JP4666576B2 - セラミック溶射部材の洗浄方法、該方法を実行するためのプログラム、記憶媒体、及びセラミック溶射部材 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック溶射部材の洗浄方法、該方法を実行するためのプログラム、記憶媒体、及びセラミック溶射部材に関し、特に、処理ガスのプラズマ雰囲気が形成されたチャンバ内で用いられる電極、フォーカスリング、静電チャック等や、基板等をプロセス装置に搬送する搬送装置内で用いられる搬送アーム等のセラミック溶射部材、セラミック溶射部材の洗浄方法、及び該方法を実行するためのプログラム、及び該プログラムを格納する記憶媒体に関する。

従来、基板を収容する収容室、例えば、チャンバを有するプロセス装置の内部には、例えば、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）（イットリア）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックを溶射した部材が用いられている。一般的に、セラミックは空気中の水分との反応性が高い傾向にあるため、定期点検においてチャンバ内を大気開放したときや、クリーニング時にチャンバ内をウェットクリーニングするときに、上記のようなセラミックを溶射した溶射部材、例えば、チャンバ内壁や上部電極等に水分が大量に付着する可能性がある。

その結果、チャンバ内壁における水分の脱離や付着に起因して起こり得る不具合、例えば、チャンバ内の真空到達時間が長くなることによるプロセス装置の稼働率低下、金属成膜時における成膜異常、酸化膜等のエッチング時におけるエッチングレートの不安定性、プラズマ生成時における剥離パーティクルの発生や異常放電の発生等が生じるという問題がある。

このような問題を解消するべく、特許文献１では、アルゴン等の非反応性ガスを、真空チャンバに入る前に所定以上の温度まで加熱するヒータと、付加的な熱を真空チャンバに加えることが可能なチャンバヒータとを備え、不純物質又は汚染物質が掃気される真空チャンバが提案されている。

この真空チャンバでは、プロセスの作動中、ヒータにより加熱された非反応性ガスを、真空チャンバを通じて所定時間流した後、真空チャンバに対する加熱された非反応性ガスの流れを停止し、真空チャンバの圧力がチェックされる。更に、真空チャンバがまだ熱い間に、真空チャンバを約６．７×１０^−５Ｐａ（５．０×１０^-7 Ｔｏｒｒ）で真空排気し、該真空排気された真空チャンバ内の非反応性ガスの圧力が、以前に試験した真空排気された真空チャンバにおける非反応性ガスの圧力より高い場合は、真空チャンバに漏れがあると推定する。

また、特許文献２では、チャンバと、チャンバの一端側においてマイクロ波を導入するマイクロ波導入口と、マイクロ波導入口の一部にわたってこれらを囲む態様にて配設された励磁コイルと、所定量のガスをチャンバ内に導入するガス導入系と、チャンバ内を高真空に排気する排気系とを備えるＥＣＲプラズマエッチング装置が提案されている。

このＥＣＲプラズマエッチング装置では、排気系によりチャンバ内を低速で排気し、ガス導入系からＡｒガスをチャンバ内へ流入し、マイクロ波導入口からマイクロ波を供給し、さらに、励磁コイルを作動させることにより、チャンバ内にプラズマが発生する。この発生したプラズマとチャンバの内壁面との接触によりチャンバの壁面温度が上昇し、付着していた水分子を気化する。

さらに、特許文献３では、内部が超高真空状態になるように排気が行われる密閉容器としての成長室と、成長室内に収容された収容物としての基板マニピュレータと、基板マニピュレータの下端に設けられた基板ホルダと、上記基板マニピュレータの水平方向両側に配置された内部加熱手段としての加熱部とを備える超高真空装置が提案されている。

この超高真空装置では、成長室内を真空ポンプで超高真空状態にしながら、成長室を外部から加熱し、さらに、成長室内の超高真空状態を保つように排気しながら、成長室内の加熱部で基板マニピュレータ及び基板ホルダを加熱することにより脱ガスが行なわれる。

特許文献４では、開口部が設けられたベース部材と、開口部において下方より絶縁材を介して装着された電極と、電極の上方に配設された箱型の蓋部材と、蓋部材、ベース部材及び電極で囲まれる空間で形成される真空チャンバと、蓋部材の上面に装着されると共に真空チャンバの内壁を加熱するヒータと、ヒータを制御する制御部とを備えるプラズマ処理装置が提案されている。

このプラズマ処理装置では、プラズマ処理を実行する際に、制御部によりヒータを制御することにより、真空チャンバの内壁の温度を予め設定された温度範囲の間に保持する。これにより、真空チャンバの内壁に吸着される水分や有機物の量を低減することができるとともに、吸着された水分や有機物を速かに蒸散させることができ、加えて、真空吸引時間を大幅に短縮することができる。

特許文献５では、ベース板と蓋部とで構成される真空チャンバと、ベース板を貫通して装着された電極と、真空チャンバ内部の天井面に装着された、交換可能なシールド部材と、真空計に接続され、真空チャンバの設定真空度や設定真空到達時間などを記憶する記憶部及び時計を有する制御部とを備えるプラズマクリーニング装置が提案されている。

このプラズマクリーニング装置では、真空到達時間を計測するために時計より現時点の時間ｔ１を読み込み、次いで、真空計より真空計測データが送られ真空度が設定真空度に到達したときの時間ｔ２を読み込み、さらに、ｔ１とｔ２より求められた真空到達時間Ｔが設定時間Ｔ０以内であれば、ガス供給装置が駆動され、真空チャンバ内にプラズマ発生用ガスが導入される。次いで、高周波電源が駆動され、電極に高周波電圧が印加されることによりプラズマが発生し、プラズマクリーニングが行われる。これにより、真空排気時間の増加を一定限度内に抑制してタクトタイムを維持することができる。

尚、特許文献５のプラズマクリーニング装置と同様の装置が、特許文献６によって提案されている。
特開平７−７８７７５号公報 特開平８−１８１１１７号公報 特開２０００−２９４５０８号公報 特開平１１−５４４８４号公報 特開平１１−５４４８７号公報 特開２００２−１２４５０３号公報

しかしながら、特許文献１乃至６に係る装置は、水分の除去効果が限定的であり、セラミック溶射部材における水分の脱離や付着を確実に抑制することができないという問題点がある。

本発明の目的は、水分の脱離及び付着を確実に抑制することができるセラミック溶射部材の洗浄方法、該方法を実行するためのプログラム、記憶媒体、及びセラミック溶射部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のセラミック溶射部材の洗浄方法は、表面にセラミックが溶射されたセラミック溶射部材の洗浄方法であって、前記セラミック溶射部材を高圧、高湿度及び高温の環境下に暴露する水和処理によって前記セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化する安定化ステップと、前記セラミック溶射部材を加熱することによって前記セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分を脱離する脱離ステップと、を有することを特徴とする。

請求項２記載のセラミック溶射部材の洗浄方法は、請求項１記載のセラミック溶射部材の洗浄方法において、前記安定化ステップは、前記セラミック溶射部材の表面に、主として前記セラミックの水酸化物から成る層を形成することを特徴とする。

請求項３記載のセラミック溶射部材の洗浄方法は、請求項１又は２に記載のセラミック溶射部材の洗浄方法において、前記安定化ステップの前に、さらに、前記セラミック溶射部材に付着した堆積物を除去する除去ステップを有することを特徴とする。

請求項４記載のセラミック溶射部材の洗浄方法は、請求項３記載のセラミック溶射部材の洗浄方法において、前記除去ステップは、少なくとも有機溶剤又は酸に前記セラミック溶射部材を浸漬する浸漬処理であることを特徴とする。

請求項５記載のセラミック溶射部材の洗浄方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセラミック溶射部材の洗浄方法において、前記セラミックは希土類金属酸化物から成ることを特徴とする。

請求項６記載のセラミック溶射部材の洗浄方法は、請求項５記載のセラミック溶射部材
の洗浄方法において、前記希土類金属酸化物はイットリアから成ることを特徴とする。

請求項７記載のセラミック溶射部材の洗浄方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセラミック溶射部材の洗浄方法において、前記セラミック溶射部材は、基板を処理する処理チャンバに用いられる部材であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項８記載のプログラムは、表面にセラミックが溶射されたセラミック溶射部材の洗浄方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、前記セラミック溶射部材を高圧、高湿度及び高温の環境下に暴露する水和処理によって前記セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化する安定化ステップと、前記セラミック溶射部材を加熱することによって前記セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分を脱離する脱離ステップと、を有することを特徴とする。

請求項９記載のプログラムは、請求項８記載のプログラムにおいて、前記安定化ステップでは、前記セラミック溶射部材の表面に、主として前記セラミックの水酸化物から成る層が形成されることを特徴とする。

請求項１０記載のプログラムは、請求項８又は９に記載のプログラムにおいて、前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、前記安定化ステップの前に、さらに、前記セラミック溶射部材に付着した堆積物を除去する除去ステップを有することを特徴とする。

請求項１１記載のプログラムは、請求項１０記載のプログラムにおいて、前記除去ステップでは、少なくとも有機溶剤又は酸に前記セラミック溶射部材を浸漬する浸漬処理が実行されることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１２記載の記憶媒体は、表面にセラミックが溶射されたセラミック溶射部材の洗浄方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したコンピュータで読取り可能な記憶媒体であって、前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、前記セラミック溶射部材を高圧、高湿度及び高温の環境下に暴露する水和処理によって前記セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化する安定化ステップと、前記セラミック溶射部材を加熱することによって前記セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分を脱離する脱離ステップと、を有することを特徴とする。

請求項１３記載の記憶媒体は、請求項１２記載の記憶媒体において、前記安定化ステップでは、前記セラミック溶射部材の表面に、主として前記セラミックの水酸化物から成る層が形成されることを特徴とする。

請求項１４記載の記憶媒体は、請求項１２又は１３に記載の記憶媒体において、前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、前記安定化ステップの前に、さらに、前記セラミック溶射部材に付着した堆積物を除去する除去ステップを有することを特徴とする。

請求項１５記載の記憶媒体は、請求項１４記載の記憶媒体において、前記除去ステップでは、少なくとも有機溶剤又は酸に前記セラミック溶射部材を浸漬する浸漬処理が実行されることを特徴とする。

請求項１記載のセラミック溶射部材の洗浄方法、請求項８記載のプログラム及び請求項１２記載の記憶媒体によれば、セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化し、セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分を脱離するので、セラミック溶射部材が使用される際に、セラミック溶射部材の水分の脱離及び付着を確実に抑制することができる。

このとき、セラミック溶射部材を高圧、高湿度及び高温の環境下に暴露する水和処理が行なわれるので、セラミック溶射部材の表面と化学結合した水分をより安定化することができ、セラミック溶射部材における水分の脱離及び付着をさらに確実に抑制することができる。また、セラミック溶射部材を加熱するので、セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分の脱離を促進することができ、セラミック溶射部材が使用される際にセラミック溶射部材における水分の脱離及び付着をさらに確実に抑制することができる。

請求項２記載のセラミック溶射部材の洗浄方法、請求項９記載のプログラム及び請求項１３記載の記憶媒体によれば、セラミック溶射部材の表面に、主としてセラミックの水酸化物から成る層を形成させるので、セラミック溶射部材における水分の脱離及び付着をさらに確実に抑制することができる。

請求項３記載のセラミック溶射部材の洗浄方法、請求項１０記載のプログラム及び請求項１４記載の記憶媒体によれば、セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化する前に、セラミック溶射部材に付着した堆積物を除去するので、堆積物との化学反応により生成されるパーティクルの発生を抑制することができる。

請求項４記載のセラミック溶射部材の洗浄方法、請求項１１記載のプログラム及び請求項１５記載の記憶媒体によれば、少なくとも有機溶剤又は酸にセラミック溶射部材を浸漬するので、パーティクルの発生原因となる堆積物を確実に除去することができる。

請求項５記載のセラミック溶射部材の洗浄方法によれば、セラミックは希土類金属酸化物から成るので、セラミック溶射部材が強い腐食環境によって侵食されるのを抑制することができる。

請求項６記載のセラミック溶射部材の洗浄方法によれば、希土類金属酸化物はイットリアから成るので、セラミック溶射部材が強い腐食環境によって侵食されるのを更に抑制することができる。

請求項７記載のセラミック溶射部材の洗浄方法によれば、表面と水分を化学結合させて安定化し、表面に物理吸着した水分が脱離したセラミック溶射部材が基板を処理する処理チャンバに用いられるので、チャンバ内壁に付着した水分の脱離に起因する不具合の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るセラミック溶射部材が適用されるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１において、ウエハＷにエッチング処理を施すエッチング処理装置として構成されるプラズマ処理装置１は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の円筒型チャンバ（処理チャンバ）１０を有し、該チャンバ１０内に、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを載置するステージとしての円柱状のサセプタ１１が配設されている。

チャンバ１０の側壁とサセプタ１１との間には、サセプタ１１上方の気体をチャンバ１
０の外へ排出する流路として機能する排気路１２が形成される。この排気路１２の途中に
は環状のバッフル板１３が配設され、排気路１２のバッフル板１３より下流の空間は、可
変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（automatic pressure control valve）（以
下「ＡＰＣ」という）１４に連通する。ＡＰＣ１４は、真空引き用の排気ポンプであるタ
ーボ分子ポンプ（以下「ＴＭＰ」という）１５に接続され、さらに、ＴＭＰ１５を介して
排気ポンプであるドライポンプ（以下「ＤＰ」という）１６に接続されている。ＡＰＣ１
４、ＴＭＰ１５及びＤＰ１６によって構成される排気流路を以下「本排気ライン」と称す
るが、この本排気ラインは、ＡＰＣ１４によってチャンバ１０内の圧力制御を行うだけで
なくＴＭＰ１５及びＤＰ１６によってチャンバ１０内をほぼ真空状態になるまで減圧する
。

また、上述した排気路１２のバッフル板１３より下流の空間は、本排気ラインとは別の
排気流路（以下「粗引きライン」という）に接続されている。この粗引きラインは、上記
空間とＤＰ１６とを連通させる、直径が例えば、２５ｍｍである排気管１７と、排気管１
７の途中に配設されたバルブＶ２とを備える。このバルブＶ２は、上記空間とＤＰ１６と
を遮断することができる。粗引きラインはＤＰ１６によってチャンバ１０内の気体を排出
する。

サセプタ１１には、所定の高周波電力をサセプタ１１に印加する高周波電源１８が接続されている。また、サセプタ１１の内部上方には、ウエハＷを静電吸着力で吸着するための導電膜からなる円板状の電極板２０が配設されている。電極板２０には直流電源２２が電気的に接続されている。ウエハＷは、直流電源２２から電極板２０に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってサセプタ１１の上面に吸着保持される。ウエハＷを吸着しないときには、電極板２０は直流電源２２との導通が絶たれてフローティング状態になる。また、シリコン（Ｓｉ）等から成る円環状のフォーカスリング２４は、サセプタ１１の上方に発生したプラズマをウエハＷに向けて収束させる。

サセプタ１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２５が設けられて
いる。この冷媒室２５には、チラーユニット（図示せず）から配管２６を介して所定温度
の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によってサセプタ１１上のウエ
ハＷの処理温度が制御される。

サセプタ１１の上面においてウエハＷが吸着される部分（以下、「吸着面」という）に
は、複数の伝熱ガス供給孔２７及び伝熱ガス供給溝（図示せず）が配されている。これら
の伝熱ガス供給孔２７等は、サセプタ１１内部に配設された伝熱ガス供給ライン２８を介
して、バルブＶ３を有する伝熱ガス供給管２９に連通し、伝熱ガス供給管２９に接続され
た伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスを、吸着面とウエハＷ
の裏面との間隙に供給する。これにより、ウエハＷとサセプタ１１との熱伝達性が向上す
る。なお、バルブＶ３は、伝熱ガス供給孔２７等と伝熱ガス供給部とを遮断することがで
きる。

また、吸着面には、サセプタ１１の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッ
シャーピン３０が配設されている。これらのプッシャーピン３０は、モータ（図示せず）
の回転運動がボールねじ等によって直線運動に変換されることにより、図中上下方向に移
動する。ウエハＷが吸着面に吸着保持されるときには、プッシャーピン３０はサセプタ１
１に収容され、エッチング処理が施される等してプラズマ処理が終了したウエハＷをチャ
ンバ１０から搬出するときには、プッシャーピン３０はサセプタ１１の上面から突出して
ウエハＷをサセプタ１１から離間させて上方へ持ち上げる。

チャンバ１０の天井部には、シャワーヘッド３３が配設されている。シャワーヘッド３３には高周波電源５２が接続されており、高周波電源５２は、所定の高周波電力をシャワーヘッド３３に印加する。これにより、シャワーヘッド３３は上部電極として機能する。

シャワーヘッド３３は、多数のガス通気孔３４を有する下面の電極板３５と、該電極板
３５を着脱可能に支持する電極支持体３６とを有する。また、該電極支持体３６の内部に
バッファ室３７が設けられ、このバッファ室３７には処理ガス供給部（図示せず）からの
処理ガス導入管３８が接続されている。この処理ガス導入管３８の途中にはバルブＶ１が
配設されている。このバルブＶ１は、バッファ室３７と処理ガス供給部とを遮断すること
ができる。ここで、サセプタ１１及びシャワーヘッド３３の間の電極間距離Ｄは例えば、
２７±１ｍｍ以上に設定される。

チャンバ１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口３１を開閉するゲートバルブ３２が取り
付けられている。このプラズマ処理装置１のチャンバ１０内では、上述したように、サセプタ１１及びシャワーヘッド３３に高周波電力が印加され、該印加された高周波電力によって空間Ｓにおいて処理ガスから高密度のプラズマが発生し、イオンやラジカルが生成される。

また、プラズマ処理装置１は、その内部又は外部に配置されたＣＰＵ５３を備える。このＣＰＵ５３は、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３、ＡＰＣ１４、ＴＭＰ１５、ＤＰ１６、高周波電源１８，５２、及び直流電源２２に接続され、ユーザのコマンドや所定のプロセスレシピに応じて各構成要素の動作を制御する。

このプラズマ処理装置１では、エッチング処理の際、先ずゲートバルブ３２を開状態に
し、加工対象のウエハＷをチャンバ１０内に搬入してサセプタ１１の上に載置する。そし
て、シャワーヘッド３３より処理ガス（例えば、所定の流量比率のＣ_４Ｆ_８ガス、Ｏ₂ガス及びＡｒガスから成る混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、ＡＰＣ１４等によりチャンバ１０内の圧力を所定値にする。次に、高周波電源５２より高周波電力をシャワーヘッド３３に印加すると共に、高周波電源１８より高周波電力をサセプタ１１に印加し、さらに、直流電源２２より直流電圧を電極板２０に印加して、ウエハＷをサセプタ１１上に吸着する。そして、シャワーヘッド３３より吐出された処理ガスは上述したようにプラズマ化する。このプラズマにより生成されるラジカルやイオンは、フォーカスリング２４によってウエハＷの表面に収束され、ウエハＷの表面を物理的又は化学的にエッチングする。

エッチング処理の処理ガスとしては、上述の混合ガスに加え、弗化物、塩化物、及び臭化物をはじめとするハロゲン元素を含むガスが使用されるため、チャンバ１０内は強い腐食環境となる。この腐食環境からのチャンバ内構成部品の腐食を防ぐために、フォーカスリング２４、シャワーヘッド３３、サセプタ１１等やチャンバ１０の内壁には、例えば、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）（以下、「イットリア」という）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックが溶射される。すなわち、チャンバ１０内で用いられる全ての部品及びチャンバ１０の内壁がセラミック溶射部材に相当する。

図２は、本実施の形態に係るセラミック溶射部材の構成を概略的に示す断面図である。

図２において、セラミック溶射部材２００は、基材２１０と、溶射によって基材２１０の表面に形成される溶射被膜（表層）２２０とを備える。溶射被膜２２０は、その外表面において主としてセラミックの水酸化物から成る水和処理層２２１を有する。溶射被膜２２０は、その厚さが１０〜５００μｍであり、水和処理層２２１は、その厚さが、例えば約１００μｍである。

基板２１０としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を含む各種鋼、Ａｌ及びＡｌ合金、Ｗ及びＷ合金、Ｔｉ及びＴｉ合金、Ｍｏ及びＭｏ合金、炭素並びに酸化物系、非酸化物系セラミックス焼結体、及び炭素質材料などが好適に用いられる。

溶射被膜２２０は、周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスから成り、具体的には、周期律表第３ａ族に属する元素を含む酸化物を含む希土類金属酸化物から成るのが好ましい。また、これらの中では、イットリア、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３が好適に用いられ、特に、従来から多用されるイットリアが好適に用いられる。これにより、セラミック溶射部材２００がチャンバ１０内の強い腐食環境によって侵食されるのを抑制することができる。この溶射被膜２２０は、溶射法の他に、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の薄膜形成技術によっても形成される。

ここで、水和処理層２２１は、例えば、溶射被膜２２０を周囲の水蒸気又は高温の水と反応させ、水和反応を生じさせることにより溶射被膜２２０の外表面に形成される。上述のセラミックスのうち、イットリアを用いた場合は、以下の（１）式のような反応が起こる。

Ｙ_２Ｏ_３＋Ｈ_２Ｏ→Ｙ_２Ｏ_３・（Ｈ_２Ｏ）_ｎ→２（ＹＯＯＨ）→Ｙ（ＯＨ）_３…（１）
但し、（１）式は価数を考慮していない。

この（１）式に示すように、水和処理により、最終的にイットリウムの水酸化物が形成される。他の周期律表第３ａ族に属する元素の場合も、ほぼ同様な反応によってその水酸化物を形成する。水酸化物としては、Ｙ（ＯＨ）_３、Ｓｃ（ＯＨ）_３、Ｃｅ（ＯＨ）_３、Ｎｄ（ＯＨ）_３が好ましい。

周期律表第３ａ族に属する元素の水酸化物は極めて安定であり、化学吸着した水分の脱離を抑制し且つ外部からの水分の吸着を抑制する特性（疎水性）を示すため、水和処理により溶射被膜２２０の外表面に主として上記のような水酸化物から成る水和処理層２２１を形成させることで、セラミック溶射部材２００における水分の脱離及び外部からの水分の付着を抑制することができる。

上記のように構成されるチャンバ１０内のセラミック溶射部材は、プラズマ処理装置１によるエッチング処理が開始されてから所定の処理時間経過後のメンテナンス時に取り外される。取り外されたセラミック溶射部材は、以下のように洗浄される。

図３は、本実施の形態に係るセラミック溶射部材の洗浄方法を説明するフローチャートである。以下、イットリアから成る溶射被膜が形成されたセラミック溶射部材の洗浄方法を説明する。

図３において、先ず、セラミック溶射部材２００を常温のアセトン又はフッ素系溶剤に浸漬する（ステップＳ３１）。このとき、部材全体が溶液に完全に浸かるように浸漬させる。これにより、セラミック溶射部材２００に付着した堆積物を除去する。浸漬時間は、セラミック溶射部材２００に付着した堆積物の量や付着の程度に応じて１〜１２時間の間で最適化される。また、フッ素系溶剤としては、ＨＦＥ７１００、ＨＦＥ７１ＩＰＡ（住友３Ｍ社製）、ＧＡＬＤＥＮ ＨＴ７０（ＡＵＳＩＭＯＮＴ社製）等が好適に用いられる。尚、セラミック溶射部材２００を取り出した後、溶液中に浮遊する堆積物は全て取り除いておく。他のセラミック溶射部材２００の浸漬処理において、浮遊する堆積物が当該他のセラミック溶射部材２００に付着するのを防止するためである。

次に、エアーガンを用いてセラミック溶射部材２００の全体をエアブローし（ステップＳ３２）、セラミック溶射部材２００に付着した堆積物を除去する。エアーは、その圧力が０．２〜０．５ＭＰａであり、セラミック溶射部材２００から１０ｃｍ以上離されたエアーガンのノズルからブローされる。このエアブローは目視で除去可能な堆積物がなくなるまで行なわれる。尚、ブローに用いられる気体は窒素ガスであってもよい。

ここで、エアブローを行った後にセラミック溶射部材２００に堆積物が残留している場合は、圧力が０．４ＭＰａ以下、ドライアイスの粒径がΦ０．３〜０．６ｍｍであるＣＯ_２ブラストをセラミック溶射部材２００に吹き付けるか、又は、エアー圧力が０．２ＭＰａ以下、水圧７．０ＭＰａ以下であるバブルジェット（登録商標）をセラミック溶射部材２００に吹き付ける。ＣＯ_２ブラスト及びバブルジェット（登録商標）は、夫々、セラミック溶射部材２００から１５ｃｍ以上離されたノズルからブローされ、また、セラミック溶射部材に対して一点に集中しないように、噴射されるノズルを常時移動させて吹き付けられる。これにより、セラミック溶射部材２００の表面に付着した堆積物が除去される。

次に、純度が９９％以上であるアルコール、例えば、エタノールやイソプロピルアルコール等を小量染込ませたワイパを用いて、セラミック溶射部材の全体を覆うようにワイピングする（ステップＳ３３）。このワイピングは、ワイパに色が付かなくなるまで行なわれる。これにより、セラミック溶射部材２００の表面に付着した有機物等が除去される。

次に、周波数が２０ｋＨｚ以上で、出力が１０００〜２４００Ｗで与えられる超音波を浴槽内の純水に印加し、純水にセラミック溶射部材２００を浸漬することにより、超音波を用いてセラミック溶射部材２００を約１０分間洗浄する（ステップＳ３４）。洗浄に用いられる純水は、その体積抵抗が１５ＭΩ以上であることが好ましい。その後、セラミック溶射部材２００を浴槽から取り出し、上記と同様の純水を用いて満遍なく洗浄する。

さらに、エアーガンを用いてセラミック溶射部材２００の全体をエアブローし（ステップＳ３５）、セラミック溶射部材２００に付着した水分を除去する。エアーは、その圧力が０．２〜０．５ＭＰａであり、セラミック溶射部材２００から１０ｃｍ以上離されたエアーガンのノズルからブローされる。このエアブローは、水滴がセラミック溶射部材２００から完全に除去されるまで行なわれる。セラミック溶射部材２００に水分が残存している場合は、溶射された溶射被膜２２０が灰色になることから、溶射された被膜の色が灰色として認識されなくなるまでエアブローを行うのが好ましい。尚、ブローに用いられる気体は窒素ガスであってもよい。

次に、図４に示すように、内部空間及び内部に搬入されたセラミック溶射部材２００を加熱するヒータ６１と、内部へ水蒸気を導入する導入口６２とを備え、内部を所定の温度及び圧力に設定可能な加圧熱処理炉６０を準備して、該加圧熱処理炉６０内にセラミック溶射部材２００を搬入し、例えば、圧力が２０２．６５ｋＰａ（２．０ａｔｍ）以上、相対湿度が９０％以上の環境下において、温度が１００〜３００℃程度で１〜２４時間、セラミック溶射部材２００を加熱、すなわち、セラミック溶射部材２００を高圧、高湿度、及び高温の環境下に暴露することにより溶射被膜２２０の外表面を水和処理する（安定化ステップ）（ステップＳ３６）。これにより、溶射被膜２２０の外表面に水和処理層２２１が形成される。水和処理層２２１では、水和反応を進行させたイットリアが水分と化学結合して安定化しているため、プロセス実行中のチャンバ内温度付近における水分の脱離及び外部からの水分の付着を抑制することができる。

尚、相対湿度や熱処理温度が低い場合には、基材２１０の加熱時間を長くすればよい。効率的に水和処理を施すには、高温・高圧環境下で水和処理が施されることが要求される。但し、基本的には、イットリア表面での水和反応は、例えば、室温程度でも長時間行なえば十分に進行させることが可能であるので、上述の条件以外でも溶射被膜２２０の外表面に水和処理を施すことが可能である。

次に、例えば、圧力が１０１．３ｋＰａ（１．０ａｔｍ）の乾燥炉内において、温度が少なくとも７０℃以上、好ましくは、１００℃程度で約２時間以上、水和処理層２２１が形成されたセラミック溶射部材２００を加熱し（脱離ステップ）（ステップＳ３７）、水和処理層２２１や溶射被膜２２０に付着した水分を乾燥させる。これにより、水和処理層２２１の表面の微小な空孔（ポア）にトラップされた水分、すなわち、水和処理層２２１に物理吸着した水分を脱離させる。さらに、水との反応性の高いガスで乾燥炉内をパージして、本処理を終了する。

次に、図３の洗浄処理を施したセラミック溶射部材２００における水分子の吸着特性を説明する。

先ず、図３の表面処理を施したセラミック溶射部材２００を大気に長時間曝し、その後チャンバ１０内に搬入し、チャンバ１０内を約２時間真空引きしたときの排気中に含まれる水分子の量（以下、「水分量」という）を測定した。また、図３の洗浄処理を施したセラミック溶射部材２００を、加湿器を設置した高湿度環境（相対湿度９０％以上）に所定時間曝し、その後チャンバ１０内に搬入し、チャンバ１０内を約２時間真空引きしたときの排気中に含まれる水分量を測定した。

また、図３の洗浄処理を施さず、有機溶剤又は酸による洗浄処理のみを行ったセラミック溶射部材を大気に長時間曝し、その後チャンバ１０内に搬入し、チャンバ１０内を約２時間真空引きしたときの排気中に含まれる水分量を測定した。また、有機溶剤又は酸による洗浄処理のみを行ったセラミック溶射部材を、加湿器を設置した上記と同様の高湿度環境に所定時間曝し、その後チャンバ１０内に搬入し、常温、例えば、２０℃において、チャンバ１０内を約２時間真空引きしたときの排気中に含まれる水分量を測定した。これらの測定結果を図５に示す。

図５は、セラミック溶射部材から放出された水分量を示す図である。尚、図５における縦軸の値「１．００Ｅ＋１６」は、チャンバ１０内に何も搬入していない状態でチャンバ１０内を排気したときの排気中に含まれる水分量（／ｃｍ^２）（以下、「基準水分量」という）である。

図５に示すように、セラミック溶射部材を大気に長時間曝した場合において、図３の洗浄処理を施したときの排気中の水分量は、洗浄処理を施さないときの排気中の水分量と比較して大幅に減少し、基準水分量とほぼ同じ値を示す。したがって、大気暴露の場合において、図３の洗浄処理を施したセラミック溶射部材２００から脱離する水分子の量はほぼ０となる。同様にして、セラミック溶射部材を高湿度環境に所定時間曝した場合において、図３の洗浄処理を施したときの排気中の水分量は、洗浄処理を施さないときの排気中の水分量と比較して大幅に減少し、基準水分量とほぼ同じ値を示す。したがって、高湿度暴露の場合においても、図３の洗浄処理を施したセラミック溶射部材２００から脱離する水分子の量はほぼ０となる。この結果から、セラミック溶射部材２００に図３の洗浄処理を施すことにより、大気や高湿度環境下におけるセラミック溶射部材２００への水分子の吸着を抑制できることが分かった。

上述したように、本実施の形態によれば、溶射被膜２２０の外表面を水和処理することによりセラミック溶射部材２００の表面に化学吸着した水分を安定化し（ステップＳ３６）、セラミック溶射部材２００の水和処理層２２１に物理吸着した水分を脱離する（ステップＳ３７）ので、セラミック溶射部材２００が使用される際に、セラミック溶射部材２００の水分の脱離及び付着を確実に抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、圧力が２０２．６５ｋＰａ以上、相対湿度が９０％以上、及び温度が１００〜３００℃の環境下で水和処理が行なわれるので、セラミック溶射部材２００の表面に化学吸着した水分をより安定結合することができる。

さらに、本実施の形態によれば、セラミック溶射部材２００を加熱するので、セラミック溶射部材２００の表面に物理吸着した水分の脱離を促進することができ、セラミック溶射部材２００の水分の脱離及び付着をさらに確実に抑制することができる。

本実施の形態では、水和処理層２２１は、水和処理により形成されるが、これに限るものではなく、最終的に主としてセラミックの水酸化物から成るものであれば如何なる方法で形成されてもよい。

本実施の形態では、圧力が１０１．３ｋＰａの乾燥炉内において、温度が１００℃程度で約２時間以上、水和処理層２２１が形成されたセラミック溶射部材２００を加熱するが、これに限るものではなく、乾燥炉内が減圧されている場合は、１００℃以下の温度でもセラミック溶射部材２００を加熱することが可能である。また、圧力が１０１．３ｋＰａの環境下において乾燥炉内温度が十分に高くない場合であっても、長時間乾燥炉内で保持することによりセラミック溶射部材２００を十分に乾燥することが可能であり、これにより、水和処理層２２１に付着した水分を脱離することが可能である。

また、本実施の形態において、ステップＳ３６の水和処理の効果を高めるために、イオンを含む水、例えば、ｐＨが７より大きいイオン水を用いて水和処理を施してもよい。これにより、水和処理層２２１の疎水性を向上させることができる。

また、本実施の形態において、ステップＳ３７の加熱処理の効果を高めるために、乾燥炉内に水分との反応性が高いガスを導入してもよい。例えば、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、モノメチルトリクロロシラン、テトラクロロシランをはじめとするメチルシラン化合物や、ジクロロプロパン、ジブロモプロパン、ニトロシルクロライド、カルボニルクロライド（ホスゲン）、カルボニルフロライド、ジボラン、塩素、フッ素、チオニルブロマイド、イオドメチルプロパン、アセチルクロライド、アセトンジメチルアセタル、一酸化炭素、塩化水素、トリクロロボロンをはじめとする、水との反応性を有する酸素・ハロゲン化合物を導入してもよい。また、本質的に水との反応性の高い物質であれば、如何なるガスを乾燥炉内に導入してもよい。

また、本実施の形態では、加圧熱処理炉６０を用いてセラミック溶射部材２００の水和処理を行うが、これに限るものではなく、例えば、一般的に使用されているＨＩＰ（Hot-Isostatic-Pressing）炉を用いてもよく、また、セラミック溶射部材２００に水和処理を施すための環境を高温・高圧にできるものであれば如何なる構成の装置を用いてもよい。

本実施の形態では、ステップＳ３６の水和処理を、セラミック溶射部材２００を高圧、高湿度、及び高温の環境に暴露させることで行ったが、これに限るものではなく、セラミック溶射部材２００を沸騰した水中に浸漬することで行ってもよい。

本実施の形態では、プラズマ処理装置１によるエッチング処理が開始されてから所定の処理時間経過後のメンテナンス時に取り外されたセラミック溶射部材を洗浄するが、これに限るものではなく、プラズマ処理装置１内で使用する前にセラミック溶射部材を洗浄してもよい。

また、本実施の形態に係る洗浄方法を施されたセラミック溶射部材は、水和処理を経るため、水和処理層２２１においてセラミックの水酸化物を含む。したがって、チャンバ内の構成部品が本実施の形態に係る洗浄方法を経たものであるか否かを判断する方法としては、構成部品の表面の高分解能電子エネルギー損失分光法（High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy）による水酸基の検出方法が好ましい。また、上述したように、本実施の形態に係る洗浄方法を施されたセラミック溶射部材は、セラミックの水酸化物を含む水和処理層２２１を有することから、高分解能電子エネルギー損失分光法を用いて表層の結合状態を分析すると、表層からＨ_２Ｏ構造のＯ−Ｈ結合が検出されない。したがって、チャンバ内の構成部品の表層を分析し、該表層からＨ_２Ｏ構造のＯ−Ｈ結合が検出されない場合は、チャンバ内の構成部品が本実施の形態に係る洗浄方法を経たものであると判断することができる。

また、水和処理層２２１は疎水性を有することから、所定の樹脂をその表面に塗布した後、チャンバの構成部品を切断して樹脂の浸透度合い、例えば、断面の白色化度合いを分析することによってもチャンバ内の構成部品が本実施の形態に係る洗浄方法を経たものであるか否かを判断することができる。具体的には、断面が白色化している場合は、当該構成部品には本実施の形態に係る洗浄方法が施されていないと判断でき、断面が白色化していない場合は、当該構成部品には本実施の形態に係る洗浄方法が施されていると判断できる。本実施の形態に係る洗浄方法が施されている場合には、樹脂が、水和処理層２２１の疎水性により当該構成部品に浸透しないためである。

さらに、本実施の形態では、セラミック溶射部材２００は、プラズマ処理装置１のチャンバ１０内に用いられる部材であるが、これに限るものではなく、プラズマ処理装置以外のプロセス装置や、基板等をプロセス装置に搬送するロードロック室や大気搬送モジュール等の搬送装置内で用いられる部材であってもよい。

また、上述した実施の形態では、プラズマ処理装置１において処理される被処理体はウェハＷであったが、被処理体はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。

また、上述した本実施の形態に係るセラミック溶射部材の洗浄方法に関し、例えば、部材浸漬装置、部材にガスをブローするブロー装置、部材をワイピングするワイピング装置、加圧熱処理炉、及び乾燥炉からなるセラミック溶射部材の洗浄システムにおいて、該製造システムの各構成要素の動作を制御する制御部、例えば、該洗浄システムが備えるコンピュータが上記洗浄方法を実行してもよい。

また、本発明の目的は、前述の実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、上記洗浄システムに供給し、そのシステムのコンピュータ（またはＣＰＵ、ＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体およびプログラムは本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。或いは、上記プログラムは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより供給される。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

本発明の実施の形態に係るセラミック溶射部材が適用されるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係るセラミック溶射部材の構成を概略的に示す断面図である。 本実施の形態に係るセラミック溶射部材の洗浄方法を説明するフローチャートである。 図３におけるステップＳ３６の水和処理に用いられる加圧熱処理炉を概略的に示す断面図である。 セラミック溶射部材から放出された水分量を示す図である。

符号の説明

２００ セラミック溶射部材
２１０ 基材
２２０ 溶射被膜
２２１ 水和処理層

Claims (15)

1. 表面にセラミックが溶射されたセラミック溶射部材の洗浄方法であって、
   前記セラミック溶射部材を高圧、高湿度及び高温の環境下に暴露する水和処理によって前記セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化する安定化ステップと、
   前記セラミック溶射部材を加熱することによって前記セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分を脱離する脱離ステップと、を有することを特徴とするセラミック溶射部材の洗浄方法。
2. 前記安定化ステップは、前記セラミック溶射部材の表面に、主として前記セラミックの水酸化物から成る層を形成することを特徴とする請求項１記載のセラミック溶射部材の洗浄方法。
3. 前記安定化ステップの前に、さらに、前記セラミック溶射部材に付着した堆積物を除去する除去ステップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック溶射部材の洗浄方法。
4. 前記除去ステップは、少なくとも有機溶剤又は酸に前記セラミック溶射部材を浸漬する浸漬処理であることを特徴とする請求項３記載のセラミック溶射部材の洗浄方法。
5. 前記セラミックは希土類金属酸化物から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセラミック溶射部材の洗浄方法。
6. 前記希土類金属酸化物はイットリアから成ることを特徴とする請求項５記載のセラミック溶射部材の洗浄方法。
7. 前記セラミック溶射部材は、基板を処理する処理チャンバに用いられる部材であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセラミック溶射部材の洗浄方法。
8. 表面にセラミックが溶射されたセラミック溶射部材の洗浄方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、
   前記セラミック溶射部材を高圧、高湿度及び高温の環境下に暴露する水和処理によって前記セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化する安定化ステップと、
   前記セラミック溶射部材を加熱することによって前記セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分を脱離する脱離ステップと、を有することを特徴とするプログラム。
9. 前記安定化ステップでは、前記セラミック溶射部材の表面に、主として前記セラミックの水酸化物から成る層が形成されることを特徴とする請求項８記載のプログラム。
10. 前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、前記安定化ステップの前に、さらに、前記セラミック溶射部材に付着した堆積物を除去する除去ステップを有することを特徴とする請求項８又は９に記載のプログラム。
11. 前記除去ステップでは、少なくとも有機溶剤又は酸に前記セラミック溶射部材を浸漬する浸漬処理が実行されることを特徴とする請求項１０記載のプログラム。
12. 表面にセラミックが溶射されたセラミック溶射部材の洗浄方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した、コンピュータで読取り可能な記憶媒体であって、
    前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、
    前記セラミック溶射部材を高圧、高湿度及び高温の環境下に暴露する水和処理によって前記セラミック溶射部材の表面と水分を化学結合させて安定化する安定化ステップと、
    前記セラミック溶射部材を加熱することによって前記セラミック溶射部材の表面に物理吸着した水分を脱離する脱離ステップと、を有することを特徴とする記憶媒体。
13. 前記安定化ステップでは、前記セラミック溶射部材の表面に、主として前記セラミックの水酸化物から成る層が形成されることを特徴とする請求項１２記載の記憶媒体。
14. 前記セラミック溶射部材の洗浄方法は、前記安定化ステップの前に、さらに、前記セラミック溶射部材に付着した堆積物を除去する除去ステップを有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の記憶媒体。
15. 前記除去ステップでは、少なくとも有機溶剤又は酸に前記セラミック溶射部材を浸漬する浸漬処理が実行されることを特徴とする請求項１４記載の記憶媒体。

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