JP7224096B2 - プラズマ処理装置用部品の溶射方法及びプラズマ処理装置用部品 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理装置用部品の溶射方法及びプラズマ処理装置用部品に関する。
載置台は、アルミニウムの基材上に静電チャックを備え、応力を緩和可能な接着剤でこれらの部材を貼りつける構造を有する（例えば、特許文献１を参照）。ところが、接着剤はプラズマ耐性が低い。このため、接着剤は、基材と静電チャックの間からプラズマに露出する部分にて消耗する。接着剤の消耗は、静電チャックの寿命を短縮させ、静電チャックの交換原因の一つとなる。この結果、静電チャックの交換によるプラズマ処理装置のメンテナンス時間の増大及びコストの増加を引き起こす。
そこで、基材と静電チャックの構造体の間から露出する接着剤が消耗しないように、接着剤の露出部分をプラズマ耐性の高い材料でコーティングすることが考えられる。
特開２００４－３４９６６４号公報
しかしながら、接着剤の露出部分の幅は、例えば数１００μｍ程度と狭いため、その峡部に数１００μｍの幅でプラズマ耐性の高い材料をコーティングすることは困難である。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、二つの部材の間から露出する接着剤を保護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、１５μｍ以下の粒子径を有する溶射材料の粉末を、プラズマ生成ガスとともにノズルの先端部から該ノズルと軸芯が共通するプラズマ生成部に噴射する工程と、前記プラズマ生成部にて５０ｋＷ以下の電力により前記プラズマ生成ガスからプラズマを生成する工程と、噴射した前記溶射材料の粉末を前記プラズマにより液状にし、マスクを介して樹脂層の表面を覆うように溶射する工程と、を有するプラズマ処理装置用部品の溶射方法が提供される。
一の側面によれば、二つの部材の間から露出する接着剤を保護することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図。 一実施形態に係る静電チャックの構成の一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマ溶射装置の全体構成の一例を示す図。 一実施形態に係るプラズマジェットを比較例と比較した図。 一実施形態に係る溶射膜の膜質及び密着性の実験結果の一例を示す図。 一実施形態に係る溶射膜の耐食性の実験結果の一例を示す図。 一実施形態に係る溶射膜のパターン幅の実験結果の一例を示す図。 一実施形態に係る接着剤の種類の実験結果の一例を示す図。 一実施形態に係るマスクを介した溶射方法を説明するための図。
以下、本発明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。
［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、プラズマ処理装置１の一例について、図１を参照しながら説明する。本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置であり、略円筒形の処理容器（チャンバ）２を有している。処理容器２の内面には、アルマイト処理（陽極酸化処理）が施されている。処理容器２の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。
載置台３は、基板の一例である半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）を載置する。載置台３は、基台１２上にウェハＷを静電吸着するための静電チャック（ＥＳＣ）１０を備え、処理容器２の底部に保持される。基台１２は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台３は下部電極としても機能する。
静電チャック１０は、誘電層１０ｂの間に電極層１０ａを挟み込んだ構造になっている。電極層１０ａには直流電源３０が接続されている。スイッチ３１の開閉により直流電源３０から電極層１０ａに直流電圧が印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０に吸着される。
静電チャック１０の外周側には、ウェハＷの外縁部を囲うように円環状のフォーカスリング１１が載置される。フォーカスリング１１は、例えば、シリコンから形成され、処理容器２においてプラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、プラズマ処理の効率を向上させるように機能する。
図２に示すように、基材１２と静電チャック１０の間は、接着剤１２２により接着されている。図１に戻り、基材１２の内部には、冷媒流路１２ａが形成されている。チラー３６から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体（以下、「冷媒」ともいう。）は、冷媒入口配管１２ｂ、冷媒流路１２ａ、冷媒出口配管１２ｃを流れ、循環する。かかる冷媒により、載置台３は抜熱され、冷却される。
伝熱ガス供給源３７は、Ｈｅガス等の伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン１６に通して静電チャック１０の表面とウェハＷの裏面との間に供給する。かかる構成により、静電チャック１０は、冷媒流路１２ａに循環させる冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御され、これにより、ウェハＷが所定の温度に制御される。
載置台３には、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦを供給する第１高周波電源３２が第１整合器３３を介して接続されている。また、載置台３には、バイアス電圧発生用の高周波電力ＬＦを供給する第２高周波電源３４が第２整合器３５を介して接続されている。プラズマ生成用の高周波電力ＨＦの周波数は、例えば４０ＭＨｚであってもよい。また、バイアス電圧発生用の高周波電力ＬＦの周波数は、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦの周波数よりも低く、例えば１３．５６ＭＨｚであってもよい。本実施形態では、高周波電力ＨＦは、載置台３に印加されるが、ガスシャワーヘッド２０に印加されてもよい。
第１整合器３３は、処理容器２内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、処理容器２内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
ガスシャワーヘッド２０は、本体部２０ａ及び天板２０ｂを有し、処理容器２の天壁部分に設けられている。ガスシャワーヘッド２０は、絶縁性部材２１を介して処理容器２に支持される。本体部２０ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に天板２０ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。天板２０ｂは、例えばシリコンから形成されている。本体部２０ａと天板２０ｂとの間は、接着剤により接着されている。
ガスシャワーヘッド２０には、可変直流電源２６が接続され、可変直流電源２６から負の直流電圧（ＤＣ）が出力される。ガスシャワーヘッド２０は、シリコンにより形成されてもよい。ガスシャワーヘッド２０は、載置台３（下部電極）に対向する対向電極（上部電極）としても機能する。
ガスシャワーヘッド２０には、ガスを導入するガス導入口２２が形成されている。ガスシャワーヘッド２０の内部にはガス導入口２２から分岐したセンター側のガス拡散室２４ａ及びエッジ側のガス拡散室２４ｂが設けられている。ガス供給源２３から出力されたガスは、ガス導入口２２を介してガス拡散室２４ａ、２４ｂに供給され、ガス拡散室２４ａ、２４ｂにて拡散されて複数のガス供給孔２５から載置台３に向けて導入される。
処理容器２の底面には排気口１８が形成されており、排気口１８に接続された排気装置３８によって処理容器２内が排気される。これにより、処理容器２内は所定の真空度に維持される。処理容器２の側壁にはゲートバルブ１７が設けられている。ゲートバルブ１７は、ウェハＷを処理容器２へ搬入したり、処理容器２から搬出したりする際に開閉する。
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、ＲＡＭ１１５等の記憶領域に格納されたレシピに従って、エッチング等の所望のプラズマ処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラー３６から出力される冷媒の温度などが設定されている。なお、レシピ及び制御装置１００が使用するプログラムは、ハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ 等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
エッチングや成膜等のプラズマ処理が実行される際には、ゲートバルブ１７の開閉が制御され、ウェハＷが処理容器２に搬入され、載置台３に載置される。直流電源３０から電極層１０ａに正又は負の極性の直流電圧が印加されると、ウェハＷが静電チャック１０に静電吸着され、保持される。
プロセス時には、ガス供給源２３から処理容器２内に所望のガスが供給され、第１高周波電源３２から載置台３に高周波電力ＨＦが印加される。第２高周波電源３４から載置台３に高周波電力ＬＦが印加されてもよい。可変直流電源２６から負の直流電圧がガスシャワーヘッド２０に印加されてもよい。これにより、ウェハＷの上方にてガスが乖離してプラズマが生成され、プラズマの作用によりウェハＷにプラズマ処理が施される。
プラズマ処理後、直流電源３０から電極層１０ａに静電吸着時とは正負の極性が逆の直流電圧が印加され、ウェハＷの電荷が除電される。除電後、ウェハＷは、静電チャック１０から剥がされ、ゲートバルブ１７から処理容器２の外に搬出される。
［静電チャックの製造］
次に、本実施形態に係る静電チャック１０の具体的構成について、図２を参照しながら順に説明する。まず、図２（ａ）の本実施形態に係る静電チャック１０の構成の一例について説明する。静電チャック１０は、アルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）の焼結材であり、基材１２の上に配置される。基材１２は、外周側に段差部があり、段差部に環状のフォーカスリング１１が載置されるようになっている。基材１２は、アルミニウムから形成され、その外周側の段差部を含む基材１２の側壁は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の溶射セラミックス１２１により被覆されている。なお、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の代わりにイットリア（Ｙ２Ｏ３）を用いてもよい。
基材１２の上面に設けられた接着層１２２により静電チャック１０は基材１２に接着される。接着層１２２は、シリコーンにより形成された樹脂層の一例である。シリコーンはポリイミド樹脂であってもよいし、その他の樹脂であってもよい。
本実施形態に係る接着層１２２の厚さは、１００μｍ～３００μｍ程度である。接着層１２２の周縁部の基材１２と静電チャック１０の間から露出する部分は、１５μｍ以下の粒子径を有する溶射材料の粉末を液状にして溶射した溶射膜１２３によりコーティングされている。溶射膜１２３は、周方向に１００μｍ～３００μｍ程度の幅で溶射され、接着層１２２の周縁部をコーティングし、保護する。このような数百μｍの峡部の溶射方法については後述する。
図２（ｂ）に示すように、接着層１２２の外側における基材１２と静電チャック１０の間の幅が、１００μｍ～１０００μｍの場合、基材１２と静電チャック１０の間をつなぐように１００μｍ～１０００μｍ程度の幅の溶射膜１２４を溶射により形成してもよい。この場合、溶射膜１２４は、周方向に１００μｍ～１０００μｍ程度の幅で溶射され、接着層１２２の周縁部を保護する。なお、以下の溶射膜の説明では、溶射膜１２３を例に挙げて溶射膜について説明するが、溶射膜１２４についても適用される。
この場合、溶射セラミックス１２１と誘電層１０ｂとをつなぐ溶射材料は、同種のセラミックスでもよいし、異種のセラミックスでもよい。
溶射膜１２３，１２４の厚さは、５μｍ～２０μｍである。溶射材料、つまり、溶射膜１２３，１２４は、金属酸化物又は金属窒化物を含む金属無機材料であればよい。ただし、溶射材料は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又はイットリア（Ｙ２Ｏ３）等の金属酸化膜で形成されることが好ましい。
接着層１２２のシリコーンは樹脂であり有機物を含むため、プラズマ耐性が低い。よって、接着層１２２がプラズマに曝露されると、プラズマにより接着層１２２が選択的に消耗し、静電チャック１０の寿命律速になる。例えば、粒状のセラミックスを有機溶剤（結着剤）で繋いだバインダ成分を含む材料で接着層１２２をコーティングすると、有機溶剤はプラズマ耐性が低いため、接着層１２２の消耗を防止できない。
そこで、本実施形態では、接着層１２２のプラズマに露出する面（接着層１２２の側面）に、溶射によりアルミナセラミックスの溶射膜１２３を形成する。本実施形態に係る溶射膜１２３は、粉末のアルミナセラミックスを液状にして溶射するため、有機溶剤が入らず、プラズマ耐性が高い無機材料で接着層１２２をコーティングできる。このようにして、本実施形態によれば、バインダ成分が入らない無機材料のアルミナセラミックスの膜で接着層１２２をコーティングすることにより、接着層１２２の消耗が抑えられ、静電チャック１０の寿命を向上させることができる。
［プラズマ溶射装置］
上記接着層１２２の露出部分は、１００μｍ～３００μｍ程度の幅である。そのような峡部に溶射により溶射膜１２３を成膜するためには、１０２μｍのオーダーの幅で溶射可能なプラズマ溶射装置１５０を使用する。以下、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０の構成の一例について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３に示すように、プラズマ溶射装置１５０は、溶射材料の粉末をノズル５１の先端部（開口５１ｂ）から噴射して、高速のガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら基材に向かって噴き出し、基材上に溶射膜１２３を形成する。
本実施形態では、溶射材料の粉末の一例として、１５μｍ以下の粒子径のアルミナの微粉末(パウダー)（以下、「アルミナ粉末Ｒ１」という。）を使用する。ただし、溶射材料の粉末は、上記セラミックス又はセラミックスに金属を添加した複合材料等、金属酸化物又は金属窒化物を含む金属無機材料であって、１５μｍ以下の粒子径であればよい。
本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０は、粒子径が１５μｍ以下と小さく、低エネルギーで溶射材料を溶融可能なため、溶射材料の粉末が昇華せずに、液状のまま存在し、１００μｍ～３００μｍ程度の幅に溶射できる。このように、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０は、融点の低い特定の溶射材料であっても溶射できる。
プラズマ溶射装置１５０は、供給部５０、制御部１０１、ガス供給部４０、プラズマ生成部６５、チャンバＣ、回収廃棄機構８３及びドライ室８８を含む。供給部５０は、ノズル５１及びフィーダー６０を有する。アルミナ粉末Ｒ１は、フィーダー６０内の容器６１に収納されている。アルミナ粉末Ｒ１は、アルミナの１５μｍ以下の粒子径の微粉末である。フィーダー６０は、アルミナ粉末Ｒ１をノズル５１に供給する。アルミナ粉末Ｒ１は、プラズマ生成ガスによりノズル５１内を運ばれ、先端部の開口５１ｂからプラズマ生成ガスとともに噴射される。
フィーダー６０には、アクチュエータ６２が設けられている。ノズル５１は棒状の環状部材であり、その内部にアルミナ粉末Ｒ１が運ばれる流路５１ａが形成されている。ノズル５１の流路５１ａと容器６１内とは連通する。アルミナ粉末Ｒ１は、アクチュエータ６２の動力により容器６１を振動させることで、容器６１からノズル５１内の流路５１ａに投入される。
ノズル５１には、アルミナ粉末Ｒ１とともにプラズマ生成ガスが供給される。プラズマ生成ガスは、プラズマを生成するためのガスであり、また、流路５１ａにてアルミナ粉末Ｒ１を運ぶキャリアガスとしても機能する。ガス供給部４０では、ガス供給源４１からプラズマ生成ガスが供給され、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ：mass flow controller）を通って開閉及び流量制御され、パイプ４２を通ってノズル５１内の流路５１ａに供給される。プラズマ生成ガスとしては、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス及びこれら各種ガスを組合わせたガスが利用できる。本実施形態では、プラズマ生成ガスとしてＡｒガスを供給する場合を例に挙げて説明する。
ノズル５１は、プラズマ生成部６５の本体部５２を貫通し、その先端部がプラズマ生成空間Ｕに突出する。アルミナ粉末Ｒ１は、プラズマ生成ガスによりノズル５１の先端部まで運搬され、プラズマ生成ガスとともに先端部の開口５１ｂからプラズマ生成空間Ｕに噴射される。
ノズル５１は、金属により形成されている。本体部５２は、絶縁材料により形成されている。本体部５２は、中央部に貫通口５２ａを有している。ノズル５１の前方部分５１ｃは、本体部５２の貫通口５２ａに挿入されている。ノズル５１の前方部分５１ｃは、直流電源４７に接続され、直流電源４７から電流が供給される電極（カソード）としても機能する。
プラズマ生成空間Ｕは、主に本体部５２の凹み部５２ｂと張出部５２ｄとにより画定された空間であり、プラズマ生成空間Ｕにはノズル５１の先端部が突出している。張出部５２ｄは、本体部５２の外壁に設けられた金属板５２ｃと一端部で連結している。金属板５２ｃは、直流電源４７に接続されている。これにより、金属板５２ｃ及び張出部５２ｄは電極（アノード）として機能する。
電極間には、直流電源４７から例えば、５０ｋＷ以下の電力が供給され、これにより、ノズル５１の先端部と張出部５２ｄとの間で放電が生じる。これにより、プラズマ生成部６５は、プラズマ生成空間Ｕにおいてノズル５１から噴射したアルゴンガスからアルゴンプラズマを生成する。
また、プラズマ生成空間Ｕには、アルゴンガスが旋回流となって供給される。具体的に説明すると、アルゴンガスは、ガス供給源４１から供給され、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を通って開閉及び流量制御され、パイプ４３を通って本体部５２内を流れ、横方向からプラズマ生成空間Ｕに供給される。
プラズマ生成空間Ｕに導入されるアルゴンガスの供給流路は、本体部５２に複数設けられている。これにより、アルゴンガスは、複数の供給流路から横方向に旋回流となってプラズマ生成空間Ｕに供給される。これにより、プラズマ生成部６５にて生成されるプラズマの拡散を防ぎ、プラズマジェットＰが直線偏向となる。これにより、プラズマ生成部６５では、ノズル５１の先端部から噴射したプラズマ生成ガスがプラズマ化し、ノズル５１と軸芯Ｏが共通するプラズマジェットＰが生成される。なお、本実施形態にて「軸芯が共通する」とは、供給部５０（ノズル５１）の中心軸とプラズマジェットの吹き付け方向の中心軸とが一致する又はほぼ同一方向になることをいう。
かかる構成によれば、アルミナ粉末Ｒ１は、高速のアルゴンガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融し、液状となって基材１２の表面に向かって噴き出され、溶射される。これにより、溶射膜１２３が形成される。
本体部５２の内部には冷媒流路７２が形成されている。チラーユニット７０から供給された冷媒は、バルブ７４、７５の開閉により冷媒管７１、冷媒流路７２、冷媒管７３を通って循環し、チラーユニット７０に戻る。これにより、本体部５２は冷却され、本体部５２がプラズマの熱により高温になることを防ぐ。なお、チャンバＣの側壁には、チャンバＣの内部を目視するための窓８２が付けられている。
［軸芯構造］
かかる構成の本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０では、図４（ｂ）に示すように、供給部５０のノズル５１とプラズマジェットＰとの軸芯を共通にする構造となっている。これにより、アルミナ粉末Ｒ１の噴出方向をプラズマジェットＰの進行方向と同一にすることができる。つまり、プラズマジェットＰと同一軸でアルミナ粉末Ｒ１が供給される。これにより、溶射の指向性を高め、マスクを介して基材１２と静電チャック１０の間の接着層１２２の面に１０２μｍのオーダーの幅のアルミナセラミックスの溶射膜１２３を形成することができる。溶射膜１２３は、厚さが５μｍ～２０μｍの薄膜である。
これに対して、比較例のプラズマ溶射装置９では、図４（ａ）に示すように、溶射材料の粉末は、ノズル８の前方に形成されたプラズマジェットＰに対して垂直方向に設けられた供給管７から、プラズマジェットＰに対して垂直に供給される。このため、溶射用粉末Ｒ２の粒子径が小さいと、その粉末Ｒ２がプラズマジェットＰの境界にてはじかれ、プラズマ内に入り込むことができない。そこで、比較例のプラズマ溶射装置９の場合、図４（ａ）の下表に示すように、溶射材料の粉末Ｒ２の粒子径は、３０μｍ～１００μｍとなる。これに対して、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０は、ノズル５１とプラズマジェットＰとが軸芯を共通にする構造となっているため、使用する溶射材料の粉末Ｒ１の粒子径が、図４（ｂ）の下表に示す１５μｍ以下になるように粒子を小さくでき、このように粒子を小さくしても粉末Ｒ１がプラズマジェットＰの境界にてはじかれることがない。これに対して、比較例にて使用する溶射材料の粉末Ｒ２は、本実施形態にて使用する溶射材料の粉末Ｒ１と比較して、粒子径が１０倍、体積が１０００倍程度大きくなる。
以上から、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０の場合、直流電源から出力した５０ｋＷ以下の低電力により溶射材料の粉末Ｒ１を液状にすることができる。これに対して、比較例のプラズマ溶射装置９の場合、溶射材料の粉末Ｒ２をプラズマにより溶融するためには、直流電源から供給する電力量を、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０の場合と比べて２倍以上にしなければならない。この結果、比較例のプラズマ溶射装置１５０の場合、溶射時に基材１２や接着層１２２が焼け、例えば接着層１２２のシリコーンが炭化して溶射膜１２３を成膜できない。
これに対して、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０の場合、溶射材料の粉末Ｒ１は小さく、かつ比較例と比べて１／１０程度のフィード量で少しずつ供給するため、溶射材料の粉末を溶融するための電力量を小さくできる。このため、溶射時に基材１２や接着層１２２が焼けることなく、例えば、接着層１２２のシリコーン上にアルミナセラミックスの溶射膜１２３を成膜することができる。また、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０の場合、前述した通り比較例と比べて１／１０程度のフィード量で溶射材料を供給できるため、コーティングする溶射膜１２３の膜厚について微量の調整が可能になる。
また、本実施形態のプラズマ溶射装置１５０の場合、供給部５０のノズル５１とプラズマジェットＰとの軸芯を共通にする構造を有し、アルミナ粉末Ｒ１の噴出方向がプラズマジェットＰの進行方向と同一方向である。このため、溶射に指向性を有し、マスク１２５を介して接着層１２２の側面の露出した峡部に数μｍの制御でアルミナセラミックスの溶射膜１２３を選択的に溶射することができる。
図３に戻り、プラズマ溶射装置１５０のチャンバＣについて説明する。チャンバＣは、円柱状の中空の容器であり、例えばアルミニウムやステンレスや石英により形成されている。チャンバＣは、天井部にて本体部５２を支持し、供給部５０及びプラズマ生成部６５を閉空間とする。基材１２は、チャンバＣの底部８１に配置されたステージ８０に置かれている。本実施形態では、チャンバＣの内部は、所定の圧力に減圧されている。ただし、チャンバＣの内部は必ずしも減圧されなくてもよく、大気雰囲気中で実施されてもよい。
チャンバＣの内部は、アルゴンガスにより充填されている。アルゴンガスは、ガス供給源４１からパイプ４５を通ってチャンバＣ内に供給される。ただし、チャンバＣの内部に充填されるガスは、アルゴンガスに限らず、不活性ガスであればよい。
回収廃棄機構８３は、チャンバＣの内部のアルゴンガス及びアルミナ粉末をバルブ８５の開閉に従い排気管８４に通して吸い込み、アルミナ粉末を廃棄する。
ドライ室８８は、チャンバＣに隣接して設けられ、所定の湿度に除湿された閉空間を形成している。また、ドライ室８８は、排気装置８９により所定の圧力に減圧されている。ただし、ドライ室８８は、減圧されていなくてもよい。セラミックス溶射が施された基材１２は、ゲートバルブ８６、８７からドライ室８８に搬送され、次工程へと運ばれる。
プラズマ溶射装置１５０は、制御部１０１を有する。制御部１０１は、プラズマ溶射装置１５０を制御する。制御部１０１は、ガス供給源４１、フィーダー６０（アクチュエータ６２）、直流電源４７、チラーユニット７０及び回収廃棄機構８３等を制御する。
制御部１０１は、特定の溶射材料をプラズマ溶射するためのレシピ又はプログラムを選択し、該レシピ又はプログラムに基づきプラズマ溶射装置１５０の各部を制御する。これにより、マスク１２５を介して接着層１２２の側面に溶射膜１２３を溶射するプロセスが実行される。
［溶射膜の実験結果］
以下、プラズマ溶射装置１５０を使用して成膜したアルミナセラミックスの溶射膜１２３に関する実験結果について、図５～図９を参照しながら説明する。
（膜質及び密着性）
まず、本実施形態に係る溶射膜１２３の膜質及び密着性の実験結果の一例について、図５を参照しながら説明する。本実験では、プラズマ溶射装置１５０を使用して、図５（ａ）に示すシリコーンのピース１２Ｐの上に幅が２０μｍの溶射膜１２３を成膜した。このときの溶射膜１２３の表面のＳＥＭ画像を図５（ｂ）の上段に示し、断面のＳＥＭ画像を図５（ｂ）の下段に示す。これによれば、粒子径が１５μｍ以下のアルミナの溶射材料が溶けて液状となり、緻密なアルミナセラミックスの溶射膜１２３が形成されていることがわかる。また、図５（ｂ）の下段の断面ＳＥＭ画像により、下地のシリコーンのピース１２Ｐの上にアルミナセラミックスの溶射膜１２３が密着していることがわかる。よって、本実施形態にかかるプラズマ溶射により、膜質がよく、かつ下地層との密着性が高い溶射膜１２３を生成できることがわかった。
（耐食性）
次に、本実施形態に係る溶射膜１２３の耐食性の実験結果の一例について、図６を参照しながら説明する。本実験では、シリコーンのピース１２Ｐの上に幅が２０μｍの溶射膜１２３を成膜した後、そのシリコーンのピース１２Ｐを図１のプラズマ処理装置１内の載置台３に載置させる。この状態で、プラズマ処理装置１内にてＯ２プラズマを生成する。本実験の結果、Ｏ２プラズマ中の主にＯ２ラジカルの作用により、溶射膜１２３を成膜した部分以外のプラズマに露出したシリコーン１２ｐは消耗する。一方、溶射膜１２３を成膜した部分（膜厚が約１４．５μｍの部分）のシリコーン１２ｐは消耗していないことがわかる。以上から、本実施形態に係る溶射膜１２３は、接着層１２２のプラズマに露出する面を覆うことで、接着層１２２がプラズマの作用により消耗することを防止できる。
（パターン幅）
次に、本実施形態に係る溶射膜１２３のパターン幅の実験結果の一例について、図７を参照しながら説明する。本実験では、図７（ａ）に示すように、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１５０から噴出される溶射材料は、液状になってマスク１２５を介してマスク１２５に形成されたスリット（開口）のパターンに溶射される。
マスク１２５には、幅が５０μｍ、１５０μｍ、２５０μｍのパターンのスリットが形成されている。本実施形態に係るプラズマ溶射の結果、図７（ｂ）に示すように、シリコーンのピース１２Ｐ上に幅が５０μｍ、１５０μｍ、２５０μｍの溶射膜１２３を成膜できていることがわかる。以上より、本実施形態では、幅が数十μｍ～数百μｍの細い開口を設けたマスク１２５を介して、幅が５０μｍ、１５０μｍ、２５０μｍの溶射膜１２３を成膜できることがわかる。
（接着層の種類）
次に、本実施形態に係る接着層１２２の種類について、図８を参照しながら説明する。スリットが１５０μｍのマスク１２５を介して溶射膜１２３を成膜する場合、接着層１２２の種類が、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂のいずれの場合にも、各樹脂上にスリット１５０μｍに応じた幅の溶射膜１２３を成膜できることが確認されている。
（マスクを介した溶射方法）
次に、本実施形態に係るマスク１２５を介した溶射方法について、図９を参照しながら説明する。本実施形態にかかるマスク１２５は、ポリイミド等のシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂マスク、樹脂繊維マスク及び金属マスクを使用できる。
本実施形態に係るマスク１２５は、図９（ａ）に示すように、静電チャック１０と基材１２の間の接着層１２２の側面に対応して開口するように設置される。図９（ａ）では、マスク１２５は、接着層１２２の側面の全周に設置されておらず、接着層１２２の側面の一部に設置されている。本実施形態に係るマスク１２５は、図９（ｂ）に示すように、接着層１２２の側面の全周に設置されてもよい。このとき、マスク１２５は、例えば３００ｍｍのウェハが載置される静電チャック１０の上面から、静電チャック１０の上面と側面を覆うように設置され、接着層１２２の側面に対応して開口していてもよい。
基材１２及び静電チャック１０は、ターンテーブル１６０の上に置かれている。溶射方法としては、ターンテーブル１６０を回転させながら、プラズマ溶射装置１５０から照射されるアルミナの溶射材料を、マスク１２５の開口から接着層１２２の側面に１００μｍ～３００μｍ又は１００μｍ～１０００μｍの幅で溶射する。
マスク１２５は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、金属マスクや樹脂マスク等の物理マスクであってもよい。金属マスクの場合、プラズマ処理装置用部品の溶射に複数回利用できる。一方、樹脂マスクの場合、プラズマ処理装置用部品の溶射に一回のみ利用できる。
図９（ａ）に示すように、マスク１２５が、静電チャック１０の周方向の一部に設けられている場合、ターンテーブル１６０が回転し、マスク１２５は回転しないことで、溶射膜１２３を接着層１２２の側面に溶射することができる。
一方、図９（ｂ）に示すように、マスク１２５が、静電チャック１０の接着層１２２に応じて全周に設けられている場合、ターンテーブル１６０と一緒にマスク１２５を回転させてもよいし、マスク１２５は回転しなくてもよい。これにより、溶射膜１２３を接着層１２２の側面に溶射することができる。
さらに、図９（ｃ）に示すように、マスク１２５は、接着層１２２の表面の全部に対応して開口するように塗布される塗布マスクであってもよい。塗布マスクは、接着層１２２の側面の部分にて開口するように、接着剤１２２が露出した全周に塗布される。
塗布マスクでは、接着層１２２の側面に開口を設け、その周りの静電チャック１０の側面に水溶性樹脂の塗布剤を塗布し、塗布後、プラズマ溶射装置１５０によりプラズマ溶射を行う。これにより、溶射膜１２３が、接着層１２２の側面を覆うように成膜される。溶射後、塗布剤を水等の洗浄処理により除去する。
以上、本実施形態に係る溶射方法によれば、二つの部材間を接着する接着剤の峡部をプラズマ耐性の高い材料でコーティングすることができる。
以上、プラズマ処理装置用部品の溶射方法及びプラズマ処理装置用部品を上記実施形態により説明した。しかし、本発明にかかるプラズマ処理装置用部品の溶射方法及びプラズマ処理装置用部品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。
例えば、上記実施形態では、載置台３の静電チャック１０と基材１２とを接着する接着層のプラズマに露出する峡部をプラズマ溶射装置１５０により１００μｍ～１０００μｍの幅に溶射する。しかし、載置台３はプラズマ処理装置用部品の一例であり、本発明の溶射方法は、載置台３（下部電極）だけでなく、他のプラズマ処理装置用部品にも使用することができる。
例えば、本発明の溶射方法は、ガスシャワーヘッド２０（上部電極）の本体部２０ａと天板２０ｂとを接着する接着層の側面に溶射膜を形成する際にも使用することができる。本発明の溶射方法を用いて樹脂層の表面に成膜したプラズマ処理装置用部品としては、載置台、ガスシャワーヘッドに限らず、プラズマ処理装置に使用する部品であって、二つの部材を接着する接着層の一部がプラズマに露出する部品に使用することができる。
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、基板の一例として半導体ウェハ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や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
１ プラズマ処理装置
２ 処理容器（チャンバ）
３ 載置台
１０ 静電チャック
１０ａ 電極層
１０ｂ 誘電層
１１ フォーカスリング
１２ 基材
１２ａ 冷媒流路
１７ ゲートバルブ
２０ ガスシャワーヘッド
２０ａ 本体部
２０ｂ 天板
２１ シールドリング
２２ ガス導入口
２３ ガス供給源
２５ ガス供給孔
３０ 直流電源
３１ スイッチ
３２ 第１高周波電源
３３ 第１整合器
３４ 第２高周波電源
３５ 第２整合器
３６ チラー
３７ 伝熱ガス供給源
３８ 排気装置
１００ 制御装置
１２１ 溶射セラミックス
１２２ 接着層
１２３，１２４ 溶射膜
１２５ マスク
１５０ プラズマ溶射装置
５０ 供給部
５１ ノズル
５１ａ 流路
５１ｂ 開口
５２ 本体部
５２ｂ 凹み部
５２ｄ 張出部
６０ フィーダー
６１ 容器
６２ アクチュエータ
１０１ 制御部
４０ ガス供給部
４１ ガス供給源
４７ 直流電源
６５ プラズマ生成部
７０ チラーユニット
８０ ステージ
８３ 回収廃棄機構
８８ ドライ室
Ｃ チャンバ
Ｕ プラズマ生成空間

Claims (9)

  1. プラズマ処理装置用部品の溶射方法であって、
    プラズマ生成部にて５０ｋＷ以下の電力によりプラズマ生成ガスからプラズマジェットを生成する工程と、
    １５μｍ以下の粒子径を有する溶射材料の粉末を、前記プラズマ生成ガスとともにノズルの先端部から該ノズルと軸芯が共通する前記プラズマジェットに噴射する工程と、
    噴射した前記溶射材料の粉末を前記プラズマジェットにより液状にし、マスクを介して前記プラズマ処理装置用部品である静電チャックと基材と樹脂層とにより定義される凹部の前記樹脂層の表面に直に接触し、かつ、前記表面を覆うように溶射する工程と、
    を有するプラズマ処理装置用部品の溶射方法。
  2. 前記溶射する工程は、前記液状の溶射材料を１００μｍ～３００μｍの幅に成膜する、
    請求項１に記載の溶射方法。
  3. 前記溶射する工程は、前記液状の溶射材料を５μｍ～２０μｍの厚さに成膜する、
    請求項１又は２に記載の溶射方法。
  4. 前記マスクは、前記樹脂層の表面の一部又は全部に対応して開口するように配置される物理マスク又は前記樹脂層の表面の全部に対応して開口するように塗布される塗布マスクである、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の溶射方法。
  5. 前記溶射材料は、金属酸化物又は金属窒化物を含む金属無機材料である、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の溶射方法。
  6. 前記溶射材料は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又はイットリア（Ｙ２Ｏ３）である、
    請求項５に記載の溶射方法。
  7. 前記請求項１～６のいずれか一項に記載の溶射方法を用いて、プラズマ処理装置用部品に設けられた樹脂層の表面に１００μｍ～３００μｍの幅で液状の溶射材料を溶射するプラズマ処理装置用部品の製造方法。
  8. プラズマ生成部にて５０ｋＷ以下の電力によりプラズマ生成ガスからプラズマジェットを生成する工程と、
    １５μｍ以下の粒子径を有する溶射材料の粉末を、前記プラズマ生成ガスとともにノズルの先端部から該ノズルと軸芯が共通する前記プラズマジェットに噴射する工程と、
    噴射した前記溶射材料の粉末を前記プラズマジェットにより液状にし、マスクを介してプラズマ処理装置用部品である静電チャックと基材と樹脂層とにより定義される凹部の前記樹脂層の表面に直に接触し、かつ、前記表面を覆うように溶射する工程と、を有し、
    前記マスクは、前記樹脂層の表面の一部又は全部に対応して開口するように配置される物理マスク又は前記樹脂層の表面の全部に対応して開口するように塗布される塗布マスクであり、
    前記溶射材料は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又はイットリア（Ｙ２Ｏ３）であり、
    前記溶射する工程は、前記液状の溶射材料を１００μｍ～３００μｍの幅であって５μｍ～２０μｍの厚さに成膜する、溶射方法。
  9. 請求項８に記載の溶射方法により溶射するプラズマ処理装置用部品の製造方法。
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