JP2014150160A - プラズマ処理装置および試料台 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウエハの温度の変化を高速化し温度の調節の精度を向上して処理の効率を向上できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】真空容器内部の処理室内に配置された試料台上にウエハを載置して前記処理室内に形成したプラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、前記試料台の内部に径方向と周方向に分けられた各々複数の領域に対応したヒータ部分を有し、少なくとも径方向外周側の領域のヒータは直列に接続され各々で発熱量調節された複数の周方向部分を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、真空容器内の処理室内に配置されたウエハをこの処理室内に発生させたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置またはこのプラズマ処理装置に配置される試料台に係り、特に、当該処理室内に配置されウエハが載せられる試料台の温度を調節しつつ処理するプラズマ処理装置または試料台に関する。
上記のようなプラズマ処理装置においては、従来より、半導体ウエハ等の基板状の試料の表面に形成された膜が複数積層されている所謂多層膜をエッチング処理する時間を短縮するために、上下に隣り合う膜を同一の処理室内部で且つこれらの膜の各々の処理の間に処理室外にウエハを取り出すことなく処理することが考えられてきた。また、このような装置では、より微細な加工を高い精度で行うことが求められており、これを実現する為には、処理対象の膜をエッチング等の加工処理した結果の形状のウエハの面方向（径方向、周方向）について均一性を高くすることが必要となる。このため処理対象の膜の処理中に、ウエハがその上面に配置された載置面上にウエハが載せられた試料台ひいてはウエハの温度を当該処理に適切な値となるように調節することが行われてきた。
このような温度の調節する技術としては、たとえば特許文献１に開示されるように、ウエハが載せられる面を構成する試料載置台の上部をセラミック製の円板状の部材及びこれに接続されて下方に配置された加熱器を配置し、加熱器の発熱量を調節して、セラミック製の円板及びその上面に載せられるウエハの温度を加工するのに適したものにするものが知られている。特に、特許文献１では、円板形状のセラミック基板の表面または内部に抵抗発熱体が形成されてなるセラミックヒータであって、前述セラミック基板の外周部分には、円周方向に分割された少なくとも２以上の回路からなる抵抗発熱体が形成されるとともに、外周部分に配置された上記抵抗発熱体も内側に、別の回路からなる抵抗発熱体が形成されているものが開示されている。
この従来技術において、抵抗発熱体であるヒータには金属や耐熱性の樹脂内に導電性材料や半導体材料を混入して形成した材料が用いられ、試料台の内部に配置された貫通孔の内部に配置されたコネクタにより電力が供給される。また、試料台の中心側と外周側との２つの領域の各々にヒータが配置されて、これらに異なる大きさの電力が供給されるようにヒータ各々が異なるコネクタを介して電源と接続されている。上記従来技術は、このような構成により、試料台及びその上方に載せられるウエハの温度を中心側部分と外周側部分とで発熱量を独立して所望の値にすることで、ウエハの中心から外周に向かう（円板形状のウエハの半径)方向に変化する温度の値の分布を得られるものである。
特開２００２−２３１４２１号公報
上記の従来技術においては、以下の点について十分に考慮されておらず問題が生じていた。
すなわち、近年は、半導体デバイスの加工寸法の微細化と高精度化との要求に対して、半導体デバイスの製造工程におけるウエハの周方向、特にウエハの最外周縁部分における温度の不均一による膜の処理結果のウエハの面方向についての加工結果のばらつきが増大していることが問題となっている。特に、ウエハ径の更なる大型化に伴って、ウエハ外周長が長くなることにより試料台の載置面上にウエハが載せられた状態で載置面の外周縁より外側にオーバーハングして試料台とは接しておらず試料台による温度調節が不十分となるウエハの外周縁部(エッジゾーン)は、相対的に高い温度で処理がされる場合にウエハ周方向についてその冷却(熱伝達)のばらつき或いはプラズマからの入熱量のばらつきにより外周部の周方向への温度のばらつきが大きくなることが問題となっていた。
このような問題に対して、上記ヒータを周方向に複数に分割された領域毎に配置して、各々の領域内のヒータを、上記従来技術の径方向に分割された領域毎に配置された複数のヒータの発熱量の制御と同様に、周方向の複数領域の各々内に配置された複数ヒータに供給される電流を制御することで、入熱量や熱伝達量のばらつき、ウエハの温度のばらつきを補正することが考えられる。しかしながら、このような構成においては、処理室内に形成したプラズマを用いてウエハを処理する際に試料台に高周波電力によるバイアス電位を形成する場合に、給電線の静電容量の増加によって高周波電力の漏洩量が増加してしまい、ウエハのエッチング速度（処理レート）が不均一となってしまったり、半導体デバイスとなる膜構造へ静電ダメージが発生してしまい歩留まりが低下してしまったりという問題が生起することについて、上記従来技術では考慮されていなかった。
本発明の目的は、処理対象のウエハの周方向の温度のばらつきを低減して高い精度の処理を実現するプラズマ処理装置または試料台を提供することにある。
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上にウエハを載置して前記処理室内に形成したプラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、円筒形上を有する前記試料台の内部に配置されその中心から外周側へ向かう径方向および前記中心周りの周方向について分けられた複数の領域内に配置された複数のヒータと、これらの複数のヒータの発熱量を調節する制御部とを備え、前記中心から同じ半径上の前記周方向の複数の領域内に配置された複数のヒータが直流電源に対して直列に配置されて回路を構成し前記制御部により各々の発熱量が調節されることにより達成される。
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示す縦断面図である。 図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して示す縦断面図である。 図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して示す横断面図である。
以下、図を用いながら本発明の実施例を説明する。
以下、本発明の実施例を図１乃至３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縦断面図である。本実施例のプラズマ処理装置は、マイクロ波によるＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）を用いてプラズマ（マイクロ波ＥＣＲプラズマ）を形成するエッチング処理装置を示している。
プラズマ処理装置１００は、大きく分けて、内部に円筒形状のプラズマ処理用の処理室１０３を有する真空容器１０１とその上方に配置された電界および磁界の供給手段を備えたプラズマ形成部、および真空容器１０１の下方に配置され処理室１０３内からのガスや粒子を排気する真空ポンプを有し処理室１０３内部を減圧された所定の真空度の圧力に調節する排気部とを備えている。さらに、プラズマ処理装置１００はこれを構成する部分各々の動作を検知した結果を受信し当該動作を調節するための指令信号を発信するコントローラ１１２を含む制御部を有している。
真空容器１０１の上部は円形の開口部を有しこの開口は円板形状の例えば石英製の誘電体窓１１４により覆われて、真空容器１０１の開口を構成する上端部と誘電体窓１１４の外周縁部との間でシール部材が挟まれて処理室１０３内と外部の大気圧の雰囲気との間が気密に封止される。誘電体窓１１４の下側の処理室内にはプラズマ処理に用いられるエッチング用のガスが通流する複数の貫通孔を備えた誘電体製（例えば石英製）の円形のシャワープレート１１５が配置されている。
シャワープレート１１５と誘電体窓１１４との間にはこれらに挟まれた空間によりガスの供給路が形成され、ガス源とこれからのガスの流量、速度を調節する調節器とを備えたをガス供給装置（図示省略）が連結されている。シャワープレート１１５の下面は処理室の天井面を構成し、円筒形の処理室１０３内でその上下方向の軸同士を一致させて配置された円筒または円板形を有した試料台１０７の円形の上面と対向して配置されている。
真空容器１０１下方には排気部が真空容器１０１下面と連結されて配置され、これを構成するターボ分子ポンプ等の真空排気装置１０２は、試料台１０７の下方の処理室１０３の下部に配置された開口である真空排気口を介して処理室１０３内部と連通されている。また、図示していないが、真空排気装置１０２と真空排気口との間には複数枚の板形状を有し真空排気口を横切る方向に延在する軸の周りに回転するフラップを有し、当該フラップの回転によって真空排気口の開口の度合、例えば開口の面積が増減されて当該排気口から流出する処理室１０３内部からのガスや粒子の流量や速度が増減する。本実施例では、コントローラ１１２からの指令信号に応じて上記開口の度合の増減とシャワープレート１１５の複数の貫通孔からの処理用ガスの供給の流量、速度の増減とが調節され、これらのバランスにより処理室１０３内部の圧力が所望の範囲内に調節される。
真空容器１０１の上方に配置されたプラズマ形成部は、誘電体窓１１４の上方でこれと連結されて配置された断面が円形および矩形を有する導波管１０５を備えている。導波管１０５の一方の端部である下端部は下方の処理室１０３または誘電体窓１１４に対して開放された開口を有し、上端部である他端部にはマイクロ波の電界を発振するマグネトロン１０４が配置されている。マイクロ波の周波数は特に限定されないが、本実施例では２．４５ＧＨｚが使用される。
導波管１０５の断面が矩形である部分は、図上左右方向である水平方向にその軸が延在する管路であり、片方の端部のマグネトロン１０４で発信されて形成されたマイクロ波の電界は水平方向に伝播して軸に沿ってもう片方の端部に向けて進行する。断面が矩形部はもう片方の端部において中心の軸が上下方向に延びる断面が円形の円筒部と連結され、マイクロ波の電界は円筒部内部を伝播して下方の誘電体窓１１４あるいは処理室１０３内部に向けて進行する。
真空容器１０１の外周部には、処理室１０３内部に磁界を供給する磁場発生コイル１１３が処理室１０３の上方および側方の周囲を囲み配置されている。磁場発生コイル１１３の磁場強度は、マグネトロン１０４で発振された２．４５ＧＨｚの電界に合わせて処理室１０３内に効率的にプラズマを形成できるように調節されている。
導波管１０５の円筒部の下端部は、その径が円筒部より大きくされて処理室１０３の径に合わせられた円筒形の拡大導波管部１０６の上部に接続されている。円筒部を伝播して拡大導波管部１０６内に進入した電界はその内部で所定の電界モードで共振された後、当該モードの電界が誘電体窓１１４及びシャワープレート１１５を透過して処理室１０３内部のシャワープレート１１５および試料台１０７上部の載置面との間に形成されたプラズマ形成用の空間内に導入される。
処理室１０３に導入されたマイクロ波の電界は、磁場発生コイル１１３による磁場との相互作用よって、シャワープレート１１５を介して処理室１０３に供給されたエッチング用ガスを励起して処理室１０３にプラズマを生成させる。処理室１０３内のシャワープレート１１５の下方に処理室１０３を形成するよう間隔をあけて配置された試料台１０７は、その上面を構成し溶射によって形成された誘電体材料の皮膜（図示省略）が試料台１０７の基材の上部に配置され、この皮膜が処理対象の基板であるウエハ１１６の円形の載置面を構成する。
試料台１０７の金属製の基材には、マッチング回路１１７を介して高周波電力を印加してウエハ１１６上方にバイアス電位を形成するためバイアス電源１０８が電気的に接続されている。本実施例では、バイアス電源１０８から供給される高周波バイアス電力は、数百Ｈｚ〜５０ＭＨｚ程度の範囲、より好ましくは４００Ｈｚ〜４０MHzの範囲の周波数を有している。尚、バイアス電源１０８はアースと電気的に接続されて接地されている。
バイアス電源１０８が印加される基材は試料台１０７内部に配置された電極であって、円板または円筒形状を有している。その下面とバイアス電源１０８との間を電気的に接続して電力が供給される給電経路上にマッチング回路１１７が試料台１０７の真空容器１０１の外側に配置されている。後述のようにバイアス電源１０８およびマッチング回路１１７は、制御装置１１２と通信手段を解して通信可能に接続され、制御装置１１２からの指令信号を受信してその動作を指令信号に応じて調節されると共にその動作の状態を検知した結果の信号を制御装置１１２に送信する。
図示を省略しているが、上記誘電体製の皮膜内にはタングステン等の金属の導電体材料から構成された膜状の静電吸着用の電極が配置されている。静電吸着用の電極には高周波フィルター回路（図示省略）を介して静電吸着用直流電源１１０が電気的に接続されて、ウエハ１１６が皮膜上に載せられた状態でこの電源からの電力が電極に供給されて皮膜およびウエハ１１６内に形成された電荷の分極により生じる静電気力を用いてウエハ１１６が皮膜上面に吸着されて試料台１０７上に保持される。
皮膜の内部において静電吸着用の電極の下方には、膜状のヒータ電極が複数個配置されている。これらのヒータ電極はヒータ電極用直流電源１０９と接続されている。なお、ヒータ電極用直流電源１０９は、この場合、試料台１０７内に設けられるヒータ電極の個数と同じ数が配置されて各々対応するものに電気的に接続されている。
ヒータ電極はこれに直流電力を供給するヒータ用直流電源１０９との間にの給電用の経路上に、バイアス電源１０８からの高周波電力がヒータ電極に印加されて発熱量に所期のものからずれてしまう等の悪影響を抑制するためにフィルター１１８が配置されている。本実施例では、フィルター１１８は真空容器１０１または処理室１０３の外側に配置されており、高周波電力に対するインピーダンスを高くされている。
金属製の基材の内部であって皮膜の下方には、内部を後述する温調器（温度調整器）１１１により所定の範囲の温度にされた熱交換媒体（本実施例では基本的に基材を冷却するので冷媒）が通流する冷媒流路（図示省略）が、円板または円筒形の基材の中心の周りにら旋あるいは同心の多重の円弧状に配置されている。冷媒流路はその入口および出口が温調器１１１と連結された冷媒管と基材の下面で接続されている。
このような構成のプラズマ処理装置１００において、処理対象のウエハ１１６は、真空容器１０１の側壁と連結され内部が処理室１０３と同じ程度の真空度まで減圧された搬送容器から上記真空容器１０１の側壁上に配置された開口であるゲート(図示せず)を通してロボットアーム等の搬送手段に載せられて処理室１０３内に搬送され、試料台１０７上でこれに受け渡され皮膜上に載せられる。ゲートは、搬送容器内部に配置され上下方向に移動するゲートバルブにより開口が開放および気密に閉塞される。
ウエハ１１６が試料台１０７に受け渡されるとロボットアームは処理室１０３から搬送容器内に退出してゲートバルブによりゲートが気密に閉塞される。この後、皮膜内の静電吸着用の電極に電力が印加されてウエハ１１６が皮膜上に静電吸着されて保持されると、処理室１０３内は処理用のガスが導入されるとともに内部の圧力が処理に適した所定の値に調節され、処理室内に電界および磁界が供給された結果処理ガスが励起されてプラズマが形成される。
試料台１０７の基材内部の電極、或いは基材に高周波電力がバイアス電源１０８から供給された結果、ウエハ１１６上方にプラズマとの間に所定の電位差を有するバイアス電位が形成されてウエハ１１６上の膜構造のプラズマを用いた処理、本実施例ではエッチング処理が開始される、特に、プラズマ中の荷電粒子がバイアス電位とプラズマの電位との間の電位差に応じてウエハ１１６の表面に誘引され衝突することで、ウエハ１１６上の膜構造の処理対象の膜の異方性処理が促進される。
処理時間やプラズマの発光、ウエハ１１６または試料台の電位等の検出結果から所定の処理が終了したことがコントローラ１１２を含む制御部により検出されると、バイアス電源１０８からのバイアス用の高周波電力が停止され、さらいプラズマが消火されて処理が終了する。ウエハ１１６の静電吸着用直流電源１０９からの電力が停止または複数の静電吸着用電極への極性を逆にして電荷を中和させる除電の工程が行われた後、図示しないプッシャピン等の持ち上げ用の手段によりウエハ１１６が試料台１０７上方に持ち上げられる。
ゲートバルブが開放されてゲートを通してロボットアームがそのアームを伸張させて処理室１０３内に進入してウエハ１１６をその先端部のハンド等保持部に受け取った後、アームを収縮させてウエハ１１６を処理室１０３外に搬出する。この後、ゲートを開放したままロボットアームは別の処理が終了していない別のウエハ１１６を処理室１０３内に搬入することもある。処理室１０３内でのウエハ１１６の処理が終了したと制御部が判定すると、別のウエハ１１６が搬入されるまで、ゲートバルブはゲートを気密に閉塞した状態を維持するように制御部が指令する。
図２及び図３によりに試料台１０７の詳細構造を示す。図２は、図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して示す縦断面図である。図３は、図１に示す実施例の試料台の構成を拡大して示す横断面図である。特に図３は、試料台１０７の基材上面を被覆する皮膜を、上下方向についてその内部のヒータ電極の高さの位置での水平方向の断面を模式的に示している。
本実施例において、バイアス電源１０８が電気的に接続された試料台１０７の基材２１０上面にはこれを覆う誘電体製の皮膜である誘電体膜２１１が配置されている。ウエハ１１６がその上に載せられて吸着保持される誘電体膜２１１の上面の下方には複数の静電吸着用電極２０１が配置されている。さらに、誘電体膜２１１内の静電吸着用電極２０１の下方には温度調整用の内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０４が配置されている。
内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０３は、後述のように、円形またはこれと見倣せる程度に近似した形状を有するウエハ１１６の形状に合わせて円形または略円形の上面を有する誘電体膜２１１の円形の中央部とこれを囲んでリング上に配置された外周側部とこれらの間の中間部との各々の領域内に配置されている。内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０３各々は、個々用のヒータ用直流電源１０９と電気的に接続されて電力が供給されており、各々と電気的に接続された給電用に内側ヒータケーブル２０５、中間ヒータケーブル２０６、外側ヒータケーブル２０７が金属製の円板形状を有した基材２１０の下面から下方に引き出されている。
また、本実施例においては、外周側部の領域内に配置された外側ヒータ２０４は、ウエハ１１６の載置面を構成する円形の中心について同じ半径位置、同じ周方向の角度、同じ長さの円弧状に分けられた複数の領域であるアークの各々の内部に円弧状抵抗体が配置され、これら複数の抵抗体の隣接するもの同士を抵抗の小さい導体で直列に接続する接続部（図３上破線で図示）を有した構成を備えている。接続部の長さ或いは周方向についての角度は、円弧状の領域と比べて遥かに小さいものであり、実質的に外側ヒータ２０４は複数の円弧状抵抗体により構成されていると見倣せる。
また、図２には図示されていないが、複数の円弧状抵抗体と同数の電流制御素子２０８の各々が対応する円弧状抵抗体の円弧の両端に電流制御素子ケーブル２０９により電気的に接続されている。すなわち、電流制御素子２０８の各々が対応する円弧状抵抗体と並列に接続されて電気回路を構成している。なお、図２では、電流制御素子は２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃの３個が示されているが、本実施例においては、外周側部のアークは４個のほぼ９０度と見倣せる角度と位置とを占めて配置され、図３に示すように実際には電流制御素子２０８ｄを有している。
図３に示すように、本実施例の試料台１０７の上面を構成する載置面は、その上方から見て、円形の載置面の中心を含む円形の中央部３０２とその外周側でこれを囲んで配置されたリング形状を有した中間部３０３、外周側部３０４を有している。これら中央部３０２、中間部３０３、外周側部３０４の領域に対応する誘電体膜２１１の内部に各々がリング形状に配置された内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０４が配置されている。
誘電体膜２１１内部に配置された内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０４の各々において、配置される膜状の抵抗体は、各々において複数の同じ半径位置、同じ角度、同じ長さの円弧状抵抗体から構成されている。さらに、内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０４の各々において、より外周側のヒータの円弧状抵抗体の数の方がより中央側のヒータのものより多く配置されている。つまり、依り中央側のヒータでの円弧状抵抗体が占める周方向の角度はより外周側のヒータでのものより大きくなっている。
なお、内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０４の各々は、各々に電気的に接続されたヒータ用直流電源１０９から各々制御部により指令された所定の値の電力が供給される。なお、本実施例では、内側ヒータ２０２は試料台１０７載置面の中心を含む円形の抵抗体である内側中央部ヒータ２０２ａと、これを囲み前記中心に対して２つの同じ半径位置、同じ周方向角度、同じ長さの円弧状抵抗対である内側外周部ヒータ２０２ｂとを備えている。これら内側中央部ヒータ２０２ａと内側外周部ヒータ２０２ｂとは、同じヒータ用直流電源１０９からの電力が供給される。
本実施例では、内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０４の各々は、各々を構成する何れか一つの抵抗体に電気的に接続されたコネクタを給電口として備え、給電口とは別の抵抗体に接続されたコネクタを送電口として備えている。本実施例の円弧状抵抗体は、単一の円弧をなす膜状のヒータとして示されているが、給電口から送電口まで周方向に折り返して複数の異なる半径位置を占めて中央部、中間部、外周側部の領域を被覆するように配置しても良い。
内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３各々の抵抗体にも電流制御素子２０８が並列に接続されており、各々のヒータに電気的に接続されたヒータ用直流電源１０９との間で電気回路を構成している。さらに、各電流制御素子２０８は、制御部１１２を構成する演算装置、記憶装置、入出力装置を含む制御装置３０１により、その動作による電流量の調節が制御される。本実施例の制御装置３０１は、真空容器１０１外部に配置されている。
このように、本実施例では、中央部、中間部、外周側部の各々で各抵抗体に供給される電流の量が、これに並列に接続された電流制御素子２０８の動作により適切な値の範囲内に調節されることで、円弧状抵抗体の発熱量が所望の範囲となるように調節される。このことにより、載置面の中心の周方向について載置面である誘電体膜２１１の上面の温度の値の増減を適切なものに調節できる。
各々の電流制御素子２０８はこれに並列に接続される各々の円弧状抵抗体に流れる電流の値、量を調節する模のであれば良く、並列に接続された経路の抵抗値あるいはインピーダンスの調節、電流の遮断、オン／オフを行う素子や機器が適宜組み合わせて接続されたものでも良い。本実施例では、４つの電流制御素子２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ，２０８ｄの何れもがダイオードを備えて構成された素子である。４つの円弧状抵抗体に対応する並列の回路を構成する素子や機器は全て同じ素子で構成されている必要はなく求められる仕様に応じて適宜選択されることができる。
さらに、中央部／中間部／外周側部の各々の領域の下方の基材２１０内部でその基材２１０上面と冷媒流路との間に配置した温度センサからの出力に基づいて発熱量を調節することにより、中心から外周に向かう半径方向について中央部／中間部／外周側部の各々の領域毎に温度が独立して調節されると共に、周方向についてもアーク毎に異なる温度の値となるように分布を実現できる。このことにより、載せられたウエハ１１６の周方向の温度或いは加工結果のばらつきを低減して歩留まりを向上させることができる。
上記の通り、本実施例のエッチング処理中に、内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３、外側ヒータ２０４の各々を用いて、ウエハ載置面の中央部、中間部、外周側部の温度が円弧状の領域（アーク）毎に所望の値となるように調節される。なお、本実施例は、基材２１０内部に配置された冷媒流路には処理に先立って温調器１１１により所定の温度にされた冷媒が供給されており、処理開始時には基材２１１は処理中に生じる発熱を考慮した温度にされている。
この状態で、試料台１０７の載置面上にウエハ１１６が配置され、静電吸着用直流電源１１０からの電力供給により、ウエハ１１６が試料台１０７上に吸着保持される。このとき、図示を省略した伝熱ガス供給装置からＨｅ等の伝熱ガスが試料台内部を貫通してウエハと試料台との間に供給され、試料台とウエハとの間の熱伝達が促進されている。
ここで、以下に、外側ヒータ２０４の温度制御について説明する。同様の温度の調節の構成は内側ヒータ２０２および中間ヒータ２０３について本実施例は備えている。外側ヒータ２０４は、４つアークが周方向に各々ほぼ９０度となる角度範囲を占めるように配置され、ヒータのパターンを構成する円弧状抵抗体の一端部と他端部とに接続するケーブルの途中に電流をバイパスさせるコネクタを配置する。一つの円弧状抵抗体のコネクタの間にはこれらと電気的に接続された電流制御素子２０８が配置される。
１つのコネクタに供給された電流は複数に分かれて並列に接続された円弧状抵抗体と電流制御素子２０８とに流れる。外側ヒータ２０４は複数の円弧状抵抗体に対応して複数のアークに分けられ、それぞれ領域において各々の円弧状抵抗体に流れる電流の値が電流制御素子２０８の動作に応じて調節される。すなわち、各電流制御素子２０８はこれに流れる電流量を可変に増減することにより、これと並列に接続されている円弧状抵抗体に通流する電流の量を可変に増減させる。これらの電流制御素子２０８の動作は、電流制御素子２０８内の抵抗値或いはインピーダンス値を制御装置３０１の演算装置が算出し、当該値となるように入出力装置から各々の電流制御素子２０８に動作指令を発信することにより調節される。
本実施例では、誘電体膜２１１の各ヒータ領域に対応してこれの上方から見た投影面内である直下方の試料台１０７の基材２１０内部に配置された温度センサ（図示省略）からの出力に基づいて制御装置３０１で検出された値を用いて、ヒータ各々へ供給する電力の設定が制御装置３０１によって行なわれる。この際、外側ヒータ２０４に接続されたヒータ用直流電源１０９は定電力となるような制御が行なわれる。
外側ヒータ２０４の各々の円弧状抵抗体の各々に並列に接続されて配置されたバイパスライン上の電流制御素子２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ，２０８ｄには、制御装置３０１において処理前に予めレシピ条件毎に算出されて設定された、各々が何パーセントの電流をパイパスさせるかというバイパス比に応じた動作の指令信号が送られる。例えば、電流制御素子２０８ａには４０％のバイパス電流が流れるように指示し、電流制御素子２０８ｂには３０％、２０８ｃには１５％、２０８ｄには１５％というように、ヒータ用直流電源１０９の電力が一定になるように等しい値のバイパス電流の指示が成される。これにより、温度検出は１箇所でも、この場合、円周４分割された任意のアークの温度を任意のものとなるように調整できる。
内側ヒータ２０２、中間ヒータ２０３についても、同様の構成を備えることで試料台１０７の中心から外周側へ向かう半径方向の複数の領域の各々において、周方向の温度分布を所望のものにすることができ、より広い範囲での温度制御が可能となる。このように本実施例では、試料台１０７の誘電体膜２１１の載置面は径方向に分割された複数の領域はヒータが並列に接続されたものとなり、周方向に分割された領域では直列に接続されたものとなる。
上記説明した実施例によれば、試料台の円形の載置面を構成する誘電体の膜あるいは板部材の内部において、その同じ半径方向の位置または半径の所定の範囲において周方向に配置されたヒータは、周方向に複数分割された領域毎に直列回路で構成されている。上記実施例では給電線は従来の技術と同等のものが用いられている。
さらに、ヒータの分割された各々の領域に配置された各々の部分に印加する電力を調節するバイパス回路が各ヒータと電気的に並列に接続されている。このような構成により、ヒータの各領域の部分は直列に接続されて単一の電源からの電流が供給されると共に領域の部分毎に発熱量を異なる値に調節される。このことにより、試料台の載置面で周方向に異なる発熱量を実現でき、これら発熱量を検出したウエハまたは試料台の温度に基づいて調節することで、ウエハ、試料台の周方向の温度のばらつきを低減して、ウエハのプラズマによる処理の精度が向上する。
また、バイパス回路を構成して各アークに対応して誘電体膜２１１内部に配置された円弧状抵抗体と並列に接続された調節器およびこれと円弧状抵抗体とを電気的に接続するケーブルは、本実施例の試料台１０７の内部または処理室内に配置されている。具体的には、本実施例の試料台１０７はその基材２１０の下方の内部に大気圧にされた空間を有し、この空間の内部に上記調節器とケーブルの一部とが配置されている。一方、電気的に直列に接続された複数の円弧状抵抗体を有する外周ヒータ２０４およびバイパス回路とが構成する回路とこれに直流電力を供給するヒータ用直流電源１０９との間に配置される高周波電力を取り除く或いは低減するフィルター１１８は、試料台１０７の外部または処理室外部に配置される。
この構成において、高周波バイアス用電力に対する直列に接続されたヒータの回路とヒータ用直流電源１０９との間の給電経路上のインピーダンスは、上記高周波電力に対するバイパス回路または各々の調節器のインピーダンスよりも著しく大きくなり、バイパス回路あるいは調節器の動作によるヒータ経供給される電力量の調節に対しても、外周ヒータ２０４へ供給される電力量が大きく変動したり高周波電力による悪影響が顕在化することが低減される。これによりバイパスケーブル長が抑えられ、この結果、給電線の静電容量の増加によるバイアス電流の漏えい増加を抑制でき、ウエハレートが不均一になったり、デバイスへの静電ダメージの発生を防ぐことができる。
１００…プラズマ処理装置
１０１…真空容器
１０２…真空排気装置
１０３…処理室
１０４…電波源
１０５…導波管
１０６…拡大導波管部
１０７…試料台
１０８…バイアス電源
１０９…ヒータ用直流電源
１１０…静電吸着用直流電源
１１１…温調器
１１２…コントローラ
１１３…磁場発生コイル
１１４…誘電体窓
１１５…シャワープレート
１１６…ウエハ
１１７…マッチング回路
１１８…フィルター
２０１…静電吸着用電極
２０２…内側ヒータ
２０３…中間ヒータ
２０４…外側ヒータ
２０５…内側ヒータケーブル
２０６…中間ヒータケーブル
２０７…外側ヒータケーブル
２０８…電流制御素子
２０９…電流制御素子ケーブル
２１０…基材
２１１…誘電体膜
３０１…制御装置

Claims (5)

  1. 真空容器内部の処理室内に配置された試料台上にウエハを載置して前記処理室内に形成したプラズマを用いて前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、
    円筒形上を有する前記試料台の内部に配置されその中心から外周側へ向かう径方向および前記中心周りの周方向について分けられた複数の領域内に配置された複数のヒータと、これらの複数のヒータの発熱量を調節する制御部とを備え、 前記中心から同じ半径上の前記周方向の複数の領域内に配置された複数のヒータが直流電源に対して直列に配置されて回路を構成し前記制御部により各々の発熱量が調節されるプラズマ処理装置。
  2. 請求項１のプラズマ処理装置であって、
    前記直列に配置された複数のヒータの各々が並列に接続されて前記回路を構成し各々のヒータに流れる電流の量を調節する調節器を備えたプラズマ処理装置。
  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、
    前記調節器は前記試料台の内部またはその直下方に配置され、前記回路を構成して前記ヒータの各々および前記調節器と前記直流電源との間であって前記真空容器の外部に配置されフィルターをを備えたプラズマ処理装置。
  4. 請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
    前記試料台内部に配置された導体製の電極とこの電極に高周波電力を供給して前記ウエハの上方にバイアス電位を形成する高周波電源とを備え、
    前記調節器の前記高周波電力に対するインピーダンスが前記回路の前記ヒータと前記直流電源との間のインピーダンスより著しく小さいプラズマ処理装置。
  5. 請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
    前記径方向について分けられた複数の領域に配置された前記複数のヒータ各々が各々に対応した直流電源と電気的に接続され供給される電力が前記制御部により調節されるプラズマ処理装置。
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