DE4415927A1 - Oberflächenbehandlung von Bestandteilen aus rostfreiem Stahl für Halbleiter-Herstellungsgeräte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Bestandteils aus rostfreiem Stahl für Halbleiter-Herstellungsgeräte und insbesondere auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, um auf der Oberfläche von rostfreiem Stahl einen Film zu bilden, der eine herausragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber hoch­ korrosiven Halogengasen wie HCl, Cl₂ und HF zeigt.

Die Halbleiterherstellungs-Technologie hat kürzlich ein Ni­ veau erreicht, bei dem die hohe Integration der Elemente erfordert, daß Verbindungsleitungen in einer Genauigkeit mit der Größenordnung von Submikron auseinanderliegen. Sol­ che hoch-integrierten Elemente sind verletzbar gegenüber fremden Substanzen, egal wie klein sie sind. Selbst ein winziges Teilchen oder Bakterien wird einen Kurzschluß ver­ ursachen, der zu Fehlern führt. Aus diesem Grund sind für die Herstellung von Halbleitern extrem reines Wasser und extrem reine Gase erforderlich. Um die hohe Reinheit von Gasen sicherzustellen, ist es notwendig, ihre Verunreini­ gung mit Verunreinigungs-Gasen (wie Feuchtigkeits-Dampf) und feinen Teilchen, die von der Oberfläche des Rohrnetzes und der Reaktionskammer herkommen, zu minimieren.

Das Gas-Rohrnetz für Halbleiter-Herstellungsgeräte ist her­ kömmlich aus austenitischem rostfreiem Stahl (wie Typ 304L und Typ 316L) aufgrund seiner guten Verschweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit hergestellt. Gewöhnlich wird seine Oberfläche durch elektrolytisches Polieren geglättet, um die Adsorptionsfläche zu reduzieren und dadurch Adsorption und Desorption von Verunreinigungsgasen zu verringern. Für diesen Zweck sind weitere Technologien vorgeschlagen wor­ den. Zum Beispiel wird in der Japanischen Offenlegungs­ schrift Nr. 87760/1989 ein Bestandteil beschrieben, der entworfen wurde, um die Menge der von der Oberfläche frei­ gesetzten Gase durch einen amorphen Oxidfilm, der durch Er­ hitzen in einer oxidierenden Gasatmosphäre nach dem elek­ trolytischen Polieren gebildet wird, zu reduzieren. In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 161145/1988 wird ein rostfreies Stahlrohr beschrieben, in dem die Menge nichtme­ tallischer Einschlüsse, die Feinteilchen abgeben und die Adsorption und Desorption von Verunreinigungen zulassen, extrem reduziert ist. In der Japanischen Offenlegungs­ schrift Nr. 5952 4/1993 wird ein rostfreier Stahl-Bestand­ teil beschrieben, dessen Oberflächenschicht mit einem Oxid­ film (20 bis 150 Å dick), der hauptsächlich aus Cr₂O₃ zu­ sammengesetzt ist, überzogen ist, der weniger Zeit für die Wärmebehandlung benötigt.

Die vorstehend erwähnten rostfreien Stahl-Bestandteile sind zufriedenstellend, wenn sie als Rohrnetz für nichtkorrosive Gase wie Sauerstoff und Stickstoff verwendet werden. Jedoch wird ihre Oberfläche Korrosion durch hoch korrosive Halogengase wie HCl, Cl₂ und HF unterworfen, egal, ob sie hauptsächlich aus Fe₂O₃ (welches eine schlechte Korrosions­ beständigkeit hat) oder Cr₂O₃ (welches eine bessere Korro­ sionsbeständigkeit hat) zusammengesetzt ist, da sie so dünn wie 150 Å oder niedriger ist. Korrosionsprodukte adsorbie­ ren und desorbieren Gase, wobei sie die Reinheit des Be­ triebsgases erniedrigen. Zusätzlich sind Korrosionsprodukte (wie Metallchlorid) in der Form von feinen Teilchen auch eine Quelle der Verunreinigung.

Als Folge ist in der Halbleiterindustrie, in der eine wach­ sende Tendenz zu einem hohen Integrationsgrad besteht, eine steigende Nachfrage für ein Material aufgetreten, das eine herausragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Halogenga­ sen hat. Ein Beispiel für solche Materialien ist hochle­ giertes Ni (Hastelloy), das eine bessere Korrosionsbestän­ digkeit hat als Typ 304L und Typ 316L. Es ist jedoch sehr teuer und doch nicht vollständig korrosionsbeständig.

Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich des Vorstehen­ den vervollständigt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung zur Verbesse­ rung der Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl ge­ genüber Halogengasen bereitzustellen.

Die vorliegende Erfindung wird in einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung ausgeführt, das mechanisches Polieren der Oberfläche eines rostfreien Stahl-Bestandteils mit Schleifkörnern mit Teilchendurchmessern von 1 bis 10 µm in solch einem Maße umfaßt, daß die Oberfläche eine durch Ar­ beit beanspruchte, in der Oberfläche gebildete Schicht hat, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Röntgenstrahl-Beugung an der (111)-Ebene des austenitischen Eisen die Beugungs­ strahlen ergibt, deren Halbwertsbreite (2R) größer als 0,5° ist, und darauffolgendes Ausführen von Wärmebehandlung in einer Atmosphäre umfaßt, in der der Sauerstoff-Partialdruck niedrig ist, wodurch ein Oxidfilm gebildet wird, der hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt ist, der eine Dicke größer als 200 Å und eine Oberflächenrauhheit R_max kleiner als 1 µm hat.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Halbwertsbreite des Spektrums des austenitischen Eisens (nach Polieren der Oberfläche) sich zu dem Cr/(Cr+Fe)-Atom­ verhältnis in dem durch Oxidation gebildeten Oxidfilm und zur Dicke des Oxidfilms verhält.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die die Oberflä­ chenschichtstruktur des Oberflächen-behandelten Bestand­ teils, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, zeigt.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Erhitzungstemperatur bei der Oxidation (nach mechanischem Polieren) und dem Cr/(Cr+Fe)-Atomverhältnis in dem Oxidfilm zeigt.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Teilchendurchmesser der für das mechanische Polieren verwendeten Schleifkörner und der Dicke des durch die darauffolgende Oxidation durch Erhitzen gebildeten Oxidfilms zeigt.

Das wesentliche der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, daß, wenn austenitischer rostfreier Stahl eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber korrosiven Gasen wie Halogengasen haben soll, es notwendig ist, daß die Oberfläche des rostfreien Stahls einen Oxidfilm mit ei­ ner gewissen Dicke hat, der hauptsächlich aus Chromoxid zu­ sammengesetzt ist. Es wurde gefunden, daß, wenn solch ein Oxidfilm bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur in­ nerhalb einer vergleichsweisen kurzen Zeit in einer Atmo­ sphäre, in der der Sauerstoff-Partialdruck niedrig ist, zu bilden ist, es wesentlich ist, daß vor der Oxidation die Oberfläche des rostfreien Stahls mit Schleifkörnern in solch einem Maße mechanisch poliert wird, daß die Oberflä­ che eine durch Arbeit beanspruchte, in der Oberfläche ge­ bildete Schicht hat, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Röntgenstrahl-Beugung an der (111)-Ebene des austeniti­ schen Eisens Beugungsstrahlen ergibt, deren Halbwertsbreite (2R) größer als 0,5° ist. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis.

Die Anmelder der vorliegenden Erfindung erforschten die Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl in Chlorgas durch Verwendung einer Probe, die durch Polieren der Ober­ fläche von rostfreiem Stahl auf verschiedene Weisen und Er­ hitzen des rostfreien Stahls auf 400 bis 900°C in einer At­ mosphäre, in der der Sauerstoff-Partialdruck 760 bis 10^-6 Torr ist, wodurch ein Oxidfilm gebildet wird, hergestellt wurde. Als Ergebnis wurde gefunden, daß, wenn das Polieren der Oberfläche, das der Oxidation vorangeht, in solch einem Maße ausgeführt wird, daß die Oberfläche eine durch Arbeit beanspruchte, in der Oberfläche gebildete Schicht hat, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Röntgenstrahl-Beugung an der (111)-Ebene des austenitischen Eisens Beugungsstrahlen ergibt, deren Halbwertsbreite (2R) größer als 0,5° ist, daß dann der rostfreie Stahl mit einem hoch korrosionsbeständigen Film überzogen ist, der hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt ist, wenn er in einer Atmosphäre erhitzt wird, in der der Sauerstoff- Partialdruck 10⁰ bis 10^-3 Torr beträgt.

In Fig. 1 ist graphisch gezeigt, wie die Halbwertsbreite (nach dem Polieren der Oberfläche) sich zu dem Cr/(Cr+Fe)- Atomverhältnis in dem durch Oxidation gebildeten Oxidfilm und zur Dicke des Oxidfilms verhält. Es wird bemerkt, daß es nur möglich ist, einen dicken Cr-reichen Oxidfilm mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit zu bilden, wenn die Halbwertsbreite größer als 0,5 ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte die durch Arbeit beanspruchte Schicht, die die Anforderung für die Halb­ wertsbreite, wie vorstehend erwähnt, erfüllt, durch mecha­ nisches Polieren der Oberfläche von rostfreiem Stahl mit Schleifkörnern mit Teilchendurchmessern von 1 bis 10 µm ge­ bildet werden. Solches mechanisches Polieren erzeugt eine extrem feine kristalline Struktur in der Oberflächen­ schicht, was die Diffusion von Chrom-Atomen zu der Oberflä­ che während des darauffolgenden Oxidationsschritts be­ schleunigt, wodurch ein Oxidfilm, der hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt ist, gebildet wird. Wenn das vor­ stehend erwähnte Polieren der Oberfläche durch Ätzen bzw. Beizen, elektrolytisches Polieren oder chemisches Polieren ersetzt wird, was keine durch Arbeit beanspruchte Schicht auf der Oberfläche bildet, wird der hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzte Oxidfilm in dem darauffolgenden Oxidationsschritt nicht gebildet. Daher ist es unmöglich, die gemäß der vorliegenden Erfindung beabsichtigte heraus­ ragende Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Natürlich ist es möglich, die durch Arbeit beanspruchte Schicht auf der Oberfläche durch mechanisches Polieren nach Ätzen bzw. Bei­ zen, elektrolytischem Polieren oder chemischem Polieren zu bilden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte das mechanische Po­ lieren unter Verwendung von Schleifkörnern mit Teilchen­ durchmessern von 1 bis 10 µm durchgeführt werden. Mechani­ sches Polieren, mit Schleifkörnern mit Teilchendurchmessern kleiner als 1 µm bildet bloß eine Schicht aus extrem feinen Kristallen, die zu dünn ist, um die Diffusion von Chrom- Atomen zu beschleunigen. Dies führt zu einem sehr dünnen Oxidfilm (hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt), der auf der Oberfläche des rostfreien Stahls nach der Wärmebehandlung gebildet wird. So wird der rostfreie Stahl in Halogengasen Lochfraßkorrosion unterworfen. Daher sollten die Schleifkörner Teilchendurchmesser größer als 1 µm, vorzugsweise größer als 4 µm haben. Je gröber die verwendeten Schleifkörner sind, umso dicker ist die sich ergebende Schicht aus extrem feinen Kristallen, und eine dicke Schicht beschleunigt die Diffusion von Chrom-Atomen mehr. Die durch Verwendung von Schleifkörnern mit Teilchendurchmessern bis zu 10 µm gebildete Schicht stellt eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit bereit. Übermäßig grobe Schleifkörner ergeben eine rauhe Oberfläche, deren Eigenschaften der Freisetzung von Gas, die für die Gas- Rohrnetze von Halbleiter-Herstellungsgeräten erforderlich ist, schlecht sind. Daher sollten die Schleifkörner Teilchendurchmesser von nicht mehr als 10 µm, vorzugsweise nicht mehr als 8 µm haben.

Fig. 2 zeigt schematisch die Oberflächenschichtstruktur des Oberflächen-behandelten Bestandteils, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Es werden ein Substratmetall (rostfreier Stahl) (1), eine Schicht aus extrem feinen Kristallen (2) und eine Oxid­ schicht (3), die hauptsächlich aus durch den Oxidations­ schritt gebildetem Chromoxid zusammengesetzt ist, gezeigt. Vermutlich ist diese Schichtstruktur für die herausragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber hoch korrosiven Halogen­ gasen verantwortlich.

Die Schleifkörner sind nicht speziell in irgendeiner Weise beschränkt. Jedes, das für Schleifen mit Genauigkeit ver­ wendet wird, kann verwendet werden. Übliche Beispiele sind Diamantkörner, Al₂O₃-Körner und SiC-Körner.

Durch das vorstehend erwähnte mechanische Polieren mit Schleifkörnern mit einem speziellen Teilchendurchmesser wird auf der Oberfläche des rostfreien Stahls eine durch Arbeit beanspruchte Schicht gebildet, die durch eine Halb­ wertsbreite (2R) größer als 0,5° gekennzeichnet ist. Durch die darauffolgende Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, in der der Sauerstoff-Partialdruck niedrig ist, wird ein Oxid­ film bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur von un­ gefähr 500 bis 700°C gebildet. Der Oxidfilm ist hauptsäch­ lich aus Chromoxid zusammengesetzt. Er entfaltet eine her­ ausragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Chlorgas usw. (Dieser Oxidfilm enthält Chrom in solch einer Menge, daß Chrom mehr als 80 Atom-% des Metallelements in dem Oxidfilm ausmacht, da während der Oxidation Chrom-Atome zu der Ober­ fläche diffundieren.) Der wahrscheinliche Grund hierfür ist, daß durch das mechanische Polieren auf der Oberfläche des rostfreien Stahls ein durch Arbeit beanspruchter Film gebildet wird, der die Diffusion von Chrom-Atomen beschleu­ nigt, und durch die Oberflächenschicht aus extrem feinen Kristallen (sogenannte Beilby-Schicht) wird auch die Diffu­ sion der Chrom-Atome beschleunigt, was hauptsächlich inter­ kristalline Diffusion bei niedrigen Temperaturen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist erforderlich, daß der Oxidfilm, der hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt ist, dicker als 200 Å, vorzugsweise dicker als 300 Å ist; sonst wird er aufgrund von nadelfeinen Löchern oder anderen Defekten keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit zeigen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch erforderlich, daß der Oxidfilm eine Oberflächenrauhheit R_max niedriger als 1 µm hat; sonst werden seine Eigenschaften bezüglich Freisetzung von Feuchtigkeitsdampf oder anderen Gasen, die für ein Halbleiter-Herstellungsgerät erforderlich sind, schlecht sein. Diese Erfordernis wird leicht erfüllt, indem vor der Oxidation das mechanische Polieren mit Schleifkörnern mit Teilchendurchmessern kleiner als 10 µm durchgeführt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist erforderlich, daß der Oxidfilm eine Dicke größer als 200 Å hat und hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt ist (so daß Chrom mehr als 80 Atom-% der Metallelemente in dem Oxidfilm ausmacht). Diese Erfordernis wird durch die vorstehend erwähnte Bedingung erfüllt, daß "die Halbwertsbreite (2R) größer als 0,5°" ist. Solange diese Anforderung erfüllt ist, gibt es keine Einschränkungen bezüglich der Bedingungen, unter denen die Oxidation durchgeführt wird. Damit der Cr-reiche Oxidfilm effizient gebildet wird, sollte die Oxidation 0,5 bis 10 Stunden lang bei ungefähr 500 bis 700°C in einer Atmosphäre, in der der Druck ungefähr 10⁰ bis 10^-4 Torr be­ trägt, durchgeführt werden.

Wenn der Druck niedriger als ungefähr 10^-4 Torr ist, dann wird der Oxidfilm nicht leicht bei 400 bis 900°C gebildet, und es beansprucht eine sehr lange Zeit, bis ein Oxidfilm dicker als 200 Å gebildet ist. Im Gegensatz wird, wenn der Druck höher als ungefähr 10⁰ Torr ist, der Oxidfilm schnell gebildet werden, aber es ist ein Fe-reicher Film. Mit ande­ ren Worten ist es unter solchen Bedingungen schwierig, den Cr-reichen korrosionsbeständigen Film, wie er gemäß der vorliegenden Erfindung beabsichtigt ist, zu erhalten.

Wenn die Heiztemperatur niedriger als ungefähr 500°C ist, dann ist eine lange Zeit erforderlich, bis der Oxidfilm in einer Atmosphäre, in der der Sauerstoff-Partialdruck nied­ rig ist, gewachsen ist. Andererseits wächst, wenn die Heiz­ temperatur höher als ungefähr 700°C ist, der Oxidfilm schnell, aber er hat aufgrund der groben Struktur nadel­ feine Löcher, die die Korrosionsbeständigkeit beeinträchti­ gen. Erhitzen sollte mehr als 30 Minuten lang unter den vorstehend erwähnten Bedingungen unter Bildung eines dich­ ten Oxidfilms mit einer angemessenen Dicke fortgesetzt wer­ den. Jedoch ist mehr als 10 Stunden Erhitzen für eine effi­ ziente Betriebsweise nicht praktisch. Es wird aus dem Vor­ stehenden geschlossen, daß die Oxidation 1 bis 3 Stunden lang bei 500 bis 600°C in einer Atmosphäre, in der der Druck 10^-2 bis 10^-3 Torr beträgt, ausgeführt werden sollte.

Fig. 3 zeigt, wie der Maximalwert des Cr/(Cr+Fe)-Atomver­ hältnisses in dem Oxidfilm variiert, wenn die Oxidation bei unterschiedlichen Temperaturen auf einem rostfreien Stahl­ bestandteil, der mechanischem Polieren mit Diamant-Schleif­ körnern, die feiner als 1 µm sind, unterzogen worden ist, durchgeführt wird. Übrigens wird die Oxidation in einem Va­ kuum durchgeführt, in dem der Druck 10^-2 Torr beträgt. Es ist aus Fig. 3 deutlich, daß der Cr-Gehalt in dem Oxidfilm stark schwankt, wenn die Heiztemperatur ansteigt. Es wird bemerkt, daß Oxidation bei höheren Temperaturen als unge­ fähr 500°C Oxidfilme ergibt, in denen Chrom mehr als 80% der Metallelemente ausmacht. Jedoch flacht der Chromgehalt bei Heiztemperaturen jenseits von ungefähr 700°C ab. Bei übermäßig hohen Heiztemperaturen bildet sich der Oxidfilm so schnell, daß er nadelfeine Löcher enthält, die die Kor­ rosionsbeständigkeit beeinträchtigen.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke des Oxid­ films (bezüglich SiO₂) und dem nominalen Teilchendurchmes­ ser der verwendeten Diamant-Schleifkörner. Der Oxidfilm wurde durch zweistündiges Erhitzen auf 500°C in einer Atmo­ sphäre, in der der Druck 10^-3 Torr beträgt, nach mechani­ schem Polieren mit Diamant-Schleifkörnern gebildet. Es wird aus Fig. 4 bemerkt, daß die Dicke des Oxidfilms mit wach­ sendem Teilchendurchmesser der Diamant-Schleifkörner steigt. Es wird so bemerkt, daß es möglich ist, Oxidfilme dicker als 200 Å zu bilden, indem man Schleifkörner gröber als 1 µm verwendet. Jedoch verursachen Schleifkörner gröber als 10 µm einen Oxidfilm mit einer Oberflächenrauhheit R_max, die 1 µm übersteigt. Solch ein Oxidfilm wird Adsorp­ tion und Desorption von Feuchtigkeitsdampf und weiteren Ga­ sen unterzogen, was für den Zweck der vorliegenden Erfin­ dung ungeeignet ist.

Die folgenden Beispiele sind nur zur Unterstützung des Ver­ ständnisses der Erfindung enthalten, und Abweichungen kön­ nen vom Fachmann gemacht werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Polieren der Oberfläche und Oxidation durch Erhitzen wurden unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen auf einem 316L-Blech vom kommerziellen Typ (blank geglüht: 17,3% Cr, 12,1% Ni, 2,1% Mo) durchgeführt. Mechanisches Polieren wurde durch das nasse mechanische Verfahren unter Verwen­ dung von wasserfestem SiC-Schleifpapier, Aluminiumoxid- Schleifkörnern oder Diamant-Schleifkörnern durchgeführt. Elektrolytisches Polieren wurde mit einer vermischten Lö­ sung aus Phosphorsäure, Schwefelsäure und Oxalsäure durch­ geführt. Die Halbwertsbreite (2R) bei Dünnfilm-Röntgenbeu­ gung (mit einem Einfallswinkel von 1°) an der (111)-Ebene von austenitischem Eisen an der durch Polieren gebildeten Oberflächenschicht wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Darauffolgend wurde die Probe in einer Atmosphäre, in der der Sauerstoff-Partialdruck so niedrig ist, daß sich ein Oxidfilm auf der polierten Oberfläche bildet, erhitzt. Diese Oxidation durch Erhitzen wurde unter Verwendung eines Vakuum-Heizofens für rostfreien Stahl durchgeführt, wobei die Atmosphäre in dem Vakuum-Heizofen mit Hilfe eines Mischgases aus Sauerstoff und Stickstoff und einer Vakuum­ pumpe so gesteuert wurde, daß sich ein gewünschter Sauer­ stoff-Partialdruck einstellte. Die Filmdicke, Oberflächen­ rauhheit und das Cr/(Cr+Fe)-Atomverhältnis des so erhalte­ nen Oxidfilms wurden untersucht. Die Korrosionsbeständig­ keit des Oxidfilms wurde auch unter den folgenden Bedingun­ gen untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Verfahren zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit

Die oxidierte Probe wurde 4 Stunden lang einer 5% Cl₂-At­ mosphäre bei 250°C ausgesetzt. Die Korrosionsbeständigkeit wurde bewertet, indem die Tiefe (Å) des angreifenden Chlors mit Hilfe von Auger-Elektronenspektroskopie gemessen wurde.

Das Folgende wird aus Tabelle 1 bemerkt.

Nr. 1 bis 5. Diese Experimente erfüllen die Anforderung der vorliegenden Erfindung. In diesen Experimenten führt das mechanische Polieren zu einer Halbwertsbreite (2R) größer als 0,5°. Der Oxidfilm ist reich an Chrom, hat eine ange­ messene Dicke und entfaltet herausragende Korrosionsbestän­ digkeit. Zusätzlich hat der Oxidfilm eine Oberflächenrauh­ heit (R_max) niedriger als 1 µm. Er adsorbiert und desor­ biert kaum Feuchtigkeitsdampf und Gase. Diese Eigenschaften machen die Probe geeignet für die Verwendung als Bestand­ teil von Halbleiter-Herstellungsgeräten.

Im Gegensatz bringen die Vergleichsproben der Experimente Nr. 6 bis 12, die die Erfordernisse der vorliegenden Erfin­ dung nicht erfüllen, Probleme mit Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenrauhheit mit sich.

Nr. 6. Mechanisches Polieren mit übermäßig feinen Schleif­ körnern führte zu einer polierten Oberfläche, bei der das Spektrum des austenitischen Eisens eine Halbwertsbreite niedriger als 0,5° hat. Aufgrund der unzureichenden Bean­ spruchung durch Arbeit, ist der Oxidfilm nicht dick genug, um eine zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit bereit­ zustellen.

Nr. 7. Die polierte Oberfläche, die eine Halbwertsbreite niedriger als 0,5° ergab, wurde unter Bildung eines Oxid­ films in einer Atmosphäre mit hohem Sauerstoff-Partialdruck erhitzt. Der sich ergebende Oxidfilm enthält nicht genügend Chrom, das für eine gute Korrosionsbeständigkeit erforder­ lich ist.

Nr. 8. Mechanisches Polieren wurde so ausgeführt, daß die sich ergebende Oberfläche eine Halbwertsbreite größer als 0,5° hat. Jedoch wurde die darauffolgende Oxidation in ei­ ner Atmosphäre mit hohem Sauerstoff-Partialdruck durchge­ führt, so daß der sich ergebende Oxidfilm nicht genügend Chrom enthält, das für eine gute Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.

Nr. 9. Mechanisches Polieren wurde unter Verwendung von groben Schleifkörnern mit einem durchschnittlichen Teil­ chendurchmesser größer als 10 µm durchgeführt. Oxidation wurde unter angemessenen Bedingungen durchgeführt, und der sich ergebende Oxidfilm hat eine angemessene Dicke für hohe Korrosionsbeständigkeit. Der Oxidfilm hat jedoch eine solch hohe Oberflächenrauhheit, daß er Gasadsorption und -desorp­ tion unterworfen wird. Daher ist er nicht geeignet für die Verwendung als Bestandteil von Halbleiter-Herstellungsgerä­ ten.

Nr. 11 und 12. Der Oxidfilm wurde ohne mechanisches Polie­ ren oder nach elektrolytischem Polieren gebildet. Da die Oberflächenschicht eine niedrige Halbwertsbreite (2R) hat, und ihr keine Beanspruchung durch Arbeit zugeführt wird, war es schwierig, den Oxidfilm zu bilden. Zusätzlich ent­ hält das sich ergebende Oxid nicht ausreichend Chrom, das für eine gute Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. Die Probe in Nr. 12 ist für Halbleiter-Herstellungsgeräte auf­ grund ihrer hohen Oberflächenrauhheit nicht geeignet.

Wie vorstehend erwähnt, besteht das Verfahren der vorlie­ genden Erfindung aus mechanischem Polieren der Oberfläche von rostfreiem Stahl mit Schleifkörnern mit einem speziel­ len Teilchendurchmesser, wodurch der Oberfläche Beanspru­ chung durch Arbeit zugeführt wird, und darauffolgendem Er­ hitzen des rostfreiem Stahls in einer Atmosphäre, in der der Sauerstoff-Partialdruck niedrig ist, wodurch sich auf der Oberfläche des rostfreien Stahls ein Oxidfilm bildet, der hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt ist. Die Oberflächenbehandlung in dieser Weise stellt eine herausra­ gende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Halogengasen bereit und erniedrigt die Adsorption und Desorption von Feuchtig­ keitsdampf und Gasen. So ist der oberflächenbehandelte rostfreie Stahl für die Verwendung als Bestandteil von Halbleiter-Herstellungsgeräten geeignet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung zur Verfügung gestellt, das mechani­ sches Polieren der Oberfläche eines Bestandteils aus rost­ freiem Stahl mit Schleifkörnern mit Teilchendurchmessern von 1 bis 10 µm in, solch einem Maße umfaßt, daß die Ober­ fläche eine durch Arbeit beanspruchte, in der Oberfläche gebildete Schicht hat, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Röntgenstrahl-Beugung an der (111)-Ebene des austeniti­ schen Eisens Beugungsstrahlen ergibt, deren Halbwertsbreite (2R) größer als 0,5° ist, und darauffolgendes Durchführen von Wärmebehandlung in einer Atmosphäre umfaßt, in der der Sauerstoff-Partialdruck niedrig ist, wodurch ein Oxidfilm gebildet wird, der hauptsächlich aus Chromoxid zusammenge­ setzt ist, der eine Dicke größer als 200 Å und eine Ober­ flächenrauhheit R_max kleiner als 1 µm hat.

Der oberflächenbehandelte rostfreie Stahl entfaltet eine herausragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Halogenga­ sen wie Cl₂, HCl und F₂. Er hat solch eine glatte Oberflä­ che, daß er kaum Feuchtigkeitsdampf und Gase adsorbiert. Daher ist er für die Verwendung als Bestandteil von Halb­ leiter-Herstellungsgeräten geeignet.

Claims (9)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von rostfreiem Stahl für Halbleiter-Herstellungsgeräte, wobei das Verfahren me­ chanisches Polieren der Oberfläche eines Bestandteils aus rostfreiem Stahl mit Schleifkörnern mit Teilchendurchmes­ sern von 1 bis 10 µm in solch einem Maße umfaßt, daß die Oberfläche eine durch Arbeit beanspruchte, in der Oberflä­ che gebildete Schicht hat, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Röntgenstrahl-Beugung an der (111)-Ebene des auste­ nitischen Eisens Beugungsstrahlen ergibt, deren Halbwerts­ breite (2R) größer als 0,5° ist, und darauffolgendes Durch­ führen einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, in der der Sauerstoff-Partialdruck niedrig ist, umfaßt, wodurch ein Oxidfilm gebildet wird, der hauptsächlich aus Chromoxid zusammengesetzt ist, der eine Dicke größer als 200 Å und eine Oberflächenrauhheit R_max kleiner als 1 µm hat.

2. Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach Anspruch 1, wo­ bei die Teilchendurchmesser der Schleifkörner 4 bis 8 µm sind.

3. Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, wobei die Schleifkörner solche sind, die aus der Gruppe bestehend aus Diamantkörnern, Al₂O₃-Körnern und SiC-Körnern ausgewählt sind.

4. Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach Anspruch 1, wo­ bei die Wärmebehandlung zur Oxidation unter der Bedingung ausgeführt wird, daß der Druck 100 bis 10^-4 Torr beträgt, die Heiztemperatur 500 bis 700°C beträgt, und die Heizzeit 0,5 bis 10 Stunden beträgt.

5. Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach Anspruch 4, wo­ bei die Wärmebehandlung für die Oxidation unter der Bedin­ gung durchgeführt wird, daß der Druck 10^-2 bis 10^-3 Torr beträgt, die Heiztemperatur 500 bis 600°C beträgt, und die Heizzeit 1 bis 3 Stunden beträgt.

6. Verfahren zur Oberflächenbehandung nach Anspruch 1, wo­ bei der Oxidfilm aus Chromoxid so zusammengesetzt ist, daß Chrom-Atome mehr als 80 Atom-% der in dem Oxidfilm enthaltenen Metallelemente ausmachen.

7. Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach Anspruch 1, wo­ bei der Oxidfilm eine Dicke größer als 300 Å hat.

8. Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach Anspruch 1, wo­ bei der rostfreie Stahl vom Typ 304L oder vom Typ 316L ist.

9. Verfahren zur Oberflächenbehandlung nach Anspruch 1, wo­ bei der Oxidfilm einer ist, der herausragende Korrosionsbe­ ständigkeit gegenüber Halogengasen zeigt.