特許 7531460 プラズマ処理装置

(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】

(24)【登録日】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240802BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240802BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 M

H01L21/302 101G

H01L21/31 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021122392

(22)【出願日】2021-07-27

(65)【公開番号】P2023018340

(43)【公開日】2023-02-08

【審査請求日】2024-01-22

(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】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】日高 康貴

(72)【発明者】

【氏名】小川 紘矢

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３４２７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－６１８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／０７８０９４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【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、
前記下部電極に結合される少なくとも１つのＲＦ電源と、
前記プラズマ処理チャンバの上部又は上方に配置される電磁石ユニットと、
前記基板支持部の上方に配置される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、
プラズマ暴露面を有する絶縁プレートと、
少なくとも１つのガス拡散空間を有するガス拡散プレートと、
前記絶縁プレートと前記ガス拡散プレートとの間に配置される上部電極プレートであり、前記上部電極プレートは、
平面視において前記電磁石ユニットの外側に位置する少なくとも１つの冷媒入口及び少なくとも１つの冷媒出口と、
平面視において前記少なくとも１つの冷媒入口から前記上部電極プレートの略中心の近傍まで径方向に延在する少なくとも１つの冷媒供給流路と、
前記上部電極プレートの略中心の近傍から前記少なくとも１つの冷媒出口まで延在する１又は複数の冷媒戻り流路であり、各冷媒戻り流路は、平面視において周方向に延在する複数の円弧状部分を有する、１又は複数の冷媒戻り流路と、を有する、プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記上部電極プレートは、中央部分と、当該中央部分を囲む環状部分と、を有し、
前記中央部分において前記１又は複数の冷媒戻り流路が占める割合は、前記環状部分おいて前記１又は複数の冷媒戻り流路が占める割合よりも大きい、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記１又は複数の冷媒戻り流路の高さは、前記少なくとも１つの冷媒供給流路の高さと同一である、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記少なくとも１つの冷媒供給流路の高さは、前記１又は複数の冷媒戻り流路の高さよりも大きい、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記絶縁プレートは石英で形成され、
前記上部電極プレートは第１の導電性材料で形成される、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】

前記ガス拡散プレートは第２の導電性材料で形成される、請求項５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記第１の導電性材料及び前記第２の導電性材料は、アルミニウムである、請求項６に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記上部電極プレートは、前記少なくとも１つの冷媒供給流路の近傍に形成される１又は複数の断熱部を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記上部電極プレートは、前記少なくとも１つの冷媒供給流路の周囲に形成される１又は複数の断熱部を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記上部電極プレートは、中央部分と、当該中央部分を囲む環状部分と、を有し、
前記１又は複数の冷媒戻り流路は、前記中央部分内に形成される複数の第１セグメントと、前記環状部分内に形成される複数の第２セグメントとを有し、
前記複数の第１セグメントの各々は、複数の溝を有する、請求項１～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記複数の第２セグメントの各々には、溝が形成されていない、請求項１０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、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、チャンバ、上部電極及び電磁石アセンブリを備えたプラズマ処理装置の構成が開示されている。上部電極は、チャンバの上部開口を閉じている。電磁石アセンブリは、チャンバの上又は上方に配置され、一つ以上の環状コイルを含み、チャンバ内に磁場を生成するように構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－４４５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、上部電極アセンブリのプラズマ暴露面の温度均一性を向上させることで、基板に対するプラズマ処理の均一性を向上させる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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、前記下部電極に結合される少なくとも１つのＲＦ電源と、前記プラズマ処理チャンバの上部又は上方に配置される電磁石ユニットと、前記基板支持部の上方に配置される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、プラズマ暴露面を有する絶縁プレートと、少なくとも１つのガス拡散空間を有するガス拡散プレートと、前記絶縁プレートと前記ガス拡散プレートとの間に配置される上部電極プレートであり、前記上部電極プレートは、平面視において前記電磁石ユニットの外側に位置する少なくとも１つの冷媒入口及び少なくとも１つの冷媒出口と、平面視において前記少なくとも１つの冷媒入口から前記上部電極プレートの略中心の近傍まで径方向に延在する少なくとも１つの冷媒供給流路と、前記上部電極プレートの略中心の近傍から前記少なくとも１つの冷媒出口まで延在する１又は複数の冷媒戻り流路であり、各冷媒戻り流路は、平面視において周方向に延在する複数の円弧状部分を有する、１又は複数の冷媒戻り流路と、を有する、プラズマ処理装置である。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、上部電極アセンブリのプラズマ暴露面の温度均一性を向上させることで、基板に対するプラズマ処理の均一性を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【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】冷媒流路の構成についての概念図である。

【図4A】冷媒流路の流路図である。

【図4B】冷媒流路の一部拡大図である。

【図5】冷媒流路の概略俯瞰図である。

【図6A】冷媒流路の一般的な流路断面図である。

【図6B】冷媒流路に断熱部を設けた流路断面図である。

【図7A】冷媒流路の一般的な流路断面図である。

【図7B】冷媒流路に溝を形成した流路断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、一実施形態にかかるプラズマ処理装置を備えたプラズマ処理システムついて、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。

【0009】

＜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。

【0010】

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の上部に配置され、天板１０ｂ（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の上部又は上方には、内部にコイル１５ａを有する電磁石ユニット１５が配置される。

【0011】

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（天板１０ｂ）、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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

＜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１や図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。

【0022】

図２に示すように、上部電極アセンブリ１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天板１０ｂの一部又は全部を構成し、ガス拡散プレート１２０、上部電極プレート１３０、絶縁プレート１４０を含む。ガス拡散プレート１２０と絶縁プレート１４０との間に上部電極プレート１３０が配置され、これらは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、上から順にガス拡散プレート１２０、上部電極プレート１３０、絶縁プレート１４０を有している。ガス拡散プレート１２０には、当該ガス拡散プレート１２０と上部電極プレート１３０との間にガス拡散用の空間であるガス拡散空間１３ｂが少なくとも１つ形成されても良い。

【0023】

上部電極プレート１３０は第１の導電性材料で形成される。ガス拡散プレート１２０は第２の導電性材料で形成される。第２の導電性材料は、第１の導電性材料と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、第１の導電性材料及び第２の導電性材料はＡｌ（アルミニウム）である。絶縁プレート１４０は例えば石英等の絶縁材料で形成され、その下面はプラズマ処理空間１０ｓに暴露されるプラズマ暴露面１４０ａとなる。従って、絶縁プレート１４０は、プラズマ暴露面１４０ａを有する。上部電極プレート１３０及び絶縁プレート１４０には、その厚み方向（垂直方向）に貫通して複数のガス導入口１３ａ（図２では図示せず）が形成されている。ガス導入口１３ａは、ガス拡散空間１３ｂ及びガス供給口１３ｃ（図２では図示せず）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。

【0024】

プラズマ処理チャンバ１０の天板１０ｂの上部又は上方には、内部にコイル１５ａを有する電磁石ユニット１５が配置される。一実施形態において、電磁石ユニット１５は、平面視で略円形である。電磁石ユニット１５は、コイル１５ａに対し外部の電流源（図示せず）から電流を流すことで、プラズマ処理チャンバ１０内に磁場を生成するように構成される。なお、電磁石ユニット１５のための電源として図１に示す電源３０を用いても良い。電磁石ユニット１５は、種々の構成が適用され得る。例えば特許文献１に記載された構成が電磁石ユニット１５に適用されてもよい。

【0025】

上部電極プレート１３０には、プラズマ入熱に起因して温度が変動する絶縁プレート１４０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、上部電極プレート１３０の側方（周縁部）において冷媒出入口１３４（冷媒入口１３４ａ、冷媒出口１３４ｂ）及び供給配管１３５を介して装置外部のチラー１３６との間で循環するブライン又はガス等の冷媒（伝熱流体）が流れる。一実施形態において、上部電極プレート１３０の周縁部には、供給配管１３５を支持し、供給配管１３５と冷媒出入口１３４との接続箇所をシールするシール部材１３８が配置される。冷媒出入口１３４は複数設けられても良く、冷媒入口１３４ａと冷媒出口１３４ｂは略同じ位置でも良く、あるいは異なる位置に設けられても良い。なお、冷媒流路１３１の具体的な形状については図面を参照して後述する。

【0026】

ここで、プラズマ処理チャンバ１０の天板１０ｂの上部又は上方には、図示のように電磁石ユニット１５が配置されている。そのため、冷媒出入口１３４は、平面視（径方向）において電磁石ユニット１５よりも外側の周縁部に配置されるように設計される。なお、図２では上部電極アセンブリ１３の一部を拡大して図示し、冷媒出入口１３４を１箇所のみ図示しているが、冷媒出入口１３４は２以上の複数箇所に設けられても良く、例えば、平面視で両端部に２箇所設けられても良い。

【0027】

絶縁プレート１４０は、プラズマ暴露面１４０ａを有しており、プラズマ処理空間１０ｓからプラズマ暴露面１４０ａへのプラズマ入熱により高温となる。上部電極アセンブリ１３の構成上、径方向中央部に比べ周縁部の方が抜熱能力が高いため、絶縁プレート１４０の温度は周縁部に比べ中央部が高温となる傾向がある。絶縁プレート１４０は例えば厚さ５ｍｍ程度の薄肉部材であり、内部に流路を形成することが難しいため、その上部に位置する上部電極プレート１３０内に冷媒流路１３１を形成し、絶縁プレート１４０の温調を行う構成が採られている。

【0028】

＜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。

【0029】

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。

【0030】

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の内部が真空環境下まで減圧される。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電力が上部電極又は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。また、第２のＲＦ生成部３１ｂから下部電極にバイアス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。この時、電磁石ユニット１５によりプラズマ処理空間１０ｓ内に磁場が生成される。

【0031】

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の絶縁プレート１４０が、プラズマ入熱により温度変動する。

【0032】

そこで本実施形態においては、上部電極プレート１３０に内包された冷媒流路１３１により、絶縁プレート１４０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絶縁プレート１４０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上部電極プレート１３０の温度を低下させる。これにより絶縁プレート１４０から上部電極プレート１３０への伝熱を促進して絶縁プレート１４０の温度を低下させる。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

＜冷媒流路＞
以下、上述した冷媒流路１３１の具体的な構成について図面を参照して説明する。図３は冷媒流路１３１の構成についての概念図である。

【0036】

プラズマ処理チャンバ１０の天板１０ｂの上部又は上方に配置された電磁石ユニット１５を含む装置構成においては、電磁石ユニット１５を含まない装置構成とは異なり、冷媒出入口１３４は、上部電極プレート１３０の周縁部に配置される。即ち、冷媒出入口１３４は、平面視で電磁石ユニット１５の外側に配置される。

【0037】

図３に示すように、本実施形態に係る構成では、冷媒の入口（ＩＮ、冷媒入口１３４ａ）から供給された冷媒はほぼ最短距離でもって径方向中央に供給され、径方向中央から冷媒の出口（ＯＵＴ、冷媒出口１３４ｂ）に向かって流れるように構成される。本実施形態に係る構成では、図示のように、冷媒流路１３１における往路（冷媒供給流路１３１ａ）は平面視で上部電極プレート１３０の径方向に沿って配置されるような形状を有している。また、冷媒流路１３１における復路（冷媒戻り流路１３１ｂ）は平面視で上部電極プレート１３０の全面にわたって配置されるような形状を有している。即ち、冷媒供給流路１３１ａは平面視で上部電極プレート１３０の径方向に略直線形状であり最短距離となるような形状を有し、冷媒戻り流路１３１ｂは平面視で上部電極プレート１３０のなるべく広い範囲にわたるような蛇行形状を有している。ここで、「蛇行形状」とは、例えば複数の径の異なる環状流路を互いに繋げた形状である。また、「略直線形状」とは、例えば径方向に直線状に伸びる流路であるが、その一部に多少の曲線部を有しても良い。

【0038】

図４Ａは、冷媒流路の流路図である。また、図４Ｂはその一部（矩形破線部）拡大図である。

【0039】

一実施形態において、上部電極プレート１３０は、平面視で円形であり、平面視において電磁石ユニット１５の外側に位置する少なくとも１つの冷媒入口１３４ａ及び少なくとも１つの冷媒出口１３４ｂを有する。図３及び図４Ａの例では、少なくとも１つの冷媒入口１３４ａは、上部電極プレート１３０の両側に２つの冷媒入口１３４ａ、１３４ａを有し、少なくとも１つの冷媒出口１３４ｂは、上部電極プレート１３０の両側に２つの冷媒出口１３４ｂ、１３４ｂを有する。

【0040】

また、上部電極プレート１３０は、平面視において少なくとも１つの冷媒入口１３４ａから上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍まで径方向に延在する少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａを有する。冷媒供給流路１３１ａは、略直線状に形成される。図３及び図４Ａの例では、少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａは、右側の冷媒入口１３４ａ及び左側の冷媒入口１３４ａから上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍に向かってそれぞれ延在する２つの冷媒供給流路１３１ａ、１３１ａを有する。

【0041】

さらに、上部電極プレート１３０は、上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍から少なくとも１つの冷媒出口１３４ｂまで延在する１又は複数の冷媒戻り流路１３１ｂを有する。各冷媒戻り流路１３１ｂは、平面視において周方向に延在する複数の円弧状部分１３１ｂｘと、径方向に隣り合う２つの円弧状部分１３１ｂｘを接続する複数の折り返し部分１３１ｂｙとを有する。一実施形態において、複数の円弧状部分１３１ｂｘは、異なる径を有する複数の円の円周上にそれぞれ配置され、折り返し部分１３１ｂｙは、内側の円弧状部分１３１ｂｘと外側の円弧状部分１３１ｂｘとを接続する。

【0042】

図３及び図４Ａの例では、複数の冷媒戻り流路１３１ｂは、互いに反対方向に向かう２つの冷媒戻り流路１３１ｂを有する。図３及び図４Ａにおいて、左側の冷媒戻り流路１３１ｂは、上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍において右側の冷媒供給流路１３１ａに接続され、左側の冷媒出口１３４ｂに接続される。また、図３及び図４Ａにおいて、複数の冷媒戻り流路１３１ｂは、互いに反対方向に向かう２つの冷媒戻り流路１３１ｂを有する。右側の冷媒戻り流路１３１ｂは、上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍において左側の冷媒供給流路１３１ａに接続され、右側の冷媒出口１３４ｂに接続される。

【0043】

一実施形態において、複数の冷媒戻り流路１３１ｂは、上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍において少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａから分岐して形成される。図３及び図４Ａの例では、複数の冷媒戻り流路１３１ｂは、上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍において左側の冷媒供給流路１３１ａから分岐した２つの左側冷媒戻り流路１３１ｂ、１３１ｂを有する。これら２つの左側冷媒戻り流路１３１ｂ、１３１ｂは、左側の冷媒出口１３４ｂの近傍において合流し、左側の冷媒出口１３４ｂに接続される。また、図３及び図４Ａにおいて、複数の冷媒戻り流路１３１ｂは、上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍において右側の冷媒供給流路１３１ａから分岐した２つの右側冷媒戻り流路１３１ｂ、１３１ｂを有する。これら２つの右側冷媒戻り流路１３１ｂ、１３１ｂは、右側の冷媒出口１３４ｂの近傍において合流し、右側の冷媒出口１３４ｂに接続される。従って、複数の冷媒戻り流路１３１ｂは、上部電極プレート１３０の略中心Ｃの近傍において少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａに接続される。

【0044】

また、図４Ａに示すように、一実施形態において、上部電極プレート１３０はその中心部近傍の中央部分１３０ａと、中央部分１３０ａの外縁に位置する環状部分１３０ｂを有しても良い。即ち、上部電極プレート１３０は、中央部分１３０ａと、当該中央部分１３０ａを囲む環状部分１３０ｂとを有する。一実施形態においては、冷媒流路１３１の冷媒戻り流路１３１ｂは、中央部分１３０ａに位置する流路部分と、環状部分１３０ｂに位置する流路部分と、の密度を異なるものとしても良い。即ち、冷媒流路１３１において、平面視で中央部分１３０ａに対する冷媒流路の割合を、平面視で環状部分１３０ｂに対する冷媒流路の割合よりも大きくなるように構成しても良い。また、中央部分１３０ａにおける流路同士の間隔が、環状部分１３０ｂにおける流路同士の間隔よりも小さくなるように構成しても良い。図４Ａに示すように、一実施形態において、中央部分１３０ａにおいて複数の冷媒戻り流路１３１ｂが占める割合は、環状部分１３０ｂにおいて複数の冷媒戻り流路１３１ａが占める割合よりも大きい。

【0045】

なお、上部電極プレート１３０における中央部分１３０ａと環状部分１３０ｂの範囲は任意に設計され、絶縁プレート１４０のプラズマ暴露面１４０ａに要求される温度分布に応じて任意に設計できる。一例として、絶縁プレート１４０の温度上昇が顕著な範囲に対応する範囲を略円形状（図中の円形破線部）で規定し、その境界線１３０ｃの内側を中央部分１３０ａ、外側を環状部分１３０ｂとしても良い。

【0046】

また、冷媒流路１３１において冷媒供給流路１３１ａと冷媒戻り流路１３１ｂの高さは任意に設計可能である。図５は冷媒流路１３１の概略俯瞰図である。図５に示すように、冷媒流路１３１において、１又は複数の冷媒供給流路１３１ａの高さは、少なくとも１つの冷媒戻り流路１３１ｂの高さは同一に構成されても良い。あるいは、冷媒流路１３１において、少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａの高さは、１又は複数の冷媒戻り流路１３１ｂの高さよりも大きくなるように構成されても良い。

【0047】

また、一実施形態においては、断面視において冷媒流路１３１の流路周囲に断熱部を設けた構成を有していても良い。図６は冷媒流路１３１の周囲に断熱部を設けた構成の説明図であり、図６Ａが一般的な流路断面図、図６Ｂが断熱部を設けた流路断面図を示している。

【0048】

一実施形態において、上部電極プレート１３０は、少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａの近傍に形成される１又は複数の断熱部１５０を有する。断熱部１５０の配置は任意であるが、例えば図６Ｂに示す４つの断熱部１５０のうち、いずれか１つ又は複数の断熱部１５０を冷媒供給流路１３１ａの近傍に形成しても良い。また、一実施形態において、上部電極プレート１３０は、少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａの周囲に形成される１又は複数の断熱部１５０を有する。例えば図６Ｂに示すように４つの断熱部１５０を冷媒供給流路１３１ａの周囲、即ち上下左右を囲うように形成されても良い。あるいは、１つの環状の断熱部１５０を冷媒供給流路１３１ａの周囲を囲うように形成されても良い。

【0049】

１又は複数の断熱部１５０は、少なくとも１つの冷媒供給流路１３１ａと上部電極プレート１３０との間の熱交換を遮断又は低減するように構成されている。断熱部１５０は、サーマルブレイクとも呼ばれる。一実施形態において、１又は複数の断熱部１５０は、上部電極プレート１３０内に形成された１又は複数の空洞である。なお、１又は複数の空洞内に断熱材が配置されてもよい。

【0050】

本実施形態に係る構成では、冷媒流路１３１の冷媒供給流路１３１ａの近傍あるいは周囲にのみ断熱部１５０を設け、冷媒戻り流路１３１ｂは図６Ａに示す一般的な流路断面としても良い。これにより、冷媒流路１３１の冷媒供給流路１３１ａにおける冷媒温度の上昇を抑制させることが可能となり、冷媒戻り流路１３１ｂにおける冷却効率の向上が図られる。

【0051】

図３、図４を参照して上述したように、本実施の形態に係る構成では、冷媒流路１３１の冷媒供給流路１３１ａを上部電極プレート１３０の径方向中央に向かって略直線形状であり最短距離となるような形状としている。また、冷媒流路１３１の冷媒戻り流路１３１ｂを上部電極プレート１３０のなるべく広い範囲にわたるような蛇行形状としている。そして、上述した断熱部１５０を設けて冷媒供給流路１３１ａにおける冷媒温度の上昇を抑制する。これにより、上部電極プレート１３０の周縁部（例えば図４Ａにおける環状部分１３０ｂ）に比べ中央部（例えば図４Ａにおける中央部分１３０ａ）をより効果的に冷却することが可能となる。また、上部電極プレート１３０に接触する絶縁プレート１４０においても同様の冷却分布に冷却を行うことが可能となる。

【0052】

また、一実施形態においては、冷媒流路１３１の流路断面形状に複数の溝を付与し、その熱交換面積の増加を図る構成を有しても良い。図７は冷媒流路１３１の断面に複数の溝を形成した構成の説明図であり、図７Ａが一般的な流路断面図、図７Ｂが溝を形成した流路断面図を示している。

【0053】

図４Ａに示すように、一実施形態において、複数の冷媒戻り流路１３１ｂは、中央部分１３０ａ内に形成される複数の第１セグメント１３１ｂ１と、環状部分１３０ｂ内に形成される複数の第２セグメント１３１ｂ２とを有する。複数の第１セグメント１３１ｂ１の各々は、図７Ｂに示す複数の溝１５２を有する。複数の第２セグメント１３１ｂ２の各々には、溝が形成されていない。

【0054】

図７Ｂに示すように、第１セグメント１３１ｂ１の流路断面には、複数の溝部１５２が設けられる。図７Ｂの例では、複数の溝１５２は、第１セグメント１３１ｂ１の上部と下部に設けられているが、これら複数の溝１５２の配置は任意である。一実施形態に係る構成では、上述したように、複数の第１セグメント１３１ｂ１の各々は溝１５２を有し、複数の第２セグメント１３１ｂ２の各々は図７Ａに示す一般的な流路断面でも良い。これにより、上部電極プレート１３０の周縁部（例えば図４Ａにおける環状部分１３０ｂ）に比べ中央部（例えば図４Ａにおける中央部分１３０ａ）をより効果的に冷却することができ、絶縁プレート１４０においても同様の冷却分布に冷却を行うことが可能となる。

【0055】

＜本実施形態の作用効果＞
以上の実施形態では、上部電極アセンブリ１３において、プラズマ入熱に起因して温度が変動する絶縁プレート１４０を、その温度分布に応じた形状や構成の冷媒流路１３１を絶縁プレート１４０に接触する上部電極プレート１３０の内部に設ける。これにより、絶縁プレート１４０の表面温度を面内均一化させることができる。

【0056】

特に、電磁石ユニット１５を備えたプラズマ処理装置１においては、冷媒出入口１３４を電磁石ユニット１５の外側に設ける場合がある。このような構成であっても、上部電極プレート１３０の周縁部に比べ中央部をより効果的に冷却することができ、絶縁プレート１４０においても同様の冷却分布に冷却を行うことができる。

【0057】

即ち、絶縁プレート１４０を効果的に冷却し、その表面温度を面内均一化させることで、基板に対するプラズマ処理の均一性を向上させることができる。

【0058】

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】

【0059】

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１３ 上部電極アセンブリ
１５ 電磁石ユニット
３１ ＲＦ電源
１２０ ガス拡散プレート
１３０ 上部電極プレート
１３１ 冷媒流路
１３１ａ 冷媒供給流路
１３１ｂ 冷媒戻り流路
１３１ｂｘ 円弧状部分
１３４ａ 冷媒入口
１３４ｂ 冷媒出口
１４０ 絶縁プレート
１４０ａ プラズマ暴露面
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】