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【発明の名称】 半導体製造装置、半導体製造装置のチャンバ、半導体製造装置のチャンバ再生方法
【発明者】 【氏名】鈴木 彰
【住所又は居所】千葉県成田市新泉１４−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内

【氏名】西澤 孝則
【住所又は居所】千葉県成田市新泉１４−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内

【氏名】中村 貴之
【住所又は居所】千葉県成田市新泉１４−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内

【氏名】宇尾 康弘
【住所又は居所】千葉県成田市新泉１４−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内
【要約】 【課題】チャンバ構成部品の消耗、及びチャンバ内に生じる金属汚染やパーティクルを低減することができる半導体製造装置、半導体製造装置のチャンバ、半導体製造装置のチャンバ再生方法を提供する。

【解決手段】エッチング装置１は、下部チャンバ本体２、上部チャンバ本体３及びドーム４からなるチャンバ５を有している。このチャンバ５内には、エッチング処理すべきウェハＷを支持するウェハステージ６が配置されている。ドーム４の外周にはコイルアンテナ１３が設けられている。このコイルアンテナ１３には、高周波整合器１４を介してソース高周波電源１５が接続されている。ウェハステージ６には、高周波整合器１６を介してバイアス高周波電源１７が接続されている。チャンバ５におけるプラズマ生成領域Ｐに対応する部位であるドーム４の内壁面には、Ｙ2Ｏ3からなる皮膜層１８が形成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内部に基板が配置されるチャンバと、前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えた半導体製造装置であって、前記チャンバの内壁面には、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層が設けられている半導体製造装置。
【請求項２】 前記Ｙ2Ｏ3を含む物質は、Ｙ2Ｏ3の純度が９９．９％以上である請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】 前記皮膜層は、前記チャンバの内壁面に、前記Ｙ2Ｏ3を含む物質をコーティングまたは溶射した後、前記Ｙ2Ｏ3を含む物質を焼結して形成したものである請求項１または２記載の半導体製造装置。
【請求項４】 前記皮膜層は、前記Ｙ2Ｏ3を含む物質の焼結時に、前記Ｙ2Ｏ3を含む物質を５００〜８００℃の温度で加熱して形成したものである請求項３記載の半導体製造装置。
【請求項５】 前記皮膜層の厚みが５０〜１００μｍである請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体製造装置。
【請求項６】 前記皮膜層は、前記チャンバにおけるプラズマ生成領域に対応する部位に設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体製造装置。
【請求項７】 前記チャンバにおけるプラズマ生成領域に対応する部位の材質はアルミナである請求項６記載の半導体製造装置。
【請求項８】 前記チャンバは、内部に前記基板が配置されるチャンバ本体と、前記チャンバ本体の上部に設けられたドームとを有し、前記ドームの内壁面に前記皮膜層が設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体製造装置。
【請求項９】 内部に基板が配置されると共に、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層が内壁面に設けられている半導体製造装置のチャンバ。
【請求項１０】 Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層が内壁面に設けられたチャンバにおいて、酸処理により前記皮膜層を除去するステップと、前記チャンバの内壁面に、前記Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を再形成するステップとを含む半導体製造装置のチャンバ再生方法。
【請求項１１】 前記チャンバの内壁面を、硫酸、塩酸、しゅう酸、フッ酸のいずれかを含む酸に浸すことで前記皮膜層を除去する請求項１０記載の半導体製造装置のチャンバ再生方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセスに使用される半導体製造装置、半導体製造装置のチャンバ、半導体製造装置のチャンバ再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造装置の１つとして、例えばドライエッチング装置がある。このドライエッチング装置は、チャンバ内のステージ上にウェハを置いた後、チャンバ内にプラズマを発生させると共にチャンバ内にエッチングガスを供給することによって、ウェハ表面の金属膜等をエッチングするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来技術においては、ウェハ加工時に生成されるプラズマによって、チャンバとして使用される部品類（チャンバ構成部品）が物理的にスパッタされて又は化学的に消耗することがある。また、そのようにプラズマにより削られたチャンバ構成部品の材料成分がチャンバ内で拡散し、チャンバ内の金属汚染やパーティクルの発生要因になることもある。
【０００４】本発明の目的は、チャンバ構成部品の消耗、及びチャンバ内に生じる金属汚染やパーティクルを低減することができる半導体製造装置、半導体製造装置のチャンバ、半導体製造装置のチャンバ再生方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部に基板が配置されるチャンバと、チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えた半導体製造装置であって、チャンバの内壁面には、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層が設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】Ｙ2Ｏ3は耐プラズマ性に優れているため、チャンバ自体をＹ2Ｏ3で形成することも考えられる。しかし、Ｙ2Ｏ3は、強度（破壊塑性）が低く、破損しやすいという特性を有しており、しかも高価なものであるため、Ｙ2Ｏ3をチャンバの材質とすることは実用的ではない。本発明者らは、このような知見に基づいて鋭意検討を行い、本発明を完成させるに至った。
【０００７】即ち、上述したように、チャンバの内壁面に、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を設けることにより、チャンバの内壁面が皮膜層に保護されるためプラズマによって削られにくくなり、これによりチャンバ構成部品の消耗が低減される。その結果、チャンバの材料成分の拡散が抑えられ、チャンバ内に生じる金属汚染やパーティクルが低減される。このとき、Ｙ2Ｏ3を含む物質は、チャンバの内壁面に単に皮膜層として存在するものであるため、チャンバの強度低下を損なうことがなく、またコスト的にもそれほど高くならずに済む。
【０００８】好ましくは、Ｙ2Ｏ3を含む物質は、Ｙ2Ｏ3の純度が９９．９％以上である。これにより、皮膜層の耐プラズマ性が更に高くなり、プラズマにより消耗した際、ウェハへの金属汚染が低減される。
【０００９】また、好ましくは、皮膜層は、チャンバの内壁面に、Ｙ2Ｏ3を含む物質をコーティングまたは溶射した後、Ｙ2Ｏ3を含む物質を焼結して形成したものである。これにより、チャンバに対する皮膜層の密着性を向上させることができる。
【００１０】この場合、皮膜層は、Ｙ2Ｏ3を含む物質の焼結時に、Ｙ2Ｏ3を含む物質を５００〜８００℃の温度で加熱して形成したものであるのが好ましい。これにより、皮膜層を十分に硬化させると共に、皮膜層にクラックを発生させることなく、皮膜層の密着性を確実に維持することができる。
【００１１】さらに、好ましくは、皮膜層の厚みが５０〜１００μｍである。これにより、皮膜層のクラック等を確実に防止することができる。
【００１２】また、好ましくは、皮膜層は、チャンバにおけるプラズマ生成領域に対応する部位に設けられている。
【００１３】この場合、好ましくは、チャンバにおけるプラズマ生成領域に対応する部位の材質はアルミナである。これにより現状のチャンバを使用できる。
【００１４】さらに、好ましくは、チャンバは、内部に基板が配置されるチャンバ本体と、チャンバ本体の上部に設けられたドームとを有し、ドームの内壁面に皮膜層が設けられている。これにより、例えばプラズマ式のドライエッチング装置等に本発明を適用できる。
【００１５】また、本発明の半導体製造装置のチャンバは、内部に基板が配置されると共に、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層が内壁面に設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】これにより、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層をチャンバの内壁面に設けた場合には、チャンバの内壁面がプラズマによってスパッタされにくくなるため、チャンバ構成部品の消耗が低減される。このため、チャンバの材料成分の拡散が抑えられ、チャンバ内に生じる金属汚染やパーティクルが低減される。
【００１７】さらに、本発明の半導体製造装置のチャンバ再生方法は、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層が内壁面に設けられたチャンバにおいて、酸処理により皮膜層を除去するステップと、チャンバの内壁面に、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を再形成するステップとを含むことを特徴とするものである。
【００１８】このような本発明においては、Ｙ2Ｏ3は酸に比較的溶けやすいので、酸処理によりＹ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を簡単に除去することができる。そして、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を再びチャンバの内壁面に形成することにより、チャンバ構成部品の消耗を低減すると共に、チャンバ内に生じる金属汚染やパーティクルを低減することができる。このように同じチャンバを何度も再利用できるので、チャンバの部品費用を削減することができる。
【００１９】好ましくは、チャンバの内壁面を、硫酸、塩酸、しゅう酸、フッ酸のいずれかを含む酸に浸すことで皮膜層を除去する。これにより、皮膜層をより簡単かつ安価に除去することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体製造装置および半導体製造装置のチャンバ再生方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】図１は、本発明に係る半導体製造装置の一実施形態としてドライエッチング装置を示す概略構成図である。同図において、エッチング装置１は、例えばアルミで形成された下部チャンバ本体２及び上部チャンバ本体３を有し、上部チャンバ本体３の上部には、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成されたドーム４が設けられている。これら下部チャンバ本体２、上部チャンバ本体３及びドーム４は、エッチング装置１のチャンバ５を構成している。
【００２２】下部チャンバ本体２内には、エッチング処理すべき基板であるウェハＷを支持するウェハステージ６が配置されており、このウェハステージ６は昇降機構（図示せず）により上下動可能である。なお、下部チャンバ本体２の側部には、ウェハＷを下部チャンバ本体２内に出し入れするためのウェハ搬送口８が設けられている。
【００２３】上部チャンバ本体３には、スロットルバルブ９が接続されていると共に、チャンバ５内を減圧排気するターボ分子ポンプ１０がゲートバルブ１１を介して接続されている。また、上部チャンバ本体３の側部には、エッチングガスをチャンバ５内に導入するためのガス供給口１２が設けられている。
【００２４】ドーム４の外周にはコイルアンテナ１３が設けられている。このコイルアンテナ１３には、高周波整合器１４を介してソース高周波電源１５が接続されている。このソース高周波電源１５によりコイルアンテナ１３にソース用高周波電力を印加して、ドーム４内にプラズマを発生させる。また、ウェハステージ６には、高周波整合器１６を介してバイアス高周波電源１７が接続されている。このバイアス高周波電源１７によりウェハステージ６にバイアス用高周波電力を印加して、ドーム４内に生成されたプラズマ種をウェハＷ表面に引き込み、これによってエッチングを行う。
【００２５】ここで、ウェハステージ６、コイルアンテナ１３、高周波整合器１４、ソース高周波電源１５、高周波整合器１６、バイアス高周波電源１７は、チャンバ５内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段を構成するものである。
【００２６】チャンバ５におけるプラズマ生成領域Ｐに対応する部位であるドーム４の内壁面には、実質的に純粋なＹ2Ｏ3（酸化イットリウム（III））からなる皮膜層１８が形成されている。この皮膜層１８の厚みは、好ましくは５０〜１００μｍ程度である。ここで、実質的に純粋なＹ2Ｏ3（以下、単にＹ2Ｏ3という）とは、Ｙ2Ｏ3の純度が９９．９％以上、好ましくは９９．９９％以上のものをいう。このようなＹ2Ｏ3からなる皮膜層１８をドーム４の内壁面に形成する手順を以下に述べる。
【００２７】即ち、まず粉体のＹ2Ｏ3を溶剤に溶かしたものを、ドーム４の内壁面に塗工（コーティング）して乾燥させるか、溶射にて皮膜形成を行う。続いて、そのドーム４を焼結炉に入れて、Ｙ2Ｏ3の焼結を行う。具体的には、Ｙ2Ｏ3のコーティングを施したドーム４を焼結炉に入れた後、１時間に例えば５℃程度ずつ焼結炉内の温度を上げていき、最終的に焼結炉内の温度が好ましくは５００〜８００℃になるまでＹ2Ｏ3を加熱する。
【００２８】このとき、焼結炉内の温度を５００〜８００℃まで急激に上げると、ドーム４の材質であるアルミナとＹ2Ｏ3との熱膨張差によってＹ2Ｏ3のクラックが生じる可能性があるため、上記のように焼結炉内の温度を徐々に上げていく。また、Ｙ2Ｏ3を５００〜８００℃で加熱するのは、ドーム４の内壁面にコーティングしたＹ2Ｏ3を確実に硬化させると共に、ドーム４の材質であるアルミナ自体の再結晶成長を抑えるためである。
【００２９】そして、５００〜８００℃の温度においてドーム４を数時間（例えば４時間）加熱し、その後ドーム４を自然冷却させる。これにより、ドーム４にコーティングされたＹ2Ｏ3が固まり、Ｙ2Ｏ3からなる皮膜層１８が形成される。このとき、Ｙ2Ｏ3を上記の温度まで加熱することで、図２に示すように、ドーム４と皮膜層１８との間に中間層１９が形成され、皮膜層１８がドーム４に対して十分に密着されるようになる。このため、ドーム４と皮膜層１８との密着性を確保するために敢えて圧力をかける必要がないので、皮膜層１８をクラックさせることがない。その後、皮膜層１８の表面を研磨して滑らかにするのが望ましい。
【００３０】以上のように構成したエッチング装置１を用いてウェハＷのエッチングを行う場合、まず、スロットルバルブ９及びゲートバルブ１１を開き、ターボ分子ポンプ１０によりチャンバ５内を所定の真空度まで減圧しておく。続いて、搬送ロボット（図示せず）によりウェハＷをチャンバ５の下部チャンバ本体２内に搬入して、ウェハステージ６上に載置する。続いて、昇降機構（図示せず）によりウェハステージ６を上昇させて、ウェハＷを上部チャンバ本体３内の所望位置までもっていく。
【００３１】次いで、エッチングガスをチャンバ５内に供給し、スロットルバルブ９を動作させ、所定の圧力に制御する。そして、バイアス高周波電源１７によりウェハステージ６にバイアス用高周波電力を印加すると共に、ソース高周波電源１５によりコイルアンテナ１３にソース用高周波電力を印加する。すると、ドーム４内にプラズマが発生し維持される。これにより、エッチングガスはプラズマによって解離され、このプラズマ中に存在する活性種及びイオンが主としてウェハＷのエッチングに寄与し、エッチングが進行していく。
【００３２】このようなエッチング処理において、プラズマ生成領域Ｐに対応する部位であるドーム４の内壁面には、耐プラズマ性を有するＹ2Ｏ3からなる皮膜層１８が設けられているので、アルミナで形成されたドーム４が皮膜層１８によりプラズマから保護される。このため、ドーム４がプラズマによってスパッタされにくくなるので、ドーム４が削られて消耗することを抑えることができる。従って、ドーム４の材料成分であるアルミナがチャンバ５内で拡散することが回避されるため、チャンバ５内に金属汚染やパーティクルが発生することを防止できる。
【００３３】また、一般にＹ2Ｏ3は、強度（破壊塑性）が低く破損しやすいという特質を有しているが、Ｙ2Ｏ3は皮膜層１８としてドーム４の表面部に形成しただけなので、その影響は少なく、ドーム４の強度は十分に維持される。また、Ｙ2Ｏ3は高価な材料であるが、Ｙ2Ｏ3は単に皮膜層１８に使用しているに過ぎないので、それほど多くの費用がかからずに済む。
【００３４】ところで、上記のように耐プラズマ性の高いＹ2Ｏ3からなる皮膜層１８をドーム４の内壁面に設けた場合であっても、皮膜層１８はプラズマによって多少削られるため、エッチング処理を繰り返すと、皮膜層１８の劣化・消耗は避けられない。そこで、本実施形態では、ドーム４に形成した皮膜層１８を定期的に除去して、ドーム４を再利用する。このドーム４の再生方法を図３に示す。
【００３５】同図において、まず、硫酸、塩酸、しゅう酸、フッ酸のいずれかを含む酸が入った容器２０を用意する。ここで、容器２０に入れる酸としては、上述した単一の酸でも良いし、複数種類の酸を混合させたものであっても良い。そして、内壁面に皮膜層１８が付いている状態のドーム４を上部チャンバ本体３から取り外し、そのドーム４を容器２０内の液体に浸す（図３（ａ））。このとき、皮膜層１８を形成するＹ2Ｏ3は硫酸等に溶けるが、ドーム４の材質であるアルミナは硫酸等には溶けない。これにより、皮膜層１８はドーム４から確実に且つ簡単に除去される（図３（ｂ））。なお、酸の種類によっては、容器２０内の酸を加熱すると、皮膜層を効果的に除去することができる。その後、前述したような焼結コーティングを施すことによって、Ｙ2Ｏ3からなる皮膜層１８をドーム４の内壁面に再形成する（図３（ｃ））。そして、そのドーム４をチャンバ５に組み込む。
【００３６】このように皮膜層１８が付いているドーム４を酸に漬けるという簡単な酸処理によって皮膜層１８を除去し、同じドーム４を何回も再利用することができる。また、ドーム４を定期的に新しいものと交換する必要がなくなるため、ドーム４に係る費用を大幅に削減できる。
【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、半導体製造装置としてドライエッチング装置を例にとって説明したが、本発明は、チャンバ内にプラズマを発生させる他の半導体製造装置（例えばＣＶＤ装置、スパッタリング装置等）にも適用可能である。この場合には、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を、チャンバの内壁面、特にチャンバにおけるプラズマ生成領域に対応する部位の内壁面に設けるようにする。このとき、チャンバにおけるプラズマ生成領域に対応する部位の材質は、特にアルミナには限定されず、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｃ等であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、チャンバの内壁面に、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を設けたので、チャンバ構成部品の消耗に加え、チャンバ内に発生する金属汚染やパーティクルを低減することができる。
【００３９】また、チャンバの内壁面に設けたＹ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層を酸処理により除去し、その後、Ｙ2Ｏ3を含む物質からなる皮膜層をチャンバの内壁面に再形成するようにしたので、チャンバ構成部品の交換が不要となり、これによりコスト削減を図ることができる。
【出願人】 【識別番号】３９００４０６６０
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所】アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ９５０５４ サンタ クララ バウアーズ アベニュー ３０５０
【出願日】 平成１３年７月３１日（２００１．７．３１）
【代理人】 【識別番号】１０００８８１５５
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹 （外２名）
【公開番号】 特開２００３−５９９０４（Ｐ２００３−５９９０４Ａ）
【公開日】 平成１５年２月２８日（２００３．２．２８）
【出願番号】 特願２００１−２３２４８２（Ｐ２００１−２３２４８２）