(57)【要約】【課題】上部電極と、下部電極を兼ねる金属製の載置台と、の間に高周波電力を印加するプラズマ処理装置において、処理容器内のプラズマを安定させる技術を提供すること。【解決手段】処理容器２内に設けられた下部電極を兼用する金属製の載置台３の載置面にアルミナの微細粒子１００を吹き付ける第１のブラスト処理を行った後、ドライアイスの微細粒子１０１を吹き付ける第２のブラスト処理を行う。そのためアルミナの微細粒子１００の吹き付けにより形成された凹凸の角部が丸められる。このため高周波電源５１からガス供給部５（上部電極）、ウエハＷ及び載置台３を介してアースに至るまでの高周波電流路においてウエハＷと載置台３との間のインピーダンスが小さくなる。従ってプラズマ発生領域から処理容器２の側壁などに向かう電流路の形成が抑えられるので、プラズマが安定化し、安定したプラズマ処理を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極との間に供給される高周波電力によりプラズマを発生させるための下部電極を兼用し、プラズマ処理される基板を載置するための金属製の載置台に対して表面処理する方法において、
前記基板の載置面に非昇華性材料からなる非昇華性ブラスト材を吹き付ける第１の表面処理と、その後前記載置面に昇華性材料よりなる昇華性ブラスト材を吹き付ける第２の表面処理と、を行うことを特徴とする載置台の表面処理方法。
【請求項２】
前記昇華性ブラスト材は、ドライアイスであることを特徴とする請求項１に記載の載置台の表面処理方法。
【請求項３】
上部電極との間に供給される高周波電力によりプラズマを発生させるための下部電極を兼用し、プラズマ処理される基板を載置するための金属製の載置台に対して表面処理する方法において、
前記基板の載置面に非昇華性材料からなる非昇華性ブラスト材を吹き付ける第１の表面処理と、その後前記基板の載置面に、励起されたアルゴンガスを衝突させる第２の表面処理と、を行うことを特徴とする載置台の表面処理方法。
【請求項４】
前記載置台の載置面の平均表面粗さＲａは５μｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の載置台の表面処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の表面処理方法によって表面処理されたことを特徴とする載置台。
【請求項６】
真空雰囲気である処理容器内に供給された処理ガスを励起してプラズマを発生させ、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられた請求項５に記載の載置台と、
前記載置台に載置される基板の被処理面に対向するように配置され、前記載置台との間に高周波電力を印加する上部電極と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理ガスを励起させて容量結合プラズマを生成し、基板に対してプラズマ処理を行うときに用いられる載置台の表面を処理する方法、この方法により処理された載置台及び当該載置台を用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の基板に対して容量結合プラズマや誘導結合プラズマなどを用いてエッチング処理や、成膜処理等のプラズマ処理を行う場合がある。容量結合プラズマを用いるプラズマ処理装置は、処理容器内に下部電極を備えた載置台の上に基板を載置し、基板の上方側に設けた上部電極と下部電極との間に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化するように構成されている。
【０００３】
プラズマ処理において近年では低温化傾向にあり、例えば５００℃以下、例えば４５０℃程度、あるいはそれ以下の温度の低温プラズマが用いられている。載置台の材質として例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いると、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）膜上で腐食が起こりやすくなることから、またプラズマを含む高周波回路上の抵抗成分を低減することなどから、金属製の載置台を用いることが検討されている。
【０００４】
ところでパーティクルの発生の抑制やウエハの滑りを防ぐために載置台の表面に例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の微細粒子を吹き付けるブラスト処理を行い、表面を粗く仕上げている。しかしながらブラスト処理がされた金属製の載置台を用いてプラズマ処理を行うと、プラズマが不安定な状態になることがあり、良好なプラズマ処理が実施できなくなる懸念がある。
【０００５】
特許文献１には、シャワーヘッド部の金属母材の表面に付着する薄膜に対して密着性を高めるためにアルミナを用いたブラスト処理を行うこと、このブラスト処理後においてもアルミナの粒子が脱落することがあることから、更にドライアイスを用いたブラスト処理を行うことが記載されている。しかしながら基板の裏面側に位置する載置台とプラズマの安定性との関連については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５５２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、上部電極と、下部電極を兼ねる金属製の載置台と、の間に高周波電力を印加するプラズマ処理装置において、処理容器内のプラズマを安定させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の載置台の表面処理方法は、上部電極との間に供給される高周波電力によりプラズマを発生させるための下部電極を兼用し、プラズマ処理される基板を載置するための金属製の載置台に対して表面処理する方法において、
前記基板の載置面に非昇華性材料からなる非昇華性ブラスト材を吹き付ける第１の表面処理と、その後前記載置面に昇華性材料よりなる昇華性ブラスト材を吹き付ける第２の表面処理と、を行うことを特徴とする。
【０００９】
また本発明の載置台の表面処理方法は、上部電極との間に供給される高周波電力によりプラズマを発生させるための下部電極を兼用し、プラズマ処理される基板を載置するための金属製の載置台に対して表面処理する方法において、
前記基板の載置面に非昇華性材料からなる非昇華性ブラスト材を吹き付ける第１の表面処理と、その後前記基板の載置面に、励起されたアルゴンガスを衝突させる第２の表面処理と、を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の載置台は、上述の載置台の表面処理方法によって表面処理されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置は、真空雰囲気である処理容器内に供給された処理ガスを励起してプラズマを発生させ、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられた上述の載置台と、
前記載置台に載置される基板の被処理面に対向するように配置され、前記載置台との間に高周波電力を印加する上部電極と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、容量結合プラズマを生成する平行平板方式のプラズマ処理装置に用いられる金属製の載置台における基板の載置面に非昇華性材料からなる非昇華性ブラスト材を吹き付け、その後昇華性材料よりなる昇華性ブラスト材を吹き付けるか、あるいは励起されたアルゴンガスを衝突させている。これにより非昇華性材料の吹き付けによって形成された表面の凹凸の角部が丸められる。このため高周波電源から上部電極、基板及び下部電極を介してアースに至るまでの高周波電流路において基板と載置台との間のインピーダンスが小さくなる。従ってプラズマ発生領域から処理容器の側壁などに向かう電流路の形成が抑えられるので、プラズマが安定化し、安定したプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】前記プラズマ処理装置に設ける載置台の表面処理工程を示す説明図である。
【図３】前記プラズマ処理装置における制御部を示す構成図である。
【図４】リアクタンス値に対する上部電極側の電流値を示す説明図である。
【図５】リアクタンス値に対する下部電極側の電流値を示す説明図である。
【図６】ウエハ及び載置台に形成される等価回路を模式的に示す説明図である。
【図７】プラズマ処理装置内における等価回路を模式的に示す説明図である。
【図８】ウエハに形成した膜厚と載置台の平均表面粗さＲａに対応した異常波形の発生率を示す特性図である
【図９】実施例１及び比較例１における異常波形の発生率を示す特性図である。
【図１０】実施例１及び比較例１における異常波形の発生率を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例について、図１を参照しながら説明する。このプラズマ処理装置は例えばＴｉ膜をプラズマＣＶＤによって成膜する処理を実施する。
【００１５】
プラズマ処理装置は、アースに接地された気密な金属製の略円筒状の処理容器２を備えている。処理容器２の底面の中央部には下方に向けて突出する例えば円筒状の排気室２１が形成され、排気室２１における側面には、排気路２２が接続されている。この排気路２２には例えばバタフライバルブからなる圧力調整バルブなどを備えた圧力調整部２３を介して真空ポンプなどの真空排気部２４が接続され、処理容器２内が所定の真空圧力まで減圧できるように構成されている。また処理容器２の側面には、図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬送口２５が形成され、この搬送口２５はゲートバルブ２６により開閉自在に構成されている。
【００１６】
処理容器２内にはウエハＷを略水平に保持するための例えばニッケル（Ｎｉ）により構成された載置台３が設けられている。載置台３は、金属部品の組み立て、接合及び仕上げ加工が行われた後、例えば純水などにより表面が洗浄される。図２（ａ）は、表面洗浄後の載置台３の表面を模式的に示す図である。
その後図２（ｂ）に示すように、載置台３の全体の表面に対して、非昇華性ブラスト材、例えばアルミナの微細粒子１００を、例えばエアーブラスト装置により噴射する第１の表面処理である第１のブラスト処理工程を行う。これによりウエハＷの載置面を含む載置台３の表面全体には、アルミナの微細粒子１００の衝突による凹凸が形成される。なお図２（ａ）〜２（ｃ）に示す表面状態は、誇張して描かれている。この時例えば載置台３の表面には、算術平均表面粗さが例えば２μｍ〜１２μｍの凹凸が形成される。算術平均表面粗さ（以下「平均表面粗さＲａ」という）とは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけを抜き取り、基準長さｌの平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を夫々取って、基準長さｌの平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表すと、次式により求められる。
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この第１のブラスト処理は、載置台３を構成する金属部品の表面を粗面化して、パーティクルの発生を抑制する。また載置台３の表面を粗面化してウエハＷとの接触面積を小さくすることにより、ウエハＷの自重による静止摩擦力を増大させ、かつ載置台３の表面を粗面化することで、ウエハＷの裏面に回り込むガスが抜けやすくなり、ウエハＷがウエハＷと載置台３との隙間に溜まるガスにより、浮き上がることを防ぐ。従ってウエハＷが載置台３の表面を滑りにくくなる。そのため載置台３表面の平均表面粗さＲａは、５μｍ以上とすることが好ましい。
【００１７】
続いて純水による洗浄処理を行い、表面に付着しているアルミナの微細粒子１００を除去する。その後図２（ｃ）に示すように載置台３の全体の表面に向けて昇華性ブラスト材、例えばドライアイスの微細粒子１０１を、例えばエアーブラスト装置により噴射する第２の表面処理である第２のブラスト処理工程を行う。
ドライアイスの微細粒子１０１のような昇華性ブラスト材は、材料に衝突すると速やかに昇華するため衝撃が弱い。そのためアルミナの微細粒子１００を用いた第１のブラスト処理のように大きな凹凸を形成しない。後述の実施例２に示すように第１のブラスト処理後の平均表面粗さＲａが１０．３６μｍであったのに対し、第２のブラスト処理後の平均表面粗さＲａが１０．２２μｍであった。このように第２のブラスト処理後の平均表面粗さＲａは、第１のブラスト処理により形成された平均表面粗さＲａがほぼ維持される。従ってドライアイスの微細粒子１０１による第２のブラスト処理工程を行うと、第１のブラスト処理により形成された凹凸の角部が丸まり、凸部における局所的に高い部位や、凹部における局所的に低い部位が少なくなる。そして載置台３の表面に付着したドライアイスの微細粒子１０１は、二酸化炭素（ＣＯ２）となり昇華する。また第１のブラスト処理の後に行った純水による洗浄により除去することができなかったアルミナの微細粒子１００がドライアイスの微細粒子１０１の衝突によりはじき出されて除去される。
【００１８】
その後純水により最終洗浄が行われた載置台３は、図１に示すように、その下面の中心部に、金属製の支持部材３１が接続される。支持部材３１の下端はフランジ３３が形成されており、フランジ３３は接地間隔固定用のスペーサ３４を介して排気室２１の底面に固定されている。支持部材３１は、スペーサ３４及びインピーダンス調整部であるリアクタンス調整部３５を介して接地されている。リアクタンス調整部３５は、後述する高周波電源５１から、後述する上部電極（ガス供給部５）、処理容器２内におけるプラズマ、ウエハＷ、載置台３、支持部材３１及びスペーサ３４を介して接地に至るまでのリアクタンス（インピーダンス）を調整するためのものであり、例えば可変コンデンサを含む回路からなる。またスペーサ３４と、リアクタンス調整部３５との間には、載置台３側（下部電極側）の電流値を測定するための電流計３０が設けられている。なお支持部材３１と処理容器２との間は、絶縁されている。また支持部材３１とリアクタンス調整部３５とを電気的に接続し、例えばスペーサ３４を絶縁材料で構成してもよい。
【００１９】
また載置台３にはヒータ３６が埋設され、後述する制御部９からの制御信号に基づいて、図示しない電源部から給電されることによってウエハＷが設定温度、例えば５００℃以下の温度、より具体的には４５０℃程度の温度に加熱されるようになっている。載置台３の表面には、ウエハＷを保持するための凹部であるポケット３２が形成されており、ウエハＷはポケット３２内に載置される。また載置台３表面の周縁部にウエハＷをガイドするためのガイドリングを設けてもよい。さらに載置台３には、周方向に例えば３つの貫通孔３７が形成され、この貫通孔３７には、載置台３上のウエハＷを保持して昇降させるための昇降部材をなす３本以上例えば３本の昇降ピン４１が設けられている。これら昇降ピン４１は例えばアルミナ等のセラミックスや石英により構成されている。昇降ピン４１は、支持体４２及び昇降軸４３を介して処理容器２の外部に設けられた例えばエアシリンダよりなる昇降機構４４に接続されている。例えば昇降機構４４は排気室２１の下部に設置され、排気室２１の下面に形成された昇降軸４３用の開口部２１１と昇降機構４４との間にはベローズ体４５が設けられている。
【００２０】
処理容器２の天井部には、絶縁部材２８を介して上部電極をなす金属製のガス供給部５が設けられ、このガス供給部５には整合器５１１を介して高周波電源５１が接続されている。従って本発明のプラズマ処理装置は、処理容器２内に励起されるガスを供給すると共に、上部電極をなすガス供給部５と下部電極をなす載置台３との間に高周波電力が印加されてプラズマが発生する平行平板型プラズマ処理装置として構成されている。また整合器５１１とガス供給部５との間には、上部電極側の電流値を測定するための電流計５０が設けられている。
【００２１】
ガス供給部５の内部には、ガス供給室５２が形成され、ガス供給室５２の下面には、処理容器２内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔５３が例えば均等に配置されている。またガス供給部５における例えばガス供給室５２の上方側には加熱機構５４が埋設されており、後述する制御部９からの制御信号に基づいて、図示しない電源部から加熱機構５４に給電されることによって設定温度に加熱されるようになっている。
【００２２】
ガス供給室５２にはガス供給路６の下流側端部が接続され、このガス供給路６の上流側には、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）を含む原料ガスを供給する供給用流路となるＴｉＣｌ４ガス供給管６１１、還元ガスを供給する水素（Ｈ２）ガス供給管６２１、窒化用のアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給するＮＨ３ガス供給管６３１、及びアルゴン（Ａｒ）ガス供給管６４１が合流されている。ＴｉＣｌ４ガス供給管６１１の上流側端部には、ＴｉＣｌ４ガス供給源６１が接続され、上流側から流量調整部Ｍ１、バルブＶ１が介設されている。Ｈ２ガス供給管６２１の上流側端部には、Ｈ２ガス供給源６２が接続され、上流側から流量調整部Ｍ２、バルブＶ２が介設されている。ＮＨ３ガス供給管６３１の上流側端部には、ＮＨ３ガス供給源６３が接続され、上流側から流量調整部Ｍ３、バルブＶ３が介設されている。Ａｒガス供給管６４１の上流側端部には、Ａｒガス供給源６４が接続され、上流側から流量調整部Ｍ４、バルブＶ４が介設されている。また、本実施の形態では、図示していないが処理容器２内の圧力を制御するために、窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスを供給する不活性ガスのガス供給管、及びガス供給源が接続されていてもよい。
【００２３】
プラズマ処理装置は、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部９を備えている。図３に示すように制御部９は、ＣＰＵ９１、メモリ９２ａ、９２ｂ及びワークメモリ９３を備えている。なお図中９０はバスである。メモリ９２ａには、プロセス手順などが書き込まれた処理レシピが格納されている。メモリ９２ｂには、ウエハＷの処理を行う前にリアクタンス調整部３５のリアクタンス値を変動させてガス供給部５側（上部電極側）と載置台３側（下部電極側）との夫々において、電流値の変化を測定するための測定プログラムが格納されている。処理レシピ及び測定プログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体から制御部９内にインストールされる。
【００２４】
次いで測定プログラムのステップ群により実行される測定動作について説明する。例えばシリコン酸化膜を成膜したモニタ用のウエハＷが載置台３に載置されると、ガス供給部５からＡｒガスを供給する。その後、高周波電源５１をオンにし、ガス供給部５と載置台３との間に高周波電力を印加し、処理容器２内にＡｒのプラズマを発生させる。そしてリアクタンス調整部３５におけるリアクタンス値を変化させ、各リアクタンス値に対する上部電極側の電流計５０の測定値と、下部電極側の電流計３０の測定値と、をワークメモリ９３に記録し、例えば表示部９４に、リアクタンス値と、上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値とを対応付けたグラフを夫々表示する。なお一連の測定動作は、載置台３上にウエハＷが載置されていない状態で実施してもよい。また、プラズマを発生させる際のガスについては、Ａｒガスのみを供給する例を挙げたが、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガス、更にはＴｉＣｌ４ガスを流してプラズマを発生させてもよい。
【００２５】
次に上述の実施の形態に係るプラズマ処理装置の作用について説明する。例えば新品の載置台３をプラズマ処理装置に装着した後、モニタ用のウエハＷが、昇降ピン４１と外部の搬送機構との協働作用により、載置台３の基板載置面に載置される。次いで処理容器２内に形成されるプラズマの調整を行うために、リアクタンス調整部３５のリアクタンス値を調整する。即ち下部電極である載置台３上のウエハＷから接地までのリアクタンス値を調整する。
リアクタンス値を調整するにあたって、測定プログラムにより、リアクタンス値を変化させたときの上部電極側及び下部電極側における電流値の測定を行う。上述のように先ずＡｒガス供給管６４１から処理容器２内にＡｒガスを供給し、その後高周波電源５１からガス供給部５に高周波電力を印加する。これにより上部電極をなすガス供給部５と下部電極となる載置台３とにより平行平板電極が形成され、Ａｒガスが励起されて容量結合プラズマが発生する。
【００２６】
この状態でリアクタンス調整部３５におけるリアクタンス値を例えば−４０Ωから１３０Ωまで変化させて、上部電極側の電流値と下部電極側の電流値とを測定する。そして図４、５に示すようなリアクタンス値と、上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値との各関係を示すグラフが表示部９４に表示される。即ちこのグラフは、リアクタンス値（インピーダンス値）の変化に対する電流値の変化パターンを示しているが、以後の説明では、この変化パターンを便宜上波形と呼ぶ。オペレータは、当該グラフの波形から例えば上部電極側の電流値が最大値となるリアクタンス値を読み取り、当該リアクタンス値となるようにリアクタンス調整部３５を設定することで上部電極と、処理容器２の壁部との間等の異常放電を抑えてプラズマを安定状態とする。
【００２７】
ここで載置台３に対して行われた既述の第１のブラスト処理及び第２のブラスト処理と電流値の波形との関連について説明する。後述の実施例１にて示すように載置台３に対して第１のブラスト処理を行った後、第２のブラスト処理を行わない場合においては、上部電極側の電流値において、図４中に実線で示す（１）のグラフのようにおよそ−１０Ω程度のリアクタンス値で電流値が最大となる波形を示す正常波形が現れることがあると共に、図４中に破線で示す（１）´のグラフのようにリアクタンス値を５Ω程度としたときに最大値を示す異常波形が現れることがある。または、（１）のグラフにおける一部のリアクタンス値において正常波形から外れた異常値が現れる（このような例も異常波形とする）ことがある。
【００２８】
また同様に下部電極側の電流値を測定すると、図５中に実線で示す（２）のグラフのように５０Ω程度のリアクタンス値にてピークを示す正常波形が現れることがあると共に、図５中に破線で示す（２）´のグラフのようにリアクタンス値を７５Ω程度としたときに最大値を示す異常波形が現れることがある。あるいは（２）のグラフにおける一部のリアクタンス値において正常波形から外れた異常値が現れることがある。
これに対して、載置台３に対して第１のブラスト処理を行った後、第２のブラスト処理を行った場合においては、上部電極側の電流値に係る波形は、図４中に実線で示す（１）のグラフのような正常波形のみが現れ、下部電極側の電流値に係る波形は、図５中に実線で示す（２）のグラフのような正常波形のみが現れる。
【００２９】
この異常波形が現れる理由について考察する。後述の検証試験にて示すように、載置台３に第１のブラスト処理を行い第２のブラスト処理を行わない場合には、厚いシリコン酸化膜を成膜したウエハＷを載置した場合や、載置台３の表面の平均表面粗さＲａが大きい場合、例えば５μｍ以上に設定した場合に、異常波形が現れることがある。
プラズマ処理装置において、上部電極側に高周波電力を印加したときに載置台３及び載置台３に載置されたウエハＷを含む処理容器２内には、図６、図７に示すような等価回路が見かけ上存在する。なお図７では、プラズマ処理装置を簡略化して記載した。図６に示すように上部電極に高周波電力を印加したときにウエハＷの表面から、載置台３の内部までにおいては、ウエハＷの表面側のシリコン酸化膜などの酸化層１０２の膜厚によるインピーダンスＺ１、ウエハＷの裏面側の酸化層１０３の膜厚によるインピーダンスＺ２、載置台３の表面においてブラスト処理が行われ、凹凸が形成された部位におけるインピーダンスＺ３が存在する。さらに載置台３の内部から接地電位までの間には、図７に示すように、例えばフランジ３３、スペーサ３４及び載置台３を固定するためのネジ部材などに起因する載置台３の組み付け部のインピーダンスＺ４が存在する。
【００３０】
そしてプラズマの発生領域と、処理容器２との間のインピーダンスをＺｒとしたときにＺ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４の値がＺｒの値と比較して相対的に低い場合には、高周波電流がプラズマ発生領域から載置台３に向かって流れる。そのため、上部電極と下部電極との間に生じる高周波電界に従いプラズマの位置や密度分布が決定される。このときリアクタンス調整部３５のリアクタンス値に対する上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値の各々が示す波形は、正常波形となる。
【００３１】
しかしながらＺ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４の値がＺｒの値と比較して相対的に高くなると、高周波電流が処理容器２側（Ｚｒ側）に流れやすくなる。そしてＺｒ側に電流路が形成されてしまうと、異常放電が発生し、処理容器２内に形成されているプラズマの密度分布が乱れてしまう。従って、リアクタンス値を変化させて上部電極側及び下部電極側の各々における電流値を測定したときに、リアクタンス値に対する上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値の各々が示す波形は、正常波形と異なる波形、即ち異常波形が発生することになる。
【００３２】
Ｚ１〜Ｚ４のインピーダンスを決定する要因について考察すると、後述の検証試験にて示すようにウエハＷの表面に形成されるシリコン酸化膜１０２、１０３（熱酸化膜）の膜厚が厚くなると、異常波形が発生しやすくなっている。これはウエハＷに形成されるシリコン酸化膜１０２、１０３の膜厚が厚くなると静電容量が減少し、インピーダンスＺ１、Ｚ２が増加することによると考えられる。従って膜厚の厚いシリコン酸化膜１０２、１０３が形成されたウエハＷをプラズマ処理する場合には異常波形が発生しやすくなると推察される。
【００３３】
また後述の検証試験において示すように、載置台３の平均表面粗さＲａが大きくなると異常波形が出現しやすくなっている。従って載置台３の平均表面粗さＲａが大きくなるとインピーダンスＺ３が増加すると考えられる。載置台３の表面に凹凸を形成したときに、凸部の先端や、凹部の底部は、電荷の偏りが生じ易い傾向があり、偏在した電荷により帯電して静電容量が形成される。そして平均表面粗さＲａが大きくなると、凸部の先端の高さ位置と、凹部の底部の高さ位置との差が大きくなるため、ウエハＷと載置台３との電気的な距離が大きくなる。そのため静電容量が小さくなるのでインピーダンスＺ３が増加すると考えられる。またインピーダンスＺ４については、例えばフランジ３３の取付時の接触抵抗や、フランジ３３の導電部同士が接近する箇所の絶縁性などにより決定されると考えられる。
従ってウエハＷに成膜するシリコン酸化膜１０２、１０３の厚さが厚くなった場合、または載置台３の平均表面粗さＲａを大きくした場合には、Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４の値が大きくなり異常波形が発生しやすくなる。
【００３４】
ここで後述の実施例１にて示すように載置台３の表面に第１のブラスト処理を行い、次いでドライアイスの微細粒子１０１の噴射による第２のブラスト処理を行うことで異常波形の発生が抑制されている。そして後述の実施例２に示すようにドライアイスの噴射による第２のブラスト処理を行うことで載置台３の表面の凸部の先端及び凹部の底部において、局地的に高い部分及び局地的に低い部分の面積が少なくなっていることが分かる。従って凹凸の先鋭の度合いが小さくなること（丸みを帯びること）に起因して異常波形の発生は抑制されていると推測できる。
【００３５】
さらに推測を加えれば、第２のブラスト処理を行い角部を丸め、凸部の先端及び凹部の底部において、局地的に高い部分及び局地的に低い部分の面積を少なくすることにより、凸部の先端及び凹部の底部が鋭利である場合に比べて、帯電する領域の面積が広くなる。このため載置台３の表面とウエハＷの裏面との間の静電容量が増加し、インピーダンスが減少する。従ってＺ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４の値を低く抑えることができるため、リアクタンス調整部３５によりリアクタンス値を変動させた時に、既述の異常波形が発生しにくくなると推察される。
【００３６】
そして上部電極側の電流値のピークとなるようにリアクタンス調整部３５のリアクタンス値を調整して、処理容器２内に安定したプラズマが得られるように設定した後、ウエハＷに対して成膜処理を行う。まず成膜処理が行われるウエハＷが、昇降ピン４１と外部の搬送機構との協働作用により、載置台３の基板載置面に載置される。載置台３及びガス供給部５は加熱機構５４により加熱されており、ウエハＷは載置台３上に載置されることで、例えば４５０℃に加熱される。また処理容器２内は真空排気部２４によって設定圧力に設定される。そして成膜用のガスとしてＴｉＣｌ４ガス、Ａｒガス及びＨ２ガスをガス供給部５を介して処理容器２内に供給すると共に、高周波電源５１からガス供給部５に高周波電力を印加する。これによりガス供給部５をなす上部電極と載置台３をなす下部電極とにより平行平板電極が形成されるため、プラズマ発生領域に容量結合プラズマが発生する。こうしてＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとが活性化されて反応し、ウエハＷ表面にＴｉ膜が成膜される。
【００３７】
続いてＴｉＣｌ４ガス、Ａｒガス及びＨ２ガスの供給を停止すると共に、ガス供給部５への高周波の供給を停止し、処理容器２内を排気して処理容器２内からＴｉＣｌ４、Ａｒガス及びＨ２ガスを排出する。次いで処理容器２内にＮＨ３ガス、Ａｒガス及びＨ２ガスを供給して、Ｔｉ膜の表面をＮＨ３ガスにより窒化して、ＴｉＮ（チタンナイトライド）の層が形成される。またＴｉＮの層を更に積層し、後工程でのＴｉ膜の膜剥がれ防止のためにウエハＷの表面をＴｉＮ膜で覆ってもよい。Ｔｉ成膜の際には、上述のように処理容器２内のプラズマを安定させているため、ウエハＷに対するプラズマ処理を安定させることができる。
【００３８】
上述の実施の形態によれば、処理容器２内に設けられた下部電極を兼用する金属製の載置台３の載置面にアルミナの微細粒子１００を吹き付ける第１のブラスト処理を行った後、ドライアイスの微細粒子１０１を吹き付ける第２のブラスト処理を行っている。そのためアルミナの微細粒子１００の吹き付けにより形成された凹凸の角部が丸まる。このため高周波電源５１からガス供給部５（上部電極）、ウエハＷ及び載置台３を介してアースに至るまでの高周波電流路においてウエハＷと載置台３との間のインピーダンスが小さくなる。従ってプラズマ発生領域から処理容器２の側壁などに向かう電流路の形成が抑えられるので、プラズマが安定化し、安定したプラズマ処理を行うことができる。
そして載置台３の表面を粗面化してパーティクルの発生を抑制すると共に、載置台３の表面を粗面化してウエハＷとの接触面積を小さくすることによって、ウエハＷの自重による静止摩擦力を増大させ、かつウエハＷの裏面に回り込むガスを抜けやすくすることにより、ウエハＷを滑りにくくする。そのため載置台３の表面の平均表面粗さＲａは、５μｍ以上とすることが好ましい。
【００３９】
[第２の実施の形態]
また第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置として、第１の表面処理である第１のブラスト処理に続いて、載置台３の表面に向けて第２の表面処理として、Ａｒプラズマを表面に照射する処理を行った載置台３を用いてもよい。例えば第１のブラスト処理を行い、純水による洗浄を行った後、図１に示すプラズマ処理装置の載置台３の位置に設置する。続いて処理容器２内にＡｒガスを供給し、高周波電源５１から高周波電力を供給する。これにより励起されたＡｒガスが載置台３に引き寄せられて衝突する。この結果図２（ｃ）に示す第２のブラスト処理を行った載置台３の表面と同様に、第１のブラスト処理により形成された凹凸の角部をＡｒプラズマの衝突により丸めることができる。Ａｒプラズマによる処理を終えた後、例えば載置台３を取り外し、最終洗浄を行った後、プラズマ処理装置に再び取り付けるようにしてもよい。このように構成した場合にも、載置台３の表面の凹凸の角部を丸めることができるため、当該載置台３をプラズマ処理装置に装着することにより、リアクタンス値に対する上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値の波形における異常波形の発生を抑制することができる。
また第１のブラスト処理、第２のブラスト処理は、少なくとも載置台３におけるウエハＷを載置する載置面に処理されていればよい。同様にＡｒプラズマによる処理も載置台３における載置面に行われていれば、所望の効果を得ることができる。
【００４０】
さらに載置台３を長期間使用すると、ウエハＷと載置台３との摩擦により平均表面粗さＲａが低くなる。そのためプラズマ処理装置から載置台３を取り外し、載置台３の表面にアルミナのブラスト処理を行って、載置台３の平均表面粗さＲａを高める再生処理を行う場合がある。この場合にも載置台３の表面にアルミナのブラスト処理を行った直後は、載置台３の表面に形成された凹凸の凸部の先端や凹部の底部が鋭利であるため、リアクタンス値に対する上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値の波形に異常波形が発生しやすい。そのため再生処理を行う場合においても、載置台３の製造工程と同様に、載置台３の表面にアルミナの微細粒子１００を、例えばエアーブラスト装置により噴射する第１のブラスト処理工程を行った後、続いて純水により載置台３の表面の洗浄処理を行う。その後載置台３の全体の表面に向けて例えばドライアイスの微細粒子１０１をエアーブラスト装置により噴射する第２のブラスト処理工程を行う。その後最終洗浄を行った後、プラズマ処理装置に取り付けることで、リアクタンス値に対する上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値の波形における異常波形の発生を抑制することができる。
【００４１】
[検証試験１]
載置台３の平均表面粗さＲａ及びウエハＷに形成されたシリコン酸化膜（シリコン層を加熱して酸化した、いわゆる熱酸化膜）の膜厚と異常波形の発生率との関係を調べるため以下の試験を行った。
（サンプル１）
図１に示すプラズマ処理装置における載置台３にアルミナによる第１のブラスト処理を行い平均表面粗さＲａを２μｍとした。またシリコン酸化膜を１０００、３０００、４０００及び１００００Åの厚さに成膜したウエハＷを各膜厚ごとに６枚用い、各ウエハＷを載置台３に載置し、シリコン酸化膜の膜厚ごとにリアクタンス値を−４０Ωから＋１３０Ωに変動させたときのリアクタンス値に対する上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値の波形における異常波形の発生率を測定した。
（サンプル２）
載置台３の平均表面粗さＲａを９．３μｍに設定し、シリコン酸化膜を１０００及び５５００Åの厚さに成膜したウエハＷを用いたことを除いてサンプル１と同様に行った例をサンプル２とした。
（サンプル３）
載置台３の平均表面粗さＲａを９．５μｍに設定し、シリコン酸化膜を１０００、３０００、４０００、５５００、７５００及び１００００Åの厚さに成膜したウエハＷを用いたことを除いてサンプル１と同様に行った例をサンプル３とした。
（サンプル４）
載置台３の平均表面粗さＲａを９．８μｍに設定し、シリコン酸化膜を１０００、１５００、３０００、５５００、７５００及び１００００Åの厚さに成膜したウエハＷを用いたことを除いてサンプル１と同様に行った例をサンプル４とした。
（サンプル５）
載置台３の平均表面粗さＲａを１０μｍに設定し、シリコン酸化膜を１０００、３０００及び５５００Åの厚さに成膜したウエハＷを用いたことを除いてサンプル１と同様に行った例をサンプル５とした。
（サンプル６）
載置台３の平均表面粗さＲａを１０．５μｍに設定し、シリコン酸化膜を１０００、３０００及び５５００Åの厚さに成膜したウエハＷを用いたことを除いてサンプル１と同様に行った例をサンプル６とした。
（サンプル７）
載置台３の平均表面粗さＲａを１０．８μｍに設定し、シリコン酸化膜を５００、７５０、１０００、１２００、２０００、３０００、４０００及び１００００Åの厚さに成膜したウエハＷを用いたことを除いてサンプル１と同様に行った例をサンプル７とした。
【００４２】
各サンプルにおけるウエハＷの膜厚ごとの異常波形の発生率を測定し、図８には、横軸に載置台３の平均表面粗さＲａを座標で示し、縦軸にウエハＷに形成したシリコン酸化膜の膜厚を座標で示した等高線図であり、各サンプルにおける異常波形の発生率を高さとし、当該サンプルを示す座標の位置にプロットして等高線図を作成して示している。
また各サンプルにおいて、測定を行ったシリコン酸化膜の膜厚を示す座標の位置に記号を付し、当該サンプルにおける異常波形の発生率を示している。記号の○は、異常波形の発生率が０％、△は、異常波形の発生率が１〜９９％、×は異常波形の発生率が１００％であったことを示す。
【００４３】
図８に示すように平均表面粗さＲａを２μｍとしたサンプル１においては、すべてのウエハＷにおいて異常波形は発生しなかった。平均表面粗さＲａを９．３μｍとしたサンプル２においてシリコン酸化膜の膜厚を５５００Åとしたときに異常波形の発生が見られた。また平均表面粗さＲａを９．５〜１０μｍとしたサンプル３〜５においてはシリコン酸化膜の膜厚を５５００μｍ以上としたときにすべてのウエハＷにて異常波形が発生し、さらに平均表面粗さＲａを１０．８μｍとしたサンプル７においては、すべてのウエハＷで異常波形が見られ、シリコン酸化膜の膜厚を１０００Å以下にした場合にも異常波形が見られた。
この結果によればシリコン酸化膜の膜厚を厚くするほど異常波形は発生しやすくなると言える。さらに載置台３の平均表面粗さＲａを大きくすることにより、異常波形は発生しやすくなると言える。
【００４４】
[実施例１]
第１のブラスト処理を行った後、第２のブラスト処理を行い、平均表面粗さＲａを１０μｍに設定した載置台３を作成した。実施例１の載置台３は４台作成し、夫々実施例１−１〜１−４とした。また第２のブラスト処理を行わないことを除いて、実施例１と同様に処理した載置台３を作成し比較例１とした。比較例１の載置台３は３台作成し、夫々比較例１−１〜１−３とした。
実施例１及び比較例１の各々の載置台３において１０００Åの膜厚のシリコン酸化膜を成膜したウエハＷと３０００Åの膜厚のシリコン酸化膜を成膜したウエハＷとを夫々６枚用いて異常波形の発生率を測定した。
【００４５】
図９、１０はこの結果を示し夫々１０００Åの膜厚のシリコン酸化膜を成膜したウエハＷと３０００Åの膜厚のシリコン酸化膜を成膜したウエハＷとを載置して測定したときの実施例１−１〜１−４及び比較例１−１〜１−３の各載置台３の異常波形の発生率を示す。シリコン酸化膜の膜厚が１０００Å、３０００ÅのいずれのウエハＷを用いた場合においても、比較例１−１〜１−３では、略すべてのウエハＷにおいて異常波形が検出されていた。これに対して実施例１−１〜１−４では、すべてのウエハＷにおいて異常波形が検出されなかった。
この結果によれば、第１のブラスト処理を行った後、第２のブラスト処理を行うことにより、リアクタンス値に対する上部電極側の電流値及び下部電極側の電流値の波形における異常波形の発生を抑制することができると言える。
【００４６】
[実施例２]
実施例２として、第１のブラスト処理を行った後、第２のブラスト処理を行い、表面のＲａを１０μｍに設定した載置台３を作成した。また比較例２として、第２のブラスト処理を行わないことを除いて、実施例２と同様に処理した載置台３を作成した。実施例２及び比較例２における載置台３の表面写真を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影し、表面のコントラストの数値を算出し、ある閾値以上の値を示している領域を局所的に高さの高い部位（凸部の先端部）とし、その面積を測定した。またコントラストの数値がある閾値以下の値を示している領域を局所的に高さの低い部位（凹部の底部）とし、その面積を測定した。なお実施例２及び比較例２における平均表面粗さＲａの値は、夫々１０．２２μｍ及び１０．３６μｍであり、平均表面粗さＲａは、いずれも１０μｍ以上を示していた。
【００４７】
この結果、実施例２においては、全面積に対する凸部の先端部の面積の割合は、１０．９％であり、凹部の底部の面積の割合は、０．２％であった。比較例２においては、全面積に対する凸部の先端部の面積の割合は、１１．１％であり、凹部の底部の面積の割合は、１．８％であった。この結果によれば、実施例２においては、比較例２に比べて凸部の先端部や凹部の底部となる領域の面積が少なくなっていることが分かる。これはドライアイスの微細粒子１０１のブラスト処理により、角部が丸まり、凸部の先端部や凹部の底部が少なくなったためと推察される。
【符号の説明】
【００４８】
２                  処理容器
３                  載置台
５                  ガス供給部
９                  制御部
３０、５０          電流計
３５                リアクタンス調整部
５１                高周波電源
Ｗ                  ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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