JP6797816B2 - 成膜装置の洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、層の堆積の分野に関し、より詳細には成膜装置における成膜空間部材からの成膜残渣の除去の分野に関する。

ＣＶＤ（化学気相成長）、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）、ＡＬＤ（原子層堆積）、ＰＶＤ（物理気相成長）、および蒸着（D. opdampen）を使用した、成膜装置における基材での層の成膜は、本技術分野においてすでに知られている。成膜装置を使用した成膜処理の間、１つまたは複数の基材が存在している成膜空間中に前駆体材料を導入する。処理の間、前駆体材料の少なくとも一部が基材に成膜され、１つまたはいくつかの層が基材上に形成される。前駆体材料の別の一部が成膜空間壁などの成膜空間部材上に付着し、成膜残渣がその部材に形成される。成膜残渣は、基材上に成膜される層の品質に悪影響を与えることがあり、成膜装置の動作を損なうことがある。その点を考慮して、成膜残渣は、複数回の成膜処理が行われた後に成膜空間壁から除去しなければならない。

陽極酸化アルミニウムの成膜空間壁から成膜残渣を除去するために本出願人が試験した第１の方法は、例えばレッドストーン（red stone）または他の研磨用具を使用して成膜空間壁を研磨し、それにより成膜残渣を除去することである。本出願人が試験した第２の方法は、ウェットエッチング処理と、それに続く処理済みアルミニウム壁の再陽極酸化処理工程である。

これら方法の欠点は、それらが選択的ではないことである。その結果として、成膜残渣が除去されるだけでなく、その下にある成膜空間壁も悪影響を受けることがある。例えば、成膜空間壁の陽極酸化層は、エッチング処理または研磨処理により除去される場合がある。また、研磨を用いる場合には、隣接した成膜空間壁に成膜残渣が付着しておらず洗浄する必要がない隣接した成膜空間壁が、損傷を受けることがある。その例が、例えば欧州特許出願公開第２５０２２６５号明細書に記載されている、本出願人のＬｅｖｉｔｒａｃｋ（商標）において、成膜空間の側壁は、研磨プロセスで損傷を受けることがある。そのような損傷は、側壁を粗くし、これは、結果としてトラック様の成膜空間の中を輸送されるウェハが側壁と衝突して停止することを引き起こすことがある。その結果として、成膜装置での製造が中断され、成膜空間のチャンバを開けなければならず、衝突したウェハを取り出し、製造を再開しなければならない。これは非常に不利であり生産能力の著しい低下をもたらす。

第２の方法の欠点は、処理済みアルミニウム壁に必要な再陽極酸化処理工程のコストである。

米国特許出願公開第２００６／０１０５１８２号明細書には、半導体ウェハやディスプレイなどの基材を加工するためのプロセスチャンバについて開示されている。壁などのプロセスチャンバの部材は、部材を洗浄するために使用できる洗浄溶液による浸食に対して耐性がある材料を含む金属皮膜にて被覆してもよい。下層の構造体に使用してもよい材料の例は、金属材料、例えばチタン、ステンレス鋼、銅、タンタル、およびアルミニウムなどである。皮膜材料として挙げられる例は、ステンレス鋼、銅、ニッケル、タンタル、およびチタンである。皮膜の表面は、金属皮膜表面の所望のテクスチャ、例えば所望の粗さなどを実現するために電子線で処理してもよい。

欧州特許出願公開第２５０２２６５号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１０５１８２号明細書

本発明は、成膜空間壁などの成膜空間部材への損傷をほぼ防ぎながら、成膜残渣を除去するための費用効率が高い方法を提供することを目的としている。

その目的のために、本発明は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤおよび蒸着の１つを使用して少なくとも１つの層を付与するために基材が処理される、成膜装置の成膜空間部材から成膜残渣を容易に除去するための方法であって、
− 電気めっきまたは無電解めっき法で付与されたＮｉまたはＣｒ皮膜で被覆されている成膜空間壁にて囲まれた成膜空間を有する成膜装置を用意するステップと、
− 成膜空間中に導入されている少なくとも１つの基材上に１つの層を堆積するために、成膜空間中に導入される少なくとも１つの前駆体材料を用意するステップと、
− 少なくとも１回の成膜処理を行って、少なくとも１つの基材上に１つの層を付与するステップと、
− 選択的ウェットエッチング処理によって前記成膜処理後の成膜空間壁を洗浄するステップであって、成膜処理の間に成膜空間壁上に形成される成膜残渣の除去用の液体エッチング剤にて成膜空間壁を処理するステップと、
を含み、
成膜空間壁に影響を与えずに成膜残渣が除去されるように、成膜空間壁の皮膜の組成が、成膜処理の間に成膜空間壁上に付着する成膜残渣、および選択的ウェットエッチング処理の間に使用される液体エッチング剤の組成に適応しており、ＮｉまたはＣｒ皮膜の表面が、少なくとも１．５μｍ、好ましくは少なくとも２．５μｍ、より好ましくは少なくとも３．２μｍの表面粗さ（Ｒａ）となるように処理されており、その表面粗さとするための表面の処理が、ＨＶＯＦ溶射処理（高速酸素燃料溶射）またはＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理（高圧高速酸素燃料溶射）である、方法を提供する。

この方法は、成膜空間壁が、選択的ウェットエッチング処理にて洗浄した場合に影響を受けないという利点を有する。選択的ウェットエッチング処理の後にその後の再陽極酸化処理工程を行う必要はなく、その結果として洗浄処理を費用効率が高い方式で行うことができる。

さらに、成膜空間壁が損傷を受ける機会が最小限となり、これは研磨を用いる上記の洗浄方法とは対照的である。

その結果として、成膜空間壁の寿命が先行技術と比べて長くなり、同時に、従来使用されてきた洗浄方法よりも費用効率が高くより迅速である洗浄方法が得られる。

液体エッチング剤は、それぞれの成膜残渣の除去において効果的なように選択される。その後、皮膜は、使用される液体エッチング剤の影響を受けないように選択される。したがって、成膜残渣の除去は、成膜空間壁に影響を与えずに行うことができる。

本発明による方法は、また、例えばレッドストーンを使用した、（機械的）研磨の必要性もなく、そのため成膜空間壁の損傷を防ぐ。

この方法は、様々な成膜装置で使用できる。効果的な除去を可能とするために、液体エッチング剤の種類の選択は除去しようとする成膜残渣の種類に合わせるべきである。皮膜の種類の選択は、ウェットエッチング処理で使用される液体エッチング剤の組成に合わせるべきである。さらに、皮膜組成物は、成膜空間壁に使用される材料に応じて変えてもよく、それに応じて選択すべきである。

選択的ウェットエッチング処理は、例えば、成膜空間壁をウェットエッチング洗浄液中に浸すことを含んでよい。あるいは、選択的ウェットエッチング処理は、液体エッチング剤で湿らせた湿った布を使用して成膜空間壁を手作業で洗浄することを含んでよい。

ＮｉまたはＣｒ皮膜の表面は、少なくとも１．５μｍ、好ましくは少なくとも２．５μｍ、より好ましくは少なくとも３．２μｍの表面粗さ（Ｒａ）となるように処理している。その表面粗さとするための表面の処理は、ＨＶＯＦ溶射処理（高速酸素燃料溶射）またはＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理（高圧高速酸素燃料溶射）である。

そのようなＨＶＯＦまたはＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理は、特許請求の範囲内の向上した硬度および固有の表面粗さなどの、非常に良好な特性を有するさらなる皮膜を付与する。

電気めっきまたは無電解めっきにて付与された未処理のＮｉまたはＣｒ皮膜は、非常に滑らかな表面を有する。したがって、成膜残渣、例えばＡｌ_２Ｏ_３は、そのような滑らかな表面にはあまり粘着しない場合がある。結果として、いくつかの基材が処理された後に、例えば温度が変動すると成膜残渣が成膜空間壁から剥がれる場合がある。これは防止しなければならない。したがって、選択的エッチング処理を行う必要が生じる前に処理できる基材の数は、特定の限度内に維持しなければならない。しかし、ＮｉまたはＣｒ皮膜に表面処理を施すことによって、処理できる基材の数の上限は、前記表面粗さとなるように処理されていないＮｉまたはＣｒ皮膜と比べて３倍または４倍に増加する。これは当然ながら、洗浄操作の数がより少なく、したがって成膜装置の停止が劇的に減少するので、成膜装置の生産能力に関して非常に好ましい。

一実施形態において、成膜処理は、ＡＬＤでよく、これは、例えば本出願人が販売するＬｅｖｉｔｒａｃｋ（商標）で行ってもよい。

一実施形態において、成膜空間壁は、アルミニウムで製造される。

アルミニウムは、成膜装置の成膜空間壁の製造において比較的費用効率が高い材料である。アルミニウムは、費用効率が高い方式で加工できる。さらに、アルミニウムは、軽量で、成膜装置の輸送および設置に有益である。

他の実施形態において、チタンも成膜空間壁に適した材料である場合がある。

一実施形態において、前駆体材料はＡｌを含み、成膜空間壁から除去しようとする成膜残渣はＡｌ_２Ｏ_３を含み、液体エッチング剤は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＯＨ）の水溶液を含む。

ＡＬＤ装置の成膜空間壁からＡｌ_２Ｏ_３の成膜残渣を除去するための、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨの水溶液を含む液体エッチング剤による選択的ウェットエッチング処理は、非常に効果的である。ＮｉまたはＣｒ皮膜は、選択的ウェットエッチング処理の間、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨによる損傷から成膜空間壁を保護する。実際に、ＮｉまたはＣｒ皮膜は、エッチストップとして機能する。

一実施形態において、液体エッチング剤中のＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨの濃度は、２０〜６００ｇ／ｌの範囲でよく、好ましくは４０〜４００ｇ／ｌの範囲でよい。さらにより好ましい実施形態において、液体エッチング剤中のＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨの濃度は約２５０ｇ／ｌでよい。

一般に、幅広い範囲の濃度を有するＫＯＨ、ＮａＯＨ、およびＴＭＡＯＨ溶液をウェットエッチング処理にて使用してもよい。この実施形態において示される範囲は、ウェットエッチング処理にて有効なことが分かっている。一般に、ウェットエッチング処理に必要な時間は、濃度にて決まり、濃度が高いと処理時間は短くなる。このように、低い濃度はより薄い成膜残渣に最も有用であり、一方、高い濃度は比較的厚い成膜残渣に使用できる。

一実施形態において、液体エッチング剤の温度は１５℃〜９０℃の範囲でよく、好ましくは２０℃〜８０℃の範囲でよい。さらにより好ましい実施形態において、選択的ウェットエッチング処理の間、液体エッチング剤の温度は約６０℃でよい。

ウェットエッチング処理は様々な温度でできるが、２０℃〜８０℃の範囲がＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨ溶液を使用したウェットエッチング処理を行うのに最も好ましいことが分かった。概して、より高い温度はより短い処理時間を実現する。成膜残渣の薄い層を除去するのに低温が最適に使用される。

６５℃の温度と２５０ｇ／ｌの濃度を併せて使用すると、例えばアルミニウムでできた成膜空間壁からＡｌ_２Ｏ_３膜を除去するために非常に効果的であることが分かっている。

無電解めっきは、ＮｉまたはＣｒ皮膜が、いずれの場所においても非常に小さな空洞が形成される利点を有する。例えば、直径がサブミリメートルの範囲である、Ｌｅｖｉｔｒａｃｋ（商標）のようなＡＬＤトラックのガス注入口は、無電解めっき法で内部が被覆されることになる。

ＮｉまたはＣｒ皮膜の厚さは、５〜４０μｍ、好ましくは約１０〜３０μｍの範囲、さらにより好ましくは約１５μｍでよい。

一実施形態において、ＨＶＯＦ溶射処理またはＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理は、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）、炭化タングステン（化学式：ＷＣ）、およびコバルト（Ｃｏ）の少なくとも１つを含む粉末を用いて行われる。

この種類のＨＶＯＦ皮膜は、非常に硬質であり、Ｎｉ皮膜を非常に良好に保護し、さらに所望の表面粗さをもたらす。コーティング粉末の一例はＯｅｒｌｉｋｏｎ ＭｅｔｃｏのＷｏｋａ ７５０２である。

本発明は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ、および蒸着の１つを使用して少なくとも１つの層を付与するために基材が処理される、成膜装置も提供する。本発明によれば、成膜装置は、成膜空間を囲む成膜空間壁を備え、成膜空間壁は、電気めっきまたは無電解めっき法で付与されたＮｉまたはＣｒ皮膜を含み、皮膜表面は、ＨＶＯＦまたはＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理により処理されており、少なくとも１．５μｍ、好ましくは少なくとも２．５μｍ、より好ましくは少なくとも３．２μｍの表面粗さ（Ｒａ）を有し、ＨＶＯＦまたはＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理で付与された皮膜は炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）、炭化タングステン（化学式：ＷＣ）、およびコバルト（Ｃｏ）の少なくとも１つを含む。

そのような成膜装置の成膜空間壁は、本発明による方法で非常に容易に洗浄でき、そのため選択的ウェットエッチングにて成膜空間壁を洗浄可能であることのあらゆる利点をもたらす。

実施形態は組み合わせてもよく、または互いに別々に適用してもよい。

選択的ウェットエッチング処理の前のＮｉ被覆アルミニウムの成膜空間壁の例を示す図である。 選択的ウェットエッチング処理が行われた後の図１の成膜空間壁を示す図である。

本願において、同様または対応する特徴については、同様または対応する符号にて表される。様々な実施形態の説明は、図に示す例に限定されず、発明を実施するための形態および特許請求の範囲において使用される参照番号は、実施形態の説明を限定するものとして意図していない。参照番号は、図に示す例を参照することにより実施形態が明確になるために含めている。

試験では、Ｎｉ被覆アルミニウム成膜空間壁をＬｅｖｉｔｒａｃｋ（商標）システム内に設置した。Ｎｉ皮膜の厚さは２０μｍであった。９７００枚のウェハを加工し、図１に示すようにＮｉめっきした加工板にいくらかのＡｌ_２Ｏ_３の付着が生じた。成膜残渣２が成膜空間壁１の前駆体ガス注入口付近で明らかに確認できる。その後、１０％のＮａＯＨ水溶液（飽和濃度の１／１０まで希釈した飽和溶液）の入った容器の中に壁を入れることにより、成膜空間壁に選択的ウェットエッチング処理を施した。成膜空間壁をＮａＯＨ溶液中に約１０分間入れた。約２分後に大部分のＡｌ_２Ｏ_３成膜残渣は既にほとんど溶解していた。結果は図２を参照。成膜空間壁表面に悪影響を与えずに残渣２が成膜空間壁１から除去されたことが明らかに確認できる。本発明による方法の利点は、発明の概要にて説明しており、これを参照する。

別の試験の間、Ｎｉ被覆アルミニウムの部品を１０％のＮａＯＨ水溶液にさらした。５３．５時間後、１９９．８ｇの部品は浸食の形跡を示さず、重量減少は測定できなかった（０．１ｇの測定精度の範囲内）。同じ浴槽内で、同じ寸法を有する被覆されていないアルミニウム部品では、僅か１０分間で重量減少が０．０７６であった。Ｎｉ皮膜は、エッチストップとして非常に効果的に機能することが明らかである。

様々な実施形態は、組み合わせて適用してもよく、または互いに独立して適用してもよい。上記の発明を実施するための形態において使用される参照番号は、実施形態の説明を図に示す例に限定することを意図していない。図は単に例を示しており、実施形態は図面の例に示す特定の方法以外の方法で実施してもよい。

Claims (14)

1. ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤおよび蒸着の１つを使用して少なくとも１つの層を付与するために基材が処理される、成膜装置の成膜空間部材から成膜残渣を容易に除去するための方法であって、
   − 電気めっきまたは無電解めっき法で付与されたＮｉまたはＣｒ皮膜で被覆されている成膜空間壁にて囲まれた成膜空間を有する成膜装置を用意するステップと、
   − 成膜空間中に導入されている少なくとも１つの基材上に１つの層を堆積するために、成膜空間中に導入される少なくとも１つの前駆体材料を用意するステップと、
   − 少なくとも１回の成膜処理を行って、少なくとも１つの基材上に１つの層を付与するステップと、
   − 選択的ウェットエッチング処理によって前記成膜処理後の成膜空間壁を洗浄するステップであって、成膜処理の間に成膜空間壁上に形成される成膜残渣の除去用の液体エッチング剤にて成膜空間壁を処理するステップと、
   を含み、
   成膜空間壁に影響を与えずに成膜残渣が除去されるように、成膜空間壁の皮膜の組成が、成膜処理の間に成膜空間壁上に付着する成膜残渣、および選択的ウェットエッチング処理の間に使用される液体エッチング剤の組成に適応しており、ＮｉまたはＣｒ皮膜の表面が、少なくとも１．５μｍの表面粗さ（Ｒａ）となるように処理されており、その表面粗さとするための表面の処理が、高速酸素燃料溶射を意味するＨＶＯＦ溶射処理、または高圧高速酸素燃料溶射を意味するＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理である、方法。
2. 成膜処理は、ＡＬＤである、
   請求項１に記載の方法。
3. 成膜空間壁は、アルミニウムで製造されている、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 成膜壁は、チタンで製造されている、
   請求項１または２に記載の方法。
5. 前駆体材料は、Ａｌを含み、
   成膜空間壁から除去される成膜残渣は、Ａｌ_２Ｏ_３を含み、
   液体エッチング剤は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＯＨ）の水溶液を含む、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 液体エッチング剤中のＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨの濃度は、２０〜６００ｇ／ｌの範囲内である、
   請求項５に記載の方法。
7. 液体エッチング剤中のＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨの濃度は、４０〜４００ｇ／ｌの範囲内である、
   請求項６に記載の方法。
8. 液体エッチング剤中のＫＯＨ、ＮａＯＨ、またはＴＭＡＯＨの濃度は、２５０ｇ／ｌである、
   請求項７に記載の方法。
9. 選択的ウェットエッチング処理の間、液体エッチング剤の温度は、１５℃〜９０℃の範囲である、
   請求項５から請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 液体エッチング剤の温度は、２０℃〜８０℃の範囲である、
    請求項９に記載の方法。
11. 液体エッチング剤の温度は、６０℃である、
    請求項１０に記載の方法。
12. ＨＶＯＦ溶射処理またはＨＰ−ＨＶＯＦ溶射処理は、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）、炭化タングステン（化学式：ＷＣ）、およびコバルト（Ｃｏ）の少なくとも１つを含む粉末を用いて行う、
    請求項１に記載の方法。
13. 前記Ｎｉまたは前記Ｃｒ皮膜の表面が、少なくとも２．５μｍの表面粗さ（Ｒａ）となるように処理される、
    請求項１に記載の方法。
14. 前記Ｎｉまたは前記Ｃｒ皮膜の表面が、少なくとも３．２μｍの表面粗さ（Ｒａ）となるように処理される、
    請求項１に記載の方法。