JP2017147278A - 基板載置台および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】１２０℃を超える温度でも、静電チャックのセラミックス溶射皮膜からなる誘電体層にクラックや剥がれが生じ難い、静電チャックを有する基板載置台を提供する。【解決手段】処理容器４内で被処理基板に処理を施す基板処理装置において基板を載置し、１２０℃を超える温度で使用される基板載置台３０は、金属製の基材３１と、基材３１の上に設けられ、セラミックス溶射皮膜からなる誘電体層４５と、誘電体層４５の内部に設けられた吸着電極４６とを有し、被処理基板を吸着する静電チャック３２とを有し、基材３１の少なくとも誘電体層４５と接触する部分がマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、基板を載置する基板載置台およびそれを用いた基板処理装置に関する。
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造過程においては、被処理基板に対して、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等の処理が行われる。
このような処理を施す基板処理装置としては、チャンバー（処理容器）内に配置された基板載置台に被処理基板を載置し、処理容器内を真空に保持した状態で、チャンバー内にプラズマを生成して被処理基板に対してプラズマ処理を施すものが知られている。
このような基板処理装置の基板載置台としては、基材と、その上に設けられた静電チャックとを有するものが用いられている。静電チャックは、セラミックス溶射皮膜からなる誘電体層と、その中に設けられた吸着電極とを有し、吸着電極に直流電圧を印加することにより、静電吸着力、例えばクーロン力やジョンセン・ラーベック力によって被処理基板を吸着固定するものである。
従来、基材としてアルミニウムが多用され、誘電体層としてアルミナが多用されていたが、アルミニウムの線膨張係数が２３．８×１０−６／℃であるのに対し、アルミナの線膨張係数は６．４×１０−６／℃であり、プラズマ等の熱により基板載置台の温度が上昇すると、誘電体層に大きなストレスが加わり、誘電体層にクラックや剥がれが発生することが懸念されていた。特に、大型のＦＰＤ基板用の載置台においてこのような問題が顕著となっていた。
そこで、誘電体層を、基材の線膨張係数との差の絶対値が１４×１０−６／℃以下である線膨張係数を有するセラミックス溶射膜によって形成し、このような誘電体層のクラックを防止する技術が提案されている（特許文献１）。
特許第４９９４１２１号公報
ところで、ＦＰＤ基板に対する処理として、成膜処理等の高温処理が存在するが、静電チャックを有する基板載置台では、その温度が１２０℃を超えると、特許文献１の技術に基づいて静電チャックの誘電体層と基材との熱膨張差を調整しただけでは、誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜が基材の伸びに追従できず、誘電体層のクラックや剥がれを有効に防止することが困難である。
一方、高温処理として化学蒸着（ＣＶＤ）を行う成膜装置では、静電チャックを用いない構造の基板載置台を用いる場合もあるが、基板を吸着する構造がないため、基板と載置台表面との間にギャップが生じてしまい、基板を高精度で温度コントロールすることは困難である。また、基板をメカニカルにクランプする機構を用いる場合もあるが、基板の外周部のみのクランプであるため、基板の中央部にはギャップが残り、やはり基板の温度コントロールを行うことは困難である。
したがって、１２０℃を超える温度でも、静電チャックのセラミックス溶射皮膜からなる誘電体層にクラックや剥がれが生じ難い、静電チャックを有する基板載置台、およびそれを用いた基板処理装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、処理容器内で被処理基板に処理を施す基板処理装置において基板を載置し、１２０℃を超える温度で使用される基板載置台であって、金属製の基材と、前記基材の上に設けられ、セラミックス溶射皮膜からなる誘電体層と、前記誘電体層の内部に設けられた吸着電極とを有し、被処理基板を吸着する静電チャックとを有し、前記基材の少なくとも前記誘電体層と接触する部分がマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されていることを特徴とする基板載置台を提供する。
上記第１の観点において、前記基材および前記静電チャックを介して前記静電チャック上の被処理基板を所定温度に温調する温調機構をさらに有し、前記温調機構により前記基板載置台が１２０℃を超える温度となるように構成することができる。この場合に、前記基材は、前記静電チャックの前記誘電体層と接する上部プレートと、前記上部プレートの下に設けられ、前記温調機構により温調される下部プレートとを有し、少なくとも前記上部プレートがマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されている構造とすることができる。
本発明の第２の観点は、処理容器内で被処理基板に処理を施す基板処理装置において基板を載置し、１２０℃を超える温度で使用される基板載置台であって、金属製の基材と、前記基材の上に設けられ、セラミックス溶射皮膜からなる誘電体層と、前記誘電体層の内部に設けられた吸着電極とを有し、被処理基板を吸着する静電チャックとを有し、前記誘電体層を構成する前記セラミックス溶射皮膜のヤング率をＥとし、前記基材の少なくとも前記誘電体層と接触する部分と、前記誘電体層を構成する前記セラミックス溶射皮膜との線膨張係数差をΔαとした場合に、Ｅ×Δα≦２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］を満たすことを特徴とする基板載置台を提供する。
上記第２の観点において、前記基材および前記静電チャックを介して前記静電チャック上の被処理基板を所定温度に温調する温調機構をさらに有し、前記温調機構により前記基板載置台が１２０℃を超える温度となるように構成することができる。この場合に、前記基材は、前記静電チャックの前記誘電体層と接する上部プレートと、前記上部プレートの下に設けられ、前記温調機構により温調される下部プレートとを有し、前記上部プレートと、前記誘電体層を構成する前記セラミックス溶射皮膜との線膨張係数差をΔαとした場合に、Ｅ×Δα≦２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］を満たすようにすることができる。
上記第１および第２の観点において、前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、およびＹ２Ｏ３（イットリア）から選択された少なくとも一種を用いることができる。また、前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、およびＹ２Ｏ３（イットリア）から選択されたものであることが好ましい。また、前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、溶射する粉末の配合を任意に変えた混合体である、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２およびＹ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・Ｓｉ３Ｎ４の少なくとも一種とで構成されたものであってもよい。さらに、前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、およびＹ２Ｏ３（イットリア）から選択された少なくとも一種と、溶射する粉末の配合を任意に変えた混合体である、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２およびＹ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・Ｓｉ３Ｎ４の少なくとも一種とで構成されたものであってもよい。
本発明の第３の観点は、被処理基板に対して処理を施すための処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する上記第１の観点または第２の観点に記載された基板載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記処理容器内に導入する処理ガス導入部と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。
本発明によれば、基材としてマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼を用いること、または、誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜のヤング率をＥとし、基材の少なくとも誘電体層と接触する部分と、前記誘電体層を構成する前記セラミックス溶射皮膜との線膨張係数差をΔαとした場合に、Ｅ×Δα≦２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］を満たすことにより、１２０℃を超える温度でも、静電チャックのセラミックス溶射皮膜からなる誘電体層にクラックや剥がれが生じ難くすることができる。
本発明の一実施形態に係る基板載置台を用いた基板処理装置であるプラズマ処理装置を示す断面図である。 アルミニウム基材とＡｌ２Ｏ３溶射膜を組み合わせた構造の基板載置台（構造Ａ）、オーステナイト系ステンレス鋼基材とＡｌ２Ｏ３溶射膜を組み合わせた構造の基板載置台（構造Ｂ）、マルテンサイト系ステンレス鋼基材とＡｌ２Ｏ３溶射膜を組み合わせた構造の基板載置台（構造Ｃ）について、線膨張係数差Δαと耐熱温度との関係、およびΔαとＥ×Δαとの関係を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る基板載置台を示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板載置台を用いた基板処理装置であるプラズマ処理装置を示す断面図である。
図１に示すように、このプラズマ処理装置は、ＦＰＤ用の矩形状ガラス基板（以下、単に「基板」と記す）Ｇに対してエッチングを行う誘導結合型プラズマエッチング装置として構成されている。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。
このプラズマ処理装置１００は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより接地されている。本体容器１は、誘電体壁２により上下に区画されており、上側がアンテナ室を画成するアンテナ容器３となっており、下側が処理室を画成するチャンバー（処理容器）４となっている。誘電体壁２はチャンバー４の天井壁を構成している。誘電体壁２は、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックス、石英等で構成されている。
本体容器１におけるアンテナ容器３の側壁３ａとチャンバー４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。
誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１は十字状に設けられており、誘電体壁２を下から支持する構造、例えば梁構造となっている。なお、上記誘電体壁２を支持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。金属支持棚５およびシャワー筐体１１は誘電体部材で被覆されていてもよい。
このシャワー筐体１１は導電性材料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内面または外面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。このシャワー筐体１１には水平に伸びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス供給管２０ａは、本体容器１の天井からその外側へ貫通し、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。したがって、プラズマ処理においては、処理ガス供給系２０から供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に供給され、その下面のガス吐出孔１２ａからチャンバー４内へ吐出される。
アンテナ容器３内には、高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配設されている。高周波アンテナ１３は、銅やアルミニウム等の良導電性の金属からなるアンテナ線１３ａを環状や渦巻状等の従来用いられる任意の形状に配置して構成される。複数のアンテナ部を有する多重アンテナであってもよい。
アンテナ線１３ａの端子２２にはアンテナ容器３の上方へ延びる給電部材１６が接続されている。給電部材１６の上端には、給電線１９より高周波電源１５が接続されている。また、給電線１９には整合器１４が介装されている。さらに、高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ１７により誘電体壁２から離間している。そして、高周波アンテナ１３に、高周波電源１５から例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることにより、チャンバー４内に誘導電界が形成され、この誘導電界によりシャワー筐体１１から供給された処理ガスがプラズマ化され、誘導結合プラズマが生成される。
チャンバー４内の底壁には、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなる絶縁部材２６を介して、基板Ｇを載置する基板載置台３０が設けられている。基板載置台３０の詳細な構造は後述する。
チャンバー４の底部４ｂには、複数の排気口５０が設けられており、各排気口５０には排気管５１が接続されている。この排気管５１には排気装置５２が接続されるとともに、図示しない圧力調整弁が設けられている。排気装置５２はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー４内を排気して所定の真空度まで真空引き可能なように構成されている。
また、チャンバーの側壁４ａには、基板Ｇをチャンバー４に対して搬入出するための搬入出口５５が設けられており、搬入出口５５はゲートバルブ５６によって開閉可能となっている。チャンバー４に隣接して図示しない搬送室が設けられており、ゲートバルブ５６を開にすることにより、搬送室内に設けられた搬送機構（図示せず）により搬入出口５５を介して基板Ｇの搬入出が可能となる。
また、プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理装置１００の各構成部を制御するためのマイクロプロセッサ（コンピュータ）を有する制御部６０を備えている。
次に、基板載置台３０の詳細な構造について説明する。
基板載置台３０は、上述した絶縁部材２６の上に設けられた、基材３１と、基材の上に設けられた静電チャック３２と、基材３１および静電チャック３２の側壁を覆う側壁絶縁部材３３とを有している。基材３１および静電チャック３２は基板Ｇの形状に対応した矩形状をなし、基板載置台３０の全体が四角板状または柱状に形成されている。側壁絶縁部材３３は、アルミナ等の絶縁性セラミックスで構成されている。
基材３１は、上面に静電チャック３２が形成される上部プレート３５と、上部プレート３５を支持する下部プレート３６とを有する。
下部プレート３６の内部には、温調媒体流路３７およびヒーター３８が設けられている。温調媒体流路３７には温調媒体通流管３９が接続されており、温調媒体通流管３９は温調媒体供給部４０に接続されている。そして、温調媒体供給部４０から温調媒体通流管３９を介して温調媒体流路３７に所定の温度の温調媒体が供給される。また、ヒーター３８にはヒーター電源４１が接続されており、ヒーター３８はヒーター電源４１から給電されることにより発熱する。温調媒体流路３７、ヒーター３８、温調媒体通流管３９、温調媒体供給部４０、ヒーター電源４１は基板載置台３０の温調機構を構成する。このような温調機構により、下部プレート３６が所定温度に温調され、下部プレート３６から上部プレート３５および静電チャック３２を介して基板Ｇが温調されるようになっている。本実施形態では、温調機構による温調温度が１２０℃を超える場合に好適である。
温調媒体とヒーター３８とは、温調温度により使い分けることができる。例えば、温調温度が２００℃程度までは温調媒体を用い、それを超えるとヒーター３８を用いる。温調範囲が限定されているときは、基板載置台３０の温調機構として温調媒体流路３７およびヒーター３８のいずれか一方のみを用いてもよい。
静電チャック３２は、上部プレート３５の表面、すなわち基材３１の表面に形成されたセラミックス溶射膜からなる誘電体層４５と、誘電体層４５の内部に水平に設けられた吸着電極４６とを有する。吸着電極４６は板状、膜状、格子状、網状等種々の形態をとることができる。吸着電極４６には、給電線４７を介して直流電源４８が接続されており、吸着電極４６に直流電圧が印加されるようになっている。吸着電極４６への給電は、スイッチ（図示せず）でオンオフされるようになっている。吸着電極４６に直流電圧を印加することにより、クーロン力やジョンセン・ラーベック力等の静電吸着力が発生し基板Ｇが吸着される。
基板載置台３０には、基板Ｇの受け渡しを行うための複数のリフタピン（図示せず）が基板載置台３０の上面（すなわち静電チャック３２の上面）に対して突没可能に設けられており、基板Ｇの受け渡しは、基板載置台３０の上面から上方に突出した状態のリフタピンに対して行われる。また、基板載置台３０に基板Ｇが載置された状態で、基板Ｇと基板載置台３０との間に熱伝達のための伝熱ガスが供給されるようになっている。伝熱ガスとしては熱伝達性の高いＨｅガスを好適に用いることができる。
基材３１のうち、少なくとも、静電チャック３２と直接する部分を構成する上部プレート３５は、マルテンサイト系ステンレス鋼、またはフェライト系ステンレス鋼により構成されることが好ましい。これらの中ではマルテンサイト系ステンレス鋼がより好ましい。
マルテンサイト系ステンレス鋼は、金属組織が主にマルテンサイト相であり、ＪＩＳ規格でＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０Ｊ１、ＳＵＳ４２０Ｊ２が好適である。その他のマルテンサイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４１０Ｓ、ＳＵＳ４４０Ａ、ＳＵＳ４１０Ｆ２、ＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４２０Ｆ２、ＳＵＳ４３１等を挙げることができる。
フェライト系ステンレス鋼は、金属組織が主にフェライト相であり、ＪＩＳ規格でＳＵＳ４３０が好適である。その他のフェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＵＳ４４３Ｊ１、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４４４等を挙げることができる。
マルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼は、従来基材として用いられているアルミニウムやオーステナイトステンレス鋼に比べて線膨張係数が小さく、１２０℃を超えるような高温での使用においても、その上に形成される静電チャック３２のセラミックス溶射皮膜として構成される誘電体層４５に及ぼされる熱ストレスを小さくすることができる。
例えば、アルミニウムの線膨張係数は２３．８×１０−６／℃であり、オーステナイト系ステンレス鋼の線膨張係数は、ＳＵＳ３０３およびＳＵＳ３０４で１７．３×１０−６／℃、ＳＵＳ３１６で１６×１０−６／℃であるのに対して、マルテンサイト系ステンレス鋼の線膨張係数は、ＳＵＳ４０３およびＳＵＳ４２０Ｊ１が１０．４×１０−６／℃、ＳＵＳ４１０およびＳＵＳ４４０Ｃが１０．１×１０−６／℃であり、フェライト系ステンレス鋼の線膨張係数は、ＳＵＳ４３０で１１×１０−６／℃である。
また、マルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼の熱伝導率は、アルミニウムよりも低いもののオーステナイト系ステンレス鋼よりも大きく、温調効果はオーステナイト系ステンレス鋼を用いた場合よりも良好となる。
例えば、アルミニウムの熱伝導率は１３８Ｗ／ｍ・Ｋであり、オーステナイト系ステンレス鋼の熱伝導率はＳＵＳ３０３およびＳＵＳ３１６で１５Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳＵＳ３０４で１６．３Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、マルテンサイト系ステンレス鋼の熱伝導率は、ＳＵＳ４０３で２５．１Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳＵＳ４１０で２４．９Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳＵＳ４２０Ｊ１で３０Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳＵＳ４４０Ｃで２４．３Ｗ／ｍ・Ｋであり、フェライト系ステンレス鋼の熱伝導率は、ＳＵＳ４３０で２６．４Ｗ／ｍ・Ｋである。
なお、線膨張係数が十分小さく、基材３１として適した熱伝導率を有する材料として、他にＴｉやＡｌＮがあるが、いずれも高価な材料であり、しかもＴｉは難加工性であり、ＡｌＮは大型品の作製が困難であるので、基板載置台の基材としては不適である。
下部プレート３６は静電チャック３２と直接接触せず、誘電体層４５に対する熱膨張の影響が小さいので、下部プレート３６をマルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼以外の金属材料、例えばアルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼で構成することができる。特に熱伝導率が高く温度を制御しやすいアルミニウムを用いることが好ましい。ただし、下部プレート３６を、上部プレート３５と同様、マルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼で構成してもよい。この場合に、上部プレート３５と同じ組成のマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼で構成されることが好ましい。
静電チャック３２の誘電体層４５を構成するセラミックス溶射皮膜は、誘電体セラミックスを溶射することにより得られる。溶射方法としてはプラズマ溶射が好ましい。誘電体層４５を構成するセラミックスとしては、クーロン力やジョンセン・ラーベック力で基板を吸着できる抵抗率を有する誘電体が用いられ、例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３（イットリア）が好ましい。また、これらの混合体を用いることもできる。溶射の場合は、溶射する粉末の配合を変えることで任意の比率の混合体とすることができる。また、このような混合体である、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２やＹ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・Ｓｉ３Ｎ４の少なくとも一種を、誘電体層４５を構成するセラミックス皮膜として用いることもできる。この場合に、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２やＹ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・Ｓｉ３Ｎ４の少なくとも一種のみで誘電体層４５を構成してもよいが、これらを、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３（イットリア）、またはこれらの混合体とともに、例えば積層膜（混合膜）として用いることが好ましい。
一方、基板載置台３０の温度が上昇することにより、セラミックス溶射膜（誘電体層４５）には応力が発生する。その際の膜応力σは、以下の（１）式で表すことができる。
σ＝Ｅ×Δε＝Ｅ×ΔＴ×Δα ・・・（１）
ただし、Ｅはセラミックス溶射皮膜のヤング率、Δεは基材（上部プレート）とセラミックス溶射皮膜とのひずみの差、ΔＴは温度差、Δαは基材（上部プレート）とセラミックス溶射皮膜の線膨張係数差である。
膜応力σが大きくなると、誘電体層４５を構成するセラミックス溶射皮膜のクラックや膜剥がれが生じるおそれがあるため、σを極力小さくする必要があるが、上記（１）式で示すように、膜応力σは、特許文献１に示すように単純に基材とセラミックス溶射皮膜の線膨張係数差Δαを小さくするのみならず、皮膜自体のヤング率Ｅと線膨張係数差Δαとを小さくすることにより小さくなるのであり、ヤング率Ｅと線膨張係数差Δαの積の値を小さくすることが重要である。
そして、皮膜のヤング率Ｅ×線熱膨張係数差Δαの値が２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］以下であれば、基板載置台３０を１２０℃より高い温度に加熱しても、静電チャックの誘電体層（セラミックス溶射皮膜）にクラックや剥がれを有効に防止することができる。すなわち、Ｅ×Δα≦２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］であることが好ましい。ここで、線膨張係数差Δαを算出する基準となるのは基材３１の誘電体層４５と接している部分であり、本実施形態では上部プレート３５である。
従来から用いられているアルミニウム基材とＡｌ２Ｏ３（アルミナ）溶射皮膜膜との組み合わせでは、アルミニウムの線熱膨張係数が２３．８×１０−６／℃であり、Ａｌ２Ｏ３の線膨張係数が６．４×１０−６／℃であるので、Δαが１７．４×１０−６／℃であり、Ａｌ２Ｏ３のヤング率Ｅが３７０×１０９Ｎ／ｍ２であるので、Ｅ×Δαの値は６．４４×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］と大きい値となる。また、オーステナイト系ステンレス鋼基材とＡｌ２Ｏ３との組み合わせでもΔαが１０．９×１０−６／℃であり、Ｅ×Δαの値は４．０３×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］と大きい値となる。
これに対して、基材として上述したマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた場合には、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）溶射皮膜との組み合わせでもΔαが３．７×１０−６〜４×１０−６／℃であり、Ｅ×Δαの値は１．３７×１０６〜１．４８×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］と小さい値となる。
他のセラミックス溶射皮膜材料であるＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３（イットリア）の線膨張係数は、それぞれ７．７×１０−６／℃、１２．５×１０−６／℃、１３×１０−６／℃、８．２×１０−６／℃となる。また、これらのヤング率は、それぞれ１２０×１０９Ｎ／ｍ２、１５０×１０９Ｎ／ｍ２、４１×１０９Ｎ／ｍ２、１６０×１０９Ｎ／ｍ２となる。このように、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３（イットリア）は、いずれもＡｌ２Ｏ３（アルミナ）よりも線膨張係数が大きくヤング率が低いため、セラミック溶射皮膜としてこれらを用いることにより、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）を用いた場合よりもＥ×Δαの値が小さくなり、より有利である。
基材３１としてマルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼を用い、誘電体層４５を構成するセラミックス溶射皮膜材料としてＡｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３（イットリア）等を用いることが好ましいが、皮膜のヤング率Ｅ×線熱膨張係数差Δαの値が２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］以下であれば、他の組み合わせでもよい。
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１００における処理動作について説明する。以下の処理動作は制御部６０の制御のもとに行われる。
まず、排気装置５２によってチャンバー４内を排気して所定の圧力とし、ゲートバルブ５６を開放して搬入出口５５から図示しない搬送手段によって基板Ｇを搬入し、図示しないリフタピンを上昇させた状態でその上に基板Ｇを受け取り、リフタピンを下降させることにより基板載置台３０上に基板Ｇを載置させる。搬送手段をチャンバー４から退避させた後、ゲートバルブ５６を閉じる。
この状態で、圧力調整弁（図示せず）によりチャンバー４内の圧力を所定の真空度に調整するとともに、処理ガス供給系２０から、ガス供給管２０ａおよびシャワー筐体１１を介して処理ガスをチャンバー４内に供給する。
このとき、基板載置台３０を、基材３１の下部プレート３６内の温調媒体流路３７に温調媒体を通流させるか、またはヒーター３８に給電することにより所定温度に温調し、基板Ｇの裏面側にはＨｅガスのような熱伝達用ガスを供給する。このとき、プラズマ処理が成膜処理等の高温処理の場合は、例えば基板載置台３０を１２０℃を超える温度に温調する。
次いで、高周波電源１５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより誘電体壁２を介してチャンバー４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、チャンバー４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Ｇに対して所定のプラズマ処理、例えば成膜処理やエッチング処理が行われる。
このとき、基板載置台３０の温度を１２０℃より高い温度に加熱する必要がある場合は、従来のように、基材としてアルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼を用いるときには、特許文献１のように、静電チャック３２の誘電体層４５を構成するセラミックス溶射皮膜の材料を選択しても、セラミックス溶射皮膜が基材の伸びに追従できず、誘電体層の割れを有効に防止することが困難であった。
これに対して、基材３１の少なくとも静電チャック３２と接する部分、本実施形態の場合は少なくとも上部プレート３５をマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼とすることにより、基板載置台３０の温度を１２０℃よりも高い温度に加熱しても、静電チャック３２の誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜が基材３１の伸びに追従することができ、セラミックス溶射皮膜のクラックや剥がれを防止することができる。
このとき、基板載置台３０の温度が上昇することによりセラミックス溶射膜（誘電体層４５）に発生する応力は、上記（１）式のように表すことができ、膜応力σは、特許文献１に示すように単純に基材とセラミックス溶射皮膜の線膨張係数差Δαを小さくするのみならず、皮膜自体のヤング率Ｅと線膨張係数差Δαとを小さくすることにより小さくなるのであり、ヤング率Ｅと線膨張係数差Δαの積の値を小さくすることが重要であること、および皮膜のヤング率Ｅ×線熱膨張係数差Δαの値が２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］以下であれば、基板載置台３０を１２０℃より高い温度に加熱しても、静電チャックの溶射皮膜（セラミックス溶射膜）のクラックや剥がれを有効に防止することができることが見出された。
そして、基材３１の材料をマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼にすることにより、誘電体層４５を構成するセラミックス溶射皮膜として、上記好ましい材料の中で最も熱膨張係数が小さくかつヤング率が大きいＡｌ２Ｏ３（アルミナ）を用いた場合でも、皮膜のヤング率Ｅ×線熱膨張係数差Δαの値を２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］以下とすることができる。
また、このように皮膜のヤング率Ｅ×線熱膨張係数差Δαの値を２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］以下とすることにより、基板載置台３０の耐熱性を２００℃以上、さらには２５０℃以上とすることも可能となる。
さらに、基材３１としてマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼を用い、誘電体層４５を構成するセラミックス溶射皮膜の材料として、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）よりも線膨張係数が大きくヤング率が低いＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３（イットリア）を用いれば、皮膜のヤング率Ｅ×線熱膨張係数差Δαの値を１×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］以下とすることができる。このため、より高い耐熱性を得ることができ、基板載置台３０の耐熱性をより容易に２５０℃以上とすることができる。
次に、実際に、アルミニウム基材とＡｌ２Ｏ３溶射膜を組み合わせた構造の基板載置台（構造Ａ）、オーステナイト系ステンレス鋼基材とＡｌ２Ｏ３溶射膜を組み合わせた構造の基板載置台（構造Ｂ）、マルテンサイト系ステンレス鋼基材とＡｌ２Ｏ３溶射膜を組み合わせた構造の基板載置台（構造Ｃ）を作製し、これらについて耐熱温度を評価した。耐熱温度は、各構造の基板載置台を加熱したときにセラミックス溶射皮膜に損傷が生じないことが保証される温度である。
表１に、これら構造の材料の組み合わせ、線膨張係数差Δα、皮膜のヤング率Ｅ×Δαの絶対値、および耐熱温度をまとめたものを示す。また、図２にこれら構造について、線膨張係数差Δαと耐熱温度との関係、およびΔαとＥ×Δαとの関係を示す。
Figure 2017147278
表１および図２に示すように、従来の構造Ａおよび構造Ｂは、Δαが１０×１０−６／℃以上と大きく、Ｅ×Δαの値（絶対値）が６．４４×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］および４．０３×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］と２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］を大幅に超えた値となり、それぞれ耐熱温度が４０℃、１２０℃と低い結果となった。これに対し、基材としてマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた構造Ｃは、Δαが３．７×１０−６／℃と小さく、Ｅ×Δαの値（絶対値）が１．３７×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］と２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］より小さいため、耐熱温度が２５０℃と従来よりも極めて高い耐熱性を示した。
次に、基材としてマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼を用い、誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜の材料としてＡｌ２Ｏ３以外のＭｇＯ・ＳｉＯ２、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３を用いた構造Ｄ〜Ｋについて検討した。表２には構造Ｄ〜Ｋの基材の材料、セラミックス溶射皮膜の材料、線膨張係数差Δα、皮膜のヤング率Ｅ×Δαの値を示す。
Figure 2017147278
表２に示すように、基材としてマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼を用い、誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜の材料として、Ａｌ２Ｏ３よりも線膨張係数が大きくヤング率が低いＭｇＯ・ＳｉＯ２、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２、ＹＦ３、Ｙ２Ｏ３を用いることにより、Ｅ×Δαの値を構造Ｃよりもさらに低く１×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］以下にできることが確認された。この結果から、これら構造Ｄ〜Ｋは、構造Ｃの２５０℃よりもさらに高い耐熱温度、例えば３００℃以上の耐熱温度を期待することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図３は本発明の他の実施形態に係る基板載置台を示す断面図である。この基板載置台３０′は、基本構造は上記基板載置台３０と同様であるが、基材３１（下部プレート３６）に給電線７１を介して接続された高周波電源７３が付加されている。なお、給電線７１には整合器７２が介装されている。この高周波電源７３は、基板載置台３０′上に載置されている基板Ｇに高周波バイアスを与えて基板Ｇにイオンを引き込む作用を有し、プラズマ処理が例えばエッチング処理の場合に有効に機能する。また、このように高周波電源７３を接続することにより、図１のアンテナ１３、高周波電源１５等からなる誘導結合プラズマ生成機構の代わりに、接地した上部電極を設けることにより、平行平板型の容量結合プラズマ生成機構を構成することができる。
このとき、高周波電力が供給される基材３１を構成する材料は比透磁率が低いほうが好ましい。基材３１として好ましい材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼は、比透磁率がそれぞれ７５０〜９５０および１０００〜１８００であり、いずれも高周波電力を供給することが可能であるが、比透磁率がより低いマルテンサイト系ステンレス鋼のほうが好ましい。
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、本発明の基板載置台を誘導結合型のプラズマ処理装置に適用した例について説明したが、これに限らず他のプラズマ処理装置の基板載置台に適用してもよい。他のプラズマ処理装置としては、上述したような容量結合型プラズマ処理装置を用いることができる。
また、本発明は、プラズマ処理装置に限らず、基板を基板載置台に載置して処理する基板処理装置全般に適用可能である。さらに、本発明は、基板載置台が１２０℃以上の高温で使用される用途に適用できれば、上記成膜処理やエッチング処理に限定されるものではない。
また、上記実施形態では、基材として、上部プレートと下部プレートに分割したタイプのものを例示したが、基材が一体構造であってもよい。
また、上記実施形態では、基材の下部プレートを温調するようにしたが、温調機構は基材外に設けてもよい。また、本発明は、基板載置台が１２０℃を超える温度となる処理に適用されるものであればよく、温調機構が必須ではない。
さらに、本発明は、ＦＰＤ用のガラス基板以外の基板を載置する基板載置台全般に用いることができる。ただし、矩形基板であるＦＰＤ用のガラス基板を載置する基板載置台、特に、一辺の長さが７００ｍｍ以上の矩形基板を載置する基板載置台は、温度が１２０℃を超えると静電チャックの誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜にクラックや剥がれが生じやすくなる。このため、本発明はこのような大きさの矩形基板を載置する基板載置台に特に有効である。
１；本体容器
２；誘電体壁
３；アンテナ容器
４；チャンバー
５；金属支持棚
１１；シャワー筐体
１３；高周波アンテナ
１４；整合器
１５；高周波電源
１６；給電部材
１７；スペーサ
１９；給電線
２０；処理ガス供給系
２２；端子
３０；基板載置台
３１；基材
３２；静電チャック
３３；側壁絶縁部材
３５；上部プレート
３６；下部プレート
３７；温調媒体流路
３８；ヒーター
３９；温調媒体通流管
４０；温調媒体供給部
４１；ヒーター電源
４５；誘電体層（セラミックス溶射皮膜）
４６；吸着電極
４７；給電線
４８；直流電源
５２；排気装置
６０；制御部
７３；高周波電源
１００；プラズマ処理装置
Ｇ；基板

Claims (11)

  1. 処理容器内で被処理基板に処理を施す基板処理装置において基板を載置し、１２０℃を超える温度で使用される基板載置台であって、
    金属製の基材と、
    前記基材の上に設けられ、セラミックス溶射皮膜からなる誘電体層と、前記誘電体層の内部に設けられた吸着電極とを有し、被処理基板を吸着する静電チャックと
    を有し、
    前記基材の少なくとも前記誘電体層と接触する部分がマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されていることを特徴とする基板載置台。
  2. 前記基材および前記静電チャックを介して前記静電チャック上の被処理基板を所定温度に温調する温調機構をさらに有し、前記温調機構により前記基板載置台が１２０℃を超える温度となることを特徴とする請求項１に記載の基板載置台。
  3. 前記基材は、前記静電チャックの前記誘電体層と接する上部プレートと、前記上部プレートの下に設けられ、前記温調機構により温調される下部プレートとを有し、少なくとも前記上部プレートがマルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の基板載置台。
  4. 処理容器内で被処理基板に処理を施す基板処理装置において基板を載置し、１２０℃を超える温度で使用される基板載置台であって、
    金属製の基材と、
    前記基材の上に設けられ、セラミックス溶射皮膜からなる誘電体層と、前記誘電体層の内部に設けられた吸着電極とを有し、被処理基板を吸着する静電チャックと
    を有し、
    前記誘電体層を構成する前記セラミックス溶射皮膜のヤング率をＥとし、前記基材の少なくとも前記誘電体層と接触する部分と、前記誘電体層を構成する前記セラミックス溶射皮膜との線膨張係数差をΔαとした場合に、
    Ｅ×Δα≦２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］を満たすことを特徴とする基板載置台。
  5. 前記基材および前記静電チャックを介して前記静電チャック上の被処理基板を所定温度に温調する温調機構をさらに有し、前記温調機構により前記基板載置台が１２０℃を超える温度となることを特徴とする請求項４に記載の基板載置台。
  6. 前記基材は、前記静電チャックの前記誘電体層と接する上部プレートと、前記上部プレートの下に設けられ、前記温調機構により温調される下部プレートとを有し、前記上部プレートと、前記誘電体層を構成する前記セラミックス溶射皮膜との線膨張係数差をΔαとした場合に、
    Ｅ×Δα≦２×１０６［（Ｎ／ｍ２）／℃］を満たすことを特徴とする請求項５に記載の基板載置台。
  7. 前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、およびＹ２Ｏ３（イットリア）から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板載置台。
  8. 前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、およびＹ２Ｏ３（イットリア）から選択されたものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板載置台。
  9. 前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、溶射する粉末の配合を任意に変えた混合体である、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２およびＹ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・Ｓｉ３Ｎ４の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板載置台。
  10. 前記誘電体層を構成するセラミックス溶射皮膜は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＹＦ３、およびＹ２Ｏ３（イットリア）から選択された少なくとも一種と、溶射する粉末の配合を任意に変えた混合体である、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２およびＹ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・Ｓｉ３Ｎ４の少なくとも一種とで構成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板載置台。
  11. 被処理基板に対して処理を施すための処理容器と、
    前記処理容器内で基板を載置する請求項１から請求項１０のいずれかに記載された基板載置台と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
    前記処理ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記処理容器内に導入する処理ガス導入部と、
    前記処理容器内を排気する排気機構と
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
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