(57)【要約】【課題】製造費用効率が高く、所望の機械的および化学的特性を有し、陽極酸化被覆と組み合わせたときに処理装置の稼動寿命を延ばすのに効果があるアルミニウム合金を実現する。【解決手段】アルミニウム合金物品の製造に使用する合金中の特定の不純物の濃度を制御することにより、物品の機能を阻害する恐れのある、物品の表面および内部における粒子形成を抑制する。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造に使用される、表面の少なくとも一部が陽極酸化被覆によって保護された無菌アルミニウム合金であって、該無菌アルミニウム合金に含まれる不純物粒子の大きさは、全体の８５％以上が５μｍ未満であり、１５％未満が５−２０μｍであり、約１％未満が２０μｍより大きく、４０μｍを超えるものがない、無菌アルミニウム合金。
【請求項２】
前記不純物粒子は、マグネシウム、シリコン、鉄、銅、マンガン、亜鉛、クロム、チタンおよびそれらの化合物からなるグループから選択される、請求項１に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項３】
鉄含有量は原子量で約０．００１−約０．２重量％の割合であり、銅含有量は原子量で約０．１５−約０．３重量％の割合である、請求項２に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項４】
鉄含有量は原子量で約０．１重量％未満であり、銅含有量は原子量で約０．２５重量％未満である、請求項３に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項５】
前記不純物には、原子量で、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれる、請求項２に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項６】
前記不純物には、原子量で、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、マンガン約０．００１−約０．１４重量％、亜鉛約０．００１−約０．１５重量％、クロム約０．０４−約０．２８重量％、チタン約０．００１−約０．０６重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれ、アルミニウム合金中のその他の不純物が合計で０．１５重量％を超えず、且つその他不純物のそれぞれが０．０５重量％以下である、請求項５に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項７】
銅を約０．１５−約０．２５重量％の範囲で含有する、請求項５または６に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項８】
鉄を約０．１重量％未満の割合で含有する、請求項５または６に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項９】
半導体処理で使用するための耐腐食性物品の製造方法であって、該物品は無菌アルミニウム合金から形成される本体を備え、該本体の、腐食性の環境に曝される少なくとも１表面が陽極酸化層により覆われ、該陽極酸化層により覆われた本体の該少なくとも１表面は不純物粒子を含有するアルミニウム合金であり、該不純物粒子の大きさは、全体の８５％以上が約５μｍ未満であり、１５％未満が５−２０μｍ、約１％未満が２０μｍより大きく、４０μｍを超えるものはないよう制御される物品の製造方法。
【請求項１０】
前記不純物粒子は、マグネシウム、シリコン、鉄、銅、マンガン、亜鉛、クロム、チタンおよびそれらの化合物からなるグループから選択される、請求項９に記載の物品製造方法。
【請求項１１】
鉄含有量は原子量で約０．００１−約０．２重量％の割合であり、銅含有量は原子量で約０．１５−約０．３重量％の割合である、請求項１０に記載の物品製造方法。
【請求項１２】
鉄含有量は原子量で約０．１重量％未満であり、銅含有量は原子量で約０．２５重量％未満である、請求項１１に記載の物品製造方法。
【請求項１３】
前記不純物には、原子量で、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれる、請求項１０に記載の物品製造方法。
【請求項１４】
前記不純物には、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、マンガン約０．００１−約０．１４重量％、亜鉛約０．００１−約０．１５重量％、クロム約０．０４−約０．２８重量％、チタン約０．００１−約０．０６重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれ、アルミニウム合金中のその他の不純物が合計で０．１５重量％を超えず、且つその他不純物のそれぞれが０．０５重量％以下である、請求項１３に記載の物品製造方法。
【請求項１５】
銅を約０．１５−約０．２５重量％の範囲で含有する、請求項１３または１４に記載の物品製造方法。
【請求項１６】
鉄を約０．１重量％未満の割合で含有する、請求項１３または１４に記載の物品製造方法。
【請求項１７】
半導体装置の製造に使用される、表面の少なくとも一部が厚さ約３０−５０オングストロームの自然酸化物によって保護された無菌アルミニウム合金であって、該無菌アルミニウム合金に含まれる不純物粒子の大きさは、全体の８５％以上が５μｍ未満であり、１５％未満が５−２０μｍであり、約１％未満が２０μｍより大きく、４０μｍを超えるものがない、無菌アルミニウム合金。
【請求項１８】
前記不純物粒子は、マグネシウム、シリコン、鉄、銅、マンガン、亜鉛、クロム、チタンおよびそれらの化合物からなるグループから選択される、請求項１７に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項１９】
鉄含有量は原子量で約０．００１−約０．２重量％の割合であり、銅含有量は原子量で約０．１５−約０．３重量％の割合である、請求項１８に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項２０】
鉄含有量は原子量で約０．１重量％未満であり、銅含有量は原子量で約０．２５重量％未満である、請求項１９に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項２１】
前記不純物には、原子量で、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれる、請求項２０に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項２２】
前記不純物には、原子量で、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、マンガン約０．００１−約０．１４重量％、亜鉛約０．００１−約０．１５重量％、クロム約０．０４−約０．２８重量％、チタン約０．００１−約０．０６重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれ、アルミニウム合金中のその他の不純物が合計で０．１５重量％を超えず、且つその他不純物のそれぞれが０．０５重量％以下である、請求項２１に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項２３】
銅を約０．１５−約０．２５重量％の範囲で含有する、請求項２２に記載の無菌アルミニウム合金。
【請求項２４】
半導体処理で使用するための耐腐食性物品の製造方法であって、該物品は無菌アルミニウム合金から形成される本体を備え、該本体の、腐食性の環境に曝される少なくとも１表面が厚さ約３０−５０オングストロームの自然酸化層により覆われ、該自然酸化層により覆われた本体の該少なくとも１表面は不純物粒子を含有するアルミニウム合金であり、該不純物粒子の大きさは、全体の８５％以上が約５μｍ未満であり、１５％未満が５−２０μｍ、約１％未満が２０μｍより大きく、４０μｍを超えるものはないよう制御される物品の製造方法。
【請求項２５】
前記不純物粒子は、マグネシウム、シリコン、鉄、銅、マンガン、亜鉛、クロム、チタンおよびそれらの化合物からなるグループから選択される、請求項２４に記載の物品製造方法。
【請求項２６】
鉄含有量は原子量で約０．００１−約０．２重量％の割合であり、銅含有量は原子量で約０．１５−約０．３重量％の割合である、請求項２５に記載の物品製造方法。
【請求項２７】
鉄含有量は原子量で約０．１重量％未満であり、銅含有量は原子量で約０．２５重量％未満である、請求項２６に記載の物品製造方法。
【請求項２８】
前記不純物には、原子量で、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれる、請求項２４に記載の物品製造方法。
【請求項２９】
前記不純物には、シリコン約０．４−約０．８重量％、鉄約０．００１−約０．２重量％、銅約０．１５−約０．３重量％、マンガン約０．００１−約０．１４重量％、亜鉛約０．００１−約０．１５重量％、クロム約０．０４−約０．２８重量％、チタン約０．００１−約０．０６重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％が含まれ、アルミニウム合金中のその他の不純物が合計で０．１５重量％を超えず、且つその他不純物のそれぞれが０．０５重量％以下である、請求項２８に記載の物品製造方法。
【請求項３０】
銅を約０．１５−約０．２５重量％の範囲で含有する、請求項２９に記載の物品製造方法。
【請求項３１】
鉄を約０．１重量％未満の割合で含有する、請求項２９に記載の物品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、２００２年５月２８日に出願され、現在継続中の米国特許出願第１０／１６１１９２号の部分継続出願である。
【０００２】
本発明は、概して半導体処理装置の製造に使用されるアルミニウム合金の組成物に関し、特に、半導体処理チャンバの構成部品の製造に使用されると特に有利な無菌アルミニウム合金を構成する構造に関する。
【０００３】
【従来の技術】
基板上に微小な集積回路を生成する半導体処理には、多数の異なる化学的および物理的行程が含まれる。集積回路をつくる物質の層は、例えば、化学蒸着メッキ（ＣＶＤ）、物理蒸着メッキ（ＰＶＤ）、およびエピタキシアル成長により生成される。物質の層の一部はフォトレジストマスク、およびウェットエッチングとドライエッチングを使用してパターン化される。パターンは、ドープ剤を所定の位置に移植することにより層内に生成される。集積回路が生成される基板は、シリコン、ガリウム砒素、ガラス、またはその他任意の適当な物質でよい。
【０００４】
集積回路を製造するために使用される多くの半導体処理は、ハロゲンまたはハロゲン含有ガス、あるいはプラズマを採用している。これらの処理の中には、ハロゲン含有液を使用するものもある。また、集積回路の生成に使用される処理により処理装置の表面に汚染物質が堆積するので、通常、少なくとも１つのハロゲン含有ガスを用いるプラズマ洗浄技術を使用してそのような堆積を除去している。洗浄工程は、脱イオン水による湿性拭き取り、およびその後に行われるイソプロピルアルコールによる拭き取りを含むことができる。
【０００５】
アルミニウムは、時にその伝導性のために、また一般には製造におけるその使い安さと経済的に入手できる点から、半導体製造設備の構成材料として広く使用されている。しかしながら、アルミニウムは、例えばＡｌＣｌ３（またはＡｌ２Ｃｌ６）、ＡｌＦ３、ＡｌＢｒ３（またはＡｌ２Ｂｒ６）を生成するための塩素、フッ素および臭素などのハロゲンとの反応に敏感である。フッ化アルミニウム化合物は処理装置部品の表面から剥がれ落ちる場合があり、部品自体の腐食の原因となり、また処理チャンバ（およびチャンバ内で生成される部品）の粒子汚染源となりうる。アルミニウムと塩素を含む組成物の殆どと、アルミニウムと臭素を含む組成物の多くは、半導体処理条件下では気体状で、アルミニウム構造を残し、不安定な構造の原因となり、また整合性に問題のある表面をつくり出す。
【０００６】
処理装置内のアルミニウム表面を保護するための好ましい手段は陽極酸化被覆である。陽極酸化とは、一般に、アルミニウム表面上に酸化アルミニウムの全体的皮膜を生成する電解酸化である。陽極酸化保護膜があるにもかかわらず、ＣＶＤ反応器チャンバおよびエッチ処理チャンバのガス分配板などの半導体処理装置の電極酸化アルミニウム部品の寿命は、保護用陽極酸化膜の漸進的劣化により限界を有している。保護用電極酸化膜の破損により反応器チャンバ内に粒子が過剰に生成され、破損したアルミニウム部品の交換およびそれ以外のチャンバの粒子洗浄といったメンテナンスのために装置を停止する必要が生じる。
【０００７】
１９９１年８月１３日発行のミヤシタ他による米国特許第５０３９３８８号には、半導体処理チャンバ内において２個１組で使用されるプラズマ形成電極が開示されている。電極は、電極表面上にクロム酸陽極膜を有する高純度のアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される。表面をクロム酸により陽極化すると、フッ素含有ガスの存在下におけるプラズマ処理工程で使用されたとき、大きく耐久性が向上すると言われている。開示内容によると、電極は、ＪＩＳ１０５０、１１００、３００３、５０５２、５０５３および６０６１などの高純度のアルミニウムか、または、２−６重量％のマグネシウムを含むＡｇ−Ｍｇ合金などの同様の合金から形成される。
【０００８】
１９９８年５月２６日発行のＢｅｒｃａｗ他による米国特許第５７５６２２２号（表題「半導体プロセス装置用の耐腐食性アルミニウム物品」）には、全体の、あるいは少なくとも耐腐食性とされるべき表面のマグネシウム含有量が約０．１−１．５重量％であり、且つ不純物含有量が０．２重量％未満である、高純度のアルミニウム−マグネシウム合金から形成される本体を含む、半導体処理において有用な製造物が開示されている。不純物として特に挙げられているのは、シリコン、鉄、銅、クロムおよび亜鉛などである。高純度のアルミニウム−マグネシウム合金は、フッ素には透過性であるが酸素には不透過性の凝縮性膜により覆われていてもよい。そのような膜の例として、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムが挙げられる。この特許に開示されている内容を、ここに参照し本明細書に包含する。
【０００９】
さらに、１９９８年９月２２日発行のＢｅｒｃａｗ他による米国特許第５８１１１９５号（表題「半導体装置用の耐腐食性アルミニウム物品」）は、アルミニウム物品のマグネシウム含有量がアルミニウム物品の約０．１−６．０重量％の範囲でよい旨を開示している。しかしながら、物品の操作時の温度が約２５０℃を超えるため、アルミニウム物品のマグネシウム含有量は、物品の約０．１−１．５重量％でなければならない。また、特定の場合には、該物品はマグネシウム以外の不純物を約２重量％まで含んでもよいということが開示されている。そのような場合の一例として、物品本体の外側が膜に覆われ、該膜が酸化アルミニウムまたはアルミニウムから構成される場合を挙げることができる。また、アルミニウム物品の外側表面上を厚さ０．００２５μｍ以上のハロゲン化マグネシウム層が覆っている場合も同様である。この特許に開示されている内容を、ここに参照し本明細書に包含する。
【００１０】
半導体処理装置の製造において有益なアルミニウム合金は、不純物の含有率が低いだけでなく、望ましい機械的特性を有するものである。該機械的特性は、所望の寸法の物品を供給するための機械加工を可能にするものでなければならない。例えば、合金が軟らか過ぎると、ドリル使用により物質が除去されるよりむしろ付着してしまうため、ドリルによる穿孔が難しい。機械加工した物品の寸法を調整することはさらに困難である。機械加工費用に難がある。物品の機械的特性は真空下での物品の機能にも影響する。例えば、高真空に対して適切に密封されるように、処理チャンバには十分な構造的剛性と変形への耐性がなければならない。最終的に、例えば応力を低減させるために、物品を処理するとき、負荷および応力が均一に移行するように処理を行わなければならない。
【００１１】
アメリカ材料学会（ＡＳＭ）による「Ｍｅｔａｌｓ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ」第９版第２巻（１９７９年著作権登録）の２８ページ以降には、アルミニウム合金の熱処理が開示されている。特に、熱処理および非熱処理の両方が可能であるアルミニウム合金については、約３００℃（バッチ処理の場合）−４００℃（連続処理の場合）の温度範囲内の加熱を行うことにより、冷間加工中に生成された応力を除去するためのアニーリングを行うことができる。
【００１２】
通常、アルミニウム合金に使用される「熱処理」という表現は、析出硬化可能な鍛錬合金および鋳造合金の強度および硬度を増加させるために採用される特定の作業に限定される。前記は、加熱および冷却により特に大きな強化が達成されない合金と区別するために、「熱処理可能な」合金と呼ばれる。加熱および冷却により特に大きな強化が達成されない合金を一般に「熱処理不可能な」合金と呼び、それらを鍛錬する場合は主に冷間加工による。「Ｍｅｔａｌｓ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ」の２９ページの表１には、複数の一般的な鍛錬アルミニウム合金の完全アニーリング処理が示されている。５ｘｘｘ系列のアルミニウム合金は、一部の合金が適正範囲の不純物濃度を示しながらＢｅｒｃａｗ他による特許に記載の効果を生むに十分なマグネシウム含有量を有しているため、半導体処理装置の製造に使用できる。
【００１３】
腐食性の環境内でアルミニウム合金から製造された物品を使用するとき、多くの場合アルミニウム表面全体を陽極酸化層などの保護膜で覆うことが必要である。これは、腐食性の塩化またはフッ素を含有するエッチングガスおよびこれらのガスから生成されるプラズマを使用する半導体処理にアルミニウムを用いる場合は特に必要である。特定のアルミニウム合金の表面全体を安定した陽極酸化層で覆うことにより、アルミニウム合金表面上の、または該表面近傍のハロゲン化保護要素が維持され易くなる。陽極酸化層はまた、アルミニウム表面およびアルミニウム表面上の他の保護層の摩耗を防ぐことを助ける。陽極酸化層とハロゲン化保護要素を組み合わせて特定のアルミニウム合金の表面を覆うことにより、腐食性の環境で長期間機能することが可能な物品が提供される。保護陽極酸化膜の劣化により設備維持と装置交換に莫大な費用がかかるだけでなく、例えばサセプタの表面に重大な不良が生じると、これら不良はサセプタ上のシリコンウェハに影響を与え、装置の漏電、さらには短絡電流を引き起こすウェハ汚染の原因となる。これは装置の信頼性に影響し得る。信頼性のない製品は、製造者の評判に重大な損害を与えうる。
【００１４】
アルミニウム合金６０６１は、半導体処理設備の製造に典型的に使用される標準的アルミニウム合金である。６０６１合金の不純物含有量は、一般に、マグネシウム約０．８−約１．２重量％、シリコン０．４−約０．８重量％、鉄０．７重量％以下、銅約０．１５−約０．４重量％、チタン０．１５重量％以下、マンガン約０．１５重量％、亜鉛約０．２５重量％、クロム約０．０４−約０．３５重量％であり、および、その他不純物が１種類につき約０．０５重量％を超えずかつ合計約０．１５重量％を超えない。
【００１５】
これらの要素には、６０６１合金を含む処理チャンバで製造される半導体装置に有害となるものが含まれている場合がある。例えば、半導体の回路において金属を相互に連結する部分として使用される銅の層は、その抵抗率が低いために望ましい。しかしながら、処理チャンバ構成要素からチャンバ内で処理される基板上にもたらされる銅汚染が基板上の集積回路装置の性能に影響するため、半導体処理チャンバの構成要素に銅不純物が存在することは好ましくない。
【００１６】
半導体処理装置で使用するために開発された特定のアルミニウム合金が複数存在するが、そのような合金は製造費が高い。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
製造費用効率が高く、所望の機械的および化学的特性を有し、陽極酸化被覆と組み合わせたときに処理装置の稼動寿命を延ばすのに効果があるアルミニウム合金を実現することが好ましい。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
表面が陽極酸化皮膜により保護されているとき、アルミニウム合金物品の表面および内部の組成に粒子が含まれる場合、物品の機能が妨害されることが判明した。また、合金自体に存在する特定の不純物の濃度を制御することにより、そのような粒子を含む組成をかなりの程度で制御することができることが分かった。
【００１９】
特に、次に挙げる含有量の不純物を有するアルミニウム合金は、製造費が安価である一方、半導体処理装置の製造に使用されると有効に機能するであろうと思われた。該不純物含有量は：シリコン約０．４−約０．８重量％、銅約０．１５−約０．３０重量％、鉄約０．００１−約０．２０重量％、マンガン約０．００１−約０．１４重量％、亜鉛約０．００１−約０．１５重量％、クロム約０．０４−約０．２８重量％、チタン約０．００１−約０．０６重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％である。アルミニウム合金中のその他不純物の含有量は合計で０．１５重量％を超えず、それぞれが０．０５重量％以下である。
【００２０】
化学組成の必要条件に加え、アルミニウム合金は、合金中に存在する不純物から形成される粒子に関し、特定の規格に合致していなければならない。不純化合物の粒子的アグロメレーションのうち、全粒子の少なくとも８５％が５μｍ未満の大きさでなければならない。粒子の１５％以内は５−２０μｍの大きさでよい。２０μｍの大きさを超える粒子は１％を超えてはならず、４０μｍを超える粒子があってはならない。
【００２１】
ブロックまたはビレットを所望の形状に押し出し加工或いは機械加工してつくったアルミニウム物品は、通常、４１５℃以下の温度において応力が除去された状態である。応力除去により、陽極酸化保護膜にさらに安定した表面が得られ、機械的機能特性が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の理解を深めるため、添付図を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２３】
はじめに、請求の範囲を含め本明細書で使用する名詞は、文脈上特に断らないかぎり単数、複数の両方を意味する。
【００２４】
本発明により、腐食性の処理条件に耐性のある半導体処理装置が提供される。図１は、ＣＶＤまたはエッチングなど、半導体基板製造工程に使用される従来式の反応器チャンバ１００の概略図である。このような行程においては、チャンバ内の構成要素は腐食性のハロゲン含有種１１８にさらされる。特に腐食性が高いのは、一般にチャンバ構成要素のプラズマ洗浄に使用される混合気体、例えば、限定的ではないが、四フッ化炭素と一酸化二窒素との混合気体（ＣＦ４／Ｎ２Ｏ）および四フッ化エチレンと酸素との混合気体（Ｃ２Ｆ４／Ｏ２）などである。チャンバの構成要素は、半導体処理の間は１００−約４５０℃の範囲の高温にさらされ、定期的なチャンバ洗浄の間は腐食性ハロゲン含有混合気体にさらされる。
【００２５】
図１に示す、穿孔板１１０（処理気体をチャンバ内に導入するため、およびプラズマを励起するＲＦ電極として機能する）およびサセプタ１１２（半導体基板１１４を支持するため、およびＲＦ電極として機能する）などの特定のチャンバ構成要素は、従来式に、陽極酸化被覆により表面を保護したアルミニウムから構成されている。
【００２６】
半導体処理装置に最も一般的に使用されるアルミニウム合金は６０６１である。アルミニウム合金が腐食に耐性を有するように、腐食性の処理環境に曝されるアルミニウム合金の表面を覆うように陽極酸化保護層が適用される。装置に最高の腐食耐性および可能な限り長い耐用期間を達成するために、用品は特定の方法で製造される。最良の結果を得るために、用品の本体に使用されるアルミニウム合金は、専用の無菌アルミニウム合金から形成されなければならない。
【００２７】
図２は、陽極酸化被覆２０４により保護された６０６１アルミニウム合金（図示せず）からなる半導体処理装置構成要素２００の概略的上面図である。しかしながら、装置の構成要素２００をプラズマエッチング環境に曝した後、陽極酸化被覆２０４の表面２０９上に不良２０８が出現した。時間が経つにつれ、不良２０８の存在により汚染粒子が領域２１２から剥がれ落ちるので、不良２０８は非常に重大なものとなる。
【００２８】
図３は半導体処理チャンバの壁（図示せず）の一部分３００の概略的断面図を示す。チャンバの壁は上部表面３０５が陽極酸化保護層３０４で覆われた６０６１アルミニウム合金３０２を含み、アルミニウム合金３０２と陽極酸化層３０４の間には界面３０７が形成されている。一般的に、この陽極酸化層３０４の厚さは０．３ミル（８μｍ）−４．０ミル（１００μｍ）の範囲である。処理チャンバの壁の一部分３００の上部表面３０９上の不良３１１の原因は、６０６１アルミニウム合金中に存在する不純物、および不純化合物のアグロメレーション３０８の形成であることが判明した。アグロメレーション３０８が、６０６１合金の本体３０３の複数部分と陽極酸化被覆３０４内に伸びる溝３１０を形成し、陽極酸化被覆３０４の上部表面３０９上に不良３１１を生成していた。その結果、例えば、腐食性のプラズマ種が、溝３１０を通って陽極酸化被覆３０４の下方へ進み、陽極酸化被覆３０４と本体３０３との間の界面３０７のアルミニウムを攻撃することがあり得た。図３に示す構成は、図２に示すような陽極酸化６０６１アルミニウム処理チャンバの上部表面上に観察される不良２０８について説明している。
【００２９】
空気に曝されると厚さ約３０−５０オングストロームの自然酸化物を形成する「裸の」６０６１合金について重要なことは、自然酸化物形成時のアルミニウム合金の上部表面の不純物のアグロメレーションにより、陽極酸化層に関して上述した問題と同様の、または場合によってはそれを超える問題が引き起こされる点である。そのようなアグロメレーションの存在により、通常は自然酸化層によって起こる劣化が急激に起こる。
【００３０】
半導体処理装置に使用されるアルミニウム合金中に存在すると腐食を生じる場合があるため、鉄は問題のある金属である。アルミニウム合金の製造中、合金内に鉄含有化合物の大規模なアグロメレーションが形成されることが多い。図３に示す多数のアグロメレーション３０８は鉄または鉄含有化合物を含み、それらはアルミニウム合金内の様々な位置に存在している。鉄を含有するアグロメレーションは合金のシート、ビレット、または型押し部分の表面上または内部に発現し得る。半導体産業以外の産業に使用される場合には、これらのアグレメレーションは問題とならない。しかし、半導体処理装置の場合、処理容器（または処理チャンバ内のその他装置）を製造するために使用される原材料に鉄含有アグロメレーションが存在すると、重大な問題を引き起こす。本体３０３と保護陽極酸化被覆３０４との間の界面３０７に存在する鉄含有化合物を含むアグロメレーション３０８は、陽極酸化被覆３０４を通り本体３０３の基部アルミニウムに達するトンネル３１０を形成する原因となる。トンネル３１０は、アルミニウム合金本体３０３を腐食させ得る様々な処理薬品に基部アルミニウムを曝す。これは、腐食性の塩素またはフッ素を含有するエッチングガスおよびこれらガスから生成されるプラズマを使用する半導体処理装置にアルミニウムを利用する場合に特に顕著である。最終的に、腐食が重大である場合、装置表面全体が半導体処理チャンバ内に剥がれ落ち、処理チャンバ内でその後行われる処理操作を汚染する。鉄自体は合金に非常に有益な質を与えるものではない一方、合金から鉄を除去するのにかかる費用は合金の製造費を増加させる。鉄の含有量が低下すると、アルミニウム合金の製造費は上昇する。
【００３１】
上述したように、半導体処理装置に関し、半導体処理分野でアルミニウム合金を使用する場合、制御する必要のある特定の不純物が単一物質および化合物双方の形態で存在する。本発明では、シリコン、鉄、および銅を含むアグロメレーションの形成という観点から、特に考慮すべき要素を発見した。また、特定の範囲内に制御する必要のある他の不純物も存在する。
【００３２】
図３に示すような溝、および微小なトンネル３１０、ならびにアルミニウムを含む半導体処理装置の構成要素の汚染および腐食に繋がる微小な裂け目の形成を防ぐため、本発明により「無菌」アルミニウム合金を開発した。無菌合金は、図３に示す不純化合物アグロメレーション３０８の数および大きさを低減すると同時に合金の製造費を可能な限り低く維持するために設計されている。
【００３３】
無菌アルミニウム合金の組成は、合金内に存在する不純物が特定の濃度の範囲内となるよう注意深く制御される。合金内に存在する不純物は、次の含有量に限定される：シリコン約０．４−約０．８重量％、銅約０．１５−約０．３重量％（さらに一般的には、約０．１５−約０．２５重量％）、鉄約０．００１−約０．２重量％（さらに一般的には、約０．１重量％以内）、マンガン約０．００１−約０．１４重量％、亜鉛約０．００１−約０．１５重量％、クロム約０．０４−約０．２８重量％、チタン約０．００１−約０．０６重量％、およびマグネシウム約０．８−約１．２重量％。アルミニウム合金中のその他不純物の含有量は合計で０．１５重量％を超えず、それぞれが０．０５重量％未満である。
【００３４】
不純物の中でも、他と比較して特に有害なのは鉄、シリコン、および銅であることが分かった。さらに、シリコン含有量を原子量で約０．８重量％未満に、鉄含有量を原子量で約０．００１−約０．２重量％に、銅含有量を原子量で約０．１５−約０．３重量％に維持しなければならないことが判明した。典型的な数値として、鉄含有量が約０．１重量％未満、および銅含有量が約０．１５−０．２５重量％であるときに良好な結果が得られた。
【００３５】
さらに、不純物の粒子の大きさおよび無菌アルミニウム合金の分布を特定の範囲に制御する。不純物粒子の大きさは、全粒子の８５％以上が５μｍ以内となるように制御する。粒子の１５％以内は５−２０μｍの大きさでよい。２０μｍの大きさを超える粒子は１％を超えてはならず、４０μｍを超える粒子があってはならない。
【００３６】
粒子の大きさおよび大きさの分布を決定するために使用した分析技術は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）使用下での後方錯乱分析に基づくものであった。構成要素となる粒子にアクセスするために、倍率は５００倍とした。各画像の領域は約１５０×２００μｍであった。デジタル解像度は０．２μｍ／ピクセル以上であった。統計的分析としての意義を保証するため、金属微構造の様々な領域を良好に評価するのに直径０．７５インチのサンプル領域から少なくとも４０画像をランダムに取得した。後方錯乱画像をデジタル化して保存し、その後の統計的分析に使用した。画像は画像分析器に送られ、Ａｌ（画像中に白色で現れる）の原子番号より大きい平均原子番号を有する粒子の分布を検出および測定した。デジタル解像度により、０．２μｍまでの粒子を測定することができた。粒子の大きさの分布を決定するためのパラメータは：円に等しい領域の直径φ＝２×（Ａ／π）の平方根（Ａは１粒子の領域）である。級の限界は：０．２、１、２、３、４、５、２０、４０である。各級の粒子の数を決定し、次いで測定した粒子の総数を１００％として標準化する。
【００３７】
図４は半導体処理チャンバの壁（図示せず）の一部分３２０の概略的断面図を示す。チャンバの壁はアルミニウム合金の本体３２３との界面３２７を形成する陽極酸化被覆３２４を有する本発明による合金３２２を含んでいる。一般的に、この陽極酸化層３２４の厚さは０．３ミル（８μｍ）−４．０ミル（１００μｍ）の範囲である。不純化合物のアグロメレーション３２８が依然としてアルミニウム合金３２２の本体３２３に存在するが、平均するとその大きさはずっと小さく、陽極酸化被覆３２４の上部表面３２９にまで伸びる溝を生成しない。よって、半導体処理チャンバの耐用年数が実質的に伸びる。
【００３８】
陽極酸化保護被覆をアルミニウム表面上に適用せず、保護層が、空気に曝されたときにアルミニウム表面に形成される厚さ約３０−約５０オングストロームの自然酸化物のみである場合も、本明細書に開示した特定の要件と不純物レベルを満たすアルミニウム合金は、自然酸化物の保護能力を向上させる。
【００３９】
上述の例示的実施形態は本発明の範囲を制限するものではなく、当業者は、本開示内容に照らして、請求の範囲に規定された本発明の主題の範囲内でそのような実施形態を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体基板製造工程で使用される従来型の反応器チャンバ１００の概略図である。
【図２】不良２０８を有する陽極酸化被覆層２０４とその下のアルミニウム合金（図示せず）を含む構造２００の概略的上面図である。
【図３】アルミニウム合金３０２と陽極酸化被覆層３０４の断面を示す顕微鏡写真の概略図であり、図２の陽極酸化被覆２０４の上部表面２０９上に現れる不良２０８の原因となる構造を示す。
【図４】本発明のアルミニウム合金３２２の断面を示す顕微鏡写真の概略図であり、陽極酸化被覆層３２４の上部表面３２９上に不良は見られない。
【符号の説明】
１００　　従来型反応器チャンバ
１１０　　穿孔板
１１２　　サセプタ
１１４　　半導体基板
２００　　半導体処理装置構成要素
２０４、３０４、３２４　　陽極酸化被覆
２０８、３１１　　不良
２０９、３０９、３２９　　陽極酸化被覆の上部表面
３００、３２０　　半導体処理チャンバの壁の一部分
３０２、３２２　　アルミニウム合金
３０３、３２３　　本体
３０７、３２７　　界面
３０８、３２８　　アグロメレーション
３１０　　溝
【図１】
2004068145.tif 000003
【図２】
2004068145.tif 000004
【図３】
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【図４】
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