JP2021082788A - 熱伝導性部材、プラズマ処理装置及び電圧制御方法 - Google Patents

熱伝導性部材、プラズマ処理装置及び電圧制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱を安定的に伝え、且つメンテナンスを容易に行うことができる熱伝導性部材を提供する。【解決手段】プラズマ処理空間を提供する処理容器内にて基板が載置される第１の静電チャックと、前記第１の静電チャックの外周に設けられる第２の静電チャックと、前記基板が載置される領域を囲むように前記第２の静電チャックの上に設けられ、少なくとも一部が導電性部材からなるエッジリングと、前記第２の静電チャックの内部の、前記エッジリングに対応する領域にて前記エッジリングを静電吸着するための電圧が印加されるエッジリング用電極と、を有するプラズマ処理装置に設けられ、前記第２の静電チャックと前記エッジリングとの間に配置される熱伝導性部材が提供される。【選択図】図２

Description

本開示は、熱伝導性部材、プラズマ処理装置及び電圧制御方法に関する。
例えば、特許文献１は、静電チャック及びフォーカスリングの間にゲル状物質からなる熱伝導シートを配したプラズマ処理装置を提案する。熱伝導シートは粘着性を有する。
特開２００８−１６７２７号公報
本開示は、熱を安定的に伝え、且つメンテナンスを容易に行うことができる熱伝導性部材を提供する。
本開示の一の態様によれば、プラズマ処理空間を提供する処理容器内にて基板が載置される第１の静電チャックと、前記第１の静電チャックの外周に設けられる第２の静電チャックと、前記基板が載置される領域を囲むように前記第２の静電チャックの上に設けられ、少なくとも一部が導電性部材からなるエッジリングと、前記第２の静電チャックの内部の、前記エッジリングに対応する領域にて前記エッジリングを静電吸着するための電圧が印加されるエッジリング用電極と、を有するプラズマ処理装置に設けられ、前記第２の静電チャックと前記エッジリングとの間に配置される熱伝導性部材が提供される。
一の側面によれば、熱を安定的に伝え、且つメンテナンスを容易に行うことができる熱伝導性部材を提供することができる。
実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。 実施形態に係る熱伝導性部材の界面の一部を拡大した図。 実施形態に係る熱伝導性部材（シート）の厚さと吸着力の関係の一例を示す図。 実施形態に係る熱伝導性部材及び静電チャックの構成の変形例を示す図。 実施形態に係る電圧制御方法の一例を示すフローチャート。 実施形態に係る電圧制御方法を説明するための図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理装置］
実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図である。
プラズマ処理装置は、処理容器１０を備える。処理容器１０は、その中にプラズマ処理空間１０ｓを提供する。処理容器１０は、略円筒形状を有する。処理容器１０は、例えばアルミニウムから形成される。処理容器１０の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。当該膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックスであってよい。
処理容器１０の側壁には、通路８５が形成されている。基板Ｗは、通路８５を通してプラズマ処理空間１０ｓと処理容器１０の外部との間で搬送される。通路８５は、処理容器１０の側壁に沿って設けられるゲートバルブ８６により開閉される。
処理容器１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状の支持部２６が配置されている。絶縁板１２の上には、載置台１４が支持部２６に支持されている。載置台１４は、プラズマ処理空間１０ｓの中において、基板Ｗを支持するように構成されている。
載置台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。載置台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、アルミニウムなどの導体から形成され、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムなどの導体から形成されて、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面に基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、基板Ｗが配置される側（中央）の第１の静電チャック２０ｃと、第１の静電チャック２０ｃのエッジリング２４が配置される側（外周）に設けられる第２の静電チャック２０ｅとを有する。実施形態では、第１の静電チャック２０ｃと第２の静電チャック２０ｅとは一体となっているが、これに限らず、別体であってもよい。以下では、第１の静電チャック２０ｃと第２の静電チャック２０ｅとを総称して静電チャック２０ともいう。第１の静電チャック２０は、基板用電極２０ａ及び本体２０ｂを有する。本体２０ｂは、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。基板用電極２０ａは、膜状の電極であり、本体２０ｂ内に設けられている。基板用電極２０ａは、スイッチ２２ｓを介して電源２２ｐに接続されている。基板用電極２０ａに電源２２ｐからの直流電圧（以下、「ＨＶ電圧」ともいう。）が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Ｗが静電チャック２０に保持される。
本体２０ｂの周縁の段差に設けられた、第２の静電チャック２０ｅの載置面上には、基板Ｗのエッジを囲むようにエッジリング２４が配置される。エッジリング２４はフォーカスリングとも呼ばれる。エッジリング２４は、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる。エッジリング２４は、少なくとも一部が導電性部材からなり、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）又は石英などから形成され得る。
第２の静電チャック２０ｅの内部の、エッジリング２４に対応する領域には、エッジリング２４を静電吸着するための電圧が印加されるエッジリング用電極２１が設けられている。エッジリング用電極２１は、本体２０ｂ内であってエッジリング２４の下方にリング状に設けられた膜状の電極である。エッジリング用電極２１は、スイッチ２３ｓを介して電源２３ｐに接続されている。エッジリング用電極２１に電源２３ｐからの直流電圧（以下、「ＨＶ電圧」ともいう。）が印加されると、静電チャック２０とエッジリング２４との間に静電引力が発生する。その静電引力により、エッジリング２４が静電チャック２０に保持される。エッジリング２４と本体２０ｂとの間には熱伝導性部材２５が配置される。
下部電極１８の内部には、流路２８が設けられている。流路２８には、処理容器１０の外部に設けられているチラーユニット（図示しない）から配管３０ａを介して温度調整用の熱交換媒体（冷媒、熱媒体）が供給される。流路２８に供給された熱交換媒体は、配管３０ｂを介してチラーユニットに戻される。プラズマ処理装置１では、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が調整される。
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン３２が設けられている。ガス供給ライン３２は、伝熱ガス供給機構（図示しない）からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの下面との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、上部電極３４を更に備える。上部電極３４は、載置台１４の上方に設けられている。上部電極３４は、絶縁部材４２を介して処理容器１０の上部に支持され、処理容器１０の上部開口を閉じている。
上部電極３４は、天板３６及び支持体３８を有する。天板３６の下面は、プラズマ処理空間１０ｓの側の下面であり、プラズマ処理空間１０ｓを画成する。天板３６は、発生するジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３６は、天板３６をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔３７を有する。
支持体３８は、天板３６を着脱自在に支持する。支持体３８は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられている。支持体３８は、ガス拡散室４０から下方に延びる複数のガス孔４１を有する。複数のガス孔４１は、複数のガス吐出孔３７にそれぞれ連通している。支持体３８には、ガス導入口６２が形成されている。ガス導入口６２は、ガス拡散室４０に接続している。ガス導入口６２は、ガス供給管６４に接続している。
ガス供給管６４には、バルブ群７０、流量制御器群６８及びガスソース群６６が接続されている。ガスソース群６６、バルブ群７０及び流量制御器群６８は、ガス供給部ＧＳを構成している。ガスソース群６６は、複数のガスソースを含む。バルブ群７０は、複数の開閉バルブを含む。流量制御器群６８は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群６８の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群６６の複数のガスソースの各々は、流量制御器群６８の対応の流量制御器、及びバルブ群７０の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管６４に接続されている。
プラズマ処理装置１では、処理容器１０の内壁面及び支持部２６の外周に沿って、シールド（図示しない）が着脱自在に設けられている。支持部２６と処理容器１０の側壁との間には、バッフルプレート８３が設けられている。バッフルプレート８３は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。バッフルプレート８３には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート８３の下方、且つ、処理容器１０の底部には、排気口８０が設けられている。排気口８０には、排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源４８及び第２の高周波電源９０を備えている。第１の高周波電源４８は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源４８は、整合器４６及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器４６は、第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源４８は、整合器４６を介して、上部電極３４に接続されていてもよい。
第２の高周波電源９０は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源９０は、整合器８８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器８８は、第２の高周波電源９０の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源４８及び整合器４６を備えなくてもよく、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。
プラズマ処理装置１においてガスが、ガス供給部ＧＳからプラズマ処理空間１０ｓに供給されて、プラズマを生成する。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極３４と下部電極１８との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界がプラズマを生成する。
プラズマ処理装置１は、電源５０を備えている。電源５０は、上部電極３４に接続されている。電源５０はプラズマ処理空間１０ｓ内に存在する正イオンを天板３６に引き込むための電圧を上部電極３４に印加する。
プラズマ処理装置１は、制御装置２００を更に備え得る。制御装置２００は、プロセッサ等の制御部２０１、メモリ等の記憶部２０２等を備えるコンピュータである。制御部２０１は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。記憶部２０２には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために制御部２０１によって実行される。制御部２０１が、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御する。
また、記憶部２０２は、エッジリング２４の温度とエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧との相関関係を示す情報をテーブルＴＢに記憶している。エッジリング２４を静電チャック２０に静電吸着させるためには、エッジリング２４の温度に応じてエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧を制御する必要がある。例えば、エッジリング２４の温度が上がると、静電吸着力を上げるためにエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧を上げる。このため、エッジリング２４の温度に対してエッジリング２４を静電チャック２０に静電吸着させるために必要なＨＶ電圧の適正値が予め測定されている。そして、測定の結果得られた、エッジリング２４の温度とＨＶ電圧との相関関係を示す情報をテーブルＴＢに記憶している。エッジリング２４の温度は、エッジリング２４の底部に配置された温度センサ２９により測定され、制御装置２００に送信される。制御部２０１は、記憶部２０２に記憶されたテーブルＴＢを参照して、測定されたエッジリング２４の温度に応じてエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧の制御を行う。
［熱伝導性部材］
熱伝導性部材２５は、静電チャック２０とエッジリング２４との間に配置され、シート状の部材である。ただし、熱伝導性部材２５は、シート状に限られず、例えばゲル状の物質でもよい。
熱伝導性部材２５は、シリコン及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に高誘電材料を添加して形成された高誘電材料である。ただし、熱伝導性部材２５は、シリコンに替えてシリコンよりも硬い炭化シリコン又は炭化タングステン（ＷＣ）を用いてもよい。例えば、熱伝導性部材２５は、炭化シリコン及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に高誘電材料を添加して形成された高誘電材料であってもよいし、炭化タングステン及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に高誘電材料を添加して形成された高誘電材料であってもよい。
熱伝導性部材２５は、粘着性を有しない。つまり、プラズマ処理装置１の静電チャック２０とエッジリング２４との間には、高誘電率であって、かつ非粘着性の熱伝導性部材２５が配置される。
静電チャック２０とエッジリング２４との間に配置され、エッジリング２４の熱を静電チャック２０に伝える伝熱シートは上面と下面の両面に高誘電材料を有し、静電チャック２０とエッジリング２４とに貼りつける構造を有する。かかる伝熱シートでは、エッジリング２４の温度にバラツキが生じることの対応策として、真空中の接触界面熱抵抗を安定化させるために粘着性を高めたり、静電チャック２０とエッジリング２４との間に伝熱ガスを流す場合がある。しかし、伝熱シートの表面の粘着性を高めると、伝熱シートの交換時に伝熱シートがエッジリング２４や静電チャック２０から剥がれ難くなり、メンテナンス性が悪くなる。
そこで、メンテナンス作業を改善するために粘着性を有しない伝熱シートを使用することが考えられる。しかし、この場合、伝熱シートと静電チャック２０とエッジリング２４との密着性を確保するために、熱伝導性部材２５へ接触圧力を与える必要がある。例えば、これらの部材間をクランプで挟んで密着性を確保する場合、基板Ｗの処理毎にプラズマからの入熱により、クランプが伝熱シートを挟んだ状態で静電チャック２０とエッジリング２４とが熱による伸縮を繰り返す。これは、静電チャック２０とエッジリング２４との線膨張差に起因する。これにより、伝熱シートの剥がれやクランプ力の緩み等が生じる。このため、伝熱シートと静電チャック２０、及び伝熱シートとエッジリング２４の接触界面の熱抵抗が不安定なったり、伝熱シートのインストール時の伝熱シートの貼り付けやクランプ締結力にバラつきが生じたりする。これにより、伝熱シートの接触界面の熱抵抗のバラつきが生じることがある。この結果、静電チャック２０と伝熱シートとの間、及びエッジリング２４と伝熱シートとの間に温度差が生じる。
そこで、実施形態では、熱を安定的に伝え、且つメンテナンスを容易に行うことができる熱伝導性部材２５を提供する。このため、実施形態にかかる熱伝導性部材２５は高誘電材料を使用し、静電吸着力により熱伝導性部材２５に対して接触圧力を与える。そして、エッジリング用電極２１へのＨＶ電圧の制御により接触界面熱抵抗を制御する。これにより、フレシキブルに熱伝導性部材２５に対する接触圧力を変化させ、接触界面熱抵抗を制御することで、エッジリング２４の消耗等の経時的な変化に追従でき、エッジリング２４の温度を安定して制御できる。
図２は、熱伝導性部材２５の界面の一部Ａを拡大した図であり、熱伝導性部材２５の分極化を説明するための図である。プラズマ処理装置１では、エッジリング２４が温度制御対象の部品である。そのエッジリング２４と静電チャック２０との間に、高誘電率のポリマーシートである熱伝導性部材２５を配置し、静電チャック２０内のエッジリング用電極２１へＨＶ電圧を印加する。図２では、エッジリング用電極２１へプラスのＨＶ電圧を印加する。静電チャック２０内ではエッジリング用電極２１側にマイナスの電荷が移動し、静電チャック２０の上面はプラスの電荷が多く存在する状態となる。静電チャック２０の上面のプラスの電荷に対して熱伝導性部材２５の下面にはマイナスの電荷が引き寄せられ、熱伝導性部材２５の上面にはプラスの電荷が移動する。これにより、クーロン力によって熱伝導性部材２５内が分極化されて、エッジリング２４の下面にはマイナスの電荷が引き寄せられる。この結果、静電チャック２０の上面と熱伝導性部材２５の下面との間、及び熱伝導性部材２５の上面とエッジリング２４の下面との間に接触圧力が発生する。この状態でエッジリング用電極２１へのＨＶ電圧を制御することで、これらの部材間の接触圧力を自在に変化させる。これにより、熱伝導性部材２５の界面の一部をさらに拡大した部分Ｂに模式的に示すように、エッジリング２４と熱伝導性部材２５との間、及び静電チャック２０と熱伝導性部材２５との間の界面熱抵抗値Ｃ（拡大部分Ｂに示す）を任意に変更できる。この結果、エッジリング２４の温度を適切な温度に維持及び管理できる。
更に、エッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧を制御し、所望のクーロン力を発生させてエッジリング２４と熱伝導性部材２５との間、及び静電チャック２０と熱伝導性部材２５との間の界面熱抵抗値を制御するため熱伝導性部材２５に粘着性を必要としない。これにより、熱を安定的に伝え、且つメンテナンスが容易な熱伝導性部材２５を提供できる。
［熱伝導性部材の高誘電化］
熱伝導性部材２５がシリコンから形成されている場合、シリコンの誘電率εｒは６であるため熱伝導性部材２５の内部で図２に示す分極が生じない。このため、熱伝導性部材２５がシリコンから形成されている場合、静電チャック２０による静電吸着を十分に行えない場合がある。
このため、熱伝導性部材２５の誘電率εｒを９程度にすることが好ましい。このために、熱伝導性部材２５は、シリコン及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に高誘電材料を添加して形成される。高誘電材料の一例としては、酸化チタン、チタン酸バリウムのフィラーが挙げられる。
ただし、熱伝導性部材２５は、これに限られず、シリコンよりも硬い炭化シリコンにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及び高誘電材料を含有させてもよい。また、熱伝導性部材２５は、シリコンよりも硬い炭化タングステン（ＷＣ）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及び高誘電材料を含有させてもよい。
［熱伝導性部材の厚み］
熱伝導性部材２５の厚みは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。その理由について説明する。
エッジリング２４と熱伝導性部材２５との間の静電吸着力は式（１）により示される。また、静電吸着力は、接触圧力に比例する。
Figure 2021082788
 ここで、εｒは熱伝導性部材２５の誘電率、ε０は真空の誘電率、Ｖはエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧、ｄはエッジリング用電極２１からエッジリング２４と載置台１４とが接している面までの距離、Ｓ１はエッジリング２４と載置台１４とが接している面の面積である。
また、静電チャック２０と熱伝導性部材２５との間の静電吸着力は式（２）により示される。
Figure 2021082788
 ここで、ｄ１は伝熱ガスの流路用の溝２７（図２参照）からエッジリング用電極２１までの距離、ｄ２は溝の深さ、Ｓ２は溝の面積である。
エッジリング２４を静電チャック２０に静電気で吸着させて溝２７に伝熱ガス（Ｈｅガス等）を供給して冷却した状態において、熱伝導性部材２５（シート）を介在させない場合、エッジリング２４を静電チャック２０から剥がすとき、式（１）及び式（２）に基づき２９１Ｎの静電吸着力が加わることになる。一方、例えば、エッジリング２４と静電チャック２０の間に０．３ｍｍの熱伝導性部材２５を入れるとエッジリング２４と静電チャック２０の間の厚さは０．８ｍｍになり、吸着力は１４２Ｎまで下がる。
そこで、熱伝導性部材２５の誘電率εｒを、１２．５から２０へ変更させ、熱伝導性部材２５の厚さを変えたときのエッジリング２４と静電チャック２０の間の吸着力を測定した結果を図３に示す。図３は、実施形態に係る熱伝導性部材２５の厚さと吸着力の関係の一例を示す図である。図３の横軸は、熱伝導性部材２５の厚さを示し、縦軸は、エッジリング２４と静電チャック２０の間の吸着力を示す。
図３の結果、熱伝導性部材２５の誘電率εｒを、１２．５から２０へ変更させると、吸着力が上がった。この結果、熱伝導性部材２５がない場合と比較して吸着力は同等程度になった。熱伝導性部材２５の誘電率εｒを大きくする程、吸着力は上がる。よって、熱伝導性部材２５の誘電率εｒを２０以上にすることで、熱伝導性部材２５を有する構成において、所望の吸着力を得ることができる。ただし、熱伝導性部材２５の誘電率εｒを２０以上にしても、その厚さが０．５ｍｍを超えると、熱伝導性部材２５がない場合と比較して吸着力が許容範囲を超えて低下する場合がある。以上から、熱伝導性部材２５の厚みが０．５ｍｍよりも厚いと、静電吸着力が低下し、エッジリング用電極２１にＨＶ電圧を印加してもエッジリング２４と熱伝導性部材２５との間、及び静電チャック２０と熱伝導性部材２５との間の静電吸着を十分に行えないことがある。このため、熱伝導性部材２５の厚みは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
以上の説明では、伝熱ガスの流路となる溝２７を設けたが、溝２７はなくてもよい。この場合、式（２）のｄ１＋εｒｄ２は、ｄと置き換えることができる。この場合にも、吸着力の低下を考慮して、熱伝導性部材２５の厚みは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
［熱伝導性部材及び静電チャックの変形例］
熱伝導性部材２５及び静電チャック２０の構成の変形例について、図４を参照しながら簡単に説明する。図４は、実施形態に係る熱伝導性部材２５及び静電チャック２０の構成の変形例を示す図である。
熱伝導性部材２５のプラズマに曝露される部分は、耐プラズマ性を有する膜２５ａよりコーティングされることが好ましい。耐プラズマ性を有する膜２５ａのコーティングの一例としては、ニッケル鍍金コーティングが挙げられる。これにより、熱伝導性部材２５のプラズマに曝露される部分をプラズマから保護することができる。ただし、熱伝導性部材２５の少なくとも上面及び下面は、熱伝導性部材２５の柔軟性を維持させるために、耐プラズマ性を有する膜２５ａをコーティングしない。図４の例では、熱伝導性部材２５の側面がプラズマに曝露される部分であり、熱伝導性部材２５の上面及び下面はプラズマに曝露されない。よって、熱伝導性部材２５の側面が耐プラズマ性を有する膜２５ａによりコーティングされている。
プラズマからの入熱により、エッジリング２４と静電チャック２０との線膨張差により、エッジリング２４と熱伝導性部材２５との間、及び静電チャック２０と熱伝導性部材２５との間に摩擦が生じることがある。このとき、熱伝導性部材２５の上面及び下面に膜２５ａがコーティングされていると、膜２５ａがコーティングされていないときより硬くなる。よって、熱伝導性部材２５の上面及び下面に膜２５ａをコーティングすることで、エッジリング２４や静電チャック２０の表面が摩擦により損傷する確率が高くなる。そこで、実施形態では、熱伝導性部材２５の少なくとも上面及び下面は膜２５ａよりコーティングせず、プラズマに曝露される部分のみコーティングする。これにより、熱伝導性部材２５の柔軟性を維持し、摩擦によるエッジリング２４や静電チャック２０の損傷を回避できる。
図１及び図２に示す実施形態では、エッジリング用電極２１は一つ（単極）であった。これに対して、図４の変形例に示すように、エッジリング用電極２１は複数の電極２１ａ、２１ｂ（双極）を有してもよい。この場合、電極２１ａ、２１ｂにエッジリングを静電吸着するためのＨＶ電圧が印加され、電極２１ａ、２１ｂに印加されるＨＶ電圧の極性は、同じであってよいし、異なってもよい。
また、静電チャック２０内のエッジリング２４と対向する領域に冷媒流路１２０及び／又はヒータ１２１を設けてもよい。熱伝導性部材２５と冷媒流路１２０及び／又はヒータ１２１とを組み合わせることで、エッジリング２４の温度を更に適切な温度に迅速に制御できる。
[電圧制御方法]
次に、以上に説明した熱伝導性部材２５が配置されたプラズマ処理装置１を用いたエッジリング用電極２１の電圧制御方法について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、実施形態に係る電圧制御方法の一例を示すフローチャートである。図６は、実施形態に係る電圧制御方法を説明するための図である。
実施形態に係る電圧制御方法は、プラズマ処理装置１にて行われる。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理空間１０ｓを提供する処理容器１０内にて基板Ｗが載置される静電チャック２０と、基板Ｗが載置される領域を囲むように静電チャック２０上に設けられ、少なくとも一部が導電性部材からなるエッジリング２４と、静電チャック２０内部の、エッジリング２４に対応する領域にてエッジリング２４を静電吸着するためのＨＶ電圧が印加されるエッジリング用電極２１とを有する。
実施形態に係る電圧制御方法は、基板Ｗを処理する工程と、エッジリング２４の温度を取得する工程と、エッジリング２４の温度とエッジリング用電極２１に印加されるＨＶ電圧との相関関係を記憶した記憶部２０２を参照して、取得したエッジリング２４の温度に応じてエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧を制御する工程とを有する。実施形態に係る電圧制御方法は、制御部２０１により制御される。具体的な電圧制御方法について、以下に説明する。
図５の処理が開始されると、制御部２０１は、基板Ｗを準備する（ステップＳ１）。次に、制御部２０１は、基板用電極２０ａ及びエッジリング用電極２１のそれぞれに設定されたＨＶ電圧を印加する（ステップＳ３）。例えば、制御部２０１は、図１に示すテーブルＴＢに記憶したエッジリング２４の温度とＨＶ電圧の相関関係を示す情報に基づき、エッジリング２４の温度が「Ｔ１」のときにエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧値を「ＨＶ１」に設定する。例えば、図６（ａ）に示すように、この時点ではエッジリング用電極２１にＨＶ１のＨＶ電圧を印加する。
次に、制御部２０１は、ガス供給部ＧＳからガスを供給し、第１の高周波電源４８及び第２の高周波電源９０から高周波電圧を印加する（ステップＳ５）。ただし、第１の高周波電源４８のみから高周波電圧を印加してもよい。
次に、制御部２０１は、高周波電圧によりガスからプラズマを生成し、生成したプラズマにより基板Ｗを処理する（ステップＳ７）。例えば、図６（ｂ）に示すように、ガスからプラズマが生成され、生成されたプラズマにより基板Ｗが処理される。
次に、制御部２０１は、ガスの供給を停止し、高周波電圧及びＨＶ電圧の印加を停止する（ステップＳ９）。次に、制御部２０１は、処理済の基板Ｗを搬出し（ステップＳ１１）、次の基板Ｗがあるかを判定し（ステップＳ１３）、次の基板Ｗがないと判定した場合、本処理を終了する。
ステップＳ１３において、制御部２０１は、次の基板Ｗがあると判定した場合、温度センサ２９が測定したエッジリング２４の温度を取得する（ステップＳ１５）。次に、制御部２０１は、記憶部２０２を参照してテーブルＴＢに記憶した相関関係を示す情報に基づき、取得したエッジリング２４の温度に応じてエッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧を制御する（ステップＳ１７）。次に、ステップＳ１に戻り、制御部２０１は、次の基板Ｗを準備して、ステップＳ３以降の処理を行うことにより次の基板Ｗを処理する。制御部２０１は、本動作をステップＳ１３において次の基板がないと判定するまで繰り返し行う。
例えば、取得したエッジリング２４の温度が「Ｔ２」のとき、制御部２０１はテーブルＴＢに記憶した相関関係を示す情報に基づき、エッジリング用電極２１に印加するＨＶ電圧を「ＨＶ２」に設定する。例えば、図６（ｃ）に示すように、この時点ではエッジリング用電極２１にＨＶ２のＨＶ電圧を印加する。このとき、ＨＶ１＜ＨＶ２の関係があるため、静電吸着力（クーロン力）が増加し、エッジリング２４と熱伝導性部材２５との間、及び静電チャック２０と熱伝導性部材２５との間の接触圧力が高められる。この結果、エッジリング２４と熱伝導性部材２５との間、及び静電チャック２０と熱伝導性部材２５との間でより熱を安定的に伝えやすくなり、エッジリング２４の温度をより適切な温度に維持及び管理することができる。また、熱伝導性部材２５は非粘着性であるため、メンテナンスを容易に行うことができる。
今回開示された実施形態に係る熱伝導性部材、プラズマ処理装置及び電圧制御方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示のプラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
１ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
１０ｓ プラズマ処理空間
１４ 載置台
２０ 静電チャック
２０ａ 基板用電極
２０ｃ 第１の静電チャック
２０ｅ 第２の静電チャック
２１ エッジリング用電極
２４ エッジリング
２５ 熱伝導性部材
２９ 温度センサ
３４ 上部電極
２００ 制御装置
２０１ 制御部
Ｗ 基板
ＴＢ テーブル

Claims (11)

  1. プラズマ処理空間を提供する処理容器内にて基板が載置される第１の静電チャックと、
    前記第１の静電チャックの外周に設けられる第２の静電チャックと、
    前記基板が載置される領域を囲むように前記第２の静電チャックの上に設けられ、少なくとも一部が導電性部材からなるエッジリングと、
    前記第２の静電チャックの内部の、前記エッジリングに対応する領域にて前記エッジリングを静電吸着するための電圧が印加されるエッジリング用電極と、を有するプラズマ処理装置に設けられ、
    前記第２の静電チャックと前記エッジリングとの間に配置される熱伝導性部材。
  2. 前記熱伝導性部材は、粘着性を有しない、
    請求項１に記載の熱伝導性部材。
  3. 前記熱伝導性部材の誘電率は２０以上である、
    請求項１又は２に記載の熱伝導性部材。
  4. 前記熱伝導性部材の厚みは０．５ｍｍ以下である、
    請求項３に記載の熱伝導性部材。
  5. 前記熱伝導性部材は、シリコンとアルミナとに高誘電材料を添加して形成されている、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
  6. 前記熱伝導性部材のプラズマに曝露される部分は、耐プラズマ性を有する膜によりコーティングされている、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
  7. 前記エッジリング用電極は、複数の電極を有し、エッジリングを静電吸着するための電圧が印加されるように構成され、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
  8. 前記熱伝導性部材は、炭化シリコン又は炭化タングステンとアルミナとに高誘電材料を添加して形成されている、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
  9. 前記第２の静電チャック内の前記エッジリングと対向する領域に冷媒流路及び／又はヒータを設ける、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱伝導性部材。
  10. プラズマ処理空間を提供する処理容器内にて基板が載置される第１の静電チャックと、
    前記第１の静電チャックの外周に設けられる第２の静電チャックと、
    前記基板が載置される領域を囲むように前記第２の静電チャックの上に設けられ、少なくとも一部が導電性部材からなるエッジリングと、
    前記第２の静電チャックと前記エッジリングとの間に配置される熱伝導性部材と、
    前記第２の静電チャックの内部の、前記エッジリングに対応する領域にて前記エッジリングを静電吸着するための電圧が印加されるエッジリング用電極と、
    を有するプラズマ処理装置。
  11. プラズマ処理空間を提供する処理容器内にて基板が載置される第１の静電チャックと、
    前記第１の静電チャックの外周に設けられる第２の静電チャックと、
    前記基板が載置される領域を囲むように前記第２の静電チャックの上に設けられ、少なくとも一部が導電性部材からなるエッジリングと、
    前記第２の静電チャックの内部の、前記エッジリングに対応する領域にて前記エッジリングを静電吸着するための電圧が印加されるエッジリング用電極と、を有するプラズマ処理装置にて行われ、
    前記基板を処理する工程と、
    前記エッジリングの温度を取得する工程と、
    前記エッジリングの温度と前記エッジリング用電極に印加される電圧との相関関係を示す情報を記憶した記憶部を参照して、取得した前記エッジリングの温度に応じて前記エッジリング用電極に印加する電圧を制御する工程と、
    を有する電圧制御方法。
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