JPH1128666A - サンドブラスト表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チタン製やＳＵＳ製からなる半導体等の製造
装置チャンバー内の部品をサンドブラスト加工だけで表
面を粗く密着性をより大きくするサンドブラスト表面処
理方法を提供する。 【解決手段】 ブラスト圧を１．５Ｋｇ〜０．５Ｋｇ程
度の低圧にして高速大流量の空気流で固い研削材が粒度
が＃１２である大粒度のＳｉＣ（炭化ケイ素）等の固い
研削材を用いてＳＵＳ製やチタン製の部品の表面をＲｍ
ａｘ７５μ〜１２０μ程度の粗に形成処理するサンドブ
ラスト表面処理方法

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は部品の表面に施されるブ
ラスト加工に関し、特に半導体等の製造装置チャンバー
内の部品から生ずるパーティクルの発生を少なくしたサ
ンドブラスチングによるサンドブラスト表面処理方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置やＬＣＤ製造装置では、
装置を稼働させると装置内のチャンバー内部品の表面に
成膜材が飛散して付着し、次第に堆積し、それが剥離し
て脱落し、装置のチャンバー内のパーティクル（塵の微
分子）の大きな原因となり、製造される半導体やＬＣＤ
に製品不良を引き起こす大きな原因となっている。成膜
材はチャンバー内の部品の表面に堆積し、温度変化等や
物理的な衝撃若しくは自己崩壊して剥離しパーティクル
となることが多い。製品の精度を担保し不良を回避する
為にも一定期間で製造装置の部品を交換する必要に迫ら
れている。使用済の装置部品は、新規の部品または再生
処理された部品と交換される。使用済の部品はリサイク
ルの為に再生される。再生に当たっては、成膜材の剥離
と再コーティング作業が必要とされる。再生処理に時間
を要すると、半導体等の製造装置の稼働率が悪くなる結
果となり、一方、装置の稼働率だけを考慮すると製品の
歩留が悪くなる結果となる。従って、長期の使用に耐え
る表面処理が要求されていると同時に、稼働中に剥離し
てパーティクル（塵の微分子）を生じない表面処理であ
りかつ、部品の短期での再生が可能な処理方法の実現が
要望されていた。

【０００３】成膜材が剥離して脱落し、装置のチャンバ
ー内にパーティクル（塵の微分子）を発生させる原因を
除去する方策としては、まず（イ）装置の稼働の初めに
空運転をしてチャンバー内の部品の表面に成膜材を付着
させてパーティクル（塵の微分子）を予め抑えること
（ロ）チャンバー内の部品を有機溶剤で払拭するか、純
水や超音波で精密洗浄して表面に付着するパーティクル
の原因を取り除く。（ハ）部品の表面を加工して粗くし
て表面積を大きくして密着性を増し、堆積した成膜材が
熱衝撃やその他の物理的衝撃によって剥離する可能性を
より少なくする方法、（ニ）部品の上に堆積した成膜材
が剥離し難いように加工を施した防着板（銅製）を部品
の上に溶接により溶着する方法や（ホ）成膜材との密着
性を増す方法として、図３ａで示すように部品の表面に
表面積が大きくなる効果を出す物質（アルミナが多く使
用されている）を溶射する方法がある。

【０００４】図３ｂは上記（ニ）の方法で、予め表面加
工した銅製の防着板（ＰＧ板）を部品の表面に溶接して
成膜材との密着性を増す方法である。図３ｂで示す防着
板（例えばジャパンエナジー社のパーティクル・ゲッタ
ーノ "ＰＧ板" 登録商標）は、表面の粗い、又は、ポー
ラス状に加工した銅製であり、部品の上に溶接する為、
表面を直接加工するサンドブラスト加工品より優れた結
着効果を生む。防着板（ＰＧ板）は銅製であるので、膨
張係数はアルミよりかなり低く、高融点物質とも馴染む
利点がある。しかしながら、防着板は高価な上に、スポ
ット溶接作業が必要であるのでコストがかかる上に、剥
離作業をして再生する際に部品を劣化させる欠点があっ
た。一方、溶射する方法では、アルミナ溶射が使用され
ているが、ポーラスである為、熱変化を吸収するので低
膨張である高融点物質にも耐える点では利点があるが、
これも再生利用する際、剥離作業により部品を劣化させ
る点があり、またコスト高でもある。そこで、リサイク
ル（再生）に当たって溶射部分の剥離や防着板の剥離に
よる部品の表面の損傷の少ない加工方法が待望されてい
た。

【０００５】付着する成膜材と部品表面との密着性を上
げるには、部品の表面積をより大きくする事が必要とな
る。一方部品の形状（外形の幅）は限定されているの
で、限定された幅（面積）の中で表面積だけを大きくす
る方法が必要となり、表面に凸凹を付ける方法が考えら
れている。しかしながら従来のサンドブラスト工法で表
面に凸凹処理を施した場合、部品に変形が発生する事
と、部品の材質としてアルミからＳＵＳ、ＳＵＳから
チタンというように硬いものが選択使用されるようにな
った為、粗さの大きさには限界があった。従って、より
密着性の高い溶射や特殊加工の銅製の防着板またはＰＧ
板が高価ではあるが現実には多く使用されていた。

【０００６】の場合、加工側の面がその裏面より面積
が大きくなる為に図２ａのように変形することになるの
で、これを矯正する為に、従来は、裏面にもサンドブラ
スト加工を施して対処していた。これによれば変形はあ
る程度矯正されるが、図２ｂで示すように複雑な局面を
形成する結果となっていた。部品の厚さや材質にもよる
が、特別な場合（２０m/m 程度の厚い部品にＳｉＣ＃２
４程度の粗い研掃材を７kgの高圧で吹きつけた場合、ア
ルミで１００μ、ＳＵＳで６０μのＲｍａｘが得られ
る）を除いてＲｍａｘ ４０μ程度の表面粗度が限度と
思われる。

【０００７】部品材質の硬度による限界 現在、チャンバーの内装部品の材質としてはアルミ、Ｓ
ＵＳ、チタン等が多く用いられている。各々硬度が違う
為、同条件（例えば、条件：６kg圧、ＳｉＣ＃１００）
でサンドブラスト加工した場合、（ａ）アルミ（Al #10
0-6K) でＲｍａｘ２４．２μｍ、（ｂ）ＳＵＳ (SUS #1
00-6K)でＲｍａｘ１６．４μｍ、（ｃ）チタン (Ti #10
0-6K) でＲｍａｘ１３．８μｍのように計測結果に差異
が生じている。アルミの厚めの部品（２０m/m 程度以
上）のものなら現行の方法でもＲｍａｘ１００μ程度の
表面粗度になり溶射や防着板（ＰＧ板）に匹敵するがＳ
ＵＳ、チタンになると同様の条件で加工してもＲｍａｘ
６０μ前後の粗度であり、その密着性は高融点、高密度
で低熱膨張率の成膜材には対応できない。又、アルミの
場合、面粗度は溶射のそれと匹敵するが熱膨張率が高い
為、熱膨張率の低いＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ等の成膜材に
は不向きである。

【０００８】溶射や特殊加工銅製防着板（ＰＧ板）はサ
ンドブラスト加工より密着性が良く、単位当たりの表面
積を大きくする事ができる。図３ａで示す通り溶射の場
合は、部品の上に溶射剤の粒を吹きつける為その粒度を
調整する事によりサンドブラスト加工より表面を粗くし
て表面積を大きくすることが出来る。防着板（ＰＧ板）
の場合は、図３ｂで示す通り部品の上に表面を粗くポー
ラス状にした銅製の板を溶接により接合するので密着性
を増すことができる。また、熱膨張率も比較的低く、高
融点、高密度、低膨張率の成膜材に適用されるが、いづ
れも欠点としては再生利用の際に部品を劣化させるおそ
れがあるとともに高価であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はサンド
ブラスト表面加工方法であって、サンドブラスト加工だ
けで高融点、高密度、低膨張用の部品材質として多く用
いられるチタンやＳＵＳの表面を粗く密着性をより大き
くすることの出来るサンドブラスト表面処理方法を提供
することにある。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】上記の目的を達成する
ために、この発明に係るサンドブラスト表面処方法は、
半導体又はＬＣＤの製造装置のチャンバー内部品の表面
加工処理方法で、装置チャンバー内のパーティクルの発
生源であるチャンバー内部品表面に付着した成膜材の剥
離脱落を抑える為に、ブラスト圧を低圧にして大流量の
空気流で、大粒度の固い研削材を用いて、対象部品表面
を噴射処理する構成である。本発明のサンドブラスト表
面処理方法はＳＵＳ製、チタン製、アルミ製またはモリ
ブデン製等の素材からなる部品の表面をＲmax ７５μ〜
Ｒmax １２０μ程度の粗に形成するために、ブラスト圧
が低圧の１．５Ｋｇ〜０．５Ｋｇ程度であり、空気流が
通常以上の、高速、大流量であり、固い研削材がＳｉＣ
（炭化ケイ素）であり、研削材の粒度が＃１１前後程度
に設定されている。また、本発明にかかる別の実施例で
あるサンドブラスト表面処理方法はＳＵＳ製やチタン製
及びその他の素材からなる部品の表面を、Ｒmax ４０μ
〜７５μ程度の粗に形成するために、ブラスト圧が低圧
の１．５Ｋｇ〜０．５Ｋｇ程度であり、空気流が通常以
上の高速、大流量であり、固い研削材がＳｉＣ（炭化ケ
イ素）であり、該研削材の粒度が＃２０程度に設定され
ている。

【００１１】また、サンドブラスト表面処理方法を施す
対象成膜材はＭｏ、Ｗ、ＭｏＳｉ₂、ＷＳｉ₂ 、Ｔａ、
Ｃｒ、等の熱膨張係数が低く、比較的高融点で高密度の
成膜材、又はアルミ等の熱膨張係数が高く比較的低融点
で低密度の成膜材の堆積を厚くできる構成である。ま
た、噴射処理は、低圧、大流量のエアーを噴射すること
により部品の表面の変形を抑えることと、表面の凸凹の
密度を従来よりもずっと高く密にして密着性を向上させ
たものである。さらに表面噴射処理の施された部品の表
面に食い込んで残存する炭化ケイ素や表面突起部の尖端
が欠損脱落して発生するパーティクルを除去するスクラ
ブを主にした強化精密洗浄を施すことも可能である。

【００１２】

【作 用】本発明にかかるサンドブラスト表面処理方法
は、上記詳述したような構成であるので、半導体または
ＬＣＤの製造装置のチャンバー内部品の表面を加工処理
する場合、通常より低い圧でサンドブラスチング加工を
施す。この際に、最終的に表面の粗度をＲｍａｘ７５μ
〜１２０μ程度にすることを目標とする場合には、ブラ
スト圧を低圧の１．５Ｋｇ〜０．５Ｋｇ程度に設定し、
空気流が通常以上の大流量で、ＳｉＣ（炭化ケイ素）か
らなる固い研削材で粒の径が大きい粒度＃１１程度の研
削材を使用して噴射コーティング加工を施した。その結
果目標となる程度の面粗度を得ることができた。また、
サンドブラスト表面処理としては、通常品と比較して凸
凹が極めて密であるため密着効果を大幅に向上させるこ
とができた。また、硬い研削材であるがゆえに部品に食
い込み、装置稼働時に食い込んだ研削材が脱落する虞が
あること、また部品表面の突起部の尖端が脱落してパー
ティクルとなること、等の問題を解決する為にスクラブ
を主にした強化精密洗浄を施す。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るサンドブラスト表面処理
方法を実施例に基づいて詳細に説明する。この発明にか
かるサンドブラスト表面処理１０は、大粒度（粒子の径
が大きいもの）で材質が固い研削材を用いて、低圧のブ
ラスト圧で、大流量の空気流で対象部品の表面を処理し
ている。

【００１４】さらに詳細には、本発明のサンドブラスト
表面処理が施される半導体製造装置のチャンバー内の部
品はアルミ製またはＳＵＳ製やチタン製やモリブデン製
等の素材からなるものであり、その表面の面粗度をＲｍ
ａｘ７５μ〜１２０μ程度以上の粗に形成する。この為
に、本発明の処理方法では従来の装置と異なり、ブラス
ト圧を１．５Ｋｇ〜０．５Ｋｇ程度の低圧として、空気
流を通常以上の大流量に設定している。ただし、研削材
としては硬度の高い固い研削材を使用している。この実
施例では研削材としてＳｉＣ（炭化ケイ素）の粒度＃１
１が使用されている。粒径は比較的大きくかつ硬度の高
い研削材が使用されているのが特徴であり、従来の処理
装置との大きな違いである。また、対象となる成膜材
は、Ｍｏ、Ｗ、ＭｏＳｉ₂ 、ＷＳｉ₂ 、Ｔａ、Ｃｒ、等
の熱膨張係数が低く、比較的高融点で高密度の成膜材を
対象としている。

【００１５】Ａ）変形をより少なくし表面積をより大き
くする技術 図２で説明した通り、サンドブラスト加工とグラインダ
ー加工とを比較すると、図４ａ，図４ｂで示した通り、
横方向のモーメントを小さくして下方向のモーメントを
大きくすることがポイントとなる。従って、ぶつけて表
面を粗くするよりは引っ掻いて粗くする方が部品の変形
が少なく抑えられる。そこで、サンドブラスト加工だけ
で「引っ掻き効果」を持たせるような加工方法の条件が
模索された。この発明の実施例ではブラスト圧を低圧と
して大流量の空気流で固い大きな粒度の研削材で行って
いる。図に示す実施例では、ブラスト圧を低圧の１．５
Ｋｇ〜０．５Ｋｇ位に設定しており、大流量の空気流を
通常以上に設定し、研削材としてＳｉＣを使用し、粒度
の＃１１程度のものが選択された。これにより、ＳＵＳ
製やチタン製やアルミ製またはモリブデン製等の素材か
らなるの部品の表面をＲｍａｘ７５μ〜１２０μ程度以
上の粗に形成することにより、溶射や特殊加工銅製防着
板（ＰＧ板）と並ぶ効果があり、低コストとなった。

【００１６】Ｂ）バインダー効果と面積をより大きくす
る技術 部品表面に付着した成膜材が脱落すると、パーティクル
の原因になり、チャンバー内に悪影響を及ぼす。そこ
で、付着した成膜材を脱落させない方法が色々講じられ
てきた。部品と成膜材との接着面積が大きければ大きい
ほど密着性は増す。つまり部品正面に凸凹を付ければ単
位面積当たりの表面積は大きくなり密着性は向上する。
同じ振幅の深さであれば、図５の（ａ）と（ｂ）の違い
のように凸凹の密度が大きい方が表面積が増し密着性も
向上する。硬い研削材に加えて、低圧、大流量のエア−
を使用する事により、部品表面に高密度の深い凸凹を造
ることが可能になった。

【００１７】サンドブラスト表面処理方法の（１）通常
処理はＡｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、
ＭｇＦ（フッ化マグネシウム）、ＩＴＯ（インジウム・
ティン・オキサイド）等を対象成膜材としており、適合
する母材の材質としてはＡｌ（アルミニウム）やＳＵＳ
３０４、ＳＵＳ３１６等を対象としている。 サンドブラスト表面処理方法（２）特殊処理は前述のサ
ンドブラスト表面処理方法を長時間運転するか、若しく
は後述の強化特殊処理を施すもので、適合する母材の材
質としてはＡｌ（アルミニウム）やチタン、ＳＵＳ３０
４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３１等を対象としている。 サンドブラスト表面処理方法（３）強化特殊処理は、比
較的高融点である場合や、高密度の成膜材の場合、熱膨
張係数が低めの場合に使用され、Ｍｏ，Ｗ，ＭｏＳ
ｉ₂ ，ＷＳｉ₂ ，Ｔａ，Ｃｒ等を対象成膜材としてお
り、適合する母材の材質としてはチタンやＳＵＳ３１
６、ＳＵＳ６３１等を対象としている。

【００１８】

【発明の効果】この発明に係るサンドブラスト表面処理
方法は、上記詳述したような構成であるので、以下のよ
うな効果を有する。 (1) サンドブラスチングと強化精密洗浄だけで、溶射や
スポット溶接の必要な銅製防着板（ＰＧ板）と同様に、
付着成膜材の剥離脱落を抑えることが出来る。また、部
品の磨耗や変形も少なく、損傷や劣化も抑えられるので
低コストで部品の使用耐用寿命を長くする効果が得られ
る。また工程数が少なくなるので、再生にかかる時間が
短縮され、納期が短縮される効果がある他に、付着成膜
材の剥離作業も簡単で予備パーツも少なくて済みかつ、
部品の母材の劣化を防ぐことができる利点がある。 (2) この設定では、ＳＵＳ製やチタン製やアルミ製また
はモリブデン製等の素材からなるの部品の表面をＲｍａ
ｘ７５μ〜１２０μ程度の粗に形成しているので、予定
以上の耐用期間も実現出来るので、低コストでありなが
ら溶射や防着板（ＰＧ板）と遜色のない効果を奏するこ
とができた。 (3) サンドブラスト表面処理方法を施す対象成膜材は、
Ｍｏ、Ｗ、ＭｏＳｉ₂ 、ＷＳｉ₂ 、Ｔａ、Ｃｒ、等の熱
膨張係数が低く、比較的高融点で高密度の成膜材であ
り、従前の溶射や，防着板（ＰＧ板）を溶接した場合と
ローコストで遜色のない結果が得られた。 (4) サンドブラスト表面処理は、研削材に炭化ケイ素を
使用することと、低圧、大流量のエアーにより凸凹が密
になり密着性を向上させることが可能になった。 (5) 噴射処理に下方向のベクトルを大きくする効果があ
るので、変形を抑えることができる。 (6) さらに、強化精密洗浄する事により部品の表面に食
い込んで残存する炭化ケイ素や、突起部尖端が欠けて発
生するパーティクルを取り除く事が可能になるため、製
品の精度を上げることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサンドブラスト表面処理方法を示す断
面図

【図２】従来のサンドブラスト表面処理を示す断面図

【図３】従来の溶射工法と防着板（ＰＧ板）溶着工法を
示す断面図

【図４】ＳＵＳをサンドブラスト加工した場合とグライ
ンダ加工した場合の比較断面図

【図５】（ａ）（ｂ）同じ振幅の深さにおける凸凹の密
度の差による表面積の差を示す断面図

【符号の説明】

１ 母材 １０ サンドブラスト表面処理 １２ 従来のサンドブラスト処理 ２０ 両面サンドブラスト処理 ３０ 溶射 ４０ 防着板（ＰＧ板） ４２ スポット溶接

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体又はＬＣＤの製造装置のチャンバー
   内部品の表面加工処理方法であって、装置チャンバー内
   のパーティクルの発生源であるチャンバー内部品表面に
   付着した成膜材の剥離脱落を抑える為に、ブラスト圧を
   低圧にして大流量の空気流で、大粒度の固い研削材を用
   いて、対象部品表面を噴射処理することを特徴とするサ
   ンドブラスト表面処理方法
2. 【請求項２】前記サンドブラスト表面処理方法はＳＵＳ
   製、チタン製、アルミ製またはモリブデン製等の素材か
   らなる部品の表面を、Ｒmax ７５μ〜Ｒmax １２０μ程
   度の粗に形成するために、ブラスト圧が低圧の１．５Ｋ
   ｇ〜０．５Ｋｇ程度であり、空気流が通常以上の、高
   速、大流量であり、固い研削材がＳｉＣ（炭化ケイ素）
   であり、該研削材の粒度が＃１1 程度であることを特徴
   とするサンドブラスト表面処理方法
3. 【請求項３】前記サンドブラスト表面処理方法はＳＵＳ
   製やチタン製及びその他の素材からなる部品の表面を、
   Ｒmax ４０μ〜７５μ程度の粗に形成するために、ブラ
   スト圧が低圧の１．５Ｋｇ〜０．５Ｋｇ程度であり、空
   気流が通常以上の高速、大流量であり、固い研削材がＳ
   ｉＣ（炭化ケイ素）であり、該研削材の粒度が＃２０程
   度であることを特徴とするサンドブラスト表面処理方法
4. 【請求項４】前記サンドブラスト表面処理方法を施す対
   象成膜材はＭｏ、Ｗ、ＭｏＳｉ₂ 、ＷＳｉ₂ 、Ｔａ、Ｃ
   ｒ、等の熱膨張係数が低く比較的高融点で高密度の成膜
   材または、アルミ等の熱膨張係数が高く比較的低融点で
   低密度の成膜材の堆積を厚くできることを特徴とする請
   求項１記載のサンドブラスト表面処理方法
5. 【請求項５】前記表面の噴射処理は、低圧、大流量のエ
   アーを噴射することにより部品の表面の変形を抑えるこ
   とと、表面の凸凹の密度を高くして密着性を向上させる
   ことを特徴とする請求項１記載のサンドブラスト表面処
   理方
6. 【請求項６】前記表面噴射処理の施された部品の表面に
   食い込んで残存する炭化ケイ素や表面突起部の先端が脱
   落して発生するパーティクルを除去するスクラブを主に
   した強化精密洗浄を施すことを特徴とする請求項１記載
   のサンドブラスト表面処理方法