(57)【要約】【課題】母材と溶射被膜との間に金属製の中間層を設けた場合に、その中間層が高周波のパスとなることのない溶射部材、および電極、ならびにそのような電極を用いたプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】母材３１と、母材３１の下面に設けられた絶縁性セラミックスからなる溶射被膜３３と、母材３１と溶射被膜３３との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層３２とを有し、母材３１は、導電性材料からなるベース部３１ａと、下面の一部を含むように設けられた誘電体部３１ｂとを有し、中間層３２は、互いに孤立した複数の島状部位３２ａからなる。【選択図】図２
2005228973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面の一部が誘電体からなる母材と、前記母材の前記表面に形成された絶縁性セラミックスからなる溶射被膜と、前記母材と前記溶射被膜との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層とを有し、前記溶射被膜形成部位が高周波プラズマ雰囲気に曝される溶射部材であって、前記中間層は、互いに孤立した複数の島状部位からなることを特徴とする溶射部材。
【請求項２】
前記中間層の隣接する島状部位の間隔が、プラズマを生成する高周波電力のスキンデプスより小さいことを特徴とする請求項１に記載の溶射部材。
【請求項３】
母材と、前記母材の表面に設けられた絶縁性セラミックスからなる溶射被膜と、前記母材と前記溶射被膜との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層とを有し、前記母材は、導電性材料からなるベース部と、前記表面の一部を含むように設けられた誘電体部とを有し、前記溶射被膜側に高周波プラズマを形成するための電極であって、前記中間層は、互いに孤立した複数の島状部位からなることを特徴とする電極。
【請求項４】
前記中間層の隣接する島状部位の間隔が、プラズマを生成する高周波電力のスキンデプスより小さいことを特徴とする請求項３に記載の電極。
【請求項５】
前記ベース部は金属からなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電極。
【請求項６】
前記ベース部は金属−セラミックス複合材料からなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電極。
【請求項７】
前記ベース部を構成する金属−セラミックス複合材料は、多孔質セラミックスに金属を含浸させたものであることを特徴とする請求項６に記載の電極。
【請求項８】
前記ベース部と前記誘電体部とは金属ロウで接合されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電極。
【請求項９】
前記ベース部と前記誘電体部とは、前記ベース部に含浸させた金属をそれらの間に充填させることにより接合されていることを特徴とする請求項７に記載の電極。
【請求項１０】
前記母材、前記中間層、および前記溶射被膜を貫通する複数のガス吐出孔を有し、前記ガス吐出孔の周囲に誘電体からなるスリーブが設けられていることを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の電極。
【請求項１１】
被処理体が収容され、減圧下に保持されるチャンバーと、
前記チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、
前記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と
を具備し、このプラズマにより被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第１および第２の電極の少なくとも一方が、母材と、前記母材の表面に設けられた絶縁性セラミックスからなる溶射被膜と、前記母材と前記溶射被膜との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層とを有し、前記母材は、導電性材料からなるベース部と、前記表面の一部を含むように設けられた誘電体部とを有し、前記中間層は、互いに孤立した複数の島状部位からなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第１の電極および第２の電極は上下に対向し、それぞれ上部電極および下部電極として機能し、前記第２の電極に被処理体が載置され、前記プラズマ生成手段は前記第２の電極に高周波電力を印加する高周波電源を有し、前記第１の電極が、母材と、前記母材の表面に設けられた絶縁性セラミックスからなる溶射被膜と、前記母材と前記溶射被膜との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層とを有し、前記母材は、導電性材料からなるベース部と、前記表面の一部を含むように設けられた誘電体部とを有し、前記中間層は、互いに孤立した複数の島状部位からなることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記処理ガス導入手段は多数の孔からガスを吐出するシャワーヘッドを有し、前記第１の電極は、前記シャワーヘッドの下面のシャワー板として機能し、多数のガス吐出孔が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記中間層の隣接する島状部位の間隔が、プラズマを生成する高周波電力のスキンデプスより小さいことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置のチャンバー内で用いられる溶射部材、プラズマを生成するための電極、およびそのような電極を用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体および液晶デバイスなどの製造プロセスでは、プラズマを用いたプラズマ処理が多用されているが、このようなプラズマ処理においてプラズマ雰囲気に曝される電極等のチャンバー内部材としては、耐プラズマ性を持たせるために、母材表面にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やイットリア（Ｙ２Ｏ３）等の高耐食性の絶縁性セラミックスからなる溶射被膜を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなアルミナやイットリア等の溶射被膜をセラミックスや石英等の非金属母材の表面に形成しようとする場合、金属母材の場合と同様にビーズブラストやケミカルブラスト等をその表面に施すだけで溶射すると、誘電体部材は溶射膜の硬化収縮に対して柔軟性が低いために、溶射被膜のアンカー効果が低く剥がれやすいという欠点がある。これを解消するために母材と溶射被膜との間にアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の軟金属薄膜を中間層として溶射し、アンカーの仲立ちをさせる手法が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
一方、プラズマ処理には、一対の電極を上下に相対向して配置してこれらの間に高周波電界を形成する平行平板型プラズマ処理装置が多用されている。このような装置により高密度プラズマを形成するためには、印加周波数を上昇させる必要があるが、印加周波数を上昇させると電極表面の電界分布が不均一になり、これにともなってプラズマ密度が不均一となってしまう。そこで、例えば上部電極の対向表面の中央部分にセラミックス等の誘電体部材を設けることにより電界分布を均一としてプラズマ密度を均一化する手法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
このように表面に誘電体部材を有する電極母材に溶射被膜を形成する場合に、上述のような中間層（ボンドコート層）を形成する場合には、ボンドコート層は金属であるため、ボンドコート層自身が高周波電力に対して導電層になってしまい、高周波電力を通りにくくする効果を持たせているはずの誘電体部材がその機能を発揮し得ないという問題がある。
【特許文献１】特開平８−３３９８９５号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】特開平９−６９５５４号公報
【特許文献３】特開２０００−３２３４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、母材と溶射被膜との間に金属製の中間層を設けた場合に、その中間層が高周波のパスとなることのない溶射部材、および電極、ならびにそのような電極を用いたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、少なくとも表面の一部が誘電体からなる母材と、前記母材の前記表面に形成された絶縁性セラミックスからなる溶射被膜と、前記母材と前記溶射被膜との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層とを有し、前記溶射被膜形成部位が高周波プラズマ雰囲気に曝される溶射部材であって、前記中間層は、互いに孤立した複数の島状部位からなることを特徴とする溶射部材を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点では、母材と、前記母材の表面に設けられた絶縁性セラミックスからなる溶射被膜と、前記母材と前記溶射被膜との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層とを有し、前記母材は、導電性材料からなるベース部と、前記表面の一部を含むように設けられた誘電体部とを有し、前記溶射被膜側に高周波プラズマを形成するための電極であって、前記中間層は、互いに孤立した複数の島状部位からなることを特徴とする電極を提供する。
【０００９】
本発明の第３の観点では、被処理体が収容され、減圧下に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、前記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段とを具備し、このプラズマにより被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第１および第２の電極の少なくとも一方が、母材と、前記母材の表面に設けられた絶縁性セラミックスからなる溶射被膜と、前記母材と前記溶射被膜との間に設けられ、これらの間の結合力を高める金属製の中間層とを有し、前記母材は、導電性材料からなるベース部と、前記表面の一部を含むように設けられた誘電体部とを有し、前記中間層は、互いに孤立した複数の島状部位からなることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、母材と溶射被膜との間に設けられている金属製の中間層を互いに孤立した複数の島状部位からなるものとしたので、島状部位間で高周波電流を遮断することができ、溶射被膜側に高周波プラズマが作用した場合に高周波電力が中間層を流れることが防止される。したがって、導電性材料からなるベース部と、母材の表面の一部を含むように設けられた誘電体部とを有する母材の表面に金属製の中間層を介して絶縁性セラミックスからなる溶射被膜を形成した電極に適用した場合に、高周波電力が中間層を流れないので、誘電体部の機能を有効に発揮することができる。
【００１１】
本発明において、前記中間層の隣接する島状部位の間隔が、プラズマを生成する高周波電力のスキンデプスより小さいことが好ましい、これにより、中間層が確実に高周波電力を遮断することができる。
【００１２】
前記電極において、母材を構成する導電性材料からなるベース部は、金属であっても金属−セラミックス複合材料であってもよい。ベース部を金属−セラミックス複合材料で構成する場合には、金属よりも熱膨張係数が小さいので誘電体部との熱膨張差を小さくすることができ、これの間の機械的誤差を極めて小さくすることができる。また、このように両者の熱膨張差が小さいため溶射ひび等の溶射欠陥が生じ難い。さらに、このように熱膨張差による機械的誤差が小さいことから、ベース部と誘電体部とを金属ロウで接合することが可能となる。接合に金属ロウを用いることにより、ベース部と誘電体部との隙間を埋めることができ、導入ガスリークや隙間によって生じる熱抵抗を防止することができる。また、母材の全面に形成する溶射被膜に隙間が生じない。
【００１３】
母材のベース部を金属−セラミックス複合材料で構成する場合には、多孔質セラミックスに金属を含浸させたものが好適である。また、このようにベース部を金属−セラミックス複合材料で構成する場合に、ベース部と誘電体部とは、ベース部に含浸させた金属をそれらの間に充填させることにより接合するようにすることができる。これにより金属ロウでの接合により得られる効果の他、工程が簡略化されるとともに、金属ロウを用いる場合のように含浸金属として金属ロウよりも低融点のものを用いる等の制限がない。
【００１４】
また、上記電極として、前記母材、前記中間層、および前記溶射被膜を貫通する複数のガス吐出孔を有し、前記ガス吐出孔の周囲に誘電体からなるスリーブが設けられているものを用いることができる。これにより、ガス吐出孔の内壁が耐プラズマ性が低いものであってもスリーブにより保護される。
【００１５】
上記プラズマ処理装置として、前記第１の電極および第２の電極は上下に対向し、それぞれ上部電極および下部電極として機能し、前記第２の電極に被処理体が載置され、前記プラズマ生成手段は前記第２の電極に高周波電力を印加する高周波電源を有し、前記第１の電極が、上記本発明の構成を有しているものを適用することができる。
【００１６】
このようなプラズマ処理装置において、前記処理ガス導入手段は多数の孔からガスを吐出するシャワーヘッドを有し、前記第１の電極は、前記シャワーヘッドの下面のシャワー板として機能し、多数のガス吐出孔が形成されているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、中間層を構成する互いに孤立した複数の島状部位間で高周波電流を遮断することができ、溶射被膜側に高周波プラズマが作用した場合に高周波電力が中間層を流れることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電極を上部電極として適用したＲＩＥプラズマエッチング装置を示す断面図である。このエッチング装置は、気密に構成され、小径の上部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状をなし、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー（処理容器）１を有している。
【００１９】
このチャンバー１内には、被処理体としてＳｉ等で構成された半導体ウエハＷを水平に支持し、かつ下部電極として機能する支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例えばアルミニウムで構成されており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周には、例えばＳｉで形成されたフォーカスリング５が設けられている。支持台４の下方の部分は、カバー６で覆われている。なお、上記支持台４の外側にはバッフル板７が設けられており、また支持台４はカバー６を介してチャンバー１と導通している。チャンバー１は接地されている。
【００２０】
チャンバー１の天壁部分はチャンバー１内に処理ガスを導入するためのシャワーヘッド８となっており、シャワーヘッド８の下面はシャワー板として機能する上部電極９で構成されている。この上部電極９は、下部電極として機能する支持テーブル２と平行に対向して設けられており、多数のガス吐出孔１０が形成されている。すなわち、下部電極である支持テーブル２と上部電極９とは一対の平行平板電極を構成している。なお、上部電極９はチャンバー１を介して接地されている。シャワーヘッド８および上部電極９の詳細な構成については後述する。
【００２１】
チャンバー１の下部１ｂの底壁には、排気ポート１１が形成されており、この排気ポート１１には排気系１２が接続されている。そして排気系１２の真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、チャンバー１の上部１ａの側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口１３が設けられており、この搬入出口１３はゲートバルブ１４により開閉されるようになっている。
【００２２】
支持テーブル２には、第１の給電線１５が接続されており、第１の給電線１５には第１の整合器１６およびプラズマ形成用の第１の高周波電源１７が接続されている。そして、この第１の高周波電源１７から所定の周波数、例えば１００ＭＨｚの高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。
【００２３】
第１の給電線１５からは第２の給電線１８が分岐しており第２の給電線１８には第２の整合器１９および第２の高周波電源２０が接続されている。第２の高周波電源２０は第１の高周波電源１７の周波数よりも低い所定の周波数、例えば３．２ＭＨｚの高周波電力を供給しプラズマ形成用の高周波電力に重畳されるようになっている。
【００２４】
支持テーブル２の表面上には半導体ウエハＷを静電吸着して保持するための静電チャック２１が設けられている。この静電チャック２１は絶縁体２１ｂの間に電極２１ａが介在されて構成されており、電極２１ａには直流電源２２が接続されている。そして電極２１ａに直流電源２２から電圧が印加されることにより、静電力例えばクーロン力によって半導体ウエハＷが吸着される。
【００２５】
支持テーブル２の内部には、冷媒室２３が設けられており、この冷媒室２３には、冷媒が冷媒導入管２３ａを介して導入され冷媒排出管２３ｂから排出されて循環し、その冷熱が支持テーブル２を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。
【００２６】
また、チャンバー１が排気系１２により排気されて真空に保持されていても、冷媒室２３に循環される冷媒により半導体ウエハＷを有効に冷却可能なように、冷却ガスが、ガス導入機構２４によりそのガス供給ライン２５を介して静電チャック２１の表面とウエハＷの裏面との間に導入される。このように冷却ガスを導入することにより、冷媒の冷熱が半導体ウエハＷに有効に伝達され、半導体ウエハＷの冷却効率を高くすることができる。
【００２７】
上記シャワーヘッド８は、上述のようにその下面に多数のガス吐出孔１０を有するシャワー板として上部電極９が設けられており、かつその上部にガス導入部８ａを有している。そして、その内部にはガスが拡散するための空間２６が形成されている。ガス導入部８ａにはガス供給配管２７が接続されており、このガス供給配管２７の他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給系２８が接続されている。
【００２８】
処理ガスとしてはフッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）等のハロゲン元素を含有する腐食性の高いものが用いられ、このような処理ガスが、処理ガス供給系２８からガス供給配管２７、ガス導入部８ａを介してシャワーヘッド８の空間２６に至り、ガス吐出孔１０から吐出される。
【００２９】
一方、チャンバー１の上部１ａの周囲には、搬入出口１３を挟んで２つのマルチポールリング磁石２９ａ，２９ｂが配置されている。マルチポールリング磁石２９ａ，２９ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられて構成されており、隣接する複数のセグメント柱状磁石同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されている。これにより、磁力線が隣接するセグメント磁石間に形成され、上下電極の間の処理空間の周辺部のみに磁場が形成され、処理空間へプラズマを閉じこめる作用を有する。
【００３０】
次に、上部電極９の構成について詳細に説明する。
上部電極９は、図２にその断面を拡大して示すように、上部電極９は、母材３１の表面である下面に金属製の中間層であるボンドコート層３２および絶縁セラミックスからなる溶射被膜３３がその順で形成されて構成されている。
【００３１】
母材３１は、ＡｌやＳｉ等の導電性材料からなるベース部３１ａと、ベース部の中央部に嵌め込まれ、下面の中央部を含むように設けられた誘電体部３１ｂとを有する。誘電体部３１ｂは、以下に示す機能を発揮させるために設けられる。  
【００３２】
すなわち、電極の母材を導電体のみで形成した場合には、電極下面の中心位置はプラズマと接しており、ＲＦ等価回路的には開放端となっているので、プラズマへ供給される電界分布が定在波的となり、プラズマ密度の不均一を生じる。この傾向は、高密度プラズマを形成するために高周波電力の周波数が高まるほど顕著となる。これに対し、中央部に誘電体部を配置することにより、その部分において高周波電力を減衰させる効果が発揮され、電極９の下面中央部の電界強度が低下し、電極下面の電界強度が均一になってプラズマ密度を均一にすることができる。
【００３３】
このような観点から、誘電体部３１ｂとしては、比較的誘電率の高い材料、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、シリカ（ＳｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等を用いる。
【００３４】
母材３１を構成するベース部３１ａと、誘電体部３１ｂとは、例えばねじ止めにより締結される。この場合にこれらの間にシリコーンゴム等の熱伝導性シートを挟むことが好ましい。
【００３５】
溶射被膜３３は、プラズマに対する耐性が高い絶縁セラミックスで構成される必要があり、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やイットリア（Ｙ２Ｏ３）を好適なものとして挙げることができる。
【００３６】
ボンドコート層３２は、溶射被膜３３の密着性を向上させるために形成されるものであり、その材料としては、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の軟金属が好適である。このボンドコート層３２は、互いに孤立した複数の島状部位３２ａからなっている。ボンドコート層３２の形成方法は特に限定されないが、マスクを用いた溶射で形成されることが好ましい。これにより、比較的容易に互いに孤立した複数の島状部位３２ａを形成することができる。
【００３７】
ボンドコート層３２を構成する島状部位３２ａの形状は特に限定されないが、規則配列しやすい形状が好ましく、図３の（ａ）に示す円形や、図３の（ｂ）に示す正方形を好適な例として挙げることができる。
【００３８】
このように構成されるプラズマエッチング装置においては、まず、ゲートバルブ１４を開にして半導体ウエハＷを搬入出口１３からチャンバー１内に搬入し、支持テーブル２に載置した後、排気系１２の真空ポンプにより排気ポート１１を介してチャンバー１内を排気する。
【００３９】
そして処理ガス供給系２８から処理ガスが所定の流量でチャンバー１内に導入され、チャンバー１内のガス圧力を例えば１３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）にし、その状態で第１の高周波電源１７から支持テーブル２に例えば１００ＭＨｚのプラズマ形成用の高周波電力を供給する。これにより上部電極９と下部電極である支持テーブル２との間に高周波電界が形成される。また、この第１の高周波電源１７からのプラズマ形成用の高周波電力に重畳させて、第２の高周波電源２０から例えば３．２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力を供給する。この際に、半導体ウエハＷは、直流電源２２から静電チャック２１の電極２１ａに所定の電圧が印加されることにより例えばクーロン力により静電チャック２１に吸着保持される。
【００４０】
この状態で、上部電極９と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間に処理ガスの高周波プラズマが形成され、半導体ウエハＷの所定の膜がエッチングされる。
【００４１】
この際に、処理空間に形成されているプラズマからの高周波電力は、上部電極９に達し、そこからチャンバー１の壁部を経てグラウンドへ流れるが、従来は、図４に示すように、母材３１と溶射被膜３３の間に、連続したボンドコート層３２′を設けており、その場合には、ボンドコート層３２′が高周波電力のパスになってしまい、プラズマからの高周波電力がボンドコート層３２′を通ってグラウンドに流れてしまう。そのため、プラズマにとって誘電体部３１ｂはないのと同じこととなり、誘電体部３１ｂによる高周波電力を減衰させる効果が有効に発揮されない。
【００４２】
これに対し、本実施形態では、金属中間層であるボンドコート層３２が互いに孤立した複数の島状部位３２ａに分離しているので、図５に示すように、高周波電力を島状部位３２ａの間で遮断することができ、高周波電力はボンドコート層３２を流れず、母材３１を流れる。そのため、母材３１の誘電体部３１ｂによる高周波電力を減衰させる効果が有効に発揮される。
【００４３】
ボンドコート層３２を構成する島状部位３２ａの隣接するもの同士の最小の間隔（ギャップ）ａ（図２，３参照）は、適用する高周波電力の周波数におけるスキンデプスによって決定される。すなわち、高周波電力は導電体の表面部分に流れ、その部分の厚さがスキンデプスであり、隣接する島状部位３２ａの間隔（ギャップ）ａがスキンデプスを超えれば高周波電力は伝導しない。ただし、高周波電力遮断能力とボンドコート層３２の密着力とはトレードオフの関係があり、隣接する島状部位３２ａの間隔を広くしすぎると密着力が低下してしまう。なお、スキンデプスδは、δ＝（２／ωσμ）１／２（ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率）
と表すことができる。
【００４４】
また島状部位３２ａの面積が大きくなりすぎると、一つの島状部位に溜め込む電荷量が増加してしまい、予期せぬ異常放電を発生させる懸念があり、その観点からは島状部位３２ａの面積を可能な限り小さくしたほうがよいが、小さくしすぎるとボンドコート部の総面積が小さくなり密着力の低下が低下してしまうので、これらを考慮して最適な面積とする必要がある。
【００４５】
プラズマ形成用の高周波電力の周波数が１００ＭＨｚの場合を例にとると、島状部位３２ａの間隔（ギャップ）ａは、約０．１〜０．２ｍｍであることが好ましく、また、島状部位３２ａが図３の（ｂ）のように正方形の場合には、１辺の長さｂが約０．７ｍｍであることが好ましい。
【００４６】
また、図６に拡大して示すボンドコート層３２の厚さｃが厚くなると溶射被膜３３を形成した後の最終溶射面の平滑性が低下するため、平滑性を確保する観点から可能な限り薄くすることが好ましいが、薄すぎると密着性を向上させる効果が小さくなってしまう。これらの点を考慮すると、ボンドコート層３２の厚さｃは約０．０３〜０．０５ｍｍであることが好ましい。
【００４７】
次に、上部電極の構造の他の例について説明する。
上記上部電極９において、母材３１として、Ａｌ等の金属からなるベース部３１ａと、誘電体部３１ｂとを、例えば図７に示すように、これらの間に熱伝導シート３５を配置して、ねじ３４で締結したものを用いたが、この場合には以下のような問題点がある。
１．ベース部３１ａを構成する金属の熱膨張係数が誘電体部３１ｂの誘電体に比較して大きく、高温においてこれらの間の機械的誤差が生じやすい。
２．ねじで締結する場合には、破損の危険があるため、ねじに大きなトルクをかけられないため導入ガスのリークが生じやすく、また寸法誤差や取り付け誤差が発生しやすい。シリコーンゴム等の熱伝導性シートを使用して誤差を吸収することができるが、完全には吸収されず、むしろ高温での使用で経時劣化しやすい、ガス吐出孔から到達するプラズマに対する耐性が低い、熱抵抗になりやすいため、誘電体部の熱衝撃破壊を引き起こしやすく、表面温度分布性均一性も低い等の不都合が生じる。
３．ベース部３１ａと、誘電体部３１ｂとをねじ止めする場合には、両者に隙間が生じるため、溶射面にも隙間が存在し、その部分の耐プラズマ性や異常放電発生が懸念される。
【００４８】
これに対して、ここでは、図８に示すように、上部電極９の母材３１を金属−セラミックス複合材料からなるベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとで構成し、これらを金属ロウ３７で接合する。また、ガス吐出孔１０の周囲には、誘電体材料からなるスリーブ３８を設ける。そして、ボンドコート層３２および溶射被膜３３を上記例と全く同様に形成する。
【００４９】
母材３１を構成する金属−セラミックス複合材料からなるベース部３１ａ′は、金属の持つ高導電性とセラミックスが持つ低熱膨張性とを兼備したものとなり、高温になってもベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとの熱膨張差が小さく、これらの間の機械的誤差を極めて小さいものとすることができる。また、このように両者の熱膨張差が小さいため溶射ひび等の溶射欠陥が生じ難い。さらに、このように熱膨張差による機械的誤差を小さくできることから、これらの接合する際に、ねじ止めではなく金属ロウ３７での接合が可能となる。このように金属ロウ３７を用いることにより、ベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとの隙間を埋めることができ、導入ガスリークや隙間によって生じる熱抵抗を防止することができる。また、ベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂの界面に隙間が生じないため、母材の全面に形成する溶射被膜３３に隙間が生じない。さらに、金属−セラミックス複合材料は熱伝導性も高いため、上部電極９に温度不均一が生じ難い。誘電体部３１ｂとして、特にＡｌＮのような高熱伝導性のものを用いれば、母材３１全体を極めて熱伝導性がよいものとすることができ、上部電極９の温度分布を一層均一にすることができる。
【００５０】
また、ガス吐出孔１０の周囲に誘電体材料からなるスリーブ３８を設けることにより、金属ロウ３７がガス吐出孔１０に侵入するプラズマから保護され、金属ロウ３７がプラズマによって飛散してチャンバー内雰囲気が汚染されることを防止することができる。スリーブ３８の材料としては、プラズマに対する安定性が高い高純度のものが好ましく、また、金属ロウとの親和性も要求されるため、誘電体部３１ｂと同様の誘電体材料を用いることが好ましい。
【００５１】
金属−セラミックス複合材料としては、多孔質のセラミックスに金属を含浸して緻密化させたものを好適に用いることができる。多孔質のセラミックスとしては、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等を用いることができ、金属としてはＡｌやＮｉ等を用いることができる。ただし、Ａｌは融点が低いため、一般的なＡｌよりも高融点の金属ロウを使用した場合には、ロウ付け工程で溶融してしまい、適用が制限される。
【００５２】
この場合に、多孔質誘電体に金属を含浸させる工程中に同時にロウ付け接着を行うことが好ましい。これによりベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとの隙間を完全に埋めることができる。
【００５３】
以上は、金属−セラミックス複合材料からなるベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとを金属ロウ３４で接合した例を示したが、ベース部３１ａ′を多孔質セラミックスに金属を含浸させて形成する際に、含浸する金属をベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとの間に充填させて接着させることもできる。
【００５４】
この方法について図９を参照して具体的に説明する。
まず、ベース部３１ａ′の前駆体である多孔質セラミックス４１にスペーサー４２で一定間隔をあけて誘電体部３１ｂを配置する（図９の（ａ））。この際に、スリーブ３８は予め配置しておく（図９では図示せず）。次いで、溶融金属をガス圧等で加圧して多孔質セラミックス４１に含浸させる（図９の（ｂ））。溶融金属が多孔質セラミックス４１に行き渡った後も溶融金属の加圧を続け、溶融金属を溶融金属が含浸された多孔質セラミックス４１′と誘電体部３１ｂとの間に充填させ、接合層４３とする（図９の（ｃ））。その後、冷却して含浸金属からなる接合層４３でベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとからなる母材３１を得る（図９の（ｄ））。
【００５５】
このような手法を採用することにより、金属ロウを用いずに、金属含浸の際に同時にベース部３１ａ′と誘電体部３１ｂとを接合することができるので、工程が簡略化されるとともに、融点にかかわらずに含浸金属を選択することができ、金属ロウを用いる場合のような含浸金属の制限がなく、含浸金属として低融点のＡｌを無条件で適用することが可能となる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではＲＩＥプラズマエッチング装置の上部電極に本発明を適用した場合について示したが、これに限らず、平行平板型のプラズマ処理装置において、高周波プラズマからの高周波電力が供給される条件下で使用される電極であれば適用可能である。また、電極に限らず、高周波プラズマからの高周波電力が供給される条件下で使用され、高周波電力がボンドコート層として機能する金属中間層に流れることが不都合な用途の溶射部材に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、誘電体材料を用いてプラズマを調整する電極に適用可能であり、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極を上部電極として適用したＲＩＥプラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】図１の装置の上部電極を拡大して示す断面図。
【図３】図２の上部電極に用いられたボンドコート層（中間層）の島状部位の形状および配置パターンの例を示す模式図。
【図４】上部電極の母材と溶射被膜との間のボンドコート層（中間層）が連続していた場合のプラズマからの高周波電力の伝播の様子を示す模式図。
【図５】上部電極の母材と溶射被膜との間のボンドコート層（中間層）を本発明に従って互いに孤立した複数の島状部位で構成した場合のプラズマからの高周波電力の伝播の様子を示す模式図。
【図６】上部電極に用いたボンドコート層（中間層）を拡大して模式的に示す断面図。
【図７】金属製のベース部と誘電体部とを熱伝導性シートを挟んでねじ止めした構造の母材を有する上部電極を示す断面図。
【図８】金属−セラミックス複合材料からなるベース部と誘電体部とを金属ロウで接合した構造の母材を有する上部電極を示す断面図。
【図９】多孔質セラミックスに金属を含浸させてベース部を形成する際に、含浸金属でベース部と誘電体部とを接合する方法を説明するための図。
【符号の説明】
【００５９】
１；チャンバー
２；支持テーブル（下部電極，第２の電極）
８；シャワーヘッド（処理ガス導入手段）
９；上部電極（第１の電極）
１０；ガス吐出孔
１７；第１の高周波電源（プラズマ生成手段）
３１；母材
３１ａ，３１ａ′；ベース部
３１ｂ；誘電体部
３２；ボンドコート層（中間層）
３２ａ；島状部位
３３；溶射被膜
３７；金属ロウ
３８；スリーブ
４１；多孔質セラミックス
４２；スペーサー
４３；接合層
Ｗ；半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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