(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス粉末を基体の表面側に溶射して前記基体又は既に形成されている溶射層上に複数の溶射層を形成する溶射工程と、
気体を前記複数の溶射層を形成する前記セラミックス粉末に噴射して、当該セラミックス粉末を冷却する冷却工程とを同時に行い、
前記溶射層の厚さを厚く形成するほど、前記冷却工程で噴射する前記気体の単位時間当たりの体積を大きく、又は、前記気体の温度を低下させ、
最表面に形成する前記溶射層の厚さを、他の前記溶射層の厚さよりも厚くすることを特徴とする溶射部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶射部材の製造方法であって、
前記基体の裏面側を支持する治具の内部に流体を供給させて前記基体を冷却する副冷却工程を、前記溶射工程及び前記冷却工程と同時に行うことを特徴とする溶射部材の製造方法。
【請求項３】
セラミックス粉末を先端から溶射する溶射ノズルと、基体に対する溶射ノズルの先端の位置を制御する溶射制御部とを有する溶射機と、
気体を先端から噴射する噴射ノズルと、基体に対する前記噴射ノズルの先端の位置を制御する噴射制御部とを有する冷却機とを備え、
請求項１に記載の溶射部材の製造方法を行うことを特徴とする溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体の表面を被覆する溶射膜を備えた溶射部材の製造方法及び溶射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、液晶デバイスなどを製造する場合、Ｓｉウエハやガラス基板に形成された所定の膜をＦ２などのハロゲン系の腐食性ガスを用いプラズマ環境下で処理するドライエッチングなどの工程が存在する。
【０００３】
近年、半導体デバイス、液晶デバイスなどの製造装置における、プラズマ環境下で腐食ガスに曝されるチャンバーや各種部材において、Ａｌなどの金属材料からなる基体の耐食を防止するために、基体の表面に耐食性を有するセラミックスからなる溶射膜を形成することがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、塩素系ガスあるいはそのプラズマ下で使用した後でも表面状態が変わらないように希土類元素のフッ化物層を溶射法などで形成した耐食性部材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１５９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基体の傾斜した表面に溶射膜を形成したとき、溶射膜の表面を水平にするために研摩すると、溶射膜を構成する層の界面が露出する。このように界面が露出した面は、溶射粒子の粗な部分と密な部分とからなる。そのため、露出面は、いかに研磨しても表面粗さが小さくならない、吸湿性及び吸水性が高い、外観の見栄えが悪いなどの問題がある。
【０００７】
そこで、溶射膜を構成する各層の厚みを例えば１０μｍ程度に薄くして、層の界面をぼかして目立たなくすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、このような方法では、上記問題は軽減されたとしても完全に解消されるわけではない。
【０００９】
そこで、本発明は、基体の傾斜した溶射膜の表面を水平にするために研摩しても、溶射膜を構成する層の界面が露出することの防止を図ることが可能な溶射部材の製造方法及び溶射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の溶射部材の製造方法は、セラミックス粉末を基体の表面側に溶射して前記基体又は既に形成されている溶射層上に複数の溶射層を形成する溶射工程と、気体を前記複数の溶射層を形成する前記セラミックス粉末に噴射して、当該セラミックス粉末を冷却する冷却工程とを同時に行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の溶射部材の製造方法によれば、気体を複数の溶射層を形成するセラミックス粉末に噴射して、当該セラミックス粉末を冷却しながら複数の溶射層を形成する。これにより、気体を噴射するなどの冷却を行わない従来の場合と比較して、溶射時と冷却完了時との温度差が少なく、溶射層が基体から剥離するおそれの解消が図られる。そのため、冷却を行わない従来の溶射で形成可能な溶射層と比較して溶射層の厚さを厚くすることができる。
【００１２】
そして、基体の傾斜した表面に溶射膜を形成して、溶射膜の表面を水平にするために研摩すると、高さの差が溶射層の厚さ未満であれば、１層分の溶射層しか露出せず、層間の界面は露出しないので、露出面は溶射粒子の密な部分のみからなる。そのため、露出面は、研磨すれば表面粗さが非常に小さくなり、吸湿性及び吸水性が低く、外観の見栄えも好ましい。よって、従来と比較して、水平に研磨した露出面に界面が存在しないための基体の表面の許容傾斜角度が大きくなる。
【００１３】
ところで、溶射工程において形成する溶射層の厚さを厚くするためには、冷却工程での冷却能力を高めればよい。
【００１４】
そこで、本発明の溶射部材の製造方法において、前記溶射層の厚さを厚く形成するほど、前記冷却工程で噴射する前記気体の単位時間当たりの体積を大きくする、又は、前記気体の温度を低下させる。
【００１５】
また、本発明の溶射部材の製造方法において、最表面に形成する前記溶射層の厚さを、他の前記溶射層の厚さよりも厚くする。
【００１６】
これにより、溶射層の基体からの剥離の防止を図りながら、水平に研磨した露出面に界面が存在しないための基体の表面の許容傾斜角度をさらに大きくすることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の溶射部材の製造方法において、前記基体の裏面側を支持する治具の内部に流体を供給させて前記基体を冷却する副冷却工程を、前記溶射工程及び前記冷却工程と同時に行うことが好ましい。
【００１８】
この場合、冷却工程と同時に副冷却工程を行うので、さらに、溶射膜が基体から剥離するおそれの解消を図ることが可能になる。
【００１９】
本発明の溶射装置は、セラミックス粉末を先端から溶射する溶射ノズルと、基体に対する溶射ノズルの先端の位置を制御する溶射制御部とを有する溶射機と、気体を先端から噴射する噴射ノズルと、基体に対する前記噴射ノズルの先端の位置を制御する噴射制御部とを有する冷却機とを備え、本発明の溶射部材の製造方法を行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明の溶射装置によれば、上述した本発明の溶射部材の製造方法を実施するに適した装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る溶射品の製造方法を示す模式断面図。
【図２】溶射の経路を示す上面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る製造方法で製造される溶射部材の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態に係る溶射部材１０の製造方法について説明する。
【００２３】
図１に示すように、溶射部材１０は、基体１１と、基体１１の表面に形成された溶射膜１２とから構成されている。溶射部材１０は、他に、基体１１と溶射膜１２との間に形成された電極などを備えるものであってもよい。
【００２４】
溶射部材１０は、内部に埋設された電極に電圧が印加されることによって発生するクーロン力により、基板を載置面である基体１１の表面に吸引する静電チャックであってもよい。また、溶射部材１０は、内部に埋設された発熱抵抗体によって、載置面である基体１１の表面に載置された基板を加熱するヒータであってもよい。また、溶射部材１０は、ヒータ機能付きの静電チャックであってもよい。
【００２５】
溶射部材１０は、基体１１の表面上に溶射によって溶射膜１２が形成されている。
【００２６】
本実施形態において、基体１１は、アルミニウムからなる略円板状の部材である。ただし、基体１１は、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン合金、タングステン、シリコン、金属複合材料（ＭＭＣ）などからなるものであってもよい。また、基体１１の形状は、多角形板状、楕円板状などの種々の形状であってもよい。
【００２７】
溶射装置２０によって基体１１の表面に溶射膜１２を形成する。このとき、セラミックス粉末を溶射して溶射膜１２の各層を構成する溶射層を溶射機３０で形成すると同時に、溶射層が形成されている部分に冷却機４０から冷却用気体を噴射させながら、且つ、基体１１の裏面側から支持治具５０で冷却する。
【００２８】
本実施形態において、溶射機３０は、溶射ノズル３１の先端からアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を吹き付けて、アルミナからなる溶射層を形成する。溶射層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、アルミナ−ジルコニア（Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などの絶縁性セラミックスからなるものであってもよい。
【００２９】
溶射機３０は、アーク溶射法又はプラズマ溶射法などの方法で溶射する市販の溶射機であればよく、特に限定されない。
【００３０】
溶射機３０は、基体１１に対する溶射ノズル３１の先端の位置を制御する溶射制御部３２を有している。溶射制御部３２は、固定された 基体１１に対して溶射ノズル３１の先端の位置を制御するものであっても、固定された溶射ノズル３１の先端に対して基体１１の位置を制御するものであってもよい。
【００３１】
冷却機４０は、溶射機３０から吹き付けられて基体１１又は既に形成された溶射層上に到達するセラミックス粉末に対して、噴射ノズル４１の先端から気体を噴射して当該セラミックス粉末を冷却する。本実施形態においては、気体は、空気である。ただし、気体は、窒素などであってもよい。
【００３２】
溶射機３０は、一例として、図２に示すような経路で溶射層を形成していく。そして、冷却機４０は、溶射機３０の溶射層の形成に追従して、吹き付けられるセラミックス粉末に対してスポット的に気体を噴射する。これにより、冷却された状態で溶射層が形成される。
【００３３】
冷却機４０は、基体１１に対する噴射ノズル４１の先端の位置を制御する噴射制御部４２を有している。噴射制御部４２は、固定された基体１１に対して噴射ノズル４１の先端の位置を制御するものであっても、固定された噴射ノズル４１の先端に対して基体１１の位置を制御するものであってもよい。
【００３４】
支持治具５０には、図示しないが、基体１１を支持固定する固定部を備えている。そして、支持治具５０は、その内部に冷却用流体が流れる流路５１がその全面を巡るように形成されている。そして、流路５１の一端には、流路５１内に流体を供給する供給装置５２が接続されており、流路５１の他端は、流体の排出口５３となっている。これにより、基体１１が裏面側から全体的に流路５１を流れる流体によって冷却される。また、基体１１に直接空気等の冷却用の気体を吹き付けることなどにより、基体１１の冷却効率を向上させてもよい。
【００３５】
本実施形態においては、流体は空気である。ただし、流体は、窒素などの他の気体であっても、水などの流体であってもよい。
【００３６】
本実施形態においては、溶射機３０によってセラミックス粉末を基体１１の表面側に溶射して基体１１又は既に形成されている溶射層上に溶射層を形成する溶射工程と、冷却機４０によって冷却用気体を溶射層を形成している部分に噴射する冷却工程とを同時に行う。さらにこれらの工程と同時に、基体１１の裏面側を支持する支持治具５０の内部に冷却用流体を供給させる副冷却工程も行う。
【００３７】
このように、本実施形態では、冷却機４０及び支持治具５０により冷却しながら溶射層を形成するので、溶射時と冷却完了時との温度差が少なく、溶射層が基体１１から剥離するおそれの解消が図られる。そのため、溶射層の厚さを３５０μｍ以上と従来の溶射層の厚さと比較して厚くすることができる。
【００３８】
よって、表面が傾斜した基体１１の表面に溶射膜１２を形成して、溶射膜１２の表面を水平にするために研摩すると、高さの差が溶射層の厚さ未満であれば、１層分の溶射層しか露出せず、層間の界面は露出しない。この場合、露出面は、溶射粒子の密な部分のみからなる。このため、露出面は、研磨すれば表面粗さが非常に小さくなり、吸湿性及び吸水性が低く、外観の見栄えも好ましい。
【００３９】
ところで、溶射工程において形成する溶射層の厚さを厚くするためには、冷却工程での冷却能力を高めればよい。
【００４０】
そこで、溶射工程において形成する溶射層の厚さを厚くするとき、冷却機４０から噴射させる気体の単位時間当たりの体積を大きくする、又は、気体の温度を低下させればよい。
【００４１】
また、最表面に形成する溶射層の厚さを、他の溶射層の厚さよりも厚くすれば、溶射層の基体１１からの剥離の防止を図りながら、水平に研磨した露出面に界面が存在しないための基体１１の表面の許容傾斜角度がさらに大きくすることが可能となる。
【００４２】
（他の実施形態）
他の実施形態では、溶射膜１２を形成する溶射工程において、まず、薄層膜形成工程を行い、その後、厚層膜形成工程行う。
【００４３】
薄層膜形成工程では、図３に示すように、基体１１の表面に各層の厚さが２０μｍ以上６０μｍ以下であり、各層の合計厚さが５０μｍ以上３５０μｍ以下の薄層膜１２ａを形成する。
【００４４】
薄層膜１２ａは、各層の厚さが２０μｍ以上６０μｍ以下であり、従来の一般的な層の厚さである１０μｍと比較すると厚い。このように層の厚さが厚いと、溶射後に冷却されたとき、熱収縮率の差によって、薄層膜１２ａが基体１１から剥離するおそれがある。
【００４５】
しかし、本実施形態では、冷却機４０及び支持治具５０により溶射時に冷却するので、溶射時と冷却完了時との温度差が少なく、薄層膜１２ａが基体１１から剥離するおそれの解消が図られる。そのため、各層の厚さが２０μｍ以上６０μｍ以下である薄層膜１２ａを得ることができる。
【００４６】
その後、厚層膜形成工程において、薄層膜１２ａの表面に厚さが３００μｍ以上４５０μｍ以下である厚層膜１２ｂを形成する。
【００４７】
厚層膜１２ｂは、厚さが３００μｍ以上４５０μｍ以下であり、従来の一般的な層の厚さである１０μｍと比較すると非常に厚い。このように層の厚さが厚いと、溶射後に冷却されたとき、熱収縮率の差によって、厚層膜１２ｂが薄層膜１２ａと一緒になって基体１１から剥離するおそれがある。
【００４８】
しかし、本実施形態では、冷却機４０及び支持治具５０により溶射時に冷却するので、溶射時と冷却完了時との温度差が少なく、且つ、薄層膜１２ａの各層の厚さが２０μｍ以上６０μｍ以下であってある程度の厚さを有することによって緩衝体の機能を果たすことにより、厚層膜１２ｂが薄層膜１２ａと一緒になって基体１１から剥離するおそれの解消が図られる。
【００４９】
本実施形態に係る製造方法で製造された溶射部材１０は、その表面が厚さが３００μｍ以上４５０μｍ以下の厚層膜１２ｂからなっている。
【００５０】
表面が傾斜した基体１１の表面に溶射膜１２を形成して、溶射膜１２の表面を水平にするために研摩すると、高さの差が厚層膜１２ｂの厚さ未満であれば、厚膜層１２ｂしか露出せず、層間の界面は露出しない。この場合、露出面は、溶射粒子の密な部分のみからなる。このため、露出面は、研磨すれば表面粗さが非常に小さくなり、吸湿性及び吸水性が低く、外観の見栄えも好ましい。
【実施例】
【００５１】
（実施例１）
基体１１として、アルミニウム合金（Ａｌ６０６１）からなり、直径３００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円板状のものを用意した。この基体１１の表面には、幅５ｍｍ、深さ１．５ｍｍの溝を形成した。
【００５２】
そして、溶射機３０によってアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を基体１１の表面に溶射して基体１１又は既に形成されている溶射層上に溶射層を形成する溶射工程と、冷却機４０によって冷却用空気を溶射層を形成している部分に噴射する冷却工程とを同時に行った。溶射層の厚さは、１層目から３層目はそれぞれ５０μｍ、４層目は３５０μｍであり、溶射膜１２の厚さは５００μｍであった。
【００５３】
このように、厚さが３５０μｍと従来の溶射層の厚さと比較して厚い溶射層を形成することができた。
【００５４】
溶射膜１２の表面を、粒度が１７０番の砥石を用いた研削加工で表面粗さＲａ０．６μｍに研摩し、さらにその後、ラップ加工で研磨し、表面粗さをＲａ０．２μｍとした。
【００５５】
研磨後、溶射膜１２を確認したところ、溝部を含めて、界面を示すまだら模様の露呈は見受けられなかった。
【００５６】
（実施例２）
基体１１として、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなり、直径３４０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円板状のものを用意した。この基体１１の表面に、厚さ方向で２００μｍの傾斜を形成した。
【００５７】
そして、溶射機３０によってアルミナ粉末を基体１１の表面に溶射して基体１１又は既に形成されている溶射層上に溶射層を形成する溶射工程と、冷却機４０によって冷却用空気を溶射層を形成している部分に噴射する冷却工程とを同時に行った。溶射層の厚さは、１層目から３層目はそれぞれ５０μｍ、４層目は５００μｍであり、溶射膜１２の厚さは６５０μｍであった。
【００５８】
このように、厚さが５００μｍと従来の溶射層の厚さと比較して厚い溶射層を形成することができた。
【００５９】
溶射膜１２の表面を、粒度が４００番の砥石を用いた研削加工で表面粗さＲａ０．４μｍに研摩し、さらにその後、ラップ加工で研磨し、表面粗さをＲａ０．２μｍとした。
【００６０】
研磨後、溶射膜１２を確認したところ、界面を示すまだら模様の露呈は見受けられなかった。
【００６１】
（実施例３）
基体１１として、実施例１と同様に、アルミニウム合金（Ａｌ６０６１）からなり、直径３００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円板状のものを用意した。この基体１１の表面に、多数のねじ孔を形成し、各ねじ孔にアルミナ多孔体からプラグを螺合し、直径１．５ｍｍ、高さ０．０３ｍｍの円柱状の突起を設けた。
【００６２】
そして、溶射機３０によってアルミナ粉末を基体１１の表面に溶射して基体１１又は既に形成されている溶射層上に溶射層を形成する溶射工程と、冷却機４０によって冷却用空気を溶射層を形成している部分に噴射する冷却工程とを同時に行った。溶射層の厚さは、１層目から３層目はそれぞれ５０μｍ、４層目は３５０μｍであり、溶射膜１２の厚さは５００μｍであった。
【００６３】
このように、厚さが３５０μｍと従来の溶射層の厚さと比較して厚い溶射層を形成することができた。
【００６４】
溶射膜１２の表面を、粒度が１７０番の砥石を用いた研削加工で表面粗さＲａ０．６μｍに研摩し、さらにその後、ラップ加工で研磨し、表面粗さをＲａ０．２μｍとした。
【００６５】
研磨後、溶射膜１２を確認したところ、突起を含めて、界面を示すまだら模様の露呈は見受けられなかった。
【００６６】
（実施例４）
基体１１として、タングステン（Ｗ）からなり、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの長方形板状のものを用意した。この基体１１の表面に、厚さ方向で１００μｍの傾斜を形成した。
【００６７】
そして、溶射機３０によってアルミナ粉末を基体１１の表面に溶射して基体１１又は既に形成されている溶射層上に溶射層を形成する溶射工程と、冷却機４０によって冷却用空気を溶射層を形成している部分に噴射する冷却工程とを同時に行った。溶射層の厚さは、１層目から３層目はそれぞれ５０μｍ、４層目は４００μｍであり、溶射膜１２の厚さは５５０μｍであった。
【００６８】
このように、厚さが４００μｍと従来の溶射層の厚さと比較して厚い溶射層を形成することができた。
【００６９】
溶射膜１２の表面を、粒度が１７０番の砥石を用いた研削加工で表面粗さＲａ０．６μｍに研摩し、さらにその後、ラップ加工で研磨し、表面粗さをＲａ０．２μｍとした。
【００７０】
研磨後、溶射膜１２を確認したところ、界面を示すまだら模様の露呈は見受けられなかった。
【００７１】
（実施例５）
基体１１として、金属セラミックス複合材料（Ａｌ／ＳｉＣ）からなり、直径３３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板状のものを用意した。この基体１１の表面に、厚さ方向で５０μｍの傾斜を形成した。
【００７２】
そして、溶射機３０によってアルミナ粉末を基体１１の表面に溶射して基体１１又は既に形成されている溶射層上に溶射層を形成する溶射工程と、冷却機４０によって冷却用空気を溶射層を形成している部分に噴射する冷却工程とを同時に行った。溶射層の厚さは、１層目から３層目はそれぞれ６０μｍ、４層目は３５０μｍであり、溶射膜１２の厚さは５３０μｍであった。
【００７３】
このように、厚さが３５０μｍと従来の溶射層の厚さと比較して厚い溶射層を形成することができた。
【００７４】
溶射膜１２の表面を、粒度が１７０番の砥石を用いた研削加工で表面粗さＲａ０．６μｍに研摩し、さらにその後、ラップ加工で研磨し、表面粗さをＲａ０．２μｍとした。
【００７５】
研磨後、溶射膜１２を確認したところ、界面を示すまだら模様の露呈は見受けられなかった。
【００７６】
実施例１から実施例５の結果を表１にまとめた。
【００７７】
【表１】
0006525852.tif 000002
【符号の説明】
【００７８】
１０…溶射部材、  １１…基体、  １２…溶射膜、  １２ａ…薄層膜、  １２ｂ…厚層膜、  ２０…溶射装置、  ３０…溶射機、  ３１…溶射ノズル、  ３２…溶射制御部、  ４０…冷却機、  ４１…噴射ノズル、  ４２…噴射制御部、  ５０…支持治具（治具）、  ５１…流路、  ５２…供給装置、  ５３…排出口。
【図１】
0006525852.tif 000003
【図２】
0006525852.tif 000004
【図３】
0006525852.tif 000005