JP2019091756A - ステージおよびプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の周りにこれを囲む部材が設けられる場合に、被処理物の周縁部と中央部の温度差を十分に小さく抑えることができる技術の提供。【解決手段】ステージ３は、被処理物９の下面の外縁全周に当接し、且つ、プラズマ処理時に被処理物９を囲繞するように配置される囲繞部材３３の下面の内縁全周に当接する外側土手部３０１と、外側土手部３０１の内側において外側土手部３０１が囲む領域よりも小さな領域を囲み、全周に亘って被処理物９の下面に当接する内側土手部３０２と、が上面に設けられたステージ本体３１と、外側土手部３０１、内側土手部３０２および被処理物９で形成される第１空間Ｖ１、内側土手部３０２および被処理物９で形成される第２空間Ｖ２、および、外側土手部３０１の外側に形成される閉空間である第３空間Ｖ３の各々に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部３４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理を施される被処理物（典型的には半導体ウエハ）が載置されるステージ、および、該ステージを備えるプラズマ処理装置に関する。

一般に、半導体ウエハ等に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置は、処理チャンバー、その内部に配置されたステージ、処理チャンバーの内部にプラズマを生成するための機構、等を含んで構成される。このような装置で半導体ウエハを処理する場合、まず、半導体ウエハが処理チャンバーの内部に搬入されてステージ上に載置される。そして、処理チャンバーが密閉された後、その内部にプラズマが形成され、該プラズマによりステージ上の半導体ウエハに対するプラズマ処理が進行する。

処理チャンバーの内部にプラズマが形成されると、これに晒されることにより半導体ウエハが昇温する。これを抑制するべく、ステージには、ここに載置されている半導体ウエハに対して冷却ガス（典型的には、ヘリウムガス）を供給する機構が設けられることが多い（特許文献１〜４参照）。

ところで、プラズマ処理装置においては、処理チャンバー内に形成されるプラズマをステージ上の半導体ウエハの上方に閉じ込めるべく、誘電体で形成されたリング状の部材（フォーカスリング）が、ステージ上の半導体ウエハを囲むように配置されることがある。また、ステージ上の半導体ウエハの位置を規制してこれが水平方向に位置ずれを生じないようにするために、リング状の部材（位置決めリング）が、ステージ上の半導体ウエハを囲むように配置されることもある。このようなフォーカスリングや位置決めリングを囲繞部材ともいう。

処理チャンバーの内部にプラズマが形成されると、これらのリング状の部材もプラズマに晒され、昇温する。リング状の部材が昇温すると、その熱を受けて半導体ウエハの周縁部が加熱され、該周縁部が中央部よりも高温になってしまう。半導体ウエハの面内にこのような温度勾配が生じると、該面内における処理の均一性が担保されなくなってしまう。そこで、特許文献１および特許文献２では、リング状の部材の底面に対してもヘリウムガスを供給してこれを冷却することが提案されている。

特開２００５−０６４４６０号公報 特開２０００−０３６４９０号公報 特開２００４−２７３５３３号公報 特開２００９−０１６５７３号公報

特許文献１の構成においては、リング状の部材の底面にヘリウムガスが供給されることによりその昇温が抑制され、ひいては、半導体ウエハの周縁部の昇温が抑制される。しかしながら、半導体ウエハの周縁部と中央部の温度差を十分に小さくするためには、この構成だけでは不十分であった。

そこで特許文献２では、半導体ウエハを載置するステージに、半導体ウエハの周縁部にヘリウムガスを供給するガス吐出孔と、中央部にヘリウムガスを供給するガス吐出孔をそれぞれ形成し、周縁部に中央部よりも高圧のヘリウムガスを供給することで周縁部を中央部よりも強く冷却して、両者の温度差を低減することを試みている。

近年においては、要求される処理精度が高まる一方で、生産効率を高めるために半導体ウエハの周縁ぎりぎりの位置までチップが形成されることが多く、周縁部と中央部の温度差がたとえ僅かなものであっても、それが歩留まりに大きく影響してしまう。このような状況を受けて、周縁部と中央部の温度差をさらに小さく抑えることができる技術が必要になってきている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、被処理物の周りにこれを囲む部材が設けられる場合に、被処理物の周縁部と中央部の温度差を十分に小さく抑えることができる技術の提供を目的とする。

上記課題を解決するために成された本発明は、プラズマ処理される被処理物を載置するためのステージであって、
被処理物の下面の外縁全周に当接し、且つ、プラズマ処理時に該被処理物を囲繞するように配置される囲繞部材の下面の内縁全周に当接する外側土手部と、前記外側土手部の内側において前記外側土手部が囲む領域よりも小さな領域を囲み、全周に亘って前記被処理物の下面に当接する内側土手部と、が上面に設けられたステージ本体と、
前記外側土手部、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第１空間、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第２空間、および、前記外側土手部の外側に形成される閉空間である第３空間の各々に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部と、
を備える。

ここで、「ステージ本体に設けられる」には、ステージ本体と一体的に形成されること、ステージ本体とは別体に形成される部材がステージ本体に取り付けられること、等が含まれる。

上記の構成においては、第１空間に供給される冷却ガスにより被処理物の周縁部が冷却され、第２空間に供給される冷却ガスにより被処理物の中心部が冷却される。第１空間と第２空間は、内側土手部によって気密に区画されるので、これらのうちの一方の空間に供給した冷却ガスが他方の空間に流れることがなく、各空間の冷却強度を他方の空間の冷却強度とは無関係に規定することができる。すなわち、被処理物の周縁部と中心部の各冷却強度を独立して精度よく調整することができる。また、被処理物を囲繞するように配置される囲繞部材は、その内縁全周が外側土手部に当接して配置されているので、外側土手部の外側に形成される第３空間に冷却ガスが供給されることにより該囲繞部材が冷却される。したがって、囲繞部材からの熱を受けて被処理物の周縁部が昇温することが抑制される。

このように、囲繞部材からの熱を受けて被処理物の周縁部が昇温することを抑制しつつ、被処理物の周縁部と中心部の各冷却強度を独立に規定することによって、周縁部と中心部の温度差を十分に小さく抑えることができる。

好ましくは、前記ステージにおいて、
前記冷却ガス供給部が、
一端が冷却ガス供給源に接続され、他端が前記第１空間に開口した第１吐出孔と接続された単独ラインと、
一端が前記冷却ガス供給源に接続され、途中で枝分かれして、一方の他端が前記第２空間に開口した第２吐出孔と接続され、他方の他端が前記第３空間に開口した第３吐出孔と接続された、共用ラインと、
を備える。

この構成によると、第２空間に冷却ガスを供給するラインと第３空間に冷却ガスを供給するラインが共用されているので、装置構成を簡易なものとして装置の製造コストを低減することができる。一方、第１空間に冷却ガスを供給するラインは他のラインと共用されることなく単独に形成されているので、第１空間に供給する冷却ガスの圧力は、第２空間および第３空間に供給する冷却ガスの圧力と無関係に規定することが可能であり、被処理物の周縁部の冷却強度を、中心部および囲繞部材の冷却強度とは独立に規定することができる。

好ましくは、前記ステージは、
前記単独ラインにおける冷却ガスの圧力が第１圧力値となるように前記単独ラインを流れる冷却ガスの流量を制御する第１流量制御部と、
前記共用ラインにおける冷却ガスの圧力が前記第１圧力値よりも小さな第２圧力値となるように前記共用ラインを流れる冷却ガスの流量を制御する第２流量制御部と、
を備える。

上記の構成においては、第１空間に供給される冷却ガスの圧力が、第２空間および第３空間に供給される冷却ガスの圧力よりも高いものとなっているので、被処理物の周縁部を、中心部および囲繞部材よりも強く冷却することができる。

好ましくは、前記ステージは、
前記単独ラインを流れる冷却ガスの流量変化および前記共用ラインを流れる冷却ガスの流量変化に基づいて、前記ステージ本体の上面における冷却ガスの漏れを検知する漏れ検知部、
を備える。

単独ラインにおける冷却ガスの圧力が第１圧力値となるように、また、共用ラインにおける冷却ガスの圧力が第１圧力値よりも小さな第２圧力値となるように、各ラインを流れる冷却ガスの流量がそれぞれ制御されている場合、例えば、被処理物と外側土手部の間に冷却ガスの漏れがあると、単独ラインを流れる冷却ガスの流量が増加する。また、被処理物と内側土手部の間に冷却ガスの漏れがあると、第１空間から第２空間に冷却ガスが流入し、その結果、共用ラインを流れる冷却ガスの流量が減少する。また、囲繞部材と外側土手部の間に冷却ガスの漏れがあると、共用ラインを流れる冷却ガスの流量が増加する。つまり、単独ラインおよび共用ラインの各流量変化に基づいて、ステージ本体の上面における冷却ガスの漏れの有無およびその発生位置を簡易且つ確実に検知することができる。

好ましくは、前記ステージにおいて、
前記ステージ本体の上面に、前記外側土手部の外側において前記外側土手部が囲む領域よりも大きな領域を囲み、全周に亘って前記囲繞部材の下面に当接する封止土手部、が設けられ、
前記第３空間が、前記外側土手部、前記封止土手部および前記囲繞部材で形成される。

この構成によると、簡易な構成で、閉空間である第３空間を形成することができる。

好ましくは、前記ステージは、
前記ステージ本体に埋設された、上方から見て前記封止土手部と重なる位置まで延在する静電吸着用電極、
を備える。

この構成によると、静電吸着用電極に電流が供給されることにより、内側土手部、外側土手部、および、封止土手部の全てに静電吸着力が発生する。したがって、被処理物が内側土手部および外側土手部に吸着固定され、囲繞部材が外側土手部および封止土手部に吸着固定される。これにより、被処理物および囲繞部材に対する冷却効果を高めることができる。

好ましくは、前記ステージにおいて、
前記外側土手部の頂面が、耐プラズマ性を有する膜によって被覆されている。

プラズマ処理時には、外側土手部の頂面における被処理物と囲繞部材の間の部分がプラズマに晒される。上記の構成では、外側土手部の頂面が耐プラズマ性を有する膜によって被覆されているので、この部分がプラズマに晒されても劣化が生じにくい。

また、本発明は、プラズマ処理装置も対象としている。該プラズマ処理装置は、
処理チャンバーと、
前記処理チャンバーの内部に配置された、被処理物を載置するためのステージと、
前記処理チャンバーの内部にガスを供給するガス供給部と、
前記処理チャンバーの内部に供給されたガスを励起してプラズマを生成するプラズマ生成部と、
を備え、
前記ステージが、
被処理物の下面の外縁全周に当接し、且つ、プラズマ処理時に該被処理物を囲繞するように配置される囲繞部材の下面の内縁全周に当接する外側土手部と、前記外側土手部の内側において前記外側土手部が囲む領域よりも小さな領域を囲み、全周に亘って前記被処理物の下面に当接する内側土手部と、が上面に設けられたステージ本体と、
前記外側土手部、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第１空間、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第２空間、および、前記外側土手部の外側に形成される閉空間である第３空間の各々に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部と、
を備える。

この構成によると、被処理物の周縁部と中心部の温度差を十分に小さく抑えることができる。ひいては、被処理物の面内におけるプラズマ処理の均一性を高めることができる。

本発明によると、プラズマ処理時に被処理物を囲繞するように配置される囲繞部材を冷却することにより、これからの熱を受けて被処理物の周縁部が昇温することを抑制することができる上、プラズマ処理される被処理物の周縁部と中心部の各冷却強度を独立に規定することができるので、周縁部と中心部の温度差を十分に小さく抑えることができる。

プラズマ処理装置の構成を模式的に示す側断面図。 ステージの一部を拡大して示す側断面図。 載置面を上方から見た図（ａ）、および、半導体ウエハおよび囲繞部材が載置されている状態の載置面を上方から見た図（ｂ）。 漏れ判断部が行う処理の流れを示す図。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、図においては、説明の便宜上、本件発明と関連する要素のみが示されており、一部の要素については図示が省略されている。

＜１．プラズマ処理装置の全体構成＞
実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、プラズマ処理装置１００の構成を模式的に示す側断面図である。

プラズマ処理装置１００は、被処理物（ここでは半導体ウエハ）９に対してプラズマ処理を行うための装置であり、内部に処理空間を形成する処理チャンバー１と、処理チャンバー１の内部に設けられる上部電極２およびステージ３を備える。また、プラズマ処理装置１００は、これが備える各要素を制御する制御部４を備える。

処理チャンバー１には、その外部に配置された外部搬送装置のハンドを処理チャンバー１の内部に導入するための搬出入口１１及びこれを塞ぐロードロック１２が設けられている。また、処理チャンバー１には、処理空間を排気するための排気口が設けられており、該排気口には、バルブ等が介挿された配管を介して、真空ポンプが接続されている（いずれも図示省略）。

上部電極２には、整合器２１を介して高周波電源（プラズマ用高周波電源）２２が接続されていて、上部電極２に高周波電力を投入できるようになっている。また、上部電極２には、バルブ等が介挿された配管を介して、プラズマ処理に用いられる各種のガスを供給するための処理ガス供給源２３が接続されている。処理ガス供給源２３から供給されたガスは、上部電極２に設けられた吐出孔２４から吐出される。

ステージ３は、処理チャンバー１の内部に、上部電極２と対向して設けられる。ステージ３と処理チャンバー１の間には昇降機構（図示省略）が設けられており、ステージ３の高さ（すなわち、ステージ３と上部電極２の離間距離）を変更できるようになっている。

ステージ３は、上面に半導体ウエハ９が載置される円形の載置面３０が形成されたステージ本体３１を備える。ステージ本体３１は、半導体ウエハ９を載置する載置部としての機能に加えて、載置された半導体ウエハ９にバイアス電圧を印加する下部電極としての機能を担う。すなわち、ステージ本体３１には、電極（バイアス用電極）（図示省略）が埋設されており、このバイアス用電極には、ブロッキングコンデンサ３１１及び整合器３１２を介して高周波電源（バイアス用高周波電源）３１３が接続されている。これにより、載置面３０に載置された半導体ウエハ９に対してバイアス電圧を印加できるようになっている。

ステージ３は、載置面３０に載置された半導体ウエハ９を冷却するための構成をさらに備える。該構成については後述する。

制御部４は、パーソナルコンピュータ等をハードウエア資源とし、該パーソナルコンピュータにインストールされた専用の制御・処理ソフトウエアを実行することにより、各種の機能要素（例えば、後述する漏れ判断部３５３等）が具現化される。また、制御部４には、液晶ディスプレイ等から成る表示部と、マウス、キーボード、タッチパネル等から構成される入力部が接続されている（図示省略）。

＜２．プラズマ処理装置の動作＞
プラズマ処理装置１００で半導体ウエハ９に対するプラズマ処理を行う動作の流れを、引き続き図１を参照しながら説明する。

まず、処理するべき半導体ウエハ９を保持した外部搬送装置のハンドが、搬出入口１１を介して処理チャンバー１の内部に挿入され、該ハンドに保持されている半導体ウエハ９がステージ３の載置面３０に載置される。なお、載置面３０には、昇降ピン（図示省略）が設けられており、載置面３０と外部搬送装置のハンドとの間の半導体ウエハ９の授受は該昇降ピンを介して行われる。

外部搬送装置のハンドが処理チャンバー１から退避すると、搬出入口１１がロードロック１２により閉鎖され、処理チャンバー１の内部の空気が排気される。処理チャンバー１の内部が所定の圧力まで減圧されると、処理ガス供給源２３から吐出孔２４を介して処理チャンバー１の内部にガスが供給される。そして、プラズマ用高周波電源２２から上部電極２に高周波電力が投入される。すると、処理チャンバー１の内部に導入されているガスが励起されてプラズマが発生する。この状態において、バイアス用高周波電源３１３からステージ本体３１のバイアス用電極に電力が投入されると、プラズマ中の正イオン等が半導体ウエハ９の表面に向けて加速され、半導体ウエハ９に対するプラズマ処理が進行する。

プラズマ処理を受ける半導体ウエハ９は、プラズマによって加熱される。また、後述するように、半導体ウエハ９の周囲には、これを囲繞するように囲繞部材３２が配置されており、プラズマによって加熱された囲繞部材３２からの熱を受けて半導体ウエハ９の周縁部が加熱される。しかしながら、後述するように、ステージ３は、載置面３０に載置された半導体ウエハ９を冷却するための構成を備えており、これにより半導体ウエハ９の昇温が抑制されるとともに、半導体ウエハ９における周縁部と中心部の間の温度差も十分に小さく抑えられるようになっている。したがって、半導体ウエハ９の面内に均一にプラズマ処理が進行する。

半導体ウエハ９に対する所定のプラズマ処理が完了すると、処理チャンバー１の内部へのガスの供給が停止されるとともに、上部電極２およびバイアス用電極の各々に対する電力の投入が停止される。その後、ロードロック１２が搬出入口１１を開放し、そこから外部搬送装置のハンドが挿入されて、載置面３０上の半導体ウエハ９を受け取って処理チャンバー１から搬出する。

＜３．半導体ウエハ９を冷却するための構成＞
上記のとおり、ステージ３は、載置面３０に載置された半導体ウエハ９を冷却するための構成を備える。該構成について、図１に加え、図２、図３を参照しながら具体的に説明する。図２は、ステージ３の一部（載置面３０の付近）を拡大して示す側断面図である。図３（ａ）は、載置面３０を上方から見た図である。図３（ｂ）は、半導体ウエハ９および囲繞部材３２が載置されている状態の載置面３０を上方から見た図である。

ステージ３は、上述したとおり、上面に半導体ウエハ９が載置される載置面３０が形成されたステージ本体３１を備える。また、ステージ３は、載置面３０に載置される半導体ウエハ９を囲むように設けられる囲繞部材３２と、該半導体ウエハ９を静電吸着する静電チャック３３と、載置面３０に冷却ガス（ここではヘリウムガス）を供給する冷却ガス供給部３４と、冷却ガス供給部３４によって載置面３０に供給されたヘリウムガスの漏れを検知する漏れ検知部３５とを備える。以下にこれらの各部について説明する。

＜３−１．囲繞部材３２＞
囲繞部材３２は、半導体ウエハ９を囲繞する形状（ここでは、内径が半導体ウエハ９の外径よりも僅かに大きいリング状）の部材であり、例えばセラミックスにより形成される。囲繞部材３２は、載置面３０と同心となる位置において載置面３０（具体的には、ここに設けられる外側土手部３０１および封止土手部３０３（後述する））上に載置されており、半導体ウエハ９は、載置面３０における囲繞部材３２で囲まれる領域に載置される。つまり、囲繞部材３２は、載置面３０に載置される半導体ウエハ９を囲繞するように配置され、載置面３０に載置された半導体ウエハ９の位置を規制してこれが水平方向に位置ずれを生じないようにするための位置規制部材としての機能を担う。

囲繞部材３２は、上面および下面がいずれも平坦な平板状であり、その厚みは半導体ウエハ９とほぼ同じとされている。したがって、載置面３０に半導体ウエハ９が載置されたときに、囲繞部材３２の上面と半導体ウエハ９の上面がほぼ面一となる。また、囲繞部材３２の外径は、載置面３０の外径よりも十分大きいものとされている。したがって、載置面３０の外縁付近が囲繞部材３２に覆われることとなり、該外縁付近がプラズマに晒されることがない。

囲繞部材３２は、その下面に、導体により形成された導体層３２０が設けられている。また、囲繞部材３２の下面の外縁全周は、筒状の支持枠３２１により支持されている。また、囲繞部材３２の下側には、石英により形成されるリング状の絶縁部材（石英リング）３２２が、載置面３０を囲むように設けられる。石英リング３２２は、処理チャンバー１の内部に設けられるアース電極とバイアス用電極とを絶縁する部材として機能する。なお、説明の便宜上、図２、図３では石英リング３２２の図示は省略されている。

＜３−２．載置面３０＞
載置面３０には、これと同心に配置された複数の土手部（外側土手部３０１、内側土手部３０２、および、封止土手部３０３）が設けられている。ここでは、各土手部３０１，３０２，３０３は、ステージ本体３１と一体的に形成されているものとする。各土手部３０１，３０２，３０３の頂面は平坦面とされている。また、載置面３０における、各土手部３０１，３０２，３０３で囲まれる領域（すなわち、内側土手部３０２で囲まれる円形領域、内側土手部３０２と外側土手部３０１の間のリング状領域、外側土手部３０１と封止土手部３０３の間のリング状領域の各々）には、エンボス加工により複数個の突起部３０４が形成されている（図３（ａ）においては、突起部３０４の図示が省略される代わりに、これが形成されている領域がハッチングで示されている）。各土手部３０１，３０２，３０３および各突起部３０４は、全て同じ高さとされている。すなわち、これら各部３０１〜３０４は、頂面が面一となっている。

外側土手部３０１は、その内径が半導体ウエハ９の外径よりも僅かに小さく、その外径が囲繞部材３２の内径よりも僅かに大きいリング状の土手部であり、載置面３０に載置される半導体ウエハ９の下面の外縁全周と囲繞部材３２の下面の内縁全周とに当接する。

外側土手部３０１の頂面は、耐プラズマ性を有する材料により形成された保護膜３０１０で被覆されていることが好ましい。保護膜３０１０は具体的には例えば、外側土手部３０１の頂面に、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、等を熔射することにより形成することができる。プラズマ処理時には、外側土手部３０１の頂面における半導体ウエハ９と囲繞部材３２の間の部分がプラズマに晒されるところ、外側土手部３０１の頂面に保護膜３０１０が形成されることで、この部分がプラズマに晒されても外側土手部３０１に劣化が生じにくくなる。

内側土手部３０２は、外側土手部３０１の内側において、外側土手部３０１が囲む領域よりも小さな領域を囲むリング状の土手部であり、その頂面の全周に亘って、載置面３０に載置される半導体ウエハ９の下面に当接する。

封止土手部３０３は、載置面３０の外縁に形成される。すなわち、封止土手部３０３は、外側土手部３０１の外側において、外側土手部３０１が囲む領域よりも大きな領域を囲むリング状の土手部であり、その頂面の全周に亘って囲繞部材３２の下面に当接する。

＜３−３．静電チャック３３＞
ステージ本体３１は、載置面３０に載置された半導体ウエハ９を静電吸着する静電チャック３３を備える。すなわち、ステージ本体３１の上側部分、載置面３０、および、ここに設けられている各部３０１〜３０４は、誘電体により形成された誘電層３３１を成している。また、ステージ本体３１の上側部分における誘電層３３１の内部には、電極（静電吸着用電極）３３２が埋設されている。この静電吸着用電極３３２は、上方から見て、封止土手部３０３と重なる位置まで延在している。また、静電吸着用電極３３２には、直流電源３３３が接続されている。

この構成において、直流電源３３３から静電吸着用電極３３２に直流電圧が印加されると、載置面３０およびここに設けられている各部３０１〜３０４に静電吸着力が発生し、載置面３０に載置されている半導体ウエハ９および囲繞部材３２が、載置面３０に対して吸着固定される。具体的には、外側土手部３０１、内側土手部３０２、および、一群の突起部３０４によって支持されている半導体ウエハ９が、これら各部３０１，３０２，３０４に吸着固定される。また、外側土手部３０１、封止土手部３０３、および、一群の突起部３０４によって支持されている囲繞部材３２が、これら各部３０１，３０３，３０４に吸着固定される。ただし、上記のとおり、囲繞部材３２は、その下面に導体により形成された導体層３２０が設けられており、これら各部３０１，３０３，３０４に対して十分に吸着固定されるようなっている。

＜３−４．冷却ガス供給部３４＞
載置面３０に半導体ウエハ９が載置され、これが静電チャック３３により載置面３０に対して吸着固定されると、該半導体ウエハ９の下方に、これと外側土手部３０１で囲まれる閉空間が形成される。該空間は、内側土手部３０２によって、外側の空間（第１空間）Ｖ１と中心側の空間（第２空間）Ｖ２に気密に区画される。また、囲繞部材３２が静電チャック３３により載置面３０に対して吸着固定されると、囲繞部材３２の下方に、これと外側土手部３０１と封止土手部３０３で囲まれる閉空間（第３空間）Ｖ３が形成される。ステージ３には、第１空間Ｖ１、第２空間Ｖ２、および、第３空間Ｖ３の各々に冷却ガス（ここではヘリウムガス）を供給する冷却ガス供給部３４が設けられている。

冷却ガス供給部３４は、冷却ガスの供給源（冷却ガス供給源）３４１と、２本の供給配管（単独ライン３４２および共用ライン３４３）を備える。

単独ライン３４２は、一端が冷却ガス供給源３４１に接続され、他端が第１空間Ｖ１に開口した第１吐出孔３０５と接続されている。第１吐出孔３０５は、具体的には、載置面３０における外側土手部３０１と内側土手部３０２の間の領域に形成される。

共用ライン３４３は、一端が冷却ガス供給源３４１に接続され、途中で枝分かれして、一方の他端が第２空間Ｖ２に開口した第２吐出孔３０６と接続され、他方の他端が第３空間Ｖ３に開口した第３吐出孔３０７と接続されている。第２吐出孔３０６は、具体的には、載置面３０における内側土手部３０２で囲まれる領域に形成される。また、第３吐出孔３０７は、具体的には、載置面３０における外側土手部３０１と封止土手部３０３の間の領域に形成される。

この構成において、単独ライン３４２を介して第１吐出孔３０５からヘリウムガスが吐出されることで、第１空間Ｖ１にヘリウムガスが供給され、半導体ウエハ９の周縁部が冷却される。また、共用ライン３４３を介して第２吐出孔３０６および第３吐出孔３０７からヘリウムガスが吐出されることで、第２空間Ｖ２および第３空間Ｖ３にヘリウムガスが供給され、これにより半導体ウエハ９の中央部と囲繞部材３２が冷却される。

なお、第１吐出孔３０５および第２吐出孔３０６は、それぞれが配置される領域内において、載置面３０の中心からできるだけ遠い位置に形成されることが好ましい。これにより、半導体ウエハ９の中心から遠い位置ほど強く冷却することが可能となる。

単独ライン３４２の途中には、ここを流れるヘリウムガスの流量を制御する第１流量制御部３４４が介挿される。また、共用ライン３４３の途中であって、枝分かれ部分よりも上流側（冷却ガス供給源３４１の側）には、共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量を制御する第２流量制御部３４５が介挿される。

第１流量制御部３４４および第２流量制御部３４５の各々は、自身が介挿されているラインにおけるヘリウムガスの圧力値が、制御部４から指示された目標圧力値となるように、該ラインを流れるヘリウムガスの流量を制御する要素であり、圧力計、開閉弁、流量調整弁（マスフローコントローラ）、排気弁、等を含んで構成されている。

単独ライン３４２および共用ライン３４３におけるヘリウムガスの各目標圧力値の具体的な数値は、例えば、制御部４が入力部を介してオペレータから受け付けることによって規定される。ただし、半導体ウエハ９の周縁部は囲繞部材３２からの熱を受けるため、中央部よりも強く冷却する必要がある。そこで、単独ライン３４２の目標圧力値は、共用ライン３４３の目標圧力値よりも大きな値とされる。

＜３−５．漏れ検知部３５＞
ステージ３は、載置面３０におけるヘリウムガスの漏れを検知する漏れ検知部３５を備える。漏れ検知部３５は、単独ライン３４２を流れるヘリウムガスの流量変化および共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量変化に基づいて、載置面３０におけるヘリウムガスの漏れを検知するものであり、第１流量計測部３５１、第２流量計測部３５２、および、漏れ判断部３５３を備える。

第１流量計測部３５１は、単独ライン３４２の途中に介挿されてここを流れるヘリウムガスの流量を計測する。第２流量計測部３５２は、共用ライン３４３の途中であって、枝分かれ部分よりも上流側に介挿されて、共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量を計測する。第１流量計測部３５１および第２流量計測部３５２は、制御部４と電気的に接続されており、計測結果をリアルタイムで制御部４に通知する。

漏れ判断部３５３は、制御部４において実現される機能要素であり、第１流量計測部３５１および第２流量計測部３５２が取得した各計測結果に基づいて、載置面３０におけるヘリウムガスの漏れの有無を判断するとともに、漏れが有ると判断した場合にその発生位置を特定してその旨を外部に報知する。漏れ判断部３５３が行う具体的な処理の流れは後述する。

＜４．半導体ウエハ９を冷却する処理の流れ＞
半導体ウエハ９を冷却する処理の流れについて、図１〜図３に加えて図４を参照しながら説明する。図４は、漏れ判断部３５３が行う処理の流れを示す図である。

半導体ウエハ９が載置面３０に載置されて、該半導体ウエハ９に対するプラズマ処理が開始されると、冷却ガス供給部３４が、単独ライン３４２を介して第１吐出孔３０５からヘリウムガスを吐出開始させるとともに、共用ライン３４３を介して第２吐出孔３０６および第３吐出孔３０７からヘリウムガスを吐出開始させる。これにより、第１空間Ｖ１、第２空間Ｖ２、および、第３空間Ｖ３のそれぞれにヘリウムガスが供給開始される。

各吐出孔３０５，３０６，３０７からのヘリウムガスの吐出が開始されると、第１流量制御部３４４が、単独ライン３４２におけるヘリウムガスの圧力値が、制御部４から指示された目標圧力値（第１圧力値）となるように、単独ライン３４２を流れるヘリウムガスの流量を制御する。また第２流量制御部３４５が、共用ライン３４３におけるヘリウムガスの圧力値が、制御部４から指示された目標圧力値（第１圧力値よりも小さな第２圧力値）となるように、共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量を制御する。

すると、半導体ウエハ９の周縁部は、第１空間Ｖ１に供給されるヘリウムガスによって比較的強く冷却され、半導体ウエハ９の中心部は、第２空間Ｖ２に供給されるヘリウムガスによって比較的弱く冷却される。第１空間Ｖ１と第２空間Ｖ２は内側土手部３０２によって気密に区画されるので、これらのうちの一方の空間に供給した冷却ガスが他方の空間に流れることがなく、各空間の冷却強度（具体的には、ヘリウムガスの圧力）を他方の空間の冷却強度とは無関係に規定することができる。すなわち、周縁部と中心部の各冷却強度を独立して精度よく調整することができる。また、このとき、囲繞部材３２も、第３空間Ｖ３に供給されるヘリウムガスによって冷却される。したがって、囲繞部材３２からの熱を受けて半導体ウエハ９の周縁部が昇温することが抑制される。このように、囲繞部材３２からの熱を受けて周縁部が昇温することを抑制しつつ、周縁部と中心部の各冷却強度を独立に規定することによって、周縁部と中心部の温度差を十分に小さく抑えることができる。

一方で、各吐出孔３０５，３０６，３０７からのヘリウムガスの吐出が開始されると、第１流量計測部３５１が、単独ライン３４２を流れるヘリウムガスの流量の計測を開始して、取得した計測結果をリアルタイムで制御部４に出力する。また、第２流量計測部３５２が、共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量の計測を開始して、取得した計測結果をリアルタイムで制御部４に出力する。すなわち、ヘリウムガスの吐出が開始されると、制御部４には、各ライン３４２，３４３を流れるヘリウムガスの流量の計測結果が次々と入力される。

制御部４において実現される漏れ判断部３５３は、各吐出孔３０５，３０６，３０７からのヘリウムガスの吐出が開始されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、各流量計測部３５１，３５２が取得した計測結果に基づいて、各ライン３４２，３４３を流れるヘリウムガスの流量変化の有無を監視する。

すなわち、漏れ判断部３５３は、まず、単独ライン３４２を流れるヘリウムガスの流量の増加の有無を判断する（ステップＳ２）。ここで増加があると判断した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、漏れ判断部３５３は続いて共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量の減少の有無を判断する（ステップＳ３）。

共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量の減少があると判断した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、すなわち、単独ライン３４２の流量が増加し、且つ、共用ライン３４３の流量が減少する場合、漏れ判断部３５３は、半導体ウエハ９と内側土手部３０２の間からヘリウムガスが漏れていると判断する（ステップＳ４）。半導体ウエハ９と内側土手部３０２の間からヘリウムガスが漏れている場合、相対的に高圧な第１空間Ｖ１から相対的に低圧な第２空間Ｖ２にヘリウムガスが流入する。その結果、単独ライン３４２を流れるヘリウムガスの圧力を一定に保つために必要なヘリウムガス流量が増加するとともに、共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの圧力を一定に保つために必要なヘリウムガス流量が減少するため、単独ライン３４２の流量が増加し、且つ、共用ライン３４３の流量が減少するからである。

ヘリウムガスの漏れがあると判断した場合、漏れ判断部３５３は所定の報知処理を行ってその旨をオペレータに報知する（ステップＳ８）。報知処理は、例えば、漏れの発生およびその発生位置を報知するためのメッセージを表示部に表示させるものとすることができる。該メッセージを音声メッセージとしてスピーカー等から発生させてもよい。また、警報ランプ等を点灯させてもよい。

また、共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量の減少がないと判断した場合（ステップＳ３でＮＯ）、すなわち、単独ライン３４２の流量が増加し、且つ、共用ライン３４３の流量が減少しない場合、漏れ判断部３５３は、半導体ウエハ９と外側土手部３０１の間からヘリウムガスが漏れていると判断して（ステップＳ５）、所定の報知処理を行う（ステップＳ８）。半導体ウエハ９と外側土手部３０１の間からヘリウムガスが漏れている場合、単独ライン３４２を流れるヘリウムガスの圧力を一定に保つために必要なヘリウムガス流量が増加するため、単独ライン３４２の流量が増加するからである。

一方、単独ライン３４２を流れるヘリウムガスの流量の増加がないと判断した場合（ステップＳ２でＮＯ）、漏れ判断部３５３は続いて共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量の増加の有無を判断する（ステップＳ６）。

共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量の増加があると判断した場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、すなわち、単独ライン３４２の流量が増加せず、且つ、共用ライン３４３の流量が増加する場合、漏れ判断部３５３は、囲繞部材３２と外側土手部３０１の間（あるいは、囲繞部材３２と封止土手部３０３の間）からヘリウムガスが漏れていると判断して（ステップＳ７）、所定の報知処理を行う（ステップＳ８）。囲繞部材３２と外側土手部３０１の間（あるいは囲繞部材３２と封止土手部３０３の間）からヘリウムガスが漏れている場合、共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの圧力を一定に保つために必要なヘリウムガス流量が増加するため、共用ライン３４３の流量が増加するからである。

共用ライン３４３を流れるヘリウムガスの流量の増加がないと判断した場合（ステップＳ６でＮＯ）、すなわち、単独ライン３４２の流量が増加せず、且つ、共用ライン３４３の流量も増加しない場合、漏れ判断部３５３は、載置面３０からのヘリウムガスの漏れはないと判断して、再びステップＳ２の処理に戻る。

漏れ判断部３５３は、半導体ウエハ９に対するプラズマ処理が終了するまで、上記一連の処理（ステップＳ２〜ステップＳ８）を行い続ける。

半導体ウエハ９に対するプラズマ処理が終了すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、冷却ガス供給部３４が各吐出孔３０５，３０６，３０７からのヘリウムガスの吐出を停止し、漏れ判断部３５３は処理を終了する。

＜４．変形例＞
上記の実施形態において、外側土手部３０１の外側に封止土手部３０３が設けられて、これらと囲繞部材３２により閉空間である第３空間Ｖ３が形成されていたが、封止土手部３０３を設けず、外側土手部３０１、石英リング２２２、および、囲繞部材３２により閉空間である第３空間Ｖ３が形成されるものとしてもよい。また、石英リング２２２が設けられない場合、封止土手部３０３に代えて、ステージ本体３１の側壁と支持枠３２１の間を塞ぐ封止部材を設け、該封止部材、支持枠３２１、外側土手部３０１、および、囲繞部材３２により閉空間である第３空間Ｖ３が形成されるものとしてもよい。

また、上記の実施形態では、各土手部３０１，３０２，３０３は、ステージ本体３１と一体的に形成されるものとしたが、これら土手部３０１，３０２，３０３は、ステージ本体３１とは別体に形成された部材がステージ本体３１に取り付けられることによって、ステージ本体３１に設けられてもよい。ただしこの場合も、各土手部３０１，３０２，３０３は誘電体により形成される。

また、上記の実施形態において、内側土手部３０２は、半導体ウエハ９を「周縁部」と「中心部」に区画する境界に当接するような位置に設けられていることが好ましい。ここでいう、半導体ウエハ９の「周縁部」および「中心部」は、プラズマ処理される半導体ウエハ９の面内の各位置の温度プロファイルに基づいて次のように規定される。すなわち、プラズマ処理時には、半導体ウエハ９の周縁位置は囲繞部材３２からの熱を受けるため、中心位置よりも昇温しやすい。つまり、周縁位置と中心位置は異なる温度プロファイルを呈する。そこで、冷却ガスによる冷却を行わずにプラズマ処理を行った場合の半導体ウエハ９の面内の各位置の温度プロファイルを実験あるいは計算で求めて、中心位置の温度プロファイルと似た温度プロファイルを呈する各位置から成る領域を「中心部」とし、周縁位置の温度プロファイルと似た温度プロファイルを呈する各位置から成る領域を「周縁部」とする。内側土手部３０２は、このように規定された各領域の境界に当接するような位置に設けることが好ましい。

また、上記の実施形態においては、載置面３０に３個の土手部３０１，３０２，３０３が形成されたが、３個以上の土手部が形成されてもよい。例えば、中心径が内側土手部３０２の中心径よりも大きく且つ外側土手部３０１の中心径よりも小さなリング状の土手部が設けられてもよい。また例えば、中心径が内側土手部３０２の中心径よりも小さなリング状の土手部が設けられてもよい。

また、上記の実施形態において、載置面３０は平坦面であるとし、ここに設けられる各土手部３０１，３０２，３０３および突起部３０４は、頂面が面一であるとしたが、載置面３０がドーム状であり、各土手部３０１，３０２，３０３および各突起部３０４の頂面が、同一のドーム状の面内に配置されるものとしてもよい。この場合、半導体ウエハ９は、ドーム状に撓んで、外側土手部３０１および内側土手部３０２および各突起部３０４に当接する。またこの場合、囲繞部材３２は、下面がドーム状の面内に沿うような非平坦形状に形成される。

また、上記の実施形態においては、ステージ３が、容量結合型プラズマ（CCP：Capacitively Coupled Plasma）方式のプラズマ処理装置１００に搭載される場合を例示したが、ステージ３は、誘導結合型プラズマ（ICP：Inductively Coupled Plasma）方式のプラズマ処理装置、マイクロ波ECRプラズマ（ECR：Electron Cyclotron Resonance）方式のプラズマ処理装置、等に搭載されてもよい。

また、上記の実施形態において、ステージ３に載置される被処理物は、半導体ウエハ９に限るものではない。

１…処理チャンバー
２…上部電極
２１…整合器
２２…プラズマ用高周波電源
２３…処理ガス供給源
２４…吐出孔
３…ステージ
３１…ステージ本体
３０…載置面
３０１…外側土手部
３０１０…保護膜
３０２…内側土手部
３０３…封止土手部
３０４…突起部
３０５…第１吐出孔
３０６…第２吐出孔
３０７…第３吐出孔
３１１…ブロッキングコンデンサ
３１２…整合器
３１３…バイアス用高周波電源
３２…囲繞部材
３２０…導体層
３２１…支持枠
３２２…石英リング
３３…静電チャック
３３１…誘電層
３３２…静電吸着用電極
３３３…直流電源
３４…冷却ガス供給部
３４１…冷却ガス供給源
３４２…単独ライン
３４３…共用ライン
３４４…第１流量制御部
３４５…第２流量制御部
３５…漏れ検知部
３５１…第１流量計測部
３５２…第２流量計測部
３５３…漏れ判断部
４…制御部
１００…プラズマ処理装置
９…半導体ウエハ
Ｖ１…第１空間
Ｖ２…第２空間
Ｖ３…第３空間

Claims (8)

1. プラズマ処理される被処理物を載置するためのステージであって、
   被処理物の下面の外縁全周に当接し、且つ、プラズマ処理時に該被処理物を囲繞するように配置される囲繞部材の下面の内縁全周に当接する外側土手部と、前記外側土手部の内側において前記外側土手部が囲む領域よりも小さな領域を囲み、全周に亘って前記被処理物の下面に当接する内側土手部と、が上面に設けられたステージ本体と、
   前記外側土手部、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第１空間、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第２空間、および、前記外側土手部の外側に形成される閉空間である第３空間の各々に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部と、
   を備える、ステージ。
2. 請求項１に記載のステージであって、
   前記冷却ガス供給部が、
   一端が冷却ガス供給源に接続され、他端が前記第１空間に開口した第１吐出孔と接続された単独ラインと、
   一端が前記冷却ガス供給源に接続され、途中で枝分かれして、一方の他端が前記第２空間に開口した第２吐出孔と接続され、他方の他端が前記第３空間に開口した第３吐出孔と接続された、共用ラインと、
   を備える、ステージ。
3. 請求項２に記載のステージであって、
   前記単独ラインにおける冷却ガスの圧力が第１圧力値となるように前記単独ラインを流れる冷却ガスの流量を制御する第１流量制御部と、
   前記共用ラインにおける冷却ガスの圧力が前記第１圧力値よりも小さな第２圧力値となるように前記共用ラインを流れる冷却ガスの流量を制御する第２流量制御部と、
   を備える、ステージ。
4. 請求項３に記載のステージであって、
   前記単独ラインを流れる冷却ガスの流量変化および前記共用ラインを流れる冷却ガスの流量変化に基づいて、前記ステージ本体の上面における冷却ガスの漏れを検知する漏れ検知部、
   を備える、ステージ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のステージであって、
   前記ステージ本体の上面に、前記外側土手部の外側において前記外側土手部が囲む領域よりも大きな領域を囲み、全周に亘って前記囲繞部材の下面に当接する封止土手部、が設けられ、
   前記第３空間が、前記外側土手部、前記封止土手部および前記囲繞部材で形成される、
   ステージ。
6. 請求項５に記載のステージであって、
   前記ステージ本体に埋設された、上方から見て前記封止土手部と重なる位置まで延在する静電吸着用電極、
   を備える、ステージ。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のステージであって、
   前記外側土手部の頂面が、耐プラズマ性を有する膜によって被覆されている、
   ステージ。
8. 処理チャンバーと、
   前記処理チャンバーの内部に配置された、被処理物を載置するためのステージと、
   前記処理チャンバーの内部にガスを供給するガス供給部と、
   前記処理チャンバーの内部に供給されたガスを励起してプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   を備え、
   前記ステージが、
   被処理物の下面の外縁全周に当接し、且つ、プラズマ処理時に該被処理物を囲繞するように配置される囲繞部材の下面の内縁全周に当接する外側土手部と、前記外側土手部の内側において前記外側土手部が囲む領域よりも小さな領域を囲み、全周に亘って前記被処理物の下面に当接する内側土手部と、が上面に設けられたステージ本体と、
   前記外側土手部、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第１空間、前記内側土手部および前記被処理物で形成される第２空間、および、前記外側土手部の外側に形成される閉空間である第３空間の各々に冷却ガスを供給する冷却ガス供給部と、
   を備える、プラズマ処理装置。

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