(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に配置され、成膜対象物の表面に薄膜が成長する際に、前記薄膜が付着する防着板であって、
アルミニウムにマグネシウムが含有されたアルミニウム合金から成り、
前記アルミニウム合金には、マグネシウムが０．５重量％以上５．６重量％以下の範囲で添加され、前記アルミニウム合金中に含有されるケイ素の含有率が、０．２５重量％以下にされたＪＩＳ規格のＡ５００５、Ａ５０５２、Ａ５０５６のアルミニウム合金であり、
不純物の析出物から成る直径０．１μｍ以上１μｍ以下の微小粒子が、断面積１ｍｍ2当たり５０００個以下の密度にされた防着板。
【請求項２】
請求項１記載の防着板であって、
前記成膜対象物の表面を部分的に覆い、前記成膜対象物の表面に成長する薄膜の成長領域を設定する防着板。
【請求項３】
請求項１記載の防着板であって、
前記成膜対象物の周囲にあって、成膜物質の剥離落下を防止する防着板。
【請求項４】
真空槽と、
前記真空槽内に配置され、成膜対象物の表面に薄膜が成長する際に、前記薄膜が付着する防着板を有する真空処理装置であって、
前記防着板は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の防着板である真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜を製造する成膜装置に用いられる防着板、並びに防着板を用いたスパッタ装置、ＣＶＤ装置、蒸着装置、エッチング装置等の真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
防着板は、ＴＦＴ液晶パネル、ＬＳＩチップ、蒸着フィルム等の製造に用いられる成膜装置内で用いられている。防着板は、ガラス基板やシリコンウエハー等の基板上、又は基板周囲に配置され、基板の成膜領域を制限すると同時に、基板以外の領域に薄膜が形成されることを防止する役目を担っている。
【０００３】
図１１の符号１１０はスパッタリング装置であり、防着板１０４が配置された成膜装置の一例を示している。
【０００４】
このスパッタリング装置１１０は、真空槽１１２の底壁上にウェハステージ１１６が配置されており、該ウェハステージ１１６上に成膜対象物１１７が配置されている。
【０００５】
成膜対象物１１７の周辺には、防着板１０４が配置されており、成膜対象物１１７の表面の外周部分の、成膜対象物１１７の縁部分から距離Ｗ1だけ内側まで、防着板１０４によって覆われている。従って、成膜対象物１１７が円形の場合、その表面は、外周部分を除いた直径Ｗ2の領域だけ真空槽１１２内に露出しており、真空槽１１２の天井に配置されたターゲット１１８をスパッタリングしたときに、直径Ｗ2の領域だけ薄膜が形成されるようになっている。
【０００６】
上記のような防着板１０４では、成膜対象物１１７表面に薄膜が形成される際に、防着板１０４表面にも薄膜が付着してしまう。スパッタリング装置１１０内で多数の成膜対象物１１７に対して連続的に薄膜を形成すると、防着板１０４表面に付着した薄膜の堆積量が大きくなる。
【０００７】
堆積量が増えた場合、防着板１０４表面の付着薄膜が破損し易くなり、破損した場合には破片が成膜対象物１１７表面の薄膜中に混入し、薄膜の成膜不良を誘発してしまう。
【０００８】
従って、防着板１０４を連続使用できる回数にも限界があり、その回数は防着板の第1次寿命と呼ばれている。
堆積膜の破損を防止する方法が考案(例：日本真空技術(株)特開平８−２７７４６０)されているものの、第一次寿命を無限にすることは出来ず、使用限界に達した防着板１０４は、新しい防着板に交換する必要がある。
【０００９】
また、防着板１０４は高価なため、スパッタリング装置１１０から取り外した防着板は堆積物を除去して再生する必要がある。
一般に、防着板表面の堆積物を除去するためには、防着板全体を希硝酸等の洗浄液中に浸漬し、堆積物を溶解させる方法や、堆積物を機械的に剥ぎ取る方法がある。
【００１０】
洗浄液を用いる場合には堆積物を除去しやすくした技術が提案されており、予め、防着板の表面に洗浄液に溶解し易い軟質物質を形成しておき、成膜装置に装着して使用した後、堆積物を除去する際には、洗浄液で軟質物質を溶解させ、堆積物を軟質物質と一緒に除去する方法もある(例：日本真空技術(株)特開平６−４９６２６)。
【００１１】
いずれにしろ、再生された防着板は再びスパッタリング装置１１０に装着され、使用されると再び第１次寿命を迎えることになる。このように、防着板の使用と再生を繰り返すと、第１次寿命が次第に短くなり、終には洗浄しても再使用できなくなる。これは防着板の第２次寿命と呼ばれている。
【００１２】
防着板の素材は、成膜物質と再生工程の組合せによって最適な材料が選択されるが、一般にはステンレス鋼やチタン合金、アルミニウム合金等が採用されている。中でも、電導性や機械加工性に優れる耐食性アルミニウムを採用する例が多い。
【００１３】
再生工程で用いられる洗浄液には、堆積物質を溶解する性質が必要であるが、市販の耐食性アルミニウム合金を用いた防着板では、防着板自体も洗浄液によって溶解されるため、洗浄回数が防着板の第２次寿命を決める重要要因になっている。
【００１４】
そして、防着板の第１次寿命や第２次寿命が短いと防着板のためのコストが高くなり、また、特に大型の防着板では交換作業に要する時間が長いため、頻繁に交換しなければならないとすると、交換作業中の成膜装置の休止期間が無視できなくなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、長寿命の防着板を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
防着板に用いるアルミニウム合金の金属学的構造を説明すると、一般に、アルミニウム合金は、アルミニウム元素を主体とする第１相と、不純物元素や種々の添加元素が結合してできる晶出物や析出物の形態をとる第２相化合物から成り立っている。
【００１７】
第１相と反応する薬液は洗浄液に適さず、経験則からも防着板への使用は排除されている。現在では、第２相化合物と表面処理性との関係が調べられていて(例：海老原；表面技術、vol.48, No.10, 1997 )、第２相化合物がアルミニウム合金の溶解性(エッチング速度)に関与していることも知られている。
【００１８】
しかし、調査対象は、もっぱら、光学顕微鏡で観察できるサイズ(約1μｍ以上)の第２相化合物に止まっていた。
【００１９】
本発明の発明者等は、１μｍ以下の第２相化合物の存在が、洗浄液中における防着板の腐食速度に強い影響を及ぼしているのを発見した。そして、その第２相化合物が耐腐食性に与える影響は、第２相化合物から成る粒子のサイズよりも、むしろその粒子の存在密度に関係があり、存在密度が小さいほど腐食速度が遅くなることが解った。
【００２０】
本発明は上記知見に基づいて創作されたものであり、請求項１記載の発明は、真空槽内に配置され、成膜対象物の表面に薄膜が成長する際に、前記薄膜が付着する防着板であって、アルミニウムにマグネシウムが含有されたアルミニウム合金から成り、前記アルミニウム合金には、マグネシウムが０．５重量％以上５．６重量％以下の範囲で添加され、前記アルミニウム合金中に含有されるケイ素の含有率が、０．２５重量％以下にされたＪＩＳ規格のＡ５００５、Ａ５０５２、Ａ５０５６のアルミニウム合金であり、不純物の析出物から成る直径０．１μｍ以上１μｍ以下の微小粒子が、断面積１ｍｍ2当たり５０００個以下の密度にされた防着板である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の防着板であって、前記成膜対象物の表面を部分的に覆い、前記成膜対象物の表面に成長する薄膜の成長領域を設定する防着板である。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の防着板であって、前記成膜対象物の周囲にあって、成膜物質の剥離落下を防止する防着板である。
請求項４記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、成膜対象物の表面に薄膜が成長する際に、前記薄膜が付着する防着板を有する真空処理装置であって、前記防着板は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の防着板である真空処理装置である。
【００２１】
本発明は上記のように構成されており、アルミニウム合金中に含有される第２相化合物によって構成される微小粒子のうち、直径が１μｍ以下の微小粒子の密度が５０００個／ｍｍ2以下、好ましくは２０００個／ｍｍ2以下にされている。このように、微小粒子の密度が低いので、洗浄液中の防着板の腐食速度が著しく低減される。
【００２２】
第２相化合物の微小粒子密度を前述の値以下にするためには、アルミニウム合金中に含まれる不純物の含有率を所定値以下に制限したり、アルミニウム合金を５１５℃以上５６０℃以下の温度で３時間以上加熱処理し、第２相化合物をアルミニウム合金中に再固溶させ、水冷却等の急冷を施すことによって微小粒子の密度を少なくすることができる。
【００２３】
但し、このような加熱処理によって第２相化合物の析出量を少なくした防着板の場合、成膜装置内で繰り返して使用すると、使用過程で起こり得る温度変化によって、再固溶させた第２相化合物が再析出する可能性がある。従って、第２相化合物から成る微小粒子の密度を制御する場合、第２相化合物を構成する元素の含有量を少なくする方がより確実である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
【実施例】
＜実施例１＞
代表的な耐食アルミニウム合金の熱間圧延板であるＪＩＳ  Ａ５００５  Ｈ１１２材と、ＪＩＳ  Ａ５０５２  Ｈ１１２材と、ＪＩＳ  Ａ５０５６  Ｈ１１２材とは、マグネシウムが、それぞれ０．５０重量％以上１．１重量％以下(ＪＩＳ  Ａ５００５)、２．２重量％以上２．８重量％以下(ＪＩＳ  Ａ５０５２)、４．５重量％以上５．６重量％以下(ＪＩＳ  Ａ５０５６)の範囲で添加されており、希硝酸液中での溶解反応が少ないことから、防着板用素材として一般に使用されており、その再生工程の洗浄液には希硝酸液が用いられている。
【００２５】
そのアルミニウム合金中では、不純物成分のＳｉ(０．２５％以下)と主要合金添加元素のＭｇ(０．５重量％以上、５．６重量％以下)が結合し、Ｍｇ2Ｓｉが第２相化合物として構成されている。
【００２６】
しかし、このアルミニウム合金ではＳｉの含有率が微量であるために、この第２相化合物も微量であり、アルミニウム合金の希硝酸液中での腐食反応には無関係であると考えられていた。また、このアルミニウム合金は一般に非熱処理型合金に区分されているため、材料強度を弱める熱処理を施すことも行われていなかった。
【００２７】
図１は、アルミニウム合金を希硝酸中に浸漬した場合の、浸漬時間と腐食量の関係を示すグラフである。
【００２８】
「溶体化処理」は、市販のＪＩＳ  Ａ５０５２  Ｈ１１２材を、５１５〜５６０℃で３時間以上加熱した後、冷水中に浸漬して急冷したアルミニウム合金材料を示している。「市販熱延板」は、熱処理をしない状態の市販のＪＩＳ  Ａ５０５２  Ｈ１１２を示している。また、「低温時効処理」と「過時効処理」は、前述の熱延板を溶体化処理した後、それぞれ１７０℃５時間の加熱処理と３００℃３時間の加熱処理を行ったアルミニウム合金を示している。
【００２９】
「溶体化処理」、又は「低温時効処理」を行ったアルミニウム合金は、未処理の市販品に比べて腐食速度が遅くなっている。最大、約１．６倍の耐食性(１／１．６の腐食速度)が得られている。なお、「過時効処理」を行うと耐食性は悪化している。
【００３０】
この実施例１の溶体化処理を行ったアルミニウム合金、又は低温時効処理を行ったアルミニウム合金をそれぞれ成形すると、図１１の符号１０４で示すような防着板が得られる。この防着板１０４は、成膜対象物１１７の外周部に薄膜が形成されないように、成膜対象物１１７の外周部上に配置される。後述の実施例２、３のアルミニウム合金からも防着板１０４が形成される。
【００３１】
【実施例】
＜実施例２＞
一部のＭｇ2Ｓｉ化合物は晶出しているために、溶体化処理によっても完全に再固溶せず、また、再固溶したはずのＭｇ2Ｓｉ化合物がその後の温度履歴で再析出の可能性があるため、合金中のＳｉ含有量を抑制してＭｇ2Ｓｉ化合物の出現を絶つ方法を講じた。
【００３２】
即ち、ＪＩＳ  Ａ５０５２合金規格における不純物Ｓｉの上限規格値０．２５重量％をはるかに下回る０．０５重量％以下にした高純度アルミニウム合金を作製し、表面にマイクロビッカースの圧痕跡を形成し、希硝酸液中に浸漬し、浸漬時間に対する圧痕跡の状態の変化で腐食状態を判断した。
【００３３】
図２(ａ)〜(ｃ)は、それぞれ１．５時間、１０時間、３４時間浸漬した時点での上記高純度アルミニウム合金の表面顕微鏡写真であり、３４時間経過後も圧痕跡が観察される。
【００３４】
この高純度アルミニウム合金は、通常の製法で製造したものであり、特殊な熱処理は施していないが、図１に示した溶体化処理材と同程度の腐食速度であることが確認できた。
【００３５】
図４(ａ)、(ｂ)は、市販のＪＩＳ Ａ５０５２合金規格のアルミニウム合金の表面に、同様にマイクロビッカース圧痕跡を形成し、同じ希硝酸液中に浸漬した結果である。同図(ａ)は１．５時間経過後の表面、同図(ｂ)は１０時間経過後の表面の顕微鏡写真である。浸漬時間が１０時間で圧痕跡は消滅しており、この市販品のアルミニウム合金では、１０時間の浸漬時間で、少なくとも圧痕深さまで腐食されていることが分かる。
【００３６】
【実施例】
＜実施例３＞
耐食性に関与する第２相化合物はＭｇ2Ｓｉ化合物だけではない。
そこで、Ｍｇ2Ｓｉ化合物だけではなく、ＣｕＡｌ2、ＭｎＡｌ6、α-ＡｌＦｅＣｒＳｉ等によって構成される第２相化合物の析出量も同時制御するために、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｖの各元素の上限含有量をそれぞれ０．０５重量％、０．０６重量％、０．０１重量％、０．０１重量％、０．０１重量％、０．００７重量％以下に抑制したアルミニウム合金を作製し、防着板に加工した。
【００３７】
この防着板の圧痕跡の変化を図３(ａ)〜(ｃ)に示す。腐食条件は、上記実施例２と同じである。上記実施例２の防着板よりも耐腐食性が高いことが分かる。
【００３８】
特に、Ｍｎ、Ｃｒ化合物はそれ自身が耐食性を悪化させるだけでなく、微細に分散析出して、Ｍｇ2Ｓｉ化合物の析出サイトとして働き、Ｍｇ2Ｓｉ析出物の数を増やす効果を持っている。
【００３９】
【実施例】
上記実施例１〜３のアルミニウム合金を希硝酸に浸漬する前に切断し、その断面に析出しているＭｇ2Ｓｉ化合物をＸ線マクロアナライザーによって観察した。
【００４０】
図５は溶体化処理をした実施例１のアルミニウム合金の状態、図６は低温時効処理をした実施例１のアルミニウム合金の状態である。
【００４１】
図７、８は比較例であり、図７は市販のＪＩＳ  Ａ５０５２  Ｈ１１２熱延板の状態、図８は過時効処理をしたアルミニウム合金である。
【００４２】
図中、白点がＭｇ2Ｓｉ化合物の存在位置を示している。図５から分かるように、溶体化処理を行ったアルミニウム合金はほとんどＭｇ2Ｓｉ化合物を確認できない。低温時効処理を行ったアルミニウム合金になって初めて図６から分かるようにわずかな数のＭｇ2Ｓｉ化合物を観察できる。
【００４３】
市販品は、図７から分かるように、Ｍｇ2Ｓｉ化合物の大きな結晶が観察される。他方、長時間の加熱を施した過時効処理のアルミニウム合金は、図８から分かるように、大きな結晶はないものの無数の小さなＭｇ2Ｓｉ化合物が観察される。
【００４４】
腐食速度は、図１のグラフに示すように、
溶体化処理＜時効処理＜市販品＜過時効処理
の順序で速くなっており、大きな結晶のない過時効処理品の方が市販品よりも腐食速度は速い。
【００４５】
このことから、アルミニウム合金の腐食速度は、Ｍｇ2Ｓｉ化合物の大きさではなく、Ｍｇ2Ｓｉ化合物の析出物の数に依存すると言える。
【００４６】
図５〜８の写真を画像解析し、溶体化処理を行ったアルミニウム合金と、低温時効処理を行ったアルミニウム合金と、市販品のアルミニウム合金と、過時効処理を行ったアルミニウム合金について、析出物粒子の直径と粒子個数、及び面積占有率の関係を求めた。解析可能な最小粒子サイズは約０．１μｍである。また、この測定においては、同様の画像解析をそれぞれのアルミニウム合金について１０ヶ所行い、平均値とした。
【００４７】
析出物粒子の直径と個数の関係を図９に示し、析出物粒子の直径と面積占有率の関係を図１０に示す。
【００４８】
なお、溶体化処理を行ったアルミニウム合金の粒子個数はほぼゼロに等しかったので、図９及び図１０にはその位置だけを示した。
【００４９】
また、各アルミニウム合金の、Ｍｇ2Ｓｉ化合物の総析出量と、１μｍ以下の粒子を構成するＭｇ2Ｓｉ化合物の析出量と、腐食速度を下記表１に記載した。
【００５０】
【表１】
0004852190.tif 000002
【００５１】
この表１から一見して分かるように、腐食速度はＭｇ2Ｓｉ化合物の総析出量に依存せず、１μｍ以下のＭｇ2Ｓｉ化合物粒子の析出量に依存しているのが解る。
【００５２】
なお、以上は、成膜対象物１１７の外周部分を覆う防着板１０４について説明したが、本発明は、そのような防着板１０４に限定されるものではない。
【００５３】
図１２の成膜装置１２０は、一端がすぼまった円筒状の防着板１０５を有している。この防着板１０５は、すぼまった方を下方に向け、真空槽１２２内に鉛直に配置されており、防着板１０５の上方の開口部内には、ターゲット１２８が配置され、下方のすぼまった方の開口部内には、ウェハステージ１２６上に乗せられた成膜対処物１２７が配置されている。この防着板１０５により、真空槽１２２内壁面にスパッタリング粒子が付着しないようになっている。
【００５４】
上記実施例１〜３の溶体化処理、低温時効処理、Ｍｇ2Ｓｉ化合物の減少化、及びＭｇ2Ｓｉ化合物その他の不純物を減少化させたアルミニウム合金を用いて作製した、上記の防着板１０５も本発明に含まれる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の防着板は、耐腐食性が高いため、防着板を洗浄液に浸漬して再生する際に起こる腐食現象を大幅に減少させることができる。
従って、本発明の防着板は消耗しにくいのでランニングコストが低くなり、また、防着板の交換頻度が減少して成膜装置の休止時間が減少するので、成膜装置の稼動時間を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】腐食時間と腐食量の関係を示すグラフ
【図２】(ａ)〜(ｃ)：高純度のアルミニウム合金の腐食状態を示す顕微鏡写真
【図３】(ａ)〜(ｃ)：溶体化処理を行ったアルミニウム合金の腐食状態を示す顕微鏡写真
【図４】(ａ)、(ｂ)：市販のアルミニウム合金の腐食状態を示す顕微鏡写真
【図５】溶体化処理をしたアルミニウム合金の不純物結晶の分布を示す分析結果
【図６】低温時効処理をしたアルミニウム合金の不純物結晶の分布を示す分析結果
【図７】市販品のアルミニウム合金の不純物結晶の分布を示す分析結果
【図８】過時効処理をしたアルミニウム合金の不純物結晶の分布を示す分析結果
【図９】アルミニウム合金の析出物粒子の直径と個数の関係を示すグラフ
【図１０】アルミニウム合金の析出物粒子の直径と面積占有率の関係を示すグラフ
【図１１】防着板の成膜装置内での使用状態を説明するための図
【図１２】防着板の使用状態の他の例を説明するための図
【符号の説明】
１０４、１０５……防着板
１１０、１２０……成膜装置
１１２、１２２……真空槽
【図１】
0004852190.tif 000003
【図２】
0004852190.tif 000004
【図３】
0004852190.tif 000005
【図４】
0004852190.tif 000006
【図５】
0004852190.tif 000007
【図６】
0004852190.tif 000008
【図７】
0004852190.tif 000009
【図８】
0004852190.tif 000010
【図９】
0004852190.tif 000011
【図１０】
0004852190.tif 000012
【図１１】
0004852190.tif 000013
【図１２】
0004852190.tif 000014