(57)【要約】      （修正有）【課題】クリーニングレートの低下を防止したシャワープレートを提供する。【解決手段】シャワープレートの空隙部内全面における陽極酸化皮膜表面での腐食ガス等のガスと陽極酸化皮膜との酸化膜等の反応生成物の発生を防止するため、アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜が形成されたシャワープレートの陽極酸化皮膜の細孔を水和物で封孔処理し、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法によるアドミッタンス値が２０μＳ以下となるように構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜が形成されたシャワープレートであって、
前記陽極酸化皮膜は、細孔が形成されるとともに当該細孔が水和物で封孔処理され、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法によるアドミッタンス値が２０μＳ以下であるシャワープレート。
【請求項２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜が形成されたシャワープレートであって、前記陽極酸化皮膜は、細孔が形成されるとともに当該細孔が水和物で封孔処理され、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法によるアドミッタンス値が２０μＳ以下であるシャワープレートを含む半導体製造装置。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する工程と、
前記陽極酸化皮膜表面に水を接触させて前記陽極酸化皮膜表面に形成された細孔を水和物で封孔処理する工程と、
を含み、
前記封孔処理する工程において、前記水を前記陽極酸化皮膜表面に接触させる時間を、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法による当該陽極酸化皮膜のアドミッタンス値が２０μＳ以下となる時間以上に設定するシャワープレートの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のシャワープレートの製造方法において、
前記封孔処理する工程において、前記水を前記陽極酸化皮膜表面に接触させる時間を、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法による当該陽極酸化皮膜のアドミッタンス値が飽和する時間以上に設定するシャワープレートの製造方法。
【請求項５】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する工程と、
前記陽極酸化皮膜表面に加圧水蒸気を接触させて前記陽極酸化皮膜表面に形成された細孔を水和物で封孔処理する工程と、
を含み、
前記封孔処理する工程において、前記加圧水蒸気の蒸気の圧力を、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法による当該陽極酸化皮膜のアドミッタンス値が２０μＳ以下となる圧力以上に設定するシャワープレートの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のシャワープレートの製造方法において、
前記封孔処理する工程において、前記加圧水蒸気の蒸気の圧力を、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法による当該陽極酸化皮膜のアドミッタンス値が飽和する圧力以上に設定するシャワープレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャワープレート、半導体製造装置およびシャワープレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大規模集積回路（ＬＳＩ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の半導体製品の製造工程において、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法により基板上に原料ガスを供給して酸化シリコン（ＳｉＯｘ）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等の薄膜絶縁膜を形成する成膜工程や、基板上に腐食ガスを供給して対象の膜にパターンを形成するドライエッチング工程等が行われる。このような成膜工程やドライエッチング工程等は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等の半導体製造装置の真空装置内で行われる。このとき、真空装置では、原料ガス、腐食ガス、およびクリーニング用ガス等を基板上に均一に供給するためのガス孔が多数設けられているシャワープレートが用いられる。シャワープレートとしては、高温中でも反りが生じ難く、ガス孔などの加工が容易なことから、アルミニウムが用いられている。また、塩素系等のハロゲン系の腐食ガスを用いることもあるため、耐食性を向上させるためにアルミニウムの表面に陽極酸化皮膜を形成したものが用いられる（たとえば特許文献１（特開２００１−１９２８３６号公報））。
【特許文献１】特開２００１−１９２８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、半導体製造装置の真空装置で、半導体ウェハ上に薄膜絶縁膜等を形成した場合、チャンバ内にも酸化膜等の反応生成物が形成される。そのため、一般的に、反応生成物をＮＦ３等のフッ素含有ガスを励起させて生じるＦラジカル等のラジカルにより除去するクリーニング処理が行われる。しかし、従来、このクリーニングレートが低かったり、使用に伴い、クリーニングレートが徐々に低下してくることがあった。一般的に、クリーニング時間は、成膜条件毎に固定である。このため、クリーニングレートが低下すると、クリーニングが不充分となり、反応生成物が残ったままとなり、残った反応生成物がゴミの原因となり、反応生成物の剥離落下により半導体ウェハに製品欠陥を生じさせるという問題があった。また、クリーニングレートを高位に維持しようとすると、クリーニングガスの流量を増やす必要がある。その場合、コスト面で非常に大きな影響を及ぼすとともに、温室効果の極めて高いＮＦ３等のフッ素含有ガスを多く使用することになるため、環境問題の面でもその改善が求められていた。また、クリーニングレートが低い場合には、一般にシャワープレートを交換する必要があり、その交換に十数時間以上程度の長時間を要する。そのため、装置の停止またはシャワープレ−ト交換の必要なチャンバの停止が必要となり、安定生産への大きな障害ともなっていた。
【０００４】
本発明者らは、このようなクリーニングレートの低下が生じる原因を検討し、クリーニングレートの低下という不具合が発生するメカニズムを次のように考察した。
図９は、シャワープレート２００の平面図、図１０は、図９のＢ−Ｂ断面図である。シャワープレート２００は、アルミニウム板２０２により構成される。アルミニウム板２０２には、多数のガス孔２０４が形成されている。ここで、アルミニウム板２０２の表面には、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜２１０が形成されている。陽極酸化皮膜２１０は、膜厚２０μｍ程度の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３（アルマイト皮膜））である。
【０００５】
図１１から図１４は、シャワープレート２００の図１０の破線で囲んだ部分を拡大して示す図である。
陽極酸化皮膜２１０は、硫酸やシュウ酸等を電解液とし、アルミニウム板２０２を陽極として電気分解を行うことにより、アルミニウム板２０２の表面を電気化学的に酸化させる陽極酸化処理により形成される。
【０００６】
図１１に示すように、陽極酸化皮膜２１０は、アルミニウム板２０２表面に形成されたバリア層２１２と、その上に形成された多孔質層２１４とを含む。ここで、多孔質層２１４には、直径数十〜数百ｎｍ程度の多数の細孔２１６が形成されている。細孔２１６は、主に陽極酸化処理時の電流密度のばらつきを要因として形成される。
【０００７】
細孔２１６は、非常に活性な領域であり、たとえば処理ガスとして腐食ガスを用いた場合、腐食ガス等との反応が著しく進行し、腐食が生じてしまう。このため、細孔２１６内に、アルミニウムと水とから構成されるベイナイト（Ａｌ２Ｏ・Ｈ２Ｏ）等の水和物２１８を形成する封孔処理が施されることがある。封孔処理は、多孔質層２１４の細孔２１６に加圧水蒸気または沸騰水を接触させることにより行われる。これにより、活性な領域である細孔２１６を不活性化させることができる。従来、熱処理時の陽極酸化皮膜２１０と水和物２１８との膨張に対応可能とするように、図１２に示すように、水和物２１８は、細孔２１６を完全に埋め込むのではなく、多孔質層２１４の表面を覆う程度に形成されていた。そのため、細孔２１６内には、空隙部２２１が形成された状態となっていた。
【０００８】
シャワープレート２００の陽極酸化皮膜２１０の細孔２１６に空隙部２２１が残ったままだと、陽極酸化皮膜２１０表面に凹凸が生じ、陽極酸化皮膜２１０の表面積が大きくなる。このような状態のシャワープレート２００を用いて半導体製造装置で成膜等の処理を行うと、図１３に示すように、空隙部２２１内全面に陽極酸化皮膜２１０表面に腐食ガス等のガスと陽極酸化皮膜２１０とが反応して形成された酸化膜等の反応生成物２２０が形成されてしまうと考えられる。そのため、反応生成物２２０の形成量が増加してしまう。
【０００９】
図１４は、シャワープレート２００を使用するプラズマＣＶＤ装置をクリーニング用のラジカル２２２を用いてクリーニングするときのラジカル２２２の状態を示す図である。シャワープレート２００の陽極酸化皮膜２１０の細孔２１６に空隙部２２１が残ったままだと、ラジカル２２２は、空隙部２２１内に形成された多量の反応生成物２２０を除去するために消費されるので、消費量が多くなる。また、多量の反応生成物２２０がゴミの原因となり、製品被害を発生させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜が形成されたシャワープレートであって、
前記陽極酸化皮膜は、細孔が形成されるとともに当該細孔が水和物で封孔処理され、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法によるアドミッタンス値が２０μＳ以下であるシャワープレートが提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜が形成されたシャワープレートであって、前記陽極酸化皮膜は、細孔が形成されるとともに当該細孔が水和物で封孔処理され、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法によるアドミッタンス値が２０μＳ以下であるシャワープレートを含む半導体製造装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する工程と、
前記陽極酸化皮膜表面に水を接触させて前記陽極酸化皮膜表面に形成された細孔を水和物で封孔処理する工程と、
を含み、
前記封孔処理する工程において、前記水を前記陽極酸化皮膜表面に接触させる時間を、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法による当該陽極酸化皮膜のアドミッタンス値が２０μＳ以下となる時間以上に設定するシャワープレートの製造方法が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する工程と、
前記陽極酸化皮膜表面に加圧水蒸気を接触させて前記陽極酸化皮膜表面に形成された細孔を水和物で封孔処理する工程と、
を含み、
前記封孔処理する工程において、前記加圧水蒸気の蒸気の圧力を、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法による当該陽極酸化皮膜のアドミッタンス値が２０μＳ以下となる圧力以上に設定するシャワープレートの製造方法が提供される。
【００１４】
この構成により、陽極酸化皮膜中の細孔が水和物で充分に充填され、または陽極酸化皮膜の表面が水和物でほぼ連続的に覆われて、陽極酸化皮膜の表面積が低減された構成とすることができる。これにより、シャワープレート表面に形成される反応生成物の量を低減することができ、クリーニングレートの低下を防ぐことができる。また、クリーニングガスの消費量を低減することができる。
【００１５】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シャワープレートのクリーニングレートの低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
図１は、本実施の形態におけるシャワープレートの構成を示す平面図である。シャワープレート１００は、多数のガス孔１０４が設けられたアルミニウム板１０２を含む。アルミニウム板１０２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成することができる。たとえば、アルミニウム板１０２は、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）で規定される５０５２や６０６１等のアルミニウム合金により構成することができる。
【００１９】
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
アルミニウム板１０２には、後にシャワープレート１００を半導体製造装置内に設置したときに、シャワープレート１００が基板（ウェハ）と面する側（以下表面という）に、陽極酸化皮膜１１０が形成されている。図３および図４は、シャワープレート１００の図２の破線で囲んだ部分を拡大して示す断面図である。
【００２０】
本実施の形態において、電解液を用いて、アルミニウム板１０２を陽極として電気分解を行って、アルミニウム板１０２の表面を電気化学的に酸化させる陽極酸化処理によりアルミニウム板１０２表面に陽極酸化皮膜１１０を形成する。ここで、陽極酸化処理を行う際の電解液としては、たとえば硫酸、りん酸、クロム酸等の無機酸や、ギ酸やしゅう酸等の有機酸等から適宜選択したものを用いることができる。陽極酸化処理は、通常の条件と同様に行うことができる。本実施の形態において、陽極酸化皮膜１１０は、バリア層１１２および多孔質層１１４を含む。多孔質層１１４には、直径数十〜数百ｎｍ程度の細孔１１６が形成される。
【００２１】
つづいて、陽極酸化皮膜１１０に封孔処理を施すことにより、多孔質層１１４の細孔１１６をアルミと水とから構成されるベイナイト（Ａｌ２Ｏ・Ｈ２Ｏ）等の水和物１１８で埋め込む。封孔処理は、陽極酸化皮膜１１０の多孔質層１１４表面に水を接触させることにより行われる。本実施の形態において、水を多孔質層１１４に接触させる時間を長くすることにより、多孔質層１１４の細孔１１６を水和物１１８で充分埋め込む。ここで、水としては、加圧水蒸気や沸騰水を用いることができる。また、封孔処理は、陽極酸化皮膜１１０の多孔質層１１４表面に低温で水を接触させることにより行うことができる。加圧水蒸気を用いる場合は、圧力を高くすることによっても、多孔質層１１４の細孔１１６を水和物１１８で充分埋め込むことができる。
【００２２】
図５は、シャワープレート１００に施す封孔処理時間とアドミッタンス値との関係の一例を示す図である。
細孔１１６内の水和物１１８の埋め込み量が多くなる程、上記封孔度試験方法において、陽極酸化皮膜１１０の抵抗値が高くなると考えられるため、細孔１１６内の水和物１１８の埋め込み量が多くなる程、アドミッタンス値が低くなると考えられる。ここで、封孔時間（本例では指数で表示）が長くなるに従い、アドミッタンス値が下がる傾向にある。たとえば、ここでは、封孔時間の指数が０．２５程度で、アドミッタンス値が１００μＳ以下となり、封孔時間が長くなると、アドミッタンス値がさらに下がっていく。封孔時間の指数が０．５程度となったところで、アドミッタンス値が２０μＳ程度となり、アドミッタンス値の低下度合も緩やかになる。すなわち、アドミッタンス値が２０μＳ程度で、細孔１１６が水和物１１８で概ね埋め込まれた状態となると考えられる。その後、封孔時間の指数が１程度となったところで、アドミッタンス値が１０μＳ程度となり、アドミッタンス値が１０μＳ程度で飽和する。本実施の形態において、封孔時間を、アドミッタンス値が飽和する程度の充分な時間とすることができる。これにより、陽極酸化皮膜１１０の細孔１１６をほぼ完全に水和物１１８で埋め込むことができる。
【００２３】
また、加圧水蒸気による封孔処理方法を用いた場合、蒸気の圧力を高くすることによっても、同様に、陽極酸化皮膜１１０のアドミッタンス値を下げることができる。この場合も、蒸気の圧力がある程度の値となると、陽極酸化皮膜１１０のアドミッタンス値が飽和するようになる。
【００２４】
本実施の形態の形態において、陽極酸化皮膜１１０が、ＪＩＳ−Ｈ８６８３−３の封孔度試験方法の「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化皮膜の封孔度試験方法−第３部：アドミッタンス測定試験」によるアドミッタンス値（以下、単にアドミッタンス値という。）が２０μＳ以下となる時間または圧力以上に上記処理時間または圧力を設定することができる。これにより、細孔１１６が水和物１１８で概ね埋め込まれた状態とすることができる。本実施の形態において、より好ましくはアドミッタンス値が飽和する時間または圧力以上に上記処理時間または圧力を設定する。これにより、細孔１１６が水和物１１８でほぼ完全に概ね埋め込まれた状態とすることができる。具体的には、本実施の形態において、アドミッタンス値が１１μＳ程度以下となる時間または圧力以上に上記処理時間または圧力を設定することができる。
【００２５】
陽極酸化皮膜１１０の封孔を上記のようにすることにより、多孔質層１１４を、空隙部がほとんどない、またはあったとしても図３に示したように、水和物１１８の内部に閉じこめられて、多孔質層１１４の表面のほぼ全面が水和物１１８で封止された状態となるようにすることができる。
【００２６】
図６および図７は、本実施の形態におけるシャワープレート１００を含む半導体製造装置１５０の構成を示す模式図である。
本実施の形態において、半導体製造装置１５０は、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置とすることができる。ここでは半導体製造装置１５０のウェハ処理室（以後チャンバという）を示す。半導体製造装置１５０は、基板３００を載置する載置台としても機能する下部電極１５２、上部電極として機能するシャワープレート１００、バルブ１５４およびバルブ１５５等を含む。
【００２７】
図６は、下部電極１５２上に基板３００を載置し、チャンバ内に成膜ガスを供給するとともにプラズマ放電１５６を行い、基板３００上に成膜を行う処理を示す図である。
図中矢印は、成膜ガスの供給方向を示す。チャンバ内に供給された成膜ガスは、シャワープレート１００のガス孔１０４を通過して分散される。
【００２８】
ここで、シャワープレート１００は、高周波電源に接続される。下部電極１５２は、接地される。シャワープレート１００と下部電極１５２とは対向して配置され、これらの間で印加される高周波電力によりプラズマ放電１５６が発生する。これにより、シャワープレート１００によって所望の分布状態に分散された成膜ガスがプラズマ放電１５６下で励起され分解され、下部電極１５２上に載置された基板３００上に膜が形成される。
【００２９】
成膜処理後、基板３００は、搬送機構（不図示）によってチャンバ外に搬出される。ここで、成膜処理後のチャンバ内壁等にも膜が形成されている。この膜をそのまま放置しておくと、チャンバ内壁等から剥離し、成膜処理中の基板３００上に落下し、基板３００上に形成される回路に欠陥を発生させるという問題がある。そのため、このような膜を除去するクリーニングを行う。
【００３０】
図７は、成膜処理後にチャンバ内に形成された膜をクリーニングガスでクリーニングする処理を示す図である。
ここで、クリーニングガスとしてはＮＦ３等のフッ素含有ガスを用いることができる。クリーニングガスとしてＮＦ３を用いた場合、ＮＦ３をチャンバ外部のプラズマ発生装置（不図示）で励起させ、Ｆラジカルとし、シャワープレート１００を経由してチャンバ内に導入する。これにより、Ｆラジカルと付着物である膜とを反応させ、付着物を気体物質として除去する。
【００３１】
図４に戻り、本実施の形態におけるシャワープレート１００によれば、陽極酸化皮膜１１０の細孔１１６内部が、水和物１１８により充分充填される、または封止されるため、細孔１１６内部に不要な酸化膜等の反応生成物１２０が形成される割合を大幅に低減することができる。これにより、半導体製造装置１５０で基板３００上に成膜を行った後のクリーニングの際に、反応生成物１２０を除去するためのラジカル１２２の消費量を大幅に低減することができる。
【００３２】
図８は、アドミッタンス値が約１１μＳの場合のシャワープレート１００を用いた場合と、アドミッタンス値が２００μＳ以上のシャワープレートを用いた場合とで、その他の条件を同一にしてクリーニングレートを測定した結果を示す図である。
図中、 (ａ)は、アドミッタンス値が２００μＳ以上のシャワープレートを用いた場合、(ｂ)は、アドミッタンス値が約１１μＳの場合の本実施の形態におけるシャワープレート１００を用いた場合を示す。図示したように、アドミッタンス値が約１１μＳのシャワープレート１００を用いた(ｂ)の場合、(ａ)に比べて、クリーニングレートが約４０％アップしていることがわかる。
【００３３】
次に、本実施の形態におけるシャワープレート１００の効果を説明する。
本実施の形態におけるシャワープレート１００によれば、アルミニウム板１０２に陽極酸化処理により陽極酸化皮膜１１０を形成した後、陽極酸化皮膜１１０の細孔１１６が充分埋め込まれ、空隙部１１９が大幅に低減される。そのため、従来のシャワープレートに比べて、アルミニウム板１０２表面に形成される反応生成物１２０の量を大幅に低減することができる。これにより、ＮＦ３等クリーニング用ガスを励起させて生じるラジカル１２２の消費量を低減することができ、クリーニングレートの低下を防ぐことができる。
【００３４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態におけるシャワープレートの構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２に示したシャワープレートの陽極酸化皮膜の拡大図である。
【図４】図２に示したシャワープレートの陽極酸化皮膜の拡大図である。
【図５】シャワープレートに施す封孔処理時間とアドミッタンス値との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体製造装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体製造装置の構成を示す模式図である。
【図８】アドミッタンス値が低いシャワープレートを用いた場合と、アドミッタンス値が高いシャワープレートを用いた場合とで、その他の条件を同一にしてクリーニングレートを測定した結果を示す図である。
【図９】従来のシャワープレートの構成を示す平面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】図１０に示したシャワープレートの陽極酸化皮膜の拡大図である。
【図１２】図１０に示したシャワープレートの陽極酸化皮膜の拡大図である。
【図１３】図１０に示したシャワープレートの陽極酸化皮膜の拡大図である。
【図１４】図１０に示したシャワープレートの陽極酸化皮膜の拡大図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００ シャワープレート
１０２ アルミニウム板
１０４ ガス孔
１１０ 陽極酸化皮膜
１１２ バリア層
１１４ 多孔質層
１１６ 細孔
１１８ 水和物
１１９ 空隙部
１２０ 反応生成物
１２２ ラジカル
１５０ 半導体製造装置
１５２ 下部電極
１５４ バルブ
１５５ バルブ
１５６ プラズマ放電
３００ 基板
【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】
2009270162.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009270162.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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