JP2004211128A - 半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アルミニウム材の表面に酸化皮膜を有した半導体製造装置用アルミニウム製部品を再生した場合、再生して得たアルミニウム製部品が耐電圧の低下や絶縁抵抗性の低下等を引き起こすことがなく、半導体製造装置で使用しても、発塵源となることもなく、また、再生処理に伴う法減少量を最小限にすることで、アルミニウム製部品を再生する回数を増加させてアルミニウム製部品を無駄なく効率的に再利用することができる半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム製部品表面の酸化皮膜の除去を行う皮膜除去工程と、皮膜除去工程により得られたアルミニウム製部品を研磨する研摩工程と、研摩工程により得られたアルミニウム製部品に酸化皮膜を形成する皮膜再生工程とを含む半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法である。
【選択図】 なし
【解決手段】アルミニウム製部品表面の酸化皮膜の除去を行う皮膜除去工程と、皮膜除去工程により得られたアルミニウム製部品を研磨する研摩工程と、研摩工程により得られたアルミニウム製部品に酸化皮膜を形成する皮膜再生工程とを含む半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法である。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置に使用される種々のアルミニウム製部品であって、このアルミニウム製部品の表面の酸化皮膜が経時的に消耗する半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】軽金属製品協会編集・発行，「アルミニウム表面処理の理論と実務」，第３版，１９９４年７月２５日改訂第３版発行，ｐ.１９９−２００
【０００３】
半導体製造現場で使用される種々の半導体製造装置においては、その半導体製造装置を構成する構成部品として、数多くのアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材を用いたアルミニウム製部品が使用されている。なかでも、プラズマ環境下でウエハ加工を行うエッチング装置や成膜装置では、チャンバー内で使用される金属製部品の大部分がアルミニウム製部品である。これは、アルミニウムは比重が小さく軽量であるわりに、機械的強度が強く、加工性や成形性にも優れているといった特徴を有することに起因する。
【０００４】
また、このような半導体装置の一部に使用されるアルミニウム製部品は、半導体製造時におけるプラズマ照射等から保護する目的や、あるいは電気的絶縁性を付与する目的からその表面に酸化皮膜を有することが一般的である。このようにアルミニウム材の表面に酸化皮膜を形成する方法としては、例えば、硫酸浴を使用した硫酸陽極酸化処理、シュウ酸陽極酸化に代表される有機酸陽極酸化処理、硫酸と有機酸との混合溶液を用いる混酸陽極酸化処理等があり、これによりアルミニウム材の表面に１０〜１５０μｍ程度の酸化皮膜を形成する。
【０００５】
しかし、上記のようにその表面に酸化皮膜を有したアルミニウム製部品であっても、エッチング装置や成膜装置等のプラズマを利用してウエハを処理する場合には、プラズマに含まれるイオン、電子、ラジカルから受ける電気化学的作用により、これらアルミニウム製部品の表面の酸化皮膜が腐蝕したり、酸化皮膜の表面が還元され又はフッ化されるなどして変質することがある。また、ウエハ処理に伴う反応副生成物が当該アルミニウム製部品の表面に堆積してしまうこともある。
【０００６】
このように、アルミニウム製部品の使用時間の経過と共に進行する酸化皮膜の腐蝕、変質及び反応副生成物の堆積等による当該アルミニウム製部品の表面状態の変化は、これらが過度に進行すると半導体製造時等におけるウエハ処理において障害を引き起こす。例えば、腐蝕や変質によって酸化皮膜から脆化した酸化アルミニウムの一部が脱落したり、フッ化物に変質した酸化皮膜層がその基材となるアルミニウム材との熱膨張係数や格子定数の違いから層間応力によって脱落したり、また、表面に堆積した反応副生成物が脱落したりしてパーティクルを引き起こす原因となる。そのため、このような障害を防止するために、半導体製造装置用として使用されるアルミニウム製部品については、定期的に当該製造装置から取り外し、脆化した層や堆積した付着物を除去するための洗浄を行う必要がある。
【０００７】
しかしながら、このようなアルミニウム製部品の使用と洗浄とを繰り返すうちに、アルミニウム製部品に付された酸化皮膜の劣化が進行して当該酸化皮膜の膜厚が薄くなり、更にこれが進行すると基材であるアルミニウム材がその表面に露出し、電気的絶縁性を損ねてしまう。
このようにアルミニウム製部品の使用時間の経過に伴う酸化皮膜の腐蝕及び変質等の変化や、洗浄による酸化皮膜の消失のように、経時的に酸化皮膜が消耗したアルミニウム製部品を更に半導体製造装置で使用しつづけると、例えば、半導体製造装置におけるチャンバー内の電気特性が変化し、プラズマの状態に影響を及ぼすと言った問題が生ずる。そのため、これらのアルミニウム製部品については、各部品ごとに予め洗浄時期や使用時間が定められており、これらの条件に達して使用限界となったアルミニウム製部品については新品に交換するか、あるいはアルミニウム製部品に再び酸化皮膜を形成して再生する必要がある。
【０００８】
このような状況において、アルミニウム製部品を再生するためには、一度アルミニウム製部品の表面に残存する酸化皮膜を除去した後に、再度そのアルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成する再生処理が一般的である（例えば、酸化皮膜の除去については、非特許文献１参照）。ところが、再生が必要なアルミニウム製部品には、表面に傷や汚れを有したものがあったり、使用されていた半導体製造装置やその部位によって表面に残存する酸化皮膜の膜厚がさまざまであったりするなど、アルミニウム製部品ごとに状態が異なる。そのため、再生処理を行うアルミニウム製部品表面の酸化皮膜を除去するために当該アルミニウム製部品をリン酸溶液、苛性ソーダ溶液（水酸化ナトリウム溶液）等のエッチング浴を用いてエッチング処理を行うと、ある部分では酸化皮膜が残存したままとなり、ある部分では基材であるアルミニウム材が露出し、両性金属であるアルミニウム材が更にエッチングされてしまうなど、酸化皮膜の除去量に差が生じ、酸化皮膜除去後のアルミニウム製部品の表面は、大きなばらつきを有したものとなってしまう。
【０００９】
上記のように表面にばらつきを有したアルミニウム製部品に対して酸化皮膜を形成しても、アルミニウム材の表面面性状は、当該アルミニウム製部品が未使用状態である新品時に有した酸化皮膜との界面にあたるアルミニウム材の表面面性状とは大きく異なるため、再生したアルミニウム製部品における酸化皮膜は、耐電圧値や絶縁抵抗値の低下を引き起こしたり、アルミニウム材と酸化皮膜との結合力不足によって半導体製造装置で使用した場合に発塵源となる等の問題があった。
【００１０】
また、再生処理において、アルミニウム材の表面に残存する酸化皮膜の影響を排除する必要から酸化皮膜の除去を更に進行させると、アルミニウム材のエッチングが進み、基材となるアルミニウム材が必要以上に溶解してしまうことがある。このような状態のアルミニウム製部品に対して酸化皮膜を再生しても、半導体製造装置における部品としての規格寸法を満たさずに、再利用が不可能であることが再生した後になって判明するといった問題もあった。このような場合には、再生処理自体が無駄になるため、アルミニウム製部品を扱う現場では、ある程度使用時間が経過したものについては再生処理を行わずに無造作に使い捨ててしまうこともあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、半導体製造装置に用いられるアルミニウム製部品を再生する場合における上記のような問題点を解決し、再生処理により得たアルミニウム製部品の品質を低下させることなく、また、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量を最小限に制限することでアルミニウム製部品を効率良く再生することができるアルミニウム製部品の再生方法について鋭意検討し、本発明を完成させた。
【００１２】
従って、本発明の目的は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に酸化皮膜を有し、この酸化皮膜が経時的に消耗する半導体製造装置用アルミニウム製部品を再生する際、再生して得られたアルミニウム製部品が、表面の酸化皮膜の耐電圧低下や絶縁抵抗性の低下等を引き起こすことがなく、また、半導体製造装置で使用した場合に発塵源となることもないアルミニウム製部品を得ることができ、更には、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量が最小限であるため、アルミニウム製部品を再生して再利用できる再生処理の回数を増加させ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再利用することができる半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材で形成されて表面に酸化皮膜を有し、この酸化皮膜が経時的に消耗する半導体製造装置用アルミニウム製部品を再生する再生方法であり、上記アルミニウム製部品の表面の酸化皮膜を除去する皮膜除去工程と、この皮膜除去工程で得られたアルミニウム製部品を研磨する研摩工程と、この研摩工程で得られたアルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成する皮膜再生工程とを含むことを特徴とする半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法である。
【００１４】
また、本発明は、皮膜除去工程の前に、上記アルミニウム製部品の洗浄処理を行う洗浄工程を含むことを特徴とする半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法である。
【００１５】
本発明において、半導体製造装置用アルミニウム製部品とは、例えば、ドライエッチング、ＣＶＤ、スパッタリング装置等の半導体の製造に関連して使用される種々の半導体製造装置において、これらの半導体製造装置を構成する構成部品として使用されるものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材を基材としてその表面に酸化皮膜を有したものであればよい。このようなアルミニウム製部品の具体例としては、反応容器、排気分散板、電極板、静電チャック基盤等を例示することができる。
【００１６】
また、本発明における再生方法を用いたアルミニウム製部品の再生については、例えば、上記半導体製造装置で使用する際に予め定められた使用時間、過去の洗浄回数、プラズマ電位、バイアス電位等を目安にして、交換時期に至ったものを再び半導体製造装置で使用するためアルミニウム製部品の表面に再び酸化皮膜を形成する場合を例示することができ、また、メンテナンス作業中のミスで工具等によりアルミニウム製部品の表面に傷を付してしまい、酸化皮膜が欠落したために再度酸化皮膜を形成して半導体製造装置で使用することができるようにする場合や、プラズマダメージにより局所的に酸化皮膜が消失し、基材であるアルミニウム材が露出したために電気特性が変わり半導体製造装置におけるプラズマ状態が変化したために再度酸化皮膜を形成する場合等を例示することができる。上記以外であっても、再び酸化皮膜を形成して半導体製造装置で使用することができるようにする場合であれば、特にその再生回数や再生する場面に制限されることはない。
【００１７】
本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法は、アルミニウム製部品表面の酸化皮膜の除去を行う皮膜除去工程を含む。この皮膜除去工程において酸化皮膜を除去する際には酸化皮膜の除去と共にアルミニウム製部品を形成するアルミニウム材の表面も除去するのがよく、酸化皮膜の除去と共にアルミニウム材表面の厚み（アルミニウム材の減少量）を５〜５０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの範囲で除去するのがよい。
【００１８】
上記皮膜除去工程において、酸化皮膜の除去と共に取り除くアルミニウム材の厚みが５μｍより少ないと、アルミニウム製部品の表面におけるアルミニウム材の露出が不十分となり、アルミニウム材の表面に残された酸化皮膜の影響によって、後に酸化皮膜を形成する皮膜再生工程において酸化皮膜を形成する際、残された酸化皮膜の部分には電流が充分に流れないため、正常な成膜状態が得られないといった問題が生じる。また、取り除くアルミニウム材の厚みが１０μｍを超えると、必要以上にアルミニウム材を取り除くことになり、以後、当該アルミニウム製部品を再生するための再生処理を複数回行う場合に、再生して再利用することができる再生処理の回数が減少してしまう。また、取り除くアルミニウム材の厚みが５０μｍを超えると、更に必要以上にアルミニウム材を取り除くこととなり、後に行う皮膜再生工程で酸化皮膜を形成しても、当該アルミニウム製部品を半導体製造装置用部品として使用した場合に、部品としての規格寸法を満たさなくなるといった問題が生ずる虞がある。
【００１９】
本発明における皮膜除去工程は、アルミニウム製部品が有する表面の酸化皮膜を除去することができるものであればよく、好ましくは、アルミニウム製部品をエッチング浴に浸漬して、その表面に付された酸化皮膜を除去するエッチング工程であるのがよい。皮膜除去工程がエッチング工程である場合、酸化皮膜の除去に使用するエッチング浴については、通常のエッチング浴であればよく、例えば、リン酸・クロム酸溶液、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液等を使用することができ、好ましくは、リン酸・クロム酸溶液、水酸化ナトリウム溶液である。
【００２０】
本発明において、皮膜除去工程がエッチング工程である場合、酸化皮膜の除去のため行うエッチング条件については、使用するエッチング浴の種類によっても異なるが、リン酸・クロム酸溶液を用いる場合、通常、８５ｗｔ％リン酸（比重１．７）でリン酸２０〜６０ｍｌ／リットル、クロム酸１０〜６０ｇ／リットル、好ましくは、８５ｗｔ％リン酸（比重１．７）でリン酸３０〜５０ｍｌ／リットル、クロム酸２０〜５０ｇ／リットルの濃度のエッチング浴を用い、浴温度７５〜１００℃、好ましくは９５〜１００℃の範囲で、浸漬時間３００〜６００秒間、好ましくは３００〜４２０秒間である。
【００２１】
また、本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法は、上記皮膜除去工程で得られたアルミニウム製部品を研摩する研摩工程を含む。この研摩工程は、上記皮膜除去工程で酸化皮膜を除去したアルミニウム製部品における酸化皮膜の除去面を研摩し、この研摩した面の表面粗さＲy（最大高さＲy）を５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下に制御するのがよい。この研摩工程における研磨により得られるアルミニウム製部品の表面粗さがＲy５μｍより粗くなると、研摩工程に引き続いて行なう皮膜再生工程において、研磨したアルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成した場合、再生して得られるアルミニウム製部品表面の酸化皮膜の表面粗さＲy１０μｍ以上の粗度の大きい面となり、得られるアルミニウム製部品が耐電圧値や絶縁抵抗値の低下を引き起こしたり、アルミニウム材と酸化皮膜との結合力不足によって半導体製造装置で使用した場合の発塵源となる等の問題を引き起こす虞がある。なお、表面粗さＲyとは、JIS B0601：1994に規定の最大高さである。
【００２２】
また、アルミニウム製部品が、例えば、メンテナンス作業中のミスで工具等により付された傷や打痕、又は部分放電により生じた極所的侵食などによる表面凹凸を有する場合、本発明における研摩工程では、この表面凹凸を有したアルミニウム製部品を上述した表面粗さに研摩するとともに、このアルミニウム製部品における表面凹凸の角部を曲率半径（Ｒ）０.２ｍｍ以上となるように研磨するのがよい。上記表面凹凸の角部は、鋭敏なものであれば研摩工程に引き続いて行なう本発明における皮膜再生工程にて当該アルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成しても、この角部については酸化皮膜の成膜不良を引き起こし、酸化皮膜の形成が十分にできないことがある。このような成膜不良が生ずると、再生して得られたアルミニウム製部品表面の酸化皮膜が絶縁抵抗の低下を起こす原因となるため、アルミニウム製部品が表面凹凸を有する場合にはその角部で成膜不良を起こさないために上記曲率半径となるように角部に丸みを帯びさせるのがよい。
【００２３】
また、本発明における研摩工程では、好ましくは、研摩によりアルミニウム材の表面を厚さ１０μｍ以下の範囲で除去するのがよい。研摩工程における研磨によって除去されるアルミニウム材の厚み（アルミニウム材の減少量）が１０μｍを超えると、必要以上にアルミニウム材を研摩することになり、以後、当該アルミニウム製部品を再生するために再生処理を複数回行う場合に、再生して再利用することができる再生処理の回数が減少してしまうほか、場合によってはアルミニウム材の減少量が多くなり過ぎ、研摩工程に引き続いて行う皮膜再生工程において酸化皮膜を形成しても、当該アルミニウム製部品を半導体製造装置用部品として使用した場合に部品としての規格寸法を満たさなくなるといった問題が生ずる虞がある。
【００２４】
本発明における研摩工程では、粒度８０〜１２００番の研磨材を用いて研摩処理する研摩工程であるのがよく、具体的には上記のような研磨材を有する砥石、研磨紙、研磨布等を用いてアルミニウム製部品の表面や表面凹凸の角部を研磨するのがよい。
【００２５】
本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法は、上記研摩工程で得られた研磨したアルミニウム製部品の表面に再び酸化皮膜を形成する皮膜再生工程を含む。この皮膜再生工程において形成する酸化皮膜の膜厚については、好ましくは、再生する当該アルミニウム製部品が半導体製造装置の構成部品として使用される前の状態である未使用時（新品時）に有した酸化皮膜の膜厚の９０〜１１０％の範囲に制御するのがよい。形成する酸化皮膜の膜厚を当該アルミニウム製部品が未使用時に有していた膜厚に対して上記の範囲となるようにすれば、再生して得られたアルミニウム製部品における電気的絶縁性、耐プラズマ性等の性能について、当該アルミニウム製部品が未使用時の状態で有していたものと同等の性能を有せしめることができ、また、再生する酸化皮膜の膜厚を未使用時のものと同等あるいはそれ以上にすることで耐久性についても向上させることができる。ただし、再生により酸化皮膜の耐久性を向上させる目的から、再生する酸化皮膜の厚さを新品時の膜厚より大きくした場合でも、本発明の目的を脱するものではない。
【００２６】
また、本発明における皮膜再生工程は、好ましくは、陽極酸化によって酸化皮膜を形成する陽極酸化工程であるのがよい。陽極酸化については、通常行う陽極酸化処理を用いることができ、硫酸陽極酸化、シュウ酸陽極酸化、硫酸と有機酸との混合溶液を用いた混酸陽極酸化等を例示することができる。また、この場合の陽極酸化の条件としては、使用する浴の種類によって異なるが、例えば硫酸を用いた場合には、浴濃度１０〜２０ｗｔ％、浴温度０〜５℃、定電流（電流密度）２〜４Ａ／ｄｍ2、時間１０〜６０分である。
【００２７】
また、本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法では、上記皮膜除去工程及び研摩工程においてアルミニウム製部品の表面を除去した厚みの合計（Ａ）と、研摩工程終了後のアルミニウム製部品の表面を再生基準面として皮膜再生工程においてこの再生基準面より上方に形成した酸化皮膜の厚み（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を、再生するアルミニウム製部品が未使用時に有した酸化皮膜の膜厚の５０〜１７０％、好ましくは５０〜７０％の範囲に制御するのがよい。上記数値が１７０％より大きくなると、寸法減少量が大きくなり過ぎ、再生後の部品がアルミニウム製部品としての機能を果たさなくなるといった問題が生じる虞がある。
【００２８】
上述したように、本発明における皮膜除去工程では、アルミニウム製部品表面から酸化皮膜を取り除くとともに、この酸化皮膜を表面に有したアルミニウム材表面の一部も取り除く。また、研摩工程では、上記皮膜除去工程で得られたアルミニウム製部品の表面を研摩してアルミニウム材表面の一部を取り除く。この研摩工程終了後のアルミニウム製部品の表面を再生基準面とすると、本発明における皮膜再生工程において酸化皮膜を形成する際、上記再生基準面をはさんでこの再生基準面より下方であるアルミニウム材側、及び再生基準面より上方に酸化皮膜である酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が形成される。
【００２９】
そこで、本発明においては、皮膜再生工程で形成する酸化皮膜を上記のような範囲内に制御することで、一度再生処理を行なったアルミニウム製部品を複数回再生して再利用する場合でも、再生処理が可能な回数を増加させることができ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再生できると共に、再生前のアルミニウム製部品と比べて同等の性能を有した状態でアルミニウム製部品とし再利用することができる。
【００３０】
また、本発明においては、皮膜除去工程の酸化皮膜除去に先駆けて、アルミニウム製部品の洗浄処理を行う洗浄工程を行ってもよい。このような洗浄処理としては、有機溶剤浴中で行う超音波洗浄であるのがよく、この場合の洗浄処理の条件としては、アセトン、トルエン等の有機溶剤浴中にアルミニウム製部品を浸漬させ、周波数２０〜１００ｋＨｚ、超音波密度０.１〜１.０Ｗ／ｃｍ2の超音波を照射し、浸漬時間５〜１０分間であるのがよい。超音波の周波数が２０ｋＨｚより低いと、超音波のエロージョンによってアルミニウム製部品の酸化皮膜が剥がれ落ちたり、基材であるアルミニウム材が深く侵食されたりすることがあり、反対に超音波の周波数が１００ｋＨｚより高いと、アルミニウム製部品表面の汚れ等の付着物を取り除く能力が低下してしまう。また、超音波密度が０.１Ｗ／ｃｍ2より低い場合には、洗浄効果が低下してしまい、反対に１.０Ｗ／ｃｍ2より高い場合には、エロージョンにより酸化皮膜が剥がれ落ちたり、基材であるアルミニウム材が深く侵食されたりすることがある。浸漬時間が５分より短いと、付着物の除去が充分に行えず、反対に浸漬時間が１０分より長くなると、超音波のエロージョンによって酸化皮膜が剥がれ落ちる虞があるほか、生産性を高めるためにも要する時間が長くなるのは好ましくない。
【００３１】
上記洗浄処理において、洗浄処理を行うアルミニウム製部品の酸化皮膜が剥がれ落ちてしまったり、基材であるアルミニウム材が深く侵食されたりすることは、本発明における洗浄工程以後の工程で当該アルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成してアルミニウム製部品を再生する際、当該アルミニウム製部品の酸化皮膜除去において不均一な面を形成することになるため、有機溶剤浴中での超音波洗浄処理は上記の洗浄条件で行うのがよい。
【００３２】
また、このような洗浄処理によれば、この洗浄工程の後に行う皮膜除去工程においてエッチング除去によって酸化皮膜の除去を行う場合、エッチング進行の妨げとなる汚れ等の付着物が酸化皮膜の表面から取り除かれた状態でエッチングを行うことができるため、アルミニウム製部品表面の酸化皮膜をより均一に除去することができる。
【００３３】
また、上記洗浄工程における洗浄処理として、アルミニウム製部品に対し、直径０.１ｍｍ〜１ｍｍ程度に粉砕したドライアイスを圧縮空気に混在して照射するドライアイスブラスト照射を行ってもよい。このドライアイスブラスト照射の条件としては、吐出圧力１０〜７０Ｐａ、照射量１〜１０ｓｅｃ／ｃｍ2であるのがよく、吐出圧力、照射速度の条件がこれらより大きくなると照射したアルミニウム製部品表面の酸化皮膜が剥がれ落ちる虞があり、本発明における洗浄工程以後の工程で当該アルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成してアルミニウム製部品を再生する際、当該アルミニウム製部品の酸化皮膜除去において不均一な面を形成するといった問題を生じる。
【００３４】
上記のようなドライアイスブラスト照射を行うと、アルミニウム製部品における酸化皮膜の微細な凹凸に入り込んだ汚れ等の付着物まで洗浄することができ、この洗浄工程の後に行う皮膜除去工程にて、エッチング除去により酸化皮膜の除去を行った場合に、酸化皮膜のエッチング進行の妨げとなる付着物を取り除くことができるため、アルミニウム製部品表面の酸化皮膜の除去が、より均一に行うことができる。また、このドライアイスブラスト照射は、上記の有機溶剤浴中で行う超音波洗浄による洗浄処理と組み合わせて行い、特に、有機溶剤浴中での超音波洗浄処理の後に行うことで、アルミニウム製部品の洗浄効果をより一層向上させることができる。
【００３５】
本発明における半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法によれば、再生して得られたアルミニウム製部品は、その表面の酸化皮膜の電気的絶縁性、耐プラズマ性等の性能について、当該アルミニウム製部品を再生する前の未使用時の状態で有していたものと同等の性能を有せしめることができ、また、得られたアルミニウム製部品を半導体製造装置で再び使用しても、その表面における酸化皮膜の耐電圧の低下や絶縁抵抗性の低下等を引き起こすことがなく、発塵源となることもない。
また、本発明では、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量を最小限に制限するため、一度再生処理したアルミニウム製部品を複数回再生処理する場合でも、再生処理が可能な回数を増加させることができ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再生して半導体製造装置用アルミニウム製部品とし再利用することができる。
【発明の実施の形態】
以下、実施例及び試験例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００３６】
実施例１
ドライエッチング装置で使用された上部電極について本発明の再生方法を用いて再生処理を行った。
この上部電極は、アルミ合金Ａ６０６１を基材にして、その表面に陽極酸化皮膜を有した円盤状の形状をしており、この上部電極の盤面には半径１５０ｍｍの範囲内に多数の貫通孔が設けられている。この上部電極は、ドライエッチング装置のチャンバー上部にセットされて、盤面に設けられた上記貫通孔を通じてハロゲン、酸素、炭素、水素、不活性ガス等から選ばれた１種又は２種以上で構成されたエッチングガスがドライエッチング装置のチャンバー内に供給される。そして、同じくこのドライエッチング装置にセットされた下部電極との間に１３.５６ＭＨｚの高周波電界を印加して、これら上下電極間にプラズマを発生させ、下部電極上に載置したシリコンウエハーについてエッチング加工を行うものである。
【００３７】
この実施例１に係る上部電極は、上記のようなドライエッチング装置において使用され、高周波印加時間の積算値が１００時間に達したものである。先ず、この上部電極の寸法測定を行ったところ、直径４５０.０８２ｍｍ、厚さ２０.１０５ｍｍであり、このうちその表面に有する陽極酸化皮膜の膜厚は、測定の結果、平均厚さで４８μｍであった。また、この上部電極の盤面には、その中心から半径１５０ｍｍの範囲内に、厚さ方向に向けて直径０.８０ｍｍの貫通孔が合計で１５０個設けられていた。この上部電極の絶縁抵抗測定を行ったところ、貫通孔の周辺では、測定電圧ＤＣ５００Ｖに対して１ＭΩ以下の部分が存在することが確認された。また、この上部電極の表面粗さを測定した結果は、プラズマ放電面でＲy１８μｍであった。目視によりこの上部電極を確認したところ、長さ約３ｍｍ、幅約０.６ｍｍ、深さ約０.２ｍｍの傷を有していることが分かり、この部分の絶縁抵抗値は、測定電圧ＤＣ５００Ｖに対して０ＭΩで、陽極酸化皮膜が剥がれ落ちてしまっていた。
【００３８】
そこで、上記の上部電極を、アセトン浴中に浸漬させ、周波数４０ｋＨｚ、密度０.５Ｗ／ｃｍ2の超音波を照射して１０分間超音波洗浄を行った。次に、アセトン浴から取り出した上部電極に対して、直径０.１ｍｍ〜１ｍｍ程度に粉砕したドライアイスを３０Ｐaの圧縮空気に含め、照射量１０sec／ｃｍ2の割合でドライアイスブラスト照射を行った（洗浄工程）。
【００３９】
次に、この上部電極を濃度５ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させ、浴温度４５℃で浸漬時間５分のエッチングを行い、この上部電極の表面に付された陽極酸化皮膜の除去を行った。エッチング終了後の上部電極を３次元形状測定器により、再生前後における直径、厚さを測定し、その変化量を調べたところ、酸化皮膜の除去とともに表面において取り除かれたアルミ合金基材の厚みは、最大部分が８μｍ、最小部分で５μｍであった（皮膜除去工程）。
【００４０】
次に、陽極酸化皮膜が除去された上部電極について、粒度６００番の研摩布を用いた研摩を行い、その表面粗さがＲy０.８μｍとなるように上部電極の表面を研摩した。この研摩によるアルミ合金基材の寸法減少量は、表面における厚さで５μｍ以下となるようにした。また、上部電極が有していた傷部分については、その角部に対し、先ず粒度１８０番の研摩紙で粗研摩を行い、次いで粒度６００番の研摩布を用いて仕上げ研摩を施し、傷の角部が曲率半径Ｒ０.３ｍｍ程度になるようになめらかな丸みを帯びさせた（研摩工程）。
【００４１】
そして、上記のようにして得られた上部電極について、硫酸浴を用い、浴濃度１５ｗｔ％、浴温度２℃、定電流（電流密度）３Ａ／ｄｍ2、時間３０分の条件で陽極酸化処理を行い、再びこの上部電極の全ての表面に陽極酸化皮膜を形成した（皮膜再生工程）。
【００４２】
このようにして得られた再生後の上部電極について寸法測定をした結果、直径が４５０.０１８μｍ、厚さ２０.０２７ｍｍであり、貫通孔の直径は０.８７ｍｍであった。このうち再生された陽極酸化皮膜の膜厚は、再生後の上部電極の表面において平均値で５１μｍであった。これらの値はすべて、この上部電極がドライエッチング装置で使用される場合に定められた寸法変化許容量の範囲内のものであった。
【００４３】
また、上記エッチング除去（皮膜除去工程）における表面陽極酸化皮膜及びアルミ合金基材の除去量と研摩（研摩工程）によるアルミ合金基材の除去量の合計と、陽極酸化処理（皮膜再生工程）で上部電極の再生基準面より上方に積層された陽極酸化皮膜の厚みとの差は、この実施例１における再生処理前の上部電極が表面に有していた酸化皮膜の膜厚（平均４８μｍ）に対し直径方向で６３％、厚み方向で７６％であった。
【００４４】
また、再生後の上部電極の表面粗さについては、Ｒy７μｍで、この上部電極が使用される前の新品時のもの（５μｍ）と同程度のものが得られた。更に、この再生後の上部電極の絶縁抵抗測定を行ったところ、貫通孔周辺を含め盤面の全ての部分で測定電圧ＤＣ５００Ｖに対して２０００ＭΩ以上の値を示し、この上部電極が、ドライエッチング装置で使用される場合の基準値（１００ＭΩ以上）を満たしていた。
【００４５】
試験例
上記のようにして再生した上部電極をドライエッチング装置に搭載し、通常行う条件と同じにして、シリコンウエハーのエッチング加工を行ったところ、当該ドライエッチング装置に新品の上部電極を使用した場合の交換周期にあたる高周波印加時間の積算１００時間まで、シリコンウエハーのエッチング加工に支障をきたすことなく使用することができた。この再生した上部電極を用いてシリコンウエハーのエッチング加工を行った場合、ドライエッチング装置における高周波電力に対するインピーダンスについては、新品の上部電極を用いた場合と同等の性能を示すことができた。また、エッチング加工中のパーティクルの発生状況についても８インチウエハー面上に０.２μｍ以上のパーティクルが５０個以下であり、新品の上部電極の場合と同等の性能を示すことが分かった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明における半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法によれば、再生して得たアルミニウム製部品について、再び当該半導体製造装置において使用した場合に、その表面の酸化皮膜の耐電圧低下や絶縁抵抗性の低下等を引き起こすことがなく、発塵源ともならずに、アルミニウム製部品としての交換周期にあたる積算時間まで使用することができ、再生処理を行う前の新品時のアルミニウム製部品が有していたものと同等な性能を備えたものとすることができる。また、本発明における再生方法で再生したアルミニウム製部品は、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量を最小限に留めるため、当該アルミニウム製部品の再生処理回数を増加させることができ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再利用することができる。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置に使用される種々のアルミニウム製部品であって、このアルミニウム製部品の表面の酸化皮膜が経時的に消耗する半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】軽金属製品協会編集・発行，「アルミニウム表面処理の理論と実務」，第３版，１９９４年７月２５日改訂第３版発行，ｐ.１９９−２００
【０００３】
半導体製造現場で使用される種々の半導体製造装置においては、その半導体製造装置を構成する構成部品として、数多くのアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材を用いたアルミニウム製部品が使用されている。なかでも、プラズマ環境下でウエハ加工を行うエッチング装置や成膜装置では、チャンバー内で使用される金属製部品の大部分がアルミニウム製部品である。これは、アルミニウムは比重が小さく軽量であるわりに、機械的強度が強く、加工性や成形性にも優れているといった特徴を有することに起因する。
【０００４】
また、このような半導体装置の一部に使用されるアルミニウム製部品は、半導体製造時におけるプラズマ照射等から保護する目的や、あるいは電気的絶縁性を付与する目的からその表面に酸化皮膜を有することが一般的である。このようにアルミニウム材の表面に酸化皮膜を形成する方法としては、例えば、硫酸浴を使用した硫酸陽極酸化処理、シュウ酸陽極酸化に代表される有機酸陽極酸化処理、硫酸と有機酸との混合溶液を用いる混酸陽極酸化処理等があり、これによりアルミニウム材の表面に１０〜１５０μｍ程度の酸化皮膜を形成する。
【０００５】
しかし、上記のようにその表面に酸化皮膜を有したアルミニウム製部品であっても、エッチング装置や成膜装置等のプラズマを利用してウエハを処理する場合には、プラズマに含まれるイオン、電子、ラジカルから受ける電気化学的作用により、これらアルミニウム製部品の表面の酸化皮膜が腐蝕したり、酸化皮膜の表面が還元され又はフッ化されるなどして変質することがある。また、ウエハ処理に伴う反応副生成物が当該アルミニウム製部品の表面に堆積してしまうこともある。
【０００６】
このように、アルミニウム製部品の使用時間の経過と共に進行する酸化皮膜の腐蝕、変質及び反応副生成物の堆積等による当該アルミニウム製部品の表面状態の変化は、これらが過度に進行すると半導体製造時等におけるウエハ処理において障害を引き起こす。例えば、腐蝕や変質によって酸化皮膜から脆化した酸化アルミニウムの一部が脱落したり、フッ化物に変質した酸化皮膜層がその基材となるアルミニウム材との熱膨張係数や格子定数の違いから層間応力によって脱落したり、また、表面に堆積した反応副生成物が脱落したりしてパーティクルを引き起こす原因となる。そのため、このような障害を防止するために、半導体製造装置用として使用されるアルミニウム製部品については、定期的に当該製造装置から取り外し、脆化した層や堆積した付着物を除去するための洗浄を行う必要がある。
【０００７】
しかしながら、このようなアルミニウム製部品の使用と洗浄とを繰り返すうちに、アルミニウム製部品に付された酸化皮膜の劣化が進行して当該酸化皮膜の膜厚が薄くなり、更にこれが進行すると基材であるアルミニウム材がその表面に露出し、電気的絶縁性を損ねてしまう。
このようにアルミニウム製部品の使用時間の経過に伴う酸化皮膜の腐蝕及び変質等の変化や、洗浄による酸化皮膜の消失のように、経時的に酸化皮膜が消耗したアルミニウム製部品を更に半導体製造装置で使用しつづけると、例えば、半導体製造装置におけるチャンバー内の電気特性が変化し、プラズマの状態に影響を及ぼすと言った問題が生ずる。そのため、これらのアルミニウム製部品については、各部品ごとに予め洗浄時期や使用時間が定められており、これらの条件に達して使用限界となったアルミニウム製部品については新品に交換するか、あるいはアルミニウム製部品に再び酸化皮膜を形成して再生する必要がある。
【０００８】
このような状況において、アルミニウム製部品を再生するためには、一度アルミニウム製部品の表面に残存する酸化皮膜を除去した後に、再度そのアルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成する再生処理が一般的である（例えば、酸化皮膜の除去については、非特許文献１参照）。ところが、再生が必要なアルミニウム製部品には、表面に傷や汚れを有したものがあったり、使用されていた半導体製造装置やその部位によって表面に残存する酸化皮膜の膜厚がさまざまであったりするなど、アルミニウム製部品ごとに状態が異なる。そのため、再生処理を行うアルミニウム製部品表面の酸化皮膜を除去するために当該アルミニウム製部品をリン酸溶液、苛性ソーダ溶液（水酸化ナトリウム溶液）等のエッチング浴を用いてエッチング処理を行うと、ある部分では酸化皮膜が残存したままとなり、ある部分では基材であるアルミニウム材が露出し、両性金属であるアルミニウム材が更にエッチングされてしまうなど、酸化皮膜の除去量に差が生じ、酸化皮膜除去後のアルミニウム製部品の表面は、大きなばらつきを有したものとなってしまう。
【０００９】
上記のように表面にばらつきを有したアルミニウム製部品に対して酸化皮膜を形成しても、アルミニウム材の表面面性状は、当該アルミニウム製部品が未使用状態である新品時に有した酸化皮膜との界面にあたるアルミニウム材の表面面性状とは大きく異なるため、再生したアルミニウム製部品における酸化皮膜は、耐電圧値や絶縁抵抗値の低下を引き起こしたり、アルミニウム材と酸化皮膜との結合力不足によって半導体製造装置で使用した場合に発塵源となる等の問題があった。
【００１０】
また、再生処理において、アルミニウム材の表面に残存する酸化皮膜の影響を排除する必要から酸化皮膜の除去を更に進行させると、アルミニウム材のエッチングが進み、基材となるアルミニウム材が必要以上に溶解してしまうことがある。このような状態のアルミニウム製部品に対して酸化皮膜を再生しても、半導体製造装置における部品としての規格寸法を満たさずに、再利用が不可能であることが再生した後になって判明するといった問題もあった。このような場合には、再生処理自体が無駄になるため、アルミニウム製部品を扱う現場では、ある程度使用時間が経過したものについては再生処理を行わずに無造作に使い捨ててしまうこともあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、半導体製造装置に用いられるアルミニウム製部品を再生する場合における上記のような問題点を解決し、再生処理により得たアルミニウム製部品の品質を低下させることなく、また、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量を最小限に制限することでアルミニウム製部品を効率良く再生することができるアルミニウム製部品の再生方法について鋭意検討し、本発明を完成させた。
【００１２】
従って、本発明の目的は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に酸化皮膜を有し、この酸化皮膜が経時的に消耗する半導体製造装置用アルミニウム製部品を再生する際、再生して得られたアルミニウム製部品が、表面の酸化皮膜の耐電圧低下や絶縁抵抗性の低下等を引き起こすことがなく、また、半導体製造装置で使用した場合に発塵源となることもないアルミニウム製部品を得ることができ、更には、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量が最小限であるため、アルミニウム製部品を再生して再利用できる再生処理の回数を増加させ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再利用することができる半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材で形成されて表面に酸化皮膜を有し、この酸化皮膜が経時的に消耗する半導体製造装置用アルミニウム製部品を再生する再生方法であり、上記アルミニウム製部品の表面の酸化皮膜を除去する皮膜除去工程と、この皮膜除去工程で得られたアルミニウム製部品を研磨する研摩工程と、この研摩工程で得られたアルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成する皮膜再生工程とを含むことを特徴とする半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法である。
【００１４】
また、本発明は、皮膜除去工程の前に、上記アルミニウム製部品の洗浄処理を行う洗浄工程を含むことを特徴とする半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法である。
【００１５】
本発明において、半導体製造装置用アルミニウム製部品とは、例えば、ドライエッチング、ＣＶＤ、スパッタリング装置等の半導体の製造に関連して使用される種々の半導体製造装置において、これらの半導体製造装置を構成する構成部品として使用されるものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材を基材としてその表面に酸化皮膜を有したものであればよい。このようなアルミニウム製部品の具体例としては、反応容器、排気分散板、電極板、静電チャック基盤等を例示することができる。
【００１６】
また、本発明における再生方法を用いたアルミニウム製部品の再生については、例えば、上記半導体製造装置で使用する際に予め定められた使用時間、過去の洗浄回数、プラズマ電位、バイアス電位等を目安にして、交換時期に至ったものを再び半導体製造装置で使用するためアルミニウム製部品の表面に再び酸化皮膜を形成する場合を例示することができ、また、メンテナンス作業中のミスで工具等によりアルミニウム製部品の表面に傷を付してしまい、酸化皮膜が欠落したために再度酸化皮膜を形成して半導体製造装置で使用することができるようにする場合や、プラズマダメージにより局所的に酸化皮膜が消失し、基材であるアルミニウム材が露出したために電気特性が変わり半導体製造装置におけるプラズマ状態が変化したために再度酸化皮膜を形成する場合等を例示することができる。上記以外であっても、再び酸化皮膜を形成して半導体製造装置で使用することができるようにする場合であれば、特にその再生回数や再生する場面に制限されることはない。
【００１７】
本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法は、アルミニウム製部品表面の酸化皮膜の除去を行う皮膜除去工程を含む。この皮膜除去工程において酸化皮膜を除去する際には酸化皮膜の除去と共にアルミニウム製部品を形成するアルミニウム材の表面も除去するのがよく、酸化皮膜の除去と共にアルミニウム材表面の厚み（アルミニウム材の減少量）を５〜５０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの範囲で除去するのがよい。
【００１８】
上記皮膜除去工程において、酸化皮膜の除去と共に取り除くアルミニウム材の厚みが５μｍより少ないと、アルミニウム製部品の表面におけるアルミニウム材の露出が不十分となり、アルミニウム材の表面に残された酸化皮膜の影響によって、後に酸化皮膜を形成する皮膜再生工程において酸化皮膜を形成する際、残された酸化皮膜の部分には電流が充分に流れないため、正常な成膜状態が得られないといった問題が生じる。また、取り除くアルミニウム材の厚みが１０μｍを超えると、必要以上にアルミニウム材を取り除くことになり、以後、当該アルミニウム製部品を再生するための再生処理を複数回行う場合に、再生して再利用することができる再生処理の回数が減少してしまう。また、取り除くアルミニウム材の厚みが５０μｍを超えると、更に必要以上にアルミニウム材を取り除くこととなり、後に行う皮膜再生工程で酸化皮膜を形成しても、当該アルミニウム製部品を半導体製造装置用部品として使用した場合に、部品としての規格寸法を満たさなくなるといった問題が生ずる虞がある。
【００１９】
本発明における皮膜除去工程は、アルミニウム製部品が有する表面の酸化皮膜を除去することができるものであればよく、好ましくは、アルミニウム製部品をエッチング浴に浸漬して、その表面に付された酸化皮膜を除去するエッチング工程であるのがよい。皮膜除去工程がエッチング工程である場合、酸化皮膜の除去に使用するエッチング浴については、通常のエッチング浴であればよく、例えば、リン酸・クロム酸溶液、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液等を使用することができ、好ましくは、リン酸・クロム酸溶液、水酸化ナトリウム溶液である。
【００２０】
本発明において、皮膜除去工程がエッチング工程である場合、酸化皮膜の除去のため行うエッチング条件については、使用するエッチング浴の種類によっても異なるが、リン酸・クロム酸溶液を用いる場合、通常、８５ｗｔ％リン酸（比重１．７）でリン酸２０〜６０ｍｌ／リットル、クロム酸１０〜６０ｇ／リットル、好ましくは、８５ｗｔ％リン酸（比重１．７）でリン酸３０〜５０ｍｌ／リットル、クロム酸２０〜５０ｇ／リットルの濃度のエッチング浴を用い、浴温度７５〜１００℃、好ましくは９５〜１００℃の範囲で、浸漬時間３００〜６００秒間、好ましくは３００〜４２０秒間である。
【００２１】
また、本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法は、上記皮膜除去工程で得られたアルミニウム製部品を研摩する研摩工程を含む。この研摩工程は、上記皮膜除去工程で酸化皮膜を除去したアルミニウム製部品における酸化皮膜の除去面を研摩し、この研摩した面の表面粗さＲy（最大高さＲy）を５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下に制御するのがよい。この研摩工程における研磨により得られるアルミニウム製部品の表面粗さがＲy５μｍより粗くなると、研摩工程に引き続いて行なう皮膜再生工程において、研磨したアルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成した場合、再生して得られるアルミニウム製部品表面の酸化皮膜の表面粗さＲy１０μｍ以上の粗度の大きい面となり、得られるアルミニウム製部品が耐電圧値や絶縁抵抗値の低下を引き起こしたり、アルミニウム材と酸化皮膜との結合力不足によって半導体製造装置で使用した場合の発塵源となる等の問題を引き起こす虞がある。なお、表面粗さＲyとは、JIS B0601：1994に規定の最大高さである。
【００２２】
また、アルミニウム製部品が、例えば、メンテナンス作業中のミスで工具等により付された傷や打痕、又は部分放電により生じた極所的侵食などによる表面凹凸を有する場合、本発明における研摩工程では、この表面凹凸を有したアルミニウム製部品を上述した表面粗さに研摩するとともに、このアルミニウム製部品における表面凹凸の角部を曲率半径（Ｒ）０.２ｍｍ以上となるように研磨するのがよい。上記表面凹凸の角部は、鋭敏なものであれば研摩工程に引き続いて行なう本発明における皮膜再生工程にて当該アルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成しても、この角部については酸化皮膜の成膜不良を引き起こし、酸化皮膜の形成が十分にできないことがある。このような成膜不良が生ずると、再生して得られたアルミニウム製部品表面の酸化皮膜が絶縁抵抗の低下を起こす原因となるため、アルミニウム製部品が表面凹凸を有する場合にはその角部で成膜不良を起こさないために上記曲率半径となるように角部に丸みを帯びさせるのがよい。
【００２３】
また、本発明における研摩工程では、好ましくは、研摩によりアルミニウム材の表面を厚さ１０μｍ以下の範囲で除去するのがよい。研摩工程における研磨によって除去されるアルミニウム材の厚み（アルミニウム材の減少量）が１０μｍを超えると、必要以上にアルミニウム材を研摩することになり、以後、当該アルミニウム製部品を再生するために再生処理を複数回行う場合に、再生して再利用することができる再生処理の回数が減少してしまうほか、場合によってはアルミニウム材の減少量が多くなり過ぎ、研摩工程に引き続いて行う皮膜再生工程において酸化皮膜を形成しても、当該アルミニウム製部品を半導体製造装置用部品として使用した場合に部品としての規格寸法を満たさなくなるといった問題が生ずる虞がある。
【００２４】
本発明における研摩工程では、粒度８０〜１２００番の研磨材を用いて研摩処理する研摩工程であるのがよく、具体的には上記のような研磨材を有する砥石、研磨紙、研磨布等を用いてアルミニウム製部品の表面や表面凹凸の角部を研磨するのがよい。
【００２５】
本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法は、上記研摩工程で得られた研磨したアルミニウム製部品の表面に再び酸化皮膜を形成する皮膜再生工程を含む。この皮膜再生工程において形成する酸化皮膜の膜厚については、好ましくは、再生する当該アルミニウム製部品が半導体製造装置の構成部品として使用される前の状態である未使用時（新品時）に有した酸化皮膜の膜厚の９０〜１１０％の範囲に制御するのがよい。形成する酸化皮膜の膜厚を当該アルミニウム製部品が未使用時に有していた膜厚に対して上記の範囲となるようにすれば、再生して得られたアルミニウム製部品における電気的絶縁性、耐プラズマ性等の性能について、当該アルミニウム製部品が未使用時の状態で有していたものと同等の性能を有せしめることができ、また、再生する酸化皮膜の膜厚を未使用時のものと同等あるいはそれ以上にすることで耐久性についても向上させることができる。ただし、再生により酸化皮膜の耐久性を向上させる目的から、再生する酸化皮膜の厚さを新品時の膜厚より大きくした場合でも、本発明の目的を脱するものではない。
【００２６】
また、本発明における皮膜再生工程は、好ましくは、陽極酸化によって酸化皮膜を形成する陽極酸化工程であるのがよい。陽極酸化については、通常行う陽極酸化処理を用いることができ、硫酸陽極酸化、シュウ酸陽極酸化、硫酸と有機酸との混合溶液を用いた混酸陽極酸化等を例示することができる。また、この場合の陽極酸化の条件としては、使用する浴の種類によって異なるが、例えば硫酸を用いた場合には、浴濃度１０〜２０ｗｔ％、浴温度０〜５℃、定電流（電流密度）２〜４Ａ／ｄｍ2、時間１０〜６０分である。
【００２７】
また、本発明におけるアルミニウム製部品の再生方法では、上記皮膜除去工程及び研摩工程においてアルミニウム製部品の表面を除去した厚みの合計（Ａ）と、研摩工程終了後のアルミニウム製部品の表面を再生基準面として皮膜再生工程においてこの再生基準面より上方に形成した酸化皮膜の厚み（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を、再生するアルミニウム製部品が未使用時に有した酸化皮膜の膜厚の５０〜１７０％、好ましくは５０〜７０％の範囲に制御するのがよい。上記数値が１７０％より大きくなると、寸法減少量が大きくなり過ぎ、再生後の部品がアルミニウム製部品としての機能を果たさなくなるといった問題が生じる虞がある。
【００２８】
上述したように、本発明における皮膜除去工程では、アルミニウム製部品表面から酸化皮膜を取り除くとともに、この酸化皮膜を表面に有したアルミニウム材表面の一部も取り除く。また、研摩工程では、上記皮膜除去工程で得られたアルミニウム製部品の表面を研摩してアルミニウム材表面の一部を取り除く。この研摩工程終了後のアルミニウム製部品の表面を再生基準面とすると、本発明における皮膜再生工程において酸化皮膜を形成する際、上記再生基準面をはさんでこの再生基準面より下方であるアルミニウム材側、及び再生基準面より上方に酸化皮膜である酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が形成される。
【００２９】
そこで、本発明においては、皮膜再生工程で形成する酸化皮膜を上記のような範囲内に制御することで、一度再生処理を行なったアルミニウム製部品を複数回再生して再利用する場合でも、再生処理が可能な回数を増加させることができ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再生できると共に、再生前のアルミニウム製部品と比べて同等の性能を有した状態でアルミニウム製部品とし再利用することができる。
【００３０】
また、本発明においては、皮膜除去工程の酸化皮膜除去に先駆けて、アルミニウム製部品の洗浄処理を行う洗浄工程を行ってもよい。このような洗浄処理としては、有機溶剤浴中で行う超音波洗浄であるのがよく、この場合の洗浄処理の条件としては、アセトン、トルエン等の有機溶剤浴中にアルミニウム製部品を浸漬させ、周波数２０〜１００ｋＨｚ、超音波密度０.１〜１.０Ｗ／ｃｍ2の超音波を照射し、浸漬時間５〜１０分間であるのがよい。超音波の周波数が２０ｋＨｚより低いと、超音波のエロージョンによってアルミニウム製部品の酸化皮膜が剥がれ落ちたり、基材であるアルミニウム材が深く侵食されたりすることがあり、反対に超音波の周波数が１００ｋＨｚより高いと、アルミニウム製部品表面の汚れ等の付着物を取り除く能力が低下してしまう。また、超音波密度が０.１Ｗ／ｃｍ2より低い場合には、洗浄効果が低下してしまい、反対に１.０Ｗ／ｃｍ2より高い場合には、エロージョンにより酸化皮膜が剥がれ落ちたり、基材であるアルミニウム材が深く侵食されたりすることがある。浸漬時間が５分より短いと、付着物の除去が充分に行えず、反対に浸漬時間が１０分より長くなると、超音波のエロージョンによって酸化皮膜が剥がれ落ちる虞があるほか、生産性を高めるためにも要する時間が長くなるのは好ましくない。
【００３１】
上記洗浄処理において、洗浄処理を行うアルミニウム製部品の酸化皮膜が剥がれ落ちてしまったり、基材であるアルミニウム材が深く侵食されたりすることは、本発明における洗浄工程以後の工程で当該アルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成してアルミニウム製部品を再生する際、当該アルミニウム製部品の酸化皮膜除去において不均一な面を形成することになるため、有機溶剤浴中での超音波洗浄処理は上記の洗浄条件で行うのがよい。
【００３２】
また、このような洗浄処理によれば、この洗浄工程の後に行う皮膜除去工程においてエッチング除去によって酸化皮膜の除去を行う場合、エッチング進行の妨げとなる汚れ等の付着物が酸化皮膜の表面から取り除かれた状態でエッチングを行うことができるため、アルミニウム製部品表面の酸化皮膜をより均一に除去することができる。
【００３３】
また、上記洗浄工程における洗浄処理として、アルミニウム製部品に対し、直径０.１ｍｍ〜１ｍｍ程度に粉砕したドライアイスを圧縮空気に混在して照射するドライアイスブラスト照射を行ってもよい。このドライアイスブラスト照射の条件としては、吐出圧力１０〜７０Ｐａ、照射量１〜１０ｓｅｃ／ｃｍ2であるのがよく、吐出圧力、照射速度の条件がこれらより大きくなると照射したアルミニウム製部品表面の酸化皮膜が剥がれ落ちる虞があり、本発明における洗浄工程以後の工程で当該アルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成してアルミニウム製部品を再生する際、当該アルミニウム製部品の酸化皮膜除去において不均一な面を形成するといった問題を生じる。
【００３４】
上記のようなドライアイスブラスト照射を行うと、アルミニウム製部品における酸化皮膜の微細な凹凸に入り込んだ汚れ等の付着物まで洗浄することができ、この洗浄工程の後に行う皮膜除去工程にて、エッチング除去により酸化皮膜の除去を行った場合に、酸化皮膜のエッチング進行の妨げとなる付着物を取り除くことができるため、アルミニウム製部品表面の酸化皮膜の除去が、より均一に行うことができる。また、このドライアイスブラスト照射は、上記の有機溶剤浴中で行う超音波洗浄による洗浄処理と組み合わせて行い、特に、有機溶剤浴中での超音波洗浄処理の後に行うことで、アルミニウム製部品の洗浄効果をより一層向上させることができる。
【００３５】
本発明における半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法によれば、再生して得られたアルミニウム製部品は、その表面の酸化皮膜の電気的絶縁性、耐プラズマ性等の性能について、当該アルミニウム製部品を再生する前の未使用時の状態で有していたものと同等の性能を有せしめることができ、また、得られたアルミニウム製部品を半導体製造装置で再び使用しても、その表面における酸化皮膜の耐電圧の低下や絶縁抵抗性の低下等を引き起こすことがなく、発塵源となることもない。
また、本発明では、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量を最小限に制限するため、一度再生処理したアルミニウム製部品を複数回再生処理する場合でも、再生処理が可能な回数を増加させることができ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再生して半導体製造装置用アルミニウム製部品とし再利用することができる。
【発明の実施の形態】
以下、実施例及び試験例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００３６】
実施例１
ドライエッチング装置で使用された上部電極について本発明の再生方法を用いて再生処理を行った。
この上部電極は、アルミ合金Ａ６０６１を基材にして、その表面に陽極酸化皮膜を有した円盤状の形状をしており、この上部電極の盤面には半径１５０ｍｍの範囲内に多数の貫通孔が設けられている。この上部電極は、ドライエッチング装置のチャンバー上部にセットされて、盤面に設けられた上記貫通孔を通じてハロゲン、酸素、炭素、水素、不活性ガス等から選ばれた１種又は２種以上で構成されたエッチングガスがドライエッチング装置のチャンバー内に供給される。そして、同じくこのドライエッチング装置にセットされた下部電極との間に１３.５６ＭＨｚの高周波電界を印加して、これら上下電極間にプラズマを発生させ、下部電極上に載置したシリコンウエハーについてエッチング加工を行うものである。
【００３７】
この実施例１に係る上部電極は、上記のようなドライエッチング装置において使用され、高周波印加時間の積算値が１００時間に達したものである。先ず、この上部電極の寸法測定を行ったところ、直径４５０.０８２ｍｍ、厚さ２０.１０５ｍｍであり、このうちその表面に有する陽極酸化皮膜の膜厚は、測定の結果、平均厚さで４８μｍであった。また、この上部電極の盤面には、その中心から半径１５０ｍｍの範囲内に、厚さ方向に向けて直径０.８０ｍｍの貫通孔が合計で１５０個設けられていた。この上部電極の絶縁抵抗測定を行ったところ、貫通孔の周辺では、測定電圧ＤＣ５００Ｖに対して１ＭΩ以下の部分が存在することが確認された。また、この上部電極の表面粗さを測定した結果は、プラズマ放電面でＲy１８μｍであった。目視によりこの上部電極を確認したところ、長さ約３ｍｍ、幅約０.６ｍｍ、深さ約０.２ｍｍの傷を有していることが分かり、この部分の絶縁抵抗値は、測定電圧ＤＣ５００Ｖに対して０ＭΩで、陽極酸化皮膜が剥がれ落ちてしまっていた。
【００３８】
そこで、上記の上部電極を、アセトン浴中に浸漬させ、周波数４０ｋＨｚ、密度０.５Ｗ／ｃｍ2の超音波を照射して１０分間超音波洗浄を行った。次に、アセトン浴から取り出した上部電極に対して、直径０.１ｍｍ〜１ｍｍ程度に粉砕したドライアイスを３０Ｐaの圧縮空気に含め、照射量１０sec／ｃｍ2の割合でドライアイスブラスト照射を行った（洗浄工程）。
【００３９】
次に、この上部電極を濃度５ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させ、浴温度４５℃で浸漬時間５分のエッチングを行い、この上部電極の表面に付された陽極酸化皮膜の除去を行った。エッチング終了後の上部電極を３次元形状測定器により、再生前後における直径、厚さを測定し、その変化量を調べたところ、酸化皮膜の除去とともに表面において取り除かれたアルミ合金基材の厚みは、最大部分が８μｍ、最小部分で５μｍであった（皮膜除去工程）。
【００４０】
次に、陽極酸化皮膜が除去された上部電極について、粒度６００番の研摩布を用いた研摩を行い、その表面粗さがＲy０.８μｍとなるように上部電極の表面を研摩した。この研摩によるアルミ合金基材の寸法減少量は、表面における厚さで５μｍ以下となるようにした。また、上部電極が有していた傷部分については、その角部に対し、先ず粒度１８０番の研摩紙で粗研摩を行い、次いで粒度６００番の研摩布を用いて仕上げ研摩を施し、傷の角部が曲率半径Ｒ０.３ｍｍ程度になるようになめらかな丸みを帯びさせた（研摩工程）。
【００４１】
そして、上記のようにして得られた上部電極について、硫酸浴を用い、浴濃度１５ｗｔ％、浴温度２℃、定電流（電流密度）３Ａ／ｄｍ2、時間３０分の条件で陽極酸化処理を行い、再びこの上部電極の全ての表面に陽極酸化皮膜を形成した（皮膜再生工程）。
【００４２】
このようにして得られた再生後の上部電極について寸法測定をした結果、直径が４５０.０１８μｍ、厚さ２０.０２７ｍｍであり、貫通孔の直径は０.８７ｍｍであった。このうち再生された陽極酸化皮膜の膜厚は、再生後の上部電極の表面において平均値で５１μｍであった。これらの値はすべて、この上部電極がドライエッチング装置で使用される場合に定められた寸法変化許容量の範囲内のものであった。
【００４３】
また、上記エッチング除去（皮膜除去工程）における表面陽極酸化皮膜及びアルミ合金基材の除去量と研摩（研摩工程）によるアルミ合金基材の除去量の合計と、陽極酸化処理（皮膜再生工程）で上部電極の再生基準面より上方に積層された陽極酸化皮膜の厚みとの差は、この実施例１における再生処理前の上部電極が表面に有していた酸化皮膜の膜厚（平均４８μｍ）に対し直径方向で６３％、厚み方向で７６％であった。
【００４４】
また、再生後の上部電極の表面粗さについては、Ｒy７μｍで、この上部電極が使用される前の新品時のもの（５μｍ）と同程度のものが得られた。更に、この再生後の上部電極の絶縁抵抗測定を行ったところ、貫通孔周辺を含め盤面の全ての部分で測定電圧ＤＣ５００Ｖに対して２０００ＭΩ以上の値を示し、この上部電極が、ドライエッチング装置で使用される場合の基準値（１００ＭΩ以上）を満たしていた。
【００４５】
試験例
上記のようにして再生した上部電極をドライエッチング装置に搭載し、通常行う条件と同じにして、シリコンウエハーのエッチング加工を行ったところ、当該ドライエッチング装置に新品の上部電極を使用した場合の交換周期にあたる高周波印加時間の積算１００時間まで、シリコンウエハーのエッチング加工に支障をきたすことなく使用することができた。この再生した上部電極を用いてシリコンウエハーのエッチング加工を行った場合、ドライエッチング装置における高周波電力に対するインピーダンスについては、新品の上部電極を用いた場合と同等の性能を示すことができた。また、エッチング加工中のパーティクルの発生状況についても８インチウエハー面上に０.２μｍ以上のパーティクルが５０個以下であり、新品の上部電極の場合と同等の性能を示すことが分かった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明における半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法によれば、再生して得たアルミニウム製部品について、再び当該半導体製造装置において使用した場合に、その表面の酸化皮膜の耐電圧低下や絶縁抵抗性の低下等を引き起こすことがなく、発塵源ともならずに、アルミニウム製部品としての交換周期にあたる積算時間まで使用することができ、再生処理を行う前の新品時のアルミニウム製部品が有していたものと同等な性能を備えたものとすることができる。また、本発明における再生方法で再生したアルミニウム製部品は、再生処理に伴うアルミニウム製部品の寸法減少量を最小限に留めるため、当該アルミニウム製部品の再生処理回数を増加させることができ、アルミニウム製部品を無駄なく効率的に再利用することができる。
Claims (12)
- アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材で形成されて表面に酸化皮膜を有し、この酸化皮膜が経時的に消耗する半導体製造装置用アルミニウム製部品を再生する再生方法であり、
上記アルミニウム製部品の表面の酸化皮膜を除去する皮膜除去工程と、この皮膜除去工程で得られたアルミニウム製部品を研磨する研摩工程と、この研摩工程で得られたアルミニウム製部品の表面に酸化皮膜を形成する皮膜再生工程とを含むことを特徴とする半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。 - 皮膜除去工程において、酸化皮膜の除去と共にアルミニウム材の表面を厚さ５〜５０μｍの範囲で除去する請求項１に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 皮膜除去工程が、エッチング処理を行うエッチング工程である請求項１又は２に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 研摩工程において、アルミニウム製部品の表面粗さＲyを５μｍ以下に制御する請求項１に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- アルミニウム製部品が表面凹凸を有する場合であって、研摩工程においてアルミニウム製部品の表面粗さＲyを５μｍ以下に制御すると共に上記表面凹凸の角部を曲率半径（Ｒ）０.２ｍｍ以上に制御する請求項１に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 研摩工程において、研摩によりアルミニウム材の表面を厚さ１０μｍ以下の範囲で除去する請求項４又は５に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 研摩工程が、粒度８０〜１２００番の研磨材を用いて研摩する研摩工程である請求項４〜６のいずれかに記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 皮膜再生工程においてアルミニウム製部品の表面に形成する酸化皮膜の膜厚を、再生するアルミニウム製部品が未使用時に有した酸化皮膜の膜厚の９０〜１１０％の範囲に制御する請求項１に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 皮膜再生工程が、陽極酸化処理により酸化皮膜を形成する陽極酸化工程である請求項８に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 皮膜除去工程に先駆けて、前処理としてアルミニウム製部品の洗浄処理を行う洗浄工程を含む請求項１〜９のいずれかに記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 洗浄工程における洗浄処理が、アルミニウム製部品を有機溶剤浴に浸漬して行う超音波洗浄及び／又はアルミニウム製部品にドライアイスブラストを照射して行うドライアイスブラスト照射洗浄である請求項１０に記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
- 皮膜除去工程及び研摩工程においてアルミニウム製部品の表面を除去した厚みの合計（Ａ）と、研摩工程終了後のアルミニウム製部品の表面を再生基準面として皮膜再生工程においてこの再生基準面より上方に形成した酸化皮膜の厚み（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を、再生するアルミニウム製部品が未使用時に有した酸化皮膜の膜厚の５０〜１７０％の範囲に制御する請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体製造装置用アルミニウム製部品の再生方法。
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