(57)【要約】【課題】処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器の内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象の試料が載せられて保持される試料台と、試料台の内部に配置され内側をその温度が所定の値に調節された熱交換媒体が通流する媒体流路とを備え、前記処理室内にプラズマを形成して前記試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記媒体流路は、試料台の内部でその径方向について多重に配置された複数の円弧形状部分及びこれらの間を湾曲して接続する折り返し部と、この折り返し部内に配置され当該媒体流路を水平方向について前記湾曲の内側及び外側に分ける柱状の部材を供えた。【選択図】図２
2016174060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象の試料が載せられて保持される試料台と、試料台の内部に配置され内側をその温度が所定の値に調節された熱交換媒体が通流する媒体流路とを備え、前記処理室内にプラズマを形成して前記試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記媒体流路は、試料台の内部でその径方向について多重に配置された複数の円弧形状部分及びこれらの間を湾曲して接続する折り返し部と、この折り返し部内に配置され当該媒体流路を水平方向について前記湾曲の内側及び外側に分ける柱状の部材を供えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記折り返し部において前記柱状の部材により分けられた前記内側の媒体流路の湾曲の半径方向の幅が前記外側の媒体流路の幅より大きくされたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記柱状の部材の上面と前記折り返し部の媒体流路の天面との間に隙間が配置されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記試料台内にその湾曲部を対向させた２つの前記媒体流路の前記折り返し部の対を備えたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部に配置された処理室内に形成したプラズマを用いて当該処理室内に配置された試料台上面に載せられ保持された半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置に係り、特に、試料台内部にその内側を冷媒を通流させて循環させ試料台の温度を所定の範囲に調節しつつ試料を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記プラズマ処理装置、特にプラズマを用いて試料であるウエハの上面に予め形成されたレジスト等の樹脂製のマスク及び少なくとも１つの処理対象の膜層を含む膜構造をエッチングするドライエッチング装置は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプが連結され真空排気される真空容器内部の処理室内にウエハを配置して処理用ガスを導入し、当該ガスの原子または分子を処理室に供給した電界または磁界により励起させてプラズマ化し膜構造のマスク層の形状に応じて処理対象の膜層をエッチングすることで所望の膜構造の形状を得る半導体微細加工装置である。
【０００３】
このようなエッチング処理において、ウエハの膜構造を処理した結果としての当該膜の形状の均一性は、処理に用いられるプラズマの密度や強度の分布、さらには処理中のウエハ表面の面内方向についての温度とその分布、供給されるガスの組成およびその量と分布といった要件が影響を与える。近年は、ウエハ表面に処理対象の膜として複数の膜層が形成された多層の構造を、より微細に、より高い精度で加工ことが求められている。このことから、試料台に載せられるウエハの温度とその分布とを、精度良く所望に近いものにすることが求められている。
【０００４】
このような処理対象の試料としてのウエハの温度を調節する技術は、従来から検討されており、例えば特開２０１４−１５０１６０号公報（特許文献１）に示されるように、試料台の内部に複数のヒータを配置し是等の複数のヒータの発熱量を調節する制御部を備えたプラズマ処理装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５０１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術においては、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。
【０００７】
すなわち、試料台を加熱あるいは冷却するために循環する冷媒が通流する試料台の内部に備えられた冷媒流路のパターンは、通常、被加工試料の全面にわたって温調効果を得るために、円板あるいは円筒形を有した試料台の中心軸周りに同心状または螺旋状に、半径方向について多重に配置される。この場合、試料台の内部には、試料台上に載せられるウエハを試料台上面に静電気により吸着させるための静電チャックの電極に給電するためのケーブルやコネクタ、或いはウエハを加熱するために試料台内部に配置されるヒータとこれに給電するためのケーブルやコネクタ、さらには、静電吸着されたウエハと試料台上面との間の隙間に供給されるＨｅ等の熱伝達性のガスが通る管路等が配置される。
【０００８】
これはら試料台の上部に配置されるもの或いは上部において動作するものであるため、冷媒の流路は試料台内部でこれらを避けて、且つ上記同心または螺旋状に配置されることが必要になる。しかし、ケーブル、コネクタや配管を避けることが困難である場合には、冷媒流路は折り返した形状となってしまい、上方から見て３６０度に満たない円弧状に配置され当該円弧の端部においてその円弧の曲率を急激に大きくされて折り返されたものとなり、内部を流れる冷媒は上流側の流路に並行で逆向きに折り返されることになる。
【０００９】
このような折り返し部分は、試料台またはこれに載せられるウエハの周方向についての温度とその分布の不均一を低減するために、試料台の内部において周方向に（同じ半径位置で）距離を開けた位置に別の折り返し部分が配置されるものが一般的である。このような構成を有した冷媒流路では、冷媒による熱交換の効率を向上させて温度の調節の精度と速度とを向上させるため、内部を通流する熱交換媒体（冷媒）は、内部で乱流となるように比較的に大きな流量、速度で循環している。
【００１０】
しかしながら、このような従来技術における冷媒流路の折り返し部おいては、ウエハまたは試料台の面内方向について冷媒の速度が低下してしまうことから、熱伝達率が低下してしまいその上方の試料台上面またはウエハの温度が局所的に周囲の部分からズレてしまう温度の不均一が生じる虞がある。発明者等はこの冷媒流路の折り返し部の近傍における冷媒の流れやウエハの温度を検出してその対策の要否について検討した。
【００１１】
図６は、従来技術における試料台の媒体流路の折り返し部の構成を模式的に示す横断面図である。本図において、外周側（図上上側）の媒体流路２５を左側から右側に向けて流れる冷媒は、折り返し部２６において向きを右側（図上下方）に変える小さな曲率の流路に沿って流れて凡そ１８０度向きを変えて中央側（図上下側）の媒体流路を外周側の流路とは逆向きに流れる。
【００１２】
この折り返し部２６を流れる冷媒の流速はその媒体流路内で分布を生じており、１８０度に曲ったＵ字状の折り返し部２６内の上流側の部分で流速の増し、一方で折り返し部２６内の下流側部分では流速が相対的に低減する。この結果液体状態で抵抗の大きな冷媒は折り返し部２６の上流側部分では流路のセンタよりもイン側に寄って流れ、下流側の部分ではアウト側に寄って流れることが発明者らの検討により判った。
【００１３】
さらに、アウト側に流れる下流側の部分おいては、媒体流路２５の内側表面の壁面の近傍に流速が増す箇所３２が生じて、当該箇所３２において熱伝達率は周辺よりも著しく大きなってしまうために、周囲と比較して過剰な熱交換が生じて温度が過度に大きいまたは小さいものとなってしまい、加熱または冷却いずれの場合においても折り返し部２６の近傍における試料台およびウエハの温度が所期のものからズレて少なくとも試料台またはウエハの周方向について均一性が損なわれることが判った。このため、ウエハの処理の結果の加工形状が許容範囲からはずれてしまい、製造される半導体デバイスの性能が損なわれたり処理の歩留まりが低下してしまったりする問題が生じていた。
【００１４】
上記の従来技術では、このような問題について考慮されていなかった。本発明の目的は、処理の歩留まり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】
【００１５】
上記目的は、真空容器の内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象の試料が載せられて保持される試料台と、試料台の内部に配置され内側をその温度が所定の値に調節された熱交換媒体が通流する媒体流路とを備え、前記処理室内にプラズマを形成して前記試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記媒体流路は、試料台の内部でその径方向について多重に配置された複数の円弧形状部分及びこれらの間を湾曲して接続する折り返し部と、この折り返し部内に配置され当該媒体流路を水平方向について前記湾曲の内側及び外側に分ける柱状の部材を供えたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、試料を精度良くの加工でき歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施例に関わるプラズマ処理装置の基本構成図
【図２】図１に示す実施例の試料台の構成を示す縦断面図
【図３】図１に示す実施例ならびに本発明の比較例における試料台内部の流路パターンを示す横断面図
【図４】図１に示す実施例の試料台内部の流路パターンの折り返し部の詳細図
【図５】本発明の第２の実施例に関わる試料台内部の流路パターンの折り返し部の詳細図
【図６】本発明の比較例における試料台内部の流路パターンの折り返し部の詳細図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施例により説明する。なお、実施例においてはプラズマ処理装置として平行平板型のドライエッチング装置を用いて説明するが、これに限定されない。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例について図１乃至４を用いて説明する。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示すプラズマ処理装置の縦断面図である。
【００２０】
本実施例のプラズマ処理装置は、内部の処理室において処理対象の試料を処理室内で形成したプラズマを用いてエッチングするドライエッチング装置である。本例においてプラズマ処理装置は、その内部にプラズマが形成される空間である処理室を備えた金属製の真空容器１１と、その上方に配置され処理室内にプラズマを形成するために供給される電界及び磁界を生成するプラズマ生成装置と、真空容器１１下方に配置され処理室内部のガスやプラズマ等の粒子を外部に排気するためのターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えて構成された排気装置とを備えている。
【００２１】
真空容器１１内部の処理室内には、試料２がその上面に載置されて保持される試料台１と、この試料台１の上面上方にこれと対向して配置され処理室の天井面を構成して処理室内に処理用ガスや希ガスがこれを通って流入する複数の貫通孔を備え円板形状を有したシャワープレート１８が配置されている。試料台１とシャワープレート１８との間の処理室内の空間はシャワープレート１８から供給された処理用ガスの原子または分子が励起されてプラズマが形成される放電空間８となっている。
【００２２】
シャワープレート１８の試料台１から見て背面の上方には、真空容器１の上部を構成しアルミやステンレス等の導体で形成された円板形状を有した上部電極３が、その周囲を真空容器１１との間を絶縁する絶縁リングにより囲まれてこれを挟んで真空容器１１の放電空間８を囲む円筒形の側壁の上端部に接続されて配置されている。また、上部電極３は、その内部に供給た流体（ガス等）の冷媒が通流する通路を備え、この通路は真空容器１１の外側に配置された上部電極温度制御手段１７とガス流路１８を介して連結されている。上部電極温度制御手段１７において温度が調節されたガスがガス流路１８を通して上部電極３内の通路を通流して循環することで、電力が印加され高温にされる上部電極３の温度が所定の許容される範囲内の値に維持される。
【００２３】
上部電極３とシャワープレート５との間には隙間が形成され、当該隙間には図示しない貯留部等のガス源からの処理用ガスあるいは希ガスが通流する図示しないガス供給経路と連結されて、当該処理用ガスあるいは希ガスが隙間内に導入された後、シャワープレート５を貫通して形成され下方の試料台１の上面上方に対応するその中心部を含んだ領域に配置された複数のガス導入孔７から処理室の放電空間８に導入される。なお、本実施例では、上記隙間には供給されたガスを分散させるために各々が複数の貫通孔を有した複数枚の円形の分散板６が、相互の間に隙間を開け且つ各々の貫通孔の位置をズラして配置されている。
【００２４】
真空容器１１の上方に配置されたプラズマ生成装置は、上部電極３を含み、上部電極３と同軸ケーブル等の電界伝達経路により電気的に接続され上部電極３に高周波電力を供給する高周波電源１０と、電界の伝達経路上に配置され上部電極３に高周波電力を供給する際にインピーダンスを整合させるため整合器とを有している。また、上部電極３の上方外側で同軸ケーブルを囲み、放電空間８の周囲の真空容器１１の円筒形状部の側方外側でこれを囲んで配置され、プラズマ生成のための磁界を形成するソレノイドコイル１２を備えている。
【００２５】
試料台１は円筒形を有し、内部に円板または円筒形を有した金属製の基材を備え、当該基材は試料２の処理中にバイアス電位を試料２上方に形成するために高周波電力を供給する高周波電源１４と整合器を挟んで給電経路により電気的に接続された電極となっている。円形を有した基材の上面には試料２がその上方に載せられる誘電体膜が配置され試料の載置面を構成する。
【００２６】
基材上面上方の誘電体膜内には、金属製の膜状の電極であって誘電体膜上に試料２が載せられた状態で直流の電力が供給されて誘電体膜と試料２との間に電荷を蓄積して形成される静電気力により試料２を誘電体膜に対して吸着させる静電吸着用の電極が複数配置されている。これらの静電吸着用電極は、各々と接続された直流電源からの電力により異なる極性が付与され試料２をプラズマが放電空間８内に形成されていない状態で吸着力を形成できる双極型の静電チャックの電極を構成する。
【００２７】
試料台１の上面下方の真空容器１１の底面には処理室内のガス、プラズマや反応生成物の粒子が排出される排気用の開口が、真空容器１の内外を連通して配置され、この排気用の開口は図示しないターボ分子ポンプ等の真空ポンプの入り口と排気用の管路で連結されている。排気装置は、真空ポンプと、この真空ポンプと排気用の開口との間を連結する排気用の管路と、真空ポンプ入り口と排気用の開口との間に配置され管路内をその軸方向を横切って配置された軸周りに回転して管路の流路断面積を増減させる複数枚の板状のフラップを供えた排気調整フラップとを含んで構成される。
【００２８】
このようなプラズマ処理装置において、真空容器１１内の処理室内が真空ポンプを含む排気装置の動作により減圧された状態で、真空容器１１の側壁と連結された図示しない別の真空容器であって内部の減圧された空間である搬送室内に配置された搬送用のロボットのアーム先端部上に試料２が載せられて搬送室内を搬送され、真空容器１１の側壁に配置された図示しないゲートを通りアームが伸長してその先端部及び試料２が処理室内に進入して試料台１に受け渡される。試料２が試料台１に受け渡された後、アームが収縮して処理室外の搬送室内に戻ると、真空容器外側に配置された図示しないゲートバルブが駆動されてゲートを気密に閉塞し内部を密封する。
【００２９】
試料台１に受け渡された試料２は、試料台１の上面を構成する誘電体膜上面で構成される載置面上に載せられ、誘電体膜内の静電吸着用の電極に印加された直流の電圧により、当該誘電体膜上に吸着されて保持される。図示しない誘電体膜の載置面上に配置された開口から試料２の裏面と誘電体膜上面との間の隙間にＨｅ等の熱伝達性のガスが供給される。
【００３０】
この状態で、処理用ガスがガス供給手段から分散板６及びシャワープレート５のガス導入孔７を通して放電空間８に導入される。排気装置は継続して駆動されており、処理用ガスの処理室への供給及び排気装置による処理室内のガス等の粒子の排気の流量、速度のバランスにより、処理室内の圧力が処理に適した範囲の値に調節される。この状態で、プラズマ生成装置の高周波電源からＵＨＦまたはＶＨＦ帯の電力が整合器９を介して給電経路を通り上部電極３に供給され、当該高周波電力の電界が放電空間８の上方からシャワープレート５を通して導入される。さらに、ソレノイドコイル１２に電力が供給されて形成された磁界が放電空間８内に導入され、これら電界と磁界との相互作用により電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）が生起され、処理用ガスの原子または分子が励起されてプラズマ１６が放電空間８内に形成される。
【００３１】
バイアス電位形成用の高周波電源１４から整合器を介してプラズマ生成装置のものより低い所定の周波数（本例では８００ｋＨｚ）の高周波電力が試料台１内の基材に供給されて、プラズマ１６の電位との間の電位差に応じて試料２の上面上方にバイアス電位が形成される。プラズマ１６中のイオン等の荷電粒子は、電位差に応じて試料２の表面に誘引されこれと衝突し試料２上面に予め形成された膜構造の処理対象の膜層のエッチング処理が開始される。
【００３２】
エッチングが進行して終点が検出されると、バイアス用の高周波電力の供給が停止されプラズマ生成装置によるプラズマの生成が停止されてプラズマ１６が消火しエッチング処理が終了する。この後、ゲートバルブが駆動されてゲートが開放され搬送室からロボットのアームが処理室内に進入して処理済みの試料２がアーム先端部に試料台１から受け渡されて処理室外に搬出される。未処理の試料２が存在する場合には処理室内に搬入されて上記と同様の動作が実行され試料２のエッチング処理が実施される。
【００３３】
図２を用いて試料台１の構成をさらに詳細に説明する。図２は、図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【００３４】
本図に示す試料台１は上部に誘電体膜と静電吸着用の電極とを含む静電チャック２０を備えている。静電チャック２０は、基材２１の上面に誘電体材料を溶射して膜状に形成、或いは焼結して作成した厚さの小さな膜状の板部材を接着剤を介して接合して形成される第１の誘電体膜２２と、当該誘電体膜２２上に配置された膜状の静電吸着電極２３と、第１の誘電体膜２２及び静電吸着膜２３の上方を覆って配置された誘電体材料から構成された第２の誘電体膜２４とを備えている。
【００３５】
静電吸着電極２３は複数個、本例では２つの各々が上方から見て同じ面積またはこれと見做せる程度に近似した値の面積を有した形状で第１の誘電体膜上に配置されている。本例では、円形を有した試料２に合わせてリング状の形状を有した外側電極２３ａとその中央側に配置された円形を有した内側電極２３ｂとを備えた双極（ダイポール）型の電極を構成している。これらの電極それぞれが、図示しない異なる静電吸着用の直流電源に電気的に接続され、直流電圧の印加により各々異なる極性が付与される。
【００３６】
本例の静電吸着電極２３及び第２の誘電体膜は、各々の材料が溶射されて膜状に形成されるが、別の箇所においてタングステン等の金属製の電極を内部に形成したセラミクス等の誘電体材料を整形したのち焼成して形成した焼結体として構成も良い。この場合、第１の誘電体膜２２との間は接着剤を介して接合されて静電チャック２０が構成される。また、第１の誘電体膜２２を溶射により形成するとともにその内部に膜状のヒータを溶射によって形成しても良い。
【００３７】
金属製の円板または円筒形を有した基材２１の内部には、熱交換媒体用の媒体流路２５が中心軸の周りに同心状または螺旋状に、半径方向に流路が多重となるように配置されている。媒体流路２５は温調器を含む温調手段１６と管路によって連結され、温調器１６によってその温度が所定の範囲内の値に調節された熱交換媒体が管路を通して循環して通流する。
【００３８】
なお、基材２１の材質としては、適度な強度があればどのような金属でも使用でき、たとえばステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなどが好適に使用できる。または金属でなくとも構わない。また、第１の誘電体膜２２および第２の誘電体膜２４の材料は、電荷を蓄積できるとともに直流電流を絶縁でき、且つプラズマに対して耐性を有したものであればどのような材料であっても構わないが、例えばアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）やイットリア（酸化イットリウム、Ｙ２Ｏ３）が好適に使用される。また、静電吸着電極２３の材質としては、例えばタングステンやニッケルなどが好適に使用できる。
【００３９】
なお、本実施例において静電吸着電極２３は外電極２３ａと内電極２３ｂの２枚を備えたダイポール型としたが、必ずしもダイポール型である必要はなく、モノポール型であっても構わない。また、静電吸着以外による吸着方法であってもよい。
【００４０】
図３を用いて本実施例の媒体流路の構成について説明する。図３は、図１に示す実施例に係る試料台の基材内部の媒体流路の形状を示す横断面図である。
【００４１】
本図において、内部を温調器１６からの冷媒が通流する媒体流路２５は、その折り返し部２６が８箇所に配置され、円板あるいは円筒形の試料台の中心の周りに同心状で５重の円弧を有して配置されている。媒体流路２５が、基材２１の内部において複数の円弧状の流路が同心状に多重に配置されたことにより、試料２または試料載置面の全面にわたり熱交換媒体の熱交換が実施され、その量の不均一が半径方向または周方向について抑制される。本例においては、試料２の温調効果をより高めるために媒体流路２５の内部で乱流となるように熱交換媒体は流量を大きくされている。
【００４２】
本実施例での媒体流路２５の断面は、１０×１０ｍｍの矩形状にされる。この場合、処理中におけるプラズマ１６から試料２に流入する熱を基材２１内部に伝達し媒体流路２５内を通流するフロリナート等の液体の熱交換媒体に伝達して取り除く場合には、熱交換媒体の流量を１０Ｌ／ｍｉｎ以上にすることで、試料２の全面に対して温度の変化と温度の分布とをそれぞれの許容の範囲内の値にできる。図２において、２７は媒体流路２５の熱交換媒体の導入口を、２８は熱交換媒体の導出口を示している。
【００４３】
円弧状の経路が５重に同心状に配置された媒体流路２５では、各々の周を構成する円弧は円板または円筒形を有した基材２１の中心の軸から同じ半径距離に流路の水平方向（図上は図面の面内方向）についての幅の中心位置が配置されている。このことで、冷媒は媒体流路２５の各周を同じ半径位置で通流することになり、周方向の試料台１または基材２１延いては試料２の温度の不均一が抑制される。
【００４４】
さらに、８箇所の折り返し部２６は、２つが基材２１の部材を挟んで所定の距離だけ離れて配置され各々の媒体流路２５の形状は基材２１の中心軸を含みから半径方向に延在する図面に垂直な面について対称に配置された４つの対を成している。即ち、折り返し部２６は外周側の周の円弧を構成する媒体流路２５とこれと隣接する内周側の周の円弧を構成する媒体流路２５とを連通して接続する媒体流路の部分であり、内外周の２つの円弧の曲率より小さな曲率でおよそ１８０度にわたり曲げられた流路となっている。
【００４５】
流路の軸が上方から見て１８０度湾曲した２つの折り返し部２６の対は、外向きに湾曲した部分を対向させて上記面を挟んで対称な位置に配置される。基材２１の媒体流路２５の折り返し部２６の対同士の間の箇所は、その内外周を構成する媒体流路２５の円弧状の部分との間の箇所とともに、静電チャック２０を駆動するためのケーブルやコネクタ或いは基材２０に供給される高周波電力用のケーブルやコネクタを収納する箇所として利用可能である。これらコネクタやケーブルはその径や絶縁性能の確保するための距離等の仕様によって、これを迂回させて媒体流路２５の１つの周をを配置することが困難となる場合が有る。この場合、上記のように媒体流路２５を折り返して多重の流路を構成できる。
【００４６】
図４を用いて媒体流路２５の折り返し部の構成について詳細に説明する。図４は、図３に示す試料台内部の媒体流路の折り返し部の構成を拡大して模式的に示す横断面図である。
【００４７】
本図において、折り返し部２６の媒体流路２５の内部には、湾曲した媒体流路２５をその底面及び天井面の間を連接して当該湾曲の円弧の内側と外側との流路に分けて横断面が円弧状の柱部材である中州２９を備えている。この構成により、媒体流路２５を流れる熱交換媒体は折り返し部２６において内側流路３０及び外側流路３１に分かれて流れる。
【００４８】
中州２９によって熱交換媒体が湾曲の円弧の中心側と外周側との内外の流路に分岐されて流れることによって、折り返し部２６では各々の流路の熱交換媒体の流路断面積は折り返し部２６より上流側及び下流側の箇所におけるものより、媒体流路２５全体でのの水平方向（図上図面の面内方向）についての幅が変化していない場合には、減少することになる。このため、折り返し部２６での熱交換媒体の圧力損失が増すことになり、必要な冷却または熱交換の量を維持するためにはポンプ能力が増大することになる。
【００４９】
この増大の量を最小限に抑制するには中州２９の湾曲した円弧の半径方向についての幅を極力薄くすることが好ましい。また、折り返し部２６における熱交換媒体の流れの方向について中州２９の先端および終端の形状を端に向かって上記幅を狭めるようにすることが好ましい。この結果、中州２９の横断面は図に示されるように異なる半径の円弧が接合した三日月状の形状となる。
【００５０】
さらに、本実施例においては、折り返し部２６を構成する媒体流路２５の湾曲の内周側と外周側の内側壁面の曲率半径は一定かこれと見做せる程度に近似した複数の値で、且つ可能な限り大きな値が選択される。また、内側流路３０及び外側流路３１の各々の幅は流路の入り口から出口までの間で一定かこれと見做せる程度に近似した複数の値となるように構成され、折り返し部２６での熱交換媒体の流れの圧力損失の低減を抑制している。また、中州２９は基材２１と一体に形成され、試料台１の基材２１は複数の金属板をブレージングによって接合して一体に構成されるようにしても良い。
【００５１】
中州２９によって分割された折り返し部２６では、外側流路３１の水平方向の幅は内側流路３０よりも小さくされ、折り返し部２６を流れる熱交換媒体が内側流路３０に多く流れるように構成されている。内側流路３０はその下流側の外周側の領域に熱交換媒体の流速が増して熱伝達率が過大となる箇所３２が生じるものの、中州２９の円弧の半径方向についての厚さは中州２９の他の部分と比較して小さくされており、熱伝達係数が低くされ基材２１側への熱の伝達量は抑制され、試料２の温度とその分布への影響が低減されている。
【００５２】
この点でも、中州２９は、その内部の上下方向（図上図面に垂直な方向）についての伝熱の抵抗を大きくする上で、水平方向の幅（三日月の厚さ）が出来るだけ小さくされることが望ましい。一方で、外側流路３１を流れる熱交換媒体は流速が相対的に低くされており、外側流路３１においては熱伝達率が過大となる箇所は生じない。
【００５３】
以上より、図６に示す従来の技術に対して本実施例のプラズマ処理装置においては、熱伝達率が過大となる箇所の試料２の処理への影響が抑制され、試料２の周方向の温度分布の均一性が向上し、試料２の面内方向についての温度とその分布を所望のものに近付けて処理の歩留まりを向上することができる。
【００５４】
（変形例）
本発明の実施例の変形例について図５を用いて説明する。図５は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台内部の媒体流路の折り返し部の構成を拡大して模式的に示す断面図である。
【００５５】
図５（ａ）は、媒体流路２５の折り返し部２６の構成を拡大して模式的に示す横断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ線として示される図に垂直な面に沿った縦断面図を示している。なお、本例のプラズマ処理装置の試料台１内の媒体流路２５の折り返し部２６の構成以外の部分は、実施例と同等であり、必要の無い限り説明を省略する。
【００５６】
本例では、図５（ｂ）に示すように、基材２１を上側基材２１ａと下側基材２１ｂとによって構成し、これらが接続されて一体にされた状態で、中州２９を試料２から遠い下側基材２１ｂとのみ一体化し、試料２に近い上側基材２１ａで構成される媒体流路２５の上側内壁面（天井面）と中州２９の上端面との間には隙間３３を備えた点が、実施例と異なる。この隙間は、例えば０．５ｍｍ程度が好ましい。
【００５７】
本例においても、熱伝達率が過大となる箇所３２が中州表面に生じる点で図１の実施例と同様であるが、柱状の部材である中州２９の上端面と上側基材２１ａとの間には隙間が存在し、例えこれが熱交換媒体により充たされていても、試料２への熱伝達の量は下側基材２１ｂを介したものが主となるため、熱伝達が過大となる箇所３２からの試料２の温度とその分布とに及ぼされる影響は小さくされる。
【００５８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある構成の一部を他の構成に置き換えることも可能であり、また、ある構成に他の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…試料台、
２…試料、
３…上部電極、
４…試料台支持部、
５…シャワープレート、
６…分散板、
７…ガス導入孔、
８…放電空間、
９…整合器、
１０…高周波電源、
１１…真空容器、
１２…ソレノイドコイル、
１３…プラズマ、
１４…高周波電源、
１５…整合器、
１６…温調手段、
１７…上部電極温度制御手段、
１８…ガス流路、
２０…静電チャック、
２１…基材、
２２…第１の誘電体膜、
２３…静電吸着電極、
２４…第２の誘電体膜、
２５…媒体流路、
２６…折り返し部、
２７…導入口、
２８…導出口、
２９…中州、
３０…内側流路、
３１…外側流路。
【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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