JP2004214370A - 耐プラズマ性ベローズ - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ（例えば酸素プラズマ）を含む雰囲気中で使用しても耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供する。
【解決手段】ステンレス鋼材製のベローズ基体１又１０の外表面及び（又は）内表面にシリコン中間膜２を介してダイアモンド状カーボン膜（例えばＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３）が形成されてなる耐プラズマ性ベローズＢ１又はＢ２。
【選択図】 図１
【解決手段】ステンレス鋼材製のベローズ基体１又１０の外表面及び（又は）内表面にシリコン中間膜２を介してダイアモンド状カーボン膜（例えばＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３）が形成されてなる耐プラズマ性ベローズＢ１又はＢ２。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを用いて成膜、エッチング等の処理を行うプラズマ処理装置において、可動部分等をプラズマから保護する等のために用いるベローズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスを製造する分野では、プラズマＣＶＤ法等のプラズマによる成膜や、プラズマエッチング、プラズマアッシングといった処理が行われる。このようにプラズマを用いて目的とする処理を行うプラズマ処理装置においては、可動部分等をプラズマから保護する等のために用いる伸縮性を有する、蛇腹状のベローズが採用されている。
【０００３】
図８はプラズマエッチング装置を例示している。この装置は図示省略の排気装置により排気して所定の減圧状態に設定することが可能な処理室９１内に基板ホルダ９２及びこれに対向する高周波電極９３を設置したものである。ホルダ９２上に被処理基板Ｓを配置し、処理室９１内を所定の減圧状態に設定するとともに処理室９１内に電極９３のガス導入路からエッチング用ガスを導入し、電極９３と基板ホルダ９２との間に電源９４から高周波電力を印加して、該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで、基板上の膜をエッチング処理する。
【０００４】
基板ホルダ９２は基板Ｓのホルダ上への配置及び該ホルダからの取り出しのために昇降駆動されるようになっており、該昇降は処理室９１に付設された昇降駆動装置９５の昇降シャフト９５１により行われる。
【０００５】
昇降駆動装置９５の可動部分であるシャフト９５１等を含む部分はそのままではプラズマに曝されるため、そのような部分を伸縮性のベローズ９６で囲ってプラズマから保護する。
【０００６】
またプラズマ処理装置によっては、処理室内を高温に維持して処理用ガスを導入してプラズマ化するなどし、この高温反応性雰囲気において被処理基板に目的とする処理を施すこともある。このような場合も勿論、可動部分等が、反応性雰囲気からの保護のためにベローズで囲まれる。
【０００７】
プラズマ処理装置において採用されるこのようなベローズは極めて反応性の高い雰囲気に耐え得るものでなければならない。それ故、かかるベローズは通常ステンレス鋼材などの耐蝕性の高い材料で形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベローズ作製に採用されているステンレス鋼材は、プラズマ処理時に反応性雰囲気と反応して腐食されることを十分に防ぐことはできない。
【０００９】
また、プラズマの攻撃を受けたベローズ表面からニッケル、鉄或いはクロムといった各種重金属元素がチャンバ内の処理空間に飛び出して反応性雰囲気中に混入し、これが被処理基板に付着して該基板を利用する半導体製品等の収率を低下させたり、処理室内の表面等に重金属汚染を引き起こし、これがまた、被処理基板に付着するという問題がある。
【００１０】
例えばプラズマ化される導入ガスに０２ 、Ｆ２ 、ＮＦ３ 、ＣｌＦ３ のようなガスが含まれている場合、そのような汚染が顕著である。
【００１１】
また、マンガンが微量でもステンレス鋼材表面に存在すると、ベローズ製作過程におけるステンレス鋼材の溶接時に「 ヒューム」 が生成し、これがプラズマ処理装置内での発塵源となるという問題や、プラズマ処理中におけるヒュームの再付着部分の耐腐食性が顕著に低下するという問題や、酸素や硫黄が微量でもステンレス鋼材に存在すると、ステンレス鋼材の溶接時に生成する「ビード」部の表面が凸凹になり、これがプラズマ処理装置内での発塵源となるという問題がある。
【００１２】
このような問題を解消すべくベローズを構成するステンレス鋼材表面にセラミック等の不活性材料のコーティングを施すことが試みられているようであるが、コーティング材料であるセラミックなどはそれ自体の弾性が乏しいため、ベローズのように弾性を必要とする部材には適用し難い。特にベローズはプラズマ処理装置の運転時に伸縮して応力が絶えず変動するため、不活性材料でコーティングしても、該コーティングが剥がれやすく、耐久性が低いという問題や、剥がれ落ちたコーティング材料が基板を傷つけたり、汚染したりするという問題がある。
【００１３】
そこで本発明は、プラズマを含む雰囲気中で使用しても耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することを課題とする。
【００１４】
また本発明は、たとえ酸素プラズマ雰囲気中で使用しても極めて耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため次の三つのタイプのベローズを提供する。
（１）第１のベローズ
金属製リング板を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接して形成された蛇腹状筒形状のベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜が形成されてなる耐プラズマ性ベローズ。
（２）第２のベローズ
片面又は両面にダイアモンド状カーボン膜が形成された金属製リング板を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接することで蛇腹状筒形状のベローズ基体の外表面及び（又は）内表面に前記ダイアモンド状カーボン膜を有する状態とされた耐プラズマ性ベローズ。
（３）第３のベローズ
金属製円筒状部材の周壁を大径部と小径部が交互に連続する蛇腹状周壁に成形したベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜が形成されてなる耐プラズマ性ベローズ。
【００１６】
これら耐プラズマ性ベローズは、ベローズ基体が金属製であり、これに形成されたダイアモンド状カーボン膜はその形成にあたり膜厚を制御してベローズ基体の伸縮によっても剥がれ難いものとできるので、繰り返し伸縮に対して耐久性が高い。
【００１７】
また、ベローズ基体のプラズマ雰囲気に向けられる外表面及び（又は）内表面がダイアモンド状カーボン（以下、「ＤＬＣ」という。）の膜で被覆されており、該ＤＬＣは、良好な電気絶縁性材料であり、プラズマ処理装置において使用してもプラズマ処理に支障はない。
【００１８】
また、ＤＬＣはスパッタイールドの小さい材料であり、各種プラズマ雰囲気中においても耐蝕性を示し、従って、ベローズ基体をこのようなＤＬＣ膜で被覆したベローズはプラズマ雰囲気中で用いても耐久性の高いものである。
【００１９】
これらにより、そのようなダイアモンド状カーボン膜で被覆されていないならば、プラズマ雰囲気に曝されてベローズを構成する金属材料（代表的にはステンレス鋼材）中に含まれる重金属元素がスパッタにより放出され、飛散し、それにより被処理基板等が汚染されるところ、それが抑制される。
【００２０】
ＤＬＣ同様にスパッタイールドが小さく、酸素ガスプラズマに対して耐腐食性を示す材料として炭化シリコン（ＳｉＣ）を挙げることができる。ベローズ基体に被覆されたダイアモンド状カーボン膜はＳｉＣを含有していてもよい。
【００２１】
このようにＳｉＣを含有させることでＤＬＣ膜の化学的安定性がより優れたものとなり、例えば酸素ガスプラズマ雰囲気においてＤＬＣ膜の炭素と酸素が結合してＤＬＣ膜表面の荒れが生じ、ひいては該荒れによりベローズ基体が露出してくるというような事態の発生を長期にわたり抑制することができる。
【００２２】
このように、プラズマ処理用ガスの中でも従来においては特にステンレス鋼材等の金属性のベローズの腐食、損傷を招いていた酸素ガス（０２ ）のプラズマに対してもＳｉＣ含有ＤＬＣ膜は極めて良好な耐蝕性を示し、例えば０２ 、Ｆ２ 、ＮＦ３ 、ＣｌＦ３ のような各種ガスプラズマに対して極めて高い耐腐食性を有している。従って、ベローズ基体をこのようなＤＬＣ膜で被覆したベローズはプラズマ雰囲気中で用いても耐久性の高いものとなる。ＳｉＣはＤＬＣ膜中にできるだけ均一に存在することが好ましい。
【００２３】
このようにＤＬＣ膜がＳｉＣを含有する場合、該ＤＬＣ膜中におけるシリコンの濃度はこれが大きくなるにつれ、膜内部応力が低減されるとともに膜硬度も低下する傾向にある。従って、ＤＬＣ膜中のシリコン濃度はＤＬＣ膜の内部応力を低減してＤＬＣ膜のベローズ基体からの剥離を抑制する観点から５Ａｔｏｍ％程度以上が好ましく、膜硬度を著しく低下させない観点から３０Ａｔｏｍ％程度以下が好ましいといえる。
【００２４】
また、ＤＬＣ膜がＳｉＣを含有する場合、ベローズ基体と該ＤＬＣ膜との密着性を向上させるために、ベローズ基体（前記第２のベローズの場合は、より詳しく言えば、ベローズ基体の構成要素である前記金属製リング板）とＤＬＣ膜との間にシリコン中間膜が形成されていてもよい。
【００２５】
いずれにしても、ＤＬＣ膜の膜厚は、ＤＬＣ膜によりベローズのプラズマ雰囲気中での耐腐食性を得るうえで略１μｍ以上であることが好ましく、また、ＤＬＣ膜にも可撓性を保持させてベローズの伸縮に伴って該膜が剥離することをできるだけ抑制するために、厚くとも２０μｍ以下、場合によっては支障のない範囲で５μｍ以下程度であることが好ましい。
【００２６】
いずれにしても、膜形成方法の観点からすると、ベローズ基体表面上のＤＬＣ膜として、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法又はアークイオンプレーディング法で形成された膜を代表例として挙げることができる。
【００２７】
本発明に係るベローズはプラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置等や、これらを利用した半導体製造装置などの各種プラズマ処理装置に広く利用することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態のベローズ＞
図１に第１実施形態のベローズＢ１の一部切欠状態の斜視図を示し、図２にベローズＢ１の一部の拡大断面図を示す。このベローズＢ１は蛇腹状筒形状のベローズ基体１とその表面にシリコン中間膜２を介して形成されたＤＬＣ膜３とからなっており、外力に応じて伸縮可能である。
【００２９】
ベローズ基体１は、薄板状のステンレス鋼板からなる側面視（側面から見ると）やや台形状のドーナッツ状円形リング板１１を複数枚重ね、第１枚目リング板１１（１１ａ）と第２枚目リング板１１（１１ｂ）についてはリング板外周縁１１１同士、第２枚目リング板１１（１１ｂ）と第３枚目リング板１１（１１ｃ）についてはリング板内周縁１１２同士というように順次隣り合うリング板１１、１１についてリング板外周縁１１１同士、リング板内周縁１１２同士を交互に気密に溶接１１０して筒形状の蛇腹状に形成したものである。
【００３０】
必ずしもそうである必要はないが、ここでの各リング板１１は同心円状に起伏のある波板状を呈するように形成されており、それにより剛性が増し、変形し難くなっている。
【００３１】
かかるベローズ基体１は例えば次のようにして形成できる。
【００３２】
先ず、図３に例示するように薄板状のステンレス鋼板１１’を図示省略のプレス機で打ち抜いて、側面視がやや台形状を呈するドーナッツ形状リング板１１を複数枚形成する。各リング板の打ち抜き形成の際、同時にそれを既述のように波板状に成形する。なお、平板状のリング板を先ず打ち抜き、これを側面視台形状に成形したり、さらに波板状に成形するなどしてもよい。
【００３３】
次にかかる複数枚のリング板１１を図４に示すように向きを交互に反対にして重ね、第１枚目リング板１１（１１ａ）と第２枚目リング板１１（１１ｂ）についてはリング板外周縁１１１同士が接触し、第２枚目リング板１１（１１ｂ）と第３枚目リング板１１（１１ｃ）についてはリング板内周縁１１２同士が接触するというように、順次隣り合うリング板１１、１１においてリング板外周縁１１１同士、リング板内周縁１１２同士が接触するように配置する。このような配置にあたっては図示省略のクランプなどの適当な固定具を用いて行い、適当なスペーサ１２を各隣り合うリング板１１間に配置するなどすればよい。
【００３４】
次いでこの状態で接触し合っている内周縁１１２同士を溶接して連結するとともに両者間の隙間を気密に閉じ、さらに接触し合っている外周縁１１１同士を溶接して連結するとともに両者間の隙間を気密に閉じる。
【００３５】
このようにして溶接が完了した後、例えばＨｅガスを用いてリークテストを行い溶接部の気密性の検査を行い、必要とあれば付設すべき金具（図示省略）の溶接を行う。
【００３６】
しかる後に再びＨｅ等のガスを用いてリークテストを行って気密性の検査をして気密性を確認しベローズ基体１を得る。
【００３７】
その後該ベローズ基体１の、使用時にプラズマに曝される外側表面及び（又は）内側表面にＤＬＣ膜を形成するが、ここではベローズ基体１の外表面に膜形成する。
【００３８】
該ＤＬＣ膜は必ずしもＳｉＣを含有するものでなくてもよいが、ここではＤＬＣ膜の耐久性を一層向上させるためにＳｉＣ含有のＤＬＣ膜３を形成する。また、必ずしもそうする必要はないが、ここではＤＬＣ膜のベローズ基体への密着性を向上させるためにベローズ基体１上に先ずシリコン中間膜２を形成し、その上にＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する。かくしてベローズＢ１を得る。
【００３９】
膜形成は例えば図７に示すホローカソード型プラズマＣＶＤ装置により行える。該装置の詳細は後述する。
＜第２実施形態のベローズ＞
図５に第２実施形態のベローズＢ２の断面図を示す。このベローズＢ２も筒形状の蛇腹状ベローズ基体１０とその表面にシリコン中間膜２を介して形成されたＤＬＣ膜３とからなっており、外力に応じて伸縮可能である。
【００４０】
ベローズ基体１０はステンレス鋼板製の円筒状部材の周壁を大径部と小径部が交互に連続する蛇腹状周壁に成形したものである。
【００４１】
該ベローズ基体１０は例えばつぎのようにして製作できる。
【００４２】
先ず、薄板状の矩形のステンレス鋼板を円筒状に曲げ成形して突き合わせた両端を溶接し、その隙間を気密に閉じて円筒体１０’（図６（Ａ）参照）を得る。
【００４３】
この円筒体１０’を図６（Ａ）に示すように、プレス成形用の二つ割り分解可能の型４内に収容する。この型４は図６（Ａ）に示すように筒型の形状を備えており、内周壁面の半径が規則的に大小に変化して垂直断面が蛇腹状に形成されている。
【００４４】
この型４の両端開口部及びこれに収めた円筒体１０’の両端開口部を共に図示省略の蓋体で密閉するとともに該円筒体１０’内に油や水などの圧力伝達媒体を高圧で送り込み、円筒体１０’の周側面を型４の内壁面に押圧してプレスする。このプレスにより円筒体１０’の周側面は図６（Ｂ）に示すように型４の内壁面に沿って変形し、蛇腹状になる。
【００４５】
しかるのち蓋体を外して油や水などの圧力伝達媒体を取り除き、型４を解体して図６（Ｃ）に示すように蛇腹状にプレス成形されたベローズ基体１０を取り出す。
【００４６】
その後該ベローズ基体１０の、使用時にプラズマに曝される外側表面及び（又は）内側表面にＤＬＣ膜を形成するが、ここではベローズ基体１０の外表面に膜形成する。
【００４７】
本実施形態においても、ＤＬＣ膜は必ずしもＳｉＣを含有するものでなくてもよいが、ここではＤＬＣ膜の耐久性を一層向上させるためにＳｉＣ含有のＤＬＣ膜３を形成する。また、必ずしもそうする必要はないが、ここでもＤＬＣ膜のベローズ基体への密着性を向上させるためにベローズ基体１０上に先ずシリコン中間膜２を形成し、その上にＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する。かくしてベローズＢ２を得ることができる。膜形成は例えば図７に示すホローカソード型プラズマＣＶＤ装置により行える。
【００４８】
このベローズＢ２はそのベローズ基体１０が溶接部分の少ないものであるから、気密信頼性の高いものである。また、ベローズ基体１０の製造工程が少なく済むのでその製造コストが低く抑えられ、ひいてはベローズＢ２の製造コストも安くつく。
【００４９】
なお、以上の説明では円筒体１０’の形成をステンレス鋼板の曲げ成形と溶接により行ったが、ステンレス鋼板を絞り加工して有底円筒体を形成し、この有底円筒体を型４で蛇腹状にプレス加工し、これを型４から取り出したのち底部分を切除してベローズ基体１０を得てもよい。この場合には、継ぎ目のないベローズ基体が得られる。この方法によれば、溶接工程を省略でき、得られるベローズ基体の表面には溶接の継ぎ目など一切残らないので強度的にも均一で密閉性の高いベローズ基体が得られ、ひいては強度的にも均一で密閉性の高いベローズが得られる。
【００５０】
次に中間シリコン膜２及びＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する図７のホローカソード型プラズマＣＶＤ装置について説明する。
【００５１】
この装置は、イオンガン室５１及び成膜室５２を備えている。イオンガン室５１には、ここに導入されるアルゴン等の不活性ガスをプラズマ化させるフィラメント５１１と、プラズマ中のイオンを加速する電極系（陽極５１２と注入電極５１３）が組み込まれている。図中、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３はフィラメント５１１及び電極系への通電用電源である。
【００５２】
成膜室５２内には複数本のベローズ基体支持部５２１を有するホルダ５２２が設置されている。膜形成にあたっては、均一な膜形成のために、駆動装置５２３によりホルダ５２２の全体が回転駆動されるとともに各ベローズ基体支持部５２１が自転するように回転駆動される。
【００５３】
また、成膜室５２にはＤＬＣ膜のベローズ基体への密着性向上のためにシリコン中間膜２を形成するための、シリコンを含むスパッタカソード装置５２７が連設されている。
【００５４】
さらに成膜室５２には排気装置５２５が連設されているとともに成膜室５２の周囲にイオンガン室５１からのイオンを成膜室内の対向電極５２４へ収束させるためのソレノイドコイル５２６も設けられている。
【００５５】
成膜にあたっては、先ず、ホルダ５２２の各ベローズ基体支持部５２１にベローズ基体１又は１０を搭載し、成膜室５２及びこれに連設されたイオンガン室５１内を排気装置５２５で排気減圧して前処理用の所定減圧状態に維持しつつイオンガン室５１に本例ではアルゴンガスを所定量導入する。このガスをフィラメント５１１への通電によりプラズマ化し、電極系によりアルゴンイオンを成膜室５２内へ加速導入し、このイオンを電源ＰＷ４（＋１００Ｖ、−５００Ｖ、周波数１００ｋＨｚ）にて５００Ｖのバイアスを印加したベローズ基体支持部５２１の方へ所定時間照射することでベローズ基体の前処理を行う。
【００５６】
その後、成膜室５２及びこれに連設されたスパッタカソード装置５２７内を中間膜形成のための所定減圧状態に維持しつつ中間膜形成のための所定量のアルゴンガスを導入して装置５２７におけるシリコンをスパッタリングすることで各ベローズ基体１又は１０にシリコン中間膜２を形成する。
【００５７】
その後、イオンガン室５１及び成膜室５２内をＤＬＣ膜形成のための所定減圧状態に維持しつつイオンガン室５１には中間膜形成時と同量のアルゴンガスを導入してこれをプラズマ化し、成膜室５２内へアルゴンイオンを加速導入する一方、成膜室５２内に成膜原料であるアセチレンガス（Ｃ２ Ｈ２ ）とシリコン（Ｓｉ）を添加するためのＴＭＳ（テトラメチルシラン） をそれぞれ所定量供給し、これをアルゴンイオンでプラズマ化し、該プラズマのもとで、中間膜形成時と同じバイアスを印加したベローズ基体１又は１０にＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する。かくしてＤＬＣ膜被覆ベローズＢ１又はＢ２が形成される。
【００５８】
以上の前処理、中間膜形成及びＤＬＣ膜形成時のガス供給流量、成膜室内圧力、形成膜厚の例を表１に示す。ＤＬＣ膜については、厚さについてはいずれも５μｍであるが、アセチレンガスとＴＭＳそれぞれの供給流量を調整することで、シリコン濃度Ａｔｏｍ％が０、５、１０、２０、３０と異なるＤＬＣ膜を形成した。これら各シリコン濃度のＤＬＣ膜の膜硬度及び内部応力を表２に示す。
【００５９】
なお、膜硬度についてはヌープ硬度計で計測し、膜内部応力については膜形成面の反り具合から内部応力をみるストレスアナライザーで計測した。
表２から分かるように、Ｓｉ濃度が、５Ａｔｏｍ％近傍までは、膜硬度は大きく低下せず、膜内部応力が低減されるが、１０Ａｔｏｍ％を超えてくると、硬度、内部応力ともに低下してくる。従ってＤＬＣ膜のベローズ基体からの剥離を抑制するうえではＳｉ濃度が大きい方がよいが、膜硬度の観点からするとＳｉ濃度は大き過ぎない方がよい、と言える。なお、Ｓｉ濃度が５Ａｔｏｍ％〜３０Ａｔｏｍ％程度の範囲は許容できる範囲である。
【００６０】
次に、面積２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．１２７ｍｍで４隅角を曲率半径２ｍｍ（Ｒ２）で丸めたＳＵＳ３１６Ｌの試料片であって、ＤＬＣ膜無しの試料と、シリコン濃度Ａｔｏｍ％が０、５、１０、２０、３０のＳｉＣ含有ＤＬＣ膜を形成した５枚の試料につき、酸素プラズマ暴露試験を行い、試験後の表面粗さ、試験前後での膜厚減少を測定した。その結果を表３に示す。
【００６１】
酸素プラズマ暴露試験は、平行平板型プラズマ処理装置（電極間ギャップＧａｐ（ｍｍ））に試料を設置し、酸素ガスを導入し、これに高周波電力を印加してプラズマ化し、該プラズマに試料を曝すことで行った。
シリコン濃度が１０Ａｔｏｍ％のＳｉＣ含有ＤＬＣ膜で被覆した試料の酸素プラズマ暴露試験前の表面、同試料の酸素プラズマ暴露試験後の表面、ＳｉＣを含有していない一般的なＤＬＣ膜被覆試料の酸素プラズマ暴露試験後の表面のそれぞれについて顕微鏡で観察したところ、一般的なＤＬＣ膜については酸素プラズマによってＤＬＣ膜が僅かに表面に残る状態となることが確認されたが、ＳｉＣ含有ＤＬＣ膜については酸素プラズマ暴露試験後においても、多少表面状態が荒れているもののＤＬＣ膜の剥がれが生じていないことが確認された。また、前記サイズ及び材質の試料片にシリコン濃度が１１．６７Ａｔｏｍ％のＳｉＣ含有ＤＬＣ膜を形成した試料を前記と同条件で酸素プラズマ暴露試験を行った。そのときの試験前後のＤＬＣ膜表面の元素の定量分析結果を表４に示す。
表４から、基材であるＳＵＳ３１６Ｌの主成分である鉄（Ｆｅ）が検出されていないため、ＳｉＣ含有ＤＬＣ膜が剥がれて基材表面が露出する状態は発生せず、酸素プラズマに対してＳｉＣ含有ＤＬＣ膜が良好な耐蝕性を示したことが分かる。
【００６２】
以上、金属製ベローズ基体を先に形成し、これにダイアモンド状カーボン膜を形成して耐プラズマ製ベローズを得る例を説明したが、ベローズ基体を形成するための例えば前記ステンレス鋼板からなるリング板１１のそれぞれに、先にＤＬＣ膜を形成し、そのようにＤＬＣ膜を形成したリング板１１を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接することで蛇腹状筒形状のベローズ基体を形成すると同時に該ベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜を有する耐プラズマ性ベローズを形成してもよい。
【００６３】
この場合、例えばベローズ基体の外表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、片面にＤＬＣ膜を形成した各リング板１１を、溶接処理にてベローズに組み上げたとき、ＤＬＣ膜がベローズ基体の外表面に位置するように重ねればよく、また、ベローズ基体の内表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、片面にＤＬＣ膜を形成した各リング板１１を、溶接処理にてベローズに組み上げたとき、ＤＬＣ膜がベローズ基体の内表面に位置するように重ねればよい。
【００６４】
また、隣り合うリング板同士の溶接は、ベローズ基体の外表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、溶接部分ができるだけプラズマに曝されないようにベローズ基体の内側において行うことが望ましく、また、ベローズ基体の内表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、溶接部分ができるだけプラズマに曝されないようにベローズ基体の外側において行うことが望ましい。
【００６５】
いずれにしても、このように先にＤＬＣ膜を形成した金属製リング板を用いてベローズを形成する場合でも、ＤＬＣ膜は例えば図７に示すような成膜装置を用いて形成でき、また、ＳｉＣを膜中に含有させて、或いはさらにシリコン中間膜を介して形成することもできる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、プラズマを含む雰囲気中で使用しても耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することができる。
【００６７】
また本発明によると、たとえ酸素プラズマ雰囲気中で使用しても極めて耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のベローズの一部切欠状態の斜視図である。
【図２】図１に示すベローズの一部の拡大断面図である。
【図３】リング板をステンレス鋼板から打ち抜いて形成することを示す図である。
【図４】図１に示すベローズにおけるベローズ基体の形成方法を示す図である。
【図５】第２実施形態のベローズの断面図である。
【図６】図５に示すベローズにおけるベローズ基体の形成方法を示す図である。
【図７】ホローカソード型プラズマＣＶＤ装置の１例を示す図である。
【図８】プラズマエッチング装置の従来例を示す図である。
【符号の説明】
Ｂ１ ベローズ
１ ベローズ基体
２ シリコン中間膜
３ ＳｉＣ含有ＤＬＣ膜
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 円形リング板
１１１ リング板外周縁
１１２ リング板内周縁
１１’ステンレス鋼板
１１’を図示省略のプレス機で打ち抜いて、側面視がやや台形状を呈するドーナ
１１０ 溶接部
１２ スペーサ
Ｂ２ ベローズ
１０ ベローズ基体
１０’ 円筒体
４ 成形用型
５１ イオンガン室
５２ 成膜室
５１１ フィラメント
５１２ 陽極
５１３ 注入電極
ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４ 電源
５２１ ベローズ基体支持部
５２２ ホルダ
５２３ ホルダ駆動装置
５２４ スパッタカソード
５２５ 排気装置
５２６ ソレノイドコイル
９１ 処理室
９２ 基板ホルダ
９３ 高周波電極
９４ 電源
９５ ホルダ昇降駆動装置
９５１ 昇降シャフト
９６ ベローズ
Ｓ 被処理基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを用いて成膜、エッチング等の処理を行うプラズマ処理装置において、可動部分等をプラズマから保護する等のために用いるベローズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスを製造する分野では、プラズマＣＶＤ法等のプラズマによる成膜や、プラズマエッチング、プラズマアッシングといった処理が行われる。このようにプラズマを用いて目的とする処理を行うプラズマ処理装置においては、可動部分等をプラズマから保護する等のために用いる伸縮性を有する、蛇腹状のベローズが採用されている。
【０００３】
図８はプラズマエッチング装置を例示している。この装置は図示省略の排気装置により排気して所定の減圧状態に設定することが可能な処理室９１内に基板ホルダ９２及びこれに対向する高周波電極９３を設置したものである。ホルダ９２上に被処理基板Ｓを配置し、処理室９１内を所定の減圧状態に設定するとともに処理室９１内に電極９３のガス導入路からエッチング用ガスを導入し、電極９３と基板ホルダ９２との間に電源９４から高周波電力を印加して、該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで、基板上の膜をエッチング処理する。
【０００４】
基板ホルダ９２は基板Ｓのホルダ上への配置及び該ホルダからの取り出しのために昇降駆動されるようになっており、該昇降は処理室９１に付設された昇降駆動装置９５の昇降シャフト９５１により行われる。
【０００５】
昇降駆動装置９５の可動部分であるシャフト９５１等を含む部分はそのままではプラズマに曝されるため、そのような部分を伸縮性のベローズ９６で囲ってプラズマから保護する。
【０００６】
またプラズマ処理装置によっては、処理室内を高温に維持して処理用ガスを導入してプラズマ化するなどし、この高温反応性雰囲気において被処理基板に目的とする処理を施すこともある。このような場合も勿論、可動部分等が、反応性雰囲気からの保護のためにベローズで囲まれる。
【０００７】
プラズマ処理装置において採用されるこのようなベローズは極めて反応性の高い雰囲気に耐え得るものでなければならない。それ故、かかるベローズは通常ステンレス鋼材などの耐蝕性の高い材料で形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベローズ作製に採用されているステンレス鋼材は、プラズマ処理時に反応性雰囲気と反応して腐食されることを十分に防ぐことはできない。
【０００９】
また、プラズマの攻撃を受けたベローズ表面からニッケル、鉄或いはクロムといった各種重金属元素がチャンバ内の処理空間に飛び出して反応性雰囲気中に混入し、これが被処理基板に付着して該基板を利用する半導体製品等の収率を低下させたり、処理室内の表面等に重金属汚染を引き起こし、これがまた、被処理基板に付着するという問題がある。
【００１０】
例えばプラズマ化される導入ガスに０２ 、Ｆ２ 、ＮＦ３ 、ＣｌＦ３ のようなガスが含まれている場合、そのような汚染が顕著である。
【００１１】
また、マンガンが微量でもステンレス鋼材表面に存在すると、ベローズ製作過程におけるステンレス鋼材の溶接時に「 ヒューム」 が生成し、これがプラズマ処理装置内での発塵源となるという問題や、プラズマ処理中におけるヒュームの再付着部分の耐腐食性が顕著に低下するという問題や、酸素や硫黄が微量でもステンレス鋼材に存在すると、ステンレス鋼材の溶接時に生成する「ビード」部の表面が凸凹になり、これがプラズマ処理装置内での発塵源となるという問題がある。
【００１２】
このような問題を解消すべくベローズを構成するステンレス鋼材表面にセラミック等の不活性材料のコーティングを施すことが試みられているようであるが、コーティング材料であるセラミックなどはそれ自体の弾性が乏しいため、ベローズのように弾性を必要とする部材には適用し難い。特にベローズはプラズマ処理装置の運転時に伸縮して応力が絶えず変動するため、不活性材料でコーティングしても、該コーティングが剥がれやすく、耐久性が低いという問題や、剥がれ落ちたコーティング材料が基板を傷つけたり、汚染したりするという問題がある。
【００１３】
そこで本発明は、プラズマを含む雰囲気中で使用しても耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することを課題とする。
【００１４】
また本発明は、たとえ酸素プラズマ雰囲気中で使用しても極めて耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため次の三つのタイプのベローズを提供する。
（１）第１のベローズ
金属製リング板を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接して形成された蛇腹状筒形状のベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜が形成されてなる耐プラズマ性ベローズ。
（２）第２のベローズ
片面又は両面にダイアモンド状カーボン膜が形成された金属製リング板を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接することで蛇腹状筒形状のベローズ基体の外表面及び（又は）内表面に前記ダイアモンド状カーボン膜を有する状態とされた耐プラズマ性ベローズ。
（３）第３のベローズ
金属製円筒状部材の周壁を大径部と小径部が交互に連続する蛇腹状周壁に成形したベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜が形成されてなる耐プラズマ性ベローズ。
【００１６】
これら耐プラズマ性ベローズは、ベローズ基体が金属製であり、これに形成されたダイアモンド状カーボン膜はその形成にあたり膜厚を制御してベローズ基体の伸縮によっても剥がれ難いものとできるので、繰り返し伸縮に対して耐久性が高い。
【００１７】
また、ベローズ基体のプラズマ雰囲気に向けられる外表面及び（又は）内表面がダイアモンド状カーボン（以下、「ＤＬＣ」という。）の膜で被覆されており、該ＤＬＣは、良好な電気絶縁性材料であり、プラズマ処理装置において使用してもプラズマ処理に支障はない。
【００１８】
また、ＤＬＣはスパッタイールドの小さい材料であり、各種プラズマ雰囲気中においても耐蝕性を示し、従って、ベローズ基体をこのようなＤＬＣ膜で被覆したベローズはプラズマ雰囲気中で用いても耐久性の高いものである。
【００１９】
これらにより、そのようなダイアモンド状カーボン膜で被覆されていないならば、プラズマ雰囲気に曝されてベローズを構成する金属材料（代表的にはステンレス鋼材）中に含まれる重金属元素がスパッタにより放出され、飛散し、それにより被処理基板等が汚染されるところ、それが抑制される。
【００２０】
ＤＬＣ同様にスパッタイールドが小さく、酸素ガスプラズマに対して耐腐食性を示す材料として炭化シリコン（ＳｉＣ）を挙げることができる。ベローズ基体に被覆されたダイアモンド状カーボン膜はＳｉＣを含有していてもよい。
【００２１】
このようにＳｉＣを含有させることでＤＬＣ膜の化学的安定性がより優れたものとなり、例えば酸素ガスプラズマ雰囲気においてＤＬＣ膜の炭素と酸素が結合してＤＬＣ膜表面の荒れが生じ、ひいては該荒れによりベローズ基体が露出してくるというような事態の発生を長期にわたり抑制することができる。
【００２２】
このように、プラズマ処理用ガスの中でも従来においては特にステンレス鋼材等の金属性のベローズの腐食、損傷を招いていた酸素ガス（０２ ）のプラズマに対してもＳｉＣ含有ＤＬＣ膜は極めて良好な耐蝕性を示し、例えば０２ 、Ｆ２ 、ＮＦ３ 、ＣｌＦ３ のような各種ガスプラズマに対して極めて高い耐腐食性を有している。従って、ベローズ基体をこのようなＤＬＣ膜で被覆したベローズはプラズマ雰囲気中で用いても耐久性の高いものとなる。ＳｉＣはＤＬＣ膜中にできるだけ均一に存在することが好ましい。
【００２３】
このようにＤＬＣ膜がＳｉＣを含有する場合、該ＤＬＣ膜中におけるシリコンの濃度はこれが大きくなるにつれ、膜内部応力が低減されるとともに膜硬度も低下する傾向にある。従って、ＤＬＣ膜中のシリコン濃度はＤＬＣ膜の内部応力を低減してＤＬＣ膜のベローズ基体からの剥離を抑制する観点から５Ａｔｏｍ％程度以上が好ましく、膜硬度を著しく低下させない観点から３０Ａｔｏｍ％程度以下が好ましいといえる。
【００２４】
また、ＤＬＣ膜がＳｉＣを含有する場合、ベローズ基体と該ＤＬＣ膜との密着性を向上させるために、ベローズ基体（前記第２のベローズの場合は、より詳しく言えば、ベローズ基体の構成要素である前記金属製リング板）とＤＬＣ膜との間にシリコン中間膜が形成されていてもよい。
【００２５】
いずれにしても、ＤＬＣ膜の膜厚は、ＤＬＣ膜によりベローズのプラズマ雰囲気中での耐腐食性を得るうえで略１μｍ以上であることが好ましく、また、ＤＬＣ膜にも可撓性を保持させてベローズの伸縮に伴って該膜が剥離することをできるだけ抑制するために、厚くとも２０μｍ以下、場合によっては支障のない範囲で５μｍ以下程度であることが好ましい。
【００２６】
いずれにしても、膜形成方法の観点からすると、ベローズ基体表面上のＤＬＣ膜として、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法又はアークイオンプレーディング法で形成された膜を代表例として挙げることができる。
【００２７】
本発明に係るベローズはプラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置等や、これらを利用した半導体製造装置などの各種プラズマ処理装置に広く利用することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態のベローズ＞
図１に第１実施形態のベローズＢ１の一部切欠状態の斜視図を示し、図２にベローズＢ１の一部の拡大断面図を示す。このベローズＢ１は蛇腹状筒形状のベローズ基体１とその表面にシリコン中間膜２を介して形成されたＤＬＣ膜３とからなっており、外力に応じて伸縮可能である。
【００２９】
ベローズ基体１は、薄板状のステンレス鋼板からなる側面視（側面から見ると）やや台形状のドーナッツ状円形リング板１１を複数枚重ね、第１枚目リング板１１（１１ａ）と第２枚目リング板１１（１１ｂ）についてはリング板外周縁１１１同士、第２枚目リング板１１（１１ｂ）と第３枚目リング板１１（１１ｃ）についてはリング板内周縁１１２同士というように順次隣り合うリング板１１、１１についてリング板外周縁１１１同士、リング板内周縁１１２同士を交互に気密に溶接１１０して筒形状の蛇腹状に形成したものである。
【００３０】
必ずしもそうである必要はないが、ここでの各リング板１１は同心円状に起伏のある波板状を呈するように形成されており、それにより剛性が増し、変形し難くなっている。
【００３１】
かかるベローズ基体１は例えば次のようにして形成できる。
【００３２】
先ず、図３に例示するように薄板状のステンレス鋼板１１’を図示省略のプレス機で打ち抜いて、側面視がやや台形状を呈するドーナッツ形状リング板１１を複数枚形成する。各リング板の打ち抜き形成の際、同時にそれを既述のように波板状に成形する。なお、平板状のリング板を先ず打ち抜き、これを側面視台形状に成形したり、さらに波板状に成形するなどしてもよい。
【００３３】
次にかかる複数枚のリング板１１を図４に示すように向きを交互に反対にして重ね、第１枚目リング板１１（１１ａ）と第２枚目リング板１１（１１ｂ）についてはリング板外周縁１１１同士が接触し、第２枚目リング板１１（１１ｂ）と第３枚目リング板１１（１１ｃ）についてはリング板内周縁１１２同士が接触するというように、順次隣り合うリング板１１、１１においてリング板外周縁１１１同士、リング板内周縁１１２同士が接触するように配置する。このような配置にあたっては図示省略のクランプなどの適当な固定具を用いて行い、適当なスペーサ１２を各隣り合うリング板１１間に配置するなどすればよい。
【００３４】
次いでこの状態で接触し合っている内周縁１１２同士を溶接して連結するとともに両者間の隙間を気密に閉じ、さらに接触し合っている外周縁１１１同士を溶接して連結するとともに両者間の隙間を気密に閉じる。
【００３５】
このようにして溶接が完了した後、例えばＨｅガスを用いてリークテストを行い溶接部の気密性の検査を行い、必要とあれば付設すべき金具（図示省略）の溶接を行う。
【００３６】
しかる後に再びＨｅ等のガスを用いてリークテストを行って気密性の検査をして気密性を確認しベローズ基体１を得る。
【００３７】
その後該ベローズ基体１の、使用時にプラズマに曝される外側表面及び（又は）内側表面にＤＬＣ膜を形成するが、ここではベローズ基体１の外表面に膜形成する。
【００３８】
該ＤＬＣ膜は必ずしもＳｉＣを含有するものでなくてもよいが、ここではＤＬＣ膜の耐久性を一層向上させるためにＳｉＣ含有のＤＬＣ膜３を形成する。また、必ずしもそうする必要はないが、ここではＤＬＣ膜のベローズ基体への密着性を向上させるためにベローズ基体１上に先ずシリコン中間膜２を形成し、その上にＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する。かくしてベローズＢ１を得る。
【００３９】
膜形成は例えば図７に示すホローカソード型プラズマＣＶＤ装置により行える。該装置の詳細は後述する。
＜第２実施形態のベローズ＞
図５に第２実施形態のベローズＢ２の断面図を示す。このベローズＢ２も筒形状の蛇腹状ベローズ基体１０とその表面にシリコン中間膜２を介して形成されたＤＬＣ膜３とからなっており、外力に応じて伸縮可能である。
【００４０】
ベローズ基体１０はステンレス鋼板製の円筒状部材の周壁を大径部と小径部が交互に連続する蛇腹状周壁に成形したものである。
【００４１】
該ベローズ基体１０は例えばつぎのようにして製作できる。
【００４２】
先ず、薄板状の矩形のステンレス鋼板を円筒状に曲げ成形して突き合わせた両端を溶接し、その隙間を気密に閉じて円筒体１０’（図６（Ａ）参照）を得る。
【００４３】
この円筒体１０’を図６（Ａ）に示すように、プレス成形用の二つ割り分解可能の型４内に収容する。この型４は図６（Ａ）に示すように筒型の形状を備えており、内周壁面の半径が規則的に大小に変化して垂直断面が蛇腹状に形成されている。
【００４４】
この型４の両端開口部及びこれに収めた円筒体１０’の両端開口部を共に図示省略の蓋体で密閉するとともに該円筒体１０’内に油や水などの圧力伝達媒体を高圧で送り込み、円筒体１０’の周側面を型４の内壁面に押圧してプレスする。このプレスにより円筒体１０’の周側面は図６（Ｂ）に示すように型４の内壁面に沿って変形し、蛇腹状になる。
【００４５】
しかるのち蓋体を外して油や水などの圧力伝達媒体を取り除き、型４を解体して図６（Ｃ）に示すように蛇腹状にプレス成形されたベローズ基体１０を取り出す。
【００４６】
その後該ベローズ基体１０の、使用時にプラズマに曝される外側表面及び（又は）内側表面にＤＬＣ膜を形成するが、ここではベローズ基体１０の外表面に膜形成する。
【００４７】
本実施形態においても、ＤＬＣ膜は必ずしもＳｉＣを含有するものでなくてもよいが、ここではＤＬＣ膜の耐久性を一層向上させるためにＳｉＣ含有のＤＬＣ膜３を形成する。また、必ずしもそうする必要はないが、ここでもＤＬＣ膜のベローズ基体への密着性を向上させるためにベローズ基体１０上に先ずシリコン中間膜２を形成し、その上にＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する。かくしてベローズＢ２を得ることができる。膜形成は例えば図７に示すホローカソード型プラズマＣＶＤ装置により行える。
【００４８】
このベローズＢ２はそのベローズ基体１０が溶接部分の少ないものであるから、気密信頼性の高いものである。また、ベローズ基体１０の製造工程が少なく済むのでその製造コストが低く抑えられ、ひいてはベローズＢ２の製造コストも安くつく。
【００４９】
なお、以上の説明では円筒体１０’の形成をステンレス鋼板の曲げ成形と溶接により行ったが、ステンレス鋼板を絞り加工して有底円筒体を形成し、この有底円筒体を型４で蛇腹状にプレス加工し、これを型４から取り出したのち底部分を切除してベローズ基体１０を得てもよい。この場合には、継ぎ目のないベローズ基体が得られる。この方法によれば、溶接工程を省略でき、得られるベローズ基体の表面には溶接の継ぎ目など一切残らないので強度的にも均一で密閉性の高いベローズ基体が得られ、ひいては強度的にも均一で密閉性の高いベローズが得られる。
【００５０】
次に中間シリコン膜２及びＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する図７のホローカソード型プラズマＣＶＤ装置について説明する。
【００５１】
この装置は、イオンガン室５１及び成膜室５２を備えている。イオンガン室５１には、ここに導入されるアルゴン等の不活性ガスをプラズマ化させるフィラメント５１１と、プラズマ中のイオンを加速する電極系（陽極５１２と注入電極５１３）が組み込まれている。図中、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３はフィラメント５１１及び電極系への通電用電源である。
【００５２】
成膜室５２内には複数本のベローズ基体支持部５２１を有するホルダ５２２が設置されている。膜形成にあたっては、均一な膜形成のために、駆動装置５２３によりホルダ５２２の全体が回転駆動されるとともに各ベローズ基体支持部５２１が自転するように回転駆動される。
【００５３】
また、成膜室５２にはＤＬＣ膜のベローズ基体への密着性向上のためにシリコン中間膜２を形成するための、シリコンを含むスパッタカソード装置５２７が連設されている。
【００５４】
さらに成膜室５２には排気装置５２５が連設されているとともに成膜室５２の周囲にイオンガン室５１からのイオンを成膜室内の対向電極５２４へ収束させるためのソレノイドコイル５２６も設けられている。
【００５５】
成膜にあたっては、先ず、ホルダ５２２の各ベローズ基体支持部５２１にベローズ基体１又は１０を搭載し、成膜室５２及びこれに連設されたイオンガン室５１内を排気装置５２５で排気減圧して前処理用の所定減圧状態に維持しつつイオンガン室５１に本例ではアルゴンガスを所定量導入する。このガスをフィラメント５１１への通電によりプラズマ化し、電極系によりアルゴンイオンを成膜室５２内へ加速導入し、このイオンを電源ＰＷ４（＋１００Ｖ、−５００Ｖ、周波数１００ｋＨｚ）にて５００Ｖのバイアスを印加したベローズ基体支持部５２１の方へ所定時間照射することでベローズ基体の前処理を行う。
【００５６】
その後、成膜室５２及びこれに連設されたスパッタカソード装置５２７内を中間膜形成のための所定減圧状態に維持しつつ中間膜形成のための所定量のアルゴンガスを導入して装置５２７におけるシリコンをスパッタリングすることで各ベローズ基体１又は１０にシリコン中間膜２を形成する。
【００５７】
その後、イオンガン室５１及び成膜室５２内をＤＬＣ膜形成のための所定減圧状態に維持しつつイオンガン室５１には中間膜形成時と同量のアルゴンガスを導入してこれをプラズマ化し、成膜室５２内へアルゴンイオンを加速導入する一方、成膜室５２内に成膜原料であるアセチレンガス（Ｃ２ Ｈ２ ）とシリコン（Ｓｉ）を添加するためのＴＭＳ（テトラメチルシラン） をそれぞれ所定量供給し、これをアルゴンイオンでプラズマ化し、該プラズマのもとで、中間膜形成時と同じバイアスを印加したベローズ基体１又は１０にＳｉＣ含有ＤＬＣ膜３を形成する。かくしてＤＬＣ膜被覆ベローズＢ１又はＢ２が形成される。
【００５８】
以上の前処理、中間膜形成及びＤＬＣ膜形成時のガス供給流量、成膜室内圧力、形成膜厚の例を表１に示す。ＤＬＣ膜については、厚さについてはいずれも５μｍであるが、アセチレンガスとＴＭＳそれぞれの供給流量を調整することで、シリコン濃度Ａｔｏｍ％が０、５、１０、２０、３０と異なるＤＬＣ膜を形成した。これら各シリコン濃度のＤＬＣ膜の膜硬度及び内部応力を表２に示す。
【００５９】
なお、膜硬度についてはヌープ硬度計で計測し、膜内部応力については膜形成面の反り具合から内部応力をみるストレスアナライザーで計測した。
【００６０】
次に、面積２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．１２７ｍｍで４隅角を曲率半径２ｍｍ（Ｒ２）で丸めたＳＵＳ３１６Ｌの試料片であって、ＤＬＣ膜無しの試料と、シリコン濃度Ａｔｏｍ％が０、５、１０、２０、３０のＳｉＣ含有ＤＬＣ膜を形成した５枚の試料につき、酸素プラズマ暴露試験を行い、試験後の表面粗さ、試験前後での膜厚減少を測定した。その結果を表３に示す。
【００６１】
酸素プラズマ暴露試験は、平行平板型プラズマ処理装置（電極間ギャップＧａｐ（ｍｍ））に試料を設置し、酸素ガスを導入し、これに高周波電力を印加してプラズマ化し、該プラズマに試料を曝すことで行った。
【００６２】
以上、金属製ベローズ基体を先に形成し、これにダイアモンド状カーボン膜を形成して耐プラズマ製ベローズを得る例を説明したが、ベローズ基体を形成するための例えば前記ステンレス鋼板からなるリング板１１のそれぞれに、先にＤＬＣ膜を形成し、そのようにＤＬＣ膜を形成したリング板１１を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接することで蛇腹状筒形状のベローズ基体を形成すると同時に該ベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜を有する耐プラズマ性ベローズを形成してもよい。
【００６３】
この場合、例えばベローズ基体の外表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、片面にＤＬＣ膜を形成した各リング板１１を、溶接処理にてベローズに組み上げたとき、ＤＬＣ膜がベローズ基体の外表面に位置するように重ねればよく、また、ベローズ基体の内表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、片面にＤＬＣ膜を形成した各リング板１１を、溶接処理にてベローズに組み上げたとき、ＤＬＣ膜がベローズ基体の内表面に位置するように重ねればよい。
【００６４】
また、隣り合うリング板同士の溶接は、ベローズ基体の外表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、溶接部分ができるだけプラズマに曝されないようにベローズ基体の内側において行うことが望ましく、また、ベローズ基体の内表面にＤＬＣ膜を有するベローズを得ようとする場合は、溶接部分ができるだけプラズマに曝されないようにベローズ基体の外側において行うことが望ましい。
【００６５】
いずれにしても、このように先にＤＬＣ膜を形成した金属製リング板を用いてベローズを形成する場合でも、ＤＬＣ膜は例えば図７に示すような成膜装置を用いて形成でき、また、ＳｉＣを膜中に含有させて、或いはさらにシリコン中間膜を介して形成することもできる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、プラズマを含む雰囲気中で使用しても耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することができる。
【００６７】
また本発明によると、たとえ酸素プラズマ雰囲気中で使用しても極めて耐久性が高く、また、繰り返しの伸縮に対しても耐久性が高く、それにより自身が原因となる周囲汚染の発生を抑制できる耐プラズマ性ベローズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のベローズの一部切欠状態の斜視図である。
【図２】図１に示すベローズの一部の拡大断面図である。
【図３】リング板をステンレス鋼板から打ち抜いて形成することを示す図である。
【図４】図１に示すベローズにおけるベローズ基体の形成方法を示す図である。
【図５】第２実施形態のベローズの断面図である。
【図６】図５に示すベローズにおけるベローズ基体の形成方法を示す図である。
【図７】ホローカソード型プラズマＣＶＤ装置の１例を示す図である。
【図８】プラズマエッチング装置の従来例を示す図である。
【符号の説明】
Ｂ１ ベローズ
１ ベローズ基体
２ シリコン中間膜
３ ＳｉＣ含有ＤＬＣ膜
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 円形リング板
１１１ リング板外周縁
１１２ リング板内周縁
１１’ステンレス鋼板
１１’を図示省略のプレス機で打ち抜いて、側面視がやや台形状を呈するドーナ
１１０ 溶接部
１２ スペーサ
Ｂ２ ベローズ
１０ ベローズ基体
１０’ 円筒体
４ 成形用型
５１ イオンガン室
５２ 成膜室
５１１ フィラメント
５１２ 陽極
５１３ 注入電極
ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４ 電源
５２１ ベローズ基体支持部
５２２ ホルダ
５２３ ホルダ駆動装置
５２４ スパッタカソード
５２５ 排気装置
５２６ ソレノイドコイル
９１ 処理室
９２ 基板ホルダ
９３ 高周波電極
９４ 電源
９５ ホルダ昇降駆動装置
９５１ 昇降シャフト
９６ ベローズ
Ｓ 被処理基板
Claims (8)
- 金属製リング板を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接して形成された蛇腹状筒形状のベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜が形成されてなることを特徴とする耐プラズマ性ベローズ。
- 片面又は両面にダイアモンド状カーボン膜が形成された金属製リング板を複数枚重ねるとともに第１枚目リング板と第２枚目リング板についてはリング板外周縁同士（又はリング板内周縁同士）、第２枚目リング板と第３枚目リング板についてはリング板内周縁同士（又はリング板外周縁同士）というように順次隣り合うリング板についてリング板外（又は内）周縁同士、リング板内（又は外）周縁同士を交互に気密に溶接することで蛇腹状筒形状のベローズ基体の外表面及び（又は）内表面に前記ダイアモンド状カーボン膜を有する状態とされたことを特徴とする耐プラズマ性ベローズ。
- 金属製円筒状部材の周壁を大径部と小径部が交互に連続する蛇腹状周壁に成形したベローズ基体の外表面及び（又は）内表面にダイアモンド状カーボン膜が形成されてなることを特徴とする耐プラズマ性ベローズ。
- 前記ダイアモンド状カーボン膜は膜厚が１μｍ〜２０μｍである請求項１、２又は３記載の耐プラズマ性ベローズ。
- 前記ダイアモンド状カーボン膜は炭化シリコン（ＳｉＣ）を含有している請求項１から４のいずれかに記載の耐プラズマ性ベローズ。
- 前記ダイアモンド状カーボン膜は前記ベローズ基体上にシリコン中間膜を介して形成されている請求項５記載の耐プラズマ性ベローズ。
- 前記ダイアモンド状カーボン膜におけるシリコン濃度は５Ａｔｏｍ％〜３０Ａｔｏｍ％である請求項５又は６記載の耐プラズマ性ベローズ。
- 前記ダイアモンド状カーボン膜はプラズマＣＶＤ法、スパッタ法又はアークイオンプレーディング法で形成された膜である請求項１から７のいずれかに記載の耐プラズマ性ベローズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002381294A JP2004214370A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 耐プラズマ性ベローズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002381294A JP2004214370A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 耐プラズマ性ベローズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004214370A true JP2004214370A (ja) | 2004-07-29 |
Family
ID=32817265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002381294A Withdrawn JP2004214370A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 耐プラズマ性ベローズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004214370A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009123795A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| KR20180002840A (ko) * | 2015-05-07 | 2018-01-08 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 챔버 컴포넌트들을 위한 부식 제어 |
| CN110079759A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-08-02 | 安徽格斯波纹管有限公司 | 一种金属波纹管表面处理方法 |
-
2002
- 2002-12-27 JP JP2002381294A patent/JP2004214370A/ja not_active Withdrawn
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| JP6993881B2 (ja) | 2015-05-07 | 2022-01-14 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | チャンバ部品のための腐食制御 |
| KR102554832B1 (ko) * | 2015-05-07 | 2023-07-11 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 챔버 컴포넌트들을 위한 부식 제어 |
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