JP7426915B2 - プラズマ処理装置、熱抵抗導出方法及び熱抵抗導出プログラム - Google Patents

プラズマ処理装置、熱抵抗導出方法及び熱抵抗導出プログラム Download PDF

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Description

本開示は、プラズマ処理装置、熱抵抗導出方法及び熱抵抗導出プログラムに関する。
特許文献１は、半導体ウエハを載置する載置台内に、温度制御が可能なヒーターを埋め込み、ヒーターによって半導体ウエハの温度の制御する手法を開示する。
特開２０１６－００１６８８号公報
本開示は、基板と載置台間の熱抵抗を導出する技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、載置台と、検出部と、計測部と、導出部とを有する。載置台は、プラズマ処理の対象となる基板が載置される。検出部は、載置台の温度を検出する。計測部は、プラズマを点火してから載置台の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから載置台の温度が下降している間の載置台の温度変化を検出部により計測する。導出部は、計測部により計測された載置台の温度変化に基づいて、基板と載置台との間の熱抵抗を導出する。
本開示によれば、基板と載置台間の熱抵抗を導出できる。
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態に係る制御部の概略的な構成を示したブロック図である。 図３は、第１実施形態に係る載置台の構成を概略的に示した図である。 図４は、未点火状態での載置台のエネルギーの流れを模式的に示す図である。 図５は、載置台の温度の変化の一例を示す図である。 図６は、熱抵抗の変化による載置台の温度の変化の一例を示す図である。 図７は、熱抵抗と時定数の対応関係を示した図である。 図８は、実施形態に係る熱抵抗導出方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図９は、第２実施形態に係る載置台の概略構成の一例を示す図である。 図１０は、載置台を熱回路として表した図である。
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置、熱抵抗導出方法及び熱抵抗導出プログラムの実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するプラズマ処理装置、熱抵抗導出方法及び熱抵抗導出プログラムが限定されるものではない。
半導体ウエハ等の基板に対してプラズマエッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置では、基板の温度は重要なパラメータである。プラズマ処理装置では、基板の温度を直接測定することは難しい。このため、プラズマ処理装置では、基板を載置する載置台を構成するセラミック板やアルミ基台の温度を測定して基板の温度が変化していないかを推測している。
しかし、基板の温度は、設置台の表面の状態の変化の影響で、推測された温度からの誤差が大きい場合がある。このため、プラズマ処理した基板の状態を定期的に調査して、基板の温度の経時変化の有無を確認している。設置台の表面の状態の変化は、基板と載置台間の熱抵抗の変化として現れる。
そこで、基板と載置台間の熱抵抗を導出する技術が期待されている。
［第１実施形態］
［装置構成］
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す概略断面図である。一実施形態において、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、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力供給部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、載置台１１及び上部電極シャワーヘッド１２を含む。載置台１１は、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッド１２は、載置台１１の上方に配置され、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の一部として機能し得る。また、プラズマ処理装置１は、制御部１００を更に備える。
載置台１１は、プラズマ処理空間１０ｓにおいて、半導体ウエハ等の基板Ｗを支持するように構成される。一実施形態において、載置台１１は、下部電極１１１、静電チャック１１２、及びエッジリング１１３を含む。静電チャック１１２は、下部電極１１１上に配置され、静電チャック１１２の上面で基板Ｗを支持するように構成される。エッジリング１１３は、下部電極１１１の周縁部上面において基板Ｗを囲むように配置される。下部電極１１１は、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されている。下部電極１１１は、静電チャック１１２及びエッジリング１１３を支持する基台として機能する。載置台１１は、静電チャック１１２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温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒーター、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、下部電極１１１は、内部に温調媒体を流すための流路１１１ａが形成されている。流路１１１ａは、基板Ｗが載置される載置領域に対応して、載置領域の全面に形成されている。流路１１１ａには、冷媒、熱媒のような温調媒体が流れる。例えば、流路１１１ａは、配管１３を介してチラーユニット１４と接続されている。チラーユニット１４は、供給する冷媒の温度を制御可能とされている。プラズマ処理装置１は、チラーユニット１４から温度を制御した冷媒（例えば冷却水）を流路１１１ａに循環させることによって、載置台１１の温度を制御可能な構成とされている。なお、プラズマ処理装置１は、基板Ｗやエッジリング１１３の裏面側に伝熱ガスを供給して温度を制御可能な構成としてもよい。例えば、載置台１１等を貫通するように、基板Ｗの裏面にヘリウムガス等の伝熱ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管が設けられてもよい。ガス供給管は、ガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台１１の上面に静電チャック１１２によって吸着保持された基板Ｗを、所定の温度に制御する。
また、載置台１１は、温度が検出可能な不図示の温度センサが設けられている。温度センサは、載置台１１の温度を検出する。温度センサは、熱電対など接触型のセンサであってもよく、放射温度計などの非接触型のセンサであってもよい。温度センサは、検出した温度のデータを制御部１００に出力される。
上部電極シャワーヘッド１２は、ガス供給部２０からの１又はそれ以上の処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、ガス入口１２ａ、ガス拡散室１２ｂ、及び複数のガス出口１２ｃを有する。ガス入口１２ａは、ガス供給部２０及びガス拡散室１２ｂと流体連通している。複数のガス出口１２ｃは、ガス拡散室１２ｂ及びプラズマ処理空間１０ｓと流体連通している。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、１又はそれ以上の処理ガスをガス入口１２ａからガス拡散室１２ｂ及び複数のガス出口１２ｃを介してプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。
ガス供給部２０は、１又はそれ以上のガスソース２１、及び１又はそれ以上の流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、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を介してガス入口１２ａ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、１又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
ＲＦ電力供給部３０は、ＲＦ電力、例えば１又はそれ以上のＲＦ信号を、下部電極１１１、上部電極シャワーヘッド１２、又は、下部電極１１１及び上部電極シャワーヘッド１２の双方のような１又はそれ以上の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１又はそれ以上の処理ガスからプラズマが生成される。従って、ＲＦ電力供給部３０は、プラズマ処理チャンバにおいて１又はそれ以上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生成部の少なくとも一部として機能し得る。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、２つのＲＦ生成部３１ａ，３１ｂ及び２つの整合回路３２ａ，３２ｂを含む。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ信号を第１のＲＦ生成部３１ａから第１の整合回路３２ａを介して下部電極１１１に供給するように構成される。例えば、第１のＲＦ信号は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。
また、一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第２のＲＦ信号を第２のＲＦ生成部３１ｂから第２の整合回路３２ｂを介して下部電極１１１に供給するように構成される。例えば、第２のＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。代わりに、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。
さらに、図示は省略するが、本開示においては他の実施形態が考えられる。例えば、代替実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ信号をＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第２のＲＦ信号を他のＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第３のＲＦ信号をさらに他のＲＦ生成部から下部電極１１１に供給するように構成されてもよい。加えて、他の代替実施形態において、ＤＣ電圧が上部電極シャワーヘッド１２に印加されてもよい。
またさらに、種々の実施形態において、１又はそれ以上のＲＦ信号（即ち、第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号等）の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、２又はそれ以上の異なるオン状態の間でＲＦ信号振幅をパルス化することを含んでもよい。
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排気口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
上記のように構成されたプラズマ処理装置１は、制御部１００によって、その動作が統括的に制御される。制御部１００は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。プラズマ処理装置１は、制御部１００によって、その動作が統括的に制御される。制御部１００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に実行させる制御を行う。
［制御部の構成］
次に、制御部１００について詳細に説明する。図２は、第１実施形態に係る制御部１００の概略的な構成を示したブロック図である。制御部１００は、外部インターフェース１０１と、プロセスコントローラ１０２と、ユーザインターフェース１０３と、記憶部１０４とが設けられている。
外部インターフェース１０１は、プラズマ処理装置１の各部と通信可能とされ、各種のデータを入出力する。例えば、外部インターフェース１０１には、載置台１１に設けられた温度センサ１１５から温度のデータが入力する。
プロセスコントローラ１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えプラズマ処理装置１の各部を制御する。
ユーザインターフェース１０３は、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部１０４には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ１０２の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。なお、制御プログラムやレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
プロセスコントローラ１０２は、プログラムやデータを格納するための内部メモリを有し、記憶部１０４に記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムの処理を実行する。プロセスコントローラ１０２は、制御プログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、プロセスコントローラ１０２は、計測部１０２ａと、導出部１０２ｂと、調整部１０２ｃの機能を有する。なお、本実施形態では、プロセスコントローラ１０２が、計測部１０２ａ、導出部１０２ｂ及び調整部１０２ｃの機能を有する場合を例に説明する。しかし、計測部１０２ａ、導出部１０２ｂ及び調整部１０２ｃの機能は、複数のコントローラで分散して実現してもよい。
基板Ｗの温度に影響を与えるエネルギーの流れを説明する。図３は、第１実施形態に係る載置台１１の構成を概略的に示した図である。図３には、基板Ｗや載置台１１が簡略化して示されている。載置台１１は、静電チャック（ＥＳＣ）１１２及び下部電極１１１を有している。静電チャック１１２と下部電極１１１は、接着層１１４により接着されている。下部電極１１１の内部には、冷媒、熱媒のような温調媒体が流れる流路１１１ａが形成されている。
載置台１１は、温度が検出可能な温度センサ１１５が設けられている。本実施形態では、温度センサ１１５が静電チャック１１２に設けられている。例えば、温度センサ１１５は、静電チャック１１２に形成された穴の内部に配置され、不図示の配線を介して制御部１００に接続されている。温度センサ１１５は、少なく１つ設けられていればよい。なお、温度センサ１１５は、下部電極１１１に設けてもよい。温度センサ１１５は、下部電極１１１内に設けてもよい。例えば、温度センサ１１５は、下部電極１１１内の流路１１１ａと上面との間となる位置に設ける。本実施形態では、温度センサ１１５により、載置台１１の温度として、静電チャック１１２の温度を検出する。
ところで、プラズマ処理では、基板Ｗの温度によって処理の進行が変化する。例えば、プラズマエッチングでは、基板Ｗの温度によってエッチングの進行速度が変化する。プラズマ処理装置１では、基板Ｗの温度を直接測定することは難しい。このため、プラズマ処理装置１では、基板Ｗを載置する載置台１１を構成する静電チャック１１２や下部電極１１１の温度を測定して基板Ｗの温度が変化していないかを推測している。しかし、基板Ｗの温度は、載置台１１の表面の状態の変化の影響で、推測された温度からの誤差が大きい場合がある。
図３には、プラズマ処理の際の熱の流れが矢印で示されている。図３では、プラズマを点火した点火状態での載置台１１のエネルギーの流れを矢印で模式的に示している。プラズマ処理を行っている場合、基板Ｗは、プラズマからの入熱により、温度が上昇する。図３では、プラズマから基板Ｗへの入熱量を基板Ｗの面積で割った単位面積当たりのプラズマからの熱流束ｑｐとして示している。
基板Ｗに伝わった熱は、静電チャック１１２に伝わる。ここで、後述する過渡状態では、静電チャック１１２に基板Ｗの熱が全て伝わるわけではなく、基板Ｗと静電チャック１１２との接触度合など、熱の伝わりやすさに応じて静電チャック１１２に熱が伝わる。図３では、基板Ｗから静電チャック１１２の表面への熱の伝わりやすさを、基板Ｗと静電チャック１１２の表面間の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｔｈとして示している。また、図３では、基板Ｗから静電チャック１１２表面への入熱量を、基板Ｗから静電チャック１１２表面への単位面積当たりの熱流束ｑとして示している。
静電チャック１１２の表面に伝わった熱は、静電チャック１１２、接着層１１４、下部電極１１１と順に伝わり、静電チャック１１２、接着層１１４、下部電極１１１の温度を上昇させる。
一方、下部電極１１１は、流路１１１ａを流れる冷媒により冷却されており、冷媒よりも温度が高い場合、冷媒によって抜熱される。冷媒によって抜熱される熱のエネルギーは、下部電極１１１と冷媒との温度差が大きいほど多くなる。
図４は、未点火状態での載置台１１のエネルギーの流れを模式的に示す図である。例えば、プラズマを点火して無い未点火状態では、熱流束ｑｐ、熱流束ｑが無く冷媒との温度差があると抜熱される。このため、基板Ｗ及び載置台１１は、冷媒の温度となる。
一方、プラズマを点火した点火状態では、図３に示したように、プラズマからの熱流束ｑｐがあるため、基板Ｗ及び載置台１１の温度が上昇する。ここで、プラズマを点火した点火状態には、過度状態と定常状態とがある。過度状態は、例えば、基板Ｗ及び載置台１１に対する入熱量が出熱量よりも多く、基板Ｗ及び載置台１１の温度が経時的に上昇傾向となる状態である。定常状態は、基板Ｗ及び載置台１１の入熱量と出熱量が等しくなり、基板Ｗ及び載置台１１の温度に経時的な上昇傾向がなくなり、温度が略一定となる温度が安定した状態である。
図５は、載置台１１の温度の変化の一例を示す図である。図５の例は、プラズマを点火して無い未点火状態からプラズマを点火して、載置台１１の温度を測定した結果の一例を示している。図５の期間Ｐ１は、プラズマを点火して無い未点火状態である。期間Ｐ１では、載置台１１の温度が冷媒の温度Ｔ０となっている。図５の期間Ｐ２は、プラズマを点火した点火状態であり、過渡状態である。過渡状態では、載置台１１の温度が安定するまで継続的に上昇する。期間Ｐ２では、載置台１１の温度が一定の温度Ｔ１まで上昇する。図５の期間Ｐ３は、プラズマを点火した点火状態である。期間Ｐ３では、載置台１１の温度は一定であり、定常状態となっている。図５の期間Ｐ４は、プラズマを消火した未点火状態である。期間Ｐ４では、プラズマが消えて基板Ｗに対するプラズマから入熱が無くなるため、載置台１１の温度が低下する。
図５の期間Ｐ２に示される過度状態での載置台１１の温度の変化の傾向は、プラズマから基板Ｗへの入熱量や、基板Ｗと静電チャック１１２の表面間の熱抵抗Ｒｔｈなどによって変化する。
プラズマから基板Ｗへの入熱量は、プラズマ処理の処理条件から推測できる。また、プラズマから基板Ｗへの入熱量は、流路１１１ａを流れる冷媒の温度変化からも推測できる。例えば、定常状態では、基板Ｗ及び載置台１１の温度が一定であるため、プラズマから基板Ｗへの入熱が冷媒によって全て抜熱される。そこで、定常状態において、流路１１１ａを通過した冷媒の温度の上昇量を測定する。例えば、冷媒の温度の上昇量として、流路１１１ａから排出された冷媒の温度と流路１１１ａの供給した冷媒の温度の温度差を測定する。そして、測定した温度の上昇量と、冷媒の比熱と、流路１１１ａへの単位時間当たりの冷媒の供給量とを乗算すると、冷媒が温度上昇するための熱量を求めることができる。この求めた熱量は、プラズマから基板Ｗへの入熱量と推測できる。熱流束ｑｐは、例えば、プラズマから基板Ｗへの入熱量を基板Ｗの面積で割ることで推測できる。定常状態ではプラズマから基板Ｗへの入熱が全て伝わるため、熱流束ｑは、熱流束ｑｐと同じとなる。
プラズマ処理装置１は、基板Ｗを交換しつつ各基板Ｗに同じプラズマ処理を実施する場合、各プラズマ処理におけるプラズマから基板Ｗへの入熱量を同じとみなすことができる。
一方、プラズマ処理装置１は、載置台１１の表面の状態が基板Ｗとの接触やプラズマの影響により経時的に変化する。基板Ｗと静電チャック１１２との接触度合など、熱の伝わりやすさが変わるため、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈが変化し、定常状態での基板の温度が変化する。また、熱抵抗Ｒｔｈが変化すると、過渡状態での載置台１１の温度変化の変化度合いが変化する。
図６は、熱抵抗Ｒｔｈの変化による載置台１１の温度の変化の一例を示す図である。図６は、プラズマを点火してから載置台１１の温度が安定するまでの過渡状態の載置台１１の温度変化を示している。温度Ｔ０は、プラズマを点火する前の温度であり、例えば、冷媒の温度である。温度Ｔ１は、載置台１１の温度が安定した定常状態の温度である。熱抵抗Ｒｔｈが大きい場合、載置台１１の温度は、曲線Ｃ１に示すように、緩やかに増加する。一方、熱抵抗Ｒｔｈが小さい場合、曲線Ｃ２に示すように、曲線Ｃ１に比べて大きく増加する。
過渡状態における載置台１１の温度Ｔの変化の曲線は、以下の式（１）のように表すことができる。
Ｔ ＝ －（Ｔ１－Ｔ０）ｅｘｐ（－ｔ／τ）＋Ｔ１ ・・・（１）
ここで、
Ｔは、載置台１１の温度である。
Ｔ０は、プラズマを点火する前の載置台１１の温度である。
Ｔ１は、定常状態での載置台１１の温度である。
ｔは、経過時間である。
τは、時定数である。
過渡状態における載置台１１の温度Ｔの変化の曲線は、熱抵抗Ｒｔｈが大きい場合、式（１）の時定数τも大きな値となり、熱抵抗Ｒｔｈが小さい場合、時定数τも小さな値となる。このため、熱抵抗Ｒｔｈと時定数τには、図７に示すような相関関係がある。すなわち、熱抵抗Ｒｔｈと時定数τには、熱抵抗Ｒｔｈの値が大きいほど時定数τの値も大きくなる関係がある。
そこで、事前に、熱抵抗Ｒｔｈと時定数τとの対応関係を求める。対応関係は、実際のプラズマ処理装置１を使用しても求めてよく、プラズマ処理装置１と同等の実験用の装置を使用して求めてよい。例えば、プラズマ処理装置１では、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを様々変えて、プラズマを点火してから載置台１１の温度が安定するまでの過渡状態の載置台１１の温度変化を計測する。熱抵抗Ｒｔｈは、載置台１１の表面形状を変えたり、基板Ｗの裏面側に供給する伝熱ガスの供給量を変えることで、変化させることができる。熱抵抗Ｒｔｈは、実際に計測してもよく、演算で求めてもよい。そして、計測された温度変化から、熱抵抗Ｒｔｈと時定数τとの対応関係を求める。例えば、熱抵抗Ｒｔｈごとに、時定数τを求める。
図２に戻る。記憶部１０４は、このようにして求めた熱抵抗Ｒｔｈと時定数τとの対応関係のデータを記憶する。例えば、記憶部１０４は、載置台１１の温度変化の時定数τごとに、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを記憶した熱抵抗データ１０４ａを記憶する。
計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間の載置台１１の温度変化を温度センサ１１５により計測する。例えば、計測部１０２ａは、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから載置台１１の温度が安定するまでの過渡状態での載置台１１の温度変化を計測する。未点火状態での載置台１１の温度は、少なくとも１つ計測されていればよく、複数回計測して平均値を未点火状態の載置台１１の温度としてもよい。過渡状態での載置台１１の温度は、２回以上計測されていればよい。温度を計測する計測タイミングは、温度の増加傾向が大きいタイミングであることが好ましい。また、計測タイミングは、計測回数が少ない場合、所定期間以上離れていることが好ましい。計測部１０２ａは、プラズマ処理の期間中、所定周期（例えば、０．１秒周期）で載置台１１の温度を計測する。これにより、過渡状態での載置台１１の温度が多数計測される。
計測部１０２ａは、所定のサイクルで、載置台１１の温度変化を計測する。例えば、計測部１０２ａは、基板Ｗが交換され、交換された基板Ｗを載置台１１に載置してプラズマ処理を行う際に、毎回、載置台１１の温度変化を計測する。なお、例えば、計測部１０２ａは、プラズマ処理ごとに、載置台１１の温度変化を計測してもよい。
導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化に基づいて、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から載置台１１の温度変化の時定数τを求める。例えば、導出部１０２ｂは、式（１）に対して、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化のフィッティングを行って、時定数τを求める。式（１）の温度Ｔ０及び温度Ｔ１は、温度変化の計測結果から定めることができる。例えば、温度Ｔ０は、冷媒の温度、又は、温度を計測した初期の温度と定めることができる。温度Ｔ１は、載置台１１の温度が安定した定常状態の温度と定めることができる。式（１）は、時定数τがパラメータとなる。導出部１０２ｂは、時定数τをパラメータとした式（１）に対して、計測された載置台１１の温度変化のフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる時定数τを求める。
導出部１０２ｂは、記憶部１０４を参照して、求めた時定数τに対応する熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、求めた時定数τに対応する熱抵抗Ｒｔｈを熱抵抗データ１０４ａから読み出すことで、熱抵抗Ｒｔｈを導出する。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、基板Ｗと載置台１１間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
導出部１０２ｂは、所定のサイクルごとに、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から熱抵抗Ｒｔｈを導出する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈから載置台１１の表面の状態の変化を検知できる。
調整部１０２ｃは、導出部１０２ｂにより所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈの経時変化に基づき、載置台１１の温度、又は基板Ｗと載置台１１の熱抵抗Ｒｔｈを調整する。定常状態における熱抵抗Ｒｔｈの変化による基板Ｗの温度変化は、以下の式（２）のように表すことができる。
ΔＴｗ ＝ ｑ・ΔＲｔｈ ・・・（２）
ここで、
ΔＴｗは、基板Ｗの温度変化である。
ｑは、基板Ｗから静電チャック１１２表面への熱流束である。
ΔＲｔｈは、熱抵抗Ｒｔｈの変化量である。
例えば、調整部１０２ｃは、式（２）により、熱抵抗Ｒｔｈの変化量ΔＲｔｈから基板Ｗの温度変化ΔＴを求める。調整部１０２ｃは、基板Ｗの温度変化ΔＴが小さくなるように、載置台１１の温度、又は基板Ｗと載置台１１の熱抵抗Ｒｔｈを調整する。例えば、調整部１０２ｃは、温度変化ΔＴが温度低下である場合、温度変化ΔＴ分だけ冷媒の温度が上昇し、温度変化ΔＴが温度上昇である場合、温度変化ΔＴ分だけ冷媒の温度が低下するようチラーユニット１４を制御する。また、例えば、調整部１０２ｃは、温度変化ΔＴが温度低下である場合、基板Ｗの裏面に供給する伝熱ガスの供給量が減少し、温度変化ΔＴが温度上昇である場合、基板Ｗの裏面に供給する伝熱ガスの供給量が増加するように制御する。
これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、熱抵抗Ｒｔｈが経時的に変化する場合であっても、プラズマ処理中の基板Ｗの温度が経時的に変化することを抑制できる。これにより、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理の特性が変化することを抑制できる。
なお、実施形態では、図５の期間Ｐ２に示したように、プラズマを点火してから載置台１１の温度が安定するまで過渡状態の載置台１１の温度変化から、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する場合を例に説明した。しかし、熱抵抗Ｒｔｈの導出に利用できる期間は、これに限定されるものではない。例えば、図５の期間Ｐ４のような、プラズマを消火してから載置台１１の温度が安定するまで期間の載置台１１の温度の変化の傾向も、基板Ｗと静電チャック１１２の表面間の熱抵抗Ｒｔｈによって変化する。そこで、図５の期間Ｐ４に示すプラズマを消火してから載置台１１の温度が安定するまでの載置台１１の温度変化から、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出してもよい。例えば、事前に、図５の期間Ｐ４のようなプラズマを消火してからの載置台１１の温度が低下する際の載置台１１の温度変化の時定数と載置台１１の熱抵抗の対応関係を求める。記憶部１０４は、プラズマを消火してからの載置台１１の温度変化の時定数ごとに、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを記憶する。計測部１０２ａは、プラズマ処理が終了してプラズマを消火してから載置台１１の温度が下降している間の載置台１１の温度変化を温度センサ１１５により計測する。導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化に基づいて、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、図５の期間Ｐ４の載置台１１の温度変化から載置台１１の温度変化の時定数を求める。導出部１０２ｂは、記憶部１０４を参照して、求めた時定数に対応する熱抵抗Ｒｔｈを導出する。この場合も、プラズマ処理装置１は、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
［熱抵抗導出の流れ］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１を用いた熱抵抗導出方法について説明する。図８は、実施形態に係る熱抵抗導出方法の流れの一例を示すフローチャートである。この温度制御方法は、所定のタイミング、例えば、プラズマ処理を開始するタイミングで実行される。
計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間の載置台１１の温度変化を温度センサ１１５により計測する（ステップＳ１０）。
導出部１０２ｂは、計測された載置台１１の温度変化に基づいて、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈを導出する（ステップＳ１１）。例えば、導出部１０２ｂは、計測された載置台１１の温度変化から載置台１１の温度変化の時定数τを求める。導出部１０２ｂは、記憶部１０４を参照して、求めた時定数τに対応する熱抵抗Ｒｔｈを導出する。
調整部１０２ｃは、導出される熱抵抗Ｒｔｈの経時変化に基づき、載置台１１の温度、又は基板Ｗと載置台１１の熱抵抗Ｒｔｈを調整し（ステップＳ１２）、処理を終了する。
以上のように、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１は、載置台１１と、温度センサ１１５（検出部）と、計測部１０２ａと、導出部１０２ｂとを有する。載置台１１は、プラズマ処理の対象となる基板Ｗが載置される。温度センサ１１５は、載置台１１の温度を検出する。計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから載置台１１の温度が下降している間の載置台１１の温度変化を温度センサ１１５により計測する。導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化に基づいて、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。このように、プラズマ処理装置１は、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
また、プラズマ処理装置１は、調整部１０２ｃをさらに有する。計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから載置台１１の温度が下降している間の載置台１１の温度変化を所定のサイクルで計測する。導出部１０２ｂは、所定のサイクルごとに、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から熱抵抗Ｒｔｈを導出する。調整部１０２ｃは、導出部１０２ｂにより所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈの経時変化に基づき、載置台１１の温度、又は基板Ｗと載置台１１の熱抵抗を調整する。このように、プラズマ処理装置１は、熱抵抗Ｒｔｈが経時的に変化する場合であっても、プラズマ処理中の基板Ｗの温度が経時的に変化することを抑制できる。
また、プラズマ処理装置１は、記憶部１０４をさらに有する。記憶部１０４は、載置台１１の温度変化の時定数τごとに、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを記憶する。導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から載置台１１の温度変化の時定数τを求める。導出部１０２ｂは、記憶部１０４を参照して、求めた時定数τに対応する熱抵抗Ｒｔｈを導出する。このように、プラズマ処理装置１は、熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１及び制御部１００は、図１及び図２に示した第１実施形態に係るプラズマ処理装置１及び制御部１００と同様の構成であるため、説明を省略する。
図９は、第２実施形態に係る載置台１１の概略構成の一例を示す図である。第２実施形態に係る載置台１１は、図３に示した第１実施形態に係る載置台１１と一部同様の構成であるため、同一部分に同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
静電チャック１１２と下部電極１１１は、接着層１１４により接着されている。第２実施形態に係る載置台１１は、温度センサ１１５ａ、１１５ｂが設けられえている。温度センサ１１５ａは、静電チャック１１２の温度を検出する。温度センサ１１５ｂは、下部電極１１１の温度を検出する。
プラズマ処理を行っている場合、基板Ｗは、プラズマからの入熱により、温度が上昇する。基板Ｗに伝わった熱は、静電チャック１１２に伝わる。ここで、過渡状態では静電チャック１１２には、基板Ｗの熱が全て伝わるわけではなく、基板Ｗと静電チャック１１２との接触度合など、熱の伝わりやすさに応じて静電チャック１１２に熱が伝わる。また、載置台１１は、プラズマの影響や劣化等により接着層１１４の熱の伝わりやすさが変化する場合がある。
図９では、基板Ｗから静電チャック１１２の表面への熱の伝わりやすさを、基板Ｗと静電チャック１１２の表面間の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｔｈとして示している。また、図９では、接着層１１４の熱の伝わりやすさを、接着層１１４の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｔｈｓとして示している。
静電チャック１１２の表面に伝わった熱は、静電チャック１１２、接着層１１４、下部電極１１１と順に伝わり、静電チャック１１２、接着層１１４、下部電極１１１の温度を上昇させる。静電チャック１１２及び下部電極１１１は、過渡状態において、温度が上昇する。この静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化は、熱抵抗Ｒｔｈと熱抵抗Ｒｔｈｓの影響を受ける。よって、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数は、熱抵抗Ｒｔｈと熱抵抗Ｒｔｈｓに関係がある。
そこで、事前に、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数と、熱抵抗Ｒｔｈと熱抵抗Ｒｔｈｓとの対応関係を求める。対応関係は、実際のプラズマ処理装置１を使用しても求めてよく、プラズマ処理装置１と同等の実験用の装置を使用して求めてよい。例えば、プラズマ処理装置１では、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ、及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈをそれぞれ様々変えて、プラズマを点火してから載置台１１の温度が安定するまでの過渡状態の静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を計測する。熱抵抗Ｒｔｈｓは、接着層１１４の厚さを変えることで、変化させることができる。熱抵抗Ｒｔｈは、載置台１１の表面形状を変えたり、基板Ｗの裏面側に供給する伝熱ガスの供給量を変えることで、変化させることができる。熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈは、実際に計測してもよく、演算で求めてもよい。そして、計測された温度変化から、熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈと、静電チャック１１２及び下部電極１１１の時定数との対応関係を求める。例えば、熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈの組み合わせごとに、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数を求める。
記憶部１０４には、このようにして求めた熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈと、静電チャック１１２及び下部電極１１１の時定数の対応関係のデータを記憶する。例えば、記憶部１０４は、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数の組み合わせごとに、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを記憶した熱抵抗データ１０４ａを記憶する。
計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間の静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を温度センサ１１５ａ、１１５ｂにより計測する。例えば、計測部１０２ａは、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから温度センサ１１５ａ、１１５ｂの温度が安定するまでの過渡状態での温度センサ１１５ａ、１１５ｂの温度変化を計測する。
計測部１０２ａは、所定のサイクルで、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を計測する。例えば、計測部１０２ａは、基板Ｗが交換され、交換された基板Ｗを載置台１１に載置してプラズマ処理を行う際に、毎回、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を計測する。なお、例えば、計測部１０２ａは、プラズマ処理ごとに、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を計測してもよい。
導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化に基づいて、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数をそれぞれ求める。例えば、導出部１０２ｂは、時定数τをパラメータとした式（１）に対して、静電チャック１１２の温度変化のフィッティングをそれぞれ行い、誤差が最も小さくなる静電チャック１１２の温度変化の時定数を求める。また、導出部１０２ｂは、時定数τをパラメータとした式（１）に対して、下部電極１１１の温度変化のフィッティングをそれぞれ行い、誤差が最も小さくなる下部電極１１１の温度変化の時定数を求める。
導出部１０２ｂは、記憶部１０４を参照して、求めた静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数の組み合わせに対応する接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、求めた静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数の組み合わせに対応する熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈを熱抵抗データ１０４ａから読み出すことで、熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈを導出する。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
導出部１０２ｂは、所定のサイクルごとに、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈを導出する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈから載置台１１の表面の状態の変化を検知できる。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈｓから接着層１１４の状態の変化を検知できる。
以上のように、載置台１１は、基板Ｗを静電吸着する静電チャック１１２と下部電極１１１（基台）とが積層されて接着層１１４により接着されている。温度センサ１１５ａ、１１５ｂ（検出部）は、静電チャック１１２及び下部電極１１１にそれぞれ設けられる。計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから載置台１１の温度が下降している間の静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を温度センサ１１５ａ、１１５ｂによりそれぞれ計測する。記憶部１０４は、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数の組み合わせごとに、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを記憶する。導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化から静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数をそれぞれ求める。導出部１０２ｂは、記憶部１０４を参照して、求めた静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化の時定数の組み合わせに対応する接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係るプラズマ処理装置１及び制御部１００は、図１及び図２に示した第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理装置１及び制御部１００と同様の構成であるため、説明を省略する。
第３実施形態に係る載置台１１は、第１実施形態と同様に、図３のように概略的に示すことができる。
載置台１１は、温度が検出可能な温度センサ１１５が設けられている。本実施形態では、静電チャック１１２に温度が検出可能な温度センサ１１５が設けられている。なお、温度センサ１１５は、下部電極１１１に設けてもよい。温度センサ１１５は、下部電極１１１内の流路１１１ａの上部となる位置に設けてもよい。本実施形態では、温度センサ１１５により、載置台１１の温度として、静電チャック１１２の温度を検出する。
図３には、プラズマ処理の際の熱の流れが矢印で示されている。このような載置台１１の熱の流れは、熱回路として表すことができる。図１０は、載置台１１を熱回路として表した図である。「ｑｐ」は、プラズマからの熱流束である。「Ｔ」は、温度である。「ρ」は、密度である。「Ｃ」は、比熱である。「Ｚ」は、厚さである。「Ｔ」、「ρ」、「Ｃ」、「Ｚ」には、添え字「ｗ」、「ｃ」、「ａ」、「ｂ」を付して、対応する部材を表している。「ｗ」は、基板Ｗを表す。「ｃ」は、静電チャック１１２を表す。「ａ」は、下部電極１１１を表す。「ｂ」、冷媒を表す。例えば、Ｔｗは、基板Ｗの温度を表す。また、ρｃは、静電チャック１１２の密度を表す。Ｃａは、下部電極１１１の比熱を表す。また、Ｚｂは、冷媒の厚さを表し、例えば、流路１１１ａの高さ（厚さ）が対応する。Ｒｔｈは、基板Ｗと静電チャック１１２（ＥＳＣ）の熱抵抗である。Ｒｔｈｓは、接着層１１４の単位面積当たりの熱抵抗である。Ｒｔｈｂは、冷媒の単位面積当たりの熱抵抗である。
載置台１１を熱回路として表した場合、関係式を定めることができる。例えば、ｋ0、ｋ1、ｋ2、ｋ3、ｋ4、ｋ5を以下の式（３）－（８）のように表し、微分Ｄを式（９）のように表す。
Figure 0007426915000001
この場合、静電チャック１１２の温度Ｔｃの挙動は、以下の式（１０）の微分方程式の解に従う。
Figure 0007426915000002
基板Ｗの厚さＺｗ、基板Ｗの密度ρｗ、基板Ｗの比熱Ｃｗは、基板Ｗに応じて事前に定まる。静電チャック１１２の厚さＺｃ、静電チャック１１２の密度ρｃ、静電チャック１１２の比熱Ｃｃは、静電チャック１１２の設計データや、静電チャック１１２の実際の構成、材料に応じて事前に定まる。下部電極１１１の厚さＺａ、下部電極１１１の密度ρａ、下部電極１１１の比熱Ｃａは、下部電極１１１の設計データや、下部電極１１１の実際の構成、材料に応じて事前に定まる。冷媒の厚さＺｂ、冷媒の密度ρｂ、冷媒の比熱Ｃｂは、流路１１１ａの設計データや、冷媒の材料に応じて事前に定まる。
接着層１１４の熱の伝わりやすさが変化しないものとした場合、熱抵抗Ｒｔｈｓは、一定の値となり、接着層１１４の設計データや、接着層１１４の実際の構成、材料に応じて事前に定まる。冷媒の単位面積当たりの熱抵抗Ｒｔｈｂも、流路１１１ａの設計データや、冷媒の材料、冷媒の流量等に応じて事前に定まる。
ｔは、プラズマを点火からの経過時間である。温度Ｔｃは、静電チャック１１２の温度である。経過時間ｔ及び温度Ｔｃは、過渡状態の計測結果を適用できる。
よって、式（１０）は、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈをパラメータとした、静電チャック１１２の温度Ｔｃの伝熱に関する関係式となっている。
計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間の載置台１１の温度変化を温度センサ１１５により計測する。例えば、計測部１０２ａは、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから静電チャック１１２の温度Ｔｃが安定するまでの過渡状態での静電チャック１１２の温度Ｔｃの変化を計測する。
計測部１０２ａは、所定のサイクルで、載置台１１の温度の変化を計測する。例えば、計測部１０２ａは、基板Ｗが交換され、交換された基板Ｗを載置台１１に載置してプラズマ処理を行う際に、毎回、静電チャック１１２の温度Ｔｃの変化を計測する。なお、例えば、計測部１０２ａは、プラズマ処理ごとに、静電チャック１１２の温度Ｔｃの変化を計測してもよい。
導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化に基づいて、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈをパラメータとした式（１０）に対して、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化のフィッティングを行って、熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、式（１０）に対して、計測された経過時間ｔでの静電チャック１１２の温度Ｔｃのフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる熱抵抗Ｒｔｈを求める。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、基板Ｗと載置台１１間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
導出部１０２ｂは、所定のサイクルごとに、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から熱抵抗Ｒｔｈを導出する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈから載置台１１の表面の状態の変化を検知できる。
なお、温度センサ１１５により、載置台１１の温度として、静電チャック１１２の温度を検出する場合を例に説明した。しかし、温度センサ１１５により、載置台１１の温度として、下部電極１１１の温度Ｔａを検出する場合は、式（１０）に変えて、以下の式（１１）を用いる。下部電極１１１の温度Ｔａの挙動は、式（１１）の微分方程式の解に従う。
Figure 0007426915000003
式（１１）において、温度Ｔａは、下部電極１１１の温度である。経過時間ｔ及び温度Ｔａは、過渡状態の計測結果を適用できる。
式（１１）は、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈをパラメータとした、下部電極１１１の温度Ｔａの伝熱に関する関係式となっている。
この場合も、計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間の載置台１１の温度変化を温度センサ１１５により計測する。例えば、計測部１０２ａは、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから下部電極１１１の温度Ｔａが安定するまでの過渡状態での下部電極１１１の温度Ｔａの変化を計測する。
導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化に基づいて、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、式（１１）に対して、計測された経過時間ｔでの下部電極１１１の温度Ｔａのフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる熱抵抗Ｒｔｈを求める。この場合も、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、基板Ｗと載置台１１間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
また、実施形態では、載置台１１の伝熱に関する関係式を、式（１０）、式（１１）のように微分方程式とした場合を例に説明した。しかし、載置台１１の伝熱に関する関係式は、これに限定されるものではない。例えば、載置台１１の伝熱に関する関係式は、式（１０）、式（１１）をそれぞれ熱抵抗Ｒｔｈについて解いた式としてもよい。このような式についても、熱抵抗ｔｈをパラメータとしてフィッティングを行うことで、熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
以上のように、導出部１０２ｂは、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗ｔｈをパラメータとし、載置台１１の伝熱に関する関係式（式（１０）、式（１１））に対して、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化のフィッティングを行って、熱抵抗Ｒｔｈを導出する。このように、プラズマ処理装置１は、基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態に係るプラズマ処理装置１及び制御部１００は、図１及び図２に示した第１～第３実施形態に係るプラズマ処理装置１及び制御部１００と同様の構成であるため、説明を省略する。
第４実施形態に係る載置台１１は、図９に示した第２実施形態と同様に、静電チャック１１２と下部電極１１１の温度を検出する温度センサ１１５ａ、１１５ｂが設けられえている。
載置台１１は、第２実施形態において説明したように、プラズマの影響や劣化等により接着層１１４の熱の伝わりやすさが変化する場合がある。すなわち、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓが変化する。
第４実施形態では、第３実施形態において説明した式（１０）、式（１１）を、基板Ｗと静電チャック１１２の熱抵抗Ｒｔｈと、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓをパラメータとした、載置台１１の伝熱に関する関係式とする。なお、載置台１１の伝熱に関する関係式は、式（１０）、式（１１）をそれぞれ熱抵抗Ｒｔｈについて解いた式を用いてもよい。
計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間の静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を温度センサ１１５ａ、１１５ｂにより計測する。例えば、計測部１０２ａは、プラズマを点火して無い未点火状態と、プラズマを点火してから温度センサ１１５ａ、１１５ｂの温度が安定するまでの過渡状態での温度センサ１１５ａ、１１５ｂの温度変化を計測する。
計測部１０２ａは、所定のサイクルで、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を計測する。例えば、計測部１０２ａは、基板Ｗが交換され、交換された基板Ｗを載置台１１に載置してプラズマ処理を行う際に、毎回、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を計測する。なお、例えば、計測部１０２ａは、プラズマ処理ごとに、静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を計測してもよい。
導出部１０２ｂは、計測部１０２ａにより計測された静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化に基づいて、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、式（１０）及び式（１１）に対して、計測部１０２ａにより計測された静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化のフィッティングを行って、熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈを導出する。例えば、導出部１０２ｂは、式（１０）及び式（１１）に対して、計測された経過時間ｔでの静電チャック１１２の温度Ｔｃ及び下部電極１１１の温度Ｔａのフィッティングを行い、誤差が最も小さくなる熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈを求める。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
導出部１０２ｂは、所定のサイクルごとに、計測部１０２ａにより計測された載置台１１の温度変化から熱抵抗Ｒｔｈｓ及び熱抵抗Ｒｔｈを導出する。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈから載置台１１の表面の状態の変化を検知できる。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、所定のサイクルごとに導出される熱抵抗Ｒｔｈｓから接着層１１４の状態の変化を検知できる。
以上のように、載置台１１は、基板Ｗを静電吸着する静電チャック１１２と下部電極１１１（基台）とが積層されて接着層１１４により接着されている。温度センサ１１５ａ、１１５ｂ（検出部）は、静電チャック１１２及び下部電極１１１にそれぞれ設けられる。計測部１０２ａは、プラズマを点火してから載置台１１の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから載置台１１の温度が下降している間の静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化を温度センサ１１５ａ、１１５ｂによりそれぞれ計測する。導出部１０２ｂは、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈをパラメータとした、載置台１１の伝熱に関する関係式（式（１０）、式（１１））に対して、計測部１０２ａにより計測された静電チャック１１２及び下部電極１１１の温度変化のフィッティングを行って、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１との間の熱抵抗Ｒｔｈを導出する。このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、接着層１１４の熱抵抗Ｒｔｈｓ及び基板Ｗと載置台１１間の熱抵抗Ｒｔｈを導出できる。
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全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。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣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。
例えば、上記の実施形態では、基板Ｗとして半導体ウエハにプラズマ処理を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板Ｗは、温度によってプラズマ処理の進行に影響があるものであれば何れであってもよい。
また、上記の実施形態では、プラズマ処理としてプラズマエッチングを行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。プラズマ処理は、プラズマを用いており、温度によって処理の進行に影響があるものであれば何れであってもよい。
なお、今回開示された実施形態は全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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣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 載置台
１００ 制御部
１０２ プロセスコントローラ
１０２ａ 計測部
１０２ｂ 導出部
１０２ｃ 調整部
１０４ 記憶部
１０４ａ 熱抵抗データ
１１１ 下部電極
１１２ 静電チャック
１１４ 接着層
１１５、１１５ａ、１１５ｂ 温度センサ

Claims (8)

  1. プラズマ処理の対象となる基板が載置される載置台と、
    前記載置台の温度を検出する検出部と、
    プラズマを点火してから前記載置台の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから前記載置台の温度が下降している間の前記載置台の温度変化を前記検出部により計測する計測部と、
    前記計測部により計測された前記載置台の温度変化に基づいて、前記基板と前記載置台との間の熱抵抗を導出する導出部と、
    を有するプラズマ処理装置。
  2. 前記計測部は、プラズマを点火してから前記載置台の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから前記載置台の温度が下降している間の前記載置台の温度変化を所定のサイクルで計測し、
    前記導出部は、前記所定のサイクルごとに、前記計測部により計測された前記載置台の温度変化から前記熱抵抗を導出し
    前記導出部により前記所定のサイクルごとに導出される前記熱抵抗の経時変化に基づき、前記載置台の温度、又は前記基板と前記載置台の熱抵抗を調整する調整部をさらに有する
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記載置台の温度変化の時定数ごとに、前記基板と前記載置台との間の熱抵抗を記憶する記憶部をさらに有し
    前記導出部は、前記計測部により計測された前記載置台の温度変化から前記載置台の温度変化の時定数を求め、前記記憶部を参照して、求めた時定数に対応する熱抵抗を導出する
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記導出部は、前記基板と前記載置台との間の熱抵抗をパラメータとした、前記載置台の伝熱に関する関係式に対して、前記計測部により計測された前記載置台の温度変化のフィッティングを行って、前記熱抵抗を導出する
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記載置台は、基板を静電吸着する静電チャックと基台とが積層されて接着層により接着され、
    前記検出部は、前記静電チャック及び前記基台にそれぞれ設けられ、
    前記計測部は、プラズマを点火してから前記載置台の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから前記載置台の温度が下降している間の前記静電チャック及び前記基台の温度変化を前記検出部によりそれぞれ計測し、
    前記記憶部は、前記静電チャック及び前記基台の温度変化の時定数の組み合わせごとに、前記接着層の熱抵抗及び前記基板と前記載置台との間の熱抵抗を記憶し、
    前記導出部は、前記計測部により計測された前記静電チャック及び前記基台の温度変化から前記静電チャック及び前記基台の温度変化の時定数をそれぞれ求め、前記記憶部を参照して、求めた前記静電チャック及び前記基台の温度変化の時定数の組み合わせに対応する前記接着層の熱抵抗及び前記基板と前記載置台との間の熱抵抗を導出する
    請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記載置台は、基板を静電吸着する静電チャックと基台とが積層されて接着層により接着され、
    前記検出部は、前記静電チャック及び前記基台にそれぞれ設けられ、
    前記計測部は、プラズマを点火してから前記載置台の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから前記載置台の温度が下降している間の前記静電チャック及び前記基台の温度変化を前記検出部によりそれぞれ計測し、
    前記導出部は、前記接着層の熱抵抗、及び前記基板と前記載置台との間の熱抵抗をパラメータとした、前記載置台の伝熱に関する関係式に対して、前記計測部により計測された前記静電チャック及び前記基台の温度変化のフィッティングを行って、前記接着層の熱抵抗及び前記基板と前記載置台との間の熱抵抗を導出する
    請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  7. プラズマ処理の対象となる基板が載置された載置台の温度を検出する検出部により、プラズマを点火してから前記載置台の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから前記載置台の温度が下降している間の前記載置台の温度変化を計測する工程と、
    計測された前記載置台の温度変化に基づいて、前記基板と前記載置台との間の熱抵抗を特定する導出工程と
    を有する熱抵抗導出方法。
  8. プラズマ処理の対象となる基板が載置された載置台の温度を検出する検出部により、プラズマを点火してから前記載置台の温度が上昇している間、又はプラズマ処理が終了してプラズマを消火してから前記載置台の温度が下降している間の前記載置台の温度変化を計測する工程と、
    計測された前記載置台の温度変化に基づいて、前記基板と前記載置台との間の熱抵抗を特定する導出工程と
    をコンピュータに実行させることを特徴とする熱抵抗導出プログラム。
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