JP2009188018A - 成膜装置部品の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｔａ、Ｔｉ、Ｔａ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎの成膜工程で使用した成膜装置部品の表面に付着・堆積した堆積物を、基材をできる限り傷めることなく、しかも短時間で除去する洗浄方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム、ステンレス又はアルミナセラミックス等から構成される成膜装置部品の表面を算術平均粗さＲａとして５ミクロン以上に粗面化することで、Ｔａ、Ｔｉ、Ｔａ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ堆積膜の形状を粒状に制御し、次いで硫酸とフッ化水素酸からなる洗浄液で洗浄することにより、堆積膜を除去する方法であり、粗面化した部品表面としては、部品表面にアルミニウム又はチタンの溶射膜を設けて粗面化したものが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体などの製造に用いられる成膜装置部品の洗浄方法に係わり、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル窒化物（Ｔａ−Ｎ）、チタン窒化物（Ｔｉ−Ｎ）の堆積膜が付着した成膜装置部品から、基材を傷めず速やかに堆積膜を除去する技術を提供するものである。

半導体などの製造に用いられる成膜装置では、ウエハなどのデバイス基板へ必要な膜を成膜中に、成膜装置の内側で用いられるシールド、シャッター、セラミックリングなどの成膜装置部品にも成膜物質が付着・堆積する。そして、デバイス基板を処理する枚数が増えるにしたがって堆積膜が厚くなり、やがて堆積膜は剥離してパーティクルが発生するようになる。そこで成膜工程では定期的に生産を止めて成膜装置部品を取り出し、堆積膜を除去するための洗浄を行っている。

Ｔａ、Ｔｉ、Ｔａ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎが堆積した成膜装置部品の洗浄工程では、これまで硝酸―フッ化水素酸が主に用いられてきた。なかでもＴａ又はＴａ−Ｎが堆積膜となる場合、除去に時間がかかることと、基材が傷むことが問題になっていた。そこで、硝酸濃度６０％以上としてフッ酸濃度に比べて8倍以上濃度を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法で基材の傷みは減少するものの、堆積膜除去に長い時間が必要であった。また、デバイスの製造においては、ＴｉやＴａ薄膜のエッチング液として硫酸―過酸化水素（例えば、特許文献２参照）や硫酸―フッ化水素酸（例えば、特許文献３参照）が用いられているが、エッチングレートが低いので厚い膜の除去が困難であった。

米国特許６９０２６２７号明細書 特開２０００−５８８６１号公報 特開平５−３２３３４０号公報

本発明の目的は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｔａ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎの成膜工程で使用した成膜装置部品から、基材をできる限り傷めず、しかも短時間で堆積膜を除去する洗浄方法を提供するものである。

本発明者は、上述のような現状に鑑み、鋭意検討を行った結果、粗面化した表面を有する成膜装置部品の表面に、タンタル、チタン、タンタル窒化物およびチタン窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種が堆積した膜が付着した成膜装置部品を、硫酸とフッ化水素酸からなる洗浄液に浸漬することで粒子の境界に硫酸とフッ化水素酸が強力に作用して、基材できる限り傷めず、短時間で堆積膜が除去できることを見い出し、本発明を完成させるに至ったものである。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明の洗浄方法は、成膜装置部品の粗面化した表面に、タンタル、チタン、タンタル窒化物およびチタン窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種が堆積した膜が付着した成膜装置部品に対して、硫酸とフッ化水素酸からなる洗浄液を用いて該堆積膜を除去することを特徴とする。本発明は、部品表面に付着した、Ｔａ、Ｔｉ、Ｔａ−Ｎ又はＴｉ−Ｎの堆積膜を除去するものではあるが、該堆積膜の組織構造は、成膜装置部品の表面粗さによる依存性が大きく、成膜装置部品の表面を粗面化した場合、堆積膜は粒状に成長する。

本発明の洗浄液は粒状の粒界に強力に作用し、成膜装置部品に付着した堆積膜を粉状及び／または箔状に剥がし、堆積膜のすべてを溶かさなくても、堆積膜成分をより短い時間で除去することが出来る。

成膜装置部品の粗面化された表面の算術平均粗さＲａ（JIS B０６０１（２００１）において規定されるもの）は５μｍ以上であることが好ましい。部品表面の粗面化方法としては、例えば、部品を構成する基材の表面をブラスト処理若しくは粗い研磨砥粒により研削加工する方法、または基材表面に溶射膜を成膜する方法などをあげることが出来るが、アルミニウム又はチタンの溶射膜により粗面化されていることが好ましい。これらの材質の溶射膜は、堆積膜の組織の粒状化を促進する効果が高く、また、堆積膜の残留応力に耐えるからである。

本発明で用いる成膜装置部品の基材としては、例えば、アルミニウム合金、ステンレスやアルミナセラミック等を好適に使用することができる。

成膜装置部品の基材がアルミニウム合金の場合、洗浄液の組成としては、硫酸濃度が５０〜８０重量％、フッ化水素酸の濃度が１〜２０重量％で、残部は水であることが好ましく、より好ましくは、硫酸濃度が６５〜７５重量％、フッ化水素酸の濃度が２〜１５重量％である。硫酸の濃度が５０重量%未満では、アルミニウム合金の溶解性が増し、損耗が増加する場合がある。また、硫酸濃度が８０重量％を超えた調合は難しい場合がある。一方、フッ化水素酸の濃度が１重量％未満では、堆積膜の溶解性が低下して洗浄に時間が掛かり、フッ化水素酸の濃度が２０重量％を超えると、洗浄液を作成するのに困難な場合がある。

成膜装置部品の基材がステンレスの場合、洗浄液の組成としては、硫酸濃度が１０〜７０重量％、フッ化水素酸の濃度が１〜２０重量％で、残部は水であることが好ましく、より好ましくは、硫酸濃度が１５〜４０重量％、フッ化水素酸の濃度が２〜１５重量％である。硫酸の濃度が、１０重量%未満又は硫酸濃度が７０重量％を超えると、堆積膜の溶解性が低下し、洗浄時間が長くなる場合がある。また、フッ化水素酸の濃度が１重量％未満では、該堆積膜の溶解性が低下し、洗浄時間が長くなる場合があり、フッ化水素酸の濃度が２０重量％を超えると、ステンレス基材の溶解性が増し、溶解による損耗が増加する場合がある。

ステンレス基材の場合、硫酸とフッ化水素酸からなる洗浄液を用いて堆積膜を除去することは、、ステンレス表面にはステンレスに含まれるカーボンが残り、黒化する場合があるので、硫酸とフッ化水素酸からなる洗浄液による洗浄後に硝酸とフッ化水素酸からなる洗浄液を用いて洗浄することが好ましい。

成膜装置部品の基材がアルミナセラミックの場合、洗浄液の組成としては、硫酸濃度が１５〜５５重量％、フッ化水素酸の濃度が１〜２０重量％で、残部は水であることが好ましく、より好ましくは、硫酸濃度が１５〜４０重量％、フッ化水素酸の濃度が２〜１５重量％である。硫酸の濃度が１５重量%未満では、該堆積膜の溶解性が低下し、洗浄に時間が掛かかることがあり、硫酸濃度が５５重量％を超えると、アルミナセラミックの粒界が腐食し、ダメージが増加するおそれがある。また、フッ化水素酸の濃度が１重量％未満では、該堆積膜の溶解性が低下し、洗浄に時間が掛かることがあり、フッ化水素酸の濃度が２０重量％を超えると、アルミナセラミックの粒界が腐食し、ダメージが増加するおそれがある。

洗浄時の洗浄液温度および洗浄時間は、成膜装置部品表面に存在する堆積物の種類や堆積量によって異なるが、例えば、洗浄温度としては１０〜４０℃、洗浄時間としては１〜１０時間を例示することができるが、当業者であれば、適宜予備実験等を行うことによって容易に決定することができる。

本発明の洗浄手法は、従来洗浄手法に比べて半導体製造部品の表面のダメージや損耗を低下させ、短い時間で堆積膜を除去することが可能である。

本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
アルミニウム合金基材の成膜装置部品を粗面化のためにＧＡ＃１００のブラスト材を用い、ブラスト処理を行い、算術平均粗さを８μｍとした。この成膜装置部品をＴａ／ＴａＮのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜工程で使用した。使用後のＴa／ＴａＮの堆積膜の厚みは８００μｍであった。使用後の成膜装置部品を細かく切断し、それぞれの切断片を表1に示す硫酸とフッ化水素酸の割合で混合した洗浄液（２０℃）に浸漬し、堆積膜が除去できる時間と基材の損耗を調べた。

硫酸３０重量％−フッ化水素酸４重量％の洗浄液では、９０分で堆積膜が最も短い時間で除去することができた。また、アルミ合金基材の損耗を調べるため、成膜装置部品と同じ部品の切断片を同液中に浸漬し、浸漬前後の基材厚みの変化を調べたところ、変化量は１７０μｍ／ｈであった。しかし、硫酸６５重量％−フッ化水素酸１５重量％の洗浄液では、５時間の浸漬で堆積膜を除去できた同様に切断片を用いて損耗を調べたところ、厚みの変化は見られない。

したがって、アルミニウム合金基材においては、Ｔａ／ＴａＮ膜の除去時間を優先にすることより、基材の損耗を重視した場合には、硫酸６５重量％−フッ化水素酸１５重量％洗浄液の方が損耗は少なく、成膜装置部品が洗浄による再生回数が増すことが出来る。

比較例１
実施例1と同様にアルミニウム合金基材の成膜装置部品にＴａ／ＴａＮ膜を堆積させ、硝酸１０重量％とフッ化水素酸５重量％に調整した洗浄液に３０分浸漬した。実体顕微鏡及び目視で観察したところ、堆積膜は部分的に残存した。また、実施例１と同様に切断片を用いて損耗を調べたところ、４００μｍ厚みが減少していた。

実施例２
ステンレス基材の成膜装置部品表面にＴｉ溶射膜を被覆し、算術平均粗さを７μｍの粗面化した表面とした。この成膜装置部品をＴｉ／ＴｉＮのＰＶＤによる成膜工程で使用した。使用後のＴｉ／ＴｉＮの堆積膜の厚みは６００μｍであった。実施例１と同様に、使用後の成膜装置部品を細かく切断し、それぞれの切断片を表２に示す硫酸とフッ化水素酸の割合で混合した洗浄液に浸漬し、堆積膜が除去できる時間と基材の損耗を調べた。

硫酸３０重量％−フッ化水素酸４重量％の洗浄液では、２０分で堆積膜が除去することができ最も短い時間であった。また、ステンレス基材の損耗を調べるため、成膜装置部品と同じ部品の切断片を同液中に浸漬し、浸漬前後の基材厚みの変化を調べたところ、変化量は２μｍ（６μｍ／ｈ）であった。

実施例３
アルミナセラミック基材の成膜装置部品にアルミニウム溶射膜を被覆し、算術平均粗さを１５μｍの粗面化した表面とした。この成膜装置部品をＴａとＴａＮのＰＶＤによる成膜工程で使用した。使用後のＴａ／ＴａＮの堆積膜の厚みは６００μｍであった。実施例１と同様に、使用後の成膜装置部品を細かく切断し、それぞれの切断片を表３に示す硫酸とフッ化水素酸の割合で混合した洗浄液に浸漬し、堆積膜が除去できる時間と基材のダメージを調べた。

硫酸３０重量％−フッ化水素酸４重量％は、２０分で堆積膜が除去することができ、最も短い時間であった。また、同じ洗浄液にアルミナセラミック基材を６時間浸漬しダメージを調べたところ、１１０μｍ腐食していたので、２０分の浸漬では約６μｍの腐食と考えられる。

Claims (7)

1. 粗面化した表面を有する成膜装置部品の表面に、タンタル、チタン、タンタル窒化物およびチタン窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種が堆積した膜が付着した成膜装置部品に対して、硫酸とフッ化水素酸からなる洗浄液を用いて堆積膜を除去することを特徴とする成膜装置部品の洗浄方法。
2. 成膜装置部品の表面の算術平均粗さＲａが、５ミクロン以上であることを特徴とする請求項1に記載する成膜装置部品の洗浄方法。
3. 成膜装置部品の粗面化した表面が、アルミニウム又はチタンの溶射膜であることを特徴とする請求項1又は２に記載する成膜装置部品の洗浄方法。
4. 成膜装置部品の基材がアルミニウム合金で構成され、洗浄液の組成が、硫酸濃度が５０〜８０重量％、フッ化水素酸の濃度が１〜２０重量％で残部は水であることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載する成膜装置部品の洗浄方法。
5. 成膜装置部品の基材がステンレスで構成され、洗浄液の組成が、硫酸濃度が１０〜７０重量％でフッ化水素酸の濃度が１〜２０重量％で残部は水であることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載する成膜装置部品の洗浄方法。
6. 硫酸とフッ化水素酸からなる洗浄液を用いて該堆積膜を除去した後、硝酸とフッ化水素酸からなる洗浄液を用いて、更に洗浄することを特徴とする請求項５に記載する成膜装置部品の洗浄方法。
7. 成膜装置部品の基材がアルミナで構成され、洗浄液の組成が、硫酸濃度が１５〜５５重量％でフッ化水素酸の濃度が１〜２０重量％で残部は水であることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載する成膜装置部品の洗浄方法。