速度が高くなるにつれて、ステージヒーターの損傷が激しく寿命が短いため、より耐食性、熱衝撃に対して耐久性の高いものが求められるようになった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、周知のように半導体製造プロセスのＣＶＤプロセスにおいて使用されているガスは、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）等がある。これらのガスがステージヒーターの基材に接触すると、ガス中のフッ素成分がステージヒーターの基材のアルミニウム成分と反応してフッ化物皮膜を生成する。そして、このフッ化物皮膜は、ステージヒーターの基材から剥離してプラズマＣＶＤ装置の内部を浮遊した後、ウエハ表面に付着する虞があった。また、ステージヒーター基材の腐食による汚染の問題があった。
【０００９】
また、プラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバ内のステージヒーターの上にウエハを載置し、低圧反応ガス雰囲気でプラズマを発生させＣＶＤ処理するものであり、ウエハの処理条件に応じてステージヒーターを介してウエハの加熱冷却が行われる。ここで、ステージヒーターの表面の損傷がある場合には、ウエハの加熱冷却の均一性に支障が生じる。そして、ウエハの温度制御、すなわちウエハの過熱冷却の均一性は、ウエハの処理品質に大きく影響する。
【００１０】
また、プラズマＣＶＤ装置の連続運転中に、プラズマアタックによりステージヒーター表面に前述したようにフッ化物（ＡｌＦ系）異物が発生する問題、反応ガスによる腐食の問題は、ウエハの処理品質に重大な悪影響を及ぼすことになる。
【００１１】
以下に、従来の基材を用いたステージヒーターについて図４および図５を用いて説明する。図４は、従来のプラズマＣＶＤ装置のチャンバの断面模式図である。図５は、図４における部分Ｂを拡大して示す模式図である。図４に示すように、このプラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバ１１１内に設けられたステージヒーター１１２の上面に下部電極１１３が固定ネジ１１４で固定されて設けられ、該ステージヒーター１１２からのウエハ１１５への熱伝達を効率良く均一化できるように構成されている。
【００１２】
ウエハ１１５は、ステージヒーター１１２の上面に設けられた下部電極１１３の上に載置される。また、真空チャンバ１１１の上方に設けられたガス導入口１１６から、前述したような反応ガスがシャワープレート１１７を介してウエハ１１５表面に均一に散布され、図示していない真空ポンプでガス排気口１１８から排気され、真空チャンバ１１１内は低圧雰囲気に保持される。また、図示していないＤＣ電源装置により、シャワープレート１１７はプラス極として、ステージヒーター１１２はマイナス極として、直流電圧が印加されるように構成されている。
【００１３】
このようにプラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバ１１１内に電力を投入して生成するプラズマで、すなわち原子や分子がイオンと電子とに解離した状態で反応ガスを分解し、ウエハ上に低温で材料を均一に堆積させて成膜することができる。
【００１４】
また、図４に示すプラズマＣＶＤ装置では、成膜時または成膜後、たとえば八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）等のクリーニングガスを真空チャンバ１１１内に導入し、図５に示すようにウエハ１１５およびステージヒーター１１２、下部電極１１３、真空チャンバ１１１内に付着したフッ化物（ＡｌＦ系）異物１１９等を排出することができる。
【００１５】
しかしながら、プラズマアタックにより下部電極１１３とステージヒーター１１２との隙間および外表面にＡｌＦ系異物１１９が発生し、クリーニングが完全にできない、または腐食等の問題が発生する。この場合、短時間で図４のように固定ネジ１１４の周辺、特に下部電極１１３とステージヒーター１１２の上面との隙間にフッ化物（ＡｌＦ系）異物１１９が発生する。そして、ステージヒーター１１１は、腐食性反応ガス、高温雰囲気、プラズマ中での条件下で使用されるため短期間で損傷し、使用不可になるため、ウエハの処理品質や経済的な問題の発生は避けられなかった。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処理品質および耐久性に優れた半導体装置製造装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置製造装置は、反応ガスを導入する反応容器と、反応容器内に設けられて高周波電圧によってプラズマを発生させる一対の高周波電極と、反応容器内に設けられて処理対象物を保持する保持部材と、処理対象物を加熱するヒータ部材と、を備え、反応容器内に配設される部材の外表面に耐食性被膜が形成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、反応容器内に配設される部材の外表面に耐食性被膜が形成することにより、反応ガス中の成分と部材の構成材料の成分との化学反応を抑制、防止することができ、ウエハの処理品質および耐久性に優れた半導体装置製造装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる半導体装置製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため構成部材間の縮尺が異なる場合がある。
【００２０】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置製造装置であるプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１における部分Ａを拡大して示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバ（反応容器）１と、ステージヒーター２と、下部電極３と、固定ネジ４と、高周波電極５と、ガスシャワープレート７と、を備えて構成されている。
【００２１】
反応容器１は、プラズマ処理を行うための容器であり、真空チャンバ（反応容器）１にガスを導入するガス導入口６と、真空チャンバ（反応容器）１からガスを排気するガス排気口８と、図示しない真空排気系のポンプと、を有する。
【００２２】
また、このプラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバ（反応容器）１内に設けられたステージヒーター２の上面に下部電極３が固定ネジ４で固定されて設けられ、該ステージヒーター２からのウエハ９への熱伝達を効率良く均一化できるように構成されている。また、高周波電極５とガスシャワープレート７とは、図示しない固定ネジによって固定されている。さらに、ステージヒーター２の外表面には耐食性皮膜１０が形成されることにより、耐食処理が施されている。
【００２３】
ここで、耐食性皮膜１０は、熱膨張率、熱伝導率が高く、また反応ガスに対する耐食性に優れた膜である。熱伝導率が高いことで、ステージヒーター２からの熱を効率よくウエハ９に伝えることができ、また熱衝撃に対して優れた耐久性を発揮する。また、耐食性皮膜１０の熱膨張率が該耐食性皮膜１０が形成される基材の構成材料の熱膨張率よりも大きいことで、熱膨張に起因した亀裂の発生や剥離が生じにくくなる。反応ガスに対する耐食性に優れることで、反応ガスとステージヒーター２との間に介在し続け、反応ガスの成分とステージヒーター２の成分との化学反応を抑制可能となる。
【００２４】
また、耐食性皮膜１０は、ステージヒーター２を構成する部品よりも熱膨張係数の大きい材料で皮膜されていることが好ましい。これにより、下部電極３の熱膨張により耐食性皮膜１０に亀裂が入ったり剥離したりして耐食性皮膜１０によるステージヒーター２の防食状態が壊れることがない。
【００２５】
また、耐食性皮膜１０の膜厚は、たとえば０．１μｍ〜５００μｍの厚さとされる。耐食性皮膜１０の膜厚をこのような範囲とすることにより、後述する本発明の効果を確実に得ることができ、また効率良く耐食性皮膜１０を形成することができる。
【００２６】
本実施の形態においては、耐食性皮膜１０は、熱膨張率、熱伝導率が高く、またたとえばフッ素成分とステージヒーター２のアルミニウム成分との化学反応を抑制可能な耐食性材料からなる膜である。このような耐食性材料としては、たとえばニッケル、クロム、チタン、ハステロイ、ニッケル合金（たとえばインコネル（登録商標））、ダイヤモンドなどの材料を用いることができる。
【００２７】
ウエハ９は、ステージヒーター２の上面に設けられた下部電極３の上に載置される。また、真空チャンバ（反応容器）１の上方に設けられたガス導入口６から、反応ガスがガスシャワープレート７を介してウエハ９の表面に均一に散布され、図示していない真空ポンプでガス排気口８から排気され、真空チャンバ（反応容器）１内は低圧雰囲気に保持される。
【００２８】
ここで、ＣＶＤプロセスにおいて使用されるガス、すなわち真空チャンバ（反応容器）１に導入されるガスとしては、たとえばシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）等があり、成膜する膜がシリコン酸化膜である場合には、たとえばテトラエトキシシランと酸素、またはシランと酸素、亜酸化窒素等が使用される。
【００２９】
また、図示していないＤＣ電源装置（高周波電源装置）により、ガスシャワープレート７はプラス極として、下部電極３はマイナス極として、直流電圧が印加されるように構成されている。
【００３０】
このようにプラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバ（反応容器）１内に電力を投入して生成するプラズマで、すなわち原子や分子がイオンと電子とに解離した状態で反応ガスを分解し、ウエハ上に低温で材料を均一に堆積させて成膜することができる。
【００３１】
つぎに、このように構成された本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置の動作について説明する。まず、下部電極３上に、成膜対象であるシリコン材料などからなるウエハ９を載置する。つぎに、ガス導入口６から真空チャンバ（反応容器）１に反応ガスを導入する。真空チャンバ（反応容器）１に導入された反応ガスは、ガスシャワープレート７で分散され、真空チャンバ（反応容器）１内に散布される。
【００３２】
つぎに、図示していないＤＣ電源装置（高周波電源装置）により、高周波電極５をプラス極、下部電極３をマイナス極として、直流電圧を印加すると、高周波電極５、下部電極３を通じて真空チャンバ（反応容器）１内の反応ガスに高周波電圧が加わってプラズマ化し、ウエハ９に成膜を行う。すなわち、プラズマを生成させ、原子や分子がイオンと電子とに解離した状態で反応ガスを分解し、ウエハ９上に低温で材料を均一に堆積させて成膜する。
【００３３】
以上のような、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置においては、熱膨張によりステージヒーター２に反りが生じ、下部電極３との間に隙間、空間が発生して反応ガス中の成分、特にフッ素成分が侵入した場合においても、ステージヒーター２の表面に耐食性皮膜１０が形成されていることにより、反応ガス中の成分（特にフッ素成分）とステージヒーター２の構成材料の成分（特にアルミニウム）との化学反応が抑制、防止され、物理的な接続が保たれる。これにより、プラズマ状態、ウエハへの熱伝導状態が安定化し、ひいては安定した成膜を行うことができる。
【００３４】
そして、反応ガス中の成分（特にフッ素成分）とステージヒーター２の構成材料の成分（特にアルミニウム）との化学反応による反応生成物（たとえばフッ化物）の生成が抑制、防止されるため、該反応生成物がプラズマＣＶＤ装置の内部を浮遊し、ウエハ表面に付着することが抑制、防止される。また、反応ガス中の成分（特にフッ素成分）によるステージヒーター２の基材の腐食に起因した真空チャンバ（反応容器）１内の汚染が抑制、防止される。
【００３５】
また、ステージヒーター２の表面に耐食性皮膜１０が形成されていることにより、反応ガス中の成分（特にフッ素成分）とステージヒーター２の構成材料の成分（特にアルミニウム）との化学反応が抑制、防止されるため、ステージヒーター２の表面に損傷が生じることが抑制、防止される。これにより、ステージヒーター２の表面の損傷に起因したウエハの過熱冷却の均一性の変動、すなわち、ウエハ９の処理品質の変動が抑制、防止される。
【００３６】
また、ステージヒーター２の表面に耐食性皮膜１０が形成されていることにより、反応ガス中の成分（特にフッ素成分）とステージヒーター２の構成材料の成分（特にアルミニウム）との化学反応が抑制、防止されるため、使用可能期間を長くすることができ、反応ガスとの化学反応に起因したステージヒーター２の損傷によるステージヒーター２の交換回数を低減することができる。これにより、ステージヒーター２の長寿命化を図ることができ、プラズマＣＶＤ装置の長寿命化を図ることができる。
【００３７】
また、図１に示す本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置では、成膜時または成膜後、たとえば八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）等のクリーニングガスを真空チャンバ（反応容器）１内に導入し、図２に示すようにウエハ９およびステージヒーター２、下部電極３、真空チャンバ（反応容器）１内に付着した異物等を排出することができる。
【００３８】
このとき、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置では、反応ガス中の成分（特にフッ素成分）とステージヒーター２の構成材料の成分（特にアルミニウム）との化学反応による反応生成物（たとえばフッ化物）の生成が抑制、防止されるため、容易に且つ清浄度良くクリーニングをすることができる。
【００３９】
また、耐食性皮膜１０は、必ずしもステージヒーター２の全表面に施されている必要はく、一部分に施しても良い。しかしながら、ステージヒーター２の外表面の全てに施されていることが好ましい。これにより、本発明の効果をより効果的に得ることができる。
【００４０】
また、耐食性皮膜１０は、必ずしもステージヒーター２の表面に施されている必要はなく、下部電極３の表面に施しても良い。この場合には、反応ガスのフッ素成分と下部電極３の構成材料の成分との化学反応を抑制可能である。
【００４１】
そして、耐食性皮膜１０は、ステージヒーター２の表面と、下部電極３の表面と、に施されていることが好ましい。これにより、本発明の効果をより効果的に得ることができる。
【００４２】
また、耐食性皮膜１０は、必ずしも真空チャンバ（反応容器）１内の部品の全表面に施されている必要はない。しかしながら、真空チャンバ（反応容器）１内の部品の外表面の全てに施されていることが好ましい。これにより、本発明の効果をより効果的に得ることができる。
【００４３】
また、以上においては、プラズマＣＶＤ装置を例に本発明を説明したが、プラズマエッチング装置についても同様に上述した本発明の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる半導体装置製造装置は、反応容器内に反応ガスを導入して高周波電圧によってプラズマを発生させる反応処理を利用する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置製造装置であるプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１における部分Ａを拡大して示す模式図である。
【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置のチャンバの断面模式図である。
【図５】図４における部分Ｂを拡大して示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  反応容器
２  ステージヒーター
３  下部電極
４  固定ネジ
５  高周波電
６  ガス導入口
７  ガスシャワープレート
８  ガス排気口
９  ウエハ
１０  耐食性皮膜
１０１  反応容器
１０２  ポンプ
１０３  ウエハステージ
１０４  ウエハ
１０５  高周波電源
１０６  反応ガス導入系
１０７  高周波電極
１０８  ガスシャワープレート
１１１  ステージヒーター
１１１  真空チャンバ
１１２  ステージヒーター
１１３  下部電極
１１４  固定ネジ
１１５  ウエハ
１１６  ガス入口
１１７  シャワープレート
１１８  ガス排気口
１１９  フッ化物（ＡｌＦ系）異物
【図１】
2008010579.tif 000003
【図２】
2008010579.tif 000004
【図３】
2008010579.tif 000005
【図４】
2008010579.tif 000006
【図５】
2008010579.tif 000007