(57)【要約】【課題】プラズマ処理において、試料台の試料載置面とウエハとの接触によるパーティクルの発生を抑制して処理の歩留まりを向上させる。【解決手段】内部に処理室を備えた真空容器と、処理室内でウエハを載置する試料台と、処理室の内部に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、真空容器内で処理ガスのプラズマを形成する電界を供給する高周波電源と、試料台上に配置されて上面に伝熱ガスを流出させる開口部が形成されて中央部が凹状に形成された静電チャック部と、試料台の内部の冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給部と、制御部とを備えたプラズマ処理装置において、制御部は伝熱ガス供給部を制御して、静電チャック部に形成された凹部と静電吸着されたウエハとの間に開口部から流出させてウエハを静電チャック部から浮上させる伝熱ガスの流量または伝熱ガスの種類を切替えることによりウエハを処理する複数の工程に応じてウエハの温度を制御するようにした。【選択図】図２
2019117861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に処理室を備えた真空容器と、
前記処理室内に配置された試料台と、
前記処理室の内部に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガス供給部により前記処理室の内部に導入された処理ガスを用いてプラズマを形成する電界を供給するための高周波電源と、
前記試料台上に配置されて上面から熱伝達性を有する伝熱ガスを流出させる複数の開口部が形成され、中央部が周辺部に対して凹状に形成されて前記周辺部に処理対象のウエハを載置して前記ウエハを静電気力により吸着する静電チャック部と、
前記静電チャック部の前記複数の開口部から流出させる前記伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部と、
前記試料台の内部に形成された冷媒が通流する冷媒流路と接続して前記冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記処理ガス供給部と前記高周波電源と前記静電チャック部と前記冷媒供給部とを制御する制御部と
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記制御部は前記伝熱ガス供給部を制御して、前記静電チャック部の前記凹状に形成された中央部と前記静電チャック部に吸着された前記ウエハとの間に前記複数の開口部から流出させて前記ウエハを前記静電チャック部から浮上させる前記伝熱ガスの流量または前記伝熱ガスの種類を切替えることにより前記ウエハを処理する複数の工程に応じて前記ウエハの温度を制御することを特徴とするウエハ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のウエハ処理装置であって、
前記前記静電チャック部に載置された前記ウエハを加熱する加熱部を更に備え、
前記制御部で前記ウエハの温度を制御する前記ウエハを処理する前記複数の工程は、前記高周波電源により前記電界を形成して前記処理室の内部に発生させたプラズマを用いて前記ウエハの表面に反応層を形成する工程と、前記加熱部で前記ウエハを加熱して前記反応層を脱離させる工程であることを特徴とするウエハ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のウエハ処理装置であって、
前記加熱部は、前記静電チャック部に載置された前記ウエハを前記ウエハの上方から加熱する第１のランプを備えた第１の加熱ランプ部と、前記静電チャック部に載置された前記ウエハを前記ウエハの外周部近傍を加熱する第２のランプを備えた第２の加熱ランプ部とを備えたことを特徴とするウエハ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のウエハ処理装置であって、
前記伝熱ガス供給部は流量調節器を備え、前記制御部で前記伝熱ガス供給部を制御することが、前記制御部で前記流量調節器を制御して、前記複数の工程の少なくとも一つの工程において前記ウエハが前記静電チャック部上に浮上させ非接触に保持されるように前記伝熱ガスの量または圧力を調節することを特徴とするウエハ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のウエハ処理装置であって、
前記制御部は、前記伝熱ガス供給部を制御して、前記静電チャック部の前記凹状に形成された前記中央部と前記静電チャック部に載置された前記ウエハとの間に前記複数の開口部から流出させて前記ウエハを前記静電チャック部から浮上させる前記伝熱ガスの流量を切替えて前記ウエハの前記静電チャック部からの浮上量を前記ウエハを処理する前記複数の工程に応じて変えることにより前記ウエハの温度を制御することを特徴とするウエハ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のウエハ処理装置において、
前記制御部は、前記伝熱ガス供給部を制御して、前記静電チャック部の前記凹状に形成された前記中央部と前記静電チャック部に載置された前記ウエハとの間に前記複数の開口部から流出させる前記伝熱ガスの種類を前記ウエハを処理する前記複数の工程に応じて切替えることにより前記ウエハの温度を制御することを特徴とするウエハ処理装置。
【請求項７】
真空容器内部の処理室内に配置された試料台に処理対象のウエハを載せて、高周波電源から前記真空容器内に電界を供給して処理ガス供給部から前記真空容器内に導入された処理ガスを用いてプラズマを形成し、前記試料台の内部に配置された冷媒流路に冷媒供給装置から供給された冷媒を通流させつつ、前記試料台の上部に配置されて中央部が周辺部に対して凹状に形成されて前記ウエハを静電気力により吸着する静電チャック部に前記ウエハを載置し保持して前記静電チャック部の上面に配置された複数の開口部から前記ウエハと前記静電チャック部の前記凹状に形成された前記中央部との間に伝熱ガス供給部から熱伝導性を有する伝熱ガスを供給しつつ複数の工程により前記ウエハを処理するウエハ処理方法であって、
前記複数の工程において、制御部で前記伝熱ガス供給部を制御して、前記ウエハが静電チャック部上に配置された状態で前記開口部から導入される前記伝熱ガスの量または圧力を調節して前記ウエハの前記静電チャック部の上面との間の高さを前記複数の工程各々の所定の値に調節することにより前記ウエハを処理する前記複数の工程に応じて前記ウエハの温度を制御しながら前記ウエハを処理することを特徴とするウエハ処理方法。
【請求項８】
請求項７記載のウエハ処理方法であって、
前記制御部で前記ウエハの温度を制御しながら前記ウエハを処理する前記複数の工程は、前記高周波電源により前記電界を形成して前記処理室の内部に発生させた前記プラズマを用いて前記ウエハの表面に反応層を形成する工程と、加熱部で前記ウエハを加熱して前記反応層を脱離させる工程であることを特徴とするウエハ処理方法。
【請求項９】
請求項８記載のウエハ処理方法であって、
前記加熱部で前記ウエハを加熱して前記反応層を脱離させる工程において、前記加熱部の第１の加熱ランプ部で前記静電チャック部に載置された前記ウエハを前記ウエハの上方から加熱し、前記加熱部の第２の加熱ランプ部で前記静電チャック部に載置された前記ウエハを前記ウエハの外周部近傍を加熱することを特徴とするウエハ処理方法。
【請求項１０】
請求項７記載のウエハ処理方法であって、
前記制御部で前記伝熱ガス供給部を制御することが、前記制御部で前記伝熱ガス供給部の流量調節器を制御して前記複数の工程の少なくとも一つの工程において前記ウエハが前記静電チャック部の上面上方に浮上させ非接触に保持されるように前記伝熱ガスの量または圧力を調節することを特徴とするウエハ処理方法。
【請求項１１】
請求項７記載のウエハ処理方法であって、
前記制御部で前記伝熱ガス供給部を制御して、前記静電チャック部の前記凹状に形成された前記中央部と前記静電チャック部に載置された前記ウエハとの間に前記複数の開口部から流出させて前記ウエハを前記静電チャック部から浮上させる前記伝熱ガスの流量を切替えて前記ウエハの前記静電チャック部からの浮上量を前記ウエハを処理する複数の工程に応じて変えることにより前記ウエハの温度を制御することを特徴とするウエハ処理方法。
【請求項１２】
請求項７に記載のウエハ処理方法であって、
前記制御部で前記伝熱ガス供給部を制御して、前記静電チャック部の前記凹状に形成された前記中央部と前記静電チャック部に載置された前記ウエハとの間に前記複数の開口部から流出させる前記伝熱ガスの種類を前記ウエハを処理する前記複数の工程に応じて切替えることにより前記ウエハの温度を制御することを特徴とするウエハ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された半導体ウエハ等の処理対象の試料の表面に予め形成された処理対象の膜層を当該処理室内で処理するウエハの処理方法および処理装置に係り、特に、半導体ウエハ等の基板状の試料を処理室内に配置された試料台上に載せて処理するウエハ処理方法およびウエハ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの表面に配置された膜層にエッチング等の処理を施して回路構造を形成する半導体デバイスの製造において、近年ではウエハ等の基板状の試料を処理装置内部の処理室内に保持したまま、処理対象の膜層に対する処理の複数の工程の各々でウエハ等の基板状の試料を異なる温度等の処理条件を実現して、これら複数の工程を連続的に行うことが求められている。このような処理では、前後して実施される複数の工程で実現される処理の温度の値が大きく異なる場合に、試料であるウエハとウエハを保持する静電チャックとの間の熱膨張差によってウエハ裏面と静電チャックとが摺動してしまい、塵埃や欠損が生起してパーティクルが発生し、このようなパーティクルがウエハ表面の処理対象の膜層を含む膜構造に付着して汚染してしまうという問題が生じていた。
【０００３】
この問題を解決するための技術として、従来から、パーティクルの発生を抑制する技術の開発が行われてきた。このような従来の技術の例としては、特開２０１５−８２４９号公報（特許文献１）に開示のものが知られていた。
【０００４】
当該従来技術には、処理室内において温度を調節可能な静電チャックを第１の温度に制御した状態で処理室内にプラズマを形成し静電チャック上に保持した試料を処理を実行した後、静電チャックの温度を第１の温度よりも低い第２の温度に段階的に制御する降温の工程と、プラズマによる処理を実行した後処理室内を不活性ガスをパージするパージ工程とを行ってパーティクルの発生を効果的に抑制する処理方法が開示されている。
【０００５】
この技術においては、降温中の熱膨張差が抑制されパーティクルの発生が効果的に抑制される。また、降温工程とパージ工程とを並行して行うことによって、発生したパーティクルを直ちに処理室内部から外部へ排気し、パーティクル数を低減できることが開示されている。
【０００６】
一方、本従来技術は、ウエハの裏面と静電チャックの上面との間での摺動の全体量は低減できるものの、処理済みのウエハを処理室から搬出する際に処理の工程での温度の差に起因するウエハと静電チャックとの間の摺動によって生じウエハ裏面に付着したパーティクルがウエハが処理室から搬出されて目標の箇所に搬入されるまでの搬送の経路上でウエハから遊離して搬送の経路を構成する部材表面に付着した後、当該搬送の経路を別のウエハが搬送される際にこの別のウエハに付着して汚染させてしまうという問題がある。
【０００７】
また、本従来技術においては静電チャック上面とウエハ裏面とは接触しているため、両者の何れかは接触の累積による摩耗と、これによる静電チャック上のウエハの載置面を構成する部材の表面形状や伝熱あるいは吸着の特性が経時的に変化することを防止できない。このため、このような経時的変化によってウエハの処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題が生じていた。
【０００８】
このような問題に対して、特開平８−２６４６２６号公報（特許文献２）には、保持すべき試料と試料に対向する試料保持面との間に流体を流し、当該流体の流れで生じるベルヌーイ効果を利用して試料を試料保持面の上方で非接触保持するものが開示されている。この技術においては、試料の保持面と試料の裏面との接触が実質的に防止される。さらに、本従来技術の試料保持面は、保持されている試料の外周縁と試料保持面との間に作用する張力の大きさが急激に変る、当該試料保持面上に形成される境界で囲まれる領域の大きさが、試料の大きさと、当該試料保持面に対する試料の位置ずれを抑制すべき方向で、ほぼ同一となる構成を有している。
【０００９】
また、流体を気体とした場合には、この気体の流れにより保持具の試料保持面が帯電し、試料との間に静電気による引力を生起させて試料保持面上方で試料の横方向の移動や位置ずれを抑制すること、さらに、試料保持面上に静電吸着力を生起させる電極を配置して電極に供給する電力により試料保持面上でその試料を位置を安定させた非接触保持を実現できることが開示されている。
【００１０】
更に、特許文献３には、プラズマ処理装置内に被加工試料を設置するための試料台を有し、試料台の表面には導電体を絶縁体で被覆した静電吸着膜と、少なくても３点以上設置された伝熱ガス供給用通路があり、伝熱ガス供給通路よりも外周側の試料台表面にはリング状の凸形状を有し、被加工試料の外周部には被加工試料の径方向移動範囲を制限する絶縁体が設置され、静電吸着力と伝熱ガスの供給圧力を制御することで、被加工試料裏面と試料台表面を非接触状態に保ち、被加工試料の温度を調節しながら、かつ被加工試料を回転させながら、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１５−８２４９号公報
【特許文献２】特開平８−２６４６２６号公報
【特許文献３】特開２０１７−１８３７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来技術では、以下の点において考慮が不十分であったため、問題が生じていた。
【００１３】
すなわち、特許文献１は上記の通り、処理済みのウエハを処理室から搬出する際に処理の工程での温度の差に起因するウエハと静電チャックとの間の摺動によって生じウエハ裏面に付着したパーティクルがウエハが処理室から搬出されて目標の箇所に搬入されるまでの搬送の経路上でウエハから遊離して搬送の経路を構成する部材表面に付着した後、当該搬送の経路を別のウエハが搬送される際にこの別のウエハに付着して汚染させてしまうという問題がある。さらに、静電チャック上面とウエハ裏面との接触による摩耗と、これによる静電チャック上のウエハの載置面を構成する部材の表面形状や伝熱あるいは吸着の特性が経時的に変化によってウエハの処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題が生じていた。
【００１４】
一方、特許文献２は、プラズマを用いて減圧下で試料を処理するプラズマ処理装置への適用において十分に配慮されておらず、効率的な処理が行えないという問題があった。すなわち、ウエハ裏面に供給される気体によるベルヌーイ効果を奏するためには、プラズマ処理に用いるガス量に比べ大量のガスを必要とし、減圧下でのプラズマ処理に影響を与えてしまうという問題があった。
【００１５】
例えば１Ｐａのような高い真空度の圧力でプラズマを用いたウエハの処理では、処理室内で電離あるいは解離させためにガスが３００ＳＣＣＭといった流量で供給される。本従来技術においてこのような圧力の条件を用いた場合、ウエハを浮上させるために供給されるガスはウエハ外周縁から処理室内に流出するため、浮上させるためのガスの供給の量が多いと当該処理室内の圧力の条件維持するために大容量の排気装置が必要になり、装置が大型化してしまうという問題があった。また、ウエハ外周縁から処理室内に流出するガスが処理室内に拡散してウエハ上面の処理対象の膜層を処理するために供給されるガスの電離あるいは解離の状態に影響を与えてしまい、プラズマによる処理の結果が所期のものからずれてしまい、処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題があった。
【００１６】
更に、特許文献３には、処理室内で１枚のウエハに対して冷却するガスを処理ごとに切替えてウエハの温度を処理ごとに夫々の処理に適した温度に設定できるようにして複数の処理プロセスを順次施すことについては記載されているが、ウエハをプラズマ中で処理することにウエハ表面に形成される反応性生物を除去することについては記載されておらず、プラズマを用いた処理とウエハ上に発生した反応性生物の除去とを繰り返しながら、ウエハの温度を処理ごとに夫々の処理に適した温度に設定できるようにすることについては配慮されていない。
【００１７】
本発明の目的は、試料台の試料載置面とこれに載せられた処理対象のウエハとの接触によるパーティクルの発生を抑制しつつ、ウエハをプラズマ中で処理することにウエハ表面に形成される反応性生物を除去することを繰り返し行う場合において、一連の処理の歩留まりを向上させたウエハ処理方法およびウエハ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】
【００１８】
上記目的は、内部に処理室を備えた真空容器と、真空容器内部の処理室内に配置され処理対象のウエハがその上に載せられる試料台と、真空容器の処理室の内部に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理ガス供給部により真空容器の処理室の内部に導入された処理ガスを用いてプラズマを形成する電界を供給するための高周波電源と、前記試料台上部に配置されて上面から熱伝達性を有する伝熱ガスを流出させる複数の開口部が形成され、中央部が周辺部に対して凹状に形成されて周辺部に処理対象のウエハを載置してウエハを静電気力により吸着する静電チャック部と、この静電チャック部の複数の開口部から流出させる伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部と、前記試料台の内部に形成された冷媒が通流する冷媒流路と接続して前記冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給部と、処理ガス供給部と高周波電源と静電チャック部と冷媒供給部とを制御する制御部とを備えたプラズマ処理装置であって、制御部は伝熱ガス供給部を制御して、静電チャック部の凹状に形成された中央部と前記静電チャック部に吸着された前記ウエハとの間に前記複数の開口部から流出させて前記ウエハを前記静電チャック部から浮上させる前記伝熱ガスの流量または前記伝熱ガスの種類を切替えることにより前記ウエハを処理する複数の工程に応じて前記ウエハの温度を制御することにより達成される。
【００１９】
また、上記目的は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台に処理対象のウエハを載せて、高周波電源から真空容器内に電界を供給して処理ガス供給部から真空容器内に導入された処理ガスを用いてプラズマを形成し、試料台内部に配置された冷媒流路に冷媒供給装置から供給された冷媒を通流させつつ、試料台の上部に配置されて中央部が周辺部に対して凹状に形成されてウエハを静電気力により吸着する静電チャックにウエハを載置し保持して静電チャックの上面に配置された開口部からウエハと静電チャックの凹状に形成された中央部との間に伝熱ガス供給部から熱伝導性を有する伝熱ガスを供給しつつ複数の工程によりウエハを処理するプラズマ処理方法において、複数の工程において、制御部で伝熱ガス供給部を制御して、ウエハが静電チャック上に配置された状態で開口部から導入される伝熱ガスの量または圧力を調節してウエハの静電チャック上面との間の高さを複数の工程各々の所定の値に調節することによりウエハを処理する複数の工程に応じてウエハの温度を制御しながらウエハを処理するようにしたことにより達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、減圧雰囲気内の試料台上に試料を非接触で保持することができ、処理室内での試料温度変更に対しパーティクルを生じさせることなく、かつ減圧下での処理に影響を与えることなく試料を処理することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例に係るウエハ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例に係るウエハ処理装置の試料台を含む部分の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図３】図２に示す試料台の上面の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】図３に示す試料台のガス供給孔の構成の概略を矢視Ａ−Ａ線で示す断面に沿って拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図５】図３に示す試料台の上面においてガスの圧力を検知する検知器が備えられた検出孔を含むＢ部を拡大して示す平面図である。
【図６】図２に示す試料台上に載せられ非接触で保持されたウエハと試料台との配置を模式的に示す縦断面図である。
【図７】図６に示す試料台の外周端部の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図８】図２に示す試料台上に載せられてその上面に接触した状態のウエハと試料台との配置を模式的に示す縦断面図である。
【図９】図２に示す試料台及びこの試料台上に載せられて非接触で保持された状態のウエハの構成の概略を模式的に示す上面図である。
【図１０】図９に示す試料台及びこの試料台上に載せられて非接触で保持された状態のウエハの構成の概略を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図９及び図１０に示す試料台及びウエハに生じる電荷とその作用を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】図１に示す実施例に係るウエハ処理装置がウエハを処理する動作の流れの概略を示すフローチャートである。
【図１３】図１に示す実施例に係るウエハ処理装置が図１２に示すフローチャートに沿って動作する際の時間の経過に伴う各部位の動作を示すタイムチャートである。
【図１４】図１に示す実施例の変形例に係るウエハ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１５】本発明の別の実施例に係るウエハ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１６】図１５に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の外周部に配置されたウエハの加熱装置を含むＣ部の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図１７】図１５に示す実施例に係るプラズマ処理装置がウエハを処理中の状態を模式的に示す縦断面図である。
【図１８】図１５に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを模式的に示すフローチャートである。
【図１９】図１５に示す実施例に係るプラズマ処理装置が図１８のフローチャートに沿ってウエハを処理する際の時間の経過に伴う各部位の動作を示すタイムチャートである。
【図２０】本発明のさらに別の実施例に係るウエハ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２１】図２０に示す実施例に係るウエハ処理装置がウエハを処理する際の各部位の動作を示すタイムチャートである。
【図２２】図１５に示した実施例の別の変形例に係るプラズマ処理装置が図１８のフローチャートに沿ってウエハを処理する際の時間の経過に伴う各部位の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の第１の実施例を図１乃至図１３を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施例に係るウエハ処理装置１００の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本実施例のウエハ処理装置１００は、減圧された真空容器１の内部の処理室１３内に処理用のガスを供給しつつ真空容器１外部に配置された誘導コイル４に高周波電源５から高周波電力が供給されて、処理室１３の内部に形成された誘導電界により、処理用のガスを励起して形成されたプラズマを用いてウエハ表面の処理対象の膜層をエッチング等処理する、誘導結合型プラズマ処理装置である。
【００２５】
図２は、図１に示す実施例に係るウエハ処理装置１００の試料台７を含む部分の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。図３は、図２に示す試料台７の上面の構成を模式的に示す平面図である。
【００２６】
真空容器１は、内部に半導体ウエハ等の基板状の処理対象の試料が配置される空間であって減圧されてプラズマが形成された当該試料が処理される空間である処理室１３を有する容器であり、処理室１３の内側表面が耐プラズマ性材料で被覆された金属製の容器を備えて構成される。真空容器１の下面には排気装置２と連結された開口部２０１が配置され、開口部２０１を通して真空容器１内部の処理室１３からガス等の粒子が排出されて処理室１３の内部の空間が所定の真空度の値まで減圧される。真空容器１内部の処理室１３の空間の上方には、処理室１３の天井面を構成する部材としてアース電極３が設けられている。本実施例のアース電極３は、円板形状を有しその中央部に図示を省略した処理ガス供給装置と連結され処理ガスが下方の空間に向けて通流する複数の貫通孔を備えたシャワープレートを兼ねている。
【００２７】
本実施例の真空容器１の円筒形部分の少なくとも一部の側壁は誘電体材料で構成されており、当該円筒形の誘電体部分の外周側は誘導コイル４が距離を開けて上下方向に少なくとも１段以上巻き付けられている。誘導コイル４は、図示しない整合器を介してプラズマ生成用の高周波電源５と電気的に接続され、所定の周波数、例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力が高周波電源５から供給される。
【００２８】
真空容器１内部の空間の高さ方向の中央部分には試料台７が配置され、その外周側周囲で上方から見て相互に同じまたは同じと見做せる程度の角度の間隔で試料台７の上下方向の中心軸の周りに放射状に配置された、少なくとも３本のアーム６を介して真空容器１と接続されて所定の高さの位置に支持されている。円筒形状を有した試料台７の円形またはこれと見做せる程度に近似した円形状の上面は、ウエハ８がその上に載置可能な載置面が構成されている。本実施例では、真空容器１の試料台７上方の少なくとも一部分が円筒形状部分を有した処理室１３と、円形を有した開口部２０１、アース電極３及びこれらの間に配置された試料台７の載置面７０１の中心は、上方から見て合致またはこれと見做せる程度に近似した位置に配置され、円板または円筒形を有したこれらの構成要件の中心軸が合わせられて配置されている。
【００２９】
図２に示す試料台７は、内部に冷媒流路２４が形成された円板または円筒形状を有した金属製の電極ブロック２０と、電極ブロック２０上に配置された静電チャック２１とを備えている。電極ブロック２０は図示しない整合器を介してバイアス形成用の電力を供給するための高周波電源１０と接続され、所定の周波数、例えば４００ＫＨｚの高周波電力が、当該高周波電源１０から供給される。また、電極ブロック２０は多重の円弧または螺旋状に配置されて内側を冷媒が通流する冷媒流路２４が内部に配置され、冷媒流路２４の出入り口と連結された冷媒供給装置９において所定温度に制御された冷媒が供給されて再度冷媒供給装置９に戻る循環を繰り返すことで、冷媒と熱交換した電極ブロック２０および試料台７が所定の範囲内の温度に調節される。
【００３０】
本実施例の静電チャック２１は、アルミナやイットリア等のセラミクス材料が円板形を有した形状に焼成されて成形されたものであり、その内部に金属製の膜状の電極であってダイポール式静電吸着用の内電極２２と内電極を囲むリング状の外電極２３とが配置されている。さらに、内電極２２および外電極２３は、それぞれ異なる直流電源１１に電気的に接続され、ウエハ８が静電チャック２１の上面（試料台７の載置面７０１）に載せられた状態で異なる極性が付与され、ウエハ８内の電荷との間の静電気による誘引力が生起される。
【００３１】
静電チャック２１の上面には、ウエハ８の平面形と実質的に同等の形状を有した載置面７０１が備えられている。試料台７内部には、静電チャック２１上面の載置面７０１に出口の開口を有する伝熱ガス供給路２５と、載置面７０１の外周側部分に配置されたリング溝２７内部に入口の開口を有する伝熱ガス排出路２８とが配置されている。伝熱ガス供給路２５の入口は伝熱ガス供給装置１２と管路を介して接続され、伝熱ガス排出路２８の入口はガス排出装置２９と管路を介して接続されている。
【００３２】
静電チャック２１上面のウエハ８の載置面７０１を上方からみた平面形状は、その上に載せられるウエハ８の裏面と同等の形状を有し、ウエハ８が載せられた状態で、ウエハ８の裏面と載置面７０１とに挟まれた空間を伝熱ガスの分散用の空間として構成する。さらに本実施例では、載置面７０１にはその外周側部分の上面から数十ミクロン程度の深さを有する凹み部２１’が配置されている。ウエハ８と載置面７０１との間に供給された伝熱ガスは高くされた外周側（載置面７０１）に囲まれた凹み部２１’とウエハ８の裏面との間の空間である伝熱ガス分散領域内に拡散して圧力が所定の範囲内の値にされる。
【００３３】
窪み部２１’の領域内には、図３に示すように、伝熱ガス供給路２５の出口の開口である複数の供給孔２６が配置されている。本実施例の供給孔２６の構成を図４に示す。図４は、図３に示す試料台７のガスを供給するための供給孔２６の構成の概略を矢視線Ａ−Ａの断面で拡大して模式的に示す縦断面図である。また、図５は、図３に示す試料台７の上面においてガスの圧力を検知する検知器である圧力センサ３１が備えられた検出孔３０を含むＢ部を拡大して示す平面図である。
【００３４】
本実施例の供給孔２６は、図４に示すように伝熱ガス供給路２５の先端に、中心について凹み部２１’あるいは載置面または静電チャック２１の周方向に沿って反時計回りの方向に傾きθの向きを有するように配置されている。また、本実施例の供給孔２６は、上方から見て各々が円形及びこれを囲むリング状の形状を有した内電極２２と外電極２３との間のリング状の領域内の複数箇所（本例では４箇所）とともに、内電極２２の上方の領域内において中心について半径方向の所定の距離だけ離れた円周上の複数箇所（本例では４箇所）とに、中心周りに等しいまたは略等しい角度となる位置に配置されている。
【００３５】
また、静電チャック２１のウエハ載置面の凹み部２１’の外周側には、凹み部２１’の周囲をリング状に囲んで凹み部２１’底面と数十ミクロンの大きさで上面が高くされた載置面７０１は伝熱ガスシール領域７５０として機能し、ウエハ８が載せられた状態でウエハ８の裏面の外周端を含む外周側部分と対向する。伝熱ガスシール領域７５０には、図３に示すように、伝熱ガス排出路２８の入口の開口複数が内部の底面に配置されたリング溝２７が配置され、さらにリング溝２７の外周側の所定の箇所に少なくとも１つの検出孔３０が配置されている。また、本実施例の伝熱ガスシール領域７５０は、静電チャック２１上面を上方から見てリング状に配置された部分であり、外周端は凹み部２１’の外周端からウエハ８の径より大きくされている。
【００３６】
ウエハ８が静電チャック２１上方に載せられて凹み部２１’上方で非接触に保持された状態で、凹み部２１’の底面とウエハ８の裏面との間の距離よりも小さい距離が維持されて、伝熱ガスシール領域及びウエハ８の裏面も非接触にされる。さらに、伝熱ガスシール領域７５０では、内側（中央側）の伝熱ガスの分散する領域（伝熱ガス分散領域７６０：凹み部２１´の直径に相当）よりも小さい隙間を有し、凹み部２１’から伝熱ガスシール領域７５０に流入した伝熱ガスは、リング溝２７の内側に配置された伝熱ガス排出路２８の開口部を通して伝熱ガス排出路２８からガス排出装置２９を経て排出される。この構成により伝熱ガスシール領域７５０の伝熱ガス流れの抵抗が大きくされ、当該領域を通って静電チャック２１の外周側から真空容器１内の処理室１３に流出する伝熱ガスの量が小さくされる。
【００３７】
検出孔３０は、図５に示すように、その載置面上面の開口の位置が、ウエハ８が載せられた状態でのウエハ８に予め備えられたノッチ８ａの位置に平面的に重なるように配置されている。検出孔３０の試料台７下方の出口は、管路を構成する配管を介してガス排出装置２９と接続されるとともに、その管路の途中に圧力センサ３１が取り付けられている。粗引き用のロータリーポンプ等の排気ポンプを含むガス排出装置２９はウエハ８の処理の工程に関わらず常時駆動され、検出孔３０の内部は配管を通して常に真空容器１外部に排気されている。そして、ウエハ８のノッチ８ａが検出孔３０の直上に位置したときに、ウエハ８上面の空間である真空容器１内部の空間である処理室１３と直接的に連通する。
【００３８】
また、試料台７に接続された冷媒供給装置９、直流電源１１、伝熱ガス供給装置１２、ガス排出装置２９および検出孔３０とガス排出装置２９との間を接続する配管上に連結されて内部の圧力を検知する圧力センサ３１は、内部に半導体デバイスによる演算器とＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置及びこれらと外部との間の通信を中継するインターフェースを備えた制御装置３２と通信可能に接続されている。例えば、圧力センサ３１が検知した結果として出力した信号は、発信され有線あるいは無線による通信経路を介して制御装置３２で受信され、制御装置３２の内部の記憶装置に予め格納されたソフトウエアが読み出されてそのアルゴリズムに沿って演算器が指令を算出する。さらに、当該指令に応じた信号がインターフェースを通して制御装置３２から出力され冷媒供給装置９、直流電源１１、伝熱ガス供給装置１２、ガス排出装置２９等の本実施例のウエハ処理装置１００を構成する制御対象の部位に動作を指令する信号として通信経路を通して当該部位で受信され、指令信号に基づいた動作が行われる。
【００３９】
次に、図６乃至１４を用いて、本実施例のウエハ処理装置１００の動作について説明する。図６は、図２に示す試料台７上に載せられ非接触で保持されたウエハ８と試料台７との配置を模式的に示す縦断面図である。
【００４０】
図７は、図６に示す試料台の外周端部の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。図８は、図２に示す試料台上に載せられてその上面に接触した状態のウエハと試料台との配置を模式的に示す縦断面図である。
【００４１】
本実施例のウエハ処理装置１００の真空容器１の外側壁は、図示しない別の真空容器であって真空容器１内部の処理室と同等の圧力に減圧された内部を処理対象のウエハ８がロボットアーム等の図示していない搬送装置により搬送される真空搬送容器と連結されている。真空容器１内部の処理室１３でのウエハ８の処理に先立って、処理室１３に試料であるウエハ８が図示していない搬送装置により内部に搬入され、試料台７上に載置される。
【００４２】
試料台７上に載置されたウエハ８は、直流電源１１から内電極２２、外電極２３に供給された特定の大きさと極性を有する電圧により、内電極２２とウエハ８との間および外電極２３とウエハ８との間に静電荷とこれらの正負の電荷同士の間の静電気力による吸着力が生起され、ウエハ８が静電チャック２１に吸着されウエハ８の外周部付近が載置面７０１に当接した状態で試料台７上に保持される。この後、ウエハ８が搬入された処理室１３は、真空容器１の側壁面に配置されたウエハ搬送用の開口である図示していないゲートが図示していないゲートバルブにより気密に閉塞されて内部が密封され、排気装置２の駆動によって所定の圧力まで減圧される。
【００４３】
ウエハ８が試料台７に静電吸着された後、伝熱ガス供給装置１２より伝熱ガス供給路２５および供給孔２６を介して、ウエハ８裏面と静電チャック２１の上面に形成された凹み２１´との間の隙間に伝熱ガスが供給される。静電吸着されている状態で静電チャック２１上面に形成された載置面７０１の伝熱ガスシール領域７５０とウエハ８の裏面の外周側部分とは密着する。このことで、当該領域から静電チャック２１の外周の処理室内に伝熱ガスが漏れる（リークする）ことが抑制される。
【００４４】
ウエハ８と静電チャック２１との間に供給された伝熱ガスは凹み部２１’とウエハ８との間で挟まれた伝熱ガス分散領域７６０で分散、充満して当該領域内での伝熱ガスの圧力が所定の値以上にされることでウエハ８と試料台７、静電チャック２１との間での熱伝達が向上される。このことにより、ウエハ８の温度が、冷媒供給装置９により調節された冷媒が内部の冷媒流路２４に供給される電極ブロック２０あるいは試料台７の温度に近づけられた温度に調節される。
【００４５】
なお、ウエハ８及び試料台７の表面には技術の常識的な範囲の微小な凹凸が存在しており、伝熱ガスシール領域７５０ではウエハ８と試料台７の載置面７０１とが当接され密着されていても、これらの間には凹凸に起因した微小な隙間が存在し僅かながら伝熱ガスのリークは生じている。
【００４６】
次に、処理室１３内にシャワープレート兼用のアース電極３から図示していないガス供給手段によりウエハ８の処理用のガス、本例ではエッチングガスが供給され、排気装置２の動作による減圧と当該処理ガスの供給量とのバランスにより、処理室１３内が所定の範囲内の圧力に保持される。当該圧力が処理の条件に適した範囲内になったことが図示していない圧力検出手段により検出されると、当該制御装置３２からの指令信号に応じて、高周波電源５から誘導コイル４に高周波電力が供給され、当該高周波電力によって処理室１３内に形成された誘導磁場により処理室１３内に形成された誘導電流でエッチングガスの原子または分子が解離、励起されプラズマが処理室１３内に生成される。
【００４７】
本実施例では、図６に示すように、伝熱ガス供給装置１２からの伝熱ガスの供給により、ウエハ８裏面の伝熱ガスの圧力により生じるウエハ８を上方に押し上げる力（図６で上向きの矢印）をウエハ８に生じる静電気力により下方に引き寄せようとする力（図６で下向きの矢印）より大きくしてウエハ８を静電チャック２１の載置面７０１から浮上させてウエハ８を非接触で保持する。
【００４８】
すなわち、ウエハ８が静電チャック２１の載置面７０１と接している状態から、制御装置３２からの指令信号に応じて、伝熱ガス供給装置１２は伝熱ガス供給路２５に供給する伝熱ガスの量を増大させ伝熱ガス分散領域７６０内の伝熱ガスの圧力Ｐ２を増大させることで、当該領域内でウエハ８の伝熱ガスの圧力Ｐ２による上面向きの力の総和が内電極２２、外電極２３とウエハ８との間の静電気による引力Ｆ及び処理室内のガスの圧力Ｐ１がウエハ８に及ぼす力の総和よりも大きくなりウエハ８が静電チャック２１の載置面７０１から離間して浮上する。その後、伝熱ガス分散領域７６０から伝熱ガスが伝熱ガスシール領域７５０を経て処理室１３内に漏れることでウエハ８裏面への伝熱ガスの圧力による上向きの力は小さくなり、静電気力及び処理室１３内のガスの圧力の総和と釣り合った結果、ウエハ８は静電チャック２１上方で非接触の状態となり、制御装置３２からの指令信号に応じた伝熱ガス供給装置１２またはガス排出装置２９の動作が調節されて、ウエハ８と静電チャック２１の伝熱ガス分散領域７６０および伝熱ガスシール領域７５０上面との間の所定の距離（高さ）ｈ１またはｈ２が維持される。
【００４９】
伝熱ガスシール領域７５０にウエハ８と静電チャック２１上面との間に隙間ｈ２が生じるため、伝熱ガス分散領域７６０からウエハ８の外周側へ伝熱ガスがリークする量が増えて伝熱ガス分散領域７６０内のガスの圧力が低下することになるが、伝熱ガスシール領域７５０のガス流れのコンダクタンスは十分に小さくされ、伝熱ガス分散領域７６０および伝熱ガスシール領域７５０でのウエハ８の裏面の伝熱ガス圧力はウエハ８を非接触に維持できるだけの大きさが得られる。さらに、伝熱ガスシール領域７５０に流れる伝熱ガスは、伝熱ガスシール領域７５０の静電チャック２１上面に配置されたリング溝２７の底面に配置された複数の伝熱ガス排出路２８の入口の開口を通り試料台７上面から排出される。これにより、ウエハ８の外周部から処理室１３内へ伝熱ガスが流出することによる処理室内の処理用ガスまたはこれが解離、電離して形成されるプラズマの分布に影響を与えてウエハ８の処理に悪影響を及ぼすことが抑制される。
【００５０】
前述のように試料台７の伝熱ガスシール領域７５０には、ウエハ８が静電チャック２１のウエハ８用の載置面７０１に両者の中心が合致またはこれと見做せる程度近似した位置に載せられた状態で、上方から見てノッチ８ａの投影される領域に重なるように開口の範囲が位置した検出孔３０が配置されている。図７に、検出孔３０とウエハ８のノッチ８ａとの対応する位置関係を模式的に示す。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、本実施例では、ノッチ８ａが検出孔３０の直上方に位置していない状態では、ウエハ８の外周端部によって検出孔３０の開口が覆われて、いわば塞がれた状態となり、処理室１３内の処理用のガス或いはプラズマの粒子は検出孔３０に実質的に流入することが妨げられ、試料台７の外周部の空間を通り真空容器１底部の排気用の開口部２０１から外部に排気される。なお、本実施例では、この状態において伝熱ガスシール領域７５０の隙間ｈ２を通り検出孔３０に流れるエッチングガスの量は無視できる程度である。
【００５２】
これに対し、図７（ｂ）に示すようにウエハ８に形成されたノッチ８ａが検出孔３０の直上方に位置する状態では、上方から見て検出孔３０はノッチ８ａの投影面内に重なっており処理室１３と繋がった状態となり、エッチングガスやプラズマの粒子の一部は、検出孔３０内に進入してガス排出装置２９を通して排出される。ノッチ８ａが断続的に検出孔３０の上方でこれに重なるように位置する際には、圧力センサ３１で検出される検出孔３０内のガス圧力Ｐ３は、図７（ｃ）に模式的に示すようにノッチ８ａが検出孔３０上方に位置しない区間ａでは圧力が低く、ノッチ８ａが検出孔３０上方に位置する区間ｂでは圧力が高くなる。
【００５３】
このことから、検出孔３０のガス圧を圧力センサ３１で測定することでノッチ８ａが検出孔３０直上方に位置していることが検出可能であることがわかる。本実施例では、圧力センサ３１の出力を受信した制御装置３２において、ウエハ８のノッチ８ａが検出孔３０上方に位置しているかを検出している。
【００５４】
また、試料台７の伝熱ガス分散領域７６０には、図８に示すウエハ８の試料台７への載置または試料台７からの離脱の際に使用するリフトピン３３が静電チャック２１上方に突出させたり試料台７内部に収納したりするための貫通孔３３１が複数配置されている。さらに、試料台７の下方には、リフトピン３３各々が内側に収納され試料台７を上下に貫通する複数の貫通孔３３１の下部の開口の下方には各リフトピン３３の周囲を囲んでリフトピン３３の上下の移動に応じて伸縮するベローズ３４が設けられ、貫通孔３３１の内部及びリフトピン３３の周囲の空間と外部雰囲気との間を気密に封止している。
【００５５】
試料台７内部のリフトピン３３が収納され貫通孔３３１に連通したベローズ３４内の空間の底部には、流量調整弁３５が配置された排気管路を介してガス排出装置２９が連結されて、ベローズ３４内部の空間と内部が連通されている。これにより、静電チャック２１の上面の凹み部２１´に配置された上部の開口とこれに連通した貫通孔３３１を通して、伝熱ガス分散領域７６０内の伝熱ガスが排出可能になっている。ベローズ３４内部の空間からの伝熱ガスの排出量は、制御装置３２からの指令信号に応じて駆動される流量調整弁３５の開度の増減によって調節される。本実施例において、伝熱ガス供給路２５からの伝熱ガスの供給の量が一定された状態でリフトピン３３を収納する貫通孔３３１を通してベローズ３４内から伝熱ガスの排出の量または速度が調節されることで、伝熱ガス分散領域７６０におけるウエハ８裏面に対する伝熱ガスの圧力が調節され、隙間ｈ２が非接触に維持されつつウエハ８と静電チャック２１または試料台７との間の熱伝達の量が調節される。
【００５６】
図９は、図２に示す試料台及びこの試料台上に載せられて非接触で保持された状態のウエハの構成の概略を模式的に示す上面図である。図１０は、図９に示す試料台及びこの試料台上に載せられて非接触で保持された状態のウエハの構成の概略を模式的に示す斜視図である。図１１は、図９及び図１０に示す試料台及びウエハに生じる電荷とその作用を模式的に示す縦断面図である。
【００５７】
本実施例の伝熱ガスの各々の供給孔２６は、静電チャック２１の伝熱ガス分散領域７６０の上面に円形の開口を有し、開口の下方でこれに連通した円筒形の孔の中心軸の方向が、上方から見て円周方向について反時計周りに静電チャック２１の上面または水平面に対し垂直な線から所定の角度θだけ傾けられて配置されている。当該供給孔２６の開口から供給される伝熱ガスは、図９に示すように、上向きかつ上方から見て反時計回りに垂直方向の線から角度θ傾けられた方向に向けて導入される。
【００５８】
導入された伝熱ガスの流れの上方で静電チャック２１上面の載置面７０１から所定距離を開けてこれと非接触保持されたウエハ８は、図１０に示すように、伝熱ガス分散領域７６０に導入される伝熱ガスの流れ方向に沿って反時計回りに回転する。この回転中にウエハ８の中心の変動が無いまたは十分に小さい大きさの範囲内である場合には、当該回転に伴って当該回転数の頻度でノッチ８ａが検出孔３０の直上方を通過することになり、上記したように、検出孔３０内のガス圧力は回転数と同じ時間間隔（周期）で増減を繰り返すことになる。本実施例では、圧力センサ３１を用いて当該周期的な圧力の増大または減少あるいはその期間を検知し、その情報を用いることで制御装置３２においてウエハ８の回転数が検出される。
【００５９】
伝熱ガスシール領域７５０の上方で隙間の高さｈ２を一定またはその変動を許容される範囲内に維持しつつウエハ８の回転数を所望の範囲内の値に調節するため、伝熱ガス供給路２５の伝熱ガスの流量または速度が増減され調節されると共に、流量調整弁３５の開度の増減により伝熱ガス分散領域７６０から排出される伝熱ガスの流量または速度が調整される。例えば、伝熱ガスを供給する量を増やすと共にその排出される量を増大させることにより、隙間ｈ２の高さの変動を抑えつつウエハ８の回転数を大きくすることができ、逆に回転数を下げる場合は伝熱ガスの供給および排出量を低減することでこれが実現される。このような供給、排出の量の調節は、圧力センサ３１の検出信号を受けた制御装置３２からの指令信号に基づいて、伝熱ガス供給装置１２、ガス排出装置２９あるいは流量調整弁３５が駆動されることで実現される。
【００６０】
また、本実施例では、外電極２３の外径がウエハ８の径と同一またはこれと見做せる程度に近似した大きさにされており、静電チャック２１の上方で非接触保持されたウエハ８には、水平方向（図上左右方向）にその位置がずれた場合にこれを復元する方向に水平方向の力が作用する。図１１は、本実施例の試料台７上方でこれと非接触に保持されたウエハ８に試料台７から作用する力を模式的に示している。
【００６１】
図１１（ａ）に示すように、ウエハ８が図上左側にズレた場合には、ウエハ８及び外電極２３の外周端部分には水平方向（図上左右方向）の成分を有する静電気による吸引力が生じることになり、当該水平方向の成分の力がウエハ８を元の位置に戻す方向（図上右方向）に作用してウエハ８を右方向に移動させる。ウエハ８のズレが小さくなると水平成分の力も小さくなり、最終的には図１１（ｂ）に示すように吸着面に対し鉛直方向の吸引力になって水平成分の力がゼロになり中心位置に調芯される。なお、ウエハ８の径と静電吸着用の外電極２３の径との大きさの差が所定の許容範囲内にあれば、左右の吸着力の水平成分が釣り合ってウエハ８が元の位置である外電極２３の中央部に戻そうとする力が作用する。
【００６２】
本実施例に係るウエハ処理装置１００で実施されるウエハ８の処理の例を、図１２，１３を用いて説明する。図１２は、図１に示す実施例に係るウエハ処理装置１００がウエハ８を処理する動作の流れの概略を示すフローチャートである。図１３は、図１に示す実施例に係るウエハ処理装置１００が図１２に示すフローチャートに沿って動作する際の時間の経過に伴う各部位の動作を示すタイムチャートである。
【００６３】
上記の通り、図示しない真空搬送容器内部の搬送室内に配置されたロボットアーム等の搬送装置にウエハ８が載せられて当該アームが伸長することにより処理室内に搬入され、複数（本実施例では３本）のリフトピン３３の上端上に載せ替えられた後、リフトピン３３が試料台７の貫通孔内に収納されるまで下方に移動されてことでウエハ８が静電チャック２１上面上に載置される（ステップＳ４１）。これより前に、試料台７内部の冷媒流路２４に所定の温度にされた冷媒の供給が開始されて循環されており、試料台７及び静電チャック２１の温度（１３０５）は、ウエハ８がその上に載せられた状態で処理の開始に適した温度の範囲内の値にされている。この後、静電チャック２１内の内電極２２、外電極２３に静電吸着用の直流の電圧（１３０１，１３０２）が印加され、これらの電極とウエハ８との間に形成された静電気力によって、静電チャック２１上面上方にウエハ８が吸着され保持される（ステップＳ４２）。
【００６４】
次に、ウエハ８が静電チャック２１の上面に吸着されているかが制御装置３２において検出され確認される（ステップＳ４３）。例えば、リフトピン３３がウエハ８裏面に押し付けられその反力をリフトピン３３の駆動装置に取り付けられた検知器で検知して行っても良いし、伝熱ガスを伝熱ガス供給路２５を通して伝熱ガス分散領域内に供給してその内部の圧力が検出され、当該圧力値が所定の値を超えたことが検出されることでウエハ８の吸着が確認されても良い。
【００６５】
ウエハ８の吸着が確認された後、制御装置３２からの指令信号に応じて供給孔２６から静電チャック２１の上面およびウエハ８の裏面の間の空間へ伝熱ガスの供給（１３０３）が開始される（ステップＳ４４）。すなわち、静電吸着用の電圧（１３０１，１３０２）の内電極２２および外電極２３への供給が開始されて時間ｔ１後に、供給孔２６からウエハ８裏面と静電チャック２１上面との間の空間に伝熱ガスの供給（１３０３）が開始される。あるいは、時間ｔ１後に供給孔２６から供給される伝熱ガスの流量、速度が増加されても良い。伝熱ガスの供給の量、速度が大きくなると、ウエハ８を静電チャック２１上面に向の方向に押し付けて接触させている静電気力より当該空間内の伝熱ガスの圧力による反力が大きくなり、当該反力は静電チャック２１上面からウエハ８を浮上させる（１３０４）。
【００６６】
この状態で、ウエハ８が静電チャック２１上面上方に非接触で保持されているか（浮上したか）が、圧力センサ３１からの出力から検出される検出孔３０の圧力の変化を用いて制御装置３２内で検出される。すなわち、ウエハ８が回転していることを検出することにより静電チャック２１上面上方にウエハ８が非接触状態で浮上しているかが判定される（ステップＳ４５）。
【００６７】
なお、ウエハ８が静電チャック２１上方で非接触に保持されている状態で、伝熱ガスは供給が持続されている。ウエハ８と静電チャック２１を介した試料台７との間での熱伝達が維持されているため、ウエハ８の温度（１３０７）は、試料台７あるいはこれに供給される冷媒流路２４内の冷媒の温度に徐々に近づき、許容範囲内での所定の値に維持される。
【００６８】
次に、この状態で予め設定された処理の条件に沿ってウエハ８の上面に予め配置された処理対象の膜層の処理（本実施例ではエッチング処理）が実行される。本実施例のエッチング処理では、複数の異なる処理の条件で実施される処理の工程が複数実施される。すなわち、処理室内に特定の処理用のガスの供給（１３１０）が行われつつプラズマ電力（１３０９）が印加されプラズマが形成されて所定の期間あるいは量のエッチング処理が処理対象の膜層に対して行われた後、予め設定された次の工程の処理用の条件、例えばガスの種類や流量等が異なるものに切り替えられて当該次の処理の工程が行われる。複数の処理の工程の間では、前の工程の処理用のガスに替えて処理室内に不活性ガス（プラズマガス）の供給（１３０８）を行いつつプラズマが連続的に生成される。当該不活性ガスのプラズマが形成されている期間中に、次の処理の工程で用いられる処理用の条件を実現する準備、例えば用いられる複数種類の物質からなる処理用のガスの所定の組成での混合や処理室内の圧力の変更等が実施される。
【００６９】
まず、処理室内にプラズマが生成される（ステップＳ４６）。すなわち、伝熱ガスの供給（１３０３）が開始（増大）されて時間ｔ２後（時刻ｔａ）に処理室内にプラズマを生成するための生成用ガス（プラズマガス）の供給（１３０８）が行われて、ウエハ８のウエハ処理が開始される。次に、当該プラズマガスの供給（１３０８）が開始されて時間ｔ３後に、プラズマ生成用の高周波電力（プラズマ電力）（１３０９）の誘導コイル４への供給が開始され、処理室１３内に形成された誘導磁場によってプラズマが生成される。
【００７０】
次に、これから実施される処理の工程の条件に沿って、処理対象の膜層に対応した複数種類のガスの組成やウエハ８の温度が必要に応じて変更され実現されてウエハ８の処理が実行される（ステップＳ４７）。例えば、供給孔２６からウエハ８裏面と静電チャック２１上面との間の隙間に伝熱ガスの供給またはその増大が開始されて時間ｔ４後に、試料台７の内部（例えば、冷媒流路２４が配置された金属製の円板である基材の冷媒流路２４上方の内部或いは静電チャック２１の内電極２２または外電極２３の下方の内部）に配置された図示されない膜状のヒータにヒータ電力（１３０６）として直流電力の供給が開始される。当該ヒータ用の直流電力であるヒータ電力（１３０６）の供給により加熱され温度が上昇した試料台７あるいは静電チャック２１と伝熱ガスを介したウエハ８との間で熱が伝達されて、ウエハ８の温度はＴｅ１から上昇を始めヒータへの電力であるヒータ電力（１３０６）の供給あるいはその増大の開始から時間ｔ５後に許容範囲内の所定の値Ｔｅ２になる、或いはその変動の大きさが許容範囲内であることが制御装置３２に検出され当該許容範囲内となるように維持される。
【００７１】
また、ヒータ電力（１３０６）の供給に合わせて処理室１３内に処理ガスＡが供給（１３１０）される。すなわち、ヒータ電力（１３０６）の供給が開始される時刻にシャワープレート（アース電極）３から処理室１３内への処理用ガスＡの供給（１３１０）が開始され、処理用ガスＡが用いられてプラズマが形成される。さらに、ヒータ電力（１３０６）の供給或いはその増大が開始されてからウエハ８の温度が所定の値に達した或いはその変動の大きさが許容範囲内であることが制御装置３２に検出される時間ｔ５後に、試料台７の内部の金属製の基材あるいは静電チャック２１内部に配置された膜状の電極にバイアス電位形成用の高周波電力（１３１２）の供給が開始される。このバイアス電位形成用の高周波電力（１３１２）の供給により静電チャック２１あるいはこの上のウエハ８の上面上方に処理室１３内のプラズマの電位との間で定まるバイアス電位が形成され、処理室１３内で電離したプラズマガスおよび処理ガスＡの粒子が電位差に応じてウエハ８上面に誘引され処理対象の膜に入射して当該入射の方向へのエッチングが進行する。
【００７２】
本実施例では、試料台７内のヒータへの直流電力であるヒータ電力（１３０６）の供給が停止されると共に処理室１３内への処理ガスＡの供給（１３１０）および試料台７内の電極へのバイアス電位形成用の高周波電力（１３１２）の供給も停止される。つまり、本実施例では、ヒータによるウエハ８の加熱と処理ガスＡを用いたプラズマの生成とプラズマ中の荷電粒子をウエハ８に誘引して行うエッチング処理とはその期間が同期されて実施される。
【００７３】
さらに、処理ガスのＡの供給（１３１０）が停止されると処理ガスＡに替えられてシャワープレート３から処理室１３内への処理ガスＢの供給（１３１１）が開始される。当該処理ガスＢが供給されている期間では、処理室１３内で処理ガスＢ及びプラズマガスが用いられてプラズマが形成され、処理ガスＢの原子または分子が電離または解離した粒子との相互作用によりウエハ８上面の処理対象の膜層のエッチング処理が行われる。さらに、処理ガスＢの供給（１３１１）が開始される間は、処理ガスＡの供給（１３１０）が停止される時刻に停止されたヒータ電力（１３０６）の供給は停止された状態が維持されており、ウエハ８は試料台７内部の冷媒流路２４を通流する冷媒との間の熱伝達によりウエハ８の温度（１３０７）がＴｅ１まで低下していく冷却期間となる。
【００７４】
処理ガスＢの供給（１３１１）が予め設定された期間停止された後、処理ガスＢの供給（１３１１）が停止されると共に処理ガスＢに替えて再度処理ガスＡの供給（１３１０）が開始される。さらに、処理ガスＡの供給（１３１０）の開始と共に、試料台７内部のヒータへの直流電力であるヒータ電力（１３０６）の供給と電極へのバイアス電位形成用の高周波電力（１３１２）の供給が再度開始され、再度ウエハ８の加熱、処理ガスＡのプラズマ形成及びバイアス電位によるエッチング処理の同期した処理の工程が開始される。
【００７５】
本実施例では、これらの異なる処理の条件における処理対象の膜層の処理の２つの工程が周期Ｔで繰り返される。すなわち、ウエハ８が加熱される期間とこれに続くウエハ８が冷却される期間とが周期的（周期Ｔ）に、ウエハ８が静電チャック２１上方で非接触に保持された状態でヒータへの電力の供給またはその増大が開始される時刻ｔａから以下に説明する処理の目標或いは終点への到達が検出されて制御装置３２からの指令信号により処理対象の膜層のエッチング処理が停止される時刻ｔｂまでの期間で繰り返し実施される。
【００７６】
本実施例のウエハ８の処理対象の膜層の処理中には、予め定められた時間毎に処理が目標あるいは終点に到達したか否かが図示しないセンサからの出力が制御装置３２に送信されて検出され処理の終了の当否が判定される（ステップＳ４８）。本実施例のウエハ８への処理の目標への到達は、例えば処理中に生じるプラズマの発光の強度の時間の経過に伴う特定の変化を検出する、あるいは処理対象の膜層に対するエッチングされた深さ、残り膜厚さを検出することによって行われる。
【００７７】
エッチング処理が目標あるいは終点への到達が検出されると、制御装置３２からの指令信号に基づいて伝熱ガス排出路２８あるいはガス排出装置２９の駆動によって、ウエハ８裏面と静電チャック２１上面との間に供給されていた伝熱ガスの排出が開始、或いはその排出の量や速度が増大される。このことにより、伝熱ガスの圧力によりウエハ８裏面に上方に向けて作用する力の大きさを低減させ、ウエハ８を静電チャック２１上面に向けて近接させ降下させる（ステップＳ４９）。制御装置３２からの指令信号に応じて、ウエハ８が試料台７に吸着されないように伝熱ガスの排出の量や速度が調節され、両者が接した状態で最終的には伝熱ガスの供給が停止される。図１３に示す本実施例では、エッチング処理の終点への到達が検出された時刻ｔｂから時間ｔ６後に伝熱ガスの供給が停止されて、ウエハ８が静電チャック２１上面に降下する。
【００７８】
ウエハ８の静電チャック２１上面への降下および接触はウエハ８裏面と静電チャック２１上面との間での伝熱ガスの圧力値が所定の値以下になったことが圧力センサ３１からの出力を用いて制御装置３２において検出されることにより確認される（ステップＳ５０）。このウエハ８の降下が検出されると静電チャック２１上面への伝熱ガスの供給が停止された後に、静電チャック２１上にウエハ８を吸着保持する静電気を除去する除電の工程が行われる。（ステップＳ５１）
すなわち、内電極２２および外電極２３へ供給される電圧（１３０１，１３０２）の値の低減が開始されて時間ｔ７の後に、プラズマガスの供給（１３０８）が停止されると共にプラズマ電力（１３０９）の供給が停止される。時間ｔ７の間にプラズマを用いたウエハ８の除電が行われる。プラズマ電力（１３０９）が停止されて時間ｔ８の後に、内電極２２及び外電極２３への静電気力形成のための電圧（１３０１，１３０２）の印加が停止される。これにより、ウエハ８の除電が行われ、試料台７上部の静電チャック２１上面からのウエハ８を脱離させることが可能となる。
【００７９】
上記除電工程が終了した後、搬入された場合と逆の動作により処理室１３内からウエハ８が搬出されて（ステップＳ５２）、当該ウエハ８の処理室１３内での処理が終了する。
【００８０】
このような処理において、例えば、処理ガスＡとしてウエハ８上面の膜構造の処理対象の膜層をエッチングする性能の高いガスを用い、処理ガスＢとしてウエハ８の膜構造の表面に粒子を堆積させる性能が高いガスを用いれば、ウエハ８上面の処理対象の膜層を含む膜構造に対してエッチングの工程と堆積の工程とを交互に行うことができ、これらの工程各々の長さやエッチング、堆積の速度や時間を適切に選択することで、アスペクト比の高い形状を得るエッチング処理を行うことができる。また、処理ガスＡとして異方性エッチングを促進できるガスを用い、処理ガスＢに等方性エッチングを促進するガスを用いることにより、複雑な形状のエッチング加工も可能となる。
【００８１】
上記実施例によれば、試料台７上部の静電チャック２１上面に静電吸着させたウエハ８の裏面と静電チャック２１上面に形成した凹み部２１´との間の空間に伝熱ガスを供給し、ウエハ８を静電吸着させる静電気力に対して伝熱ガスの圧力による上向きの力を作用させて伝熱ガスの平均自由工程内でウエハ８を静電チャック２１上面上方で浮上させることで、ウエハ８を非接触に保持することができる。この構成により、試料台７の温度を所定の範囲内の値に調節することでウエハ８の温度を処理に適した所望の範囲内の値にすることができると共に、ウエハ８と試料台７との間に熱膨張の大きさに差があり両者が高温に加熱されても試料台７とウエハ８とが接触して摺動することが抑制され、当該擦れによりパーティクルを発生させることが低減される。これにより、減圧下で試料を処理するプラズマ処理において、上記摺動に起因したパーティクルの発生が低減され、ウエハ８の温度を短時間で変更することが可能となり、ウエハ８の処理のスループットが向上する。
【００８２】
また、静電チャック２１上面の外周側部分であって静電吸着されて保持された状態のウエハ８裏面の外周部に対向するリング状の領域には伝熱ガスシール領域が配置され、当該領域に開口を有する伝熱ガス排出路２８が配置され、伝熱ガス排出路２８を通して静電チャック２１上面に供給された伝熱ガスを真空容器外へ排出することにより、ウエハ８裏面から処理室内への伝熱ガスの漏れ（リーク）が抑制される。このため、真空容器１内の処理室内に供給される処理ガスの雰囲気に伝熱ガスが混ざることが抑制され、試料であるウエハ８に対し所望のプラズマ処理を行うことができる。
【００８３】
また、ウエハ８の径と実質的に同じ径を有する領域に配置された静電吸着用の電極からウエハ８に静電吸着力を作用させることで、静電チャック２１上面上で浮上したウエハ８に位置ずれが生じてもこれを低減するような力を作用させる、所謂、調芯作用を与えることができる。さらに、静電チャック２１上面に垂直な上下方向の軸から静電チャック２１またはウエハ８の周方向に所定の角度だけ傾斜した方向に向けて伝熱ガスが供給されることで、静電チャック２１上面上方に浮上したウエハ８に上記傾斜がつけられた方向にウエハ８を回転させることが出来、上記の構成と併せて浮上させたウエハ８の位置を安定させて維持することができ、ウエハ８の上面の処理の均一性を向上させることができる。
【００８４】
さらに、静電チャック２１上面の伝熱ガス分散領域に配置されたリフトピン３３が収納される貫通孔と連通された伝熱ガスの排気ラインを通した伝熱ガスの排出量が調整され、伝熱ガス分散領域内の圧力の変化を低減してウエハ８の浮き上がった高さの変化を抑制しつつ伝熱ガスの供給量を増減できるので、ウエハ８が回転する速度（単位時間あたりの回転数）を増減させ調節することができ、処理の均一性がさらに向上する。
【００８５】
上記の実施例では、試料台７の静電チャック２１は、セラミクス等の誘電体材料が上下方向に所定の大きさと半径または直径を有した円板または円筒形に成形された内部に、膜状の静電吸着用の金属製の電極が配置されて焼成されて焼結体として形成され、その上面に伝熱ガス分散領域及びその外周側でリング状に配置され上面が高くされた伝熱ガスシール領域と複数の伝熱ガス排気の排出路とを備えた例が示されている。
【００８６】
図１４を用いて、上記実施例の変形例に係る試料台または静電チャックを説明する。図１４は、図１に示す実施例の変形例に係るウエハ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図１４においては、説明を簡単にするために実施例１で説明した静電チャックと電極ブロックとを一体化して電極ブロックとして表し、静電チャック内部の外電極と内電極の表示を省略している。
【００８７】
図１４（ａ）に示される試料台７１０は、試料台７１０の電極ブロック２１０の中央部にその外周部より上面の位置を高くされた円筒形の凸部７１１を配置し、当該凸部７１１の上面であるウエハ載置面２１１の直径をウエハ８の直径より僅かに小さくしたものである。凸部７１１の外周側の上面が低くされた部分２１２は凸部７１１の上面との間でステップ状の段差を構成した凹み部であり、当該凹み部に凸部７１１を囲むリング状のフォーカスリング１４０１（または導電体およびその上方を覆う誘電体製のカバーの組合せ）が配置されている。
【００８８】
さらに、ウエハ載置面２１１を構成する凸部７１１の上面には、中央部に凹みを有した伝熱ガス分散領域７６１とその外周側でウエハ載置面２１１の外周端部には上面の高さが高くされた伝熱ガスシール領域が配置されている。さらに、本変形例では、フォーカスリング１４０１の内周端部であってウエハ載置面２１１上にウエハ８が載せられた状態でウエハ８のノッチ部に対応する箇所に検出孔３０が配置されている。検出孔３０は、フォーカスリング１４０１とその下方の電極ブロック２１０とを貫通してガス排出装置２９と連通して連結され、ウエハ８とフォーカスリング１４０１との間に形成される隙間内の伝熱ガスが検出孔３０を通して排出される。
【００８９】
図１４（ｂ）に示す試料台７２０は、電極ブロック２２０上面が中央から外周端まで平坦に構成され、図１４（ａ）の試料台７１０と同様にウエハ載置面の外周側領域に伝熱ガスシール領域７１２が、その内側に伝熱ガス分散領域７２２となる凹部が配置されている。さらに、伝熱ガスシール領域７１２の外周側でこれをリング状に囲んで電極ブロック２２０の上面上にリング状のフォーカスリング１４０２（または導電体およびその上方を覆う誘電体製のカバーの組合せ）が配置されている。一方、検出孔３０は電極ブロック２２０上面に載せられたフォーカスリング１４０２の内周縁の中央側であって電極ブロック２２０上方に載せられたウエハ８のノッチ８ａに対応する下方の位置に電極ブロック２２０を貫通して配置されガス排出装置２９に連通して連結されている。
【００９０】
図１４（ｃ）に示す試料台７３０は、電極ブロック２３０がウエハ８の直径より僅かに小さい直径を有した円筒形または円板形状を備え、電極ブロック２３０の側壁面の外周側でこれをリング状に囲んでフォーカスリング１４０３（またはカバー）が配置されている。さらに、電極ブロック２３０上面には、図１４（ａ）と同様にウエハ載置面の外周部の凸部を有する伝熱ガスシール領域７１３を、中央側部分に伝熱ガス分散領域７２３を構成する凹み部を有している。また、ウエハ８が試料台７３０上方に載せられた状態でウエハ８の外周縁部は電極ブロック２３０の外周端より外側に位置しており、ノッチ８ａに対応する下方の箇所に位置する検出孔３０は、フォーカスリング１４０３またはカバーを貫通して配置されている。
【００９１】
図１４（ｄ）に示す試料台７４０は、電極ブロック２４０は、図１４（ｂ）と同様、ウエハ８の直径より大きな径を有した円板形状を備えその中心から外周端まで平坦な上面７０１４がウエハ載置面７１４を構成している。また、電極ブロック２４０のウエハ載置面７１４の中心部分に伝熱ガス分散領域を構成する凹み部７２４が、その外周側の上面であってウエハ載置面７１４上に載せられた状態でウエハ８裏面の外周縁部に対向するリング状の箇所には伝熱ガスシール領域を構成し、凹み部７２４より上面の高さが高くされた凸部が配置されている。伝熱ガス分散領域および伝熱ガスシール領域の構成は、伝熱ガス供給路２５および伝熱ガス排出路２８を含めて図１４（ｂ）と同等である。さらに、伝熱ガスシール領域の外周側でこれを囲むリング状の電極ブロック２４０の上面には、フォーカスリング１４０１等の部材は配置されていない。
【００９２】
これら構成においても、ウエハ載置面に伝熱ガス分散領域と伝熱ガスシール領域が構成され、減圧された処理室内でウエハ８裏面に伝熱ガスを供給して当該裏面の伝熱ガスの圧力を面内方向に均等に近づけてウエハ８を試料台７１０〜７４０の上面上方に浮上させ非接触に保持した状態でウエハ８上面に処理を施すことが可能となる。
【実施例２】
【００９３】
次に、本発明の第２の実施例を図１５乃至図１９を用いて説明する。図１５は、本発明の第２の実施例に係るウエハ処理装置１５０１の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本例のウエハ処理装置１５０１は、真空容器である処理容器６１の上部に配置されその内部でプラズマが形成されるプラズマ生成室（放電室）６６と、真空容器である処理容器６１の下部に配置されその内部に処理対象のウエハが配置される試料台７ａを有して、上方のプラズマ生成室６６内でのプラズマの形成に伴って解離されたガスの粒子が内部に供給されウエハ上面の処理対象の膜層が処理される処理室６１０とを備えた、謂わばダウンフロー式のウエハ処理装置である。
【００９４】
本実施例のウエハ処理装置１５０１は、円筒形状を有した下部の真空容器である処理容器６１と、その上方に配置されて処理容器６１内部と連通され内側が減圧されるプラズマ生成室６６を構成する別の真空容器６６０とを備えている。下部の真空容器を構成する処理容器６１の底部には、内部の処理室６１０内と連通する開口を構成する貫通孔６１１が配置され、処理容器６１底面に圧力調整弁６２を介して真空排気装置６３が連結されて貫通孔６１１を介して処理室６１０と真空排気装置６３入口とが連通されている。
【００９５】
処理容器６１内部の処理室６１０上方には、処理室６１０の天井面を構成するとともに中央部に開口６４１を有する石英製の円板である天板６４が配置され、真空容器を構成し処理容器６１の側壁面上端上方に図示しないシール部材を挟んで載せられている。天板６４の中央部の開口６４１の周囲の上面には開口６４１と同じ値の内径を有して透光性を有した誘電体製の円筒形部材６４２が配置される。さらに、円筒形部材６４２の上端上方には、円筒形部材６４２より直径が大きくされた円筒形の部材である真空容器６６０が図示しないシール部材を挟んで載せられ、当該上部の真空容器６６０の内部が外側の雰囲気から気密に区画されてプラズマ生成室６６を構成する。
【００９６】
本実施例のウエハ処理装置１５０１は、下部の真空容器である処理容器６１内部の処理室６１０と上部の真空容器６６０の内部のプラズマ生成室６６とが、これらの真空容器の間に配置された円筒形部材６４２の内部の円筒形の通路であるプラズマ輸送路６５を介して連通され、上部の真空容器６６０及び下部の真空容器である処理容器６１とこれらの間を繋ぐ円筒形部材６４２とが内外を気密に区画して１つの真空容器を構成するものと見なすことができる。
【００９７】
本実施例の円筒形のプラズマ輸送路６５を内部に有する円筒形部材６４２は透光性を有する石英から構成されている。さらに、プラズマ生成室６６を構成する円筒形状を有した上部の真空容器６６０は、その円筒形状の側壁面の外側に距離をあけて少なくとも上下方向に１段以上巻かれた誘導コイル７１を備えている。誘導コイル７１は高周波電源７２と図示しない整合器を介して電気的に接続されて高周波電力が供給されプラズマ生成室６６内にプラズマを形成するための電界を形成する。このため、円筒形状を有するプラズマ生成室６６の内側壁面を構成する側壁部材は少なくとも一部が電界が透過できる誘電体材料から構成されている。
【００９８】
プラズマ生成室６６の天井面６６１の中央部には、処理ガスあるいはクリーニングガスがプラズマ生成室６６に導入される少なくとも１つの導入孔６６２が配置されている。当該導入孔６６２は、弁６７および図示省略の流量制御弁を介して処理ガス源６８と、及び弁６９および図示省略の流量制御弁を介してクリーニングガス源７０との各々にガス供給路を構成する配管により接続されている。本実施例では、制御装置３２０からの指令信号に応じて弁６７及び弁６９の開放と気密な閉塞、さらには各々に連結された各流量制御弁の開度の増減が行われ、プラズマ生成室６６への処理ガスとクリーニングガスとの供給の切り換え、或いは各々のガスの供給の流量及びその速度が調節される。
【００９９】
連通された処理容器６１内部の処理室６１０、プラズマ輸送路６５およびプラズマ生成室６６から成る真空容器内部の空間は、制御装置３２０からの指令信号に応じて、導入孔６６２からプラズマ生成室６６の内部に供給される処理ガスまたはクリーニングガスの流量または速度と圧力調整弁６２および真空排気装置６３の動作によって増減される内部の空間からのプラズマあるいはガス等の粒子の排気の流量、速度とのバランスにより、所定の範囲内の圧力に維持される。なお、本実施例において、高周波電源７２から誘導コイル７１には、周波数として２７．１２ＭＨｚの高周波電力が供給される。
【０１００】
本実施例のウエハ処理装置１５０１では、天板６４の上方であってプラズマ生成室６６を構成する上部の真空容器６６０の下方であって、プラズマ輸送路６５の外周側には、プラズマ輸送路６５を囲んでリング状に加熱ランプ７３が配置されている。加熱ランプ７３は、円筒形のプラズマ輸送路６５の中心軸の周りに多重の同心状または螺旋状に配置されている。多重の同心状に配置された構成を有する本実施例の複数の加熱ランプ７３は、各々が図示を省略した電源と電気的に接続され、制御装置３２０からの指令信号に応じて各々に電源から供給される電力の量が調節されて各々のまたは全体の発熱の量を制御可能に構成されている。また、複数の加熱ランプ７３の上方および外周側には加熱ランプ７３を覆って反射板７４が配置されて、加熱ランプ７３からの輻射を反射して下方の処理室内に配置される処理対象のウエハ８に向かわせる。
【０１０１】
処理容器６１内部の処理室６１０の下中央部には、その上面に処理対象であるウエハ８が載置される円筒形状を有した試料台７ａが配置されている。本実施例の試料台７ａは、内部に冷媒流路７０１ａが配置され、当該冷媒流路７０１ａの入口と出口とは冷媒供給装置９と冷媒の供給管路を構成する配管９０１ａにより接続され、冷媒供給装置９において所定の範囲内の温度にされた冷媒が配管９０１ａを通して試料台７ａ内の冷媒流路７０１ａを通り、再度冷媒供給装置９に戻る循環をして、試料台７ａは処理に適した所望の範囲内の温度となるように調節される。
【０１０２】
当該冷媒供給装置９の駆動あるいは冷媒が調節される温度の設定は、制御装置３２０からの指令信号に応じて行われる。また、処理容器６１およびその内部の処理室６１０、プラズマ輸送路６５、プラズマ生成室６６および試料台７ａは円筒形状を有して、これらの中心軸および試料台７ａのウエハ８の載置面の中心は、上下方向について合致またはこれと見做せる程度に近似した位置に配置されている。また、本実施例の試料台７ａには、静電チャックの図示は省略しており、これによるウエハ８の静電吸着，伝熱ガスの供給等の構成や動作は、上記実施例１と同等であるので、説明を省略する。
【０１０３】
次に、図１６を用いて、本実施例のウエハ処理装置１５０１の試料台７ａ上部の外周側部分に備えられた加熱装置の構成を説明する。図１６は、図１５に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の外周部に配置されたウエハの加熱装置を含むＣ部の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【０１０４】
図１６は、本実施例の試料台７ａの外周端部に配置されウエハ８の外周側部分の裏面を加熱する構成を示している。本実施例の加熱装置１５０２は、試料台７ａ上面のウエハ載置面７０１１ａの外周側でこれを囲んでリング状に配置され、上部に開口を有した凹部または溝部を備えたリング状の反射部材１５７５と、反射部材１５７５の凹部内に配置されたリング状の加熱ランプ１５７６と、加熱ランプ１５７６の上方を覆って反射部材１５７５の開口を塞ぐリング状の石英窓１５７７とを含んで構成される。
【０１０５】
石英窓１５７７は、その上部はウエハ８の外周端部分の裏面の外側で外周側に向かって高くなるように傾斜した上面を有している。加熱ランプ１５７６から放射された赤外線１５７８が直接にまたは反射部材１５７５の凹部内壁面で反射された後に石英窓１５７７の当該傾斜面からウエハ８の外周端部分の裏面に照射される。
【０１０６】
次に、本実施例のウエハ処理装置１５０１の動作について、図１７乃至１９を用いて説明する。図１７は、図１５に示す本実施例に係るウエハ処理装置１５０１がウエハ８を処理中の状態を模式的に示す縦断面図である。図１８は、図１５に示す本実施例に係るウエハ処理装置１５０１の動作の流れを模式的に示すフローチャートである。
【０１０７】
本実施例に係るウエハ処理装置１５０１の処理容器６１の側壁には、図示していないが、減圧された内部の搬送室内を当該搬送室内に配置されてその複数の梁状の部材の端部が関節によって連結された腕部を備えて当該腕部を伸縮させその先端に載せられたウエハ８を搬送するロボットアーム等の搬送装置が内部に配置された別の真空容器が連結されている。ウエハ処理装置１５０１におけるウエハ８の処理に先立って、図示していない搬送装置の腕部（アーム）の回転と伸長とによりその先端に備えられたウエハ保持部上に保持されたウエハ８が、処理容器６１と搬送室との間を連通してウエハ８の搬送用の通路を構成するゲートを通して搬送室から処理容器６１内部の処理室内に搬入され（ステップＳ９１）、実施例１の場合と同様に試料台７ａ上面上方に突出した図示していない複数のリフトピン上に受け渡される。
【０１０８】
アームが収縮されて処理室６１０から退出すると、図示していない複数のリフトピンが下方に移動して試料台７ａ内部に形成された図示していない貫通孔に収納されることで、実施例１の場合と同様にウエハ８が試料台７ａ上面を構成する図示していない静電チャックの上面上に載置される。この状態で、実施例１の場合と同様にウエハ８は図示しない静電チャックのウエハ載置面の上面を構成する誘電体膜内に内蔵された静電吸着用の膜状の電極に直流電力が供給されて誘電体膜上に静電吸着され保持される（ステップＳ９２）。さらに、図示していないアームが退出した直後に、図示していない搬送室内に配置されたゲートバルブが駆動されて、図示していないゲートの搬送室側の開口が気密に閉塞されて処理室６１０内が密封され、真空排気装置６３の動作によってその内部が排気され所定の真空度まで減圧される。
【０１０９】
実施例１の場合と同様に、ウエハ８が試料台７ａ上面に十分な強さで静電吸着されたか否かが検出され（ステップＳ９３）、不充分である場合にはステップＳ９２に戻り静電吸着用の電極に供給される直流電力の値が調節される。ウエハ８の静電吸着の確認は、例えば、図示していないリフトピンを試料台７ａ内部において上方に移動させウエハ８裏面に押し付けてその反力の大きさを検出して行っても良いし、また実施例１の場合と同様に、伝熱ガスの伝熱ガス分散領域での圧力が所定の値を超えたことが検出されても良い。
【０１１０】
ウエハ８が静電吸着され十分な強度で保持されたことが検出されると、実施例１の場合と同様に、ウエハ８裏面と試料台７ａのウエハ載置面との間に伝熱ガスが供給される（ステップＳ９４）。ウエハ８と試料台７ａとの間の隙間への伝熱ガスの供給により、試料台７ａのウエハ載置面の伝熱ガス分散領域における伝熱ガスの圧力が上がり、冷媒供給装置９からの冷媒が供給されて所定の範囲内の温度にされた試料台７ａとウエハ８との間で効果的に熱伝達が行われ、ウエハ８の温度は試料台７ａの温度に近接する。
【０１１１】
ウエハ８が所定の温度になったことが検出された後、予め設定されたレシピに従ってウエハ８の処理、すなわち図１７（ａ）に示すように、ウエハ８上面の処理対象の膜層の表面に反応層を形成する処理が実施される（ステップＳ９５）。
【０１１２】
すなわち、ウエハ８が図示していない静電チャック上面上方に吸着、保持された状態で、弁６７が開放され処理ガス源６８からの処理ガスが図示しない流量調節器によりその流量、速度が調節されプラズマ生成室６６内に供給される。なお、本実施例では処理ガス導入の間は弁６９が閉じられている。さらに、高周波電源７２から誘導コイル７１に高周波電力が供給されて、図１７（ａ）に示すように、励起、電離され、解離した処理用ガスの原子または分子によりプラズマ生成室６６内に処理ガスのプラズマ８０が生成される。さらに、プラズマ生成室６６内のプラズマ８０の粒子がプラズマ輸送路６５を通って降下し処理容器６１内部の処理室６１０内に流入する。
【０１１３】
プラズマ輸送路６５の下端からその直下方に配置された試料台７ａのウエハ載置面上に保持されたウエハ８に向けて流れるプラズマのラジカル種８１の一部分はウエハ８上の処理対象の膜表面に到達して、当該膜層表面の処理が行われる（ステップＳ９５）。すなわち、当該膜層の表面の材料とラジカル種８１とが反応して反応生成物８２が生成され当該反応生成物８２はウエハ８上面の処理対象の膜層表面に反応層として積層する。一方、処理室６１０内に流入したプラズマ８０中のラジカル種８１の他の部分は、処理室６１０の内側壁と試料台７ａの外周側壁との間を通って試料台７ａの下方に移動して、真空排気装置６３の動作により、処理室の底面に配置された排気用開口から外部に排気される。
【０１１４】
プラズマ処理が開始されてから所定の時間が経過したか否かが制御装置３２０において判定され（ステップＳ９６）、経過していない場合にはステップＳ９５に戻りプラズマ処理が継続される。一方、経過したと判定されると、ステップＳ９７に移行して、ウエハ８裏面の伝熱ガス分散領域に供給される伝熱ガスの流量、速度が増加される。すなわち、ウエハ８が試料台７ａの載置面上方で静電吸着された状態で、伝熱ガスの供給を調節してウエハ８の裏面に対する伝熱ガスの圧力をより大きくして、図１７（ｂ）に示すように、ウエハ８をに静電吸着力が作用した状態で当該吸着力より大きな上向きの力をウエハ８裏面に作用させウエハ８を試料台７ａ上面から浮上させる。
【０１１５】
この際、図１２に示したステップＳ４５と同様に、制御装置３２０において伝熱ガスによりウエハ８が浮上したか否かが検出され（ステップＳ９８）、浮上していないと判定された場合（Ｓ９８でＮＯの場合）にはステップＳ９７に戻り、さらに伝熱ガスの供給量が大きくされる。ウエハ８の浮上の検出は、実施例１と同様に、試料台７ａに配置された図示していない圧力センサ（実施例１において、図１に示した圧力センサ３１に相当）による検出孔（実施例１において、図２及び図３に示した検出孔３０に相当）の圧力の変化が検出される。すなわち、圧力センサの出力を受信した制御装置３２０がウエハ８が回転していることを検出することでウエハ８の浮上が判定される（ステップＳ９８）。
【０１１６】
ウエハ８が浮上したと判定された場合には、供給される伝熱ガスの流量および速度は、制御装置３２０からの指令信号に応じて所定の許容範囲内の値となるように調節されて、ウエハ８を試料台７ａ上面からｈ２の大きさの隙間で非接触に保持しつつ、ステップＳ９９に移行して予め設定されたレシピに従ってウエハ８の加熱処理が開始される。
【０１１７】
ステップＳ９９では、反応生成物８２の反応層が処理対象の膜層の表面に形成されたウエハ８を試料台７ａ上方で非接触保持した状態で、試料台７ａ上面のウエハ８の外周縁下方に配置され加熱ランプ１５７６から赤外線１５７８を放射させこれをウエハ８の外周端部の裏面に照射する。次に、加熱ランプ１５７６からの赤外線１５７８の照射の開始から所定時間の後に加熱ランプ７３から赤外線８３を放射してこれをウエハ８上面に照射する。これにより、最初に赤外線１５７８がウエハ８の外周部裏面を加熱することで、ウエハ８の外周部においてその裏面と上面との間の温度差により外周部が上方に反ることになる。
【０１１８】
次に、加熱ランプ７３から発せられた赤外線８３は、直接または反射板７４で反射されて石英製の天板６４およびプラズマ輸送路６５を構成する円筒形部材６４２を透過して処理室６１０内に放射され、ウエハ８の上面に照射される。赤外線８３が照射されたウエハ８の表面の温度が上昇する。この際、ウエハ８は加熱ランプ７３側の面である上面が加熱されて急速に温度が増加し、下面の温度との差により凸状に湾曲して反ろうとするが、予め加熱ランプ１５７６からの加熱によりウエハ８の外周部が凹状に反っている或いは上方に反らせようとする力が作用しているため、加熱ランプ７３からの赤外線照射によるウエハ８中央部の高さが外周部より高くなる反りが抑制または緩和される。その後、ウエハ８の下面の側にも熱が伝わってウエハ８の全体の温度の分布が均一に近づいていくことによりウエハ８の反りは解消される、または無視可能な程度に小さくなる。
【０１１９】
加熱ランプ７３から照射による加熱によって、ウエハ８上面の温度が上昇し処理対象の膜層上面の反応層の反応生成物８２が分解され表面から脱離する温度に達する。脱離して処理室内のウエハ８上面上方に滞留している当該反応生成物８２ａの粒子は、ウエハ８上面上方の位置から処理室６１０内に供給されたプラズマの粒子と同様に、試料台７ａの外周側壁面と処理室６１０の側壁面との間の空間に移動して試料台７ａ上面から降下して真空排気装置６３を通り処理室外に排気される。ウエハ８をランプ加熱する際に、ウエハ８を回転させている場合には、ウエハ８上面の周方向について加熱あるいは温度のばらつきが低減され、周方向についてより均一に近づけた膜層の処理が可能となる。
【０１２０】
また、加熱ランプ７３から照射される赤外線８３は、連続して照射させるのみでなく、所定の周期で放射および停止あるいは放射量の増減を繰り返しても良い。この場合には、ウエハ８上面の面内方向について温度差が急激に大きく生じないようにすることでウエハ８の反りを効果的に抑制することができる。
【０１２１】
次に、ステップＳ９９のウエハ８の加熱が開始されてから所定の時間が経過したか否かが判定され（ステップＳ１００）る。所定の時間が経過していないと判定された場合（Ｓ１００でＮＯの場合）には、ステップＳ９９に戻りランプ加熱処理が継続され、経過したと判定された場合（Ｓ１００でＹＥＳの場合）には、ステップ１０１に移行して、ウエハ８をランプ加熱する工程が停止されて，ウエハ８を図示していない静電チャックの上面に降下させる工程が開始される。
【０１２２】
すなわち、ウエハ８を加熱し始めてから所定の時間が経過して反応層の反応生成物８２ａを脱離してウエハ８表面から除去する処理の終了が制御装置３２０において検出されると、制御装置３２０からの指令信号に応じて、ウエハ８裏面と図示していない静電チャックの上面との間の隙間内の伝熱ガスの排出が開始あるいはその排出量が増大され、隙間内の伝熱ガスの圧力が低減されることで、ウエハ８の降下が行われる（ステップＳ１０１）。このときウエハ８が急激に降下して図示していない静電チャックの上面に衝突あるいは急激な吸着がなされないように、所定の範囲内の量で伝熱ガスの排出または供給の流量、速度の低減が行われ、最終的に伝熱ガスの供給が停止される。
【０１２３】
この間、ウエハ８が下降して図示していない静電チャックの上面と接して搭載されたか否かが制御装置３２０において判定される（ステップＳ１０２）。当該判定は、ステップＳ９８と同様に図示していない圧力センサを用いて図示していない検出孔内の伝熱ガスの圧力を検出し、これが所定の値以下になったことか否かを判定することで行われる。接していないと判定された場合（Ｓ１０２でＮＯの場合）には、ステップＳ１０１に戻り伝熱ガスの排出または供給量の低減が継続される。一方、伝熱ガスの圧力が所定の値以上に成ったと判定された場合（Ｓ１０２でＹＥＳの場合）には、ウエハ８が図示していない静電チャックと接して搭載されたことが検出される。
【０１２４】
ウエハ８の図示していない静電チャックの上面への下降が検出された後、ウエハ８の処理が終了したか、すなわちウエハ８上面の処理対象の膜層表面の反応層形成及び当該反応層の除去が終了したか否かが判定される（ステップＳ１０３）。この判定は、計数された反応層形成または反応層除去の工程の繰返し数が所定の値に到達したか否か、或いは反応層が除去された厚さ、反応層の残り厚さを検出し当該厚さの値が予め設定された値以下に到達したか否かが検出されて行われる。ウエハ８の処理が終了していないと判定された場合（Ｓ１０３でＮＯの場合）にはステップＳ９５に戻って、プラズマ生成室６６内でのプラズマの形成から再度ウエハ８を処理する工程が繰り返される。
【０１２５】
一方、ウエハ８の処理が終了したことが検出された場合（Ｓ１０３でＹＥＳの場合）には、制御装置３２０からの指令信号に応じてウエハ８裏面及び図示していない静電チャックの上面との間の隙間への伝熱ガスの供給が停止される。さらに図示していない静電チャック内の静電吸着用の電極に対して、ウエハ８と図示していない静電チャックとの間の静電気力を取り除く除電の工程が行われた後、搬入の際の動作とは逆の手順に沿ってウエハ８が試料台７ａから図示していない搬送装置に受け渡され処理室６１０の外に搬出され（ステップＳ１０４）、ウエハ８に対する処理の全体が終了する。
【０１２６】
本実施例のウエハ処理装置１５０１では、試料台７ａ上にウエハ８が配置されていない状態で、処理室内部の表面の付着物を低減して当該表面をウエハ８の処理の開始前の状態に近づける、クリーニング工程が行われる。すなわち、弁６９が開放され図示していない流量制御器でその流量、速度が調節されたクリーニングガス源７０からのクリーニングガスがプラズマ生成室６６内に供給され、さらに高周波電源７２から誘導コイル７１に高周波電力が供給されて、プラズマ生成室６６内にクリーニングガスを用いたプラズマが生成される。当該クリーニングガスのプラズマの粒子は、プラズマ輸送路６５を通って処理容器６１内部の処理室６１０内に下降して供給（ダウンフロー）される。
【０１２７】
輸送されたクリーニングガスのプラズマ中のラジカル種との化学反応またはプラズマ中のガス分子との相互作用により、ウエハ８の処理中に形成されて処理室６１０の内壁を構成する部材の表面に付着したり滞留している反応生成物が当該表面から脱離し、真空排気装置６３の動作により処理室６１０内から外部に排気される。なお、このクリーニング工程の際に、弁６７は閉じられている。また、加熱ランプ７３に電力を供給して赤外線を放射してウエハ８を加熱するステップＳ９９の工程のものとは異なる温度で処理室の内部の表面を加熱しても良い。
【０１２８】
このようなクリーニング工程は、任意のウエハ８上面の反応層を脱離させる工程が終了してウエハ８が処理室６１０外に搬出された後に行うことにより、次のウエハ８の処理を開始する前に処理室６１０の内表面を、当該任意のウエハ８の処理の開始前に近づけて清浄さを保つことができる。あるいは、各々が表面に同じまたは同じと見なせる程度に近似した構成を有する膜構造を備えウエハ処理装置１５０１において同じまたは同じと見なせる程度に近似した処理の条件（レシピ）が設定されて処理される複数枚のウエハ８の一纏まりを１ロットとして、当該ロットに対する処理の開始前または終了後に、クリーニング工程が行われてもよい。
【０１２９】
ウエハ処理装置１５０１において処理されるウエハ８の枚数や処理が行われた時間の累積の値が予め定められた値を超えた場合に、当該ウエハ処理装置１５０１によるウエハ８の処理の運転が停止されて処理容器６１の内部が大気圧にされ開放されて行われる保守、点検の作業の後に、再度処理容器６１の内部が密封され高い真空度まで減圧されてウエハ８の処理が再開されまでに、処理室６１０の内壁面の状態を清浄にするとともに、温度を処理の開始に適したものに近づけるためにクリーニング工程が行われても良い。
【０１３０】
図１９は、図１５に示す本実施例に係るウエハ処理装置１５０１が、図１８のフローチャートに沿ってウエハ８を処理する際の時間の経過に伴う各部位の動作を示すタイムチャートである。
【０１３１】
図１８のステップＳ９２において、ウエハ８が図示していない静電チャックの上面に載せられた状態で、ウエハ８を静電吸着するために図示していない静電チャック内の静電吸着電極である内電極（実施例１における内電極２２に相当）および外電極（実施例１における外電極２３に相当）に、各々異なる極性を付与するため１９０１と１９０２とで正負異なる直流の電圧が印加される。なお、当該ステップの開始前に、試料台７ａの内部の冷媒流路７０１ａには冷媒供給装置９において所定の範囲内の温度にされた冷媒が供給され循環して試料台７ａの温度（１９０５）は、処理の開始に適した範囲内の値に調節されている。
【０１３２】
ウエハ８を静電吸着用するための電圧の図示していない静電チャックの内電極、外電極への印加が開始されて時間ｔ１１経過後に、伝熱ガスがウエハ８裏面側の伝熱ガス分散領域を構成する凹み内に流量Ｑ１で伝熱ガスの供給（１９０３）が開始される。この静電チャック２１上面とウエハ８裏面との間への伝熱ガスの供給（１９０３）により、試料台７ａとウエハ８との間の熱伝達が促進され、ウエハ８の温度（１９０６）が試料台７ａの温度に近似した値（第１の温度Ｔｅ１１）に維持される。また、本実施例では、静電吸着用の電圧を印加してから時間ｔ１１経過後の伝熱ガスの供給（１９０３）の開始と共に、処理ガス源６８からのプラズマ生成室６６への処理ガスの供給が開始される。
【０１３３】
ウエハ８の温度（１９０６）が第１の温度Ｔｅ１１に達したことが試料台７ａ内に配置された図示しない温度センサからの出力を受信した制御装置３２０で検出された後、高周波電源７２からの高周波電力（プラズマ電力１９０８）が誘導コイル７１に供給され、プラズマ生成用の高周波電界がプラズマ生成室６６内に導入されてプラズマ８０が生成される。生成されたプラズマ８０は処理室６１０内に降下して導入され、試料台７ａに載置されたウエハ８表面に反応層を形成する処理が行われる。この反応層を形成する反応工程１９１０はプラズマ形成用の高周波電力（プラズマ電力１９０８）の供給される期間である時間ｔ１３だけ行われる。当該反応工程１９１０はプラズマ形成用の高周波電力（プラズマ電力１９０８）の供給の停止とともに処理ガスの供給（１９０７）も停止されて終了する。
【０１３４】
本実施例の伝熱ガスが流量Ｑ１で供給される期間である時間ｔ１２は、伝熱ガスの供給（１９０３）が開始されてからウエハ８の温度が第１の温度Ｔｅ１１に達するのに要する時間と時間ｔ１３との合計の時間に等しいかそれより長く設定される。さらにプラズマ生成室６６への処理ガスの供給（１９０７）は、伝熱ガスの供給（１９００３）の開始と同期して開始され、時間ｔ１２の期間行われる。すなわち、伝熱ガスの供給（１９０３）が開始されるステップＳ９４からウエハ８上面の処理対象の膜層の表面に反応層を形成するステップＳ９５のプラズマ処理（反応工程１９１０）の終了までが、時間ｔ１２の間に実施される。
【０１３５】
伝熱ガスの供給（１９０３）が開始されて時間ｔ１２が経過し反応工程１９１０が終了したことが制御装置３２０において検出されると、制御装置３２０からの指令信号に応じて、伝熱ガスの供給（１９０３）の流量がＱ２に増加されて伝熱ガス分散領域に供給されるステップＳ９７が実施される。この工程によりウエハ８が図示していない静電チャックの上面から浮上して（１９０４）、その上方で非接触に保持される。次に、ステップＳ９８においてウエハ８の浮上と回転とが検出されると、ステップＳ９９において加熱ランプ７３及び１５７６に電力（ランプ電力１９０９）が供給されてウエハ８上面の反応層を加熱して脱離させる反応層除去工程（脱離工程１９２０）が開始される。
【０１３６】
脱離工程１９２０において、ウエハ８は加熱ランプ７３，１５７６から放射される赤外線が照射され予め設定された所定の温度（第２の温度Ｔｅ１２）に維持される。本実施例の脱離工程１９２０は、伝熱ガスの供給１９０３における伝熱ガスの流量がＱ２に増加された時刻から時間ｔ１４の期間行われる。ステップＳ１００において当該時間ｔ１４の経過が制御装置３２０において判定された後、制御装置３２０からの指令信号に応じて、ランプ電力（１９０９）の供給が停止されウエハ８の加熱が停止されウエハ８の温度（１９０６）が第１の温度Ｔｅ１１まで低下する。
【０１３７】
さらに、ランプ電力（１９０９）の停止とともにプラズマ生成室６６への処理ガスの供給（１９０７）が再度開始される。ランプ電力（１９０９）の停止によりウエハ８の温度は第２の温度Ｔｅ１２から低下して試料台７ａの温度（１９０５）に近似した第１の温度Ｔｅ１１に近接する。ウエハ８の温度が第１の温度Ｔｅ１１またはこれに近接した温度に到達したことが制御装置３２０において検出されると、ステップＳ１０１において伝熱ガスの供給（１９０３）の量が再度流量Ｑ１に戻される。伝熱ガスの供給量がＱ１にされることで、ウエハ８は下降して試料台７ａの図示していない静電チャックの上に接触する。
【０１３８】
本実施例では、伝熱ガスの供給（１９０３）における伝熱ガスの供給の量が流量Ｑ２に増大してウエハ８が図示していない静電チャックの上方で浮上し（ウエハ浮上：１９０４）静電チャックに非接触に保持されている時間ｔ１５は、脱離工程１９２０の時間ｔ１４とランプ電力（１９０９）が印加されて加熱ランプ７３による加熱が終了してウエハ８が第１の温度Ｔｅ１１に戻るのに要する時間とを足した時間に等しいかそれより長く設定される。
【０１３９】
ステップＳ１０２においてウエハ８が図示していない静電チャックの上に降下して接触し吸着・保持されたことを制御装置３２０が検出し、さらにウエハ８の温度が第１の温度Ｔｅ１１またはこれに近似した値になったことを制御装置３２０が検出すると、ステップＳ１０３においてウエハ８の処理が終了したか制御装置３２０が判定する。判定の結果、終了していないと判定された場合（Ｓ１０３でＮＯの場合）には、ステップＳ９５に戻り、先に実施された反応工程１９１０と同様に、プラズマ生成用の高周波電力（プラズマ電力１９０８）が誘導コイル７１に供給されてプラズマ生成室６６内に処理ガスを用いたプラズマ８０が形成されてウエハ８表面に反応層を形成する反応工程１９１０を行うウエハプラズマ処理が実施される。反応工程１９１０は、先に行われたものと同様に予め設定された時間ｔ１３行われ、プラズマ電力（１９０８）の供給停止とともに処理ガスの供給（１９０７）も停止される。
【０１４０】
なお、ステップＳ９９，Ｓ１００において行われる脱離工程１９２０の後に、ステップＳ９５，Ｓ９６の反応工程１９１０が再度行われる際に、伝熱ガスの供給（１９０３）において伝熱ガスが流量Ｑ１で供給される時間は、最初の反応工程１９１０の際の時間ｔ１２ではなく時間ｔ１３だけ行われる。すなわち、ウエハ８の処理を開始して最初に実施される反応工程１９１０の後に行われる脱離工程１９２０と反応工程１９１０とは、各々時間ｔ１５及び時間ｔ１３だけ切り替えて実施される。
【０１４１】
ステップＳ１０３において、計数された反応工程１９１０及び脱離工程１９２０の回数が所定の値に到達したこと、或いはウエハ８上面の処理対象の膜層の処理量（深さ或いは除去量）または残り膜厚さが目標に到達してウエハ８の処理が終了したことが制御装置３２０において検出されると、制御装置３２０からの指令信号に応じてウエハ８裏面と図示していない静電チャックとの間の隙間への伝熱ガスの供給（１９０３）が停止される。当該停止の時間ｔ１７後に、図示していない静電チャックの内電極および外電極へ印加される直流電力１９０１及び１９０２の値が低減され、必要に応じてウエハ８の処理中と異なる極性の電圧が供給される等の除電の工程が時間ｔ１８の間行われた後、図示していない静電チャックの内電極および外電極への直流電圧の印加が停止される。この除電の工程の後、図示していない静電チャックとウエハ８との間に蓄積された静電気量が低減されウエハ８を図示していない静電チャックの上面から容易に脱離させることが可能となる。
【０１４２】
以上に説明したように、本実施例においては、反応工程１９１０と脱離工程１９２０とでウエハ８の図示していない静電チャックへの密着と浮上及び伝熱熱ガスの流量とを切替えるようにした。すなわち、反応工程１９１０では、ウエハ８を図示していない静電チャックに吸着させてウエハ８と静電チャックとの間に流量Ｑ１で伝熱ガスを供給してウエハを所定の温度Ｔｅ１１に維持しながら処理を行うようにした。一方、脱離工程１９２０では、伝熱ガスの流量をＱ２に増加させることによりウエハ８を図示していない静電チャックから上昇させ、加熱ランプ７３と１５７６とで加熱してウエハ８の温度をＴｅ１２に設定した状態でウエハ８の処理を行うようにした。
【０１４３】
なお、図１９には、ウエハ８の吸着・保持，浮上，下降の確認および処理の終了判定のタイミングを表示されていない。本実施例では、ウエハ８の吸着・保持の確認は、最初に伝熱ガスの供給（１９０３）が持続される時間ｔ１１の間に行われる。ウエハ８の浮上の確認は、流量Ｑ２の伝熱ガスの供給（１９０３）の後、ランプ電力（１９０９）を供給する前に行われる。ウエハ浮上（１９０４）におけるウエハ８の下降の確認は、流量Ｑ１の伝熱ガスの供給（１９０３）の後、プラズマ電力（１９０８）を供給する前に行われる。
【０１４４】
Ｓ１０３におけるウエハ処理の終了の判定は、脱離工程１９２０の終了後、ウエハ８の処理が継続されて処理ガスを供給（１９０７）する前に行われる。よって、ウエハ処理の終了に際しては、脱離工程１９２０が終わりウエハ処理終了と判定されたら、次に行う予定の処理ガスの供給（１９０７）を止め、ウエハ８の温度（１９０６）が試料台の設定した温度（１９０５）に戻るのを待って、伝熱ガスの供給（１９０３）を流量Ｑ１に変更してウエハ８を下降させ、ウエハ８の下降を確認し伝熱ガスの供給（１９０３）を停止する。
【０１４５】
以上の本実施例によれば、試料台７ａに静電吸着させたウエハ８の裏面へ伝熱ガスを供給して静電チャック２１上面上方に浮上させて非接触に保持する間に、ランプ加熱によるウエハ８の加熱とこれによるウエハ８表面の膜層を除去する処理が行われる。このような加熱による膜層の除去の工程においてウエハ８と図示していない静電チャックまたは試料台７ａ上面との間での熱膨張差によるウエハ８裏面の摺動が抑制される。また、ウエハ８を浮上させ非接触に保持している間でランプによる加熱を停止しウエハ８の温度を低減させているので、試料台７ａ上にウエハ８を下降させて載置してもウエハ８が擦れることが抑制される。
【０１４６】
このため、摺動によるパーティクルの生起が低減される。これにより、減圧下でウエハ８を処理するウエハ処理装置１５０１において、ウエハ８の加熱が短時間に実施でき処理のスループットを向上させることができる。
【０１４７】
また、本実施例によれば、第一の実施例と同様の試料台を用いているので、処理容器内への伝熱ガスの流出を抑制できるので、ウエハ処理への伝熱ガスの影響を防ぐことができ、所望の処理を行うことができる。また、ウエハ８を加熱する工程において、ウエハ８の外周側部分を加熱した後にウエハ８の上面の全体を加熱する動作を行うことにより、ウエハ８を加熱する際のウエハ８の反りが生起すること或いはその量が低減されウエハ８の浮上量が小さい場合でもウエハ８と試料台７ａまたは静電チャック２１の上面との接触が抑制される。
〔変形例１〕
次に、本発明の第２の実施例の第１の変形例を、図２０乃至図２２を用いて説明する。図２０は、本変形例に係る試料台７ｂの構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本変形例におけるウエハ処理装置は、実施例２で説明したウエハ処理装置１５０１における試料台７ａを、図２０に示した試料台７ｂに置き換えたものであり、ウエハ処理装置のその他の部分の構成は、第２の実施例において図１５乃至図１７を用いて説明したウエハ処理装置１５０１の構成と同じであるので、説明を省略する。また、図２０に示す試料台７ｂの構成は、実施例１で説明した図１に示すウエハ処理装置１００の試料台７と置き換えて、実施例１のウエハ処理装置１００にも適用可能である。
【０１４８】
図２１は、図２０に示す本変形例に係るウエハ処理装置がウエハを処理する際の各部位の動作を示すタイムチャートである。図２０において、図２と同符号のものは同等の構成を備えた部材であり説明は省いている。
【０１４９】
図２０において、試料台７ｂの内部に配置された伝熱ガス供給路２５の試料台７ｂ底面の開口に接続された伝熱ガス供給用の配管には、２つの伝熱ガス供給装置１１１，１１２が接続されている。本変形例においては、これらの伝熱ガス供給装置１１１，１１２各々から供給される熱伝達率の異なる２つの熱伝導ガスが伝熱ガス供給路２５に供給される。また、伝熱ガス供給装置１１１、１１２と伝熱ガス供給路２５の間には伝熱ガス供給装置側から順に、ガス溜め１１３、圧力制御装置１１４が接続されている。
【０１５０】
本変形例の試料台７ｂは、好適には上記図１５に示したダウンフロー式のウエハ処理装置に用いられる。本変形例の試料台７ｂを有するウエハ処理装置の他の構成は、図１５に示した第２の実施例と同様であり、説明を省く。また、本変形例の説明において、図２０に記載されていない構成については、図１６乃至図１７に記載された第２の実施例における構成を引用して説明する。
【０１５１】
このような試料台７ｂを備えたプラズマ処理装置の動作を以下説明する。図１５に示した第２の実施例と同様に、静電チャック２１内の内電極２２、外電極２３に静電吸着用の直流の電圧が印加され（２１０１，２１０２）、これらの電極とウエハ８との間に形成された静電気力によって、試料台７ｂの静電チャック２１上に載置されたウエハ８は、静電吸着されて保持される。この後、ウエハ８裏面と静電チャック２１上面の凹み部２１´との間の伝熱ガス分散領域７６１に伝熱ガスが導入されてウエハ８が静電チャック２１上面上方に浮上して非接触に保持される。
【０１５２】
伝熱ガス供給装置１１１，１１２各々から供給（２１０３）される伝熱ガスＡ，Ｂは、ガスＡの熱伝達率がガスＢより大きいものにされている。これらのガスＡ，Ｂは配管を流れてガス溜め１１３に流入して分散された後、伝熱ガス供給路２５に導入される。伝熱ガス供給路２５を通りウエハ８の裏面に供給される伝熱ガスの圧力は、ガス溜め１１３と試料台７ｂ底面に配置された伝熱ガス供給路２５の入口との間に配置された圧力制御装置１１４によって所定の圧力に調整される。
【０１５３】
制御装置３２からの指令信号に応じてウエハ８に供給される伝熱ガスがＡからＢ、またはＢからＡへ切り替えられる際には、ガス溜め１１３に導入される伝熱ガスＡ，Ｂの流量がそれぞれ変動する。しかし、ガス溜め１１３より供給される伝熱ガスＡ，Ｂの混合ガスは圧力制御装置１１４で一定の圧力に保たれるため、ウエハ８の裏面に供給される伝熱ガスの圧力は伝熱ガスの種類を変えても変動が抑制される。
【０１５４】
このため、ウエハ８の裏面に供給される伝熱ガスを切り替えてもウエハ８の浮上（２１０６）の高さの変動を抑制出来る。特に、ウエハ８に施される処理の条件に応じて適切に選択された伝熱ガスをウエハ８裏面に供給する、例えばウエハ８と試料台７ｂとの間の熱伝達が多いほうがよい反応工程あるいは冷却工程では熱伝達のより大きい伝熱ガスを、ウエハ８と試料台７ｂの熱伝達が少ないほうがよい加熱工程では熱伝達の小さい伝熱ガスを供給することで、ウエハ８の温度を増減する調節の精度と処理の効率とを高めることができる。
【０１５５】
また、単に伝熱ガスＡ，Ｂの各々に切り替えて伝熱ガス分散領域７６１に供給するだけでなく、ガス溜め１１３に供給する伝熱ガスＡ，Ｂ各々の流量または速度を調節することで、ウエハ８と静電チャック２１あるいは試料台７ｂとの間の熱伝達の大きさをウエハ８の処理の工程毎にこれに適した範囲内の任意の値に調節してウエハ８を処理することもできる。
【０１５６】
本変形例のプラズマ処理装置におけるウエハ８の処理の流れを図２１を用いて説明する。図２１は、図２０に示す実施例に係るウエハ処理装置がウエハを処理する際の各部位の動作を示すタイムチャートである。
【０１５７】
本変形例においても、上記の第１の実施例及び第２の実施例と同様に、試料台７ａ内部の冷媒流路２４に冷媒供給装置９において所定の範囲内の値にされた冷媒が供給され（伝熱ガスの供給：２１０３）、冷媒流路２４と冷媒供給装置９との間を循環して試料台７ａの温度（２１０７）が処理に適した範囲内の温度にされた状態で、ウエハ８の静電吸着のため静電吸着電極である内電極２２および外電極２３の各々に反対の極性を付与する電圧が印加（ＥＳＣ電圧（内）：２１０１及びＥＳＣ電圧（外）：２１０２）される。
【０１５８】
当該静電吸着用の電圧の内電極２２、外電極２３への供給の開始から時間ｔ２１後に、伝熱ガス供給装置１１１からの伝熱ガスＡが流量Ｑ２１で伝熱ガス供給路２５に供給される（伝熱ガスＡ供給：２１０４）。流量Ｑ２１の伝熱ガスＡは、伝熱ガス供給路２５を通りウエハ８裏面と静電チャック２１上面との間の伝熱ガス分散領域７６１に、ウエハ８の中心周りに特定の向きに方向付けられて供給されて分散し、ウエハ８裏面に対して上向きの圧力に基づく外力を作用させ静電チャック２１上面上方に浮上（２１０６）させる。
【０１５９】
伝熱ガスＡは、ウエハ８の中心の周りに特定の向きで供給されつつ伝熱ガス分散領域７６１の外周側のウエハ８と静電チャック２１との間の伝熱ガスシール領域７５１を通して処理室６１０内に流出し、ウエハ８は静電チャック２１上面上方で下向きに吸引する静電気力と伝熱ガスＡによる外力とのバランスにより回転しつつ非接触に保持される。
【０１６０】
伝熱ガスＡの供給（２１０３）により、ウエハ８の温度（２１０８）は試料台７ｂの温度（２１０７）に徐々に近づき、試料台７ｂの温度（２１０７）に近似した範囲内の値に保持される。なお、試料台７ｂには予め所定の温度の冷媒が供給・循環されており、試料台７ｂの温度（２１０７）は所定の範囲内の値となるように維持されている。また、伝熱ガスＡの供給（２１０４）の開始時刻にプラズマ生成室６６内に処理ガス源６８からの処理ガスが供給（２１０９）される。この状態で、処理室６１０内においてウエハ８が静電チャック２１上面上方に浮上して非接触に保持されると共に処理室内にも処理ガスが供給される。
【０１６１】
ウエハ８の温度（２１０８）が予め定められた処理に適した第１の温度Ｔｅ２１に達したことが制御装置３２により検出されると、プラズマ生成用の高周波電力（プラズマ電力：２１１０）が誘導コイル７１に供給されて、処理ガスの原子又は分子が励起されて電離または解離してプラズマ生成室６６内にプラズマ８０が生成される。形成されたプラズマ８０のラジカル等の活性の高い粒子とウエハ８上面に予め形成された処理対象の膜層との相互作用により、ウエハ８の表面に反応層が形成されるプラズマ処理が行われる。本変形例では、プラズマ電力（２１１０）の誘導コイル７１の供給は、時間ｔ２３だけ行われて停止する。すなわち、時間ｔ２３だけ、ウエハ８表面の反応層を形成する反応工程２１２０が実施される。
【０１６２】
反応工程２１２０が時間ｔ２３だけ実施された後、誘導コイル７１へのプラズマ電力（２１１０）の供給停止とともに処理ガス源６８からプラズマ生成室６６への処理ガスの供給（２１０９）も停止される。さらに、伝熱ガスＡの供給（２１０４）は、静電吸着用の電圧（２１０１及び２１０２）の内電極２２、外電極２３への供給の開始から時間ｔ２１経過してから反応工程２１２０の時間ｔ２３を含む時間ｔ２２だけ行われる。さらに、プラズマ生成室６６への処理ガスの供給（２１０９）は、伝熱ガスＡが供給（２１０４）される時間ｔ２２に合わせて行われる。時間ｔ２２は、ウエハ８が第１の温度Ｔｅ２１に達するのに要する時間と時間ｔ２３とを足した時間に等しいかそれより長く設定される。
【０１６３】
反応工程２１２０が終了後、ウエハ８が加熱されて反応層をウエハ８表面から脱離させる脱離工程２１３０が時間ｔ２４だけ実施される。当該脱離工程２１３０の開始に合わせて伝熱ガスＢが伝熱ガス供給装置１１２から伝熱ガス供給路２５を通して静電チャック２１とこの上に浮上したウエハ８との間の空間に供給（２１０５）される。当該伝熱ガスＢの供給（２１０５）の開始後に、伝熱ガスＡの流量は０になるまで徐々に減少される。
【０１６４】
本変形例において、伝熱ガスＢの供給（２１０５）は、反応工程２１２０終了の僅かに前から開始され、脱離工程２１３０が開始される時点で伝熱ガスＢの流量がＱ２２になっているように、反応工程２１２０の間で徐々に増加される。反応工程２１２０中に並行して供給されるこれら伝熱ガスＡ，Ｂは、ガス溜め１１３で混合された後に圧力制御装置１１４において予め定められた圧力または流量に調整されて伝熱ガス供給路２５を通してウエハ８裏面と静電チャック２１上面の凹み部２１´との間の空間に供給される。このため、伝熱ガスＡのみが供給されていた状態と比較してウエハ８の静電チャック２１上面からの距離（浮上の高さ）の変動が抑制される。
【０１６５】
すなわち、反応工程２１２０の終了時刻の前の時点からウエハ８と静電チャック２１との間の隙間に供給される伝熱ガスの単位流量に含まれる伝熱ガスＢの量の比率が高くされる一方で、伝熱ガスＡ，Ｂが混合されたものの流量の全体は増大され、当該隙間の圧力は所定の許容範囲内の値となるように維持される。さらに、脱離工程２１３０が開始された後に伝熱ガスＡの流量が徐々に低減されて０となるまでの間は、混合された伝熱ガスの流量は低減される一方で隙間の圧力は所定の許容範囲内の値となるように維持される。脱離工程２１３０が開始された後の所定の時間後に隙間に供給される伝熱ガスは伝熱ガス供給装置１１２からの伝熱ガスＢのみとなる。
【０１６６】
反応工程２１２０が終了した時刻に加熱ランプ７３に電力（ランプ電力：２１１１）が供給され加熱ランプ７３からの赤外線が放射され、当該赤外線の照射を受けてウエハ８上面は加熱されて予め設定された脱離工程２１３０に適切な所定の温度（第２の温度Ｔｅ２２）を含む許容範囲内の値に維持されて、脱離工程２１３０であるウエハ８からの反応層の除去処理が行われる。また、脱離工程２１３０においてウエハ８の裏面には相対的に熱伝達が悪い伝熱ガスＢが供給されることで、より短時間でウエハ８が加熱される。
【０１６７】
脱離工程２１３０は予め設定された時間ｔ４２だけ行われた後、ランプ電力（２１１１）の供給が停止される。伝熱ガスＢ供給（２１０５）による伝熱ガスＢの流量は、脱離工程２１３０が終了するまで流量Ｑ２２が時間ｔ２４の間維持される。
【０１６８】
脱離工程２１３０が終了すると、制御装置３２０はウエハ８の処理対象の膜層の処理が終点に到達したかを判定し（図１８の処理フローのステップＳ１０３に相当）、終点に到達していないことが検出されると、時間ｔ２５の間冷却工程を行った後に、再度反応工程２１２０を行うようにウエハ処理装置１５０１を調節する。すなわち、脱離工程２１３０の終了後に伝熱ガスＡが流量Ｑ２１でウエハ８と静電チャック２１との隙間への供給が開始された後に、伝熱ガスＢの流量が０となるまで徐々に減少される。伝熱ガス供給装置１１１からガス溜め１１３への伝熱ガスＡの供給（２１０４）は、脱離工程２１３０が終了する前から開始され、時間ｔ２５の冷却工程開始時に流量がＱ２１となっているように脱離工程２１３０中に徐々に増加される。
【０１６９】
伝熱ガスＡ，Ｂが並行して供給されている間、これらの伝熱ガスはガス溜め１１３で混合された後に圧力制御装置１１４にて所定の範囲内の圧力または流量に調整され、伝熱ガス供給路２５を通してウエハ８裏面と静電チャック２１上面との間の空間に供給され、ウエハ８の浮上高さの変動が抑制される。脱離工程終了する前の工程中に、供給される伝熱ガスの伝熱ガスＡの比率が高くなり、時間ｔ２５の冷却工程開始時刻から流量Ｑ２１に維持されるとともに伝熱ガスＢの流量が徐々に低減されて０にされることで、時間ｔ２５の冷却工程とこれに引き続いて実施される反応工程（２１２０）中にウエハ８裏面と静電チャック２１上面との隙間に供給される伝熱ガスは伝熱ガスＡのみにされる。
【０１７０】
脱離工程２１３０の終了の際のランプ電力（２１１１）の停止に合わせて、処理ガス源６８からプラズマ生成室６６への処理ガスの供給（２１０９）が開始される。また、ランプ電力（２１１１）の停止による加熱ランプ７３からの赤外線の照射の停止によって、ウエハ８の温度（２１０８）が低下して、設定された第１の温度Ｔｅ２１に近接する時間ｔ２５の冷却工程が実施される。時間ｔ２５の冷却工程では熱伝達率の高い伝熱ガスＡがウエハ８と静電チャック２１との隙間に供給されるため、試料台７ｂまたは静電チャック２１とウエハ８との間の熱伝達の効率が向上され、冷却工程の時間ｔ２５が短縮される。本変形例では時間ｔ２５の間にウエハ８の温度が第１の温度Ｔｅ２１にされる。
【０１７１】
ウエハ８が第１の温度Ｔｅ２１にされたことが図示しない温度センサを用いて制御装置３２１において検出されると、前述の反応工程２１２０と同様に誘導コイル７１にプラズマ生成用の高周波電力（プラズマ電力：２１１０）が供給されてプラズマ生成室６６内にプラズマ８０が形成されて、当該プラズマ８０内の活性の高い粒子とウエハ８表面の処理対象の膜層とが相互作用を生起して処理対象の膜層上に反応層を形成するプラズマ処理が行われる。反応工程２１２０は、前述同様に予め設定された時間ｔ２３の間だけ行われ、時間ｔ２３が経過したことを検出した制御装置３２０から発信される指令信号によりプラズマ電力（２１１０）の供給の停止及びプラズマ生成室６６への処理ガスの供給（２１０９）が同期して停止される。
【０１７２】
本変形例の脱離工程２１３０の後に次の反応工程２１２０を行う際の伝熱ガスＡの流量Ｑ２１での供給（２１０４）は、冷却工程の時間ｔ２５と反応工程２１２０の時間ｔ２３の合計の時間と等しくされ、時間ｔ２５の冷却工程の開始の時刻から反応工程２１２０の終了の時刻の間だけ行われる。すなわち、本例においては、ウエハ８の処理が開始されて最初の反応工程２１２０の後は、時間ｔ２４で伝熱ガスＢが流量Ｑ２で流れる脱離工程２１３０、および時間ｔ２５とｔ２３との合計の時間だけ伝熱ガスＡが流量Ｑ２１で供給されつつ実施される時間ｔ２５の冷却工程及び反応工程２１２０が繰り返されて、反応工程２１２０と脱離工程２１３０との組み合わせによる処理対象の膜層の処理工程が所定の回数あるいは制御装置３２０により処理の終点への到達が検出されるまで実施される。
【０１７３】
最後の時間ｔ２５の冷却工程が行われてウエハ８の処理の終点への到達が制御装置３２１により検出されると、上記の実施例と同様にして、制御装置３２１からの指令信号に応じて伝熱ガスＡの供給（２１０３）が停止されてウエハ８が静電チャック２１上面に上方の所定の高さ位置から下降して接触して吸着され保持される。さらに、時間ｔ２７後に、内電極２２および外電極２３へ供給される静電吸着用の電圧（２１０１及び２１０２）の電圧値が低下され或いはウエハ８処理中と逆の極性が各々に付加されて静電チャック２１に形成された静電気を低減し取り除く除電の工程が時間ｔ２８だけ実施され、当該静電吸着用の電圧（２１０１及び２１０２）の印加が停止される。この状態で、試料台７ｂからウエハ８の脱離が可能となる。
【０１７４】
また、伝熱ガスＡ，Ｂの供給が切り替えられる本変形例では、試料台７ｂ内の伝熱ガス供給路２５と伝熱ガス供給装置１１１、１１２との間の供給経路上にガス溜め１１３と圧力制御装置１１４とを有して伝熱ガスの圧力とウエハ８の浮上高さ位置の変動を抑制しつつ伝熱ガスの切り替えが実施される構成を示したが、捨てガスラインを用いて、一方から他方への伝熱ガスを切り替える構成であっても良い。すなわち、伝熱ガス供給装置１１１、１１２と伝熱ガス供給路２５の間に捨てガスラインを設け、少なくとも何れかの伝熱ガスがウエハ８と静電チャック２１との隙間に供給されていない間は当該伝熱ガスを捨てガスラインへ導入してウエハ処理装置外に排出することで、伝熱ガス供給路２５には所定の範囲内の流量の伝熱ガスが供給されるようにしても良い。
【０１７５】
この構成において、伝熱ガス供給装置１１１、１１２と伝熱ガス供給路２５及び捨てガスラインの各々に接続されたガス供給路上に配置された各々のバルブを制御装置３２１からの指令信号に応じて開閉を切り替えて、ウエハ８と静電チャック２１との隙間に供給する伝熱ガスＡ、Ｂを切り替えることが出来る。
【０１７６】
上記に説明したように、本変形例では、反応工程２１２０と脱離工程２１３０とを繰り返す間、ウエハ８を静電チャック２１の上方に浮上させた状態で、反応工程２１２０と脱離工程２１３０とでウエハ８の下面に供給する伝熱ガスの種類を切替えるようにした。
【０１７７】
以上の、本変形例１によれば、試料台７ｂ上部の静電チャック２１上面上方に浮上して非接触に維持されたウエハ８に加熱ランプ７３からの赤外線が照射されて加熱されて反応層の脱離工程が実施される。また、ウエハ８を浮上させて非接触の保持された状態で伝熱ガスによる熱伝達の効率が高められウエハ８の温度が低減される。このためウエハ８と静電チャック２１との間の熱膨張の大きさに差がある場合でもウエハ８裏面が摺動することが低減され、これらの損傷や消耗、あるいはパーティクルの生起が抑制される。
【０１７８】
ウエハ８の処理対象の膜層を処理する異なる工程の条件に合わせてウエハ８と静電チャック２１との間の隙間に熱伝達率の異なる伝熱ガスを切り替えて供給することで、ウエハ８の温度を調節する効率が向上され、温度の調節に要する時間が短縮される。これにより、ウエハ８の処理のスループットを向上させることができる。
〔変形例２〕
第１の実施例で、図２に示した試料台７と同様の構成を備えた伝熱ガス排出路２８を、図１５乃至２１に示した第２の実施例または第１の変形例に係るウエハ処理装置１５０１に用いることで、処理室内への伝熱ガスの流出が低減され、ウエハ８の処理の結果に対する伝熱ガスの影響が抑制され処理の歩留まりが向上する。この第２の変形例について、図２２に示したタイムチャートを用いて説明する。
【０１７９】
図２２に示したタイムチャートは、図１５に示した第２の実施例に係るウエハ処理装置１５０１において、図１８に示したフローチャートに沿ってウエハを処理する際の、本変形例における時間の経過に伴う各部位の動作を示すタイムチャートである。
【０１８０】
本変形例に係るウエハ処理装置は、実施例１において図２に示した試料台７を、実施例２において図１５に示したウエハ処理装置１５０１の試料台７ａと置き換えて適用したものであり、ウエハ処理装置のその他の部分の構成は、第２の実施例において図１５乃至図１７を用いて説明したウエハ処理装置１５０１の構成と同じであるので、説明を省略する。また、以下の説明においては、実施例１において図２を用いて説明した試料台７の構成、及び、実施例２で説明した図１５乃至図１８に示した構成及びフローチャートを流用して説明する。
【０１８１】
図２２において、まず、実施例２の場合と同様にして、ウエハ８が処理容器６１内部の処理室６１０内に搬入され試料台７上方で実施例１において図８に示したリフトピン３３に受け渡され、リフトピン３３の下降によって静電チャック２１上面上に載置される。その後、所定の時刻において静電チャック２１内部の内電極２２および外電極２３の各々に異なる極性を付与する直流電圧（２２０１及び２２０２）が印加される。
【０１８２】
当該直流電圧（２２０１及び２２０２）の印加の開始から時間ｔ３１後に伝熱ガス供給路２５を通して静電チャック２１とウエハ８との間の隙間に伝熱ガスが流量Ｑ３１で供給（２２０３）される。なお、図２に示す実施例１の場合と同様に、試料台７内の冷媒流路にウエハ８が載置されるより前から冷媒供給装置９において所定の範囲内の温度にされた冷媒が供給されてこれらの間で循環して試料台温度（２２０５）が制御されている。
【０１８３】
ウエハ８と静電チャック２１との間の隙間である伝熱ガス分散領域７６０に伝熱ガスが流量Ｑ３１で供給され生起した伝熱ガスの圧力により、ウエハ８は上向きの力を受けて静電チャック２１上面上方に浮上（ウエハ浮上：２２０４）して非接触の状態で当該上面からの高さＨ１で保持される。また、伝熱ガスがウエハ８と静電チャック２１との隙間に供給（２２０３）されることで、ウエハ８の温度（２２０６）は試料台７の温度に徐々に近接してこれ近似した値である第１の温度Ｔｅ３１に加熱される。
【０１８４】
伝熱ガスの供給（２２０３）が開始された時刻に、処理ガス源６８からの処理ガスがプラズマ生成室６６への供給（２２０７）が開始される。
ウエハ８が第１の温度Ｔｅ３１に達したことが図示しない温度センサからの出力を受信した制御装置３２０（実際には、本変形例における制御装置は、実施例２で説明した制御装置３２０とは異なるが、便宜上、本変形例においても制御装置３２０として表記する）において検出されると、制御装置３２０からの指令信号に応じてプラズマ生成用の高周波電力（プラズマ電力：２２０８）が誘導コイル７１に供給されプラズマ生成室６６内の処理ガスの原子または分子からプラズマが生成される。
【０１８５】
プラズマ内の活性の高い粒子あるいは荷電粒子が下方の処理室６１０に移動して、ウエハ８表面の処理対象の膜層上に反応層が形成されるプラズマ処理が行われる。プラズマ処理はプラズマ電力（２２０８）が供給される所定の時間ｔ３３だけ行われ、プラズマ電力（２２０８）の供給停止とともに処理ガスの供給（２２０７）も停止される。
【０１８６】
流量Ｑ３１での伝熱ガスの供給の時間ｔ３２は、ウエハ８が第１の温度Ｔｅ３１に達するのに要する時間と時間ｔ３３との合計の時間に等しいかそれより長く設定される。また、この場合、処理ガスの供給（２２０７）は、伝熱ガスの供給（２２０３）の供給時間ｔ３２に合わせ行われる。
【０１８７】
制御装置３２０は、伝熱ガスの供給（２２０３）が開始されて時間ｔ３３が経過して反応工程が終了したことを検出すると、伝熱ガスの供給（２２０３）における伝熱ガスの量をＱ３２に増加するように指令信号を発信する。流量がＱ３１からＱ３２に増大した伝熱ガスの供給（２２０３）により、ウエハ浮上（２２０４）におけるウエハ８の静電チャック２１上面上方の浮上高さがＨ２に増加され、その高さ位置に保持される。
【０１８８】
伝熱ガスの供給（２２０３）における伝熱ガスの流量がＱ３２にされる時刻に合わせて、あるいはウエハ８の浮上高さがＨ２にされた後に、制御装置３２０からの指令信号に応じて、加熱ランプ７３に電力（ランプ電力：２２０９）が供給される。これにより加熱ランプ７３から放射された赤外線が透光性を有した天板６４を通してウエハ８上面に照射され、ウエハ８が加熱されて処理対象の膜層上の反応層を脱離させる脱離工程（３１３０：実施例２において図１８のフローチャートの示したステップＳ９９とＳ１００に相当）が開始される。ウエハ８の浮上高さがＨ２に増加したことにより、ウエハ８と静電チャック２１との間の熱伝達が減少して加熱ランプ７３による温度上昇（Ｔｅ３１からＴｅ３２への変化）が短時間で行われる。
【０１８９】
脱離工程（３１３０）の間においてウエハ８は反応層の脱離に適した所定の一定温度（第２の温度：Ｔｅ３２）に維持される。脱離工程（３１３０）は加熱ランプ７３によるウエハ８の加熱の開始から予め設定された時間ｔ３４だけ行われ、制御装置３２０において当該時間ｔ３４の経過が検出されると、制御装置３２０からの指令信号に応じてランプ電力（２２０９）の供給が停止されて脱離工程（３１３０）が終了する。
【０１９０】
制御装置３２０は、脱離工程（３１３０）の終了に際し、或いは脱離工程（３１３０）の期間中において、所定の時間毎に処理対象の膜層の処理が終点に到達したか否かを判定し、終点に到達していないと判定した場合には、ランプ電力（２２０９）の停止に合わせ処理ガスのプラズマ生成室６６への供給（２２０７）を再開する指令信号を発信する。さらにこれと同時に、伝熱ガスの供給（２２０３）における伝熱ガスの流量をＱ３１に減少させる調節を行わせる。
【０１９１】
この動作により、ウエハ８の静電チャック２１上面上方での非接触の高さ位置はＨ１へ減少され、試料台７とウエハ８との間の熱伝達が増加するとともに、ランプ電力（２２０９）の停止により加熱ランプ７３による加熱が停止され、ウエハ８の温度（２２０６）はＴｅ３２からＴｅ３１に低下し、脱離工程３１３０の終了後の時間ｔ３５で第１の温度Ｔｅ３１或いはこれに近似した温度まで低下する時間ｔ３５の冷却工程が行われる。本変形例では、伝熱ガスの供給（２２０３）における伝熱ガスが流量Ｑ３２で供給されてウエハ８が高さＨ２で保持されている時間は脱離工程（３１３０）の時間ｔ３４と等しい。
【０１９２】
制御装置３２０が、ウエハ８の温度が第１の温度Ｔｅ３１またはこれに近似した値になったことを検出すると、先に実施された反応工程（３１２０）と同様に、誘導コイル７１にプラズマ生成用の高周波電力（プラズマ電力２２０８）を供給するとともに処理ガスをプラズマ生成室６６に供給（２２０７）する指令信号を発信して、ウエハ８上面に反応層を形成するウエハプラズマ処理が再度行われる。この反応工程（３１２０）も、先の反応工程と同様に時間ｔ３３だけ行われた後、プラズマ電力（２２０８）の供給停止とともに処理ガスの供給（２２０７）も停止される。
【０１９３】
本変形例において、脱離工程（３１３０）後に次の反応工程（３１２０）を行う場合には、流量Ｑ３１で伝熱ガスの供給（２２０３）が行われる時間は、冷却工程の時間ｔ３５と反応工程（３１２０）の時間ｔ３３との合計と同じかこれ以上の時間にされる。すなわち、ウエハ８の処理が開始されて最初の反応工程（３１２０）を除いて、その後の脱離工程（３１３０）および反応工程（３１２０）では、伝熱ガスの供給（２２０３）における伝熱ガスは流量Ｑ３２で時間ｔ３４と流量Ｑ３１で時間ｔ３３＋ｔ３５との条件で、処理の主点の到達まで繰り返される。
【０１９４】
最後の冷却工程が行われ、ウエハ８の処理の終了が検出されると、伝熱ガス供給路２５への伝熱ガスの供給（２２０３）が停止され、ウエハ８が静電チャック２１上面に上方のＨ２の高さ位置から下降して、静電チャック２１に載置され吸着・保持される。その後、時間ｔ３７後に、内電極２２および外電極２３へ印加される直流電圧（２２０１及び２２０２）が低下され、あるいは処理中と逆の極性が付与される電圧が印加される除電の工程が実施される。この除電の工程の開始から時間ｔ３８後に、内電極２２および外電極２３への直流電圧（２２０１及び２２０２）の印加が停止される。これにより、試料台７からウエハ８の脱離が可能となる。
【０１９５】
以上説明したように、本変形例においては、反応工程３１２０と脱離工程３１３０とでウエハ８の裏面に供給する伝熱ガスの流量を切替えてウエハ８の静電チャック２１に対する浮上量を変えることにより、反応工程３１２０と脱離工程３１３０とにおけるウエハ８の温度を制御するようにした。
【０１９６】
本変形例においても、上記の実施例２と同様に、ウエハ８と静電チャック２１との間の熱膨張の大きさに差がある場合でもウエハ８裏面が摺動することが低減され、これらの損傷や消耗、あるいはパーティクルの生起が抑制される。また、ウエハ８の温度を調節する効率が向上され、温度の調節に要する時間が短縮される。これにより、ウエハ８の処理のスループットが向上する。
【０１９７】
なお、上述した実施例、及び変形例に係るウエハ処理装置では、誘導結合型のプラズマが生成される構成を備えているが、プラズマを生成する構成はこれに限られるものではなく、容量結合型または無電極方式のプラズマ生成方式であっても良い。また、上述したこれら実施例及び変形例のウエハ処理装置の構成およびウエハ処理方法は、実施例に限られるものではなく組合せ、変更可能である。
【符号の説明】
【０１９８】
１    真空容器、
２    排気装置、
３    アース電極、
４    誘導コイル、
５    高周波電源、
６    アーム、
７，７ａ    試料台、
８    ウエハ、
９    冷媒供給装置、
１０    高周波電源、
１１    直流電源、
１２    伝熱ガス供給装置、
２０    電極ブロック、
２１    静電チャック、
２２    内電極、
２３    外電極、
２４    冷媒流路、
２５    伝熱ガス供給路、
２６    供給孔、
２７    リング溝、
２８    伝熱ガス排出路、
２９    ガス排出装置、
３０    検出孔、
３１    圧力センサ、
３２，３２０，３２１    制御装置、
３５    流量調整弁、
６１    処理容器、
６２    圧力調整弁、
６３    真空排気装置、
６４    天板、
６５    プラズマ輸送路、
６６    プラズマ生成室、
６７、６９    弁、
６８    処理ガス源、
７０    クリーニングガス源、
７１    誘導コイル、
７２    高周波電源、
７３    加熱ランプ、
７４    反射板、
１００，１５０１    ウエハ処理装置、
１１１，１１２    伝熱ガス供給装置、
１１３    ガス溜め、
１１４    圧力制御装置、
１５０２    加熱装置、
１５７５    反射部材、
１５７６    加熱ランプ、
１５７７    石英窓。
【図１】
2019117861.tif 000003
【図２】
2019117861.tif 000004
【図３】
2019117861.tif 000005
【図４】
2019117861.tif 000006
【図５】
2019117861.tif 000007
【図６】
2019117861.tif 000008
【図７】
2019117861.tif 000009
【図８】
2019117861.tif 000010
【図９】
2019117861.tif 000011
【図１０】
2019117861.tif 000012
【図１１】
2019117861.tif 000013
【図１２】
2019117861.tif 000014
【図１３】
2019117861.tif 000015
【図１４】
2019117861.tif 000016
【図１５】
2019117861.tif 000017
【図１６】
2019117861.tif 000018
【図１７】
2019117861.tif 000019
【図１８】
2019117861.tif 000020
【図１９】
2019117861.tif 000021
【図２０】
2019117861.tif 000022
【図２１】
2019117861.tif 000023
【図２２】
2019117861.tif 000024