(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5691163
(24)【登録日】2015年2月13日
(45)【発行日】2015年4月1日
(54)【発明の名称】クリーニングガス
(51)【国際特許分類】
C23C 16/44 20060101AFI20150312BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20150312BHJP
C23C 14/00 20060101ALI20150312BHJP
【FI】
C23C16/44 J
H01L21/31 B
C23C14/00 B
【請求項の数】12
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2009-273030(P2009-273030)
(22)【出願日】2009年12月1日
(65)【公開番号】特開2011-117014(P2011-117014A)
(43)【公開日】2011年6月16日
【審査請求日】2012年9月21日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002200
【氏名又は名称】セントラル硝子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145632
【弁理士】
【氏名又は名称】小出 誠
(72)【発明者】
【氏名】高田 直門
(72)【発明者】
【氏名】毛利 勇
【審査官】
若土 雅之
(56)【参考文献】
【文献】
特開2000−265275(JP,A)
【文献】
特開2000−063826(JP,A)
【文献】
特開2002−158181(JP,A)
【文献】
特開平08−092162(JP,A)
【文献】
特表2009−534182(JP,A)
【文献】
国際公開第1996/029298(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C23C 16/00−16/56
C23C 14/00−14/58
H01L 21/31
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学的気相堆積法(CVD法)、有機金属気相成長法(MOCCD)、スパッタリング法、ゾルゲル法または蒸着法を用いて薄膜、厚膜、粉体またはウイスカを製造する際に製造装置の内壁またはその付属装置に付随的に堆積した堆積物を除去するためのCHF2COFを含んでなるクリーニングガス。
【請求項2】
堆積物が、成膜装置に堆積した堆積物である請求項1に記載のクリーニングガス。
【請求項3】
堆積物が、W、Ti、Mo、Re、Ge、P、Si、V、Nb、Ta、Se、Te、Mo、Re、Os、Ir、Sb、Ge、Au、Ag、As、Cr、Hf、Zr、Ni、Co及びその化合物を含む堆積物である請求項1または2に記載のクリーニングガス。
【請求項4】
堆積物が、ケイ素含有付着物である請求項1〜3のいずれか1項に記載のクリーニングガス。
【請求項5】
クリーニングガスが、O2、O3、CO、CO2、F2、NF3、Cl2、Br2、I2、XFn(式中、XはCl、IまたはBrを表し、nは1≦n≦5の整数を表す。)、CH4、CH3F、CH2F2、CHF3、N2、He、Ar、Ne、Krの中から選ばれた少なくとも1種のガスを添加物として含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のクリーニングガス。
【請求項6】
クリーニングガスが、CHF2COFとO2を少なくとも含む請求項1〜5のいずれか1項に記載のクリーニングガス。
【請求項7】
クリーニングガスが、CHF2COFとO2とCOを少なくとも含む請求項1〜6のいずれか1項に記載のクリーニングガス。
【請求項8】
請求項5〜7のいずれか1項に記載のクリーニングガスを用いる堆積物の除去方法。
【請求項9】
堆積物が、成膜装置に堆積した堆積物である請求項8に記載の堆積物の除去方法。
【請求項10】
堆積物が、W、Ti、Mo、Re、Ge、P、Si、V、Nb、Ta、Se、Te、Mo、Re、Os、Ir、Sb、Ge、Au、Ag、As、Cr、Hf、Zr、Ni、Co及びその化合物を含む堆積物である請求項8または9に記載の堆積物の除去方法。
【請求項11】
堆積物が、ケイ素含有付着物である請求項8〜10のいずれか1項に記載の堆積物の除去方法。
【請求項12】
請求項5〜7のいずれか1項に記載のクリーニングガスをリモートプラズマによる高周波またはマイクロ波で活性化させて用いる堆積物の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、化学的気相堆積法(CVD法)、有機金属気相成長法(MOCVD)、スパッタリング法、ゾルゲル法、蒸着法等の方法を用いて薄膜、厚膜、粉体、ウイスカ等を製造する際に、装置内壁、冶具、配管等に堆積した不要な堆積物を除去するためのクリーニングガスに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体薄膜デバイス製造プロセスや光デバイス製造プロセス、超鋼材料製造プロセスでは、CVD法、スパッタリング法、ゾルゲル法、蒸着法等の方法を用いて種々の薄膜、厚膜、粉体、ウイスカ等が製造されている。その際には、膜やウイスカ、粉体を堆積させるべき箇所ではない反応器内壁や物品を保持する冶具等にも堆積物が生成する。このような不要な堆積物が生成するとパーティクル発生の原因となり良質な膜、粒子、ウイスカを製造することが困難になるため随時除去しなければならない。
【0003】
従来、このような不要な堆積物を除去するために、CF
4、C
2F
6、C
3F
8等のパーフルオロカーボン(PFC)のクリーニングガスが使用されてきた。しかし、これらのガスは環境中に長期間安定に存在するので地球温暖化係数が高く評価され環境への悪影響が問題となっている。例えば、第4次IPCC報告書によるとこれらのGWP(100年値)はCF
4:7390、C
2F
6:12200、C
3F
8:8830である。さらに、C
2F
6やC
3F
8等のCF
3基の部分構造を有するクリーニングガスは、堆積室(チャンバー)内でCF
3ラジカルやイオン等の活性種が発生して、クリーニング効果を発揮するが、CF
3活性種がFラジカルやイオンのF活性種と接触すると再結合してCF
4が副生する。環境省地球環境局環境保全対策課フロン等対策推進室発行(平成21年3月発行)のPFC破壊処理ガイドラインによると、CF
4は環境中で最も分解し難いPFCであり、他のフロン類の破壊処理と同等の条件だけでは十分な破壊処理が出来ない可能性があると記されている。
【0004】
これらのPFCに代わる地球温暖化係数が低い含フッ素のクリーニングガスとして、COF
2、CHF
2OF(特許文献1)、CF
3COF(特許文献2、3)などが提案されている。これらについては、例えば、CF
3COFはエッチング条件を最適化することによって、CF
4の副生を低減させることが可能であると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000−63826
【特許文献2】特開2000−265275
【特許文献3】特開2002−158181
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述の通り、特許文献1、2によると、CF
3COFはクリーニング条件を最適化することによって、CF
4の副生を低減させることが可能であると記載されているが、言い換えれば、CF
3COFと酸素の比等のクリーニング条件がクリーニング性能でなく、CF
4副生率によって制限されざるを得ないことになる。実際、チャンバーの形状や耐食性、所望するクリーンニング速度等の制約条件により、常にCF
4副生を低減することが困難な場合が推測される。一般に高温、高クリーニングガス濃度の過酷な条件においては、副生したCF
4が再分解するので、見かけ上、CF
4副生が認められないこともあるが、装置の耐食性に制約されたよりマイルドな条件でクリーニングを実施するとCF
4が副生することがある。よって、CF
3基の部分構造を有するクリーニングガスを用いる限り、根本的にCF
3活性種とF活性種の再結合を回避することはできない。また、同様にPFCに代わる地球温暖化係数が低いクリーニングガスとして提案されているCOF
2やCF
3COFの場合、危険なCO、F
2ガスが出発原料となり、耐腐食性の優れた高価な製造設備が必要である。
【0007】
そこで、本発明は、クリーニング性能に優れるだけでなく、入手が容易で、環境に負荷をかけるCF
4を実質的に副生しない新規なクリーニングガスの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは鋭意検討した結果、ジフルオロ酢酸フルオライド(CHF
2COF)を用いることで前記課題を全て克服できることを見出し本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は次の通りである。
[発明1]化学的気相堆積法(CVD法)、有機金属気相成長法(MOCCD)、スパッタリング法、ゾルゲル法または蒸着法を用いて薄膜、厚膜、粉体またはウイスカを製造する際に製造装置の内壁またはその付属装置に付随的に堆積した堆積物を除去するためのCHF
2COFを含んでなるクリーニングガス。
[発明2]堆積物が、成膜装置に堆積した堆積物である発明1のクリーニングガス。
[発明3]堆積物が、W、Ti、Mo、Re、Ge、P、Si、V、Nb、Ta、Se、Te、Mo、Re、Os、Ir、Sb、Ge、Au、Ag、As、Cr、Hf、Zr、Ni、Co及びその化合物を含む堆積物である発明1または2のクリーニングガス。
[発明4]堆積物が、ケイ素含有付着物である発明1〜3のクリーニングガス。
[発明5]クリーニングガスが、O
2、O
3、CO、CO
2、F
2、NF
3、Cl
2、Br
2、I
2、XF
n(式中、XはCl、IまたはBrを表し、nは1≦n≦5の整数を表す。)、CH
4、CH
3F、CH
2F
2、CHF
3、N
2、He、Ar、Ne、Krの中から選ばれた少なくとも1種のガスを添加物として含む発明1〜4のクリーニングガス。
[発明6]クリーニングガスが、CHF
2COFとO
2を少なくとも含む発明1〜5のクリーニングガス。
[発明7]クリーニングガスが、CHF
2COFとO
2とCOを少なくとも含む発明1〜6のクリーニングガス。
[発明8]発明5〜7のクリーニングガスを用いる堆積物の除去方法。
[発明9]堆積物が、成膜装置に堆積した堆積物である発明8の堆積物の除去方法。
[発明10]堆積物が、W、Ti、Mo、Re、Ge、P、Si、V、Nb、Ta、Se、Te、Mo、Re、Os、Ir、Sb、Ge、Au、Ag、As、Cr、Hf、Zr、Ni、Co及びその化合物を含む堆積物である発明8または9の堆積物の除去方法。
[発明11]堆積物が、ケイ素含有付着物である発明8〜10の堆積物の除去方法。
[発明12]発明5〜9のクリーニングガスをリモートプラズマによる高周波またはマイクロ波で活性化させて用いる堆積物の除去方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明のクリーニングガスは、CHF
2COFを含有することから環境への負荷が軽いという特徴を持つだけでなく、エッチング速度が大きくかつ装置腐食等を引き起こさないという半導体の製膜装置などにおける優れたクリーニング性能を有するという効果を奏する。また、このクリーニングガスを使用したクリーニング方法は、同様に優れたクリーニング性能を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、詳細に本発明を説明する。
CHF
2COFは、洗浄剤、発泡剤等として使用されているHFE−254pc(CHF
2CF
2OMe)やHFE−374pc−f(CHF
2CF
2OEt)等のCHF
2CF
2OR(RはMe,Et,n−Pr,iso−Pr,n−Bu,sec−Bu,iso−Bu,tert−Bu等のアルキル基アルキル基)の1−アルコキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンを接触分解することによって容易かつ定量的に合成可能である。また、HFE−254pcやHFE−374pc−fは、工業的に大量生産されているテトラフルオロエチレンにメタノールやエタノールを付加することで合成できるので、非常に入手の容易な化合物である。
【0012】
CHF
2COFの沸点は0℃であるので、液体としても、気体としても取り扱える利便性の高いクリーングガスとなる。また、CHF
2COFは水と反応してジフルオロ酢酸(CHF
2COOH)とフッ化水素(HF)に分解するので、通常、水スクラバーで除害可能であり、アルカリ性水スクラバーを用いることも好ましい。万一除害工程をすり抜けて大気放出されても、大気中の雨や水蒸気と反応して、容易に分解されるので、地球温暖化への影響も極軽度である。
【0013】
既存のCF
3COFと本発明のCHF
2COFの性質で著しく異なる点として、ケテン構造の取りやすさが挙げられる。CHF
2COFは下記の反応式のように、CF
2=C=Oのケテン構造を取りうることが知られている。CF
3COFの場合、計算によるとケテン構造をとる反応は、165.9kcalの吸熱反応であり、反応を進めるためには、この自由エネルギーに加えてさらに活性化エネルギーが必要なので、現実的に起こる可能性は非常に低いと言える。
【0015】
実施例において示すように、CHF
2COFをクリーニングガスとして使用した場合、種々の条件においても、全くCF
4が検出されなかったことから見て、CF
3COFと全く異なるメカニズムでクリーニングが進んでいるものと推察される。
【0016】
また、CF
3COFの場合、例えばプラズマを用いたクリーニング工程において、一旦発生したCF
3活性種は、ある確率でF活性種との接触によって再結合してCF
4が副生する。それに対して、CHF
2COFの場合、CHF
2活性種とF活性種が接触しても分解が比較的容易なCHF
3の副生で済む。確率的には、CHF
3が更に分解して、CF
3活性種が発生して、それとF活性種との再結合によって、CF
4が副生するケースも考えられるが、その確率は、CF
3基の部分構造を有するCF
3COF等のクリーニングガスと比較して、著しく低いことは容易に推察できる。これらの理由によって、CHF
2COFは実質的にCF
4は副生しないと考えられ、実際、各実施例においてもCF
4の副生は認められなかった。
【0017】
本発明のクリーニングガスが対象とする堆積物は、化学的気相堆積法(CVD法)、有機金属気相成長法(MOCCD)、スパッタリング法、ゾルゲル法、蒸着法等の方法を用いて薄膜、厚膜、粉体、ウイスカ等を製造する際に、製造装置の内壁または冶具、配管等の付属装置に付随的に堆積した不要な堆積物である。本明細書において、別途定義を示さない限り、「堆積物」とはここで言う「不要な堆積物」をいう。
【0018】
本発明のクリーニングガスによってクリーニング可能な堆積物として、W、Ti、Mo、Re、Ge、P、Si、V、Nb、Ta、Se、Te、Mo、Re、Os、Ir、Sb、Ge、Au、Ag、As、Cr、Hf、Zr、Ni、Co及びその化合物が挙げられ、具体的には、SiO
2、WSix、TiN、Ta
2O
5、Si
3N
4、SiB等の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ素化物及びこれらの複合物が挙げられる。これらのうち、W、WSix、Ti、TiN、Ta
2O
5、Mo、Re、Ge、Si
3N
4、Si、SiO
2等が好適であり、特に、少なくともケイ素またはその化合物を含む堆積物であるケイ素含有堆積物が除去の対象物として好ましい。
【0019】
本発明のクリーニングガスは、除去すべき堆積物の種類および厚み並びに薄膜等を製造する装置に使用されている材料の種類を考慮して、添加物として、O
2、O
3、CO、CO
2、F
2、NF
3、Cl
2、Br
2、I
2、XF
n(式中、XはCl、IまたはBrを表し、nは1≦n≦5の整数を表す。具体的には、ClF、ClF
3、BrF、BrF
3、IF
5、IF
7を例示できる。)、CH
4、CH
3F、CH
2F
2、CHF
3、N
2、He、Ar、Ne、Krのいずれかを添加することができる。酸素の添加は、クリーニング速度向上に効果的である。具体的に、CHF
2COF:O
2(モル比)が10:1〜1:5が好ましく、さらに好ましくは5:1〜1:3である。また、酸素以外の添加剤をさらに添加した場合、この範囲を超えて添加することも可能である。その範囲は、CH
4などの含水素添加剤の添加量に依存するが、概ねCHF
2COF:O
2(モル比)が20:1から1:20が好ましい。また、O
2と前記炭素数1の化合物(CO、CO
2、CH
4、CH
3F、CH
2F
2、CHF
3)の組み合わせが好適であり、特にO
2とCOの添加が好ましい。COはケテン発生時等に副生するHFをHCOFの形でトラップし、それ自身がクリーニング剤として働くので効率的である。COの添加量は、CHF
2COF:CO(モル比)=10:1〜1:5、好ましくは5:1〜1:1である。N
2、He、Ne、Ar、Kr、Xe等の不活性ガスは希釈効果だけでなく、特にArはプラズマの安定に有効でありCHF
2COFとの相乗効果によってクリーニング速度が向上する。F
2、NF
3、Cl
2、Br
2、I
2、XF
n(X=Cl,I.Br,1≦n≦5)、CH
4、CH
3F、CH
2F
2、CHF
3の添加は除去対象堆積物の種類に応じたクリーンニング速度の制御に有効である。
【0020】
また、反応条件に関しては、被処理装置の材質を考慮して適宜選択され特に制限されることはないが、温度は、装置材質が石英の場合は800℃以下、一部または全体の材質としてセラミックス、アルミ等の金属が使用されている場合は500℃以下が好ましい。これらの温度以上では腐食が起こり好ましくない。次に、圧力については、500℃を超えると13.3kPa(100Tor)以下にすることが好ましく、6.6kPa(50Torr)以下がより好ましい。100Torrを超えると腐食が起こり好ましくない。
【0021】
本発明のクリーニングガスによるクリーニングは、熱分解法、光分解法、プラズマ法のいずれでも使用できるが、プラズマ法が好ましい。プラズマ法は、高周波またはマイクロ波を用いてチャンバー内で発生させてもよいが、チャンバー外で発生させてチャンバー内へ導入するリモートプラズマ法が好ましく採用される。本発明のクリーニング方法の被処理装置として、CVD法により、半導体デバイス、液晶デバイス、光デバイス、コーティング工具などの薄膜を形成する製膜装置やウイスカー、粉末などを製造する製造装置に適用できる。これらのうち、製膜装置への適用が特に好ましく、半導体デバイス、液晶デバイスなどのシリコン化合物を用いた製膜装置に使用するのがさらに好ましい。
【実施例】
【0022】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例1〜4、比較例1〜5
図1に実験に使用した装置の概略図を記した。高周波電源3(13.56MHz、50W)を用いて、ガス導入口から表1に示す流量で供給した試料ガス(ジフルオロ酢酸フルオライド(CHF
2COF)、酸素(O
2)、一酸化炭素(CO))を反応チャンバー1の上部に取り付けたサファイア管7内で励起して、生成した活性種をガス流によりチャンバー内に供給し、試料ホルダ11に固定した試料12(PをドープしたSi基板)のエッチングを行った。試料ガスは、CHF
2COF、CF
3COF、CF
4、C
2F
6は第一ガス導入口4から、O
2は第二ガス導入口5から、COは第三ガス導入口6からそれぞれマスフローコントローラー(図示せず。)を介して導入した。基盤(試料ホルダ11)温度25℃、圧力13.3Pa(0.1torr)に設定した。排ガスは、メカニカルブースターポンプの排気側で2リットル/分の窒素を加えて希釈し、FT−IRにてCF
4濃度を検量線法により定量した。実施例1〜4終了後に、装置内を点検したが、腐食等は認められなかった。CHF
2COFと比較のため既存のクリーニングガス(CF
3COF、CF
4、C
2F
6 )のエッチング速度も測定して比較例とした。それらの結果を表1に示した。なお、表中のNDは検出下限界以下を表す。エッチング速度はエッチング前後の膜厚をエッチング時間で除して求めた。
【0023】
【表1】
【産業上の利用可能性】
【0024】
CVD法などの薄膜製造装置の堆積物を除去するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【
図1】実施例、比較例で用いたリモートプラズマ装置の概略図である。
【符号の説明】
【0026】
1 チャンバー
2 アース
3 高周波電源
4 第一ガス導入口
5 第二ガス導入口
6 第三ガス導入口
7 サファイア管
8 誘導コイル
9 電子式圧力計
10 排気ガスライン
11 試料ホルダ
12 試料