JP4593381B2 - 上部電極、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、上部電極、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、詳細には、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等の製造過程において、ガラス基板等の被処理基板をプラズマ処理する際に使用される上部電極、この上部電極を備えたプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法に関する。

ＦＰＤの製造過程では、被処理基板である大型のガラス基板に対してドライエッチング等のプラズマ処理が行なわれる。例えば、プラズマ処理装置のチャンバー内に一対の平行平板電極（上部電極および下部電極）を配置し、下部電極として機能するサセプタ（基板載置台）にガラス基板を載置した後、処理ガスをチャンバー内に導入するとともに、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成してガラス基板に対してプラズマ処理を施す。

プラズマ処理装置では、上部電極が直接プラズマに曝されるため、プラズマ処理中に上部電極の温度が高くなる。このため、上部電極内に伝熱媒体流路を形成し、この伝熱媒体流路内に冷媒を流通させて上部電極を冷却するプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、主として半導体ウエハの処理を目的とした装置であるが、上部電極内の伝熱媒体流路を屈曲構造とし、さらに冷媒の流れ方向を考慮することにより、温度制御の精度を上げ、上部電極全体の温度の均一性を向上させたプラズマ処理装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６３−２８４８２０号公報（第１図など） 特開２００４−３４２７０４号公報（図２など）

上述のように、従来のプラズマ処理装置では、上部電極を冷却することによって、その温度を均一化して処理精度を向上させる工夫がなされてきた。しかしながら、ＦＰＤ用のガラス基板の場合には、半導体ウエハに比べてサイズが格段に大きく、特に近年では、ガラス基板が大型化する傾向にあり、例えば長辺の長さが２ｍを超えるガラス基板を処理する必要がある。このため、ガラス基板に応じて上部電極も大型化しており、その温度を均一化することが困難になりつつある。例えば、上部電極の中央部は、周辺部に比べて温度が上昇しやすく、この温度差は輻射熱の差となってガラス基板上でのエッチング精度に影響を与え、エッチングむらなどを引き起こす原因となる。

また、通常、エッチング処理を行う場合には、サセプタの上部に形成した静電チャックの表面にガス吐出孔を数カ所設け、そこから被処理基板の裏面側に所定の圧力で熱媒体ガスを導入することにより、被処理基板の温度の均一化を図っている。しかし、半導体ウエハの場合とは異なり、ＦＰＤ用の大型のガラス基板の全体を均一な温度に制御することは必ずしも容易でないため、ガラス基板の面内で温度むらが生じ、処理の均一性を損なう場合がある。このような場合には、上記とは逆に、上部電極の温度に部分的な差を持たせることにより、その輻射熱を利用してガラス基板の面内温度を均一化できる可能性もある。

このように、大型化する傾向にあるＦＰＤ用のガラス基板を処理するプラズマ処理装置においては、プラズマ処理の精度を確保するために、上部電極の温度を従来よりも高精度に制御することが求められている。従って、本発明の課題は、温度制御性に優れた温度調節構造を有する上部電極を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、プラズマ処理装置の処理室内において、被処理基板が載置される載置台と対向して配置され、前記載置台との間に処理ガスのプラズマを発生させるための上部電極であって、
前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、
前記電極板の周辺部以外の領域の一部または全部を温度調節するための第１の温度調節体と、
前記電極板の周辺部の領域を温度調節するための第２の温度調節体と、
を備え、
前記第１の温度調節体と前記第２の温度調節体との間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙が形成されていることを特徴とする、上部電極を提供する。

上記第１の観点において、前記第１の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、前記第２の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、を独立して制御するようにすることが好ましい。

本発明の第２の観点は、プラズマ処理装置の処理室内において、被処理基板が載置される載置台と対向して配置され、前記載置台との間に処理ガスのプラズマを発生させるための上部電極であって、
前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、
内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の中央部を温度調節する温度調節プレートと、
内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の周辺部を温度調節する温度調節ブロックと、
を備え、
前記温度調節ブロックは、前記温度調節プレートを覆うように形成されており、前記温度調節プレートとの間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙を形成する凹部を有することを特徴とする、上部電極を提供する。

第２の観点において、前記温度調節プレートには、前記処理ガスを通過させるための複数の開口が形成されていることが好ましい。また、前記処理ガス拡散用空隙に、複数のガス通流孔を有し、前記処理ガスの拡散を促すガス拡散板を設けることが好ましい。この場合、前記ガス拡散板のガス通流孔と、前記温度調節プレートの開口とが、位置をずらして配置されていることが好ましい。
さらに、第２の観点において、前記温度調節プレートの内部に流通する伝熱媒体の温度および前記温度調節ブロックの内部に流通する伝熱媒体の温度を独立して制御するようにすることが好ましい。

また、第２の観点において、複数の温度調節プレートを備えていてもよい。この場合、複数の前記温度調節プレートの内部に流通する伝熱媒体の温度を独立して制御するように構成することが好ましい。

本発明の第３の観点は、処理室と、
前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
上記第１または第２の観点の上部電極と、
を備え、
前記載置台と前記上部電極との間に処理ガスプラズマを発生させて被処理基板にプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

本発明の第４の観点は、処理室と、
前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
前記処理室内で前記載置台と対向して配置され、前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、前記電極板の周辺部以外の領域の一部または全部を温度調節するための第１の温度調節体と、前記電極板の周辺部の領域を温度調節するための第２の温度調節体と、を備え、前記第１の温度調節体と前記第２の温度調節体との間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙が形成されている上部電極と、
を備え、
前記載置台と前記上部電極との間に処理ガスプラズマを発生させて被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用い、
前記第１の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、前記第２の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、を独立して制御しながら被処理基板にプラズマ処理を行うことを特徴とする、プラズマ処理方法を提供する。

本発明の第５の観点は、処理室と、
前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
前記処理室内で前記載置台と対向して配置され、前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の中央部を温度調節する温度調節プレートと、内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の周辺部を温度調節する温度調節ブロックと、を備え、前記温度調節ブロックは、前記温度調節プレートを覆うように形成されており、前記温度調節プレートとの間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙を形成する凹部を有する上部電極と、
を備え、
前記載置台と前記上部電極との間に処理ガスプラズマを発生させて被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用い、
前記温度調節プレートの内部に流通する伝熱媒体の温度および前記温度調節ブロックの内部に流通する伝熱媒体の温度を独立して制御しながら被処理基板にプラズマ処理を行うことを特徴とする、プラズマ処理方法を提供する。

上記第４の観点または第５の観点のプラズマ処理方法は、被処理体に対して、エッチング処理を行うものであることが好ましい。

本発明の第６の観点は、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するための制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第４の観点または第５の観点のプラズマ処理方法が行なわれるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体を提供する。

本発明によれば、内部に伝熱媒体を流通させるための伝熱媒体流路を有し、電極板の上部に配備されて電極板を温度調節する複数の温度調節体を備える構成としたので、電極板の面内温度を高精度に制御することが可能であり、また、温度制御の自由度も拡がる。これにより、後記実施例に示すように、被処理基板の面内温度の制御性が高まり、エッチング処理などにおける処理むら（処理の不均一性）への対策を容易に行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す断面図である。図１に示すように、プラズマエッチング装置１は、矩形をした被処理体であるＦＰＤ用ガラス基板などの基板Ｇに対してエッチングを行なう容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display；ＶＦＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。なお、本発明の処理装置は、プラズマエッチング装置にのみ限定されるものではない。

このプラズマエッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる角筒形状に成形されたチャンバー２を有している。このチャンバー２内の底部には絶縁材からなる角柱状の絶縁板３が設けられており、この絶縁板３の上には、基板Ｇを載置するためのサセプタ４が設けられている。基板載置台であるサセプタ４は、サセプタ基材４ａと、サセプタ基材４ａの上に設けられた静電チャック５と、を有している。なお、チャンバー２およびサセプタ基材４ａは接地されている。

サセプタ基材４ａの外周には、絶縁膜７が形成されており、また、静電チャック５の上面には、セラミックス溶射膜などの誘電性材料膜８が設けられている。静電チャック５は、誘電性材料膜８に埋設された電極６に、直流電源２６から給電線２７を介して直流電圧を印加することにより、例えばクーロン力によって基板Ｇを静電吸着する。

前記絶縁板３およびサセプタ基材４ａ、さらには前記静電チャック５には、これらを貫通するガス通路９が形成されている。このガス通路９を介して伝熱ガス、例えばＨｅガスなどが被処理体である基板Ｇの裏面に供給される。
すなわち、ガス通路９に供給された伝熱ガスは、サセプタ基材４ａと静電チャック５との境界に形成されたガス溜り９ａを介して一旦水平方向に拡散した後、静電チャック５内に形成されたガス供給穴９ｂを通り、静電チャック５の表面から基板Ｇの裏側に噴出する。このようにして、サセプタ４の冷熱が基板Ｇに伝達され、基板Ｇが所定の温度に維持される。

サセプタ基材４ａの内部には、冷媒室１０が設けられている。この冷媒室１０には、例えばフッ素系液体などの冷媒が伝熱媒体導入管１０ａを介して導入され、かつ伝熱媒体排出管１０ｂを介して排出されて循環することにより、その冷熱が前記伝熱ガスを介して基板Ｇに対して伝熱される。

前記サセプタ４の上方には、このサセプタ４に対向して上部電極１１が設けられている。この上部電極１１はサセプタ４とともに一対の平行平板電極を構成している。

上部電極１１はチャンバー２の上部に絶縁部材１２を介して支持されている。上部電極１１は、サセプタ４に対し平行に対向配備された電極板１３と、この電極板１３の中央上部に当接配備され、内部に伝熱媒体流路１５が形成された温度調節体としての温度調節プレート１４と、この温度調節プレート１４を覆うように凹部が形成され、電極板１３の周辺部にのみ当接し、内部に伝熱媒体流路１６を有する温度調節体としての温度調節ブロック１７と、を有する構成となっている。電極板１３の上部は、温度調節ブロック１７との間にガス拡散用空隙部１８が形成されている。

電極板１３は、平面視矩形の板状をしており（図１０〜図１２参照）、導電性金属材料で構成されている。電極板１３は、電極基材でもある温度調節ブロック１７を介して高周波電力を供給するための給電線２３と電気的に接続されており、この給電線２３には整合器２４および高周波電源２５が接続されている。高周波電源２５からは、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が整合器２４を介して電極板１３に供給される。
電極板１３には、複数のガス吐出孔１３ａが形成され、サセプタ４との間のプラズマ形成空間に向けて処理ガスを噴出できるように構成されている。

温度調節手段として機能する温度調節プレート１４は、電極板１３の中央上部に当接配備されることにより、電極板１３との間で熱交換を行い、伝熱媒体流路１５を流れる冷媒の冷熱を電極板１３に供給して冷却する。冷媒は、伝熱媒体供給源３０から、バルブ２９、伝熱媒体導入管２８を介して温度調節プレート１４内の伝熱媒体流路１５に導入され、伝熱媒体流路１５内を流通した後、伝熱媒体排出管３５およびバルブ３６を介して排出され、循環使用される。この伝熱媒体供給源３０は、冷媒などの伝熱媒体を複数系統（例えば２系統）に分け、各系統毎に個別に温度制御して供給できるように構成されている。

この温度調節プレート１４は、連結部２０において、例えば螺子などの固定手段によって温度調節ブロック１７と連結され、固定される。また、この連結部２０を介して温度調節プレート１４へ冷媒を導入する伝熱媒体導入管２８や冷媒を排出する伝熱媒体排出管３５が接続されている。なお、温度調節プレート１４は、電極板１３に螺子などの固定手段で固定したり、電極板１３と温度調節ブロック１７とによって挟持させたりすることも可能である。

この温度調節プレート１４の概略構成を図２に示す。伝熱媒体流路１５は、温度調節プレート１４の内部を蛇行して形成され、屈曲した流路構造を有している。このような流路構造により、伝熱媒体流路１５を流れる冷媒により温度調節プレート１４全体を効率良く冷却することができる。温度調節プレート１４の伝熱媒体流路１５内を流れる冷媒の流れ方向を図２中に矢印で示す。本実施形態の温度調節プレート１４において、冷媒は、伝熱媒体導入管２８に接続された導入部１５ａから伝熱媒体流路１５に導入され、一旦温度調節プレート１４の中央付近に向かい、巻回するように折り返して該中央付近を流れ、その後、温度調節プレート１４の周辺部を流れて排出部１５ｂから伝熱媒体排出管３５へ排出される。このような冷媒の流れにより、最も温度が上昇しやすい電極板１１の中央部付近を、重点的に冷却することができる。なお、温度調節プレート１４内の伝熱媒体流路１５は、１系統に限らず、複数の独立した伝熱媒体流路を設けることもできる。

また、図２に示すとおり、温度調節プレート１４には、複数の貫通孔１４ａが形成されており、これらの貫通孔１４ａは、電極板１３のガス吐出孔１３ａと連通する位置に配設されている。これにより、ガス拡散用空隙部１８から、温度調節プレート１４の貫通孔１４ａおよび電極板１３のガス吐出孔１３ａを介してプラズマ形成空間までが連通状態になる。

このような温度調節プレート１４は、例えばＳＵＳやアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料により構成され、内部に屈曲した伝熱媒体流路１５を有するものであるが、例えば拡散接合法を利用して形成することによりその厚みを薄くすることができ、またその素材として異種金属を組み合わせて用いることも可能になる。

もう一つの温度調節手段として機能する温度調節ブロック１７は、温度調節プレート１４と同様にＳＵＳやアルミニウムなどの金属材料により構成されており、電極基材としての機能も兼ねている。この温度調節ブロック１７の下面には凹部が形成され、この凹部によってガス拡散用空隙部１８を囲繞する。また、該凹部の壁１７ａには、伝熱媒体流路１６が内設されている。伝熱媒体流路１６は伝熱媒体導入管３２および伝熱媒体排出管３７と接続されているため、冷媒は、温度制御された伝熱媒体供給源３０から、バルブ３３、伝熱媒体導入管３２を介して伝熱媒体流路１６に導入され、伝熱媒体流路１６内を流通した後、伝熱媒体排出管３７およびバルブ３８を介して排出されて循環使用される。この冷媒の冷熱は、温度調節ブロック１７が電極板１３の周辺部に当接した際に電極板１３の周辺部に伝達され、電極板１３の周辺部を重点的に冷却する。

上部電極１１の温度調節ブロック１７には、ガス導入用開口３９が形成され、このガス導入用開口３９は、ガス導入路４０と接続されており、バルブ４１、マスフローコントローラ４２を介して、処理ガス供給源４３が接続されている。処理ガス供給源４３からは、エッチングのための処理ガスが供給される。処理ガスとしては、例えばＳＦ_６等のハロゲン系のガスや、Ｏ_２ガス、ＡｒガスやＨｅガス等の希ガスなど、通常この分野で用いられるガスを使用できる。

前記チャンバー２の底部には２カ所で排気管４４が接続されており、この排気管４４には排気装置４５が接続されている。排気装置４５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁には基板搬入出口４６と、この基板搬入出口４６を開閉するゲートバルブ４７とが設けられており、このゲートバルブ４７を開にした状態で基板Ｇが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。

プラズマエッチング装置１の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。

また、プロセスコントローラ５０には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１における処理動作について説明する。
まず、被処理体である基板Ｇは、ゲートバルブ４７が開放された後、図示しないロードロック室から基板搬入出口４６を介してチャンバー２内へと搬入され、サセプタ４上に形成された静電チャック５上に載置される。この場合に、基板Ｇの受け渡しはサセプタ４の内部を挿通しサセプタ４から突出可能に設けられたリフターピン（図示せず）を介して行われる。その後、ゲートバルブ４７が閉じられ、排気装置４５によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ４１が開放されて、処理ガス供給源４３から処理ガスがマスフローコントローラ４２によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管４０、ガス導入用開口３９を通って上部電極１１のガス拡散用空隙部１８へ導入される。そして、処理ガスは、このガス拡散用空隙部１８から、温度調節プレート１４の貫通孔１４ａおよび電極板１３のガス吐出孔１３ａを介して、基板Ｇに対して均一に吐出され、チャンバー２内の圧力が所定の値に維持される。

この状態で高周波電源２５から高周波電力が整合器２４を介して上部電極１１に印加され、これにより、下部電極としてのサセプタ４と上部電極１１との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化し、これにより基板Ｇにエッチング処理が施される。この際、ガス供給穴９ｂを介してＨｅなどの伝熱ガスを基板Ｇの裏面側に供給することより、基板Ｇの温度調節を行う。また、バルブ２９および３３を開にし、温度制御された伝熱媒体供給源３０から伝熱媒体導入管２８および３２を介して、温度調節プレート１４内の伝熱媒体流路１５および温度調節ブロック１７内の伝熱媒体流路１６に、それぞれ冷媒を導入することにより、上部電極１１の電極板１３を冷却する。本実施形態では、電極板１３の中央部に対応して温度調節プレート１４を配備し、この温度調節プレート１４を囲むように電極板１３の周辺部に対応して温度調節ブロック１７を配備したので、大型の電極板１３をむらなく均一に冷却することができる。

また、温度調節プレート１４と温度調節ブロック１７において、内部の冷媒の温度を独立して設定できる構成としたため、プラズマエッチング時に生じる電極板１３内の温度分布に応じた温度制御も可能になる。すなわち、複数系統の伝熱媒体を供給することが可能で、かつ、各系統毎に温度制御できる伝熱媒体供給源３０を用い、温度調節プレート１４と温度調節ブロック１７に供給する冷媒の温度を独立して設定することにより、温度調節プレート１４と、温度調節ブロック１７による冷却度合いを個別に調整することが可能である。例えば、プラズマエッチング時に、電極板１３の中央付近が周辺部に比べて高温になりやすい場合には、温度調節プレート１４内の伝熱媒体流路１５の冷媒の温度を低く設定することにより、電極板１３の中央部の冷却を強め、電極板１３全体の温度の均一化を図ることが可能になる。

なお、同様の目的は、温度調節プレート１４と温度調節ブロック１７に導入される冷媒の流量を変えることによっても達成できる。また、温度調節プレート１４内の伝熱媒体流路１５および温度調節ブロック１７内の伝熱媒体流路１６の流路長さ、流路の断面積、流路構造（屈曲の度合い）などを予め想定される電極板１３の温度分布に応じて設定してもよい。

このようにしてエッチング処理を施した後、高周波電源２５からの高周波電力の印加を停止し、ガス導入を停止した後、チャンバー２内の圧力を所定の圧力まで減圧する。そして、ゲートバルブ４７が開放され、基板Ｇが基板搬入出口４６を介してチャンバー２内から図示しないロードロック室へ搬出されることにより基板Ｇのエッチング処理が終了する。このように、上部電極１１の温度調節をしながら、基板Ｇのエッチング処理を行うことによって、電極板１３からの輻射熱の不均一に起因するエッチングむらなどを抑制し、高精度なプラズマエッチング処理が可能になる。

図３は、第２実施形態に係るプラズマエッチング装置１００の概略構成を示す断面図である。このプラズマエッチング装置１００では、上部電極１１のガス拡散用空隙部１８に、ガスを拡散させるための拡散板６０を配備した。ガス拡散板６０は、温度調節プレート１４および電極板１３の上部に、これらに対し略平行に配備される。ガス拡散板６０には、多数のガス通過孔６０ａが形成されており、かつ、このガス通過孔６０ａは、温度調節プレート１４の貫通孔１４ａおよび電極板１３のガス吐出孔１３ａと位置がずれるように配設されている。つまり、ガス通過孔６０ａと、貫通孔１４ａおよびガス吐出孔１３ａとが、鉛直方向に直線的に配置されない構成になっている。

このように拡散板６０を配備することにより、ガス拡散用空隙部１８におけるガスの拡散がより促進されるので、温度調節プレート１４の貫通孔１４ａおよび電極板１３のガス吐出孔１３ａへのガス分配が均等になされ、均一なプラズマを生成できる。図３のプラズマエッチング装置１００における他の構成は、図１のプラズマエッチング装置１と同様であるため、同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明を行う。
図１に示すプラズマエッチング装置１と同様の構成のプラズマエッチング装置を使用し、下記の条件でプラズマエッチング処理を実施し、被処理体であるガラス基板Ｇの温度および上部電極１１の温度変化を調べた。使用した温度調節プレート１４のサイズは、５４０ｍｍ×６３０ｍｍであり、電極板１３のサイズは、１６５４ｍｍ×２０１４ｍｍであった。なお、温度調節プレート１４に導入する冷媒として、５０℃のガルデンを使用した。
また、比較のため、温度調節プレート１４を配備しない点以外は、図１に示すプラズマエッチング装置１と同様の構成のプラズマエッチング装置を使用し、同様に温度変化を調べた。

＜処理条件＞
上下部電極間ギャップ；９０ｍｍ
チャンバー内圧力；４６．７Ｐａ（３５０ｍＴｏｒｒ）
高周波出力；１５ｋＷ
処理ガス（ＳＦ_６／Ｏ_２／Ｈｅ比）＝１０００／３６００／１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、
温度（上部電極／サセプタ／チャンバ壁）＝５０℃／４０℃／５０℃、
高周波出力時間＝１３０秒

＜実験方法＞
ガス導入ステップ（３０秒間）の後、上記処理条件で高周波出力ステップ（１３０秒間）を行い、インターバル（６０秒間）を設け、これを１サイクルとして、３０サイクルを繰り返し、その間の温度変化を蛍光温度プローブにて測定した。測定ポイントは、ガラス基板の中央部とコーナー部（基板端から約２５ｍｍの部位）、および上部電極の中央部とコーナー部（前記ガラス基板のコーナー部の測定ポイントの直上部位）の４ポイントとした。

温度調節プレート１４を配備した場合（実施例１〜３）の結果を、図４、図６および図８に、また、温度調節プレート１４を配備しない場合（比較例１〜３）の結果を図５、図７および図９にそれぞれ示した。また、各実施例および比較例におけるガラス基板および電極板１３の初期温度と最大温度を表１に示した。

実施例１（図４）および比較例１（図５）では、静電チャックへの印加電圧を３ｋＶ、伝熱ガスの供給による冷却はせず、とした。
実施例２（図６）および比較例２（図７）では、静電チャックへの印加電圧を３ｋＶ、伝熱ガスのバックプレッシャーを１６０Ｐａ（１．２Ｔｏｒｒ）とした。
実施例３（図８）および比較例３（図９）では、静電チャックへの印加電圧を３．５ｋＶ、伝熱ガス（Ｈｅガス）のバックプレッシャーを３３３．３Ｐａ（２．５Ｔｏｒｒ）とした。

比較例１（図５）と実施例１（図４）との比較では、基板面内の温度差は比較例１が１５．６℃であったのに対し、実施例１では１０．５℃であり、静電チャック側は吸着のみで伝熱ガスによる冷却を行わない場合でも、温度調節プレート１４により上部電極１１の冷却を行うことによって、基板中央部の最大温度を低く抑えることができ、かつ基板面内の温度差を縮小できることが示された。

比較例２（図７）と実施例２（図６）との比較では、基板面内の温度差は、比較例２が約１９．５℃であったのに対し、実施例２では２．６℃であり、上部電極１１に温度調節プレート１４を配備して冷却を行い、かつ静電チャック側の伝熱ガスによる冷却を併用することによって、基板中央部の最大温度を低く抑えることができ、かつガラス基板面内の温度差を確実に抑制することが示された。

また、比較例３（図９）と実施例３（図８）との比較では、基板面内の温度差は比較例３が４．８℃であったのに対し、実施例３では１．９℃であり、静電チャックへの印加電圧を３．５ｋＶ、伝熱ガス（Ｈｅガス）のバックプレッシャーを３３３．３Ｐａ（２．５Ｔｏｒｒ）とし、静電チャック側の伝熱ガスによる冷却を強めた場合でも、温度調節プレート１４により上部電極１１の冷却を行った方が、基板中央部の最大温度を低く抑えることができ、かつ、より基板面内の温度を均一化できることが示された。

さらに、実施例１〜３（図４、図６および図８）の比較から、温度調節プレート１４による上部電極１１の冷却と、静電チャック側の伝熱ガスによる冷却を併用することにより、基板面内の温度を、実用上エッチングむらなどの問題が生じないレベルまで解消させ得ることが示された。

上部電極１１において、温度調節プレートは、図１および図２に示す態様に限定されず、種々のバリエーションをもって電極板１３に配設することができる。そこで、図１０〜図１２を参照しながら、温度調節プレートの配置レイアウトについて説明する。なお、図１０〜図１２は、温度調節プレートを配備した電極板１３を上から見た平面図であり、ガス吐出孔１３ａは図示を省略している。また、図１０〜図１２に示す温度調節プレートの構造と機能は、図２で説明した温度調節プレート１４と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

例えば、図１０に示すように電極板１３の中央部に対応する領域にのみ温度調節プレート７０を配備することができる。また、図１１に示すように、２枚の温度調節プレート７１ａ，７１ｂを並列的に配備することもできる。この場合、温度調節プレート７１ａ，７１ｂ内の伝熱媒体流路７２ａ，７２ｂには、独立して、異なる流量、異なる温度、または異なる種類の冷媒を通流させることも可能であるし、同一の冷媒を同一の流量で通流させることもできる。なお、２枚に限らず、３枚以上の温度調節プレートを配備してもよい。

さらに、図１２に示すように、電極板１３の一部に温度調節プレート７３を偏在配備することも可能である。本実施形態は、何らかの理由により電極板１３の一部が局所的に高温になる場合や、サセプタ４側の温度のばらつき（基板Ｇの面内温度分布）に応じて上部電極１１の温度制御を行う場合などに有効である。

なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の処理装置については、上部電極に高周波電力を印加するＰＥ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｈｃｈｉｎｇ）タイプの容量結合型平行平板プラズマエッチング装置を例示して説明したが、エッチング装置に限らず、アッシング等の他のプラズマ処理装置に適用することができるし、下部電極に高周波電力を供給するタイプであっても、また容量結合型に限らず誘導結合型の装置であってもよい。

また、上記実施形態では、温度調節プレート１４および温度調節ブロック１７を用い、プラズマエッチング装置１の上部電極１１の電極板１３を冷却する態様を説明したが、温度調節プレート１４および温度調節ブロック１７は、伝熱媒体を用いて電極板１３を加熱する場合にも適用できる。そして、電極板１３を加熱する場合であっても、冷却の場合と同様に高精度な温度制御が可能である。

本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図。 温度調節プレートの平面図。 別の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図。 実施例１の温度変化の推移を示すグラフ図。 比較例１の温度変化の推移を示すグラフ図。 実施例２の温度変化の推移を示すグラフ図。 比較例２の温度変化の推移を示すグラフ図。 実施例３の温度変化の推移を示すグラフ図。 比較例３の温度変化の推移を示すグラフ図。 温度調節プレートの配置例を説明するための図面。 温度調節プレートの別の配置例を説明するための図面。 温度調節プレートのさらに別の配置例を説明するための図面。

符号の説明

１ プラズマエッチング装置
２ チャンバー
３ 絶縁板
４ サセプタ
５ 静電チャック
６ 電極
８ 誘電性材料膜
１１ 上部電極
１２ 絶縁部材
１３ 電極板
１３ａ ガス吐出孔
１４ 温度調節プレート
１５ 伝熱媒体流路
１６ 伝熱媒体流路
１７ 温度調節ブロック
１８ ガス拡散用空隙部
２０ 連結部
４５ 排気装置
５０ プロセスコントローラ

Claims (14)

1. プラズマ処理装置の処理室内において、被処理基板が載置される載置台と対向して配置され、前記載置台との間に処理ガスのプラズマを発生させるための上部電極であって、
   前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、
   前記電極板の周辺部以外の領域の一部または全部を温度調節するための第１の温度調節体と、
   前記電極板の周辺部の領域を温度調節するための第２の温度調節体と、
   を備え、
   前記第１の温度調節体と前記第２の温度調節体との間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙が形成されていることを特徴とする、上部電極。
2. 前記第１の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、前記第２の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、を独立して制御するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の上部電極。
3. プラズマ処理装置の処理室内において、被処理基板が載置される載置台と対向して配置され、前記載置台との間に処理ガスのプラズマを発生させるための上部電極であって、
   前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、
   内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の中央部を温度調節する温度調節プレートと、
   内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の周辺部を温度調節する温度調節ブロックと、
   を備え、
   前記温度調節ブロックは、前記温度調節プレートを覆うように形成されており、前記温度調節プレートとの間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙を形成する凹部を有することを特徴とする、上部電極。
4. 前記温度調節プレートには、前記処理ガスを通過させるための複数の開口が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の上部電極。
5. 前記処理ガス拡散用空隙に、複数のガス通流孔を有し、前記処理ガスの拡散を促すガス拡散板を設けたことを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の上部電極。
6. 前記ガス拡散板のガス通流孔と、前記温度調節プレートの開口とが、位置をずらして配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の上部電極。
7. 前記温度調節プレートの内部に流通する伝熱媒体の温度および前記温度調節ブロックの内部に流通する伝熱媒体の温度を独立して制御するようにしたことを特徴とする、請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の上部電極。
8. 複数の前記温度調節プレートを備えていることを特徴とする、請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の上部電極。
9. 複数の前記温度調節プレートの内部に流通する伝熱媒体の温度を独立して制御するように構成したことを特徴とする、請求項８に記載の上部電極。
10. 処理室と、
    前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の上部電極と、
    を備え、
    前記載置台と前記上部電極との間に処理ガスプラズマを発生させて被処理基板にプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
11. 処理室と、
    前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
    前記処理室内で前記載置台と対向して配置され、前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、前記電極板の周辺部以外の領域の一部または全部を温度調節するための第１の温度調節体と、前記電極板の周辺部の領域を温度調節するための第２の温度調節体と、を備え、前記第１の温度調節体と前記第２の温度調節体との間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙が形成されている上部電極と、
    を備え、
    前記載置台と前記上部電極との間に処理ガスプラズマを発生させて被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用い、
    前記第１の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、前記第２の温度調節体の内部に流通する伝熱媒体の温度と、を独立して制御しながら被処理基板にプラズマ処理を行うことを特徴とする、プラズマ処理方法。
12. 処理室と、
    前記処理室内で被処理基板が載置される載置台と、
    前記処理室内で前記載置台と対向して配置され、前記処理ガスを前記載置台上の被処理基板に向けて吐出させるための多数の吐出口が形成された電極板と、内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の中央部を温度調節する温度調節プレートと、内部に伝熱媒体を流通させるため伝熱媒体流路を有し、前記電極板の周辺部を温度調節する温度調節ブロックと、を備え、前記温度調節ブロックは、前記温度調節プレートを覆うように形成されており、前記温度調節プレートとの間に前記処理ガスを拡散させるための処理ガス拡散用空隙を形成する凹部を有する上部電極と、
    を備え、
    前記載置台と前記上部電極との間に処理ガスプラズマを発生させて被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用い、
    前記温度調節プレートの内部に流通する伝熱媒体の温度および前記温度調節ブロックの内部に流通する伝熱媒体の温度を独立して制御しながら被処理基板にプラズマ処理を行うことを特徴とする、プラズマ処理方法。
13. 被処理体に対して、エッチング処理を行うものである、請求項１１または請求項１２に記載されたプラズマ処理方法。
14. コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するための制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。

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