JP2015216261A - プラズマ処理装置の上部電極構造、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置の運用方法 - Google Patents

プラズマ処理装置の上部電極構造、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置の運用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極構造を提供する。
【解決手段】上部電極構造は、第１のプレート、第２のプレート、及び静電吸着部を備える。第１のプレートは、同心状に設けられた第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有し、これら領域の各々には複数のガス吐出口が形成されている。静電吸着部は、第１のプレートと第２のプレートとの間に介在し、第１のプレートを吸着する。静電吸着部は、第１〜第３の領域用の第１〜第３のヒータを有する。静電吸着部と第２のプレートは、第１〜第３の領域にガスを供給する第１の供給経路、第２の供給経路、及び第３の供給経路を提供する。静電吸着部には、第１のガス拡散室、第２のガス拡散室、及び、第３のガス拡散室が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置の上部電極構造、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置の運用方法に関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造に用いられるプラズマ処理装置としては、容量結合型のプラズマ処理装置が知られている。容量結合型のプラズマ処理装置は、一般的に、処理容器、載置台、及び上部電極構造を備えている。載置台は、処理容器内に設けられており、その上に載置される被処理体を支持する。また、載置台は、下部電極を含んでいる。上部電極構造は、載置台の上方に設けられている。また、上部電極構造は、処理容器内にガスを供給するためのシャワーヘッドを構成している。
上部電極構造は、複数のガス吐出口が形成された電極プレート、即ち、第１のプレート、及び、当該電極プレートを支持するバッキングプレート、即ち第２のプレートを有している。第１のプレートは、当該第１のプレートの周縁部を第２のプレートに対して押し付けるクランプによって当該第２のプレートに対して固定される。
しかしながら、上記のクランプを利用する上部電極構造では、当該上部電極構造に熱が加わると、第１のプレートの周縁部は第２のプレートに接触するが、第１のプレートの中央部分は、第２のプレートに接触しないか、或いは、比較的弱い力で接触する。したがって、クランプを利用する上部電極構造では、第１のプレートと第２のプレートの間で均一な熱伝導を実現することができない。
そこで、下記の特許文献１に記載されているように、第１のプレートと第２のプレートとの間に静電吸着装置を介在させた上部電極構造が提案されている。特許文献１に記載された上部電極構造では、静電吸着装置は、柔軟材料からなる支持面を有している。この支持面に第１のプレートが吸着されることにより、第１のプレートと静電吸着装置との間の均一な接触が確保される。また、この上部電極構造では、バッキングプレートに形成されたガス供給経路と複数のガス吐出口を連通させるために、当該複数のガス吐出口に連続する細いガスラインが静電吸着装置にも形成されている。
特許第４４３５５６５号明細書
特許文献１に記載された上部電極構造では、静電吸着装置に形成されたガスラインがコンダクタンスを低下させる。また、特許文献１に記載された上部電極構造では、電極プレートと静電吸着装置との間の均一な接触は確保できるが、電極プレートの温度の制御性には依然として改善の余地がある。
一側面においては、容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極構造が提供される。この上部電極構造は、第１のプレート、第２のプレート、及び静電吸着部を有する、第１のプレートは、第１の領域、第１の領域を同心状に囲む第２の領域、及び第２の領域を同心状に囲む第３の領域を有する。第１の領域、第２の領域、及び第３の領域のそれぞれには、複数のガス吐出口が形成されている。第２のプレートには冷媒用の流路が形成されている。静電吸着部は、第１のプレートと第２のプレートとの間に介在し、第１のプレートを吸着する。また、静電吸着部は、第２のプレートと第１の領域との間に設けられた第１のヒータ、第２のプレートと第２の領域との間に設けられた第２のヒータ、及び、第２のプレートと第３の領域との間に設けられた第３のヒータを有する。静電吸着部は、第２のプレートと共に、第１の領域にガスを供給する第１の供給経路、第２の領域にガスを供給する第２の供給経路、及び第３の領域にガスを供給する第３の供給経路を提供する。静電吸着部には、第１の供給経路に含まれる第１のガス拡散室、第２の供給経路に含まれる第２のガス拡散室、及び、第３の供給経路に含まれる第３のガス拡散室が形成されている。
上記一側面に係る上部電極構造では、第１のプレートの直上に位置する静電吸着部に、同心状に設けられた三つのヒータが設けられている。したがって、この上部電極構造は、第１のプレートの径方向における温度の制御性に優れている。一般的に、プラズマ処理装置では、第１のプレートの中心を通る中心軸線に対して径方向において変動するプラズマ密度分布を有するプラズマが発生することがある。したがって、第１のプレートに対するプラズマからの入熱量は、径方向において変動する分布をもつ。また、このようなプラズマ密度分布により、第１のプレートがプラズマ処理によって削られる量も、径方向において変動する分布をもつ。即ち、プラズマ処理が行われることにより、第１のプレートは厚さ分布を有するようになる。このような第１のプレートの厚さ分布は、第１のプレートにおいて変動する温度分布を助長する。一側面に係る上部電極構造によれば、このような要因、即ち、プラズマ密度分布による入熱量の分布、及び、第１のプレートの厚さ分布が生じても、第１のプレートにおいて径方向に変動する温度の分布を補正することが可能である。
また、一側面に係る上部電極構造では、第１のプレートと第２のプレートの間に介在させた静電吸着部に第１のガス拡散部、第２のガス拡散部、及び第３のガス拡散部が設けられているので、静電吸着部を設けたことによるコンダクタンスの低下を抑制することが可能である。
一形態において、静電吸着部は、セラミック製の本体部、及び静電吸着用の電極を有しており、セラミック製の本体部の表面が第１のプレートの吸着面を構成する。この形態では、比較的高い剛性を有するセラミック製の本体部の表面が吸着面として機能するが、第１のプレートと静電吸着部との間の間隙にガスが進入することにより、当該ガスが第１のプレートと静電吸着部との間の熱伝達を促進する。
一形態において、第１の供給経路は、第１のガスライン、第４のガス拡散室、複数の第２のガスライン、第５のガス拡散室、複数の第３のガスライン、及び第１のガス拡散室が順に接続されることにより構成されている。複数の第２のガスライン及び複数の第３のガスラインは、第１の領域の中心軸線に対して周方向に配列されており、第１のガス拡散室、第４のガス拡散室、及び第５のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有している。また、第２の供給経路は、第４のガスライン、第６のガス拡散室、複数の第５のガスライン、第７のガス拡散室、複数の第６のガスライン、及び第２のガス拡散室が順に接続されることにより構成されている。複数の第５のガスライン及び複数の第６のガスラインは、中心軸線に対して周方向に配列されており、第２のガス拡散室、第６のガス拡散室、及び第７のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有している。また、第３の供給経路は、第７のガスライン、第８のガス拡散室、複数の第８のガスライン、第９のガス拡散室、複数の第９のガスライン、及び第３のガス拡散室が順に接続されることにより構成されている。複数の第８のガスライン及び複数の第９のガスラインは、中心軸線に対して周方向に配列されており、第３のガス拡散室、第８のガス拡散室、及び第９のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有する。
第１の供給経路の合成コンダクタンスは、複数の第２のガスライン及び複数の第３のガスラインのコンダクタンスに主として依存する。また、複数の第２のガスライン及び複数の第３のガスラインのコンダクタンスは、第１のガスラインと第４のガス拡散室の接続位置から第１の領域の複数のガス吐出口までの合成コンダクタンスに対して略等しく寄与する。したがって、この形態によれば、第１のガスラインから第１の領域の複数のガス吐出口のまでの合成コンダクタンスの差異を低減させることが可能である。同様に、第２の供給経路についても、第２のガスラインから第２の領域の複数のガス吐出口のそれぞれまでの合成コンダクタンスの差異を低減させることが可能であり、第３の供給経路についても、第３のガスラインから第３の領域の複数のガス吐出口のそれぞれまでの合成コンダクタンスの差異を低減させることが可能である。したがって、この形態によれば、第１の領域、第２の領域、及び第３の領域の各々の複数のガス吐出口から吐出されるガスの流量の差異が低減され得る。
また、この形態では、第１の供給経路、第２の供給経路、及び第３の供給経路の各々が三つのガス拡散室を含んでいる。したがって、これら供給経路の容積の差異を低減させることが可能である。その結果、これら供給経路にガスが供給されてから対応の領域のガス吐出口からガスが吐出されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。
別の側面においては、容量結合型のプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器と、当該処理容器内に設けられた載置台であり、下部電極を含む該載置台と、上述した一側面又は形態のうち何れかの上部電極構造と、を備えている。
一形態のプラズマ処理装置は、光源からの光を第１のプレートの第１の領域に照射し、第１の領域の表面及び裏面からの反射光の波長スペクトルを取得する第１の取得部と、光源からの光を第１のプレートの第２の領域に照射し、第２の領域の表面及び裏面からの反射光の波長スペクトルを取得する第２の取得部と、光源からの光を第１のプレートの第３の領域に照射し、第３の領域の表面及び裏面からの反射光の波長スペクトルを取得する第３の取得部と、第１の取得部によって取得された波長スペクトル、第２の学系によって波長スペクトル、及び、第３の取得部によって波長スペクトルに基づいて、第１の領域の表面と裏面の間の光路長、第２の領域の表面と裏面の間の光路長、及び第３の領域の表面と裏面の間の光路長をそれぞれ求める処理部と、を備え得る。この形態によれば、例えば、各領域の光路長を計測することにより、第１のプレートの交換時期を把握することが可能となる。また、この形態のプラズマ処理装置は、各領域の光路長が所定の光路長になったときに、アラームを出力するように構成されていてもよい。
一形態のプラズマ処理装置は、第１のヒータに接続された第１のヒータ電源と、第２のヒータに接続された第２のヒータ電源と、第３のヒータに接続された第３のヒータ電源と、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び第３のヒータ電源を制御する制御部と、を更に備えていてもよい。この形態では、処理部は、第１の領域の光路長、第２の領域の光路長、及び第３の光路長の光路長に基づいて、第１の領域の温度計算値、第２の領域の温度計算値、及び第３の領域の温度計算値をそれぞれ求め、制御部は、第１の領域の温度計算値、第２の領域の温度計算値、及び第３の領域の前記温度計算値に基づいて、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び第３のヒータ電源を制御する。この形態によれば、第１のプレートの各領域の温度計算値に基づいて、各領域に対応のヒータ電源を制御して、各領域の温度を補正することが可能となる。
一形態では、制御部は、第１の領域の温度、第２の領域の温度、及び第３の領域の温度が実質的に同一となるよう、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び第３のヒータ電源を制御する。この形態によれば、第１のプレートにおいて発生し得る温度の分布を補正することが可能である。
一形態では、制御部は、プラズマ処理時に、第１の領域の温度、第２の領域の温度、及び第３の領域の温度が所定の温度となるよう、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び第３のヒータ電源を制御する。ここで、複数の被処理体を順に処理する場合には、それぞれの被処理体を処理するときのプラズマの状態が変動することがある。例えば、一つ目の被処理体を処理するときのプラズマの状態が後続の被処理体を処理するときのプラズマの状態とは異なることがある。このような現象は、「ファーストウエハエフェクト」と呼ばれる現象である。この現象により、それぞれの被処理体を処理するときの上部電極構造の温度が変動することがある。本形態によれば、温度計算値に基づいてプラズマ処理時の第１の領域の温度、第２の領域の温度、及び第３の領域の温度を所定の温度に制御することができる。したがって、それぞれの被処理体を処理するときの上部電極構造の温度の差異を低減することが可能である。
一形態では、制御部は、第１の領域の複数のガス吐出口から吐出される第１のガス、第２の領域の複数のガス吐出口から吐出される第２のガス、及び第３の領域の複数のガス吐出口から吐出される第３のガスそれぞれに含まれるエッチング性ガスの量に対する堆積性ガスの量の多さに応じて、第１の領域の温度、第２の領域の温度、及び第３の領域の温度のそれぞれが高くなるよう、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び第３のヒータ電源を制御する。ここで、第１のプレートの表面に対して堆積性ガスに由来する堆積物が付着すると、当該堆積物がマイクロマスクとなって第１のプレートの表面が削られる現象、所謂、ブラックシリコンが発生する。このブラックシリコンの発生は、ガス中の堆積性ガスの量の多さ、即ち、ガス中の堆積性ガスの割合の大きさに依存して、顕著になる。一方、堆積物の付着量は、第１のプレートの温度が高いほど少なくなる。本形態によれば、各領域のガス吐出口から噴射されるガス中の堆積性ガスの量の多さに応じて当該領域の温度を高くするので、各領域においてブラックシリコンの発生を抑制することが可能となる。
更に別の側面では、上述したプラズマ処理装置の運用方法が提供される。一形態の運用方法では、プラズマ処理時に第１の領域の温度、第２の領域の温度、及び第３の領域の温度が実質的に同一となるよう、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び第３のヒータ電源を制御する。
別の形態の運用方法では、プラズマ処理時に第１の領域の温度、第２の領域の温度、及び第３の領域の温度が実質的に同一となるよう、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する。
更に別の形態の運用方法では、第１の領域の複数のガス吐出口から吐出される第１のガス、第２の領域の前記複数のガス吐出口から吐出される第２のガス、及び第３の領域の複数のガス吐出口から吐出される第３のガスそれぞれに含まれるエッチング性ガスの量に対する堆積性ガスの量の多さに応じて、第１の領域の温度、第２の領域の温度、及び第３の領域の温度のそれぞれが高くなるよう、第１のヒータ電源、第２のヒータ電源、及び第３のヒータ電源を制御する。
以上説明したように、静電吸着部を上部電極構造に備えても、ガスラインがコンダクタンスの低下を抑制することができる。また、上部電極構造の第１のプレートの温度の制御性に向上することが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係る上部電極構造を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係るガス供給系を示す図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線で矢視した上部電極構造の断面図である。 上部電極構造の第１の部材及び第２の部材の接合状態の斜視図である。 上部電極構造の第１の部材及び第２の部材の分解斜視図である。 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線で矢視した上部電極構造の断面図である。 図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で矢視した上部電極構造の断面図である。 図２のＩＸ−ＩＸ線で矢視した上部電極構造の断面図である。 光路長の算出を説明するための流れ図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置の運用方法の一例を示す流れ図である。 実験例２の実験結果を示すグラフである。
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相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒状の容器であり、その内部に処理空間ＰＳを画成している。この処理空間ＰＳは、排気装置ＶＳによって減圧可能となっている。
処理空間ＰＳ内には、載置台１４が設けられている。載置台１４は、基台１４ａ及び静電チャック１４ｂを含んでいる。基台１４ａは、アルミニウムといった導電性の部材から構成されており、略円盤形状を有している。基台１４ａの上面の周縁領域には、被処理体（以下、「ウエハＷ」という）のエッジを囲むように、フォーカスリングＦＲが設けられている。また、基台１４ａの上面の中央領域には、静電チャック１４ｂが設けられている。
静電チャック１４ｂは、例えば、絶縁膜の内層として設けられた電極膜を有し、略円盤形状を有している。静電チャック１４ｂには、直流電源からスイッチを介して電極膜に供給される直流電圧により静電力を発生して、ウエハＷを吸着する。静電チャック１４ｂの上面は、ウエハＷを載置するための載置領域を構成している。ウエハＷは、載置領域の中心を上下方向に通過する軸線ＡＸに、その中心が略一致するよう、静電チャック１４ｂの載置領域に載置される。
基台１４ａは、下部電極を構成している。この基台１４ａには、プラズマ生成用の高周波電力を発生する高周波電源ＨＦＳが、第１の整合器ＭＵ１を介して接続されている。高周波電源ＨＦＳは、例えば、周波数１００ＭＨｚの高周波電力を発生する。また、第１の整合器ＭＵ１は、当該第１の整合器ＭＵ１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、高周波電源ＨＦＳは、上部電極を構成する上部電極構造ＵＳに接続されていてもよい。
また、基台１４ａには、イオン引き込み用の高周波バイアス電力を発生する高周波電源ＬＦＳが、第２の整合器ＭＵ２を介して接続されている。高周波電源ＬＦＳは、例えば、周波数３．２ＭＨｚの高周波電力を発生する。また、第２の整合器ＭＵ２は、当該第２の整合器ＭＵ２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
載置台１４の上には、処理空間ＰＳを介して当該載置台１４と対面するように、上部電極構造ＵＳが設けられている。この上部電極構造ＵＳは、処理空間ＰＳ内にガスを導入するシャワーヘッドとしも機能する。プラズマ処理装置１０では、上部電極構造ＵＳからガスが導入され、基台１４ａに高周波電力が供給されると、上部電極構造ＵＳと基台１４ａの間に、高周波電界が形成され、処理空間ＰＳ内にプラズマが発生するようになっている。また、一実施形態において、上部電極構造ＵＳには、直流電源ＮＰが接続されている。直流電源ＮＰは、上部電極構造ＵＳ、例えば、後述する第１のプレート１６に負の直流電圧を印加することができる。なお、上部電極構造ＵＳの詳細については後述する。
また、上部電極構造ＵＳ上には、電磁石３０が搭載されている。電磁石３０は、コア部材３２、及び、コイル３４及びコイル３５を備えている。コア部材３２は、ベース部４０、及び、複数の円筒部４１〜４３が一体形成された構造を有しており、磁性材料から構成されている。ベース部４０は、略環状板形状を有しており、その中心軸線が軸線ＡＸに略一致するように設けられている。ベース部４０の下面からは、複数の円筒部４１〜４３が下方に延び出している。円筒部４１〜４３の各々は、円筒形状を有しており、それらの中心軸線が軸線ＡＸと一致するように設けられている。円筒部４２は円筒部４１の外側に設けられており、円筒部４３は円筒部４２の外側に設けられている。これら円筒部４１〜４３の下端は、ウエハＷのエッジよりも外側上方に位置している。
円筒部４１と円筒部４２の間には、溝が画成されている。この溝には、円筒部４１の外周面に沿って巻き回されたコイル３４が収容されている。円筒部４２と円筒部４３の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部４２の外周面に沿って巻き回されたコイル３５が収容されている。コイル３４の両端、及び、コイル３５の両端にはそれぞれ、電流源が接続されている。電流源からコイル３４及び／又はコイル３５に電流を与えると、処理空間ＰＳ内の電磁石３０の下方の領域において、軸線ＡＸに対して放射方向に沿った水平磁界成分を含む磁界が生成される。
プラズマ処理装置１０では、軸線ＡＸ近傍の領域でプラズマ密度が大きくなり、軸線ＡＸから離れるにつれてプラズマ密度が小さくなるプラズマ密度分布が生じることがある。電磁石３０によって生成される磁界は、このようなプラズマ密度分布を均一化することを可能とする。即ち、電磁石３０によって上述した水平磁界成分をもつ磁界が形成されると、当該水平磁界成分に基づくローレンツ力を電子が受ける。これにより、電子は、軸線ＡＸに対して周方向にドリフト運動を行う。上述したように、円筒部４１〜４３の下端は、ウエハＷのエッジよりも外側上方に設けられているので、水平磁界成分を含む磁界はウエハＷのエッジよりも外側上方において発生し、したがって、電子は、ウエハＷのエッジよりも外側上方において周方向にドリフト運動を行う。このようにドリフト運動を行う電子によって、ウエハＷのエッジよりも外側上方において、ガスの解離が促進され、その結果、ウエハＷのエッジよりも外側上方のプラズマ密度が向上される。故に、電磁石３０によれば、軸線ＡＸに対して放射方向におけるプラズマ密度分布が均一化される。
図２は、一実施形態に係る上部電極構造を概略的に示す断面図である。以下、図１と共に、図２を参照する。上部電極構造ＵＳは、第１のプレート１６、第２のプレート１８、及び静電吸着部１９を有している。第１のプレート１６は、略円盤形状を有しており、その中心が軸線ＡＸと一致するように設けられている。第１のプレート１６は、処理空間ＰＳを介して、載置台１４と対面している。即ち、第１のプレート１６の下面は、処理空間ＰＳに接している。この第１のプレート１６は、例えば、シリコンから構成されている。
第１のプレート１６は、同心状に設けられた第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び、第３の領域Ｒ３を含んでいる。第１の領域Ｒ１は、平面視では略円形の領域であり、その中心は軸線ＡＸ上に位置している。第１の領域Ｒ１は、ウエハＷの中心から、当該ウエハＷの中心とエッジの間の中間までの領域に対面するように設けられている。この第１の領域Ｒ１には、複数のガス吐出口１６ｉが形成されている。複数のガス吐出口１６ｉは、第１の領域Ｒ１において略均等に分布している。
第２の領域Ｒ２は、第１の領域Ｒ１を囲む領域であり、略環状に延在する領域である。第２の領域Ｒ２は、ウエハＷの上記中間からエッジまでの領域に対面している。この第２の領域Ｒ２には、複数のガス吐出口１６ｊが形成されている。複数のガス吐出口１６ｊは、第２の領域Ｒ２において略均等に分布している。
また、第３の領域Ｒ３は、第２の領域Ｒ２を囲む領域であり、略環状に延在する領域である。第３の領域Ｒ３は、ウエハＷのエッジよりも外側の領域、例えば、フォーカスリングＦＲに対面するように設けられている。この第３の領域Ｒ３には、複数のガス吐出口１６ｋが形成されている。複数のガス吐出口１６ｋは、第３の領域Ｒ３において略均等に分布している。
第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３のそれぞれには、個別にガスが供給される。このため、プラズマ処理装置１０では、第２のプレート１８及び静電吸着部１９によって、第１の領域Ｒ１にガスを供給する第１の供給経路、第２の領域Ｒ２にガスを供給する第２の供給経路、及び、第３の領域Ｒ３にガスを供給する第３の供給経路が提供されている。なお、これら供給経路の詳細については後述する。
第２のプレート１８は、略円盤形状を有している。第２のプレート１８は、例えば、アルミニウ、及び／又はステンレスから構成されている。この第２のプレート１８には、流路１８ｆが形成されている。流路１８ｆは、第２のプレート１８の全領域にわたって、例えば螺旋状に、形成されている。流路１８ｆには、外部のチラーユニットから冷媒が供給される。流路１８ｆに流された冷媒は、チラーユニットに回収されるようになっている。
第２のプレート１８と第１のプレート１６との間には、静電吸着部１９が介在している。静電吸着部１９は、第２のプレート１８の下面に、例えば、クランプを介して固定されている。この静電吸着部１９は、第１のプレート１６を静電力により吸着する。
静電吸着部１９は、本体部１９ｍ、及び、電極１９ｅを有している。本体部１９ｍは、セラミック製であり、略円盤形状を有している。本体部１９ｍは、下面、即ち、表面１９ｓを有している。この表面１９ｓは、本体部１９ｍの一部であり、したがって、セラミック製であるが、第１のプレート１６を吸着する吸着面を構成している。また、静電吸着部１９では、電極１９ｅは、本体部１９ｍの内層として設けられている。電極１９ｅは、平面視においては略円形の薄膜である。この電極１９ｅには、スイッチＳＷ１を介して直流電源ＤＣＳが接続されている。直流電源ＤＣＳからの直流電圧が電極１９ｅに印加されると、クーロン力といった静電力が発生し、当該静電力によって第１のプレート１６が静電吸着部１９の表面１９ｓに吸着される。
静電吸着部１９の吸着力、即ち、第１のプレート１６を吸着する際の面圧は、例えば、電極１９ｅに３ＫＶの電圧が印加されるときには、３．２５×１０４Ｐａとなる。一方、従来の上部電極構造のように、第１のプレートの周縁部をクランプによって固定する場合には、クランプ用締結トルクを２．０Ｎ・ｍとすると、面圧は２．７６×１０４Ｐａとなる。したがって、静電吸着部１９は、第１のプレート１６を高い面圧で保持することが可能である。また、静電吸着部１９によれば、周縁部のクランプとは異なり、第１のプレート１６に熱が加わっても、第１のプレート１６の略全面が表面１９ｓに接する状態が維持されるので、第１のプレート１６の全面わたって略均一な熱伝導を実現することが可能である。
この静電吸着部１９の本体部１９ｍには、ガス拡散室Ｄ１３（第１のガス拡散室）、ガス拡散室Ｄ２３（第２のガス拡散室）、及びガス拡散室Ｄ３３（第３のガス拡散室）が形成されている。ガス拡散室Ｄ１３、ガス拡散室Ｄ２３、及びガス拡散室Ｄ３３はそれぞれ、第１の供給経路の一部、第２の供給経路の一部、第３の供給経路の一部を構成している。ガス拡散室Ｄ１３、ガス拡散室Ｄ２３、及びガス拡散室Ｄ３３はそれぞれ、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３の上方に設けられている。ガス拡散室Ｄ１３は、第１の領域Ｒ１に対応した略円形の平面形状を有する空間となっている。また、ガス拡散室Ｄ２３は、ガス拡散室Ｄ１３を囲むよう環状に延在する空間である。また、ガス拡散室Ｄ３３は、ガス拡散室Ｄ２３を囲むよう環状に延在する空間である。
ガス拡散室Ｄ１３は、第１の領域Ｒ１のガス吐出口１６ｉに連通しており、静電吸着部１９内における第１の供給経路のガスラインよりも大きなコンダクタンスを有している。ガス拡散室Ｄ２３は、第２の領域Ｒ２のガス吐出口１６ｊに連通しており、静電吸着部１９内における第２の供給経路のガスラインよりも大きなコンダクタンスを有している。ガス拡散室Ｄ３３は、第３の領域Ｒ３のガス吐出口１６ｊに連通しており、静電吸着部１９内における第３の供給経路のガスラインよりも大きなコンダクタンスを有している。このように、上部電極構造ＵＳでは、第１のプレート１６と第２のプレート１８との間に静電吸着部１９を介在させてはいるものの、当該静電吸着部１９にガス拡散室Ｄ１３、ガス拡散室Ｄ２３、及びガス拡散室Ｄ３３が設けられているので、静電吸着部１９における第１の供給経路、第２の供給経路、及び第３の供給経路のコンダクタンスの低下を抑制することが可能である。
また、静電吸着部１９の本体部１９ｍは、セラミック製であるので、ウエハＷの処理用の腐食性ガスに対する耐性に優れている。かかる本体部１９ｍにガス拡散室Ｄ１３、ガス拡散室Ｄ２３、及びガス拡散室Ｄ３３といった供給経路の一部が形成されているので、パーティクルの発生を抑制することも可能である。また、セラミック製の本体部１９ｍにガス拡散室Ｄ１３、ガス拡散室Ｄ２３、及びガス拡散室Ｄ３３が形成されているので、これらガス拡散室内における電界の集中を抑制することができる。したがって、ガス拡散室Ｄ１３、ガス拡散室Ｄ２３、及びガス拡散室Ｄ３３における異常放電を抑制することが可能である。
この静電吸着部１９内には、第１のヒータＨＴ１、第２のヒータＨＴ２、及び第３のヒータＨＴ３が設けられている。第１のヒータＨＴ１は、第１の領域Ｒ１の上方に設けられている。第２のヒータＨＴ２は、第２の領域Ｒ２の上方に設けられており、第１のヒータＨＴ１を囲むように環状に延在している。また、第３のヒータＨＴ３は、第３の領域Ｒ３の上方に設けられており、第２のヒータＨＴ２を囲むように環状に延在している。第１のヒータＨＴ１、第２のヒータＨＴ２、及び第３のヒータＨＴ３にはそれぞれ、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３が接続されている。
ここで、プラズマ処理装置において発生するプラズマは、一般的に、軸線ＡＸに対して径方向において変動するプラズマ密度分布を有する。したがって、第１のプレート１６に対するプラズマからの入熱量は、径方向において変動する分布をもつ。また、かかるプラズマ密度分布により、第１のプレート１６がプラズマ処理によって削られる量も、径方向において変動する分布をもつ。即ち、プラズマ処理が行われることにより、第１のプレート１６は厚さ分布を有するようになる。この第１のプレート１６の厚さ分布は、第１のプレート１６において変動する温度分布を助長する。上部電極構造ＵＳでは、このような要因、即ち、プラズマ密度分布による入熱量の分布、及び、第１のプレート１６の厚さ分布が生じても、第１のプレート１６の直上において同心状に設けられた第１のヒータＨＴ１、第２のヒータＨＴ２、及び第３のヒータＨＴ３により、第１のプレート１６において径方向に変動する温度の分布を補正することが可能である。
以下、上部電極構造ＵＳにおける第１の供給経路、第２の供給経路、及び第３の供給経路について説明する。第１の供給経路、第２の供給経路、及び第３の供給経路は、ガス供給系ＧＰからのガスを、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３に個別に供給する。図３は、一実施形態に係るガス供給系を示す図である。図３に示すように、ガス供給系ＧＰは、ガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１Ｍ、バルブＶ１１〜Ｖ１Ｍ、マスフローコントローラといった流量制御器Ｆ１１〜Ｆ１Ｍ、フロースプリッタＦＳ、ガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２Ｎ、バルブＶ２１〜Ｖ２Ｎ、マスフローコントローラといった流量制御器Ｆ２１〜Ｆ２Ｎ、及びバルブＶ３を有している。
ガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１Ｍは、第１の供給経路、第２の供給経路、及び第３の供給経路に共通のガスソースである。ガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１Ｍは、バルブＶ１１〜Ｖ１Ｍ、流量制御器Ｆ１１〜Ｆ１Ｍをそれぞれ介して、フロースプリッタＦＳに接続されている。フロースプリッタＦＳは、ガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１Ｍからの混合ガスを、設定された分配比で、ガス導入管ＩＰ１、ガス導入管ＩＰ２、及びガス導入管ＩＰ３に分配する。
ガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２Ｎは、添加ガスのソースであり、バルブＶ２１〜Ｖ２Ｎ、流量制御器Ｆ２１〜Ｆ２Ｎをそれぞれ介して、バルブＶ３に接続されている。バルブＶ３は、ガス導入管ＩＰ３に接続されている。なお、ガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２Ｎの混合ガスは、ガス導入管ＩＰ３に加えて、ガス導入管ＩＰ１及びガス導入管ＩＰ２に供給されてもよい。
図２に戻り、第１の供給経路は、ガス供給系ＧＰからガス導入管ＩＰ１を介して入力されるガスを、第１の領域Ｒ１、即ち、複数のガス吐出口１６ｉに供給する。ガス導入管ＩＰ１は、軸線ＡＸから離れた位置で、第１の供給経路に接続している。
第２の供給経路は、ガス供給系ＧＰからガス導入管ＩＰ２を介して入力されるガスを、第２の領域Ｒ２、即ち、複数のガス吐出口１６ｊに供給する。ガス導入管ＩＰ２は、軸線ＡＸから離れた位置で、第２の供給経路に接続している。
第３の供給経路は、ガス供給系ＧＰからガス導入管ＩＰ３を介して入力されるガスを、第３の領域Ｒ３、即ち、複数のガス吐出口１６ｋに供給する。ガス導入管ＩＰ３は、軸線ＡＸに略一致する位置で、第３の供給経路に接続している。
以下、図１及び図２と共に、図４〜図９を参照する。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線で矢視した上部電極構造の断面図である。図４には、後述する第２の部材２２の上面と同一平面に沿った断面を上方から見た状態が示されている。図５は、上部電極構造の第１の部材及び第２の部材の接合状態の斜視図であり、図６は、上部電極構造の第１の部材及び第２の部材の分解斜視図である。図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線で矢視した上部電極構造の断面図である。図７には、ガス拡散室Ｄ１１、ガス拡散室Ｄ２１、及びガス拡散室Ｄ３１の高さ方向（即ち、軸線ＡＸ方向）の中間を横切る断面を上方から見た状態が示されている。図８は、図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で矢視した上部電極構造の断面図である。図８には、ガス拡散室Ｄ１２、ガス拡散室Ｄ２２、及びガス拡散室Ｄ３２の高さ方向の中間を横切る断面を上方から見た状態が示されている。また、図９は、図２のＩＸ−ＩＸ線で矢視した上部電極構造の断面図である。図９には、ガス拡散室Ｄ１３、ガス拡散室Ｄ２３、及びガス拡散室Ｄ３３の高さ方向の中間を横切る断面を上方から見た状態が示されている。なお、図１及び図２に示す断面は、図４及び図７〜９のＩＩ−ＩＩ線で矢視した縦断面に対応している。
図１〜図２及び図４〜図９に示すように、上部電極構造ＵＳの第２のプレート１８及び静電吸着部１９は、第１の供給経路の構成要素として、ガスラインＬ１１（第１のガスライン）、ガス拡散室Ｄ１１（第４のガス拡散室）、複数のガスラインＬ１２（第２のガスライン）、ガス拡散室Ｄ１２（第５のガス拡散室）、複数のガスラインＬ１３（第３のガスライン）、及びガス拡散室Ｄ１３（第１のガス拡散室）を提供している。また、上部電極構造ＵＳの第２のプレート１８及び静電吸着部１９は、第２の供給経路の構成要素として、ガスラインＬ２１（第４のガスライン）、ガス拡散室Ｄ２１（第６のガス拡散室）、複数のガスラインＬ２２（第５のガスライン）、ガス拡散室Ｄ２２（第７のガス拡散室）、複数のガスラインＬ２３（第６のガスライン）、及びガス拡散室Ｄ２３（第２のガス拡散室）を提供している。さらに、上部電極構造ＵＳの第２のプレート１８及び静電吸着部１９は、第３の供給経路の構成要素として、ガスラインＬ３１（第７のガスライン）、ガス拡散室Ｄ３１（第８のガス拡散室）、複数のガスラインＬ３２（第８のガスライン）、ガス拡散室Ｄ３２（第９のガス拡散室）、複数のガスラインＬ３３（第９のガスライン）、及びガス拡散室Ｄ３３（第３のガス拡散室）を提供している。
第１の供給経路は、上流から順に、ガスラインＬ１１、ガス拡散室Ｄ１１、複数のガスラインＬ１２、ガス拡散室Ｄ１２、複数のガスラインＬ１３、及びガス拡散室Ｄ１３が接続されることによって構成されている。ガスラインＬ１１、ガス拡散室Ｄ１１、複数のガスラインＬ１２、及び、ガス拡散室Ｄ１２は、第２のプレート１８に形成されている。また、複数のガスラインＬ１３は、第２のプレート１８及び静電吸着部１９にわたって形成されている。また、ガス拡散室Ｄ１３は、静電吸着部１９に形成されている。
ガスラインＬ１１は、軸線ＡＸから離れた位置でガス導入管ＩＰ１に接続している。このガスラインＬ１１は、ガス拡散室Ｄ１１に接続している。図２及び図７に示すように、ガス拡散室Ｄ１１は、平面視では略円形の空間であり、その中心が軸線ＡＸに一致するように設けられている。図２に示すように、このガス拡散室Ｄ１１の下流且つガス拡散室Ｄ１３の上流には、ガス拡散室Ｄ１２が設けられている。即ち、ガス拡散室Ｄ１１の下方にガス拡散室Ｄ１２が設けられており、ガス拡散室Ｄ１２の下方にガス拡散室Ｄ１３が設けられている。ガス拡散室Ｄ１３は、上述した第１の領域Ｒ１の直上に設けられており、ガス吐出口１６ｉに接続されている。図２、図８及び図９に示すように、ガス拡散室Ｄ１２及びガス拡散室Ｄ１３は双方共に、平面視では略円形の空間であり、それらの中心が軸線ＡＸに一致するように設けられている。
図２に示すように、ガス拡散室Ｄ１１とガス拡散室Ｄ１２の間には、複数のガスラインＬ１２が介在している。図２及び図７に示すように、複数のガスラインＬ１２は、軸線ＡＸと略平行に延在しており、軸線ＡＸに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。また、一実施形態では、複数のガスラインＬ１２のうち一つは、軸線ＡＸ上で延在している。これらガスラインＬ１２の一端は、ガス拡散室Ｄ１１に接続しており、当該ガスラインＬ１２の他端は、ガス拡散室Ｄ１２に接続している。これらガスラインＬ１２は、ガス拡散室Ｄ１１及びガス拡散室Ｄ１２のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
図２に示すように、ガス拡散室Ｄ１２とガス拡散室Ｄ１３の間には、複数のガスラインＬ１３が介在している。図２及び図８に示すように、複数のガスラインＬ１３は、軸線ＡＸと略平行に延在しており、軸線ＡＸに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。一実施形態では、複数のガスラインＬ１３のうち一つは、軸線ＡＸ上で延在している。また、一実施形態では、複数のガスラインＬ１３のうちその他は、軸線ＡＸを中心とする二つの円に沿って周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインＬ１３の一端は、ガス拡散室Ｄ１２に接続しており、当該ガスラインＬ１３の他端は、ガス拡散室Ｄ１３に接続している。これらガスラインＬ１３は、ガス拡散室Ｄ１２及びガス拡散室Ｄ１３のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
第２のガス供給経路は、上流から順に、ガスラインＬ２１、ガス拡散室Ｄ２１、複数のガスラインＬ２２、ガス拡散室Ｄ２２、複数のガスラインＬ２３、及びガス拡散室Ｄ２３が接続されることによって構成されている。ガスラインＬ２１、ガス拡散室Ｄ２１、複数のガスラインＬ２２、及び、ガス拡散室Ｄ２２は、第２のプレート１８に形成されている。また、複数のガスラインＬ２３は、第２のプレート１８及び静電吸着部１９にわたって形成されている。また、ガス拡散室Ｄ２３は、静電吸着部１９に形成されている。
ガスラインＬ２１は、軸線ＡＸから離れた位置でガス導入管ＩＰ２に接続している。このガスラインＬ２１は、ガス拡散室Ｄ２１に接続している。図２及び図７に示すように、ガス拡散室Ｄ２１は、軸線ＡＸ中心に略環状に延在する空間である。ガス拡散室Ｄ２１は、軸線ＡＸに対してガス拡散室Ｄ１１よりも外側において、周方向に延在している。図２に示すように、このガス拡散室Ｄ２１の下流且つガス拡散室Ｄ２３の上流には、ガス拡散室Ｄ２２が設けられている。
図２及び図８に示すように、ガス拡散室Ｄ２２は、軸線ＡＸ中心に略環状に延在する空間である。ガス拡散室Ｄ２２は、ガス拡散室Ｄ２１に対して外側斜め下方において、周方向に延在している。ガス拡散室Ｄ２２は、ガス拡散室Ｄ１２よりも外側において当該ガス拡散室Ｄ１２を囲むように設けられている。また、ガス拡散室Ｄ２２は、ガス拡散室Ｄ２１よりも軸線ＡＸから離れて延在している。
図２及び図９に示すように、ガス拡散室Ｄ２３は、上述した第２の領域Ｒ２の直上に設けられており、ガス吐出口１６ｊに接続されている。ガス拡散室Ｄ２３は、軸線ＡＸ中心に略環状に延在する空間であり、ガス拡散室Ｄ２２の下方において、軸線ＡＸに対して周方向に延在している。また、ガス拡散室Ｄ２３は、ガス拡散室Ｄ１３を囲むように延在している。
図２に示すように、ガス拡散室Ｄ２１とガス拡散室Ｄ２２の間には、複数のガスラインＬ２２が介在している。図２及び図７に示すように、複数のガスラインＬ２２は、下方に向かうにつれて軸線ＡＸから離れるように傾斜して延在しており、軸線ＡＸに対して周方向に配列されている。一実施形態においては、複数のガスラインＬ２２は、軸線ＡＸに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインＬ２２の一端は、ガス拡散室Ｄ２１に接続しており、当該ガスラインＬ２２の他端は、ガス拡散室Ｄ２２に接続している。これらガスラインＬ２２は、ガス拡散室Ｄ２１及びガス拡散室Ｄ２２のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
図２に示すように、ガス拡散室Ｄ２２とガス拡散室Ｄ２３の間には、複数のガスラインＬ２３が介在している。図２及び図８に示すように、複数のガスラインＬ２３は、軸線ＡＸと略平行に延在しており、軸線ＡＸに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインＬ２３の一端は、ガス拡散室Ｄ２２に接続しており、当該ガスラインＬ２３の他端は、ガス拡散室Ｄ２３に接続している。これらガスラインＬ２３は、ガス拡散室Ｄ２２及びガス拡散室Ｄ２３のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
第３の供給経路は、上流から順に、ガスラインＬ３１、ガス拡散室Ｄ３１、複数のガスラインＬ３２、ガス拡散室Ｄ３２、複数のガスラインＬ３３、及びガス拡散室Ｄ３３が接続されることによって構成されている。ガスラインＬ３１、ガス拡散室Ｄ３１、複数のガスラインＬ３２、及び、ガス拡散室Ｄ３２は、第２のプレート１８に形成されている。また、複数のガスラインＬ３３は、第２のプレート１８及び静電吸着部１９にわたって形成されている。また、ガス拡散室Ｄ３３は、静電吸着部１９に形成されている。
図２及び図４に示すように、ガスラインＬ３１は、第１の流路ＦＬ１、及び、複数の第２の流路ＦＬ２を含んでいる。また、一実施形態では、ガスラインＬ３１は、ガス分岐部ＦＬＢ、及び、複数の貫通孔ＦＬＨを含んでいる。第１の流路ＦＬ１は、軸線ＡＸ上で延在している。第１の流路ＦＬ１の一端は、ガス導入管ＩＰ３に接続されており、第１の流路ＦＬ１の他端は、ガス分岐部ＦＬＢに接続している。
ガス分岐部ＦＬＢは、平面視において略円形の空間であり、複数の第２の流路ＦＬ２は、ガス分岐部ＦＬＢにおいて第１の流路ＦＬ１から分岐している。即ち、複数の第２の流路ＦＬ２は、軸線ＡＸ側の一端において、ガス分岐部ＦＬＢを介して第１の流路ＦＬ１に接続している。また、複数の第２の流路ＦＬ２は、軸線ＡＸに対して放射方向に延在しており、且つ、軸線ＡＸに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。また、複数の第２の流路ＦＬ２の他端には、軸線ＡＸに略平行に延びる複数の貫通孔ＦＬＨがそれぞれ接続している。これら貫通孔ＦＬＨは、当該貫通孔ＦＬＨの下方に設けられたガス拡散室Ｄ３１に接続している。
図２、図４、及び図７に示すように、ガス拡散室Ｄ３１は、軸線ＡＸ中心に略環状に延在する空間である。ガス拡散室Ｄ３１は、軸線ＡＸに対してガス拡散室Ｄ２１よりも外側において、周方向に延在している。図２に示すように、このガス拡散室Ｄ３１の下流且つガス拡散室Ｄ３３の上流には、ガス拡散室Ｄ３２が設けられている。
図２及び図８に示すように、ガス拡散室Ｄ３２は、軸線ＡＸ中心に略環状に延在する空間であり、ガス拡散室Ｄ３１に対して外側斜め下方において、周方向に延在している。また、ガス拡散室Ｄ３２は、ガス拡散室Ｄ２２よりも外側において当該ガス拡散室Ｄ２２を囲むように設けられている。また、ガス拡散室Ｄ３２は、ガス拡散室Ｄ３１よりも軸線ＡＸから離れて延在している。
図２及び図９に示すように、ガス拡散室Ｄ３３は、上述した第３の領域Ｒ３の直上に設けられており、ガス吐出口１６ｋに接続されている。ガス拡散室Ｄ３３は、軸線ＡＸ中心に略環状に延在する空間であり、ガス拡散室Ｄ２３を囲むように周方向に延在している。
図２に示すように、ガス拡散室Ｄ３１とガス拡散室Ｄ３２の間には、複数のガスラインＬ３２が介在している。図２及び図７に示すように、複数のガスラインＬ３２は、下方に向かうにつれて軸線ＡＸから離れるように傾斜して延在しており、軸線ＡＸに対して周方向に均等な間隔をもって配置されている。これらガスラインＬ３２の一端は、ガス拡散室Ｄ３１に接続しており、当該ガスラインＬ３２の他端は、ガス拡散室Ｄ３２に接続している。これらガスラインＬ３２は、ガス拡散室Ｄ３１及びガス拡散室Ｄ３２のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
また、図８に示すように、ガス拡散室Ｄ３２とガス拡散室Ｄ３３の間には、複数のガスラインＬ３３が介在している。複数のガスラインＬ３３は、軸線ＡＸに略平行に延在しており、軸線ＡＸに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインＬ３３の一端は、ガス拡散室Ｄ３２に接続しており、当該ガスラインＬ３３の他端は、ガス拡散室Ｄ３３に接続している。これらガスラインＬ３３は、ガス拡散室Ｄ３２及びガス拡散室Ｄ３３のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
一実施形態では、図２、及び図４〜図９に示すように、第２のプレート１８は、複数の部材から構成され得る。具体的には、第２のプレート１８は、上段部材を構成する第１の部材２０及び第２の部材２２、中段部材２４、及び、下段部材２６を含んでおり、これら上段部材、中段部材２４、及び、下段部材２６が積層されることによって、形成されている。
第１の部材２０及び第２の部材２２は、双方共にステンレスから構成されており、第１の部材２０の上面と第２の部材２２の下面とが互いに拡散接合されることにより一体化され、これにより上段部材が構成されている。図４〜図６に示すように、第２の部材２２は、略円盤形状を有しており、その上面には、ガス分岐部ＦＬＢとなる凹部２２ａ、及び、第２の流路ＦＬ２となる複数の溝２２ｂが形成されている。複数の溝２２ｂは、その一端において凹部２２ａに接続しており、軸線ＡＸに対して放射方向に延びている。また、第２の部材２２には、複数の貫通孔ＦＬＨが形成されており、当該複数の貫通孔ＦＬＨはそれぞれ、複数の溝２２ｂの他端に接続している。
第１の部材２０は、略円盤形状の中央部２０ａ、及び、中央部２０ａから放射方向に延び出した複数の突出部２０ｂを含んでいる。中央部２０ａには、第１の流路ＦＬ１が形成されている。この第１の流路ＦＬ１は、第１の部材２０と第２の部材２２が互いに接合されると、凹部２２ａ、即ち、ガス分岐部ＦＬＢに接続される。また、第１の部材２０及び第２の部材２２には、当該第１の部材２０及び第２の部材２２を軸線ＡＸ方向に貫通するガスラインＬ１１及びガスラインＬ２２が形成されている。
また、第１の部材２０の中央部２０ａ及び複数の突出部２０ｂは、第１の部材２０と第２の部材２２が互いに接合されると、凹部２２ａ及び複数の溝２２ｂの上側開口を閉じるようになっている。これにより、ガス分岐部ＦＬＢ及び複数の第２の流路ＦＬ２が画成される。このように、第１の部材２０及び第２の部材２２は、拡散接合により互いに接合されることによって、封止部材を用いることなく、ガスラインＬ１１、ガスラインＬ２１、及びガスラインＬ３１を画成することができる。その結果、これらガスラインを画成するための複合体の厚みを小さくすることが可能となっている。
図２及び図７に示すように、第２の部材２２の下面には、凹部２２ｃ、溝２２ｄ、及び、溝２２ｅが形成されている。凹部２２ｃは、平面視において略円形の空間である。この凹部２２ｃは、第１の部材２０と第２の部材２２からなる上段部材が中段部材２４上に搭載されると、ガス拡散室Ｄ１１の上側部分を構成する。溝２２ｄは、軸線ＡＸに対して周方向に延在しており、凹部２２ｃと溝２２ｅとの間に設けられている。環状の溝２２ｅは、溝２２ｄの外側において周方向に延在している。これら環状の溝２２ｄ及び環状の溝２２ｅはそれぞれ、第１の部材２０と第２の部材２２からなる上段部材が中段部材２４上に搭載されると、ガス拡散室Ｄ２１及びガス拡散室Ｄ３１を構成する。
図２に示すように、中段部材２４は、略円盤形状を有しており、例えば、アルミニウムといった金属から構成される。中段部材２４の上面には、凹部２４ａが形成されている。この凹部２４ａは、平面視において略円形の空間であり、軸線ＡＸに交差する領域に設けられている。第１の部材２０と第２の部材２２からなる上段部材が中段部材２４上に搭載されると、凹部２４ａは、凹部２２ｃに連続し、ガス拡散室Ｄ１１の下側部分を構成する。即ち、この凹部２４ａは、ガス拡散室Ｄ１１を拡張する拡張領域として機能する。
中段部材２４には、当該中段部材２４を貫通するガスラインＬ１２、ガスラインＬ２２、及びガスラインＬ３２が形成されている。また、中段部材２４の下面には、凹部２４ｂが形成されている。凹部２４ｂは、平面視において略円形の空間であり、軸線ＡＸに交差する領域に設けられている。この凹部２４ｂは、中段部材２４が下段部材２６上に搭載されると、ガス拡散室Ｄ１２の上側部分を構成する。即ち、凹部２４ｂは、ガス拡散室Ｄ１２を拡張する拡張領域として機能する。
下段部材２６は、略円盤形状の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。下段部材２６の上面には、凹部２６ａ、溝２６ｂ、及び、凹部２６ｃが形成されている。凹部２６ａは、平面視において略円形の空間であり、軸線ＡＸに交差する領域に設けられている。この凹部２６ａは、中段部材２４が下段部材２６上に搭載されると、中段部材２４の凹部２４ｂに連続して、ガス拡散室Ｄ１２の下側部分を構成する。
溝２６ｂは、軸線ＡＸに対して周方向に延在しており、凹部２６ａと凹部２６ｃとの間に設けられている。凹部２６ｃは、溝２６ｂの外側において周方向に延在している。これら溝２６ｂ及び凹部２６ｃはそれぞれ、中段部材２４が下段部材２６上に搭載されると、ガス拡散室Ｄ２２及びガス拡散室Ｄ３２構成する。
また、図２に示すように、下段部材２６には、ガスラインＬ１３を部分的に構成する貫通孔、ガスラインＬ２３を部分的に構成する貫通孔、及び、ガスラインＬ３３を部分的に構成する貫通孔が形成されている。下段部材２６に形成されたこれらの貫通孔は、下段部材２６に静電吸着部１９が連結されると、静電吸着部１９に形成された対応の貫通孔に接続する。これによって、ガスラインＬ１３、ガスラインＬ２３、及びガスラインＬ３３が構成される。
以上説明した上部電極構造ＵＳの第１の供給経路においては、ガス拡散室Ｄ１１とガス拡散室Ｄ１２との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配列された複数のガスラインＬ１２が介在しており、ガス拡散室Ｄ１２とガス拡散室Ｄ１３との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配列された複数のガスラインＬ１３が介在している。また、第２の供給経路においては、ガス拡散室Ｄ２１とガス拡散室Ｄ２２との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配列された複数のガスラインＬ２２が介在しており、ガス拡散室Ｄ２２とガス拡散室Ｄ２３との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配列された複数のガスラインＬ２３が介在している。さらに、第３の供給経路においては、ガス拡散室Ｄ３１とガス拡散室Ｄ３２との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配列された複数のガスラインＬ３２が介在しており、ガス拡散室Ｄ３２とガス拡散室Ｄ３３との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配列された複数のガスラインＬ３３が介在している。
この上部電極構造ＵＳでは、ガスラインＬ１１がガス拡散室Ｄ１１に接続する位置が軸線ＡＸから離れているので、当該ガスラインＬ１１がガス拡散室Ｄ１１に接続する位置から複数のガスラインＬ１２がガス拡散室Ｄ１１に接続している位置までのそれぞれのコンダクサンスには相違が生じる。しかしながら、この上部電極構造ＵＳでは、ガスラインＬ１１のガス拡散室Ｄ１１に対する接続位置から第１の領域Ｒ１の複数のガス吐出口１６ｉそれぞれまでの合成コンダクタンスは、ガスラインＬ１２のコンダクタンス及びガスラインＬ１３のコンダクタンスに主に依存する。また、ガスラインＬ１２のコンダクタンス及びガスラインＬ１３のコンダクタンスは、ガスラインＬ１１から第１の領域Ｒ１の複数のガス吐出口１６ｉそれぞれまでの合成コンダクタンスに対して略等しく寄与する。したがって、ガスラインＬ１１のガス拡散室Ｄ１１に対する接続位置から第１の領域Ｒ１の複数のガス吐出口１６ｉそれぞれまでの合成コンダクタンスの差異が小さくなり、その結果、第１の領域Ｒ１の複数のガス吐出口１６ｉからのガスの流量の差異が低減される。同様に、第２の領域Ｒ２の複数のガス吐出口１６ｊからのガスの流量の差異が低減され、第３の領域Ｒ３の複数のガス吐出口１６ｋからのガスの流量の差異が低減される。
また、第１の供給経路、第２の供給経路、及び第３の供給経路のそれぞれが、三つのガス拡散室を含んでいるので、第１の供給経路の容積、第２の供給経路の容積、及び第３の供給経路の容積を互いに近づけることが可能となる。ここで、ガス供給経路にガスが入力されてからガス吐出口からガスが噴射されるまでの時間は、ガス供給経路の容積に依存する。したがって、この上部電極構造ＵＳによれば、各ガス供給経路にガスが入力されてから対応のガス吐出口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。
再び図１を参照する。図１に示すようにプラズマ処理装置１０は、第１の取得部ＯＳ１、第２の取得部ＯＳ２、第３の取得部ＯＳ３、及び、処理部ＰＵを更に備えている。第１の取得部ＯＳ１は、第１のプレート１６の第１の領域Ｒ１に光を照射し、第１の領域Ｒ１の表面及び裏面からの反射光を受光する。第２の取得部ＯＳ２は、第１のプレート１６の第２の領域Ｒ２に光を照射し、第２の領域Ｒ２の表面及び裏面からの反射光を受光する。第３の取得部ＯＳ３は、第１のプレート１６の第３の領域Ｒ３に光を照射し、第３の領域Ｒ３の表面及び裏面からの反射光を受光する。一実施形態においては、第１の取得部ＯＳ１は受光した反射光の波長スペクトルを取得し、第２の取得部ＯＳ２は受光した反射光の波長スペクトルを取得し、第３の取得部ＯＳ３は受光した反射光の波長スペクトルを取得する。
処理部ＰＵは、第１の取得部ＯＳ１によって取得された波長スペクトルに基づき第１の領域Ｒ１の表面（図１では上面）と裏面（図１では下面）との間の光路長を求め、第２の取得部ＯＳ２によって取得された波長スペクトルに基づき第２の領域Ｒ２の表面と裏面との間の光路長を求め、第３の取得部ＯＳ３によって取得された波長スペクトルに基づき第３の領域Ｒ３の表面と裏面との間の光路長を求める。なお、光を照射する領域が異なってはいるものの、第１の取得部ＯＳ１、第２の取得部ＯＳ２、及び第３の取得部ＯＳ３は、略同一の構成を有するので、以下、第１の取得部ＯＳ１、第２の取得部ＯＳ２、第３の取得部ＯＳ３を、「取得部ＯＳ」と総称し、取得部ＯＳについての説明を行う。また、以下の説明では、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３を区別せず、第１のプレート１６と呼ぶ。
取得部ＯＳは、光源８２、サーキュレータ８４、光ファイバ８６、光学素子８８、及び、分光器９０を有している。光源８２は、光を出射する。光源８２が出射する光は、第１のプレート１６に照射される光であり、第１のプレート１６を透過する光である。光源８２が出射する光は、例えば、赤外光であり、１５１０ｎｍ〜１５９０ｎｍの波長帯域の光である。光源８２によって出射された光は、サーキュレータ８４及び光ファイバ８６を介して光学素子８８に導かれる。
光学素子８８は、コリメータ又は集光光学素子である。光学素子８８は、第１のプレート１６の表面（図１では上面）に対面するように設けられている、光学素子８８は、光源８２からの光を平行光に変換し、或いは、集光する。光学素子８８は、光源８２から受けた光を、第１のプレート１６に向けて出力する。なお、光ファイバ８６及び光学素子８８は、第２のプレート１８及び静電吸着部１９を貫通する管の内部に設けられていてもよい。或いは、光ファイバ８６及び光学素子８８は、第２のプレート１８及び静電吸着部１９のガスラインを避けるように当該第２のプレート１８及び静電吸着部１９に形成された貫通孔の内部に設けられていてもよい。この場合には、ガス拡散室内に設けられた梁を貫通孔が通過していてもよい。
光学素子８８から出力された光は、第１のプレート１６の表面（図１では上面）及び裏面（図１では下面）において反射される。これら表面及び裏面での反射によってもたらされる複数の反射光線は、光学素子８８、光ファイバ８６、及びサーキュレータ８４を介して分光器９０に導かれる。分光器９０は、受光した複数の反射光線、即ち、反射光の波長スペクトルを出力する。なお、複数の反射光線は、互いに干渉し、波長に応じて互いに強め合うか、或いは、互いに弱め合う。したがって、分光器９０からの出力である波長スペクトルは、波長に応じて変動し得る信号強度を有する。なお、分光器９０は、一般的な分光器であってもよいが、特開２０１３−９６８５８号公報に記載されているように、チューナブルフィルタ、受光素子、Ａ／Ｄ変換部、及び、波長制御部を有する分光器であってもよい。この分光器９０によって取得された波長スペクトルは、処理部ＰＵに出力される。処理部ＰＵは、第１の波長スペクトルを処理して得られる波長スペクトルのピーク波長又はバレー波長に基づいて、第１のプレート１６の光路長を算出する。
以下、光路長の算出に関連する処理部ＰＵの処理について詳細に説明する。図１０は、光路長の算出を説明するための流れ図である。処理部ＰＵは、図１０に示す処理により、第１のプレート１６の表面と裏面との間の光路長ｎｄを、求める。ここで、ｎは第１のプレート１６の屈折率であり、ｄは第１のプレート１６の板厚（表面と裏面との間の距離である。具体的には、図１０に示すように、処理部ＰＵによる光路長の算出は、波長スペクトルの入力処理から開始する（ステップＳ１０）。即ち、取得部ＯＳからの波長スペクトルが処理部ＰＵに入力される。
続くステップＳ１１では、処理部ＰＵは、受け取った波長スペクトルの波形を調整する。即ち、処理部ＰＵは、窓関数を波長スペクトルに適用する。この窓関数は、波長に依存した窓関数である。例えば、分光器９０が波長掃引部を有する場合には、窓関数は、波長掃引範囲によって定まる中心波長を最大とし、中心波長からの差が大きくなるほど漸次減衰する釣鐘型の関数であってもよい。また、中心波長には、例えば波長掃引範囲の中央値が採用される。なお、窓関数としては、ガウス関数、ローレンツ関数、及び、ガウス関数及びローレンツ関数の合成関数等が用いられ得る。
続くステップＳ１２では、処理部ＰＵは、ステップＳ１１の処理で得られたスペクトルの座標軸を、波長λから空間周波数（１／λ）へ変換する。
続くステップＳ１４では、処理部ＰＵは、第１データ補間（第１線形補間）を実行する。即ち、処理部ＰＵは、ステップＳ１２の処理で得られたスペクトルに対してデータ補間を実行する。例えば、サンプリング数がＮｓであり、スペクトルのデータとして、空間周波数の配列が（ｘ０,ｘ１,ｘ２,…,ｘＮ−１）であり、強度の配列が（ｙ０,ｙ１,ｙ２,…,ｙＮ−１）であるものとする。まず、処理部ＰＵは、空間周波数の配列を等間隔に再配列する。例えば、処理部ＰＵは、再配列後の空間周波数の配列に含まれる空間周波数をＸｉとすると、以下の式（１）を用いて再配列を行う。
Figure 2015216261
次に、処理部ＰＵは、再配列後の空間周波数Ｘｉにおける強度を、線形補間により計算する。この線形補間では、強度Ｙｉが、以下の式（２）により算出される。
Figure 2015216261
ただし、ｊはＸｉ＞ｘｊとなる最大の整数である。
続くステップＳ１６では、処理部ＰＵは、ステップＳ１４の処理で補間されたスペクトルに対して、フーリエ変換（ＦＦＴ処理）を適用する。
続くステップＳ１８では、処理部ＰＵは、ステップＳ１６の処理で得られたスペクトルからＸ＝０のピーク値をフィルタリングする。例えば、Ｘ＝０からＸ＝Ｚ（所定値）までの範囲の強度データＹに０を代入する。
続くステップＳ２０では、処理部ＰＵは、ステップＳ１８の処理で得られたスペクトルからＸ＝２ｎｄのピーク値を抽出する。例えば、ピークの最大値をＹｉとした場合、Ｙｉ−１０からデータ点を２０点抽出する。これは、ピークの中心から裾までのデータを抽出するためである。例えば、ピークの最大値を１としたときに、最大値から０．５までの範囲が含まれるように抽出する。
続くステップＳ２２では、処理部ＰＵは、第２データ補間（第２線形補間）を実行する。即ち、処理部ＰＵは、ステップＳ２０の処理で得られた２ｎｄピークのデータを補間する。処理部ＰＵは、例えばデータ点間を補間数ＮＡで等間隔に線形補間する。補間数ＮＡは、例えば必要な精度に基づいて予め設定される。例えば、補間数ＮＡは、後述する温度の計測精度に基づいて設定され得る。例えば、第１のプレート１６がシリコン製である場合には、ＦＦＴ後のピーク間隔Δ２ｎｄが０．４μｍ／℃となる。したがって、１℃の精度が必要な場合には、データ間隔が０．４μｍとなるように補間数ＮＡを設定する。或いは、システムが有するノイズレベルを考慮して補間数ＮＡを決定してもよい。例えば、以下の式（３）を用いてデータ補間が行われてもよい。
Figure 2015216261
ここで、ｊは強度の配列に用いた指標である。処理部ＰＵは、上記式３の演算をｉ＝０〜Ｎ−１の範囲で実行する。即ち、ステップＳ２０の処理で得られた２０点の間隔全てに対して式（３）の演算を実行する。このように、処理部ＰＵは、フーリエ変換後のデータ間隔を、必要な分割数で分割し、分割数に応じたデータを線形補間により生成する。
続くステップＳ２４では、処理部ＰＵは、ステップＳ２２の処理で補間されたデータから重心の計算に利用するデータ範囲のみを抽出する。例えば、処理部ＰＵは、重心計算に使用する閾値をＡ％とし、ピークの最大強度ＹＭＡＸ×Ａ以下の強度データＹに０を代入する。
続くステップＳ２６では、処理部ＰＵは、ステップＳ２４の処理で補間されたデータから重み付け重心を計算する。このステップＳ２６の処理では、処理部ＰＵは、例えば、以下の式（４）を用いる。
Figure 2015216261
なお、Ｎは重心範囲抽出後のデータ点数である。この式４を用いることで、処理部ＰＵは、光路長ｎｄを算出することができる。
一実施形態では、処理部ＰＵは、第１のプレート１６の光路長、即ち、第１の領域Ｒ１の光路長、第２の領域Ｒ２の光路長、及び第３の領域Ｒ３の光路長を逐次求め、これら光路長に基づいて、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、第３の領域Ｒ３のそれぞれの温度計算値を算出することができる。温度計算値の算出は、光路長ｎｄが第１のプレート１６の温度に依存して変動することを利用したものである。具体的に、処理部ＰＵは、光路長と温度との関係を特定するテーブル又は関数を用いて、算出した光路長ｎｄから、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、第３の領域Ｒ３のそれぞれの温度計算値を算出する。
プラズマ処理装置１０では、処理部ＰＵが、第１のプレート１６の光路長、即ち、第１の領域Ｒ１の光路長、第２の領域Ｒ２の光路長、第３の領域Ｒ３の光路長、及び／又は、第１の領域Ｒ１の温度計算値、第２の領域Ｒ２の温度計算値、第３の領域Ｒ３の温度計算値を求めると、制御部Ｃｎｔは、種々の制御を行うことができる。
制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置であることができ、高周波電源ＨＦＳの高周波電力の大きさ、高周波電源ＬＦＳの高周波バイアス電力の大きさ、排気装置ＶＳの排気量、ガス供給系ＧＰから各供給経路に供給されるガスの種類及び流量、並びに、電磁石３０のコイルに与える電流量を調整することができる。そのために、制御部Ｃｎｔは、メモリに格納されるか、又は、入力装置によって入力されるレシピに従って、高周波電源ＨＦＳ、高周波電源ＬＦＳ、排気装置ＶＳ、ガス供給系ＧＰのバルブ及び流量制御器、電磁石３０のコイルに接続された電流源に制御信号を送出することができる。
また、制御部Ｃｎｔは、処理部ＰＵによって求められた第１の領域Ｒ１の光路長、第２の領域Ｒ２の光路長、及び、第３の領域Ｒ３の光路長に応じて、アラームを出力することができる。第１の領域Ｒ１の光路長、第２の領域Ｒ２の光路長、及び、第３の領域Ｒ３の光路長は、第１の領域Ｒ１の板厚、第２の領域Ｒ２の板厚、及び第３の領域Ｒ３の板厚をそれぞれ反映している。したがって、制御部Ｃｎｔは、例えば、第１の領域Ｒ１の光路長、第２の領域Ｒ２の光路長、及び、第３の領域Ｒ３の光路長がそれぞれ所定の光路長になったときに、アラームを出力することができる。なお、アラームが出力されなくとも、プラズマ処理装置１０のオペレータは、第１の領域Ｒ１の光路長、第２の領域Ｒ２の光路長、及び、第３の領域Ｒ３の光路長から、第１のプレート１６の交換時期を把握することが可能である。
さらに、制御部Ｃｎｔは、処理部ＰＵによって算出された第１の領域Ｒ１の温度計算値、第２の領域Ｒ２の温度計算値、及び第３の領域Ｒ３の温度計算値に基づいて、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３からそれぞれ第１のヒータＨＴ１、第２のヒータＨＴ２、及び第３のヒータＨＴ３に供給される電力を制御することができる。
以下、制御部Ｃｎｔによって行われる第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、第３のヒータ電源ＨＰ３の制御と共に、プラズマ処理装置１０の運用方法の幾つかの例について説明する。図１１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の運用方法の一例を示す流れ図である。
図１１に示すように、プラズマ処理装置１０の運用方法の第１例では、まず、プラズマ生成前の工程ＳＴ５１において、制御部Ｃｎｔは、第１のヒータＨＴ１、第２のヒータＨＴ２、及び第３のヒータＨＴ３がＯＮになるよう、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３に電力を供給させる。また、制御部Ｃｎｔは、冷媒を流路１８ｆに供給するよう、チラーユニットを制御する。これにより、第１のプレート１６の全領域が概ね均一な温度となる。
続く工程ＳＴ５２において、制御部Ｃｎｔは、ガス供給系ＧＰからガスを供給させ、且つ、排気装置ＶＳを動作させる。これにより、処理空間ＰＳ内にガスが供給され、処理空間ＰＳの圧力が所定の圧力になる。また、ガス供給系ＧＰからガスが供給されると、第１のプレート１６と静電吸着部１９との間の間隙にもガスが進入する。当該間隙に進入したガスは、第１のプレート１６と静電吸着部１９との間において熱伝達媒体として機能し、第１のプレート１６の全領域が目標温度に近くなる。
続く工程ＳＴ５３において、制御部Ｃｎｔは、プラズマを生成するために、高周波電源ＨＦＳに高周波電力を供給させる。このとき、制御部Ｃｎｔは、高周波電源ＬＦＳにも高周波バイアス電力を供給させてもよく、また、上部電極構造ＵＳに負の直流電圧が供給されるよう、直流電源ＮＰを制御してもよい。
続く工程ＳＴ５４では、制御部Ｃｎｔは、処理部ＰＵによって算出される第１の領域Ｒ１の温度計算値、第２の領域Ｒ２の温度計算値、及び第３の領域の温度計算値を取得する。続く工程ＳＴ５５では、制御部Ｃｎｔは、第１の領域Ｒ１の温度計算値、第２の領域Ｒ２の温度計算値、及び第３の領域の温度計算値に基づき、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３を制御する。例えば、制御部Ｃｎｔは、第１の領域Ｒ１の温度計算値、第２の領域Ｒ２の温度計算値、及び第３の領域の温度計算値に基づき、第１の領域Ｒ１の温度、第２の領域Ｒ２の温度、及び第３の領域の温度が実質的に等しくなるように、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３を制御する。なお、工程ＳＴ５４及び工程ＳＴ５５は、一枚のウエハＷのプラズマ処理が終了するまで繰り返し実行され得る。
プラズマ処理装置１０では、軸線ＡＸに対して径方向において変動するプラズマ密度分布を有するプラズマが発生することがある。例えば、軸線ＡＸの近傍において高い密度を有し、軸線ＡＸから離れるにつれて小さくなる密度を有するプラズマが発生することがある。したがって、第１のプレート１６に対するプラズマからの入熱量は、径方向において変動する分布をもつ。また、このようなプラズマ密度分布により、第１のプレート１６がプラズマ処理によって削られる量も、径方向において変動する分布をもつ。即ち、プラズマ処理が行われることにより、第１のプレート１６は厚さ分布を有するようになる。この第１のプレート１６の厚さ分布は、第１のプレート１６において変動する温度分布を助長する。しかしながら、プラズマ処理装置１０の上記運用方法によれば、上述した工程ＳＴ５５により、第１のプレート１６において径方向に変動する温度の分布を補正することが可能である。
例えば、プラズマの生成期間において、工程ＳＴ５５により、第１のヒータ電源ＨＰ１から第１のヒータＨＴ１に供給される電力が最も大きな電力に設定され、第２のヒータ電源ＨＰ２から第２のヒータＨＴ２に供給される電力が次に大きくな電力に設定され、第３のヒータ電源ＨＰ３から第３のヒータＨＴ３に供給される電力が最小の電力又はＯＦＦに設定され得る。また、プラズマの生成期間には、チラーユニットから流路１８ｆに冷媒が継続的に供給されてもよい。
次いで、プラズマ処理装置１０の運用方法の第２例について説明する。第２例は、複数のウエハＷを連続的に、即ち順に処理することを想定しており、当該第２例では、制御部Ｃｎｔは、プラズマ処理時に、処理部ＰＵによって算出される第１の領域Ｒ１の温度計算値、第２の領域Ｒ２の温度計算値、及び第３の領域の温度計算値に基づいて、第１の領域Ｒ１の温度、第２の領域Ｒ２の温度、及び第３の領域Ｒ３の温度が所定の温度となるよう、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３を制御する。
複数のウエハＷを順に処理する場合には、それぞれのウエハＷを処理するときのプラズマの状態が変動することがある。例えば、一つ目のウエハＷを処理するときのプラズマの状態が後続のウエハＷを処理するときのプラズマの状態とは異なることがある。このような現象は、「ファーストウエハエフェクト」と呼ばれる現象である。この現象により、それぞれのウエハＷを処理するときの上部電極構造ＵＳの温度が変動することがある。第２例では、連続的にウエハＷを処理する場合に、第１の領域Ｒ１の温度、第２の領域Ｒ２の温度、及び第３の領域Ｒ３の温度が所定の温度となるよう、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３それぞれの出力が制御される。したがって、複数のウエハＷを連続的に処理するときの上部電極構造ＵＳの温度の差異を低減することが可能となる。
次いで、プラズマ処理装置１０の運用方法の第３例について説明する。この第３例では、第１の領域Ｒ１の複数のガス吐出口１６ｉから吐出される第１のガス、第２の領域Ｒ２の複数のガス吐出口１６ｊから吐出される第２のガス、及び第３の領域Ｒ３の複数のガス吐出口１６ｊから吐出される第３のガスそれぞれに含まれるエッチング性ガスの量に対する堆積性ガスの量の多さが異なることが想定されている。エッチング性ガスは、ハロゲン元素といった腐食性のガスであり、例えば、フルオロカーボンンガスであり得る。また、堆積性ガスは、第１のプレート１６に付着する、又は、第１のプレート１６を変質させるガスであり、例えば、酸素ガス（Ｏ２）ガスである。
この第３例では、制御部Ｃｎｔは、第１のガス、第２のガス、及び第３のガスそれぞれに含まれるエッチング性ガスの量に対する堆積性ガスの量の多さに応じて、第１の領域Ｒ１の温度、第２の領域Ｒ２の温度、及び第３の領域Ｒ３の温度のそれぞれが高くなるよう、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３を制御する。また、制御部Ｃｎｔは、かかる制御において、処理部ＰＵによって算出される第１の領域Ｒ１の温度計算値、第２の領域Ｒ２の温度計算値、及び第３の領域の温度計算値に更に基づいて、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３の出力を制御し得る。
ここで、第１のプレート１６の表面に対して堆積性ガスに由来する堆積物が付着すると、当該堆積物がマイクロマスクとなって第１のプレート１６の表面が削られる現象、所謂ブラックシリコンが発生する。このブラックシリコンの発生は、ガス中の堆積性ガスの量の多さ、即ち、ガス中の堆積性ガスの割合の大きさに依存して、顕著になる。一方、堆積物の付着量は、第１のプレート１６の温度が高いほど少なくなる。
第３の例では、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３の各々のガス吐出口から吐出されるガス中の堆積性ガスの量の多さに応じて、各領域の温度を制御するので、これら領域におけるブラックシリコンの発生を抑制することが可能となる。
以下、プラズマ処理装置１０においてプラズマ処理を行うことによって第１のプレート１６の第３の領域Ｒ３が削られた量、即ち、削れ量を、第３の取得部ＯＳ３及び処理部ＰＵにより求められた光路長ｎｄに基づいて算出した実験例１について説明する。この実験例１では、下記の条件のプラズマ処理を、処理時間をパラメータとして異ならせて、実行した。
＜プラズマ処理の条件＞
・ガス：ＣＦ系ガス（５０ｓｃｃ）、Ａｒガス（４００ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス（３０ｓｃｃｍ
・高周波電源ＨＦＳ：４０ＭＨｚ、１２００Ｗ
・高周波電源ＬＦＳ：１３ＭＨｚ、４５００Ｗ
・処理時間：１０分、２０分、５０分の三種
そして、プラズマの生成を終了した後に第１のプレート１６の温度が安定した状態を、当該第１のプレート１６の温度が１５０℃になった状態であると判断し、この状態の第１のプレート１６の屈折率を３．７と仮定して、第３の領域Ｒ３の光路長ｎｄから、当該第３の領域Ｒ３の板厚、即ちｎｄ／３．７を求め、当該板厚から第３の領域Ｒ３の削れ量を算出した。その結果、処理時間が１０分、２０分、５０分のそれぞれの場合の削れ量は、０．４μｍ、０．９μｍ、１．９μｍであった。これにより、上述した取得部及び処理部ＰＵにより、第１のプレート１６の各領域の板厚に対応する光路長ｎｄを求めることが可能であることが確認された。
次いで、プラズマ処理装置１０を評価のために行った実験例２について説明する。この実験例２では、第１のプレート１６の目標温度が１５０℃となるよう、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３を制御し、次いで、下記の条件に示すように、ガス供給系ＧＰからガスを供給し、次いで、プラズマの生成を所定時間行い、その後にプラズマの生成を停止する処理を複数回繰り返し、第３の領域Ｒ３の温度を測定した。
＜条件＞
・ガス：ＣＦ系ガス（５０ｓｃｃ）、Ａｒガス（４００ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス（３０ｓｃｃｍ
・高周波電源ＨＦＳ：４０ＭＨｚ、１２００Ｗ
・高周波電源ＬＦＳ：１３ＭＨｚ、４５００Ｗ
・直流電源ＮＰの印加電圧（ＤＣ）：０Ｖ、１５０Ｖ、３００Ｖの三種
図１２は、実験例２の実験結果を示すグラフである。図１２において、横軸は時間を示しており、縦軸は第３の領域Ｒ３の温度を示している。図１２に示すように、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３を目標温度に応じて制御しても、第３の領域Ｒ３の温度は目標温度の１５０℃よりも低い温度、即ち、約１２５℃であった。その後にガスの供給を開始すると、第３の領域Ｒ３の温度は、目標温度である１５０℃に近い温度となった。このことから、第１のプレート１６と静電吸着部１９との間の間隙に進入するガスが熱伝達媒体として機能することが確認され、セラミック製の表面１９ｓを吸着面として用いても、第１のプレート１６と静電吸着部１９との間の熱伝導が実現されることが確認された。
また、図１２において、期間Ｐ１、期間Ｐ２、期間Ｐ３、及び期間Ｐ４はそれぞれ、プラズマの生成の開始（図中、「プラズマＯＮ」で示されている）、即ち、高周波電源ＨＦＳ及び高周波電源ＬＦＳからの高周波電力の供給の開始から、プラズマの生成の終了、即ち、高周波電源ＨＦＳ及び高周波電源ＬＦＳからの高周波電力の供給の停止までの期間である。図１２に示すように、初回のプラズマ処理の期間である期間Ｐ１における第３の領域Ｒ３の最高到達温度は、他の期間における第３の領域Ｒ３の温度の最高到達温度よりも低いことが確認された。このことから、初回のプラズマ処理の際には、第１のプレート１６の最高到達温度が低くなる現象が発生することが確認された。かかる現象は、複数枚のウエハに対して順にプラズマ処理を行う場合に、一枚目のウエハに対するプラズマ処理と後続のウエハに対するプラズマ処理に差異を生じさせ得る。しかしながら、プラズマ処理装置１０によれば、プラズマ処理時に第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３の各々が所定の温度となるように、第１のヒータ電源ＨＰ１、第２のヒータ電源ＨＰ２、及び第３のヒータ電源ＨＰ３を制御することができるので、かかる現象による影響を抑制することが可能である。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態の第１のプレート１６は、三つの領域を有していたが、第１のプレート１６は同心状の四つ以上の領域を有していてもよく、上部電極構造ＵＳはこれら四つ以上の領域に個別にガスを供給する四つ以上の供給経路を有していてもよい。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…載置台、ＵＳ…上部電極構造、１６…第１のプレート、Ｒ１…第１の領域、１６ｉ…ガス吐出口、Ｒ２…第２の領域、１６ｊ…ガス吐出口、Ｒ３…第３の領域、１６ｋ…ガス吐出口、１８…第２のプレート、１８ｆ…流路（冷媒用）、１９…静電吸着部、１９ｍ…本体部、１９ｅ…電極、１９ｓ…表面、Ｄ１３…ガス拡散室（第１のガス拡散室）、Ｄ２３…ガス拡散室（第２のガス拡散室）、Ｄ３３…ガス拡散室（第３のガス拡散室）ＨＴ１…第１のヒータ、ＨＴ２…第２のヒータ、ＨＴ３…第３のヒータ、ＨＰ１…第１のヒータ電源、ＨＰ２…第２のヒータ電源、ＨＰ３…第３のヒータ電源、Ｌ１１…ガスライン（第１のガスライン）、Ｄ１１…ガス拡散室（第４のガス拡散室）、Ｌ１２…ガスライン（第２のガスライン）、Ｄ１２…ガス拡散室（第５のガス拡散室）、Ｌ１３…ガスライン（第３のガスライン）、Ｌ２１…ガスライン（第４のガスライン）、Ｄ２１…ガス拡散室（第６のガス拡散室）、Ｌ２２…ガスライン（第５のガスライン）、Ｄ２２…ガス拡散室（第７のガス拡散室）、Ｌ２３…ガスライン（第６のガスライン）、Ｌ３１…ガスライン（第７のガスライン）、Ｄ３１…ガス拡散室（第８のガス拡散室）、Ｌ３２…ガスライン（第８のガスライン）、Ｄ３２…ガス拡散室（第９のガス拡散室）、Ｌ３３…ガスライン（第９のガスライン）、ＧＰ…ガス供給系、ＨＦＳ…高周波電源、ＬＦＳ…高周波電源、ＯＳ１…第１の取得部、ＯＳ２…第２の取得部、ＯＳ３…第３の取得部、８２…光源、８４…サーキュレータ、８６…光ファイバ、８８…光学素子、９０…分光器、ＰＵ…処理部、Ｃｎｔ…制御部。

Claims (12)

  1. 容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極構造であって、
    第１の領域、該第１の領域を同心状に囲む第２の領域、及び該第２の領域を同心状に囲む第３の領域を有し、該第１の領域、該第２の領域、及び該第３の領域のそれぞれに複数のガス吐出口が形成された第１のプレートと、
    冷媒用の流路が形成された第２のプレートと、
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に介在し、前記第１のプレートを吸着する静電吸着部と、
    を備え、
    前記静電吸着部は、前記第２のプレートと前記第１の領域との間に設けられた第１のヒータ、前記第２のプレートと前記第２の領域との間に設けられた第２のヒータ、及び、前記第２のプレートと前記第３の領域との間に設けられた第３のヒータを有し、
    前記静電吸着部は、前記第２のプレートと共に、前記第１の領域にガスを供給する第１の供給経路、前記第２の領域にガスを供給する第２の供給経路、及び前記第３の領域にガスを供給する第３の供給経路を提供し、
    前記静電吸着部には、前記第１の供給経路に含まれる第１のガス拡散室、前記第２の供給経路に含まれる第２のガス拡散室、及び、前記第３の供給経路に含まれる第３のガス拡散室が形成されている、
    上部電極構造。
  2. 前記静電吸着部は、セラミック製の本体部、及び静電吸着用の電極を有しており、
    前記セラミック製の本体部の表面が前記第１のプレートの吸着面を構成する、
    請求項１に記載の上部電極構造。
  3. 前記第１の供給経路は、第１のガスライン、第４のガス拡散室、複数の第２のガスライン、第５のガス拡散室、複数の第３のガスライン、及び前記第１のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第２のガスライン及び前記複数の第３のガスラインは、前記第１の領域の中心軸線に対して周方向に配列されており、前記第１のガス拡散室、前記第４のガス拡散室、及び前記第５のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記第２の供給経路は、第４のガスライン、第６のガス拡散室、複数の第５のガスライン、第７のガス拡散室、複数の第６のガスライン、及び前記第２のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第５のガスライン及び前記複数の第６のガスラインは、前記中心軸線に対して周方向に配列されており、前記第２のガス拡散室、前記第６のガス拡散室、及び前記第７のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記第３の供給経路は、第７のガスライン、第８のガス拡散室、複数の第８のガスライン、第９のガス拡散室、複数の第９のガスライン、及び前記第３のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第８のガスライン及び前記複数の第９のガスラインは、前記中心軸線に対して周方向に配列されており、前記第３のガス拡散室、前記第８のガス拡散室、及び前記第９のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有する、
    請求項１又は２に記載の上部電極構造。
  4. 容量結合型のプラズマ処理装置であって、
    処理容器と、
    前記処理容器内に設けられた載置台であり、下部電極を含む該載置台と、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の上部電極構造と、
    を備えるプラズマ処理装置。
  5. 光源からの光を前記第１のプレートの前記第１の領域に照射し、該第１の領域の表面及び裏面からの反射光の波長スペクトルを取得する第１の取得部と、
    光源からの光を前記第１のプレートの前記第２の領域に照射し、該第２の領域の表面及び裏面からの反射光の波長スペクトルを取得する第２の取得部と、
    光源からの光を前記第１のプレートの前記第３の領域に照射し、該第３の領域の表面及び裏面からの反射光の波長スペクトルを取得する第３の取得部と、
    前記第１の取得部によって取得された前記波長スペクトル、前記第２の取得部によって取得された前記波長スペクトル、及び、前記第３の取得部によって取得された前記波長スペクトルに基づいて、前記第１の領域の前記表面と前記裏面との間の光路長、前記第２の領域の前記表面と前記裏面との間の光路長、及び前記第３の領域の前記表面と前記裏面との間の光路長をそれぞれ求める処理部と、
    を更に備える請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記第１のヒータに接続された第１のヒータ電源と、
    前記第２のヒータに接続された第２のヒータ電源と、
    前記第３のヒータに接続された第３のヒータ電源と、
    前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する制御部と、
    を更に備え、
    前記処理部は、前記第１の領域の前記光路長、前記第２の領域の前記光路長、及び前記第３の領域の前記光路長に基づいて、前記第１の領域の温度計算値、前記第２の領域の温度計算値、及び前記第３の領域の温度計算値をそれぞれ求め、
    前記制御部は、前記第１の領域の前記温度計算値、前記第２の領域の前記温度計算値、及び前記第３の領域の前記温度計算値に基づいて、前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する、
    請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記制御部は、前記第１の領域の温度、前記第２の領域の温度、及び前記第３の領域の温度が実質的に同一となるよう、前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記制御部は、プラズマ処理時に、前記第１の領域の温度、前記第２の領域の温度、及び前記第３の領域の温度が所定の温度となるよう、前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記制御部は、前記第１の領域の前記複数のガス吐出口から吐出される第１のガス、前記第２の領域の前記複数のガス吐出口から吐出される第２のガス、及び前記第３の領域の前記複数のガス吐出口から吐出される第３のガスそれぞれに含まれるエッチング性ガスの量に対する堆積性ガスの量の多さに応じて、前記第１の領域の温度、前記第２の領域の温度、及び前記第３の領域の温度のそれぞれが高くなるよう、前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  10. 請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置の運用方法であって、
    プラズマ処理時に前記第１の領域の温度、前記第２の領域の温度、及び前記第３の領域の温度が実質的に同一となるよう、前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する、
    運用方法。
  11. 請求項６又は８に記載のプラズマ処理装置の運用方法であって、
    プラズマ処理時に前記第１の領域の温度、前記第２の領域の温度、及び前記第３の領域の温度が実質的に同一となるよう、前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する、
    運用方法。
  12. 請求項６又は９に記載のプラズマ処理装置の運用方法であって、
    前記第１の領域の前記複数のガス吐出口から吐出される第１のガス、前記第２の領域の前記複数のガス吐出口から吐出される第２のガス、及び前記第３の領域の前記複数のガス吐出口から吐出される第３のガスそれぞれに含まれるエッチング性ガスの量に対する堆積性ガスの量の多さに応じて、前記第１の領域の温度、前記第２の領域の温度、及び前記第３の領域の温度のそれぞれが高くなるよう、前記第１のヒータ電源、前記第２のヒータ電源、及び前記第３のヒータ電源を制御する、
    運用方法。
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