特許 6240532 静電チャックの温度制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6240532

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】静電チャックの温度制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20171120BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20171120BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20171120BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20171120BHJP

   C23C 16/52 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H01L21/302 101B

   H01L21/302 101G

   H01L21/205

   H01L21/31 C

   C23C16/52

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-37078(P2014-37078)

(22)【出願日】2014年2月27日

(65)【公開番号】特開2015-162586(P2015-162586A)

(43)【公開日】2015年9月7日

【審査請求日】2016年10月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】辻本 宏

(72)【発明者】

【氏名】豊田 啓吾

【審査官】 中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０６７２３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５３３７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２４０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２２４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６４９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０５３１７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１４５８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４３３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２５９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０３０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２６０４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１１８１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｃ２３Ｃ １６／５２

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のゾーンに分割された静電チャックをゾーン毎に温度制御する方法であって、
前記ゾーン毎に一つの温度センサが設けられ、前記ゾーン毎の温度センサは、隣接ゾーンの温度制御により発生する熱の伝達が抑制される範囲に配置され、
前記ゾーン毎の温度センサによる測定に基づき該温度センサの属するゾーン毎のヒータに印加する値を制御する際、各ゾーンの前記温度センサにより測定された温度と各ゾーンに設定された設定温度との差分に応じた、各ゾーンのヒータに印加する値が、各ゾーンよりも高温な隣接するゾーンに属する前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０（ゼロ）とならないように制御する、
静電チャックの温度制御方法。

【請求項2】

複数のゾーンに分割された静電チャックをゾーン毎に温度制御する方法であって、
前記ゾーン毎に一つ以上の温度センサが設けられ、同一ゾーンに二つ以上の温度センサが設けられている場合、隣接ゾーンの温度制御により発生する熱の伝達が抑制される範囲に配置された温度センサを選択し、
前記選択された温度センサ又は前記ゾーン毎に一つ設けられた温度センサによる測定に基づき該温度センサの属するゾーン毎のヒータに印加する値を制御する際、各ゾーンの前記温度センサにより測定された温度と各ゾーンに設定された設定温度との差分に応じた、各ゾーンのヒータに印加する値が、各ゾーンよりも高温な隣接するゾーンに属する前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０（ゼロ）とならないように制御する、
静電チャックの温度制御方法。

【請求項3】

前記静電チャックと該静電チャックの外側に設置されるフォーカスリングとが一体となり、かつ、前記フォーカスリングにヒータと温度センサとが設けられている場合、前記フォーカスリングの温度センサによる測定に基づき該フォーカスリングのヒータに印加する値を制御する際、前記フォーカスリングの温度センサにより測定された温度と該フォーカスリングに設定された設定温度との差分に応じた、該フォーカスリングのヒータに印加する値が、該フォーカスリングのヒータよりも高温な隣接するゾーンに属する前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０（ゼロ）とならないように制御する、
請求項１又は２に記載された静電チャックの温度制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電チャック及び静電チャックの温度制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

エッチング等の基板処理では、基板の温度を制御することでエッチングレート等を制御する。基板の温度を局所的に制御することを可能とするために、基板を複数のゾーンに分割し、ゾーン毎に独立して温度制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。基板の温度を制御する場合、チャンバの内壁等に複数の温度センサを配置し、各温度センサのセンサ値に基づき基板の温度を制御することが行われている（例えば、特許文献２を参照。）。

【0003】

近年、静電チャック内にヒータを組み込み、該ヒータにより静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic Chuck）を加熱することで温度制御の応答性を高めた、ヒータ内蔵型の静電チャックが提案されている。ヒータ内蔵型の静電チャックでは、静電チャックを複数のゾーンに分割し、ゾーン毎に設けられたヒータにより独立して温度制御することが行われている。また、静電チャックの外周部に複数のヒータを配置し、基板の外周部を局所的に温度制御することが求められることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１１１８１９号公報

【特許文献2】特開平０６−２４２８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、隣接ゾーン間で制御すべき設定温度に差がある場合、高温に制御するゾーン（以下、「高温ゾーン」ともいう。）からその高温ゾーンよりも低温に制御するゾーン（以下、「低温ゾーン」ともいう。）に熱が伝達される（以下、「熱漏れ」ともいう。）。このとき、低温ゾーン内の、特に高温ゾーン側で低温下しにくい領域が生じる場合がある。

【0006】

低温ゾーンが高温ゾーンからの熱漏れの影響を受けて、低温ゾーンの設定温度よりも高い温度に制御されてしまうと、ヒータの出力値が下がる。この結果、ヒータの出力値がゼロになることがある。ヒータの出力値がゼロになるとそのヒータを用いた温度制御が不能な状態となる。

【0007】

上記課題に対して、一側面では、複数のゾーンに分割され、ゾーン毎の温度制御が可能な静電チャックにおいて、ゾーン毎に精度よく温度制御を行うことが可能な静電チャック及び静電チャックの温度制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、複数のゾーンに分割された静電チャックをゾーン毎に温度制御する方法であって、前記ゾーン毎に一つの温度センサが設けられ、前記ゾーン毎の温度センサは、隣接ゾーンの温度制御により発生する熱の伝達が抑制される範囲に配置され、前記ゾーン毎の温度センサによる測定に基づき該温度センサの属するゾーン毎のヒータに印加する値を制御する際、各ゾーンの前記温度センサにより測定された温度と各ゾーンに設定された設定温度との差分に応じた、各ゾーンのヒータに印加する値が、各ゾーンよりも高温な隣接するゾーンに属する前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０（ゼロ）とならないように制御する、静電チャックの温度制御方法が提供される。
また、他の態様によれば、複数のゾーンに分割された静電チャックをゾーン毎に温度制御する方法であって、前記ゾーン毎に一つ以上の温度センサが設けられ、同一ゾーンに二つ以上の温度センサが設けられている場合、隣接ゾーンの温度制御により発生する熱の伝達が抑制される範囲に配置された温度センサを選択し、前記選択された温度センサ又は前記ゾーン毎に一つ設けられた温度センサによる測定に基づき該温度センサの属するゾーン毎のヒータに印加する値を制御する際、各ゾーンの前記温度センサにより測定された温度と各ゾーンに設定された設定温度との差分に応じた、各ゾーンのヒータに印加する値が、各ゾーンよりも高温な隣接するゾーンに属する前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０（ゼロ）とならないように制御する、静電チャックの温度制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

一の態様によれば、複数のゾーンに分割され、ゾーン毎の温度制御が可能な静電チャックにおいて、ゾーン毎に精度よく温度制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態にかかるプラズマ処理装置の全体構成の一例を示す図。

【図2】静電チャックの温度センサの配置の比較例を示す図。

【図3】図２の比較例における熱漏れの影響を説明するための図。

【図4】第１実施形態にかかる静電チャックの温度センサの配置の一例を示す図。

【図5】第２実施形態にかかる静電チャックの温度センサの配置の一例を示す図。

【図6】変形例にかかる静電チャックの温度センサの配置の一例を示す図。

【図7】変形例にかかる静電チャックの温度センサの配置の一例を示す図。

【図8】一実施形態にかかる温度制御処理フローの一例を示す図。

【図9】一実施形態にかかる静電チャックのゾーン分割の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

【0012】

［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かか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。図１は、一実施形態にかかるプラズマ処理装置の全体構成の一例である。図１には、一実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面が示されている。

【0013】

プラズマ処理装置１は、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型のチャンバ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の内部では、基板にエッチング処理等のプラズマ処理が施される。ここでは、チャンバ１０内に下部電極と上部電極とを対向配置し、上部電極からガスをチャンバ内に供給する平行平板型（容量結合型プラズマ：ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma）のプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。

【0014】

チャンバ１０内には、基板の一例としての半導体ウェハＷ(以下、ウェハＷと称呼する)を載置する載置台１０４が設けられている。載置台１０４は、たとえばアルミニウムＡｌやチタンＴｉ、炭化ケイ素ＳｉＣ等の材質からなっている。載置台１０４の上面には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック１０６が配置されている。静電チャック１０６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１０８が配置されている。

【0015】

静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造となっている。チャック電極１０６ａには直流電圧源３４が接続され、直流電圧源３４から電極１０６ａに直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。

【0016】

載置台１０４には、高周波電源３２が整合器３３を介して接続されている。高周波電源３２は、チャンバ１０の内部にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を載置台１０４に印加する。このようにして載置台１０４は下部電極としても機能する。

【0017】

チャンバ１０の天井部には、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介してシャワーヘッド２５が設けられている。シャワーヘッド２５には、ガス供給源１５からガスを導入するためのガス導入口４５が形成されている。シャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から導入されたガスを拡散する拡散室５０が設けられている。拡散室５０で拡散されたガスは、多数のガス供給孔５５からチャンバ１０内に供給される。かかる構成により、シャワーヘッド２５は接地電位の上部電極としても機能する。これにより、高周波電源３２からの高周波電力は、載置台１０４とシャワーヘッド２５との間に容量的に印加される。

【0018】

チャンバ１０の底部には排気口が形成され、排気口は排気装置６２に接続されている。排気装置６２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。

【0019】

静電チャック１０６には複数のヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ（以下、総称して「ヒータ１１６」ともいう。）が埋め込まれている。ヒータ１１６ａは、静電チャック１０６を複数のゾーン（領域）に分割したときのセンターゾーン（図９（ａ）参照）に設けられ、ヒータ１１６ｂはミドルゾーンに設けられ、ヒータ１１６ｃはエッジゾーンに設けられている。各ヒータ１１６には、交流電源４４から所望の電流が流される。

【0020】

また、載置台１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、図示しないチラーユニットから配管１０４ｂ，１０４ｃを介して冷媒が循環供給される。

【0021】

かかる構成によれば、冷媒流路１０４ａに流す冷媒による冷却とヒータ１１６による加熱によってウェハ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、制御部１００からの指令に基づき行われる。

【0022】

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５，ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有する。ＣＰＵ１０５は、ＲＯＭ１１０又はＲＡＭ１１５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。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、処理室内温度（上部電極温度、処理室の側壁温度、静電チャックの各ゾーンの設定温度など）、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、伝熱ガス流量等が記載されている。なお、制御部１００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。以上、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１の全体構成の主要な構成について説明した。

【0023】

（ゾーン毎の温度制御）
次に、静電チャック１０６のゾーン毎の温度制御を行うための構成について説明する。静電チャック１０６は、ゾーン毎に温調制御される。そのために、各ヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃには、温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが設けられている。

【0024】

温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃにより検出されたセンサ値は、温度測定器６５に送られる。温度測定器６５は、各センサ値から各ゾーン（センタ、ミドル、エッジ）の温度を測定する。温度測定器６５は、測定された現時点での各ゾーンの温度を制御部１００に通知する。

【0025】

制御部１００は、測定された現時点での各ゾーンの温度と各ゾーンの設定温度との差分を算出する。これにより、制御部１００は、現時点の各ゾーンの温度が、どの程度設定温度から乖離しているかに応じて、各ゾーンの温度を設定温度に制御するために必要な電流値を算出し、サイリスタ回路７０に必要な電流値のフィードバック制御を指示する。

【0026】

サイリスタ回路７０は、交流電源４４から出力された電流を分流するスイッチング機能を有するトランジスタであり、大電力に対応することが可能である。サイリスタ回路７０は、制御部１００からの指示に応じて、交流電源４４から出力された電流を分流させて各ヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃに供給する。ヒータフィルターＦは、ヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及びサイリスタ回路７０間に設けられ、高周波電源３２から印加される高周波電力を除去するようになっている。ヒータフィルターＦは、給電線７１ａ、７１ｂ、７１ｃを介してヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃに接続されている。

【0027】

（ゾーン毎の温度制御における熱漏れ）
次に、静電チャック１０６のゾーン毎の温度制御における熱漏れについて説明する。隣接ゾーン間で制御すべき設定温度に差がある場合、高温ゾーンから低温ゾーンに熱が伝達される「熱漏れ」が生じることがある。このとき、高温ゾーンと隣接する低温ゾーンに低温下しにくい部分が生じ、低温ゾーンには同一ゾーン内であっても温度センサの配置によって検出するセンサ値が異なる場合が生じる。

【0028】

例えば、図９（ａ）に示したように、静電チャック１０６を中心からセンターゾーン、ミドルゾーン、エッジゾーンの３つの同心円状のゾーンに分けたときのゾーン毎の温度制御と熱漏れについて説明する。ここでは、図２に示したように、温度センサ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが、センターゾーン、ミドルゾーン、エッジゾーンにそれぞれ設けられたヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの径方向の中央にそれぞれ配置される場合を想定する。

【0029】

ヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃには、給電線７１ａ、７１ｂ、７１ｃを介して所望の電流が供給される。これにより、ヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの各抵抗パターンに電流が流れることで静電チャック１０６の温度をゾーン毎に上昇させることができる。

【0030】

また、載置台１０４の内部の冷媒流路１０４ａには、所望の温度の冷媒が循環供給される。この冷媒の温度を制御することにより、ヒータ１１６の発熱による急激な温度上昇を緩和させ、ゾーン間の熱の授受を抑制することができる。

【0031】

ただし、静電チャック１０６は、それぞれのヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを熱的に分離しないゾーン構造を有し、冷媒による冷却能力もゾーン間の熱の授受を完全になくす程高くはない。このため、ゾーン同士の熱の授受が行われた上で、制御部１００によるゾーン毎の温度制御が行われている。

【0032】

例えば、図３に示したように、エッジゾーンの設定温度が６０℃、ミドルゾーンの設定温度が４０℃、センターゾーンの設定温度が４０℃の場合、エッジゾーン及びミドルゾーン間で制御すべき設定温度に差がある。この場合、高温ゾーンのエッジゾーンから、低温ゾーンのミドルゾーンに熱漏れが生じ、ミドルゾーンの温度がエッジゾーン側で低温化しにくくなる。このように熱漏れの影響を受けると、エッジゾーンの測定温度は６０℃、ミドルゾーンの測定温度は４５℃、センターゾーンの測定温度は４０℃となる。このとき、熱漏れの影響を受けているミドルゾーンの温度センサ６０ｂは、設定温度４０℃よりも５℃高い４５℃の温度を検出するため、ミドルゾーンのヒータ１１６ｂの出力値は、ミドルゾーンが設定温度の４０℃に制御されるときよりも低い値に制御されてしまうことがある。このようにしてミドルゾーンのヒータ１１６ｂの出力値が低下しすぎるとヒータ１１６ｂの出力値がゼロになることがある。

【0033】

このように各ヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの出力値がゼロになると、そのゾーンの温度制御が不能状態となり、静電チャック１０６の内部の温度に個体差が生じて静電チャックの温度制御ができなくなるおそれがある。このため、制御部１００は、各ヒータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの出力値が０（ゼロ）にならないように制御する必要がある。

【0034】

＜第１実施形態＞
そこで、本発明の第１実施形態にかかる静電チャック１０６では、ゾーン毎の温度制御において熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に温度センサを配置する。以下では、温度センサの配置について、図４を参照しながら説明する。

【0035】

第１実施形態にかかる静電チャック１０６では、高温ゾーンと低温ゾーンとの間で生じる熱漏れの影響を受けない、又は熱の影響を抑制するために、温度センサの配置が適正化される。図４は、第１実施形態にかかる静電チャック１０６の温度センサの配置の一例を示す。

【0036】

エッジゾーンの設定温度が６０℃、ミドルゾーンの設定温度が４０℃、センターゾーンの設定温度が４０℃の場合、エッジゾーン及びミドルゾーン間で制御すべき設定温度に差があり、低温ゾーンのミドルゾーンが設定温度に対して低温化しにくい。よって、高温ゾーンのエッジゾーンから低温ゾーンのミドルゾーンに熱漏れが生じることを考慮して、ミドルゾーンに配置される温度センサ６０ｂは、隣接するエッジゾーンから遠い位置であって、熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に配置される。この例では、ミドルゾーンに配置される温度センサ６０ｂは、高温ゾーンのエッジゾーンと反対側のミドルゾーンの内端部に配置される。

【0037】

熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に温度センサを配置する一例としては、設定温度が異なる隣接ゾーンのうち低温ゾーンに設ける温度センサを、高温ゾーンからの熱漏れの影響によって低温ゾーンの設定温度よりも高い温度に制御されている範囲を除いた低温ゾーンの範囲に配置することが挙げられる。図４では、ミドルゾーンの内端部側から径方向にＡの幅を有するリング状の範囲が、熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲であり、この範囲に温度センサ６０ｂを配置すればよい。

【0038】

熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に温度センサを配置する他の例としては、設定温度が異なる隣接ゾーンのうち低温ゾーンに設ける温度センサを、高温ゾーンの反対側の端部（高温ゾーンから最も遠くに離れた位置）またはその近傍に配置することが挙げられる。熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に温度センサを配置する他の例として、隣接する２つのゾーンに挟まれたゾーンに設ける温度センサを、隣接する２つのゾーンのうちの高温ゾーンよりも隣接する２つのゾーンのうちの低温ゾーンに近くなる位置に配置してもよい。

【0039】

以上に説明したように、第１実施形態にかかる静電チャック１０６では、設定温度が異なる隣接ゾーンのうち低温ゾーンに設ける温度センサの位置を最適化する。このように、低温ゾーンの温度センサを高温ゾーンから離して配置することで、高温ゾーンからの熱漏れの影響を受けない、又は熱の影響を抑制するようにすることができる。

【0040】

本実施形態では、ミドルゾーンに配置される温度センサ６０ｂは、隣接するエッジゾーンからの熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に配置される。よって、ミドルゾーンの温度センサ６０ｂは、熱漏れの影響を受けない、又は熱の影響を抑制するため、本来の温度よりも高い温度を検出することはない。これにより、ミドルゾーンのヒータ１１６ｂの出力値が、本来制御されるべき値よりも低下することを回避できる。これにより、ヒータ１１６ｂの出力値が０になることを回避し、ヒータ１１６ｂが制御不能にならないように制御することができる。

【0041】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態にかかる静電チャック１０６の温度センサの配置について、図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態にかかる静電チャックの温度センサの配置の一例を示す。第２実施形態にかかる静電チャック１０６によっても、ゾーン毎の温度制御において熱漏れの影響を受けない、又は熱の影響が抑制されるようにし、ゾーン毎に精度よく温度制御を行うことができる。

【0042】

第２実施形態にかかる静電チャック１０６は、隣接ゾーンが２以上あるゾーンに対して、温度センサを二つ設け、プロセスに応じて使用する温度センサを切り替える。例えば、図５に示すように、ミドルゾーンには、隣接ゾーンが二つある。これに対して、エッジゾーンとセンターゾーンには、隣接ゾーンが一つしかない。よって、第２実施形態にかかる静電チャック１０６では、隣接ゾーンが２以上あるミドルゾーンに対して、温度センサを二つ設ける。具体的には、ミドルゾーンの内端部又はその近傍に温度センサ６０ｂ１が配置され、ミドルゾーンの外端部又はその近傍に温度センサ６０ｂ２が配置される。

【0043】

制御部１００は、同一ゾーンに複数の温度センサが設けられている場合、該複数の温度センサから、該温度センサの属するゾーンのヒータの出力値が、該ゾーンよりも高温な隣接するゾーンの前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０とならない範囲に配置された温度センサを選択する。

【0044】

例えば、選択される温度センサは、隣接する２以上のゾーンのうち高温ゾーンから離れている側の温度センサであってもよい。制御部１００は、ＲＡＭ１１５に記憶されたレシピに定められている各ゾーンの設定温度に応じて、隣接する２以上のゾーンのうちから高温ゾーンを特定し、特定した高温ゾーンから離れている側の温度センサを選択することができる。このようにして、制御部１００は、プロセス前に該プロセスで使用する温度センサを選択する。

【0045】

例えば、図５では、エッジゾーンの設定温度が４０℃、ミドルゾーンの設定温度が４０℃、センターゾーンの設定温度が６０℃である。この場合、制御部１００は、ミドルゾーンで次のプロセスに使用する温度センサとして、隣接ゾーンのうちの高温ゾーンのセンターゾーンから離れている側の温度センサ６０ｂ２を選択する。これにより、ミドルゾーンの温度センサ６０ｂ２は、熱漏れの影響を受けない又は抑制されるため、本来の温度よりも高い温度を検出することはない。これにより、ミドルゾーンのヒータ１１６ｂの出力値が、本来制御されるべき値よりも低下することを回避できる。これにより、ヒータ１１６ｂの出力値が０になることを回避し、ヒータ１１６ｂが制御不能にならないように制御することができる。

【0046】

＜変形例＞
次に、本発明の変形例にかかる静電チャック１０６の温度センサの配置について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６及び図７は、本発明の変形例にかかる静電チャックの温度センサの配置の一例を示す。変形例にかかる静電チャック１０６によっても、ゾーン毎の温度制御において熱漏れの影響を受けない又は抑制されるようにし、ゾーン毎に精度よく温度制御を行うことができる。

【0047】

図６では、センターゾーンの温度センサ６０ａ及びミドルゾーンの温度センサ６０ｂは、それぞれのゾーンに設けられたヒータ１１６ａ及びヒータ１１６ｂの径方向の中央に配置されている。これに対して、エッジゾーンの温度センサ６０ｃは、エッジゾーンに設けられたヒータ１１６ｃの外端部に配置されている。

【0048】

このように、エッジゾーンに対しては、隣接ゾーンからの熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される外端部に温度センサ６０ｃを配置する。これにより、エッジゾーンの温度制御を精度よく行うことができる。

【0049】

さらに、図７では、エッジゾーンの温度センサ６０ｃが、エッジゾーンに設けられたヒータ１１６ｃの外端部に配置されていることに加えて、ミドルゾーンには二つの温度センサ６０ｂ１及び温度センサ６０ｂ２が配置されている。なお、センターゾーンの温度センサ６０ａは、ヒータ１１６ａの径方向の中央に配置されているが、ヒータ１１６ａの径方向の中心に配置されてもよい。

【0050】

このように、他の二つ以上のゾーンに挟まれているゾーンには二つ温度センサを配置し、第２実施形態で説明したように、隣接ゾーンの設定温度に応じて二つ温度センサを切り替えて使用することが好ましい。なお、他の二つ以上のゾーンに挟まれているゾーンが複数ある場合には、他の二つ以上のゾーンに挟まれている複数のゾーンのそれぞれに二つ温度センサを配置し、切り替えて使用することが好ましい。

【0051】

かかる構成によれば、エッジゾーンに対しては外端部に温度センサを配置し、かつ、他の二つ以上のゾーンに挟まれているゾーンに対しては、隣接ゾーンからの熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に配置された温度センサを選択する。これにより、温度センサを隣接ゾーンからの熱漏れの影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される位置に設定することができる。これにより、各ゾーンの温度制御を精度よく行うことができる。

【0052】

以上、本発明の変形例にかかる静電チャック１０６の温度センサの配置について説明した。なお、図６及び図７では、静電チャック１０６及びフォーカスリング１０８は別体に構成されている。この場合、真空状態において静電チャック１０６及びフォーカスリング１０８間で熱の授受はほぼ行われない。

【0053】

一方、静電チャック１０６及びフォーカスリング１０８が一体に形成されている場合、静電チャック１０６及びフォーカスリング１０８間で熱の授受が発生する。よって、この場合には、第１，２実施形態及び変形例に示した方法を用いて、静電チャック１０６と同様にしてフォーカスリング１０８の温度センサの配置を最適化することが好ましい。

【0054】

[温度制御方法]
次に、本実施形態にかかる静電チャック１０６を使用した温度制御方法の一例について、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施形態にかかる温度制御処理フローの一例である。本温度制御処理は、主に制御部１００によって実行される。

【0055】

なお、第２実施形態にかかる静電チャック１０６の場合、本温度制御処理が開始される前に、ミドルゾーンの複数の温度センサから、隣接ゾーンの温度設定に応じて高温側の隣接ゾーンからの熱の影響を受けない、又は熱の伝達が抑制される範囲に配置された温度センサが予め選択されている。

【0056】

まず、温度測定器６５は、各ゾーンに設置された温度センサ６０から取得したセンサ値に基づき各ゾーンの温度を測定する（ステップＳ１００）。次に、制御部１００は、温度測定器６５から測定温度を取得し、各ゾーンの測定温度と各ゾーンの設定温度との差分を算出する（ステップＳ１０２）。

【0057】

次に、制御部１００は、算出した測定温度と設定温度との差分に基づき、各ゾーンのヒータ１１６の出力値を算出する（ステップＳ１０４）。

【0058】

次に、制御部１００は、算出したヒータ１１６の出力値が０（以下、０の近似値を含む）に等しいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。算出したヒータ１１６の出力値が０に等しい場合、制御部１００は、算出したヒータ１１６の出力値をヒータ１１６に印加することによるゾーンの温度制御（フィードバック制御）を実行せずにステップＳ１００に戻る。

【0059】

一方、各ゾーンに設けられたヒータ１１６の出力値が０に等しくない場合、制御部１００は、算出したヒータ１１６の出力値をヒータ１１６に印加するように指示し、ゾーンの温度制御（フィードバック制御）を実行し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１００に戻る。

【0060】

以上、本実施形態にかかる温度制御方法の一例について説明した。これによれば、本実施形態の静電チャック１０６に設けられたゾーン毎の温度センサ６０により検知されるセンサ値に基づきゾーン毎のヒータ１１６の出力値が制御される。その際、ヒータ１１６の出力値は０にならないように制御される。これにより、ヒータ１１６の制御不能を回避できる。

【0061】

[静電チャックのゾーン]
最後に、本実施形態にかかる静電チャック１０６におけるゾーン分割の例について、図９を参照しながら説明する。図９は、本実施形態にかかる静電チャック１０６のゾーン分割の一例を示す。

【0062】

図９（ａ）は、前述したとおり、静電チャック１０６を同心円状に三つのゾーン（センター、ミドル、エッジ）に分割した例である。しかしながら、静電チャック１０６のゾーンは、同心円状のゾーンに限定されない。例えば、図９（ｂ）は、静電チャック１０６をマトリクス形状に多数のゾーンに分割した例である。また、例えば、図９（ｃ）のように、同心円状のゾーンを更に細分化して、扇型のゾーンに分割してもよいし、その他の形状及びその他の個数のゾーンに分割してもよい。

【0063】

以上、静電チャック及び静電チャックの温度制御方法を上記実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記実施形態及び変形例を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0064】

例えば、本発明にかかる静電チャックでは、温度センサを設置するための凹み等の空間を温度センサの大きさよりも大きく形成し、空間内にて温度センサを移動可能とすることで、各ゾーンの温度センサの位置をその空間内で調整できるようにしてもよい。

【0065】

また、例えば、本発明にかかる静電チャックでは、各ゾーンの温度センサの数は必ずしも二つに限定されない。三つ以上の温度センサを、例えば静電チャックの径方向に配置し、配置された温度センサのいずれかにより温度が検出されるようにしてもよい。

【0066】

ただし、各ゾーンに配置する温度センサの数が多すぎると、静電チャック１０６の表面温度の均一性が維持されにくくなり、コストアップにもなる。よって、各ゾーンにおける温度センサの数は二つまでが好ましい。

【0067】

また、本発明にかかる静電チャックでは、温度センサを横に配置することで、一つの温度センサによるゾーン内の温度の検知範囲を広くすることもできる。

【0068】

なお、本発明にかかる静電チャック及び静電チャックの温度制御方法は、容量結合型のプラズマ処理装置に適用できるだけでなく、その他の半導体製造装置に適用可能である。その他の半導体製造装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。

【0069】

また、本発明にかかる半導体製造装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（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。また、本願に開示された実施形態に関し、さらに下記の形態を含んでよい。
［付記１］
複数のゾーンに分割され、ゾーン毎の温度制御が可能な静電チャックであって、
前記ゾーン毎に配置されたヒータと、
前記ゾーン毎に一つ設けられた温度センサと、を有し、
前記ゾーン毎の温度センサは、各ゾーンの温度センサにより測定された温度と各ゾーンに設定された設定温度との差分に応じた、各ゾーンのヒータに印加する値が、該ゾーンよりも高温な隣接するゾーンの前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０（ゼロ）とならない範囲に配置される、
静電チャック。
［付記２］
複数のゾーンに分割され、ゾーン毎の温度制御が可能な静電チャックであって、
前記ゾーン毎に配置されたヒータと、
前記ゾーン毎に一つ以上設けられた温度センサと、
同一ゾーンに複数の温度センサが設けられている場合、該複数の温度センサから、各ゾーンの温度センサにより測定された温度と各ゾーンに設定された設定温度との差分に応じた、各ゾーンのヒータに印加する値が、該ゾーンよりも高温な隣接するゾーンの前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０とならない範囲に配置された温度センサを選択する選択手段と、
を有する静電チャック。
［付記３］
前記静電チャックと該静電チャックの外側に設置されるフォーカスリングとが一体となり、かつ、前記フォーカスリングにヒータと温度センサとが設けられている場合、前記フォーカスリングの温度センサにより測定された温度と該フォーカスリングに設定された設定温度との差分に応じた、該フォーカスリングのヒータに印加する値が、該フォーカスリングのヒータよりも高温な隣接するゾーンに属する前記ヒータによる温度制御によって発生する熱により０（ゼロ）とならない範囲に配置される、
付記１に記載された静電チャック。

【符号の説明】

【0070】

１：プラズマ処理装置
１０：チャンバ
１５：ガス供給源
２５：シャワーヘッド（上部電極）
２８：排気装置
３２：高周波電源
４４：交流電源
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ：温度センサ
６５：温度測定器
７０：サイリスタ回路
１００：制御部
１０４：載置台（下部電極）
１０４ａ：冷媒流路
１０６：静電チャック
１０８：フォーカスリング
１１６、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ：ヒータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】