JP4992389B2 - 載置装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体を静電吸着する静電チャック層を備えた載置装置、この載置装置を備えたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

エッチングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられる載置装置は、基板を載置装置に保持するための手段としてバキュームチャックを用いることができないことから一般的に静電チャックが使用されている。

静電チャックは載置体の表面部にシート状に設けられ、絶縁層内に箔状の電極を埋設すると共に、電極に例えば直流電圧を印加することで発生する静電力により基板が静電チャックの表面に吸着される機能を持っている。

載置装置に載置されている基板に対して真空処理例えばプラズマ処理を行う時には、基板の裏面と静電チャックとの間に温調用のガス（バックサイドガス）を供給し、プラズマから基板に入熱される熱を、当該ガスを介して載置体側に放熱するようにして基板の温度を所定の温度に維持するようにしている。

ところで、一の基板のプラズマ処理が終了して次の基板のプラズマ処理が行われるまでの間において、プラズマ処理装置内に浮遊している僅かの反応生成物が載置装置の表面に付着する。このため例えば平行平板型のプラズマ処理装置においては、載置装置の上に基板を置かずに、クリーニングガスより得たプラズマにより載置装置の表面をクリーニングすることが行われている。その際、載置装置（下部電極）を電気的に浮遊状態にすることで、クリーニングガスから電離したイオンによる静電チャック表面への衝撃力を緩和し、当該表面の面粗度の悪化を抑えることも知られている（特許文献１）。

しかしながら、従来の静電チャックを構成する絶縁層はＡｌ2Ｏ3溶射膜を用いているため、静電チャック上に基板を置かずに（いわゆるウエハレス）クリーニングを行うと、Ａｌ2Ｏ3溶射膜がプラズマによりダメージを受けて、プラズマ処理装置内にアルミニウム（Ａｌ）粒子が飛散し、当該処理装置内がＡｌで汚染され、このＡｌがウエハ上に転写されて金属汚染を引き起こすおそれがある。

一方、特許文献２には、静電チャックを構成する絶縁膜としてＹ2Ｏ3溶射膜を用い、その膜厚を１０μｍ〜１００μｍとすることが記載されている。

ところで、静電チャックには基板と静電チャック表面との間に発生する静電力によって基板を吸着するジャンセン・ラーベック型（以下「ＪＲ型」という）と、基板と絶縁層内の電極との間に発生する静電力によって基板を吸着するクーロン型と、の２つのタイプがある。クーロン型の静電チャックでは電極に流れる電流値が小さく吸着力が安定しているが、電極に印加される電圧は２．５ｋＶ〜４．０ｋＶもの高電圧である。そして既述のように静電チャックの表面に対してプラズマクリーニングを行うと（ウエハレスクリーニングを行うと）、溶射膜内のボイドやパーティクルの影響を受けて静電チャック内（溶射膜内）にピンホールや膜厚が局部的に薄くなるところが発生しやすい。

従って、Ｙ2Ｏ3溶射膜の膜厚が１０μｍ〜１００μｍの場合には、ウエハレスクリーニングを行うプロセスが含まれると、薄い膜厚の中にピンホールが存在し、また極端に薄くなる部位が発生するので、クーロン型の静電チャックにおいて高電圧が印加されると短期間で絶縁破壊を起こしてしまう。また静電チャックの表面に対するプラズマによるクリーニングの回数を重ねると当該表面が荒れてくるため、その結果、基板を載置した際に、基板裏面と載置装置表面との間からバックサイドガスのリーク量が多くなり、温度分布の均一性が悪化したり、経時的に温度分布が変化してしまうという問題がある。これらの点については、特許文献２には何ら記載されていない。

特開２００６−０１９６２６号公報（段落００４０〜００４７、図２） 特開２００４−３４９６１２号公報（段落００４１〜段落００４２、段落００５２、図１）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理体に対する金属汚染のおそれがなく、しかも長期に亘って静電チャックが絶縁破壊を起こさない載置装置を提供することにある。また他の目的は、この載置装置を備えたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

本発明は、被処理体を載置するための載置体と、この載置体上に設けられ、絶縁層に埋設された電極に２．５ｋＶ〜４．０ｋＶの電圧を印加することにより電極層と被処理体との間でクーロン力を生じさせて絶縁層の表面に被処理体を静電吸着する静電チャックと、を備えた載置装置において、
前記絶縁層のうち前記電極層の裏面側の絶縁層は、アルミナ溶射により形成されたアルミナ溶射層であり、
前記電極層の表面側の絶縁層である静電チャック層はプラズマ溶射により形成された、厚さが２００μｍ〜２８０μｍの酸化イットリウム溶射層からなり、
前記静電チャック層の平均表面粗さは０．６μｍ〜０．８μｍであることを特徴とする。

また本発明のプラズマ処理装置は、気密な処理容器と、この処理容器内に設けられ、上述した載置装置と、前記処理容器内を真空排気する手段と、前記処理容器内にプラズマを発生させて被処理体に対してプラズマ処理を行うための手段と、を備えたことを特徴する。

上述したプラズマ処理装置は、前記載置装置の上に被処理体を置かない状態でプラズマにより静電チャック層の表面をクリーニングする処理を行うように構成されている。

また本発明のプラズマ処理方法は、上述した載置装置に被処理体を静電吸着させて当該被処理体に対してプラズマ処理を行う工程と、被処理体を載置装置の上から搬出した後、静電チャック層の表面をプラズマによりクリーニングする工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の載置装置は、静電チャック層をＹ2Ｏ3（酸化イットリウム：イットリア）溶射層により構成しているため、プラズマに対する耐久性が高くなり、また金属汚染を引き起こすおそれがない。また、上記静電チャック層の厚さを２００μｍ〜２８０μｍに設定しているので、高電圧を電極層に印加しても、当該静電チャック層が絶縁破壊を起こすおそれがなく、従ってクーロン型の静電チャックに適用できる。特に被処理体を載置せずに静電チャック層の表面をプラズマクリーニングする場合にも、耐プラズマ性が大きいことから静電チャック層内にピンホールや膜厚の局所的な減少が起こりにくく、膜厚を上述のように設定したことと相俟って長期間絶縁破壊が起こるおそれがない。

また溶射膜は溶射される酸化イットリウムの粒径に表面粗度が依存しているため、表面粗度がプラズマ処理に見合った溶射膜を得ることができる。本発明者はＹ2Ｏ3溶射膜の表面がプラズマに曝されることにより平均表面粗さ（Ｒａ）が０．７μｍ〜０．８μｍであることを把握しており、従って平均表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ〜０．８μｍとなるようにＹ2Ｏ3溶射膜を形成しておけば、Ｙ2Ｏ3溶射膜に対してプラズマクリーニングを繰り返し行っても表面状態の経時変化が抑えられる。その結果、バックサイドガスによる温調効果が安定し、プロセス時の基板の温度が安定する。

本発明に係る載置装置をエッチング装置としてのプラズマ処理装置に適用した実施の形態について図１を参照しながら説明する。図１はＲＩＥ(Reactive Ion Etching)プラズマ処理装置１の一例を示している。プラズマ処理装置１は、例えば内部が密閉空間となっている真空チャンバーからなる処理容器１１と、この処理容器１１内の底面中央に配設された載置装置２と、当該載置装置２の上方にこの載置装置２と対向するように設けられた上部電極３１とを備えている。

処理容器１１は小径の円筒状の上部室１１ａと、大径の円筒状の下部室１１ｂとからなる。上部室１１ａと下部室１１ｂとは互に連通しており、処理容器１１全体は気密に構成されている。上部室１１ａ内には、載置装置２や上部電極３１等が格納され、下部室１１ｂ内には載置装置２を支えると共に、配管等を収めた支持ケース１７が格納されている。下部室１１ｂ底面の排気口１２には、排気管１３を介して排気装置１４が接続されている。この排気装置１４には図示しない圧力調整部が接続されており、この圧力調整部は図示しない制御部からの信号によって処理容器１１内全体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。一方、上部室１１ａの側面には被処理体であるウエハＷの搬入出口１５が設けられており、この搬入出口１５はゲートバルブ１６によって開閉可能となっている。また処理容器１１は、アルミニウム等の導電性の部材から構成され、接地されている。

前記上部電極３１は中空状に形成され、下面に処理容器１１内へ処理ガス及びクリーニングガスを分散供給するための多数のガス供給孔３２が例えば均等に分散して形成されていることによりガスシャワーヘッドを構成している。上部電極３１の上面中央にはガス導入管３３が設けられ、このガス導入管３３は処理容器１１の上面中央を貫通して上流で処理ガス供給源３５に接続されている。この処理ガス供給源３５は、図示しない処理ガス供給量の制御機構を有しており、プラズマ処理装置１に対して処理ガスの供給量の給断及び増減の制御を行うことができるようになっている。また、上部電極３１が上部室１１ａの壁部に固定されることによって、上部電極３１と処理容器１１との間には導電路が形成されている。

さらに、上部室１１ａの周囲には、搬入出口１５の上下に二つのマルチポールリング磁石４７ａ、４７ｂが配置されている。マルチポールリング磁石４７ａ、４７ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられており、隣接する複数のセグメント柱状磁石同士の向きが逆向きになるように配置されている。これにより磁力線が隣接するセグメント柱状磁石間に形成され、上部電極３１と載置体２１（下部電極）との間の処理空間の周辺部に磁場が形成され、処理空間へプラズマを閉じ込めることができる。なお、マルチポールリング磁石４７ａ、４７ｂを有さない装置構成としてもよい。

次に載置装置２について説明する。載置装置２は、図１及び図２に示すように例えばアルミニウムにより上面の外周縁部がその中央部より低く形成された下部電極となる載置体２１と、この載置体２１の上面に形成された後述するシート状の静電チャック４と、この静電チャック４を囲むように配置されたフォーカスリング２８とを備えている。前記載置体２１は支持ケース１７上に設置された支持台２１ａに固定されている。前記フォーカスリング２８はウエハＷの周縁の外方の領域のプラズマ状態を調整する役割、例えばウエハＷよりもプラズマを広げ、ウエハ面内のエッチング速度の均一性を向上させる役割を果たす。前記支持台２１ａの下部外側には支持台２１ａを取り囲むようにバッフル板１８が設けられている。バッフル板１８は、上部室１１ａ内の処理ガスをバッフル板１８と上部室１１ａ壁部との間に形成された隙間を介して下部室１１ｂへ通流させることにより、処理ガスの流れを整える整流板としての役割を果たす。

また、図２に示すように載置体２１の外周面はＹ2Ｏ3溶射によって形成されたＹ2Ｏ3溶射層２３によって被覆されている。このＹ2Ｏ3溶射層２３は静電チャック４と一体となっている。

上記静電チャック４は、載置体２１の表面に例えばアルミナ溶射によって形成されたＡｌ2Ｏ3溶射層４１と、タングステン（Ｗ）溶射によって形成されたＷ溶射層からなる電極層４２と、Ｙ2Ｏ3溶射によって形成されたＹ2Ｏ3溶射層４３と、を下方からこの順番に積層したシート構造となっている。この静電チャック４の製造方法の詳細については後述する。また、前記静電チャック４の電極層４２はスイッチ４５を介して電源部である高圧直流電源４６に接続されており、この高圧直流電源４６から電極層４２に例えば高圧直流電圧が印加されると、図３に示すようにウエハＷと電極層４２間で生じるクーロン力（静電分極力）によって、載置面である静電チャック４上面にウエハＷが静電吸着されるようになっている。

また、前記載置体２１には、例えば周波数１００ＭＨｚの高周波を供給する第１の高周波電源４１ａと、第１の高周波電源４１ａよりも周波数の低い例えば３．２ＭＨｚの高周波を供給する第２の高周波電源４１ｂと、が夫々整合器４２ａ、４２ｂを介して接続されている。第１の高周波電源４１ａより供給される高周波は、後述する処理ガスをプラズマ化する役割を果たし、第２の高周波電源４１ｂより供給される高周波は、ウエハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウエハＷ表面に引き込む役割を果たす。さらに、前記載置体２１内には冷媒を通流させるための冷媒流路２６が形成されており、冷媒がこの冷媒流路２６を流れることで載置体２１が冷却され、載置面上に載置されたウエハＷが所望の温度に冷却されるように構成されている。また図１中の２７は載置体２１、静電チャック４内を通ってウエハＷの裏面側に伝熱媒体である例えばＨｅガス（バックサイドガス）を供給する伝熱媒体供給路である。この伝熱媒体供給路２７は、プラズマからウエハＷに入熱される熱を載置体２１側へ伝熱してウエハＷの温度を設定温度に維持する役割を持っている。なお、載置体２１の内部には、図示しない搬送アームに対してウエハＷの受け渡しを行うことが可能な昇降ピンが設けられている。

次に図４及び図５を参照しながら上記載置装置２の製造方法について説明する。先ず、冷媒流路２６及び伝熱媒体供給路２７（図示せず）が形成された載置体２１を準備する。この載置体２１を例えば１５０℃まで加熱した状態で、載置体２１上面の低い外周縁部をマスキングした後、アルミナを溶射し、例えば４５０μｍのＡｌ2Ｏ3溶射層４１を形成する。その後、Ａｌ2Ｏ3溶射層４１を層厚が例えば３００μｍになるまで研磨する（図４（ａ））。
次いで、Ａｌ2Ｏ3溶射層４１の電極層４２を形成する部分以外をマスキングした後、タングステンを溶射し、例えば５０μｍの電極層４２を形成する（図４（ｂ））。引き続き、載置体２１を例えば１５０℃まで加熱した状態でプラズマ溶射法により所定の粒径例えば１０μｍ〜２０μｍを有する酸化イットリウムをプラズマ溶射し、例えば４５０μｍのＹ2Ｏ3溶射層４３を形成する。このプラズマ溶射法とは溶射材料をプラズマ流によって加速して対象物の表面にコーティングするものである。その後、Ｙ2Ｏ3溶射層４３を例えば２００μｍ〜２８０μｍ、好ましくは２５０μｍになるまで研削する（図４（ｃ））。この研削方法は、例えば載置体２１を回転テーブル上に固定し、回転テーブルを回転させると共に、ダイヤモンド砥粒が付いた回転砥石を回転させながら載置体２１に対して送り移動させることで、Ｙ2Ｏ3溶射層４３を研削する。ここでＹ2Ｏ3溶射層４３の層厚の下限値を２００μｍとした理由は、クーロン型の静電チャックにおいて長期に亘って絶縁破壊が起こらないようにするためである。例えばクーロン型の静電チャックでは運用時に４．０ｋＶの電圧を印加するものもあるが、この場合において、ウエハレスクリーニングを繰り返し行っても絶縁破壊が長期に亘って起こらないようにするためである。また電極層４２に２．５ｋＶの電圧を印加する仕様の静電チャックでは出荷時にマージンをみて例えば４．０ｋＶ程度の電圧を印加して試験を行うが、４．０ｋＶもの高電圧を印加しても後述の耐圧試験のデータから分かるように絶縁破壊が起こらないようにするためである。

またプラズマ溶射により形成されたＹ2Ｏ3溶射層４３の表面は酸化イットリウムの粒径に依存する表面粗度に形成されている。具体的にはＹ2Ｏ3溶射層４３の平均表面粗さ（Ｒａ）は例えば０．６μｍ〜０．８μｍである。本発明者はＹ2Ｏ3溶射層４３の表面がプラズマに曝されることにより平均表面粗さ（Ｒａ）が０．７μｍ〜０．８μｍであることを把握しており、従って平均表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ〜０．８μｍとなるようにＹ2Ｏ3溶射層４３を形成しておけば、Ｙ2Ｏ3溶射層４３に対してプラズマクリーニングを繰り返し行っても表面状態の経時変化が抑えられる。このような一連の操作によって図４（ｃ）に示すようにＡｌ2Ｏ3溶射層４１とＹ2Ｏ3溶射層４３との間に電極層４２が介在する静電チャック４が載置体２１と一体化した状態で形成される。

次いで、静電チャック４の上面部をマスキングした後、載置体２１を例えば１５０℃まで加熱した状態でプラズマ溶射法により載置体２１の外周面に酸化イットリウムをプラズマ溶射し、例えば４００μｍのＹ2Ｏ3溶射層２３を形成する（図５（ｄ））。この操作によって図５（ｄ）に示すようにＡｌ2Ｏ3溶射層４１及びＹ2Ｏ3溶射層４３とＹ2Ｏ3溶射層２３とが一体化する。その後、静電チャック４からマスク材を除去する。
以上の各装置構成により、プラズマ処理装置１の処理容器１１（上部室１１ａ）内には、載置体（下部電極）２１と上部電極３１とからなる一対の平行平板電極が形成される。

次に本発明の実施の形態の作用について説明する。先ずゲートバルブ１６を開き、搬入出口１５を介して図示しない搬送アームにより、ウエハＷが処理容器１１内の、載置装置２上に載置される。そして搬送アームが退出してゲートバルブ１６を閉じた後、排気装置１４によって処理容器１１内を減圧し、処理容器１１内の圧力が所定の圧力、例えば２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）以下にする。しかる後、ガスシャワーヘッドのガス供給孔３２から処理ガス、例えばＣ4Ｆ8ガスを所定の流量で載置装置２の上方側の空間に供給する。このとき静電チャック４の電極層４２に高圧直流電源４６から例えば２．５ｋＶ〜４．０ｋＶ例えば２．５ｋＶの高圧直流電圧が印加され、図３に示すようにウエハＷと電極層４２間で生じるクーロン力（静電分極力）によって、載置面である静電チャック４上面にウエハＷが静電吸着される。

そして第１の高周波電源４１ａから載置体（下部電極）２１に所定の高周波電力を供給する。この高周波は、載置体２１から上部電極３１を介して処理容器１１に流れ、アースに落ち、こうして処理雰囲気に高周波電界が形成される。また上部電極３１と載置体２１との間にはマルチポールリング磁石４７ａ，４７ｂにより磁力線が、互いに隣接するセグメント柱状磁石間に形成されているので、ウエハＷが存在する電極間の処理空間には直交電磁界が形成され、これによって生じた電子のドリフトによりマグネトロン放電が形成される。そしてこのマグネトロン放電により処理ガスがプラズマ化し、イオンやラジカルが生成する。しかる後、第２の高周波電源４１ｂから所定の高周波電力を載置体（下部電極）２１に印加してセルフバイアスを発生させることで、載置装置２上に載置されたウエハＷに対してエッチングが施される。

上記プラズマ処理装置１は、ウエハＷにエッチング処理を施したときに反応生成物が処理容器１１内の処理雰囲気に浮遊するため、エッチング処理後、処理容器１１内からウエハＷを搬出する際、ウエハＷが置かれていない載置装置２の表面、つまり静電チャック４の表面に反応生成物が付着してしまう。そのため載置装置２に付着した反応生成物を定期的に除去する必要がある。この反応生成物を除去するためのプラズマ処理装置の洗浄方法について説明する。例えば１ロットにおける最後のウエハＷのエッチング処理が終了し、処理容器１１内からウエハＷを搬出した後、ゲートバルブ１６を閉じ、排気装置１４によって処理容器１１内を減圧し、処理容器１１内の圧力が所定の圧力、例えば２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）以下にする。しかる後、ガスシャワーヘッドのガス供給孔３２からクリーニングガス、例えば酸素（Ｏ2）ガス及びＳＦ6ガスを所定の流量、例えば夫々８００ｓｃｃｍで載置装置２の上方側の空間に供給する。
そしてクリーニングガスも上述と同じようにしてプラズマ化する。このとき、第２の高周波電源４１ｂをオフにした状態、つまり載置体（下部電極）２１の電気状態をフローティング状態にして、このプラズマにより載置装置２の載置面に堆積した反応生成物を剥離する。剥離した反応生成物（ダスト）は、排気装置１４によって処理容器１１の外へ排出される。これにより載置装置２の載置面に堆積した反応生成物が除去される。

上述の実施の形態によれば、載置装置２は、静電チャック４をＹ2Ｏ3溶射層４３により構成しているため、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が飛散しない。また、上記Ｙ2Ｏ3溶射層４３の厚さを２００μｍ〜２８０μｍにしているので、２．５ｋＶ以上の高電圧を電極層４２に印加しても当該Ｙ2Ｏ3溶射層４３が絶縁破壊を起こすおそれがない。従ってクーロン型の静電チャックに適用できる。そしてＹ2Ｏ3溶射層４３はＡｌ2Ｏ3溶射層よりもプラズマに対する耐久性が高いので、載置装置２上にウエハＷを置かずにプラズマクリーニングを行っても、静電チャック４内（Ｙ2Ｏ3溶射層４３内）にピンホールや膜厚が局部的な減少が起こりにくく、その膜厚を上述のように設定したことと相俟って長期に亘って絶縁破壊が起こらない。またＹ2Ｏ3溶射層４３の表面はプラズマ処理に見合った表面粗さにあるため、Ｙ2Ｏ3溶射層４３に対してプラズマクリーニングを繰り返し行っても膜厚の局所的な減少が起こらないのでウエハ汚染は全く無いといってもよい。

本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
（耐プラズマ性の評価試験）
ウエハＷ上に、Ｙ2Ｏ3溶射膜が表面に形成されているサンプルＡとＡｌ2Ｏ3溶射膜が表面に形成されているサンプルＢとアルミナセラミックプレート（サンプルＣ）を夫々設置し、このウエハＷをプラズマ処理装置の載置台の上に載置して、以下のプロセス条件でサンプルＡ，Ｂ，Ｃに対してプラズマを照射し、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの消耗量を測定した。その結果を図６に示す。
処理容器内の圧力：５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＣＦ4／Ａｒ／Ｏ2＝８０／１６０／２０ｓｃｃｍ
高周波電源：１４００Ｗ
図６に示すように、サンプルＡでは消耗量が１．６μｍ／ｈであり、サンプルＢでは消耗量が５．５μｍ／ｈであり、サンプルＣでは消耗量が４．５μｍ／ｈであることが分かった。この結果からＹ2Ｏ3溶射膜はＡｌ2Ｏ3溶射膜及びアルミナセラミックプレートよりもプラズマに対する耐久性が高いことが分かる。

（絶縁破壊の評価試験）
Ｙ2Ｏ3溶射膜について評価する前に、参考試験としてＡｌ2Ｏ3の溶射膜における膜厚と絶縁耐圧との関係を調べた。その実験方法については、絶縁基板の表面に設けられた電極の上にＡｌ2Ｏ3の溶射膜を成膜して、その上に電極を設けたサンプルを真空雰囲気に置き、Ａｌ2Ｏ3の溶射膜がブレークダウン（絶縁破壊）に至る電圧を測定することによって行った。このような試験を溶射膜の膜厚を種々変えて行った結果を図７に示す。この結果から特許文献２に記載されているように１０μｍ〜１００μｍの膜厚では、４ｋＶの電圧を印加すると絶縁破壊してしまい、クーロン型の静電チャックには到底使用できず、また印加電圧を少し低く設定したとしても、ウエハレスクリーニングを行う運用に対しては適用できないことは明白である。
このような参考試験を踏まえて、Ｙ2Ｏ3溶射膜について、膜厚が２００μｍ及び２２０μｍのサンプルに対して同様の試験を行ったところ図８に示す結果が得られた。この結果から例えば印加電圧を４ｋＶに設定したとすると、耐圧のマージンが２倍以上であり、ウエハレスクリーニングが繰り返し行われても、長期に亘って使用できることが分かる。

（ウエハ上の汚染評価試験）
Ａ：実施例
図１に示すプラズマ処理装置１において、載置装置２にウエハＷを置かずにその表面に対してプラズマクリーニングを以下の条件で行った。
処理容器内の圧力：２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）
クリーニングガス：Ｏ2／ＳＦ6＝８００／８００ｓｃｃｍ
第１の高周波電源：７５０Ｗ
第２の高周波電源：０Ｗ
処理時間：２５秒
上述のクリーニングを実施した後、処理容器１１内の載置装置２にベアウエハＷを載置して、反応容器１１内の汚染処理を行った。この汚染処理は汚染処理１〜汚染処理４からなり、この順番に連続して汚染処理を実施している。以下に汚染処理１〜汚染処理４の条件を示す。
（汚染処理１）
処理容器内の圧力：２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＣＦ4／ＣＨＦ3／Ｈｅ＝１５０／２５０／４００ｓｃｃｍ
第１の高周波電源：４５０Ｗ
第２の高周波電源：７５Ｗ
処理時間：５秒
（汚染処理２）
処理容器内の圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＨＢｒ／Ｏ2＝３３０／３ｓｃｃｍ
第１の高周波電源：２５０Ｗ
第２の高周波電源：２５０Ｗ
処理時間：１０秒
（汚染処理３）
処理容器内の圧力：２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＨＢｒ／Ｏ2／Ｎ2／Ｈｅ＝４２／８／１２／６０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源：０Ｗ
第２の高周波電源：２５０Ｗ
処理時間：１０秒
（汚染処理４）
処理容器内の圧力：１３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：Ｏ2＝１４０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源：７５０Ｗ
第２の高周波電源：０Ｗ
処理時間：１０秒
上述した汚染処理を行った後、処理容器１１の外にベアウエハＷを搬出し、ベアウエハＷ表面に付着している元素の定量分析を行った。
Ｂ：比較例
図２に示す載置装置２において、Ｙ2Ｏ3溶射層４３の代わりにＡｌ2Ｏ3溶射層を用いた他は、実施例と同じ条件で静電チャックの表面をクリーニングした。その後、処理容器１１内の載置装置２にベアウエハＷを載置して、実施例と同じ条件で汚染処理を行い、処理後反応容器内のベアウエハを搬出して、当該ベアウエハＷ表面に付着している元素の定量分析を行った。

（結果及び考察）
上述の分析結果を表１〔単位：×１０^１０atoms/cm²〕に示す。

この結果から分かるようにＡｌ2Ｏ3溶射膜を用いた場合には、Ａｌが１００×１０^１０（ａｔｏｍｓ/ｃｍ^２）であったが，Ｙ2Ｏ3溶射膜を用いた場合には、８．２×１０^１０（ａｔｏｍｓ/ｃｍ^２）であった。従って、Ｙ2Ｏ3溶射膜を用いることにより、Ａｌ2Ｏ3溶射膜の場合に比べてＡｌの汚染量が格段に少なく、現在の半導体製造装置ではＡｌの汚染量が１×１０^１１（ａｔｏｍｓ/ｃｍ^２）以下であれば特性に影響がないと言われていることから、ウエハＷのＡｌ汚染がなくなると言える。また上述の実験データから分かるようにＹ2Ｏ3溶射膜は耐プラズマ性が大きく、結果としてウエハＷに付着するイットリウムの汚染量は実質ゼロと言えるものであり、イットリウムの影響は全くない。

（表面粗さの評価試験）
図２に示す載置装置２において、図９に示すようにＹ2Ｏ3溶射層４３表面の１〜４の４箇所の表面粗さＲａについて、未使用時と、２年間運用を行った後について夫々調べたところ表２に示す結果が得られた。

未使用のデータは４点しかないが、使用後のものについては２６点のデータを取っており（表２には記載していない）、使用後の平均表面粗さＲａは０．５２μｍ〜０．７８μｍの間に収まっている。従って表２の結果も考慮すると、ウエハレスクリーニングを行うことにより、Ｙ2Ｏ3溶射膜の平均表面粗さＲａが０．６μｍ〜０．８μｍになることが把握でき、従って静電チャックの製造時にＹ2Ｏ3溶射膜の平均表面粗さＲａを０．６μｍ〜０．８μｍに設定すれば表面粗度の経時変化が抑えられる。

（吸着力の試験）
本発明に用いられる、２５０μｍのＹ2Ｏ3溶射膜を形成した静電チャックに２インチウエハを用いて、大気雰囲気にて中央及び周縁部に順次吸着させ、脱離するときの吸引力を測定し、静電チャックの吸着力の評価を行った。その結果、現在実機に使用されている２００ｍｍアルミナセラミックプレートからなる静電チャックと同等の吸着力であり、吸着性能については何ら問題ないことを確認した。

本発明の実施の形態に係る載置装置を備えたプラズマ処理装置の一例を示す縦断側面図である。 本発明の実施の形態に係る載置装置を示す縦断側面図である。 静電吸着の様子を示す模式図である。 図２に示す載置装置の製造工程を示す図である。 図２に示す載置装置の製造工程を示す図である。 耐プラズマ性の評価試験の結果を示す説明図である。 Ａｌ2Ｏ3溶射層の層厚と耐電圧との関係を示す特性図である。 Ｙ2Ｏ3溶射層の層厚と耐電圧との関係を示す特性図である。 載置装置表面の測定箇所を示す平面図である。

符号の説明

１ プラズマ処理装置
２ 載置装置
１１ 処理容器
１４ 排気装置
２１ 載置体
２３ Ｙ2Ｏ3溶射層
２４ 絶縁部材
２６ 冷媒流路
２８ フォーカスリング
３１ 上部電極
３５ 処理ガス供給源
４ 静電チャック
４１ Ａｌ2Ｏ3溶射層
４２ 電極層
４３ Ｙ2Ｏ3溶射層
４５ スイッチ
４６ 高圧直流電源

Claims (5)

1. 被処理体を載置するための載置体と、この載置体上に設けられ、絶縁層に埋設された電極に２．５ｋＶ〜４．０ｋＶの電圧を印加することにより電極層と被処理体との間でクーロン力を生じさせて絶縁層の表面に被処理体を静電吸着する静電チャックと、を備えた載置装置において、
   前記絶縁層のうち前記電極層の裏面側の絶縁層は、アルミナ溶射により形成されたアルミナ溶射層であり、
   前記電極層の表面側の絶縁層である静電チャック層はプラズマ溶射により形成された、厚さが２００μｍ〜２８０μｍの酸化イットリウム溶射層からなり、
   前記静電チャック層の平均表面粗さは０．６μｍ〜０．８μｍであることを特徴とする載置装置。
2. 前記静電チャック層の表面は、被処理体を置かずにプラズマによりクリーニングされることを特徴とする請求項１記載の載置装置。
3. 気密な処理容器と、この処理容器内に設けられ、請求項１または２に記載の載置装置と、前記処理容器内を真空排気する手段と、前記処理容器内にプラズマを発生させて被処理体に対してプラズマ処理を行うための手段と、を備えたことを特徴するプラズマ処理装置。
4. 前記載置装置の上に被処理体を置かない状態でプラズマにより静電チャック層の表面をクリーニングする処理を行うように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 請求項１または２に記載の載置装置に被処理体を静電吸着させて当該被処理体に対してプラズマ処理を行う工程と、被処理体を載置装置の上から搬出した後、静電チャック層の表面をプラズマによりクリーニングする工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。

Images