特開 2023-15765 プラズマ処理装置、プラズマ処理装置で使用する上部電極アセンブリ、上部電極アセンブリの製造方法、及び、上部電極アセンブリの再生方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023015765

(43)【公開日】2023-02-01

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置、プラズマ処理装置で使用する上部電極アセンブリ、上部電極アセンブリの製造方法、及び、上部電極アセンブリの再生方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230125BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20230125BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H01L21/302 101L

H05H1/46 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】26

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021119726

(22)【出願日】2021-07-20

(71)【出願人】

【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】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】加藤 誠人

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA04

2G084AA05

2G084BB21

2G084BB30

2G084CC04

2G084CC05

2G084CC09

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD23

2G084DD24

2G084DD37

2G084DD38

2G084DD55

2G084DD64

2G084FF15

2G084FF32

5F004AA01

5F004BA04

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB30

5F004CA06

(57)【要約】

【課題】上部電極アセンブリを構成する電極プレートの温調を効果的に行う。
【解決手段】プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、前記基板支持部内に配置される下部電極と、前記基板支持部の上方に配置され、少なくとも１つの冷媒入口及び少なくとも１つの冷媒出口を有し、ＲＦ電位又はＤＣ電位に接続される導電性部材と、上部電極アセンブリと、を備え、前記上部電極アセンブリは、前記導電性部材の下面に着脱可能に接続され、前記少なくとも１つの冷媒入口及び前記少なくとも１つの冷媒出口と連通する１又は複数の冷媒流路を有する導電性プレートと、前記導電性プレートの下方に配置される電極プレートと、前記電極プレートと前記導電性プレートとの間に配置される導電性接合シートと、を有する、プラズマ処理装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、
前記基板支持部内に配置される下部電極と、
前記基板支持部の上方に配置され、少なくとも１つの冷媒入口及び少なくとも１つの冷媒出口を有し、ＲＦ電位又はＤＣ電位に接続される導電性部材と、上部電極アセンブリと、を備え、
前記上部電極アセンブリは、
前記導電性部材の下面に着脱可能に接続され、前記少なくとも１つの冷媒入口及び前記少なくとも１つの冷媒出口と連通する１又は複数の冷媒流路を有する導電性プレートと、
前記導電性プレートの下方に配置される電極プレートと、
前記電極プレートと前記導電性プレートとの間に配置される導電性接合シートと、を有する、プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記導電性接合シートは、４００℃～１０００℃の融点を有する第１導電性材料で形成される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記第１導電性材料は金属を有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記第１導電性材料はＡｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｍｇ合金又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ合金を有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記導電性プレートと前記電極プレートとの間の線膨張係数差は２ｐｐｍ／℃以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記導電性部材は第２導電性材料で形成され、
前記導電性プレートは前記第２導電性材料とは異なる第３導電性材料で形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第３導電性材料はＭｏ又は金属基複合材料を有する、請求項６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記第２導電性材料はＡｌを有する、請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記電極プレートはＳｉ又はＳｉＣで形成される、請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

プラズマ処理装置で使用する上部電極アセンブリであって、
前記プラズマ処理装置に着脱可能に接続され、１又は複数の冷媒流路を有する導電性プレートと、
プラズマ暴露面を有する電極プレートと、
前記電極プレートと前記導電性プレートとの間に配置される導電性接合シートと、を備える上部電極アセンブリ。

【請求項11】

前記導電性接合シートは、４００℃～１０００℃の融点を有する第１導電性材料で形成される、請求項１０に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項12】

前記第１導電性材料は金属を有する、請求項１１に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項13】

前記第１導電性材料はＡｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｍｇ合金又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ合金を有する、請求項１１に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項14】

前記導電性プレートと前記電極プレートとの間の線膨張係数差は２ｐｐｍ／℃以下である、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項15】

前記導電性プレートはＭｏ又は金属基複合材料で形成される、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項16】

前記電極プレートはＳｉ又はＳｉＣで形成される、請求項１０～１５のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項17】

プラズマ処理装置で使用する上部電極アセンブリの製造方法であって、
電極プレート及び導電性プレートを提供する工程と、
前記電極プレートと前記導電性プレートとの間に導電性接合シートを挟む工程と、
ホットプレス又はＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）により前記導電性接合シートを介して前記電極プレートと前記導電性プレートとを接合する工程と、を有する、上部電極アセンブリの製造方法。

【請求項18】

前記電極プレートと前記導電性プレートとを接合する工程は、４００℃～１０００℃の接合温度で行われる、請求項１７に記載の上部電極アセンブリの製造方法。

【請求項19】

前記導電性接合シートはＡｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｍｇ合金又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ合金を有する、請求項１７又は１８に記載の上部電極アセンブリの製造方法。

【請求項20】

前記導電性プレートはＭｏ又は金属基複合材料で形成される、請求項１７～１９のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリの製造方法。

【請求項21】

前記電極プレートはＳｉ又はＳｉＣで形成される、請求項１７～２０のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリの製造方法。

【請求項22】

プラズマ処理装置で使用する上部電極アセンブリの再生方法であって、
上部電極アセンブリを提供する工程であり、前記上部電極アセンブリは、導電性プレートと、第１の電極プレートと、前記導電性プレートと前記第１の電極プレートとを接合する第１の導電性接合シートとを含む、工程と、
前記上部電極アセンブリから前記第１の電極プレートを除去する工程と、
前記上部電極アセンブリから前記第１の導電性接合シートを除去する工程と、
前記上部電極アセンブリに含まれる前記導電性プレートと第２の電極プレートとの間に第２の導電性接合シートを挟む工程と、
ホットプレス又はＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）により前記第２の導電性接合シートを介して前記第２の電極プレートと前記導電性プレートとを接合する工程と、を有する、上部電極アセンブリの再生方法。

【請求項23】

前記第２の電極プレートと前記導電性プレートとを接合する工程は、４００℃～１０００℃の接合温度で行われる、請求項２２に記載の上部電極アセンブリの再生方法。

【請求項24】

前記第２の導電性接合シートはＡｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｍｇ合金又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ合金を有する、請求項２２又は２３に記載の上部電極アセンブリの再生方法。

【請求項25】

前記導電性プレートはＭｏ又は金属基複合材料で形成される、請求項２２～２４のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリの再生方法。

【請求項26】

前記第２の電極プレートはＳｉ又はＳｉＣで形成される、請求項２２～２５のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリの再生方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理装置、プラズマ処理装置で使用する上部電極アセンブリ、上部電極アセンブリの製造方法、及び、上部電極アセンブリの再生方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、プラズマ処理装置における、複合シャワーヘッド電極アセンブリの構成が開示されている。特許文献１では複合シャワーヘッド電極アセンブリを構成する複数の部材のうち、電極板とバッキング板との間に例えばシリコーンで形成される界面ゲルを配し、導電性を担保しつつ電極板の温度制御を行っている。

【0003】

また、特許文献２には、プラズマ処理装置の上部電極構造が開示されている。特許文献２に係る上部電極構造では、プラズマ処理空間に面する第１のプレートの温度制御を、その上方に位置する第２のプレートに冷媒用の流路を形成することで行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１２－５００４７１号公報

【特許文献2】特開２０１５－２１６２６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示にかかる技術は、処理チャンバへの入熱が増えた場合に、部材の接合に伴う熱抵抗を低減し上部電極アセンブリを構成する電極プレートの温調を効果的に行う。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、プラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、前記基板支持部内に配置される下部電極と、前記基板支持部の上方に配置され、少なくとも１つの冷媒入口及び少なくとも１つの冷媒出口を有し、ＲＦ電位又はＤＣ電位に接続される導電性部材と、上部電極アセンブリと、を備え、前記上部電極アセンブリは、前記導電性部材の下面に着脱可能に接続され、前記少なくとも１つの冷媒入口及び前記少なくとも１つの冷媒出口と連通する１又は複数の冷媒流路を有する導電性プレートと、前記導電性プレートの下方に配置される電極プレートと、前記電極プレートと前記導電性プレートとの間に配置される導電性接合シートと、を有する、プラズマ処理装置である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、処理チャンバへの入熱が増えた場合に、部材の接合に伴う熱抵抗を低減し上部電極アセンブリを構成する電極プレートの温調を効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】プラズマ処理システムの構成を模式的に示す説明図である。

【図2】上部電極アセンブリの一部を拡大して示す説明図である。

【図3】導電性プレートに導電性コート層を形成した場合の概略説明図である。

【図4】上部電極アセンブリの製造方法を示すフロー図である。

【図5】上部電極アセンブリの再生方法を示すフロー図である。

【図6】冷媒流路の具体的な形状の一例を示す説明図である。

【図7】冷媒流路の具体的な形状の一例を示す説明図である。

【図8】冷媒流路の具体的な形状の一例を示す説明図である。

【図9】冷媒流路の具体的な形状の一例を示す説明図である。

【図10】冷媒流路の具体的な形状の一例を示す説明図である。

【図11】冷媒流路の具体的な形状の一例を示す説明図である。

【図12】冷媒流路の具体的な形状の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

半導体デバイスの製造工程では、チャンバ中に供給された処理ガスを励起させてプラズマを生成することで、基板支持部に支持された半導体基板（以下、単に「基板」という。）に対して、エッチング処理、成膜処理、拡散処理などの各種プラズマ処理が行われる。これらプラズマ処理は、例えばチャンバ天部の一部を構成する上部電極アセンブリを備える、容量結合型（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）のプラズマ処理装置を用いて行われる。

【0010】

ここで、近年の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、基板表面に形成されるパターンの微細化の要求に伴い、プラズマ処理装置において、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源を高出力とし、例えば深堀のエッチング処理を行うことが求められている。しかしながら、深堀のエッチング処理では、エッチング時間の短縮やイオン直進性を向上させるといった観点から、更なるＲＦ出力の増加が求められ、それに伴うチャンバへの入熱が問題となる。

【0011】

チャンバへの入熱が過大となると、温度上昇によるエッチング副産物等の付着状況の変化や、チャンバ構造部材の熱による破損などが懸念される。このため、基板に対するプラズマ処理結果を均一に制御することや、チャンバ構造部材の破損を防止するといった観点から、プラズマ入熱に伴うチャンバの冷却性能向上が求められている。

【0012】

上述した特許文献１には、チャンバを構成する複合シャワーヘッド電極アセンブリ（上部電極アセンブリ）において、プラズマ暴露面に位置する電極板を界面ゲルを介して取り付け、密着性と熱伝導性の向上が図られている。また、上述した特許文献２では、上部電極構造における第１のプレートと第２のプレートとの間の吸着を静電吸着方式によって行い、密着性と熱伝導性の向上を図っている。

【0013】

しかしながら、上記特許文献１に記載の界面ゲルは例えばシリコーンで形成され、熱伝導率が低く熱抵抗が高いため、プラズマ入熱が過大となった場合には更なる熱伝導率の向上を図ることが求められる。また、界面ゲルがシリコーンで形成される場合、シリコーンは体積抵抗が高く、電極プレートとの電気接点を別に設ける必要があるといった課題がある。シリコーンにフィラー添加することで熱伝導率を改善することもできるが、密着性が悪化するため界面熱抵抗が増加し現実的ではない。また、上記特許文献２に記載の静電吸着方式を採用したとしても、チャンバへの入熱が過大である場合には熱抵抗低減効果が不十分であり、更なる改善の余地がある。

【0014】

本開示に係る技術は上記事情に鑑みてなされたものであり、チャンバへの入熱が過大となった場合であっても、上部電極アセンブリを構成する電極プレートの温調を従来に比べ効果的に行うことが可能な技術を提供するものである。以下、一実施形態にかかるプラズマ処理システム、及び本実施形態にかかるエッチング方法を含むプラズマ処理方法ついて、図面を参照しながら説明する。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要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0015】

＜プラズマ処理システム＞
先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理システムについて説明する。図１は本実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成の概略を示す縦断面図である。

【0016】

プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、上部電極アセンブリ１３を含む。上部電極アセンブリ１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、上部電極アセンブリ１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部を構成する導電性部材１０ｂ（ｃｅｉｌｉｎｇ）に取り付けられる。プラズマ処理チャンバ１０の内部には、上部電極アセンブリ１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓが形成される。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間１０ｓからガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。上部電極アセンブリ１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０とは電気的に絶縁される。

【0017】

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１の上面は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域１１１ａ（基板支持面）と、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂ（リング支持面）とを有する。環状領域１１１ｂは、平面視で中央領域１１１ａを囲んでいる。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含み、１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。

【0018】

一実施形態において本体部１１１は、基台１１３及び静電チャック１１４を含む。基台１１３は導電性部材を含む。基台１１３の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１４は、基台１１３の上面に配置される。静電チャック１１４の上面は前述の中央領域１１１ａ及び環状領域１１１ｂを有する。

【0019】

また、図示は省略するが、基板支持部１１は、リングアセンブリ１１２、静電チャック１１４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、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と静電チャック１１４の上面との間に伝熱ガス（バックサイドガス）を供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

【0020】

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

【0021】

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材（下部電極）及び／又は上部電極アセンブリ１３の導電性部材（上部電極）に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０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。また、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

【0022】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極及び／又は上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、下部電極及び／又は上部電極に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0023】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、下部電極に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック１１４内の吸着用電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、上部電極に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ、３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

【0024】

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

【0025】

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0026】

＜上部電極アセンブリ＞
次に、上述した上部電極アセンブリ１３、及び当該上部電極アセンブリ１３に付随するプラズマ処理装置１の構成要素について、図２を用いて説明する。図２は、上部電極アセンブリ１３の一部を拡大して示す説明図である。

【0027】

図２に示すように、一実施形態において上部電極アセンブリ１３は、基板支持部１１の上方に配置される導電性部材１０ｂの下面に取り付けられ、電極プレート１２０と導電性プレート１３０を含む。導電性部材１０ｂは、プラズマ処理チャンバ１０の天部を構成してもよく、プラズマ処理チャンバ１０の天部に取り付けられてもよい。電極プレート１２０と導電性プレート１３０は、導電性接合シート１４０を介して垂直方向に積層されている。換言すれば、上部電極アセンブリ１３は、下から電極プレート１２０、導電性接合シート１４０、導電性プレート１３０の順に積層されている。即ち、電極プレート１２０は、導電性プレート１３０の下方に配置されている。

【0028】

導電性部材１０ｂは例えばＡｌ（アルミニウム）等の導電性材料（第２導電性材料）で形成される。電極プレート１２０は例えばＳｉ、ＳｉＣで形成され、その下面はプラズマ処理空間１０ｓに露出している。即ち、電極プレート１２０は、プラズマ処理空間１０ｓにおいて生成されるプラズマに暴露されるプラズマ暴露面を有する。電極プレート１２０はプラズマ処理における上部電極として機能する。電極プレート１２０には、厚み方向（垂直方向）に貫通して複数のガス導入口１３ａが形成されている。ガス導入口１３ａは、導電性部材１０ｂの内部に形成されたガス拡散空間１３ｂ及びガス供給口１３ｃを介してガス供給部２０に接続されており、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに導入するように構成される。

【0029】

導電性部材１０ｂは、電極プレート１２０、導電性接合シート１４０、導電性プレート１３０を含む上部電極アセンブリ１３をその脱着面１３７において脱着自在（脱着可能）に支持する導電性支持体として機能する。上部電極アセンブリ１３は、固定ユニットにより導電性部材１０ｂに固定される。固定ユニットには、例えば特開２０１６－１８７６８号公報や特開２０１６－１８７６９号公報に記載の吊り上げ式、例えばＵＳ２００９／００９５４２４Ａ１に記載のねじ止め式、例えばＵＳ２０２１／００３２７５２Ａ１に記載の接着式のような種々の手法が適用され得る。

【0030】

導電性部材１０ｂの内部には少なくとも１つのガス拡散空間１３ｂと、少なくとも１つのガス供給口１３ｃが形成されている。ガス拡散空間１３ｂ及びガス供給口１３ｃはガス供給部２０に接続されており、上述したように、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスを電極プレート１２０に形成されたガス導入口１３ａを介してプラズマ処理空間１０ｓに導入するように構成される。

【0031】

導電性プレート１３０は、プラズマ入熱に起因して温度が変動する電極プレート１２０をターゲット温度に調節するように構成される少なくとも１つの冷媒流路１３１を内部に有している。冷媒流路１３１には、導電性部材１０ｂを挿通し、その上部の流路入口１３３と流路出口１３４を介し装置外部のチラー（図示せず）との間で循環するブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、導電性部材１０ｂは、上面及び下面を有する。導電性部材１０ｂは、その上面に少なくとも１つの冷媒入口１３３及び少なくとも１つの冷媒出口１３４を有する。導電性部材１０ｂは、少なくとも１つの冷媒入口１３３から導電性部材１０ｂの下面まで貫通する少なくとも１つの第１の冷媒流路を有する。導電性部材１０ｂは、その下面から少なくとも１つの冷媒出口１３４まで貫通する少なくとも１つの第２の冷媒流路を有する。そして、導電性プレート１３０は、少なくとも１つの第１の冷媒流路を介して少なくとも１つの冷媒入口１３３と連通し、少なくとも１つの第２の冷媒流路を介して少なくとも１つの冷媒出口１３４と連通する１又は複数の冷媒流路１３１を有する。なお、冷媒流路１３１の具体的な形状については図６～図１２を参照して後述する。また、導電性部材１０ｂは、ＲＦ電位又はＤＣ電位に接続される。一実施形態において、導電性部材１０ｂは、ＲＦ電源３１又はＤＣ電源３２に接続され。

【0032】

一実施形態において、導電性プレート１３０は、大きな押し付け力を付与することが可能な、靭性の高い導電性材料（第３導電性材料）で形成される。導電性部材１０ｂに固着させる際に、ねじトルクなどの応力が加わる場合があるためである。一実施形態において、導電性プレート１３０は、Ｍｏ（モリブデン）又はＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）と呼ばれる金属基複合材料で形成される。

【0033】

一実施形態において、導電性プレート１３０はＡｌ－Ｓｉ、ＡｌＮ、ＳｉＣといった高抵抗材料で形成される。その場合、導電性プレート１３０に導電性コート層１３９が形成される。図３は導電性プレート１３０に導電性コート層１３９を形成した場合の概略説明図である。図３に示すように、導電性コート層１３９は、導電性部材１０ｂと導電性接合シート１４０とを電気的に挿通させるように形成されれば良く、例えば、導電性プレート１３０の下面及び側面全面と上面の一部を覆うように形成されても良い。導電性コート層１３９は例えばアルミニウム等の導電性材料で形成される。

【0034】

一実施形態において、導電性接合シート１４０は、４００℃～１０００℃の融点を有する、いわゆる金属ロウと呼ばれる金属で形成される。一実施形態において、導電性接合シート１４０は、Ａｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｍｇ合金、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ合金で形成される。導電性接合シート１４０による導電性プレート１３０と電極プレート１２０との接合は例えばホットプレス又はＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）と呼ばれるガス圧による加圧処理により行われる。従って、電極プレート１２０は、他の固定手段を伴うことなく導電性接合シート１４０を介して導電性プレート１３０に接合される。

【0035】

電極プレート１２０は例えばＳｉ、ＳｉＣ電極である。即ち、電極プレート１２０は、Ｓｉ又はＳｉＣで形成される。例えばプラズマを用いたエッチング処理では、電極プレート１２０はプラズマ暴露面となるため使用に伴う経時的な剥離や劣化、エッチング副産物の付着などに伴い適宜、再生、交換が必要となる。また、当然、プラズマ処理開始時においても、新たな電極プレート１２０を用意する必要がある。この電極プレート１２０を含む上部電極アセンブリ１３の製造方法、再生方法については図４、５を参照して後述する。

【0036】

一実施形態において、導電性プレート１３０と電極プレート１２０との間の線膨張係数差は２ｐｐｍ／℃以下である。導電性接合シート１４０を接合層として導電性プレート１３０と電極プレート１２０を接合するに際し、導電性プレート１３０と電極プレート１２０との接合不良やスクラッチ等によるパーティクルの発生を抑えるためである。両者の線膨張係数差が２ｐｐｍ／℃を超えると、導電性接合シート１４０の接合温度（溶融温度、Ａｌ－Ｓｉ系ロウであれば５５０℃）を起点とし、常温までの線膨張差に応じた熱応力が接合界面に働き、破損してしまう恐れがある。また、電極プレート１２０に比べ導電性接合シート１４０の厚みは小さく構成される。

【0037】

＜プラズマ処理装置による基板の処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１における基板Ｗの処理方法の一例について説明する。なお、プラズマ処理装置１においては、基板Ｗに対して、エッチング処理、成膜処理、拡散処理などの各種プラズマ処理が行われる。

【0038】

先ず、プラズマ処理チャンバ１０の内部に基板Ｗが搬入され、基板支持部１１の静電チャック１１４上に基板Ｗが載置される。次に、静電チャック１１４の吸着用電極に電圧が印加され、これにより、静電力によって基板Ｗが静電チャック１１４に吸着保持される。

【0039】

静電チャック１１４に基板Ｗが吸着保持されると、次に、プラズマ処理チャンバ１０の内部が所定の真空度まで減圧される。次に、ガス供給部２０から上部電極アセンブリ１３を介してプラズマ処理空間１０ｓに処理ガスが供給される。また、第１のＲＦ生成部３１ａからプラズマ生成用のソースＲＦ電力が下部電極に供給され、これにより、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、第２のＲＦ生成部３１ｂからバイアスＲＦ電力が供給されてもよい。そして、プラズマ処理空間１０ｓにおいて、生成されたプラズマの作用によって、基板Ｗにプラズマ処理が施される。

【0040】

ここで、基板Ｗのプラズマ処理に際しては、プラズマ処理空間１０ｓに隣接して配置された上部電極アセンブリ１３の電極プレート１２０が、プラズマ入熱により温度変動する。そして、このように電極プレート１２０に温度変動が生じた場合、基板Ｗに対するプラズマ処理結果が面内不均一になるおそれがある。

【0041】

そこで本実施形態においては、導電性プレート１３０に内包された冷媒流路１３１による電極プレート１２０の温度制御を行う。具体的には、例えばプラズマ入熱により電極プレート１２０の温度が上昇した際に冷媒流路１３１の内部に伝熱流体を通流させることで導電性プレート１３０の温度を低下させる。これにより電極プレート１２０から導電性プレート１３０への伝熱を促進して電極プレート１２０の温度を低下させる。

【0042】

ここで本実施形態にかかる上部電極アセンブリ１３においては、電極プレート１２０、導電性接合シート１４０、導電性プレート１３０をこの順に積層し、いわゆる金属ロウと呼ばれる金属接合によって電極プレート１２０と導電性プレート１３０を接合している。このため本実施形態においては、電極プレート１２０と導電性プレート１３０の積層方向である垂直方向への伝熱が促進され、電極プレート１２０の温度制御を効果的に行うことができる。

【0043】

プラズマ処理を終了する際には、第１のＲＦ生成部３１ａからのソースＲＦ電力の供給及びガス供給部２０からの処理ガスの供給が停止される。プラズマ処理中にバイアスＲＦ電力を供給していた場合には、当該バイアスＲＦ電力の供給も停止される。

【0044】

次いで、静電チャック１１４による基板Ｗの吸着保持が停止され、プラズマ処理後の基板Ｗ、及び静電チャック１１４の除電が行われる。その後、基板Ｗを静電チャック１１４から脱着し、プラズマ処理装置１から基板Ｗを搬出する。こうして一連のプラズマ処理が終了する。

【0045】

＜上部電極アセンブリの製造方法ならびに再生方法＞
図４は上述した上部電極アセンブリ１３の製造方法を示すフロー図であり、図５は上部電極アセンブリ１３の再生方法を示すフロー図である。

【0046】

図４に示すように、本実施形態に係る上部電極アセンブリ１３の製造方法は以下のように行われる。先ず、工程Ｓ１１に示すように、電極プレート１２０及び導電性プレート１３０が提供される。そして、工程Ｓ１２に示すように、電極プレート１２０と導電性プレート１３０との間に導電性接合シート１４０を挟む。この状態で工程Ｓ１３に示すように、ホットプレスあるいはＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）といった手段により導電性接合シート１４０を溶融させ、電極プレート１２０と導電性プレート１３０とを金属接合させる。このようにして上部電極アセンブリ１３が製造される。

【0047】

また、図５に示すように、本実施形態に係る上部電極アセンブリ１３の再生方法は以下のように行われる。先ず、工程Ｓ２１に示すように、使用済みの上部電極アセンブリ１３が回収される。そして回収された上部電極アセンブリ１３において、導電性プレート１３０の破損確認が行われ、破損していない場合に、以降の工程が実施される。即ち、工程Ｓ２２に示すように、回収された上部電極アセンブリ１３において残存する使用済みの電極プレート１２０（ここでは第１の電極プレートとする）が除去される。電極プレート１２０の除去は研削による機械加工又は導電性接合シート１４０への加熱による剥離によって行われても良い。

【0048】

そして、工程Ｓ２３に示すように、残存する使用済みの導電性接合シート１４０（ここでは第１の導電性接合シートとする）が除去される。導電性接合シート１４０の除去はブラスト加工によって行われても良い。ここで、導電性プレート１３０に導電性コート層１３９を形成していた場合には、導電性コート層１３９の除去も併せて行っても良い。

【0049】

次いで、工程Ｓ２４に示すように、新しい電極プレート１２０（ここでは第２の電極プレートとする）と、新しい導電性接合シート１４０（ここでは第２の導電性接合シートとする）が用意される。そして、既存の導電性プレート１３０と第２の電極プレート１２０との間に第２の導電性接合シート１４０を挟む。そして、工程Ｓ２５に示すように、ホットプレスあるいはＨＩＰといった手段により第２の導電性接合シート１４０を溶融させ、第２の電極プレート１２０と既存の導電性プレート１３０とを金属接合させる。このようにして、既存の導電性プレート１３０を用い、新たな電極プレート１２０（第２の電極プレート）を備えた上部電極アセンブリ１３が完成する。

【0050】

＜冷媒流路の形状＞
上述したように、本実施形態に係る上部電極アセンブリ１３を構成する導電性プレート１３０は、プラズマ入熱に起因して温度が変動する電極プレート１２０をターゲット温度に調節するように構成される少なくとも１つの冷媒流路１３１を内部に有している。冷媒流路１３１の形状や構成は電極プレート１２０のプラズマ暴露面に要求される温度分布に応じて任意に設計できる。以下にその一例を説明する。

【0051】

図６～図１２は冷媒流路１３１の具体的な形状の一例を示す説明図である。図６～図１２（ａ）は流路を平面視で見た図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ－Ａ断面で見た際の流路の一部拡大図である。なお、図６～図１２には、冷媒流路１３１の始点（Ｓ）と終点（Ｇ）を図示している。

【0052】

冷媒流路１３１は、例えば図６に示すように始点と終点がほぼ同じ位置である一筆書き形状を有しても良い。また、図７に示すように、始点と終点が異なる位置である一筆書き形状を有しても良い。また、図８、９に示すように、始点と終点がそれぞれ複数あるような同心円状の複数流路で構成されても良い。また、図１０に示すように、所定の幾何学的な形状を有する複数流路を設けた構成でも良い。また、図１１に示すように、放射状の流路でも良い。

【0053】

また、図１２に示すように、噴出流方式の微細な流路を複数形成し、それぞれの流路において冷媒の流れ（図１２（ｂ）矢印参照）を作り出し温調を行っても良い。

【0054】

＜本開示の技術の作用効果＞
以上の実施形態では、上部電極アセンブリ１３において電極プレート１２０と導電性プレート１３０との接合を、例えば金属接合である導電性接合シート１４０を用いた接合方法によって行っている。これにより、接合に伴う界面の熱抵抗を大幅に低減することが可能となり、電極プレート１２０の温調を効果的に行うことができる。また、電極プレート１２０と導電性プレート１３０との接合を金属接合とすることで、両者の間の電気的接点を得ることが可能となる。

【0055】

また、以上の実施形態では、上部電極アセンブリ１３は電極プレート１２０、導電性接合シート１４０、導電性プレート１３０から構成され、導電性部材１０ｂは上部電極アセンブリ１３を脱着面１３７において脱着自在に支持している。これにより、プラズマ処理時に電極プレート１２０の経時的な剥離や劣化、エッチング副産物の付着などに伴い再生、交換が必要になった場合であっても、既存の導電性プレート１３０を再利用し、且つ、容易に電極プレート１２０の再生、交換を行うことができる。

【0056】

また、以上の実施形態に係る上部電極アセンブリ１３においては、導電性プレート１３０の内部に冷媒流路１３１を有した構成を採っている。これにより、例えば導電性部材１０ｂの内部に冷媒流路を有していたような従前の構成に比べ、電極プレート１２０の温調を効果的に行うことができる。加えて、冷媒流路１３１を脱着自在な導電性プレート１３０の内部に設けているため、冷媒流路１３１の形状を電極プレート１２０のプラズマ暴露面に要求される温度分布に応じて部材を脱着させるといった簡単な方法で変更することが可能である。

【0057】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0058】

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｂ 導電性部材
１０ｓ プラズマ処理空間
１３ 上部電極アセンブリ
１２０ 電極プレート
１３０ 導電性プレート
１３１ 冷媒流路
１３３ 冷媒入口
１３４ 冷媒出口
１４０ 導電性接合シート
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】