CN1511197A - 等离子体处理容器内部件和有该部件的等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

在利用等离子体蚀刻处理对被处理物进行微细加工的等离子体处理容器内配置的等离子体处理容器内部件，作为前处理，利用使用等离子体放电的阳极氧化处理在该处理容器内部件的基材(101)的表面形成氧化处理层(111)后，在该氧化处理层(111)之上，形成热喷涂层(121)。

Description

等离子体处理容器内部件和有该部件的等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体处理容器内部件和具有该等离子体处理容器内部件的等离子体处理装置，特别是，涉及配置在利用等离子体蚀刻处理在半导体晶片等的被处理物上进行微细加工的等离子体蚀刻装置的等离子体处理容器内的等离子体处理容器内部件和具有该等离子体处理容器内部件的等离子体处理装置。
背景技术
以前，在半导体晶片等被处理物上进行蚀刻处理等的微细加工，利用在干燥、低温和高速条件下的等离子体蚀刻装置进行。
图5为表示等离子体蚀刻装置内部结构的截面图。
在图5中，在等离子体蚀刻装置的等离子体处理容器1中有处理室2，在其顶部具有由导电性材料制成的上部电极3。在处理室2中，由导电性材料制成的下部电极4与上部电极3对向配置，在下部电极4的上面，通过静电夹头5，吸着夹持作为被处理物的半导体晶片6。在容器1的外周边上配置永久磁铁7，其磁场相对于作为被处理物的半导体晶片6成水平。
上部电极3有多个气体输出孔8，以CF4或NF3这样的氟化物，BCl3或SnCl4等氯化物，例如HBr的溴化物为首的处理气体，通过气体输出孔8，供给处理室2。
另外，下部电极4，通过图中没有示出的驱动机构支承在可在箭头A方向升降的升降轴9上。升降轴9通过匹配器与高频电源连接。下部电极4的底面和侧面，用电极保护部件10保护；同时，电极保护部件10的侧面和底面用导电性部件11覆盖。在导电性部件11和容器1的底部之间，配置由不锈钢等导电性材料制成的可自由伸缩的波纹管12。
在电极保护部件10的下面上设有贯穿升降轴9的导电性材料的管状部件13。在电极保护部件10的侧面，呈凸缘状态固定着排气环14。另外，在电极保护部件10的端面和静电夹头5的侧面之间，安装着绝缘环15。波纹管盖16从排气环14的下面垂直设置，波纹管盖17则从容器1的底面立起，使波纹管盖16与波纹管盖17的一部分重合。
在这种结构的容器1中，当使升降轴9在箭头A的方向移动，进行半导体晶片6的位置调整后，使升降轴9作为给电棒，从高频电源将高频电力加在下部电极4上时，向减压到给定的真空气氛中的处理室2供给的处理气体，变成等离子体，在掩蔽的半导体晶片6上，由等离子体蚀刻处理进行微细加工。
由于经过等离子体蚀刻处理，电极保护部件10、管状部件13、排气环14、绝缘环15和波纹管盖16、17等的等离子体处理容器内部件，因等离子体化的处理气体而受到损伤，即所谓由等离子体侵蚀引起的强烈损伤，因此要使用耐等离子体性的原料。
在这种等离子体处理容器内部件中，作为基材，使用Al、Al合金和铝的氧化物等，通过在其表面上形成氧化层(氧化铝膜)，而具有耐等离子体性。另外，在为了提高等离子体蚀刻处理的效果，而大量使用卤素气体或氧气作为处理气体的情况下，由于等离子体处理容器内部件的表面的氧化铝膜的寿命短，因此提出了在基材的表面上形成以Y2O3为材料的热喷涂层，制造耐等离子体性更高的等离子体处理容器内部件的方法(例如，特愿2000-477278号)。
如图6所示，准备表面经过机械加工的基材601(图6(a))，利用阳极氧化处理在基材601的表面上形成氧化铝膜602(图(b))，其次，对该氧化铝膜602进行喷射Al2O3、SiC和砂等的喷砂处理(图6(c))，再利用等离子体喷涂处理，形成热喷涂层603(图6(d))。
在上述方法中，进行喷砂处理的理由是：通过喷射Al2O3、SiC和砂等，使表面变粗糙，可以提高以作为耐等离子体性的原料Y2O3为材料的热喷涂层603在氧化铝膜602上的紧密附着性。
然而，在喷砂处理中，Al2O3、SiC和砂等的喷射方向有直进性，可以对简易的表面进行处理，但对隙缝或孔的侧壁等成为暗处，不能进行定量的处理。
另外，现有的进行阳极氧化处理的基材601(图6(b))，得不到多少提高热喷涂层603的紧密附着力的效果。由于这样，在等离子体处理容器内部件使用后，在进行洗净等离子体处理容器内部件表面的干冰喷射的CO2喷射时，热喷涂层603会被剥离。
本发明的目的是要提供一种可以使热喷涂层对等离子体处理容器内部件的基材表面的紧密附着性提高的等离子体处理容器内部件，和具有该等离子体处理容器内部件的等离子体处理装置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种等离子体处理容器内部件，配置在利用等离子体蚀刻处理而对被处理物进行微细加工的等离子体处理容器中，其特征为，具有：通过使用了等离子体放电的阳极氧化处理而在上述等离子体处理容器内部件的基材表面上形成的氧化处理层；和在上述氧化处理层上形成的热喷涂层。
其特征为，优选上述热喷涂层由Al2O3构成。
其特征为，另外，优选上述热喷涂层由3a族元素的化合物构成。
其特征为，优选上述3a族元素的化合物为Y2O3。
其特征为，优选上述基材由Al合金构成，对该基材进行作为前处理的喷砂处理。
为了达到上述目的，等离子体处理装置的特征为，具有上述等离子体处理容器内部件。
附图说明
图1为本发明的实施方式的等离子体处理容器内部件的制造方法的说明图；(a)表示制造开始时，(b)表示开普勒涂层处理工序，(c)表示等离子体喷涂处理工序。
图2为进行了开普勒涂层处理的基材101的简图。
图3表示进行等离子体喷涂处理时使用的热喷涂层形成装置的大致结构的图。
图4为JISH8666试验的热喷涂层的紧密附着力的测定方法的说明图。
图5为表示等离子体蚀刻装置的内部结构的截面图。
图6为本发明的实施方式的等离子体处理容器内部件的制造方法的说明图；(a)表示制造开始时，(b)表示阳极氧化处理工序，(c)表示喷砂处理工序，(d)表示等离子体喷涂处理工序。该图是具有本发明的实施方式1的凸状膜的光散乱反射基板的制造处理的流程图。
具体实施方式
本发明者为了达到上述目的而进行深入研究的结果显示，当在配置在用等离子体蚀刻处理在被处理物上进行微细加工的等离子体处理容器内的等离子体处理容器内部件上，在等离子体处理容器内部件的基材表面上进行作为前处理的阳极氧化处理后，形成热喷涂层时，可以均等地进行与基材形状无关系的前处理，以提高热喷涂层对基材的表面的紧密附着性。
另外，本发明者发现，当热喷涂层的材料由Al2O3或Y2O3等3a族化合物构成时，可以提高等离子体处理容器内部件的耐等离子体性。
本发明者还发现，当基材由Al合金构成，在基材上进行作为前处理的喷砂处理时，可以形成稳定的热喷涂层。
现在来说明本发明的实施方式的等离子体处理容器内部件的制造方法。
图1为本发明的实施方式的等离子体处理容器内部件的制造方法的说明图，(a)表示制造开始时，(b)表示开普勒涂层处理工序，(c)表示等离子体喷涂处理工序。
在图1中，等离子体处理容器内部件首先通过在基材101上进行开普勒涂层(KEPLA-COAT：注册商标)处理(图1(a))，在基材101的表面上，形成后述的图2的开普勒涂层111(图1(b))。
这样，可以提高在基材101上形成的热喷涂层(thermally sprayed film)121的紧密附着力。
开普勒涂层处理是将作为阳极的基材101，浸渍在碱类有机电解液等中，通过使氧等离子体在碱类有机电解液等中放电而在基材101的表面上形成开普勒涂层111的、使用了基于药液的等离子体放电的阳极氧化处理。
其次，利用后述的图3所示的热喷涂层形成装置，在开普勒涂层111上进行等离子体喷涂处理，这样，在开普勒涂层111的表面上形成热喷涂层121(图1(c))。
另外，在进行开普勒涂层处理前，也可以在基材101的表面上进行喷射Al2O3、SiC和砂等的喷砂处理。
图2为进行了开普勒涂层处理的基材101的简图。
在图2中，当在基材101的表面上进行开普勒涂层处理时，在基材101的表面上形成由厚度100nm以下的阻挡层201、少孔的陶瓷层202和多孔的陶瓷层203组成的开普勒涂层111。该开普勒涂层111可以均匀地在等离子体处理容器内部件的边缘部或孔、和起伏部分等处形成。
作为用于提高热喷涂层121的紧密附着性的前处理，由于开普勒涂层处理为利用药液进行的处理，因此开普勒涂层处理的前处理效果比喷砂处理大。这样，在喷砂处理时，即使基材101的表面形状为不喷射Al2O3，SiC和砂等的形状，也可以均等地进行前处理，因此，在进行开普勒涂层处理的情况下，可不必进行喷砂处理。
优选，由开普勒涂层处理形成的开普勒涂层111的膜厚为10-50微米。这样，可以可靠地防止热喷涂层121剥离，基材101露出。
图3表示在进行等离子体喷涂处理时使用的热喷涂层形成装置的大致结构的图。
在图3中，热喷涂层形成装置100具有阳极102、水平的阴极103和喷涂粉末投入部105，该阳极102具有与由Al合金制成的基材101相对而水平配置的文丘里形通孔102a；该水平的阴极103从阳极102的入口102b侧插入通孔102a内；喷涂粉末投入部105垂直配置在将作为热喷涂层121的材料的喷涂粉末104，应供给阳极102的出口102c的阳极102的出口102c处。
由氩、氦、氮等组成的工作气体106，从阳极102的入口102b导入通孔102a中，同时，将规定的电压加在阳极102和阴极103之间。这样，在阳极102和阴极其103之间产生电弧，工作气体106被加热至高温，成为离子，形成等离子体108。这种等离子体108，在回复至原来状态时，放出大量的热而膨胀，利用喷雾空气的加速，形成数万℃的等离子体射流107。
当将从在阳极102的出口102c处的喷涂粉末投入部105出来的喷涂粉末104投入该等离子体射流107上时，该喷涂粉末104熔解或半熔解，与基材101冲突，在基材101的表面上，形成致密热喷涂层121。
从配置在上述热喷涂层形成装置100内的喷涂粉末投入部105供给的喷涂粉末104，优选为由Y2O3等3a族化合物或Al2O3构成。这样，可以提高基材101的耐等离子体性。
优选，在基材101表面上形成的热喷涂层121的膜厚为50-200微米(μm)。这样，可以可靠地提高基材101的耐离子体性。
以下，具体地说明本发明的实施方式。
首先，用为实施方式，对各个试验片的表面按顺序进行在下述条件下的喷砂处理、开普勒涂层处理、和等离子体喷涂处理(实施例1-3)
(制作条件)：试验片形状：φ25-40mm
喷砂材料号数：#60，#120
由开普勒涂层处理形成的开普勒涂层膜厚：10微米(μm)；
喷涂粉末材料：Al2O3，Y2O3
热喷涂层的膜厚：200微米
关于喷砂处理，在实施例1的试验片上不进行这个处理，在实施例2和实施例2的各个试验片上，进行这个处理，各个表面分别用#60，#120的喷砂材料进行表面处理。在实施例1-3的各个试验片中，热喷涂层的材料为Al2O3。
另外，作为比较例，在与上述相同的条件下，对各个试验片的表面，按顺序进行为了提高耐等离子性而形成氧化铝膜的阳极氧化处理，喷砂处理和等离子体喷涂处理(比较例1-4)。比较例5-6不进行表面处理，而进行等离子体喷涂处理。
关于阳极氧化处理，在比较例1和比较例2的各个试验片上，不进行这个处理，在比较例3和比较例4的试验片上进行这个处理。
关于喷砂处理，比较例1、比较例3和比较例4的各个试验片，分别用#60的喷砂材料对各个表面进行表面处理，对比较例2的试验片，用#120喷砂材料，对其表面进行表面处理。
热喷涂层的材料，在比较例1、比较例2、比较例3和比较例5的各个试验片中，为Al2O3；在比较例4和比较例6的试验片中，为Y2O3。
在如上这样形成热喷涂层的实施例1-3和比较例1-6的各个试验片中，根据下述JISH8666试验，求出在试验片的表面上形成的热喷涂层的紧密附着力。
图4为JISH8666试验的热喷涂层的紧密附着力测定方法说明图。
在图4中，在热喷涂层紧密附着力的测定中，使用：由作为基材101的材料用的Al合金制成的试验片51a、51b；在试验片51a的表面上进行了前处理的前处理部52；在该表面上进一步形成的热喷涂层53，和用于将试验片51b与热喷涂层53的表面粘接起来的高温硬化型环氧树脂类粘接剂54。
首先，将形成有前处理部52和热喷涂层53的试验片51a，与试验片51b用环氧树脂系粘接剂54粘接。
其次，利用拉伸试验机，分别在箭头方向拉伸粘接的试验片51a和试验片51b，剥离时的断裂加重即为热喷涂层53的紧密附着力的值。
表1表示实施例1-3和比较例1-6的试验片51a的前处理方法、喷涂粉末的材料、在实施例1-3和比较例1-6的试验片上形成的热喷涂层53的紧密附着力和JISH8666试验后的断裂面的状态。
                                     表1
  表面处理 热喷涂层 附着力(MPa)   断裂面
试验例   1   开普勒涂层处理   Al2O3 测量界限以上   粘接剂
2   喷砂处理(#60)+开普勒涂层处理 Al2O3 测量界限以上 粘接剂
3   喷砂处理(#120)+开普勒涂层 Al2O3 测量界限以上 粘接剂
比较例   1   喷砂处理(#60)   Al2O3     33.5   热喷涂层
  2   喷砂处理(#120)   Al2O3     29.9   热喷涂层
  3   阳极氧化处理+喷砂处理(#60) Al2O3 3.3 热喷涂层
  4   阳极氧化处理+喷砂处理(#60)   Y2O3     3.5   热喷涂层
  5   无   Al2O3     0.0   热喷涂层
  6   无   Y2O3     0.0   热喷涂层
从表1可看出，比较例1-6的断裂面为热喷涂层53的部分，热喷涂层53的紧密附着力，比环氧树脂类粘接剂54的粘接力低。
另外，热喷涂层53的形成条件相同，在作为前处理，用#60喷砂材料进行表面处理的比较例1，和用#120喷砂材料进行表面处理的比较例2中，紧密附着力分别为33.5MPa和29.9MPa，由于相差只有3.6MPa，因此，喷砂处理对表面粗糙度几乎没有影响。
另外，在进行相同的喷砂处理后形成的热喷涂层53的材料为Al2O3(比较例3时)，与现有使用的材料Y2O3(比较例4)时同样可以形成膜厚为200微米的热喷涂层53。
另外，比较例3和比较例4的紧密附着力的值分别为3.3MPa和3.5MPa，相差只有0.2MPa，因此，热喷涂层53的材料几乎没有影响。
实施例1-3的断裂面全部为涂敷粘接剂的部分，因此热喷涂层53的紧密附着力比环氧树脂类的粘接剂54的粘接力大。另外，测定这些紧密附着力的值的结果，实施例1-3的紧密附着力的值全部在测量界限(约40MPa)以上，因此，与对基材101表面进行阳极氧化处理和喷砂处理比较，紧密附着力达到10倍以上。这样，作为提高附着性的前处理，用药液进行处理的开普勒涂层处理，比用物理方法使表面变粗糙的喷砂处理等，更可均匀地形成多孔膜。
在用开普勒涂层处理形成的开普勒涂层的膜厚为10微米的情况下，紧密附着力的值全部在测量界限以上，(实施例1-3)。这样，如果用开普勒涂层处理形成的开普勒涂层的膜厚至少为10微米，则可以可靠地防止热喷涂层53剥离而作为基材101的Al合金在表面露出。
另外，因为实施例1-3的紧密附着力的值，不论是否进行作为前处理的喷砂处理，全部在测量界限以上，因此，是否进行作为前处理的喷砂处理，对热喷涂层53的紧密附着力，没有大的影响。
在等离子体喷涂处理前，预先进行作为前处理的开普勒涂层处理，可以均匀地在复杂形状的部件上形成热喷涂层53，处理的表层具有多孔性质，可以提高热喷涂层53的附着性。另外，由于基于等离子侵蚀的消耗，即使在没有热喷涂层53的情况下，也可在一定程度上具有与氧化铝层同样的效果。
另外，在难以形成氧化铝层或不形成氧化铝层的等离子体处理容器内部件的边缘或孔、起伏部分等处，如果形成开普勒涂层，使热喷涂层的基底均匀，则可消除基材被等离子体浸蚀而产生金属污染，可能发生异常放电的危险。
产业上的利用性
如以上详细说明的那样，采用本发明的等离子体处理容器内部件，由于具有利用使用了等离子体放电的阳极氧化处理而在等离子体处理容器内部件的基材表面上形成的氧化处理层、和在氧化处理层上形成的热喷涂层，可以均等地在基材表面上形成与基材形状无关的氧化处理层，从而可提高热喷涂层对基材表面的附着性。
另外，采用本发明的等离子体处理容器内部件，由于热喷涂层由Al2O3构成，可以提高等离子体处理容器内部件的耐等离子体性。
采用本发明的等离子休处理容器内部件，由于热喷涂层由3a族元素的化合物组成，因此可提高等离子体处理容器内部件的耐等离子体性。
采用本发明的等离子体处理容器内部件，由于3a族元素的化合物为Y2O3，因此可以可靠地提高等离子体处理容器内部件的耐等离子体性。
另外，采用本发明的等离子体处理容器内部件，由于在由Al合金制成的基材上进行作为前处理的喷砂处理，因此可以形成稳定的热喷涂层。
本发明的等离子体处理装置，由于具有上述等离子体处理容器内部件，可以提高热喷涂层在等离子体处理容器内部件的基材表面上的附着性。

Claims (6)

1.一种等离子体处理容器内部件，配置在利用等离子体蚀刻处理对被处理物进行微细加工的等离子体处理容器中，其特征为，具有：
通过使用了等离子体放电的阳极氧化处理而在所述等离子体处理容器内部件的基材的表面形成的氧化处理层；和
在所述氧化处理层上形成的热喷涂层。
2.如权利要求1所述的等离子体处理容器内部件，其特征为，
所述热喷涂层由Al2O3构成。
3.如权利要求1所述的等离子体处理容器内部件，其特征为，
所述热喷涂层为由3a族元素的化合物构成。
4.如权利要求3所述的等离子体处理容器内部件，其特征为，
所述3a族元素的化合物为Y2O3。
5.如权利要求1-4中任一项所述的等离子体处理容器内部件，其特征为，
所述基材由Al合金构成，在该基材上进行作为前处理的喷砂处理。
6.一种等离子体处理装置，其特征为，
具有如权利要求1-5中任一项所述的等离子体处理容器内部件。
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