TWI397607B - 金屬構件之保護膜構造及利用此保護膜構造之金屬構件與利用此保護膜構造之半導體或平面顯示器製造裝置 - Google Patents

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Yasuyuki Shirai
Hitoshi Morinaga
Yasuhiro Kawase
Masafumi Kitano
Fumikazu Mizutani
Makoto Ishikawa
Yukio Kishi
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Description

金屬構件之保護膜構造及利用此保護膜構造之金屬構件與利用此保護膜構造之半導體或平面顯示器製造裝置
本發明係關於一種在半導體或平面顯示器的製造領域中所使用，關於以電漿處理所進行的化學氣相沉積(CVD)或反應性離子蝕刻(RIE)等的基板處理裝置。特別是有關於一種處理裝置，在製造過程中，於處理室(process chamber)內壁等，與製程流體相接觸的區域中形成一薄膜，此薄膜可抑制因為反應合成物沉積、腐蝕而產生的金屬污染等，及適用於蝕刻處理；以及使用於此等處理裝置之保護膜構造。
習知的半導體生產技術，都是以少樣多量生產方式為主，例如可以生產DRAM等的記憶體為代表。以數千億日元的龐大投資，其規模係每個月處理基板的產量可高達數萬片。然而，在資訊家電用的系統LSI，這類生命週期產量非常少的產品，卻無法達到規模經濟。因此，對於上述的此等產品，業界也希望能夠獲得高額的利潤，因此針對建構階段投資型小規模半導體生產方式的需求，也愈來愈強烈。由於目前的半導體製造裝置僅有單一功能，因此如果要少型號大量生產的話，勢必會造成設置的機台數增加，以及投資金額暴增的問題，從而完全無法建構小規模的生產線。因此，目前的困難即在於若不能以單一的基板處理裝置進行複數個製程處理的話，就不容易實現小規模的生產線。
此外，另外一種愈來愈常見的做法是，為了在300 mm φ或公尺角的大口徑基板的平面上，進行均等的CVD製程處理，因此藉由在處理室內，於基板的正上方設置具有氣體噴出口的噴灑頭(shower head)，用以促使氣體可在基板表面更為平均地進行擴散，此種例子也不斷增加。此外，藉由以金屬材料製造噴灑頭的方式，可將噴灑頭自身作為接地(ground)面，使其向處理基板側產生自偏壓(self bias)，進行RIE。藉由此種設置金屬材質的噴灑頭之方式，即可製造出以一台處理腔室就可處理複數個製程的裝置。
在同一基板處理室中，依序切換不同的氣體種類，進行不同的製程處理時，包含氣體供應噴灑頭在內，構成腔室內的材料乃係重要的要素之一。為了要將CVD或RIE、氧化、氮化等的製程整合在一個基板處理室進行，因此，在每個製程階段，使腔室回復到初始狀態的清潔(cleaning)步驟就顯得相當重要。就清潔氣體而言，無論是電漿清潔或是無電漿清潔，都是以使用氟系的氣體為主。此時，在製造上較佳的方法是使製程的處理室或排氣系統等，維持在250~500℃的溫度狀態下進行。然而，在此等溫度之下所構成的金屬材料，無法避免地會產生腐蝕的情況，而腐蝕則係造成在處理基板表面產生金屬污染的原因。此外，因為在RIE中不但會使用氟素氣體作為蝕刻氣體，在金屬材料的加工中也會使用氯素氣體，所以在RIE裝置中的Al合金或是不鏽鋼這種金屬材料的表面處理，就變成了不可或缺的步驟。例如，就Al合金的情況而言，傳統上係使用酸性的化學生成液進行陽極氧化，比較常見的方法係採用形成數十μ m，且為多孔狀(Porous)的厚鋁氧化皮膜之氧化鋁膜(Alumite)處理。然而，因為此氧化鋁膜皮膜係多孔狀結構，所以其有效表面積非常大，從而會產生大量的水分以及有機物釋放氣體，造成製程的過程中發生污染(contamination)，以及在維修之後，啟動真空裝置的時候，真空度無法有效提昇等結果，導致停工時間(down time)長期化的問題。
本發明之目的，在於提供一種保護表面的皮膜構造，其具有優秀的抗腐蝕性，對於在半導體或平面顯示器的製造領域中，可抑制：(1)在上述製造領域中所用的，使用電漿製程的基板處理裝置時，反應合成物堆積在該基板處理裝置的內壁等，與由於內壁等的腐蝕所造成的金屬污染；以及(2)由於釋放氣體所造成的製程偏移等現象。
本發明之另一目的，在於提供一種可進行複數種製程的製造裝置，係關於用在半導體或平面顯示器的製造領域中、藉由電漿製程的基板處理裝置，可抑制：(1)反應合成物堆積在處理裝置的內壁等；(2)由於內壁等的腐蝕所造成的金屬污染；以及(3)由於釋放氣體所造成的製程偏移等現象。
根據本發明，可得到一種金屬構件的保護膜構造，此種金屬構件的保護膜構造係用於半導體等的製造裝置，其具備第1皮膜層，具有由基材金屬直接氧化而形成之氧化物皮膜；以及第2皮膜層，使用與第1皮膜層不同的材料所構成。
該基材金屬的表面較佳為在形成第1皮膜層之前先進行噴砂(blast)處理。
該第1皮膜層係藉由金屬的熱氧化而形成之氧化物皮膜。
此外，該第1皮膜層，亦可係由pH4~pH10的有機化學生成液所構成的電解質溶液，進行陽極氧化後而形成的氧化物皮膜。
除此之外，該第1皮膜層，亦可係以pH4~pH10的無機化學生成液所構成的電解質溶液，進行陽極氧化而形成的氧化物皮膜。
該第1皮膜層較佳的情況為膜的厚度在10nm以上，在1微米(Micron，μ m)以下。
該第2皮膜層係由以電漿噴鍍法(plasma spraying)所形成的氧化鋁、氧化釔、氧化鎂，以及此等之混晶(mixed－crystal)中之任一個所構成的皮膜；該第2皮膜層較佳的情況為膜厚200 μ m左右。
該第2皮膜層亦可為由NiP電鍍、Ni電鍍、Cr電鍍中至少一者所構成的皮膜。
此外，該第2皮膜層亦可使用採用氟樹脂塗覆法所形成的氟樹脂皮膜。
根據本發明，可得到一種半導體或平面顯示器製造裝置用氣體供應噴灑頭，其特徵在於使用具上述特徵之保護膜構造。
又，根據本發明，可得到半導體或平面顯示器製造裝置用金屬構件，其特徵在於使用具上述特徵之保護膜構造。
又，根據本發明，可得到半導體或平面顯示器製造裝置，其特徵在於使用具上述特徵之保護膜構造。較佳的情況是具備該特徵之保護膜構造，係使用於半導體或平面顯示器製造裝置的處理室內壁。
更具體而言，設於處理室內的氣體供應用下段噴淋板(shower plate)(亦稱為噴灑頭)以及處理室的內表面等處，其所使用的金屬材料之表面，具備作為底層的第1皮膜層，其具有由基材直接氧化而形成的，膜厚在1 μ以下之氧化物皮膜；並形成第2皮膜層，由氧化鋁、氧化釔、氧化鎂，以及此等之混晶中之任一個所構成，膜厚在200 μ m左右的皮膜層。藉由此等之結構，使第2層保護膜具備抗腐蝕性，可抵抗離子或自由基(Radical)的照射。藉由將分子或離子在第2層保護膜中擴散的方式，可使第1層之皮膜具備保護層的效果，避免其腐蝕基材金屬表面。並減少各金屬構件，處理室的內表面所產生之金屬污染，擴散到基板的現象。從而可以解決在第1層保護膜與第2層保護膜之間，由於接觸面的腐蝕而導致第2層電漿噴鍍保護膜剝落的問題。
根據本發明，可於半導體或平面顯示器製造裝置的處理室的內表面，形成一層具優秀抗腐蝕性的表面保護皮膜，並可抑制由基板處理室對基板表面的金屬污染，以及排氣泵、排氣系統配管、與排氣閥的腐蝕而導致的停機，機台作動率的減低。
此外，本發明尚可抑制由於製程氣體的解離，而導致反應合成物堆積在半導體或平面顯示器製造裝置的處理室內壁。而且更可以抑制當事先用比室溫度高的溫度進行加熱製造裝置時，副反應合成物堆積在內表面的情況。
如上所述，本發明亦包括一種階段投資型的半導體或平面顯示器的製造方式，實現了可在一個基板處理室內共有數種製程的技術。
 實施發明之最佳形態
以下將參照圖式詳細說明依據本發明的較佳實施形態。圖1係顯示本發明之保護膜構造，其構造係由第1皮膜層2與第2皮膜層3所構成。其中，第1皮膜層2在基材金屬1的表面，具有以使基材直接氧化的方式形成的氧化物皮膜；而第2皮膜層3係形成於第1皮膜層2之上，且使用與第1皮膜層2不同的材料。在此，所謂不同的材料除了指氧化鋁與氧化釔等不同的化合物之外，尚包含將作為基材金屬的鋁直接氧化之後而得到的氧化鋁膜，與由氧化鋁顆粒經由噴鍍而得到氧化鋁膜等，來源不同的材料。
以下就針對關於將此保護膜之構造，適用在微電漿處理裝置的情況，予以具體的說明。
圖2係顯示依據本發明的半導體或平面顯示器製造裝置之微波電漿處理裝置10之結構圖。
在該圖中，製造裝置的處理室，係可處理CVD或RIE、氧化、氮化等複數個製程之微波激發電漿製程用腔室。在處理用腔室(真空容器)11內配置有：上段噴淋板14，同樣具有氣體噴出口的陶瓷製上段氣體供應口；以及下段噴淋板(處理氣體供應構造)31，來自下段的氣體供應口，為金屬製的格子狀圓盤。此處理裝置的詳細結構如後述。
當下段處理氣體供應構造31係Al合金時，基於使其作為構造物用Al合金，必須具有機械強度的觀點而言，較佳的情況是使用添加1~4.5% Mg的材料。甚至為了避免在熱施壓時強度降低的疑慮，使用添加0.1~0.5% Zr的材料更佳。
就以鋁合金為主成分之金屬的情況而言，在pH4~10的化學生成液中會陽極氧化，並可得到金屬氧化物膜。較佳的情況係化學生成液是從硼酸、磷酸與有機羧酸，以及從此等之氯所構成的群組中所選取出來，至少包含其中之一。此外，較佳的情況係化學生成液含有非水溶液。另外，最好在陽極氧化之後，再以100℃以上進行加熱處理。例如可在100℃以上的加熱爐中進行退火處理。
具體而言，在Al合金性晶格狀圓盤31中，其接觸氣體表面的第1皮膜層，係厚度為500nm的無缺點氧化鋁皮膜，且由酸鹼值被控制在pH7的有機系列化學生成液所構成的電解質溶液進行陽極氧化而形成。
此外，較佳的情況是使無缺點的氧化鋁皮膜，在氧化性氣體環境中，以比室溫更高的溫度進行熱處理，更佳的情況是在100℃以上的氧化性氣體環境中進行熱處理。
從表面所釋放出來的水分量，經由APIMS分析裝置進行測定時，將溫度從室溫開始提昇，然後保持在300℃兩個小時。此時，從表面脫離的總水份量為1×10－ 3 Pa．m3 /sec以下，釋放的有機物分子的質量數為200以下。
在本發明中，較佳的情況係使用鋁合金作為本處理室的材質，但是亦可使用不鏽鋼。就不鏽鋼而言，可使用沃斯田鐵(austenite)系列、肥粒鐵(ferrite)、沃斯田．肥粒鐵系列，以及麻田散鐵(martensite)系列不鏽鋼。例如：沃斯田鐵系列SUS304、SUS304L、SUS310S、SUS316、SUS316L、SUS317、SUS317L等較佳。此外，就使用不鏽鋼而言，可以藉由如日本專利特開平7－233476、特開平11－302824號等公報中所記載的氧化環境氣體中進行熱處理，以形成氧化性鈍態膜(passive state film)。例如就氧化鋁的形成條件而言，係使含有鋁的不鏽鋼接觸含有氧氣或水分的氧化性氣體，以形成氧化鋁鈍態膜。
就氧氣的濃度而言，可以係0.5ppm~100ppm，更佳的情況是1ppm~50ppm；此外，水分的濃度可以係0.2ppm~50ppm，更佳的情況是0.5ppm~10ppm。除此之外，亦可使用在氧化性氣體中，含有氫的氧化混合氣體。氧化處理溫度為700℃~1200℃，更佳為800℃~1100℃，氧化處理為30分鐘~3小時。
藉由電漿噴鍍的方式，在本第1皮膜層上，再形成第2皮膜層，由厚度為200μm的氧化釔所形成。
就氧化釔皮膜而言，為了能夠使電漿噴鍍的時候，其釔粉末原料能夠充分溶解，因此採用在電漿噴鍍裝置中，將原料的投入位置設定為對電漿產生部供應的型態，使原料的溶解能夠更為充分。除此之外，藉由將添加了氧氣的稀有氣體作為電漿氣體使用，可藉由輸出效率提高，進一步提高原料溶解度，進而提升緊密度。此外，也藉由使釔粉末原料的粒度均等化、以及提昇溶解度的方式，減少釔噴鍍膜的空隙。另一方面，提高釔粉末原料的純度，亦可使膜中所含的雜質大幅減少。經過這樣處理的結果，釔噴鍍膜的密合度，會提升成原來的電漿噴鍍膜的2倍以上。將本電漿噴鍍釔膜，噴鍍於處理用腔室(真空容器)11內的處理室內壁等，Al合金性晶格狀圓盤31的第1皮膜的上層。
基於抑制反應合成物堆積量效果的觀點來看，本半導體‧平面顯示器製造裝置系統的裝置內表面溫度，如果事先加溫到室溫以上的話，其效果會較佳，更佳的狀況是設為150℃~200℃。如果本第1皮膜層及第2皮膜層都在300℃以下的溫度時，就不會像習知技術一樣，在形成膜厚為數十μm的多孔質的氧化鋁膜皮膜時，所見的鈍態膜之表面破裂。因此，也不會產生從裂痕(crack)部分產生腐蝕的情形。
此外，在製程被限定的情況中，第2層的鈍態膜係從NiP電鍍、Ni電鍍、Cr電鍍中至少一者所構成的表面處理亦可。或者第2層的鈍態膜係從PTFE(聚四氟乙烯樹脂)、PFA(全氟烷氧基樹脂)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)等氟樹脂塗覆皮膜中至少一者所構成的表面處理亦可。
實施例
以下說明本發明之實施例。在以下所說明的實施例中，僅係舉例說明，本發明並不限定於該等構成。
此外，於以下的實施例及比較例之分析條件如下所述。
(分析條件1)掃描型電子顯微鏡(以下簡稱為「SEM分析」)裝置：日本電子製JE6700
(分析條件2)傅立葉轉換紅外線分光分析(以下簡稱為「FT-IR分析」)裝置：DIGITAL LABORATORY,INC.公司
(分析條件3)大氣壓力離子化質量分析(以下簡稱為「APIMS」分析)裝置：瑞薩(Renesas)東日本公司製UG-302P
在本實施例中，鋁可使用JIS規格A5052材；酒石酸(tartaric acid)以及乙二醇(Ethylene glycol)，可採用和光純藥工業股份有限公司製造的特級試劑；氨水則使用三菱化學股份有限公司生產的EL藥品等級。
陽極氧化則使用吉時利(Keithley)公司製的電源電錶(Source Meter)2400系列，將純白金板作為陰極，化學生成液溫度設定為23℃。在陽極氧化後，於石英管的紅外線加熱爐(以下簡稱為「IR爐」)中，以氮/氧=80/20(vol比)之比例所組成的氣體，以5L/min的流速使其流動，並以此設定的溫度進行1小時的退火(anneal)處理。
使1.8克的酒石酸溶解於39.5克的水之後，加入158克的乙二醇(EG)攪拌混合。然後，一邊攪拌此溶液，一邊添加29%的氨水，直到溶液的pH值達到7.1為止，以這種方式調製化學生成液。在此化學生成液中將20×8×1 mm的A5052鋁試樣片，以1mA/cm2 的定流(constant current)合成，直到合成電壓成為50V為止。在到達50V之後，以定(電)壓(constant voltage)進行陽極氧化，並維持30分鐘。在反應後，以純水充分清洗，再以室溫使其乾燥。將得到的附陽極氧化膜之鋁試樣片放置在IR爐中，以300℃退火處理1小時之後，在開放的環境中，放置於室溫下48小時。
就氧化釔皮膜而言，為了能夠使電漿噴鍍的時候，釔粉末原 料能夠充分溶解，因此在電漿噴鍍裝置中，將原料的投入位置設定為對電漿產生部供應的型態，以使原料的溶解能夠更為充分。除此之外，藉由添加了10%氧氣的氬氣作為電漿氣體使用，可在輸出60kW時形成釔噴鍍膜。原料釔粉末使用顆粒大小為10μm的規格。藉由此方式，使溶解度提高，以減低釔噴鍍膜之空隙。除此之外，可提升釔粉末原料的純度，使膜中所含有的雜質元素減低到數ppm的水準。如此一來，釔噴鍍膜的緊密度的值可達到14MPa，是傳統電漿噴鍍膜的兩倍以上。然後，再將本電漿噴鍍釔保護膜，噴鍍到前述以陽極氧化而形成的無缺點之氧化鋁保護膜之第1皮膜上層。
(對特性的評價1-在電漿照射後的表面評價)
將包含：以如上所述的方式所製造而得，用來作為底層，具有以有機系列化學生成液進行陽極氧化，而形成之膜厚度在1μ以下的無缺點之氧化鋁皮膜的第1皮膜層；以及以電漿噴鍍形成氧化釔的第2皮膜層之試樣片，設置在以微波激發的高密度電漿腔室內，並以NF3 ：Ar=1：1的分壓比，在試樣溫度300℃，腔室內壓力50mTorr的條件下，進行一小時的電漿照射。
圖3係顯示在電漿照射前後，試樣表面的SEM觀察影像圖。可知其表面狀態並無變化，係屬非常穩定之皮膜。
對目前的量產機型而言，大多有如下的要求：亦即可在將非晶矽與(Amorphous silicone)與矽氧化膜、矽氮化膜等膜以300℃的溫度成膜之後，在進行腔室清潔時，可無需降低基板平台的溫度就進行清潔。在氧化鋁膜等習知的表面處理中，如果在清潔的時候未降低溫度的話，就有可能由於腐蝕，而導致無法避免金屬污染的結果產生。然而，在本發明之雙層鈍化皮膜中，可得到下列結果，也就是即使在以微波激發高密度電漿裝置中，施加如腔室內的溫度之處，也無上述的疑慮。
(對特性的評價2-脫水量的評價)
將以如上所述的方式所製造而得，包含：用來作為底層，具 有以有機系化學生成液進行陽極氧化，而形成之膜厚度在1μ以下的無缺點之氧化鋁皮膜的第1皮膜層；以及以電漿噴鍍形成氧化釔的第2皮膜層之試樣片，測量其脫水量。
圖4係以APIMS測定脫水量之後所得之資料。為了比較起見，此圖亦顯示以硫酸化學生成液進行陽極氧化的多孔質之氧化鋁膜樣本之脫水量。橫軸表示APIMS的測量時間，縱軸之第1軸表示每單位面積的水分釋放量；第2軸則係測量時的溫度。
當樣本的溫度在室溫的狀態下被放置10個小時之後，再以每分鐘1℃的速率加熱到200℃，使其維持兩個小時之後再降低溫度。由於從多孔質的氧化鋁膜表面的脫水量，會在室溫中APIMS的測量值上限附近游移，因此樣本不會升溫。加總在室內溫度下所釋放出來的水分量之後，可知道在氧化鋁膜的表面，會大量釋出1×1019 分子/cm2 之水分。相對於此，本發明之雙層構造電漿噴鍍樣本，係以200℃之溫度施加兩小時，其所釋放出的水分量為1×1018 分子/cm2 。相較之下可知本發明的水分釋放量，比前述的樣本少了一個位數(差10倍)，因此可知其具備較優秀的枯水特性。在減壓下的製程中，在腔室內的釋放水分量的大小，對於製程的結果會帶來很大的影響。此外，由於在剛進行完腔室保養之後剛開始運轉時，會產生釋放氣體，也會造成停工期(downtime)長，對於生產效率帶來負面的影響。在釋水量多的表面，此種問題可說是無法避免的，在處理大面積基板的裝置更是如此。然而在本發明的雙層構造鈍化皮膜中，以微波激發高密度電漿裝置中，施加如腔室內的溫度之處，則可避免此種問題之產生。
(對特性的評價3-加熱後破損程度的評價)
將以如上所述的方式所製造而得，包含：用來作為底層，具有以有機系列化學生成液進行陽極氧化而形成，膜厚在1μ以下的無缺點之氧化鋁皮膜的第1皮膜層；以及以電漿噴鍍形成氧化釔的第2皮膜層之試樣片，評估對其施加溫度時的破損程度。圖5即顯示出比較的結果資料。同時，為了作對照起見，在此亦實驗 了以硫酸氧化鋁膜處理樣本的破損特性作為比較對照試樣。並一併顯示在施加300℃的溫度時，其表面狀態。
由上述測試結果，可知硫酸氧化鋁膜層會產生破損。相對於此，本發明之雙層鈍化皮膜即使在300℃施加時，噴鍍膜等也完全沒有被損的痕跡。在硫酸氧化鋁膜中，鹵素氣體會自此等破損之部分侵入，而成為引發腐蝕的主要原因。然而，實驗結果可確認得知，在本發明的雙層構造鈍化皮膜中，以微波激發高密度電漿裝置的腔室內的溫度施加之處，則完全沒有此等疑慮之產生。
(對特性的評價4-暴露於氯氣中對緊密附著性的評價)
將以如上所述的方式所製造而得，包含：用來作為底層，具有以有機系列化學生成液進行陽極氧化而形成，膜厚在1μ以下的無缺點之氧化鋁皮膜的第1皮膜層；以及以電漿噴鍍形成氧化釔的第2皮膜層之試樣片，藉由將其暴露在氯氣之中而進行密合度的評價。表1即顯示評估試樣片暴露在氯氣時，其密合度與破損特性之資料。
本密合度係根據JIS H8666規格為依據。此外，將藉由在純粹的Al合金表面上，以電漿噴鍍的方式，由氧化鋁、氧化銥所構成的皮膜層而形成的試樣片，作為比較試劑。並調查其暴露在氯氣中的密合度。其暴露在氯氣中的條件是100%Cl2 ，0.3MPa密封，100℃×24小時。
圖6係顯示本發明之電漿噴鍍膜暴露於氯氣之後的狀態。
經此可知，相對於將無缺點之氧化鋁皮膜形成作為底層的試劑中，未見電漿噴鍍膜剝離之現象，在純粹的Al表面進行電漿噴鍍的樣本中，電漿噴鍍皮膜則自基材剝離。
其次，關於密合度，雖然形成無缺點的陽極氧化皮膜之氧化釔、氧化鋁陽極氧化膜，與期初的密合度相較下，會減低1~2成左右，但是仍然能夠維持住在實際運用上不致於產生問題的密合度。此種電漿噴鍍膜的剝離，會引發由於雜質附著在基板上而產生的產能低落之嚴重問題。然而，在本發明的雙層構造鈍態膜中，在微波激發高密度電漿中，在能夠施加如同腔室內的溫度之處，則完全沒有此種疑慮。
其次，參照圖2，說明適用本發明之保護皮膜構造之微波電漿處理裝置10。微波電漿處理裝置係如在日本專利特開2002-299331號公報中所揭露者，本發明係於該等處理裝置上，再使用本發明之保護皮膜構造。
參照圖2(A)，微波電漿處理裝置10包含：處理容器(process chamber)11，以及固定台13，設置於處理容器11內，以靜電夾頭(chuck)固定住被處理基板12，更佳的方式係採用以熱均壓法(Hot isostatic pressing，HIP)形成的AlN或Al2 O3 所構成。將在處理容器11內，圍繞固定台13的空間11A，以距離相等間隔的方式，也就是相對於固定台13上的被處理基板12，以大致軸對稱的關係，至少在兩個地方，更佳在三個地方，形成排氣口11a。而處理容器11係經由排氣口(port)11a，藉由不等節距(pitch)、不等傾角的螺旋泵(screw pump)，進行排氣與減壓。
就處理容器11而言，最好係由以Al為主要成分的Al合金所構成。至於其內壁則形成有無缺點的氧化鋁皮膜，作為第1皮膜層，且此第1皮膜層係由有機化學生成液所成的電解質溶液進行陽極氧化而成。此外，在氧化鋁皮膜的表面，則形成有氧化釔膜作為第2皮膜層，且係由電漿噴鍍法所形成。此外，在處理容器 11的內壁中，與被處理基板12相對應的部分，形成有碟片狀的噴淋板14，係作為內壁的一部分。且此噴淋板14係由以HIP方法所形成之緻密的Al2 O3 所構成，並形成有複數個噴嘴開口部14A。
在噴淋板14上，經由相同的HIP處理而形成，由緻密的Al2 O3 所構成的護蓋板15，係以密封環(seal ring)的方式設置。噴淋板14中與護蓋板15相接觸的一側，形成有電漿通路14B，分別與噴嘴開口部14A連通。此外，電漿通路14B係形成於噴淋板14的內部，且與其他電漿氣體流路14C相連通。且電漿氣體流路14C係與形成於處理容器11的外壁之電漿氣體入口11p相連通。
噴淋板14係由形成於處理容器11的內壁之突出部11b所固定支持的。在突出部11b中，支持噴淋板14的部分係形成為具有圓弧形，這是為了要抑制異常放電的情況產生。
此外，當供應到電漿氣體入口11p的Ar或Kr等的電漿氣體依序流經過噴淋板14內部的流路14C及14B之後，會經由開口部14A相同地供應到噴淋板14正下方的空間11B中。
輻射線狹縫天線(Radial line slot antenna)20係設置成：在護蓋板15上，設置有：碟狀的狹縫(slot)板16，與護蓋板15緊密結合，其形成有複數個如圖2(B)所示的狹縫16a；碟狀的天線本體17，用以固定支持狹縫板16；相位延滯板18，由被夾持在狹縫板16與天線本體17之間的Al2 O3 、SiO2 、或Si3 N4 的低耗損介電體材料所構成。
輻射線狹縫天線20係經由密封環安裝在處理容器11上。且輻射線狹縫天線20係經由同軸波導管21自外部的微波源(未圖示)，接收頻率為2.45GHz或8.3GHz的微波。被供應的微波從狹縫板16上的狹縫16a，16b，經由護蓋板15與噴淋板14放射到處理容器11內。而在噴淋板14正下方的空間11B，從噴嘴開口部14A所供應的電漿氣體中，激發電漿。此時，護蓋板15與噴淋板14係由Al2 O3 所形成，可作為高效率的微波穿透窗口使用。
在同軸波導管21A之中，外側的波導管21A係連接到碟狀的 天線本體17；中心導體21B則係經由形成於相位延滯板18的開口部，與狹縫板16相連接。因此供應到同軸波導管21A的微波，係在天線本體17與狹縫板16之間，一邊朝直徑方向進行，一邊自狹縫16a、16b放射。
參照圖2(B)，狹縫16a係配置成同心圓形；而狹縫16b係分別與各個狹縫16a相對應，並與各狹縫16a彼此垂直，同時，狹縫16b亦係形成為同心圓形。狹縫16a、16b係在狹縫板16的半徑方向上，以與由相位延滯板18所壓縮的微波的波長相對應的間隔而形成。因此，微波係從狹縫板16以大致平面波的型態放射。此時，因為狹縫16a與狹縫16b係形成彼此相互呈垂直的關係，因此以此種型態放射的微波，會形成為包含兩個垂直相交的偏波成分之圓形極化波(circularly polarized wave)。
此外，在圖2(A)的微波電漿處理裝置10中，在處理容器11內，噴淋板14與固定台13上的被處理基板12之間，設置有下段噴淋板(處理氣體供應構造)31，其具備有柵欄狀的處理氣體通路31A，用以從設置在處理容器11的外壁之處理氣體注入孔11r供應處理氣體，並從複數個處理氣體噴嘴開口部31B(參照第7圖)放出。在處理氣體供應構造31與被處理基板12之間的空間11C，進行所希望的均等之基板處理。在此等的基板處理中，包含電漿氧化處理、電漿氮化處理、電漿氧氮化處理、電漿CVD處理等。此外，從處理氣體供應構造31，將C4 F8 、C5 F8 、或C4 F6 等容易解離的氟碳氣體，以及F系列或是Cl系列等的蝕刻氣體供應到空間11C。然後藉由從高頻電源13A對固定台13施加高頻電壓的方式，可對被處理基板12進行反應性離子蝕刻。
參照圖7，下段噴淋板(處理氣體供應構造)31與處理容器內壁相同，都是在以Al為主要成分的合金基材上，進行與上述相同的陽極氧化，並藉由此種方式形成氧化鋁保護膜，作為第1皮膜層。然後在其上方再形成氧化釔膜，作為第2皮膜層。柵欄狀的處理氣體通路31A，則是在處理氣體注入孔11r處，連接到處理 氣體注入口31R。然後，從形成於下方的複數個處理氣體噴嘴開口部31B，將處理氣體均勻地向空間11C釋放出。此外，在處理氣體供應構造31中，在相鄰的處理氣體通路31A之間，則形成有開口部31C，用以使電漿或電漿中所含的處理氣體通過。
柵欄狀的處理氣體通路31A與處理氣體噴嘴開口部31B，係設置成覆蓋比圖7中以虛線所示的被處理基板12稍微大一點的範圍。藉由將此種下段噴淋板(處理氣體供應構造)31設置在噴淋板14與被處理基板12之間，可電漿激發處理氣體，藉由此種電漿激發的處理氣體，可進行均勻地處理。
在此種處理裝置中，此處理裝置的內壁與處理裝置內部的元件，可以係例如，在下段噴淋板上，對於以Al為主成分的Al合金基材使其直接氧化而形成氧化鋁的第1皮膜，以及在其上方更形成氧化銥的第2皮膜，可避免從基板處理室內的金屬污染傳導到基板表面。
此外，藉由在處理裝置內的配管等，使用上述構造的保護皮膜，可抑制排氣泵、排氣系統配管、與排氣閥的腐蝕而導致的停機，機台作動率的減低等現象。除此之外，亦可抑制由於對半導體或平面顯示器製造裝置內的製程氣體的解離而造成反應合成物堆積的現象。此外，亦可抑制由於採用事先以比室溫更高的溫度對製造裝置加熱，而導致副反應合成物堆積在內表面的現象。從而可獲得一個以單一的基板處理室，即可實現一種共有數種不同製程之階段投資型的半導體或平面顯示器製造方式。
1‧‧‧基材金屬
2‧‧‧第1皮膜層
3‧‧‧第2皮膜層
10‧‧‧微波電漿處理裝置
11‧‧‧處理用腔室(真空容器)
11A‧‧‧空間
11a‧‧‧排氣口
11B‧‧‧空間
11b‧‧‧突出部
11C‧‧‧空間
11p‧‧‧電漿氣體入口
11r‧‧‧處理氣體注入孔
12‧‧‧被處理基板
13‧‧‧固定台
13A‧‧‧高頻電源
14‧‧‧噴淋板
14A‧‧‧噴嘴開口部
14B‧‧‧電漿通路
14C‧‧‧電漿氣體流路
15‧‧‧護蓋板
16‧‧‧狹縫板
16a、16b‧‧‧狹縫
17‧‧‧天線本體
18‧‧‧相位延滯板
20‧‧‧輻射線狹縫天線
21‧‧‧同軸波導管
21A‧‧‧同軸波導管
21B‧‧‧中心導體
31‧‧‧下段噴淋板(處理氣體供應構造)
31A‧‧‧柵欄狀的處理氣體通路
31B‧‧‧處理氣體噴嘴開口部
31C‧‧‧開口部
31R‧‧‧處理氣體注入口
圖1係顯示本發明之保護膜金屬材料的構造圖。
圖2係顯示使用本發明的保護膜金屬材料之半導體製造裝置之示意圖。
圖3係顯示本發明的保護膜金屬材料之NF3 電漿照射後的表面SEM觀察影像。
圖4係顯示本發明的保護膜金屬材料以APIMS測定之後的枯水特性圖。
圖5係顯示本發明的保護膜金屬材料在以300℃的溫度施加12小時之後，表面SEM之觀察影像。
圖6係顯示本發明之保護膜金屬材料暴露在氯氣之後的狀態。
圖7係顯示在圖2中所顯示的下段噴灑頭之平面圖。
1．．．基材金屬
2．．．第1皮膜層
3．．．第2皮膜層

Claims (11)

  1. 一種金屬構件之保護膜構造，係使用於半導體或平面顯示器的製造裝置，包含：第1皮膜層，由無孔質之氧化鋁皮膜所構成，該氧化鋁皮膜係由鋁合金基材直接陽極氧化而形成，且膜厚在10nm以上1μm以下；以及第2皮膜層，由以電漿噴鍍法形成於該第1皮膜層上的氧化釔皮膜所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之金屬構件之保護膜構造，其中，在形成該第1皮膜層之前，先對該鋁合金基材的表面施以噴砂處理。
  3. 如申請專利範圍第1項之金屬構件之保護膜構造，其中，該無孔質之氧化鋁皮膜的層係由pH4~pH10之含有機物的化學生成液所構成的電解質溶液，將該鋁合金基材進行陽極氧化而形成的皮膜。
  4. 如申請專利範圍第1項之金屬構件之保護膜構造，其中，該無孔質之氧化鋁皮膜的層係由pH4~pH10之含無機物的化學生成液所構成的電解質溶液，將該鋁合金基材進行陽極氧化而形成的皮膜。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之金屬構件之保護膜構造，其中，該第2皮膜層的膜厚為200μ m。
  6. 一種金屬構件之保護膜構造，係使用於半導體或平面顯示器的製造裝置，包含：第1皮膜層，由無孔質之氧化鋁皮膜所構成，該氧化鋁皮膜係由鋁合金基材直接陽極氧化而形成，且膜厚在10nm以上1μm以下；以及第2皮膜層，由以氟樹脂塗覆法形成於該第1皮膜層上的氟樹脂皮膜所構成。
  7. 如申請專利範圍第6項之金屬構件之保護膜構造，其中，該第2皮膜層亦即氟樹脂皮膜係由PFA(全氟烷氧基樹脂)皮膜所構成。
  8. 一種半導體或平面顯示器製造裝置用氣體供應噴灑頭，其特徵在於使用如申請專利範圍第1至7項中任一項之金屬構件之保護 膜構造。
  9. 一種半導體或平面顯示器製造裝置用金屬零件，其特徵在於使用如申請專利範圍第1至7項中任一項之金屬構件之保護膜構造。
  10. 一種半導體或平面顯示器製造裝置，其特徵在於使用如申請專利範圍第1至7項中任一項之金屬構件之保護膜構造。
  11. 一種半導體或平面顯示器製造裝置，其特徵為在處理室內壁使用如申請專利範圍第1至7項中任一項之金屬構件之保護膜構造。
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