JP2015069770A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス空間における異常放電を十分に抑制することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１Ａは、処理容器２Ａと基台４Ａとの間に接続される高周波電源４２と、基台４Ａの内部に設けられ、ガスを収容するガス収容部２０Ａと、ガス収容部２０Ａのガス導入口２２を遮断する遮断機構３０Ａと、ウエハＷが配置されるべき位置と基台４Ａとの間の空間と、ガス収容部２０Ａとを接続する接続部２８と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

プラズマ処理装置では、プラズマ処理によって処理対象となる基板の温度が上昇する。このため、基板を支持する基台を冷却水によって冷却するとともに、基板と基台との間に冷却ガスを供給することが行われている。ところが、冷却ガスの供給路を含むガス空間では、プラズマ処理時に印加される高周波電圧によって異常放電が発生し易かった。このような異常放電があると、安定したプラズマ処理を行うことができない。

そこで、異常放電を抑制するために、ガス空間において特殊構造を採用したプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この特殊構造によれば、ガス供給路の電界強度を弱めることができる。

特開平１１−３１６８０号公報

しかし、放電を阻止できる電界強度にも限界があり、特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、異常放電を十分に抑制することができなかった。

このため、当技術分野においては、ガス空間における異常放電を十分に抑制することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が要請されている。

本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、基準電極と基台との間に接続される高周波電源と、基台の内部に設けられ、ガスを収容するガス収容部と、ガス収容部のガス導入口を遮断する遮断機構と、基板が配置されるべき位置と基台との間の空間と、ガス収容部とを接続する接続部と、を備えることを特徴とする。

このプラズマ処理装置によれば、ガス収容部のガス導入口を遮断することによって、ガスを基台の内部に閉じ込めるので、基準電極と基台との間に高周波電圧が印加された場合でも、ガス全体が基台と同電位に保たれる。このように、ガス空間に電位差が生じないので、ガス空間における異常放電を十分に抑制することができる。

また、ガス収容部は、ガス収容部内におけるガスの圧力変動を抑制する圧力変動抑制手段を有することが好ましい。この場合、基板が配置されるべき位置と基台との間の空間からガスが流出しても、ガス圧を一定に保つことができる。

また、本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、制御部を更に備え、制御部は、基準電極と基台との間に高周波電源によって高周波電圧が印加されていない場合には、ガス収容部にガスを導入させることが好ましい。これによれば、高周波電圧の未印加時に、ガス収容部にガスを導入させることとしているので、異常放電を生じさせることなく、ガス収容部にガスを導入させることができる。

また、本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、基準電極と基台との間に高周波電源によって高周波電圧が印加されていない場合には、基台の内部に設けられ、基板が配置されるべき位置と基台との間の空間に接続されたガス収容部にガスを導入させる導入工程と、基準電極と基台との間に高周波電源によって高周波電圧が印加されている場合には、ガス収容部のガス導入口を遮断する遮断工程と、を備えることを特徴とする。

このプラズマ処理方法によれば、基準電極と基台との間に高周波電圧が印加されていない場合には、ガス収容部にガスを導入させ、基準電極と基台との間に高周波電圧が印加されている場合には、ガス収容部のガス導入口を遮断し、ガスを基台の内部に閉じ込める。このため、高周波電圧の印加時でも、ガス全体が基台と同電位に保たれる。このように、ガス空間に電位差が生じないので、ガス空間における異常放電を十分に抑制することができる。

本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、ガス空間における異常放電を十分に抑制することができる。

第１実施形態におけるプラズマ処理装置のブロック図である。 プラズマ処理装置の一部を概略的に示す断面図である。 遮断機構が開放状態のときの遮断機構近傍の構造を拡大して示す断面図である。 遮断機構が遮断状態のときの遮断機構近傍の構造を拡大して示す断面図である。 第２実施形態における遮断機構近傍の構造を拡大して示す断面図である。 第３実施形態におけるプラズマ処理装置の一部を概略的に示す断面図である。 第４実施形態におけるプラズマ処理装置の一部を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は対応する部分に対しては同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］

まず、第１実施形態におけるプラズマ処理装置１Ａについて説明する。図１は、第１実施形態におけるプラズマ処理装置１Ａのブロック図である。

図１に示されるプラズマ処理装置１Ａは、処理容器２Ａを備えている。処理容器２Ａは、略円筒形状を有している。処理容器２Ａは、例えば、アルミニウム合金によって構成されており、電気的に接地されている。処理容器２Ａは、基準電極として機能する。なお、処理容器２Ａの内壁面には、アルマイト処理が施されている。なお、処理容器２Ａの内壁面は、イットリアによって被覆されていてもよい。処理容器２Ａは、プラズマが発生される処理空間を画成している。

処理容器２Ａ内には、基台４Ａが設けられている。基台４Ａについては、後述する。

処理容器２Ａ内には、基台４Ａの上方に、プラズマ源６が設けられている。プラズマ源６は、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いたものである。また、電子密度が１０^１０〜１０^１２オーダーのプラズマ源、例えば、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)やマイクロ波を用いたものであってもよい。さらに、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma）等のプラズマ源であってもよく、ラジアルラインスロットアンテナに、マイクロ波を供給し、これに対向配置された誘電体窓の近傍に表面波プラズマを発生させるものであってもよい。

プラズマ処理装置１Ａは、更に制御部８を備えている。制御部８は、キーボードといった入力装置、各種レシピ及び制御プログラムを有する記憶装置、及び、中央処理装置を備えたコンピュータ装置であり得る。制御部８は、基台４Ａ及びプラズマ源６にそれぞれ接続され、制御信号を送出する。

以下、基台４Ａの構成について詳細に説明する。図２は、プラズマ処理装置１Ａの一部を概略的に示す断面図である。基台４Ａは、処理容器２Ａの底部の内壁面上に、保持部１２Ａ、ベース１４Ａ、及び、静電チャック１６をこの順に備えている。

保持部１２Ａは、例えば、セラミック等の絶縁体から構成され、底部を備える円筒形状を有している。保持部１２Ａは、ベース１４Ａの底部を当該円筒内に嵌め込むようにして保持している。

ベース１４Ａは、例えば、アルミニウムから構成された円盤形状を有しており、電極を構成している。静電チャック１６は、絶縁膜の内層として設けられた電極膜１６ａを有している。電極膜１６ａには、スイッチ１８ａを介して直流電源１８が電気的に接続されている。静電チャック１６は、直流電源１８から電極膜１６ａに印加される直流電圧によってクーロン力を発生し、当該クーロン力によって被処理体である基板（以下、「ウエハ」という）Ｗを吸着するようになっている。

ベース１４Ａの内部には、ガス収容部２０Ａが設けられている。ガス収容部２０Ａは、Ｈｅガスといった冷却ガスを収容する。ガス収容部２０Ａは、冷却ガスを導入するガス導入口２２を有している。ガス導入口２２は、処理容器２Ａの底部、及び、保持部１２Ａの底部を貫通するように形成されたガス導入ライン２３Ａに連通して接続され、ガス導入ライン２３Ａは、処理容器２Ａの底部外面にボルトで固定されたガス管２４に連通して接続されている。これによって、冷却ガスが処理容器２Ａの外部からガス管２４、ガス導入ライン２３Ａ、及び、ガス導入口２２を介してガス収容部２０Ａに導入されるようになっている。ガス管２４には、冷却ガスの供給量を調整する第１バルブ２５が設けられている。ガス管２４には、更に第２バルブ２６が設けられ、第２バルブ２６を介して真空ポンプ２７に連通して接続されている。

ガス収容部２０Ａには、ウエハＷが配置されるべき位置と静電チャック１６との間の空間と、ガス収容部２０Ａとを接続する複数の接続部２８が設けられている。接続部２８は、ガス収容部２０Ａに収容された冷却ガスをウエハＷと静電チャック１６の上面との間の空間に供給する。冷却ガスは、ウエハＷの熱を静電チャック１６に効果的に伝熱する。

ガス導入ライン２３Ａのガス導入口２２側の空間には、ガス導入口２２を遮断する遮断機構３０Ａが設けられている。遮断機構３０Ａは、上面中央に凸部を有する円板状の封止弁３２Ａと、封止弁３２Ａに固定され、封止弁３２Ａを昇降駆動する駆動軸３４Ａと、封止弁３２Ａの上面中央の凸部上に設けられた金属接触板３６Ａとを備えている。封止弁３２Ａは、上面中央の凸部を、対向する保持部１２Ａの底部に形成された貫通孔３７に嵌合させることによって、ガス導入口２２を封止する。貫通孔３７は、ガス導入ライン２３Ａの一部である。駆動軸３４Ａは、処理容器２Ａに形成された貫通孔３５内に昇降自在に設けられている。金属接触板３６Ａは、対向するベース１４Ａの底部外面にガス導入口２２を囲むように設けられた金属シール３８とメタルタッチする。

貫通孔３５には、駆動軸３４Ａとの接合面に気密性を保つためにゴム等の絶縁体からなるガスケットＧが設けられている。ガスケットＧは、駆動軸３４Ａをスライド自在に保つ形態で設けられている。またこれ以外にも、処理容器２Ａの底部外面とガス管２４との接合面、処理容器２Ａと保持部１２Ａとの接合面、保持部１２Ａとベース１４Ａとの接合面、及び封止弁３２Ａと保持部１２Ａとの接合面にそれぞれガスケットＧが設けられている。

ベース１４Ａの内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室４０が形成されている。冷媒室４０には、配管４０ａ及び４０ｂを介して、処理容器２Ａの外部に設けられたチラーユニット（図示省略）に接続される。この冷媒室４０には、冷媒、例えば、冷媒液又は冷却水が循環するように供給される。これによって、ベース１４Ａは、静電チャック１６を介してウエハＷを冷却するようになっている。

ベース１４ＡとＧＮＤとの間には、高周波電源４２が電気的に接続されている。高周波電源４２は、イオン引き込み用の高周波電力を発生させる。高周波電源４２は、イオンの引き込みに適した高周波数（例えば２７ＭＨｚ以上）の高周波電圧をベース１４Ａに印加する。これによって、高周波電圧印加時は、処理容器２ＡはＧＮＤ部であるのに対し、ベース１４ＡはＲＦ−ＨＯＴ部となる。また、保持部１２Ａは絶縁部である。

制御部８は、スイッチ１８ａ、第１バルブ２５、第２バルブ２６、駆動軸３４Ａを移動させるモータ、及び、高周波電源４２に接続され、これらそれぞれに制御信号を送出する。制御部８からの制御信号によって、スイッチ１８ａの開閉、第１バルブ２５の開閉、第２バルブ２６の開閉、駆動軸３４Ａの昇降、及び、高周波電源４２からの高周波電圧の供給が制御される。

以下、プラズマ処理装置の基台４Ａにおける制御の具体例について、図１〜４を参照しつつ説明する。図３，４において、Ｈｅガスが存在する部分にはハッチングが施されている。図３は、遮断機構３０Ａが開放状態のときの遮断機構３０Ａ近傍の構造を拡大して示す断面図であり、図４は、遮断機構３０Ａが遮断状態のときの遮断機構３０Ａ近傍の構造を拡大して示す断面図である。制御開始時点において、図１のプラズマ源６は停止状態、図２のスイッチ１８ａは開状態、第１バルブ２５は閉状態、第２バルブ２６は閉状態、駆動軸３４Ａは下降状態（遮断機構３０Ａは開放状態）、及び、高周波電源４２からの高周波電力供給は停止状態であるとする。

まず、制御部８は、スイッチ１８ａに制御信号を送出し、スイッチ１８ａを閉状態とする。これによって、ウエハＷが静電チャック１６に吸着される。続いて、制御部８は、第１バルブ２５に制御信号を送出し、第１バルブ２５を開状態とする。これによって、冷却ガスが、処理容器２Ａの外部からガス管２４、ガス導入ライン２３Ａ、及び、ガス導入口２２を介してガス収容部２０Ａに導入される（導入工程）。更に、ガス収容部２０Ａに導入された冷却ガスは、接続部２８を介してウエハＷと静電チャック１６の上面との間に供給される。

ガス収容部２０Ａに冷却ガスが必要量収容されると、制御部８は、駆動軸３４Ａ用のモータに制御信号を送出し、駆動軸３４Ａを上昇させるとともに、第１バルブ２５に制御信号を送出し、第１バルブ２５を閉状態とする。これによって、図４に示されるように、遮断機構３０Ａが遮断状態となるとともに、処理容器２Ａの外部からの冷却ガスの導入が停止される（遮断工程）。続いて、制御部８は、第２バルブ２６に制御信号を送出し、第２バルブ２６を開状態とする。これによって、ガス導入ライン２３Ａ及びガス管２４から冷却ガスが真空ポンプ２７で排気される。

排気が十分に行われると、制御部８は、レシピを実行し、プラズマ源６及び高周波電源４２にそれぞれ制御信号を送出する。これによって、プラズマ源６は、処理空間にプラズマを発生させる。また、高周波電源４２は、基準電極とベース１４Ａとの間に高周波電圧を印加させ、プラズマ源６によって生成されたプラズマをウエハＷに引き込む。この所定のプラズマ処理の際、金属接触板３６Ａと金属シール３８とが接触し、冷却ガスをベース１４Ａの内部に閉じ込めるため、冷却ガス全体がベース１４Ａと同電位に保たれている。したがって、ガス収容部２０Ａによって画成される冷却ガス空間には電位差が生じず、冷却ガス空間における異常放電を十分に抑制することができる。

所定のプラズマ処理が完了すると、制御部８は、レシピを終了し、プラズマ源６及び高周波電源４２にそれぞれ制御信号を送出する。これによって、プラズマ源６は、プラズマの生成を停止する。また、高周波電源４２は、高周波電力の供給を停止する。続いて、別のプラズマ処理を行う場合は、制御部８は、第２バルブ２６に制御信号を送出し、第２バルブ２６を閉状態とするとともに、第１バルブ２５に制御信号を送出し、第１バルブ２５を開状態とする。これによって、ガス導入ライン２３Ａ及びガス管２４かに冷却ガスが充填される。続いて、制御部８は、駆動軸３４Ａ用のモータに制御信号を送出し、駆動軸３４Ａを下降させる。これによって、再び図３に示されるように、遮断機構３０Ａが開放状態となり、冷却ガスがガス収容部２０Ａに導入される（導入工程）。以後は上記の処理を繰り返す。

所定のプラズマ処理が完了後に、ウエハＷを取り出す場合は、制御部８は、スイッチ１８ａに制御信号を送出し、スイッチ１８ａを開状態とする。これによって、ウエハＷが静電チャック１６から開放され、ウエハＷが取り出し可能となる。また、プラズマ源６を停止させずに処理を繰り返すこともできる。

以上説明したように、プラズマ処理装置１Ａは、基準電極（ＧＮＤ）とベース１４Ａとの間に接続される高周波電源４２と、ベース１４Ａの内部に設けられ、冷却ガスを収容するガス収容部２０Ａと、ガス収容部２０Ａのガス導入口２２を遮断する遮断機構３０Ａと、ウエハＷが配置されるべき位置と静電チャック１６との間の空間と、ガス収容部２０Ａとを接続する接続部２８と、を備えることを特徴とする。

このプラズマ処理装置１Ａによれば、ガス収容部２０Ａのガス導入口２２を遮断機構３０Ａで遮断することによって、冷却ガスをベース１４Ａの内部に閉じ込める。遮断機構３０Ａは、上面に金属接触板３６Ａを有する封止弁３２Ａを備えている。遮断機構３０Ａが遮断状態において、この金属接触板３６Ａが、ガス導入口２２の周囲に設けられた金属シール３８とメタルタッチする。これによって、ベース１４Ａに高周波電圧が印加され、ベース１４ＡがＲＦ−ＨＯＴ部となった場合でも、冷却ガス全体がＲＦ−ＨＯＴ部内に閉じ込められ、ベース１４Ａと同電位に保たれる。このように、ガス収容部２０Ａによって画成される冷却ガス空間においてＲＦ−ＨＯＴ部とＧＮＤ部とが対向する箇所がなく、電位差が生じないので、冷却ガス空間における異常放電を十分に抑制することができる。

また、制御部８を更に備え、制御部８は、基準電極（ＧＮＤ）とベース１４Ａとの間に高周波電源４２によって高周波電圧が印加されていない場合には、ガス収容部２０Ａに冷却ガスを導入させる。遮断機構３０Ａを開放状態とした場合、ガス収容部２０Ａ及びガス導入ライン２３Ａ等で画成される一続きの冷却ガス空間において、ベース１４Ａと基準電極である処理容器２Ａとが対向する。したがって、高周波電圧の未印加時に、遮断機構３０Ａを開放状態とし、ガス収容部２０Ａに冷却ガスを導入させることによって、冷却ガス空間における異常放電を十分に抑制することができる。

また、第１実施形態のプラズマ処理方法は、基準電極（ＧＮＤ）とベース１４Ａとの間に高周波電源４２によって高周波電圧が印加されていない場合には、ベース１４Ａの内部に設けられ、ウエハＷが配置されるべき位置と静電チャック１６との間の空間に接続されたガス収容部２０Ａに冷却ガスを導入させる導入工程と、基準電極とベース１４Ａとの間に高周波電源４２によって高周波電圧が印加されている場合には、ガス収容部２０Ａのガス導入口２２を遮断する遮断工程と、を備えることを特徴とする。

このプラズマ処理方法によれば、基準電極とベース１４Ａとの間に高周波電圧が印加されていない場合には、ガス収容部２０Ａに冷却ガスを導入させ、基準電極とベース１４Ａとの間に高周波電圧が印加されている場合には、ガス収容部２０Ａのガス導入口２２を遮断し、冷却ガスをベース１４Ａの内部に閉じ込める。このため、高周波電圧の印加時でも、冷却ガス全体がベース１４Ａと同電位に保たれる。このように、冷却ガス空間に電位差が生じないので、冷却ガス空間における異常放電を十分に抑制することができる。
［第２実施形態］

次に、第２実施形態におけるプラズマ処理装置１Ｂについて説明する。第２実施形態の装置及びその作用は、遮断機構、及び追加された圧力変動抑制機構のみが第１実施形態と異なり、その他の点は同一である。図５は、第２実施形態における遮断機構３０Ｂ近傍の構造を拡大して示す断面図である。なお、図５において、制御部８と各部との接続関係は、図２において示されたものを省略して示す。また、図５において、Ｈｅガスが存在する部分にはハッチングが施されている。

ガス収容部２０Ｂは、内部に圧力変動抑制機構（圧力変動抑制手段）４４Ｂを有している。圧力変動抑制機構４４Ｂは、遮断機構３０Ｂの封止弁３２Ｂ上に備えられた金属接触板３６Ｂの中央に、金属接触板３６Ｂと一体形成されている。圧力変動抑制機構４４Ｂは、上部が塞がれた概ね円筒の蛇腹形状を有している。金属接触板３６Ｂの中央部には、圧力変動抑制機構４４Ｂが連続しており、圧力変動抑制機構４４Ｂの底部は開放されている。また、該円筒の側面には、上下方向に伸縮するベローズ４５が形成されている。圧力変動抑制機構４４Ｂは、ベローズ４５の伸縮によって、弾性的に変形可能である。また、当該円筒の半径は、ガス導入口２２の口径より小さい。このため、圧力変動抑制機構４４Ｂは、ベローズ４５の伸縮によって弾性的に変形することで、ガス導入口２２を経てガス収容部２０Ｂの内部に侵入することができる。圧力変動抑制機構４４Ｂの先端には、ガス収容部２０Ｂ内の圧力を監視する圧力センサ４６が設けられている。圧力センサ４６は、制御部８に接続され、制御部８に圧力情報を送出する。

遮断機構３０Ｂの駆動軸３４Ｂは、内部が空洞に形成された管状部材であり、内部にガス等を流通させられるようになっている。管内の圧力は、第３バルブ４３によって調整することができる。第３バルブ４３は、制御部８に接続されている。制御部８からの制御信号によって、第３バルブ４３の開閉が制御される。封止弁３２Ｂは、その中央部分に貫通孔３２ａが形成されている。貫通孔３２ａによって、駆動軸３４Ｂの内部と、圧力変動抑制機構４４Ｂの円筒内部とが連通可能となっている。

静電チャック１６とウエハＷとの間のシールは完全ではないため、ガス収容部２０Ｂ内の冷却ガスが徐々に漏れ出す。これによって、遮断機構３０Ｂが遮断状態のとき、ガス収容部２０Ｂ内の冷却ガスの圧力が低下する。プラズマ処理装置１Ｂでは、制御部８が圧力センサ４６から圧力情報を受け取り、このような圧力の低下を検出する。制御部８は、圧力の低下を検出すると、第３バルブ４３に制御信号を送出する。これによって、駆動軸３４Ｂの内部の空洞を介して圧力変動抑制機構４４Ｂの内部に、例えば、Ｈｅガスが供給される。圧力変動抑制機構４４Ｂ内に供給されるＨｅガスは、放電不可能な程高圧とされる。圧力変動抑制機構４４Ｂの制御には、Ｈｅガス以外の他の媒体を用いてもよいし、機械的なアクチュエータ等を用いてもよい。なお、遮断機構３０Ｂの昇降動作は、遮断機構３０Ａの動作と同じである。

圧力変動抑制機構４４Ｂでは、Ｈｅガスの供給によってベローズ４５が伸縮させられ、ガス収容部２０Ｂの容積が調整させる。圧力変動抑制機構４４Ｂは、流出した冷却ガスの体積相当分変形し、冷却ガスの圧力低下を抑制する。これによって、ガス収容部２０Ｂ内の冷却ガスの圧力変動が抑制される。

以上説明したように、プラズマ処理装置１Ｂでは、ガス収容部２０Ｂは、ガス収容部２０Ｂ内における冷却ガスの圧力変動を抑制する圧力変動抑制機構４４Ｂを有している。これによれば、ウエハＷと静電チャック１６との間の空間から冷却ガスが流出しても、ガス収容部２０Ｂ内の冷却ガスの圧力を一定に保つことができる。これにともない、ウエハＷと静電チャック１６との間の空間に供給される冷却ガスの圧力を一定に保つことができる。したがって、ウエハＷの熱を静電チャック１６に効果的に伝熱させることができ、均一なプラズマ処理が行い易くなる。
［第３実施形態］

次に、第３実施形態におけるプラズマ処理装置１Ｃについて説明する。図６は、第３実施形態における基台を含むプラズマ処理装置の一部を概略的に示す断面図である。なお、図６では、保持部及び処理容器を省略して示す。図６において、Ｈｅガスが存在する部分にはハッチングが施されている。第３実施形態の装置及びその作用は、遮断機構３０ｃ及び追加された圧力変動抑制機構のみが、第１実施形態と異なり、その他の点は同一である。

ガス収容部２０Ｃは、内部に圧力変動抑制機構４４Ｃを有している。圧力変動抑制機構４４Ｃは、内部に冷却ガスを収容する袋状の弾性部材である。圧力変動抑制機構４４Ｃは、収容する冷却ガスの圧力に応じて風船のように膨らんだり縮んだりする。圧力変動抑制機構４４Ｃは、ガス導入口２２に連通して接続された入口４７と、接続部２８に連通して接続された出口４８とを備えている。

ガス導入口２２は、図２に示した処理容器２Ａ、及び、保持部１２Ａを貫通するように設けられたガス導入ライン２３Ｃに連通して接続されている。ガス導入ライン２３Ｃは、誘電体チューブである。ガス導入ライン２３Ｃのガス導入口２２側には、遮断機構３０Ｃが設けられている。遮断機構３０Ｃは、バルブであり、ベース１４Ａとメタルタッチし得る金属で構成される。ベース１４Ａに高周波電圧が印加され、ベース１４ＡがＲＦ−ＨＯＴ部となった場合でも、遮断機構３０Ｃを遮断状態とすることによって、冷却ガス全体をＲＦ−ＨＯＴ部内に閉じ込めることができる。遮断機構３０Ｃは、制御部８に接続され、制御部８から送出される制御信号によって、バルブの開閉を行う。

遮断機構３０Ｃは、逆止弁であってもよい。逆止弁の場合は、第１バルブ２５で冷却ガスの供給量を調整することで、開閉を行うことが可能である。なお、ガス導入ライン２３Ｃは、基台４Ａを支持する支持部を兼ねていてもよく、その場合は、保持部１２Ａが不要である。

遮断機構３０Ｃが遮断状態のとき、静電チャック１６とウエハＷとの間のシールが不完全なために冷却ガスが漏れ出しても、圧力変動抑制機構４４Ｃが収容する冷却ガスの体積に応じて縮み、冷却ガスの圧力低下を抑制することができる。

以上説明したように、プラズマ処理装置１Ｃでは、ガス収容部２０Ｃは、ガス収容部２０Ｃ内における冷却ガスの圧力変動を抑制する圧力変動抑制機構４４Ｃを有している。これによれば、ウエハＷと静電チャック１６との間の空間から冷却ガスが流出しても、圧力変動抑制機構４４Ｃが内部に冷却ガスを収容し、収容する冷却ガスの圧力に応じて風船のように膨らんだり縮んだりするため、ウエハＷと静電チャック１６との間の空間に供給される冷却ガスの圧力を一定に保つことができる。したがって、ウエハＷの熱を静電チャック１６に効果的に伝熱させることができ、均一なプラズマ処理が行い易くなる。
［第４実施形態］

次に、第４実施形態におけるプラズマ処理装置１Ｄについて説明する。図７は、第４実施形態における基台を含むプラズマ処理装置の一部を概略的に示す断面図である。なお、図７では、図２に示した保持部及び処理容器を省略して示す。また、図７において、Ｈｅガスが存在する部分にはハッチングが施されている。第４実施形態の装置及びその作用は、遮断機構、及び、追加された圧力変動抑制機構のみが第１実施形態と異なり、その他の点は同一である。

ガス収容部２０Ｄは、内部が高圧部５１と低圧部５２とに分けられており、高圧部５１と低圧部５２とは管状の連絡路５４で連絡されている。高圧部５１は、ガス導入口２２側に設けられており、低圧部５２は、接続部２８側に設けられている。低圧部５２内の圧力は、接続部２８を介して、ウエハＷと静電チャック１６の上面との間に適量の冷却ガスを供給するために適当なものとなっている。高圧部５１内の圧力は、低圧部５２内の圧力より高くなっている。

ガス導入口２２は、図２に示した処理容器２Ａ、及び、保持部１２Ａを貫通するように設けられたガス導入ライン２３Ｄに連通して接続されている。ガス導入ライン２３Ｄは、誘電体チューブである。ガス導入口２２のガス導入口２２側には、遮断機構３０Ｄが設けられている。遮断機構３０Ｄは、逆止弁であり、冷却ガスが高圧部５１側からガス導入ライン２３Ｄ側に流出するのを防いでいる。

連絡路５４には、弁５８が設けられている。弁５８は、一端が低圧部５２側に接続されたバネ６０の他端に接続されている。バネ６０は、その伸縮力を高圧部５１内の圧力と低圧部５２内の圧力との差圧とバランスさせ、弁５８を開閉させる。

遮断機構３０Ｄは、ベース１４Ａとメタルタッチし得る金属で構成されている。ベース１４Ａに高周波電圧が印加され、ベース１４ＡがＲＦ−ＨＯＴ部となった場合でも、遮断機構３０Ｄを遮断状態とすることによって、冷却ガス全体をＲＦ−ＨＯＴ部内に閉じ込めることができる。なお、遮断機構３０Ｄは、ベース１４Ａとメタルタッチし得る金属で構成されたバルブであってもよい。この場合、遮断機構３０Ｄは、制御部８に接続され、制御部８によって開閉が制御される。また、ガス導入ライン２３Ｄは、基台４Ａを支持する支持部を兼ねていてもよく、その場合は、保持部１２Ｄが不要である。

遮断機構３０Ｄが遮断状態のとき、静電チャック１６とウエハＷとの間のシールが不完全なために冷却ガスが漏れ出すと、低圧部５２内の圧力が低下する。これにともなって高圧部５１、低圧部５２、及びバネ６０のバランスが変化し、弁５８が低圧部５２側に移動して開放される。弁５８の開放によって、高圧部５１の冷却ガスが低圧部５２内に流入し、低圧部５２内の圧力変動が抑制される。このように高圧部５１、低圧部５２、及びバネ６０がバランスすることで低圧部５２内の圧力変動が抑制される。即ち、高圧部５１、低圧部５２、及びバネ６０は、圧力変動抑制機構４４Ｄを構成している。

以上説明したように、プラズマ処理装置１Ｄでは、ガス収容部２０Ｄは、ガス収容部２０Ｄ内における冷却ガスの圧力変動を抑制する圧力変動抑制機構４４Ｄを有している。これによれば、ウエハＷと静電チャック１６との間の空間から冷却ガスが流出しても、高圧部５１、低圧部５２、及びバネ６０からなる圧力変動抑制機構４４Ｄがバランスすることで、低圧部５２内の圧力変動が抑制される。これによって、ウエハＷと静電チャック１６との間の空間に供給される冷却ガスの圧力を一定に保つことができる。したがって、ウエハＷの熱を静電チャック１６に効果的に伝熱させることができ、均一なプラズマ処理が行い易くなる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…プラズマ処理装置、２Ａ…処理容器、４Ａ…基台、８…制御部、１２Ａ…保持部、１４Ａ…ベース、１６…静電チャック、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…ガス収容部、２２…ガス導入口、２８…接続部、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…遮断機構、４２…高周波電源、４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ…圧力変動抑制機構、Ｗ…ウエハ。

Claims (4)

1. 基準電極と基台との間に接続される高周波電源と、
   前記基台の内部に設けられ、ガスを収容するガス収容部と、
   前記ガス収容部のガス導入口を遮断する遮断機構と、
   基板が配置されるべき位置と前記基台との間の空間と、前記ガス収容部とを接続する接続部と、
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記ガス収容部は、前記ガスの圧力変動を抑制する圧力変動抑制手段を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記基準電極と前記基台との間に前記高周波電源によって高周波電圧が印加されていない場合には、前記ガス収容部に前記ガスを導入させることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 基準電極と基台との間に高周波電源によって高周波電圧が印加されていない場合には、前記基台の内部に設けられ、基板が配置されるべき位置と前記基台との間の空間に接続されたガス収容部にガスを導入させる導入工程と、
   前記基準電極と前記基台との間に前記高周波電源によって高周波電圧が印加されている場合には、前記ガス収容部のガス導入口を遮断する遮断工程と、
   を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
   

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