JP2006269944A - 温度調整方法，温度調整装置，プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理の開始時から上部電極の温度を安定させる。
【解決手段】 基板Ｗのプラズマ処理装置１において，基板Ｗの処理が行われないアイドル状態時に，蒸発器である第２の熱交換器１１２と電気ヒータ１１３により循環路１１０内のブラインの温度を調整して，上部電極２０を設定温度Ｈに調整する。上部電極２０に高周波電力が印加される基板Ｗの処理開始時に，水の顕熱により熱交換を行う第１の熱交換器１１１と第２の熱交換器１１２を用いてブラインの温度を設定温度Ｈよりも下げて，上部電極２０の温度を設定温度Ｈに維持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，温度調整方法，温度調整装置及びプラズマ処理装置に関する。

例えば半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスでは，例えばプラズマを用いたエッチング処理が行われている。

上述のエッチング処理は，通常プラズマ処理装置において行われる。プラズマ処理装置には，上下に電極を配置した平行平板型のものが多用されており，当該平行平板型のプラズマ処理装置は，例えば処理容器内において，基板を載置した下部電極にプラズマ生成用の高周波電力を印加し，下部電極と上部電極との間にプラズマを生成し，当該プラズマによって基板上の膜をエッチングしている。

上述のプラズマ処理装置では，基板の処理を安定させるために，下部電極の温度制御を行っている。例えばプラズマ処理装置には，下部電極の内部を通過しチラー装置に連通する冷媒の循環回路が形成され，基板の処理時には，下部電極の内部に冷媒を供給し循環させて，下部電極の温度を厳密に管理している（例えば特許文献１参照。）。

特開２００２−１６８５５１号公報

ところで，上部電極はプラズマ発生空間に露出しており，上部電極の温度もエッチング状態に影響を与えるので，上部電極も温度制御を行う必要がある。そこで，下部電極と同様のチラー装置を用いて上部電極の温度制御を行うことが考えられる。しかしながら，上部電極は，プラズマ発生用の高出力の高周波電力が印加されるため発熱量が多く，また下部電極に比べて大きな熱容量を有している。このため，上部電極は，処理時の発熱量が多く，温調冷媒に対する応答性が悪い。したがって，下部電極に用いた上記チラー装置を上部電極に単純に採用した場合，基板の処理が開始され上部電極に高周波電力が印加され始めてから，その上部電極の温度が安定するまでに長時間を要する結果となる。この場合，上部電極の温度が不安定の状態で基板の処理を行うと，エッチングの処理結果が不安定になるので，製品になる基板の処理の開始を遅らせる必要があり，スループットの観点から問題があった。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，基板の処理開始当初からプラズマ生成用の電極の温度を安定させることをその目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，基板のプラズマ処理装置においてプラズマ生成用の高周波電力が印加される電極の温度調整方法であって，電極の内部を通過し，前記電極に対して熱媒体を循環させる循環路と，前記循環路において，前記電極を通過した前記熱媒体に対して液体冷媒の顕熱により熱交換を行う第１の熱交換器と，前記循環路において，前記第１の熱交換器を通過した前記熱媒体に対して冷媒の潜熱により熱交換を行う第２の熱交換器と，前記循環路において，前記電極の内部に供給される熱媒体を加熱する加熱器と，を備えた温度調整装置を用いて，基板の処理が行われないアイドル状態時に，前記第２の熱交換器と前記加熱器により前記循環路内の熱媒体の温度を調整して，前記電極の温度を所定の設定温度に調整する工程と，前記電極に高周波電力が印加される基板の処理開始時に，前記第１の熱交換器と第２の熱交換器を用いて前記熱媒体の温度を前記電極の設定温度よりも下げて，前記電極の温度を前記設定温度に維持する工程と，を有することを特徴とする。なお，ここでいうアイドル状態とは，基板のロットの切り替え時などで基板の処理が行われていない状態をいう。また，基板の処理開始時とは，アイドル状態から基板の処理が開始される時期をいう。

本発明によれば，基板の処理が行われないアイドル状態時に，冷媒の潜熱により熱交換を行う第２の熱交換器と加熱器により，予め電極の温度を所定の設定温度に調整しておく。そして，基板の処理が開始された時に，液体冷媒の顕熱により熱交換を行う第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の両方により，循環路内の熱媒体の温度を急速冷却する。こうすることにより，プラズマ生成用の高周波電力による発熱分の熱量が熱媒体により排熱され，プラズマ生成用の電極の温度が引き続き設定温度に維持される。この結果，基板の処理開始当初から，プラズマ生成用の電極の温度が安定し，早期に製品用の基板の処理を開始することができる。

前記プラズマ生成用の電極は，上部電極であり，前記プラズマ処理装置は，基板を載置する下部電極を備え，前記下部電極には，高周波電力を印加可能であり，前記アイドル状態時の上部電極の所定温度と，前記基板の処理開始時の前記熱媒体の調整温度との温度差ΔＴは，ΔＴ＝ｋ（ａＡ+ｂＢ）×Ｄ/Ｃ（ｋ：電力から温度への換算係数，Ａ：上部電極の高周波電力，Ｂ：下部電極の高周波電力，ａ：上部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，ｂ：下部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，Ｃ：基板一枚の処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間）の式により設定されるようにしてもよい。

前記循環路には，前記プラズマ生成用の電極を迂回して前記熱媒体を循環させるためのバイパス路が形成されており，基板の処理が終了した時に，前記バイパス路を通じて前記熱媒体を循環させて，前記加熱器を用いて前記熱媒体の温度を上昇させる工程と，前記電極の内部を通過するように前記熱媒体を循環させて前記熱媒体を前記設定温度に安定させる工程を有するようにしてもよい。

前記バイパス路を通過させる前記熱媒体の循環と，前記電極の内部を通過させる前記熱媒体の循環とを交互に行うことにより，前記熱媒体の温度を前記設定温度に安定させるようにしてもよい。なお，前記液体冷媒は，水であってもよい。

別の観点による本発明は，基板のプラズマ処理装置においてプラズマ生成用の高周波電力が印加される電極の温度調整装置であって，電極の内部を通過し，前記電極に対して熱媒体を循環させる循環路と，前記循環路において，前記電極を通過した前記熱媒体に対して液体冷媒の顕熱により熱交換を行う第１の熱交換器と，前記循環路において，前記第１の熱交換器を通過した前記熱媒体に対して冷媒の潜熱により熱交換を行う第２の熱交換器と，前記循環路において，前記電極の内部に供給される熱媒体を加熱する加熱器と，基板の処理が行われないアイドル状態時に，前記第２の熱交換器と前記加熱器により前記循環路内の熱媒体の温度を調整して，前記電極の温度を所定の設定温度に調整し，前記電極に高周波電力が印加される基板の処理開始時に，前記第１の熱交換器と第２の熱交換器を用いて前記熱媒体の温度を前記電極の設定温度よりも下げて，前記電極の温度を前記設定温度に維持する制御部と，を有することを特徴とする。

前記プラズマ生成用の電極は，上部電極であり，前記プラズマ処理装置は，基板を載置する下部電極を備え，前記下部電極には，高周波電力を印加可能であり，前記制御部は，前記アイドル状態時の上部電極の所定温度と，前記基板の処理開始時の前記熱媒体の調整温度との温度差ΔＴを，ΔＴ＝ｋ（ａＡ+ｂＢ）×Ｄ/Ｃ（ｋ：電力から温度への換算係数，Ａ：上部電極の高周波電力，Ｂ：下部電極の高周波電力，ａ：上部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，ｂ：下部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，Ｃ：基板一枚の処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間）の式により算出して設定するようにしてもよい。

前記循環路には，前記プラズマ生成用の電極を迂回して前記熱媒体を循環させるためのバイパス路が形成されており，前記制御部は，基板の処理が終了した時に，前記バイパス路を通じて前記熱媒体を循環させて，前記加熱器を用いて前記熱媒体の温度を上昇させ，加えて，前記電極の内部を通過するように前記熱媒体を循環させて前記熱媒体を前記設定温度に安定させるようにしてもよい。

前記制御部は，前記バイパス路を通過させる前記熱媒体の循環と，前記電極の内部を通過させる前記熱媒体の循環とを交互に行うことにより，前記熱媒体の温度を前記設定温度に安定させるようにしてもよい。なお，前記液体冷媒は，水であってもよい。

別の観点による本発明によれば，請求項６〜１０のいずれかに記載のプラズマ生成用の電極を備えたプラズマ処理装置が提供される。

本発明によれば，基板の処理開始当初から上部電極の温度を安定させることができるので，製品用の基板の処理を当初から行うことができ，スループットの向上が図られる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１と温度調整装置１００の構成の概略を示す説明図である。

プラズマ処理装置１は，平行平板型電極構造の容量結合型のプラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１は，略円筒形状の処理容器１０を有している。この処理容器１０内に処理室Ｓが形成されている。処理容器１０は，例えばアルミニウム合金により形成され，内壁面がアルミナ膜又はイットリウム酸化膜により被覆されている。処理容器１０は，接地されている。

処理容器１０内の中央の底部には，絶縁板１１を介在してサセプタ１２が設けられている。サセプタ１２は，略円柱状に形成され，その上面に基板Ｗを載置することができる。サセプタ１２は，例えばアルミニウム合金により形成され，平行平板型電極構造の下部電極を構成している。

サセプタ１２の内部には，リング状の冷媒室１３が形成されている。冷媒室１３は，配管１３ａ，１３ｂを通じて，処理容器１０の外部に設置されたチラーユニット（図示せず）に連通している。冷媒室１３には，配管１３ａ，１３ｂを通じて冷媒が循環供給され，この循環供給によりサセプタ１２上の基板Ｗの温度を制御できる。

サセプタ１２の上方には，サセプタ１２に対向するプラズマ生成用の上部電極２０が設けられている。サセプタ１２と上部電極２０との間には，プラズマ生成空間が形成されている。

上部電極２０は，例えば電極板２１，分散板２２及び天板２３の３層構造になっている。例えば最上部の天板２３の中央部には，エッチングのための処理ガスを処理室Ｓ内に導入するためのガス供給管２４が接続されている。ガス供給管２４は，処理ガス供給源２５に接続されている。天板２３の下層には，例えば略円筒状の分散板２２が設けられ，ガス供給管２４から導入された処理ガスを均等に分散させることができる。分散板２２の下層には，例えばサセプタ１２上の基板Ｗに対向する電極板２１が設けられている。電極板２１には，多数のガス噴出孔２１ａが形成されており，分散板２２で分散された処理ガスを複数のガス噴出孔２１ａから均等に噴出できる。

上部電極２０の例えば天板２３の内部には，熱媒体，例えばブラインが通過するリング状の流路３０が形成されている。流路３０は，後述する温度調整装置１００の循環路１１０の一部を構成している。また例えば分散板２２の内部には，温度制御の制御対象温度となる上部電極２０の温度を測定する温度センサ３１が設けられている。

上部電極２０には，整合器４０を介して第１の高周波電源４１が電気的に接続されている。第１の高周波電源４１は，例えば４０ＭＨｚ以上，例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を出力できる。この第１の高周波電源４１により，上部電極２０に高周波電力を付加し，処理室Ｓ内にプラズマを生成できる。

サセプタ１２には，整合器５０を介して第２の高周波電源５１が電気的に接続されている。第２の高周波電源５１は，例えば２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲，例えば２０ＭＨｚの周波数の高周波電力を出力できる。この第２の高周波電源５１により，サセプタ１２に高周波電力を印加し，処理室Ｓ内の荷電粒子を基板Ｗ側に引き込むことができる。

処理容器１０の側面には，図示しない排気装置に連通する排気管６０が接続されている。排気管６０からの排気により，処理容器１０内の所望の真空度に減圧できる。

プラズマ処理装置１には，例えば処理ガス供給源２５，第１の高周波電源４１及び第２の高周波電源５１などのエッチング処理を実行するための各種諸元の動作を制御する装置制御部７０が設けられている。また，温度センサ３１による測定結果は，装置制御部７０に出力できる。

このプラズマ処理装置１で行われるプラズマエッチング処理は，先ず基板Ｗがサセプタ１２上に吸着保持される。次に，例えば排気管６０からの排気により，処理室Ｓ内が所定の圧力に減圧される。上部電極２０から処理室Ｓ内に処理ガスが供給される。第１の高周波電源４１により，上部電極２０に高周波電力が印加され，処理室Ｓ内の処理ガスがプラズマ化される。また，第２の高周波電源５１により，サセプタ１２に高周波電力が印加され，プラズマ中の荷電粒子が基板Ｗ側に誘導される。これらのプラズマの作用により，基板Ｗ上の膜がエッチングされる。エッチングの終了した基板Ｗは，処理容器１０内から搬出され，次の基板Ｗが搬入される。

次に，プラズマ処理装置１の上部電極２０の温度を調整する温度調整装置１００について説明する。

温度調整装置１００は，上部電極２０の内部を通過するようにブラインを循環させる循環路１１０と，循環路１１０において上部電極２０から流出したブラインを液体冷媒としての水の顕熱により熱交換する第１の熱交換器１１１と，循環路１１０においてブラインを潜熱により熱交換する第２の熱交換器１１２と，ブラインを加温する加熱器としての電気ヒータ１１３と，上部電極２０に供給する前にブラインを貯留するタンク１１４を有している。なお，ブラインは，例えばシリコンオイル，フッ素系液体，エチレングリコールなどの液体の熱交換媒体である。循環路１１０において，第１の熱交換器１１１，第２の熱交換器１１２，電気ヒータ１１３及びタンク１１４は直列的に接続されており，上部電極２０→第１の熱交換器１１１→第２の熱交換器１１２→電気ヒータ１１３→タンク１１４→上部電極２０の順にブラインを循環させることができる（図１中の循環Ｅ１）。

第１の熱交換器１１１には，例えば二次冷媒である水を第１の熱交換器１１１の内部に導入し排出する二次冷媒側の管路１２０が接続されている。この管路１２０の上流側は，例えば図示しない水供給装置に接続されている。管路１２０に水を流すことにより，第１の熱交換器１１１において水の顕熱により循環路１１０のブラインを冷却できる。管路１２０には，開閉バルブ１２１が設けられている。この開閉バルブ１２１の開閉を切り替えることにより，第１の熱交換器１１１の水によるブラインの冷却をオン・オフできる。

第２の熱交換器１１２は，蒸発器であり，例えば二次冷媒としての代替フロン，例えばハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）の潜熱により循環路１１０のブラインを冷却できる。第２の熱交換器１１２には，冷凍機を構成する循環回路１３０が接続されている。循環回路１３０には，圧縮機１３１，凝縮器１３２及び膨張弁１３３が設けられている。凝縮器１３２には，例えば三次冷媒となる冷却水の供給管路１３４が接続されている。供給管路１３４には，例えば流量調整バルブ１３５が設けられている。例えばこの流量調整バルブ１３５により，凝縮器１３２への冷却水の供給量を調整することにより，第２の熱交換器１１２における冷却能力を調整できる。

電気ヒータ１１３は，例えばヒータ電源１４０による給電により発熱して循環路１１０のブラインを加温できる。

タンク１１４には，例えばポンプ１５０が配置されており，タンク１１４内に貯留しているブラインを上部電極２０側に圧送できる。

例えばタンク１１４と上部電極２０との間の循環路１１０には，タンク１１４から圧送されたブラインを上部電極２０を迂回して第１の熱交換器１１１側に流すバイパス路１６０が形成されている。このバイパス路１６０により，バイパス路１６０→第１の熱交換器１１１→第２の熱交換器１１２→電気ヒータ１１３→タンク１１４→バイパス路１６０の順にブラインを循環させることができる（図１中の循環Ｅ２）。バイパス路１６０の分岐点には，三方弁１６１が設けられている。この三方弁１６１により，上部電極２０を通らずにバイパス路１５０を通る循環Ｅ２と，上部電極２０を通る循環Ｅ１を切り替えることができる。

温度調整装置１００には，例えば第１の熱交換器１１１の開閉バルブ１２１，第２の熱交換器１１２の流量調整バルブ１３５，電気ヒータ１１３のヒータ電源１４０，タンク１１４のポンプ１５０及び三方弁１６１などの上部電極２０の温度調整を実行するための各種諸元の動作を制御する制御部１７０が設けられている。制御部１７０は，プラズマ処理装置１の装置制御部７０との間で通信可能であり，装置制御部７０からの情報に基づいて前記諸元の動作を制御できる。

次に，上記温度調整装置１００を用いた上部電極２０の温度調整プロセスについて説明する。

プラズマ処理装置１において，基板Ｗのロット処理が開始される前のアイドル状態のときには，循環路１１０内の循環Ｅ１においてブラインの温度が調整され，図２に示すように上部電極２０の温度が予め定められた設定温度Ｈに調整される。この設定温度Ｈは，処理時に上部電極２０を安定させる温度に設定される。このときの温度調整では，先ず図１に示す上部電極２０の温度センサ３１による温度測定結果が装置制御部７０に出力され，装置制御部７０から制御部１７０に出力される。制御部１７０は，この温度測定結果に基づいて，第２の熱交換器１１２の流量調整バルブ１３５と電気ヒータ１１３のヒータ電源１４０を調整して，上部電極２０の温度が設定温度Ｈになるように循環路１１０内のブラインの温度を調整する。このとき，第１の熱交換器１１１の開閉バルブ１２１は閉鎖されており，第２の熱交換器１１２と電気ヒータ１１３によってブラインの温度が調整される。つまりブラインの冷却については，第２の熱交換器１１２の代替フロンの潜熱によって行われる。このアイドル状態時の循環路１１０内のブラインの温度は，放熱などの影響により結果的に設定温度Ｈよりも僅かに高い温度に調整される。

そして，プラズマ処理装置１において，アイドル状態が終わり，基板Ｗのロット処理が開始されるときに，図２に示す循環路１１０におけるブラインの目標温度Ｔが設定される。例えば装置制御部７０の処理開始情報が制御部１７０に入力されると，ブラインの目標温度Ｔが設定される。

目標温度Ｔは，上部電極２０の設定温度Ｈよりも低い温度であり，設定温度Ｈと目標温度Ｔとの温度差ΔＴは，次の式（１）により求められる。

式（１）中のｋは，電力から温度への換算係数であり，Ａは，上部電極２０の高周波電力であり，Ｂは，サセプタ１２の高周波電力である。ａは，上下電極の高周波電力全体に対して上部電極２０の高周波電力が上部電極２０の温度に及ぼす影響の度合いを示す係数であり，ｂは，上下電極の高周波電力全体に対してサセプタ１２の高周波電力が上部電極２０の温度に及ぼす影響の度合いを示す係数を示す。またＣは，基板一枚あたりの処理時間，Ｄは，処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間である。図２に示すように処理時間Ｃは，例えば高周波電力が印加されている時間と基板Ｗの入れ替え時間を合わせた，基板一枚あたりにかかる時間である。温度差ΔＴの算出と目標温度Ｔの設定は，例えば制御部１７０により行われる。

温度差ΔＴが算出され，目標温度Ｔが設定されると，図１に示す第１の熱交換器１１１の開閉バルブ１２１が開放され，第１の熱交換器１１１における水の顕熱と，第２の熱交換器１１２における代替フロンの潜熱によって，循環路１１０内のブラインが急速冷却され，目標温度Ｔで安定する。基板Ｗのロット処理が開始されプラズマ生成用の高周波電力が上部電極２０に印加されて発生する分の熱が，冷却されたブラインにより排熱され，図２に示すように上部電極２０の温度が設定温度Ｈに維持される。その後，基板Ｗのロット処理が終了するまで，ブラインの温度が目標温度Ｔに維持され，上部電極２０の温度が設定温度Ｈに維持される。なお，第１の熱交換器１１１と第２の熱交換器１１２によりブラインが急冷され始めるタイミングは，例えば高周波電力が初めて上部電極２０に印加される時かその直前が好ましい。

その後，ロット処理が終了すると，図１に示す三方弁１６１のバイパス路１６０側の流路が開放され，上部電極２０を迂回するようにブラインが循環される（循環Ｅ２）。このとき，例えば第１の熱交換器１１１による冷却と，第２の熱交換器１１２による冷却が停止され，電気ヒータ１１３により，ブラインが図３に示すように加温される。その後，三方弁１６１が上部電極２０側の流路に切り替えられ，温められたブラインが上部電極２０内を通るように循環される（循環Ｅ１）。この三方弁１６１の切り替えが断続的に行われ，上部電極２０を通るブラインの循環Ｅ１と上部電極２０を迂回するショートカットの循環Ｅ２が交互に切り替えられる。これにより，ブラインの温度がアイドル状態時の温度に戻される。また，ロット処理の終了直後に低下する上部電極２０の温度も，設定温度Ｈに回復される。

以上の実施の形態によれば，アイドル状態時に，処理時に安定する設定温度Ｈに予め上部電極２０の温度を調整しておき，基板Ｗの処理開始時に，第１の熱交換器１１１と第２の熱交換器１１２を用いてブラインを目標温度Ｔに急速冷却する。第１の熱交換器１１１による冷却は，熱容量の大きい水を用いて行われるので，熱容量が大きく発熱量も多い上部電極２０であっても急冷でき，処理開始時の高周波電力の印加に起因する上部電極２０の温度上昇を抑えることができる。この結果，基板Ｗの処理が開始されても，上部電極２０の温度が設定温度Ｈに維持され，開始当初から製品用の基板Ｗの処理を行うことができる。

また，式（１）により，上部電極２０とサセプタ１２の各高周波電力と，各高周波電力による上部電極２０への温度影響の比率を考慮して，ブラインの冷却温度ΔＴが求められるので，上部電極２０の設定温度Ｈを維持するための正確な温度を算出できる。

ロット処理が終了したときに，バイパス路１６０を通じてショートカットでブラインを循環させてブラインを速く昇温し，次にバイパス路１６０を閉じてブラインを上部電極２０に流した。そしてそれを交互に繰り返すようにしたので，基板Ｗの処理の終了時に一時的に低下する上部電極２０の温度を短時間で設定温度Ｈに回復させることができる。

プラズマ処理装置１において，一枚の基板Ｗに対して，複数のエッチング処理が連続して行われることがある。この際，基板Ｗに対して上部電極２０への高周波電力の印加が複数回行われる。この場合，式（１）によりブラインの冷却温度ΔＴを求めるにあたり，例えば図４に示すように一枚の基板Ｗの処理時間Ｃに対して，高周波電力の印加時間Ｄは，各高周波電力の印加時間Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を積算することにより求めてもよい。また，各回の高周波電力の出力が異なる場合には，上部電極２０の高周波電力Ａとサセプタ１２の高周波電力Ｂは，複数回の高周波電力の平均値としてもよい。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば上述の実施の形態においては，エッチングを行うプラズマ処理装置１の上部電極２０の温度制御であったが，エッチング処理以外のプラズマ処理，例えば成膜処理を行うプラズマ処理装置における上部電極の温度制御であってもよい。また，温度制御を行う電極は，上部電極に限られず，プラズマ生成用の電極であれば，下部電極であってもよい。さらに第１の熱交換器１１１の液体冷媒は，水を使い捨てで使用してもよいし，循環させて温度を一定に保つように温調してもよい。温調して循環使用する場合は，液体冷媒としてブラインを使用してもよい。また第２の熱交換器１１２の冷媒は，代替フロンのＨＦＣ以外に，アンモニア，空気，二酸化炭素，炭化水素系ガスなどを使用してもよい。

本発明によれば，プラズマ処理の開始時から上部電極の温度を安定させる際に有用である。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置と温度調整装置の構成の概略を示す説明図である。 アイドル状態からロット処理時までの上部電極とブラインの温度変化と，上部電極のＯＮ・ＯＦＦタイミングを示すグラフである。 ロット処理終了時の上部電極とブラインの温度変化と，上部電極のＯＮ・ＯＦＦタイミングと，ブラインの循環の切り替えを示すグラフである。 基板の処理が複数ステップに亘る場合の処理時間と高周波電力印加時間を示す説明図である。

符号の説明

１ プラズマ処理装置
２０ 上部電極
７０ 装置制御部
１００ 温度調整装置
１１０ 循環路
１１１ 第１の熱交換器
１１２ 第２の熱交換器
１１３ 電気ヒータ
１６０ バイパス路
１７０ 制御部
Ｗ 基板

Claims (11)

1. 基板のプラズマ処理装置においてプラズマ生成用の高周波電力が印加される電極の温度調整方法であって，
   電極の内部を通過し，前記電極に対して熱媒体を循環させる循環路と，
   前記循環路において，前記電極を通過した前記熱媒体に対して液体冷媒の顕熱により熱交換を行う第１の熱交換器と，
   前記循環路において，前記第１の熱交換器を通過した前記熱媒体に対して冷媒の潜熱により熱交換を行う第２の熱交換器と，
   前記循環路において，前記電極の内部に供給される熱媒体を加熱する加熱器と，を備えた温度調整装置を用いて，
   基板の処理が行われないアイドル状態時に，前記第２の熱交換器と前記加熱器により前記循環路内の熱媒体の温度を調整して，前記電極の温度を所定の設定温度に調整する工程と，
   前記電極に高周波電力が印加される基板の処理開始時に，前記第１の熱交換器と第２の熱交換器を用いて前記熱媒体の温度を前記電極の設定温度よりも下げて，前記電極の温度を前記設定温度に維持する工程と，を有することを特徴とする，温度調整方法。
2. 前記プラズマ生成用の電極は，上部電極であり，
   前記プラズマ処理装置は，基板を載置する下部電極を備え，
   前記下部電極には，高周波電力を印加可能であり，
   前記アイドル状態時の上部電極の所定温度と，前記基板の処理開始時の前記熱媒体の調整温度との温度差ΔＴは，
   ΔＴ＝ｋ（ａＡ+ｂＢ）×Ｄ/Ｃ
   （ｋ：電力から温度への換算係数，Ａ：上部電極の高周波電力，Ｂ：下部電極の高周波電力，ａ：上部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，ｂ：下部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，Ｃ：基板一枚の処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間）の式により設定されることを特徴とする，請求項１に記載の温度調整方法。
3. 前記循環路には，前記プラズマ生成用の電極を迂回して前記熱媒体を循環させるためのバイパス路が形成されており，
   基板の処理が終了した時に，前記バイパス路を通じて前記熱媒体を循環させて，前記加熱器を用いて前記熱媒体の温度を上昇させる工程と，前記電極の内部を通過するように前記熱媒体を循環させて前記熱媒体を前記設定温度に安定させる工程を有することを特徴とする，請求項１又は２のいずれかに記載の温度調整方法。
4. 前記バイパス路を通過させる前記熱媒体の循環と，前記電極の内部を通過させる前記熱媒体の循環とを交互に行うことにより，前記熱媒体の温度を前記設定温度に安定させることを特徴とする，請求項３に記載の温度調整方法。
5. 前記液体冷媒は，水であることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の温度調整方法。
6. 基板のプラズマ処理装置においてプラズマ生成用の高周波電力が印加される電極の温度調整装置であって，
   電極の内部を通過し，前記電極に対して熱媒体を循環させる循環路と，
   前記循環路において，前記電極を通過した前記熱媒体に対して液体冷媒の顕熱により熱交換を行う第１の熱交換器と，
   前記循環路において，前記第１の熱交換器を通過した前記熱媒体に対して冷媒の潜熱により熱交換を行う第２の熱交換器と，
   前記循環路において，前記電極の内部に供給される熱媒体を加熱する加熱器と，
   基板の処理が行われないアイドル状態時に，前記第２の熱交換器と前記加熱器により前記循環路内の熱媒体の温度を調整して，前記電極の温度を所定の設定温度に調整し，前記電極に高周波電力が印加される基板の処理開始時に，前記第１の熱交換器と第２の熱交換器を用いて前記熱媒体の温度を前記電極の設定温度よりも下げて，前記電極の温度を前記設定温度に維持する制御部と，を有することを特徴とする，温度調整装置。
7. 前記プラズマ生成用の電極は，上部電極であり，
   前記プラズマ処理装置は，基板を載置する下部電極を備え，
   前記下部電極には，高周波電力を印加可能であり，
   前記制御部は，前記アイドル状態時の上部電極の所定温度と，前記基板の処理開始時の前記熱媒体の調整温度との温度差ΔＴを，
   ΔＴ＝ｋ（ａＡ+ｂＢ）×Ｄ/Ｃ
   （ｋ：電力から温度への換算係数，Ａ：上部電極の高周波電力，Ｂ：下部電極の高周波電力，ａ：上部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，ｂ：下部電極の高周波電力が上部電極の温度に及ぼす影響についての高周波電力全体の影響に対する割合を示す係数，Ｃ：基板一枚の処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間）の式により算出して設定することを特徴とする，請求項６に記載の温度調整装置。
8. 前記循環路には，前記プラズマ生成用の電極を迂回して前記熱媒体を循環させるためのバイパス路が形成されており，
   前記制御部は，基板の処理が終了した時に，前記バイパス路を通じて前記熱媒体を循環させて，前記加熱器を用いて前記熱媒体の温度を上昇させ，加えて，前記電極の内部を通過するように前記熱媒体を循環させて前記熱媒体を前記設定温度に安定させることを特徴とする，請求項６又は７のいずれかに記載の温度調整装置。
9. 前記制御部は，前記バイパス路を通過させる前記熱媒体の循環と，前記電極の内部を通過させる前記熱媒体の循環とを交互に行うことにより，前記熱媒体の温度を前記設定温度に安定させることを特徴とする，請求項８に記載の温度調整装置。
10. 前記液体冷媒は，水であることを特徴とする，請求項６〜９のいずれかに記載の温度調整装置。
11. 請求項６〜１０のいずれかに記載のプラズマ生成用の電極を備えたプラズマ処理装置。

Images