JP4856978B2

JP4856978B2 - Plasma etching apparatus and method for forming inner wall of processing chamber

Info

Publication number: JP4856978B2
Application number: JP2006043813A
Authority: JP
Inventors: 宗雄古瀬; 匡規角谷; 勝次亦野; 忠義川口; 雅嗣荒井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2007227443A

Description

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。 The present invention relates to a plasma etching apparatus and a plasma processing chamber inner wall forming method, and more particularly to a plasma etching apparatus and a plasma processing chamber inner wall forming method using a halogen-based gas as a processing gas.

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。 In manufacturing processes of semiconductors and liquid crystal devices, processing gases such as fluorides such as BF3 and NF3, chlorides such as BCl3 and SnCl4, bromides such as HBr, and Cl2 may be used in the processing container. In this case, there was a problem that the processing container inner member was significantly corroded.

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。 For example, materials used in plasma processing containers of semiconductor manufacturing equipment include metal materials such as Al and Al alloys, an anodic oxide film covering the surface thereof, or a thermal spray coating such as boron carbide, Al 2 O 3 and Si 3 N 4. In addition, a sintered body coating such as a polymer coating such as a fluorine resin or an epoxy resin is known. These materials are known to be chemically damaged when contacted with highly corrosive halogen ions, or to be erosion damaged by fine particles such as SiO 2 and Si 3 N 4 and ions excited by plasma.

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。 In particular, in an etching process using a halogen compound, plasma is often used in order to further activate the reaction. However, in such a plasma use environment, the halogen compound is dissociated to generate atomic F, Cl, Br, etc. that are very corrosive. In addition to the halogen compound, if there are fine powdered solids such as SiO2, Si3N4, Si, and W in the environment, the plasma processing vessel and the components constituting the components used in the processing vessel are chemically corroded. At the same time, erosion damage is caused by fine particles, and so-called erosion / corrosion action is strongly received.

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。 In addition, in an environment where plasma is excited in the etching chamber, even a non-corrosive inert gas such as Ar gas is ionized and a phenomenon (ion bombardment) occurs that strongly collides with the solid surface. It is also known that various members disposed in the plasma processing vessel are further damaged.

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。 In a conventional plasma etching apparatus, in order to improve plasma resistance, as described in Patent Document 1, the inner member of the plasma processing vessel is coated with a Y2O3 sprayed film having a porosity of 5% to 10%. It has been known.

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。 Patent Document 2 discloses a method for producing a plasma-resistant member in which an alumite layer as a barrier film is formed on the surface of a substrate made of aluminum, and a YAG film is formed thereon by an explosion spraying method. ing.

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。 Further, Patent Document 3 discloses a plasma-resistant member obtained by spraying Y2O3 or YAG on an alumina base material, and the average roughness Ra of the surface of the part to be sprayed of the alumina base material is 5 μm or more and 15 μm or less. It is disclosed.

特開２００１−１６４３５４号公報JP 2001-164354 A 特開２００３−１６６０４３号公報JP 2003-166043 A 特開２００５−２２５７４５号公報JP 2005-225745 A

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。 According to the method described in Patent Document 1, since the surface of the processing container in contact with the plasma is coated with the Y2O3 sprayed film, it is expected that damage due to the plasma is also reduced. Further, according to this method, the thickness of 50 to 500 μm made of Ni and its alloy, W and its alloy, Mo and its alloy, Ti and its alloy is coated between the sprayed film and the substrate, covering the substrate surface. It is covered with an undercoat. However, sufficient consideration is not given to the roughness of the surface of the base material that covers the surface with a thermal spray coating. Actually, when a metal film having a thickness of 50 to 500 μm is coated after the surface of the substrate is roughened by blasting or the like, the roughness of the outermost surface becomes a value smaller than that originally intended. In addition, if the blasting or the like is performed after the surface of the base material to be sprayed is coated with a metal coating, it is difficult to ensure corrosion resistance because the metal coating is peeled off.

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。 Further, in these embodiments, the sprayed film such as Y2O3 can be brought into contact with plasma as a plasma resistant material as a surface treatment of the inner wall of the etching process, and the surface of the sprayed film can be dealt with. However, no consideration is given to the corrosion of the substrate coated with the sprayed film. In particular, in an etching process using a halogen-based gas, a halogen-based gas is accumulated in the sprayed film. When parts with a sprayed coating on the surface are used for a long period of time or washed with pure water, alcohol, or solvent, the halogen-based gas accumulated in the sprayed coating reaches the substrate and the substrate is corroded. There is. Thereby, the Y2O3 sprayed film for protecting a base material from plasma will peel.

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。 As described above, in the conventional technique described in Patent Document 1, sufficient consideration is given to the reaction between the etching processing chamber inner wall and the etching processing chamber components whose surfaces are sprayed and the halogen-based gas used in the etching process. There wasn't.

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。 In particular, when aluminum or an aluminum alloy is used for a base material such as an etching processing chamber inner wall, a halogen-based gas such as Cl diffuses in a thermal spray coating made of a metal oxide film such as Y 2 O 3 and proceeds. Etc. to reach the base material. When the base material such as the inner wall of the etching process is aluminum or an aluminum alloy, the halogen gas such as Cl reacts with aluminum or the aluminum alloy to form a compound such as Al—Cl. This Al—Cl compound may be sublimated and scattered again in the etching chamber, or may remain on the substrate surface. The Al-Cl compound is deposited on the interface between the sprayed film composed of a metal oxide film such as Y2O3 and the base material covered with the sprayed film, so that the corrosion progresses and the sprayed film peels off along with the base material corrosion. May end up. As a result, the portion of the base material where the sprayed coating on the inner wall of the etching process is peeled off is corroded by the gas used in the etching process, and a large amount of foreign matter is generated. Furthermore, the generated foreign matter accumulates on the surface of the semiconductor element wafer during the etching process, and causes a wiring defect of a semiconductor device or the like manufactured by etching.

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。 Next, Patent Document 2 gives an example in which the thickness of the alumite film is 20 μm to 30 μm. However, if such a thick alumite film is formed on an aluminum substrate, there is a high possibility that cracks will occur on the surface of the film. As a result, there arises a problem that the alumite coating and, consequently, the lower aluminum substrate are damaged by the corrosive gas and products entering through the pores of the spray coating.

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。 Further, in Patent Document 3, the surface roughness is formed by chemically etching the surface of an alumina base material (ceramics) directly or in advance after sandblasting or the like. However, in the configuration of Patent Document 3, similarly to the example described in Patent Document 1, damage to the lower layer due to corrosive gas and products entering from a sprayed coating such as Y2O3 and YAG is unavoidable.

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。 An object of the present invention is to suppress the corrosion of a base material such as an inner wall of an etching process, thereby reducing the peeling of the sprayed film and reducing the amount of foreign matters resulting from the sprayed coating and the plasma An object of the present invention is to provide a method for forming a processing chamber inner wall.

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。 Another object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus and a method for forming a plasma processing chamber inner wall in which corrosion of the etching chamber inner wall caused by a halogen-based gas used in the etching process is reduced.

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。 The outline of typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

処理室内に形成したプラズマを利用して該処理室内に配置された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、
その表面が５μｍ〜１０μｍの平均粗さを有して前記処理室の内壁面を構成する基材の上面を被覆して前記プラズマと接する溶射被膜と、
前記溶射被膜の下方であって前記平均粗さを有した前記基材の表面上に配置され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。 The using plasma formed in the processing chamber workpiece which has been disposed in the processing chamber in a plasma etching apparatus for etching treatment,
A thermal spray coating that has an average roughness of 5 μm to 10 μm and covers the upper surface of a base material that constitutes the inner wall surface of the processing chamber and is in contact with the plasma;
A plasma etching apparatus comprising: a barrier film having a thickness of 5 μm or less disposed on a surface of the base material having the average roughness below the sprayed coating .

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。 In the present invention, a thin barrier film having a thickness of 5 μm or less is disposed on the surface of the inner wall member of the etching process chamber by performing a rough surface process such as a blast process for providing an anchor effect of the sprayed film, and then performing an anodized film process or the like. This is achieved by applying a sprayed film such as ceramics having high plasma resistance on the thin film.

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。 By thinning the barrier film, for example, an anodic oxide film, even if a sprayed film is formed on the barrier film, a sufficient anchor effect is obtained in the sprayed film, and the sprayed film does not peel off. Moreover, heat resistance is ensured by making the barrier film thin, and even if a thermal spray film is formed on the barrier film, no cracks are generated in the barrier film. As a result, even if the halogen-based process gas proceeds by diffusion in the sprayed film, it is prevented from reaching the base material by the barrier film disposed between the base material and the sprayed film of the etching processing chamber inner wall member. .

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。 As the corrosion-preventing barrier film, when the base material is aluminum or an aluminum alloy, any one of an anodized film, a plated film, a sputtered film, and a CVD film can be considered. When the base material is stainless steel, any of a plating film, a sputtered film, and a CVD film can be considered.

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。 According to the present invention, the thermal spray film covering the inner wall member of the etching process is not peeled off from the base material due to corrosion, and the object of preventing the thermal spray film from peeling is achieved. That is, it becomes possible to suppress the occurrence of cracks in the sprayed film, and the sprayed film does not scatter and become foreign matter. As a result, there is little damage to the etching processing chamber inner wall member due to plasma, and foreign matter is not scattered on the wafer to be subjected to etching or the like, so that it is possible to efficiently perform the productivity of devices with few defects.

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。 The present invention relates to the prevention of peeling of a sprayed coating covering the surface of an etching processing chamber inner wall and / or etching processing chamber parts (hereinafter simply referred to as an etching processing chamber inner wall or a processing chamber inner wall) facing plasma in an etching processing apparatus. is there.

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。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a sectional view of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention. The etching processing apparatus shown in FIG. 1 includes a processing chamber 100 including housings 105a to 105c provided in a vacuum vessel, an antenna 101 that radiates electromagnetic waves, and an object to be processed such as a semiconductor wafer W in the processing chamber 100. A holding stage 130 is provided. The holding stage 130 is also called an electrostatic adsorption electrode. The antenna 101 is held by a housing 105b that constitutes a part of the vacuum vessel, and one end is connected to the quartz plate 114a. The quartz plate 114a of the antenna 101 constitutes an upper electrode and is placed in parallel with the holding stage constituting the lower electrode. Around the processing chamber 100, magnetic field forming means 102 made of, for example, an electromagnetic coil and a yoke is installed. The processing chamber 100 is a vacuum container that can achieve a vacuum of, for example, a pressure of 1 / 10,000 Pa by the vacuum exhaust system 103. A processing gas for performing processing such as etching or film formation on the object to be processed is supplied from a gas supply means (not shown) with a predetermined flow rate and mixing ratio, introduced into the processing chamber 100 through the shower plate 114b, and connected to the housing 105c. The processing pressure in the processing chamber 100 is controlled by the evacuated exhaust system 103 and the exhaust adjusting means 104. Generally, in an etching processing apparatus, the processing pressure during etching is often adjusted to a range of 0.1 Pa to 10 Pa or less.

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。 An antenna power source 121 is connected to the other end of the antenna 101 via a matching circuit 122. The antenna power supply 121 supplies power of a UHF band frequency from 300 MHz to 1 GHz. In this embodiment, the frequency of the antenna power supply 121 is 450 MHz. A high voltage power supply 106 for electrostatic attraction and a bias power supply 107 that supplies a bias power in the range of 200 kHz to 13.56 MHz, for example, are connected to the holding stage 130 via a matching circuit 108. The holding stage 130 is connected to a temperature control unit 109a for temperature control and a heat transfer gas supply unit 109b. In this embodiment, the frequency of the bias power source 107 is 2 MHz.

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。 In such an etching processing apparatus, the etching gas introduced into the processing chamber 100 is efficiently converted into plasma by the interaction between the high-frequency electric field supplied via the antenna 101 and the magnetic field formed by the magnetic field coil (136). ) In the etching process, a desired etching shape can be obtained by controlling the incident energy of ions in the plasma incident on the wafer W by a high frequency bias applied to the holding stage 130.

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。 In the present embodiment, a wall member inside the etching chamber 100 and a portion other than the shower plate 114b, that is, a cylindrical wall that is detachably held in the housing 105a of the etching chamber 100, a housing 105c, and a holding stage. The wall of the surface of the part 131 located around the lower part of 130 and other parts located in the etching process chamber and exposed to the plasma is hereinafter simply referred to as the etching process chamber wall.

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。 Next, the configuration of the inner wall of the etching chamber 100 will be described in detail. FIG. 2 shows a detailed cross section of the processing chamber 100 of the etching processing apparatus according to the present invention. The processing chamber 100 is mainly made of an aluminum alloy cylindrical chamber 105a having an inner diameter of 600 mm and a cylindrical earth cover 143 that is detachably held in the cylindrical chamber 105a and fastened to the cylindrical chamber 105a with a bolt 142. And a quartz plate 114a made of a quartz disc having a thickness of 25 mm, and a disc-shaped shower plate 114b located immediately below the quartz plate 114a.

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。 As shown in FIG. 4, a sprayed film 1432 is formed on the surface of the base material 1430 of the earth cover 143 by spraying Y2O3 having a thickness of 0.01 mm or more and a purity of 99.9% on the surface in contact with the plasma, An anodized film 1431 is formed on the entire surface of the base material 1430. The anodized film 1431 on the surface is obtained by anodizing the entire surface of the base material 1430 and forming a film to a predetermined thickness. In addition to the thermal spray film 1432, the other surface of the earth cover 143 is the treated surface of the anodized film 1431. The material for the thermal spray coating is not limited to Y2O3, and a ceramic material having excellent plasma resistance such as YF3 or Yb2O3 may be selected.

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。 Returning to FIG. 2, the earth cover 143 and the chamber 105 a are sealed with O-rings 145 a and 145 b, and helium gas is supplied to the gap 141 between them by the temperature controller 146 (pressure: about 1000 Pa). A temperature adjusting heater 147 is installed on the outer peripheral surface of the chamber 105a, and a flow path 148 through which the temperature adjusting refrigerant circulates is formed in the lower portion of the chamber 105a. The refrigerant circulating through the heater 147 and the flow path 148 is also controlled by the temperature adjustment device 146. A member (eg, aluminum nitride) having excellent thermal conductivity may be sandwiched between the gap 141 between the chamber 105a and the earth cover 143 fastened with the bolt 142. In the processing chamber having such a shape, since the ground cover 143 is a separate member from the chamber 105a, the ground cover 143 can be easily replaced, and cleaning and maintenance can be easily performed.

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。 As will be described in detail later, in this embodiment, the ground cover 143, the lower housing 105c, and the stage cover 131 around the lower part of the holding stage 130 all serve as an etching processing chamber inner wall, and a barrier film is formed on the surface of the aluminum substrate. A sprayed film made of a ceramic material having excellent plasma resistance such as YF3, Yb2O3, and Y2O3 is formed thereon.

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。 In the etching processing apparatus shown in the present embodiment, the magnetic field lines 135 as shown in FIG. 2 are formed by the magnetic field forming means 102 including the electromagnetic coil and the yoke. Therefore, a high-density plasma 136 is generated immediately below the shower plate 114b by the high frequency applied from the antenna and the magnetic force lines 135 formed by the electromagnetic coil and the yoke. Further, since the generated plasma is constrained by the magnetic lines of force 135, the plasma density on the surface of the earth cover 143 on the extension of the magnetic lines of force 135 is also increased. At this time, in the etching processing apparatus, an electric circuit is formed between the bias power source for supplying bias power, the holding stage 130, the plasma 136, and the surface of the earth cover 143. In this circuit, the ground cover surface having a high plasma density is the ground plane. Since the electrons in the plasma move at a high speed on the surface of the earth cover 143 that is the ground surface, an electric field, that is, an ion sheath is stably generated by the remaining ions. Therefore, the earth cover 143 is heated because ions in the plasma are incident by the ion sheath (electric field). Therefore, the coating formed on the surface of the earth cover 143 is heated. In the earth cover 143, there is a concern about the generation of foreign matter due to peeling of the sprayed film due to the difference in expansion coefficient between the aluminum base and the sprayed film covering the aluminum base.

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。 Further, it is difficult to completely fill the sprayed coating covering the surface of the earth cover 143 with the sprayed material, and the sprayed coating has certain pores. The halogen-based process gas used in the etching process easily enters the pores in the sprayed film. Since the process gas that has entered the sprayed film advances through the pores in the sprayed film and reaches the substrate, the etching process chamber and the etching process chamber made of an aluminum alloy are coated with the sprayed film on the surface that contacts the plasma. The part may corrode between the sprayed coating and the aluminum substrate.

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。 Incidentally, in the etching processing apparatus, it is important to reduce the temperature change of the wall surface in the processing chamber in order to stabilize the etching characteristics. FIG. 3 shows the relationship between the number of processed wafers, the size of the etched shape, and the temperature of the ground cover surface. The etching shape shown in the figure shows the dimension of the groove interval of the etching part. From the figure, it can be seen that the dimensions stabilize as the number of etching treatments increases. On the other hand, it can be seen that the temperature of the surface of the earth cover increases as the number of processed sheets increases. The reason why the size of the etching shape changes in this way is that the reaction of outgas (moisture or the like) released from the surface of the earth cover or radicals on the surface of the earth cover varies depending on the temperature of the earth cover. Therefore, in the etching apparatus, it is extremely important to keep the temperature of the wall surface of the earth cover constant. According to the studies so far, it is preferable that the temperature of the surface of the earth cover is set to 100 ° C. or higher in consideration of the release of moisture and the like.

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。 In the etching processing apparatus of the present embodiment as described above, the earth cover 143 before the processing such as etching is controlled to a predetermined temperature by the heater 147, and during the processing such as etching, the heat input from the plasma and the refrigerant are used. It is controlled to a predetermined temperature. Such a temperature adjustment mechanism is not limited to this method. For example, as shown in FIG. 4, a refrigerant flow path is provided in the ground cover, and the refrigerant flows in and is controlled to a predetermined temperature. good. It has been confirmed that the temperature of the ground cover can be maintained at about 120 ° C. when the temperature of the refrigerant is set at about 80 ° C. when the antenna power source is about 1000 W and the bias power source is 500 W. In addition, when a gas (for example, air or nitrogen) is introduced, the ground cover is heated to a predetermined temperature by an aging process, and after the predetermined temperature is reached, the gas may be supplied.

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。 In an etching processing apparatus, an aluminum alloy is generally used as a member constituting the processing chamber, and an anodizing process (aluminum alumite, Al2O3) is generally applied to the surface in contact with the plasma. When further plasma resistance is required, it is common to form not only an anodic oxide coating process but also a sprayed film such as ceramics having excellent plasma resistance on the surface of the plasma processing chamber. The sprayed coating formed on the surface of the plasma processing chamber is layered because semi-molten particles are deposited and laminated on the surface of the sprayed member at high speed so that moisture does not adsorb inside the coating and the boundary (cavity) between the coating and the substrate. Then, a process for filling the cavity (sealing process) is performed. In the etching processing apparatus, such a film is formed to ensure long-term stability. However, when a crack occurs in such a film, the plasma characteristics change and the etching shape varies. Furthermore, not only the etching characteristics but also the base material (aluminum alloy) at the tip of the crack is a source of foreign matter when it reacts in contact with the process gas in the plasma. Further, the halogen-based process gas proceeds by diffusion in the sprayed film during the etching process and reaches the aluminum substrate. Thereby, an aluminum base material corrodes and a crack may generate | occur | produce in a sprayed film. Furthermore, when the etching chamber is opened to the atmosphere with the aluminum substrate corroded, the corrosive aluminum halide compound absorbs moisture in the atmosphere and expands in volume, peeling off the sprayed coating covering the aluminum substrate. Sometimes it ends up. Therefore, in order to reduce the amount of foreign matter in the etching processing apparatus, it is important to suppress the occurrence of cracks in the sprayed coating, and the halogen-based process gas that proceeds by diffusion in the sprayed coating is used as the base material for the aluminum alloy. It is important to dispose the anodized film so that it does not come into contact with the surface.

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。 This schematic diagram is shown in FIG. 4 and is shown locally enlarged in FIG. If cracks or the like occur in the anodized film disposed between the aluminum substrate and the sprayed film, the aluminum substrate is corroded, so it is important not to generate cracks in the anodized film.

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。 There are similar problems with the stage cover and the lower housing. Hereinafter, the solution of the above-described problem according to the present invention will be described with an earth cover as an example.

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。 As shown in FIG. 5, the surface of the aluminum base material 1430 constituting the inner wall member of the processing chamber has an average roughness of 5 μm to 10 μm. A barrier film 1431 made of an anodized film having an average roughness of 0.1 μm or more and 5 μm or less formed on the substrate surface, that is, alumite, and a ceramic sprayed coating as a plasma-resistant member formed on the barrier film 1432, and this sprayed coating is used as the surface of the inner wall member in contact with the plasma.

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。 The structure of the surface of a member having a film formed on the surface by thermal spraying will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the outline of the structure of the surface of a member having a film formed on the surface. In this figure, a member surface 600 is a surface on which a coating film is formed by thermal spraying on a member made of an alloy of a conductive material such as aluminum, which is the base material 601, and the surface of the base material 601 is an appropriate surface. It has roughness. Such surface roughness is formed in order to increase the bond between the sprayed particles of the coating material sprayed by spraying. The range of such roughness values is generally an average roughness Ra = 5 μm to 10 μm.

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。 As shown in FIG. 6, the thermal spray coating 604 formed by thermal spraying is formed by overlapping a plurality of flattened thermal spray particles 602 while shifting their positions from each other. Between these spray particles 602, there are inclusions 605 such as pores 603 and oxides. The pores 603 cause corrosive gas contained in the processing gas or particles of reactive substances excited by plasma to enter inside, and cause corrosion and combination of the thermal spray coating 602 to cause deterioration. On the other hand, since the unevenness due to the roughness of the surface of the base material 601 exists on the surface, the spray particles 602 enter into the recesses or the tips of the protrusions sink into the spray particles 602, so The surface is mechanically engaged.

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。 In general, the adhesion of the thermal spray coating 604 to the base material 601 includes mechanical bonding (anchor effect), metallurgical bonding, van der Waals force between the irregularities on the surface of the base material 601 and the thermal spray particles 602. This is thought to be due to a complex action such as physical bonding by intermolecular attractive force. As shown in this embodiment, when the base material 601 is an aluminum alloy and the material to be sprayed is a ceramic material, the bond between the base material 601 and the sprayed particles 602 by the spraying material is mainly anchor effect. Is expected.

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。 As described above, when large corrosive particles or reactive particles enter the pores 603 in the thermal spray coating 604 or the boundaries between the thermal spray particles 602, the thermal spray coating 604 deteriorates and the base material 601 corrodes or deteriorates. It will be. In order to suppress this, when a coating film of another member is disposed between the surface of the base material 601 made of an aluminum alloy and the thermal spray coating 604, the surface of the coating film of the other member is mechanically bonded to the thermal spray coating. It is necessary to have unevenness that does not impair the anchor effect that is a bond. If the anchor effect is impaired, even if the surface is covered with another member, the sprayed coating 604 is peeled off or damaged, and the surface of a large area is exposed to corrosive particles.

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。 In this embodiment, a barrier film made of a thin anodized film is formed on the surface of the base material constituting the earth cover, for example, when the base material is an aluminum alloy, an alumite film is formed, and a sprayed coating is formed on the surface. Thus, the anchor effect can be secured. However, when the coating film on the surface of the base material 601 is formed by anodic oxidation, the film thickness tends to be small at the convex portion with the surface roughness of the base material 601 as it is and thick at the concave portion. For this reason, the inventors have found that when the thickness of the anodic oxide coating is increased, the size of the unevenness and the surface roughness are reduced. The inventors further form such an anodized film, and the thickness of the anodized film that does not reduce the anchor effect more than necessary is 5 μm or less and needs to be 0.1 μm or more. I got the knowledge. The said Example which concerns on this invention is recalled based on such knowledge.

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。 That is, when spraying ceramics on an aluminum alloy, the surface of the base material is roughened by blasting or the like, but the roughness is usually considered to be Ra: 5-10. However, as in the present invention, when the surface of the aluminum base material is treated with this roughness and further anodized to treat the surface with the anticorrosive effect of the aluminum alloy, the film on the top is the original convex portion. Then, it becomes thin, and it becomes thick in the original recess. Therefore, in order to maintain the roughness Ra: 5 to 10, the thickness of the anodized film needs to be 0.1 μm to 5.0 μm.

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。 As described above, in this embodiment, a thin corrosion prevention layer is arranged as a barrier film between the base material of the inner wall of the etching processing chamber, for example, the ground cover, and the sprayed film. As a result, even if the halogen-based process gas used in the etching process progresses by diffusion in the sprayed coating covering the surface of the etching processing chamber inner wall, the gas stops at the barrier film, and enters the etching processing chamber inner wall. You can deter reaching.

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。 In particular, the barrier film disposed between the aluminum substrate on the inner wall of the etching process and the sprayed film in contact with the plasma is an anodic oxide film having a thickness of 5 μm or less. Cracks do not occur in the barrier film due to impact or impact of ceramic particles, and the barrier film does not peel off. The anodized film does not crack even when heated to 250 ° C. or higher. In addition, the barrier film is formed after the inner wall of the etching process is roughened by blasting, grinding or polishing, etc., but since it is as thin as 0.1 μm to 5 μm, the surface state after the roughening is changed. It can be reproduced, and the adhesion strength of the sprayed film to the inner wall of the etching process is also high.

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。 Therefore, the sprayed film on the inner wall of the etching chamber of the plasma etching apparatus using a halogen-based process gas does not peel off due to the halogen-based process gas entering from the pores of the sprayed film and corroding the substrate. As a result, no foreign matter originated from the sprayed film or foreign matter originated from the base material in the etching chamber.

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。 This makes it possible to reduce the amount of foreign matter and contamination on the wafer to be etched, and to reduce the defect rate of the etched wafer.

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。 As described above, the productivity of the etching apparatus itself can be improved by disposing the barrier film between the base material made of aluminum or aluminum alloy on the inner wall of the etching process and the sprayed film in contact with the plasma. .

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。 In addition, by flowing a refrigerant through the refrigerant flow path in the earth cover and controlling the temperature of the earth cover at a predetermined temperature of, for example, about 120 ° C., the thermal stress applied to the etching processing chamber inner wall and the etching processing chamber components. The possibility of the sprayed film peeling off can be further reduced.

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。 Next, the occurrence of cracks in these coatings will be described. In this example, the heat resistance temperature of several types (AE) alumite (sulfuric acid, oxalic acid) having a general thickness of 5 to 50 μm formed on an aluminum substrate was evaluated. In the experiment, the surface of a 20 mm × 20 mm (thickness 5 mm) aluminum sample was coated, and then the sample was cracked on the surface of the sample while heating on a hot plate capable of temperature adjustment with high accuracy. I investigated. The result is shown in FIG. As shown in the figure, when the film thickness is 5 μm or less regardless of the type of the anodized film, no cracks are generated in the anodized film even when the aluminum substrate is heated to a high temperature of 250 ° C. or higher. . Thus, cracking occurs in the thermal spray coating that covers the surface of the plasma processing chamber and the components in the processing chamber by spraying the ceramic coating having excellent plasma resistance on the thickness of the anodized coating to 5 μm or less. There is nothing. In addition, since an anodized film without cracks is placed between the thermal spray coating and the aluminum substrate, the process gas that progresses by diffusion in the thermal spray coating is prevented from contacting the substrate made of aluminum or the like. Therefore, a plasma device having high stability such as etching characteristics can be obtained.

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。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the plasma etching apparatus which is one Example of this invention. 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。It is sectional drawing of the etching process chamber 100 of the plasma etching apparatus which is an Example of this invention. 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。It is a figure explaining the relationship between the number of wafer processing, the dimension of an etching shape, and the temperature of a ground cover. 本発明の一実施例に係るアースカバーの断面図である。It is sectional drawing of the earth cover which concerns on one Example of this invention. 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。1 is an enlarged cross-sectional view of an earth cover according to an embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing which shows the outline of the structure of the surface of the member in which the film was formed on the surface typically. 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。It is a figure explaining the evaluation result of the crack generation temperature of an anodized film.

符号の説明Explanation of symbols

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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Bolt, 3 ... Ground cover, 4a ... Quartz plate, 4b ... Shower plate, 5a, 5b ... O-ring, 6 ... Helium gas, 7 ... Heater, 8 ... Flow path, 100 ... Processing chamber, 101 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Antenna 102 ... Magnetic field formation means W ... Semiconductor wafer 103 ... Vacuum exhaust system 104 ... Exhaust adjustment means 105a-105c ... Housing 106 ... High voltage power supply 107 ... Bias power supply 108 ... Matching circuit 109a ... Temperature control unit, 121 ... antenna power supply, 122 ... matching circuit, 130 ... holding stage, 131 ... holding stage cover, 143 ... earth cover, 1430 ... substrate surface, 1431 ... anodic oxide coating, 1432 ... sprayed film.

Claims

処理室内に形成したプラズマを利用して該処理室内に配置された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、
その表面が５μｍ〜１０μｍの平均粗さを有して前記処理室の内壁面を構成する基材の上面を被覆して前記プラズマと接する溶射被膜と、
前記溶射被膜の下方であって前記平均粗さを有した前記基材の表面上に配置され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。 In a plasma etching processing apparatus for etching an object to be processed disposed in a processing chamber using plasma formed in the processing chamber,
A thermal spray coating that has an average roughness of 5 μm to 10 μm and covers the upper surface of a base material that constitutes the inner wall surface of the processing chamber and is in contact with the plasma;
A barrier film having a thickness of 5 μm or less disposed on the surface of the base material having the average roughness below the thermal spray coating;
A plasma etching apparatus characterized by that.

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陽極酸化による膜が配置されている、ことを特徴とするプラズマエッチング装置。 In claim 1,
The plasma etching apparatus, wherein the base material is aluminum or an aluminum alloy, and a film formed by anodization is disposed as the barrier film.

請求項１において、
前記溶射被膜の材料は、Y2O3、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。 In claim 1,
A plasma etching apparatus characterized in that the material of the thermal spray coating is composed of one or more of Y2O3 , Yb2O3, and YF3.

請求項２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。 In claim 2,
The barrier film has a thickness of 0.1 μm to 5 μm,
The plasma etching apparatus characterized in that the material of the thermal spray coating is composed of Y2O3 or YF3.

処理室内に形成したプラズマを利用して該処理室内に配置された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、該処理室の前記プラズマと接する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、前記プラズマに接する面を構成する部分の基材の表面は５μｍ〜１０μｍの平均粗さを有し、この平均粗さを有し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。 In a plasma etching processing apparatus for etching an object to be processed disposed in a processing chamber using plasma formed in the processing chamber,
The processing chamber includes a cylindrical chamber made of aluminum or aluminum alloy constituting a side wall portion in contact with the plasma of the processing chamber, and a cylindrical earth cover detachably held in the cylindrical chamber,
The base material constituting the earth cover is aluminum or an aluminum alloy,
In the ground cover, the surface of the substrate constituting the surface in contact with the plasma has an average roughness of 5 μm to 10 μm, and the thickness formed on the substrate surface having this average roughness is 5 μm or less. An alumite layer, and a thermal spray coating made of a plasma-resistant member formed on the alumite layer,
Means for supplying a temperature-adjusting gas to the gap between the earth cover and the cylindrical chamber;
A plasma etching apparatus characterized by that.

処理室内に形成したプラズマを利用して該処理室内に配置された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前記処理室の内壁部材を形成する処理室内壁の形成方法であって、
前記処理室の内壁部材を構成する基材の表面を５μｍ〜１０μｍの平均粗さを有するように形成し、
前記平均粗さを有する前記基材表面上に厚さ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、
ことを特徴とする処理室の内壁の形成方法。 A method of forming a processing chamber wall for forming an inner wall member of the processing chamber in a plasma etching apparatus for etching a workpiece disposed in the processing chamber using plasma formed in the processing chamber,
The surface of the base material constituting the inner wall member of the processing chamber is formed to have an average roughness of 5 μm to 10 μm,
Forming a barrier film having a thickness of 5 μm or less on the substrate surface having the average roughness;
Forming a plasma-resistant sprayed coating on the barrier film;
A method for forming an inner wall of a processing chamber.

請求項６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
ことを特徴とする処理室の内壁の形成方法。 In claim 6,
After roughening the surface of the base material to an average roughness of 5 μm to 10 μm by blasting or grinding,
A method for forming an inner wall of a processing chamber, wherein the barrier film is formed on the surface of the substrate by any one of plating, anodizing, CVD, or PVD.

請求項７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、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、ことを特徴とする処理室の内壁の形成方法。 In claim 7,
The substrate is aluminum or an aluminum alloy;
Forming an anodic oxide film of 0.1 μm to 5 μm as the barrier film;
A method for forming an inner wall of a processing chamber, wherein the sprayed coating is formed of a material composed of one or more of Y2O3 , Yb2O3, and YF3.