JP3426825B2

JP3426825B2 - プラズマ処理装置用部材及びプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3426825B2
Application number: JP33511995A
Authority: JP
Inventors: 比呂史会田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: JPH09180627A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部でプラズマを
発生させるプラズマ処理装置及び耐プラズマ性を向上し
耐久性に優れたプラズマ処理装置用部材及びプラズマ処
理装置に関する。

【０００２】

【従来技術】内部にてプラズマを発生させるプラズマ処
理装置は、コーティングやエッチングなどのドライプロ
セス、プラズマジェットあるいは高温プラズマによるコ
ーティング、粉体生成などとして用いられている。

【０００３】現在、これらのプラズマ処理装置において
は、容器内でのプラズマ中には、イオンや高速粒子ある
いは解離した電子が存在し、場合によってはフッ素
（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）等が存在する。また、プラズマに
接する部位のプラズマ処理装置用部材を形成する材料と
しては、ガラスや石英などのＳｉＯ₂を主成分とする材
料、ステンレスなどの金属材料等が一般に用いられてい
る。その他、Ｓｉ₃Ｎ₄やＳｉＣ等のシリコン化合物も、
硬度が高く、耐食性があるので耐摩耗部品として使用さ
れているが、電気絶縁性や耐食性にも優れているため、
プラズマ処理装置用部材として用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガラス
や石英では、プラズマ中のイオンや高速粒子あるいは電
子の衝撃を受け、また気相中の活性種による化学反応に
よりプラズマ中での耐食性が十分ではなく、特にフッ素
や塩素がプラズマ中に存在すると容器は容易にエッチン
グされて消耗したり、当初は透明であった容器が次第に
白くなって透光性が低下し、寿命が短いという問題点が
あった。また、ステンレスなどの金属を用いるとエッチ
ングによって金属原子が不純物としてプラズマ中に混入
し、プロセスに悪影響を及ぼしていた。

【０００５】また、Ｓｉ₃Ｎ₄などの上記シリコン化合物
は、ガラスや石英よりも耐食性に優れるものの、特にフ
ッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）等が存在するプラズマ中で
は、十分な耐プラズマ性を有しておらず、プラズマによ
り表面がエッチングされ、消耗が激しいといった問題が
あった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、フッ素
（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲンなどが存在するプ
ラズマ中おいても高い耐食性を有する材料について検討
を重ねた結果、周期律表第２ａ族元素の単体または化合
物が主成分である材料をプラズマ処理装置用部材として
用いると特性を高めてかつ寿命を長くすることができる
ことを知見した。即ち、本発明のプラズマ処理装置用部
材は、内部にハロゲンを含むプラズマを発生させ、該プ
ラズマ中の活性種による化学反応を伴うプラズマ処理装
置の少なくとも前記プラズマに接する表面が、周期律表
第２ａ族元素の単体またはその化合物を主成分とするセ
ラミック材料からなることを特徴とするものである。ま
た、前記プラズマ処理装置用部材が、金属、ガラスまた
はセラミックスを基体とし、該基体のハロゲンを含むプ
ラズマと接する表面に、周期律表第２ａ族元素単体また
はその化合物を主成分とするセラミック膜を０．００１
〜１ｍｍの厚みで被覆したことを特徴とするものであ
る。さらに、本発明のプラズマ処理装置は、内部にハロ
ゲンを含むプラズマを発生させ、プラズマ中の活性種に
よる化学反応を伴うプラズマ処理装置であって、前記プ
ラズマに接する部位に、少なくとも表面が周期律表第２
ａ族元素の単体またはその化合物からなるプラズマ処理
装置用部材が用いられてなることを特徴とし、特に、内
部にプラズマを発生させ、プラズマ中の活性種による化
学反応を伴うプラズマ処理装置であって、前記プラズマ
に接する部位に、少なくとも表面が周期律表第２ａ族元
素の単体またはその化合物からなるプラズマ処理装置用
部材が用いられてなることが好ましく、また、前記プラ
ズマ処理装置用部材が金属、ガラスまたはセラミックス
を基体とし、該基体のプラズマと接する表面に、周期律
表第２ａ族元素単体またはその化合物からなる被覆層を
形成したことが好ましい。

【０００７】

【作用】本発明によれば、ハロゲンを含むプラズマとの
接触面を周期律表第２ａ族元素の単体または化合物によ
り構成することにより、プラズマ、特にＦやＣｌを含有
するハロゲンを含むプラズマ中であってもその耐食性を
著しく向上し、寿命を延ばすと共にプロセス中への金属
などの不純物の混入を著しく低下せしめることができ
る。特にハロゲンとの化学反応に対しては強く、プラズ
マ処理装置特に半導体製造プロセス装置などではハロゲ
ンを使用する場合において従来材料に比べて著しい寿命
の向上が達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明をプラズマ処理装置
として代表的な放電管を例にして説明する。図１は、放
電管の概略図である。図１において、１は放電管、２は
放電管壁、３は電極である。

【０００９】本発明によれば、放電管１の放電管壁２の
内面の少なくともハロゲンを含むプラズマに接する表面
を周期律表第２ａ族元素の単体またはその化合物を主成
分とするセラミック材料により構成する。また、電極部
またはその周囲に使用しても、ハロゲンを含むプラズマ
に接する部位であれば何ら差し支えない。

【００１０】用いる周期律表第２ａ族元素としては、Ｂ
ａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｒａの群から選ばれる少なくと
も１種が挙げられ、これらの化合物としては、窒化物、
炭化物、炭窒化物、酸化物、酸窒化物、酸窒化炭化物、
ハロゲン化物、または硼化物の少なくとも１種を主成分
とするものである。例えば、マグネシウムの場合には、
窒化マグネシウム、炭化マグネシウム、酸化マグネシウ
ム、フッ化マグネシウム、または硼化マグネシウムなど
が挙げられる。特に、２種以上の場合には、酸化物同志
又は窒化物同志等同じ種類の化合物が好ましい。

【００１１】これらの周期律表第２ａ族元素単体または
その化合物は、それ自体により放電壁２を構成してもよ
いが、強度等の点で問題があるため、望ましくは、図１
のように、放電管壁２のハロゲンを含むプラズマと接す
る内面に周期律表第２ａ族元素単体あるいはその化合物
からなる被覆層４を形成してもよい。その場合、基体と
して各種の材料を選択できるために、強度の高い材料に
より構成すれば、放電管自体の強度を高めることができ
る。使用される基体材料としては、金属、ガラス、セラ
ミックスのいずれでもよく、製品の形状、コスト、要求
特性などによって選択することができる。例えば、ハロ
ゲンを含むプラズマを温度の低い領域で用いる場合には
ステンレスなどの金属を用いることができる。また、低
コストを要求され、かつ透明であることが要求される場
合にはガラスを用いればよい。さらに、壁が高温に曝さ
れ、透光性をあまり要求されない場合には窒化珪素や炭
化珪素などを用いればよい。

【００１２】被覆層４を形成する方法としては、メッキ
やゾルゲル法、気相反応法など公知の方法を用いればよ
い。ただし、メッキでは密着性が低かったり、ゾルゲル
法では非酸化物の膜が成膜できないといった特色が各々
の方法にあるので、コストと要求特性に合わせてコーテ
ィング方法を決めればよい。また、気相反応法には真空
蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、クラス
タービーム（ＣＢＤ）法、イオン蒸着（ＩＶＤ）法など
のＰＶＤ法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法、レーザーＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法などのＣＶＤ法が
あり、いずれを用いても構わない。

【００１３】また、本発明において、周知の薄膜形成法
により被覆層４を形成する場合は、被覆層４は、０．０
０１ｍｍ乃至１ｍｍ、特に０．０１〜０．１ｍｍの膜厚
で形成することが望ましい。これは、０．００１ｍｍよ
り薄いと寿命が短くなる等の不都合が生じ、１ｍｍを越
えると成膜による製造コストが上がり、また表面が荒れ
て特殊な用途を除いて実用的ではない。また、被覆層
は、単層でもよいが、基体との密着性を考慮したり、熱
伝導性を考慮し、２層以上の多層膜としても何ら差し支
えない。

【００１４】

【実施例】実施例１溶融沸化カルシウム（ＣａＦ₂）および石英（ＳｉＯ₂）
を用いて、弗素イオウ（ＳＦ₆）を放電ガスとするフッ
素プラズマ発生装置のプラズマに接する部位に使用し
た。各容器を１００時間放電ガス中に曝した後の使用後
の重量減少を測定した。結果は表１の試料Ｎｏ．１、２
に示した。

【００１５】実施例２直径４０ｍｍ長さ５００ｍｍのジルコニアチューブを基
体として、その内面に反応ガスとしてＭｇＣｌ₂とＣＯ₂
を用いて、ＣＶＤ法によって酸化マグネシウムからなる
被覆層を形成した。なお、被覆層の厚みを０．８〜９７
０μｍの範囲で変えて種々の厚みの被覆層を形成した。
このチューブをプラズマの放電管として用いて臭素（Ｂ
ｒ₂）プラズマに対する耐食性を確認するために実施例
１と同様にして重量減少を測定した。結果は、表１の試
料Ｎｏ．３〜７に示した。

【００１６】実施例３炭素およびほう素を焼結助剤として焼結した炭化珪素質
焼結体を基板として、その表面にスパッタリング法によ
ってバリウム（Ｂａ）を被覆した。そして、これを炭化
弗素（ＣＦ₄＋Ｏ₂）を放電ガスとするプラズマ中に１０
０時間保持後の重量減少を、比較として被覆層を有しな
いものも合わせて測定した。結果は表１の試料Ｎｏ．
８、９に示した。

【００１７】また、この被覆した炭化珪素質焼結体を片
方の電極とし、炭化珪素焼結体を対向電極として高周波
による塩素プラズマ放電を行った。その結果、塩素プラ
ズマに対するエッチング速度は被覆層を形成した試料
は、被覆層を形成しない試料に対して１／１００であっ
た。

【００１８】実施例４透光性アルミナ製のランプ用材料及びこれを基体とし
て、その表面にゾルゲル法またはスパッタリング法によ
り、Ｍｇ化合物を被覆した。これをヨウ化臭素（ＩＢ
ｒ）プラズマ中に保持し１００時間経過後の重量減少を
測定しその結果を表１の試料Ｎｏ．１０〜１３に示し
た。酸化マグネシウム被覆層を形成することにより、耐
食性は大幅に向上した。

【００１９】実施例５基体として表１の各種材料を用いて、その表面に周期律
表第２ａ族元素化合物を被覆した試料、あるいは表１の
材料からなるバルク体からなる試料に対して、塩化フッ
素（ＣｌＦ₃）プラズマ中での重量減少を測定した。そ
の結果を表１の試料Ｎｏ．１４〜２７に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１の結果から明らかなように、石英単
体、炭化ケイ素質焼結体単体、透光性アルミナ、窒化ケ
イ素質焼結体単体については、重量変化が大きいもので
あったが、周期律表第２ａ族元素単体またはその化合物
により被覆することにより、重量変化量が０．００５％
以下とプラズマに対する耐久性が向上することが理解さ
れた。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ハ
ロゲンを含むプラズマを内部に発生させるプラズマ処理
装置の少なくともプラズマに接する表面を周期律表第２
ａ族元素の単体または化合物により形成することによ
り、プラズマ処理装置用部材の消耗を著しく低減し、寿
命を延ばすことができる。特に、プラズマ処理装置用部
材のハロゲンを含むプラズマに接する表面に被覆層とし
て形成することによって機能性の高い部材が形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における放電管の概略図である。

【符号の説明】

１放電管２放電管壁３電極４被覆層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にハロゲンを含むプラズマを発生さ
せ、該プラズマ中の活性種による化学反応を伴うプラズ
マ処理装置の少なくとも前記プラズマに接する部位に用
いられ、少なくとも表面が、周期律表第２ａ族元素の単
体またはその化合物からなることを特徴とするプラズマ
処理装置用部材。
【請求項２】金属、ガラスまたはセラミックスを基体と
し、該基体の前記プラズマと接する表面に、周期律表第
２ａ族元素単体またはその化合物からなる被覆層を形成
したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置
用部材。
【請求項３】内部にハロゲンを含むプラズマを発生さ
せ、該プラズマ中の活性種による化学反応を伴うプラズ
マ処理装置であって、前記プラズマに接する部位に、少
なくとも表面が周期律表第２ａ族元素の単体またはその
化合物からなるプラズマ処理装置用部材が用いられてな
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】前記プラズマ処理装置用部材が金属、ガラ
スまたはセラミックスを基体とし、該基体の前記プラズ
マと接する表面に、周期律表第２ａ族元素単体またはそ
の化合物からなる被覆層を形成したことを特徴とする請
求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記プラズマ処理装置がコーティングやエ
ッチング等のドライプロセス装置、粉体生成装置又は半
導体製造プロセス装置であることを特徴とする請求項３
又は４記載のプラズマ処理装置。