(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガス雰囲気下で被処理物を加熱する高圧処理装置のヒータ部材であって、
前記ヒータ部材は、粒状酸化物形成元素のＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの１種または２種以上の合計量が０．５mass％以下であるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金あるいは粒状酸化物形成元素のＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの１種または２種以上の合計量が０．５mass％以下であるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成された発熱用抵抗合金で形成され、その表面にバフ研磨により結晶が細かく砕けた状態で歪みを受けた表面結晶粒を備え、その表面結晶粒の粒径が０．０１〜０．２０μm とされた加工変質層が形成されている、高圧処理装置のヒータ部材。
【請求項２】
前記加工変質層の表面粗度Ｒａが０．１５μm 以下である、請求項１に記載した高圧処理装置のヒータ部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は主に半導体基板を高圧、高温下で処理する高圧処理装置に使用されるヒータ部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ等のＵＬＳＩ半導体を処理する方法の一つとして、例えば特開平７−１９３０６３号公報に記載されているように、いわゆる配線膜の加圧埋め込み法（高圧リフロープロセス）が知られている。この方法は、半導体基板上にコンタクトホールを具備した絶縁酸化膜を形成し、この上にアルミ合金膜を形成したうえで、アルゴンガス等の不活性ガスにより高圧環境を作り出し、３００〜７００℃程度の高温下で高圧保持することでコンタクトホール内の最奥部へアルミ合金膜を埋め込む方法である。
【０００３】
このような高温高圧処理は、発熱用の抵抗体としての加熱用ヒータ部材が内部に備えられた圧力容器によって実施される。しかし、高温高圧処理中には、パーティクルと呼ばれる酸化物の粉塵が発生し、これが最終的に被処理物上に運搬・付着されると、半導体デバイスの電気的特性が劣化する。
前記配線膜の埋め込み工程のように酸化膜を形成することを目的とせず、意図的に酸素ガスを使用しない場合においても、パーティクルが発生するのは、加圧媒体である希ガス中に含まれる酸素と圧力容器の内部に設けられた加熱用ヒータ部材とが反応して、ヒータ部材の表面に酸化被膜が形成され、長期間の使用により酸化被膜が成長して、これが剥離するようになるからである。
【０００４】
一方、被処理物上への粉塵の運搬・付着を阻止するために、例えば特開２０００−２２７２８３号公報には、不錆金属製のケーシング、粉塵捕捉用のフィルター、ガス流通を一方向的に許容する逆止弁などを設けることが提案されている。
また、特開平５−９８４０１号公報には、合金組成を制御し、１２００〜１５００℃の超高温領域、かつ酸化雰囲気で使用されるヒータ部材として、耐ダレ性及び耐酸化性に優れるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系電熱ヒータ材が提案されている。また、Ａｌ，Ｃｒの酸化被膜の生成速度を抑制し、酸化被膜の耐剥離性を向上させるために、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉの中から選んだ１種以上を合計量で１wt％以下とすることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−２２７２８３号公報に開示された技術は、加熱用ヒータ部材自体から発生する粉塵を抑制するものではない。また、特開平５−９８４０１号公報に開示されたヒータ材をはじめ、従来のヒータ材は、高温ダレ量などマクロな構造変化の防止に着目してなされたものであり、酸化膜の加圧埋め込み工程のように高温高圧処理で発生するミクロな粉塵発生の防止に関して、有効なヒータ材を提供するものではない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高温高圧処理においてそれ自身からの粉塵の発生を抑制することができ、引いては高品質の高温高圧処理が可能な高圧処理装置のヒータ部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高圧ガス雰囲気下で被処理物を加熱する高圧処理装置のヒータ部材であって、粒状酸化物形成元素のＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの１種または２種以上の合計量が０．５mass％以下であるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金あるいは粒状酸化物形成元素のＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの１種または２種以上の合計量が０．５mass％以下であるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成された発熱用抵抗合金で形成され、その表面にバフ研磨により結晶が細かく砕けた状態で歪みを受けた表面結晶粒を備え、その表面結晶粒の粒径が０．０１〜０．２０μm とされた加工変質層が形成されたものである。前記加工変質層の表面粗度Ｒａは０．１５μm 以下とすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者は、高圧処理装置の発熱用抵抗体であるヒータ部材から酸化物の微細粉塵が発生するメカニズムについて鋭意研究する過程で、ヒータ部材の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した結果、使用後のヒータ部材表面上には粒状酸化物が認められ、高圧処理装置の使用回数の増加によって、このような粒状酸化物も成長し、やがて剥離することが知見された。本発明者はかかる知見から粒状酸化物の成長、剥離を抑制するにはヒータ部材の表面を緻密な酸化被膜で被覆すればよいとの着想を得て本発明を完成するに至った。
前記緻密な酸化被膜の形成について種々の方策を検討した結果、高圧処理装置のヒータ部材の表面をバフ研磨し、表面に特定粒径の結晶が得られる加工変質層を形成することによって、ヒータ部材からの発塵を抑制することが出来ることを見い出した。
【０００９】
前記加工変質層とは、機械研磨により最表面層の結晶が細かく砕けた状態で歪みを受けた表面結晶粒を備え、その表面結晶粒の粒径が０．０１〜０．２０μm の層をいい、その層の下には機械研磨の影響を受けていない結晶組織が残っている。機械研磨処理したヒータ部材では、歪が付与された微細粒の結晶によっで構成されている加工変質層によって粒界拡散が促進されるため、３００〜７００℃程度の低温では通常起こり難いとされている、Ａｌ、Ｃｒの選択酸化が生じ、緻密なＡｌあるいはＣｒの酸化膜が形成される。この緻密な酸化膜により、粒状酸化物の形成、成長が抑制され、０．２μm 以上のパーティクルが被処理物に付着することを抑制することができる。本発明では、機械研磨としてバフ研磨を用いるので、後述の実施例から明らかなように、前記特定粒径の加工変質層を容易に形成することができる。
【００１０】
前記加工変質層の表面結晶粒径を０．０１〜０．２０μm とするのは、０．０１μm 未満では面内の一部で加工変質層が形成されない部分が生じ、かえって酸化膜の緻密度が劣化し、一方０．２０μm を超えるとＡｌ、Ｃｒの選択酸化効果が小さくなり、やはり緻密な酸化膜が形成されないようになるからである。
【００１１】
また、前記加工変質層は、その厚さを厚く形成し過ぎると緻密度が低く、かつ厚い酸化膜が形成されるようになり、粒状酸化物の発生、成長を抑制する作用が低下するので好ましくない。このため、ヒータ部材の表面粗度Ｒａを０．１５μm 以下に小さくすることが望ましい。
【００１２】
上記加工変質層を形成する手段としては、生産性、前記微細結晶粒径の制御性の面からバフ研磨が好ましい。バフ研磨では、砥粒の大きさ、バフの回転数によって加工変質層の結晶粒径、表面粗度を容易に制御することができる。なお、電解研磨は表面粗度Ｒａを小さくすることができるが、結晶の微細化作用、歪付与作用が生じないので、加工変質層の形成方法としては不適当である。
【００１３】
また、ヒータ部材の発熱用抵抗合金の成分として微量添加されるＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａはいずれも粒状酸化物形成元素でもあるので少ないほど好ましく、これらの元素は１種または２種以上の合計で０．５mass％以下に止めることが望ましい。
【００１４】
次ぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【００１５】
【実施例】
ヒータ部材を以下のようにして製作した。研削後のＦｅ−２３．０９mass％Ｃｒ−６．０２Ａｌ合金（Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの合計量０．５mass％）、、あるいは冷延後のＮｉ−１５．８mass％Ｃｒ−４．４mass％Ａｌ合金（Ｆｅ３．７０mass％、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの合計量０．５mass％）に対してそれぞれ表１に示す表面処理（試料No. １〜５：バフ研磨、試料No. １１〜１４：電解研磨、試料No. １５〜１７：表面処理なし）を両面に行った後、折り曲げ加工によって蛇行形状とし、両端部に電極接続部を設けた。これらのヒータ部材の厚さは１mmである。
【００１６】
前記バフ研磨を行うに際しては、４００番手前後の砥粒を用いて、バフの回転速度を調整して、最表面層の結晶粒径、表面粗度を調整した。前記結晶粒径は、薄膜Ｘ線回折（波長１．５４Å、入射角１°）の回折線半価幅を基にScherrerの式から求められた。また、表面粗度は、SLOAN社製DEKTAK3030 触針式表面粗さ計を用いて走査距離２０００μm 、走査速度１００μm ／秒の条件で測定し、５点測定の平均値として求められた。これらの値を表１に示す。
【００１７】
前記ヒータ部材は、後述の高圧処理装置に設置され、処理室を真空にした後、アルゴンガスを充填し、図１に示す加熱・加圧サイクルで加熱するとともに加圧する加熱・加圧処理テストを１００回行い、ウエハ上のパーティクル数を測定した。パーティクル数は、日立電子製ＬＳ−５０００レーザ式カウンタを用いて、０．２μm 径以上のサイズの個数をエッジカット５mm（すなわち外周５mmは測定しない）の条件で測定された。この測定値を表１に併せて示す。
【００１８】
テストに使用した高圧処理装置は、図２に示すように、圧力円筒１と、この圧力円筒の上下開口部を密閉して処理室を形成する上蓋２および下蓋３と、前記圧力円筒１の内部に設けられた断熱構造体４と、前記下蓋３に設けられた炉床５と、前記断熱構造体４の内部に収容され、前記炉床５に設置された内容器（ケーシング）６と、この内容器６と前記断熱構造体４との空間の左右に、かつ上下２段に付設されたヒータ部材７とを備えている。前記ヒータ部材７は処理室の上下方向に温度ムラが発生しないように図例では２段に設けられており（勿論、適宜の段数を設けることができる。）、各段のヒータ部材は独立して温度制御され、電力が供給される。前記上蓋２には処理室に連通する排気路２ＡとＡｒガス供給路２Ｂとが設けられている。また、前記内容器６の内部にはウエハ支持部材８が前記炉床５上に付設され、前記ウエハ支持部材８には８インチＳｉウエハがセットされた。
【００１９】
【表１】
0004363509.tif 000002
【００２０】
表１から、本発明の加工変質層を備えた試料No. １〜５のヒータ部材によれば、ウエハ上のパーティクル数は１００個未満に収まっており、特に表面粗度がＲａ０．１５μm 以下ではパーティクル数が著しく減少していることが分かる。
【００２１】
次ぎに、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの合計量を０．２mass％、０．６mass％、１．０mass％に調整したＮｉ−１５．８mass％Ｃｒ−４．４mass％Ａｌ合金（Ｆｅ３．７０mass％）の冷延材を準備し、上記と同様、バフ研磨にて最表面層の結晶粒径が０．０２μm 、表面粗度がＲａ０．１５μm のヒータ部材を製作し、同様の加熱・加圧処理テストを実施し、８インチウエハ上のパーティクル数を測定した。その結果を下記に示す。なお、Ｚｒ等の合計量０．５％のデータとして、表１のNo. ２のパーティクル数も併記した。これより、Ｚｒ等の粒状酸化物形成元素を０．５mass％以下にすることにより、パーティクル数が大きく低減することが確かめられた。
Ｚｒ等の合計量０．２％のヒータ部材＝３０個
Ｚｒ等の合計量０．５％のヒータ部材＝４０個
Ｚｒ等の合計量０．６％のヒータ部材＝７０個
Ｚｒ等の合計量１．０％のヒータ部材＝８０個
【００２２】
【発明の効果】
本発明のヒータ部材は、粒状酸化物形成元素のＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの１種または２種以上の合計量が０．５mass％以下であるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金あるいは粒状酸化物形成元素のＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａの１種または２種以上の合計量が０．５mass％以下であるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成された発熱用抵抗合金で形成され、その表面にバフ研磨により結晶が細かく砕けた状態で歪みを受けた表面結晶粒を備え、その表面結晶粒の粒径が０．０１〜０．２０μm とされた加工変質層が形成されているので、ヒータ部材から発生する酸化物の粉塵が少なくなり、引いては被処理物に付着する粉塵も少なくなり、高品質の半導体高圧処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例において、ヒータ部材から発生するパーティクル数を測定するための加熱・加圧条件を示す加熱・加圧サイクル線図である。
【図２】実施例において使用した高圧処理装置の断面説明図である。
【符号の説明】
７  ヒータ部材
【図１】
0004363509.tif 000003
【図２】
0004363509.tif 000004