JP6541565B2 - 載置台及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、載置台及びプラズマ処理装置に関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、基板処理装置が用いられる。基板処理装置は、一般的に、処理容器、載置台、及びガス供給部を備えている。載置台は、処理容器内に設けられている。載置台は、その上に基板が載置される本体部、及び、その内部に冷媒用の流路が形成された冷却台を有している。本体部は、冷却台上に設けられている。また、本体部は、ヒータを内蔵している。ガス供給部は、処理容器内に基板処理用のガスを供給する。
このような基板処理装置を用いた基板処理では、基板の温度が、例えば２００℃を超える高温に設定されることがある。そのために、冷却台と本体部との間の断熱性を高めた構造を有する載置台が、下記の特許文献１において提案されている。
特許文献１に記載された載置台は、冷却台及び本体部に加えて、複数の断熱材及びエッジリングを備えている。複数の断熱材は、冷却台と本体部との間、及び、冷却台とエッジリングの間に設けられている。エッジリングは、略筒状の部材であり、冷却台の周縁部に断熱材を介して固定され、当該エッジリングと冷却台との間に本体部を挟持している。
特許第５４８２２８２号明細書
ところで、基板処理装置の一種としてプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置の載置台は、静電チャックを有している。また、プラズマ処理装置では、プラズマ生成のために及び／又はイオン引き込みのために、静電チャックの導電性の基台に高周波が供給されるようになっている。このようなプラズマ処理装置においても、高温での基板に対する処理が要求されることがある。そのため、プラズマ処理装置においても、静電チャックを冷却台から離間させる構造を採用することが考えられる。この構造を採用した載置台においても、静電チャックの基台に高周波を供給する給電ルートを設ける必要がある。また、この給電ルートにおける高周波の損失を抑制する必要がある。
一態様においては、載置台が提供される。載置台は、冷却台、給電体、静電チャック、第１の弾性部材、及び、締付部材を備えている。冷却台は、金属製であり、その内部には冷媒用の流路が形成されている。給電体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製であり、高周波電源からの高周波を伝送する給電ルートの一部を構成しており、冷却台に接続されている。静電チャックは、基台及び吸着部を有している。基台は、導電性を有しており、冷却台の上に設けられている。また、吸着部は、セラミックス製であり、吸着用電極及びヒータを内蔵している。吸着部は、基台の上に設けられており、金属接合により基台に結合されている。第１の弾性部材は、冷却台と基台との間に設けられており、静電チャックを冷却台から離間させている。第１の弾性部材は、冷却台と基台との間に伝熱ガスが供給される伝熱空間を、冷却台及び基台と共に画成する。締付部材は、金属製であり、冷却台及び基台に接触する。締付部材は、基台及び第１の弾性部材を、冷却台と締付部材の間に挟持する。
一態様に係る載置台では、第１の弾性部材により冷却台と基台とが互いに離間されている。また、この載置台では、基台と吸着部との接合に、接着剤が用いられていない。したがって、静電チャックの温度を２００℃を超える高温に設定することが可能である。また、伝熱空間に供給される伝熱ガスを介して静電チャックと冷却台との間の熱交換がなされ得るので、静電チャックの温度を低温に設定することも可能である。また、この載置台では、給電体、冷却台、及び、締付部材により、静電チャックの基台に対する高周波の給電ルートが確保されている。さらに、給電体が、静電チャックの基台に直接接続されるのではなく、冷却台に接続されるので、当該給電体の構成材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を採用することができる。したがって、１３．５６ＭＨｚ以上の高い周波数の高周波が用いられる場合であっても、給電体における高周波の損失が抑制される。
一実施形態では、冷却台は、第１中央部及び第１周縁部を有している。第１周縁部は、第１中央部に連続し、第１中央部に対して径方向外側において周方向に沿って延在している。静電チャックの基台は、冷却台の第１中央部の上に設けられている。基台は、第２中央部及び第２周縁部を有する。第２周縁部は、第２中央部に連続し、第２中央部に対して径方向外側において周方向に沿って延在している。締付部材は、筒状部及び環状部を有する。筒状部は第１下面を含んでいる。環状部は、第２下面を含んでおり、筒状部の上側部分から径方向内側に延びている。締付部材は、第１下面が冷却台の第１周縁部の上面に接し、第２下面が基台の第２周縁部の上面に接するように、冷却台の第１周縁部に固定されている。
一実施形態において、載置台は、第２の弾性部材を更に備えていてもよい。第２の弾性部材は、絶縁性のＯリングであり、締付部材の環状部の内縁部と基台の第２周縁部の上面との間に設けられている。基台の第２周縁部の上面と締付部材の第２下面は、互いに接しているので、それらの接触箇所において摩擦が生じ、パーティクル（例えば、金属粉）が発生することがある。第２の弾性部材は、このようなパーティクルが発生しても、吸着部及び当該吸着部上に載置される基板に、パーティクルが付着することを抑制し得る。
一実施形態において、第１の弾性部材は、当該第１の弾性部材が発生する反力が第２の弾性部材が発生する反力よりも大きくなるように構成される。これにより、静電チャックを冷却台から確実に離間させることができる。
一実施形態では、第１の弾性部材は、伝熱空間にＨｅガスが供給されているときの当該伝熱空間の熱抵抗よりも高い熱抵抗を有するように構成される。この実施形態によれば、静電チャックと冷却台との間では、第１の弾性部材を介した熱伝導よりも伝熱空間を介した熱伝導が優位となる。したがって、静電チャックの温度分布が均一化され得る。一実施形態では、第１の弾性部材はパーフロロエラストマーから形成されたＯリングであってもよい。かかる第１の弾性部材は、高い耐熱性を有し、且つ、低い熱伝導率を有する。
一実施形態では、吸着部には、該吸着部と該吸着部上に載置される基板との間に伝熱ガスを供給するための第１のガスラインが形成されており、冷却台には、第１のガスラインに供給される伝熱ガスを供給するための第２のガスラインが形成されており、載置台は、第１のガスラインと第２のガスラインとを接続するスリーブを更に有している。スリーブは少なくともその表面において絶縁性を有し、当該スリーブの該表面はセラミックスから形成されている。基台及び冷却台は、スリーブが配置される収容空間を提供している。基台は収容空間を画成する面を有し、該面には絶縁性セラミックス製の皮膜が形成されている。載置台は、当該皮膜と冷却台との間において収容空間を封止する絶縁性のＯリングである第３の弾性部材を更に有する。この実施形態によれば、基板と吸着部との間に供給される伝熱ガス用のガスラインが接着剤を用いずに形成される。また、スリーブの収容空間を画成する基台の面がセラミックス製の絶縁性セラミックスの皮膜で覆われており、且つ、当該収容空間を封止するように当該皮膜と冷却台との間において絶縁性の第３の弾性部材が設けられているので、プラズマが基台と冷却台との間に侵入すること、及び、それに伴う基台の絶縁破壊が抑制される。
一実施形態では、載置台は、第４の弾性部材を更に備えていてもよい。第４の弾性部材は絶縁性のＯリングであり、第３の弾性部材の外側且つ冷却台と基台との間に設けられており、第１の弾性部材と共に上記伝熱空間を形成する。一実施形態では、第４の弾性部材は、パーフロロエラストマーから形成されていてもよい。
一実施形態では、締付部材は、チタンから形成されていてもよい。チタンは低い熱伝導率を有するので、冷却台と基台との間の締付部材を介した熱伝導が抑制される。
一実施形態では、吸着部を構成するセラミックスは、酸化アルミニウムであってもよい。酸化アルミニウムは高温環境下において高い体積抵抗率を有するので、酸化アルミニウムから形成された吸着部によれば、２００℃を超える高温においても、十分な吸着力が発揮される。
別の態様においては、プラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、及び、高周波電源を備える。載置台は、処理容器内において基板を支持するものであり、上述した一態様及び種々の実施形態の載置台のうち何れかである。高周波電源は、載置台の給電体に電気的に接続されている。
一実施形態では、プラズマ処理装置は、載置台の伝熱空間に、伝熱ガス又は冷媒を選択的に供給するよう構成された伝熱媒体供給系を更に有していてもよい。この実施形態のプラズマ処理装置において、静電チャックの温度を高温に設定する場合には、伝熱空間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）を供給することができる。また、静電チャックの温度を低下させるときには、伝熱空間に冷媒を供給することができる。冷媒が伝熱空間に供給されている場合の静電チャックの降温速度は、伝熱空間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）が供給される場合の静電チャックの降温速度よりも高い。したがって、このプラズマ処理装置は、静電チャックの温度を急速に冷却する用途に適している。
一実施形態では、冷媒は液状冷媒である。伝熱媒体供給系は、供給部、第１のタンク、第１のドライポンプ、第１〜第７の配管、第１〜第６のバルブ、チラーユニット、第２のタンク、第２のドライポンプ、第１〜第６の冷媒配管、及び、第１〜第４の冷媒バルブを有する。供給部は、伝熱空間に伝熱ガスを供給するための要素である。第１の配管は、供給部に接続された一端、及び、他端を有する。第１のバルブは、第１の配管の途中に設けられている。第２の配管は、第１の配管の他端に接続された一端、及び、伝熱空間に接続された他端を有する。第２のバルブは、第２の配管の途中に設けられている。第３の配管は、第１の配管の他端に接続された一端、及び、他端を有する。第３のバルブは、第３の配管の途中に設けられている。第４の配管は、第１の配管の他端に接続された一端、及び、第３の配管の他端に接続された他端を有する。第４のバルブは、第４の配管の途中に設けられている。第５の配管は、第２のバルブと伝熱空間との間で第２の配管に接続された一端、及び、第１のタンクに接続された他端を有する。第５のバルブは、第５の配管の途中に設けられている。第６の配管は、第１のタンクに接続された一端、及び、第１のドライポンプに接続された他端を有する。第６のバルブは、第６の配管の途中に設けられている。第７の配管は、第３の配管の他端に接続された一端、及び、第６のバルブと第１のドライポンプとの間で第６の配管に接続された他端を有する。チラーユニットは、冷媒を供給する要素である。第１の冷媒配管は、冷却台の流路に冷媒を供給するための配管であり、冷却台の流路とチラーユニットを接続している。第２の冷媒配管は、冷却台の流路から冷媒を回収するための配管であり、冷却台の流路とチラーユニットを接続している。第３の冷媒配管は、伝熱空間に接続された一端、及び、他端を有する。第４の冷媒配管は、伝熱空間に接続された一端、及び、第３の冷媒配管の他端に接続された他端を有する。第１の冷媒バルブは、第１の冷媒配管の途中に設けられており、チラーユニットを冷却台の流路又は第３の冷媒配管に選択的に接続する。第２の冷媒バルブは、第２の冷媒配管の途中に設けられており、チラーユニットを冷却台の流路又は第４の冷媒配管に選択的に接続する。第５の冷媒配管は、第３の冷媒配管の他端に接続された一端、及び、第２のタンクに接続された他端を有する。第３の冷媒バルブは、第５の冷媒配管の途中に設けられている。第６の冷媒配管は、第２のタンクと第２のドライポンプを接続する。第４の冷媒バルブは、第６の冷媒バルブを有する。
一実施形態において、プラズマ処理装置は、ヒータのためのヒータ電源と、伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御する制御部と、を更に備える。制御部は、
（ｉ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、及び、第４のバルブが開かれ、第３のバルブ、第５のバルブ、及び、第６のバルブが閉じられ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと冷却台の流路を接続し、第３の冷媒バルブ及び第４の冷媒バルブが閉じられ、ヒータがＯＮに設定された状態を形成し、
（ｉｉ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第４のバルブ、第５のバルブ、及び、第６のバルブが閉じられ、第２のバルブ及び第３のバルブが開かれ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと冷却台の流路を接続し、第３の冷媒バルブ及び第４の冷媒バルブが閉じられ、ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
（ｉｉｉ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、第４のバルブ、第５のバルブ、及び、第６のバルブが閉じられ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと伝熱空間を接続し、第３の冷媒バルブ及び第４の冷媒バルブが閉じられ、ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
（ｉｖ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、第４のバルブ、第５のバルブ、及び、第６のバルブが閉じられ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと冷却台の流路を接続し、第３の冷媒バルブ及び第４の冷媒バルブが閉じられ、ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
（ｖ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、及び、第４のバルブが閉じられ、第５のバルブ、及び、第６のバルブが開かれ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと載置台の流路を接続し、第３の冷媒バルブ及び第４の冷媒バルブが開かれ、ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成する。
一実施形態では、冷媒はハイドロフルオロカーボン系の冷媒である。伝熱媒体供給系は、供給部、第１のドライポンプ、第１〜第６の配管、第１〜第５のバルブ、チラーユニット、第１〜第４の冷媒配管、及び、第１〜第２の冷媒バルブを有する。供給部は、伝熱空間に伝熱ガスを供給するための要素である。第１の配管は、供給部に接続された一端、及び、他端を有する。第１のバルブは、第１の配管の途中に設けられている。第２の配管は、第１の配管の他端に接続された一端、及び、伝熱空間に接続された他端を有する。第２のバルブは、第２の配管の途中に設けられている。第３の配管は、第１の配管の他端に接続された一端、及び、他端を有する。第３のバルブは、第３の配管の途中に設けられている。第４の配管は、第１の配管の他端に接続された一端、及び、第３の配管の他端に接続された他端を有する。第４のバルブは、第４の配管の途中に設けられている。第５の配管は、第２のバルブと伝熱空間との間で第２の配管に接続された一端、及び、第１のドライポンプに接続された他端を有する。第５のバルブは、第５の配管の途中に設けられている。第６の配管は、第３の配管の他端に接続された一端、及び、第５のバルブと第１のドライポンプとの間で第５の配管に接続された他端を有する。チラーユニットは、冷媒を供給する要素である。第１の冷媒配管は、冷却台の流路に冷媒を供給するための配管であり、冷却台の流路とチラーユニットを接続する。第２の冷媒配管は、冷却台の流路から冷媒を回収するための配管であり、冷却台の流路とチラーユニットを接続する。第３の冷媒配管は、伝熱空間に接続された一端を有する。第４の冷媒配管は、伝熱空間に接続された一端を有する。第１の冷媒バルブは、第１の冷媒配管の途中に設けられており、チラーユニットを冷却台の流路又は第３の冷媒配管に選択的に接続する。第２の冷媒バルブは、第２の冷媒配管の途中に設けられており、チラーユニットを冷却台の流路又は第４の冷媒配管に選択的に接続する。
一実施形態において、プラズマ処理装置は、ヒータのためのヒータ電源と、伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御する制御部と、を更に備える。制御部は、
（ｉ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、及び、第４のバルブが開かれ、第３のバルブ及び第５のバルブが閉じられ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと冷却台の流路を接続し、ヒータがＯＮに設定された状態を形成し、
（ｉｉ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第４のバルブ、及び、第５のバルブが閉じられ、第２のバルブ及び第３のバルブが開かれ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと冷却台の流路を接続し、ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
（ｉｉｉ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、第４のバルブ、及び、第５のバルブが閉じられ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと伝熱空間を接続し、ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
（ｉｖ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、第４のバルブ、及び、第５のバルブが閉じられ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと冷却台の流路を接続し、ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
（ｖ）伝熱媒体供給系及びヒータ電源を制御して、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、及び、第４のバルブが閉じられ、第５のバルブが開かれ、第１の冷媒バルブ及び第２の冷媒バルブがチラーユニットと冷却台の流路を接続し、ヒータがＯＮに設定された状態を形成する。
以上説明したように、静電チャックを冷却台から離間させる構造を有する載置台において、静電チャックの基台に高周波を供給する給電ルートが形成される。また、この給電ルートにおける高周波の損失が抑制される。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図１に示すプラズマ処理装置の載置台の一部を拡大して示す断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置の載置台の別の一部を拡大して示す断面図である。 一実施形態に係る伝熱媒体供給系の構成を示す図である。 図４に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図４に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図４に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図４に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図４に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 別の実施形態に係る伝熱媒体供給系の構成を示す図である。 図１０に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図１０に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図１０に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図１０に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。 図１０に示す伝熱媒体供給系の動作を説明するための図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置であり、処理容器１２及び載置台１４を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、プラズマ処理のための内部空間を提供している。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されている。処理容器１２の内部空間側の表面には、アルマイト膜、及び／又は、酸化イットリウムといった耐プラズマ性を有するセラミックス製の皮膜が形成されている。この処理容器１２は接地されている。また、処理容器１２の側壁には、基板（以下、「ウエハＷ」という）を処理容器１２内に搬入し、また、処理容器１２の内部から搬出さするための開口１２ｐが形成されている。この開口１２ｐは、ゲートバルブＧＶによって開閉することが可能となっている。
載置台１４は、ウエハＷを処理容器１２内の内部空間において支持するよう構成されている。載置台１４は、ウエハＷを吸着する機能、ウエハＷの温度を調整する機能、及び、静電チャックの基台に高周波を伝送する構造を有している。この載置台１４の詳細については、後述する。
プラズマ処理装置１０は、上部電極１６を更に備えている。上部電極１６は、処理容器１２の上部開口内に配置されており、後述する載置台１４の下部電極と略平行に配置されている。上部電極１６と処理容器１２との間には、絶縁性の支持部材１８が介在している。
上部電極１６は、天板２０及び支持体２２を有している。天板２０は、略円盤状形状を有している。天板２０は、導電性を有し得る。天板２０は、例えば、シリコンから形成されている。或いは、天板２０は、アルミニウムから形成されており、その表面には、耐プラズマ性のセラミックス皮膜が形成されている。この天板２０には、多数のガス吐出孔２０ａが形成されている。ガス吐出孔２０ａは、略鉛直方向に延びている。
支持体２２は、天板２０を着脱自在に支持している。支持体２２は、例えば、アルミニウムから形成されている。支持体２２には、ガス拡散室２２ｂが形成されている。このガス拡散室２２ｂからは、ガス吐出孔２０ａにそれぞれ連通する多数の連通孔２２ａが延びている。また、ガス拡散室２２ｂには、ポート２２ｃを介して配管２４が接続している。この配管２４には、ガス供給源２６が接続されている。また、配管２４の途中には、マスフローコントローラといった流量制御器２８及びバルブ３０が設けられている。
また、プラズマ処理装置１０は、排気装置３２を更に備えている。排気装置３２は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプといった一以上のポンプ、及び、圧力調整弁を含んでいる。この排気装置３２は、処理容器１２に形成された排気口に接続されている。
また、プラズマ処理装置１０は、制御部ＭＣＵを更に備えている。制御部ＭＣＵは、プラズマ処理装置１０の各部を制御するよう、構成されている。例えば、制御部ＭＣＵは、プロセッサ、及び、メモリといった記憶装置を備えるコンピュータ装置であり得る。制御部ＭＣＵは、記憶装置に記憶されたプログラム及びレシピに従って動作することにより、プラズマ処理装置１０の各部を制御することができる。
このプラズマ処理装置１０の使用時には、ウエハＷが、載置台１４上に載置されて、当該載置台１４によって保持される。また、ガス供給源２６からの処理ガスが処理容器１２内に供給され、排気装置３２が作動されて、処理容器１２内の空間の圧力が減圧される。また、上部電極１６と載置台１４の下部電極の間に高周波電界が形成される。これにより、処理ガスが解離し、処理ガス中の分子及び／又は原子の活性種によってウエハＷが処理される。このような処理において、プラズマ処理装置１０の各部は、制御部ＭＣＵによる制御される。
以下、図１に加えて、図２及び図３を参照し、載置台１４、及び当該載置台１４に付随するプラズマ処理装置１０の構成要素について詳細に説明する。図２は、図１に示すプラズマ処理装置の載置台の一部を拡大して示す断面図である。図３は、図１に示すプラズマ処理装置の載置台の別の一部を拡大して示す断面図である。
載置台１４は、冷却台３４及び静電チャック３６を有している。冷却台３４は、処理容器１２の底部から延びる支持部材３８によって支持されている。この支持部材３８は、絶縁性の部材であり、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）から形成されている。また、支持部材３８は、略円筒形状を有している。
冷却台３４は、導電性を有する金属、例えば、アルミニウムから形成されている。冷却台３４は、略円盤形状を有している。冷却台３４は、中央部３４ａ、即ち第１中央部、及び、周縁部３４ｂ、即ち第１周縁部を有している。中央部３４ａは、略円盤形状を有している。中央部３４ａは、冷却台３４の第１上面３４ｃを提供している。第１上面３４ｃは、略円形の面である。
周縁部３４ｂは、中央部３４ａに連続しており、径方向（鉛直方向に延びる軸線Ｚに対して放射方向）において中央部３４ａの外側で、周方向（軸線Ｚに対して周方向）に延在している。一実施形態では、周縁部３４ｂは、中央部３４ａと共に、冷却台３４の下面３４ｄを提供している。また、周縁部３４ｂは、第２上面３４ｅを提供している。第２上面３４ｅは、帯状の面であり、径方向において第１上面３４ｃの外側で周方向に延びている。また、第２上面３４ｅは、鉛直方向において、第１上面３４ｃよりも下面３４ｄの近くにある。
冷却台３４には、給電体４０が接続されている。一実施形態では、給電体４０は、給電棒であり、冷却台３４の下面３４ｄに接続されている。給電体４０は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。
給電体４０は、処理容器１２の外部に設けられた高周波電源４２及び高周波電源４４に電気的に接続されている。高周波電源４２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波の周波数は、例えば、４０ＭＨｚである。高周波電源４４は、イオン引き込み用の第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。
高周波電源４２は、整合器４６を介して給電体４０に接続されている。整合器４６は、高周波電源４２の負荷側のインピーダンスを、高周波電源４２の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を有している。高周波電源４４は、整合器４８を介して給電体４０に接続されている。整合器４８は、高周波電源４４の負荷側のインピーダンスを、高周波電源４４の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を有している。
冷却台３４には、冷媒用の流路３４ｆが形成されている。流路３４ｆは、冷却台３４内において、例えば螺旋状に延在している。この流路３４ｆには、チラーユニットＴＵにより冷媒が供給される。流路３４ｆに供給される冷媒は、プラズマ処理装置１０の使用温度範囲、例えば２０℃以上２５０℃以下の温度帯域において液体である液状冷媒である。或いは、冷媒は、その気化によって吸熱し、冷却を行う冷媒であってもよく、例えば、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒であってもよい。
静電チャック３６は、冷却台３４の上に設けられている。具体的に、静電チャック３６は、冷却台３４の第１上面３４ｃの上に設けられている。静電チャック３６は、基台５０及び吸着部５２を有している。基台５０は、下部電極を構成しており、冷却台３４の上に設けられている。基台５０は、導電性を有している。基台５０は、例えば、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素に導電性を付与したセラミックス製であってもよく、或いは、金属（例えば、チタン）製であってもよい。
基台５０は、略円盤形状をなしており、中央部５０ａ、即ち第２中央部、及び、周縁部５０ｂ、即ち第２周縁部を有している。中央部５０ａは、略円盤形状を有している。中央部５０ａは、基台５０の第１上面５０ｃを提供している。第１上面５０ｃは、略円形の面である。
周縁部５０ｂは、中央部５０ａに連続しており、径方向において中央部５０ａの外側で、周方向に延在している。一実施形態では、周縁部５０ｂは、中央部５０ａと共に、基台５０の下面５０ｄを提供している。また、周縁部５０ｂは、第２上面５０ｅを提供している。この第２上面５０ｅは、帯状の面であり、径方向において第１上面５０ｃの外側で周方向に延びている。また、第２上面５０ｅは、鉛直方向において、第１上面５０ｃよりも下面５０ｄの近くにある。
吸着部５２は、基台５０上に設けられており、当該吸着部５２と基台５０との間に介在させた金属を用いた金属接合により、基台５０に結合されている。吸着部５２は、略円盤形状を有しており、セラミックスから形成されている。吸着部５２を構成するセラミックスは、室温（例えば、２０度）以上、４００℃以下の温度範囲において、１×１０１５Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有するセラミックスであり得る。このようなセラミックスとして、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）が用いられ得る。かかる体積抵抗率を有するセラミックス製の吸着部５２によれば、２００℃を超える高温においても、十分な吸着力が発揮される。
吸着部５２は、吸着用電極５４、ヒータ５６、及びヒータ５８を内蔵している。吸着用電極５４は電極膜であり、当該吸着用電極５４には、直流電源６０が電気的に接続されている。直流電源６０からの直流電圧が吸着用電極５４に与えられると、吸着部５２はクーロン力といった静電力を発生し、当該静電力によってウエハＷを保持する。
ヒータ５６は、ヒータ５８よりも吸着部５２の中央側に設けられている。換言すると、ヒータ５８は、吸着部５２の周縁領域内に設けられており、ヒータ５６は、ヒータ５８の内側に設けられている。ヒータ５６及びヒータ５８は、ヒータ電源６２に電気的に接続されている。このヒータ電源６２は、３系統のヒータ電源である。ヒータ５６とヒータ電源６２の間には、ヒータ電源６２への高周波の侵入を防止するために、フィルタ６４が設けられている。また、ヒータ５８とヒータ電源６２の間には、ヒータ電源６２への高周波の侵入を防止するために、フィルタ６６が設けられている。
基台５０と冷却台３４の間には、弾性部材６８、即ち第１の弾性部材が設けられている。弾性部材６８は、静電チャック３６を冷却台３４から上方に離間させている。この弾性部材６８は、Ｏリングである。弾性部材６８は、冷却台３４の第１上面３４ｃによって提供される溝の中に部分的に配置されており、第１上面３４ｃと基台５０の下面５０ｄに接している。また、弾性部材６８は、冷却台３４と基台５０と共に、冷却台３４の第１上面３４ｃと基台５０の下面５０ｄとの間に、伝熱空間ＤＳを画成している。また、弾性部材６８は、冷却台３４と基台５０との間において伝熱空間ＤＳを封止している。この伝熱空間ＤＳには、供給部ＧＰから、伝熱ガス、例えばＨｅガスが供給されるようになっている。
伝熱空間ＤＳの鉛直方向における長さは、プラズマ処理装置１０の使用時における静電チャック３６の設定温度範囲に依存するが、例えば、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の長さに設定される。一例として、静電チャック３６の設定温度範囲が８０℃以上、２５０℃以下である場合には、伝熱空間ＤＳの鉛直方向における長さは、０．５ｍｍに設定される。また、静電チャック３６の設定温度範囲の下限値が８０℃よりも低い温度である場合には、伝熱空間ＤＳの鉛直方向における長さは０．５ｍｍよりも短い長さに設定される。
一実施形態では、弾性部材６８は、伝熱空間ＤＳにＨｅガスが供給されているときの当該伝熱空間ＤＳの熱抵抗よりも高い熱抵抗を有するように構成される。伝熱空間ＤＳの熱抵抗は、伝熱ガスの熱伝導率、伝熱空間ＤＳの鉛直方向の長さ、及び伝熱空間ＤＳの面積に依存する。また、弾性部材６８の熱抵抗は、弾性部材６８の熱伝導率、弾性部材６８の鉛直方向における厚さ、及び弾性部材６８の面積に依存する。したがって、弾性部材６８の材料、厚さ、及び、面積は、伝熱空間ＤＳの熱抵抗に応じて、決定される。なお、弾性部材６８には、低い熱伝導率及び高い耐熱性が要求される。このような弾性部材６８は、例えば、パーフロロエラストマーから形成され得る。
載置台１４は、締付部材７０を更に備えている。締付部材７０は、金属から形成されており、基台５０及び弾性部材６８を、当該締付部材７０と冷却台３４との間に挟持するように構成されている。一実施形態では、締付部材７０は、基台５０と冷却台３４との間の当該締付部材７０からの熱伝導を抑制するために、低い熱伝導率を有する材料、例えば、チタンから形成される。
一実施形態において、締付部材７０は、筒状部７０ａ及び環状部７０ｂを有している。筒状部７０ａは、略円筒形状を有しており、その下端において第１下面７０ｃを提供している。第１下面７０ｃは、周方向に延びる帯状の面である。
環状部７０ｂは、略環状板形状を有しており、筒状部７０ａの上側部分の内縁に連続して、当該筒状部７０ａから径方向内側に延びている。この環状部７０ｂは、第２下面７０ｄを提供している。第２下面７０ｄは、周方向に延びる帯状の面である。
締付部材７０は、第１下面７０ｃが冷却台３４の第２上面３４ｅに接し、第２下面７０ｄが基台５０の第２上面５０ｅに接するように配置される。また、締付部材７０は、冷却台３４の周縁部３４ｂに対してねじ７２によって固定される。このねじ７２の締付部材７０に対する螺合を調整することにより、弾性部材６８の潰し量が調整される。これにより、伝熱空間ＤＳの鉛直方向における長さが調整される。
一実施形態では、締付部材７０の環状部７０ｂの内縁部下面と基台５０の第２上面５０ｅとの間には、弾性部材７４、即ち第２の弾性部材が設けられている。この弾性部材７４は、Ｏリングであり、締付部材７０の第２下面７０ｄと基台５０の第２上面５０ｅとの摩擦により生じ得るパーティクル（例えば、金属粉）が、吸着部５２側に移動することを抑制する。
また、弾性部材７４は、弾性部材６８が発生する反力よりも小さい反力を発生する。換言すると、弾性部材６８には、当該弾性部材６８が発生する反力が弾性部材７４が発生する反力よりも大きくなるように構成される。さらに、この弾性部材７４は、高い耐熱性を有し、且つ、低い熱伝導率を有する材料として、パーフロロエラストマーから形成され得る。
締付部材７０の上には、ヒータ７６が設けられている。このヒータ７６は、周方向に延在しており、フィルタ７８を介してヒータ電源６２に接続されている。フィルタ７８は、高周波がヒータ電源６２に侵入することを防止するために、設けられている。
ヒータ７６は、第１の膜８０と第２の膜８２の間に設けられている。第１の膜８０は、第２の膜８２に対して締付部材７０側に設けられている。第１の膜８０は、第２の膜８２の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有している。例えば、第１の膜８０は、ジルコニア製の溶射膜であり、第２の膜８２は酸化イットリウム（イットリア）製の溶射膜であり得る。また、ヒータ７６は、タングステンの溶射膜であり得る。
第２の膜８２上には、フォーカスリング８４が設けられている。このフォーカスリング８４は、ヒータ７６からの熱によって加熱される。また、ヒータ７６からの熱流束の多くは、第１の膜８０よりも第２の膜８２に向かい、当該第２の膜８２を介してフォーカスリング８４に向かう。したがって、フォーカスリング８４が効率的に加熱される。
また、載置台１４の冷却台３４、締付部材７０等は、その外周側において一以上の絶縁性部材８６によって覆われている。一以上の絶縁性部材８６は、例えば、酸化アルミニウム又は石英から形成されている。
さらに、図３に示すように、載置台１４の冷却台３４及び静電チャック３６には、ウエハＷと吸着部５２との間に伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）を供給するためのガスライン９０が提供されている。このガスライン９０は、伝熱ガスの供給部９１に接続されている。
図３に示すように、ガスライン９０は、ガスライン９０ａ（第１のガスライン）、ガスライン９０ｂ、及びガスライン９０ｃ（第２のガスライン）を含んでいる。ガスライン９０ａは、吸着部５２に形成されている。また、ガスライン９０ｃは、冷却台３４に形成されている。ガスライン９０ａとガスライン９０ｃはガスライン９０ｂを介して接続されている。このガスライン９０ｂは、スリーブ９２によって提供されている。このスリーブ９２は、略筒状の部材であり、少なくともその表面において絶縁性を有しており、当該表面はセラミックスから形成されている。一例においてスリーブ９２は、絶縁性のセラミックスから形成されている。例えば、スリーブ９２は、酸化アルミニウム（アルミナ）から形成されている。別の例において、スリーブ９２は、表面に絶縁処理を施した金属製の部材であってもよい。例えば、スリーブ９２は、アルミニウム製の本体と当該本体の表面に設けられたアルマイト皮膜とを有していてもよい。
基台５０と冷却台３４は、スリーブ９２を収容するための収容空間を提供している。この収容空間を画成する基台５０の面５０ｆには、絶縁性セラミックスの皮膜９４が形成されている。皮膜９４は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）の溶射膜であり得る。
皮膜９４と冷却台との間には、スリーブ９２の収容空間を封止する弾性部材９６、即ち第３の弾性部材が設けられている。この弾性部材９６は、Ｏリングであり、絶縁性を有する。弾性部材９６は、例えば、パーフロロエラストマーから形成されている。また、弾性部材９６の外側には、弾性部材９８、即ち第４の弾性部材が設けられている。この弾性部材９８は、Ｏリングであり、冷却台３４の第１上面３４ｃと基台５０の下面５０ｄに接しており、伝熱空間ＤＳを封止している。弾性部材９８は、例えば、パーフロロエラストマーから形成されている。
以上説明したように、載置台１４では、弾性部材６８によって冷却台３４と基台５０とが互いに離間されている。また、この載置台１４では、基台５０と吸着部５２との接合に、接着剤が用いられていない。したがって、静電チャック３６の温度を、２５０℃といった２００℃を超える高温に設定することが可能である。また、伝熱空間ＤＳに供給される伝熱ガスを介して静電チャック３６と冷却台３４との間の熱交換がなされ得るので、静電チャック３６の温度を低温（例えば、８０℃）に設定することも可能である。また、この載置台１４では、給電体４０、冷却台３４、及び締付部材７０により、静電チャック３６の基台５０に対する高周波の給電ルートが確保されている。さらに、給電体４０が、静電チャック３６の基台５０に直接接続されるのではなく、冷却台３４に接続されるので、当該給電体４０の構成材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を採用することができる。したがって、１３．５６ＭＨｚ以上の高い周波数の高周波が用いられる場合であっても、給電体４０における高周波の損失が抑制される。
また、上述したように、一実施形態では、締付部材７０の環状部７０ｂの内縁部下面と基台５０の第２上面５０ｅとの間には、弾性部材７４が設けられている。基台５０の周縁部５０ｂの第２上面５０ｅと締付部材７０の第２下面７０ｄは、互いに接しているので、それらの接触箇所において摩擦が生じ、パーティクル（例えば、金属粉）が発生することがある。弾性部材７４は、このようなパーティクルが発生しても、吸着部５２及び当該吸着部５２上に載置されるウエハＷに、パーティクルが付着することを抑制し得る。
また、弾性部材６８は、当該弾性部材６８が発生する反力が弾性部材７４が発生する反力よりも大きくなるように構成される。これにより、静電チャック３６を冷却台３４から確実に離間させることができる。
また、一実施形態では、弾性部材６８は、伝熱空間ＤＳにＨｅガスが供給されているときの当該伝熱空間ＤＳの熱抵抗よりも高い熱抵抗を有するように構成される。また、弾性部材６８は、例えば、パーフロロエラストマーから形成される。このような弾性部材６８によれば、静電チャック３６と冷却台３４との間では、弾性部材６８を介した熱伝導よりも伝熱空間ＤＳを介した熱伝導が優位となる。したがって、静電チャック３６の温度分布が均一化され得る。
また、一実施形態では、ウエハＷと吸着部５２との間に供給される伝熱ガス用のガスライン９０が接着剤を用いずに形成されている。また、このガスライン９０を部分的に構成するスリーブ９２が配置される収容空間を画成する基台５０の面５０ｆが皮膜９４で覆われており、且つ、当該収容空間を封止するように皮膜９４と冷却台３４との間において絶縁性の弾性部材９６が設けられている。これにより、プラズマが基台５０と冷却台３４との間に侵入すること、及び、それに伴う基台５０の絶縁破壊が抑制される。
また、上述した載置台１４を有するプラズマ処理装置１０によれば、８０℃以下といった低い温度から、２５０℃といった２００℃を超える高い温度までの温度帯において、ウエハＷに対するプラズマ処理を行うことができる。
以下、プラズマ処理装置１０に採用され得る伝熱媒体供給系について説明する。以下に説明する伝熱媒体供給系は、伝熱空間ＤＳに伝熱ガス又は冷媒を選択的に供給する機構である。図４は、一実施形態に係る伝熱媒体供給系の構成を示す図である。
図４に示す伝熱媒体供給系１００は、上述した供給部ＧＰ及びチラーユニットＴＵを備えている。供給部ＧＰは、伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）の供給源１０２及び圧力調整器１０４を有している。供給源１０２からの伝熱ガスは、圧力調整器１０４を介して出力される。この圧力調整器１０４において、伝熱ガスの圧力が調整される。伝熱媒体供給系１００において、チラーユニットＴＵは、液状冷媒を利用するチラーユニットであり、当該液状冷媒は、例えば、フッ素系の液状冷媒である。このように液状冷媒を利用するチラーユニットＴＵを備える伝熱媒体供給系１００は、配管Ｌ１１（第１の配管）、配管Ｌ１２、配管Ｌ１３、配管Ｌ１４、配管Ｌ１５、配管Ｌ１６、配管Ｌ１７、バルブＶ１１、バルブＶ１２、バルブＶ１３、バルブＶ１４、バルブＶ１５、バルブＶ１６、配管Ｌ２１、配管Ｌ１２、配管Ｌ２３、配管Ｌ２４、配管Ｌ２５、配管Ｌ２６、バルブＶ２１、バルブＶ２２、バルブＶ２５、バルブＶ２６、タンクＴ１、タンクＴ２、ドライポンプＰ１、及び、ドライポンプＰ２を更に備えている。
圧力調整器１０４には、配管Ｌ１１の一端が接続している。配管Ｌ１１の途中にはバルブＶ１１が設けられている。配管Ｌ１１の他端には、配管Ｌ１２の一端、配管Ｌ１３の一端、及び、配管Ｌ１４の一端が接続している。配管Ｌ１２の途中にはバルブＶ１２が設けられており、配管Ｌ１３の途中にはバルブＶ１３が設けられており、配管Ｌ１４の途中にはバルブＶ１４が設けられている。
配管Ｌ１２の他端は、伝熱空間ＤＳに接続している。伝熱空間ＤＳとバルブＶ１２との間において、配管Ｌ１２には配管Ｌ１５の一端が接続している。配管Ｌ１５の途中には、バルブＶ１５が設けられている。このバルブＶ１５の下流側において、配管Ｌ１５は、タンクＴ１に接続している。即ち、配管Ｌ１５の他端はタンクＴ１に接続している。このタンクＴ１には、配管Ｌ１６の一端が接続している。配管Ｌ１６の途中にはバルブＶ１６が設けられている。また、配管Ｌ１６の下流にはドライポンプＰ１が設けられている。即ち、配管Ｌ１６の他端は、ドライポンプＰ１に接続している。
配管Ｌ１３及び配管Ｌ１４はそれらの他端において合流している。配管Ｌ１３の他端及び配管Ｌ１４の他端には、配管Ｌ１７の一端が接続している。配管Ｌ１７の他端は、バルブＶ１６とドライポンプＰ１との間において配管Ｌ１６に接続している。
チラーユニットＴＵは、配管Ｌ２１を介して流路３４ｆに接続している。即ち、配管Ｌ２１の一端はチラーユニットＴＵに接続しており、配管Ｌ２１の他端は流路３４ｆに接続している。この配管Ｌ２１は、流路３４ｆに冷媒を供給するための配管である。また、チラーユニットＴＵは、配管Ｌ２２を介して流路３４ｆに接続している。即ち、配管Ｌ２２の一端はチラーユニットＴＵに接続しており、配管Ｌ２２の他端は流路３４ｆに接続している。この配管Ｌ２２は、流路３４ｆから冷媒を回収するめの配管である。配管Ｌ２１の途中にはバルブＶ２１が設けられている。また、配管Ｌ２２の途中にはバルブＶ２２が設けられている。バルブＶ２１には配管Ｌ２３が接続されており、また、バルブＶ２２には配管Ｌ２４が接続されている。配管Ｌ２３の一端及び配管Ｌ２４の一端は伝熱空間ＤＳに接続されている。バルブＶ２１は、チラーユニットＴＵを流路３４ｆ又は配管Ｌ２３に選択的に接続するように構成されている。バルブＶ２２は、チラーユニットＴＵを流路３４ｆ又は配管Ｌ２４に選択的に接続するように構成されている。バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、例えば、三方弁である。また、配管Ｌ２３の他端及び配管Ｌ２４の他端は互いに合流しており、配管Ｌ２３の他端及び配管Ｌ２４の他端には、配管Ｌ２５の一端が接続している。この配管Ｌ２５の途中には、バルブＶ２５が設けられている。また、このバルブＶ２５の下流側において、配管Ｌ２５は、タンクＴ２に接続している。即ち、配管Ｌ２５の他端はタンクＴ２に接続している。このタンクＴ２には、配管Ｌ２６の一端が接続している。この配管Ｌ２６の途中にはバルブＶ２６が設けられている。また、配管Ｌ２６の下流にはドライポンプＰ２が設けられている。即ち、配管Ｌ２６の他端はドライポンプＰ２に接続している。
以下、図５〜図９を参照して、静電チャック３６の降温の際の伝熱媒体供給系１００の動作について説明する。以下に説明する動作において、伝熱媒体供給系１００及びヒータ電源６２は、制御部ＭＣＵによって制御される。なお、図５〜図９において、黒塗りの図形で示すヒータ５６及びヒータ５８は、これらヒータがＯＮになっている状態、即ち、これらヒータに電流が供給されている状態にある。白抜きの図形で示すヒータ５６及びヒータ５８は、これらヒータがＯＦＦになっている状態にある。また、白抜きの図形で示すバルブは開かれた状態にあり、黒抜きの図形で示すバルブは閉じられた状態にある。
まず、図５に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＮになっている状態、即ち、静電チャック３６が加熱されている状態では、バルブＶ１１、バルブＶ１２、及び、バルブＶ１４は開かれた状態に設定され、バルブＶ１３、バルブＶ１５、及び、バルブＶ１６は開かれた状態に設定される。また、バルブＶ２５及びバルブＶ２６は閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、供給部ＧＰからの伝熱ガスが伝熱空間ＤＳに供給される。また、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間では、冷媒が循環される。
図５に示す状態から、静電チャック３６を降温させるために、図６に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＦＦに設定される。また、バルブＶ１２及びバルブＶ１３は開かれた状態に設定され、バルブＶ１１、バルブＶ１４、バルブＶ１５、及び、バルブＶ１６は閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２５及びバルブＶ２６は閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、伝熱ガスは、伝熱空間ＤＳからドライポンプＰ１に排出される。また、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間では、冷媒が循環される。
次いで、図７に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＦＦに設定される。また、バルブＶ１１、バルブＶ１２、バルブＶ１３、バルブＶ１４、バルブＶ１５、及び、バルブＶ１６は、閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２５及びバルブＶ２６は、閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２１は、流路３４ｆに対しては閉じられた状態に設定され、チラーユニットＴＵと配管Ｌ２３に対しては開かれた状態に設定される。また、バルブＶ２２は、流路３４ｆに対しては閉じられた状態に設定され、チラーユニットＴＵと配管Ｌ２４に対しては開かれた状態に設定される。即ち、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと伝熱空間ＤＳを接続するように設定される。これにより、冷媒がチラーユニットＴＵと伝熱空間ＤＳとの間で循環される。なお、冷媒は、流路３４ｆと伝熱空間ＤＳの双方に供給されてもよい。
静電チャック３６の温度が目標温度になると、次いで、図８に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＦＦに設定される。また、バルブＶ１１、バルブＶ１２、バルブＶ１３、バルブＶ１４、バルブＶ１５、及び、バルブＶ１６は、閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２５及びバルブＶ２６は閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間では冷媒が再び循環される。
次いで、図９に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＦＦに設定される。また、バルブＶ１１、バルブＶ１２、バルブＶ１３、及び、バルブＶ１４は閉じられた状態に設定され、バルブＶ１５及びバルブＶ１６は開かれた状態に設定される。また、バルブＶ２５及びバルブＶ２６は開かれた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間において冷媒が循環される状態が維持される。また、伝熱空間ＤＳ内の冷媒（液状冷媒）が、タンクＴ１及びタンクＴ２に排出される。
しかる後に、図５に示すように、再び、供給部ＧＰからの伝熱ガスを伝熱空間ＤＳに供給し、ヒータ５６及びヒータ５８をＯＮに設定することができる。
かかる伝熱媒体供給系１００を有するプラズマ処理装置１０によれば、静電チャック３６の降温時に、伝熱空間ＤＳに液状冷媒を供給することができる。液状冷媒が伝熱空間ＤＳに供給されている場合の静電チャック３６の降温速度は、伝熱ガス（例えばＨｅガス）が伝熱空間ＤＳに供給される場合の静電チャック３６の降温速度よりも高い。例えば、伝熱空間ＤＳに液状冷媒としてフッ素系の液状冷媒が供給されている場合の静電チャック３６の降温速度は、伝熱空間ＤＳにＨｅガスが供給される場合の静電チャック３６の降温速度に対して約２倍の降温速度となる。このように、伝熱媒体供給系１００を有するプラズマ処理装置１０によれば、静電チャック３６の温度を高速に低下させることが可能である。
以下、プラズマ処理装置１０に採用され得る別の伝熱媒体供給系について説明する。図１０は、別の実施形態に係る伝熱媒体供給系の構成を示す図である。図１０に示す伝熱媒体供給系１００Ａでは、チラーユニットＴＵは、その気化により吸熱し、冷却を行う冷媒を利用する。このような冷媒は、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒である。このような冷媒を利用するチラーユニットＴＵを備える伝熱媒体供給系１００Ａは、伝熱媒体供給系１００と比較すると、タンクＴ１、配管Ｌ１６、バルブＶ１６、配管Ｌ２５、バルブＶ２５、タンクＴ２、配管Ｌ２６、バルブＶ２６、及び、ドライポンプＰ２を備えていない。したがって、伝熱媒体供給系１００Ａは、伝熱媒体供給系１００に比して、少ない部品から構成され得る。これは、伝熱媒体供給系１００では液状の冷媒を伝熱空間ＤＳから排出することが必要であるのに対して、伝熱媒体供給系１００Ａでは、伝熱空間ＤＳに供給された冷媒を気化させた状態で排気することができるからである。
伝熱媒体供給系１００Ａでは、配管Ｌ１５の他端は、ドライポンプＰ１に接続されている。配管Ｌ１７の他端は、バルブＶ１５とドライポンプＰ１との間において配管Ｌ１５に接続されている。また、配管Ｌ２３の他端はバルブＶ２１に接続されており、配管Ｌ２４の他端はバルブＶ２２に接続されている。
以下、図１１〜図１５を参照して、静電チャック３６の降温の際の伝熱媒体供給系１００Ａの動作について説明する。以下に説明する動作において、伝熱媒体供給系１００及びヒータ電源６２は、制御部ＭＣＵによって制御される。なお、図１１〜図１５において、黒塗りの図形で示すヒータ５６及びヒータ５８は、これらヒータがＯＮになっている状態、即ち、これらヒータに電流が供給されている状態にある。白抜きの図形で示すヒータ５６及びヒータ５８は、これらヒータがＯＦＦになっている状態にある。また、白抜きの図形で示すバルブは開かれた状態にあり、黒抜きの図形で示すバルブは閉じられた状態にある。
まず、図１１に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＮになっている状態、即ち、静電チャック３６が加熱されている状態では、バルブＶ１１、バルブＶ１２、及び、バルブＶ１４は開かれた状態に設定され、バルブＶ１３及びバルブＶ１５は開かれた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、供給部ＧＰからの伝熱ガスが伝熱空間ＤＳに供給される。また、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間では、冷媒が循環される。
図１１に示す状態から、静電チャック３６を降温させるために、図１２に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＦＦに設定される。また、バルブＶ１２及びバルブＶ１３は開かれた状態に設定され、バルブＶ１１、バルブＶ１４、及び、バルブＶ１５は閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、伝熱ガスは、伝熱空間ＤＳからドライポンプＰ１に排出される。また、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間では、冷媒が循環される。
次いで、図１３に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＦＦに設定される。また、バルブＶ１１、バルブＶ１２、バルブＶ１３、バルブＶ１４、及び、バルブＶ１５は、閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２１は、流路３４ｆに対しては閉じられた状態に設定され、チラーユニットＴＵと配管Ｌ２３に対しては開かれた状態に設定される。また、バルブＶ２２は、流路３４ｆに対しては閉じられた状態に設定され、チラーユニットＴＵと配管Ｌ２４に対しては開かれた状態に設定される。即ち、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと伝熱空間ＤＳを接続するように設定される。これにより、冷媒がチラーユニットＴＵと伝熱空間ＤＳとの間で循環される。なお、冷媒は、流路３４ｆと伝熱空間ＤＳの双方に供給されてもよい。
静電チャック３６の温度が目標温度になると、次いで、図１４に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＦＦに設定される。また、バルブＶ１１、バルブＶ１２、バルブＶ１３、バルブＶ１４、及び、バルブＶ１５は、閉じられた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間では冷媒が再び循環される。
次いで、伝熱空間ＤＳ内の冷媒を確実に気化させて、気化した冷媒を排気するために、図１５に示すように、ヒータ５６及びヒータ５８がＯＮに設定される。また、バルブＶ１１、バルブＶ１２、バルブＶ１３、及び、バルブＶ１４は閉じられた状態に設定され、バルブＶ１５は開かれた状態に設定される。また、バルブＶ２１及びバルブＶ２２は、チラーユニットＴＵと流路３４ｆを連通させる状態に設定される。さらに、バルブＶ２１は配管Ｌ２３に対しては閉じられた状態に設定され、バルブＶ２２は配管Ｌ２４に対しては閉じられた状態に設定される。これにより、チラーユニットＴＵと流路３４ｆとの間において冷媒が循環される状態が維持される。また、伝熱空間ＤＳ内の冷媒が気化して、気化した冷媒がドライポンプＰ１によって排気される。
しかる後に、再び図１１に示すように、供給部ＧＰからの伝熱ガスを伝熱空間ＤＳに供給し、ヒータ５６及びヒータ５８をＯＮに設定することができる。
かかる伝熱媒体供給系１００Ａを有するプラズマ処理装置１０では、伝熱空間ＤＳに冷媒が供給されている場合の静電チャック３６の降温速度は、伝熱空間ＤＳにＨｅガスが供給される場合の静電チャック３６の降温速度に対して約３倍の降温速度となる。このように、伝熱媒体供給系１００Ａを有するプラズマ処理装置１０によれば、静電チャック３６の温度をより高速に低下させることが可能である。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、高周波電源４２は、整合器４６を介して上部電極１６に接続されていてもよい。また、上述した載置台１４は、容量結合型のプラズマ処理装置以外の任意のプラズマ処理装置、例えば、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波をプラズマの生成に利用するプラズマ処理装置にも採用され得る。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…載置台、１６…上部電極、３２…排気装置、３４…冷却台、３６…静電チャック、４０…給電体、４２…高周波電源、４４…高周波電源、５０…基台、５２…吸着部、５４…吸着用電極、５６，５８…ヒータ、６８…弾性部材（第１の弾性部材）、７０…締付部材、７４…弾性部材（第２の弾性部材）、９２…スリーブ、９４…皮膜、９６…弾性部材（第３の弾性部材）、９８…弾性部材（第４の弾性部材）、１００…伝熱媒体供給系。

Claims (16)

  1. 冷媒用の流路が形成された金属製の冷却台と、
    高周波電源からの高周波を伝送するアルミニウム又はアルミニウム合金製の給電体であり、前記冷却台に接続された、該給電体と、
    前記冷却台の上に設けられた導電性の基台、及び、吸着用電極及びヒータを内蔵し、前記基台の上に設けられており、金属接合により該基台に結合されたセラミックス製の吸着部を有する静電チャックと、
    前記冷却台と前記基台との間に設けられた絶縁性の第１の弾性部材であり、前記静電チャックを前記冷却台から離間させ、且つ、前記冷却台と前記基台との間に伝熱ガスが供給される伝熱空間を、該冷却台及び該基台と共に画成する、該第１の弾性部材と、
    前記冷却台及び前記基台に接触する金属製の締付部材であり、前記基台及び前記第１の弾性部材を、前記冷却台と該締付部材の間に挟持する、該締付部材と、
    を備える載置台。
  2. 前記冷却台は、第１中央部、及び、前記第１中央部に連続し、該第１中央部に対して径方向外側において周方向に沿って延在する第１周縁部を有し、
    前記基台は、前記第１中央部の上に設けられており、第２中央部、及び、前記第２中央部に連続し、該第２中央部に対して径方向外側において周方向に沿って延在する第２周縁部を有し、
    前記締付部材は、第１下面を含む筒状部、及び、第２下面を含み、前記筒状部の上側部分から径方向内側に延びる環状部を有し、前記第１下面が前記第１周縁部の上面に接し、前記第２下面が前記第２周縁部の上面に接するように前記第１周縁部に固定されている、
    請求項１に記載の載置台。
  3. 前記環状部の内縁部と前記第２周縁部の前記上面との間に設けられた絶縁性のＯリングである第２の弾性部材を更に備える、請求項２に記載の載置台。
  4. 前記第１の弾性部材が発生する反力は、前記第２の弾性部材が発生する反力よりも大きい、請求項３に記載の載置台。
  5. 前記第１の弾性部材はパーフロロエラストマーから形成されたＯリングである、請求項１〜４の何れか一項に記載の載置台。
  6. 前記吸着部には、該吸着部と該吸着部上に載置される基板との間に伝熱ガスを供給するための第１のガスラインが形成されており、
    前記冷却台には、前記第１のガスラインに供給される伝熱ガスを供給するための第２のガスラインが形成されており、
    該載置台は、前記第１のガスラインと前記第２のガスラインとを接続するスリーブを更に有し、
    前記スリーブは少なくともその表面において絶縁性を有し、該スリーブの該表面はセラミックスから形成されており、
    前記基台及び前記冷却台は、前記スリーブが配置される収容空間を提供しており、
    前記基台は前記収容空間を画成する面を有し、該面には絶縁性セラミックス製の皮膜が形成されており、
    該載置台は、前記皮膜と前記冷却台との間において前記収容空間を封止する絶縁性のＯリングである第３の弾性部材を更に有する、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の載置台。
  7. 前記第３の弾性部材の外側且つ前記冷却台と前記基台との間に設けられており、前記第１の弾性部材と共に前記伝熱空間を形成する絶縁性のＯリングである第４の弾性部材を更に備える、請求項６に記載の載置台。
  8. 前記第４の弾性部材は、パーフロロエラストマーから形成されている、請求項７に記載の載置台。
  9. 前記締付部材は、チタンから形成されている請求項１〜８の何れか一項に記載の載置台。
  10. 前記吸着部を構成するセラミックスは、酸化アルミニウムである、請求項１〜９の何れか一項に記載の載置台。
  11. 処理容器と、
    前記処理容器内において基板を支持するための請求項１〜１０の何れか一項に記載された載置台と、
    前記載置台の前記給電体に電気的に接続された高周波電源と、
    を備えるプラズマ処理装置。
  12. 前記伝熱空間に伝熱ガス又は冷媒を選択的に供給する伝熱媒体供給系を更に備える請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記冷媒は液状冷媒であり、
    前記伝熱媒体供給系は、
    前記伝熱空間に前記伝熱ガスを供給するための供給部と、
    第１のタンクと、
    第１のドライポンプと、
    前記供給部に接続された一端、及び、他端を有する第１の配管と、
    前記第１の配管の途中に設けられた第１のバルブと、
    前記第１の配管の前記他端に接続された一端、及び、前記伝熱空間に接続された他端を有する第２の配管と、
    前記第２の配管の途中に設けられた第２のバルブと、
    前記第１の配管の前記他端に接続された一端、及び、他端を有する第３の配管と、
    前記第３の配管の途中に設けられた第３のバルブと、
    前記第１の配管の前記他端に接続された一端、及び、前記第３の配管の前記他端に接続された他端を有する第４の配管と、
    前記第４の配管の途中に設けられた第４のバルブと、
    前記第２のバルブと前記伝熱空間との間で前記第２の配管に接続された一端、及び、前記第１のタンクに接続された他端を有する第５の配管と、
    前記第５の配管の途中に設けられた第５のバルブと、
    前記第１のタンクに接続された一端、及び、前記第１のドライポンプに接続された他端を有する第６の配管と、
    前記第６の配管の途中に設けられた第６のバルブと、
    前記第３の配管の前記他端に接続された一端、及び、前記第６のバルブと前記第１のドライポンプとの間で前記第６の配管に接続された他端を有する第７の配管と、
    前記冷媒を供給するチラーユニットと、
    第２のタンクと、
    第２のドライポンプと、
    前記冷却台の前記流路に前記冷媒を供給するための第１の冷媒配管であり、前記冷却台の前記流路と前記チラーユニットを接続する、該第１の冷媒配管と、
    前記冷却台の前記流路から前記冷媒を回収するための第２の冷媒配管であり、前記冷却台の前記流路と前記チラーユニットを接続する、該第２の冷媒配管と、
    前記伝熱空間に接続された一端、及び、他端を有する第３の冷媒配管と、
    前記伝熱空間に接続された一端、及び、前記第３の冷媒配管の前記他端に接続された他端を有する第４の冷媒配管と、
    前記第１の冷媒配管の途中に設けられており、前記チラーユニットを前記冷却台の前記流路又は前記第３の冷媒配管に選択的に接続する第１の冷媒バルブと、
    前記第２の冷媒配管の途中に設けられており、前記チラーユニットを前記冷却台の前記流路又は前記第４の冷媒配管に選択的に接続する第２の冷媒バルブと、
    前記第３の冷媒配管の前記他端に接続された一端、及び、前記第２のタンクに接続された他端を有する第５の冷媒配管と、
    前記第５の冷媒配管の途中に設けられた第３の冷媒バルブと、
    前記第２のタンクと前記第２のドライポンプを接続する第６の冷媒配管と、
    前記第６の冷媒配管の途中に設けられた第４の冷媒バルブと、
    を有する、
    請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記ヒータのためのヒータ電源と、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御する制御部と、
    を更に備え、
    前記制御部は、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、及び、前記第４のバルブが開かれ、前記第３のバルブ、前記第５のバルブ、及び、前記第６のバルブが閉じられ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記冷却台の前記流路を接続し、前記第３の冷媒バルブ及び前記第４の冷媒バルブが閉じられ、前記ヒータがＯＮに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第４のバルブ、前記第５のバルブ、及び、前記第６のバルブが閉じられ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブが開かれ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記冷却台の前記流路を接続し、前記第３の冷媒バルブ及び前記第４の冷媒バルブが閉じられ、前記ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、前記第３のバルブ、前記第４のバルブ、前記第５のバルブ、及び、前記第６のバルブが閉じられ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記伝熱空間を接続し、前記第３の冷媒バルブ及び前記第４の冷媒バルブが閉じられ、前記ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、前記第３のバルブ、前記第４のバルブ、前記第５のバルブ、及び、前記第６のバルブが閉じられ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記冷却台の前記流路を接続し、前記第３の冷媒バルブ及び前記第４の冷媒バルブが閉じられ、前記ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、前記第３のバルブ、及び、前記第４のバルブが閉じられ、前記第５のバルブ、及び、前記第６のバルブが開かれ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記載置台の前記流路を接続し、前記第３の冷媒バルブ及び前記第４の冷媒バルブが開かれ、前記ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成する、
    請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記冷媒はハイドロフルオロカーボン系の冷媒であり、
    前記伝熱媒体供給系は、
    前記伝熱空間に前記伝熱ガスを供給するための供給部と、
    第１のドライポンプと、
    前記供給部に接続された一端、及び、他端を有する第１の配管と、
    前記第１の配管の途中に設けられた第１のバルブと、
    前記第１の配管の前記他端に接続された一端、及び、前記伝熱空間に接続された他端を有する第２の配管と、
    前記第２の配管の途中に設けられた第２のバルブと、
    前記第１の配管の前記他端に接続された一端、及び、他端を有する第３の配管と、
    前記第３の配管の途中に設けられた第３のバルブと、
    前記第１の配管の前記他端に接続された一端、及び、前記第３の配管の前記他端に接続された他端を有する第４の配管と、
    前記第４の配管の途中に設けられた第４のバルブと、
    前記第２のバルブと前記伝熱空間との間で前記第２の配管に接続された一端、及び、前記第１のドライポンプに接続された他端を有する第５の配管と、
    前記第５の配管の途中に設けられた第５のバルブと、
    前記第３の配管の前記他端に接続された一端、及び、前記第５のバルブと前記第１のドライポンプとの間で前記第５の配管に接続された他端を有する第６の配管と、
    前記冷媒を供給するチラーユニットと、
    前記冷却台の前記流路に前記冷媒を供給するための第１の冷媒配管であり、前記冷却台の前記流路と前記チラーユニットを接続する、該第１の冷媒配管と、
    前記冷却台の前記流路から前記冷媒を回収するための第２の冷媒配管であり、前記冷却台の前記流路と前記チラーユニットを接続する、該第２の冷媒配管と、
    前記伝熱空間に接続された一端を有する第３の冷媒配管と、
    前記伝熱空間に接続された一端を有する第４の冷媒配管と、
    前記第１の冷媒配管の途中に設けられており、前記チラーユニットを前記冷却台の前記流路又は前記第３の冷媒配管に選択的に接続する第１の冷媒バルブと、
    前記第２の冷媒配管の途中に設けられており、前記チラーユニットを前記冷却台の前記流路又は前記第４の冷媒配管に選択的に接続する第２の冷媒バルブと、
    を有する、
    請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記ヒータのためのヒータ電源と、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御する制御部と、
    を更に備え、
    前記制御部は、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、及び、前記第４のバルブが開かれ、前記第３のバルブ及び前記第５のバルブが閉じられ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記冷却台の前記流路を接続し、前記ヒータがＯＮに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第４のバルブ、及び、前記第５のバルブが閉じられ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブが開かれ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記冷却台の前記流路を接続し、前記ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、前記第３のバルブ、前記第４のバルブ、及び、前記第５のバルブが閉じられ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記伝熱空間を接続し、前記ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、前記第３のバルブ、前記第４のバルブ、及び、前記第５のバルブが閉じられ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記冷却台の前記流路を接続し、前記ヒータがＯＦＦに設定された状態を形成し、
    前記伝熱媒体供給系及び前記ヒータ電源を制御して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、前記第３のバルブ、及び、前記第４のバルブが閉じられ、前記第５のバルブが開かれ、前記第１の冷媒バルブ及び前記第２の冷媒バルブが前記チラーユニットと前記載置台の前記流路を接続し、前記ヒータがＯＮに設定された状態を形成する、
    請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
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