JPH07176597A

JPH07176597A - 低発塵性部材の製造方法

Info

Publication number: JPH07176597A
Application number: JP6034776A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Umeda; 俊郎梅田; Takeharu Komiya; 毅治小宮; Mitsunori Takano; 三登高野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【目的】微細粒子の発生を抑制するとともに、ワーク
の表面への微細粒子の付着を抑え、また、周辺への微細
粒子の飛散を抑えることができる低発塵性の部材を製造
する方法を提供する。【構成】アルミ合金からなる基材５１の表面を陽極酸
化処理してアルミニウムの陽極酸化皮膜５２を成膜し、
さらに陽極酸化皮膜上にダイヤモンド状カーボンからな
る皮膜５３を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセス等
で使用される露光装置や検査装置の搬送機構等での使用
に好適な低発塵性部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の低発塵技術は、部材と部材との摺
動、接触によって発生する摩擦摩耗による摩耗粉（表面
の微細な破壊）の発生や飛散を抑制するために、部材間
に潤滑油を塗布したり、部材の片方あるいは両方を硬質
化するために硬質薄膜や固体潤滑膜をコーティングして
摩擦係数を低減して耐摩耗性を高めることで、低発塵の
効果を実現していた。例えば、半導体ウエハの搬送機構
のウエハ保持部では、ウエハとの接触部にアルミナ等の
セラミックス部材、アルミに陽極酸化処理を施した部
材、塗装による皮膜処理を施した部材等が用いられてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体製造にお
ける集積回路の線幅は細くなり、一般には、16M-bit で
は0.5 μｍ、64M-bit では0.35μｍ、256M-bitでは0.25
μｍ、１G-bit では0.15μｍと言われている。それに伴
い、半導体製造に係る環境のクリーン化の要求もより高
まっている。特に、ウエハ表面に対する半導体製造環境
における微粒子（塵埃）による汚染は、製品の歩留りの
悪化など重要な問題となっている。そのため、半導体製
造ラインは、一般に、内部のクリーン度が厳しく管理さ
れたクリーンルーム内に設定されている。

【０００４】しかし、従来の技術は、前述のように、接
触する部材の片方あるいは両方の耐摩耗性を向上させる
ことであって、完全な無摩耗を実現させるものではな
い。そのため、部材間の接触に伴い発生する微細な摩耗
粉が、両部材の表面に付着したり、その周辺に飛散した
りして、ウエハ表面や半導体製造環境を高度にクリーン
化することはできなかった。

【０００５】本発明は、微細粒子の発生を抑制するとと
もに、ウエハなどに代表されるワークの表面への微細粒
子の付着を抑え、また、周辺への微細粒子の飛散を抑え
ることができる低発塵性部材を製造することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的のために、第１
発明（請求項１記載の発明）では、アルミ合金からなる
基材の表面を陽極酸化処理して該表面にアルミニウムの
陽極酸化皮膜を成膜し、該陽極酸化皮膜上にダイヤモン
ド状カーボンからなる皮膜を成膜することで、ワークを
処理する装置で該ワークが摺動接触する部分に使用され
る低発塵性部材を製造した。また、第２発明（請求項２
記載の発明）では、ダイヤモンド状カーボンからなる皮
膜を成膜する際に、プラズマを用いた化学的気相成長法
を用いた。第３発明（請求項３記載の発明）では、前記
化学的気相成長法の際に成膜空間内に導入する原料ガス
をメタンガスを含むものとし、該メタンガスの流量を５
〜200cc／分の範囲に設定した。第４発明（請求項４記
載の発明）では、前記化学的気相成長法に際し、成膜空
間の成膜時の真空度を 6.7〜26.7Paの範囲に設定した。
第５発明（請求項５記載の発明）では、前記化学的気相
成長法の際のプラズマが、出力 0.1〜1.0kW の範囲で生
成されるように設定した。第６発明（請求項６記載の発
明）では、前記化学的気相成長法の際に、ダイヤモンド
状カーボン皮膜を成膜する基板の温度を 250℃以下に設
定した。

【０００７】

【作用】前述のような低発塵性が要求される装置におい
ては、シリコンウエハ等のワークと接触する各部位に、
耐摩耗性の優れた部材を使用することが必要であるが、
それによってワークが摩耗して摩耗粉が飛散することは
好ましくない。また、ワークによって摩耗する材料も好
ましくない。つまり、低発塵性部材には、ワークを摩耗
させずしかもワークで摩耗されることのない特性が要求
される。本明細書では、このような摩耗特性を「相互に
耐摩耗性を有する」と呼ぶ。

【０００８】本発明で得られる低発塵性部材は、例え
ば、図３の半導体製造装置の搬送ラインにおいて吸着部
１２として使用され、ワーク１３を搬送するときにワー
ク１３が吸着部１２などと摺動接触しても摩耗粉の発生
を抑えることができる。そのため、この低発塵性部材を
設けることで低発塵性の装置を提供することが可能とな
る。

【０００９】ここで、本発明における「低発塵性部材」
の評価方法について説明する。まず、図４に示すよう
に、直径50mmの各種材料からなる基板１とシリコン単結
晶材料からなる直径10mmの球形状ピン２の組合せで、ピ
ンオンディスク型摩擦摩耗試験（荷重 100gf、摩擦速度
50mm/s に設定）を行い、それに伴う発塵量の違いを比
較した。基板１あるいはピン２の摩耗に伴って発生して
飛散した微細粒子（摩耗粉）を、吸引ノズル３で吸引流
量毎分１立方フィートで吸引し、レーザパーティクルカ
ウンタ（ Met-One社製A249型）を用いて粒子径 0.1μｍ
以上の微細粒子の個数（本評価方法ではこの個数を発塵
量とした）を計測した。その結果を図５に示す。

【００１０】図５に示すように、シリコンの単結晶から
なるピン２に接触する基板１の材料がセラミックス（例
えば、アルミナ、ジルコニア）の場合、セラミックス基
板１に比べシリコン単結晶からなるピン２の方が多く削
られ、摩耗粉を飛散して発塵を示した。また、基板１の
材料がシリコンウエハあるいはガラスの場合、基板１お
よびピン２の両方が摩耗して発塵を示した。これに対し
て、基板１が、アルミ合金（例えば、JIS の A5056）か
らなる基材とその表面に形成されたアルミニウムの陽極
酸化皮膜とこの皮膜上に形成されたダイヤモンド状カー
ボン皮膜（以下、ＤＬＣ膜と略す）からなる場合、基板
１、ピン２ともに摩耗が少なく、優れた低発塵性を示し
た。ただし、アルミ合金表面に直接ＤＬＣ膜を被覆し
た基板では、前述のような優れた低発塵性の効果は得ら
れなかった。また、アルミ合金表面にアルミニウムの
陽極酸化皮膜だけを形成した基板でも、前述のような優
れた低発塵性の効果は得られなかった。以上の評価結果
から、低発塵性の部材として要求される構成は、以下の
２点であることが判った。第１の点は前記の結果から
導き出されるもので、部材の最表面にＤＬＣ膜が形成さ
れていることである。第２の点は、前記の結果から導
き出されるもので、ＤＬＣ膜が形成される下地が硬質で
あることである。つまり、アルミニウムの陽極酸化皮膜
によって基材となるアルミ合金表面が硬質化されること
で低発塵性が得られたと考えられる。

【００１１】図１は、前記「表面にアルミニウムの陽極
酸化皮膜を形成したアルミ合金を基材とし、その表面に
ダイヤモンド状カーボンの皮膜を形成した部材」の構成
を示す概略断面図である。この部材は、図１に示すよう
に、アルミ合金からなる基材５１、この基材５１表面に
形成されたアルミニウムの陽極酸化皮膜５２、さらに酸
化皮膜５２上に形成されたＤＬＣ膜５３とで構成されて
いる。

【００１２】アルミニウムの陽極酸化皮膜５２は、基材
として用意したアルミ合金を公知のウエットプロセスに
よる電解陽極酸化法で処理することで形成した。この処
理は、まず、シュウ酸、硫酸、クロム酸水溶液系のうち
のいずれかを電解液として電解処理し、電解直後に沸騰
水処理または過熱蒸気処理を行うものである。アルミ合
金は、この陽極酸化処理によって表面が硬質化される。

【００１３】ＤＬＣ膜５３は、第２発明のように、RF
（高周波）プラズマ中で成膜を行うプラズマCVD （化学
的気相成長）法を用いて成膜することができる。このと
き、第３発明のように、原料ガスとしてメタンガスを含
むもの（例えば、メタンと水素の混合ガス）を使用し、
原料ガスを成膜空間内に導入するときにメタンガスの流
量を５〜 200cc／分の範囲で設定するとよい。また、原
料ガスが水素ガスを含む場合は、水素ガスの流量を 200
cc／分以下に設定するとよい。さらに、第４発明のよう
に、ＤＬＣ膜を成膜する際に成膜時の成膜空間の真空度
を 6.7〜26.7Paに設定するとより良好な結果が得られ
た。また、第５発明のように、プラズマの出力を 0.1〜
1.0kW の範囲（好ましくは0.3kW 以上）に設定すると良
好な結果が得られた。また、ＤＬＣ膜を成膜する基板の
温度は、アルミ基材の軟化を考慮して、第６発明のよう
に室温〜 250℃の範囲（好ましくは 150℃以下）に設定
するとよい。基板がシリコンウエハの場合は基板温度を
室温〜 400℃に設定し、その範囲で高温にするほど好ま
しい結果が得られた。そして、成膜条件がこれらの値か
らはずれるとＤＬＣ膜の耐久性が悪化して発塵し易くな
った。また、ＤＬＣ膜は、ラマン分光分析において、カ
ーボン（ラマンシフト1550cm^-1）とダイヤモンド（1333
cm^-1）におけるピーク比を比べると、ダイヤモンドピー
クの高い、すなわち、ダイヤモンド構造の強いカーボン
皮膜であることが好ましい。また、小角Ｘ線散乱分析を
用いて皮膜の密度を比べると、ダイヤモンドのバルク
（bulk）密度に近い、被膜密度の大きいダイヤモンド性
カーボン皮膜であることが好ましい。

【００１４】各膜の厚さは、アルミニウムの陽極酸化皮
膜は５μｍ以上、ＤＬＣ膜は 0.5μｍ以上とするのが好
ましい。陽極酸化皮膜が５μｍよりも薄くなると、磨滅
して発塵し易くなる。また、ＤＬＣ膜が 0.5μｍより薄
くなっても、磨滅して発塵し易くなる。陽極酸化処理し
たアルミ基材の表面粗さ（前記陽極酸化皮膜の表面粗
さ）は、最大粗さ（Rmax）が 0.5μｍ以下であることが
好ましい。Rmaxがこの値より大きくなると、ワーク面と
の局部的接触により接触圧が大きくなり、ＤＬＣ膜の耐
久性が悪化して発塵し易くなる。

【００１５】低発塵性部材を構成する場合、ＤＬＣ膜を
形成する下地としては、前述のように硬質である必要が
ある。また、表面粗さが小さく、半導体製造プロセスへ
の影響を考慮して重金属でないこと（例えば、酸化物、
炭化物、窒化物など）が好ましい。前述のように、基材
としてアルミ合金を用いると、形状創成時の加工コスト
の低下、軽量化を実現できる。その場合、表面に陽極酸
化皮膜を形成すると、ＤＬＣ膜の下地に要求される硬質
化とともに耐蝕性の面で優れた効果を得ることができ
る。アルミ合金を基材に用いた場合、ＤＬＣ膜の下地と
して、アルミ合金の表面を硬質化するが、その際は、前
述の陽極酸化処理の他に、例えば、アルミ合金表面にセ
ラミック溶射皮膜を形成したり、スパッタリングやイオ
ンプレーティングや CVD法によってセラミック（ SiC、
TiN 、Al₂O₃等）の厚膜ドライコートを施す方法を用い
てもよい。また、酸素プラズマを用いた陽極酸化法によ
りアルミ合金表面に酸化皮膜を成膜したり、窒素プラズ
マを用いた表面窒化法によりアルミ合金表面に窒化皮膜
を成膜して、合金表面を硬質化する方法を用いてもよ
い。以下、実施例において、本発明における低発塵性部
材の製造方法の一例を説明する。

【００１６】

【実施例】基材としてアルミ合金（ JIS：A5056 ）を用
意し、これをウエットプロセスによる電解陽極酸化処理
によってその表面にアルミニウムの陽極酸化膜を形成し
た。この陽極酸化処理は、まず、シュウ酸、硫酸、クロ
ム酸水溶液系のうちのいずれかを電解液として電解処理
し、電解直後に沸騰水処理または過熱蒸気処理を行うも
のである。

【００１７】この後、RF（高周波）プラズマ中で成膜を
行うプラズマCVD （化学的気相成長）法により、前記陽
極酸化膜上にＤＬＣ膜を成膜した。図２は、ＤＬＣ膜の
成膜に使用したプラズマCVD 装置の構成を示す概略図で
ある。この装置は、容量結合型の一種である高周波・容
量結合・平行平板型プラズマCVD 装置と呼ばれるもの
で、成膜空間（チャンバー）６１を形成するハウジング
６２、原料ガス（反応ガス）をチャンバー６１内に導入
するガス供給手段６３、チャンバー６１内を所定の真空
度（圧力）に設定するための排気手段６４、成膜する基
板６５を載置する載置台６６、載置台６６に高周波電圧
を印加する高周波電源６７、チャンバー６１内に設置さ
れた電極６８、高周波電源６７の出力（高周波電力）を
効率よく負荷に供給するとともに電源を保護するマッチ
ング回路６９および基板６５を所定の温度に維持する加
熱手段（図示せず）とを備えている。この装置では、ガ
ス供給手段６３の原料ガスの排出口が電極６８を兼ねた
構造となっている。

【００１８】ＤＬＣ膜を成膜する際は、まず、ガス供給
手段６３によって、メタンガスと水素ガスの混合ガスか
らなる原料ガスをチャンバー６１内に導入する。原料ガ
スは、メタンガスの流量が20cc／分、水素ガスの流量が
30cc／分となるように設定した。そして、チャンバー６
１内の真空度が約13.3Paとなるように、排気手段６４に
よってチャンバー６１内を排気した。この状態で高周波
電源６７によりRFプラズマ（周波数13.56MHz、出力１k
W）７０を発生させ、また、成膜時に陽極酸化処理した
基材６５の温度を略 100℃に維持することで基板（陽極
酸化処理されたアルミ合金）６５の表面にＤＬＣ膜を形
成して、図１に示すような低発塵性部材を製造した。

【００１９】なお、本実施例で用いたプラズマCVD 装置
の代わりに、高周波コイルをハウジングの周りに巻き付
けて高周波電力を印加する誘導結合型のプラズマCVD 装
置を用いてＤＬＣ膜を成膜してもよい。また、マイクロ
波放電（ECR ）プラズマCVD装置を用いてもよい。図３
は、本実施例で製造された低発塵性部材をシリコンウエ
ハ搬送装置に用いた場合の一例を示し、図３（ａ）はそ
の概略斜視図、図３（ｂ）は断面図である。図３におい
て、真空吸着式搬送アーム１１の内部には通路１１ａが
形成され、その先端には通路１１ａと連通する３つの吸
着部１２が設けられている。吸着部１２のシリコンウエ
ハとの接触部分は、前記低発塵性部材によって形成され
ている。従って、シリコンウエハ１３を搬送する際に、
シリコンウエハ１３が搬送アーム１１の吸着部１２と摺
動接触しても、摩耗粉が発生せず、シリコンウエハ１３
の表面が常に清浄に保たれ、製品（例えば半導体）の歩
留りが向上する。なお、搬送アーム１１を吸着部１２と
同じ材料で形成してもよい。

【００２０】図６は、本実施例で製造た低発塵性部材を
シリコンウエハのステージチャック（保持機構）に用い
た場合の一例を示し、図６（ａ）はその概略斜視図、図
６（ｂ）は断面図である。図６において、ステージチャ
ック２１の内部には通路２１ａが形成され、その先端に
は通路２１ａと連通する複数の吸着口２１ｂが設けられ
ている。これら吸着口２１ｂが形成された面（吸着面）
上には、シリコンウエハ１３と接触する円弧状の吸着部
２２が設けられている。吸着部２２のシリコンウエハと
の接触部分は、前記低発塵性部材によって形成されてい
る。従って、シリコンウエハ１３を真空吸着によって保
持する際に、シリコンウエハ１３がステージチャック２
１の吸着部２２と摺動接触しても、摩耗粉が発生せず、
シリコンウエハ１３の表面が常に清浄に保たれる。な
お、シリコンチャック２１を吸着部２２と同じ材料で形
成してもよい。

【００２１】図７は、本実施例で製造された低発塵性部
材を真空ピンセットに用いた場合の一例を示す概略斜視
図である。真空ピンセット３１の内部には通路３１ａが
形成され、ピンセット３１の先端に通路３１ａと連通す
る吸着部３２が設けられている。吸着部３２は、前記低
発塵性部材によって形成されているので、低発塵な真空
ピンセットを提供できる。なお、ピンセット３１を吸着
部３２と同じ材料で形成してもよい。

【００２２】図８は、本実施例で製造された低発塵性部
材をウエハ位置決め機構に適用した場合の一例を示す概
略斜視図である。ウエハ回転テーブル４０の回転軸心に
対して対向する位置に、２本の位置決めアーム４１が設
けられている。この位置決めアーム４１の接触部（ウエ
ハに接触する部分）４２は、前記低発塵性部材によって
形成されている。そのため、ウエハの位置決めの際に、
ウエハ（シリコンウエハ）１３が位置決めアーム４１の
接触部４２と摺動接触しても、前述のように、摩耗粉が
発生せず低発塵なウエハ位置決め機構を提供できる。な
お、位置決めアーム４１を吸着部４２と同じ材料で形成
してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明で得られた低発塵
性部材は、ワークを摩耗せず、しかもワークによって摩
耗されないという相互に耐摩耗性を有するので、ワーク
への微細粒子の付着やワークを使用する環境への微細粒
子の飛散を抑制することができる。そのため、微細粒子
の付着や飛散を重大な問題とする機器の信頼性の向上、
また、その機器を設置するクリーンルームのようなクリ
ーン環境の清浄度の悪化を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の低発塵性部材の構成の一例を示す
概略断面図である。

【図２】は、ダイヤモンド状カーボン皮膜の成膜に用い
たプラズマCVD 装置の概略構成図である

【図３】は、本発明をシリコンウエハ搬送装置に適用し
た場合の一例を示す概略図である。

【図４】は、各種材料からなる基板とシリコン単結晶材
料からなるピンとの組合せにおけるピンオンディスク型
摩擦摩耗試験による飛散粒子の測定方法を説明する模式
図である。

【図５】は、図２に示すピンオンディスク型摩擦摩耗試
験を行ったときに飛散した微細粒子の個数を示す図であ
る。

【図６】は、本発明をシリコンウエハのステージチャッ
ク（ウエハ保持）に適用した場合の一例を示す概略図で
ある。

【図７】は、本発明を真空ピンセットに適用した場合の
一例を示す概略斜視図である。

【図８】は、本発明をウエハ位置決め機構に適用した場
合の一例を示す概略斜視図である。

【主要部分の符号の説明】

１基板２ピン３吸引ノズル１１搬送アーム１２吸着部１３シリコンウエハ２１ステージチャック２２吸着部３１ピンセット３２吸着部４１位置決めアーム４２吸着部５１基材（アルミ合金）５２陽極酸化皮膜５３ダイヤモンド状カーボン皮膜（ＤＬＣ膜）６１チャンバー６２ハウジング６３ガス供給手段６４排気手段６５基板（陽極酸化処理されたアルミ合金）６７高周波電源６８電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを処理する装置で該ワークが摺動
接触する部分に使用される低発塵性部材を製造する方法
において、アルミ合金からなる基材の表面を陽極酸化処理して該表
面にアルミニウムの陽極酸化皮膜を成膜し、該陽極酸化
皮膜上にダイヤモンド状カーボンからなる皮膜を成膜す
ることを特徴とする低発塵性部材の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の製造方法において、前記ダイヤモンド状カーボンからなる皮膜を、プラズマ
を用いた化学的気相成長法により成膜することを特徴と
する低発塵性部材の製造方法。
【請求項３】請求項２記載の製造方法において、前記化学的気相成長法の際に成膜空間内に導入する原料
ガスがメタンガスを含み、該メタンガスの流量が５〜 2
00cc／分の範囲で設定されることを特徴とする低発塵性
部材の製造方法。
【請求項４】請求項２記載の製造方法において、前記化学的気相成長法に際し、成膜空間の成膜時の真空
度を 6.7〜26.7Paの範囲で設定することを特徴とする低
発塵性部材の製造方法。
【請求項５】請求項２記載の製造方法において、前記化学的気相成長法の際のプラズマが、出力 0.1〜1.
0kW の範囲で生成されることを特徴とする低発塵性部材
の製造方法。
【請求項６】請求項２記載の製造方法において、前記化学的気相成長法の際に、ダイヤモンド状カーボン
皮膜を成膜する基板の温度を 250℃以下に設定すること
を特徴とする低発塵性部材の製造方法。