JP6689020B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理体である半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と称する）に対して、エッチング、成膜等のプラズマ処理が施される。
プラズマ処理を施すプラズマ処理装置には、ウェハを載置する載置台上であってウェハの周囲を囲む位置にフォーカスリングが配置される。フォーカスリングは、ウェハの上方に生じるプラズマの分布域をウェハ上だけでなくフォーカスリング上にまで拡大させて、ウェハ全面に施されるプラズマ処理の均一性を確保する役割を有する。
プラズマ処理時、ウェハ及びフォーカスリングは、プラズマに直接暴露され、高温になる。このため、載置台の温度を制御することによってウェハの温度を制御するとともに、フォーカスリングの温度を制御してフォーカスリングを冷却することが好ましい。このとき、載置台とフォーカスリングとの間の熱伝達効率が低いと、プラズマからの入熱をフォーカスリングから載置台へ効率よく伝達できずにフォーカスリングの温度調整が難しくなる。そこで、フォーカスリングにシリコンゴム等の伝熱シートを固定させ、載置台とフォーカスリングとの熱伝達効率を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００８−１７１８９９号公報
しかしながら、伝熱シートは粘着タイプであり、フォーカスリングへの貼り付け方や伝熱シート自身の個体差により伝熱効果が変化する。つまり、伝熱シートの粘着力が弱いとフォーカスリングと載置台との密着性が悪くなり、フォーカスリングから載置台へ効率よく熱を伝達できない。また、伝熱シートからアウトガスが発生するおそれがある。更に、伝熱シートは、フォーカスリングから簡単には剥がせない。よって、フォーカスリングの温度は伝熱シートの仕様により固定され、フォーカスリングの温度を可変に制御することは難しい。
上記課題に対して、載置台とフォーカスリングとの間の熱伝達効率を向上させ、フォーカスリングの温度を可変に制御することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を載置する載置台と、前記載置台の周縁部に置かれたフォーカスリングと、を有するプラズマ処理装置であって、前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面に上下方向に互いに離間して設けられた複数の磁性部材と、前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面間に伝熱ガスを導入するための１０μｍ以下のギャップを設け、前記フォーカスリングを温度調整する温調手段と、を有し、前記載置台と対向する前記フォーカスリングの下面に凹凸を形成する、ことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
一の態様によれば、載置台とフォーカスリングとの間の熱伝達効率を向上させ、フォーカスリングの温度を可変に制御することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図。 一実施形態に係るフォーカスリング周りの構造の一例。 一実施形態に係るフォーカスリング周りの構造の他例。 一実施形態に係るフォーカスリング周りの構造の他例。 一実施形態に係るフォーカスリングの温度調整を説明するための図。 一実施形態に係る鉄板の距離と吸引力を説明するためのグラフ。 一実施形態に係る磁束密度と吸着力との関係を説明するための図。 一実施形態に係るフォーカスリング周りの構造の他例。 一実施形態に係る磁力による自動位置調整を説明するための図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［プラズマ処理装置／基板支持装置］
まず、一実施形態に係るプラズマ処理装置及び基板支持装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図を示す。プラズマ処理装置１は、たとえば円筒型のチャンバＣを有している。チャンバＣは接地されている。チャンバＣの下壁１１の上には、基板支持装置１０が設置される。チャンバＣの天井部には、上部電極２が基板支持装置１０に対向して配置される。上部電極２には、ガス供給源４が接続されている。ガス供給源４から供給されたガスは、上部電極２に設けられた多数のガス孔２ａを通ってチャンバＣ内に導入される。上部電極２は、電極として機能するとともに、ガスを供給するためのシャワーヘッドとしても機能する。チャンバＣ内では、ガスから生成されたプラズマによりウェハにプラズマ処理が施される。
基板支持装置１０は、上部電極２と対向する電極として機能するとともに、半導体ウェハ（以下、ウェハＷと称呼する。）の基板を保持する保持機構としても機能する。
基板支持装置１０は、載置台１２、静電チャック１３、絶縁部材１４，１５，１６、及びフォーカスリング１７を有する。基板支持装置１０は、下壁１１に固定されたリング形状の側壁１８を有している。絶縁部材１４は下壁１１に固定されている。載置台１２は、絶縁部材１４の上面の上に配置される。載置台１２は、たとえばアルミニウムから形成されている。絶縁部材１５は、リング形状を有し、載置台１２及び絶縁部材１４の両方の周囲に配置されている。絶縁部材１５は、側壁１８の内面に接触した状態にある。
静電チャック１３は、載置台１２の上に固定されている。静電チャック１３は、導電膜からなる電極１３ａを一対の絶縁シート１３ｂ及び絶縁シート１３ｃの間に挟み込んだ構造を有する。電極１３ａには、ＤＣ電力供給源２０が接続されている。ＤＣ電力供給源２０から電圧が供給されると、ウェハＷは、クーロン力によって静電チャック１３上に吸着保持される。
静電チャック１３の周縁部には、エッチングの面内均一性を高めるためのフォーカスリング１７が配置されている。フォーカスリング１７は、シリコンから形成されている。フォーカスリング１７は、例えば石英等の誘電体材料から形成されてもよい。静電チャック１３上には、処理されるべきウェハ（基板の一例）が搭載されている。フォーカスリング１７は、１つの平面を作るようにリング形状をした絶縁部材１６の内側の空間に配置されている。絶縁部材１６は、絶縁部材１５上に設けられている。
載置台１２には、高周波電源２１から整合回路２２を通して高周波電流が供給される。載置台１２は、絶縁部材１４，１５によって下壁１１を含む処理チャンバから電気的に絶縁されている。
載置台１２の中には、温度制御用の液体を流すための通路３０が形成されている。通路３０は、配管３２，３３を介してチラーユニット３１に接続されている。チラーユニット３１から出力された所定温度の冷媒は、配管３２，３３及び通路３０を循環供給される。これにより、載置台１２の温度は制御され、所望の値または範囲に維持される。
伝熱ガス供給源４０は、Ｈｅガス等の伝熱ガスをガス供給ライン４１に通して静電チャック１３の上面（表面）とウェハＷの下面（裏面）との間に供給する。これにより、伝熱ガスを介して静電チャック１３とウェハＷとの伝熱効率が向上する。
また、伝熱ガス供給源４０は、Ｈｅガス等の伝熱ガスをガス供給ライン４２，４３に通して載置台１２の上面（表面）とフォーカスリング１７の下面（裏面）との間に供給する。これにより、伝熱ガスを介して載置台１２とフォーカスリング１７との間の伝熱効率が向上する。
制御部５０は、ＤＣ電力供給源２０、高周波電源２１、整合回路２２、チラーユニット３１及び伝熱ガス供給源４０を制御する。また、圧力計５１は、ガス供給ライン４３に取り付けられ、載置台１２とフォーカスリング１７との間に供給される伝熱ガスの圧力を計測する。圧力計５１は、制御部５０に接続され、計測した圧力値を制御部５０に伝える。
制御部５０は、圧力値に基づき、伝熱ガス供給源４０から出力される伝熱ガスの流量を制御して、載置台１２とフォーカスリング１７との間に供給する伝熱ガスの圧力を制御する。例えば、伝熱ガスの流量を増やすと伝熱ガスの圧力が高くなり、これにより、伝熱効率が上がりフォーカスリング１７の冷却が促進される。一方、伝熱ガスの流量を減らすと伝熱ガスの圧力が低くなり、これにより、伝熱効率が下がりフォーカスリング１７の冷却が抑制される。制御部５０は、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面間に伝熱ガスを導入し、フォーカスリング１７を温度調整する温調手段の一例である。
制御部５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＣＰＵは、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部に記憶されている各種レシピに従ってプラズマ処理やフォーカスリング１７の温度調整を実行する。レシピは、記憶媒体に格納して提供され、図示しないドライバを介して記憶部に読み込まれるものであってもよく、また、図示しないネットワークからダウンロードされて記憶部に格納されるものであってもよい。また、上記各部の機能を実現するために、ＣＰＵに代えてＤＳＰ（Digital Signal Processor）が用いられてもよい。なお、制御部５０の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。
（磁性部材）
次に、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面に設けられる磁性部材について説明する。図１及び図２に示したように、フォーカスリング１７の下面には、磁性Ｏリング部材６０，６１が、フォーカスリング１７の下面の内周側と外周側に設けられている。フォーカスリング１７の下面と対向する載置台１２の上面には、磁性Ｏリング部材６０，６１に対向する位置に磁性体６２，６３が設けられている。
磁性Ｏリング部材６０，６１は、ゴム製のＯリング６０ａ、６１ａの内部に磁石６０ｂ、６１ｂが埋め込まれた構造を有する。かかる構成によれば、磁性Ｏリング部材６０，６１は、シール材として機能するとともに磁石としても機能する。
磁性Ｏリング部材６０，６１をフォーカスリング１７に固定する方法としては、フォーカスリング１７の下面の外周側と内周側とに溝を形成し、ゴム製のＯリング６０ａ、６１ａの収縮性を利用して磁性Ｏリング部材６０，６１を溝に嵌め込んでもよい。その際、フォーカスリング１７の下面に形成する溝の形状に特異性を持たせてもよい。例えば、アリ溝加工やエントリーポイント、溝の深さに特異性を持たせ得る。
磁性体６２，６３は、例えば、プレート６２ａ、６３ａに磁性体の材料６２ｂ、６３ｂを溶射等によりコーティングした板状部材や磁性体の材料をコーティングした磁性シート等であってもよい。磁性体６２，６３は、処理チャンバ内の金属汚染を考慮して、載置台１２から露出せず、載置台１２内に埋め込まれていることが好ましい。磁性体６２，６３は、磁性Ｏリング部材６０，６１よりもシール性は劣るが、吸引力（クランプ力）に優れている。
磁性体６２と磁性Ｏリング部材６０とは、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面の対向する位置に一対に設けられる。磁性体６２と磁性Ｏリング部材６０とは、ＮおよびＳの磁極のうち互いに反対の磁極を持つ。磁性体６３と磁性Ｏリング部材６１も同様に、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面の対向する位置に一対に設けられ、ＮおよびＳの磁極のうち互いに反対の磁極を持つ。これにより、フォーカスリング１７の下面と載置台１２の上面との間に磁力によるクランプ力を発生させることができる。
また、磁性Ｏリング部材６０，６１によるシールによって、フォーカスリング１７の下面と載置台１２の上面との間には空間Ｓが画成される。この空間ＳにはＨｅガス等の伝熱ガスが充填される。これにより、フォーカスリング１７及び載置台１２間の伝熱効率を上げ、プラズマ処理時におけるプラズマからフォーカスリング１７への入熱を載置台１２へ効率よく伝達させることができる。これにより、フォーカスリング１７を効率よく冷却することができる。
以上に説明した、磁性Ｏリング部材６０，６１及び磁性体６２，６３は、磁性部材の一例であって、磁性部材はこれに限られない。磁性部材の他の例としては、図３に示した磁石６４、６５であってもよい。
フォーカスリング１７に配置する磁性部材と載置台１２に配置する磁性部材との組み合わせは、磁性Ｏリング部材、磁性体、磁石のいずれを組み合わせてもよい。また、フォーカスリング１７に配置する磁性部材と、載置台１２の対応する位置に設けられる磁性部材とは、同種の組み合わせであってもよく、異種の組み合わせであってもよい。
例えば、図３（ａ）に示したように、フォーカスリング１７の下面の外周側と内周側にＯリング部材７０，７１を嵌め込んでシールするとともに、フォーカスリング１７と載置台１２との対向する面の中央位置に磁石６４，６５を設けてクランプ力を得るようにしてもよい。この場合にも、シールされた空間ＳをＨｅガス等の伝熱ガスで充填させ、フォーカスリング１７への入熱を載置台１２側に効率的に伝達させることが好ましい。
図３（ｂ）にフォーカスリング１７の下面を示したように、Ｏリング部材７０，７１はリング状に配置されてもよい。磁石６４も同様にリング状に配置してもよい。図３（ｂ）では、磁石６４は、フォーカスリング１７の周方向に等間隔に配置されている。このような磁石６４の配置を実現するために、フォーカスリング１７内に磁石６４ｂを固定する方法の一例を図３（ｃ）に示す。
図３（ｃ）に示したように、留めネジ６４ａは、内側のパーツ及び外側のパーツの２つのパーツに分割されている。留めネジ６４ａの内側のパーツの中央に設けられた開口溝にはらせん状の溝が形成され、ネジ構造となっている。磁石６４の周縁部にもらせん状の溝が形成され、ネジ構造となっている。留めネジ６４ａの材質は、樹脂又はセラミックス等の非磁性金属である。
まず、留めネジ６４ａの外側のパーツをフォーカスリング１７に形成された溝１７ａの肩部に配置する。次に、留めネジ６４ａの内側のパーツを溝１７ａの中央に挿入する。次に、ネジ６４ａの中央に設けられた開口溝を開き、その開口部に磁石６４ｂを挿入し、留めネジ６４ａにより磁石６４ｂをネジ止めする。
フォーカスリング１７に配置する磁性部材と載置台１２に配置する磁性部材との組み合わせの他の例について、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）では、フォーカスリング１７の下面の外周側及び内周側に、磁性Ｏリング部材６０及び磁性Ｏリング部材６１が配置される。載置台１２の上面の外周側には、磁性Ｏリング部材６０に対向する位置に磁性体６２が配置され、載置台１２の上面の内周側には、磁性Ｏリング部材６１に対向する位置に磁性Ｏリング部材５９が配置される。これにより、各磁性部材によるクランプ機能と、磁性Ｏリング部材６０，６１、５９によるシール機能が得られる。また、ガス供給ライン４３から供給されるＨｅガスによりフォーカスリング１７が温度調整される。
図４（ｂ）では、フォーカスリング１７の下面の外周側及び内周側に、磁性体６２及び磁性Ｏリング部材６１が配置される。載置台１２の上面の外周側には、磁性体６２に対向する位置に磁性Ｏリング部材６０が配置され、載置台１２の上面の内周側には、磁性Ｏリング部材６１に対向する位置に磁石６４が配置される。これにより、各磁性部材によるクランプ機能と、磁性Ｏリング部材６０，６１によるシール機能が得られる。また、ガス供給ライン４３から供給されるＨｅガスによりフォーカスリング１７が温度調整される。
図４（ｃ）では、フォーカスリング１７の下面の中央位置には、磁性体６２が配置される。載置台１２の上面の中央位置には、磁性体６２に対向して磁石６４が配置される。載置台１２の上面の外周側及び内周側には、Ｏリング部材７０及びＯリング部材７１が配置される。これにより、フォーカスリング１７と載置台１２との中央に配置した磁性部材によるクランプ機能と、載置台１２の外周側及び内周側に配置したＯリング部材７０，７１によるシール機能とが別々に得られる構造となっている。また、ガス供給ライン４３から供給されるＨｅガスによりフォーカスリング１７が温度調整される。
なお、図２〜図４に示された磁性部材の配置は単なる一例にすぎない。各種の磁性部材の配置は、いかなる配置も取り得る。また、フォーカスリング１７と載置台１２との対向位置に配置する磁性部材の種類は、いかなる組み合わせも取り得る。例えば、リング状の磁性部材をフォーカスリング１７側及び載置台１２側に周方向に１又は２以上配置してもよいし、棒状の磁性部材をフォーカスリング１７側及び載置台１２側に径方向に１又は２以上配置してもよい。また、磁性部材は等間隔に配置してもよいし、異なる間隔に配置してもよい。ただし、フォーカスリング１７側及び載置台１２側の内径側と外径側とに少なくとも２組の磁性部材を配置することが好ましい。フォーカスリング１７及び載置台１２間の空間Ｓに封入させるＨｅガスの体積を増やして伝熱効率を向上させることができる。また、クランプ力が均一になるように複数の磁性部材を配置することが好ましい。これにより、空間Ｓにおける温度分布を均一にすることで、伝熱効率を更によくすることができる。
［ギャップ］
フォーカスリング１７及び載置台１２間のギャップＧｐ（図５参照）が広いと、フォーカスリング１７と載置台１２との間の空間ＳにＨｅガスを流入させても高い伝熱効率が得られない。高い伝熱効率を得るためには、ギャップＧｐは１０μｍ程度が好ましい。空間Ｓの幅（図５では、Ｏリング７０，７１間の距離）は、概ね２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。このため、高さがなく幅広い空間ＳにおいてＨｅは拡散しにくい状態となっている。そこで、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面の少なくともいずれかに伝熱ガスを拡散するための溝１２ａを形成してもよい。これにより、伝熱効率を高めることができる。図５では、溝１２ａは載置台１２側に形成されているが、これに限られない。溝１２ａは、空間Ｓを画成するフォーカスリング１７の面又は載置台１２の面のいずれか又は両方に設けられ得る。溝１２ａの形状は、リング状の場合、少なくとも１周形成され、２，３周形成されてもよい。また、溝１２ａの形状はこれに限られず、螺旋状の溝１２ａであってもよく、放射状の溝１２ａであってもよい。
更に伝熱効率を高めるために、フォーカスリング１７の裏面に凹凸を形成し、フォーカスリング１７の裏面の面積を広くするようにしてもよい。フォーカスリング１７の裏面に凹凸を形成するための加工方法の一例としては、ブラストを用いることができる。加工方法の他の例としては、溶射を用いることができる。この場合、フォーカスリング１７の裏面にシリコンを溶射して凹凸を作ることが好ましい。これにより、フォーカスリング１７の表面積（伝熱面積）を増やしつつ、ギャップＧｐを数μｍ〜１０μｍ以下にすることで伝熱効果を上げることができる。載置台１２側に凹凸を形成してもよい。
更に、表面積を増やすために、空間Ｓを画成する面に特殊なシートを設けてもよい。例えば、直径数ナノ〜数十ナノメートルのカーボン・ナノチューブを１平方センチメートル当たり約１００億本の密度で並べた粘着テープを、空間Ｓを画成するフォーカスリング１７の裏面及び載置台１２の表面の少なくともいずれかに貼り付けてもよい。これによれば、フォーカスリング１７の裏面や載置台１２の表面に成長させたカーボン・ナノチューブの粘着テープにより空間Ｓを画成する面の表面積を顕著に増やすことができる。これにより、伝熱効果を更に高めることができる。
（鉄板から離れた磁石の吸引力）
鉄板に吸着した磁石の場合、鉄板への吸着力は、表面磁束密度の２乗および鉄板との接触面積に比例する。同じように鉄板から離れた磁石の場合も、鉄板への吸引力は、「空間磁束密度の２乗および鉄板に相対する磁石の面積に比例する」と考えてよい。ここで、空間磁束密度とは、磁石から離れて鉄板が置かれた位置での磁束密度をいう。但し、同時に「鉄板への吸引力は距離の２乗に反比例する」という関係があり、話は少し複雑になる。
ただし、２乗反比例則は、微小磁極に関する「クーロンの法則」によるもので、実際の磁石は、２乗反比例則のとおりにはならず、形状によって大きく異なる。
図６（ａ）は、φ２０ｍｍ×１０ｍｍのネオジム磁石（Ｎｅｏ４８）の吸引力、空間磁束密度Ｂｐと鉄板からの距離Ｘとの関係を示したグラフである。このグラフによれば、空間磁束密度Ｂｐは、磁石からの距離が遠くなるほどその大きさは小さくなる。また、磁束密度は、磁石の残留磁束密度の値や磁石の形状によっても異なる。例えば、図７を参照すると、磁束密度と吸着力とは比例しないことがわかる。つまり、磁束密度は、磁化方向に対して磁石の高さが厚ければ強くなる。
したがって、吸引力の大きさも同様に、残留磁束密度や磁石の形状によって異なり、距離が遠くなるほど弱くなる。図６（ａ）に示されるように、距離Ｘが「０」のときの値が表面磁束密度および吸着力になる。
（磁石と鉄板との間の物質の影響）
磁極の異なる磁石間に全く吸着しない物質が間に入っても、物質は空気と同じように磁力線を通すため、空間磁束密度Ｂｐは、前述の鉄板から離れた磁石の吸引力の場合と同じように考えることができる。 例えば、磁石間にプラスチック、ガラス、ゴム、紙、木等が挿入されていた場合等がこれに当たる。また、アルミニウム、ステンレスのように磁石に吸着しない（非磁性）金属も同様である。一方、磁石に吸着する物質が磁石と鉄板との間に入ると磁力線を遮断（吸収）する。このため、鉄板に対する吸引力が低下するか全く吸引しなくなる。但し、磁性体であっても非常に薄い物質であれば、磁力線のほとんどは通過する。ネオジム磁石は磁性金属のニッケル（めっき）で覆われているが、１０ミクロン程度の薄い膜のため磁石の性能にはあまり影響しない。
（磁石同士の吸引（吸着）力）
着磁した１組の同形状の磁石がそれぞれＮ極、Ｓ極で対向している場合は、対向相手が鉄板の場合の距離をおよそ１／２に狭めた場合と同等の空間（表面）磁束密度が得られるため、非常に強い吸引（吸着）力が生じる。
［その他の構造］
一実施形態に係る基板支持装置１０のフォーカスリング１７付近のその他の構造例について、図８を参照しながら説明する。図８は、一実施形態に係るフォーカスリング１７付近のその他の構造例を示す。ここでは、ギャップＧｐにＨｅガスを充填する温調手段の替わりに、伝熱シート８０をギャップＧｐに介在させる。伝熱シート８０は、フォーカスリング１７側に貼り付けてもよいし、載置台１２側に貼り付けてもよいし、両方の間に埋め込んでもよい。
図８（ａ）に示した例では、フォーカスリング１７の下面には、中央に磁性体６４が配置される。載置台１２の対向する位置には、磁石６５が配置される。ギャップＧｐには伝熱シート８０が設けられている。
図８（ｂ）に示した例では、フォーカスリング１７の下面には、重り７３が配置される。フォーカスリング１７は、シリコンで形成されていて軽い。そこで、フォーカスリング１７内に重量の大きい物質を埋設する。これにより、重力によってフォーカスリング１７と載置台１２との密着性を高めることができる。重り７３は、タングステンや金であってもよい。ただし、処理チャンバ内の金属汚染を回避するために、重り７３はプラズマ空間に露出させないようにフォーカスリング１７内に埋設させることが好ましい。ギャップＧｐには伝熱シート８０が設けられている。
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）では、シート部材を図示していないが、図８（ｃ）に示した例のように、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面の少なくともいずれかに伝熱シート８０を設けるとともに、伝熱シート８０による処理チャンバ内の汚染対策として、Ｏリングの素材でコーティングしたシート部材８１（板状部材）をフォーカスリング１７の内周側と外周側とに配置してもよい。Ｏリングの素材は、例えば、耐ラジカル性のあるパーフロロエラストラマー（ＦＦＫＭ）やシリコンであってもよい。なお、図８（ｃ）では、フォーカスリング１７の下面の中央には磁石６４が配置され、載置台１２の対向位置には、磁性体６２が配置される。
なお、図８では、伝熱ガスのガス供給ラインを図示していないが、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面の少なくともいずれかに伝熱シートを設けるとともに、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面間に伝熱ガスを導入してもよい。この場合にも、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面には磁性部材が設けられる。
［位置ずれ防止機能］
図９（ａ）に示されるように、静電チャック１３の周縁部とフォーカスリング１７の内周との間には、隙間Ｄが設けられている。隙間Ｄは、フォーカスリング１７に割れを生じさせないために必要である。つまり、静電チャック１３とフォーカスリング１７との熱膨張率が異なるために、プロセス中、静電チャック１３はフォーカスリング１７よりも熱膨張する。この結果、静電チャック１３の周縁部が、フォーカスリング１７の内周に接触及び押圧し、フォーカスリング１７が破損する場合がある。これを避けるために、隙間Ｄは、径方向に均等な間隔であることが好ましい。
隙間Ｄが均等になるためには、静電チャック１３とフォーカスリング１７との位置決めが必要になる。位置決め方法の一例としては、図９（ｂ）に示されるように、フォーカスリング１７の裏面に複数の窪み部１７ｂ（図９（ｂ）では一つのみ図示）を設け、載置台１２から突出する位置決めピン９０を窪み部１７ｂに挿入することで、両部材の位置決めを行う方法が挙げられる。しかし、この方法では、熱膨張を考慮して窪み部１７ｂは、位置決めピン９０よりも径方向の幅が広く形成されている。よって、フォーカスリング１７の位置は、窪み部１７ｂの範囲内で位置決めピン９０が動く分だけずれる可能性がある。
これに対して、本実施形態に係る基板支持装置１０では、図９（ｃ）に示されるように、フォーカスリング１７と載置台１２とが対向する面に磁石６６，６７が設けられる。これにより、プロセス中の入熱による応力によってフォーカスリング１７が多少ずれたとしても、磁力により磁石６６は磁石６７の上方まで自動的に戻る。その結果、静電チャック１３に対してフォーカスリング１７を正しい位置に戻すことができる。これにより、静電チャック１３とフォーカスリング１７との間の隙間Ｄが径方向に均等な幅に維持される。
なお、磁石６６，６７の替わりに他の磁性部材を用いることもできる。磁石６６，６７等の磁性部材は、フォーカスリング１７の内径の中心からの距離と載置台１２の中心からの距離とが等しくなる位置に、フォーカスリング１７側及び載置台１２側にてそれぞれ複数個設けられることが好ましい。また、一対又は２対以上のリング状の磁性部材を、フォーカスリング１７の内径の中心からの距離と載置台１２の中心からの距離とが等しくなる位置に配置してもよい。
以上に説明した、本実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、基板支持装置１０の載置台１２とフォーカスリング１７との間の熱伝達効率を向上させ、フォーカスリング１７の温度調整を良好にすることができる。
以上、プラズマ処理装置及び基板支持装置を一実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記実施形態及び変形例を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
［プラズマ処理装置］
以上に説明した基板支持装置は、プラズマにより基板を処理する各種プラズマ処理装置に適用可能である。例えば、プラズマ処理装置は、エッチング処理装置、アッシング処理装置、成膜処理装置等、プラズマの作用により基板を処理するすべての装置を含み得る。その際、プラズマ処理装置にてプラズマを発生させる手段としては、容量結合型プラズマ(ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）発生手段、ラジアルラインスロットアンテナから生成したマイクロ波プラズマやＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）発生手段、上記発生手段を用いたリモートプラズマ発生手段等を用いることができる。
本発明において処理を施される基板は、（半導体）ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
１０：基板支持装置
１１：プラズマ処理装置（チャンバ）下壁
１２：載置台
１２ａ：溝
１３：静電チャック
１７：フォーカスリング
１７ｂ：窪み部
２０：ＤＣ電力供給源
２１：高周波電源
４０：伝熱ガス供給源
５０：制御部
５９，６０，６１：磁性Ｏリング部材
６２，６３：磁性体
６４，６５，６６，６７：磁石
７３：重り
８０：伝熱シート
Ｄ：隙間
Ｇｐ：ギャップ

Claims (7)

  1. 基板を載置する載置台と、前記載置台の周縁部に置かれたフォーカスリングと、を有するプラズマ処理装置であって、
    前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面に上下方向に互いに離間して設けられた複数の磁性部材と、
    前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面間に伝熱ガスを導入するための１０μｍ以下のギャップを設け、前記フォーカスリングを温度調整する温調手段と、
    を有し、
    前記載置台と対向する前記フォーカスリングの下面に凹凸を形成する、
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記複数の磁性部材のそれぞれは、磁石、磁性Ｏリング及び磁性体のいずれかであり、前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面の対向する位置に一対に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記複数の磁性部材は、前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面のうち、前記フォーカスリングの内径の中心からの距離と前記載置台の中心からの距離とが等しくなる位置に一対に設けられる、
    ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記温調手段は、前記伝熱ガスの圧力を制御することで、前記フォーカスリングを温度調整する、
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面のうちの少なくともいずれかの面に前記伝熱ガスを拡散するための溝を形成する、
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記フォーカスリングの下面と前記載置台とが対向する面の少なくともいずれかに、更に伝熱シートを設ける、
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記載置台は、静電チャックを含む、
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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