特開 2023-4397 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

(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】P2023004397

(43)【公開日】2023-01-17

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230110BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20230110BHJP

   C23C 16/52 20060101ALI20230110BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

H01L21/68 R

C23C16/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021106027

(22)【出願日】2021-06-25

(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】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】江崎 匠大

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 雅典

(72)【発明者】

【氏名】山田 和人

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K030EA06

4K030FA03

4K030GA02

4K030HA12

4K030JA10

4K030JA16

4K030KA39

5F004BA09

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB28

5F004CA04

5F004CA06

5F004CB12

5F131AA02

5F131BA19

5F131CA03

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB78

5F131EB81

(57)【要約】

【課題】本開示は、基板支持部に載置される基板の温度制御性の改善技術を提供する。
【解決手段】基台と、基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、前記基板支持面の温度を調整可能なヒータと、前記基板支持面の温度を測定するための温度センサと、前記ヒータに供給する電力を調整する電力調整部と、制御部と、を備えるプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法であって、前記基板支持面の設定温度を第１温度に設定する工程と、前記プラズマの生成前に、前記電力調整部が前記ヒータに供給する第１電力を測定する工程と、前記プラズマの生成後に、前記電力調整部が前記ヒータに供給する第２電力を測定する工程と、前記第１電力と前記第２電力に基づいて、前記プラズマからの入熱量を算出する工程と、前記算出した入熱量及び前記基板支持部と前記温度センサとの間の熱抵抗に基づき、前記第１温度を第２温度に補正する工程と、を含むプラズマ処理方法。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基台と、
前記基台上に配置され、基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、
前記基板支持部の内部に配置され、前記基板支持面の温度を調整可能なヒータと、
前記基板支持面の温度を測定するための温度センサと、
前記ヒータに供給する電力を調整する電力調整部と、
を備えるプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法であって、
前記基板支持面の温度を第１温度に設定する工程と、
前記電力調整部から前記ヒータに電力を供給する工程と、
プラズマの生成前に、前記温度センサによって測定される前記基板支持面の温度が前記第１温度で安定したときに、前記電力調整部が前記ヒータに供給する第１電力を測定する工程と、
前記プラズマの生成後に、前記温度センサによって測定される前記基板支持面の温度が前記第１温度で安定した時に、前記電力調整部が前記ヒータに供給する第２電力を測定する工程と、
前記第１電力と前記第２電力に基づいて、前記プラズマからの入熱量を算出する工程と、
前記算出した入熱量、及び前記基板支持部又は前記基板と前記温度センサとの間の熱抵抗に基づき、前記第１温度を第２温度に補正する工程と、
を含む、プラズマ処理方法。

【請求項2】

前記基板支持部は、誘電体製の本体と、前記本体内に設けられた電極とを含む、
請求項１に記載のプラズマ処理方法。

【請求項3】

前記温度センサは、前記ヒータよりも前記基台側に配置される、
請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理方法。

【請求項4】

前記基板支持部は、複数の領域を有し、
前記複数の領域ごとに前記ヒータを備える、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項5】

前記複数の領域ごとに、前記温度センサを更に備える、
請求項４に記載のプラズマ処理方法。

【請求項6】

前記電力調整部は、前記温度センサにより測定した温度が設定した設定温度になるように、前記ヒータに供給する電力を調整する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項7】

前記基台上に配置され、環状部材を支持するリング支持面を有するリング支持部と、
前記環状部材の温度を調整可能な第２ヒータと、
前記リング支持面の温度を測定するための第２温度センサと、
前記第２ヒータに供給する電力を調整する第２電力調整部と、
を備え、
前記リング支持面の温度を第３温度に設定する工程と、
前記第２電力調整部から前記第２ヒータに電力を供給する工程と、
前記プラズマの生成前に、前記第２温度センサによって測定される前記リング支持面の温度が前記第３温度で安定したときに、前記第２電力調整部が前記第２ヒータに供給する第３電力を測定する工程と、
前記プラズマの生成後に、前記第２温度センサによって測定される前記リング支持面の温度が前記第３温度で安定した時に、前記第２電力調整部が前記第２ヒータに供給する第４電力を測定する工程と、
前記第３電力と前記第４電力に基づいて、前記プラズマからの入熱量を算出する工程と、
前記算出した入熱量、及び前記リング支持部又は前記環状部材と前記温度センサとの間の熱抵抗に基づき、前記第３温度を第４温度に補正する工程とを含む、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項8】

前記リング支持部は、前記基板支持部と別体に設けられる、
請求項７に記載のプラズマ処理方法。

【請求項9】

基台と、
前記基台上に配置され、環状部材を支持するリング支持面を有するリング支持部と、
前記環状部材の温度を調整可能な第２ヒータと、
前記リング支持面の温度を測定するための第２温度センサと、
前記第２ヒータに供給する電力を調整する第２電力調整部と、
を備えるプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法であって、
前記リング支持面の温度を第３温度に設定する工程と、
前記第２電力調整部から前記第２ヒータに電力を供給する工程と、
プラズマの生成前に、前記第２温度センサによって測定される前記リング支持面の温度が前記第３温度で安定したときに、前記第２電力調整部が前記第２ヒータに供給する第３電力を測定する工程と、
前記プラズマの生成後に、前記第２温度センサによって測定される前記リング支持面の温度が前記第３温度で安定した時に、前記第２電力調整部が前記第２ヒータに供給する第４電力を測定する工程と、
前記第３電力と前記第４電力に基づいて、前記プラズマからの入熱量を算出する工程と、
前記算出した入熱量、及び前記リング支持部又は前記環状部材と前記第２温度センサとの間の熱抵抗に基づき、前記第３温度を第４温度に補正する工程と、
を含む、プラズマ処理方法。

【請求項10】

前記第２温度センサは、前記第２ヒータよりも前記基台側に配置される、
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項11】

前記リング支持部は、複数の領域を有し、
前記複数の領域ごとに前記第２ヒータを備える、
請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

【請求項12】

前記複数の領域ごとに、前記第２温度センサを更に備える、
請求項１１に記載のプラズマ処理方法。

【請求項13】

基台と、
前記基台上に配置され、基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、
前記基板支持部内に配置され、前記基板支持面の温度を調整可能なヒータと、
前記基板支持面の温度を測定するための温度センサと、
前記ヒータに供給する電力を調整する電力調整部と、
プラズマを生成するためのプラズマ生成部と、
制御部と、
を備えるプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
前記基板支持面の設定温度を第１温度に設定する工程と、
前記電力調整部に前記ヒータに電力を供給させる工程と、
前記プラズマの生成前に、前記温度センサによって測定される前記基板支持面の温度が前記第１温度で安定したときに、前記電力調整部に前記ヒータに供給する第１電力を測定させる工程と、
前記プラズマの生成後に、前記温度センサによって測定される前記基板支持面の温度が前記第１温度で安定した時に、前記電力調整部に前記ヒータに供給する第２電力を測定させる工程と、
前記第１電力と前記第２電力に基づいて、前記プラズマからの入熱量を算出する工程と、
前記算出した入熱量、及び前記基板支持部又は前記基板と前記温度センサとの間の熱抵抗に基づき、前記第１温度を第２温度に補正する工程と、を実行する、
プラズマ処理装置。

【請求項14】

前記温度センサは、前記ヒータよりも前記基台側に配置される、
請求項１３に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、支持部材と、基台を備える載置台が開示されている。支持部材は、ヒータを有する載置領域と、載置領域を囲む外周領域を有する。特許文献１には、複数のヒータが載置領域にも配置され、それぞれのヒータに個別に調整された電力が供給され、載置領域の複数の部分領域の温度が個別に調整されることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－００１６８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、基板支持部に保持される基板の温度制御性の改善技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、基台と、前記基台上に配置され、基板を支持する基板支持面を有する基板支持部と、前記基板支持部の内部に配置され、前記基板支持面の温度を調整可能なヒータと、前記基板支持面の温度を測定するための温度センサと、前記ヒータに供給する電力を調整する電力調整部と、を備えるプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法であって、前記基板支持面の設定温度を第１温度に設定する工程と、前記電力調整部から前記ヒータに電力を供給する工程と、前記プラズマの生成前に、前記温度センサによって測定される前記基板支持面の温度が前記第１温度で安定したときに、前記電力調整部が前記ヒータに供給する第１電力を測定する工程と、前記プラズマの生成後に、前記温度センサによって測定される前記基板支持面の温度が前記第１温度で安定した時に、前記電力調整部が前記ヒータに供給する第２電力を測定する工程と、前記第１電力と前記第２電力に基づいて、前記プラズマからの入熱量を算出する工程と、前記算出した入熱量及び前記基板支持部と前記温度センサとの間の熱抵抗に基づき、前記第１温度を第２温度に補正する工程と、を含むプラズマ処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示は、基板支持部に保持される基板の温度制御性の改善技術を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の一例の構成例を説明する図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の処理について説明する図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るプラズマ処理装置について、プラズマが生成していない状態での熱の流れを説明する図である。

【図4】図４は、本実施形態に係るプラズマ処理装置について、プラズマが生成している状態での熱の流れを説明する図である。

【図5】図５は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ処理方法について説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示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。なお、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

【0009】

平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

【0010】

以下に、プラズマ処理装置の構成例について図１を用いて説明する。

【0011】

容量結合プラズマ処理装置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、基板支持体１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持体１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持体１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持体１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、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。シャワーヘッド１３及び基板支持体１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

【0012】

基板支持体１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台１１５及び基板支持部１１６を含む。基板支持部１１６は、例えば、誘電体製の本体と本体内に設けられた電極を含む静電チャックである。また、基板支持部１１６は、リングアセンブリ１１２を保持するリング支持部としてもよい。基板支持部１１６は、接着剤層１１７を介して基台１１５に固定される。基台１１５は、導電性部材を含む。基台１１５の導電性部材は下部電極として機能する。基板支持部１１６は、基台１１５の上に配置される。基板支持部１１６の上面は、基板支持面１１１ａを有する。基板支持部１１６は、内部に基板支持面１１１ａの温度を調整可能なヒータ１１８（図２参照）を含む。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。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。また、図示は省略するが、基板支持体１１は、基板支持部１１６、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも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、基板支持体１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱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。基板支持体１１は、基板支持部１１６のヒータ１１８よりも基台１１５側に、基板支持面１１１ａの温度を測定するための温度センサ１５０を備える。なお、基板支持部１１６は、基板支持面１１１ａとリング支持面１１１ｂとが一体となっているが、基板支持面１１１ａを有する基板支持部と、リング支持面１１１ｂを有するリング支持部とを別体に備えるようにしてもよい。

【0013】

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

【0014】

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

【0015】

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、基板支持体１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材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信号を基板支持体１１の導電性部材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。

【0016】

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基板支持体１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、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～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持体１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。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基板支持体１１の導電性部材に結合され、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、基板支持体１１の導電性部材に供給される。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。

【0017】

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、基板支持体１１の導電性部材に接続され、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、基板支持体１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、基板支持部１１６内の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、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、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、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。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。

【0018】

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内の圧力が調整される。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。

【0019】

プラズマ処理装置１は、制御部２を含む。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。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。

【0020】

＜本実施形態に係るプラズマ処理方法＞
本実施形態に係るプラズマ処理方法について説明する。図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１の処理について説明する図である。具体的には、図２は、プラズマ処理装置１の基板支持体１１の部分断面を示す。

【0021】

基板支持体１１は、基台１１５と、基板支持部１１６と、を備える。基板支持部１１６は、接着剤層１１７を介して基台１１５に取り付けられる。

【0022】

基台１１５は、金属により形成される基台本体１１５ａと、基台本体１１５ａの内部に設けられる流路１１５ｃと、を備える。流路１１５ｃには、設定された温度に調節されたブライン等の冷媒が流れる。

【0023】

流路１１５ｃを流れる冷媒を熱交換することにより、基台１１５は、設定された温度に調整される。そして、基台１１５に取り付けられた基板支持部１１６は、基台１１５により冷却される。

【0024】

基板支持部１１６は、内部にヒータ１１８を備える。ヒータ１１８は、基板支持面１１１ａに載置される基板を加熱する。

【0025】

基板支持体１１は、温度センサ１５０を備える。温度センサ１５０は、ヒータ１１８よりも基台１１５側に配置されてよい。温度センサ１５０は、基板支持面１１１ａの温度を測定する。

【0026】

ヒータ１１８と温度センサ１５０は、電力調整部２００に接続される。電力調整部２００は、温度センサ１５０で検出された温度が、制御部２により設定された設定温度Ｔｓｅｔになるように、ヒータ１１８に供給する電力を調整する。電力調整部２００は、ヒータ１１８に供給する電力を、例えば、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により、温度センサ１５０で検出された温度が設定温度Ｔｓｅｔになるように制御する。

【0027】

ここで、プラズマ処理装置１において、プラズマが生成していない場合と、プラズマが生成している場合における熱の流れについて説明する。

【0028】

図３は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１について、プラズマが生成していない状態での熱の流れを説明する図である。図４は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１について、プラズマが生成している状態での熱の流れを説明する図である。

【0029】

図３及び図４は、基板支持部１１６の表面Ｓｅ（基板支持面１１１ａ）から流路１１５ｃの表面Ｓｃまでの熱の流れをモデル化した図である。

【0030】

基板支持部１１６の表面Ｓｅから流路１１５ｃの表面Ｓｃの間には、表面Ｓｅとヒータ１１８との間の熱抵抗Ｒｓｈと、ヒータ１１８と温度センサ１５０との間の熱抵抗Ｒｈｔと、温度センサ１５０と流路１１５ｃまでの熱抵抗Ｒｔｃと、があるとする。また、表面Ｓｅの温度を温度Ｔｓ、ヒータ１１８の温度を温度Ｔｈ、温度センサ１５０の温度を温度Ｔｔ、流路１１５ｃの温度、すなわち、流路１１５ｃを流れる冷媒の温度を温度Ｔｃとする。

【0031】

なお、熱抵抗Ｒｓｈ、熱抵抗Ｒｈｔ及び熱抵抗Ｒｔｃは、設計値や実測値により既知であるとする。

【0032】

流路１１５ｃの冷媒は、熱容量が十分大きいと考えられることから、ヒータ１１８から流入する熱を吸収しても、温度Ｔｃは一定と考えることができる。

【0033】

図３のプラズマが生成していない状態において、熱的に平衡状態になったときには、表面Ｓｅの温度Ｔｓとヒータ１１８の温度Ｔｈは等しくなる。このとき、電力調整部２００は、温度センサ１５０の温度Ｔｔが設定温度になるように、ヒータ１１８に供給する電力を調整する。

【0034】

ヒータ１１８から供給された熱量Ｑｈｔｒ１は、熱抵抗Ｒｈｔと熱抵抗Ｒｔｃを通って、表面Ｓｃから冷媒に流出する。

【0035】

一方、図４のプラズマが生成している状態では、表面Ｓｅから熱量Ｑｒｆが流入する。熱量Ｑｒｆは、熱抵抗Ｒｓｈ、熱抵抗Ｒｈｔ及び熱抵抗Ｒｔｃを順に通過して表面Ｓｃから流出する。また、電力調整部２００は、温度センサ１５０の温度Ｔｔが設定温度になるように、ヒータ１１８に供給する電力を調整する。

【0036】

温度センサ１５０の設定温度を、プラズマが生成していない状態と生成している状態とで同じ温度Ｔｔとすると、熱量Ｑｈｔｒ２は、プラズマから熱量Ｑｒｆが流入する分だけ熱量Ｑｈｔｒ１より小さくなる。すなわち、熱量Ｑｈｔｒ２は、式１のように表される。

【0037】

【数1】

【0038】

プラズマが生成している状態では、表面Ｓｅの温度Ｔｓと温度センサ１５０の温度Ｔｔの間には、式２に示す温度差ΔＴ（ケルビン）が生じる。

【0039】

【数2】

なお、式２では、例えば、熱量ＱｒｆをＱｒｆ（ワット）、熱量Ｑｈｒｔ２をＱｈｒｔ２（ワット）、熱抵抗ＲｈｔをＲｈｔ（ケルビン／ワット）、熱抵抗ＲｓｈをＲｓｈ（ケルビン／ワット）とする。

【0040】

なお、プラズマが生成していない状態では、表面Ｓｅの温度Ｔｓと温度センサ１５０の温度Ｔｔの間には、式３に示す温度差ΔＴ０（ケルビン）が生じる。しかしながら、熱抵抗Ｒｈｔ及び熱量Ｑｈｔｒ１は既知であることから、温度差ΔＴ０を補正することは可能である。

【0041】

【数3】

なお、式３では、例えば、熱量Ｑｈｒｔ１をＱｈｒｔ１（ワット）、熱抵抗ＲｈｔをＲｈｔ（ケルビン／ワット）とする。

【0042】

本実施形態に係るプラズマ処理方法では、プラズマが発生している状態において、表面Ｓｅの温度が所望の温度になるように、ヒータ１１８に供給する電力を補正する。

【0043】

図５は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１のプラズマ処理方法について説明するフローチャートである。なお、処理を開始する段階では、プラズマが生成していない状態であるとする。

【0044】

最初に、制御部２は、電力調整部２００の設定温度Ｔｓｅｔ、すなわち、基板支持面１１１ａの設定温度Ｔｓｅｔを第１温度Ｔ１に設定する（ステップＳ１０）。次に、制御部２は、電力調整部２００を制御し、電力調整部２００からヒータ１１８に電力を供給する（ステップＳ２０）。制御部２は、電力調整部２００からヒータ１１８に電力を供給してから、温度センサ１５０による測定温度が設定温度Ｔｓｅｔである第１温度Ｔ１に安定するまで待機する。

【0045】

なお、温度センサ１５０で測定した温度が第１温度Ｔ１になったという判定は、温度センサ１５０で測定した温度が、第１温度Ｔ１に完全に一致する場合に限らず、例えば、温度センサ１５０で測定した温度が、第１温度Ｔ１を含む制御範囲に含まれる場合も含む。

【0046】

温度センサ１５０による測定温度が第１温度Ｔ１に安定すると、制御部２は、電力調整部２００を制御し、電力調整部２００がヒータ１１８に供給する第１電力Ｐ１を測定する（ステップＳ３０）。なお、ステップＳ１０、ステップＳ２０及びステップＳ３０は、プラズマが生成していない状態で、すなわち、プラズマ生成前に、実行される。

【0047】

次に、制御部２は、ガス供給部２０から処理ガスを供給し、電源３０からＲＦ電力を供給して、すなわち、プラズマ生成部を制御して、プラズマを生成する（ステップＳ４０）。そして、制御部２は、プラズマの生成を開始してから、温度センサ１５０で測定した温度が第１温度Ｔ１に安定するまで待機する。温度センサ１５０による測定温度が第１温度Ｔ１に安定すると、制御部２は、電力調整部２００を制御し、電力調整部２００がヒータ１１８に供給する第２電力Ｐ２を測定する（ステップＳ５０）。なお、ステップＳ５０は、プラズマが生成している状態で、すなわち、プラズマ生成後に、実行される。

【0048】

次に、制御部２は、第１電力Ｐ１と第２電力Ｐ２に基づいて、プラズマが生成している状態において、単位時間あたりにプラズマから入熱する入熱量Ｑｉｎを算出する（ステップＳ６０）。第１電力Ｐ１をヒータ１１８に供給したときにヒータ１１８が発生する単位時間あたりの熱量を熱量Ｑ１、第２電力Ｐ２をヒータ１１８に供給したときにヒータ１１８が発生する単位時間あたりの熱量を熱量Ｑ２とすると、入熱量Ｑｉｎは式４で表される。

【0049】

【数4】

【0050】

ヒータ１１８の電力の算出方法について説明する。例えば、電力調整部２００は、ヒータ１１８をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御で電力制御するとする。最初に、電力調整部２００がヒータ１１８に直流電圧を供給する場合について説明する。ヒータ１１８のヒータ抵抗をＲｈｔｒ（オーム）、電力調整部２００から電力を供給する際の直流電圧をＶｓｕｐ（ボルト）、ＰＷＭ制御を行う際のデューティ比をｐ（％）、ヒータ１１８から出力される単位時間あたりの熱量をＰｈｔｒ（ワット）とすると、ヒータ１１８から出力される電力は、式５で表される。

【0051】

【数5】

【0052】

式５により算出した電力を用いて、ヒータ１１８から発生する単位時間あたりの熱量を計算する。

【0053】

次に、電力調整部２００がヒータ１１８に交流電圧を供給する場合について説明する。ヒータ１１８のヒータ抵抗をＲｈｔｒ（オーム）、電力調整部２００から電力を供給する際の交流電圧の振幅をＶｓｕｐ２（ボルト）、ＰＷＭ制御を行う際のデューティ比をｐ（％）、ヒータ１１８から出力される単位時間あたりの熱量をＰｈｔｒ（ワット）とすると、ヒータ１１８から出力される電力は、式６で表される。なお、ｃｏｓθは力率を表す。

【0054】

【数6】

【0055】

式６により算出した電力を用いて、ヒータ１１８から発生する単位時間あたりの熱量を計算する。

【0056】

また、補正前の設定温度ＴｓｅｔをＴｓｅｔ１（℃）、補正後の設定温度ＴｓｅｔをＴｓｅｔ２（℃）とすると、設定温度Ｔｓｅｔ２は式７のように表される。

【0057】

【数7】

なお、式７では、例えば、熱量Ｑ１をＱ１（ワット）、入熱量ＱｉｎをＱｉｎ（ワット）、熱抵抗ＲｈｔをＲｈｔ（ケルビン／ワット）、熱抵抗ＲｓｈをＲｓｈ（ケルビン／ワット）とする。

【0058】

なお、基板支持部１１６の表面Ｓｅとヒータ１１８との間の熱抵抗Ｒｓｈ及びヒータ１１８と温度センサ１５０との間の熱抵抗Ｒｈｔは、基板支持部１１６と温度センサ１５０との間の熱抵抗の一例である。

【0059】

さらに、基板支持面１１１ａに載置したウェハの温度を制御したい場合には、ウェハの熱抵抗をＲｗ（ケルビン／ワット）、ウェハと基板支持面１１１ａとの接触熱抵抗をＲｃｏｎ（ケルビン／ワット）、補正後の設定温度ＴｓｅｔをＴｓｅｔｗ（℃）とすると、設定温度Ｔｓｅｔｗは式８のように表される。

【0060】

【数8】

なお、式８では、例えば、熱量Ｑ１をＱ１（ワット）、入熱量ＱｉｎをＱｉｎ（ワット）、熱抵抗ＲｈｔをＲｈｔ（ケルビン／ワット）、熱抵抗ＲｓｈをＲｓｈ（ケルビン／ワット）とする。

【0061】

なお、基板支持部１１６の表面Ｓｅとヒータ１１８との間の熱抵抗Ｒｓｈ、ウェハの熱抵抗Ｒｗ、ウェハと基板支持面１１１ａとの接触熱抵抗Ｒｃｏｎ及びヒータ１１８と温度センサ１５０との間の熱抵抗Ｒｈｔは、基板Ｗと温度センサ１５０との間の熱抵抗の一例である。

【0062】

なお、上記の説明では、基板支持面１１１ａについて説明したが、リングアセンブリ１１２の環状部材を支持する環状領域（リング支持面）１１１ｂについても同様の処理を行うことによって、リングアセンブリ１１２の環状部材の温度を所望の温度に調整できる。

【0063】

例えば、本体部１１１の環状領域１１１ｂに、ヒータ（第２ヒータ）及び当該ヒータ（第２ヒータ）に電力を供給する電力調整部（第２電力調整部）と、リング支持面１１１ｂの温度を測定する温度センサ（第２温度センサ）と、含むようにしてもよい。

【0064】

また、上記の説明では、基板支持部１１６が有するヒータ１１８及び温度センサ１５０の個数については言及していないが、ヒータ１１８及び温度センサ１５０は複数であってもよい。すなわち、基板支持部１１６は、複数の領域を有し、複数の領域ごとにヒータ１１８と温度センサ１５０を備えるように構成されてもよい。また、本体部１１１の環状領域１１１ｂが第２ヒータを備える場合も同様に、環状領域１１１ｂは、複数の領域を有し、複数の領域ごとに第２温度センサを備えるように構成されてもよい。

【0065】

＜作用・効果＞
本開示のプラズマ処理装置１によれば、プラズマが生成している状態において、基板支持部に載置される基板の温度制御性を改善することができる。

【0066】

今回開示された本実施形態に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において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、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0067】

１ 容量結合プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持体
２０ ガス供給部
３０ 電源
１１１ 本体部
１１１ａ 基板支持面
１１１ａ 中央領域（基板支持面）
１１１ｂ 環状領域（リング支持面）
１１２ リングアセンブリ
１１５ 基台
１１５ａ 基台本体
１１５ｃ 流路
１１６ 基板支持部
１１７ 接着剤層
１１８ ヒータ
１５０ 温度センサ
２００ 電力調整部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】