JP2017183700A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器内部に配置された処理室内に配置され上面にプラズマを用いて処理されるウエハが配置される試料台と、この試料台の内部に配置された温度調節器と、前記試料台の前記上面を構成し内側に膜状の電極を備えた誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の上面の外周側の領域に配置され当該上面の中央側の領域をリング状に囲んで配置された凸部と、前記誘電体製の膜の上面の中央側の領域に配置され前記ウエハが載せられた状態で当該ウエハとの間の隙間にガスを導入するための導入口と、前記誘電体製の膜内の前記電極に上方に配置された前記ウエハを吸着する静電気力を形成する電力を供給する電源と、前記電源からの電力と前記導入口からのガスの量とを調節して前記ウエハを前記誘電体製の膜上方で非接触に保持する制御器とを備えたプラズマ処理装置。【選択図】 図２

Description

本発明はプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係り、特に試料台上の試料を非接触保持するのに好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

半導体デバイスの製造方法に対応し、ウエハを異なる処理温度で連続的に処理することが求められている。このような処理ではウエハとウエハを保持する静電チャックとの間の熱膨張差によって、ウエハ裏面と静電チャックとが擦れパーティクルが発生するという問題がある。このような課題を解決するための技術としては、例えば、特開２０１５−８２４９号公報（特許文献１）に開示のものが知られていた。特許文献１には、温度調節可能な静電チャックを第１の温度に制御した状態で処理室内にて被処理体のプラズマ処理を実行した後、静電チャックの温度を第１の温度よりも低い第２の温度に段階的に制御する降温制御工程と、プラズマ処理を実行した後、処理室内を不活性ガスによりパージするパージ工程と、を含む温度制御方法とすることで、パーティクルの発生を効果的に抑制する技術が開示され、降温制御中の熱膨張差が抑制されパーティクル発生が効果的に抑制され、また降温制御工程とパージ工程とを並行して行うことにより、発生したパーティクルを直ぐにチャンバから外部へ排気し、パーティクル数を低減することが開示されている。

特許文献１開示のものでは、ウエハの裏面で発生した異物の原因となる粒子がウエハの表面に巻き上がることを防止するために有効である。しかしながら、本従来技術はウエハの裏面で粒子が発生すること自体を防止することができないため、例えばウエハを処理室内部から外部に搬出する際にウエハ裏面に付着した粒子がウエハ搬送経路上に飛散して付着してしまい、別のウエハが搬送される際に当該別のウエハに付着して異物となって汚染してしまう虞がある。

さらに、このような従来技術は試料台のウエハ載置面を構成する部材の表面がウエハと摺動して摩耗してしまうことによる部材の表面の形状とその伝熱特性が経時的に変化してしまうことを防止できないため、当該経時的変化による歩留まりの低下を抑制することはできないという問題がある。この問題を解決するには、ウエハとこれが載せられる試料台のウエハ載置面を構成する部材とウエハ裏面との間で生じる熱膨張差による擦れや摺動をさらに抑制することが必要となる。

このための手段としては、（１）試料と試料台の載置面を構成する部材とを同じ材料にすること、または（２）試料を試料台上面上方でこれとを接触させない状態で保持しつつ両者の間で熱を伝達させること等が考えられる。一方で、試料台上面を構成する部材の材料を試料、例えば半導体ウエハを構成する典型的な材料であるシリコンまたはその化合物にすることは、このような材料は従来技術において用いられてきたセラミクスと比較して耐プラズマ性が低いため、このような材料を用いた装置では却って短い時間で試料台載置面の保守を行なわなければならなくなり、長期間にわたり性能を発揮することはできず保守の作業の頻度や時間が増大して装置による全体的な処理の効率が低下してしまう。

そこで、（２）のようにプラズマ処理装置内で静電チャックとウエハの非接触状態での伝熱を可能にする構成が望まれる。このようにウエハを非接触で保持する技術としては、例えば、特開平８−２６４６２６号公報（特許文献２）に記載のものが知られている。

特許文献２には、保持すべき試料と、当該試料に対向する試料保持面との間に流体を流すことで生じるベルヌーイ効果を利用して当該試料を非接触保持する、試料保持面を備える試料保持装置において、 試料保持面は、保持されている試料の外周縁と試料保持面との間に作用する張力の大きさが急激に変る、当該試料保持面上に形成される境界で囲まれる領域の大きさが、試料の大きさと、当該試料保持面に対する試料の位置ずれを抑制すべき方向で、ほぼ同一となる構成を有する試料保持装置が開示されている。

また、流体を気体とした場合、ベルヌーイ効果を生じさせるために流す気体により、保持具の試料保持面が帯電し、その電気的影響によって試料を帯電させて、保持している試料の横方向の位置ずれを抑止するための抑制力を得ること、および保持具の試料保持面上に電極などを配置し、より積極的に、保持具及び試料を帯電させる構成とし、より安定した非接触保持を実現できることが開示されている。

特開２０１５−８２４９号公報 特開平８−２６４６２６号公報

しかしながら、上記従来技術は次の点についての考慮が不十分であったため問題が生じていた。

特許文献１は、前述のように、ウエハの裏面で粒子が発生すること自体を防止することができないため、別のウエハに付着して汚染してしまう虞がある。また、試料台のウエハ載置面を構成する部材の表面がウエハと摺動して摩耗してしまうことによる部材の表面の形状とその熱伝達性が経時的に変化してしまうことを防止できないため、当該経時的変化による歩留まりの低下を抑制することはできないという問題がある。

また、特許文献２は、プラズマを用いて減圧下で試料を処理するプラズマ処理装置への適用において十分に配慮されておらず、効率的な処理が行えないという問題がある。すなわち、ウエハ裏面に供給される気体によるベルヌーイ効果を奏するためには、プラズマ処理に用いるガス量に比べ大量のガスを必要とし、減圧下でのプラズマ処理に影響を与えてしまうという問題がある。

例えば１Ｐａのような減圧下におけるプラズマ処理では、処理ガス流量として３００ＳＣＣＭのガスが供給されプラズマ化される。このような処理条件下においては、ウエハ裏面からのウエハを浮上させるガスの流出量が多いと所定の減圧雰囲気を維持するために大容量の真空排気装置が必要になり、装置が大型化するという問題がある。また、ウエハ裏面から流出するガスはプラズマが生成される処理室内に拡散してしまい、処理ガスのプラズマ状態に影響を与え所定の処理結果が得られなくなるという問題がある。このため、上記従来技術では、半導体ウエハ等基板状の試料の処理の歩留まりが損なわれ、試料の真空処理の効率が低減してしまうという問題が生じる。

本発明の目的は、処理の歩留まりを向上させ、処理の効率を向上させることのできるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。

上記目的は、プラズマ処理装置内に被加工試料を設置するための試料台を有し、試料台の表面には導電体を絶縁体で被覆した静電吸着膜と、少なくても３点以上設置された伝熱ガス供給用通路があり、伝熱ガス供給通路よりも外周側の試料台表面にはリング状の凸形状を有し、被加工試料の外周部には被加工試料の径方向移動範囲を制限する絶縁体が設置され、静電吸着力と伝熱ガスの供給圧力を制御することで、被加工試料裏面と試料台表面を非接触状態に保ちながら、被加工試料の温度を調節することにより達成される。

さらに、プラズマ処理装置内に被加工試料を設置するための試料台を有し、試料台の表面には導電体を絶縁体で被覆した静電吸着膜と、少なくても３点以上設置された伝熱ガス供給用通路があり、伝熱ガス供給通路よりも外周側の試料台表面にはリング状の凸形状を有し、被加工試料の外周部には被加工試料の径方向移動範囲を制限する絶縁体が設置され、静電吸着力と伝熱ガスの供給圧力を制御することで、被加工試料裏面と試料台表面を非接触状態に保ち、かつ被加工試料を回転させながら、プラズマ処理を行うことにより達成される。

本発明によれば、静電チャックによる静電吸着力と伝熱ガスによる浮上力を釣り合わせることで、ウエハを試料台上面に非接触状態で固定できる。これにより、試料台を温度制御した際のウエハと試料台表面の擦れを防止し、摩耗による異物の発生および伝熱性能の経時変化を抑制できる。

また、本発明の構成により、試料台表面は耐プラズマ性を有する絶縁体となるため、静電吸着用電極がプラズマに直接暴露されることが無くなり、静電吸着力の経時変化、および電極材料による処理室内の重金属汚染を防止することができる。また、試料台表面外周にリング状の凸形状を設置することで、ウエハ裏面側の伝熱ガス圧力を面内で均一化し、試料台表面の温度プロファイルをウエハに直接反映させることができる。

更に、非接触固定状態において、ウエハ裏面と試料台表面の隙間内を流れる伝熱ガスを円周方向に流すことで、ウエハを回転させることも可能である。これにより、プラズマ処理中における周方向の加工均一性を向上させることができる。

本発明の第１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２（ａ）は図１に示す装置の試料台の構成の概略を示す縦断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）を矢視Ａから見た平面図である。 図１に示す装置が実施する処理の動作の流れを示すタイムチャートである。 図１に示す装置が実施する他の処理の動作の流れを示すタイムチャートである。 図１に示す装置が実施する更に他の処理の動作の流れを示すタイムチャートである。 図６（ａ）は図３および図４の処理に適用される試料台において形成される静電吸着力を模式的に示す縦断面図であり、図６（ｂ）は図５の処理に適用される試料台において形成される静電吸着力を模式的に示す縦断面図である。 図２の試料台の他の例の構成の概略を示す縦断面図である。 図８（ａ）は本発明の第２の実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）を矢視Ｂ−Ｂから見た部分縦断面図である。 図９（ａ）は図８に示す試料台の他の例の構成の概略を示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）を矢視Ｃ−Ｃから見た部分縦断面図である。 本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を示す縦断面図である。 図１１（ａ）は図１０の試料台の静電吸着層の構成の概略を示す縦断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の他の例を示す縦断面図である。 図１２（ａ）は図１０の試料台を矢視Ｄから見た左半分の省略の平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の他の例を示す左半分の省略の平面図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は図１０の試料台によるウエハＷの回転を示す平面図であり、図１３（ｃ）はウエハＷの回転および回転に伴って検出される圧力の変化の例を模式的に示す図である。 図１４（ａ）は図１０の試料台に対応し本発明の第３の実施例の比較例を示す試料台の構成の概略を示す縦断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）を矢視Ｅから見た平面図である。 本発明の試料搬送機に係る実施例に係る試料保持器の構成の概略を模式的に示す側面図である。 図１乃至１０に示す実施例のウエハを非接触に保持する試料台と図１５に示す実施例の試料搬送機との間でウエハを搬送する動作を模式的に示す図である。 図１５に示す実施例に係るプラズマ処理装置を用いてウエハの表面および裏面にプラズマ処理を施す動作の概略を模式的に示す図である。 図１５乃至図１７に説明した試料搬送機１０４および試料台１０１とを用いてウエハＷの表面および裏面の両面にプラズマを用いた処理を実施する例を模式的に示す図である。

本発明は、真空処理室内で試料の温度を変更して試料を処理する場合に、静電チャックを有した試料台に試料を静電吸着保持させた後、試料台と試料裏面との間に圧力の高い伝熱ガスを供給して試料を浮上させ、伝熱ガスのガス圧により試料に作用する浮上力と静電チャックにより試料に作用する静電吸着力とをバランスさせるとともに、試料台と浮上した試料との隙間を伝熱ガスによる熱伝達可能な隙間に維持し試料を非接触保持して、試料を非接触保持したまま所定の温度に変更し、試料裏面外周からの伝熱ガスの流出を抑制して試料の処理への影響を防いで試料の処理を行えるようにしたものである。

さらに、試料裏面における伝熱ガスの流れに円周方向の成分を持たせて試料を非接触回転保持し、試料の処理の均一性を向上させる。

また、試料裏面外周へ流出する僅かな伝熱ガスを真空処理室内に流出させることなく、試料台の外周部から排出し、減圧下での試料処理への影響を防止する。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施例を図１乃至図４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である有磁場マイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す縦断面図である。

本図において、プラズマ処理装置１００は、内部にその内側が処理に適した所定の真空度に減圧される処理室３３を有した真空容器２０と、その上方及び側方の周囲に配置されて処理室３３内にプラズマを形成するための電界または磁界を形成して供給するプラズマ形成ユニットと、真空容器２０下方に配置され処理室３３下部の排気口３６を介して処理室３３内と連通して配置されターボ分子ポンプ３８等の真空ポンプを含む排気ユニットとを含んで構成されている。真空容器２０は、処理室３３の外周を囲んで配置される円筒形を有した金属製の処理室壁３１と、その円形の上端部の上に載せられて石英ガラス等のマイクロ波が透過できる誘電体でなる円板形状の蓋部材３２とを備えている。

蓋部材３２の外周縁部下面と処理室壁３１の上端部とは、これらの間にＯリング等のシール部材が挟まれて処理室３３の内外が気密に封止される。処理室３３の内側下部には、処理対象の試料である半導体ウエハ等の基板（以下、ウエハＷ）が配置される円形上面を有した試料台１０１が配置される。処理室３３の上部にはエッチング処理を行うための処理ガス３５を処理室３３内に導入するガス導入管３４が接続されている。

処理室３３の試料台１０１下方の底面には排気口３６が配置され、排気口３６は排気用の管路によって圧力調節バルブ３７を介して排気ユニットを構成する、この場合、ターボ分子ポンプ３８に連通されている。

圧力調節バルブ３７により処理室３３の排気の流量または速度が調節され、処理室３３内の圧力が所定の範囲内の値に調節される。本実施例では、処理室３３内の圧力は数Ｐａ程度乃至数十Ｐａの範囲内の所定の値に調節される。

処理室３３の上方には、プラズマ形成ユニットを構成する導波管４１および導波管４１端部に配置されるマグネトロン等のマイクロ波発振器３９が備えられている。マイクロ波発振器３９から発振されたマイクロ波４０は、導波管４１内を伝播して導波管４１下端部の拡大導波管部で所定の電界のモードに変換され蓋部材３２を透過して処理室３３内に導入される。

真空容器２０の外周側および上方には真空容器２０および導波管４１の拡大導波管部を囲んで配置されたソレノイドコイル４２が備えられており、処理室３３内にコイル軸方向の磁界を形成する。処理室３３内に導入された処理ガス３５はマイクロ波４０の電界とソレノイドコイル４２による磁界との相互作用により励起されプラズマ４３が生成される。

試料台１０１には高周波電源２１から出力される所定の周波数の高周波電力が供給され、試料台１０１上に配置されたウエハＷにバイアス電位が発生し、該バイアス電位によってプラズマ４３中の荷電粒子が誘引され、ウエハＷエッチング処理が行われる。

本実施例では、ウエハＷの処理に適した所定のウエハ温度を実現するため、試料台１０１の温度を調節する構成を備えている。試料台１０１は円筒形を有した金属製の部材である電極ブロックを有し、その内部に冷媒が通流する冷媒流路１１が配置されている。冷媒流路１１には真空容器２０外部に配置され冷媒の温度を設定された範囲内の値に調節する機能を備えたチラー等の温調ユニット２６が管路を介して接続され、冷媒の循環路を構成している。

この構成において、冷媒流路１１に供給される冷媒は、ウエハＷと熱的に接続された電極ブロックと熱交換し、電極ブロックまたはウエハＷの温度が所望の範囲内の値となるように調節される。

エッチング処理が終点に到達したことが図示しない検出器によりプラズマ４３の発光の分析等の公知の技術を用いて検出されると、高周波電源２１からの高周波電力の供給および電界及び磁界の供給が停止されてプラズマ４３が消火されエッチング処理が停止される。その後、ウエハＷは処理室３３から搬出され処理室３３内にガスが供給されて処理室３３内の部材表面に付着した物質を取り除くためのプラズマが形成されて、処理室３３を洗浄する工程が実施される。

図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が備える試料台の構成の概略を示した図である。図２（ａ）は、試料台１０１の縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）を矢視Ａから見た試料台１０１のウエハ載置面を示した平面図である。

本図において、試料台１０１は、円板または円筒形を有した部材である金属製の電極ブロック２０２と、その上面を覆って配置されこれと接合された静電チャックを構成する静電吸着層２０３とを備えている。電極ブロック２０２は、上部外周に一段低くなったリング状の段差部が形成され、ウエハＷより若干大きい円形平坦な中高凸部を有し、その下部内部に所定範囲内に温度調節された熱交換媒体（以下、冷媒）が通流する冷媒流路１１が配置されている。

なお、本図には記載されていないが、試料台１０１において、電極ブロック２０２の上部外周縁の段差部に石英やアルミナやイットリア等のセラミクス製のカバーリングが当該段差部の上面または側面を覆って配置されている。このカバーリングは、処理室３３内に形成される電極ブロック２０２がプラズマ４３との相互作用により削られたり、電極ブロック２０２に生成物が付着したりすることを抑制する。

電極ブロック２０２の中高凸部には静電吸着層（静電チャック）２０３を備え、静電吸着層２０３は、導電体製の膜状の部材である内部電極２０３−１と、その内部電極２０３−１の全体を覆う膜状の絶縁体２０３−２とを有している。内部電極２０３−１の材料としてはタングステンが使用され、絶縁体２０３−２の材料としては耐プラズマ性を有するアルミナセラミックスやイットリア等のセラミクスが使用されている。

静電吸着層２０３内に配置された内部電極２０３−１には、試料台１０１外部に配置されこれと電気的に接続された直流電源２０７から電力が供給される。当該電力により形成された電圧によってウエハＷとの間の絶縁体２０３−２内に分極した電荷が生起され、これにより静電吸着層２０３とウエハＷとの間に静電気力が発生して、静電吸着層２０３上面にウエハＷを吸着する力が作用する。

内部電極２０３−１の外径はウエハＷの外径と同値またはこれと見做せる程度に近似した値にされている。内部電極２０３−１は、複数の膜状の電極、この場合、図２（ｂ）の破線で示す内外２つの電極で構成されて、静電吸着層２０３のウエハ載置面の内側である中央部の領域に配置され前記電圧により１つの極性が付与される円形を有した膜状の内側内部電極２０３−１ａと、内側内部電極２０３−１ａを囲み内側内部電極２０３−１ａと絶縁されたリング状で膜状の電極であって内側内部電極２０３−１ａとは異なる極性が付与される外側内部電極２０３−１ｂとを含んでいる。

すなわち、内部電極２０３−１は所謂双極型の静電吸着用の電極を構成して、内外の電極に異なる極性が付与される。これにより、当該内部電極２０３−１の表面においてウエハＷ内の半径方向に異なる極性の電荷が分極した状態で形成され、処理室３３内にプラズマ４３が形成されていない状態でもウエハＷを静電吸着層２０３上方で吸着または支持する静電気力を形成可能に構成されている。

なお、内部電極２０３−１の平面形状は図２（ｂ）に示す円形及びリング形に限定されるものではなく、異なる極性を付与される電極が相互に隣接する形状であって、櫛歯形のものや半円形を含む複数の扇形状等他の形状であっても良い。さらに、内外の内部電極２０３−１ａおよび２０３−１ｂを半径方向に、または周方向に複数分割されても良い。

また、静電吸着層２０３は、電極ブロック２０２上面を覆って絶縁体２０３−２および内部電極２０３−１の層をプラズマ溶射法等によって形成されても良く、或いは内部電極２０３−１を構成する金属製の膜を内部に包含した状態のセラミクス等の材料を膜状に形成した後にこれを焼結して板状に成形して形成された焼結板によるものであっても良い。前者の場合には粒子が吹き付けられて膜状に堆積する工程により、後者の場合には焼結板と電極ブロック２０２上面またはその上に配置された部材との間に配置された接着剤により、電極ブロック２０２と静電吸着層２０３とが接合されて一体の部材として試料台１０１が構成される。

さらに、静電吸着層２０３上面には、ウエハＷの外周部に対応し試料台１０１と同心に配置されウエハＷの外径より僅かに小さく設定された外径ｄ１のリング状の少なくとも１つの凸部でなるシール部２１０が設けられている。シール部２１０の外径ｄ１をウエハＷ径より小さくする、言い換えるとウエハＷの内側に位置させることにより、シール部２１０上面をプラズマから保護できる。シール部２１０の高さは、静電吸着層２０３上面から僅かに高い、例えば、数μｍから数十μｍ程度の高さを有する。これにより、静電吸着層２０３上にウエハＷを静電吸着した際に、シール部２１０の内側の静電吸着層２０３とウエハＷ裏面との間、特にシール部２１０に近い部分の間では隙間が形成され易くなる。また、シール部２１０内側の静電吸着層２０１上面にシール部２１０と同一高さの部分凸部を複数箇所設けることにより、シール部２１０内側全体に隙間を形成することができる。

シール部２１０が囲む内側の静電吸着層２０３の上面には、静電吸着層２０３及び電極ブロック２０２を貫通して試料台１０１に配置される３つ以上の伝熱ガス供給通路２０４の開口および３本のリフトピン２０８の開口がそれぞれの半径で円周上に配置されている。

静電吸着層２０３の上面にウエハＷを静電吸着した状態で、ウエハＷの裏面と静電吸着層２０３との間の隙間にＨｅ等の熱伝達性を有する伝熱ガス２０５が伝熱ガス供給通路２０４を介して供給される。

伝熱ガス２０５がウエハＷの裏面と静電吸着層２０３との間に供給されて存在することにより、所定の真空度にされる処理室３３の内側であっても、ウエハＷと試料台１０１、電極ブロック２０２またはその内部の冷媒流路１１内を流れる冷媒との間の熱伝達が促進され、ウエハＷの温度を所望の範囲内の値に実現することが容易になる。伝熱ガス２０５を隙間に供給する流量または速度は、伝熱ガスの流量を検知する流量計（図示省略）からの出力を用いて伝熱ガス供給通路２０４上に配置された流量制御弁２０６の動作によって調節される。

さらに、本実施例では、電極ブロック２０２中央側に配置され試料台１０１を貫通する３つの貫通孔内にそれぞれリフトピン２０８が収納されている。試料台１０１の下部において、リフトピン２０８が配置される貫通孔の開口は、上下方向に伸縮するベローズを含むフレキシブル配管２１１により囲まれ、当該箇所に配置されたＯリング等のシール部材によりフレキシブル配管２１１および貫通孔内が気密に封止されている。なお、図１に示す試料台１０１下部の空間、すなわち、図２の試料台１０１の下部は、処理室３３の雰囲気とは隔離され大気圧またはこれと見做せる程度に同等の圧力の雰囲気になっている。

伝熱ガス２０５は、伝熱ガス供給通路２０４の上側開口から静電吸着層２０３上方に、流量制御弁２０６の動作によりその流量または速度が調節されつつ供給されるとともに、フレキシブル配管２１１に連結され連通された排気用管路から、リフトピン２０８が内蔵された貫通孔を通して排出される。伝熱ガス２０５の排出の流量または速度は、排気用配管上に配置された排気制御弁２１２の動作によって調節され、静電吸着層２０３上方への伝熱ガス２０５の供給の調節と共に、排気制御弁２１２を「閉（または閉塞）」状態とすることにより、ウエハＷと静電吸着層２０３との間の隙間内の圧力を増大させ、排気制御弁２１２を「開（または全開）」の状態にすることで、圧力を低減させる。

上述のように構成したプラズマ処理装置では、真空容器２０に連結された図示しない真空搬送容器の搬送用ロボットおよびリフトピン２０８によって試料台１０１の上面にウエハＷが載せられる。試料台１０１の上面に載置されたウエハＷは静電吸着層２０３上に静電吸着させられる。

プラズマ処理装置には、試料台１０１上に静電吸着されたウエハＷの裏面と静電吸着層２０３との間に形成される隙間に伝熱ガス２０５を供給し、その隙間内のガス圧力によってウエハＷ裏面へ作用する上方向の力（浮上力）と静電吸着層２０３の内部電極２０３−１に供給される電力によりウエハＷに作用する静電吸着力（吸着力）とを釣り合わせて、ウエハＷを静電吸着層２０３上に浮上させ非接触状態で支持する構成を備えている。すなわち、従来のように試料台１０１上にウエハＷを静電吸着し固定保持して、ウエハ裏面に伝熱ガスを供給してプラズマ処理する場合は、伝熱効果を奏する伝熱ガスの圧力に抗してウエハＷが浮き上がらないように静電吸着力を設定しているが、本実施例は、静電吸着力に抗しウエハ裏面ガス圧を高くすることによりウエハＷを浮上させ、ウエハＷを試料台に非接触保持する。

ウエハＷを試料台１０１上に静電吸着した状態で、シール部２１０の内側である中央側領域であって静電吸着層２０３とウエハＷ裏面との間の隙間に伝熱ガス供給通路２０４から伝熱ガスを供給する。供給された伝熱ガス２０５は、所定の高さを有したシール部２１０によって形成される中央側領域の隙間に拡散し、シール部２１０の箇所においてウエハＷ外周への流出が妨げられる。つまりシール部２１０におけるコンダクタンスが低下することによって、中央側領域の隙間の伝熱ガス２０５の充満が促進される。このことにより、伝熱ガス２０５が供給されるリング状のシール部２１０の内側に対応するウエハＷ裏面のガス圧分布はウエハＷ裏面で面内分布のバラつきが低減され、より均一に近付けられ、当該隙間でのウエハＷと試料台１０１との熱伝達の性能がより均一に近付けられる。これは伝熱ガス圧力をさらに高くしてウエハＷをシール部２１０から浮上させても同様である。

ウエハＷが非接触で静電吸着層２０３の上方に保持されるとき、シール部２１０の平坦な上面とウエハＷ裏面との間の隙間の大きさｈ２とシール部２１０の中央側の静電吸着層２０３表面とウエハＷの裏面との間の隙間の大きさｈ１とはｈ１＞ｈ２となる。そして、シール部２１０においてシール部２１０がウエハＷ裏面に接触しない僅かな隙間ｈ２を有するように設定され、シール部２１０の高さと隙間ｈ２とを合わせたシール部２１０の内側領域の隙間ｈ１の大きさは、シール部２１０の内側領域の伝熱ガスによる十分な伝熱効果が得られる隙間に設定される。例えば、隙間ｈ１の大きさは１５μｍ〜１５０μｍである。隙間ｈ１およびｈ２を有する空間は、ウエハＷ外周の処理室３３内の空間と連通状態になる。

ウエハＷに作用する浮上力と吸着力との釣り合いは、ウエハＷが浮き上がることによりシール部２１０に対向するウエハＷ外周部に隙間ｈ２が生じ、該隙間から伝熱ガスが流出してシール部２１０の内側領域の隙間ｈ１の伝熱ガス圧力が、処理室３３内の圧力との差圧および吸着力との関係においてバランスすることにより行われる。伝熱ガス圧力が高くなるとさらに隙間ｈ１，ｈ２が大きくなり伝熱ガスの流出量が増え、伝熱ガス圧力が下がると隙間ｈ１，ｈ２が小さくなって伝熱ガスの流出量が少なくなる。

このようにウエハＷの外周部に対抗させてリング状のシール部２１を設けることにより、シール部２１からの伝熱ガスの流出を抑制しウエハＷ裏面の伝熱ガス圧力を上げることができる。これにより、伝熱ガスの供給量を抑えてウエハＷを非接触で保持することができ、真空雰囲気内においても真空維持のために大容量の排気ポンプを用いることなく、また伝熱ガスの処理雰囲気への影響も抑制できる。

また、上述のウエハＷを浮上させて非接触保持する際の制御は、図示を省略した制御装置に予め静電吸着力と伝熱ガス流量との関係をデータ化して保存しておき、制御装置によって流量制御弁２０６および直流電源２０７を制御し行われる。

また、伝熱ガス２０５が伝熱ガス供給通路２０４を介してウエハＷの裏面に向けて供給されて、ウエハＷがシール部２１０上面から遊離して浮上を開始する際に、静電吸着層２０３とウエハＷとの間の隙間が形成される領域内において、ガス圧力が最も高くなる箇所は静電吸着層２０３表面の伝熱ガス供給通路２０４の開口とその近傍になる。このことから、伝熱ガス供給通路２０４の開口の直上方のウエハＷの裏面は、ウエハＷを局所的に支持する箇所となる。

本実施例では、このような支持の箇所がウエハＷの面内に対応し３箇所以上設けられ、少なくとも３箇所の開口同士を結ぶ直線で囲まれる静電吸着層２０３上面の領域にウエハＷの中心または静電吸着層２０３のウエハＷ載置面の中心が位置するように配置されている。望ましくは、支持箇所の中心位置を静電吸着層２０３のウエハＷ載置面中心と同心に配置し、ウエハＷの中心位置と実質的に同心にすることにより、ウエハＷが静電吸着層２０３上方へシール部２１０と接した状態から上方に静電吸着層２０３表面と平行にされた状態で押し上げられる。

伝熱ガス２０５が隙間に供給された後のウエハＷの保持状態は、直流電源２０７の電圧値と伝熱ガス２０５の流量または速度の値とを検出し、これらの値が用いられて制御装置（図示省略）が所定の基準と比較して判定する。例えば、内部電極２０３−１に供給される直流電源２０７の電圧値が一定に保たれていて当該隙間が何らかの理由で減少した場合には、ウエハＷに作用する静電吸着力の増加に抗し浮上力も増加してバランスすることになり、ウエハＷ裏面の伝熱ガスの圧力が増加していることになる。言い換えると、当該隙間による開口面積が減少しウエハＷ裏面の伝熱ガスの流出を抑制して伝熱ガス圧力を増加させてバランスしていることになる。すなわち、シール部２１０の上面とウエハＷ裏面とにより挟まれた当該隙間の減少により伝熱ガスの流出が減少する、言い換えると供給する伝熱ガス２０５の流量または速度が減少することになる。

複数の伝熱ガス供給通路２０４上の各々に配置された流量制御弁２０６には流量計が備えられ、これらから検出された伝熱ガス２０５の流量または速度の大きさを比較した結果から、各々に対応した伝熱ガス供給通路２０４の開口上方でのウエハＷと開口との距離（隙間）のバラつきが検出できる。

この検出した結果を用いて、制御装置は、各々の伝熱ガス供給通路２０４から供給される伝熱ガス２０５の流量または速度を調節する指令信号を流量制御弁２０６に発信して動作させる。このことにより、制御装置は、伝熱ガス供給通路２０４の開口上方の隙間の大きさを各々増減させ、ウエハＷの高さの偏りを低減して静電吸着層２０３に平行に、或いは高さを面内方向に均一に近付ける調節を行う。

また、制御装置は、ウエハ処理に伴う静電吸着層２０３表面の経時的変化によって静電気力に変動が生じた場合でも、伝熱ガス２０５の流量または速度がウエハ処理当初の値に同じかまたはこれと見做せる程度に近似した値の許容値となるように、直流電源２０７の電圧値を調節する動作を行う。このことにより、隙間に供給された伝熱ガス２０５の圧力に起因して形成されるウエハＷの上向きの力の変動が低減されて隙間の高さの経時的な変化が抑制される。

さらに、ウエハＷを非接触で支持しつつその位置が試料台１０１の半径方向にズレてしまうこと（横ズレ）を抑制するために、内部電極２０３−１の外径はウエハＷの外径と同値またはこれと見做せる程度に近似した値にされている。これにより、実質的に同径としたウエハＷと内部電極２０３−１の外周部との離間距離が最短となり、静電吸着力が強くなるとともに、ウエハＷが一方にズレた場合に内部電極２０３−１とウエハＷとの間で、ウエハＷに対して同一方向の傾きを持った静電吸着力が作用し、その静電吸着力にウエハＷに対して平行な成分のウエハＷのズレを戻す力が生じ、この力が調心作用として働いて、ウエハＷの径方向（横方向）移動、すなわち、横滑りが抑制される。

ウエハＷの径方行移動量は極力小さくすることが望ましいことから、内部電極３−１の外径とウエハＷの外径との差は±１ｍｍ以内にされている。さらに、直流電源２０７の電圧を高くする程ウエハＷを吸着する静電気力は大きくすることができ、ウエハＷの移動を抑制する力はより大きくできる。

本実施例では、伝熱ガス２０５の供給時のウエハＷの横ズレを抑制してウエハＷを非接触保持するために、まずウエハＷの所望の径方向の拘束力を得ることのできる直流電源７の出力値を設定または選択し、該値の出力を内部電極２０３−１に供給する。その後、ウエハＷが所望の浮上量となるように伝熱ガス２０５の圧力や供給量を設定または選択し、この設定値となるように伝熱ガス２０５の供給の流量または速度が調節される。

通常は、上述のようにしてウエハＷの横ズレを抑制するが、何らかの理由によってウエハＷに意図せず径方向の移動（横滑り）が発生した場合には、ウエハＷを吸着して支持するために作用する静電気力が小さくなり過ぎたためにウエハＷが保持されなくなって試料台１０１上方の位置から落下してしまう虞が有る。

本実施例では、ウエハＷの外側に配置されウエハＷの外周縁との間に所定の隙間を有するリング状のズレ防止部材２０９が静電吸着層２０３上面に設けてある。当該隙間は静電吸着力によるウエハＷへの調心作用が生じる範囲でウエハＷとズレ防止部材２０９とが接触しない隙間に設定される。また、ズレ防止部材２０９はウエハＷが浮き上がったときに少なくともウエハＷの側面が当接可能な高さを有する。なお、ズレ防止部材２０９は、耐プラズマ性の材料でなる絶縁体部材で構成され、この場合、絶縁体２０３−２と同じくセラミクス材料で構成されている。このズレ防止部材２０９によって、ウエハＷ半径方向の所定距離以上のウエハＷの移動を妨げることができ、ウエハＷの位置ずれ量が許容値を越えるのを抑制できる。

このような試料台１０１からウエハＷを取り除き処理室３３外に搬出する場合には、プラズマ４３を処理室３３に形成することなくウエハＷを保持している状態と逆の極性を内側内部電極２０３−１ａ、外側内部電極２０３−１ｂに付与して分極し形成された電荷を相殺する除電の工程が実施され、その後、リフトピン２０８が図示しない駆動用のアクチュエータの動作により上方に移動してウエハＷを試料台１０１から持ち上げて離間させ、図示しない搬送ロボットによりウエハＷを処理室３３外に搬出する。

図３を用いて、上述のプラズマ処理装置の動作を説明する。図３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理の動作の流れを示すタイムチャートである。本図では、プラズマ処理装置１００におけるウエハＷに施される典型的な処理について示す。

図３は、ウエハＷが試料台１０１上に載置された状態からの内部電極２０３−１に印加される静電吸着用の直流電源２０７の電圧と、ウエハＷ裏面に供給される伝熱ガス流量と、試料台１０１上のウエハＷ浮上状態と、試料台１０１温度と、ウエハＷ温度との関係を示す。

前述のように静電吸着層２０３の内部電極２０３−１は、双極タイプの電極であり、内側内部電極２０３−１ａには直流電源２０７−２が、外側内部電極２０３−１ｂには直流電源２０７−１が電気的に接続され、各々に電力を供給するように構成されている（後述の図６（ａ）参照）。まず、制御装置からの指令信号に基づいて、内側内部電極２０３−１ａ、外側内部電極２０３−１ｂの各々に直流電源２０７−２，２０７−１から電力が供給され、ウエハＷを静電吸着層２０３に静電吸着させてウエハＷを試料台１０１上に吸着・保持する。この場合、外側内部電極２０３−１ｂには正電位が付与され、内側内部電極２０３−１ａには負電位が付与される。直流電源２０７−１および２０７−２の電圧印加よりもウエハＷ裏面への伝熱ガス２０５の供給が早い場合には、静電吸着力による拘束が無いためウエハＷが伝熱ガスの圧力により浮上り横滑りする虞がある。

そこで、直流電源２０７による電力供給から所定の時間差ｔ１を開け、制御装置からの指令信号に基づき流量制御弁２０６を調節し、この場合、流量Ｑ１で伝熱ガス２０５を供給する。供給された伝熱ガス２０５がウエハＷ裏面のシール部２１０の内側領域に充満してこの空間内のガス圧力が高くなり、ウエハＷに作用する上向きの浮上力がウエハＷの静電吸着力より大きくなると、ウエハＷがシール部２１０上面から浮上して上昇し、静電吸着力と浮上力とがバランスする高さの位置で静電吸着層２０３に対し非接触の状態で保持される。

次に、浮上したウエハＷの位置が所定の高さで安定するまでの時間として予め定めた時間差ｔ２が経過して後に、試料台１０１の温度制御ステップが開始される。あるいは、制御装置によってウエハＷの浮上高さが所定の許容の範囲内となっていることが、流量制御弁２０６の流量計の出力及び直流電源２０７の電圧値を用いて検出された後に、試料台１０１の温度制御ステップが開始される。温度制御は、制御装置からの指令信号に基づいて試料台１０１の温度を変化、この場合、温調ユニット２６の冷媒温度を上昇させ試料台の温度を高く変化させる。これにより、ウエハＷ裏面の伝熱ガスを介して試料台１０１とウエハＷとの間で熱が伝導され、試料台１０１の温度に合わせウエハＷの温度が変化し、ウエハＷの温度の調節が行われる。なお、温度制御前の試料台１０１の温度は、処理室３３に搬入されるウエハＷの温度、この場合、常温に設定されている。

また、試料台１０１の温度調整、すなわち、温度の増減は、電極ブロック２０２の内部または静電吸着層２０３内にヒータ等の発熱体を配置し、発熱体に供給する電力を調節してその発熱量を増減させるようにしても良い。

このようにウエハＷの温度制御ステップは、ウエハＷを浮上させた非接触な状態で実施される。このため、接触した状態で実施されるウエハＷの温度の調節では各々の熱膨張の差に起因して発生する擦れはその発生が原理的に抑制されており、摺動によって異物の原因となる微粒子や欠片の生起が低減されウエハＷの処理の歩留まりが向上する。

ウエハＷの温度がウエハの処理条件に適した温度に達し安定したことが検出されると、制御装置から発信された指令信号に基づいて流量制御弁２０６制御され伝熱ガス２０５の供給量がＱ１からＱ２まで低減される。これにより、静電吸着力＞浮上力にしてウエハＷを降下させて非接触状態から静電吸着層２０３の載置面に載置・接触させる。

制御装置によりウエハＷの裏面がシール部２１０上面に接して試料台に支持されていることが伝熱ガス２０５の流量または速度の値から検出されたら、その後、時間差ｔ３が経過した後に、ウエハＷの処理工程、この場合、エッチング処理が開始される。

なお、膜構造の処理対象を膜層毎に３つ以上の処理工程を用いてエッチング処理する場合には、各処理工程の間にウエハＷの温度を次の処理工程に適した範囲の温度に調節するステップを設け、前述のように非接触でウエハＷの温度制御を行い、ウエハ温度が所定値になったらウエハを試料台１０１に吸着保持して、ウエハの処理を行い、温度制御ステップとウエハ処理工程が必要に応じて繰り返し実施される。

また、図３に示した処理動作では、ウエハＷの温度がウエハＷを浮上させた後の時間差ｔ２後に上昇するように示されているが、当初の試料台１０１の温度とウエハＷの温度とに温度差がある場合、ウエハＷを静電吸着したときからウエハＷ温度が変化する。しかしながら、伝熱ガスが供給される前はガスによる伝熱作用が働かないため時間差ｔ１におけるウエハＷの温度変化は小さく、また伝熱ガスが供給されてからはウエハＷが非接触になるので、ウエハＷと試料台１０１との擦れは実質的に無視できる。

次に、図４に図３における温度制御ステップの他の例を示す。図４は、図３と同様のプラズマ処理装置が実施する処理の動作の流れを示すタイムチャートである。

本図において直流電源２０７−１および２０７−２の電圧、電熱ガス２０５流量、ウエハＷ浮上状態の動作は、図３と同様であり説明を省略する。本図が図３と異なる点は、試料台１０１の温度がウエハ処理時の温度に設定され一定温度に制御されており、これに伴いウエハＷの温度が調整される点である。

ウエハＷの温度は処理室３３内に搬入される際の真空搬送室内の温度（通常は室温）にされている。試料台１０１の温度は当該室温よりも高温または低温、この場合、高温の処理温度に設定されている。ウエハＷが静電吸着層２０３上に載置され、ウエハＷが静電吸着された後にウエハＷと静電吸着層２０３との間に流量Ｑ１の伝熱ガス２０５を供給する。これにより、時間差ｔ１後にウエハＷは静電吸着層２０３上方に浮上し非接触に支持されるとともに、試料台１０１とウエハＷとの間の伝熱ガスを介して熱伝達されウエハＷの温度が次に実施される処理に適した温度に調節される。温度制御ステップにおいてウエハＷの温度と試料台１０１との間の温度差が所定の許容範囲内になったことが検出された後、伝熱ガス２０５の供給量をＱ２まで低減させウエハＷを静電吸着層２０３上に降下させて接触させる。その後、前述図３と同様に時間差ｔ３後にウエハの処理工程を実施する。

なお、本例のように試料台１０１の温度を一定にした場合、試料台１０１または電極ブロック２０２や静電吸着層２０３とウエハＷとの間の温度差の測定は、センサ等の手段による検知が困難である。このため、プラズマ処理装置１００によるウエハＷの処理の実施の前に予め実験やテスト等により、温度差が所望の許容範囲内となり温度が安定する時間を求めておき、この時間だけウエハＷを浮上させつつ温度を調節する温度制御ステップを実施する。

上述した図３の温度制御はウエハＷの処理温度と温度制御するウエハＷの温度との差が小さいとき、または試料台１０１の温度制御時間が短時間に行えるときに有利である。図４の温度制御はウエハＷの処理温度と温度制御するウエハＷの温度との差が大きいとき、または試料台１０１の温度制御に時間を要するとき有利である。

次に、前述したプラズマ処理装置による処理の動作の他の例として、図５を用いてウエハＷを非接触に保持した状態でエッチング処理を行う例を説明する。図５は、プラズマ処理装置が実施する処理の動作の流れの別の例を示すタイムチャートである。

本例が前例の図３および図４と大きく異なる点は、ウエハＷのエッチング処理において、前例は非接触保持していたウエハＷを接触保持してエッチング処理するのに対し、本例はウエハＷを非接触保持のままエッチング処理する点にある。

図５は、ウエハＷが試料台１０１上に載置された状態からの内部電極２０３−１に印加される静電吸着用の直流電源２０７の電圧と、ウエハＷ裏面に供給される伝熱ガス流量と、試料台１０１上のウエハＷ浮上状態と、プラズマ形成用電源の電力と、バイアス形成用電源の電力との関係を示す。

前述の図３および図４と同様に内部電極２０３−１は、双極タイプの電極であり、内側内部電極２０３−１ａには直流電源２０７−２が、外側内部電極２０３−１ｂには直流電源２０７−１が電気的に接続され、各々に電力を供給するように構成されている（後述の図６（ｂ）参照）。

まず、制御装置からの指令信号に基づいて、内側内部電極２０３−１ａ、外側内部電極２０３−１ｂの各々に直流電源２０７−２，２０７−１から電力が供給され、ウエハＷを静電吸着層２０３に静電吸着させてウエハＷを試料台１０１上に吸着・保持する。この場合、外側内部電極２０３−１ｂには正電位が付与され、内側内部電極２０３−１ａには負電位が付与される。

直流電源２０７による電力供給から所定の時間差ｔ１を開け、制御装置からの指令信号に基づき流量制御弁２０６を調節し、伝熱ガス２０５をウエハＷと静電吸着層２０３との間の隙間に供給する。供給された伝熱ガス２０５がウエハＷ裏面のシール部２１０の内側領域に充満してこの空間内のガス圧力が高くなり、ウエハＷに作用する上向きの浮上力がウエハＷの静電吸着力より大きくなると、ウエハＷがシール部２１０上面から浮上して上昇し、静電吸着力と浮上力とがバランスする高さの位置で静電吸着層２０３に対し非接触の状態で保持される。

次に、タイムチャートの図示を省略したが真空容器２０に接続されたガス導入管３４を通して処理ガス３５が処理室３３内に供給される。この際、処理室３３内部はターボ分子ポンプ３８により排気口３６から排気され、その排気流量または速度を圧力調節バルブ３７により調節されて、処理ガス３５の供給と排気とのバランスにより処理室３３内の圧力がウエハＷの処理に適した値に調節される。

この状態において伝熱ガス２０５の供給が開始されてから時間差ｔ４が経過した後に、処理室３３内にプラズマ４３を形成するための電力が供給される。すなわち、マイクロ波発振器３９により発振されたマイクロ波４０が処理室３３内に供給されると共にソレノイドコイル４２による磁界が処理室３３に形成される。これにより、処理室３３内に供給された処理ガス３５が励起され処理室３３内にプラズマ４３が形成され、ウエハ処理工程が開始される。

なお、本例では上述のように処理ガスの供給をウエハＷの非接触保持の後に行ったが、スループット短縮の観点から、ウエハＷが試料台１０１上に載置され、真空容器２０のウエハ搬入口を閉じた後に、処理ガス２０５の供給を開始し処理室３３内の圧力調整を実施している間に、ウエハＷの静電吸着工程と、伝熱ガス２０５供給によるウエハＷの非接触保持工程を順次行うようにしても良い。いずれも時間差ｔ４の間に処理室３３内の処理圧力調整と浮上したウエハＷの高さ位置が安定する。すなわち、処理室３３内の圧力によってウエハＷに作用する浮上力が影響するので処理室３３内の圧力が安定したらウエハＷの非接触保持状態も安定化する。

次に、プラズマ形成用の電力が供給され、時間差ｔ５が経過して後に、ウエハＷにバイアス電位を付与するためのバイアス電力が、高周波電源２１から試料台１０１に供給され、ウエハＷの実質的なエッチング処理が開始される。なお、時間差ｔ５は、プラズマ形成用の電力が供給されプラズマ４３の強度や電位等の状態が安定するまでの時間であり、図示しない制御装置により検出されるか、または予めの実験等によって求められたプラズマ形成用の電力供給からプラズマ４３が安定するまでの時間である。また、ウエハＷは試料台１０１から浮上し隙間ｈ１を有した状態となっているが、隙間ｈ１は前述のように極僅かな隙間であり、プラズマを介して形成される高周波バイアスの高周波回路の形成に影響はなく、ウエハＷを試料台１０１上に載置しているときと同様に、ウエハＷに自己バイアス電位が形成される。これにより、プラズマ４３中のイオン等荷電粒子がウエハＷ上面に向かって誘引され衝突しウエハＷの処理対象の膜層を異方性エッチングしエッチング処理が促進される。

また、本例では、プラズマ形成用の電力の供給が開始され或いは処理室３３にプラズマ４３が形成された直後に、直流電源２０７−１，２０７−２から供給する電圧を同極性で同電位に調節される。この場合、内側内部電極２０３−１ａの電圧が負から外側内部電極２０３−１ｂと同じ正の値となるように調節される。これにより、モノポール式の静電吸着になり、ウエハＷに自己バイアス電位が形成されても内外の内部電極２０３−１ａ、２０３−１ｂに対応し、ウエハＷ面内には同一の静電吸着力が作用し、安定した非接触保持が可能となる。

制御装置によりウエハＷの処理対象の膜層のエッチング終点が検出されるか予め定められた処理を実施する時間の経過が検出されると、制御装置からの指令信号に基づいて高周波電源２１からのバイアス形成用の電力の供給が停止される。この後、所定の時間差ｔ６の経過後に、プラズマ形成用の電力の供給が停止されウエハ処理工程が終了する。これと共に直流電源２０７−２から内側内部電極２０３−１ａに供給された電圧がウエハ処理工程前と同じ負電位に調節される。なお、直流電源２０７−２による正電位から負電圧への切り替えは、プラズマ形成用の電力の供給停止と同時または供給停止直前に切り替えられる。また、伝熱ガス２０５の流量または速度が低減されてウエハＷの浮上力が低減され、ウエハＷが下方に降下して静電吸着層２０３のシール部２１０に接して試料台１０１上に保持される。なお、伝熱ガス２０５の供給低減は時間差ｔ６内に実施されても良い。

本例によれば、ウエハＷのプラズマ４３を用いた処理中もウエハＷが静電吸着層２０３上方でこれと非接触の状態で保持でき、特に、ウエハＷの処理中にプラズマ４３からウエハＷへの入熱量が大きく、これによりウエハＷおよび試料台１０１が加熱されて顕著な熱膨張が生じる場合にも、ウエハＷ裏面と試料台１０１の表面との擦れが生じることがなく、汚染や異物の生起を低減して歩留まりを向上できる。

図６は、図２に示す試料台において形成される静電吸着力を模式的に示す縦断面図である。図６（ａ）は前述の図３および図４に対応し、処理室３３内で試料台１０１上方にプラズマ４３が発生していない状態の静電吸着力を示している。

静電吸着層２０３の外側内部電極２０３−１ｂおよび内側内部電極２０３−１ａの面積が同等であり、これらの電極の各々と電気的に接続された直流電源２０７−１および直流電源２０７−２からの電力により各電極に異なる極性の電圧であって絶対値が等しい電圧が形成される。例えば、各々の電極に＋１０００Ｖ及び−１０００Ｖの電圧が印加された場合には、各々の電極とウエハＷとの間に静電吸着層２０３に向う吸着力Ｆ１が働くのでウエハＷには全体として均一な下向きの静電吸着力が作用する。

図６（ｂ）は前述の図５に対応し、処理室３３内にプラズマ４３が発生した状態の静電吸着力を示している。本図では、処理室３３内にプラズマ４３が形成されると共に試料台１０１を構成する電極ブロック２０２にバイアス形成用の高周波電源２１から高周波電力を供給し、図６（ａ）と同様に内側内部電極２０３−１ａと外側内部電極２０３−１ｂとに異なる極性の電圧を印加した場合を示す。

この条件ではウエハＷには自己バイアス電位としてマイナス電位−Ｖｄｃが発生する。静電吸着力は内部電極２０３−１とウエハＷとの電位の差に比例するため、ウエハＷの電位が変化すると静電吸着層２０３内の内部電極２０３−１との間の電位差は、プラス側の電位差は小さくなり、またマイナス側の電位差は大きくなって、その絶対値はウエハＷの内側と外側で異なり、ウエハＷに作用する静電吸着力はウエハＷの面内方向についてばらつきが大きくなる。すなわち、外側内部電極２０３−１ｂに正の電圧として＋１０００Ｖが、内側内部電極２０３−１ａに負の電圧として−１０００Ｖが印加され、ウエハＷには自己バイアス電位として−３００Ｖが発生した場合には、内側内部電極２０３−１ａとウエハＷとの間の電位差は１３００Ｖとなり、外側内部電極２０３−１ｂとウエハＷとの間の電位差は７００Ｖとなる。このため内側内部電極２０３−１ａ及び外側内部電極２０３−１ｂの各々の上方でウエハＷに作用する静電吸着力Ｆ２（内側）、Ｆ３（外側）は前者が大きく（Ｆ２＞Ｆ３に）なってしまい、ウエハＷの面内において吸着力のばらつきが生じる。

一方、ウエハＷ裏面の伝熱ガスの圧力は均一であることから、ウエハＷの浮上力と静電吸着力とのバランスがウエハＷの面内において不均一となり、ウエハＷの浮上高さがウエハＷの内側、外側で異なり、この場合、内側の吸着力が大きくなってウエハＷの中央部が静電吸着層２０３に接触してしまう恐れがある。このため、図５の例では、プラズマ４３を用いたウエハＷの処理中には、モノポール式の静電吸着となるように内側内部電極２０３−１ａに印加される電圧の極性を切り替えるとともに電位を外側内部電極２０３−１ｂに印加される電位と同電位にし、吸着力に差が出ないようにした。なお、この例では、モノポール式にしたが、ダイポール式のままとし外側内部電極２０３−１ｂに印加する正電位を自己バイアス分大きくし、内側内部電極２０３−１ａに印加する負電位を自己バイアス分小さくし、吸着力に差が生じないようにしても良い。

なお、前述の図３，４，５の例は、ウエハＷを真空容器内で浮上させて非接触保持する処理装置の処理動作の一例を示したものであり、これらを必要に応じて選択し或いは組み合わせて実施しても良い。

〔変形例〕
次に、図２に示した試料台１０１の変形例について図７を用いて説明する。図７は、図１に示すプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を示す縦断面図である。

本図が図２と異なる点は、図２における電極ブロック２０２のウエハ載置面となる中高部の外径がウエハＷの外径よりも大きいのに対し、ウエハＷ外径よりも僅かに小さくした点と、電極ブロック２０２の外周段差部に内部電極を有したリングカバーを設けた点である。本図において図２と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。

図３に示すように試料台１０１ａの電極ブロック２０２ａの上面には静電吸着層２０３ａが設けられており、静電吸着層２０３ａ上面外周部には前述と同様のシール部２１０が設けられている。また、電極ブロック２０２ａの上部外周縁の段差部には、絶縁体でなるリングカバー２０９ａが配置されている。リングカバー２０９ａの内部には、この場合、内側内部電極２０３−１ａおよび外側内部電極２０３−１ｂの高さと同じ高さに埋設されウエハＷの外径とほぼ同径の外径を有するリング状の電極２０３−１ｃが設けられ、電極２０３−１ｃは外側内部電極２０３−１ｂに接続された直流電源２０７−１と接続されている。また、リングカバー２０９ａの内部であって電極２０３−１ｃの外側には距離をあけて電極２０３−３が埋設されている。電極２０３−３には直流電源２１５が接続されている。リングカバー２０９ａの上部外周にはウエハＷの外径より僅かに大きい内径で内側にすり鉢状の傾斜を有したリング状の凸部が形成してある。

上述構成の試料台１０１ａでは、静電吸着層２０３ａ上にウエハＷが載置された状態でウエハＷの外周縁部が電極ブロック２０２ａの上部中央側領域の凸部外周縁よりも全周にわたり外周側に突出するように構成されている。リングカバー２０９ａはアルミナセラミック、石英など、耐プラズマ性を有する誘電体製の材料により構成され、電極ブロック２０２ａの段差部上面および段差部を形成する円筒形の凸部側壁面とを覆う。リングカバー２０９ａは、入射したプラズマ４３中の荷電粒子の衝突によって削られたり、プラズマ処理による付着物の付着量が多くなった場合でも、リングカバー２０９ａのみを電極ブロック２０２ａから取り外して交換可能に構成されている。また、リングカバー２０９ａに電極２０３−１ｃを設け、静電吸着層２０３上での半径方向のウエハＷの位置決め用としての機能を付加している。リングカバー２０９ａの上部のリング状凸部はウエハＷが静電吸着層２０３上に載せられた状態でウエハＷの外周縁を囲んでウエハＷ上面より上方に延在しており、ウエハＷの予想外のズレ防止を行い、ウエハＷの試料台１０１に対する位置ずれが大きくなって脱落したりウエハＷの搬送が不可能になったり等の問題を防止することができる。

また、ウエハＷの処理中に、上方から見てウエハＷの外径よりも外側に位置する電極２０３−３に直流電源２１５から電力が供給されて負の電圧が形成される。これにより、自己バイアス電位としてマイナス電位−Ｖｄｃが発生したウエハWに対して、ウエハWの外周部に電極２０３−３による負の電位が形成され、クーロン力（反発力）によりウエハWの位置ずれを抑制することができる。

なお、本例の構成を備えたプラズマ処理装置においても、実施例１で示した流れの動作を実施してウエハＷを処理できることは言う迄も無い。

以下、本発明の第２の実施例について図８，９を用いて説明する。本第２の実施例は、減圧雰囲気内で浮上させて非接触保持されるウエハＷを回転させる例である。図８は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を示す図であり、図８（ａ）は試料台を上面から見た平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）をＢＢから見た伝熱ガス供給通路構成を模式的に示す縦断面図である。

本図が図２に示す試料台と異なる点は、試料台のウエハ載置面に開口する伝熱ガス供給孔からの伝熱ガスの噴出し角度であり、図２はウエハＷの裏面に対し直角にガスが噴き出すように設けられているのに対し、本例は円周方向に複数設けた伝熱ガス供給通路から同一角度で傾けてガスを噴き出す点にある。ウエハを試料台の方向に吸引する力を発生させるための静電気力を形成する電極等の図示を省略しているが他の構成は図２と同様であり、説明を省略する。

図８（ａ）に示すように試料台１０１ｂにおける静電吸着層２０３ｂのシール部２１０に囲まれた中央側の領域の少なくとも１つの半径の円周上に複数の伝熱ガス供給通路２０４ａが配置され、図８（ｂ）に示すように伝熱ガス供給通路２０４ａの先端に角度θで傾斜する開口８０１を備え、開口８０１が静電吸着層２０３ｂの上面に配置されている。また、これらの円筒形の開口８０１の傾きは静電吸着層２０３ｂの中心から見で同一方向に各々が角度θを有して配置されている。この構成において、伝熱ガス２０５はウエハＷが静電吸着層２０３上方に配置された状態でその裏面に対して角度θを成す方向８０２に供給される。

この構成により、実施例１と同様に、ウエハＷと静電吸着層２０３との間の隙間に伝熱ガス２０５が開口８０１から供給され当該隙間内のシール部２１０で囲まれた領域での圧力を増大させてウエハＷの上向きの力を作用させた結果ウエハＷが浮上した際に、ウエハＷには伝熱ガス２０５の流れる方向８０２に沿って伝熱ガス２０５の流れのせん断力が働いてウエハＷの中心周りに回転させる力が作用することになる。一方で、シール部２１０内周側の隙間内のガス圧力はウエハＷ裏面に垂直な方向に作用すると共に、内部電極２０３−１に印加された電圧による静電吸着力がウエハＷに作用しウエハＷの面内方向についての変位が抑制される。

この状態で、ウエハＷは実施例１と同様に静電吸着層２０３上方でこれと所定の高さで非接触の状態で保持されると共に静電吸着層２０３上方でウエハＷまたは載置面の中心周りに回転する。本例において、開口８０１の傾斜角度θあるいは伝熱ガス２０５の流量や速度が調節されることで、ウエハＷの単位時間当たりの回転数（回転角速度）が調節可能となる。

また、複数配置されたこれら開口８０１の傾斜角度θが異なるように配置しても良い。例えば、図８では、６個の伝熱ガス供給通路２０４ａの開口８０１が上方から見て反時計回りに伝熱ガス２０５が流出する方向８０２に配置されているが、６個のうちの３個が時計回りの方向に伝熱ガス２０５を流出するように開口８０１の軸方向を有した構成を備えても良い。

或いは、静電吸着層２０３ｂのシール部２１０の内周側の載置面に伝熱ガス供給通路２０４ａを９個載置面の中心軸周りに配置し、３個の開口８０１の軸を伝熱ガス２０５が上方から見て反時計回りの向きに流出する角度に、残るうちの３個の開口８０１は時計回りの向きに、残る３個は載置面に載置面に垂直な方向または電極ブロック２０２の中心軸に沿った方向に伝熱ガス２０５が流出する角度を成すように配置しても良い。３個ずつの開口８０１の集合毎に伝熱ガス２０５をウエハＷと静電吸着層２０３との間の隙間に導入することで、各々の集合のうち時計回りまたは反時計回りの角度で配置されたものの何れかをウエハＷの回転数（回転角速度）の増大（開始）、低減（停止）に、垂直な方向のものをウエハＷの浮上状態の維持という異なる動作を実施させることができ、またこれら等をウエハＷの処理中や温度の調節の際に組み合わせて使用することもできる。

なお、本例では静電吸着層２０３ｂに開口８０１が設けてあるが、静電吸着層２０３ｂの厚さが薄い場合には、電極ブロック２０２から開口８０１が設けられて良い。

図９は、図８に示す試料台の変形例の概略構成を示す図である。図９（ａ）は試料台を上面から見た平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）をＣＣから見た伝熱ガス供給通路を模式的に示す縦断面図ある。

本変形例では、試料台１０１ｃの静電吸着層２０３ｃの表面に供給される伝熱ガス２０５の流れる方向を試料台１０１ｃの中心軸周りに回転させるため、静電吸着層２０３ｃの外周側の領域にリング状に配置されたガス溝２１６を備えている。ガス溝２１６は、静電吸着層２０３ｃの載置面を構成する表面の外周側の領域にリング状に配置されたシール部２１０ａの平坦な上面に、上方から見て載置面の中心周りに異なる半径位置に多重の同心円状または螺旋状に配置された少なくとも１つの凹み部により構成され、シール部２１０ａの内周側の隙間に供給された伝熱ガス２０５が溝の凹み部内部を図上反時計回りの周方向に流れることで、ウエハＷに当該方向への回転を誘起するせん断力を作用する。

図２に示した実施例では、シール部２１０の内周側の領域で伝熱ガス供給通路２０４からウエハＷ裏面の隙間に供給された伝熱ガス２０５は、当該隙間内で拡散して充満するとともにウエハＷとシール部２１０との間の隙間を介して処理室３３に流出する。つまり、当該隙間内の伝熱ガス２０５は少なくともウエハＷの裏面の外周側の領域ではウエハＷの中心側から外周側へ向う謂わば半径方向の成分を有する向き９０２の流れを有している。

本例のシール部２１０ａ上面に配置されたガス溝２１６は、シール部２１０ａとウエハＷとの間の隙間を流れる伝熱ガス２０５の流れの方向を径方向から周方向に変換し、当該隙間を周方向に流れる伝熱ガス２０５のせん断力によりウエハＷに回転させる力を効率的に作用させることができる。なお、本例のガス溝の少なくとも１本の終端部は、リング状のシール部２１０ａ上面の外周縁においてシール部２１０ａの側壁上端部に配置された開口を介してシール部２１０ａの外周の空間と連通されており、ガス溝２１６内を流れてきた伝熱ガス２０５は当該開口から処理室３３内に流出する。

上述図８および図９に示す本例の試料台の構成を用いて、処理室３３内に形成したプラズマ４３を用いてウエハＷを処理中に、ウエハＷを静電吸着層２０３上方でこれと非接触に保持しつつウエハＷまたは静電吸着層２０３の載置面の中心周りに回転させることができる。このことにより、ウエハＷの面内方向、特に周方向についてエッチング処理の結果としての処理対象の膜層の加工後の形状のバラつきを良好に抑制して処理の歩留まりを向上させることができる。

また、ウエハＷの処理中に限らず、プラズマ４３を用いたウエハＷの処理の工程を開始する前、或いは複数の処理の工程の間において実施されるウエハＷの温度を調節する工程において、ウエハＷを静電吸着層２０３上方でこれと非接触に保持しつつウエハＷを回転させることにより、ウエハＷの面内方向、特に周方向について温度のバラつきを良好に抑制して次に実施されるウエハＷ上の処理対象の膜層処理の工程により適したウエハＷの温度の面内方向の分布を実現することができ、処理の歩留まりを向上させことができる。また、ウエハＷを静電吸着層２０３上方で所定の高さで非接触に保持した状態で回転させることで、ウエハＷの面内方向についての位置を変化させる何らかの外力が作用してもその位置ずれの発生あるいは拡大を効果的に抑制することができ、結果としてウエハＷの処理の歩留まりを向上させることができる。

なお、上記の実施例はマイクロ波の電界及び磁界を用いてＥＣＲによりプラズマ４３を発生させるプラズマ処理装置を説明したが、他のプラズマを形成する手段、例えば誘導結合や容量結合によってプラズマを形成する構成であっても、本発明はその作用、効果に制約を生じることはなくこれを適用することが可能である。

以下、本発明の試料台を用いた第３の実施例を図１０ないし図１３により説明する。

図１０は、本発明の第３の実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示した縦断面図である。本図は、本実施例の試料台１０１ｄの主要部を拡大して示している。

実施例に係る試料台１０１ｄは、図１に示すプラズマ処理装置の処理室３３内の試料台１０１に換えて備えられるものである。試料台１０１ｄは、図２に示す試料台１０１と同様に、その上部は、円筒形を有した金属製の電極ブロック２０２とその上面に接合されて配置された誘電体製の静電吸着層２０３ｄを有している。

本実施例の試料台１０１ｄの静電吸着層２０３ｄの上面外周部にも、リング状のシール部２１０ｂが配置されている。本例における図２の静電吸着層２０３との差異は、静電吸着層２０３ｄの中央側部分と一体に形成されたシール部２１０ｂ内に配置された少なくとも２つの伝熱ガスの排気経路を備え、これらの一つにウエハＷのノッチの通過を検出するための検知器が配置されている点である。

伝熱ガスの排気経路は、シール部２１０ｂ上面に上方から見てリング状に配置された排気溝２１７の底面に開口を有する排気孔２１８と、排気溝２１７の外周側のシール部２１０上面に配置された開口と連通した検出孔２２２を備えて構成されている。試料台１０１ｄを貫通する排気孔２１８と検出孔２２２との各々は、試料台１０１ｄの下面で配管により構成された排気ライン２１９を介して処理室３３外部に配置された真空ポンプ２２１と接続されている。この真空ポンプ２２１の動作により排気溝２１７または排気孔２１８の上端の開口及び検出孔２２２上端の開口を通してシール部２１０ｂ上面とウエハＷ裏面との間の隙間にある伝熱ガス２０５が排出される。

なお、上述のような排気溝２１７、排気孔２１８、検出孔２２２が設けられる静電吸着層２０３ｄと電極ブロック２０２との接合およびこれらの組合せは、図１０に示した例に限定されるものではなく、図１１に示すような構成であっても良い。

図１１（ａ）は、静電吸着層２０３ｅをセラミクス等を円板状に焼成した焼結部材で構成し、当該焼結板としての静電吸着層２０３ｅと電極ブロック２０２とをこれらの間に層状の接着剤２２５を挟んで一体に接合した構成を示している。このような構成では、静電吸着層２０３ｅ上面の外周側に配置されるリング状の凸部であるシール部２１０ｃや排気溝２１７、排気孔２１８等の形状は、静電吸着層２０３ｅを構成する焼結板を電極ブロック２０２上面に接着する工程を実施した後に削り加工して形成する。なお、排気孔２１８および検出孔２２２の通路における接着層は空洞２１８−１となっており、接着剤２２５は上記両穴の途中を塞がないように配置されている。

図１１（ｂ）は、静電吸着層２０３ｆが半溶融状態のイットリアやアルミナ等のセラミクスの粒子を放射あるいは吹き付けして積層する溶射法で形成された別の変形例を示している。この場合、電極ブロック２０２ｂの上面に凹凸形状を加工した後、上記溶射を実施して静電吸着層２０３ｆを形成することにより、上記凹凸形状に倣った静電吸着層２０３ｆが形成できる。このような方法により、例えば数百ミクロンオーダの比較的大きな凹凸形状を試料台１０１ｄ表面に形成できる。必要な凹凸寸法が微細である場合には、電極ブロック２０２ｂの上面を平坦に加工し、その後溶射法で平面状の静電吸着層２０３ｆを形成し、最後に静電吸着層２０３ｆ表面に微細加工を施せばよい。

このように構成された排気溝２１７、排気孔２１８、検出孔２２２は図１２（ａ）に示すように静電吸着層２０３ｄのシール部２１０ｂに配置される。伝熱ガスの排気経路は、円形または円形と看做せる程度に同等の形状を有した静電吸着層２０３ｄの中央部を囲んだシール部２１０ｂ上部にリング状の凹みを有した排気溝２１７とその底面に開口を有して上下方向に静電吸着層２０３を貫通する複数の排気孔２１８を備えている。この構成では、排気溝２１７内に流れ込んだシール部２１０ｂとウエハＷとの間の伝熱ガス２０５は、複数の開口から真空ポンプ２２１の駆動により減圧された排気孔２１８の内部に吸引されて処理室３３外部に排気される。

本例では、排気孔２１８またはその上端と連通した開口は、試料台１０１ｄまたは静電吸着層２０３ｄの中心の回りに均等またはこれと看做せる程度に近似した角度をなす離間した箇所に複数配置されている。このようなリング状の排気溝２１７とその底面に配置された複数の開口を通して排気される伝熱ガス２０５の排気孔２１８毎の排気の量のばらつきが低減され、ウエハＷの外周部裏面とシール部２１０ｂとの間の伝熱ガスの圧力の周方向についての分布とこれによるウエハＷの浮上高さの偏りが低減される。

また、伝熱ガスの排気経路は前述の構成に限られるものではなく図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）の排気溝２１７をなくして排気孔２１８がより密に配置された構成であってもよい。また、排気孔２１８の下端部が、排気ライン２１９を介して真空ポンプ２１９と接続されずに、処理室３３に連通した箇所に開口され、処理室３３内の圧力より高い圧力にされるシール部２１０ｅの上面とその上方のウエハＷとの間の隙間の伝熱ガス２０５が排気孔２１８を通して処理室３３に流出する構成としてもよい。

次に、シール部２１０ｂに設けられた検出孔２２２および圧力計２２３によるウエハＷの回転検出について説明する。

検出孔２２２の排気ライン２１９上には、これから分岐して接続された圧力計２２３が備えられている。これを用いて処理室３３内でウエハＷが試料台１０１ｄの上方に非接触で保持されている状態でウエハＷの回転に応じて圧力計２２３で検出される圧力の変化を図１３に示す。

図１３（ａ）、（ｂ）は回転するウエハＷの中心周りの特定の角度位置におけるウエハＷのノッチ位置を示し、図１３（ｃ）はウエハＷが回転している状態で時間の経過に伴って圧力計２２３からの出力信号により検出された圧力の変化を示す。

図１３（ａ）に示すように、検出孔２２２の上端部の開口の上方にウエハＷのノッチ部１２０２が存在している間には、検出孔２２２上端の開口上方にこれを覆うウエハＷが存在しない、謂わば開放された状態になる。一方、図１３（ｂ）に示すように、回転するウエハＷのノッチ部１２０２が検出孔２２２の開口上を通過した状態では、当該開口の上方は隙間を開けてウエハＷに覆われている。

このように、ウエハＷの回転に伴うノッチ部１２０２の周方向の角度位置の周期的な移動に応じて、シール部２１０上面の検出孔２２２の上端部の開口の上方をノッチ部１２０２が通過してウエハＷが存在しない開放された期間が周期的に発生する。このような構成において、処理室３３内側が所定の圧力、例えば１０Ｐａに減圧され維持されており、検出孔２２２内部および排気ライン２１９が、動作中の真空ポンプ２２１と連通されて、処理室３３内側の圧力より低い圧力にされている、例えば１Ｐａ以下まで減圧されている場合は、図１３（ａ）の状態では処理室３３及びウエハＷとシール部２１０との間の隙間から検出孔２２２内に大きな量のガスが流入して、この結果、排気ライン２１９内の圧力が上昇する。

一方、図１３（ｂ）の状態では、検出孔２２２の上端部開口はウエハＷに覆われており、検出孔２２２内に処理室３３内のガスの流入は図１３（ａ）の場合と比べて相対的に小さい量となる。ウエハＷの周期的な回転により検出孔２２２へのガスの流入の量および内部の圧力の値は、図１３（ｃ）に示すように、大きく分けて２つの状態が周期的に繰り返されることになる。

すなわち、図１３（ａ）のようにウエハＷの上方から見てウエハＷのノッチ部１２０２の下方へ投影された領域内に検出孔２２２の上端部の開口が重なって当該領域内に存在している期間は、排気ライン２１９と連通した箇所に配置された圧力計２２３が出力する信号から検出される圧力は、図１３（ｂ）の期間に検出されるものよりパルス状に高い値となる。このようなパルス状の値となる当該単位時間あたりの回数を計数することでウエハＷの単位時間あたりの回転数（回転数速度）を算出することが可能となる。

本実施例では、図１０に示す圧力計２２３からの出力は電圧等の信号として圧力計２２３と電気的に接続された回転数制御器２２４に送信される。回転数制御器２２４は、その内部に配置された演算器が受信した圧力計２２３の信号とＲＯＭやハードディスク等の記憶装置から読み出されたソフトウエアのアルゴリズムとに基づいて、ウエハＷの回転数を算出し、算出した回転数とあらかじめ記憶装置に記憶されたデータとしての回転数の目標値と比較を行う。

回転数制御器２２４は、算出した回転数が目標値よりも低いと判定した場合には、伝熱ガス供給通路２０４上に配置された伝熱ガス２０５の流量制御弁２０６に指令信号を発信してその開度を増大させて伝熱ガス２０５の供給量を増加させる。ウエハＷと静電吸着層２０３との間の隙間への伝熱ガス２０５の供給量が増大されたことにより、ウエハＷに作用して回転させる外力が増大しウエハＷの回転数が増加する。

一方、算出されたウエハＷの回転数が目標値よりも高いと判定された場合には、回転数制御器２２４からの指令信号に応じて伝熱ガス２０５の流量制御弁２０６の開度が低減され伝熱ガス２０５の供給量が低下する。このことにより、ウエハＷの回転数が低減される。

このように、本実施例では、このように検出されたウエハＷの回転数をフィードバックして伝熱ガス２０５の供給が調節されることにより、ウエハＷの回転数が所望の範囲内の値となるように調節される。本実施例ではシール部材２１０上面に開口を有して静電吸着層２０３の中心側部分を囲んでリング状に配置された排気溝２１７または複数の排気孔２１８がノッチ部１２０２が上方に位置している或いは通過したことを検出する検出孔２２２の開口の中心部側に配置されている。

このような排気溝２１７または複数の排気孔２１８を通して静電吸着層２０３の中心部とウエハＷとの間に供給された伝熱ガス２０５を排気することで、当該中心部からウエハＷの外周側の処理室３３内部へ向かう伝熱ガス２０５の流量を低減してウエハＷが中心からノッチ部１２０２から流出した伝熱ガス２０５の反力により水平方向に位置ずれを生起させたりその大きさが許容範囲を越えてしまったりすることを抑制する。さらに、検出孔２２２は真空ポンプ２２１と連通して排気されることで処理室３３内の圧力＞検出孔２２１内内圧力にされ、検出孔２２２の開口上方をノッチ部１２０２が通過して開放された期間の処理室３３あるいはシール部２１０隙間内からのガスの流量を当該開口がウエハＷで覆われている期間のものより大きくすることで、ウエハＷの回転によるノッチ部１２０２の通過とその回数とがより明確に検出可能にされている。

なお、図１４に、上記第３の実施例が備える伝熱ガスの排気経路を備えない比較例を示す。図１４（ａ）に示す試料台１０１ｅは、静電吸着層２０３のシール部２１０に、図１０に示す排気溝２１７、排気孔２１８、検出孔２２２を備えていない。シール部２１０の中央側の静電吸着層２０３上面に伝熱ガス供給通路２０４と連通した開口が配置され、当該開口から静電吸着層２０３とウエハＷとの間の隙間に伝熱ガス２０５が供給される。供給された伝熱ガス２０５の一部は、シール部２１０で囲まれたウエハＷ裏面と静電吸着層２０３上面との間の隙間の空間を拡散し、残る一部はシール部２１０とウエハＷとの間の隙間を通ってウエハＷ中心から放射状にウエハＷの外周側の処理室３３内部に向かって流出する。

このような伝熱ガス２０５の周方向についての排出量の分布は、ウエハＷのノッチ部分であるＷＮの位置で最も多くなる。これは、静電吸着層２０３の外周側部分にシール部２１０が備えられウエハＷとシール部２１０との間の隙間の高さが静電吸着層２０３の中心側部分より小さくされていることで、伝熱ガス２０５が当該中心側部分から外周側の処理室３３へ容易に流出することが妨げられる。この構成において、ウエハＷのノッチ部１２０２が位置するＷＮのシール部２１０には、その上方がウエハＷの外周縁で覆われていない、謂わば開放された部分が存在することになるため、シール部２１０による静電吸着層２０３中央側部分と外周側の処理室３３との間で隙間が小さくされて伝熱ガス２０５の通流が妨げられる（あるいはシールされる）距離が短くなっているためである。

このため、位置ＷＮにおいて伝熱ガス２０５の流出量がウエハＷの外周縁の他の箇所と比較して局所的に大きくなり周方向について不均一あるいは偏りが大きくなる。この流出量の偏りが大きくなるとウエハＷを中心からＷＮに向かうものと反対の方向に偏心させ、ウエハＷ上面の面内方向についてのプラズマと処理の結果としての加工後の形状の寸法のばらつきを大きくしてしまう虞がある。

このため、上記第３の実施例が備える伝熱ガスの排気経路のシール部２１０上部上面に配置された排気溝２１７また排気孔２１８の開口は、ウエハＷが静電吸着層２０３上方に非接触で保持された状態で、ウエハＷの半径方向についてノッチ部１２０２の最も中央側の端部よりも中央側に位置するように配置されている。さらに、シール部２１０上面の検出孔２２２上端の開口は、回転するウエハＷの半径方向について当該ウエハＷのノッチ部１２０２の最も中央側の端部より外周側であってウエハＷの外周端より中央側に配置されている。

図１５乃至１８を用いて、上記の実施例で説明した試料台上にウエハを非接触で浮上させて保持する構成をウエハの搬送に適用した例を説明する。本例では、これまで説明した実施例の試料台１０１あるいは１００１を、ロボットアーム等のウエハを載せたアームを搬送する方向に伸縮させて搬送する構造体のウエハを保持する部分として適用したものである。

なお、試料台１０１および１００１において電極ブロック２０２は、高周波電源２１が電気的に接続されるとともに内部に冷媒が通流する冷媒流路１１とが配置されて温調ユニット２６が接続されているが、本例のウエハの保持用の資料保持器１０２の試料台には高周波電源は接続されておらず冷媒流路１１も備えられていない。試料保持器１０２は、ウエハを搬送中に回転させる必要がない場合には図２に示した実施例の試料台１０１の構成を、回転させる場合には図８または９の試料台１０１或いは図１０に示した試料台１００１の構成を備えることができる。

図１５は、本発明の試料搬送機に係る実施例に係る試料保持器の構成の概略を模式的に示す側面図である。図１５（ａ）は、試料保持器１０２上面上方に隙間を空けてウエハＷを浮上させて非接触に保持した状態で搬送する本実施例の試料搬送機を示している。

本図のウエハＷを搬送する試料保持器１０２は、所望の方向に伸縮する搬送アーム１０３の先端に配置された試料台を含み、当該試料台は円筒形状を有した金属製の電極ブロック２０２およびその上面に配置された静電吸着層２０３を備えている。本例においても、静電吸着層２０３内に配置された図示されない膜状の電極に供給された直流電力により形成されウエハＷを静電吸着層２０３に向けて誘引する静電吸着力と、ウエハＷと静電吸着層２０３との間に供給されるガスによるウエハＷを離間させる力とをバランスさせてウエハＷを非接触で静電吸着層２０３上方に保持して搬送する。

また、本例の構成によれば、図１５（ａ）の構成において、試料保持器１０２の上下を逆にして試料保持器１０２の静電吸着層２０３を下方に向けた状態でその表面に対してウエハＷを離間させて非接触で保持した状態で、搬送アーム１０３を伸縮させて試料保持器１０２を移動させウエハＷを搬送することができる。このような例を図１５（ｂ）に示した。

本実施例においては、試料保持器１０２上でウエハＷを保持して搬送している間にウエハＷの温度を調節しない場合には、試料保持器１０２の静電吸着層２０３表面とウエハＷとの間に供給されるガスは浮上力を発生するものであれば良く、熱伝導性が高いことを要しないため、より多くの種類からガスを選択できる。

また、上記の実施例の試料台１０１或いは試料台１００１と本例の試料保持器１０２とを組み合わせることで、ウエハＷを非接触でロボットアーム等の試料搬送機と試料台との間で相互に受け渡し可能にすることができる。このような例を図１６および図１７を用いて説明する。

図１６及び図１７は、図１乃至１０に示す実施例のウエハを非接触に保持する試料台と図１５に示す実施例の試料搬送機との間でウエハを搬送する動作を模式的に示す図である。なお、これらの図において図２乃至９に示した試料台１０１が例として示されているが、図１０の実施例で示した試料台１００１の構成が適用されてもよい。

図１６（ａ）は、図１５に示す試料保持器１０２およびアーム１０３を有する試料搬送機１０４の表面上にウエハＷが非接触に保持されて処理室３３の外部から試料台１０１の静電吸着層２０３の上方まで搬送された状態を示す図である。この状態で、試料台１０１の静電吸着層２０３上面と試料保持器１０２の静電吸着層２０３上面またはウエハＷの表面（図上下面）とは平行またはこれと同等となるように試料保持器１０２の位置または姿勢が調節される。

試料保持器１０２の下方で保持されたウエハＷの上下方向の中心の軸が下方の試料台１０１の静電吸着層２０３で覆われたウエハＷが保持される円形またはこれと同等と看做せる程度に近似した形状を有する保持面の中心軸とが合致するかこれと看做せる程度に近似した位置で、図１６（ｂ）に示すように、ウエハＷが保持された状態で、試料保持器１０２の静電吸着層２０３内の膜状電極に供給に供給される直流電力により試料搬送機１０４がウエハＷに対して発生する静電吸着力を徐々に低下させて、試料保持器１０２の静電吸着層２０３表面に供給されるガスにより形成される試料保持台１０２の表面上方からウエハＷを離間させる力を相対的に静電吸着力より大きくして、試料台１０１側に（図上下方に）ウエハＷを非接触状態を保ちながら移動させる。

なお、ウエハＷの移動中においても、試料台１０１の静電吸着層２０３上面上方に伝熱ガス２０５を供給するとともに静電吸着層２０３内の膜状の電極に直流電力を供給して、伝熱ガス２０５による試料台１０１上方への浮上力と下方への静電気力とを作用させる。上方から移動してくるウエハＷに試料台１０１からこれら２つの力を作用させて、試料台１０１の上面に非接触に浮上させた位置で移動を停止させ保持する。

この後、試料搬送機１０４はアーム１０３の収縮によって処理室３３内部から真空容器２０の外部に移動し、図示しないゲートバルブが気密にゲートを閉塞して処理室３３が密封される。この状態で、図１６（ｃ）に示すように、試料台１０１上方にウエハＷを非接触に浮上させて上下方向および水平方向に位置決めした状態で、処理室３３内に供給された処理用ガスを用いて形成されたプラズマ４３を用いてウエハＷ上面に配置された膜構造の処理用の膜層のエッチング処理が実施される。

図１７（ａ）は、図１６（ｃ）に示したウエハＷ上面の処理対象の膜層の所定のエッチング処理が終了が図示しない検出器により検出された後、上記ゲートバルブが開放され処理室３３の外部から試料搬送機１０４がアーム１０３を伸長させて試料保持器１０２をその静電吸着膜２０３を下方の試料台１０１に向けてその上部の静電吸着膜２０３上方に保持されたウエハＷの上方まで移動させた状態を模式的に示している。アーム１０３は、図１６（ｂ）と同様に、試料保持器１０２の静電吸着膜２０３のウエハＷが保持される円形またはこれと同等の形状を有する保持面の上下方向の中心の軸が下方の試料台１０１の静電吸着層２０３のウエハＷの保持面またはその上のウエハＷの中心軸の中心軸とが合致するかこれと同等の位置でその位置が停止して保持される。

次に、図１７（ｂ）に示すように、試料台１０１のウエハＷに対して発生する静電吸着力が徐々に低減され、試料台１０１上の静電吸着層２０３とウエハＷとの間に供給されている伝熱ガス２０５によるウエハＷの浮上力を静電吸着力より相対的に小さくされる。このため、ウエハＷは図上上方の試料搬送器１０４の試料保持器１０２に向けて移動して送り出される。

本図は、ウエハＷを非接触状態を保ちながら試料台１０１の上面上方から試料搬送機１０４の試料保持器２０２に近づけて移動させた状態を模式的に示す図である。なお、本実施例の試料保持機１０４では、下方から移動してくるウエハＷをその下面上方に受け取って保持する際には、試料保持器１０２の下面上方に伝熱ガス２０５が供給されて形成される浮上力と試料保持器１０２下面を構成する静電吸着層２０３内に配置された膜状の電極に供給される直流電力により形成される静電気力とが適切に調節され、ウエハＷが非接触状態で試料搬送手機１０４下面に浮上した状態で保持される。

このように試料搬送機１０４がウエハＷを保持した状態で、処理室３３の外部に移動することでウエハＷが処理室３３から搬出される。図１７（ｃ）は、試料搬送機１０４のアーム１０３を収縮させて試料台１０１上方から処理室３３外部に移動している状態を模式的に示す図である。

図１８は、図１５乃至図１７に説明した試料搬送機１０４および試料台１０１とを用いてウエハＷの表面および裏面の両面にプラズマを用いた処理を実施する例を模式的に示す図である。すなわち、図１５乃至図１７に説明した試料台１０１と試料搬送機１０４との間のウエハＷの受け渡しの構成を用いて、ウエハＷを試料台１０１及び試料搬送機１０４に非接触に保持した状態を維持してウエハＷを両面の各々を試料台１０１上方の処理室３３の側に向けて非接触の保持し、表それぞれの面に配置された膜構造の処理対象の膜層をプラズマに曝露して処理を実施できる。

まず、図１８（ａ）に示す通りに、ウエハＷは試料台１０１上面上方で図２または図７または図９に示した実施例と同様にして非接触の状態で且つウエハＷのＡ面をプラズマが形成される空間に向けた（処理室３３の上方に向けた）状態で保持され、プラズマが処理室３３内に形成されこれを用いてＡ面上に予め形成された膜構造の処理が施される。その後、処理室３３内に進入した図１５乃至１７に示した試料搬送機１０４の試料保持器１０２下面に対してウエハＷが当該下面と隙間をあけて非接触状態で受け渡され、試料搬送機１０４の処理室３３への退出によって処理室３３外に搬出される。

その後、ウエハＷを上下逆転させて（図示せず）、再度試料搬送機１０４の試料保持器１０４の下面と隙間をあけてウエハＷが当該下面とＢ面を対向させた状態で非接触に保持されて、処理室３３内部に搬入され、試料台１０１上面上方に非接触状態が維持されて受け渡される。そして、ウエハＷがＢ面をプラズマが形成される空間に向け（処理室３３の上方に向け）て保持された状態で、図１８（ｂ）に示すように、プラズマが処理室３３内に形成されこれを用いてＢ面上に予め形成された膜構造の処理が施される。

上記の構成ではウエハＷのプラズマに面した上面の膜構造がプラズマにより処理されている間で、下面はその下方の試料台１０１上面と非接触状態でその上方で保持されているため、先に実施された面の処理により形成された膜構造の形状が後に実施される面の処理中に試料台１０１と接触して形状が変化し歩留まりが損なわれたり表面が汚染されたりすることが抑制される。このようにして、ウエハＷの表面の汚染や処理の歩留まりの低下を抑制しつつウエハＷの上下の２面にプラズマによる処理を実施することが可能となる。

なお、処理室３３の外でウエハＷを上下逆転させる手段として、ウエハＷのＡ面の処理が終了した後に、ウエハＷをウエハＷを収納可能なストッカー内に収納し当該ストッカーの上下を逆転させて設置し直した後、ウエハＷを再度試料搬送機１０４で非接触に保持してストッカーから取り出してもよい。この場合、ストッカーは、ウエハの外周近傍のみを把持する構造であることが望ましい。

本発明は、上記の実施例に限定されず、異物の発生を抑制しながら、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。例えば、ウエハを高温に加熱しながら処理を行う、アッシング装置、スパッタ装置、イオン注入装置、などにも有用であると考えられる。

１１…冷媒流路、
２０…真空容器、
２１…高周波電源、
２６…温調ユニット、
３１…処理室壁、
３２…蓋部材、
３３…処理室、
３４…ガス導入管、
３５…処理ガス、
３６…排気口、
３７…圧力調節バルブ、
３８…ターボ分子ポンプ、
３９…マイクロ波発振器、
４０…マイクロ波、
４１…導波管、
４２…ソレノイドコイル、
４３…プラズマ、
２０２…電極ブロック、
２０３…静電吸着層、
２０３−１…内部電極、
２０３−２…絶縁体、
２０４…伝熱ガス供給通路、
２０５…伝熱ガス、
２０６…流量制御弁、
２０７…直流電源、
２０８…リフトピン、
２０９…ズレ防止部材
２０９ａ…リングカバー、
２１０…シール部、
２１１…フレキシブル配管、
２１２…排気制御弁、
２１５…直流電源、
２１６…ガス溝、
２１７…排気溝、
２１８…排気穴、
２１８−１…空洞、
２１９…排気ライン、
２２０…フィードスルー、
２２１…真空ポンプ、
２２２…検出穴、
２２３…圧力計、
２２４…回転数制御器、
２２５…接着剤。

Claims (16)

1. 真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置され上面に前記プラズマを用いて処理されるウエハが配置される試料台と、この試料台の内部に配置され当該試料台の温度を調節するための温度調節器と、前記試料台の前記上面を構成し内側に膜状の電極を備えた誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の上面の外周側の領域に配置され当該上面の中央側の領域をリング状に囲んで配置された凸部と、前記誘電体製の膜の上面の中央側の領域に配置され前記ウエハが載せられた状態で当該ウエハとの間の隙間にガスを導入するための導入口と、前記誘電体製の膜内の前記電極に上方に配置された前記ウエハを吸着する静電気力を形成する電力を供給する電源と、前記電源からの電力と前記導入口からのガスの量とを調節して前記ウエハを前記誘電体製の膜上方で非接触に保持する制御器とを備えたプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ウエハの処理を実施する前または実施した後に前記ウエハが非接触に保持された状態で前記ウエハの温度を変更する工程を実施するプラズマ処理装置。
3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記制御器は、前記ウエハの処理中に前記ウエハを非接触に保持するプラズマ処理装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記誘電体製の膜の外周側にリング状に配置され前記ウエハが当該誘電体製の膜上に配置された状態でこのウエハを囲む誘電体製のリングと、このリング内で前記ウエハの外周を囲む位置に配置され前記ウエハの外周縁と同じ極性が付与されるリング状の電極とを備えたプラズマ処理装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ウエハを回転させつつ当該ウエハを非接触に保持するプラズマ処理装置。
6. 請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記凸部の上面に前記誘電体膜の上面の周方向について円弧状に配置され内側を前記ガスが流れる溝を備えたプラズマ処理装置。
7. 真空容器内部の処理室内に配置され内側に温度調節器を備えた試料台上に処理対象のウエハを配置し、前記処理室内にプラズマを形成して前記ウエハを処理するプラズマ処理方法であって、
   前記ウエハが前記試料台上に配置された状態で、この試料台の上面を構成する誘電体製の膜の中央側の領域をリング状に囲んで配置された凸部の内側の前記中央側の領域でウエハとの間の隙間にガスを導入すると共に、前記誘電体製の膜の内部に配置された膜状の電極に電力を供給して前記ウエハを吸着する静電気力を形成して、前記電源からの電力と前記導入口からのガスの量とを調節して前記ウエハを前記誘電体製の膜上方で非接触に保持しつつ前記試料台の温度を所定の範囲内の値に調節するプラズマ処理方法。
8. 請求項７に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記ウエハの処理を実施する前または実施した後に前記ウエハを非接触に保持した状態で前記ウエハの温度を変更する工程を実施するプラズマ処理方法。
9. 請求項７に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記ウエハを非接触に保持した状態で当該ウエハの処理を実施するプラズマ処理方法。
10. 請求項７乃至９の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、
    前記ウエハを回転させつつ当該ウエハを非接触に保持するプラズマ処理方法。
11. 請求項７乃至１０の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、
    前記誘電体製の膜内の前記電極が異なる極性が付与される複数の膜状の電極を備え、前記プラズマを用いた前記ウエハの処理中にこれら複数の電極に同じ極性が付与され前記プラズマが形成されていない状態で異なる極性が付与されるプラズマ処理方法。
12. 請求項１２に記載のプラズマ処理方法であって、
    前記プラズマを用いた前記ウエハの処理中に前記複数の電極に同じ値の電圧が印加されるプラズマ処理方法。
13. 請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、
    前記誘電体製の膜上面の前記導入口の外周側に配置され前記ガスが排気される複数の第１の排気口と、前記誘電体製の膜上面の前記第１の排気口の外周側であって前記載せられて回転する前記ウエハの外周縁より中心側であって当該ウエハのノッチ部の中央側端部より外周側に配置されて前記処理室内のガスが排気される第２の排気口と、当該第２の排気口に連通した排気経路に連通して配置され前記排気経路内の圧力の変化を検知する圧力検知器とを備え、
    前記制御器が前記圧力検知器からの出力を用いて検出したウエハの回転数を用いて前記ガスの供給を調節するプラズマ処理装置
14. 請求項１３に記載のプラズマ処理装置であって、
    前記ウエハが前記誘電体製の膜上方で非接触に保持された状態で、前記処理室内の圧力が前記凸部の内側の前記誘電体製の膜と前記ウエハとの間の隙間の圧力より低く且つ前記凸部と前記ウエハとの隙間の圧力より高くされたプラズマ処理装置。
15. 請求項１３または１４に記載のプラズマ処理装置であって、
    各々の前記複数の第１の排気口が前記試料台の中心から半径方向の所定の距離で当該中心回りに等しい角度の位置に配置されたプラズマ処理装置。
16. 請求項１５に記載のプラズマ処理装置であって、
    前記凸部上面に開口を有して前記中心回りにリング状に配置された溝部を備え、前記複数の第１の排気口が前記溝部内面に配置されたプラズマ処理装置。

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