JP2024115405A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に形成されるプラズマの密度分布及び基板全体の電界を流体によって制御可能なプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、導電性基台１１１、導電性基台の上方に配置され、基板支持面及びリング支持面を有し、誘電体部材を含む静電チャック１１２、基板支持面上の基板を囲むように配置される少なくとも１つのエッジリング（リングアセンブリ１２０）並びに導電性基台と誘電体部材との間に配置され、平面視で基板支持面及びリング支持面に亘って延在する複数の冷媒流路１１５を含む基板支持器１１と、導電性基台に電気的に接続されるＲＦ生成器と、複数の圧力計１１７、複数の第１のバルブ１１６ａ及び複数の第２のバルブ１１６ｂを含み、複数の冷媒流路の各々を流れる冷媒の圧力を個別に制御して、基板支持面及び／又はリング支持面と複数の冷媒流路との間のキャパシタンスを個別に調整する圧力制御システムと、を有する。
【選択図】図３

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、誘電体部上に載置される物体にバイアス電力を供給するために、前記誘電体部の中に少なくとも一つの電極を備える、基板支持器が開示されている。また、特許文献２には、基板を保持するための第１の電気バイアスを受ける第１の電極が内部に設けられた第１の領域と、第１の領域上の基板を囲むように載置されるエッジリングを保持するための第２の電気バイアスを受ける第２の電極が内部に設けられた第２の領域と、を備える基板支持器が開示されている。

特開２０２１－４４５４０号公報 特開２０２１－１５８１３４号公報

本開示にかかる技術は、基板上に形成されるプラズマの密度分布及び基板全体の電界を流体によって制御可能なプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一態様は、プラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に配置される基板支持器であり、前記基板支持器は、導電性基台と、前記導電性基台の上方に配置され、基板支持面及びリング支持面を有する誘電体部材と、前記基板支持面上の基板を囲むように前記リング支持面上に配置される少なくとも１つのエッジリングと、前記導電性基台と前記誘電体部材との間に配置され、平面視で前記基板支持面及び前記リング支持面に亘って延在する複数の冷媒流路と、を含む基板支持器と、前記導電性基台に電気的に接続されるＲＦ生成器と、前記複数の冷媒流路の各々を流れる冷媒の圧力を個別に制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面と前記複数の冷媒流路との間のキャパシタンスを個別に調整するように構成される圧力制御システムと、を有する。

本開示によれば、基板上に形成されるプラズマの密度分布及び基板全体の電界を流体によって制御可能なプラズマ処理装置を提供することができる。

第１の実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。 第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。 第１の実施形態に係る基板支持器の構成例を説明するための図である。 基台に形成される冷媒流路を説明するための図である。 冷媒圧力と誘電率の関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係る基板支持器の構成例を説明するための図である。 第３の実施形態に係る基板支持器の構成例を説明するための図である。 バイアス電極の構成例を説明するための図である。 第４の実施形態に係る基板支持器の構成例を説明するための図である。 第５の実施形態に係る基板支持器の構成例を説明するための図である。

以下、本実施形態にかかる基板処理装置の構成例について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１の実施形態に係るプラズマ処理システム＞
第１の実施形態に係るプラズマ処理システムは、図１に示すようにプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持器１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持器１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。ウェハは基板の一例である。

プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ
Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。また、上記記憶媒体は、一時的なものであっても非一時的なものであってもよい。

＜第１の実施形態に係るプラズマ処理装置及び基板支持器＞
続いて、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例として、容量結合型のプラズマ処理装置１の構成例について説明する。

図１に示すように、容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持器１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持器１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持器１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持器１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持器１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持器１１は、本体部１１０及びリングアセンブリ１２０を含む。本体部１１０は、基板Ｗを支持するための中央領域１１０ａと、リングアセンブリ１２０を支持するための環状領域１１０ｂとを有する。本体部１１０の環状領域１１０ｂは、平面視で本体部１１０の中央領域１１０ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１０の中央領域１１０ａ上に配置され、リングアセンブリ１２０は、本体部１１０の中央領域１１０ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１０の環状領域１１０ｂ上に配置される。従って、中央領域１１０ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１０ｂは、リングアセンブリ１２０を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

一実施形態において、本体部１１０は、図３に示すように、基台１１１と静電チャック１１２を含む。基台１１１は導電性部材を含み、静電チャック１１２は誘電体部材を含む。従って、本体部１１０は、導電性基台１１１と誘電体部材１１２とを含む。

基台１１１の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１２は、基台１１１の上に配置される。静電チャック１１２は、セラミック部材１１２ａと、セラミック部材１１２ａ内に配置される複数の電極１１２ｂを含む。セラミック部材１１２ａは、中央領域１１０ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１２ａは、環状領域１１０ｂも有する。

また、基台１１１は、後述するＲＦ電源３１及び／又はＤＣ電源３２に電気的に接続され得る。従って、上記したように基台１１１は下部電極として機能し得る。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が基台１１１に供給される場合、基台１１１はバイアス電極とも呼ばれる。従って、一実施形態において、基台１１１は、バイアス電極として機能する。一実施形態において、基台１１１は、ＲＦ電極として機能する。

複数の電極１１２ｂは、本体部１１０の中央領域１１０ａの下方に配置される基板用静電電極（基板用チャック電極）１１３と、本体部１１０の環状領域１１０ｂの下方に配置されるリング用静電電極（リング用チャック電極）１１４とを含む。静電電極は、チャック電極とも呼ばれる。基板用静電電極１１３及びリング用静電電極１１４は、後述するＤＣ電源３２に結合される。

また、基板支持器１１の本体部１１０は、基台１１１と静電チャック１１２との間に形成される複数の冷媒流路１１５を有する。各冷媒流路１１５には、圧力制御システム１１６が接続される。圧力制御システム１１６は、複数の冷媒流路１１５の各々を流れる冷媒の圧力を個別に制御して、基板支持面１１０ａ及び／又はリング支持面１１０ｂと複数の冷媒流路１１５との間のキャパシタンスを個別に調整するように構成される。一実施形態において、圧力制御システム１１６は、複数の圧力計１１７、複数の第１のバルブ１１６ａ及び複数の第２のバルブ１１６ｂを含む。第１のバルブ１１６ａ及び第２のバルブ１１６ｂは、圧力制御バルブの一例である。一実施形態において、複数の圧力計１１７は、複数の冷媒流路１１５のそれぞれに対応する。一実施形態において、複数の第１のバルブ１１６ａは、複数の冷媒流路１１５のそれぞれに対応する。一実施形態において、複数の第２のバルブ１１６ｂは、複数の冷媒流路１１５のそれぞれに対応する。一実施形態において、第１のバルブ１１６ａは、対応する冷媒流路１１５の上流に配置され、第２のバルブ１１６ｂは、対応する冷媒流路１１５の下流に配置される。一実施形態において、圧力計１１７は、対応するバルブ１１６ａと対応する冷媒流路１１５との間に配置される。そして、第１のバルブ１１６ａ及び第２のバルブ１１６ｂは、チラーユニット（冷媒供給部）１１８に接続される。即ち、圧力制御システム１１６は、チラーユニット１１８に接続される。

複数の冷媒流路１１５は、平面視で本体部１１０の全面、即ち、中央領域１１０ａ及び環状領域１１０ｂに亘って延在する。一実施形態において、各冷媒流路１１５は、図４に示すように、基台１１１と静電チャック１１２との間の複数の空間領域（以下、単に領域という）Ｒの各々において複数の仕切り板１１５ｗによって規定される。これにより、第１の冷媒が各領域Ｒにおいて細部まで循環できる。図３の例では、複数の領域Ｒは、静電チャック１１２によって規定される。なお、複数の領域Ｒは、仕切り板によって規定されてもよいし、基台１１１によって規定されてもよい。また、仕切り板１１５ｗは、静電チャック１１２によって規定されてもよいし、基台１１１によって規定されてもよい。

また、各冷媒流路１１５は、入口１１５ａ及び出口１１５ｂを有する。図３の例では、入口１１５ａは冷媒流路１１５の径方向外側、出口１１５ｂは冷媒流路１１５の径方向内側に配置される。一実施形態において、入口１１５ａ及び出口１１５ｂは圧力制御システム１１６に接続される。従って、第１の冷媒は、チラーユニット１１８から第１のバルブ１１６ａを介して入口１１５ａに供給され、出口１１５ｂから第２のバルブ１１６ｂを介してチラーユニット１１８に戻される。即ち、第１の冷媒は、第１のバルブ１１６ａ及び第２のバルブ１１６ｂを介してチラーユニット１１８と冷媒流路１１５との間で循環される。

第１のバルブ１１６ａ及び第２のバルブ１１６ｂは、対応する冷媒流路１１５の入口１１５ａ及び出口１１５ｂにそれぞれ配置される。第１のバルブ１１６ａ及び第２のバルブ１１６ｂは、冷媒流路１１５内を流れる第１の冷媒の圧力を制御するように構成される。具体的には、第２のバルブ１１６ｂの開度を、第１のバルブ１１６ａの開度よりも小さくすることで、冷媒流路１１５内の圧力を上げることができる。一方、第２のバルブ１１６ｂの開度を、第１のバルブ１１６ａの開度よりも大きくすることで、冷媒流路１１５内の圧力を下げることができる。従って、基板支持器１１内に形成された領域Ｒ毎に冷媒流路１１５を流れる冷媒の圧力が制御される。これにより、領域Ｒ毎に基板支持器１１（セラミック部材１１２ａ）のキャパシタンスを個別に制御することが可能となる。

一実施形態において、各冷媒流路１１５内を流れる冷媒の圧力は、圧力計１１７の出力に基づいて制御されてもよい。なお、冷媒流路１１５内を流れる冷媒の圧力は、冷媒の流量、プラズマ処理空間１０ｓ内のプラズマ密度、セラミック部材１１２ａのキャパシタンス等のような、種々の測定機器の出力に基づいて制御されてもよい。

リングアセンブリ１２０は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

また、基板支持器１１は、上記した冷媒流路１１５に加えて、静電チャック１１２、リングアセンブリ１２０及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される他の温調モジュールを含んでもよい。他の温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、追加の冷媒流路１１１ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。追加の冷媒流路１１１ａには、ブラインやガスのような伝熱流体（追加の冷媒）が流れる。追加の冷媒流路１１１ａは、図示しない温度制御システムに接続される。温度制御システムは、複数の冷媒流路１１５の各々を流れる冷媒の温度又は流量の少なくともいずれかを制御して、基板支持面１１０ａ及び／又はリング支持面１１０ｂの温度を調整するように構成される。温度制御システムは、図示しない追加のチラーユニット（追加の冷媒供給部）を含む。一実施形態において、温度制御システムは、図示しない温度計や流量計をさらに含む。一実施形態において、追加の冷媒流路１１１ａが基台１１１内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１２のセラミック部材１１２ａ内に配置される。また、基板支持器１１は、基板Ｗの裏面と静電チャック１１２の上面との間の間隙に伝熱ガス（バックサイドガス）を供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

図２の説明に戻る。
シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給部２０からガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓに導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる、１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗ及びリングアセンブリ１２０（エッジリング）にバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。なお、本開示に係る技術では、第１のＲＦ生成部３１ａと第２のＲＦ生成部３１ｂを合わせて「ＲＦ生成器」と表現する場合がある。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。

第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。

種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号がパルス化されてもよい。従って、本開示に係る技術において、電源３０は「パルス生成器」を含む場合がある。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ、３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓの内部圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

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、様々な追加、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。

本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、基台１１１と静電チャック１１２との間に複数の冷媒流路１１５が形成される。

図５に示すように、流体（冷媒）の誘電率は、流体の圧力に依存して変化する。また、本実施形態において、基台１１１と基板Ｗとの間のキャパシタンス、及び、基台１１１とリングアセンブリ１２０との間のキャパシタンスは、冷媒流路１１５内を流れる第１の冷媒の誘電率に依存して変化する。即ち、本実施形態において、基台１１１と基板Ｗとの間のキャパシタンス、及び、基台１１１とリングアセンブリ１２０との間のキャパシタンスは、冷媒流路１１５内を流れる第１の冷媒の圧力に依存して変化する。従って、本実施形態においては、図４に示した領域Ｒ毎に、冷媒流路１１５内を流れる第１の冷媒の圧力を個別に制御することにより、領域Ｒ毎に第１の冷媒の誘電率を変化させることができる。これにより、基台１１１と基板Ｗとの間のキャパシタンス、及び、基台１１１とリングアセンブリ１２０との間のキャパシタンスを領域Ｒ毎に個別に調整することが可能となる。よって、本実施形態では、基板Ｗ上（プラズマ処理空間１０ｓ）に形成されるプラズマの密度分布及び基板全体の電界を流体によって制御することができる。また、エッチングレートの面内均一性を向上することができる。さらに、基台１１１と基板Ｗとの間のキャパシタンスに対して、基台１１１とリングアセンブリ１２０との間のキャパシタンスを個別に制御するための追加の電源を設ける必要がないため、プラズマ処理装置の消費電力を低減することができる。

続いて、上記した第１の実施形態に係る基板支持器１１の他の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、上記した第１の実施形態に係る基板支持器１１と実質的に同様の機能構成を有する要素においては、同様の付番を付することにより詳細な説明を省略する。

＜第２の実施形態に係る基板支持器＞
第２の実施形態に係る基板支持器２００では、図６に示すように、基台１１１内に追加の冷媒流路１１１ａが形成されない。

複数の冷媒流路１１５は、上記した第１の実施形態に係る複数の冷媒流路１１５と同様である。よって、冷媒流路１１５の詳細な説明は省略する。

圧力／温度制御システム２１６及びチラーユニット２１８は、第１の実施形態に係る圧力制御システム１１６及びチラーユニット１１８の圧力調節機能に加え、第１の実施形態に係る温度制御システムの温度調節機能も有する。即ち、圧力／温度制御システム２１６及びチラーユニット２１８は、領域Ｒ毎に静電チャック１１２、リングアセンブリ１２０及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するようにも構成される。

このように、第２の実施形態に係る基板支持器２００では、各冷媒流路１１５を流れる冷媒の圧力（即ち、誘電率）及び温度を一緒に調節するように構成される。これにより、基台１１１に追加の冷媒流路１１１ａを形成する必要がなくなるため、基板支持器２００の製造コストを削減することができる。

＜第３の実施形態に係る基板支持器＞
図７に示すように、第３の実施形態に係る基板支持器３００では、上記した第１の実施形態に係る基台１１１と静電チャック１１２とを一体化したモノリシック本体３１０を採用する。

第３の実施形態に係る基板支持器３００は、モノリシック本体３１０と、モノリシック本体３１０内に配置される複数の静電電極１１２ｂと、モノリシック本体３１０内に配置される少なくとも１つの電極３２０とを含む。モノリシック本体３１０は、セラミック材料で形成され、基板支持面に対応する中央領域１１０ａを有する。一実施形態において、モノリシック本体３１０は、リング支持面に対応する環状領域１１０ｂも有する。複数の静電電極１１２ｂは、基板用静電電極１１３とリング用静電電極１１４とを含む。

また、モノリシック本体３１０は、冷媒流路（第２の冷媒流路）１１５及び追加の冷媒流路（第１の冷媒流路）３１１ａを有する。冷媒流路１１５は、追加の冷媒流路３１１ａの上方、且つ、複数の静電電極１１２ｂの下方に形成される。即ち、冷媒流路１１５は、追加の冷媒流路３１１ａと複数の静電電極１１２ｂとの間に形成される。少なくとも１つの電極３２０は、複数の冷媒流路１１５と追加の冷媒流路３１１ａとの間に配置され、平面視で本体部１１０の全面、即ち、中央領域１１０ａ及び環状領域１１０ｂに亘って延在する。少なくとも１つの電極３２０は、ＲＦ電源３１及び／又はＤＣ電源３２に電気的に接続される。一実施形態において、少なくとも１つの電極３２０は、下部電極として機能する。一実施形態において、少なくとも１つの電極３２０は、バイアス電極として機能する。一実施形態において、少なくとも１つの電極３２０は、ＲＦ電極として機能する。一実施形態において、ＤＣ電源３２は、負極性を有する電圧パルスのシーケンスを少なくとも１つの電極３２０に印加するように構成される。

一実施形態において、バイアス電極３２０は、図８に示すように、略円板形状を有し、冷媒流路１１５の入口１１５ａ及び出口１１５ｂに対応して形成された貫通孔３２０ｂを有する。

なお、複数の冷媒流路１１５、圧力制御システム１１６及びチラーユニット１１８は、上記した第１の実施形態に係る複数の冷媒流路１１５、圧力制御システム１１６及びチラーユニット１１８と同様である。よって、これらの詳細な説明は省略する。追加の冷媒流路３１１ａは、図示しない温度制御システムに接続される。温度制御システムは、図示しない追加のチラーユニット（追加の冷媒供給部）を含む。一実施形態において、温度制御システムは、図示しない温度計や流量計をさらに含む。

＜第４の実施形態に係る基板支持器＞
図９に示す第４の実施形態に係る基板支持器４００では、複数の冷媒流路１１５は、静電チャック１１２のセラミック部材１１２ａ内に形成される。冷媒流路１１５を有する静電チャック１１２は、例えば３Ｄプリンタで形成され得る。また、基台１１１は、ＲＦ電源３１及び／又はＤＣ電源３２に電気的に接続される。一実施形態において、基台１１１は、下部電極として機能する。一実施形態において、基台１１１は、バイアス電極として機能する。一実施形態において、基台１１１は、ＲＦ電極として機能する。一実施形態において、ＤＣ電源３２は、負極性を有する電圧パルスのシーケンスを基台１１１に印加するように構成される。

＜第５の実施形態に係る基板支持器＞
図１０に示す第５の実施形態に係る基板支持器５００では、第４の実施形態に係る基板支持器４００の構成に加え、静電チャック１１２のセラミック部材１１２ａ内において複数の冷媒流路１１５の下方に配置される少なくとも１つの電極３２０を含む。少なくとも１つの電極３２０は、複数の冷媒流路１１５と追加の冷媒流路１１１ａとの間に配置され、平面視で本体部１１０の全面、即ち、中央領域１１０ａ及び環状領域１１０ｂに亘って延在する。少なくとも１つの電極３２０は、ＲＦ電源３１及び／又はＤＣ電源３２に電気的に接続される。なお、ＲＦ電源３１及び／又はＤＣ電源３２は、基台１１１に電気的に接続されてもよい。一実施形態において、少なくとも１つの電極３２０及び／又は基台１１１は、下部電極として機能する。一実施形態において、少なくとも１つの電極３２０及び／又は基台１１１は、バイアス電極として機能する。一実施形態において、少なくとも１つの電極３２０及び／又は基台１１１は、ＲＦ電極として機能する。一実施形態において、ＤＣ電源３２は、負極性を有する電圧パルスのシーケンスを少なくとも１つの電極３２０に印加するように構成される。例えば、少なくとも１つの電極３２０がバイアス電極として機能する一方で、基台１１１がＲＦ電極（下部電極）として機能してもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で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、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持器
１１１ 基台
１１０ａ 中央領域
１１０ｂ 環状領域
１１２ 静電チャック
１１５ 冷媒流路
１１６ａ バルブ
１１６ｂ バルブ
１１７ 圧力計
１１８ チラーユニット
１２０ リングアセンブリ
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
Ｗ 基板

Claims (20)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置される基板支持器であり、前記基板支持器は、
   導電性基台と、
   前記導電性基台の上方に配置され、基板支持面及びリング支持面を有する誘電体部材と、
   前記基板支持面上の基板を囲むように前記リング支持面上に配置される少なくとも１つのエッジリングと、
   前記導電性基台と前記誘電体部材との間に配置され、平面視で前記基板支持面及び前記リング支持面に亘って延在する複数の冷媒流路と、
   を含む基板支持器と、
   前記導電性基台に電気的に接続されるＲＦ生成器と、
   前記複数の冷媒流路の各々を流れる冷媒の圧力を個別に制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面と前記複数の冷媒流路との間のキャパシタンスを個別に調整するように構成される圧力制御システムと、を有する、プラズマ処理装置。
2. 前記複数の冷媒流路の各々を流れる冷媒の温度又は流量の少なくともいずれかを制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面の温度を調整するように構成される温度制御システムを有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記導電性基台は、平面視で前記基板支持面及び前記リング支持面に亘って延在する少なくとも１つの追加の冷媒流路を有し、
   当該プラズマ処理装置は、
   前記少なくとも１つの追加の冷媒流路を流れる追加の冷媒の温度又は流量の少なくともいずれかを制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面の温度を調整するように構成される温度制御システムを有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記誘電体部材内において、前記基板支持面の下方に配置される基板用チャック電極を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記誘電体部材内において、前記リング支持面の下方に配置される少なくとも１つのリング用チャック電極を有する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記圧力制御システムは、前記複数の冷媒流路に接続される複数の圧力制御バルブを含む、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置される基板支持器であり、前記基板支持器は、
   基板支持面及びリング支持面を有するモノリシック本体と、
   前記基板支持面上の基板を囲むように前記リング支持面上に配置される少なくとも１つのエッジリングと、
   前記モノリシック本体内に配置され、平面視で前記基板支持面及び前記リング支持面に亘って延在する少なくとも１つの第１の冷媒流路と、
   前記モノリシック本体内において前記第１の冷媒流路の上方に配置され、平面視で前記基板支持面及び前記リング支持面に亘って延在する複数の第２の冷媒流路と、
   前記モノリシック本体内において、前記第１の冷媒流路と前記第２の冷媒流路との間に配置されるバイアス電極と、
   を含む基板支持器と、
   前記バイアス電極に電気的に接続される電源と、
   前記少なくとも１つの第１の冷媒流路を流れる第１の冷媒の温度又は流量の少なくともいずれかを制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面の温度を調整するように構成される温度制御システムと、
   前記複数の第２の冷媒流路の各々を流れる第２の冷媒の圧力を個別に制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面と前記複数の第２の冷媒流路との間のキャパシタンスを個別に調整するように構成される圧力制御システムと、を有する、プラズマ処理装置。
8. 前記モノリシック本体内において、前記基板支持面と前記第２の冷媒流路との間に配置される基板用チャック電極を有する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記モノリシック本体内において、前記リング支持面の下方に配置される少なくとも１つのリング用チャック電極を有する、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記圧力制御システムは、前記複数の第２の冷媒流路に接続される複数の圧力制御バルブを含む、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記電源は、ＲＦ生成器を含む、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記電源は、パルス生成器を含む、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
13. チャンバと、
    前記チャンバ内に配置される基板支持器であり、前記基板支持器は、
    導電性基台と、
    前記導電性基台の上方に配置され、基板支持面及びリング支持面を有する誘電体部材と、
    前記基板支持面上の基板を囲むように前記リング支持面上に配置される少なくとも１つのエッジリングと、
    前記導電性基台内に配置され、平面視で前記基板支持面及び前記リング支持面に亘って延在する少なくとも１つの第１の冷媒流路と、
    前記誘電体部材内に配置され、平面視で前記基板支持面及び前記リング支持面に亘って延在する複数の第２の冷媒流路と、
    を含む基板支持器と、
    前記少なくとも１つの第１の冷媒流路を流れる第１の冷媒の温度又は流量の少なくともいずれかを制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面の温度を調整するように構成される温度制御システムと、
    前記複数の第２の冷媒流路の各々を流れる第２の冷媒の圧力を個別に制御して、前記基板支持面及び／又は前記リング支持面と前記複数の第２の冷媒流路との間のキャパシタンスを個別に調整するように構成される圧力制御システムと、を有する、プラズマ処理装置。
14. 前記誘電体部材内において、前記基板支持面と前記第２の冷媒流路との間に配置される基板用チャック電極を有する、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記誘電体部材内において、前記リング支持面と前記第２の冷媒流路との間に配置される少なくとも１つのリング用チャック電極を有する、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記圧力制御システムは、前記複数の第２の冷媒流路に接続される複数の圧力制御バルブを含む、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記導電性基台に電気的に接続されるＲＦ生成器を有する、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記誘電体部材内において、前記第２の冷媒流路の下方に配置されるバイアス電極と、
    前記バイアス電極に電気的に接続される電源と、を有する、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記電源は、ＲＦ生成器を含む、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
20. 前記電源は、パルス生成器を含む、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
    

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