(57)【要約】【課題】円筒型ガラス管内壁に溶射膜を形成する際、ガラス管を横型にして回転させながら溶射していたが、ガラス管を十分保持できなかったため、回転中にガラス管のぶれ・位置ずれ・脱落等が生じ、均一な溶射膜形成が困難であった。【解決手段】プラズマガン、回転台座、アーム及び排気ダクトを備えたプラズマ溶射装置であって、回転台座は、円筒型ガラス管の中心軸を中心として回転可能なように円筒型ガラス管を鉛直に保持し、アームは、プラズマガンから照射されるプラズマフレームが円筒型ガラス管内壁に届く距離に、ガラス管に対向させるようプラズマガンを保持し、かつ回転台座に対して上下左右に移動可能であり、排気ダクトは、溶射により発生する円筒型ガラス管内部の粉塵を排気するために、回転台座の内側またはアーム移動範囲外にダクトを備えたプラズマ溶射装置。【選択図】図１
2006070315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマガン、回転台座、アームおよび排気ダクトを備えたプラズマ溶射装置であって、回転台座は、円筒型ガラス管の中心軸を中心として回転可能なように、円筒型ガラス管を鉛直に保持し、アームは、プラズマガンから照射されるプラズマフレームが円筒型ガラス管内表面に届く距離に、ガラス管に対向させるようプラズマガンを保持し、かつ回転台座に対して上下左右に移動可能であり、排気ダクトは、溶射により発生する円筒型ガラス管内部の粉塵を排気するために、回転台座の内側またはアーム移動範囲外にダクトを備えていることを特徴とするプラズマ溶射装置。
【請求項２】
プラズマガンが１００Ｖ以上の電圧を印加する高電圧タイプの直流プラズマガンで、プラズマフレームの長さが７０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３】
円筒型ガラス管の内側を排気装置で圧力が４００〜６００Ｔｏｒｒに減圧保持できるようにシールされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４】
円筒型ガラス管の外表面の加熱手段を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の装置は、半導体等の製造における成膜装置に用いられる円筒型ガラス管の管内面に、プラズマジェットを用いて石英等の表面層を成膜するプラズマ溶射装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造において、ポリシリコン、酸化珪素、窒化珪素などのＣＶＤ成膜には、耐熱性に優れ、かつ加工し易いガラス部品、例えば石英ガラスや耐熱ガラス製の反応管やベルジャーが主に用いられている。これらの成膜では、目的とする成膜基板だけでなく反応管、ベルジャー等の部品に膜状物質が付着していた。その結果、成膜操作を重ねることにより反応管、ベルジャーに付着した膜状物質が厚くなり、当該物質と石英ガラスの熱膨張率の差により、反応管、ベルジャーにひびが入ったり膜状物質が剥離して発塵となり、成膜基板を汚染するという問題があった。また、プラズマエッチング装置やプラズマクリーニング装置においても、装置部品に付着した膜状物質が厚くなり、剥離して発塵となり、処理基板を汚染するという問題があった。
【０００３】
この様な問題を解決する方法として、基材上に石英ガラスからなる球状または釣鐘状の島状突起を有することを提案した（例えば、特許文献１）。特にプラズマ溶射法によって形成した島状突起物で、島状突起の球状または釣鐘状である石英ガラス修飾部品では、該突起物から脱ガスが少なく、加熱により該突起物の基材からの剥がれがないことから、パーティクルの発生がなく、石英ガラス部品表面に堆積した膜状物質の保持性が高められることを見出した。さらに当該部品は、部品の使用後に酸洗浄処理しても、表面の突起状態が保たれ、パーティクル発生の抑制並びに膜状物質の保持効果が維持されることを見出した。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７２６０７号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの円筒型石英ガラス修飾部品の製造を試みた結果、円筒型石英ガラス管を横型に設置し、基材の端または中間部を外周部３カ所で支持する３点支持法によって円筒型石英ガラス管を回転させていたが、この支持方法では、基材の自重で十分に保持することが出来ず回転中に基材がぶれたり、位置ずれが発生していた。そのため、基材が他の部分に接触したり、基材自体が脱落するなどして基材の破損の危険性があった。
【０００６】
またプラズマジェットにより石英ガラス表面層を形成することから、基材自体が高温となり、支持部の溶射は避けなければならかったため、基材を移動または反転させながら分割して溶射を行わなければならなかった。何度かに分割して溶射処理していたことから品質が安定しなかったり、作業が不効率であった。
【０００７】
本発明は、前記のような円筒型ガラス管へ効率良く溶射膜を形成し、品質や作業効率を改善できる円筒型ガラス修飾部品の製造装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述のような現状に鑑み、鋭意検討を行った結果、プラズマガン、回転台座、アーム、排気ダクトを備えたプラズマ溶射装置であり、回転台座に円筒型ガラス管基材を鉛直に載せて保持することで、回転中に基材のぶれや、位置ずれの発生がなく、基材が他の部分に接触したり、基材自体が脱落するなど基材の破損の危険性がなくなった。さらには、何度か分割ぜず一度に溶射処理が可能となったことで効率的な作業か可能となり、同時に溶射膜の品質も安定して得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
即ち、本発明は、プラズマガン、回転台座、アームおよび排気ダクトを備えたプラズマ溶射装置であって、回転台座は、円筒型ガラス管の中心軸を中心として回転可能なように、円筒型ガラス管を鉛直に保持し、アームは、プラズマガンから照射されるプラズマフレームが円筒型ガラス管内表面に届く距離に、ガラス管に対向させるようプラズマガンを保持し、かつ回転台座に対して上下左右に移動可能であり、排気ダクトは、溶射により発生する円筒型ガラス管内部の粉塵を排気するために、回転台座の内側またはアーム移動範囲外にダクトを備えていることを特徴とするプラズマ溶射装置に関する。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明のプラズマ溶射装置の一例を図１に示す。プラズマガン１４、回転台座１１、アーム１５、排気ダクト１６を備えたプラズマ溶射装置であって、回転台座１１は円筒型ガラス管１２を鉛直に載せて保持し、円筒型ガラス管の中心軸を中心として回転可能としたものである。アーム１５は、プラズマガン１４から照射されるプラズマフレームが円筒型ガラス管内表面に届く距離に、ガラス管に対向させて保持してなり、かつ回転台座１１に対して上下左右に移動可能なように設置されている。そして、排気ダクト１６は、溶射により発生する円筒型ガラス管内壁の粉塵を排気するために、回転台座１１の内側またはアーム移動範囲外にダクトを備えているものである。
【００１２】
回転台座１１に円筒型ガラス管１２を鉛直に載せて保持する方法であれば、ガラス管１２と回転台座１１との接触部分はガラス管の下部のみであり、一度に効率良く、ガラス管内表面への溶射が可能である。また、円筒型ガラス管１２の保持方法として、ガラス管１２と回転台座１１との接触部分は、カーボン材等の耐熱性のある材料で構成することが好ましく、ガラス管の中心出しを行った後、その３カ所以上をカーボン材等の耐熱材料からなる固定治具１３を用いて固定するのが良い。
【００１３】
このような固定方法であれば、ガラス管の自重による位置ズレもなく安定した溶射が可能となる。本発明で使用可能なガラス管のサイズとしては、例えば、通常直径２００〜６００ｍｍ、長さ５００〜２０００ｍｍのものとなる。また、円筒型ガラス管の形状としては、両面解放型や片側閉鎖型、あるいは直径が途中で変化している異形型等を用いることができ、さらには片側閉鎖型ではドーム部のみのガラス管、例えばベルジャー等も用いることが可能で、その材質としては石英が好ましい。
【００１４】
さらに安定した品質の溶射膜を得るためには、円筒型ガラス管の中心軸を中心として、回転台座１１および石英ガラス管１２を１００ｒｐｍ以下の速度で回転することが好ましい。１００ｒｐｍ以下の速度では、偏芯によるぶれの問題が発生し難く、安定し回転が得られることから品質の良い溶射膜が得られる。アームは、プラズマフレームが前記ガラス管内表面に届く距離に、ガラス管に対向させて保持してなり、前記ガラス管を使用した場合、上下に８００ｍｍ以上、且つ左右に３００ｍｍ以上移動可能であることが好ましい。
【００１５】
プラズマフレームが前記ガラス管内表面に届く距離とは、１００Ｖ未満の低電圧プラズマガンで、２０〜８０ｍｍの距離であり、好ましくは２０〜４０ｍｍである。溶射距離が長くなると溶射膜の膜質が低下する場合がある。また、プラズマガンが石英ガラス管に対向させる角度は、良好な溶射膜を得るため３０〜９０ｄｅｇの対面角度が好ましく、このような対面角度を得るには、対面角度を固定したプラズマガンを用いてもよいが、プラズマガンが任意の対面角度で回転する機能を備えることがより好ましい。
【００１６】
アームは溶射時の雰囲気が高温となるため、熱導電性の良い銅や真鍮等の金属材料等を用いた水冷や空冷機能を備えた冷却アームとすることが良い。また、アームに排気ダクトを付属させ、溶射で発生する粉塵を排気させても良い。
【００１７】
さらに、回転台座やそれを駆動させる駆動部などにも輻射熱や熱風に影響する部分は耐熱仕様とし、同様に熱導電性の良い銅や真鍮の金属材料等を用いた水冷や空冷機能を用いて冷却することが良い。
【００１８】
各機能の駆動方法としては、アームの駆動は正確な駆動が得られるサーボモーターおよび送りネジ等を組み合わした方式が例示でき、回転台座の駆動は同様に正確な駆動が得られるサーボモーターおよびリングギア等を組み合わせた方式が例示できる。
【００１９】
プラズマ溶射の際、溶射ガン周辺から腐食ガスが生成される場合があり、溶射ガン周辺の部品を腐食させ、腐食部から異物の発生源となることがある。このため、溶射ガン自体および周辺の材料として腐食に強い材料を用いることが良い。材料としては、真鍮やタングステン等の材料が例示できる。
【００２０】
溶射を安定して実施するためには、溶射条件や回転台座および円筒型ガラス管の回転数等の溶射にかかる各種条件をプログラム入力し、自動で行うようにすることが良い。
【００２１】
本発明のプラズマ溶射装置は、プラズマガンが１００Ｖ以上の電圧を印加する高電圧タイプの直流プラズマガンを用いてプラズマガスの流量を絞ることでることで、プラズマフレームの長さが７０ｍｍ以上得ることが可能である。プラズマフレームが長くなると溶射基材表面を効率よく加熱できることから、さらに良質な溶射膜を得ることができる。さらに好ましくはプラズマフレームの長さが１００ｍｍ以上である。
【００２２】
本発明におけるプラズマ溶射装置は、円筒型ガラス管の内側を排気装置で圧力が４００〜６００Ｔｏｒｒに減圧保持できるように溶射装置の部品がシールされていることが好ましい。排気装置として、集塵機での排気以外に排気ポンプを備えることが好ましい。このような条件で石英ガラス管の内側を４００〜６００Ｔｏｒｒに減圧保持を行うことで、プラズマフレームが大気圧に比べて２〜３倍長くなり溶射膜の形成が容易となる。但し、ここで圧力は低い方がプラズマフレームは長くなるが、４００Ｔｏｒｒ未満の場合、円筒型ガラス管が溶射中に割れる場合がある。
【００２３】
本発明におけるプラズマ溶射装置は、円筒型ガラス管の外表面の加熱手段を有していてもよい。加熱手段としては石英の火加工に使用される酸水素ガスバーナー等を例示することができ、この加熱手段により加熱することにより、円筒型ガラス管の基材温度を均一に保持可能となり、熱歪みによる割れや均一な溶射膜の品質を向上させることが可能である。
【００２４】
本発明のプラズマ溶射装置における溶射材としては、溶射膜を形成する目的に応じて種々の材料を使用することができるが、例えば、石英、耐熱ガラス、アルミナ、ジルコニア等の粉末を使用することができる。
【００２５】
また、プラズマガスとしては、例えば、ヘリウムガス、アルゴン等の不活性ガスや、さらに水素ガス、窒素ガス等を１種以上混合したガスを使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のプラズマ溶射装置は、以下の効果を有する。
（１）円筒型ガラス管を鉛直に載せることで安定した回転が可能となることで、プラズマ溶射中におけるガラス管のぶれや、ずれの発生がない。
（２）プラズマガン、回転台座、アーム、ダクトを備えたことで安定した溶射膜の形成が可能である。
【実施例】
【００２７】
本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
図１に示すようなプラズマガン１４、銅材を用いて空冷機能を備えた回転台座１１、アーム１５、排気ダクト１６を備えたプラズマ溶射装置を用いて、プラズマガスとしてアルゴンおよび水素ガスを合わせて５０ＳＬＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｌｉｔｔｅｒ  ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅ）流し、プラズマガン１４に４０Ｖの電圧を印加し、３５ｋＷのパワーで熱プラズマを生成した低電圧タイプの直流プラズマガンで、直径２５０ｍｍ、長さ６００ｍｍの片側閉鎖型石英ガラス管１２を回転台座にカーボン材からなる固定治具１３で設置固定し、石英ガラス管の外表面を連続して酸水素ガスバーナーで均一に加熱しながら石英粉末を供給する事無く、真鍮材からなるプラズマガンを保持した銅材からなるアームを上下左右移動させ石英ガラス管を１回予熱した。ここで、プラズマフレームの長さは４０ｍｍであった。
【００２９】
次に、石英粉末を供給し、溶射距離を３０ｍｍとし、溶射速度を１００ｍｍ／秒になるように石英ガラス管を回転速度７．６ｒｐｍから１００ｒｐｍまで変化するように回転させながら、ピッチ４ｍｍでプラズマガンを移動させながら１回溶射し、片側閉鎖型石英ガラス管の下部から天井部まで均一な溶射膜１７を有する表面層を形成した。このとき、石英粉末の溶射で発生する石英ガラス管内部の粉塵を、排気ダクト１６より排気した。
【００３０】
実施例２
プラズマガスとして、アルゴン、水素ガスおよび窒素を合わせて１５ＳＬＭ流しプラズマガンに１９０Ｖの電圧を印加し、３０ｋＷのパワーで熱プラズマを生成した高電圧タイプの直流プラズマガンで、溶射距離を４０ｍｍとしたこと以外は実施例１と同条件で行った。このときのプラズマフレームの長さは１００ｍｍであり、石英ガラス管内表面の下部から天井部まで均一な溶射膜が得られた。
【００３１】
実施例３
直径３５０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの石英製ベルジャーを用いたこと以外は実施例２と同条件で行った。ベルジャー内表面では均一な溶射膜が得られた。
【００３２】
実施例４
石英ガラス管の内側を排気装置で圧力を５００Ｔｏｒｒに減圧保持したこと以外は実施例１と同条件で行った。この時プラズマフレーム長の長さは１００ｍｍであり、石英ガラス管内表面の下部から天井部まで均一な溶射膜が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のプラズマ溶射装置の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１：回転台座
１２：石英ガラス管
１３：固定治具
１４：プラズマガン
１５：アーム
１６：排気ダクト
１７：溶射膜
【図１】
2006070315.tif 000003