JP2001023908A

JP2001023908A - 真空処理装置

Info

Publication number: JP2001023908A
Application number: JP19346599A
Authority: JP
Inventors: Koichi Okada; 光一岡田; Keita Onishi; 慶太大西; Keiichiro Ono; 桂一郎小野; Koichi Hayashi; 浩一林; Atsushi Hisamoto; 淳久本
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】真空処理装置におけるシール面に対する耐食
性の向上を図るとともに、シール面の加工工数を省略す
ることによってコストの低減を可能とする。【解決手段】少なくとも真空処理室および該室のゲー
トバルブをアルミまたはアルミ合金で構成するととも
に、その構成部材が衝合するシール面を含む部分に対し
てシュウ酸陽極酸化処理皮膜の膜厚を 5μm 以上形成せ
しめ、かつ、該陽極酸化処理皮膜の表面粗度（Ｒｙ）を
1.6μm 以下となるように調整せしめた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、液
晶等の製造プロセスにおけるＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、
あるいは、ドライエッチング装置等の真空処理装置に使
用されるアルミ（Ａｌ）またはＡｌ合金製の構成部材、
特に、構成部材が接合するシール面部分の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、あるいは、ド
ライエッチング装置等の真空処理装置における真空チャ
ンバ、ゲートバルブ等々の構成部材はＡｌまたはＡｌ合
金が使用されている。これらＡｌまたはＡｌ合金製の構
成部材に対しては、真空処理プロセスにおいて使用され
る反応ガス、エッチングガスのように塩素（Ｃｌ）やフ
ッ素（Ｆ）等のハロゲン元素を含む腐蝕性ガス、あるい
は、ドライエッチング装置におけるプラズマに対する耐
食性を確保するため陽極酸化処理が施され、この陽極酸
化処理によって、表面特性を改善し、耐食性と耐プラズ
マ性を付与することが行われている。（特開平 5−1145
82号公報、特公平 5−53870 号公報参照）

【０００３】例えば、図１に一例として示すドライエッ
チング装置に基づいて説明するに、半導体ウエハＷを処
理する処理室１の上部には、処理ガスを噴出する上部電
極２と、この上部電極２に対抗して半導体ウエハＷを載
置せしめるとともにプラズマを生成せしめるために高周
波電源（図示を省略した。）に接続された下部電極３と
が配置されている。この処理室１には、該室１内を数10
mTorr の真空度にまで排気するために排気管５を介して
真空ポンプ４が接続されている。処理室１には半導体ウ
エハＷを該室１内に搬出入するためのハンドリング室６
が連設されている。これら両室１，６は開口部７によっ
て連通されており、この開口部７は図示を省略したが適
宜の駆動機構に連結されたゲートバルブ８が紙面直交方
向に摺動自在に設けられ、両室１，６を遮断するように
なっている。ハンドリング室６の前記開口部７と対抗す
る位置には、半導体ウエハＷを該室６内に搬出入するた
めの出入口９が設けられ、ハンドリング室６内の気密を
維持するためのゲートバルブ８が前述と同様に設けられ
ている。なお、図示を省略したが、ハンドリング室６に
ついても処理室１と同様に該室６内を所用の真空度にま
で排気するために排気管を介して真空ポンプが接続され
ている。

【０００４】ところで、前述する真空処理装置におい
て、処理室１自体とハンドリング室６自体およびゲート
バルブ８は通常ＡｌまたはＡｌ合金で構成されており、
このＡｌまたはＡｌ合金製の構成部材については、プロ
セスガスとして使用されるハロゲン系ガスによる腐蝕か
ら保護するために陽極酸化処理が施されている。従来、
この陽極酸化処理としては、例えば、10％硫酸溶液を用
いる硫酸陽極酸化処理、所謂、硬質陽極酸化皮膜処理に
よる硫酸陽極酸化皮膜（硬質陽極酸化皮膜）を形成する
ことによって保護することが行われている。他方、Ａｌ
またはＡｌ合金製の構成部材が衝合する部分、所謂、シ
ール面、観察窓、配管類のフランジ面等々においては格
別の配慮がなされている。前述する各部材においても硬
質陽極酸化皮膜処理による硫酸陽極酸化皮膜を形成せし
めれば、その耐食性を付与せしめうるものであるが、硬
質陽極酸化皮膜形成時および処理装置の稼働でアルミ素
材と硬質陽極酸化皮膜の熱膨張差により、硬質陽極酸化
皮膜にミクロ的なクラックを生じ、長期間の稼働にとも
なって処理室１およびハンドリング室６の真空度を低下
させることが知られている。

【０００５】いま、ゲートバルブ８に例をとって説明す
ると、図２に示すように、処理室１の壁体1aの開口部７
にはゲートバルブ８が摺動自在に設けられるが、処理室
１およびハンドリング室６の真空度を維持し、かつ、処
理室１からハンドリング室６への腐食性のプロセスガス
の流入を防止するために両部材1a, ８間にシール部材10
が介装される。このシール部材10としてもプロセスガス
に対する耐食性を要求されるところから現在市販されて
いる耐食性を有するシール部材10は硬度が高いことか
ら、シール機能を発揮させるためにはゲートバルブ８に
よって処理室１の壁体1aに強固に押しつける必要があ
る。

【０００６】このとき、表面に硬質陽極酸化皮膜を有す
る場合においては、硬質陽極酸化皮膜形成時および処理
装置の稼働でアルミ素材と硬質陽極酸化皮膜の熱膨張差
により生じるミクロ的なクラック以外にも上述のような
過度の押圧力を付加することは、皮膜にミクロ的な亀裂
を生じさせる。すなわち、長期の稼働において処理室１
の壁体1aおよびゲートバルブ８に付与した硬質陽極酸化
皮膜に繰り返し応力が加わる結果となり、比較的に早期
の段階において硬質陽極酸化皮膜中にクラック（亀裂）
を生じ、ミクロ的なクラックからリークを招来すること
になる。このミクロ的リークを生じた場合においては、
処理室１およびハンドリング室６の真空度を低下させる
のみならず、不純ガス（特に、ハンドリング室に残存す
る大気ガス）が処理室１内に滲入し、処理室１内のガス
組成が乱れ、さらには、ウエハ処理が正常に行われ難く
なり、歩留まりの低下等の問題を引き起こすことにな
る。

【０００７】このため、従来においてはシール部材10の
当接面、いわゆる、シール面については、ＡｌまたはＡ
ｌ合金の素地面とすることによってシール部材10の密着
性を向上させることにより前述の問題を解決することが
行われているが、シール性は満足する反面、Ａｌまたは
Ａｌ合金の素地面が腐食性のプロセスガスあるいはプラ
ズマにより損傷を受けることになり、加えて、前述する
ＡｌまたはＡｌ合金の素地面を形成するためには、Ａｌ
またはＡｌ合金に対する陽極酸化処理時において、シー
ル部材の当接する位置に対して陽極酸化皮膜の形成を阻
止するためのマスキング施工が必要となり、あるいは、
陽極酸化処理後において当該部分を機械加工により削除
する等の製作工程が増え、コストアップの原因となって
いる。これと同様の現象がゲートバルブ８以外の観察
窓、配管類等のフランジ部におけるシール面についても
観察されるところである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたもので、真空処理装置におけるシール面
に対する耐食性の向上を図るとともに、シール面の加工
工数を省略することによってコストの低減を可能とする
真空処理装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するために、シール面の特性と陽極酸化皮膜との相
互の特性を種々検討を重ねてなされたもので、ＣＶＤ装
置、ＰＶＤ装置、あるいは、ドライエッチング装置等の
真空処理装置において、少なくとも真空処理室および該
室のゲートバルブをアルミまたはアルミ合金で構成する
とともに、その構成部材が衝合するシール面を含む部分
に対してシュウ酸陽極酸化処理皮膜を形成せしめ、該陽
極酸化処理皮膜の表面粗度（Ｒｙ）を 1.6μm 以下とな
るように調整せしめた点に存し、また、係る陽極酸化処
理皮膜を形成するに際し、該陽極酸化処理皮膜の膜厚を
5μm 以上付与せしめた点に存するものである。

【００１０】発明者等は、真空処理装置におけるシール
面として要求される耐食性および耐プラズマ性の観点か
ら、陽極酸化処理皮膜にミクロ的なクラックがなく、さ
らに、繰り返し応力が作用する過酷なシール面に対して
所用の強度を発揮しうる陽極酸化皮膜について検討し、
研究を重ねた結果、シュウ酸陽極酸化処理による皮膜が
最適であることを知見した。

【００１１】シュウ酸陽極酸化処理皮膜は、硫酸陽極酸
化処理皮膜と比較して、耐食性、ならびに、耐摩耗性に
優れた特性を発揮し、特に、シール面の様に繰り返しの
応力を受ける場合には前述の耐摩耗性が効果を発揮する
ことになる。

【００１２】シュウ酸陽極酸化処理としては、電解溶液
としてシュウ酸を単独で、あるいは、シュウ酸にリン
酸、クロム酸、硫酸等を混合したものを用いるが、何れ
においてもシュウ酸濃度として 2〜5 質量％の溶液を用
い、電流密度10〜150A／m²の電解電流にて処理を行うと
良い。この陽極酸化処理によって得られるシュウ酸陽極
酸化処理皮膜の、前述する耐食性および耐プラズマ性を
発揮せしめる膜厚としては、適用する部位に応じて決定
すればよく、例えば、観察窓、配管類等のフランジ部に
おけるシール面について適用する場合には少なくとも 5
μm の膜厚を付与すればよく、ゲートバルブの様に過酷
な使用条件にある場合には 5μm 以上の膜厚を、好まし
くは、20〜50μm 程度の膜厚を付与すれば十分に機能を
達する。シュウ酸陽極酸化処理皮膜の膜厚が 5μm 以下
であれば所期の耐食性および耐プラズマ性を得難く、ま
た、50μm を越えて膜厚を付与してもその効果に差異は
生じないもので、かえって、製造コストのアップにつな
がるばかりでなく、シュウ酸陽極酸化処理皮膜の表面粗
度を悪化することになり、シール性を損なう結果となる
ことから、シュウ酸陽極酸化処理皮膜の膜厚としてはそ
の上限は50μm 程度で十分である。

【００１３】さらに、重要なことは、シール面としての
シュウ酸陽極酸化処理皮膜における表面粗度がシール性
に及ぼすことが明らかとなった。シール性は、従来の技
術の項で説明したように、シール部材10と金属面との密
着性に依存すると考えられる。現在市販されているシー
ル部材10としては、耐食性を重視するために硬度が高く
なっているために、シール時における変形が小さいため
に隙間を生起すると考えられる。シール性を向上させる
ためには、シュウ酸陽極酸化皮膜の表面粗度を最適にし
シール部材10をシール面に密着させる必要がある。

【００１４】シュウ酸陽極酸化処理皮膜の表面粗度は、
ＡｌまたはＡｌ合金の素地面の表面粗度に一義的に依存
するものであり、従って、シュウ酸陽極酸化処理皮膜の
表面粗度はＡｌまたはＡｌ合金の素地面の表面粗度を適
切にコントロールすることによって達成しうる。本発明
者等の知見に基づけば、シュウ酸陽極酸化処理皮膜の表
面粗度（Ｒｙ）としては 1.6μm 以下であれば極めて良
好なシール性を発揮するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明を図１乃至２に示すゲート
バルブ８に適用した場合について説明をする。ゲートバ
ルブ８として、例えば JIS規格A6061 アルミニウム合金
材を用いる。陽極酸化処理に先立ってゲートバルブ８の
シール面8aにおける表面粗度（Ｒｙ）が 1.6μm 以下と
なるように加工条件が選定される。前述するように、シ
ュウ酸陽極酸化処理皮膜の表面粗度は、陽極酸化処理前
におけるＡｌまたはＡｌ合金素地の表面粗度に依拠する
ところから、陽極酸化処理の表面粗度に与える影響を調
べた。陽極酸化処理に際しては通常の手段に従って表面
の脱脂処理、水洗処理等を行い、同一の条件においてシ
ュウ酸陽極酸化処理を行った。

【００１６】シュウ酸陽極酸化処理の条件は、電解溶液
として 5質量％のシュウ酸濃度で、液温20℃、電流密度
を所期段階から連続的または断続的に10〜150A／m²で変
化させ、50μm の膜厚を付与した。この時の陽極酸化処
理前後における表面粗度の測定結果を表１に示す。表１
から明らかなように、シュウ酸陽極酸化処理後の表面粗
度は、シュウ酸陽極酸化処理前の表面粗度を 1.6μm 以
下に向上させても大きな向上にはつながらないため、酸
陽極酸化処理前の表面粗度は 1.6μm を達成すれば十分
である。

【００１７】

【表１】

【００１８】前述のシュウ酸陽極酸化処理を施してなる
ケース４に示される性状を有するゲートバルブ８を半導
体製造プロセスにおける実機の真空処理装置に取り付
け、処理室１の真空度を10^-4Torr、また、ハンドリング
室６の真空度を10^-1Torrとして差圧を付与し、この状態
におけるゲートバルブ８からのリーク量(mTorr／min)を
測定した。なお、比較のために、従来の硫酸陽極酸化処
理を施しその表面を研磨仕上げした膜厚＝50μm 、表面
粗度（Ｒｙ）＝ 0.6μm を有するゲートバルブ８のリー
ク量を比較測定した。図３にその結果を示す。

【００１９】図３より明らかなように、本発明のゲート
バルブ８（発明例）にあっては、使用時の初期段階の短
期間内において0.1mTorr／min 以下の僅かな漏れが認め
られたが、使用に伴ってシール部材10とシール面8aとが
馴染んだ以降においては漏れは零となり、長期間にわた
り良好なシール性を発揮することが確認された。他方、
従来技術（従来例）におけるゲートバルブ８にあって
は、使用時初期の時点から既に0.7mTorr／min の漏れが
認められ、使用に伴ってそのリーク量は増加の一途を示
している。リーク量が1.0mTorr／min を越えた時点から
処理室１およびハンドリング室６を所用の真空度までに
排気するのに時間を要することとなり、また、ハンドリ
ング室６からの漏れによって真空度の維持が困難となっ
た。

【００２０】試験後においてゲートバルブ８の陽極酸化
処理皮膜の表面を検査したところ、本発明におけるゲー
トバルブ８のシール面8aにはクラックの発生を認められ
なかったが、従来のものにあっては、シール面8aの全面
に亘ってクラックの発生が認められ、かかるクラックに
より漏れが発生したものと推測される。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、シール面からのリークの発生を皆無といい得るほど
改善し、また、長期間の使用に耐えうるシール面を提供
することが出来るものであり、またその加工に際して
も、マスキング等を考慮する必要がないことから製造コ
ストの上昇も押さえることが出来る等優れた効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する真空処理装置の概略断面図で
ある。

【図２】シール部分の構成を説明する部分断面図であ
る。

【図３】シール性の試験結果を示すグラフ図であって、
横軸は時間を、縦軸はリーク量(mTorr/min）を示す。

【符号の説明】

１：処理室２：上部電極
３：下部電極４：真空ポンプ５：排気管
６：ハンドリング室７：開口部８：ゲートバルブ 8
a：シール面９：出入口 10：シール部材
Ｗ：半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｆ１６Ｋ 51/02 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ５Ｆ０４５ (72)発明者大西慶太兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者小野桂一郎兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者林浩一兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者久本淳兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 3H066 AA03 AA07 BA18 BA19 4K029 BD01 DA01 DA02 4K030 EA03 EA11 KA10 KA28 4K057 DA19 DA20 DD01 DM01 DM40 5F004 AA16 BA04 BB13 BB18 BB29 BB32 BC06 BC08 5F045 BB08 EB03 EB09 EB10 EC05 EH01 EH14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、あるいは、ド
ライエッチング装等の真空処理装置において、少なくと
も真空処理室および該室のゲートバルブをアルミまたは
アルミ合金で構成するとともに、その構成部材が衝合す
るシール面を含む部分に対してシュウ酸陽極酸化処理皮
膜の膜厚を 5μm 以上形成せしめ、かつ、該陽極酸化処
理皮膜の表面粗度（Ｒｙ）を 1.6μm 以下となるように
調整せしめたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】請求項１記載の真空処理装置において、
シュウ酸陽極酸化処理皮膜の膜厚を20〜50μm としたこ
とを特徴とする真空処理装置。