JP2019067846A - 温度制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】載置台に載置される基板の面内の温度分布の制御性を高めることが可能な温度制御方法を提供すること。【解決手段】一実施形態の温度制御方法は、載置台に載置される被処理体の温度制御方法であって、前記載置台に設けられた複数のガス孔の少なくともいずれかのガス孔から前記被処理体と前記載置台との間に伝熱ガスを供給し、前記ガス孔とは異なるガス孔から前記伝熱ガスを排気する工程と、前記伝熱ガスを供給する前記ガス孔及び前記伝熱ガスを排気する前記ガス孔の圧力を検出する工程と、前記圧力を調整する工程と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、温度制御方法に関する。
エッチング装置等のプラズマ処理装置において、エッチングレート等、良好なプラズマ特性を得るために基板の温度制御は重要である。そこで、基板を載置する載置台の内部に複数のゾーンに分割されたヒータを組み込み、ゾーンごとにヒータを制御して載置台の面内の温度分布を制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
また、載置台の上面の中心部及び周縁部の各々に伝熱ガス拡散領域を設け、各々の伝熱ガス拡散領域に供給する伝熱ガスの供給圧力を個別に調整することで、載置台の面内における載置台から基板への熱伝達量を制御することが行われている。
特開２０１７−５１２８号公報
しかしながら、載置台の上面の中心部及び周縁部の各々に伝熱ガス拡散領域を設ける方法では、中心部に設けられた伝熱ガス拡散領域と周縁部に設けられた伝熱ガス拡散領域との境界付近において温度ムラが生じやすい。
そこで、本発明の一態様では、載置台に載置される基板の面内の温度分布の制御性を高めることが可能な温度制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る温度制御方法は、載置台に載置される被処理体の温度制御方法であって、前記載置台に設けられた複数のガス孔の少なくともいずれかのガス孔から前記被処理体と前記載置台との間に伝熱ガスを供給し、前記ガス孔とは異なるガス孔から前記伝熱ガスを排気する工程と、前記伝熱ガスを供給する前記ガス孔及び前記伝熱ガスを排気する前記ガス孔の圧力を検出する工程と、前記圧力を調整する工程と、を有する。
開示の温度制御方法によれば、載置台に載置される基板の面内の温度分布の制御性を高めることができる。
第１実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成図 第１実施形態に係るプラズマ処理装置の伝熱ガス供給機構を示す図 図２の伝熱ガス供給機構の動作を説明するための図（１） 図２の伝熱ガス供給機構の動作を説明するための図（２） 伝熱ガス拡散領域に伝熱ガスを供給するガス孔の配置例を示す図（１） 伝熱ガス拡散領域に伝熱ガスを供給するガス孔の配置例を示す図（２） 第２実施形態に係るプラズマ処理装置の伝熱ガス供給機構を示す図 図７の伝熱ガス供給機構の動作を説明するための図（１） 図７の伝熱ガス供給機構の動作を説明するための図（２）
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。
図１に示されるように、プラズマ処理装置は、下部２周波の容量結合型のプラズマエッチング装置として構成されている。プラズマ処理装置は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形の処理容器１０を有している。処理容器１０は、接地されている。
処理容器１０の内部には、載置台１２が設けられている。載置台１２は、被処理体としての半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を載置する。載置台１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の材質により形成されている。載置台１２は、絶縁性材料により形成された筒状保持部１４を介して支持部１６に支持されている。これにより、載置台１２は、処理容器１０の底部に設置される。
処理容器１０の底部には、排気管２６が設けられている。排気管２６は、排気装置２８に接続されている。排気装置２８は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ等の真空ポンプから構成されている。排気装置２８は、処理容器１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧すると共に、処理容器１０内のガスを排気路２０及び排気口２４に導いて排気する。排気路２０には、ガスの流れを制御するための環状のバッフル板２２が取り付けられている。
処理容器１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口を開閉する搬送用のゲートバルブ３０が取り付けられている。
載置台１２には、プラズマを励起するための第１高周波電源３１が整合器３３を介して接続されている。第１高周波電源３１は、処理容器１０内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力（プラズマ励起用の高周波電力）を載置台１２に印加する。また、載置台１２には、ウエハＷにプラズマ中のイオンを引き込むための第２高周波電源３２が整合器３４を介して接続されている。第２高周波電源３２は、載置台１２上のウエハＷにプラズマ中のイオンを引き込むのに適した低めの周波数、例えば０．８ＭＨｚの高周波電力（イオン引込用の高周波電力）を載置台１２に印加する。このようにして載置台１２は、ウエハＷを載置すると共に、下部電極としての機能を有する。
載置台１２の上面には、ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。静電チャック４０は、導電膜により形成される電極４０ａを一対の絶縁層４０ｂ（又は絶縁シート）の間に挟み込んだものである。電極４０ａには、スイッチ４３を介して直流電圧源４２が電気的に接続されている。静電チャック４０は、直流電圧源４２からの電圧により、クーロン力でウエハＷを静電チャック４０上に吸着して保持する。
静電チャック４０の周縁部には、載置台１２の周囲を囲むようにフォーカスリング１８が配置されている。フォーカスリング１８は、例えばシリコン、石英等により形成されている。フォーカスリング１８は、エッチングの面内均一性を高めるように機能する。
処理容器１０の天井部には、シャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。これにより、第１高周波電源３１から出力される高周波電力が載置台１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
シャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する電極板５６と、電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。ガス供給源６２は、ガス供給配管６４を介してガス導入口６０ａからシャワーヘッド３８内にガスを供給する。ガスは、ガス拡散室５７にて拡散され、多数のガス通気孔５６ａから処理容器１０内に導入される。
処理容器１０の周囲には、環状又は同心円状に延在する磁石６６が配置され、磁力により処理容器１０内のプラズマ生成空間に生成されるプラズマを制御する。
載置台１２の内部には、冷媒管７０が設けられている。チラーユニット７１から供給された冷媒は、冷媒管７０及び冷媒循環管７３を循環し、載置台１２を冷却する。また、静電チャック４０には、４分割されたヒータ７５が貼り付けられている。ヒータ７５には、交流電源４４から所望の交流電圧が印加される。これにより、ヒータ７５は、静電チャック４０を加熱する。係る構成によれば、チラーユニット７１による冷却とヒータ７５による加熱によってウエハＷを所望の温度に調整できる。また、これらの温度制御は、制御装置１００からの指令に基づき行われる。
所定の温度に調整された載置台１２の熱は、静電チャック４０を介して、静電チャック４０の上面に吸着したウエハＷに伝達される。このとき、処理容器１０内が減圧されても熱を効率よくウエハＷに伝達させるために、伝熱ガス供給機構９０により、静電チャック４０の上面に吸着したウエハＷの裏面に向けて、ヘリウム（Ｈｅ）等の伝熱ガスが供給される。伝熱ガス供給機構９０の詳細については後述する。
制御装置１００は、プラズマ処理装置の各部を制御する。具体的には、例えば排気装置２８、第１高周波電源３１、第２高周波電源３２、整合器３３，３４、直流電圧源４２、スイッチ４３、交流電源４４、ガス供給源６２、チラーユニット７１、及び伝熱ガス供給機構９０を制御する。なお、制御装置１００は、ホストコンピュータ（図示せず）とも接続されている。
制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、例えば記憶部に格納された各種のレシピに従ってプラズマ処理を実行する。レシピが格納される記憶部は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、光学ディスク等を用いてＲＡＭ、ＲＯＭとして実現されうる。レシピは、記憶媒体に格納して提供され、ドライバを介して記憶部に読み込まれるものであってもよく、また、ネットワークからダウンロードされて記憶部に格納されるものであってもよい。なお、制御装置１００の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。
係る構成のプラズマ処理装置において、エッチングを行うには、まずゲートバルブ３０を開口して搬送アームに保持されたウエハＷを処理容器１０内に搬入する。ウエハＷは、昇降ピン（図示せず）により保持され、昇降ピンが降下することにより静電チャック４０上に載置される。ウエハＷを搬入後、ゲートバルブ３０が閉じられ、ガス供給源６２からエッチングガスを所定の流量及び流量比で処理容器１０内に導入し、排気装置２８により処理容器１０内の圧力を設定値に減圧する。さらに、第１高周波電源３１及び第２高周波電源３２から所定の出力の高周波電力を載置台１２に供給する。また、直流電圧源４２から電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、ウエハＷを静電チャック４０上に固定する。また、伝熱ガス供給機構９０により、静電チャック４０の上面に吸着したウエハＷの裏面に向けて伝熱ガスを供給する。シャワーヘッド３８からシャワー状に導入されたエッチングガスは、第１高周波電源３１からの高周波電力によりプラズマ化される。これにより、上部電極（シャワーヘッド３８）と下部電極（載置台１２）との間のプラズマ生成空間にてプラズマが生成され、プラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷの主面がエッチングされる。また、第２高周波電源３２からの高周波電力によりウエハＷに向かってイオンを引き込むことができる。
プラズマエッチング終了後、ウエハＷが昇降ピンにより持ち上げられ保持され、ゲートバルブ３０を開口して搬送アームが処理容器１０内に搬入された後に、昇降ピンが下げられウエハＷが搬送アームに保持される。次いで、搬送アームが処理容器１０の外へ出て、次のウエハＷが搬送アームにより処理容器１０内へ搬入される。この処理を繰り返すことで連続してウエハＷが処理される。
伝熱ガス供給機構９０の構成例について説明する。図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の伝熱ガス供給機構９０を示す図である。
図２に示されるように、伝熱ガス供給機構９０は、伝熱ガス供給源９２と、伝熱ガス供給ライン９４と、伝熱ガス排気ライン９６と、を有する。
伝熱ガス供給源９２は、Ｈｅ等の伝熱ガスを、伝熱ガス供給ライン９４を介して伝熱ガス拡散領域Ａに供給する。伝熱ガス拡散領域Ａは、例えば静電チャック４０の上面に形成された円形状の凹部である。伝熱ガス拡散領域Ａには、伝熱ガス供給ライン９４からの伝熱ガスが吐出されるガス孔ｈが複数形成されている。ガス孔ｈ１は伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部に形成されたガス孔であり、ガス孔ｈ２は伝熱ガス拡散領域Ａの中心部に形成されたガス孔である。静電チャック４０の上面にウエハＷが吸着すると、ウエハＷの裏面との間において、伝熱ガス拡散領域Ａによって伝熱ガスの供給空間が形成される。
伝熱ガス供給ライン９４は、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスを伝熱ガス拡散領域Ａに供給するためのガスラインである。伝熱ガス供給ライン９４の一端は伝熱ガス供給源９２に接続されており、他端は複数のガス供給ライン（例えば、第１ガス供給ライン９４ａ及び第２ガス供給ライン９４ｂ）に分岐している。
第１ガス供給ライン９４ａは、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスを、ガス孔ｈ１を介して伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部に供給する。第１ガス供給ライン９４ａには、上流側から制御弁Ｖ１及び圧力計Ｐ１が介設されている。制御弁Ｖ１の開度は、圧力計Ｐ１により検出される圧力が所望の圧力となるように制御される。なお、圧力計Ｐ１は、制御弁Ｖ１と一体として設けられていてもよい。
第２ガス供給ライン９４ｂは、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスを、ガス孔ｈ２を介して伝熱ガス拡散領域Ａの中心部に供給する。第２ガス供給ライン９４ｂには、上流側から制御弁Ｖ２及び圧力計Ｐ２が介設されている。制御弁Ｖ２の開度は、圧力計Ｐ２により検出される圧力が所望の圧力となるように制御される。なお、圧力計Ｐ２は、制御弁Ｖ２と一体として設けられていてもよい。
伝熱ガス排気ライン９６は、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを排気するためのガスラインである。伝熱ガス排気ライン９６の一端は排気装置２８に接続されており、他端が複数のガス排気ライン（例えば、第１ガス排気ライン９６ａ及び第２ガス排気ライン９６ｂ）に分岐している。なお、伝熱ガス排気ライン９６は、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを排気可能であればよく、例えば伝熱ガス排気ライン９６の一端は排気装置２８とは別の排気装置に接続されていてもよい。
第１ガス排気ライン９６ａは、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを、ガス孔ｈ１を介して排気する。第１ガス排気ライン９６ａは、第１ガス供給ライン９４ａの制御弁Ｖ１とガス孔ｈ１との間に接続されている。第１ガス排気ライン９６ａには、上流側から圧力計Ｐ３及び制御弁Ｖ３が介設されている。制御弁Ｖ３の開度は、圧力計Ｐ３により検出される圧力が所望の圧力となるように制御される。なお、圧力計Ｐ３は、制御弁Ｖ３と一体として設けられていてもよい。
第２ガス排気ライン９６ｂは、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを、ガス孔ｈ２を介して排気する。第２ガス排気ライン９６ｂは、第２ガス供給ライン９４ｂの制御弁Ｖ２とガス孔ｈ２との間に接続されている。第２ガス排気ライン９６ｂには、上流側から圧力計Ｐ４及び制御弁Ｖ４が介設されている。制御弁Ｖ４の開度は、圧力計Ｐ４により検出される圧力が所望の圧力となるように制御される。なお、圧力計Ｐ４は、制御弁Ｖ４と一体として設けられていてもよい。
次に、伝熱ガス供給機構９０の動作例について説明する。
図３は図２の伝熱ガス供給機構９０の動作を説明するための図であり、伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部（Ｅｄｇｅ）の圧力を中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）の圧力よりも高くする場合の伝熱ガス供給機構９０の動作を説明するための図である。図３（ａ）は伝熱ガスの流れを示し、図３（ｂ）は伝熱ガス拡散領域Ａにおける径方向の圧力分布を示す。なお、図３（ａ）では、制御弁が開いている状態を黒色、制御弁が閉じている状態を白色で示し、伝熱ガスの流れる方向を矢印で示す。
伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部の圧力を中心部の圧力よりも高くする場合、図３（ａ）に示されるように、制御弁Ｖ１，Ｖ４を開き、制御弁Ｖ２，Ｖ３を閉じる。これにより、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスは、第１ガス供給ライン９４ａ及びガス孔ｈ１を介して伝熱ガス拡散領域Ａに供給される。また、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスは、ガス孔ｈ２及び第２ガス排気ライン９６ｂを介して排気装置２８により排気される。このとき、伝熱ガスが静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間の狭い空間を通過することで生じる圧力損失によって、図３（ｂ）に示されるように、伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部の圧力が中心部の圧力よりも高くなる。これにより、ウエハＷの周縁部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達を、ウエハＷの中心部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達よりも促進させることができる。また、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて周縁部から中心部に向かう水平方向の伝熱ガスの流れを形成できるので、流れ抵抗により滑らかな圧力勾配を実現できる。さらに、制御弁Ｖ１，Ｖ４の開度を調整し、伝熱ガス拡散領域Ａを流れる伝熱ガスの流量を制御することで、圧力勾配を自在に制御できる。
図４は図２の伝熱ガス供給機構９０の動作を説明するための図であり、伝熱ガス拡散領域Ａの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）の圧力を周縁部（Ｅｄｇｅ）の圧力よりも高くする場合の伝熱ガス供給機構９０の動作を説明するための図である。図４（ａ）は伝熱ガスの流れを示し、図４（ｂ）は伝熱ガス拡散領域Ａにおける径方向の圧力分布を示す。なお、図４（ａ）では、制御弁が開いている状態を黒色、制御弁が閉じている状態を白色で示し、伝熱ガスの流れる方向を矢印で示す。
伝熱ガス拡散領域Ａの中心部の圧力を周縁部の圧力よりも高くする場合、図４（ａ）に示されるように、制御弁Ｖ２，Ｖ３を開き、制御弁Ｖ１，Ｖ４を閉じる。これにより、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスは、第２ガス供給ライン９４ｂ及びガス孔ｈ２を介して伝熱ガス拡散領域Ａに供給される。また、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスは、ガス孔ｈ１及び第１ガス排気ライン９６ａを介して排気装置２８により排気される。このとき、伝熱ガスが静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間の狭い空間を通過することで生じる圧力損失によって、図４（ｂ）に示されるように、伝熱ガス拡散領域Ａの中心部の圧力が周縁部の圧力よりも高くなる。これにより、ウエハＷの中心部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達を、ウエハＷの周縁部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達よりも促進させることができる。また、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて中心部から周縁部に向かう水平方向の伝熱ガスの流れを形成できるので、流れ抵抗により滑らかな圧力勾配を実現できる。さらに、制御弁Ｖ２，Ｖ３の開度を調整し、伝熱ガス拡散領域Ａを流れる伝熱ガスの流量を制御することで、圧力勾配を自在に制御できる。
次に、伝熱ガス供給機構９０を用いて載置台１２に載置されるウエハＷの温度を制御する方法の一例について説明する。
最初に、制御弁Ｖ１，Ｖ４を開き、制御弁Ｖ２，Ｖ３を閉じることにより、載置台１２に設けられたガス孔ｈ１からウエハＷと載置台１２との間（伝熱ガス拡散領域Ａ）に伝熱ガスを供給し、ガス孔ｈ２から伝熱ガスを排気する。
続いて、圧力計Ｐ１により伝熱ガスを供給する側のガス孔ｈ１の圧力を検出し、圧力計Ｐ４により伝熱ガスを排気する側のガス孔ｈ２の圧力を検出する。また、圧力計Ｐ１により検出される圧力と圧力計Ｐ４により検出される圧力とに基づいて、伝熱ガスを供給する側のガス孔ｈ１と伝熱ガスを排気する側のガス孔ｈ２との圧力差を算出してもよい。
続いて、検出した圧力が、予めレシピ等で定められた圧力となるように、制御弁Ｖ１，Ｖ４の開度を調整する。また、圧力差を算出した場合には、算出した圧力差が、予めレシピ等で定められた圧力差となるように、制御弁Ｖ１，Ｖ４の開度を調整してもよい。
これらの工程により、伝熱ガス拡散領域Ａの面内における圧力分布を所望の圧力分布に調整し、ウエハＷの面内における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達量を制御できる。これにより、載置台１２に載置されるウエハＷの面内の温度分布の制御性を高めることができる。また、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて水平方向の伝熱ガスの流れを形成できるので、流れ抵抗により滑らかな圧力勾配を実現できる。
なお、図２から図４では、説明の便宜上、伝熱ガス拡散領域Ａに形成された２つのガス孔ｈ１，ｈ２に対する伝熱ガスの供給及び排気を切り替えて伝熱ガスの流れを制御する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、伝熱ガス拡散領域Ａには、例えば図５及び図６に示されるように、平面視において同心円状、扇状、又はこれらの組み合わせの形状に多数のガス孔ｈが配置されていてもよい。この場合、多数のガス孔ｈの少なくともいずれかのガス孔ｈから伝熱ガス拡散領域Ａに伝熱ガスを供給し、別のガス孔ｈから伝熱ガスを排気すればよい。なお、図５及び図６は、伝熱ガス拡散領域に伝熱ガスを供給するガス孔の配置例を示す図である。
以上に説明したように、第１実施形態では、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて水平方向の伝熱ガスの流れを形成し、伝熱ガスの流れの上流側及び下流側の圧力を調整することで、ウエハＷ面内での静電チャック４０からウエハＷへの熱伝達量を制御する。これにより、載置台１２に載置されるウエハＷの面内の温度分布の制御性を高めることができる。
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置は、第１ガス排気ライン９６ａ及び第２ガス排気ライン９６ｂに、それぞれオリフィス９７ａ及びオリフィス９７ｂが介設されている点で、第１実施形態に係るプラズマ処理装置と異なる。なお、その他の構成については、第１実施形態と同様の構成とすることができるので、同様の構成については説明を省略する。図７は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置の伝熱ガス供給機構９０Ａを示す図である。
図７に示されるように、伝熱ガス供給機構９０Ａは、伝熱ガス供給源９２と、伝熱ガス供給ライン９４と、伝熱ガス排気ライン９６と、を有する。
伝熱ガス供給源９２は、Ｈｅ等の伝熱ガスを、伝熱ガス供給ライン９４を介して伝熱ガス拡散領域Ａに供給する。伝熱ガス拡散領域Ａは、例えば静電チャック４０の上面に形成された円形状の凹部である。伝熱ガス拡散領域Ａには、伝熱ガス供給ライン９４からの伝熱ガスが吐出されるガス孔ｈが複数形成されている。ガス孔ｈ１は伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部に形成されたガス孔であり、ガス孔ｈ２は伝熱ガス拡散領域Ａの中心部に形成されたガス孔である。静電チャック４０の上面にウエハＷが吸着すると、ウエハＷの裏面との間において、伝熱ガス拡散領域Ａによって伝熱ガスの供給空間が形成される。
伝熱ガス供給ライン９４は、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスを伝熱ガス拡散領域Ａに供給するためのガスラインである。伝熱ガス供給ライン９４の一端は伝熱ガス供給源９２に接続されており、他端は複数のガス供給ライン（例えば、第１ガス供給ライン９４ａ及び第２ガス供給ライン９４ｂ）に分岐している。
第１ガス供給ライン９４ａは、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスを、ガス孔ｈ１を介して伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部に供給する。第１ガス供給ライン９４ａには、上流側から制御弁Ｖ１及び圧力計Ｐ１が介設されている。制御弁Ｖ１の開度は、圧力計Ｐ１により検出される圧力が所望の圧力となるように制御される。なお、圧力計Ｐ１は、制御弁Ｖ１と一体として設けられていてもよい。
第２ガス供給ライン９４ｂは、伝熱ガス供給源９２から供給される伝熱ガスを、ガス孔ｈ２を介して伝熱ガス拡散領域Ａの中心部に供給する。第２ガス供給ライン９４ｂには、上流側から制御弁Ｖ２及び圧力計Ｐ２が介設されている。制御弁Ｖ２の開度は、圧力計Ｐ２により検出される圧力が所望の圧力となるように制御される。なお、圧力計Ｐ２は、制御弁Ｖ２と一体として設けられていてもよい。
伝熱ガス排気ライン９６は、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを排気するためのガスラインである。伝熱ガス排気ライン９６の一端は排気装置２８に接続されており、他端が複数のガス排気ライン（例えば、第１ガス排気ライン９６ａ及び第２ガス排気ライン９６ｂ）に分岐している。なお、伝熱ガス排気ライン９６は、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを排気可能であればよく、例えば伝熱ガス排気ライン９６の一端は排気装置２８とは別の排気装置に接続されていてもよい。
第１ガス排気ライン９６ａは、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを、ガス孔ｈ１を介して排気する。第１ガス排気ライン９６ａは、第１ガス供給ライン９４ａの制御弁Ｖ１とガス孔ｈ１との間に接続されている。第１ガス排気ライン９６ａには、その前後（上流側と下流側）に圧力差を生じさせるオリフィス９７ａ等の絞り機構が介設されている。
第２ガス排気ライン９６ｂは、伝熱ガス拡散領域Ａに供給された伝熱ガスを、ガス孔ｈ２を介して排気する。第２ガス排気ライン９６ｂは、第２ガス供給ライン９４ｂの制御弁Ｖ２とガス孔ｈ２との間に接続されている。第２ガス排気ライン９６ｂには、その前後（上流側と下流側）に圧力差を生じさせるオリフィス９７ｂ等の絞り機構が介設されている。
次に、伝熱ガス供給機構９０Ａの動作例について説明する。
図８は図７の伝熱ガス供給機構９０Ａの動作を説明するための図であり、伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部（Ｅｄｇｅ）の圧力を中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）の圧力よりも高くする場合の伝熱ガス供給機構９０Ａの動作を説明するための図である。図８（ａ）は伝熱ガスの流れを示し、図８（ｂ）は伝熱ガス拡散領域Ａにおける径方向の圧力分布を示す。なお、図８（ａ）では、制御弁が開いている状態を黒色、制御弁が閉じている状態を白色で示し、伝熱ガスの流れる方向を矢印で示す。
伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部の圧力を中心部の圧力よりも高くする場合、制御弁Ｖ１を流れる伝熱ガスの流量が制御弁Ｖ２を流れる伝熱ガスの流量よりも大きくなるように、例えば制御弁Ｖ１の開度を制御弁Ｖ２の開度よりも大きくする。例えば、図８（ａ）に示されるように、第１ガス供給ライン９４ａに４ｓｃｃｍの伝熱ガスが供給され、第２ガス供給ライン９４ｂに１ｓｃｃｍの伝熱ガスが供給されるように、制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度を制御する。これにより、第１ガス供給ライン９４ａに供給された４ｓｃｃｍの伝熱ガスのうち、１ｓｃｃｍの伝熱ガスが伝熱ガス拡散領域Ａに供給され、３ｓｃｃｍの伝熱ガスが第１ガス排気ライン９６ａを介して排気装置２８により排気される。伝熱ガス拡散領域Ａに供給された１ｓｃｃｍの伝熱ガスは、ガス孔ｈ２を介して第２ガス排気ライン９６ｂに流れ、第２ガス供給ライン９４ｂに供給された１ｓｃｃｍの伝熱ガスと共に、排気装置２８により排気される。このとき、伝熱ガスが静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間の狭い空間を通過することで生じる圧力損失によって、図８（ｂ）に示されるように、伝熱ガス拡散領域Ａの周縁部の圧力が中心部の圧力よりも高くなる。これにより、ウエハＷの周縁部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達を、ウエハＷの中心部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達よりも促進させることができる。また、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて周縁部から中心部に向かう水平方向の伝熱ガスの流れを形成できるので、流れ抵抗により滑らかな圧力勾配を実現できる。さらに、制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度を調整し、伝熱ガス拡散領域Ａを流れる伝熱ガスの流量を制御することで、圧力勾配を自在に制御できる。
図９は、図７の伝熱ガス供給機構９０Ａの動作を説明するための図であり、伝熱ガス拡散領域Ａの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）の圧力を周縁部（Ｅｄｇｅ）の圧力よりも高くする場合の伝熱ガス供給機構９０Ａの動作を説明するための図である。図９（ａ）は伝熱ガスの流れを示し、図９（ｂ）は伝熱ガス拡散領域Ａにおける径方向の圧力分布を示す。なお、図９（ａ）では、制御弁が開いている状態を黒色、制御弁が閉じている状態を白色で示し、伝熱ガスの流れる方向を矢印で示す。
伝熱ガス拡散領域Ａの中心部の圧力を周縁部の圧力よりも高くする場合、制御弁Ｖ２を流れる伝熱ガスの流量が制御弁Ｖ１を流れる伝熱ガスの流量よりも大きくなるように、例えば制御弁Ｖ２の開度を制御弁Ｖ１の開度よりも大きくする。例えば、図９（ａ）に示されるように、第１ガス供給ライン９４ａに１ｓｃｃｍの伝熱ガスが供給され、第２ガス供給ライン９４ｂに４ｓｃｃｍの伝熱ガスが供給されるように、制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度を制御する。これにより、第２ガス供給ライン９４ｂに供給された４ｓｃｃｍの伝熱ガスのうち、１ｓｃｃｍの伝熱ガスが伝熱ガス拡散領域Ａに供給され、３ｓｃｃｍの伝熱ガスが第２ガス排気ライン９６ｂを介して排気装置２８により排気される。伝熱ガス拡散領域Ａに供給された１ｓｃｃｍの伝熱ガスは、ガス孔ｈ１を介して第１ガス排気ライン９６ａに流れ、第１ガス供給ライン９４ａに供給された１ｓｃｃｍの伝熱ガスと共に、排気装置２８により排気される。このとき、伝熱ガスが静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間の狭い空間を通過することで生じる圧力損失によって、図９（ｂ）に示されるように、伝熱ガス拡散領域Ａの中心部の圧力が周縁部の圧力よりも高くなる。これにより、ウエハＷの中心部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達を、ウエハＷの周縁部における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達よりも促進させることができる。また、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて中心部から周縁部に向かう水平方向の伝熱ガスの流れを形成できるので、流れ抵抗により滑らかな圧力勾配を実現できる。さらに、制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度を調整し、伝熱ガス拡散領域Ａを流れる伝熱ガスの流量を制御することで、圧力勾配を自在に制御できる。
次に、伝熱ガス供給機構９０Ａを用いて載置台１２に載置されるウエハＷの温度を制御する方法の一例について説明する。
最初に、制御弁Ｖ１の開度が制御弁Ｖ２の開度よりも大きくなるように調整することにより、載置台１２に設けられたガス孔ｈ１からウエハＷと載置台１２との間（伝熱ガス拡散領域Ａ）に伝熱ガスを供給し、ガス孔ｈ２から伝熱ガスを排気する。
続いて、圧力計Ｐ１により伝熱ガスを供給する側のガス孔ｈ１の圧力を検出し、圧力計Ｐ２により伝熱ガスを排気する側のガス孔ｈ２の圧力を検出する。また、圧力計Ｐ１により検出される圧力と圧力計Ｐ２により検出される圧力とに基づいて、伝熱ガスを供給する側のガス孔ｈ１と伝熱ガスを排気する側のガス孔ｈ２との圧力差を算出してもよい。
続いて、検出した圧力が、予めレシピ等で定められた圧力となるように、制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度を調整する。また、圧力差を算出した場合には、算出した圧力差が、予めレシピ等で定められた圧力差となるように、制御弁Ｖ１，Ｖ２の開度を調整してもよい。
これらの工程により、伝熱ガス拡散領域Ａの面内における圧力分布を所望の圧力分布に調整し、ウエハＷの面内における静電チャック４０とウエハＷとの間の熱伝達量を制御できる。これにより、載置台１２に載置されるウエハＷの面内の温度分布の制御性を高めることができる。また、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて水平方向の伝熱ガスの流れを形成できるので、流れ抵抗により滑らかな圧力勾配を実現できる。
なお、図７から図９では、説明の便宜上、伝熱ガス拡散領域Ａに形成された２つのガス孔ｈ１，ｈ２に対する伝熱ガスの供給及び排気を切り替えて伝熱ガスの流れを制御する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、伝熱ガス拡散領域Ａには、例えば図５及び図６に示されるように、平面視において同心円状、扇状、又はこれらの組み合わせの形状に多数のガス孔ｈが配置されていてもよい。この場合、多数のガス孔ｈの少なくともいずれかのガス孔ｈから伝熱ガス拡散領域Ａに伝熱ガスを供給し、別のガス孔ｈから伝熱ガスを排気すればよい。なお、図５及び図６は、伝熱ガス拡散領域に伝熱ガスを供給するガス孔の配置例を示す図である。
以上に説明したように、第２実施形態では、伝熱ガス拡散領域Ａにおいて水平方向の伝熱ガスの流れを形成し、伝熱ガスの流れの上流側及び下流側の圧力を調整することで、ウエハＷ面内での静電チャック４０からウエハＷへの熱伝達量を制御する。これにより、載置台１２に載置されるウエハＷの面内の温度分布の制御性を高めることができる。
特に、第２実施形態では、第１ガス供給ライン９４ａ及び第２ガス供給ライン９４ｂに介設された制御弁Ｖ１，Ｖ２を制御するだけでウエハＷ面内での静電チャック４０からウエハＷへの熱伝達量を制御できる。そのため、ウエハＷ面内での静電チャック４０からウエハＷへの熱伝達量の制御が、第１実施形態よりも容易である。
なお、上記の各実施形態において、制御弁Ｖ１，Ｖ２は第１制御弁の一例であり、制御弁Ｖ３，Ｖ４は第２制御弁の一例である。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
例えば、本発明に係る温度制御方法は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）装置等であってもよい。
１０ 処理容器
１２ 載置台
２８ 排気装置
４０ 静電チャック
９０ 伝熱ガス供給機構
９２ 伝熱ガス供給源
９４ 伝熱ガス供給ライン
９６ 伝熱ガス排気ライン
９７ａ，９７ｂ オリフィス
ｈ，ｈ１，ｈ２ ガス孔
Ａ 伝熱ガス拡散領域
Ｐ１〜Ｐ４ 圧力計
Ｖ１〜Ｖ４ 制御弁
Ｗ ウエハ

Claims (7)

  1. 載置台に載置される被処理体の温度制御方法であって、
    前記載置台に設けられた複数のガス孔の少なくともいずれかのガス孔から前記被処理体と前記載置台との間に伝熱ガスを供給し、前記ガス孔とは異なるガス孔から前記伝熱ガスを排気する工程と、
    前記伝熱ガスを供給する前記ガス孔及び前記伝熱ガスを排気する前記ガス孔の圧力を検出する工程と、
    前記圧力を調整する工程と、
    を有する、
    温度制御方法。
  2. 前記複数のガス孔は、平面視において、同心円状、扇状、又はこれらの組み合わせの形状に配置されている、
    請求項１に記載の温度制御方法。
  3. 前記複数のガス孔の各々は、伝熱ガス供給源及び排気装置と接続されており、
    前記伝熱ガス供給源と前記ガス孔との間には、前記ガス孔に供給される前記伝熱ガスの流量を制御する第１制御弁が介設されており、
    前記排気装置と前記ガス孔との間には、前記ガス孔から排気される前記伝熱ガスの流量を制御する第２制御弁が介設されている、
    請求項１又は２に記載の温度制御方法。
  4. 前記圧力を調整する工程は、前記第１制御弁及び前記第２制御弁を制御することにより実行される、
    請求項３に記載の温度制御方法。
  5. 前記複数のガス孔の各々は、伝熱ガス供給源及び排気装置と接続されており、
    前記伝熱ガス供給源と前記ガス孔との間には、前記ガス孔に供給される前記伝熱ガスの流量を制御する第１制御弁が介設されており、
    前記排気装置と前記ガス孔との間には、絞り機構が介設されている、
    請求項１又は２に記載の温度制御方法。
  6. 前記圧力を調整する工程は、前記第１制御弁を制御することにより実行される、
    請求項５に記載の温度制御方法。
  7. 載置台に載置される被処理体の温度制御方法であって、
    前記被処理体と前記載置台との間に水平方向の伝熱ガスの流れを形成する工程と、
    前記伝熱ガスの流れの上流側及び下流側の圧力を検出する工程と、
    前記圧力を調整する工程と、
    を有する、
    温度制御方法。
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