特許 7583663 上部電極アセンブリ

(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】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】上部電極アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20241107BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20241107BHJP

   C01B 32/182 20170101ALI20241107BHJP

   C01B 32/158 20170101ALI20241107BHJP

   C30B 33/12 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

H01L21/302 101B

H01L21/31 C

C01B32/182

C01B32/158

C30B33/12

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021062928

(22)【出願日】2021-04-01

(65)【公開番号】P2022158194

(43)【公開日】2022-10-17

【審査請求日】2023-11-02

(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】李 黎夫

(72)【発明者】

【氏名】小舩 貴基

(72)【発明者】

【氏名】辻本 宏

【審査官】原島 啓一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５２９３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００９２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９２７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２１６６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２９４４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｃ０１Ｂ ３２／００－３２／９９１

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
電極プレートと、
金属プレートと、
前記電極プレートと前記金属プレートとの間に配置され、垂直配向部分を有する伝熱シートであり、前記垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の垂直配向グラフェン構造を有する、伝熱シートと、
を備え、
前記垂直配向部分は、水平方向に沿って積層される複数の垂直配向グラファイトシートを有し、前記複数の垂直配向グラファイトシートの各々が、前記複数の垂直配向グラフェン構造を有する、上部電極アセンブリ。

【請求項2】

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、
電極プレートと、
金属プレートと、
前記電極プレートと前記金属プレートとの間に配置され、垂直配向部分を有する伝熱シートであり、前記垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の垂直配向グラフェン構造を有する、伝熱シートと、
を備え、
前記伝熱シートは、水平方向に沿って配向される複数の水平配向グラフェン構造を有する水平配向部分を有し、
前記垂直配向部分と前記水平配向部分とが、水平方向に沿って配置される、上部電極アセンブリ。

【請求項3】

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、
電極プレートと、
金属プレートと、
前記電極プレートと前記金属プレートとの間に配置され、垂直配向部分を有する伝熱シートであり、前記垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の垂直配向グラフェン構造を有する、伝熱シートと、
を備え、
前記伝熱シートは、水平方向に沿って配向される複数の水平配向グラフェン構造を有する水平配向部分を有し、
前記垂直配向部分と前記水平配向部分とが、垂直方向に沿って積層され、
前記水平配向部分は、水平方向に沿って配向される複数の水平配向カーボンナノチューブを有し、前記複数の水平配向カーボンナノチューブの各々が、前記複数の水平配向グラフェン構造を有する、上部電極アセンブリ。

【請求項4】

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、
電極プレートと、
金属プレートと、
前記電極プレートと前記金属プレートとの間に配置され、垂直配向部分を有する伝熱シートであり、前記垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の垂直配向グラフェン構造を有する、伝熱シートと、
を備え、
前記金属プレートは、少なくとも１つの冷媒流路と、少なくとも１つのガス拡散空間と、少なくとも１つの加熱モジュールと、を内部に有し、
前記少なくとも１つの加熱モジュールは、前記少なくとも１つの冷媒流路と縦方向に重複しないように配置される、上部電極アセンブリ。

【請求項5】

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、
電極プレートと、
金属プレートと、
前記電極プレートと前記金属プレートとの間に配置され、垂直配向部分を有する伝熱シートであり、前記垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の垂直配向グラフェン構造を有する、伝熱シートと、
他の金属プレートと、
前記金属プレートと前記他の金属プレートとの間に配置され、他の垂直配向部分を有する他の伝熱シートであり、前記他の垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の他の垂直配向グラフェン構造を有する、他の伝熱シートと、
を備える、上部電極アセンブリ。

【請求項6】

前記水平配向部分は、水平方向に沿って配向される複数の水平配向カーボンナノチューブを有し、前記複数の水平配向カーボンナノチューブの各々が、前記複数の水平配向グラフェン構造を有する、請求項２に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項7】

前記水平配向部分は、垂直方向に沿って積層される複数の水平配向グラファイトシートを有し、前記複数の水平配向グラファイトシートの各々が、前記複数の水平配向グラフェン構造を有する、請求項２に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項8】

前記金属プレートは、少なくとも１つの冷媒流路と、少なくとも１つのガス拡散空間と、少なくとも１つの加熱モジュールと、を内部に有する、請求項１～３、６～７のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項9】

前記少なくとも１つの加熱モジュールは、前記少なくとも１つの冷媒流路と縦方向に重複しないように配置される、請求項８に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項10】

他の金属プレートと、
前記金属プレートと前記他の金属プレートとの間に配置され、他の垂直配向部分を有する他の伝熱シートであり、前記他の垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の他の垂直配向グラフェン構造を有する、他の伝熱シートと、
を更に備える、請求項１～４、６～７のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項11】

前記金属プレートは、少なくとも１つのガス拡散空間を内部に有し、
前記他の金属プレートは、少なくとも１つの冷媒流路を内部に有し、
前記金属プレート又は前記他の金属プレートの少なくともいずれか一方は、少なくとも１つの加熱モジュールを内部に有する、請求項５又は１０に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項12】

前記少なくとも１つの加熱モジュールは、前記少なくとも１つの冷媒流路と縦方向に重複しないように配置される、請求項１１に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項13】

前記他の伝熱シートは、水平方向に沿って配向される複数の他の水平配向グラフェン構造を有する他の水平配向部分を有し、
前記他の垂直配向部分と前記他の水平配向部分とが、垂直方向に沿って積層される、請求項５、１０～１２のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項14】

前記他の伝熱シートは、水平方向に沿って配向される複数の他の水平配向グラフェン構造を有する他の水平配向部分を有し、
前記他の垂直配向部分と前記他の水平配向部分とが、水平方向に沿って配置される、請求項５、１０～１２のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項15】

前記他の水平配向部分は、水平方向に沿って配向される複数の他の水平配向カーボンナノチューブを有し、前記複数の他の水平配向カーボンナノチューブの各々が、前記複数の他の水平配向グラフェン構造を有する、請求項１３又は１４に記載の上部電極アセンブリ。

【請求項16】

前記他の水平配向部分は、垂直方向に沿って積層される複数の他の水平配向グラファイトシートを有し、前記複数の他の水平配向グラファイトシートの各々が、前記複数の他の水平配向グラフェン構造を有する、請求項１３又は１４に記載の上部電極アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、上部電極アセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、プラズマによって基板を処理する処理室を備える基板処理装置に配置された電極ユニットが開示されている。特許文献１に記載の電極ユニットは、処理室側から順に電極層、加熱層及び冷却層を有し、前記加熱層は前記電極層を全面的に覆うとともに、前記冷却層は前記加熱層を介して前記電極層を全面的に覆い、前記加熱層及び前記冷却層の間には伝熱シートが配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４―１２０４４０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、厚み方向に対する伝熱効率を適切に向上できる上部電極アセンブリを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、プラズマ処理装置で使用する上部電極アセンブリであって、電極プレートと、金属プレートと、前記電極プレートと前記金属プレートとの間に配置され、垂直配向部分を有する伝熱シートであり、前記垂直配向部分は、垂直方向に沿って配向される複数の垂直配向グラフェン構造を有する、伝熱シートと、を備え、前記垂直配向部分は、水平方向に沿って積層される複数の垂直配向グラファイトシートを有し、前記複数の垂直配向グラファイトシートの各々が、前記複数の垂直配向グラフェン構造を有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、厚み方向に対する伝熱効率を適切に向上できる上部電極アセンブリを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成を示す縦断面図である。

【図2】一実施形態にかかる上部電極アセンブリの構成を示す縦断面図である。

【図3】一実施形態にかかる伝熱シートの構成を示す断面図である。

【図4】一実施形態にかかる伝熱シートの構成を示す斜視図である。

【図5】伝熱シートの伝熱性能についての説明図である。

【図6】伝熱シートの他の構成例を示す説明図である。

【図7】伝熱シートの伝熱性能についての説明図である。

【図8】電極プレートに生じる面内温度の不均一性についての説明図である。

【図9A】伝熱シートの他の構成例を示す説明図である。

【図9B】伝熱シートの他の構成例を示す説明図である。

【図10A】伝熱シートの他の構成例を示す説明図である。

【図10B】伝熱シートの他の構成例を示す説明図である。

【図11】伝熱シートの他の構成例を示す説明図である。

【図12】第２実施形態にかかる上部電極アセンブリの構成を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

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）電源を高出力で高速切替（例えばＯＮ／ＯＦＦ切換）することが求められている。しかしながら、このようにＲＦ電源を高出力で高速切替を行った場合、プラズマ処理空間に隣接して配置された上部電極アセンブリに対するプラズマ入熱に変動が生じ、これにより上部電極アセンブリの温度が変動するおそれがある。

【0010】

このように上部電極アセンブリの温度が変動した場合、基板に対するプラズマ処理結果の分布にばらつきが生じるおそれがある。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ためには、プラズマ入熱の変動に追従して上部電極アセンブリの温度制御を行う必要がある。

【0011】

上述した特許文献１には、電極ユニットが備える電極層の温度制御を、電極ユニットの内部に配置された加熱層や冷却層により行うことが開示されている。また、特許文献１に記載の電極ユニットによれば、加熱層と冷却層との間に伝熱層（例えば伝熱シート）が配置され、これにより冷却層による電極層の冷却を効果的に行っている。

【0012】

ところで、特許文献１に記載の電極ユニットでは、加熱層と冷却層との間に配置された伝熱層によっては、主に平面方向（水平方向）への伝熱が促進され、これにより電極層の全域が適切に温度制御される。しかしながら、上述したようにＲＦ電源の高出力、高速切替が行われる場合、プラズマからの瞬間入熱を可能な限り早く処理することが重要になる。換言すれば、電極ユニットの垂直方向（厚み方向）の熱抵抗を可能な限り下げることが重要になる。すなわち、かかる観点から従来の電極ユニットには改善の余地があり、特に垂直方向における伝熱性を向上した電極ユニットの開発が求められる。

【0013】

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、厚み方向に対する伝熱効率を適切に向上できる上部電極アセンブリを提供する。以下、本実施形態にかかる上部電極アセンブリを備えるプラズマ処理システムについて、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。

【0014】

＜プラズマ処理装置＞
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。

【0015】

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（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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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、電極プレート１２０と金属プレート１３０を含む。電極プレート１２０と金属プレート１３０は、伝熱シート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、プラズマ処理空間１０ｓ側から電極プレート１２０、伝熱シート１４０及び金属プレート１３０がこの順に積層して構成されている。

【0020】

電極プレート１２０は、例えばアルミニウム等の導電性部材を含む。電極プレート１２０の導電性部材は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、後述の金属プレート１３０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。

【0021】

金属プレート１３０は電極プレート１２０の上に積層して配置され、当該電極プレート１２０の支持体として機能する。金属プレート１３０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。

【0022】

また金属プレート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と、少なくとも１つの加熱モジュール１３２と、を内部に有している。冷媒流路１３１には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。加熱モジュール１３２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。また、一実施形態において冷媒流路１３１と加熱モジュール１３２は金属プレート１３０の内部において縦方向に（平面視において）に重複しないように配置され、各々と電極プレート１２０との間で伝熱が行われる際に互いに干渉しないように構成されている。

【0023】

図３及び図４に示すように、一実施形態において伝熱シート１４０は、垂直配向部分Ｒ１を有する。垂直配向部分Ｒ１は、伝熱シート１４０の全部又は一部を構成する。一実施形態において、垂直配向部分Ｒ１は、水平方向において伝熱シート１４０の全域又は一部の領域に渡って形成される。一実施形態において、垂直配向部分Ｒ１は、垂直方向において伝熱シート１４０の全域又は一部の領域に渡って形成される。ここで、一部の領域は、１つの領域であってもよく、複数の領域であってもよい。垂直配向部分Ｒ１は、伝熱異方性を有する複数のグラファイトシート１４１が平面方向（水平方向）に積層して構成されている。また、グラファイトシート１４１の各々は、図５に示すように、当該グラファイトシート１４１の面方向（即ち垂直方向）に沿って配向される複数のグラフェン構造１４１ａを有している。換言すれば、一実施形態において伝熱シート１４０は、電極プレート１２０と金属プレート１３０の積層方向である垂直方向（Ｚ方向）に沿って配向される複数のグラフェン構造（複数の垂直配向グラフェン構造）１４１ａを有している。

【0024】

ここで、グラフェン構造１４１ａの配向方向（Ｘ方向及びＺ方向）に対する熱伝導率は、グラフェン構造１４１ａの積層方向（Ｙ方向）に対する熱伝導率と比較して大きい。換言すれば、一実施形態において伝熱シート１４０は、グラフェン構造１４１ａの配向方向である垂直方向（図４のＺ方向）及び平面一方向（図４のＸ方向）に対する熱伝導率が、グラフェン構造１４１ａの積層方向であって、前記平面一方向と直交する平面他方向（図４のＹ方向）に対する熱伝導率と比較して大きくなるように配置されている。

【0025】

上部電極アセンブリ１３においては、高熱伝導率を有するグラファイトシートを積層して形成された伝熱シートを電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入することのみによっても、プラズマ入熱に起因する電極プレート１２０の温度変動に追従した温度制御を適切に実行できる。しかしながら本実施形態においては、図３及び図４に示したように、複数のグラフェン構造１４１ａが垂直方向に沿って配向されるように、複数のグラファイトシート１４１を平面方向（水平方向）に積層して伝熱シート１４０を構成する。これにより、複数のグラファイトシート１４１を垂直方向に積層した伝熱シート１４０´（後述の図７を参照）を構成した場合と比較して、垂直方向に対する伝熱効率を向上でき、すなわち、より適切に電極プレート１２０の温度制御を行うことができる。

【0026】

なお以下の説明においては、図４に示したように、伝熱シート１４０において複数のグラフェン構造１４１ａが垂直方向に沿って配向された部分を、「垂直配向部分Ｒ１」という場合がある。すなわち、伝熱シート１４０の垂直配向部分Ｒ１においては、垂直方向に対する熱伝導率が平面方向に対する熱伝導率と比較して大きい。

【0027】

なお、一例において、グラファイトシート１４１におけるグラフェン構造１４１ａの配向方向に沿った熱伝導率は２０００Ｗ／ｍ・Ｋ、グラフェン構造１４１ａの積層方向に沿った熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋである。

【0028】

なお、ガス導入部は、上部電極アセンブリ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。

【0029】

図１の説明に戻る。
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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

【0036】

例えば、以上の実施形態では、上部電極アセンブリ１３の伝熱シート１４０において、垂直配向部分Ｒ１を複数の垂直配向グラファイトシート１４１を平面（水平）方向に積層することで、複数の垂直配向グラフェン構造１４１ａが垂直方向に沿って配向するように構成した。しかしながら伝熱シート１４０の構成はこれに限定されず、図６に示すように、厚み方向（垂直方向）に沿って延伸する複数のカーボンナノチューブ１４２ａを有する垂直配向カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）シート１４２により、垂直配向部分Ｒ１を構成してもよい。垂直配向カーボンナノチューブ１４２ａは、図６に示したように、当該垂直配向カーボンナノチューブ１４２ａの延伸方向に沿って配向される複数の垂直配向グラフェン構造１４１ａを有している。即ち、複数の垂直配向カーボンナノチューブ１４２ａの各々が、複数の垂直配向グラフェン構造１４１ａを有する。換言すれば、一実施形態において伝熱シート１４０の垂直配向部分Ｒ１においては、垂直配向カーボンナノチューブ１４２ａの延伸方向（垂直配向グラフェン構造１４１ａの配向方向）である垂直方向に対する熱伝導率が、平面（水平）方向に対する熱伝導率と比較して大きくなっている。

【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、かかる電極プレート１２０の温度変動に追従して、冷媒流路１３１及び加熱モジュール１３２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金属プレート１３０の温度を低下させ、これにより電極プレート１２０から金属プレート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、垂直配向部分Ｒ１を有する伝熱シート１４０が、電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入されている。上述したように、当該垂直配向部分Ｒ１においては複数の垂直配向グラフェン構造１４１ａが垂直方向に沿って配向されているため、平面（水平）方向の熱伝導率と比較して垂直方向に対する熱伝導率が高くなっている。このため本実施形態においては、電極プレート１２０と金属プレート１３０の積層方向である垂直方向への伝熱が促進され、すなわち電極プレート１２０の温度制御を効果的に行うことができる。また、電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に伝熱シート１４０を挿入する場合、所望の接圧を得るために伝熱シート１４０に対して荷重をかけてもよい。接圧が高いほど接触熱抵抗が減少し、より高い伝熱性を得ることができる。

【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】

＜本開示にかかる上部電極アセンブリの作用効果＞
以上、本実施形態にかかる上部電極アセンブリによれば、プラズマ処理空間１０ｓに隣接して配置される電極プレート１２０と、当該電極プレート１２０の上に積層して配置され、内部に電極プレート１２０の温度制御用の冷媒流路１３１及び加熱モジュール１３２を有する金属プレート１３０との間に、垂直配向部分Ｒ１を有する伝熱シート１４０を挿入する。これにより、当該垂直配向部分Ｒ１においては、垂直配向グラフェン構造１４１ａの配向方向である垂直方向に対する伝熱が促進される。すなわち、プラズマ入熱により温度変動する電極プレート１２０と、冷媒流路１３１及び加熱モジュール１３２との間における伝熱性能を向上させ、適切に電極プレート１２０を温度制御できる。

【0046】

具体的には、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、図７に示すように、電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に、複数のグラファイトシート１４１が垂直方向に積層して構成された伝熱シート１４０´を挿入した場合と比較して、電極プレート１２０の冷却をより効果的に行うことができることを確認できた。そして、かかる電極プレート１２０の冷却効果は、特にプラズマ処理に際してＲＦ電力を高出力で印加した場合においては更に高くなることがわかった。
換言すれば、垂直配向部分Ｒ１を有する伝熱シート１４０を電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入することで、電極プレート１２０の冷却効率が高まり、この結果、プラズマ処理装置において、ＲＦ電源を高出力で高速切替する場合であっても、適切に電極プレート１２０の冷却を行うことができる。

【0047】

また本実施形態によれば、図２に示したように、冷媒流路１３１と加熱モジュール１３２が、金属プレート１３０の内部において縦方向に重複しないように配置される。これにより、例えば冷媒流路１３１に伝熱流体を通流させて電極プレート１２０の冷却を行う際に、加熱モジュール１３２が電極プレート１２０と冷媒流路１３１との間での伝熱に干渉することが抑制される。すなわち、更に適切に電極プレート１２０を冷却できる。

【0048】

なお、以上の実施形態においては、上部電極アセンブリ１３の電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入される伝熱シート１４０を、例えば複数の垂直配向グラファイトシート１４１を平面（水平）方向に積層して構成した。これにより伝熱シート１４０は、垂直方向（図４のＺ方向）及び平面一方向（図４のＸ方向）に対する熱伝導率が、平面他方向（図４のＹ方向）に対する熱伝導率と比較して大きくなっている。

【0049】

ここで、プラズマ処理装置１を用いて行われる一般的なプラズマ処理においては、電極プレート１２０のセンター側（径方向内側）におけるプラズマ入熱が、エッジ側（径方向外側）におけるプラズマ入熱と比較して高いことが知られている。このため、プラズマ入熱に起因する電極プレート１２０の温度変動は、エッジ側と比較してセンター側で大きくなり、すなわちセンター側の温度がエッジ側の温度と比較して高くなる傾向にある。このため、伝熱シート１４０を電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入した場合、図８に示すように、伝熱シート１４０のセンター側からエッジ側に対する伝熱量が平面一方向（Ｘ方向）と平面他方向（Ｙ方向）とで不均一になり、この結果、電極プレート１２０の冷却を特に周方向において均一に制御できなくなるおそれがある。

【0050】

そこで上部電極アセンブリ１３においては、図９Ａに示すように、複数の垂直配向グラファイトシート１４１を同心円状に配置することで垂直配向部分Ｒ１を形成した伝熱シート１５０を、電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入してもよい。なお、同心円状に配置された複数の垂直配向グラファイトシート１４１の中心には、少なくとも１つの垂直配向カーボンナノチューブ１４２ａを有する垂直配向カーボンナノチューブシート１４２が配置されていてもよい。

【0051】

図９Ａに示した伝熱シート１５０によれば、垂直方向（Ｚ方向）及び伝熱シート１５０の周方向（θ方向）に対する熱伝導率が、伝熱シート１５０の径方向（Ｘ方向及びＹ方向）に対する熱伝導率と比較して大きくなっている。これにより、伝熱シート１５０の周方向に対する伝熱量が径方向に対する伝熱量と比較して大きくなり、この結果、電極プレート１２０の温度を特に周方向で均一に制御できる。

【0052】

また上部電極アセンブリ１３においては、図９Ｂに示すように、複数の垂直配向グラファイトシート１４１を径方向に沿って配置、すなわち放射状に配置することで垂直配向部分Ｒ１を形成した伝熱シート１６０を、電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入してもよい。

【0053】

図９Ｂに示した伝熱シート１６０によれば、垂直方向（Ｚ方向）及び伝熱シート１６０の径方向（Ｘ方向及びＹ方向）に対する熱伝導率が、伝熱シート１６０の周方向（θ方向）に対する熱伝導率と比較して大きくなっている。また伝熱シート１６０によれば、伝熱シート１６０のセンター側からエッジ側に対する伝熱量を、平面一方向（Ｘ方向）と平面他方向（Ｙ方向）とで均一に制御することが可能になる。この結果、電極プレート１２０の温度を周方向で均一に制御できるようになるとともに、伝熱シート１６０のセンター側に対するプラズマ入熱をエッジ側へと処理することができ、すなわちセンター側の温度とエッジ側の温度を均一に制御することが可能になる。すなわち、電極プレート１２０の温度を面内均一に制御することが可能になる。

【0054】

なお、以上の実施形態においては、垂直配向部分Ｒ１のみを有する伝熱シート１４０を電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入する場合を例に説明を行ったが、伝熱シートの構成はこれに限定されるものではない。具体的には、冷却対象である電極プレート１２０の抜熱設計に応じて、垂直配向部分Ｒ１に加え、複数のグラフェン構造１４１ａが平面（水平）方向に沿って配向された部分を更に有する伝熱シートを、電極プレート１２０と金属プレート１３０との間に挿入してもよい。なお、複数のグラフェン構造１４１ａが平面（水平）方向に沿って配向された部分を「水平配向部分Ｒ２」（図１０を参照）という場合がある。また、平面（水平）方向に沿って配向されたグラフェン構造１４１ａが、本開示の技術に係る「水平配向グラフェン構造」を構成する。すなわち、水平配向部分Ｒ２においては、平面（水平）方向に対する熱伝導率が垂直方向に対する熱伝導率と比較して大きい。

【0055】

図１０は、一実施形態にかかる、垂直配向部分Ｒ１と水平配向部分Ｒ２とをそれぞれ備えた伝熱シート１７０の構成の概略を示す説明図である。

【0056】

図１０Ａに示すように、一実施形態において伝熱シート１７０は、当該伝熱シート１７０のセンター側に配置され、平面視において略円形状に形成された垂直配向部分Ｒ１と、当該伝熱シート１７０のエッジ側に配置され、平面視において略環状に形成された水平配向部分Ｒ２と、を備える。換言すれば、伝熱シート１７０の垂直配向部分Ｒ１と水平配向部分Ｒ２は、電極プレート１２０と金属プレート１３０との間であって、且つ、互いに垂直方向における同じ高さに並べて（平面（水平）方向に並べて）配置されている。

【0057】

図１０Ａに示した伝熱シート１７０によれば、センター側の垂直配向部分Ｒ１においては垂直方向（Ｚ方向）及び平面一方向（Ｘ方向）に対する熱伝導率が、平面他方向（Ｙ方向）に対する熱伝導率と比較して大きくなっている。一方、エッジ側の水平配向部分Ｒ２においては、平面方向（Ｘ方向及びＹ方向）に対する熱伝導率が、垂直方向（Ｚ方向）に対する熱伝導率と比較して大きくなっている。

【0058】

上述したように、プラズマ処理装置１を用いて行われる一般的なプラズマ処理においては、電極プレート１２０のセンター側の温度がエッジ側の温度と比較して高くなる傾向にある。そこで伝熱シート１７０においては、図１０Ａに示したように、電極プレート１２０の温度が相対的に高くなるセンター側に垂直方向に対する熱伝導率が大きい垂直配向部分Ｒ１を配置し、温度が相対的に低くなるエッジ側に平面（水平）方向に対する熱伝導率が大きい水平配向部分Ｒ２を配置する。これにより、電極プレート１２０のセンター側においては垂直方向に対する伝熱を促進させて温度を低下させるともに、電極プレート１２０のエッジ側においては平面（水平）方向に対する伝熱を促進させて温度の均一性を高めることができる。

【0059】

このように、上部電極アセンブリ１３においては、プラズマ入熱に起因する電極プレート１２０の温度変動量の面内分布に応じて垂直配向部分Ｒ１と水平配向部分Ｒ２とを適宜配置することにより、適切に電極プレート１２０の温度制御を行うことができる。具体的には、電極プレート１２０の温度が相対的に高くなる部分には垂直配向部分Ｒ１を対応配置して冷却を促進させ、電極プレート１２０の温度が相対的に低くなる部分には水平配向部分Ｒ２を対応配置して温度の面内均一性を向上させる。かかる場合、例えば電極プレート１２０の温度変動量に応じて垂直配向部分Ｒ１の面積を変動させることで、電極プレート１２０から垂直方向への熱伝導量、すなわち電極プレート１２０の温度を制御することができる。

【0060】

なお、図１０Ａに示した例においては、複数の垂直配向グラファイトシート１４１を水平方向に積層することで垂直配向部分Ｒ１を形成したが、垂直配向部分Ｒ１は、図９に示したように複数のグラファイトシート１４１を同心円状や放射状に配置して形成してもよい。また、例えば図１０Ｂに示すように、垂直方向に延伸する複数の垂直配向カーボンナノチューブ１４２ａを有する垂直配向カーボンナノチューブシート１４２により垂直配向部分Ｒ１を形成してもよい。

【0061】

また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した例においては、複数の水平配向グラファイトシート１４１を垂直方向に積層することで水平配向部分Ｒ２を形成したが、水平配向部分Ｒ２は、平面（水平）方向に延伸する複数の水平配向カーボンナノチューブ１４２ａを有する水平配向カーボンナノチューブシート１４２により形成（図示せず）してもよい。

【0062】

なお、電極プレート１２０の面内温度均一性を向上させる、という観点からは、図１１に示す伝熱シート１８０のように、側面視において垂直配向部分Ｒ１と水平配向部分Ｒ２とが積層して配置されていてもよい。換言すれば、伝熱シート１８０は、垂直配向部分Ｒ１に加え、電極プレート１２０と垂直配向部分Ｒ１との間、金属プレート１３０と垂直配向部分Ｒ１との間、又は垂直配向部分Ｒ１と垂直配向部分Ｒ１の間に配置された水平配向部分Ｒ２を更に有していてもよい。

【0063】

図１１に示した伝熱シート１８０によれば、垂直方向に積層して配置された垂直配向部分Ｒ１においては、垂直方向に対する伝熱を促進することで、すなわち電極プレート１２０の冷却を促進する。一方、垂直方向に積層して配置された水平配向部分Ｒ２においては、平面（水平）方向に対する伝熱を促進することで、すなわち電極プレート１２０の面内温度均一性を向上させる。換言すれば、このように垂直配向部分Ｒ１と水平配向部分Ｒ２を多層に組み合わせることで垂直方向と平面（水平）方向のそれぞれに対する熱伝導率を高めることができ、すなわち、電極プレート１２０の冷却を効果的、且つ、均一に行うことができる。

【0064】

なお、電極プレート１２０の冷却を効果的、すなわち迅速に行うという観点からは、積層して配置される水平配向部分Ｒ２の厚みを、垂直配向部分Ｒ１の厚みと比較して可能な限り小さくすることが望ましい。

【0065】

＜第２の実施形態にかかる上部電極アセンブリ＞
以上の実施形態においては、上部電極アセンブリ１３が、垂直方向に積層して配置される電極プレート１２０、伝熱シート、及び金属プレート１３０を備える場合を例に説明を行ったが、プラズマ処理装置１に配置される上部電極アセンブリの構成はこれに限定されるものではない。

【0066】

図１２は、第２の実施形態にかかる上部電極アセンブリ２００の構成の概略を示す縦断面図である。

【0067】

図１２に示すように、一実施形態において上部電極アセンブリ２００は、電極プレート１２０、金属プレート２１０及び他の金属プレート２２０を含む。電極プレート１２０と金属プレート２１０は、伝熱シート１４０を介して垂直方向に積層されている。また、金属プレート２１０と他の金属プレート２２０は、伝熱シート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２００は、プラズマ処理空間１０ｓ側から電極プレート１２０、伝熱シート１４０、金属プレート２１０、伝熱シート１４０及び他の金属プレート２２０がこの順に積層して構成されている。

【0068】

なお、電極プレート１２０と金属プレート２１０との間に挿入される伝熱シートは、図３及び図４に示した伝熱シート１４０には限定されず、図８～図１１に示した伝熱シート１５０、１６０、１７０又は１８０から選択される少なくとも１つの伝熱シートを適宜用いることができる。また、金属プレート２１０と他の金属プレート２２０との間に挿入される伝熱シートも伝熱シート１４０には限定されず、伝熱シート１５０、１６０、１７０又は１８０から選択される少なくとも１つの伝熱シートを適宜用いることができる。

【0069】

また、電極プレート１２０と金属プレート２１０との間に挿入される伝熱シートと、金属プレート２１０と他の金属プレート２２０との間に挿入される伝熱シートは、それぞれ同一の構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。

【0070】

なお、本実施形態においては、金属プレート２１０と他の金属プレート２２０との間に挿入される伝熱シートが、本開示の技術に係る「他の伝熱シート」を構成する。また、当該他の伝熱シートが有する垂直配向部分Ｒ１及び水平配向部分Ｒ２が、本開示の技術に係る「他の垂直配向部分」及び「他の水平配向部分」を構成する。同様に、これら他の垂直配向部分及び他の水平配向部分が有する各々のグラフェン構造１４１ａが、本開示の技術に係る「他の垂直配向グラフェン構造」及び「他の水平配向グラフェン構造」を構成する。更に同様に、当該他の伝熱シートがグラファイトシート１４１又はカーボンナノチューブ１４２を有する場合においては、これらグラファイトシート１４１又はカーボンナノチューブ１４２が、本開示の技術に係る「他のグラファイトシート」及び「他のカーボンナノチューブ」を構成する。

【0071】

電極プレート１２０は、第１の実施形態にかかる上部電極アセンブリ１３が備える電極プレート１２０と同様の構成を有している。すなわち、電極プレート１２０は上部電極として機能する導電性材料を含み、厚み方向に貫通して複数のガス導入口１３ａが形成されている。

【0072】

金属プレート２１０は電極プレート１２０の上に積層して配置され、当該電極プレート１２０の支持体として機能する。金属プレート２１０の内部には、少なくとも１つのガス拡散空間１３ｂが形成されている。
また金属プレート２１０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つの加熱モジュール２１１を内部に有している。加熱モジュール２１１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。

【0073】

他の金属プレート２２０は金属プレート２１０の上に積層して配置され、金属プレート２１０と一体となって電極プレート１２０の支持体として機能する。他の金属プレート２２０には、少なくとも１つのガス供給口１３ｃが形成されている。
また他の金属プレート２２０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２２１を内部に有している。冷媒流路２２１には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。

【0074】

また、一実施形態において他の金属プレート２２０の内部に形成された冷媒流路２２１と、金属プレート２１０の内部に設けられた加熱モジュール２１１は、縦方向に（平面視において）に重複しないように配置されている。

【0075】

電極プレート１２０と金属プレート２１０との間に挿入される伝熱シート、又は、金属プレート２１０と他の金属プレート２２０との間に挿入される伝熱シートとしては、上述したように、電極プレート１２０の温度制御に係る抜熱設計に応じて、任意の構成を選択できる。すなわち、電極プレート１２０、金属プレート２１０及び他の金属プレート２２０の各々の間に挿入される伝熱シートは、垂直配向部分Ｒ１のみを有していてもよいし、水平配向部分Ｒ２を更に有していてもよい。また、これら垂直配向部分Ｒ１と水平配向部分Ｒ２の配置は任意に選択することができる。

【0076】

第２の実施形態にかかる上部電極アセンブリ２００は以上のように構成されている。このように、上部電極アセンブリに複数の金属プレートを積層して設ける場合であっても、各々の金属プレートの界面に本開示の技術にかかる伝熱シートを配置することで、電極プレート１２０の温度制御を適切に行うことができる。

【0077】

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。

【0078】

例えば、以上の実施形態においては上部電極アセンブリを構成する電極プレートと金属プレートとの間に、積層方向に配向する複数のグラフェン構造を有する伝熱シートを挿入する場合を例に説明を行った。しかしながら、かかる伝熱シートを用いて構成される部材は上部電極アセンブリに限定されるものではなく、効果的な熱処理が求められる任意の部材に、かかる伝熱シートが用いられてもよい。具体的には、例えば基板支持部１１において基台１１３と静電チャック１１４との間に挿入するために、かかる伝熱シートを用いることができる。

【符号の説明】

【0079】

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 金属プレート
１４０ 伝熱シート
１４１ａ グラフェン構造
Ｒ１ 垂直配向部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】