JP2014022261A - Part for plasma processing device, and plasma processing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a part for a plasma processing device having a small thermal capacity and airtightness, and arranged so that the occurrence of a particle is suppressed.SOLUTION: An upper electrode plate 40 is to be incorporated in a plasma etching processing device. The upper electrode plate 40 comprises: a base material 50 made of carbon; a SiC coating film 51 provided on a surface of the base material 50; a glass coating 52 provided on a surface of the SiC coating film 51, and having a gas barrier property; and a spray coating film 53 made of ceramic and provided on a surface of the glass coating 52 on the side opposed to a plasma generation space.

Description

本発明は、プラズマ処理装置用部品及びプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ処理装置が備えるチャンバの内部に配置されるプラズマ処理装置用部品及びプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a component for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus, and more particularly to a component for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus that are disposed inside a chamber provided in the plasma processing apparatus.

半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体基板に対してドライエッチング処理やアッシング処理等を行うための平行平板型のプラズマ処理装置では、例えば、上部電極として、アルミニウム基材の表面を酸化処理して形成した酸化被膜上に、アルミナ或いはイットリア等の溶射被膜を形成したものが用いられている。   In a parallel plate type plasma processing apparatus for performing a dry etching process, an ashing process, or the like on a semiconductor substrate in a semiconductor device manufacturing process, for example, an upper electrode is formed by oxidizing the surface of an aluminum substrate. An oxide film having a sprayed coating such as alumina or yttria is used.

このような上部電極を温度制御した場合、アルミニウム基材と溶射被膜との線膨張係数の差に起因して溶射被膜が剥がれ、パーティクルの原因となることがある。また、今後、半導体基板の大型化に対応してアルミニウム基材を大型化する必要が生じた場合には、この問題はより顕著に現れるおそれや、アルミニウム基材の熱容量の大きさに起因して温度制御性が低下するおそれがあり、更に、アルミニウム基材の重量が大きくなることでプラズマ処理装置の組立作業性が低下する問題も生じる。   When the temperature of such an upper electrode is controlled, the sprayed coating may be peeled off due to the difference in linear expansion coefficient between the aluminum base and the sprayed coating, which may cause particles. In the future, if it becomes necessary to increase the size of the aluminum substrate in response to the increase in the size of the semiconductor substrate, this problem may appear more prominently or due to the large heat capacity of the aluminum substrate. There is a possibility that the temperature controllability is lowered, and there is also a problem that the assembly workability of the plasma processing apparatus is lowered due to an increase in the weight of the aluminum base material.

このような問題を解決する手段として、上部電極の基材としてカーボン（黒鉛）を用いることが考えられる。ここで、上記の問題に対してなされたものではないが、これまでに上部電極としてカーボンを用いる提案は幾つかなされている（例えば、特許文献１，２参照）。   As a means for solving such a problem, it is conceivable to use carbon (graphite) as the base material of the upper electrode. Here, although not made with respect to the above problem, several proposals have been made to use carbon as the upper electrode (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開平４−２１６６２４号公報JP-A-4-216624 特開２００２−２８０３５６号公報JP 2002-280356 A

しかしながら、カーボンは多孔質であるために、気密性が必要とされる部品としての使用が困難であるという問題や、結晶が剥離することによるパーティクルが発生しやすいという問題がある。なお、上記特許文献１に記載された技術では、パーティクル発生の問題を回避することができず、また、特許文献２に記載された技術では、ガラスとの複合材であるために熱容量が大きくなってしまうため、アルミニウム基材を用いた場合と同じ問題が生じる。   However, since carbon is porous, there are problems that it is difficult to use it as a component that requires airtightness, and that particles are likely to be generated due to separation of crystals. Note that the technique described in Patent Document 1 cannot avoid the problem of particle generation, and the technique described in Patent Document 2 has a large heat capacity because it is a composite material with glass. Therefore, the same problem as when an aluminum base material is used occurs.

本発明の目的は、熱容量が小さく、気密性を備えると共にパーティクルの発生を抑制したプラズマ処理装置用部品及びプラズマ処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a component for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus that have a small heat capacity, have airtightness, and suppress generation of particles.

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置用部品は、基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が備えるチャンバの内部に設けられるプラズマ処理装置用部品であって、カーボンからなる基材と、前記基材の表面に設けられるＳｉＣ被膜と、前記ＳｉＣ被膜の表面に設けられる、ガス遮断性を有するガラス被膜と、前記ガラス被膜の表面に設けられる、セラミックスからなる溶射被膜と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus component according to claim 1 is a plasma processing apparatus component provided inside a chamber provided in a plasma processing apparatus that performs a predetermined plasma process on a substrate, A base material made of carbon, an SiC coating provided on the surface of the base material, a glass coating having gas barrier properties provided on the surface of the SiC coating, and a thermal spraying made of ceramics provided on the surface of the glass coating And a film.

請求項２記載のプラズマ処理装置用部品は、請求項１記載のプラズマ処理装置用部品において、前記溶射被膜は、前記チャンバの内部においてプラズマが生成される空間に面した前記ガラス被膜の表面に設けられていることを特徴とする。   The plasma processing apparatus component according to claim 2 is the plasma processing apparatus component according to claim 1, wherein the thermal spray coating is provided on a surface of the glass coating facing a space where plasma is generated inside the chamber. It is characterized by being.

請求項３記載のプラズマ処理装置用部品は、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置用部品において、前記プラズマ処理装置用部品は、前記チャンバの内部に収容された基板と一定の距離を隔てて対向するように前記チャンバの内部に配置される電極部材であることを特徴とする。   The plasma processing apparatus component according to claim 3 is the plasma processing apparatus component according to claim 1 or 2, wherein the plasma processing apparatus component is spaced apart from a substrate accommodated in the chamber. It is an electrode member arranged inside the chamber so as to face each other.

請求項４記載のプラズマ処理装置用部品は、請求項３記載のプラズマ処理装置用部品において、前記基材には孔部が設けられ、前記孔部に前記ＳｉＣ被膜を介してセラミックスからなるスリーブが配置されており、前記スリーブの内孔が、前記チャンバの内部においてプラズマを発生させるために前記基板に向けて所定のガスを供給するためのガス孔となっていることを特徴とする。   The plasma processing apparatus component according to claim 4 is the plasma processing apparatus component according to claim 3, wherein the base is provided with a hole, and the hole is provided with a sleeve made of ceramics via the SiC coating. The inner hole of the sleeve is a gas hole for supplying a predetermined gas toward the substrate in order to generate plasma inside the chamber.

請求項５記載のプラズマ処理装置用部品は、請求項４記載のプラズマ処理装置用部品において、前記スリーブ及び前記溶射被膜はイットリアからなることを特徴とする。   The plasma processing apparatus component according to claim 5 is the plasma processing apparatus component according to claim 4, wherein the sleeve and the thermal spray coating are made of yttria.

上記目的を達成するために、請求項６記載のプラズマ処理装置は、基板を収容するチャンバと、前記チャンバの内部において基板を載置する下部電極と、前記下部電極に載置された基板と対向するように配置される上部電極板を有し、前記基板に向けてプラズマを生成させるための所定のガスを供給するシャワーヘッドとを備え、前記上部電極板と前記下部電極との間に所定の電圧を印加することによりプラズマを生成させて前記基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記上部電極板は、カーボンからなる基材と、前記基材の表面に設けられるＳｉＣ被膜と、前記ＳｉＣ被膜の表面に設けられる、ガス遮断性を有するガラス被膜と、前記プラズマが生成される空間に対向する前記ガラス被膜の表面に設けられる、セラミックスからなる溶射被膜と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to claim 6 is a chamber for housing a substrate, a lower electrode for placing the substrate inside the chamber, and a substrate placed on the lower electrode. And a shower head that supplies a predetermined gas for generating plasma toward the substrate, and has a predetermined gap between the upper electrode plate and the lower electrode. A plasma processing apparatus for generating a plasma by applying a voltage to perform a predetermined plasma processing on the substrate, wherein the upper electrode plate is provided on a base material made of carbon and a surface of the base material An SiC coating, a glass coating having a gas barrier property provided on the surface of the SiC coating, and a surface of the glass coating facing the space where the plasma is generated. And having a sprayed coating made of ceramics, a.

請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記チャンバは円筒状であり、前記チャンバの上面を覆う円板状の蓋部材を更に備え、前記上部電極板は、円板状の形状を有し、前記上部電極板の上面の内周側に設けられた凹部に配置された固定部材を備え、前記上部電極板の外周部が前記チャンバの上端と蓋部材との間に挟持されると共に、前記固定部材が前記蓋部材に釣支されていることを特徴とする。   The plasma processing apparatus according to claim 7 is the plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the chamber is cylindrical and further includes a disk-shaped lid member that covers an upper surface of the chamber, and the upper electrode plate includes: A fixing member disposed in a recess provided on the inner peripheral side of the upper surface of the upper electrode plate, wherein the outer peripheral portion of the upper electrode plate is formed between the upper end of the chamber and the lid member; The fixing member is supported by the lid member while being sandwiched therebetween.

本発明によれば、カーボン基材の表面にガラス被膜を形成しているために気密性を確保することができ、よって、半導体製造装置において真空雰囲気と大気雰囲気とを分離する部材として用いることが可能であり、カーボンの結晶の剥離によるパーティクルの発生が抑えられる。なお、ガラス被膜の下地としてＳｉＣ被膜を形成しているために、ガラス被膜の密着性が高められる。   According to the present invention, since a glass film is formed on the surface of the carbon base material, airtightness can be secured, and therefore, it can be used as a member for separating a vacuum atmosphere and an air atmosphere in a semiconductor manufacturing apparatus. This is possible, and the generation of particles due to the separation of carbon crystals is suppressed. In addition, since the SiC film is formed as the ground for the glass film, the adhesion of the glass film is improved.

特に、本発明に係る半導体製造装置用部品をプラズマ処理装置の上部電極に適用した場合には、上部電極全体の熱容量を従来のアルミニウム基材からなる上部電極よりも格段に小さくすることができるため、温度制御を行った際の応答性を高めることができ、これにより、精度の高い処理を行うことが可能になると共に、基板処理のスループットを向上させることが可能になる。また、上部電極を軽量化することができるため、半導体製造装置の組立作業性を向上させ、作業負荷を軽減することができる。   In particular, when the semiconductor manufacturing apparatus component according to the present invention is applied to the upper electrode of the plasma processing apparatus, the heat capacity of the entire upper electrode can be made much smaller than that of a conventional upper electrode made of an aluminum substrate. Responsiveness when temperature control is performed can be improved, whereby high-precision processing can be performed and the throughput of substrate processing can be improved. Moreover, since the upper electrode can be reduced in weight, the assembly workability of the semiconductor manufacturing apparatus can be improved and the work load can be reduced.

本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. プラズマエッチング装置が備える上部電極板の構造を示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view showing the structure of the upper electrode plate provided in the plasma etching apparatus.

以下、本発明の実施の形態について、半導体デバイス用のウエハ（以下「ウエハ」という）に対してプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング装置を取り上げ、添付図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking up a plasma etching apparatus for performing a plasma etching process on a semiconductor device wafer (hereinafter referred to as “wafer”).

図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構成を概略的に示す図である。プラズマエッチング装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、チャンバ１１内にはウエハＷを上面に載置する円柱状のサセプタ１２が、円板状部材２８の上に配置されている。なお、図１では、チャンバ１１の内部と外部とでウエハＷを搬送するための搬入出口は不図示である。プラズマエッチング装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成されており、側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置されている。   FIG. 1 schematically shows a configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. The plasma etching apparatus 10 includes, for example, a chamber 11 that accommodates a wafer W having a diameter of 300 mm, and a cylindrical susceptor 12 on which the wafer W is placed on the upper surface is provided on the disk-shaped member 28. Is arranged. In FIG. 1, a loading / unloading port for transferring the wafer W between the inside and the outside of the chamber 11 is not shown. In the plasma etching apparatus 10, a side exhaust path 13 is formed by the inner wall of the chamber 11 and the side surface of the susceptor 12, and an exhaust plate 14 is disposed in the middle of the side exhaust path 13.

排気プレート１４は、多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１の内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部空間は、プラズマを発生させ、ウエハＷに対してプラズマエッチング処理を施す処理室１５となっている。一方、排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の下部空間は、排気室（マニホールド）１６となっている。   The exhaust plate 14 is a plate-like member having a large number of through holes, and functions as a partition plate that partitions the inside of the chamber 11 into an upper part and a lower part. The upper space inside the chamber 11 partitioned by the exhaust plate 14 is a processing chamber 15 for generating plasma and performing a plasma etching process on the wafer W. On the other hand, the lower space inside the chamber 11 partitioned by the exhaust plate 14 is an exhaust chamber (manifold) 16.

排気室１６には、チャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されており、排気プレート１４は、処理室１５で発生させたプラズマを捕捉又は反射して排気室１６への漏洩を防止する機能をも有する。排気管１７には、不図示のＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）が接続されており、これらのポンプによってチャンバ１１内が所定の真空度に減圧される。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）へ減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態よりも更に低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力は、不図示のＡＰＣバルブによって制御される。 An exhaust pipe 17 that exhausts the gas in the chamber 11 is connected to the exhaust chamber 16, and the exhaust plate 14 captures or reflects the plasma generated in the processing chamber 15 to prevent leakage to the exhaust chamber 16. It also has a function to A TMP (Turbo Molecular Pump) and a DP (Dry Pump) (not shown) are connected to the exhaust pipe 17, and the inside of the chamber 11 is depressurized to a predetermined degree of vacuum by these pumps. Specifically, DP depressurizes the inside of chamber 11 from atmospheric pressure to a medium vacuum state (for example, 1.3 × 10 Pa (0.1 Torr or less)), and TMP cooperates with DP to medium vacuum in chamber 11. The pressure is reduced to a high vacuum state (for example, 1.3 × 10 −3 Pa (1.0 × 10 −5 Torr) or less) which is a lower pressure than the state. The pressure in the chamber 11 is controlled by an APC valve (not shown).

チャンバ１１の内部に配置されたサセプタ１２には、第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続されると共に、第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されている。第１の高周波電源１８は、比較的低い周波数（例えば、１３ＭＨｚ）のイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。一方、第２の高周波電源２０は、比較的高い周波数（例えば、４０ＭＨｚ）のプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極（下部電極）として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。   A first high-frequency power source 18 is connected to the susceptor 12 disposed inside the chamber 11 via a first matching unit 19, and a second high-frequency power source 20 is connected to the susceptor 12 via a second matching unit 21. It is connected. The first high-frequency power source 18 applies high-frequency power for ion attraction at a relatively low frequency (for example, 13 MHz) to the susceptor 12. On the other hand, the second high frequency power supply 20 applies high frequency power for plasma generation of a relatively high frequency (for example, 40 MHz) to the susceptor 12. Thereby, the susceptor 12 functions as an electrode (lower electrode). Further, the first matching unit 19 and the second matching unit 21 reduce the reflection of the high frequency power from the susceptor 12 to maximize the application efficiency of the high frequency power to the susceptor 12.

サセプタ１２の上部周縁部には、サセプタ１２の中央部分が図中上方へ向けて突出するように段差が形成される。サセプタ１２の中央部分の先端には、静電電極板２２を内蔵するセラミックスからなる静電チャック２３が配置されている。静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（以下「裏面」という）に負電位が発生して、静電電極板２２とウエハＷの裏面との間に電位差が生じる。ウエハＷは、この電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によって静電チャック２３に吸着保持される。   A step is formed on the upper peripheral edge of the susceptor 12 so that the central portion of the susceptor 12 protrudes upward in the figure. At the tip of the central portion of the susceptor 12, an electrostatic chuck 23 made of ceramics incorporating the electrostatic electrode plate 22 is disposed. A DC power supply 24 is connected to the electrostatic electrode plate 22, and when a positive DC voltage is applied to the electrostatic electrode plate 22, the surface of the wafer W on the electrostatic chuck 23 side (hereinafter referred to as “back surface”). A negative potential is generated, and a potential difference is generated between the electrostatic electrode plate 22 and the back surface of the wafer W. The wafer W is attracted and held on the electrostatic chuck 23 by a Coulomb force or a Johnson-Rahbek force resulting from this potential difference.

また、サセプタ１２は、内部に不図示の冷媒流路からなる冷却機構を有している。この冷却機構は、プラズマと接触して温度が上昇するウエハＷの熱をサセプタ１２を介して吸収することによって、ウエハＷの温度が所定温度よりも高くなることを防止する。   The susceptor 12 has a cooling mechanism including a refrigerant flow path (not shown) inside. This cooling mechanism prevents the temperature of the wafer W from becoming higher than a predetermined temperature by absorbing the heat of the wafer W that rises in contact with the plasma through the susceptor 12.

なお、サセプタ１２は、伝熱効率や電極機能を考慮して、導電体（例えば、アルミニウム）により構成されるが、導電体をプラズマが発生する処理室１５へ晒すのを防止するために、サセプタ１２の側面は誘電体（例えば、石英（ＳｉＯ２））からなる側面保護部材２５によって覆われる。 The susceptor 12 is made of a conductor (for example, aluminum) in consideration of heat transfer efficiency and electrode function. In order to prevent the conductor from being exposed to the processing chamber 15 where plasma is generated, the susceptor 12 is used. These side surfaces are covered with a side surface protection member 25 made of a dielectric (for example, quartz (SiO 2 )).

さらに、サセプタ１２の上部周縁部（段差部）及び側面保護部材２５の上面には、静電チャック２３に吸着保持されたウエハＷを囲むように、フォーカスリング２６が載置されており、更に、フォーカスリング２６を囲むようにシールドリング２７が側面保護部材２５の上面に載置されている。フォーカスリング２６は、珪素（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく、フォーカスリング２６上まで拡大する。   Further, a focus ring 26 is placed on the upper peripheral edge (step) of the susceptor 12 and the upper surface of the side surface protection member 25 so as to surround the wafer W attracted and held by the electrostatic chuck 23. A shield ring 27 is placed on the upper surface of the side surface protection member 25 so as to surround the focus ring 26. The focus ring 26 is made of silicon (Si) or silicon carbide (SiC), and expands the plasma distribution area not only on the wafer W but also on the focus ring 26.

チャンバ１１には、処理室１５に対向するチャンバ１１の内周面を覆うように、デポシールド６０が配置されている。本実施の形態では、デポシールド６０は、チャンバ１１の上端面に係止され、固定されている。また、デポシールド６０の下端部と円板状部材２８の上面周縁部との間に排気プレート１４を架設している。   A deposition shield 60 is disposed in the chamber 11 so as to cover the inner peripheral surface of the chamber 11 facing the processing chamber 15. In the present embodiment, the deposition shield 60 is locked and fixed to the upper end surface of the chamber 11. Further, the exhaust plate 14 is installed between the lower end portion of the deposition shield 60 and the upper surface peripheral portion of the disk-like member 28.

チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド３０が配置されている。シャワーヘッド３０は、上部電極板４０と、上部電極板４０を着脱可能に釣支するクーリングプレート３１と、クーリングプレート３１を覆う蓋体３２とを有する。プラズマエッチング装置１０では、シャワーヘッド３０とサセプタ１２は、上部電極板４０とサセプタ１２の上面とが平行となるように配置されている。   A shower head 30 is disposed on the ceiling of the chamber 11 so as to face the susceptor 12. The shower head 30 includes an upper electrode plate 40, a cooling plate 31 that detachably supports the upper electrode plate 40, and a lid body 32 that covers the cooling plate 31. In the plasma etching apparatus 10, the shower head 30 and the susceptor 12 are arranged so that the upper electrode plate 40 and the upper surface of the susceptor 12 are parallel to each other.

上部電極板４０は、厚み方向に貫通する多数のガス孔４１を有する円板状部材である。後述する通り、上部電極板４０の基材にはカーボン（黒鉛）が用いられているため、従来のアルミニウム等の金属製の上部電極と比較すると、厚みが同じ場合には、機械的強度は相対的に小さくなる。そのため、本実施の形態では、チャンバ１１の上端面に係止されたデポシールド６０と蓋体３２とによって上部電極板４０の外周部を挟持することによって、上部電極板４０を強固に保持する構成を取っている。蓋体３２とデポシールド６０のそれぞれにおいて上部電極板４０を挟持する部分には、チャンバ１１の内部の気密性を確保するためのシールリング６５が配置されている。なお、上部電極板４０のより詳細な構造については、図２を参照して後述する。   The upper electrode plate 40 is a disk-shaped member having a large number of gas holes 41 penetrating in the thickness direction. As will be described later, since carbon (graphite) is used for the base material of the upper electrode plate 40, the mechanical strength is relative when the thickness is the same as compared with the conventional upper electrode made of metal such as aluminum. Become smaller. Therefore, in the present embodiment, the upper electrode plate 40 is firmly held by sandwiching the outer periphery of the upper electrode plate 40 by the deposition shield 60 and the lid 32 that are locked to the upper end surface of the chamber 11. Is taking. In each of the lid 32 and the deposition shield 60, a seal ring 65 for securing the airtightness inside the chamber 11 is disposed at a portion sandwiching the upper electrode plate 40. A more detailed structure of the upper electrode plate 40 will be described later with reference to FIG.

クーリングプレート３１と蓋体３２との間にはバッファ室３４が設けられ、このバッファ室３４には処理ガス導入管３５が接続されている。また、クーリングプレート３１には、バッファ室３４と上部電極板４０に形成されたガス孔４１とに連通する孔部３３が形成されている。   A buffer chamber 34 is provided between the cooling plate 31 and the lid 32, and a processing gas introduction pipe 35 is connected to the buffer chamber 34. The cooling plate 31 has a hole 33 communicating with the buffer chamber 34 and the gas hole 41 formed in the upper electrode plate 40.

プラズマエッチング装置１０の動作制御は、制御部３６によって行われる。制御部３６は、内蔵するメモリ等に記憶されたプログラムに従って各構成要素の動作を制御し、ウエハＷにプラズマエッチング処理を実行する。具体的には、制御部３６は、各構成要素の動作を制御して、処理ガス導入管３５からバッファ室３４へ供給された処理ガスを処理室１５へ導入し、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５の内部空間へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力により処理室１５に導入された処理ガスを励起してプラズマを生成し、プラズマ中のイオンを第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引き込み、ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。   Operation control of the plasma etching apparatus 10 is performed by the control unit 36. The control unit 36 controls the operation of each component according to a program stored in a built-in memory or the like, and executes a plasma etching process on the wafer W. Specifically, the control unit 36 controls the operation of each component to introduce the processing gas supplied from the processing gas introduction pipe 35 to the buffer chamber 34 into the processing chamber 15, and from the second high frequency power supply 20. The processing gas introduced into the processing chamber 15 is excited by high-frequency power for plasma generation applied to the internal space of the processing chamber 15 via the susceptor 12 to generate plasma, and ions in the plasma are converted into a first high-frequency power source. 18 is attracted toward the wafer W by high frequency power for ion attraction applied to the susceptor 12, and the wafer W is subjected to plasma etching.

図２は、上部電極板４０の構造を示す垂直断面図である。上部電極板４０は、主に、カーボン（具体的には、黒鉛）からなる円板状の基材５０と、基材５０の表面全体を覆うように形成されたＳｉＣ被膜５１と、ＳｉＣ被膜５１を覆うように形成されたガラス被膜５２と、処理室１５に面したガラス被膜５２の表面に形成されたセラミックスからなる溶射被膜５３と、基材５０に形成された穴部に嵌め込まれたスリーブ５４とによって構成されている。   FIG. 2 is a vertical sectional view showing the structure of the upper electrode plate 40. The upper electrode plate 40 is mainly composed of a disk-shaped substrate 50 made of carbon (specifically, graphite), an SiC coating 51 formed so as to cover the entire surface of the substrate 50, and an SiC coating 51. A glass coating 52 formed so as to cover the surface, a thermal spray coating 53 made of ceramics formed on the surface of the glass coating 52 facing the processing chamber 15, and a sleeve 54 fitted in a hole formed in the substrate 50. And is composed of.

ＳｉＣ被膜５１は、基材５０にガス孔４１を形成するための穴部を形成した後に、基材５０の全表面を覆うように形成される。ＳｉＣ被膜５１は、ガラス被膜５２の密着性（濡れ性）を高める役割を担う。ＳｉＣ被膜５１の形成方法には周知の技術を用いることができ、例えば、金属Ｓｉを含浸させて焼結する反応焼結法やＣＶＤ法による薄膜形成法等を用いることができる。ＳｉＣ被膜５１の厚さは、前述の機能が発揮される限りにおいて制限はないが、具体的には、数十ナノメールから数ミクロン程度とされる。   The SiC coating 51 is formed so as to cover the entire surface of the substrate 50 after forming holes for forming the gas holes 41 in the substrate 50. The SiC coating 51 plays a role of improving the adhesion (wetting property) of the glass coating 52. A well-known technique can be used for the formation method of the SiC film 51, for example, a reactive sintering method in which metal Si is impregnated and sintered, a thin film forming method by a CVD method, or the like can be used. The thickness of the SiC film 51 is not limited as long as the above-described function is exhibited. Specifically, the thickness of the SiC film 51 is about several tens of nanomails to several microns.

スリーブ５４は、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）からなり、ＳｉＣ被膜５１が形成された後に、基材５０に形成された穴部に打ち込み（嵌め込み）或いは接着によって取り付けられる。そのため、スリーブ５４と基材５０との間にはＳｉＣ被膜５１が存在するが、ガラス被膜５２は存在しない。なお、本実施の形態では、正確には、スリーブ５４の内孔がガス孔４１となる。 The sleeve 54 is made of, for example, yttria (Y 2 O 3 ), and after the SiC coating 51 is formed, the sleeve 54 is attached to a hole formed in the base material 50 by fitting (inserting) or adhesion. Therefore, the SiC film 51 exists between the sleeve 54 and the base material 50, but the glass film 52 does not exist. In the present embodiment, precisely, the inner hole of the sleeve 54 becomes the gas hole 41.

基材５０は、カーボン（黒鉛）からなる多孔質材料であるため、ガス透過性を有する。一方、上部電極板４０は、既に説明したように、その外周がデポシールド６０と蓋体３２とによって挟持されるようにして配置されている。そのため、チャンバ１１内を減圧した際に、上部電極板４０を通して外部から空気がチャンバ１１内に流入することのないように、上部電極板４０はガス遮断性を備えている必要がある。そこで、上部電極板４０にガス遮断性を付与するために、ガラス被膜５２が設けられる。したがって、ガラス被膜５２には、ガス遮断性を有する緻密性が必要とされ、これにより、基材５０のカーボン（黒鉛）の結晶の剥離によるパーティクルの発生を実質的になくすことができる。   Since the base material 50 is a porous material made of carbon (graphite), it has gas permeability. On the other hand, as described above, the upper electrode plate 40 is arranged so that the outer periphery thereof is sandwiched between the deposition shield 60 and the lid 32. Therefore, when the pressure inside the chamber 11 is reduced, the upper electrode plate 40 needs to have a gas barrier property so that air does not flow into the chamber 11 from the outside through the upper electrode plate 40. Therefore, a glass coating 52 is provided in order to provide the upper electrode plate 40 with a gas barrier property. Therefore, the glass coating 52 is required to have a gas barrier property, thereby substantially eliminating the generation of particles due to the separation of carbon (graphite) crystals of the substrate 50.

ガラス被膜５２の厚さは、ガス遮断性を有するように、また、後にガラス被膜５２上に溶射被膜５３の形成する処理の際に亀裂や剥離することない強度を有するように、例えば、１０μｍ〜４０μｍとすることが好ましく、２０μｍ〜３０μｍとすることがより好ましい。   The thickness of the glass coating 52 is, for example, 10 μm to so as to have a gas barrier property and to have a strength that does not cause cracking or peeling during the process of forming the thermal spray coating 53 on the glass coating 52 later. It is preferable to set it as 40 micrometers, and it is more preferable to set it as 20 micrometers-30 micrometers.

ガラス被膜５２の成膜方法には特に制限はなく、例えば、ガラス粉末をスラリー状（又はペースト状又はゲル状）にしてＳｉＣ被膜５１上に塗布して乾燥させ、所定温度に加熱することによってガラス粉末を溶融させて緻密な膜状とする方法等を用いることができる。なお、その際、スリーブ５４の内孔にマスキング等を施しておくことにより、スリーブ５４の内孔がガラス被膜５２によって潰されないようにする。   There is no particular limitation on the method of forming the glass coating 52. For example, the glass powder is made into a slurry (or paste or gel) in the form of a slurry, applied onto the SiC coating 51, dried, and heated to a predetermined temperature. For example, a method of melting powder to form a dense film can be used. At that time, the inner hole of the sleeve 54 is masked to prevent the inner hole of the sleeve 54 from being crushed by the glass coating 52.

溶射被膜５３には、セラミックスからなる被膜、具体的には、イットリア溶射被膜が用いられ、これにより、上部電極板４０にプラズマ耐性が付与される。溶射被膜５３の厚さは、例えば、数十ミクロンから数百ミクロン（具体的には、２００μｍ程度）とすることができる。なお、溶射被膜５３の形成方法には、周知の技術を用いればよい。   As the thermal spray coating 53, a ceramic coating, specifically, an yttria thermal spray coating is used, and thereby plasma resistance is imparted to the upper electrode plate 40. The thickness of the thermal spray coating 53 can be, for example, several tens of microns to several hundreds of microns (specifically, about 200 μm). A known technique may be used as a method for forming the thermal spray coating 53.

上部電極板４０の外周には、導通部材４５（図１に不図示）が配置されており、導通部材４５により、チャンバ１１とデポシールド６０及び蓋体３２とが同電位に保たれる。ここで、導通部材４５と基材５０とは直接には接触していないが、ＳｉＣ被膜５１とガラス被膜５２は薄いために、プラズマエッチング処理時に下部電極であるサセプタ１２と上部電極板４０との間に高周波電圧を印加することにより導通部材４５と基材５０との間に導通が生じ、これにより、基材５０をチャンバ１１等と同じ電位に保持することができる。   A conducting member 45 (not shown in FIG. 1) is disposed on the outer periphery of the upper electrode plate 40, and the conducting member 45 keeps the chamber 11, the deposition shield 60, and the lid body 32 at the same potential. Here, although the conducting member 45 and the base material 50 are not in direct contact with each other, since the SiC coating 51 and the glass coating 52 are thin, the susceptor 12 that is the lower electrode and the upper electrode plate 40 during the plasma etching process. By applying a high-frequency voltage therebetween, conduction occurs between the conduction member 45 and the base material 50, whereby the base material 50 can be held at the same potential as the chamber 11 or the like.

導通部材４５は、上部電極板４０において蓋体３２とデポシールド６０とに挟持される部分の表面はガラス被膜５２となっているため、上部電極板４０が挟持された状態でのガラス被膜５２の破壊を防止して、ガラス被膜５２を保護する役割をも果たす。   The conductive member 45 has a glass coating 52 on the surface of the upper electrode plate 40 that is sandwiched between the lid 32 and the deposition shield 60, so that the glass coating 52 in a state in which the upper electrode plate 40 is sandwiched is formed. It also serves to protect the glass coating 52 by preventing breakage.

上部電極板４０において、基材５０の上面の内周側であって、且つ、ガス穴４１が形成されている領域の外側には、複数箇所に凹部が形成されている。これらの凹部には、上部電極板４０を固定するための固定部材として、例えば、ＳｉＣからなるブッシュ５５が接着固定されている。ブッシュ５５にはネジ穴５６が形成されており、ネジ穴５６に不図示のネジを螺合させることにより、ブッシュ５５をクーリングプレート３１（図１参照）と締結する。これにより、上部電極板４０は、その外周部のみでなく、クーリングプレート３１にも保持されるため、上部電極板４０の自重による撓みの発生を防止することができる。なお、ブッシュ５５は、蓋体３２に対して固定される位置にも設けることができる。   In the upper electrode plate 40, concave portions are formed at a plurality of locations on the inner peripheral side of the upper surface of the base material 50 and outside the region where the gas holes 41 are formed. For example, a bush 55 made of SiC is bonded and fixed to these recesses as a fixing member for fixing the upper electrode plate 40. A screw hole 56 is formed in the bush 55, and a screw (not shown) is screwed into the screw hole 56, whereby the bush 55 is fastened to the cooling plate 31 (see FIG. 1). Thereby, since the upper electrode plate 40 is held not only by the outer peripheral portion but also by the cooling plate 31, it is possible to prevent the upper electrode plate 40 from being bent due to its own weight. The bush 55 can also be provided at a position where it is fixed with respect to the lid body 32.

なお、本実施の形態では、基材５０の表面にＳｉＣ被膜５１を形成しているため、基材５０のカーボン（黒鉛）及びＳｉＣ被膜５１と熱膨張係数が同じ又は近接した材料をブッシュ５５に用いている。これにより、これらの各部材の温度変化に対する上部電極板４０の保持状態を安定に維持することができる。ブッシュ５５には、このような効果が得られれば、他のセラミックス材料や金属材料を用いても構わない。   In the present embodiment, since the SiC film 51 is formed on the surface of the base material 50, a material having the same or close thermal expansion coefficient as the carbon (graphite) and the SiC film 51 of the base material 50 is used for the bush 55. Used. Thereby, the holding | maintenance state of the upper electrode plate 40 with respect to the temperature change of each of these members can be maintained stably. As long as such an effect is obtained for the bush 55, other ceramic materials or metal materials may be used.

上記の通り、本実施の形態に係る上部電極板４０では、基材５０として、従来の基材であるアルミニウムよりも熱容量の小さいカーボン（黒鉛）を用いており、アルミニウム（Ａｌ）とカーボン（Ｃ）の熱容量の比は、概ね、Ａｌ：Ｃ＝１：０．３４の関係にある。そのため、本実施の形態に係る上部電極板４０では、従来の上部電極板と形状が同じである場合に、小さい熱量で温度を変化させることが可能になり、温度制御の応答性を向上させることができる。これにより、ひいては、精度の高い処理を行うことが可能になると共に、ウエハＷの処理のスループットを向上させることが可能になる。   As described above, in the upper electrode plate 40 according to the present embodiment, carbon (graphite) having a smaller heat capacity than aluminum, which is a conventional base material, is used as the base material 50, and aluminum (Al) and carbon (C ) Is generally in the relationship of Al: C = 1: 0.34. Therefore, in the upper electrode plate 40 according to the present embodiment, when the shape is the same as the conventional upper electrode plate, the temperature can be changed with a small amount of heat, and the responsiveness of temperature control is improved. Can do. As a result, it becomes possible to perform highly accurate processing and improve the processing throughput of the wafer W.

また、本実施の形態に係る上部電極板４０は、基材５０として、従来の基材であるアルミニウムよりも軽いカーボン（黒鉛）が用いられているため、同じ形状の場合に、軽量化が可能になる。具体的には、アルミニウムの比重が２．７であるのに対して、カーボン（黒鉛）の比重は約１．５であるから、上部電極板としての重量を約４４％低減することが可能になる。これにより、プラズマエッチング装置１０の組立作業における上部電極板４０の取り扱い負荷を軽減することができる。   Moreover, since the upper electrode plate 40 according to the present embodiment uses carbon (graphite) that is lighter than aluminum as a conventional base material as the base material 50, the weight can be reduced in the case of the same shape. become. Specifically, since the specific gravity of aluminum is 2.7, while the specific gravity of carbon (graphite) is about 1.5, the weight of the upper electrode plate can be reduced by about 44%. Become. Thereby, the handling load of the upper electrode plate 40 in the assembly work of the plasma etching apparatus 10 can be reduced.

なお、上部電極板４０を用いて実行されたプラズマエッチング処理では、従来のアルミニウムを基材とした上部電極板を用いて実行されたプラズマエッチング処理と比較して、エッチングレートやエッチング処理によるウエハＷ上の各種膜の除去性能、エッチング処理後の溝形状及び孔形状等について、実質的な差異は見られず、十分に実用的であることが確認された。   In the plasma etching process executed using the upper electrode plate 40, the etching rate and the wafer W by the etching process are compared with the plasma etching process executed using the conventional upper electrode plate based on aluminum. There were no substantial differences in the removal performance of the various films above, the groove shape and hole shape after the etching process, and it was confirmed that the film was sufficiently practical.

以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記説明では、本発明に係る半導体製造装置用部品として上部電極板４０を取り上げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、デポシールド６０に、上部電極板４０の構造、即ち、カーボンからなる基材に３層のＳｉＣ被膜／ガラス被膜／溶射被膜が形成された部材を用いてもよい。   Although the present invention has been described using the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above description, the upper electrode plate 40 is taken up and described as a component for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention. However, the present invention is not limited to this. For example, the structure of the upper electrode plate 40 on the deposition shield 60, That is, a member in which a three-layer SiC coating / glass coating / spray coating is formed on a carbon substrate may be used.

また、上部電極板４０では、本実施の形態においては、プラズマ耐性を備えるために溶射被膜５３を設けたが、プラズマ耐性が必要でない部材について軽量化を目的とした場合には、カーボンからなる基材に２層のＳｉＣ被膜／ガラス被膜が形成されたものを用いることもでき、その適用例としては、蓋体３２が挙げられる。   In the present embodiment, the upper electrode plate 40 is provided with the sprayed coating 53 in order to provide plasma resistance. However, in the case of reducing the weight of a member that does not require plasma resistance, a base made of carbon is used. A material in which a two-layered SiC film / glass film is formed on the material can also be used.

更に、本実施の形態では、上部電極板４０をデポシールド６０と蓋体３２とで挟持する構成としたが、上部電極板４０がチャンバ１１の内部に完全に内包される構造であってもよい。この場合でも、ガラス被膜５２には、基材５０からのパーティクルの発生を防止するために緻密質であることが要求される。本発明に係るプラズマ処理装置は、上述した平行平板型のプラズマエッチング処理装置に限定されるものではなく、プラズマを用いる各種装置、例えば、アッシング装置やプラズマＣＶＤ装置等にも用いることができる。   Furthermore, in the present embodiment, the upper electrode plate 40 is sandwiched between the deposition shield 60 and the lid 32. However, the upper electrode plate 40 may be completely enclosed within the chamber 11. . Even in this case, the glass coating 52 is required to be dense in order to prevent generation of particles from the substrate 50. The plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the above-described parallel plate type plasma etching processing apparatus, and can be used for various apparatuses using plasma, for example, an ashing apparatus and a plasma CVD apparatus.

１０ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
２８ シャワーヘッド
４０ 上部電極板
４１ ガス孔
４５ 導通部材
５０ 基材
５１ ＳｉＣ被膜
５２ ガラス被膜
５３ 溶射被膜
５４ スリーブ
５５ ブッシュ
Ｗ ウエハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate processing apparatus 11 Chamber 12 Susceptor 28 Shower head 40 Upper electrode plate 41 Gas hole 45 Conductive member 50 Base material 51 SiC coating 52 Glass coating 53 Thermal spray coating 54 Sleeve 55 Bush W Wafer

Claims (7)

基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が備えるチャンバの内部に設けられるプラズマ処理装置用部品であって、
カーボンからなる基材と、
前記基材の表面に設けられるＳｉＣ被膜と、
前記ＳｉＣ被膜の表面に設けられる、ガス遮断性を有するガラス被膜と、
前記ガラス被膜の表面に設けられる、セラミックスからなる溶射被膜と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置用部品。 A plasma processing apparatus component provided in a chamber provided in a plasma processing apparatus that performs a predetermined plasma processing on a substrate,
A substrate made of carbon;
A SiC coating provided on the surface of the substrate;
A glass coating having a gas barrier property provided on the surface of the SiC coating;
A plasma processing apparatus component comprising: a thermal spray coating made of ceramics provided on a surface of the glass coating. 前記溶射被膜は、前記チャンバの内部においてプラズマが生成される空間に面した前記ガラス被膜の表面に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用部品。   2. The component for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the thermal spray coating is provided on a surface of the glass coating facing a space where plasma is generated inside the chamber. 前記プラズマ処理装置用部品は、前記チャンバの内部に収容された基板と一定の距離を隔てて対向するように前記チャンバの内部に配置される電極部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置用部品。   3. The plasma processing apparatus component is an electrode member disposed in the chamber so as to face a substrate accommodated in the chamber with a certain distance therebetween. A component for a plasma processing apparatus as described in 1. 前記基材には孔部が設けられ、前記孔部に前記ＳｉＣ被膜を介してセラミックスからなるスリーブが配置されており、
前記スリーブの内孔が、前記チャンバの内部においてプラズマを発生させるために前記基板に向けて所定のガスを供給するためのガス孔となっていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置用部品。 A hole is provided in the base material, and a sleeve made of ceramics is disposed in the hole through the SiC film,
4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the inner hole of the sleeve is a gas hole for supplying a predetermined gas toward the substrate in order to generate plasma inside the chamber. Parts. 前記スリーブ及び前記溶射被膜は、イットリアからなることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置用部品。   The component for a plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the sleeve and the thermal spray coating are made of yttria. 基板を収容するチャンバと、
前記チャンバの内部において基板を載置する下部電極と、
前記下部電極に載置された基板と対向するように配置される上部電極板を有し、前記基板に向けてプラズマを生成させるための所定のガスを供給するシャワーヘッドとを備え、
前記上部電極板と前記下部電極との間に所定の電圧を印加することによりプラズマを生成させて前記基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記上部電極板は、
カーボンからなる基材と、
前記基材の表面に設けられるＳｉＣ被膜と、
前記ＳｉＣ被膜の表面に設けられる、ガス遮断性を有するガラス被膜と、
前記プラズマが生成される空間に対向する前記ガラス被膜の表面に設けられる、セラミックスからなる溶射被膜と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 A chamber for receiving a substrate;
A lower electrode for mounting a substrate inside the chamber;
A shower head having an upper electrode plate disposed to face the substrate placed on the lower electrode, and supplying a predetermined gas for generating plasma toward the substrate;
A plasma processing apparatus for generating a plasma by applying a predetermined voltage between the upper electrode plate and the lower electrode and performing a predetermined plasma treatment on the substrate;
The upper electrode plate is
A substrate made of carbon;
A SiC coating provided on the surface of the substrate;
A glass coating having a gas barrier property provided on the surface of the SiC coating;
A plasma processing apparatus comprising: a thermal spray coating made of ceramics provided on a surface of the glass coating facing a space where the plasma is generated. 前記チャンバは円筒状であり、
前記チャンバの上面を覆う円板状の蓋部材を更に備え、
前記上部電極板は、円板状の形状を有し、前記上部電極板の上面の内周側に設けられた凹部に配置された固定部材を備え、
前記上部電極板の外周部が前記チャンバの上端と蓋部材との間に挟持されると共に、前記固定部材が前記蓋部材に釣支されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。 The chamber is cylindrical;
A disc-shaped lid member covering the upper surface of the chamber;
The upper electrode plate has a disk-like shape, and includes a fixing member disposed in a recess provided on the inner peripheral side of the upper surface of the upper electrode plate,
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein an outer peripheral portion of the upper electrode plate is sandwiched between an upper end of the chamber and a lid member, and the fixing member is supported by the lid member. .
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