(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、かつ、表面の気孔数が少ない絶縁被膜を得る。【解決手段】金属基材の絶縁被膜方法は、溶射工程（Ｓ１）、含浸工程（Ｓ２）およびビーム照射工程（Ｓ３）を有する。溶射工程（Ｓ１）では、金属基材の表面に第１の金属酸化物を溶射して第１の絶縁被膜を形成する。含浸工程（Ｓ２）では、金属酸化物、金属酸化物の水和物または金属水酸化物を分散質としたゾルを第１の絶縁被膜の表面に形成された気孔に含浸させる。ビーム照射工程（Ｓ３）では、含浸工程（Ｓ２）後に、第１の絶縁被膜およびゾルに高エネルギービームを照射して第２の金属酸化物からなる第２の絶縁被膜を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材の表面に第１の金属酸化物を溶射して第１の絶縁被膜を形成する溶射工程と、
金属酸化物、金属酸化物の水和物または金属水酸化物を分散質としたゾルを前記第１の絶縁被膜の表面に形成された気孔に含浸させる含浸工程と、
前記含浸工程後に前記第１の絶縁被膜および前記ゾルに対して高エネルギービームを照射して第２の金属酸化物からなる第２の絶縁被膜を形成するビーム照射工程と、
を具備したことを特徴とする金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項２】
前記含浸工程は、真空下において前記ゾル中に前記第１の絶縁被膜が形成された金属基材を浸漬して、前記ゾルを前記第１の絶縁被膜の表面に形成された気孔に含浸させることを特徴とする請求項１に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項３】
前記分散質の平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項４】
前記ゾルの分散媒の主成分が水であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項５】
前記第１の金属酸化物と前記第２の金属酸化物とが同一の材料であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項６】
前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物がアルミナを主成分としていることを特徴とする請求項５に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項７】
前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物がイットリアを主成分としていることを特徴とする請求項５に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項８】
前記高エネルギービームが電子ビームであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項９】
前記高エネルギービームがレーザビームであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の金属基材の絶縁被膜方法。
【請求項１０】
金属基材と、
前記金属基材の表面に第１の金属酸化物が溶射されて形成された第１の絶縁被膜と、
表面に形成された気孔に金属酸化物、金属酸化物の水和物または金属水酸化物を分散質としたゾルが含浸した前記第１の絶縁被膜に対して高エネルギービームが照射されて形成された第２の絶縁被膜と、
を具備したことを特徴とする絶縁被膜金属基材。
【請求項１１】
金属基材と、
前記金属基材の表面に第１の金属酸化物が溶射されて形成された第１の絶縁被膜と、
表面に形成された気孔に金属酸化物、金属酸化物の水和物または金属水酸化物を分散質としたゾルが含浸した前記第１の絶縁被膜に対して高エネルギービームが照射されて形成された第２の絶縁被膜と、
を有する絶縁被膜金属基材を具備したことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基材の表面に金属酸化物の絶縁被膜を形成する方法、絶縁被膜された金属基材、および、これを用いた半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスの溶射被膜が形成された金属基材は、電気絶縁性、耐熱性および耐久性を備えていて、半導体や航空機などの様々な技術分野で利用されている。このような絶縁被膜金属基材は、例えば、半導体製造用プラズマＣＶＤ装置では、そのチャンバの内壁、および、チャンバの内部の部材に用いられている。半導体製造用プラズマＣＶＤ装置は、低真空のチャンバ内でプラズマを発生させてシリコンの薄膜を形成するための装置である。
【０００３】
ここで、セラミックス溶射被膜は、多くの気孔やマイクロクラック、および、短時間の入熱プロセスによる未溶融領域を有するため、バルクのセラミックス焼結体と比べて、その電気絶縁性および耐食性が低い。また、セラミックス溶射被膜の表面に形成された気孔は、そのエッジ部分が欠けやすく、パーティクルの発生源となる。したがって、このような絶縁被膜金属基材が半導体製造用プラズマＣＶＤ装置で用いられると、セラミックス溶射被膜がプラズマに曝されて、気孔のエッジ部分が欠けて、パーティクルが生じてしまう。その結果、コンタミネーションが増加して、半導体デバイスの品質が低下してしまう。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、セラミックス溶射被膜の形成後に封孔処理を施す技術が知られている。例えば、特許文献１には、セラミックス溶射被膜に樹脂を含浸させて、気孔およびマイクロクラックを埋める封孔処理が記載されている。また、特許文献２および３には、セラミックス溶射被膜に高エネルギービームを照射して、セラミックスを再溶解させて、気孔などを除去する封孔処理が記載されている。また、特許文献４には、セラミックス溶射被膜に高エネルギービームを照射した後、エポキシ樹脂などの封孔剤を用いて気孔などを埋める封孔処理が記載されている。さらに、特許文献５には、釉薬などの封孔剤を用いてセラミックス溶射被膜の気孔などを埋めた後、レーザビームを照射する封孔処理が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５７−３９００７号公報
【特許文献２】特開昭６１−１０４０６２号公報
【特許文献３】特開昭６１−１１３７５５号公報
【特許文献４】特開平４−２６６０８７号公報
【特許文献５】特開平１０−３０６３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のとおり、様々な封孔処理が提案されているが、特許文献１および４に記載されたように、樹脂からなる封孔剤を用いると、樹脂の融点以上で絶縁被膜金属基材を使用することができず、セラミックス溶射被膜の耐熱性が発揮されない。また、特許文献５に記載されたように、釉薬からなる封孔剤を用いても、釉薬の粒子径は数μｍ以上であるため、封孔剤が微小な気孔などに含浸しにくい。
【０００７】
さらに、特許文献１、４および５に記載されたような絶縁被膜金属基材を半導体製造装置に用いると、封孔剤が不純物として半導体デバイスに混入して、その品質が低下してしまう。
【０００８】
一方、特許文献２および３に記載された封孔処理は、封孔剤を用いずに、高エネルギービームの照射により気孔などを除去している。しかし、発明者の実験により、表面の平滑化には大きなエネルギーが必要であり、ビームの照射のみによって気孔などを十分に除去するのは困難であることが判明している。
【０００９】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、耐熱性に優れ、かつ、表面の気孔数が少ない絶縁被膜を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る金属基材の絶縁被膜方法は、金属基材の表面に第１の金属酸化物を溶射して第１の絶縁被膜を形成する溶射工程と、金属酸化物、金属酸化物の水和物または金属水酸化物を分散質としたゾルを前記第１の絶縁被膜の表面に形成された気孔に含浸させる含浸工程と、前記含浸工程後に前記第１の絶縁被膜および前記ゾルに対して高エネルギービームを照射して第２の金属酸化物からなる第２の絶縁被膜を形成するビーム照射工程とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る絶縁被膜金属基材は、金属基材と、前記金属基材の表面に第１の金属酸化物が溶射されて形成された第１の絶縁被膜と、表面に形成された気孔に金属酸化物、金属酸化物の水和物または金属水酸化物を分散質としたゾルが含浸した前記第１の絶縁被膜に対して高エネルギービームが照射されて形成された第２の絶縁被膜とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る半導体製造装置は、金属基材と、前記金属基材の表面に第１の金属酸化物が溶射されて形成された第１の絶縁被膜と、表面に形成された気孔に金属酸化物、金属酸化物の水和物または金属水酸化物を分散質としたゾルが含浸した前記第１の絶縁被膜に対して高エネルギービームが照射されて形成された第２の絶縁被膜とを有する絶縁被膜金属基材を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐熱性に優れ、かつ、表面の気孔数が少ない絶縁被膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属基材の絶縁被膜方法のフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る金属基材の絶縁被膜方法の含浸工程で用いる真空含浸装置の概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態および比較例２に係る絶縁被膜方法の照射条件を示した表である。
【図４】本発明の第１の実施形態、比較例１および比較例２に係る絶縁被膜金属基材の表面のＳＥＭ写真および表面に形成された気孔数を示した表である。
【図５】本発明の第２の実施形態および比較例４に係る絶縁被膜方法の照射条件を示した表である。
【図６】本発明の第２の実施形態、比較例３および比較例４に係る絶縁被膜金属基材の表面のＳＥＭ写真および表面に形成された気孔数を示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る金属基材の絶縁被膜方法および絶縁被膜金属基材について、図１ないし図４を用いて説明する。
【００１６】
本実施形態に係る絶縁被膜金属基材は、例えば、半導体製造用プラズマＣＶＤ装置のチャンバの内壁、および、チャンバの内部の部材などに用いられる。半導体製造用プラズマＣＶＤ装置は、低真空のチャンバ内でプラズマを発生させて、例えば酸化ケイ素の薄膜を形成するための装置である。そのため、絶縁被膜金属基材の表面は、プラズマに曝される。
【００１７】
本実施形態に係る絶縁被膜金属基材は、金属基材、第１の絶縁被膜、および、第２の絶縁被膜を有している。金属基材は、例えばアルミニウムからなる。第１の絶縁被膜は、金属基材の表面にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が溶射されて形成されている。また、第２の絶縁被膜は、表面の気孔にアルミナ水和物を分散質としたゾルが含浸した第１の絶縁被膜に対して電子ビームが照射されて形成されている。
【００１８】
この絶縁被膜金属基材の製造方法、すなわち、本実施形態に係る金属基材の絶縁被膜方法について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る金属基材の絶縁被膜方法のフローチャートである。金属基材の絶縁被膜方法は、溶射工程（Ｓ１）、含浸工程（Ｓ２）、および、ビーム照射工程（Ｓ３）を有している。
【００１９】
まず、金属基材の表面にアルミナを溶射して第１の絶縁被膜を形成する（溶射工程（Ｓ１））。詳しくは、アルミナ粉体を約１００００℃で加熱・溶解して、金属基材の表面に吹き付けて、厚さが２００μｍ程度の第１の絶縁被膜を形成する。なお、この状態では、第１の絶縁被膜の表面には、１〜２０μｍ程度の気孔が多数形成されている。
【００２０】
次に、第１の絶縁被膜の表面に形成された気孔やマイクロクラックにゾルを含浸させる（含浸工程（Ｓ２））。このゾルは、分散質がアルミナ水和物（Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ）、分散媒が主として水からなる。なお、分散質のアルミナ水和物の平均粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
この含浸工程（Ｓ２）は、例えば、図２に示した真空含浸装置２０を用いて行う。第１の絶縁被膜１１が形成された金属基材１０をチャンバ２１内に設けられた容器２２の内部に配置する。続いて、真空ポンプ２５によって、チャンバ２１内を約５Ｔｏｒｒに減圧する。その後、バルブ２３を開いて、タンク２４内に溜められたゾル１５を容器２２の内部に供給する。そして、第１の絶縁被膜１１が形成された金属基材１０をゾル１５に約２０ｍｉｎ浸漬させて、第１の絶縁被膜１１の表面に形成された気孔の内部にゾル１５を含浸させる。続いて、チャンバ２１内を大気圧に開放する。最後に、第１の絶縁被膜１１が形成された金属基材１０をゾル１５から２００ｍｍ／ｍｉｎで引き上げて、第１の絶縁被膜１１の表面にゾル１５を厚さ数百μｍ程度でディップコートする。その後、ゾル１５を乾燥させる。
【００２２】
含浸工程（Ｓ２）の後、図３に示した照射条件にて、第１の絶縁被膜１１およびゾル１５に電子ビームを照射する（ビーム照射工程（Ｓ３））。電子ビームの照射によって、ゾル１５を構成するアルミナ水和物を脱水させてアルミナを生成し、第１の絶縁被膜１１およびアルミナを溶解させる。このとき、第１の絶縁被膜１１の表面から６〜７μｍ程度のアルミナが溶融・凝固して緻密化する。以上の工程によって、本実施形態に係る絶縁被膜金属基材を得る。
【００２３】
本実施形態によって得られる効果について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態、比較例１および比較例２に係る絶縁被膜金属基材の表面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真および表面に形成された気孔数を示した表である。なお、比較例１に係る絶縁被膜金属基材は、金属基材の表面にアルミナを溶射して絶縁被膜を形成したものである。また、比較例２に係る絶縁被膜金属基材は、金属基材の表面にアルミナを溶射して絶縁被膜を形成した後、図３に示した照射条件にて、その絶縁被膜の表面に電子ビームを照射したものである。
【００２４】
上述したとおり、絶縁被膜金属基材が長期間使用されると、その表面に形成された気孔やマイクロクラックのエッジ部分がパーティクルの発生源となる。ここで、図４から分かるように、本実施形態では、比較例１および比較例２に比べて、絶縁被膜金属基材の表面の気孔数が少ない。そのため、本実施形態によれば、絶縁被膜金属基材を長期間使用しても、パーティクルが発生しにくい。したがって、本実施形態に係る絶縁被膜金属基材が半導体製造用プラズマＣＶＤ装置に用いられた場合には、絶縁被膜金属基材の表面がプラズマに曝されても、パーティクルが発生しにくく、品質の良い半導体デバイスを製造することができる。
【００２５】
また、本実施形態に係る絶縁被膜金属基材は、封孔剤として、分散質がアルミナ水和物からなるゾルを用いているため、樹脂系の封孔剤を用いた場合に比べて、高温での使用が可能であり、耐熱性が高い。加えて、分散質のアルミナ水和物は、電子ビームの照射により脱水されて、第１の絶縁被膜の材料と同一のアルミナとなるため、これらが一体化しやすく、パーティクルの発生が抑制される。さらに、分散質であるアルミナ水和物の平均粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるため、微小な気孔やマイクロクラックも封孔されて、パーティクルの発生が抑制される。
【００２６】
また、分散媒の水は、乾燥およびビーム照射工程により蒸発してしまう。そのため、高温下で絶縁被膜金属基材を使用しても、不純物が生じない。
【００２７】
［第２の実施形態］  
本発明の第１の実施形態に係る金属基材の絶縁被膜方法および絶縁被膜金属基材について、図５および図６を用いて説明する。図６は、第２の実施形態、比較例３および比較例４に係る絶縁被膜金属基材の表面のＳＥＭ写真および表面に形成された気孔数を示した表である。
【００２８】
第１の実施形態では、第１の絶縁被膜の材料としてアルミナ、ゾルの分散質としてアルミナ水和物を採用したが、本実施形態では、第１の絶縁被膜の材料としてイットリア、ゾルの分散質としてイットリア水和物（Ｙ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ）を採用している。金属基材の絶縁被膜方法については、第１の実施形態と同様である。
【００２９】
本実施形態によって得られる効果について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態、比較例３および比較例４に係る絶縁被膜金属基材の表面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真および表面に形成された気孔数を示した表である。なお、比較例３に係る絶縁被膜金属基材は、金属基材の表面にイットリアを溶射して絶縁被膜を形成したものである。また、比較例４に係る絶縁被膜金属基材は、金属基材の表面にイットリアを溶射して絶縁被膜を形成した後、その絶縁被膜の表面に電子ビームを照射したものである。
【００３０】
図６から分かるように、本実施形態によっても、比較例３および比較例４に比べて、絶縁被膜金属基材の表面に形成された気孔数が低減している。そのため、本実施形態によっても、比較例３および比較例４に比べて、絶縁被膜金属基材を長時間使用しても、パーティクルが発生しにくい。
【００３１】
［他の実施形態］
上記の実施形態は、単なる例示であって、本発明は、これらに限定されることはない。例えば、上記の実施形態では、ゾル１５の分散質として、金属酸化物の水和物（アルミナ水和物、イットリア水和物）を用いたが、金属酸化物（アルミナ、イットリウム）や金属水和物（水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化イットリウム（Ｙ（ＯＨ）３）を用いても良い。これらを用いても、電子ビームの照射により、金属酸化物からなる第２の絶縁被膜を形成できる。
【００３２】
また、上記の実施形態では、第１の絶縁被膜と第２の絶縁被膜とを同種の材料としたが、例えば、第１の絶縁被膜の材料をアルミナ、第２の絶縁被膜の材料をイットリアとしても良い。
【００３３】
また、上記の実施形態では、第１の絶縁被膜が形成された金属基体をゾル中に浸漬させたが、スプレーなどによって第１の絶縁被膜の表面にゾルを塗布しても良い。
【００３４】
さらに、上記の実施形態では、電子ビームを照射したが、第１の絶縁被膜の材料およびゾルの分散質を溶融可能な、例えばレーザビームなどの高エネルギービームを照射しても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１０…金属基材、１１…第１の絶縁被膜、１５…ゾル、２０…真空含浸装置、２１…チャンバ、２２…容器、２３…バルブ、２４…タンク、２５…真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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