JP2016046450A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理の効率を向上できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に静電吸着された試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記試料台が、前記試料を当該試料台の上方で上下させる複数の押上げピンと、前記試料がその上に載せられる凹凸を有した誘電体製の膜と、この誘電体製の膜上に配置され前記試料と当該誘電体製の膜との隙間に供給されるガスの供給口と、前記複数の押上げピンが内部に収納された貫通孔の開口とを備えて、前記ガスの供給口と連通し前記隙間に供給される当該ガスが通流する供給路及び前記貫通孔の開口と連通し前記隙間に供給されたガスが排出される排出路並びに前記供給路と排出路とを連通する連結路とを有した給排管路と連結されたものであって、前記連結路を介した供給路と排気路との間の連通を閉じた状態で当該供給路から前記ガスを前記隙間及び当該隙間を介して前記貫通孔の内部に供給する。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程においてウエハなどの基板状の試料の上面に予め配置された膜構造にエッチング等の処理を施す処理装置に係り、特に真空容器内部の処理室内に配置された試料台上面に載せられて保持されたウエハを当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスの微細化トレンドに伴い、半導体ウエハ等の基板状の試料上面に配置された膜構造をエッチング等の加工を施して配線を形成する処理に求められる加工の精度は年々厳しくなっている。プラズマ処理装置を用いてウエハ表面のパターンに基づいて高い精度でエッチングを施すためには、このエッチング中のウエハの表面の温度を適切に管理することが重要である。

近年では，更なる形状精度向上の要求に応じるため、ウエハを処理するプロセス中において当該処理の複数のステップ毎に応じてウエハの温度をより高速かつ精密に調節する技術が求められている。内部が高い真空度まで減圧されたプラズマ処理装置内においてウエハの表面温度を制御するために、ウエハの裏面と当該ウエハが載せられた試料の上面との間に熱伝達媒体を導入し、これを介して試料台に熱を伝達する効率を向上させるとともに試料台または試料の上面の温度を調節することが従来から行われてきた。

このような試料台の一般的な構成は、円筒形を有した試料台の上面に配置された円形を有したウエハの載置面を構成する部材が静電チャックの機能を奏するものである。具体的には、試料台上面に載せられたウエハを静電気力により載置面を構成する誘電体材料の膜（吸着膜）上面に吸着させてこれを保持する機能を備え、さらに載置面の表面とウエハの裏面の間に熱伝達媒体としてＨｅガス等の熱伝達を促進させる流体を熱媒体として供給することにより、真空容器内で試料台とウエハとの間で熱伝達の効率を向上させている。

また、このような試料台には、ウエハをプラズマ処理装置の外側から搬送する或いはプラズマ処理装置から取り出す搬送用のロボットとの間で受け渡すために、試料台と載置面の上方に持ち上げる又は載置面に載せるために降下させる構成が配置されている。このような構成の典型的なものは、試料台に対して上下方向に移動して試料台の載置面の内部から上面上方の特定の高さまでその先端を上下させる複数のピンが知られており、このようなピンが上方に移動してウエハをその先端上に載せさらに載置面上方に移動した状態で、ウエハ裏面と載置面との間に形成される隙間にウエハを搬送用のロボットのアーム先端に配置されたウエハ保持部分が進入してウエハをピン先端から保持部分上に移して、プラズマ処理装置外に搬出するものである。また逆に、ウエハ保持部分にウエハが保持された状態でアームがプラズマ処理装置の真空容器内部に進入し当該保持部分上のウエハをピン先端の上方まで移動させた後、ウエハがピン先端上に受け渡された後アームが真空容器外部に退出するものである。

このようなピンは複数本（例えば３本）以上が試料台の円形の載置面の上面に配置された開口と連通した貫通孔内部に収納され、これらの開口または貫通孔は載置面の中心の回りに中心から所定の距離で相互に離された箇所に配置されるものが一般的であるが、これらのピンの各々が配置される貫通孔や開口は、その内部に上述した静電吸着させる構成を配置するができないため、ピンが配置される箇所は試料台の載置面内において静電吸着の機能を奏することができないものとなる。このようなピンが配置された箇所では試料台とウエハとの間の伝熱の性能が低下してしまい、ひいてはこのピンが配置された位置の上方でこれに対応するウエハの箇所の温度がその周囲と著しく異なるばかりかその温度を所期のものに調節することが困難な温度の分布上の特異点となってしまう。

このような問題を解決するため、特開２０１０−２６７７０８号公報（特許文献１）のように、ピンが収納された貫通孔や穴の内部にウエハ裏面と誘電体膜の上面との間に供給されるものと同等のＨｅ等の伝熱用のガスを供給し、かつピンの収納された穴に充填される当該ガスの圧力がウエハと誘電体膜静電吸着面の伝熱ガス圧力よりも高く調節する構成が考えられている。この従来技術は、ウエハのピン穴の上方に対応する箇所においても熱伝達の量の低下を抑制してウエハの面内方向の温度の均一性が損なわれることを低減するものである。

一方で、特許文献１の構成では、ピンの側面とこれらが収納された穴の内壁面との間で真空容器内部の処理室の側と試料台の内部の側との間を気密に封止（シール）する構成を備えている。このため、ピンが貫通孔及び試料台内部に収納された状態から上方に移動してウエハの裏面にピン先端を押し当ててウエハを載置面の上方に持ち上げようとしてもウエハと載置面との間に静電吸着力が残留していてピンが破損したりシールが破れてしまった場合には、処理室内を処理に適した真空度に保てなくなってしまうという虞が有る。

このような問題を解決するために、ピンが収納された貫通孔の下方でピンの周囲を伸縮可能なベローズで囲んで覆い上記の破損やシールの破れが発生しても真空を保つことができる構成が、特開２０１０−１５３６７８号公報（特許文献２）に開示されている。本特許文献２では、ベローズ内に伝熱ガスを供給してピンを収納する穴を介してウエハの裏面と試料台表面間の隙間に伝熱ガスを供給する構成である。また、試料台の静電吸着面にウエハが載せられていない間に伝熱ガスを供給することで、ベローズ内に異物が進入することを抑制する構成も開示されている。

特開２０１０−２６７７０８号公報 特開２０１０−１５３６７８号公報

上記の従来技術では次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。

すなわち、特許文献２の構成では、押上げピン穴から伝熱ガスを供給する構成のため、万一、多数のウエハを処理する過程で押上げピン穴またはベローズ内に異物が溜まった場合には、伝熱ガス供給により異物がウエハ裏面まで舞い上がり、ウエハ裏面に付着する。ウエハ裏面に付着した異物は搬送ロボットのハンドなどを介してエッチング装置内全体に飛散する。異物がプラズマ処理によりウエハの上面に形成された微細パターン上に落下した場合、その部分に対応する配線を備えた半導体デバイスは使用できないか性能が損なわれることになり、生産性（歩留まり）の低下に繋がる。

更に、特許文献２のようにベローズを用いた構造の場合には、ベローズ内の容積がウエハ裏面と載置面との間のＨｅ等の熱伝達用のガスが充填される隙間の容積よりも大きくなることが一般的であるが、プラズマ処理の工程が終了した後ウエハを処理室内から搬出するため試料台の載置面上方に持ち上げる際に、Ｈｅガスを上記隙間から排気しなければならないが、この排気に要する時間はベローズ内部のガスを排気するための時間が支配的、所謂律速の要件となる。

すなわち、単位時間当たりのウエハの処理の枚数（所謂、スループット）を高くして装置による処理の効率を向上するためには、ベローズ内部の空間からの排気の量を高くして短時間で排気を終了することが必要になる。しかしながら、上記従来技術ではこのような課題を解決する手段について考慮されていなかった。このように、ウエハを載置面から持ち上げるピンの外周をベローズで囲んだ構成において、ピンが配置された貫通孔及びベローズの内部を高速に排気でき且つＨｅ等の熱伝達用のガスを供給または排出する際に貫通孔内部からウエハに付着する異物を発生させない構成が望まれている。

本発明の目的は、処理の効率を向上できるプラズマ処理装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に静電吸着された試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記試料台が、前記試料を当該試料台の上方で上下させる複数の押上げピンと、前記試料がその上に載せられる凹凸を有した誘電体製の膜と、この誘電体製の膜上に配置され前記試料と当該誘電体製の膜との隙間に供給されるガスの供給口と、前記複数の押上げピンが内部に収納された貫通孔の開口とを備えて、前記ガスの供給口と連通し前記隙間に供給される当該ガスが通流する供給路及び前記貫通孔の開口と連通し前記隙間に供給されたガスが排出される排出路並びに前記供給路と排出路とを連通する連結路とを有した給排管路と連結されたものであって、前記連結路を介した供給路と排気路との間の連通を閉じた状態で当該供給路から前記ガスを前記隙間及び当該隙間を介して前記貫通孔の内部に供給することにより達成される。

押上げピン穴内にＨｅを供給すること、および押上げピン穴内のＨｅを高速に排気することが可能となる。更に、Ｈｅの供給・排気時においても、Ｈｅガスの流れを「ウエハ裏面隙間から押上げピン穴」の順番で保持でき、Ｈｅガスの逆流による押上げピン穴内の異物まき上げを防止できる。これにより、（１）プロセス終了時（裏面Ｈｅ排気時）における排気速度向上、（２）プロセス中（裏面Ｈｅ供給時）における温度特異点発生の防止、（３）押上げピン穴からの異物飛散防止、を両立できる。

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。 図３は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の主要部を模式的に示す縦断面図である。 図３に示す押上げピンシールを貫通孔の軸方向の上方から見た平面図であってその構成を模式的に示したものである。 図１に示す実施例の別の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の主要部の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すタイムチャートである。

本発明の実施の形態を以下図面を用いて説明する。

以下、本発明の実施例について図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。特に、図１では、真空容器内部の処理室にプラズマを形成するためマイクロ波の電界とともにこれと相互作用を奏する磁界を供給してエレクトロンサイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）を用い、半導体ウエハ等の試料の上面の膜構造をエッチングする装置を示している。

本実施例のプラズマ処理装置は、大きく分けて内部にプラズマが形成される処理室２３を有する真空容器２１と、その上方に配置され処理室２３内にプラズマを形成するための電界または磁界を形成するプラズマ形成部と、真空容器２１の下方に配置され処理室２３と連通され内側の空間を排気して減圧するターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有する排気部とを備えている。処理室２３は円筒形を有する空間であってこれを外周で囲んで配置される真空容器２１は金属製の円筒形部分を有している。

真空容器２１の円筒形を有する側壁の上方には当該側壁の上端に載せられ円板形状を有して上記マイクロ波の電界が内部を透過できる石英によって構成された窓部材２２が配置されている。側壁の上端と窓部材２２の外周縁の下面との間には処理室２３の内部と大気圧にされる外部の空間との間を気密に封止するＯリング等のシール部材が挟まれ保持されており、窓部材２２は真空容器２１を構成している。また、処理室２３内部の下方には円筒形を有した試料台１０１が設けられ、この上面の上には円板形状を有した半導体ウエハ等の基板状の試料４が載置される円形の載置面が備えられている。

真空容器２１の側壁の上部にはガス導入管２４が連結され、ガス導入管２４内部を流れる処理用ガス２５が窓部材２２の下方に配置されたガス導入孔を通り処理室２３に導入される。処理室２３内に導入された処理用ガス２５は、処理室２３内に供給された電界及び磁界の相互作用により励起されてプラズマ３３が形成される。

試料台１０１の下方の処理室２３の下部には排気口２６が配置され排気部と処理室２３内部とを連通している。処理室２３に導入された処理ガス２５やプラズマ、試料４の処理中に生じた反応生成物等の処理室２３内の粒子が排気部の動作により排気口２６を通り排気される。

排気口２６の下方に真空ポンプの一種であるターボ分子ポンプ２８が圧力調節バルブ２７を挟んで連結されて配置されている。水平方向に延在して排気口２６またはこれとターボ分子ポンプ２８の入り口との間を連結する流路を横切る軸周りに回転して流路の断面積を増減する圧力調節バルブ２７の開度の調節による排気の量とガス導入孔からの処理ガス２５の流入量とのバランスを調節することにより、処理室２３の圧力が処理に適した圧力（本例では数Ｐａ程度）に調節される。

真空容器２１の処理室２３の上方のプラズマ形成部は、内部をマイクロ波の電界が伝播する導波管３１とこの導波管３１の端部に配置され発振してマイクロ波の電界を導波管３１内に形成するマイクロ波発振機２９を備えている。また、導波管３１の他端部は窓部材２２の上方に配置された円筒形の空間の上部と連結されている。

マイクロ波発振機２９により生成されたマイクロ波の電界３０は、導波管３１を通り円筒形の空間に上方から導入され、マイクロ波の電界は空間の内部でその特定のモードが共振されて増大される。マイクロ波の電界３０は、このような状態で窓部材２２を通して処理室２３内に上方から導入される。

また、真空容器２１の処理室２３の上方及びこの処理室２３及び導波管３１の水平方向の周囲には、処理室２３を囲んで複数個のソレノイドコイル３２が配置されて、これに直流電力が印加されて形成された磁界が処理室２３内に供給される。磁界は、ＥＣＲを形成するようにマイクロ波の電界３０の周波数に適合した密度あるいは強度に調節されている。

本実施例では、半導体ウエハである試料４の温度を制御するために、試料台１０１の内部に配置された冷媒流路５に冷媒を通流させ、冷媒と試料台延いては試料４との間で熱交換させている。冷媒流路５には冷媒が内部を流れる管路を介して温調ユニット３４が連結されており、チラー等の温調ユニット３４においてその温度が所定の値の範囲内に調節された冷媒が管路を通り冷媒流路５に流入して通過しつつ熱交換した後に排出され管路を通して温調ユニットに戻って循環する冷媒の経路が構成されている。

また、試料台１０１内部には後述の通り金属製の円筒形または円板形状の基材である電極ブロックが配置され、当該基材はその内部に上記冷媒流路５を有するとともに、高周波電力を供給する高周波電源２０と電気的に接続されている。また、試料台１０１は、その上面は上方に試料４が載置される円形を有した平面を構成するとともに、当該円形の上面の外周を囲んで試料台１０１をプラズマ３３から覆って保護するカバーが配置される凹部を備えている。

上記のように構成されたプラズマ処理装置の真空容器２１の側壁には図示していない別の真空容器が連結され、この別の真空容器内部に配置された搬送用の空間であって内部に搬送用のロボットが配置された真空搬送室との間がウエハが搬送されて通過する通路であるゲートにより連通されている。処理前の試料４は、真空搬送室内のロボットの伸縮するアーム上に保持された状態で真空容器２１と真空搬送室との間のゲートの連通を開放または気密に封止する図示しないゲートバルブが開放された状態で、真空搬送室から処理室２３内に搬入されて試料台１０１に受け渡されて載置面の上面に載せられる。

載置面と接してその上に載せられた試料４は、図示しない静電チャックに電力が供給されて載置面を構成する誘電体の部材に形成された電荷の静電気力により載置面上に静電吸着される。この状態で、試料４の裏面と載置面との間に熱Ｈｅ等の伝達用のガスが供給されて、試料４と載置面の誘電体材料延いては試料台１０１との間の熱伝達が促進される。

ガス導入孔から処理ガス２５が処理室２３の上部から内部に供給されるとともに、ターボ分子ポンプ２８及び圧力調節バルブ２７の動作によって排気口２６からの処理室２３内のガスまたは粒子が処理室２３外に排出される。単位時間当たりの処理ガス２５の導入量と排気口２６からの粒子の排気量（速度）とのバランスにより、処理室２３内部の圧力が処理に適した所期の範囲内の値に調節される。

この状態で、処理室２３内に導波管３１と窓部材２２とを通したマイクロ波の電界とソレノイドコイル３２により生成された磁場とが供給され、マイクロ波の電界３０とソレノイドコイル３２からの磁界との相互作用により形成されたＥＣＲを用いて処理ガス２５の粒子が励起されて処理室２３内の試料台１０１の上方の空間にプラズマ３３が生成される。試料台１０１の載置面に保持された試料４の上面に配置された処理対象の膜は、プラズマ３３中の荷電粒子と励起された活性粒子との相互作用によりエッチングが施される。本実施例では、処理中に温度調節された冷媒が循環して試料台１０１内部に供給される循環路を備えたことにより、試料台１０１ひいては試料４の温度が処理に適した値の範囲内になるように調節される。

図示しない処理の終点を判定する検出器により処理の終点の到達が検出されると、処理が停止され電界及び磁界の供給が停止されてプラズマ３３が消火され、ゲートバルブが開放されて搬送用のロボットのアームが伸長されて処理室２３内に進入して試料４を試料台１０１上の位置からアーム上に受け取った後アームが収縮されて試料４が処理室２３外に搬出された後、別の処理前の試料４が処理室２３内に搬入される。

次に、図２を用いて本実施例に係る試料台１０１の詳細な構成を説明する。図２は、図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。

本実施例において、試料台１０１は熱交換媒体（以下、冷媒）が内部を通流する経路である冷媒流路５が内部に配置された金属製の円筒または円板形状の部材である電極ブロック１の上面上方に、静電吸着機能を奏し誘電体材料から構成された膜または板状の部材が配置されている。誘電体の材料としてはアルミナやイットリア等のセラミックを用いることができる。

本例では、誘電体膜２として説明する。誘電体膜２は、大気圧中でプラズマを用いて高温にして半溶融状態の上記セラミックの粒子を電極ブロック１の上面に所定の厚さまで吹き付ける溶射により形成したものである。また、誘電体製の部材として板状の部材を用いる場合には、上記セラミックを所定の板形に成形した部材を高温で焼成して形成した焼結板を用いることができる。

誘電体膜２の内部には試料４を静電吸着するための図示しない膜状の電極が１つまたは複数配置されて静電チャックを構成し、内部の電極に直流の電圧が印加されてこれに所期の極性が形成されることにより誘電体膜２上面の内側に電荷が蓄積されて静電気が形成されることにより、当該上面上方に載せられた試料４が誘電体膜２の上面であってこれにより構成される試料４の載置面に吸着されて保持される。

試料台１０１の基材である電極ブロック１の内部には、冷媒流路５とともに、試料４をその先端上に載せて上下方向に移動することで試料の載置面の上方で試料４を上下に移動させる複数の押上げピン６とこれが内部に配置された貫通孔、及び電極ブロック１または貫通孔の下方で押上げピン６の下部の周囲を囲んで内外を気密に区画するベローズ７と、押上げピン６の下端部と連結されてこれを上下方向に移動させるとともにベローズ７を折れ目に沿って伸縮させる押上げピン昇降機構８を備えている。さらに、試料４が誘電体膜２の上面である載置面上方に載せられた状態で試料４裏面と載置面との間に形成される隙間にＨｅガス等の試料４と試料台１０１との間の熱伝達を促進する熱伝導性のガスが導入される誘電体膜２上面の開口と連通された当該熱伝達ガスの供給経路である伝熱ガス流路１１が電極ブロック１を貫通して配置されている。

なお、押上げピン６は、試料４が試料台１０１の誘電体膜２上面上に保持されている間は、電極ブロック１の貫通孔内部に収納されており、試料４を処理室２３外部に搬出または別の試料を試料台１０１上に載せる際に上方に移動してその先端を誘電体膜２の載置面上方に突出させる。押上げピン６の下端はベース部材６'と結合され、ベース部材６'と連結された押上げピン昇降機構８と連結されている。

ベース部材６'の上面であってベローズ７の内側にはＨｅガスが供給あるいは排気される開口が配置されている。当該開口及び伝熱ガス流路１１とは、Ｈｅガスの給排管路と連結されて連通している。本実施例では、誘電体膜２の上面の開口であって伝熱ガス流路１１上方でこれに連通したＨｅガス供給口及び誘電体膜２の上面の開口であって押上げピン６が収納される貫通孔と連通した開口は、試料４が誘電体膜２上面上方に載せられた状態で試料４裏面と誘電体膜２上面との間に形成される隙間（以下、Ｈｅ充填隙間）を介して連通した構成である。

本実施例の給排管路は、Ｈｅガスが内部を流れる経路であって分岐された或いはバイパス管路を介して連結された複数のパイプやその上に配置されてＨｅガスの流れを開放／閉塞（開閉）あるいは当該ガスの流量、速度を調節するバルブとを備えたものであり、その一端側は試料台１０１のベローズ７内部と伝熱ガス流路１１との各々に連通されている。さらに、他方の端部はＨｅガスの供給用及び排気用の２つの管路を有して、各々が図示しないガス源であって高圧にされた貯留槽及び管路内部を排気するためのロータリーポンプ等の排気ポンプと連結されている。

本実施例の給排管路は、試料台１０１側の１つの端部が電極ブロック１内部の貫通孔である伝熱ガス流路１１と連結されて連通し、上記ガス源からのＨｅガスが当該管路を通り伝熱ガス流路１１とその誘電体膜２の上面のＨｅガス供給口を介して試料４と誘電体膜２との間のＨｅ充填隙間に流入する経路を構成するＨｅ供給ラインを備えている。また、試料台１０１側の別の端部がベローズ７内部のベース部材６’と連結されてその上面に配置された開口と連通し、Ｈｅ充填隙間またはベローズ７内部の空間７’内のＨｅガスを排気するための経路を構成するＨｅ排気ラインを備えている。

さらに、これらＨｅ供給ライン及びＨｅ排気ラインは試料台１０１の外側において一方が分岐して他方と結合する或いはバイパス管路により両者が連結された構成を備え、ベローズ７と貫通孔とにより構成される空間７’の内部と連通したＨｅガスを給排するための経路が構成される。つまり、給排管路は、試料台１０１上方のＨｅ充填隙間及び試料台１０１下方のバイパス管路により連結され連通した２つのラインを備えている。

図２に示す実施例の給排管路は、空間７’に面したベース部材６’上面の開口と連通したＨｅ排気ライン上であって伝熱ガス流路１１と連通したＨｅ供給ラインとの分岐部またはこれら２つの経路を連結するバイパス管路との結合部よりも上流の側（ベース部材６’の開口に近い側）にＨｅ排気ラインを開閉するバルブであるベローズ排気弁１３が配置されている。更に、当該バイパス管路との連結部よりも下流の側（排気ポンプに近い側）の所定の位置には、排気ポンプにより排出されるＨｅガスの流量の増減または当該経路を開閉するＨｅ開閉弁１４が配置されている。さらに、伝熱ガス流路１１と連結されたＨｅ供給ライン上であってバイパス管路との結合部よりも上流の側（ガス源に近い側）の所定の位置には、ガス源から供給されるＨｅガスの流量の増減またはＨｅ供給ラインを開閉するＨｅ供給弁１２が配置されている。

誘電体膜２の外周縁部の上面には、リング状に配位されて上方に突出した凸部である外周シール３−１が配置されている。外周シール３−１は、縦断面が矩形または台形状を有した誘電体膜２と同じ材料で構成された部材であって、他の部分が電極ブロック１上面上方に溶射や塗布される或いは焼結材として形成される際に、当該誘電体膜２の一部として一体に形成される。本例の試料４は、図示しない誘電体膜２の表面上に予め形成された複数の微小な突起及び外周シール３−１上面上に載せられてこれらと接して支持された状態で誘電体膜２上に載置されている。

この状態で、試料４の裏面と誘電体膜２の表面の上記微小な突起同士の間の凹みとの間には微小な隙間が生じ、伝熱ガス流路１１の上端に位置するＨｅ供給口から導入されたＨｅガスが拡散して充填されることで、試料４と誘電体膜２との間の熱伝達が促進され処理室２３内がプラズマを用いた処理に適した高い真空度の圧力においても試料４と電極ブロック１との間の熱伝達を行わせている。

試料４は、誘電体膜２内部に予め配置された金属製の膜状の電極に直流電圧が印加され誘電体膜２上面に蓄積された電荷により形成された静電気力を用いて試料４を誘電体膜２に吸着されて保持される。外周シール３−１の少なくともその中央側の誘電体膜２上面より小さな表面粗さを有して平坦にされた上面には、試料４が静電気力により誘電体膜２に吸着されている状態で、試料４の最外周縁部の裏面が高い圧力で押し付けられている。このことにより、外周シール３−１により試料４と誘電体膜２との間の上記隙間（Ｈｅ充填隙間）がその内側に囲い込まれて外部と区画され、当該Ｈｅ充填隙間内にＨｅガス供給口から供給されたＨｅガスが誘電体膜２の外周縁部から際限無く処理室２３内に漏れることが抑制される。

本実施例の給排管路と試料台１０１とが連結された構成では、伝熱ガス流路１１上方のＨｅガス供給口と押上げピン６が収納された貫通孔上方の開口との間のＨｅ充填隙間のＨｅガスのコンダクタンス（流れ易さ）は、押上げピン６が収納された貫通孔内の空間７’及びこれからＨｅ排気ラインのバイパス管路との結合部までの部分のコンダクタンス及び伝熱ガス流路１１及びこれからＨｅ供給ラインのバイパス管路との結合部までの部分のコンダクタンス、さらにはバイパス管路各々のコンダクタンスよりも小さくされている。

試料４の処理前及び処理中の冷媒流路５には、温調ユニット３４により温度が所定の範囲内の値に調節された冷媒が供給されて循環しており、電極ブロック１ひいては試料４が処理に適した所望の温度に調節される。なお、金属製の電極ブロック１は試料台１０１の基材であって、試料４の処理中に高周波電源２０と電気的に接続されて高周波電力が供給される。

このような試料台１０１では、試料４が誘電体膜２上方に載せられた状態では、流体またはモータ等アクチュエータにより構成された押上げピン昇降機構８の動作により押上げピン６が上方に移動することでその先端が先ず試料４の裏面に当接し、その後押上げピン６が更に上方に移動することで試料４が誘電体膜２の載置面上方に離間して所定の高さまで持ち上げられた後押上げピン昇降機構８の動作の停止によって当該高さで押上げピン６先端上に保持される。

図１のプラズマ処理装置の真空容器２１の側壁には、図示しない別の真空容器が連結され、当該真空容器内部の空間は当該空間内に配置されて試料４を搬送する真空搬送ロボットを有して試料４が搬送される真空搬送室となっている。真空搬送室内の真空搬送ロボットが処理前の試料４を複数のアームのうちの一方の先端部の保持部上に載せて保持した状態で、真空容器内の処理室２３と真空搬送室との間を連通して試料４が搬送される通路であるゲートを開閉するゲートバルブが動作してゲートが開放された後、当該ゲートを通って他方のアームであって試料４が載せられていないものが伸長して試料４が処理室２３内に搬入される。

アーム先端部は、押上げピン６が試料４を持ち上げて保持している際にできる試料４裏面と誘電体膜２の表面との間の隙間に進入して試料４が載せられていない空の保持部を試料４の下方に配置する。この後、押上げピン昇降機構８の動作により押上げピン６が下方に移動して試料４を保持部上に載せた後さらに下降する。この状態で保持部に試料４が載せられたアームは収縮して試料４を処理室２３外の真空搬送室内に搬出する。

次に、処理前の試料４が載せられた一方のアームが伸長して試料４をゲートを通して処理室２３内に搬入し、保持部上の試料４を試料台１０１の載置面を構成する誘電体膜２上面の複数の押上げピンが収納された貫通孔の開口の上方に位置させて停止する。この状態で押上げピン昇降機構８がその動作により押上げピン６を上方に移動させその先端をアームの保持部に載せられた処理前の試料４の裏面に接触させた後も更に上方に移動させて、試料４をアームの保持部のさらに上方まで持ち上げた状態で停止し、試料４をアーム上方に離間させて保持する。

処理前の別の試料４が押上げピン６の先端上に載せられて保持されると、アームが収縮して処理室２３から真空搬送室まで退出し、ゲートバルブがゲートを気密に閉塞して処理室２３を密封する。この状態で、押上げピン昇降機構８の動作により押上げピン６が下方に移動を開始し、試料４が下方に移動して押上げピン６が先端まで貫通孔内に収納され試料４の裏面が誘電体膜２上面の微小な突起または外周シール３−１上面に載せられた後も押上げピン昇降機構８の動作は継続され押上げピン６の収納位置まで下降した状態で停止する。この後、誘電体膜２内の電極に直流電力が供給されて試料４が誘電体膜２に対し静電吸着され、ＨｅガスがＨｅ充填隙間に伝熱ガス流路１１を通り供給される。

本例において、押上げピン６は試料４を安定に保持する上で複数本（例えば３本以上）備えることが好適であるが、これら押上げピン６は複数本（例えば３本）以上が誘電体膜２の円形の載置面の上面に配置され載置面の中心の回りに中心から所定の距離で相互に離された箇所に配置された開口と連通した貫通孔内部に収納され、これらの開口または貫通孔は載置面の中心の回りに中心から所定の距離で相互に離された箇所に配置されている。しかし、これら押上げピン６の各々が配置される貫通孔や開口は、その内部に上述した静電吸着させる構成を配置するができないため、ピンが配置される箇所は載置面内において静電吸着の機能を奏することができないものとなる。

このような押上げピン６各々が配置された箇所では、試料台１０１と試料４との間の伝熱の性能が低下してしまい、ひいてはこれら押上げピン６が配置された位置の上方でこれに対応する試料４の上面の箇所の温度はその周囲と著しく異なるばかりかその温度を所期のものに調節することが困難な温度の分布上の特異点となってしまう虞が有る。この問題を解決するため、本実施例では、押上げピン６の下部と貫通孔の周囲を伸縮可能かつ真空シール可能なベローズ７でカバーして、貫通孔内にＨｅガスを充填可能な構成とした。

ベローズ７が伸縮することにより押上げピン昇降機構８の動作により押上げピン６が昇降する。これに伴って、ベローズ７は伸縮してベース部材６’と電極ブロック１の下面との距離を増減させつつ、内部の空間７’内部を外部から気密に区画することで、内部に充填されるＨｅガスの圧力が所定の値の範囲内に維持される。

なお、電極ブロック１の下面には、これを覆って絶縁体部材９及び接地電位にされた電極であるアース電極１０が配置されている。これにより、電極ブロック１に高周波電源２０から高周波電力が印加された場合においても、押上げピン昇降機構８や、後述する各種バルブ類などに電磁波が漏洩して誤動作することが抑制される。

また、電極ブロック１を貫通する伝熱ガス流路１１に連通して連結されたＨｅガスの給排管路では、Ｈｅ供給弁１２が「開」にされることにより、ベローズ排気弁１３及びＨｅ排気弁１４の開閉に関らず、ガス源からのＨｅガスが伝熱ガス流路１１に流入する。Ｈｅガスは伝熱ガス流路１１を介してＨｅ充填隙間に供給される。

本実施例では、ＨｅガスがＨｅ充填隙間に供給されると、当該Ｈｅ充填隙間内を拡散したＨｅガスの粒子が誘電体膜２の表面に配置された押上げピン６を収納した貫通孔内に流れ込み空間７’に拡散する。この結果、最終的にはＨｅ充填隙間と押上げピン６が収納された空間７’内部の圧力が同等となる。本例では、両者が同値となった状態でＨｅガスの給排経路を通した供給は停止し、当該空間７’やＨｅ充填隙間内の圧力がさらに増加することはないが、これに限らず給排経路内の圧力をより高いものにしてＨｅ充填隙間のガスの圧力を高くして当該隙間の熱伝達をさらに大きくするものであっても良い。

このように、空間７’内のＨｅガスの圧力をＨｅ充填隙間内のものと同等にすることで、空間７’が試料４の温度の分布における特異点となることが抑制される。ただし、ベローズ７を用いた構成では、空間７’内の容積が試料４裏面のＨｅ充填隙間の容積よりも大きくなる。

このため、試料４のプラズマによる処理の終了後に試料４を押上げピン６により誘電体膜２の上面または外周シール３−１から離間させるために要するＨｅ充填隙間からＨｅガスを排気する時間は、当該空間７’の排気に要する時間が支配的な要素となる。つまり、Ｈｅガスの排気に要する時間は装置が単位時間当たりに処理する試料４の枚数、所謂スループットに強い影響を与えるため、スループットを高くして処理の効率を向上するためには当該排気の時間を短くすることが求められる。

本実施例では、押上げピン６穴からＨｅガスを排気可能なラインを設置し、更に排気ラインにベローズ排気弁１３を設置し、ベローズ排気弁１３の開閉によって押上げピン６内のＨｅ排気状態を制御できるようにした。なお、ベローズ排気弁１３を開にする際には、Ｈｅ排気弁１４も開にする。Ｈｅ排気弁１４とＨｅ供給弁１２は同時に開となることはなく、どちらか一方が開の場合には、他方は閉となる。装置停止時には両方を閉とする。

Ｈｅガスの供給、および排気時の動作を説明する。本例では、ＨｅガスをＨｅ充填隙間や貫通孔内あるいはベローズ７内の空間７’に供給する際には、まず試料４が誘電体膜２上面上方に載せられて吸着、保持された状態でＨｅ供給弁１２が図示しない制御装置からの指令信号に応じて開かれた状態にされる。Ｈｅ供給弁１２が開かれたことにより、Ｈｅガスが伝熱ガス流路１１を通りＨｅ充填隙間に供給され、さらにはこれに連通した押上げピン６が収納された貫通孔の内部及びベローズ７内部の空間７’に供給される。

この際、ベローズ排気弁１３は閉塞された状態で維持される。このことにより、給排管路を構成するＨｅ供給ラインとＨｅ排気ラインとの間ひいては空間７’との間の連通が遮断されこれが維持される。

Ｈｅ充填隙間の圧力Ｐ１が図示しない圧力センサからの出力信号を受けた制御装置により検出され、Ｐ１の値が予め設定された値以上になったと判定されると、制御装置からの指令信号に基づいて、試料４の処理（本例ではエッチング処理）が開始される。例えば、試料４が誘電体膜２上で吸着保持された状態でＨｅ供給弁１２が完全に開放されＨｅガスが供給され、Ｈｅ充填隙間の圧力Ｐ１が例えば５００Ｐａ以上となったことが検出されると、処理室２３内にマイクロ波３０の電界及びソレノイドコイル３２からの磁界が供給されてプラズマ３３が処理室２３内に形成され、電極ブロック１に高周波電源２０から高周波電力が供給されて試料４の処理が開始される。

次に、試料４の処理の終了が検知された場合等でＨｅガスをＨｅ充填隙間から排気する際には、まずＨｅ供給弁１２が制御装置からの指令信号に応じて閉塞される。このことにより、Ｈｅガスの給排管路はガス源との間の連通がバイパス管路との結合部の上流側の位置で遮断される。

次に、ベローズ排気弁１３及びＨｅ排気弁１４が全開の状態にされこれが維持される。この動作により、給排管路のうちのベース部材６’と連結された１つの経路は、ベローズ７内の空間７’、押上げピン７を収納した貫通孔内部並びに誘電体膜２と試料４の裏面との間の空間で構成されたＨｅ充填隙間、伝熱ガス流路１１及びこれに連結されて連通した給排管路の別の経路のバイパス管路との結合部の下流側の部分、及び当該バイパス管路と連通され、当該給排管路の経路の他方の端部を介して排気ポンプと連結される。

このため、排気ポンプが動作することで、上記空間７’及びＨｅ充填空間内のＨｅガスがベース部材６’上面の開口を通して排気されるとともに、Ｈｅ充填空間及び伝熱ガス流路１１内のＨｅガスも給排管路のバイパス管路を通して排気される。このようにして、Ｈｅ充填隙間および貫通孔内のＨｅガスは２つの経路と通して並列して高速に排気される。

ここで、例えば試料４がその直径が３００ｍｍまたはこれと見做せる程度に近似した直径の値を有した円形のＳｉ製のウエハである場合、当該ウエハの自重によりＨｅ充填空間の押し付け圧力は約１８Ｐａとなるため、本実施例では圧力センサを用いて検出したＨｅ充填隙間および貫通孔内のＨｅガスの圧力が１８Ｐａより低下したことが制御装置により判定された後、制御装置からの指令に基づいて誘電体膜２内の電極に供給されていた静電吸着用の電圧が停止され、さらに試料４に蓄積された電荷を低減または取り除く除電の動作が実施された上で押上げピン６が上昇する。

ここで、Ｈｅ充填空間の圧力が１８Ｐａ以上の状態で静電吸着用の電圧が停止された場合には、試料４（ウエハ）が裏面のＨｅガスの圧力に起因して浮上してしまい試料４の位置がずれてしまう虞がある。本実施例では、Ｈｅガスの供給および排気の際のＨｅガスはＨｅ充填隙間から押上げピン６が収納された貫通孔内の空間７’の順で流れる。このため、ベローズ７内部のＨｅガスがＨｅ充填隙間に向かって流れてしまい貫通孔または空間７’内の異物が試料４裏面に向かって巻き上げられることが低減される。

通常、異物の原因となる処理室２３内部の微粒子は、処理されるウエハの枚数が増大していくに伴って処理室２３内に付着し、特には押上げピン６が収納される貫通孔内に進入したものはプラズマに直接的に曝されることが無いため内部に滞留して付着し堆積されていくことになる。貫通孔内の微粒子あるいはその堆積物の欠片が貫通孔の開口を通り試料４の裏面まで舞い上がって当該裏面に付着すると、試料４の異物となって搬送ロボットのハンドなどを介してエッチング装置全体に拡散する虞がある。このような異物が試料４の表面の膜や処理後の膜構造に落下し付着した場合には、その部分を含む半導体デバイスは性能が損なわれることになり半導体デバイスの生産性（歩留まり）が低下に繋がることになる。

本実施例の上記構成によれば、このような課題を解決して以下の効果が期待できる。
（１）試料４の処理の終了の際（Ｈｅガスを排気する場合）における排気の流量、速度を向上できる。
（２）試料４の処理中（熱伝達用のＨｅガスがＨｅ充填隙間に供給される間）における試料４の表面の温度の特異点が発生することを低減できる。
（３）押上げピン６を収納する貫通孔開口から異物が飛遊して試料４または処理室２３が汚染されることが低減される。

変形例

上記実施例の変形例について図３，４を用いて説明する。図３は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の主要部を模式的に示す縦断面図である。

本図において、試料台１０１の円筒形を有した電極ブロック１の上面を覆って配置された誘電体膜２の外周縁部には、その内側を囲んで上方に向かって突起したリング状の外周シール３−１が配置されている。外周シール３−１は、縦断面が矩形または台形状を有した誘電体膜２と同じ材料で構成された部材であって、他の部分が電極ブロック１上面上方に溶射や塗布される或いは焼結材として形成される際に、当該誘電体膜２の一部として一体に形成される。

本例において、外周シール３−１の高さｈ１は１０〜１００μｍの範囲内の値で誘電体膜２の周方向に一定またはこれと見做せる程度に近似した値にされて形成される。また、外周シール３−１の平坦な面で構成された上面は、試料４が誘電体膜２上に載せられて吸着保持された状態で試料４の裏面と当接し、試料４の裏面の外周縁部に沿ってリング状に配置される当接面の試料４中央側の誘電体膜２及び試料４との間の空間と試料４の外周側の処理室２３の空間との間を所定の圧力差が形成される程度に気密に区画できる幅を有している。

本変形例では、さらに誘電体膜２上面の押上げピン６を収納する貫通孔上方の開口の周囲にこれを囲んでリング状に配置された誘電体製の押上げピンシール３−２が配置されている。押上げピンシール３−２も、外周シール３−１と同様の断面の形状を備えた誘電体製のリング状の突起部であって、誘電体膜２の一部として一体に形成されるものである。

押上げピンシール３−２の構成の詳細を図４を用いて説明する。図４は、図３に示す押上げピンシールを貫通孔の軸方向の上方から見た平面図であってその構成を模式的に示したものである。

図４（ａ）では、押上げピン６を収納する貫通孔４０１の周囲に押上げピンシール３−２がリング状に配置されていることが示されている。押上げピンシール３−２のリング状の平坦な上面は試料４が誘電体膜２上面上方で吸着保持された状態で試料４の裏面と接触して当接し合う接触部４０２を構成する部分であり、当該上面には貫通孔の軸の周りに放射状に配置されリングの内周側と外周側とを連通する複数の溝部４０３が備えられている。

当該複数の溝部４０３は、その表面が試料４が誘電体膜２上面上方で吸着保持された状態で試料４の裏面とは接触しないように構成されている。一方、溝部４０３以外の押上げピンシール３−２の上面はウエハ裏面と接触する接触部４０２を構成する。本例では、このようにして押上げピンシール３−２の上面と試料４の裏面との接触を低減する構成を備えている。

このような接触部４０２、溝部４０３を備えた押上げピンシール３−２は試料４が吸着保持された状態で、貫通孔４０１の内側の空間７’と外側のＨｅ充填隙間との間を、これらの間で所定の圧力差が形成される程度に半ば気密に区画する。すなわち、貫通孔４０１の内側の空間７’と外側のＨｅ充填隙間との間は、Ｈｅ充填隙間における滞留するＨｅガスのコンダクタンスより十分小さなコンダクタンスとなる溝部４０３複数により連通されている。

図４（ｂ）には、図４（ａ）のリング状の平坦な接触部と放射状の溝部との形状の組合せに換えて、貫通孔４０１の開口の周囲に試料４の裏面と接触して当接し合う接触部４０５としての上面が円形である複数の円筒形の凸部が、当該円の中心が貫通孔４０１の軸の周囲に均等な角度に位置するように複数配置されている。これらの凸部同士の貫通孔４０１周方向の隙間４０５は、試料４が誘電体膜２上に載せられて保持された状態で試料４の裏面と押上げピンシール３−２の表面との間にＨｅガスが通流する空間を形成するものである。

さらに、図４（ａ）と同様に、貫通孔４０１の内側の空間７’と外側のＨｅ充填隙間との間でのコンダクタンスがＨｅ充填隙間における滞留するＨｅガスのコンダクタンスより十分小さなものとなるように是等の間を連通するものである。なお、本例において、溝部４０３、隙間４０５のコンダクタンスはＨｅガスが外周シール３−１を通りＨｅ充填隙間から処理室２３に流れる場合のコンダクタンスよりも大きくされている。

この構成により、Ｈｅ充填隙間のＨｅガスのコンダクタンスは、押上げピン６が収納された貫通孔内の空間のコンダクタンス及び伝熱ガス流路１１、バイパス管路各々のコンダクタンスよりも小さくされている。そして、本例においても、給排管路と試料台１０１とが連結された構成は、伝熱ガス流路１１上方のＨｅガス供給口と押上げピン６が収納された貫通孔上方の開口との間のＨｅ充填隙間のＨｅガスのコンダクタンスは、押上げピン６が収納された貫通孔内の空間７’及びこれからＨｅ排気ラインのバイパス管路との結合部までの部分のコンダクタンス及び伝熱ガス流路１１及びこれからＨｅ供給ラインのバイパス管路との結合部までの部分のコンダクタンス、さらにはバイパス管路各々のコンダクタンスよりも小さくされている。

本変形例の構成を備えることにより、次の点の効果が期待できる。

（１）その温度が所望の範囲内の値に調節された誘電体膜２の表面が試料４裏面に近づくことにより、試料４と誘電体膜２との間の局所的な熱伝達が向上する。押上げピン６が格納された貫通孔４０１の開口は誘電体膜２の上面面内において吸着する静電気力の小さいか無いため、従来では試料４の当該箇所は熱伝達上の特異点となってしまい試料４の温度の分布において特異点となってしまう虞が有った。本変形例では、図４に示した押上げピンシール３−２を配置したことにより、貫通孔４０１の開口の周囲での局所的な熱伝達を向上させ、温度分布上の特異点の発生または温度の偏差を低減することができる。

（２）貫通孔４０１から発生する異物は、貫通孔４０１内の空間７’から試料４に向かうＨｅガスの流れが主要因と考えられるが、このような流れが生じない場合でも静電気力などにより貫通孔４０１内部から微粒子や堆積物の欠片が試料４に向けて飛遊する場合が有る。このような場合であっても、押上げピンシール３−２により試料４の裏面と誘電体膜２の上面との間の空間が区画されていることにより、試料４裏面の広範囲に亘り微粒子や欠片が飛散することが抑制される。少なくとも、図４（ａ），（ｂ）に示す溝部４０３や隙間４０５の寸法よりも大きな寸法の微粒子や欠片はこれらを通過することができないので、このような微粒子や欠片が貫通孔４０１内側の空間７’からＨｅ充填隙間に飛遊することが防止される。

一方で、押上げピンシール３−２を配置したことにより、Ｈｅ充填隙間から貫通孔４０１内に流れ込むＨｅガスの流れは、その流量または速度が図１の実施例と比較して低下することになる。このため、本例ではＨｅガスをＨｅ充填隙間に供給してその圧力を処理に適した範囲内の値にする時間が図１の実施例より長くなってしまう虞がある。

伝熱ガス流路１１を通した試料４裏面（Ｈｅ充填隙間）へのＨｅガスの供給は、試料４の処理の開始前に処理室２３内の圧力を調整している間等の非処理時間において他の動作と並行して実施される。本例では、Ｈｅガスの供給に要する時間がプラズマ処理装置のスループットを損なわないように、押上げピンシール３−２の非接触部である溝部４０３や隙間４０５の寸法を設定している。

また、押上げピンシール３−２は溝部４０３や隙間４０５を設けないリング形状とした上で押上げピンシール３−２高さｈ２を外周シール３−１高さｈ１よりも小さい寸法として、押上げピンシール３−２上面と試料４の裏面との接触を低減しても良い。この場合には、高さの差ｈ１−ｈ２に相当する高さを有した押上げピンシール３−２上面と試料４の裏面とのリング状の隙間を図４の溝部４０３や隙間４０５として構成することも可能である。さらに、図４（ｂ）の例において複数の円筒形の凸部に換えて適切な表面粗さを備えた上面を有して凹凸の先端が試料４の裏面と当該凹凸の先端部と接触する押上げピンシール３−２を備えても良い。

次に、上記実施例の別の変形例について図５を用いて説明する。図５は、図１に示す実施例の別の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の主要部の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

本例においては、図２に示したＨｅガスの給排管路の構成に対して、ガス源と伝熱ガス流路１１とに連結されて試料台１０１に向かってＨｅガスが流れる経路（Ｈｅ供給ライン）と排気ポンプとベローズ７下方のベース部材６’上面の開口とに連結され試料台１０１からＨｅガスが排気ポンプに向かって流れる経路（Ｈｅ排気ライン）との間のバイパス管路上に流量制御弁１５を配置している。また、実施例においてバイパス管路とＨｅ排気ラインとの結合部の試料台１０１側のＨｅ排気ライン上に配置されていたベローズ排気弁１３は配置されていない。

さらに、本例では、図１，３，４に示した外周シール３−１が誘電体膜２の外周縁部に円形の周縁に沿って配置されている。一方で、貫通孔４０１の周囲に配置された押上げピンシール３−２は誘電体膜２上に配置されていない。

このような構成では、伝熱ガス流路１１とベローズ７内の空間７’との両方からＨｅガスをＨｅ充填隙間に供給およびこれらから排気することが可能となる。例えば、図１，２で示した実施例と同様に、ＨｅをＨｅ充填隙間に供給する場合には、Ｈｅ供給弁１２を開放の状態に維持しＨｅ排気弁１４は閉塞の状態に維持される。

さらに、制御装置からの指令信号に基づいて、バイパス管路上の流量制御弁１５は低い開度で開いた状態にされバイパス管路のＨｅガスのコンダクタンスがＨｅ供給ラインより低い状態にされる。また、バイパス管路のＨｅガスのコンダクタンスは、Ｈｅ充填隙間での伝熱ガス流路１１上端のＨｅガス供給口と押上げピンが収納された貫通孔の開口との間のコンダクタンスよりも大きい状態にされる。

本例においても、給排管路と試料台１０１とが連結された構成は、伝熱ガス流路１１上方のＨｅガス供給口と押上げピン６が収納された貫通孔上方の開口との間のＨｅ充填隙間のＨｅガスのコンダクタンスは、押上げピン６が収納された貫通孔内の空間７’及びこれからＨｅ排気ラインのバイパス管路との結合部までの部分のコンダクタンス及び伝熱ガス流路１１及びこれからＨｅ供給ラインのバイパス管路との結合部までの部分のコンダクタンス、さらにはバイパス管路各々のコンダクタンスよりも小さくされている。このため、Ｈｅ供給ラインとＨｅ排気ラインひいては空間７’との間は連通が閉じられていないものの、Ｈｅガスの通流は妨げられている状態にされている。

このような構成により、ガス源からＨｅ供給ラインに流入したＨｅガスは、伝熱ガス流路１１及びこれと連通した誘電体膜２上面の開口のから大流量で供給され、Ｈｅ排気ライン、ベローズ７内の空間７’及びこれと連通した誘電体膜２上面の貫通孔の開口からは小流量で供給される。この結果、Ｈｅガスの供給が開始された状態で、Ｈｅ充填隙間の圧力Ｐ１と押上げピン穴内の圧力Ｐ２とは、その値がＰ１≧Ｐ２の関係となり、空間７’内部にＨｅ充填隙間からＨｅガスが流入するか流入する方向に付勢する圧力の条件が形成される。このことにより、Ｈｅガスが供給されている間においてＨｅ充填隙間に空間７’からＨｅガスまたはこれに含まれた異物を生起する微粒子や堆積物の欠片が流入することが抑制される。

次に、上記実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを図６を用いて説明する。図６は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すタイムチャートである。

先ず、本図に示すプラズマ処理装置において、任意の試料４のエッチング処理が開始されると、図示しない制御装置からの指令信号に応じて、図示しない搬送ロボットの先端部のハンド上に把持された試料４は処理室２３内の試料台１０１の試料載置面を構成する誘電体膜２の上方まで搬入され、この状態で保持される。次に、時刻Ｔ１において押上げピン上昇機構８の動作により、試料台１０１内部の押上げピン６が貫通孔内部にその先端が収納された状態から誘電体膜２上方に向けて上昇する。

押上げピン６が上昇を持続すると複数のピンの先端は搬送ロボット先端のハンドに保持された試料４の裏面と接し、押上げピン６はさらなる上昇によって試料４をハンド上方で複数のピン先端で下方から支持した状態となり、この状態で押上げピン６は停止する。搬送ロボットと試料４とが離間した状態で搬送ロボットはハンドを含む先端部を処理室２３の外部に退出させる。

その後、その先端が貫通孔の内部まで収納された位置まで押上げピン６が下降して貫通孔内に完全に収納されて、試料４が試料台１０１の誘電体膜２の表面に載置される。この状態で、誘電体膜２内部の電極に静電吸着用の電圧が印加され上述の静電チャックにより試料４が誘電体膜２上で吸着保持される。

この状態で、時刻Ｔ２においてＨｅ充填隙間内にＨｅガスの供給が開始される。Ｈｅガスを供給する際には、Ｈｅ供給弁１２を「開」の状態にしてこれを維持することで、Ｈｅガスがガス源からＨｅ供給ラインを介して伝熱ガス流路１１を通りＨｅ充填隙間に供給される。

この際、Ｈｅガスが供給される前のＨｅ充填隙間および押上げピン６が収納された貫通孔内部の圧力は、試料４が誘電体膜２の上面に載せられる前では貫通孔の上部開口も含めて処理室２３に曝されているので、処理室２３内の圧力と同等のものにされており、Ｈｅガスが通流する伝熱ガス流路１１内部の圧力より低い値にされている。さらに、誘電体膜２上面の微小な凹凸の表面と試料４裏面とで挟まれて構成されたＨｅ充填隙間のＨｅガスの流れ易さ（所謂コンダクタンス）は、伝熱ガス流路１１および押上げピン６が収納された貫通孔より低くされている。

Ｈｅガスが伝熱ガス流路１１からＨｅ充填隙間に供給されている間、図２，３の構成においては、ベローズ排気弁１３及びＨｅ排気弁１４は閉塞されこの状態が維持される。図５に示される構成においては、Ｈｅ排気弁１４は閉塞されこの状態が維持され、流量制御弁１５は低い開度で開かれた状態で維持される。

ＨｅガスがＨｅ供給ラインを試料台１０１に向けて流れ伝熱ガス流路１１を通してＨｅ充填隙間に供給される。図２，３の構成では、ガス源からのＨｅガスは全てＨｅ供給ラインと伝熱ガス流路１１とを通してＨｅ充填隙間に流入しその一部は押上げピン６が収納された貫通孔の開口を通してベローズ７内の空間７’にも流入する。また、図５の構成では、ガス源からのＨｅガスの主な部分はＨｅ供給ラインと伝熱ガス流路１１とを通してＨｅ充填隙間に流入し、残る一部はバイパス管路とＨｅ排気ラインを通して空間７’に流入する。

図２，３，５の何れの場合にも最終的にはＨｅ充填隙間と空間７’内の圧力とが同等となるが、Ｈｅガスが供給される期間（Ｔ２〜Ｔ４）の初期ではＨｅ充填隙間の圧力Ｐ１と空間７’（貫通孔内部の空間も含む）の内部の圧力Ｐ２とはＰ１≧Ｐ２の関係にされる。試料４裏面（Ｈｅ充填隙間）のＨｅの最終的な圧力値は、少なくとも僅かながらも外部への漏洩が不可避な外周シール３−１が形成できるＨｅ充填隙間内部と外部との間の圧力差の大きさと外部の処理室２３内の圧力とに応じて定まることになるが、Ｈｅ充填隙間から本例では予め設定された値に達したことが図示しない圧力センサにより検知されると、Ｈｅ供給弁１２が閉塞されてＨｅガスの供給が停止される。

より詳細には、試料４が誘電体膜２上に吸着保持されている期間であって伝熱用ガスを供給することが必要な期間では、Ｈｅ供給弁１２がＨｅ充填隙間内の圧力値が処理に適した圧力の範囲から予め定められた閾値より高くなった場合には閉塞され、当該閾値より低下した場合には開放されることで、ＨｅガスがＨｅ充填隙間に供給される。図７ではこのような試料４の静電吸着された期間内のＨｅガス供給の期間である時間Ｔ２〜Ｔ４におけるＨｅ供給弁１２の断続的な開閉の動作とこれによるＨｅガスの断続的な供給の動作は示されておらず、当該期間で単一なオンとオフとに単純化して示されている。

上記何れの場合でも、Ｈｅ供給弁１２が開かれＨｅ供給ラインを通してＨｅガスが供給されている間は、空間７’内部にＨｅ充填隙間からＨｅガスが流入するか流入する方向に付勢する圧力の条件が形成される。このことにより、Ｈｅガスが供給されている間においてＨｅ充填隙間に空間７’からＨｅガスまたはこれに含まれた異物を生起する微粒子や堆積物の欠片が流入することが抑制される。

次に、制御装置からの指令信号に応じて処理室２３内に処理用ガスが供給されると共に排気口２６から処理室２３内のガスが真空ポンプの動作によって排気される。これらの給排気のバランスにより処理室２３内の圧力が処理に適した範囲の値にされたことが検出された後、制御装置からの指令に応じてマイクロ波の電界３０及びソレノイドコイル３２からの磁界の相互作用により処理用ガスが励起されて処理室２３内にプラズマ３３が形成される。

時刻Ｔ３において、試料台１０１内の電極ブロック１に高周波電源２０からの高周波電力が供給され試料４のエッチング処理が開始される。その後、エッチングの終点が図示しない検出器により検出されると、制御装置からの指令信号に従って当該高周波電力の供給が停止されてエッチング処理が停止される。

さらに、処理用ガスの供給が停止された後、時刻Ｔ４においてＨｅガス供給を停止する。すなわち、Ｈｅ供給ライン上のＨｅ供給弁１２が閉塞される。さらに同時またはこれと見做せる程度に近接した時刻において、Ｈｅ排気弁１４が開放されこれが維持される。図２，３の構成においてはベローズ排気弁１３も開放されてこれが維持される。

Ｈｅ排気ラインを介して空間７’及びＨｅ充填隙間と伝熱ガス流路１１とが排気ポンプと連通され、貫通孔内の空間を含むベローズ７内の空間７’および伝熱ガス流路１１の内部及びこれらの両方から試料４裏面のＨｅガスが排気される。このように２つの経路で並列して排気することにより、Ｈｅ充填隙間および空間７’内のＨｅガスをより短時間で高速に排気できる。また、図３，５の例では、試料台１０１及びＨｅガスの給排管路におけるＨｅ供給ラインとＨｅ排気ラインとの間を連通するＨｅガスの通路にはガスの流れを妨げる構成が配置されコンダクタンスを低下させたことにより、Ｈｅ充填隙間からＨｅガスが排気される間において、Ｈｅ充填隙間に空間７’からＨｅガスまたはこれに含まれた異物を生起する微粒子や堆積物の欠片が流入することが抑制される。

試料４の裏面のＨｅ圧力が試料４の取り外しに適した予め設定された値よりも低下したことが検出された後、制御装置からの指令信号に応じて静電吸着電圧の供給が停止され静電吸着力を除去または低減する除電の工程が実施された後、時刻Ｔ５において押上げピン６が上昇する。押上げピン６の先端に試料４裏面が接した後も押上げピン６の上昇が継続される結果、試料４は誘電体膜２から遊離して上方に持ち上げられ、試料４を受渡しする高さ位置まで移動する。その後、図示しない搬送用ロボットのアームが処理室２３内に進入してその先端のハンドが試料４と誘電体膜２との間に挿入されて停止する。

押上げピン６が降下して試料４が下方へ移動することでハンド上に試料４が受け渡され、押上げピン６は貫通孔内に収納される。搬送用ロボットのアームが収縮して処理室２３外に試料４に搬出される。その後、次の試料４が搬入される前の時刻Ｔ６までベローズ排気弁１３およびＨｅ排気弁１４が「開」状態が維持され時刻Ｔ６において「閉」状態にされる。

その後、次の試料４が搬送されてくると上記の動作を繰り返して試料4の処理を継続する。所定の枚数の試料４の処理が終了したことが制御装置により検出されると、試料４を搬出した後、処理室２３内部のメンテナンス或いは大気圧までの開放が実施される。

上記の実施例または変形例では、このような動作により、Ｈｅガスの供給および排気の際においても、Ｈｅガスの流れをＨｅ充填隙間から貫通孔内部（空間７’）に向かうものにでき、貫通孔内のＨｅガスがＨｅ充填隙間に流入することよって生じる異物の生起が抑制される。ひいては、半導体デバイスの製造の高い歩留まりを確保しつつ高いスループットで試料を処理することができる。

本発明は、上記の実施例または変形例において示された構成に限られたものではなく、その技術思想の範囲内で異なる形態を備えることができる。例えば、実施例及び変形例において示された給排管路上のＨｅ供給弁１２、ベローズ排気弁１３、Ｈｅ排気弁１４、流量制御弁１５や押上げピンシール３−２は相互に排他的なものでなく、流量制御弁１５と押上げピンシール３−２との両者を備えてもよく、空間７’からＨｅ充填隙間への異物原因の物質の移動や拡散を抑制できる作用・効果を奏することができるように、これらの全て或いはその一部の組合せを備え、制御装置からの指令信号に基づいて動作することにより当該作用・効果を奏するように構成され得る。

本発明が提案する半導体製造装置の試料台は、上記プラズマ処理装置の実施例に限定されず、アッシング装置、スパッタ装置、イオン注入装置、レジスト塗布装置、プラズマＣＶＤ装置、フラットパネルディスプレイ製造装置、太陽電池製造装置など、精密なウエハ温度管理を必要とする他の装置にも転用が可能である。

１…電極ブロック、２…誘電体膜、３−１…外周シール、３−２…押上げピンシール、４…試料、５…冷媒流路、６…押上げピン、７…ベローズ、８…押上げピン昇降機構、９…絶縁体部材、１０…アース電極、１１…伝熱ガス流路、１２…Ｈｅ供給弁、１３…ベローズ排気弁、１４…Ｈｅ排気弁、１５…流量制御弁、２０…高周波電源、２１…処理室壁、２２…処理室蓋、２３…処理室、２４…ガス導入管、２５…処理ガス、２６…排気口、２７…圧力調節バルブ、２８…ターボ分子ポンプ、２９…マイクロ波発振機、３０…マイクロ波、３１…導波管、３２…ソレノイドコイル、３３…プラズマ、３４…温調ユニット、１０１…試料台。

Claims (6)

1. 真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に静電吸着された試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
   前記試料台が、前記試料を当該試料台の上方で上下させる複数の押上げピンと、前記試料がその上に載せられる凹凸を有した誘電体製の膜と、この誘電体製の膜上に配置され前記試料と当該誘電体製の膜との隙間に供給されるガスの供給口と、前記複数の押上げピンが内部に収納された貫通孔の開口とを備えて、前記ガスの供給口と連通し前記隙間に供給される当該ガスが通流する供給路及び前記貫通孔の開口と連通し前記隙間に供給されたガスが排出される排出路並びに前記供給路と排出路とを連通する連結路とを有した給排管路と連結されたものであって、
   前記連結路を介した供給路と排気路との間の連通を閉じた状態で当該供給路から前記ガスを前記隙間及び当該隙間を介して前記貫通孔の内部に供給するプラズマ処理装置。
   
2. 真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に静電吸着された試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
   前記試料台が、前記試料を当該試料台の上方で上下させる複数の押上げピンと、前記試料がその上に載せられる凹凸を有した誘電体製の膜と、この誘電体製の膜上に配置され前記試料と当該誘電体製の膜との隙間に供給されるガスの供給口と、前記複数の押上げピンが内部に収納された貫通孔の開口とを備えて、前記ガスの供給口と連通し前記隙間に供給される当該ガスが通流する供給路及び前記貫通孔の開口と連通し前記隙間に供給されたガスが排出される排出路並びに前記供給路と排出路とを連通する連結路と、この連結路上に配置され前記ガスの通流を妨げる手段とを有した給排管路と連結されたものであって、
   前記排出路の前記連結路との結合部と排気手段との間に配置されたバルブを閉じた状態で当該供給路から前記ガスを前記隙間及び当該隙間を介して前記貫通孔の内部に供給するプラズマ処理装置。
   
3. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記供給路の前記連結路との結合部と前記ガスのガス源との間に配置されたバルブを閉じ、且つ前記連結路を介した供給路と排気路との間を連通した状態で、前記排気路から前記隙間及び前記貫通孔内の前記ガスを排気するプラズマ処理装置。
   
4. 請求項１乃至３の何れかの記載のプラズマ処理装置であって、
   前記誘電体製の膜が前記隙間の外周を囲んで前記試料の裏面と当接するリング状の外周側凸部とこの外周側凸部の内側で前記貫通孔の開口の外周を囲んで配置されたリング状の貫通孔用凸部とを備え、前記試料が前記誘電体製に載せられた状態で前記貫通孔用凸部の上面と前記試料の裏面との間に隙間が形成されるプラズマ処理装置。
   
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置において、
   前記ガスを排気する際に前記隙間内の前記ガスの圧力が前記貫通孔内のガスの圧力より高くされるプラズマ処理装置。
   
6. 請求項１乃至５の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記試料台の下方に位置する前記貫通孔内に配置された押上げピンの下部の周囲を囲んで当該押上げピン及び前記貫通孔とを含む内部の空間と外部とを気密に区画するベローズとを備え、前記排気路が当該ベローズ内部の前記空間に連通したプラズマ処理装置。