WO2013105575A1 - プラズマ処理装置及びヒータの温度制御方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びヒータの温度制御方法 Download PDF

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WO2013105575A1
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temperature
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plasma processing
processing apparatus
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薫 大橋
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
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    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a heater temperature control method.
  • Controlling the temperature of the object to be processed placed on the mounting table is indispensable for controlling the etching rate and the like, and is important because it affects the uniformity of plasma processing on the object to be processed.
  • the mounting table is provided with an electrostatic chuck (ESC: Electrostatic Chuck) that electrostatically attracts the workpiece by applying a voltage to the chuck electrode.
  • ESC Electrostatic Chuck
  • a heater built-in electrostatic chuck mechanism has been proposed in which a heater is incorporated in the electrostatic chuck and the surface temperature of the electrostatic chuck can be rapidly changed by heat generated from the heater.
  • Patent Document 1 discloses a temperature control technique using a heater built-in electrostatic chuck mechanism.
  • the heater included in the electrostatic chuck mechanism with a built-in heater is divided into two zones, a circular center zone and an edge zone provided concentrically on the outer periphery thereof, and the temperature is controlled for each zone. .
  • the heater area of one zone is large, and even if the temperature is controlled for each zone, the temperature distribution is uneven in the same zone, and etching is performed. There was a problem that uniformity of rate and etching shape could not be achieved. In particular, there is a problem that etching characteristics deteriorate at the boundary between the center zone and the edge zone.
  • a heater provided in or near the electrostatic chuck is divided into four or more zones, and the temperature of the heater can be controlled for each zone.
  • a temperature control method is provided.
  • a plasma processing apparatus that converts a gas into a plasma by high-frequency power and plasma-processes an object to be processed by the action of the plasma
  • a mounting table that is provided in the processing container and mounts the object to be processed; an electrostatic chuck that is provided on the mounting table and electrostatically attracts the object to be processed by applying a voltage to the chuck electrode; It is provided in or near the electrostatic chuck, and is divided into a circular center zone, two or more middle zones provided concentrically on the outer periphery thereof, and an edge zone provided concentrically on the outermost periphery.
  • a temperature control unit that adjusts the control temperature of the heater for each of the divided zones.
  • the temperature of a heater provided in a plasma processing apparatus that converts a gas into a plasma by high-frequency power and plasma-processes an object to be processed by the action of the plasma.
  • the plasma processing apparatus includes a processing container that can be depressurized, a mounting table that is provided in the processing container and mounts an object to be processed, and is provided on the mounting table, and applies a voltage to the chuck electrode.
  • An electrostatic chuck that electrostatically attracts the object to be treated by application, a circular center zone provided in or near the electrostatic chuck, and two or more middle zones provided concentrically on the outer periphery thereof An edge zone provided concentrically on the outermost periphery, a heater divided into heaters, a set temperature of the heater in each zone, and a surface temperature of the electrostatic chuck with respect to the set temperature And a storage unit that stores in advance a correlation between a current value passed through the heater of each zone so that the control temperature of each zone is corrected by correcting temperature interference from an adjacent zone with respect to the set temperature of each zone A temperature detected by a temperature sensor provided in at least one of the zones as a set temperature of the detected zone, and the acquired set temperature of the zone and the storage A step of calculating a current value to be supplied to the heater of each zone from the correlation stored in the unit, and a step of controlling the temperature of the heater of each zone by flowing the calculated current value to the heater of each zone A method for controlling the temperature of the heater
  • the heater provided in or near the electrostatic chuck can be divided into four or more zones, and the heater can be temperature-controlled for each zone.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a plasma processing apparatus according to an embodiment.
  • Diagram for explaining the correction value ⁇ 4, ⁇ 4 The method of calculating relative data set temperatures Y 4 - heat according to an embodiment.
  • the plasma processing apparatus 1 is configured as a lower two-frequency capacitively coupled plasma etching apparatus, and has, for example, a cylindrical vacuum chamber (processing vessel) 10 made of aluminum whose surface is anodized (anodized). ing.
  • the chamber 10 is grounded.
  • a mounting table 12 on which a semiconductor wafer W (hereinafter referred to as a wafer W) as an object to be processed is mounted.
  • the mounting table 12 is made of, for example, aluminum, and is supported by a cylindrical support portion 16 that extends vertically upward from the bottom of the chamber 10 via an insulating cylindrical holding portion 14.
  • a focus ring 18 made of, for example, silicon is disposed on the upper surface of the mounting table 12 and on the peripheral edge of the electrostatic chuck 40 in order to improve in-plane uniformity of etching.
  • An exhaust path 20 is formed between the side wall of the chamber 10 and the cylindrical support portion 16.
  • An annular baffle plate 22 is attached to the exhaust path 20.
  • An exhaust port 24 is provided at the bottom of the exhaust path 20 and is connected to an exhaust device 28 via an exhaust pipe 26.
  • the exhaust device 28 has a vacuum pump (not shown) and depressurizes the processing space in the chamber 10 to a predetermined degree of vacuum.
  • a transfer gate valve 30 that opens and closes the loading / unloading port for the wafer W is attached to the side wall of the chamber 10.
  • a first high frequency power supply 31 for ion attraction and a second high frequency power supply 32 for plasma generation are electrically connected to the mounting table 12 via a matching unit 33 and a matching unit 34.
  • the first high frequency power supply 31 applies a low frequency suitable for drawing plasma ions to the wafer W on the mounting table 12, for example, a first high frequency power of 0.8 MHz, to the mounting table 12.
  • the second high frequency power supply 32 applies a second high frequency power of a frequency suitable for generating plasma in the chamber 10, for example, 60 MHz, to the mounting table 12.
  • the mounting table 12 also functions as a lower electrode.
  • a shower head 38 which will be described later, is provided on the ceiling of the chamber 10 as an upper electrode having a ground potential. Thereby, the high frequency power from the second high frequency power supply 32 is capacitively applied between the mounting table 12 and the shower head 38.
  • An electrostatic chuck 40 is provided on the top surface of the mounting table 12 for holding the wafer W with electrostatic attraction.
  • the electrostatic chuck 40 has an electrode 40a made of a conductive film sandwiched between a pair of insulating layers 40b (see FIGS. 2 to 4) or an insulating sheet, and a DC voltage source 42 is connected to the electrode 40a via a switch 43. Are electrically connected.
  • the electrostatic chuck 40 attracts and holds the wafer W on the electrostatic chuck with a Coulomb force by the voltage from the DC voltage source 42.
  • the heat transfer gas supply source 52 supplies a heat transfer gas such as He gas between the upper surface of the electrostatic chuck 40 and the back surface of the wafer W through the gas supply line 54.
  • the shower head 38 at the ceiling includes an electrode plate 56 having a large number of gas vent holes 56a and an electrode support 58 that detachably supports the electrode plate 56.
  • the gas supply source 62 supplies gas from the gas introduction port 60 a into the shower head 38 via the gas supply pipe 64, and is introduced into the chamber 10 through a number of gas vent holes 56 a.
  • a magnet 66 extending annularly or concentrically is arranged to control plasma generated in the plasma generation space in the chamber 10 by magnetic force.
  • a refrigerant pipe 70 is provided inside the mounting table 12.
  • a refrigerant having a predetermined temperature is circulated and supplied to the refrigerant pipe 70 from the chiller unit 71 through the pipes 72 and 73.
  • a heater 75 divided into four parts is attached to the back surface of the electrostatic chuck 40. The structure of the heater 75 will be described later.
  • a desired AC voltage is applied to the heater 75 from the AC power supply 44. According to such a configuration, the wafer W can be adjusted to a desired temperature by cooling by the chiller unit 71 and heating by the heater 75. Further, these temperature controls are performed based on commands from the control device 80.
  • the control device 80 includes components attached to the plasma processing apparatus 1, such as an exhaust device 28, an AC power supply 44, a DC voltage source 42, an electrostatic chuck switch 43, first and second high frequency power supplies 31, 32, and a matching unit. 33, 34, the heat transfer gas supply source 52, the gas supply source 62, and the chiller unit 71 are controlled. In addition, the control device 80 acquires the sensor temperature detected from the temperature sensor 77 attached to the back surface of the heater 75. The control device 80 is also connected to a host computer (not shown).
  • the control device 80 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory) (not shown).
  • the CPU follows, for example, various recipes stored in the storage unit 83 shown in FIG. Perform plasma treatment.
  • the storage unit 83 in which the recipe is stored can be realized as a RAM or a ROM using, for example, a semiconductor memory, a magnetic disk, or an optical disk.
  • the recipe may be provided by being stored in a storage medium and read into the storage unit 83 via a driver (not shown), or may be downloaded from a network (not shown) and stored in the storage unit 83. May be.
  • a DSP Digital Signal Processor
  • the function of the control device 80 may be realized by operating using software, or may be realized by operating using hardware.
  • the gate valve 30 is first opened and the wafer W held on the transfer arm is loaded into the chamber 10.
  • the wafer W is held by pusher pins (not shown), and is placed on the electrostatic chuck 40 when the pusher pins are lowered.
  • the gate valve 30 is closed, an etching gas is introduced into the chamber 10 from the gas supply source 62 at a predetermined flow rate and flow rate ratio, and the pressure in the chamber 10 is reduced to a set value by the exhaust device 28. .
  • high frequency power of a predetermined power is supplied from the first high frequency power supply 31 and the second high frequency power supply 32 to the mounting table 12.
  • a voltage is applied from the DC voltage source 42 to the electrode 40a of the electrostatic chuck 40 to fix the wafer W on the electrostatic chuck 40, and from the heat transfer gas supply source 52 to the upper surface of the electrostatic chuck 40 and the wafer W. Supply between the back side.
  • the etching gas introduced in a shower form from the shower head 38 is turned into plasma by the high-frequency power from the second high-frequency power source 32, thereby causing a gap between the upper electrode (shower head 38) and the lower electrode (mounting table 12). Plasma is generated in the plasma generation space, and the main surface of the wafer W is etched by radicals and ions in the plasma. Further, ions can be drawn toward the wafer W by the high frequency power from the first high frequency power supply 31.
  • the wafer W is lifted and held by the pusher pin, the gate valve 30 is opened, and the transfer arm is loaded into the chamber 10, and then the pusher pin is lowered and the wafer W is held on the transfer arm. .
  • the transfer arm goes out of the chamber 10, and the next wafer W is loaded into the chamber 10 by the transfer arm. By repeating this process, the wafer W is continuously processed.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the mounting table 12 and the electrostatic chuck 40 of FIG.
  • a heater 75 is attached to the back surface of the electrostatic chuck 40.
  • the heater 75 may be provided in or near the electrostatic chuck 40.
  • the heater 75 is embedded in the insulating layer 40b.
  • the heater 75 includes a circular center zone A, two middle zones (inner middle zone B and outer middle zone C) provided concentrically on the outer periphery thereof, and an edge zone D provided concentrically on the outermost periphery. (See FIGS. 11 and 12).
  • the middle zone is divided into two, but the middle zone may be divided into three or more.
  • the middle zone of the heater 75 is preferably divided into three or more concentric circles. This is to improve the temperature controllability in the middle zone.
  • the electrostatic chuck 40 and the mounting table 12 are bonded together with an adhesive. Accordingly, the heater 75 attached to the electrostatic chuck 40 is fixed between the electrostatic chuck 40 and the mounting table 12 while being embedded in the adhesive layer 74.
  • the arrangement (heater pattern) of the heater 75 is freely changed until immediately before the electrostatic chuck 40 and the mounting table 12 are attached to each other with the adhesive layer 74. be able to. Even after bonding with the adhesive layer 74, the electrostatic chuck 40 and the mounting table 12 are peeled off to change the heater pattern, and then an adhesive is applied on the heater 75 again to attach the electrostatic chuck 40 and the mounting table 12. May be adhered.
  • the heater 75 is embedded in the insulating layer 40b and baked. Therefore, it is impossible to change the heater pattern after the heater 75 is embedded in the insulating layer 40b. Therefore, when the heater 75 is divided and controlled in four zones or more as in the present embodiment, the heater pattern becomes complicated, so the heater 75 can be arranged more easily than the type in which the heater 75 is embedded in FIG. It is preferable to adopt a type in which the heater 75 in FIG.
  • the heater 75 of FIG. 2 is embedded in the adhesive layer 74.
  • the ceramic thin portion of the insulating layer 40b is broken at the time of baking, so the heater 75 cannot be brought close to the end of the electrostatic chuck 40.
  • the adhesive layer in FIG. 2 has no such limitation. For this reason, the heater 75 can be moved to the vicinity of the end of the electrostatic chuck 40. As a result, in the type in which the heater 75 in FIG. 2 is attached, the temperature can be uniformly controlled up to the outermost periphery of the electrostatic chuck 40.
  • the refrigerant pipe 70 provided in the vicinity of the heater 75 may be arranged corresponding to each zone of the heater 75. Thereby, temperature controllability and responsiveness can be enhanced by cooling with the refrigerant flowing in the refrigerant pipes 70 arranged correspondingly and heating by the heater 75.
  • FIG. 5 shows an example of each process of plasma processing performed in the plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment.
  • a heater temperature control which is one of the process conditions, a set temperature of two zones (center / edge) obtained by dividing the heater into two is shown as a comparative example.
  • a silicon nitride film (SiN) 106, an amorphous silicon film ( ⁇ -Si) 104, an antireflection film (BARC: Bottom Anti-Reflective Coating) on a silicon oxide film (SiO 2 ) 108. ) 102 and the photoresist film 100 are sequentially stacked.
  • the silicon oxide film 108 is an interlayer insulating film formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) using TEOS (Tetraethoxysilan).
  • a BARC film (antireflection film) 102 is formed on the amorphous silicon film ( ⁇ -Si) 104 by, for example, a coating process.
  • the BARC film 102 is made of a polymer resin containing a dye that absorbs light of a specific wavelength, for example, ArF excimer laser light that is irradiated toward the photoresist film 100, and the ArF excimer laser that has passed through the photoresist film 100. This prevents light from being reflected by the amorphous silicon film 104 and reaching the photoresist film 100 again.
  • the photoresist film 100 is formed on the BARC film 102 using, for example, a spin coater (not shown). In the photoresist film 100, a pattern having an opening at a position where a predetermined hole is formed is formed.
  • the BARC film 102 is etched using the resist film 100 as a mask. Thereby, the opening of the resist pattern is transferred to the BARC film 102.
  • the amorphous silicon film 104 is etched using the resist film 100 and the BARC film 102 as a mask. Thereby, the pattern of the BARC film 102 is transferred to the amorphous silicon film 104.
  • the silicon nitride film 106 is etched using the amorphous silicon film 104 as a mask (main etching). As a result, the pattern of the amorphous silicon film 104 is transferred to the silicon nitride film 106.
  • the silicon oxide film 108 is etched using the amorphous silicon film 104 and the silicon nitride film 106 as a mask (overetching). At this time, the silicon nitride film 106 remains in the silicon oxide film 108 a little.
  • the silicon nitride film 106 is completely removed (break-through etching).
  • the resist pattern is sequentially transferred to the lower layer film, and finally, a hole having a predetermined opening width is formed in the silicon oxide film 108.
  • FIG. 6 shows the result of showing the variation in the diameter of the hole formed in the above steps (hereinafter referred to as CD (Critical Dimension)) from the center of the wafer to the outer peripheral direction (radial direction).
  • CD Cross Dimension
  • a plurality of points were measured in the radial direction from the center of the wafer with respect to four points (four points on the cross) that were 90 degrees apart in the circumferential direction.
  • FIG. 6 shows the result of superimposing these measurement points on one axis.
  • FIG. 6 represents the position in the radial direction from the center of the wafer, and the vertical axis in FIG. 6 represents the CD value of the holes formed at each position.
  • the left diagram in FIG. 6 shows the CD value of holes formed in the amorphous silicon film 104 after the etching process of the amorphous silicon film 104 shown in S3, and the right diagram in FIG. 6 shows the silicon oxidation after all the processes in S7.
  • membrane 108 is shown.
  • the heater 75 is divided into a center zone 75c and an edge zone 75e at a position approximately 130 (mm) from the outer peripheral edge of the wafer.
  • the CD value variation became more remarkable after the entire process.
  • temperature control is poor at the point where the CD value is large near the wafer center (thickness near the wafer center) and the point where the CD value is small near the outermost periphery of the wafer (thinning near the wafer outermost periphery). It turns out that it is enough.
  • the reason why there is a singular point near the center of the wafer W in this way is that the plasma density is high above the center of the wafer W, especially the radical density is high. The reason is that the outer peripheral side of the wafer is hard to escape heat and is easily trapped.
  • the center zone A and the edge zone D having the singular points are individually temperature controlled with the temperature control singularities near the wafer center and the outermost periphery of the wafer where the temperature is difficult to be uniform. Split as possible.
  • the CD value gradually increases toward the outer peripheral side in the result of FIG. 6, and therefore, in-plane uniformity of the wafer temperature cannot be maintained if it is controlled as one zone.
  • the middle region is divided into two middle zones (inner middle zone B and outer middle zone C).
  • the heater 75 according to the present embodiment employs a configuration that is divided into four zones. However, the heater 75 is not limited to this, and the heater 75 is divided into three or more zones in total. You may divide into five or more zones.
  • FIG. 7 shows the result of measuring the relationship between the set temperature of the heater and the in-plane uniformity of the wafer temperature when the temperature is controlled by dividing the heater into two zones.
  • the center zone is set to 60 ° C.
  • the plasma processing is performed in a state where the heater temperature in the edge zone is set to 40 ° C., 50 ° C., 60 ° C., and 70 ° C. It is the average value of temperature.
  • the temperature is higher than the set temperature because of the temperature rise of the wafer due to heat input from the plasma. In either case, in-plane uniformity of the wafer temperature could not be achieved.
  • the temperature of the middle zone cannot be controlled, it can be seen that there is a large variation between the outer peripheral side of the center and the edge region. It can also be seen that as the set temperature of the heater increases, heat is more difficult to escape on the outer peripheral side of the wafer, and the wafer temperature increases.
  • the rhombus plot in the lower diagram of FIG. 7 is the CD value when the center and edge temperatures of the heater divided into two zones are set to 60 ° C. and 40 ° C., and the square plot in the lower diagram of FIG. This is a CD value when the temperature of the center and edge of the divided heater is set to 60 ° C. and 50 ° C. According to this, as the set temperature of the edge zone increases, the edge CD value decreases. Furthermore, if the center zone CD temperature increases, the CD value on the center side also decreases. If the center and edge temperatures are set to 60 ° C. and 60 ° C., the curve S2 is predicted.
  • the heater when the heater is divided into four zones and the set temperatures of each zone are set to 70 ° C., 60 ° C., 70 ° C., and 50 ° C., the set temperatures are set in the center zone A and the outer middle zone C. Since the temperature increases from 60 ° C. to 70 ° C., the CD value is predicted to decrease, and it is predicted that the in-plane uniformity of the wafer temperature can be achieved as shown by the curve S1.
  • the set temperature of the center zone / edge zone in the etching process of the BARC film 102 in the two-zone control is 60/50 ° C.
  • the center zone in the etching process of the silicon nitride film 106 in the two-zone control was 35/35 ° C.
  • the set temperature of the center zone / inner middle zone / outer middle zone / edge zone in the etching process of the BARC film 102 in the 4-zone control is 60/45/45/43 ° C.
  • the set temperature of the center zone / inner middle zone / outer middle zone / edge zone in the etching process of the silicon nitride film 106 was 40/45/50/50 ° C.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams showing zones obtained by dividing the heater according to one embodiment into four.
  • the area of the center zone A is the largest, and the area of the zone decreases as it goes from the center zone A to the edge zone D toward the outer peripheral side. That is, the area of the heater at the outermost periphery is the smallest. According to this, since the temperature can be finely adjusted as going to the outermost peripheral portion, the uniformity of temperature can be improved.
  • the area of the center zone A is the largest, and the area of the zone decreases as it goes from the center zone A to the outer middle zone C toward the outer periphery, but the outer middle zone C has a smaller area than the edge zone D. . That is, the area of the heater in the second outer middle zone C from the outermost peripheral portion is the smallest. According to this, since the temperature of the middle zone inside the outermost peripheral part can be adjusted more finely, the uniformity of temperature can be improved.
  • the AC power supply 44 can be switched on and off in the middle zone (inner middle zone B, outer middle zone C).
  • the temperature interference from the outer middle zone C to the adjacent zones D and B can be avoided by turning off the power supply of the outer middle zone C having the smallest zone area shown in FIG.
  • control based on the correlation between the temperatures of the adjacent zones D and B becomes possible, and the temperature controllability of the wafer W may be improved. Further, energy consumption can be reduced by turning off the power.
  • the AC power supply 44 cannot be switched on / off.
  • the plasma density is high near the center of the wafer, and heat is hard to escape from the outermost peripheral region of the wafer, so the center zone A and the edge zone D have singularities of temperature distribution, and temperature control is performed. Is considered an indispensable area.
  • the heater 75 provided in or near the electrostatic chuck 40 is divided into four or more zones.
  • the temperature of the heater is more finely controlled by separately controlling the temperature of the center zone A where the singular point is generated from the plasma state and the apparatus configuration and the outermost edge zone D and dividing the middle region into two or more. Control can be performed.
  • in-plane uniformity of the wafer temperature can be achieved.
  • the size of the wafer is 450 mm or more
  • the area of the middle region is particularly large, and it becomes difficult to control the temperature of the middle region. Therefore, it is particularly meaningful to control the temperature by dividing the middle region finely according to the size of the wafer W as the size of the wafer increases.
  • the heater 75 according to the present embodiment is divided into four zones, and there are one adjacent zone in the zones A and D at both ends, and two adjacent zones in the middle zones B and C in the center.
  • each zone is subject to temperature interference from adjacent zones.
  • the middle zones B and C in the center are subject to temperature interference from the zones on both sides. Therefore, if temperature interference from the adjacent zone with respect to the set temperature of each zone is corrected, temperature control with higher accuracy becomes possible.
  • the surface of the electrostatic chuck 40 is positioned above the heater 75, the surface temperature of the electrostatic chuck 40 is not necessarily the same as the set temperature of the heater 75 in each zone, and a deviation occurs. Therefore, if the deviation is corrected, more accurate temperature control is possible.
  • a first for correcting the deviation of the surface temperature of the electrostatic chuck 40 with respect to the set temperatures of the center zone A, the inner middle zone B, the outer middle zone C, and the edge zone D The correction values are denoted by ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 .
  • second correction values for correcting temperature interference from adjacent zones of the center zone A, inner middle zone B, outer middle zone C, and edge zone D are denoted by ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 .
  • a temperature sensor 77 is used to set these correction values.
  • the position of the temperature sensor 77 is provided on the back surface of the heater in the inner middle zone B in the present embodiment, as shown in FIG.
  • the position of the temperature sensor 77 is not limited to this, and may be provided in another zone.
  • the temperature sensor 77 is not limited to one, and a plurality of temperature sensors 77 may be provided.
  • four temperature sensors 77a, 77b, 77c, and 77d are provided on the circumference. As a result, the temperature distribution in the circumferential direction can be measured more accurately.
  • control device 80 The heater temperature control method is executed by the control device 80.
  • the functional configuration of the control device 80 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 13, and the operation (temperature control) will be described with reference to FIG. 19.
  • FIG. 13 is a functional configuration diagram of the control device 80.
  • the control device 80 includes an acquisition unit 81, a storage unit 83, a temperature setting unit 84, a temperature control unit 85, a determination unit 86, and a plasma processing execution unit 87.
  • the acquisition unit 81 inputs the temperature of the back surface of the heater 75 detected by the temperature sensor 77 as needed.
  • sensor values from the plurality of temperature sensors 77 are input.
  • the temperature setting unit 84 adjusts the first correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 for correcting the deviation of the surface temperature of the electrostatic chuck 40 with respect to the set temperature of each zone, and the set temperature of each zone.
  • Second correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 for correcting temperature interference from the adjacent zone are calculated and stored in the storage unit 83 in advance. The calculation method will be described later.
  • the storage unit 83 stores the zone based on the set temperature of each zone, the first correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 , and the second correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4.
  • the correlation between the value of the current passed through the heater 75 and the temperature corrected every time is stored in advance.
  • the storage unit 83 stores a process recipe in which process procedures and conditions are set. For example, the process recipe shown in FIG. 5 and process conditions for each process may be set in the process recipe.
  • the temperature control unit 85 adjusts the control temperature of the heater 75 for each zone.
  • the temperature control unit 85 may adjust the control temperature of the heater 75 for each zone while correcting the deviation of the surface temperature of the electrostatic chuck 40 with respect to the set temperature of each zone. Further, the temperature control unit 85 may adjust the control temperature of the heater 75 for each zone while correcting the temperature interference from the adjacent zone with respect to the set temperature of each zone.
  • the temperature control unit 85 may control only one of these adjustments, or may control both. During these adjustments, at least one of the first correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 and the second correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 stored in the storage unit 83.
  • the control temperature of the heater 75 may be adjusted for each zone.
  • the temperature control unit 85 sets the temperature detected by the temperature sensor 77 provided in at least one of the zones as the set temperature of the detected zone, and stores the zone stored in the storage unit 83.
  • Current value to be supplied to the heaters in each zone is calculated from the correlation between the set temperature and the current value to be supplied to the heaters in each zone.
  • the determination unit 86 determines that it is time to replace the electrostatic chuck 40 when at least one of the calculated heater current values for each zone is lower than a predetermined threshold value. The reason is that if the heater 75 is repeatedly used, the heater 75 is peeled off from the ceramic electrostatic chuck 40 due to thermal expansion or the like, and the temperature of the portion is maintained at a high temperature, resulting in a decrease in the current value. is there.
  • the threshold value may be stored in the storage unit 83 in advance.
  • the plasma processing execution unit 87 executes a plasma etching process according to the process recipe stored in the storage unit 83.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method of calculating correction values ⁇ 1 and ⁇ 1 for the heater set temperature Y 1 according to the present embodiment.
  • Figure 15 is heat according to the present embodiment - correction value alpha 2 for the other set temperature Y 2, the method of calculating the beta 2, 16 heat according to the present embodiment - correction value alpha 3 for the other set temperature Y 3, beta 3 calculation method of FIG. 17 heat according to the present embodiment - correction value alpha 4 for data set temperature Y 4, is a diagram for explaining a method of calculating the beta 4.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the correction for the set temperature of each zone and the input current value to each zone.
  • the heater control temperature As described below, by correcting the heater control temperature, the temperature interference from the adjacent zone and the deviation between the set temperature of the heater 75 and the surface temperature of the electrostatic chuck 40 are corrected, and these factors are corrected.
  • the heater temperature is accurately controlled by the input current value to the heater corresponding to the control temperature.
  • variables X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are the target temperatures of center zone A, inner middle zone B, outer middle zone C, and edge zone D, that is, static temperatures that are actually controlled.
  • the surface temperature in each zone of the electric chuck 40 is shown, and the variables Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 show the set temperature of the heater 75 in each zone.
  • Variables Z 1 , Z 2 , and Z 3 are adjacent temperatures indicating temperature interference from adjacent zones. Specifically, as shown in FIG. 14, the adjacent temperature for center zone A is represented by a variable Z 1. Further, the adjacent temperature for the inner middle zone B in FIG. 15 is indicated by variables Z 1 and Z 2 , and the adjacent temperature for the outer middle zone C in FIG. 16 is indicated by variables Z 2 and Z 3 , and for the edge zone in FIG. adjacent temperature indicated by the variable Z 3.
  • variables X 1 , X 2 , X 3 , X 4 indicating the target temperature of the own zone (surface temperature of the electrostatic chuck 40) and the variables Z 1 , Z 2 , Z 3 indicating the adjacent temperatures are infrared spectroscopy. Measured using IR. Further, variables Y 1 , Y 2 , Y 3 , and Y 4 indicating the set temperature of the heater 75 are measured using a fluorescence thermometer.
  • the relationship between the heater set temperature Y 1 and the target temperature X 1 is expressed by the equation (1) when the influence of the temperature Z 1 in the adjacent zone is taken into consideration.
  • Y 2 ⁇ 2 X 2 + ⁇ 2 (Z 1 , Z 2 ) (2)
  • the straight line of Formula (2) is shown in the graph of FIG.
  • the adjacent temperatures Z 1 and Z 2 are fixed values in a specific combination within a range assumed for temperature control, and ⁇ 2 (Z 1 , Z 2 ) is constant. If the temperature sensor 77 detects the rear surface of the sensor temperature T 2 of the inner middle zone B, the heater set temperature Y 2 may be a sensor temperature T 2 equivalent to a measured value.
  • the first correction values ⁇ 3 and ⁇ 4 and the second correction values ⁇ 3 and ⁇ 4 for temperature control of the outer middle zone C and the edge zone D are obtained from the equations (3) and (4). calculate.
  • the temperature setting unit 84 calculates all the correction values shown in FIG. 18 in advance for all possible combinations of temperature setting values of adjacent zones.
  • the calculated first correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 and the second correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 are stored in the storage unit 83. Further, the storage unit 83 stores the set temperatures Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 of each zone, the first correction values ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4, and the second correction value ⁇ 1.
  • the relative relationship to the temperature change between adjacent zones is measured in advance, the temperature of one zone is actually measured, and the measured temperature is used as the base temperature for each zone.
  • the input current value to the heater 75 is obtained. Thereby, the temperature control corrected with respect to the heater of each zone is attained.
  • the influence from the adjacent zone is approximated as ⁇ 2 (Z 1 , Z 2 ).
  • the influence from not only the adjacent zone but also the outer zone is taken into consideration.
  • the accuracy of correction is improved.
  • further correction is made by approximating ⁇ 2 (Z 1 , Z 2 , Z 3 ) in consideration of not only the center zone A and the outer middle zone C but also the influence from the edge zone D. (See equation (6)).
  • a correction value including not only the adjacent but also the combination of the temperatures Z outside the adjacent ones may be calculated in advance as in the following formulas (5) to (8).
  • the acquisition unit 81 acquires the sensor temperature T 2 detected by the temperature sensor 77 attached to the inner middle zone B (step S100).
  • the temperature setting unit 84 uses the sensor temperature T 2 as a base temperature, substitutes the sensor temperature T 2 for the heater setting temperature Y 2 of Equation (2), substitutes the target value for the target temperature X 2, and sets the adjacent zone.
  • the temperature Z is calculated (step S102).
  • the temperature setting unit 84 substitutes the target value for X 1 , X 3 , and X 4 and substitutes the temperature effect Z of the adjacent zone based on the equations (1), (3), and (4).
  • the heater set temperatures Y 1 , Y 3 , Y 4 are calculated (step S104).
  • Y 1 ⁇ 1 X 1 + ⁇ 1 (Z 1 ) (1)
  • Y 3 ⁇ 3 X 3 + ⁇ 3 (Z 2 , Z 3 ) (3)
  • Y 4 ⁇ 4 X 4 + ⁇ 4 (Z 3 ) (4)
  • the temperature control unit 85 uses the heaters corresponding to the heater set temperatures Y 1 , Y 2 , Y 3 , and Y 4.
  • Input current values I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 are calculated, and the heaters in each zone are energized with the heater input current values I 1 , I 2 , I 3 , and I 4.
  • the temperature is controlled (step S106).
  • the determination unit 86 determines whether there is an input current value lower than a predetermined threshold among the input current values I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 of the heater. It is determined that it is time to replace the chuck 40 (step S108), and this process is terminated. If it is determined that there is no, this process is immediately terminated.
  • the heater 75 provided in or near the electrostatic chuck 40 is divided into four or more zones. .
  • the temperature of the heater is more finely controlled by separately controlling the temperature of the center zone A where the singular point is generated from the plasma state and the apparatus configuration and the outermost edge zone D and dividing the middle region into two or more. Control can be performed. As a result, in-plane uniformity of the wafer temperature can be achieved.
  • each zone receives temperature interference from adjacent zones.
  • temperature interference increases in the central zone. Therefore, in the temperature control method that can be executed by the plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment, the temperature interference from the adjacent zone with respect to the set temperature of each zone is corrected. Further, the deviation of the surface temperature of the electrostatic chuck 40 installed above the heater 75 is corrected with respect to the set temperature of each zone. Thereby, temperature control with higher accuracy is possible.
  • plasma etching is described as an example of the plasma processing performed in the plasma processing apparatus, but the present invention is not limited to plasma etching.
  • a thin film is formed on the wafer by chemical vapor deposition (CVD: Chemical Vapor Deposition).
  • CVD chemical vapor deposition
  • the present invention can also be applied to a plasma processing apparatus that performs plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, sputtering, ashing, and the like.
  • the plasma processing apparatus is not limited to a capacitively coupled plasma processing apparatus that generates capacitively coupled plasma (CCP: CapacitivelyitiveCoupled Plasma) by high-frequency discharge generated between parallel plate electrodes in the chamber.
  • CCP capacitively coupled plasma
  • An inductively coupled plasma processing device that generates an inductively coupled plasma (ICP) under a high frequency induction electromagnetic field by placing an antenna on or around the surface of the substrate, generates plasma waves using microwave power
  • ICP inductively coupled plasma
  • the present invention can also be applied to a microwave plasma processing apparatus.
  • the object to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be, for example, a large substrate for a flat panel display (FPD: Flat Panel Display), an EL element, or a substrate for a solar cell. .
  • FPD Flat Panel Display
  • EL element Organic Electrode
  • the heater may have a smaller area as it goes from the center zone to the two or more middle zones toward the outer periphery, and the outermost middle zone may be smaller than the edge zone on the outer periphery.
  • the heater may have a smaller area as it goes from the center zone to the edge zone toward the outer periphery.
  • the temperature control unit may adjust the control temperature of the heaters in other zones with only the heaters in the outermost middle zone turned off.
  • the temperature control unit may adjust the control temperature of the heater for each zone while correcting the deviation of the surface temperature of the electrostatic chuck with respect to the set temperature of each zone.
  • the temperature control unit may adjust the control temperature of the heater for each zone while correcting the temperature interference from the adjacent zone to the set temperature of each zone.
  • a first correction value for correcting the deviation of the surface temperature of the electrostatic chuck with respect to the set temperature of each zone, and a second correction for correcting temperature interference from an adjacent zone with respect to the set temperature of each zone may further be provided, and the temperature control unit may adjust the control temperature of the heater for each zone based on the first correction value and the second correction value.
  • the temperature setting unit includes a set temperature of each zone, a current value passed through the heater so as to be a control temperature calculated for each zone based on the first correction value and the second correction value.
  • the temperature control unit sets the temperature detected by a temperature sensor provided in at least one of the zones as the set temperature of the measured zone, May be calculated from the set temperature and the correlation stored in the storage unit.
  • a determination unit may be further provided that determines that it is time to replace the electrostatic chuck when at least one of the calculated heater current values for each zone is lower than a predetermined threshold value.
  • Three or more temperature sensors provided in any one of the zones may be provided on the circumference.
  • a refrigerant pipe is further provided in the vicinity of the heater provided in or near the mounting table, and a cooling device for circulating the refrigerant in the refrigerant pipe is further provided.
  • the refrigerant pipe is divided corresponding to each zone of the heater. May be arranged.
  • the mounting table may place an object to be processed having a diameter of 450 mm or more, and the middle zone of the heater may be concentrically divided into three or more.

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Abstract

　高周波電力によりガスをプラズマ化し、該プラズマの作用により被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、減圧可能なチャンバと、チャンバ内に設けられ、被処理体を載置する載置台と、載置台に設けられ、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する静電チャックと、静電チャック内又は近傍に設けられ、円形のセンタゾーンと、その外周側に同心円状に設けられた２つ以上のミドルゾーンと、最外周に同心円状に設けられたエッジゾーンと、に分割されたヒータと、ヒータの制御温度を、前記分割されたゾーン毎に調整する温度制御部と、を備えるプラズマ処理装置が提供される。

Description

プラズマ処理装置及びヒータの温度制御方法
　本発明は、プラズマ処理装置及びヒータの温度制御方法に関する。
　載置台に載置された被処理体の温度制御は、エッチングレート等の制御に不可欠であり、被処理体に対するプラズマ処理の均一性に影響を及ぼすため重要である。
　載置台には、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic Chuck）が設けられている。近年、静電チャック内にヒータを組み込んで、そのヒータからの発熱により静電チャックの表面温度を急速に変更することが可能なヒータ内蔵静電チャック機構が提案されている。例えば、特許文献１には、ヒータ内蔵静電チャック機構による温度制御技術が開示されている。特許文献１では、ヒータ内蔵静電チャック機構に含まれるヒ－タが円形のセンタゾーンとその外周側に同心円状に設けられたエッジゾーンの２ゾーンに分割され、ゾーン毎に温度制御されている。
特開２００８－８５３２９号公報
　しかしながら、ヒ－タを２ゾーンに分割して温度制御する方法では、１ゾーンのヒ－タ面積が大きく、ゾーン毎に温度制御しただけでは同じゾーン内にて温度分布に不均一が生じ、エッチングレートやエッチング形状の均一性が図れないという課題があった。特に、センタゾーンとエッジゾーンとの境界部分にてエッチング特性が悪くなるという課題があった。
　上記課題に対して、静電チャック内又は近傍に設けられたヒ－タを４つ以上のゾーンに分割し、ゾーン毎にヒ－タを温度制御することが可能な、プラズマ処理装置及びヒータの温度制御方法を提供する。
　上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、高周波電力によりガスをプラズマ化し、該プラズマの作用により被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、減圧可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられ、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する静電チャックと、前記静電チャック内又は近傍に設けられ、円形のセンタゾーンと、その外周側に同心円状に設けられた２つ以上のミドルゾーンと、最外周に同心円状に設けられたエッジゾーンと、に分割されたヒータと、前記ヒータの制御温度を、前記分割されたゾーン毎に調整する温度制御部と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
　また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、高周波電力によりガスをプラズマ化し、該プラズマの作用により被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に設けられたヒータの温度制御方法であって、前記プラズマ処理装置は、減圧可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられ、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する静電チャックと、前記静電チャック内又は近傍に設けられ、円形のセンタゾーンと、その外周側に同心円状に設けられた２つ以上のミドルゾーンと、最外周に同心円状に設けられたエッジゾーンと、に分割されたヒータと、前記各ゾーンのヒ－タの設定温度と、該設定温度に対する前記静電チャックの表面温度のずれ及び前記各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉、を補正した前記各ゾーンの制御温度になるように前記各ゾーンのヒ－タに流す電流値と、の相関関係を予め記憶した記憶部とを備え、前記各ゾーンのうち少なくとも一つのゾーンに設けられた温度センサにより検出された温度を、前記検出されたゾーンの設定温度として取得する工程と、前記取得したゾーンの設定温度と前記記憶部に記憶された前記相関関係とから各ゾーンのヒータに流す電流値を算出する工程と、前記算出された電流値を各ゾーンのヒータに流すことにより前記各ゾーンのヒータの温度を制御する工程と、を含むヒータの温度制御方法が提供される。
　以上説明したように本発明によれば、静電チャック内又は近傍に設けられたヒ－タを４つ以上のゾーンに分割し、ゾーン毎にヒ－タを温度制御することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成図。 図１の静電チャック近傍のヒータ内蔵静電チャック機構の拡大図。 変形例１に係る静電チャック近傍のヒータ内蔵静電チャック機構の拡大図。 変形例２に係る静電チャック近傍のヒータ内蔵静電チャック機構の拡大図。 一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いたプロセス工程例を示した図。 ヒ－タを２ゾーンに分割した場合の温度制御によるプロセス結果を示した図。 ヒ－タを２ゾーン、４ゾーンに分割した場合の温度制御によるプロセス結果と予測値を示した図。 ヒ－タを２ゾーン及び４ゾーンに分割した場合の温度制御によるプロセス結果を示した図。 一実施形態に係るヒ－タの各ゾーンの面積比及び電源切替を説明するための図。 一実施形態に係るヒ－タの各ゾーンの面積比及び電源切替を説明するための図。 一実施形態に係る各ゾーンのヒ－タと温度センサの配置を示した図。 一実施形態に係る各ゾーンのヒ－タと温度センサの配置を示した図。 一実施形態に係る制御装置の機能構成図。 一実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ１に対する補正値α１、β１の算出方法を説明するための図。 一実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ２に対する補正値α２、β２の算出方法を説明するための図。 一実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ３に対する補正値α３、β３の算出方法を説明するための図。 一実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ４に対する補正値α４、β４の算出方法を説明するための図。 各ゾーンの設定温度に対する補正と各ゾーンへの入力電流値を説明するための図。 一実施形態に係る温度制御を示したフローチャート。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　［プラズマ処理装置の全体構成］
　まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。プラズマ処理装置１は、下部２周波の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、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真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は、接地されている。
　チャンバ１０内には、被処理体としての半導体ウエハＷ(以下、ウエハＷと称呼する)を載置する載置台１２が設けられている。載置台１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。載置台１２の上面であって静電チャック４０の周縁部には、エッチングの面内均一性を高めるために、例えばシリコンから構成されたフォーカスリング１８が配置されている。
　チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成されている。排気路２０には環状のバッフル板２２が取り付けられている。排気路２０の底部には排気口２４が設けられ、排気管２６を介して排気装置２８に接続されている。排気装置２８は図示しない真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。チャンバ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、イオン引き込み用の第１高周波電源３１及びプラズマ生成用の第２高周波電源３２が整合器３３及び整合器３４を介して電気的に接続されている。第１高周波電源３１は、載置台１２上のウエハＷにプラズマ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の第１高周波電力を載置台１２に印加する。第２高周波電源３２は、チャンバ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の第２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は下部電極としても機能する。チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド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２高周波電源３２からの高周波電力は載置台１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
　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は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁層４０ｂ（図２～図４参照）又は絶縁シートの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電圧源４２がスイッチ４３を介して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を静電チャック上に吸着保持する。
　伝熱ガス供給源５２は、Ｈｅガス等の伝熱ガスをガス供給ライン５４に通して静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
　天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する電極板５６と、この電極板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内にガスを供給し、多数のガス通気孔５６ａからチャンバ１０内に導入される。
　チャンバ１０の周囲には、環状または同心円状に延在する磁石６６が配置され、磁力によりチャンバ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。この冷媒管７０には、チラーユニット７１から配管７２，７３を介して所定温度の冷媒が循環供給される。また、静電チャック４０の裏面には４分割されたヒータ７５が貼り付けられている。なお、ヒータ７５の構造については後述する。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。かかる構成によれば、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することができる。また、これらの温度制御は、制御装置８０からの指令に基づき行われる。
　制御装置８０は、プラズマ処理装置１に取り付けられた各部、たとえば排気装置２８、交流電源４４、直流電圧源４２、静電チャック用のスイッチ４３、第１及び第２高周波電源３１，３２、整合器３３，３４、伝熱ガス供給源５２、ガス供給源６２及びチラーユニット７１を制御する。また、制御装置８０は、ヒータ７５の裏面に装着された温度センサ７７から検出されたセンサ温度を取得する。なお、制御装置８０は、図示しないホストコンピュータとも接続されている。
　制御装置８０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＣＰＵは、たとえば図１３に示した記憶部８３に格納された各種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８３は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどを用いて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、図示しないドライバを介して記憶部８３に読み込まれるものであってもよく、また、図示しないネットワークからダウンロードされて記憶部８３に格納されるものであってもよい。また、上記各部の機能を実現するために、ＣＰＵに代えてＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）が用いられてもよい。なお、制御装置８０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。
　かかる構成のプラズマ処理装置１において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ３０を開口して搬送アーム上に保持されたウエハＷをチャンバ１０内に搬入する。ウエハＷは、図示しないプッシャーピンにより保持され、プッシャー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および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ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から所定のパワー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上に固定し、伝熱ガス供給源５２から静電チャック４０の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。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２高周波電源３２からの高周波電力によりプラズマ化され、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１高周波電源３１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がプッシャー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チャンバ１０内に搬入された後に、プッシャーピンが下げられウエハＷが搬送アーム上に保持される。次いで、その搬送アームがチャンバ１０の外へ出て、次のウエハＷが搬送アームによりチャンバ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。
　（ヒータの構成）
　ここで、ヒータ７５の構成について図２を用いてさらに詳しく説明する。図２は、図１の載置台１２及び静電チャック４０の拡大図である。静電チャック４０の裏面にはヒータ７５が貼り付けられている。ただし、ヒータ７５は、静電チャック４０内又は近傍に設けられてもよい。例えば、図３では、ヒータ７５は、絶縁層４０ｂの内部に埋め込まれている。
　ヒータ７５は、円形のセンタゾーンＡと、その外周側に同心円状に設けられた２つのミドルゾーン（内ミドルゾーンＢ、外ミドルゾーンＣ）と、最外周に同心円状に設けられたエッジゾーンＤとに分割されている（図１１、図１２を参照）。本実施形態では、ミドルゾーンは２つに分割されているが、ミドルゾーンは３つ以上に分割されてもよい。特に、直径が４５０ｍｍ以上のウエハＷの場合、ヒータ７５のミドルゾーンは、同心円状に３つ以上に分割されていることが好ましい。ミドルゾーンでの温度制御性を高めるためである。
　静電チャック４０と載置台１２とは接着剤により貼り合わされている。これにより、静電チャック４０に貼り付けられたヒータ７５は、接着層７４に埋め込まれた状態で、静電チャック４０と載置台１２との間にて固定される。図２のように静電チャック４０の裏面にヒータ７５を貼り付けるタイプでは、接着層７４で静電チャック４０と載置台１２とを貼り合わせる直前まで自在にヒータ７５の配置（ヒータパターン）を変えることができる。接着層７４で貼り合わせた後であっても静電チャック４０と載置台１２とを剥がしてヒータパターンを変えた後、再びヒータ７５上に接着剤を付けて静電チャック４０と載置台１２とを接着させてもよい。
　一方、静電チャック４０にヒータ７５を埋め込むタイプでは、絶縁層４０ｂにヒータ７５を埋め込んだ状態で焼き固める。よって、絶縁層４０ｂにヒータ７５を埋め込んだ後、ヒータパターンを変えることは不可能である。よって、本実施形態のように、４ゾーン以上にヒータ７５を分割して制御する場合には、ヒータパターンが複雑になるため、図３のヒータ７５を埋め込むタイプよりも、容易にヒータ７５の配置を変えられる、図２のヒータ７５を貼り付けるタイプを採用することが好ましい。
　また、図２のヒータ７５を貼り付けるタイプでは、接着層７４にヒータ７５が埋め込まれている。図３の絶縁層４０ｂにヒータ７５を埋め込むタイプは、焼き固め時に絶縁層４０ｂのセラミックの薄い部分が割れてしまうためヒータ７５を静電チャック４０の端部近傍まで這わせることができない。しかし、図２の接着層にはこのような制限がない。このため、ヒータ７５を静電チャック４０の端部近傍まで這わせることができる。この結果、図２のヒータ７５を貼り付けるタイプでは、静電チャック４０の最外周まで均一に温度を制御することができる。
　なお、図４に示したように、ヒータ７５近傍に設けられた冷媒管７０は、ヒータ７５の各ゾーンに対応して配置されていてもよい。これにより、対応して配置された冷媒管７０内を流れる冷媒による冷却及びヒータ７５による加熱によって温度制御性及び応答性を高めることができる。
　(プラズマ処理)
　以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１及びヒータ７５の構成について説明した。次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１にて実行されるプラズマ処理の一例を、図５を参照しながら説明する。
　図５には、本実施形態に係るプラズマ処理装置１にて行われるプラズマ処理の各工程の一例を示す。プロセス条件の一つであるヒータの温度制御としては、比較例としてヒータを２分割した２ゾーン（センタ／エッジ）の設定温度が示される。
　図５のＳ１に示したように、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１０８上に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）１０６、アモルファスシリコン膜（α－Ｓｉ）１０４、反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflective Coating）１０２及びフォトレジスト膜１００が順に積層されている。シリコン酸化膜１０８は、ＴＥＯＳ(Tetraethoxysilan)を用いた、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)により形成された層間絶縁膜である。
　アモルファスシリコン膜（α－Ｓｉ）１０４上に、例えば塗布処理によってＢＡＲＣ膜（反射防止膜）１０２が形成される。ＢＡＲＣ膜１０２は或る特定の波長の光、例えば、フォトレジスト膜１００に向けて照射されるＡｒＦエキシマレーザ光を吸収する色素を含む高分子樹脂からなり、フォトレジスト膜１００を透過したＡｒＦエキシマレーザ光がアモルファスシリコン膜１０４によって反射されて再びフォトレジスト膜１００に到達するのを防止する。フォトレジスト膜１００は、ＢＡＲＣ膜１０２上に、例えばスピンコータ（図示せず）を用いて形成される。フォトレジスト膜１００には、所定のホールを形成する位置に開口部を有するパターンが形成されている。
　まず、Ｓ２に示したように、レジスト膜１００をマスクとしてＢＡＲＣ膜１０２がエッチングされる。これにより、レジストパターンの開口部はＢＡＲＣ膜１０２に転写される。本工程のプロセス条件は、圧力が５（ｍＴｏｒｒ）、第２高周波電力／第１高周波電力が２００／５０（Ｗ）、ガスがＣＦ４／Ｏ２、ヒータの設定温度がセンタ／エッジ＝６０／５０℃である。
　次に、Ｓ３に示したように、レジスト膜１００及びＢＡＲＣ膜１０２をマスクとしてアモルファスシリコン膜１０４がエッチングされる。これにより、ＢＡＲＣ膜１０２のパターンがアモルファスシリコン膜１０４に転写される。本工程のプロセス条件は、圧力が２５（ｍＴｏｒｒ）、第２高周波電力／第１高周波電力が２００／１００（Ｗ）、ガスがＨＢｒ、ヒータの設定温度がセンタ／エッジ＝５０／４０℃である。
　次に、Ｓ４に示したように、Ｏ２アッシングが実行され、レジスト膜１００及びＢＡＲＣ膜１０２が除去される。本工程のプロセス条件は、圧力が５０（ｍＴｏｒｒ）、第２高周波電力／第１高周波電力が７５０／０（Ｗ）、ガスがＯ２、ヒータの設定温度がセンタ／エッジ＝５０／４０℃である。
　次に、Ｓ５に示したように、アモルファスシリコン膜１０４をマスクとしてシリコン窒化膜１０６がエッチングされる（メインエッチング）。これにより、アモルファスシリコン膜１０４のパターンがシリコン窒化膜１０６に転写される。本工程のプロセス条件は、圧力が２０（ｍＴｏｒｒ）、第２高周波電力／第１高周波電力が４００／３００（Ｗ）、ガスがＣＨ２Ｆ２／ＣＨ３Ｆ／Ｏ２、ヒータの設定温度がセンタ／エッジ＝３５／３５℃である。
　次に、Ｓ６に示したように、アモルファスシリコン膜１０４及びシリコン窒化膜１０６をマスクとしてシリコン酸化膜１０８がエッチングされる（オーバーエッチング）。このとき、シリコン窒化膜１０６がシリコン酸化膜１０８に少し残った状態になる。本工程のプロセス条件は、圧力が２０（ｍＴｏｒｒ）、第２高周波電力／第１高周波電力が４００／３００（Ｗ）、ガスがＣＨ２Ｆ２／ＣＨ３Ｆ／Ｏ２、ヒータの設定温度がセンタ／エッジ＝３５／３５℃である。
　最後に、Ｓ７に示したように、完全にシリコン窒化膜１０６が除去される（ブレイクスルーエッチング）。本工程のプロセス条件は、圧力が１０（ｍＴｏｒｒ）、第２高周波電力／第１高周波電力が２００／１５０（Ｗ）、ガスがＣｌ２、ヒータの設定温度がセンタ／エッジ＝３５／３５℃である。また、ブレイクスルーエッチング後、Ｏ２アッシングが実行される。これにより、デポジションが除去される。本工程のプロセス条件は、圧力が５０（ｍＴｏｒｒ）、第２高周波電力／第１高周波電力が７５０／０（Ｗ）、ガスがＯ２、ヒータの設定温度がセンタ／エッジ＝３５／３５℃である。
　以上の工程により、レジストパターンが順次下層膜に転写され、最終的にシリコン酸化膜１０８に所定の開口幅を有するホールが形成される。
　（ＣＤ値の計測結果：２ゾーン）
　以上の工程にて、形成されるホールの直径（以下、ＣＤ(Critical Dimension)と称呼する。）のバラツキをウエハの中心から外周方向（径方向）に示した結果を図６に示す。計測は、円周方向に９０度ずつ離れた４点（十字の４ポイント）に対してウエハの中心から径方向に複数ポイント計測した。図６はこれらの計測ポイントを１つの軸に重ねた結果である。
　図６の横軸はウエハの中心からの径方向の位置を示し、図６の縦軸は各位置に形成されたホールのＣＤ値を示す。図６の左図は、Ｓ３に示したアモルファスシリコン膜１０４のエッチング工程後に、アモルファスシリコン膜１０４に形成されたホールのＣＤ値を示し、図６の右図は、Ｓ７の全工程後、シリコン酸化膜１０８に形成されたホールのＣＤ値を示す。なお、ヒータ７５は、ウエハの外周端から概ね１３０（ｍｍ）の位置にてセンタゾーン７５ｃとエッジゾーン７５ｅとに２分割されている。
　図６の左図の結果から、アモルファスシリコン膜１０４のエッチング工程の段階で既に径方向のＣＤ値に最大で５（ｎｍ）程度の差異が生じている。ウエハの中心から径方向に温度制御の均一性が図られていないため、エッチングレートにバラツキが生じた結果であると考えられる。
　また、図６の右図の結果から、全工程後にはＣＤ値のバラツキがより顕著になった。特に、ウエハ中心付近でＣＤ値が大きくなっている点（ウエハ中心付近の太り）、及びウエハの最外周付近でＣＤ値が小さくなっている点（ウエハ最外周付近の細り）で温度制御が不十分であることがわかる。このようにウエハＷの中心付近に特異点があるのは、ウエハＷの中心付近の上方にてプラズマの密度が高く、特にラジカルの密度が高いからであり、ウエハの最外周領域に特異点があるのは、ウエハの外周側は熱が逃げにくくこもり易いからである。
　以上の結果から、本実施形態では、温度が均一になりにくいウエハ中心付近及びウエハ最外周付近を温度制御の特異点として、特異点があるセンタゾーンＡ及びエッジゾーンＤはそれぞれが別々に温度制御可能なように分割した。更に、その間のミドル領域についても図６の結果では外周側に向かってＣＤ値がなだらかに大きくなっていることから、１つのゾーンとして制御するとウエハ温度の面内均一性が保たれない。このため、本実施形態では、ミドル領域を２つのミドルゾーン（内ミドルゾーンＢ、外ミドルゾーンＣ）に分割した。このようにして、本実施形態に係るヒータ７５では、４つのゾーンに分割された構成を採用するが、これに限らず、ヒータ７５はミドル領域を３つ以上のゾーンに分割することによって全部で５つ以上のゾーンに分割してもよい。
　（各ゾーンの設定温度）
　次に、各ゾーンの設定温度について、図７を参照しながら説明する。図７の上図は、ヒータを２ゾーンに分割して温度制御した場合のヒータの設定温度とウエハ温度の面内均一性との関係を計測した結果である。図５で説明したプロセス中にセンタゾーンを６０℃に設定し、エッジゾーンのヒータの設定温度を４０℃、５０℃、６０℃、７０℃に設定した状態でプラズマ処理を行った際のウエハの温度の平均値である。温度が設定温度より高くなっているのは、プラズマからの入熱によるウエハの温度上昇である。いずれの場合もウエハ温度の面内均一性が図れなかった。特に、ミドルゾーンの温度が制御できないためにセンタの外周側とエッジ領域でバラツキが大きくなっていることがわかる。また、ヒータの設定温度が上がる程、ウエハの外周側にて熱が逃げにくくこもり、ウエハ温度が高くなっていることがわかる。
　以上の結果を踏まえ、図７の下図の曲線Ｓ１に、ヒータを４ゾーンに分割して温度制御した場合のヒータの設定温度とウエハ温度の面内均一性との関係を予測して示す。
　図７の下図の菱形のプロットは２ゾーンに分割されたヒータのセンタ及びエッジの温度を６０℃、４０℃に設定した場合のＣＤ値であり、図７の下図の四角のプロットは２ゾーンに分割されたヒータのセンタ及びエッジの温度を６０℃、５０℃に設定した場合のＣＤ値である。これによれば、エッジゾーンの設定温度が上がるとエッジのＣＤ値が小さくなる。更に、センタゾーンの設定温度が上がるとセンタ側のＣＤ値は小さくなることも加味すると、センタ及びエッジの温度を６０℃、６０℃に設定した場合には、曲線Ｓ２になると予測される。
　よって、ヒータを４ゾーンに分割した場合であって、各ゾーンの設定温度を７０℃、６０℃、７０℃、５０℃に設定した場合には、センタゾーンＡ、外ミドルゾーンＣでは設定温度が６０℃→７０℃に上がるためＣＤ値は下がると予測され、曲線Ｓ１のようにウエハ温度の面内均一性が図れると予測される。
　（ＣＤ値の計測結果：４ゾーン）
　以上に示した設定温度とＣＤ値との相関関係に基づき、図５の各工程について４ゾーンのヒータの設定温度の適正化を図り、最適温度をレシピに設定して、全工程の処理を行った。その結果を図８の右図に示す。図８の左図に示した２ゾーンの場合の全工程の処理結果と比べると、４ゾーンのヒータの温度制御では、２ゾーンの場合のように「ウエハ中心付近の太り」及び「ウエハ最外周付近の細り」が見られず、ウエハ温度の面内均一性が図られている。なお、２ゾーン制御のときのＢＡＲＣ膜１０２のエッチング工程でのセンタゾーン／エッジゾーンの設定温度は、６０／５０℃であり、２ゾーン制御のときのシリコン窒化膜１０６のエッチング工程でのセンタゾーン／エッジゾーンの設定温度は、３５／３５℃であった。また、４ゾーン制御のときのＢＡＲＣ膜１０２のエッチング工程でのセンタゾーン／内ミドルゾーン／外ミドルゾーン／エッジゾーンの設定温度は、６０／４５／４５／４３℃であり、４ゾーン制御のときのシリコン窒化膜１０６のエッチング工程でのセンタゾーン／内ミドルゾーン／外ミドルゾーン／エッジゾーンの設定温度は、４０／４５／５０／５０℃であった。
　（ゾーン面積）
　次に、各ゾーンの面積について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９及び図１０は、一実施形態に係るヒ－タを４分割した各ゾーンを示した図である。図９では、センタゾーンＡの面積が最も大きく、センタゾーンＡからエッジゾーンＤまで外周側に行くほどゾーンの面積が小さくなる。つまり、最外周部のヒータの面積が最も小さくなる。これによれば、最外周部に行くに従って細かく温度調節ができるため温度の均一性を改善することができる。
　図１０では、センタゾーンＡの面積が最も大きく、センタゾーンＡから外ミドルゾーンＣまで外周側に行くほどゾーンの面積が小さくなるが、外ミドルゾーンＣはエッジゾーンＤより面積が小さくなっている。つまり、最外周部から２番目の外ミドルゾーンＣのヒータの面積が最も小さくなる。これによれば、最外周部より内側のミドルゾーンをより細かく温度調整できるため温度の均一性を改善することができる。
　（電源の切り替え）
　図９及び図１０で示したヒ－タ７５の構成では、ミドルゾーン（内ミドルゾーンＢ、外ミドルゾーンＣ）において、交流電源４４のオン、オフを切り替えることができる。例えば、図１０に示した最もゾーン面積の小さい外ミドルゾーンＣの電源をオフすることにより、外ミドルゾーンＣから隣接ゾーンＤ，Ｂへの温度干渉を回避できる。これによって隣接ゾーンＤ、Ｂの温度の相関関係による制御が可能になり、ウエハＷの温度制御性を高めることができる場合がある。また、電源をオフすることにより消費エネルギーの低減を図ることができる。
　一方、センタゾーンＡ及びエッジゾーンＤでは、交流電源４４のオン、オフの切り替えはできない。これは、前述したとおり、ウエハの中心付近はプラズマ密度が高く、ウエハの最外周領域は熱が逃げにくくこもり易いためにセンタゾーンＡ及びエッジゾーンＤには温度分布の特異点があり、温度制御が不可欠な領域と考えられるためである。
　以上に説明したように、本実施形態に係るヒータ７５を設けたプラズマ処理装置１によれば、静電チャック４０内又は近傍に設けられたヒ－タ７５を４つ以上のゾーンに分割する。これにより、プラズマの状態や装置構成から特異点が生じるセンタゾーンＡと最外周のエッジゾーンＤとを別々に温度制御するとともに、ミドル領域を２つ以上に分割することによって、よりきめ細かくヒータの温度制御を行うことができる。この結果、ウエハ温度の面内均一性を図ることができる。ウエハのサイズが４５０ｍｍ以上になった場合には特にミドル領域の面積が大きくなるため、ミドル領域の温度制御が難しくなる。よって、ウエハのサイズが大きくなるほどミドル領域をウエハＷのサイズに応じて細かく分割して温度制御することは特に意義がある。
　［ヒータの温度制御方法］
　本実施形態のヒータ７５は、４つのゾーンに分割されており、両端のゾーンＡ、Ｄには隣接ゾーンが１つ、中央のミドルゾーンＢ，Ｃには隣接ゾーンが２つ存在する。よって、各ゾーンは隣接ゾーンからの温度干渉を受ける。特に中央のミドルゾーンＢ，Ｃは両側のゾーンから温度干渉を受けることになる。そこで、各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正すれば、より精度の高い温度制御が可能となる。
　また、静電チャック４０の表面はヒータ７５の上方に位置するため、各ゾーンのヒータ７５の設定温度に対して静電チャック４０の表面温度は必ずしも同じにはならず、ずれが生じる。よって、そのずれを補正すれば、より精度の高い温度制御が可能となる。
　以下では、隣接ゾーンからの温度干渉、及びヒータ７５の温度と静電チャック４０の表面温度とのずれを補正し、補正後の温度にて各ゾーンのヒータを温度制御する温度制御方法について説明する。
　なお、以下では、図１８に示したようにセンタゾーンＡ，内ミドルゾーンＢ、外ミドルゾーンＣ、エッジゾーンＤの設定温度に対する静電チャック４０の表面温度のずれを補正するための第１の補正値を、α１、α２、α３、α４で示す。また、センタゾーンＡ，内ミドルゾーンＢ、外ミドルゾーンＣ、エッジゾーンＤの隣接ゾーンからの温度干渉を補正するための第２の補正値をβ１、β２、β３、β４で示す。更に、これらの補正値を設定するために、温度センサ７７を用いる。温度センサ７７の位置は、図１１に示したように、本実施形態では内ミドルゾーンＢのヒータ裏面に設けられる。しかし、温度センサ７７の位置はこれに限らず、他ゾーンに設けられてもよい。また、温度センサ７７は１つに限られず、複数設けられてもよい。特に、温度センサ７７は円周上に３つ以上設けられることが好ましい。例えば、図１２では、４つの温度センサ７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄが円周上に設けられている。これによって円周方向の温度分布をより正確に計測できる。
　［制御装置８０の機能構成］
　ヒータの温度制御方法は、制御装置８０により実行される。以下では、本実施形態に係る制御装置８０の機能構成について図１３を参照しながら説明した後、その動作（温度制御）について図１９を参照しながら説明する。
　図１３は、制御装置８０の機能構成図である。制御装置８０は、取得部８１、記憶部８３、温度設定部８４、温度制御部８５、判定部８６及びプラズマ処理実行部８７を有する。
　取得部８１は、温度センサ７７により検出されたヒータ７５裏面の温度を随時入力する。複数の温度センサ７７が設置されている場合には、複数の温度センサ７７からのセンサ値を入力する。
　温度設定部８４は、各ゾーンの設定温度に対する静電チャック４０の表面温度のずれを補正するための第１の補正値α１、α２、α３、α４、及び各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正するための第２の補正値β１、β２、β３、β４を算出し、記憶部８３に予め記憶しておく。算出方法については後述する。
　記憶部８３には、各ゾーンの設定温度と、第１の補正値α１、α２、α３、α４、及び第２の補正値β１、β２、β３、β４に基づきゾーン毎に補正された温度になるようにヒ－タ７５に流す電流値と、の相関関係を予め記憶しておく。また、記憶部８３は、プロセスの手順と条件を設定したプロセスレシピを記憶する。例えば、プロセスレシピには、図５に示したプロセスの手順と各工程のプロセス条件が設定されてもよい。
　温度制御部８５は、ヒータ７５の制御温度をゾーン毎に調整する。温度制御部８５は、各ゾーンの設定温度に対する静電チャック４０の表面温度のずれを補正しながらヒ－タ７５の制御温度をゾーン毎に調整してもよい。また、温度制御部８５は、各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正しながらヒ－タ７５の制御温度をゾーン毎に調整してもよい。温度制御部８５は、これらの調整の一方のみを制御してもよく、両方を制御してもよい。これらの調整の際、記憶部８３に記憶された第１の補正値α１、α２、α３、α４、及び第２の補正値β１、β２、β３、β４の少なくともいずれかに基づきヒータ７５の制御温度をゾーン毎に調整してもよい。その際、温度制御部８５は、各ゾーンのうち少なくとも一つのゾーンに設けられた温度センサ７７により検出された温度を、温度検出されたゾーンの設定温度とし、記憶部８３に記憶された該ゾーンの設定温度と各ゾーンのヒータに流す電流値との相関関係から各ゾーンのヒータに流す電流値を算出する。
　判定部８６は、算出されたゾーン毎のヒータの電流値の少なくともいずれかが予め定められた閾値より低い場合、静電チャック４０を交換すべき時期であると判定する。その理由は、ヒータ７５を繰り返し使用すると熱膨張等によりヒータ７５がセラミックの静電チャック４０から剥離し、その部分の温度が高温状態で維持されてしまい、その結果電流値が下がってしまうためである。なお、閾値は、予め記憶部８３に記憶されてもよい。
　プラズマ処理実行部８７は、記憶部８３に記憶されたプロセスレシピに従いプラズマエッチング処理を実行する。
　［補正値の算出］
　次に、ヒータ設定温度Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４の補正関数を求める。具体的には、第１の補正値α１，α２，α３，α４及び第２の補正値β１，β２，β３，β４を予め算出し、第１の補正値α１，α２，α３，α４及び第２の補正値β１，β２，β３，β４を用いて補正後のヒータ制御温度を求める方法について、図１４～図１８を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ１に対する補正値α１、β１の算出方法を説明するための図である。図１５は本実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ２に対する補正値α２、β２の算出方法、図１６は本実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ３に対する補正値α３、β３の算出方法、図１７は本実施形態に係るヒ－タの設定温度Ｙ４に対する補正値α４、β４の算出方法を説明するための図である。図１８は、各ゾーンの設定温度に対する補正と各ゾーンへの入力電流値を説明するための図である。
　以下のように、ヒータ制御温度を補正することにより、隣接ゾーンからの温度干渉及びヒータ７５の設定温度と静電チャック４０の表面温度とのずれを補正し、これらの要因を補正したヒータ７５の制御温度に対応するヒータへの入力電流値によりヒータの温度が精度よく制御される。
　以下の説明では、変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４はセンタゾーンＡ、内ミドルゾーンＢ、外ミドルゾーンＣ、エッジゾーンＤの各目標温度、つまり実際に制御すべき温度である静電チャック４０の各ゾーンにおける表面温度を示し、変数Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４は各ゾーンにおけるヒータ７５の設定温度を示す。変数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は隣接ゾーンからの温度干渉を示す隣接温度である。具体的には、図１４に示したように、センタゾーンＡに対する隣接温度は変数Ｚ１で示される。また、図１５の内ミドルゾーンＢに対する隣接温度は変数Ｚ１，Ｚ２で示され、図１６の外ミドルゾーンＣに対する隣接温度は変数Ｚ２，Ｚ３で示され、図１７のエッジゾーンに対する隣接温度は変数Ｚ３で示される。
　なお、自ゾーンの目標温度(静電チャック４０の表面温度)を示す変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４及び隣接温度を示す変数Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、赤外分光法ＩＲを用いて測定される。また、ヒータ７５の設定温度を示す変数Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４は、蛍光温度計を用いて測定される。
　例えば、センタゾーンＡのヒータに関して、ヒータ設定温度Ｙ１と目標温度Ｘ１との関係は、隣接ゾーンの温度Ｚ１の影響を考慮した場合、式（１）で示される。
　Ｙ１＝α１Ｘ１＋β１（Ｚ１）・・・（１）
　式（１）の直線を図１４のグラフに示す。自ゾーンの静電チャック４０の表面温度を実測すると、隣接温度Ｚ１の影響を受けなければ、傾きα１は同じになる。ここでは、β１（Ｚ１）は一定と仮定する。温度センサ７７がセンタゾーンＡの裏面のセンサ温度Ｔ１を検出した場合、ヒータ設定温度Ｙ１は実測値であるセンサ温度Ｔ１と同値とすることができる。よって、ヒータ設定温度Ｙ１（＝センサ温度Ｔ１）及び静電チャック４０の表面温度の実測値Ｘ１を、少なくとも２つ異なる点で測定することにより、第１の補正値α１及び第２の補正値β１が算出される。
　同様にして、内ミドルゾーンＢのヒータに関して、ヒータ設定温度Ｙ２と目標温度Ｘ２との関係は、隣接温度Ｚ１，Ｚ２の影響を考慮した場合、式（２）で示される。
　Ｙ２＝α２Ｘ２＋β２（Ｚ１，Ｚ２）・・・（２）
　式（２）の直線を図１５のグラフに示す。このとき、隣接温度Ｚ１及びＺ２は温度制御として想定される範囲内の特定の組み合わせで固定した値であり、β２（Ｚ１，Ｚ２）は一定としている。温度センサ７７が内ミドルゾーンＢの裏面のセンサ温度Ｔ２を検出した場合、ヒータ設定温度Ｙ２は実測値であるセンサ温度Ｔ２と同値とすることができる。よって、ヒータ設定温度Ｙ２（＝センサ温度Ｔ２）及び静電チャック４０の表面温度の実測値Ｘ２を、少なくとも２つ異なる点で測定することにより、第１の補正値α２及び第２の補正値β２が算出される。
　同様にして、式（３）、式（４）から外ミドルゾーンＣ、エッジゾーンＤの温度制御のための第１の補正値α３、α４及び第２の補正値β３、β４を算出する。
　Ｙ３＝α３Ｘ３＋β３（Ｚ２，Ｚ３）・・・（３）
　Ｙ４＝α４Ｘ４＋β４（Ｚ３）・・・（４）
　式（３）の直線を図１６のグラフに示し、式（４）の直線を図１７のグラフに示す。なお、ヒータ設定温度Ｙ３＝センサ温度Ｔ３、ヒータ設定温度Ｙ４＝センサ温度Ｔ４とする。
　このようにして、想定される隣接ゾーンの温度設定値の組み合わせのすべてにおいて温度設定部８４は、図１８に示したすべての補正値を予め算出しておく。算出された第１の補正値α１、α２、α３、α４及び第２の補正値β１、β２、β３、β４は、記憶部８３に記憶される。また、記憶部８３には、各ゾーンの設定温度Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４と、第１の補正値α１、α２、α３、α４及び第２の補正値β１、β２、β３、β４に基づきゾーン毎に算出された制御温度になるようにヒ－タ７５の各ゾーンに流す電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４と、の相関関係が予め記憶されている。
　以上の補正値の算出方法によれば、予め隣接する各ゾーン間の温度変化に対する相対関係を予め測定しておき、１ゾーンの温度を実際に計測し、計測された温度をベース温度として各ゾーンのヒータ７５への入力電流値を求める。これにより、各ゾーンのヒータに対して補正された温度制御が可能になる。
　なお、上記説明では、例えば内ミドルゾーンＢのヒータに関して、隣接ゾーンからの影響をβ２（Ｚ１，Ｚ２）として近似したが、隣接ゾーンだけでなくその外側ゾーンからの影響を考慮すると更に補正の精度が向上する。例えば内ミドルゾーンＢのヒータに関して言えば、センタゾーンＡ及び外ミドルゾーンＣだけでなく、エッジゾーンＤからの影響を考慮してβ２（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）として近似すると更に補正の精度が高まる（式（６）参照）。同様にして下記の式（５）～式（８）のように隣接だけでなくその外側の温度Ｚの組み合わせまでが含まれた補正値を予め算出しておけばよい。
　Ｙ１＝α１Ｘ１＋β１（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）・・・（５）
　Ｙ２＝α２Ｘ２＋β２（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）・・・（６）
　Ｙ３＝α３Ｘ３＋β３（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）・・・（７）
　Ｙ４＝α４Ｘ４＋β４（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）・・・（８）
　更に、外ミドルゾーンＣの電源をオフにした場合、外ミドルゾーンＣからの温度干渉はなくなるため、各ゾーンのヒータ設定温度と目標温度との関係は式（９）～式（１１）のようになる。
　Ｙ１＝α１Ｘ１＋β１（Ｚ１，Ｚ３）・・・（９）
　Ｙ２＝α２Ｘ２＋β２（Ｚ１，Ｚ３）・・・（１０）
　Ｙ４＝α４Ｘ４＋β４（Ｚ１，Ｚ３）・・・（１１）
　［制御装置の動作］
　最後に、制御装置８０の動作、つまり、制御装置８０によって実行される温度制御について、図１９のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、隣接ゾーンの温度をＺで表す。前述したように、各ゾーンの第１及び第２の補正値α１～α４、β１～β４は予め算出され、記憶部８３に記憶されている。また、補正後のヒータ設定温度Ｙ１～Ｙ４に対応する入力電流値Ｉ１～Ｉ４の相関関係も記憶部８３に記憶されている。
　本処理が開始されると、まず、取得部８１は、内ミドルゾーンＢに取り付けられた温度センサ７７により検出されたセンサ温度Ｔ２を取得する（ステップＳ１００）。次に、温度設定部８４は、センサ温度Ｔ２をベース温度として、式（２）のヒータ設定温度Ｙ２にセンサ温度Ｔ２を代入し、目標温度Ｘ２に目標値を代入し、隣接ゾーンの温度Ｚを算出する（ステップＳ１０２）。
　Ｙ２＝α２Ｘ２＋β２（Ｚ１，Ｚ２）・・・（２）
　次に、温度設定部８４は、式（１）、式（３）、式（４）に基づき、Ｘ１、Ｘ３、Ｘ４に目標値を代入し、隣接ゾーンの温度影響Ｚを代入し、これによりヒータ設定温度Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４を算出する（ステップＳ１０４）。
　Ｙ１＝α１Ｘ１＋β１（Ｚ１）・・・（１）
　Ｙ３＝α３Ｘ３＋β３（Ｚ２，Ｚ３）・・・（３）
　Ｙ４＝α４Ｘ４＋β４（Ｚ３）・・・（４）
　ついで、記憶部８３に記憶された各ゾーンの設定温度Ｙと電流値Ｉとの相関関係に基づき、温度制御部８５は、ヒータ設定温度Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４に対応するヒータの入力電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を算出し、ヒータの入力電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を各ゾーンのヒータに通電させることにより、各ゾーンのヒータ温度を制御する（ステップＳ１０６）。
　次に、判定部８６は、ヒータの入力電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４のうち、所定の閾値より低い入力電流値があるかを判定し、あると判定した場合、静電チャック４０を交換すべき時期であると判定し（ステップＳ１０８）、本処理を終了する。ないと判定された場合、直ちに本処理を終了する。
　［効果］
　以上に説明したように、本実施形態に係るヒータ７５を設けたプラズマ処理装置１によれば、静電チャック４０内又は近傍に設けられたヒ－タ７５は４つ以上のゾーンに分割される。これにより、プラズマの状態や装置構成から特異点が生じるセンタゾーンＡと最外周のエッジゾーンＤとを別々に温度制御するとともに、ミドル領域を２つ以上に分割することによって、よりきめ細かくヒータの温度制御を行うことができる。この結果、ウエハ温度の面内均一性を図ることができる。
　また、各ゾーンは隣接ゾーンからの温度干渉を受ける。特に中央のゾーンで温度干渉が大きくなる。そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１で実行され得る温度制御方法では、各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正する。また、各ゾーンの設定温度に対し、ヒータ７５より上方に設置されている静電チャック４０の表面温度のずれを補正する。これにより、より精度の高い温度制御が可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　以上ではプラズマ処理装置で実行されるプラズマ処理としてプラズマエッチングを例に挙げて説明したが、本発明はプラズマエッチングに限られず、例えば、化学気相蒸着(CVD: Chemical Vapor Deposition)によりウエハ上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリング、アッシング等を行うプラズマ処理装置にも適用可能である。
　また、本発明に係るプラズマ処理装置は、チャンバ内の平行平板電極間に生じる高周波の放電により容量結合プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)を生成する容量結合型プラズマ処理装置に限られず、例えば、チャンバの上面または周囲にアンテナを配置して高周波の誘導電磁界の下で誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を生成する誘導結合型プラズマ処理装置、マイクロ波のパワーを用いてプラズマ波を生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能である。
　本発明においてプラズマ処理を施される被処理体は、半導体ウエハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD:Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
　前記ヒータは、前記センタゾーンから前記２つ以上のミドルゾーンまで外周側に行くほどゾーンの面積が小さくなり、最外周のミドルゾーンはその外周側の前記エッジゾーンより面積が小さくてもよい。
　前記ヒータは、前記センタゾーンから前記エッジゾーンまで外周側に行くほどゾーンの面積が小さくてもよい。
　前記温度制御部は、前記最外周のミドルゾーンのヒータのみをオフした状態でそれ以外のゾーンの前記ヒータの制御温度を調整してもよい。
　前記温度制御部は、各ゾーンの設定温度に対する前記静電チャックの表面温度のずれを補正しながら前記ヒ－タの制御温度をゾーン毎に調整してもよい。
　前記温度制御部は、各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正しながら前記ヒ－タの制御温度をゾーン毎に調整してもよい。
　前記各ゾーンの設定温度に対する前記静電チャックの表面温度のずれを補正するための第１の補正値、及び前記各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正するための第２の補正値を設定する温度設定部を更に備え、前記温度制御部は、前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づき前記ヒータの制御温度をゾーン毎に調整してもよい。
　前記温度設定部は、前記各ゾーンの設定温度と、前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づきゾーン毎に算出された制御温度になるように前記ヒ－タに流す電流値と、の相関関係を予め記憶部に記憶し、前記温度制御部は、前記各ゾーンのうち少なくとも一つのゾーンに設けられた温度センサにより検出された温度を前記計測したゾーンの設定温度とし、該ゾーンの設定温度と前記記憶部に記憶された前記相関関係とから前記各ゾーンのヒータに流す電流値を算出してもよい。
　前記算出されたゾーン毎のヒータの電流値の少なくともいずれかが予め定められた閾値より低い場合、前記静電チャックの交換時期と判定する判定部を更に備えてもよい。
　前記いずれかのゾーンに設けられた温度センサは、円周上に３つ以上設けられてもよい。
　前記載置台内又は近傍に設けられた前記ヒータ近傍に冷媒管を設け、該冷媒管内に冷媒を循環させる冷却装置を更に備え、前記冷媒管は、前記ヒ－タの各ゾーンに対応して分割して配置されてもよい。
　前記載置台は、直径が４５０ｍｍ以上の被処理体を載置し、前記ヒータのミドルゾーンは、同心円状に３つ以上に分割されてもよい。
　本国際出願は、２０１２年１月１３日に出願された日本国特許出願２０１２－００５５９０号に基づく優先権及び２０１２年１月１８日に出願された米国仮出願６１／５８７７０６号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
　１　　　　　プラズマ処理装置
　１０　　　　チャンバ
　１２　　　　載置台（下部電極）
　３１　　　　第１高周波電源
　３２　　　　第２高周波電源
　３８　　　　シャワーヘッド(上部電極)
　４０　　　　静電チャック
　４４　　　　交流電源
　６２　　　　ガス供給源
　７０　　　　冷媒管
　７１　　　　チラーユニット
　７５　　　　ヒ－タ
　７７　　　　温度センサ
　８０　　　　制御装置
　８１　　　　取得部
　８３　　　　記憶部
　８４　　　　温度設定部
　８５　　　　温度制御部
　８６　　　　判定部
　８７　　　　プラズマ処理実行部
　１００　　　レジスト膜
　１０２　　　ＢＡＲＣ膜
　１０４　　　α－Ｓｉ膜
　１０６　　　ＳｉＮ膜
　１０８　　　ＳｉＯ２膜
　Ａ　　　　　センタゾーン
　Ｂ　　　　　内ミドルゾーン
　Ｃ　　　　　外ミドルゾーン
　Ｄ　　　　　エッジゾーン

Claims (13)

  1. 　高周波電力によりガスをプラズマ化し、該プラズマの作用により被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
    　減圧可能な処理容器と、
    　前記処理容器内に設けられ、被処理体を載置する載置台と、
    　前記載置台に設けられ、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する静電チャックと、
    　前記静電チャック内又は近傍に設けられ、円形のセンタゾーンと、その外周側に同心円状に設けられた２つ以上のミドルゾーンと、最外周に同心円状に設けられたエッジゾーンと、に分割されたヒータと、
    　前記ヒータの制御温度を、前記分割されたゾーン毎に調整する温度制御部と、
    　を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　前記ヒータは、前記センタゾーンから前記２つ以上のミドルゾーンまで外周側に行くほどゾーンの面積が小さくなり、最外周のミドルゾーンはその外周側の前記エッジゾーンより面積が小さいことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記ヒータは、前記センタゾーンから前記エッジゾーンまで外周側に行くほどゾーンの面積が小さくなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記温度制御部は、前記最外周のミドルゾーンのヒータのみをオフした状態でそれ以外のゾーンの前記ヒータの制御温度を調整することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記温度制御部は、各ゾーンの設定温度に対する前記静電チャックの表面温度のずれを補正しながら前記ヒ－タの制御温度をゾーン毎に調整することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記温度制御部は、各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正しながら前記ヒ－タの制御温度をゾーン毎に調整することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記各ゾーンの設定温度に対する前記静電チャックの表面温度のずれを補正するための第１の補正値、及び前記各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉を補正するための第２の補正値を設定する温度設定部を更に備え、
    　前記温度制御部は、前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づき前記ヒータの制御温度をゾーン毎に調整することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記温度設定部は、前記各ゾーンの設定温度と、前記第１の補正値及び前記第２の補正値に基づきゾーン毎に算出された制御温度になるように前記各ゾーンのヒ－タに流す電流値と、の相関関係を予め記憶部に記憶し、
    　前記温度制御部は、前記各ゾーンのうち少なくとも一つのゾーンに設けられた温度センサにより検出された温度を前記計測したゾーンの設定温度とし、該ゾーンの設定温度と前記記憶部に記憶された前記相関関係とから前記各ゾーンのヒータに流す電流値を算出することを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記算出されたゾーン毎のヒータの電流値の少なくともいずれかが予め定められた閾値より低い場合、前記静電チャックの交換時期と判定する判定部を更に備えることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記いずれかのゾーンに設けられた温度センサは、円周上に３つ以上設けられていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記載置台内又は近傍に設けられた前記ヒータと対向する位置に冷媒管を設け、該冷媒管内に冷媒を循環させる冷却装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記載置台は、直径が４５０ｍｍ以上の被処理体を載置し、
    　前記ヒータのミドルゾーンは、同心円状に３つ以上に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 　高周波電力によりガスをプラズマ化し、該プラズマの作用により被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に設けられたヒータの温度制御方法であって、
    　前記プラズマ処理装置は、減圧可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられ、チャック電極に電圧を印加することにより被処理体を静電吸着する静電チャックと、前記静電チャック内又は近傍に設けられ、円形のセンタゾーンと、その外周側に同心円状に設けられた２つ以上のミドルゾーンと、最外周に同心円状に設けられたエッジゾーンと、に分割されたヒータと、前記各ゾーンのヒ－タの設定温度と、該設定温度に対する前記静電チャックの表面温度のずれ及び前記各ゾーンの設定温度に対する隣接ゾーンからの温度干渉、を補正した前記各ゾーンの制御温度になるように前記ヒ－タに流す電流値と、の相関関係を予め記憶した記憶部とを備え、
    　前記各ゾーンのうち少なくとも一つのゾーンに設けられた温度センサにより検出された温度を、前記検出されたゾーンの設定温度として取得する工程と、
    　前記取得したゾーンの設定温度と前記記憶部に記憶された前記相関関係とから各ゾーンのヒータに流す電流値を算出する工程と、
    　前記算出された電流値を各ゾーンのヒータに流すことにより前記各ゾーンのヒータの温度を制御する工程と、
    　を含むヒータの温度制御方法。
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