JPWO2013176168A1 - プラズマ処理装置用部品およびプラズマ処理装置用部品の製造方法 - Google Patents

プラズマ処理装置用部品およびプラズマ処理装置用部品の製造方法 Download PDF

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Abstract

基材と、この基材の表面を被覆する下地層と、この下地層の表面を被覆する酸化イットリウム被膜とを備えたプラズマ処理装置用部品であって、前記下地層は、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなり、前記酸化イットリウム被膜は、粒界が観察される酸化イットリウムからなる粒子状部と、前記粒界が観察されない酸化イットリウムからなる非粒子状部との少なくとも一方を含むものであり、前記酸化イットリウム被膜は、膜厚が１０μｍ以上、膜密度が９６％以上であり、前記酸化イットリウム被膜の表面の２０μｍ?２０μｍの観察範囲中の前記粒子状部の面積比率が０〜２０％、前記観察範囲中の前記非粒子状部の面積比率が８０〜１００％であるプラズマ処理装置用部品。

Description

本発明は、プラズマ処理装置用部品およびプラズマ処理装置用部品の製造方法に関する。
半導体装置製造における微細配線は、通常、スパッタリング装置やＣＶＤ装置によるＳｉＯ２等の絶縁膜の成膜と、エッチング装置によるＳｉやＳｉＯ２の等方性エッチングおよび異方性エッチングとを利用して形成されている。一般的に、これらの装置では成膜速度やエッチング性の向上のためにプラズマ放電が利用されている。たとえば、エッチング装置としてプラズマエッチング装置が用いられている。
プラズマエッチング装置を用いるドライエッチングプロセスとしては、たとえば、半導体の製造の際に、Ｓｉの微細加工や基板上に成膜された絶縁膜、電極膜および配線膜等の各種薄膜のドライエッチングプロセスとして、プラズマエッチングを行う方法が知られている。
プラズマエッチングは、たとえば、以下のようにして行われる。はじめに、ドライエッチング装置のチャンバー内に対向して配置された上部電極と下部電極のうち、下部電極面上にＳｉ基板を複数枚搭載する。次に、搭載された基板間に、ＣＦ４等の弗素（Ｆ）系ガスやＣｌ２等の塩素（Ｃｌ）系ガスを導入し、前記電極間でプラズマ放電して弗素系プラズマや塩素系プラズマを発生させる。さらに、発生したプラズマ中で生成された活性なイオンやラジカルで、基板上に形成された薄膜をドライエッチングすることにより、プラズマエッチングの工程が終了する。
なお、Ｓｉ基板上のＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ等からなる薄膜がプラズマエッチングされると、プラズマ成分と被エッチング材とが反応してＳｉＦ４、フルオロカーボン等の反応生成物が生成する。反応生成物の大部分は気体状態となって排気ポンプによりチャンバー外に排出されるが、反応生成物の一部は固体状態となってチャンバー内に堆積して付着膜となる。この反応生成物からなる付着膜は除去されることが好ましい。
このため、付着膜を除去するために、弗素系プラズマや塩素系プラズマを用いてドライエッチングを行うことにより、チャンバー内に付着した反応生成物（付着膜）をチャンバー外に排出する処理が知られている。なお、このドライエッチングは、反応生成物（付着膜）を除去する処理であるため、上記の薄膜等のドライエッチングの場合と異なるガス条件で弗素系プラズマや塩素系プラズマを発生させて処理される。
しかし、付着膜を構成する反応生成物がフルオロカーボン系のエッチング生成物である場合、この反応生成物と、弗素系プラズマや塩素系プラズマとは十分に反応しないため、反応生成物がチャンバー内に残留する。このため、残留した付着膜が剥離し、基板上に混入すると、パターン不良や歩留り低下を招くおそれがある。
そこで、従来、プラズマエッチング装置のうち、チャンバー等のプラズマが照射される部品には、反応生成物が生成しないように、基材の表面に耐プラズマ性および耐食性が高い被膜を形成することが行われている。この被膜としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる被膜が知られている。これらの被膜は、反応生成物の発生抑制とプラズマタックによる部品の損傷防止の効果がある。
例えば、特許第４０８４６８９号明細書（特許文献１）には基材に塗布されたＹ（ＯＨ）３ゾル液を熱処理して形成されたＹ２Ｏ３膜が記載されており、特開２００６−１０８１７８号公報（特許文献２）にはＡｌ２Ｏ３溶射被膜が記載されている。
特許第４０８４６８９号明細書 特開２００６−１０８１７８号公報
しかしながら、溶射法によって形成された酸化イットリウムや酸化アルミニウムの溶射被膜は、酸化イットリウムや酸化アルミニウムの扁平な粒子が堆積したものであり、この扁平な粒子は溶融した酸化イットリウムや酸化アルミニウムの粒子が基材の表面に衝突し冷却されたものである。このため、溶射法によって形成された酸化イットリウムや酸化アルミニウムの溶射被膜は、マイクロクラックが多数発生しやすく、歪が残留しやすい。
すなわち、溶射熱源によって溶融した酸化イットリウムや酸化アルミニウムの粒子が基材の表面に衝突し急冷凝固して偏平な形状になる際に、偏平な粒子の表面にマイクロクラックが発生し、偏平な粒子の内部に歪が残留する。
そして、このような状態での酸化イットリウム被膜や酸化アルミニウム被膜にプラズマ放電で発生した活性ラジカルが照射されると、活性ラジカルがマイクロクラックをアタックしてマイクロクラックが大きくなるとともに内部歪の開放の際にマイクロクラックが伝播する。この結果、溶射被膜が欠損して溶射被膜に由来するパーティクルが発生しやすくなるとともに、溶射被膜の上に付着した反応生成物が剥離して反応生成物に由来するパーティクルが発生しやすくなる。また、パーティクルの発生は半導体装置等の製品歩留りを低下させるとともに、プラズマエッチング装置用部品のクリーニングや部品の交換が頻繁になり生産性の低下や成膜コストの上昇を生じる。
また、溶射被膜がプラズマを熱源とするプラズマ溶射で形成される場合には、プラズマへの供給粉末である酸化物粉末の粒径が１０〜４５μｍ程度と大きい。このため、形成された溶射被膜は、気孔（ボイド）が最大１５％程度と多く発生するとともに、溶射表面の粗さが平均粗さＲａで６〜１０μｍ程度と粗くなる。
このような気孔が多く表面の粗さが粗い溶射被膜が形成されたプラズマエッチング装置部品を使用すると、気孔を通じてプラズマエッチング装置部品の基材のプラズマエッチングが進行してプラズマエッチング装置部品の寿命が短くなるとともに、プラズマ放電が溶射被膜の凸部に集中して溶射被膜が脆くなりパーティクルの発生量が多くなる。
さらに、最近の半導体素子は、高集積度を達成するために配線幅の狭小化が進められている。配線幅の狭小化は、例えば３２ｎｍ、２４ｎｍ、さらには１９ｎｍにまで及ぶ。このように狭小化された配線やそれを有する素子においては、例えば直径０．１μｍ程度の極微小なパーティクルが混入した場合でも、配線不良や素子不良等が生じる。このため、近年は、極微小なパーティクルであっても、その発生を抑制することが強く要望されている。
また、溶射被膜を形成する場合は、通常、被膜形成の前処理として、砥粒等を高圧粒体と共に基材の表面に吹き付けるブラスト処理を行う。しかし、このようにブラスト処理を行うと、基材の表面にブラスト材(砥粒)の残留片が存在したり、ブラストによって基材の表面に破砕層が形成されたりする。
そして、このようなブラスト材が残存したり破砕層が形成されたりした基材の表面に溶射被膜が形成されると、プラズマ放電での温度変化による熱膜応力により、基材と溶射被膜との界面に応力が作用し、溶射被膜ごと膜剥離し易くなる。特に、ブラスト処理の圧力や砥粒サイズを大きくした場合には、膜剥離の発生が顕著となる。このため、溶射被膜の寿命は、ブラスト処理の条件によっても大きく変わることになる。
このように、プラズマエッチング装置用部品の基材の表面に溶射被膜を形成する方法は、溶射被膜がパーティクルの発生源となり易く製品歩留りを低下させ易いとともに、ブラスト処理の具合により溶射被膜の寿命が変化するという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被膜の耐食性および強度が高いために、被膜からのパーティクルの発生や被膜の剥離を安定かつ有効に抑制するプラズマ処理装置用部品およびその製造方法を提供することを目的とする。
本願発明者らは、基材の表面に、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなる下地層を設けることにより、下地層上に設ける酸化イットリウム被膜の膜密度を向上させ、内部欠陥、内部歪やマイクロクラックが実質的に発生しない酸化イットリウム被膜を形成することができることを見出した。本発明は、このように、基材の表面に、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなる下地層を設けることにより、被膜からのパーティクルの発生や被膜の剥離を安定かつ有効に抑制するとともに、被膜の表面における反応生成物の生成とこの反応生成物からのパーティクルの発生の抑制が可能であることを見出して完成されたものである。
本発明に係るプラズマ処理装置用部品は、上記問題点を解決するものであり、基材と、酸化イットリウム被膜とを備えたプラズマ処理装置用部品であって、前記酸化イットリウム被膜の下地層として熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜を有し、前記酸化イットリウム被膜は、顕微鏡観察により外部と区画する粒界が観察される酸化イットリウムからなる粒子状部と、前記粒界が観察されない酸化イットリウムからなる非粒子状部との少なくとも一方を含むものであり、前記酸化イットリウム被膜は、膜厚が１０μｍ以上、膜密度が９６％以上であり、前記酸化イットリウム被膜の表面を顕微鏡観察したときに、２０μｍ×２０μｍの観察範囲中の前記粒子状部の面積比率が０〜２０％、前記観察範囲中の前記非粒子状部の面積比率が８０〜１００％であることを特徴とするものである。
また、本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法は、上記問題点を解決するものであり、基材と、下地層として熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜と、衝撃焼結法を用いて形成され、前記下地層の表面を被覆する酸化イットリウム被膜と、を備えたプラズマエッチング装置用部品を製造するプラズマエッチング装置用部品の製造方法であって、下地層を溶射法により形成する工程と、酸化イットリウム原料粉末を含む原料スラリーが燃焼室から噴射された燃焼フレームに供給される工程と、前記燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末が、噴射速度４００〜１０００ｍ／ｓｅｃで前記基材の表面に噴射される工程と、を備えることを特徴とするものである。
本発明に係るプラズマエッチング装置用部品およびその製造方法によれば、プラズマエッチング装置用部品の耐プラズマ性を向上させ、パーティクルの発生が安定的かつ有効的に抑制される。
本発明のプラズマ処理装置用部品の一例の断面図である。 実施例１のプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜の一例の表面の拡大写真である。 実施例１のプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜／下地層の一例の断面の拡大写真である。
以下、本発明に係るプラズマ処理装置用部品およびその製造方法について説明する。
［プラズマ処理装置用部品］
本発明に係るプラズマ処理装置用部品は、基材と、この基材の表面を被覆する下地層と、下地層の表面を被覆する酸化イットリウム被膜とを備えたプラズマ処理装置用部品である。図１に本発明のプラズマ処理装置用部品の一例の断面図である。図中、１はプラズマ処理装置用部品、２は基材、３は下地層、４は酸化イットリウム被膜、である。
（基材）
本発明に係るプラズマ処理装置用部品で用いられる基材は、下地層で被覆される部材である。なお、下地層の表面は、酸化イットリウム被膜でさらに被覆される。
基材は、たとえば、プラズマ処理装置用部品の部材のうち、プラズマ処理の際に生成したプラズマやラジカルに曝される部材に用いられる部材である。ここで、用いられるプラズマ処理とは、たとえば、プラズマエッチング処理やプラズマＣＶＤ処理等が挙げられる。基材は、たとえば、半導体製造装置や液晶デバイス製造装置の部材である、ウエハー配置部材、内壁部、デポシールド、インシュレータリング、上部電極、バッフルプレート、フォーカスリング、シールドリング、ベローズカバー等に用いられる。
基材の材質としては、たとえば、石英、アルミナ、イットリア等のセラミックスや、アルミニウム等の金属が挙げられる。
（下地層）
下地層は、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなり、基材を被覆する層である。下地層の表面は、通常、酸化イットリウム被膜で被覆される。本発明では、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下と熱伝導率の低い金属酸化物被膜からなる下地層上に酸化イットリウム被膜を設けることにより、酸化イットリウム被膜の表面を酸化イットリウム粒子同士が結合した領域を８０％以上にすることができる。なお、下地層は、同一の又は異なる組成の下地層が２層以上積層されてなる多層構造のものであってもよい。
このような熱伝導率の低い下地層上に、衝撃焼結法で酸化イットリウム被膜を設けることにより、下地層が伝熱を抑制して、酸化イットリウム粒子の衝突の際に発生する熱が必要以上に基材側に伝わることを防ぐことができる。このため、基材の表面を下地層で被覆した場合において衝撃焼結法で下地層の表面に酸化イットリウム被膜を形成するときは、酸化イットリウム粒子同士の衝突による破壊熱または酸化イットリウム粒子と下地層との衝突による破壊熱が酸化イットリウム粒子同士の焼結に用いられることにより、酸化イットリウム粒子同士が結合した酸化イットリウム被膜を効率よく形成することができる。なお、酸化イットリウム粒子同士が結合すると、粒子同士の粒界が確認できない領域、すなわち後述の非粒子状部が形成される。
後述のように、酸化イットリウム被膜は、粒子状部と非粒子状部との少なくとも一方を含む。酸化イットリウム被膜中に非粒子状部の割合が増えると、プラズマアタックに対する酸化イットリウム被膜の耐久性が向上する。このため、このような非粒子状部の割合が増えた酸化イットリウム被膜をプラズマ処理装置に用いると、プラズマ処理装置からのダストの発生を防ぐことができる。特に、非粒子状部の割合を８０％以上にした酸化イットリウム被膜は酸化イットリウム粒子同士の結合が強いため、絶縁耐圧が向上する。このため、非粒子状部の割合を８０％以上にした酸化イットリウム被膜は、より強いプラズマ条件下でも耐久性が向上する。
また、基材と酸化イットリウム被膜との間に下地層が形成されると、下地層の伝熱抑制作用により、衝撃焼結法による成膜工程の破壊熱を酸化イットリウム被膜の形成に効率的に生かせるため、プラズマ処理装置用部品の歩留まりが向上する。
また、基材の表面に金属酸化物からなる下地層が設けられると、基材と、下地層の上に形成される酸化イットリウム被膜との間の密着性が高くなる。
下地層は、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、希土類酸化物、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブおよび酸化タンタルから選ばれる少なくとも１種からなることが好ましい。また、希土類酸化物としては、酸化セリウム、酸化ディスプロシウム、酸化ランタン、酸化ネオジムおよび酸化サマリウムから選ばれる少なくとも１種が用いられる。
なお、下地層が２種以上の金属酸化物からなる場合、金属酸化物は、２種以上の混合物であってもよいし、これら金属酸化物を含む金属複合酸化物であってもよい。金属複合酸化物としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）等が用いられる。また、下地層は、異なる金属酸化物被膜を多層化したものであってもよい。
上記の酸化イットリウム、酸化アルミニウム、希土類酸化物、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブおよび酸化タンタルから選ばれる少なくとも１種、またはＹＡＧは、熱伝導率が低いことから、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなる下地層を形成し易い。また、後述のように、これらの材質は、溶射法で金属酸化物被膜を形成し易いため、製造が容易である。
下地層の膜密度は、通常８５％以上、好ましくは８５〜９８％、さらに好ましくは８５〜９５％である。ここで、下地層の膜密度が８５〜９８％であるということは、気孔率が１５〜２％であることを意味する。このように下地層内に気孔（ボイド）が存在すると、下地層（金属酸化物被膜）の熱伝導率を小さくすることができる。
一方、下地層の膜密度が８５％未満であると、下地層中のボイドが多すぎて膜強度が低下する。このように膜強度が低下すると、下地層上に酸化イットリウム被膜が形成される際に下地層に亀裂が入り膜はがれの原因となるおそれがある。また、膜強度が低下すると、下地層上に設けられる酸化イットリウム被膜の表面粗さが大きくなるおそれがある。また、下地層の膜密度が９８％を超えると、ボイドの形成により熱伝導率を下げる効果を得難くなる。
下地層の膜厚は、４０〜３００μｍであることが好ましい。下地層の厚さが４０μｍ未満であると下地層を介して基材に破壊熱が伝わり易くなり下地層を設ける効果が小さくなる。また、下地層の厚さが３００μｍを超えると、破壊熱を基材に伝えない効果は高くなるものの、下地層の強度が低下して膜はがれなどの原因となる。特に、膜密度を９５％以下にした場合は膜厚が３００μｍを超えると膜はがれが起き易い。
上記のように、下地層の熱伝導率を制御するには、材質、膜密度、膜厚を制御することが効果的である。これらの材質、膜密度、膜厚等の制御は、１種以上組合せて行ってもよい。重要なのは、下地層の熱伝導率を３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらに好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下にすることである。
下地層の熱伝導率の測定方法としては、レーザフラッシュ法を用いる。レーザフラッシュ法による熱伝導率の測定とは、直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状基材製試料に下地層用溶射膜を形成した後、試料にレーザ光を照射し、試料の裏面の温度履歴曲線を解析して熱伝導率を求める方法を用いる。なお、円盤状基材は、Ａｌ材製であることが好ましい。
下地層の表面粗さＲａは、好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。
下地層の膜密度は好ましくは８５〜９８％であり気孔が多いため表面凹凸が形成され易い。このように表面凹凸が大きい下地層の表面が、酸化イットリウム被膜で被覆されると、得られた酸化イットリウム被膜の表面凹凸が大きくなり、酸化イットリウム被膜からダストが発生する恐れがある。また、下地層の膜密度は好ましくは８５〜９８％であり気孔が多いため、下地層と酸化イットリウム被膜との間に気孔よりもはるかに大きな隙間が生じると酸化イットリウム被膜の剥がれ易くなる。下地層の表面粗さＲａを、好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下とすることにより、酸化イットリウム被膜からのダストの発生や、酸化イットリウム被膜の剥がれの発生を抑制することができる。
（酸化イットリウム被膜）
酸化イットリウム被膜は、顕微鏡観察により外部と区画する粒界が観察される酸化イットリウムからなる粒子状部と、前記粒界が観察されない酸化イットリウムからなる非粒子状部との少なくとも一方を含むものであり、前記酸化イットリウム被膜は、膜厚が１０μｍ以上、膜密度が９６％以上であり、前記酸化イットリウム被膜の表面を顕微鏡観察したときに、２０μｍ×２０μｍの観察範囲中の前記粒子状部の面積比率が０〜２０％、前記観察範囲中の前記非粒子状部の面積比率が８０〜１００％である。
また、このような酸化イットリウム被膜は、衝撃焼結法を用いて形成されることが好ましい。
ここで、衝撃焼結法とは、焼結対象である酸化イットリウム原料粉末等の原料粉末を含む原料含有物を燃焼ガスの燃焼フレーム中に供給し、基材上の下地層の表面において原料粉末を衝突時の破壊熱により焼結結合させ粒子を堆積させることにより、基材上の下地層の表面に被膜を形成する方法である。また、衝撃焼結法は、破壊熱を使っていることから、溶射のように原料粉末を溶融させずに燃焼フレームの燃焼ガスとともに、被覆対象である下地層が形成された基材に向けて高速で噴射することができる。このため、衝撃焼結法によれば、溶融していない酸化イットリウム原料粉末が基材上の下地層に噴射され基材上の下地層の表面で固着することにより被膜を形成することができる。
なお、本発明において、原料粉末とは、被膜を作製するために噴射される粒子を意味する。たとえば、酸化イットリウム原料粉末とは、酸化イットリウム被膜を作製するために噴射される酸化イットリウム粒子を意味する。一方、酸化イットリウム被膜を構成する酸化イットリウム粒子については、単に酸化イットリウム粒子と称する。
ところで、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜の表面を顕微鏡等で観察すると、通常、表面に対して奥行きの大きい立体的な形状の部分と、奥行きの小さい平面的な形状の部分とが観察される。
この理由は以下のとおりである。
衝撃焼結法では、噴射された溶融していない原料粉末が、基材上の下地層の表面または既に形成された酸化イットリウム被膜の表面に高速で衝突する際に、原料粉末そのままの粒子または衝突時に破砕された原料粉末の破片が、衝突時の破壊熱により焼結結合する。ここで、衝突時の破壊熱とは、衝突時の原料粉末の変形または原料粉末の破砕によって生じる熱を意味する。
このように、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜は、衝突時の破壊熱による焼結結合で形成されるため、酸化イットリウム被膜には、原料粉末の衝突数が少なく衝突時の破壊熱が小さいため原料粉末そのままの粒子またはその破片に近い形状が維持された立体的な形状の部分と、原料粉末の衝突数が多く衝突時の破壊熱が大きいため原料粉末またはその破片が結合したり大きく変形したりして生じた平面的な形状の部分とが生じる。
ここで、立体的な形状の部分は、顕微鏡観察により外部と区画する粒界が観察されることが多いため、本発明において、この部分を粒子状部という。また、平面的な形状の部分は、顕微鏡観察により外部と区画する粒界が観察されないことが多いため、本発明において、この部分を非粒子状部という。つまり、酸化イットリウム被膜において、酸化イットリウム粒子の粒界が観察される部分を粒子状部、酸化イットリウム粒子の粒界が確認できない部分を非粒子状部と呼ぶのである。
粒子状部の粒界は、たとえば、電子顕微鏡を用いて倍率５０００倍で観察することにより確認することができる。
また、粒子状部は原料粉末またはその破片からの変形の度合いが小さいため、通常、粒子状の輪郭を有する。また、非粒子状部は原料粉末またはその破片からの変形の度合いが大きいため、通常、粒子状の輪郭を有さない。
なお、衝撃焼結法は、ほとんど溶融していない原料粉末を高速で噴射して被膜を形成するため、噴射条件により、原料粉末の衝突の仕方にばらつきが生じる。また、ほとんど溶融していない原料粉末を噴射するときは、通常、原料粉末を含む原料含有物を燃焼ガスの燃焼フレーム中に供給して噴射するため、原料粉末が燃焼フレーム内または燃焼フレームの表面のいずれかに存在するかで原料粉末の衝突の仕方にばらつきが生じる。このため、一般的に、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜は、粒子状部と非粒子状部とが混在したものになりやすい。
これに対し、本発明では、前述のように所定の下地層上に衝撃焼結法を用いて酸化イットリウム被膜することにより、破壊熱を酸化イットリウム粒子同士の結合に用いることができる。このため、酸化イットリウム被膜の非粒子状部の面積を８０％以上、さらには９０％以上１００％以下と高くすることができる。また、本発明の酸化イットリウム被膜によれば、膜密度を９６％以上にすることができる。
また、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜は、粒子状部と非粒子状部とが混在し、粒子状部間の隙間が非粒子状部で埋められるため、膜密度が高くなりやすい。ここで、膜密度とは、被膜のみかけ体積に対する、被膜を構成する物質の実体積の比率を意味する。
ところで、従来の溶射法では、原料粉末を溶融させて噴射するため、凝固して得られた溶射被膜を構成する物質の略全量が原料粉末の結晶構造や粉末形状を保持していない。このため、溶射法で形成された溶射被膜は、酸化イットリウム被膜の内部に応力が発生する。また、溶射法で形成された溶射被膜は、基材や基材上の下地層の表面に扁平な形状の粒子で堆積するため、扁平な形状の粒子の表面にマイクロクラックが発生する。
これに対し、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜は、原料粉末をほとんど溶融させずに高速で噴射して形成されるため、原料粉末の噴射時には原料粉末の結晶構造や粉末形状が維持される。このため、得られた酸化イットリウム被膜を構成する物質の結晶構造は、一部が衝撃による破壊熱の影響により原料粉末と異なる結晶構造に変化するが、残部は原料粉末の結晶構造を保持する。また、得られた酸化イットリウム被膜を構成する物質の微視的な形状は、一部が衝撃による破壊熱の影響により原料粉末の形状と大きく異なる非粒子状部になるが、残部は原料粉末の形状または原料粉末が破砕された形状に類似した粒子状部になる。このため、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜は、被膜の内部に発生する応力が適度になり、膜強度が高くなる。
衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜は、衝撃焼結法での製造条件を調整することにより、得られた酸化イットリウム被膜を構成する物質の結晶構造を制御することができるため好ましい。たとえば、原料粉末の結晶構造が立方晶のみからなり、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜の結晶構造が立方晶と単斜晶とからなる場合において、衝撃焼結法での製造条件を調整することにより、酸化イットリウム被膜における立方晶と単斜晶との存在比率を調整することができる。
また、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜は、原料粉末をほとんど溶融させずに高速で噴射して形成されるため、酸化イットリウム被膜の粒子状部は、原料粉末のほとんどそのままの形状または原料粉末が破砕された形状であり、球状に近い形状になる。このため、衝撃焼結法で形成された酸化イットリウム被膜の粒子状部には、球状に近い形状の粒子の表面にマイクロクラックが発生しにくい。
さらに、衝撃焼結法で形成された被膜のうち非粒子状部は、原料粉末またはその破片が衝突時の大きな破壊熱により結合したり大きく変形したりしたものであるため、堆積した物質の結合が強固である。このため、衝撃焼結法で形成された被膜は、非粒子状部の存在により、緻密で結合力の強い被膜になりやすい。
本発明の酸化イットリウム被膜は、原料粉末として酸化イットリウム原料粉末を用い、衝撃焼結法で形成された被膜である。
酸化イットリウムは、塩素系プラズマ、フッ素系プラズマ等のプラズマによるプラズマタックや、活性なＦラジカル、Ｃｌラジカル等のラジカルによるラジカルアタックに対して耐食性が高いため、プラズマエッチング装置用部品の被膜として好ましい。
酸化イットリウム被膜は、酸化イットリウムの純度が、通常９９．９％以上、好ましくは９９．９９％以上である。
酸化イットリウム被膜の酸化イットリウムの純度が９９．９％以上であると、プラズマエッチング装置用部品を用いてプラズマエッチングを行う際に、プラズマエッチングされる製品への不純物の混入のおそれが小さい。
特に、酸化イットリウム被膜の酸化イットリウムの純度が９９．９９％以上であると、半導体の製造工程のような、製品への不純物の混入が厳しく制限される工程においても、半導体に不純物が混入するおそれが実質的になくなる。
一方、酸化イットリウム被膜の酸化イットリウムの純度が９９．９％未満であると、プラズマエッチングを行う際に、酸化イットリウム被膜を構成する酸化イットリウム中の不純物がプラズマエッチングされる製品に混入するおそれがある。
本発明の酸化イットリウム被膜は、顕微鏡観察により外部と区画する粒界が観察される酸化イットリウムからなる粒子状部と、粒界が観察されない酸化イットリウムからなる非粒子状部との少なくとも一方を含む。
粒子状部の粒界は、たとえば、酸化イットリウム被膜の表面を、電子顕微鏡を用いて倍率５０００倍で観察し、粒子状部の周囲の粒子状部に隣接する部分との間に、粒子状部の中央部に比較してコントラストの差の大きい線が観察されたときに、この線を粒界として認定することができる。コントラストは、通常、粒子状部の周囲の線が、粒子状部の中央部よりも暗いトーンで表される。
一方、非粒子状部には、粒子形状の部分の周囲に、粒子形状の部分に対してコントラストの差の大きい線である粒界は観察されない。
＜粒子状部と非粒子状部との比率＞
本発明の酸化イットリウム被膜は、酸化イットリウム被膜の表面を顕微鏡観察したときに、通常、２０μｍ×２０μｍの観察範囲中の粒子状部の面積比率が０〜２０％かつ前記観察範囲中の非粒子状部の面積比率が８０〜１００％であり、好ましくは、粒子状部の面積比率が０〜１０％かつ非粒子状部の面積比率が９０〜１００％であり、さらに好ましくは、粒子状部の面積比率が０〜５％かつ非粒子状部の面積比率が９５〜１００％である。ここで、粒子状部の面積比率と非粒子状部の面積比率との合計は１００％である。
粒子状部の面積比率と非粒子状部の面積比率との算出は、たとえば、前記２０μｍ×２０μｍの観察範囲を３箇所以上設定し、各観察範囲における粒子状部の面積比率および非粒子状部の面積比率の平均値として算出する。
酸化イットリウム被膜の粒子状部の面積比率が２０％を超えると、酸化イットリウム被膜が部分的に低密度化したり結合力が低くなったりし、この結果、酸化イットリウム被膜の耐久性が低下しクラックの発生するおそれが生じる。
この理由は、以下のとおりである。
すなわち、粒子状部の面積比率が２０％を超える程度に大きいということは、原料粉末である酸化イットリウム原料粉末の衝撃による破壊熱が十分でない部分が多いことを意味する。この衝撃による破壊熱が十分でない部分とは、噴射された酸化イットリウム原料粉末が基材上の下地層または酸化イットリウム被膜の表面において急激に冷却された部分を意味する。このため、衝撃による破壊熱が十分でない部分では、形成された酸化イットリウム被膜は、酸化イットリウムが低密度化したり結合力が低くなったりし、クラックが発生しやすくなる。
なお、酸化イットリウム被膜の膜密度が９６％未満であると、酸化イットリウム被膜中に気孔（ボイド）が多く存在する。このため、酸化イットリウム被膜中に気孔が多く存在すると酸化イットリウム被膜の絶縁耐圧が低下する。本発明に係るプラズマ処理装置用部品によれば、酸化イットリウム被膜の膜密度を９６％以上、さらには９９〜１００％にすることができ、絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。
＜粒子状部の平均粒径＞
酸化イットリウム被膜は、粒子状部の平均粒径が、通常２μｍ以下、好ましくは０．５〜２μｍである。
ここで粒子状部の平均粒径とは、粒子状部の粒径の平均値である。また、粒子状部の粒径とは、酸化イットリウム被膜の表面を顕微鏡観察して撮影された写真を用い、この写真に写された粒子状部の粒界上に設定した任意の２点を結ぶ線分のうち、長さが最大になる線分の長さである。粒子状部の粒径の測定は、２０個の粒子状部について行い、２０個の粒子状部の粒径の相加平均値を、粒子状部の平均粒径と決定する。
粒子状部の平均粒径が２μｍ以下であると、粒子状部を構成する酸化イットリウム粒子同士の隙間（三重点）を小さくすることができることから膜密度を高くするため好ましい。
一方、粒子状部の平均粒径が２μｍを超えると、酸化イットリウム粒子同士の隙間が大きくなり膜密度を低下させるおそれがある。
＜粒子状部および非粒子状部の全体の平均粒径＞
酸化イットリウム被膜は、粒子状部および非粒子状部の全体の平均粒径が、通常５μｍ以下、好ましくは１〜５μｍである。
ここで粒子状部および非粒子状部の全体の平均粒径とは、粒子状部の平均粒径と非粒子状部の平均粒径との相加平均値である。
なお、非粒子状部の平均粒径とは、酸化イットリウム被膜の表面を顕微鏡観察して撮影された写真を用い、この写真に写された非粒子状部に設定した仮想円の直径である。ここで、仮想円とは、不定形の非粒子状部を構成する半円以上の輪郭を有する部分において、この半円以上の輪郭を有する部分の輪郭を、円周の一部として仮想して作成した円である。仮想円は、５０箇所設定し、５０個の仮想円の直径の相加平均値を、非粒子状部の平均粒径と決定する。
上記のように粒子状部の平均粒径は粒子状部の５０個の線分に基づいて算出され、非粒子状部の平均粒径は非粒子状部の５０個の仮想円に基づいて算出される。このため、粒子状部の平均粒径と非粒子状部の平均粒径との相加平均値である粒子状部および非粒子状部の全体の平均粒径は、粒子状部の５０個の線分の長さと、非粒子状部の５０個の仮想円の直径とに基づいて算出された相加平均値である。
粒子状部および非粒子状部の全体の平均粒径が５μｍ以下であると、粒子状部および非粒子状部を構成する酸化イットリウム粒子同士の隙間（三重点）が小さくなり膜密度が向上するとともに、隣り合う酸化イットリウム粒子同士が結合する面積が大きくなり膜強度が向上するため好ましい。
粒子状部および非粒子状部の全体の平均粒径が５μｍを超えると、酸化イットリウム粒子同士の隙間が大きくなり膜密度が低下または膜強度が低下するおそれがある。
＜酸化イットリウム被膜の結晶構造＞
酸化イットリウム被膜は、立方晶と単斜晶との両方の結晶構造を含む。
酸化イットリウム被膜は、ＸＲＤ分析（Ｘ線回折分析）による立方晶の最強ピークのピーク値をＩｃ、単斜晶の最強ピークのピーク値をＩｍとしたとき、ピーク値比率Ｉｍ／Ｉｃが、通常０．２〜０．６である。
ＸＲＤ分析は、２θ法で、Ｃｕターゲットを用い、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡの条件で行う。
立方晶の最強ピークは、２８〜３０°の領域に検出される。また、単斜晶の最強ピークは、３０〜３３°の領域に検出される。
ところで、酸化イットリウム被膜の原料粉末である酸化イットリウム原料粉末は、通常、常温で、立方晶のみからなる。
これに対し、本発明の酸化イットリウム被膜は、酸化イットリウム被膜の形成の際の衝撃による破壊熱により、一部の立方晶の結晶構造が変化して単斜晶になる。本発明の酸化イットリウム被膜では、ピーク値比率Ｉｍ／Ｉｃが、上記のように通常０．２〜０．６になる。
酸化イットリウム被膜のピーク値比率Ｉｍ／Ｉｃが０．２〜０．６であると、立方晶と単斜晶とが適度の量で共存し、酸化イットリウム被膜の膜強度が高くなる。酸化イットリウム原料粉末は通常立方晶である。立方晶と単斜晶が共存しているということは衝撃焼結法により結晶構造が変化していること、つまりは破壊熱による結合が進んでいることを示すものである。このため、膜強度が向上するのである。
一方、酸化イットリウム被膜のピーク値比率Ｉｍ／Ｉｃが０．６を超えると、単斜晶の量が多すぎて、酸化イットリウム被膜を構成する酸化イットリウムに単斜晶化に伴う内部応力が強く働く。このため、酸化イットリウム被膜のピーク値比率Ｉｍ／Ｉｃが０．６を超えると、酸化イットリウム被膜の膜強度等の膜特性が低下する。
＜膜厚＞
本発明の酸化イットリウム被膜は、膜厚が、通常１０μｍ以上、好ましくは１０〜２００μｍ、さらに好ましくは５０〜１５０μｍである。
酸化イットリウム被膜の膜厚が１０μｍ以上であると、基材上の下地層の表面に酸化イットリウム被膜を設けることによるパーティクルの発生の抑制等の効果が十分得られる。
なお、酸化イットリウム被膜の膜厚が大きすぎると、基材上の下地層の表面に酸化イットリウム被膜を設けることによるパーティクルの発生の抑制等の効果のさらなる向上がなくなり、かえって酸化イットリウム被膜の作製のためのコストが上昇して経済的でなくなる。このため、酸化イットリウム被膜の膜厚の上限を２００μｍとすることが好ましい。
一方、酸化イットリウム被膜の膜厚が１０μｍ未満であると、基材上の下地層の表面に酸化イットリウム被膜を設けることによるパーティクルの発生の抑制等の効果が十分得られない上、酸化イットリウム被膜が剥離するおそれがある。
＜膜密度＞
本発明の酸化イットリウム被膜は、膜密度が、９６％以上、好ましく９９〜１００％である。
本発明の酸化イットリウム被膜において、膜密度とは、被膜のみかけ体積に対する、被膜を構成する物質の実体積の比率を示す指標である。なお、膜密度は、気孔率と対立する概念であり、膜密度と気孔率との合計が１００％となる。たとえば、膜密度が９６％以上であるということは、気孔率４％以下であることと同じ意味を表わす。
膜密度は、たとえば、酸化イットリウム被膜の厚さ方向に沿った断面について光学顕微鏡で５００倍の拡大写真を撮った後、この拡大写真で設定した測定領域において空間部分の面積比率を算出して気孔率（％）とし、１００％から気孔率（％）を差し引いた値を膜密度（％）とすることにより算出される。
ここで、拡大写真の測定領域は、通常、縦２００μｍ×横２００μｍ＝４００００μｍ２の正方形の領域とする。なお、酸化イットリウム被膜の膜厚が小さい等の理由で２００μｍ×２００μｍの正方形の測定領域を見つけることができないときは、拡大写真の測定領域として、２００μｍ×２００μｍの正方形以外の形状の測定領域を合計面積が４００００μｍ２になるように複数個所設定し、合計面積４００００μｍ２あたりの気孔率（％）を算出し、膜密度（％）を算出する。
酸化イットリウム被膜の膜密度が９６％以上であると、酸化イットリウム被膜中の気孔（ボイド）を介したプラズマタック等の浸食の進行が少ないため、酸化イットリウム被膜の絶縁耐圧が向上し、寿命が長くなる。
一方、酸化イットリウム被膜の膜密度が９６％未満であると、酸化イットリウム被膜中に気孔（ボイド）が多くあり、この気孔からプラズマタック等の浸食が進行するため、酸化イットリウム被膜の寿命が短くなりやすい。
なお、プラズマ処理装置用部品において、酸化イットリウム被膜中の気孔（ボイド）を介したプラズマタック等の浸食が進行しないようにするためには、特に酸化イットリウム被膜の表面に存在する気孔が少ないことが好ましい。このため、本発明では、膜密度の測定のために酸化イットリウム被膜の厚さ方向に沿った断面の拡大写真で設定する測定領域が、酸化イットリウム被膜の表面に近い部分のものであることが好ましい。
また、下地層の膜密度の測定についても同様の測定方法を適用する。具体的には、下地層の厚み方向の断面の拡大写真を撮り、下地層を構成する金属酸化物と気孔の割合を測定する。なお、下地層の膜密度を測定する拡大写真は、横２００μｍ×厚さ４０μｍ＝８０００μｍ２以上の面積があればよい。仮に、一視野で８０００μｍ２以上の面積を撮影できないときは、複数回に分けて撮影してもよい。
＜表面粗さ＞
酸化イットリウム被膜は、表面粗さＲａが、通常３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下である。
表面粗さＲａは、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−１９９４に記載された方法に準拠して測定される。
酸化イットリウム被膜の表面粗さＲａが３μｍ以下であると、酸化イットリウム被膜の表面の粒子状部および非粒子状部が形成する凹部や凸部に、プラズマタック等の攻撃が集中せず酸化イットリウム被膜の寿命が長くなる。
一方、酸化イットリウム被膜の表面粗さＲａが３μｍを超えると、酸化イットリウム被膜の表面の粒子状部および非粒子状部が形成する凹部や凸部に、プラズマタック等の攻撃が集中して酸化イットリウム被膜の寿命を短くするおそれがある。
本発明の酸化イットリウム被膜は、衝撃焼結法で形成された被膜であるため、緻密で結合力が強い。また、本発明の酸化イットリウム被膜は、衝撃焼結法で形成された被膜であるため、被膜の内部に応力が発生し難く、被膜の表面にマイクロクラックが発生しにくい。
なお、本発明に係るプラズ処理装置用部品では、基材と酸化イットリウム被膜との間に、絶縁性の高い金属酸化物被膜からなる下地層が設けられているため、絶縁耐圧が向上する。
本発明に係るプラズマ処理装置用部品について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置用部品の一例の断面図である。図１に示すように、プラズマ処理装置用部品１では、基材２の表面に下地層３、酸化イットリウム被膜４が形成されている。
図２は、実施例１のプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜の一例の表面の写真である。図２に示されるように、酸化イットリウム被膜４は、粒子状部５と非粒子状部６とで形成されている。
図３は、実施例１のプラズマ処理装置用部品の一例の断面の写真である。図３に示されるように、基材２上に、下地層３、酸化イットリウム被膜４がこの順序で形成され、下地層３には気孔７が形成されている。
［プラズマ処理装置用部品の製造方法］
本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法は、基材と、この基材の表面を被覆し、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなる下地層と、衝撃焼結法を用いて形成され、前記下地層の表面を被覆する酸化イットリウム被膜とを備えたプラズマ処理装置用部品の製造方法である。
（基材）
本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で用いられる基材は、本発明に係るプラズマ処理装置用部品で用いられる基材と同じであるため、説明を省略する。
（下地層）
本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で用いられる下地層は、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなる。本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で用いられる下地層の材質は、本発明に係るプラズマ処理装置用部品で用いられる下地層の材質と同じであるため、説明を省略する。
下地層の製造方法は、得られる下地層の熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜である限り、特に限定されない。しかし、溶射法を用いると、下地層の素材、膜密度、膜厚等の制御が容易であるため、下地層の製造方法として、通常、溶射法が用いられる。ここで、溶射法とは、原料粉末を溶融させて噴射する成膜方法である。
溶射法では、金属酸化物からなる下地層の原料粉末を高温の燃焼フレームに投入して噴射することにより、溶融した金属酸化物粉末が基材上で凝固させることにより、基材の表面が、金属酸化物被膜からなる下地層で被覆される。このように、溶射法では、原料粉末を溶融して成膜することから、基材の表面に扁平な形状の粒子で堆積するため、扁平な形状の粒子の表面にマイクロクラックが発生する。そして、このマイクロクラックが発生する現象を利用すると、膜密度が８５〜９８％の下地層を形成することができる。下地層の膜密度が８５〜９８％であると、下地層内に気孔（ボイド）が適度に存在することにより下地層の熱伝導率が小さくなるため好ましい。
また、下地層の材質としては、本発明に係るプラズマ処理装置用部品の下地層において説明したように、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、希土類酸化物、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブおよび酸化タンタルから選ばれる少なくとも１種からなることが好ましい。また、希土類酸化物としては、酸化セリウム、酸化ディスプロシウム、酸化ランタン、酸化ネオジムおよび酸化サマリウムから選ばれる少なくとも１種が用いられる。このうち、酸化イットリウム、酸化アルミニウムおよび希土類酸化物から選ばれる少なくとも１種からなる下地層は、溶射法により容易に作製することができるため好ましい。
下地層の表面粗さＲａは、好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。
下地層の膜密度は好ましくは８５〜９８％であり気孔が多いため表面凹凸が形成され易い。このように表面凹凸が大きい下地層の表面が、酸化イットリウム被膜で被覆されると、得られた酸化イットリウム被膜の表面凹凸が大きくなり、酸化イットリウム被膜からダストが発生する恐れがある。また、下地層の膜密度は好ましくは８５〜９８％であり気孔が多いため、下地層と酸化イットリウム被膜との間に気孔よりもはるかに大きな隙間が生じると酸化イットリウム被膜の剥がれ易くなる。下地層の表面粗さＲａを、好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下とすることにより、酸化イットリウム被膜からのダストの発生や、酸化イットリウム被膜の剥がれの発生を抑制することができる。下地層の表面粗さの調整方法としては、たとえば、研磨加工が用いられる。
（酸化イットリウム被膜）
本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で用いられる酸化イットリウム被膜は、本発明に係るプラズマ処理装置用部品で用いられる酸化イットリウム被膜と同様に、衝撃焼結法を用いて形成され、基材の表面を被覆する酸化イットリウム被膜であることが好ましい。
このように本発明に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で用いられる酸化イットリウム被膜は、本発明に係るプラズマ処理装置用部品で用いられる酸化イットリウム被膜と同様であるため酸化イットリウム被膜についての説明を省略する。
（成膜装置）
衝撃焼結法を用いて基材の表面を被覆する下地層の表面に酸化イットリウム被膜で被覆する成膜装置について説明する。
成膜装置は、たとえば、燃焼ガス等の燃焼源が燃焼する燃焼室を有し燃焼室内のフレームを燃焼フレーム口を介して高速の燃焼フレームとして外部に噴射する燃焼部と、燃焼部の燃焼フレーム口から噴射された燃焼フレームに酸化イットリウム原料粉末を含む原料スラリーを供給するスラリー供給口と、酸化イットリウム原料粉末を含む燃焼フレームの噴射状態を制御するノズルとを備える。
具体的には、燃焼部は、たとえば、燃焼室と、燃焼室に燃焼源を供給する燃焼源供給口と、燃焼室よりも断面積が小さく形成され燃焼室中のフレームを高速の燃焼フレームとして外部に噴射する燃焼フレーム口とを備える。
なお、スラリー供給口は、通常、原料スラリーを、噴射された燃焼フレームの側面に供給するように設けられる。
燃焼源としては、たとえば、酸素、アセチレン、灯油等が用いられる。燃焼源は、必要に応じ、２種以上組み合わせて用いてもよい。
このような成膜装置を用い、燃焼フレーム中のほとんど溶融していない酸化イットリウム原料粉末を燃焼フレームとともにノズルを介して基材の表面を被覆する下地層の表面に向けて高速噴射すると、衝撃焼結法により、基材の表面を被覆する下地層の表面に、酸化イットリウム被膜が形成される。
なお、成膜装置は、必要により、燃焼フレームに圧縮空気を供給する圧縮空気供給口がさらに設けられていてもよい。圧縮空気供給口は、たとえば、燃焼フレーム口から噴射された燃焼フレーム、またはスラリー供給口から原料スラリーが供給された燃焼フレームに、圧縮空気を供給するように設けられる。圧縮空気供給口を設け、燃焼フレームに圧縮空気を供給できるようにすると、酸化イットリウム原料粉末を含む燃焼フレームの高速噴射が容易になる。
本発明に係るプラズマエッチング装置用部品の製造方法は、酸化イットリウム原料粉末を含む原料スラリーが燃焼室から噴射された燃焼フレームに供給される工程（酸化イットリウム原料粉末供給工程）と、燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末が、噴射速度４００〜１０００ｍ／ｓｅｃで基材の表面を被覆する下地層の表面に噴射される工程（酸化イットリウム原料粉末噴射工程）とを備える。
（酸化イットリウム原料粉末供給工程）
酸化イットリウム原料粉末供給工程は、酸化イットリウム原料粉末を含む原料スラリーが燃焼室から噴射された燃焼フレームに供給される工程である。
＜原料スラリー＞
本発明で用いられる酸化イットリウム原料粉末を含む原料スラリーは、原料粉末である酸化イットリウム原料粉末を溶媒に分散させたものである。
原料粉末である酸化イットリウム原料粉末は、酸化イットリウムの純度が、通常９９．９％以上、好ましくは９９．９９％以上である。
酸化イットリウム原料粉末の酸化イットリウムの純度が通常９９．９％以上である理由は、本発明に係るプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜の純度が通常９９．９％以上である理由と同じであるため、説明を省略する。
酸化イットリウム原料粉末は、平均粒径が、通常１〜５μｍ、好ましくは１〜３μｍである。ここで、平均粒径とは、レーザ粒度分布測定機を用いて測定した体積積算平均粒径Ｄ５０を意味する。
酸化イットリウム原料粉末の平均粒径が５μｍ以下であると、酸化イットリウム原料粉末の微粒子が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜の表面に衝突する際に、酸化イットリウム原料粉末の微粒子の破砕が適度に進行するため、破砕による発熱で酸化イットリウム粒子の結合が助長されて被膜が形成され易くなる。このようにして形成された酸化イットリウム被膜は酸化イットリウム粒子間の結合力が大きくなるため、プラズマタックおよびラジカルアタックによる損耗が低減し、パーティクル発生量が少なくなり、耐プラズマ性が向上する。また、下地層を設けることにより、破壊熱を酸化イットリウム粒子同士の結合に活かせるので、非粒子状部の多い酸化イットリウム被膜を得ることができる。
一方、酸化イットリウム原料粉末の平均粒径が５μｍを超えると、酸化イットリウム原料粉末が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜の表面に衝突する際に破砕されずに飛び散るために酸化イットリウム被膜が形成され難くなるとともに、酸化イットリウム原料粉末自体のブラスト作用により酸化イットリウム被膜がダメージを受けて酸化イットリウム被膜にクラックが発生するおそれがある。
また、酸化イットリウム原料粉末の平均粒径が１μｍ未満であると、酸化イットリウム原料粉末が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜の表面に衝突する際に酸化イットリウム原料粉末が破砕し難くなるため、形成される酸化イットリウム被膜は、低密度の被膜となり、耐プラズマ性および耐食性が低くなるおそれがある。
なお、酸化イットリウム原料粉末の平均粒径が通常１〜５μｍである限りにおいては、酸化イットリウム原料粉末に、粒径が１μｍ未満の酸化イットリウム粒子が含まれていてもよい。たとえば、酸化イットリウム原料粉末の平均粒径が通常１〜５μｍである限り、粒径が１μｍ未満の酸化イットリウム粒子が酸化イットリウム原料粉末全体の体積の５％未満程度含まれていてもよい。
酸化イットリウム原料粉末は、最大粒径が、通常２０μｍ未満である。酸化イットリウム原料粉末が粒径２０μｍ以上の粗大な粒子を含むと、酸化イットリウム被膜の厚さが均一になり難くなる。
なお、酸化イットリウム原料粉末の最大粒径を２０μｍ未満にする方法としては、たとえば、酸化イットリウム原料粉末またはその原料である酸化イットリウム粉末を十分に粉砕する方法が挙げられる。
本工程で酸化イットリウム原料粉末の粒径を制御すると、酸化イットリウム被膜における粒子状部および非粒子状部の混在の度合いを制御することができる。
酸化イットリウム原料粉末を分散させる溶媒としては、たとえば、メチルアルコール、エチルアルコール等の比較的揮発し易い有機溶媒が用いられる。
原料スラリーは、酸化イットリウム原料粉末の含有量、すなわちスラリー濃度が、通常、３０〜８０体積％、好ましくは４０〜７０体積％である。
スラリー濃度が３０〜８０体積％の範囲内にあると、原料スラリーが適度な流動性を有してスラリー供給口にスムーズに供給されることにより燃焼フレームへの原料スラリーの供給量が安定するため、酸化イットリウム被膜の膜厚および組成が均一になりやすい。
＜原料スラリーの燃焼フレームへの供給＞
上記のように成膜装置のスラリー供給口は、通常、原料スラリーを、噴射された燃焼フレームの側面に供給するように設けられる。また、燃焼フレームは噴射速度が高い。
このため、スラリー供給口から燃焼フレームの側面に供給された原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末は、通常、一部が燃焼フレームの内側に入り込んで燃焼フレームとともに噴射され、残部が燃焼フレームに接触せずに燃焼フレームの外側に存在したまま噴射される。
また、原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末が燃焼フレームの内側に入り込んで燃焼フレームとともに噴射される場合でも、原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末が燃焼フレームの内部のどの程度深くまで供給されるかについては、燃焼フレームへの原料スラリーの供給速度等の条件により異なる。
本発明では、原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末が燃焼フレームの中心部に供給されると、燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末の噴射速度が安定して噴射速度にばらつきが生じにくいとともに、燃焼フレームの温度が一定で酸化イットリウム被膜の粒子状部および非粒子状部の酸化イットリウムの組織の制御が容易であるため好ましい。
ここで、原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末が燃焼フレームの中心部に供給されるとは、原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末が、燃焼フレームの側面から中心部に至るまで供給されることを意味する。また、燃焼フレームの中心部とは、燃焼フレーム口から噴射された燃焼フレームの噴射方向に対する垂直な断面をとったときの、この断面における中心部を意味する。
一方、原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末が燃焼フレームの中心部に供給されず、燃焼フレームの側面や燃焼フレームの外部に供給されるに留まると、燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末の噴射速度が安定せず噴射速度にばらつきが生じやすくなるとともに、燃焼フレームの温度のばらつきが大きく酸化イットリウム被膜の粒子状部および非粒子状部の酸化イットリウムの組織の制御が困難になる。
原料スラリーが燃焼フレームの中心部に供給されるようにする方法としては、たとえば、原料スラリーの燃焼フレームへの供給量や供給速度を調整する方法が挙げられる。
（酸化イットリウム原料粉末噴射工程）
前記工程で調製された燃焼フレームと酸化イットリウム原料粉末とは、成膜装置のノズルから基材の表面を被覆する下地層に向けて噴射される。ノズルでは、燃焼フレームおよび酸化イットリウム原料粉末の噴射状態が制御される。噴射状態としては、たとえば、酸化イットリウム原料粉末の噴射速度等が挙げられる。
成膜装置のノズルは、通常、燃焼フレームと酸化イットリウム原料粉末とを横方向に噴射するように設けられる。下地層が形成された基材は、通常、基材の表面を被覆する下地層の表面が、成膜装置の横向きのノズルの延長線上に位置するように配置される。
酸化イットリウム原料粉末噴射工程は、燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末が、噴射速度４００〜１０００ｍ／ｓｅｃで基材の表面を被覆する下地層の表面に噴射される工程である。
＜噴射速度＞
酸化イットリウム原料粉末の噴射速度が４００〜１０００ｍ／ｓｅｃであると、酸化イットリウム原料粉末が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜に衝突した際に、酸化イットリウム原料粉末の粉砕が十分に行われ、膜密度が高く、かつ、立方晶と単斜晶との共存量が適度の酸化イットリウム被膜が得られる。
ここで、酸化イットリウム原料粉末の噴射速度とは、成膜装置のノズルの先端における酸化イットリウム原料粉末の噴射速度を意味する。
上記のように、酸化イットリウム原料粉末の粒子の結晶構造は、常温で、通常、立方晶のみからなる。しかし、この酸化イットリウム原料粉末は、燃焼フレーム程度の高温にさらされると、溶融等により結晶構造が単斜晶に変化しやすい。たとえば、酸化イットリウム原料粉末を原料として溶射法で膜形成を行うと、得られる酸化イットリウム被膜は、酸化イットリウムの多くまたは全てが単斜晶になる。
これに対し、本工程では、酸化イットリウム原料粉末が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜の表面で堆積し始める臨海速度以上の速度である上記速度で、酸化イットリウム原料粉末を高速噴射する衝撃焼結法を用いるため、酸化イットリウム原料粉末をほとんど溶融させずに噴射することができる。このため、噴射された酸化イットリウム原料粉末の酸化イットリウムの結晶構造は、化学的に安定な立方晶を維持する。また、堆積して得られた酸化イットリウム被膜を構成する酸化イットリウムの結晶構造は、一部が衝撃による破壊熱により変化して単斜晶となるものの、残部は化学的に安定な立方晶を維持する。このように、本発明の酸化イットリウム被膜は、立方晶と単斜晶とが適度な比率で共存するため、膜密度および膜強度が高くなる。
一方、酸化イットリウム原料粉末の噴射速度が４００ｍ／ｓｅｃ未満であると、酸化イットリウム原料粉末の衝突エネルギーが小さいために、酸化イットリウム原料粉末が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜に衝突した際に、酸化イットリウム原料粉末の粉砕が十分に行われず、膜密度や膜強度の高い酸化イットリウム被膜が得られ難くなる。
また、酸化イットリウム原料粉末の噴射速度が１０００ｍ／ｓｅｃを超えると、酸化イットリウム原料粉末の衝突エネルギーが大きいために、酸化イットリウム原料粉末が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜に衝突した際に、酸化イットリウム原料粉末自体のブラスト作用により酸化イットリウム被膜がダメージを受けて酸化イットリウム被膜にクラックが発生するおそれがある。
本工程で酸化イットリウム原料粉末の噴射速度を制御すると、酸化イットリウム被膜における粒子状部と非粒子状部との混在の度合い、および立方晶と単斜晶との混在の度合いを制御することができる。
＜噴射距離＞
本発明では、ノズルの先端部と基材の表面を被覆する下地層の表面との間の噴射距離が、通常１００〜４００ｍｍ、好ましくは１００〜２００ｍｍである。
噴射距離が１００〜４００ｍｍであると、噴射される酸化イットリウム原料粉末が基材の表面を被覆する下地層や酸化イットリウム被膜に衝突した際に、酸化イットリウム原料粉末の粒子が適度の衝撃力で破砕されるため、粒子状部と非粒子状部とが適度に混在するとともに立方晶と単斜晶とが適度な比率で共存する酸化イットリウム被膜が得られる。
一方、噴射距離が１００ｍｍ未満であると、距離が近すぎて酸化イットリウム原料粉末の衝突の機会が少ないことから酸化イットリウム原料粉末が十分に破砕されないため、粒子状部と非粒子状部とが適度に混在するとともに立方晶と単斜晶とが適度な比率で共存する酸化イットリウム被膜が得られにくくなる。
また、噴射距離が４００ｍｍを超えると、距離が遠すぎて衝撃力が弱くなり酸化イットリウム原料粉末が十分に破砕されないため、粒子状部と非粒子状部とが適度に混在するとともに立方晶と単斜晶とが適度な比率で共存する酸化イットリウム被膜が得られにくくなる。
＜膜厚＞
本工程で得られる酸化イットリウム被膜は、膜厚が、通常１０μｍ以上、好ましくは１０〜２００μｍ、さらに好ましくは５０〜１５０μｍである。
本工程で得られる酸化イットリウム被膜の膜厚が通常１０μｍ以上である理由は、本発明に係るプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜の膜厚が通常１０μｍ以上である理由と同じであるため、説明を省略する。
（プラズマ処理装置用部品およびプラズマ処理装置用部品の製造方法の奏する効果）
実施形態に係るプラズマ処理装置用部品、および実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で得られるプラズマ処理装置用部品では、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなる下地層の表面に、酸化イットリウム原料粉末をほとんど溶融させずに堆積する衝撃焼結法を用いて酸化イットリウム被膜を形成していることから偏平状の溶融粒子が生じ難いため、酸化イットリウム被膜の表面欠陥を少なくすることができる。
また、実施形態に係るプラズマ処理装置用部品、および実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で得られるプラズマ処理装置用部品では、酸化イットリウム被膜の高密度化と表面の平滑化とを図ることができるため、酸化イットリウム被膜の内部欠陥を少なくすることができる。また、酸化イットリウム被膜の絶縁耐圧を向上させることができる。
さらに、実施形態に係るプラズマ処理装置用部品、および実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で得られるプラズマ処理装置用部品では、酸化イットリウム被膜を構成する酸化イットリウムの結晶構造の安定性が高くなるため、酸化イットリウム被膜の化学的安定性を向上することができる。このため、プラズマ処理装置用部品の歩留まりが向上する。
このように、実施形態に係るプラズマ処理装置用部品、および実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で得られるプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜は、表面欠陥および内部欠陥が少なく、かつ酸化イットリウム被膜の化学的安定性が高い。このため、実施形態に係るプラズマ処理装置用部品およびその製造方法によれば、プラズマ処理装置用部品からのダスト（パーティクル）の発生が安定的かつ有効的に抑制される。
また、実施形態に係るプラズマ処理装置用部品、および実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で得られるプラズマ処理装置用部品によれば、プラズマ処理装置のクリーニングの回数を少なくしてプラズマ処理装置の稼働率を向上させることにより、生産性が高くなる。
さらに、実施形態に係るプラズマ処理装置用部品、および実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で得られるプラズマ処理装置用部品によれば、プラズマ処理装置用部品の交換の頻度が少なくなり、プラズマ処理装置用部品のコストが低くなる。
また、実施形態に係るプラズマ処理装置用部品、および実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法で得られるプラズマ処理装置用部品を有するプラズマ処理装置を用いて作製される薄膜、素子等の製品は、歩留りが高くなる。
（プラズマエッチング装置用部品の製造方法の奏する効果）
実施形態に係るプラズマ処理装置用部品の製造方法によれば、基材の表面を熱伝導率の低い下地層で被覆し、下地層の表面に衝撃焼結法により酸化イットリウム被膜を形成しているため、破壊熱を酸化イットリウム粒子同士の結合に効率的に活かせるので歩留まりが向上する。
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。
［実施例１〜１７、比較例１〜３］
（基材）
基材として、縦１００ｍｍ×横２００ｍｍのアルミニウム製基材を用意した。
（下地層）
基材の表面に、表１に示す金属酸化物被膜からなる下地層を設け（実施例１〜１７、比較例１および２）、下地層付き基材を作製した。下地層は、大気プラズマ溶射法により設けた。また、溶射後の下地層を研磨加工して表１に示すように表面粗さを調整した。なお、比較例３は、下地層を設けない実験例である。
表１に、下地層の製造条件および性状を示す。表１中、実施例１５の下地層の原料粉末「Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２」は、平均粒径２８μｍのＡｌ２Ｏ３５０質量％と、平均粒径３３μｍのＺｒＯ２５０質量％との混合物（平均粒径２９μｍ）である。また、実施例１６の下地層の原料粉末「ＹＺＳ」は、Ｙ２Ｏ３を８質量％含有したＺｒＯ２（イットリウム安定化ジルコニア）の平均粒径３５μｍの粉末である。実施例１７の下地層の原料粉末「ＹＡＧ」は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の平均粒径３３μｍの粉末である。
Figure 2013176168
（酸化イットリウム原料スラリーの調製）
表２に示す酸化物からなる原料粉末と、溶媒としてのエチルアルコールとを混合して、表１に示す組成の原料スラリーを調製した。
なお、各実験例で用いられる酸化イットリウム原料粉末としては、立方晶で、純度９９．９９質量％以上、かつ十分な粉砕および篩分けにより２０μｍを超える粗大粒子を含まないものを用いた。
（酸化イットリウム被膜の作製）
燃焼フレーム型噴射装置（成膜装置）を用い、表２に示す供給条件で衝撃焼結法により原料スラリーを燃焼フレームに供給するとともに、原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末を表２に示す噴射条件で、下地層付き基材の下地層の表面に向けて噴射させた。
なお、原料スラリーの燃焼フレームへの供給は、原料スラリーを燃焼フレームの中心部に達するように供給する方法（実施例１〜１７）を行った。
実施例１〜１７では、燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末は、ほとんど溶融させずに噴射された後、基材の表面に堆積して酸化イットリウム被膜を形成していた。これにより、プラズマ処理装置用部品が得られた。
比較例１および２は、表１に示したように、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋを超えた下地層を設けた実験例である。また、比較例３は、下地層を設けない実験例である。
表２に、酸化イットリウム被膜の製造条件および性状を示す。
実施例１〜１７、比較例１〜３のプラズマ処理装置用部品について、酸化イットリウム被膜のピーリング評価を行った。ピーリング評価は、粘着テープを酸化イットリウム被膜の表面に貼り付けて剥した後、剥したテープ面をＳＥＭにて拡大観察して単位面積８０μｍ×６０μｍの測定範囲を定め、この測定範囲において、酸化イットリウム粒子が付着した面積を測定範囲の全面積（４８００μｍ２）で除して算出された面積比（％）で評価した。
Figure 2013176168
表から分かる通り、下地層として熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜を設けた実施例１〜１７に係るプラズマ処理装置用部品はピーリング評価（％）が０．５８％以下と良かった。これは膜強度が高いことを意味している。
これに対し、熱伝導率の高い下地層を設けた比較例１および比較例２や下地層を設けない比較例３は、衝撃焼結法の成膜条件が好ましい条件であるにも関わらず、ピーリング評価が悪かった。
（プラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜の評価）
得られたプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜について、膜密度、粒子状部（粒界が観察される粒子）と非粒子状部（粒界が観察されない粒子）との面積比、および粒子状部の平均粒径を測定した。
＜膜密度＞
膜密度は、はじめに、膜断面の合計の単位面積が２００μｍ×２００μｍとなるように倍率５００倍の拡大写真を撮った。次に、この拡大写真の単位面積中の気孔の面積の割合を気孔率（％）として算出し、１００％からこの気孔率（％）を差し引いた値を膜密度（％）として算出した。
＜粒子状部と非粒子状部との面積比＞
酸化イットリウム被膜の表面における単位面積２０μｍ×２０μｍ、倍率５０００倍の拡大写真を撮り、目視して、酸化イットリウム粒子１個の粒界の分かるものを粒界が観察される粒子（粒子状部）、粒界が結合して分からないものを粒界が観察されない粒子（非粒子状部）として面積比を求めた。粒子状部の面積比と非粒子状部の面積比の合計は１００％である。
この作業を酸化イットリウム被膜の表面の任意の３ヵ所について行い、それぞれ粒子状部の面積比と非粒子状部の面積比を求めた。さらに、粒子状部の面積比の３ヵ所の平均値と、非粒子状部の面積比の３ヵ所の平均値とをそれぞれ求めた。
＜粒子状部の平均粒径＞
粒子状部と非粒子状部との面積比の算出のために撮影した倍率５０００倍の拡大写真を用いて、粒子状部の平均粒径を測定した。
はじめに、倍率５０００倍の拡大写真に写された粒子状部の粒界上に設定した任意の２点を結ぶ線分のうち、長さが最大になる線分の長さを測定し、この値を粒子状部の粒径とした。次に、この粒子状部の粒径の測定を、倍率５０００倍の拡大写真に写った２０個の粒子状部について行い、２０個の粒子状部の粒径の相加平均値を、粒子状部の平均粒径とした。
＜酸化イットリウム被膜の最強ピーク比率（Ｉｍ／Ｉｃ）＞
酸化イットリウム被膜の表面について、Ｃｕターゲット、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡの条件でＸ線表面分析を行い、酸化イットリウム被膜の結晶構造を調べた。
次に、単斜晶の最強ピークのピーク値Ｉｍを、立方晶の最強ピークのピーク値Ｉｃで除して、最強ピーク比率（Ｉｍ／Ｉｃ）を算出した。
ここで、単斜晶の最強ピークとは、単斜晶の複数個のピークのうち、ピーク値が最大のピークを意味する。立方晶の最強ピークとは、立方晶の複数個のピークのうち、ピーク値が最大のピークを意味する。
表３に、膜密度、粒子状部と非粒子状部との面積比、粒子状部の平均粒径、酸化イットリウム被膜の表面粗さＲａおよびＩｍ／Ｉｃ比率の測定結果を示す。
Figure 2013176168
表３に示される結果より、実施例１〜１７のプラズマ処理装置用部品は、酸化イットリウム被膜の膜密度が高く、粒子状部の面積比が０〜２０％、非粒子状部が８０〜１００％の範囲内であることが分かった。
また、衝撃焼結法を用いて作製した実施例１〜１７のプラズマエッチング装置用部品は、酸化イットリウム被膜の粒子状部の平均粒径が、酸化イットリウム原料粉末の平均粒径より小さくなっていることが分かった。
一方、比較例１〜３は非粒子状部が８０％未満であった。
また、実施例１〜１７のプラズマエッチング装置用部品は、酸化イットリウム被膜の表面粗さＲａが３μｍ以下であった。また、比較例１〜３は表面粗さＲａが４〜５μｍであった。これは非粒子状部が少ないために、表面の凹凸が大きくなったものと考えられる。
図２は、実施例１のプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜の一例の表面の写真である。図２に示されるように、酸化イットリウム被膜４は、粒子状部５と非粒子状部６とで形成されている。実施例に係るプラズマ処理装置用部品では、酸化イットリウム粒子同士が結合して粒界相が確認できない非粒子状部が８０％以上になっている。
図３は、実施例１のプラズマ処理装置用部品の一例の断面の写真である。図３に示されるように、基材２上に、下地層３、酸化イットリウム被膜４がこの順序で形成され、下地層３には気孔７が形成されている。このように下地層に気孔があれば拡大写真で判断することができる。
（プラズマエッチング装置用部品のエッチング試験）
プラズマエッチング装置内に、各実施例および比較例にかかるプラズマ処理装置用部品を配置し、この部品をＣＦ４（流量５０ｓｃｃｍ）、Ｏ２（流量２０ｓｃｃｍ）、およびＡｒ（流量５０ｓｃｃｍ）からなる混合エッチングガスに晒した。
エッチングチャンバー内を１０ｍＴｏｒｒ、出力３００Ｗ、バイアス１００Ｗとし、プラズマエッチング装置を５時間連続稼働させてプラズマエッチングした。
＜重量減少量＞
プラズマエッチング装置用部品の酸化イットリウム被膜について、プラズマエッチング前後の重量を測定し、プラズマエッチングによる重量減少量を測定した。
＜絶縁耐圧＞
絶縁耐圧は、フロリナート溶液中での耐電圧試験方法により測定した。
具体的には、酸化イットリウム膜形成面を上にして銅プレート上に乗せ、これをフロリナート溶液が満たされた容器中に浸漬した後、気泡が見えなくなってから１分間放置してから、成膜面に接触させたプローブ電極と銅プレート間に試験電圧を印加し、６０秒間で絶縁破壊するまでの電圧を求めた。
表４に、重量減少量、絶縁耐圧の測定結果を示す。
Figure 2013176168
表４に示される結果より、実施例１〜１７のプラズマ処理装置用部品の酸化イットリウム被膜は、重量減少量が小さく、プラズマタックおよびラジカルアタックへの耐性が高いことが分かった。このため、実施例１〜１７のドライエッチング装置用部品を、ドライエッチング装置の構成部材として用いると、ダスト（パーティクル）の発生を効果的に抑制することができると考えられる。また、絶縁耐圧が高いことからプラズマ処理装置用部品の長寿命化も図れる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ プラズマ処理装置用部品
２ 基材
３ 下地層
４ 酸化イットリウム被膜
５ 粒子状部
６ 非粒子状部
７ 気孔

Claims (13)

  1. 基材と、この基材の表面を被覆する下地層と、この下地層の表面を被覆する酸化イットリウム被膜とを備えたプラズマ処理装置用部品であって、
    前記下地層は、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなり、
    前記酸化イットリウム被膜は、顕微鏡観察により外部と区画する粒界が観察される酸化イットリウムからなる粒子状部と、前記粒界が観察されない酸化イットリウムからなる非粒子状部との少なくとも一方を含むものであり、
    前記酸化イットリウム被膜は、膜厚が１０μｍ以上、膜密度が９６％以上であり、
    前記酸化イットリウム被膜の表面を顕微鏡観察したときに、２０μｍ×２０μｍの観察範囲中の前記粒子状部の面積比率が０〜２０％、前記観察範囲中の前記非粒子状部の面積比率が８０〜１００％であることを特徴とするプラズマ処理装置用部品。
  2. 前記下地層は、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、希土類酸化物、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブおよび酸化タンタルから選ばれる少なくとも１種からなる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品。
  3. 前記下地層は、膜密度が８５〜９８％の範囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置用部品。
  4. 前記下地層は、膜厚が４０〜３００μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品。
  5. 前記酸化イットリウム被膜は、膜厚が１０〜２００μｍ、膜密度が９９〜１００％であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品。
  6. 前記酸化イットリウム被膜は、前記非粒子状部の面積比率が９５〜１００％であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品。
  7. 前記酸化イットリウム被膜は、ＸＲＤ分析による立方晶の最強ピークのピーク値をＩｃ、単斜晶の最強ピークのピーク値をＩｍとしたとき、ピーク値比率Ｉｍ／Ｉｃが０．２〜０．６であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品。
  8. 前記酸化イットリウム被膜は、表面粗さＲａが３μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品。
  9. 基材と、
    この基材の表面を被覆し、熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属酸化物被膜からなる下地層と、
    衝撃焼結法を用いて形成され、前記下地層の表面を被覆する酸化イットリウム被膜と、
    を備えたプラズマエッチング装置用部品を製造するプラズマエッチング装置用部品の製造方法であって、
    前記下地層を溶射法により形成する工程と、
    酸化イットリウム原料粉末を含む原料スラリーが燃焼室から噴射された燃焼フレームに供給される工程と、
    前記燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末が、噴射速度４００〜１０００ｍ／ｓｅｃで前記基材の表面を被覆する下地層の表面に噴射される工程と、
    を備えることを特徴とするプラズマ処理装置用部品の製造方法。
  10. 下地層を溶射法により形成する工程を行った後、前記下地層を研磨する工程を行うことを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置用部品の製造方法。
  11. 前記原料スラリー中の酸化イットリウム原料粉末は、前記燃焼フレームの中心部に供給されることを特徴とする請求項９ないし請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ装置用部品の製造方法。
  12. 前記酸化イットリウム被膜の膜厚が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品の製造方法。
  13. 前記燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末が、噴射速度４００〜１０００ｍ／ｓｅｃで前記基材の表面を被覆する下地層の表面に噴射される工程において、
    前記燃焼フレーム中の酸化イットリウム原料粉末は、成膜装置のノズルの先端部から基材の表面を被覆する下地層の表面に向けて噴射され、
    前記ノズルの先端部と前記基材の表面を被覆する下地層の表面との間の噴射距離が、１００〜４００ｍｍであることを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置用部品の製造方法。
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