(57)【要約】【課題】被処理基板の温度均一性や温度制御応答性が高く、かつ十分な温度制御性を得ることができる基板載置台を提供すること。【解決手段】基板処理装置において基板を載置する基板載置台４であって、載置台本体を構成する静電チャック４２と、静電チャック４２の基準面６０に、ウエハＷが載置された際にウエハの周縁部に接触するように形成され、その際にウエハＷの下方部分に熱伝達用ガスが充填される密閉空間６２を形成する周縁環状凸部６１と、基準面６０における周縁環状凸部６１の内側部分に、ウエハＷが載置された際にウエハＷと接触するように設けられた複数の第１突起部６３と、基準面６０における周縁環状凸部６１の内側部分に、第１突起部６３と独立して、ウエハＷが載置された際にウエハＷに接触せずに近接して設けられた複数の第２突起部６４とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、
載置台本体と、
前記載置台本体の基板載置側の基準面に、基板が載置された際に基板の周縁部に接触するように形成され、その際に基板の下方部分に熱伝達用ガスが充填される密閉空間を形成する周縁環状凸部と、
前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分に、基板が載置された際に基板と接触するように設けられた複数の第１突起部と、
前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分に、前記第１突起部と独立して、基板が載置された際に基板に接触せずに近接して設けられた複数の第２突起部と
を有することを特徴とする基板載置台。
【請求項２】
前記第２突起部と前記載置された基板との間の距離は略５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の基板載置台。
【請求項３】
前記第１突起部の前記載置された基板との接触面積および前記第２突起部の前記載置された基板との対向面の面積は、いずれも略０．８ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板載置台。
【請求項４】
前記第１突起部および前記第２突起部は円柱形状を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項５】
前記第１突起部および前記第２突起部の直径が略１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の基板載置台。
【請求項６】
前記第１突起部の前記載置された基板と接触する面積の総和は、前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分の面積に対して、略０．０４〜５％の面積比率であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項７】
前記第１突起部は、前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分全面に均一に形成されることを特徴とする請求項６に記載の基板載置台。
【請求項８】
前記第２突起部の前記載置された基板と対向する面積の総和は、前記基準面の第２突起部が形成される領域の面積に対して、略１５％以上の面積比率であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項９】
前記第２突起部は、前記載置された基板の温度分布に応じて前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分に所定の分布で形成されることを特徴とする請求項８に記載の基板載置台。
【請求項１０】
前記周縁環状凸部および前記第１突起部の前記基準面からの高さは、略３０μｍであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１１】
前記基準面の前記周縁環状凸部の内側に設けられ、基板が載置された際に基板と接触して前記密閉空間を内側部分と外側部分に分離する内側環状凸部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１２】
前記内側環状凸部を、第１の内側環状凸部と、該第１の内側環状凸部に近接して設けられた第２の内側環状凸部と、を有する二重構造にしたことを特徴とする請求項１１に記載の基板載置台。
【請求項１３】
前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分と外側部分とに、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設けるとともに、
前記第１の内側環状凸部と前記第２の内側環状凸部との間隙に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設けたことを特徴とする請求項１２に記載の基板載置台。
【請求項１４】
前記内側環状凸部は、互いに近接して設けられた第１の環状壁および第２の環状壁と、これら第１の環状壁と第２の環状壁との間に形成された環状の凹部と、を有していることを特徴とする請求項１１に記載の基板載置台。
【請求項１５】
前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分と外側部分とに、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設けるとともに、
前記環状の凹部内に熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設けたことを特徴とする請求項１４に記載の基板載置台。
【請求項１６】
前記内側環状凸部と前記周縁環状凸部との間に同心円状に複数の中間環状凸部を配備したことを特徴とする請求項１１に記載の基板載置台。
【請求項１７】
前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設けるとともに、
前記同心円状に形成された複数の中間環状凸部の間に形成される複数の間隙に、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設けたことを特徴とする請求項１４に記載の基板載置台。
【請求項１８】
前記載置台本体は、静電気力を用いて基板を吸着する静電チャックを有することを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１９】
基板を収容し、内部が減圧保持される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板が載置され、請求項１から請求項１８のいずれかに記載された構成を有する基板載置台と、
前記処理室内で基板に所定の処理を施す処理機構と、
前記基板載置台と基板との間に形成された前記密閉空間に熱伝達用ガスを供給する熱伝達用ガス供給機構と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２０】
前記熱伝達用ガス供給機構から供給される熱伝達用ガスの圧力を制御する制御機構を有することを特徴とする請求項１９に記載の基板処理装置。
【請求項２１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の基板載置台を用いて基板の温度を制御する基板の温度制御方法であって、
前記基板載置台と基板との間に形成された前記密閉空間に導入する熱伝達用ガスの圧力を制御することにより、基板の温度を制御することを特徴とする基板の温度制御方法。
【請求項２２】
請求項１１に記載の基板載置台を用いて基板の温度を制御する基板の温度制御方法であって、
前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分と外側部分とに、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設け、前記密閉空間の内側部分と外側部分とを独立的に圧力制御することにより、基板の温度を制御することを特徴とする基板の温度制御方法。
【請求項２３】
前記内側環状凸部を、第１の内側環状凸部と、該第１の内側環状凸部に近接して設けられた第２の内側環状凸部と、を有する二重構造とし、
前記第１の内側環状凸部と前記第２の内側環状凸部との間隙に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設け、前記間隙内の圧力を、前記密閉空間の内側部分および外側部分よりも低く制御するようにしたことを特徴とする請求項２２に記載の基板の温度制御方法。
【請求項２４】
前記内側環状凸部は、互いに近接して設けられた第１の環状壁および第２の環状壁と、これら第１の環状壁と第２の環状壁との間に形成された環状の凹部と、を有するものとし、
前記環状の凹部内に熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設け、該凹部内の圧力を、前記密閉空間の内側部分および外側部分よりも低く制御するようにしたことを特徴とする請求項２２に記載の基板の温度制御方法。
【請求項２５】
請求項１１に記載の基板載置台を用いて基板の温度を制御する基板の温度制御方法であって、
前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設け、前記密閉空間の内側部分を圧力制御するとともに、
前記内側環状凸部と前記周縁環状凸部との間に同心円状に複数の中間環状凸部を配備し、該複数の中間環状凸部の間に形成される複数の間隙に、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設け、該複数の間隙内の圧力を、それぞれ独立して制御することにより、基板の温度を制御することを特徴とする基板の温度制御方法。
【請求項２６】
基板を収容し、内部が減圧保持される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板が載置される基板載置台と、
前記処理室内で基板に所定の処理を施す処理機構と、
前記基板載置台と基板との間に形成された前記密閉空間に熱伝達用ガスを供給する熱伝達用ガス供給機構と、
請求項２１から請求項２５のいずれか１項に記載された基板の温度制御方法が行なわれるように前記基板載置台を制御する制御部と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２７】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項２１から請求項２５のいずれか１項に記載された基板の温度制御方法が行なわれるように前記基板載置台を制御するものであることを特徴とする、制御プログラム。
【請求項２８】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項２１から請求項２５のいずれか１項に記載された基板の温度制御方法が行なわれるように前記基板載置台を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を載置する基板載置台、基板載置台に載置された基板に対してドライエッチング等の処理を施す基板処理装置、および基板載置台に載置された基板の温度を制御する基板の温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、ドライエッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
例えば、プラズマエッチング処理においては、チャンバー内に半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）を載置する載置台を設け、この載置台の上部を構成する静電チャックによりウエハを静電吸着して保持し、処理ガスのプラズマを形成してウエハに対してプラズマエッチング処理を施す。
【０００４】
このような処理の際には、被処理基板であるウエハを所望の温度に制御する必要があり、そのために載置台内に冷媒流路を設けるとともに、ウエハが載置される載置台とウエハ裏面との間にＨｅガス等の熱伝達用ガスを導入してその圧力を変化させることによりウエハの温度制御を行っている。
【０００５】
一方、このように熱伝達用のガスを用いてウエハの温度制御を行う際に、吸着面に複数の突起を設け、その高さと熱伝達用のガス圧力とを制御することにより被処理基板の温度を自在に制御する技術が知られている（特許文献１）。
【０００６】
また、このような突起の高さを１〜１０μｍに制御し、突起の接触面積の合計値を載置台表面積の１％以下とすることで、被処理基板であるウエハの温度制御性を良好にする技術も知られている（特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、２の技術では、突起の高さが小さい場合には、熱伝達用のＨｅガスが均一に行き渡り難くなって被処理基板の温度制御応答性や均一性を保ち難くなり、これを防止するために突起を高くすると、被処理基板の温度を広い温度範囲にわたって制御する温度制御性が低くなるという問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−３１７７６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、被処理基板の温度均一性や温度制御応答性が高く、かつ十分な温度制御性を得ることができる基板載置台、そのような載置台を用いた基板処理装置、および基板の温度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、載置台本体と、前記載置台本体の基板載置側の基準面に、基板が載置された際に基板の周縁部に接触するように形成され、その際に基板の下方部分に熱伝達用ガスが充填される密閉空間を形成する周縁環状凸部と、前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分に、基板が載置された際に基板と接触するように設けられた複数の第１突起部と、前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分に、前記第１突起部と独立して、基板が載置された際に基板に接触せずに近接して設けられた複数の第２突起部とを有することを特徴とする基板載置台を提供する。
【００１０】
この場合に、前記第２突起部と前記載置された基板との間の距離は略５μｍ以下であることが好ましい。また、前記第１突起部の前記載置された基板との接触面積および前記第２突起部の前記載置された基板との対向面の面積は、いずれも略０．８ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００１１】
また、前記第１突起部および前記第２突起部は円柱形状を有するものとすることができる。この場合に、前記第１突起部および前記第２突起部の直径が略１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
前記第１突起部の前記載置された基板と接触する面積の総和は、前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分の面積に対して、略０．０４〜５％の面積比率であることが好ましい。この場合に、前記第１突起部は、前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分全面に均一に形成されることが好ましい。
【００１３】
前記第２突起部の前記載置された基板と対向する面積の総和は、前記基準面の第２突起部が形成される領域の面積に対して、略１５％以上の面積比率であることが好ましい。この場合に、前記第２突起部は、前記載置された基板の温度分布に応じて前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分に所定の分布で形成されることが好ましい。
【００１４】
前記周縁環状凸部および前記第１突起部の前記基準面からの高さは、略３０μｍであることが好ましい。
【００１５】
また、前記基準面の前記周縁環状凸部の内側に設けられ、基板が載置された際に基板と接触して前記密閉空間を内側部分と外側部分に分離する内側環状凸部をさらに有することが好ましい。
この場合、前記内側環状凸部を、第１の内側環状凸部と、該第１の内側環状凸部に近接して設けられた第２の内側環状凸部と、を有する二重構造にすることが好ましい。この場合、前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分と外側部分とに、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設けるとともに、前記第１の内側環状凸部と前記第２の内側環状凸部との間隙に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設けることがより好ましい。
【００１６】
また、前記内側環状凸部は、互いに近接して設けられた第１の環状壁および第２の環状壁と、これら第１の環状壁と第２の環状壁との間に形成された環状の凹部と、を有していることが好ましい。この場合、前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分と外側部分とに、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設けるとともに、前記環状の凹部内に熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設けることがより好ましい。
【００１７】
また、前記内側環状凸部と前記周縁環状凸部との間に同心円状に複数の中間環状凸部を配備することが好ましい。この場合、前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設けるとともに、前記同心円状に形成された複数の中間環状凸部の間に形成される複数の間隙に、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設けることが好ましい。
【００１８】
さらに、前記載置台本体は、静電気力を用いて基板を吸着する静電チャックを有するものとすることができる。
【００１９】
本発明の第２の観点では、基板を収容し、内部が減圧保持される処理室と、前記処理室内に設けられ、前記基板が載置され、上記いずれかの構成を有する基板載置台と、前記処理室内で基板に所定の処理を施す処理機構と、前記基板載置台と基板との間に形成された前記密閉空間に熱伝達用ガスを供給する熱伝達用ガス供給機構とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００２０】
この場合に、前記熱伝達用ガス供給機構から供給される熱伝達用ガスの圧力を制御する制御機構をさらに有することが好ましい。
【００２１】
本発明の第３の観点では、上記いずれかの構成の基板載置台を用いて基板の温度を制御する基板の温度制御方法であって、前記基板載置台と基板との間に形成された前記密閉空間に導入する熱伝達用ガスの圧力を制御することにより、基板の温度を制御することを特徴とする基板の温度制御方法を提供する。
【００２２】
ここで、前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分と外側部分とに、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設け、前記密閉空間の内側部分と外側部分とを独立的に圧力制御することにより、基板の温度を制御することが好ましい。
【００２３】
この場合に、前記内側環状凸部を、第１の内側環状凸部と、該第１の内側環状凸部に近接して設けられた第２の内側環状凸部と、を有する二重構造とし、
前記第１の内側環状凸部と前記第２の内側環状凸部との間隙に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設け、前記間隙内の圧力を、前記密閉空間の内側部分および外側部分よりも低く制御することが好ましい。
【００２４】
また、前記内側環状凸部を、互いに近接して設けられた第１の環状壁および第２の環状壁と、これら第１の環状壁と第２の環状壁との間に形成された環状の凹部と、を有するものとし、
前記環状の凹部内に熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設け、該凹部内の圧力を、前記密閉空間の内側部分および外側部分よりも低く制御することが好ましい。
【００２５】
さらに、前記内側環状凸部により分離される前記密閉空間の内側部分に、熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部を設け、前記密閉空間の内側部分を圧力制御するとともに、
前記内側環状凸部と前記周縁環状凸部との間に同心円状に複数の中間環状凸部を配備し、該複数の中間環状凸部の間に形成される複数の間隙に、それぞれ熱伝達用ガスを導入する熱伝達用ガス導入部をさらに設け、該複数の間隙内の圧力を、それぞれ独立して制御することにより、基板の温度を制御することが好ましい。
【００２６】
本発明の第４の観点では、基板を収容し、内部が減圧保持される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板が載置される基板載置台と、
前記処理室内で基板に所定の処理を施す処理機構と、
前記基板載置台と基板との間に形成された前記密閉空間に熱伝達用ガスを供給する熱伝達用ガス供給機構と、
上記いずれかの基板の温度制御方法が行なわれるように前記基板載置台を制御する制御部と
を具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００２７】
また、本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記いずれかの基板の温度制御方法が行なわれるように前記基板載置台を制御するものであることを特徴とする、制御プログラムを提供する。
【００２８】
また、本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記いずれかの基板の温度制御方法が行なわれるように前記基板載置台を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、載置台本体の基板載置側の基準面に、基板が載置された際に基板の周縁部に接触するように周縁環状凸部を形成して基板の下方部分に密閉空間を形成し、基準面における周縁環状凸部の内側部分に、基板が載置された際に基板と接触するように複数の第１突起部を設けて基板を支持し、密閉空間内にＨｅガス等の熱伝達ガスを導入して基板の温度制御を行う際に、前記基準面における前記周縁環状凸部の内側部分に、前記第１突起部と独立して、基板が載置された際に基板に接触せずに近接して複数の第２突起部を設けるので、密閉空間を熱伝達用ガスの均一性を損なわない高さに維持しつつ、第２突起部により良好な温度制御性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添附図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
ここでは、本発明に係る基板載置台をプラズマ処理装置に適用した例について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るウエハ載置台が設けられたプラズマ処理装置を示す断面図、図２は本発明の一実施形態に係るウエハ載置台の主要部を拡大して示す断面図である。
【００３１】
このプラズマ処理装置１は、電極板が上下平行に対向し、これらの間に形成された高周波電界により容量結合プラズマが形成される平行平板エッチング装置として構成されている。
【００３２】
このエッチング処理装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有している。チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁部材３を介して、被処理基板である半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」と記す）Ｗを載置する本実施形態のウエハ載置台４が設けられている。本実施形態においては、このウエハ載置台４は後述するように下部電極として機能する。
【００３３】
ウエハ載置台４の上方には、このウエハ載置台４と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は、ウエハ載置台４との対向面を構成するとともに多数の吐出孔１２を有する電極板１１と、この電極板１１を支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極板支持体１３とによって構成されている。電極板支持体１３内にはガス拡散空間１３ａが形成されている。
【００３４】
このシャワーヘッド１０とチャンバー２の側壁の間にはリング状に絶縁材１５が設けられている。この絶縁材１５はチャンバー２の側壁に取り付けられている。また、絶縁材１５の下端には、その周囲に沿って内側に延びる絶縁性の支持部材１６が取り付けられており、シャワーヘッド１０は、支持部材１６により支持されている。なお、シャワーヘッド１０とウエハ載置台４とは、例えば１０〜６０ｍｍ程度離間している。
【００３５】
前記シャワーヘッド１０における電極板支持体１３にはガス拡散空間１３ａに至るガス導入口１８が設けられ、このガス導入口１８にはガス供給管１９の一端が接続されており、ガス供給管１９の他端は処理ガス供給源２０に接続されている。そして、処理ガス供給源２０からガス供給管１９を介してエッチングのための処理ガスがシャワーヘッド１０へ供給され、電極板支持体１３のガス拡散空間１３ａを経て吐出孔１２からウエハＷ上へ吐出されるようになっている。ガス供給管１９には、バルブ２１およびマスフローコントローラ２２が設けられている。
【００３６】
処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）やハイドロフロロカーボンガス（ＣｐＨｑＦｒ）のようなハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスやＮ２ガス、Ｏ２ガス等を添加してもよい。
【００３７】
チャンバー２の底部には排気管２５が接続されており、この排気管２５には排気装置２６が接続されている。排気装置２６はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはゲートバルブ２７が設けられており、このゲートバルブ２７を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００３８】
シャワーヘッド１０には、整合器３１を介して第１の高周波電源３０が接続されており、その際の給電はシャワーヘッド１０における電極板支持体１３の上面中央部に接続された給電棒３３により行われる。また、シャワーヘッド１０にはローパスフィルター（ＬＰＦ）３５が接続されている。この第１の高周波電源３０から高周波電力が供給されることにより、ウエハＷの上部電極であるシャワーヘッド１０と下部電極であるウエハ載置台４との間に高周波電界が形成され、処理ガスのプラズマが生成される。この第１の高周波電源３０は、例えば２７ＭＨｚ以上の周波数を有しており、具体例として６０ＭＨｚが用いられる。このように比較的高い周波数を印加することによりチャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ、低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。
【００３９】
本実施形態に係るウエハ載置台４は、略円柱状をなしており、絶縁部材３の上に設けられた金属製の電極板４１と、電極板４１の上に設けられた静電チャック４２とを有している。静電チャック４２は電極板４１よりも小径であり、電極板４１の上端周縁部には、静電チャック４２を囲むように、環状のフォーカスリング４３が配置されている。このフォーカスリング４３は例えば絶縁材料からなっており、これによりエッチングの均一性が向上される。
【００４０】
電極板４１の内部には、冷媒循環路４５が設けられており、この冷媒循環路４５には、冷媒導入管４６および冷媒排出管４７が接続されている。この冷媒循環路４５には、例えばフッ素不活性液体などの冷媒が冷媒供給機構４８から冷媒導入管４６を介して供給されて循環され、その冷熱によりウエハＷが所望の温度に制御される。冷媒温度は低い方が冷却能力が高く好ましいが、低すぎると結露を起こすため、２０℃程度が好ましく、後に示すシミュレーションにおいては２０℃を用いている。
【００４１】
静電チャック４２は、ウエハＷより若干小径に形成され、絶縁材からなる本体４２ａとその中に介在された電極４２ｂとを有している。電極４２ｂには直流電源５０が接続されており、この直流電源５０から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、静電気力、例えばクーロン力、ジョンセン・ラーベック力によってその上に載置されたウエハＷを静電吸着する。直流電源５０はスイッチ５１によりオン・オフされるようになっている。本体４２ａを構成する絶縁材としてはＡｌ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｙ２Ｏ３等のセラミックスが例示される。
【００４２】
ウエハ載置台４に載置されたウエハＷの裏面側には、熱伝達ガスであるＨｅガスを供給するための複数のガス流路５２が接続されている。ガス流路５２は絶縁部材３の上面に形成された環状凹部５３から延びており、この環状凹部５３にはガス供給配管５４を介して熱伝達ガスであるＨｅガスを供給するＨｅ供給機構５５が接続されている。そして、Ｈｅ供給機構５５からガス供給配管５４を経て一旦環状凹部５３に貯留されたＨｅガスがガス流路５２を介してウエハＷの裏面に供給され、Ｈｅガスを介して冷媒の冷熱をウエハＷに伝達してウエハＷの温度制御が行われる。
【００４３】
ウエハ載置台４の上部を構成する静電チャック４２は、図２に示すように、ウエハ載置台本体を構成する絶縁材４２ａのウエハ載置側の表面を基準面６０とした場合に、その基準面６０の周縁部に沿って周縁環状凸部６１が形成されている。この周縁環状凸部６１はウエハＷが載置された際にウエハＷの周縁部に接触するように形成され、その際に基板の下方部分に熱伝達用のＨｅガスが充填される密閉空間６２が形成される。また、基準面６０における周縁環状凸部６１の内側部分には、ウエハＷが載置された際にウエハＷと接触してウエハＷを支持する複数の第１突起部６３が設けられている。さらに、基準面６０における周縁環状凸部６１の内側部分に、第１突起部６３と独立して、ウエハＷが載置された際にウエハＷに接触せずに近接するように複数の第２突起部６４が設けられている。密閉空間６２には、上述したガス流路５２を介して熱伝達用のＨｅガスが導入される。
【００４４】
図３に第１突起部６３と第２突起部６４の配置を例示する。図３の例では、第１突起部６３および第２突起部６４は円柱状をなし、等間隔に配置された第１突起部６３の間に多数の第２突起部６４が等間隔で設けられている。
【００４５】
静電チャック４２の上面には熱電対６６が埋め込まれており、これによりウエハＷの温度を検出し、後述するようにその検出値に基づいて密閉空間６２のＨｅガス圧力が制御される。
【００４６】
下部電極として機能するウエハ載置台４の電極板４１には、第２の高周波電源７０が接続されており、その給電線には整合器７１が介在されている。この第２の高周波電源７０の周波数は、例えば１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲であり、具体例として２ＭＨｚが用いられる。このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。
【００４７】
プラズマ処理装置１の各構成部は、プロセスコントローラ８０に接続されて制御される構成となっている。具体的には、冷媒供給機構４８、Ｈｅ供給機構５５、排気装置２６、静電チャック４２のための直流電源５０のスイッチ５１、バルブ２１、マスフローコントローラ２２等が制御される。特に、Ｈｅ供給機構５５に関しては、温度センサーである熱電対６６からの検出信号に基づいてウエハＷが所望の温度になるようにプロセスコントローラ８０からＨｅ供給機構５５に制御信号が送信され、密閉空間６２内のＨｅガス圧力が制御される。なお、電極板４１にはハイパスフィルター７２が接続されている。
【００４８】
また、プロセスコントローラ８０には、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース８１が接続されている。
【００４９】
さらに、プロセスコントローラ８０には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ８０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部８２が接続されている。
【００５０】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース８１からの指示等にて任意のレシピを記憶部８２から呼び出してプロセスコントローラ８０に実行させることで、プロセスコントローラ８０の制御下で、プラズマ処理装置１での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００５１】
次に、以上のように構成されるプラズマエッチング装置１における処理動作について説明する。
まず、被処理基板であるウエハＷは、ゲートバルブ２７が開放された後、図示しないロードロック室からチャンバー２内へと搬入され、ウエハ載置台４の静電チャック４２上に載置される。次いで、ゲートバルブ２７が閉じられ、排気装置２６によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。
【００５２】
その後、バルブ２１が開放されて、処理ガス供給源２０から処理ガスがマスフローコントローラ２２によってその流量が調整されつつ、ガス供給管１９、ガス導入口１８を通ってシャワーヘッド１０の内部のガス拡散空間１３ａへ導入され、さらに電極板１１の吐出孔１２を通って、図１の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出され、チャンバー２内の圧力が所定の値に維持される。
【００５３】
その際に、第１の高周波電源３０から２７ＭＨｚ以上、例えば６０ＭＨｚの高周波が上部電極であるシャワーヘッド１０に印加され、これにより、上部電極としてのシャワーヘッド１０と下部電極としてのウエハ載置台４との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化し、このプラズマにより、ウエハＷに対してエッチング処理が施される。このようにしてプラズマが生成されると同時に、直流電源５０から静電チャック４２の電極４２ｂに直流電圧が印加されることによって、ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。この際に、ウエハＷが静電チャック４２の絶縁材４２ａにおける基準面に形成された周縁環状凸部６１に吸着されるとともに第１突起部６３に支持され、ウエハＷの下方に密閉空間が形成される。
【００５４】
他方、第２の高周波電源７０からは、１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、例えば２ＭＨｚの高周波が下部電極であるウエハ載置台４に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがウエハ載置台４側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。
【００５５】
このように形成されたプラズマにより高精度でエッチングを行うために、ウエハＷの温度を高精度で制御する必要があり、そのためにウエハＷの下方の密閉空間６２に熱伝達用ガスであるＨｅガスを供給し、そのガス圧を所定値に制御することにより、ウエハを所望の温度に制御する。
【００５６】
ここで、従来は、周縁環状凸部６１により規定された密閉空間６２内には、第１突起部材６３に相当するウエハを支持するための部材が設けられているにすぎなかった。
【００５７】
このような密閉空間に熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給した場合のガス圧と熱伝達係数との関係は図４に示すようになる。この図４は、伝宝ら（IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING, VOL.11, No.1, 1998 pp25-29）に記載された、ウエハと載置台との間の希薄なガスの熱伝達のモデリングを用い、ＤＳＣＭ（Direct Simulation Monte Carlo)法により実測データに基づいてシミュレーションして求めたものである。この図に示すように、熱伝達係数は、低圧領域では、密閉空間の高さ（距離）によらず圧力に比例して上昇していくが、高圧領域では、密閉空間の高さが高いと圧力を上げても熱伝達率が飽和する傾向にあることがわかる。すなわち、例えば密閉空間の高さが３０μｍ以上では、ガス圧力を変化させることによる熱伝達率の変化マージンが狭くなり、ウエハの温度制御可能な範囲が狭くなる傾向となる。
【００５８】
このことから、ガス圧力を変化させることによるウエハの温度制御性を良好にするには、密閉空間の高さを例えば５μｍ以下程度に狭くすればよいことが理解される。
【００５９】
一方、空間内でのＨｅガスの均一性について、図５に示すような半径５０ｍｍで、高さを３０μｍまたは１０μｍの容器に、その中央下部の半径０．５ｍｍの供給口から１３３３ＰａのＨｅガスを充填する過程をモデルとし容器壁面温度を３００Ｋとしてシミュレーションにより計算した。その結果を図６に示す。図６は横軸に時間をとり、縦軸に容器内分子数をとって、これらの関係を示す図であるが、この図から、容器内分子数が一定になるまでに要する時間が、高さ３０μｍのときは０．６ｓｅｃであったのに対し、高さ１０μｍのときは１．５ｓｅｃであることがわかる。つまり、空間の高さが１０μｍと小さい場合には、分子移動の抵抗が大きく３０μｍの場合よりも分子の充填性が悪く、ガス分布が不均一となりやすくなり、ウエハの温度均一性や温度制御応答性が低下する。
【００６０】
以上の結果から、従来のように周縁環状凸部６１により規定された密閉空間６２内に、第１突起部材６３に相当するウエハを支持するための部材が設けられているのみの場合には、Ｈｅガスを供給する密閉空間の高さを大きくすると温度制御性が悪い傾向にあり、密閉空間の高さを小さくするとガスの充填性が悪くウエハ温度の均一性が低下する傾向にあり、これらを両立させることは困難である。
【００６１】
これに対し、本実施形態では、基準面６０における周縁環状凸部６１の内側部分に、ウエハＷが載置された際にウエハＷと接触して支持する複数の第１突起部６３の他に、ウエハＷに接触せずに近接して複数の第２突起部６４を独立して設け、この第２突起部６４により実効的な熱伝達が行われるようにしたので、熱伝達の面からは密閉空間６２の高さが小さくなるのと同等の状態となり、ガス圧力を変化させることによる熱伝達率の変化マージンを大きくしてウエハＷの温度制御性を良好にすることができる一方、周縁環状凸部６１および第１突起部６３により実際の密閉空間６２の高さを十分に確保することにより、密閉空間６２内のガス分布を均一としてウエハ温度の均一性を確保することができる。
【００６２】
本実施形態のように、プラズマ処理（プラズマエッチング）中のウエハＷを熱伝達ガスであるＨｅガスを使用して温度制御する場合、静電チャックの吸着力の点からＨｅガスの圧力が０〜６６５０Ｐａ程度の範囲を使用することができる。そして、プラズマ処理の制御性の観点から前記Ｈｅガス圧力の範囲で、ウエハ温度を約５０〜２００℃の範囲で制御できることが望まれる。この場合に、第１突起部６３がウエハＷに固体接触しているため、第１突起部６３を介しての熱伝達がＨｅガスを介しての熱伝達よりも多くなる。したがって、第１突起部６３のウエハＷへの接触面積が多すぎると、２００℃を確保することが困難となる。そこで、第１突起部６３の全体の接触面積比率（基準面６０における周縁環状凸部６１内側の面積に対する比率に相当）を変化させた場合のＨｅガス圧力とウエハ温度の関係を求めた。その結果を図７に示す。図７は、第２突起部６４を設けず、第１突起部６３として直径０．５ｍｍ、高さ３０μｍの円柱状のものを均等配置し、載置台径３００ｍｍ、ウエハ径３００ｍｍ、入熱２４００Ｗの条件で、上述した伝宝らの手法に基づいてシミュレーションして求めたものである。図７から、最高温度が約２００℃まで制御するためには、第１突起部６３の接触面積比率を２〜５％程度に設定する必要があることがわかる。ただし、最高温度がそれより低い温度でよければ、それに応じて接触面積比率を大きくすることができ、例えば最高温度が８０℃程度でよい場合には、面積比率を２５％程度の大きい値に設定してもよい。
【００６３】
第１突起部６３の接触面積の下限は、温度制御の観点からは設ける必要はないが、第１突起部６３の直径が０．５ｍｍで、均等配置されているとしたときに、圧力１６６３０Ｐａにおいて、最大たわみ量が３μｍで全ての第１突起部６３に均等圧力で接触すれば十分であることから、高さ製作精度が±２．５μｍを考慮して、このような条件を満たす第１突起部６３の間隔を計算すると２１．２ｍｍとなり、その値から接触面積０．０４％が求められるから、第１突起部６３の接触面積は０．０４％が好ましい。
【００６４】
この場合に、第１突起部６３は、基準面６０における周縁環状凸部６１の内側部分全面に均一に設けられていることが好ましい。
【００６５】
ウエハ温度を下げるためには、Ｈｅガスの圧力を上昇させる必要があり、６６５０Ｐａで最低温度である約５０℃を得るためには、密閉空間６２の高さ、すなわち第１突起部６３の高さを適当な値に設定する必要がある。そこで、第１突起部の高さを変化させた場合のＨｅガス圧力とウエハ温度の関係を求めた。その結果を図８に示す。図８は、図７と同様の条件、手法でシミュレーションして求めたものである。図８から第１突起部６３の高さ（つまり密閉空間６２の高さ）が５０μｍ以上となると圧力が６６５０Ｐａ程度で５０℃近傍まで低下し難く、５０℃付近で精度良く温度制御を行うことが困難であることがわかる。第１突起部６３の高さが５μｍ以下では、上述したようにＨｅガスの均一充填性が劣り、ウエハ温度均一性、温度制御応答性に劣るため、第１突起部６３の高さは略３０μｍが適当であると考えられる。
【００６６】
第２突起部６４とウエハＷとの間の距離は、Ｈｅガスの熱伝達性に影響を及ぼすので適当な値に設定することが好ましい。そこで、第２突起部６４とウエハＷとの間の距離を変化させた場合のＨｅガス圧力とウエハ温度の関係を求めた。その結果を図９に示す。図９は、図７と同様の条件、手法でシミュレーションして求めたものである。図９から、第２突起部６４とウエハＷとの間の距離が略５μｍ以下とすることにより、熱伝達性がより良好となって、圧力が６６５０Ｐａ程度で５０℃近傍まで低下させることが可能であることがわかる。したがって、第２突起部６４とウエハＷとの間の距離は略５μｍ以下が好ましい。
【００６７】
プラズマ処理中においては、ウエハ温度を速やかに変更する必要があるが、第１突起部６３の高さを略３０μｍに設定し、第２突起部６４とウエハＷとの間の距離を略５μｍ以下に設定することにより、第１突起部６３および第２突起部６４の周囲の空間のＨｅガス圧力変化の応答性を高いものとすることができる。
【００６８】
また、第１突起部６３および第２突起部６４の周囲の空間のＨｅガス圧力変化の応答性の観点から、第１突起部６３のウエハＷとの接触面積および第２突起部６４のウエハＷとの対向面の面積は、いずれも略０．８ｍｍ２以下（あるいはその径がウエハの厚さ以下）であることが好ましい。この範囲であれば、上記Ｈｅガス圧力変化の応答遅延は生じ難い。なお、第１および第２突起部６３，６４に対応するウエハ部分においては、横方向の熱伝達距離と厚さ方向の熱伝達距離とがほぼ同じになるので、温度制御の定常状態においても温度ムラが生じ難くなる。
【００６９】
第２突起部６４は上述のように熱伝達性を調整する機能を有することから、第２突起部６４を局部的に設置することにより、Ｈｅガスによるその部分の温度制御性を高めること、つまりその部分の温度をより低下させることができる。例えば、ウエハＷにプラズマ処理を施すと、ウエハＷの周縁部のほうが中心部よりも温度が高くなるので、ウエハＷの周縁部に対応する部分のみに第２突起部６４を設ける、またはその部分の第２突起部６４の配置密度を他の部分よりも高くすることにより、ウエハＷの周縁部の温度を低下させることができる。このように、ウエハＷの温度分布に応じて第２突起部６４を形成することにより、ウエハ温度の均一性をより高めることができる。
【００７０】
第２突起部６４の面積比率は、ウエハ温度制御性に直接影響を及ぼす。図１０は、第１突起部の面積比率を変化させた場合における、第２突起部の面積比率とウエハ温度との関係を示す図であり、図１１は同様の場合における第２突起部の面積比率とウエハ温度差との関係を示す図である。これらの図は、第１突起部６３の高さ３０μｍ、第２突起部６４とウエハＷとの間の距離を５μｍとして、図７と同様にシミュレーションして求めたものである。図１０に示すように、第１突起部６３の面積比率が小さいほどウエハ温度が高くなる傾向にあるが、図１１に示すように、ウエハ温度差、つまり第２突起部６４の存在による温度制御性も面積比率が小さいほど良好になる。そして、第１突起部６３の面積比率が好ましい範囲である２〜５％において、第２突起部６４の面積比率が１５％程度で温度差が−０．６〜−０．７℃程度と比較的高い温度制御性が得られる。したがって、第２突起部６４の面積比率は略１５％以上が好ましい。また、２０％程度で温度差が−０．８〜−１．０℃程度となるので略２０％以上がより好ましい。第２突起部６４の面積比率は高ければ高いほど温度制御性が上昇するが、同一の大きさおよび形状で均一に配置する場合には、加工性等の観点から２５％が事実上の上限となる。ただし、第２突起部６４を不均一配置したり、加工を工夫することによって、面積比率をさらに上昇させることができる。
【００７１】
なお、第１突起部６３および第２突起部６４は、加工性や温度制御性等の観点から円柱形状であることが好ましく、その直径が略１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１２は、本発明の他の実施形態に係るウエハ載置台の要部を拡大して示す断面図であり、図１３はその水平断面図である。本実施形態においては、基準面６０における周縁環状凸部６１の内側に、ウエハＷが載置された際にウエハＷと接触して密閉空間６２を内側部分６２ａと外側部分６２ｂに分離する内側環状凸部６７が設けられている。そして、内側部分６２ａおよび外側部分６２ｂには、それぞれガス流路５２ａ，５２ｂが接続されており、内側部分６２ａおよび外側部分６２ｂのＨｅガス圧力を独立して制御可能となっている。なお、図１３は、周縁環状凸部６１と内側環状凸部６７の配置関係を説明するためのものであり、他の部材は省略している。
【００７３】
このように、密閉空間６２を内側部分６２ａと外側部分６２ｂに分離し、これらのＨｅガス圧力を独立して制御することにより、プラズマ処理の際に温度が上昇しやすいウエハＷの周縁部と、それ以外の部分とを別個に温度制御して、ウエハ温度の均一性をより高めることができる。具体的には、外側部分６２ｂの圧力を相対的に高め、熱伝達性を良好にしてウエハＷの周縁部分がより冷却されるようにすることにより、ウエハ温度の均一性を高めることができる。なお、図１２における基本的構成は、図２に示す実施形態と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
図１４および図１５は、図１２の実施形態に係るウエハ載置台の変形例を示すものである。図１４は、この実施形態に係るウエハ載置台の要部を拡大して示す断面図であり、図１５はその水平断面図である。本実施形態では、密閉空間６２を内側部分６２ａと外側部分６２ｂとに分離するための内側環状凸部６７を二重構造にし、その間に形成される第３の密閉空間（間隙部６２ｃ）にガスを導入できるようにした。
【００７５】
内側環状凸部６７は、第１の内側環状凸部６７ａと、その外側に近接して設けられた第２の内側環状凸部６７ｂとにより構成され、これらはともにウエハＷが載置された際にウエハＷに接触する高さで設けられている。そして、これら第１の内側環状凸部６７ａと第２の内側環状凸部６７ｂとの間に形成される間隙部６２ｃに、ガス流路５２ｃを接続する構成とした。これにより、内側部分６２ａ、外側部分６２ｂおよび間隙部６２ｃは、それぞれガス流路５２ａ，５２ｂ，５２ｃによってＨｅガスが導入されるとともに、ガス圧力を独立して制御可能になっている。なお、図１５では、周縁環状凸部６１と内側環状凸部６７（６７ａ，６７ｂ）の配置関係を説明するためのものであり、他の部材は省略している。
【００７６】
間隙部６２ｃのガス圧力は、内側部分６２ａ、外側部分６２ｂよりも低くすることが好ましい。通常、静電チャック４２の径は、直接プラズマの影響を受けないように、ウエハＷの径に比較して小さく設計される。従って、ウエハＷは、その周端が、図示のように静電チャック４２よりも横方向に突出した状態で載置される。このため、ウエハＷの周縁部は、中央部に比べて温度が上昇しやすい。そのため、前記のとおり図１２の実施形態では、内側環状凸部６７を設けて密閉空間６２を内側部分６２ａと外側部分６２ｂに分離し、かつ、それぞれにガス流路５２ａ，５２ｂを通じて独立してガス導入を行い、ウエハＷの周縁部に対応する外側部分６２ｂの圧力を、ウエハＷの中央部に対応する内側部分６２ａの圧力よりも高くすることによって、冷却効率を高め、ウエハ面内での温度の均一化を図っている。
【００７７】
しかし、図１２の実施形態では、内側環状凸部６７の頂部を超えてガス圧力の高い外側部分６２ｂから内側部分６２ａへガスが漏れ込む場合がある。内側環状凸部６７を超えて外側部分６２ｂから内側部分６２ａガスが侵入すると、内側部分６２ａのガス圧力が変動して圧力が不安定になり、ウエハＷの面内温度を均一に制御することが困難になるおそれがある。そこで、本実施形態では、内側環状凸部６７を二重に設け、間に間隙部６２ｃを設けるとともに、間隙部６２ｃのガス圧力を、その両側の内側部分６２ａおよび外側部分６２ｂよりも低くした。このようにすれば、相対的にガス圧力の高い外側部分６２ｂから第２の内側環状凸部６７ｂを超えてガスが漏れだしても、ガス圧力の低い間隙部６２ｃへ流れ込み、そこが緩衝空間をして機能するので、内側部分６２ａの圧力変動を防止できる。
このように、内側環状凸部６７を二重にして、それらの間に間隙部６２ｃを形成することによって、内側部分６２ａと外側部分６２ｂの相互のガス圧力の影響を緩和することができる。
【００７８】
図１４および図１５では、第１の内側環状凸部６７ａおよび第２の内側環状凸部６７ｂの厚みと、間隙部６２ｃの幅を変えて表現しているが、これらの厚みと幅は、同じでも異なっていてもよく、内側部分６２ａ、外側部分６２ｂおよび間隙部６２ｃのガス圧力などに応じて適宜設定可能であり、例えば第１の内側環状凸部６７ａおよび第２の内側環状凸部６７ｂの厚みは共に２ｍｍとし、間隙部６２ｃの幅は、１ｍｍに設定することができる。なお、図１４における基本的構成は、図２に示す実施形態と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
図１６は、図１２の実施形態に係るウエハ載置台の別の変形例を示しており、ウエハ載置台の要部を拡大して示す断面図である。本実施形態では、上面に溝を刻設した内側環状凸部６８を配備した。
すなわち、内側環状凸部６８は、ウエハＷが載置された際にウエハＷに接触する高さで環状に突設された内周壁６８ａおよび外周壁６８ｂと、その間に形成された凹部である溝６８ｃを有しており、溝６８ｃの底には、ガス流路５２ｄが接続されている。本実施形態では、溝６８ｃ内のガス圧力を、内側部分６２ａや外側部分６２ｂよりも低く設定することにより、図１４および図１５に示す実施形態について説明した機構と同様に、内側部分６２ａと外側部分６２ｂの相互のガス圧力の影響を緩和することができる。
【００８０】
本実施形態においても、内側環状凸部６８の内周壁６８ａおよび外周壁６８ｂの厚みと、溝６８ｃの幅は、同じでも異なっていてもよく、適宜設定可能である。なお、図１６における基本的構成は、図２に示す実施形態と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８１】
図１７および図１８は、ウエハ載置台のさらに別の変形例を示すものである。図１７は、この実施形態に係るウエハ載置台の要部を拡大して示す断面図であり、図１８はその水平断面図である。本実施形態では、周縁環状凸部６１と内側環状凸部６７の間に、ウエハＷが載置された際にウエハＷに接触する高さで複数の中間環状凸部６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄを同心円状に設け、その間に形成される複数（本例では５つ）の間隙部６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ，６２ｈにＨｅガスを導入するガス流路５２ｅをそれぞれ接続し、ガス圧力を独立して制御可能にした。このような構成によって、間隙部６２ｈのガス圧力を高く設定した場合は、隣接する間隙部６２ｇのガス圧力は低く設定するというように、間隙部６２ｄ〜６２ｈのガス圧力が交互に高、低、高、低・・・となるように設定できる。なお、図１８では、周縁環状凸部６１と内側環状凸部６７および中間環状凸部６９ａ〜６９ｄの配置関係を説明するためのものであり、他の部材は省略している。
【００８２】
前記のとおり、ウエハＷの周縁部は温度が上昇しやすいため、例えば図１２に示す実施形態では、内側環状凸部６７と周縁環状凸部６１との間の外側部分６２ｂのガス圧力を内側部分６２ａに比べて相対的に高く設定し、熱伝達性を良好にしてＨｅガスによる冷却効率を高めている。しかし、ウエハＷ自体の熱伝導率は比較的大きいので、周縁部のみを冷却しても、隣接する内側の領域に冷熱が伝達していく。このようなウエハＷ自体の熱伝導率を考慮に入れると、より細かなガス圧力の制御を行なうことが、ウエハＷの面内の温度の均一性を高める上で好ましいと考えられる。
【００８３】
本実施形態では、上記構成により、例えば図１９に示すように、ガス圧力が最も高く設定され、強く冷却される間隙部６２ｈに隣接した間隙部６２ｇでは、ウエハＷの熱伝導を考慮してガス圧力を相対的に低めに設定して冷却を弱め、過度に冷却されないようにし、さらにその内側の間隙部６２ｆでは、間隙部６２ｇよりもガス圧力を高く設定して冷却を少し強める、というようにガス圧力を細かく変化させて冷却精度を高めることができる。これにより、Ｈｅガスによる精密な温度制御が可能になり、ウエハＷにおける面内の温度分布を高精度で制御し、均一化を図ることが可能になる。
【００８４】
図１７と同様の構成を有するウエハ載置台を用いてウエハＷを加熱した場合のウエハ面内の温度分布を測定した結果を図２０に示した。図２０の横軸は、φ３００ｍｍのウエハＷの中心を０とした場合の距離（半径）を示している。通常、同サイズのウエハＷでは、面内温度に±５℃程度の差が生じるが、図２０では、ウエハＷの周縁部近傍のおよそ１２０ｍｍ〜１５０ｍｍの距離でも、温度の分布（ばらつき）は±１℃以内に抑制されていることが理解される。従って、本実施形態のウエハ載置台を用いることにより、極めて高い精度でウエハ面内温度を均一化できることが確認された。
【００８５】
図１７〜図１９では、内側環状凸部６７および周縁環状凸部６１の厚みと、中間環状凸部６９ａ〜６９ｄの厚みと、間隙部６２ｄ〜６２ｈの幅をそれぞれ変えて表現しているが、これらの厚みと幅は、同じでも異なっていてもよく、適宜設定可能である。また、中間環状凸部と間隙部の数も適宜設定できる。なお、図１７および図１９における基本的構成は、図２に示す実施形態と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、静電チャック付きのウエハ載置台を対象にしたが、静電チャックは必須なものではない。また、上部電極および下部電極に高周波電力を印加するタイプの平行平板型プラズマエッチング装置を示したが、高周波電力の印加方式はこれに限るものではなく、また、平行平板型に限らず、例えば誘導結合型プラズマ処理装置等、他の方式のプラズマ装置であってもよいし、エッチング処理に限らず、アッシングやＣＶＤ等、他の処理であってもよい。さらには、処理容器内を減圧にする処理であれば、プラズマ処理以外であってもよい。さらに、熱伝達ガスとしてＨｅガスを用いた例を示したが、Ａｒガス、ＨｅガスとＡｒガスとの混合ガス等、他のガスを用いてもよい。さらにまた、被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ基板等、他の基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係るウエハ載置台が設けられたプラズマ処理装置を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るウエハ載置台の主要部を拡大して示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るウエハ載置台における第１突起部および第２突起部の配置状態の一例を示す平面図。
【図４】本発明の一実施形態に係るウエハ載置台において、ウエハ下方の密閉空間に熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給した場合の各密閉空間高さにおけるガス圧と熱伝達係数との関係を示す図。
【図５】空間内でのＨｅガスの均一性についてのシミュレーションを行った際のモデルを示す図。
【図６】図５に示すモデルを用いたシミュレーション結果を示す図。
【図７】第１突起部の全体の接触面積比率を変化させた場合のＨｅガス圧力とウエハ温度の関係を示す図。
【図８】第１突起部の高さを変化させた場合のＨｅガス圧力とウエハ温度の関係を示す図。
【図９】第２突起部６４とウエハＷとの間の距離を変化させた場合のＨｅガス圧力とウエハ温度の関係を示す図。
【図１０】第１突起部の面積比率を変化させた場合における、第２突起部の面積比率とウエハ温度との関係を示す図。
【図１１】第１突起部の面積比率を変化させた場合における、第２突起部の面積比率とウエハ温度差との関係を示す図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るウエハ載置台の主要部を拡大して示す断面図。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るウエハ載置台の主要部の水平断面図。
【図１４】本発明の別の実施形態に係るウエハ載置台の主要部を拡大して示す断面図。
【図１５】本発明の別の実施形態に係るウエハ載置台の主要部の水平断面図。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態に係るウエハ載置台の主要部を拡大して示す断面図。
【図１７】本発明のさらに別の実施形態に係るウエハ載置台の主要部を拡大して示す断面図。
【図１８】本発明のさらに別の実施形態に係るウエハ載置台の主要部の水平断面図。
【図１９】間隙部のガス圧力の説明に供する模式図。
【図２０】ウエハの面内温度分布の測定結果を示すグラフ図面。
【符号の説明】
【００８８】
１；プラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）
２；チャンバー（処理室）
４；ウエハ載置台（基板載置台）
１０；シャワーヘッド
２０；処理ガス供給源
３０；第１の高周波電源
４１；電極板
４２；静電チャック（載置台本体）
５２，５２ａ，５２ｂ；ガス流路
５５；Ｈｅ供給機構
６０；基準面
６１；周縁環状凸部
６２；密閉空間
６２ａ；内側部分
６２ｂ；外側部分
６３；第１突起部
６４；第２突起部
６７；内側環状凸部
６７ａ；第１の内側環状凸部
６７ｂ；第２の内側環状凸部
６８；内側環状凸部
６８ａ；内周壁
６８ｂ；外周壁
６８ｃ；溝
６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ；中間環状凸部
７０；第２の高周波電源
８０；プロセスコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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