JPWO2009144938A1 - プラズマ処理装置および方法 - Google Patents

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Abstract

プラズマ処理装置において、プラズマ処理完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突上げピンを上昇させるとともに突き上げ力の検出を行い、検知閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、検出される突き上げ力が検知閾値以下になり、かつ基板が載置面より離脱完了していない場合には、突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始させる。ステップ上昇動作において、突上げピンの上昇後の停止時に基板の載置面からの離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合はステップ上昇動作を継続させるように突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う。

Description

本発明は、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置および方法に関する。
ウェハ、例えば半導体ウェハ（Ｓｉ、化合物等により形成）に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、処理容器内に設けられたウェハ保持装置の載置面にウェハを載置して保持した状態にて、ウェハに対するエッチング等のプラズマ処理が行われる。このようなウェハ保持装置では、一般的にＥＳＣと呼ばれる静電チャックが載置面内に内蔵されており、静電チャックによって発生されるクーロン力および／あるいはジョンソンラーベック力による静電吸着力を用いたウェハの保持が行われている。
このような従来のウェハ保持装置では、ＥＳＣによる静電吸着を停止した後であっても、載置面とウェハに蓄積された電荷により静電吸着力（以降、「残留静電吸着力」とする。）が残留するため、ウェハ保持装置の載置面からウェハを離脱するための様々な手法が従来において提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２１７３５６号公報 特開２００７−１０９７７０号公報
近年、イメージセンサ等に代表されるデバイスを製造するために、ガラス板に半導体ウェハが貼り付けられたガラス貼り付け基板が用いられている。しかしながら、ガラス板貼り付け構造を有する基板が用いられるような場合では、半導体ウェハ単体が用いられるような場合と比して、その残留静電吸着力は大きくなる。そのため、特許文献１に開示されているように、単に突き上げピンによりウェハを突き上げて離脱させるような方法では、強い残留静電吸着力を有する基板において割れ等の損傷が生じる場合や、基板が載置面より離脱される時に、基板が跳ねること等による位置ずれが生じる場合がある。
また、このような残留静電吸着力により生じる問題は、ガラス貼り合わせ基板だけに限られるものではない。例えば、特許文献２に開示されているようなトレイにより基板が保持された状態にて、基板の搬送やプラズマ処理が行われるような形態においても、残留静電吸着により同様な問題が生じている。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、基板に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、静電吸着による基板の保持を行う基板保持装置から基板を離脱させることができるプラズマ処理装置および方法を提供することにある。
なお、本発明の基板としては、例えば、ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板や、トレイに保持されたウェハを対象とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面の基板配置領域に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
載置面に配置された基板の少なくとも外周縁部を、載置面から上方に直接的または間接的に持ち上げるように、複数の突き上げピンを昇降させて基板を突き上げる突き上げ装置と、
突き上げ装置の複数の突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部と、を備え、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とを備える、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第２態様によれば、厚み方向に貫通する基板収容孔が設けられ、基板収容孔内に配置された基板の下面の外周縁部を支持する基板支持部を有するトレイに支持されたウェハを、トレイとともに基板保持装置の載置面に配置して、載置面の周囲に位置するトレイの配置領域にトレイを配置させるとともに、載置面内にてトレイの配置領域よりも突出して形成された基板配置領域にウェハを直接保持させ、このウェハを上記基板として、プラズマ処理容器にてプラズマ処理が行われ、
突き上げ装置において、載置面のトレイの配置領域に、複数の突き上げピンが、載置面より突出可能に配置されており、
制御装置は、複数の突き上げピンにより、トレイを突き上げて、トレイの基板支持部を介して、ウェハの外周縁部が載置面内の基板配置領域より持ち上げられるように、ステップ上昇動作を実施する、第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板を上記基板として、プラズマ処理容器にてプラズマ処理が行われる、第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、基板保持装置による静電吸着を解除した後の基板と載置面との間の残留静電吸着力を除去するための除電プラズマを発生する除電プラズマ発生部をさらに備え、
制御装置は、除電プラズマ発生部によりプラズマ処理容器内に除電プラズマを発生させた状態にて、複数の突き上げピンの上昇動作を制御することにより基板配置領域の少なくとも外側領域からの基板の離脱動作を行い、基板の外周縁部と基板配置領域の外周領域との間に除電プラズマを進入させることにより、残留静電吸着力を低減させる、第２態様または第３態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第５態様によれば、突き上げ装置は、
載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを、一体的に昇降させる第１突き上げ装置と、
載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを、一体的に昇降させる第２突き上げ装置と、を備え、
制御装置は、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、複数の第１突き上げピンを一体的に上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、複数の第２突き上げピンの一体的な上昇によるステップ上昇動作を開始させるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、第３態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第６態様によれば、基板保持装置は、
基板が載置される載置面を有する載置部材と、
載置部材の内部に配置され、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、
載置部材の内部に配置され、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極と、
第１双極電極および第２双極電極に対して電圧を印加して、第１双極電極および第２双極電極から、載置面上に載置された基板に対して静電吸着力を発生させる静電吸着用電源とを備え、
基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われる、第３態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
プラズマ処理容器内に配置された電極に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置と、
を備え、
基板保持装置は、
電圧印加により静電吸着力を発生させて、載置面に載置された基板を保持する静電チャックと、
静電チャックへ電圧を印加する静電チャック用電源と、
静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を制御して、発生される静電吸着力の大きさを制御する電圧制御装置とを備え、
電圧制御装置は、プラズマ処理中に高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により発生される静電吸着力を減少させるように、静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を制御する、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、電圧制御装置は、高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加が開始された後、静電チャックへの電圧の印加量を減少させる、第７態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第９態様によれば、載置面に配置された基板の少なくとも外周縁部を、載置面から上方に直接的または間接的に持ち上げるように、複数の突き上げピンを昇降させて基板を突き上げる突き上げ装置と、
突き上げ装置の複数の突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部と、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とをさらに備える、第７態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１０態様によれば、突き上げ装置は、
載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを、一体的に昇降させる第１突き上げ装置と、
載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを、一体的に昇降させる第２突き上げ装置と、を備え、
制御装置は、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、複数の第１突き上げピンを一体的に上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、複数の第２突き上げピンの一体的な上昇によるステップ上昇動作を開始させるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、第９態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１１態様によれば、基板保持装置は、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極とを静電チャックとして備え、
電圧制御装置は、基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われるように、静電チャック用電源より第１双極電極および第２双極電極への電圧の印加量を制御する、第９態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１２態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
基板保持装置の載置面に基板を載置するとともに、静電吸着により載置面に基板を保持し、
静電吸着によって保持された基板に対してプラズマ処理を行い、
プラズマ処理の完了後、静電吸着を停止し、
その後、基板保持装置の載置面より複数の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力の検出を行い、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇動作を停止し、その後、検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンの上昇動作を再開するという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、
ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇動作の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続して、載置面の基板配置領域より基板を離脱させる、プラズマ処理方法を提供する。
本発明の第１３態様によれば、ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板に対するプラズマ処理方法であって、
基板保持装置の載置面に基板を載置し、
載置面内に内蔵された静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力により基板を保持し、
その後、電極への高周波電圧の印加を開始して、保持された基板に対してプラズマ処理を行うとともに、高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力を減少させるように、静電チャックへの電圧の印加量を減少させて、基板の保持を継続する、プラズマ処理方法を提供する。
本発明の一の態様によれば、プラズマ処理装置が備える制御装置により、プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突上げピンを上昇させるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせ、検知閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値以下になり、かつ基板が載置面より離脱完了していない場合は、突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始させる構成を採用している。さらに、制御装置により、ステップ上昇動作において、突上げピンの上昇後の停止時に基板の載置面からの離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合はステップ上昇動作を継続させるように突き上げ装置の動作タイミングの制御が行われる構成が採用されている。このように突き上げピンによる第１回目の突き上げ動作を実施した後、基板が載置面より離脱完了していない場合に、このような突き上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して行うステップ上昇動作を行うことにより、基板に対して損傷等を生じさせることなく、徐々に載置面からの離脱を促進させることができ、円滑な基板の離脱動作を行うことができる。また、このような複数の突き上げピンによる基板の突き上げ動作が、基板に対して直接的に行われるような場合だけでなく、基板に対して間接的に行われるような場合であってもよい。
本発明の別の一の態様によれば、載置面の基板配置領域の外側領域に配置された複数の第１突き上げピンと、内側領域に配置された複数の第２突き上げピンとを用いて、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、まず、複数の第１突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させ、その後、複数の第２突き上げピンを上昇させて、基板配置領域の内側領域より基板を離脱させることができる。すなわち、複数の第１突き上げピンによる基板の外側領域の突き上げ動作のタイミングと、複数の第２突き上げピンによる基板の内側領域の突き上げ動作のタイミングとを異ならせて、まず基板の外側領域を載置面から離脱させた後に、内側領域の離脱を行うというように、外側から内側へ向けて徐々にかつ段階的に基板の離脱動作を行うことができる。したがって、単なるウェハよりもその残留静電吸着力が高くなるという傾向があるガラス貼り付け構造を有する基板に対して、損傷や位置ずれ等を生じさせることなく、載置面からの離脱動作を行うことができる。
本発明の別の一の態様によれば、プラズマ処理中に基板に生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力を減少させながら、基板の保持を継続して、基板に対するプラズマ処理を行うため、プラズマ処理が完了した後に基板に残留する残留静電吸着力の大きさを低減させることができる。したがって、その後、基板を載置面から離脱させる際に、基板を損傷等させることなく、円滑に離脱動作を行うことができる。
本発明の別の一の態様によれば、プラズマ処理装置の基板保持装置において、環状かつ帯状の第１双極電極と、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状の配置された環状かつ帯状の第２双極電極とを備えた構成が採用されている。このようなプラズマ処理装置において、基板に対するプラズマ処理中に、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも少なくとも相対的に低く設定された状態で、載置面上での基板の保持が行われる。したがって、基板の外周側（外縁付近領域）に比して基板の外周側に対し内周側である中央付近領域の残留静電吸着力が低減される。これにより、基板の縁部および／あるいはその近傍の領域に対して、基板の載置面から複数の突き上げピンを一体的に上昇させることにより基板の離脱が行われる場合、基板の中央付近領域の載置面からの離脱性が改善され、基板の載置面からの離脱時に離脱による損傷や位置ずれを生じさせることなく、静電吸着による基板の保持を行って、プラズマ処理を行うことができる。
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式図であり、 第１実施形態のプラズマ処理装置の載置面の模式平面図であり、 第１実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図（第１突き上げピンによる突き上げ動作）であり、 第１実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図（第１および第２突き上げピンによる突き上げ動作）であり、 第１実施形態の基板離脱動作のフローチャートであり、 図５の基板離脱動作において、（Ａ）は突き上げ力の変化を示すグラフ、（Ｂ）は第１突き上げピンのストローク変化を示すグラフ、（Ｃ）は第２突き上げピンのストローク変化を示すグラフであり、 図３の突き上げ動作における突き上げピン周囲の模式部分拡大図であり、 図４の突き上げ動作における突き上げピン周囲の模式部分拡大図であり、 第１実施形態の変形例にかかる突き上げ動作における突き上げピン周囲の模式部分拡大図であり、 第１実施形態の変形例にかかる突き上げピンの配置（突き上げピン上昇前の状態）を示す模式断面図であり、 第１実施形態の変形例にかかる突き上げピンの配置（突き上げピン上昇後の状態）を示す模式断面図であり、 第１実施形態の変形例にかかる突き上げピンの配置を示す模式平面図であり、 本発明の第２実施形態の比較例にかかるプラズマ処理装置において、（Ａ）はＥＳＣ印加電圧の時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は電極への印加電力のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフ、（Ｃ）は載置面に対する基板の静電吸着力の変化を示すグラフ、（Ｄ）はＨｅガスの供給状態を示すグラフであり、 第２実施形態のプラズマ処理装置における残留静電吸着力の低減方法を説明するための図であって、（Ａ）はＥＳＣへの印加電圧を示すグラフ、（Ｂ）はＥＳＣにて印加電圧から得られる静電吸着力を示すグラフ、（Ｃ）は基板の帯電にて生じる静電吸着力（残留静電吸着力）を示すグラフ、（Ｄ）は合計吸着力（（Ｂ）＋（Ｃ））を示すグラフであり、 第２実施形態のプラズマ処理装置の模式図であり、 第２実施形態のプラズマ処理において、（Ａ）はＥＳＣへの印加電圧の変化を示すグラフ、（Ｂ）は電極への印加電力の変化を示すグラフ、（Ｃ）はＨｅガスの供給状態を示すグラフであり、 第１実施形態の比較例にかかるプラズマ処理装置における基板の突き上げ動作を示す模式図であり、 図１５の比較例のプラズマ処理装置における基板の突き上げ動作を示す模式図であり、 本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式図であり、 第３実施形態のプラズマ処理装置にて取り扱われるトレイの斜視図であり、 第３実施形態のプラズマ処理装置の誘電体板の斜視図であり、 図１８Ａのトレイの平面図であり、 図１９ＡのトレイのＡ−Ａ線断面図であり、 第３実施形態のトレイおよび誘電体板の部分拡大断面図（トレイ載置前）であり、 第３実施形態のトレイおよび誘電体板の部分拡大断面図（トレイ載置後）であり、 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図であり、 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図であり、 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図であり、 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図であり、 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図であり、 第３実施形態の基板離脱動作のフローチャートであり、 図２２の基板離脱動作において、（Ａ）は突き上げ力の変化を示すグラフ、（Ｂ）は突き上げピンのストローク変化を示すグラフであり、 本発明の第３実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置の模式図であり、 本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式図であり、 第４実施形態のプラズマ処理装置の載置面の模式平面図であり、 第４実施形態のプラズマ処理装置の載置面に内蔵されているＥＳＣの模式平面図であり、 図２７のＥＳＣによる静電吸着力の発生原理の模式説明図であり、 第４実施形態のプラズマ処理方法の手順のフローチャートであり、 第４実施形態のプラズマ処理におけるＥＳＣへの印加電圧を示すグラフであって、（Ａ）は第１双極電極への印加電圧、（Ｂ）は第２双極電極への印加電圧、（Ｃ）は電極への印加電力（上部電極及び／あるいは下部電極）、（Ｄ）は、第１双極電極の印加電圧と電極印加電力による基板の帯電で得られる静電吸着力、（Ｅ）は第２双極電極の印加電圧と電極印加電力による基板の帯電で得られる静電吸着力を示すグラフであり、 第４実施形態のプラズマ処理装置において、突き上げ動作時におけるプラズマ処理装置の模式図であり、 第４実施形態のプラズマ処理装置の基板保持装置の載置台端部の部分拡大模式図であり、 従来のＥＳＣの構成を示す模式図であり、 図２５のプラズマ処理装置におけるＥＳＣの詳細構成を示す模式図であり、 第４実施形態の変形例にかかるＥＳＣの構成を示す模式図である。
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０の主要な構成を示す模式図を図１に示す。本第１実施形態のプラズマ処理装置１０には、絶縁材料であるガラス板２上に、ウェハ、例えば半導体ウェハの一例であるシリコンウェハ（Ｓｉおよびその化合物等により形成された半導体ウェハ）３が貼付剤４を介して貼り付けられたガラス貼り付け構造を有するガラス貼り付け基板１（以降、「基板１」とする。）が、プラズマ処理の対象物として取り扱われる。ここで、シリコンウェハ３としては、例えば２５〜４００μｍ、特に５０〜２００μｍの厚さを有するものが用いられる。ガラス基板２としては、例えば３００〜５００μｍ、特に４００μｍ程度の厚さを有するものが用いられる。また、貼付剤４としては、例えばレジストや粘着剤が用いられる。このような基板１のシリコンウェハ３に対して、所定のプラズマ処理を施すことにより、イメージセンサ等のデバイスが製造される。また、基板１は、例えば直径２００ｍｍの円盤形状を有している。
図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、その内部空間（プラズマ処理空間）にて所定のプラズマ処理が行われるプラズマ処理容器１１と、プラズマ処理容器１１内に設置され、基板１のガラス板２側が載置される載置面１２ａを有し、載置面１２ａに載置された基板１に対して、静電吸着による保持を行う基板保持装置１２とを備えている。さらに、図１に示すように、プラズマ処理容器１１の内側上部には上部電極１３が設置され、基板保持装置１２の内部には下部電極１４が設置されている。上部電極１３には、上部電極用高周波電源１５（高周波電圧印加装置の一例である。）が接続されており、下部電極１４には下部電極用高周波電源１６が接続されている。さらに、基板保持装置１２の載置面１２ａには、静電吸着を行うための静電チャックの一例であるＥＳＣ１７が内蔵されており、ＥＳＣ１７にはＥＳＣ用電源１８（静電チャック用電源の一例である。）が接続されている。
このような構成のプラズマ処理装置１０では、基板保持装置１２の載置面１２ａに基板１を載置させて、ＥＳＣ１７の静電吸着により基板１の保持を行った後、プラズマ処理容器１１の内部を所定の圧力に保持しながら所定のプラズマ処理用ガスを供給して充填する。その後、上部電極用高周波電源１５より上部電極１３への電圧印加を行うとともに、下部電極用高周波電源１６より下部電極１４への電圧印加を行って、プラズマを発生させ、基板１のシリコンウェハ３に対するプラズマ処理を行う。プラズマ処理が完了すると、それぞれの高周波電源１５、１６による電圧印加を停止し、プラズマ処理容器１１内のガスを排気して、基板１に対するプラズマ処理が完了する。プラズマ処理が完了すると、ＥＳＣ用電源１８によるＥＳＣ１７への電力供給が停止される。
次に、プラズマ処理装置１０において、載置面１２ａと基板１との間に存在する残留静電吸着力に抗して、プラズマ処理が完了した基板１を載置面１２ａから離脱させるために備えられている構成について説明する。ここで、基板保持装置１２の載置面１２ａの模式平面図を図２に示す。
図１および図２に示すように、基板保持装置１２には、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１に配置された複数の第１突き上げピン２１を、載置面１２ａより一体的に昇降させて載置面１２ａより突出させるあるいは載置面１２ａ内に格納させるように動作させる第１突き上げ装置２０と、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２に配置された複数の第２突き上げピン３１を、載置面１２ａより一体的に昇降させて載置面１２ａより突出させるあるいは載置面１２ａ内に格納させるように動作させる第２突き上げ装置３０とが備えられている。また、第１突き上げ装置２０は、それぞれの第１突き上げピン２１を一体的に昇降させる第１昇降装置２２を備えており、第２突き上げ装置３０は、それぞれの第２突き上げピン３１を一体的に昇降させる第２昇降装置３２を備えている。なお、第１昇降装置２２と、第２昇降装置３２とは、互いに個別に動作することが可能となっている。
また、本第１実施形態のプラズマ処理装置１０では、図２に示すように、載置面１２ａ全体が基板１に対する基板配置領域Ｒとなっているが、このような場合に代えて、載置面１２ａの一部が基板配置領域として設定されるような場合であってもよく、あるいは載置面１２ａより基板配置領域Ｒが大きく設定されているような場合であってもよい。載置面１２ａより基板配置領域Ｒが小さい場合には、基板１の周縁部におけるプロセス特性（例えば、エッチングレート等）の均一性が向上するが、載置面１２ａのＥＳＣ１７の電極が基板配置領域Ｒよりも大きい場合には、ＥＳＣ１７の電極がプラズマにさらされ、その寿命が短くなる場合がある。これに対して、載置面１２ａより基板配置領域Ｒが大きい場合には、ＥＳＣ１７の電極が基板１の周縁よりも小さくなるため、プラズマにさらされるという問題は生じず、プロセス特性の均一性を確保するために、ＥＳＣ１７の電極を基板１の周縁よりも０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度と僅かに小さくするのが好ましい。しかしＥＳＣ１７の電極が基板１の周縁よりも小さくなりすぎると、基板１の周縁部におけるプロセス特性が不均一となる場合がある。また、基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１は、基板配置領域Ｒ内でかつ載置面１２ａに載置される基板１の縁部およびその近傍の領域、および／あるいは載置面１２ａに載置される基板１の半径の１／２以上の基板１の外周側に位置する領域であり、基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２は、基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１の縁部およびその近傍の領域よりも相対的に内側の領域である。
図２に示すように、例えば８本の第１突き上げピン２１が、載置面１２ａの中心をその中心とする第１の同心円Ｃ１上に等間隔にて配置されており、例えば４本の第２突き上げピン３１が、載置面１２ａの中心をその中心とする第２の同心円Ｃ２上に等間隔にて配置されている。なお、第１の同心円Ｃ１の径は、第２の同心円Ｃ２の径よりも大きく設定されている。
さらに、図１に示すように、第１突き上げ装置２０には、基板１を突き上げる際に、第１昇降装置２２によりそれぞれの第１突き上げピン２１に付加される突き上げ力（あるいは突き上げ反力）を検出するための突き上げ力検出部の一例である第１ロードセル２３が備えられている。同様に、第２突き上げ装置３０には、基板１を突き上げる際に、第２昇降装置３２によりそれぞれの第２突き上げピン３１に付加される突き上げ力（あるいは突き上げ反力）を検出するための突き上げ力検出部の一例である第２ロードセル３３が備えられている。
また、図１に示すように、プラズマ処理装置１０には、第１昇降装置２２による第１突き上げピン２１の昇降動作、第２昇降装置３２による第２突き上げピン３１の昇降動作、第１ロードセル２３による突き上げ力の検出動作、第２ロードセル３３による突き上げ力の検出動作、上部電源用高周波電源１５による電圧印加動作、下部電源用高周波電源１６による電圧印加動作、およびＥＳＣ用電源１８による電力供給動作を、互いの動作を関連づけながら制御する制御装置９が備えられている。さらに制御装置９は、第１昇降装置２２および第２昇降装置３２を通じて、第１突き上げピン２１の載置面１２ａよりの突き上げ量（ストローク）および第２突き上げピン３１の載置面１２ａよりの突き上げ量（ストローク）を検出することが可能となっている。
このような構成のプラズマ処理装置１０にて、プラズマ処理が完了した基板１を載置面１２ａから離脱させる動作について説明する。この説明にあたって、図３および図４にプラズマ処理装置１０の動作の模式説明図を示し、図５に離脱動作の手順のフローチャートを示し、図６に第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の突き上げ力（反力）および突き上げストロークの時間的な変化を表すグラフを示す。また、突き上げ状態における突き上げピン近傍の部分模式拡大図を図７Ａおよび図７Ｂに示す。
まず、プラズマ処理容器１１の内部空間にて、基板１と載置面１２ａとの間に存在する残留静電吸着力を除去するための比較的弱いプラズマである除電プラズマを発生させる（図５のフローチャートのステップＳ１）。例えば、プラズマ処理容器１１の内部空間に、シリコンウェハ３に対するプラズマ処理（例えばエッチング等）が進行しない不活性ガス（Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２等）を供給した状態にて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４に電圧を印加することにより、除電プラズマＰが発生される。ただし、残留静電吸着力により基板１は載置面１２ａに保持された状態であるため、このような状態においては、除電プラズマＰは基板１と載置面１２ａとの間に進入することができない。なお、本第１実施形態では、上部電極１３、上部電極用高周波電源１５、下部電極１４、下部電極用高周波電源１６、および図示しないガス供給装置が、除電プラズマ発生部の一例を構成している。
次に、図６（Ａ）に示す時間区分Ｔ０〜Ｔ１にて、第１突き上げ装置２０の第１昇降装置２２により８本の第１突き上げピン２１を一体的に上昇させて、載置面１２ａよりも上方に突出させる（ステップＳ２）。その結果、図３、より詳細には図７Ａに示すように、基板１の外周部分がそれぞれの第１突き上げピン２１により突き上げられた状態とされ、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１から基板１が部分的に離脱される。
ここで、図６（Ａ）の突き上げ力の変化を示すグラフと、図６（Ｂ）の第１突き上げピン２１のストロークの変化を示すグラフとに示すように、第１昇降装置２２によるそれぞれの第１突き上げピン２１の突き上げ（上昇）動作は、第１ロードセル２３にて検出される突き上げ力を参照しながら行われる。具体的には、基板１に対して割れ等の損傷や跳ね等の位置ずれが生じない限度荷重であるＦ２を超えることなく、かつ２回目の突き上げ動作を開始するための基準荷重である検知閾値Ｆ１を超える荷重範囲に入るように、第１突き上げピン２１の突き上げストロークが調整されて、突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの第１突き上げピン２１の先端は、ストローク（あるいは高さ）Ｈ１に位置された状態とされる。
このように基板１の縁部が載置面１２ａより離脱された状態とされることにより、プラズマ処理容器１１の内部空間に発生されている除電プラズマＰが、基板１と載置面１２ａとの間に進入することができる。その結果、時間区分Ｔ１〜Ｔ２にて、除電プラズマＰと接触した表面において、基板１と載置面１２ａとの間に存在する残留静電吸着力が低減されて、載置面１２ａからの基板１の離脱（剥離）が、基板１の外側から内側に向けて拡がるように促進される。
また、この時間区分Ｔ１〜Ｔ２では、第１ロードセル２３による突き上げ力の検出が継続して行われ、検出された突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したかどうかの検出が行われる（ステップＳ３）。
やがて、時間Ｔ２にて、第１ロードセル２３によって第１突き上げピン２１による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したことが検出されると、第１突き上げ装置２０および／あるいは第２突き上げ装置３０による突き上げ動作が開始される（ステップＳ４）。具体的には、例えば、図６（Ａ）に示す時間区分Ｔ２〜Ｔ３にて、第１突き上げ装置２０の第１昇降装置２２により４本の第１突き上げピン２１を一体的にさらに上昇させるとともに、第２突き上げ装置３０の第２昇降装置３２により４本の第２突き上げピン３１を一体的に上昇させて載置面１２ａよりも上方に突出させる。この突き上げ動作により、それぞれの第１突き上げピン２１はその先端がストロークＨ２に位置された状態とされ、それぞれの第２突き上げピン３１はその先端がストロークＨ１に位置された状態とされる。
このように第１突き上げピン２１による突き上げ動作に加えて、さらに第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行うことにより、図４、より詳細には図７Ｂに示すように、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２にて基板１を載置面１２ａから完全にあるいは部分的に離脱させることができる。部分的に離脱されている場合には、除電プラズマＰを基板１と載置面１２ａとの間にさらに進入させて、残留静電吸着力を低減させることができ、基板１の離脱がさらに促進される。
なお、２回目の突き上げ動作の時、第１突き上げピン２１による突き上げ動作に加えて、さらに第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行うとしたが、基板１が載置面１２ａよりの離脱にともなって突き上げピン２１、３１による突き上げ力が限度荷重Ｆ２に近づきすぎる場合は、第１突き上げピン２１をさらに上昇させずに第２突き上げピン３１のみを突上げ動作させて第２突き上げピン３１はその先端が第１突き上げピン２１と同じ突上げ高さ位置であるストロークＨ１に位置された状態とさせても良い。このことにより、載置面１２ａからの突上げ動作により基板１に発生する応力の発生をより低減させることができる。
この２回目の突き上げ動作により、基板１が載置面１２ａより完全に離脱されていない場合には、第１突き上げピン２１による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ４〜Ｔ５にて、再び、第１突き上げピン２１および／あるいは第２突き上げピン３１による突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの第１突き上げピン２１はその先端がストロークＨ３に位置された状態とされ、それぞれの第２突き上げピン３１はその先端がストロークＨ２に位置された状態とされる。また、この時間Ｔ４における突き上げ動作の開始の際には、第２ロードセル３３により第２突き上げピン３１の突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少していることを確認することが好ましい。なお、第１突き上げピン２１に対する検知閾値と第２突き上げピン３１に対する検知閾値とは、互いに異なる値が採用される場合であってもよい。
この３回目の突き上げ動作により、基板１が載置面１２ａよりまだ完全に離脱されていない場合には、例えば、第２突き上げピン３１の突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ６〜Ｔ７にて、第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行う。その結果、それぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１は、共にその先端がストロークＨ３に位置された状態とされ、さらに載置面１２ａからの基板１の離脱が促進される、あるいは載置面１２ａから基板１が完全に離脱される。
一方、載置面１２ａより基板１が完全に離脱されていることが確認されると（ステップＳ５）、基板１の載置面１２ａからの離脱のための突き上げ動作が完了する。なお、載置面１２ａより基板１が完全に離脱されていることの確認は、例えば、第１ロードセル２３および／あるいは第２ロードセル３３にて検出される突き上げ力が基板１の自重に相当する荷重となっていること、あるいは、載置面１２ａから基板１が離脱したことを示す離脱閾値Ｆ３以下になっていることを検出すること、および／あるいは第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１のストロークが所定のストロークに達していることなどにより行うことができる。
ここで、本第１実施形態のプラズマ処理装置１０における基板１の離脱方法と対比される比較例にかかる離脱方法として、例えば、特許文献１に開示の離脱方法をガラス貼り付け基板１に仮に適用した場合について、図１５および図１６の模式図を用いて説明する。
図１５に示すように、比較例にかかるプラズマ処理装置２０１において、基板保持装置２０２の載置面２０３に、ガラス貼り付け基板１を、ガラス板２側を下面側として載置した状態にて、半導体ウェハ３に対するプラズマ処理を行う。このプラズマ処理が行われている際には、基板１は載置面２０３内に内蔵されたＥＳＣ２０４により静電吸着による保持が行われている。その後、プラズマ処理が完了すると、ＥＳＣ２０４による静電吸着が停止される。
プラズマ処理装置２０１には、基板保持装置２０２の載置面２０３の縁部に同心円状に配置された複数の突き上げピン２０５の昇降動作を行う突き上げ装置２０６が備えられている。これらの突き上げピン２０５は、基板１が載置された状態では、載置面２０３内に格納された状態とされている。
ＥＳＣ２０４による静電吸着が停止されると、突き上げ装置２０６にてそれぞれの突き上げピン２０５が例えば一体的に上昇されて、載置面２０３上に載置された状態の基板１が突き上げられて、残留静電吸着力に抗して、基板１の縁部のみが載置面２０３より離脱される。
しかしながら、基板１は、単なる半導体ウェハではなく、ガラス板貼り付け構造を有しているため、半導体ウェハ単体が用いられるような場合と比して、その残留静電吸着力は大きくなる。そのため、基板１の縁部近傍を複数の突き上げピン２０５により突き上げても、基板１の中央付近には、高い残留静電吸着力が存在したままの状態とされている。その結果、突き上げピン２０５により突き上げられた部分、すなわち基板１の縁部のみが載置面２０３より離脱されるだけであり、基板１の中央付近は載置面２０３より離脱されない。このような状態では、図１６に示すように、基板１において割れ等の損傷が生じる場合や、基板１が載置面２０３より離脱される時に、基板１が跳ねること等による位置ずれが生じる場合がある。
特許文献１に開示されているように、除電プラズマを用いて、残留静電吸着力を減少させることも可能であるが、ガラス貼り付け構造を有し、通常の半導体ウェハよりも高い残留静電吸着力が生じる基板１では、除電プラズマにより残留静電吸着力を減少させるために必要な時間も長くなり、プラズマ処理プロセスの生産性を低下させることが考えられる。
この比較例にかかる基板１の離脱方法に対して、本第１実施形態の基板の離脱方法では、このようなガラス貼り付け基板１に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、載置面１２ａからの安定した離脱を行うことができる。具体的には、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１に同心円状に配置された複数の第１突き上げピン２１と、内側領域Ｒ２に同心円状に配置された複数の第２突き上げピン３１とを用いて、まず第１突き上げピン２１による突き上げ動作を行って、基板１の縁部を載置面１２ａから離脱させ、その後、第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行って、基板１の内側部分を載置面１２ａから離脱させるという、基板１の外側から内側に向かっての段階的な突上げの上昇と停止を行い、突上げ上昇の停止時に突上げ力が検知閾値以下なっていることを検知して突き上げピンの再上昇を繰り返すステップ動作による離脱動作を行うことにより、通常のシリコンウェハよりも残留静電吸着力が高いという特徴を有するガラス貼付構造の基板１に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、載置面１２ａからの安定した離脱を行うことができる。
また、このような第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１を用いた段階的な突き上げ動作を行う際に、突き上げ部分あるいはその近傍にて基板１にたわみが生じることになるが、基板１の物性や仕様に応じて基板１に割れ等の損傷が生じない程度の曲率を超えないように、第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の突き上げストローク（量）を制御することにより、突き上げ動作により基板１に損傷が生じることを防止することができる。
さらに、これらの突き上げ動作を行う際に、除電プラズマを併用することにより、除電プラズマを基板１の外側から内側に向けて徐々に進入させることができ、さらに基板１の離脱を促進させることができる。
また、それぞれの第１突き上げピン２１の突き上げにより生じる突き上げ力を、第１ロードセル２３にて検出しながら突き上げ動作を行うことにより、基板１の破壊や位置ずれが生じる限度荷重Ｆ２を突き上げ力が超過しないようにすることができ、基板１の損傷等を確実に防止することができる。
さらに、第１突き上げピン２１による突き上げ動作を行った後、突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、第２突き上げピン３１による突き上げ動作を開始するという手法を採用していることにより、突き上げ動作による直接的な離脱効果と、突き上げ状態の保持および除電プラズマによる間接的な離脱効果（すなわち基板１の離脱範囲の拡大効果）とを良好なバランスにて得ることができ、基板に対して損傷や位置ずれを生じない離脱動作を実現することができる。
なお、このような第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１を用いた段階的な突き上げ動作、すなわち基板１の載置面１２ａからの離脱動作は、図６、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明した方法にのみ限られるものではない。この離脱動作の変形例について、図７Ａおよび図８に示す模式説明図を用いて説明する。
まず、図７Ａに示すように、第１突き上げピン２１をストロークＨ１にまで上昇させて、基板１の突き上げを行う。その後、この突き上げ状態を保持して、例えば第１突き上げピン２１による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待つ。検知閾値Ｆ１にまで減少したことが確認されると、それぞれの第１突き上げピン２１の高さはストロークＨ１に保持したままの状態にて、それぞれの第２突き上げピン３１を上昇させる。この時、１回目の突き上げ動作における第１突き上げピン２１の上昇速度よりも十分に低い速度にて、それぞれの第２突き上げピン３１の上昇を行う。このようにゆっくりとそれぞれの第２突き上げピン３１の上昇を行うことで、基板１に対して急激な応力負荷変化を与えることなく、載置面１２ａから基板１が剥離されている領域を拡大することができる。このようにゆっくりと上昇されるそれぞれの第２突き上げピン３１は、例えば、図８に示すように、ストロークＨ１にまで最終的に上昇される。なお、第２突き上げピン３１の上昇は、このようにゆっくりとした速度にて行うような場合に代えて、例えば、ストロークＨ１よりも小さなストロークにて段階的な上昇を複数回実施することもできる。
また、このように突上げピンの上昇速度をより低くすることで、基板１の載置面１２ａからの離脱動作において、突き上げピンの突上げ上昇動作を途中で停止することなく、突上げ力の検知閾値Ｆ１を越えることの無いように連続して突き上げ上昇動作を行っても良い。
また、限度荷重Ｆ２以下の検知閾値Ｆ１以下になったら突上げピンの再上昇としたが、検知閾値を突き上げピン上昇の目標値の検知閾値Ｆ１ａ（Ｆ１＜Ｆ１ａ＜Ｆ２）として設定し、第１回目の突上げ動作において、突上げピンを所定の一定あるいは可変の速度で上昇させ、検知閾値Ｆ１ａが検知されたら、突き上げピンの上昇を停止させる。その後、突き上げ力が検知閾値Ｆ１ａ以下になり、基板１が載置面１２ａより離脱完了していない場合は、第２回目の突上げ動作として再度突上げピンの上昇動作を行う。この時、再度の上昇動作は上昇と停止の繰り返しのステップ上昇動作として微小のステップ上昇動作（例えば一の上昇動作における上昇高さが０．１〜０．２ｍｍであり、少なくとも一の上昇動作における上昇高さは、第１回目の突き上げピンの上昇動作における上昇高さよりも小さい。）を行い、突上げピンの上昇後の停止時に基板１の載置面１２ａからの離脱完了の検知動作を行う。この微小ステップ上昇動作により載置面１２ａからの突上げ動作により基板１に発生する応力の発生がより低減され、基板１の載置面１２ａの離脱がより促進される。
なお、微小のステップ上昇動作において突上げピンの上昇後の停止時に基板１の載置面１２ａからの離脱完了の検知動作を行うとしたが、基板１の載置面１２ａからの離脱動作に悪影響がなければ、微小のステップ上昇動作中に連続して離脱完了の検知動作を行っても良い。
次に、基板保持装置１２の載置面１２ａにおけるそれぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の配置について説明する。
このようなプラズマ処理装置１０では、プラズマ処理の際に、基板１と載置面１２ａとを冷却することを目的として、載置面１２ａと基板１との間にＨｅガスが供給されるように構成される。そのため、載置面１２ａには、Ｈｅガスを流す、あるいは溜めておくための凹部が形成されている。このような載置面１２ａに形成された凹部１２ｂとの関係からは、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の形成位置は、平面視にて、凹部１２ｂの溝部内とすることが好ましい。また、プラズマ処理中のＨｅガスによる基板１の冷却中は、凹部１２ｂ内をＨｅガスが流れ易いように突上げピンの先端高さを凹部１２ｂの底部以下とすることが望ましい。このような突き上げピンの配置を採用することにより、Ｈｅガスの漏出量を低減させることができる。
また、載置面１２ａにおけるそれぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の平面的な配置としては、様々な配置を採用することができる。略円盤形状の基板１に対して大きな荷重負荷を加えることなく、載置面１２ａより離脱のための突き上げ動作を行うという観点からは、基板１に対して負荷される突き上げ力は、より均一に負荷されることが好ましい。そのため、図２に示すように、載置面１２ａの中心をその中心とする第１の同心円Ｃ１上に等間隔にてそれぞれの第１突き上げピン２１が配置されることが好ましく、同様に、載置面１２ａの中心をその中心とする第２の同心円Ｃ２上に等間隔にてそれぞれの第２突き上げピン３１が配置されることが好ましい。さらに、載置面１２ａから離脱された基板１を基板搬送アーム４１にてその下面側から保持して搬送を行うような場合にあっては、図２、図１０に示すように、基板１と載置面１２ａとの間に基板搬送アーム４１の挿入ルートを確保するように、それぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の配置を決定することが好ましい。
なお、上記第１実施形態の説明では、載置面１２ａに複数の第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１が備えられ、第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１との段階的な突き上げ動作を行うような場合について説明したが、本第１実施形態はこのような場合についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、載置面１２ａの少なくとも外周領域に複数の第１突き上げピン２１のみが備えられ、複数の第１突き上げピン２１を一体的に上昇させながら、突き上げ力を検出して、限度荷重Ｆ２を超過しないように、その突き上げストロークの制御を行って、段階的な突き上げ動作を行うような場合あるいは第１回目の突上げ動作において、突上げピンを所定の一定あるいは可変の速度で上昇させ、検知閾値Ｆ１ａが検知されたら、突き上げピンの上昇を停止させ、突き上げ力が検知閾値Ｆ１ａ以下になり、基板１が載置面１２ａより離脱完了していない場合は、第２回目の突上げ動作として再度突上げピンの上昇動作を微小のステップ上昇動作で行う場合であってもよい。このような第１突き上げピン２１のみによる突き上げ動作は、例えば、基板１が小径であるような場合、あるいは、基板１の離脱に要する時間がある程度確保できるような場合に対して有効である。
また、上記第１実施形態では、対象物をガラス貼り付け基板１としたが、シリコンウェハ３の裏面に絶縁膜を形成したウェハ、絶縁材であるガラス板上に半導体や金属絶縁膜を形成したウェハ、あるいはガラスやシリコンウェハ３そのものを突き上げ対象物とすることもできる。シリコンウェハ３単体では、その残留静電吸着力はガラス貼り付け基板１よりも比較的小さくなる傾向にあるが、３００ｍｍ以上の大径化されたシリコンウェハ３に対しては、上記第１実施形態の突き上げ動作による載置面１２ａからの離脱方法をより有効に適用することができる。
また、第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１の突き上げ動作により生じる突き上げ力を、第１ロードセル２３および第２ロードセル３３により検出して、突き上げストロークや段階的な突き上げのタイミングが制御されるような場合について説明したが、本第１実施形態はこのような場合についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、第１昇降装置２２および第２昇降装置３２のモータトルクを検出する装置を用いることもできる。
また、突き上げ動作の際に、突き上げ力を検出することなく、突き上げストロークのみを制御することによっても、上記第１実施形態の突き上げ動作を実施することが可能である。例えば、突き上げ対象物である基板１の物性や仕様等に基づいて、突き上げ力を適正な範囲に保つことができる突き上げストロークに関する時間シーケンスを実験等により作成し、この時間シーケンスを用いて突き上げストロークを制御しながら突き上げ動作を実施することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０では、基板１に対するプラズマ処理が行われた後に、残留静電吸着力に抗して、基板１に損傷が生じることなく、載置面１２ａから基板１を離脱させる基板の突き上げ動作について説明を行った。本第２実施形態では、この突き上げ動作を行う前に、すなわち基板１に対するプラズマ処理を完了させた時点にて発生している残留静電吸着力を低減させることで、基板１を載置面１２ａから離脱させる方法について説明する。
本第２実施形態について説明を行うにあたって、まず、本第２実施形態の構成および方法が適用されていないプラズマ処理装置として、本第２実施形態の比較例のプラズマ処理装置において生じる残留静電吸着保持力について図面を用いて説明する。
図１１は、従来のプラズマ処理装置にてプラズマ処理の際に生じる基板に対する静電吸着力等の時間変化を、本第２実施形態に対する比較例として示す図である。具体的には、図１１（Ａ）は、ＥＳＣ印加電圧の時間変化を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は、上部電極および／あるいは下部電極への電力印加の有無（すなわちエッチング等のプラズマ処理を実施しているかどうか）を示すグラフであり、図１１（Ｃ）は、ＥＳＣ印加電圧と、電極印加電力による基板の帯電とによる載置面に対する基板の静電吸着力の時間変化を示すグラフであり、図１１（Ｄ）は、基板と載置面とを冷却することを目的とした載置面と基板との間へのＨｅガスの供給の有無を示すグラフである。
まず、図１１（Ａ）、（Ｃ）に示すように、時間Ｔａにて、載置面に基板が載置されると、ＥＳＣに電圧が印加されて静電吸着力Ｆ１１が発生され、時間区間Ｔａ−Ｔｂにて基板の吸着保持が行われる。さらに時間区間Ｔａ−Ｔｂでは、図１１（Ｄ）に示すように、基板と載置面との間にＨｅガスの供給が行われて、Ｈｅガスが圧力Ｐに保たれた状態とされる。その後、時間Ｔｂにて、図１１（Ｂ）に示すように、上部電極および／あるいは下部電極への電力印加（例えば、電力Ｗ１の印加）が開始され、時間区間Ｔｂ−Ｔｃにて基板に対するプラズマ処理が行われる。
一方、このように時間Ｔｂにてそれぞれの電極への電力印加が開始されると、基板のガラス板などに残留電荷が蓄積されて、残留静電吸着力が生じる。図１１（Ｃ）に示すように、残留静電吸着力は時間の経過とともに増加し、例えばプラズマ処理が完了する時間Ｔｃでは、ＥＳＣによる静電吸着力Ｆ１１と残留静電吸着力の合計である合計静電吸着力が、Ｆ１２にまで増大する。すなわち、基板を確実に保持するための静電吸着力Ｆ１１よりも大きな静電吸着力Ｆ１２にて基板の保持が行われている状態となる。なお、図１１（Ｃ）では、図示ハッチング模様を付した部分が残留電荷などにより生じた残留静電吸着力となる。
その後、時間Ｔｃにて、上部電極および／あるいは下部電極等への電極への電力供給が停止されるが、この電力供給の停止では、残留静電吸着力は減少しない。また、時間Ｔｃでは、Ｈｅガスの供給も停止され、プラズマ処理が完了する。
プラズマ処理が完了すると、時間Ｔｄにて、ＥＳＣへの電圧印加が停止されて、ＥＳＣによる静電吸着が解除される。仮に残留静電吸着力が発生しなければ、このＥＳＣによる吸着解除に伴って、基板に対する静電吸着力がＦ１１からＦ１３にまで減少することになるが（図１１（Ｃ）点線参照）、実際には残留静電吸着力が存在するため、静電吸着力はＦ１２からＦ１４にまでしか減少しない。すなわち、ＥＳＣによる静電吸着の解除を行った後（時間Ｔｄ以降）でも、Ｆ１３よりも明らかに大きな静電吸着力（残留静電吸着力）Ｆ１４が残留することになる。このように大きな静電吸着力が残留するような場合にあっては、載置面からの基板の離脱を行うことが困難になる、あるいは離脱のための突き上げ動作の実施により基板を損傷させる等という問題が発生する可能性がある。
特にガラス貼り付け基板が用いられるような場合にあっては、基板に反りが生じやすく（例えば山形に６００〜８００μｍ程度の反りが生じやすく）、このような反りを矯正するためにも、高い電圧をＥＳＣに印加して、強い吸着力にて基板の保持を行う必要がある。例えば、一般的なウェハ単体の吸着には６００〜９００Ｖ程度の電圧の印加が必要であるのに対して、ガラス貼り付け基板ではその３〜４倍程度、すなわち２５００Ｖ程度の電圧の印加が必要となる。また、ガラス板は強い分極が生じる傾向にあるため、残留静電吸着力が極めて強く、載置面からの基板の適切な離脱を行うことがより困難となる。
本第２実施形態のプラズマ処理装置および方法は、このような残留静電吸着力の残留量を低減させて、プラズマ処理完了後における載置面からの基板の離脱動作を円滑に行えるようにすることを目的とするものである。
まず、本第２実施形態の残留静電吸着力の残留量を低減させる考え方について、図１２（Ａ）〜（Ｄ）の図面（グラフ）を用いて説明する。図１２（Ａ）は、ＥＳＣ印加電圧の時間変化を示すグラフであり、図１２（Ｂ）は、ＥＳＣ印加電圧から得られるＥＳＣの静電吸着力の時間変化を示すグラフであり、図１２（Ｃ）は、電極の印加電圧による基板の帯電により生じる静電吸着力、すなわち残留静電吸着力の時間変化を示すグラフであり、図１２（Ｄ）は、図１２（Ｂ）の静電吸着力と、図１２（Ｃ）の残留静電吸着力との合計である合計吸着力の時間変化を示すグラフである。なお、時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは、図１１と共通する。
図１２（Ｃ）に示すように、時間Ｔｂにて、上部電極および／あるいは下部電極等の電極への電力印加（高周波電圧の印加）が開始されてプラズマ処理が開始されると、残留静電吸着力が増加して、最終的には時間ＴｄにてＦ１６にまで達する。本第２実施形態では、このような時間ＴｂからＴｄの間に残留静電吸着力の増加が生じるような場合であっても、図１２（Ｄ）に示すように、時間区間Ｔａ−Ｔｄにて合計吸着力を増加させることなく、例えばＦ１１に一定に保つというものである。
具体的には、図１２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、時間Ｔａにて印加電圧Ｖ１にてＥＳＣに静電吸着力Ｆ１１を発生させ、その後、時間Ｔｂから印加電圧を徐々に減少させて電圧Ｖ２とすることで、ＥＳＣへの電圧印加により生じる静電吸着力をＦ１１からＦ１５に減少させる。すなわち、高周波電圧の印加が開始された後、それに伴って発生する残留静電吸着力の増加量に応じて、ＥＳＣへの電圧の印加量を低減させている。ここで、吸着力はおおよそ（Ｆ１１−Ｆ１５）＝Ｆ１６に近い関係にある。このようにすることで、図１２（Ｄ）に示すように、残留吸着力の大きさの増加を、ＥＳＣへの電圧印加により生じる静電吸着力の減少により抑制あるいは相殺することができ、時間区間Ｔａ−Ｔｄにおける合計吸着力をほぼ一定に保つことができる。
このように、合計吸着力がほぼ一定に保たれることで、載置面から基板を離脱させる際に残留している残留静電吸着力を低減することができ、その後に行われる離脱動作を円滑に行うことができる。なお、ＥＳＣへの電圧印加により生じる静電吸着力Ｆ１５は、例えば、その力Ｆ１５のみでは基板の確実な保持のために必要とされる力を下回るような吸着力であり、確実な保持のために必要な力の不足分を残留静電吸着力にて補うことで、合計吸着力が確実な保持のために必要な力を上回るようにしている。
次に、このような本第２実施形態のプラズマ処理装置および方法の具体的な実施形態について図面を用いて説明する。
まず、本第２の実施形態にかかるプラズマ処理装置５０の主要な構成の模式図を図１３に示す。本第２実施形態のプラズマ処理装置５０は、基板保持装置の構成が、上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０とは異なっている。以下、この異なる構成を主として説明する。なお、図１３の本第２実施形態のプラズマ処理装置５０にて、図１の上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０と同じ構成部材には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すように、プラズマ処理装置５０の基板保持装置は、載置面１２ａに載置された基板１を静電吸着力により保持するＥＳＣ５７と、このＥＳＣ５７に直流電圧（ＤＣ電圧）を印加するＥＳＣ用電源５８とを備えている。さらに基板保持装置は、ＥＳＣ用電源５８からＥＳＣ５７に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御装置の一例である電圧制御装置５９が備えられている。この電圧制御装置５９は、制御装置９により他の構成部材の動作と関連付けられながら統括的に制御されている。具体的には、上部電極１３および／あるいは下部電極１４への電力の印加のタイミングに関連付けて、制御装置９により電圧制御装置５９が制御される。このような関連付けは、予めそれぞれの構成部材の動作を行うタイミングが設定されたプログラムを用いてシーケンス的な制御として行うことができる。なお、このようなプログラムが用いられるような場合に代えて、構成部材の動作開始／停止のタイミング信号を用いて制御されるような場合であってもよい。
このような構成を有するプラズマ処理装置５０を用いて、基板１に対して付与される吸着力の増加を抑制しながら、基板に対してプラズマ処理を行う方法について、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示すグラフを用いて説明する。図１４（Ａ）はＥＳＣ５７に印加される電圧の時間変化を示すグラフであり、図１４（Ｂ）は上部電極１３および／あるいは下部電極１４に印加される電力の時間変化を示すグラフであり、図１４（Ｃ）はＨｅガスの圧力の時間変化を示すグラフである。
まず、プラズマ処理装置５０にて、載置面１２ａに基板１を載置する。その後、時間Ｔａにて、ＥＳＣ用電源５８からＥＳＣ５７に対して直流電圧が印加される。このタイミングにて印加される電圧の大きさは、例えば、そのタイミングと関連付けてプログラム等にて設定されている。このようなプログラムに基づいて電圧制御装置５９により印加電圧が制御されて、図１４（Ａ）に示すように、例えば２５００Ｖの直流電圧がＥＳＣ５７に印加される。電圧印加によりＥＳＣ５７にて電圧の大きさに比例した静電吸着力が発生して、載置面１２ａ上の基板１が吸着保持される。また、２５００Ｖという印加電圧は、ガラス貼り付け基板１に反り（あるいはたわみ）が生じている場合に、この反りを確実に矯正できるような大きさの電圧として設定されており、ＥＳＣ５７にて発生される静電吸着力により基板１の反りが矯正されるとともに、基板１の吸着保持が行われる。このように初期吸着保持にて反りの矯正が行われると、時間Ｔａ１にて印加電圧を例えば２０００Ｖに下げて、基板１の保持のための適切な静電吸着力が保たれる。また、図１４（Ｃ）に示すように、基板１と載置面１２ａとの間にＨｅガスの供給が開示され、所定の圧力Ｐに保たれる。
次に、時間Ｔｂにて、基板１に対するプラズマ処理が開始される。具体的には、プラズマ処理容器１１内に所定のガスが供給された状態にて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４に電力Ｗ１が印加されることによりプラズマを発生させ、基板１に対するエッチング等のプラズマ処理が開始される。
このように、それぞれの電極１３および１４への電力の印加が開始されると、ガラス貼り付け基板１のガラス板２に電荷が蓄積されて残留静電吸着力が発生するとともに、その大きさが徐々に増加する。そのため、時間Ｔｂ１にて、電圧制御装置５９によりプログラムに基づいてＥＳＣ５７への印加電圧が、例えば、２０００Ｖから４００Ｖにまで低減される。これにより、ＥＳＣ５７にて電圧印加によって発生される静電吸着力は低減されるが、この低減量に相当する残留静電吸着力が発生しているため、合計吸着力は、ほぼ一定に保つことができるため、載置面１２ａに基板１が保持された状態が保たれて、プラズマ処理が継続される。その後、さらに時間Ｔｂ２に達すると、残留静電吸着力もさらに増加するため、この増加分を実質的に相殺するように、ＥＳＣ５７への印加電圧を、例えば４００Ｖから１００Ｖにまで低減させる。これにより、残留静電吸着力の増加にも拘わらず、基板１に対して付与される合計吸着力は増加することなく、ほぼ一定の大きさに保つことができる。
その後、時間Ｔｃにて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４への電力の印加が停止され、基板１に対するプラズマ処理が完了する。それとともに、Ｈｅガスの供給を停止して、Ｈｅ圧力が減少する。その後、時間Ｔｄにて、ＥＳＣ用電源５８によりＥＳＣ５７に対して、正負を反転させた電圧、例えば−３０００Ｖの電圧の印加（正負反転大電圧の印加）を行う。これにより、残留している残留静電吸着力を大幅に減少させることができる。
その後、時間ＴｅからＴｆにかけて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４に比較的弱い電力Ｗ２を印加して除電プラズマを発生させる。このように除電プラズマが発生された状態にて、上記第１実施形態の突き上げピン２１、３１による基板１の段階的な突き上げ動作を行う、基板１が載置面１２ａから離間される。
本第２実施形態によれば、プラズマ処理中に生じかつ時間の経過とともに増加する残留静電吸着力の増加量に応じて、ＥＳＣ５７への印加電圧を減少させて、残留静電吸着力の増加を、ＥＳＣ５７への電圧印加により生じる静電吸着力の減少により抑制するあるいは相殺することができる。したがって、プラズマ処理中にて基板１を確実に保持するための吸着力を確保しながら、その吸着力（合計吸着力）が増加しないようにすることができるため、プラズマ処理が完了後の残留静電吸着力の残留量を低減することができる。よって、その後に基板１を載置面１２ａから離間させるための突き上げ動作を円滑かつ適正を行うことが可能となる。また、このような残留静電吸着力低減の効果は、ウェハ単体に比してその残留静電吸着力が大きくなる傾向にあるガラス貼り合わせ基板に対して特に有効である。
なお、ＥＳＣ用電源５８からＥＳＣ５７に印加される電圧の大きさおよび印加のタイミングは、電圧制御装置５９によりプログラムに基づいてシーケンス的に制御されるが、このような電圧および印加のタイミングは、予め基板１に生じる残留静電吸着力の時間的な変化状態の測定を行い、この測定結果に基づいて決定することができる。
また、図１４（Ａ）に示すように、ＥＳＣ５７への印加電圧の制御が、段階的（ステップダウン的）に制御されるような場合について説明したが、このような場合に代えて、連続的（リニア的）に印加電圧の制御が行われるような場合であってもよい。
なお、以上、ＥＳＣは単極型のＥＳＣの印加電圧を説明したが、ＥＳＣが双極型の場合は、±の電圧の印加電圧となり、ＥＳＣ電極が単極の場合には、プラス電圧あるいはマイナス電圧の印加となる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０１の主要な構成を示す模式図を図１７に示す。本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１では、プラズマ処理が施される基板として、後述するようにトレイに保持された複数枚のウェハが取り扱われる点において、上記それぞれの実施形態とは異なる構成を有している。ここでトレイに保持されて取り扱われるウェハの材質としては、例えばＬＥＤ用としてサファイヤ基板、ＧａＮ／サフィヤ基板、ＧａＮ／ＧａＮ基板、ＧａＮ／ＳｉＣ基板、ＧａＮ／Ｓｉ基板、パワーデバイス用としてＳｉＣ基板、その他にＧａＰ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＧａＯ２基板、βＧａＯ３基板等がある。まず、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１の構成について、図面を用いて説明する。なお、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置である。
プラズマ処理装置１０１は、基板（例えばウェハ）１０２に対してプラズマ処理を行う処理室を構成するチャンバ（真空容器あるいはプラズマ処理容器）１０３を備える。チャンバ１０３の上端開口は石英等の誘電体からなる天板１０４により密閉状態で閉鎖されている。天板１０４上にはＩＣＰコイル（上部電極）１０５が配設されている。ＩＣＰコイル１０５にはマッチング回路１０６を介して、高周波電源（上部電極用高周波電源）１０７が電気的に接続されている。天板１０４と対向するチャンバ１０３内の底部側には、バイアス電圧が印加される下部電極としての機能及び基板１０２の保持台としての機能を有する基板サセプタ（基板保持装置の一例である）１０９が配設されている。チャンバ１０３には、隣接するロードドック室（図示せず）と連通する開閉可能な搬入出用のゲート１０３ａが設けられている。また、チャンバ１０３に設けられたエッチングガス供給口１０３ｂには、エッチングガス供給源１１２が接続されている。エッチングガス供給源１１２はＭＦＣ（マスフローコントローラ）等を備え、エッチングガス供給口１０３ｂから所望の流量でエッチングガスを供給できる。さらに、チャンバ１０３に設けられた排気口１０３ｃには、真空ポンプ等を備える真空排気装置１１３が接続されている。
本第３実施形態では、図１８Ａから図１９Ｂに示す１個のトレイ１１５に４枚の基板１０２が収容され、トレイ１１５はゲート１０３ａを通ってロードドック室からチャンバ１０３内（処理室）に搬入される。なお、このようなトレイ１１５の搬入は、例えば、水平方向の直進移動と水平面内での回転移動が可能な搬送アームを用いて行われる。また、チャンバ１０３内には、基板サセプタ１０９を貫通し、かつ駆動装置（突き上げ装置の一例である）１１７で駆動されて昇降する複数の突き上げピン１１８が設けられている。複数の突き上げピン１１８は、例えば同心円状に等間隔にて配置されており、その上端にて、トレイ１１５の下面を突き上げるとともに、トレイ１１５を突き上げた状態にて支持することが可能となっている。トレイ１１５の搬入時には、トレイ１１５を支持した搬送アームがゲート１０３ａを通ってロードドック室からチャンバ１０３内に進入する。この際、図１において二点鎖線で示すように突き上げピン１１８は上昇位置にあり、チャンバ３内に進入した搬送アーム１１６から突き上げピン１１８の上端にトレイ１１５が移載される。この状態では、トレイ１１５は基板サセプタ１０９の上方に間隔をあけて位置している。続いて、突き上げピン１１８が図１において実線で示す降下位置に降下し、それによってトレイ１１５に保持されて取り扱われる基板（ウェハ）１０２がトレイ１１５とともに基板サセプタ１０９上に載置される。一方、プラズマ処理終了後のトレイ１１５の搬出時には、突き上げピン１１８が上昇位置まで上昇し、続いてロードドック室からチャンバ１０３内に進入した搬送アームにトレイ１１５が移載される。なお、プラズマ処理終了後の基板サセプタ１０９上からのトレイ１１５および基板１０２の離脱動作については後述する。また、図１７に示すように、駆動装置１１７には、トレイ１１５を突き上げる際に、駆動装置１１７よりそれぞれの突き上げピン１１８に付加される突き上げ力を検出するための突き上げ力検出部の一例であるロードセル１９０が備えられている。
次に、図１８Ａから図１９Ｂを参照して、トレイ１１５について説明する。トレイ１１５は薄板円板状のトレイ本体１１５ａを備える。トレイ１１５の材質としては、例えばアルミナ（Al2O3）、窒化アルミニウム（AlN）、ジルコニア（ZrO）、イットリア（Y2O3）、窒化シリコン（SiN）、炭化シリコン（SiC）等のセラミクス材や、アルマイトで被覆したアルミニウム、表面にセラミクスを溶射したアルミニウム、樹脂材料で被覆したアルミニウム等の金属がある。Ｃｌ系プロセスの場合にはアルミナ、イットリア、炭化シリコン、窒化アルミニウム等、Ｆ系プロセスの場合には石英、水晶、イットリア、炭化シリコン、アルマイトを容射したアルミニウム等を採用することが考えられる。
トレイ本体１１５ａには、上面１１５ｂから下面１１５ｃまで厚み方向に貫通する例えば４個の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄが設けられている。基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄは、上面１１５ｂ及び下面１１５ｃから見てトレイ本体１１５ａの中心に対して等角度間隔で配置されている。図２０Ａ及び図２０Ｂに最も明瞭に示すように、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの孔壁１１５ｄの下面１１５ｃ側には、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの中心に向けて突出する基板支持部１２１が設けられている。本第３実施形態では、基板支持部１２１は、例えば孔壁１１５ｄの全周に設けられており、平面視で円環状である。
個々の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｂにはそれぞれ１枚の基板１０２が収容される。図２０Ａに示すように、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｂに収容された基板１０２は、その下面１０２ａの外周縁部分が基板支持部１２１の上面１２１ａに支持される。また、前述のように基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄはトレイ本体１１５ａを厚み方向に貫通するように形成されているので、トレイ本体１１５ａの下面１１５ｃ側から見ると、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにより基板１０２の下面１０２ａが露出している。
トレイ本体１１５ａには、外周縁を部分的に切り欠いた位置決め切欠１１５ｅが設けられている。前述の搬入出用の搬送アームにトレイを載置する際に、位置決め切欠１１５ｅに搬送アームの位置決め突起が嵌め込まれる。位置決め切欠１１５ｅ及び位置決め突起をロードドック室内に設けられたセンサ等で検出することにより、トレイ１１５の回転角度位置を検出できる。
次に、図１７、図１８Ａ、図１８Ｂ、図２０Ａ、及び図２０Ｂを参照して、基板サセプタ１０９について説明する。まず、図１７を参照すると、基板サセプタ１０９は、セラミクス等からなる誘電体板（誘電体部材）１２３、表面にアルマイト被覆を形成したアルミニウム等からなり、本第３実施形態ではペデスタル電極として機能する金属板（支持部材）１２４、セラミクス等からなるスペーサ板１２５、セラミクス等からなるガイド筒体１２６、及び金属製のアースシールド１２７を備える。基板サセプタ１０９の最上部を構成する誘電体板１２３は、金属板１２４の上面に固定されている。また、金属板１２４はスペーサ板１２５上に固定されている。さらに、誘電体板１２３と金属板１２４の外周をガイド筒１２６が覆い、その外側とスペーサ板１２５の外周をアースシールド１２７が覆っている。
図１８Ａ、図１８Ｂ、図２０Ａ、及び図２０Ｂを参照すると、誘電体板１２３は全体として薄い円板状であり、平面視での外形が円形である。誘電体板１２３の上端面は、トレイ１１５の下面１１５ｃを支持するトレイ支持面（トレイ支持部、あるいはトレイの配置領域）１２８を構成する。また、それぞれトレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄと対応する短円柱状の４個の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄがトレイ支持面１２８から上向きに突出している。
基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端面は、基板１０２の下面１０２ａが直接載置される基板載置面（基板配置領域Ｒ）１３１を構成する。また、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄには、基板載置面１３１の外周縁部から上向きに突出し、その上端面が基板１０２の下面１０２ａを支持する円環状突出部１３２が設けられている。また、基板載置面１３１の円環状突出部１３２で囲まれた部分には、基板載置面１３１よりも十分径が小さい円柱状突起１３３が、均一に分布するように複数個設けられている。円柱状突起１３３と円環状突出部１３２の基板載置面１３１への突出量は同一であり、円環状突出部１３２のみでなく円柱状突起１３３の上端面も基板１０２の下面１０２ａを支持する。
図２０Ａ及び図２０Ｂを参照すると、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外径Ｄ１は、基板支持部１２１の先端面１２１ｂで囲まれた円形開口１３６の径Ｄ２よりも小さく設定されている。従って、前述の搬入時にトレイ１１５が誘電体板１２３に向けて降下すると、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄは対応する基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにトレイ本体１１５ａの下面１１５ｃ側から進入し、トレイ１１５の下面１１５ｃは誘電体板１２３のトレイ支持面（トレイの配置領域）１２８上に載置される。また、トレイ本体１１５ａの下面１１５ｃからの基板支持部１２１の上面１２１ａの高さＨ１１は、トレイ支持面１２８からの基板載置面１３１の高さＨ１２よりも低く設定している。従って、トレイ１１５の下面１１５ｃがトレイ支持面１２８上に載置された状態では、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端の基板載置面１３１で押し上げられ、トレイ１１５の基板支持部１２１から浮き上がっている。換言すれば、トレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄに収容され保持されて取り扱われる基板（ウェハ）１０２をトレイ１１５とともに基板サセプタ１０９上に搬入して、基板サセプタ１０９の誘電体板１２３のトレイ支持面１２８上に、トレイ１１５の下面１１５ｃを載置することにより、トレイ支持面１２８の側から上向きに突出した基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端面である基板載置面１３１の基板配置領域Ｒに、基板１０２をトレイ１１５の基板支持部１２１より浮き上がらせて受け渡すこととなる。なお、本第３実施形態においては、誘電体板１２３の上面内に、複数の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄが形成され、それぞれの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上面を基板載置面１３１、すなわち基板配置領域Ｒとして、それぞれの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの周囲における誘電体板１２３の上面にトレイ１１５の配置領域が配置されている。
また、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外周面１３８と基板載置面１３１との接続部分は丸面に面取りしている。従って、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端側では基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの貫通方向から見た外径が、基板載置面１３１側からトレイ支持面１２８に向けて増大している。一方、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外周面１３８の下端側では基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの貫通方向から見た外径が一定となっている。
また、図２４に示す本第３実施形態の変形例のプラズマ処理装置２０１のように、外周側よりトレイ２１５を誘電体板１２３に対して位置決めするための円環状のガイドプレート２６７を備えても良い。ガイドプレート２６７はガイド筒体１２６の上面に固定されており、誘電体板１２３の４つの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの周囲を取り囲んでいる。ガイドプレート２６７の内周面２６７ａは下面２６７ｂから上面２６７ｃに向けて拡がるテーパ面である。また、ガイドプレート２６７の厚みはトレイ２１５の厚みとほぼ同程度に設定されている。なお、図２４に示す変形例にかかるプラズマ処理装置２０１では、図１７のプラズマ処理装置１０１と同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその説明を省略する。
図１７を併せて参照すると、本第３実施形態の変形例では、トレイ２１５の外周面２１５ｆは下面２１５ｃから上面２１５ｂに向けて外径が拡大するテーパ面である。ガイドプレート２６７の内周面２６７ａとトレイ２１５の外周面２１５ｆのテーパ度を含む寸法及び形状は、トレイ２１５の下面２１５ｃをトレイ支持面１２８上に載置する時、ガイドプレート１６７の内周面１６７ａによりトレイ２１５の外周面２１５ｆが位置決め案内されるように設定されている。
図２４において二点鎖線で示す上昇位置からトレイ２１５が誘電体板１２３に向けて降下すると、トレイ２１５の外周面２１５ｆがガイドプレート２６７の内周面２６７ａに案内される。基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄがトレイ２１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｆに挿入されることにより基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内の基板１０２が誘電体板１２３の基板載置面１３１に対して位置決めされるだけでなく、基板１０２を保持したトレイ２１５自体がガイドプレート２６７により誘電体板１２３に対して位置決めされる。その結果、誘電体部材１２３の基板載置面１３１に対する基板１０２の位置決め精度がさらに向上させることができる。
図１７を参照すると、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１において、誘電体板１２３の個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１付近には単極型の静電吸着用電極（静電チャックの一例である）１４０が内蔵されている。これらの静電吸着用電極１４０は電気的に互いに絶縁されており、直流電源１４１と調整用の抵抗１４２等を備える共通の直流電圧印加機構１４３から静電吸着用の直流電圧が印加される。
図１８Ａ、及び図１８Ｂを参照すると、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１には、伝熱ガス（本第３実施形態ではヘリウム）の供給孔１４４が設けられている。これらの供給孔１４４は共通の伝熱ガス供給機構１４５（図１７に図示する）に接続されている。伝熱ガス供給機構１４５は、伝熱ガス源（本第３実施形態ではヘリウムガス源）１４６、伝熱ガス源１４６から供給孔１４４に到る供給流路１４７、供給流路１４７の伝熱ガス源１４６側から順に設けられた流量計１４８、流量制御バルブ１４９、及び圧力計１５０を備える。また、伝熱ガス供給機構１４５は、供給流路１４７から分岐する排出流路１５１と、この排出流路１５１に設けられたカットオフバルブ１５２を備える。さらに、伝熱ガス供給機構１４５は、供給流路１４７の圧力計１５０よりも供給孔１４４側と排出流路１５１を接続するバイパス流路１５３を備える。個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１とその上に載置された基板１０２の下面１０２ａとの間、詳細には基板１０２の下面１０２ａと円環状突出部１３２で囲まれた閉鎖された空間に、伝熱ガス供給機構１４５によって伝熱ガスが供給される。伝熱ガスの供給時にはカットオフバルブ１５２は閉弁され、伝熱ガス供給源１４６から供給路１４７を経て供給孔１４４へ伝熱ガスが送られる。流量計１４８と圧力計１５０で検出される供給流路１４７の流量及び圧力に基づき、後述するコントローラ１６３が流量制御バルブ１４９を制御する。一方、伝熱ガスの排出時にはカットオフバルブ１５２が開弁され、基板１０２の下面１０２ａと基板載置面１３１の間の伝熱ガスは、供給孔１４４、供給流路１４７、及び排出流路１５１を経て排気口１５４から排気される。
金属板（下部電極）１２４には、バイアス電圧としての高周波を印加する高周波印加機構１５６が電気的に接続されている。高周波印加機構１５６は、高周波電源（下部電極用高周波電源）１５７とマッチング用の可変容量コンデンサ１５８とを備える。
また、金属板１２４を冷却する冷却機構１５９が設けられている。冷却機構１５９は金属板１２４内に形成された冷媒流路１６０と、温調された冷媒を冷媒流路１６０中で循環させる冷媒循環装置１６１とを備える。
図１７にのみ模式的に示すコントローラ（制御装置）１６３は、流量計１４８及び圧力計１５０を含む種々のセンサや操作入力に基づいて、高周波電源１０７、エッチングガス供給源１１２、搬送アーム、真空排気装置１１３、駆動装置１１７、直流電圧印加機構１４３、伝熱ガス供給機構１４５、高周波電圧印加機構１５６、及び冷却機構１５９を含むプラズマ処理装置１０１全体の動作を制御する。また、コントローラ１６３は、駆動装置１１７による突き上げピン１１８のトレイ１１５に対する突き上げ動作により生じる突き上げ力を、ロードセル１９０を通じて検出する突き上げ力の検出動作を制御することが可能となっている。さらに、コントローラ１６３は、駆動装置１１７を制御して、突き上げピン１１８を所望の駆動量だけ駆動させる、すなわち所望の高さまで突き上げピン１１８を上昇させることができる。
次に、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１において、トレイ１１５に保持されたそれぞれの基板１０２に対して、プラズマ処理を行う方法について説明する。
まず、トレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにそれぞれ基板１０２が収容される。トレイ１１５の基板支持部１２１ａで支持された基板１０２は、トレイ本体１１５ａの下面側から見ると基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄによりトレイ本体１１５ａの下面１１５ｃから露出している。
次に、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにそれぞれ基板１０２が収容されたトレイ１１５が搬送アームで支持され、ロードドック室からゲート１０３ａを通ってチャンバ１０３内に搬入される。図１７において二点鎖線で示すように、トレイ１１５は基板サセプタ１０９の上方に間隔をあけて配置される。
駆動装置１０７によって駆動された突き上げピン１１８が上昇し、搬送アームから突き上げピン１１８の上端にトレイ１１５が移載される。トレイ１１５の移載後、搬送アームはロードロック室に待避し、ゲート１０３ａが閉鎖される。
それぞれの上端にてトレイ１１５を支持した状態の突き上げピン１１８は、図１７において二点鎖線で示す上昇位置から基板サセプタ１０９に向けて降下する。図２０Ａ及び図２０Ｂを参照すると、トレイ１１５は下面１１５ｃが基板サセプタ１０９の誘電体板１２３のトレイ支持面１２８まで降下し、トレイ１１５は誘電体板１２３のトレイ支持面１２８によって支持される。トレイ１１５がトレイ支持面１２８に向けて降下する際に、誘電体板１２３のトレイ支持面１２８の側から上向きに突出した基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄがトレイ１１５の対応する基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内にトレイ１１５の下面１１５ｃ側から進入する。トレイ１１５の下面１１５ｃがトレイ支持面１２８に近付くのに伴い、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの先端の基板載置面１３１は基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内をトレイ１１５の上面１１５ｂに向かって進む。図２０Ｂに示すように、トレイ１１５の下面１１５ｃが誘電体板１２３のトレイ支持面１２８に載置されると、個々の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内の基板１０２は基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄによって基板支持部１２１の上面１２１ａから持ち上げられる。詳細には、基板１０２はその下面１０２ａが基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に載置され、トレイ１１５の基板支持部１２１の上面１２１ａに対して間隔をあけて上方に配置される。
このようにトレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内に基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄが進入することにより、トレイ支持面１２８の側から上向きに突出した基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端面である基板載置面１３１に、トレイ１１５の基板支持部１２１より基板１０２を浮き上がらせて受け渡され、基板１０２は基板載置面１３１に直接載置される。従って、トレイ１１５に収容された４枚の基板１０２は、いずれも高い位置決め精度で基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に載置される。また、前述のように基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外周面１３８と基板載置面１３１との接続部分は丸面に面取りしているので、仮に基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄと基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの平面視での位置に微細なずれが存在している場合でも、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの面取りされた部分が基板支持部１２１の先端面１２１ｂと接触する。その結果、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄが基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内に円滑かつ確実に挿入される。この点でも基板１０２は基板載置面１３１に対して高い位置決め精度で載置される。
次に、誘電体板１２３のトレイ支持面１２８の側から上向きに突出した複数の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄにそれぞれ内蔵された静電吸着用電極１４０に対して直流電圧印加機構１４３から直流電圧が印加されて静電吸着力が発生され、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１の基板配置領域Ｒに受け渡された基板１０２がそれぞれ静電吸着されて保持される。基板１０２の下面１０２ａはトレイ１１５を介することなく基板載置面１３１上に直接載置されている。従って、基板１０２は基板載置面１３１に対して高い密着度で保持される。
続いて、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの円環状突出部１３２と基板１０２の下面１０２ａで囲まれた空間に、供給孔１４４を通って伝熱ガス供給装置１４５から伝熱ガスが供給され、この空間にＨｅガス等の伝熱ガスが充填される。
その後、エッチングガス供給源１１２からチャンバ１０３内にエッチングガスが供給され、真空排気装置１１３によりチャンバ１０３内は所定圧力に維持される。続いて、高周波電源１０７からＩＣＰコイル１０５に高周波電圧を印加すると共に、高周波印加機構１５６により基板サセプタ１０９の金属板１２４にバイアス電圧を印加し、チャンバ１０３内にプラズマを発生させる。このプラズマにより基板１０２がエッチングされる。本第３実施形態の例では、１枚のトレイ１１５で４枚の基板１０２を基板サセプタ１０９上に載置できるので、バッチ処理が可能である。
エッチング中は、冷媒循環装置１６１によって冷媒流路１６０中で冷媒を循環させて金属板１２４を冷却し、それによって誘電体板１２３及び誘電体板１２３の基板載置面１３１に保持された基板１０２を冷却する。上述のように、基板１０２はその下面１０２ａがトレイ１１５を介することなく基板載置面１３１に直接載置され、高い密着度で保持されている。従って、円環状突出部１３２と基板１０２の下面１０２ａで囲まれた伝熱ガスが充填されている空間の密閉度が高く、Ｈｅガスの伝熱ガスを介した基板１０２と基板載置面１３１との間の熱伝導性が良好となる。その結果、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に保持された基板１０２を高い冷却効率で冷却できると共に、基板１０２の温度を高精度で制御できる。また、個々の基板１０２毎に基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの円環状突出部１３２と下面１０２ａで囲まれた空間に伝熱ガスが充填される。換言すれば、伝熱ガスが充填される空間は個々の基板１０２毎に異なる。この点でも個々の基板１０２と誘電体板１２３の基板載置面１３１との熱伝導性が良好であり、高い冷却効率と高精度の温度制御を実現できる。
また、上述したように、それぞれの基板１０２は突出して形成されたそれぞれの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に直接載置され、かつ静電吸着されるので、基板載置面１３１に対する密着度が高い。従って、基板１０２の上面の外周縁部分を誘電体板１２３に対して機械的に加熱するためのクランプリング等の部材は不要である。換言すれば、基板１０２の上面には、その中央部分だけでなく外周縁付近にもプラズマの状態が不安定化する原因となる部材が存在しない。従って、外周縁付近を含む基板１０２の表面の全領域で均一なプラズマ処理を実現できる。
また、トレイ１１５に保持されて取り扱われる基板（ウェハ）１０２としては、例えば青色や白色のＬＥＤやＬＤは、サファイヤ基板上にＧａＮをエピ成長させた基板（ＧａＮ／サフィヤ基板）、ＧａＮ／ＧａＮ基板、ＧａＮ／ＳｉＣ基板、ＧａＮ／Ｓｉ基板やサファイヤ基板等が用いられる。これらの基板は２インチから３インチ程度の小さいサイズが主流であり、特にＧａＮ／サファイヤ基板は、基板１０２に絶縁体であるサファイヤ基板を用いるため、基板１０２を静電吸着保持するために静電吸着力の強い静電吸着用電極（ＥＳＣ電極）１４０が必要である。
ＧａＮ／サファイヤ基板を確実に静電吸着（ＥＳＣ吸着）するとともに、基板１０２の下面１０２ａの広い範囲と基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１との間に基板１０２を冷却する為の伝熱ガスであるＨｅガスを充填して、基板１０２を高効率で冷却するためには、低抵抗型（体積抵抗率（２５℃）１０１０〜１０１１Ω・ｃｍ）のモノポーラ（単極型）の静電吸着用電極１４０を用いて、高い電圧で印加し、微弱な数十〜数百μＡ程度の漏れ電流を生じさせて、より強いクーロン力および／あるいはジョンソンテーベック力で基板を静電吸着することが好ましい。具体的には、次のように静電吸着を行うことが好ましい。
まず、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの円環状突出部１３２と基板１０２の下面１０２ａで囲まれた空間に、基板１０２を冷却する為の伝熱ガスであるＨｅガスを充填する。基板載置面１３１の円環状突出部１３２で囲まれた部分には、基板載置面１３１よりも十分径が小さい円柱状突起１３３が、均一に分布するように複数個設けられている。基板載置面１３１における円柱状突起１３３と円環状突出部１３２の突出量は実質的に同一であり、円環状突出部１３２のみでなく円柱状突起１３３の上端面も基板１０２の下面１０２ａを支持する。基板１０２の下面１０２ａに対する基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄのそれぞれの接触面積の割合は、５〜３０％、好ましくは１０〜２０％である。基板１０２と基板載置面１３１との接触面積の割合が大きい程、基板１０２の静電吸着力が大きいが、伝熱ガスを充填する空間の面積が狭くなり、基板１０２の冷却能力が低下する。
また、接触面積の割合を小さくして、静電吸着力を大きくするためには、局所的に流れる漏れ電流を大きくする方が好ましく、基板１０２の下面１０２ａへの基板載置面１３１の接触部の基板載置面１３１の円環状突出部１３２で囲まれた部分には、接触する面積の小さい島状の円柱状突起１３３が複数あるのが望ましい。また、特に、絶縁抵抗値が高いようなサファイヤやガラス等の基板を静電吸着する場合は、低抵抗値のセラミックス材で構成された基板載置部内に、単極型の静電吸着電極を用いて、高い電圧を印加することが望ましい。そうすると、低抵抗値のセラミック材で構成された基板載置部の内部に電荷の分極が起こり、基板載置面の表面と基板との間に強いクーロン力を働かせて静電吸着保持することができる。以上のことから基板載置面１３１は、基板１０２の下面１０２ａと接触する接触面積の割合を１０〜２０％になるように構成した円環状突出部１３２で囲まれた部分の空間内に設けられた接触する面積の小さい島状の複数の円柱状突起１３３とするが好ましい。基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄに内蔵された静電吸着用電極１４０と基板１０２の下面１０２ａを載置し支持する基板載置面１３１との距離は０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．３〜０．８ｍｍである。静電吸着力を強くするためには、距離を短くする方がよいが、絶縁耐圧が悪くなる。より強い静電吸着力とするために印加電圧を最大３．０ＫＶとして、絶縁耐圧２６．０ＫＶ程度を確保するためには、静電吸着用電極１４０と基板１０２の下面１０２ａを載置し支持する基板載置面１３１との距離は０．３〜０．８ｍｍするのが好ましい。なお、基板１０２の下面１０２ａと基板載置面１３１との間に伝熱ガスを充填する空間を形成するために、ウェハ状の基板に対応する場合は基板載置面１３１の形状を円環状の円環状突出部１３２としたが、四角状の基板に対応する場合は、四角状あるいは多角状の突出部としてもよい。上述のような場合にあっては、残留吸着力もより強いものになってしまうが、後述する基板載置面１３１の基板配置領域Ｒからの基板１０２の離脱動作を行うことで、ＧａＮ／サファイヤ基板の離脱を行うことができる。
基板載置面１３１に対する基板１０２の位置決め精度を確保しつつ、エッチング処理中にプラズマが基板１０２の下面１０２ａ側に回り込むのを防止するためには、基板１０２の外周縁とトレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの孔壁１１５ｄとの間の隙間δ１が０．１〜０．２mm程度、基板１０２の下面１０２ａとトレイ１１５の基板支持部１２１の上面１２１ａとの間の隙間δ２が０．２〜０．３mm程度、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの側壁と基板支持部１２１の先端との隙間δ３が０．５mm程度であることが好ましい。
エッチング終了後、高周波電源１０７からＩＣＰコイル１０５への高周波電圧の印加と、高周波印加機構１５６から金属板１２４へのバイアス電圧の印加を停止する。続いて、真空排気装置１１３によりエッチングガスをチャンバ１０３内から排気する。また、伝熱ガス供給機構１４５により基板載置面１３１と基板１０２の下面１０２ａから伝熱ガスを排気する。さらに、直流電圧印加機構１４３から静電吸着用電極１４０への直流電圧の印加を停止して基板１０２の静電吸着を解除する。その後、後述するように、それぞれの突き上げピン１１８によるトレイ１１５の突き上げ動作を行うことにより、それぞれの突出した基板載置面１３１の基板配置領域Ｒからの基板１０２の離脱動作を行う。この離脱動作の詳細については、後述する。
その後、駆動装置１１７により上昇位置にまで上昇されたそれぞれの突き上げピン１１８の上端で、それぞれの基板１０２を保持するトレイ１１５が支持された状態とされる。その後、ゲート１０３ａを通ってロードドック室からチャンバ１０３内に進入した搬送アームに、トレイ１１５が移載される。トレイ１１５は搬送アームによってロードドック室へ搬出される。これにより、トレイ１１５により保持されたそれぞれの基板１０２に対するプラズマ処理が完了する。
次に、このようにトレイ１１５に保持された４枚の基板１０２に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置１０１において、プラズマ処理が完了したそれぞれの基板１０２を基板載置面１３１から離脱させる動作について説明する。この説明にあたって、図２１Ａ〜図２１Ｅにプラズマ処理装置１０１の動作の模式説明図を示し、図２２に離脱動作の手順のフローチャートを示し、図２３に突き上げピン１１８の突き上げ力（反力）および突き上げストロークの時間的な変化を表すグラフを示す。なお、図２１Ａ〜図２１Ｅに示す模式説明図では、上述の変形例にかかるプラズマ処理装置２０１にて用いられるガイドプレート２６７が、プラズマ処理装置１０１にても用いられる場合を例として説明する。
まず、直流電圧印加機構１４３から静電吸着用電極１４０への直流電圧の印加を停止して、静電吸着力による基板１０２の静電吸着を停止するとともに、チャンバ１０３の内部空間にて、それぞれの基板１０２と基板載置面１３１との間に存在する残留静電吸着力を除去するための比較的弱いプラズマである除電プラズマを発生させる（図２２のフローチャートのステップＳ１１）。図２１Ａに示すように、残留静電吸着力によりそれぞれの基板１０２は、基板載置面１３１の基板配置領域Ｒに保持された状態であるため、このような状態においては、発生された除電プラズマは、基板１０２と基板載置面１３１との間に進入することができない。
次に、図２３（Ａ）に示す時間区分Ｔ０〜Ｔ１にて、駆動装置１１７によりそれぞれの突き上げピン１１８を一体的に上昇させて、トレイ支持面１２８よりも上方に突出させる（ステップＳ１２）。その結果、図２１Ｂに示すように、トレイ１１５がそれぞれの突き上げピン１１８により突き上げられた状態とされ、トレイ１１５が、トレイ支持面１２８より持ち上げられた状態とされる。また、この状態において、それぞれの基板載置面１３１に保持された状態の基板１０２の下面の外周縁部に、トレイ１１５の基板支持部１２１の上面１２１ａが接触した状態となる。さらに、駆動装置１１７によりそれぞれの突き上げピン１１８が一体的に上昇されると、図２１Ｃに示すように、トレイ１１５全体がそれぞれの突き上げピン１１８によりさらに持ち上げられるとともに、それぞれの基板１０２の外周縁部が、トレイ１１５のそれぞれの基板支持部１２１により持ち上げられる。その結果、それぞれの基板載置面１３１の基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１から基板１０２が部分的に離脱される。
ここで、図２３（Ａ）の突き上げ力の変化を示すグラフと、図２３（Ｂ）の突き上げピン１１８のストロークの変化を示すグラフとに示すように、駆動装置１１７によるそれぞれの突き上げピン１１８の突き上げ（上昇）動作は、ロードセル１９０にて検出される突き上げ力を参照しながら行われる。具体的には、基板１０２に対して間接的に付与される突き上げ力が、基板１０２に対して割れ等の損傷や跳ね等の位置ずれが生じない限度荷重であるＦ２を超えることなく、かつ２回目の突き上げ動作を開始するための基準荷重である検知閾値Ｆ１を超える荷重範囲に入るように、突き上げピン１１８の突き上げストロークが調整されて、突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの突き上げピン１１８の先端（上端）は、ストローク（あるいは高さ）Ｈ１に位置された状態とされる。
このようにトレイ１１５全体がトレイ支持面１２８より上方に持ち上げられ、かつ、それぞれの基板１０２の外周縁部が突出した基板載置面１３１より離脱された状態とされることにより、チャンバ１０３の内部空間に発生されている除電プラズマＰが、トレイ１１５とトレイ支持面１２８との間に進入し、さらに進入した除電プラズマが、それぞれの基板１０２と基板載置面１３１との間に進入することができる。その結果、時間区分Ｔ１〜Ｔ２にて、除電プラズマＰと接触した表面において、それぞれの基板１０２と基板載置面１３１との間に存在する残留静電吸着力が低減されて、基板載置面１３１からの基板１０２の離脱（剥離）が、基板１０２の外側から内側に向けて拡がるように促進される。
また、この時間区分Ｔ１〜Ｔ２では、ロードセル１９０による突き上げ力の検出が継続して行われ、検出された突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したかどうかの検出が行われる（ステップＳ１３）。
その後、時間Ｔ２にて、ロードセル１９０によって突き上げピン１１８による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したことが検出されると、基板１０２が基板載置面１３１より完全に離脱されていない場合（ステップＳ１４）には、駆動装置１１７による突き上げ動作が再び開始される（ステップＳ１２）。具体的には、例えば、図２３（Ａ）に示す時間区分Ｔ２〜Ｔ３にて、駆動装置によりそれぞれの突き上げピン１１８を一体的にさらに上昇させる。この突き上げ動作により、それぞれの突き上げピン１１８はその先端がストロークＨ２に位置された状態とされる。
このように、さらに突き上げピン１１８を上昇させて突き上げ動作を行うことにより、図２１Ｄに示すように、それぞれの突き上げピン１１８によりトレイ１１５全体をさらに持ち上げて、それぞれの基板１０２の外周縁部を持ち上げることができ、それぞれの基板載置面１３１の基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２にて基板１０２を突出した基板載置面１３１から完全にあるいは部分的に離脱させることができる。部分的に離脱されている場合には、トレイ１１５とトレイ支持面１２８との間の隙間に進入した除電プラズマＰを、基板１０２と基板載置面１３１との間にさらに進入させて、残留静電吸着力を低減させることができ、基板１０２の離脱がさらに促進される。
この２回目の突き上げ動作により、基板１０２が基板載置面１３１より完全に離脱されていない場合には、突き上げピン１１８による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ４〜Ｔ５にて、再び、突き上げピン１１８による突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの突き上げピン１１８はその先端がストロークＨ３に位置された状態とされる。
この３回目の突き上げ動作により、それぞれの基板１０２が基板載置面１３１よりまだ完全に離脱されていない場合には、例えば、突き上げピン１１８の突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ６以降にて、それぞれの突き上げピン１１８による突き上げ動作を行う。一方、図２１Ｅに示すように、それぞれの基板載置面１３１より基板１０２が完全に離脱されていることが確認されると（ステップＳ１４）、それぞれの基板１０２の基板載置面１３１からの離脱のための突き上げ動作が完了する。なお、それぞれの基板載置面１３１より基板１０２が完全に離脱されていることの確認は、例えば、ロードセル１９０にて検出される突き上げ力がそれぞれの基板１０２およびトレイ１１５の合計自重に相当する荷重となっていること、基板載置面１３１から基板１０２が離脱したことを示す離脱閾値Ｆ３以下になっていることを検出すること、および、突き上げピン１１８のストロークが所定のストロークに達していることのいずれか１つあるいは複数の組み合わせなどにより行うことができる。
このように、トレイ１１５の保持された複数の基板１０２を、それぞれの基板載置面１３１から離脱させる場合に、同心円状に配置された複数の突き上げピン１１８を用いて、トレイ１１５全体をトレイ支持面１２８から持ち上げて、この持ち上げられたトレイ１１５のそれぞれの基板支持部１２１により、基板１０２の外周縁部を持ち上げることができる。すなわち、トレイ１１５に保持されている比較的その径が小さな複数の基板１０２を、それぞれの突き上げピン１１８により直接的に突き上げることなく、トレイ１１５を介して間接的に突き上げる（持ち上げる）ことができる。したがって、装置構成を複雑化することなく、複数の基板１０２に対する基板載置面１３１よりの離脱動作を行うことができる。また、それぞれの突き上げピン１１８によるトレイ１１５の突き上げ動作は、突き上げ力を検知しながら突き上げピン１１８の上昇動作を繰り返すというステップ動作となるため、残留静電吸着力が高い場合であっても、それぞれの基板１０２に損傷や位置ずれを生じさせることなく、基板載置面１３１からの安定した離脱を行うことができる。
さらに、このようなトレイ１１５を介した間接的な突き上げ動作を行う際に、除電プラズマを併用することにより、除電プラズマを持ち上げられたトレイ１１５とトレイ支持面１２８との間に進入させて、この進入した除電プラズマを基板１０２の外側から内側に向けて徐々に進入させることができ、それぞれの基板１０２の離脱を促進させることができる。
また、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１においても、上記第２実施形態のプラズマ処理装置５０と同様に、それぞれの基板１０２に対して付与される静電吸着力の増加を抑制しながら、それぞれの基板１０２に対するプラズマ処理を行うことができる。すなわち、プラズマ処理中において、それぞれの基板１０２が基板載置面１３１に静電吸着力により確実に吸着保持された後は、例えば、直流電圧印加機構１４３から静電吸着用電極１４０に対して印加される電圧を段階的に下げていくことで、それぞれの基板１０２を離脱させる際に存在している残留静電吸着力を低減させることができる。なお、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１は、このような静電吸着用電極１４０への印加電圧の段階的な制御が実施される場合のみに限られるものではない。すなわち、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１において、静電吸着用電極１４０への印加電圧の段階的な制御が行われることなく、それぞれの突き上げピン１１８の段階的な上昇による基板の離脱動作のみが行われるような場合であっても、それぞれの基板１０２に対する損傷等の発生を抑制しながら、基板の離脱動作を行うことができる。
なお、上述の説明では、それぞれの突き上げピン１１８が、トレイ１１５の外周縁部を均等に突き上げることができるように同心円状に配置されている場合を例として説明したが、突き上げピンの配置としては、様々な形態を採用することが可能である。特に、本第３実施形態では、トレイ支持面１２８に静電吸着力により吸着保持されない（吸着保持され難い）材料にて形成されたトレイ１１５を突き上げることで、間接的にそれぞれの基板１０２を持ち上げるような離脱方法が採用されている。また、トレイ１１５自体は、基板１０２に比してたわみが生じにくい材料および形状にて形成されている。そのため、トレイ１１５に対して略均一な突き上げ力が付与されるようにそれぞれの突き上げピン１１８が配置されていれば良く、例えば、トレイ１１５の中央付近を突き上げるようにそれぞれの突き上げピン１１８を配置することもできる。また、トレイ１１５の径が比較的大きくなるような場合（例えば、３００ｍｍ以上の径を有する場合）にあっては、安定した突き上げ動作を行うために、外周縁部側を突き上げる突き上げピンに加えて、その内側領域を突き上げる突き上げピンを配置しても良い。
また、上述の説明では除電プラズマの発生タイミングは、基板１０２あるいはトレイ１１５の突き上げ動作を開始する前に行うとしたが、載置面からの基板１０２の離脱に悪影響が無ければ、突き上げ動作を開始してから除電プラズマを発生されても良い。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。本第４実施形態のプラズマ処理装置の構成を説明するに先立って、静電吸着によりウェハの保持を行う従来のウェハ保持装置の構成について説明する。
ウェハ、例えば半導体ウェハ（Ｓｉ、化合物等により形成）に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、処理容器内に設けられたウェハ保持装置の載置面にウェハを載置して保持した状態にて、ウェハに対するエッチング等のプラズマ処理が行われる。このようなウェハ保持装置では、一般的にＥＳＣ（Electrostatic Chuck）と呼ばれる静電チャックが載置面内に内蔵されており、静電チャックによって発生されるクーロン力および／あるいはジョンソンラーベック力による静電吸着力を用いたウェハの保持が行われている。
このような従来のウェハ保持装置にて用いられているＥＳＣの構造について、図３３に示す模式説明図を用いて説明する。
図３３に示すように、ウェハ保持装置の載置面内にはＥＳＣ５０１が内蔵されている。ＥＳＣ５０１は、平面的に一方の側から他方の側に延在する複数の帯状の電極により大略くし形状に形成された第１の電極５０２と、他方の側から一方の側に延在する複数の帯状の電極により大略くし形状に形成された第２の電極５０３とを備えている。また、ＥＳＣ５０１において、一方の帯状の電極の端部が、他方の帯状の電極の間に配置されるように、第１および第２の電極５０２、５０３が互いに接触することなく組み合わされた状態で配置されている。
このような従来のＥＳＣ５０１において、載置面上に載置されたウェハの静電吸着による保持を行う際には、例えば、第１の電極５０２に正電圧を印加し、第２の電極５０３に負電圧を印加することにより静電吸着力を発生させて、発生された静電吸着力により載置面へのウェハの保持が行われる。また、このような従来のＥＳＣでは、載置面における静電吸着力を均一化させるための様々な提案がなされている（例えば、特許第３５２７８２３号公報参照。）。
しかしながら、このような従来のウェハ保持装置では、ＥＳＣによる静電吸着を停止した後であっても、載置面とウェハに蓄積された電荷により静電吸着力（以降、「残留静電吸着力」とする。）が残留する。そのため、残留静電吸着力により、載置面からウェハを離脱することが阻害されるという問題がある。
特に、ウェハが単なる半導体ウェハ単体ではなく、ガラス板貼り付け構造を有する基板であるような場合には、ウェハ単体が取り扱われるような場合と比して、その残留静電吸着力は大きくなる。そのため、ガラス板貼り付け構造を有する基板が取り扱われる場合には、載置面からの基板の離脱がさらに困難となる。
また、載置面からのウェハや基板の離脱動作としては、ＥＳＣによる静電吸着を解除した後、例えば、載置面から複数の突き上げピンを一体的に上昇させることにより行われる方法が多く採用されている。しかしながら、大きな残留静電吸着力が残存している状態で、このような突き上げピンによる基板等の突き上げ動作が行われると、基板において割れ等の損傷が生じる場合や、基板が載置面から離脱される時に、基板が飛び跳ねること等による位置ずれが生じる場合がある。
本第４実施形態のプラズマ処理装置は、ＥＳＣに採用されている構造的および機能的特徴によって、このような問題を解決するものである。
本第４実施形態にかかるプラズマ処理装置３１０の主要な構成を示す模式図を図２５に示す。本実施形態のプラズマ処理装置３１０には、絶縁材料であるガラス板３０２上に、ウェハ、例えば半導体ウェハの一例であるシリコンウェハ（Ｓｉおよびその化合物等により形成された半導体ウェハ）３０３が貼付材３０４を介して貼り付けられたガラス貼り付け構造を有するガラス貼り付け基板３０１（以降、「基板３０１」とする。）が、プラズマ処理の対象物として取り扱われる。ここで、シリコンウェハ３０３としては、例えば２５〜４００μｍ、特に５０〜２００μｍの厚さを有するものが用いられる。ガラス基板３０２としては、例えば３００〜５００μｍ、特に４００μｍ程度の厚さを有するものが用いられる。また、貼付材３０４としては、例えばレジストや粘着剤あるいは粘着シートが用いられる。このような基板３０１のシリコンウェハ３０３に対して、所定のプラズマ処理を施すことにより、イメージセンサ等のデバイスが製造される。また、基板３０１は、例えば直径２００ｍｍの円盤形状を有している。
図２５に示すように、プラズマ処理装置３１０は、その内部空間（プラズマ処理空間）にて所定のプラズマ処理が行われるプラズマ処理容器３１１と、プラズマ処理容器３１１内に設置され、基板３０１のガラス板３０２側が載置される載置面３０５ａを有する載置部材の一例である載置台３０５を備え、載置面３０５ａに載置された基板３０１に対して、静電吸着による保持を行う基板保持装置３１２とを備えている。さらに、図２５に示すように、プラズマ処理容器３１１の内側上部には上部電極３１３が設置され、基板保持装置３１２の内部には下部電極３１４が設置されている。上部電極３１３には、上部電極用高周波電源３１５が接続されており、下部電極３１４には下部電極用高周波電源３１６が接続されている。さらに、基板保持装置３１２の載置台３０５の内部、すなわち載置面３０５ａの内部には、静電吸着を行うための静電チャックの一例であるＥＳＣ３３０が内蔵されており、ＥＳＣ３３０にはＥＳＣ用電源（静電チャック用電源の一例である。）が接続されている。なお、ＥＳＣ３３０およびＥＳＣ用電源の詳細については後述する。
このような構成のプラズマ処理装置３１０では、基板保持装置３１２の載置面３０５ａに基板３０１を載置させて、ＥＳＣ３３０の静電吸着により基板３０１の保持を行った後、プラズマ処理容器３１１の内部を所定の圧力に保持しながら所定のプラズマ処理用ガスを供給して充填する。その後、上部電極用高周波電源３１５より上部電極３１３への電圧印加を行うとともに、下部電極用高周波電源３１６より下部電極３１４への電圧印加を行って、プラズマを発生させ、基板３０１のシリコンウェハ３０３に対するプラズマ処理を行う。プラズマ処理が完了すると、それぞれの高周波電源３１５、３１６による電圧印加を停止し、プラズマ処理容器３１１内のガスを排気して、基板３０１に対するプラズマ処理が完了する。それとともに、ＥＳＣ用電源によるＥＳＣ３３０への電力供給が停止され、ＥＳＣ３３０による基板３０１に対する静電吸着が解除される。
次に、プラズマ処理装置３１０において、載置面３０５ａと基板３０１との間に存在する残留静電吸着力に抗して、プラズマ処理が完了した基板３０１を載置面３０５ａから離脱させるために備えられている構成について説明する。ここで、基板保持装置３１２の載置面３０５ａの模式平面図を図２６に示す。
図２５および図２６に示すように、基板保持装置３１２には、載置面３０５ａの基板配置領域Ｒの外縁近傍の領域に配置された複数の突き上げピン３２１と、これらの突き上げピン３２１を載置面３０５ａより一体的に昇降させて載置面３０５ａより突出させるあるいは載置面３０５ａ内に格納させるように動作させる昇降装置３２２とを有する突き上げ装置３２０が備えられている。図２６に示すように、４本の突き上げピン３２１が、載置面３０５ａの基板配置領域Ｒの中心をその中心とする一つの円である同心円Ｃ１の円周上に、例えば等間隔にて配置されている。なお、それぞれの突き上げピン３２１が配置される同心円Ｃ１は、基板配置領域Ｒ内でかつ載置面３０５ａに載置される基板３０１の縁部およびその近傍の領域、あるいは載置面３０５ａに載置される基板３０１の半径の１／２以上の基板３０１の外周側に位置する領域に位置される。
また、図２５に示す本実施形態のプラズマ処理装置３１０では、図２６に示すように、載置面３０５ａ全体が基板３０１に対する基板配置領域Ｒとなっているが、このような場合に代えて、載置面の一部が基板配置領域として設定されるような場合であってもよく、あるいは載置面３０５ａより基板配置領域Ｒが大きく設定されているような場合であってもよい。載置面３０５ａより基板配置領域Ｒが小さい場合には、基板３０１の周縁部におけるプロセス特性（例えば、エッチングレート等）の均一性が向上するが、載置面３０５ａに備えたＥＳＣ３３０の電極が基板配置領域Ｒよりも大きい場合には、ＥＳＣ３３０の電極がプラズマにさらされ、その寿命が短くなる場合がある。これに対して、載置面３０５ａより基板配置領域Ｒが大きい場合には、載置面３０５ａに備えたＥＳＣ３３０の電極が基板３０１の周縁よりも小さくなるため、プラズマにさらされるという問題は生じないが、基板３０１の周縁部におけるプロセス特性が不均一となる場合がある。
また、図２５に示すように、プラズマ処理装置３１０には、昇降装置３２２による突き上げピン３２１の昇降動作、上部電源用高周波電源３１５による電圧印加動作、下部電源用高周波電源３１６による電圧印加動作、およびＥＳＣ用電源によるＥＳＣ３３０への電圧印加動作を、互いの動作を関連づけながら制御する制御装置３０９が備えられている。さらに制御装置３０９は、昇降装置３２２を通じて、突き上げピン３２１の載置面３０５ａよりの突き上げ量（ストローク）を検出することが可能となっている。
次に、プラズマ処理装置３１０において、静電吸着力により基板３０１を載置面３０５ａに確実に保持しながら、載置面３０５ａと基板３０１との間に存在する残留静電吸着力を低減させることを可能とするＥＳＣ３３０の構成について説明する。ＥＳＣ３３０の電極の配置構成の模式平面図を図２７に示す。
図２７に示すように、ＥＳＣ３３０は、載置台３０５の載置面３０５ａの内部（下方）に配置された複数の双極電極を備えている。具体的には、正電圧が印加される第１正極部３３１ａと、負電圧が印加される第１負極部３３１ｂとが一対に構成された第１双極電極３３１と、正電圧が印加される第２正極部３３２ａと、負電圧が印加される第２負極部３３２ｂとが一対に構成された第２双極電極３３２とが、ＥＳＣ３３０の電極として備えられている。第１正極部３３１ａは、帯状の電極が環状に形成された構成を有しており、その環状の中心が載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの中心ｍと一致するように、載置面３０５ａの外縁近傍に配置されている。第１負極部３３１ｂも、第１正極部３３１ａと同様に、帯状の電極が環状に形成された構成を有しており、その環状の中心が中心ｍと一致するように、第１正極部３３１ａの内縁から所定の距離だけ離間した状態で、第１正極部３３１ａよりも内側に配置されている。さらに、帯状の電極が環状に形成された構成を有する第２正極部３３２ａが、その中心を中心ｍと一致させるとともに、第１負極部３３１ｂの内縁から所定の距離だけ離間した状態で、第１負極部３３１ｂよりも内側に配置されている。また、さらに、第２正極部３３２ａよりも内側には、帯状の電極が環状あるいは円状に形成された構成を有する第２負極部３３２ｂが、その中心を中心ｍと一致させるとともに、第２正極部３３２ａの内縁から所定の距離だけ離間した状態で配置されている。各々の帯状の電極（第１正極部３３１ａ等）の帯状の幅は、個々の電極においてそれぞれに一定の最適な幅に形成されている。ただし、このような場合に代えて全ての帯状の電極において帯状の幅が同じ寸法にて形成されているような場合であってもよい。同様に、隣接する帯状の電極間の所定の離間距離は、個々の電極間において最適な寸法に設定されている。なお、第１双極電極３３１および第２双極電極３３２が環状に形成されるような場合に代えて、例えば、帯状の部分円弧状に形成された電極を複数個、環状に配列させて形成されるような場合であっても良い。
ここで、図２５に示すＥＳＣ３３０の構成を、詳細に示す模式図を図３４に示す。図３４に示すように、第１正極部３３１ａおよび第１負極部３３１ｂにより構成された第１双極電極３３１には、第１双極電極用電源３３３が電気的に接続されている。具体的には、第１正極部３３１ａの正電圧を印加して、第１負極部３３１ｂに負電圧を印加可能なように、第１双極電極用電源３３３が接続されている。同様に、第２正極部３３２ａおよび第２負極部３３２ｂにより構成された第２双極電極３３２には、第２双極電極用電源３３４が電気的に接続されている。具体的には、第２正極部３３２ａの正電圧を印加して、第２負極部３３２ｂに負電圧を印加可能なように、第２双極電極用電源３３４が接続されている。なお、本実施形態では、第１双極電極用電源３３３および第２双極電極用電源３３４が、ＥＳＣ用電源、すなわち静電吸着用電源の一例を構成している。
ここで双極電極に電圧を印加させることにより、静電吸着力を発生させて、基板３０１を保持する原理について、図２８の模式図を用いて説明する。図２８に示すように、第１双極電極３３１において、第１正極部３３１ａに正電圧を印加するとともに、第１負極部３３１ｂに負電圧を印加すると、載置面３０５ａ上に載置された基板３０１の表裏面において誘電分極が生じる。これより、載置面３０５ａに面する基板３０１の上面側の面である基板３０１の表面において、第１正極部３３１ａと対向する基板３０１の表面が正電荷に帯電し、第１負極部３３１ｂと対向する基板３０１の表面が負電荷に帯電され、その反対側の面である基板３０１の裏面では、逆の電荷に帯電された状態となる。このように基板３０１において誘電分極が生じることにより、第１正極部３３１ａと第１負極部３３１ｂとの間には、ジョンソンベッカー力Ｆと称されるクーロン力Ｆが生じ、このクーロン力Ｆにより基板３０１が載置面３０５ａに対して保持された状態となる。第２双極電極３３２においても電圧を印加することにより、同様にジョンソンベッカー力Ｆが生じて、基板３０１が載置面３０５ａに保持される。
また、図２５に示すように、プラズマ処理装置３１０には、第１双極電極用電源３３３から第１双極電極３３１に印加される電圧の大きさおよびタイミングを制御するとともに、第２双極電極用電源３３４から第２双極電極３３２に印加される電圧の大きさおよびタイミングを制御するＥＳＣ用の電圧制御装置３０８が備えられている。この電圧制御装置３０８は、第１双極電極用電源３３３による印加電圧の大きさおよびタイミングと、第２双極電極用電源３３４による印加電圧の大きさおよびタイミングとを互いに異ならせるように制御することが可能となっている。なお、電圧制御装置３０８は、他の構成装置と同様に制御装置３０９により統括的に制御される。
次に、このような構成のプラズマ処理装置３１０にて、基板保持装置３１２の載置面３０５ａに載置された基板３０１に対して、プラズマ処理を行い、その後、載置面３０５ａから離脱させる方法について説明する。この説明にあたって、具体的な手順のフローチャートを図２９に示し、第１双極電極３３１および第２双極電極３３２への印加電圧の大きさと印加のタイミングを示すグラフを図３０（Ａ）および（Ｂ）に示す。また、プラズマ処理を実施するために上部電極３１３および／または下部電極３１４への電力印加のタイミングを示すグラフを図３０（Ｃ）に示し、さらに、基板外縁付近領域および基板中央付近領域の静電吸着力の大きさの変化を示すグラフを図３０（Ｄ）および（Ｅ）に示す。なお、以降に説明するそれぞれの手順における動作は、プラズマ処理装置３１０が備えるそれぞれの構成装置が、制御装置３０９により制御されることにより行われる。
まず、図２９のフローチャートのステップＳ２１において、プラズマ処理装置３１０のプラズマ処理容器３１１内に基板３０１を搬入して、基板３０１を載置面３０５ａ上に載置する。その後、電圧制御装置３０８によりＥＳＣ３３０用の第１双極電極用電源３３３および第２双極電極用電源３３４が制御されて、第１双極電極用電源３３３により第１双極電極３３１に電圧が印加されるとともに、第２双極電極用電源３３４により第２双極電極３３２に電圧が印加される（ステップＳ２２）。
具体的には、図３０のグラフに示すように、時間Ｔ１において電圧印加が開始され、載置面３０５ａにおいて外周側に位置される第１双極電極３３１には、例えば２５００Ｖ（±２５００Ｖ）の電圧が印加されるとともに、載置面３０５ａにおいて内周側に位置される第２双極電極３３２には、例えば２５００Ｖ（±２５００Ｖ）の電圧が印加される。この印加される２５００Ｖという電圧は、後述するプラズマ処理を行っている間に印加され続ける電圧よりも比較的大きな電圧として印加される。この電圧の印加により、載置面３０５ａにおいて静電吸着力が生じ、例えば単に載置された状態では、基板３０１に反りやたわみが生じているような場合には、静電吸着力により反りやたわみが矯正された状態で、基板３０１が載置面３０５ａに静電吸着保持される（ステップＳ２３）。
その後、図３０（Ｃ）のグラフに示すように、上部電極３１３および下部電極３１４への電圧印加が、時間Ｔ２において開始されて、載置面３０５ａに保持された状態の基板３０１に対するプラズマ処理が行われる（ステップＳ２４）。
ガラス板３０２にウェハが張り合わされたガラス貼り合わせ基板である基板３０１が用いられる本実施形態においては、プラズマ処理完了後も静電吸着力として残留静電吸着力が強く残留する。このように残留静電吸着力が強く残留している状態にて、載置面３０５ａからの基板３０１の離脱が複数の突き上げピンを一体的に上昇させて、基板３０１の外縁付近領域を突き上げることにより行われる場合、複数の突き上げピンにより基板３０１の載置面３０５ａより離脱し始めている基板３０１の外縁付近領域に比して中央付近領域は、基板３０１と載置面３０５ａの間に大きな残留静電吸着力が残存しているため、載置面３０５ａからの離脱が困難となる。これに対し、基板３０１全体のＥＳＣ３３０による静電吸着力を下げると、基板３０１の裏面を載置面３０５ａ側よりＨｅガスにて冷却する場合などでは特に、基板３０１の外縁からのＨｅガスのリーク量が大きくなり、基板のプラズマ処理品質が低下してしまう。このため、載置面３０５ａから基板３０１の離脱性が基板の外縁付近領域に比して低い中央付近領域に対し、載置面３０５ａからの離脱性向上の為に相対的に残留吸着力低減させるようにすることが好ましい。すなわち、基板３０１の中央付近領域の静電吸着力は、外縁付近領域に対して付与される静電吸着力よりも相対的に低く設定された状態で、載置面３０５ａ上での基板３０１の静電吸着保持を行うのが好ましい。
このような観点から、本実施形態では、時間Ｔ１から時間Ｔ３にまで達すると、電圧制御装置３０８によりそれぞれのＥＳＣ３３０用の双極電極用電源３３３、３３４が制御されて、印加されている電圧が低減される（ステップＳ２５）。具体的には、第１双極電極用電源３３３から第１双極電極３３１に対して印加される電圧が、２５００Ｖから２０００Ｖにまで低減されるとともに、第２双極電極用電源３３４から第２双極電極３３２に対して印加される電圧が、２５００Ｖから１５００Ｖにまで低減される。すなわち、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの中央付近領域に位置される第２双極電極３３２への印加電圧が、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの外周側に位置される第１双極電極３３１への印加電圧よりも小さくなるように、それぞれの印加電圧が制御される。その結果、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの中央付近領域におけるＥＳＣ３３０の基板３０１に対する静電吸着力Ｆ２２は、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの外周側の静電吸着力Ｆ２１よりも低くされる。ここで、基板３０１の「外縁付近領域」とは、載置面３０５ａに対する基板３０１の少なくとも基板配置領域Ｒを含み、かつ載置面３０５ａに載置される基板３０１の縁部および／あるいはその近傍の領域、あるいは載置面３０５ａに載置される基板３０１の半径の１／２以上の基板３０１の外周側に位置する領域に位置されるものであり、基板３０１の「中央付近領域」とは、基板３０１の外縁付近領域に対し、基板３０１の中心側に位置する領域と定義する。
このように、その中央付近領域と外縁付近領域とで大きさを異ならせて発生されたＥＳＣ３３０による静電吸着力により、プラズマ処理中に基板３０１が載置面３０５aとの間で受ける残留吸着力を含めた相対静電吸着力を基板３０１の外縁付近領域とその中央付近領域において異ならせて低減させることが可能である。これによりプラズマ処理後の基板３０１の載置面３０５aから離脱前の基板３０１が載置面３０５aとの間で受けている中央付近の残留吸着力を相対的に低減することができる。ここで、プラズマ処理中に基板３０１の中央付近領域の静電吸着力は、外縁付近領域に対して付与される静電吸着力よりも少なくとも相対的に低く設定された状態で、載置面３０５ａ上での基板３０１の静電吸着保持を行うとしたが、プラズマ処理前であっても、プラズマ処理品質に基板３０１のそりや温度等による問題がなければ、基板３０１の中央付近領域の静電吸着力を外縁付近領域に対して付与される静電吸着力よりも相対的に低く設定あるいは切り替えを行っても良い。なお、プラズマ処理実施のための詳細手順については、上述したため、ここでは省略する。
図３０のグラフの時間Ｔ４にて、基板３０１に対するプラズマ処理が完了すると、それぞれの双極電極用電源３３３、３３４からＥＳＣ３３０の双極電極３３１、３３２への電圧の印加が停止される（ステップＳ２６）。このように電圧印加が停止されても、図３０（Ｄ）、（Ｅ）のグラフの時間Ｔ４においては、基板３０１と載置面３０５ａとの間に存在する残留吸着力として、基板３０１の中央付近領域は、外縁付近領域の残留吸着力Ｆ２３に比して低減された残留静電吸着力Ｆ２４となっている。
その後、プラズマ処理容器３１１の内部空間にて、基板３０１と載置面３０５ａとの間に存在する残留静電吸着力Ｆ２３、Ｆ２４を除去するための比較的弱いプラズマである除電プラズマを発生させる（ステップＳ２７）。例えば、プラズマ処理容器３１１の内部空間に、シリコンウェハ３０３に対するプラズマ処理（例えばエッチング等）が進行しない不活性ガス（Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２等）を供給した状態にて、上部電極３１３および／あるいは下部電極３１４に電圧を印加することにより、除電プラズマＰが発生される。ただし、残留静電吸着力により基板３０１は載置面３１２ａに保持された状態であるため、このような状態においては、除電プラズマＰは基板３０１と載置面３１２ａとの間に進入することが困難である。なお、本実施形態では、上部電極３１３、上部電極用高周波電源３１５、下部電極３１４、下部電極用高周波電源３１６、および図示しないガス供給装置が、除電プラズマ発生部の一例を構成している。
次に、図３１のプラズマ処理得装置３１０の模式図に示すように、突き上げ装置３２０の昇降装置３２２により４本の突き上げピン３２１を一体的に上昇させて、載置面３０５ａよりも上方に突出させる（ステップＳ２８）。その結果、図３１に示すように、基板３０１の外周部分がそれぞれの突き上げピン３２１により突き上げられた状態とされ、載置面３０５ａの基板配置領域Ｒの外縁付近領域において基板３０１が部分的に離脱される。すなわち、基板３０１の縁部が載置面３０５ａから離脱した状態とされる。
このように基板３０１の縁部が載置面３０５ａより離脱された状態とされることにより、プラズマ処理容器３１１の内部空間に発生されている除電プラズマＰが、基板３０１の外周側より基板３０１と載置面３０５ａとの間に進入することができる。その結果、図３０のグラフの時間区分Ｔ４〜Ｔ５にて、除電プラズマＰと接触した表面において、基板３０１と載置面３０５ａとの間に存在する残留静電吸着力が低減されて、載置面３０５ａからの基板３０１の離脱（剥離）領域が、基板３０１の外側から内側に向けて拡がるように促進される。
その後、例えばこのような複数の突き上げピン３２１による一体的な上昇が再度実施されることなどにより、除電プラズマＰが、ＥＳＣ３３０の第２双極電極により相対的に残留吸着力が予め低減されている基板３０１と載置面３０５ａとの間における中央付近領域にまで達し、中央付近の残留静電吸着力も取り除かれて、基板３０１が載置面３０５ａから離脱する（ステップＳ２９、時間Ｔ５）。
本実施形態のプラズマ処理装置３１０によれば、基板保持装置３１２の載置台３０５の載置面３０５ａに内蔵されているＥＳＣ３３０が、同心円状に配置された環状かつ帯状の複数の双極電極３３１、３３２により構成されていることにより、基板３０１の中心を基準として偏りのない静電吸着力を発生することができ、安定した基板の静電吸着保持を行うことができる。
さらに、載置面３０５ａにおいて、同心円の中心側に配置される第２双極電極３３２に対して第２双極電極用電源３３４から印加される電圧が、外周側に配置される第１双極電極３３１に対して第１双極電極用電源３３３から印加される電圧よりも小さくなるように、それぞれの印加電圧の大きさが制御されることにより、基板３０１の中央付近領域にて生じる静電吸着力を、基板３０１の外縁付近領域にて生じる静電吸着力よりも小さくすることができる。載置面３０５ａ上に載置された基板３０１は、外縁付近領域にてそれぞれの突き上げピン３２１により突き上げられるため、基板３０１の外縁付近領域では、比較的容易に載置面３０５ａからの局所的な離脱を行うことができる。さらに、外縁付近領域にて局所的に離脱された基板３０１に対しては、基板３０１と載置面３０５ａとの間に、除電プラズマＰを接触的に導くことができるため、基板３０１の外縁から中央付近領域に向けて基板３０１の離脱範囲を拡げることができる。特に、本実施形態のように、基板３０１の中央付近領域の静電吸着力を比較的小さく制御していることにより、このような除電プラズマＰの導入による離脱効果を効果的に得ることができる。それとともに、それぞれの突き上げピン３２１による基板３０１の外縁付近領域の突き上げ動作によって基板３０１が離脱する範囲を、基板３０１の中央付近領域に向けて拡大することができる。
したがって、通常のシリコンウェハよりも残留静電吸着力が高いという特徴を有するガラス貼付構造の基板１に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、載置面３０５ａからの安定した離脱を行うことができる。
また、基板３０１はガラス貼り付け構造を有しているため、反りやたわみが生じているような場合もある。そのため、載置面３０５ａに基板３０１を載置して静電吸着力を付与する際に、比較的高い電圧（プラズマ処理中において印加される電圧と比して高い電圧）を、それぞれの双極電極３３１、３３２に印加することにより、比較的高い静電吸着力を発生させて、基板３０１の反りやたわみを矯正して取り除くことができる。このような反りやたわみの矯正を行った後、基板３０１の保持のために必要な程度にまで印加電圧を下げるとともに、基板３０１の中央付近領域と外縁付近領域にて付与される静電吸着力を個別に制御することにより、載置面３０５ａへの基板３０１の確実な保持（反りやたわみが矯正された状態での保持）を実現しながら、残留静電吸着力を低減させて、載置面からの基板の安定した離脱を行うことができる。
このようなプラズマ処理装置３１０では、プラズマ処理の際に、基板３０１と載置面３０５ａとを冷却することを目的として、載置面３０５ａと基板３０１との間にＨｅガスが供給されるように構成される。そのため、載置面３０５ａには、Ｈｅガスを流す、あるいは留めておくための凹部３０５ｂが形成されている。このような載置面３０５ａに形成された凹部３０５ｂとの関係から、図３２に示すように、平面視にて凹部３０５ｂの溝部内に突き上げピン３２１を配置することが好ましい。また、プラズマ処理中のＨｅガスによる基板３０１の冷却中は、凹部３０５ｂ内をＨｅガスが流れ易いように突き上げピン３２１の先端高さを凹部３０５ｂの底部以下とすることが望ましい。このような突き上げピンの配置を採用することにより、Ｈｅガスの漏洩量を低減させることができる。なお、この凹部３０５ｂは、例えば深さｄが１００μｍにて形成される。
また、このようにプラズマ処理の際にＨｅガスが用いられるため、基板３０１の縁部と載置面３０５ａとの間からは、Ｈｅガスが漏洩しないように（あるいは漏洩量を少なくするように）、静電吸着力により確実な保持を行うことが好ましい。そのため、本第４実施形態では、図２７に示すように、載置面３０５ａの最外周に第１双極電極３３１の第１正極部３３１ａを配置している。プラズマ処理中では基板３０１はマイナスに帯電する為、正極部の方が基板３０１とＥＳＣ電極の電位差が大きくなるので、正極部にて生じる静電吸着力は、負極部にて生じる静電吸着力よりも大きいため、第１双極電極３３１にて第１負極部３３１ｂよりも外周側に第１正極部３３１ａを配置することにより、基板３０１の外縁をより確実に保持することができる。
本第４実施形態では、載置面３０５ａにおいて外周側に配置されている第１双極電極３３１に対して第１双極電極用電源３３３により電圧を印加し、中心側に配置されている第２双極電極３３２に対して第２双極電極用電源３３４により電圧を印加して、それぞれの双極電極３３１、３３２に印加される電圧を制御するような場合について説明したが、本実施形態はこのような場合についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、１台の共通の双極電極用電源を用いて、この共通の電源からの電圧を分岐して、それぞれの双極電極に電圧を印加して、分岐比率を可変することにより印加される電圧を可変させるような構成を採用することもできる。具体的には、図３５の模式図に示すＥＳＣ４３０のように、１台の双極電極用電源４３３を用いて、第１双極電極３３１の第１正極部３３１ａおよび第１負極部３３１ｂと、第２双極電極３３２の第２正極部３３２ａおよび第２負極部３３２ｂとに、電源４３３からの回路を分岐して、第２双極電極３３２への回路の途中に、第２双極電極３３２に印加される電圧を、第１双極電極３３１に印加される電圧とは異なるように制御可能な分岐比率調整部４３４を設けるような構成を採用することもできる。このように共通の電源４３３を用いれば、装置コストを低減することができる。
また、載置面３０５ａの外縁付近領域と中央付近領域とで発生される静電吸着力の大きさを相違させるように制御する手段は、第１双極電極３３１と第２双極電極３３２とに印加される電圧の大きさを異ならせる手段のみに限られるものではない。このような手段に代えて、例えば、載置面３０５ａの外周側に配置される第１双極電極の面積を大きくし、中心側に配置される第２双極電極の面積を小さくすることにより、中心側の静電吸着力を外周側の静電吸着力よりも小さくすることができる。また、各々の双極電極から載置面３０５ａまでの距離を相違させることによっても静電吸着力の大きさを異ならせることができる。具体的には、第２双極電極から載置面３０５ａまでの距離を、第１双極電極から載置面３０５ａまでの距離よりも遠くすることにより、中心側の静電吸着力を外周側の静電吸着力よりも小さくすることができる。これらの手段の中では、内外における静電吸着力を所望の大きさに可変できるという点において、印加電圧の大きさを可変させる手段が利点を有する。
上記第４実施形態では、同心円上に配置された複数の突き上げピン３２１が一体的に上昇されて基板３０１の外縁付近領域に対し突き上げる方法が用いられる場合を例として説明したが、このような突き上げピン３２１の動作制御方法としては、様々な方法を適用することができる。例えば、突き上げ装置３２０に突き上げピン３２１による基板３０１の突き上げに伴って生じる荷重を検出するロードセルを備えさせて、ロードセルにより検出された荷重の大きさに基づいて、突き上げピン３２１による突き上げストロークや動作回数を制御することもできる。また、このようなロードセルにより検出される荷重に基づいて、基板３０１が載置面３０５ａから離脱したことを検出することもできる。また、突き上げピンの配置は、１つの同心円上に配置される場合のみに限られず、複数の同心円上に分けて配置されるような構成を採用することもできる。
また、上記第４実施形態では、円形状の基板を前提として、それぞれの双極電極が、同心円上に配置された環状あるいは円状の電極であるような場合について説明したが、双極電極の形状としては、その他様々な形態を採用することができる。例えば、基板の載置面への保持、離脱、およびプラズマ処理品質に問題が生じなければ、双曲電極の形態として、三角形状や四角形状などの多角形状の形態が採用されるような場合であってもよい。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。例えば、上記第４実施形態のＥＳＣの構成を、上記第１〜第３実施形態のプラズマ処理装置の構成に組み合わせて採用することもできる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
２００８年５月３０日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００８−１４２３３８号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容、２００８年５月３０日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００８−１４２３４１号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容、２００８年８月１２日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００８−２０７６９４号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容、および２００９年３月１１日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００９−０５８３７５号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
本発明は、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置および方法に関する。
ウェハ、例えば半導体ウェハ（Ｓｉ、化合物等により形成）に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、処理容器内に設けられたウェハ保持装置の載置面にウェハを載置して保持した状態にて、ウェハに対するエッチング等のプラズマ処理が行われる。このようなウェハ保持装置では、一般的にＥＳＣと呼ばれる静電チャックが載置面内に内蔵されており、静電チャックによって発生されるクーロン力および／あるいはジョンソンラーベック力による静電吸着力を用いたウェハの保持が行われている。
このような従来のウェハ保持装置では、ＥＳＣによる静電吸着を停止した後であっても、載置面とウェハに蓄積された電荷により静電吸着力（以降、「残留静電吸着力」とする。）が残留するため、ウェハ保持装置の載置面からウェハを離脱するための様々な手法が従来において提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２１７３５６号公報 特開２００７−１０９７７０号公報
近年、イメージセンサ等に代表されるデバイスを製造するために、ガラス板に半導体ウェハが貼り付けられたガラス貼り付け基板が用いられている。しかしながら、ガラス板貼り付け構造を有する基板が用いられるような場合では、半導体ウェハ単体が用いられるような場合と比して、その残留静電吸着力は大きくなる。そのため、特許文献１に開示されているように、単に突き上げピンによりウェハを突き上げて離脱させるような方法では、強い残留静電吸着力を有する基板において割れ等の損傷が生じる場合や、基板が載置面より離脱される時に、基板が跳ねること等による位置ずれが生じる場合がある。
また、このような残留静電吸着力により生じる問題は、ガラス貼り合わせ基板だけに限られるものではない。例えば、特許文献２に開示されているようなトレイにより基板が保持された状態にて、基板の搬送やプラズマ処理が行われるような形態においても、残留静電吸着により同様な問題が生じている。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、基板に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、静電吸着による基板の保持を行う基板保持装置から基板を離脱させることができるプラズマ処理装置および方法を提供することにある。
なお、本発明の基板としては、例えば、ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板や、トレイに保持されたウェハを対象とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面の基板配置領域に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを昇降させる第１突き上げ装置と、
載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを昇降させる第２突き上げ装置と、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピン上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、第２突き上げ装置の複数の第２突き上げピンの上昇動作を開始させて、載置面の基板配置領域の内側領域にて基板を突き上げるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とを備える、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第２態様によれば、第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力、および第２突き上げ装置の複数の第２突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部をさらに備え、
制御装置は、プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、第１突き上げ装置の第１突き上げピンまたは第２突き上げ装置の第２突き上げピンを上昇させて基板の突き上げ動作を行う際に、第１または第２突き上げピンを上昇させて基板を載置面から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、第１または第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板を上記基板として、プラズマ処理容器にてプラズマ処理が行われる、第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、基板保持装置による静電吸着を解除した後の基板と載置面との間の残留静電吸着力を除去するための除電プラズマを発生する除電プラズマ発生部をさらに備え、
制御装置は、除電プラズマ発生部によりプラズマ処理容器内に除電プラズマを発生させた状態にて、第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピンの上昇動作を制御することにより基板配置領域の少なくとも外側領域からの基板の離脱動作を行い、基板の外周縁部と基板配置領域の外周領域との間に除電プラズマを進入させることにより、残留静電吸着力を低減させる、第１から第３態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第５態様によれば、基板保持装置は、
基板が載置される載置面を有する載置部材と、
載置部材の内部に配置され、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、
載置部材の内部に配置され、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極と、
第１双極電極および第２双極電極に対して電圧を印加して、第１双極電極および第２双極電極から、載置面上に載置された基板に対して静電吸着力を発生させる静電吸着用電源とを備え、
基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われる、第１から第３態様のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第６態様によれば、絶縁体層を含む基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
プラズマ処理容器内に配置された電極に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置と、
を備え、
基板保持装置は、
電圧印加により静電吸着力を発生させて、載置面に載置された基板を保持する静電チャックと、
静電チャックへ電圧を印加する静電チャック用電源と、
静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を制御して、発生される静電吸着力の大きさを制御する電圧制御装置とを備え、
電圧制御装置は、静電チャック用電源から静電チャックへ第１電圧を印加させて、基板の反りを矯正しながら載置面に基板を保持させ、その後、静電チャック用電源から静電チャックへの印加電圧を第１電圧から第２電圧に低下させて、反りが矯正された状態の基板の保持を継続させ、高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加が開始された後、プラズマ処理中に高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により発生される静電吸着力を減少させるように、静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を段階的に減少させる、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、載置面に配置された基板の少なくとも外周縁部を、載置面から上方に直接的または間接的に持ち上げるように、複数の突き上げピンを昇降させて基板を突き上げる突き上げ装置と、
突き上げ装置の複数の突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部と、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とをさらに備える、第６態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、突き上げ装置は、
載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを、昇降させる第１突き上げ装置と、
載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを、昇降させる第２突き上げ装置と、を備え、
制御装置は、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、複数の第１突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、複数の第２突き上げピンの上昇によるステップ上昇動作を開始させるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、第７態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第９態様によれば、基板保持装置は、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極とを静電チャックとして備え、
電圧制御装置は、基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われるように、静電チャック用電源より第１双極電極および第２双極電極への電圧の印加量を制御する、第７態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１０態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
基板保持装置の載置面に基板を載置するとともに、静電吸着により載置面に基板を保持し、
静電吸着によって保持された基板に対してプラズマ処理を行い、
プラズマ処理の完了後、静電吸着を停止し、
その後、基板保持装置の載置面の基板配置領域の外側領域において、載置面より複数の第１突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させ、
その後、載置面の基板配置領域の内側領域において、載置面より複数の第２突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の内側領域より基板を離脱させる、プラズマ処理方法を提供する。
本発明の第１１態様によれば、絶縁体層を含む基板に対するプラズマ処理方法であって、
基板保持装置の載置面に基板を載置し、
載置面内に内蔵された静電チャックへ第１電圧を印加して電圧印加により生じる静電吸着力により基板の反りを矯正しながら基板を保持し、
その後、静電チャックへの印加電圧を第１電圧から第２電圧に低下させて、反りが矯正された状態の基板の保持を継続し、
その後、電極への高周波電圧の印加を開始して、保持された基板に対してプラズマ処理を行うとともに、高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力を減少させるように、静電チャックへの電圧の印加量を段階的に減少させて、基板の保持を継続する、プラズマ処理方法を提供する。
本発明の一の態様によれば、プラズマ処理装置が備える制御装置により、プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突上げピンを上昇させるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせ、検知閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値以下になり、かつ基板が載置面より離脱完了していない場合は、突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始させる構成を採用している。さらに、制御装置により、ステップ上昇動作において、突上げピンの上昇後の停止時に基板の載置面からの離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合はステップ上昇動作を継続させるように突き上げ装置の動作タイミングの制御が行われる構成が採用されている。このように突き上げピンによる第１回目の突き上げ動作を実施した後、基板が載置面より離脱完了していない場合に、このような突き上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して行うステップ上昇動作を行うことにより、基板に対して損傷等を生じさせることなく、徐々に載置面からの離脱を促進させることができ、円滑な基板の離脱動作を行うことができる。また、このような複数の突き上げピンによる基板の突き上げ動作が、基板に対して直接的に行われるような場合だけでなく、基板に対して間接的に行われるような場合であってもよい。
本発明の別の一の態様によれば、載置面の基板配置領域の外側領域に配置された複数の第１突き上げピンと、内側領域に配置された複数の第２突き上げピンとを用いて、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、まず、複数の第１突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させ、その後、複数の第２突き上げピンを上昇させて、基板配置領域の内側領域より基板を離脱させることができる。すなわち、複数の第１突き上げピンによる基板の外側領域の突き上げ動作のタイミングと、複数の第２突き上げピンによる基板の内側領域の突き上げ動作のタイミングとを異ならせて、まず基板の外側領域を載置面から離脱させた後に、内側領域の離脱を行うというように、外側から内側へ向けて徐々にかつ段階的に基板の離脱動作を行うことができる。したがって、単なるウェハよりもその残留静電吸着力が高くなるという傾向があるガラス貼り付け構造を有する基板に対して、損傷や位置ずれ等を生じさせることなく、載置面からの離脱動作を行うことができる。
本発明の別の一の態様によれば、プラズマ処理中に基板に生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力を減少させながら、基板の保持を継続して、基板に対するプラズマ処理を行うため、プラズマ処理が完了した後に基板に残留する残留静電吸着力の大きさを低減させることができる。したがって、その後、基板を載置面から離脱させる際に、基板を損傷等させることなく、円滑に離脱動作を行うことができる。
本発明の別の一の態様によれば、プラズマ処理装置の基板保持装置において、環状かつ帯状の第１双極電極と、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状の配置された環状かつ帯状の第２双極電極とを備えた構成が採用されている。このようなプラズマ処理装置において、基板に対するプラズマ処理中に、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも少なくとも相対的に低く設定された状態で、載置面上での基板の保持が行われる。したがって、基板の外周側（外縁付近領域）に比して基板の外周側に対し内周側である中央付近領域の残留静電吸着力が低減される。これにより、基板の縁部および／あるいはその近傍の領域に対して、基板の載置面から複数の突き上げピンを一体的に上昇させることにより基板の離脱が行われる場合、基板の中央付近領域の載置面からの離脱性が改善され、基板の載置面からの離脱時に離脱による損傷や位置ずれを生じさせることなく、静電吸着による基板の保持を行って、プラズマ処理を行うことができる。
本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式図 第１実施形態のプラズマ処理装置の載置面の模式平面図 第１実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図（第１突き上げピンによる突き上げ動作） 第１実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図（第１および第２突き上げピンによる突き上げ動作） 第１実施形態の基板離脱動作のフローチャート 図５の基板離脱動作において、（Ａ）は突き上げ力の変化を示すグラフ、（Ｂ）は第１突き上げピンのストローク変化を示すグラフ、（Ｃ）は第２突き上げピンのストローク変化を示すグラフ 図３の突き上げ動作における突き上げピン周囲の模式部分拡大図 図４の突き上げ動作における突き上げピン周囲の模式部分拡大図 第１実施形態の変形例にかかる突き上げ動作における突き上げピン周囲の模式部分拡大図 第１実施形態の変形例にかかる突き上げピンの配置（突き上げピン上昇前の状態）を示す模式断面図 第１実施形態の変形例にかかる突き上げピンの配置（突き上げピン上昇後の状態）を示す模式断面図 第１実施形態の変形例にかかる突き上げピンの配置を示す模式平面図 本発明の第２実施形態の比較例にかかるプラズマ処理装置において、（Ａ）はＥＳＣ印加電圧の時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は電極への印加電力のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフ、（Ｃ）は載置面に対する基板の静電吸着力の変化を示すグラフ、（Ｄ）はＨｅガスの供給状態を示すグラフ 第２実施形態のプラズマ処理装置における残留静電吸着力の低減方法を説明するための図であって、（Ａ）はＥＳＣへの印加電圧を示すグラフ、（Ｂ）はＥＳＣにて印加電圧から得られる静電吸着力を示すグラフ、（Ｃ）は基板の帯電にて生じる静電吸着力（残留静電吸着力）を示すグラフ、（Ｄ）は合計吸着力（（Ｂ）＋（Ｃ））を示すグラフ 第２実施形態のプラズマ処理装置の模式図 第２実施形態のプラズマ処理において、（Ａ）はＥＳＣへの印加電圧の変化を示すグラフ、（Ｂ）は電極への印加電力の変化を示すグラフ、（Ｃ）はＨｅガスの供給状態を示すグラフ 第１実施形態の比較例にかかるプラズマ処理装置における基板の突き上げ動作を示す模式図 図１５の比較例のプラズマ処理装置における基板の突き上げ動作を示す模式図 本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式図 第３実施形態のプラズマ処理装置にて取り扱われるトレイの斜視図 第３実施形態のプラズマ処理装置の誘電体板の斜視図 図１８Ａのトレイの平面図 図１９ＡのトレイのＡ−Ａ線断面図 第３実施形態のトレイおよび誘電体板の部分拡大断面図（トレイ載置前） 第３実施形態のトレイおよび誘電体板の部分拡大断面図（トレイ載置後） 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図 第３実施形態のプラズマ処理装置における基板の離脱動作の模式説明図 第３実施形態の基板離脱動作のフローチャート 図２２の基板離脱動作において、（Ａ）は突き上げ力の変化を示すグラフ、（Ｂ）は突き上げピンのストローク変化を示すグラフ 本発明の第３実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置の模式図 本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置の模式図 第４実施形態のプラズマ処理装置の載置面の模式平面図 第４実施形態のプラズマ処理装置の載置面に内蔵されているＥＳＣの模式平面図 図２７のＥＳＣによる静電吸着力の発生原理の模式説明図 第４実施形態のプラズマ処理方法の手順のフローチャート 第４実施形態のプラズマ処理におけるＥＳＣへの印加電圧を示すグラフであって、（Ａ）は第１双極電極への印加電圧、（Ｂ）は第２双極電極への印加電圧、（Ｃ）は電極への印加電力（上部電極及び／あるいは下部電極）、（Ｄ）は、第１双極電極の印加電圧と電極印加電力による基板の帯電で得られる静電吸着力、（Ｅ）は第２双極電極の印加電圧と電極印加電力による基板の帯電で得られる静電吸着力を示すグラフ 第４実施形態のプラズマ処理装置において、突き上げ動作時におけるプラズマ処理装置の模式図 第４実施形態のプラズマ処理装置の基板保持装置の載置台端部の部分拡大模式図 従来のＥＳＣの構成を示す模式図 図２５のプラズマ処理装置におけるＥＳＣの詳細構成を示す模式図 第４実施形態の変形例にかかるＥＳＣの構成を示す模式図
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０の主要な構成を示す模式図を図１に示す。本第１実施形態のプラズマ処理装置１０には、絶縁材料であるガラス板２上に、ウェハ、例えば半導体ウェハの一例であるシリコンウェハ（Ｓｉおよびその化合物等により形成された半導体ウェハ）３が貼付剤４を介して貼り付けられたガラス貼り付け構造を有するガラス貼り付け基板１（以降、「基板１」とする。）が、プラズマ処理の対象物として取り扱われる。ここで、シリコンウェハ３としては、例えば２５〜４００μｍ、特に５０〜２００μｍの厚さを有するものが用いられる。ガラス基板２としては、例えば３００〜５００μｍ、特に４００μｍ程度の厚さを有するものが用いられる。また、貼付剤４としては、例えばレジストや粘着剤が用いられる。このような基板１のシリコンウェハ３に対して、所定のプラズマ処理を施すことにより、イメージセンサ等のデバイスが製造される。また、基板１は、例えば直径２００ｍｍの円盤形状を有している。
図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、その内部空間（プラズマ処理空間）にて所定のプラズマ処理が行われるプラズマ処理容器１１と、プラズマ処理容器１１内に設置され、基板１のガラス板２側が載置される載置面１２ａを有し、載置面１２ａに載置された基板１に対して、静電吸着による保持を行う基板保持装置１２とを備えている。さらに、図１に示すように、プラズマ処理容器１１の内側上部には上部電極１３が設置され、基板保持装置１２の内部には下部電極１４が設置されている。上部電極１３には、上部電極用高周波電源１５（高周波電圧印加装置の一例である。）が接続されており、下部電極１４には下部電極用高周波電源１６が接続されている。さらに、基板保持装置１２の載置面１２ａには、静電吸着を行うための静電チャックの一例であるＥＳＣ１７が内蔵されており、ＥＳＣ１７にはＥＳＣ用電源１８（静電チャック用電源の一例である。）が接続されている。
このような構成のプラズマ処理装置１０では、基板保持装置１２の載置面１２ａに基板１を載置させて、ＥＳＣ１７の静電吸着により基板１の保持を行った後、プラズマ処理容器１１の内部を所定の圧力に保持しながら所定のプラズマ処理用ガスを供給して充填する。その後、上部電極用高周波電源１５より上部電極１３への電圧印加を行うとともに、下部電極用高周波電源１６より下部電極１４への電圧印加を行って、プラズマを発生させ、基板１のシリコンウェハ３に対するプラズマ処理を行う。プラズマ処理が完了すると、それぞれの高周波電源１５、１６による電圧印加を停止し、プラズマ処理容器１１内のガスを排気して、基板１に対するプラズマ処理が完了する。プラズマ処理が完了すると、ＥＳＣ用電源１８によるＥＳＣ１７への電力供給が停止される。
次に、プラズマ処理装置１０において、載置面１２ａと基板１との間に存在する残留静電吸着力に抗して、プラズマ処理が完了した基板１を載置面１２ａから離脱させるために備えられている構成について説明する。ここで、基板保持装置１２の載置面１２ａの模式平面図を図２に示す。
図１および図２に示すように、基板保持装置１２には、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１に配置された複数の第１突き上げピン２１を、載置面１２ａより一体的に昇降させて載置面１２ａより突出させるあるいは載置面１２ａ内に格納させるように動作させる第１突き上げ装置２０と、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２に配置された複数の第２突き上げピン３１を、載置面１２ａより一体的に昇降させて載置面１２ａより突出させるあるいは載置面１２ａ内に格納させるように動作させる第２突き上げ装置３０とが備えられている。また、第１突き上げ装置２０は、それぞれの第１突き上げピン２１を一体的に昇降させる第１昇降装置２２を備えており、第２突き上げ装置３０は、それぞれの第２突き上げピン３１を一体的に昇降させる第２昇降装置３２を備えている。なお、第１昇降装置２２と、第２昇降装置３２とは、互いに個別に動作することが可能となっている。
また、本第１実施形態のプラズマ処理装置１０では、図２に示すように、載置面１２ａ全体が基板１に対する基板配置領域Ｒとなっているが、このような場合に代えて、載置面１２ａの一部が基板配置領域として設定されるような場合であってもよく、あるいは載置面１２ａより基板配置領域Ｒが大きく設定されているような場合であってもよい。載置面１２ａより基板配置領域Ｒが小さい場合には、基板１の周縁部におけるプロセス特性（例えば、エッチングレート等）の均一性が向上するが、載置面１２ａのＥＳＣ１７の電極が基板配置領域Ｒよりも大きい場合には、ＥＳＣ１７の電極がプラズマにさらされ、その寿命が短くなる場合がある。これに対して、載置面１２ａより基板配置領域Ｒが大きい場合には、ＥＳＣ１７の電極が基板１の周縁よりも小さくなるため、プラズマにさらされるという問題は生じず、プロセス特性の均一性を確保するために、ＥＳＣ１７の電極を基板１の周縁よりも０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度と僅かに小さくするのが好ましい。しかしＥＳＣ１７の電極が基板１の周縁よりも小さくなりすぎると、基板１の周縁部におけるプロセス特性が不均一となる場合がある。また、基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１は、基板配置領域Ｒ内でかつ載置面１２ａに載置される基板１の縁部およびその近傍の領域、および／あるいは載置面１２ａに載置される基板１の半径の１／２以上の基板１の外周側に位置する領域であり、基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２は、基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１の縁部およびその近傍の領域よりも相対的に内側の領域である。
図２に示すように、例えば４本の第１突き上げピン２１が、載置面１２ａの中心をその中心とする第１の同心円Ｃ１上に等間隔にて配置されており、例えば４本の第２突き上げピン３１が、載置面１２ａの中心をその中心とする第２の同心円Ｃ２上に等間隔にて配置されている。なお、第１の同心円Ｃ１の径は、第２の同心円Ｃ２の径よりも大きく設定されている。
さらに、図１に示すように、第１突き上げ装置２０には、基板１を突き上げる際に、第１昇降装置２２によりそれぞれの第１突き上げピン２１に付加される突き上げ力（あるいは突き上げ反力）を検出するための突き上げ力検出部の一例である第１ロードセル２３が備えられている。同様に、第２突き上げ装置３０には、基板１を突き上げる際に、第２昇降装置３２によりそれぞれの第２突き上げピン３１に付加される突き上げ力（あるいは突き上げ反力）を検出するための突き上げ力検出部の一例である第２ロードセル３３が備えられている。
また、図１に示すように、プラズマ処理装置１０には、第１昇降装置２２による第１突き上げピン２１の昇降動作、第２昇降装置３２による第２突き上げピン３１の昇降動作、第１ロードセル２３による突き上げ力の検出動作、第２ロードセル３３による突き上げ力の検出動作、上部電極用高周波電源１５による電圧印加動作、下部電極用高周波電源１６による電圧印加動作、およびＥＳＣ用電源１８による電力供給動作を、互いの動作を関連づけながら制御する制御装置９が備えられている。さらに制御装置９は、第１昇降装置２２および第２昇降装置３２を通じて、第１突き上げピン２１の載置面１２ａよりの突き上げ量（ストローク）および第２突き上げピン３１の載置面１２ａよりの突き上げ量（ストローク）を検出することが可能となっている。
このような構成のプラズマ処理装置１０にて、プラズマ処理が完了した基板１を載置面１２ａから離脱させる動作について説明する。この説明にあたって、図３および図４にプラズマ処理装置１０の動作の模式説明図を示し、図５に離脱動作の手順のフローチャートを示し、図６に第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の突き上げ力（反力）および突き上げストロークの時間的な変化を表すグラフを示す。また、突き上げ状態における突き上げピン近傍の部分模式拡大図を図７Ａおよび図７Ｂに示す。
まず、プラズマ処理容器１１の内部空間にて、基板１と載置面１２ａとの間に存在する残留静電吸着力を除去するための比較的弱いプラズマである除電プラズマを発生させる（図５のフローチャートのステップＳ１）。例えば、プラズマ処理容器１１の内部空間に、シリコンウェハ３に対するプラズマ処理（例えばエッチング等）が進行しない不活性ガス（Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２等）を供給した状態にて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４に電圧を印加することにより、除電プラズマＰが発生される。ただし、残留静電吸着力により基板１は載置面１２ａに保持された状態であるため、このような状態においては、除電プラズマＰは基板１と載置面１２ａとの間に進入することができない。なお、本第１実施形態では、上部電極１３、上部電極用高周波電源１５、下部電極１４、下部電極用高周波電源１６、および図示しないガス供給装置が、除電プラズマ発生部の一例を構成している。
次に、図６（Ａ）に示す時間区分Ｔ０〜Ｔ１にて、第１突き上げ装置２０の第１昇降装置２２により８本の第１突き上げピン２１を一体的に上昇させて、載置面１２ａよりも上方に突出させる（ステップＳ２）。その結果、図３、より詳細には図７Ａに示すように、基板１の外周部分がそれぞれの第１突き上げピン２１により突き上げられた状態とされ、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１から基板１が部分的に離脱される。
ここで、図６（Ａ）の突き上げ力の変化を示すグラフと、図６（Ｂ）の第１突き上げピン２１のストロークの変化を示すグラフとに示すように、第１昇降装置２２によるそれぞれの第１突き上げピン２１の突き上げ（上昇）動作は、第１ロードセル２３にて検出される突き上げ力を参照しながら行われる。具体的には、基板１に対して割れ等の損傷や跳ね等の位置ずれが生じない限度荷重であるＦ２を超えることなく、かつ２回目の突き上げ動作を開始するための基準荷重である検知閾値Ｆ１を超える荷重範囲に入るように、第１突き上げピン２１の突き上げストロークが調整されて、突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの第１突き上げピン２１の先端は、ストローク（あるいは高さ）Ｈ１に位置された状態とされる。
このように基板１の縁部が載置面１２ａより離脱された状態とされることにより、プラズマ処理容器１１の内部空間に発生されている除電プラズマＰが、基板１と載置面１２ａとの間に進入することができる。その結果、時間区分Ｔ１〜Ｔ２にて、除電プラズマＰと接触した表面において、基板１と載置面１２ａとの間に存在する残留静電吸着力が低減されて、載置面１２ａからの基板１の離脱（剥離）が、基板１の外側から内側に向けて拡がるように促進される。
また、この時間区分Ｔ１〜Ｔ２では、第１ロードセル２３による突き上げ力の検出が継続して行われ、検出された突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したかどうかの検出が行われる（ステップＳ３）。
やがて、時間Ｔ２にて、第１ロードセル２３によって第１突き上げピン２１による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したことが検出されると、第１突き上げ装置２０および／あるいは第２突き上げ装置３０による突き上げ動作が開始される（ステップＳ４）。具体的には、例えば、図６（Ａ）に示す時間区分Ｔ２〜Ｔ３にて、第１突き上げ装置２０の第１昇降装置２２により４本の第１突き上げピン２１を一体的にさらに上昇させるとともに、第２突き上げ装置３０の第２昇降装置３２により４本の第２突き上げピン３１を一体的に上昇させて載置面１２ａよりも上方に突出させる。この突き上げ動作により、それぞれの第１突き上げピン２１はその先端がストロークＨ２に位置された状態とされ、それぞれの第２突き上げピン３１はその先端がストロークＨ１に位置された状態とされる。
このように第１突き上げピン２１による突き上げ動作に加えて、さらに第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行うことにより、図４、より詳細には図７Ｂに示すように、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２にて基板１を載置面１２ａから完全にあるいは部分的に離脱させることができる。部分的に離脱されている場合には、除電プラズマＰを基板１と載置面１２ａとの間にさらに進入させて、残留静電吸着力を低減させることができ、基板１の離脱がさらに促進される。
なお、２回目の突き上げ動作の時、第１突き上げピン２１による突き上げ動作に加えて、さらに第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行うとしたが、基板１が載置面１２ａよりの離脱にともなって突き上げピン２１、３１による突き上げ力が限度荷重Ｆ２に近づきすぎる場合は、第１突き上げピン２１をさらに上昇させずに第２突き上げピン３１のみを突上げ動作させて第２突き上げピン３１はその先端が第１突き上げピン２１と同じ突上げ高さ位置であるストロークＨ１に位置された状態とさせても良い。このことにより、載置面１２ａからの突上げ動作により基板１に発生する応力の発生をより低減させることができる。
この２回目の突き上げ動作により、基板１が載置面１２ａより完全に離脱されていない場合には、第１突き上げピン２１による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ４〜Ｔ５にて、再び、第１突き上げピン２１および／あるいは第２突き上げピン３１による突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの第１突き上げピン２１はその先端がストロークＨ３に位置された状態とされ、それぞれの第２突き上げピン３１はその先端がストロークＨ２に位置された状態とされる。また、この時間Ｔ４における突き上げ動作の開始の際には、第２ロードセル３３により第２突き上げピン３１の突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少していることを確認することが好ましい。なお、第１突き上げピン２１に対する検知閾値と第２突き上げピン３１に対する検知閾値とは、互いに異なる値が採用される場合であってもよい。
この３回目の突き上げ動作により、基板１が載置面１２ａよりまだ完全に離脱されていない場合には、例えば、第２突き上げピン３１の突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ６〜Ｔ７にて、第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行う。その結果、それぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１は、共にその先端がストロークＨ３に位置された状態とされ、さらに載置面１２ａからの基板１の離脱が促進される、あるいは載置面１２ａから基板１が完全に離脱される。
一方、載置面１２ａより基板１が完全に離脱されていることが確認されると（ステップＳ５）、基板１の載置面１２ａからの離脱のための突き上げ動作が完了する。なお、載置面１２ａより基板１が完全に離脱されていることの確認は、例えば、第１ロードセル２３および／あるいは第２ロードセル３３にて検出される突き上げ力が基板１の自重に相当する荷重となっていること、あるいは、載置面１２ａから基板１が離脱したことを示す離脱閾値Ｆ３以下になっていることを検出すること、および／あるいは第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１のストロークが所定のストロークに達していることなどにより行うことができる。
ここで、本第１実施形態のプラズマ処理装置１０における基板１の離脱方法と対比される比較例にかかる離脱方法として、例えば、特許文献１に開示の離脱方法をガラス貼り付け基板１に仮に適用した場合について、図１５および図１６の模式図を用いて説明する。
図１５に示すように、比較例にかかるプラズマ処理装置２０１において、基板保持装置２０２の載置面２０３に、ガラス貼り付け基板１を、ガラス板２側を下面側として載置した状態にて、半導体ウェハ３に対するプラズマ処理を行う。このプラズマ処理が行われている際には、基板１は載置面２０３内に内蔵されたＥＳＣ２０４により静電吸着による保持が行われている。その後、プラズマ処理が完了すると、ＥＳＣ２０４による静電吸着が停止される。
プラズマ処理装置２０１には、基板保持装置２０２の載置面２０３の縁部に同心円状に配置された複数の突き上げピン２０５の昇降動作を行う突き上げ装置２０６が備えられている。これらの突き上げピン２０５は、基板１が載置された状態では、載置面２０３内に格納された状態とされている。
ＥＳＣ２０４による静電吸着が停止されると、突き上げ装置２０６にてそれぞれの突き上げピン２０５が例えば一体的に上昇されて、載置面２０３上に載置された状態の基板１が突き上げられて、残留静電吸着力に抗して、基板１の縁部のみが載置面２０３より離脱される。
しかしながら、基板１は、単なる半導体ウェハではなく、ガラス板貼り付け構造を有しているため、半導体ウェハ単体が用いられるような場合と比して、その残留静電吸着力は大きくなる。そのため、基板１の縁部近傍を複数の突き上げピン２０５により突き上げても、基板１の中央付近には、高い残留静電吸着力が存在したままの状態とされている。その結果、突き上げピン２０５により突き上げられた部分、すなわち基板１の縁部のみが載置面２０３より離脱されるだけであり、基板１の中央付近は載置面２０３より離脱されない。このような状態では、図１６に示すように、基板１において割れ等の損傷が生じる場合や、基板１が載置面２０３より離脱される時に、基板１が跳ねること等による位置ずれが生じる場合がある。
特許文献１に開示されているように、除電プラズマを用いて、残留静電吸着力を減少させることも可能であるが、ガラス貼り付け構造を有し、通常の半導体ウェハよりも高い残留静電吸着力が生じる基板１では、除電プラズマにより残留静電吸着力を減少させるために必要な時間も長くなり、プラズマ処理プロセスの生産性を低下させることが考えられる。
この比較例にかかる基板１の離脱方法に対して、本第１実施形態の基板の離脱方法では、このようなガラス貼り付け基板１に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、載置面１２ａからの安定した離脱を行うことができる。具体的には、載置面１２ａの基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１に同心円状に配置された複数の第１突き上げピン２１と、内側領域Ｒ２に同心円状に配置された複数の第２突き上げピン３１とを用いて、まず第１突き上げピン２１による突き上げ動作を行って、基板１の縁部を載置面１２ａから離脱させ、その後、第２突き上げピン３１による突き上げ動作を行って、基板１の内側部分を載置面１２ａから離脱させるという、基板１の外側から内側に向かっての段階的な突上げの上昇と停止を行い、突上げ上昇の停止時に突上げ力が検知閾値以下なっていることを検知して突き上げピンの再上昇を繰り返すステップ動作による離脱動作を行うことにより、通常のシリコンウェハよりも残留静電吸着力が高いという特徴を有するガラス貼付構造の基板１に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、載置面１２ａからの安定した離脱を行うことができる。
また、このような第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１を用いた段階的な突き上げ動作を行う際に、突き上げ部分あるいはその近傍にて基板１にたわみが生じることになるが、基板１の物性や仕様に応じて基板１に割れ等の損傷が生じない程度の曲率を超えないように、第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の突き上げストローク（量）を制御することにより、突き上げ動作により基板１に損傷が生じることを防止することができる。
さらに、これらの突き上げ動作を行う際に、除電プラズマを併用することにより、除電プラズマを基板１の外側から内側に向けて徐々に進入させることができ、さらに基板１の離脱を促進させることができる。
また、それぞれの第１突き上げピン２１の突き上げにより生じる突き上げ力を、第１ロードセル２３にて検出しながら突き上げ動作を行うことにより、基板１の破壊や位置ずれが生じる限度荷重Ｆ２を突き上げ力が超過しないようにすることができ、基板１の損傷等を確実に防止することができる。
さらに、第１突き上げピン２１による突き上げ動作を行った後、突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、第２突き上げピン３１による突き上げ動作を開始するという手法を採用していることにより、突き上げ動作による直接的な離脱効果と、突き上げ状態の保持および除電プラズマによる間接的な離脱効果（すなわち基板１の離脱範囲の拡大効果）とを良好なバランスにて得ることができ、基板に対して損傷や位置ずれを生じない離脱動作を実現することができる。
なお、このような第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１を用いた段階的な突き上げ動作、すなわち基板１の載置面１２ａからの離脱動作は、図６、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明した方法にのみ限られるものではない。この離脱動作の変形例について、図７Ａおよび図８に示す模式説明図を用いて説明する。
まず、図７Ａに示すように、第１突き上げピン２１をストロークＨ１にまで上昇させて、基板１の突き上げを行う。その後、この突き上げ状態を保持して、例えば第１突き上げピン２１による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待つ。検知閾値Ｆ１にまで減少したことが確認されると、それぞれの第１突き上げピン２１の高さはストロークＨ１に保持したままの状態にて、それぞれの第２突き上げピン３１を上昇させる。この時、１回目の突き上げ動作における第１突き上げピン２１の上昇速度よりも十分に低い速度にて、それぞれの第２突き上げピン３１の上昇を行う。このようにゆっくりとそれぞれの第２突き上げピン３１の上昇を行うことで、基板１に対して急激な応力負荷変化を与えることなく、載置面１２ａから基板１が剥離されている領域を拡大することができる。このようにゆっくりと上昇されるそれぞれの第２突き上げピン３１は、例えば、図８に示すように、ストロークＨ１にまで最終的に上昇される。なお、第２突き上げピン３１の上昇は、このようにゆっくりとした速度にて行うような場合に代えて、例えば、ストロークＨ１よりも小さなストロークにて段階的な上昇を複数回実施することもできる。
また、このように突上げピンの上昇速度をより低くすることで、基板１の載置面１２ａからの離脱動作において、突き上げピンの突上げ上昇動作を途中で停止することなく、突上げ力の検知閾値Ｆ１を越えることの無いように連続して突き上げ上昇動作を行っても良い。
また、限度荷重Ｆ２以下の検知閾値Ｆ１以下になったら突上げピンの再上昇としたが、検知閾値を突き上げピン上昇の目標値の検知閾値Ｆ１ａ（Ｆ１＜Ｆ１ａ＜Ｆ２）として設定し、第１回目の突上げ動作において、突上げピンを所定の一定あるいは可変の速度で上昇させ、検知閾値Ｆ１ａが検知されたら、突き上げピンの上昇を停止させる。その後、突き上げ力が検知閾値Ｆ１ａ以下になり、基板１が載置面１２ａより離脱完了していない場合は、第２回目の突上げ動作として再度突上げピンの上昇動作を行う。この時、再度の上昇動作は上昇と停止の繰り返しのステップ上昇動作として微小のステップ上昇動作（例えば一の上昇動作における上昇高さが０．１〜０．２ｍｍであり、少なくとも一の上昇動作における上昇高さは、第１回目の突き上げピンの上昇動作における上昇高さよりも小さい。）を行い、突上げピンの上昇後の停止時に基板１の載置面１２ａからの離脱完了の検知動作を行う。この微小ステップ上昇動作により載置面１２ａからの突上げ動作により基板１に発生する応力の発生がより低減され、基板１の載置面１２ａの離脱がより促進される。
なお、微小のステップ上昇動作において突上げピンの上昇後の停止時に基板１の載置面１２ａからの離脱完了の検知動作を行うとしたが、基板１の載置面１２ａからの離脱動作に悪影響がなければ、微小のステップ上昇動作中に連続して離脱完了の検知動作を行っても良い。
次に、基板保持装置１２の載置面１２ａにおけるそれぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の配置について説明する。
このようなプラズマ処理装置１０では、プラズマ処理の際に、基板１と載置面１２ａとを冷却することを目的として、載置面１２ａと基板１との間にＨｅガスが供給されるように構成される。そのため、載置面１２ａには、Ｈｅガスを流す、あるいは溜めておくための凹部が形成されている。このような載置面１２ａに形成された凹部１２ｂとの関係からは、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の形成位置は、平面視にて、凹部１２ｂの溝部内とすることが好ましい。また、プラズマ処理中のＨｅガスによる基板１の冷却中は、凹部１２ｂ内をＨｅガスが流れ易いように突上げピンの先端高さを凹部１２ｂの底部以下とすることが望ましい。このような突き上げピンの配置を採用することにより、Ｈｅガスの漏出量を低減させることができる。
また、載置面１２ａにおけるそれぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の平面的な配置としては、様々な配置を採用することができる。略円盤形状の基板１に対して大きな荷重負荷を加えることなく、載置面１２ａより離脱のための突き上げ動作を行うという観点からは、基板１に対して負荷される突き上げ力は、より均一に負荷されることが好ましい。そのため、図２に示すように、載置面１２ａの中心をその中心とする第１の同心円Ｃ１上に等間隔にてそれぞれの第１突き上げピン２１が配置されることが好ましく、同様に、載置面１２ａの中心をその中心とする第２の同心円Ｃ２上に等間隔にてそれぞれの第２突き上げピン３１が配置されることが好ましい。さらに、載置面１２ａから離脱された基板１を基板搬送アーム４１にてその下面側から保持して搬送を行うような場合にあっては、図２、図１０に示すように、基板１と載置面１２ａとの間に基板搬送アーム４１の挿入ルートを確保するように、それぞれの第１突き上げピン２１および第２突き上げピン３１の配置を決定することが好ましい。
なお、上記第１実施形態の説明では、載置面１２ａに複数の第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１が備えられ、第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１との段階的な突き上げ動作を行うような場合について説明したが、本第１実施形態はこのような場合についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、載置面１２ａの少なくとも外周領域に複数の第１突き上げピン２１のみが備えられ、複数の第１突き上げピン２１を一体的に上昇させながら、突き上げ力を検出して、限度荷重Ｆ２を超過しないように、その突き上げストロークの制御を行って、段階的な突き上げ動作を行うような場合あるいは第１回目の突上げ動作において、突上げピンを所定の一定あるいは可変の速度で上昇させ、検知閾値Ｆ１ａが検知されたら、突き上げピンの上昇を停止させ、突き上げ力が検知閾値Ｆ１ａ以下になり、基板１が載置面１２ａより離脱完了していない場合は、第２回目の突上げ動作として再度突上げピンの上昇動作を微小のステップ上昇動作で行う場合であってもよい。このような第１突き上げピン２１のみによる突き上げ動作は、例えば、基板１が小径であるような場合、あるいは、基板１の離脱に要する時間がある程度確保できるような場合に対して有効である。
また、上記第１実施形態では、対象物をガラス貼り付け基板１としたが、シリコンウェハ３の裏面に絶縁膜を形成したウェハ、絶縁材であるガラス板上に半導体や金属絶縁膜を形成したウェハ、あるいはガラスやシリコンウェハ３そのものを突き上げ対象物とすることもできる。シリコンウェハ３単体では、その残留静電吸着力はガラス貼り付け基板１よりも比較的小さくなる傾向にあるが、３００ｍｍ以上の大径化されたシリコンウェハ３に対しては、上記第１実施形態の突き上げ動作による載置面１２ａからの離脱方法をより有効に適用することができる。
また、第１突き上げピン２１と第２突き上げピン３１の突き上げ動作により生じる突き上げ力を、第１ロードセル２３および第２ロードセル３３により検出して、突き上げストロークや段階的な突き上げのタイミングが制御されるような場合について説明したが、本第１実施形態はこのような場合についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、第１昇降装置２２および第２昇降装置３２のモータトルクを検出する装置を用いることもできる。
また、突き上げ動作の際に、突き上げ力を検出することなく、突き上げストロークのみを制御することによっても、上記第１実施形態の突き上げ動作を実施することが可能である。例えば、突き上げ対象物である基板１の物性や仕様等に基づいて、突き上げ力を適正な範囲に保つことができる突き上げストロークに関する時間シーケンスを実験等により作成し、この時間シーケンスを用いて突き上げストロークを制御しながら突き上げ動作を実施することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０では、基板１に対するプラズマ処理が行われた後に、残留静電吸着力に抗して、基板１に損傷が生じることなく、載置面１２ａから基板１を離脱させる基板の突き上げ動作について説明を行った。本第２実施形態では、この突き上げ動作を行う前に、すなわち基板１に対するプラズマ処理を完了させた時点にて発生している残留静電吸着力を低減させることで、基板１を載置面１２ａから離脱させる方法について説明する。
本第２実施形態について説明を行うにあたって、まず、本第２実施形態の構成および方法が適用されていないプラズマ処理装置として、本第２実施形態の比較例のプラズマ処理装置において生じる残留静電吸着保持力について図面を用いて説明する。
図１１は、従来のプラズマ処理装置にてプラズマ処理の際に生じる基板に対する静電吸着力等の時間変化を、本第２実施形態に対する比較例として示す図である。具体的には、図１１（Ａ）は、ＥＳＣ印加電圧の時間変化を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は、上部電極および／あるいは下部電極への電力印加の有無（すなわちエッチング等のプラズマ処理を実施しているかどうか）を示すグラフであり、図１１（Ｃ）は、ＥＳＣ印加電圧と、電極印加電力による基板の帯電とによる載置面に対する基板の静電吸着力の時間変化を示すグラフであり、図１１（Ｄ）は、基板と載置面とを冷却することを目的とした載置面と基板との間へのＨｅガスの供給の有無を示すグラフである。
まず、図１１（Ａ）、（Ｃ）に示すように、時間Ｔａにて、載置面に基板が載置されると、ＥＳＣに電圧が印加されて静電吸着力Ｆ１１が発生され、時間区間Ｔａ−Ｔｂにて基板の吸着保持が行われる。さらに時間区間Ｔａ−Ｔｂでは、図１１（Ｄ）に示すように、基板と載置面との間にＨｅガスの供給が行われて、Ｈｅガスが圧力Ｐに保たれた状態とされる。その後、時間Ｔｂにて、図１１（Ｂ）に示すように、上部電極および／あるいは下部電極への電力印加（例えば、電力Ｗ１の印加）が開始され、時間区間Ｔｂ−Ｔｃにて基板に対するプラズマ処理が行われる。
一方、このように時間Ｔｂにてそれぞれの電極への電力印加が開始されると、基板のガラス板などに残留電荷が蓄積されて、残留静電吸着力が生じる。図１１（Ｃ）に示すように、残留静電吸着力は時間の経過とともに増加し、例えばプラズマ処理が完了する時間Ｔｃでは、ＥＳＣによる静電吸着力Ｆ１１と残留静電吸着力の合計である合計静電吸着力が、Ｆ１２にまで増大する。すなわち、基板を確実に保持するための静電吸着力Ｆ１１よりも大きな静電吸着力Ｆ１２にて基板の保持が行われている状態となる。なお、図１１（Ｃ）では、図示ハッチング模様を付した部分が残留電荷などにより生じた残留静電吸着力となる。
その後、時間Ｔｃにて、上部電極および／あるいは下部電極等への電極への電力供給が停止されるが、この電力供給の停止では、残留静電吸着力は減少しない。また、時間Ｔｃでは、Ｈｅガスの供給も停止され、プラズマ処理が完了する。
プラズマ処理が完了すると、時間Ｔｄにて、ＥＳＣへの電圧印加が停止されて、ＥＳＣによる静電吸着が解除される。仮に残留静電吸着力が発生しなければ、このＥＳＣによる吸着解除に伴って、基板に対する静電吸着力がＦ１１からＦ１３にまで減少することになるが（図１１（Ｃ）点線参照）、実際には残留静電吸着力が存在するため、静電吸着力はＦ１２からＦ１４にまでしか減少しない。すなわち、ＥＳＣによる静電吸着の解除を行った後（時間Ｔｄ以降）でも、Ｆ１３よりも明らかに大きな静電吸着力（残留静電吸着力）Ｆ１４が残留することになる。このように大きな静電吸着力が残留するような場合にあっては、載置面からの基板の離脱を行うことが困難になる、あるいは離脱のための突き上げ動作の実施により基板を損傷させる等という問題が発生する可能性がある。
特にガラス貼り付け基板が用いられるような場合にあっては、基板に反りが生じやすく（例えば山形に６００〜８００μｍ程度の反りが生じやすく）、このような反りを矯正するためにも、高い電圧をＥＳＣに印加して、強い吸着力にて基板の保持を行う必要がある。例えば、一般的なウェハ単体の吸着には６００〜９００Ｖ程度の電圧の印加が必要であるのに対して、ガラス貼り付け基板ではその３〜４倍程度、すなわち２５００Ｖ程度の電圧の印加が必要となる。また、ガラス板は強い分極が生じる傾向にあるため、残留静電吸着力が極めて強く、載置面からの基板の適切な離脱を行うことがより困難となる。
本第２実施形態のプラズマ処理装置および方法は、このような残留静電吸着力の残留量を低減させて、プラズマ処理完了後における載置面からの基板の離脱動作を円滑に行えるようにすることを目的とするものである。
まず、本第２実施形態の残留静電吸着力の残留量を低減させる考え方について、図１２（Ａ）〜（Ｄ）の図面（グラフ）を用いて説明する。図１２（Ａ）は、ＥＳＣ印加電圧の時間変化を示すグラフであり、図１２（Ｂ）は、ＥＳＣ印加電圧から得られるＥＳＣの静電吸着力の時間変化を示すグラフであり、図１２（Ｃ）は、電極の印加電圧による基板の帯電により生じる静電吸着力、すなわち残留静電吸着力の時間変化を示すグラフであり、図１２（Ｄ）は、図１２（Ｂ）の静電吸着力と、図１２（Ｃ）の残留静電吸着力との合計である合計吸着力の時間変化を示すグラフである。なお、時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは、図１１と共通する。
図１２（Ｃ）に示すように、時間Ｔｂにて、上部電極および／あるいは下部電極等の電極への電力印加（高周波電圧の印加）が開始されてプラズマ処理が開始されると、残留静電吸着力が増加して、最終的には時間ＴｄにてＦ１６にまで達する。本第２実施形態では、このような時間ＴｂからＴｄの間に残留静電吸着力の増加が生じるような場合であっても、図１２（Ｄ）に示すように、時間区間Ｔａ−Ｔｄにて合計吸着力を増加させることなく、例えばＦ１１に一定に保つというものである。
具体的には、図１２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、時間Ｔａにて印加電圧Ｖ１にてＥＳＣに静電吸着力Ｆ１１を発生させ、その後、時間Ｔｂから印加電圧を徐々に減少させて電圧Ｖ２とすることで、ＥＳＣへの電圧印加により生じる静電吸着力をＦ１１からＦ１５に減少させる。すなわち、高周波電圧の印加が開始された後、それに伴って発生する残留静電吸着力の増加量に応じて、ＥＳＣへの電圧の印加量を低減させている。ここで、吸着力はおおよそ（Ｆ１１−Ｆ１５）＝Ｆ１６に近い関係にある。このようにすることで、図１２（Ｄ）に示すように、残留吸着力の大きさの増加を、ＥＳＣへの電圧印加により生じる静電吸着力の減少により抑制あるいは相殺することができ、時間区間Ｔａ−Ｔｄにおける合計吸着力をほぼ一定に保つことができる。
このように、合計吸着力がほぼ一定に保たれることで、載置面から基板を離脱させる際に残留している残留静電吸着力を低減することができ、その後に行われる離脱動作を円滑に行うことができる。なお、ＥＳＣへの電圧印加により生じる静電吸着力Ｆ１５は、例えば、その力Ｆ１５のみでは基板の確実な保持のために必要とされる力を下回るような吸着力であり、確実な保持のために必要な力の不足分を残留静電吸着力にて補うことで、合計吸着力が確実な保持のために必要な力を上回るようにしている。
次に、このような本第２実施形態のプラズマ処理装置および方法の具体的な実施形態について図面を用いて説明する。
まず、本第２の実施形態にかかるプラズマ処理装置５０の主要な構成の模式図を図１３に示す。本第２実施形態のプラズマ処理装置５０は、基板保持装置の構成が、上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０とは異なっている。以下、この異なる構成を主として説明する。なお、図１３の本第２実施形態のプラズマ処理装置５０にて、図１の上記第１実施形態のプラズマ処理装置１０と同じ構成部材には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すように、プラズマ処理装置５０の基板保持装置は、載置面１２ａに載置された基板１を静電吸着力により保持するＥＳＣ５７と、このＥＳＣ５７に直流電圧（ＤＣ電圧）を印加するＥＳＣ用電源５８とを備えている。さらに基板保持装置は、ＥＳＣ用電源５８からＥＳＣ５７に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御装置の一例である電圧制御装置５９が備えられている。この電圧制御装置５９は、制御装置９により他の構成部材の動作と関連付けられながら統括的に制御されている。具体的には、上部電極１３および／あるいは下部電極１４への電力の印加のタイミングに関連付けて、制御装置９により電圧制御装置５９が制御される。このような関連付けは、予めそれぞれの構成部材の動作を行うタイミングが設定されたプログラムを用いてシーケンス的な制御として行うことができる。なお、このようなプログラムが用いられるような場合に代えて、構成部材の動作開始／停止のタイミング信号を用いて制御されるような場合であってもよい。
このような構成を有するプラズマ処理装置５０を用いて、基板１に対して付与される吸着力の増加を抑制しながら、基板に対してプラズマ処理を行う方法について、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示すグラフを用いて説明する。図１４（Ａ）はＥＳＣ５７に印加される電圧の時間変化を示すグラフであり、図１４（Ｂ）は上部電極１３および／あるいは下部電極１４に印加される電力の時間変化を示すグラフであり、図１４（Ｃ）はＨｅガスの圧力の時間変化を示すグラフである。
まず、プラズマ処理装置５０にて、載置面１２ａに基板１を載置する。その後、時間Ｔａにて、ＥＳＣ用電源５８からＥＳＣ５７に対して直流電圧が印加される。このタイミングにて印加される電圧の大きさは、例えば、そのタイミングと関連付けてプログラム等にて設定されている。このようなプログラムに基づいて電圧制御装置５９により印加電圧が制御されて、図１４（Ａ）に示すように、例えば２５００Ｖの直流電圧がＥＳＣ５７に印加される。電圧印加によりＥＳＣ５７にて電圧の大きさに比例した静電吸着力が発生して、載置面１２ａ上の基板１が吸着保持される。また、２５００Ｖという印加電圧は、ガラス貼り付け基板１に反り（あるいはたわみ）が生じている場合に、この反りを確実に矯正できるような大きさの電圧として設定されており、ＥＳＣ５７にて発生される静電吸着力により基板１の反りが矯正されるとともに、基板１の吸着保持が行われる。このように初期吸着保持にて反りの矯正が行われると、時間Ｔａ１にて印加電圧を例えば２０００Ｖに下げて、基板１の保持のための適切な静電吸着力が保たれる。また、図１４（Ｃ）に示すように、基板１と載置面１２ａとの間にＨｅガスの供給が開示され、所定の圧力Ｐに保たれる。
次に、時間Ｔｂにて、基板１に対するプラズマ処理が開始される。具体的には、プラズマ処理容器１１内に所定のガスが供給された状態にて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４に電力Ｗ１が印加されることによりプラズマを発生させ、基板１に対するエッチング等のプラズマ処理が開始される。
このように、それぞれの電極１３および１４への電力の印加が開始されると、ガラス貼り付け基板１のガラス板２に電荷が蓄積されて残留静電吸着力が発生するとともに、その大きさが徐々に増加する。そのため、時間Ｔｂ１にて、電圧制御装置５９によりプログラムに基づいてＥＳＣ５７への印加電圧が、例えば、２０００Ｖから４００Ｖにまで低減される。これにより、ＥＳＣ５７にて電圧印加によって発生される静電吸着力は低減されるが、この低減量に相当する残留静電吸着力が発生しているため、合計吸着力は、ほぼ一定に保つことができるため、載置面１２ａに基板１が保持された状態が保たれて、プラズマ処理が継続される。その後、さらに時間Ｔｂ２に達すると、残留静電吸着力もさらに増加するため、この増加分を実質的に相殺するように、ＥＳＣ５７への印加電圧を、例えば４００Ｖから１００Ｖにまで低減させる。これにより、残留静電吸着力の増加にも拘わらず、基板１に対して付与される合計吸着力は増加することなく、ほぼ一定の大きさに保つことができる。
その後、時間Ｔｃにて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４への電力の印加が停止され、基板１に対するプラズマ処理が完了する。それとともに、Ｈｅガスの供給を停止して、Ｈｅ圧力が減少する。その後、時間Ｔｄにて、ＥＳＣ用電源５８によりＥＳＣ５７に対して、正負を反転させた電圧、例えば−３０００Ｖの電圧の印加（正負反転大電圧の印加）を行う。これにより、残留している残留静電吸着力を大幅に減少させることができる。
その後、時間ＴｅからＴｆにかけて、上部電極１３および／あるいは下部電極１４に比較的弱い電力Ｗ２を印加して除電プラズマを発生させる。このように除電プラズマが発生された状態にて、上記第１実施形態の突き上げピン２１、３１による基板１の段階的な突き上げ動作を行う、基板１が載置面１２ａから離間される。
本第２実施形態によれば、プラズマ処理中に生じかつ時間の経過とともに増加する残留静電吸着力の増加量に応じて、ＥＳＣ５７への印加電圧を減少させて、残留静電吸着力の増加を、ＥＳＣ５７への電圧印加により生じる静電吸着力の減少により抑制するあるいは相殺することができる。したがって、プラズマ処理中にて基板１を確実に保持するための吸着力を確保しながら、その吸着力（合計吸着力）が増加しないようにすることができるため、プラズマ処理が完了後の残留静電吸着力の残留量を低減することができる。よって、その後に基板１を載置面１２ａから離間させるための突き上げ動作を円滑かつ適正を行うことが可能となる。また、このような残留静電吸着力低減の効果は、ウェハ単体に比してその残留静電吸着力が大きくなる傾向にあるガラス貼り合わせ基板に対して特に有効である。
なお、ＥＳＣ用電源５８からＥＳＣ５７に印加される電圧の大きさおよび印加のタイミングは、電圧制御装置５９によりプログラムに基づいてシーケンス的に制御されるが、このような電圧および印加のタイミングは、予め基板１に生じる残留静電吸着力の時間的な変化状態の測定を行い、この測定結果に基づいて決定することができる。
また、図１４（Ａ）に示すように、ＥＳＣ５７への印加電圧の制御が、段階的（ステップダウン的）に制御されるような場合について説明したが、このような場合に代えて、連続的（リニア的）に印加電圧の制御が行われるような場合であってもよい。
なお、以上、ＥＳＣは単極型のＥＳＣの印加電圧を説明したが、ＥＳＣが双極型の場合は、±の電圧の印加電圧となり、ＥＳＣ電極が単極の場合には、プラス電圧あるいはマイナス電圧の印加となる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかるプラズマ処理装置１０１の主要な構成を示す模式図を図１７に示す。本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１では、プラズマ処理が施される基板として、後述するようにトレイに保持された複数枚のウェハが取り扱われる点において、上記それぞれの実施形態とは異なる構成を有している。ここでトレイに保持されて取り扱われるウェハの材質としては、例えばＬＥＤ用としてサファイヤ基板、ＧａＮ／サフィヤ基板、ＧａＮ／ＧａＮ基板、ＧａＮ／ＳｉＣ基板、ＧａＮ／Ｓｉ基板、パワーデバイス用としてＳｉＣ基板、その他にＧａＰ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＧａＯ２基板、βＧａＯ３基板等がある。まず、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１の構成について、図面を用いて説明する。なお、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置である。
プラズマ処理装置１０１は、基板（例えばウェハ）１０２に対してプラズマ処理を行う処理室を構成するチャンバ（真空容器あるいはプラズマ処理容器）１０３を備える。チャンバ１０３の上端開口は石英等の誘電体からなる天板１０４により密閉状態で閉鎖されている。天板１０４上にはＩＣＰコイル（上部電極）１０５が配設されている。ＩＣＰコイル１０５にはマッチング回路１０６を介して、高周波電源（上部電極用高周波電源）１０７が電気的に接続されている。天板１０４と対向するチャンバ１０３内の底部側には、バイアス電圧が印加される下部電極としての機能及び基板１０２の保持台としての機能を有する基板サセプタ（基板保持装置の一例である）１０９が配設されている。チャンバ１０３には、隣接するロードロック室（図示せず）と連通する開閉可能な搬入出用のゲート１０３ａが設けられている。また、チャンバ１０３に設けられたエッチングガス供給口１０３ｂには、エッチングガス供給源１１２が接続されている。エッチングガス供給源１１２はＭＦＣ（マスフローコントローラ）等を備え、エッチングガス供給口１０３ｂから所望の流量でエッチングガスを供給できる。さらに、チャンバ１０３に設けられた排気口１０３ｃには、真空ポンプ等を備える真空排気装置１１３が接続されている。
本第３実施形態では、図１８Ａから図１９Ｂに示す１個のトレイ１１５に４枚の基板１０２が収容され、トレイ１１５はゲート１０３ａを通ってロードドック室からチャンバ１０３内（処理室）に搬入される。なお、このようなトレイ１１５の搬入は、例えば、水平方向の直進移動と水平面内での回転移動が可能な搬送アームを用いて行われる。また、チャンバ１０３内には、基板サセプタ１０９を貫通し、かつ駆動装置（突き上げ装置の一例である）１１７で駆動されて昇降する複数の突き上げピン１１８が設けられている。複数の突き上げピン１１８は、例えば同心円状に等間隔にて配置されており、その上端にて、トレイ１１５の下面を突き上げるとともに、トレイ１１５を突き上げた状態にて支持することが可能となっている。トレイ１１５の搬入時には、トレイ１１５を支持した搬送アームがゲート１０３ａを通ってロードドック室からチャンバ１０３内に進入する。この際、図１において二点鎖線で示すように突き上げピン１１８は上昇位置にあり、チャンバ１０３内に進入した搬送アーム１１６から突き上げピン１１８の上端にトレイ１１５が移載される。この状態では、トレイ１１５は基板サセプタ１０９の上方に間隔をあけて位置している。続いて、突き上げピン１１８が図１において実線で示す降下位置に降下し、それによってトレイ１１５に保持されて取り扱われる基板（ウェハ）１０２がトレイ１１５とともに基板サセプタ１０９上に載置される。一方、プラズマ処理終了後のトレイ１１５の搬出時には、突き上げピン１１８が上昇位置まで上昇し、続いてロードドック室からチャンバ１０３内に進入した搬送アームにトレイ１１５が移載される。なお、プラズマ処理終了後の基板サセプタ１０９上からのトレイ１１５および基板１０２の離脱動作については後述する。また、図１７に示すように、駆動装置１１７には、トレイ１１５を突き上げる際に、駆動装置１１７よりそれぞれの突き上げピン１１８に付加される突き上げ力を検出するための突き上げ力検出部の一例であるロードセル１９０が備えられている。
次に、図１８Ａから図１９Ｂを参照して、トレイ１１５について説明する。トレイ１１５は薄板円板状のトレイ本体１１５ａを備える。トレイ１１５の材質としては、例えばアルミナ（Al2O3）、窒化アルミニウム（AlN）、ジルコニア（ZrO）、イットリア（Y2O3）、窒化シリコン（SiN）、炭化シリコン（SiC）等のセラミクス材や、アルマイトで被覆したアルミニウム、表面にセラミクスを溶射したアルミニウム、樹脂材料で被覆したアルミニウム等の金属がある。Ｃｌ系プロセスの場合にはアルミナ、イットリア、炭化シリコン、窒化アルミニウム等、Ｆ系プロセスの場合には石英、水晶、イットリア、炭化シリコン、アルマイトを容射したアルミニウム等を採用することが考えられる。
トレイ本体１１５ａには、上面１１５ｂから下面１１５ｃまで厚み方向に貫通する例えば４個の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄが設けられている。基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄは、上面１１５ｂ及び下面１１５ｃから見てトレイ本体１１５ａの中心に対して等角度間隔で配置されている。図２０Ａ及び図２０Ｂに最も明瞭に示すように、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの孔壁１１５ｄの下面１１５ｃ側には、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの中心に向けて突出する基板支持部１２１が設けられている。本第３実施形態では、基板支持部１２１は、例えば孔壁１１５ｄの全周に設けられており、平面視で円環状である。
個々の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにはそれぞれ１枚の基板１０２が収容される。図２０Ａに示すように、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄに収容された基板１０２は、その下面１０２ａの外周縁部分が基板支持部１２１の上面１２１ａに支持される。また、前述のように基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄはトレイ本体１１５ａを厚み方向に貫通するように形成されているので、トレイ本体１１５ａの下面１１５ｃ側から見ると、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにより基板１０２の下面１０２ａが露出している。
トレイ本体１１５ａには、外周縁を部分的に切り欠いた位置決め切欠１１５ｅが設けられている。前述の搬入出用の搬送アームにトレイを載置する際に、位置決め切欠１１５ｅに搬送アームの位置決め突起が嵌め込まれる。位置決め切欠１１５ｅ及び位置決め突起をロードロック室内に設けられたセンサ等で検出することにより、トレイ１１５の回転角度位置を検出できる。
次に、図１７、図１８Ａ、図１８Ｂ、図２０Ａ、及び図２０Ｂを参照して、基板サセプタ１０９について説明する。まず、図１７を参照すると、基板サセプタ１０９は、セラミクス等からなる誘電体板（誘電体部材）１２３、表面にアルマイト被覆を形成したアルミニウム等からなり、本第３実施形態ではペデスタル電極として機能する金属板（支持部材）１２４、セラミクス等からなるスペーサ板１２５、セラミクス等からなるガイド筒体１２６、及び金属製のアースシールド１２７を備える。基板サセプタ１０９の最上部を構成する誘電体板１２３は、金属板１２４の上面に固定されている。また、金属板１２４はスペーサ板１２５上に固定されている。さらに、誘電体板１２３と金属板１２４の外周をガイド筒１２６が覆い、その外側とスペーサ板１２５の外周をアースシールド１２７が覆っている。
図１８Ａ、図１８Ｂ、図２０Ａ、及び図２０Ｂを参照すると、誘電体板１２３は全体として薄い円板状であり、平面視での外形が円形である。誘電体板１２３の上端面は、トレイ１１５の下面１１５ｃを支持するトレイ支持面（トレイ支持部、あるいはトレイの配置領域）１２８を構成する。また、それぞれトレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄと対応する短円柱状の４個の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄがトレイ支持面１２８から上向きに突出している。
基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端面は、基板１０２の下面１０２ａが直接載置される基板載置面（基板配置領域Ｒ）１３１を構成する。また、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄには、基板載置面１３１の外周縁部から上向きに突出し、その上端面が基板１０２の下面１０２ａを支持する円環状突出部１３２が設けられている。また、基板載置面１３１の円環状突出部１３２で囲まれた部分には、基板載置面１３１よりも十分径が小さい円柱状突起１３３が、均一に分布するように複数個設けられている。円柱状突起１３３と円環状突出部１３２の基板載置面１３１への突出量は同一であり、円環状突出部１３２のみでなく円柱状突起１３３の上端面も基板１０２の下面１０２ａを支持する。
図２０Ａ及び図２０Ｂを参照すると、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外径Ｄ１は、基板支持部１２１の先端面１２１ｂで囲まれた円形開口１３６の径Ｄ２よりも小さく設定されている。従って、前述の搬入時にトレイ１１５が誘電体板１２３に向けて降下すると、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄは対応する基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにトレイ本体１１５ａの下面１１５ｃ側から進入し、トレイ１１５の下面１１５ｃは誘電体板１２３のトレイ支持面（トレイの配置領域）１２８上に載置される。また、トレイ本体１１５ａの下面１１５ｃからの基板支持部１２１の上面１２１ａの高さＨ１１は、トレイ支持面１２８からの基板載置面１３１の高さＨ１２よりも低く設定している。従って、トレイ１１５の下面１１５ｃがトレイ支持面１２８上に載置された状態では、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端の基板載置面１３１で押し上げられ、トレイ１１５の基板支持部１２１から浮き上がっている。換言すれば、トレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄに収容され保持されて取り扱われる基板（ウェハ）１０２をトレイ１１５とともに基板サセプタ１０９上に搬入して、基板サセプタ１０９の誘電体板１２３のトレイ支持面１２８上に、トレイ１１５の下面１１５ｃを載置することにより、トレイ支持面１２８の側から上向きに突出した基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端面である基板載置面１３１の基板配置領域Ｒに、基板１０２をトレイ１１５の基板支持部１２１より浮き上がらせて受け渡すこととなる。なお、本第３実施形態においては、誘電体板１２３の上面内に、複数の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄが形成され、それぞれの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上面を基板載置面１３１、すなわち基板配置領域Ｒとして、それぞれの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの周囲における誘電体板１２３の上面にトレイ１１５の配置領域が配置されている。
また、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外周面１３８と基板載置面１３１との接続部分は丸面に面取りしている。従って、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端側では基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの貫通方向から見た外径が、基板載置面１３１側からトレイ支持面１２８に向けて増大している。一方、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外周面１３８の下端側では基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの貫通方向から見た外径が一定となっている。
また、図２４に示す本第３実施形態の変形例のプラズマ処理装置２０１のように、外周側よりトレイ２１５を誘電体板１２３に対して位置決めするための円環状のガイドプレート２６７を備えても良い。ガイドプレート２６７はガイド筒体１２６の上面に固定されており、誘電体板１２３の４つの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの周囲を取り囲んでいる。ガイドプレート２６７の内周面２６７ａは下面２６７ｂから上面２６７ｃに向けて拡がるテーパ面である。また、ガイドプレート２６７の厚みはトレイ２１５の厚みとほぼ同程度に設定されている。なお、図２４に示す変形例にかかるプラズマ処理装置２０１では、図１７のプラズマ処理装置１０１と同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその説明を省略する。
図１７を併せて参照すると、本第３実施形態の変形例では、トレイ２１５の外周面２１５ｆは下面２１５ｃから上面２１５ｂに向けて外径が拡大するテーパ面である。ガイドプレート２６７の内周面２６７ａとトレイ２１５の外周面２１５ｆのテーパ度を含む寸法及び形状は、トレイ２１５の下面２１５ｃをトレイ支持面１２８上に載置する時、ガイドプレート１６７の内周面１６７ａによりトレイ２１５の外周面２１５ｆが位置決め案内されるように設定されている。
図２４において二点鎖線で示す上昇位置からトレイ２１５が誘電体板１２３に向けて降下すると、トレイ２１５の外周面２１５ｆがガイドプレート２６７の内周面２６７ａに案内される。基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄがトレイ２１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄに挿入されることにより基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内の基板１０２が誘電体板１２３の基板載置面１３１に対して位置決めされるだけでなく、基板１０２を保持したトレイ２１５自体がガイドプレート２６７により誘電体板１２３に対して位置決めされる。その結果、誘電体部材１２３の基板載置面１３１に対する基板１０２の位置決め精度がさらに向上させることができる。
図１７を参照すると、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１において、誘電体板１２３の個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１付近には単極型の静電吸着用電極（静電チャックの一例である）１４０が内蔵されている。これらの静電吸着用電極１４０は電気的に互いに絶縁されており、直流電源１４１と調整用の抵抗１４２等を備える共通の直流電圧印加機構１４３から静電吸着用の直流電圧が印加される。
図１８Ａ、及び図１８Ｂを参照すると、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１には、伝熱ガス（本第３実施形態ではヘリウム）の供給孔１４４が設けられている。これらの供給孔１４４は共通の伝熱ガス供給機構１４５（図１７に図示する）に接続されている。伝熱ガス供給機構１４５は、伝熱ガス源（本第３実施形態ではヘリウムガス源）１４６、伝熱ガス源１４６から供給孔１４４に到る供給流路１４７、供給流路１４７の伝熱ガス源１４６側から順に設けられた流量計１４８、流量制御バルブ１４９、及び圧力計１５０を備える。また、伝熱ガス供給機構１４５は、供給流路１４７から分岐する排出流路１５１と、この排出流路１５１に設けられたカットオフバルブ１５２を備える。さらに、伝熱ガス供給機構１４５は、供給流路１４７の圧力計１５０よりも供給孔１４４側と排出流路１５１を接続するバイパス流路１５３を備える。個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１とその上に載置された基板１０２の下面１０２ａとの間、詳細には基板１０２の下面１０２ａと円環状突出部１３２で囲まれた閉鎖された空間に、伝熱ガス供給機構１４５によって伝熱ガスが供給される。伝熱ガスの供給時にはカットオフバルブ１５２は閉弁され、伝熱ガス供給源１４６から供給路１４７を経て供給孔１４４へ伝熱ガスが送られる。流量計１４８と圧力計１５０で検出される供給流路１４７の流量及び圧力に基づき、後述するコントローラ１６３が流量制御バルブ１４９を制御する。一方、伝熱ガスの排出時にはカットオフバルブ１５２が開弁され、基板１０２の下面１０２ａと基板載置面１３１の間の伝熱ガスは、供給孔１４４、供給流路１４７、及び排出流路１５１を経て排気口１５４から排気される。
金属板（下部電極）１２４には、バイアス電圧としての高周波を印加する高周波印加機構１５６が電気的に接続されている。高周波印加機構１５６は、高周波電源（下部電極用高周波電源）１５７とマッチング用の可変容量コンデンサ１５８とを備える。
また、金属板１２４を冷却する冷却機構１５９が設けられている。冷却機構１５９は金属板１２４内に形成された冷媒流路１６０と、温調された冷媒を冷媒流路１６０中で循環させる冷媒循環装置１６１とを備える。
図１７にのみ模式的に示すコントローラ（制御装置）１６３は、流量計１４８及び圧力計１５０を含む種々のセンサや操作入力に基づいて、高周波電源１０７、エッチングガス供給源１１２、搬送アーム、真空排気装置１１３、駆動装置１１７、直流電圧印加機構１４３、伝熱ガス供給機構１４５、高周波電圧印加機構１５６、及び冷却機構１５９を含むプラズマ処理装置１０１全体の動作を制御する。また、コントローラ１６３は、駆動装置１１７による突き上げピン１１８のトレイ１１５に対する突き上げ動作により生じる突き上げ力を、ロードセル１９０を通じて検出する突き上げ力の検出動作を制御することが可能となっている。さらに、コントローラ１６３は、駆動装置１１７を制御して、突き上げピン１１８を所望の駆動量だけ駆動させる、すなわち所望の高さまで突き上げピン１１８を上昇させることができる。
次に、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１において、トレイ１１５に保持されたそれぞれの基板１０２に対して、プラズマ処理を行う方法について説明する。
まず、トレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにそれぞれ基板１０２が収容される。トレイ１１５の基板支持部１２１ａで支持された基板１０２は、トレイ本体１１５ａの下面側から見ると基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄによりトレイ本体１１５ａの下面１１５ｃから露出している。
次に、基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄにそれぞれ基板１０２が収容されたトレイ１１５が搬送アームで支持され、ロードドック室からゲート１０３ａを通ってチャンバ１０３内に搬入される。図１７において二点鎖線で示すように、トレイ１１５は基板サセプタ１０９の上方に間隔をあけて配置される。
駆動装置１１７によって駆動された突き上げピン１１８が上昇し、搬送アームから突き上げピン１１８の上端にトレイ１１５が移載される。トレイ１１５の移載後、搬送アームはロードロック室に待避し、ゲート１０３ａが閉鎖される。
それぞれの上端にてトレイ１１５を支持した状態の突き上げピン１１８は、図１７において二点鎖線で示す上昇位置から基板サセプタ１０９に向けて降下する。図２０Ａ及び図２０Ｂを参照すると、トレイ１１５は下面１１５ｃが基板サセプタ１０９の誘電体板１２３のトレイ支持面１２８まで降下し、トレイ１１５は誘電体板１２３のトレイ支持面１２８によって支持される。トレイ１１５がトレイ支持面１２８に向けて降下する際に、誘電体板１２３のトレイ支持面１２８の側から上向きに突出した基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄがトレイ１１５の対応する基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内にトレイ１１５の下面１１５ｃ側から進入する。トレイ１１５の下面１１５ｃがトレイ支持面１２８に近付くのに伴い、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの先端の基板載置面１３１は基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内をトレイ１１５の上面１１５ｂに向かって進む。図２０Ｂに示すように、トレイ１１５の下面１１５ｃが誘電体板１２３のトレイ支持面１２８に載置されると、個々の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内の基板１０２は基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄによって基板支持部１２１の上面１２１ａから持ち上げられる。詳細には、基板１０２はその下面１０２ａが基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に載置され、トレイ１１５の基板支持部１２１の上面１２１ａに対して間隔をあけて上方に配置される。
このようにトレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内に基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄが進入することにより、トレイ支持面１２８の側から上向きに突出した基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの上端面である基板載置面１３１に、トレイ１１５の基板支持部１２１より基板１０２を浮き上がらせて受け渡され、基板１０２は基板載置面１３１に直接載置される。従って、トレイ１１５に収容された４枚の基板１０２は、いずれも高い位置決め精度で基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に載置される。また、前述のように基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの外周面１３８と基板載置面１３１との接続部分は丸面に面取りしているので、仮に基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄと基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの平面視での位置に微細なずれが存在している場合でも、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの面取りされた部分が基板支持部１２１の先端面１２１ｂと接触する。その結果、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄが基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄ内に円滑かつ確実に挿入される。この点でも基板１０２は基板載置面１３１に対して高い位置決め精度で載置される。
次に、誘電体板１２３のトレイ支持面１２８の側から上向きに突出した複数の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄにそれぞれ内蔵された静電吸着用電極１４０に対して直流電圧印加機構１４３から直流電圧が印加されて静電吸着力が発生され、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１の基板配置領域Ｒに受け渡された基板１０２がそれぞれ静電吸着されて保持される。基板１０２の下面１０２ａはトレイ１１５を介することなく基板載置面１３１上に直接載置されている。従って、基板１０２は基板載置面１３１に対して高い密着度で保持される。
続いて、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの円環状突出部１３２と基板１０２の下面１０２ａで囲まれた空間に、供給孔１４４を通って伝熱ガス供給装置１４５から伝熱ガスが供給され、この空間にＨｅガス等の伝熱ガスが充填される。
その後、エッチングガス供給源１１２からチャンバ１０３内にエッチングガスが供給され、真空排気装置１１３によりチャンバ１０３内は所定圧力に維持される。続いて、高周波電源１０７からＩＣＰコイル１０５に高周波電圧を印加すると共に、高周波印加機構１５６により基板サセプタ１０９の金属板１２４にバイアス電圧を印加し、チャンバ１０３内にプラズマを発生させる。このプラズマにより基板１０２がエッチングされる。本第３実施形態の例では、１枚のトレイ１１５で４枚の基板１０２を基板サセプタ１０９上に載置できるので、バッチ処理が可能である。
エッチング中は、冷媒循環装置１６１によって冷媒流路１６０中で冷媒を循環させて金属板１２４を冷却し、それによって誘電体板１２３及び誘電体板１２３の基板載置面１３１に保持された基板１０２を冷却する。上述のように、基板１０２はその下面１０２ａがトレイ１１５を介することなく基板載置面１３１に直接載置され、高い密着度で保持されている。従って、円環状突出部１３２と基板１０２の下面１０２ａで囲まれた伝熱ガスが充填されている空間の密閉度が高く、Ｈｅガスの伝熱ガスを介した基板１０２と基板載置面１３１との間の熱伝導性が良好となる。その結果、個々の基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に保持された基板１０２を高い冷却効率で冷却できると共に、基板１０２の温度を高精度で制御できる。また、個々の基板１０２毎に基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの円環状突出部１３２と下面１０２ａで囲まれた空間に伝熱ガスが充填される。換言すれば、伝熱ガスが充填される空間は個々の基板１０２毎に異なる。この点でも個々の基板１０２と誘電体板１２３の基板載置面１３１との熱伝導性が良好であり、高い冷却効率と高精度の温度制御を実現できる。
また、上述したように、それぞれの基板１０２は突出して形成されたそれぞれの基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１に直接載置され、かつ静電吸着されるので、基板載置面１３１に対する密着度が高い。従って、基板１０２の上面の外周縁部分を誘電体板１２３に対して機械的に加圧するためのクランプリング等の部材は不要である。換言すれば、基板１０２の上面には、その中央部分だけでなく外周縁付近にもプラズマの状態が不安定化する原因となる部材が存在しない。従って、外周縁付近を含む基板１０２の表面の全領域で均一なプラズマ処理を実現できる。
また、トレイ１１５に保持されて取り扱われる基板（ウェハ）１０２としては、例えば青色や白色のＬＥＤやＬＤは、サファイヤ基板上にＧａＮをエピ成長させた基板（ＧａＮ／サフィヤ基板）、ＧａＮ／ＧａＮ基板、ＧａＮ／ＳｉＣ基板、ＧａＮ／Ｓｉ基板やサファイヤ基板等が用いられる。これらの基板は２インチから３インチ程度の小さいサイズが主流であり、特にＧａＮ／サファイヤ基板は、基板１０２に絶縁体であるサファイヤ基板を用いるため、基板１０２を静電吸着保持するために静電吸着力の強い静電吸着用電極（ＥＳＣ電極）１４０が必要である。
ＧａＮ／サファイヤ基板を確実に静電吸着（ＥＳＣ吸着）するとともに、基板１０２の下面１０２ａの広い範囲と基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの基板載置面１３１との間に基板１０２を冷却する為の伝熱ガスであるＨｅガスを充填して、基板１０２を高効率で冷却するためには、低抵抗型（体積抵抗率（２５℃）１０１０〜１０１１Ω・ｃｍ）のモノポーラ（単極型）の静電吸着用電極１４０を用いて、高い電圧で印加し、微弱な数十〜数百μＡ程度の漏れ電流を生じさせて、より強いクーロン力および／あるいはジョンソンラーベック力で基板を静電吸着することが好ましい。具体的には、次のように静電吸着を行うことが好ましい。
まず、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの円環状突出部１３２と基板１０２の下面１０２ａで囲まれた空間に、基板１０２を冷却する為の伝熱ガスであるＨｅガスを充填する。基板載置面１３１の円環状突出部１３２で囲まれた部分には、基板載置面１３１よりも十分径が小さい円柱状突起１３３が、均一に分布するように複数個設けられている。基板載置面１３１における円柱状突起１３３と円環状突出部１３２の突出量は実質的に同一であり、円環状突出部１３２のみでなく円柱状突起１３３の上端面も基板１０２の下面１０２ａを支持する。基板１０２の下面１０２ａに対する基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄのそれぞれの接触面積の割合は、５〜３０％、好ましくは１０〜２０％である。基板１０２と基板載置面１３１との接触面積の割合が大きい程、基板１０２の静電吸着力が大きいが、伝熱ガスを充填する空間の面積が狭くなり、基板１０２の冷却能力が低下する。
また、接触面積の割合を小さくして、静電吸着力を大きくするためには、局所的に流れる漏れ電流を大きくする方が好ましく、基板１０２の下面１０２ａへの基板載置面１３１の接触部の基板載置面１３１の円環状突出部１３２で囲まれた部分には、接触する面積の小さい島状の円柱状突起１３３が複数あるのが望ましい。また、特に、絶縁抵抗値が高いようなサファイヤやガラス等の基板を静電吸着する場合は、低抵抗値のセラミックス材で構成された基板載置部内に、単極型の静電吸着電極を用いて、高い電圧を印加することが望ましい。そうすると、低抵抗値のセラミック材で構成された基板載置部の内部に電荷の分極が起こり、基板載置面の表面と基板との間に強いクーロン力を働かせて静電吸着保持することができる。以上のことから基板載置面１３１は、基板１０２の下面１０２ａと接触する接触面積の割合を１０〜２０％になるように構成した円環状突出部１３２で囲まれた部分の空間内に設けられた接触する面積の小さい島状の複数の円柱状突起１３３とするが好ましい。基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄに内蔵された静電吸着用電極１４０と基板１０２の下面１０２ａを載置し支持する基板載置面１３１との距離は０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．３〜０．８ｍｍである。静電吸着力を強くするためには、距離を短くする方がよいが、絶縁耐圧が悪くなる。より強い静電吸着力とするために印加電圧を最大３．０ＫＶとして、絶縁耐圧２６．０ＫＶ程度を確保するためには、静電吸着用電極１４０と基板１０２の下面１０２ａを載置し支持する基板載置面１３１との距離は０．３〜０．８ｍｍするのが好ましい。なお、基板１０２の下面１０２ａと基板載置面１３１との間に伝熱ガスを充填する空間を形成するために、ウェハ状の基板に対応する場合は基板載置面１３１の形状を円環状の円環状突出部１３２としたが、四角状の基板に対応する場合は、四角状あるいは多角状の突出部としてもよい。上述のような場合にあっては、残留吸着力もより強いものになってしまうが、後述する基板載置面１３１の基板配置領域Ｒからの基板１０２の離脱動作を行うことで、ＧａＮ／サファイヤ基板の離脱を行うことができる。
基板載置面１３１に対する基板１０２の位置決め精度を確保しつつ、エッチング処理中にプラズマが基板１０２の下面１０２ａ側に回り込むのを防止するためには、基板１０２の外周縁とトレイ１１５の基板収容孔１１９Ａ〜１１９Ｄの孔壁１１５ｄとの間の隙間δ１が０．１〜０．２mm程度、基板１０２の下面１０２ａとトレイ１１５の基板支持部１２１の上面１２１ａとの間の隙間δ２が０．２〜０．３mm程度、基板載置部１２９Ａ〜１２９Ｄの側壁と基板支持部１２１の先端との隙間δ３が０．５mm程度であることが好ましい。
エッチング終了後、高周波電源１０７からＩＣＰコイル１０５への高周波電圧の印加と、高周波印加機構１５６から金属板１２４へのバイアス電圧の印加を停止する。続いて、真空排気装置１１３によりエッチングガスをチャンバ１０３内から排気する。また、伝熱ガス供給機構１４５により基板載置面１３１と基板１０２の下面１０２ａから伝熱ガスを排気する。さらに、直流電圧印加機構１４３から静電吸着用電極１４０への直流電圧の印加を停止して基板１０２の静電吸着を解除する。その後、後述するように、それぞれの突き上げピン１１８によるトレイ１１５の突き上げ動作を行うことにより、それぞれの突出した基板載置面１３１の基板配置領域Ｒからの基板１０２の離脱動作を行う。この離脱動作の詳細については、後述する。
その後、駆動装置１１７により上昇位置にまで上昇されたそれぞれの突き上げピン１１８の上端で、それぞれの基板１０２を保持するトレイ１１５が支持された状態とされる。その後、ゲート１０３ａを通ってロードロック室からチャンバ１０３内に進入した搬送アームに、トレイ１１５が移載される。トレイ１１５は搬送アームによってロードロック室へ搬出される。これにより、トレイ１１５により保持されたそれぞれの基板１０２に対するプラズマ処理が完了する。
次に、このようにトレイ１１５に保持された４枚の基板１０２に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置１０１において、プラズマ処理が完了したそれぞれの基板１０２を基板載置面１３１から離脱させる動作について説明する。この説明にあたって、図２１Ａ〜図２１Ｅにプラズマ処理装置１０１の動作の模式説明図を示し、図２２に離脱動作の手順のフローチャートを示し、図２３に突き上げピン１１８の突き上げ力（反力）および突き上げストロークの時間的な変化を表すグラフを示す。なお、図２１Ａ〜図２１Ｅに示す模式説明図では、上述の変形例にかかるプラズマ処理装置２０１にて用いられるガイドプレート２６７が、プラズマ処理装置１０１にても用いられる場合を例として説明する。
まず、直流電圧印加機構１４３から静電吸着用電極１４０への直流電圧の印加を停止して、静電吸着力による基板１０２の静電吸着を停止するとともに、チャンバ１０３の内部空間にて、それぞれの基板１０２と基板載置面１３１との間に存在する残留静電吸着力を除去するための比較的弱いプラズマである除電プラズマを発生させる（図２２のフローチャートのステップＳ１１）。図２１Ａに示すように、残留静電吸着力によりそれぞれの基板１０２は、基板載置面１３１の基板配置領域Ｒに保持された状態であるため、このような状態においては、発生された除電プラズマは、基板１０２と基板載置面１３１との間に進入することができない。
次に、図２３（Ａ）に示す時間区分Ｔ０〜Ｔ１にて、駆動装置１１７によりそれぞれの突き上げピン１１８を一体的に上昇させて、トレイ支持面１２８よりも上方に突出させる（ステップＳ１２）。その結果、図２１Ｂに示すように、トレイ１１５がそれぞれの突き上げピン１１８により突き上げられた状態とされ、トレイ１１５が、トレイ支持面１２８より持ち上げられた状態とされる。また、この状態において、それぞれの基板載置面１３１に保持された状態の基板１０２の下面の外周縁部に、トレイ１１５の基板支持部１２１の上面１２１ａが接触した状態となる。さらに、駆動装置１１７によりそれぞれの突き上げピン１１８が一体的に上昇されると、図２１Ｃに示すように、トレイ１１５全体がそれぞれの突き上げピン１１８によりさらに持ち上げられるとともに、それぞれの基板１０２の外周縁部が、トレイ１１５のそれぞれの基板支持部１２１により持ち上げられる。その結果、それぞれの基板載置面１３１の基板配置領域Ｒの外側領域Ｒ１から基板１０２が部分的に離脱される。
ここで、図２３（Ａ）の突き上げ力の変化を示すグラフと、図２３（Ｂ）の突き上げピン１１８のストロークの変化を示すグラフとに示すように、駆動装置１１７によるそれぞれの突き上げピン１１８の突き上げ（上昇）動作は、ロードセル１９０にて検出される突き上げ力を参照しながら行われる。具体的には、基板１０２に対して間接的に付与される突き上げ力が、基板１０２に対して割れ等の損傷や跳ね等の位置ずれが生じない限度荷重であるＦ２を超えることなく、かつ２回目の突き上げ動作を開始するための基準荷重である検知閾値Ｆ１を超える荷重範囲に入るように、突き上げピン１１８の突き上げストロークが調整されて、突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの突き上げピン１１８の先端（上端）は、ストローク（あるいは高さ）Ｈ１に位置された状態とされる。
このようにトレイ１１５全体がトレイ支持面１２８より上方に持ち上げられ、かつ、それぞれの基板１０２の外周縁部が突出した基板載置面１３１より離脱された状態とされることにより、チャンバ１０３の内部空間に発生されている除電プラズマＰが、トレイ１１５とトレイ支持面１２８との間に進入し、さらに進入した除電プラズマが、それぞれの基板１０２と基板載置面１３１との間に進入することができる。その結果、時間区分Ｔ１〜Ｔ２にて、除電プラズマＰと接触した表面において、それぞれの基板１０２と基板載置面１３１との間に存在する残留静電吸着力が低減されて、基板載置面１３１からの基板１０２の離脱（剥離）が、基板１０２の外側から内側に向けて拡がるように促進される。
また、この時間区分Ｔ１〜Ｔ２では、ロードセル１９０による突き上げ力の検出が継続して行われ、検出された突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したかどうかの検出が行われる（ステップＳ１３）。
その後、時間Ｔ２にて、ロードセル１９０によって突き上げピン１１８による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少したことが検出されると、基板１０２が基板載置面１３１より完全に離脱されていない場合（ステップＳ１４）には、駆動装置１１７による突き上げ動作が再び開始される（ステップＳ１２）。具体的には、例えば、図２３（Ａ）に示す時間区分Ｔ２〜Ｔ３にて、駆動装置によりそれぞれの突き上げピン１１８を一体的にさらに上昇させる。この突き上げ動作により、それぞれの突き上げピン１１８はその先端がストロークＨ２に位置された状態とされる。
このように、さらに突き上げピン１１８を上昇させて突き上げ動作を行うことにより、図２１Ｄに示すように、それぞれの突き上げピン１１８によりトレイ１１５全体をさらに持ち上げて、それぞれの基板１０２の外周縁部を持ち上げることができ、それぞれの基板載置面１３１の基板配置領域Ｒの内側領域Ｒ２にて基板１０２を突出した基板載置面１３１から完全にあるいは部分的に離脱させることができる。部分的に離脱されている場合には、トレイ１１５とトレイ支持面１２８との間の隙間に進入した除電プラズマＰを、基板１０２と基板載置面１３１との間にさらに進入させて、残留静電吸着力を低減させることができ、基板１０２の離脱がさらに促進される。
この２回目の突き上げ動作により、基板１０２が基板載置面１３１より完全に離脱されていない場合には、突き上げピン１１８による突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ４〜Ｔ５にて、再び、突き上げピン１１８による突き上げ動作が行われる。その結果、それぞれの突き上げピン１１８はその先端がストロークＨ３に位置された状態とされる。
この３回目の突き上げ動作により、それぞれの基板１０２が基板載置面１３１よりまだ完全に離脱されていない場合には、例えば、突き上げピン１１８の突き上げ力が検知閾値Ｆ１にまで減少することを待って、時間区分Ｔ６以降にて、それぞれの突き上げピン１１８による突き上げ動作を行う。一方、図２１Ｅに示すように、それぞれの基板載置面１３１より基板１０２が完全に離脱されていることが確認されると（ステップＳ１４）、それぞれの基板１０２の基板載置面１３１からの離脱のための突き上げ動作が完了する。なお、それぞれの基板載置面１３１より基板１０２が完全に離脱されていることの確認は、例えば、ロードセル１９０にて検出される突き上げ力がそれぞれの基板１０２およびトレイ１１５の合計自重に相当する荷重となっていること、基板載置面１３１から基板１０２が離脱したことを示す離脱閾値Ｆ３以下になっていることを検出すること、および、突き上げピン１１８のストロークが所定のストロークに達していることのいずれか１つあるいは複数の組み合わせなどにより行うことができる。
このように、トレイ１１５の保持された複数の基板１０２を、それぞれの基板載置面１３１から離脱させる場合に、同心円状に配置された複数の突き上げピン１１８を用いて、トレイ１１５全体をトレイ支持面１２８から持ち上げて、この持ち上げられたトレイ１１５のそれぞれの基板支持部１２１により、基板１０２の外周縁部を持ち上げることができる。すなわち、トレイ１１５に保持されている比較的その径が小さな複数の基板１０２を、それぞれの突き上げピン１１８により直接的に突き上げることなく、トレイ１１５を介して間接的に突き上げる（持ち上げる）ことができる。したがって、装置構成を複雑化することなく、複数の基板１０２に対する基板載置面１３１よりの離脱動作を行うことができる。また、それぞれの突き上げピン１１８によるトレイ１１５の突き上げ動作は、突き上げ力を検知しながら突き上げピン１１８の上昇動作を繰り返すというステップ動作となるため、残留静電吸着力が高い場合であっても、それぞれの基板１０２に損傷や位置ずれを生じさせることなく、基板載置面１３１からの安定した離脱を行うことができる。
さらに、このようなトレイ１１５を介した間接的な突き上げ動作を行う際に、除電プラズマを併用することにより、除電プラズマを持ち上げられたトレイ１１５とトレイ支持面１２８との間に進入させて、この進入した除電プラズマを基板１０２の外側から内側に向けて徐々に進入させることができ、それぞれの基板１０２の離脱を促進させることができる。
また、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１においても、上記第２実施形態のプラズマ処理装置５０と同様に、それぞれの基板１０２に対して付与される静電吸着力の増加を抑制しながら、それぞれの基板１０２に対するプラズマ処理を行うことができる。すなわち、プラズマ処理中において、それぞれの基板１０２が基板載置面１３１に静電吸着力により確実に吸着保持された後は、例えば、直流電圧印加機構１４３から静電吸着用電極１４０に対して印加される電圧を段階的に下げていくことで、それぞれの基板１０２を離脱させる際に存在している残留静電吸着力を低減させることができる。なお、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１は、このような静電吸着用電極１４０への印加電圧の段階的な制御が実施される場合のみに限られるものではない。すなわち、本第３実施形態のプラズマ処理装置１０１において、静電吸着用電極１４０への印加電圧の段階的な制御が行われることなく、それぞれの突き上げピン１１８の段階的な上昇による基板の離脱動作のみが行われるような場合であっても、それぞれの基板１０２に対する損傷等の発生を抑制しながら、基板の離脱動作を行うことができる。
なお、上述の説明では、それぞれの突き上げピン１１８が、トレイ１１５の外周縁部を均等に突き上げることができるように同心円状に配置されている場合を例として説明したが、突き上げピンの配置としては、様々な形態を採用することが可能である。特に、本第３実施形態では、トレイ支持面１２８に静電吸着力により吸着保持されない（吸着保持され難い）材料にて形成されたトレイ１１５を突き上げることで、間接的にそれぞれの基板１０２を持ち上げるような離脱方法が採用されている。また、トレイ１１５自体は、基板１０２に比してたわみが生じにくい材料および形状にて形成されている。そのため、トレイ１１５に対して略均一な突き上げ力が付与されるようにそれぞれの突き上げピン１１８が配置されていれば良く、例えば、トレイ１１５の中央付近を突き上げるようにそれぞれの突き上げピン１１８を配置することもできる。また、トレイ１１５の径が比較的大きくなるような場合（例えば、３００ｍｍ以上の径を有する場合）にあっては、安定した突き上げ動作を行うために、外周縁部側を突き上げる突き上げピンに加えて、その内側領域を突き上げる突き上げピンを配置しても良い。
また、上述の説明では除電プラズマの発生タイミングは、基板１０２あるいはトレイ１１５の突き上げ動作を開始する前に行うとしたが、載置面からの基板１０２の離脱に悪影響が無ければ、突き上げ動作を開始してから除電プラズマを発生されても良い。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。本第４実施形態のプラズマ処理装置の構成を説明するに先立って、静電吸着によりウェハの保持を行う従来のウェハ保持装置の構成について説明する。
ウェハ、例えば半導体ウェハ（Ｓｉ、化合物等により形成）に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、処理容器内に設けられたウェハ保持装置の載置面にウェハを載置して保持した状態にて、ウェハに対するエッチング等のプラズマ処理が行われる。このようなウェハ保持装置では、一般的にＥＳＣ（Electrostatic Chuck）と呼ばれる静電チャックが載置面内に内蔵されており、静電チャックによって発生されるクーロン力および／あるいはジョンソンラーベック力による静電吸着力を用いたウェハの保持が行われている。
このような従来のウェハ保持装置にて用いられているＥＳＣの構造について、図３３に示す模式説明図を用いて説明する。
図３３に示すように、ウェハ保持装置の載置面内にはＥＳＣ５０１が内蔵されている。ＥＳＣ５０１は、平面的に一方の側から他方の側に延在する複数の帯状の電極により大略くし形状に形成された第１の電極５０２と、他方の側から一方の側に延在する複数の帯状の電極により大略くし形状に形成された第２の電極５０３とを備えている。また、ＥＳＣ５０１において、一方の帯状の電極の端部が、他方の帯状の電極の間に配置されるように、第１および第２の電極５０２、５０３が互いに接触することなく組み合わされた状態で配置されている。
このような従来のＥＳＣ５０１において、載置面上に載置されたウェハの静電吸着による保持を行う際には、例えば、第１の電極５０２に正電圧を印加し、第２の電極５０３に負電圧を印加することにより静電吸着力を発生させて、発生された静電吸着力により載置面へのウェハの保持が行われる。また、このような従来のＥＳＣでは、載置面における静電吸着力を均一化させるための様々な提案がなされている（例えば、特許第３５２７８２３号公報参照。）。
しかしながら、このような従来のウェハ保持装置では、ＥＳＣによる静電吸着を停止した後であっても、載置面とウェハに蓄積された電荷により静電吸着力（以降、「残留静電吸着力」とする。）が残留する。そのため、残留静電吸着力により、載置面からウェハを離脱することが阻害されるという問題がある。
特に、ウェハが単なる半導体ウェハ単体ではなく、ガラス板貼り付け構造を有する基板であるような場合には、ウェハ単体が取り扱われるような場合と比して、その残留静電吸着力は大きくなる。そのため、ガラス板貼り付け構造を有する基板が取り扱われる場合には、載置面からの基板の離脱がさらに困難となる。
また、載置面からのウェハや基板の離脱動作としては、ＥＳＣによる静電吸着を解除した後、例えば、載置面から複数の突き上げピンを一体的に上昇させることにより行われる方法が多く採用されている。しかしながら、大きな残留静電吸着力が残存している状態で、このような突き上げピンによる基板等の突き上げ動作が行われると、基板において割れ等の損傷が生じる場合や、基板が載置面から離脱される時に、基板が飛び跳ねること等による位置ずれが生じる場合がある。
本第４実施形態のプラズマ処理装置は、ＥＳＣに採用されている構造的および機能的特徴によって、このような問題を解決するものである。
本第４実施形態にかかるプラズマ処理装置３１０の主要な構成を示す模式図を図２５に示す。本実施形態のプラズマ処理装置３１０には、絶縁材料であるガラス板３０２上に、ウェハ、例えば半導体ウェハの一例であるシリコンウェハ（Ｓｉおよびその化合物等により形成された半導体ウェハ）３０３が貼付材３０４を介して貼り付けられたガラス貼り付け構造を有するガラス貼り付け基板３０１（以降、「基板３０１」とする。）が、プラズマ処理の対象物として取り扱われる。ここで、シリコンウェハ３０３としては、例えば２５〜４００μｍ、特に５０〜２００μｍの厚さを有するものが用いられる。ガラス基板３０２としては、例えば３００〜５００μｍ、特に４００μｍ程度の厚さを有するものが用いられる。また、貼付材３０４としては、例えばレジストや粘着剤あるいは粘着シートが用いられる。このような基板３０１のシリコンウェハ３０３に対して、所定のプラズマ処理を施すことにより、イメージセンサ等のデバイスが製造される。また、基板３０１は、例えば直径２００ｍｍの円盤形状を有している。
図２５に示すように、プラズマ処理装置３１０は、その内部空間（プラズマ処理空間）にて所定のプラズマ処理が行われるプラズマ処理容器３１１と、プラズマ処理容器３１１内に設置され、基板３０１のガラス板３０２側が載置される載置面３０５ａを有する載置部材の一例である載置台３０５を備え、載置面３０５ａに載置された基板３０１に対して、静電吸着による保持を行う基板保持装置３１２とを備えている。さらに、図２５に示すように、プラズマ処理容器３１１の内側上部には上部電極３１３が設置され、基板保持装置３１２の内部には下部電極３１４が設置されている。上部電極３１３には、上部電極用高周波電源３１５が接続されており、下部電極３１４には下部電極用高周波電源３１６が接続されている。さらに、基板保持装置３１２の載置台３０５の内部、すなわち載置面３０５ａの内部には、静電吸着を行うための静電チャックの一例であるＥＳＣ３３０が内蔵されており、ＥＳＣ３３０にはＥＳＣ用電源（静電チャック用電源の一例である。）が接続されている。なお、ＥＳＣ３３０およびＥＳＣ用電源の詳細については後述する。
このような構成のプラズマ処理装置３１０では、基板保持装置３１２の載置面３０５ａに基板３０１を載置させて、ＥＳＣ３３０の静電吸着により基板３０１の保持を行った後、プラズマ処理容器３１１の内部を所定の圧力に保持しながら所定のプラズマ処理用ガスを供給して充填する。その後、上部電極用高周波電源３１５より上部電極３１３への電圧印加を行うとともに、下部電極用高周波電源３１６より下部電極３１４への電圧印加を行って、プラズマを発生させ、基板３０１のシリコンウェハ３０３に対するプラズマ処理を行う。プラズマ処理が完了すると、それぞれの高周波電源３１５、３１６による電圧印加を停止し、プラズマ処理容器３１１内のガスを排気して、基板３０１に対するプラズマ処理が完了する。それとともに、ＥＳＣ用電源によるＥＳＣ３３０への電力供給が停止され、ＥＳＣ３３０による基板３０１に対する静電吸着が解除される。
次に、プラズマ処理装置３１０において、載置面３０５ａと基板３０１との間に存在する残留静電吸着力に抗して、プラズマ処理が完了した基板３０１を載置面３０５ａから離脱させるために備えられている構成について説明する。ここで、基板保持装置３１２の載置面３０５ａの模式平面図を図２６に示す。
図２５および図２６に示すように、基板保持装置３１２には、載置面３０５ａの基板配置領域Ｒの外縁近傍の領域に配置された複数の突き上げピン３２１と、これらの突き上げピン３２１を載置面３０５ａより一体的に昇降させて載置面３０５ａより突出させるあるいは載置面３０５ａ内に格納させるように動作させる昇降装置３２２とを有する突き上げ装置３２０が備えられている。図２６に示すように、４本の突き上げピン３２１が、載置面３０５ａの基板配置領域Ｒの中心をその中心とする一つの円である同心円Ｃ１の円周上に、例えば等間隔にて配置されている。なお、それぞれの突き上げピン３２１が配置される同心円Ｃ１は、基板配置領域Ｒ内でかつ載置面３０５ａに載置される基板３０１の縁部およびその近傍の領域、あるいは載置面３０５ａに載置される基板３０１の半径の１／２以上の基板３０１の外周側に位置する領域に位置される。
また、図２５に示す本実施形態のプラズマ処理装置３１０では、図２６に示すように、載置面３０５ａ全体が基板３０１に対する基板配置領域Ｒとなっているが、このような場合に代えて、載置面の一部が基板配置領域として設定されるような場合であってもよく、あるいは載置面３０５ａより基板配置領域Ｒが大きく設定されているような場合であってもよい。載置面３０５ａより基板配置領域Ｒが小さい場合には、基板３０１の周縁部におけるプロセス特性（例えば、エッチングレート等）の均一性が向上するが、載置面３０５ａに備えたＥＳＣ３３０の電極が基板配置領域Ｒよりも大きい場合には、ＥＳＣ３３０の電極がプラズマにさらされ、その寿命が短くなる場合がある。これに対して、載置面３０５ａより基板配置領域Ｒが大きい場合には、載置面３０５ａに備えたＥＳＣ３３０の電極が基板３０１の周縁よりも小さくなるため、プラズマにさらされるという問題は生じないが、基板３０１の周縁部におけるプロセス特性が不均一となる場合がある。
また、図２５に示すように、プラズマ処理装置３１０には、昇降装置３２２による突き上げピン３２１の昇降動作、上部電極用高周波電源３１５による電圧印加動作、下部電極用高周波電源３１６による電圧印加動作、およびＥＳＣ用電源によるＥＳＣ３３０への電圧印加動作を、互いの動作を関連づけながら制御する制御装置３０９が備えられている。さらに制御装置３０９は、昇降装置３２２を通じて、突き上げピン３２１の載置面３０５ａよりの突き上げ量（ストローク）を検出することが可能となっている。
次に、プラズマ処理装置３１０において、静電吸着力により基板３０１を載置面３０５ａに確実に保持しながら、載置面３０５ａと基板３０１との間に存在する残留静電吸着力を低減させることを可能とするＥＳＣ３３０の構成について説明する。ＥＳＣ３３０の電極の配置構成の模式平面図を図２７に示す。
図２７に示すように、ＥＳＣ３３０は、載置台３０５の載置面３０５ａの内部（下方）に配置された複数の双極電極を備えている。具体的には、正電圧が印加される第１正極部３３１ａと、負電圧が印加される第１負極部３３１ｂとが一対に構成された第１双極電極３３１と、正電圧が印加される第２正極部３３２ａと、負電圧が印加される第２負極部３３２ｂとが一対に構成された第２双極電極３３２とが、ＥＳＣ３３０の電極として備えられている。第１正極部３３１ａは、帯状の電極が環状に形成された構成を有しており、その環状の中心が載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの中心ｍと一致するように、載置面３０５ａの外縁近傍に配置されている。第１負極部３３１ｂも、第１正極部３３１ａと同様に、帯状の電極が環状に形成された構成を有しており、その環状の中心が中心ｍと一致するように、第１正極部３３１ａの内縁から所定の距離だけ離間した状態で、第１正極部３３１ａよりも内側に配置されている。さらに、帯状の電極が環状に形成された構成を有する第２正極部３３２ａが、その中心を中心ｍと一致させるとともに、第１負極部３３１ｂの内縁から所定の距離だけ離間した状態で、第１負極部３３１ｂよりも内側に配置されている。また、さらに、第２正極部３３２ａよりも内側には、帯状の電極が環状あるいは円状に形成された構成を有する第２負極部３３２ｂが、その中心を中心ｍと一致させるとともに、第２正極部３３２ａの内縁から所定の距離だけ離間した状態で配置されている。各々の帯状の電極（第１正極部３３１ａ等）の帯状の幅は、個々の電極においてそれぞれに一定の最適な幅に形成されている。ただし、このような場合に代えて全ての帯状の電極において帯状の幅が同じ寸法にて形成されているような場合であってもよい。同様に、隣接する帯状の電極間の所定の離間距離は、個々の電極間において最適な寸法に設定されている。なお、第１双極電極３３１および第２双極電極３３２が環状に形成されるような場合に代えて、例えば、帯状の部分円弧状に形成された電極を複数個、環状に配列させて形成されるような場合であっても良い。
ここで、図２５に示すＥＳＣ３３０の構成を、詳細に示す模式図を図３４に示す。図３４に示すように、第１正極部３３１ａおよび第１負極部３３１ｂにより構成された第１双極電極３３１には、第１双極電極用電源３３３が電気的に接続されている。具体的には、第１正極部３３１ａの正電圧を印加して、第１負極部３３１ｂに負電圧を印加可能なように、第１双極電極用電源３３３が接続されている。同様に、第２正極部３３２ａおよび第２負極部３３２ｂにより構成された第２双極電極３３２には、第２双極電極用電源３３４が電気的に接続されている。具体的には、第２正極部３３２ａの正電圧を印加して、第２負極部３３２ｂに負電圧を印加可能なように、第２双極電極用電源３３４が接続されている。なお、本実施形態では、第１双極電極用電源３３３および第２双極電極用電源３３４が、ＥＳＣ用電源、すなわち静電吸着用電源の一例を構成している。
ここで双極電極に電圧を印加させることにより、静電吸着力を発生させて、基板３０１を保持する原理について、図２８の模式図を用いて説明する。図２８に示すように、第１双極電極３３１において、第１正極部３３１ａに正電圧を印加するとともに、第１負極部３３１ｂに負電圧を印加すると、載置面３０５ａ上に載置された基板３０１の表裏面において誘電分極が生じる。これより、載置面３０５ａに面する基板３０１の上面側の面である基板３０１の表面において、第１正極部３３１ａと対向する基板３０１の表面が正電荷に帯電し、第１負極部３３１ｂと対向する基板３０１の表面が負電荷に帯電され、その反対側の面である基板３０１の裏面では、逆の電荷に帯電された状態となる。このように基板３０１において誘電分極が生じることにより、第１正極部３３１ａと第１負極部３３１ｂとの間には、ジョンソンラーベック力Ｆと称されるクーロン力Ｆが生じ、このクーロン力Ｆにより基板３０１が載置面３０５ａに対して保持された状態となる。第２双極電極３３２においても電圧を印加することにより、同様にジョンソンラーベック力Ｆが生じて、基板３０１が載置面３０５ａに保持される。
また、図２５に示すように、プラズマ処理装置３１０には、第１双極電極用電源３３３から第１双極電極３３１に印加される電圧の大きさおよびタイミングを制御するとともに、第２双極電極用電源３３４から第２双極電極３３２に印加される電圧の大きさおよびタイミングを制御するＥＳＣ用の電圧制御装置３０８が備えられている。この電圧制御装置３０８は、第１双極電極用電源３３３による印加電圧の大きさおよびタイミングと、第２双極電極用電源３３４による印加電圧の大きさおよびタイミングとを互いに異ならせるように制御することが可能となっている。なお、電圧制御装置３０８は、他の構成装置と同様に制御装置３０９により統括的に制御される。
次に、このような構成のプラズマ処理装置３１０にて、基板保持装置３１２の載置面３０５ａに載置された基板３０１に対して、プラズマ処理を行い、その後、載置面３０５ａから離脱させる方法について説明する。この説明にあたって、具体的な手順のフローチャートを図２９に示し、第１双極電極３３１および第２双極電極３３２への印加電圧の大きさと印加のタイミングを示すグラフを図３０（Ａ）および（Ｂ）に示す。また、プラズマ処理を実施するために上部電極３１３および／または下部電極３１４への電力印加のタイミングを示すグラフを図３０（Ｃ）に示し、さらに、基板外縁付近領域および基板中央付近領域の静電吸着力の大きさの変化を示すグラフを図３０（Ｄ）および（Ｅ）に示す。なお、以降に説明するそれぞれの手順における動作は、プラズマ処理装置３１０が備えるそれぞれの構成装置が、制御装置３０９により制御されることにより行われる。
まず、図２９のフローチャートのステップＳ２１において、プラズマ処理装置３１０のプラズマ処理容器３１１内に基板３０１を搬入して、基板３０１を載置面３０５ａ上に載置する。その後、電圧制御装置３０８によりＥＳＣ３３０用の第１双極電極用電源３３３および第２双極電極用電源３３４が制御されて、第１双極電極用電源３３３により第１双極電極３３１に電圧が印加されるとともに、第２双極電極用電源３３４により第２双極電極３３２に電圧が印加される（ステップＳ２２）。
具体的には、図３０のグラフに示すように、時間Ｔ１において電圧印加が開始され、載置面３０５ａにおいて外周側に位置される第１双極電極３３１には、例えば２５００Ｖ（±２５００Ｖ）の電圧が印加されるとともに、載置面３０５ａにおいて内周側に位置される第２双極電極３３２には、例えば２５００Ｖ（±２５００Ｖ）の電圧が印加される。この印加される２５００Ｖという電圧は、後述するプラズマ処理を行っている間に印加され続ける電圧よりも比較的大きな電圧として印加される。この電圧の印加により、載置面３０５ａにおいて静電吸着力が生じ、例えば単に載置された状態では、基板３０１に反りやたわみが生じているような場合には、静電吸着力により反りやたわみが矯正された状態で、基板３０１が載置面３０５ａに静電吸着保持される（ステップＳ２３）。
その後、図３０（Ｃ）のグラフに示すように、上部電極３１３および下部電極３１４への電圧印加が、時間Ｔ２において開始されて、載置面３０５ａに保持された状態の基板３０１に対するプラズマ処理が行われる（ステップＳ２４）。
ガラス板３０２にウェハが張り合わされたガラス貼り合わせ基板である基板３０１が用いられる本実施形態においては、プラズマ処理完了後も静電吸着力として残留静電吸着力が強く残留する。このように残留静電吸着力が強く残留している状態にて、載置面３０５ａからの基板３０１の離脱が複数の突き上げピンを一体的に上昇させて、基板３０１の外縁付近領域を突き上げることにより行われる場合、複数の突き上げピンにより基板３０１の載置面３０５ａより離脱し始めている基板３０１の外縁付近領域に比して中央付近領域は、基板３０１と載置面３０５ａの間に大きな残留静電吸着力が残存しているため、載置面３０５ａからの離脱が困難となる。これに対し、基板３０１全体のＥＳＣ３３０による静電吸着力を下げると、基板３０１の裏面を載置面３０５ａ側よりＨｅガスにて冷却する場合などでは特に、基板３０１の外縁からのＨｅガスのリーク量が大きくなり、基板のプラズマ処理品質が低下してしまう。このため、載置面３０５ａから基板３０１の離脱性が基板の外縁付近領域に比して低い中央付近領域に対し、載置面３０５ａからの離脱性向上の為に相対的に残留吸着力低減させるようにすることが好ましい。すなわち、基板３０１の中央付近領域の静電吸着力は、外縁付近領域に対して付与される静電吸着力よりも相対的に低く設定された状態で、載置面３０５ａ上での基板３０１の静電吸着保持を行うのが好ましい。
このような観点から、本実施形態では、時間Ｔ１から時間Ｔ３にまで達すると、電圧制御装置３０８によりそれぞれのＥＳＣ３３０用の双極電極用電源３３３、３３４が制御されて、印加されている電圧が低減される（ステップＳ２５）。具体的には、第１双極電極用電源３３３から第１双極電極３３１に対して印加される電圧が、２５００Ｖから２０００Ｖにまで低減されるとともに、第２双極電極用電源３３４から第２双極電極３３２に対して印加される電圧が、２５００Ｖから１５００Ｖにまで低減される。すなわち、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの中央付近領域に位置される第２双極電極３３２への印加電圧が、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの外周側に位置される第１双極電極３３１への印加電圧よりも小さくなるように、それぞれの印加電圧が制御される。その結果、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの中央付近領域におけるＥＳＣ３３０の基板３０１に対する静電吸着力Ｆ２２は、載置面３０５ａおよび／あるいは基板配置領域Ｒの外周側の静電吸着力Ｆ２１よりも低くされる。ここで、基板３０１の「外縁付近領域」とは、載置面３０５ａに対する基板３０１の少なくとも基板配置領域Ｒを含み、かつ載置面３０５ａに載置される基板３０１の縁部および／あるいはその近傍の領域、あるいは載置面３０５ａに載置される基板３０１の半径の１／２以上の基板３０１の外周側に位置する領域に位置されるものであり、基板３０１の「中央付近領域」とは、基板３０１の外縁付近領域に対し、基板３０１の中心側に位置する領域と定義する。
このように、その中央付近領域と外縁付近領域とで大きさを異ならせて発生されたＥＳＣ３３０による静電吸着力により、プラズマ処理中に基板３０１が載置面３０５aとの間で受ける残留吸着力を含めた相対静電吸着力を基板３０１の外縁付近領域とその中央付近領域において異ならせて低減させることが可能である。これによりプラズマ処理後の基板３０１の載置面３０５aから離脱前の基板３０１が載置面３０５aとの間で受けている中央付近の残留吸着力を相対的に低減することができる。ここで、プラズマ処理中に基板３０１の中央付近領域の静電吸着力は、外縁付近領域に対して付与される静電吸着力よりも少なくとも相対的に低く設定された状態で、載置面３０５ａ上での基板３０１の静電吸着保持を行うとしたが、プラズマ処理前であっても、プラズマ処理品質に基板３０１のそりや温度等による問題がなければ、基板３０１の中央付近領域の静電吸着力を外縁付近領域に対して付与される静電吸着力よりも相対的に低く設定あるいは切り替えを行っても良い。なお、プラズマ処理実施のための詳細手順については、上述したため、ここでは省略する。
図３０のグラフの時間Ｔ４にて、基板３０１に対するプラズマ処理が完了すると、それぞれの双極電極用電源３３３、３３４からＥＳＣ３３０の双極電極３３１、３３２への電圧の印加が停止される（ステップＳ２６）。このように電圧印加が停止されても、図３０（Ｄ）、（Ｅ）のグラフの時間Ｔ４においては、基板３０１と載置面３０５ａとの間に存在する残留吸着力として、基板３０１の中央付近領域は、外縁付近領域の残留吸着力Ｆ２３に比して低減された残留静電吸着力Ｆ２４となっている。
その後、プラズマ処理容器３１１の内部空間にて、基板３０１と載置面３０５ａとの間に存在する残留静電吸着力Ｆ２３、Ｆ２４を除去するための比較的弱いプラズマである除電プラズマを発生させる（ステップＳ２７）。例えば、プラズマ処理容器３１１の内部空間に、シリコンウェハ３０３に対するプラズマ処理（例えばエッチング等）が進行しない不活性ガス（Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２等）を供給した状態にて、上部電極３１３および／あるいは下部電極３１４に電圧を印加することにより、除電プラズマＰが発生される。ただし、残留静電吸着力により基板３０１は載置面３１２ａに保持された状態であるため、このような状態においては、除電プラズマＰは基板３０１と載置面３１２ａとの間に進入することが困難である。なお、本実施形態では、上部電極３１３、上部電極用高周波電源３１５、下部電極３１４、下部電極用高周波電源３１６、および図示しないガス供給装置が、除電プラズマ発生部の一例を構成している。
次に、図３１のプラズマ処理得装置３１０の模式図に示すように、突き上げ装置３２０の昇降装置３２２により４本の突き上げピン３２１を一体的に上昇させて、載置面３０５ａよりも上方に突出させる（ステップＳ２８）。その結果、図３１に示すように、基板３０１の外周部分がそれぞれの突き上げピン３２１により突き上げられた状態とされ、載置面３０５ａの基板配置領域Ｒの外縁付近領域において基板３０１が部分的に離脱される。すなわち、基板３０１の縁部が載置面３０５ａから離脱した状態とされる。
このように基板３０１の縁部が載置面３０５ａより離脱された状態とされることにより、プラズマ処理容器３１１の内部空間に発生されている除電プラズマＰが、基板３０１の外周側より基板３０１と載置面３０５ａとの間に進入することができる。その結果、図３０のグラフの時間区分Ｔ４〜Ｔ５にて、除電プラズマＰと接触した表面において、基板３０１と載置面３０５ａとの間に存在する残留静電吸着力が低減されて、載置面３０５ａからの基板３０１の離脱（剥離）領域が、基板３０１の外側から内側に向けて拡がるように促進される。
その後、例えばこのような複数の突き上げピン３２１による一体的な上昇が再度実施されることなどにより、除電プラズマＰが、ＥＳＣ３３０の第２双極電極により相対的に残留吸着力が予め低減されている基板３０１と載置面３０５ａとの間における中央付近領域にまで達し、中央付近の残留静電吸着力も取り除かれて、基板３０１が載置面３０５ａから離脱する（ステップＳ２９、時間Ｔ５）。
本実施形態のプラズマ処理装置３１０によれば、基板保持装置３１２の載置台３０５の載置面３０５ａに内蔵されているＥＳＣ３３０が、同心円状に配置された環状かつ帯状の複数の双極電極３３１、３３２により構成されていることにより、基板３０１の中心を基準として偏りのない静電吸着力を発生することができ、安定した基板の静電吸着保持を行うことができる。
さらに、載置面３０５ａにおいて、同心円の中心側に配置される第２双極電極３３２に対して第２双極電極用電源３３４から印加される電圧が、外周側に配置される第１双極電極３３１に対して第１双極電極用電源３３３から印加される電圧よりも小さくなるように、それぞれの印加電圧の大きさが制御されることにより、基板３０１の中央付近領域にて生じる静電吸着力を、基板３０１の外縁付近領域にて生じる静電吸着力よりも小さくすることができる。載置面３０５ａ上に載置された基板３０１は、外縁付近領域にてそれぞれの突き上げピン３２１により突き上げられるため、基板３０１の外縁付近領域では、比較的容易に載置面３０５ａからの局所的な離脱を行うことができる。さらに、外縁付近領域にて局所的に離脱された基板３０１に対しては、基板３０１と載置面３０５ａとの間に、除電プラズマＰを接触的に導くことができるため、基板３０１の外縁から中央付近領域に向けて基板３０１の離脱範囲を拡げることができる。特に、本実施形態のように、基板３０１の中央付近領域の静電吸着力を比較的小さく制御していることにより、このような除電プラズマＰの導入による離脱効果を効果的に得ることができる。それとともに、それぞれの突き上げピン３２１による基板３０１の外縁付近領域の突き上げ動作によって基板３０１が離脱する範囲を、基板３０１の中央付近領域に向けて拡大することができる。
したがって、通常のシリコンウェハよりも残留静電吸着力が高いという特徴を有するガラス貼付構造の基板３０１に対して、損傷や位置ずれを生じさせることなく、載置面３０５ａからの安定した離脱を行うことができる。
また、基板３０１はガラス貼り付け構造を有しているため、反りやたわみが生じているような場合もある。そのため、載置面３０５ａに基板３０１を載置して静電吸着力を付与する際に、比較的高い電圧（プラズマ処理中において印加される電圧と比して高い電圧）を、それぞれの双極電極３３１、３３２に印加することにより、比較的高い静電吸着力を発生させて、基板３０１の反りやたわみを矯正して取り除くことができる。このような反りやたわみの矯正を行った後、基板３０１の保持のために必要な程度にまで印加電圧を下げるとともに、基板３０１の中央付近領域と外縁付近領域にて付与される静電吸着力を個別に制御することにより、載置面３０５ａへの基板３０１の確実な保持（反りやたわみが矯正された状態での保持）を実現しながら、残留静電吸着力を低減させて、載置面からの基板の安定した離脱を行うことができる。
このようなプラズマ処理装置３１０では、プラズマ処理の際に、基板３０１と載置面３０５ａとを冷却することを目的として、載置面３０５ａと基板３０１との間にＨｅガスが供給されるように構成される。そのため、載置面３０５ａには、Ｈｅガスを流す、あるいは留めておくための凹部３０５ｂが形成されている。このような載置面３０５ａに形成された凹部３０５ｂとの関係から、図３２に示すように、平面視にて凹部３０５ｂの溝部内に突き上げピン３２１を配置することが好ましい。また、プラズマ処理中のＨｅガスによる基板３０１の冷却中は、凹部３０５ｂ内をＨｅガスが流れ易いように突き上げピン３２１の先端高さを凹部３０５ｂの底部以下とすることが望ましい。このような突き上げピンの配置を採用することにより、Ｈｅガスの漏洩量を低減させることができる。なお、この凹部３０５ｂは、例えば深さｄが１００μｍにて形成される。
また、このようにプラズマ処理の際にＨｅガスが用いられるため、基板３０１の縁部と載置面３０５ａとの間からは、Ｈｅガスが漏洩しないように（あるいは漏洩量を少なくするように）、静電吸着力により確実な保持を行うことが好ましい。そのため、本第４実施形態では、図２７に示すように、載置面３０５ａの最外周に第１双極電極３３１の第１正極部３３１ａを配置している。プラズマ処理中では基板３０１はマイナスに帯電する為、正極部の方が基板３０１とＥＳＣ電極の電位差が大きくなるので、正極部にて生じる静電吸着力は、負極部にて生じる静電吸着力よりも大きいため、第１双極電極３３１にて第１負極部３３１ｂよりも外周側に第１正極部３３１ａを配置することにより、基板３０１の外縁をより確実に保持することができる。
本第４実施形態では、載置面３０５ａにおいて外周側に配置されている第１双極電極３３１に対して第１双極電極用電源３３３により電圧を印加し、中心側に配置されている第２双極電極３３２に対して第２双極電極用電源３３４により電圧を印加して、それぞれの双極電極３３１、３３２に印加される電圧を制御するような場合について説明したが、本実施形態はこのような場合についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、１台の共通の双極電極用電源を用いて、この共通の電源からの電圧を分岐して、それぞれの双極電極に電圧を印加して、分岐比率を可変することにより印加される電圧を可変させるような構成を採用することもできる。具体的には、図３５の模式図に示すＥＳＣ４３０のように、１台の双極電極用電源４３３を用いて、第１双極電極３３１の第１正極部３３１ａおよび第１負極部３３１ｂと、第２双極電極３３２の第２正極部３３２ａおよび第２負極部３３２ｂとに、電源４３３からの回路を分岐して、第２双極電極３３２への回路の途中に、第２双極電極３３２に印加される電圧を、第１双極電極３３１に印加される電圧とは異なるように制御可能な分岐比率調整部４３４を設けるような構成を採用することもできる。このように共通の電源４３３を用いれば、装置コストを低減することができる。
また、載置面３０５ａの外縁付近領域と中央付近領域とで発生される静電吸着力の大きさを相違させるように制御する手段は、第１双極電極３３１と第２双極電極３３２とに印加される電圧の大きさを異ならせる手段のみに限られるものではない。このような手段に代えて、例えば、載置面３０５ａの外周側に配置される第１双極電極の面積を大きくし、中心側に配置される第２双極電極の面積を小さくすることにより、中心側の静電吸着力を外周側の静電吸着力よりも小さくすることができる。また、各々の双極電極から載置面３０５ａまでの距離を相違させることによっても静電吸着力の大きさを異ならせることができる。具体的には、第２双極電極から載置面３０５ａまでの距離を、第１双極電極から載置面３０５ａまでの距離よりも遠くすることにより、中心側の静電吸着力を外周側の静電吸着力よりも小さくすることができる。これらの手段の中では、内外における静電吸着力を所望の大きさに可変できるという点において、印加電圧の大きさを可変させる手段が利点を有する。
上記第４実施形態では、同心円上に配置された複数の突き上げピン３２１が一体的に上昇されて基板３０１の外縁付近領域に対し突き上げる方法が用いられる場合を例として説明したが、このような突き上げピン３２１の動作制御方法としては、様々な方法を適用することができる。例えば、突き上げ装置３２０に突き上げピン３２１による基板３０１の突き上げに伴って生じる荷重を検出するロードセルを備えさせて、ロードセルにより検出された荷重の大きさに基づいて、突き上げピン３２１による突き上げストロークや動作回数を制御することもできる。また、このようなロードセルにより検出される荷重に基づいて、基板３０１が載置面３０５ａから離脱したことを検出することもできる。また、突き上げピンの配置は、１つの同心円上に配置される場合のみに限られず、複数の同心円上に分けて配置されるような構成を採用することもできる。
また、上記第４実施形態では、円形状の基板を前提として、それぞれの双極電極が、同心円上に配置された環状あるいは円状の電極であるような場合について説明したが、双極電極の形状としては、その他様々な形態を採用することができる。例えば、基板の載置面への保持、離脱、およびプラズマ処理品質に問題が生じなければ、双極電極の形態として、三角形状や四角形状などの多角形状の形態が採用されるような場合であってもよい。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。例えば、上記第４実施形態のＥＳＣの構成を、上記第１〜第３実施形態のプラズマ処理装置の構成に組み合わせて採用することもできる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
２００８年５月３０日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００８−１４２３３８号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容、２００８年５月３０日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００８−１４２３４１号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容、２００８年８月１２日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００８−２０７６９４号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容、および２００９年３月１１日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００９−０５８３７５号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
本発明の第１態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面の基板配置領域に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを昇降させる第１突き上げ装置と、
載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを昇降させる第２突き上げ装置と、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、第２突き上げ装置の複数の第２突き上げピンの上昇動作を開始させて、載置面の基板配置領域の内側領域にて基板を突き上げるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とを備える、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第２態様によれば、第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力、および第２突き上げ装置の複数の第２突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部をさらに備え、
制御装置は、プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、第１突き上げ装置の第１突き上げピンまたは第２突き上げ装置の第２突き上げピンを上昇させて基板の突き上げ動作を行う際に、第１または第２突き上げピンを上昇させて基板を載置面から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突き上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、第１または第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第６態様によれば、絶縁体を含む基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
プラズマ処理容器内に配置された電極に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置と、
を備え、
基板保持装置は、
電圧印加により静電吸着力を発生させて、載置面に載置された基板を保持する静電チャックと、
静電チャックへ電圧を印加する静電チャック用電源と、
静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を制御して、発生される静電吸着力の大きさを制御する電圧制御装置とを備え、
電圧制御装置は、静電チャック用電源から静電チャックへ第１電圧を印加させて、基板の反りを矯正しながら載置面に基板を保持させ、その後、静電チャック用電源から静電チャックへの印加電圧を第１電圧から第２電圧に低下させて、反りが矯正された状態の基板の保持を継続させ、高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加が開始された後、プラズマ処理中に高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により発生される静電吸着力を減少させるように、静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を段階的に減少させる、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、載置面に配置された基板の少なくとも外周縁部を、載置面から上方に直接的または間接的に持ち上げるように、複数の突き上げピンを昇降させて基板を突き上げる突き上げ装置と、
突き上げ装置の複数の突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部と、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突き上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とをさらに備える、第６態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第１１態様によれば、絶縁体を含む基板に対するプラズマ処理方法であって、
基板保持装置の載置面に基板を載置し、
載置面内に内蔵された静電チャックへ第１電圧を印加して電圧印加により生じる静電吸着力により基板の反りを矯正しながら基板を保持し、
その後、静電チャックへの印加電圧を第１電圧から第２電圧に低下させて、反りが矯正された状態の基板の保持を継続し、
その後、電極への高周波電圧の印加を開始して、保持された基板に対してプラズマ処理を行うとともに、高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力を減少させるように、静電チャックへの電圧の印加量を段階的に減少させて、基板の保持を継続する、プラズマ処理方法を提供する。
本発明の第１態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面の基板配置領域に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを昇降させる第１突き上げ装置と、
載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを昇降させる第２突き上げ装置と、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、第２突き上げ装置の複数の第２突き上げピンの上昇動作を開始させて、載置面の基板配置領域の内側領域にて基板を突き上げるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置と、
第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力、および第２突き上げ装置の複数の第２突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部とを備え、
制御装置は、プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、第１突き上げ装置の第１突き上げピンまたは第２突き上げ装置の第２突き上げピンを上昇させて基板の突き上げ動作を行う際に、第１または第２突き上げピンを上昇させて基板を載置面から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突き上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、第１または第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第２態様によれば、基板保持装置による静電吸着を解除した後の基板と載置面との間の残留静電吸着力を除去するための除電プラズマを発生する除電プラズマ発生部をさらに備え、
制御装置は、除電プラズマ発生部によりプラズマ処理容器内に除電プラズマを発生させた状態にて、第１突き上げ装置の複数の第１突き上げピンの上昇動作を制御することにより基板配置領域の少なくとも外側領域からの基板の離脱動作を行い、基板の外周縁部と基板配置領域の外周領域との間に除電プラズマを進入させることにより、残留静電吸着力を低減させる、第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、基板保持装置は、
基板が載置される載置面を有する載置部材と、
載置部材の内部に配置され、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、
載置部材の内部に配置され、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極と、
第１双極電極および第２双極電極に対して電圧を印加して、第１双極電極および第２双極電極から、載置面上に載置された基板に対して静電吸着力を発生させる静電吸着用電源とを備え、
基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われる、第１態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
プラズマ処理容器内に配置された電極に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置と、
を備え、
基板保持装置は、
電圧印加により静電吸着力を発生させて、載置面に載置された基板を保持する静電チャックと、
静電チャックへ電圧を印加する静電チャック用電源と、
静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を制御して、発生される静電吸着力の大きさを制御する電圧制御装置とを備え、
電圧制御装置は、静電チャック用電源から静電チャックへ基板の反りを矯正できるような第１電圧を印加させて、静電吸着力により基板の反りを矯正しながら載置面に基板を保持させ、その後、静電チャック用電源から静電チャックへの印加電圧を第１電圧から第２電圧に低下させて、反りが矯正された状態の基板の保持を継続させ、その後、高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加を開始し、その後、プラズマ処理中に高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により発生される静電吸着力を減少させるように、静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を段階的に減少させる、プラズマ処理装置を提供する。
本発明の第５態様によれば、載置面に配置された基板の少なくとも外周縁部を、載置面から上方に直接的または間接的に持ち上げるように、複数の突き上げピンを昇降させて基板を突き上げる突き上げ装置と、
突き上げ装置の複数の突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部と、
プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突き上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とをさらに備える、第４態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第６態様によれば、突き上げ装置は、
載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを、昇降させる第１突き上げ装置と、
載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを、昇降させる第２突き上げ装置と、を備え、
制御装置は、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、複数の第１突き上げピンを上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、複数の第２突き上げピンの上昇によるステップ上昇動作を開始させるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、第５態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、基板保持装置は、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極とを静電チャックとして備え、
電圧制御装置は、基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われるように、静電チャック用電源より第１双極電極および第２双極電極への電圧の印加量を制御する、第５態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、絶縁板を含む基板に対するプラズマ処理方法であって、
基板保持装置の載置面に基板を載置し、
載置面内に内蔵された静電チャックへ基板の反りを矯正できるような第１電圧を印加して電圧印加により生じる静電吸着力により基板の反りを矯正しながら基板を保持し、
その後、静電チャックへの印加電圧を第１電圧から第２電圧に低下させて、反りが矯正された状態の基板の保持を継続し、
その後、電極への高周波電圧の印加を開始して、保持された基板に対してプラズマ処理を行うとともに、高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力を減少させるように、静電チャックへの電圧の印加量を段階的に減少させて、基板の保持を継続する、プラズマ処理方法を提供する。

Claims (13)

  1. 基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
    プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面の基板配置領域に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
    載置面に配置された基板の少なくとも外周縁部を、載置面から上方に直接的または間接的に持ち上げるように、複数の突き上げピンを昇降させて基板を突き上げる突き上げ装置と、
    突き上げ装置の複数の突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部と、を備え、
    プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とを備える、プラズマ処理装置。
  2. 厚み方向に貫通する基板収容孔が設けられ、基板収容孔内に配置された基板の下面の外周縁部を支持する基板支持部を有するトレイに支持されたウェハを、トレイとともに基板保持装置の載置面に配置して、載置面の周囲に位置するトレイの配置領域にトレイを配置させるとともに、載置面内にてトレイの配置領域よりも突出して形成された基板配置領域にウェハを直接保持させ、このウェハを上記基板として、プラズマ処理容器にてプラズマ処理が行われ、
    突き上げ装置において、載置面のトレイの配置領域に、複数の突き上げピンが、載置面より突出可能に配置されており、
    制御装置は、複数の突き上げピンにより、トレイを突き上げて、トレイの基板支持部を介して、ウェハの外周縁部が載置面内の基板配置領域より持ち上げられるように、ステップ上昇動作を実施する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板を上記基板として、プラズマ処理容器にてプラズマ処理が行われる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 基板保持装置による静電吸着を解除した後の基板と載置面との間の残留静電吸着力を除去するための除電プラズマを発生する除電プラズマ発生部をさらに備え、
    制御装置は、除電プラズマ発生部によりプラズマ処理容器内に除電プラズマを発生させた状態にて、複数の突き上げピンの上昇動作を制御することにより基板配置領域の少なくとも外側領域からの基板の離脱動作を行い、基板の外周縁部と基板配置領域の外周領域との間に除電プラズマを進入させることにより、残留静電吸着力を低減させる、請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 突き上げ装置は、
    載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを、一体的に昇降させる第１突き上げ装置と、
    載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを、一体的に昇降させる第２突き上げ装置と、を備え、
    制御装置は、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、複数の第１突き上げピンを一体的に上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、複数の第２突き上げピンの一体的な上昇によるステップ上昇動作を開始させるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  6. 基板保持装置は、
    基板が載置される載置面を有する載置部材と、
    載置部材の内部に配置され、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、
    載置部材の内部に配置され、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極と、
    第１双極電極および第２双極電極に対して電圧を印加して、第１双極電極および第２双極電極から、載置面上に載置された基板に対して静電吸着力を発生させる静電吸着用電源とを備え、
    基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われる、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  7. ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理容器と、
    プラズマ処理容器内に設けられた基板の載置面を有し、載置面に載置された基板に対して静電吸着により保持を行う基板保持装置と、
    プラズマ処理容器内に配置された電極に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加装置と、
    を備え、
    基板保持装置は、
    電圧印加により静電吸着力を発生させて、載置面に載置された基板を保持する静電チャックと、
    静電チャックへ電圧を印加する静電チャック用電源と、
    静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を制御して、発生される静電吸着力の大きさを制御する電圧制御装置とを備え、
    電圧制御装置は、プラズマ処理中に高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により発生される静電吸着力を減少させるように、静電チャック用電源からの静電チャックへの電圧の印加量を制御する、プラズマ処理装置。
  8. 電圧制御装置は、高周波電圧印加装置による電極への高周波電圧の印加が開始された後、静電チャックへの電圧の印加量を減少させる、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 載置面に配置された基板の少なくとも外周縁部を、載置面から上方に直接的または間接的に持ち上げるように、複数の突き上げピンを昇降させて基板を突き上げる突き上げ装置と、
    突き上げ装置の複数の突き上げピンによる基板の突き上げの際に生じる突き上げ力を検出する突き上げ力検出部と、
    プラズマ処理の完了後、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、突き上げ装置の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力検出部により突き上げ力の検出を行わせて、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇を停止させ、その後、突き上げ力検出部により検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンを上昇させるという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇後の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続させるように、突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う制御装置とをさらに備える、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  10. 突き上げ装置は、
    載置面の基板配置領域の外側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第１突き上げピンを、一体的に昇降させる第１突き上げ装置と、
    載置面の基板配置領域の内側領域に配置され、かつ載置面より突出可能に配置された複数の第２突き上げピンを、一体的に昇降させる第２突き上げ装置と、を備え、
    制御装置は、基板保持装置による基板の静電吸着停止時に、複数の第１突き上げピンを一体的に上昇させて、載置面の基板配置領域の外側領域より基板を離脱させた後、複数の第２突き上げピンの一体的な上昇によるステップ上昇動作を開始させるように、第１突き上げ装置および第２突き上げ装置の動作タイミングの制御を行う、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 基板保持装置は、環状かつ帯状に形成された第１双極電極と、第１双極電極よりも内側にて第１双極電極と同心円状に配置された環状かつ帯状に形成された第２双極電極とを静電チャックとして備え、
    電圧制御装置は、基板に対するプラズマ処理中において、第２双極電極により基板に対して付与される静電吸着力が、第１双極電極により基板に対して付与される静電吸着力よりも、少なくとも相対的に低い状態にて、載置面上での基板の保持が行われるように、静電チャック用電源より第１双極電極および第２双極電極への電圧の印加量を制御する、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  12. 基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
    基板保持装置の載置面に基板を載置するとともに、静電吸着により載置面に基板を保持し、
    静電吸着によって保持された基板に対してプラズマ処理を行い、
    プラズマ処理の完了後、静電吸着を停止し、
    その後、基板保持装置の載置面より複数の突き上げピンを上昇させて、基板の外周縁部を載置面の基板配置領域から上方に持ち上げるとともに、突き上げ力の検出を行い、検出閾値が検出されたら突き上げピンの上昇動作を停止し、その後、検出される突き上げ力が検知閾値よりも減少した場合は、突き上げピンの上昇動作を再開するという突上げピンの上昇と停止とを複数回繰り返して実施するステップ上昇動作を開始し、
    ステップ上昇動作において、突き上げピンの上昇動作の停止時に、載置面の基板配置領域からの基板の離脱完了の検知を行い、離脱完了していない場合にはステップ上昇動作を継続して、載置面の基板配置領域より基板を離脱させる、プラズマ処理方法。
  13. ガラス板にウェハが貼り合わせられたガラス貼り合わせ基板に対するプラズマ処理方法であって、
    基板保持装置の載置面に基板を載置し、
    載置面内に内蔵された静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力により基板を保持し、
    その後、電極への高周波電圧の印加を開始して、保持された基板に対してプラズマ処理を行うとともに、高周波電圧の印加により基板に対して生じる残留静電吸着力の増加量に応じて、静電チャックへの電圧印加により生じる静電吸着力を減少させるように、静電チャックへの電圧の印加量を減少させて、基板の保持を継続する、プラズマ処理方法。
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