JP2021141314A - プラズマ処理装置用部材とその製造方法、及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性と耐プラズマに優れた伝熱材を備え、長期間にわたって高い均熱性を有するプラズマ処理装置用電極板及びその製造方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置用部材は、プラズマ処理装置用部材であって、基材と、前記基材の一方の表面に設けられた伝熱層とを有しており、前記伝熱層は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置用部材とその製造方法、及びプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置は、真空チャンバー内に、上下方向に対向配置された一対の電極が備えられている。一般に上側の電極には、プラズマ生成用のガスを通過させるための通気孔が形成されており、下側の電極は、架台となっており、ウェハなどの被処理基板が固定可能とされている。そして、上側電極（天井電極板ともいう）の通気孔からプラズマ生成用のガスを下側電極に固定された被処理基板に供給しながら、その上側電極と下側電極間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。

上記の構成のプラズマ処理装置では、上側電極の下側電極との反対側の面（背面）に冷却板（クーリングプレートともいう）が配置されていて、プラズマとともに生成する熱を、上側電極を介して冷却板に放熱できるようにされている。上側電極と冷却板との熱伝導性を向上し、電極の均熱性を確保するために、上側電極と冷却板との間に伝熱材を配置することが検討されている。例えば、上側電極と冷却板との間に、アルミナフィラーを含むシリコーン樹脂を配置することが検討されている（特許文献１）。

また、熱によるエッチング処理の条件の変動を抑えるために、被処理体の周縁部で支持する円環状の支持リング（フォーカスリング）と、そのフォーカスリングが配置される架台（載置台）との間に、熱伝導度が高い伝熱材（伝熱シート）を配置することが検討されている（特許文献２）。特許文献２には、伝熱材としては、アルミナ粒状態を含む耐熱性シリコーンゴムが記載されている。

特許第５７６２７９８号公報 特開２０１２−９５６３号公報

上側電極として用いるプラズマ処理装置用電極板の均熱性を長期間にわたって確保するためには、プラズマ処理装置内の熱を、プラズマ処理装置用電極板を介して冷却板に効率よく長期間にわたって伝熱することが重要である。したがって、プラズマ処理装置用電極板と冷却板との間に配置する伝熱材は、熱やプラズマ、副生成物のラジカル（広義のプラズマ）による劣化が起こりにくく、長期間にわたって高い伝熱性を有することが好ましい。また伝熱材の劣化によるコンタミ（被処理基板に対する汚染）を防ぐためにも、伝熱材は高い耐プラズマ性を有することが好ましい。また、被処理体の周縁部を支持する円環状のフォーカスリングと架台との間に配置する伝熱材についても同様である。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、耐熱性と耐プラズマに優れた伝熱材を備え、長期間にわたって高い均熱性を有するプラズマ処理装置用電極板やフォーカスリングなどのプラズマ処理装置用部材及びその製造方法を提供することもその目的とする。さらに本発明は、コンタミが発生しにくいプラズマ処理装置を提供することもその目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のプラズマ処理装置用部材は、プラズマ処理装置用部材であって、基材と、前記基材の一方の表面に設けられた伝熱層とを有しており、前記伝熱層は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むことを特徴としている。

この構成のプラズマ処理装置用部材によれば、伝熱層は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むので耐熱性と耐プラズマが優れている。よって、プラズマ処理装置用部材は長期間にわたって高い均熱性を有しており、またコンタミが起こりにくくなる。

ここで、本発明のプラズマ処理装置用部材においては、基材を形成している材料が、Ｓｉ又はＳｉＣであることが好ましい。
この場合、基材がＳｉ又はＳｉＣを含むので、基材の伝熱性が向上する。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性が向上する。

また、本発明のプラズマ処理装置用部材においては、前記伝熱層がフィラーを含むことが好ましい。
この場合、伝熱層がフィラーを含むので、伝熱層の熱伝導性が向上する。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性がより向上する。

また、本発明のプラズマ処理装置用電極板においては、前記フィラーがアルミナ及び窒化ホウ素の少なくとも一方であることが好ましい。
この場合、伝熱層がアルミナ及び窒化ホウ素の少なくとも一方を含むので、伝熱層の熱伝導性がより確実に向上する。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性がさらに向上する。

また、本発明のプラズマ処理装置用部材においては、前記フッ素系樹脂及び前記フッ素系エラストマーがパーフルオロポリエーテル基を有する化合物であることが好ましい。
この場合、伝熱層がパーフルオロポリエーテル基を有する化合物を含むので、伝熱層の耐熱性と耐プラズマ性がより向上する。このため、プラズマ処理装置用部材は、より長期間にわたって高い均熱性を有し、コンタミが起こりにくい。

また、本発明のプラズマ処理装置用部材においては、前記伝熱層の厚さが２０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
この場合、伝熱層の厚さが２０μｍ以上であるので、伝熱層をプラズマ処理装置の冷却板や架台に密着させやすくなり、伝熱層と冷却板との間や伝熱層と架台との間の熱伝導性が向上する。また、伝熱層の厚さが１ｍｍ以下であるので、伝熱層の熱伝導性も高くなる。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性がさらに向上する。

また、本発明のプラズマ処理装置用部材は、プラズマ生成用のガスを通過させる通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板であってもよい。
この場合、前記プラズマ処理装置用電極板は、前記基材が、多数の通気孔を有する基板であって、前記伝熱層が、前記基板の一方の表面に設けられている構成であってもよい。
さらに、前記基板は、円板状であって、厚さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内にあり、前記通気孔の直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあり、前記通気孔のアスペクト比が３以上である構成であってもよい。

また、本発明のプラズマ処理装置用部材は、前記プラズマ処理装置用部材が、フォーカスリングであってもよい。
この場合、前記フォーカスリングは、前記基材が、円環状の平坦部と、前記平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有する円環状基材であって、前記伝熱層が、前記平坦部の前記突起部が形成された面とは反対側の面に設けられている構成であってもよい。

本発明のプラズマ処理装置用部材の製造方法は、基材を用意する準備工程と、前記基材の一方の表面に、加熱又は紫外線の照射によって、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を生成するフッ素系化合物を含むコーティング組成物を塗布して塗布層を形成する塗布工程と、前記塗布層を加熱して、又は前記塗布層に紫外線を照射して、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む伝熱層を生成させる伝熱層形成工程と、を含む。

この構成のプラズマ処理装置用部材の製造方法によれば、あらかじめ所定の形状に形成した基材に対して、コーティング組成物を塗布して、伝熱層を生成させるので、プラズマ処理装置用電極板やフォーカスリングなどの種々の形状のプラズマ処理装置用部材を効率よく製造することができる。さらに、伝熱層と基材との接触がよく、熱抵抗を低くできる。また、得られたプラズマ処理装置用部材は、伝熱層がフッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むので耐熱性と耐プラズマが優れていて、長期間にわたって高い均熱性を有しており、またコンタミが起こりにくくなる。

ここで、本発明のプラズマ処理装置用部材の製造方法においては、前記コーティング組成物がフィラーを含むことが好ましい。
この場合、コーティング組成物がフィラーを含むので、形成される伝熱層はフィラーを含み、熱伝導性が向上する。このため、均熱性がより向上したプラズマ処理装置用部材を製造することが可能となる。

また、本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、前記基材が、多数の通気孔を有する基板であって、前記コーティング組成物を前記基板の一方の表面に塗布するようにされていてもよい。
この場合、多数の通気孔を有する基材に対して伝熱層を形成するので、基材の通気孔と伝熱層の通気孔の位置を合わせやすい。よって、通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板を効率よく製造することができる。また、プラズマ処理装置用電極板の製造方法として、多数の通気孔を有する伝熱材（伝熱層）を別に作製し、この伝熱材を基材に載置する方法が考えられる。この場合、伝熱材を基材に載置する際に位置ずれが起こりやすい。このため、伝熱材の通気孔を、位置ずれを吸収できるサイズにする必要があるが、その場合、プラズマ処理装置の冷却板と伝熱材との接触面及び伝熱材と基材との接触面積が小さくなり、熱が効率的に伝わらない。さらに、独立した伝熱材に通気孔を形成する際は、伝熱材の通気孔が多いと、伝熱材自体の機械強度が弱くなってしまい、独立した伝熱材として取り扱いにくい。特に、フィラー充填量が多い場合は、伝熱材自体の機械強度がさらに弱くなってしまうため、フィラー充填量を多くすることができない。これに対して、上記の製造方法によれば、伝熱層を独立して分離する必要がないため、フィラー充填量が多い伝熱層の形成が可能となる。したがって、上記の製造方法によって、均熱性、熱安定性を有するプラズマ処理装置用電極板を製造することが可能となる。

また、本発明のプラズマ処理装置用電極板の製造方法においては、前記基材が、円環状の平坦部と、前記平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有する円環状の基板であって、前記コーティング組成物を前記平坦部の前記突起部が形成された面とは反対側の面に塗布するようにされていてもよい。
この場合、基材が、円環状の平坦部と、前記平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有する円環状の基板であるので、フォーカスリングを効率よく製造することができる。

本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ生成用のガスを通過させる通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板及びフォーカスリングを備えたプラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理装置用電極板及び前記フォーカスリングの少なくとも一方は、伝熱層を有し、前記伝熱層は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むことを特徴としている。
この構成のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理装置用電極板及びフォーカスリングの少なくとも一方は、伝熱層がフッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むので耐熱性と耐プラズマが優れているので、高い均熱性を有しており、またコンタミが起こりにくくなる。

本発明によれば、耐熱性と耐プラズマに優れた伝熱材を備え、長期間にわたって高い均熱性を有するプラズマ処理装置用電極板及びその製造方法を提供することが可能となる。さらに本発明によれば、コンタミが発生しにくいプラズマ処理装置を提供することが可能となる。

本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の一例の斜視図である。 図１のII−II線断面図である。 本実施形態に係るプラズマエッチング装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係るフォーカスリングの一例の斜視図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 本実施形態に係るプラズマエッチング装置の別の一例を示す概略構成図である。

以下に本発明の実施形態であるプラズマ処理装置用部材とその製造方法、及びプラズマ処理装置について添付した図面を適宜参照して説明する。
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、例えば、半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置である。本実施形態に係るプラズマ処理装置用部材は、プラズマ処理装置の内部で使用される部材であり、例えば、プラズマ処理装置用電極板、フォーカスリングである。本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板は、例えば、半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置の真空チャンバー内に備えられる一対の電極のうちの上側電極として用いられるものである。本実施形態に係るフォーカスリングは、例えば、プラズマ処理装置の真空チャンバー内に配置される被処理体を、その周縁部で支持する円環状の支持リングである。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板の一例の斜視図であり、図２は、図１のII−II線断面図である。
図１及び図２において、プラズマ処理装置用電極板１０は、円板状とされており、プラズマ生成用のガスを通過させる通気孔１１が複数個形成されている。プラズマ処理装置用電極板１０は、基材１２と、基材１２の表面に形成された伝熱層１３とを有する。

通気孔１１は、例えば、直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあってもよい。基材１２における通気孔１１のアスペクト比（基材１２の厚さ／通気孔１１の直径）は１以上であってもよいが、３以上であることが好ましい。また、通気孔１１のアスペクト比は２００以下であってもよい。

基材１２を構成する材料は、特に制限はないが、Ｓｉ（シリコン）又はＳｉＣ（炭化ケイ素）であることが好ましい。基材１２の直径は、例えば、２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の範囲内にあってもよい。基材１２の厚さは、例えば、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内にあってもよい。

伝熱層１３は、フッ素系樹脂（フッ素樹脂、フッ素含有樹脂）及びフッ素系エラストマー（フッ素エラストマー、フッ素含有エラストマー）の少なくとも一方を含む。伝熱層１３は、フッ素系樹脂を単独で含んでいてもよいし、フッ素系エラストマーを単独で含んでいてもよいし、フッ素系樹脂とフッ素系エラストマーとの混合物として含んでいてもよい。フッ素系樹脂は弾性を有することが好ましい。伝熱層１３は、フィラーを含むことが好ましい。伝熱層１３は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方をマトリックスバインダーとし、このマトリックスバインダー中にフィラーが分散された構成であることが好ましい。

フッ素系樹脂は、フッ素含有基を主鎖に有するものであることが好ましい。フッ素系エラストマーは、フッ素含有基と三次元架橋構造を有するフッ素含有三次元架橋性化合物であることが好ましい。フッ素含有基としては、パーフルオロアルキレン基−（ＣＦ_２）_ｘ−（ｘは１以上の整数）及びパーフルオロポリエーテル基を挙げることができる。パーフルオロポリエーテル基としては、例えば、−（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｍ（ＣＦ_２Ｏ）_ｎ−（ｍ、ｎは１以上の整数）、−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｐ−（ｐは１以上の整数）、−（ＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）Ｏ）ｑ−（ｑは１以上の整数）などを挙げることができる。三次元架橋構造としては、ケイ素と炭素の結合を有する有機ケイ素構造、シロキサン結合を有するシリコーン構造、エポキシ結合を有するエポキシ構造、ウレタン結合を有するウレタン構造などを挙げることができる。フッ素含有三次元架橋性化合物は一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。

フィラーの材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミナ水和物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）などを用いることができる。これらの材料の中では、アルミナ及び窒化ホウ素が好ましい。なお、フィラーの形状は、特に制限はなく、例えば、球状、扁平状、繊維状であってもよい。アルミナは、α−アルミナであることがより好ましい。窒化ホウ素は、顆粒状窒化ホウ素であることがより好ましい。

伝熱層１３のフィラーの含有量は、５０質量％以上９０質量％以下の範囲内にあることが好ましい。フィラーの含有量が５０質量％以上であると伝熱層１３の熱伝導性が向上し、フィラーの含有量が９０質量％以下（マトリックスバインダーの含有量が１０質量％より多い）であることによって、シート形成性が向上する。
伝熱層１３の厚さは、２０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましく、２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。

次に、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板１０の製造方法について説明する。
プラズマ処理装置用電極板１０は、下記の工程を含む方法によって製造することができる。
（１）多数の通気孔１１を有する基材１２を用意する準備工程。
（２）基材１２の一方の表面に、加熱又は紫外線の照射によって、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を生成するフッ素系化合物を含むコーティング組成物を塗布して塗布層を形成する塗布工程。
（３）塗布層を加熱して、又は塗布層に紫外線を照射して、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む伝熱層１３を生成させる伝熱層形成工程。

準備工程において、基材１２に通気孔１１を形成する方法としては特に制限はない。例えば、ドリルを用いて機械的に通気孔１１を形成する方法、レーザを照射して熱的に通気孔１１を形成する方法などのプラズマ処理装置用電極板１０の通気孔１１を形成する方法として利用されている各種の方法を用いることができる。なお、通気孔１１を形成した基材１２では、通気孔の周囲にバリが発生し、また通気孔を形成していない面の平坦性が低下することがある。通気孔の周囲にバリが存在している、あるいは通気孔を形成していない面の平坦性が低下していると、次の塗布工程で塗布むらが発生する要因となる。このため、通気孔１１を形成した基材１２は、塗布工程を行う前にバリをエッチング処理により取り除いた後、基材１２の上下表面をポリッシングして平坦性を向上させることが好ましい。

塗布工程で用いるコーティング組成物は、フッ素系化合物と、フィラーとを含む組成物であることが好ましい。コーティング組成物は、さらに、フッ素系オイル、揮発性溶媒を含んでいてもよい。

フッ素系化合物は、加熱又は紫外線の照射によって、フッ素系樹脂及び／又はフッ素系エラストマーを生成する化合物である。フッ素系化合物は、加熱又は紫外線の照射によって、フッ素含有三次元架橋性化合物を生成するフッ素含有架橋性化合物であることが好ましい。フッ素含有架橋性化合物としては、フッ素含有架橋性有機ケイ素化合物、フッ素含有架橋性シリコーン化合物、フッ素含有架橋性エポキシ化合物、フッ素含有架橋性ウレタン化合物を用いることができる。フッ素系化合物の市販品の例としては、信越化学工業株式会社製のＳＨＩＮ−ＥＴＳＵ ＳＩＦＥＬ（登録商標）を挙げることができる。

フッ素系オイルは、コーティング組成物の粘度調整剤として作用する。フッ素系オイルは、パーフルオロポリエーテル基を有する液状のポリマーであることが好ましい。パーフルオロポリエーテル基の例は、上記フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの場合と同じである。フッ素系オイルのポリマーは、パーフルオロポリエーテル基に、直鎖状又は分岐鎖状の飽和又は不飽和の炭化水素基、芳香族基、ヘテロ原子を含む炭化水素基が結合していてもよい。フッ素系オイルの市販品の例としては、ソルベイ社より販売されているフォンブリン（登録商標）、ダイキン工業株式会社より販売されているデムナム（登録商標）、ケマーズ社より販売されているクライトックス（登録商標）等が挙げられる。揮発性溶媒の市販品の例としては、３Ｍ社より販売されているＮｏｖｅｃ（登録商標）が挙げられる。

塗布工程において、基材１２の一方の表面に、コーティング組成物を塗布する方法としては、スクリーン印刷法を用いることが好ましい。また、コーティング組成物を塗布する前に、基材１２の通気孔１１にマスキング材を配置することが好ましい。スクリーン印刷に用いるマスキング材はメタルマスクでもあってもよく、メッシュマスクでもあってもよい。また、基材１２の通気孔１１にマスキング材を配置する代わりに、通気孔１１を塞ぐようにパターニングされたマスクを用いてもよい。

伝熱層形成工程では、塗布層を加熱して、又は塗布層に紫外線を照射して、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む伝熱層１３を生成させる。加熱温度又は紫外線の照射量は、フッ素系化合物がフッ素系樹脂及び／又はフッ素系エラストマーを生成する条件である。

以上の工程によって、本実施形態のプラズマ処理装置用電極板１０が製造される。

プラズマ処理装置用電極板１０は、プラズマ処理装置の真空チャンバー内に上側電極として用いられる。図３は、本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板１０を用いたプラズマエッチング装置の一例を示す概略構成図である。

プラズマエッチング装置１００は、図３に示すように、真空チャンバー３０と、真空チャンバー３０内の上側に備えられたエッチングガス導入部１と、真空チャンバー３０内の下側に備えられた被処理体支持部２とを有する。エッチングガス導入部１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置用電極板１０（上側電極）が伝熱層１３を上側を向くように設けられる。また、被処理体支持部２には、上下動可能な架台（下側電極）２０がプラズマ処理装置用電極板１０と相互間隔をおいて平行に設けられる。この場合、上側のプラズマ処理装置用電極板１０は絶縁体１４により真空チャンバー３０の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台２０の上に、静電チャック２１と、その周りを囲むＳｉ（シリコン）又はＳｉＣ（炭化ケイ素）製のフォーカスリング（支持リング）２２とが設けられており、静電チャック２１上にフォーカスリング２２により周縁部を支持した状態でウェハ（被処理基板）４０が載置されるようになっている。また、真空チャンバー３０の上側には、エッチングガス供給管３１が設けられ、このエッチングガス供給管３１から送られてきたエッチングガスは、拡散部材３２を経由した後、プラズマ処理装置用電極板１０に設けられた通気孔１１を通してウェハ４０に向かって流され、真空チャンバー３０の側部の排出口３３から外部に排出される構成とされる。一方、プラズマ処理装置用電極板１０と架台２０との間には、高周波電源５０により高周波電圧が印加されるようになっている。

プラズマ処理装置用電極板１０の背面には、伝熱層１３を介して、冷却板１５が固定されている。冷却板１５の材料としては、熱伝導性に優れるアルミニウム等が用いられている。冷却板１５にも、プラズマ処理装置用電極板１０の通気孔１１に連通するように、通気孔１１と同じピッチで貫通孔１６が形成されている。そして、プラズマ処理装置用電極板１０は、背面が冷却板１５に接触した状態でねじ止め等によってプラズマエッチング装置１００内に固定される。

プラズマ生成用のガスは、通気孔１１を上方から下方（矢印方向）に通過し、プラズマはプラズマ処理装置用電極板１０の下方にて生成する。プラズマと共に発生する熱は、プラズマ処理装置用電極板１０の基材１２から伝熱層１３を介して冷却板１５に伝熱され、外部に放熱される。

次に、本実施形態に係るフォーカスリングについて説明する。
図４は、本実施形態に係るフォーカスリングの一例の斜視図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。

図４及び図５において、フォーカスリング２２は、中央が円形に開口した円環状基材２３と、伝熱層２４とを有する。円環状基材２３は、円環状の平坦部２３ａと、平坦部２３ａの一方の面の外周側に形成さられた突起部２３ｂとを有する。伝熱層２４は、円環状基材２３の突起部２３ｂが形成された面とは反対側の面に設けられている。

円環状基材２３は、例えば、直径が３５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内にあってもよい。円環状基材２３の中央の開口直径は、２９５ｍｍ以上２９８ｍｍ以下の範囲内にあってもよい。また、円環状基材２３の突起部２３ｂは、例えば、厚さが２ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲内にあってもよい。円環状基材２３を構成する材料は、特に制限はないが、Ｓｉ（シリコン）又はＳｉＣ（炭化ケイ素）であることが好ましい。

伝熱層２４は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む。伝熱層２４は、フィラーを含むことが好ましい。伝熱層２４に含まれるフッ素系樹脂、フッ素系エラストマー及びフィラーの例は、上述のプラズマ処理装置用電極板１０の場合と同じである。また、伝熱層２４の厚さは、上述のプラズマ処理装置用電極板１０の場合と同様に、２０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましく、２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。

フォーカスリング２２は、下記の工程を含む方法によって製造することができる。
（１）円環状の平坦部２３ａと、平坦部２３ａの一方の面の外周側に形成さられた突起部２３ｂとを有する円環状基材２３を用意する準備工程。
（２）円環状基材２３の突起部２３ｂが形成された面とは反対側の面に、加熱又は紫外線の照射によって、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を生成するフッ素系化合物を含むコーティング組成物を塗布して塗布層を形成する塗布工程。
（３）塗布層を加熱して、又は塗布層に紫外線を照射して、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む伝熱層２４を生成させる伝熱層形成工程。

準備工程において、円環状基材２３を形成する方法としては特に制限はない。例えば、ドリルを用いて機械的に円環状に加工する方法を用いることができる。また。円環状基材２３として、複数の円弧状部材を周方向にリング状に接着して形成したものを用いてもよい。この複数個の円弧状部材を接着して形成された構成のフォーカスリングは、特開２０１１−３７３０号公報に記載されている。この構成のフォーカスリングにおいて、複数個の円弧状部材を接着する接着剤として、上述のフッ素系樹脂及び／又はフッ素系エラストマーを用いてもよい。

塗布工程におけるコーティング組成物の塗布方法、及び伝熱層形成工程における伝熱層２４の生成方法には特に制限はなく、例えば、上述のプラズマ処理装置用電極板１０の場合と同様の方法を用いることができる。

図６は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の別の一例を示す概略構成図である。図６に示すプラズマエッチング装置２００は、フォーカスリング２２として、上述の円環状基材２３と伝熱層２４とを有するものを用いたこと以外は、図３に示すプラズマエッチング装置１００と同じである。このため、図６に示すプラズマエッチング装置２００において図３に示すプラズマエッチング装置１００と共通する部分は、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

図６に示すプラズマエッチング装置２００において、被処理体支持部２は、架台２０、静電チャック２１、フォーカスリング２２、抜熱板２５を備える。
架台２０は平面視で円形状とされている。架台２０の外周部にフォーカスリング２２が配置されている。フォーカスリング２２は、円環状基材２３によって、ウェハ４０の周縁部を支持する。架台２０の中央部に抜熱板２５が配置され、抜熱板２５の上に静電チャック２１が配置されている。架台２０は、内部に冷媒流路２７を有し、冷却部としても機能する。また、架台２０は、アース２８と接続し、電極部としても機能する。静電チャック２１は、高周波電源（図示せず）と接続していてもよい。

架台２０とフォーカスリング２２との間には、Ｏリング２６とが配置されている。Ｏリング２６の周囲に、平面視で円環状に配置されている。Ｏリング２６の材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素系エラストマーなどの耐熱性の弾性体を用いることができる。架台２０とフォーカスリング２２との間の少なくとも一方に中間層を設けてもよい。中間層は、アルミナ、イットリア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などセラミックの焼結体であってもよい。

以上のような構成とされた本実施形態のプラズマ処理装置用部材（プラズマ処理装置用電極板１０、フォーカスリング２２）によれば、伝熱層は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むので耐熱性と耐プラズマが優れている。よって、プラズマ処理装置用部材は長期間にわたって高い均熱性を有しており、またコンタミが起こりにくくなる。

本実施形態のプラズマ処理装置用部材において、基材（基材１２、円環状基材２３）を形成している材料がＳｉ又はＳｉＣである場合は、基材の伝熱性が向上する。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性が向上する。

本実施形態のプラズマ処理装置用部材において、伝熱層１３、２４がフィラーを含む場合は、伝熱層の熱伝導性が向上する。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性がより向上する。さらに、フィラーがアルミナ及び／又は窒化ホウ素の少なくとも一方である場合は、伝熱層１３、２４の熱伝導性がより確実に向上する。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性がさらに向上する。また、本実施形態のプラズマ処理装置用部材において、フッ素系樹脂及び前記フッ素系エラストマーがパーフルオロポリエーテル基を有する化合物である場合は、伝熱層１３、２４の耐熱性と耐プラズマ性がより向上する。このため、プラズマ処理装置用部材は、より長期間にわたって高い均熱性を有し、コンタミが起こりにくい。さらに、本実施形態のプラズマ処理装置用部材において、伝熱層１３、２４の厚さが２０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にある場合は、伝熱層１３、２４をプラズマ処理装置の冷却板１５や架台２０に密着させやすくなり、伝熱層１３と冷却板１５との間や伝熱層２４と架台２０との間の熱伝導性が向上する。また、伝熱層の厚さが１ｍｍ以下であるので、伝熱層の熱伝導性も高くなる。このため、プラズマ処理装置用部材の均熱性がさらに向上する。

また、本実施形態のプラズマ処理装置用部材は、プラズマ生成用のガスを通過させる通気孔１１を有するプラズマ処理装置用電極板１０であってもよい。この場合、プラズマ処理装置用電極板１０は、基材１２が、多数の通気孔１１を有する基板であって、伝熱層１３が、基材１２の一方の表面に設けられている構成であってもよい。さらに、基材１２は、円板状であって、厚さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内にあり、通気孔１１の直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあり、通気孔１１のアスペクト比が１以上である構成であってもよく、３以上であることが好ましい。この場合、プラズマ処理装置用電極板１０は、プラズマエッチング装置１００の冷却板１５との密着性が高く長期間にわたって高い均熱性を有し、コンタミが起こりにくいので、長期間にわたって安定してプラズマ処理を実施することができる。

また、本実施形態のプラズマ処理装置用部材は、フォーカスリング２２であってもよい。この場合、フォーカスリング２２は、基材が、円環状の平坦部と、平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有する円環状基材２３であって、伝熱層２４が、平坦部の突起部が形成された面とは反対側の面に設けられている構成であってもよい。この場合、フォーカスリング２２は、プラズマエッチング装置２００の架台２０との密着性が高く長期間にわたって高い均熱性を有し、コンタミが起こりにくいので、長期間にわたって安定してプラズマ処理を実施することができる。

本実施形態のプラズマ処理装置用部材の製造方法によれば、あらかじめ所定の形状に形成した基材に対して、コーティング組成物を塗布して、伝熱層を生成させるので、プラズマ処理装置用電極板１０やフォーカスリング２２などの種々の形状のプラズマ処理装置用部材を効率よく製造することができる。さらに、伝熱層と基材との接触がよく、熱抵抗を低くできる。また、得られたプラズマ処理装置用部材は、伝熱層がフッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むので耐熱性と耐プラズマが優れていて、長期間にわたって高い均熱性を有しており、またコンタミが起こりにくくなる。

本実施形態のプラズマ処理装置用部材の製造方法において、基材が、多数の通気孔１１を有する基材１２であって、コーティング組成物を基材１２の一方の表面に塗布するようにされていてもよい。この場合、多数の通気孔１１を有する基材１２に対して伝熱層１３を形成するので、基材１２の通気孔１１と伝熱層１３の通気孔１１の位置を合わせやすい。よって、通気孔１１を有するプラズマ処理装置用電極板１０を効率よく製造することができる。また、プラズマ処理装置用電極板１０の製造方法として、多数の通気孔１１を有する伝熱材（伝熱層）を別に作製し、この伝熱材を基材に載置する方法が考えられる。この場合、伝熱材を基材に載置する際に位置ずれが起こりやすい。このため、伝熱材の通気孔を、位置ずれを吸収できるサイズにする必要があるが、その場合、プラズマ処理装置の冷却板と伝熱材との接触面及び伝熱材と基材との接触面積が小さくなり、熱が効率的に伝わらない。さらに、独立した伝熱材に通気孔を形成する際は、伝熱材の通気孔が多いと、伝熱材自体の機械強度が弱くなってしまい、独立した伝熱材として取り扱いにくい。特に、フィラー充填量が多い場合は、伝熱材自体の機械強度がさらに弱くなってしまうため、フィラー充填量を多くすることができない。これに対して、上記の製造方法によれば、伝熱層を独立して分離する必要がないため、フィラー充填量が多い伝熱層の形成が可能となる。したがって、上記の製造方法によって、均熱性、熱安定性を有するプラズマ処理装置用電極板１０を製造することが可能となる。

本実施形態のプラズマ処理装置用電極板の製造方法において、基材が、円環状の平坦部と、平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有する円環状基材２３であって、コーティング組成物を平坦部の突起部が形成された面とは反対側の面に塗布するようにする場合は、フォーカスリング２２を効率よく製造することができる。

本実施形態のプラズマエッチング装置１００、２００によれば、プラズマ処理装置用電極板１０及びフォーカスリング２２の少なくとも一方は、伝熱層１３、２４がフッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むので耐熱性と耐プラズマが優れているので、高い均熱性を有しており、またコンタミが起こりにくくなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、図６に記載した本実施形態のプラズマエッチング装置２００では、プラズマ処理装置用電極板１０の伝熱層１３及びフォーカスリング２２の伝熱層２４の両方がフッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む構成とされているが、フォーカスリング２２の伝熱層２４がフッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む構成とされていれば、プラズマ処理装置用電極板１０の伝熱層１３はフッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーを含まなくともよい。

［本発明例１］
（１）コーティング組成物の調製
パーフルオロポリエーテル基を有し、熱架橋性を有するゴム剤Ｉ（Ｘ−７１−６０５３−６Ａ、信越化学工業社製）を８．７質量部、パーフルオロポリエーテル基を有し、熱架橋性を有するゴム剤II（Ｘ−７１−６０５３−６Ｂ、信越化学工業株式会社製）を９．０質量部、大粒径アルミナフィラー（ＡＡ−１８、住友化学株式会社製、平均粒径（ｄ５０）：１８μｍ）を５７．２質量部、小粒径アルミナフィラー（ＡＡ−３、住友化学社製、平均粒径（ｄ５０）：３μｍ）を２５．１質量部（熱伝導性フィラーの含有量：８２．３質量％）の割合で混合した。得られた混合物を、自転・公転真空ミキサー（あわとり練太郎ＡＲＶ−３１０、株式会社シンキー社製）を用いて、脱泡しながら混練してコーティング組成物を調製した。

（２）プラズマ処理装置用電極板基材の作製
Ｓｉ基板に、通気孔を、ドリルを用いて形成した。次いで、Ｓｉ基板の上下表面の通気孔の周囲に発生したバリをエッチング処理により取り除いた後、Ｓｉ基板の上下表面をポリッシングして、プラズマ処理装置用電極板基材を作製した。

（３）プラズマ処理装置用電極板の作製
上記（２）で作製したプラズマ処理装置用電極板基材の一方の表面の通気孔にマスキング材を配置した。次いで、そのプラズマ処理装置用電極板の表面に、上記（１）で調製したコーティング組成物を、プラズマ処理装置用電極板基材の直径と同じ直径の開口部を設けたメタルマスクを用いてスクリーン印刷法により塗布し、加熱後の厚さが０．３ｍｍとなる厚さの塗布層を形成した。塗布層を形成したプラズマ処理装置用電極板基材を、加熱炉に投入し、１５０℃で３０時間加熱した。次いで、プラズマ処理装置用電極板基材を加熱炉から取り出し、室温まで放冷し、塗布層が硬化して伝熱層が形成されていることを確認した後、マスキング材を除去した。こうして、プラズマ処理装置用電極板を作製した。

（４）評価
（プラズマ処理装置用電極板の伝熱層の厚さ）
伝熱層成膜後のプラズマ処理装置用電極板を切断し、断面のＳＥＭ写真から膜厚を求めた。その結果、伝熱層の平均厚みは０．３ｍｍであることが確認された。

（ラジカル照射減量率）
プラズマ処理装置用電極板の伝熱層に、反応ガスとしてＯ_２及びＣＦ_４を用い、それらの流量をそれぞれ５００ｍｌ／ｍｉｎ及び１０ｍｌ／ｍｉｎ、並びに反応圧力を４０Ｐａ及びラジカル照射時間を１時間として行うＯ_２リッチ条件と、反応ガスとしてＯ_２及びＣＦ_４を用い、それらの流量をそれぞれ１００ｍｌ／ｍｉｎ及び４１０ｍｌ／ｍｉｎ、並びに反応圧力を１００Ｐａ及びラジカル照射時間を１時間として行うＣＦ_４リッチ条件とで、ラジカル照射後のラジカル照射減量率を下記式に基づいて算出した。その結果、ラジカル照射減量率は、Ｏ_２リッチ条件及びＣＦ_４リッチ条件のいずれについてもラジカル照射減量率は０質量％であった。
ラジカル照射減量率（質量％）＝［（照射前質量−照射後質量）／照射前質量］×１００（但し、照射前質量は、ラジカル照射前のプラズマ処理装置用電極板の質量、照射後質量は、ラジカル照射後のプラズマ処理装置用電極板の質量である。）

（加熱減量率）
プラズマ処理装置用電極板について、空気中において２４０℃で５時間加熱した後の加熱減量率を下記式に基づいて算出した。また、空気中において２４０℃で７５時間加熱した後の加熱減量率を同様にして算出した。その結果、２４０℃で５時間加熱したときの加熱減量率は０．８質量％であり、２４０℃で７５時間加熱したときの加熱減量率は３．２質量％であった。
加熱減量率（質量％）＝［（加熱前質量−加熱後質量）／加熱前質量］×１００
（但し、加熱前質量は、加熱前のプラズマ処理装置用電極板の質量、加熱後質量は、加熱前のプラズマ処理装置用電極板の質量である。）

［本発明例２］
円環状の平坦部と、平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有するＳｉで形成された円環状基材を用意した。この円環状基材の突起部が形成された面とは反対側の面に、本発明例１の（１）で調製したコーティング組成物を、スクリーン印刷法により塗布し、加熱後の厚さが０．３ｍｍとなる厚さの塗布層を形成した。塗布層を形成した円環状基材を、加熱炉に投入し、１５０℃で３０時間加熱した。次いで、円環状基材を加熱炉から取り出し、室温まで放冷し、塗布層が硬化して伝熱層が形成されていることを確認した。こうして、プラズマ処理装置用フォーカスリングを作製した。

得られたプラズマ処理装置用フォーカスリングについて、本発明例１と同様に、伝熱層の厚さ、ラジカル照射減量率、加熱減量率を測定した。その結果、伝熱層の厚さは０．３ｍｍ、ラジカル照射減量率は０質量％、２４０℃で５時間加熱したときの加熱減量率は０．８質量％、２４０℃で７５時間加熱したときの加熱減量率は３．２質量％であった。

１ エッチングガス導入部
２ 被処理体支持部
１０ プラズマ処理装置用電極板
１１ 通気孔
１２ 基材
１３ 伝熱層
１４ 絶縁体
１５ 冷却板
２０ 架台（下側電極）
２１ 静電チャック
２２ フォーカスリング
２３ 円環状基材
２３ａ 平坦部
２３ｂ 突起部
２４ 伝熱層
２５ 抜熱板
２６ Ｏリング
２７ 冷媒流路
２８ アース
３０ 真空チャンバー
３１ エッチングガス供給管
３２ 拡散部材
３３ 排出口
４０ ウェハ（被処理基板）
５０ 高周波電源
１００、２００ プラズマエッチング装置

Claims (15)

1. プラズマ処理装置用部材であって、
   基材と、前記基材の一方の表面に設けられた伝熱層とを有しており、
   前記伝熱層は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むことを特徴とするプラズマ処理装置用部材。
2. 前記基材を形成している材料が、Ｓｉ又はＳｉＣである請求項１に記載のプラズマ処理装置用部材。
3. 前記伝熱層がフィラーを含む請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置用部材。
4. 前記フィラーがアルミナ及び窒化ホウ素の少なくとも一方である請求項３に記載のプラズマ処理装置用部材。
5. 前記フッ素系樹脂及び前記フッ素系エラストマーは、パーフルオロポリエーテル基を有する化合物である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用部材。
6. 前記伝熱層の厚さが２０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にある請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用部材。
7. 前記プラズマ処理装置用部材が、プラズマ生成用のガスを通過させる通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用部材。
8. 前記プラズマ処理装置用電極板は、前記基材が、多数の通気孔を有する基板であって、前記伝熱層が、前記基板の一方の表面に設けられている請求項７に記載のプラズマ処理装置用部材。
9. 前記基板は、円板状であって、厚さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内にあり、前記通気孔の直径が０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあり、前記通気孔のアスペクト比が３以上である請求項８に記載のプラズマ処理装置用部材。
10. 前記プラズマ処理装置用部材が、フォーカスリングである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置用部材。
11. 前記フォーカスリングは、前記基材が、円環状の平坦部と、前記平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有する円環状基材であって、前記伝熱層が、前記平坦部の前記突起部が形成された面とは反対側の面に設けられている請求項１０に記載のプラズマ処理装置用部材。
12. 基材を用意する準備工程と、
    前記基材の一方の表面に、加熱又は紫外線の照射によって、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を生成するフッ素系化合物を含むコーティング組成物を塗布して塗布層を形成する塗布工程と、
    前記塗布層を加熱して、又は前記塗布層に紫外線を照射して、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含む伝熱層を生成させる伝熱層形成工程と、
    を含むプラズマ処理装置用部材の製造方法。
13. 前記基材が、多数の通気孔を有する基板であって、
    前記コーティング組成物を前記基板の一方の表面に塗布する請求項１２に記載のプラズマ処理装置用部材の製造方法。
14. 前記基材が、円環状の平坦部と、前記平坦部の一方の面の外周側に形成さられた突起部とを有する円環状の基板であって、
    前記コーティング組成物を前記平坦部の前記突起部が形成された面とは反対側の面に塗布する請求項１２に記載のプラズマ処理装置用部材の製造方法。
15. プラズマ生成用のガスを通過させる通気孔を有するプラズマ処理装置用電極板及びフォーカスリングを備えたプラズマ処理装置であって、
    前記プラズマ処理装置用電極板及び前記フォーカスリングの少なくとも一方は、伝熱層を有し、
    前記伝熱層は、フッ素系樹脂及びフッ素系エラストマーの少なくとも一方を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。

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