(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置の歩留まりを向上させる。【解決手段】処理室と、この処理室の内部で被処理物を載置する試料台と、処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えたプラズマ処理装置において、処理室の内部で被処理物を載置する試料台は、内部に冷媒の流路が形成された第１の金属製の基材と、この第１の金属製の基材の上部にあって第１の金属製の基材よりも熱伝導率が小さい第２の金属製の基材と、被処理物を試料台に対して上下に移動させる複数のリフトピンとを備え、第１の金属製の基材と第２の金属製の基材には複数のリフトピンを通す複数の貫通穴が形成されており、複数の貫通孔のそれぞれの内部にはリフトピンと第１の金属製の基材及び第２の金属製の基材とを電気的に絶縁し、かつ熱伝導率が第２の金属製の基材よりも高い絶縁部材で形成されたボスを挿入して構成した。【選択図】  図２
2019135749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器で形成された処理室と、
前記処理室の内部に設置されて被処理物を載置する試料台と、
真空ポンプを備えて前記処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、
電源を備えて前記処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記試料台は、
内部に冷媒の流路が形成された第１の金属製の基材と、
前記第１の金属製の基材の上部にあって前記第１の金属製の基材よりも熱伝導率が小さい第２の金属製の基材と、
前記第２の金属製の基材の表面を覆う絶縁部材で形成され内部に電極が形成されて上面に載置した前記被処理物を静電気力で吸着する絶縁膜層と、
前記静電気力による吸着を停止した状態で前記被処理物を前記絶縁膜層の上面に対して上下に移動させる複数のリフトピンと
を備え、
前記第１の金属製の基材と前記第２の金属製の基材と前記絶縁膜層には複数の前記リフトピンを通す複数の貫通穴が形成されており、複数の前記貫通孔のそれぞれの内部には前記リフトピンと前記第１の金属製の基材及び前記第２の金属製の基材とを電気的に絶縁し、かつ熱伝導率が前記第２の金属製の基材よりも大きい絶縁部材で形成されたボスが挿入されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ボスが挿入された状態で当該ボスの外側壁面と前記第２の金属製の基材に形成された前記貫通孔の内側壁面との隙間が前記ボスの外側壁面と前記第１の金属製の基材に形成された前記貫通孔の内側壁面との隙間より大きくされており、前記ボスの外側壁面と前記第１の金属製の基材の内側壁面との隙間に第１の接着剤が挟まれて前記ボスの外側壁面と前記第１の金属製の基材の内側壁面とが接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第１の接着剤の熱伝導率が前記第２の金属製の基材の熱伝導率より大きいことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第１の接着剤の剛性が前記第２の金属製の基材の剛性より小さいことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記ボスの外側壁面と前記第２の金属製の基材に形成された前記貫通孔の内側壁面との隙間に第２の接着剤が挟まれて前記ボスの外側壁面と前記第２の金属製の基材とが接続され、前記ボスの外側壁面と前記第２の金属製の基材との間の隙間と前記第１の金属製の基材の外部とを連通する連通路を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記ボスは内側と外側の二層を有し、前記内側の層は、前記外側の層よりも絶縁性が高く熱伝導率が低い材料で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記第２に金属製の基材がチタンまたはチタン合金を材料として形成され、前記第１の金属製の基材がアルミまたはアルミ合金を材料として形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ボスが窒化アルミを材料として形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスを製造する工程において用いられ真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に載せられた半導体ウエハ等の基板状試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に掛り、特に試料台上に載せられた試料の面内温度を所望の値に保持しつつ処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化のトレンドに伴い、半導体デバイスを製造するために必要なエッチング処理に求められる精度は年々厳しくなっている。半導体ウエハを真空容器内部のプラズマを用いてエッチング処理するプラズマ処理装置においては、このような課題に対応するため、エッチング中における試料の表面温度を所望の値の範囲内に制御することが重要となっている。
【０００３】
近年では更なる形状精度向上の要求から、一枚の試料を試料台上に保持した状態で複数のステップでエッチング処理を行う。その処理中に試料の表面温度分布をそれぞれのステップ条件に最適なものに制御する技術が求められている。
【０００４】
プラズマ処理装置に具備される試料台は、一般的にその上面が静電チャック構造となっている。すなわち、試料台上面を構成する膜状の誘電体材料の内部に配置された電極に電力を供給して、膜上に載せられたウエハを静電気により吸着して保持する構成が備えられ、更にウエハの裏面と膜表面の間にＨｅガス等の熱伝達媒体を供給して、真空中においてもウエハと試料台との間の熱伝達を促進している。
【０００５】
さらに、ウエハが載せられる試料台の載置面の温度を所望の範囲内に制御するため、試料台の内部に配置された部材内に、水やクーラント等の熱伝達媒体（冷媒）が通流する冷媒流路等を用いた冷却手段やヒータ等の加熱手段が配置されている。これら冷却手段による排熱量と加熱手段による加熱量とを増減させることで、試料台の載置面ひいてはウエハの温度が制御される。例えば、典型的なプラズマエッチング処理装置では、試料台内の冷媒流路にはチラー装置等の冷媒温度調節装置によりその温度が所定の範囲内の値に調節された冷媒を通流させつつヒータの出力を調節することで、ウエハの温度を処理に適した範囲内の値に調節することが行なわれている。
【０００６】
プラズマ処理中のウエハにはプラズマからのイオン入射等により加熱される。また、試料台内にヒータ等の加熱手段が配置されている場合にもウエハが載せられた試料台上面から熱を受けて加熱される。この際に、ウエハの面内方向について温度の値とその分布を所望の範囲内の値に調節する上では、試料台内部の熱伝達の大きさの分布は使用者の所望するものであることが望ましい。しかし、実際には、上記試料台内部に配置された冷媒流路の形状等、内部の構造の影響に影響されて熱伝達の大きさの分布は面内方向で不均一と成り易く、このような構造の及ぼす影響はウエハの温度を処理に適した値に調節する上での阻害要因となっている。
【０００７】
具体的に説明すると、円筒形の試料台の内部に配置された金属製の基材内部に冷媒を通流させる流路を配置する場合、試料台の円形または略円形を有した上面の面内の方向について全体にわたり半径或いは周方向にその位置が均等となるように流路を配置することは物理的に困難である。
【０００８】
何故なら、基材を含め試料台の内部には冷媒流路だけでなく他の目的で配置された部品や構造、例えば、上面の上方に載せられる半導体ウエハ等基板状の処理対象の試料を静電気により吸着するための電力や上記ヒータを発熱させるための電力を供給するケーブルやコネクタ、或いは基材や試料が載せられる上面を構成する誘電体製の膜内に配置された電極に供給される所定の周波数の高周波電力を供給するケーブルやコネクタ、試料台上面とその上に載せられて吸着された試料との間の隙間に供給されるＨｅ等の熱伝達性を有したガスを供給するための通路、試料をその先端に載せて試料台上面上方で支持した状態で上昇あるいは降下させる複数のピンが内部に配置されて上下に移動する貫通孔等が配置されており、これらが配置される好ましい位置と冷媒流路の好ましい配置位置とが重なる場合には、試料の処理の性能を勘案しつつ顧客等の使用者の要求する仕様を満たすよう一方あるいは両方が好ましい位置からずれた箇所に配置される。
【０００９】
従来から、製造するべき装置の構造を決定する上でこのような設計上のトレードオフは常に選択されており、一般のプラズマ処理装置においては、試料台の上面の面内方向について冷媒流路が径方向あるいは周方向について不均等に配置された箇所が生じることになる。このような付近等に配置された冷媒流路の箇所の代表例としては、冷媒の入口および出口が挙げられる。これらの箇所の近傍の基材の内部及び上面の領域では冷媒による熱交換量（試料を冷却する場合には排熱の量）が径または周方向について不均一となり易いことになる。
【００１０】
このような課題を解決するための技術として、従来から、特開２００３−６００１９号公報（特許文献１）に開示のものが知られていた。本従来技術は、半導体ウエハが載置されたウエハステージであって、温度調節用の冷媒を流す冷媒通路を備えたベース基材と、ベース基材のウエハ載置面側に配置されて熱膨張係数がベース基材よりも小さい応力緩和部材と、応力緩和部材のウエハ載置面側に配置された誘電体膜と、ベース基材のウエハ非載置面側に配置され熱膨張係数がベース基材よりも小さい撓み防止部材を備えたものが開示されている。
【００１１】
本従来技術は、応力緩和部材をベース基材と誘電体膜との間に配置することでベース基材と誘電体膜との線膨張係数の差により誘電体膜が破損することを抑制する。応力緩和部材の材料としてチタンが、ベース基材としてアルミが、撓み防止部材としてチタンが開示されている。
【００１２】
また、特開２０１０−２１４０５号公報（特許文献２）では、試料台に配置された貫通穴内部に収納されて被処理体を昇降させるリフトピンを有する真空処理装置であって、リフトピンの先端部の皿上の部分の外周縁部が被処理体の処理中に試料台上面の貫通穴周囲に接触して密着することにより貫通穴を気密に閉塞することで、貫通穴内部の空間とその上方の被処理体との間の熱伝導が他の箇所と局所的に異なる特異点となってしまうことを抑制し試料台上面の全体にわたってばらつきの小さい伝熱が得られるようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−６００１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来技術は次の点についての考慮が不十分であったため問題が生じていた。
【００１５】
まず、特許文献１の従来技術は、冷媒流路が熱伝導率の高いアルミのベース基材内に配置され、流路形状の不均等な配置による局所的な温度の所期のものからのズレのある程度の抑制は可能であるものの、試料台に配置された給電経路や流体を供給するためやピン用の上下方向の貫通孔の影響について考慮されておらず、このような構造を備えた試料台において温度の不均一を抑制できない虞があった。
【００１６】
また、特許文献２の従来技術では、試料台の上面または上部に接触するピンの先端部に配置された皿状あるいは大径の部分には、例えピン用の貫通孔内にＨｅ等の熱伝達性のガスを供給しても当該先端部分の部材による熱抵抗は存在するため、プラズマから供給される熱量が大きい場合にはリフトピン部の温度が上昇する。さらに、ピンの大径部または皿状部分に静電チャック用の電極を内蔵させることは困難であるため、当該部分での被処理体を試料台に静電吸着させる静電気力は局所的に低下してしまう。また、当該箇所の試料台にはヒータの配置も困難でありヒータを用いた加熱によって被処理体の温度を調節する構成では、却って局所的に被処理体の温度が所望の値にすることができない領域となってしまう虞があった。
【００１７】
上記のように、従来技術では試料台の内部の構造に起因して熱伝達の量が局所的な大小が生じて試料台上面に載せられる試料の処理中の温度の値とその分布が所期のものからずれてしまい、ウエハの処理の精度や歩留まりが損なわれてしまうという問題について考慮されていなかった。
【００１８】
本発明の目的は、処理の歩留まりを向上させ、また処理の精度を向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記した課題を解決するために、本発明では、真空容器で形成された処理室と、この処理室の内部に設置されて被処理物を載置する試料台と、真空ポンプを備えて処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、電源を備えて処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えたプラズマ処理装置において、試料台は、内部に冷媒の流路が形成された第１の金属製の基材と、この第１の金属製の基材の上部にあって第１の金属製の基材よりも熱伝導率が小さい第２の金属製の基材と、第２の金属製の基材の表面を覆う絶縁部材で形成され内部に電極が形成されて上面に載置した被処理物を静電気力で吸着する絶縁膜層と、静電気力による吸着を停止した状態で被処理物を絶縁膜層の上面に対して上下に移動させる複数のリフトピンとを備え、第１の金属製の基材と第２の金属製の基材と絶縁膜層には複数のリフトピンを通す複数の貫通穴が形成されており、複数の貫通孔のそれぞれの内部にはリフトピンと第１の金属製の基材及び第２の金属製の基材とを電気的に絶縁し、かつ熱伝導率が第２の金属製の基材よりも大きい絶縁部材で形成されたボスを挿入して構成した。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、試料台の基材を多層構造にして、高熱伝導材質の下部層に流路を形成し、基材の貫通穴に設置される絶縁性ボスは下部層と熱的に接触させ、絶縁性ボスの熱伝導率を上部層よりも高くすることにより、絶縁性ボスからの排熱量を上げ、試料の面内の排熱分布の不均一を抑制することができる。
【００２１】
この際、基材の各層の熱膨張差による絶縁性ボスの破損が懸念されるため、線膨張係数が大きい下部層と絶縁性ボスとの間には隙間を設け、伝熱用の軟質接着層を充填することにより、多層基材に設置した絶縁性ボスの破損を抑制し、プラズマ処理装置に必要な繰り返し熱サイクルに耐性を持つ試料台を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に説明するプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線で囲んだＡ部の詳細を示す断面図とその部分におけるウエハＷの温度分布を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例の変形例１に係る試料台の構成の概略を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の実施例の変形例２に係る試料台のリフトピン近傍の構成の概略を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の実施例の変形例３における試料台のリフトピン近傍の構成の概略を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、真空容器で形成され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室の下方に配置され前記プラズマを用いた処理対象のウエハがその上面に載せられる試料台と、この試料台の内部に配置された円板または円筒形状を有した金属製の基材とを備えたプラズマ処理装置に関するものである。
【００２４】
本発明に関するプラズマ処理装置の金属製の基材は、この基材を冷却するための冷媒が通流する冷媒流路が形成された熱伝導性が比較的大きい材料で構成された下部材と、この下部材の上方で上部材と接続され熱伝導性が比較的小さい材料で構成された上部材を備え、試料台の上面でウエハを上下させるピンが配置された貫通孔が基材の下部材と上部材とを貫通して形成されており、貫通孔の内部に、熱伝導率が上部材の熱伝導率より大きい絶縁性材料で構成されたボスを装着した構成を有している。
【００２５】
本発明の実施の形態を、以下図面を用いて説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【実施例】
【００２６】
本発明の実施例を図１乃至図５を用いて説明する。  
本実施例は、エッチング処理装置等のプラズマ処理装置に関し、処理室内で使用される試料台内部に配置された金属製電極ブロック（基材）のリフトピン用孔等の貫通孔に嵌め込まれるボスと電極ブロックとの相対的な配置および材料の構成に関するものである。
【００２７】
具体的には、電極ブロックを温度変化に伴う変形を抑制するために複数層の部材で構成し（上部層の熱伝達率）＜（下部層の熱伝達率）にした上で、（ボスの熱伝導率）＞（上部層の熱伝導率）として下部層への熱伝達量を大きくすること、さらに、このような多層構想の試料台電極ブロックのボスと貫通孔との間に挿入される接着層の熱伝導率を上部層より大きくする、または（上部層のボス用の接着層の剛性）＞（下部層の接着層の剛性）としたものである。
【００２８】
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に説明する縦断面図である。特に、本図のプラズマ処理装置は、真空容器内部に配置された処理室内に導波管を通してマイクロ波帯の電界と真空容器周囲に配置されたコイルにより形成された磁界とを導入し、当該処理室内に供給された処理用ガスを電界及び磁界の相互作用によるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）によって励起しプラズマを形成するプラズマエッチング装置が例示されている。
【００２９】
本図において、プラズマ処理装置１００は、内部にその内側が処理に適した所定の真空度に減圧される円筒形の処理室３３を有した真空容器２０と、その上方及び側方の周囲に配置されて処理室３３内にプラズマを形成するための電界または磁界を形成して供給するプラズマ形成ユニットと、真空容器２０下方に配置され処理室３３下部の排気口３６を介して処理室３３内と連通して配置されターボ分子ポンプ３８等の真空ポンプを含む排気ユニットとを含んで構成されている。
【００３０】
真空容器２０は、円筒形を有した処理室３３の外周を囲んで配置される円筒形を有した金属製の処理室壁３１と、その円形の上端部の上に載せられて石英ガラス等のマイクロ波帯の電界が透過できる誘電体を含んで構成された円板形状を有する蓋部材３２とを備えている。
【００３１】
蓋部材３２の外周縁部下面と処理室壁３１の上端部とは、これらの間にＯリング等のシール部材３２１が挟まれて接続または連結されることでシール部材３２１が変形し処理室３３の内部が処理室３３の外部に対して気密に封止される。
【００３２】
処理室３３の内側下部には、処理対象の試料である半導体ウエハ等の基板状の試料（以下、ウエハＷ）がその円形の上面上方に載せられる円筒形を有した試料台１０１が配置される。その上方の処理室３３の上部であってプラズマが形成される空間である放電部を有している。放電部を囲む真空容器２０の上部にはエッチング処理を行うための処理ガス３５を処理室３３内に導入する開口を有したガス導入管３４が接続されている。
【００３３】
処理室３３の試料台１０１下方の底面には排気口３６が配置されている。排気口３６は、真空容器１０１底部下方に配置され排気ユニットを構成するターボ分子ポンプ３８の入り口と排気用の管路を介して連通されている。排気口３６を通して処理室３３に導入された処理ガス３５やエッチングによって生じた反応生成物やプラズマ４３の生成粒子が排気される。
【００３４】
処理室３３の排気口３６とターボ分子ポンプ３８とを繋ぐ管路上には圧力調節バルブ３７が配置されている。図示しない制御装置からの指令信号に応じて圧力調節バルブ３７の開度が増減制御されることにより、排気口３６を通した処理室３３の排気の流量または速度が調節され、処理室３３内の圧力が所定の範囲内の値に調節される。本実施例では、処理室３３内の圧力は数Ｐａ程度乃至数十Ｐａの範囲内の所定の値に調節される。
【００３５】
処理室３３の上方には、プラズマ形成ユニットを構成する導波管４１とその端部に配置されマイクロ波の電界４０を形成するマグネトロン等のマイクロ波発振器３９が備えられている。マイクロ波発振器３９で生成されたマイクロ波の電界４０は、導波管４１に導入され、その断面が矩形の部分とこれに接続された断面円形の部分とを通って伝播して導波管４１下端部に接続され導波管４１より径が大きい円筒形を有した共振用の空間で所定の電界のモードが増幅され、当該モードの電界は、処理室３３上方に配置され真空容器２０上部を構成する蓋部材３２を透過して処理室３３内に上方から導入される。
【００３６】
処理室蓋３２の上方と処理室壁３１の外壁の周囲にはこれらを囲んで配置されたソレノイドコイル４２が備えられ、ソレノイドコイル４２は、図示していない電源に接続されている。この図示していない電源によりソレノイドコイル４２に電流を流すと、ソレノイドコイル４２は磁界を生成し、当該ソレノイドコイル４２によって生成された磁界が処理室３３内に導入される。
【００３７】
処理室３３内に導入された処理ガス３５の原子または分子は、マイクロ波の電界４０とソレノイドコイル４２によって生成された磁界との相互作用によるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）により励起され電離あるいは解離して、試料台１０１またはその上面上方のウエハＷの上方の処理室３３の空間内にプラズマ４３が生成される。
【００３８】
プラズマ４３はウエハＷに面しており、上記の通り、試料台１０１内の金属製の電極ブロックを兼ねた基材は高周波電源２１と電気的に接続され当該高周波電源２１から出力される所定の周波数の高周波電力が供給されて、ウエハＷに生じるバイアス電位によってプラズマ４３中の荷電粒子がウエハＷ上面に誘引され、ウエハＷ上面に予め配置された膜構造の処理対象の膜層に対するエッチング処理が行われる。
【００３９】
本実施例では、ウエハＷの処理中に、処理に適した範囲内のウエハＷの温度を実現するために、試料台１０１の温度を調節する構成を備えている。真空容器２０外部に配置され冷媒の温度を設定された範囲内の値に調節する機能を備えたチラー等の温調ユニット２６と、試料台１０１の金属製の基材２０２の内部に配置された冷媒流路１１とが、管路２６１，２６２により接続されて循環路を構成している。
【００４０】
温調ユニット２６により温度が調節された冷媒が試料台１０１内の冷媒流路１１に管路２６１を通して供給され、冷媒流路１１の内側を通過する冷媒とウエハＷと熱的に接続された試料台１０１との間で熱交換が行われ、この冷媒が管路２６２を通して温調ユニット２６に戻されることにより、試料台１０１およびその上方に載せられたウエハＷの温度が所望の範囲内の値となるように調節される。
【００４１】
真空容器２０と連通可能にその側壁に接続された図示しない別の真空容器であって、減圧された内部をウエハＷが搬送される搬送室を備えた真空搬送容器の当該搬送室からウエハＷが、搬送室内に配置され両端が関節部によって接続された複数本の腕部材を備えた図示しないロボットアームのアーム先端部に載せられた状態で、アームの伸長により真空容器２０の処理室３３内に搬入されて試料台１０１上面の上方まで搬送される。
【００４２】
ウエハＷが試料台１０１の図示しないリフトピン上に受け渡されると、アームが収縮して処理室３３から退室するとともにリフトピンがウエハＷを載せたまま下降して試料台３３内に収納されると、ウエハＷが試料台３３の上面である円形またはこれと見做せる程度に近似した形状の載置面上に載せられる。図１は、このようにしてウエハＷが試料台１０１に載置された状態を示している。
【００４３】
図２（ａ）に、試料台１０１の詳細な構成を示す。本実施例に係る試料台１０１は、内部に配置されて円筒または円形状を有した金属製の基材を構成する電極ブロック２０２と、この電極ブロック２０２の上面を覆う誘電体製の膜である静電吸着層２０３を備えて形成されている。
【００４４】
静電吸着層２０３は、内部に配置された導電体製の膜状の部材である内部電極２０３−１と、その上下を覆って配置された膜状の絶縁体２０３−２とを備えている。内部電極２０３−１の材料として、本実施例ではタングステン、絶縁体の材料として耐プラズマ性を有するアルミナセラミックスやイットリア等のセラミクスが使用されている。
【００４５】
試料台１０１のウエハＷを搭載する載置面を構成する誘電体製の膜である静電吸着層２０３の内部に配置された膜状の内部電極２０３−１は、直流電源２０７と電気的に接続されている。この内部電極２０３−１に直流電源２０７から直流電力が供給されて内部電極２０３−１の上方に配置された絶縁膜２０３−２とその上方のウエハＷとの内部に電荷が蓄積された結果生じる静電気力により、ウエハＷが誘電体製の膜である静電吸着層２０３上に吸着されて保持される。
【００４６】
試料台１０１の金属製の基材である電極ブロック２０２に形成された冷媒流路１１には、温調ユニット２６内で所定の範囲内の温度に調整された熱交換媒体である冷媒が循環して供給されている。これにより、試料台１０１または金属製の基材である電極ブロック２０２の温度は、静電吸着層２０３上に吸着されて保持されるウエハＷの温度が、このウエハＷの処理を開始するに適した値の範囲内の温度に設定される。
【００４７】
この状態で、誘電体製の膜である静電吸着層２０３の上面とこの静電吸着層２０３の上面に静電吸着されたウエハＷとの間のすき間Ｇに、静電吸着層２０３に形成された開口２０３−３を通してＨｅ等の熱伝達性を有したガスが供給される。Ｈｅ等の熱伝達性を有したガスは、開口２０３−３と連通したガス供給経路２０４を通って、図示していないガス供給源から供給される。
【００４８】
このような構成において、静電吸着層２０３の上面とこの上面に静電吸着されたウエハＷとの間のすき間ＧにＨｅ等の熱伝達性を有したガスを供給することにより、ウエハＷと静電吸着層２０３を含む試料台１０１との間の熱伝達が促進される。
【００４９】
この状態で、図１に示した構成において、図示していない制御部で制御して、処理室３３内にガス導入管３４を通して処理ガス３５を導入するとともに、蓋部材３２を通したマイクロ波の電界と、ソレノイドコイル４２からの磁界とを、処理室３３内に形成する。これにより、これらの相互作用により処理室３３の内部に、処理ガス３５を用いたプラズマ４３が形成される。
【００５０】
このように処理室の内部にプラズマ４３を発生させた状態で、試料台１０１を構成する電極ブロック２０２に、高周波電源２１からの所定の周波数の高周波電力を印加する。これにより、ウエハＷの上面上方にバイアス電位が形成されて、プラズマ４３の電位との電位差に応じてプラズマ４３中のイオン等の荷電粒子がウエハＷの上面に誘引され衝突する。これにより、ウエハＷが、エッチング処理される。ウエハＷの上面には、最表面の処理対象の膜層を含む複数の膜層が積層して形成されており、処理対象の膜層の上にレジストによるマスクパターンが形成されている。
【００５１】
エッチング処理が終点に到達したことが、図示しない検出器によりプラズマ４３の発光分析等の公知の技術を用いて検出されると、図示していない制御部で制御されて、高周波電源２１から電極ブロック２０２への高周波電力の供給およびマイクロ波発信器３９からのマイクロ波の電界４０、及びソレノイドコイル４２による磁界の供給が停止されて処理室３３内部のプラズマ４３が消火され、エッチング処理が停止される。その後、ウエハＷは、図示していない搬送手段により処理室３３から搬出され、処理室３３内のクリーニングが実施される。
【００５２】
図２（ａ）に示すように、電極ブロック２０２は、下部層２０２−１と上部層２０２−２の２層構造で形成されている。上部層２０２−２は、ウエハＷがその上に載せられる載置面を構成する円筒形の凸部２０２−２１と、凸部２０２−２１よりも径が大きい円筒形の基部２０２−２２が形成されている。
【００５３】
上部層２０２−２の凸部２０２−２１の上面は、円形またはこれと見做せる程度に近似した形状を有し、当該上面には、これを覆って配置され凸部２０２−２１の上面と接合された誘電体製の膜である静電吸着層２０３が形成されている。この静電吸着層２０３は、上述したように、内部に配置された導電体製の膜状の部材である内部電極２０３−１と、その上下を覆って配置された膜状の絶縁体２０３−２とを備えている。内部電極２０３−１の材料として、本実施例ではタングステン、絶縁体の材料として耐プラズマ性を有するアルミナセラミックスやイットリア等のセラミクスが使用されている。
【００５４】
本実施例の静電吸着層２０３は、電極ブロック２０２上面を覆ってプラズマ等の加熱手段により半溶融状態にされたセラミクスまたは金属の材料の粒子を吹き付けて膜状に堆積させて形成する溶射法によって形成されても良く、また、内部電極２０３−１を構成する金属製の膜を内部に包含した状態のセラミクス等の材料を膜状に形成した後にこれを焼結して板状に成形して形成された焼結板によるものであっても良い。
【００５５】
前者の場合には粒子が吹き付けられて膜状に堆積する工程により、後者の場合には焼結板と電極ブロック２０２上面またはその上に配置された部材との間に配置された接着剤により、電極ブロック２０２の上部層２０２−２の凸部２０２−２１の上面と静電吸着層２０３とが接合されて、一体の部材として構成される。溶射法又は焼結板により形成された静電吸着層２０３の表面（ウエハＷを載置する面）は比較的粗く、凹凸が形成されている。
【００５６】
試料台１０１には、ウエハＷの裏面と静電吸着層２０３の表面との間の、主に静電吸着層２０３の表面の比較的粗い凹凸により形成されるすき間Ｇに、静電吸着層２０３上面の開口２０３−３から供給されるＨｅ等の熱伝達性を有する伝熱ガス２０５を通流させる、伝熱ガス供給通路２０４が配置されている。伝熱ガス供給通路２０４は、電極ブロック２０２及び静電吸着層２０３を貫通して形成されている。
【００５７】
静電吸着層２０３のウエハＷ用の載置面上にウエハＷが載せられて静電吸着されて保持された状態で、ウエハＷの裏面と静電吸着層２０３の表面との間のすき間Ｇに、図示していないガス供給手段から供給された伝熱ガス２０５を供給する。本実施例の伝熱ガス供給通路２０４は、静電吸着層２０３の上面の開口２０３−３に通じる電極ブロック２０２内部の箇所である通路２０４−１と、試料台１０１の底面から下方に延びるガスライン２０４−２とを備えて構成されている。
【００５８】
伝熱ガス２０５がウエハＷの裏面と静電吸着層２０３の表面との間のすき間Ｇに供給されて存在することにより、排気されて所定の真空度に設定される処理室３３の内側であっても、ウエハＷと試料台１０１（電極ブロック２０２）との間の熱伝達が促進され、ウエハＷの温度を所望の範囲内の値に維持することが容易になる。本実施例において、伝熱ガス２０５の供給の流量または速度は、伝熱ガス２０５の流量を検知する図示しない流量計からの出力を用いて、図示していない制御部で伝熱ガス供給通路２０４上に配置された流量制御弁２０６を制御することによって調節される。
【００５９】
なお、本実施例の試料台１０１は、電極ブロック２０２の上部層２０２−２の円筒形の凸部２０２−２１の外周縁の段差部２０２−２２に、石英やアルミナやイットリア等のセラミクス製のカバーリング２０２−３が配置されている。このカバーリング２０２−３により、上部層２０２−２の円筒形の凸部２０２−２１の側面及び段差部２０２−２２の上面が覆われている。また、このカバーリング２０２−３と電極ブロック２０２の外周部は、表面が絶縁体で覆われたカバー２０２１で覆われている。
【００６０】
このような構成とすることにより、処理室３３内に設置される電極ブロック２０２がプラズマ４３と直接接することが無くなり、電極ブロック２０２がプラズマ４３との相互作用により削られたり生成物が付着したりすることが抑制される。
【００６１】
また、静電吸着層２０３の内部に配置された内部電極２０３−１は、試料台１０１の外部に配置された直流電源２０７と、給電ライン２０８を介して電気的に接続されている。当該直流電源２０７からの直流電力が供給された内部電極２０３−１に発生した電圧によって、ウエハＷとの間の絶縁体２０３−２内に分極した電荷が生起され、これにより静電吸着層２０３とウエハＷとの間に静電気力が発生する。この静電気力により、ウエハＷには、これを静電吸着層２０３上面方向に吸着する力が作用する。
【００６２】
なお、直流電源２０７の電力は、電極ブロック２０２を貫通する孔２１１−１、２１１−１１の内部に配置された中空の絶縁性ボス２１０を通してケーブル及びコネクタから構成された給電ライン２０８を介して、静電吸着層２０３の内部電極２０３−１に給電される。
【００６３】
内部電極２０３−１は、それらの間に静電吸着層２０３−２を構成する誘電体材料が配置されて絶縁された複数の膜状の電極で構成され、隣接する電極間で異なる極性が付与される、所謂双極型の静電吸着用の電極で構成されている。ウエハＷの載置面を構成する試料台１０１の円筒形の凸部２０２−２１の上面を覆う静電吸着層２０３において、その面内で複数に分割された領域に対応する内部の箇所に配置された複数の電極に異なる極性が付与される。
【００６４】
これにより、ウエハＷ内の複数領域で異なる極性の電荷が分極して形成される。その結果、処理室３３内にプラズマ４３が形成されていない状態でも、ウエハＷを静電吸着層２０３に吸着または支持する静電気力を発生することが可能になる。
【００６５】
このような試料台１０１の上方からウエハＷを処理室３３外に搬出する場合には、先ず、処理室３３の内部でプラズマ４３の発生を停止した状態で、静電気力でウエハＷを保持している内部電極２０３−１に印加された電圧を除去する除電の工程を実施する。その後、円筒形の凸部２０２−２１を上から見たときに同心円状に等間隔に配置された３本のリフトピン２０９を、図示していないアクチュエータで駆動して上昇させ、ウエハＷを静電吸着層２０３上面上方に持ち上げて、上面からの所定の距離に保持する。
【００６６】
３本のリフトピン２０９は、それぞれ、静電吸着層２０３の上面に開口を有して静電吸着層２０３及び電極ブロック２０２を貫通する貫通孔２１１−３に装着された中空の絶縁性ボス２１０の内部に収納されている。図示していないアクチュエータで駆動することにより、３本のリフトピン２０９は、その先端まで貫通穴２１１−３の内部に収納された状態（図２（ａ）に示した状態）から、当該先端を静電吸着層２０３上面から上方に突出してウエハＷ裏面に当接した状態に、さらに上方に移動してウエハＷを静電吸着層２０３上面から遊離させた状態にして、ウエハＷを静電吸着層２０３上面上方に持ち上げる。
【００６７】
この状態で、図示しないロボットアームのアームが処理室３３内に進入し、リフトピン２０９で持ち上げたウエハＷと静電吸着層２０３との間のすき間に先端のウエハ保持部が移動する。この後、図示していないアクチュエータの動作によりリフトピン２０９が下降して図示していない当該アーム先端部下方に移動することで、ウエハＷが図示していないアーム先端部のウエハ保持部に受け渡され、リフトピン２０３は試料台１０１の貫通孔２１１−３に装着された中空の絶縁性ボス２１０の内部に収納される。この後、図示していないロボットアームのアームが収縮することで、ウエハＷはロボットアームに保持された状態で処理室３３外部の図示しない真空搬送容器内の搬送室へ搬出される。
【００６８】
上記伝熱ガス供給通路２０４の電極ブロック内通路２０４−１は、電極ブロック２０２に形成された貫通穴２１１−２に装着された中空の絶縁性ボス２１０−２内を貫通して設置される。また、給電ライン２０８は、電極ブロック２０２に形成された貫通穴２１１−１に装着された中空の絶縁性ボス２１０−１内を貫通して設置される。更に、リフトピン２０９は、電極ブロック２０２に形成された貫通穴２１１−３に装着された中空の絶縁性ボス２１０−３の内部に設置される。
【００６９】
電極ブロック２０２の貫通穴２１１−１乃至２１１−３に装着した中空の絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３は、貫通穴２１１−１乃至２１１−３の内部を保護すると同時に、電極ブロック２０２との電気的な絶縁機能を有している。
【００７０】
このような貫通孔２１１−１乃至２１１−３にある隙間を持って装着した中空の絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３を介した電極ブロック２０２への熱の伝達の効率は、電極ブロック２０２内部の熱の伝達の効率と比較して著しく小さい。その結果、このような貫通孔２１１−１乃至２１１−３の上方に位置するウエハＷの面内の方向について、温度の値あるいは熱伝達の量の分布が局所的に異なったものと成り易い。
【００７１】
特に、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３の熱伝導率が電極ブロック２０２の熱伝導率よりも低い場合には、ウエハＷの絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３の真上に位置した部分において、ウエハＷから真下の絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３を介して電極ブロック２０２へ流れる熱の伝達が、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３よって阻害されることになる。
【００７２】
熱伝導率の低いセラミックなどが絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３の構成材料として用いられて、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３を貫通孔２１１−１乃至２１１−３に、ある隙間を持って装着した場合には、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３を介したウエハＷから電極ブロック２０２への熱の伝達量が小さくなってしまう。このため、貫通孔２１１−１乃至２１１−３とその周囲の電極ブロック２０２との間でのウエハＷの温度が所望の温度範囲からのズレが局所的に大きくなってしまう。このような場合の絶縁ボス２１０−３の真上のウエハＷの局所的な温度分布を、図２（ｂ）のグラフ１２０に示す。
【００７３】
これに対して、本実施例の試料台１０１は、図２（ａ）に示すように、電極ブロック２０２が複数の層（本実施例では、下部層２０２−１と上部層２０２−２の２層）をなす構造体を上下方向に配置しそれらを接合して一体にした構造とした。さらに、下部層２０２−１は、上方に接合された上部層２０２−１よりも高い熱伝導率を有する材料で構成し、その内部に冷媒流路１１を配置する構成とした。つまり、電極ブロック２０２を構成する部材の熱伝導率は、（下部層２０２−１）＞（上部層２０２−２）の関係にされている。
【００７４】
また、電極ブロック２０２の貫通孔２１１−１乃至２１１−３に装着した絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３は、貫通孔２１１−１乃至２１１−３のうち下部層２０２−１に形成された貫通孔２１１−１１乃至２１１−３１と密着している。これにより、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３は、下部層２０２−１と熱的に接触するように装着されている。そして、下部層２０２−１は、熱伝導率が上部層２０２−２よりも高い材料から構成されている。構成材料の例としては、下部層２０２−１はアルミ、銅、上部層２０２−２はチタン、ステンレス、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３はＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）等を用いることができる。
【００７５】
本実施例では、電極ブロック２０２内部に配置された貫通孔２１１−１乃至２１１−３のうち下部層２０２−１を貫通する部分の貫通孔２１１−１１乃至２１１−３１の内周壁面に密着した状態で接触させて円筒形の絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３が嵌め込まれて、両者が接触する構成となっている。これにより、ウエハＷと下部層２０２−１に形成された冷媒流路１１との間を連結する熱伝達の経路は、ウエハＷ下面、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３および下部層２０２−１を介して冷媒流路１１へ至るものとなり、図２（ｂ）に矢印で示すように、ウエハＷの側から上部層２０２−２の下側の下部層２０２−１に形成された冷媒流路１１の側へ流れる熱量Ｑ´も大きくすることができる。
【００７６】
このように、上部層２０２−２よりも寝て伝達率が高い絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３が装着された貫通孔２１１−１乃至２１１−３の上部におけるウエハＷの部分と、それ以外の絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３よりも熱伝達率が低い材料で形成された上部層２０２−２の上部における部分とのウエハＷから電極ブロック２０２への熱伝達量の差を小さくすることができる。
【００７７】
この様な構成とすることにより、従来技術と比べて、ウエハＷの面内方向についての温度の値またはその分布が貫通孔とその周囲において他の箇所と比べて局所的に大きくズレてしまうことが抑制される。
【００７８】
その結果、図２（ｂ）に示すようなウエハＷの温度分布１１０を得ることができる。図２（ｂ）に示した温度分布を示すグラフにおいて、本実施例により得られるウエハＷの面内の温度分布１１０は、本実施例が適用されていない場合の温度分布１２０に対して、ピークレベルが低減されて、ウエハＷ面内での温度分布の均一化がより改善されていることがわかる。
【００７９】
また、上部層２０２−２に下部層２０２−１より低い熱伝導率を有する部材を用いることで、上部層２０２−２と内部電極２０３−１との間に図示していないヒータが配置された場合に、当該ヒータと比較的高い熱伝導率を有する下部層２０２−１の内部に形成された冷媒流路１１との間の熱抵抗を、比較的低い熱伝導率を有する上部層２０２−２により大きくすることができる。その結果、図示していないヒータの加熱エネルギを効率よくウエハＷに伝達することが可能になり、ウエハＷの温度を、比較的短い時間で、より高い精度で調節することができる。
【００８０】
［変形例１］  
図３は、図１に示した実施例のプラズマ処理装置の第１の変形例に係る試料台の構成の概略を、模式的に示した縦断面図である。図３において、図１または２と同じ符号が付されている構成については、必要な場合以外の説明を省略する。
【００８１】
本変形例１に係る試料台３１０１は、電極ブロック３２０２が上下方向に３つ部材が一体に接合された３層から構成されている。さらに、相対的に高い熱伝導率の材料から構成された部材が中間層３２０２−３を構成し、当該中間層３２０２−３の内部に、冷媒流路１１が配置されている。
【００８２】
さらに、中間層３２０２−３の上方に、この上面と接続された相対的に低い熱伝導率の材料から構成された部材が、上部層３２０２−２として形成されている。この上部層３２０２−２は、図２に示した実施例で説明した上部層２０２−２に相当する。
【００８３】
また、中間層３２０２−３の下方に、この中間層３２０２−３に対して相対的に低い熱伝導率の材料から構成された部材が、中間層３２０２−３の下面と接して裏面層３２０２−４として形成されている。
【００８４】
そして、各層を構成する材料の熱伝導率は、（中間層３２０２−３）＞（上部層３２０２−２）、および（中間層３２０２−３）＞（裏面層３２０２−４）の関係になっている。
【００８５】
また、電極ブロック３２０２全体を貫通する貫通孔内でその内周壁面と接してこれを覆うように嵌め込まれて配置される絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３は、実施例で説明した場合と同様に、中間層３２０２−３に形成された貫通孔３２１１−１乃至３２１１−３とそれぞれ熱的に接触している。
【００８６】
この絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３の部材として、熱伝導率が上部層３２０２−２よりも高い材料を採用した。構成材料の例としては、中間層３２０２−３はアルミ、銅、上部層３２０２−２および裏面層３２０２−４はチタン、ステンレス、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３はＡｌＮ、ＢＮ等を用いることができる。これにより、ウエハＷから絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３および中間層３２０２−３を介して、冷媒流路１１へ伝導する熱量を大きくすることができ、実施例の場合と同様に、ウエハＷの面内の排熱分布の不均一を抑制することができる。
【００８７】
本変形例においては、裏面層３２０２−４を中間層３２０２−３の下方において、中間層３２０２−３と接続させて配置することで、多層の構造を有する電極ブロック３２０２の熱変形を抑制ことができる。即ち、上部層３２０２−２の下方でこれに接続され線膨張係数がより大きい中間層３２０２−３の下方に上部層３２０２−２と線膨張係数がほぼ等しい裏面層３２０２−４を配置したことで、電極３ブロック３２０２を構成する材料の熱膨張の差により発生する上下方向の反りを、中間層３２０２−３の上下を挟み膨張が相対的に小さい上部層３２０２−２、裏面層３２０２−４によって低減でき、電極ブロック３２０２ひいては試料台３１０１全体の変形を抑制することができる。
【００８８】
その結果、電極ブロック３２０２がプラズマ４３あるいは上部層３２０２−２と内部電極２０３−１との間に配置された図示していないヒータからの熱を受けて加熱された場合でも、中間層３２０２−３の試料台３１０１の凸部あるいはその上方に載せられるウエハＷの面内の方向についての相対的に大きな膨張とこれによる上下方向の反りが低減され、電極ブロック３２０２ひいては試料台３１０１全体の変形が抑制される。
【００８９】
試料台３１０１は、プラズマ４３が形成される処理室３３内に配置されてプラズマ４３に曝されるため、電極ブロック３２０２の裏面層３２０２−４は、耐プラズマ性の高い材料で構成されることが望ましい。本実施例では、中間層３２０２−３のアルミや銅よりも耐プラズマ性が高い、上部層３２０２−２と同一部材のチタンやステンレスが用いられる。
【００９０】
［変形例２］  
次に、図４を用いて、本発明の実施例の第２の変形例として、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３の別の構成を説明する。図４は、図２に示す実施例で説明したプラズマ処理装置の本変形例に係る試料台４１０１の構成において、リフトピン２０９が設置される部分の周囲の概略を模式的に示した図である。
【００９１】
上記説明した実施例及び変形例１において、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３は、実施例における電極ブロック２０２の貫通孔２１１−１乃至２１１−３の内周壁、又は変形例１における電極ブロック３２０２の貫通孔３２１１−１乃至３２１１−３の内周壁を保護すると同時に、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３の内部の空間及びこれに収納されるリフトピン２０９と電極ブロック２０２又は電極ブロック３２０２との間を電気的に絶縁する機能を奏することが求められる。
【００９２】
本変形例２に係る絶縁性ボス４２１０−３は、熱伝導率は低いものの絶縁性（誘電率または比誘電率）と耐プラズマ性が高い材料から構成された内側ボス４２１０−３１と、熱伝導率はより高いものの絶縁性及び耐プラズマ性が低い材料から構成された外側ボス４２１０−３２とを、内側ボス４２１０−３１の外周壁面と外側ボス４２１０−３２の内周壁面とを当接させて配置した、同心状で多重の構成を備えている。
【００９３】
外側ボス４２１０−３２の外周壁面は、試料台４１０１の電極ブロック４２０２を構成する下部層４２０２−１と上部層４２０２−２とに形成された貫通穴４２１１−３と密着して、実施例で説明した場合と同様に下部層４２０２−１と熱的に接触している。
【００９４】
本変形例の絶縁性ボス４２１０−３では、各々で熱伝導性と絶縁性とが相反して異なる複数の材料が同心状に境を接して一体の部材として絶縁性ボス４２１０−３を構成することで、絶縁性ボス４２１０−３として必要な熱伝導性、絶縁性、耐プラズマ性等の特性を異なる部材に担わせて全体として必要な性能が確保されている。
【００９５】
なお、本変形例においては、実施例１で説明した絶縁性ボス２１０−１及び２１０−２についても、絶縁性ボス４２１０−３と同様な構成を有している。
【００９６】
［変形例３］
次に、本発明の実施例の更に別な第３の変形例を、図５を用いて説明する。図５は、図２に示した実施例のさらに別の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台５１０１の構成において、リフトピン２０９が設置される部分の周囲の概略を模式的に示した図である。
【００９７】
図２を用いて説明した実施例のように、試料台１０１は、金属等の相対的に高い導電性または熱伝導性を有する電極ブロック２０２を、下部層２０２−１と上部層２０２−２のように、線膨張係数の異なる材料から構成された部材を上下方向に接続させて多層の構造から構成している。このような場合には、この電極ブロック２０２に熱が加わった場合、各層の熱膨張の大きさの差により、これらの複数の層を貫通して密着して嵌め込まれた円筒形の絶縁性ボス２１０は、その軸を横切る方向に剪断力が働いて破損する虞がある。
【００９８】
例えば、図２に示した実施例では、チタン又はステンレスで形成された上部層２０２−２よりも、アルミ又は銅で形成された下部層２０２−１の方が線膨張係数が高い材料で形成されている。更に、絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３がその外周の壁面を電極ブロック２０２の貫通孔２１１−１乃至２１１−３の内周壁と接して嵌め込まれている。
【００９９】
このような構成において、プラズマ４３が形成されてウエハＷが処理されている間に加熱されることにより、電極ブロック２０２の下部層２０２−１及び上部層２０２−２にはそれぞれ熱膨張が発生する。このとき、両者の熱膨張率の差により、電極ブロック２０２の中心部分から半径方向に離れた位置に形成された貫通孔２１１−１乃至２１１−３の位置が、相対的に大きく変移する下部層２０２−１と膨張の量が相対的に小さく変移量が比較的小さい上部層２０２−２とで異なる。
【０１００】
その結果、膨張の量が相対的に小さく変移量が比較的小さい上部層２０２−２内の部位に保持された絶縁性ボス２１０−１乃至２１０−３が試料台１０１の外周側に向かう方向の力（せん断力）を受けることになる。これにより、上記膨張の差が許容される範囲を超えると絶縁性ボス２１０の破損が発生してしまう虞がある。
【０１０１】
本変形例における図５に示した例では、絶縁性ボス５２１０−３は、電極ブロック５２０２を構成する下部層５２０２−１を貫通する貫通孔５２１１−３１と、上部層５２０２−２を貫通する貫通孔５２１１−３の内部に挿入されて、両者を貫通して配置されている。
【０１０２】
円筒形を有する絶縁性ボス５２１０−３の上部層５２０２−２内の部位は、その外周壁面と上部層５２０２−２に形成された貫通穴５２１１−３の内周壁面との間に硬質接着層５２１２−３を介して接続されて固定される。電極ブロック５２０２の構成材料は、（下部層５２０２−１の線膨張係数）＞（上部層５２０２−２の線膨張係数）にされている。
【０１０３】
さらに、円筒形の絶縁性ボス５２１０−３の下部層５２０２−１内の部位は、その外周壁面と下部層５２０２−１の貫通孔５２１１−３１の内周壁面との間の隙間に軟質接着層５２１３−３を挟んで下部層５２０２−１に接続されその位置が固定される。
【０１０４】
上記隙間の絶縁性ボス５２１０−３の半径方向についての大きさは、絶縁性ボス５２１０−３を含む電極ブロック５２０２の組立時あるいは外部からの作用により試料台５１０１が加熱される前の状態で、絶縁性ボス５２１０−３と上部層５２０２−２との間の隙間より絶縁性ボス５２１０−３と下部層５２０２−１との間の隙間の方が大きく形成されている。さらに、貫通孔内の絶縁性ボス５２１０−３と下部層５２０２−１との間の隙間には軟質接着剤５２１３−３が挟まれている。
【０１０５】
このような構成により、本変形例の試料台５１０１では、熱膨張による電極ブロック５２０２と絶縁性ボス５２１０−３との物理的な干渉を抑制しつつ両者の間でのより高い熱伝達を実現できる。すなわち、絶縁性ボス５２１０−３または貫通孔の半径方向についての硬質接着層５２１２−３の大きさ（厚さ）をｔ１、軟質接着層５２１３−３の厚さをｔ２とした場合、ｔ２＞ｔ１にされている。
【０１０６】
さらにまた、材料としてのこれら硬質接着層５２１２−３及び軟質接着層５２１３−３の硬度は（硬質接着層５２１２−３の硬度または剛性）＞（軟質接着層５２１３−３の硬度または剛性）の関係にされている。
【０１０７】
このような接着剤の例としては、硬質接着層５２１２−３は樹脂系接着剤、又は、セラミック系接着剤、軟質接着層５２１３−３はシリコーン系接着剤等を使用することができる。なお、軟質接着層５２１３−３は軟質であると同時に熱伝導性が良いものが望ましいため、熱伝導率を高めるためにセラミックなどの熱伝導用のフィラーを添加してもよい。このような構成とすることで、本変形例での電極ブロック５２０２を構成する各層と絶縁性ボス５２１０−３との間の熱伝達率の関係は、（絶縁性ボス５２１０−３と軟質接着層５２１３−３との間の熱伝達率）＞（絶縁性ボス５２１０−３と硬質接着層５２１２−３との間の熱伝達率）にされている。
【０１０８】
実施例１で説明したのと同様に、絶縁性ボス５２１０−３は、熱伝導率が上部層５２０２−２を構成する部材の熱伝導率より大きい材料で形成され、下部層５２０２−１は、熱伝導率が上部層５２０２−２を構成する部材の熱伝導率より大きい材料で形成されている。本変形例では、上部層５２０２−２から絶縁性ボス５２１０−３により多くの熱が伝達することになり、絶縁性ボス５２１０−３の上端部においてその周囲の上部層５２０２−２との間の温度の差が抑制され、貫通孔５２１１−３の上方及びその周囲でのウエハＷの温度の局所的な変動を小さくすることができる。
【０１０９】
また、本変形例の試料台５１０１を組み立てる工程において、硬質接着層５２１２−３を用いて絶縁性ボス５２１０−３を上部層５２０２−２と接続してその位置を固定した後、絶縁性ボス５２１０−３と下部層５２０２−１内の貫通孔５２１１−３１の内周壁面との間に軟質接着層５２１３−３を配置する際には、下部層５２０２−１の下面（底面）側の貫通孔５２１１−３１の開口から軟質接着層５２１３−３を充填した場合には、硬質接着層５２１２−３と軟質接着層５２１３−３の間に隙間が発生してしまい、当該隙間により絶縁性ボス５２１０の固定や熱伝達の性能が損なわれてしまう虞がある。
【０１１０】
これを抑制するため、本変形例では、下部層５２０２−１の貫通孔５２１１−３１と上部層５２０２−２の貫通孔５２１１−３との間の境界部外周側において少なくとも何れかの接合面（図５に示した構成では、上部層５２０２−２の側）を凹ませた凹み部を当該境界部をリング状に囲んで形成した排気用溝５２１４−３を配置し、この排気用溝５２１４−３と電極ブロック５２０２の下面の側とを連通する排気孔５２１５−３とを備えている。
【０１１１】
この構成により、軟質接着層５２１３−３を絶縁性ボス５２１０−３と下部層５２０２−１内の貫通孔５２１１−３１の内周壁面との隙間に満填する際にも、当該隙間内の軟質接着層５２１３−３と硬質接着層５２１２−３との間に空間、所謂ボイドが発生することを抑制して、軟質接着層５２１３−３を絶縁性ボス５２１０−３の周囲に配置することができ、絶縁性ボス５２１０−３の位置の固定及び熱伝達の効率が損なわれることが抑制される。
【０１１２】
なお、本変形例においては、リフトピン２０９が設置される部分の周囲の構成について説明したが、実施例１で説明した絶縁性ボス２１０−１及び２１０−２を装着する部分についても、図５で説明した絶縁性ボス５２１０−３と同様な構成を有した部材が装着される。
【０１１３】
上記実施例および変形例の構成によれば、処理中のウエハＷの面内方向における温度の値とその分布において局所的に変化の大きな箇所（特異点の領域）が発生することを抑制でき、ウエハＷの処理における所望のウエハＷまたは試料台５１０１の温度の目標値を精度良く軸原子処理の歩留まりを向上させることができる。
【０１１４】
なお、上記の実施例はマイクロ波の電界及び磁界を用いてＥＣＲによりプラズマ４３を発生させるプラズマ処理装置を説明したが、他のプラズマを形成する手段、例えば誘導結合や容量結合によってプラズマを形成する構成であっても、本発明はその作用、効果に制約を生じることはなくこれを適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明が提案する真空処理装置の試料台は上記プラズマ処理装置の実施例に限定されず、異物の発生を抑制しながら、精密なウエハ温度管理を必要とする他の装置にも転用が可能である。例えば、ウエハを高温に加熱しながら処理を行う、アッシング装置、スパッタ装置、イオン注入装置、などにも有用であると考えられる。
【符号の説明】
【０１１６】
１１・・・冷媒流路
２０・・・真空容器
２１・・・高周波電源
２６・・・温調ユニット
３１・・・処理室壁
３２・・・蓋部材
３３・・・処理室
３４・・・ガス導入管
３５・・・処理ガス
３６・・・排気口
３７・・・圧力調節バルブ
３８・・・ターボ分子ポンプ
３９・・・マイクロ波発振器
４１・・・導波管
４２・・・ソレノイドコイル
１００・・・プラズマ処理装置
１０１，３１０１，４１０１，５１０１・・・試料台
２０２、３２０２，４２０２，５２０２・・・電極ブロック
２０２−１、４２０２−１、５２０２−１・・・下部層
２０２−２，３２０２−２、４２０２−２、５２０２−２・・・上部層
２０３・・・静電吸着層
２０３−１・・・内部電極
２０３−２・・・絶縁体
２０４・・・伝熱ガス供給通路
２０４−１・・・電極ブロック内通路
２０４−２・・・ガスライン
２０６・・・流量制御弁
２０７・・・直流電源
２０８・・・給電ライン
２０９・・・リフトピン
２１０−１，２１０−２，２１０−３，４２１０−３・・・絶縁性ボス
３２０２−３・・・中間層
３２０２−４・・・裏面層
４２１０−３１・・・内側ボス
４２１０−３２・・・外側ボス
５２１２−３・・・硬質接着層
５２１３−３・・・軟質接着層
５２１４−３・・・排気用溝
５２１５−３・・・排気孔
Ｗ・・・ウエハ。
【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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