KR20210084341A - 플라스마 처리 장치의 부품의 제조 방법 및 부품의 검사 방법 - Google Patents

플라스마 처리 장치의 부품의 제조 방법 및 부품의 검사 방법 Download PDF

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KR20210084341A
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Abstract

처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 부품의 제조 방법을 제공한다. 플라스마 처리 장치의 처리실 내부에 배치되고 표면에 플라스마에 대한 내성을 가진 재료의 피막을 구비한 부품의 표면을 따라 건(gun)을 소정의 거리 이동시켜 당해 재료를 분사하여 피막을 형성함과 함께, 건이 이동하는 거리의 범위 내에 부품의 표면의 형상을 모의한 형상을 갖는 표면을 구비한 시험편을 배치하고 당해 시험편의 표면에 상기 재료의 피막을 형성하는 공정과, 당해 시험편의 표면의 상기 피막의 결정의 크기, 잔류 응력 또는 오염 원소의 함유의 유무를 검출한 결과에 의거하여 상기 건에 의한 상기 부품의 표면의 피막의 형성의 조건을 조절하는 공정을 구비한다.

Description

플라스마 처리 장치의 부품의 제조 방법 및 부품의 검사 방법
본 발명은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 플라스마를 형성하여 이 처리실 내에 배치된 처리 대상의 반도체 웨이퍼 등의 시료를 처리하는 플라스마 처리 장치의 처리실 내부를 구성하는 부재를 제조하는 방법 및 당해 부품의 검사 방법에 따라, 처리실의 내벽을 구성하는 당해 부재의 표면에 내(耐)플라스마성을 갖는 피막을 형성하여 당해 부재를 제조하는 방법 및 당해 부품의 검사 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스나 자기(磁氣) 메모리의 제조에 있어서, 미세 가공에는, 플라스마 에칭이 적용되고 있다. 플라스마 에칭에 요구되는 가공 정밀도는, 디바이스의 고집적화에 수반하여, 해마다 높아지고 있다. 플라스마 에칭 장치의 수율 향상을 실현하기 위해서는, 이물의 발생을 억제할 필요가 있다.
플라스마 에칭에 이용되는 플라스마 처리 장치의 처리실은, 진공 용기 내부에 배치되기 때문에, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속으로 구성되어 있다. 이 처리실의 내벽 표면은, 플라스마에 노출되기 때문에, 그 표면에는, 내플라스마성의 보호 피막이 제막(製膜)되어 있다. 이러한 보호 피막으로서는, 일반적으로 산화이트륨제의 피막이 이용되고 있다.
이러한 산화이트륨을 재료로서 포함하는 피막은, 일반적으로 플라스마 용사, SPS 용사, 폭발 용사, 감압 용사 등을 이용하여 제막되는 것이 종래부터 알려져 있다. 예를 들면, 대기 플라스마 용사법에서는, 10∼60㎛ 사이즈의 원료분(粉)을 수송 가스와 함께 플라스마염(炎)에 도입하고, 용융, 반용융 상태가 된 원료 입자를 기재(基材) 표면에 분사하여 부착시켜 막을 형성하는 기술이다. 한편으로, 이 플라스마 용사법은, 표면 요철이 큰 것, 혹은 막의 내부에 다수의 기공(氣孔)이 형성되고 이들 기공 내부에 진입한 입자가 막 자체나 다른 부재와 반응을 일으켜서 막을 소모시키거나 부식을 일으키는 원인이 되는 등의 과제가 있었다.
이러한 과제에 대하여 종래부터 그 해결이 검토되어 왔다. 예를 들면, 산화이트륨제의 피막은 불소계 가스의 플라스마에 노출되면, 플라스마 중의 불소 등과 반응하여 기화(氣化)해 버려 피막이 소모되어 버린다. 그래서, 피막을 불화이트륨을 재료로 해서, 대기 플라스마 용사에 의해 형성하는 기술이 종래부터 알려져 있었다. 이러한 기술로서는, 예를 들면, 일본국 특개2013-140950호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 종래부터 알려져 있었다.
한편으로, 플라스마 처리 장치의 처리실 내부에 배치되는 부재는, 처리실 내의 압력의 증감이나 플라스마를 형성하여 행해지는 반도체 웨이퍼 등의 시료의 처리 시에 플라스마에 면(面)하여 열이나 입자의 충돌, 부착 등의 상호작용을 반복적으로 받게 된다. 처리실 내부의 부품은 이와 같이 조건이 변동하는 환경 하에서도, 피막이 손상되거나 열화하는 것을 가능한 한 억제하여 부품의 수명을 길게 유지하는 것이 요구된다. 이 때문에, 부품을 제조하는 과정에 있어서, 피막의 형성 후에 소기(所期)의 사양의 허용 범위 내에 형상이나 성능이 들어 있는지 보다 높은 정밀도로 검사하는 것이 필요해진다.
예를 들면, 플라스마 처리 장치의 처리실 내부에서 내벽을 구성하는 부재의 표면은, 상기의 과제로부터 내플라스마성이 우수한 피막을 형성하여 보호하고 있다. 그러나, 필요해지는 가공 정밀도가 높아짐에 따라, 처리실 내부에서 일어나는 이물의 사이즈도 작아져, 그것들의 발생을 억제하는 것이 요구되고 있다. 이 점에서, 처리실의 내벽을 구성하는 부재의 표면의 피막에 대해서는, 그 막의 형성 후 혹은 후처리 후의 당해 피막의 기공률, 표면 거칠기(Ra), 결정자의 사이즈, 상(相) 비율 등의 값을 검출하고, 이들을 미리 정해진 사양의 허용 범위와 비교하여 평가하는 것이 종래부터 행해지고 있었다. 이러한 기술의 일례로서는, 일본국 특개2017-190475호 공보(특허문헌 2)가 알려져 있다.
또한, 어떤 종류의 부재 복수의 표면에 용사에 의해 피막이 형성될 경우에, 임의의 1개의 부재와 다른 부재에서 가능한 한 같은 성능이나 형상 등 특성을 가진 피막이 형성되도록, 부재의 일부를 잘라내어 검사에 이용하거나, 복수개 제작하는 제품의 1개를 검사에 이용하는 방법이 종래부터 알려져 있었다. 이러한 기술의 예로서는, 일본국 특개평8-20858호 공보(특허문헌 3)나, 일본국 특개평9-61318호 공보(특허문헌 4)에 개시된 것이 알려져 있었다.
일본국 특개2013-140950호 일본국 특개2017-190475호 일본국 특개평8-20858호 일본국 특개평9-61318호
그러나, 상기 종래 기술에서는, 다음 점에 대해서 고려가 불충분했기 때문에 문제가 생기고 있었다.
즉, 플라스마 처리 장치의 처리실의 내부에 배치되고 그 내벽을 구성하는 부재의 표면에 내플라스마성 혹은 내열성을 가진 피막을 형성할 경우에는, 일반적으로, 막을 형성하는 장치의 동작이나 막의 형성 레이트 등의 조건을 설정한 후에, 피막을 형성하고, 또한 후처리를 실시하고 있다. 그러나, 종래의 기술에서는, 내부용 부재의 표면의 피막을 형성 후에 그 기공률, 표면 거칠기(Ra∼산술 평균 거칠기), 결정자 사이즈, 상 비율 등의 막의 특성에 대해서 소정의 허용 범위와 비교하여 평가하는 것은 행해지고 있지 않고, 예를 들면, 당해 부재의 검사는 외관의 검사에만 머물러 있었다. 한편, 처리실의 내벽에는 요철이나 개구부, 더욱이는 단부(端部)가 있기 때문에, 내벽을 구성하는 부재의 표면에 형성된 피막이 부재 각각의 배치된 개소에 있어서, 소기의 특성이나 성능(상기 기공률, 표면 거칠기, 잔류 응력, 결정자 사이즈, 상 비율 등)을 갖고 있는지의 여부를 판명하고 있지 않았다.
특허문헌 3과 같이, 처리실의 내부의 부재로부터 그 일부를 잘라내어 상기 검사를 행할 경우에는, 검사를 행하는 대상의 부재의 일부분을 부재로부터 절단한 후에 당해 부분을 세정하는 등의 작업이 필요해진다. 이 때문에, 검사의 대상이 되는 부분의 피막은, 같은 종류의 다른 부재의 것과는 같은 과정에서 형성된 것이 아니게 되어 버린데다, 절단하는 공정에 있어서 검사의 대상이 되는 피막의 표면에 이물이 발생해 버려, 검사의 정밀도가 손상되어 버릴 우려가 있었다.
또한, 특허문헌 4와 같이, 처리실의 내벽을 구성하는 1개의 종류의 부재의 복수개에 대해서 같은 소정의 조건, 사양으로 피막을 형성하고, 그 중의 1개를 검사에 이용하는 것에 의해서는, 부재의 치수가 커지고, 특히 최근의 플라스마 처리 장치와 같이, 하나의 부재로 처리실의 내벽 부분 전체의 주요부가 구성되는 구조의 경우에는, 부재의 단가가 커 검사의 실시를 위해 플라스마 처리 장치의 제조 비용이 크게 증대해 버릴 우려가 있었다. 이상과 같이, 종래의 기술에서는, 플라스마 처리 장치에서는, 그 처리실의 내부에 배치되고 내벽을 구성하는 부재의 피막의 성능, 나아가서는 플라스마 처리 장치의 성능의 편차가 커져, 플라스마 처리 장치의 신뢰성이나 처리의 수율이 손상되고 있었다. 또한, 제조의 비용이 커지고 있었다는 문제에 대해서 고려가 되고 있지 않았다.
본 발명의 목적은, 처리의 수율을 향상시켜 신뢰성이 향상된 플라스마 처리 장치의 부품의 제조 방법 및 당해 부품의 검사 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 재치(載置)된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치의 처리실 내부에 배치되고 표면에 상기 플라스마에 대한 내성을 가진 재료의 피막을 구비한 부품의 제조 방법으로서, 상기 부품의 표면을 따라 건(gun)을 소정의 거리 이동시켜 상기 재료를 당해 표면에 분사하여 상기 피막을 형성함과 함께, 상기 건이 이동하는 거리의 범위 내에 상기 부품의 표면의 형상을 모의(模擬)한 형상을 갖는 표면을 구비한 시험편을 배치하고 당해 시험편의 표면에 상기 재료의 피막을 형성하는 공정과, 당해 시험편의 표면의 상기 피막의 결정의 크기, 잔류 응력 또는 오염 원소의 함유의 유무를 검출한 결과에 의거하여 상기 건에 의한 상기 부품의 표면의 피막의 형성의 조건을 조절하는 공정을 구비한 것에 의해 달성된다.
보다, 상세하게는, 플라스마 처리 장치 내의 진공 용기 내부에 배치되고 내측의 공간에서 플라스마가 형성되는 처리실의 내벽 표면을 구성하는 원통 또는 링 형상의 어스 전극의 중심축 둘레의 내벽 표면에 당해 중심축을 따른 방향 및 축 둘레의 소정의 경로를 따라 제막용 건을 이동시켜 피막을 형성하는 공정과 병행하여, 어스 전극 상단 또는 하부의 종단부, 어스 전극의 개구부 등의 건의 이동하는 경로 상에 1개 이상 설치된 테스트 피스의 표면에 테스트 피스에도 피막을 형성한다. 또한, 당해 테스트 피스 표면의 피막의 소정의 항목에 대해서 검사한 결과에 의거하여, 어스 전극의 품질을 판정한다. 테스트 피스의 형상은, (1) 개구부 단부와 같은 형상으로서, 제1면에 피막을 붙이지만 제2면에는 피막을 붙이지 않는 피막 경계부를 갖고, (2) 제막 건이 분사 방향과 어스 전극의 표면이 수직이 아닌 사면(斜面)과 같은 형상을 갖고, (3) 어스 전극 단부와 같도록 내주 표면-단부 선단부-외주 표면에 피막을 제막하는 단부를 갖고, (4) 1개의 테스트 피스 상에, 상기 (1)∼(3)의 형상을 갖는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 처리의 수율을 향상시켜 신뢰성이 향상된 플라스마 처리 장치의 부품의 제조 방법 및 당해 부품의 검사 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 어스 전극을 구성하는 부품의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 나타내는 링 형상의 어스 전극의 일부분과 이것에 근사(近似)한 표면의 형상을 갖는 테스트 피스의 상하 방향의 중심축을 따른 종단면의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 4는 도 2에 나타내는 링 형상의 어스 전극의 일부분과 이것에 근사한 표면의 형상을 갖는 테스트 피스의 상하 방향의 중심축을 따른 종단면의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 5는 도 3의 (b)에 나타내는 실시예에 따른 테스트 피스로부터 분할되어 형성되는 테스트 피스의 형상의 개략을 모식적으로 나타내는 사시도.
도 6은 도 4의 (b)에 나타내는 실시예에 따른 테스트 피스로부터 분할되어 형성되는 테스트 피스의 형상의 개략을 모식적으로 나타내는 사시도.
도 7은 도 2에 나타내는 본 실시예에 따른 어스 전극의 내측 측벽에 피막을 형성하는 공정에 있어서, 어스 전극과 도 3 내지 6에 나타내는 테스트 피스가 배치된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 8은 도 5에 나타내는 실시예의 테스트 피스가 지그에 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 9는 도 8에 나타내는 본 실시예에 따른 테스트 피스가 테스트 피스 설치 지그에 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 10은 도 7에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 테스트 피스 설치 지그를 모식적으로 나타내는 사시도 및 단면도.
도 11은 도 7에 나타내는 실시예의 다른 변형예에 따른 어스 전극의 내측 측벽에 피막을 형성하는 공정에 있어서 테스트 피스가 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 12는 도 11에 나타내는 변형예에 따른 테스트 피스 설치 지그에 테스트 피스가 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 13은 도 3에 나타내는 본 실시예에 따른 테스트 피스의 검사면 상의 피막의 평균 결정자 사이즈와 이물 발생 수와의 상관을 나타내는 그래프.
도 14는 도 3에 나타내는 본 실시예에 따른 테스트 피스의 검사면 상의 피막의 육방정 비율과 이물 발생 수와의 상관을 나타내는 그래프.
도 15는 도 3에 나타내는 테스트 피스의 검사면 상에 피막을 형성할 때의 기재의 온도의 변동에 대한 피막의 평균 결정자 사이즈 및 육방정의 상 비율의 변화를 나타내는 그래프.
도 16은 도 3의 실시예에 따른 테스트 피스의 검사면 상의 피막으로서 이물의 발생 수가 서로 다른 피막과 잔류 응력의 깊이 분포와의 상관을 나타내는 그래프.
본 발명의 실시예를 도 1 내지 16을 이용하여 설명한다.
실시예 1
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면에 나타내는 플라스마 처리 장치는, 진공 용기 내부의 처리실 내에 플라스마를 형성하여 당해 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼 등의 시료의 표면에 미리 형성된 마스크층 및 그 하방의 처리 대상의 막층을 갖는 막구조를 플라스마를 이용하여 에칭 처리하는 플라스마 에칭 장치이다.
도 1에 나타내는 실시예의 플라스마 처리 장치(100)는, 크게 나누어, 일부가 원통형을 갖는 금속제의 진공 용기(1)와, 진공 용기(1)의 상부에 배치되고 진공 용기(1) 내부의 감압된 공간에 플라스마를 형성하기 위한 전계(電界) 또는 자계(磁界)를 일으키는 생성기를 갖고 일으켜진 전계 또는 자계를 내부 공간에 공급하는 플라스마 형성부와, 진공 용기(1) 하부에 배치되어 이것과 접속되고 진공 용기(1) 내부의 공간을 배기하여 감압하는 진공 펌프를 갖는 배기부를 구비하고 있다. 또한, 진공 용기(1)는, 그 외측의 측벽이 다른 진공 용기(1)로서 처리 대상의 시료인 웨이퍼가 감압된 내부의 반송용 공간에서 반송되는 반송 용기와 연결된다. 진공 용기(1)의 측벽에는 당해 측벽을 수평 방향으로 관통하여 진공 용기(1) 내부와 외부를 연통(連通)하는 통로로서 웨이퍼가 내측을 지나 반송되는 게이트가 구비되고, 당해 게이트의 외측의 개구부의 외주를 둘러싸는 진공 용기(1)의 측벽의 개소에 있어서, 반송 용기가 연결되어 진공 용기(1)의 내부의 공간과 반송 용기 내부의 공간이 연통 가능하게 구성된다.
진공 용기(1)는 내부에 처리 대상의 시료가 배치되고 플라스마가 형성되는 공간인 처리실(7)을 갖고, 처리실(7)은 상부에 배치되고 원통형을 갖고 플라스마(15)가 형성되는 방전부와, 방전부와 연통된 하부의 공간 내에는 원통형을 가진 시료대인 스테이지(6)가 배치되어 있다. 스테이지(6)에는, 피처리 기판이 되는 웨이퍼(4)가 재치되는 면인 원형의 상면을 갖고, 그 내부에 웨이퍼(4)를 가열하는 히터와 냉각하는 냉매가 내부를 통류하는 냉매 유로가 배치됨과 함께, 스테이지(6)의 원형의 상면과 당해 상면에 놓인 웨이퍼(4)의 이면 사이에 전열 가스인 헬륨(He) 가스를 공급하기 위한 관로를 구비하고 있다.
또한, 스테이지(6)의 내부에는 금속제의 전극이 배치되어, 플라스마(15)를 이용한 웨이퍼(4)의 처리 중에 웨이퍼(4) 상에 전위를 형성하기 위한 고주파 전력을 당해 전극에 공급하는 고주파 전원(14)이 임피던스 정합기(13)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 플라스마(15)의 형성 중에 고주파 전력에 의해 웨이퍼(4) 상에 형성되는 바이어스 전위와 플라스마와의 전위차에 의해 웨이퍼(4)의 표면에 웨이퍼(4) 내부의 이온 등 하전 입자가 유인되어 에칭 처리가 촉진된다. 본 실시예에서는, 스테이지(6)의 내부에는 원통 또는 원판 형상을 가진 금속제의 기재가 배치되고 당해 기재가 상기 고주파 전원(4)과 접속됨과 함께, 기재의 내부에 히터나 냉매 유로가 내장되고, He 가스 공급용 관로는 기재를 관통하여 배치되어 있다.
웨이퍼(4)는 반송 용기 내부의 반송용 공간 내에 배치된 로보트 아암 등의 반송 장치(도시 생략)의 아암의 선단부에 놓여 처리실(7)에 반송된 후, 스테이지(6) 상에 재치된다. 스테이지(6)의 웨이퍼(4)의 재치면을 구성하여 기재의 상면을 덮어 배치된 유전체제의 피막 내부에는 직류 전력이 공급되어 웨이퍼(4)를 정전 흡착하기 위한 도시하지 않은 전극이 배치되어 있다. 스테이지(6)에 재치된 웨이퍼(4)는, 정전 흡착용 전극에 직류 전압이 인가(印加)됨으로써 일으켜진 정전기력에 의해 유전체제의 피막 상면에 흡착되어 유지된다. 또한, 이 상태에서, 웨이퍼(4) 이면과 스테이지(6) 재치면인 유전체제의 피막 상면과의 극간(隙間)에 기재 내부의 관로를 통해서 He 가스가 공급되어 웨이퍼(4)와 기재의 내부의 냉매 유로 내를 흐르는 냉매와의 사이의 열전달이 촉진되어 웨이퍼(4)의 온도가 조절된다.
진공 용기(1)의 방전부를 둘러싸는 원통형의 측벽 부재의 상단부의 상방에는, 원판 형상을 가진 샤워 플레이트(2) 및 창 부재(3)가 링 형상의 부재를 사이에 두고 놓여 있다. 창 부재(3)는 방전부 외주의 측벽 부재(41)와 함께 진공 용기(1)를 구성하고, 외주연부(外周緣部)의 하면과 측벽 부재의 상단부 상면과 이들 사이에 배치된 링 형상 부재끼리의 사이에는, O링 등의 시일 부재가 끼워져 이들 부재가 접속되어, 진공 용기(1) 내부의 처리실(7)과 외부의 대기압의 분위기 사이가 기밀하게 구획된다.
창 부재(3)는, 후술하는 바와 같이, 플라스마(15)를 형성하기 위한 마이크로파의 전계가 투과하는 세라믹스(본 실시예에서는 석영)로 구성된 원판 형상의 부재이고, 그 하방에는 소정의 크기의 간극(8)을 열어, 복수의 관통 구멍(9)이 중앙부에 구비된 샤워 플레이트(2)가 배치되어 있다. 샤워 플레이트(2)는 처리실(7)의 내부에 면하여 그 천장면을 구성하고, 가스 유량 제어 수단(도시 생략)으로 유량이 소정의 값으로 조절된 처리 가스가 간극(8) 내부에 도입되고, 간극(8) 내에서 확산한 후 관통 구멍을 통해서 처리실(7) 내부에 상방으로부터 도입된다. 또, 처리 가스는, 링 형상 부재에 접속된 처리 가스 공급 배관(50) 상에 배치된 밸브(51)가 열려 간극(8)에 도입된다.
또한, 진공 용기(1)의 저부(底部)에는 처리실(7) 내부와 외부를 연통하여, 처리실(7) 내부의 플라스마(15)나 웨이퍼(4)의 처리 중에 생성된 생성물, 처리 가스의 입자가 배출되는 통로가 구비되고, 통로의 처리실(7) 내측의 원형의 개구는 배기구로서 상방에 배치된 스테이지(6)의 바로 하방에서 중심축끼리 상방에서 볼 때 같다고 간주할 수 있는 위치에 배치되어 있다. 진공 용기(1) 저면에는, 배기부의 진공 펌프를 구성하는 터보 분자 펌프(12) 및 터보 분자 펌프(12)의 하류측에 배치된 드라이 펌프(11)가 연결되어 있다. 또한, 터보 분자 펌프(12)의 입구는 배기구와 배기 배관으로 접속되어 있다.
터보 분자 펌프(12)와 드라이 펌프(11) 사이를 연결하는 배기 배관 상에는 밸브(18)가 배치되고, 밸브(18)와 드라이 펌프(11) 사이의 배기 배관의 개소에는, 진공 용기(1)의 저면에 접속되어 처리실(7)의 저부와 연통된 다른 배기 배관(10)이 접속되어 있다. 이 다른 배기 배관(10)은 그 도중에 2개의 관로로 분기된 후 다시 1개로 합류하도록 접속되고, 분기부의 각각 상에는 밸브(17, 19)가 배치되어 있다. 밸브(17)와 밸브(19) 중, 밸브(17)는, 처리실(7)을 대기압으로부터 진공으로 드라이 펌프(11)에 의해서 천천히 배기하기 위한 슬로우 배기용 밸브이며, 밸브(19)는, 드라이 펌프(11)에 의해서 고속으로 배기하기 위한 메인 배기용 밸브이다.
처리실(7)에는, 그 내부의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(75)가 구비되어 있다. 본 실시예의 배기구의 상방이며 스테이지(6)의 저면과의 사이의 처리실(7)의 하부의 공간에는, 이 공간 내에서 상하 방향으로 이동하여 배기구를 개폐함과 함께 배기구의 개구 면적을 증감시켜 배기의 유량 또는 그 속도를 조절하는 원판 형상을 가진 압력 조정판(16)이 배치되어 있다. 처리실(7) 내의 압력은, 샤워 플레이트(2)의 관통 구멍인 가스 도입구를 통해서 처리실(7) 내에 도입되는 처리 가스 혹은 다른 가스와 배기구로부터의 배기와의 유량 또는 속도의 밸런스에 의해 증감된다. 예를 들면, 처리실(7) 내에 샤워 플레이트(2)로부터 가스가 유량 또는 속도를 웨이퍼(4)의 처리의 조건에 따른 소정의 값이 되어 도입되면서, 압력 조정판(16)이 상하 방향의 위치를 조정받음으로써 당해 처리의 조건에 따른 처리실(7)의 압력이 실현되도록 배기의 유량 또는 속도가 조절된다.
진공 용기(1) 상부의 처리실(7)의 방전부 외주를 둘러싸는 금속제의 측벽 및 창 부재(3)의 상방과 외주측의 개소에는 플라스마 형성부가 배치되어 있다. 플라스마 형성부는, 플라스마(15)를 형성하기 위한 마이크로파의 전계를 출력하는 마그네트론 발진기(20)와, 마이크로파를 처리실(7)까지 전파시키기 위한 도파관(21)을 갖고 있다. 도파관(21)은, 수평 방향(도면 상 좌우 방향)으로 연장하여 단면(斷面)이 직사각형 또는 사각형을 가진 사각형부와, 사각형부의 일단부(一端部)에 접속되고 상하 방향으로 연장하는 원통 형상을 가진 원형부를 갖고, 사각형부의 타단부(他端部)에는 마그네트론 발진기(20)가 배치되어 있다.
원형부의 하단은, 창 부재(3)의 상방에 배치되고 원형부의 직경보다 큰 창 부재(3)와 같다고 간주할 수 있을 정도의 근사한 크기의 직경을 가진 원통형의 공동부(空洞部)의 상단과 접속되어 있다. 또한, 공동부의 상방과 그 외주측 및 방전부를 둘러싸는 진공 용기(1)의 측벽의 외주측에서 처리실(7)의 방전부를 둘러싸는 개소에는, 직류 전력이 공급되어 자계를 발생시키는 수단인 링 형상의 솔레노이드 코일(22)과 솔레노이드 코일(23)이 구비되어 있다.
처리실(7)의 측벽 부재(41)의 내측의 벽면은 방전부 내에 형성되는 플라스마(15)에 노출되는 면이지만, 플라스마(15)의 전위를 안정시키기 위해 처리실(7) 내에 어스로서 기능하는 부품을 가질 필요가 있다. 본 실시예에서는, 방전부 내에 어스로서 기능하는 링 형상의 어스 전극(40)이 스테이지(6)의 상방에서 스테이지(6) 상면을 둘러싸서 배치되어 있다. 어스 전극(40)은, 스테인리스 합금이나 알루미늄 합금 등의 금속제의 부재를 모재(母材)로 해서 구성되어 있다. 어스 전극(40)은, 플라스마(15)에 노출되어 있기 때문에, 플라스마(15) 내의 반응성이나 부식성이 높은 입자와의 상호작용을 받아, 생성된 생성물에 의한 부식이나 금속 오염, 이물의 발생원이 될 우려가 높다.
그 때문에, 이러한 문제를 억제하기 위해, 도 1의 왼쪽 아래 부분에 확대해서 나타나는 단면도에 모식적으로 나타나는 바와 같이, 본 실시예의 어스 전극(40)의 표면에는 내플라스마성이 높은 재료로 이루어지는 내벽재 피막(42)이 표면을 덮어 배치되어 있다. 내벽재 피막(42)이 표면을 덮음으로써, 어스 전극(40)은, 어스로서 기능을 유지하면서 플라스마에 의한 어스 전극(40)에의 부식 등의 데미지를 억제할 수 있다. 또, 피막(42)은 적층막이어도 된다.
한편, 본 실시예의 진공 용기(1)의 방전부를 둘러싸는 측벽 부재(41)는, 스테인리스 합금이나 알루미늄 합금 등의 금속제의 기재로 구성되어 있지만, 어스로서의 기능을 갖지 않는다. 측벽 부재(41)가 플라스마(15)에 노출됨으로써 부식이나 금속 오염, 이물이 발생하는 것을 억제하기 때문에, 측벽 부재(41)의 내측 표면에는 부동태화 처리, 용사, PVD, CVD 등의 표면 처리가 실시되어 있다. 또한, 측벽 부재(41)의 기재가 직접적으로 플라스마(15)에 노출되는 것을 방지하기 위해, 원통 형상을 가진 측벽 부재(41)의 내측 측벽면과 처리실(7)의 방전부 사이에, 링 형상 또는 원통 형상을 가진 예를 들면 산화이트륨이나 석영 등의 세라믹스제의 부품이, 내측 측벽면을 따라 당해 내측 벽면을 플라스마(15)에 대하여 덮도록 배치되어 있어도 된다. 측벽 부재(41)와 플라스마(15) 사이의 당해 부품에 의해, 측벽(41)과 플라스마(15)와의 접촉이 저해되어, 플라스마(15)에 의한 표면 처리된 측벽 부재(41)의 소모가 억제된다.
반송 용기 내부의 반송용 공간(반송실)으로부터 로보트 아암의 아암 선단부에 놓여 진공 용기(1)의 측벽의 게이트(49)를 지나 처리실(7) 내에 반송된 웨이퍼(4)가 스테이지(6)의 재치면 상에 놓여, 로보트 아암이 처리실(7) 밖으로 퇴출되면, 게이트(49)의 개구가 진공 용기(1)의 외측에 배치된 게이트 밸브(50)에 의해 기밀하게 폐쇄되어 처리실(7) 내부가 밀봉된다. 웨이퍼(4)가 스테이지(6)의 재치면에 정전 흡착되어 유지되면, 처리 가스가 샤워 플레이트(2)로부터 도입되고 압력 조정판(16)의 동작에 의해 배기구로부터의 배기량이 조절되어 처리실(7) 내의 압력이, 처리에 적합한 소정의 압력으로 된다.
마그네트론 발진기(20)로부터 발진된 마이크로파의 전계가, 도파관(21) 내를 전파하여, 석영제의 창 부재(3) 및 그 하방의 석영제의 샤워 플레이트(2)를 투과하여 처리실(7)에 방사(放射)된다. 마이크로파의 전계와 솔레노이드 코일(22, 23)에서 생성된 자계와의 상호작용에 의해 전자 사이클로트론 공명(ECR: Electron Cyclotron Resonance)이 형성되고, 샤워 플레이트(2)의 가스 도입구로부터 처리실(7)에 도입된 처리 가스의 원자 또는 분자는, 여기(勵起)되고, 전리, 분해되어 방전부 내에 플라스마(15)가 생성된다.
플라스마(15)가 형성되면, 스테이지(6)의 기재에 고주파 전원(14)으로부터 고주파 전력이 공급되어 웨이퍼(4) 상에 고주파 전력에 의한 바이어스 전위가 형성되고, 웨이퍼(4) 상에 형성된 막구조의 마스크층의 처리 패턴을 따라 처리 대상의 막층의 에칭 처리가 개시된다. 도시하지 않은 처리의 종점 판정기에 의해 에칭 처리의 종점 또는 소정의 나머지 막두께에의 도달이 검출되면, 고주파 전력, 마이크로파 전계, 자계의 공급이 정지되고 플라스마가 소화되어 에칭 처리가 종료된다. 또한, 처리 가스의 공급이 정지된 다음에, 처리실(7) 내부를 높은 진공도에 도달할 때까지 배기(고진공 배기)의 처리가 행해진다.
도 2는, 도 1에 나타내는 어스 전극을 구성하는 부품의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 본 도면에서는, 도 1에 나타내는 링 형상 혹은 원통 형상을 갖는 어스 전극(40)을 대각선 하측의 개소로부터 상측을 향해서 봤을 경우의 도면을 나타내고 있다.
본 도면에 나타내는 바와 같이, 어스 전극(40)은 전체가 소정의 두께를 가진 원통형을 구비하고, 상하 방향의 중심축 둘레에 각각 같은 값의 내경을 갖는 내측 측벽과 외측 측벽을 갖고 있다. 또한, 어스 전극(40)은 원통형의 주측벽 부분과 주측벽 부분의 상단으로부터 더욱 상방에 배치된 링 형상의 전극부를 구비하고 있으며, 전극부의 외주 벽면은 상하 방향의 중심축으로부터의 반경 위치가 하방의 주측벽 부분보다 작게 되어 있다. 원통형의 주측벽 부분의 상하 방향의 중단 부분에는, 게이트(49)를 구성하는 관통 구멍의 직사각형 형상의 개구부(43)가 배치되어 있다.
어스 전극(40)이 처리실(7) 내부에 부착된 상태에서, 어스 전극(40)은, 내측 측벽과 처리실(7) 사이에 배치되고, 하부가 스테이지(6)의 외주측에서 이것을 둘러싸는 진공 용기(1)의 측벽 부재(41)의, 상부가 방전부를 둘러싸는 측벽 부재(41)의 내측에 배치되어 당해 측벽 부재(41)의 내측 벽면을 플라스마(15)에 대하여 덮을 뿐인 상하 방향의 길이를 갖고 있다. 이 형상에 의해, 측벽 부재(41)를 플라스마(15)의 상호작용으로부터 보호한다.
또한, 진공 용기(1)의 원통 형상을 가진 측벽 부재(41)는, 상하의 축 방향에 대해서 상부의 내경이 하부보다 작게 되어 있는 형상에 맞춰, 어스 전극(40)의 상부를 구성하여 방전부를 둘러싸는 측벽 부재(41)의 상부의 내측 측벽의 내표면을 플라스마(15)에 대하여 덮는 전극부의 외경은 하방의 주측벽 부분의 외형보다 중심측에 배치된, 환언하면 소경부를 구성하고 있다. 또한, 어스 전극(40)은, 후술하는 바와 같이, 상부의 전극부와 하부의 주측벽 부분 사이에 단차부를 갖고, 중심축 위로부터 아래 방향을 향함에 수반하여 내측 측벽의 표면은 외주측을 향하여 움푹 패인 형상을 갖고 있으며, 이 점에서, 어스 전극(40)은 그 하부가 대경부를 갖고 있다고 할 수 있다.
도 3 및 도 4를 이용하여, 도 2에 나타내는 어스 전극(40)의 일부분의 형상과 당해 부분에 대응하여 근사한 형상을 갖는 테스트 피스의 구성을 설명한다. 도 3 및 도 4는, 도 2에 나타내는 링 형상의 어스 전극의 일부분과 이것에 근사한 표면의 형상을 갖는 테스트 피스의 상하 방향의 중심축을 따른 종단면의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 각 도면의 (a)는 어스 전극(40)의 일부분의 단면 형상을 나타내는 도면이며, 각 도면의 (b)는 (a)에 나타내는 어스 전극(40)의 일부의 형상에 근사한 표면의 형상을 갖는 테스트 피스(52a, 52b)의 단면 형상을 나타내는 도면이다.
상기와 같이, 본 실시예의 어스 전극(40)은, 알루미늄 합금제의 모재와 그 표면에 내플라스마성을 가진 피막(42)을 갖고 있다. 또한, 상부의 링 형상의 전극부의 내측 벽면 및 상단부는 처리실(7) 내부에 배치된 상태에서 플라스마(15)가 방전부에 형성되면 플라스마(15)에 면하는 개소이며, 전극부와 측벽 부재(41) 사이의 극간에 플라스마(15)가 진입하여 전극부의 외측 벽면으로 돌아 들어갈 우려가 있기 때문에, 전극부의 상단부로부터 외측 벽면에 걸치는 개소에도 당해 개소를 덮도록 피막(42)이 배치된다. 한편, 어스 전극(40)의 하단부는, 처리실(7) 내부에 부착된 상태에서 스테이지(6)의 상면보다 하방에 위치하여 플라스마(15)로부터 거리를 두고 배치되기 때문에, 외측 벽면에는 피막(42)은 배치되어 있지 않다.
다음으로, 본 실시예의 어스 전극(40)을 제조하는 공정에 있어서 이용되는 테스트 피스에 대해서 설명한다. 본 실시예의 테스트 피스는, 지그에 부착되었을 때에 당해 지그에 접하는 부착면과 이것의 반대측에서 검사에 이용되는 피막이 형성되는 검사면인 피막 대상면(46)을 갖고 있으며, 검사면(48)이 도 2에 나타낸 링 형상의 어스 전극(40)의 내벽면의 일부의 형상에 근사한 형상을 갖고 있다. 특히는, 검사면(48)의 일부를 구성하는 평탄한 면 및 이것에 이어지는 만곡한 면은, 어스 전극(40)의 회전축을 따른 단면의 형상에 근사한 단면 형상을 갖고 있으며, 본 실시예에 따른 제조 방법에서는, 이러한 테스트 피스를 어스 전극(40)의 표면에 피막(42)을 형성하는 공정 시에 어스 전극(40)과 나란히 배치하여, 어스 전극(40)의 모재의 표면 상에의 피막(42)의 형성과 병행하여 당해 피막(42)의 경우와 같은 형성의 조건으로 테스트 피스의 검사면(48) 표면에 테스트용 피막(42)을 형성한다.
본 실시예의 테스트 피스(52)는, 어스 전극(40)의 내벽면 중 상하 방향에 중심축을 갖는 원통형 및 원추형의 측벽의 형상의 일부분에 대응시킨 복수의 평면의 부분과, 이들 평면 중 상하 2개의 평면의 부분끼리의 사이에 이어진 적어도 1개의 만곡한 면을 구비하고 있다. 즉, 도 3의 (a)에 나타내는 어스 전극(40)의 상부의 전극부 및 개구부(43)를 포함하는 부분의 내벽면의 형상에 근사한 형상이 도 3의 (b)에 나타내는 테스트 피스(52a)의 도면 상 좌측의 표면에 검사면(48)으로서 구비되어 있다.
도 3의 (a)에 나타내는 어스 전극(40)의 전극부의 개구부(43)의 상방의 부분에서 표면이 중심축으로부터 같은 반경 위치의 원통형을 갖는 개소는, 그 종단면이 상하 방향으로 직선이 되는 부분이다. 테스트 피스(52a)는, 피막 대상의 면인 도면 상 좌측의 측벽면 상의 이들 부분에 근사한 형상으로서, 상부에 각각 20㎜의 상하 방향의 폭을 가지고 이어진 평탄한 2개의 면(71, 72)을 구비하고 있다.
또한, 어스 전극(40)은, 도 3의 (a)에 나타내는 개구부(43)의 하방의 부분에 있어서, 표면이 중심축으로부터 같은 반경 위치의 원통형의 측벽면과 그 하측에 하방을 향함에 수반하여 원통의 중심축의 측을 향하여 반경이 작아지는 원추형의 측벽의 형상을 갖는 부분으로서, 종단면의 내벽면을 나타내는 선이 하방을 향함에 수반하여 상하 방향으로 직선 형상의 개소로부터 중심의 측(도면 상 좌측)으로 방향이 바뀌어 직선으로서 연장되는 형상을 갖고 있다. 도 3의 (b)의 테스트 피스(52a)는, 이러한 도 3의 (a)에 나타내는 어스 전극(40)의 하부의 형상에 대응하는 검사면(48)의 부분으로서 상하 방향의 폭이 20㎜인 상방 및 하방의 2개의 평탄한 면(73, 74)을 갖고, 하방의 평탄한 면(74)은 도면 상 좌측에서 이 면을 봤을 경우에 하측을 향함에 따라서 앞측(도면 상 좌측)으로 돌출하도록 경사진 면을 구성하고 있다.
본 예의 테스트 피스(52a)는, 상기 경사진 면(74)의 반대측(도면 상 우측)의 부착면의 개소는 도면 상 상하 방향으로 기울기가 없는 수직인 면으로 구성되어 있기 때문에, 면(74)을 포함하는 테스트 피스(52a)의 하부는, 도면 상 좌우 방향의 부재의 두께가 하방을 향함에 수반하여 단조롭게 커지는 테이퍼 형상을 갖고 있다. 면(73, 74) 사이에는, 수평 방향(도면 상 도면에 수직인 방향)에 중심축을 갖고 소정의 반경 R을 갖는 원통형의 측벽의 일부와 같은 형상의 상하 방향에 만곡한 면이며 곡률의 반경이 200㎜으로 만곡한 면(75)이 배치되어 검사면(48)을 구성하고, 만곡한 면(75)은 상하 단부의 각각과 면(73, 74)의 하단 및 상단부의 각각과는 매끄럽게 이어져 있다.
또, 어스 전극(40)의 개구부(43)는, 테스트 피스가 관통 구멍을 갖고 있을 경우에 그 취급이 어려워진다. 이 때문에, 테스트 피스(52a)는 깊이가 개구부(43)의 어스 전극(40)의 주측벽 부분의 두께와 같으며 개구의 형상이 개구부(43)와 같은 직사각형 형상으로 된 오목부(76)를 상하 방향의 중단(中段)의 개소에 구비하고 있다. 당해 오목부(76)의 내측 표면은 오목부(76)의 개구의 단연(端緣) 부분을 제외하고 검사면(48)을 구성하지 않고, 피막(42)은 형성되지 않지만, 개구의 단연 부분은 주위의 면에 대하여 경사진 면이 되도록 면취(面取)되거나, 혹은 만곡한 형상이 되어 검사면(48)을 구성한다.
테스트 피스(52a)의 검사면(71 내지 75)에는, 후술하는 바와 같이, 피막(42)과 같은 재료를 같은 조건으로 같은 두께가 되도록 피막(42)이 배치된다. 이러한 검사면(48) 상에의 피막(42)의 형성은 후술하는 바와 같이 어스 전극(40)의 표면에의 피막(42)의 형성의 공정에 있어서 어스 전극(40)과 테스트 피스(52a)를 병렬로 배치하고 어스 전극(40)의 내벽 표면과 테스트 피스(52a)의 검사면에 병행하여 같은 피막 형성용 장치를 이용하여 행해진다.
테스트 피스(52a)의 상단부에는, 어스 전극(40)의 전극부의 내측 벽면과 외측 벽면에 대응하는 개소로서, 상단면과 이것에 이어지는 하방의 검사면(48) 및 부착면의 측의 양면(이들은)과는 검사면(48)을 구성한다. 당해 외측 벽면에는 상단부의 선단으로부터 하방의 평탄한 면 상의 10㎜의 위치까지가 검사면이 배치되고, 피막(42)이 형성된다.
도 4의 (a)는, 도 3의 (a)에 나타내는 어스 전극(40)의 부분의 하방의 부분의 내벽면의 형상을 나타내고 있다. 본 도면에 나타내는 부분도, 도 3의 (a)와 마찬가지로, 표면이 원통형의 측벽면의 형상을 구비한 개소를 상하에 복수 갖고 있지만, 하방의 개소의 원통형의 측벽면의 반경이 상방의 것보다 커져, 이들 상하의 개소 사이에 표면이 원추 사다리꼴의 측벽면의 형상을 가진 개소를 가짐과 함께, 이들 3개의 개소 사이가 만곡한 면을 통해 이어진, 소위 반경 방향의 단차를 갖고 있는 점이, 도 3의 (a)와 다르다.
이러한 어스 전극(40)의 내벽면의 형상을 근사한 형상을 갖는 테스트 피스(52b)의 도면 상 좌측의 측벽면을 구성하는 검사면(48)에는, 상하에 거리를 두고 배치되고 각각의 상하 방향의 폭(길이)이 20㎜가 된 평탄한 면(81, 83)과, 이들 면(81, 83) 사이에 배치되고 하방을 향함에 수반하여 도면 상 우측의 측벽면을 구성하는 검사면의 측에 가까이 가는 평탄한 면(82)을 갖고 있다. 이들 평탄한 면(81, 82, 83)끼리 사이에는, 수평 방향(도면 상 도면에 수직인 방향)에 중심축을 갖고 소정의 반경(곡률 반경) R을 갖는 원통형의 측벽의 일부와 같은 형상의 상하에 만곡한 면(84, 85)이 배치되어 검사면(48)을 구성하고, 평탄한 면(81, 82, 83)이 인접하여 평행한 단부끼리가 매끄럽게 이어져 있다.
만곡한 면(75, 84, 85) 형상은, 이들 면의 각각에서 곡률 반경 및 중심축이 고정된 원통형의 측벽의 일부에 상당하고 있다. 또한, 이들 만곡한 면(75 및 84, 85)과 인접하는 평탄한 면(73, 75 혹은 81, 82, 83)은, 접하여 이어지는 상하의 단연과의 개소는 단차 없이 이어져, 상호의 접선이 합치하도록 구성되어 있다. 또, 만곡한 면(75, 84, 85)의 각각을 사이에 두고 인접하는 상하의 평탄한 면(73, 75 및 81, 82, 83)의 각각을 포함하는 평면이 교차하는 각도를 5도 이하로 하면, 교차한 개소로부터 만곡한 면의 상하의 단연까지의 거리가 17.5㎜ 이하가 된다.
도 5, 6을 이용하여, 도 3, 4에 나타내는 실시예에 따른 테스트 피스의 형상을 더욱 상세히 설명한다. 도 5는, 도 3의 (b)에 나타내는 실시예에 따른 테스트 피스로부터 분할되어 형성되는 테스트 피스의 형상의 개략을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 6은, 도 4의 (b)에 나타내는 실시예에 따른 테스트 피스로부터 분할되어 형성되는 테스트 피스의 형상의 개략을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
이들 도면에 나타내는 바와 같이, 테스트 피스(52a, 52b)는 상하에 3개 및 2개로 더 분할된다. 테스트 피스(52a)는, 상부에 있어서 면(71, 72) 사이를 수평 방향으로 통과하는 면에서 상하로 분할되고, 또한 면(72, 73) 사이에서 오목부(76)의 내측을 통과하는 수평 방향의 면을 단면으로 해서 상하로 분할되고, 각각 선단부 형상 테스트 피스(53), 오목형 형상 테스트 피스(55), 개구부 형상 테스트 피스(56)가 형성된다. 또한, 테스트 피스(52b)는, 면(82, 85) 사이에서 상하로 분할되어, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54), 오목형 형상 테스트 피스(55)로 분할된다. 각 테스트 피스(53 내지 56)는 길이 40㎜ 이내, 폭 20㎜ 이내의 치수를 갖고 있다.
이러한 테스트 피스의 크기는 피막(42)을 검사하는 검사 장치의 사양에 따라 요구되는 시료 사이즈에 맞춰 변경 가능하지만, 주위 2.5㎜는 테스트 피스를 분리할 때에 외력의 영향을 받기 쉽기 때문에, 조건에 따라서는 분석 영역으로 하지 않는 편이 좋다. 이 때문에 테스트 피스의 크기는, 측정 사이즈보다 5㎜ 이상 크게 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 어스 전극(40)과 같은 재질로 도 5, 6에 나타내는 형상의 테스트 피스(53 내지 56)를 이용하지만, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)의 검사면(48)을 구성하는 평탄한 면(81, 82)의 적어도 어느 한쪽의 상하 방향의 길이(폭)를 5㎜ 정도로 짧게 해도 된다. 또한, 본 실시예에서는, 테스트 피스(52a, 52b)를 상하에 복수의 부분으로 분할했지만, 폭 20∼40㎜의 테스트 피스(52a) 혹은 테스트 피스(52b)를 검사에 이용하여, 1개의 테스트 피스로 복수의 형상의 검사면(48) 상의 피막(42)의 상태를 평가해도 된다. 또한, 실시예에서는 테스트 피스(52a, 52b)의 모재로서 알루미늄 합금을 이용했지만, SUS나 알루마이트, 석영, 실리콘 카바이트, 소결 이트리아를 이용할 수 있지만, 어스 전극(40)에 이용되고 있는 것과 같은 부재를 이용함으로써, 검사의 정밀도를 높게 할 수 있다.
도 7을 이용하여, 본 실시예의 어스 전극(40)과 함께 테스트 피스를 배치하여 이들 표면에 병행하여 피막(42)을 형성하는 공정을 설명한다. 도 7은, 도 2에 나타내는 본 실시예에 따른 어스 전극의 내측 측벽에 피막을 형성하는 공정에 있어서, 어스 전극과 도 3 내지 6에 나타내는 테스트 피스가 배치된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 본 도면에서는, 어스 전극(40)의 내측 측벽과 상단부에 대기 플라스마 용사(APS)법에 의해 내플라스마성을 가진 피막(42)을 형성할 경우의 어스 전극(40) 및 테스트 피스(45)의 배치를 나타내고 있다.
APS법은 대기압으로 된 분위기 중에 있어서 피막(42)을 대상물의 표면에 용사에 의해 형성하는 방법이며, 대기 중에 형성한 플라스마로 원료분을 용융시켜 용융 또는 반용융 상태의 원료를 대상물 표면에 분사하여 적층시켜 막을 형성한다. 이때에, 피막이 표면에 형성되는 대상물의 부재(모재)의 온도는 소정의 범위 내의 것으로 조절되지만, 분사되어 고착하는 피막의 재료의 입자로부터 이동하는 열량이 큰데다, 대기압의 분위기를 통해서 모재 혹은 피막으로부터 방열도 되기 때문에, 용사되어 피막이 형성되는 대상물의 표면에서는, 그 영역에서의 열의 이동의 이력이나 이에 따른 온도와 그 분포의 변화가 복잡해져, 테스트 피스의 검사면(48)에서 대상물 표면뿐만 아니라 피막의 형성 중과 그 후의 상기 열의 이동이나 온도를 근사시키려면 고안이 필요해진다.
그래서 본 실시예에서는, 테스트 피스의 검사면(48)과 어스 전극(40)의 내측 측벽 부재의 표면에서, 상기 열의 이동이나 온도와 그 변화 등이 보다 근사한 것이 되도록, 링 또는 원통 형상을 갖고 상하 방향의 중심축 둘레에 축대칭의 단면을 가진 어스 전극(40)에 대하여, 피막(42)이 내측 벽면 및 외측 벽면까지 돌아 들어가 형성되는 어스 전극(40)의 종단부(도 1의 경우, 상단부)의 외측 벽면에, 도 5, 6에 나타낸 테스트 피스(53 내지 56) 중 적어도 1종류의 테스트 피스(45)가 배치된다. 또한, 열전도성이 높은 시트(도시 생략)를 어스 전극(40)과 테스트 피스(45) 사이에 끼워넣고, 마스크 테이프를 이용하여 테스트 피스(45)를 어스 전극(40)에 고정한다. 또한 열전도성이 높은 양면 테이프를 어스 전극(40)과 테스트 피스(45) 사이에 끼워넣어 고정해도 된다.
어스 전극(40) 상단부의 외측 벽면에서는, 피막(42)의 형성하지 않은 범위를 덮어 형성하는 범위를 마스크 테이프를 이용하여 정하고 있다. 마스크 테이프에 의해, 어스 전극(40)의 외측 벽면의 테스트 피스가 설치되는 영역 이외의 영역이 덮임으로써, 피막(42)이 어스 전극(40)의 미리 정해진 개소 이외에 형성되는 것이 억제된다. 본 도면에 나타내는 바와 같이, 피막(42)은, 용사 건(46)이 어스 전극(40)의 내주측에 삽입되어, 용사 건(46)의 원재료를 분출하는 원통형의 분출구를 내벽면에 소정의 각도(본 실시예에서는 원재료의 입자가 둘레의 대상에 분출하는 분출구의 축이 어스 전극(40)의 중심축과 이루는 각도가 90도)가 되도록 유지한 상태에서, 도면 중의 화살표와 같이, 원재료를 내측 벽면에 분사하여 고착시키면서, 중심축으로부터의 소정의 반경 위치에서 축 둘레 및 축 방향으로 이동시켜, 형성된다. 또한, 상단부에서 외측에 용사 건(46)은, 상단으로부터 외주측으로 꺾도록 이동시켜져, 중심축으로부터의 소정의 반경 위치에서 축 둘레 및 축 방향으로 이동시키면서, 어스 전극(40)의 상단면 및 외측 벽면의 미리 정해진 영역과 테스트 피스(45)의 검사면(48) 표면에 피막(42)이 형성된다.
링 형상의 어스 전극(40)의 측면에 배치된 개구부(43)의 내주 벽면 및 게이트 밸브(50)의 O링 등의 시일 부재가 맞닿은 어스 전극(40)의 외측 벽면의 개구부(43)의 주위의 개소는, 피막(42)이 형성되지 않도록 하기 위해 마스크 테이프로 덮인 상태에서, 상기의 어스 전극(40)에 피막(42)을 형성하는 공정이 행해진다. 본 실시예에서는, 개구부(43)의 내측에, 그 덮개가 되는 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47)를 배치하여 마스크 테이프를 이용하여 어스 전극(40)에 대하여 위치가 고정되고, 어스 전극(40)과 함께 테스트 피스(45) 상의 검사면(48)에도 피막(42)이 형성된다.
테스트 피스(45)를 열전도성이 높은 양면 테이프를 이용하여 접속되고 위치가 고정된 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47)를, 개구부(43) 내에 삽입 후 마스크 테이프를 이용하여 어스 전극(40)에 대하여 고정하면, 개구부(43)의 주위의 내측 벽면과 마찬가지의 경로로 용사 건(46)을 이동시키면서 원재료를 용사해서 피막(42)을 어스 전극(40)의 내측 벽면과 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47) 및 테스트 피스(45)의 표면에 피막(42)을 형성한다. 즉, 마치 어스 전극(40)의 내측 벽면에 개구부(43)가 없는 것처럼, 용사 건(46)이 어스 전극(40)의 내주 방향 및 상하의 중심축을 따른 방향으로 이동하여 개구부(43)의 주위의 내측 벽면과 같은 조건으로 용사를 계속해서 원재료를 분출하면서 개구부(43)를 통과하고, 개구부(43) 내부의 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47) 및 테스트 피스(45) 표면에 대하여 용사가 행해진다.
또한, 외측 벽면까지 피막(42)을 형성하지 않는 어스 전극(40) 하단부에는, 링 형상의 테스트 피스 설치 지그(44)가 부착되고, 그 내주면에 도 5, 6에 나타낸 테스트 피스(53 내지 56) 중 적어도 1종류의 테스트 피스(45)가 배치되고, 상방의 어스 전극(40)의 내측 벽면과 같은 조건으로 당해 테스트 피스(45) 상면의 검사면(48)에 피막(42)이 형성된다. 어스 전극(40)의 상단부와 같이, 테스트 피스 설치 지그(44)의 하단에서 용사 건(46)을 내주측으로부터 외주측으로 꺾어 이동시켜 외주측의 외측 벽면까지 피막(42)을 용사하여 형성하도록 해도 된다. 이 경우에는, 테스트 피스(45)로서, 링 형상 부재의 종단 부분에서 종단부 및 그 내측 및 외측 벽면에 검사면(48)을 갖는 것에 대해서도 피막(42)을 형성하여, 검사를 행할 수 있다.
도 8을 이용하여 본 실시예의 테스트 피스가 부착되는 지그의 구성을 설명한다. 도 8은, 도 5에 나타내는 실시예의 테스트 피스가 지그에 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
상술한 바와 같이, 선단 형상 테스트 피스(53), 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54), 오목형 형상 테스트 피스(55) 등의 테스트 피스(45)는, 어스 전극(40)의 표면에 내플라스마성을 가진 피막(42)을 형성하는 공정에 있어서, 어스 전극(40)과 병렬로 배치되어 병행하여 검사면(48)에 피막(42)이 형성된다. 각 테스트 피스의 검사면(48)의 각 면을 이들이 대응하는 어스 전극(40)의 개소의 표면의 방향에 합치시켰을 경우, 이들 테스트 피스 중에 부착면이 어스 전극(40)의 중심축과 평행하지 않은 것이 있다. 이러한 테스트 피스에 대해서는, 경사 테스트 피스 부착 지그(57)에 테스트 피스가 부착되고, 이 상태에서 더욱 지그에 부착된다. 지그에 부착된 테스트 피스의 용사 건(46)의 분출구의 축에 대한 표면의 각도는, 당해 테스트 피스의 검사면(48)의 형상이 대응하고 있는 어스 전극(40)의 내측 측벽의 개소에서의 용사 건(46)의 분출구의 축에 대한 표면의 각도에 근사한 것이 된다.
도 8의 (a)에 단면도를 나타낸 바와 같이, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)는 경사 테스트 피스 부착 지그(57)의 경사진 평면인 테스트 피스면(57a)의 표면에 수나사 혹은 볼트로 고정되어 있다. 수나사 또는 볼트는, 경사 테스트 피스 부착 지그(57)의 테스트 피스면(57a)에 개구를 갖는 관통 구멍의 테스트 피스면(57a)의 반대측의 개구로부터 삽입되어, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)의 부착면에 개구를 갖는 암나사의 구멍에 나사 체결되고, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)는 경사 테스트 피스 부착 지그(57)의 테스트 피스면(57a) 상에서 위치 고정된다.
또, 경사 테스트 피스 부착 지그(57)의 나사 또는 볼트의 관통 구멍의 테스트 피스면(57a)의 반대측의 개구가 배치되어 있는 평면은, 어스 전극(40)의 외측 벽면 또는 테스트 피스 설치 지그(47), 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47)에 양면 테이프나 마스크 테이프를 이용하여 접속되는 접속면(57b)이다. 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 오목형 형상 테스트 피스(55)도 경사 테스트 피스 부착 지그(57)의 경사진 평탄한 면인 테스트 피스면(57a) 상에 접속되고, 부착면(57b) 상의 개구로부터 관통 구멍 내에 삽입된 수나사 또는 볼트를 이용하여 고정된다.
또한, 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 선단 형상 테스트 피스(53)의 경우, 검사면(48)은 한쪽의 면뿐만 아니라 선단면으로부터 그 이면까지 연장되어 있으며, 피막(48)을 이들 표면에 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 선단 형상 테스트 피스(53)는, 선단부와는 반대의 단부를 선단 형상 테스트 피스 부착 지그(58)에 형성한 구멍의 내부에 삽입하여 부착하고, 분리가 가능하게 구성하고, 선단 형상 테스트 피스 부착 지그(58)의 부착용 구멍에 삽입한 상태에서 나사 또는 볼트를 나사 체결하여 고정되는 구성으로 했다.
이들 테스트 피스(45)가 어스 전극(40)의 표면에 피막을 형성할 때에 병설(倂設)하여 배치되는 개소로서는, 개구부(43)가 고려된다.
도 9를 이용하여, 본 실시예의 테스트 피스(45)가 지그에 부착된 상태를 설명한다. 도 9는, 도 8에 나타내는 본 실시예에 따른 테스트 피스가 지그에 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 테스트 피스(45)는, 어스 전극(40)과 같은 재료로 구성된 개구부용 설치 지그(47)의 내측 벽면 상에 배치된 복수의 테스트 피스 부착부(60) 상에 열전도성이 높은 시트를 사이에 끼워 부착되고, 개구부용 설치 지그(47)의 외측 벽면의 측으로부터 삽입된 수나사 또는 볼트를 이용하여 위치가 고정된다. 열전도성이 높은 시트로 바꿔 그것들을 주재(主材)로 한 양면 테이프를 이용하여 테스트 피스(45)를 고정해도 된다.
도면 상, 좌단 및 중앙의 화살표로 나타나는 예와 같이, 테스트 피스(45)가, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)나 오목형 형상 테스트 피스(55)와 같은 형상일 경우, 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47)와 테스트 피스(45) 사이에 경사 테스트 피스 부착 지그(57)를 끼워 개구부용 설치 지그(47)의 내측 벽면 상에 부착된다. 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)나 오목형 형상 테스트 피스(55)는 경사 테스트 피스 부착 지그(57)의 경사진 평탄한 테스트 피스면(57a) 상에 접속된 상태에서 반대측의 부착면(57b)으로부터 삽입된 수나사 또는 볼트에 의해 체결되어 위치 고정되고, 이 상태에서 부착면(57b)이 테스트 피스용 부착부(60)에 접속되어 위치 고정된다.
한편, 도면 상 우단의 화살표로 나타나는 예와 같이, 개구부 형상 테스트 피스(56)와 같이 어스 전극(40)의 중심축 또는 용사 건(46)의 회전축과 개구부 형상 테스트 피스(56)의 부착면이 평행할 경우에는, 개구부 형상 테스트 피스(56)를 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47)의 테스트 피스용 부착부(60)에 다른 지그를 사이에 끼우지 않고 접속되어 나사로 고정, 또는 테이프로 고정되어도 된다.
또한, 도 9의 (b)는, 어스 전극(40)의 하단면에, 당해 어스 전극(40)과 같은 내경, 외경의 테스트 피스 설치 지그(44)를 부착하고, 그 내주면에 테스트 피스(45)가 복수 배치된 상태를 나타내고 있다. 이 예에 있어서, 테스트 피스 설치 지그(44)의 내주 벽면은, 상방에서 볼 때 어스 전극(40)의 것과 합치한 상하 방향의 축 둘레에 같은 반경 위치의 원통 형상이 되고 있는 것에 대하여, 테스트 피스(45)의 부착면은 평탄한 면으로 구성되어 있다. 이 때문에, 테스트 피스(45)의 부착면을 테스트 피스 설치축(44)의 내주 벽면에 직접적으로 접속시킨 상태에서는, 양자간에 극간이 생겨 버린다.
본 실시예에서는, 어스 전극(40)과 같은 재료로 구성된 스페이서를 테스트 피스(45)의 부착면에 부착한 상태에서, 스페이서나 테스트 피스(56)를 고정한다. 또한, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)나 오목형 형상 테스트 피스(55)와 같이, 검사면(48)의 어스 전극(40)의 중심축 혹은 용사 건(46)의 이동 방향이나 분출구의 축 방향에 대한 경사의 크기나 각도를 어스 전극(40)의 대응하는 개소에 근사시키는 것은, 경사 테스트 피스 부착 지그(57)를 이용하여 테스트 피스 설치 지그(44)에 접속하여 고정한다.
용사 건(46)은, 분출구를 어스 전극(40)의 하단부에 접속된 테스트 피스 설치 지그(44)의 내주의 측벽면을 향한 상태에서, 하단을 통해서, 외주측의 측벽면을 향한 위치까지 꺾어 이동시키거나, 혹은 그 역방향으로 이동시키는 것이 가능하게 구성되어 있다. 또한, 테스트 피스 설치 지그(44)의 하부에 내주측 벽면으로부터 외주측 및 하단면으로부터 상방측으로 움푹 패인 오목부를 구비하고, 당해 오목부에 하방으로부터 선단 형상 테스트 피스 부착 지그(58)와 선단 형상 테스트 피스(53)를 끼워넣어, 테스트 피스 설치 지그(44)에 이들을 접속시키고 나사 혹은 볼트, 또는 마스크 테이프를 이용하여 고정한다.
또한, 테스트 피스 설치 지그(44)는, 반경 방향의 두께를 상단 상방에 부착되어 접속되는 어스 전극(40)의 측벽 부분의 두께보다 크게 해 두껍게 한 형상을 구비하여, 상기 오목부에 경사 테스트 피스 부착 지그(57)나 선단 형상 테스트 피스 부착 지그(58)를 끼워넣어 접속함으로써, 이들 테스트 피스로부터 테스트 피스 설치 지그(44)에의 방열을 억제할 수 있고, 테스트 피스(45)와 어스 전극(40)의 열의 이동이나 온도와 그 분포 더욱이는 이들 이력의 괴리를 보다 저감할 수 있다.
도 10을 이용하여, 추가로 테스트 피스(45)와 어스 전극(40)과의 피막(42)의 열이나 온도의 값이나 그 변화의 차를 보다 저감시키는 테스트 피스 설치 지그(61)의 예를 설명한다. 도 10은, 도 7에 나타내는 실시예에 따른 테스트 피스 설치 지그의 다른 예를 모식적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 10의 (a)에 나타내는 테스트 피스 설치 지그(61)는 원통 형상을 일부에 갖고 어스 전극(40)과 같은 재료로 구성된 부재로서, 도 10의 (b)에 나타내는 단면(62)은, 적어도 내주측 벽면의 형상이 테스트 피스(52)와 같은 형상을 갖고 있다. 또한, 테스트 피스 설치 지그(61)의 상하 방향의 중심축을 따른 방향에 대해서 당해 축으로부터 내주측 벽면 및 외주측 벽면의 거리는 어스 전극(40)과 같은 값을 갖고, 테스트 피스 설치 지그(61)는, 그 내경, 외경이 어스 전극(40)인 것으로 되어 있다.
본 도면에 나타내는 테스트 피스 설치 지그(61)는, 어스 전극(40) 상단부에 대응하는 개소를 하단으로 한 상태, 즉 상하의 위치를 반대로 하여, 중심축으로부터 수평 방향으로 거리를 둔 위치에서 비스듬하게 위를 올려다 본 것을 나타내고 있다. 또한, 테스트 피스 설치 지그(61)는, 내주 표면으로부터 외주측을 향하여 소정의 치수만큼 움푹 패인 오목부를 적어도 1개 갖고, 당해 오목부 내에 테스트 피스(45)를 끼워넣고 부착하여 고정된다. 양자가 접속되어 고정된 상태에서, 테스트 피스(45)의 검사면(48)은, 그 주위의 테스트 피스 설치 지그(61)의 내벽 표면과는, 중심축으로부터의 거리가 일치하거나, 혹은 단부에서의 높이에 단차가 없다고 간주할 수 있을 정도로 가까워진 형상으로 되어 있다.
오목부 내에 테스트 피스(45), 예를 들면 선단 형상 테스트 피스(53), 오목형 형상 테스트 피스(55)나 개구부 형상 테스트 피스(56)가 직접 또는 경사 테스트 피스 부착 지그(57)에 부착된 상태로 끼워넣어진 상태에서, 테스트 피스 설치 지그(61)의 외주 측벽의 측으로부터 수나사 또는 볼트가 삽입되어 체결되어 위치가 고정된다. 이 상태의 테스트 피스 설치 지그(61)가 어스 전극(40)과 나란히 설치되고, 어스 전극(40)의 표면에 피막(40)을 형성하는 공정과 병행하여 테스트 피스 설치 지그(61)의 내측 벽면에 피막(42)을 형성하는 공정이 행해짐으로써, 테스트 피스(45)의 각종 형상을 갖는 검사면(48)에, 어스 전극(40)의 내측 벽면의 것과 같은 조건으로 피막(42)이 형성된다.
또한, 어스 전극(40)과 같은 직경의 링 또는 원통 형상을 갖고 같은 재료, 재질로 구성되고, 중심축을 따른 종단면의 형상이 테스트 피스(52)와 같거나 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 형상을 갖는 검사용 부재를 테스트 피스로서 이용할 수도 있다. 이 경우의 링 혹은 원통 형상을 갖는 검사용 부재는 테스트 피스 설치 지그(61)와 같은 형상을 갖고 있다.
이러한 링 혹은 원통 형상의 테스트 피스를 테스트 피스 설치 지그(44) 대신에 어스 전극(40) 하단에 배치하여 위치를 고정하고, 어스 전극(40)과 테스트 피스에 병행하여 피막(42)을 형성해도 된다. 이 다음에, 검사용 링 형상 또는 원통 형상의 테스트 피스로부터, 도 5, 6에 나타낸 바와 같이, 검사 대상의 형상을 포함하는 일부분을 절단하여 취출해서 테스트 피스(45)로 하여, 피막(42)의 검사를 행해도 된다. 이 경우, 절단 작업의 용이성을 고려하여, 링 혹은 원통형을 가진 테스트 피스의 기재로서는, 알루미늄 합금, SUS나 알루마이트가 바람직하다.
테스트 피스 설치 지그(44)나 테스트 피스 설치 지그(61), 혹은 테스트 피스 설치 지그(61)와 같은 형상의 테스트 피스를 어스 전극(40) 단부, 도 2에 나타내는 어스 전극(40)에서는 하부 종단부에 배치할 경우에는, 피막(42)을 형성하는 공정에 있어서, 테스트 피스 설치 지그(44 또는 61) 혹은 이것과 같은 형상의 테스트 피스가 용사되는 원재료에 의해 어스 전극(40)에 이어져 버리는 것이 없도록 극간을 열어 두는 것은, 피막(42)을 형성하는 공정 후에 이들을 어스 전극(40)으로부터 분리할 때에 다른 개소의 피막(42)에 불필요한 외력을 부여하는 것을 억제하여 검사의 정밀도를 향상시키는데 중요하다.
상기의 실시예에서는, 대기 플라스마 용사(APS)법에 의해 피막(42)을 형성하는 예를 설명했다. 피막(42)을 형성하는 다른 용사의 기술로서는, 감압 용사(LPPS, VPS), SPS 용사, 폭발 용사 등의 종래 기술이 있다. 이들 기술에는 용사 시의 분위기나 플라스마염을 만드는 방법, 원료분의 공급법 등에 차이가 있지만, 고온에서 용융시킨 원료분을 가스의 분류(噴流)에 놓아 기재의 표면의 대상의 개소에 분사하여 퇴적시켜 막을 형성하는 공정을 갖는 점에서 같은 기술 범위 내의 것이다. 본 실시예에 있어서 피막(42)을 형성하는 공정에 있어서, 대기 플라스마 용사법을 대신하여, 상기 감압 용사(LPPS, VPS) 등의 기술을 이용해도, 동등한 효과를 발휘할 수 있다.
다음으로 도 11, 12를 이용하여, 에어로졸 데포지션(AD)법, 콜드 스프레이법 (CS), 스퍼터 제막(PVD) 등을 이용하여 처리실의 내측 측벽에 피막(42)을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 도 11은, 도 7에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 어스 전극의 내측 측벽에 피막을 형성하는 공정에 있어서 테스트 피스가 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 12는, 도 11에 나타내는 변형예에 따른 테스트 피스 설치 지그에 테스트 피스가 부착된 상태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
AD법은 진공 중에서 피막을 형성하는 기술이며, 기재의 온도를 적합한 것으로 조절하면서 피막을 형성하지만, 형성 중의 열의 이동이 비교적 작은 것이 알려져 있다. 이러한 AD법의 경우, APS법 등의 용사에 의한 기술보다도, 테스트 피스에 피막(42)을 형성할 때의 검사면(48)에서의 열의 이력과 어스 전극(40)의 내측 벽면의 열의 이력의 차가 작다.
그래서, 어스 전극(40)의 내측 측벽면에 피막(42)을 형성하는 공정에 있어서, 어스 전극(40)의 단부(도 11의 경우, 상단부)의 외측 측벽 상에, 테스트 피스(45)를 배치한다. 당해 상단부는, 어스 전극(40)의 내측 측벽의 내측에 더하여 상단 상방과 외주측까지 제막 건(63)을 이동시켜 내측 측벽, 상단 상면 및 외측 측벽에 피막(42)이 형성된다.
한편, 외주 측벽 상의 피막(42)이 형성되는 영역은 마스크 테이프로 규정되고, 마스크 테이프는, 어스 전극(40) 외측 측벽의 필요하지 않은 장소에 피막(42)이 형성되지 않도록 테스트 피스(45)가 배치되는 영역보다 넓은 범위의 외측 측벽을 피복한다. 이것에 덮이지 않는 영역의 표면이 제막 건(63)으로부터의 피막(42) 재료의 공급에 노출되어, 피막(42)이 형성된다.
테스트 피스(45)는 어스 전극(40)의 외측 측벽 상을 덮는 마스크 테이프 상에 고정되거나, 혹은, 열전도성이 높은 양면 테이프를 사이에 끼워 고정된다. 제막 건(63)은, 상하 방향의 중심축에 병행 혹은 축 둘레에 내측 측벽을 따라 이동하여 어스 전극(40)의 내측 벽면에 원재료를 분출구로부터 분출하여 공급해서 피막(42)을 형성하고, 또한 상단부에서는 상단면의 상방으로부터 외측으로 이동하여, 꺾은 중심축에 병행 혹은 외측 벽면을 따른 둘레 방향으로 이동하면서 테스트 피스(45)의 검사면(48)을 포함시켜, 이들 표면 상에 피막(42)을 형성한다.
에어로졸 데포지션(AD)법으로 피막을 형성할 경우에는, 제막 건(63)에는 AD 제막 건이 이용된다. 콜드 스프레이법(CS)을 이용할 경우에는, 제막 건(63)으로서 콜드 스프레이 건이 사용되고, 스퍼터 제막(PVD)의 경우, 제막 건(63)으로서 이온 빔 스퍼터 건이 사용된다.
또한, 어스 전극(40)의 측벽에 배치된 개구부(43)의 내주 벽면 상은, 피막(42)이 형성되지 않도록 마스크 테이프로 피복된다. 이 마스크 테이프로 피복된 개소를 이용하여, 개구부(43)의 덮개가 되는 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47)가 개구부(43) 내부에 삽입되고 마스크 테이프를 이용하여 어스 전극(40)과 연결하여 위치가 고정된다. 테스트 피스(45) 및 개구부용 테스트 피스 설치 지그(47)가 어스 전극(40)에 대하여 위치가 고정된 상태에서, 제막 건(63)이 미리 정해진 개소에서 정해진 방향으로 이동하면서 원재료를 어스 전극(40)의 표면에 분사하여 피막(42)이 어스 전극(40)에 형성된다.
본 예에 있어서도, 어스 전극(40)의 내측 측면에 피막(42)을 형성하는 공정에 있어서, 제막 건(63)은 그 이동의 경로가 개구부(43)를 교차할 때에도 개구부(43)의 주위의 벽면과 마찬가지의 조건으로 원재료의 분출을 계속하고, 테스트 피스(45)의 검사면(48)에도 피막(42)을 형성한다.
본 예의 어스 전극(40)의 하단부에 있어서는, 내측 벽면의 최하단까지 피막(42)이 형성되는 한편, 하단면 및 이것에 이어지는 외측 측벽의 면까지는 제막 건(63)은 이동하지 않고 피막(42)은 이들 개소 상위(上位)에는 형성되지 않는다. 그래서, 도 9에서 나타낸 링 형상의 테스트 피스 설치 지그(44)나 도 10에서 나타낸 테스트 피스 설치 지그(61)를, 어스 전극(40)의 하단부에 부착하여 내측 측벽(내주 벽면)에 테스트 피스(45)가 배치되도록 구성해도 된다. 이 경우에는, 이들 지그에 선단 형상 테스트 피스(53)를 부착하여, 어스 전극(40)의 상단부와 같이, 어스 전극(40) 및 그 하단 하방에 극간을 열어 설치된 지그의 내측 측면 및 이것에 부착된 테스트 피스(45)의 검사면(48) 상에 피막(42)이 형성되면, 제막 건(63)을 지그의 하단 하방으로 이동한 후에 외측 측벽의 외주측으로 이동하여 꺾고, 외측 측벽을 따라 이동하면서 당해 측벽면과 함께, 지그 상의 선단 형상 테스트 피스(53)를 포함시킨 테스트 피스(45) 상의 검사면(48)에도 피막(42)을 형성하는 것이 가능해진다.
AD법, CP법, PVD법 등을 이용할 경우에는, 피막(42)이 형성되는 개소의 온도의 변화가 상대적으로 온화하기 때문에, 도 12에 나타내는 바와 같은, 간이적인 링 형상의 테스트 피스 설치 지그(64)를 이용할 수 있다. 테스트 피스 설치 지그(64)는, 어스 전극(40)의 하부단과 같은 내경으로 외형이 보다 작고, 상하 방향의 길이가 테스트 피스 설치 지그(44)보다 작은 링 형상을 갖고, 그 내주 벽면 상에 복수의 테스트 피스(45)를 부착하여 분리 가능하게 구성되어 있다.
상기의 예와 마찬가지로, 본 도면에 나타내는 테스트 피스 설치 지그(64)의 링 형상의 내주측 벽면은 원통 형상을 갖고 그 둘레 방향에 대해서 만곡하고 있는 것에 대하여, 테스트 피스(45) 또는 경사 테스트 피스 부착 지그(57)의 부착면은 평탄한 면으로 구성되어 있기 때문에, 양자가 접속된 상태에서 양자 사이에 생기는 극간을 메우는 스페이서(도시 생략)를 어스 전극과 같은 재질로 구성하여, 테스트 피스(45) 또는 경사 테스트 피스 부착 지그(57)와 테스트 피스 설치 지그(64)의 내주 벽면 사이에 끼워, 고정한다. 특히, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54), 오목형 경사 형상 테스트 피스(55)와 같이 경사를 부여하여 설치할 필요가 있을 경우에는, 경사 테스트 피스 부착 지그(57)를 이용하여, 테스트 피스 설치 지그(64)에 고정한다.
본 예의 테스트 피스 설치 지그(64)는, 그 하단으로부터 비어져 나오도록 테스트 피스(45)를 고정할 수 있다. 테스트 피스 설치 지그(64)의 하단부로부터 상방으로 움푹 패인 오목부를 배치하여 테스트 피스(45)를 삽입하여 나사나 볼트를 이용하여 고정할 수 있도록 구성한다. 오목부에 선단 형상 테스트 피스 부착 지그(58)와 선단 형상 테스트 피스(53)를 끼워넣어 나사나 볼트 혹은 마스크 테이프로 고정함으로써, 테스트 피스 설치 지그(64)의 하단부로부터 하방으로 돌출한 선단 형상 테스트 피스(53)의 선단부(도면 상 하단부)에 미리 설정된 검사면(48)에 대하여, 테스트 피스 설치 지그(64) 또는 어스 전극(40)의 내주측 및 선단, 외주측에 걸쳐 제막 건(63)을 이동시켜, 피막(42)을 형성할 수 있다.
도 12에 나타내는 예에서는, 어스 전극(40)의 하단에 테스트 피스 설치 지그(64)를 부착하고, 테스트 피스(45)는 테스트 피스 설치 지그(64) 하단부로부터 하방으로 선단을 돌출시켜 배치되어 고정되고 있는 구성을 갖고 있다. 이에 따라, 내주측 및 외주측에 피막(42)이 형성되는 개소를 가진 어스 전극(40)의 상단부에 근사시킨 선단 형상 테스트 피스(53)를 이용한 검사면(48)의 형성과, 당해 선단부의 피막(42)의 검사의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 예에 있어서도, 테스트 피스 설치 지그(64)를 어스 전극(40)의 단부(상기의 예에서는, 하단부)에 대하여 이들 사이에 극간을 열어 상대적인 배치의 위치를 고정하여 부착되어 있다. 이에 따라, 피막(42)에 막의 형성 중이나 분리 시에 불필요한 외력이 인가되어 피막(42)의 상태가 어스 전극(40)의 양산을 위한 제조의 공정 시의 것으로부터 달라져 버리는 것을 억제할 수 있는 점은, 상기의 예와 마찬가지이다. 단, 본 예에서는 APS법을 이용한 피막(42)의 형성의 경우의 것보다 작은 극간에서 테스트 피스 설치 지그(64)를 설치할 수 있다.
다음으로 검사의 실시예를 도 13 내지 16에 나타낸다. 본 실시예에서는, 상기의 공정에 의해 테스트 피스(45)의 검사면(48) 상에 형성된 피막(42)을 대상으로 하여, 특정한 항목에 대해서 검사한다. 항목으로서는, 제막 후 및 후처리 후에 기공률, 표면 거칠기(Ra), 컨테미(오염 원소), 결정자 사이즈, 상 비율, 잔류 응력이 검출되고, 검출 결과가 미리 정해진 허용 범위 내의 것인지의 여부가 판정된다.
본 예에 있어서, 기공률은 액체 함침법에 의해 검출된다. 또한, 표면 거칠기(Ra)는 Z 스트로크가 긴 원자간력 현미경(AFm) 또는, 광학식 표면성상 측정기(ZYGO)에 의해 얻어진 결과로부터 산술 제곱 평방근을 산출하여 검출된다. 또한, 오염 원소는, 형광 X선 분석에 의해 Y, O, F, C 이외의 오염 원소의 유무가 검출된다.
한편, 상 비율은, X선 회절이 이용되어 검출된다. X선 회절은, 입사각을 1°로 고정하고 2θ를 15°∼40°의 범위로 해서, 각 결정상으로부터의 회절 X선의 적분 강도가 검출된다. 구한 적분 강도를 이용하여 RIR(Reference Intensity Ratio)법에 의해 상 비율이 검출된다. 평균 결정자 사이즈도, 마찬가지로 X선 회절이 이용되어 검출된다. 입사각을 1.5°로 고정하고, 2θ를 10°∼100°의 범위에서, 각 결정상으로부터 X선 회절이 검출된다. 각 회절 피크의 지수 부여를 하여, 반값폭을 구하고, Hall법에 의해 평균 결정자 사이즈가 구해진다. 잔류 응력은, X선을 이용한 잔류 응력 측정법인 2θ-Sin2ψ법이 이용된다.
이와 같이 하여, 구해진 검사 항목의 결과의 예에 대해서, 도 13 이하에 설명한다.
본 예에서는, 평균 결정자 사이즈가 서로 다른 피막(42)을 임의의 테스트 피스(45)의 검사면(48)에 형성하여, 각각의 평균 결정자 사이즈를 검출하고, 이물 발생 수와의 상관을 검토했다. 그 결과를 도 13에 나타낸다. 도 13은, 도 3에 나타내는 본 실시예에 따른 테스트 피스의 검사면 상의 피막의 평균 결정자 사이즈와 이물 발생 수와의 상관을 나타내는 그래프이다. 본 도면의 예에서는, 평균 결정자 사이즈가 작아짐에 따라서 이물 발생 수도 작아지는 관계가 나타나고, 이것은, 피막(42)을 형성하는 재료의 평균 결정자 사이즈를 작게 함으로써 당해 피막(42)으로부터의 이물의 발생이 억제되는 것이 나타나 있다.
한편, 도 14는, 도 3에 나타내는 본 실시예에 따른 테스트 피스의 검사면 상의 피막의 육방정 비율과 이물 발생 수와의 상관을 나타내는 그래프이다. 본 도면에서는, 육방정상 비율이 서로 다른 피막(42)을 임의의 테스트 피스(45)의 검사면(48) 상에 형성하여, 각각의 육방정상 비율과 이물 발생 수와의 상관을 검토한 예를 나타내고 있다. 본 예에서도, 육방정 비율이 낮아짐에 수반하여 이물 발생 수도 감소하고 있는 상관이 나타나 있다. 상기한 바와 같이, 도 13, 도 14에 나타나는 결과로부터, 테스트 피스(45)의 피막(42)의 결정자 사이즈, 및 형성 시의 온도가 높아짐에 수반하여 커지는 육방정 비율(고온상 비율)이, 실제로 처리실(7) 내부에 배치되는 어스 전극(40)의 막(42)과 같은 상태인 것을 알 수 있다.
도 15는, 도 3에 나타내는 테스트 피스의 검사면 상에 피막을 형성할 때의 기재의 온도의 변동에 대한 피막의 평균 결정자 사이즈 및 육방정의 상 비율의 변화를 나타내는 그래프이다. 본 도면에 있어서, 평균 결정자 사이즈는 좌축에서 ● 마커로, 육방정의 상 비율은 우축에서 ■ 마커로 나타냈다.
본 도면에 나타내는 바와 같이, 기재의 표면의 온도의 변화에 수반하여, 평균 결정자 사이즈, 고온상 비율이 분명하게 변화하는 것이 나타나 있다. 본 도면의 결과와 도 13, 도 14의 결과로부터, 피막(42)을 형성할 때에는, 표면의 온도가 변화한 개소는, 그 이물 발생 수는, 온도의 값 혹은 그 변화가 상이한 다른 장소의 것과는 서로 다른 것이 되는 것이 시사되어 있다. 즉, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)나 오목형 경사 형상 테스트 피스(55)에서는, 이물의 발생 수는 평탄한 형상을 갖는 예를 들면 선단 형상 테스트 피스(53)의 피막(42)과 다른 것으로 상정된다.
그 이유는, 용사 건(46)의 조사 방향과 어스 전극(40) 표면의 법선과의 각도는, 용사 건의 다축 제어에 의해 어느 정도는 제어할 수 있지만, 용사 건(46)은 어스 전극(40)의 중심축(또는 이것을 따른 것으로 상정되는 축)을 따라 이동하여 피막(42)을 형성하기 때문에, 어스 전극(40)의 표면의 법선과 당해 중심축과의 각도가 변화하는 영역, 예를 들면 볼록 형상이나 오목 형상을 갖는 개소의 표면에서는, 용사 건(46)과 어스 전극(40)이 이루는 각이나 거리를 다른 중심축에 법선이 수직이 되는 개소와 마찬가지로 일정하게 하는 것은 매우 어렵고, 이 때문에, 이러한 개소에서는 피막(42)의 형성 시의 표면 온도를 다른 개소와 동등하게 조절하는 것은 곤란하다.
또한, 볼록형 경사 형상 테스트 피스(54)의 볼록부나 개구부 형상 테스트 피스(56)의 개구부단에서는, 피막(42)의 형성 시의 방열이 다른 개소보다 상대적으로 많아져, 표면의 온도가 작은 경향이 있다. 반대로, 오목부 경사 형상 테스트 피스(55)의 오목부나 선단 형상 테스트 피스(53)의 선단부에서는 열이 집중하게 되어 표면 온도가 다른 개소보다 높아지기 쉬운 경향을 갖고 있다. 이러한 개소에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 이물의 발생 수는 다른 개소보다 현저하게 다른 것으로 상정된다.
어스 전극(40) 전체의 넓은 영역을 근사하는 평판의 테스트 피스를 이용하여 표준적인 조건에서의 피막(42)의 형성을 재현하는 것은, 검사, 관리하는데 있어서 중요하다. 그러나, 반도체 디바이스를 제조하는 플라스마 처리 장치(100)의 처리실(7) 내부에서의 이물의 발생을 억제하는데 있어서는, 어스 전극(40)의 전체의 면적 중에서 점하는 비율은 작아도, 피막(42)의 단부나 꺾은 피막(42)이 형성되는 어스 전극(40)의 선단부, 볼록부 혹은 오목부 형상을 갖고 어스 전극(40)의 중심축에 대한 표면(의 법선)의 각도가 중심축의 방향을 따른 개소와 서로 다르며, 이물의 발생 수도 서로 다른 개소에서는, 이물의 발생 수를 예측 혹은 이것을 저감하기 위한 중요한 검사, 관리 포인트가 된다.
도 16은, 도 3의 실시예에 따른 테스트 피스의 검사면 상의 피막으로서 이물의 발생 수가 서로 다른 피막과 잔류 응력의 깊이 분포와의 상관을 나타내는 그래프이다. 본 예에서는, 잔류 응력은, X선을 이용한 잔류 응력의 측정법인 2θ-Sin2ψ법이 이용되었다. 통상의 2θ-Sin2ψ법에서는 ψ을 바꾸면 X선의 침입 깊이가 바뀌기 때문에, X선의 침입 깊이가 일정해지도록, X선의 입사각, 시료의 경사각을 조정하여 검출되었다.
본 도면의 종축은 압축 잔류 응력의 크기를 나타내고 있으며, 횡축은 측정한 조건에서의 X선의 침입 깊이이다. 이물의 발생이 많은 피막(42)의 데이터를 ● 마커로, 이물의 발생이 적은 피막(42)의 데이터를 ■ 마커로, 이물의 발생이 중간 정도의 피막(42)인 것을 ◇ 마커로 각각 나타냈다.
본 도면에 나타내는 바와 같이, 이물의 발생 수가 적은 피막(42)은, 다른 예와 비교하여 상대적으로 큰 잔류 압축 응력을 갖고 있음을 알 수 있다. 특히, 피막(42)의 표면의 근방의 개소에서의 잔류 응력의 크기의 차이가 보다 명확하게 나타나고 있다.
APS 용사로 제막한 피막(42)의 잔류 응력은 일반적으로 작은 것이 알려져 있지만, 평탄한 개소의 표면에 형성되었을 경우와는 달리, 볼록부 경사 형상 테스트 피스(54)의 볼록부나 오목부 경사 형상 테스트 피스(55)의 오목부, 선단 형상 테스트 피스(53)의 선단부에서는, 피막(42)의 형성 후의 온도의 변화(예를 들면 냉각)에 따라, 압축 잔류 응력이 감소하거나 인장 잔류 응력의 상태가 된다. 복잡한 형상의 개소에서의 피막(42)의 잔류 응력은, 평탄한 형상의 개소에서의 잔류 응력과는 다른 잔류 응력 상태가 되기 때문에, 표면 잔류 응력을 검사하는 것은 내벽재 피막의 이물 발생의 품질을 검사하는데 있어서 중요하다.
또, 이러한 잔류 응력이 서로 다른 피막(42)의 개소에 대하여, 피막(42)의 표면을 화학 연마 처리 등을 실시함으로써 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 가능하다.
상기 실시예와 같이, 어스 전극(40)의 표면에 피막(42)을 형성하는 공정과 병행하여, 테스트 피스(45)의 검사면(48) 상에 형성된 피막(42)에 대해서, 기공률, 표면 거칠기(Ra), 결정자 사이즈, 상 비율, 잔류 응력 등의 검사 항목인 파라미터를 검출하여, 이들 결과의 값이 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정하여, 허용 범위 외가 된 공정에서 형성된 어스 전극(40)은 처리실(7)의 부재로서는 사용하지 않는다. 혹은, 검사 항목을 허용 범위 내의 값으로 하도록 피막(42)의 형성의 조건을 조절하여, 이것을 나중의 어스 전극(40)의 피막(42)의 형성의 조건으로서 이용함으로써, 어스 전극(40)의 표면에 형성된 피막(42)의 품질을 관리할 수 있다. 이러한 어스 전극(40)과 그 제조의 공정을 이용함으로써, 플라스마 처리 장치(100)의 처리실(7) 내의 이물의 발생을 억제하고, 웨이퍼(4)의 처리의 수율을 향상할 수 있다. 다수 형성되는 어스 전극(40)은, 각각의 검사의 결과가 1대 1로 대응됨으로써 이물 발생이 많은 피막(42)을 갖는 어스 전극(40)을 검출하여 추려내어, 높은 정밀도의 품질 관리가 실현된다.
1: 진공 용기
2: 샤워 플레이트
3: 창 부재
4: 웨이퍼
7: 처리실
6: 스테이지
8: 간극
9: 관통 구멍
11: 드라이 펌프
12: 배기 수단인 터보 분자 펌프
13: 임피던스 정합기
14: 고주파 전원
15: 플라스마
16: 압력 조정 수단
17: 밸브
18: 밸브
19: 밸브
20: 마그네트론 발진기
21: 도파관
22: 솔레노이드 코일
23: 솔레노이드 코일
40: 어스 기재
41: 측벽 부재
42: 피막
43: 개구부
44: 테스트 피스 설치 지그
45: 테스트 피스
46: 용사 건
47: 개구부용 테스트 피스 설치 지그
48: 검사면
50: 처리 가스 공급 배관
51: 밸브
52: 어스 형상을 테스트 피스화 한 단면
53: 선단 형상 테스트 피스
54: 볼록형 경사 형상 테스트 피스
55: 오목형 경사 형상 테스트 피스
56: 개구부 형상 테스트 피스
57: 경사 테스트 피스 부착 지그
58: 선단 형상 테스트 피스 부착 지그
60: 도전성이 높은 시트를 깐 테스트 피스 부착부
61: 테스트 피스 설치 지그
62: 테스트 피스 설치 지그의 단면 형상
63: 제막 건
64: 간이적인 링 형상의 테스트 피스 설치 지그
75: 압력 센서

Claims (10)

  1. 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 재치(載置)된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치의 처리실 내부에 배치되고 표면에 상기 플라스마에 대한 내성을 가진 재료의 피막을 구비한 부품의 제조 방법으로서,
    상기 부품의 표면을 따라 건(gun)을 소정의 거리 이동시켜 상기 재료를 당해 표면에 분사하여 상기 피막을 형성함과 함께, 상기 건이 이동하는 거리의 범위 내에 상기 부품의 표면의 형상을 모의(模擬)한 형상을 갖는 표면을 구비한 시험편을 배치하고 당해 시험편의 표면에 상기 재료의 피막을 형성하는 공정과, 당해 시험편의 표면의 상기 피막의 결정의 크기, 잔류 응력 또는 오염 원소의 함유의 유무를 검출한 결과에 의거하여 상기 건에 의한 상기 부품의 표면의 피막의 형성의 조건을 조절하는 공정을 구비한 부품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시험편을 상기 건의 이동 방향에 대해서 상기 부품의 단부(端部)로부터 극간(隙間)을 열어 배치한 부품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시험편의 표면이, 상기 부품의 개구부 또는 단부 혹은 상기 건의 이동 방향에 대하여 당해 부품의 표면의 경사진 각도가 변화하는 개소(箇所)의 형상을 모의한 형상을 구비한 부품의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시험편의 표면이 상기 부품의 표면 중 상기 건이 상기 재료를 분사하는 방향에 수직이 아닌 개소의 표면의 형상을 모의한 형상을 구비한 부품의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부품의 그 둘레에 상기 표면이 동심(同心) 형상으로 등거리에 배치된 중심축을 갖는 것으로서, 상기 건이 상기 중심축의 방향을 따라 이동하여 상기 중심축 둘레에 회전하는 상기 부품 및 시험편의 표면에 상기 피막을 형성하는 부품의 제조 방법.
  6. 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 재치된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치의 처리실 내부에 배치되고 표면에 상기 플라스마에 대한 내성을 가진 재료의 피막을 구비한 부품의 검사 방법으로서,
    상기 부품의 표면을 따라 건을 소정의 거리 이동시켜 상기 재료를 당해 표면에 분사하여 상기 피막을 형성함과 함께, 상기 건이 이동하는 거리의 범위 내에 상기 부품의 표면의 형상을 모의한 형상을 갖는 표면을 구비한 시험편을 배치하고 당해 시험편의 표면에 상기 재료의 피막을 형성하는 공정과, 당해 시험편의 표면의 상기 피막의 결정의 크기, 잔류 응력 또는 오염 원소의 함유의 유무를 검출한 결과에 의거하여 상기 건에 의한 상기 부품의 표면의 피막의 형성을 검사하는 공정을 구비한 부품의 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시험편을 상기 건의 이동 방향에 대해서 상기 부품의 단부로부터 극간을 열어 배치한 부품의 검사 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 시험편의 표면이, 상기 부품의 개구부 또는 단부 혹은 상기 건의 이동 방향에 대하여 당해 부품의 표면의 경사진 각도가 변화하는 경사진 개소의 형상을 모의한 형상을 구비한 부품의 검사 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 시험편의 표면이 상기 부품의 표면 중 상기 건이 상기 재료를 분사하는 방향에 수직이 아닌 개소의 표면의 형상을 모의한 형상을 구비한 부품의 검사 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 부품의 그 둘레에 상기 표면이 동심 형상으로 등거리에 배치된 중심축을 갖는 것으로서, 상기 건이 상기 중심축의 방향을 따라 이동하여 상기 중심축 둘레에 회전하는 상기 부품 및 시험편의 표면에 상기 피막을 형성하는 부품의 검사 방법.
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