KR100540051B1 - 플라즈마 처리 장치, 링부재 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
플라즈마를 이용해서 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 서로 다른 복수의 프로세스를 실행함에 있어서 장치의 공용화를 도모하는 것, 또한 복수의 장치에서 동일한 프로세스를 실행함에 있어서 장치간의 플라즈마의 상태를 용이하게 맞추는 것을 제공한다.
처리 용기내의 피 처리 기판을 절연재로 이루어지는 링부재로 둘러싸고, 이 링부재내에 플라즈마의 시스 영역을 조정하기 위한 전극을 설치하고, 예컨대 피 처리 기판에 대하여 제 1 프로세스를 실행할 때에는 해당 전극에 제 1 직류 전압을 인가하고, 제 2 프로세스를 실행할 때에는 제 2 직류 전압을 인가하는 구성으로 한다. 이 경우, 각 프로세스 또는 동일한 프로세스를 실행하는 각 장치에 따라서 적절한 직류 전압을 인가함으로써 플라즈마의 상태를 맞출 수 있으므로, 장치의 공용화를 도모할 수 있고, 또한 플라즈마의 상태의 조정을 용이하게 할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 종단면도,
도 2는 상기 플라즈마 처리 장치의 제어부를 도시하는 설명도,
도 3은 상기 플라즈마 처리 장치를 사용하여 플라즈마 처리했을 때의 플라즈마 상태를 도시하는 설명도,
도 4는 상기 플라즈마 처리 장치를 사용하여 에칭하는 다층막을 도시하는 설명도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 예를 도시하는 설명도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 또다른 예를 도시하는 설명도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 포함한 플라즈마 처리 시스템을 도시하는 설명도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 링부재가 탑재되는 플라즈마 에칭 장치를 도시하는 종단면도,
도 9는 본 발명에 따른 링부재의 제 1 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 10은 도 9의 구성에 양극 산화 피막을 추가한 예를 도시하는 단면도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 제 2 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 12는 도 11의 구성에 양극 산화 피막을 추가한 예를 도시하는 단면도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 제 3 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 14는 도 13의 구성에 양극 산화 피막을 추가한 예를 도시하는 단면도,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 제 1 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 16은 Y2O3 피막에 수화 처리를 실행한 경우와 실행하지 않은 경우에서 X선 해석 패턴을 비교하여 도시하는 도면,
도 17은 Y2O3 피막에 수화 처리를 실행한 경우와 실행하지 않은 경우에서 IPA의 흡착을 비교하여 도시하는 도면,
도 18은 Y2O3 피막에 수화 처리를 실행한 경우와 실행하지 않은 경우에서 수지의 침투를 비교하여 도시한 도면,
도 19는 수화 처리전과 처리후의 층 상태를 비교하여 도시하는 주사형 전자 현미경 사진,
도 20은 도 15의 구성에 양극 산화 피막을 추가한 예를 도시하는 단면도,
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 제 2 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 22는 도 21의 구성에 양극 산화 피막을 추가한 예를 도시하는 단면도,
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 제 3 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 제 3 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 제 3 예의 층구성을 도시하는 단면도,
도 26은 도 16의 구성에 양극 산화 피막을 추가한 예를 도시하는 단면도,
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 링부재를 도시하는 모식도,
도 28은 종래의 플라즈마 처리 장치를 도시하는 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 처리 용기 22 : 진공 펌프
3 : 상부 전극 33 : 제 1 가스 공급계
34 : 제 2 가스 공급계 4 : 하부 전극
44 : 정전 척 5 : 포커스 링
51 : 전극 52a : 액추에이터
6 : 제어부 20 : 진공 챔버
20a : 데포 쉴드 30 : 가스 샤워 헤드
210 : 탑재대 212: 정전 척
213 : 포커스 링 214 : 배기 플레이트
71, 81 : 기재 72, 76, 77, 82, 84, 87 : 피막
74 : 배리어 코트층 75, 83 : 양극 산화 피막
76a, 78a, 79a : 봉공 처리부
82a, 86a, 88a, 98 : 수화 처리부
본 발명은, 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 플라즈마를 이용하여 소정의 처리, 예컨대 에칭 처리를 하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 디바이스의 제조공정에서는, 예컨대 커패시터나 소자의 분리, 또는 콘택트 홀을 형성하기 위해서, 기판 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 칭함)에 대하여 드라이 에칭이 실행되고 있다. 이 처리를 하는 장치의 하나로서 낱장식 평행평판형 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
상술한 장치에 대해서 도 28을 이용하여 간단히 설명하면, 이 플라즈마장치는 기밀용기(1)의 상하에 각각 가스 샤워 헤드를 겸한 상부 전극(11)과 탑재대를 겸한 하부 전극(12)이 마련되고, 또한 탑재대(12)상의 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸 도록 내측에 실리콘 링(13)이, 또한 외측에 석영 링(14)이 설치되어 구성되어 있다. 그리고 고주파 전원(15)에 의해서 상부 전극(11) 및 하부 전극(12)의 사이에 고주파 전압을 인가하고, 가스 샤워 헤드(상부 전극)(11)로부터의 처리 가스를 플라즈마화함과 동시에, 고주파 전원(16)으로부터 하부 전극(12)으로 바이어스용 전압을 인가하고, 배기구(17)로부터 진공 배기하여 소정의 압력으로 유지함으로써 탑재대(하부 전극)상의 웨이퍼(W)에 대하여 에칭을 한다.
여기서, 실리콘 링(13) 및 석영 링(14)의 역할에 대해서 설명한다. 웨이퍼(W)의 표면 부근에 도달한 처리 가스는 웨이퍼(W)의 주연을 향하여 확산되고, 그 외측으로부터 아래를 향하여 배기되기 때문에, 웨이퍼(W)의 주연부(주연 부근)와 중앙 부근의 영역의 사이에서는 처리 가스의 가스의 흐름이 달라, 웨이퍼(W)의 주연부에서는 처리 가스에 있어서의 예정된 성분비의 밸런스가 무너져 버리고, 또한 웨이퍼(W)가 놓여 있는 영역과 그 외측에서는 플라즈마와 하부 전극과의 사이의 임피던스 성분이나 컨덕턴스 성분 등의 값이 다르다. 이 때문에, 웨이퍼의 주연 근방 위쪽과 그 내측 위쪽에서는 플라즈마의 상태가 달라진다.
한편, 웨이퍼의 이용율을 높이기 위해서, 가능한 한 웨이퍼의 주연에 가까운 영역까지 디바이스를 형성한다고 하는 요청이 강한 것으로부터, 웨이퍼(W)의 주연 근방까지 에칭 레이트에 대해서 높은 면내균일성을 확보할 필요가 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 외측에 도전체, 반도체 또는 유전체로 이루어지는 포커스 링 등으로 불리는 링부재를 배치하여, 웨이퍼(W)의 주연부 위쪽의 플라즈마 밀도를 조정하고 있다. 구체적으로는 에칭해야 하는 막의 재질이나 공급 전력의 크기 등에 따라 서 포커스 링의 재질을 선정하고, 또한 링 폭이나 높이 등을 조정하여, 그 처리에 적당한 포커스 링을 설치하도록 하고 있다(예컨대, 특허문헌 3 참조).
상술한 특허문헌에서는 일례로서 실리콘산화막을 에칭하는 경우에 실리콘 링을 사용하고 있는데, 예컨대 폴리실리콘을 에칭하는 경우에는 석영 등의 절연체를 사용하고 있다.
(특허문헌 1)
일본 특허 공개 공보 평8<1996>-335568호(제 3 내지 4페이지, 도 2)
(특허문헌 2)
일본 특허 공개 공보 2000-36490호(제 5 페이지, 도 3)
(특허문헌 3)
일본 특허 공개 평8<1996>-162444호(제 5 페이지, 도 2)
이러한 것으로부터, 웨이퍼(W)상에 형성된 다층막을 에칭하는 경우에는 각 층마다 또는 각 층 중 일부 층의 사이에서 처리 가스나 공급 전력의 크기 등이 다르므로, 각 층마다 또는 각 층 중 일부 층 사이에서 필요로 하는 포커스 링이 다르고, 포커스 링이 다른 만큼 챔버를 준비해야 한다. 실제로는 예컨대 5층막을 에칭하기 위해서 2개의 막에 대해서는 챔버를 공용하고, 나머지 막에 대해서는 각각의 챔버에서 처리를 하는 것이 실시되고 있다. 에칭을 하는 장치의 기본적인 구성부분은 막의 종류가 다르더라도 동일하므로, 챔버를 공통화하는 것이 좋은 방법이지만, 이러한 이유로부터 챔버의 공통화가 저지되고 있다.
이 때문에, 풋프린트(장치의 점유면적)의 축소화의 곤란성의 요인의 하나가 되고, 또한 장치의 베리에이션이 증가하기 때문에, 장치의 양산성 및 장치 관리의 점으로부터 장치의 제작, 운전 코스트를 상승시키는 한가지 원인이 되고 있다.
본 발명은 이러한 사정 하에서 이루어진 것으로, 그 목적은 서로 다른 복수의 프로세스를 실행함에 있어서, 장치의 공용화를 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것에 있다. 다른 목적은 동일한 프로세스를 실행하는 장치 사이에서, 플라즈마의 상태를 맞추기 위한 조정이 용이한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는 처리 용기내의 탑재대에 탑재된 피 처리 기판에 대하여, 처리 가스의 플라즈마에 의해서 처리를 하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 탑재대 상의 피 처리 기판을 둘러싸도록 마련된 절연재로 이루어지는 링부재와,
이 링부재내에 둘레방향을 따라 마련된 전극과,
상기 링부재 위쪽의 플라즈마의 시스 영역을 조정하기 위해서 상기 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 절연체로 이루어지는 링부재 내의 전극에 소정의 직류 전압을 인가함으로써, 이 링부재의 표면과 플라즈마와의 경계에 있는 이온 시스 영역의 두께를 조정할 수 있고, 각 프로세스 처리마다 플라즈마 의 상태를 맞출 수 있다. 그 때문에, 서로 다른 복수의 프로세스 처리에 대하여 공통의 링부재를 사용하여 처리할 수 있기 때문에, 장치의 공용화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 예컨대 제 1 프로세스시에는 링부재내의 전극에 제 1 직류 전압을 인가하고, 제 2 프로세스시에는 링부재내의 전극에 제 2 직류 전압을 인가하는 것 같이 인가 전압을 전환하기 위한 수단을 구비하도록 해도 좋다. 이 경우, 상기 수단은 예컨대 제 1 프로세스를 실행하기 위한 프로세스 조건과 피 처리 기판에 대하여 제 2 프로세스를 실행하기 위한 프로세스 조건을 기억하는 기억부를 구비하고, 이 기억부내의 데이터를 참조하여 인가 전압을 전환하는 구성이어도 좋다. 또한, 제 1 프로세스는 예컨대 박막을 에칭하는 처리이며, 제 2 프로세스는 예컨대 상기 박막과는 다른 종류의 박막을 에칭하는 처리이어도 좋다. 또한, 링부재내의 전극은 예컨대 직경방향으로 복수 마련되고, 이들 복수의 전극에 인가하는 직류 전압을 각각 독립하여 조정할 수 있도록 해도 좋다.
또 다른 발명의 링부재는 처리 용기내의 탑재대에 탑재된 피 처리 기판에 대하여, 처리 가스의 플라즈마에 의해서 처리를 하는 플라즈마 처리 장치의 상기 탑재대상의 피 처리 기판을 둘러싸도록 마련되는 절연재로 이루어지는 링부재에 있어서,
이 링부재의 위쪽의 플라즈마의 시스 영역을 조정하기 위해서 직류 전압이 인가되는 전극을 내부에 구비한 것을 특징으로 한다.
이 링부재는, 예컨대 피 처리 기판에 대하여 제 1 프로세스를 실행할 때에는 상기 전극에 제 1 직류 전압이 인가되고, 피 처리 기판에 대하여 제 2 프로세스를 실행할 때에는 상기 전극에 제 2 직류 전압이 인가되어도 좋다. 이 경우, 제 1 프로세스는 박막을 에칭하는 처리이며, 제 2 프로세스는 상기 박막과는 다른 종류의 박막을 에칭하는 처리이어도 좋다. 또한, 링부재내의 전극은 예컨대 직경방향으로 복수 마련되고, 이들 복수의 전극에 인가하는 직류 전압을 각각 독립하여 조정할 수 있도록 해도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법은 처리 용기내의 탑재대에 피 처리 기판을 탑재하는 공정과,
상기 탑재대 상의 피 처리 기판을 둘러싸도록 설치된 절연재로 이루어지는 링부재내에 둘레방향을 따라서 설치된 플라즈마 시스 영역 조정용 전극에 제 1 직류 전압을 인가한 상태에서, 처리 용기내에 플라즈마를 발생시켜 피 처리 기판에 제 1 프로세스를 실행하는 공정과,
이어서 상기 플라즈마 시스 영역 조정용 전극에 제 2 직류 전압을 인가한 상태에서, 처리 용기내에 플라즈마를 발생시켜 피 처리 기판에 제 2 프로세스를 실행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 링부재에 있어서, 본 발명의 제 1 관점에서는 기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고, 상기 피막을 구성하는 세라믹은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하고, 그 적어도 일부분이 수지에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
본 발명의 제 2 관점에서는, 기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 세라믹층의 적어도 한쪽의 적어도 일부분이 수지에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
상기 본 발명의 제 1 및 제 2 관점에서, 상기 수지로서는 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI, 및 PFA로 이루어지는 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 관점에서는, 기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고, 상기 피막을 구성하는 세라믹은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하고, 그 적어도 일부분이 졸겔법에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
본 발명의 제 4 관점에서는, 기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 세라믹층의 적어도 한쪽의 적어도 일부분이 졸겔법 에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
상기 본 발명의 제 3 및 제 4 관점에서, 상기 봉공 처리는 주기율표 제 3a족으로부터 선택된 것을 이용하여 실행하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제 1로부터 제 4 관점에서, 상기 세라믹으로서는 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2, CaF2, Cr
2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 알맞게 이용할 수 있다.
본 발명의 제 5 관점에서는, 기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 세라믹의 용사에 의해서 형성된 주층과, B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 배리어 코트층을 갖는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
상기 본 발명의 제 5 관점에서, 상기 배리어 코트층으로서, B4C, MgO, Al2O3
, SiC, Si3N4, SiO2, CaF2, Cr2O3, Y
2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2
O3, CeF3 및 Nd2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹을 알맞게 이용할 수 있다. 또한, 상기 배리어 코트층으로서는 적어도 그 일부가 수지에 의해서 봉공 처리된 용사 피막을 이용할 수 있고, 상기 수지로서는 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI 및 PFA로 이루어지는 군으로부터 선택된 것이 바람직하다. 또는, 상기 배리어 코트층으로서는 적어도 그 일부가 졸겔법에 의해 봉공 처리된 용사 피막을 이용할 수 있고, 상기 봉공 처리는 주기율표 제 3a족에 속하는 원소로부터 선택된 것을 이용하여 실 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 6의 관점에서는, 기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 세라믹의 용사에 의해서 형성된 주층과, 상기 기재와 상기 주층 사이에 형성된 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지는 배리어 코트층을 갖는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
상기 본 발명의 제 6의 관점에서, 상기 엔지니어링 플라스틱으로서 PTFE, PI, PAI, PEI, PBI, PFA, PPS, POM의 군으로부터 선택되는 플라스틱을 알맞게 이용할 수 있다.
상기 본 발명의 제 5 및 제 6의 관점에서, 상기 주층은 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2, CaF2, Cr2O3, Y
2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2
O3, CeF3 및 Nd2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹을 알맞게 이용할 수 있다.
본 발명의 제 7의 관점에서는, 기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지고, 상기 피막의 적어도 일부분이 증기 또는 고온수에 의해서 수화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
본 발명의 제 8의 관점에서는, 기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 세라믹층의 적어도 한쪽의 적어도 일부분이 증기 또는 고온수에 의해서 수화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
상기 본 발명의 제 7 및 제 8의 관점에서, 상기 피막으로서는, 용사에 의해서 형성된 용사 피막, 또는 박막 형성 기술로 형성된 박막을 이용할 수 있다. 또한, 상기 피막을 구성하는 세라믹으로서는, Y2O3, CeO2, Ce2O
3, Nd2O3로부터 선택된 것인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 9의 관점에서는, 기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, 세라믹의 용사로 형성된 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 세라믹층의 적어도 일부분이 증기 또는 고온수에 의해서 수화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
상기 본 발명의 제 9의 관점에서, 상기 제 1 세라믹층으로서는 용사에 의해서 형성된 용사 피막, 또는 박막 형성기술에 의해서 형성된 박막을 이용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 세라믹층을 구성하는 세라믹으로서는 Y2O3, CeO2, Ce2O3, Nd2O3로부터 선택된 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2 세라믹층을 구성하는 세라믹으로서는 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2
, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO
2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종이 바람직하다.
본 발명의 제 10의 관점에서는, 기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고, 상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 수산화물로 이루어지는 수산화물층을 갖는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다.
상기 본 발명의 제 10의 관점에 있어서, 상기 수산화물층으로서는 용사에 의해 형성된 용사 피막, 또는 박막 형성 기술에 의해 형성된 박막을 이용할 수 있다. 또한, 상기 수산화물층을 구성하는 수산화물로서는 Y(OH)3, Ce(OH)3, Nd(OH)3
으로부터 선택된 것이 바람직하다. 또한, 상기 수산화물층은 적어도 그 일부가 봉공 처리되어 있어도 무방하다.
상기 본 발명의 제 1 내지 제 10의 관점에 있어서, 상기 기재와 상기 피막 사이에 양극 산화 피막을 갖고 있어도 무방하고, 이 경우에는 상기 양극 산화 피막은 금속염 수용액에 의해 봉공 처리되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양극 산화 피막은 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI 및 PFA로 이루어지는 군으로부터 선택된 수지에 의해서 봉공 처리된 것이어도 무방하다.
본 발명의 제 11의 관점에서는, 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹 소결체로 이루어지고, 그 적어도 일부가 증기 또는 고온수에 의해 수화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다. 이 경우에, 상기 세라믹 소결체는 Y2O3, CeO2, Ce2O3, Nd2
O3로부터 선택된 세라믹을 수화 처리한 것이 바람직하다.
본 발명의 제 12의 관점에서는, 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 수산화물을 포함하는 세라믹 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 링부재를 제공한다. 이 경우에, 상기 세라믹 소결체에 포함되는 수산화물은 Y(OH)3, Ce(OH)3, Nd(OH)3으로부터 선택된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 실시예에 대해서 도 1을 참조하면서 설명한다. 도면중 참조부호(2)는 예컨대 알루미늄 등의 도전성 부재로 이루어지는 기밀하게 형성된 처리 용기이고, 이 처리 용기(2)는 접지되어 있다. 처리 용기(2)에는 소정의 처리 가스 예컨대 에칭 가스를 도입하기 위한 가스 공급부인 가스 샤워 헤드를 겸한 상부 전극(3)과, 피 처리 기판 예컨대 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 기판 탑재대를 겸한 하부 전극(4)이 서로 대향하도록 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(2)의 바닥부에는 배기구(21)가 설치되어 있고, 이 배기구(21)에는 배기로(21a)를 거쳐서 진공 배기 수단 예컨대 터보 분자 펌프나 드라이 펌프 등의 진공 펌프(22)가 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(2)의 측벽부에는 개폐 가능한 게이트 밸브(23)를 구비한, 웨이퍼(W)를 반입 또는 반출하기 위한 개구부(24)가 설치되어 있다.
상기 상부 전극(3)의 하면측에는 상기 하부 전극(4)상에 탑재된 웨이퍼(W)에 대향하여 다수의 가스 확산 구멍(31)이 형성되어 있고, 상부의 가스 공급로(32)로부터의 처리 가스를, 가스 확산 구멍(31)을 거쳐서 웨이퍼(W)의 표면으로 균일하게 공급하도록 구성되어 있다. 또한, 가스 공급로(32)는 그 단부가 제 1 처리 가스를 공급하기 위한 제 1 가스 공급계(33)와, 제 1 처리 가스와 종류가 다른 제 2 처리 가스를 공급하기 위한 제 2 가스 공급계(34)에 접속되고, 이들 각 공급계(33, 34)는 예컨대 도시하지 않는 밸브의 개폐 작동에 의해서 제 1 가스 공급계(33) 또는 제 2 가스 공급계(34)의 어느 하나 선택한 쪽이 처리 가스를 공급 가능하도록 구성되어 있다. 여기에 도시한 제 1 가스 공급계(33) 및 제 2 가스 공급계(34)는 각각 제 1 처리를 실행하기 위한 제 1 처리 가스 및 제 2 처리를 실행하기 위한 제 2 처리 가스를 공급하기 위한 것으로, 제 1 처리 가스(제 2 처리 가스)는 1종류의 가스를 의미하는 것이 아니라, 복수 종류의 가스인 경우도 있다. 또한, 가스 공급로(32)는 편의상 하나만 도시한 것으로, 실제로는 필요한 수만큼 설치된다.
또한, 상부 전극(3)에는 로우 패스 필터(35)를 거쳐서, 예컨대 60MHz의 주파수를 갖는 전력을 공급하기 위한 고주파 전원부(36)에 접속되어 있다. 또한, 상부 전극(3)의 주위에는 환상의 석영으로 이루어지는 쉴드 링(37)이 상부 전극(3)의 외주부에 끼워져 설치되어 있다.
상기 하부 전극(4)에는 하이 패스 필터(40)를 거쳐서 예컨대 2MHz의 주파수를 갖는 바이어스용 전압을 인가하는 고주파 전원부(41)에 접속되어 있다. 또한, 하부 전극(4)은 처리 용기(2)의 하부에 설치된 승강 기구(42)의 위에 배치되어 있고, 이것에 의해서 승강 가능하게 구성되어 있다. 또한, 참조부호(43)는 플라즈마가 하부 전극(4)의 아래로 들어가지 않도록 하기 위한 벨로우즈이다. 또한, 하부 전극(4)의 상면에는 웨이퍼(W)의 이면을 전기적인 흡착 작용에 의해서 흡착 유지하기 위한 정전 척(44)이 설치되어 있다. 이 정전 척(44)은 시트형상의 척 전극(45)과, 이 척 전극(45)의 표면을 덮는 예컨대 폴리이미드로 이루어지는 절연층(46)과, 해당 척 전극(45)에 척 전압을 인가하는 직류 전원(47)에 의해서 구성되어 있다. 또한, 하부 전극(4)의 주위에는 플라즈마로부터 해당 전극을 보호하기 위한 도시하지 않은 예컨대 석영 등의 절연부재로 이루어지는 환상의 베이스 플레이트가 설치되어 있다.
또한, 하부 전극(4)에는 웨이퍼(W)의 온도를 소정의 온도로 조정하기 위한 온도 조정 수단이 설치되어 있다. 이 온도 조정 수단은 냉매 통류실(48), 냉매, 가스 공급 수단 및 전열용 가스 등에 의해서 웨이퍼(W)의 온도를 하면측으로부터 조정하기 위한 것이다. 구체적으로 서술하면, 하부 전극(4)에 냉매 통류실(48)이 설치되어 있고, 냉매 통류실(48)과 도시하지 않은 외부의 냉매 온도 조정 유닛과의 사이를 냉매가 순환하도록 구성되어 있다. 또한, 진공 분위기에 있어서 정전 척(44)의 표면과 웨이퍼(W)의 이면과의 사이의 매우 작은 간극(표면의 처리 정밀도의 한계로부터 발생하는 요철에 의해서 형성되는 공간)에, 백 사이드 가스 등으로 불리고 있는 전열용 가스 예컨대 헬륨 가스를 퍼지하기 위한 가스 공급 구멍(도시하지 않음)이 정전 척(44)의 표면에 형성되어 있고, 이 가스 공급 구멍은 예컨대 도시하지 않은 가스 공급 수단과 접속되어 있다.
또한, 정전 척(44)의 주위에는 해당 정전 척(44)에 흡착 유지된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 하여 절연체 예컨대 알루미나, 석영, 산화이트륨 등으로부터 선택되는 재질로 이루어지는 링부재인 포커스 링(5)이 설치되어 있다. 이 포커스 링(5)은 폭이 예컨대 50mm로 설정되고, 또한 웨이퍼(W)의 외주연에 가능한 한 접근하여 설치하는 것이 바람직하고, 예컨대 웨이퍼(W)의 외주연으로부터 2mm 이내, 바 람직하게는 1mm 이내가 되도록 설치되어 있다. 또한, 포커스 링(5)의 내부에는 둘레방향에 걸쳐서 예컨대 링형상으로 전극(51) 예컨대 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 등의 금속박, 또는 텅스텐막이 설치되어 있다. 또한, 전극(51)에는 프로세스 처리마다 소정의 직류 전압, 예컨대 제 1 처리시에는 전극(51)에 제 1 직류 전압을 인가하고, 제 2 처리시에는 전극(51)에 제 2 직류 전압을 인가하도록 인가 전압을 전환하기 위한 액추에이터(52a)를 구비한 직류 전원(52)이 접속되어 있다. 해당 포커스 링(5)은 예컨대 웨이퍼(W)의 주연 및 그 근방에 농축하기 쉬운 플라즈마를 확산시키고, 웨이퍼(W)를 향하는 플라즈마의 균일성을 높이는 역할을 갖고 있다.
여기서, 상술한 포커스 링(5)을 제조하는 방법에 대해서 간단하게 설명해두는데, 제조하는 방법에 의해서 발명이 한정되는 것은 아니다. 우선, 예컨대 링형상의 석영의 표면에 스크린 인쇄, 성막 등에 의해서 그 표면에 금속박을 형성하거나, 또는 금속 메시(mesh)체를 놓는 등 하여 전극(51)으로 하고, 또한 그 위에 석영의 박판을 놓고 접착 또는 용착하거나, 또는 산화이트륨 등을 용사함으로써 포커스 링(5)을 얻는다. 또한 다른 방법으로서는 예컨대 링형상의 알루미나의 표면에 금속분을 얹고, 예컨대 프레스하여 금속분을 굳혀 전극(51)으로 하고, 그 위에 알루미나분을 얹어서 소결함으로써 포커스 링(5)을 얻는다.
또한, 도 1중 참조부호(6)는 제어부이다. 이 제어부(6)는 상기한 고주파 전원부(36), 고주파 전원부(41), 액추에이터(52a), 제 1 가스 공급계(33) 및 제 2 가스 공급계(34)의 동작을 제어하는 기능을 갖고 있다. 제어부(6)의 제어기능에 대해서 도 2를 사용하여 다시 설명하면, 제어부(6)는 컴퓨터(60)를 구비하고 있고, 이 컴퓨터(60)의 기억 영역(61)에는 복수의 프로세스 레시피가 저장되어 있다. 이 프로세스 레시피에는 예컨대 웨이퍼(W)의 표면의 처리해야하는 막의 종류에 대응시켜서 처리 조건, 예컨대 전극(51)의 인가 전압, 프로세스 압력, 웨이퍼(W) 온도, 처리 가스의 종류 및 처리 가스의 공급 유량 등의 설정값의 정보가 기억되어 있다. 또한, 참조부호(62)는 처리해야하는 막의 종류에 대응하는 프로세스 레시피를, 예컨대 오퍼레이터가 선택하기 위한 레시피 선택 수단이다. 예컨대, 처리 조건이 다른 막이 웨이퍼(W)의 표면에 있는 경우에는 그들 막 종류 및 조합에 근거하여 제 1 처리 및 제 2 처리가 결정되고, 또한 이 제 1 처리 및 제 2 처리에 대응하는 프로세스 레시피가 레시피 선택 수단(62)에 의해서 선택된다. 또한, 편의상 제 1 처리 및 제 2 처리를 도시했는데, 프로세스 레시피는 필요에 따라서 제 3 처리, 제 4 처리, …,에 대응하여 준비하도록 해도 좋고, 이 경우 각 처리마다 전극(51)의 인가 전압 등의 조건이 결정된다. 그리고, 선택된 프로세스 레시피의 정보에 근거하여 전극(51)의 소정의 직류 전압이 인가되도록 액추에이터(52a)가 제어되고, 또한 소정의 처리 가스가 소정의 유량으로 처리 용기(2)내에 도입되도록 제 1 가스 공급계(33) 및 제 2 가스 공급계(34)의 공급 동작이 제어되도록 구성되어 있다. 또한, 참조부호(63)는 CPU이고, 참조부호(B)는 버스이다.
여기서, 포커스 링(5)의 전극(51)에 직류 전압을 인가함으로써, 플라즈마의 상태가 조정되는 모양에 대해서 도 3에 도시하는 모식도를 참조하면서 설명한다. 우선, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 전극(51)에 직류 전압이 인가되어 있지 않은 경우에는 처리 용기(2)내의 처리 가스가 플라즈마화되면, 웨이퍼(W)의 표면과 플라 즈마(P)와의 경계에는 양이온종에 비교하여 전자의 이동 속도가 큰 것에 기인하여 고밀도인 양이온종(200)을 포함하는 이온 시스(sheath) 영역(플라즈마 시스 영역)이 형성된다. 또한, 포커스 링(5)의 표면과 플라즈마(P)와의 경계에도 마찬가지로 이온 시스 영역이 형성되는데, 포커스 링(5)의 재질로 절연체가 선택되어 있는 것에 의해서 웨이퍼(W)측보다 두께가 있는 이온 시스 영역이 형성된다. 이 이온 시스 영역은 포커스 링(5)의 형상, 재질 등에 의해서 그 형상이 다양하게 다르게 형성된다. 이와 같이 이온 시스 영역의 두께가 다르면, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서 특히 중심부와 주연부와의 사이에서 플라즈마(P)의 밀도에 격차가 있지만, 포커스 링(5)내에 설치된 전극(51)에 예컨대 양의 직류 전압이 인가된 경우에는 해당 양이온종(200)과 전극(51)과의 사이에서 인가 전압의 크기에 알맞은 강도의 척력이 작용하여, 이온 시스 영역의 양이온종(200)이 플라즈마(P)내로 되돌려져 해당 이온 시스 영역의 형상, 특히 두께가 변하는 것에 의해서, 결과적으로 플라즈마(P)의 밀도가 변하게 된다.
더욱 구체적으로 서술하면, 예컨대 도 3b에 도시하는 바와 같이, 전극(51)에 인가하는 직류 전압이 작으면, 플라즈마(P)로 되돌려지는 양이온종(200)이 적으므로 이온 시스 영역은 두꺼워지고, 그 때문에 웨이퍼(W)의 주연부 근방의 플라즈마(P)가 중앙부에 비교하여 고밀도로 된다. 한편, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 전극(51)에 인가하는 직류 전압이 크면, 양이온종(200)이 플라즈마(P)로 되돌려져 이온 시스 영역은 얇아지고, 그 때문에 웨이퍼(W)의 주연부 근방의 플라즈마(P)가 도 3b의 웨이퍼(W) 주연부 근방의 플라즈마 밀도에 비교하여 저밀도로 된 다. 또한 도 3d에 도시하는 바와 같이, 직류 전압을 더욱 크게 하면, 웨이퍼(W)측보다 얇은 이온 시스 영역이 된다. 따라서, 전원(51)에 소정의 직류 전압을 인가하면, 결과적으로 플라즈마(P)의 상태가 조정되게 되지만, 실제로 인가하는 직류 전압을 어떻게 설정하면 웨이퍼(W)의 면내 균일한 처리가 가능한지는 에칭해야하는 막의 종류, 각 전극(3, 4)으로의 공급 전력 등에 따라서 다르므로, 사전에 실험을 하여 처리마다의 설정치를 결정해두는 것이 바람직하다. 또한, 전극(51)에는 음의 전압을 인가하도록 해도 좋다.
계속해서, 전술한 플라즈마 처리 장치를 사용하여 피 처리 기판인 웨이퍼(W)를 처리하는 방법에 대해서 설명하는데, 여기서는 서로 다른 프로세스 처리의 일예로써 도 4a에 도시하는 바와 같이, 베이스막인 실리콘막(64) 상에 실리콘막과는 처리 조건이 다른 질화 규소막(65)이 적층된 웨이퍼(W)를 에칭하는 예를 들어서 설명한다. 이 예에서는 도 4b에 도시하는 바와 같이, 상층 질화 규소막(65)을 에칭하는 처리가 제 1 처리가 되고, 또한 도 4c에 도시하는 바와 같이, 제 1 처리 후에 실행되는 하층의 실리콘막(64)을 에칭하는 처리가 제 2 처리가 되고, 이들 처리에 대응하는 프로세스 레시피가 레시피 선택 수단(62)으로부터 선택되고, 선택된 프로세스 레시피의 정보에 근거하여 처리 조건이 설정되게 된다.
그리고, 먼저 게이트 밸브(23)를 개방하고, 웨이퍼(W)를 도시하지 않은 로드록실로부터 처리 용기(2)내로 반입하고, 도시하지 않은 기판 승강 핀을 거쳐서 이 웨이퍼(W)를 하부 전극(4)의 정전 척(44)상에 탑재하고, 이 후 게이트 밸브(23)를 닫아 처리 용기(2)를 기밀한 상태로 한다. 이어서, 승강 기구(42)가 상승하여, 상 부 전극(3)에 대하여 웨이퍼(W)의 표면이 소정 높이 위치가 되도록 설정된다. 한편, 하부 전극(4)의 표면은 통류실(50)로 냉매가 순환하고 있기 때문에 소정의 온도로 설정되어 있고, 이 표면에 웨이퍼(W)가 흡착되면 가스 공급 구멍(51)으로부터 웨이퍼(W)의 하면과 하부 전극(4)의 표면과의 매우 작은 간극으로 전열용 가스가 공급되어, 후술하는 바와 같이 플라즈마가 발생했을 때에 플라즈마로부터 웨이퍼(W)로 전열되는 열과의 밸런스에 의해서 웨이퍼(W)가 소정의 프로세스 온도로 조정된다.
또한, 진공 펌프(22)에 의해서 처리 용기(2)내를 진공 배기하는 한편, 제 1 가스 공급계(33)로부터의 제 1 에칭 가스 예컨대 CHF3 등을 가스 공급관(32)을 거쳐서 소정의 유량으로 도입하고, 가스 확산 구멍(31)을 거쳐서 웨이퍼(W)의 표면을 향하여 균일하게 분사시켜, 처리 용기(2)내를 예컨대 30mTorr 내지 100mTorr(약 4 내지 13.3Pa)의 진공도로 유지한다. 이 제 1 에칭 가스는 웨이퍼(W)의 표면을 따라서 직경 방향 바깥쪽을 향하여 흐르는 기류를 형성하고, 하부 전극(4)의 주위로부터 균일하게 배기된다.
또한, 전극(51)에는 제 1 직류 전압, 예컨대 1000V의 전압이 인가됨과 동시에, 상부 전극(3)에 고주파 전원부(34)로부터 예컨대 60MHz의 고주파 전압을 예컨대 1800W로 인가하고, 또한 예컨대 1초 이하의 타이밍을 두고 하부 전극(4)에 고주파 전원(41)으로부터 예컨대 2MHz의 바이어스용 전압을 예컨대 1800 내지 2250W로 인가한다. 이것에 의해서, 제 1 에칭 가스가 플라즈마화함과 동시에, 웨이퍼(W) 및 포커스 링(5)의 표면과 플라즈마와의 경계에 이온 시스 영역이 형성된다. 포커스 링(5)의 위쪽의 이온 시스 영역은 이미 서술한 바와 같이, 웨이퍼(W) 주연부의 위쪽의 플라즈마가 소망하는 형상이 된다. 여기서, 플라즈마의 활성종은 이온 시스 영역으로 이동하고, 그리고 고주파 바이어스가 걸려있는 웨이퍼(W)의 표면을 향하여 높은 수직성을 가지고 입사하여 질화규소막(65)이 에칭된다.
이렇게 하여 제 1 처리인 질화규소막(65)의 에칭이 종료하면, 기억 영역(61)내의 제 2 처리의 프로세스 레시피를 판독하여 프로세스 조건이 설정되고, 제 2 처리가 개시된다. 우선 처리 용기(2)내를 개방하여 제 1 에칭 가스를 배기하고, 제 2 직류 전압, 예컨대 100V의 전압이 전극(51)에 걸리도록 액추에이터(52a)에 의해서 인가 전압이 전환된다. 또한, 고주파 전원부(36), 고주파 전원(41)에 의해서 상부 전극(3)과 하부 전극(4)에 걸리는 고주파 전원을 프로세스 레시피에 따라서 조정하고, 제 2 가스 공급계(34)로부터 처리 용기(2)내로 제 2 에칭 가스 예컨대 Cl 등이 도입되면, 제 2 에칭 가스가 플라즈마화한다. 이 때, 전극(51)에 인가되는 제 2 직류 전압에 의해서 포커스 링(5)의 위쪽의 이온 시스 영역의 두께가 조정되고, 실리콘막(64)의 에칭에 적절한 형상의 플라즈마가 생성되어 실리콘막(64)이 에칭되게 된다.
상술한 실시예에 의하면, 포커스 링(5)의 전극(51)에 소정의 직류 전압을 인가함으로써, 프로세스 처리마다 예컨대 처리 조건이 다른 막의 종류마다 포커스 링(5)의 표면과 플라즈마와의 경계에 있는 이온 시스 영역의 형상을 조정할 수 있어, 웨이퍼(W)가 면내균일하게 처리될 수 있는 적절한 플라즈마의 형태를 형성할 수 있다. 따라서, 서로 다른 복수의 프로세스 처리를 공통의 포커스 링(5)을 사용하여 처리할 수 있으므로, 장치의 공용화를 도모할 수 있다. 이와 같이 복수의 프로세스 처리에 대하여 장치의 공용이 가능하면, 장치의 풋프린트의 축소화를 도모할 수 있고, 또한 장치의 제작, 운전 코스트의 저하를 도모할 수 있으므로, 유리한 방법이다.
또한, 전술한 실시예에 의하면, 예컨대 복수의 처리 용기(2)를 사용하여 동일한 프로세스를 실행하는 경우에, 이들 장치 사이에서 플라즈마의 형태를 맞추기 위한 조정을 용이하게 실행할 수 있다. 예컨대, 전술한 플라즈마 처리 장치가 클린룸내에 복수대 배치되어 있고, 이들 장치 사이에서 동일한 처리를 실행하는 경우, 장치의 어셈블리 등이 미묘하게 다르기 때문에, 웨이퍼(W)의 처리 결과에 미묘한 차이가 발생하는 일이 있는데, 이 경우에 있어서 전극(51)의 인가 전압을 조정함으로써, 장치 사이의 특성, 즉 처리 결과를 맞출 수 있어, 장치간의 조정이 용이하다. 예컨대, 처리 후의 웨이퍼(W)의 상태를 검사하고, 그 결과에 근거하여 장치마다 인가 전압을 미세 조정하면 좋다. 또한, 본 발명은 장치의 공유화를 도모하는 것에 한정되는 것이 아니라, 어떤 종류의 처리, 예컨대 특정 막을 에칭하기 위한 전용 장치이어도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서는 제 1 처리 및 제 2 처리와 같이 2종류의 프로세스 처리를 공용하는 구성에 한정되지 않고, 예컨대 웨이퍼(W)의 표면에 5개의 적층막이 있는 경우에, 그들 중에서 처리 조건이 다른 막의 종류에 따라서 3개, 4개 또는 5개의 다른 프로세스를 공용할 수 있도록 해도 좋다. 또한, 6개 이상의 다른 종류의 프로세스를 공용해도 좋다. 이와 같은 구성이더라도 상술한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서는 절연체로 이루어지는 포커스 링(5)을 웨이퍼(W)의 주연에 접근하여 배치하는 구성에 한정되지 않고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 주연과 포커스 링(5)의 내연 사이에 둘레방향에 걸쳐서 도전체 예컨대 실리콘 링(8)을 설치한 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구성이더라도 상술한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서는 포커스 링(5)에 설치되는 전극(51)은 하나로 한정되지 않고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 예컨대 포커스 링(5)내에 두 개의 링형상의 전극(51a, 51b)이 직경방향으로 일렬로 설치되고, 각 전극(51a, 51b)에 각각 액추에이터를 구비한 직류 전원(52A, 52B)이 각각 접속되어, 독립하여 직류 전압을 조정할 수 있는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구성이더라도 전술한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우에는 예컨대 내측에 있는 전극(51a)보다 작은 직류 전압을 외측의 전극(52b)에 인가하도록 하는 등, 포커스 링(5)의 면내에서 세밀하게 직류 전압을 설정할 수 있으므로, 이온 시스 영역의 두께를 보다 고정밀도로 조정할 수 있다. 그리고 또한 처리 용기(2)는 평면적으로 보면 예컨대 일부에는 반송구가 형성되어 있는 등 중심에 대하여 대칭이 아니고, 그 때문에 플라즈마가 둘레방향에 걸쳐서 균일하지 않은 경우도 있고, 중심으로부터 본 특정 방향에 있어서는 처리의 면내균일성이 나쁜 경우가 있다. 그 경우 포커스 링(5)내의 전극(51)에 대해서 둘레방향의 특정 부위의 전극만 다른 부위의 전극과 분리하고, 양자의 전극의 인가 전압을 바꾸어 둘레방향의 플라즈마의 균일성을 도모하도록 해도 좋다.
본 발명에 있어서는 액추에이터(52a)에 의해서 인가 전압을 전환하는 구성에 한정되지 않고, 예컨대 제 1 처리용 직류 전원(52)과, 제 2 처리용 직류 전원(52)을 설치하고, 스위치로 전환하도록 해도 좋다. 이 경우에도 전술한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 전술한 예에서는 플라즈마 처리로써 에칭을 하는 예를 들고 있지만, 다른 플라즈마 처리로써는 예컨대 CVD, 애싱 등의 여러가지 플라즈마 처리에 적용할 수 있다.
마지막으로 전술한 플라즈마 처리 장치를 포함한 시스템의 일예에 대해서 도 7을 사용하여 설명한다. 도면중 참조부호(90)는 제 1 이송 탑재실이고, 이 이송 탑재실(90)의 양측에는 다수매의 웨이퍼(W)를 수납 가능한 카세트(91)를 외부로부터 반입 가능한 카세트실(92A, 92B)이 게이트 밸브(G1, G2)를 거쳐서 각각 접속되어 있다. 또한, 제 1 이송 탑재실(90)의 후방에는 예비 진공실(93A, 93B)이 게이트 밸브(G3, G4)를 거쳐서 각각 접속되어 있다. 또한 제 1 이송 탑재실(90)내에는 예컨대 다관절 아암에 의해서 이루어지는 제 1 이송 탑재 수단(94)이 배치되어 있다. 예비 진공실(93A, 93B)의 후방측에는 게이트 밸브(G5, G6)를 거쳐서 제 2 이송 탑재실(95)이 접속되고, 또한 해당 제 2 이송 탑재실(92)에는 좌우 및 후방의 세방향으로 각각 게이트 밸브[G7 내지 G9(게이트 밸브(23)에 상당)]를 거쳐서 전술한 플라즈마 처리 장치의 처리 용기(2)(2A, 2B, 2C)가 각각 접속되어 있다. 또한, 제 2 이송 탑재실(95)내에는 예컨대 다기관 아암에 의해서 이루어지는 제 2 이송 탑재 수단(96)이 배치되어 있다.
이 시스템에 있어서, 카세트(91)내의 웨이퍼(W)는 제 1 이송 탑재실(90)→예비 진공실(93A)→제 2 이송 탑재실(95)의 경로로 반송된다. 여기서 각 처리 용기(2A 내지 2C)에서는 모두 예컨대 세종류의 막을 에칭할 수 있도록 되어 있고, 에칭해야하는 상기 세종류의 막이 형성된 웨이퍼(W)는 처리 용기(2A 내지 2C) 중 비어있는 처리 용기(2A, 2B 또는 2C)로 반입되고, 세종류의 막이 그 처리 용기(2A, 2B 또는 2C)내에서 에칭된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 처리 용기(2A, 2B 또는 2C)로부터 반출되고, 전술한 반입 동작의 반대의 흐름으로 웨이퍼(W)가 카세트(91)내로 되돌려진다.
도 8은 본 발명의 대상이 되는 링부재를 갖는 플라즈마 처리 장치인 플라즈마 에칭 처리 장치의 일례를 도시한 종단면도이다. 도면 중 참조부호(20)는 처리 용기를 이루는 진공 챔버이고, 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 기밀 구조를 이루도록 형성되어 있고, 진공 챔버(20)는 보안 접지되어 있다. 또한, 진공 챔버(20)의 내면에는 원통형상의 데포 쉴드(20a)가 배치되어, 내면이 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지한다. 그리고, 진공 챔버(20)내에는 상부 전극을 겸용하는 가스 샤워 헤드(30)와, 하부 전극을 겸용하는 탑재대(210)가 대향하여 설치되어 있고, 저면에는 예컨대 터보 분자 펌프와 드라이 펌프 등으로 이루어지는 진공 배기 수단(25)과 연통하는 진공 배기로로서의 배기관(26)이 접속된다. 또한, 진공 챔버(20)의 측벽부에는 피 처리체, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)를 반입반출하기 위한 개구부(27)가 형성되며, 게이트 밸브(G)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 이 측 벽부의 외측에는 개구부(27)의 상하 위치에, 예를 들어 각각 링 형상을 이루는 영구 자석(28, 29)이 설치되어 있다.
가스 샤워 헤드(30)는 탑재대(210)상의 피 처리체(W)에 대향하는 위치에 다수의 구멍부(38)가 형성되어, 상부의 가스 공급관(39)으로부터 보내어지는 유량 제어 또는 압력 제어된 프로세스 가스를 해당 구멍부(38)를 거쳐서 피 처리체(W)의 표면에 균일하게 공급하도록 구성되어 있다.
가스 샤워 헤드(30)의 하방에 약 5mm 내지 150mm의 간격으로 이격되어 설치되는 탑재대(210)는, 예컨대 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄 등으로 이루어지고 진공 챔버(20)에 대하여 절연 부재(211a)에 의해 절연된 원주형상의 본체부(211)와, 이 본체부(211)의 상면에 설치된 정전 척(212)과, 이 정전 척(212)의 주위를 둘러싸는 환상의 링부재인 포커스 링(213)과, 이 포커스 링(213)과 본체부(211) 사이에 설치된 환상의 절연부재인 절연 링(213a)을 구비한 구성으로 되어 있다. 상기 정전 척(212)은 시트형상의 척 전극(216)과, 이 척 전극(216)의 표면을 덮는 예컨대 폴리이미드로 이루어지는 절연층(215)으로 구성되어 있다. 또한, 포커스 링(213)은 프로세스에 따라 절연성 또는 도전성의 재료가 선택되고, 전술한 바와 같이 반응성 이온을 가두어 두거나 또는 확산시키도록 작용한다. 포커스 링(213)의 내부에는 도시하지 않지만 도 1의 실시예와 마찬가지로 예컨대 링형상으로 전극이 설치된다. 또한, 도 1에 도시한 직류 전원(52), 액추에이터(52a) 및 제어부(6)가 설치되고, 포커스 링(213)내의 전극에 제 1 직류 전압 및 제 2 직류 전압이 인가되도록 되어 있다. 또한, 절연 링(213a)내에도 마찬가지로 전극을 설치 하고, 마찬가지로 다른 직류 전원 또는 상기 직류 전원에 접속하여 인가 전압을 전환하도록 해도 좋다.
탑재대(210)의 예컨대 본체부(211)에는 콘덴서(C1) 및 코일(L1)을 거쳐서 고주파 전원(200)이 접속되어, 예컨대 13.56MHz 내지 100MHz의 고주파 전력이 인가된다.
또한, 탑재대(210)의 내부에는, 냉각 자켓 등의 온도 조정 수단(314a)과, 예컨대 He 가스를 피 처리체(W)의 하면으로 공급하는 열 전달 가스 공급 수단(314b)이 각각 설치되고, 이들 온도 조정 수단(314a)과 열 전달 가스 공급 수단(314b)을 능동화함으로써, 탑재대(210)상에 유지된 피 처리체(W)의 처리면 온도를 소망하는 값으로 설정할 수 있다. 온도 조정 수단(314a)은 냉매를 냉각 자켓을 거쳐서 순환시키기 위한 도입관(315) 및 배출관(316)을 갖고, 적당한 온도로 조정된 냉매가 도입관(315)에 의해서 냉각 자켓내로 공급되어, 열 교환후의 냉매가 배출관(316)에 의해서 외부로 배출된다.
탑재대(210)와 진공 챔버(20) 사이, 탑재대(210) 표면보다도 하측에는, 복수의 배기 구멍이 형성된 링 형상의 배기 플레이트(214)가 탑재대(210)를 둘러싸도록 배치된다. 이 배기 플레이트(214)에 의해, 배기류의 흐름이 조정됨과 동시에, 탑재대(210)와 가스 샤워 헤드(30) 사이에 플라즈마가 최적으로 가두어진다. 또한, 탑재대(210)의 내부에는, 외부의 도시하지 않은 반송 아암과의 사이에서 피 처리체(W)의 수수를 실행하기 위한 승강 부재인 승강 핀(310)이 복수개, 예컨대 3개(2개만 도시)가 돌출 및 함몰 가능하게 설치되고, 이 승강 핀(310)은 연결 부재(311)를 거쳐서 구동 장치(312)에 의해 승강할 수 있도록 구성되어 있다. 참조부호(313)는 승강 핀(310)의 관통 구멍과 대기측 사이의 기밀을 유지하는 벨로우즈이다.
이러한 플라즈마 에칭 처리 장치에 있어서는, 우선 게이트 밸브(G) 및 개구부(27)를 거쳐서 피 처리체(W)를 진공 챔버(20)내에 반입하고, 정전 척(212)상에 탑재하여, 게이트 밸브(G)를 닫은 후, 진공 배기 수단(25)에 의해 배기관(26)을 거쳐서 진공 챔버(20)내를 소정의 진공도로 배기한다. 그리고, 진공 챔버(20)내에 프로세스 가스를 공급함과 동시에, 직류 전원(217)으로부터 척 전극(216)에 직류 전압을 인가하여, 피 처리체(W)를 정전 척(212)에 의해 정전 흡착시키며, 이 상태로 고주파 전원(200)으로부터 탑재대(210)의 본체부(211)에 소정 주파수의 고주파 전력을 인가하고, 이에 의해 가스 샤워 헤드(30)와 탑재대(210) 사이에 고주파 전계를 발생시켜, 프로세스 가스를 플라즈마화하여, 정전 척(212)상의 피 처리체(W)에 에칭 처리를 실시한다.
프로세스 가스로서는 C4F8와 NF3와 같은 불화물, BCl3와 SnCl
4 등의 염화물, HBr과 같은 취화물을 비롯한 할로겐 원소를 포함하는 가스가 사용된다. 이로 인해, 진공 챔버(20)내는 매우 강한 부식 환경이 되기 때문에, 예컨대 데포 쉴드(20a), 배기 플레이트(214), 포커스 링(213), 샤워 헤드(30), 탑재대(210), 정전 척(212), 게다가 진공 챔버(20)의 내벽재 등의 진공 챔버(20)내의 부재, 즉 플라즈마 처리 용기 내부재에는 내플라즈마성이 강하게 요구된다.
이하, 상술한 링부재에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명의 구조가 적용되는 링부재는 여기에서는 포커스 링(213) 및 절연 링(213a)에 상당한다. 상기 절연 링(213a)은 포커스 링(213)의 하부에 적층되어 있지만, 내연부는 처리 가스나 세정액과 접촉하기 때문에 절연 링(213a)에 대해서도 이하의 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 포커스 링(213)에 대해서만 이하의 처리를 실행해도 좋다.
링부재로서 기재 위에 용사 피막이 형성된 것이 이용되는 경우, 종래에 용사 피막의 박리가 발생하였는데, 본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 링부재의 용사 피막의 박리는 용사 피막의 관통 기공(미세 구멍), 용사 피막과의 경계부, 또는 플라즈마와 가스 등에 의해 손상된 부위 등으로부터, 프로세스 가스와 세정액이 침입하여 기재에 도달하여, 기재 표면이 부식함으로써 발생된다는 것에 상도(想到)된다.
즉, 불화물을 포함하는 프로세스 가스를 이용하는 플라즈마 처리에 이용된 링부재를 준비하여, 용사 피막과의 경계면(기재 표면)을 분석하면, 그 부분에 있어서 F(불소)를 확인할 수 있고, 이로부터 이 F가 수분(OH)과 반응하여 HF화함으로써, 기재 표면이 부식 변화(부식 생성물이 발생)하여, 용사 피막이 박리되는 것으로 추측된다.
따라서, 용사 피막과의 경계면, 즉 기재 표면이 프로세스 가스 또는 세정액에 노출되지 않는 것이 중요하다.
이와 같은 지견에 근거하여, 도 8에 있어서의 링부재에 있어서, 용사 피막의 표면으로부터 기재까지의 어느 한 위치에, 프로세스 가스 또는 세정액에 노출되어도 부식되기 어려워, 가스 또는 세정액이 기재 표면에 도달하는 것을 방지할 수 있는, 배리어 기능을 갖는 부분을 형성하도록 하였다.
이와 같은 내부식성이 우수한 재료에 의해 배리어 기능을 갖는 부분을 형성함으로써, 용사 피막의 관통 기공(미세 구멍)을 통하여 침입하는 가스 또는 세정액으로부터, 기재의 표면을 보호하는 것이 가능하다. 또한, 배리어 기능을 갖는 부분이 기재와 접하는 경우, 그 재료로서 높은 밀착성을 갖는 것을 사용함으로써, 배리어 기능을 갖는 부분과 기재의 표면과의 경계면을 통한 프로세스 가스 또는 세정액의 침입으로부터 기재 표면을 보호하는 것이 가능하다.
이하, 링 부재의 구체적인 구성에 대하여 상세히 기술한다. 우선, 링 부재의 제 1 예는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 기본적으로 기재(71)와, 그 표면에 형성된 피막(72)으로 이루어진다. 피막(72)은 용사에 의해 형성된 주층(73)과, 기재(71)와 주층과의 사이의 프로세스 가스 또는 세정액에 노출되어도 부식되기 어려운 배리어 기능을 갖는 배리어 코트층(74)을 갖고 있다.
상기 피막(72)의 시공 대상이 되는 기재(71)로서는 스테인리스강(SUS)을 포함하는 각종의 강철, Al 및 Al 합금, W 및 W 합금, Ti 및 Ti 합금, Mo 및 Mo 합금, 탄소 및 산화물계, 비산화물계 세라믹 소결체 및 탄소질 재료 등이 바람직하게 이용된다.
배리어 코트층(74)의 재질로서는 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N
4, SiO2, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2
O3, CeF3 및 Nd2O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹이 바람직하다. 예컨대 도카로 주식회사 제품인“CDC-ZAC”, “수퍼 ZAC” 등을 적용할 수 있다. “CDC-ZAC”는 Cr2O3을 주성분으로 하는 복합 세라믹이고, 무기공, 고경도, 고밀착력 등의 성질을 갖고 있다.
한편, “수퍼 ZAC”는 SiO2와 Cr2O3를 주성분으로 하는 복합 세라믹이고, 무기공, 고경도, 고밀착력에 부가하여, 내열성과 내마모성이 우수하다. 이 배리어 코트층(74)은 용사법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 용사법은 연소 가스, 전기 등의 열원에 의해 용융한 원료를 모재(母材)에 분사하여 피막을 형성하는 방법이다. 또한, 배리어층(74)은 PVD법과 CVD법 등의 박막 형성 기술, 침지법, 또는 도포법 등의 방법으로 형성할 수도 있다. PVD법이란 이온 도금법에 의해, 각종 세라믹막을 저온으로 코팅하는 방법이며, 한편, CVD법은 열 화학적 증착법에 의해, 고온도로 단층 또는 다층 코팅하는 방법이다. 또한, 침지법은 각종 재료를 수지 용액에 침지한 후, 열 처리를 실시하는 방법이며, 도포법은 각종 재료에 수지 용액을 도포후, 소정 온도로 열 처리하는 방법이다. 배리어 코트층(74)의 두께는 50 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
이 경우에, 배리어 코트층(74)의 적어도 일부분, 예컨대 기재(71)와의 접합면측 또는 전체에 수지를 이용한 봉공 처리를 실시하는 것이 좋다. 그 때의 수지로서는 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI, PFA의 군으로부터 선택되는 것이 바람직하 다. 즉, 세라믹으로 이루어지는 배리어 코트층(74)을 전술한 용사법 등으로 형성하는 경우, 관통 기공(미세 구멍)을 갖는 다공질로 구성되지만, 그 다공질층의 적어도 일부분의 미세 구멍을 수지로 봉공함으로써, 용사 피막인 주층(73)의 미세 구멍을 통하여 침입하는 가스 또는 세정액을 저지하는 효과가 높아져서, 기재(71)를 유효하게 보호할 수 있다.
또한, SI는 실리콘, PTFE는 폴리테트라플루오로에틸렌(poly tetrafluoroethylene), PI는 폴리이미드, PAI는 폴리아미드이미드, PEI는 폴리에테르이미드, PBI는 폴리벤조이미다졸, PFA는 퍼플루오로알콕시알칸을 의미한다.
봉공 처리는 졸겔법으로 실행할 수도 있다. 졸겔법에 의한 봉공 처리는 세라믹을 유기 용제에 분산시킨 졸(콜로이드용액)에 의해 봉공한 후, 가열에 의한 겔화시킴으로써 실행한다. 이에 의해, 세라믹에 의한 봉공이 실현되어, 배리어 효과를 향상시킬 수 있다. 이 경우의 봉공 처리는 주기율표 제 3a족에 속하는 원소로부터 선택된 것을 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 내식성이 높은 Y2O3가 바람직하다.
또한, 배리어 코트층(74)의 다른 재질로서는, 엔지니어링 플라스틱을 바람직하게 이용할 수 있다. 구체적으로는 PTFE, PI, PAI, PEI, PBI, PFA, PPS, POM의 군으로부터 선택되는 수지인 것이 바람직하고, 예컨대 듀퐁 주식회사 제품인 “테프론(등록 상표)”(PTFE) 등을 적용할 수 있다. 이들의 수지는 밀착성이 우수하고, 또한 내약품성이 우수하여, 클리닝시의 세정액에도 충분히 견딜 수 있다.
또한, PTFE는 폴리테트라플루오로에틸렌, PI는 폴리이미드, PAI는 폴리아미드이미드, PEI는 폴리에테르이미드, PBI는 폴리벤조이미다졸, PFA는 퍼플루오로알콕시알칸, PPS는 폴리페닐렌설파이드, POM은 폴리아세탈(polyacetal)을 의미한다.
또한, 기재(71)와 배리어 코트층(74) 사이에 도 10에 도시하는 바와 같이 양극 산화 피막(75)을 형성하도록 하여도 무방하다. 이 경우에, 옥살산(oxalic acid), 크롬산, 인산, 아세트산, 포름산(Formic acid), 또는 설폰산 등의 유기산에 의한 양극 산화 피막을 형성함으로써, 황산에 의한 양극 산화 처리의 경우에 비해서 내부식성이 우수한 산화 피막을 형성하여, 프로세스 가스나 세정액에 의한 부식을 보다 한층 더 억제할 수 있어 바람직하다. 양극 산화 피막(75)의 막두께는 10 내지 200㎛인 것이 바람직하다.
이와 같이, 기재(71)와 배리어 코트층(74) 사이에 양극 산화 피막(75)을 형성하는 경우, 양극 산화 피막(75)의 미세 구멍을 봉공함으로써, 내식성을 각별히 향상시킬 수 있다. 이 경우에, Ni 등의 금속염을 포함하는 열수(熱水)에 재료를 침지하여, 산화 피막의 미세 구멍에 있어서, 금속염 수용액이 가수분해되어, 수산화물이 침전됨으로써 봉공되는 금속염 봉공 등을 적용할 수 있다.
또한, 양극 산화막(75)의 미세 구멍을 수지에 의해 봉공 처리하여도 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다. 이 경우의 수지로서는 전술한 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI, PFA의 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.
또한, 기재(71)의 표면에 형성하는 양극 산화 피막(75)으로서 다공질 세라믹층을 갖는 양극 산화 피막(KEPLA-COAT : 등록 상표)을 이용하여도 무방하다.
또한, 이 양극 산화 피막(KEPLA-COAT)은 양극으로서 기재를 알칼리계 유기전해액에 침지하여, 산소 플라즈마를 이 알칼리계 유기전해액 안에서 방전함으로써 형성하는 것이다.
용사 피막인 주층(73)은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2
, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO
2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹이 바람직하다. 이 경우에, 주층(73)의 막두께는 10㎛ 내지 500㎛인 것이 바람직하다.
이와 같은 구조의 링 부재를 제조할 때에는, 우선 기재(71)의 표면에 Al2O3, SiC 또는 모래 등의 입자를 분사하는 블라스트 처리를 실시하여, 미시적으로 표면이 요철형상으로 되도록 하여, 그 위에 형성되는 배리어 코트층(74)과 양극 산화 피막(75)의 밀착성을 높이는 것이 좋다. 또한, 표면을 요철로 하는 방법으로서, 상기의 블라스트 처리에 한정되지 않고, 예컨대 소정의 약액에 담그는 것에 의해 표면을 에칭하도록 하여도 무방하다.
다음에, 기재(71)에 직접 또는 양극 산화 피막(75)을 거쳐서, 전술한 배리어 코트층(74)을 용사법 등 상기 적절한 방법으로 형성한다. 필요에 따라서 전술한 바와 같은 봉공 처리를 실행한다.
봉공 처리할 때에는, 상기의 수지와 세라믹의 졸을 배리어 코트층(74)의 표면에 도포하거나, 또는 배리어 코트층(74)을 동반한 기재(71)를 수지 봉공제 또는 세라믹의 졸 안에 침지시킨다. 세라믹의 졸에 의해 봉공한 경우에는, 그 후에 가열하여 겔화시킨다.
배리어 코트층(74)을 형성한 후, 계속해서 그 위에 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2, CaF2, Cr2O3, Y2
O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O
3, CeF3 및 Nd2O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹으로 이루어지는 용사 피막인 주층(73)을 형성한다. 또한, 배리어 코트층(74)은 밀착성이 우수한 것이 선택되지만, 주층(73)과의 밀착성을 보다 한층 양호하게 하기 위해서, 배리어 코트층(74)의 표면에 블라스트 처리 등을 실시하도록 하여도 무방하다.
이상과 같이, 이 예에서는 할로겐 원소를 포함하는 프로세스 가스 또는 세정액에 대하여 내부식성이 우수한 재료로 이루어지는 배리어 코트층(74)을 용사 피막인 주층(73)과 기재(71) 사이에 형성하여 기재(71)의 표면이 프로세스 가스(할로겐 원소) 또는 세정액에 노출되지 않도록 구성했기 때문에, 기재(71)의 표면에 부식 생성물이 발생함으로써, 기재(71)상의 용사 피막(72)이 박리된다고 하는 문제를 해소할 수 있다.
다음에, 링 부재의 제 2 예에 대하여 설명한다. 제 2 예에서는, 도 11a, 도 11b, 도 11c에 도시하는 바와 같이 기재(71)의 표면에 세라믹의 용사에 의해 피막(76)을 형성하여, 피막(76)의 적어도 일부분에 봉공 처리부(76a)를 형성하도록 한다. 도 11a의 예에서는, 피막(76)의 기재(71)측에 봉공 처리부(76a)를 형성하고 있고, 도 11b의 예에서는, 피막(76)의 표면측에 봉공 처리부(76a)를 형성하고 있으 며, 도 11c의 예에서는, 피막(76)의 전체를 봉공 처리부(76a)로 하고 있다.
피막(76)은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 것이고, 구체적으로는 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2, CaF2, Cr
2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹이 바람직하다. 이 경우에, 피막(76)의 막두께는 50 내지 300㎛인 것이 바람직하다. 또한, 기재(71)로서는 제 1 예와 완전히 동일한 것을 사용할 수 있다.
봉공 처리부(76a)는 전술한 제 1 예의 배리어층(74)에 실시한 것과 완전히 동일한 수지 봉공 또는 졸겔법에 의한 봉공에 의해 형성할 수 있다. 이와 같이, 봉공 처리부(76a)를 설치함으로써, 용사 피막인 피막(76)의 미세 구멍을 통하여 침입하는 가스 또는 세정액을 유효하게 저지할 수 있어, 기재(71)를 충분히 보호할 수 있다. 이 봉공 처리부(76a)는 이와 같이 기재(71)에의 가스 또는 세정액의 도달을 저지하기 위한 것이므로, 상기 도 11a 내지 도 11c의 어느 것으로도 그 효과를 발휘할 수 있다. 단지, 도 11a에 도시하는 바와 같이 피막(76)의 기재(71)측에 봉공 처리부(76a)를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 용사 피막에 봉공 처리를 실시한 링 부재를, 고진공 영역(예컨대, 13.3Pa)에서 고주파 전력을 인가하여 이루어지는 플라즈마 분위기에서 이용하면, 봉공제 중의 희석 유기용매(예컨대, 초산에틸)가 증발하거나, 플라즈마와 프로세스 가스 등에 의해서 봉공제가 부식하는 등, 용사 피막중에 다시 기공(미세 구멍)이 형성되는 경우가 있다. 이 기공에 의해, 링 부재의 표면 상태(온도와 생성물의 부착 상태 등)가 시간이 경과함에 따라 변화하여, 처리 용기내의 프로세스에 악영향을 미치게 할 가능성이 있다. 따라서, 도 11a와 같이, 피막(76)의 표면측에 봉공 처리를 실시하지 않도록 하면, 피막(76)의 표면 개질(改質)을 억제하여 프로세스를 안정적으로 실시할 수 있다. 또한, 봉공 처리부(76a)는 상기 도 11a 내지 도 11c에 도시한 위치에 한정하지 않고, 예컨대 피막(76)의 중간 위치에 형성하여도 무방하다. 봉공 처리부(76a)의 두께는 50 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
이 예에 있어서도, 도 12에 도시하는 바와 같이 기재(71)와 피막(76) 사이에 전술한 제 1 예와 완전히 동일한 양극 산화 피막(75)을 형성하도록 하여도 무방하다. 또한, 이 경우에도, 이 양극 산화 피막(75)을 봉공 처리하는 것이 바람직하고, 이 봉공 처리로서는 전술한 것과 동일한 금속염 봉공 등을 적용할 수 있다.
다음에, 링 부재의 제 3 예에 대하여 설명한다. 제 3 예에서는, 도 13a, 도 13b에 도시하는 바와 같이 기재(71)의 표면에 세라믹의 용사에 의해 피막(77)을 형성하여, 피막(77)을 제 1 세라믹층(78)과 제 2 세라믹층(79)의 2층 구조로 하고, 그 적어도 한쪽의 적어도 일부분에 봉공 처리부를 형성하도록 한다. 도 13a의 예에서는, 표면측의 제 1 세라믹층(78)에 봉공 처리부(78a)를 형성하고 있고, 도 13b에서는, 기재(71)측의 제 2 세라믹층(79)에 봉공 처리부(79a)를 형성한다.
피막(77)을 구성하는 제 1 세라믹층(78) 및 제 2 세라믹층(79)은 모두 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 것이고, 구체적으로는 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si
3N4, SiO2, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2
, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2
O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹이 바람직하다. 이 경우에, 피막(77)의 막두께는 50 내지 300㎛인 것이 바람직하다. 또한, 기재(71)로서는 제 1 예와 완전히 동일한 것을 사용할 수 있다.
봉공 처리부(78a, 79a)는 전술한 제 1 예의 배리어층(74)에 실시한 것과 완전히 동일한 수지 봉공 또는 졸겔법에 의한 봉공에 의해 형성할 수 있다. 이와 같이, 봉공 처리부(78a, 79a)를 설치함으로써, 용사 피막인 제 1 및 제 2 세라믹층(78, 79)의 미세 구멍을 통하여 침입하는 가스 또는 세정액을 유효하게 저지할 수 있어, 기재(71)를 충분히 보호할 수 있다. 이 봉공 처리부(78a, 79a)는 이와 같이 기재(71)에의 가스 또는 세정액의 도달을 저지하기 위한 것이기 때문에, 그 기능을 발휘할 수 있는 한, 이들 봉공 처리부(78a, 79a)의 위치는 한정되지 않고, 또한 층 전체를 봉공 처리부로 하여도 무방하다. 또한, 제 1 및 제 2 세라믹층(78, 79)의 양쪽에 봉공 처리부를 형성하여도 무방하다. 봉공 처리부(78a, 79a)의 두께는 50 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
이와 같이, 기재(71)상에 형성하는 피막(77)을 2층 구조로 함으로써, 요구되는 내식성 및 배리어성(barrier property)에 따라, 이들 2층의 재료를 적절히 설정할 수 있어, 소망하는 위치에 봉공 처리를 함으로써, 매우 자유도가 높은 적용이 가능해진다. 예컨대, 표면측의 제 1 세라믹층(78)으로서 Y2O3을 이용하고, 기재(71)측의 제 2 세라믹층(79)으로서 YF3 또는 Al2O3를 이용하며, 제 2 세라믹층(79)의 적어도 일부에 봉공 처리를 실시하면, 내식성 및 장벽을 매우 높은 것으로 할 수 있다.
이 예에 있어서도, 도 14에 도시하는 바와 같이 기재(71)와 피막(77) 사이에 전술한 제 1 예와 완전히 동일한 양극 산화 피막(75)을 형성하도록 하여도 무방하다. 또한, 이 경우에도, 이 양극 산화 피막(75)을 봉공 처리하는 것이 바람직하고, 이 봉공 처리로서는 전술한 것과 동일한 금속염 봉공 등을 적용할 수 있다.
링 부재를 이와 같은 구조로 한 것에 의한 효과를 확인하기 위해서, Al 합금의 기재상에 Y2O3의 용사 피막을 형성한 시료 1과, Al 합금의 기재상에 수지(PTFE)의 배리어 코트층을 거쳐서 Y2O3의 용사 피막을 형성한 시료 2와, Al 합금의 기재상에 Y2O3의 용사 피막을 형성하여 그 일부분을 수지에 의해 봉공 처리한 시료 3을 각각 준비하여, 각 자료 1 내지 3의 표면에 불산(HF) 용액을 적하(滴下)시켜, 플라즈마 환경하에 두었을 때 용사 피막의 표면 상태를 비교했다. 보다 구체적으로 설명하면, 각 자료 표면에 38% 농도의 불산 용액을 10μL 적하하여, 50℃로 3시간 가열한 후, 시료를 CF계 가스의 플라즈마 분위기에 3분간 방치했다. 그 결과, 용사 피막의 박리 대책이 실시되지 않은 시료 1은, 표면 전체에 크랙이 발생한 것에 반하여, 기재와 용사 피막 사이에 배리어 코트층을 형성한 시료 2와, 용사 피막의 일부분을 수지에 의해 봉공 처리를 실시한 시료 3은 모두 크랙이 발생하지 않고, 불산 용액의 침입을 방지하여, 기재 표면이 보호되는 것을 알았다.
또한 링 부재로서 Al2O3와 Y2O3을 이용하는 경우에는, 공기중의 수분과의 반응성이 높기 때문에, 처리 용기인 진공 챔버를 대기 개방했을 때와 진공 챔버를 습식 클리닝할 때에 수분을 대량으로 취입하여, 여러 문제를 발생하지만, 본 발명자들의 검토 결과에 의하면, Y2O3 등의 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹에 수화(水化) 처리를 실시함으로써, 또는 이들 원소를 포함하는 수산화물을 형성함으로써, 이와 같은 문제가 해소되는 것을 알았다.
이러한 내용에 근거하여, 도 8에 있어서의 링 부재[이 예에서는 포커스 링(213) 및 절연 링(213a)]에 있어서, 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹에 수화 처리를 실시한 부분을 형성하는, 또는 적어도 그 일부분을 그 원소를 포함하는 수산화물로 하도록 했다.
이와 같이 함으로써, 수분을 흡착하기 어렵고, 탈리하기 어려운 구조로 할 수 있기 때문에, 플라즈마 처리시에 있어서의 수분의 이탈이 발생하기 어려운 링 부재를 얻을 수 있다.
우선, 링 부재의 제 4 예에서는, 도 15에 도시하는 바와 같이 기재(81) 위에 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 피막(82)을 형성하여, 예컨대 적어도 그 표면 부분에 수화 처리부(82a)를 형성한다.
기재(81)로서는, 상기 기재(71)와 마찬가지로, 스테인리스강(SUS)을 포함하는 각종의 강철, Al 및 Al 합금, W 및 W 합금, Ti 및 Ti 합금, Mo 및 Mo 합금, 탄소 및 산화물계, 비산화물계 세라믹 소결체, 및 탄소질 재료 등이 바람직하게 이용 된다.
피막(82)은 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹으로 구성되어 있으면 무방하지만, 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 산화물인 것이 바람직하다. 또한, 이들 중에서는 Y2O3, CeO2, Ce2O3
, Nd2O3가 바람직하고, 그중에서도 종래부터 많이 사용되고, 높은 내식성을 갖는 점으로부터, Y2O3가 특히 바람직하다.
이 피막(82)은 용사법, PVD법과 CVD법 등의 박막 형성 기술에 의해서 바람직하게 형성할 수 있다. 또한, 기타, 침지법 또는 도포법 등의 방법으로 형성할 수도 있다.
수화 처리부(82a)는, 예컨대 피막(82)을 수증기 또는 고온의 물과 반응시킴으로써 수화 반응을 발생시킴으로써 형성할 수 있다. 세라믹으로서 Y2O3를 이용한 경우에는 이하의 (1)식과 같은 반응이 발생한다.
Y2O3+H2O→Y2O3·(H2O)n→2(YOOH)→Y(OH)
3 …(1)
단지, 상기 (1)식은 원자가를 고려하지 않는다.
이 (1)식에 나타내는 바와 같이, 수화 처리에 의해, 최종적으로 Y의 수산화물이 형성된다. 주기율표 제 3a족에 속하는 다른 원소의 경우에도, 거의 동일한 반응에 의해서 이와 같은 수산화물을 형성한다. 이와 같은 수산화물로서는 Y(OH)3, Ce(OH)3, Nd(OH)3가 바람직하다.
이것을 확인하기 위해서, 기재상에 Y2O3의 용사 피막을 형성한 시료를 준비하여, 80℃의 고온수에 150시간 침지하여 수화 처리를 한 후, 실온에서 건조한 것과, 이러한 처리를 실행하지 않은 것에 대하여 X선 회절 측정을 실행했다. 그 결과, 도 16a, 도 16b에 도시하는 바와 같이 수화 처리를 실행한 시료에만 Y(OH)3가 인정되어, 수화 처리에 의해 수산화물이 형성되는 것이 확인되었다.
주기율표 제 3a족에 속하는 원소의 수산화물는 매우 안정적이고, 화학적으로 흡착한 물이 탈리하기 어렵고, 또한 물을 흡착하기 어렵다고 하는 특성을 갖고 있으며, 수화 처리에 의해 이와 같은 수산화물을 형성함으로써, 프로세스중에 있어서의 수분에 의한 문제를 회피할 수 있다.
이와 같은 수화 처리에 의한 효과를 확인하기 위해서, 기재 위에 Y2O3 용사 피막을 200㎛ 정도 형성하고, 비등수(沸騰水)로 3시간 처리한 시료와 처리하지 않은 시료를 준비하여, 양자에 IPA를 분사했다. 또한, IPA는 물보다도 흡착성이 높고, 따라서 IPA 분사는 가속 시험으로 된다. 이 시험 결과, 도 17에 도시하는 바와 같이 수화 처리하지 않은 것은 IPA가 흡착되었지만, 수화 처리한 것은 전혀 흡착되지 않았다. 이로부터 수화 처리에 의해 흡수가 매우 발생하기 어렵게 되는 것이 확인되었다.
다음에, 위와 마찬가지로 기재 위에 Y2O3 용사 피막을 200㎛ 정도 형성하여, 비등수로 3시간 처리한 시료와 처리하지 않은 시료를 준비하여, 이것들 위에 수지를 도포한 후, 절단하여 단면을 확인했다. 그 결과, 도 18a, 도 18b에 도시하는 바와 같이 표면 상태는 양자에 차가 없음에도 불구하고, “처리 무(無)”의 경우에는 피막이 전체적으로 투명하여 전체에 수지가 침투했던 것이 인정되는 것에 반하여, “처리 유(有)”의 경우에는 표층 약간의 부분만이 투명하고, 내부는 하얗게 되어 있어, 수지가 거의 침투하지 않은 것이 확인되었다. 즉, 수화 처리를 실행함으로써, 소수성(疏水性)을 갖게 되는 것이 판명되었다. 또한, 도 18c에 도시하는 바와 같이 수화 처리후 20㎛정도 제거하면 그 부분은 투명으로 되어 있고, 수화 처리를 실행한 표층의 20㎛ 정도를 제거함으로써, 소수성이 저하하는 것이 확인되었다.
또한, H2O가 Y2O3 표면에 미치는 영향에 대해서는, Langmuir, Vol. 16, No. 17,2000의 6937 내지 6947 페이지에 기재된 구로다 등의 “Specific Adsorption Behavior of Water on a Y2O3 Surface”라고 하는 논문에 상세히 기술되어 있다.
이하, 수화 처리에 대하여 구체적으로 설명한다. 수화 처리는 수증기가 풍부한 환경에서 열 처리를 하거나, 비등한 수중에서 처리함으로써 실행할 수 있다. 이에 의해, 예컨대 산화이트륨(Y2O3) 분자의 주위에 수개의 수분자가 끌어당겨져 결합되어, 안정된 하나의 분자 집단이 될 수 있다. 이 때, 수증기의 분압, 열 처리 온도, 열 처리 시간 등이 파라미터로 된다. 예컨대, 상대 습도가 90% 이상인 환경에서 100 내지 300℃ 정도의 노 안에서, 24시간 정도, 가열 처리를 함으로써 안정된 수산화물을 형성할 수 있다. 만약 상대 습도와 열 처리 온도가 낮은 경우에는, 처리 시간을 길게 하면 좋다. 수화 처리를 효율적으로 하기 위해서는, 고온·고압 으로 처리하는 것이 바람직하다. 산화이트륨 표면에서의 수화 반응은, 기본적으로 실온 정도에서도 장시간 실행하면 충분히 진행되기 때문에, 상기 조건 이외에서도, 동일한 최종 상태를 얻을 수 있다. 또한, 수화 처리할 때, 순수한 물을 이용하여 수화 처리하는 것보다도, 이온을 포함하는 물(pH7보다 큰 알칼리수)을 이용하여 수화 처리를 실시하는 것이 소수성을 보다 우수하게 한다.
또한, 수화 처리에 한정하지 않고, 예컨대 원료 단계에서 수산화물을 이용하는 등, 최종적으로 수산화물이 형성되면, 다른 방법을 채용하여도 무방하다. 피막을 용사법에 의해 제조하는 경우에는, 원료가 고온에 노출되기 때문에, 원료 단계에서 수산화물로 하면 수산화물이 산화물로 변화하는 것이 우려되지만, 이 경우에도, 고습도 환경하에서 용사함으로써 수산화물막을 형성할 수 있다. 이와 같이, 수화 처리부를 형성하는 대신에, 다른 방법에 의해 직접 수산화물을 형성하여도 무방하다.
이러한 수화 처리부 내지는 수산화물층은, 피막(82)을, 수분을 흡착하기 어렵고, 탈리하기 어려운 구조로 하기 위해서는, 피막(82)의 표면 부분에 형성해야 한다. 이 경우의 수화 처리부 내지는 수산화물막의 두께는 100㎛ 이상이 바람직하고, 사용하는 장소에 따라 최적의 두께로 설정하는 것이 좋다.
주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹을 수화 처리함으로써 치밀(緻密)화도 촉진된다. 예컨대, 용사에 의해 형성된 Y2O3막은, 수화 처리전에 도 19a에 도시된 다공질(porous) 상태였던 것이, 수화 처리됨으로써, 도 19b에 도시하 는 바와 같이 치밀화된다. 이와 같이 치밀화됨으로써, 상기 효과 이외에 이미 기술한 배리어 효과도 얻어진다.
배리어 효과만을 얻는 관점에서는, 수화 처리에 의해 수산화물로 된 수화 처리부(82a)는 반드시 표면에 있을 필요는 없고, 피막(82)의 임의의 위치에 형성되어 있으면 무방하다. 다른 방법으로 수산화물로 된 수산화물층을 형성하는 경우에는, 전술한 바와 같은 수지와 졸겔법에 의한 봉공 처리를 하는 것이 바람직하다. 이 예에 있어서는, 도 20에 도시하는 바와 같이 전술한 실시예와 마찬가지로, 기재(81)와 피막(82) 사이에, 완전히 동일한 양극 산화 피막(83)을 형성하도록 하여도 무방하다. 또한, 이 양극 산화 피막(83)을 봉공 처리하는 것이 바람직하고, 이 봉공 처리로서는 전술한 것과 동일한 금속염 봉공 등을 적용할 수 있다.
다음에, 링 부재의 제 5 예에 대하여 설명한다. 제 5 예에서는, 도 21a, 21b에 도시하는 바와 같이, 기재(81)의 표면에 피막(84)을 형성하여, 피막(84)을 제 1 세라믹층(85)과 제 2 세라믹층(86)의 2층 구조로 하고, 그 적어도 한쪽의 적어도 일부분에 수화 처리부를 형성하도록 한다. 도 21a의 예에서는, 표면측의 제 1 세라믹층(85)에 수화 처리부(85a)를 형성하고, 도 21b에서는, 기재(81)측의 제 2 세라믹층(86)에 수화 처리부(86a)를 형성한다.
피막(84)을 구성하는 제 1 세라믹층(85) 및 제 2 세라믹층은 모두 제 4 예와 마찬가지로 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹으로 구성되어 있고, 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 산화물인 것이 바람직하고, 이들 중에서는 Y2O3, CeO2, Ce2O3, Nd2O
3가 바람직하고, 특히 Y2O3가 바람직하다. 또한, 기재(81)로서는 제 4 예와 완전히 동일한 것을 이용할 수 있다.
이들 제 1 및 제 2 세라믹층(85, 86)은 제 1 예에 있어서의 피막(82)과 마찬기지로 용사법, PVD법과 CVD법 등의 박막 형성 기술에 의해서 바람직하게 형성될 수 있다. 또한, 기타, 침지법, 또는 도포법 등의 방법에 의해 형성될 수도 있다.
수화 처리부(85a, 86a)는 제 4 예에 있어서의 수화 처리부(82a)와 완전히 동일하게 형성할 수 있다. 도 21a에 도시하는 바와 같이, 피막(84)의 표면에 수화 처리부가 있는 경우에는, 수분을 흡착하기 어렵고, 탈리하기 어려운 구조로 할 수 있고, 도 21b에 도시하는 바와 같이 피막(84)의 내부에 수화 처리부가 있는 경우에는, 배리어 효과를 유효하게 발휘시킬 수 있다. 피막(84) 내부의 수화 처리부(86a)를 형성하기 위해서는, 기재(81)상에 제 2 세라믹층(86)을 제조한 후, 수화 처리를 실행하고, 또한 제 1 세라믹층(85)을 형성하면 무방하다. 수화 처리부(85a, 86a)의 두께는 100㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 기재(81)상에 형성하는 피막(84)을 2층 구조로 함으로써, 요구되는 특성에 따라, 이들 2층의 재료 및 수화 처리의 위치를 적절하게 설정할 수 있어, 매우 높은 자유도 적용이 가능해진다.
이 예에 있어서도, 도 22에 도시하는 바와 같이 기재(81)와 피막(84) 사이에, 제 1 예와 완전히 동일한 양극 산화 피막(83)을 형성하도록 하여도 무방하다.
다음에, 링 부재의 제 6 예에 대하여 설명한다. 제 6 예에서는, 도 23에 도 시하는 바와 같이 기재(81)의 표면에, 형성된 피막(87)은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층(88)과, 세라믹의 용사에 의해 형성된 제 2 세라믹층(89)을 갖고, 제 1 세라믹층(88)의 표면 부분에 수화 처리부(88a)가 형성되어 있다.
제 1 세라믹층(88)의 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹으로서는, 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 산화물인 것이 바람직하고, 이들 중에서는 Y2O3, CeO2, Ce2O3, Nd2O
3가 바람직하고, 특히 Y2O3가 바람직하다. 제 1 세라믹 층(88)의 막두께는 100 내지 300㎛인 것이 바람직하다. 제 1 세라믹층(88)은 제 4 예에 있어서의 피막(82)과 마찬가지로, 용사법, PVD법과 CVD법 등의 박막 형성 기술에 의해서 바람직하게 형성할 수 있다. 또한, 기타, 침지법 또는 도포법 등의 방법에 의해 형성될 수도 있다.
제 2 세라믹층(89)으로서는, B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO
2, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹이 바람직하다. 제 2 세라믹층(89)의 막두께는 50 내지 300㎛인 것이 바람직하다. 또한, 기재(81)로서는 제 4 예와 완전히 동일한 것을 사용할 수 있다.
수화 처리부(88a)는 제 4 예에 있어서의 수화 처리부(82a)와 완전히 동일하게 형성할 수 있다. 이와 같이, 피막(87)의 표면에 수화 처리부가 형성되어 있기 때문에, 수분을 흡착하기 어렵고, 탈리하기 어려운 구조로 할 수 있다. 또한, 수화 처리부(88a)를 제 1 세라믹층(88)의 내부에 형성하여 배리어 효과를 발휘시킬 수도 있다. 수화 처리부(88a)의 두께는 100㎛ 이상인 것이 바람직하다.
도 24에 도시하는 바와 같이, 제 2 세라믹층(89)에 봉공 처리부(89a)를 형성하는 것이 바람직하다. 봉공 처리부(89a)는 전술한 제 1 내지 제 3 예에서 설명한 내용과 완전히 동일한 수지 봉공 또는 졸겔법에 의한 봉공에 의해 형성할 수 있다. 이와 같이, 봉공 처리부(89a)를 설치함으로써, 용사 피막인 제 2 세라믹층(89)의 미세 구멍을 통하여 침입하는 가스 또는 세정액을 유효하게 저지할 수 있어, 기재(81)를 충분히 보호할 수 있다. 또한, 봉공 처리부(89a)는 제 2 세라믹층(89)의 임의의 위치에 형성될 수 있다.
도 23, 도 24에 나타내는 바와 같은 구조로 함으로써, 내식성이 우수함과 동시에, 제 1 세라믹층(88)의 수화 처리부(88a)에 의해, 수분을 흡착하기 어렵고, 탈리하기 어려운 구조로 할 수 있고, 게다가 제 2 세라믹층(89)의 배리어 효과에 의해, 기재(81)를 유효하게 보호할 수 있다. 특히, 도 24의 구조에서는, 봉공 처리부(89a)의 존재에 의해, 배리어 효과를 한층 더 높일 수 있다.
또한, 도 25에 도시하는 바와 같이 제 1 세라믹층(88)과 제 2 세라믹층(89)을 역으로 하여도 무방하다. 이 경우에는, 기재(81)측의 제 1 세라믹층(88)의 수화 처리부(88a)에서 배리어 효과가 유효하게 발휘되어 기재(81)의 보호 효과를 높일 수 있다.
이 예에 있어서도, 도 26에 도시하는 바와 같이 기재(81)와 피막(87) 사이에 제 1 예와 완전히 동일한 양극 산화 피막(83)을 형성하도록 하여도 무방하다.
다음에, 링 부재의 제 7 실시예에 대하여 기술한다. 제 7 예에서, 링 부재는 도 27에 도시하는 바와 같이 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹 소결체(97)의 표면에 수화 처리부(98)가 형성되어 있다. 수화 처리부(98)는 전술한 실시예와 완전히 동일하게 형성할 수 있고, 수화 처리에 의해서 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 수산화물이 형성된다.
이와 같이 수화 처리부(98)가 표면에 형성됨으로써, 수분을 흡착하기 어렵고, 탈리하기 어려운 구조로 될 수 있다. 이 경우의 수화 처리부(98) 내지는 수산화물막의 두께는 100㎛ 이상이 바람직하다.
이 제 7 실시예에 있어서도, 제 4 내지 제 6에서 기술하는 바와 같이, 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹으로서는, 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 산화물인 것이 바람직하다. 이들 중에서는 Y2O3, CeO2, Ce2O3, Nd2O3가 바람직하고, 특히 Y2O3가 바람직하다.
또한, 상기 실시예에서는, 도 8에 도시하는, 영구 자석을 이용한 마그네트론 타입의 평행평판형 플라즈마 에칭 장치의 링 부재(포커스 링(213), 절연 링(213a))에 본 발명을 적용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성의 장치에 한정되지 않고, 마그네트론을 이용하지 않는 평행평판형 플라즈마 에칭 장치나, 유도 결합형 등 다른 플라즈마 에칭 처리 장치 및 에칭 장치뿐만 아니라, 애싱 처리나 성막 처리 등의 에칭 이외의 각종 플라즈마 처리를 실행하는 장치에도 적용할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 링 부재내의 전극에 소정의 전압을 인가함으로써 플라즈마의 상태를 조정할 수 있기 때문에, 예컨대 반도체 웨이퍼 등에 에칭 등의 플라즈마 처리를 실행하는 장치에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 링 부재는, 특히 기재상에 형성하는 피막을 내식성이 높은 세라믹에 의해 구성하고, 배리어로서 기능하는 부분을 설치했기 때문에, 부식성이 높은 분위기에 의한 플라즈마에 의한 처리에 바람직하다. 또한, 주기율표 제 3a족에 속하는 원소를 포함하는 세라믹을 수화 처리를 실시하여 물에 대하여 안정적인 구조로 하기 때문에, 수분이 문제로 되는 링 부재로서 바람직하다.
본 발명에 의하면, 절연체로 이루어지는 링부재내의 전극에 소정의 직류 전압을 인가함으로써, 프로세스 처리마다 플라즈마의 상태를 조정할 수 있으므로, 서로 다른 복수의 프로세스 처리에 대하여 장치의 공용화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 전극에 인가하는 직류 전압을 다양하게 설정함으로써, 예컨대 복수의 처리 용기를 사용하여 동일한 프로세스를 실행하는 경우에, 그들 장치 사이에서 플라즈마의 상태를 맞추기 위한 조정을 용이하게 실행할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 기재와, 용사에 의해 형성된 피막을 갖는 구조의 링부재에 있어서, 배리어로서 기능하는 여러 층을 마련했기 때문에, 기재 표면이 프로세스 가스 또는 세정액에 노출되지 않도록 할 수 있어, 용사에 의해서 형성한 피 막의 박리를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹을 수화 처리함으로써, 또는 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 수산화물을 포함하는 층 또는 소결체를 구성함으로써, 수분을 흡착하기 어렵고, 탈리하기 어려운 구조로 할 수 있기 때문에, 플라즈마 처리시에 있어서의 수분의 이탈이 발생하기 어려운 링부재를 얻을 수 있다.
Claims (44)
- 처리 용기 내의 탑재대에 탑재된 피 처리 기판에 대하여, 처리 가스의 플라즈마에 의해서 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,상기 탑재대 상의 피 처리 기판을 둘러싸도록 설치된 절연재로 이루어지는 링부재와,이 링부재내에 설치된 전극과,상기 링부재 위쪽의 플라즈마 시스 영역을 조정하기 위해서 상기 전극에 직류 전압을 인가하는 직류 전원을 구비한 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,피 처리 기판에 대하여 제 1 프로세스를 실행할 때에는 링부재내의 전극에 제 1 직류 전압을 인가하고, 피 처리 기판에 대하여 제 2 프로세스를 실행할 때에는 링부재 내의 전극에 제 2 직류 전압을 인가하도록 인가 전압을 전환하기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 2 항에 있어서,제 1 프로세스는 박막을 에칭하는 처리이고, 제 2 프로세스는 상기 박막과는 다른 종류의 박막을 에칭하는 처리인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,링부재내의 전극은 직경방향으로 복수 설치되고, 이들 복수의 전극에 인가하는 직류 전압을 각각 독립하여 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 처리 용기 내의 탑재대에 탑재된 피 처리 기판에 대하여, 처리 가스의 플라즈마에 의해서 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치의 해당 탑재대 상의 피 처리 기판을 둘러싸도록 설치되는 절연재로 이루어지는 링부재에 있어서,이 링부재의 위쪽의 플라즈마의 시스 영역을 조정하기 위해서 직류 전압이 인가되는 전극을 내부에 구비한 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,피 처리 기판에 대하여 제 1 프로세스를 실행할 때에는 상기 전극에 제 1 직류 전압이 인가되고, 피 처리 기판에 대하여 제 2 프로세스를 실행할 때에는 상기 전극에 제 2 직류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 6 항에 있어서,제 1 프로세스는 박막을 에칭하는 처리이고, 제 2 프로세스는 상기 박막과는 다른 종류의 박막을 에칭하는 처리인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,링부재 내의 전극은 직경 방향으로 복수 설치되고, 이들 복수의 전극에 인가하는 직류 전압을 각각 독립하여 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 처리 용기 내의 탑재대에 피 처리 기판을 탑재하는 공정과,상기 탑재대 상의 피 처리 기판을 둘러싸도록 설치된 절연재로 이루어지는 링부재 내에 설치된 플라즈마 시스 영역 조정용 전극에 제 1 직류 전압을 인가한 상태에서, 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시켜 피 처리 기판에 제 1 프로세스를 실행하는 공정과,이어서 상기 플라즈마 시스 영역 조정용 전극에 제 2 직류 전압을 인가한 상태에서, 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시켜서 피 처리 기판에 제 2 프로세스를 실행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고,상기 피막을 구성하는 세라믹은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어로 1종의 원소를 포함하고, 그 적어도 일부분이 수지에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 세라믹층의 적어도 한쪽의 적어도 일부분이 수지에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 10 항에 있어서,상기 수지는 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI 및 PFA로 이루어지는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고,상기 피막을 구성하는 세라믹은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하고, 그 적어도 일부분이 졸겔법에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 세라믹의 용사에 의해서 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 세라믹층의 적어도 한쪽의 적어도 일부분이 졸겔법에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 13 항에 있어서,상기 봉공 처리는 주기율표 제 3a족에 속하는 원소로부터 선택된 것을 이용하여 실행하는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 10 항에 있어서,상기 세라믹은 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO 2, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd 2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 세라믹의 용사에 의해서 형성된 주층과, B, Mg, Al, Si, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어지는 군으로부터 선택된 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 배리어 코트층을 갖는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 17 항에 있어서,상기 배리어 코트층은 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF 3 및 Nd2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 17 항에 있어서,상기 배리어 코트층은 적어도 그 일부가 수지에 의해서 봉공 처리된 용사 피막인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 19 항에 있어서,상기 수지는 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI 및 PFA로 이루어지는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 17 항에 있어서,상기 배리어 코트층은 적어도 그 일부가 졸겔법에 의해서 봉공 처리된 용사 피막인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 21 항에 있어서,상기 봉공 처리는 주기율표 제 3a족에 속하는 원소로부터 선택된 것을 이용하여 실행하는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 세라믹의 용사에 의해서 형성된 주층과, 상기 기재와 상기 주층과의 사이에 형성된 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지는 배리어 코트층을 갖는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 23 항에 있어서,상기 엔지니어링 플라스틱은 PTFE, PI, PAI, PEI, PBI, PFA, PPS, POM의 군으로부터 선택되는 플라스틱인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 23 항에 있어서,상기 주층은 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO 2, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3 으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지고, 상기 피막의 적어도 일부분이 증기 또는 고온수에 의해서 수화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 세라믹층의 적어도 한쪽의 적어도 일부분이 증기 또는 고온수에 의해서 수화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 26 항에 있어서,상기 피막은 용사에 의해서 형성된 용사 피막, 또는 박막 형성 기술로 형성된 박막인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 26 항에 있어서,상기 피막을 구성하는 세라믹은 Y2O3, CeO2, Ce2O3, Nd2O3로부터 선택된 것인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 제 1 세라믹층과, 세라믹의 용사로 형성된 제 2 세라믹층을 갖고, 상기 제 1 세라믹층의 적어도 일부분이 증기 또는 고온수에 의해서 수화 처리 되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 30 항에 있어서,상기 제 1 세라믹층은 용사에 의해서 형성된 용사 피막, 또는 박막 형성 기술로 형성된 박막인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 30 항에 있어서,상기 제 1 세라믹층을 구성하는 세라믹은 Y2O3, CeO2, Ce2O 3, Nd2O3로부터 선택된 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 30 항에 있어서,상기 제 2 세라믹층은 B4C, MgO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF 3 및 Nd2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,기재와, 그 표면에 형성된 피막을 갖고,상기 피막은 주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 수산화물로 이루어지는 수산화물층을 갖는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 34 항에 있어서,상기 수산물층은 용사에 의해서 형성된 용사 피막, 또는 박막 형성 기술로 형성된 박막인 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 34 항에 있어서,상기 수산화물층을 구성하는 수산화물은 Y(OH)3, Ce(OH)3, Nd(OH)3으로부터 선택된 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 34 항에 있어서,상기 수산화물층은 적어도 그 일부가 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하 는링부재.
- 제 10 항에 있어서,상기 기재와 상기 피막과의 사이에 양극 산화 피막을 갖는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 38 항에 있어서,상기 양극 산화 피막은 금속염 수용액에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 38 항에 있어서,상기 양극 산화 피막은 SI, PTFE, PI, PAI, PEI, PBI 및 PFA로 이루어지는 군으로부터 선택된 수지에 의해서 봉공 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹 소결체로 이루어지고, 그 적어도 일부가 증기 또는 고온수에 의해서 수화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 41 항에 있어서,상기 세라믹 소결체는 Y2O3, CeO2, Ce2O3, Nd2 O3로부터 선택된 세라믹을 수화 처리한 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 5 항에 있어서,주기율표 제 3a족에 속하는 적어도 1종의 원소를 포함하는 수산화물을 포함하는 세라믹 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는링부재.
- 제 43 항에 있어서,상기 세라믹 소결체에 포함되는 수산화물은 Y(OH)3, Ce(OH)3, Nd(OH)3으로부터 선택된 것을 특징으로 하는링부재.
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