JP2016028379A - プラズマ処理装置用の部品、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置用の部品の製造方法 - Google Patents

プラズマ処理装置用の部品、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置用の部品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】貫通孔を有しプラズマに晒される部品の耐電圧を改善するプラズマ処理装置用の部品、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置用の部品の製造方法を提供する。
【解決手段】部品は、母材70b、アルマイト層70a、及び溶射膜70sを備えている。母材70bには、複数の貫通孔70tが形成されている。母材は70b、複数の貫通孔70tの開口端が位置し、且つ粗面化処理により形成された粗面70rを有する。アルマイト層70aは、陽極酸化処理により粗面70rを含む母材の表面に形成されて、シャワープレート70の貫通孔70h、即ち、ガス吐出口が画成される。溶射膜70sは、粗面70r上にアルマイト層70aを介して設けられている。
【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置用の部品、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置用の部品の製造方法に関するものである。
電子デバイスの製造に用いられるプラズマ処理装置では、処理容器内に被処理体が収容され、当該処理容器内の空間でプラズマが生成される。このようなプラズマ処理装置では、処理容器の内壁面及び処理容器内に設けられる部品の表面に、耐プラズマ性を有する被膜が形成される。このように耐プラズマ性を有する被膜が形成される表面には、処理容器内にガスをシャワー状に吐出するシャワー部の表面が含まれる。
シャワー部は、複数のガス吐出口を有するアルミニウム製の母材を有している。この母材に被膜を形成するために、当該母材には、陽極酸化処理(アルマイト処理)が施される。このような被膜については、下記の特許文献1に記載されている。
特開平7−142455号公報
ところで、シャワー部の表面のうち特に、プラズマが生成される空間側に配置される面(以下、「第1面」という)には、より優れた耐プラズマ性が求められる。このため、第1面上にイットリア(Y)といった材料の溶射膜が形成されることがある。
しかしながら、上述したようにシャワー部の母材の表面には陽極酸化処理によってアルマイト層が形成されており、当該アルマイト層に対する溶射膜の密着性は低い。
そこで、第1面からアルマイト層を除去し、更に第1面に対して粗面化処理、例えば、ブラスト処理を施し、粗面化された第1面上に溶射膜を形成することが考えられる。
しかしながら、このように形成されたシャワー部では、貫通孔の第1面側の開口端の周囲において放電が発生し、シャワープレートに損傷がもたらされることがある。このような放電は、複数の貫通孔を有する他の部品でも生じ得る。
したがって、貫通孔を有しプラズマに晒される部品の耐電圧を改善することが必要となっている。
一態様においては、プラズマに晒されるプラズマ処理装置用の部品が提供される。この部品は、母材、アルマイト層、及び溶射膜を備えている。母材には、複数の貫通孔が形成されている。母材は、複数の貫通孔の開口端が位置し、且つ粗面化処理により形成された粗面を有する。アルマイト層は、陽極酸化処理により前記粗面を含む母材の表面に形成されている。溶射膜は、粗面上にアルマイト層を介して設けられている。一例では、溶射膜は、イットリア(Y)製である。
この部品では、粗面化処理により形成された母材の粗面上にアルマイト層が形成されており、当該母材の粗面上に設けられたアルマイト層の表面も粗面となる。したがって、母材の粗面上にアルマイト層を介して設けられる溶射膜の密着性が高められている。また、母材の粗面化処理後にアルマイト層が形成されるので、十分な厚みのアルマイト層を確保することができる。故に、この部品では、耐電圧、特に貫通孔の開口端の周囲における耐電圧が高められる。
一実施形態では、部品は、プラズマ処理装置の処理容器内にガスを吐出する部品である。一例では、この部品は、シャワープレートであり、容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極を構成していてもよい。別の実施形態では、部品は、プラズマ処理装置の処理容器の側壁と当該処理容器内に設けられた載置台との間に設けられるバッフル板であってもよい。
一実施形態では、アルマイト層は、20μm以上且つ150μm以下の膜厚を有し得る。アルマイト層の膜厚が20μm以上である場合には、優れた耐電圧が得られる。アルマイト層の膜厚は50μm以上であってもよく、かかる膜厚のアルマイト層によれば、更に優れた耐電圧が得られる。また、アルマイト層の膜厚が150μm以下である場合には、当該アルマイト層におけるクラックの発生を防止又は低減させることが可能となる。
別の態様においては、上述した一態様又は種々の実施形態のうち何れかの部品を備えたプラズマ処理装置が提供される。更に別の一態様においてはプラズマに晒されるプラズマ処理装置用の部品の製造方法が提供される。この製造方法は、(i)複数の貫通孔の開口端が位置する母材の一面に粗面化処理を適用する工程と、(ii)粗面化処理を適用する前記工程により形成された母材の粗面を含む該母材の表面にアルマイト処理を適用する工程と、(iii)アルマイト処理を適用する工程により形成されたアルマイト層上に溶射膜を形成する工程と、を含む。
以上説明したように、貫通孔を有しプラズマに晒される部品の耐電圧を改善することが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係るシャワープレートの一部分を示し、当該シャワープレートの製造工程を表す断面図である。 一実施形態に係るバッフル板の一部を拡大して示す断面図である。 実験例1〜5の引張密着強さ試験を説明するための図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図1に示すプラズマ処理装置10は、容量結合型のプラズマ処理装置であり、処理容器12を備えている。処理容器12は、略円筒形状の容器である。処理容器12の内壁面には、耐プラズマ性のための被膜が形成されている。例えば、処理容器12の内壁面には、陽極酸化処理が施されていてもよく、或いは、イットリア(Y)といった材料を用いた被膜が形成されていてもよい。この処理容器12は、その内部空間として、空間Sを提供している。
処理容器12内には、載置台14が設けられている。載置台14は、基台14a、静電チャック14b、及び支持部14cを含んでいる。基台14aは、アルミニウムといった導電性の部材から構成されており、略円盤形状を有している。
基台14aの上面の周縁領域上には、ウエハWのエッジを囲むように、フォーカスリング26が設けられている。また、基台14aの上面の中央領域上には、静電チャック14bが設けられている。基台14a及び静電チャック14bは、支持部14cによって支持されている。支持部14cは、略円筒形状を有する絶縁性の部材であり、例えば、石英から構成されている。
静電チャック14bは、例えば、絶縁膜の内層として設けられた電極膜を有し、略円盤形状を有している。静電チャック14bは、直流電源からスイッチを介して電極膜に供給される直流電圧により静電力を発生して、被処理体(以下、「ウエハW」という)を吸着する。ウエハWは、静電チャック14bの中心軸線に一致する軸線Z、即ち、延長方向に延びる軸線Z上に当該ウエハWの中心が位置するよう、静電チャック14b上に載置される。
基台14aは、下部電極を構成している。基台14aには、プラズマ生成用の高周波電力を発生する高周波電源18が、第1の整合器22を介して接続されている。高周波電源18は、27MHz以上の周波数、例えば、100MHzの高周波電力を発生する。第1の整合器22は、当該第1の整合器22の出力インピーダンスと負荷側(下部電極側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、高周波電源18は、第1の整合器22を介して上部電極16に接続されていてもよい。
また、基台14aには、イオン引き込み用の高周波バイアス電力を発生する高周波電源20が、第2の整合器24を介して接続されている。高周波電源20は、400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数、例えば、3.2MHzの高周波電力を発生する。第2の整合器24は、当該第2の整合器24の出力インピーダンスと負荷側(下部電極側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
基台14a、即ち、下部電極の上方には、空間Sを介して当該下部電極と対面するように、上部電極16が設けられている。上部電極16は、シャワープレート70及び支持体72を含んでいる。支持体72は、略円盤形状を有しており、例えば、アルミニウムから構成されている。支持体72の表面には、例えば、陽極酸化処理が施されている。支持体72は、その下面側において、シャワープレート70を支持している。
シャワープレート70は、略円盤形状を有している。このシャワープレート70には、後述する複数の貫通孔70h、即ち、複数のガス吐出口が形成されている。シャワープレート70と支持体72を含む上部電極16は、複数の貫通孔70hに連通するガス拡散室16sを提供している。ガス拡散室16sには、処理容器12の外部に設けられたガス供給部GSが接続されている。ガス供給部GSは、複数のガスソース、複数の流量制御器、及び複数のバルブを含んでいる。複数のガスソースは、対応の流量制御器及び対応のバルブを介して、ガス拡散室16sに接続されている。
また、載置台14と処理容器12の側壁との間には、バッフル板40が設けられている。バッフル板40は、略環形状を有しており、その内縁は載置台14の外周に結合されており、その外縁は処理容器12の側壁に結合されている。
バッフル板40には、複数の貫通孔40hが形成されている。これら複数の貫通孔40hは、バッフル板40の下方へのプラズマの漏れを防止することが可能な幅を有している。例えば、貫通孔40hの幅は、3mm以下である。このバッフル板40により、空間Sは、当該バッフル板40より上方の空間S1と当該バッフル板40よりも下方の空間S2とに区画される。プラズマ処理装置10を用いたウエハWの処理時には、ウエハWは空間S1内に収容され、静電チャック14bによって保持される。
バッフル板40の下方且つ処理容器12の底部には排気管42が接続されている。排気管42には、排気装置44が接続されている。排気装置44は、空間Sを減圧するための減圧ポンプ、例えば、ターボ分子ポンプを含んでいる。
また、図1に示すように、処理容器12の外側、即ち、上部電極16の上方には、電磁石30が設けられている。なお、電磁石30は設けられていなくてもよい。電磁石30は、コア部材50、及び、コイル61〜64を有している。コア部材50は、柱状部51、複数の円筒部52〜55、及びベース部56が一体形成された構造を有しており、磁性材料から構成されている。ベース部56は、略円盤形状を有しており、その中心軸線が軸線Zに一致するように設けられている。ベース部56の下面からは、柱状部51、及び複数の円筒部52〜55が下方に延びている。柱状部51は、略円柱形状を有しており、その中心軸線が軸線Zに一致するように延在している。円筒部52〜55の各々は、軸線Z方向に延びる円筒形状を有している。円筒部52〜55はそれぞれ、軸線Zを中心とする複数の同心円に沿って延在している。
柱状部51と円筒部52の間には、溝が画成されている。この溝には、柱状部51の外周面に沿って巻き回されたコイル61が収容されている。円筒部52と円筒部53の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部52の外周面に沿って巻き回されたコイル62が収容されている。また、円筒部53と円筒部54の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部53の外周面に沿って巻き回されたコイル63が収容されている。さらに、円筒部54と円筒部55の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部54の外周面に沿って巻き回されたコイル64が収容されている。これらコイル61〜64の各々の両端は、電流源に接続されている。コイル61〜64のそれぞれに対する電流の供給及び供給停止、並びに、電流の値は、後述する制御部Cntからの制御信号によって制御され得る。
制御部Cntは、プログラム可能なコンピュータ装置であることができる。制御部Cntは、高周波電源18が発生する高周波電力の大きさ、高周波電源20が発生する高周波電力の大きさ、排気装置44の排気量、ガス供給部GSから供給するガス及び当該ガスの流量、並びに、コイル61〜64のそれぞれに電流源から供給される電流を制御するための制御信号を送出することができる。
このプラズマ処理装置10を用いてプラズマ処理が実行される際には、複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスが、ガス拡散室16sを経て、複数の貫通孔70hから空間Sに吐出される。また、排気装置44によって処理容器12内の空間Sの圧力が所望の圧力に設定される。また、高周波電源18から基台14aに高周波電力が供給され、高周波電源20から基台14aに高周波バイアス電力が供給される。これにより、ウエハWの上方でガスが励起され、プラズマが生成される。さらに、コイル61〜64に電流が供給されることにより空間Sにおいて磁界が生成される。この磁界によって、ウエハW上方でのプラズマの密度分布が制御される。そして、プラズマにウエハWが晒されることにより、当該ウエハWが処理される。
以下、シャワープレート70及びバッフル板40について詳細に説明する。まず、シャワープレート70について説明する。図2は、一実施形態に係るシャワープレートの一部分を示し、当該シャワープレートの製造工程を表す断面図である。なお、図2の(a)〜(d)の各々では、シャワープレート70がプラズマ処理装置10に搭載された状態において空間S側に配置される粗面及び当該粗面の元となる第1面が上側に示されており、粗面又は第1面と反対側の面を含む部分は図示されていない。
図2の(d)に示すように、シャワープレート70は、母材70b、アルマイト層70a、及び、溶射膜70sを有している。このシャワープレート70の製造においては、まず、母材70bが準備される。図2の(a)に示すように、母材70bは、略円盤形状を有し、例えば、アルミニウムから構成されている。母材70bは、略平坦な第1面70fを有している。第1面70fは、プラズマ処理装置10では空間S側に配置される粗面の元となる面である。また、母材70bには、第1面70fから当該母材70bを板厚方向に貫通する複数の貫通孔70tが形成されている。貫通孔70tは、少なくとも、その第1面70f側の開口端においてテーパー形状を有している。換言すると、貫通孔70tの第1面70f側の開口端の周囲において、母材70bには面取り加工が施されている。例えば、貫通孔70tの第1面70f側の開口端の周囲において、母材70bには、45°面取り(所謂C面取り)又は丸み面取り(所謂R面取り)が施されている。なお、第1面70f側の開口端のみならず反対側の開口端の周囲においても、母材70bに面取り加工が施されていてもよい。
シャワープレート70の製造では、次いで、第1面70fに粗面化処理が施される。例えば、第1面70fにブラスト処理が施される。これにより、図2の(b)に示すように、粗面化処理された第1面、即ち、粗面70rが得られる。粗面70rは、例えば、1.5μm〜5μmの算術平均粗さ(Ra)を有し得る。粗面70rの形成のためのブラスト処理には、JIS R 6001に規定のF40〜F220の範囲内の研磨材(ブラスト材)を用いることができる。一例では、ブラスト処理には、JIS R 6001に規定のF60の粒度を有するアルミナ(Al)製の研磨材を用いることができる。研磨材は、シリコンカーバイト(SiC)、ガラスビーズ、ジルコニア等から構成されていてもよい。
シャワープレート70の製造では、次いで、母材70bにアルマイト処理(陽極酸化処理)が施される。陽極酸化処理には、例えば、有機酸系溶液を用いることができる。これにより、図2の(c)に示すように、粗面70r、及び、貫通孔70tを画成する面を含む母材70bの表面にアルマイト層70aが形成される。アルマイト層70aの膜厚は、例えば、20μm以上150μm以下の膜厚であり得る。また、アルマイト層70aの膜厚は、50μm以上であってもよい。このように形成されたアルマイト層70aは、粗面70r上において当該粗面70rの凹凸を反映した凹凸をもつ表面を提供する。このアルマイト層70aは、また、貫通孔70tを画成する壁面にも形成され、当該壁面に形成されたアルマイト層70aによって、シャワープレート70の貫通孔70h、即ち、ガス吐出口が画成される。
シャワープレート70の製造においては、次いで、溶射処理により、粗面70r上にアルマイト層70aを介して溶射膜70sが形成される。溶射膜70sは、例えば、イットリア(Y、酸化イットリウム)製である。この溶射膜70sの膜厚は、例えば、150μm以上250μm以下の膜厚である。
このように製造されるシャワープレート70では、粗面70r上にアルマイト層70aが形成されており、粗面70r上に設けられたアルマイト層70aの表面も粗面となる。したがって、粗面70r上にアルマイト層70aを介して設けられる溶射膜70sの密着性が高くなる。
また、このシャワープレート70は上部電極16の一部であるので、電位差が生じ得る。しかしながら、母材70bの粗面化処理後にアルマイト層70aが形成されるので、シャワープレート70には十分な厚みのアルマイト層70aが確保されている。したがって、耐電圧、特に貫通孔70hの開口端の周囲における耐電圧が高められている。故に、シャワープレート70の放電による損傷が抑制され得る。
なお、アルマイト層70aの膜厚が20μm以上であれば、優れた耐電圧が得られる。また、アルマイト層70aの膜厚が50μm以上であれば、更に優れた耐電圧が得られる。また、アルマイト層70aの膜厚が150μm以下であれば、当該アルマイト層70aにおけるクラックの発生を防止又は低減させることが可能となる。
次に、バッフル板40について説明する。図3は、一実施形態に係るバッフル板の一部を拡大して示す断面図である。図3に示すように、バッフル板40は、母材40b、アルマイト層40a、及び、溶射膜40sを有している。
母材40bは、載置台14と処理容器12の側壁との間に延在し得る環状板状の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。母材40bには、板厚方向に貫通孔が形成されている。また、これら貫通孔の開口端は、シャワープレート70の貫通孔70tと同様にテーパー形状となっている。即ち、貫通孔の開口端の周囲において、母材40bには面取り加工が施されている。
母材40bの粗面40rは、母材40bの空間S1側の面であり、平坦な母材40bの第1面に粗面化処理、例えばブラスト処理を行うことによって形成された面である。母材40bの表面には、アルマイト処理によって形成されたアルマイト層40aが設けられている。アルマイト層40aは、粗面40rの形成後に母材40bの表面に形成される。アルマイト層40aの膜厚は、20μm以上150μm以下であり得る。また、アルマイト層40aの膜厚は、50μm以上であってもよい。
アルマイト層40aは、母材40bの貫通孔を画成する壁面にも形成され、当該壁面に形成されたアルマイト層40aによって、バッフル板40の複数の貫通孔40hが画成されている。
粗面40r上にはアルマイト層40aを介して溶射膜40sが形成されている。溶射膜40sは、例えば、イットリア(Y、酸化イットリウム)製である。この溶射膜40sの膜厚は、例えば、150μm以上250μm以下の膜厚である。
なお、粗面40rと反対側の面にも粗面化処理が施され、当該粗面化処理により形成された粗面上にアルマイト層を介して溶射膜が形成されていてもよい。
このバッフル板40では、粗面40r上にアルマイト層40aが形成されており、粗面40r上に設けられたアルマイト層40aの表面も粗面となる。したがって、粗面40r上にアルマイト層40aを介して設けられる溶射膜40sの密着性が高くなる。
また、このバッフル板40には、電磁石30によって発生される磁界の影響により電位差が生じ得る。しかしながら、母材40bの粗面化処理後にアルマイト層40aが形成されるので、バッフル板40には十分な厚みのアルマイト層が確保されている。したがって、耐電圧、特に貫通孔40hの開口端の周囲における耐電圧が高められている。故に、バッフル板40の放電による損傷が抑制され得る。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態では、複数の貫通孔を有する部品としてシャワープレート70及びバッフル板40を備えているが、プラズマに晒される部品であり且つ電位差が発生し得る部品であれば任意の部材に本発明の思想が適用され得る。
また、複数の貫通孔を有する部品としては、プラズマ処理装置の処理容器の側壁に沿って処理容器内に設けられる環状のガス供給部材にも本発明の思想が適用され得る。かかるガス供給部材としては、例えば、特開2014−096553号公報に記載されたプラズマ処理装置の周辺導入部、特に当該周辺導入部の環状の管が例示される。この環状の管は、プラズマ処理装置の処理容器の筒状の側壁に沿って設けられており、且つ、当該処理容器内において鉛直方向に延びる軸線中心に環状に延在している。この環状の管には、当該軸線に対して周方向に配列された導入口(ガス導入口)、即ち複数の貫通穴が形成されている。この環状の管に本発明の思想を適用することにより、当該環状の管の耐電圧が向上され得る。
また、上述したシャワープレート70及びバッフル板40に関して上述した部品の製造方法は、プラズマ処理装置に用いられる他の部品の製造にも利用可能である。以下、シャワープレート70及びバッフル板40を含む部品の製造方法の実施形態について説明する。この部品の製造方法では、母材(例えばアルミニウム製)が所定の形状に加工される。次いで、母材の表面(又はその一部)に粗面化処理が施される。これにより母材に粗面が形成される。粗面は、例えば、1.5μm〜5μmの算術平均粗さ(Ra)を有し得る。粗面化処理には、例えば、ブラスト処理を用いることができる。ブラスト処理には、JIS R 6001に規定のF40〜F220の範囲内の研磨材(ブラスト材)を用いることができる。一例では、ブラスト処理には、JIS R 6001に規定のF60の粒度を有するアルミナ(Al2O3)製の研磨材を用いることができる。研磨材は、シリコンカーバイト(SiC)、ガラスビーズ、ジルコニア等から構成されていてもよい。
次いで、この製造方法では、母材の洗浄、乾燥が行われ、有機物等が母材から除去される。次いで、母材の粗面を含む表面にアルマイト層が形成される。アルマイト層の形成には、例えば、有機酸系溶液を用いることができる。次いで、溶射処理によってアルマイト層上に溶射膜が形成される。溶射膜は、例えば、イットリア(酸化イットリウム)製である。以上説明した処理により、部品の製造が完了する。
このようにして製造された部品は、アルマイト層の表面に粗面化処理を施して形成した粗面に溶射膜を形成することにより得られる部品よりも、高い絶縁破壊電圧、及び溶射膜の高い密着性を有する。
以下、上述した実施形態に係る部品の形成されるアルマイト層及び溶射膜の評価のために行った実験例について説明する。
(実験例1〜5、及び比較実験例1〜5)
実験例1〜5では、図4に示すサンプルを作成し、JIS H 8402に規定の引張密着強さ試験方法に従った試験を行った。具体的には、直径25mm、長さ40mmのA6061製の円柱状の母材100を準備した。次いで、母材100の一端面に対する粗面化処理により粗面100rを形成した。粗面化処理としてはブラスト処理を行った。当該ブラスト処理では、JIS R 6001に規定のF60の粒度を有するアルミナ(Al)製の研磨材を用いた。なお、粗面100rの算術平均粗さRaは3μmであった。次いで、母材100の粗面100rに対して、有機酸系溶液を用いて陽極酸化処理を行い、100μmの膜厚のアルマイト層102を形成した。次いで、アルマイト層102上に厚さ300μmの酸化イットリウム製の溶射膜104を形成した。そして、溶射膜104を、基材108の一端面に接着剤106を介して接着した。なお、基材108は、直径25mm、長さ40mmのA6061製の円柱状の部材であった。実験例1〜5では、このようにして準備したサンプルの母材100と基材108をそれらの長手方向、且つ、互いに反対方向(図4に示す矢印方向)に引っ張り、アルマイト層102と溶射膜104との界面で破断が生じた際の応力(破断応力)を測定した。
また、比較実験例1〜5においても、サンプルを作成し、JIS H 8402に規定の引張密着強さ試験方法に従った試験を行った。具体的には、直径25mm、長さ40mmのA6061製の円柱状の母材を準備した。次いで、母材の一端面にアルマイト層を形成した。次いで、アルマイト層の表面に対して粗面化処理を適用した。粗面化処理としてはブラスト処理を行った。当該ブラスト処理では、JIS R 6001に規定のF60の粒度を有するアルミナ(Al)製の研磨材を用いた。なお、ブラスト処理後のアルマイト層の表面の算術平均粗さRaは4μmであった。次いで、アルマイト層上に厚さ300μmの酸化イットリウム製の溶射膜を形成した。そして、溶射膜を、基材の一端面に接着剤106を介して接着した。なお、基材は、直径25mm、長さ40mmのA6061製の円柱状の部材であった。比較実験例1〜5では、このようにして準備したサンプルの母材と基材をそれらの長手方向、且つ反対方向に引っ張り、アルマイト層と溶射膜との界面で破断が生じた際の応力(破断応力)を測定した。
表1に実験例1〜5及び比較実験例1〜5において測定した破断応力を示す。以下の表1に示すように、比較実験例1〜5で作成したサンプル、即ち、母材の表面に、有機酸系溶液を用いてアルマイト層を形成し、当該アルマイト層に対して粗面化処理を行い、形成された粗面上に溶射膜を形成することによって得たサンプルでは、破断応力が比較的小さくなっていた。一方、実験例1〜5で作成したサンプル、即ち、母材の表面に粗面化処理を行い、形成された粗面に、有機酸系溶液を用いてアルマイト層を形成し、当該アルマイト層上に溶射膜を形成することによって得たサンプルの破断応力は、相当に大きくなっていた。
Figure 2016028379
(実験例6〜13、及び比較実験例6〜13)
実験例6〜13では、サンプルを作成し、絶縁破壊電圧を測定した。具体的には、厚さ15mm、200mm角のA6061製の板状の母材を準備した。実験例6〜12では、母材の20mm間隔の格子位置に合計100個の貫通孔を形成した。貫通孔のパラメータ、即ち、直径φ及び貫通孔の開口端のR面取りの曲率Rを表2に示す。なお、実験例13のサンプルには貫通孔を形成しなかった。また、実験例6〜13では、母材の一主面に対して粗面化処理を行った。粗面化処理としてはブラスト処理を行い、当該ブラスト処理では、JIS R 6001に規定のF60の粒度を有するアルミナ(Al)製の研磨材を用いた。なお、形成された粗面の算術平均粗さRaは3μmであった。次いで、母材の粗面に対して、有機酸系溶液を用いて陽極酸化処理を行い、100μmの膜厚のアルマイト層を形成した。次いで、アルマイト層上に厚さ200μmの酸化イットリウム製の溶射膜を形成した。
比較実験例6〜13においても、厚さ15mm、200mm角のA6061製の板状の母材を準備し、母材の20mm間隔の格子位置に合計100個の貫通孔を形成した。貫通孔のパラメータ、即ち、直径φ及び貫通孔の開口端のR面取りの曲率Rを表2に示す。なお、比較実験例13のサンプルには貫通孔を形成しなかった。次いで、有機酸系溶液を用いて母材の一主面に対して陽極酸化処理を行い、100μmの膜厚のアルマイト層を形成した。次いで、アルマイト層の表面に対して粗面化処理を適用した。粗面化処理としてはブラスト処理を行った。当該ブラスト処理では、JIS R 6001に規定のF60の粒度を有するアルミナ(Al)製の研磨材を用いた。なお、ブラスト処理後のアルマイト層の表面の算術平均粗さRaは4μmであった。次いで、アルマイト層上に厚さ200μmの酸化イットリウム製の溶射膜を形成した。
実験例6〜12及び比較実験例6〜12では、直径1mmの一対のプローブのうち一方のプローブの先端をサンプルの平坦部の一箇所に接触させ、サンプルの貫通孔の面取り部分に他方のプローブの先端を300gの荷重で接触させた。そして、一対のプローブから電流99μA、且つ、昇圧レート10V/秒で4000Vまでの電圧を印加し、絶縁破壊電圧を測定した。なお、実験例6〜12及び比較実験例6〜12では、五つの異なる貫通孔それぞれに他方のプローブの先端を接触させて、五つの絶縁破壊電圧を得た。そして、五つの絶縁破壊電圧の平均値を求めた。また、実験例13及び比較実験例13では、直径1mmの一対のプローブのうち一方のプローブの先端をサンプルの平坦部の一箇所に接触させ、サンプルの平坦部の別の箇所に他方のプローブの先端を300gの荷重で接触させた。そして、一対のプローブから電流99μA、且つ、昇圧レート10V/秒で4000Vまでの電圧を印加し、絶縁破壊電圧を測定した。なお、実験例13及び比較実験例13では、五つの異なる平坦部の箇所のそれぞれに他方のプローブの先端を接触させて、五つの絶縁破壊電圧を得た。そして、五つの絶縁破壊電圧の平均値を求めた。表2に結果を示す。以下の表2に示すように、比較実験例6〜13で作成したサンプル、即ち、母材の表面に、有機酸系溶液を用いてアルマイト層を形成し、当該アルマイト層に対して粗面化処理を行い、形成された粗面上に溶射膜を形成することによって得たサンプルでは、絶縁破壊電圧が比較的小さくなっていた。一方、実験例6〜13で作成したサンプル、即ち、母材の表面に粗面化処理を行い、形成された粗面に、有機酸系溶液を用いてアルマイト層を形成し、当該アルマイト層上に溶射膜を形成することによって得たサンプルの絶縁破壊電圧は、相当に大きく、計測限界値(4000V)と同一の値又は当該計測限界値に近い値であった。
Figure 2016028379
10…プラズマ処理装置、12…処理容器、14…載置台、16…上部電極、70…シャワープレート、70a…アルマイト層、70b…母材、70h…貫通孔、70r…粗面、70s…溶射膜、18…高周波電源、20…高周波電源、30…電磁石、40…バッフル板、40a…アルマイト層、40b…母材、40r…粗面、40s…溶射膜、44…排気装置。

Claims (11)

  1. プラズマに晒されるプラズマ処理装置用の部品であって、
    複数の貫通孔が形成された母材であり、該複数の貫通孔の開口端が位置し、且つ粗面化処理により形成された粗面を有する、該母材と、
    陽極酸化処理により、前記粗面を含む前記母材の表面に形成されたアルマイト層と、
    前記粗面上に前記アルマイト層を介して設けられた溶射膜と、
    を備える部品。
  2. 前記粗面は、1.5μm〜5μmの範囲内の算術平均粗さを有する、請求項1に記載の部品。
  3. 前記プラズマ処理装置の処理容器内にガスを吐出する、請求項1又は2に記載の部品。
  4. 前記プラズマ処理装置の処理容器の側壁と該処理容器内に設けられた載置台との間に設けられるバッフル板である、請求項1又は2に記載の部品。
  5. 前記アルマイト層は、20μm以上且つ150μm以下の膜厚を有する、請求項1〜4の何れか一項に記載の部品。
  6. 前記アルマイト層は、50μm以上の膜厚を有する、請求項5に記載の部品。
  7. 請求項1〜6の何れか一項に記載の部品を備えるプラズマ処理装置。
  8. プラズマに晒されるプラズマ処理装置用の部品の製造方法であって、
    複数の貫通孔の開口端が位置する母材の一面に粗面化処理を適用する工程と、
    粗面化処理を適用する前記工程により形成された前記母材の粗面を含む該母材の表面にアルマイト処理を適用する工程と、
    アルマイト処理を適用する前記工程により形成されたアルマイト層上に溶射膜を形成する工程と、
    を含む製造方法。
  9. 粗面化処理を適用する前記工程では、1.5μm〜5μmの範囲内の算術平均粗さを有する前記粗面が形成される、請求項8に記載の製造方法。
  10. 前記粗面化処理はブラスト処理であり、該ブラスト処理に用いられる研磨材の粒度は、JIS R 6001に規定のF40〜F220の範囲内の粒度である、請求項8又は9に記載の製造方法。
  11. 前記粗面化処理はブラスト処理であり、該ブラスト処理に用いられる研磨材はシリコンカーバイト(SiC)、ガラスビーズ、又はジルコニアである、請求項7〜10の何れか一項に記載の製造方法。
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