KR100924852B1

KR100924852B1 - 기판 처리 장치용 부품 및 피막 형성 방법

Info

Publication number: KR100924852B1
Application number: KR1020070097315A
Authority: KR
Inventors: 고우지 미츠하시; 도모야 오쿠보
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-11-02
Also published as: CN101153407B; JP4895275B2; CN101153407A; TW200825210A; KR20080029839A; TWI439575B; JP2008081815A

Abstract

피막의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있는 기판 처리 장치용 부품의 피막 형성 방법을 제공한다.

우선, 표면에 알루미늄 기재(56)가 노출하게 된 냉각판(36)을 직류 전원의 양극에 접속하고, 수산(蓚酸) 용액 중에 침지하여, 냉각판(36)의 표면을 산화하고(단계 S61), 이어서, 표면에 알루마이트 피막(57)이 형성된 냉각판(36)을 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지한다(단계 S62).

Description

기판 처리 장치용 부품 및 피막 형성 방법{PARTS FOR SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR FORMING COATING FILM}

본 발명은, 기판 처리 장치용 부품 및 피막 형성 방법에 관한 것이고, 특히, 플라즈마 처리를 기판에 실시하는 기판 처리 장치용 부품에 관한 것이다.

기판으로서의 웨이퍼에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서, CVD나 PVD 등의 성막 처리를 실시하는 성막 장치나 플라즈마에 의한 에칭을 행하는 에칭 장치가 알려져 있다. 이 기판 처리 장치는 최근 웨이퍼의 대구경화에 따라 대형화하고 있어, 그 장치의 중량 증가가 과제가 되고 있다. 그래서, 기판 처리 장치의 구성 부품용 부재로서 경량의 알루미늄 부재가 다용되고 있다.

그런데, 일반적으로 알루미늄 부재는 기판 처리 장치에서 소정의 처리를 위해 이용되는 부식성 가스나 플라즈마에 대한 내식성이 낮으므로, 그 알루미늄 부재로 이루어지는 구성 부품, 예컨대, 냉각판(cooling plate)의 표면에는 내식성을 갖는 알루마이트 피막이 형성된다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

(특허 문헌 1) 일본 공개 특허 공보 평 11－43734 호

그러나, 최근, HARC(High Aspect Ratio Contact) 처리 등으로 대표되는 고파워의 플라즈마 처리를 실시하는 경우가 있다. 고파워의 플라즈마 처리에서는 냉각판의 온도가 상승하지만, 일반적으로 알루마이트 피막은 내열성이 낮으므로, 이러한 플라즈마 처리에서는 냉각판의 알루마이트 피막에 틈(crack)이 발생하여, 알루마이트 피막의 일부가 벗겨져 이물질(particle)이 발생한다.

본 발명의 목적은, 피막의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있는 기판 처리 장치용 부품 및 피막 형성 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 제 1 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품은, 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치용 부품에 있어서, 상기 부품을 직류 전원의 양극(陽極)에 접속하고 또한 유기산을 주성분으로 하는 용액 중에 침지하는 양극 산화 처리에 의해 상기 부품의 표면에 형성된 피막을 구비하고, 상기 피막에는 끓는 물을 이용한 반봉공(半封孔) 처리가 실시되는 것을 특징으로 한다.

제 2 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품은, 제 1 국면에 따른 부품에 있어서, 상기 반봉공 처리에서는 상기 기판 처리 장치용 부품을 상기 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지하는 것을 특징으로 한다.

제 3 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품은, 제 1 국면 또는 제 2 국면에 따 른 부품에 있어서, 용사에 의해 피막이 형성될 수 없는 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.

제 4 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품은, 제 3 국면에 따른 부품에 있어서, 상기 표면은 적어도 하나의 구멍부(穴部) 또는 오목부(凹部)의 표면인 것을 특징으로 한다.

제 5 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품은, 제 3 국면에 따른 부품에 있어서, 상기 부품의 표면은 고파워의 플라즈마 분위기에 폭로(暴露)되는 것을 특징으로 한다.

제 6 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품은, 제 1 국면 또는 제 2 국면에 따른 부품에 있어서, 상기 기판 처리 장치용 부품은 원판 형상의 냉각판이며, 그 냉각판은 복수의 관통공(貫通孔)을 갖는 것을 특징으로 한다.

제 7 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품은, 제 1 국면 또는 제 2 국면에 따른 부품에 있어서, 상기 부품을 이루는 기재는 주성분이 JIS 규격의 A6061 합금인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 제 8 국면에 따른 피막 형성 방법은, 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치용 부품의 피막 형성 방법에 있어서, 상기 부품을 직류 전원의 양극에 접속하고 또한 유기산을 주성분으로 하는 용액 중에 침지하는 양극 산화 단계와, 끓는 물 중에 상기 부품을 5분∼10분에 걸쳐 침지하는 반봉공 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.

제 1 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품에 의하면, 그 부품이 직류 전원의 양극에 접속되고 또한 유기산을 주성분으로 하는 용액 중에 침지되어 표면에 피막이 형성되고, 피막에는 끓는 물을 이용한 반봉공 처리가 실시된다. 부품이 직류 전원의 양극에 접속되고 또한 유기산을 주성분으로 하는 용액 중에 침지되면, 그 부품의 표면으로부터 안쪽을 향하여 산화막이 성장하는 한편, 부품의 표면으로부터 바깥쪽을 향하여 산화막이 성장하지 않는다. 즉, 표면으로부터 바깥쪽을 향하여 산화물의 결정 기둥이 신장하지 않으므로, 결정 기둥끼리의 충돌에 의한 잔류 응력의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 피막에는 복수의 포어(pore)(구멍)가 발생하지만, 끓는 물을 이용한 반봉공 처리는 이들 포어를 불완전하게 봉공(封孔; sealing)하므로, 각 포어에 있어서 산화물이 팽창하더라도, 팽창한 산화물이 피할 장소를 확보할 수 있다. 따라서, 부품이 고온이 되어도 피막이 파괴되는 일이 없고, 피막의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있다.

제 2 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품에 의하면, 기판 처리 장치용 부품이 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지되므로, 피막의 각 포어에 있어서 산화물의 성장량을 작게 할 수 있어, 확실히 개구를 확보할 수 있다. 따라서, 피막의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 확실히 방지할 수 있다.

제 3 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품에 의하면, 용사에 의해 피막이 형성될 수 없는 표면을 갖는다. 그 부품이 유기산을 주성분으로 하는 용액 중에 침지되면, 용사에 의해 피막이 형성될 수 없는 표면에는 유기산을 주성분으로 하는 용액이 접촉한다. 따라서, 용사에 의해 피막이 형성될 수 없는 표면에 피막을 형성할 수 있다.

제 4 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품에 의하면, 용사에 의해 피막이 형성될 수 없는 표면은 적어도 하나의 구멍부 또는 오목부의 표면이다. 침지에 의해 구멍부 또는 오목부의 표면에도 피막을 형성할 수 있고, 그 피막에서는 잔류 응력의 발생이 억제되어, 각 포어가 불완전하게 봉공된다. 따라서, 그 부품의 내열성을 향상할 수 있다.

제 5 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품에 의하면, 표면은 고파워의 플라즈마 분위기에 폭로되지만, 표면에는 불완전하게 봉공된 포어를 갖는 피막이 형성되므로, 고파워의 플라즈마 분위기에 폭로되더라도 피막의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있다.

제 6 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품에 의하면, 그 부품은 복수의 관통공을 갖는 냉각판이다. 냉각판의 표면 및 각 관통공에는 유기산이 접촉함으로써 피막이 형성되므로, 냉각판의 내열성을 향상할 수 있다.

제 7 국면에 따른 기판 처리 장치용 부품에 의하면, 부품을 이루는 기재는 주성분이 JIS 규격의 A6061 합금이므로, 상술한 효과를 현저히 나타낼 수 있다.

제 8 국면에 따른 피막 형성 방법에 의하면, 기판 처리 장치용 부품이 직류 전원의 양극에 접속되고 또한 유기산을 주성분으로 하는 용액 중에 침지되고, 끓는 물 중에 부품이 5분∼10분에 걸쳐 침지된다. 부품이 직류 전원의 양극에 접속되고 또한 유기산을 주성분으로 하는 용액 중에 침지되면, 그 부품의 표면으로부터 안쪽 을 향하여 산화막이 성장하는 한편, 부품의 표면으로부터 바깥쪽을 향하여 산화막이 성장하지 않는다. 즉, 표면으로부터 바깥쪽을 향하여 산화물의 결정 기둥이 신장하지 않으므로, 결정 기둥끼리의 충돌에 의한 잔류 응력의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 피막에는 복수의 포어(구멍)가 발생하지만, 끓는 물 중에 부품이 5분∼10분에 걸쳐 침지되면 각 포어에 있어서 산화물의 성장량을 작게 할 수 있어, 각 포어가 불완전하게 봉공되므로, 각 포어에 있어서 산화물이 팽창하더라도, 팽창한 산화물이 피할 장소를 확보할 수 있다. 따라서, 부품이 고온이 되어도 피막이 파괴되는 일이 없고, 피막의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치용 부품이 적용되는 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치용 부품이 적용되는 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 이 기판 처리 장치는 기판으로서의 반도체 웨이퍼 W에 RIE(Reactive Ion Etching) 처리나 애싱 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하도록 구성되어 있다.

도 1에 있어서, 기판 처리 장치(10)는 원통 형상의 챔버(11)를 갖고, 그 챔버(11)는 내부에 처리 공간 S를 갖는다. 또한, 챔버(11) 내에는, 예컨대, 직경이 300㎜인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 함) W를 탑재하는 탑재대로서 의 원기둥 형상의 서셉터(12)가 배치되어 있다. 챔버(11)의 내벽면은 측벽 부재(31)로 덮여진다. 그 측벽 부재(31)는 알루미늄으로 이루어지며, 그 처리 공간 S에 대향하는 면은 이트리아(Y₂O₃)의 용사 피막으로 코팅되어 있다. 또한, 챔버(11)는 전기적으로 접지하고, 서셉터(12)는 챔버(11)의 바닥부에 절연성 부재(29)를 사이에 두고 설치된다.

기판 처리 장치(10)에서는, 챔버(11)의 안쪽벽과 서셉터(12)의 측면에 의해, 서셉터(12) 위쪽의 가스를 챔버(11)의 밖으로 배출하는 배기로(13)가 형성된다. 이 배기로(13)의 도중에는 플라즈마의 하류로의 누설을 방지하는 고리 형상의 배기 플레이트(14)가 배치된다. 또한, 배기로(13)에 있어서의 배기 플레이트(14)보다 하류의 공간은, 서셉터(12)의 아래쪽으로 돌아 들어가는, 가변식 버터플라이 밸브인 자동 압력 제어 밸브(Automatic Pressure Control Valve)(이하, 「APC 밸브」라고 함)(15)에 연통한다. APC 밸브(15)는, 아이솔레이터(Isolator)(16)를 거쳐 진공 흡입용 배기 펌프인 터보 분자 펌프(Turbo Molecular Pump)(이하, 「TMP」라고 함)(17)에 접속되고, TMP(17)는, 밸브 V1을 거쳐 배기 펌프인 드라이 펌프(이하, 「DP」라고 함)(18)에 접속되어 있다. APC 밸브(15)는 챔버(11) 내의 압력 제어를 행하고, TMP(17)는 챔버(11) 내를 진공 흡입한다.

또한, 바이패스 배관(19)이 아이솔레이터(16) 및 APC 밸브(15)의 사이로부터 밸브 V2를 거쳐 DP(18)에 접속되어 있다. DP(18)는 바이패스 배관(19)을 거쳐 챔버(11) 내를 러프 펌핑(rough pumping)한다.

서셉터(12)에는 고주파 전원(20)이 급전봉(21) 및 정합기(Matcher)(22)를 거쳐 접속되어 있고, 그 고주파 전원(20)은 고주파 전력을 서셉터(12)에 공급한다. 이에 따라, 서셉터(12)는 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 정합기(22)는, 서셉터(12)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감하여 고주파 전력의 서셉터(12)로의 공급 효율을 최대로 한다. 서셉터(12)는 고주파 전원(20)으로부터 공급된 고주파 전력을 처리 공간 S에 인가한다.

서셉터(12)의 내부 위쪽에는, 도전막으로 이루어지는 원판 형상의 ESC 전극판(23)이 배치되어 있다. ESC 전극판(23)에는 ESC 직류 전원(24)이 전기적으로 접속되어 있다. 웨이퍼 W는, ESC 직류 전원(24)으로부터 ESC 전극판(23)에 인가된 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력 또는 존슨ㆍ라벡(Johnsen－Rahbek)력에 의해 서셉터(12)의 윗면에 흡착 유지된다. 또한, 서셉터(12)의 상부에는, 서셉터(12)의 윗면에 흡착 유지된 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록 원환(圓環) 형상의 포커스링(25)이 배치된다. 이 포커스링(25)은 처리 공간 S에 노출하고, 그 처리 공간 S에서 발생한 플라즈마를 웨이퍼 W의 표면을 향하여 수속하여, 플라즈마 처리의 효율을 향상시킨다.

또한, 서셉터(12)의 내부에는, 예컨대, 원주 방향으로 연재하는 고리 형상의 냉매실(26)이 마련된다. 이 냉매실(26)에는, 칠러(chiller) 유닛(도시하지 않음)으로부터 냉매용 배관(27)을 거쳐 소정 온도의 냉매, 예컨대, 냉각수나 갈덴(등록 상표)액이 순환 공급되고, 그 냉매의 온도에 따라 서셉터(12) 윗면에 흡착 유지된 웨이퍼 W의 처리 온도가 제어된다.

또한, 서셉터(12)의 윗면의 웨이퍼 W가 흡착 유지되는 부분(이하, 「흡착면」이라고 함)에는, 복수의 전열 가스 공급 구멍(28)이 개구하고 있다. 이들 복수의 전열 가스 공급 구멍(28)은, 서셉터(12) 내부에 배치된 전열 가스 공급 라인(30)을 거쳐 전열 가스 공급부(32)에 접속되고, 그 전열 가스 공급부(32)는 전열 가스로서의 헬륨(He) 가스를, 전열 가스 공급 구멍(28)을 거쳐 흡착면 및 웨이퍼 W의 이면의 간극에 공급한다.

또한, 서셉터(12)의 흡착면에는, 서셉터(12)의 윗면으로부터 돌출이 자유로운 리프트핀으로서의 복수의 푸셔핀(33)이 배치되어 있다. 이들 푸셔핀(33)은 흡착면으로부터 자유롭게 돌출한다. 웨이퍼 W에 플라즈마 처리를 실시하기 위해 웨이퍼 W를 흡착면에 흡착 유지할 때에는, 푸셔핀(33)은 서셉터(12)에 수용되고, 플라즈마 처리가 실시된 웨이퍼 W를 챔버(11)로부터 반출할 때에는, 푸셔핀(33)은 서셉터(12)의 윗면으로부터 돌출하여 웨이퍼 W를 서셉터(12)로부터 이간시켜 위쪽으로 들어 올린다.

챔버(11)의 천정부에는, 서셉터(12)와 대향하도록 가스 도입 샤워헤드(34)가 배치되어 있다. 그 가스 도입 샤워헤드(34)는 천정 전극판(35), 냉각판(36)(기판 처리 장치용 부품) 및 상부 전극체(Upper Electrode Body)(37)를 구비한다. 가스 도입 샤워헤드(34)에 있어서, 천정 전극판(35), 냉각판(36) 및 상부 전극체(37)는 아래쪽으로부터 순서대로 중첩된다.

천정 전극판(35)은 도전체 재료로 이루어지는 원판 형상의 부품이다. 그 천정 전극판(35)에는 고주파 전원(38)이 정합기(39)를 거쳐 접속되어 있고, 그 고주 파 전원(38)은 고주파 전력을 천정 전극판(35)에 공급한다. 이에 따라, 천정 전극판(35)은 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 정합기(39)는 정합기(22)와 동일한 기능을 갖는다. 천정 전극판(35)은 고주파 전원(38)으로부터 공급된 고주파 전력을 처리 공간 S에 인가한다. 또, 천정 전극판(35)의 주위에는 그 천정 전극판(35)을 둘러싸도록 고리 형상의 절연 부재(40)가 배치되고, 그 절연 부재(40)는 천정 전극판(35)을 챔버(11)로부터 절연한다.

냉각판(36)은 알루미늄, 예컨대, JIS 규격의 A6061 합금으로 이루어지는 원판 형상의 부품이다. 그 냉각판(36)의 표면은, 후술하는 피막 형성 방법에 의해 형성된 알루마이트 피막(57)에 의해 덮여 있다. 냉각판(36)은 플라즈마 처리에 의해 고온이 된 천정 전극판(35)의 열을 흡수하여 그 천정 전극판(35)을 냉각한다. 또, 냉각판(36)의 아랫면은 천정 전극판(35)의 윗면에 알루마이트 피막(57)을 거쳐 접촉하므로, 천정 전극판(35)은 냉각판(36)과 절연된다.

상부 전극체(37)는 알루미늄으로 이루어지는 원판 형상의 부품이다. 그 상부 전극체(37)의 표면도, 후술하는 피막 형성 방법에 의해 형성된 알루마이트 피막(57)에 의해 덮여 있다. 상부 전극체(37)의 내부에는 버퍼실(41)이 마련되고, 이 버퍼실(41)에는 처리 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 처리 가스 도입관(42)이 접속되어 있다. 버퍼실(41)에는 처리 가스 도입관(42)을 거쳐 처리 가스 공급부로부터 처리 가스가 도입된다.

천정 전극판(35) 및 냉각판(36)은, 각각 그 두께 방향으로 관통하는 복수의 가스 구멍(43, 44)(관통공)을 갖는다. 또한, 상부 전극체(37)는 그 상부 전극 체(37)의 아랫면 및 버퍼실(41)의 사이의 부분을 관통하는 복수의 가스 구멍(45)을 갖는다. 천정 전극판(35), 냉각판(36) 및 상부 전극체(37)가 중첩되었을 때, 각 가스 구멍(43, 44, 45)은 일직선상에 늘어서, 버퍼실(41)에 도입된 처리 가스를 처리 공간 S에 공급한다.

챔버(11)의 측벽에는, 푸셔핀(33)에 의해 서셉터(12)로부터 위쪽으로 들어 올려진 웨이퍼 W의 높이에 대응하는 위치에 웨이퍼 W의 반출입구(46)가 마련되고, 반출입구(46)에는, 그 반출입구(46)를 개폐하는 게이트 밸브(47)가 붙여져 있다.

이 기판 처리 장치(10)의 챔버(11) 내에서는, 상술한 바와 같이, 서셉터(12) 및 천정 전극판(38)이 처리 공간 S에 고주파 전력을 인가함으로써, 가스 도입 샤워헤드(34)로부터 처리 공간 S에 공급된 처리 가스를 고밀도의 플라즈마로 하여 양이온이나 래디컬을 발생시키고, 그 양이온이나 래디컬에 의해 웨이퍼 W에 플라즈마 처리를 실시한다.

도 2는 기판 처리 장치용 부품의 표면에 형성되는 일반적인 알루마이트 피막의 구성을 나타내는 단면 사시도이다.

도 2에 있어서, 알루마이트 피막(48)은, 부품의 알루미늄 기재(49)상에 형성된 배리어층(50)과, 그 배리어층(50)의 위에 형성된 포러스(porous)층(51)을 구비한다.

배리어층(50)은 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 이루어지는 거의 결함이 없는 층이며, 가스 투과성을 갖고 있지 않으므로, 부식성 가스나 플라즈마가 알루미늄 기 재(49)에 접촉하는 것을 방지한다. 포러스층(51)은 알루마이트 피막(48)의 두께 방향(이하, 간단히 「막 두께 방향」이라고 함)을 따라 신장하여 성장하는, 산화알루미늄으로 이루어지는 복수의 셀(52)을 갖는다. 각 셀(52)은 알루마이트 피막(48)의 표면에서 개구하고, 막 두께 방향을 따라 신장하는 구멍인 포어(53)를 갖는다.

이 알루마이트 피막(48)은, 부품을 직류 전원의 양극에 접속하여 산성 용액(전해액) 중에 침지하여, 알루미늄 기재(49)의 표면을 산화하는(양극 산화 처리) 것에 의해 형성된다. 이때, 배리어층(50)과 함께 포러스층(51)이 형성되지만, 포러스층(51)에서는 셀(52)의 성장에 따라 포어(53)도 막 두께 방향을 따라 신장하여 간다.

알루마이트 피막(48)이 표면에 형성된 부품을, 수분을 포함하는 분위기에 있어서 사용하면, 각 포어(53)는 수분을 흡수하여, 그 후 방출하는 경우가 있다. 플라즈마 처리는 진공 중에서 실행될 필요가 있지만, 각 포어(53)로부터 수분이 방출되면 진공을 실현하는 것이 곤란하다. 따라서, 각 포어(53)는 봉공할 필요가 있다(봉공 처리).

통상, 봉공 처리에서는 120℃∼140℃의 고압의 수증기에 알루마이트 피막(48)이 노출된다. 이때, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 각 셀(52)에서는 수증기에 촉발되어 산화알루미늄(60)이 팽창ㆍ성장하여, 포어(53)를 거의 봉공한다. 이때, 포어(53) 내에서는 팽창ㆍ성장한 산화알루미늄(60)이 피할 장소가 없어지고, 포러스층(51) 등에 압축 응력을 발생시키는 일이 있다.

또한, 통상, 양극 산화 처리에서는 황산 용액이 이용되지만, 부품이 황산 용액 중에 침지되면, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 기재(49)가 산화되어 알루마이트 피막(48)이 안쪽을 향하여 성장하고 또한, 바깥쪽을 향해서도 성장한다. 알루미늄 기재(49)의 안쪽을 향하여 성장하는 알루마이트 피막(48)에서는, 알루미늄이 산화알루미늄으로 변질할 뿐이지만, 알루미늄 기재(49)의 바깥쪽을 향하여 성장하는 알루마이트 피막(48)에서는, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 불순물(54)을 정점으로 하는 산화알루미늄의 결정 기둥(55)이 알루마이트 피막(48)의 바깥쪽을 향하여 신장한다. 이때, 어떤 결정 기둥(55)이 구부러지면서 신장하여 인접하는 결정 기둥(55)에 충돌하면 각각의 결정 기둥(55)에 잔류 응력이 발생한다.

황산 용액을 이용한 양극 산화 처리 및 수증기를 이용한 봉공 처리에 의해 형성된 알루마이트 피막(48)에서는, HARC 처리에 의해 부품이 고온, 예컨대, 알루마이트 피막(48)이 표면에 형성된 냉각판(36)에서의 천정 전극판(35)과의 접촉면의 온도가 176℃ 정도가 되면, 알루마이트 피막(48)에 있어서 포어(53)의 산화알루미늄(60)이 팽창하여 포러스층(51) 등에 압축 응력이 발생한다. 또한, 결정 기둥(55)끼리의 충돌에 의한 잔류 응력에 열 응력이 가해진다. 그 결과, 알루마이트 피막(48)이 파괴되는 일이 있다.

이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치용 부품으로서의 냉각판(36)의 표면에 형성되는 알루마이트 피막에서는, 포러스층 등에 있어서의 압축 응력 및 잔류 응력의 발생이 억제된다.

구체적으로는, 표면에 알루미늄 기재(56)가 노출하게 된 냉각판(36)을 직류 전원의 양극에 접속하여, 유기산, 예컨대, 수산(蓚酸)을 주성분으로 하는 산성 용액(이하, 「수산 용액」이라고 함)에 침지하여, 냉각판(36)의 표면을 산화한다(양극 산화 처리).

이때, 황산을 이용한 양극 산화 처리와 달리, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 알루마이트 피막(57)은 주로 알루미늄 기재(56)의 안쪽을 향하여 성장하고, 알루미늄 기재(56)의 바깥쪽을 향하여 거의 성장하지 않는다. 따라서, 알루미늄 기재(56)의 표면으로부터 바깥쪽을 향하여 산화알루미늄의 결정 기둥이 성장하는 일이 거의 없고, 인접하는 결정 기둥끼리가 충돌하는 일이 없다. 그 결과, 알루마이트 피막(57)에 있어서 잔류 응력의 발생을 억제할 수 있다. 또, 알루마이트 피막(57)의 각 셀(58)에서도 포어(53)와 동일한 포어(59)가 형성된다.

또한, 표면에 알루마이트 피막(57)이 형성된 냉각판(36)은 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지된다(반봉공 처리). 이때, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 각 셀(58)에서는 끓는 물에 촉발되어 산화알루미늄(61)이 팽창ㆍ성장하지만, 그 팽창ㆍ성장량은 수증기를 이용한 봉공 처리에 의해 팽창ㆍ성장하는 산화알루미늄(60)의 팽창ㆍ성장량보다 작다. 그 결과, 포어(59)는 불완전하게 봉공되고, 포어(59)에 있어서 산화알루미늄(61)에 둘러싸인 개구 통로(62)가 확보된다. 이에 따라, 포어(59)에 있어서 산화알루미늄(61)이 팽창하더라도, 팽창한 산화알루미늄(61)이 피할 장소를 확보할 수 있어, 포러스층 등에 있어서 압축 응력의 발생을 거의 방지할 수 있다.

또, 냉각판(36)을 끓는 물 중에 30분∼60분에 걸쳐 침지하면, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 포어(59)에서의 알루마이트 피막(57)의 표면 근방에 있어서 산화알루미늄(62)이 크게 팽창ㆍ성장하여, 포어(59)를 거의 봉공하여 버린다. 따라서, 냉각판(36)의 끓는 물로의 침지 시간은 30분 미만, 바람직하게는 5분∼10분인 것이 좋다.

수산 용액을 이용한 양극 산화 처리 및 끓는 물 중에 냉각판(36)을 5분∼10분에 걸쳐 침지하는 반봉공 처리에 의해 형성된 알루마이트 피막(57)에서는, HARC 처리에 의해 냉각판(36)이 고온이 되어도, 포어(59)에 있어서 산화알루미늄(61)이 피할 장소가 확보되어 있으므로, 포러스층 등에 압축 응력이 거의 발생하는 일이 없다. 또한, 알루마이트 피막(57)에 있어서 잔류 응력이 거의 발생하는 일이 없으므로, 열 응력에 잔류 응력이 가해지는 일이 없다. 그 결과, 알루마이트 피막(57)이 파괴되는 일이 없다. 이 효과는, 특히, JIS 규격의 A6061 합금에 있어서 현저하다.

또, 알루마이트 피막(57)에서의 셀(58)의 크기, 배리어층의 두께 및 포어(59)의 직경은, 양극 산화 처리에 있어서, 냉각판(36)이 접속된 직류 전원이 수산 용액에 인가하는 전압에 따라 변화한다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 인가되는 전압이 클수록 셀(58)의 사이즈, 배리어층의 두께 및 포어(59)의 직경은 증가한다. 그러나, 이들의 증가 정도는 서로 달라, 셀(58)의 크기의 증가 정도가 가장 크고, 포어(59)의 직경의 증가 정도가 가장 작다. 이 때문에, 인가하는 전압을 높게 하면, 셀(58)에 대하여 포어(59)가 상대적으로 작아져, 알루마이트 피막(57)의 치밀도가 향상한다. 알루마이트 피막(57)이 치밀하게 되면, 각 포어(59)에 있어서 산화알루미늄(61)이 피할 장소가 확보되지 않을 가능성이 높아지므로, 수산 용액에 인가하는 전압은 어느 임계값 이하인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 실시 형태에 따른 피막 형성 방법에 대하여 설명한다.

도 6은 본 실시 형태에 따른 피막 형성 방법의 흐름도이다.

도 6에 있어서, 우선, 표면에 알루미늄 기재(56)가 노출하게 된 냉각판(36)을 직류 전원의 양극에 접속하고, 수산 용액 중에 침지하여, 냉각판(36)의 표면을 산화한다(단계 S61)(양극 산화 처리).

이어서, 표면에 알루마이트 피막(57)이 형성된 냉각판(36)을 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지하여(단계 S62)(반봉공 처리), 본 처리를 종료한다.

도 6의 처리에 의하면, 냉각판(36)이 직류 전원의 양극에 접속되고 또한 수산 용액 중에 침지되고, 냉각판(36)이 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지된다. 이에 따라, 알루마이트 피막(57)에 있어서 결정 기둥끼리의 충돌에 의한 잔류 응력의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 각 포어(59)에 있어서 산화알루미늄(61)의 성장량을 작게 할 수 있고, 각 포어(59)에 있어서 산화알루미늄(61)이 피할 장소를 확보할 수 있어, 포러스층 등에 있어서 압축 응력이 거의 발생하는 일이 없다. 따라서, 냉각판(36)이 고온이 되어도 알루마이트 피막(57)이 파괴되는 일이 없고, 알루마이트 피막(57)의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있다. 즉, 냉각판(36)의 내열성을 향상할 수 있다.

냉각판(36)은 복수의 가스 구멍(44)을 갖지만, 통상, 가스 구멍(44)은 가는 구멍이므로, 그 가스 구멍(44)의 표면을 향하여 이트리아 등의 입자를 건스프레이 등에 의해 분사하더라도, 입자가 충분히 부착하지 않는 부분이 발생한다. 즉, 가스 구멍(44)의 표면에 용사에 의해 내열성이 우수한 이트리아막 등을 형성하기가 곤란하지만, 도 6의 처리에서는, 냉각판(36)이 수산 용액 중에 침지되므로, 가스 구멍(44)의 표면에 전해액인 수산 용액이 접촉한다. 따라서, 가스 구멍(44)의 표면에 알루마이트 피막(57)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 냉각판(36)의 내열성을 확실히 향상할 수 있다. 또, 건스프레이 등에 의해 이트리아 등의 입자가 충분히 분사되지 않는 표면 또는 전혀 분사할 수 없는 표면을 갖는 다른 부품, 예컨대, 가는 구멍, 깊은 구멍이나 복잡한 오목부를 갖는 다른 부품도, 수산 용액 중에 침지함으로써 모든 표면에 알루마이트 피막(57)을 형성할 수 있고, 이에 따라, 내열성을 확실히 향상할 수 있다.

또한, HARC 처리에서는, 냉각판(36)의 표면, 구체적으로는 가스 구멍(44)의 표면은 고파워의 플라즈마 분위기에 폭로되지만, 가스 구멍(44)의 표면에는 불완전하게 봉공된 포어(59)를 갖고 또한 잔류 응력의 발생이 억제된 알루마이트 피막(57)이 형성되므로, 냉각판(36)이 고파워의 플라즈마 분위기에 폭로되더라도 알루마이트 피막(57)의 벗겨짐에 의한 이물질의 발생을 방지할 수 있다.

또, 상술한 도 6의 처리에서는, 냉각판(36)의 표면에 알루마이트 피막(57)이 형성되었지만, 그 알루마이트 피막(57)이 표면에 형성되는 부품은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 6의 처리에 의해 상부 전극체(37)의 표면에 알루마이트 피막(57)이 형성되더라도 좋다.

(실시예)

다음으로, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

(실시예)

냉각판(36)의 표면에 도 6의 처리에 의해 알루마이트 피막(57)을 형성하고, 그 냉각판(36)을 기판 처리 장치(10)에 내장했다. 이어서, 열 산화막을 갖는 웨이퍼 W를 준비하고, 기판 처리 장치(10)에 의해 그 웨이퍼 W에 HARC 처리를 실시했다. 이 HARC 처리에서는, 챔버(11) 내의 압력이 3.33㎩(25mTorr)로 설정되고, 천정 전극판(35)에는 3300W의 고주파 전력이 공급되며, 서셉터(12)에는 3800W의 고주파 전력이 공급되고, 처리 공간 S에 C₅F₈ 가스, Ar 가스 및 O₂ 가스로 이루어지는 처리 가스(C₅F₈ 가스, Ar 가스 및 O₂ 가스의 유량비는 29／750／47)가 공급되며, 흡착면 및 웨이퍼 W의 이면의 간극에 있어서, 웨이퍼 W의 중앙부 및 가장자리 부분에는 각각 2.00M㎩(15Torr)의 He 가스 및 5.33M㎩(40Torr)의 He 가스가 공급되고, 챔버(11)의 내벽에 있어서, 천정부, 측벽부, 바닥부의 온도는 각각 60℃, 60℃, 20℃로 설정되며, 이 상태가 60초간에 걸쳐 유지되었다. 그리고, HARC 처리 후, 웨이퍼 W의 열 산화막의 에칭 레이트를 산출하고, 또한, 기판 처리 장치(10)로부터 냉각판(36)을 분리하여 알루마이트 피막(57)의 상태를 확인했다.

(비교예)

냉각판(36)의 표면에 황산 용액을 이용한 양극 산화 처리 및 수증기를 이용한 봉공 처리에 의해 알루마이트 피막(48)을 형성하고, 그 냉각판(36)을 기판 처리 장치(10)에 내장했다. 이어서, 열 산화막을 갖는 웨이퍼 W를 준비하고, 기판 처리 장치(10)에 의해 그 웨이퍼 W에 실시예와 같은 조건의 HARC 처리를 실시했다. 그리고, HARC 처리 후, 웨이퍼 W의 열 산화막의 에칭 레이트를 산출하고, 또한, 기판 처리 장치(10)로부터 냉각판(36)을 분리하여 알루마이트 피막(48)의 상태를 확인했다.

알루마이트 피막(48, 57)의 상태를 확인한 결과, 실시예의 알루마이트 피막(57)에는 틈이 발생하여 있지 않지만, 비교예의 알루마이트 피막(48)에는 틈이 발생하여 있는 것을 확인했다. 이에 따라, 도 6의 처리에 의해 냉각판(36)의 내열성을 확실히 향상할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예에 있어서의 열 산화막의 에칭 레이트와, 비교예에 있어서의 열 산화막의 에칭 레이트의 사이에는 유의차를 찾아낼 수 없었다. 따라서, 도 6의 처리에 의해 형성된 알루마이트 피막(57)은 플라즈마 처리에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치용 부품이 적용되는 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도,

도 2는 기판 처리 장치용 부품의 표면에 형성되는 일반적인 알루마이트 피막의 구성을 나타내는 단면 사시도,

도 3은 통상의 피막 형성 방법에 있어서의 알루마이트 피막의 성장 형태를 나타내는 도면이며, 도 3(a)는 포어에 있어서의 산화알루미늄의 팽창ㆍ성장 형태를 나타내는 도면, 도 3(b)는 알루마이트 피막의 성장 방향을 나타내는 도면, 도 3(c)는 알루마이트 피막에 있어서의 결정 기둥의 신장 형태를 나타내는 도면,

도 4는 본 실시 형태에 따른 피막 형성 방법에 있어서의 알루마이트 피막의 성장 형태를 나타내는 도면이며, 도 4(a)는 알루마이트 피막의 성장 방향을 나타내는 도면, 도 4(b)는 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지한 경우의 포어에 있어서의 산화알루미늄의 팽창ㆍ성장 형태를 나타내는 도면, 도 4(c)는 부품을 끓는 물 중에 30분∼60분에 걸쳐 침지한 경우의 포어에 있어서의 산화알루미늄의 팽창ㆍ성장 형태를 나타내는 도면,

도 5는 수산 용액에 인가되는 전압과 알루마이트 피막에 있어서의 셀의 크기, 배리어층의 두께 및 포어의 직경의 증가의 관계를 나타내는 그래프,

도 6은 본 실시 형태에 따른 피막 형성 방법의 흐름도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

S : 처리 공간 W : 웨이퍼

10 : 기판 처리 장치 11 : 챔버

36 : 냉각판 37 : 상부 전극체

48, 57 : 알루마이트 피막 49, 56 : 알루미늄 기재

50 : 배리어층 51 : 포러스층

52, 58 : 셀 53, 59 : 포어

55 : 결정 기둥 60, 61, 63 : 산화알루미늄

Claims

기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치용 부품에 있어서,

상기 부품을 직류 전원의 양극(陽極)에 접속하고 또한 유기산을 포함하는 용액 중에 침지하는 양극 산화 처리에 의해 상기 부품의 표면에 형성된 피막을 구비하고,

상기 피막에는 끓는 물을 이용한 반봉공(半封孔) 처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 부품.
제 1 항에 있어서,

상기 반봉공 처리에서는 상기 기판 처리 장치용 부품을 상기 끓는 물 중에 5분∼10분에 걸쳐 침지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 부품.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 부품의 표면은 하나 또는 복수의 구멍부 또는 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 부품.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 부품의 표면은 하나 또는 복수의 구멍부 또는 오목부를 갖고,

상기 표면은 고파워의 플라즈마 분위기에 폭로(暴露)되는 것

을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 부품.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 기판 처리 장치용 부품은 원판 형상의 냉각판이며, 그 냉각판은 복수의 관통공(貫通孔)을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 부품.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 부품을 이루는 기재는 JIS 규격의 A6061 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 부품.
기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치용 부품의 피막 형성 방법에 있어서,

상기 부품을 직류 전원의 양극에 접속하고 또한 유기산을 포함하는 용액 중에 침지하는 양극 산화 단계와,

끓는 물 중에 상기 부품을 5분∼10분에 걸쳐 침지하는 반봉공 단계

를 갖는 것을 특징으로 하는 피막 형성 방법.