JP7068921B2 - 部品の形成方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、部品の形成方法及びプラズマ処理装置に関する。
近年、プラズマ処理装置に設けられる部品は、高機能化を図るために構造が複雑になっており、異なる部材を接着したり、接合したりして製作される場合がある(例えば、特許文献1を参照)。
特開２０１８－４６１８５号公報
かかる部品の製作においては、中空構造等の複雑な構造があり、長期の生産期間及び開発期間が必要になるため、部品製作時のリードタイムの増加が課題となる。部品の製造工程における工数を減らし、リードタイムを短縮することが求められている。
上記課題に対して、一側面では、部品の製作時のリードタイムを短縮することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、プラズマ処理装置内で使用される部品の形成方法であって、第１のセラミックスの原料と該第１のセラミックスとは異なる第２のセラミックスの原料とを供給しながら前記第１のセラミックスの原料及び前記第２のセラミックスの原料にエネルギービームを照射する第１の工程を含み、前記第１の工程において、前記第１のセラミックスの原料と前記第２のセラミックスの原料は各々の配合率を変えながら供給する、部品の形成方法が提供される。
一の側面によれば、部品の製作時のリードタイムを短縮することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図。 図１に示すプラズマ処理装置の載置台の一部を拡大して示す図。 一実施形態に係る３Ｄプリンタの構成の一例を示す図。 一実施形態に係る部品の形成処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る部品の形成方法を説明するための図。
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［プラズマ処理装置］
図１に示すプラズマ処理装置１００は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１００は、処理容器１１２及び載置台１１６を備えている。処理容器１１２は、略円筒形状を有しており、その内部空間を処理室１１２ｃとして提供している。処理容器１１２は、例えば、アルミニウムから構成されている。処理容器１１２の内部空間側の表面には、アルマイト膜、及び／又は、酸化イットリウム膜といった耐プラズマ性を有するセラミックス製の皮膜が形成されている。処理容器１１２は接地されている。処理容器１１２の側壁には、ウェハＷを処理室１１２ｃに搬入し、処理室１１２ｃから搬出するための開口１１２ｐが形成されている。開口１１２ｐは、ゲートバルブＧＶによって開閉することが可能となっている。
載置台１１６は、ウェハＷを処理室１１２ｃ内で支持するように構成されている。載置台１１６は、ウェハＷを吸着する機能、ウェハＷの温度を調整する機能、及び、静電チャックの基台１１７に高周波を伝送する構造を有している。載置台１１６の詳細については、後述する。
プラズマ処理装置１００は、上部電極１３０を有する。上部電極１３０は、処理容器１１２の上部開口内に配置されており、下部電極として機能する載置台１１６の略平行に配置されている。上部電極１３０と処理容器１１２との間には、絶縁性の支持部材１３２が介在している。
上部電極１３０は、天板１３４及び支持体１３６を有している。天板１３４は、略円盤状形状を有している。天板１３４は、導電性を有し得る。天板１３４は、例えば、シリコン又はアルミニウムから形成されており、その表面には、耐プラズマ性のセラミックス皮膜が形成されている。この天板１３４には、複数のガス吐出孔１３４ａが形成されている。ガス吐出孔１３４ａは、略鉛直方向に延びている。
支持体１３６は、天板１３４を着脱自在に支持している。支持体１３６は、例えば、アルミニウムから形成されている。支持体１３６には、ガス拡散室１３６ａが形成されている。ガス拡散室１３６ａからは、複数のガス吐出孔１３４ａにそれぞれ連通する複数の孔１３６ｂが延びている。ガス拡散室１３６ａには、ポート１３６ｃを介して配管１３８が接続している。配管１３８には、ガス供給部１３９が接続されている。
プラズマ処理装置１００は、排気装置１５０を有する。排気装置１５０は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプといった一以上のポンプ、及び、圧力調整弁を含んでいる。排気装置１５０は、処理容器１１２に形成された排気口に接続されている。
プラズマ処理装置１００は、第１制御部１５１を有する。第１制御部１５１の記憶部には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム及びレシピデータが格納されている。例えば、第１制御部１５１の記憶部には、エッチング処理等のプラズマ処理をプラズマ処理装置１００で実行するための制御プログラム及びレシピデータが記憶されている。
以下、図１に加えて、図２を参照し、載置台１１６及び載置台１１６に付随するプラズマ処理装置１００の構成要素について詳細に説明する。図２は、図１に示すプラズマ処理装置１００の載置台１１６の一部を拡大して示す断面図である。
載置台１１６は、基台１１７及び静電チャック１２０を有している。基台１１７は、たとえばアルミニウム合金（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）等から形成されている。基台１１７は、処理容器１１２の底部から上方に延びる支持部材１１４によって支持されている。支持部材１１４は、絶縁性の部材であり、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）から形成されている。また、支持部材１１４は、略円筒形状を有している。
基台１１７は、導電性を有する金属、例えば、アルミニウムから形成されている。基台１１７は、略円盤形状を有している。基台１１７は、中央部１１７ａ及び周縁部１１７ｂを有している。中央部１１７ａは、略円盤形状を有している。中央部１１７ａは、基台１１７の第１上面１１７ｃを提供している。第１上面１１７ｃは、略円形の面である。
周縁部１１７ｂは、中央部１１７ａに連続しており、径方向（鉛直方向に延びる軸線Ｚに対して放射方向）において中央部１１７ａの外側で、周方向（軸線Ｚに対して周方向）に延在している。一実施形態では、周縁部１１７ｂは、中央部１１７ａと共に、基台１１７の下面１１７ｄを提供している。また、周縁部１１７ｂは、第２上面１１７ｅを提供している。第２上面１１７ｅは、帯状の面であり、径方向において第１上面１１７ｃの外側にあり、且つ、周方向に延びている。また、第２上面１１７ｅは、鉛直方向において、第１上面１１７ｃよりも下面１１７ｄの近くにある。
基台１１７には、給電体１１９が接続されている。給電体１１９は、例えば給電棒であり、基台１１７の下面１１７ｄに接続されている。給電体１１９は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。給電体１１９には、第１の高周波電源６２が整合器６６を介して接続されている。また、給電体１１９には、第２の高周波電源６４が整合器６８を介して接続されている。
基台１１７には、冷媒用の流路１１７ｆが形成されている。流路１１７ｆは、基台１１７内において、例えば渦巻状に延在している。この流路１１７ｆには、チラーユニットから冷媒が供給される。流路１１７ｆに供給される冷媒は、一実施形態では、その気化によって吸熱し、冷却を行う冷媒である。この冷媒は、例えば、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒であり得る。
静電チャック１２０は、吸着部１２３を有している。吸着部１２３は、基台１１７上の基台１２１の上に設けられている。基台１２１は、下部電極を構成しており、基台１１７の上に設けられている。基台１２１は、導電性を有している。基台１２１は、例えば、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素に導電性を付与したセラミックス製であってもよく、或いは、金属（例えば、チタン）製であってもよい。
基台１２１は、略円盤形状を有している。基台１２１は、中央部１２１ａ及び周縁部１２１ｂを有している。中央部１２１ａは、略円盤形状を有している。中央部１２１ａは、基台１２１の第１上面１２１ｃを提供している。第１上面１２１ｃは、略円形の面である。
周縁部１２１ｂは、中央部１２１ａに連続しており、径方向において中央部１２１ａの外側で、周方向に延在している。一実施形態では、周縁部１２１ｂは、中央部１２１ａと共に、基台１２１の下面１２１ｄを提供している。また、周縁部１２１ｂは、第２上面１２１ｅを提供している。この第２上面１２１ｅは、帯状の面であり、径方向において第１上面１２１ｃの外側で周方向に延びている。また、第２上面１２１ｅは、鉛直方向において、第１上面１２１ｃよりも下面１２１ｄの近くにある。
吸着部１２３と基台１２１との間には境界層１２９が形成されている。吸着部１２３は、略円盤形状を有しており、セラミックスから形成されている。吸着部１２３を構成するセラミックスは、室温（例えば、２０度）以上、４００℃以下の温度範囲において、１×１０１５Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有するセラミックスであり得る。このようなセラミックスとして、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）が用いられ得る。
静電チャック１２０は、軸線Ｚ、即ち静電チャック１２０の中心軸線に対して同心の複数の領域ＲＮを含んでいる。一実施形態では、静電チャック１２０は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び、第３領域Ｒ３を含んでいる。第１領域Ｒ１は、軸線Ｚに交差しており、第３領域Ｒ３は、静電チャック１２０のエッジを含む領域であり、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３との間にある。一例では、第１領域Ｒ１は、静電チャック１２０の中心から半径１２０ｍｍまでの領域であり、第２領域Ｒ２は、静電チャック１２０において半径１２０ｍｍから半径１３５ｍｍまでの領域であり、第３領域Ｒ３は、静電チャック１２０において半径１３５ｍｍから半径１５０ｍｍまでの領域である。なお、静電チャック１２０の領域の個数は、一以上の任意の個数であり得る。
静電チャック１２０の吸着部１２３は、電極膜１２５を内蔵している。電極膜１２５には、直流電源が電気的に接続されている。直流電源からの直流電圧が電極膜１２５に与えられると、吸着部１２３はクーロン力といった静電力を発生し、当該静電力によってウェハＷを保持する。
吸着部１２３は、複数のヒータＨＮを更に内蔵している。複数のヒータＨＮは、静電チャックの上記複数の領域ＲＮ内にそれぞれ設けられている。一実施形態では、複数のヒータＨＮは、第１のヒータ１５６、第２のヒータ１５７、及び、第３のヒータ１５８を含んでいる。第１のヒータ１５６は第１領域Ｒ１内に設けられており、第２のヒータ１５７は第２領域Ｒ２内に設けられており、第３のヒータ１５８は第３領域Ｒ３内に設けられている。複数のヒータＨＮは、ヒータ電源に接続されている。
基台１２１と基台１１７の間には、複数の第１の弾性部材ＥＭ１が設けられている。複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、静電チャック１２０を基台１１７から上方に離間させている。複数の第１の弾性部材ＥＭ１の各々は、Ｏリングである。複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、互いに異なる直径を有しており、軸線Ｚに対して同心状に設けられている。また、複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、静電チャック１２０の隣接する領域の境界及び静電チャック１２０のエッジの下方に設けられている。一実施形態では、複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、弾性部材１６５、弾性部材１６７、及び、弾性部材１６９を含んでいる。弾性部材１６５は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の境界の下方に設けられており、弾性部材１６７は、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３の境界の下方に設けられており、弾性部材１６９は、静電チャック１２０のエッジの下方に設けられている。
複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、基台１１７の第１上面１１７ｃによって提供される溝の中に部分的に配置されており、第１上面１１７ｃと基台１２１の下面１２１ｄに接している。複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、基台１１７と基台１２１と共に、基台１１７の第１上面１１７ｃと基台１２１の下面１２１ｄとの間に、複数の伝熱空間ＤＳＮを画成している。複数の伝熱空間ＤＳＮは、静電チャック１２０の複数の領域ＲＮそれぞれの下方において延在しており、互いに分離されている。一実施形態では、複数の伝熱空間ＤＳＮは、第１の伝熱空間ＤＳ１、第２の伝熱空間ＤＳ２、及び、第３の伝熱空間ＤＳ３を含んでいる。第１の伝熱空間ＤＳ１は、弾性部材１６５の内側にあり、第２の伝熱空間ＤＳ２は、弾性部材１６５と弾性部材１６７との間にあり、第３の伝熱空間ＤＳ３は、弾性部材１６７と弾性部材１６９との間にある。後述するように、複数の伝熱空間ＤＳＮには、伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）が供給される。なお、複数の伝熱空間ＤＳＮの各々の鉛直方向における長さは、例えば、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の長さに設定される。
複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、Ｈｅガスが供給されている複数の伝熱空間ＤＳＮの各々の熱抵抗よりも高い熱抵抗を有するように構成される。複数の伝熱空間ＤＳＮの熱抵抗は、伝熱ガスの熱伝導率、その鉛直方向の長さ、及びその面積に依存する。また、複数の第１の弾性部材ＥＭ１の各々の熱抵抗は、その熱伝導率、その鉛直方向における厚さ、及び、その面積に依存する。したがって、複数の第１の弾性部材ＥＭ１の各々の材料、厚さ、及び、面積は、複数の伝熱空間ＤＳＮの各々の熱抵抗に応じて、決定される。なお、複数の第１の弾性部材ＥＭ１には、低い熱伝導率及び高い耐熱性が要求され得る。したがって、複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、例えば、パーフロロエラストマーから形成され得る。
載置台１１６は、締付部材１７１を有する。締付部材１７１は、金属から形成されており、基台１２１及び複数の第１の弾性部材ＥＭ１を、当該締付部材１７１と基台１１７との間に挟持するように構成されている。締付部材１７１は、基台１２１と基台１１７との間の当該締付部材１７１を介した熱伝導を抑制するために、低い熱伝導率を有する材料、例えば、チタンから形成される。
一実施形態において、締付部材１７１は、筒状部１７１ａ及び環状部１７１ｂを有している。筒状部１７１ａは、略円筒形状を有しており、その下端において第１下面１７１ｃを提供している。第１下面１７１ｃは、周方向に延びる帯状の面である。
環状部１７１ｂは、略環状板形状を有しており、筒状部１７１ａの上側部分の内縁に連続して、当該筒状部１７１ａから径方向内側に延びている。この環状部１７１ｂは、第２下面１７１ｄを提供している。第２下面１７１ｄは、周方向に延びる帯状の面である。
締付部材１７１は、第１下面１７１ｃが基台１１７の第２上面１１７ｅに接し、第２下面１７１ｄが基台１２１の第２上面１２１ｅに接するように配置される。また、締付部材１７１は、基台１１７の周縁部１１７ｂに対してねじ１７３によって固定される。このねじ１７３の締付部材１７１に対する螺合を調整することにより、複数の第１の弾性部材ＥＭ１の潰し量が調整される。これにより、複数の伝熱空間ＤＳＮの鉛直方向における長さが調整される。
一実施形態では、締付部材１７１の環状部１７１ｂの内縁部下面と基台１２１の第２上面１２１ｅとの間には、第２の弾性部材１７５が設けられている。第２の弾性部材１７５は、Ｏリングであり、締付部材１７１の第２下面１７１ｄと基台１２１の第２上面１２１ｅとの摩擦により生じ得るパーティクル（例えば、金属粉）が、吸着部１２３側に移動することを抑制する。
また、第２の弾性部材１７５は、複数の第１の弾性部材ＥＭ１が発生する反力よりも小さい反力を発生する。換言すると、複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、当該複数の第１の弾性部材ＥＭ１が発生する反力が第２の弾性部材１７５が発生する反力よりも大きくなるように構成される。さらに、この第２の弾性部材１７５は、高い耐熱性を有し、且つ、低い熱伝導率を有する材料として、パーフロロエラストマーから形成され得る。
締付部材１７１の上には、ヒータ１７６が設けられている。このヒータ１７６は、周方向に延在しており、フィルタを介してヒータ電源に接続されている。フィルタは、高周波がヒータ電源に侵入することを防止するために、設けられている。
ヒータ１７６は、第１の膜１８０と第２の膜１８２の間に設けられている。第１の膜１８０は、第２の膜１８２に対して締付部材１７１側に設けられている。第１の膜１８０は、第２の膜１８２の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有している。例えば、第１の膜１８０は、ジルコニア製の溶射膜であり、第２の膜１８２は酸化イットリウム（イットリア）製の溶射膜であり得る。また、ヒータ１７６は、タングステンの溶射膜であり得る。
第２の膜１８２上には、エッジリングＦＲが設けられている。エッジリングＦＲは、例えばＳｉから形成されている。エッジリングＦＲは、ヒータ１７６からの熱によって加熱される。また、ヒータ１７６からの熱流束の多くは、第１の膜１８０よりも第２の膜１８２に向かい、当該第２の膜１８２を介してエッジリングＦＲに向かう。したがって、エッジリングＦＲが効率的に加熱される。
また、載置台１１６の基台１１７、締付部材１７１等は、それらの外周側において一以上の絶縁性部材１８６によって覆われている。一以上の絶縁性部材１８６は、例えば、酸化アルミニウム又は石英から形成されている。
以上説明したように、載置台１１６では、複数の第１の弾性部材ＥＭ１によって基台１１７と基台１２１とが互いに離間されている。また、この載置台１１６では、基台１２１と吸着部１２３との接合に、接着剤が用いられていない。したがって、静電チャック１２０の温度を、高温に設定することが可能である。また、複数の伝熱空間ＤＳＮに供給される伝熱ガスを介して静電チャック１２０と基台１１７との間の熱交換がなされ得るので、静電チャック１２０の温度を低温に設定することも可能である。また、この載置台１１６では、給電体１１９、基台１１７、及び、締付部材１７１により、静電チャック１２０の基台１２１に対する高周波の給電ルートが確保されている。さらに、給電体１１９が、静電チャック１２０の基台１２１に直接接続されるのではなく、基台１１７に接続されるので、当該給電体１１９の構成材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を採用することができる。したがって、１３．５６ＭＨｚ以上の高い周波数の高周波が用いられる場合であっても、給電体１１９における高周波の損失が抑制される。
また、上述したように、一実施形態では、締付部材１７１の環状部１７１ｂの内縁部下面と基台１２１の第２上面１２１ｅとの間には、第２の弾性部材１７５が設けられている。基台１２１の周縁部１２１ｂの第２上面１２１ｅと締付部材１７１の第２下面１７１ｄは、互いに接しているので、それらの接触箇所において摩擦が生じ、パーティクル（例えば、金属粉）が発生することがある。第２の弾性部材１７５は、このようなパーティクルが発生しても、吸着部１２３及び当該吸着部１２３上に載置されるウェハＷに、パーティクルが付着することを抑制し得る。
また、複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、これら複数の第１の弾性部材ＥＭ１が発生する反力が第２の弾性部材１７５が発生する反力よりも大きくなるように構成される。これにより、静電チャック１２０を基台１１７から確実に離間させることができる。
また、一実施形態では、複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、複数の伝熱空間ＤＳＮにＨｅガスが供給されているときの当該複数の伝熱空間ＤＳＮの熱抵抗よりも高い熱抵抗を有するように構成される。また、複数の第１の弾性部材ＥＭ１は、例えば、パーフロロエラストマーから形成される。これら複数の第１の弾性部材ＥＭ１によれば、静電チャック１２０と基台１１７との間では、複数の第１の弾性部材ＥＭ１を介した熱伝導よりも複数の伝熱空間ＤＳＮを介した熱伝導が優位となる。したがって、静電チャック１２０の温度分布が均一化され得る。
また、一実施形態では、ウェハＷと吸着部１２３との間に供給される伝熱ガス用のガスライン１９０が接着剤を用いずに形成されている。また、このガスライン１９０を部分的に構成するスリーブ１９２が配置される収容空間を画成する基台１２１の面１２１ｆが皮膜１９４で覆われており、且つ、当該収容空間を封止するように皮膜１９４と基台１１７との間において絶縁性の第３の弾性部材１９６が設けられている。これにより、プラズマが基台１２１と基台１１７との間に侵入すること、及び、それに伴う基台１２１の絶縁破壊が抑制される。
また、上述した載置台１１６を有するプラズマ処理装置１００によれば、低い温度から高い温度までの広い温度帯において、ウェハＷに対するプラズマ処理を行うことができる。
［３Ｄプリンタの構成］
次に、３Ｄプリンタ２００の構成一例について、図３を参照しながら説明する。図３は、一実施形態に係る３Ｄプリンタ２００の構成の一例を示す。本実施形態に係る３Ｄプリンタ２００は、プラズマ処理装置内で使用される部品を形成（製造）する装置の一例である。ただし、部品を形成する装置は、図３に示す３Ｄプリンタ２００の構成に限られない。
また、本実施形態では、３Ｄプリンタ２００にて形成する部品の一例として、構造が複雑な下部電極として機能する載置台１１６を挙げて説明する。しかし、３Ｄプリンタ２００にて形成する部品はこれに限られず、例えば、上部電極１３０であってもよい。例えば、異種材料を含む部品や接着できない異種材料をねじ止めして固定している部品であってもよい。その他、プラズマ処理装置１００に配置される部品であればいずれの部品であってもよい。
３Ｄプリンタ２００は、チャンバ２１０にて３次元形状の造形物を形成することが可能である。本実施形態にかかる３Ｄプリンタ２００では、３次元形状の造形物として載置台１１６を形成するための３次元データをＲＡＭ２５６等の記憶部に記憶し、３次元データに基づき載置台１１６を製造する。載置台１１６は、テーブルに備えられたステージ２０２の載置面上で形成される。ステージ２０２は、載置台１１６の形成の進行に応じて、例えば除々に下降させるように昇降可能である。
本実施形態では、テーブルに備えられた原料格納部２０３に載置台１１６を形成する原料の粉末が格納されている。原料は、載置台１１６を構成する各部材の材料と同じであればよい。例えば、載置台１１６を構成する部材のうち、基台１１７、１２１がアルミニウム合金により形成され、静電チャック１２０がＳｉＣにより形成される場合、原料格納部２０３にはアルミニウム合金の粉末とＳｉＣの粉末とが分けて格納される。
ただし、基台１１７、１２１の材料はアルミニウム合金に限られず、ＳｉＣ等のセラミックスであってもよい。また、静電チャック１２０の材料はＳｉＣに限られず、アルミナ等のセラミックスであってもよい。基台１１７、１２１がＳｉＣにより形成され、静電チャック１２０がアルミナにより形成される場合、原料格納部２０３にはＳｉＣの粉末とアルミナの粉末とが分けて格納される。なお、基台１１７、基台１２１、静電チャック１２０とを構成する各材料の原料は粉末状に限られず、ワイヤ状であってもよい。また、本実施形態では、基台１１７と静電チャック１２０とは異種材料にて形成される。
チャンバ２１０内では、原料の粉末を供給しながらエネルギービームを照射し、原料の粉末を溶かす。本実施形態では、照射するエネルギービームとしてレーザ光Ａ（光学レーザ）が用いられる。
レーザ光Ａは、光源２０６から出力され、２次元走査するレーザ走査装置２０４により位置決めされた所定の位置に照射される。光源２０６及びレーザ走査装置２０４は、チャンバ２１０の外部に配置されることが好ましい。レーザ走査装置２０４は、第２制御部２５０がレーザ駆動部２０８を駆動することにより所定の位置に移動する。
レーザ走査装置２０４は、ステージ２０２上でレーザ光Ａを少なくとも２次元（ＸＹ）方向に走査する。例えばレーザ走査装置２０４は、載置台１１６の立体構造を示す３次元データに応じてステージ２０２上でレーザ光Ａの照射スポットを移動させるよう制御される。具体的には、第２制御部２５０の制御により、レーザ走査装置２０４は載置台１１６を構成する基台１１７、１２１及び静電チャック１２０等のパーツの形成の進行に応じて２次元（ＸＹ）方向に走査する。
第２制御部２５０は、ローラ駆動部２０７を制御し、ローラ２０５を駆動させる。これにより、基台１１７の材料であるアルミニウム合金の粉末及び／又は静電チャック１２０の材料であるＳｉＣの粉末は、レーザ光走査スペース２０９に供給される。
なお、原料格納部２０３は、加熱手段により温度が調整されていることが好ましい。また、チャンバ２１０には、不活性ガスの供給及びチャンバ２１０内の排気が可能な機構が設けられていることが好ましい。
レーザ走査装置２０４が２次元方向に走査するレーザ光Ａは、チャンバ２１０の天井部、例えばステージ２０２の中心の直上に設けられたレーザ透過窓２１１を介してステージ２０２上の照射領域に照射される。レーザ光Ａは、ステージ２０２上のアルミニウム合金の粉末及び／又はＳｉＣの粉末を加熱し（図３のＢ参照）、粉末を融解固化させ、載置台１１６を形成する。このようにして、基台１１７、静電チャック１２０が順に立体的に形成され、載置台１１６の製造が完成する。
第２制御部２５０は、ＣＰＵ２５２、ＲＯＭ２５４及びＲＡＭ２５６を有する。第２制御部２５０は、原料格納部２０３からの原料粉末の供給制御、ステージ２０２の昇降制御を行う。また、第２制御部２５０は、光源２０６の点灯制御、レーザ走査装置２０４の走査制御、ローラ駆動部２０７及びレーザ駆動部２０８の制御を行う。これにより、第２制御部２５０は、載置台１１６を製造する動作を制御する。
ＣＰＵ２５２が実行する制御プログラムは、例えばＲＯＭ２５４に格納されている。ＣＰＵ２５２は、例えばＲＡＭ２５６に格納された３次元データに基づき、制御プログラムを実行することで、載置台１１６の製造を制御する。なお、制御プログラムは、固定的な記録媒体に格納してもよいし、各種フラッシュメモリや光（磁気）ディスク等の着脱可能であって、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。
さらに、第２制御部２５０は、ディスプレイ２５８及びキーボードやポインティングデバイスなどの入力装置２６０を有する。ディスプレイ２５８は、エッジリング８７の修復進行状態等を表示するために用いられる。入力装置２６０は、エッジリング８７の修復動作の開始、停止などの指令や設定時の制御パラメータの入力などに用いられる。
３次元データは、載置台１１６を製造するためのデータであり、ＲＡＭ２５６等の記憶部に記憶される。３次元データには、基台１１７の立体構造と基台１１７内の流路１１７ｆ等の中空構造、基台１２１及び静電チャック１２０等、載置台１１６を構成する各種部分に関するデータが含まれる。また、３次元データには、静電チャック１２０の立体構造と、静電チャック１２０に埋設されるヒータＨＮ及び電極膜１２５に関するデータが含まれる。また、３次元データには、基台１１７、１２１と静電チャック１２０の間に形成される境界層に関するデータが含まれる。
［３Ｄプリンタの動作］
次に、３Ｄプリンタ２００の動作の一例について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、一実施形態に係る部品の形成処理の一例を示すフローチャートである。図５は、一実施形態に係る部品の形成方法を説明するための図である。
本処理が開始されると、第２制御部２５０は、ＲＡＭ２５６に格納された３次元データを取得する（ステップＳ１０）。第２制御部２５０は、３次元データに基づき、アルミニウム合金の粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末にレーザ光を照射する（ステップＳ１２）。その際、第２制御部２５０は、ローラ駆動部２０７を制御してローラ２０５を動作させ、アルミニウム合金の粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給する。また、第２制御部２５０は、レーザ駆動部２０８を制御してレーザ走査装置２０４を所定の位置に移動させ、レーザ光をアルミニウム合金の粉末に照射する。第２制御部２５０は、ローラ２０５を用いてアルミニウム合金の粉末を供給し、レーザ光により融解固化させる前記の動作を繰り返し実行する。これにより、第２制御部２５０は、基台１１７、１２１の形成を完了させる（ステップＳ１４）。
図５（１）に基台１１７、１２１の形成工程の一部を示す。この工程は、金属の原料の一例であるアルミニウム合金の粉末を供給しながらその粉末にレーザ光を照射することで基台を形成する第１の工程の一例である。これによれば、３次元データに基づき基台１１７の内部の流路１１７ｆの中空構造についても精密に形成することができる。
図４に戻り、次に、第２制御部２５０は、アルミニウム合金の粉末とＳｉＣの粉末との配合率を変えてレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末にレーザ光を照射する（ステップＳ１６）。その際、第２制御部２５０は、３次元データに基づきアルミニウム合金の粉末の配合率を１００％から徐々に減らし、０％まで連続的に変えて供給する。また、第２制御部２５０は、３次元データに基づきＳｉＣの粉末の配合率を０％から徐々に増やし、１００％まで連続的に変えて供給する。
これにより、レーザ光走査スペース２０９に供給されるアルミニウム合金の粉末とＳｉＣの粉末との配合率が、アルミニウム合金が多い状態からＳｉＣが多い状態へと変化する。第２制御部２５０は、ローラ２０５を用いて所定の比率に配合されたアルミニウム合金の粉末とＳｉＣの粉末とをレーザ光走査スペース２０９に供給し、レーザ光をアルミニウム合金の粉末とＳｉＣの粉末とに照射し、融解固化させる動作を繰り返し実行する。これにより、第２制御部２５０は、境界層１２９の形成を完了させる（ステップＳ１８）。
図５（２）に境界層１２９の形成工程の一例を示す。この工程は、基台１２１上に金属の原料の一例であるアルミニウム合金の粉末とセラミックスの原料の一例であるＳｉＣの粉末とが所定の割合で配合された粉末を供給しながらその粉末にレーザ光を照射することで基台上に境界層を形成する第２の工程の一例である。
図４に戻り、次に、第２制御部２５０は、ＳｉＣの粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末にレーザ光を照射する（ステップＳ２０）。第２制御部２５０は、ローラ２０５を用いてＳｉＣの粉末を供給し、レーザ光により融解固化させる前記の動作を繰り返し実行する。これにより、静電チャック１２０の吸着部１２３を形成するセラミックス層がヒータ層の下まで形成される（ステップＳ２２）。
図５（３）にセラミックス層の形成工程の一例を示す。この工程は、セラミックスの原料の一例であるＳｉＣの粉末を供給しながらその粉末にレーザ光を照射することで境界層１２９の上にセラミックス層（吸着部１２３）を形成する第３の工程の一例である。
図４に戻り、次に、第２制御部２５０は、ヒータの原料の粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末にレーザ光を照射する（ステップＳ２４）。第２制御部２５０は、ローラ２０５を用いてヒータＨＮの原料の粉末を供給し、レーザ光により融解固化させる動作を行い、吸着部１２３内にヒータ層を形成する。
図５（４）にヒータＨＮの形成工程の一例を示す。この工程は、ヒータＨＮの原料の粉末を供給しながらヒータＨＮの原料にエネルギービームを照射することでヒータＨＮを形成する第４の工程の一例である。
図４に戻り、次に、第２制御部２５０は、ＳｉＣの粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末にレーザ光を照射する（ステップＳ２６）。第２制御部２５０は、ローラ２０５を用いてＳｉＣの粉末を供給し、レーザ光により融解固化させる前記の動作を繰り返し実行する。これにより、吸着部１２３を形成するセラミックス層が電極膜の下まで形成される（ステップＳ２８）。
次に、第２制御部２５０は、電極膜の原料の粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末にレーザ光を照射する（ステップＳ３０）。第２制御部２５０は、ローラ２０５を用いて電極膜の原料の粉末を供給し、レーザ光により融解固化させる動作を行い、静電チャック１２０内に電極層を形成する。
図５（５）に電極層（電極膜１２５）の形成工程の一例を示す。この工程は、電極膜１２５の原料の粉末を供給しながら電極膜１２５の原料にレーザ光を照射することで電極膜１２５を形成する第５の工程の一例である。
図４に戻り、次に、第２制御部２５０は、ＳｉＣの粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末にレーザ光を照射する（ステップＳ３２）。第２制御部２５０は、ローラ２０５を用いてＳｉＣの粉末を供給し、レーザ光により融解固化させる動作を繰り返し実行する。これにより、吸着部１２３の残りのセラミックス層が形成され（ステップＳ３４）、本処理を終了する。これにより、図５（６）に示す静電チャック１２０の吸着部１２３の形成が完了し、載置台１１６の製造が終了する。
かかる部品の形成方法によれば、基台１２１と吸着部１２３との間に各部材の材料の配合率を変えて形成した境界層１２９が設けられる。その際、異種材料の境界層１２９を滑らかに、かつグラディエーション状に形成することで載置台１１６の接着層を不要とすることができる。これにより、載置台１１６の異種材料間における熱伝達率を向上させ、熱特性を改善できる。
境界層１２９の各材料の配合率は、基台１２１に近いほど基台１２１の材料であるアルミニウム合金の配合率が吸着部１２３の材料であるＳｉＣの配合率よりも高くなる。逆に、吸着部１２３に近いほど吸着部１２３の材料であるＳｉＣの配合率が基台１２１の材料であるアルミニウム合金の配合率よりも高くなる。
このように境界層１２９は、アルミニウム合金とＳｉＣの配合率がグラディエーション状に変化した材料を溶融固化し、積層することで形成される。境界層１２９の形成において異種材料の配合率がグラディエーション状に変化して積層されることを「傾斜積層」ともいう。
かかる境界層１２９の形成工程では、基台１２１と吸着部１２３の間の境界層１２９を傾斜積層させることで、載置台１１６の異種材料間における熱伝達率を傾斜積層されていない場合と比べてより向上させることができる。また、かかる境界層１２９の形成工程では、基台１２１と吸着部１２３とを接着する接着層をなくすことで製造の工数を減らすことができ、製造のリードタイムを短縮できる。
さらに、流路構造や配線構造等を３次元的に配置することで載置台１１６の高機能化を図ることができる。
なお、３Ｄプリンタ２００では、第１の工程→第２の工程→第３の工程の順に各工程を実行してもよいし、第３の工程→第２の工程→第１の工程の順に各工程を実行してもよい。これにより、下部電極として機能する載置台２と同様に、上部電極として機能する上部電極１３０を３Ｄプリンタ２００により製造することができる。
［境界層１２９のバリエーション］
境界層１２９は、アルミニウム合金の粉末とＳｉＣの粉末との配合率を線形的に変化させるスロープ状（グラディエーション状）の傾斜積層に限られない。境界層１２９は、アルミニウム合金の粉末とＳｉＣの粉末との配合率を段階的に変化させるステップ状の傾斜積層であってもよい。また、基台１２１及び吸着部１２３の材料毎の線膨張係数に応じて境界層１２９の傾斜（各材料の配合率）を変えてもよい。
［３Ｄプリンタの種類］
なお、本実施形態では、載置台１１６の製造を行う３Ｄプリンタ２００の一例として粉末床溶融型の３Ｄプリンタを適用した。粉末床溶融型の３Ｄプリンタでは、ステージ２０２に粉末状の原料を敷き詰めてレーザ光等で溶かし、再び粉末状の原料を敷き詰めてレーザ光等で溶かす作業を繰り返して部品を形成する。このため、粉末床溶融型の３Ｄプリンタは、予め形成する立体構造が明確であり、かつ中空構造等の複雑な構造を有する載置台１１６及び上部電極１３０の構造物の製造に適している。
しかし、３Ｄプリンタ２００は、かかる構成の３Ｄプリンタに限られず、例えば指向性エネルギー型の３Ｄプリンタであってもよいし、それ以外の方法を用いる３Ｄプリンタであってもよい。前記以外の方法を用いる３Ｄプリンタとしては、結合剤噴射型の３Ｄプリンタ、シート積層型の３Ｄプリンタ、光重合硬化（光造形）形の３Ｄプリンタ、材料押出し（熱溶融積層）形の３Ｄプリンタが一例として挙げられる。
また、製造対象の部品の材料が樹脂材料又はセラミックスの場合、３Ｄプリンタが行う樹脂材料の原料を供給しながらエネルギービームを照射する工程では、エネルギービームとして紫外線が使用される。これにより、本実施形態に係る部品の形成方法によれば、金属材料の部品だけでなく、樹脂やセラミックス材料の部品を形成することができる。部品の材料が樹脂又はセラミックス材料の場合の３Ｄプリンタとしては、インクジェットヘッドから噴射した樹脂を紫外線で固めて積層する材料噴射型の３Ｄプリンタが一例として挙げられる。
［異種のセラミックスの積層構造］
最後に、３Ｄプリンタを用いた異種のセラミックスの積層構造を有する部品の製造について簡単に説明する。例えば、基台１２１の材料がＳｉＣであり、吸着部１２３の材料がアルミナである場合、載置台１１６は、異種のセラミックスの積層構造を有する部品の一例となる。この場合、基台１２１の材料は第１のセラミックスの原料の一例であり、吸着部１２３の材料は第１のセラミックスとは異なる第２のセラミックスの原料の一例である。
このように異種のセラミックスの積層構造を有する部品を３Ｄプリンタ２００を用いて形成する方法では、まず、第１のセラミックスと第２のセラミックスの一方の原料を供給しながら、その原料にエネルギービームを照射する工程を実行する。例えば、図３の第２制御部２５０は、３次元データに基づき、ＳｉＣの粉末をレーザ光走査スペース２０９に供給しながらＳｉＣの粉末に紫外線を照射する。本工程及び以下の工程において照射されるエネルギービームは、紫外線に限られず、その他の周波数帯域の光であってもよい。
次に、第１のセラミックスの原料と第２のセラミックスの原料とを供給しながら、その原料にエネルギービームを照射する工程を実行する。例えば、第２制御部２５０は、３次元データに基づき、ＳｉＣの粉末とアルミナの粉末とをレーザ光走査スペース２０９に供給しながらＳｉＣの粉末とアルミナの粉末に紫外線を照射する。
最後に、第１のセラミックスと第２のセラミックスとの他方の原料を供給しながら、その原料にエネルギービームを照射する工程を実行する。例えば、第２制御部２５０は、３次元データに基づき、アルミナの粉末とをレーザ光走査スペース２０９に供給しながらアルミナの粉末に紫外線を照射する。これにより、３Ｄプリンタ２００を用いてＳｉＣの基台１２１、境界層１２９、アルミナの吸着部１２３の積層構造を有する載置台１１６が形成される。
２種類のセラミックスの粉末を供給しながら紫外線を照射する工程では、第２制御部２５０は、ＳｉＣの粉末とアルミナの粉末の配合率を変えてレーザ光走査スペース２０９に供給しながら該粉末に紫外線を照射する。その際、第２制御部２５０は、３次元データに基づき基台の材料と同じＳｉＣの粉末の配合率を１００％から徐々に減らし、０％まで連続的に変えて供給する。また、第２制御部２５０は、３次元データに基づき静電チャック１２０の材料と同じアルミナの粉末の配合率を０％から徐々に増やし、１００％まで連続的に変えて供給する。
これにより、レーザ光走査スペース２０９に供給されるＳｉＣの粉末とアルミナの粉末との配合率が、ＳｉＣが多い状態からアルミナが多い状態へと変化しながらレーザ光走査スペース２０９に供給される。第２制御部２５０は、配合率が変化するＳｉＣとアルミナの粉末に紫外線を照射し、融解固化させる動作を繰り返し実行する。これにより、ＳｉＣの基台１２１とアルミナの吸着部１２３の間に形成される境界層１２９を傾斜積層する。
かかる製造工程では、基台１２１と吸着部１２３の間の境界層１２９を傾斜積層することで、載置台１１６の異種材料間における熱伝達率を向上させることができる。また、かかる製造工程では、境界層１２９を傾斜積層することで、基台１２１と吸着部１２３とを接着する接着層をなくすことで、製造の工数を減らすことにより製造のリードタイムを短縮できる。
以上、部品の形成方法及びプラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかる部品の形成方法及びプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本発明に係るプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
本明細書では、基板の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
６２ 第１の高周波電源
６４ 第２高周波電源
１００ プラズマ処理装置
１１２ 処理容器
１１６ 載置台
１１７ 基台
１２０ 静電チャック
１２１ 基台
１２３ 吸着部
１２５ 電極膜
１２９ 境界層
１３０ 上部電極
１３９ ガス供給部
１５１ 第１制御部
２００ ３Ｄプリンタ
２０２ ステージ
２０３ 原料格納部
２０４ レーザ走査装置
２０５ ローラ
２０６ 光源
２０７ ローラ駆動部
２０８ レーザ駆動部
２０９ レーザ光走査スペース
２１０ チャンバ
２５０ 第２制御部
ＨＮ ヒータ

Claims (22)

  1. プラズマ処理装置内で使用される部品の形成方法であって、
    第１のセラミックスの原料と該第１のセラミックスとは異なる第２のセラミックスの原料とを供給しながら前記第１のセラミックスの原料及び前記第２のセラミックスの原料にエネルギービームを照射する第１の工程を含み、
    前記第１の工程において、
    前記第１のセラミックスの原料と前記第２のセラミックスの原料は各々の配合率を変えながら供給する、
    部品の形成方法。
  2. 第１のセラミックスと第２のセラミックスとの一方の原料を供給しながら前記原料にエネルギービームを照射する第２の工程と、
    第１のセラミックスと第２のセラミックスとの他方の原料を供給しながら前記原料にエネルギービームを照射する第３の工程と、を含み、
    前記第２の工程は前記第１の工程の前に実行され、
    前記第３の工程は前記第１の工程の後に実行される、
    請求項１に記載の部品の形成方法。
  3. プラズマ処理装置内で使用される部品の形成方法であって、
    金属の原料を供給しながら前記金属の原料にエネルギービームを照射することで基台を形成する第１の工程と、
    前記基台の上に前記金属の原料とセラミックスの原料とを供給しながら前記金属の原料と前記セラミックスの原料にエネルギービームを照射することで前記基台の上に境界層を形成する第２の工程と、
    前記セラミックスの原料を供給しながら前記セラミックスの原料にエネルギービームを照射することでセラミックス層を形成する第３の工程と、を含み、
    前記第２の工程において、
    前記金属の原料と前記セラミックスの原料は各々の配合率を変えながら供給する、
    部品の形成方法。
  4. 前記第２の工程は、前記基台の上に供給する前記金属の原料とセラミックスの原料との配合率を連続的又は段階的に変えながら供給する、
    請求項３に記載の部品の形成方法。
  5. 前記第１の工程、前記第２の工程及び前記第３の工程の順に各工程を実行する、
    請求項３又は４に記載の部品の形成方法。
  6. 前記第３の工程、前記第２の工程及び前記第１の工程の順に各工程を実行する、
    請求項３又は４に記載の部品の形成方法。
  7. 更にヒータの原料を供給しながら前記ヒータの原料にエネルギービームを照射することでヒータ層を形成する第４の工程を含む、
    請求項３～６のいずれか一項に記載の部品の形成方法。
  8. 更に電極膜の原料を供給しながら前記電極膜の原料にエネルギービームを照射することで電極膜を形成する第５の工程を含む、
    請求項３～７のいずれか一項に記載の部品の形成方法。
  9. 前記基台には、流路が形成されている、
    請求項３～８のいずれか一項に記載の部品の形成方法。
  10. 前記原料は、粉末状である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の部品の形成方法。
  11. 前記エネルギービームは、前記原料が金属の場合には光学レーザ又は電子ビームであり、前記原料がセラミックスの場合には紫外線である、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の部品の形成方法。
  12. プラズマ処理容器と、
    前記プラズマ処理容器内において基板をプラズマ処理するためのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
    プラズマ処理装置内に配置される部品と、を有し、
    前記部品は、第１のセラミックスの原料と該第１のセラミックスとは異なる第２のセラミックスの原料とを供給しながら前記第１のセラミックスの原料及び前記第２のセラミックスの原料にエネルギービームを照射する工程において、
    前記第１のセラミックスの原料と前記第２のセラミックスの原料は各々の配合率を変えながら供給することで形成された境界層を有する部品である、プラズマ処理装置。
  13. 前記部品は、更に前記第１のセラミックスと前記第２のセラミックスとの一方の原料を供給しながら前記原料にエネルギービームを照射する工程により形成された第１の層と、
    前記第１のセラミックスと前記第２のセラミックスとの他方の原料を供給しながら前記原料にエネルギービームを照射する工程により形成された第２の層とを有し、
    前記境界層が前記第１の層と前記第２の層の間に配置される、
    請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. プラズマ処理容器と、
    前記プラズマ処理容器内において基板をプラズマ処理するためのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
    プラズマ処理装置内に配置される部品とを有し、
    前記部品は、金属の原料を供給しながら前記金属の原料にエネルギービームを照射することで基台を形成する第１の工程により形成された第１の層と、
    前記基台の上に前記金属の原料とセラミックスの原料とを供給しながら前記金属の原料と前記セラミックスの原料にエネルギービームを照射することで前記基台の上に境界層を形成する第２の工程により形成された境界層と、
    前記セラミックスの原料を供給しながら前記セラミックスの原料にエネルギービームを照射することでセラミックス層を形成する第３の工程により形成された第２の層とを有し、
    前記境界層は、
    前記第２の工程において、前記金属の原料と前記セラミックスの原料の各々の配合率を変えながら供給することで形成されている、
    プラズマ処理装置。
  15. 前記境界層は、前記基台の上に供給する前記金属の原料とセラミックスの原料との配合率を連続的又は段階的に変えながら形成されている、
    請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記部品は、前記第１の工程、前記第２の工程、前記第３の工程の順に各工程を実行することで形成された部品である、
    請求項１４又は１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記部品は、前記第３の工程、前記第２の工程、前記第１の工程の順に各工程を実行することで形成された部品である、
    請求項１４又は１５に記載のプラズマ処理装置。
  18. 前記部品は、更にヒータの原料を供給しながら前記ヒータの原料にエネルギービームを照射することでヒータ層を形成する第４の工程により形成されたヒータ層を有する部品である、
    請求項１４～１７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記部品は、更に電極膜の原料を供給しながら前記電極膜の原料にエネルギービームを照射することで電極膜を形成する第５の工程により形成された電極層を有する部品である、
    請求項１４～１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  20. 前記基台には流路が形成されている、
    請求項１４～１９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  21. 前記原料は、粉末状である、
    請求項１２～２０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  22. 前記エネルギービームは、前記原料が金属の場合には光学レーザ又は電子ビームであり、前記原料が樹脂の場合には紫外線である、
    請求項１２～２１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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