特開 2019-143188 耐食性膜及び真空部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-143188(P2019-143188A)

(43)【公開日】2019年8月29日

(54)【発明の名称】耐食性膜及び真空部品

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/06 20060101AFI20190802BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20190802BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20190802BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/06 Q

   H05H1/46 M

   H05H1/46 A

   H01L21/302 101G

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-27535(P2018-27535)

(22)【出願日】2018年2月20日

(71)【出願人】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】菊池 亨

(72)【発明者】

【氏名】茶谷 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】若井 雅文

(72)【発明者】

【氏名】西方 靖

【テーマコード（参考）】

2G084

4K029

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA04

2G084AA05

2G084BB23

2G084BB26

2G084BB32

2G084CC02

2G084CC03

2G084CC08

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD22

2G084DD23

2G084DD25

2G084DD35

2G084DD55

2G084DD63

2G084FF07

2G084FF15

2G084FF21

2G084FF23

2G084FF27

2G084FF31

2G084FF38

2G084FF39

4K029BA03

4K029BA23

4K029BA43

4K029BA44

4K029BA56

4K029BA58

4K029BB02

4K029BC01

4K029BD03

4K029DA08

4K029DA12

4K029DC16

4K029DC34

4K029DC35

4K029DC39

4K029JA02

5F004AA13

5F004BB30

5F004BD04

(57)【要約】

【課題】真空部材の腐食を防止し、異物の発生が抑制された耐食性膜、及び耐食性膜が付けられた真空部品を提供することにある。
【解決手段】耐食性膜は、真空部材を被覆する耐食性膜である。上記耐食性膜では、セラミック層と金属層とが交互に積層され、上記セラミック層は１００％未満の表面被覆率を有する。耐食性膜は、１００％未満の表面被覆率を有するセラミック層と、金属層とが交互に積層された多層積層構造を有する。金属層は真空部材とセラミック層との熱膨張率差を緩和する緩衝材となり、真空部材の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層の割れ、真空部材からの剥がれが抑制される。また、セラミック層の表面被覆率を１００％より小さくしても、耐食性膜を多層構造とすることで、真空部材が直接フッ素に触れることが抑制され、真空部材のフッ素系ガスに対する耐食性も向上する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空部材を被覆する耐食性膜であって、
セラミック層と金属層とが交互に積層され、前記セラミック層は、１００％未満の表面被覆率を有する
耐食性膜。

【請求項2】

請求項１に記載された耐食性膜であって、
前記金属層の表面被覆率が１００％未満である
耐食性膜。

【請求項3】

請求項２に記載された耐食性膜であって、
前記真空部材から離れるにつれ、
前記セラミック層の前記表面被覆率が高くなり、
前記金属層の前記表面被覆率が低くなる
耐食性膜。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１つに記載された耐食性膜であって、
前記セラミック層は、イットリア、アルミナ、窒化シリコン及び炭化シリコンのいずれかを含む
耐食性膜。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１つに記載された耐食性膜であって、
前記金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む
耐食性膜。

【請求項6】

真空部材と、
前記真空部材を被覆する耐食性膜であって、セラミック層と金属層とが交互に積層され、前記セラミック層は１００％未満の表面被覆率を有する耐食性膜と
を具備する真空部品。

【請求項7】

請求項６に記載された真空部品であって、
前記真空部材は、基板を加熱するヒータ、前記基板を支持するサセプタ、前記サセプタと真空容器とを電気的に接続する導電板、前記真空容器にガスを放出するシャワープレートのいずれかである
真空部品。

【請求項8】

請求項７に記載された真空部品であって、
前記導電板は、可撓性を有する
真空部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐食性膜及び真空部品に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等では、成膜処理が完了した後、装置内に収容された真空部材に対して定期的にフッ素系ガスによるクリーニング処理を行う場合がある。このため、真空部材は、その材料がアルミニウムで構成され、表面にアルマイト処理が施されていることが多い。但し、アルマイト処理を施しても完全にフッ素系ガスとの反応を抑えることはできない。さらに、アルミニウム以外の金属材料が使用される場合には、アルミニウムよりもさらにフッ素系ガスに対する耐性が劣る場合がある。

【0003】

このような状況の中、フッ素系ガスに晒される真空部材の表面に、フッ素に対する耐食性が高い保護層をコーティングする技術がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１６−５４０８８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、真空部材が熱を受けたり熱を放出することによって伸縮したり、または機械的な動作によって伸縮と折曲とが繰り返されたりすると、真空部材と保護層との熱膨張係数の差、または保護層に印加される応力によって保護層が真空部材から?がれる可能性がある。剥がれた保護層は、基板に形成される膜にとっては、例えば、パーティクル状の異物となるため、極力発生させないことが望ましい。

【0006】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、真空部材の腐食を防止し、異物の発生が抑制された耐食性膜、及び耐食性膜が付けられた真空部品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る耐食性膜は、真空部材を被覆する耐食性膜である。上記耐食性膜では、セラミック層と金属層とが交互に積層され、上記セラミック層は１００％未満の表面被覆率を有する。
このような耐食性膜であれば、耐食性膜は、１００％未満の表面被覆率を有するセラミック層と、金属層とが交互に積層された多層積層構造を有する。これにより、金属層が真空部材とセラミック層との熱膨張率差を緩和する緩衝材となり、真空部材の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層の割れ、またはセラミック層の真空部材からの剥がれが抑制される。また、セラミック層の表面被覆率を１００％より小さくしても、耐食性膜を多層構造とすることで、真空部材が直接フッ素に触れることが抑制され、真空部材のフッ素系ガスに対する耐食性も向上する。

【0008】

上記の耐食性膜においては、上記金属層の表面被覆率が１００％未満であってもよい。
このような耐食性膜であれば、金属層が１００％未満の表面被覆率を有するので、金属層の緩衝材としての効果がさらに向上する。これにより、真空部材の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層の割れまたは剥がれがより確実に抑制される。

【0009】

上記に記載された耐食性膜においては、上記真空部材から離れるにつれ、上記セラミック層の上記表面被覆率が高くなり、上記金属層の上記表面被覆率が低くなってもよい。
このような耐食性膜であれば、フッ素系ガス側は、セラミック層の占有率が金属層の占有率よりも高くなり、真空部材側は、金属層の占有率がセラミック層の占有率よりも高くなるので、金属層の緩衝材としての効果と、セラミック層の耐食性の効果がさらに向上する。これにより、真空部材の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層の割れまたは剥がれがより確実に抑制される。

【0010】

上記の耐食性膜においては、上記セラミック層は、イットリア、アルミナ、窒化シリコン及び炭化シリコンのいずれかを含んでもよい。
このような耐食性膜であれば、セラミック層として、フッ素に対して耐食性の高いイットリア、アルミナ、窒化シリコン及び炭化シリコンのいずれかが用いられる。これにより、真空部材の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層の割れまたは剥がれがより確実に抑制される。

【0011】

上記の耐食性膜においては、上記金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでもよい。
このような耐食性膜であれば、金属層として、他の金属と比較してフッ素に対する耐食性が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。これにより、真空部材の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層の割れまたは剥がれがより確実に抑制される。

【0012】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空部品は、真空部材と、上記真空部材を被覆する耐食性膜であって、セラミック層と金属層とが交互に積層され、上記セラミック層は１００％未満の表面被覆率を有する耐食性膜とを具備する。
このような真空部品であれば、耐食性膜は、１００％未満の表面被覆率を有するセラミック層と、金属層とが交互に積層された多層積層構造を有する。これにより、金属層が真空部材とセラミック層との熱膨張率差を緩和する緩衝材となり、真空部材の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層の割れまたは剥がれが抑制される。また、セラミック層の表面被覆率を１００％より小さくしても、耐食性膜を多層構造とすることで、真空部材が直接フッ素に触れることが抑制され、真空部材のフッ素系ガスに対する耐食性も向上する。

【0013】

上記の真空部品においては、上記真空部材は、基板を加熱するヒータ、上記基板を支持するサセプタ、上記サセプタと真空容器とを電気的に接続する導電板、上記真空容器にガスを放出するシャワープレートのいずれかであってもよい。
このような真空部品であれば、基板を支持するサセプタ、サセプタと真空容器とを電気的に接続する導電板、真空容器にガスを放出するシャワープレートが耐食性膜によってフッ素系ガスから保護される。

【0014】

上記の真空部品においては、上記導電板は、可撓性を有してもよい。
このような真空部品であれば、導電板が可撓性を有し、導電版が機械的な動作によって伸縮したり折曲したりしても、耐食性膜は、上記構造によって導電板から剥がれにくくなる。

【発明の効果】

【0015】

以上述べたように、本発明によれば、真空部材の腐食を防止し、異物の発生が抑制された耐食性膜及び真空部品が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係る真空部品の概略断面図である。

【図2】本実施形態に係る耐食性膜が適用される真空処理装置の概略断面図である。

【図3】耐食性膜を形成する成膜装置の概略断面図である。

【図4】耐食性膜の別の例を示す概略グラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。

【0018】

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態に係る真空部品の概略断面図である。

【0019】

図１（ａ）に示す真空部品１Ａは、耐食性膜１０Ａと、真空部材２０とを具備する。

【0020】

真空部品１Ａにおいて、真空部材２０は、耐食性膜１０Ａに被覆されている。真空部材２０上の耐食性膜１０Ａは、セラミック層１１と、金属層１２Ａとが交互に積層された積層構造を有する。セラミック層１１の下地に対する表面被覆率は、１００％未満である。ここで、表面被覆率は、（層が下地を被覆する面積／下地の面積）×１００で定義される。下地とは、層の下にある、別の層、基板等を意味する。

【0021】

例えば、耐食性膜１０Ａにおいては、島状のセラミック層１１がＸ軸方向またはＹ軸方向に並ぶとともに、島状のセラミック層１１が金属層１２Ａを介してＺ軸方向に積層される。また、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において隣り合うセラミック層１１間の金属層１２Ａの下方には、別のセラミック層１１が位置する。

【0022】

一方、図１（ｂ）に示す真空部品１Ｂは、耐食性膜１０Ｂを具備する。耐食性膜１０Ｂにおいては、セラミック層１１と金属層１２Ｂとの表面被覆率が１００％未満であり、セラミック層１１と金属層１２Ｂとが交互に積層されている。

【0023】

例えば、耐食性膜１０Ｂにおいては、島状のセラミック層１１がＸ軸方向またはＹ軸方向に並ぶとともに、島状の金属層１２ＢがＸ軸方向またはＹ軸方向に並ぶ。そして、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において隣り合うセラミック層１１間には、金属層１２Ｂが位置する。また、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において隣り合うセラミック層１１間の金属層１２Ｂの下方には、別のセラミック層１１が位置する。

【0024】

耐食性膜１０Ａ、１０Ｂのそれぞれにおいて、セラミック層１１は、少なくとも１層あり、金属層１２Ａ（または、金属層１２Ｂ）は、少なくとも１層ある。また、耐食性膜１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの最表面は、セラミック層１１で覆われている。また、図１（ａ）、（ｂ）には、真空部材２０に最初に形成される層として、金属層１２Ａ、１２Ｂのいずれかが例示されているが、セラミック層１１でもよい。

【0025】

セラミック層１１は、例えば、イットリア、アルミナ、窒化シリコン及び炭化シリコンのいずれかを含む。金属層１２Ａ、１２Ｂは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。真空部材２０は、例えば、ニッケル、ニッケル系合金（インコネル、ハステロイ等)、アルミニウム、アルミニウム系合金のいずれかを含む。なお、アルミナの熱膨張率は、７．２×１０^−６（１／Ｋ）、イットリアの熱膨張率は、７．２×１０^−６（１／Ｋ）、アルミ系合金５０５２の熱膨張率は、２３×１０^−６（１／Ｋ）、インココネル６００の熱膨張率は、１１．５〜１３．３×１０^−６（１／Ｋ）である。

【0026】

例えば、プラズマＣＶＤ装置を構成する電極等（真空部材）は、プラズマに晒される都合上、その表面がアルマイト処理されたアルミニウム部材が使用されることがある。また、プラズマＣＶＤ装置では、成膜処理がある枚数に達した場合は、ＮＦ_３、ＣＦ_４等のフッ素系ガスを用いたクリーニングが実施される場合がある。

【0027】

アルマイト処理されたアルミニウム部材の表面は、比較的化学的に安定であり、フッ素に対する耐性がある。但し、アルマイト処理されたアルミニウム部材でも、完全にフッ素との反応を抑えることができず、成膜処理を重ねるごとに、表面にアルミニウムフッ化物（ＡｌＦ）が堆積する。このＡｌＦがパーティクルとなって成膜中に、成膜空間に舞うと、ディスプレイ等のデバイスの歩留りが悪くする要因になる。特に、極薄の膜が幾重にも積層される構成のデバイスでは、パーティクルが微小であっても歩留り低下を引き起こす。

【0028】

また、プラズマＣＶＤ装置の内部にはアルミニウム部材以外の金属材料が使用される場合がある。例えば、基板を加熱するヒータを接地電位とするためにはヒータと真空容器とを導電板で接続する必要がある。

【0029】

特に、ヒータが上下に可動する機構を持つ場合、ヒータに接続されている導電板は、ヒータの上下運動に連動して、折れ曲がったり、伸びたりする。このため、導電板としては、可撓性のある導電板を用いる必要がある。このため、導電板の材料としては、ニッケル系金属等が用いられる。

【0030】

しかし、真空部材として、アルミニウム以外の金属を使用する場合は、フッ素系ガスに対する耐性がアルミニウムよりも低下する場合がある。このため、長期間の使用によって、アルミニウム以外の金属はフッ素化され、フッ素化物がパーティクルとして発生する場合がある。

【0031】

また、プラズマＣＶＤ装置では、基板の温度を２００℃〜５００℃の範囲に設定する場合がある。従って、基板を支持するサセプタの温度も５００℃近傍に加熱される場合がある。このように、真空容器の内部に使用される真空部材は、高温に加熱され、あるいは、真空部材の放冷によって伸縮が繰り返される。従って、上下に可動する機構を持たない真空部材であっても、熱履歴による伸縮によって、アルマイトが応力等の負荷を受け、アルマイトが真空部材から剥がれる場合がある。

【0032】

このような状況の中、図１（ａ）に示す耐食性膜１０Ａは、１００％未満の表面被覆率を有するセラミック層１１と、金属層１２Ａとが交互に積層された多層積層構造を有する。このような耐食性膜１０Ａ、１０Ｂにおいては、金属層１２Ａがセラミックに比べて展延性に優れるため、金属層１２Ａが真空部材２０とセラミック層１１との熱膨張率差を緩和する緩衝材となって機能する。これにより、真空部材２０の折曲または伸縮によって引き起こされるセラミック層１１の割れ、またはセラミック層１１の真空部材２０からの剥がれが抑制される。

【0033】

また、セラミック層１１の表面被覆率が１００％より小さくなっても、耐食性膜１０Ａを多層構造とすることで、真空部材２０が直接フッ素に触れることが抑制され、真空部材２０のフッ素系プラズマに対する耐食性も向上する。

【0034】

特に、図１（ｂ）に示す耐食性膜１０Ｂのように、金属層１２Ｂが１００％未満の表面被覆率を有する場合は、金属層１２Ｂの緩衝材としての効果がさらに向上する。これにより、セラミック層１１の割れ、または、セラミック層１１の真空部材２０からの剥がれが確実に抑制される。

【0035】

また、セラミック層１１の材料には、フッ素に対して耐食性の高いイットリア、アルミナ、窒化シリコン及び炭化シリコンのいずれかが用いられる。また、金属層１２Ａ、１２Ｂとして、他の金属と比較してフッ素に対する耐食性が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。これにより、セラミック層１１の割れ、または、セラミック層１１の真空部材２０からの剥がれが確実に抑制される。

【0036】

また、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において隣り合うセラミック層１１間の金属層１２Ａ（または、金属層１２Ｂ）の下方には、別のセラミック層１１が位置する。これにより、Ｘ軸方向またはＹ軸方向において隣り合うセラミック層１１間の金属層１２Ａ（または、金属層１２Ｂ）がプロセス中にフッ素化されたとしても、その下方には、別のセラミック層１１が位置することから、耐食性膜１０Ａ（または、耐食性膜１０Ｂ）の全体としてフッ素化が進行しにくくなっている。

【0037】

また、真空部材２０が金属で真空部材２０に最初に形成される層として、金属層１２Ａ（または、金属層１２Ｂ）が形成された場合には、真空部材２０と、真空部材２０に最初に形成される層（金属層）との熱膨張が近くなるため、耐食性膜１０Ａ（または、耐食性膜１０Ｂ）が真空部材２０からより剥がれにくくなる。

【0038】

図２は、本実施形態に係る耐食性膜が適用される真空処理装置の概略断面図である。本実施形態では、真空処理装置として、プラズマＣＶＤ装置２００が例示されている。真空処理装置は、プラズマＣＶＤ装置に限らず、エッチング装置でもよい。

【0039】

プラズマＣＶＤ装置２００は、真空容器２１０を有する。真空容器２１０は、内部に成膜室２１１を有する。真空容器２１０は、図示しない真空ポンプに接続されており、成膜室２１１を所定の減圧雰囲気に排気し、維持することが可能に構成される。

【0040】

真空容器２１０は、チャンバ本体２１２と、高周波電極２３０と、絶縁部材２１４とを有する。チャンバ本体２１２は、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の金属材料で構成される。チャンバ本体２１２は、底部２２１と、底部２２１の周囲に立設された４つの側壁２２２とを有する直方体形状に形成される。チャンバ本体２１２は、グランド電位である。

【0041】

側壁２２２は、Ｙ軸方向に基板Ｗが通過可能な開口部２２６を含む。開口部２２６は、成膜室２１１へ基板Ｗを搬入し、成膜室２１１から基板Ｗを搬出するための搬出入口である。開口部２２６は、基板Ｗ及び図示しない基板搬送装置が通過可能な幅及び高さを有する。開口部２２６には、開口部２２６を閉じることが可能なドアバルブ２５１が設けられている。

【0042】

チャンバ本体２１２の内部には、基板Ｗを支持するサセプタ２２０が設置される。サセプタ２２０と基板Ｗとの間には、基板Ｗを加熱するヒータ２２５が設けられている。サセプタ２２０は、昇降軸２２４を有し、チャンバ本体２１２の底部２２１外方に設置された駆動源２２３によってＺ軸方向に昇降移動可能に構成される。昇降軸２２４は、サセプタ２２０の底部中心に固定され、チャンバ本体２１２の底部２２１を気密に貫通する。

【0043】

高周波電極２３０は、サセプタ２２０とＺ軸方向に所定の間隔をおいて対向するように、チャンバ本体２１２の上部に絶縁部材２１４を介して設置される。高周波電極２３０は金属材料で構成され、電極フランジ２３１と、シャワープレート２３２とを有する。

【0044】

電極フランジ２３１は、マッチングボックス２４１を介して高周波電源２４２に電気的に接続される。電極フランジ２３１は、ガス供給ライン２４３と接続されるとともに、このガス供給ライン２４３を介して供給されるプロセスガス（成膜ガス）が導入される空間部２３３を有する。

【0045】

シャワープレート２３２は、電極フランジ２３１の下端部に固定され、空間部２３３に導入されたプロセスガスをサセプタ２２０上の基板Ｗの全域にわたって供給する複数の孔を有する。高周波電極２３０は、高周波電源２４２から高周波電圧が印加されることで、シャワープレート２３２とサセプタ２２０との間の成膜室２１１にプロセスガスのプラズマＰを発生させる。

【0046】

プロセスガスの種類は特に限定されず、成膜材料の種類に応じて適宜設定可能である。プロセスガスは、原料ガスのほか、ヘリウム、アルゴン、窒素等のキャリアガスが含まれてもよい。本実施形態においてプラズマＣＶＤ装置２００は、例えば、アモルファスシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン等のシリコン化合物の薄膜を基板Ｗ上に成膜する。

【0047】

高周波電極２３０は、シールドカバー２１５によって被覆されている。シールドカバー２１５は、チャンバ本体２１２の上部に配置され、電極フランジ２３１とは非接触で高周波電極２３０を被覆する。シールドカバー２１５と電極フランジ２３１との間は、大気圧に維持される。シールドカバー２１５は金属材料で構成され、チャンバ本体２１２及び接地電位に電気的に接続される。

【0048】

プラズマＣＶＤ装置２００は、複数の導電板２６０をさらに具備する。複数の導電板２６０は、サセプタ２２０の周囲に配置され、真空容器２１０の側壁２２２とサセプタ２２０との間を電気的に接続する。これにより、サセプタ２２０及びヒータ２２５が接地電位になる。複数の導電板２６０のそれぞれは、可撓性を有する。

【0049】

プラズマＣＶＤ装置２００では、基板ＷがプラズマＣＶＤ装置２００外からヒータ２２５上に搬送されるとき、ドアバルブ２５１によって開口部２２６が開状態となるとともに、昇降軸２２４が降下する。基板Ｗがヒータ２２５上に載置された後、昇降軸２２４が上昇して、基板Ｗとシャワープレート２３２との間が所定の距離に設定される。この際、昇降軸２２４の昇降に応じて、導電板２６０が折れ曲がったり、伸びたりする。

【0050】

一方、基板Ｗを支持するヒータ２２５は、外部から供給される電力に応じて温度が変わり、この温度変化に応じて伸縮する。また、基板Ｗを支持するサセプタ２２０及び真空容器２１０にガスを放出するシャワープレート２３２は、ヒータ２２５の温度またはプラズマ密度に応じて伸縮する場合がある。

【0051】

仮に、これらの真空部材（導電板２６０、ヒータ２２５、サセプタ２２０、シャワープレート２３２）に、フッ素に対して耐食性の高い単層のセラミック層を被覆しても、真空部材とセラミック層との熱膨張係数の差、またはセラミック層に印加される応力によってセラミック層が真空部材から?がれる可能性がある。

【0052】

例えば、インコネルを用いた真空部材の表面に、スパッタリング成膜によって、イットリア層の均一層を形成した場合、フッ素に対する耐性は一時的には上がるものの、長期間の使用では、イットリア層の機械的強度が弱く、真空部材が折れ曲がったり伸縮したりする部分からイットリア層が剥離する場合がある。

【0053】

これに対して、プラズマＣＶＤ装置２００では、導電板２６０、ヒータ２２５、サセプタ２２０及びシャワープレート２３２等の真空部材に耐食性膜１０Ａまたは耐食性膜１０Ｂが形成される。

【0054】

これにより、耐食性膜１０Ａ（または、耐食性膜１０Ｂ）中の金属層１２Ａ（または、金属層１２Ｂ）が真空部材２０とセラミック層１１との熱膨張率差を緩和する緩衝材となり、セラミック層１１の割れ、または、セラミック層１１の真空部材からの剥がれが抑制される。さらに、耐食性膜１０Ａ、１０Ｂは、多層構造であるため、真空部材が直接フッ素に触れることが抑制され、真空部材のフッ素系プラズマに対する耐食性も向上する。

【0055】

図３は、耐食性膜を形成する成膜装置の概略断面図である。

【0056】

耐食性膜１０Ａ、１０Ｂは、例えば、マグネトロン方式のスパッタリング装置３００により形成される。スパッタリング装置３００は、真空容器３１０、ガス導入配管３４５、ホルダ３１６、成膜源３２０、電源３３１Ａ、３３１Ｂ、及び真空排気ポンプ３３０等を具備する。

【0057】

真空容器３１０は、容器本体３１１と、容器本体３１１の上端を覆う蓋体３１２とを有する。真空容器３１０は、グランド電位になっている。真空容器３１０の側壁には、開口３１９が設けられている。開口３１９には、ゲートバルブ３１５が設置されている。真空容器３１０は、ゲートバルブ３１５を介して、例えば、他の真空容器に連結されている。

【0058】

真空容器３１０は内部に処理室３０３を画成している。処理室３０３は、真空排気ポンプ３３０によって減圧状態（例えば、１×１０^−５Ｐａ以下）に維持される。真空排気ポンプ３３０は、例えば、ターボ分子ポンプと、その排圧側に接続されたロータリーポンプとにより構成される。また、真空容器３１０には、処理室３０３内に放電ガスを導入するためのガス導入配管３４５が真空容器３１０に設けられている。放電ガスは、例えば、アルゴンを含む。但し、放電ガスは、アルゴンに限らない。

【0059】

処理室３０３には、ワークである真空部材２０を支持するためのホルダ３１６が設置されている。ホルダ３１６は、回転軸３１７を中心に回転可能になっている。ホルダ３１６と蓋体３１２との間には、ヒータ機構等の温度調整器３１８が設けられている。ホルダ３１６は、例えば、グランド電位になっている。ホルダ３１６には、複数の真空部材２０を設置できる。

【0060】

ホルダ３１６下には、成膜源３２０が配置されている。成膜源３２０は、ホルダ３１６に対向する。図３には、成膜源３２０として、複数のカソードユニット３２０Ａ、３２０Ｂが例示されている。カソードユニット３２０Ａは、ターゲット３２１Ａ、バッキングプレート３２２Ａ及びマグネット３２３Ａを有する。カソードユニット３２０Ｂは、ターゲット３２１Ｂ、バッキングプレート３２２Ｂ及びマグネット３２３Ｂを有する。カソードユニット数は、図示された数に限らない。ターゲット３２１Ａ、３２１Ｂは、スパッタリング源であるとともに、カソード電極でもある。ターゲット３２１Ａ、３２１Ｂは、真空部材２０の成膜面に対向する。

【0061】

ターゲット３２１Ａは、例えば、イットリア、アルミナ、窒化シリコン及び炭化シリコンのいずれかを含む。ターゲット３２１Ｂは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。ターゲット３２１Ａ、３２１Ｂのそれぞれの平面形状は、例えば、円形である。

【0062】

ターゲット３２１Ａの表面は、所定の距離を隔ててシャッタ３４３Ａによって覆われたり（閉状態）、シャッタ３４３Ａから開放されて処理室３０３に露出されたりする（閉状態）。同様に、ターゲット３２１Ｂの表面は、所定の距離を隔ててシャッタ３４３Ｂによって覆われたり、シャッタ３４３Ｂから開放されて処理室３０３に露出されたりする。

【0063】

電源３３１Ａ、３３１Ｂのそれぞれは、例えば、ＤＣ電源、ＲＦ電源（周波数：１３．５６ＭＨｚ）またはＤＣパルス電源（パルス周波数：５ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下）のいずれかが適用される。ターゲット３２１Ａは、ケーブル３３２Ａを介して電源３３１Ａに接続されている。ケーブル３３２Ａの中途には、整合回路が設けられてもよい。ターゲット３２１Ｂは、ケーブル３３２Ｂを介して電源３３１Ｂに接続されている。ケーブル３３２Ｂの中途には、整合回路が設けられてもよい。

【0064】

スパッタリング装置３００では、処理室３０３に放電ガスが導入され、所定パワーの電力が電源３３１Ａからターゲット３２１Ａに印加されたり、所定パワーの電力が電源３３１Ｂからターゲット３２１Ｂに印加されたりする。これにより、処理室３０３には、プラズマが発生して、プラズマ中のイオンがターゲット３２１Ａ、３２１Ｂをスパッタリングし、ターゲット３２１Ａ、３２１Ｂから放出されたスパッタリング粒子が真空部材２０上に堆積する。

【0065】

例えば、ターゲット３２１Ａ及びターゲット３２１Ｂがスパッタリング源となって、真空部材２０に、セラミック層１１と金属層１２Ａ、またはセラミック層１１と金属層１２Ｂとの積層膜が形成される。すなわち、真空部材２０がターゲット３２１Ａの直上に位置しているときには、シャッタ３４３Ａが開状態、シャッタ３４３Ｂが閉状態で、ターゲット３２１Ａがスパッタリング源となって、真空部材２０にセラミック層１１が形成される。

【0066】

一方、この状態からサセプタ３１６が回転して、真空部材２０がターゲット３２１Ｂの直上に位置しているときには、シャッタ３４３Ｂが開状態、シャッタ３４３Ａが閉状態で、ターゲット３２１Ｂがスパッタリング源となって、真空部材２０に金属層１２Ａまたは金属層１２Ｂが形成される。

【0067】

サセプタ３１６の回転数は、１ｒｐｍ以上１２０ｒｐｍ以下である。それぞれのターゲット３２１Ａ、３２１Ｂでプラズマを立てた状態で、サセプタ３１６を回転させながら、ターゲット３２１Ａ上に真空部材２０が位置したときは、シャッタ３４３Ａを「開」、シャッタ３４３Ｂを「閉」の状態にし、ターゲット３２１Ｂ上に真空部材２０が位置したときは、シャッタ３４３Ｂを「開」、シャッタ３４３Ａを「閉」の状態とする。この一連の成膜を繰り返すことで、セラミック層１１と金属層１２Ａ、またはセラミック層１１と金属層１２Ｂとの積層膜が形成される。

【0068】

例えば、セラミック層１１の積層数と金属層１２Ａの積層数とを合計した合計積層数、またはセラミック層１１の積層数と金属層１２Ｂの積層数を合計した合計積層数は、５００とする。また、それぞれのターゲット３２１Ａ、３２１Ｂへの投入電力を変えることで、セラミック層１１及び金属層１２Ｂのそれぞれの表面被覆率が調整される。例えば、セラミック層１１と金属層１２Ｂとがそれぞれ表面被覆率５０％のときに、フッ素に対する耐性と、剥離がない機械的強度が両立できる。

【0069】

例えば、真空部品１Ａにおいて、セラミック（Ｙ_２Ｏ_３）層の被覆率５０％、金属（Ａｌ）層の被覆率１００％の耐食性膜１０Ａは、以下のようにして作製できる。セラミックのターゲット３２１Ａには、ＲＦ電源を用いて３Ｗ／ｃｍ^２の電力密度の電力を投入する。金属のターゲット３２１Ｂに対してはＤＣ電源を用いて３．５Ｗ／ｃｍ^２の電力密度の電力を投入する。また、サセプタ３１６の回転数を１５ｒｐｍとする。

【0070】

また、真空部品１Ｂにおいて、セラミック（Ｙ_２Ｏ_３）層の被覆率５０％、金属（Ａｌ）層の被覆率５０％の耐食性膜１０Ｂは、以下のようにして作製できる。セラミックのターゲット３２１Ａには、ＲＦ電源を用いて３Ｗ／ｃｍ^２の電力密度の電力を投入する。金属のターゲット３２１Ｂに対しては、ＤＣ電源を用いて０．５Ｗ／ｃｍ^２の電力密度の電力を投入する。また、サセプタ３１６の回転数を１５ｒｐｍとする。

【0071】

（変形例）

【0072】

図４は、耐食性膜の別の例を示す概略グラフ図である。

【0073】

図４の縦軸は、表面被覆率である、横軸は、セラミック層１１と金属層１２Ｂとの合計積層数（規格値）である。ここで、合計積層数が「５００」ならば、横軸の「１」は、「５００」に換算され、合計積層数が「１０００」ならば、横軸の「１」は、「１０００」に換算される。また、耐食性膜１０Ｃにおいては、セラミック層１１が少なくとも１層あり、金属層１２Ｂが少なくとも１層ある。また、耐食性膜１０Ｃの最表面は、セラミック層１１で覆われている。

【0074】

スパッタリング装置３００を用いれば、積層の手段としては、セラミック層１１及び金属層１２Ｂのそれぞれの表面被覆率を１％以上１００％以下の範囲で独立して制御することができる。

【0075】

例えば、耐食性膜１０Ｃにおいては、真空部材２０から離れるにつれ、セラミック層１１の表面被覆率が高くなり、金属層１２Ｂの表面被覆率が低くなっている。具体的には、耐食性膜１０Ｃの合計積層数を「１０００」とした場合、セラミック層１１の1層目の表面被覆率は、１％であり、１０００層目の表面被覆率は、１００％であり、その間のセラミック層１１の表面被覆率が連続的に増加する構成になっている。これとは逆に、金属層１２Ｂの1層目の表面被覆率は、１００％であり、最表面のセラミック層１１下の金属層１２Ｂの表面被覆率は、１％であり、その間の金属層１２Ｂの表面被覆率は、連続的に減少する構成になっている。

【0076】

このような耐食性膜であれば、フッ素系プラズマ側は、セラミック層１１の占有率が金属層１２Ｂの占有率よりも高くなり、真空部材２０側は、金属層１２Ｂの占有率がセラミック層１１の占有率よりも高くなる。これにより、金属層１２Ｂの緩衝材としての効果と、セラミック層１１の耐食性の効果がさらに向上する。これにより、セラミック層１１の割れ及び真空部材２０からの剥がれがより確実に抑制される。

【0077】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合させることができる。

【符号の説明】

【0078】

１Ａ、１Ｂ…真空部品
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…耐食性膜
１１…セラミック層
１２Ａ、１２Ｂ…金属層
２０…真空部材
２００…プラズマＣＶＤ装置
２１０…真空容器
２１１…成膜室
２１２…チャンバ本体
２１４…絶縁部材
２１５…シールドカバー
２２０…サセプタ
２２１…底部
２２２…側壁
２２３…駆動源
２２４…昇降軸
２２５…ヒータ
２２６…開口部
２３０…高周波電極
２３１…電極フランジ
２３２…シャワープレート
２３３…空間部
２４１…マッチングボックス
２４２…高周波電源
２４３…ガス供給ライン
２５１…ドアバルブ
２６０…導電板
３００…スパッタリング装置
３０３…処理室
３１０…真空容器
３１１…容器本体
３１２…蓋体
３１５…ゲートバルブ
３１６…サセプタ
３１７…回転軸
３１８…温度調整器
３１９…開口
３２０…成膜源
３２０Ａ、３２０Ｂ…カソードユニット
３２１Ａ、３２１Ｂ…ターゲット
３２２Ａ，３２２Ｂ…バッキングプレート
３２３Ａ、３２３Ｂ…マグネット
３３０…真空排気ポンプ
３３１Ａ、３３１Ｂ…電源
３３２Ａ、３３２Ｂ…ケーブル
３４３Ａ、３４３Ｂ…シャッタ
３４５…ガス導入配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】