特開 2025-4083 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】P2025004083

(43)【公開日】2025-01-14

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20250106BHJP

   H05B 3/20 20060101ALI20250106BHJP

   H01L 21/683 20060101ALN20250106BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101D

H01L21/302 101G

H05B3/20 309

H01L21/68 R

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024171915

(22)【出願日】2024-10-01

(62)【分割の表示】P 2023553646の分割

【原出願日】2022-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】兵藤 友昭

(72)【発明者】

【氏名】中谷 信太郎

(72)【発明者】

【氏名】一野 貴雅

(72)【発明者】

【氏名】田中 優貴

(57)【要約】      （修正有）

【課題】マルチゾーンのヒータ層（ヒータ線）の電極を安全、低コスト、かつ、容易に作るプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理室、その上面にウエハが載置される円筒形の試料台、試料台の円板形状を有した基材の上面を覆う誘電体製の膜の内部に配置され、夫々が矩形形状を有する複数の領域ＣＨ１～４の各々に配置された複数の膜状のヒータ８０１を備えた第１のヒータ層及び領域の下方の基材の内部に配置された複数の温度センサを備え、複数の領域は、半導体回路パターンに対応して配置されたものであって、矩形形状の１つの辺同士を隣接する領域と向かい合わせて配置された４つの領域を含み、膜状のヒータを１つの集合として、各々の一箇所に電気的に接続され直流電源からの電力を供給する４つの給電経路６０１及び各々の膜状のヒータの別の箇所に電気的に接続され電力が直流電源に帰還する１つの戻り経路７０１と、を備える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内部に配置され内側に処理対象のウエハが配置されてプラズマが形成される処理室と、
この処理室内に配置され、その上面に前記ウエハが載置される円筒形を有した試料台と、
前記試料台の円板形状を有した基材の上面を覆う誘電体製の膜の内部に配置された第１のヒータ層であって、各々が矩形形状を有する複数の領域の各々に配置された複数の膜状のヒータを備えた第１のヒータ層と、
この第１のヒータ層の前記矩形形状の領域の下方の前記基材の内部に配置された複数の温度センサと、を備え、
前記複数の領域は、前記ウエハ上面に形成された複数個の半導体デバイスの回路パターンに対応して配置されたものであって、前記複数の領域の各々が前記矩形形状の１つの辺同士を隣接する領域と向かい合わせて配置された４つの領域を含み、
当該４つの領域の各々に配置された前記膜状のヒータを１つの集合として、当該集合の前記膜状のヒータの各々の一箇所に電気的に接続され直流電源からの電力を供給する４つの給電経路及び当該各々の前記膜状のヒータの別の箇所に電気的に接続され前記電力が前記直流電源に帰還する１つの戻り経路と、を備えた、プラズマ処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
第２のヒータ層を備え、
前記第２のヒータ層は、前記誘電体製の膜の内部であって、前記第１のヒータ層の上方で、前記試料台の前記基材の上面の中心から外周側へ向かう径方向について複数の半径上で前記中心の周りに同心状に配置された円形の領域及びこれの外周を囲むリング状の領域を含む３つ以上の径方向の領域の各々に配置された複数の膜状のヒータを備える、プラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記戻り経路は、導電性の材料から構成され、接地電位にされた前記基材に接続されたプラズマ処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
上方から見て相互に隣接する前記４つの領域の各々の４つの角部が隣接する箇所に前記戻り経路が配置され、
前記４つの領域の各々は当該戻り経路が接続された角部の対角の位置の角部に前記給電経路が接続されたプラズマ処理装置。

【請求項5】

請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の温度センサからの出力に応じて前記第１のヒータ層を構成する前記膜状のヒータの出力を調節する制御部を備えたプラズマ処理装置。

【請求項6】

請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の温度センサからの出力に応じて前記第１のヒータ層を構成する前記複数の前記膜状のヒータの出力を調節する制御部を備え、
各々の前記膜状のヒータが４つの給電経路の各々に接続された少なくとも１箇所の電位が当該各々の前記膜状のヒータが１つの戻り経路に接続された箇所の電位より低くされたプラズマ処理装置。

【請求項7】

請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の温度センサからの出力に応じて前記矩形形状の領域の１つの上方に位置する前記第２のヒータ層のヒータの出力を維持しつつ前記第１のヒータ層の前記矩形形状の領域の１つの内に配置された前記膜状のヒータの出力を調節する制御部を備えたプラズマ処理装置。

【請求項8】

請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第２のヒータ層の前記複数の膜状のヒータの厚さが前記第１のヒータ層２０２の前記複数の膜状のヒータの厚さより大きいプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、真空容器内部の処理室内の試料台の上面に半導体ウエハ等の基板状の試料を配置し、当該処理室内に処理ガスを供給して形成したプラズマを用いて前記試料を処理するプラズマ処理装置に係り、特に、前記試料台の上面を覆う誘電体製の膜内に複数の膜状のヒータを備えてこれらヒータにより前記試料の温度を調節しつつ処理するプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理装置においては、半導体ウエハ（以降、単にウエハとも言う）などの板状の試料の表面に形成された膜が複数積層されている所謂多層膜をエッチング処理する時間を短縮するために、上下に隣り合う膜を同一の処理室内で、かつこれらの膜の各々の処理の間に処理室外にウエハを取り出すことなく処理することが行われている。

【0003】

このような処理では、処理室内に配置された試料台の温度を適した温度に調整してウエハを処理することが重要である。このため、プラズマ処理装置の試料台にはヒータが内蔵され、ウエハを加工する場合、加工に適した温度に調整し、加工精度を高めることが行われている。

【0004】

このようなプラズマ処理装置の一例としては、特開２００７-６７０３６号公報（特許文献１）に開示のものが従来から知られていた。本従来技術では、真空容器内部の処理室内に配置された試料台を構成する金属製の円板または円筒形状を有する基材の内部に、冷媒が内側を通流し同心状に多重に配置された冷媒流路と金属製の円板または円筒形状を有する基材上部に溶射によりリング状のヒータ膜を形成されており、エッチング条件ごとにウエハ面内の温度分布を変化させることができるプラズマ処理装置が開示されている。

【0005】

さらに、このようなプラズマ処理装置の従来技術の別の例としては、特開２０１７-１５７８５５号公報（特許文献２）に開示のものが知られている。本従来技術は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台を構成する金属製の円板または円筒形状を有する基材の内部に、冷媒が内側を通流し同心状に多重に配置された冷媒流路と金属製の円板または円筒形状を有する基材上部に同心円形状の第１ヒータエレメントと前記第１ヒータエレメントより分割数が多く、発熱量の小さい第２ヒータエレメントが配置されたプラズマ処理装置が開示されている。この従来技術では、試料台上に配置される半導体ウエハの温度制御をしつつ半導体ウエハを処理することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７-６７０３６号公報

【特許文献2】特開２０１７-１５７８５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来技術において、多数のヒータを配置し電極の温度制御行うことを考えると、次の課題が生じる。給電用と電流リターン用の穴で各ゾーンにつき合計２つの穴が必要であり、ゾーン数の増加につれ穴の配置が困難になる。また、仮に配置できたとしても多量の穴を開けるのに高コストかつ加工が難しい。

【0008】

本開示は、マルチゾーンのヒータ層（ヒータ線）の電極が安全かつ低コスト、容易に作る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、
真空容器内部に配置され内側に処理対象のウエハが配置されてプラズマが形成される処理室と、
この処理室内に配置され、その上面に前記ウエハが載置される円筒形を有した試料台と、
前記試料台の円板形状を有した基材の上面を覆う誘電体製の膜の内部に配置された第１のヒータ層であって、各々が矩形形状を有する複数の領域の各々に配置された複数の膜状のヒータを備えた第１のヒータ層と、
この第１のヒータ層の前記矩形形状の領域の下方の前記基材の内部に配置された複数の温度センサと、を備え、
前記複数の領域は、前記ウエハ上面に形成された複数個の半導体デバイスの回路パターンに対応して配置されたものであって、前記複数の領域の各々が前記矩形形状の１つの辺同士を隣接する領域と向かい合わせて配置された４つの領域を含み、
当該４つの領域の各々に配置された前記膜状のヒータを１つの集合として、当該集合の前記膜状のヒータの各々の一箇所に電気的に接続され直流電源からの電力を供給する４つの給電経路及び当該各々の前記膜状のヒータの別の箇所に電気的に接続され前記電力が前記直流電源に帰還する１つの戻り経路と、を備えた。

【0010】

つまり、基材にリターン電流を集める手法をとる。具体的には、基材上にビア加工を行い、ヒータ層と基材をタングステンのビア配線により接続することで、ヒータの戻り電流を基材にまとめることが可能になる。

【発明の効果】

【0011】

本開示の一態様によるプラズマ処理装置によれば、マルチゾーンのヒータ層（ヒータ線）の電極が安全かつ低コスト、容易に作ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。

【図2】図１に示すプラズマ処理装置の試料台の構成の一部を模式的に示す断面図である。

【図3】図２に示すプラズマ処理装置の試料台の構成の一部を模式的に示部分拡大断面図である。

【図4】試料台内にある第２のヒータの一例を示す図である。

【図5】試料台内にある第１のヒータの一例を示す図である。

【図6】グリッドヒータの給電部、リターン部の配置図である。

【図7】４つのグリッドヒータのセットの拡大図である。

【図8】４つのグリッドヒータとその給電部における極性反転の一例の図である。

【図9】図５で説明した矩形の領域５０１の４つの角部（第１角部ｃｎａ、第２角部ｃｎｂ、第３角部ｃｎｃ、第４角部ｃｎｄ）と４つの辺（第１辺ＳＬ１、第２辺ＳＬ２、第３辺ＳＬ３、第４辺ＳＬ４）と、図７の４つの領域（第１領域ＣＨ１、第２領域ＣＨ２、第３領域ＣＨ３，第４領域ＣＨ４）との関係を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本開示の実施の形態を図面を用いて説明する。
以下、本開示の実施の形態を図１～図８を用いて説明する。図１は、実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す断面図である。特に、図１は、プラズマを形成するための電界としてマイクロ波の電界を用いて、上記マイクロ波の電界と磁界とのＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を生起してプラズマを形成し、上記プラズマを用いて半導体ウエハなどの基板状の試料をエッチング処理するプラズマエッチング装置を示している。
図１に示すプラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）１００について説明する。プラズマエッチング装置１００は、プラズマが形成される処理室１０４を内部に備えた真空容器１０１を有している。真空容器１０１は、円筒形状を有した上部が開放されており、その上部にマイクロ波を導入するための誘電体窓１０３（例えば石英製）が蓋部材として配置され、内部と外部とが気密に区画された処理室１０４が形成されている。
また、真空容器１０１の下部には真空排気口１１０が配置され、真空容器１０１の下方に配置されて接続された真空排気装置（図示省略）と連通されている。さらに、真空容器１０１の上部の蓋部材を構成する誘電体窓１０３の下面の下方には、処理室１０４の天井面を構成するシャワープレート１０２が設けられている。シャワープレート１０２は、中央部に配置された複数のガス導入孔１０２ａを有しており、この複数のガス導入孔１０２ａを通してエッチング処理用のガスが処理室１０４に導入される。シャワープレート１０２は、例えば石英などの誘電体製の円板である。

【0014】

また、真空容器１０１の外側の上方の箇所にはプラズマ１１６を生成するための電界および磁界を形成する電界・磁界形成部１６０が配置されている。電界・磁界形成部１６０は、以下の構成を含んでプラズマエッチング装置１００に備えられている。すなわち、電界・磁界形成部１６０には、誘電体窓１０３の上方に配置され、かつプラズマ１１６を生成するための所定の周波数の高周波電界を処理室１０４内に供給するため電界が内部を伝送される導波管１０５が配置されている。さらに、導波管１０５の内部を伝送される電界は、電界発生用電源１０６において発振されて形成される。上記電界の周波数は、特に限定されないが、本実施の形態では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が使用される。
また、処理室１０４の誘電体窓１０３の上方および処理室１０４の円筒形状部を構成する真空容器１０１の側壁および導波管１０５の下端部の外周側のそれぞれには、磁場を形成する磁場発生コイル１０７がこれらを囲んだ状態で配置されている。そして、電界発生用電源１０６より発振されたマイクロ波の電界は、導波管１０５の内部を伝播して誘電体窓１０３およびシャワープレート１０２を透過して処理室１０４に上方から供給される。さらに、磁場発生コイル１０７が生起して処理室１０４内に供給された磁界との相互作用により、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を生起する。そして、シャワープレート１０２のガス導入孔１０２ａを介して処理室１０４内に導入された処理用のガスの原子または分子を励起、解離させることにより、処理室１０４内に高密度のプラズマ１１６が生成される。

【0015】

また、処理室１０４の下部であり、かつプラズマ１１６が形成される空間の下方には、試料台を構成するウエハ載置用電極（第１の電極）１２０が設けられている。なお、ウエハ載置用電極１２０は、試料（処理対象）である半導体ウエハ（以降、単にウエハとも言う）１０９が載せられる載置面１２０ａを備えている。そして、ウエハ載置用電極１２０は、その載置面１２０ａが、シャワープレート１０２または誘電体窓１０３に対向するように配置されている。ウエハ載置用電極１２０は、その上面１２０ｂが、載置面１２０ａを構成する誘電体膜１４０で被覆されている。誘電体膜１４０の内部には、図１に示す高周波フィルタ１２５を介して直流電源１２６と接続された静電吸着用の複数の導電体膜（静電吸着用電極）１１１が配置されている。ここで、導電体膜１１１は、試料台の載置面１２０ａを構成しており、静電気による半導体ウエハ吸着用の直流電力が内部に供給される膜状の静電吸着用電極である。その際、導電体膜１１１は、複数の膜状の電極の一方と他方とが異なる極性が付与される双極であってもよく、または同じ極性が付与される単極でもよいが、本実施の形態では単極として示されている。

【0016】

また、高周波フィルタ１２５より静電吸着用電極（導電体膜１１１）に近い箇所に高周波電源（第１の高周波電源）１２４と整合器１２９が配置されており、これら高周波電源１２４や整合器１２９は、ウエハ載置用電極１２０の内部に配置された導電体製の円形または円筒形状を有した電極基材１０８と接続されている。なお、高周波電源１２４は、接地１１２に接続されている。そして、電極基材１０８に高周波電源１２４からの所定の周波数の高周波電力（第１の高周波電力）が供給され、ウエハ１０９の処理中に、ウエハ載置用電極１２０の上面上に吸着されて保持されたウエハ１０９の上方にバイアス電位が形成される。言い換えると、上記試料台は、プラズマ１１６が形成されている間に高周波電源１２４から高周波電力（第１の高周波電力）が供給されるウエハ載置用電極（第１の電極）１２０を有している。

【0017】

電極基材１０８の内部には、伝達される熱を除去してウエハ載置用電極１２０を冷却するために、電極基材１０８またはウエハ載置用電極１２０の上下方向の中心軸周りに螺旋状または同心状に多重に冷媒流路１５２が配置されている。この冷媒流路１５２には、電極基材１０８を冷却する冷却用の冷媒が流れる。

【0018】

さらに、ウエハ載置用電極１２０の上部の外周側には、載置面１２０ａの外周側でこの上部を囲んで配置された凹み部１２０ｄが配置されている。この凹み部１２０ｄの試料台の載置面１２０ａより高さが低く形成されたリング状の上面には、石英あるいはアルミナなどのセラミクスといった誘電体製のリング状部材であるサセプタリング１１３が載せられて配置されている。サセプタリング１１３の上面が凹み部１２０ｄに載せられた状態で、サセプタリング１１３の上面はウエハ載置用電極１２０の載置面１２０ａより高くなる寸法を有している。なお、サセプタリング１１３は、ウエハ載置用電極（試料台）１２０の載置面１２０ａの外周部に配置されており、かつウエハ載置用電極１２０の表面を覆っている。具体的には、サセプタリング１１３は、凹み部１２０ｄの上面および凹み部１２０ｄの円筒形の側壁面、ならびに凹み部１２０ｄの下方のウエハ載置用電極（試料台）１２０の円筒形の側壁面を覆うように構成されている。

【0019】

このようなプラズマエッチング装置１００では、真空容器１０１の側壁に連結された別の真空容器である真空搬送容器の内部の処理室１０４と同様の圧力まで減圧された真空搬送室内において、処理前のウエハ１０９が、真空搬送室内に配置されたウエハ搬送用のロボットのアーム先端上に載せられる。そして、真空搬送室と処理室１０４との間を連通する通路であるゲートが真空搬送室内に配置されたバルブの動作により開放され、上記処理前のウエハ１０９は、上記ロボットのアーム先端上に載せられた状態で処理室１０４内に搬送される。さらに、処理室１０４内のウエハ載置用電極１２０の載置面１２０ａの上方まで搬送されたウエハ１０９は、リフトピンの上下の移動により上記リフトピン上に受け渡され、さらに載置面上に載せられた後、直流電源１２６から印加される直流電力により形成された静電気力によってウエハ載置用電極１２０の載置面１２０ａに吸着されて保持される。

【0020】

この状態で、エッチング処理用のガスは、マスフローコントローラ（図示省略）によりその流量または速度が調節されて誘電体窓１０３と石英製のシャワープレート１０２の間のすき間の空間に導入され、この空間内で拡散した後、シャワープレート１０２のガス導入孔１０２ａを通して処理室１０４に導入される。その後、真空排気装置の動作により、真空排気口１１０を通して処理室１０４内のガスや粒子が排気される。シャワープレート１０２のガス導入孔１０２ａからのガスの供給量と真空排気口１１０からの排気量とのバランスに応じて、処理室１０４内がウエハ１０９の処理に適した範囲内の所定の値に調整される。

【0021】

また、ウエハ１０９が吸着保持されている間、ウエハ１０９とウエハ載置用電極１２０の載置面１２０ａである誘電体膜１４０の上面との間のすき間には、誘電体膜１４０の上面の図示しない開口からＨｅ（ヘリウム）などの熱伝達性を有したガスが供給され、これによりウエハ１０９とウエハ載置用電極１２０との間の熱伝達が促進される。なお、所定の範囲内の温度に調節された冷媒がウエハ載置用電極１２０の電極基材１０８内に配置された冷媒流路１５２内を通流して循環することで、ウエハ載置用電極１２０または電極基材１０８の温度はウエハ１０９が載置される前に予め調節されている。したがって、熱容量の大きなウエハ載置用電極１２０または電極基材１０８との間で熱伝達がされることで、処理前にウエハ１０９の温度はこれらの温度に近接するように調節され、処理の開始後もウエハ１０９からの熱が伝達されてウエハ１０９の温度が調節される。

【0022】

この状態で、処理室１０４内にマイクロ波の電界と磁界とが供給されてガスを用いてプラズマ１１６が生成される。プラズマ１１６が形成されると、電極基材１０８に高周波電源１２４から高周波（ＲＦ）バイアス電力が供給され、ウエハ１０９の上面の上方にバイアス電位が形成されてプラズマ１１６の電位との間の電位差に応じてプラズマ１１６内のイオンなどの荷電粒子がウエハ１０９の上面に誘引される。さらに、上記荷電粒子が、ウエハ１０９の上面に予め配置されたマスクおよび処理対象の膜層を含む膜構造の上記処理対象の膜層表面と衝突してエッチング処理が行われる。エッチング処理中は、処理室１０４内に導入された処理用のガスや処理中に発生した反応生成物の粒子が真空排気口１１０から排気される。
そして、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００では、プラズマ処理中に、上記試料台に設けられ、かつ弾性を有する導電部材を備えた後述する給電コネクタ１６１を介して高周波電源（第２の高周波電源）１２７から上記試料台の外周部の上部に配置された導体リング（第２の電極）１３１に第２の高周波電力を供給する。

【0023】

本実施の形態のウエハ載置用電極１２０では、高周波電源（第２の高周波電源）１２７から発生した交流高電圧は、負荷の整合器１２８と負荷インピーダンス可変ボックス１３０を介してサセプタリング１１３内に配置された導電体製の導体リング（第２の電極）１３１に導入される。この構成により、好適なインピーダンスの値に調節された負荷インピーダンス可変ボックス１３０と、サセプタリング１１３の上部に配置された相対的に高いインピーダンス部分との組み合わせで、高周波電源１２７から電極基材１０８を通してウエハ１０９の外周縁部までの高周波電力に対するインピーダンスの値を相対的に低くする。これにより、ウエハ１０９の外周側部分および外周縁部に高周波電力を効果的に供給し、外周側部分または外周縁部での電界の集中を緩和してプラズマ中のイオンなどの荷電粒子を所望の方向でウエハ１０９上面に誘引することができる。高周波電源１２７は、接地１１２に接続されている。なお、本実施の形態での高周波電源１２７の周波数は、好ましくは高周波電源１２４と同じか定数倍の値に設定される。

【0024】

次に図１、２、３を用いて、本実施の形態に係る試料台１２０の構成を詳細に説明する。図２は図１に示すプラズマ処理装置の試料台の構成の一部を模式的に示す断面図である。
図３は図２に示すプラズマ処理装置の試料台の構成の一部を模式的に示部分拡大断面図である。

【0025】

本実施の形態において、図２に示す試料台１２０の内部に配置され、かつ円板形状または円筒形状の基材１０８は、チタンあるいはアルミニウムまたはこれらの化合物などの金属製の材料から構成されており、接地電極Ｓと電気的に接続されるとともに図１に示す真空容器１００の壁面と導通可能に連結されて接地電位に固定されている。基材１０８は、中央部にウエハ１０９がその上に載せられる凸部と、上記凸部の外周側でリング状に配置されて凸部を囲みその上面の高さが低く形成された凹部と、を備えている。そして、これら凸部と凹部との間は、凸部の外周の側壁を構成する段差部を備えている。リング状の凹部には、上述の通り、セラミクス材料から構成されたサセプタリング１１３が載せられる。

【0026】

基材１０８の凸部部分の平坦な上面にはセラミクスなどの誘電体材料から構成された膜である誘電体膜２０１が配置されている。さらに、この誘電体膜２０１の膜層の上層には導電性材料から構成された膜状の電極であって直流電力が供給されて発熱する複数の第１のヒータ膜(第１のヒータ層とも言う）２０２が、基材１０８の上面の複数の領域を覆って配置されている。つまり、基材１０８の上面には誘電体膜２０１が配置され、さらにこの誘電体膜２０１の上層には膜状のヒータであるヒータ膜２０２が形成されている。

【0027】

ヒータ膜２０２はさらに上層の誘電体膜２０３に覆われ、ヒータ膜２０２の周囲が誘電体製の部材（誘電体膜２０３）で囲まれている。本実施の形態の試料台１２０は、誘電体膜２０１の上部に配置されているヒータ膜２０２を覆う誘電体膜２０３の上層に前記と同構造の導電性材料から構成された膜状の電極であって直流電力が供給されて発熱する複数の第２のヒータ膜(第２のヒータ層とも言う）２０４が、基材１０８の上面の複数の領域を覆って配置されている。さらに前記ヒータ膜を覆うように誘電体膜２０５が配置されている。つまり基材１０８の上面に誘電体膜２０１、２０３で囲まれた第１のヒータ膜２０２が配置され、さらにこの上面に前記と同様に誘電体膜２０３，２０５で囲まれた第２のヒータ膜２０４が配置されている。

【0028】

これら複数のヒータ膜２０２、２０４の各々は、コントローラからの指令信号に応じて動作が調節される直流電源３１４，３１５と給電ケーブル（給電線、給電経路）３１６，３１７を介して接続されており、直流電源３１４，３１５により直流電力が供給可能なように構成されている。すなわち、給電ケーブル３１６，３１７は、ヒータ膜２０２、２０４とこのヒータ膜２０２、２０４に直流電力を供給する直流電源３１４，３１５とを電気的に接続するケーブルである。ただし、給電ケーブル３１６，３１７は、高周波電力用のフィルタは備えていない。このように、本実施の形態の試料台１２０の上面に配置された誘電体膜２０１の内部は、各々の領域（ゾーン）毎に発熱量曳いては誘電体膜２０１の上面の温度を調節可能な複数の第１のヒータ膜２０２（マルチゾーンヒータという）とその上層に上面の温度を調整可能な複数の第２のヒータ膜２０４を有した構成を備えている。

【0029】

本実施形態の試料台１２０は基材１０８の上面に誘電体膜２０１、２０３で囲まれた第１のヒータ膜２０２が配置され、さらにこの上面に前記と同様に誘電体膜２０３，２０５で囲まれた第２のヒータ膜２０４が配置されている。さらに誘電体膜２０５の上面に上方および周縁部の外周を囲んで配置された膜状の導電性を有する部材であるシールド膜２０６を備えており、ヒータ膜２０２，２０４がシールド膜２０６によって囲まれた（覆われた）構造となっている。言い換えると、ヒータ膜２０２、２０４がシールド膜（導体膜）２０６によって囲まれた構造が、誘電体膜２０１、２０３，２０５の一部を構成する誘電体材料によって内包されている。そして、シールド膜２０６は、基材１０８と電気的に接続されており、これにより、シールド膜２０６は基材１０８と同じく接地電位に固定され、その結果、ヒータ膜２０２、２０５への高周波の流入を抑制することができる。

【0030】

さらに、シールド膜２０６の上面は、誘電体膜２０７が配置されており、この誘電体製材料の部材の上部に静電吸着用の電極および高周波バイアス形成のための高周波電力が供給される電極である電極膜２０８が配置されている。つまり、電極膜２０８は、導電体製の材料から構成された膜であり、所定の周波数の高周波電力を供給する高周波バイアス電源３１３と電気的に接続されている。なお、電極膜２０４には、直流電源３１２も電気的に接続されており、直流電圧が印加されることで、試料台１２０の載置面に載せられたウエハ１０９を静電気によって吸着することができる。

【0031】

また、電極膜２０８の上面の上方には、試料台１２０の最上面であってウエハ１０８を載置する載置面を構成するセラミクス材料から構成された誘電体膜（静電吸着部材）２０９が、凸部の上面とその周囲の凹部および凸部の側壁である段差部を覆って配置されている。すなわち、試料台１２０の最上面には、シールド膜２０６上でこのシールド膜２０６上部に配置された静電気力によりウエハ１０９を吸着する電極膜（電極）２０８を備えた誘電体膜２０９が配置されている。

【0032】

また、試料台１２０は、凸部上の誘電体膜２０９の上面と基材１０８の底面との間を貫通する複数の貫通孔を備えている。これらの貫通孔は、その内部に上下に移動してウエハ１０９を下方から支持して試料台１２０の上面の上方で移動させるリフトピン（ピン）３１１を収納する複数のリフトピン貫通孔３０２と、誘電体膜２０９の上面とこれに載せられたウエハ１０９の裏面との間のすき間に供給されるＨｅなどの熱伝達性ガスが通流する熱伝達性ガス供給孔３０１とを含んでいる。リフトピン貫通孔３０２内に配置されたリフトピン３０１１は、ウエハ１０９を誘電体膜２０９の上面の上方で上昇または下降させるものである。ここで、複数のリフトピン貫通孔３０２は、誘電体膜２０９の上面に開口し、かつ誘電体膜２０１および誘電体膜２０３および誘電体膜２０５および誘電体膜２０６を貫通している。なお、試料台１２０の内部には、電極膜２０８に電力を印加するための給電用のケーブルおよびコネクタが内部に配置された静電吸着用給電孔３０３、第１のグリット形状ヒータ膜２０２に電力を供給する給電ケーブルおよびコネクタが内部に配置されたヒータ給電孔３０５、第２のリング形状ヒータ膜２０４に電力を供給する給電ケーブルおよびコネクタが内部に配置されたヒータ給電孔３０４が配置されている。

【0033】

これらの孔の基材１０８の内部を貫通する部分の内周の壁面は、誘電体材料あるいは絶縁性材料により構成された円筒形部材である絶縁ボス３０６，３０７、３０８、３０９、３１０が配置されている。すなわち、試料台１２０の基材１０８には、基材１０８の内部で基材１０８の内周壁面を構成し、かつ複数の貫通孔のそれぞれの内部に配置された絶縁材料からなる円筒形部材である絶縁ボス３０６，３０７、３０８、３０９、３１０が形成されている。これらの絶縁ボス３０６，３０７、３０８、３０９、３１０によって、ウエハ１０９の処理中に高周波電力による電界に曝される孔内部の空間での放電の発生を抑制することができる。これらの絶縁ボス３０６，３０７、３０８、３０９、３１０を構成する材料としてはアルミナやイットリアなどのセラミクス材料や樹脂材を用いることができる。

【0034】

なお、本実施例では、上記電界発生用電源１０６、磁場発生コイル１１７、高周波電源１２４、高周波フィルタ１２５、直流電源１２６、高周波電源１２７、整合器１２８，１２９、負荷インビーダンス可変ボックス１３０等の電界・磁界調節系、さらには、誘電体膜２０１内部の第１ヒータ膜２０２および第２のヒータ膜２０４に電力を供給する直流電源３１４，３１５、或いは、後述する真空排気装置やガス供給量を調節するマスフローコントローラ等の圧力調節系を構成する装置を含むプラズマエッチング装置１００の動作を調節する装置は、各々が出力や流量、圧力等の動作の状態を検知する検知器、またはウエハ載置用電極１２０の基材１０８内部に配置された複数の温度センサを備えると共に、制御部１７０と有線または無線による介して通信可能に接続されている。

【0035】

これら装置の各々に備えられた検知器から出力される当該動作の状態を示す信号が制御部１７０に伝達されると、制御部１７０の演算器は、制御部１７０内部の記憶装置に記憶されたソフトウエアを読み出してそのアルゴリズムに基づいて受信した検知器からの信号からその状態の量を検出し、これを適切な値に調節するための指令信号を算出して発信する。指令信号を受信した電界・磁界調節系あるいは圧力調節系等に含まれる装置は指令信号に応じて動作を調節する。

【0036】

図４は試料台内にある第２のヒータ膜の一例を示す図である。ヒータ配置４０１に関しては、試料台１２０内部の複数のリング形状の第２のヒータ膜２０４の構成の１例である。各々のヒータ膜２０４の内部にはヒータ線を有しており、目的としてはウエハ１０９をプラズマ処理中に反応生成物分布、プラズマ密度分布に応じ温度制御を実施することである。

【0037】

第２のヒータ層２０４は、複数の膜状のヒータ部４０１Ｈ（４０１Ｈ０，４０１Ｈ１，４０１Ｈ２，４０１Ｈ３）を備える。複数の膜状のヒータ部４０１Ｈ（４０１Ｈ０，４０１Ｈ１，４０１Ｈ２，４０１Ｈ３）は、誘電体製の膜（誘電体膜２０３，２０５）の内部であって、第１のヒータ層２０２の上方で、試料台１２０の基材１０８の上面の中心（１０８Ｃ）から外周（１０８Ｐ）側へ向かう径方向について複数の半径上で、中心周りに同心状に配置された円形の領域及び円形の領域の外周を囲むリング状の領域を含む３つ以上の径方向の領域（４Ｒ０，４Ｒ１，４Ｒ２，４Ｒ３）の各々に配置されている。

【0038】

図５は、本実施例に係るプラズマ処理装置の試料台が備える第１のヒータ膜の配置の例を示す図である。本実施例の膜状の第１のヒータ膜２０２は、基材１０８の円形の上面を複数の層を成して被覆する誘電体膜１４０内部に配置された金属製の膜状のヒータであって、上方から見て誘電体膜２０９上面に載せられたウエハ１０９の上面に予め形成される複数の半導体デバイスの回路パターンの各々に対応した複数の領域５０１内に配置されている。なお、円形を有する試料台１２０の基材１０８において、誘電体膜２０１の上面の外周縁部では、領域５０１は完全な矩形形状ではなく一部が円弧状の形状ＡＲＣを有している。

【0039】

第１のヒータ膜２０２は、プラズマ処理中において、ウエハ１０９に形成された半導体デバイスの回路パターン（ダイ、または、チップ領域とも言う）毎に温度調整するために設けられる。

【0040】

第１のヒータ膜２０２は、例えば、図５に拡大して示すように、矩形の領域５０１においては、矩形形状の外枠配線部５０１ＣＬと、外枠配線５０１ＣＬの内側に形成された内部配線部８０１とを有している。内部配線部８０１は、例えば、外枠配線部５０１ＣＬの４つの角部（第１角部ｃｎａ、第２角部ｃｎｂ、第３角部ｃｎｃ、第４角部ｃｎｄ）において、対向する一対の角部（ｃｎａ、ｃｎｃ）の間に接続されている。一対の角部（ｃｎａ、ｃｎｃ）は、対角の角部である。内部配線部８０１は、膜状のヒータ線であり、例えば、外枠配線部５０１ＣＬの対向する一対の角部（ＲＬＣ１、ＲＬＣ２）の間において、外枠配線部５０１ＣＬの内部の領域を全体的に加熱できるように、蛇行するヒータ配線(ミアンダ配線ともいう）により構成されている。外枠配線部５０１ＣＬは、第１角部ｃｎａと第２角部ｃｎｂとの間に設けられた第１辺ＳＬ１と、第２角部ｃｎｂと第３角部ｃｎｃとの間に設けられた第２辺ＳＬ２と、第３角部ｃｎｃと第４角部ｃｎｄとの間に設けられた第３辺ＳＬ３と、第４角部ｃｎｄと第１角部ｃｎａとの間に設けられた第４辺ＳＬ４と、を有する。第１辺ＳＬ１と第３辺ＳＬ３とが対向して設けられており、第１辺ＳＬ１と第３辺ＳＬ３との間に第２辺ＳＬ２とが設けられ、第２辺ＳＬ２に対向して第４辺ＳＬ４が設けられている。

【0041】

第１のヒータ膜２０２の外枠配線部５０１ＣＬは、誘電体膜２０１の上面を半導体デバイスのダイの形状に対応して、同等の間隔の平行で前後方向に延在する複数本の第１線分（ＲＬ）、および、これらの複数本の第１線分（ＲＬ）と垂直であって同等の間隔で前後方向に延在する複数本の第２線分（ＣＬ）によりグリッド形状に区切られた複数の矩形状の領域５０１の各々の内側で、上方から見て各領域５０１の外形に合わせた形状の矩形形状とされている。なお、誘電体膜２０１の上面の外周縁部では、領域５０１は完全な矩形形状ではなく一部が円弧状の形状ＡＲＣを有しているので、それに対応するように、外枠配線部５０１ＣＬは、円弧状の形状ＡＲＣの領域５０１の外形に合わせた形状とされている（これについては、図６を参照できる）。

【0042】

本実施例の第１のヒータ膜２０２の領域５０１の個数は図４に示す複数のリング形状の第２のヒータ膜２０４の領域４０１の個数よりも多い。領域４０１の個数が３～４０個であるのに対して、領域５０１の個数は１０～２００個にすることができる。各領域５０１内部には、第１のヒータ層２０２を構成する細い幅の金属製の薄膜が矩形状の外形の辺に沿って複数回水平方向に折り返され矩形状の膜状のヒータ線（８０１）が配置されている。

【0043】

本実施例では、プラズマ処理中に半導体デバイスのダイに対応した領域５０１の形状に沿って形成された複数個の膜状ヒータ（８０１）の各々に供給する電力を調節することで、ウエハ１０９の上面のウエハ１０９の半導体デバイスのダイの各々に対応した箇所毎にウエハ１０９の温度を精度良く調節することができる。特に、製造される半導体デバイスのダイの個々に応じて調節することにより、ウエハ１０９に対するエッチング処理の結果のばらつきを低減することが可能である。ここで、第２のヒータ層２０４により構成される複数の膜状のヒータの膜の厚さは、第１のヒータ層２０２により構成される複数の膜状のヒータ８０１の膜の厚さより、大きい（厚い）構成とされている。

【0044】

図５に示すウエハ１０９の半導体デバイスのダイに対応する第１のヒータ膜２０２の各ヒータゾーン（５０１）毎に、その下方の基材１０８の内部に温度センサＴＳが複数配置されている。複数の温度センサＴＳと制御部１７０との間は、例えば、金属配線等により電気的に接続されており、複数の温度センサＴＳが計測して検出した温度の値は、金属配線を介して、制御部１７０へ送信されるように構成されている。

【0045】

当該温度センサＴＳからの出力を受けた制御部１７０が内部の記憶装置内に格納されたソフトウエアのアルゴリズムに沿って各ゾーン（５０１）に対応する基材１０８の上面あるいは誘電体膜２０１の表面の温度を検出する。そして、制御部１７０は、さらに、検出された温度に基づいて、同様に読み出したソフトウエアのアルゴリズムに沿って各ゾーン（５０１）のヒータ線（８０１）へ供給される直流電力の量を調節して、各ゾーン（５０１）のヒータ線（８０１）の発熱量あるいは基材１０８の上の加熱量を調節する。つまり、制御部１７０は、複数の温度センサＴＳからの出力に対応する検出された温度に基づいて、各ゾーン（領域５０１）の第１のヒータ層（２０２）を構成する膜状のヒータ線（８０１）の発熱量あるいは基材１０８の上の加熱量が目的とする所望の発熱量あるいは所望の加熱量となるように、フィードバック制御する構成とされている。

【0046】

なお、本実施例では、フィードバック制御するヒータ線（８０１）は、第１のヒータ膜２０２である。第２のヒータ膜２０４は、各ウエハ１０９またはウエハ１０９上面の膜構造の種類毎、若しくは所定の枚数のウエハ１０９の纏まり（ロット）毎に、図４に示された円または円弧状の領域が連なったリング状の各ゾーン（４Ｒ０，４Ｒ１，４Ｒ２，４Ｒ３）のヒータへの予め定められた給電量が維持される。つまり、任意のウエハ１０９のプラズマ処理において、第２のヒータ膜２０４の発熱量が固定され、第１のヒータ膜２０２（ヒータ線８０１）の温度が、温度センサＴＳからの出力で得られた温度に応じて調整される構成である。言い換えると、制御部１７０は、複数の温度センサＴＳからの出力に応じて、半導体デバイスのダイに対応する矩形状の領域（領域５０１、図７，図８のＣＨ１－ＣＨ４）の１つの上方に位置する第２のヒータ層２０４のヒータの出力を維持しつつ、第１のヒータ層２０２の矩形状の領域（領域５０１、図７，図８のＣＨ１－ＣＨ４）の１つの内に配置された膜状のヒータ８０１の出力を調節する。

【0047】

次に図６を用いて本実施例の第一のグリッド状のヒータ（第１のヒータ膜２０２）の電流の供給部(６０１、以下、給電部ともいう)と帰還箇所(７０１、以下、電流リターン部ともいう）の配置方法についての説明を行う。図６は、図５に示す本実施例に係る試料台上の複数のグリッド上の領域に配置された第２のヒータおよび各ヒータへの給電部（６０１）と電流リターン部（７０１）の配置を模式的に示す上面図である。図６には、グリッドヒータ（第１のヒータ膜２０２）の配置と共に、給電部（６０１）と電流リターン部（７０１）の配置例が示されている。

【0048】

この配置方法の特徴としては、以下である。

【0049】

１）矩形の各グリッドの２つの対角の角部に供給部（６０１）または帰還箇所（７０１）の何れかのコネクタ部分(白丸○：帰還箇所（７０１）の接続領域、黒丸●：供給部（６０１）の接続領域）が配置されていることである。

【0050】

２）４つのグリッド状の領域５０１の集合であって、各々の領域５０１が当該集合に属する２つの領域と前後方向（図上上下方向）および左右方向（同左右方向）の各々の方向について矩形の１つの辺同士が向かい合って互いに隣接している４個の領域５０１の集合を１セット（ＳＥＴ１）として、当該１セット（ＳＥＴ１）当たりに１つの電流リターン部７０１と４つの給電部（給電経路とも言う）６０１とを備えている。すなわち、４つのグリッド状の領域５０１は前後左右方向について２つの領域５０１が連なって全体として矩形状を有する領域を構成し、その４つのグリッド状の領域５０１各々の角部であって全体の領域の中央部に電流リターン部（戻り経路とも言う）７０１が配置され、各領域５０１の給電部６０１は電流リターン部７０１の配置された角部の対角の箇所の角部に配置されている。つまり、４個のグリッド（１つのグリッドは領域５０１に対応する）を含む１セット（ＳＥＴ１）において、中央部に電流リターン部（７０１）が配置され、４つ角部に給電部（６０１）が配置される。言い換えると、４つの領域（ＣＨ１－ＣＨ４）の各々に配置された４つの膜状のヒータ８０１を１つの集合として、この集合の膜状のヒータ８０１の各々の一箇所（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に電気的に接続され直流電源からの電力を供給する４つの給電経路（給電部６０１）及び各々の膜状のヒータの別の箇所（Ｇ）に電気的に接続され前記電力が前記直流電源に帰還する１つの戻り経路（７０１）とが設けられる。

【0051】

３）このため、本実施例の各領域５０１内の第１のヒータ２０２には、４つの各々の領域５０１の角に配置された給電部６０１のコネクタと接続された箇所から４つの領域５０１の集合全体の領域（ＳＥＴ１）の中央もしくは中心に向けて電流が流れる。つまり、図６に矢印で示すように、４つの角（給電部６０１が配置されている角部）から中央（電流リターン部７０１が配置されている部分）に向けて電流が流れるように、もしくは、角（給電部６０１）から中心（電流リターン部７０１）に向けて電流が流れように、または、中央（電流リターン部７０１）から角（給電部６０１）に向けて電流が流れるように構成されている。

【0052】

４）格子状に配置された領域５０１を区画する前後および左右方向のグリッドの境界上で給電部６０１のコネクタ部分、電流リターン部７０１のコネクタ部分が２つの領域５０１の境界（角）毎に交互に配置される。

【0053】

５）本実施例では、グリッド状に区画された複数の領域５０１を前後、左右方向に区画する複数本の境界の各々の１本は、円形状を有した基材１０８または誘電体膜２０３の上面の中心を通って配置されている。しかし、円形状を有した誘電体膜２０３の外周縁部分では、相互に２つが隣接する４つの矩形状の領域５０１を１纏まりの集合として構成できないため、３つのグリッド状の領域５０１を１つのセットとして配置される。このような外周縁部での領域５０１または第２のヒータ膜２０２の集合は、２つまたは３つで構成されていて良い。つまり、４つのグリッドでセット（ＳＥＴ１）が形成できないヒータの外周縁部では、３つのグリッドのセット（ＳＥＴ２）で、供給部６０１のコネクタ部分と電流リターン部７０１のコネクタ部分が配置される。

【0054】

６）電流リターン部（７０１）のコネクタ部は、導電性の材料から構成され、接地されて電気的に接地電位にされる基材１０８とタングステンのビア配線により接続されている。この構成により、第１のヒータ膜２０２に供給された電流は、電流リターン部７０１を通して一定の電圧（接地電位）にされた基材１０８に流れる。第１のヒータ膜２０２に供給される電流を電源に戻すためのリターン経路を構成するケーブルを収納する貫通孔(穴）の数を減らして、試料台１２０またはプラズマ処理装置の製造の工数とコストとを低減することができる。つまり、リターン電流は基材１０８に流れるので、基材１０８に必要なリターン電流用の穴の加工数を減らすことができる。基材１０８上にビア加工を行い、第１のヒータ層２０２と基材１０８をタングステンのビア配線することで、ヒータ線８０１の戻り電流を基材１０８にまとめることが可能になる。

【0055】

次に図７、図８を用いて、４つの領域５０１集合（ＳＥＴ１）の内部の第１のヒータ膜２０２を構成する膜状のヒータ線８０１の給電部６０１の極性を、反転する構成について説明を行う。図７は、図６に示す試料台１２０における４つの領域のセット（ＳＥＴ１）の第１のヒータ膜２０２の構成の概略を模式的に示す上面図である。各領域５０１内の第１のヒータ２０２のヒータ線（８０１）を拡大して示したものである。図８は、図７に示す４つの領域のセット（ＳＥＴ１）における給電部６０１と電流リターン部７０１との間で第１のヒータ膜２０２を流れる電流を模式的に示す図である。図８は、図７に示した４つのヒータ線８０１を、４つの抵抗素子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４)として等価回路図に書き直したものである。また、図８には、電流リターン部７０１の電位（本実施例では接地電位）に対する給電部６０１の電位の相対的な大きさを正負の極性として示してある。図８中の正負の符号（＋，－）と配置は給電部(６０１)の電位を、リターン部７０１の電位より高いものを「＋」で表し、低いものを「－」で表した。

【0056】

図７、図８に示すように、１セット（ＳＥＴ１）は、４つのグリッドで構成されており、４つグリッドは、半導体デバイスの４つダイに対応する４つの領域（ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４）により構成される。１セット（ＳＥＴ１）は、平面視において、矩形形状であり、４つ角部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と中心点（Ｇ）とを有する。４つ角部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、平面視において、時計回りに、第１角部Ａ，第２角部Ｂ，第３角部Ｃ，第４角部Ｄの順に配置されている。ここで、第１角部Ａと第３角部Ｃとが対向する一対の角部に対応する。また、第２角部Ｂと第４角部Ｄとが他の対向する一対の角部に対応する。

【0057】

第１領域ＣＨ１は、第１角部Ａと中心点（Ｇ）との間の矩形部分に配置される。第１角部Ａには、給電部６０１が配置され、中心点（Ｇ）には、電流リターン部７０１が配置される。第１角部Ａの給電部６０１と中心点（Ｇ）の電流リターン部７０１との間に、ヒータ線（８０１）が接続される。

【0058】

第２領域ＣＨ２は、第２角部Ｂと中心点（Ｇ）との間の矩形部分に配置される。第２角部Ｂには、給電部６０１が配置される。第２角部Ｂの給電部６０１と中心点（Ｇ）の電流リターン部７０１との間に、ヒータ線（８０１）が接続される。

【0059】

第３領域ＣＨ３は、第３角部Ｃと中心点（Ｇ）との間の矩形部分に配置される。第３角部Ｃには、給電部６０１が配置される。第３角部Ｃの給電部６０１と中心点（Ｇ）の電流リターン部７０１との間に、ヒータ線（８０１）が接続される。

【0060】

第４領域ＣＨ４は、第４角部Ａと中心点（Ｇ）との間の矩形部分に配置される。第４角部Ｄには、給電部６０１が配置される。第４角部Ｄの給電部６０１と中心点（Ｇ）の電流リターン部７０１との間に、ヒータ線（８０１）が接続される。

【0061】

第１領域ＣＨ１と第２領域ＣＨ２とは、中心点（Ｇ）に対して回転対称に配置されている。同様に、第１領域ＣＨ１と第３領域ＣＨ３、および、第１領域ＣＨ１と第４領域ＣＨ４も、中心点（Ｇ）に対して回転対称に配置されている。また、４つの第１領域から第４領域（ＣＨ１－ＣＨ４）は、その矩形の１つの辺同士を隣接する領域と向かい合わせて配置されていると、言い換えることもできる。

【0062】

言い換えると、上方から見て、相互に隣接する４つの矩形状の領域（ＣＨ１－ＣＨ４）の各々の４つの角部が隣接する箇所（Ｇ）に戻り経路である電流リターン部７０１が配置される。そして、４つの矩形状の領域（ＣＨ１－ＣＨ４）の各々は当該戻り経路（７０１）が接続された角部の対角の位置の角部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に給電経路である給電部（６０１）が接続される。

【0063】

図９は、図５で説明した矩形の領域５０１の４つの角部（第１角部ｃｎａ、第２角部ｃｎｂ、第３角部ｃｎｃ、第４角部ｃｎｄ）と４つの辺（第１辺ＳＬ１、第２辺ＳＬ２、第３辺ＳＬ３、第４辺ＳＬ４）と、図７の４つの領域（第１領域ＣＨ１、第２領域ＣＨ２、第３領域ＣＨ３，第４領域ＣＨ４）との関係を示す模式図である。

【0064】

第２領域ＣＨ２は、第１領域ＣＨ１を中心点（Ｇ）または第３角部ｃｎｃに対して、９０度、右に回転して配置されているので、第１領域ＣＨ１の第２辺ＳＬ２と第２領域ＣＨ１の第３辺ＳＬ３とが重なっている。同様に、第３領域ＣＨ３は、第２領域ＣＨ２を中心点（Ｇ）に対して、９０度、右に回転して配置されているので、第２領域ＣＨ１の第２辺ＳＬ２と第３領域ＣＨ３の第３辺ＳＬ３とが重なっている。第４領域ＣＨ４は、第３領域ＣＨ３を中心点（Ｇ）に対して、９０度、右に回転して配置されているので、第３領域ＣＨ１の第２辺ＳＬ２と第４領域ＣＨ３の第３辺ＳＬ３とが重なっている。そして、第４領域ＣＨ１の第２辺ＳＬ２と第１領域ＣＨ３の第３辺ＳＬ３とが重なっている。

【0065】

つまり、４つの第１領域から第４領域（ＣＨ１－ＣＨ４）は、その矩形の１つの辺同士（第２辺ＳＬ２と第３辺ＳＬ３）を隣接する領域（第１領域ＣＨ１と第２領域ＣＨ２、第２領域ＣＨ２と第３領域ＣＨ３，第３領域ＣＨ３と第４領域ＣＨ４、第４領域ＣＨ４と第１領域ＣＨ１）と向かい合わせて配置されている。中心点（Ｇ）は、４つの領域（第１領域ＣＨ１、第２領域ＣＨ２、第３領域ＣＨ３，第４領域ＣＨ４）の第３角部ｃｎｃが隣接している。

【0066】

図８に示すように、接地電位（０Ｖ）にされた電流リターン部７０１のコネクタ部に対して当該電流リターン部７０１が配置された各４つの領域５０１の角部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の対角の角部（Ｂ，Ｄ）に位置する給電部６０１のコネクタ部の少なくとも１つについてその電位を負電位（－）にする。本実施例では、２つの給電部６０１において正電位（＋）の値にされたコネクタ部の電位の極性を、他の２つの給電部６０１において反転させた負電位（－）の値にする。言い換えると、各々の膜状のヒータ（８０１）が４つの給電経路である給電部（６０１）の各々に接続された少なくとも１箇所（Ａ，Ｂ，Ｃ，または、Ｄ）の電位が当該各々の膜状のヒータ（８０１）が１つの戻り経路（７０１）に接続された箇所（Ｇ）の電位（０Ｖ：接地電位）より低く（負電位（－））される。

【0067】

これにより、４つのグリッドのセット（ＳＥＴ１）内において正電位（＋）の値にされた給電部６０１から第１のヒータ膜２０２（ヒータ線８０１：抵抗素子Ｒ１、Ｒ３）を流れて電流リターン部７０１に流れる電流（Ｉ１、Ｉ３）と、電流リターン部７０１から第１のヒータ膜２０２（ヒータ線８０１：抵抗素子Ｒ２、Ｒ４）を流れて負電位（－）の値にされた給電部６０１に流れる電流（Ｉ２、Ｉ４）とが、少なくとも一部は相殺される。これにより、電流リターン部７０１から電源に向けて帰還経路を流れる電流を減らことができる。このことにより、帰還経路の大きさを低減し、試料台１２０の体積の増大を抑制できる。

【0068】

次に、４つのグリッドの領域５０１のセット（ＳＥＴ１）内で極性が反転させる給電部(６０１)の数（電流リターン部７０１に対する電位が低い負電位（－）の数）と反転させない給電部(６０１)の数（電流リターン部７０１に対する電位が高い正電位（＋）の数）が等しい場合について、図６、図８を用いて説明を行う。図６、図８において図中の矢印ＡＲＭの向きは電流の流れる向きを示していて、図６において適宜電気抵抗の記号は省略してある。図７，８の例では、４つの領域５０１の集合（ＳＥＴ１）において、電流リターン部７０１に対して高い電位（＋）の給電部６０１の数（２個）は、低い電位（０－）の給電部６０１の数（２個）と同じく２個にされている。

【0069】

このような構成では、図５，６に示すグリッド状の各領域５０１に対応するウエハ１０９上の半導体デバイスのダイの領域の処理中の温度の値の分布が、基材１０８の中心点１０８Ｃに対して回転対称性を有する処理の条件において、電流リターン部(７０１)のリターン電流を低減することが可能となる。

【0070】

何故なら、ウエハ１０９の処理中の温度の条件が回転対称性を有する場合、ウエハ１０９を加熱して当該温度の分布を実現するために、各々の領域５０１ごとに調節される第１のヒータ膜２０２の発熱量も、同様に回転対称性を有することが必要となると言える。そして、第１のヒータ膜２０２のヒータ線８０１の熱抵抗率が各々の領域５０１の間で等しい、または、等しいとみなせる程度に近似している場合、各領域５０１の第１のヒータ２０２に流れる電流にも同様な回転対称性が必要と言える。

【0071】

つまり、当該中心（Ｇ）に対して４つのグリッド状の領域５０１の集合（ＳＥＴ１）は回転対称性を有して配置されている。この構成において、給電部６０１の数（正電位（＋）の数）と反転させない給電部６０１の数（負電位（－）の数）が等しいならば、中心点Ｇ（電流リターン部７０１）について、線対称、もしくは点対称な位置に互いに位置するヒータ線８０１に流れる電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）の大きさは等しく、見掛け上電極基材１０８に流れる電流は、極性反転しない場合に比べて、半分になることが保証される。

【0072】

さらに、電極牙１０８の表面温度が全面で等しくなるような条件(以下、フラット温度条件という)においては、４つのグリッドのセット（ＳＥＴ１）内で流れる電流は等しくなり、電流リターン部７０１に電流は流れなくなる。

【0073】

また、外周縁部１０８Ｐにおいては、電流リターン部７０１が共通するのが３つであるような電極の端のヒータ線８０１においても、フラット温度条件もしくは電極中心付近の温度が高くなるような温度条件においては、ヒータ線８０１の温度がほぼ等しくなる。この時、極性反転しない場合に比べて、電流リターン部７０１のリターン電流は３分の１程度に抑えることができると期待される。

【0074】

極性反転を行わない場合、電極基材１０８に流れる電流はヒータ線８０１の数の増加に伴い増大する。基材１０８に流れる電流の大きさの二乗に比例して、基材１０８にジュール熱が発生し、ウエハ１０９の温度制御に影響がでる。もしくは、基材１０８に多量に流れた電流により、感電時のリスクも予想される。

【符号の説明】

【0075】

１０１：真空容器
１０４：処理室
１０８：基材
１０９：ウエハ（試料）
１２０：試料台
１４０：誘電体製の膜
２０２：第１のヒータ層２０２
５０１，ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４：領域
６０１：給電部（給電経路）
７０１：電流リターン部（戻り経路）
８０１：膜状のヒータ
ＴＳ：温度センサ
ＳＥＴ１：領域の集合
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：角部
Ｇ：中心点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内部に配置され内側に処理対象のウエハが配置されてプラズマが形成される処理室と、
この処理室内に配置され、その上面に前記ウエハが載置される円筒形を有した試料台と、
前記試料台の円板形状を有した基材の上面を覆う誘電体製の膜の内部に配置された第１のヒータ層であって、各々が矩形形状を有する複数の領域の各々に配置された複数の膜状のヒータを備えた第１のヒータ層と、
前記第１のヒータ層の前記矩形形状の領域の下方の前記基材の内部に配置された複数の温度センサと、
を備え、
前記複数の領域は、前記複数の領域各々が前記矩形形状の１つの辺同士を隣接する領域と向かい合わせて配置された４つの領域を含み、
当該４つの領域の各々に配置された前記膜状のヒータを１つの集合として当該集合を複数備え、前記集合各々の中央部に配置され当該集合に含まれる４つの領域各々の前記膜状のヒータの一箇所に電気的に接続され直流電源から供給された電力が前記直流電源に帰還する１つの戻り経路及び当該各々の前記膜状のヒータの別の箇所に電気的に接続され前記直流電源からの前記電力を供給する４つの給電経路と、を備えた、プラズマ処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
第２のヒータ層を備え、
前記第２のヒータ層は、前記誘電体製の膜の内部であって、前記第１のヒータ層の上方で、前記試料台の前記基材の上面の中心から外周側へ向かう径方向について複数の半径上で前記中心の周りに同心状に配置された円形の領域及びこれの外周を囲むリング状の領域を含む径方向の複数の領域の各々に配置された複数の膜状のヒータを備える、プラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記戻り経路は、導電性の材料から構成され、接地電位にされた前記基材に接続されたプラズマ処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
上方から見て相互に隣接する前記４つの領域の各々の４つの角部が隣接する箇所に前記戻り経路が配置され、
前記４つの領域の各々は当該戻り経路が接続された角部の対角の位置の角部に前記給電経路が接続されたプラズマ処理装置。

【請求項5】

請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の温度センサからの出力に応じて前記第１のヒータ層を構成する前記膜状のヒータの出力を調節する制御部を備えたプラズマ処理装置。

【請求項6】

請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の温度センサからの出力に応じて前記第１のヒータ層を構成する前記複数の前記膜状のヒータの出力を調節する制御部を備え、
各々の前記膜状のヒータが４つの給電経路の各々に接続された少なくとも１箇所の電位が当該各々の前記膜状のヒータが１つの戻り経路に接続された箇所の電位より低くされたプラズマ処理装置。

【請求項7】

請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の温度センサからの出力に応じて前記矩形形状の領域の１つの上方に位置する前記第２のヒータ層のヒータの出力を維持しつつ前記第１のヒータ層の前記矩形形状の領域の１つの内に配置された前記膜状のヒータの出力を調節する制御部を備えたプラズマ処理装置。

【請求項8】

請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第２のヒータ層の前記複数の膜状のヒータの厚さが前記第１のヒータ層の前記複数の膜状のヒータの厚さより大きいプラズマ処理装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、
真空容器内部に配置され内側に処理対象のウエハが配置されてプラズマが形成される処理室と、
この処理室内に配置され、その上面に前記ウエハが載置される円筒形を有した試料台と、
前記試料台の円板形状を有した基材の上面を覆う誘電体製の膜の内部に配置された第１のヒータ層であって、各々が矩形形状を有する複数の領域の各々に配置された複数の膜状のヒータを備えた第１のヒータ層と、
前記第１のヒータ層の前記矩形形状の領域の下方の前記基材の内部に配置された複数の温度センサと、を備え、
前記複数の領域は、前記ウエハ上面に形成された複数個の半導体デバイスの回路パターンに対応して配置されたものであって、前記複数の領域の各々が前記矩形形状の１つの辺同士を隣接する領域と向かい合わせて配置された４つの領域を含み、
当該４つの領域の各々に配置された前記膜状のヒータを１つの集合として当該集合を複数備え、前記集合各々の中央部に配置され当該集合に含まれる４つの領域各々の前記膜状のヒータの一箇所に電気的に接続され直流電源から供給された電力が前記直流電源に帰還する１つの戻り経路及び当該各々の前記膜状のヒータの別の箇所に電気的に接続され前記直流電源からの前記電力を供給す４つの給電経路と、を備えた。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0032】

また、試料台１２０は、凸部上の誘電体膜２０９の上面と基材１０８の底面との間を貫通する複数の貫通孔を備えている。これらの貫通孔は、その内部に上下に移動してウエハ１０９を下方から支持して試料台１２０の上面の上方で移動させるリフトピン（ピン）３１１を収納する複数のリフトピン貫通孔３０２と、誘電体膜２０９の上面とこれに載せられたウエハ１０９の裏面との間のすき間に供給されるＨｅなどの熱伝達性ガスが通流する熱伝達性ガス供給孔３０１とを含んでいる。リフトピン貫通孔３０２内に配置されたリフトピン３０１１は、ウエハ１０９を誘電体膜２０９の上面の上方で上昇または下降させるものである。ここで、複数のリフトピン貫通孔３０２は、誘電体膜２０９の上面に開口し、かつ誘電体膜２０１および誘電体膜２０３および誘電体膜２０５および誘電体膜２０６を貫通している。なお、試料台１２０の内部には、電極膜２０８に電力を印加するための給電用のケーブルおよびコネクタが内部に配置された静電吸着用給電孔３０３、第１のグリッド形状ヒータ膜２０２に電力を供給する給電ケーブルおよびコネクタが内部に配置されたヒータ給電孔３０５、第２のリング形状ヒータ膜２０４に電力を供給する給電ケーブルおよびコネクタが内部に配置されたヒータ給電孔３０４が配置されている。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0060】

第４領域ＣＨ４は、第４角部Ｄと中心点（Ｇ）との間の矩形部分に配置される。第４角部Ｄには、給電部６０１が配置される。第４角部Ｄの給電部６０１と中心点（Ｇ）の電流リターン部７０１との間に、ヒータ線（８０１）が接続される。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0064】

第２領域ＣＨ２は、第１領域ＣＨ１を中心点（Ｇ）または第３角部ｃｎｃに対して、９０度、右に回転して配置されているので、第１領域ＣＨ１の第２辺ＳＬ２と第２領域ＣＨ２の第３辺ＳＬ３とが重なっている。同様に、第３領域ＣＨ３は、第２領域ＣＨ２を中心点（Ｇ）に対して、９０度、右に回転して配置されているので、第２領域ＣＨ２の第２辺ＳＬ２と第３領域ＣＨ３の第３辺ＳＬ３とが重なっている。第４領域ＣＨ４は、第３領域ＣＨ３を中心点（Ｇ）に対して、９０度、右に回転して配置されているので、第３領域ＣＨ３の第２辺ＳＬ２と第４領域ＣＨ４の第３辺ＳＬ３とが重なっている。そして、第４領
域ＣＨ４の第２辺ＳＬ２と第１領域ＣＨ１の第３辺ＳＬ３とが重なっている。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0072】

さらに、電極基板１０８の表面温度が全面で等しくなるような条件(以下、フラット温度条件という)においては、４つのグリッドのセット（ＳＥＴ１）内で流れる電流は等しくなり、電流リターン部７０１に電流は流れなくなる。

【手続補正7】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図7】

【手続補正8】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図8】

【手続補正9】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図9】