JP2021141113A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】基板をプラズマ処理する際に、上部の電極プレートの温度分布を柔軟に調整することができる技術が提供される。【解決手段】チャンバと、チャンバの上部を構成する上部電極構造であって、上部電極構造は、温度制御されるプレート、プレートの下方に配置される電極プレート、及び、電極プレートとプレートとの間に介在する静電吸着部を有し、静電吸着部は、プレートの下面と接触する接触面、電極プレートの上面を吸着する吸着面、第１電極、及び第２電極を含む、上部電極構造と、第１電極及び第２電極に電圧を印加する電源と、電極プレートの温度分布を取得する温度取得部と、を備えるプラズマ処理装置において基板をプラズマで処理する方法であって、電極プレートの温度分布を取得する工程と、温度分布に応じて第１電極に第１電圧を印加するとともに第２電極に第２電圧を印加する工程と、基板をプラズマで処理する工程とを含む。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
特許文献１は、プラズマ処理装置の上部電極を開示する。上部電極は、電極プレートと、電極プレートに接触するプレートとを有する。電極プレートの上面は、プレートの下面に接触する。電極プレートとプレートとの間には、静電吸着部が設けられる。静電吸着部は、セラミック製であり、プレートの下面にクランプを介して固定される。
特開２０１５−２１６２６１号公報
本開示は、基板をプラズマ処理する際に、上部の電極プレートの温度分布を柔軟に調整することができる技術を提供する。
一つの例示的実施形態では、プラズマ処理装置において基板をプラズマで処理する方法が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、上部電極構造、電源、及び、温度取得部を備える。チャンバは、基板を収容するように構成される。上部電極構造は、チャンバの上部を構成する。上部電極構造は、温度制御されるプレート、プレートの下方に配置される電極プレート、及び、電極プレートとプレートとの間に介在する静電吸着部を有する。静電吸着部は、プレートの下面と接触する接触面、電極プレートの上面を吸着する吸着面、第１電極、及び第２電極を含む。電源は、第１電極及び第２電極に電圧を印加するように構成される。温度取得部は、電極プレートの温度分布を取得するように構成される。方法は、取得する工程と、印加する工程と、処理する工程とを含む。取得する工程では、温度取得部により電極プレートの温度分布が取得される。印加する工程では、取得された温度分布に応じて、第１電極に第１電圧が印加されるとともに第２電極に第２電圧が印加される。処理する工程では、基板がプラズマで処理される。
一つの例示的実施形態によれば、基板をプラズマ処理する際に、上部の電極プレートの温度分布を柔軟に調整することができる。
一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法のフローチャートである。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。 一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。 一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。 第１電極及び第２電極のレイアウトの一例を概略的に示す図である。 （Ａ）は電極プレートの温度分布の一例であり、（Ｂ）は静電チャックへの印加電圧の分布の一例である。 （Ａ）は電極プレートの温度分布の他の例であり、（Ｂ）は静電チャックへの印加電圧の分布の他の例である。 （Ａ）は電極の配置の一例である。（Ｂ）は電極の配置の他の例である。（Ｃ）は電極の配置のさらに別な例である。（Ｄ）は、静電チャックの本体が分離する例である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
特許文献１のプラズマ処理装置においては、プラズマは電極プレートの下方に生成される。電極プレートは、プラズマからの入熱により温度が上昇する。電極プレートは、静電吸着部により上方のプレートに押し当てられ、熱伝導により冷却される。しかしながら、プラズマ入熱は、電極プレートに対して一様とならない場合がある。さらに、電極プレートとプレートとの間の界面熱抵抗は、装置の使用に応じて変化することがある。このような要因で生じる電極プレートの温度のばらつきは、プラズマ処理プロセスに影響を与えるおそれがある。さらに、プロセスによっては、電極プレートの所定領域と他の領域との間に温度差を意図的に設けることが要請されることもあり得る。特許文献１のプラズマ処理装置は、電極プレートの温度分布を調整する点について改善の余地がある。
一つの例示的実施形態では、プラズマ処理装置において基板をプラズマで処理する方法が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、上部電極構造、電源、及び、温度取得部を備える。チャンバは、基板を収容するように構成される。上部電極構造は、チャンバの上部を構成する。上部電極構造は、温度制御されるプレート、プレートの下方に配置される電極プレート、及び、電極プレートとプレートとの間に介在する静電吸着部を有する。静電吸着部は、プレートの下面と接触する接触面、電極プレートの上面を吸着する吸着面、第１電極、及び第２電極を含む。電源は、第１電極及び第２電極に電圧を印加するように構成される。温度取得部は、電極プレートの温度分布を取得するように構成される。方法は、取得する工程と、印加する工程と、処理する工程とを含む。取得する工程では、温度取得部により電極プレートの温度分布が取得される。印加する工程では、取得された温度分布に応じて、第１電極に第１電圧が印加されるとともに第２電極に第２電圧が印加される。処理する工程では、基板がプラズマで処理される。
この方法においては、電極プレートの温度分布が取得され、取得された温度分布に応じて静電吸着部の第１電極及び第２電極に電圧が印加される。これにより、この方法は、電極プレートの温度分布に応じて、第１電極によって生じる吸着力と第２電極によって生じる吸着力とを調整することができる。よって、この方法は、電極プレート全体に一律の吸着力を与える方法と比べて、上部の電極プレートの温度分布を柔軟に調整することができる。
一つの例示的実施形態において、電極プレートは円形であり、第１電極は電極プレートの中央に対応する位置に配置され、第２電極は第１電極の周囲を囲むように配置されてもよい。この場合、この方法は、電極プレートの中央領域の温度と、電極プレートの中央領域よりも外側の領域の温度とを、温度分布に応じて独立して調整することができる。
一つの例示的実施形態において、温度取得部は、第１電極が介在する位置の電極プレートの温度を検出する第１温度センサと、第２電極が介在する位置の電極プレートの温度を検出する第２温度センサとを含んでもよい。この場合、この方法は、第１電極が介在する位置の電極プレートの温度と第２電極が介在する位置の電極プレートの温度とを含む温度分布を取得することができる。
一つの例示的実施形態において、印加する工程は、第１温度センサの検出温度と第２温度センサの検出温度との差分が所定の温度閾値以下となるように、第１電極及び第２電極に電圧を印加する工程を含んでもよい。この場合、この方法は、電極プレートの温度を均一にすることができる。
一つの例示的実施形態において、静電吸着部は、誘電体で形成された単一の本体を有し、第１電極及び第２電極は単一の本体の内部に設けられてもよい。この場合、この方法は、第１電極及び第２電極がそれぞれ別の本体の内部に設けられる場合と比べて、装置の部品点数を少なくすることができる。
一つの例示的実施形態において、単一の本体はセラミックスからなるとしてもよい。この場合、この方法は、他の材料を採用した場合と比べて静電吸着部の耐熱性を向上させることができる。
一つの例示的実施形態において、単一の本体は、弾性を有する誘電体からなるとしてもよい。この場合、この方法は、電極プレートとプレートとの組み付けを容易かつ適切に行うことができる。
一つの例示的実施形態において、静電吸着部は、誘電体からなる第１本体と、第１本体から分離され、誘電体からなる第２本体とを有し、第１電極は第１本体の内部に設けられ、第２電極は第２本体の内部に設けられてもよい。この場合、この方法は、第１電極及び第２電極が単一の本体の内部に設けられる場合と比べて、静電吸着部の配置を柔軟に行うことができる。
一つの例示的実施形態において、第１本体及び第２本体はセラミックスからなるとしてもよい。この場合、この方法は、他の材料を採用した場合と比べて静電吸着部の耐熱性を向上させることができる。
一つの例示的実施形態において、第１本体及び第２本体は、弾性を有する誘電体からなるとしてもよい。この場合、この方法は、電極プレートとプレートとの組み付けを容易かつ適切に行うことができる。
一つの例示的実施形態において、方法は、取得する工程、印加する工程、及び、処理する工程を繰り返す工程をさらに含んでもよい。この場合、この方法は、電極プレートの温度分布の調整と基板のプラズマ処理とを繰り返し実行することができる。
別の例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、ＲＦ電源、上部電極構造、電源、温度取得部、及び制御部を備える。チャンバは、基板を収容するように構成される。ＲＦ電源はプラズマを生成するように構成される。上部電極構造は、チャンバの上部を構成する。上部電極構造は、温度制御されるプレート、プレートの下方に配置される電極プレート、及び、電極プレートとプレートとの間に介在する静電吸着部を有する。静電吸着部は、プレートの下面と接触する接触面、電極プレートの上面を吸着する吸着面、第１電極、及び第２電極を含む。電源は、第１電極及び第２電極に電圧を印加するように構成される。温度取得部は、電極プレートの温度分布を取得するように構成される。制御部は、取得する工程と、印加する工程と、処理する工程とを含む処理を実行する。取得する工程では、温度取得部により電極プレートの温度分布が取得される。印加する工程では、電源を制御して、取得された温度分布に応じて、第１電極に第１電圧が印加されるとともに第２電極に第２電圧が印加される。処理する工程では、基板がプラズマ処理される。
この装置においては、電極プレートの温度分布が取得され、取得された温度分布に応じて静電吸着部の第１電極及び第２電極に電圧が印加される。これにより、この装置は、電極プレートの温度分布に応じて、第１電極によって生じる吸着力と第２電極によって生じる吸着力とを調整することができる。よって、この装置は、電極プレート全体に一律の吸着力を与える装置と比べて、上部の電極プレートの温度分布を柔軟に調整することができる。
以下、図面を参照して種々の例示的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。
［プラズマ処理方法及び装置の概要］
図１は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法のフローチャートである。図１に示されるプラズマ処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、基板をプラズマによって処理するために実行される。より具体的には、方法ＭＴは、基板処理前あるいは基板処理中において、プラズマの生成に寄与する上部電極の温度を調節するために実行される。方法ＭＴが対象とする基板の材質、形状、ガス種などは特に限定されない。
方法ＭＴは、プラズマ処理装置において実行される。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図２に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備える。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有し、内部空間１２ｓを提供する。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成される。チャンバ本体１２の内壁面には、耐プラズマ性を有する処理が施される。例えば、チャンバ本体１２の内壁面には、陽極酸化処理が施される。チャンバ本体１２は、電気的に接地される。
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成される。被加工物Ｗ（基板の一例）は、内部空間１２ｓの中に搬入されるとき、また、内部空間１２ｓから搬出されるときに、通路１２ｐを通る。この通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能である。
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられる。支持部１３は、絶縁材料から形成される。支持部１３は、略円筒形状を呈する。支持部１３は、内部空間１２ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から鉛直方向に延在する。支持部１３は、ステージ１４を支持する。ステージ１４は、内部空間１２ｓの中に設けられる。
ステージ１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。ステージ１４は、電極プレート１６を更に備え得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を呈する。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられる。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を呈する。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続される。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられる。静電チャック２０の上面の上には、被加工物Ｗが載置される。静電チャック２０は、誘電体から形成された本体を有する。静電チャック２０の本体内には、膜状の電極が設けられる。静電チャック２０の電極は、スイッチを介して直流電源２２に接続される。静電チャック２０の電極に直流電源２２からの電圧が印加されると、静電チャック２０と被加工物Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、被加工物Ｗは静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。
ステージ１４上には、被加工物Ｗのエッジを囲むように、エッジリングＦＲが配置される。エッジリングＦＲは、エッチングの面内均一性を向上させるために設けられる。エッジリングＦＲは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられる。流路１８ｆには、チャンバ本体１２の外部に配置されたチラーユニット２６から配管２６ａを介して冷媒が供給される。流路１８ｆに供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニット２６に戻される。プラズマ処理装置１０では、静電チャック２０上に載置された被加工物Ｗの温度が、冷媒と下部電極１８との熱交換により、調整される。
プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられる。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック２０の上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備える。上部電極３０は、ステージ１４の上方に設けられる。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持される。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成される。上部電極３０は、電極プレート３４、静電チャック３５（静電吸着部の一例）、及びガスプレート３６（プレートの一例）を含む。電極プレート３４の下面は、内部空間１２ｓ側の下面であり、内部空間１２ｓを画成する。電極プレート３４は、発生するジュール熱の少ない低電気抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。電極プレート３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成される。複数のガス吐出孔３４ａは、当該電極プレート３４をその板厚方向に貫通する。
ガスプレート３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成され得る。ガスプレート３６と電極プレート３４との間には静電チャック３５が配置される。静電チャック３５の構成及び電圧供給系統については後述する。静電チャック３５の吸着力により、ガスプレート３６と電極プレート３４とが密着する。
ガスプレート３６の上部には、冷却プレート３７が配置される。冷却プレート３７は、アルミニウムといった導電性材料から形成され得る。冷却プレート３７の内部には、流路３７ｃが設けられる。流路３７ｃには、チャンバ本体１２の外部に配置されたチラーユニット（不図示）から冷媒が供給される。流路３７ｃに供給された冷媒は、チラーユニットに戻される。これにより、冷却プレート３７は温度調整される。プラズマ処理装置１０では、電極プレート３４の温度が、冷媒とガスプレート３６及び冷却プレート３７との熱交換により、調整される。
冷却プレート３７の内部には、複数のガス導入路３７ａが下方に延びるように設けられる。ガスプレート３６の上面と冷却プレート３７の下面との間には、複数のガス導入路３７ａに対応して複数のガス拡散室３７ｂが設けられる。ガスプレート３６の内部には、複数のガス流路３６ａが設けられる。ガス流路３６ａは、ガス吐出孔３４ａと対向する位置に厚さ方向に延びるように形成される。ガス流路３６ａは、対応するガス吐出孔３４ａに連通するようにガス拡散室３７ｂから下方に延びる。冷却プレート３７には、複数のガス拡散室３７ｂに処理ガスを導く複数のガス導入口３７ｄが形成される。ガス導入口３７ｄには、ガス供給管３８が接続される。
ガス供給管３８には、ガス供給部ＧＳが接続される。一実施形態では、ガス供給部ＧＳは、ガスソース群４０、バルブ群４２、及び流量制御器群４４を含む。ガスソース群４０は、流量制御器群４４及びバルブ群４２を介して、ガス供給管３８に接続される。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。複数のガスソースは、方法ＭＴで利用される処理ガスを構成する複数のガスのソースを含む。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含む。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含む。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４０の複数のガスソースは、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続される。
プラズマ処理装置１０では、チャンバ本体１２の内壁に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられる。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられる。シールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウム製の部材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成される。
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられる。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウム製の部材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成される。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられる。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続される。排気装置５０は、圧力制御弁、及び、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有する。
プラズマ処理装置１０は、高周波（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電源として、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備える。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波の周波数は、例えば、２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続される。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスと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６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されてもよい。
第２の高周波電源６４は、被加工物Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。第２の高周波の周波数は、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６４は、整合器６８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６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有する。
プラズマ処理装置１０は、直流電源部７０を更に備え得る。直流電源部７０は、上部電極３０に接続される。直流電源部７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に与えることが可能である。
プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり得る。制御部Ｃｎｔは、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部Ｃｎｔでは、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム及びレシピデータが格納される。制御部Ｃｎｔのプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御することにより、後述する方法がプラズマ処理装置１０で実行される。
図３は、一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。図３に示されるように、上部電極３０は、電極プレート３４、ガスプレート３６及び冷却プレート３７が下から順に重ねられた構造を有する。電極プレート３４、ガスプレート３６及び冷却プレート３７は円形を呈する板部材又は柱部材であり得る。電極プレート３４、ガスプレート３６及び冷却プレート３７は、同軸に配置され得る。
静電チャック３５は、電極プレート３４とガスプレート３６との間に介在する。静電チャック３５の上面は、ガスプレート３６の下面３６ｃと接触する接触面３５ｃであり、接着剤などでガスプレート３６の下面３６ｃに固定される。静電チャック３５の下面は、電極プレート３４の上面３４ｂを吸着する吸着面３５ｄである。
ガスプレート３６の下面３６ｃは、静電チャック３５の接触面３５ｃと対向する第１領域３６ｅと、ガス吐出孔３４ａと対向する第２領域３６ｆとを有してもよい。第２領域３６ｆが第１領域３６ｅよりも下方に突出することにより、収容部３６ｄが形成される。静電チャック３５は、収容部３６ｄに配置される。
静電チャック３５は、誘電体から形成された本体部３５ａを有する。本体部３５ａは弾性を有する。本体部３５ａの内部には、電極３５ｂが設けられる。電極３５ｂは、直流電源に接続される。直流電源との接続については後述する。静電チャック３５の電極３５ｂに直流電源からの電圧が印加されると、静電チャック３５と電極プレート３４との間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、電極プレート３４は静電チャック３５に引き付けられ、静電チャック３５によって保持される。なお、図３に示される上部電極３０は、静電チャック３５に電圧が印加されていない状態を示す図である。電圧印加前の静電チャック３５の厚さは、第１領域３６ｅを基準とした第２領域３６ｆの突出長さよりも厚い。
図４は、一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。図４は、図３において静電チャック３５に電圧が印加された状態を示す図である。図４に示されるように、静電チャック３５に電圧が印加されると、静電チャック３５によって電極プレート３４がガスプレート３６に引きつけられる。このとき、静電チャック３５は、電極プレート３４とガスプレート３６との間に挟み込まれ、押圧される。静電チャック３５の本体部３５ａは、弾性を有するため、収容部３６ｄ内に圧縮されて押し込まれる。そして、電極プレート３４の上面３４ｂがガスプレート３６の下面３６ｃと突き当たることで電極プレート３４の上昇が停止する。このように、静電チャック３５は、静電チャック３５の作用により、電極プレートとガスプレートとの間に本体部３５ａが圧縮された状態で配置される。電圧印加後の静電チャック３５の厚さは、第１領域３６ｅを基準とした第２領域３６ｆの突出長さと同一の厚さを有する。このため、電極プレート３４の上面３４ｂはガスプレート３６の下面３６ｃと密着する。
図５は、一つの例示的実施形態に係る上部電極の断面図である。図５に示されるように、静電チャック３５には、制御部Ｃｎｔにより制御される電源３９が接続される。電源３９は、印加電圧を可変とする直流電源である。電源３９は、第１直流電源３９ａ及び第２直流電源３９ｂを有する。なお、ここでは２つの直流電源を図示しているが、直流電源の個数は限定されない。直流電源の個数は、静電チャック３５の制御対象となる電極の個数と対応させてもよい。つまり、図４の例では、静電チャック３５は、第１電極３５０と第２電極３５１とを備える。図６は、第１電極及び第２電極のレイアウトの一例を概略的に示す図である。図５及び図６に示されるように、第１電極３５０は、静電チャック３５の中央部に配置される。第１電極３５０は、電極プレート３４の中央に対応する位置に配置される。第１電極３５０の外側には、第１電極３５０の周囲を囲むように第２電極３５１が配置される。つまり、第２電極３５１は第１電極３５０よりも電極プレート３４の外周に近い位置に配置される。第１電極３５０及び第２電極３５１は、ガス吐出孔３４ａの周囲が切り取られた形状を有する。第１電極３５０及び第２電極３５１の本体部は、それぞれ単一の第１本体部及び第２本体部として別体であってもよいし、一体的な単一の本体部であってもよい。以下では、便宜的に、第１電極３５０に係る静電チャック３５の構成を第１吸着部、第２電極３５１に係る静電チャック３５の構成を第２吸着部ともいう。
第１電極３５０及び第２電極３５１には、互いに異なる極性の電圧が印加されてもよい。この場合、静電チャック３５は、双極方式で電極プレート３４を吸着する。第１電極３５０及び第２電極３５１には、同一の極性の電圧が印加されてもよい。この場合、静電チャック３５は、単極方式で電極プレート３４を吸着する。
電極プレート３４には、温度センサ８０が設けられる。温度センサ８０は、電極プレート３４の温度分布を検出する。温度分布とは、位置ごとの温度である。第１温度センサ８０ａ及び第２温度センサ８０ｂを備えてもよい。第１温度センサ８０ａは、電極プレート３４の中央領域の温度を検出する。つまり、第１温度センサ８０ａは、第１電極３５０が介在する位置の電極プレート３４の温度を検出する。第２温度センサ８０ｂは、電極プレート３４の中央領域の外側領域（つまり中央領域を囲む領域）の温度を検出する。つまり、第２温度センサは、第２電極３５１が介在する位置の電極プレート３４の温度を検出する。温度センサ８０の一例は熱電対であり得る。温度センサ８０の検出結果は、制御部Ｃｎｔに出力される。なお、ここでは２つの温度センサを図示しているが、温度センサの個数や配置は限定されない。温度分布は、装置が少なくとも２つの温度センサを備えることによって検出することができる。
制御部Ｃｎｔは、温度センサ８０により取得された電極プレート３４の温度分布に応じて、電源３９を制御する。制御部Ｃｎｔは、第１電極３５０に第１電圧を印加するとともに第２電極３５１に第２電圧を印加するように電源３９を制御する。第１電圧及び第２電圧は、温度分布に基づいて決定される。電極プレート３４の温度を均一にする場合には、制御部Ｃｎｔは、電極プレート３４の温度が高い領域に対応する電極の方が大きな電圧が印加されるように、第１電圧及び第２電圧を決定する。例えば、電極プレート３４の中央領域が外側領域よりも高温である場合には、第１電圧を第２電圧よりも大きく設定する。制御部Ｃｎｔは、温度分布の取得と、電圧の決定及び印加とを繰り返し、電極プレート３４の温度分布を調整してもよい。制御部Ｃｎｔは、第１温度センサ８０ａの検出温度と第２温度センサ８０ｂの検出温度との差分が所定の温度閾値以下となるまで、上述した繰り返しを実行してもよい。制御部Ｃｎｔは、基板のプラズマ処理を実行しつつ、電極プレート３４の温度分布を調整してもよい。
制御部Ｃｎｔは、電極プレート３４の温度を均一にするだけでなく、電極プレート３４の一部の領域の温度を調整することもできる。制御部Ｃｎｔは、電極プレート３４の温度分布に基づいて、電極プレート３４の中央領域をさらに冷却したい場合には、第２電圧を増加させてもよい。あるいは、制御部Ｃｎｔは、電極プレート３４の温度分布に基づいて、電極プレート３４の外側領域をさらに冷却したい場合には、第２電圧を増加させてもよい。
［プラズマ処理方法の詳細］
以下、再び図１を参照して方法ＭＴについて詳細に説明する。ここでは、図２に示されるプラズマ処理装置１０において基板がプラズマによって処理される例について説明する。図１に示されるように、方法ＭＴは、温度分布を取得する工程Ｓ１０、静電チャックに電圧を印加する工程Ｓ１２、及び、基板をプラズマで処理する工程Ｓ１４を含む。なお、方法ＭＴの実行前に、制御部Ｃｎｔは、チャンバ本体１２に処理対象の基板を搬入する。
工程Ｓ１０として、制御部Ｃｎｔは、温度センサ８０の検出結果に基づいて、電極プレート３４の温度分布を取得する。
工程Ｓ１２として、制御部Ｃｎｔは、工程Ｓ１０において取得された温度分布に応じて、第１電圧及び第２電圧を決定する。制御部Ｃｎｔは、第１電極３５０に第１電圧を印加するとともに第２電極３５１に第２電圧を印加する。これにより、電極プレート３４の温度が均一化される。
工程Ｓ１４として、制御部Ｃｎｔは、基板をプラズマ処理する。制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＳにより処理空間にプロセスガスを導入する。制御部Ｃｎｔは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４から高周波を印加してプラズマを生成する。これにより、基板はプラズマによって処理される。工程Ｓ１４が終了すると、方法ＭＴは終了する。
方法ＭＴは、工程Ｓ１０、工程Ｓ１２及び工程Ｓ１４を繰り返す工程を有してもよい。工程Ｓ１４において生成されたプラズマによって、電極プレート３４の温度分布に差が生じている場合がある。方法ＭＴは、制御部Ｃｎｔは、第１温度センサ８０ａの検出温度と第２温度センサ８０ｂの検出温度との差分が所定の温度閾値以下となるように電源３９を制御し得る。
［温度分布と直流電圧との関係］
静電チャック３５に印加される直流電圧が電極プレート３４の位置に関わらず一定の場合、以下のような温度分布となる。図７の（Ａ）は電極プレートの温度分布の一例である。横軸は、電極プレート３４の中心を原点とした電極プレート３４上の位置であり、縦軸は温度である。図７の（Ａ）は、図７の（Ｂ）に示される電圧を印加した場合の温度分布である。図７の（Ｂ）は静電チャックへの印加電圧の分布の一例である。横軸は、電極プレート３４の中心を原点とした電極プレート３４上の位置であり、縦軸は電圧である。図７の（Ｂ）に示されるように、電極プレート３４の面内において全て同一の電圧が印加される。このため、電極プレート３４には面内において全て同一の吸着力が発生する。図７の（Ａ）に示されるように、温度分布は、電極プレート３４のエッジから中心に向かうにつれて温度が大きくなり、電極プレート３４の中心を最大とするピーク形状となる。電極プレート３４のエッジと中心との間には温度差ΔＴ０が存在する。温度差ΔＴ０を小さくするためには、電極プレート３４への印加電圧を領域ごとに変更する必要がある。
静電チャック３５に印加される直流電圧が電極プレート３４の位置（領域）ごとに異なる場合、以下のような温度分布となる。図８の（Ａ）は電極プレートの温度分布の他の例である。横軸は、電極プレート３４の中心を原点とした電極プレート３４上の位置であり、縦軸は温度である。実線は直流電圧が領域ごとに異なる場合の例であり、一点鎖線は図７の（Ａ）に示す温度であり、比較のために記載している。図８の（Ａ）は、図８の（Ｂ）に示される電圧を静電チャックに印加した場合の温度分布である。図８の（Ｂ）は静電チャックへの印加電圧の分布の一例である。横軸は、電極プレート３４の中心を原点とした電極プレート３４上の位置であり、縦軸は電圧である。実線は直流電圧が領域ごとに異なる場合の例であり、一点鎖線は図７の（Ｂ）に示す電圧であり、比較のために記載している。
図８の（Ｂ）に示されるように、電極プレート３４の中央領域の印加電圧（第１電極３５０への電圧）は、電極プレート３４の外側領域の印加電圧（第２電極３５１への電圧）よりも大きく設定される。これにより、電極プレート３４の中央領域の抜熱の方が、電極プレート３４の外側領域の抜熱よりも促進される。さらに、電極プレート３４の中央領域の印加電圧は、図７の（Ｂ）に示す電圧よりも大きく設定される。このため、電極プレート３４の中央領域では、図７の（Ｂ）に示す例と比べて大きな吸着力が発生し、より多くの熱量がガスプレート３６へと伝導される。これにより、図８の（Ａ）に示されるように、電極プレート３４の中央領域の温度は、図７の（Ｂ）に示す例と比べて低下する。
さらに、図８の（Ｂ）に示されるように、電極プレート３４の外側領域の印加電圧（第２電極３５１への電圧）は、図７の（Ｂ）に示す電圧よりも小さく設定される。このため、電極プレート３４の外側領域では、図７の（Ｂ）に示す例と比べて小さな吸着力が発生し、より少ない熱量がガスプレート３６へと伝導される。これにより、図８の（Ａ）に示されるように、電極プレート３４の外側領域の温度は、図７の（Ｂ）に示す例と比べて上昇する。
制御部Ｃｎｔは、電極プレート３４の中央領域の温度を低下させ、電極プレート３４の外側領域の温度を上昇させることによって、電極プレート３４の面内において均一な温度を実現することができる。図８の（Ａ）に示されるように、電極プレート３４のエッジと中心との間の温度差をΔＴ１（＜ΔＴ０）とすることができる。
［静電チャックの変形例］
静電チャック３５は、図６に示される電極配置に限定されない。図９の（Ａ）は電極の配置の一例である。図９に示されるように、静電チャック３５は、第１電極３５０及び第２電極３５１の他に第３電極３５２を備えてもよい。図９の（Ｂ）は電極の配置の他の例である。図９の（Ｂ）に示されるように、第２電極３５１が分割されてもよい（３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ及び３５１ｄの４分割）。図９の（Ｃ）は電極の配置のさらに別な例である。図９の（Ｃ）に示されるように、第１電極３５０が分割されてもよい（３５０ａ、３５１０、３５０ｃ及び３５０ｄの４分割）。図９の（Ｄ）は、静電チャックの本体が分離する例である。図９の（Ｄ）に示されるように、静電チャック３５は、第１本体３５Ａ及び第２本体３５Ｂを有し、それぞれの内部に第１電極３５０及び第２電極３５１が設けられてもよい。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、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が、別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、異なるタイプのプラズマ処理装置であってもよい。そのようなプラズマ処理装置は、任意のタイプのプラズマ処理装置であり得る。そのようなプラズマ処理装置としては、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置が例示される。
また、プラズマ処理装置１０は、下部電極１８に２系統の高周波電源が接続され、上部電極３０に直流電源が接続される例を示したが、これに限定されない。例えば、プラズマ処理装置１０は、下部電極１８及び上部電極３０に高周波電源が接続されてもよい。また、ガスプレート３６と冷却プレート３７とが一体となってプレートを構成してもよい。
静電チャック３５の本体の材料は、弾性を有する誘電体に限定されず、セラミックなどであってもよい。
ガスプレート３６と電極プレート３４とは密着している必要はなく、熱伝導可能な部材を介して接続されてもよい。つまり、電極プレート３４は、ガスプレート３６の下方に配置されて温度調整される構成であればよい。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、３４…電極プレート、３５…静電チャック（静電吸着部の一例）、３６…ガスプレート（プレートの一例）、Ｃｎｔ…制御部。

Claims (12)

  1. 基板を収容するように構成されたチャンバと、
    前記チャンバの上部を構成する上部電極構造であって、前記上部電極構造は、温度制御されるプレート、前記プレートの下方に配置される電極プレート、及び、前記電極プレートと前記プレートとの間に介在する静電吸着部を有し、前記静電吸着部は、前記プレートの下面と接触する接触面、前記電極プレートの上面を吸着する吸着面、第１電極、及び第２電極を含む、前記上部電極構造と、
    前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加するように構成された電源と、
    前記電極プレートの温度分布を取得するように構成された温度取得部と、
    を備えるプラズマ処理装置において前記基板をプラズマで処理する方法であって、
    前記温度取得部により前記電極プレートの前記温度分布を取得する工程と、
    前記取得された前記温度分布に応じて、前記第１電極に第１電圧を印加するとともに前記第２電極に第２電圧を印加する工程と、
    前記基板をプラズマで処理する工程と、
    を含む、方法。
  2. 前記電極プレートは円形であり、
    前記第１電極は前記電極プレートの中央に対応する位置に配置され、
    前記第２電極は前記第１電極の周囲を囲むように配置される、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記温度取得部は、前記第１電極が介在する位置の前記電極プレートの温度を検出する第１温度センサと、前記第２電極が介在する位置の前記電極プレートの温度を検出する第２温度センサとを含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記印加する工程は、前記第１温度センサの検出温度と前記第２温度センサの検出温度との差分が所定の温度閾値以下となるように、前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加する工程を含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記静電吸着部は、誘電体で形成された単一の本体を有し、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記単一の本体の内部に設けられる、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記単一の本体はセラミックスからなる、請求項５に記載の方法。
  7. 前記単一の本体は、弾性を有する誘電体からなる、請求項５に記載の方法。
  8. 前記静電吸着部は、誘電体からなる第１本体と、前記第１本体から分離され、誘電体からなる第２本体とを有し、
    前記第１電極は前記第１本体の内部に設けられ、
    前記第２電極は前記第２本体の内部に設けられる、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記第１本体及び前記第２本体はセラミックスからなる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記第１本体及び前記第２本体は、弾性を有する誘電体からなる、請求項８に記載の方法。
  11. 前記取得する工程、前記印加する工程、及び、前記処理する工程を繰り返す工程をさらに含む、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
  12. 基板を収容するように構成されたチャンバと、
    プラズマ生成用のＲＦ電源と、
    前記チャンバの上部を構成する上部電極構造であって、前記上部電極構造は、温度制御されるプレート、前記プレートの下方に配置される電極プレート、及び、前記電極プレートと前記プレートとの間に介在する静電吸着部を有し、前記静電吸着部は、前記プレートの下面と接触する接触面、前記電極プレートの上面を吸着する吸着面、第１電極、及び第２電極を含む、前記上部電極構造と、
    前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加するように構成された電源と、
    前記電極プレートの温度分布を取得するように構成された温度取得部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記温度取得部により前記電極プレートの前記温度分布を取得する工程と、
    前記電源を制御して、前記取得された前記温度分布に応じて、前記第１電極に第１電圧を印加するとともに前記第２電極に第２電圧を印加する工程と、
    前記基板をプラズマ処理する工程と、
    を含む処理を実行する、プラズマ処理装置。

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