JP2004260159A - プラズマ処理装置、リング部材およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、互いに異なる複数のプロセスを行うにあたり装置の共用化を図ること、また複数の装置で同じプロセスを行うにあたり装置間のプラズマの状態を容易に揃えること
【解決手段】 処理容器内の被処理基板を絶縁材からなるリング部材で囲み、このリング部材内にプラズマのシース領域を調整するための電極を設け、例えば被処理基板に対して第１のプロセスを行うときには当該電極に第１の直流電圧を印加し、第２のプロセスを行うときには第２の直流電圧を印加する構成とする。この場合、各プロセス毎あるいは同じプロセスを行う各装置毎に応じて適切な直流電圧を印加することでプラズマの状態を揃えることができるので、装置の共用化を図ることができ、またプラズマの状態の調整を容易に行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板に対してプラズマにより所定の処理例えばエッチング処理を行うプラズマ処理装置に関する。

従来、半導体デバイスの製造工程においては、例えばキャパシタや素子の分離、あるいはコンタクトホールの形成をするために基板例えば半導体ウエハ（以下、ウエハと呼ぶ）に対してドライエッチングが行われている。この処理を行う装置の一つに枚葉式の平行平板型プラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

上述の装置について図２８を用いて簡単に述べておくと、このプラズマ装置は、気密容器１の上下に夫々ガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極１１と載置台を兼ねた下部電極１２が設けられ、更に載置台１２上のウエハＷの周囲を取り囲むように内側にシリコンリング１３が、また外側に石英リング１４が設けられて構成されている。そして高周波電源１５により上部電極１１及び下部電極１２の間に高周波電圧を印加して、ガスシャワーヘッド（上部電極）１１からの処理ガスをプラズマ化すると共に、高周波電源１６から下部電極１２にバイアス用の電圧を印加し、排気口１７から真空排気して所定の圧力に維持することにより、載置台（下部電極）上のウエハＷに対してエッチングを行う。

ここでシリコンリング１３及び石英リング１４の役割について触れておく。ウエハＷの表面付近に到達した処理ガスはウエハＷの周縁に向かって広がり、その外側から下に向かって排気されるので、ウエハＷの周縁部（周縁付近）と中央寄りの領域との間では処理ガスのガスの流れが異なり、ウエハＷの周縁部では処理ガスにおける予定の成分比のバランスが崩れてしまうし、またウエハＷが置かれている領域とその外側とではプラズマと下部電極との間のインピーダンス成分やコンダクタンス成分などの値が異なる。このためウエハの周縁近傍上方とその内側上方とではプラズマの状態が異なってくる。

一方、ウエハの利用率を高めるため、できるだけウエハの周縁に近い領域までデバイスを形成するという要請が強いことから、ウエハＷの周縁近傍に至るまでエッチングレートについて高い面内均一性を確保する必要がある。このためウエハＷの外側に導電体、半導体あるいは誘電体からなるフォーカスリングなどと呼ばれるリング部材を配置し、ウエハＷの周縁部上方のプラズマ密度を調整している。具体的にはエッチングすべき膜の材質や供給電力の大きさなどに応じてフォーカスリングの材質を選定し、またリング幅や高さなどを調整し、その処理に見合ったフォーカスリングを設置するようにしている（例えば、特許文献３参照。）。

上述の特許文献では一例としてシリコン酸化膜をエッチングする場合にシリコンリングを用いているが、例えばポリシリコンをエッチングする場合には、石英などの絶縁体を用いている。

特開平８−３３５５６８号公報（第３−４頁、第２図） 特開２０００−３６４９０号公報（第５頁、第３図） 特開平８−１６２４４４号公報（第５頁、第２図）

このようなことから、ウエハＷ上に形成された多層膜をエッチングする場合には、各層毎にあるいは各層のうちの一部の層の間で処理ガスや供給電力の大きさなどが異なるので、各層毎にあるいは各層のうちの一部の層の間で、必要とされるフォーカスリングが異なってしまい、フォーカスリングが異なる分だけチャンバを用意しなければならない。実際には例えば５層の膜をエッチングするために２つの膜についてはチャンバを共用し、残りの膜については夫々のチャンバで処理を行うといったことが行われている。エッチングを行う装置の基本的な構成部分は膜の種類が異なっても同じであるため、チャンバを共通化することが得策であるが、こうした理由からチャンバの共通化が阻まれている。

このためフットプリント（装置の占有面積）の縮小化の困難性の要因の一つになり、また装置のバリエーションが増えるため、装置の量産性及び装置管理の点から装置の制作、運転コストを上昇させる一因になっている。

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、互いに異なる複数のプロセスを行うにあたり装置の共用化を図ることのできるプラズマ処理装置及びその方法を提供することにある。他の目的は、同じプロセスを行う装置間において、プラズマの状態を揃えるための調整が容易なプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内の載置台に載置された被処理基板に対して、処理ガスのプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、
前記載置台上の被処理基板を取り囲むように設けられた絶縁材からなるリング部材と、
このリング部材内に周方向に沿って設けられた電極と、
前記リング部材上方のプラズマのシース領域を調整するために前記電極に直流電圧を印加する直流電源と、を備えたことを特徴とする。

本発明のプラズマ処理装置によれば、絶縁体からなるリング部材内の電極に所定の直流電圧を印加することにより、このリング部材の表面とプラズマとの境界にあるイオンシース領域の厚みを調整することができ、各プロセス処理毎にプラズマの状態を揃えることができる。そのため互いに異なる複数のプロセス処理に対して共通のリング部材を用いて処理することができるので、装置の共用化を図ることができる。

また本発明は、例えば第１のプロセス時にはリング部材内の電極に第１の直流電圧を印加し、第２のプロセス時にはリング部材内の電極に第２の直流電圧を印加するように印加電圧を切り替えるための手段と、を備えたようにしてもよい。この場合、前記手段は、例えば第１のプロセスを行うためのプロセス条件と被処理基板に対して第２のプロセスをおこなうためのプロセス条件とを記憶する記憶部とを備え、この記憶部内のデータを参照して印加電圧を切り替える構成であってもよい。更に第１のプロセスは例えば薄膜をエッチングする処理であり、第２のプロセスは例えば前記薄膜とは異なる種類の薄膜をエッチングする処理であってもよい。またリング部材内の電極は例えば径方向に複数設けられ、これら複数の電極に印加する直流電圧を各々独立して調整できるようにしてもよい。

また他の発明のリング部材は、処理容器内の載置台に載置された被処理基板に対して、処理ガスのプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置の当該載置台上の被処理基板を取り囲むように設けられる絶縁材からなるリング部材において、
このリング部材の上方のプラズマのシース領域を調整するために直流電圧が印加される電極を内部に備えたことを特徴とする。

このリング部材は、例えば被処理基板に対して第１のプロセスを行うときには前記電極に第１の直流電圧が印加され、被処理基板に対して第２のプロセスを行うときには前記電極に第２の直流電圧が印加されてもよい。この場合、第１のプロセスは薄膜をエッチングする処理であり、第２のプロセスは前記薄膜とは異なる種類の薄膜をエッチングする処理であってもよい。更にリング部材内の電極は例えば径方向に複数設けられ、これら複数の電極に印加する直流電圧を各々独立して調整できるようにしてもよい。

本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内の載置台に被処理基板を載置する工程と、
前記載置台上の被処理基板を取り囲むように設けられた絶縁材からなるリング部材内に周方向に沿って設けられたプラズマシース領域調整用の電極に第１の直流電圧を印加した状態で、処理容器内にプラズマを発生させて被処理基板に第１のプロセスを行う工程と、
次いで前記プラズマシース領域調整用の電極に第２の直流電圧を印加した状態で、処理容器内にプラズマを発生させて被処理基板に第２のプロセスを行う工程と、を含むことを特徴とする。

また上記のリング部材において、本発明の第１の観点では、基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、前記被膜を構成するセラミックスは、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含み、その少なくとも一部分が樹脂によって封孔処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。

本発明の第２の観点では、基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、前記被膜は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第２セラミックス層とを有し、前記第１および第２のセラミックス層の少なくとも一方の少なくとも一部分が樹脂によって封孔処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。

上記本発明の第１および第２の観点において、前記樹脂としては、ＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、およびＰＦＡからなる群から選択されたものが好適である。

本発明の第３の観点では、基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、前記被膜を構成するセラミックスは、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含み、その少なくとも一部分がゾルゲル法によって封孔処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。

本発明の第４の観点では、基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、前記被膜は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第２セラミックス層とを有し、前記第１および第２のセラミックス層の少なくとも一方の少なくとも一部分がゾルゲル法によって封孔処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。

上記本発明の第３および第４の観点において、前記封孔処理は、周期律表第３ａ族に属する元素から選択されたものを用いて行うことが好ましい。

上記本発明の第１から第４の観点において、前記セラミックスとしては、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種を好適に用いることができる。

本発明の第５の観点では、基材と、その表面に形成された被膜とを有し、前記被膜は、セラミックスの溶射によって形成された主層と、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された元素を含むセラミックスからなるバリアコート層とを有することを特徴とするリング部材を提供する。

上記本発明の第５の観点において、前記バリアコート層として、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスを好適に用いることができる。また、前記バリアコート層としては、少なくともその一部が樹脂によって封孔処理された溶射被膜を用いることができ、前記樹脂としては、ＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、およびＰＦＡからなる群から選択されたものが好適である。あるいは、前記バリアコート層としては、少なくともその一部がゾルゲル法によって封孔処理された溶射被膜を用いることもでき、前記封孔処理は、周期律表第３ａ族に属する元素から選択されたものを用いて行うことが好ましい。

本発明の第６の観点では、基材と、その表面に形成された被膜とを有し、前記被膜は、セラミックスの溶射によって形成された主層と、前記基材と前記主層との間に形成されたエンジニアリングプラスチックからなるバリアコート層とを有することを特徴とするリング部材を提供する。

上記本発明の第６の観点において、前記エンジニアリングプラスチックとして、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、ＰＦＡ、ＰＰＳ、ＰＯＭの群から選択されるプラスチックを好適に用いることができる。

上記本発明の第５および第６の観点において、前記主層は、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスを好適に用いることができる。

本発明の第７の観点では、基材と、その表面に形成された被膜とを有し、前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなり、前記被膜の少なくとも一部分が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。

本発明の第８の観点では、基材と、その表面に形成された被膜とを有し、前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第２セラミックス層とを有し、前記第１および第２のセラミックス層の少なくとも一方の少なくとも一部分が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。

上記本発明の第７および第８の観点において、前記被膜としては、溶射によって形成された溶射被膜、または薄膜形成技術で形成された薄膜を用いることができる。また、前記被膜を構成するセラミックスとしては、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３から選択されたものであることが好適である。

本発明の第９の観点では、基材と、その表面に形成された被膜とを有し、前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、セラミックスの溶射で形成された第２セラミックス層とを有し、前記第１セラミックス層の少なくとも一部分が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。

上記本発明の第９の観点において、前記第１セラミックス層としては、溶射によって形成された溶射被膜、または薄膜形成技術で形成された薄膜を用いることができる。また、前記第１セラミックス層を構成するセラミックスとしては、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３から選択されたものであることが好適である。さらに、前記第２セラミックス層を構成するセラミックスとしては、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種が好適である。

本発明の第１０の観点では、基材と、その表面に形成された被膜とを有し、前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含む水酸化物からなる水酸化物層を有することを特徴とするリング部材を提供する。

上記本発明の第１０の観点において、前記水酸化物層としては、溶射によって形成された溶射被膜、または薄膜形成技術で形成された薄膜を用いることができる。また、前記水酸化物層を構成する水酸化物としては、Ｙ（ＯＨ）３、Ｃｅ（ＯＨ）３、Ｎｄ（ＯＨ）３から選択されたものであることが好適である。さらに、前記水酸化物層は少なくともその一部が封孔処理されていてもよい。

上記本発明の第１〜第１０の観点において、前記基材と前記被膜との間に、陽極酸化被膜を有していてもよく、この場合には前記陽極酸化被膜は、金属塩水溶液により封孔処理されていることが好ましい。また、前記陽極酸化被膜は、ＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、およびＰＦＡからなる群から選択された樹脂により封孔処理されたものであってもよい。

本発明の第１１の観点では、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックス焼結体からなり、その少なくとも一部が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とするリング部材を提供する。この場合に、前記セラミックス焼結体は、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３から選択されたセラミックスを水化処理したものが好ましい。

本発明の第１２の観点では、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含む水酸化物を含むセラミックス焼結体からなることを特徴とするリング部材を提供する。この場合に、前記セラミックス焼結体に含まれる水酸化物は、Ｙ（ＯＨ）３、Ｃｅ（ＯＨ）３、Ｎｄ（ＯＨ）３から選択されたものであることが好ましい。

本発明によれば、絶縁体からなるリング部材内の電極に所定の直流電圧を印加することにより、プロセス処理毎にプラズマの状態を調整できるので、互いに異なる複数のプロセス処理に対して装置の共用化を図ることができる。また、前記電極に印加する直流電圧を種々設定することにより、例えば複数の処理容器を用いて同じプロセスを行う場合に、それらの装置間においてプラズマの状態を揃えるための調整を容易に行うことができる。

また本発明によれば、基材と、溶射によって形成された被膜とを有する構造のリング部材において、バリアとして機能する種々の層を設けたので、基材表面が、プロセスガスまたは洗浄液に曝されないようにすることができ、溶射によって形成した被膜の剥がれを抑制することができる。

更に、本発明によれば、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスを水化処理することにより、または周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含む水酸化物を含む層または焼結体を構成することにより、水分を吸着しにくく、脱離しにくい構造とすることができるので、プラズマ処理時における水分の離脱が生じ難いリング部材を得ることができる。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態について図１を参照しながら説明する。図中２は例えばアルミニウムなどの導電性部材からなる気密に形成された処理容器であり、この処理容器２は接地されている。処理容器２には、所定の処理ガス例えばエッチングガスを導入するためのガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極３と、被処理基板例えばウエハＷを載置するための基板載置台を兼ねた下部電極４とが互いに対向するようにして設けられている。また処理容器２の底部には排気口２１が設けられており、この排気口２１には排気路２１ａを介して真空排気手段例えばターボ分子ポンプやドライポンプなどの真空ポンプ２２が接続されている。更に処理容器２の側壁には、開閉自在なゲートバルブ２３を備えた、ウエハＷの搬入又は搬出するための開口部２４が設けられている。

前記上部電極３の下面側には、前記下部電極４上に載置されたウエハＷに対向して多数のガス拡散孔３１が穿設されており、上部のガス供給路３２からの処理ガスを、ガス拡散孔３１を介してウエハＷの表面へ均一に供給するように構成されている。更にガス供給路３２は、基端側が第１の処理ガスを供給するための第１のガス供給系３３と、第１の処理ガスと種類の異なる第２の処理ガスを供給するための第２のガス供給系３４に接続され、これら各供給系３３（３４）は例えば図示しないバルブの開閉動作により第１のガス供給系３３又は第２のガス供給系３４のいずれか選択した方の処理ガスを供給可能なように構成されている。ここに示した第１のガス供給系３３及び第２のガス供給系３４とは、夫々第１の処理を行うための第１の処理ガス及び第２の処理を行うための第２の処理ガスを供給するためのものであり、第１の処理ガス（第２の処理ガス）は、１種類のガスを意味するものではなく、複数種類のガスである場合もある。またガス供給路３２は便宜上１本だけ図示したものであり、実際には必要な数だけ設けられる。

また上部電極３には、ローパスフィルタ３５を介して、例えば６０ＭＨｚの周波数を有する電力を供給するための高周波電源部３６に接続されている。更にまた、上部電極３の周囲には、環状の石英からなるシールドリング３７が上部電極３の外周部に嵌合されて設けられている。

前記下部電極４には、ハイパスフィルタ４０を介して例えば２ＭＨｚの周波数を有するバイアス用の電圧を印加する高周波電源部４１に接続されている。また下部電極４は処理容器２の下部に設けられた昇降機構４２の上に配設されており、これにより昇降自在に構成されている。なお４３はプラズマが下部電極４の下に入り込まないようにするためのベローズである。また下部電極４の上面には、ウエハＷの裏面を電気的な吸着作用により吸着保持するための静電チャック４４が設けられている。この静電チャック４４は、シート状のチャック電極４５と、このチャック電極４５の表面を覆う例えばポリイミドからなる絶縁層４６と、当該チャック電極４５にチャック電圧を印加する直流電源４７とにより構成されている。更にまた、下部電極４の周囲には、プラズマから当該電極を保護するための図示しない例えば石英などの絶縁部材からなる環状のベースプレートが設けられている。

更に下部電極４には、ウエハＷの温度を所定の温度に調整するため温度調整手段が設けられている。この温度調整手段は、冷媒通流室４８、冷媒、ガス供給手段及び伝熱用のガスなどによってウエハＷの温度を裏面側から調整するためのものである。具体的に述べると、下部電極４に冷媒通流室４８が設けられており、冷媒通流室４８と図示しない外部の冷媒温調ユニットとの間を冷媒が循環するように構成されている。更に、真空雰囲気において静電チャック４４の表面とウエハＷの裏面との間の極めて僅かな隙間（表面の処理精度の限界から生じる凸凹により形成される空間）に、バックサイドガスなどと呼ばれている伝熱用のガス例えばヘリウムガスをパージするためのガス供給孔（図示せず）が静電チャック４４の表面に穿設されており、このガス供給孔は例えば図示しないガス供給手段と接続されている。

また静電チャック４４の周囲には、当該静電チャック４４に吸着保持されたウエハＷの周囲を囲むようにして絶縁体例えばアルミナ、石英、酸化イットリウムなどから選択される材質からなるリング部材であるフォーカスリング５が設けられている。このフォーカスリング５は、幅が例えば５０ｍｍに設定され、またウエハＷの外周縁にできるだけ接近して設けるのが好ましく、例えばウエハＷの外周縁から２ｍｍ以内、好ましくは１ｍｍ以内になるように設けられている。またフォーカスリング５の内部には、周方向に亘って例えばリング状に電極５１例えばモリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属箔、あるいはタングステン膜が設けられている。更に電極５１には、プロセス処理毎に所定の直流電圧、例えば第１の処理時には電極５１に第１の直流電圧を印加し、第２の処理時には電極５１に第２の直流電圧を印加するように印加電圧を切り換えるためのアクチュエータ５２ａを備えた直流電源５２が接続されている。当該フォーカスリング５は、例えばウエハＷの周縁及びその近傍に濃縮しがちなプラズマを拡散させ、ウエハＷに向うプラズマの均一性を高める役割を有している。

ここで上述のフォーカスリング５を製造する手法について簡単に説明しておくが、製造する手法によって発明が限定されるものではない。まず例えばリング状の石英の表面に、スクリーン印刷、成膜などによりその表面に金属箔を形成するか、あるいは金属のメッシュ体を置くなどして電極５１とし、更にその上に石英の薄板を置いて接着あるいは溶着するか、あるいは酸化イットリウムなどを溶射することでフォーカスリング５を得る。また他の手法としては、例えばリング状のアルミナの表面に金属粉を載せ、例えばプレスして金属粉を固めて電極５１とし、その上にアルミナ粉を載せて焼結することでフォーカスリング５を得る。

また第１図中６は制御部である。この制御部６は、前記した高周波電源部３６、高周波電源部４１、アクチュエータ５２ａ、第１のガス供給系３３および第２のガス供給系３４の動作を制御する機能を有している。制御部６の制御機能について図２を用いて更に説明すると、制御部６はコンピュータ６０を備えており、このコンピュータ６０の記憶領域６１には複数のプロセスレシピが格納されている。このプロセスレシピには例えばウエハＷの表面の処理すべき膜の種類に対応づけて処理条件、例えば電極５１の印加電圧、プロセス圧力、ウエハＷ温度、処理ガスの種類および処理ガスの供給流量などの設定値の情報が記憶されている。また６２は処理すべき膜の種類に対応するプロセスレシピを、例えばオペレータが選択するためのレシピ選択手段である。例えば処理条件の異なる膜がウエハＷの表面にある場合には、それらの膜種および組み合わせに基づいて第１の処理および第２の処理が決められ、更にこの第１の処理および第２の処理に対応するプロセスレシピがレシピ選択手段６２により選択される。なお、便宜上第１の処理および第２の処理を示したが、プロセスレシピは必要に応じて第３の処理、第４の処理、…、に対応して用意するようにしてもよく、この場合各処理毎に電極５１の印加電圧などの条件が決められる。そして選択されたプロセスレシピの情報に基づいて電極５１に所定の直流電圧が印加されるようにアクチュエータ５２ａが制御され、また所定の処理ガスが所定の流量で処理容器２内に導入されるように、第１のガス供給系３３および第２のガス供給系３４の供給動作が制御されるように構成されている。なお６３はＣＰＵであり、Ｂはバスである。

ここでフォーカスリング５の電極５１に直流電圧を印加することによりプラズマの状態が調整される様子について図３に示す模式図を参照しながら述べておく。先ず図３（ａ）に示すように、電極５１に直流電圧が印加されていない場合には、処理容器２内の処理ガスがプラズマ化されると、ウエハＷの表面とプラズマＰとの境界には、正イオン種に比して電子の移動速度が大きいことに起因して高密度な正イオン種２００を含むイオンシース領域（プラズマシース領域）が形成される。またフォーカスリング５の表面とプラズマＰとの境界にも同様にイオンシース領域が形成されるが、フォーカスリング５の材質に絶縁体が選択されていることからウエハＷ側よりも厚みのあるイオンシース領域が形成される。このイオンシース領域はフォーカスリング５の形状、材質などによってその形状が種々異なって形成される。このようにイオンシース領域の厚さが異なると、ウエハＷの面内において特に中心部と周縁部との間でプラズマＰの密度がばらついてしまうが、フォーカスリング５内に設けられた電極５１に例えば正の直流電圧が印加された場合には、当該正イオン種２００と電極５１との間で印加電圧の大きさに見合う強さの斥力が作用し、イオンシース領域の正イオン種２００がプラズマＰ内に戻されて当該イオンシース領域の形状、特に厚みが変ることにより、結果としてプラズマＰの密度が変ることとなる。

より具体的に述べると、例えば図３（ｂ）に示すように、電極５１に印加する直流電圧が小さいと、プラズマＰに戻される正イオン種２００が少ないのでイオンシース領域は厚くなり、そのためウエハＷの周縁部近傍のプラズマＰが中央部に比して高密度になる。一方、図３（ｃ）に示すように、電極５１に印加する直流電圧が大きいと、正イオン種２００がプラズマＰに戻されてイオンシース領域は薄くなり、そのためウエハＷの周縁部近傍のプラズマＰが図３（ｂ）のウエハＷ周縁部近傍のプラズマ密度に比して低密度になる。更に図３（ｄ）に示すように、直流電圧を更に大きくすると、ウエハＷ側よりも薄いイオンシース領域となる。従って電極５１に所定の直流電圧を印加すれば、結果としてプラズマＰの状態が調整されることとなるが、実際に印加する直流電圧をどのように設定すればウエハＷの面内均一な処理ができるかはエッチングすべき膜の種類、各電極３、４への供給電力などによって異なるので、予め実験を行って処理毎の設定値を決めておくのが望ましい。なお、電極５１には負の電圧を印加するようにしてもよい。

続いて上述のプラズマ処理装置を用いて被処理基板であるウエハＷを処理する手法について説明するが、ここでは互いに異なるプロセス処理の一例として、図４（ａ）に示すように、下地膜であるシリコン膜６４の上に、シリコン膜とは処理条件の異なるシリコンナイトライド膜６５が積層されたウエハＷをエッチングする例を挙げて説明する。この例では、図４（ｂ）に示すように、上層のシリコンナイトライド膜６５をエッチングする処理が第１の処理となり、また図４（ｃ）に示すように、第１の処理の後に行われる下層のシリコン膜６４をエッチングする処理が第２の処理となり、これらの処理に対応するプロセスレシピがレシピ選択手段６２により選択され、選択されたプロセスレシピの情報に基づいて処理条件が設定されることとなる。

そして先ずゲートバルブ２３を開放し、ウエハＷを図示しないロードロック室から処理容器２内に搬入して、図示しない基板昇降ピンを介してこのウエハＷを下部電極４の静電チャック４４上に載置し、この後ゲートバルブ２３を閉じて処理容器２を気密な状態にする。次いで昇降機構４２が上昇し、上部電極３に対してウエハＷの表面が所定の高さ位置になるように設定される。一方、下部電極４の表面は通流室５０に冷媒が循環しているため所定の温度に設定されており、この表面にウエハＷが吸着されるとガス供給孔５１からウエハＷの裏面と下部電極４の表面との極めて小さい隙間に伝熱用のガスが供給され、後述のようにプラズマが発生したときに、プラズマからウエハＷに伝熱される熱と、下部電極４から伝熱用のガスを介してウエハＷに伝熱される熱とのバランスによってウエハＷが所定のプロセス温度に調整される。

更に真空ポンプ２２により処理容器２内を真空排気する一方で、第１のガス供給系３３からの第１のエッチングガス例えばＣＨＦ_３等をガス供給路３２を介して所定の流量で導入し、ガス拡散孔３１を介してウエハＷの表面に向けて均一に噴射させ、処理容器２内を例えば３０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ（約４〜１３．３Ｐａ）の真空度に維持する。この第１のエッチングガスは、ウエハＷの表面に沿って径方向外方に向かって流れる気流を形成し、下部電極４の周囲から均一に排気される。

また電極５１には、第１の直流電圧、例えば１０００Ｖの電圧が印加されると共に、上部電極３に高周波電源部３４から例えば６０ＭＨｚの高周波電圧を例えば１８００Ｗで印加し、更に例えば１秒以下のタイミングをあけて下部電極４に高周波電源４１から例えば２ＭＨｚのバイアス用の電圧を例えば１８００〜２２５０Ｗで印加する。これにより第１のエッチングガスがプラズマ化すると共に、ウエハＷおよびフォーカスリング５の表面とプラズマとの境界にイオンシース領域が形成される。フォーカスリング５の上方のイオンシース領域は、既述のように電極５１に印加されている直流電圧の大きさに応じた厚さに形成され、これによりウエハＷ周縁部の上方のプラズマが所望の形状になる。ここでプラズマの活性種はイオンシース領域に移動し、そして高周波バイアスのかかっているウエハＷの表面に向かって高い垂直性をもって入射してシリコンナイトライド膜６５がエッチングされる。

こうして第１の処理であるシリコンナイトライド膜６５のエッチングが終了すると、記憶領域６１内の第２の処理のプロセスレシピを読み出してプロセス条件が設定され、第２の処理が開始される。先ず処理容器２内を引き切りにして第１のエッチングガスを排気し、第２の直流電圧、例えば１００Ｖの電圧が電極５１にかかるようにアクチュエーター５２ａにより印加電圧が切り換えられる。更に高周波電源部３６、高周波電源４１により上部電極３と下部電極４にかかる高周波電圧をプロセスレシピに従って調整し、第２のガス供給系３４から処理容器２内に第２のエッチングガス例えばＣｌ等が導入されるとすると、第２のエッチングガスがプラズマ化する。このとき電極５１に印加される第２の直流電圧に応じてフォーカスリング５の上方のイオンシース領域の厚さが調整され、シリコン膜６４のエッチングに適切な形状のプラズマが生成されてシリコン膜６４がエッチングされることとなる。

上述の実施の形態によれば、フォーカスリング５の電極５１に所定の直流電圧を印加することにより、プロセス処理毎例えば処理条件の異なる膜の種類毎にフォーカスリング５の表面とプラズマとの境界にあるイオンシース領域の形状を調整することができ、ウエハＷが面内均一に処理できる適切なプラズマの状態を形成することができる。従って、互いに異なる複数のプロセス処理を共通のフォーカスリング５を用いて処理することができるので、装置の共用化を図ることができる。このように複数のプロセス処理に対して装置の共用ができれば、装置のフットプリントの縮小化を図ることができ、また装置の制作、運転コストの低下を図れるので得策である。

更に上述の実施の形態によれば、例えば複数の処理容器２を用いて同じプロセスを行う場合に、それらの装置間においてプラズマの状態を揃えるための調整を容易に行うことができる。例えば既述のプラズマ処理装置がクリーンルーム内に複数台配置されていて、これらの装置間で同じ処理を行う場合、装置のアセンブリなどが微妙に異なるため、ウエハＷの処理結果に微妙な差異が生じることがあるが、この場合において電極５１の印加電圧を調整することにより装置間の特性つまり処理結果を揃えることができ、装置間の調整が容易である。例えば処理後のウエハＷの状態を検査し、その結果に基づいて装置毎に印加電圧を微調整すればよい。なお、本発明は、装置の共有化を図ることに限られるものではなく、ある種の処理例えば特定の膜をエッチングするための専用の装置であってもよい。

本発明のプラズマ処理装置においては、第１の処理および第２の処理のように２種類のプロセス処理を共用する構成に限られず、例えばウエハＷの表面に５つの積層膜がある場合に、それらのなかで処理条件の異なる膜の種類に応じて３つ、４つあるいは５つの異なるプロセスを共用できるようにしてもよい。更には６つ以上の異なる種類のプロセスを共用してもよい。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明のプラズマ処理装置においては、絶縁体からなるフォーカスリング５をウエハＷの周縁に接近して配置する構成に限られず、図５に示すように、ウエハＷの周縁とフォーカスリング５の内縁との間に、周方向に亘って導電体例えばシリコンリング８を設けた構成としてもよい。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明のプラズマ処理装置においては、フォーカスリング５に設けられる電極５１は一つに限られず、図６に示すように、例えばフォーカスリング５内に２つのリング状の電極５１ａ、５１ｂが径方向に並べて設けられ、各電極５１ａ、５１ｂに各々アクチュエータを備えた直流電源５２Ａ、５２Ｂが夫々接続され、独立して直流電圧を調整できる構成としてもよい。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更にこの場合には、例えば内側にある電極５１ａよりも小さい直流電圧を外側の電極５２ｂに印加するようにするなど、フォーカスリング５の面内において細かく直流電圧を設定できるので、イオンシース領域の厚みをより高精度に調整することができる。そしてまた処理容器２は平面的に見ると例えば一部には搬送口が設けられるなど中心に対して対称ではなく、そのためプラズマが周方向に亘って均一でない場合もあり、中心から見た特定の方向においては処理の面内均一性が悪い場合がある。その場合フォーカスリング５内の電極５１について周方向の特定の部位の電極だけ他の部位の電極と分離し、両者の電極の印加電圧を変えて周方向のプラズマの均一性を図るようにしてもよい。

本発明においては、アクチュエータ５２ａにより印加電圧を切り換える構成に限られず、例えば第１の処理用の直流電源５２と、第２の処理用の直流電源５２を設け、スイッチで切り換えるようにしてもよい。この場合でも上述の場合と同様の効果を得ることができる。更に上述の例ではプラズマ処理としてエッチングをする例を挙げているが、他のプラズマ処理としては、例えばＣＶＤ、アッシング、などの種々のプラズマ処理に適用できる。

最後に上述のプラズマ処理装置を組み込んだシステムの一例について図７を用いて説明する。図中９０は第１の移載室であり、この移載室９０の両側には多数枚のウエハＷを収納可能なカセット９１を外部から搬入可能なカセット室９２Ａ、９２ＢがゲートバルブＧ１、Ｇ２を介して夫々接続されている。更に第１の移載室９０の後方には予備真空室９３Ａ、９３ＢがゲートバルブＧ３、Ｇ４を介して夫々接続されている。また第１の移載室９０内には、例えば多関節アームよりなる第１の移載手段９４が配設されている。予備真空室９３Ａ、９３Ｂの後方側には、ゲートバルブＧ５、Ｇ６を介して第２の移載室９５が接続され、更に当該第２の移載室９２には、左右及び後方の三方に夫々ゲートバルブＧ７〜Ｇ９（ゲートバルブ２３に相当）を介して既述のプラズマ処理装置の処理容器２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）が夫々接続されている。また第２の移載室９５内には、例えば多関節アームよりなる第２の移載手段９６が配設されている。

このシステムにおいてカセット９１内のウエハＷは、第１の移載室９０→予備真空室９３Ａ→第２の移載室９５の経路で搬送される。ここで各処理容器２Ａ〜２Ｃでは、いずれも例えば３種類の膜をエッチングできるようになっており、エッチングすべき前記３種類の膜が形成されたウエハＷは、処理容器２Ａ〜２Ｃのうちの空きになっている処理容器２Ａ（２Ｂ、２Ｃ）に搬入され、３種類の膜がその処理容器２Ａ（２Ｂ、２Ｃ）内でエッチングされる。その後ウエハＷは処理容器２Ａ（２Ｂ、２Ｃ）から搬出され、先述した搬入動作の逆の流れでウエハＷがカセット９１内に戻される。

図８は、本発明の対象となるリング部材を有するプラズマ処理装置であるプラズマエッチング処理装置の一例を示す縦断面図である。図中２０は処理容器をなす真空チャンバであり、アルミニウムなどの導電性材料により気密構造をなすように形成されており、真空チャンバ２０は保安接地されている。また、真空チャンバ２０の内面には、円筒形状のデポシールド２０ａが配置され、内面がプラズマにより損傷されるのを防止する。そして、真空チャンバ２０内には、上部電極を兼用するガスシャワーヘッド３０と、下部電極を兼用する載置台２１０とが対向して設けられており、底面には、たとえばターボ分子ポンプやドライポンプなどからなる真空排気手段２５と連通する真空排気路としての排気管２６が接続される。また、真空チャンバ２０の側壁部には、被処理体たとえば半導体ウエハＷを搬入出するための開口部２７が形成され、ゲートバルブＧにより開閉自在とされている。この側壁部の外方には、開口部２７を上下に挟む位置に、たとえば夫々リング状をなす永久磁石２８，２９が設けられている。

ガスシャワーヘッド３０は、載置台２１０上の被処理体Ｗに対向する位置に多数の孔部３８が形成され、上部のガス供給管３９から送られる流量制御または圧力制御されたプロセスガスを、当該孔部３８を介して被処理体Ｗの表面へ均一に供給するように構成されている。

ガスシャワーヘッド３０の下方に約５ｍｍ〜１５０ｍｍの間隔で離間して設けられる載置台２１０は、たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどからなり、真空チャンバ２０に対して絶縁部材２１１ａにより絶縁された円柱状の本体部２１１と、この本体部２１１の上面に設けられた静電チャック２１２と、この静電チャック２１２の周囲を囲む環状のリング部材であるフォーカスリング２１３と、このフォーカスリング２１３と本体部２１１との間に設けられた環状の絶縁部材である絶縁リング２１３ａとを備えた構成とされている。前記静電チャック２１２は、シート状のチャック電極２１６と、このチャック電極２１６の表面を覆う例えばポリイミドからなる絶縁層２１５とで構成されている。なお、フォーカスリング２１３は、プロセスに応じて絶縁性または導電性の材料が選択され、上述したように反応性イオンを閉じ込めるまたは拡散させるように作用する。フォーカスリング２１３の内部には、図示しないが図１の実施の形態と同様に例えばリング状に電極が設けられる。また図１に示した直流電源５２、アクチュエータ５２ａ及び制御部６が設けられ、フォーカスリング２１３内の電極に第１の直流電圧及び第２の直流電圧が印加されるようになっている。また絶縁リング２１３ａ内にも同様に電極を設け、同様に他の直流電源或いは前記直流電源に接続して印加電圧を切り替えるようにしてもよい。

載置台２１０のたとえば本体部２１１には、コンデンサＣ１およびコイルＬ１を介して高周波電源２００が接続され、たとえば１３．５６ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電力が印加される。

また、載置台２１０の内部には、冷却ジャケット等の温度調整手段３１４ａと、たとえばＨｅガスを被処理体Ｗの裏面に供給する熱伝達ガス供給手段３１４ｂと、がそれぞれ設けられ、これら温度調整手段３１４ａと熱伝達ガス供給手段３１４ｂとを能動化することによって、載置台２１０上に保持された被処理体Ｗの処理面温度を所望の値に設定することができる。温度調整手段３１４ａは、冷媒を冷却ジャケットを介して循環させるための導入管３１５および排出管３１６を有し、適当な温度に調整された冷媒が、導入管３１５によって冷却ジャケット内に供給され、熱交換後の冷媒が、排出管３１６によって外部に排出される。

載置台２１０と真空チャンバ２０との間であり、載置台２１０表面よりも下側には、複数の排気孔が穿設されたリング状の排気プレート２１４が、載置台２１０を囲むように配置される。この排気プレート２１４により、排気流の流れが整えられるとともに、載置台２１０とガスシャワーヘッド３０との間にプラズマが最適に閉じ込められる。さらに、載置台２１０の内部には、外部の図示しない搬送アームとの間で被処理体Ｗの受け渡しを行うための昇降部材である昇降ピン３１０が複数たとえば３本（２本のみ図示）突没自在に設けられ、この昇降ピン３１０は連結部材３１１を介して駆動機構３１２により昇降できるように構成されている。３１３は昇降ピン３１０の貫通孔と大気側との間の気密を保持するベローズである。

このようなプラズマエッチング処理装置においては、まず、ゲートバルブＧおよび開口部２７を介して被処理体Ｗを真空チャンバ２０内に搬入し、静電チャック２１２上に載置し、ゲートバルブＧを閉じた後、真空排気手段２５により排気管２６を介して真空チャンバ２０内を所定の真空度に排気する。そして、真空チャンバ２０内にプロセスガスを供給するとともに、直流電源２１７からチャック電極２１６に直流電圧を印加して、被処理体Ｗを静電チャック２１２によって静電吸着させ、この状態で高周波電源２００から載置台２１０の本体部２１１に所定周波数の高周波電力を印加し、これにより、ガスシャワーヘッド３０と載置台２１０との間に高周波電界を発生させ、プロセスガスをプラズマ化して、静電チャック２１２上の被処理体Ｗにエッチング処理を施す。直流電源２１７のオン／オフは、制御部８０の指令に基づいてスイッチＳＷ１を切り替えることで行われる。

プロセスガスとしてはＣ４Ｆ８やＮＦ３のような弗化物、ＢＣｌ３やＳｎＣｌ４などの塩化物、ＨＢｒの如き臭化物をはじめとするハロゲン元素を含むガスを使用する。このため、真空チャンバ２０内は極めて強い腐食環境となり、例えば、デポシールド２０ａ、排気プレート２１４、フォーカスリング２１３、シャワーヘッド３０、載置台２１０、静電チャック２１２、さらには真空チャンバ２０の内壁材などの真空チャンバ２０内の部材すなわちプラズマ処理容器内部材には、耐プラズマ性が強く要求される。

以下、上述したリング部材について詳細に説明する。本発明の構造が適用されるリング部材は、ここではフォーカスリング２１３及び絶縁リング２１３ａに相当する。前記絶縁リング２１３ａは、フォーカスリング２１３の下部に積層されているが、内縁部は処理ガスや洗浄液と接触するため絶縁リング２１３ａについても以下の処理を施すことが好ましい。なお本発明ではフォーカスリング２１３についてのみ以下の処理を行ってもよい。

リング部材として基材の上に溶射被膜を形成したものを用いた場合、従来、溶射被膜の剥がれが生じていたが、本発明者らの検討結果によれば、リング部材の溶射被膜の剥がれは、溶射被膜の貫通気孔（微細孔）、溶射被膜との境界部、あるいは、プラズマやガス等により損傷した部位などから、プロセスガスや洗浄液が侵入し基材に到達して、基材表面が腐食することにより発生することに想到した。

すなわち、フッ化物を含むプロセスガスを用いてプラズマ処理を施したリング部材を準備し、溶射被膜との境界面（基材表面）を分析すると、その部分においてＦ（フッ素）を確認することができ、このことから、このＦが水分（ＯＨ）と反応してＨＦ化することによって、基材表面が腐食変化（腐食生成物が発生）して、溶射被膜の剥離に至ったものと推測される。

したがって、溶射被膜との境界面すなわち基材表面が、プロセスガスまたは洗浄液に曝されないことが重要である。

このような知見に基づき、図８におけるリング部材において、溶射被膜の表面から基材までのいずれかの位置に、プロセスガスまたは洗浄液に曝されても腐食され難く、ガスまたは洗浄液が基材表面に到達することを防止することができる、バリア機能を有する部分を形成するようにした。

このような耐腐食性に優れる材料によりバリア機能を有する部分を形成することによって、溶射被膜の貫通気孔（微細孔）を通って侵入するガスまたは洗浄液に対して、基材の表面を保護することが可能である。また、バリア機能を有する部分を基材と接するようにすれば、その材料として高い密着性を有するものを選択することによって、バリア機能を有する部分と基材の表面との境界面からのプロセスガスまたは洗浄液の侵入に対して基材表面を保護することが可能である。

以下、リング部材の具体的な構成について詳述する。先ず、リング部材の第１の例は、図９に示すように、基本的に、基材７１と、その表面に形成された被膜７２とからなる。被膜７２は、溶射によって形成された主層７３と、基材７１と主層との間のプロセスガスまたは洗浄液に曝されても腐食し難いバリア機能を有するバリアコート層７４とを有している。

上記被膜７２の施工対象となる基材７１としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を含む各種の鋼、ＡｌおよびＡｌ合金、ＷおよびＷ合金、ＴｉおよびＴｉ合金、ＭｏおよびＭｏ合金、炭素ならびに酸化物系、非酸化物系セラミックス焼結体、および炭素質材料などが好適に用いられる。

バリアコート層７４の材質としては、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスであることが好ましく、より具体的には、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスが好適である。例えばトーカロ株式会社製の「ＣＤＣ−ＺＡＣ」、「スーパーＺＡＣ」などを適用することができる。「ＣＤＣ−ＺＡＣ」は、Ｃｒ２Ｏ３を主成分とする複合セラミックスであり、無気孔、高硬度、高密着力などの性質を有している。

一方、「スーパーＺＡＣ」は、ＳｉＯ２とＣｒ２Ｏ３を主成分とする複合セラミックスであり、無気孔、高硬度、高密着力に加え、耐熱性と耐摩耗性に優れる。このバリアコート層７４は溶射法により形成することが好ましい。溶射法は、燃焼ガス、電気等の熱源により溶融した原料を母材に吹き付け皮膜を形成する方法である。また、バリアコート層７４は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の薄膜形成技術、浸漬法、あるいは塗布法などの方法で形成することもできる。ＰＶＤ法とは、イオンプレーティング法により、各種セラミック膜を低温でコーティングする方法であり、一方、ＣＶＤ法は、熱化学的蒸着法により、高温度で単層または多層コーティングする方法である。また、浸漬法は、各種材料を樹脂溶液に浸漬した後、熱処理を施す方法であり、塗布法は、各種材料に樹脂溶液を塗布後、所定温度で熱処理する方法である。バリアコート層７４の厚さは５０〜１００μｍであることが好ましい。

この場合に、バリアコート層７４の少なくとも一部分、例えば基材７１との接合面側または全体に、樹脂を用いた封孔処理を施すのがよい。その際の樹脂としては、ＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、ＰＦＡの群から選択されたものが好ましい。すなわち、セラミックスからなるバリアコート層７４を上述した溶射法等で形成する場合、貫通気孔（微細孔）を有する多孔質で構成されるが、その多孔質層の少なくとも一部分の微細孔を、樹脂で封孔することにより、溶射被膜である主層７３の微細孔を通って侵入するガスまたは洗浄液を阻止する効果が高まり、基材７１を有効に保護することができる。

なお、ＳＩはシリコーン、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレン、ＰＩはポリイミド、ＰＡＩはポリアミドイミド、ＰＥＩはポリエーテルイミド、ＰＢＩはポリベンゾイミダゾール、ＰＦＡはパーフルオロアルコキシアルカンを意味する。

封孔処理は、ゾルゲル法で行うこともできる。ゾルゲル法による封孔処理は、セラミックスを有機溶剤に分散させたゾル（コロイド溶液）で封孔した後、加熱によるゲル化させることにより行う。これにより、セラミックスによる封孔が実現され、バリア効果を向上させることができる。この場合の封孔処理は、周期律表第３ａ族に属する元素から選択されたものを用いることが好ましい。その中でも、耐食性の高いＹ２Ｏ３が好ましい。

また、バリアコート層７４の他の材質としては、エンジニアリングプラスチックを好適に用いることができる。具体的には、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、ＰＦＡ、ＰＰＳ、ＰＯＭの群から選択された樹脂であることが好ましく、たとえばデュポン株式会社製の「テフロン（登録商標）」（ＰＴＦＥ）などを適用することができる。これらの樹脂は、密着性に優れるうえ、耐薬品性に優れ、クリーニング時の洗浄液にも充分に耐え得る。

なお、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレン、ＰＩはポリイミド、ＰＡＩはポリアミドイミド、ＰＥＩはポリエーテルイミド、ＰＢＩはポリベンゾイミダゾール、ＰＦＡはパーフルオロアルコキシアルカン、ＰＰＳはポリフェニレンサルファイド、ＰＯＭはポリアセタールを意味する。

さらに、基材７１とバリアコート層７４との間に図１０に示すように陽極酸化被膜７５を形成するようにしてもよい。この場合において、蓚酸、クロム酸、リン酸、硝酸、ギ酸、またはスルホン酸などの有機酸による陽極酸化被膜を形成することによって、硫酸による陽極酸化処理の場合と比べ耐腐食性に優れる酸化被膜を形成して、プロセスガスや洗浄液による腐食をより一層抑制することができ、好ましい。陽極酸化被膜７５の膜厚は、１０〜２００μｍであることが好ましい。

このように、基材７１とバリアコート層７４との間に陽極酸化被膜７５を形成する場合、陽極酸化被膜７５の微細孔を封孔することによって、耐食性を格段に向上させることができる。この場合に、Ｎｉなどの金属塩を含む熱水に材料を浸漬し、酸化被膜の微細孔において、金属塩水溶液が加水分解して、水酸化物が沈殿することによって封孔する、金属塩封孔などを適用することができる。

また、陽極酸化被膜７５の微細孔を樹脂により封孔処理しても同様の効果を期待することができる。この場合の樹脂としては、上述したＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、ＰＦＡの群から選択されたものが好ましい。

また、基材７１の表面に形成する陽極酸化被膜７５として、多孔質セラミックス層を有する陽極酸化被膜（ＫＥＰＬＡ−ＣＯＡＴ：登録商標）を用いてもよい。

なお、この陽極酸化被膜（ＫＥＰＬＡ−ＣＯＡＴ）は、陽極として基材をアルカリ系有機電解液に浸漬し、酸素プラズマをこのアルカリ系有機電解液の中で放電することにより形成するものである。

溶射被膜である主層７３は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むことが好ましく、具体的には、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３から選択された少なくとも１種のセラミックスが好適である。この場合において、主層７３の膜厚は、１０μｍ〜５００μｍであることが好ましい。

このような構造のリング部材を製造するに際しては、まず、基材７１の表面に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣまたは砂等の粒子を吹き付けるブラスト処理を施し、微視的に表面が凹凸形状となるようにして、その上に形成するバリアコート層７４や陽極酸化被膜７５との密着性を高めるのがよい。また、表面を凹凸にする手法として、上記のブラスト処理に限定されず、たとえば、所定の薬液に浸すことによって表面をエッチングするようにしてもよい。

次に、基材７１に直接または陽極酸化被膜７５を介して、上述のバリアコート層７４を、溶射法等、上記適宜の方法で形成する。必要に応じて上述したような封孔処理を行う。

封孔処理に際しては、上記の樹脂やセラミックスのゾルをバリアコート層７４の表面に塗布するか、あるいは、バリアコート層７４をともなった基材７１を樹脂封孔剤またはセラミックスのゾル中に浸漬させる。セラミックスのゾルで封孔した場合には、その後加熱してゲル化させる。

バリアコート層７４を形成した後、引き続き、その上に、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスからなる溶射被膜である主層７３を形成する。また、バリアコート層７４は密着性に優れるものが選択されるが、主層７３との密着性をより一層良くするため、バリアコート層７４の表面にブラスト処理などを施すようにしてもよい。

以上のように、この例では、ハロゲン元素を含むプロセスガスまたは洗浄液に対して耐腐食性に優れる材料からなるバリアコート層７４を、溶射被膜である主層７３と基材７１との間に形成し、基材７１の表面が、プロセスガス（ハロゲン元素）または洗浄液に曝されないように構成したので、基材７１の表面に腐食生成物が発生することによって、基材７１上の溶射被膜７２が剥がれるといった問題を解消することができる。

次に、リング部材の第２の例について説明する。第２の例では、図１１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、基材７１の表面に、セラミックスの溶射により被膜７６を形成し、被膜７６の少なくとも一部分に封孔処理部７６ａを形成するようにしている。図１１の（ａ）の例では、被膜７６の基材７１側に封孔処理部７６ａを形成しており、図１１の（ｂ）の例では、被膜７６の表面側に封孔処理部７６ａを形成しており、図１１（ｃ）の例では、被膜７６の全体を封孔処理部７６ａとしている。

被膜７６は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むものであり、具体的には、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスが好適である。この場合において、被膜７６の膜厚は、５０〜３００μｍであることが好ましい。なお、基材７１としては、第１の例と全く同じものを使用することができる。

封孔処理部７６ａは、上述した第１の例のバリア層７４に施したものと全く同様の樹脂封孔またはゾルゲル法による封孔により形成することができる。このように、封孔処理部７６ａを設けることにより、溶射被膜である被膜７６の微細孔を通って侵入するガスまたは洗浄液を有効に阻止することができ、基材７１を十分に保護することができる。この封孔処理部７６ａは、このように基材７１へのガスまたは洗浄液の到達を阻止するためのものであるから、上記図１１の（ａ）〜（ｃ）のいずれでもその効果を発揮することができる。ただし、図１１の（ａ）に示すように、被膜７６の基材７１側に封孔処理部７６ａを形成するのが望ましい。すなわち、溶射被膜に封孔処理を施したリング部材を、高真空領域（例えば、１３．３Ｐａ）で高周波電力を印加してなるプラズマ雰囲気で用いると、封孔剤中の希釈有機溶媒（例えば、酢酸エチル）が蒸発したり、プラズマやプロセスガスなどによって封孔剤が腐食するなどして、溶射被膜中に再び気孔（微細孔）が形成されることがある。この気孔によって、リング部材の表面状態（温度や生成物の付着状態など）が経時的に変化して、処理容器内のプロセスに悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、図１１の（ａ）のように、被膜７６の表面側に封孔処理を施さないようにすれば、被膜７６の表面改質を抑制してプロセスを安定的に実施することができる。なお、封孔処理部７６ａは、上記図１１の（ａ）〜（ｃ）に示した位置に限らず、例えば、被膜７６の中間位置に形成してもよい。封孔処理部７６ａの厚さは、５０〜１００μｍであることが好ましい。

この例においても、図１２に示すように、基材７１と被膜７６との間に、上述した第１の例と全く同様の陽極酸化被膜７５を形成するようにしてもよい。また、この場合にも、この陽極酸化被膜７５を封孔処理することが好ましく、この封孔処理としては上述したのと同様の金属塩封孔などを適用することができる。

次に、リング部材の第３の例について説明する。第３の例では、図１３の（ａ）、（ｂ）に示すように、基材７１の表面に、セラミックスの溶射により被膜７７を形成し、被膜７７を、第１のセラミックス層７８と第２のセラミックス層７９の２層構造とし、その少なくとも一方の少なくとも一部分に封孔処理部を形成するようにしている。図１３の（ａ）の例では、表面側の第１のセラミックス層７８に封孔処理部７８ａを形成しており、図１３の（ｂ）では、基材７１側の第２のセラミックス層７９に封孔処理部７９ａを形成している。

被膜７７を構成する第１のセラミックス層７８および第２のセラミックス層７９は、いずれもＢ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むものであり、具体的には、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスが好適である。この場合において、被膜７７の膜厚は、５０〜３００μｍであることが好ましい。なお、基材７１としては、第１の例と全く同じものを使用することができる。

封孔処理部７８ａ，７９ａは、上述した第１の例のバリアコート層７４に施したものと全く同様の樹脂封孔またはゾルゲル法による封孔により形成することができる。このように、封孔処理部７８ａ，７９ａを設けることにより、溶射被膜である第１および第２のセラミックス層７８，７９の微細孔を通って侵入するガスまたは洗浄液を有効に阻止することができ、基材７１を十分に保護することができる。この封孔処理部７８ａ，７９ａは、このように基材７１へのガスまたは洗浄液の到達を阻止するためのものであるから、その機能を発揮できる限りこれら封孔処理部７８ａ、７９ａの位置は限定されず、また層全体を封孔処理部としてもよい。また、第１および第２のセラミックス層７８，７９の両方に封孔処理部を形成してもよい。封孔処理部７８ａ，７９ａの厚さは５０〜１００μｍであることが好ましい。

このように、基材７１上に形成する被膜７７を２層構造にすることにより、要求される耐食性およびバリア性に応じて、これら２層の材料を適宜設定することができ、所望の位置に封孔処理を施すことにより、極めて自由度の高い適用が可能となる。例えば、表面側の第１のセラミックス層７８としてＹ２Ｏ３を用い、基材７１側の第２のセラミックス層７９としてＹＦ３またはＡｌ２Ｏ３を用い、第２のセラミックス層７９の少なくとも一部に封孔処理を施せば、耐食性およびバリア性を極めて高いものとすることができる。

この例においても、図１４に示すように、基材７１と被膜７７との間に、上述した第１の例と全く同様の陽極酸化被膜７５を形成するようにしてもよい。また、この場合にも、この陽極酸化被膜７５を封孔処理することが好ましく、この封孔処理としては上述したのと同様の金属塩封孔などを適用することができる。

リング部材をこのような構造としたことによる効果を確認するため、Ａｌ合金の基材上にＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成した試料１と、Ａｌ合金の基材上に樹脂（ＰＴＦＥ）のバリアコート層を介してＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成した試料２と、Ａｌ合金の基材上にＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成してその一部分を樹脂により封孔処理した試料３とをそれぞれ準備し、これら試料１〜３の表面にフッ酸（ＨＦ）溶液を滴下して、プラズマ環境下に置いたときの溶射被膜の表面状態を比較した。より具体的に説明すると、各試料表面に、３８％濃度のフッ酸溶液を１０μＬ滴下し、５０℃で３時間加熱した後、試料をＣＦ系ガスのプラズマ雰囲気に３分間放置した。その結果、溶射被膜の剥がれ対策が施されていない試料１は、表面全体にクラックが発生したのに対し、基材と溶射被膜との間にバリアコート層を形成した試料２と、溶射被膜の一部分を樹脂により封孔処理した試料３は、いずれもクラックが発生しておらず、フッ酸溶液の侵入を防いで、基材表面が保護されていることがわかった。

またリング部材としてＡｌ２Ｏ３やＹ２Ｏ３を用いる場合には、空気中の水分との反応性が高いため、処理容器である真空チャンバを大気開放したときや真空チャンバをウェットクリーニングするときに水分を大量に取り込み、種々の問題を生じるが、本発明者らの検討結果によれば、Ｙ２Ｏ３等の周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスに水化処理を施すことにより、またはこれら元素を含む水酸化物を形成することにより、このような不都合が解消されることを知見した。

このような知見に基づき、図８におけるリング部材（この例ではフォーカスリング２１３及び絶縁リング２１３ａ）において、周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスに水化処理を施した部分を形成する、あるいは、少なくともその一部分をその元素を含む水酸化物にするようにした。

このようにすることにより、水分を吸着しにくく、脱離しにくい構造とすることができるので、プラズマ処理時における水分の離脱が生じ難いリング部材を得ることができる。

先ずリング部材の第４の例では、図１５に示すように基材８１の上に、周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスからなる被膜８２を形成し、例えば、少なくともその表面部分に水化処理部８２ａを形成する。

基材８１としては、上記基材７１と同様、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を含む各種の鋼、ＡｌおよびＡｌ合金、ＷおよびＷ合金、ＴｉおよびＴｉ合金、ＭｏおよびＭｏ合金、炭素ならびに酸化物系、非酸化物系セラミックス焼結体、および炭素質材料などが好適に用いられる。

被膜８２は、周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスで構成されていればよいが、周期律表第３ａ族に属する元素を含む酸化物であることが好ましい。また、これらの中ではＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３が好適であり、その中でも、従来から多用され、高い耐食性を有することから、Ｙ２Ｏ３が特に好ましい。

この被膜８２は、溶射法、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の薄膜形成技術によって好適に形成することができる。また、その他、浸漬法、あるいは塗布法などの方法で形成することもできる。

水化処理部８２ａは、例えば、被膜８２を水蒸気または高温の水と反応させることにより水化反応を生じさせることにより形成することができる。セラミックスとしてＹ２Ｏ３を用いた場合には以下の（１）式のような反応が生じる。
Ｙ２Ｏ３＋Ｈ２Ｏ→Ｙ２Ｏ３・（Ｈ２Ｏ）ｎ→２（ＹＯＯＨ）→Ｙ（ＯＨ）３…（１）
ただし、上記（１）式は価数を考慮していない。
この（１）式に示すように、水化処理により、最終的にＹの水酸化物が形成される。他の周期律表第３ａ族に属する元素の場合も、ほぼ同様な反応によってこのような水酸化物を形成する。このような水酸化物としてはＹ（ＯＨ）３、Ｃｅ（ＯＨ）３、Ｎｄ（ＯＨ）３が好ましい。

このことを確認するために、基材上にＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成した試料を準備し、８０℃の高温水に１５０時間浸漬して水化処理を行った後、室温にて乾燥したものと、このような処理を行わなかったものについてＸ線回折測定を行った。その結果、図１６の（ａ），（ｂ）に示すように、水化処理を行った試料のみにＹ（ＯＨ）３が認められ、水化処理により水酸化物が形成されることが確認された。

周期律表第３ａ族に属する元素の水酸化物は、極めて安定であり、化学的に吸着した水が脱離しにくく、かつ水を吸着し難いという特性を有しており、水化処理によりこのような水酸化物を形成することで、プロセス中における水分による不都合を回避することができる。

このような水化処理による効果を確認するために、基材の上にＹ２Ｏ３溶射被膜を２００μｍ程度形成し、沸騰水にて３時間処理した試料と処理しなかった試料とを準備し、この両者にＩＰＡを吹き付けた。なお、ＩＰＡは水よりも吸着性が高く、したがって、ＩＰＡ吹き付けは加速試験となる。この試験の結果、図１７に示すように水化処理していないものはＩＰＡが吸着したが、水化処理したものは全く吸着しなかった。このことから水化処理により吸水が極めて生じ難くなることが確認された。

次に、上と同様に基材の上にＹ２Ｏ３溶射被膜を２００μｍ程度形成し、沸騰水にて３時間処理した試料と処理しなかった試料とを準備し、これらの上に樹脂を塗布した後、切断して断面を確認した。その結果、図１８の（ａ），（ｂ）に示すように、表面状態は両者で差がないのにもかかわらず、「処理無し」の場合には被膜が全体的に透明であり全体に樹脂が浸透していたことが認められるのに対し、「処理有り」の場合には表層わずかな部分のみが透明であり、内部は白くなっており、樹脂がほとんど浸透していないことが確認された。すなわち、水化処理を行うことにより、疎水性となったことが判明した。また、図１８の（ｃ）に示すように水化処理後２０μｍ程度除去するとその部分は透明になっており、水化処理を行った表層の２０μｍ程度を除去することにより、疎水性が低下することが確認された。

なお、Ｈ２ＯがＹ２Ｏ３表面に及ぼす影響については、Langmuir,Vol.16, No.17,2000の6937−6947 頁に記載された黒田らの「Specific Adsorption Behavior of Water on aY2O3 Surface」という論文に詳しい。

以下、水化処理について具体的に説明する。水化処理は、水蒸気が豊富な環境で熱処理を行うか、沸騰した水中で処理することにより行うことができる。これにより、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３）分子の周囲に数個の水分子を引きつけて結合し、安定した一つの分子集団にすることができる。このとき、水蒸気の分圧、熱処理温度、熱処理時間などがパラメーターとなる。例えば、相対湿度が９０％以上の環境で１００〜３００℃程度の炉の中で、２４時間程度、加熱処理を行うことにより安定した水酸化物を形成することができる。もし、相対湿度や熱処理温度が低い場合には、処理時間を長くすればよい。水化処理を効率的に行うためには、高温・高圧で処理することが好ましい。イットリア表面での水和反応は、基本的に室温程度でも長時間行えば十分に進行するので、上記条件以外でも、同じ最終状態を得ることができる。また、水化処理する際、純水を用いて水化処理するよりも、イオンを含む水（ｐＨ７より大きいアルカリ水）を用いて水化処理を施したほうが、疎水性がより優れたものとなる。

なお、水化処理に限らず、例えば原料段階で水酸化物にする等、最終的に水酸化物が形成されれば、他の方法を採用してもよい。被膜を溶射法で製造する場合には、原料が高温にさらされるため、原料段階で水酸化物にすると水酸化物が酸化物に変化することが懸念されるが、この場合でも、高湿度環境下で溶射することにより水酸化物膜を形成することができる。このように、水化処理部を形成する代わりに、他の方法によって直接水酸化物を形成してもよい。

このような水化処理部ないしは水酸化物層は、被膜８２を、水分を吸着しにくく、脱離しにくい構造とするためには、被膜８２の表面部分に形成する必要がある。この場合の水化処理部ないしは水酸化物膜の厚さは１００μｍ以上が好ましく、使用する場所に応じて最適な厚みに設定するのが良い。

周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスを水化処理することにより緻密化も促進する。例えば、溶射により形成したＹ２Ｏ３膜について、水化処理前に図１９の（ａ）に示すようなポーラスな状態であったものが、水化処理することにより、図１９の（ｂ）に示すように緻密化される。このように緻密化されることにより、上記効果の他、既述したバリア効果も得られる。

バリア効果のみを得る観点からは、水化処理により水酸化物とされた水化処理部８２ａは必ずしも表面にある必要はなく、被膜８２の任意の位置に形成されていればよい。他の方法で水酸化物にされた水酸化物層を形成する場合には、上述したような樹脂やゾルゲル法での封孔処理をすることが好ましい。この例においては、図２０に示すように、上述の実施の形態と同様、基材８１と被膜８２との間に、全く同様の陽極酸化被膜８３を形成するようにしてもよい。また、この陽極酸化被膜８３を封孔処理することが好ましく、この封孔処理としては上述したのと同様の金属塩封孔などを適用することができる。

次に、リング部材の第５の例について説明する。第５の例では、図２１の（ａ）、（ｂ）に示すように、基材８１の表面に、被膜８４を形成し、被膜８４を、第１のセラミックス層８５と第２のセラミックス層８６の２層構造とし、その少なくとも一方の少なくとも一部分に水化処理部を形成するようにしている。図２１の（ａ）の例では、表面側の第１のセラミックス層８５に水化処理部８５ａを形成しており、図２１の（ｂ）では、基材８１側の第２のセラミックス層８６に水化処理部８６ａを形成している。

被膜８４を構成する第１のセラミックス層８５および第２のセラミックス層は、いずれも第４の例と同様、周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスで構成されており、周期律表第３ａ族に属する元素を含む酸化物であることが好ましく、これらの中ではＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３が好適であり、特に、Ｙ２Ｏ３が好ましい。なお、基材８１としては、第４の例と全く同じものを用いることができる。

これら第１および第２のセラミックス層８５，８６は、第１の例における被膜８２と同様、溶射法、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の薄膜形成技術によって好適に形成することができる。また、その他、浸漬法、あるいは塗布法などの方法で形成することもできる。

水化処理部８５ａ，８６ａは、第４の例における水化処理部８２ａと全く同様に形成することができる。図２１の（ａ）に示すように、被膜８４の表面に水化処理部がある場合には、水分を吸着しにくく、脱離しにくい構造とすることができ、図２１の（ｂ）に示すように、被膜８４の内部に水化処理部がある場合には、バリア効果を有効に発揮させることができる。被膜８４内部の水化処理部８６ａを形成するためには、基材８１上に第２のセラミックス層８６を製造した後、水化処理を行い、さらに第１のセラミックス層８５を形成すればよい。水化処理部８５ａ，８６ａの厚さは１００μｍ以上とすることが好ましい。

このように、基材８１上に形成する被膜８４を２層構造にすることにより、要求される特性に応じて、これら２層の材料および水化処理の位置を適宜設定することができ、極めて自由度の高い適用が可能となる。

この例においても、図２２に示すように、基材８１と被膜８４との間に、第１の例と全く同様の陽極酸化被膜８３を形成するようにしてもよい。

次に、リング部材の第６の例について説明する。第６の例では、図２３に示すように、基材８１の表面に、被膜８７を形成し、被膜８７を、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層８８と、セラミックスの溶射で形成された第２のセラミックス層８９とを有し、第１セラミックス層８８の表面部分に水化処理部８８ａが形成されている。

第１のセラミックス層８８の周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスとしては、周期律表第３ａ族に属する元素を含む酸化物であることが好ましく、これらの中ではＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３が好適であり、特に、Ｙ２Ｏ３が好ましい。第１のセラミックス層８８の膜厚は、１００〜３００μｍであることが好ましい。第１のセラミックス層８８は、第４の例における被膜８２と同様、溶射法、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の薄膜形成技術によって好適に形成することができる。また、その他、浸漬法、あるいは塗布法などの方法で形成することもできる。

第２のセラミックス層８９としては、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むものが好適であり、具体的には、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスが好適である。第２のセラミックス層８９の膜厚は、５０〜３００μｍであることが好ましい。なお、基材８１としては、第４の例と全く同じものを使用することができる。

水化処理部８８ａは、第４の例における水化処理部８２ａと全く同様に形成することができる。このように、被膜８７の表面に水化処理部が形成されているので、水分を吸着しにくく、脱離しにくい構造とすることができる。なお、水化処理部８８ａを第１のセラミックス層８８の内部に形成してバリア効果を発揮させることもできる。水化処理部８８ａの厚さは１００μｍ以上であることが好ましい。

図２４に示すように、第２のセラミック層８９に封孔処理部８９ａを形成することが好ましい。封孔処理部８９ａは、上述の第１〜第３の例で説明した内容と全く同様の樹脂封孔またはゾルゲル法による封孔により形成することができる。このように、封孔処理部８９ａを設けることにより、溶射被膜である第２のセラミックス層８９の微細孔を通って侵入するガスまたは洗浄液を有効に阻止することができ、基材８１を十分に保護することができる。なお、封孔処理部８９ａは第２のセラミックス層８９の任意の位置に形成することができる。

図２３、図２４に示すような構造にすることにより、耐食性に優れるとともに、第１のセラミックス層８８の水化処理部８８ａによって、水分を吸着しにくく、脱離しにくい構造とすることができ、しかも第２のセラミックス層８９のバリア効果により、基材８１を有効に保護することができる。特に、図２４の構造では、封孔処理部８９ａの存在により、バリア効果を一層高めることができる。

なお、図２５に示すように、第１のセラミックス層８８と第２のセラミックス層８９とを逆にしてもよい。この場合には、基材８１側の第１のセラミックス層８８の水化処理部８８ａにてバリア効果が有効に発揮されて基材８１の保護効果を高めることができる。

この例においても、図２６に示すように、基材８１と被膜８７との間に、第１の例と全く同様の陽極酸化被膜８３を形成するようにしてもよい。

次にリング部材の第７の例について述べる。第７の例では、リング部材は、図２７に示すように、周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックス焼結体９７の表面に、水化処理部９８が形成されている。水化処理部９８は、上述した実施の形態と全く同様に形成することができ、水化処理によって周期律表第３ａ族に属する元素を含む水酸化物が形成される。

このように水化処理部９８が表面に形成されることにより、水分を吸着しにくく、脱離しにくい構造とすることができる。この場合の水化処理部９８ないしは水酸化物膜の厚さは１００μｍ以上が好ましい。

この第７の実施の例においても、第４〜第６で述べた如く、周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスとしては、周期律表第３ａ族に属する元素を含む酸化物であることが好ましい。これらの中ではＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３が好適であり、特に、Ｙ２Ｏ３が好ましい。

なお、上記実施の形態では、図８に示す、永久磁石を用いたマグネトロンタイプの平行平板型のプラズマエッチング装置のリング部材（フォーカスリング２１３、絶縁リング２１３ａ）に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、かかる構成の装置に限定されず、マグネトロンを用いない平行平板型のプラズマエッチング装置や、誘導結合型など他のプラズマエッチング処理装置及びエッチング装置のみならずアッシング処理や成膜処理などのエッチング以外の各種プラズマ処理を行う装置にも適用できる。

本発明のプラズマ処理装置は、リング部材内の電極に所定の電圧を印加することによりプラズマの状態を調整することができるので、例えば半導体ウエハなどにエッチングなどのプラズマ処理を行う装置に適用することができる。また本発明のリング部材は、特に基材上に形成する被膜を耐食性が高いセラミックスで構成し、バリアとして機能する部分を設けたので、腐食性の高い雰囲気によるプラズマにより処理に好適である。また周期律表第３ａ族に属する元素を含むセラミックスに水化処理を施して水に対して安定な構造とするので、水分が問題となるリング部材として好適である。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を示す縦断面図である。 上記のプラズマ処理装置の制御部を示す説明図である。 上記のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理したときのプラズマの状態を示す説明図である。 上記のプラズマ処理装置を用いてエッチングする多層膜を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の他の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の更に他の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を組み込んだプラズマ処理システムを示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るリング部材が搭載されるプラズマエッチング装置を示す縦断面図。 本発明に係るリング部材の第１の例の層構成を示す断面図。 図９の構成に陽極酸化被膜を加えた例を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材の第２の例の層構成を示す断面図。 図１１の構成に陽極酸化被膜を加えた例を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材の第３の例の層構成を示す断面図。 図１３の構成に陽極酸化被膜を加えた例を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材の第１の例の層構成を示す断面図。 Ｙ２Ｏ３被膜に水化処理を行った場合と行わない場合とでＸ線解析パターンを比較して示す図。 Ｙ２Ｏ３被膜に水化処理を行った場合と行わない場合とでＩＰＡの吸着を比較して示す図。 Ｙ２Ｏ３被膜に水化処理を行った場合と行わない場合とで樹脂の浸透を比較して示す図。 水化処理前と処理後の層状態を比較して示す走査型電子顕微鏡写真。 図１５の構成に陽極酸化被膜を加えた例を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材の第２の例の層構成を示す断面図。 図２１の構成に陽極酸化被膜を加えた例を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材の第３の例の層構成を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材の第３の例の層構成を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材の第３の例の層構成を示す断面図。 図１６の構成に陽極酸化被膜を加えた例を示す断面図。 本発明の実施の形態に係るリング部材を示す模式図。 従来のプラズマ処理装置を示す説明図である。

符号の説明

２ 処理容器
２２ 真空ポンプ
３ 上部電極
３３ 第１のガス供給系
３４ 第２のガス供給系
４ 下部電極
４４ 静電チャック
５ フォーカスリング
５１ 電極
５２ａ アクチュエータ
６ 制御部
２０ 真空チャンバ
２０ａ デポシールド
３０ ガスシャワーヘッド
２１０ 載置台
２１２ 静電チャック
２１３ フォーカスリング
２１４ 排気プレート
７１，８１ 基材
７２，７６，７７，８２，８４，８７ 被膜
７４ バリアコート層
７５，８３ 陽極酸化被膜
７６ａ，７８ａ，７９ａ 封孔処理部
８２ａ，８６ａ，８８ａ，９８ 水化処理部

Claims (44)

1. 処理容器内の載置台に載置された被処理基板に対して、処理ガスのプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、
   前記載置台上の被処理基板を取り囲むように設けられた絶縁材からなるリング部材と、
   このリング部材内に設けられた電極と、
   前記リング部材上方のプラズマのシース領域を調整するために前記電極に直流電圧を印加する直流電源と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 被処理基板に対して第１のプロセスを行うときにはリング部材内の電極に第１の直流電圧を印加し、被処理基板に対して第２のプロセスを行うときにはリング部材内の電極に第２の直流電圧を印加するように印加電圧を切り替えるための手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 第１のプロセスは薄膜をエッチングする処理であり、第２のプロセスは前記薄膜とは異なる種類の薄膜をエッチングする処理であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. リング部材内の電極は径方向に複数設けられ、これら複数の電極に印加する直流電圧を各々独立して調整できることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
5. 処理容器内の載置台に載置された被処理基板に対して、処理ガスのプラズマにより処理を行うプラズマ処理装置の当該載置台上の被処理基板を取り囲むように設けられる絶縁材からなるリング部材において、
   このリング部材の上方のプラズマのシース領域を調整するために直流電圧が印加される電極を内部に備えたことを特徴とするリング部材。
6. 被処理基板に対して第１のプロセスを行うときには前記電極に第１の直流電圧が印加され、被処理基板に対して第２のプロセスを行うときには前記電極に第２の直流電圧が印加されることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
7. 第１のプロセスは薄膜をエッチングする処理であり、第２のプロセスは前記薄膜とは異なる種類の薄膜をエッチングする処理であることを特徴とする請求項６記載のリング部材。
8. リング部材内の電極は径方向に複数設けられ、これら複数の電極に印加する直流電圧を各々独立して調整できることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
9. 処理容器内の載置台に被処理基板を載置する工程と、
   前記載置台上の被処理基板を取り囲むように設けられた絶縁材からなるリング部材内に設けられたプラズマシース領域調整用の電極に第１の直流電圧を印加した状態で、処理容器内にプラズマを発生させて被処理基板に第１のプロセスを行う工程と、
   次いで前記プラズマシース領域調整用の電極に第２の直流電圧を印加した状態で、処理容器内にプラズマを発生させて被処理基板に第２のプロセスを行う工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
10. 基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、
    前記被膜を構成するセラミックスは、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含み、その少なくとも一部分が樹脂によって封孔処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
11. 基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第２セラミックス層とを有し、前記第１および第２のセラミックス層の少なくとも一方の少なくとも一部分が樹脂によって封孔処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
12. 前記樹脂は、ＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、およびＰＦＡからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項１０記載のリング部材。
13. 基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、
    前記被膜を構成するセラミックスは、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含み、その少なくとも一部分がゾルゲル法によって封孔処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
14. 基材と、その表面にセラミックスの溶射によって形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第２セラミックス層とを有し、前記第１および第２のセラミックス層の少なくとも一方の少なくとも一部分がゾルゲル法によって封孔処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
15. 前記封孔処理は、周期律表第３ａ族に属する元素から選択されたものを用いて行うことを特徴とする請求項１３記載のリング部材。
16. 前記セラミックスは、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０記載のリング部材。
17. 基材と、その表面に形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、セラミックスの溶射によって形成された主層と、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、ＣｅおよびＮｄからなる群から選択された元素を含むセラミックスからなるバリアコート層とを有することを特徴とする請求項５記載のリング部材。
18. 前記バリアコート層は、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスで構成されていることを特徴とする請求項１７記載のリング部材。
19. 前記バリアコート層は、少なくともその一部が樹脂によって封孔処理された溶射被膜であることを特徴とする請求項１７記載のリング部材。
20. 前記樹脂は、ＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、およびＰＦＡからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項１９記載のリング部材。
21. 前記バリアコート層は、少なくともその一部がゾルゲル法によって封孔処理された溶射被膜であることを特徴とする請求項１７記載のリング部材。
22. 前記封孔処理は、周期律表第３ａ族に属する元素から選択されたものを用いて行うことを特徴とする請求項２１に記載のリング部材。
23. 基材と、その表面に形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、セラミックスの溶射によって形成された主層と、前記基材と前記主層との間に形成されたエンジニアリングプラスチックからなるバリアコート層とを有することを特徴とする請求項５記載のリング部材。
24. 前記エンジニアリングプラスチックは、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、ＰＦＡ、ＰＰＳ、ＰＯＭの群から選択されるプラスチックであることを特徴とする請求項２３記載のリング部材。
25. 前記主層は、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスで構成されていることを特徴とする請求項２３記載のリング部材。
26. 基材と、その表面に形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなり、前記被膜の少なくとも一部分が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
27. 基材と、その表面に形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第２セラミックス層とを有し、前記第１および第２のセラミックス層の少なくとも一方の少なくとも一部分が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
28. 前記被膜は、溶射によって形成された溶射被膜、または薄膜形成技術で形成された薄膜であることを特徴とする請求項２６記載のリング部材。
29. 前記被膜を構成するセラミックスは、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３から選択されたものであることを特徴とする請求項２６記載のリング部材。
30. 基材と、その表面に形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックスからなる第１セラミックス層と、セラミックスの溶射で形成された第２セラミックス層とを有し、前記第１セラミックス層の少なくとも一部分が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
31. 前記第１セラミックス層は、溶射によって形成された溶射被膜、または薄膜形成技術で形成された薄膜であることを特徴とする請求項３０に記載のリング部材。
32. 前記第１セラミックス層を構成するセラミックスは、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３から選択されたものであることを特徴とする請求項３０記載のリング部材。
33. 前記第２セラミックス層は、Ｂ４Ｃ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ２、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、ＣｅＦ３およびＮｄ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種のセラミックスで構成されていることを特徴とする請求項３０記載のリング部材。
34. 基材と、その表面に形成された被膜とを有し、
    前記被膜は、周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含む水酸化物からなる水酸化物層を有することを特徴とする請求項５記載のリング部材。
35. 前記水酸化物層は、溶射によって形成された溶射被膜、または薄膜形成技術で形成された薄膜であることを特徴とする請求項３４に記載のリング部材。
36. 前記水酸化物層を構成する水酸化物は、Ｙ（ＯＨ）３、Ｃｅ（ＯＨ）３、Ｎｄ（ＯＨ）３から選択されたものであることを特徴とする請求項３４記載のリング部材。
37. 前記水酸化物層は少なくともその一部が封孔処理されていることを特徴とする請求項３４記載のリング部材。
38. 前記基材と前記被膜との間に、陽極酸化被膜を有することを特徴とする請求項１０記載のリング部材。
39. 前記陽極酸化被膜は、金属塩水溶液により封孔処理されていることを特徴とする請求項３８に記載のリング部材。
40. 前記陽極酸化被膜は、ＳＩ、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＰＢＩ、およびＰＦＡからなる群から選択された樹脂により封孔処理されていることを特徴とする請求項３８に記載のリング部材。
41. 周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含むセラミックス焼結体からなり、その少なくとも一部が蒸気または高温水によって水化処理されていることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
42. 前記セラミックス焼結体は、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３から選択されたセラミックスを水化処理したものであることを特徴とする請求項４１に記載のリング部材。
43. 周期律表第３ａ族に属する少なくとも１種の元素を含む水酸化物を含むセラミックス焼結体からなることを特徴とする請求項５記載のリング部材。
44. 前記セラミックス焼結体に含まれる水酸化物は、Ｙ（ＯＨ）３、Ｃｅ（ＯＨ）３、Ｎｄ（ＯＨ）３から選択されたものであることを特徴とする請求項４３に記載のリング部材。
    
    

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