特許 6552380 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6552380

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190722BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H01L21/302 101R

   H01L21/302 101C

   H01L21/68 N

【請求項の数】6

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-212141(P2015-212141)

(22)【出願日】2015年10月28日

(65)【公開番号】特開2017-84976(P2017-84976A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2018年10月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 智行

(72)【発明者】

【氏名】横川 賢悦

(72)【発明者】

【氏名】高妻 豊

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５２２８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２３５３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−５１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−５４４４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理を制御する制御部と、
前記試料が載置される載置台が配置されている処理室と、
前記試料を加熱する加熱部と、
前記処理室に不活性ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記載置台の流路を通じて、前記試料の裏面へ熱伝導ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記載置台に有するリフトピンの高さを変えるように駆動するピン駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ピン駆動部を通じて前記リフトピンにより前記試料を前記載置台の上面から第１の高さの位置に持ち上げた第１の状態にし、
前記第１の状態において、
前記加熱部により前記試料を加熱し、
前記第１のガス供給部により前記処理室に前記不活性ガスを供給し、
前記第２のガス供給部により前記載置台の前記流路を通じて前記試料の裏面に前記熱伝導ガスを供給して、前記試料と前記載置台との隙間に前記熱伝導ガスを流し、
前記第１の状態における、前記試料の表面の前記不活性ガスの圧力と、前記試料の裏面の前記熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

試料に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理を制御する制御部と、
前記試料が載置される載置台が配置されている処理室と、
前記載置台を冷却する冷却部と、
前記処理室に不活性ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記載置台の流路を通じて、前記試料の裏面へ熱伝導ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記載置台に有するリフトピンの高さを変えるように駆動するピン駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ピン駆動部を通じて前記リフトピンにより前記試料を前記載置台の上面から第２の高さの位置に持ち上げた第２の状態にし、
前記第２の状態において、
前記冷却部により前記載置台を冷却し、
前記第１のガス供給部により前記処理室に前記不活性ガスを供給し、
前記第２のガス供給部により前記載置台の前記流路を通じて前記試料の裏面に前記熱伝導ガスを供給して、前記試料と前記載置台との隙間に前記熱伝導ガスを流し、
前記第２の状態における、前記試料の表面の前記不活性ガスの圧力と、前記試料の裏面の前記熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる、
プラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記載置台を冷却する冷却部を備え、
前記制御部は、前記第１の状態の後、前記ピン駆動部を通じて前記リフトピンにより前記試料を前記載置台の上面から第２の高さの位置に持ち上げた第２の状態にし、
前記第２の状態において、
前記冷却部により前記載置台を冷却し、
前記第１のガス供給部により前記処理室に前記不活性ガスを供給し、
前記第２のガス供給部により前記載置台の前記流路を通じて前記試料の裏面に前記熱伝導ガスを供給して、前記試料と前記載置台との隙間に前記熱伝導ガスを流し、
前記第２の状態における、前記試料の表面の前記不活性ガスの圧力と、前記試料の裏面の前記熱伝導ガスの圧力とをバランスさせ、
前記第１の状態と前記第２の状態とを含むプロセスを複数回繰り返す、
プラズマ処理装置。

【請求項4】

試料に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
前記プラズマ処理を制御する制御部と、
前記試料が載置される載置台が配置されている処理室と、
前記試料を加熱する加熱部と、
前記処理室に不活性ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記載置台の流路を通じて、前記試料の裏面へ熱伝導ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記載置台に有するリフトピンの高さを変えるように駆動するピン駆動部と、
を備え、
前記制御部により実行するステップとして、
前記ピン駆動部を通じて前記リフトピンにより前記試料を前記載置台の上面から第１の高さの位置に持ち上げた第１の状態にするステップと、
前記第１の状態において、
前記加熱部により前記試料を加熱するステップと、
前記第１のガス供給部により前記処理室に前記不活性ガスを供給するステップと、
前記第２のガス供給部により前記載置台の前記流路を通じて前記試料の裏面に前記熱伝導ガスを供給して、前記試料と前記載置台との隙間に前記熱伝導ガスを流すステップと、
を有し、
前記第１の状態における、前記試料の表面の前記不活性ガスの圧力と、前記試料の裏面の前記熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる、
プラズマ処理方法。

【請求項5】

試料に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
前記プラズマ処理を制御する制御部と、
前記試料が載置される載置台が配置されている処理室と、
前記載置台を冷却する冷却部と、
前記処理室に不活性ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記載置台の流路を通じて、前記試料の裏面へ熱伝導ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記載置台に有するリフトピンの高さを変えるように駆動するピン駆動部と、
を備え、
前記制御部により実行するステップとして、
前記ピン駆動部を通じて前記リフトピンにより前記試料を前記載置台の上面から第２の高さの位置に持ち上げた第２の状態にするステップと、
前記第２の状態において、
前記冷却部により前記載置台を冷却するステップと、
前記第１のガス供給部により前記処理室に前記不活性ガスを供給するステップと、
前記第２のガス供給部により前記載置台の前記流路を通じて前記試料の裏面に前記熱伝導ガスを供給して、前記試料と前記載置台との隙間に前記熱伝導ガスを流すステップと、
を有し、
前記第２の状態における、前記試料の表面の前記不活性ガスの圧力と、前記試料の裏面の前記熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる、
プラズマ処理方法。

【請求項6】

請求項４記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理装置は、前記載置台を冷却する冷却部を備え、
前記制御部により実行するステップとして、
前記第１の状態の工程の後、前記ピン駆動部を通じて前記リフトピンにより前記試料を前記載置台の上面から第２の高さの位置に持ち上げた第２の状態にするステップと、
前記第２の状態において、
前記冷却部により前記載置台を冷却するステップと、
前記第１のガス供給部により前記処理室に前記不活性ガスを供給するステップと、
前記第２のガス供給部により前記載置台の前記流路を通じて前記試料の裏面に前記熱伝導ガスを供給して、前記試料と前記載置台との隙間に前記熱伝導ガスを流すステップと、
を有し、
前記第２の状態における、前記試料の表面の前記不活性ガスの圧力と、前記試料の裏面の前記熱伝導ガスの圧力とをバランスさせ、
前記第１の状態と前記第２の状態とを含むプロセスを複数回繰り返す、
プラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理技術に関する。また、本発明は、処理室内に載置された試料に対するプラズマエッチング技術、加熱や冷却と共に反応層の形成や脱離を行う微細加工技術に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体構造の微細化等に伴い、従来のプラズマエッチング装置で行われている異方的エッチングだけでなく、等方的かつ高選択性を持つエッチングが必要である。等方的とは、方向に依存しない性質、高選択性とは、素材や膜種の選択性の高さを指している。従来、等方的エッチングについては、ウェットエッチングで実現されているが、微細化等によってフォトレジストのパターン倒れ等の問題が発生する。そこで、ドライエッチングで等方的エッチングを実現するプラズマ処理装置が開発されている。ドライエッチングは、プラズマを発生させて生成されたイオンやラジカルによって試料をエッチングする方式である。ラジカルは、不対電子を持つ原子や分子、あるいはイオンを指す。

【0003】

このプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法としては、プラズマにより生成されたラジカルを試料表面に付着及び堆積させて反応層を形成し、その後、試料を加熱して反応層を揮発及び脱離させてエッチングする方法がある。このラジカルと試料との反応は化学反応であるため、等方的かつ高選択性を持ち、また、試料表面だけで反応が行われるため、微小量のエッチングが可能である。

【0004】

実際のエッチング処理では、例えば、ラジカルによる反応層の形成と、加熱による反応層の脱離とが、所定のエッチング量となるまで、数回から数十回繰り返される。加熱手段及び冷却手段としては、ヒータや温調器が挙げられる。

【0005】

プラズマ処理に関する先行技術例として、特開２０１４−１９５００９号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、プラズマ処理装置として、試料と台との磨耗を防ぐため、所定温度の台と試料とで熱伝達が行われ、その後、台に対する試料の静電吸着が行われ、プラズマ処理が開始される旨が記載されている。また、特許文献１には、試料と台との隙間に熱伝達用のガスが供給される旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４−１９５００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

前述のドライエッチングで等方的エッチングを実現するためのプラズマ処理装置では、加熱を伴う反応層の脱離の工程や、室温または低温での反応層の形成の工程等を含むプロセスが行われる場合がある。プラズマ処理装置は、処理に合わせて、加熱や冷却により、載置台及び試料の温度を制御する。この場合に、試料と載置台との温度差、熱膨張率の違いにより、試料と載置台との間に摩擦が生じる場合がある。その摩擦により、試料の磨耗や損傷、微小異物の発生による品質低下、載置台の性能低下、等を招く恐れがある。

【0008】

また、上記プラズマ処理装置では、載置台に対する試料の搬入、載置、静電吸着、搬出等が繰り返される場合がある。この場合、試料が載置台上の所定位置からずれる可能性が高くなる。試料の位置ずれが生じると、試料と載置台との間で摩擦が生じて上記のように磨耗等を招く恐れがある。また、試料の位置ずれが生じると、載置台の周りのずれ止め部と繰り返し接触する可能性もある。これにより、試料に致命的なダメージを与える恐れや異物発生原因となる恐れがある。

【0009】

一方、従来のプラズマ処理装置で、プラズマ処理時に試料を高温に加熱するプロセスを行う場合に、以下のような方式もある。この方式では、試料と載置台との摩擦を防ぐため、載置台に載置された試料の加熱の際、時間軸で段階的に温度を変化させ、試料と載置台との温度差が十分小さくなった段階で、載置台に対する試料の静電吸着を行う。しかし、このような方式を、加熱や冷却を繰り返すプロセスに適用した場合でも、上記摩擦による磨耗等を無くすことは難しい。また、温度差を十分小さくするために時間がかかるので、加熱や冷却を繰り返す場合には処理効率の観点でも課題がある。

【0010】

また、従来のプラズマ処理装置で、載置台と試料との熱伝導を促進するために、処理室内の試料及び載置台に対して熱伝導ガスを流す方式もある。しかし、そのガスによる試料の周りの圧力等の状態によっては、載置台から試料が浮き上がる等して位置ずれや摩擦が生じる恐れがある。また、その摩擦によって微小異物が発生した場合、その微小異物がガスにより流されて、試料等に付着し、品質を低下させる恐れがある。

【0011】

上記エッチング等を行うプラズマ処理技術では、試料の載置や静電吸着、載置台上の試料に対する加熱や冷却、熱伝導ガスの供給等を行う。しかし、その制御の際に、温度や圧力等の状態を好適に調整することについては、十分に検討されておらず、改善余地がある。

【0012】

本発明の目的は、プラズマ処理技術に関して、試料と載置台との摩擦や位置ずれ等を防止または低減でき、処理の品質や効率を高めることができ、等方的で高選択性を持つエッチング等を実現できる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明のうち代表的な実施の形態は、プラズマ処理装置、等であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

【0014】

一実施の形態のプラズマ処理装置は、試料に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理を制御する制御部と、前記試料が載置される載置台が配置されている処理室と、前記試料を加熱する加熱部と、前記処理室に不活性ガスを供給する第１のガス供給部と、前記載置台の流路を通じて、前記試料の裏面へ熱伝導ガスを供給する第２のガス供給部と、前記載置台に有するリフトピンの高さを変えるように駆動するピン駆動部と、を備え、前記制御部は、前記ピン駆動部を通じて前記リフトピンにより前記試料を前記載置台の上面から第１の高さの位置に持ち上げた第１の状態にし、前記第１の状態において、前記加熱部により前記試料を加熱し、前記第１のガス供給部により前記処理室に前記不活性ガスを供給し、前記第２のガス供給部により前記載置台の前記流路を通じて前記試料の裏面に前記熱伝導ガスを供給して、前記試料と前記載置台との隙間に前記熱伝導ガスを流し、前記第１の状態における、前記試料の表面の前記不活性ガスの圧力と、前記試料の裏面の前記熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる。

【発明の効果】

【0015】

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、プラズマ処理技術に関して、試料と載置台との摩擦や位置ずれ等を防止または低減でき、処理の品質や効率を高めることができ、等方的で高選択性を持つエッチング等を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す図である。

【図2】実施の形態のプラズマ処理装置における、主に処理室の載置台の構成を示す図である。

【図3】実施の形態における、加熱脱離工程での載置台の断面構成を示す図である。

【図4】実施の形態における、第１冷却工程での載置台の断面構成を示す図である。

【図5】実施の形態における、第２冷却工程での載置台の断面構成を示す図である。

【図6】実施の形態における、載置台の上面の形状の例を示す図である。

【図7】実施の形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法における、プラズマ処理のシーケンスに対応するタイミングチャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0018】

図１〜図７を用いて、実施の形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について説明する。実施の形態のプラズマ処理方法は、実施の形態のプラズマ処理装置で実行されるステップを有する方法である。

【0019】

［プラズマ処理装置］
図１は、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す。図１では、主に真空容器１１の断面構成と、真空容器１１に接続されている各部を含む機能ブロック構成とを示す。説明上の方向として（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を示す。Ｚ方向は鉛直方向を示し、載置台２０及び試料１０の形状における中心軸に対応する。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面を構成する直交する２つの方向を示し、載置台２０及び試料１０の円形における半径方向に対応する。

【0020】

実施の形態のプラズマ処理装置は、所定のプラズマエッチング処理を行う機能を持つプラズマエッチング装置である。実施の形態のプラズマ処理方法は、そのプラズマエッチング処理を行う方法である。このプラズマエッチング処理は、プラズマにより生成されるラジカル等に基づいて、載置台２０上の試料１０に対して反応層の形成及び脱離を伴うドライエッチングを行う処理である。このプラズマエッチング処理は、載置台２０上の試料１０に対する加熱を伴う脱離の工程や、室温または低温での反応層の形成の工程を含むプロセスを繰り返し行う処理である。

【0021】

実施の形態のプラズマ処理装置は、真空容器１１、供給室１２、処理室１３、整流板１４、コイル１５、ランプ１６、温調器１７、温度計１８、載置台２０、リフトピン３０、第１のガス供給部１０１、第２のガス供給部１０２、ピン駆動部１０３、電極駆動部１０４、制御部１１０、等を備える。制御部１１０は、モニタ部１１１、制御処理部１１２、駆動制御部１１３、設定部１１４を有する。プラズマ処理装置は、その他、図示しないが、搬送部、排気部、電源部、等を備える。

【0022】

載置台２０に載置される試料１０は、例えば、円板形状を持つウエハであって、Ｓｉ結晶から成る半導体基板である。プラズマエッチング処理の例は、このウエハの主面の所定領域に、反応層の形成や脱離を繰り返して、所定の素子を形成する処理である。

【0023】

真空容器１１は、その内部が、整流板１４によって供給室１２と処理室１３とに分かれて構成され、Ｚ方向で上に供給室１２、その下に処理室１３が配置されている。真空容器１１には、第１のガス供給部１０１等が接続されている。

【0024】

供給室１２には、処理に応じたガスが供給される。第１のガス供給部１０１は、ガスラインを通じて、処理室１２に、処理に応じた所定のガスを供給する。所定のガスは、処理ガスや不活性ガスがある。

【0025】

供給室１２の外周には、コイル１５が配置されている。コイル１５は、制御部１１０からの駆動制御に基づいて、供給室１２内に、誘導結合によってプラズマを形成するための電界や磁界を発生させる。供給室１２では、コイル１５による電界や磁界に基づいて、ガスから誘導結合によってプラズマを形成し、そのプラズマによりラジカル等を生成する。

【0026】

供給室１２で生成されたラジカルは、整流板１４の孔を通じて、Ｚ方向で、処理室１３内に供給される。整流板１４は、処理室１３内で必要なラジカルを通過させ、それ以外の物質を通過させないようにし、流れを均一にする働きを持つ。実施の形態のプラズマ処理では、処理室１３内の試料１０の表面にラジカルを化学反応させる。そのため、このような整流板１４を含む真空容器１１の構成を適用する。他のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置とする場合には、他の構成の真空容器１１を適用可能である。

【0027】

供給室１２の内部には、ランプ１６が配置されている。ランプ１６は、処理室１３内の試料１０を載置台２０と共に非接触で加熱する加熱部である。ランプ１６は、載置台２０及び試料１０よりもＺ方向で上方に配置されている。ランプ１６は、試料１０の表面を略均一に加熱できるように、Ｘ方向及びＹ方向に延在するように配置されている。ランプ１６は、制御部１１０と接続されている。ランプ１６は、制御部１１０からの駆動制御に基づいて、加熱のオン／オフや温度等が調整される。実施の形態のプラズマ処理では、ランプ１６を用いた加熱により試料１０の温度を上昇させる。これにより、ラジカルとの化学反応で試料１０の表面に形成された反応層を、揮発及び脱離させて取り除く。加熱部としては、ランプ１６に限らず適用可能である。

【0028】

真空容器１１の外、図１では供給室１２のＺ方向の上面には、温度計１８が配置されている。温度計１８は、試料１０の温度状態をモニタするために設けられている。温度計１８は、処理室１３内の試料１０の温度を非接触で計測する。温度計１８は、例えば赤外線温度計で構成され、試料１０の表面の円形領域における温度分布状態を、サーモグラフィとして計測することができる。温度計１８は、計測した温度の情報を、配線を通じて制御部１１０に出力する。

【0029】

処理室１３では、供給室１２から供給されたラジカルを用いて、載置台２０上の試料１０に対して、加熱や冷却を伴う処理が行われる。処理室１３内では、供給室１２からのラジカルが、載置台２０上の試料１０の表面に対して、Ｚ方向で略均一に供給される。

【0030】

第１のガス供給部１０１は、供給室１２内でプラズマを形成する際には、ガスとして処理ガスを供給室１２に供給する。また、第１のガス供給部１０１は、処理室１３内で加熱や冷却を伴う処理を行う際には、供給室１２を通じて処理室１３に、ガスとして不活性ガスを供給する。

【0031】

処理室１３内におけるＺ方向の下部には、載置台２０が配置されている。載置台２０は、試料１０が載置されるステージである。載置台２０は、概略的に円柱または円板の形状を有する。載置台２０のＺ方向の上面には、試料１０が載置される。図１では、載置台２０の上面から出たリフトピン３０の上に、試料１０が載置されている状態を示す。載置台２０の上面からリフトピン３０が出ていない状態の場合には、載置台２０の上面に試料１０の裏面が接するようにして載置される。

【0032】

載置台２０の内部には、後述の図３等に示すリフトピン３０や、後述の図２等に示す静電吸着用の電極２４が設けられている。また、載置台２０の内部には、後述の図２等に示す空洞２１が形成されている。また、載置台２０の上面には、後述の図２等に示す溝２５が形成されている。

【0033】

処理室１３の載置台２０には、温調器１７、第２のガス供給部１０２、ピン駆動部１０３、電極駆動部１０４等が接続されている。

【0034】

温調器１７は、温度調整部、言い換えると冷却部であり、載置台２０を冷却して温度を調整する。温調器１７は、ガスラインを通じて載置台３０の内部の空洞と接続されている。温調器１７は、制御部１１０からの駆動制御に基づいて、冷却のオン／オフや温度等が調整される。

【0035】

載置台２０のリフトピン３０は、ピン駆動部１０３と接続されている。ピン駆動部１０３は、リフトピン３０を、Ｚ方向で上下に移動させるように駆動する。これにより、リフトピン３０は、Ｚ方向の上端の位置が可変であり、載置台２０の上面からＺ方向で上に出る部分の高さが可変である。即ち、リフトピン３０の上端に載置される試料１０のＺ方向位置及び高さが可変である。載置台２０の上面を基準位置として、その基準位置からのＺ方向の高さが調整可能である。

【0036】

リフトピン３０は、搬送の補助として、搬送部により搬送された試料１０を受け取り、また、試料１０を搬送部に受け渡す機能を有する。その際、リフトピン３０は、載置台２０の上面からＺ方向で所定の位置及び高さの状態にされる。試料１０は、載置台２０及びリフトピン３０の位置に対して所定の位置に載置される。即ち、試料１０であるウエハの円板の中心軸が載置台２０の円柱の中心軸に一致する位置で、試料１０が載置される。図１の一点鎖線は、真空容器１１、載置台２０、試料１０等の中心軸を示している。

【0037】

リフトピン３０は、ピン駆動部１０３からの駆動に基づいて、プラズマ処理中、所定の工程やそのタイミングに合わせて、Ｚ方向の位置及び高さが可変に制御される。リフトピン３０は、その先端により試料１０を裏面から支持し、載置台２０の上面からＺ方向で上方の位置に試料１０を持ち上げた状態にすることができる。また、それにより、載置台２０の上面と試料１０の裏面との間には、Ｚ方向での高さを持つ隙間が形成される。即ち、リフトピン３０の高さの制御を通じて、試料１０の高さ、及び隙間の高さが調整可能である。

【0038】

電極駆動部１０４は、制御部１１０からの駆動制御に基づいて、載置台２０の内部の電極に電圧を印加するように駆動する。これにより、電極に静電気力を発生させて、載置台２０上に試料１０を固定する静電吸着を行うことができる。

【0039】

第２のガス供給部１０２は、所定の熱伝導ガスを、ガスライン及び載置台２０の内部の流路を通じて、試料１０の裏面に対して供給する。所定の熱伝導ガスは、載置台２０と試料１０との熱伝導を促進するためのガスである。第２のガス供給部１０２は、載置台２０とガスラインで接続されており、載置台２０の内部にも流路となるガスラインが形成されている。載置台２０の内部のガスラインは、載置台２０の上面の中心位置に設けられた溝につながっており、その位置で開口している。

【0040】

第２のガス供給部１０２は、加熱や冷却を伴う工程の際に、リフトピン３０により載置台２０と試料１０との隙間が形成された状態で、熱伝導ガスを載置台２０の流路に供給する。これにより、その熱伝導ガスは、載置台２０の上面の溝から出て、更に、載置台２０と試料１０との隙間を、半径方向であるＸ方向やＹ方向に流れ、試料１０の円周から外側へ流れ出る。第２のガス供給部１０２は、制御部１１０からの駆動制御に基づいて、その熱伝導ガスの供給のオン／オフや、温度や流量等を調整する。

【0041】

各ガスラインの途中には、バルブや流量調節器が設けられている。第１のガス供給部１０１及び第２のガス供給部１０２は、バルブや流量調節器を制御する。バルブの開閉の制御により、各ガスの供給のオン／オフの切り替え、充填や排気が可能である。流量調節器の制御により、ガスの流量の調節が可能である。

【0042】

第１のガス供給部１０１及び第２のガス供給部１０２は、自身が制御するガスの温度、圧力及び流量等の状態をモニタしてモニタ値を外部に出力する機能を有する。制御部１１０は、第１のガス供給部１０１及び第２のガス供給部１０２から、各ガスの状態のモニタ値を入力する。

【0043】

制御部１１０は、各部の状態をモニタして各部を駆動制御することにより、プラズマ処理を制御する。制御部１１０は、各部から温度、圧力、及び流量等のモニタ値を取得し、モニタ値及び処理条件等に応じて制御量を決定し、制御量に応じて各部に駆動制御の指示を与える。制御部１１０は、第１のガス供給部１０１を駆動制御し、処理ガスや不活性ガスの供給のオン／オフや流量等を調整する。制御部１１０は、第２のガス供給部１０２を駆動制御し、熱伝導ガスの供給のオン／オフや流量等を調整する。制御部１１０は、ピン駆動部１０３を駆動制御し、リフトピン３０の高さを調整し、これにより試料１０及び隙間の高さを調整する。制御部１１０は、電極駆動部１０４を駆動制御し、静電吸着を制御する。制御部１１０は、ランプ１６や温調器１７を駆動制御し、載置台２０及び試料１０の温度を調整する。

【0044】

制御部１１０は、温度計１８から試料１０の温度のモニタ値を取得し、その温度に基づいてプラズマ処理のシーケンスを切り替える。例えば、制御部１１０は、試料１０が所定の温度に達した場合、静電吸着を開始させる。制御部１１０は、そのタイミングに合わせて、電極駆動部１０４等の各部を制御する。

【0045】

モニタ部１１１は、第１のガス供給部１０１や第２のガス供給部１０２から、各ガスの温度、圧力及び流量のモニタ値を入力する。モニタ部１１１は、温度計１８から、試料１０の温度のモニタ値を入力する。モニタ部１１１は、その他、各部から、現在の状態を表すモニタ値を入力する。

【0046】

制御処理部１１２は、プラズマ処理に関する制御処理を行う。この制御処理は、各ガスの制御、リフトピン３０の制御、電極の制御等を含む。制御処理部１１２は、モニタ部１１１のモニタ値に基づいて、各制御の制御値を決定する。

【0047】

駆動制御部１１３は、制御処理部１１２の制御値に基づいて、第１のガス供給部１０１から電極駆動部１０４までを含む各部の駆動制御のための指示を決定し、工程等のタイミングに合わせて、各部にその指示を送信する。

【0048】

設定部１１４は、ユーザ設定操作等に基づいて、プラズマ処理装置で実行させるプラズマ処理の処理条件等が予め設定される。

【0049】

搬送部は、搬送ロボット等で構成され、制御部１１０からの駆動制御に基づいて、試料１０を搬送し、処理室１３内の載置台２０上にリフトピン３０を介して試料１０を受け渡し、また、リフトピン３０を介して載置台２０上から試料１０を受け取る。排気部は、排気管等を含み、第１のガス供給部１０１による制御に従い、真空容器１１内を排気する。電源部は、電極駆動部１０４等に電力を供給する。

【0050】

［処理室及び載置台］
図２は、実施の形態のプラズマ処理装置における、主に処理室１３の内部構成として、載置台２０の付近の断面構成を示す。図２では、載置台２０の上面に試料１０が載置された状態を示し、リフトピン３０については省略して図３で後述する。

【0051】

載置台２０は、空洞２１、金属板２２、誘電体膜２３、電極２４、溝２５、ずれ止め部２９、及び図３のリフトピン３０、等を有する。

【0052】

載置台２０は、金属板２２と、金属板２２のＺ方向の上面に形成された誘電体膜２３とを有する。載置台２０は、概略的に円柱または円板の形状を持つ。図２では、金属板２２は、Ｚ方向で下部の円板部と上部の円板部とで構成されている。上部の円板部は、第１の径を持ち、下部の円板部は、第２の径を持つ。上部の円板部及び誘電体膜２３の径は、試料１０の径と概略同じである。

【0053】

金属板２２の内部には、空洞２１が形成されている。空洞２１は、熱交換媒体である冷媒を流す流路となる。空洞２１は、Ｚ方向から見て中心軸に対し軸対称形状を持つ。空洞２１は、ガスラインを通じて温調器１７と接続されている。

【0054】

温調器１７は、載置台２０の空洞２１に対して所定の温度及び流量で冷媒を供給する。これにより、載置台２０の空洞２１による流路に冷媒を流して循環させ、載置台２０を冷却して温度を調整する。載置台２０の冷却に伴い、載置台２０上に載置されている試料１０も、熱交換を通じて冷却される。

【0055】

金属板２２の上面には、所定の膜厚で誘電体膜２３が形成されている。誘電体膜２３は、ＡＬ_２Ｏ_３やＹ_２Ｏ_３等の誘電体材料から成る。誘電体膜２３の上面には、試料１０が載置される。

【0056】

誘電体膜２３の内部には、静電吸着用の電極２４が設けられている。電極２４は、載置台２０内の電気的配線を通じて電極駆動部１０４と接続されている。電極２４は、静電気力により試料１０を誘電体膜２３上に静電吸着させるための電極である。電極２４は、中心軸に対し軸対称形状を持つ。電極駆動部１０４は、静電吸着を行う工程の際、直流電源に基づいて、直流電力を電極２４に供給して、電極２４に電圧を印加する。

【0057】

電極２４は、例えば双極型であり、中心軸に対し内周側に配置されるリング状の第１電極と、外周側に配置されるリング状の第２電極との対で構成される。静電吸着の際、電極駆動部１０４からの電圧により、例えば第１電極が正電位、第２電極が負電位にされ、第１電極と第２電極との電位差が形成される。これにより、静電気力が生じ、試料１０が誘電体膜２３上に静電吸着される。電極２４は、この型や形状に限らず適用可能である。

【0058】

誘電体膜２３の上面には、所定の形状を持つ凹部である溝２５が形成されている。溝２５は、熱伝導ガスの流路を構成する要素である。この溝２５は、Ｚ方向から見た誘電体膜２３の円形領域において、中心軸に対し軸対称形状で形成されている。この溝２５は、例えば後述の図６のように、同心の複数のリングの形状で形成されている。

【0059】

実施の形態では、溝２５は、中心軸の位置にある円形の溝２５ａと、内周にある第１のリングの溝２５ｂ、及び外周にある第２のリングの溝２５ｃと、を有する。溝２５ｂと溝２５ｃは、図示しないが半径方向でも連通しており、例えば溝２５ｃに供給されたガスは溝２５ｂにも流れるようになっている。溝２５は、載置台２０の内部のガスラインを通じて、第２のガス供給部１０２と接続されている。

【0060】

溝２５は、誘電体膜２３の上面に試料１０が載置された状態の場合には、上面が閉じられて空洞を形成する。溝２５は、リフトピン３０により載置台２０と試料１０との隙間が形成された状態の場合には、その隙間と連通する。溝２５には、第２のガス供給部１０２から、熱伝導ガスが供給される。熱伝導ガスは、試料１０と載置台２０との熱伝導の効率を高めるためのガスであり、例えばＨｅガスである。

【0061】

第２のガス供給部１０２は、第１ガス制御部２０１、第２ガス制御部２０２を含む。中心の溝２５ａは、第１ガス制御部２０１と接続されている。内周の溝２５ｂ及び外周の溝２５ｃは、第２ガス制御部２０１と接続されている。第２のガス供給部１０２は、載置台２０を通じて溝２５に熱伝導ガスを供給し、その溝２５やその上の隙間に充填される熱伝導ガスの圧力が所定値となるように流量を所定値に制御する。圧力と流量は所定の関係を持つ。

【0062】

中心の溝２５ａは、リフトピン３０を上げて試料１０と載置台２０との隙間が形成された状態の時に、その隙間に熱伝導ガスを供給するための要素として設けられている。第１ガス制御部２０１は、加熱や冷却を伴う所定の工程の際に、溝２５ａに対して熱伝導ガスを供給する。第１ガス制御部２０１は、加熱を伴う工程の際には、第１の熱伝導ガスを供給し、冷却を伴う工程の際には、第２の熱伝導ガスを供給する。

【0063】

溝２５ｂ及び溝２５ｃは、リフトピン３０を下げて試料１０と載置台２０との隙間が無い状態の時に、冷却効率のために熱伝導ガスを供給するための要素として設けられている。第２ガス制御部２０２は、静電吸着等を行う所定の工程の際に、溝２５ｂ及び溝２５ｃに対して第３の熱伝導ガスを供給する。

【0064】

載置台２０の上部における半径方向の外側には、ずれ止め部２９が配置されている。なお、ずれ止め部２９が無い装置の場合もある。ずれ止め部２９は、試料１０の半径方向の位置ずれを止める部分である。ずれ止め部２９は、試料１０の径よりも大きい径を持ち、例えば円筒形状の物体で構成される。試料１０が所定の位置、即ち中心軸に合わせた位置に載置されている状態では、試料１０の円周の端部と、ずれ止め部２９との間に余裕距離を有し、両者は接触しない。試料１０の位置ずれ量が所定値に達すると、試料１０の円周の端部が、ずれ止め部２９に接触する。実施の形態では、載置台２０と試料１０との位置ずれを抑止する機構を有し、試料１０の端部とずれ止め部２９との接触が防止される。

【0065】

［リフトピン（１）］
図３は、処理室１３内の載置台２０における、リフトピン３０を含む機構に関する断面構成を示す。図３では、後述の加熱脱離工程に対応した第１の状態を示す。図３では、リフトピン３０を上げることで載置台２０と試料１０との隙間４０が形成されている状態を示す。図３では、電極２４等を省略して示す。

【0066】

リフトピン３０のＺ方向の基準位置を、載置台２０の上面ｓ３の位置とする。リフトピン３０の高さをＨで表す。リフトピン３０の先端が載置台２０の上面ｓ３の基準位置にある状態のリフトピン３０の高さＨが０である。リフトピン３０の先端が載置台２０の上面ｓ３から出ている場合、その出ている部分の長さがリフトピン３０の高さＨである。同様に、試料１０の高さも、Ｈで表すことができる。

【0067】

リフトピン３０の高さの状態に応じて、Ｚ方向において、載置台２０の上面ｓ３と、試料１０の裏面ｓ２との間に、Ｚ方向における隙間４０が形成される。その隙間４０のＺ方向の高さも、Ｈで表すことができる。

【0068】

リフトピン３０が基準位置の高さＨ＝０にある場合、図２や後述の図５のように、載置台２０に載置された試料１０は、載置台２０の上面ｓ３と試料１０の裏面ｓ２とが接した状態となる。加熱脱離工程の際には、ピン駆動部１０３により、リフトピン３０をＺ方向で上方に移動させ、リフトピン３０の高さＨを、０よりも大きい所定の第１の高さＨ１の状態にする。これにより、試料１０及び隙間４０の高さも第１の高さＨ１となる。

【0069】

ピン駆動部１０３は、制御部１１０からの駆動制御に基づいて、リフトピン３０をＺ方向で上下に移動させる駆動を行う。これにより、リフトピン３０の先端の位置を変えて、リフトピン３０、試料１０及び隙間４０の高さＨを変えることができる。

【0070】

リフトピン３０は、複数のピンで構成されている。複数のピンは、載置台２０をＺ方向で上から見た円形領域内で、後述の図６のように、中心軸に対し軸対称の位置に配置されている。リフトピン３０の位置や数や形状は、試料１０の支持の安定性が確保されるように軸対称であればよく、上記に限らず各種が可能である。

【0071】

載置台２０には、リフトピン３０の複数のピンの位置に対応して、Ｚ方向に延在する複数の貫通穴が設けられている。複数の貫通穴に複数のピンが貫通されている。複数のピンは、Ｚ方向の下端が、載置台２０の下側で、ピン固定板３１に固定されている。ピン固定板３１は、円板形状を持つ。ピン固定板３１は、ピン駆動部１０３と接続されている。ピン駆動部１０３は、モータ等の駆動により、ピン固定板３１をＺ方向で上下に所定範囲内で移動させる。ピン固定板３１のＺ方向の移動に伴い、複数のピンもＺ方向で一体的に移動する。よって、リフトピン３０の先端のＺ方向の位置及び高さを、一定に揃えながら、所定範囲内で変えることができる。即ち、試料１０及び隙間４０の高さを、０から最大値までの所定範囲内で変えることができる。リフトピン３０の機構は、上記に限らず適用可能である。

【0072】

なお、従来技術のリフトピンは、搬送補助に使用されている。一方、実施の形態では、リフトピン３０は、搬送補助だけでなく、加熱や冷却を伴う工程の際の熱伝導ガス供給制御に関連して、試料１０と載置台２０との隙間４０の高さを好適に調整する目的で使用されている。

【0073】

［リフトピン（２）］
図４は、図３と同様に、リフトピン３０を含む機構に関する断面構成を示す。図４では、後述の第１冷却工程に対応した第２の状態を示す。図４では、リフトピン３０を上げることで載置台２０と試料１０との隙間４０が形成されている状態を示す。図４では、リフトピン３０の高さは、図３の状態の第１の高さＨ１よりも低い第２の高さＨ２となっている。

【0074】

［リフトピン（３）］
図５は、図３と同様に、リフトピン３０を含む機構に関する断面構成を示す。図５では、後述の第２冷却工程に対応した第３の状態を示す。図５では、リフトピン３０を下げて基準位置とすることで載置台２０と試料１０との隙間４０が形成されない状態を示す。図５では、リフトピン３０の高さはＨ＝０となっている。なお、この状態では、隙間４０は無いが、前述の溝２５により形成される空洞は存在する。説明上、隙間４０と溝２５とを区別する。

【0075】

［熱伝導ガス供給（１）］
図３を用いて、第１の熱伝導ガスの供給制御について説明する。プラズマ処理装置は、後述の加熱脱離工程の際、ピン駆動部１０３によりリフトピン３０の高さを第１の高さＨ１として、載置台２０から試料１０を持ち上げて隙間４０が有る第１の状態にし、ランプ１６により試料１０を加熱する。その際、プラズマ処理装置は、第１のガス供給部１０１から供給室１２を通じて処理室１３に不活性ガスを供給する。同時に、プラズマ処理装置は、第２のガス供給部１０２の第１ガス制御部２０１から第１の熱伝導ガスを載置台２０の溝２５ａへ供給して隙間４０に流す。その際、プラズマ処理装置は、試料１０の表面ｓ１にかかる不活性ガスと、試料１０の裏面ｓ２にかかる第１の熱伝導ガスとにおける圧力及び流量をバランスさせる。

【0076】

第１ガス制御部２０１は、中心の溝２５ａへ、所定の温度及び流量の第１の熱伝導ガスを供給する。これにより、溝２５ａを通じて、載置台２０の上面ｓ３と試料１０の裏面ｓ２との隙間４０に第１の熱伝導ガスが供給され、その隙間４０で中心軸から円周へ向けて半径方向に第１の熱伝導ガスの流れが形成される。溝２５ａから上へ出た第１の熱伝導ガスは、隙間４０を半径方向に流れ、載置台２０及び試料１０の円周から外側へ流れ出る。

【0077】

第１ガス制御部２０１は、溝２５ａへ第１の熱伝導ガスを供給する際、試料１０の裏面ｓ２における第１の熱伝導ガスの圧力及び流量が所定値になるように制御する。この圧力を第２の圧力Ｐ２、この流量を第２の流量Ｆ２とする。

【0078】

一方、同時に、第１のガス供給部１０１からは、処理室１３内の試料１０の表面ｓ１に対して不活性ガスを供給する。第１のガス供給部１０１は、試料１０の表面ｓ１における不活性ガスの圧力及び流量が所定値になるように制御する。この圧力を第１の圧力Ｐ１、この流量を第１の流量Ｆ１とする。

【0079】

制御部１１０は、加熱脱離工程の際、不活性ガスの第１の圧力Ｐ１と第１の熱伝導ガスの第２の圧力Ｐ２とをバランスさせるように制御する。このバランスは、第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２とを略一致させること（Ｐ１≒Ｐ２）、あるいは、第１の圧力Ｐ１よりも第２の圧力Ｐ２をやや小さくすることである。後者の条件は、差分値を所定値以下とすることである（０≦（Ｐ１−Ｐ２）≦［所定値］）。この条件は、試料１０の重さも考慮して規定される。Ｐ１＜Ｐ２にすると、試料１０がＺ方向で上に遊離する可能性があるので、Ｐ１≧Ｐ２とする。

【0080】

加熱時にはランプ１６によって試料１０が加熱されるので、加熱効率を考慮すると、載置台２０と試料１０との間での熱伝導が小さい方がよい。そのため、この加熱の工程では、隙間４０の高さＨを、相対的に高い第１の高さＨ１としている。また、同じ理由で、この加熱の工程では、後述の冷却の工程と比較して、不活性ガス及び第１の熱伝導ガスの圧力を相対的に小さくしている。

【0081】

また、リフトピン３０によって試料１０の裏面ｓ２が載置台２０の上面ｓ３と接しない状態にされるため、加熱に伴う試料１０と載置台２０との摩擦が防止され、微小異物の発生等が防止される。

【0082】

また、隙間４０に所定の流量及び方向で第１の熱伝導ガスを流すことにより、試料１０の加熱によって表面ｓ１から揮発及び脱離した反応生成物等が、隙間４０に回り込んで試料１０の裏面ｓ２や載置台２０の上面ｓ３等に付着してしまうことも防止される。

【0083】

［熱伝導ガス供給（２）］
図４を用いて、第２の熱伝導ガスの供給制御について説明する。プラズマ処理装置は、後述の第１冷却工程の際、ピン駆動部１０３によりリフトピン３０の高さを第２の高さＨ２として、載置台２０から試料１０を持ち上げて隙間４０が有る第２の状態にし、温調器１７を用いて試料１０を冷却する。その際、プラズマ処理装置は、第１のガス供給部１０１から供給室１２を通じて処理室１３に不活性ガスを供給する。同時に、プラズマ処理装置は、第２のガス供給部１０２の第１ガス制御部２０１から第２の熱伝導ガスを載置台２０の溝２５ａへ供給して隙間４０に流す。その際、プラズマ処理装置は、試料１０の表面ｓ１にかかる不活性ガスと、試料１０の裏面ｓ２にかかる第２の熱伝導ガスとにおける圧力及び流量をバランスさせる。

【0084】

第１ガス制御部２０１は、中心の溝２５ａへ、所定の温度及び流量の第２の熱伝導ガスを供給する。これにより、溝２５ａを通じて、載置台２０の上面ｓ３と試料１０の裏面ｓ２との隙間４０に第２の熱伝導ガスが供給され、その隙間４０で中心軸から円周へ向けて流れが形成される。

【0085】

第１ガス制御部２０１は、溝２５ａへ第２の熱伝導ガスを供給する際、試料１０の裏面ｓ２における第２の熱伝導ガスの圧力及び流量が所定値になるように制御する。この圧力を第４の圧力Ｐ４、この流量を第４の流量Ｆ４とする。

【0086】

一方、同時に、第１のガス供給部１０１からは、処理室１３内の試料１０の表面ｓ１に対して不活性ガスを供給する。第１のガス供給部１０１は、試料１０の表面ｓ１における不活性ガスの圧力及び流量が所定値になるように制御する。この圧力を第３の圧力Ｐ３、この流量を第３の流量Ｆ３とする。

【0087】

制御部１１０は、第１冷却工程の際、不活性ガスの第３の圧力Ｐ３と第２の熱伝導ガスの第４の圧力Ｐ４とをバランスさせるように制御する。このバランスは、第３の圧力Ｐ３と第４の圧力Ｐ４とを略一致させること（Ｐ３≒Ｐ４）、あるいは、第３の圧力Ｐ３よりも第４の圧力Ｐ４をやや小さくすることである（０≦（Ｐ３−Ｐ４）≦［所定値］）。

【0088】

プラズマ処理装置は、プラズマ処理の際、加熱や冷却の工程に合わせて、リフトピン３０、試料１０、及び隙間４０の高さを、複数の段階で変えるように制御する。これにより、試料１０の裏面ｓ２と載置台２０の上面ｓ３との距離を、複数の段階で変えて、熱伝導の効率を調整する。これにより、加熱効率や冷却効率をそれぞれ高める。

【0089】

実施の形態では、制御部１０は、加熱脱離工程の際のリフトピン３０の第１の高さＨ１よりも、第１冷却工程の際のリフトピン３０の第２の高さＨ２を低くする（Ｈ１＞Ｈ２）。Ｈ１＞Ｈ２とする条件の理由としては、加熱脱離工程では、試料１０を相対的に高い位置にして、ランプ１６に近付くようにして、加熱効率を高める。第１冷却工程では、試料１０を相対的に低い位置にして、ランプ１６から離れて載置台２０に近付けるようにして、冷却効率を高める。

【0090】

また、制御部１０は、加熱脱離工程の際の第２の圧力Ｐ２よりも、第１冷却工程の際の第４の圧力Ｐ４を大きくし（Ｐ２＜Ｐ４）、かつ、加熱脱離工程の際の第１の圧力Ｐ１よりも、第１冷却工程の際の第３の圧力Ｐ３を大きくする（Ｐ１＜Ｐ３）。これにより、加熱効率や冷却効率をそれぞれ高める。この圧力の条件の理由として、加熱脱離工程では第１の圧力Ｐ１を相対的に小さくし、試料１０の表面ｓ１からの物質の揮発及び脱離の効率を高める。

【0091】

［熱伝導ガス供給（３）］
図５を用いて、第３の熱伝導ガスの供給制御について説明する。プラズマ処理装置の制御部１１０は、加熱脱離工程や第１冷却工程を経た後、試料１０の温度が規定値以下になった場合、試料１０を載置台２０の上面ｓ１に固定させる静電吸着を開始させる。プラズマ処理装置は、その静電吸着を、冷却を伴う第２冷却工程として行う。第１冷却工程の冷却と第２冷却工程の冷却は異なる。

【0092】

プラズマ処理装置は、後述の第２冷却工程の際、ピン駆動部１０３によりリフトピン３０の高さをＨ＝０として、隙間４０が無い第３の状態にし、温調器１７を用いて試料１０を冷却する。その際、プラズマ処理装置は、第２のガス供給部１０２の第２ガス制御部２０２から第３の熱伝導ガスを載置台２０の溝２５ｂ及び溝２５ｃへ供給し、溝２５ｂ及び溝２５ｃによる空洞に流す。

【0093】

第２ガス制御部２０２は、内周の溝２５ｂ及び外周の溝２５ｂへ、所定の温度及び流量の第３の熱伝導ガスを冷媒として供給する。これにより、溝２５ｂ及び溝２５ｂと試料１０の裏面ｓ２とで形成される空洞に、第３の熱伝導ガスが充填され、循環して流れる。試料１０の裏面ｓ２は、複数の箇所で、その空洞の第３の熱伝導ガスに接している。これにより、空洞の第３の熱伝導ガスを介して、試料１０と載置台２０との熱伝導が促進され、冷却効率を高めることができる。

【0094】

なお、第１ガス制御部２０１から溝２５ａに供給する第１の熱伝導ガスや第２の熱伝導ガスと、第２ガス制御部２０２から溝２５ｂ及び溝２５ｃに供給する第３の熱伝導ガスとでは、異なる目的に対応した異なる圧力及び流量を持つ。第１の熱伝導ガスや第２の熱伝導ガスは、円周で開口している隙間４０に流す必要があり、また、中心軸から円周へ向かう流れを形成する必要がある。そのため、第１の熱伝導ガスや第２の熱伝導ガスは、相対的に大きな流量にされる。

【0095】

［熱伝導ガス供給（４）］
図６は、図２等に対応した、載置台２０の誘電体膜２３の上面における溝２５等の形状の例を示す。矢印は、前述の第１の熱伝導ガスや第２の熱伝導ガスの流れの方向を示す。中心軸の溝２５ａに、相対的に大きな流量で熱伝導ガスが供給され、溝２５ａから円周の全体に向けて広がるように熱伝導ガスが流れる。

【0096】

また、図６の例では、破線で示す円周上に、４本のリフトピン３０が配置されている。

【0097】

［プラズマ処理シーケンス］
図７は、実施の形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法における、詳しいプラズマ処理のシーケンスに対応するタイミングチャートを示す。このプラズマ処理は、反応層の形成及び脱離を伴うプラズマエッチング処理であり、加熱及び冷却を繰り返す処理である。図５で横軸は時間を示し、縦方向には順に、（ａ）載置台温度、（ｂ）試料温度、（ｃ）第１電極電圧、（ｄ）第２電極電圧、（ｅ）処理室圧力、（ｆ）第１及び第２の熱伝導ガス流量、（ｇ）第３の熱伝導ガス流量、（ｈ）試料及びピン高さ、を示す。

【0098】

（ａ）の載置台２０の温度をＴｓとする。（ｂ）の試料１０の温度をＴｗとする。（ｃ）の電極２４のうちの第１電極の電圧をＶ１とする。（ｄ）の電極２４のうちの第２電極の電圧をＶ２とする。（ｅ）の処理室１３の圧力は、最初、所定の圧力Ｐ０である。（ｆ）の第１及び第２の熱伝導ガス流量は、第１ガス制御部２０１から溝２５ａに供給する第１の熱伝導ガスや第２の熱伝導ガスの流量を示す。（ｇ）の第３の熱伝導ガス流量は、第２流量制御部２０２から溝２５ｂ及び溝２５ｂに供給する第３の熱伝導ガスの流量を示す。（ｈ）の試料及びピン高さは、載置台２０の上面ｓ２を基準位置とした、Ｚ方向におけるリフトピン３０、試料１０、及び隙間４０の高さＨを示す。

【0099】

時間軸で時点ｔ１〜ｔ９を示す。時点ｔ１は、処理室１２に試料１０が搬入される時点を示す。時点ｔ２は、第１サイクル６０１の開始及び第１ステップＳ１の開始の時点を示す。第１サイクル６０１は、第１ステップＳ１から第４ステップＳ４までを含む。第１ステップＳ１は、表面吸着工程である。第２ステップＳ２は、加熱脱離工程であり、加熱を伴い、反応層の揮発及び脱離を行う工程である。第３ステップＳ３は、第１冷却工程であり、試料１０の冷却を行う工程である。第４ステップＳ４は、第２冷却工程であり、冷却を伴い、静電吸着を行う工程である。

【0100】

時点ｔ３は第２ステップＳ２の開始時点、時点ｔ４は第３ステップＳ３の開始時点、時点ｔ５は第３ステップＳ３の終了時点である。時点ｔ６は第４ステップＳ４の開始時点、時点ｔ７は第４ステップＳ４の終了時点である。第１サイクル６０１の次には、図示しないが、第１サイクル６０１と略同様内容を持つ、第２サイクル、第３サイクル等が繰り返される。その後、最終サイクルである第Ｎサイクル６０２がある。即ち、第１ステップＳ１から第４ステップＳ４を含むサイクルが、Ｎ回繰り返される。時点ｔ８は第Ｎサイクルの開始時点、時点ｔ９は第Ｎサイクルの終了時点及び試料１０の搬出の時点を示す。

【0101】

まず、搬送部により、処理室１３内に試料１０が搬送される。その試料１０は、載置台２０の上面ｓ３に載置される。その際、所定の高さＨ０にされたリフトピン３０を用いて、試料１０が受け渡しされる。リフトピン３０は一旦高さがＨ＝０にされ、載置台２０の上面ｓ３と試料１０の裏面ｓ２とが接する状態となる。

【0102】

時点ｔ１で、載置台２０の温度Ｔｓは所定の温度Ｔ０である。この温度Ｔｓは基本的に一定値に維持されるように制御される。温度Ｔｓは、実際には加熱や冷却に伴って変動するが、図示を省略する。

【0103】

その後、時点ｔ１で、電極駆動部１０４から電極２４に電圧を印加して静電吸着を行うことにより、試料１０を載置台２０の上面ｓ３に固定する。この際、時点ｔ１から時点ｔ３の期間では、電極２４における前述の第１電極に電圧Ｖ１が印加され、第２電極に電圧Ｖ２が印加される。

【0104】

上記静電吸着と共に、時点ｔ１以降、試料１０と載置台２０との間には、第２のガス供給部１０２から、熱伝導ガスが供給される。前述の溝２５による空洞に、熱伝導ガスが充填される。また、時点ｔ１から時点ｔ３では、第２ガス制御部２０２により、第３の熱伝導ガスの流量が制御される。具体的には、その制御として、流量が所定の流量Ｆｘと０との間で一定周期で変動するように制御される。これにより、試料１０は、載置台２０の温度に近付くように調整される。時点ｔ２で試料１０が載置台２０の温度Ｔｓ＝Ｔ０になった後、Ｓ１で示す表面吸着工程が開始される。

【0105】

Ｓ１の表面吸着工程では、第１のガス供給部１０１から供給室１２に処理ガスが供給され、コイル１５の磁場を用いて処理ガスに基づいてプラズマが形成され、プラズマからラジカルが生成される。このラジカルが処理室１３内へ供給され、試料１０の表面ｓ１に付着し、試料１０と反応して、試料１０の表面ｓ１に反応層を形成する。リフトピン３０の高さはＨ＝０のままである。

【0106】

詳しくは、Ｓ１で、処理室１２内の圧力は、所定の圧力Ｐｘにされる。試料１０の表面にかかる圧力もＰｘである。図７中の期間Ｇ１は、Ｓ１に対応して、処理ガスが供給される期間を示す。第１の熱伝導ガス等の流量は０である。第３の熱伝導ガスの流量は、流量Ｆｘと０とで変動する。

【0107】

次に、時点ｔ３で、Ｓ２で示す加熱脱離工程が開始される。Ｓ２では、ランプ１６により試料１０を加熱し、試料１０の表面ｓ１にできている反応層の反応生成物を揮発及び脱離させる。このランプ１６での加熱時に、試料１０を載置台２０に固定したままとする場合には、載置台２０によって冷却の作用を受ける。そのため、前述のように、加熱効率の低下、試料１０と載置台２０との熱膨張率の違いによる摩擦、摩擦による微小異物の発生、等の課題がある。

【0108】

そこで、実施の形態では、この際、リフトピン３０の制御により、試料１０を持ち上げて、試料１０と載置台２０との隙間４０を形成する。これにより、試料１０と載置台２０との摩擦等が抑止される。

【0109】

しかし、この隙間４０に、試料１０の表面ｓ１から揮発及び脱離した反応生成物が回り込み、試料１０の裏面ｓ２や載置台２０の上面ｓ３に付着して、載置台１０の吸着や冷却等の性能の低下を招く恐れもある。

【0110】

そこで、実施の形態では、更に、前述の載置台２０の中心軸の溝２５ａへ熱伝導ガスを供給し、隙間４０に半径方向で外側へ向かう熱伝導ガスの流れを形成する。これにより、上記のような反応生成物の回り込み等も防止される。

【0111】

また、この際、制御部１１０は、第１のガス供給部１０１から供給室１２を介して処理室１３へ不活性ガスを供給及び充填し、試料１０の表面ｓ１にかかる圧力と、裏面ｓ２の隙間４０に流れる熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる。これにより、試料１０の位置がＸ方向及びＹ方向でずれることや、Ｚ方向で上に遊離すること等が防止される。また、ずれ止め部２９に試料１０の端部が繰り返し接触することも防止される。

【0112】

ただし、処理室１３の試料１０の表面ｓ１に対して充填される不活性ガスの圧力が高すぎると、表面ｓ１から反応生成物が揮発及び脱離しにくくなる。よって、制御部１１０は、試料１０の表面ｓ１の不活性ガスの圧力を所定値以下とし、その圧力と、試料１０の裏面ｓ２の熱伝導ガスの圧力とを、適切に調整してバランスさせる。

【0113】

Ｓ２で、詳しくは、試料１０の温度Ｔｗは、加熱により、例えば温度Ｔ１となる。処理室１３の試料１０の表面ｓ１に対する圧力は、第１の圧力Ｐ１にされる。この時、流量としては、第１の圧力Ｐ１に関係付けられる第１の流量Ｆ１にされる。図７中の期間Ｇ２は、Ｓ２及びＳ３に対応して、処理室１３に不活性ガスが供給される期間を示す。第１の熱伝導ガスの流量は、第２の流量Ｆ２にされる。この時、圧力としては、第２の流量Ｆ２に関係付けられる第２の圧力Ｐ２にされる。また、時点ｔ３から時点ｔ６の期間では、第３の熱伝導ガスの流量の制御はオフにされ、流量は０である。

【0114】

また、Ｓ２の期間では、リフトピン３０、試料１０及び隙間４０の高さＨが、所定の第１の高さＨ１にされる。第１の高さＨ１は、後述のＳ３の時の第２の高さＨ２よりも大きい。試料１０は、Ｚ方向で載置台２０から離され、ランプ１６に近付く位置となる。これにより、加熱効率が高くなる。

【0115】

次に、Ｓ３で示す第１冷却工程に移る。Ｓ２で反応生成物を揮発させるために加熱された試料１０は高温の温度Ｔ１となっている。この高温の試料１０をそのまま載置台２０の上面ｓ３に載置、静電吸着させて冷却を行う場合、膨張していた試料１０が縮み、載置台２０との摩擦が比較的大きく発生する。

【0116】

そのため、Ｓ３の第１冷却工程では、リフトピン３０により試料１０を所定の第２の高さＨ２の位置に持ち上げた状態で、基準の温度Ｔ２以下になるまで、試料１０の冷却を実行する。試料１０の冷却は、温調器１７からの載置台２０の冷却、及び第２の熱伝導ガスによる熱伝導を通じて行われる。

【0117】

また、真空状態の処理室１３内での熱伝導の効率を改善するために、試料１０の裏面ｓ２に熱伝導ガスが流される。即ち、第２のガス供給部１０２から、冷媒に対応する第２の熱伝導ガスが溝２５ａへ供給される。第２の熱伝導ガスは、第２の高さＨ２の隙間４０で中心軸から半径方向へ流れ円周から流れ出る。Ｓ３では、第２の熱伝導ガスの流量は、第４の流量Ｆ４にされ、それに対応する圧力が第４の圧力Ｐ４である。

【0118】

また、試料１０の裏面ｓ２に熱伝導ガスを流すだけでは、Ｓ２の加熱脱離工程の時と同様に、試料１０の位置ずれ等が発生する恐れがある。そのため、Ｓ３でも、第１のガス供給部１０１により処理室１３に所定の不活性ガスを供給及び充填する。Ｓ３で処理室１３内の試料１０の表面ｓ１の圧力は、第３の圧力Ｐ３にされ、それに対応して流量が第３の流量Ｆ３にされる。制御部１１０は、試料１０の表面ｓ１にかかる第３の圧力Ｐ３と、裏面ｓ２にかかる第４の圧力Ｐ４とをバランスさせる。これにより、Ｓ３でも、試料１０の位置ずれ等が防止される。

【0119】

また、Ｓ３の第１冷却工程では、できるだけ冷却効率を高めるために、Ｓ２の加熱脱離工程よりも、高い圧力で不活性ガスを充填し（Ｐ１＜Ｐ３）、その圧力に合わせて、試料１０の裏面ｓ２に流す第２の熱伝導ガスの圧力及び流量を増加させる（Ｐ２＜Ｐ４，Ｆ２＜Ｆ４）。これにより、隙間４０の第２の熱伝導ガスを介して載置台２０と試料１０との熱伝導が促進される。

【0120】

また、Ｓ３では、冷却効率を高めるために、リフトピン３０の高さＨを、Ｓ２の時の第１の高さＨ１よりも小さい第２の高さＨ２とし（Ｈ１＞Ｈ２）、試料１０を載置台２０の上面ｓ１により近付けた状態とする。これにより、温調器１７から空洞２１の冷媒を通じて冷却されている載置台２０と、試料１０との間での熱伝導が促進される。

【0121】

次に、制御部１１０は、モニタ値に基づいて、試料１０の温度が、基準の温度Ｔ２以下になった場合、即ち時点ｔ５で温度Ｔ２になったタイミングで、Ｓ３の第１冷却工程からＳ４の第２冷却工程へ遷移させる。即ち、制御部１１０は、Ｓ３の不活性ガス及び熱伝導ガスの供給を停止し、処理室１３の圧力を減少させる。基準の温度Ｔ２は、摩擦力が許容範囲内になる規定値を示す。これにより、処理室１３の圧力は、第３の圧力Ｐ３から圧力Ｐ０に下がる。試料１０の裏面の圧力は、第４の圧力Ｐ４から０に下がる。

【0122】

処理室１３の圧力が高いまま、試料１０を載置台２０の上面に吸着させようとする場合、試料１０と載置台２０の間のガスによって試料が１０の位置ずれ等を生じる恐れがある。よって、制御部１１０は、上記ガス供給の停止、圧力減少の制御を行う。

【0123】

制御部１１０は、処理室１３の圧力が規定値まで下がった時点で、Ｓ４で示す第２冷却工程を実行する。Ｓ４では、ピン駆動部１０３によりリフトピン３０の高さＨを０にして隙間４０を無くす。そして、電極駆動部１０４から電極２４に電圧を印加して、試料１０を載置台２０に静電吸着する。そして、第２のガス供給部１０２の第２ガス制御部２０２から、所定の流量及び温度の第３の熱伝導ガスを、溝２５ｂ及び溝２５ｃによる空洞へ供給及び充填する。これにより、第３の熱伝導ガスを介して載置台２０及び試料１０が冷却される。Ｓ４では、第３の熱伝導ガスの流量の制御として、Ｓ１の時と同様に、流量が所定の流量Ｆｘと０とで変動するように制御される。

【0124】

Ｓ４では、高さＨが０であり、試料１０の裏面ｓ２と載置台２０の上面ｓ３とが接した状態で冷却が行われる。その試料１０はＳ３で熱膨張による載置台２０との摩擦が問題無くなる温度まで冷却済みである。そのため、Ｓ４の冷却では、摩擦による位置ずれ等の問題は生じない。

【0125】

上記Ｓ４の終了により第１サイクル６０１が終了し、次に第２サイクルが同様に実行される。このプラズマ処理のシーケンスでは、１つのサイクルを、所定のエッチング量となるまで、数回から十数回程度繰り返す。そして、最終の第Ｎサイクル６０２におけるＳ４の第２冷却工程では、試料１０の温度Ｔｗが、搬送部により搬出可能な所定の温度Ｔ３まで下がった時点ｔ９で、搬送部により試料１０を搬出する。これにより、プラズマ処理が終了する。

【0126】

実施の形態のプラズマ処理方法では、上記プラズマ処理のシーケンスの通り、試料１０と載置台２０との摩擦、試料１０の位置ずれ、微小異物の発生、等を防止することができる。

【0127】

［効果等］
以上説明したように、実施の形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、試料１０と載置台２０との摩擦や位置ずれ等を防止または低減でき、処理の品質や効率を高めることができ、等方的で高選択性を持つエッチング等を実現できる。

【0128】

実施の形態のプラズマ処理装置は、加熱を伴う工程であるＳ２の加熱脱離工程と、冷却を伴う工程であるＳ３の第１冷却工程とを含むプロセスを繰り返すプラズマエッチング処理を行う。その際、プラズマ処理装置は、処理効率を高めるため、即ち熱伝導ガスを用いた熱伝導を促進するため、特有のガス供給制御を行う。即ち、プラズマ処理装置は、リフトピン３０の高さを制御して、載置台２０と試料との隙間４０を意図的に形成し、その隙間４０に中心軸から円周へ向かうように熱伝導ガスを流す。同時に、プラズマ処理装置は、試料１０の表面ｓ１に対しても不活性ガスを流す。そして、プラズマ処理装置は、試料１０の表面ｓ１のガスの圧力と裏面ｓ２のガスの圧力とをバランスさせる。

【0129】

これにより、試料１０と載置台２０との熱伝導を促進しながら、試料１０と載置台２０との摩擦や位置ずれ等も防止できる。また、摩擦による試料１０の磨耗、微小異物の発生、ずれ止め部２９との接触によるダメージ等を防止できる。また、ガスで微小異物が流されて試料１０へ付着することによる品質低下や、載置台２０の性能低下等を防止できる。

【0130】

実施の形態のプラズマ処理装置等の変形例として、以下が挙げられる。真空容器１１の構成としては、供給室１２と処理室１３とが１つの室に統合された構成でもよい。また、第１のガス供給部１０１から、不活性ガスを、直接、処理室１３内に導入する構成としてもよい。

【0131】

プラズマ処理方法としては、図７のプラズマ処理のシーケンスの一部の工程を省略した形態も可能である。例えば、Ｓ３やＳ４のような冷却を伴う工程を省略したプラズマ処理のシーケンスも可能である。例えば、Ｓ２のような加熱を伴う工程を省略したプラズマ処理のシーケンスも可能である。

【0132】

変形例として、プラズマ処理装置は、Ｓ２の加熱脱離工程の期間内で、リフトピン３０の高さを複数段階で変えるように調整してもよい。例えば、前述の第１の高さＨ１について、更に、高さＨ１ａ、高さＨ１ｂ、等の複数段階が設けられる。例えば、Ｈ１ａ＞Ｈ１ｂである。最初、ランプ１６に近付けた位置Ｈ１ａとし、次にランプ１６から離した位置Ｈ１ｂにする。

【0133】

同様に、変形例として、プラズマ処理装置は、Ｓ３の第１冷却工程の期間内で、リフトピン３０の高さを複数段階で変えるように調整してもよい。例えば、前述の第２の高さＨ２について、更に、高さＨ２ａ、高さＨ２ｂ、等の複数段階が設けられる。例えば、Ｈ２ａ＜Ｈ２ｂである。最初、載置台２０に近付けた位置Ｈ２ａとし、次に載置台２０から離した位置Ｈ２ｂにする。

【0134】

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。実施の形態では、誘導結合によるプラズマ生成手段を適用したが、これに限らず、容量結合型や、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）等のプラズマ生成手段も適用可能である。

【0135】

［付記］
実施の形態のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法として、以下が可能である。

【0136】

（１） プラズマ処理装置は、Ｓ２の加熱脱離工程の際、リフトピンを第１の高さとした第１の状態にし、第１の状態において、加熱部により試料を加熱し、第１のガス供給部により処理室に不活性ガスを供給し、第２のガス供給部により載置台の流路を通じて試料の裏面に熱伝導ガスを供給して、試料と載置台との隙間に熱伝導ガスを流し、第１の状態における、試料の表面の不活性ガスの圧力と、試料の裏面の熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる（Ｐ１≒Ｐ２）。

【0137】

（２） プラズマ処理装置は、Ｓ３の第１冷却工程の際、リフトピンを第２の高さとした第２の状態にし、第２の状態において、冷却部により載置台を冷却し、第１のガス供給部により処理室に不活性ガスを供給し、第２のガス供給部により載置台の流路を通じて試料の裏面に熱伝導ガスを供給して、試料と載置台との隙間に熱伝導ガスを流し、第２の状態における、試料の表面の不活性ガスの圧力と、試料の裏面の熱伝導ガスの圧力とをバランスさせる（Ｐ３≒Ｐ４）。

【0138】

（３） プラズマ処理装置は、更に、上記（１）の第１の状態の動作の後、上記（２）の第２の状態の動作を行い、第１の状態の動作と第２の状態の動作とを含むプロセスを複数回繰り返す。

【0139】

（４） 上記（１）〜（３）のプラズマ処理装置は、更に、静電吸着を行う。上記（１）のプラズマ処理装置の制御部は、第１の状態の後、ピン駆動部を通じてリフトピンにより試料の裏面を載置台の上面に接する状態として、電極駆動部により電極に電圧を印加して、試料を載置台に静電吸着させる。同様に、上記（２）のプラズマ処理装置の制御部は、第２の状態の後、試料を載置台に静電吸着させる。

【0140】

（５） 上記（３）のプラズマ処理装置の制御部は、更に、第１の状態の時の試料の表面の不活性ガスの圧力よりも、第２の状態の時の試料の表面の不活性ガスの圧力を大きくし、かつ、第１の状態の時の試料の裏面の熱伝導ガスの圧力よりも、第２の状態の工程の時の試料の裏面の熱伝導ガスの圧力を大きくする（Ｐ１＜Ｐ３，Ｐ２＜Ｐ４）。

【0141】

（６） 上記（１）〜（３）のプラズマ処理装置の制御部は、更に、第１の状態の工程または第２の状態の工程またはその両方の工程の際、リフトピンの高さ、即ち試料の高さ及び隙間の高さを、複数の段階で変化させる。例えば、上記（３）のプラズマ処理装置は、第１の状態の時にはリフトピンの高さを第１の高さとし、第２の状態の時にはリフトピンの高さを第１の高さよりも低い第２の高さにする（Ｈ１＞Ｈ２）。

【0142】

（７） 上記（１）〜（３）のプラズマ処理装置は、更に、第１のガス供給部により処理室の試料の表面に不活性ガスを一様に供給し、第２のガス供給部により載置台の流路を通じて試料の裏面の中心軸の位置に熱伝導ガスを供給し、隙間において、中心軸の位置から半径方向へ熱伝導ガスが流れて試料の円周から外側へ流れ出るようにする。

【0143】

（８） 上記（１）のプラズマ処理装置は、更に、載置台の上面において、中心軸の位置に、流路につながる第１の溝が設けられており、第１の溝よりも外周の位置に第２の溝が設けられている。制御部は、第１の状態の工程の前または後またはその両方の時に、ピン駆動部を通じてリフトピンにより試料の裏面を前記載置台の上面に接する状態として、第２のガス供給部により第２の溝へ冷媒となる第３の熱伝導ガスを供給する。同様に、上記（２）のプラズマ処理装置の制御部は、第２の状態の工程の前または後またはその両方の時に、第３の熱伝導ガスを供給する。

【0144】

（９） 上記（３）のプラズマ処理装置の制御部は、更に、第２の状態の工程の後、試料の温度が規定値になった時点で、電極駆動部を通じて電極に電圧を印加して試料を載置台に静電吸着させる。

【符号の説明】

【0145】

１０…試料、１１…真空容器、１２…供給室、１３…処理室、１４…整流板、１５…コイル、１６…ランプ、１７…温調器、１８…温度計、２０…載置台、２１…空洞、２２…金属板、２３…誘電体膜、２４…電極、２５…溝、３０…リフトピン、４０…隙間、１０１…第１のガス供給部、１０２…第２のガス供給部、１０３…ピン駆動部、１０４…電極駆動部、１１０…制御部、１１１…モニタ部、１１２…制御処理部、１１３…駆動制御部、１１４…設定部、２０１…第１ガス制御部、２０２…第２ガス制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】