(57)【要約】本発明は、（１）コーティング対象物上に第１希土類金属化合物を溶射する工程によって第１希土類金属化合物コーティング層を形成するステップと、（２）前記（１）のステップで形成された第１希土類金属化合物コーティング層の表面を研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）するステップと、（３）前記（２）のステップの加工が行われた第１希土類金属化合物コーティング層上に第２希土類金属化合物をエアロゾル蒸着させて第２希土類金属化合物コーティング層を形成するステップとを含み、前記第２希土類金属化合物が前記第１希土類金属化合物と同じ成分であることを特徴とする、耐プラズマ性コーティング膜の製造方法を提供する。
2021500480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）コーティング対象物上に第１希土類金属化合物を溶射する工程によって第１希土類金属化合物コーティング層を形成するステップと、
（２）前記（１）のステップで形成された第１希土類金属化合物コーティング層の表面を研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）するステップと、
（３）前記（２）のステップの加工が行われた第１希土類金属化合物コーティング層上に、第２希土類金属化合物をエアロゾル蒸着させて、第２希土類金属化合物コーティング層を形成するステップとを含み、
前記第２希土類金属化合物が前記第１希土類金属化合物と同じ成分であることを特徴とする、耐プラズマ性コーティング膜の製造方法。
【請求項２】
前記第１希土類金属化合物コーティング層の厚さは１００μｍ乃至３００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の耐プラズマ性コーティング膜の製造方法。
【請求項３】
前記第２希土類金属化合物コーティング層の厚さは１．０μｍ乃至３０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の耐プラズマ性コーティング膜の製造方法。
【請求項４】
前記第１希土類金属化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムのフッ化物（ＹＦ）及びイットリウムのオキシフッ化物（ＹＯＦ）よりなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の耐プラズマ性コーティング膜の製造方法。
【請求項５】
前記（２）のステップの研磨による、前記第１希土類金属化合物コーティング層の平均表面粗さが０．１μｍ乃至３．０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の耐プラズマ性コーティング膜の製造方法。
【請求項６】
前記第２希土類金属化合物コーティング層の気孔率が１ｖｏｌ％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の耐プラズマ性コーティング膜の製造方法。
【請求項７】
耐プラズマ特性が要求されるコーティング対象体と、
前記コーティング対象体の表面に形成された複合の耐プラズマ性コーティング膜とを含み、
前記耐プラズマ性コーティング膜は、第１希土類金属化合物コーティング層と第２希土類金属化合物コーティング層とを含み、
前記第１希土類金属化合物コーティング層は、第１希土類金属化合物を溶射する工程によって形成した後、前記第１希土類金属化合物コーティング層の表面が０．１μｍ乃至３．０μｍの平均表面粗さに表面加工され、
前記第２希土類金属化合物コーティング層は、第２希土類金属化合物を第１希土類金属化合物コーティング層上にエアロゾル蒸着させて形成され、
前記第２希土類金属化合物は前記第１希土類金属化合物と同じ成分であることを特徴とする、耐プラズマ性部材。
【請求項８】
前記第１希土類金属化合物コーティング層の厚さは１００μｍ乃至３００μｍであることを特徴とする、請求項７に記載の耐プラズマ性部材。
【請求項９】
前記第２希土類金属化合物コーティング層の厚さは１．０μｍ乃至３０μｍであることを特徴とする、請求項７に記載の耐プラズマ性部材。
【請求項１０】
前記第１希土類金属化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムのフッ化物（ＹＦ）及びイットリウムのオキシフッ化物（ＹＯＦ）よりなる群から選択されることを特徴とする、請求項７に記載の耐プラズマ性部材。
【請求項１１】
前記第２希土類金属化合物コーティング層の気孔率が１ｖｏｌ％以下であることを特徴とする、請求項７に記載の耐プラズマ性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐プラズマ性コーティング膜の製造方法に係り、より詳細には、半導体エッチング装備を含む、半導体製造工程に適用される耐プラズマ性コーティング膜の製造方法、及び耐プラズマ性コーティング膜が形成された耐プラズマ性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造工程に使用される設備のチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）は、絶縁のためにアノダイジング（Ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）処理したアルミニウム合金、又はアルミナなどのセラミックバルクを用いて作られる。最近では、化学気相蒸着（ＣＶＤ）などを用いた蒸着設備またはプラズマエッチングなどを用いたエッチング設備などの半導体製造工程で使用される腐食性の高いガスやプラズマなどに対する耐食性の必要性がより高まるにつれて、このような高い耐食性を持つために、前記アルミニウム合金にアルミナなどのセラミックをプラズマ噴射又は溶射（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｐｒａｙ）するなどの方法によって前記チャンバーを製作している。
【０００３】
また、前記チャンバー内で行われる半導体製造工程は、熱処理工程、化学気相蒸着などの高温工程が多数を占めるので、前記チャンバーは、耐熱性も一緒に持つことが要求される。すなわち、前記チャンバーなどの半導体製造設備の部材は、絶縁性、耐熱性、耐食性、耐プラズマ性を必要とし、コーティング層と基材とが強い結合力を維持して前記コーティング層の剥離がないようにして製造工程中にパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）の発生及びこれによるウエハー汚染を最小限に抑えることが必要である。
【０００４】
このため、従来は、通常の化学気相蒸着法や物理気相蒸着法、スパッタリングなどを適用した場合があるが、この場合には、薄膜製造工程であるため、前記耐食性などの要件を満たす程度の厚膜を形成するには工程時間があまりにも長くかかるなど、経済性に劣るという問題点だけでなく、基材とコーティング層との強い結合力を得ることも難しいという問題点がある。
【０００５】
また、１００μｍ以上の厚膜をコーティングするために、プラズマ溶射工程によって厚膜をコーティングする方法が特許文献１に提示されているが、プラズマ溶射工程を通じて厚膜をコーティングする場合には、緻密なコーティング膜を製造することが難しいという問題点がある。
【０００６】
一方、エアロゾル蒸着法は、上述した問題点を克服し、緻密な厚膜を製造することができるが、希土類金属化合物の場合には、１００μｍ以上の緻密な厚膜を作ることは難しいという問題点がある。よって、高電圧及びプラズマにさらされる厚膜の場合、寿命が短縮されるおそれがある。最近研究されているエアロゾルデポジションの場合にも、１０μｍレベルの皮膜を構成することは技術的に可能であるが、皮膜と表面との間の単純な機械的な噛み合わせによる低い接着力に起因して、長期間使用の際に剥離などの問題点が発生するおそれがあり、ドライエッチング工程時に使用される、ＣＦ４のプラズマイオン及びラジカルによって皮膜がエッチングされて、パーティクルが発生しウエハーを汚染させるおそれがある。
【０００７】
以下、本発明の技術の属する分野に存在する先行技術について、まず簡略に説明し、次いで、本発明が差別的に解決しようとする技術的事項について説明する。
【０００８】
特許文献２は、多孔質セラミックの表面を密封する緻密な希土類金属化合物コーティング膜に関するものであり、より具体的には、平均表面粗さ０．４乃至２．３μｍの多孔性セラミック層を含むコーティング対象物の多孔性セラミック層上に形成された希土類金属化合物コーティング膜を提供するものである。この発明は、十分な厚さの多孔性セラミックコーティング層によって、耐電圧特性の確保及び緻密な希土類金属化合物コーティング膜によるプラズマ耐食性の確保が同時に行われ得るという効果がある。特許文献２は、半導体エッチング装備を含む様々な半導体装備用部材に適用可能な製造技術について開示している。
【０００９】
また、特許文献３は、耐プラズマ性コーティング膜に関するもので、耐プラズマ特性が要求されるコーティング対象体上に、酸化アルミニウム３０〜５０重量％と酸化イットリウム５０〜７０重量％とからなる溶射コーティング粉末をプラズマ溶射コーティングして形成された非晶質の第１コーティング膜と、エアロゾル蒸着方法で第１コーティング膜上に形成され、前記第１コーティング膜よりも高い密度及び耐プラズマ特性を有する第２コーティング膜とを含み、耐プラズマ特性、高い耐電圧特性及び高い電気抵抗性を与えた耐プラズマ性コーティング膜の製造技術について開示している。
【００１０】
しかし、前記特許文献１及び特許文献２によって製造された耐プラズマ性コーティング膜は、アルミナからなる第１コーティング膜、及び希土類金属化合物からなる第２コーティング膜で構成されており、非晶質のアルミナからなる第１コーティング膜がエアロゾル蒸着による第２コーティング膜の形成時にエッチングされるおそれがあり、これによりコーティング膜の均一度が低下するという問題が発生するおそれがある。また、第１コーティング膜と第２コーティング膜との材料が相違することからコーティング層間の結合力が異なるので、コーティング層の剥離の可能性が高い。
【００１１】
また、特許文献４は、耐プラズマ性コーティング膜に関するものであり、具体的には、第１希土類金属化合物の溶射コーティング後、エアロゾル蒸着と水和処理による二重密封でもって、コーティング層のオープンチャンネル（ｏｐｅｎ  ｃｈａｎｎｅｌ）と開気孔（ｏｐｅｎ  ｐｏｒｅ）を最小化することで、耐化学特性の確保及び緻密な希土類金属化合物コーティング膜によるプラズマ耐食性の確保が同時に行われ得る耐プラズマ性コーティング膜の製造技術について開示している。
【００１２】
しかし、多層のコーティング層を含有する耐プラズマ性コーティング膜においてコーティング層間の結合力の低下により発生しうる剥離及びパーティクル発生の問題が依然として残っており、耐久性及び長寿命特性を有する耐プラズマ性コーティング膜の製造技術が求められる。
【００１３】
そこで、本件発明者らは、このような耐プラズマ性コーティング膜の製造方法に限界性を感じ、コーティング層間の結合力を最適化させるとともに耐プラズマ性に優れた、薄膜の製造方法に関する研究を重ねた結果、本発明の完成に至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０４５４９８７号公報
【特許文献２】韓国登録特許第１０−１１０８６９２号公報（２０１２年１月１６日）
【特許文献３】韓国公開特許第１０−２０１３−０１２３８２１号公報（２０１３年１１月１３日）
【特許文献４】韓国公開特許第１０−２０１７−００８０１２３号公報（２０１７年７月１０日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の主な目的は、コーティング膜の結合力に優れるうえ、耐プラズマ特性が向上した耐プラズマ性コーティング膜の製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、前記耐プラズマ性コーティング膜の製造方法を用いて、耐プラズマ性コーティング膜が形成された耐プラズマ性部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、（１）コーティング対象物上に第１希土類金属化合物を溶射する工程によって第１希土類金属化合物コーティング層を形成するステップと、（２）前記（１）のステップで形成された第１希土類金属化合物コーティング層の表面を研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）するステップと、（３）前記（２）のステップの加工が行われた第１希土類金属化合物コーティング層上に、第２希土類金属化合物をエアロゾル蒸着させて第２希土類金属化合物コーティング層を形成するステップとを含み、前記第２希土類金属化合物が前記第１希土類金属化合物と同じ成分であることを特徴とする、耐プラズマ性コーティング膜の製造方法を提供する。
【００１８】
本発明の好適な一実施形態において、前記第１希土類金属化合物コーティング層の厚さは１００μｍ乃至３００μｍであり得る。
【００１９】
本発明の好適な一実施形態において、前記第２希土類金属化合物コーティング層の厚さは１．０μｍ乃至３０μｍであり得る。
【００２０】
本発明の好適な一実施形態において、前記第１希土類金属化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムのフッ化物（ＹＦ）及びイットリウムのオキシフッ化物（ＹＯＦ）よりなる群から選択できる。
【００２１】
本発明の好適な一実施形態において、（２）ステップの研磨によって前記第１希土類金属化合物コーティング層の平均表面粗さが０．１μｍ乃至３．０μｍであり得る。
【００２２】
本発明の好適な一実施形態において、前記第２希土類金属化合物コーティング層の気孔率が１ｖｏｌ％以下であり得る。
【００２３】
本発明の別の実施形態は、耐プラズマ特性が要求されるコーティング対象体と、前記コーティング対象体の表面に形成された複合の耐プラズマ性コーティング膜とを含み、前記耐プラズマ性コーティング膜は、第１希土類金属化合物コーティング層と第２希土類金属化合物コーティング層とを含み、前記第１希土類金属化合物コーティング層は、第１希土類金属化合物を溶射する工程によって形成した後、前記第１希土類金属化合物コーティング層の表面が０．１μｍ乃至３．０μｍの平均表面粗さで表面加工され、前記第２希土類金属化合物コーティング層は第２希土類金属化合物を第１希土類金属化合物コーティング層上にエアロゾル蒸着させて形成され、前記第２希土類金属化合物は前記第１希土類金属化合物と同じ成分であることを特徴とする、耐プラズマ性部材を提供する。
【００２４】
本発明の好適な一実施形態において、前記第１希土類金属化合物コーティング層の厚さは１００μｍ乃至３００μｍであり得る。
【００２５】
本発明の好適な一実施形態において、前記第２希土類金属化合物コーティング層の厚さは１．０μｍ乃至３０μｍであり得る。
【００２６】
本発明の好適な一実施形態において、前記第１希土類金属化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムのフッ化物（ＹＦ）、イットリウムのオキシフッ化物（ＹＯＦ）を含む群から選択できる。
【００２７】
本発明の好適な一実施形態において、前記第２希土類金属化合物コーティング層の気孔率が１ｖｏｌ％以下であり得る。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る第１希土類金属化合物コーティング層と第２希土類金属化合物コーティング層を含む耐プラズマ性コーティング膜は、母材と第１希土類金属化合物コーティング層との結合力に優れるうえ、緻密な第２希土類金属化合物コーティング層により耐プラズマ性が向上するという効果を提供する。
【００２９】
また、本発明の耐プラズマ性コーティング膜の製造方法によって、多様な形態の半導体装備部材に、均一な耐プラズマ性コーティング膜の形成が可能であり、本発明の耐プラズマ性部材は、向上した耐プラズマ性により、半導体製造工程時の汚染物に対する安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る第１希土類金属化合物コーティング層及び第２希土類金属化合物コーティング層を含む耐プラズマ性コーティング膜の構造及びその製造方法を説明するための模式図である。
【図２】実施例１によって製造された第１イットリアコーティング層と第２イットリアコーティング層を含む耐プラズマ性コーティング膜の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】（ａ）アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、（ｂ）石英（Ｑｕａｒｔｚ）、（ｃ）イットリア（Ｙ２Ｏ３、バルク）、（ｄ）イットリア（Ｙ２Ｏ３、ＡＤコーティング）、及び（ｅ）イットリア（Ｙ２Ｏ３、ＡＰＳ）のエッチングテスト後の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
他に定義されない限り、本明細書で使用されたすべての技術的及び科学的用語は、本発明の属する技術分野における熟練した専門家によって通常理解されるのと同じ意味を持つ。一般に、本明細書で使用された命名法は、本技術分野でよく知られている通常のものである。
【００３２】
本明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特にこれに反する記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００３３】
本発明の一観点において、（１）コーティング対象物上に第１希土類金属化合物を溶射する工程によって第１希土類金属化合物コーティング層を形成するステップと、（２）前記（１）のステップで形成された第１希土類金属化合物コーティング層の表面を研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）するステップと、（３）前記（２）のステップの加工が行われた第１希土類金属化合物コーティング層上に第２希土類金属化合物をエアロゾル蒸着させて第２希土類金属化合物コーティング層を形成するステップとを含み、前記（１）のステップの第１希土類金属化合物と前記（２）のステップの第２希土類金属化合物とが同じ成分であることを特徴とする、耐プラズマ性コーティング膜の製造方法を提供する。
【００３４】
より具体的には、本発明に係る耐プラズマ性コーティング膜の製造方法では、図１に示すように、コーティング対象物１００上に溶射コーティング法で第１希土類金属化合物コーティング層１１０を形成した後、前記第１希土類金属化合物コーティング層１１０の平均表面粗さが０．１μｍ乃至３．０μｍとなるように表面加工し、その後、コーティング密度の高いエアロゾル蒸着法（ａｅｒｏｓｏｌ  ｄｅｐｏｓｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇ；ＡＤコーティング）を通じて、前記表面加工された第１希土類金属化合物コーティング層１１０上に第２希土類金属化合物コーティング層１２０を形成することにより、コーティング層間の結合力及び耐プラズマ性に優れる耐プラズマ性コーティング膜を得ることができる。
【００３５】
本発明に係る耐プラズマ性コーティング膜の形成方法は、まず、コーティング対象物１００上に第１希土類金属化合物を溶射コーティング法でコーティングして第１希土類金属化合物コーティング層１１０を形成する［（１）のステップ］。
【００３６】
前記第１希土類金属化合物コーティング層が形成されるコーティング対象物１００は、プラズマ装置の内部に適用される静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｓｔａｔｉｃ  ｃｈｕｃｋ）、ヒーター、チャンバーライナー（ｃｈａｍｂｅｒ  ｌｉｎｅｒ）、シャワーヘッド、ＣＶＤ用ボート（ｂｏａｔ）、フォーカスリング（ｆｏｃｕｓ  ｒｉｎｇ）、ウォールライナー（ｗａｌｌ  ｌｉｎｅｒ）などのプラズマ装置部品であり得る。コーティング対象物の材質としては、鉄、マグネシウム、アルミニウム、これらの合金などの金属；ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＣＯ３、アルミナなどのセラミック；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンアジペート、ポリイソシアネートなどの高分子などが挙げられるが、これに限定されない。
【００３７】
また、前記コーティング対象物１００は、表面にサンディング処理されて一定の表面粗さを付与するとともに、コーティング対象物と、後で形成される第１希土類金属化合物コーティング層との接着特性を向上させることができる。
【００３８】
一例として、前記サンディング処理によるコーティング対象物１００の表面粗さが１μｍ未満である場合、後で形成される第１希土類金属化合物コーティング層と、コーティング対象物との接着特性が低下して、前記コーティング対象物から第１希土類金属化合物コーティング層が外部からの衝撃によって容易に剥離するという問題点が発生しうる。これに対し、サンディング処理によるコーティング対象物の表面粗さが８μｍを超える場合には、後で形成される第１希土類金属化合物コーティング層の表面粗さに影響を与えることから、第１希土類金属化合物コーティング層上に形成される第２希土類金属化合物コーティング層が、均一な厚さで形成されないという問題点が発生しうる。よって、本実施形態では、前記コーティング対象物を、平均中心粗さが約１μｍ乃至８μｍの表面粗さを持つようにサンディング処理することができる。
【００３９】
前記コーティング対象物上への第１希土類金属化合物コーティング層１１０の形成は、コーティング対象物とコーティング層との強い結合力や耐食性などの要件を満たす程度のコーティング層を形成するための溶射コーティングであれば制限なく適用可能であり、好ましくは、コーティング層の高い硬度及び高い電気抵抗性の面でプラズマ溶射コーティング法を適用することができる。
【００４０】
前記（１）ステップで、第１希土類金属化合物コーティング層１１０は、第１希土類金属化合物がコーティング対象物１００に溶射コーティングされて形成された層であり、その厚さは１００μｍ乃至３００μｍであることが好ましい。もし第１希土類金属化合物コーティング層の厚さが１００μｍ未満である場合には、耐電圧が低下するという問題点、第１希土類金属化合物コーティング層の厚さが３００μｍを超える場合には、工程時間の増加が発生し、これにより生産性が低下するという問題点が発生する。
【００４１】
前記第１希土類金属化合物としては、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、イットリウムのフッ化物（ＹＦ）及びイットリウムのオキシフッ化物（ＹＯＦ）を含む群から選択でき、具体的にはイットリア（Ｙ２Ｏ３）であることが好ましい。
【００４２】
前記第１希土類金属化合物コーティング層をなす第１希土類金属化合物は、半導体プロセス中に露出されるプラズマに、強い抵抗性を持つことにより、半導体エッチング装備といった耐食性が要求される半導体装備部品への適用時に、半導体プロセスのプラズマに対する耐食性及び耐電圧の特性を確保することができるようにする。
【００４３】
前記第１希土類金属化合物コーティング層１１０の表面が０．１μｍ乃至３．０μｍの平均表面粗さを持つように表面処理する［（２）のステップ］。
【００４４】
本発明に係る耐プラズマ性コーティング膜の製造方法において、（２）のステップは、前記（１）のステップで形成された第１希土類金属化合物コーティング層の表面が０．１μｍ乃至３．０μｍの平均表面粗さを持つように加工するステップであって、前記（１）のステップで形成された第１希土類金属化合物コーティング層が均一な厚さを持つように研削加工を施した後、その表面を粗く加工して第１希土類金属化合物コーティング層の表面が０．１μｍ乃至３．０μｍの平均表面粗さを持つようにする。この際、前記加工は、ダイヤモンドパッドを用いた研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって行うことができるが、これに限定されない。ダイヤモンドパッドを用いた研磨以外に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）または他の研磨手続きを用いて研磨できる。
【００４５】
前記加工により、（１）のステップで形成された第１希土類金属化合物コーティング層の表面が０．１μｍ乃至３．０μｍの平均表面粗さを持つように粗くすることができ、これにより、第１希土類金属化合物コーティング層、と第２希土類金属化合物コーティング層との接着力を向上させることができる。前記金属化合物コーティング層の表面の平均表面粗さが３．０μｍ以上である場合には、表面粗さが過度に高くなって、第１希土類金属化合物コーティング層上にコーティングが適切に行われず、剥離の原因になりうる。
【００４６】
前記第１希土類金属化合物コーティング層１１０上には、さらに緻密なコーティング層を形成するために、エアロゾル蒸着法（ＡＤコーティング）を用いて第２希土類金属化合物を蒸着させた第２希土類金属化合物コーティング層１２０を形成する［（３）のステップ］。
【００４７】
前記第２希土類金属化合物コーティング層１２０は、エアロゾル蒸着によって前記第１希土類金属化合物コーティング層上に形成される、気孔の含有量が１ｖｏｌ％以下である高密度希土類金属化合物層であり、１μｍ乃至３０μｍの厚さを持つとともに、平均中心粗さ０．１μｍ乃至３．０μｍの表面粗さ値を持つことが好ましい。このような第２希土類金属化合物コーティング層の表面粗さは、初期母材の表面粗さと、コーティング層の厚さの増加などによりもたらされる。
【００４８】
まず、第２希土類金属化合物コーティング層は、気孔の含有量が増加するほど、最終的に形成される耐プラズマ性コーティング膜の機械的強度が低下するという問題点が発生する。したがって、第２希土類金属化合物コーティング層は、耐プラズマコーティング膜の機械的強度及び電気的特性を確保するために気孔率が低く、緻密であることが好ましい。
【００４９】
もし第２希土類金属化合物コーティング層の厚さが１μｍ未満である場合には、その厚さがあまりにも薄くて、プラズマ環境で耐プラズマ性を確保し難い。第２希土類金属化合物コーティング層の厚さが３０μｍを超える場合には、コーティング層の残留応力により剥離が発生するという問題があり、また、加工時にも剥離が発生することがあり、さらには希土類金属化合物が過剰に使用されることにより経済的な損失が生じうる。
【００５０】
また、本発明の耐プラズマ性コーティング膜の表層である第２希土類金属化合物コーティング層は、表面粗さが低いほどパーティクルの発生を低減しうる。
【００５１】
前記第２希土類金属化合物コーティング層を形成するためのエアロゾル蒸着は、一実施例として、０．１μｍ乃至２０μｍの粒度を持つ第２希土類金属化合物粉末をエアロゾルチャンバー内に装入し、コーティング対象物を蒸着チャンバー内に据え付ける。この際、前記エアロゾルチャンバーで第２希土類金属化合物粉末が印加され、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いてエアロゾルチャンバー内に入射されることによりエアロゾル化する。前記キャリアガスは、アルゴン（Ａｒ）ガス以外にも、圧縮空気や、水素（Ｈ２）、ヘリウム（Ｈｅ）または窒素（Ｎ２）などの不活性ガスなどが使用できる。エアロゾルチャンバーと蒸着チャンバーとの圧力差によって、キャリアガスと共に前記第２希土類金属化合物粉末は、蒸着チャンバー内に吸引され、ノズルを通じてコーティング対象物に向けて高速で噴射される。これにより、前記噴射により第２希土類金属化合物が蒸着されることにより、高密度の第２希土類金属化合物コーティング層が形成される。前記第２希土類金属化合物コーティング層の蒸着面積は、ノズルを左右に移動させながら所望のサイズに制御可能であり、その厚さも、蒸着時間、すなわち噴射時間に比例して決定される。
【００５２】
前記第２希土類金属化合物コーティング層１２０は、第２希土類金属化合物を、上述したエアロゾル蒸着方法を用いて２回以上繰り返し積層して形成することもできる。
【００５３】
本発明において、前記第２希土類金属化合物は、前記第１希土類金属化合物と同一であり、これにより第１希土類金属化合物コーティング層と第２希土類金属化合物コーティング層との結合力が向上することから、コーティング層の剥離、及び、製造工程中におけるパーティクルの発生及びこれによるウエハーの汚染を最小限に抑えることができる。
【００５４】
前記エアロゾル蒸着を行う際には、メディカルグレードの圧縮空気を使用することが好ましい。前記メディカルグレードの圧縮空気を使用することにより、一般的に空気が含んでいる水分によってエアロゾル化が行われないという問題点を防止する。また、エアロゾル蒸着の際に、空気内部の油などの不純物が一緒に成膜されることを防止する効果がある。
【００５５】
本発明による耐プラズマ性コーティング膜の製造方法を採用すると、耐プラズマ性部材の３Ｄ表面にワンストップコーティング法（ｏｎｅ  ｓｔｏｐ  ｃｏａｔｉｎｇ）でもって均一な薄膜の製造が可能である。従来は、製品の形態に応じて区間を分けてコーティングを行うことから、区間の境界部のコーティング層が不均一であったが、ワンストップコーティング法で行う場合、境界部のコーティング層が均一な薄膜に製造されうる。したがって、ワンストップコーティング法を採用してコーティング膜を製造する際、様々な形態の母材に、均一なコーティング膜の形成が可能である。
【００５６】
本発明の別の観点において、耐プラズマ特性が要求されるコーティング対象体と、前記コーティング対象体の表面に形成された複合の耐プラズマ性コーティング膜とを含み、前記耐プラズマ性コーティング膜は、第１希土類金属化合物コーティング層と、第２希土類金属化合物コーティング層とを含み、前記第１希土類金属化合物コーティング層は、第１希土類金属化合物を溶射する工程によって形成され、この後、前記第１希土類金属化合物コーティング層の表面が０．１μｍ乃至３．０μｍの平均表面粗さに表面加工され、前記第２希土類金属化合物コーティング層は、第２希土類金属化合物を第１希土類金属化合物コーティング層上にエアロゾル蒸着させて形成されるのであり、前記第１希土類金属化合物と前記第２希土類金属化合物とは同一の成分であることを特徴とする、耐プラズマ性部材を提供する。
【００５７】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００５８】
＜比較例１乃至３＞
比較例１、比較例２及び比較例３は、それぞれ、固体状のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英（Ｑｕａｒｔｚ）及びイットリア（Ｙ２Ｏ３）を、加工せずに使用した。
【００５９】
＜比較例４＞
常温の真空雰囲気のエアロゾルチャンバー内でイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末をエアゾール化させた後、エアロゾルチャンバーと蒸着チャンバーとの圧力差を利用して、エアロゾル化したイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末を、アルゴンガスと一緒に母材上に物理的に衝突させることにより、厚さ１０（±５）μｍのイットリアコーティング層を形成した。
【００６０】
＜比較例５＞
母材上に、プラズマ溶射法（ヘリウム及びアルゴンプロセスガス、３０００Ｋ熱源）で平均粒度３０μｍのイットリア（Ｙ２Ｏ３）溶射コーティング粉末を溶射コーティングして、厚さ１００μｍのイットリアコーティング層を形成した。
【００６１】
＜比較例６＞
６−１：アルミナコーティング層の形成
母材上に、プラズマ溶射法（ヘリウム及びアルゴンプロセスガス、３０００Ｋ熱源）で平均粒度３０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）溶射コーティング粉末を溶射コーティングして、厚さ１００μｍのアルミナコーティング層を形成した。
【００６２】
６−２：アルミナコーティング層の表面加工
ダイヤモンドパッドを用いた研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて、前記アルミナコーティング層の表面粗さが３μｍ以下となるように表面加工を行う。
【００６３】
６−３：イットリアコーティング層の形成
常温の真空雰囲気のエアロゾルチャンバー内でイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末をエアゾール化させた後、エアロゾルチャンバーと蒸着チャンバーとの圧力差を利用して、エアロゾル化したイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末をアルゴンガスと一緒に、表面加工されたアルミナコーティング層上に物理的衝突させることにより、厚さ１０（±５）μｍのイットリアコーティング層を形成した。
【００６４】
＜実施例１＞
１−１：第１イットリアコーティング層の形成
母材上に、プラズマ溶射法（ヘリウム及びアルゴンプロセスガス、３０００Ｋ熱源）で平均粒度３０μｍのイットリア（Ｙ２Ｏ３）溶射コーティング粉末を溶射コーティングして、厚さ１００μｍの第１イットリアコーティング層を形成した。
【００６５】
１−２：第１イットリアコーティング層の表面加工
ダイヤモンドパッドを用いた研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて、前記第１イットリアコーティング層の表面粗さが３μｍ以下となるように、表面加工を行う。
【００６６】
１−３：第２イットリアコーティング層の形成
常温の真空雰囲気のエアロゾルチャンバー内でイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末をエアゾール化させた後、エアロゾルチャンバーと蒸着チャンバーとの圧力差を利用して、エアロゾル化したイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末をアルゴンガスと一緒に、表面加工された第１イットリアコーティング層上に物理的に衝突させることにより、厚さ１０μｍの第２イットリアコーティング層を形成した。
【００６７】
＜実験例１＞
本発明の実施例と比較例で製造されたコーティング膜のプラズマエッチング率をＵｎａｘｉｓ、ＶＬＩＣＰ（エッチング：ＣＦ６／Ｃ４Ｆ８／ＣＨ２Ｆ２／ＣＦ４／Ｏ２／Ａｒ、Ｆｌｏｗ  Ｒａｔｅ：３０／５／１０Ｓｃｃｍ、チャンバー圧：０．１ｔｏｒｒ、Ｐｏｗｅｒ：５０００Ｗ）で測定し、その結果を下記表１及び表２に示した。
【００６８】
【表１】
2021500480.tif 000003
【００６９】
表１に示すように、比較例４は、比較例５に比べてプラズマエッチング率が低いことが分かった。これにより、緻密な薄膜を形成するエアロゾル蒸着によって形成された成膜の耐プラズマ性が、溶射法によって形成された成膜の耐プラズマ性よりも高いことを確認した。一方、比較例３は、比較例１及び比較例２よりも低いエッチング率を示す。これは、材料による耐プラズマ性の差異を示すもので、イットリアがアルミナや石英に比べて耐プラズマ性に優れることを示す。
【００７０】
【表２】
2021500480.tif 000004
【００７１】
表２に示すように、実施例１は、比較例６に比べてプラズマエッチング率が低いことが分かった。比較例６によって製造されたコーティング膜の高いエッチング率は、非晶質のアルミナからなる第１コーティング層を含む部分から起因するものと判断される。また、実施例１によって製造された、より高い耐プラズマ性を有するイットリアからなる第１コーティング層を含んでいるコーティング膜を、完全に除去するまでにかかった時間は、比較例６で製造されたコーティング膜に比べて６倍以上であった。
【００７２】
以上、本発明の内容の特定の部分を詳細に記述したが、当業分野における通常の知識を有する者にとって、このような具体的記述は好適な実施様態に過ぎず、本発明を限定するものではないことは明らかであろう。よって、本発明の実質的な範囲は、添付された請求の範囲とそれらの等価物によって定義されるというべきである。
【符号の説明】
【００７３】
１００    コーティング対象体
１１０    第１希土類金属化合物コーティング層
１２０    第２希土類金属化合物コーティング層
【図１】
2021500480.tif 000005
【図２】
2021500480.tif 000006
【図３】
2021500480.tif 000007
【国際調査報告】
2021500480.tif 000008
2021500480.tif 000009
2021500480.tif 000010
2021500480.tif 000011