成膜装置及びその運用方法
【課題】処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる成膜装置の運用方法を提供する。
【解決手段】石英製の処理容器８内で保持手段２２に保持された複数の被処理体Ｗの表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜７０を形成する密着膜形成工程を行うようにする。これにより、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制する。
【解決手段】石英製の処理容器８内で保持手段２２に保持された複数の被処理体Ｗの表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜７０を形成する密着膜形成工程を行うようにする。これにより、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にカーボン膜を成膜する成膜装置及びその運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＣ等の半導体集積回路を形成するためには、シリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール処理等の各種の処理を繰り返し行っている。そして、上記エッチング処理を例にとれば、微細加工を施すために、従来にあっては種々の材料の薄膜がエッチングマスクとして用いられているが、最近にあっては、カーボン膜がエッチングマスク、すなわち犠牲膜として用いられる場合がある（例えば特許文献１、２）。この理由は、カーボン膜は、例えば成膜時に他のエッチングマスク材料よりもウエハ表面のパターンの凹部の側壁にも良好に薄膜が堆積してステップカバレジを向上させることができるからである。
【０００３】
この場合、上記カーボン膜は例えば多結晶化しており、上述のようにステップカバレジが良好なことから、線幅等が益々小さくなって微細化が進んで設計ルールが厳しくなった現在のような状況において、上記カーボン膜の有用性が向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２３０３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８１９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記カーボン膜を半導体ウエハに成膜するには、原料ガスとなる例えばエチレンを減圧雰囲気になされた石英製の処理容器内に流すことになる。この場合、パーティクル対策や成膜処理の再現性の維持のために、上記成膜処理を行う前にウエハを処理容器内に収容しない状態にして処理容器内に原料ガスを流し、処理容器の内面や処理容器内の石英製の部品、例えば半導体ウエハを保持するウエハボート等の表面にアモルファス状態のカーボン膜をプリコート膜として形成している。そして、このプリコート膜を形成した後にウエハボートに半導体ウエハを保持させてこれを処理容器内へ搬入（ロード）してウエハに対してカーボン膜を成膜するようになっている。
【０００６】
しかしながら、上記カーボン膜は、石英（ＳｉＯ２ ）に対する密着性が良好ではないことから、上記プリコート膜やこのプリコート膜上にウエハに対する成膜時に堆積したカーボン膜が剥がれ易くなってパーティクルが発生する、といった問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる成膜装置及びその運用方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、石英製の処理容器内で保持手段に保持された複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、前記処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を形成する密着膜形成工程を行うようにしたことを特徴とする成膜装置の運用方法である。
【０００９】
このように、石英製の処理容器内で保持手段に保持された複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を形成するようにしたので、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項８に係る発明は、複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜装置において、排気が可能になされた縦型の石英製の処理容器と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記複数の被処理体を保持して前記処理容器内へロード及びアンロードされる保持手段と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法を実施するように装置全体を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る成膜装置及びその運用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る成膜装置の一例を示す断面構成図である。
【図２】本発明の成膜装置の運用方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】石英製の処理容器の内面に堆積した薄膜の一例を示す拡大模式図である。
【図４】密着膜に関する実験の結果を示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る成膜装置及びその運用方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る成膜装置の一例を示す断面構成図である。ここでは、密着膜用ガスとしてシラン系ガス、例えばモノシランを用い、カーボン膜用ガスとして炭化水素ガス、例えばエチレンを用い、クリーニングガスとして酸素を用いた場合を例にとって説明する。
【００１４】
図示するようにこの成膜装置２は、筒体状の石英製の内筒４とその外側に同心円状に配置した有天井の筒体状の石英製の外筒６とよりなる２重管構造の処理容器８を有している。この処理容器８の外周は、加熱ヒータ１０を有する加熱手段１２により覆われており、処理容器８内に収容される被処理体を加熱するようになっている。上記外筒６内が処理空間Ｓとして形成される。
【００１５】
この加熱手段１２は円筒体状になされており、処理容器８の側面の略全域を囲むようになっている。更に、この処理容器８の外周には天井部を含めてその側面側の全体を覆うようにして断熱材１４が設けられている。そして、この断熱材１４の内側面に上記加熱手段１２が取り付けられている。
【００１６】
上記処理容器８の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド１８によって支持されており、上記内筒４の下端部は、上記マニホールド１８の内壁に取り付けた支持リング２０上に支持されている。尚、このマニホールド１８を石英等により形成し、これを上記処理容器８側と一体成型するようにしてもよい。また、このマニホールド１８の下方からは複数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを載置した保持手段としての石英製のウエハボート２２が昇降可能に挿脱自在（ロード及びアンロード）になされている。例えば半導体ウエハＷとしては直径が３００ｍｍのサイズが用いられるが、この寸法は特には限定されない。このウエハボート２２は、ウエハＷの半円部に偏在させて設けた３本、或いは４本の支柱２２Ａの上下方向の両端を固定することにより形成され、例えばこの支柱２２Ａに所定のピッチで形成した溝部にウエハＷの周辺部を保持させている。
【００１７】
このウエハボート２２は、石英製の保温筒２４を介して回転テーブル２６上に載置されており、この回転テーブル２６は、マニホールド１８の下端開口部を開閉する蓋部２８を貫通する回転軸３０の上端で支持される。そして、この回転軸３０の貫通部には、例えば磁性流体シール３２が介設され、この回転軸３０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２８の周辺部とマニホールド１８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３４が介設されており、容器内のシール性を保持している。ここで、石英製の部材としては、内筒４及び外筒６よりなる処理容器８の他に、ウエハボート２２及び保温筒２４が対象となる。
【００１８】
上記した回転軸３０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構３６に支持されたアーム３８の先端に取り付けられており、ウエハボート２２及び蓋部２８等を一体的に昇降できるようになされている。上記マニホールド１８の側部には、上記処理容器８内へ処理に必要なガスを導入するガス導入手段４０が設けられる。具体的には、このガス導入手段４０は、密着膜用ガスを供給する密着膜用ガス供給系４２と、カーボン膜用ガスを供給するカーボン膜用ガス供給系４４と、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系４６と、パージガスを供給するパージガス供給系４８とを有している。
【００１９】
上記各ガス供給系４２、４４、４６、４８は、上記マニホールド１８を貫通させて設けたガスノズル４２Ａ、４４Ａ、４６Ａ、４８Ａをそれぞれ有しており、各ガスノズル４２Ａ、４４Ａ、４６Ａ、４８Ａからそれぞれ対応するガスを流量制御しつつ必要に応じて供給できるようになっている。上記各ガスノズルの形態は特に限定されず、例えば処理容器８の高さ方向に沿って延びて、多数のガス噴射孔が形成された、いわゆる分散形のノズルを用いてもよい。
【００２０】
上記用いられるガス種としては、前述したように、密着膜用ガスとして例えばシラン系ガス、例えばモノシランが用いられ、カーボン膜用ガスとして炭化水素系ガス、例えばエチレンを用い、クリーニングガスとして酸素又はオゾンを用い、パージガスとして窒素を用いている。上記密着膜用ガスやシラン系ガスやクリーニングガスは、必要に応じてキャリアガスと共に流すようにしてもよい。
【００２１】
また、上記マニホールド１８の側壁には、内筒４と外筒６との間から処理容器８内の雰囲気を排出する排気口５０が設けられており、この排気口５０には、図示しない例えば真空ポンプや圧力調整弁等を介設した真空排気系５２が接続されている。
【００２２】
以上のように形成された成膜装置２の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段６０により制御されるようになっている。上記制御手段６０は装置全体の動作の制御を行い、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体６２に記憶されている。具体的には、この制御手段６０からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００２３】
次に、以上のように構成された成膜装置の運用方法について図２及び図３も参照して説明する。図２は本発明の成膜装置の運用方法の一例を示すフローチャート、図３は石英製の処理容器の内面に堆積した薄膜の一例を示す拡大模式図である。まず、この成膜装置の一般的な動作について簡単に説明する。まず、半導体ウエハＷを保持するウエハボート２２は、処理容器８内より下方へ降下されて、すなわちアンロード状態になされてローディングエリア内に待機状態になされている。
【００２４】
ここで半導体ウエハＷにカーボン膜を形成するなどウエハＷに対して処理を行う場合には、上記ウエハボート２２には多段に複数、例えば５０〜１００枚程度の未処理のウエハＷが保持される。また、処理容器８の内面に密着膜を付ける場合やクリーニング処理を行う場合には、上記ウエハボート２２にはウエハＷは何ら保持されておらず、空状態になされている。そして、処理容器８はプロセス温度、或いはそれよりも低い温度に維持されており、ウエハボート２２を上昇させてこれを処理容器８内へ挿入、すなわちロードし、蓋部２８でマニホールド１８の下端開口部を閉じることにより処理容器８内を密閉する。
【００２５】
そして、処理容器８内を所定のプロセス圧に維持すると共に、加熱手段１２への投入電力を増大して内部の温度を上昇させ、所定のプロセス温度に安定的に維持する。その後、所定のガスをガス導入手段４０により処理容器８内に導入する。
【００２６】
導入されたガスは、内筒４内に導入された後にこの中を上昇して天井部にて折り返して天井部から内筒４と外筒６との間の間隙を流下して、排気口５０から真空排気系５２により容器外へ排出される。これにより、密着膜の形成工程、カーボン膜の成膜工程、クリーニング工程等を行うことになる。
【００２７】
前述したように、密着膜を形成する場合には、密着膜用ガス供給系４２より密着膜用ガス、すなわちモノシランを導入し、カーボン膜を形成する場合には、カーボン膜用ガス供給系４４よりカーボン膜用ガス、すなわちエチレンを導入し、クリーニング処理を行う場合には、クリーニングガス供給系４６よりクリーニングガス、例えば酸素を導入し、例えば各処理の間に行われるパージ処理を実施する場合には、パージガス供給系４８よりパージガス、例えば窒素を導入することになる。
【００２８】
次に、具体的に本発明の成膜装置の運用方法の一例について図２も参照して説明する。本発明の特徴は、処理容器８の内面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を予め形成しておく点にあり、この密着膜は、処理容器８内をクリーニング処理した後であって、半導体ウエハＷにカーボン膜を形成する前に行うことになる。
【００２９】
まず、この成膜装置２の運用を開始すると、密着膜の成膜が必要であるか否かを判断する（Ｓ１）。この判断は、処理容器８の内面に密着膜がすでに形成されているか否かによって行われる。例えば、前回の運用を停止した時に、処理容器８内に対してクリーニング処理が施されていれば、このクリーニング処理によって密着膜は除去されているので、密着膜を再度成膜する必要が生ずる。同様に、新品の処理容器８を初めて用いる場合にも、その内部は有機物等の汚れの除去のためにクリーニング処理されているので、密着膜を成膜する必要がある。
【００３０】
これに対して、前の運用で、許容回数以内のカーボン膜の成膜工程を行っている場合には、処理容器８の内面には、すでに密着膜が形成された状態となっているので、この場合には密着膜を再度成膜する必要がない。従って、ステップＳ１で密着膜の成膜の必要がないと判断した場合には（Ｓ１のＮＯ）、そのままカーボン膜を形成するために成膜工程（Ｓ４）へ移行することになる。
【００３１】
また、ステップＳ１で密着膜の成膜の必要があると判断した場合には（Ｓ１のＹＥＳ）、次に、密着膜形成工程（Ｓ２）へ移行する。この密着膜形成工程では、前述したように、ウエハボート２２にウエハＷを何ら保持しない空状態でウエハボート２２を処理容器８内に収容しておく。
【００３２】
そして、ガス導入手段４０の密着膜用ガス供給系４２より密着膜用ガスとしてシラン系ガスであるモノシランを所定の流量で処理容器８内へ導入する。そして、処理容器８内を所定のプロセス温度及びプロセス圧力に維持する。これにより、石英製の処理容器８の内面には、モノシランが熱分解してＣＶＤ反応によりシリコン膜よりなる密着膜７０（図３参照）が堆積して形成されることになる。この際、石英製品である内筒４の表裏の全表面、石英製品であるウエハボート２２の表面全体及び石英製品である保温筒２４の表面全体にも密着膜７０が堆積して形成されることになる。この場合、上記密着膜７０であるシリコン膜はアモルファス状態又は多結晶状態で堆積する。
【００３３】
この時のプロセス条件は、プロセス温度が５５０〜６５０℃の範囲内、プロセス圧力が０．３〜１．０Ｔｏｒｒの範囲内である。プロセス温度が５５０℃よりも低い場合には、シリコン膜が形成されず、また６５０℃よりも高い場合には、昇温時間がかかり過ぎてしまう。また、プロセス圧力が０．３Ｔｏｒｒよりも低い場合には、成膜速度が遅くなって実用的ではなく、また、１．０Ｔｏｒｒよりも高い場合には、膜厚が不均一になって好ましくない。また、密着膜用ガスの流量は、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内である。
【００３４】
また、密着膜７０の膜厚は、０．１〜１０ｎｍの範囲内であり、好ましくは０．１〜１．０ｎｍの範囲内である。上記膜厚が０．１ｎｍよりも小さい場合には、密着膜７０が不均一に堆積する危惧があり、また１０ｎｍよりも厚い場合には、密着膜７０の成膜に時間がかかり過ぎて、ウエハ処理のスループットを低下させるので好ましくない。
【００３５】
上述のような密着膜形成工程Ｓ２が完了したならば、次に、ウエハＷに対する成膜処理の再現性を向上させる等の目的のためのプリコート膜形成工程Ｓ３を行う。尚、このプリコート膜形成工程Ｓ３は省略してもよい。このプリコート膜は、ウエハＷの表面に形成すべき薄膜と同じ材質の薄膜、すなわちカーボン膜を処理容器８の内面に形成するために行う。ここでは、先の密着膜形成工程Ｓ２と同様に、ウエハボート２２を空の状態にしてカーボン膜用ガス供給系４４からカーボン膜用ガスとしてエチレンガスを処理容器８内へ導入する。これにより、上記エチレンは熱分解して処理容器８の内面にカーボン膜よりなるプリコート膜７２が堆積することになる。このプリコート膜７２は、前述した密着膜７０と同様に、内筒４の表裏の全表面、ウエハボート２２の表面全体及び保温筒２４の表面全体にも堆積することになる。この密着膜形成工程とプリコート膜形成工程とは連続して行われる。
【００３６】
この時のプロセス条件は、プロセス温度か６００〜８００℃の範囲内、プロセス圧力が５〜４００Ｔｏｒｒの範囲内である。このプリコート膜７２の膜厚は非常に薄く、例えば５０ｎｍ程度である。また、カーボン膜用ガスの流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。このプリコート膜７２であるカーボン膜は例えばアモルファス状態である。
【００３７】
上述のように、プリコート膜形成工程Ｓ３が完了したならば、次に、カーボン膜の成膜工程Ｓ４を行う。ここでは、ウエハボート２２を下方向へ降下させることにより１回アンロードして１バッチ処理のための未処理の複数枚の半導体ウエハＷをウエハボート２２に移載して保持し、これを上昇させて処理容器８内へロードする。そして、上記プリコート膜形成工程Ｓ３と同様に、カーボン膜用ガス供給系４４からカーボン膜用ガスとしてエチレンガスを処理容器８内へ導入する。
【００３８】
このエチレンガスは、内筒４内を上昇しつつ熱分解して回転しているウエハＷと接触し、ＣＶＤ反応によりこのウエハ表面に例えばエッチング用のマスクとなるカーボン膜を堆積して形成することになる。この際、処理容器８の内面にもカーボン膜７４が堆積することになる（図３参照）。このカーボン膜７４は、前述したプリコート膜７２と同様に、内筒４の表裏の全表面、ウエハボート２２の表面全体及び保温筒２４の表面全体にも堆積することになる。
【００３９】
この時のプロセス条件は、前述のプリコート膜形成工程Ｓ３と同じであり、プロセス温度か６００〜８００℃の範囲内、プロセス圧力が５〜４００Ｔｏｒｒの範囲内である。このカーボン膜７４は、例えばアモルファス状態である。また、このカーボン膜用ガスの流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。尚、この成膜工程では、好ましくはカーボン膜用ガスを流す前にＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）等のアミノシラン系ガスを流してウエハＷに対して前処理を施すようにしてもよい。
【００４０】
このように、上記１バッチ式の成膜処理が完了したならば、この１バッチの成膜処理が所定の回数行われたか否かを判断する（Ｓ５）。この所定の回数ｎは、１以上の回数であり、パーティクルが発生しない範囲で任意に設定される。この所定の回数ｎは、カーボン膜の膜厚の最大値を予め規定しておき、１回のバッチ成膜処理で堆積されるカーボン膜の膜厚を積算して上記最大値に達した時点をもって上記所定の回数ｎと定めるようにしてもよい。
【００４１】
この所定の回数ｎを基準とする判定は、密着膜７０を形成した以降に行われた成膜工程の回数をカウントすることにより行われる。ここで完了した成膜工程の回数が所定の回数ｎより小さい場合には（Ｓ５のＮＯ）、未処理の半導体ウエハが存在するか否かが判断される（Ｓ６）。この判断の結果、未処理のウエハが存在しない場合には（Ｓ６のＮＯ）、処理は終了となる。
【００４２】
また、この判断の結果、未処理の半導体ウエハが存在する場合には（Ｓ６のＹＥＳ）、カーボン膜を堆積するための成膜工程（Ｓ４）へ戻って、再度、１バッチの半導体ウエハに対して成膜工程が行われる。このようにして、１バッチの成膜工程が繰り返し行われて、この実行した成膜工程の回数が所定の回数ｎに達するまで繰り返され、この際、処理容器８の内面等に堆積するカーボン膜７４は順次積層されて行く。そして、この実行した成膜工程が所定の回数ｎに達したならば（Ｓ５のＹＥＳ）、次にクリーニング工程Ｓ７へ移行する。
【００４３】
このクリーニング工程では、ウエハを保持していない空状態のウエハボート２２を処理容器８内へ収容した状態でクリーニングガス供給系４６よりクリーニングガスとして酸素を処理容器８内へ供給する。上記クリーニングガスとして上記酸素に替えて、オゾン又はオゾンと酸素の混合ガスを用いてもよい。これにより、処理容器８の内側面（内筒４の表裏の両面を含む）やウエハボート２２の表面及び保温筒２４の表面に堆積していたカーボン膜及びカーボンよりなるプリコート膜７２が酸化されて除去されることになる。この際、非常に薄いシリコン膜よりなる密着膜７０も除去されることになり、結果的に、石英製の外筒６の内面、内筒４の表裏の両面、ウエハボート２２の表面及び保温筒２４の表面は、それぞれ石英表面が剥き出し状態となる。
【００４４】
この時のプロセス条件に関しては、プロセス温度は、クリーニングガスが酸素の時は６００〜８００℃の範囲内、オゾンの場合には３００〜６００℃の範囲内であり、プロセス圧力はクリーニングガスが酸素の場合には５０〜２００Ｔｏｒｒの範囲内であり、クリーニングガスがオゾンの場合には１０Ｔｏｒｒ以下である。
【００４５】
このようにクリーニング工程Ｓ７が完了したならば、未処理の半導体ウエハが存在するか否かが判断される（Ｓ８）。この判断の結果、未処理のウエハが存在する場合には（Ｓ８のＹＥＳ）、密着膜を再度堆積するために密着膜形成工程Ｓ２へ戻って、前述したように各工程及び各処理を行う。この場合、所定の回数ｎが”ｎ＝１”の場合には１バッチの成膜工程を行う毎に、クリーニング工程Ｓ７及び密着膜形成工程Ｓ２等が行われることになる。そして、上記判断の結果、未処理のウエハが存在しない場合には（Ｓ８のＮＯ）、処理を修了することになる。
【００４６】
上述のように、処理容器８内の処理空間Ｓに接する石英製の部材の表面、すなわち外筒６の内面、内筒４の表裏の両面、ウエハボート２２の表面全体及び保温筒２４の表面全体に、半導体ウエハＷに対するカーボン膜の成膜処理を行なうに先立って例えばシリコン膜よりなる密着膜７０を形成するようにしたので、母材である石英製部材の表面に対するカーボン膜７４の密着性を向上させることができる。従って、半導体ウエハＷに対するカーボン膜の成膜工程中において、処理容器８の内面等から上記カーボン膜７４が剥離してパーティクルが発生することを抑制することができる。
【００４７】
以上のように、本発明によれば、処理容器８内の処理空間Ｓに接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる。
【００４８】
尚、上記実施例では、密着膜７０としてアモルファス、或いは多結晶のシリコン膜を用いたが、これに限定されず、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を用いてもよい。このシリコン窒化膜を形成するには、密着膜用ガスとしてシラン系ガス、例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）とアンモニアを用いることができる。この場合、プロセス条件は、プロセス温度が６００〜８００℃の範囲内、プロセス圧力が０．２〜０．５Ｔｏｒｒの範囲内である。また、密着膜７０として用いるシリコン窒化膜の膜厚は、先のシリコン膜の場合と同じであり、０．１〜１０ｎｍの範囲、好ましくは０．１〜１．０ｎｍの範囲内である。
【００４９】
尚、上記密着膜７０としてシリコン窒化膜を用いる場合には、この膜種はストレスが大きいことからシリコン製の処理容器８等の母材に悪影響を与えることが考えられるが、上述したようにシリコン窒化膜の膜厚は０．１〜１０ｎｍ程度と非常に薄いので、上記した悪影響が生ずることはほとんどない。
【００５０】
＜密着性の評価＞
ここで本発明方法で形成した密着膜に関する実験を行ったので、その評価結果について説明する。図４は密着膜に関する実験の結果を示す図面代用写真である。ここでは石英製（ＳｉＯ２ ）の母材である石英ベースの表面に、密着膜７０としてシリコン膜（多結晶状態）を形成した試料１と、密着膜７０としてシリコン窒化膜を形成した試料２と、密着膜７０を全く形成しない試料３とを用意し、各試料１〜３の表面にカーボン膜（アモルファス状態）を形成し、このカーボン膜の表面に粘着テープを貼り付けて、この粘着テープを引き剥がした。
【００５１】
また、この時の密着膜７０の厚さは０．５ｎｍである。また、カーボン膜の形成時には、カーボン膜用ガスとしてエチレンを用い、５００ｓｃｃｍの流量で流した。この時のプロセス温度は８００℃、プロセス圧力は７．５Ｔｏｒｒであり、厚さ４０ｎｍ程度のカーボン膜を形成した。上記粘着テープを引き剥がした時の表面の状況を図４に示す。
【００５２】
図４に示すように、密着膜を形成した試料１及び試料２の場合には、カーボン膜は何ら剥がれることはなく、密着性が良好であった。これに対して、試料３に示す密着膜無しの場合には、カーボン膜の剥がれが生じており、密着性が良好でないことが判った。
【００５３】
尚、上記密着膜用ガスで用いるシラン系ガスとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）、ジシリルアミン（ＤＳＡ）、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
【００５４】
また、上記カーボン膜用ガスとして用いる炭化水素ガスとしては、アセチレン、エチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンよりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。また上記成膜装置では、２重管構造の処理容器８を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、単管構造の処理容器を用いた成膜装置にも本発明を適用できるのは勿論である。
【００５５】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
２ 成膜装置
４ 内筒
６ 外筒
８ 処理容器
１２ 加熱手段
２２ ウエハボート（保持手段）
４０ ガス導入手段
４２ 密着膜用ガス供給系
４４ カーボン膜用ガス供給系
４６ クリーニングガス供給系
６０ 制御手段
７０ 密着膜
７２ プリコート膜
７４ カーボン膜
Ｓ 処理空間
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にカーボン膜を成膜する成膜装置及びその運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＣ等の半導体集積回路を形成するためには、シリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール処理等の各種の処理を繰り返し行っている。そして、上記エッチング処理を例にとれば、微細加工を施すために、従来にあっては種々の材料の薄膜がエッチングマスクとして用いられているが、最近にあっては、カーボン膜がエッチングマスク、すなわち犠牲膜として用いられる場合がある（例えば特許文献１、２）。この理由は、カーボン膜は、例えば成膜時に他のエッチングマスク材料よりもウエハ表面のパターンの凹部の側壁にも良好に薄膜が堆積してステップカバレジを向上させることができるからである。
【０００３】
この場合、上記カーボン膜は例えば多結晶化しており、上述のようにステップカバレジが良好なことから、線幅等が益々小さくなって微細化が進んで設計ルールが厳しくなった現在のような状況において、上記カーボン膜の有用性が向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２３０３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８１９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記カーボン膜を半導体ウエハに成膜するには、原料ガスとなる例えばエチレンを減圧雰囲気になされた石英製の処理容器内に流すことになる。この場合、パーティクル対策や成膜処理の再現性の維持のために、上記成膜処理を行う前にウエハを処理容器内に収容しない状態にして処理容器内に原料ガスを流し、処理容器の内面や処理容器内の石英製の部品、例えば半導体ウエハを保持するウエハボート等の表面にアモルファス状態のカーボン膜をプリコート膜として形成している。そして、このプリコート膜を形成した後にウエハボートに半導体ウエハを保持させてこれを処理容器内へ搬入（ロード）してウエハに対してカーボン膜を成膜するようになっている。
【０００６】
しかしながら、上記カーボン膜は、石英（ＳｉＯ２ ）に対する密着性が良好ではないことから、上記プリコート膜やこのプリコート膜上にウエハに対する成膜時に堆積したカーボン膜が剥がれ易くなってパーティクルが発生する、といった問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる成膜装置及びその運用方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、石英製の処理容器内で保持手段に保持された複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、前記処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を形成する密着膜形成工程を行うようにしたことを特徴とする成膜装置の運用方法である。
【０００９】
このように、石英製の処理容器内で保持手段に保持された複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を形成するようにしたので、処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項８に係る発明は、複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜装置において、排気が可能になされた縦型の石英製の処理容器と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記複数の被処理体を保持して前記処理容器内へロード及びアンロードされる保持手段と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法を実施するように装置全体を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る成膜装置及びその運用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る成膜装置の一例を示す断面構成図である。
【図２】本発明の成膜装置の運用方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】石英製の処理容器の内面に堆積した薄膜の一例を示す拡大模式図である。
【図４】密着膜に関する実験の結果を示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る成膜装置及びその運用方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る成膜装置の一例を示す断面構成図である。ここでは、密着膜用ガスとしてシラン系ガス、例えばモノシランを用い、カーボン膜用ガスとして炭化水素ガス、例えばエチレンを用い、クリーニングガスとして酸素を用いた場合を例にとって説明する。
【００１４】
図示するようにこの成膜装置２は、筒体状の石英製の内筒４とその外側に同心円状に配置した有天井の筒体状の石英製の外筒６とよりなる２重管構造の処理容器８を有している。この処理容器８の外周は、加熱ヒータ１０を有する加熱手段１２により覆われており、処理容器８内に収容される被処理体を加熱するようになっている。上記外筒６内が処理空間Ｓとして形成される。
【００１５】
この加熱手段１２は円筒体状になされており、処理容器８の側面の略全域を囲むようになっている。更に、この処理容器８の外周には天井部を含めてその側面側の全体を覆うようにして断熱材１４が設けられている。そして、この断熱材１４の内側面に上記加熱手段１２が取り付けられている。
【００１６】
上記処理容器８の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド１８によって支持されており、上記内筒４の下端部は、上記マニホールド１８の内壁に取り付けた支持リング２０上に支持されている。尚、このマニホールド１８を石英等により形成し、これを上記処理容器８側と一体成型するようにしてもよい。また、このマニホールド１８の下方からは複数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを載置した保持手段としての石英製のウエハボート２２が昇降可能に挿脱自在（ロード及びアンロード）になされている。例えば半導体ウエハＷとしては直径が３００ｍｍのサイズが用いられるが、この寸法は特には限定されない。このウエハボート２２は、ウエハＷの半円部に偏在させて設けた３本、或いは４本の支柱２２Ａの上下方向の両端を固定することにより形成され、例えばこの支柱２２Ａに所定のピッチで形成した溝部にウエハＷの周辺部を保持させている。
【００１７】
このウエハボート２２は、石英製の保温筒２４を介して回転テーブル２６上に載置されており、この回転テーブル２６は、マニホールド１８の下端開口部を開閉する蓋部２８を貫通する回転軸３０の上端で支持される。そして、この回転軸３０の貫通部には、例えば磁性流体シール３２が介設され、この回転軸３０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２８の周辺部とマニホールド１８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３４が介設されており、容器内のシール性を保持している。ここで、石英製の部材としては、内筒４及び外筒６よりなる処理容器８の他に、ウエハボート２２及び保温筒２４が対象となる。
【００１８】
上記した回転軸３０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構３６に支持されたアーム３８の先端に取り付けられており、ウエハボート２２及び蓋部２８等を一体的に昇降できるようになされている。上記マニホールド１８の側部には、上記処理容器８内へ処理に必要なガスを導入するガス導入手段４０が設けられる。具体的には、このガス導入手段４０は、密着膜用ガスを供給する密着膜用ガス供給系４２と、カーボン膜用ガスを供給するカーボン膜用ガス供給系４４と、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系４６と、パージガスを供給するパージガス供給系４８とを有している。
【００１９】
上記各ガス供給系４２、４４、４６、４８は、上記マニホールド１８を貫通させて設けたガスノズル４２Ａ、４４Ａ、４６Ａ、４８Ａをそれぞれ有しており、各ガスノズル４２Ａ、４４Ａ、４６Ａ、４８Ａからそれぞれ対応するガスを流量制御しつつ必要に応じて供給できるようになっている。上記各ガスノズルの形態は特に限定されず、例えば処理容器８の高さ方向に沿って延びて、多数のガス噴射孔が形成された、いわゆる分散形のノズルを用いてもよい。
【００２０】
上記用いられるガス種としては、前述したように、密着膜用ガスとして例えばシラン系ガス、例えばモノシランが用いられ、カーボン膜用ガスとして炭化水素系ガス、例えばエチレンを用い、クリーニングガスとして酸素又はオゾンを用い、パージガスとして窒素を用いている。上記密着膜用ガスやシラン系ガスやクリーニングガスは、必要に応じてキャリアガスと共に流すようにしてもよい。
【００２１】
また、上記マニホールド１８の側壁には、内筒４と外筒６との間から処理容器８内の雰囲気を排出する排気口５０が設けられており、この排気口５０には、図示しない例えば真空ポンプや圧力調整弁等を介設した真空排気系５２が接続されている。
【００２２】
以上のように形成された成膜装置２の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段６０により制御されるようになっている。上記制御手段６０は装置全体の動作の制御を行い、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体６２に記憶されている。具体的には、この制御手段６０からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００２３】
次に、以上のように構成された成膜装置の運用方法について図２及び図３も参照して説明する。図２は本発明の成膜装置の運用方法の一例を示すフローチャート、図３は石英製の処理容器の内面に堆積した薄膜の一例を示す拡大模式図である。まず、この成膜装置の一般的な動作について簡単に説明する。まず、半導体ウエハＷを保持するウエハボート２２は、処理容器８内より下方へ降下されて、すなわちアンロード状態になされてローディングエリア内に待機状態になされている。
【００２４】
ここで半導体ウエハＷにカーボン膜を形成するなどウエハＷに対して処理を行う場合には、上記ウエハボート２２には多段に複数、例えば５０〜１００枚程度の未処理のウエハＷが保持される。また、処理容器８の内面に密着膜を付ける場合やクリーニング処理を行う場合には、上記ウエハボート２２にはウエハＷは何ら保持されておらず、空状態になされている。そして、処理容器８はプロセス温度、或いはそれよりも低い温度に維持されており、ウエハボート２２を上昇させてこれを処理容器８内へ挿入、すなわちロードし、蓋部２８でマニホールド１８の下端開口部を閉じることにより処理容器８内を密閉する。
【００２５】
そして、処理容器８内を所定のプロセス圧に維持すると共に、加熱手段１２への投入電力を増大して内部の温度を上昇させ、所定のプロセス温度に安定的に維持する。その後、所定のガスをガス導入手段４０により処理容器８内に導入する。
【００２６】
導入されたガスは、内筒４内に導入された後にこの中を上昇して天井部にて折り返して天井部から内筒４と外筒６との間の間隙を流下して、排気口５０から真空排気系５２により容器外へ排出される。これにより、密着膜の形成工程、カーボン膜の成膜工程、クリーニング工程等を行うことになる。
【００２７】
前述したように、密着膜を形成する場合には、密着膜用ガス供給系４２より密着膜用ガス、すなわちモノシランを導入し、カーボン膜を形成する場合には、カーボン膜用ガス供給系４４よりカーボン膜用ガス、すなわちエチレンを導入し、クリーニング処理を行う場合には、クリーニングガス供給系４６よりクリーニングガス、例えば酸素を導入し、例えば各処理の間に行われるパージ処理を実施する場合には、パージガス供給系４８よりパージガス、例えば窒素を導入することになる。
【００２８】
次に、具体的に本発明の成膜装置の運用方法の一例について図２も参照して説明する。本発明の特徴は、処理容器８の内面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を予め形成しておく点にあり、この密着膜は、処理容器８内をクリーニング処理した後であって、半導体ウエハＷにカーボン膜を形成する前に行うことになる。
【００２９】
まず、この成膜装置２の運用を開始すると、密着膜の成膜が必要であるか否かを判断する（Ｓ１）。この判断は、処理容器８の内面に密着膜がすでに形成されているか否かによって行われる。例えば、前回の運用を停止した時に、処理容器８内に対してクリーニング処理が施されていれば、このクリーニング処理によって密着膜は除去されているので、密着膜を再度成膜する必要が生ずる。同様に、新品の処理容器８を初めて用いる場合にも、その内部は有機物等の汚れの除去のためにクリーニング処理されているので、密着膜を成膜する必要がある。
【００３０】
これに対して、前の運用で、許容回数以内のカーボン膜の成膜工程を行っている場合には、処理容器８の内面には、すでに密着膜が形成された状態となっているので、この場合には密着膜を再度成膜する必要がない。従って、ステップＳ１で密着膜の成膜の必要がないと判断した場合には（Ｓ１のＮＯ）、そのままカーボン膜を形成するために成膜工程（Ｓ４）へ移行することになる。
【００３１】
また、ステップＳ１で密着膜の成膜の必要があると判断した場合には（Ｓ１のＹＥＳ）、次に、密着膜形成工程（Ｓ２）へ移行する。この密着膜形成工程では、前述したように、ウエハボート２２にウエハＷを何ら保持しない空状態でウエハボート２２を処理容器８内に収容しておく。
【００３２】
そして、ガス導入手段４０の密着膜用ガス供給系４２より密着膜用ガスとしてシラン系ガスであるモノシランを所定の流量で処理容器８内へ導入する。そして、処理容器８内を所定のプロセス温度及びプロセス圧力に維持する。これにより、石英製の処理容器８の内面には、モノシランが熱分解してＣＶＤ反応によりシリコン膜よりなる密着膜７０（図３参照）が堆積して形成されることになる。この際、石英製品である内筒４の表裏の全表面、石英製品であるウエハボート２２の表面全体及び石英製品である保温筒２４の表面全体にも密着膜７０が堆積して形成されることになる。この場合、上記密着膜７０であるシリコン膜はアモルファス状態又は多結晶状態で堆積する。
【００３３】
この時のプロセス条件は、プロセス温度が５５０〜６５０℃の範囲内、プロセス圧力が０．３〜１．０Ｔｏｒｒの範囲内である。プロセス温度が５５０℃よりも低い場合には、シリコン膜が形成されず、また６５０℃よりも高い場合には、昇温時間がかかり過ぎてしまう。また、プロセス圧力が０．３Ｔｏｒｒよりも低い場合には、成膜速度が遅くなって実用的ではなく、また、１．０Ｔｏｒｒよりも高い場合には、膜厚が不均一になって好ましくない。また、密着膜用ガスの流量は、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内である。
【００３４】
また、密着膜７０の膜厚は、０．１〜１０ｎｍの範囲内であり、好ましくは０．１〜１．０ｎｍの範囲内である。上記膜厚が０．１ｎｍよりも小さい場合には、密着膜７０が不均一に堆積する危惧があり、また１０ｎｍよりも厚い場合には、密着膜７０の成膜に時間がかかり過ぎて、ウエハ処理のスループットを低下させるので好ましくない。
【００３５】
上述のような密着膜形成工程Ｓ２が完了したならば、次に、ウエハＷに対する成膜処理の再現性を向上させる等の目的のためのプリコート膜形成工程Ｓ３を行う。尚、このプリコート膜形成工程Ｓ３は省略してもよい。このプリコート膜は、ウエハＷの表面に形成すべき薄膜と同じ材質の薄膜、すなわちカーボン膜を処理容器８の内面に形成するために行う。ここでは、先の密着膜形成工程Ｓ２と同様に、ウエハボート２２を空の状態にしてカーボン膜用ガス供給系４４からカーボン膜用ガスとしてエチレンガスを処理容器８内へ導入する。これにより、上記エチレンは熱分解して処理容器８の内面にカーボン膜よりなるプリコート膜７２が堆積することになる。このプリコート膜７２は、前述した密着膜７０と同様に、内筒４の表裏の全表面、ウエハボート２２の表面全体及び保温筒２４の表面全体にも堆積することになる。この密着膜形成工程とプリコート膜形成工程とは連続して行われる。
【００３６】
この時のプロセス条件は、プロセス温度か６００〜８００℃の範囲内、プロセス圧力が５〜４００Ｔｏｒｒの範囲内である。このプリコート膜７２の膜厚は非常に薄く、例えば５０ｎｍ程度である。また、カーボン膜用ガスの流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。このプリコート膜７２であるカーボン膜は例えばアモルファス状態である。
【００３７】
上述のように、プリコート膜形成工程Ｓ３が完了したならば、次に、カーボン膜の成膜工程Ｓ４を行う。ここでは、ウエハボート２２を下方向へ降下させることにより１回アンロードして１バッチ処理のための未処理の複数枚の半導体ウエハＷをウエハボート２２に移載して保持し、これを上昇させて処理容器８内へロードする。そして、上記プリコート膜形成工程Ｓ３と同様に、カーボン膜用ガス供給系４４からカーボン膜用ガスとしてエチレンガスを処理容器８内へ導入する。
【００３８】
このエチレンガスは、内筒４内を上昇しつつ熱分解して回転しているウエハＷと接触し、ＣＶＤ反応によりこのウエハ表面に例えばエッチング用のマスクとなるカーボン膜を堆積して形成することになる。この際、処理容器８の内面にもカーボン膜７４が堆積することになる（図３参照）。このカーボン膜７４は、前述したプリコート膜７２と同様に、内筒４の表裏の全表面、ウエハボート２２の表面全体及び保温筒２４の表面全体にも堆積することになる。
【００３９】
この時のプロセス条件は、前述のプリコート膜形成工程Ｓ３と同じであり、プロセス温度か６００〜８００℃の範囲内、プロセス圧力が５〜４００Ｔｏｒｒの範囲内である。このカーボン膜７４は、例えばアモルファス状態である。また、このカーボン膜用ガスの流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。尚、この成膜工程では、好ましくはカーボン膜用ガスを流す前にＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）等のアミノシラン系ガスを流してウエハＷに対して前処理を施すようにしてもよい。
【００４０】
このように、上記１バッチ式の成膜処理が完了したならば、この１バッチの成膜処理が所定の回数行われたか否かを判断する（Ｓ５）。この所定の回数ｎは、１以上の回数であり、パーティクルが発生しない範囲で任意に設定される。この所定の回数ｎは、カーボン膜の膜厚の最大値を予め規定しておき、１回のバッチ成膜処理で堆積されるカーボン膜の膜厚を積算して上記最大値に達した時点をもって上記所定の回数ｎと定めるようにしてもよい。
【００４１】
この所定の回数ｎを基準とする判定は、密着膜７０を形成した以降に行われた成膜工程の回数をカウントすることにより行われる。ここで完了した成膜工程の回数が所定の回数ｎより小さい場合には（Ｓ５のＮＯ）、未処理の半導体ウエハが存在するか否かが判断される（Ｓ６）。この判断の結果、未処理のウエハが存在しない場合には（Ｓ６のＮＯ）、処理は終了となる。
【００４２】
また、この判断の結果、未処理の半導体ウエハが存在する場合には（Ｓ６のＹＥＳ）、カーボン膜を堆積するための成膜工程（Ｓ４）へ戻って、再度、１バッチの半導体ウエハに対して成膜工程が行われる。このようにして、１バッチの成膜工程が繰り返し行われて、この実行した成膜工程の回数が所定の回数ｎに達するまで繰り返され、この際、処理容器８の内面等に堆積するカーボン膜７４は順次積層されて行く。そして、この実行した成膜工程が所定の回数ｎに達したならば（Ｓ５のＹＥＳ）、次にクリーニング工程Ｓ７へ移行する。
【００４３】
このクリーニング工程では、ウエハを保持していない空状態のウエハボート２２を処理容器８内へ収容した状態でクリーニングガス供給系４６よりクリーニングガスとして酸素を処理容器８内へ供給する。上記クリーニングガスとして上記酸素に替えて、オゾン又はオゾンと酸素の混合ガスを用いてもよい。これにより、処理容器８の内側面（内筒４の表裏の両面を含む）やウエハボート２２の表面及び保温筒２４の表面に堆積していたカーボン膜及びカーボンよりなるプリコート膜７２が酸化されて除去されることになる。この際、非常に薄いシリコン膜よりなる密着膜７０も除去されることになり、結果的に、石英製の外筒６の内面、内筒４の表裏の両面、ウエハボート２２の表面及び保温筒２４の表面は、それぞれ石英表面が剥き出し状態となる。
【００４４】
この時のプロセス条件に関しては、プロセス温度は、クリーニングガスが酸素の時は６００〜８００℃の範囲内、オゾンの場合には３００〜６００℃の範囲内であり、プロセス圧力はクリーニングガスが酸素の場合には５０〜２００Ｔｏｒｒの範囲内であり、クリーニングガスがオゾンの場合には１０Ｔｏｒｒ以下である。
【００４５】
このようにクリーニング工程Ｓ７が完了したならば、未処理の半導体ウエハが存在するか否かが判断される（Ｓ８）。この判断の結果、未処理のウエハが存在する場合には（Ｓ８のＹＥＳ）、密着膜を再度堆積するために密着膜形成工程Ｓ２へ戻って、前述したように各工程及び各処理を行う。この場合、所定の回数ｎが”ｎ＝１”の場合には１バッチの成膜工程を行う毎に、クリーニング工程Ｓ７及び密着膜形成工程Ｓ２等が行われることになる。そして、上記判断の結果、未処理のウエハが存在しない場合には（Ｓ８のＮＯ）、処理を修了することになる。
【００４６】
上述のように、処理容器８内の処理空間Ｓに接する石英製の部材の表面、すなわち外筒６の内面、内筒４の表裏の両面、ウエハボート２２の表面全体及び保温筒２４の表面全体に、半導体ウエハＷに対するカーボン膜の成膜処理を行なうに先立って例えばシリコン膜よりなる密着膜７０を形成するようにしたので、母材である石英製部材の表面に対するカーボン膜７４の密着性を向上させることができる。従って、半導体ウエハＷに対するカーボン膜の成膜工程中において、処理容器８の内面等から上記カーボン膜７４が剥離してパーティクルが発生することを抑制することができる。
【００４７】
以上のように、本発明によれば、処理容器８内の処理空間Ｓに接する石英製の部材の表面に対するカーボン膜の密着性を向上させてパーティクルの発生を抑制することができる。
【００４８】
尚、上記実施例では、密着膜７０としてアモルファス、或いは多結晶のシリコン膜を用いたが、これに限定されず、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を用いてもよい。このシリコン窒化膜を形成するには、密着膜用ガスとしてシラン系ガス、例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）とアンモニアを用いることができる。この場合、プロセス条件は、プロセス温度が６００〜８００℃の範囲内、プロセス圧力が０．２〜０．５Ｔｏｒｒの範囲内である。また、密着膜７０として用いるシリコン窒化膜の膜厚は、先のシリコン膜の場合と同じであり、０．１〜１０ｎｍの範囲、好ましくは０．１〜１．０ｎｍの範囲内である。
【００４９】
尚、上記密着膜７０としてシリコン窒化膜を用いる場合には、この膜種はストレスが大きいことからシリコン製の処理容器８等の母材に悪影響を与えることが考えられるが、上述したようにシリコン窒化膜の膜厚は０．１〜１０ｎｍ程度と非常に薄いので、上記した悪影響が生ずることはほとんどない。
【００５０】
＜密着性の評価＞
ここで本発明方法で形成した密着膜に関する実験を行ったので、その評価結果について説明する。図４は密着膜に関する実験の結果を示す図面代用写真である。ここでは石英製（ＳｉＯ２ ）の母材である石英ベースの表面に、密着膜７０としてシリコン膜（多結晶状態）を形成した試料１と、密着膜７０としてシリコン窒化膜を形成した試料２と、密着膜７０を全く形成しない試料３とを用意し、各試料１〜３の表面にカーボン膜（アモルファス状態）を形成し、このカーボン膜の表面に粘着テープを貼り付けて、この粘着テープを引き剥がした。
【００５１】
また、この時の密着膜７０の厚さは０．５ｎｍである。また、カーボン膜の形成時には、カーボン膜用ガスとしてエチレンを用い、５００ｓｃｃｍの流量で流した。この時のプロセス温度は８００℃、プロセス圧力は７．５Ｔｏｒｒであり、厚さ４０ｎｍ程度のカーボン膜を形成した。上記粘着テープを引き剥がした時の表面の状況を図４に示す。
【００５２】
図４に示すように、密着膜を形成した試料１及び試料２の場合には、カーボン膜は何ら剥がれることはなく、密着性が良好であった。これに対して、試料３に示す密着膜無しの場合には、カーボン膜の剥がれが生じており、密着性が良好でないことが判った。
【００５３】
尚、上記密着膜用ガスで用いるシラン系ガスとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、モノシラン［ＳｉＨ４ ］、ジシラン［Ｓｉ２ Ｈ６ ］、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）、ジシリルアミン（ＤＳＡ）、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
【００５４】
また、上記カーボン膜用ガスとして用いる炭化水素ガスとしては、アセチレン、エチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンよりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。また上記成膜装置では、２重管構造の処理容器８を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、単管構造の処理容器を用いた成膜装置にも本発明を適用できるのは勿論である。
【００５５】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
２ 成膜装置
４ 内筒
６ 外筒
８ 処理容器
１２ 加熱手段
２２ ウエハボート（保持手段）
４０ ガス導入手段
４２ 密着膜用ガス供給系
４４ カーボン膜用ガス供給系
４６ クリーニングガス供給系
６０ 制御手段
７０ 密着膜
７２ プリコート膜
７４ カーボン膜
Ｓ 処理空間
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英製の処理容器内で保持手段に保持された複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、
前記処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を形成する密着膜形成工程を行うようにしたことを特徴とする成膜装置の運用方法。
【請求項２】
前記密着膜は、シリコン窒化膜又はシリコン膜よりなることを特徴とする請求項１記載の成膜装置の運用方法。
【請求項３】
前記密着膜の厚さは、０．１〜１０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置の運用方法。
【請求項４】
前記密着膜形成工程は、前記被処理体を保持しない空状態の前記保持手段を前記処理容器内へ収容した状態で行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法。
【請求項５】
前記密着膜形成工程は、前記処理容器内をクリーニングするクリーニング工程と前記成膜工程との間に行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法。
【請求項６】
前記密着膜形成工程と前記成膜工程との間に、前記被処理体を保持しない空状態の前記保持手段を前記処理容器内へ収容した状態で前記処理容器内に前記カーボン膜の原料ガスを流すことにより前記密着膜上にプリコート膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項５記載の成膜装置の運用方法。
【請求項７】
前記成膜工程を、１回又は複数回行った後に、再び前記クリーニング工程を行うようにしたことを特徴とする請求項５記載の成膜装置の運用方法。
【請求項８】
複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜装置において、
排気が可能になされた縦型の石英製の処理容器と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記複数の被処理体を保持して前記処理容器内へロード及びアンロードされる保持手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法を実施するように装置全体を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１】
石英製の処理容器内で保持手段に保持された複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜工程を行うようにした成膜装置の運用方法において、
前記処理容器内の処理空間に接する石英製の部材の表面にカーボン膜の密着性を向上させる密着膜を形成する密着膜形成工程を行うようにしたことを特徴とする成膜装置の運用方法。
【請求項２】
前記密着膜は、シリコン窒化膜又はシリコン膜よりなることを特徴とする請求項１記載の成膜装置の運用方法。
【請求項３】
前記密着膜の厚さは、０．１〜１０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置の運用方法。
【請求項４】
前記密着膜形成工程は、前記被処理体を保持しない空状態の前記保持手段を前記処理容器内へ収容した状態で行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法。
【請求項５】
前記密着膜形成工程は、前記処理容器内をクリーニングするクリーニング工程と前記成膜工程との間に行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法。
【請求項６】
前記密着膜形成工程と前記成膜工程との間に、前記被処理体を保持しない空状態の前記保持手段を前記処理容器内へ収容した状態で前記処理容器内に前記カーボン膜の原料ガスを流すことにより前記密着膜上にプリコート膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項５記載の成膜装置の運用方法。
【請求項７】
前記成膜工程を、１回又は複数回行った後に、再び前記クリーニング工程を行うようにしたことを特徴とする請求項５記載の成膜装置の運用方法。
【請求項８】
複数の被処理体の表面にカーボン膜を成膜する成膜装置において、
排気が可能になされた縦型の石英製の処理容器と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記複数の被処理体を保持して前記処理容器内へロード及びアンロードされる保持手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置の運用方法を実施するように装置全体を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９３５２５（Ｐ２０１３−９３５２５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６１９６（Ｐ２０１１−２３６１９６）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]