(57)【要約】【課題】プラズマエッチング装置において、エッチング処理室やエッチング処理室内部品を構成するアルミミニウム基材の腐食を防止し、溶射被膜の飛散による生産性の低下をなくす。【解決手段】プラズマエッチング装置において、アルミニウム合金から成るエッチング処理室及びエッチング処理室内部品と耐プラズマ性に良好なセラミックス溶射膜の間に、陽極酸化被膜を配置する。この陽極酸化被膜は５μｍ以下として耐熱性を持たせる。【選択図】図１
2007227443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを利用して処理室内で被処理物をエッチング処理するプラズマエッチング処理装置において、
プラズマが接触する処理室内壁を被覆する溶射被膜と、
前記処理室内壁の基材の粗面処理された表面と前記溶射被膜との間に形成された５μｍ以下の厚さのバリア膜とを有する、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
請求項１において、
粗面処理された前記基材の表面は５μｍ〜１０μｍの平均粗さを有する、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記バリア膜として前記基材の表面にアルマイト層が形成されている、ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記基材がステンレス鋼であり、
前記バリア膜は、めっき膜、スパッタ膜またはＣＶＤ膜のいずれかであることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記基材が、石英であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記溶射被膜の材料は、Y2O3、Gd2O3、Yb2O3、YF3のいずれか１種類もしくは２種類以上で構成されることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項７】
請求項３において、
前記バリア膜の厚さは０．１μｍ〜５μｍであり、
前記溶射被膜の材料は、Y2O3又はYF3で構成されることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項８】
プラズマを利用して処理室内で被処理物をエッチング処理するプラズマエッチング処理装置において、
前記処理室は、該処理室の側壁部を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金製の円筒チャンバー及び該円筒チャンバー内に着脱可能に保持された円筒状のアースカバーとを含み、
前記アースカバーを構成する基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、
該アースカバーは、粗面処理された前記基材表面に形成された厚さ５μｍ以下のアルマイト層と、該アルマイト層上に形成された耐プラズマ性部材からなる溶射被膜とを備え、
前記アースカバーは前記円筒チャンバー内に着脱可能に保持されており、
前記アースカバーと前記円筒チャンバーの間隙に温調用のガスを供給する手段を備えている、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記アースカバーは前記基材の全表面にアルマイト層が形成されており、
前記アースカバーの前記処理室内で前記プラズマに面する領域に、厚さ０．１μｍ〜５μｍの前記アルマイト層と、前記耐プラズマ性部材からなる前記溶射被膜が形成されている、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
プラズマを利用して処理室内で被処理物をエッチング処理するプラズマエッチング処理装置における処理室の内壁を形成するプラズマ処理室内壁の形成方法であって、
前記処理室内壁の基材表面を粗面化処理し、
粗面化された前記処理室内壁の基材表面に厚さ５μｍ以下のバリア膜を形成し、
前記バリア膜上に耐プラズマ性の溶射被膜を形成する、
ことを特徴とするプラズマ処理室内壁の形成方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記基材の表面をブラスト処理もしくは研削処理で５μｍ〜１０μｍの平均粗さに粗面化した後、
前記基材の表面に、めっき，陽極酸化，ＣＶＤ，またはＰＶＤのいずれかの方法により前記バリア膜を形成する
ことを特徴とするプラズマ処理室内壁の形成方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、
前記バリア膜として０．１μm〜５μｍの陽極酸化膜を形成し、
Y2O3、Gd2O3、Yb2O3、YF3のいずれか１種類もしくは２種類以上で構成される材料により前記溶射被膜を形成する、ことを特徴とするプラズマ処理室内壁の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマエッチング装置及びプラズマ処理室内壁の形成方法に係り、特に、処理ガスとしてハロゲン系のガスを使用するプラズマエッチング装置及びプラズマ処理室内壁の形成方法に関する。
【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、処理容器内でＢＦ３やＮＦ３のようなふっ化物、ＢＣｌ３やＳｎＣｌ４などの塩化物、ＨＢｒの如き臭化物、Ｃｌ２をはじめとする処理ガスを使用する場合がある。この場合、処理容器内部材が著しく腐食損耗するという問題があった。
【０００３】
例えば、半導体製造装置のプラズマ処理容器内に使われている材料としては、ＡｌおよびＡｌ合金などの金属材料、その表面を被覆したＡｌの陽極酸化膜、あるいはボロンカーバイドなどの溶射被膜、Ａｌ２Ｏ３や Ｓｉ３Ｎ４などの焼結体被膜、さらにはふっ素樹脂やエポキシ樹脂などの高分子被膜が知られている。これらの材料は、腐食性の強いハロゲンイオンに接すると、化学的損傷を受けたり、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などの微粒子、およびプラズマによって励起されたイオンによってエロージョン損傷を受けることが知られている。
【０００４】
特に、ハロゲン化合物を用いるエッチングプロセスでは、反応により一層の活性化を図るため、しばしばプラズマが用いられる。しかし、このようなプラズマ使用環境下では、ハロゲン化合物は解離して非常に腐食性の強い原子状のＦ、Ｃｌ、Ｂｒなどを発生する。また、ハロゲン化合物と同時に、その環境中にＳｉＯ２や Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ、Ｗなどの微粉末状固形物が存在すると、プラズマ処理容器及び処理容器内に用いられている部品を構成する部材が化学的腐食とともに、微粒子によるエロージョン損傷を受け、いわゆるエロージョン・コロージョン作用を強く受けることになる。
【０００５】
しかも、エッチング処理室内でプラズマが励起された環境下では、Ａｒガスのように腐食性のない不活性気体でもイオン化し、これが固体面に強く衝突する現象 (イオンボンバードメント) が発生するので、上記プラズマ処理容器内に配設されている各種部材は、より一層強い損傷を受けることも知られている。
【０００６】
従来のプラズマエッチング装置において、耐プラズマ性を向上させるために、特許文献１に記載のように、プラズマ処理容器内部材を、５％〜１０％の気孔率を有するＹ２Ｏ３の溶射膜で被覆することが知られている。
【０００７】
また、特許文献２には、耐プラズマ性部材の製造方法として、アルミニウムからなる基材表面にバリア膜としてのアルマイト層を形成し、その上に爆発溶射法によりYAG膜を形成するものが開示されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、アルミナ基材上にＹ２Ｏ３やYAGを溶射した耐プラズマ部材であって、アルミナ基材の溶射を施す部分の表面の平均粗さＲａを５μｍ以上１５μｍ以下としたものが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１６４３５４号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６０４３号公報
【特許文献３】特開２００５−２２５７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の方法によれば、プラズマに接触する処理容器表面はＹ２Ｏ３の溶射膜で被覆されているため、プラズマによる損傷も低減することが期待される。また、この方法によれば、溶射膜と基材の間を、基材表面を被覆する、Niおよびその合金、Wおよびその合金、Moおよびその合金、Tiおよびその合金から成る５０〜５００μｍの厚さのアンダーコートで覆っている。しかし、溶射被膜で表面を被覆する基材表面の粗さに関しては十分な考慮がなされていない。実際に、基材表面をブラスト処理等で荒らした後に５０〜５００μｍの金属膜を被覆した場合、最表面の粗さは当初目的としたものより小さい値になってしまう。また、溶射処理を行う基材表面を金属被膜で被覆した後にブラスト等の処理を行うと、金属被膜が剥離するため耐食性の確保することが困難である。
【００１１】
また、これらの実施例では、エッチング処理室内壁の表面処理としてＹ２Ｏ３等の溶射膜を、耐プラズマ材料としてプラズマに接触させることで、溶射膜表面の削れ等には対応することができる。しかし、溶射膜で被覆している基材の腐食に関しては考慮されていない。特に、ハロゲン系のガスを用いるエッチングプロセスでは、溶射膜中にハロゲン系のガスが蓄積される。表面を溶射膜処理した部品を長期間使用する場合や、純水もしくはアルコール、溶剤で洗浄することにより、溶射膜中に蓄積されたハロゲン系のガスが基材に達し、基材が腐食することがある。これにより、基材をプラズマから保護するためのＹ２Ｏ３溶射膜が剥離してしまう。
【００１２】
このように、上記特許文献１に記載の従来技術は、表面を溶射処理したエッチング処理室内壁やエッチング処理室内部品と、エッチングプロセスで使用するハロゲン系ガスとの反応に関して、十分な配慮がなされていなかった。
【００１３】
特に、エッチング処理室内壁等の基材にアルミニウムもしくはアルミニウム合金を用いる場合、Ｃｌ等のハロゲン系のガスは、Ｙ２Ｏ３等の金属酸化膜から成る溶射被膜内を拡散して進行し、エッチング処理室内壁等の基材に到達する。エッチング処理室内壁等の基材がアルミニウムもしくはアルミニウム合金である場合、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とＣｌ等のハロゲン系のガスが反応してＡｌ−Ｃｌ等の化合物を作る。このＡｌ―Ｃｌ化合物は昇華して再びエッチング処理室内に飛散する場合と、基材表面に留まるものがある。Ａｌ−Ｃｌ化合物は、Ｙ２Ｏ３等の金属酸化膜から成る溶射膜と、溶射膜で被覆している基材との境界面に堆積するため、腐食が進行し、基材の腐食と共に溶射膜が剥離してしまうことがある。その結果、エッチング処理室内壁の溶射膜が剥離した部分の基材が、エッチングプロセスで使用するガスにより腐食し、多量の異物を発生することになる。さらに、発生した異物はエッチングプロセス中に半導体素子用のウエハ表面にも堆積し、エッチングにより製作する半導体デバイス等の配線不良の原因となる。
【００１４】
次に、特許文献２では、アルマイト被膜の厚さを、20μｍ-30μｍとする例が挙げられている。しかし、アルミニウム基材上にこのような厚いアルマイト被膜を形成すれば、その被膜表面にクラックが発生する可能性が大きい。これにより、溶射被膜の気孔を介して進入する腐食性ガスや生成物によりアルマイト被膜ひいては下方のアルミニウム基材が損傷してしまうという問題が生じる。
【００１５】
また、特許文献３では、アルミナ基材（セラミックス）の表面を、直接あるいは予めサンドブラスト等で処理した後にケミカルエッチングすることにより、前記表面粗さを形成している。しかし、特許文献３の構成も、前記特許文献１に記載の例と同様に、Ｙ２Ｏ３やＹＡＧなどの溶射被膜から進入する腐食性ガスや生成物による下層の損傷は、避けられない。
【００１６】
本発明の目的は、エッチング処理室内壁等の基材の腐食を抑制することで、溶射膜の剥離を低減すると共に、溶射被膜に起因する異物量の低減を行う事のできるプラズマエッチング装置及びプラズマ処理室内壁の形成方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、エッチングプロセスで使用するハロゲン系のガスによるエッチング処理室内壁等の腐食を低減したプラズマエッチング装置及びプラズマ処理室内壁の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１９】
プラズマを利用して処理室内で被処理物をエッチング処理するプラズマエッチング処理装置において、プラズマが接触する処理室内壁を被覆する溶射被膜と、前記処理室内壁の基材の粗面処理された表面と前記溶射被膜との間に形成された５μｍ以下の厚さのバリア膜とを有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【００２０】
本発明では、エッチング処理室内壁部材の表面に、溶射膜のアンカー効果を持たせるためのブラスト処理等の粗面処理を施した後に、陽極酸化膜処理等により５μｍ以下の薄いバリア膜を配置し、この薄膜上に耐プラズマ性の高いセラミックス等の溶射膜を付ける事で達成される。
【００２１】
前記バリア膜、例えば陽極酸化被膜を薄くすることで、このバリア膜の上に溶射膜を付けても、溶射膜には十分なアンカー効果が得られ、溶射膜が剥離することはない。また、バリア膜を薄くすることで耐熱性も確保され、バリア膜の上に溶射膜を付けても、バリア膜にクラックが発生することはない。その結果、ハロゲン系のプロセスガスが、溶射膜中を拡散によって進行しても、エッチング処理室内壁部材の基材と溶射膜の間に配置したバリア膜により、基材に到達するのを阻止する。
【００２２】
この腐食防止のバリア膜は、基材がアルミニウムもしくはアルミニウム合金の場合は、陽極酸化膜、めっき膜、スパッタ膜及びＣＶＤ膜のいずれかが考えられる。基材がステンレス鋼の場合は、めっき膜、スパッタ膜及びＣＶＤ膜のいずれかが考えられる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、エッチング処理室内壁部材を被覆した溶射膜が、腐食によって基材から剥離するということはなくなり、溶射膜の剥離を防止するという目的は達成される。すなわち、溶射膜のクラック発生を抑止することが可能となり、溶射膜が飛散して異物になることがない。その結果、プラズマによるエッチング処理室内壁部材の損傷も少なく、エッチング等の処理を行うウエハ上への異物の飛散もなくなるため、欠陥の少ないデバイスの生産性を効率よく行う事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、エッチング処理装置において、プラズマに面するエッチング処理室内壁及び／またはエッチング処理室内部品（以下、単にエッチング処理室内壁または処理室内壁）の表面を被覆する溶射膜の剥離防止に関するものである。
【００２５】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図７により説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るエッチング処理装置の断面図である。図１に示すエッチング処理装置は、真空容器内に設けられたハウジング１０５ａ〜１０５ｃで構成される処理室１００と、電磁波を放射するアンテナ１０１と、処理室１００内において半導体ウエハＷなどの被処理体を載置する保持ステージ１３０を備えている。保持ステージ１３０は、静電吸着電極とも呼ばれている。アンテナ１０１は、真空容器の一部を構成するハウジング１０５ｂに保持され、一端が石英板１１４ａに接続されている。アンテナ１０１の石英板１１４ａは上部電極を構成し、下部電極を構成する保持ステージとは平行して対向する形で設置される。処理室１００の周囲には、たとえば電磁コイルとヨークよりなる磁場形成手段１０２が設置されている。処理室１００は真空排気系１０３により、例えば１００００分の１Ｐａの圧力の真空を達成できる真空容器である。被処理体のエッチングもしくは成膜等の処理を行なう処理ガスは、図示しないガス供給手段から所定の流量と混合比をもって供給されシャワープレート１１４ｂを介して処理室１００内に導入され、ハウジング１０５ｃに接続された真空排気系１０３と排気調整手段１０４により処理室１００内の処理圧力が制御される。一般に、エッチング処理装置では、エッチング中の処理圧力を０．１Ｐａから１０Ｐａ以下の範囲に調整して使用することが多い。
【００２６】
アンテナ１０１の他端には、マッチング回路１２２を介して、アンテナ電源１２１が接続される。アンテナ電源１２１は、３００ＭＨｚから１ＧＨｚのＵＨＦ帯周波数の電力を供給するもので、本実施例ではアンテナ電源１２１の周波数を４５０ＭＨｚとしている。保持ステージ１３０には、静電吸着用の高電圧電源１０６と、たとえば２００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの範囲のバイアス電力を供給するバイアス電源１０７が、マッチング回路１０８を介して、それぞれ接続される。また、保持ステージ１３０には、温度制御用の温調ユニット１０９ａや伝熱ガス供給ユニット１０９ｂが接続される。なお、本実施例では、バイアス電源１０７の周波数を２ＭＨｚとしている。
【００２７】
このようなエッチング処理装置では、アンテナ１０１を介して供給される高周波の電界と磁場コイルによって形成される磁界との相互作用によって、処理室１００内に導入されたエッチングガスが効率良くプラズマ化（１３６）される。また、エッチング処理に際しては、ウエハＷに入射するプラズマ中のイオンの入射エネルギーを、保持ステージ１３０に印加した高周波バイアスによって制御することにより、所望のエッチング形状を得ることが出来るものである。
【００２８】
本実施例では、エッチング処理室１００の内部の壁部材であってシャワープレート１１４ｂ以外の部分、すなわちエッチング処理室１００のハウジング１０５ａ内に着脱自在に保持される円筒の壁や、ハウジング１０５ｃ、保持ステージ１３０の下部周囲のカバー１３１その他エッチング処理室内に位置しプラズマに曝される部品の表面の壁を、以下、単にエッチング処理室内壁と称する。
【００２９】
次に、この処理室１００のエッチング処理室内壁の構成について詳細に記述する。図２に、本発明に係わるエッチング処理装置の処理室１００の断面を詳細に示す。処理室１００は、主に、アルミニウム合金製の内径６００ｍｍの円筒状のチャンバー１０５ａと、この円筒チャンバー１０５ａ内に着脱可能に保持され、ボルト１４２で円筒チャンバー１０５ａに締結された円筒状のアースカバー１４３と、厚さ２５ｍｍの石英製の円板からなる石英板１１４ａ及び石英板１１４ａ直下に位置する円板状のシャワープレート１１４ｂから構成される。
【００３０】
図４に示すように、アースカバー１４３の基材１４３０表面には、プラズマと接触する面に厚さ０．０１ｍｍ以上で、純度９９．９パーセントのＹ２Ｏ３を溶射して溶射膜１４３２が形成され、基材１４３０全体の表面に、陽極酸化被膜１４３１が形成されている。この表面の陽極酸化被膜１４３１は、基材１４３０全体の表面を陽極酸化処理し、予め定めた厚さまで膜を形成して得られたものである。また、溶射膜１４３２以外のその他の部分は、陽極酸化被膜１４３１の処理された面がアースカバー１４３の表面となっている。溶射被膜の材料としてはＹ２Ｏ３に限られたものではなく、ＹＦ３やＹｂ２Ｏ３等の耐プラズマ性に優れたセラミックス材料を選定すれば良い。
【００３１】
図２に戻って、アースカバー１４３とチャンバー１０５ａは、Ｏリング１４５ａ、１４５ｂでシールされ、それらの間の間隙１４１には温調装置１４６によりヘリウムガスが供給される（圧力：１０００Ｐａ程度）。チャンバー１０５ａの外周面には温調用のヒータ１４７が設置され、かつチャンバー１０５ａの下部には温調用の冷媒が循環する流路１４８が形成されている。ヒータ１４７及び流路１４８を循環する冷媒も温調装置１４６により制御される。なお、ボルト１４２で締結されたチャンバー１０５ａとアースカバー１４３の間隙１４１に熱伝導性に優れた部材（たとえば、窒化アルミニウム）を挟み込んでも良い。このような形状の処理室では、アースカバー１４３がチャンバー１０５ａと別部材になっているので、アースカバー１４３を簡単に交換することが可能であり、クリーニング及びメンテナンスを行う事も容易である。
【００３２】
後で詳細に述べるように、本実施例では、アースカバー１４３、下部ハウジング１０５ｃ及び保持ステージ１３０の下部周囲のステージカバー１３１は、いずれもエッチング処理室内壁として、アルミニウムの基材表面にバリア膜が形成され、その上にＹＦ３やＹｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３等の耐プラズマ性に優れたセラミックス材料からなる溶射膜が形成されている。
【００３３】
本実施例に示したエッチング処理装置では、電磁コイルとヨークよりなる磁場形成手段１０２により、図２中に示すような磁力線１３５が形成される。そのため、アンテナより印加された高周波と電磁コイルとヨークよりなる磁力線１３５により、シャワープレート１１４ｂの直下には密度の高いプラズマ１３６が生成される。さらに、生成されたプラズマは磁力線１３５によって拘束されるので、磁力線１３５の延長上にあるアースカバー１４３表面のプラズマの密度も高くなる。このとき、エッチング処理装置では、バイアス電力を供給するバイアス電源、保持ステージ１３０、プラズマ１３６、アースカバー１４３表面との間で電気回路が形成される。この回路では、プラズマ密度の高いアースカバー表面が接地面になる。接地面であるアースカバー１４３の表面では、プラズマ中の電子が高速で移動するので、取り残されたイオンにより電場、すなわち、イオンシースが安定して生じる。したがって、アースカバー１４３では、イオンシース（電場）によりプラズマ中のイオンが入射するので加熱される。そのため、アースカバー１４３の表面に形成した被膜が加熱される。アースカバー１４３では、アルミニウム基材とアルミニウム基材上を被覆した溶射膜の膨張率の違いにより、溶射膜が剥離することによる異物の発生が懸念される。
【００３４】
また、アースカバー１４３の表面を被覆した溶射膜は、溶射材料で完全に充填することが困難であり、溶射膜中に一定の気孔を保有している。溶射膜中の気孔には、エッチングプロセスで使用するハロゲン系のプロセスガスが容易に浸入する。溶射膜中に浸入したプロセスガスは、溶射膜中の気孔を拡散によって進行して基材に達するため、プラズマに接触する表面を溶射膜で被覆した、アルミニウム合金からなるエッチング処理室及びエッチング処理室内部品は、溶射被膜とアルミニウム基材の間で腐食することがある。
【００３５】
ところで、エッチング処理装置では、エッチング特性を安定するために処理室内の壁面の温度変化を小さくすることが重要である。図３にウエハ処理枚数と、エッチング形状の寸法及びアースカバー表面の温度の関係を示す。同図に示すエッチング形状とはエッチング部の溝間隔の寸法を示したものである。同図より、エッチング処理枚数の増加に伴って寸法が安定することがわかる。一方、アースカバー表面の温度は処理枚数の増加に伴って高くなることがわかる。このようにエッチング形状の寸法が変化する理由は、主にアースカバーの表面から放出するアウトガス（水分等）やアースカバー表面でのラジカル等の反応が、アースカバーの温度により異なるためである。したがって、エッチング処理装置ではアースカバー壁面の温度を一定に保つことが極めて重要である。これまでの検討によれば、水分等の放出などを考慮して、アースカバー表面の温度は１００℃以上にすることが好ましい結果が得られている。
【００３６】
以上のような本実施例のエッチング処理装置では、エッチング等の処理を行う前のアースカバー１４３は、ヒータ１４７により所定の温度に制御され、エッチング等の処理中ではプラズマからの入熱と冷媒によって所定の温度に制御される。このような温度調整機構は、本方法に限られたものではなく、たとえば、図４に示すように、アースカバー内に冷媒流路を設けて、冷媒を流入し所定の温度に管理しても良い。なお、アンテナ電源：１０００Ｗ程度、バイアス電源５００Ｗの時、冷媒の温度を８０℃程度に設定すると、アースカバーの温度は１２０℃程度に保つことができることを確認している。また、ガス（たとえば、空気や窒素）を流入する場合は、エージング処理でアースカバーを所定の温度まで昇温し、所定の温度になった後、ガスを流入すれば良い。
【００３７】
エッチング処理装置では、処理室を構成する部材としてアルミニウム合金、そのプラズマと接触する表面には陽極酸化処理（アルミアルマイト、Ａｌ2Ｏ3）を施すことが一般的である。また、より一層の耐プラズマ性が要求される場合は、陽極酸化被膜処理のみならず、耐プラズマ性に優れたセラミックス等の溶射膜を、プラズマ処理室表面に形成させるのが一般的である。プラズマ処理室表面に形成させる溶射被膜は、半溶融の粒子を被溶射部材表面に高速で付着・積層させるので層状となり、その被膜内部及び被膜と基材の境界（空洞）に水分が吸着しないように、空洞を埋める処理（封孔処理）を施す。エッチング処理装置では、このような被膜を形成して、長期安定性を確保しているが、このような被膜にクラックが生じるとプラズマ特性が変化し、エッチング形状にバラツキが生じる。さらに、エッチング特性のみならず、クラック先端の基材（アルミニウム合金）が、プラズマ中のプロセスガスに接触して反応した場合、異物の発生源となる。また、ハロゲン系のプロセスガスは、エッチングプロセス中に溶射膜中を拡散により進行しアルミニウム基材に達する。これにより、アルミニウム基材が腐食し溶射膜にクラックが発生してしまうこともある。さらに、アルミニウム基材が腐食した状態でエッチング処理室を大気開放すると、腐食したアルミニウムのハロゲン化合物が大気中の水分を吸収することで体積膨張し、アルミニウム基材を被覆した溶射膜を剥離してしまうこともある。従って、エッチング処理装置の異物量を低減するためには、溶射被膜のクラック発生を抑制することが重要であり、溶射膜中を拡散によって進行するハロゲン系のプロセスガスを、基材であるアルミニウム合金に接触させないように、陽極酸化膜を配置することが重要である。
【００３８】
この模式図を図４に示し、局部的に拡大して図５に示す。このアルミニウム基材と溶射膜の間に配置した陽極酸化膜にクラック等が発生すれば、アルミニウム基材が腐食するため、陽極酸化被膜にクラックを発生させないことが重要である。
【００３９】
ステージカバーや下部ハウジングについても同様な課題がある。以下、アースカバーを例に、本発明による上記課題の解決について説明する。
【００４０】
図５に示すように、処理室の内壁部材を構成するアルミニウム基材１４３０の表面が５μｍ〜１０μｍの平均粗さである。そして、この基材表面に形成された平均粗さ０．１μｍ以上で５μｍ以下の陽極酸化膜すなわちアルマイトからなるバリア膜１４３１と、このバリア膜上に形成された耐プラズマ性部材としてのセラミック溶射被膜１４３２とを備え、この溶射被膜をプラズマが接触する内壁部材の表面としている。
【００４１】
図６を用いて、溶射により表面に被膜が形成された部材の表面の構造を説明する。図６は、表面に被膜が形成された部材の表面の構造の概略を模式的に示す断面図である。この図において、部材表面６００は、その母材６０１であるアルミニウム等の導電性を有する材料の合金からなる部材に溶射による被膜が形成された表面であり、その母材６０１の表面は、適切な粗さを有している。このような表面の粗さは、溶射により吹き付けられた被膜の材料の溶射粒子との間の結合を大きくするために形成されている。このような粗さの値の範囲は、平均粗さＲａ＝５μｍ〜１０μｍが一般的である。
【００４２】
図６に示すように、溶射により形成される溶射被膜６０４は、平たく潰れた複数の溶射粒子６０２が相互に位置をずらしながら重なることによって形成されている。これら複数の溶射粒子６０２の間には、気孔６０３や酸化物等の介在物６０５が存在している。気孔６０３はその内側に処理ガスに含まれた腐食性ガスやプラズマで励起された反応性物質の粒子が入り込んで、溶射被膜６０２の腐食や化合して劣化を生起させる原因となるものである。一方、上記母材６０１の表面の粗さによる凹凸が表面に存在することで、凹部に溶射粒子６０２が入り込んだり凸部先端が溶射粒子６０２にめり込んだりして、溶射粒子６０２と母材６０１の表面とが機械的に係合する構成となっている。
【００４３】
一般的に、溶射被膜６０４の母材６０１への付着は、母材６０１表面の凹凸と溶射粒子６０２との間の機械的結合（アンカー効果）、冶金的結合、ファンデル・ワールス力のような分子間引力による物理的結合等との複合的作用によると考えられる。本実施例に示すように母材６０１がアルミニウム合金でありかつ溶射される材料がセラミクス材である場合には、母材６０１と溶射材料による溶射粒子６０２との間の結合は、主にアンカー効果によるものと予想される。
【００４４】
前記の通り、溶射被膜６０４内の気孔６０３や溶射粒子６０２同士の境界に大きな腐食性粒子や反応性粒子が入り込むと、溶射被膜６０４の劣化が進行し母材６０１が腐食したり劣化したりすることになる。これを抑制するために、アルミミニウム合金による母材６０１表面と溶射被膜６０４との間に別の部材の被膜を配置する場合に、この別の部材の被膜の表面が、溶射被膜との機械的結合であるアンカー効果を損なわないような凹凸を備えている必要がある。アンカー効果が損なわれると、例え表面を別部材で被覆しても溶射被膜６０４が剥がれたり損傷したりして、却って大きな領域の表面が腐食性の粒子にさらされてしまう。
【００４５】
本実施例では、アースカバーを構成する基材の表面に薄い陽極酸化膜からなるバリア膜、例えば母材がアルミミニウム合金の場合にはアルマイトの膜を形成し、その表面に溶射被膜を形成することで、上記アンカー効果を確保できるようにしている。ただし、母材６０１表面の被膜を陽極酸化で形成する場合には、母材６０１表面粗さそのままの凸部では被膜厚さが小さくなり、凹部では厚くなる傾向がある。発明者らは、このため陽極酸化被膜の厚さが厚くなると、凹凸の大きさ、表面粗さの大きさが低下してしまうという知見を得た。発明者らは、さらに、このような陽極酸化被膜を形成し、かつ、アンカー効果を必要以上に低減しない陽極酸化膜の厚さは、５μｍ以下であり０．１μm以上であることが必要であるという知見を得た。本発明に係る上記実施例は、このような知見に基づいて想起されたものである。
【００４６】
すなわち、アルミニウム合金にセラミックスを溶射する場合、母材の表面をブラスト等で荒らすが、通常、その粗さはRa：５〜１０と考えられる。しかし、本発明のように、アルミニウム母材の表面をこの粗さで処理し、更に表面にアルミニウム合金の防食効果を持たせるために陽極酸化被膜処理する場合、上に付く膜は元の凸部では薄くなり、元の凹部では厚くなってしまう。従って、粗さRa：５〜１０を維持するために、陽極酸化被膜の厚さを０．１μm〜５．０μmとする必要がある。
【００４７】
このように、本実施例は、エッチング処理室内壁の基材例えばアースカバーと、溶射膜との間に、バリア膜として薄い腐食防止層を配置したものである。これにより、エッチングプロセスで使用するハロゲン系のプロセスガスが、エッチング処理室内壁の表面を被覆した溶射膜中を、拡散により進行してもバリア膜でガスの進行が停止し、エッチング処理室内壁に到達することを抑止できる。
【００４８】
特に、エッチング処理室内壁のアルミニウム基材と、プラズマに接触する溶射膜との間に配置するバリア膜を５μｍ以下の陽極酸化膜としたことで、エッチング処理室内壁を溶射処理する際に、熱衝撃或いはセラミックス粒子の衝撃によってバリア膜にクラックは発生することがなく、バリア膜の剥離も起こらない。陽極酸化被膜は２５０℃以上に加熱してもクラックが発生することがない。また、バリア膜はエッチング処理室内壁をブラスト処理、研削処理もしくは研磨処理等で粗面化処理した後に成膜しているが、０．１μm〜５μｍと薄いため、粗面化処理した表面状態を再現することが可能であり、溶射膜のエッチング処理室内壁に対する密着強度も高い。
【００４９】
従って、ハロゲン系のプロセスガスを使用するプラズマエッチング装置のエッチング処理室内壁の溶射膜は、ハロゲン系のプロセスガスが溶射膜の気孔から浸入して基材が腐食することにより剥離することはない。その結果、エッチング処理室内の溶射膜起因の異物や、基材起因の異物は発生しなくなる。
【００５０】
これによって、エッチング処理するウエハ上の異物及び汚染量を低減することが可能となり、エッチング処理したウエハの不良率を低減することができる。
【００５１】
このように、エッチング処理室内壁のアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる基材と、プラズマに接触する溶射膜の間にバリア膜を配置することにより、エッチング装置自体の生産性を向上させることが可能となる。
【００５２】
なお、アースカバー内の冷媒流路に冷媒を流し、アースカバーの温度を例えば１２０℃程度の所定温度に保つように制御することで、エッチング処理室内壁及びエッチング処理室内部品に加えられる熱応力で溶射膜が剥離する可能性を、より一層少なくすることができる。
【００５３】
次に、これら被膜のクラック発生について説明する。本実施例では、アルミニウム基材上に成膜した一般的な厚さ５〜５０μｍの数種類（Ａ〜Ｅ）のアルマイト（硫酸、蓚酸）の耐熱温度について評価した。実験は、２０ｍｍ×２０ｍｍ（厚さ５ｍｍ）のアルミニウム試料の表面に前記被膜を施し、その後、高精度に温度調整が出来るホットプレート上で加熱しながら、試料表面のクラックの発生を、顕微鏡を用いて調べた。その結果を図７に示す。同図に示すように、陽極酸化被膜の種類に関係なく、５μｍ以下の膜厚とした場合、アルミニウム基材を２５０℃以上の高温に加熱しても陽極酸化被膜にはクラックが発生していない。このように、陽極酸化被膜の膜厚を５μｍ以下として、その上に耐プラズマ性に優れるセラミック被膜を溶射することで、プラズマ処理室及び処理室内部品の表面を被覆する溶射被膜にクラックが発生することはない。また、溶射被膜とアルミニウム基材の間に、クラックのない陽極酸化被膜を配置しているので、溶射膜中を拡散により進行するプロセスガスがアルミニウム等から成る基材に接触することを阻止することが可能となり、エッチング特性等安定性の高いプラズマ装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例であるプラズマエッチング装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施例であるプラズマエッチング装置のエッチング処理室１００の断面図である。
【図３】ウエハ処理枚数とエッチング形状の寸法、アースカバーの温度との関係を説明した図である。
【図４】本発明の一実施例に係るアースカバーの断面図である。
【図５】本発明の一実施例に係るアースカバーの断面図を拡大したものである。
【図６】表面に被膜が形成された部材の表面の構造の概略を模式的に示す断面図である。
【図７】陽極酸化被膜のクラック発生温度の評価結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…チャンバー、２…ボルト、３…アースカバー、４ａ…石英板、４ｂ…シャワープレート、５ａ、５ｂ…Ｏリング、６…ヘリウムガス、７…ヒータ、８…流路、１００…処理室、１０１…アンテナ、１０２…磁場形成手段、Ｗ…半導体ウエハ、１０３…真空排気系、１０４…排気調整手段、１０５ａ〜１０５ｃ…ハウジング、１０６…高電圧電源、１０７…バイアス電源、１０８…マッチング回路、１０９ａ…温調ユニット、１２１…アンテナ電源、１２２…マッチング回路、１３０…保持ステージ、１３１…保持ステージカバー、１４３…アースカバー、１４３０…基材表面、１４３１…陽極酸化被膜、１４３２…溶射膜。
【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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