JP2005154896A - 真空装置用部品及びその製造方法並びにそれを用いた装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体等のプラズマ処理装置や成膜装置に用いられる真空装置用の部品では、その使用中に部品自体の剥離、部品表面に付着する膜状物質の剥離、及びプラズマによる部品表面の腐食による製品の汚染、部品の短寿命化及び頻繁な部品交換による生産性の低下という問題があった。
【解決手段】半導体等の成膜装置及びプラズマ処理装置に用いる真空装置用部品において、表面がセラミック及び又は金属溶射膜で被覆され、該溶射膜の表面に幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍ、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）が０．４以上の突起状粒子が、２０個／ｍｍ２〜２００００個／ｍｍ２以下の範囲で存在し、空孔率が１０〜４０％となるものは、膜状物質の付着性が高く、膜状物質の剥離に起因する発塵による製品汚染がなく、なおかつ長時間の連続使用が可能である。
【選択図】 選択図なし
【解決手段】半導体等の成膜装置及びプラズマ処理装置に用いる真空装置用部品において、表面がセラミック及び又は金属溶射膜で被覆され、該溶射膜の表面に幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍ、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）が０．４以上の突起状粒子が、２０個／ｍｍ２〜２００００個／ｍｍ２以下の範囲で存在し、空孔率が１０〜４０％となるものは、膜状物質の付着性が高く、膜状物質の剥離に起因する発塵による製品汚染がなく、なおかつ長時間の連続使用が可能である。
【選択図】 選択図なし
Description
本発明は、半導体等の製造における成膜装置、プラズマ処理装置（プラズマエッチング装置、プラズマクリーニング装置）に用いる真空装置用部品に係わるものである。本発明の真空装置用部品は、成膜、プラズマ処理の際に装置内の部品に付着する膜状物質の剥離による発塵を防止し、また装置内で発生するプラズマに対する部品の耐久性を著しく向上させるものである。
半導体等の製品基板の成膜、プラズマ処理を行う成膜装置、プラズマ処理装置では、その装置内部に用いられる部品上に膜状物質が付着する。このような状態で成膜、プラズマ処理を連続で行うと、付着した膜状物質が厚くなり、それらがやがて剥離して装置内の発塵となり、装置内及び製品基板を汚染することが知られている。また成膜装置、プラズマ処理装置では装置内でプラズマが発生するが、プラズマが部品の表面を腐食し、部品の劣化及びそれに伴う発塵の問題も生じていた。これらの現象は製品基板の品質低下や歩留まり低下の原因となり、大きな問題であった。
従来、膜状付着物の剥離による発塵を低減する方法としては、部品の表面にブラスト処理を施して表面を梨地状にして膜状物質の付着性を大きくする方法が知られている。例えば、石英ベルジャーの内面への飛来粒子の付着性を向上させる為、ブラスト処理を施すことや、セラミックシリンダーに堆積する膜状物質の付着性を向上させる為、表面にブラスト加工を施すことが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、石英ガラスをブラスト加工した粗面は、強度が弱い部分や割れて剥がれかけたかけらがあり、膜状物質が付着しにくい、或いは剥がれ易いという問題があった。
一方、石英ガラスをブラスト加工した後、フッ酸溶液でエッチング処理する方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、石英ガラスをブラストした表面をフッ酸溶液でエッチング処理した表面は、膜状物質が付着し易い場所とそうでない場所ができるために、直接その上に付着した場合、付着性が十分でないという問題があった。
部品への膜状物質の付着性を改善させるために、石英基材の表面をブラスト加工した後、少なくともフッ酸を含む酸でエッチング処理した基材とプラズマガンとの距離を制御して、プラズマガスに水素を添加してプラズマ溶射することも知られている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、このような方法を用いた場合でも、膜状物質の付着性にある程度の改善効果は得られるものの、長時間の使用に耐えられるような十分な効果が期待できるものではなかった。
真空装置に用いられる部品においては、膜状物質の付着性を更に向上させて、成膜又はプラズマ処理をより長時間連続的に実施可能とする技術を、市場から常に要求されてきた。そこで、本発明は、半導体等の製品基板の成膜やプラズマ処理装置内に用いる真空装置の部品において、従来よりもさらに膜状物質の付着性が高く、長時間の連続使用が可能な優れた部品を提供するものである。
本発明者は、上述のような現状に鑑み、鋭意検討を行った結果、基材上にセラミック溶射膜を形成した真空装置用部品であって、該溶射膜の表面に直径０．１〜５μｍの粒子が集合した突起状粒子が分散して存在する真空装置用部品においては、堆積する膜状物質の付着性が従来よりも更に優れることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである（第１発明）。また、基材上に金属溶射膜を形成した真空装置用部品であって、該溶射膜の表面に直径０．１〜１０μｍの粒子が集合した突起状粒子が分散して存在する真空装置用部品においては、堆積する膜状物質の付着性が従来よりも更に優れることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである（第２発明）。
また、基材上にセラミック及び／又は金属溶射膜を形成した真空装置の部品であって、該溶射膜の表面に幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍ、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）が０．４以上の突起状粒子が、２０個／ｍｍ２以上〜２００００個／ｍｍ２以下の範囲で存在し、該溶射膜の空孔率が１０％〜４０％であることを特徴とする真空装置の部品においては、堆積する膜状物質の付着性が従来よりも更に優れることを見出した（第３発明）。
さらに、この様な突起状粒子は、溶射粉末を半溶融状態で該基材上へ衝突させること、あるいは、溶射粉末を融点の小さい材料が融点の大きい材料を包み込む様に形成し、溶射時には融点の小さい材料を完全に溶融させ、融点の大きい材料を未溶融又は半溶融状態で該基材上へ衝突させることによって得られることを見出した。加えて本発明の真空装置を用いた成膜装置、プラズマエッチング装置、プラズマクリーニング装置では、パーティクルの発生が防止されることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
以下本発明を詳細に説明する。
第１の発明は、基材上にセラミック溶射膜を形成した真空装置用部品であって、溶射膜表面に、直径０．１〜５μｍの粒子が集合した突起状粒子が分散して存在する真空装置用部品に関するものである。各粒子の直径が０．１μｍより小さい場合には、それが集合してできる突起状粒子のサイズに分布が生じやすくなるため、好ましくなく、粒子の直径が５μｍより大きい場合には、粒子が集合して構成される突起状粒子が生成しにくくなるため、好ましくない。これらの観点から、好ましい粒子の直径は０．２〜４．０μｍである。
第２の発明は、基材上に金属溶射膜を形成した真空装置用部品であって、溶射膜表面に、直径０．１〜１０μｍの粒子が集合した突起状粒子が分散して存在する真空装置用部品に関するものである。各粒子の直径が０．１μｍより小さい場合には、それが集合してできる突起状粒子のサイズに分布が生じやすくなるため、好ましくなく、粒子の直径が１０μｍより大きい場合には、粒子が集合して構成される突起状粒子が生成しにくくなるため、好ましくない。これらの観点から、好ましい粒子の直径は０．２〜５．０μｍである。
なお、粒子の直径は、電子顕微鏡によって数百〜数千倍程度の写真を何枚か撮影し、１００個の粒子の直径（同一方向）を測定して平均を計算するが、このとき最低１０個以上の突起状粒子を選択し、それらの突起状粒子につき１０個以下の粒子の直径を測定して、平均を計算する。
次に、粒子が集合して構成された突起状粒子の平均直径としては、５〜１００μｍであることが好ましい。突起状粒子の平均直径が５μｍより小さい場合には、該溶射膜上に膜状物質が付着する際に、膜状物質が突起した突起状粒子の下側に入り込む余地が小さすぎるため、膜状物質の付着性が低下する。突起状粒子の平均サイズが１００μｍより大きい場合には、突起状粒子の下側に入り込む余地は大きくなるが、突起状粒子全体を完全に包み込むことが容易ではなくなり、膜状物質の堆積にムラができるため膜状物質の付着性が低下する。膜状物質の付着性がより強固になるためには、突起状粒子の平均直径としては、上述した理由により、１０〜６０μｍであることがさらに好ましい。
突起状粒子の直径は、電子顕微鏡によって数十〜数百倍程度の写真を何枚か撮影し、１００個の直径（同一方向）を測定して平均を計算することができる。
次に、粒子が集合して構成された突起状粒子の個数としては１００〜２００００個／ｍｍ２であることが好ましい。突起状粒子の平均サイズが１００個／ｍｍ２より少ない場合には、膜状物質と突起状粒子とが絡み合って結合する頻度が少なくなるため、膜状物質の付着性が低下する。突起状粒子の平均サイズが２００００個／ｍｍ２より多い場合には、突起状粒子同士が重なり合うため、付着性の効果が低減する。膜状物質の付着性がより強固になるためには、突起状粒子の存在個数としては、上述した理由により、５００〜１００００個／ｍｍ２であることがさらに好ましい。
突起状粒子の個数は、サイズと同様に、電子顕微鏡によって数十〜数百倍程度の写真を何枚か撮影し、複数の部分における任意の面積中に存在する突起状粒子の個数を測定して単位面積当たりの平均個数を求めることができる。
ここで、溶射膜上の粒子が集合して構成された突起状粒子の実例について図１、図２および図３に示す。本溶射膜は酸化イットリウムが５重量％含まれたジルコニアを原料としてプラズマ溶射されたものである。図1は、溶射膜上に形成された粒子が集合して形成された突起状粒子を示すものであり、図２は、突起状粒子がさらに集合した状態（突起状粒子の上に突起状粒子が重なっている状態）を示すものであり、図3は、図２中の突起状粒子部分を丸くマークしたものである。このようにして、適当な倍率の写真を撮影し、突起状粒子の個数および粒径を求めることができる。
また、金属溶射膜上の粒子が集合して構成された突起状粒子の実例について図４に示す。本溶射膜はアルミニウム粉末を原料として高速でプラズマ溶射されたものである。上述の酸化イットリウム添加ジルコニア溶射膜の場合と同様にして、突起状粒子の個数および粒径を求めることができる。
続いて、第３発明につき記述する。第３発明における真空装置用部品は、基材上にセラミック及び／又は金属溶射膜が形成されたものであり、該溶射膜の表面に突起状粒子が存在することを特徴とするものである。
第３発明の突起状粒子の一例を図５に示す。本溶射膜は、アルミナを原料としてプラズマ溶射されたものである。本発明の突起状粒子は、その形状が山形状を有しており、かつ角が丸みを帯びているものであり、好ましくは鋭角部分がないものである。突起の形状が鋭角であると、プラズマ処理に用いた場合、プラズマ中の電界が鋭角部分に集中して選択的にエッチングされ、パーティクルの発生原因となるからである。本発明ではこれらの突起は夫々独立したものであるか或いは幾つかの粒子が重なって形成されていても良い。好ましくは、セラミック溶射膜の場合には、突起状粒子が直径０．１〜５μｍの粒子が集合して形成され、金属溶射膜の場合には、突起状粒子が直径０．１〜１０μｍの粒子が集合して形成されているものである。
第３発明の突起状粒子の幅、高さの測定実施例について図６に示す。測定には、例えば、レーザー共焦点顕微鏡、走査型電子顕微鏡のように、画像の観察と幅・高さの計測が同時に可能な装置を用いることができる。図５のような画像観察を行った後に、突起状粒子の頂上部にかかるように直線を引き、その直線下の高さプロファイルをプロットさせる。このプロファイル上に示された突起状粒子のバックグラウンド線を引き、幅を求める。次に、当該線と突起のピークトップ点との距離を算出することで高さを求める。このようにして、各々の突起状粒子の幅２２と高さ２３を計算し、さらに高さと幅の比を計算する。突起状粒子の測定には、数十から数百倍程度の写真を何枚か撮影し、１００個の突起状粒子を任意に抽出して、幅と高さの値を求めることができる。
第３発明の空孔率の測定方法について説明する。 空孔率は、溶射膜の断面を研磨して鏡面状態に仕上げ、走査型電子顕微鏡等を用いて写真撮影することにより測定することができる。このとき、粒界を鮮明にして空孔率の測定をしやすくするために、溶射膜の断面をエッチングしてもよい。また、研磨の際に、研磨剤等が空孔の中に入り込んでしまう場合には、薬液等を使用して空孔内の清浄化処理を行ってもよい。数十から数百倍程度の写真画像から、溶射膜全体の面積と空孔の部分の面積を計算し、空孔の面積を全体の面積で割ることによって空孔率を計算することができる。このとき、空孔の数としては１００個の空孔が抽出されるように、複数枚の写真を撮影する。
第３発明の突起状粒子1個あたりの大きさは、幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍの範囲であることが好ましい。幅が１０μｍおよび高さが４μｍ未満の低くつぶれた突起物では、付着物の保持性が低下する。一方、幅が３００μｍおよび高さが６００μｍを越えても凹凸の間隔が長くなりすぎて付着膜の保持性が低下してパーティクルが発生し易くなる。以上のことから、突起状粒子の1個当たりの大きさは幅１５〜２００μｍ、高さ１０〜４００μｍの範囲、さらに好ましくは、幅２０〜１００μｍ、高さ１５〜２００μｍの範囲である。
突起状粒子の幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）については、１個当たりの大きさが上述したような理由により、０．４以上であることが好ましい。また、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）の平均値としては、０．５〜２．０であることが好ましい。０．４未満ではつぶれすぎているため付着力が弱く、２．０より大きい場合では尖り過ぎているため付着力が弱くなる。こうした理由により、幅と高さの比は平均値として０．８〜１．５であることがさらに好ましい。
第３発明の突起状粒子の数は、１ｍｍ２単位面積当たりの個数が２０〜２００００個の範囲であり、特に２００〜１００００個／ｍｍ２であることが好ましい。２０個／ｍｍ２未満では付着物の保持性が低下し、２００００個／ｍｍ２を超えると、突起状粒子が重なり合うため、突起としての効果が低減し、パーティクルが発生し易くなる。
溶射膜の空孔率としては、１０〜４０％であることが好ましい。４０％より大きい場合では溶射膜内部の粒子の結合力が弱く、該溶射膜が剥がれやすくなりパーティクル発生の原因となる。一方、１０％より小さい場合では、該溶射膜が剥がれにくくなるが、突起状粒子の形状がつぶれやすくなるため、付着膜の保持性が低下する。こうした理由により、溶射膜の空孔率として１５〜３５％であることがさらに好ましい。
このとき、上記溶射膜の下に、即ち、基材と空孔率として１０〜４０％をもつ溶射膜との間に、空孔率の異なる別の溶射膜が形成されていてもよい。この中間の溶射膜は、上層の溶射膜よりも空孔率として低いほうが、溶射膜が剥がれにくくなるためよく、好ましくは３％以上１０％未満である。
第１発明、第２発明および第３発明において、溶射膜の膜厚は特に限定されないが、５０〜１０００μｍであることが好ましい。５０μｍ未満では、突起状粒子を含む溶射膜が基材の凹凸をカバー仕切れない場合があり、また１０００μｍを超えると、溶射膜自体に応力が発生して剥がれやすくなる場合がある。こうした理由により、膜厚として７０〜５００μｍであることがさらに好ましい。
第１発明、第２発明および第３発明における溶射膜は、半導体等の製品基板の成膜、スパッタリングターゲットやプラズマ処理装置等内に用いる真空装置用の部品において、少なくとも膜状物質が付着する可能性がある部分に対して、その部分を、例えば上記膜厚をもって、被覆するように形成すればよい。
第１発明、第２発明および第３発明における基材はガラス、アルミニウム、ステンレス、チタン等の金属、アルミナ、ジルコニア、ムライト等のセラミック等、いかなる物でも用いることができる。突起状粒子、基材は同じ材質であっても良いが、それぞれ異なる材質でも良い。溶射された粉末が基材上によく溶融して、突起状粒子が均一に生成しやすくなるように、基材の上に下地層を施してもよい。下地の種類、材質、膜厚については特に限定されないが、例えば、基材と同じ材質の材料をプラズマ溶射法により成膜したり、Ｎｉ−Ｃr合金層をスパッタリングや電解めっき等の方法により成膜してもよい。
第３発明の突起状粒子を構成する金属またはセラミックの材料としては、金属においてはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ等、セラミックにおいてはアルミナ、ジルコニア、チタニア、スピネル、ジルコン等いかなる材料でも良いが、融点が高い材料の方が、溶射過程で高さと幅の比の制御が容易である。
第３発明のもうひとつの突起状粒子部品は、突起状粒子を融点の小さい材料が融点の大きい材料を包み込む様な構造として、この様な構造により山形状とすることができる。図７に模式図を示す。基材３０上に、融点の小さい材料３２が融点の大きい材料３１を包み込む様な構造の突起状粒子３３が形成されている。融点の小さい材料３２と融点の大きい材料３１の融点の差は４００℃以上あることが好ましく、さらに好ましくは１０００℃以上である。
このようにすることで融点の大きい材料３１の高さにより突起状粒子３３の高さが制御できるため、突起状粒子をより再現性よく形成できる。融点の小さい材料と融点の大きい材料の組み合わせの例としては、金属の場合ＡｌとＭｏ、ＣｕとＷ等が、セラミックの場合アルミナとジルコニア、コーディエライトとアルミナ等が挙げられる。また、金属とセラミックを組み合わせても良く、Ａｌと窒化ホウ素、Ｃｏと炭化タングステンのような組み合わせでも良い。
さらに、第１発明の真空装置用部品の製造方法につき説明する。
直径０．１〜５μｍの粒子を形成させるためのセラミック溶射材料として使用される原料粉末中には、粒成長を抑制する焼結助剤を添加すればよい。焼結助材が含まれていることによって、溶射膜中の粒子状突起の異常な粒成長を抑制することができ、さらに球状粒子が集合して構成された突起状粒子についても同様に異常な粒成長を抑制することができるため均一な組識を持つ溶射膜を得ることができる。
焼結助材としては、原料粉末として用いられるセラミックスに対して焼結助剤として知られているものを特に限定することなく用いることができる。例えば原料粉末としてジルコニアを用いる場合には、焼結助材として、酸化マグネシウム、酸化イットリム、酸化セリウム等を１〜２０重量％添加すればよく、また、原料粉末としてアルミナを用いる場合には、酸化マグネシウム等を０．０５〜１０重量％添加すればよい。
第１発明のセラミック溶射膜を形成するには、特に高純度の原料を用いることが好ましい。特に９９重量％以上、さらには９９．９重量％以上の高純度品を用いることが好ましい。溶射原料粉末は電融粉砕法、造粒法などで製造することもでき、造粒顆粒を焼結して相対密度８０％以上に緻密化した球状の粉末を用いてもよい。
さらに、原料粉末の一次粒子としては、平均粒径として０．１〜３μｍであることが好ましく、０．２〜２μｍであることがさらに好ましい。こうした一次粒子径を持つ原料粉末は、これが凝集して構成される二次粒子の均一性が向上し、本発明の粒子状突起が集合してできた突起状粒子の生成が可能となる。二次粒子の平均粒径としては、上記したような理由により５〜１００μｍであることが好ましく、１０〜６０μｍであることがさらに好ましい。
溶射の方式としては特に限定されず、フレーム溶射、アーク溶射、爆発溶射、プラズマ溶射などから選択することができる。例えば、プラズマ溶射を選択した場合、通常はアルゴンガス中で行われるが、アルゴンに水素を添加してもよい。水素を添加することでプラズマ炎の温度を高くすることが出来、特に先端部分のプラズマ温度の低下を抑制することが出来る。水素の添加は１０〜５０容量％、特に２０〜４０容量％の範囲が好ましい。
プラズマ溶射でセラミック溶射膜を形成する場合には、基材とプラズマ溶射ガンとの距離を６０ｍｍ〜１３０ｍｍの範囲で溶射して、溶射膜を製造することが好ましい。プラズマガンとセラミック溶射膜用基材との距離が６０ｍｍより短いと、基板上でプラズマ溶射した粒子が再溶融するため発明の要件となる突起状粒子が得られにくくなる。一方、１３０ｍｍより長いと、突起状粒子が良く溶けすぎた状態となり、溶射膜の基材への密着性が低下し、さらに膜状物質の付着性も低下することがある。
セラミック溶射膜の形成後に１０００〜１６００℃で熱処理してもよい。１０００℃以上に熱処理することにより、セラミック溶射膜の結晶欠陥が低減し、セラミック溶射膜の耐酸性が向上する。セラミック溶射膜の耐酸性が向上すると、真空装置の部品を成膜やプラズマ処理装置に用いた後、酸エッチングによって部品上の膜状付着物を除去する際に、セラミック溶射膜自身の溶解がなく、何回も繰り返し部品を使用することができる。熱処理の効果が発現する理由としては、例えばセラミック溶射膜がアルミナの場合、１０００℃以上で熱処理することにより、溶射膜中のγ―アルミナの含有量が減ることが挙げられる。アルミナ以外の場合でも、結晶の格子欠陥の低減によって、同様の効果が得られる。一方、熱処理温度が１６００℃を超えると、部品の割れ等の問題があり好ましくない。熱処理時間は、数分から１０時間程度、３０分から３時間程度の範囲であり、熱処理雰囲気は大気中或いは純酸素雰囲気中で行うことが好ましい。
続いて第２発明の真空装置用部品の製造方法につき説明する。
直径０．１〜１０μｍの粒子を形成させるための金属溶射材料として使用される原料粉末は、純金属粉末、合金粉末等、特に制限なく使用することができるが、粒成長を抑制する助剤を添加することが好ましい。助材が含まれていることによって、溶射膜中の粒子状突起の異常な粒成長を抑制することができ、さらに球状粒子が集合して構成された突起状粒子についても同様に異常な粒成長を抑制することができるため均一な組識を持つ溶射膜を得ることができる。
助材としては、原料粉末として用いられる金属に対して特に限定することなく用いることができる。例えば原料粉末としてアルミニウムを用いる場合には、助材として、シリコン、銅、チタン、ニッケル、鉄等を１〜５０重量％添加すればよい。
本発明の金属溶射膜を形成するには、特に高純度の原料を用いることが好ましい。特に９９重量％以上、さらには９９．９重量％以上の高純度品を用いることが好ましい。溶射原料粉末はアトマイズ法電融粉砕法、造粒法などで製造することができる。
さらに、原料粉末の一次粒子としては、平均粒径として０．１〜１０μｍであることが好ましく、０．２〜５μｍであることがさらに好ましい。こうした一次粒子径を持つ原料粉末は、これが凝集して構成される二次粒子の均一性が向上し、本発明の粒子状突起が集合してできた突起状粒子の生成が可能となる。二次粒子の平均粒径としては、上記したような理由により５〜１２０μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。
溶射の方式としては特に限定されず、フレーム溶射、アーク溶射、爆発溶射、プラズマ溶射などから選択することができる。例えば、プラズマ溶射を選択した場合、できるだけ高速で、フレームの温度を低くして成膜することが好ましい。このようにして成膜することにより、金属粉末の周囲のみをわずかに溶融させて、金属粉末が基材に到達したときに塑性変形を生じさせて、効率よく成膜することができる。
次に第３発明の突起状粒子部品の製造方法を説明する。
溶射時に溶射粉末を半溶融状態で該基材上へ衝突させることによって山形状の突起状粒子を製造することが出来る。用いる溶射法は、プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法等が挙げられるが、溶射時に溶射粉末を半溶融状態、つまり溶射パワー、溶射距離、高速フレームの火力等を調整することで図７に示すように粉末の中心付近が未溶融（４３）で周囲が溶融状態（４４）となるようにする。溶射粉末としてセラミック粉末を使用する場合には、プラズマ溶射法を用いて溶射パワーを低くすることによって、溶射粉末を半溶融状態で基材に到達させることができる。溶射粉末として金属粉末を使用する場合にも同様の方法で、溶射粉末を半溶融状態で基材に到達させることができるが、ガス流量が高いプラズマ溶射法又は高速フレーム溶射法を用いることが好ましい。こうすることで、半溶融の粒子を高速で基材に衝突させることが可能となり、塑性変形により密着性のよい膜が得られる。溶射粉末の周囲のみを均一に溶けやすくして、密着性が良好でしかも幅と高さの比が大きい表面突起を形成するためには、溶射粉末の形状は球形であることが好ましく、例えばガスアトマイズ粉を使用することができる。
本発明のもうひとつの突起状粒子部品の製造方法としては、溶射粉末を融点の小さい材料が融点の大きい材料を包み込む様に形成し、溶射時には融点の小さい材料を完全に溶融させ、融点の大きい材料は未溶融又は半溶融状態で該基材上へ衝突させることである。
なお、本発明においては、基材上に、十分な量の突起状粒子をもった溶射膜を形成するために、溶射を２回以上行うことが好ましい。
また、溶融粉末を半溶融状態にするための溶射条件、または融点の小さい材料を完全に溶融させ、融点の大きい材料は未溶融もしくは半溶融状態にするための溶融条件は、使用する溶射粉末によっても異なり、一義的に規定することは困難であるが、当業者であれば複数回の溶射試験を行うことにより、容易に決定することが可能である。
粒子状突起の製造に用いる溶射粉末の粒径（二次粒径）は、平均粒径５〜１００μｍであることが好ましく、平均粒径１０〜６０μｍであることがさらに好ましい。平均粒径５μｍ未満では原料粉末自身に十分な流動性がないためフレーム中に原料を均一に導入することが難しい。一方、平均粒径が１００μｍを超えると、溶射粒子の溶融が不均一となり、得られる突起状粒子の基材に対する密着性が悪くなり易い。また、溶射に用いる粒子の大きさはできるだけ揃っていることが、突起状粒子の形状を均一にして付着膜の保持性を高めることができる。
上述の各方法により得られた、第１発明、第２発明または第３発明にかかる真空装置用部品は、溶射膜を形成した後に、更に超純水等を使用した超音波洗浄を行い、乾燥すれば良い。最終の超音波洗浄に先立って、硝酸等の弱酸の中に真空装置用部品を浸漬して、溶射膜表面の清浄化処理を実施してもよい。
さらに本発明では、上記に示した真空装置用部品を用いた成膜装置を提案するものである。本発明でいう成膜装置の成膜方法は限定しないが、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ法等が例示できる。真空装置用部品の使用方法としては、当該装置内で成膜する製品基板以外で、膜状物質が堆積する部分に用いる部品として用いることが好ましい。例えばベルジャーまたは、シールドとして用いることが挙げられる。特にタングステンやチタンのＣＶＤ成膜装置や窒化チタンのスパッタ装置において、本発明の真空装置用部品をベルジャーやシールドに使用すれば、基材と突起状粒子の熱膨張率差による割れや剥がれがなく、付着した膜状物質の剥離によるパーティクルの発生がなく、長時間の連続成膜が可能な装置となり得る。
また、本発明では、上記に示した真空装置用部品を用いたプラズマエッチング装置とプラズマクリーニング装置を提案するものである。真空装置用部品の使用方法は、これらの装置の中で膜状物質が付着する部位、或いはプラズマと接触して部品表面が剥離し易い部位に用いることが好ましく、例えばリング状クランプ部品またはシールドとして用いることが挙げられる。
プラズマエッチング装置、プラズマクリーニング装置とは、装置内に設置した製品にプラズマを照射し、製品の表面を剥離、或いは清浄化する装置である。
ここで、プラズマエッチング装置で膜が堆積する部分とは、プラズマエッチング装置内で製品にプラズマを照射し、製品表面を剥離した際、剥離された物質が飛散して装置内に付着する部分のことである。本発明でいうプラズマによりエッチングされる部分とは、装置内の製品以外の部分でプラズマが接触してエッチングされる部分をさす。本来これらの装置ではプラズマを製品に照射して当該製品表面を剥離するものであるが、当該プラズマを製品だけに選択的に照射することは困難であり、装置内の製品周辺の装置部品にもプラズマが接触し、当該部分の表面が剥離される。そういう部分の部品に、本発明の部品を用いれば、プラズマによるエッチングがされ難く、パーティクルの発生が少ない。
次にプラズマクリーニング装置で膜が堆積する部分とは、プラズマクリーニング装置内で製品にプラズマを照射して逆スパッタ、即ち製品表面を清浄化した際、清浄化で除去された物質が飛散して装置内に付着する部分のことである。ここでプラズマクリーニング装置でもプラズマエッチング装置でも、製品表面をプラズマで剥離する原理は基本的に同じものである。本発明でいうプラズマクリーニングにより逆スパッタされる部分とは、製品以外の部品にプラズマが接触して逆スパッタ（エッチングによる清浄化）される部分をさす。本来これらの装置ではプラズマを製品に照射して当該製品表面を清浄化するものであるが、当該プラズマを製品だけに選択的に照射することは困難であり、装置内の製品周辺の装置部品にもプラズマが接触し、当該部分の表面も清浄化される。
本発明は、真空装置用部品として、上記した突起状粒子からなる溶射膜が形成されたスパッタリングターゲットを提案するものでもある。こうすることにより、スパッタされた粒子がターゲット上或いはバッキングプレート上に飛来した時、パーティクル発生の原因となるスパッタ粒子（再デポ粉末）を効率よく溶射膜表面上に付着させることができる。溶射膜が形成される材料としては、特に限定されないが、スパッタリング装置内の汚染を防止するため、ターゲット材料と同じ材料を使用することが好ましい。
スパッタリングターゲットにおいて、本発明の溶射膜が形成されている部分としては、ターゲット表面のスパッタされない部分（非エロージョン部）が好ましい。このとき、再デポ粉末の発生量に応じて、非エロージョン部の全面もしくは一部に本発明の溶射膜を施すことができる。再デポ粉末がターゲットだけでなく、バッキングプレート上にも発生する場合には、当該バッキングプレート表面にも本発明の溶射膜を形成してもよい。バッキングプレートに溶射膜を形成させる場合、溶射膜が形成される材料としては特に限定されないが、例えば無酸素銅の材質のバッキングプレートに、銅、アルミニウム、チタンなどの粉末を使用することができる。さらに、ターゲット或いはバッキングプレートの側面部分にも再デポ粉末が発生している場合には、発生量に応じて側面部分にも本発明の溶射膜を施してもよい。
本発明の真空装置用部品は、従来部品に比べて膜状物質の付着性に優れるため、成膜装置やプレクリーニング装置に使用した際に、膜状物質の剥離に起因する発塵による製品汚染がなく、なおかつ長時間の連続使用が可能である。
本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
実施例１
石英ベルジャー内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、石英ベルジャーの内面に、ＡｒとＨ２の流量比を８０：２０、投入電力：３５ｋＷでプラズマ溶射により、ジルコニア溶射膜を形成した。原料粉末としては、５重量％の酸化イットリウム（純度：９９．９％）が添加された安定化ジルコニア顆粒粉末（一次平均粒径０．２μｍ、平均粒径５０μｍ、純度：９９．９％）を使用した。プラズマガンと石英ベルジャーとの距離は７０ｍｍとした。溶射後、温度４０℃に保たれた５重量％の硝酸水溶液に１時間浸漬後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、セラミック溶射膜が部分安定化ジルコニアである石英ベルジャーを完成した。
石英ベルジャー内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、石英ベルジャーの内面に、ＡｒとＨ２の流量比を８０：２０、投入電力：３５ｋＷでプラズマ溶射により、ジルコニア溶射膜を形成した。原料粉末としては、５重量％の酸化イットリウム（純度：９９．９％）が添加された安定化ジルコニア顆粒粉末（一次平均粒径０．２μｍ、平均粒径５０μｍ、純度：９９．９％）を使用した。プラズマガンと石英ベルジャーとの距離は７０ｍｍとした。溶射後、温度４０℃に保たれた５重量％の硝酸水溶液に１時間浸漬後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、セラミック溶射膜が部分安定化ジルコニアである石英ベルジャーを完成した。
製品ベルジャーと同一の条件にて、５インチ角の石英基材にジルコニア溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．２〜４．０μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。２００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは２０μｍであった。さらに、２００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は９５０個／ｍｍ２であった。
上述した方法により製造した石英べルジャーをプレクリーニング装置に取り付けて使用した。使用開始から２２０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかった。
実施例２
実施例１において、プラズマガンと石英ベルジャーとの距離を１２０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件にて石英ベルジャー製品および5インチ角ジルコニア溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．２〜３．６μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。２００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは３２μｍであった。さらに、２００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は４００個／ｍｍ２であった。
実施例１において、プラズマガンと石英ベルジャーとの距離を１２０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件にて石英ベルジャー製品および5インチ角ジルコニア溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．２〜３．６μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。２００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは３２μｍであった。さらに、２００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は４００個／ｍｍ２であった。
上述した方法により製造した石英べルジャーをプレクリーニング装置に取り付けて使用した。使用開始から２５０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかった。
実施例３
石英ベルジャー内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、石英ベルジャーの内面に、ＡｒとＨ２の流量比を７５：２５、プラズマガンと石英ガラス基材の距離を６５ｍｍ、投入電力：３５ｋＷとしてプラズマ溶射によりアルミナ溶射膜を形成した。プラズマ溶射には、１重量％のマグネシア（純度：９９．９％）を添加したアルミナ顆粒粉末（一次平均粒径０．５μｍ、平均粒径２５μｍ、純度：９９．９％）を用いた。溶射後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、石英ベルジャーを完成した。
石英ベルジャー内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、石英ベルジャーの内面に、ＡｒとＨ２の流量比を７５：２５、プラズマガンと石英ガラス基材の距離を６５ｍｍ、投入電力：３５ｋＷとしてプラズマ溶射によりアルミナ溶射膜を形成した。プラズマ溶射には、１重量％のマグネシア（純度：９９．９％）を添加したアルミナ顆粒粉末（一次平均粒径０．５μｍ、平均粒径２５μｍ、純度：９９．９％）を用いた。溶射後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、石英ベルジャーを完成した。
製品ベルジャーと同一の条件にて、５インチ角の石英基材にマグネシア添加アルミナ溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．５〜３．５μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１５０倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは１６μｍであった。さらに、１５０倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は１０８０個／ｍｍ２であった。
上述した方法により製造した石英べルジャーをＣＶＤによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から１５０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかった。
実施例４
実施例３において、プラズマガンと石英ベルジャーとの距離を１２５ｍｍとした以外は、実施例３と同様の条件にて石英ベルジャー製品および5インチ角マグネシア添加アルミナ溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．５〜３．９μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１５０倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは２２μｍであった。さらに、１５０倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は８６０個／ｍｍ２であった。
実施例３において、プラズマガンと石英ベルジャーとの距離を１２５ｍｍとした以外は、実施例３と同様の条件にて石英ベルジャー製品および5インチ角マグネシア添加アルミナ溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．５〜３．９μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１５０倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは２２μｍであった。さらに、１５０倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は８６０個／ｍｍ２であった。
上述した方法により製造した石英べルジャーをＣＶＤによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から１８０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかった。
実施例５
ステンレス製のドーナツリング内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、ドーナツリングの内面に、プラズマガスとしてＮ２ガスを使用し、プラズマガンとステンレス基材の距離を７５ｍｍ、投入電力：４０ｋＷとしてプラズマ溶射によりイットリア溶射膜を形成した。原料粉末として純度９９．９％のイットリア顆粒粉末（一次平均粒径０．３μｍ、平均粒径３５μｍ）に純度９９．９％の酸化ランタン顆粒粉末（一次平均粒径０．３μｍ、平均粒径３０μｍ）が１５重量％添加されたものを用いた。溶射後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、セラミック溶射膜がイットリア−酸化ランタンであるスパッタリング用シールドを完成した。
ステンレス製のドーナツリング内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、ドーナツリングの内面に、プラズマガスとしてＮ２ガスを使用し、プラズマガンとステンレス基材の距離を７５ｍｍ、投入電力：４０ｋＷとしてプラズマ溶射によりイットリア溶射膜を形成した。原料粉末として純度９９．９％のイットリア顆粒粉末（一次平均粒径０．３μｍ、平均粒径３５μｍ）に純度９９．９％の酸化ランタン顆粒粉末（一次平均粒径０．３μｍ、平均粒径３０μｍ）が１５重量％添加されたものを用いた。溶射後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、セラミック溶射膜がイットリア−酸化ランタンであるスパッタリング用シールドを完成した。
スパッタリング用シールドと同一の条件にて、５インチ角のステンレス基材にイットリア−酸化ランタン溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．３〜３．２μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは１２μｍであった。さらに、１００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は２２００個／ｍｍ２であった。
上述した方法により製造したシールドをスパッタリング装置に取り付けて使用した。使用開始から１４０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかった。
実施例６
実施例５において、プラズマガンとドーナツ状リングとの距離を１１５ｍｍとした以外は、実施例５と同様の条件にてシールド製品および5インチ角イットリア−酸化ランタン溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．３〜３．４μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは１４μｍであった。さらに、１００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は１６００個／ｍｍ２であった。
実施例５において、プラズマガンとドーナツ状リングとの距離を１１５ｍｍとした以外は、実施例５と同様の条件にてシールド製品および5インチ角イットリア−酸化ランタン溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．３〜３．４μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは１４μｍであった。さらに、１００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は１６００個／ｍｍ２であった。
上述した方法により製造したシールドをスパッタリング装置に取り付けて使用した。使用開始から１６０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかった。
実施例７
実施例５において、プラズマガンとドーナツ状リングとの距離を１８０ｍｍとした以外は、実施例５と同様の条件にてシールド製品および5インチ角イットリア−酸化ランタン溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．３〜４．８μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは２５μｍであった。さらに、１００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は３００個／ｍｍ２であった。
実施例５において、プラズマガンとドーナツ状リングとの距離を１８０ｍｍとした以外は、実施例５と同様の条件にてシールド製品および5インチ角イットリア−酸化ランタン溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して、表面のＳＥＭ観察を実施したところ、０．３〜４．８μｍの範囲にある微細な球状粒子からなる突起状粒子の存在が確認された。１００倍にて撮影したＳＥＭ写真より、１００個の突起状粒子を任意に抽出したところ、平均サイズは２５μｍであった。さらに、１００倍にて撮影した１０枚の当該写真から測定した突起状粒子の個数を測定したところ、平均個数は３００個／ｍｍ２であった。
上述した方法により製造したシールドをスパッタリング装置に取り付けて使用した。使用開始から１００時間を経過した後において、装置内部に膜状物質が剥離しかかっている様子が観察された。
比較例１
石英ベルジャー内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、石英ベルジャーの内面に、ＡｒとＨ２の流量比を７０：３０、投入電力：４０ｋＷとしてプラズマ溶射により、アルミナ溶射膜を形成した。原料粉末としては、純度９９．９９％のアルミナ顆粒粉末（一次平均粒径０．５μｍ、平均粒径４５μｍ）を使用した。プラズマガンと石英ベルジャーとの距離は１５０ｍｍとした。溶射後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、セラミック溶射膜が高純度アルミナである石英ベルジャーを完成した。
石英ベルジャー内面をホワイトアルミナのグリットＷＡ＃６０を用いて、圧力０．５ＭＰａでブラスト後、純水で超音波洗浄し、オーブンで乾燥した。その後、石英ベルジャーの内面に、ＡｒとＨ２の流量比を７０：３０、投入電力：４０ｋＷとしてプラズマ溶射により、アルミナ溶射膜を形成した。原料粉末としては、純度９９．９９％のアルミナ顆粒粉末（一次平均粒径０．５μｍ、平均粒径４５μｍ）を使用した。プラズマガンと石英ベルジャーとの距離は１５０ｍｍとした。溶射後、超純水で超音波洗浄し、クリーンオーブンで乾燥し、セラミック溶射膜が高純度アルミナである石英ベルジャーを完成した。
製品ベルジャーと同一の条件にて、５インチ角の石英基材にアルミナ溶射膜を製造した。基材からサンプルを切り出して表面のＳＥＭ観察を実施したところ、溶射膜表面はよく溶融したスプラットで構成されており、５μｍ以下の球状粒子から構成される突起状粒子は観察されなかった。
上述した方法により製造した石英べルジャーをプレクリーニング装置に取り付けて使用した。使用開始から７０時間を経過した後において、装置内部に膜状物質の剥離による粒子が観測された。
比較例２
比較例１と同様の方法で製造した石英ベルジャーをＣＶＤによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から７０時間を経過した後において、装置内部に膜状物質の剥離による粒子が採取された。
比較例１と同様の方法で製造した石英ベルジャーをＣＶＤによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から７０時間を経過した後において、装置内部に膜状物質の剥離による粒子が採取された。
実施例８
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５１としてアルゴンと水素の流量比８０：２０とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを６００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が４０μｍのアルミナ粉末の粉末供給量を２０ｇ／分として、２５ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を、基材である石英上に形成した。
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５１としてアルゴンと水素の流量比８０：２０とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを６００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が４０μｍのアルミナ粉末の粉末供給量を２０ｇ／分として、２５ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を、基材である石英上に形成した。
溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１００μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。表面層の電子顕微鏡写真を図５に示す。
突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１０〜７０μｍ、高さは５〜１００μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．２であり、突起の数は１０００個／ｍｍ２であった。
溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は２５％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
比較例３
溶射パワーを３５ｋＷとした以外は、実施例８と同条件で溶射して表面層を形成した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１２０μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅２０〜２００μｍ、高さは４〜１００μｍであり、１００個の突起状粒子の中には、幅と高さの比が０．３である偏平粒子が観察された。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は３％であった。この偏平粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、粒子中心部までも溶融していることが認められた。
溶射パワーを３５ｋＷとした以外は、実施例８と同条件で溶射して表面層を形成した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１２０μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅２０〜２００μｍ、高さは４〜１００μｍであり、１００個の突起状粒子の中には、幅と高さの比が０．３である偏平粒子が観察された。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は３％であった。この偏平粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、粒子中心部までも溶融していることが認められた。
実施例９
溶射パワーを３０ｋＷとして、平均粒径が６０μｍのアルミナ粉末を用いたこと以外は実施例８と同条件で試料を作製した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１２０μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１５〜１００μｍ、高さは５〜８５μｍであり、高さと幅の比の平均値は０．９であり、突起の数は７３０個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は１８％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
溶射パワーを３０ｋＷとして、平均粒径が６０μｍのアルミナ粉末を用いたこと以外は実施例８と同条件で試料を作製した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１２０μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１５〜１００μｍ、高さは５〜８５μｍであり、高さと幅の比の平均値は０．９であり、突起の数は７３０個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は１８％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例１０
溶射パワーを３２ｋＷとして、平均粒径が５０μｍのアルミナ粉末を用いたこと以外は実施例８と同条件で試料を作製した。さらにこの溶射膜上に溶射パワーを２０ｋｗとして、平均粒径が２５μｍのアルミナ粉末を用いて、その他の条件は実施例８と同じ条件で試料を作製した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、２００μｍであり、表面層には０．６〜３．６μｍの範囲にある微細な球状粒子が集合してなる、山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１０〜６５μｍ、高さは６〜１２０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．６であり、突起の数は１３００個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、上層の空孔率は３２％であり、下層の空孔率は８％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
溶射パワーを３２ｋＷとして、平均粒径が５０μｍのアルミナ粉末を用いたこと以外は実施例８と同条件で試料を作製した。さらにこの溶射膜上に溶射パワーを２０ｋｗとして、平均粒径が２５μｍのアルミナ粉末を用いて、その他の条件は実施例８と同じ条件で試料を作製した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、２００μｍであり、表面層には０．６〜３．６μｍの範囲にある微細な球状粒子が集合してなる、山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１０〜６５μｍ、高さは６〜１２０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．６であり、突起の数は１３００個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、上層の空孔率は３２％であり、下層の空孔率は８％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例１１
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比７５：２５とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを５００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が３０μｍの球状銅粉末の粉末供給量を１５ｇ／分として、２０ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を基材であるステンレス上に形成した。
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比７５：２５とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを５００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が３０μｍの球状銅粉末の粉末供給量を１５ｇ／分として、２０ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を基材であるステンレス上に形成した。
溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１００μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１５〜６５μｍ、高さは１０〜９５μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．３であり、突起の数は１２５０個／ｍｍ２であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例１２
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、ガス流量を実施例８のときの２倍の８０ＳＬＭとした。プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比９０：１０とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを１０００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が６５μｍの球状アルミニウム粉末の供給量を１０ｇ／分として、７０ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を基材であるステンレス上に形成した。
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、ガス流量を実施例８のときの２倍の８０ＳＬＭとした。プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比９０：１０とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを１０００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が６５μｍの球状アルミニウム粉末の供給量を１０ｇ／分として、７０ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を基材であるステンレス上に形成した。
溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１５０μｍであり、表面層には２〜９μｍの範囲にある微細な球状粒子が集合してなる、山形状の突起状粒子の存在が認められた。表面層の電子顕微鏡写真を図４に示す。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅２０〜８０μｍ、高さは２５〜１５０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．８であり、突起の数は３２０個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は３０％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部がわずかに溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
比較例４
溶射パワーを３５ｋＷとした以外は実施例１１と同条件で溶射して表面層を形成した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１１０μｍであり、表面層には。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１５〜１８０μｍ、高さは３〜７０μｍであり、１００個の突起状粒子の中には、幅と高さの比（Ｈ／Ｗ）が０．２である偏平粒子が観察された。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は８％であった。この偏平粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、粒子中心部までも溶融していることが認められた。
溶射パワーを３５ｋＷとした以外は実施例１１と同条件で溶射して表面層を形成した。溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１１０μｍであり、表面層には。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１５〜１８０μｍ、高さは３〜７０μｍであり、１００個の突起状粒子の中には、幅と高さの比（Ｈ／Ｗ）が０．２である偏平粒子が観察された。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は８％であった。この偏平粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、粒子中心部までも溶融していることが認められた。
実施例１３
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比９０：１０とし、溶射距離５４を８０ｍｍとし、溶射ガンを４００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が３５μｍの安定化ジルコニア粉末の周囲に、平均粒径が３０μｍのアルミナ粉末を１：１の割合でコーティングさせた粉末を供給量１５ｇ／分として、２５ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比９０：１０とし、溶射距離５４を８０ｍｍとし、溶射ガンを４００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が３５μｍの安定化ジルコニア粉末の周囲に、平均粒径が３０μｍのアルミナ粉末を１：１の割合でコーティングさせた粉末を供給量１５ｇ／分として、２５ｋＷのパワーで２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。
溶射した基材を顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、溶射膜の膜厚は、１３０μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１０〜９０μｍ、高さは１０〜１３０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．２であり、突起の数は１３５０個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は２０％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部に存在するアルミナ粉末が溶融し、溶射粉末の中心部に存在するジルコニア粉末が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例１４
次に得られた試料の付着物に対する保持性を評価するため、スパッタ法を用いて実施例８から１３及び、比較例３から４の試料に窒化珪素膜を直接成膜して付着性について試験を行った。到達真空５×１０−５Ｐａまで真空に引いた後、珪素のターゲットを用いてアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスを０．３Ｐａの圧力まで導入し、室温で窒化珪素の膜厚を１００μｍ形成した。成膜後、大気に戻して１日放置後に各試料を６００℃で１時間加熱し、室温に戻ってから顕微鏡で検査したところ、実施例８〜１３の試料では剥離やパーティクルの発生は全く見られなかったが、比較例３〜４の試料では剥離が認められた。
次に得られた試料の付着物に対する保持性を評価するため、スパッタ法を用いて実施例８から１３及び、比較例３から４の試料に窒化珪素膜を直接成膜して付着性について試験を行った。到達真空５×１０−５Ｐａまで真空に引いた後、珪素のターゲットを用いてアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスを０．３Ｐａの圧力まで導入し、室温で窒化珪素の膜厚を１００μｍ形成した。成膜後、大気に戻して１日放置後に各試料を６００℃で１時間加熱し、室温に戻ってから顕微鏡で検査したところ、実施例８〜１３の試料では剥離やパーティクルの発生は全く見られなかったが、比較例３〜４の試料では剥離が認められた。
実施例１５
実施例８から９及び比較例３の方法により作製した石英ベルジャーをＣＶＤによる成膜装置に取り付けて使用した。実施例８から９のシールドにおいては、使用開始から１６０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかったが、比較例３のシールドにおいては、使用開始から７０時間を経過した後において、膜状物質の剥離による粒子が観測された。
実施例８から９及び比較例３の方法により作製した石英ベルジャーをＣＶＤによる成膜装置に取り付けて使用した。実施例８から９のシールドにおいては、使用開始から１６０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかったが、比較例３のシールドにおいては、使用開始から７０時間を経過した後において、膜状物質の剥離による粒子が観測された。
実施例１６
実施例１０から１３及び比較例４の方法により作製したシールドをスパッタリングによる成膜装置に取り付けて使用した。実施例１０から１３のシールドにおいては、使用開始から１５０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかったが、比較例４のシールドにおいては、使用開始から６０時間を経過した後において、膜状物質の剥離による粒子が観測された。
実施例１０から１３及び比較例４の方法により作製したシールドをスパッタリングによる成膜装置に取り付けて使用した。実施例１０から１３のシールドにおいては、使用開始から１５０時間を経過した後においても、装置内部に膜状物質の剥離による粒子は採取されなかったが、比較例４のシールドにおいては、使用開始から６０時間を経過した後において、膜状物質の剥離による粒子が観測された。
実施例１７
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比９５：５とし、溶射距離５４を１２０ｍｍとし、溶射ガンを４００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が１５μｍのＩＴＯ粉末（酸化インジウムー酸化スズ１０重量％）の粉末供給量を２０ｇ／分として、２５ｋＷのパワーでＩＴＯターゲット（酸化スズ１０重量％）表面に２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、ＩＴＯターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにＩＴＯ溶射膜を形成した。
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてアルゴンと水素の流量比９５：５とし、溶射距離５４を１２０ｍｍとし、溶射ガンを４００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が１５μｍのＩＴＯ粉末（酸化インジウムー酸化スズ１０重量％）の粉末供給量を２０ｇ／分として、２５ｋＷのパワーでＩＴＯターゲット（酸化スズ１０重量％）表面に２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、ＩＴＯターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにＩＴＯ溶射膜を形成した。
溶射したターゲットを顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、膜厚は１３０μｍであり、表面層には山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１０〜１４０μｍ、高さは８〜１２０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は０．９であり、突起の数は１３００個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は２４％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例１８
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてガス流量を７０ＳＬＭとし、アルゴンと水素の流量比９０：１０とし、溶射距離５４を１２５ｍｍとし、溶射ガンを３００ｍｍ／秒の速度、３ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が３０μｍの球状クロム粉末の粉末供給量を１５ｇ／分として、８０ｋＷのパワーでクロムターゲット表面に２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、クロムターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにクロム溶射膜を形成した。
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてガス流量を７０ＳＬＭとし、アルゴンと水素の流量比９０：１０とし、溶射距離５４を１２５ｍｍとし、溶射ガンを３００ｍｍ／秒の速度、３ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が３０μｍの球状クロム粉末の粉末供給量を１５ｇ／分として、８０ｋＷのパワーでクロムターゲット表面に２回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、クロムターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにクロム溶射膜を形成した。
溶射したターゲットを顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、膜厚は１５０μｍであり、表面層には０．８〜６．７μｍの範囲にある微細な球状粒子が集合してなる、山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅１２〜１３０μｍ、高さは１０〜１４０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．１であり、突起の数は８００個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は２２％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例１９
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてガス流量を９０ＳＬＭとし、アルゴンと水素の流量比９２：８とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを４５０ｍｍ／秒の速度、３．５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が７０μｍの球状アルミニウム粉末の粉末供給量を８ｇ／分として、７０ｋＷのパワーでアルミニウムターゲット表面および側面に４回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、アルミニウムターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにアルミニウム溶射膜を形成した。
図８に示すようなプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガス５２としてガス流量を９０ＳＬＭとし、アルゴンと水素の流量比９２：８とし、溶射距離５４を１００ｍｍとし、溶射ガンを４５０ｍｍ／秒の速度、３．５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が７０μｍの球状アルミニウム粉末の粉末供給量を８ｇ／分として、７０ｋＷのパワーでアルミニウムターゲット表面および側面に４回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、アルミニウムターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにアルミニウム溶射膜を形成した。
さらに、平均粒径が５５μｍの銅−アルミニウム混合粉末を用いたこと以外は、上記アルミニウム粉末と同条件で、無酸素銅製バッキングプレートの表面および側面に４回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。
溶射したターゲットを顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、膜厚は１８０μｍであり、表面層には２．５〜１０μｍの範囲にある微細な球状粒子が集合してなる、山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅２５〜２００μｍ、高さは１６〜１３０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は０．８であり、突起の数は２８０個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は１２％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部が溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例２０
高速で成膜可能な高速フレーム溶射装置を用いて、燃料ガスとして圧力０．７MＰaのプロパンガス、燃焼ガスとして圧力１．０MＰaの酸素ガスを使用し、溶射距離を１４０ｍｍとし、溶射ガンを５００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が６０μｍの球状アルミニウム粉末の粉末供給量を１０ｇ／分として、アルミニウムターゲットおよびバッキングプレートの表面および側面に、４回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、アルミニウムターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにアルミニウム溶射膜を形成した
溶射したターゲットを顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、膜厚は２００μｍであり、表面層には１．４〜５．０μｍの範囲にある微細な球状粒子が集合してなる、山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅２０〜１８０μｍ、高さは２５〜２４０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．６であり、突起の数は４８０個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は２０％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部がわずかに溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
高速で成膜可能な高速フレーム溶射装置を用いて、燃料ガスとして圧力０．７MＰaのプロパンガス、燃焼ガスとして圧力１．０MＰaの酸素ガスを使用し、溶射距離を１４０ｍｍとし、溶射ガンを５００ｍｍ／秒の速度、５ｍｍピッチで溶射ガンを移動させながら、平均粒径が６０μｍの球状アルミニウム粉末の粉末供給量を１０ｇ／分として、アルミニウムターゲットおよびバッキングプレートの表面および側面に、４回溶射し、突起状粒子を有する表面層を形成した。このとき、アルミニウムターゲット表面のエロージョン部には溶射されないようにマスキングをして、非エロージョン部のみにアルミニウム溶射膜を形成した
溶射したターゲットを顕微鏡観察が可能なサイズに切り出し、超音波洗浄、乾燥後、レーザー共焦点顕微鏡で溶射膜表面および断面を観察したところ、膜厚は２００μｍであり、表面層には１．４〜５．０μｍの範囲にある微細な球状粒子が集合してなる、山形状の突起状粒子の存在が認められた。突起状粒子１００個を任意に抽出して測定した結果、突起1個当たりの大きさは幅２０〜１８０μｍ、高さは２５〜２４０μｍであり、高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）の平均値は１．６であり、突起の数は４８０個／ｍｍ２であった。溶射膜の断面を研磨して鏡面に仕上げ、電子顕微鏡写真を撮影して空孔率の測定を行ったところ、空孔率は２０％であった。突起状粒子の断面を研磨して偏光顕微鏡で観察したところ、大部分の突起状粒子には核のようなものが見られ、溶射粉末の周辺部がわずかに溶融し、中心部が未溶融のまま溶射されていることがわかった。
実施例２１
実施例１７〜２０により作製したターゲットをスパッタリングによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から１００時間を経過した後においてターゲット表面を観察したところ、ターゲット表面に再デポ粉末が強固に付着しており、素手で剥離しようとしても剥がれない程度に付着していた。
実施例１７〜２０により作製したターゲットをスパッタリングによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から１００時間を経過した後においてターゲット表面を観察したところ、ターゲット表面に再デポ粉末が強固に付着しており、素手で剥離しようとしても剥がれない程度に付着していた。
比較例５
実施例１７と同様の方法によりＩＴＯターゲット表面にＩＴＯ粉末を溶射しないこと以外は、実施例２１と同様の方法にて、ＩＴＯターゲットをスパッタリングによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から５０時間を経過した後においてターゲット表面を観察したところ、ターゲットの非エロージョン部から再デポ粉末が剥離しており、さらにターゲットのエロージョン部周辺には、再デポ粉末が散乱している様子が観察された。
実施例１７と同様の方法によりＩＴＯターゲット表面にＩＴＯ粉末を溶射しないこと以外は、実施例２１と同様の方法にて、ＩＴＯターゲットをスパッタリングによる成膜装置に取り付けて使用した。使用開始から５０時間を経過した後においてターゲット表面を観察したところ、ターゲットの非エロージョン部から再デポ粉末が剥離しており、さらにターゲットのエロージョン部周辺には、再デポ粉末が散乱している様子が観察された。
２０：突起状粒子
２１：高さプロファイル
２２：突起状粒子の幅
２３：突起状粒子の高さ
３０：基材
３１：融点が高い溶射材料
３２：融点が低い溶射材料
３３：突起状粒子
４０：溶射ガン
４１：溶射フレーム
４２：溶射粉末
４３：飛行溶射粒子の未溶融部分
４４：飛行溶射粒子の溶融部分
４５：飛行溶射粒子の未溶融部分から成る突起状粒子の核
４６：飛行溶射粒子の溶融部分から成る突起状粒子の皮
５０：カソード
５１：アノード
５２：プラズマガス（供給口）
５３：溶射粉末（供給口）
５４：溶射距離
５５：基材
５６：突起状粒子層
２１：高さプロファイル
２２：突起状粒子の幅
２３：突起状粒子の高さ
３０：基材
３１：融点が高い溶射材料
３２：融点が低い溶射材料
３３：突起状粒子
４０：溶射ガン
４１：溶射フレーム
４２：溶射粉末
４３：飛行溶射粒子の未溶融部分
４４：飛行溶射粒子の溶融部分
４５：飛行溶射粒子の未溶融部分から成る突起状粒子の核
４６：飛行溶射粒子の溶融部分から成る突起状粒子の皮
５０：カソード
５１：アノード
５２：プラズマガス（供給口）
５３：溶射粉末（供給口）
５４：溶射距離
５５：基材
５６：突起状粒子層
Claims (15)
- 基材上に、セラミック溶射膜を形成した真空装置用部品であって、該溶射膜の表面に直径０．１〜５μｍの粒子が集合した突起状粒子が、分散して存在することを特徴とする真空装置用部品。
- 基材上に、金属溶射膜を形成した真空装置用部品であって、該溶射膜の表面に直径０．１〜１０μｍの粒子が集合した突起状粒子が、分散して存在することを特徴とする真空装置用部品。
- 基材上に、セラミック及び／又は金属溶射膜が形成され、該溶射膜の表面に幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍ、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）の平均値が０．４以上の突起状粒子が、２０個／ｍｍ２以上〜２００００個／ｍｍ２以下の範囲で存在し、該溶射膜の空孔率が１０〜４０％であることを特徴とする真空装置用部品。
- 基材と前記溶射膜との間に、空孔率が３％以上１０％未満の、前記溶射膜とは異なる溶射膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の真空装置用部品。
- 突起状粒子の幅と高さの比の平均値が０．５以上２．０以下であることを特徴とする請求項３〜４のいずれかに記載の真空装置用部品。
- 突起状粒子の中心部が未溶融のままであることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の真空装置用部品。
- 突起状粒子が融点の異なる材料からなり、融点の小さい材料が融点の大きい材料を包み込む様に形成されていることを特徴とする請求項3から５のいずれかに記載の真空装置用部品。
- セラミック及び／又は金属からなる溶射粉末を半溶融状態で基材上へ衝突させて、基材表面に幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍ、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）の平均値が０．４以上の突起状粒子が２０個／ｍｍ２以上〜２００００個／ｍｍ２以下の範囲で存在し、該溶射膜の空孔率が１０％〜４０％となる溶射膜を設けたことを特徴とする真空装置用部品の製造方法。
- セラミック及び／又は金属からなる溶射粉末を、融点の小さい材料が融点の大きい材料を包み込む様に形成し、溶射時には融点の小さい材料を完全に溶融させ、融点の大きい材料は未溶融又は半溶融状態で基材上へ衝突させて、基材表面に幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍ、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）の平均値が０．４以上の突起状粒子が２０個／ｍｍ２以上〜２００００個／ｍｍ２以下の範囲で存在し、該溶射膜の空孔率が１０％〜４０％となる溶射膜を設けたことを特徴とする真空装置用部品の製造方法。
- ＰＶＤまたはＣＶＤ処理中に生成する膜状物質が堆積される部分に、請求項１〜６のいずれかに記載の真空装置用部品を使用してなる成膜装置。
- プラズマエッチング処理中に生成する膜状物質が堆積またはエッチングされる部分に、請求項１〜６のいずれかに記載の真空装置用部品を使用してなるプラズマエッチング装置。
- プラズマエッチング処理中に生成する膜状物質が堆積またはエッチングされる部分に、請求項１〜６のいずれかに記載の真空装置用部品を使用してなるプラズマクリーニング装置。
- 真空装置用部品であるスパッタリングターゲット材上の非エロ−ジョン部分に、セラミック及び／又は金属溶射膜を形成し、該溶射膜の表面には幅１０〜３００μｍ、高さ４〜６００μｍ、幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）の平均値が０．４以上の突起状粒子が、２０個／ｍｍ２以上〜２００００個／ｍｍ２以下の範囲で存在し、該溶射膜の空孔率が１０％〜４０％であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- ターゲット材がバッキングプレ−トに接合されてなることを特徴とする請求項１３に記載のスパッタリングターゲット。
- スパッタリングタ−ゲットの非エロ−ジョン部分が、ターゲット材の非エロージョン部分、バッキングプレートの表面部分および側面部分から選ばれる少なくとも一種の部分である請求項１４に記載のスパッタリングターゲット。
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|---|---|---|---|
| JP2004301858A JP4604640B2 (ja) | 2003-10-17 | 2004-10-15 | 真空装置用部品及びその製造方法並びにそれを用いた装置 |
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