JP2015065024A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および環状部材 - Google Patents

Abstract

【課題】線膨張率が大きい材料を用いて製造された場合であっても、プラズマ処理の際の割れの発生を抑制する。
【解決手段】被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置は、被処理基板の外縁部を囲う環状部材を備え、環状部材は被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面を有し、環状部材は、主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および環状部材に関する。

従来から、フッ素系プラズマに対して高いプラズマ耐性を有する多結晶ＣａＦ_２を材料として製造されたフォーカスリングが知られている（たとえば特許文献１）。

国際公開ＷＯ２０１２／１６５３３４号

しかしながら、一般に多結晶ＣａＦ_２のようなセラミックスからなる部材はサーマルショックに弱く、プラズマ処理の際に急激な温度負荷がかかった場合等に割れが発生しやすいという問題がある。

請求項１に記載のプラズマ処理装置は、被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、被処理基板の外縁部を囲う環状部材を備え、環状部材は被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面を有し、環状部材は、主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成されることを特徴とする。
請求項７に記載のプラズマ処理方法は、被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、被処理基板を環状部材の内側に配置する工程と、被処理基板の被処理面にプラズマを照射する工程とを備え、環状部材は被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面を有し、環状部材は、主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成されることを特徴とする。
請求項８に記載の環状部材は、プラズマ処理装置内で被処理基板の外縁に配置して用いる環状部材であって、被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面を有し、主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成されることを特徴とする。

本発明によれば、環状部材は、被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材により構成されるので、プラズマ処理に曝される主平面とその反対側の面との間の温度差に伴う割れ等の発生を抑制できる。

本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置の模式図 実施の形態によるプラズマ処理装置に用いるフォーカスリングの概略形状を説明する図 フォーカスリング内部の温度勾配を説明する概略図 実施例１におけるフォーカスリングの形状を説明する図 実施例２におけるフォーカスリングの形状を説明する図 実施例３におけるフォーカスリングの形状を説明する図

本発明の態様のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を施すべき被処理物の外縁部を囲う形状を有する環状部材を備えている。環状部材としては、フォーカスリング、ガイドリング、カバーリング、シャドーリング、静電チャック等が挙げられる。この環状部材は、被処理物の被処理面と実質的に同一面をなす主平面を有し、主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成されている。本発明の態様は、プラズマ処理の最中に環状部材の主平面がプラズマにより加熱され、主平面と、環状部材において主平面に対向する平面との間での温度差が大きい場合であっても、熱応力による割れ等の抑制が実現可能となるように環状部材を構成したものである。以下、詳細に説明する。

−実施の形態−
図面を参照しながら、本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置について説明する。
図１は、本実施の形態によるプラズマ処理装置１０の模式図である。プラズマ処理装置１０は、ガス供給口６およびガス排出口７を有するチャンバー５内に、上部電極８および下部電極９が設けられている。下部電極９の上面には、被処理物３（たとえば半導体ウェハ）を支持するための静電チャック２が備えられている。

なお、図１に示すプラズマ処理装置１０は、被処理物３にプラズマを直接照射するいわゆるダイレクト方式の平行平板型の装置であるが、本発明のプラズマ処理装置はこれに限定されるものではない。放電空間の外部に配置した被処理物３に向けプラズマガスを吹出すいわゆるリモート式の装置も本発明の一態様に含まれる。また、２つの電極を有する平行平板型に限定されず、１つの電極を備えるプラズマ処理装置も本発明の一態様に含まれる。また、チャンバー５内で真空または低圧下で処理を行う真空（低圧）プラズマ処理装置に限定されず、大気圧下でプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置も本発明の一態様に含まれる。

チャンバー５は、被処理物３にプラズマ処理を施すために内部が密閉空間となっている処理容器である。チャンバー５の底面には下部電極９が配設され、下部電極９の上方には下部電極９と対向するように上部電極８が設けられている。このため、上部電極８と下部電極９との間には、被処理物３がプラズマ処理されるための処理空間が形成される。チャンバー５の底面のガス排出口７には排気管７１を介して排気装置７２が接続されている。排気装置７２には、圧力調節部（不図示）が接続され、圧力調節部は制御部（不図示）からの制御信号によってチャンバー５内を真空排気して所望の真空度に維持するように構成されている。

チャンバー５の底面には下部電極９を下方から支持するための支持体９１が絶縁部材（不図示）を介して配設されている。下部電極９の上面に設けられた静電チャック２の内部には、高圧直流電源２１に接続された電極が設けられ、高圧直流電源２１から静電チャックに印加された直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被処理物３が静電チャック２に吸着保持される。また、下部電極９は、不図示の水冷機構を内蔵しており、静電チャック２を介して被処理物３を冷却することにより、プラズマ処理中における被処理物３の温度上昇を抑制する。

チャンバー５にはガス供給口６が設けられ、ガス供給口６はガス導入管６１を介してガス供給源６２に接続されている。ガス供給源６２からのエッチングガスは、制御部（不図示）からの制御信号に従って駆動するバルブ６３によってガス流量が調節されてチャンバー５内に供給される。エッチングガスとしては、ＳＦ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃｌ_２、Ａｒ、Ｏ_２などが挙げられる。

上部電極８には高周波電源８１が整合器（不図示）を介して接続されている。上部電極８に接続された高周波電源８１から上部電極８に印加された高周波電圧により、チャンバー５内部の処理空間のエッチングガスはプラズマ化する。高周波電源８１は制御部（不図示）に接続され、制御信号に応じて上部電極８に印加される電力が制御される。

フォーカスリング１は被処理物の外縁部を囲う形状に形成された環状部材であり、被処理物３をプラズマ処理装置１０内でプラズマエッチング等の処理に供する際に、プラズマ分布の一様性を確保して被処理物３のエッチング速度の均一性を向上させる機能を有する。被処理物３は静電チャック２上に配置され、フォーカスリング１は被処理物３および静電チャック２を囲むようにして下部電極９の上面に載置される。すなわち、下部電極９の上面がフォーカスリング１の載置面となる。図１に示すように、被処理物３の外縁部にフォーカスリング１が載置された際には、フォーカスリング１の主平面１００は、被処理物３の被処理面３１と実質的に同一平面をなす。なお、フォーカスリング１の主平面１００は被処理物３の被処理面３１と実質的に同一平面となるものに限定されず、被処理面３１と実質的に平行となるものについても本発明の一態様に含まれる。

図２は、本実施の形態によるフォーカスリング１の概略形状を示す図である。図２（ａ）はフォーカスリング１の上部平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線での断面図である。図２（ｂ）に示すように、フォーカスリング１は、フォーカスリング１の主平面１００と垂直な方向に複数の部分部材１１（図２（ｂ）においては、第１部分部材１１０および第２部分部材１２０）が積層して構成されている。フォーカスリング１は上記のように、被処理物３の外縁部を囲う円環状に形成されている。また、複数の部分部材１１のそれぞれも被処理物３の外縁部を囲う円環状に形成されている。

なお、図２では、フォーカスリング１が円環状の例を示しているが、本発明の実施の形態は円環状のものに限定されず、たとえば矩形の環状や多角形の環状等、環状のものはどのような形状のものであっても本発明の一態様に含まれる。また、図２においては、フォーカスリング１は２個の部分部材１１が積層されて構成される例を図示しているが、積層される部分部材１１の個数はこれに限定されるものではなく、３個以上の部分部材１１が積層されて構成される場合についても本発明の一態様に含まれる。また、以下の説明においては、フォーカスリング１の主平面１００と垂直な方向を、フォーカスリング１の厚さ方向と呼ぶ。

フォーカスリング１の第１部分部材１１０は第１上面１１１と第１底面１１２とを有し、第２部分部材１２０は第２上面１２１と第２底面１２２とを有している。フォーカスリング１をプラズマ処理装置１０内に載置した際に、第２部分部材１２０の第２底面１２２が載置面である下部電極９と接触する面となる。第１部分部材１１０は第２部分部材１２０の第２上面１２１上に載置される。フォーカスリング１では、第１部分部材１１０の第１底面１１２と第２部分部材１２０の第２上面１２１とが接触しているのみであり、焼結や接着剤等により化学的に結合されることなく構成される。第１部分部材１１０の第１上面１１１は、プラズマ処理時に主にプラズマに接する面である。したがって、第１部分部材１１０の第１上面１１１がフォーカスリング１の最上面である主平面１００となり、第２部分部材１２０の第２底面１２２がフォーカスリング１の主平面１００と対向する底面となる。フォーカスリング１が下部電極９に載置されると、第２部分部材１２０の第２底面１２２が下部電極９と熱的に接触する。なお、フォーカスリング１の詳細については、説明を後述する。

プラズマ処理装置１０を用いて被処理物３をプラズマエッチングするためには、チャンバー５内を所定の真空度まで排気した後に、ガス供給口６からエッチングガスを供給する。エッチングガスとしては、ＳＦ_６、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃｌ_２、Ａｒ、Ｏ_２などが挙げられる。このとき、上部電極８と下部電極９との間に高周波電圧を印加する。上部電極８と下部電極９との間に形成された高周波電界により、エッチングガスはプラズマ化される。このプラズマにより被処理物３のプラズマエッチングが行われる。

被処理物３のプラズマエッチングが行われる間、フォーカスリング１も被処理物３と同様にプラズマに曝される。特に、フォーカスリング１を構成する部分部材１１のうち、第１部分部材１１０の第１上面１１１、すなわち主平面１００が主にプラズマに曝される。したがって、第１部分部材１１０の材料としてプラズマ耐性（耐エッチング性）に優れたＣａＦ_２を用いることが好ましい。単結晶ＣａＦ_２はへき開性を有するため、振動や衝撃により割れやすい性質を有している。これに対して多結晶ＣａＦ_２は、微小な結晶が結合して構成されているため、バルクとしてはへき開性を有していない点で単結晶よりも割れにくい。そのため、本実施の形態のフォーカスリング１においては、少なくとも第１部分部材１１０については、多結晶ＣａＦ_２がその材料として好適に用いることができる。なお、フォーカスリング１の材料としては、多結晶ＣａＦ_２を用いるものに限定されず、環状部材として使用可能なその他の材料も用いることができる。

多結晶ＣａＦ_２を構成する結晶粒子とプラズマ耐性（耐エッチング性）について説明する。本実施の形態のフォーカスリング１のうちの少なくとも第１部分部材１１０の製造に用いられる多結晶ＣａＦ_２を構成する結晶粒子の平均粒子径は２００μｍ以上である。多結晶ＣａＦ_２では、結晶粒子径が増大するにつれてプラズマ耐性が高くなり、結晶粒子径が２００μｍ以上となるとプラズマ耐性が飽和する傾向があり、単結晶ＣａＦ_２と実質的に同等のプラズマ耐性となる。結晶界面はエッチングされやすいので、結晶粒子径が増大することにより結晶界面が減少し、プラズマ耐性が高くなる。本実施の形態で用いられる多結晶ＣａＦ_２は、結晶粒子の平均粒子径を２００μｍ以上とすることによって、そのプラズマ耐性を単結晶ＣａＦ_２の有するプラズマ耐性とほぼ同等とすることができる。

平均粒子径は以下で定義される。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて結晶粒子を観察することにより、多結晶体の結晶粒子径測定を行う。１試料において任意の３視野を観察し、それぞれの視野内の結晶粒子の長軸と短軸とを計測し、その平均を結晶粒子径（平均粒子法）とする。軸の測定はＪＩＳＲ１６７０「ファインセラミックスのグレインサイズ測定方法」に準じる。
実施の形態で用いる多結晶ＣａＦ_２は、へき開性を有しないために割れにくいという多結晶体が有する利点に加えて、プラズマ耐性に優れているという単結晶体が有する利点を兼ね備えることになる。

多結晶ＣａＦ_２からなるフォーカスリング１の部分部材１１の製造方法の一例は以下の通りである。
ＣａＦ_２の粉末原材料の粒径（メジアン径）は、好ましくは３μｍ以下であり、より好ましくは０．５μｍ以下である。ＣａＦ_２の粉末原材料の粒径が大きい場合には、ボールミル等により予め粉砕してから用いるのが好ましい。ボールミル粉砕においては、アルミナボール、Ｚｒボール、ナイロンボール等を用いることができる。粉砕時間は１２時間以上であることが好ましい。

上記のＣａＦ_２粉末原材料を、たとえば湿式成形、プレス成形、ＣＩＰ成形（冷間等方圧プレス成形）等の公知の成形方法を用いて成形を行う。湿式成形方法としては泥漿鋳込み成形（スリップキャスティング）が例示される。泥漿鋳込み法の一例を挙げるならば、ＣａＦ_２粉末原材料と水とを混合して作製したスラリーを石膏型に入れ、室温にて４８時間以上静置させて成形体を得た後、この成形体を石膏型から取り出して８０℃にて４８時間、乾燥炉で乾燥させることにより成形体を得ることができる。プレス成形としては、所望の形状に形成された金型にＣａＦ_２粉末原材料を充填して、加圧により成形体を作成する方法が例示される。ＣＩＰ成形はプレス成形の一態様であり、ＣａＦ_２粉末原材料を金型プレスにより仮成形し、仮成形体を真空パックにした後、ＣＩＰ装置にセットして、例えば１００ＭＰａにて１分間の圧力保持を行うことにより、成形体を作成することができる。いずれの成形方法、いずれの成形条件を用いるかについては、所望するフォーカスリング１の形状、歩留り、品質等を考慮して決定される。

なお、いずれの成形方法を用いる場合であっても、所望するフォーカスリング１の部分部材１１の形状に応じて、割れを防ぐためのバインダーを添加して成形体を作成してもよい。この場合、作成された成形体にはバインダーが含まれるので、成形体は大気雰囲気もしくは酸素及び不活性ガスの混合雰囲気において加熱し、バインダーの除去を行う（脱バインダー工程）。

上述のようにして得られた成形体を真空焼結炉に導入して、真空雰囲気で焼結させる。焼結工程時の真空度は、緻密化およびＣａＦ_２の酸化防止の目的から、１０Ｐａ以下であることが望ましい。焼結工程では、成形体は、１４００℃以下で６時間以上焼結させる。焼結温度が高く、焼結時間が長い程、作成された多結晶ＣａＦ_２の結晶粒子径は大きくなる傾向があるが、材料の揮発による多結晶体重量の減少、製造リードタイムの増大等につながる。上記の点を考慮して、焼結温度は、１４００℃以下であり、好ましくは１２５０℃〜１３５０℃である。焼結時間は、６時間以上であり、好ましくは６時間以上かつ２４時間以下である。

所望の形状のフォーカスリング１の部分部材１１とするために、上述した石膏型を所望するフォーカスリング１の部分部材１１の形状に対応した形状に形成するか、あるいは、焼結後の成形体を機械加工によって所望するフォーカスリング１の部分部材１１の形状となるように加工する。何れの加工方法を用いるかについては、歩留りや要求仕様等を考慮に入れて決定される。

機械加工によって所望の形状を形成する方法の一例を次に示す。
始めに、前述の焼結方法等を用いて板状ないし環状の焼結体素材を製造する。次に、焼結体素材に機械加工を施し、外形や突起部等の形状を所望の形状に加工する。円環状の部材を製造する場合であれば、始めに上面及び下面を研削加工して、所望厚さに研磨代（〜数ｍｍ）を加えた厚さまで加工した後、円環の外周および内周を研削加工して所望の寸法に成形する。必要に応じてオリフラ形状やノッチ形状を形成しても良い。最後に、必要に応じて表面に研削加工を施す。

機械加工にはロータリー研削盤やマシニングセンタを用いることができる。また、機械加工に用いる切削工具や研削工具は、焼結体素材の性状や形状、必要とされる表面粗さ等に応じて、適切な工具や砥石を用いることができる。焼結体素材が十分な相対密度を保持している場合は液体を吸収しないので、研削液や切削液を用いて加工することも可能である。なお、上記のフォーカスリング１の部分部材１１の所望の形状についての詳細は、各種の実施例を用いて後述する。

加工された多結晶ＣａＦ_２製のフォーカスリング１の部分部材１１の表面におけるプラズマ耐性を向上させるために、フォーカスリング１の部分部材１１の表面を機械加工により鏡面研磨してもよい。表面粗さＲａは、好ましくは１．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下、特に好ましくは０．１μｍ以下とする。なお、フォーカスリング１の部分部材１１の全ての面に対して研磨を行う必要はなく、少なくともプラズマに暴露される面、すなわち第１部分部材１１０の第１上面１１１に相当する面を研磨すればよい。

以上、多結晶ＣａＦ_２からなるフォーカスリング１の部分部材１１の製造方法について説明したが、他の材料からなる部材についても、公知の方法を用いて製造することができる。例えば、Ｓｉからなる部材を製造する場合は、適宜の方法で製造されたＳｉ単結晶や多結晶のインゴットを素材として、上述の機械加工により所望の形状に形成し、本発明の態様のプラズマ処理装置用部材とすることができる。また、石英ガラスからなる部材を製造する場合は、溶融石英ガラスや気相合成石英ガラスのインゴットを素材として、同様の機械加工により本発明の態様の環状部材とすることができる。また、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＣ、Ｙ_２Ｏ_３などのセラミックス素材の場合は、公知の材料と製造方法を用いて焼結体素材を製造した後、同様に機械加工を施して所望の形状とすれば良い。この際、焼結体素材の製造条件や機械加工の加工条件等は、それぞれの素材の性状や目的とする形状に応じて、当業者が通常用いうる手段の範囲内で適宜選択することができる。

本実施の形態によるプラズマ処理装置１０に用いられるフォーカスリング１について説明する。被処理物３のプラズマエッチングが行われる際、フォーカスリング１の第１部分部材１１０の第１上面１１１はプラズマにより加熱され、第１上面１１１の温度は３００℃以上に達することがある。一方、フォーカスリング１の第２部分部材１２０の第２底面１２２は、図示しない水冷機構により３０℃程度に冷却される。

図３は、フォーカスリング１の厚さ方向とフォーカスリング１内部の温度との関係を模式的に説明する図である。図３（ａ）は第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とが多結晶ＣａＦ_２を材料として製造されている場合、図３（ｂ）は第１部分部材１１０が多結晶ＣａＦ_２を材料として製造され、第２部分部材１２０が多結晶ＣａＦ_２とは異なる材料を用いて製造されている場合を示している。図３（ｃ）は、厚さ方向に沿って複数の部分部材が積層した構造を有していない従来構造のフォーカスリングにおける厚さ方向と温度との関係を模式的に示している。なお、図３（ａ）、（ｂ）においては、厚さ方向のＨ０は第２部分部材１２０の第２底面１２２に相当し、Ｈ１は第１部分部材１１０の第１底面１１２と第２部分部材１２０の第２上面１２１との接触面に相当し、Ｈ２は第１部分部材１１０の第１上面１１１に相当する。図３（ｂ）は、第２部分部材１２０として、多結晶ＣａＦ_２と比べて断熱性が高い材料を用いた場合の例を示している。

多結晶ＣａＦ_２の線膨張係数は約１．８×１０^−５［Ｋ^−１］なので、温度を３０℃から３００℃に上げた場合の熱膨張量は、外力が働かなければ、１ｍｍ当たり０．００４８６ｍｍとなる。これは、長さ１００ｍｍでは０．４８６ｍｍに相当する。図３（ｃ）に示す従来構造のフォーカスリングにおいては、上面に相当するＨ２がプラズマにより加熱される高温部であり、底面に相当するＨ０がプラズマに直接曝されない低温部であり、この高温部と低温部との間には、上記の大きさの熱膨張量に相当する熱応力が生じることになる。従来構造のフォーカスリングでは、高温部と低温部とは互いに拘束し合うため、高温部の膨張は低温部により妨げられ、底面と上面との間で上記の温度差に応じて大きな熱応力が生じる。この熱応力により、フォーカスリングに割れや微小クラックなどの使用上好ましくない現象が誘起され、フォーカスリングの脆弱化につながる。

これに対して、本実施の形態によるフォーカスリング１は、従来構造のフォーカスリングとは異なり、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とが厚さ方向にて接触して積層する構造を有している。このため、第１部分部材１１０の第１底面１１２と第２部分部材１２０の第２上面１２１との接触面、すなわちＨ１において、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とが主平面１００に平行な平面上にて相対移動可能となる境界が形成される。この結果、高温部である第１部分部材１１０の第１上面１１１と、低温部である第２部分部材１２０の第２底面１２２とは、従来構造のフォーカスリングとは異なり、互いに拘束し合うことはない。

図３（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態のフォーカスリング１においては、Ｈ０とＨ２と間の温度差は、図３（ｃ）に示す従来構造のフォーカスリングの場合と同様であるが、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０との境界であるＨ１では温度がＴ１（３０℃＜Ｔ１＜３００℃）である。したがって、第１部分部材１１０では、第１底面１１２と高温部である第１上面１１１との間の温度差に応じた熱応力が生じるが、従来構造のフォーカスリングのようにＨ０とＨ２との間の温度差に応じた熱応力よりも小さくなる。第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とは互いに拘束されていないので、第１部分部材１１０は、従来構造のフォーカスリングと比べて小さい温度差に応じた熱応力によって変形する。

同様に、第２部分部材１２０では、低温部である第２底面１２２と第２上面１２１との間の温度差に応じた熱応力が生じるが、従来構造のフォーカスリングのようにＨ０とＨ２との間の温度差に応じて生じる熱応力よりも小さくなる。そして、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とは互いに拘束されていないので、第２部分部材１２０は、小さい温度差に応じた熱応力によって変形する。

上述したように、第１部分部材１１０および第２部分部材１２０のそれぞれに作用する熱応力は、従来構造のフォーカスリング全体に作用する熱応力よりも小さくなる。さらに、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とは互いに相対移動が可能な構造となっている。したがって、本実施の形態のフォーカスリング１においては、全体として割れや微小クラックなどの使用上好ましくない現象が誘起されることを抑制できる。

上述したフォーカスリング１を有するプラズマ処理装置１０を使用して被処理物３にプラズマ処理を施す方法について説明する。主平面１００に垂直な方向に複数の部分部材１１を積層させてフォーカスリング１とし、フォーカスリング１の内側に被処理物３を配置する。本実施の形態では、下部電極９上にフォーカスリング１が配置され、静電チャック２上に被処理物３が配置される。このとき、高圧直流電源２１から静電チャックに印加された直流電圧により生じた静電力により被処理物３が静電チャック２に吸着保持される。上記のように被処理物３とフォーカスリング１とが配置されたチャンバー５内に、ガス供給源６２を介してエッチングガスを供給する。高周波電源８１から上部電極８に高周波電圧を印加することにより、チャンバー５内部の処理空間のエッチングガスをプラズマ化させて、被処理物３の被処理面にプラズマを照射する。

以下、フォーカスリング１の実施例を示す。なお、以下の実施例は本発明の態様を具体的に説明するものであるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
実施例１によるフォーカスリング１について説明する。図４（ａ）は実施例１におけるフォーカスリング１を上部から見た平面図であり、図４（ｂ）〜（ｆ）は図４（ａ）のＡ２−Ａ２断面図である。なお、図４に示す実施例１のフォーカスリング１についても、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とを積層して構成される例を示しているが、３個以上の部分部材１１を積層して構成されるものについても本発明に含まれる。また、実施例１におけるフォーカスリング１では、第１部分部材１１０は多結晶ＣａＦ_２を材料として作成され、第２部分部材１２０も多結晶ＣａＦ_２を材料として作成されたものであってもよいし、多結晶ＣａＦ_２とは異なる材料により作成されたものであってもよい。多結晶ＣａＦ_２とは異なる材料として、石英ガラス、アルミナ、シリコン等が挙げられ、何れの材料を用いるかについては、プラズマ処理に用いるエッチングガスの種類、プロセス中のコンタミネーション、コスト、機械的強度等を考慮して最適な材料が選択される。

図４（ｂ）に示すフォーカスリング１の断面は、実施の形態において説明した図２（ｂ）と同様である。上述したように、フォーカスリング１では、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とが互いに拘束することなく積層され、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とのそれぞれに作用する熱応力の影響が小さい。この結果、フォーカスリング１全体として割れや微小クラックなどの使用上好ましくない現象が誘起を抑制している。

図４（ｂ）に示すフォーカスリング１では、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とが化学的に結合されていない。このため、フォーカスリング１をプラズマ処理装置１０の下部電極９に載置する際に、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０との間の位置関係が定まらない可能性がある。上記の点を防ぐために、フォーカスリング１の断面を図４（ｃ）〜（ｆ）に示すように形成する。なお、図４（ｃ）〜（ｆ）においては、図示の都合上、凹部１１３と凸部１２３とが互いに密接するように表現しているが、第１部材１１０と第２部材１２０とが熱応力に起因する相対移動が可能となるようにクリアランスが確保されているものとする。

図４（ｃ）は、第１部分部材１１０の第１底面１１２に断面が矩形となる凹部１１３を設け、第２部分部材１２０の第２上面１２１に断面が矩形となる凸部１２３を設けた例を示している。凹部１１３と凸部１２３とは、フォーカスリング１の内周側で対応するように形成され、第１部分部材１１０を第２部分部材１２０上に載置した際に、凹部１１３と凸部１２３とは嵌合する。なお、凹部１１３と凸部１２３とは、環状のフォーカスリング１の周方向に連続して延在していてもよいし、周方向の一部分には形成されず非連続に形成されていてもよい。また、図４（ｃ）では、凹部１１３と凸部１２３とがフォーカスリング１の内周側に形成された例を示したが、外周側に形成されるものや、フォーカスリング１の径方向の中央部近傍に形成されてもよい。

図４（ｄ）は、第１部分部材１１０の第１底面１１２に断面が楔形となる凹部１１３を設け、第２部分部材１２０の第２上面１２１に断面が楔形となる凸部１２３を設けた例を示している。凹部１１３と凸部１２３とは、フォーカスリング１の外周側で対応するように形成され、第１部分部材１１０を第２部分部材１２０上に載置した際に、凹部１１３と凸部１２３とは嵌合する。なお、凹部１１３と凸部１２３とは、環状のフォーカスリング１の周方向に連続して延在していてもよいし、周方向の一部分には形成されず非連続に形成されていてもよい。また、図４（ｄ）では、凹部１１３と凸部１２３とがフォーカスリング１の外周側に形成された例を示したが、内周側に形成されるものや、フォーカスリング１の径方向の中央部近傍に形成されてもよい。

図４（ｅ）は、上記の図４（ｃ）および（ｄ）に示す断面形状を組み合わせたものである。すなわち、第１部分部材１１０の第１底面１１２に断面が矩形となる第１凹部１１４と断面が楔形となる第２凹部１１５とを設け、第２部分部材１２０の第２上面１２１に断面が矩形となる第１凸部１２４と断面が楔形となる第２凸部１２５とを設けている。第１凹部１１４と第１凸部１２４とは、フォーカスリング１の内周側で対応するように形成され、第２凹部１１５と第２凸部１２５とはフォーカスリング１の外周側で対応するように形成されている。このため、第１部分部材１１０を第２部分部材１２０上に載置した際に、凹部１１３と凸部１２３とは嵌合する。なお、第１凹部１１４、第２凹部１１５、第１凸部１２４および第２凸部１２５は、環状のフォーカスリング１の周方向に連続して延在していてもよいし、周方向の一部分には形成されず非連続に形成されていてもよい。

図４（ｆ）は、第１部分部材１１０の第１底面１１２に断面が半円となる凹部１１３を設け、第２部分部材１２０の第２上面１２１に断面が半円となる凸部１２３を設けた例を示している。凹部１１３と凸部１２３とは、フォーカスリング１の径方向の中央部近傍で対応するように形成され、第１部分部材１１０を第２部分部材１２０上に載置した際に、凹部１１３と凸部１２３とは嵌合する。なお、凹部１１３と凸部１２３とは、環状のフォーカスリング１の周方向に連続して延在していてもよいし、周方向の一部分には形成されず非連続に形成されていてもよい。また、図４（ｆ）では、凹部１１３と凸部１２３とがフォーカスリング１の径方向の中央部近傍に形成された例を示したが、内周側や外周側に形成されてもよい。

なお、図４（ｃ）〜（ｆ）においては、第１部分部材１１０に凹部１１３を形成し、第２部分部材１２０に凸部１２３を形成する例を示したが、第１部分部材１１０に凸部を形成し、第２部分部材１２０に凹部を形成し、嵌合するものも本発明の一態様に含まれる。また、凹部１１３および凸部１２３の断面形状は、矩形、楔形、半円に限定されるものではない。また、３個以上の部分部材１１が積層してフォーカスリング１が構成されている場合には、厚さ方向に沿って隣接して積層される少なくとも１組の部分部材１１が互いに接触する接触面に凸部と凹部とを設け、嵌合することが好ましい。

上述した実施例１のフォーカスリング１によれば、以下の作用効果が得られる。
フォーカスリング１は、接触面に設けられた凸部と凹部とが互いに嵌合する、少なくとも１組の部分部材１１を含むようにした。この結果、熱応力に伴う異なる部分部材１１の相対移動を妨げることなく、簡単な構造で第１部分部材１１０と第２部分部材１２０との位置関係が定まる。

［実施例２］
実施例２によるフォーカスリング１について説明する。図５（ａ）は、実施例２におけるフォーカスリング１を上面側から見た平面図であり、図５（ｂ）および（ｃ）は図５（ａ）におけるＡ３−Ａ３断面図である。実施例２のフォーカスリング１は、第２部分部材１２０における主平面１００に平行な面の面積が、第１部分部材１１０における主平面１００に平行な面の面積よりも大きくなるように形成されている。

なお、図５に示す実施例２のフォーカスリング１についても、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とを積層して構成される例を示しているが、３個以上の部分部材１１を積層して構成されるものについても本発明に含まれる。また、実施例２におけるフォーカスリング１では、第１部分部材１１０は多結晶ＣａＦ_２を材料として作成され、第２部分部材１２０は多結晶ＣａＦ_２を材料として作成されたものであってもよいし、多結晶ＣａＦ_２とは異なる材料により作成されたものであってもよい。多結晶ＣａＦ_２とは異なる材料として、石英ガラス、アルミナ、シリコン等が挙げられ、何れの材料を用いるかについては、プラズマ処理に用いるエッチングガスの種類、プロセス中のコンタミネーション、コスト、機械的強度等を考慮して最適な材料が選択される。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第２部分部材１２０は第１部分部材１１０と比べてフォーカスリング１の内側に内周面が位置するように形成されている。このため、図５（ｂ）に示すように、第２部分部材１２０の第２上面１２１は、第１部分部材１１０の第１底面１１２と接触する第１領域１２６と、第１底面１１２と接触しない第２領域１２７とを含む。この第２領域１２７で被処理物３を支持することができるので、本実施例２のフォーカスリング１は被処理物３を移動させる際やハンドリングの際の支持具としても用いることが可能となる。なお、図４（ｃ）〜（ｆ）に示す実施例１と同様に、第１部分部材１１０の第１底面１１２と第２部分部材１２０の第２上面１２１のうち第１領域１２６との何れか一方に凸部を設け、他の一方に凹部を設け、凸部と凹部とが嵌合する構造とするものも本発明の一態様に含まれる。この結果、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０との位置関係を容易に定めることができる。

図５（ｃ）に示す例では、第２部分部材１２０の第２上面１２１に厚さ方向に沿った段差部１２８を設け、この段差部１２８を境界として第１領域１２６と第２領域１２７とが形成される。このため、第２部分部材１２０の厚さは第１領域１２６に対応する範囲と第２領域１２７に対応する範囲とでは互いに異なる。図５（ｃ）に示す例では、第１領域１２６に対応する範囲の厚さは、第２領域１２７に対応する範囲の厚さと比べて小さい。この結果、フォーカスリング１が傾いた場合であっても第１部分部材１１０の一部が段差部１２８と接触するため、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０との位置関係を容易に定めることができる。なお、図５（ｃ）においては、図示の都合上、第１部分部材１１０と段差部１２８とが互いに密接するように表現しているが、第１部材１１０と段差部１２８とが熱応力に起因する相対移動が可能となるようにクリアランスが確保されているものとする。

なお、図５（ｄ）に示すように第２部分部材１２０の第２底面１２２の面積が、第１部分部材１１０における第１上面１１１の面積よりも小さくなるように形成されている場合についても本発明の一態様に含まれる。この場合、下部電極９に載置されたフォーカスリング１において、第１部分部材１１０と下部電極９との間に空間が生じる。この空間は下部電極９の冷却に対して断熱作用を有することにより、第１部分部材１１０の第１底面１１２の冷却が抑制される。この結果、第１部分部材１１０の第１上面１１１と第１底面１１２との間の温度差が小さくなり熱応力による影響を抑制できる。

［実施例３］
実施例３によるフォーカスリング１について説明する。図６（ａ）は、実施例３におけるフォーカスリング１を上面側から見た平面図であり、図６（ｂ）〜（ｄ）は図６（ａ）におけるＡ４−Ａ４断面図である。実施例３のフォーカスリング１は、第１部分部材１１０は複数の分割部材２００により構成されている。図６に示す例では、フォーカスリング１の周方向について、３つの分割部材２００（第１分割部材２１０、第２分割部材２２０、第３分割部材２３０）が接触面２０１を介してそれぞれ接触して組み合わさることにより環状の第１部分部材１１０が形成される。なお、第１部分部材１１０を形成する分割部材２００の個数は、上記の３個のものに限定されるものではなく、フォーカスリング１の大きさに応じて、２個の分割部材２００により形成されるものや４個以上の分割部材２００により形成されるものについても本発明の一態様に含まれる。また、第１部分部材１１０に加えて第２部分部材１２０についても、複数の分割部材により構成されるものについても本発明の一態様に含まれる。

なお、図６に示す実施例３のフォーカスリング１についても、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０とによって構成される例を示しているが、３個以上の部分部材１１によって構成されるものについても本発明に含まれる。また、実施例３におけるフォーカスリング１では、第１部分部材１１０は多結晶ＣａＦ_２を材料として作成され、第２部分部材１２０は多結晶ＣａＦ_２を材料として作成されたものであってもよいし、多結晶ＣａＦ_２とは異なる材料により作成されたものであってもよい。多結晶ＣａＦ_２とは異なる材料として、石英ガラス、アルミナ、シリコン等が挙げられ、何れの材料を用いるかについては、プラズマ処理に用いるエッチングガスの種類、プロセス中のコンタミネーション、コスト、機械的強度等を考慮して最適な材料が選択される。

図６（ｂ）は一例として第１分割部材２１０と第２分割部材２２０とが組み合わさる領域の近傍における厚さ方向の断面を示している。第１分割部材２１０の接触面２１１と第２分割部材２２０の接触面２２１とは厚さ方向に沿って実質的に平行となるように形成され、接触面２１１と接触面２２１とが互いに接触し合った状態で第１分割部材２１０と第２分割部材２２０とが第２部分部材１２０上に配置される。接触面２１１と接触面２２１とは互いに接触しているのみであり、焼結や接着剤等により化学的に結合されることなく構成される。その結果、複数の分割部材２００を互いに接触させて環状の部分部材１１を形成するようにしたので、熱応力に伴う異なる部分部材１１の相対移動を妨げることなく、材料歩留りや製造歩留りの低下を防ぎ、コストの増加を抑制してフォーカスリング１の大型化が可能となる。さらに、部分部材１１が周方向に沿って複数の分割部材２００に分割されることにより、部分部材１１の周方向に沿った拘束力が低減される。このため、部分部材１１に作用する周方向に沿った熱応力の影響を抑制できる。

図６（ｃ）、（ｄ）は、第１分割部材２１０と第２分割部材２２０とが組み合わさる領域の近傍における厚さ方向の断面の別の例を示している。この例では、第１分割部材２１０の接触面２１１と第２分割部材２２０の接触面２２１とが互いに対応する階段状に形成されている場合を示している。図６（ｃ）に示す例では、第１上面１１１から厚さ方向に沿って実質的に平行な面と、第１底面１１２から厚さ方向に沿って実質的に平行な面とが、主平面１００と非平行な斜面によって連結されるように形成されている。図６（ｄ）に示す例では、第１上面１１１から厚さ方向に沿って実質的に平行な面と、第１底面１１２から厚さ方向に沿って実質的に平行な面とが、主平面１００と実質的に平行な面によって連結されるように形成されている。

図６（ｃ）、（ｄ）に示す例では、分割部材２００の接触面２１１、２２０を階段状に形成するようにした。この結果、接触面２１１と接触面２２０とに生じる間隙からプラズマが侵入した場合であっても、図６（ｂ）に示す例と比べて、侵入したプラズマが下部電極９に与える影響を低減できる。

なお、本実施例３のフォーカスリング１を、図４（ｃ）〜（ｆ）に示した実施例１と同様に、第１部分部材１１０の第１底面１１２と第２部分部材１２０の第２上面１２１との何れか一方に凸部を設け、他の一方に凹部を設け、凸部と凹部とが嵌合する構造とするものも本発明の一態様に含まれる。この結果、第１部分部材１１０と第２部分部材１２０との位置関係を容易に定めることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上述した実施例１〜３では、フォーカスリング１が円環状の場合について説明したが、フォーカスリング１が被処理物３の外縁部を囲う形状を有しているものについては、本発明の一態様に含まれる。たとえば、フォーカスリング１が矩形形状の被処理物３を囲うように矩形環状を有しているものや、多角形状の被処理物３を囲うように多角形環状を有しているものも本発明に含まれる。

（２）本発明によるフォーカスリング１は、多結晶ＣａＦ２を材料として製造されたものに限定されない。本発明は、線膨張係数が１×１０^−５（Ｋ^−１）より大きい物質、例えばＺｒＯ_２（線膨張係数１．０５×１０^−５（Ｋ^−１））を材料として製造されたプラズマ処理装置用部材に対して好適に用いることができる。

（３）プラズマ処理装置１０は、被処理物３の被処理面３１を上面に向けて載置される構造を有するものに限定されない。被処理物３が被処理面３１を下に向けて（フェースダウン）載置される構造を有する場合や、被処理物３が被処理面３１を鉛直方向となるように載置される構造を有する場合であっても、本発明によるプラズマ処理装置１０の一態様に含まれる。

（４）第２部分部材１２０の材料として、第１部分部材１１０の材料と比べて熱膨張率が小さい材料を用いることができる。具体的には、第１部分部材１１０がＣａＦ_２の場合において、シリカガラス（０．５×１０^−６／Ｋ）、酸化アルミニウム（７．８×１０^−６／Ｋ）、シリコン（３．９×１０^−６／Ｋ）、酸化ケイ素（４．６×１０^−６／Ｋ）、窒化ケイ素（２．８×１０^−６／Ｋ）、酸化イットリウム（７．２×１０^−６／Ｋ）等を第２部分部材１２０の材料として用いることができる。

なお、以上の説明では、本発明の実施の形態および実施例において、環状の部材としてフォーカスリングを例に挙げて説明したが、本発明の実施の形態はフォーカスリングに限られるものではない。他の実施の形態としては、たとえばガイドリングやカバーリングや静電チャックなどが挙げられる。これらはフォーカスリングと同様にプラズマによる暴露を受け、部材内に温度分布が生じる可能性があるので、本発明の形態を備えることにより、部材内に生じた熱膨張量差により発生する応力を低減し、割れや微小クラックの発生による脆弱化を低減させるという効果を得ることができる。
また、本発明の態様の部材を備えたプラズマ処理装置としては、エッチング装置の他、アッシング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、表面改質装置、コーティング装置などを挙げることができる。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１…フォーカスリング、１０…プラズマ処理装置、
１１…部分部材、１００…主平面、
１１０…第１部分部材、１１１…第１上面、
１１２…第１底面、１１３…凹部、
１２０…第２部分部材、１２１…第２上面、
１２２…第２底面、１２３…凸部、
２００…分割部材、２０１…接触面、
２１０…第１分割部材、２１１…第１接触面、
２２０…第２分割部材、２２１…第２接触面

Claims (8)

1. 被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   前記被処理基板の外縁部を囲う環状部材を備え、
   前記環状部材は前記被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面を有し、
   前記環状部材は、前記主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記複数の部分部材のうち、少なくとも、前記主平面を有する部分部材は、線膨張係数が１×１０^−５（Ｋ^−１）より大きい物質によって構成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
   前記物質はフッ化カルシウムであることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のプラズマ処理装置において、
   前記複数の部分部材のうち、少なくとも、前記主平面を有する部分部材は、複数の分割部材を組み合わせて環状を形成することを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のプラズマ処理装置において、
   前記環状部材は、接触面に設けられた凸部と凹部とが嵌合する、少なくとも１組の部分部材を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置において、
   前記環状部材の前記主平面の面積と、前記主平面と対向する平面の面積とは、互いに異なることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
   前記被処理基板を環状部材の内側に配置する工程と、
   前記被処理基板の被処理面にプラズマを照射する工程とを備え、
   前記環状部材は前記被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面を有し、
   前記環状部材は、前記主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成されることを特徴とするプラズマ処理方法。
8. プラズマ処理装置内で被処理基板の外縁に配置して用いる環状部材であって、
   前記被処理基板の被処理面と実質的に平行な主平面を有し、
   前記主平面に垂直な方向に積層された複数の部分部材によって構成されることを特徴とする環状部材。
   

Images