多層構造體及其清洗方法

2023-10-22 19:38:17

專利名稱：：多層構造體及其清洗方法
技術領域：
：本發明涉及作為零件、構件使用的構造體及其清洗方法，該零部件被用於電子元器件的乾燥工藝、醫療用品製造、食品加工製造等要求具有高清潔性的環境中。
背景技術：
：隨著半導體集成度的提高，設計規則逐漸微細化，繼而要求容許附著物和金屬汙染的大小以及數量小而少。另外，從衛生的觀點來看，需要減少醫療用品和食品等的附著物和金屬汙染。一般在嫌惡金屬汙染的這些構造體中，其構件一直採用的是陶瓷。特別是隨著晶圓、面板的大型化，構成半導體及液晶製造裝置的構造體也呈現大型化的趨勢。在此，以微波等離子體處理裝置為例對半導體製造裝置進行說明。該微波等離子體處理裝置具備處理室；對配置在處理室內的被處理基板進行固定的固定臺；設在與被處理基板對向位置上的簇射極板(ShowerPlate);配置在簇射極板上的蓋板以及設在蓋板上的徑向棒狀天線(RadialRodAntenna)。簇射極板由具有多個氣體噴出孔的、由氧化鋁形成的板構成，另一方面，蓋板也由氧化鋁形成。再者，處理室內的內壁也可以用氧化鋁或氧化釔構成，採用氧化釔是基於其對等離子體具有耐蝕性。如此，當用氧化鋁等的陶瓷形成半導體製造裝置內的各種構件時，在燒成研削、研磨等多種製造工序中，在陶瓷構件上會產生有機物汙染、金屬汙染以及因微粒附著造成的汙染，這些殘留汙染物的構件與晶圓、液晶面板直接接觸時，會在晶圓、液晶面板表面上形成汙染堆積，成為引發迴路不良的原因。另外，通過接觸還會使雜質擴散到晶圓中。因此，為了以高成品率進行半導體和液晶面板的製造，需要極力抑制粒子、金屬的附著。今後，隨著晶圓及液晶面板的大型化，對於構成半導體製造裝置的各種構件的高清潔化要求將會更加嚴格。本發明的發明人員，首先在特許文獻l中提出了一種構成半導體製造裝置的各種構件的陶瓷構件的清洗方法。根據該清洗方法，可以使陶器構件的表面實現潔淨化。具體地說，就是特許文獻l中提出的陶瓷構件的清洗方法，是用高清潔海綿或刷子進行的擦拭、用脫脂液進行的超聲波清洗、在有機藥劑中進行的浸漬清洗、用臭氧水進行的超聲波清洗、SPM清洗及HF/HNCb清洗中的至少一種方法，對陶瓷構件進行前清洗。再者，在該清洗方法中，在前清洗之後，採用從用臭氧水進行的清洗、用將pH值控制為鹼性的含氫純水進行的超聲波清洗和HF、SPM、HPM、HN03/HF中選出的至少一種進行清洗，最後進行超聲波清洗，該超聲波清洗採用從含氫純水、臭氧水、超純水中選出的一種。通過用上述清洗方法對陶瓷構件進行清洗，可以將陶瓷構件表面上粒徑為0.2um以上的粒子數量減少到2個/lmm2以下。因此，通過特許文獻1的清洗方法進行清洗的陶瓷構件表面非常潔淨，可以顯著改善晶圓及液晶面板的成品率。如前所述，隨著半導體製造裝置的大型化，用於該半導體製造裝置的各種陶瓷構件也不可避免地出現大型化趨勢。然而，由於陶瓷構件是在IOO(TC的高溫下燒成後製成，因此燒成中會不可避免地產生收縮。結果導致陶瓷構件越是大型化，越難達到好的尺寸精度。再者，隨著陶瓷構件的大型化，需要進行長時間的燒成，因此難以在短時間內經濟性地製造出大型且具有精密尺寸的陶瓷構件。因此，以陶瓷構件單體迅速應對大型化要求，實際上處於困難的狀況。特許文獻1:特開2004-279481號公報特許文獻2:特開平5-339699號公報特許文獻3:特開平5-202460號公報
發明內容本發明的一個目的在於，提供一種應對半導體製造裝置等的大型化要求的構造體，該構造體與陶瓷構件具有同等的作用、效果，例如具有絕緣性、在蝕刻環境中的耐蝕性和輕量化，且具備極其清潔的表面。本發明的另一個目的在於，提供一種為了減輕用陶瓷構件單體構成半導體製造裝置等的構件時的負擔，而具有多層構造的構造體。本發明的再另一個目的在於，提供一種具備為了提高潔淨度，即使進行清洗也不會產生剝離的表面層的多層構造體。本發明的其他一個目的在於，提供一種堆積作為形成多層構造體的表面的表面層的、具有高附著強度的陶瓷層的方法。本發明的另外的課題在於，提供一種用於獲得高清潔度的陶瓷表面的清潔方法。本發明的發明人員，對替代陶瓷構件單體，用具有多層構造的構造體構成半導體製造裝置用陶瓷構件進行了研究。具體地說，就是對在基材上堆積了膜(具體為陶瓷膜)的多層體構造進行了研究，通過改善堆積在基材上的陶瓷膜的堆積方法及清洗方法，獲得了具有與特許文獻1公開的陶瓷構件表面同等的表面的構造體。根據本發明的第l種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，在具備基材和形成於該基材表面上的膜的多層構造體中，在所述膜上，具有0.2um以上粒徑的粒子的附著數為lmmV2個以下。根據本發明的第2種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，在第l種方式中，所述基材由陶瓷、金屬或者它們的複合材形成。根據本發明的第3種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，在第2種方式中，所述膜為陶瓷膜。根據本發明的第4種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，在第3種方式中，所述陶瓷膜是通過熔射堆積在所述基材上的熔射膜。根據本發明的第5種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，在第4種方式中，所述陶瓷膜是通過CVD法堆積在所述基材上的陶瓷膜。根據本發明的第6種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，所述陶瓷膜是通過PVD法堆積在所述基材上的陶瓷膜。根據本發明的第7種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，所述陶瓷膜是通過溶膠-凝膠(Sol-GelProcess)法堆積在所述基材上的陶瓷膜。根據本發明的第8種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，所述陶瓷膜是通過權利要求57所述的任何一種方法堆積在熔射膜上的陶瓷膜。根據本發明的第9種方式，可以獲得一種多層構造體，其特徵在於，所述陶瓷膜的附著強度為10MPa以上。根據本發明的第10種方式，可以獲得一種多層構造體的清洗方法，其特徵在於，在對具備基材和形成於該基材表面上的膜的多層構造體進行清洗的方法中，包含通過施加5W/cm2以上、30W/cm2以下的超聲波，對所述膜進行清洗的工序。根據本發明的第11種方式，可以獲得一種多層構造體的清洗方法，其特徵在於，在第IO種方式中，採用噴嘴型清洗裝置進行所述超聲波清洗。根據本發明的第12種方式，可以獲得一種多層構造體的清洗方法，其特徵在於，在第10及第11的任何一種方式中，通過準備向超純水中溶解了從氫、二氧化碳、氨的組群中選出的氣體的溶液，向該溶液施加超聲波而進行所述超聲波清洗。根據本發明，通過製成表面上具備陶瓷層的層構造的構造體，可以取得迅速且經濟性地應對構造部件大型化的效果。再者，因為可以對堆積在基材上的陶瓷層進行高潔淨清洗，所以可以保持高清潔性。再者，由於堆積成的陶瓷層的附著強度高，因此在進行高潔淨清洗時，即使施加5W/cm2以上、30W/cm2以下的超聲波，也不會產生剝離等問題。圖1是表示對通過本發明中的各種製法形成的￥203膜進行高潔淨清洗時的粒子數和超聲波輸出功率關係的圖。圖2是表示本發明的第1實施例的多層構造體的截面圖。圖3是表示用於測量附著粒子數的試料的形狀圖。圖4是表示對形成本發明的第2實施例的多層構造體的開放式熱CVD裝置進行說明的概要圖。圖5(a)及(b)是表示通過圖3所示的CVD裝置進行制膜的多層構造體的截面及平面的掃描電子顯微鏡照片(SEM)的模擬圖。圖6(a)及(b)是表示按工序順序對形成本發明的第3實施例的多層構造體的溶膠-凝膠(Sol-GelProcess)法進行說明的圖。符號說明10基材11陶瓷層21流量計23氣化器25噴嘴27加熱器29加熱器31噴射槍33陶瓷前驅體35烘箱具體實施方式以下，對本發明的實施例進行說明。圖1是表示對通過本發明中的各種製法形成的￥203膜進行高潔淨清洗時的粒子數和超聲波輸出功率的關係圖。如圖1所示，因為堆積的陶瓷膜的附著強度高，所以即使在高潔淨清洗時施加5W/cm2以上、30W/cm2以下的超聲波，也不會產生剝離等現象。如圖2所示，本發明的第1實施例的多層構成體，例如具備基材10和通過等離子體熔射將銦堆積在該基材表面而成的陶瓷層11(即，通過等離子體熔射而成的Y203層)。此時，作為基材11，使用直徑40mm、厚3mm的鋁合金，在該基材10的表面上形成作為陶瓷層11的等離子體熔射膜。圖示的等離子體熔射膜為厚200um的Y2O3層。等離子體熔射時，例如可以使用特許文獻2或特許文獻3所述的溶射裝置。從耐等離子體性的觀點來看，作為用於半導體製造裝置的陶瓷膜，優選採用￥203、A1203、MgO及其化合物。在圖示例中，是在鋁合金基材10的表面上直接形成陶瓷層11，但也可以採用對鋁合金基材10的表面進行陽極氧化，形成陽極氧化膜之後形成等離子體熔射膜的方法。即，形成於基材io上的層也可以是複合層。一般情況下，通過等離子體熔射形成等離子體熔射膜時，不能獲得緻密的陶瓷層，在通常的清洗方法中，源自製造工序的附著物等會殘留在氣孔中，不適於形成高品質的構件。然而，根據本發明的發明人員的研究結果，在研發的清洗方法中，可以獲得一種不會產生膜的剝離和缺損的、作為半導體製造裝置用構件非常耐用的多層構造體。如下對粒子進行定量評估。採用圖3所示形狀的試料，在清洗前後，使經過鏡面加工的陶瓷膜面在0.107Pa(大約0.8mTorr)以下的壓力下附著在矽晶圓上2分鐘，進行轉印，使附著在試料表面上的粒子轉印到晶圓側上。然後通過粒子計數器(Tencor公司製造的Surfscan6420)對晶圓上的粒子進行測量。首先，在純水中通過超聲波清洗對目視可以確認的雜質附著物進行去除，然後對進行了前清洗的試料實施由清洗工序14構成的清洗，該前清洗使用的是潔淨間用的海綿及脫脂液。第1清洗工序是去除有機物的工序，採用臭氧溶解超純水是有效的。第2工序採用溶解了從氫氣、氨氣、二氧化碳氣體的組群中選出的氣體的超純水，是通過從採用噴嘴型超聲波清洗裝置進行的清洗(簡稱為噴嘴)和採用淋浴型超聲波清洗裝置進行的清洗中選出的一種方法進行清洗的工序。第3工序是去除金屬的工序，第4工序是漂洗工序，是僅通過超純水或者通過溶解了從氫、氨、二氧化碳的組群中選出的氣體的超純水進行的漂洗。下述表1~表4所示為粒子的測量結果及分別適用於本發明的實施例的超聲波清洗條件。[表l]tableseeoriginaldocumentpage9[表2]tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11[表4]tableseeoriginaldocumentpage12參考上述表1~表4，可知在超聲波輸出功率為4W/cm2以下的情況下，殘留粒子多，不宜在半導體製造裝置等的高潔淨環境下使用。超聲波輸出功率為5W/cr^以上的情況下，粒子數減少到2個/mm2，再者，還判明作為超聲波方式，與淋浴型方式相比噴嘴型方式對減少粒子的效果更優。然而，當超聲波輸出功率超過30W/cr^時，在陶瓷膜的一部分上會出現剝離等不良現象。實際上，通過基於JISH8666規格的測量方法，對鋁合金基材10上作為等離子體熔射膜11的￥203膜的平均密著力進行了測量，結果為llMPa以上。再者，即使在基材10上形成複合膜的情況下，形成最上層的等離子體熔射膜也具有12MPa以上的附著強度。參考圖4對本發明的第2實施例的多層構造體進行說明。該實施例的多層構造體，通過圖4所示的開放式熱CVD裝置進行制膜，該CVD裝置具備流量計21、氣化器23及噴嘴25，構成基材10的矽晶圓搭載於加熱器27之上，圖示的矽晶圓具有200mm的直徑。如該圖所示，氣化器23及噴嘴25被加熱器29覆蓋。在經流量計21導入氮氣(N2)的氣化器23中，儲藏有作為原料的含有Y的有機金屬錯體，通過加熱蒸發後該原料經噴嘴25被導入到基材10上。結果在形成基材10的矽晶圓上蒸著形成作為蒸著膜的Y2O3膜。可知該蒸著膜不僅較等離子體熔射膜具有更高的附著強度，其粒子附著數也低於等離子體熔射膜。即，該蒸著膜上的具有0.2lim以上粒徑的粒子的附著數為2個/mm2以下，且該蒸著膜具有lOMPa以上的附著強度。圖5(a)及(b)所示為作為基材採用矽晶圓，通過圖4所示的CVD裝置，在該矽晶圓上形成￥203膜時多層構造體的截面和表面。圖示的Y203膜的厚度為2um，該膜是在240°C的氣化溫度下，在將基材10保持在500X:的狀態下進行成膜的。從圖5(a)及(b)可知，通過蒸著形成的￥203膜具有非常平坦的表面。因此可以無需對試料進行研磨等平坦化加工而將其用於評估。與在矽晶圓上成膜同樣，也通過所述方法對在陶瓷基材以及SUS基材上進行成膜的試料進行了清洗，結果如表l所示，當超聲波輸出功率為5W/ci^以上時，與瑢射膜同樣，可以將粒徑為0.2um以上的附著粒子數量減少到2個/mm2以下。另外，以陶瓷為基板，以電子束為加熱源，通過PVD裝置進行蒸著，在該陶瓷基材上形成￥203膜而製成試料。與上述CVD法的情況相同，該試料的￥203膜也非常光滑。與在陶瓷上進行成膜相同，也通過所述方法對在矽晶圓基材上及SUS基材上進行成膜的試料進行了清洗，結果如表1所示，當超聲波輸出功率為5W/cn^以上時，與熔射膜同樣，可以將粒徑為0.2lim以上的附著粒子數量減少到2個/mm2以下。其次，參考圖6(a)及(b)，對本發明的第3實施例的多層構造體進行說明。如圖6(a)所示，首先用噴射槍31在基材IO上塗敷陶瓷前驅體33，然後在烘箱35內通過焙燒製成多層構造體。在烘箱35內，在30(TC左右的溫度下，對通過噴射槍31形成的前驅體33進行焙燒，獲得高純度且具有高緻密性的陶瓷膜，例如￥203膜。此處將形成￥203膜的方法稱為溶膠-凝膠(Sol-GelProcess)法。根據該方法，可以在較低溫度下簡單地形成高純度的陶瓷膜。實際上，在鋁基材10上形成Y2O3膜的情況下，當基材10的Ra為0.18um時，可以獲得Ra為0.11Um的Y203膜。此外，在上述例子中，對通過噴射槍31塗敷前驅體的情況進行了說明，但也可以通過浸塗法對前驅體進行塗敷。在上述的實施例中，對形成￥203膜的情況進行了說明，但同樣也可以適用於對Al203膜、其他的陶瓷膜進行制膜的場合。另外，對用氧化鋁合金、鋁、矽基板作為基材時的情況進行了說明，但也可以用其他的金屬、陶瓷或者它們的複合材作為基材。在上述的實施例中，僅對將本發明涉及的多層構造體作為半導體製造裝置的零件、構件使用時的情況進行了說明，但本發明涉及的多層構造體並不限定於此，可以作為陶瓷構件的替代品適用於各種裝置。另外，不限於半導體、液晶製造裝置等，也可以適用於作為醫療用品製造、食品加工製造等要求高清潔性的環境所用的零件、構件使用的構造體。產業上的利用可能性如上所述，本發明涉及的多層構造體並不限定於此，可以作為陶瓷構件的替代品適用於各種裝置。不限於半導體、液晶製造裝置等，也可以適用於作為醫療用品製造、食品加工製造等要求高清潔性的環境所用的零件、構件使用的構造體。權利要求1.一種多層構造體，其具備基材和在該基材表面上形成的膜，其特徵在於，在所述膜上具有0.2μm以上粒徑的粒子的附著數每1mm2為2個以下。2.根據權利要求1所述的多層構造體，其特徵在於，所述基材由陶瓷、金屬或者它們的複合材形成。3.根據權利要求2所述的多層構造體，其特徵在於，所述膜為陶瓷膜。4.根據權利要求3所述的多層構造體，其特徵在於，所述陶瓷膜為通過熔射在所述基材上沉積的熔射膜。5.根據權利要求3所述的多層構造體，其特徵在於，所述膜為通過CVD法在所述基材上沉積的陶瓷膜。6.根據權利要求3所述的多層構造體，其特徵在於，所述膜為通過PVD法在所述基材上沉積的陶瓷膜。7.根據權利要求3所述的多層構造體，其特徵在於，所述膜為通過溶膠凝膠法在所述基材上沉積的陶瓷膜。8.根據權利要求3所述的多層構造體，其特徵在於，所述膜為在熔射膜上通過從CVD法、PVD法以及溶膠-凝膠法中選出的至少一種的方法形成。9.根據權利要求2所述的多層構造體，其特徵在於，所述陶瓷膜的附著強度為lOMPa以上。10.—種多層構造體的清洗方法，是對具備基材和形成於該基材表面上的膜的多層構造體進行清洗的方法，其特徵在於，包含通過施加5W/cm2以上低於30W/cm2的超聲波，對所述膜進行清洗的工序。11.根據權利要求10所述的多層構造體的清洗方法，其特徵在於，所述超聲波清洗採用噴嘴型清洗裝置進行。12.根據權利要求10或11所述的多層構造體的清洗方法，其特徵在於，準備向超純水中溶解了從氫、氨、二氧化碳中選出的氣體的溶液，向該溶液施加超聲波，從而進行所述超聲波清洗。全文摘要現在，迅速且經濟性地提供大型的陶瓷構件處於困難的狀況。通過在比較容易製作的材料上形成的基材上形成陶瓷膜，構成多層構造體。陶瓷膜可以通過等離子體熔射、CVD、PVD或者溶膠-凝膠法等方法製成，另外也可以通過與熔射膜組合的方法進行成膜。文檔編號C23C26/00GK101218375SQ20068002507公開日2008年7月9日申請日期2006年7月12日優先權日2005年7月14日發明者傳井美史,大瀧浩通,大見忠弘,寺本章伸,岸幸男,森永均申請人:國立大學法人東北大學;日本陶瓷科技股份有限公司