(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ処理に用いられる様々な部材の温度を、プラズマ処理の開始段階から最適な温度に制御することが可能な方法を提供する。【解決手段】被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置内で用いられるチャンバー内部材の温度制御方法であって、前記チャンバー内部材に複数の給電部を設け、前記給電部を通して電力を供給し加熱するとともに、前記チャンバー内部材の抵抗値又は比抵抗を測定し、前記抵抗値又は比抵抗から推測する前記チャンバー内部材の温度に基づいて前記電力を制御する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置内で用いられるチャンバー内部材の温度制御方法であって、
前記チャンバー内部材に複数の給電部を設け、前記給電部を通して電力を供給し加熱するとともに、前記チャンバー内部材の抵抗値又は比抵抗を測定し、前記抵抗値又は比抵抗から推測する前記チャンバー内部材の温度に基づいて前記電力を制御することを特徴とするチャンバー内部材の温度制御方法。
【請求項２】
前記チャンバー内部材が、被処理基板周辺に配置される一つ又は複数のリング状部材であることを特徴とする請求項１に記載のチャンバー内部材の温度制御方法。
【請求項３】
前記チャンバー内部材が、チャンバー内においてプラズマと接し、被処理基板の近傍にある部材であることを特徴とする請求項１に記載のチャンバー内部材の温度制御方法。
【請求項４】
前記リング状部材が、両端部に給電部が設けられたＣ型形状又は２体に分割された形状であることを特徴とする請求項２に記載のチャンバー内部材の温度制御方法。
【請求項５】
前記複数の給電部から一組の電極を選定給電し、次に他の一組の電極を選定給電し、これを繰り返すことにより、前記チャンバー内部材に電流が均一に流れるように制御し、面内を均一に加熱することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のチャンバー内部材の温度制御方法。
【請求項６】
チャンバー内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、該プラズマにより載置台上に載置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置のチャンバー内で用いられるチャンバー内部材であって、
複数の給電部を備え、前記給電部の端子が押圧機構又は埋込機構により前記チャンバー内部材に対して押圧又は嵌合されていることを特徴とするプラズマ処理装置のチャンバー内部材。
【請求項７】
被処理基板周辺に配置される一つ又は複数のリング状部材であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置のチャンバー内部材。
【請求項８】
チャンバー内においてプラズマと接し、被処理基板の近傍にある部材であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置のチャンバー内部材。
【請求項９】
前記リング状部材が、両端部に給電部が設けられたＣ型形状又は２体に分割された形状であることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置のチャンバー内部材。
【請求項１０】
被処理基板に対しプラズマ処理を行うチャンバー内に設置され、前記被処理基板を載置する基板載置台であって、
前記基板載置台は、請求項７又は９に記載のリング状部材を備えたことを特徴とする基板載置台。
【請求項１１】
チャンバー内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、該プラズマにより載置台上に載置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、
プラズマ処理に用いられる複数の給電部が設けられたチャンバー内部材と、
前記給電部に電力を供給する電源部と、
前記チャンバー内部材の抵抗値及び／又は比抵抗を測定する抵抗測定部と、
前記抵抗値又は比抵抗から推測する前記チャンバー内部材の温度に基づいて前記電力を制御する電流制御部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記チャンバー内部材が、被処理基板周辺に配置される一つ又は複数のリング状部材であることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記チャンバー内部材が、チャンバー内においてプラズマと接し、被処理基板の近傍にある部材であることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記リング状部材が、両端部に給電部が設けられたＣ型形状又は２体に分割された形状であることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記複数の給電部から一組の電極を選定給電し、次に、他の一組の電極を選定給電し、これを繰り返すことにより、前記チャンバー内部材に均一に電流を流す制御機構を備えたことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか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】
本発明は、被処理基板のエッチング処理等に用いられるプラズマ処理装置のチャンバー内で使用される部材の温度制御方法に関し、特にプラズマ処理の開始の段階から安定したプラズマ処理を施すためにチャンバー内に配置されるフォーカスリング、そのカバーリング等の温度を最適に制御するための温度制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置では、被処理基板の上方に配置した平行平板電極に多数のガス噴出孔を設け、このガス噴出孔から被処理基板全体に噴出されたエッチングガスをプラズマ化し、被処理基板全面を同時にエッチングするのが一般的である。
【０００３】
図１０は、プラズマ処理装置の概略を示した図である。真空のチャンバー１の内部にはガス噴出口を兼ねた上部電極２２と、基板載置台を兼ねた下部電極２とが上下に設けられている。さらに、下部電極２上に載置された被処理基板である半導体ウェハ（以下、ウェハ）１５の周囲を取り囲むように、例えばシリコンからなるフォーカスリング５が設けられて構成されている。
【０００４】
ウェハ１５は静電チャック１６により静電吸着され、この静電チャック１６の内部には、図示されていない電源からのチャック電圧が印加される箔状の内部電極１７が設けられている。そして、ガス噴出口を兼ねた上部電極２２から処理の種類に応じて選択された所定の処理ガスをウェハ１５に向かって噴出する。図示されていない真空ポンプにより真空排気を行ってチャンバー１内を所定の圧力に維持し、高周波電源１２により上部電極２２及び下部電極２の間に高周波電圧を印加すると、処理ガスがプラズマ化し被処理基板であるウェハ１５に対して所定の処理、例えばエッチングが行われる。
【０００５】
エッチング処理においては、ウェハ上にトレンチやホールなどの形状を垂直に加工するが、この垂直加工のために、通常ウェハには低い周波数の高周波の印加などによりバイアス電圧を発生させる。このバイアス電圧によってウェハ面に垂直な電界が発生するため、これに加速されたイオンの働きにより垂直な加工が可能となる。しかし、ウェハの端部においては電界の歪みが発生するため、バイアスが正常にかからず加工が斜めになるなどの問題が生じる。
【０００６】
その結果、ウェハ１５の周縁部から取得するデバイスの歩留まりが低下するといったケースが発生する。このようなエッチングの不均一性による歩留まりの低下は、ウェハが大口径になるほど著しくなる。
【０００７】
このような問題に対応するため、載置台を兼ねた下部電極２上のウェハ１５の周辺にリング状の部材であるフォーカスリング５を配置し、フォーカスリング５により見かけ上のウェハ径を大きくしている。これにより、ウェハ１５の周縁部はフォーカスリング５の周縁部となりフォーカスリング５の周縁部をウェハ１５の周縁部として扱うことができ、ウェハ面内のエッチングレートの均一化を図ろうとしている。
【０００８】
しかし、フォーカスリング５はプラズマ処理中にイオン衝撃を受けるため、加熱されて温度が上昇する。一方、複数の試料を連続してプラズマ処理をする場合に、最初の試料に対するプラズマ処理時に温度が上昇し始め、ある処理枚数を経た後、温度上昇が一定温度に落ち着き、定常状態となる。すなわち、フォーカスリング５の温度は、処理開始から温度変動を伴った後安定するが、その温度変動はウェハ１５の周辺におけるラジカル密度に影響を与え、ウェハ１５の周縁部におけるエッチングの不均一性を生じさせる。
【０００９】
このようにプラズマ処理を行う上で、チャンバー内で使用される部材、例えばフォーカスリングの温度を処理プロセスに応じて最適な温度に制御することは、チャンバー内のラジカルを含むプラズマの状態の最適化を図る上で極めて重要である。
【００１０】
そこで、下記特許文献１では載置台に載置された基板に対しプラズマにより処理を行う際に、フォーカスリングの温度をウェハの温度よりも５０℃以上高くなるよう調整し、プラズマ状態の最適化を図っている。しかし、特許文献１に記載のように、ヒータをプラズマ処理に使用される全ての部材に埋め込むことは容易でない。また、フォーカスリングはプラズマによる物理的衝撃や化学的反応により消耗するのでコストアップとなる。
【００１１】
また、下記特許文献２では、プラズマ処理の状態を安定化させるために、フォーカスリングである保護プレートと載置台との間に充填されるガス圧を調整できるように構成し、保護プレートの温度制御を行っている。また、保護プレートに発熱体（ヒータ）をコーティングし保護プレートのイオン衝撃による温度上昇を一定に保持できるようにしている。しかし、特許文献２に記載のように、保護プレートに発熱体をコーティングするのでは、プラズマの衝撃により温度が上昇し、安定するまで一定の時間が必要である。
【００１２】
さらに、下記特許文献３では、フォーカスリングであるシリコンリングに給電部を設け、給電部から電流を供給することにより自己発熱する機能を設け、シリコンリングの温度を制御している。しかし、特許文献３に記載のように、自己発熱によりシリコンリング全体を均一に加熱するには、シリコンリングにヒータパターンを形成する必要があり、またヒータパターンの形成は容易でない。さらに、特許文献３に記載の技術では自己発熱しているシリコンリングの温度が検出できず、プラズマ処理プロセスに応じた最適な温度制御ができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−３５３８１２号公報
【特許文献２】特開平７−３１０１８０７号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明はこのような事情下になされたものであり、その課題とするところは、プラズマ処理に用いられる様々な部材の温度を、プラズマ処理の開始段階から最適な温度に制御することが可能な方法を提供することにある。また、被処理基板に対し面内均一性の高く、かつ安定したプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置内で用いられるチャンバー内部材の温度制御方法であって、前記チャンバー内部材に複数の給電部を設け、前記給電部を通して電力を供給し加熱するとともに、前記チャンバー内部材の抵抗値又は比抵抗を測定し、前記抵抗値又は比抵抗から推測する前記チャンバー内部材の温度に基づいて前記電力を制御することを特徴とするチャンバー内部材の温度制御方法である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチャンバー内部材の温度制御方法において、前記チャンバー内部材が、被処理基板周辺に配置される一つ又は複数のリング状部材であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のチャンバー内部材の温度制御方法において、前記チャンバー内部材が、チャンバー内においてプラズマと接し、被処理基板の近傍にある部材であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のチャンバー内部材の温度制御方法において、前記リング状部材が、両端部に給電部が設けられたＣ型形状又は２体に分割された形状であることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のチャンバー内部材の温度制御方法において、前記複数の給電部から一組の電極を選定給電し、次に他の一組の電極を選定給電し、これを繰り返すことにより、前記チャンバー内部材に電流が均一に流れるように制御し、面内を均一に加熱することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、チャンバー内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、該プラズマにより載置台上に載置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置のチャンバー内で用いられるチャンバー内部材であって、複数の給電部を備え、前記給電部の端子が押圧機構又は埋込機構により前記チャンバー内部材に対して押圧又は嵌合されていることを特徴とするプラズマ処理装置のチャンバー内部材である。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のプラズマ処理装置のチャンバー内部材において、被処理基板周辺に配置される一つ又は複数のリング状部材であることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のプラズマ処理装置のチャンバー内部材において、チャンバー内においてプラズマと接し、被処理基板の近傍にある部材であることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のプラズマ処理装置のチャンバー内部材において、前記リング状部材が、両端部に給電部が設けられたＣ型形状又は２体に分割された形状であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、被処理基板に対しプラズマ処理を行うチャンバー内に設置され、前記被処理基板を載置する基板載置台であって、前記基板載置台は、請求項７又は９に記載のリング状部材を備えたことを特徴とする基板載置台である。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、チャンバー内にて処理ガスを高周波電力によりプラズマ化し、該プラズマにより載置台上に載置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、プラズマ処理に用いられる複数の給電部が設けられたチャンバー内部材と、前記給電部に電力を供給する電源部と、前記チャンバー内部材の抵抗値及び／又は比抵抗を測定する抵抗測定部と、前記抵抗値又は比抵抗から推測する前記チャンバー内部材の温度に基づいて前記電力を制御する電流制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、前記チャンバー内部材が、被処理基板周辺に配置される一つ又は複数のリング状部材であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、前記チャンバー内部材が、チャンバー内においてプラズマと接し、被処理基板の近傍にある部材であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記リング状部材が、両端部に給電部が設けられたＣ型形状又は２体に分割された形状であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１５に記載の発明は、請求項１１から１４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記複数の給電部から一組の電極を選定給電し、次に、他の一組の電極を選定給電し、これを繰り返すことにより、前記チャンバー内部材に均一に電流を流す制御機構を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、プラズマ処理に用いられる部材の温度制御を適切かつ簡便に行うことができるようになった。これにより、プラズマ状態の最適化を図ることが可能となった。また、被処理基板に対し面内均一性の高いプラズマ処理を施すことが可能なプラズマ処理装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明に基づくプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した一実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
図１に、本発明の実施に用いられるプラズマ処理装置の全体の概略構成を示す。図１において、チャンバー１は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の材質からなり、内部を気密に密閉可能な円筒形のものである。このチャンバー１は接地されている。
【００３２】
チャンバー１の内部には、被処理基板として例えばウェハ１５が載置される載置台（以下、サセプタ）２が設けられている。図１に示すサセプタ２は、ウェハ１５と接触して熱交換を行うことにより、ウェハ１５の温度を調節する熱交換プレートとして用いられる。サセプタ２は、アルミニウム等の導電性及び熱伝導性に富む材質からなり、下部電極を兼ねている。
【００３３】
サセプタ２は、セラミックス等の絶縁性の筒状保持部３に支持されている。筒状保持部３はチャンバー１の筒状支持部４に支持されている。筒状保持部３の上面には、サセプタ２の上面を環状に囲むフォーカスリング５が配置されている。
【００３４】
チャンバー１の側壁と筒状支持部４との間には、環状の排気路６が形成されている。この排気路６の入口又は途中に環状のバッフル板７が取り付けられる。排気路６の底部は排気管８を介して排気装置９に接続される。排気装置９は、真空ポンプを有しており、チャンバー１内の空間を所定の真空度まで減圧する。チャンバー１の側壁には、ウェハ１５の搬入出口１０を開閉するゲートバルブ１１が取り付けられる。
【００３５】
サセプタ２には、プラズマ生成用の高周波電源１２が、整合器１３及び給電棒１４を介して電気的に接続される。高周波電源１２は、例えば、１３．５６ＭＨｚ程度の低い周波数の電力をサセプタ２が兼ねる下部電極に供給する。また、このほか、下部電極に２周波あるいは３周波を印加するケース、下部電極と上部電極にそれぞれ高周波を印加するケース、下部電極に高周波を印加すると同時に上部電極に高周波と直流を印加するケース、上部電極に直流のみを印加するケース、及び下部電極と上部電極に印加する高周波の周波数を同じにするケース又は別にするケースなどがある。
【００３６】
チャンバー１の天井部には、下部電極であるサセプタ２と対向するように上部電極２２が設けられている。上部電極２２は、内部が中空構造とされた円板状に形成されており、その下面側には、多数のガス噴出孔２４が設けられ、シャワーヘッドを構成している。そして、処理ガス供給部から供給されたエッチングガスを、このガス導入管２３によって、上部電極２２内の中空部分に導入し、この中空部分から、ガス噴出孔２４を介して、チャンバー１に均一に分散させて供給する。
【００３７】
サセプタ２の上面には、ウェハ１５を静電吸着力で保持するために、セラミックス等の誘電体からなる静電チャック１６が設けられている。静電チャック１６の内部には、導電体例えば銅、タングステン等の導電膜からなる内部電極１７が埋め込まれている。
【００３８】
内部電極１７には高電圧、例えば２５００Ｖ，３０００Ｖ等の直流電源（図示していない）がスイッチを介して電気的に接続されており、内部電極１７に直流電圧が印加されると、クーロン力又はジョンソン・ラーベック力によりウェハ１５が静電チャック１６に吸着保持される。
【００３９】
サセプタ２の内部には、熱媒体（流体）流路１８が設けられる。この熱媒体流路１８には、温度調節ユニット（図示していない）より配管２０を介して、所定温度の熱媒体、例えば熱水又は冷水が循環供給される。
【００４０】
静電チャック１６とウェハ１５の裏面との間には、伝熱ガス供給部（図示していない）からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給管２１を介して供給され、この伝熱ガスは、静電チャック１６、すなわちサセプタ２とウェハ１５の間の熱伝導を促進させる。
【００４１】
ここで、本発明を適用した図１に示すプラズマ処理装置は、フォーカスリング５、及び上部電極２２とに給電部が設けられ、スイッチ２７，２８ａを介して電源装置２５に接続している。電源装置２５は、フォーカスリング５、上部電極２２に電流を供給することで、各部材を加熱する。電源装置２５は、本実施の形態においては直流電源装置としているが、交流電源装置であってもよく、高周波を利用してもよい。なお、電源装置２５は供給電力を一定に制御可能なものが好ましい。
【００４２】
図１に示すプラズマ処理装置の構成においては、フォーカスリング５と上部電極２２が電源装置２５に接続している。しかし、これらに加えフォーカスリング５の周囲を囲むカバーリング３４にも給電部を設け、電源装置２５とスイッチを介して接続する構成としてもよい。これにより、ウェハ１５の周縁部のプラズマ状態をより高精度に制御することができる。
【００４３】
プラズマ処理に使用されるフォーカスリング５等の部材の材料としては、シリコン（Si）、シリコンカーバイド（SiC）等の半導体、あるいはアルミ、銅、金属酸化物などの導体があげられる。半導体、導体からなる部材は、直流、交流電源により加熱することが適当であり、また、高周波（RF）やマイクロ波を使って加熱してもよい。
【００４４】
電源装置２５には抵抗測定装置２６が接続している。詳細は後述するが、例えば、シリコンを材料とするフォーカスリング５に電源装置２５から電流を流し加熱すると、その抵抗値又は比抵抗が変化する。あらかじめ、加熱対象部材の温度と抵抗値又は比抵抗の関係を事前に把握しておくことで、測定している抵抗値又は比抵抗から加熱対象部材の温度を推測することができる。加熱対象物の目標とする温度と推測した温度との差分に基づいて加熱対象部材に流す電流を制御することで、加熱対象物の温度制御を的確に行うことができる。
【００４５】
加熱対象部材としては、チャンバー１内においてプラズマと接し、被処理基板の近傍にある部材があげられる。例えば、上部電極２２、フォーカスリング５、チャンバー側壁の保護部材３７、そしてバッフル板７などである。
【００４６】
図１において、フォーカスリング５を加熱するには、スイッチ２８ａ，２８ｂを開とし、スイッチ２８ｃ，２８ｄを閉にすれば、フォーカスリング５に電流が流れ加熱できる。また、スイッチ２８ａ，２８ｂを閉とし、スイッチ２８ｃ，２８ｄを開とすると、上部電極２２に電流が流れ加熱できる。また、スイッチ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄの全てを閉とすることにより、フォーカスリング５と上部電極２２とを同時に加熱することができる。なお、上部電極２２に負電圧を印加するには、スイッチ２８ａを閉とし、２８ｂを開とすればよい。
【００４７】
図２はフォーカスリング５、上部電極２２に電流を流す電気回路の概略構成図である。スイッチ２７、２８ａを閉とすることで上部電極２２には負電圧が印加され、高周波と直流とが重畳印加され、プラズマが発生する。上部電極２２から放出された電子は、電極間のプラズマに入り、プラズマから、接地されているチャンバー１の壁に向かって電子が流れ直流回路が構成される。
【００４８】
フォーカスリング５を加熱するには、スイッチ２７，２８ａを開とし、スイッチ２８ｃ，２８ｄを閉とすればよい。フォーカスリング５に電流を流すタイミングとしては、例えば、プラズマ処理前に給電し、プラズマ処理中は無給電とする。あるいは、プラズマ処理前から給電を開始し、プラズマ処理中も給電を行ってもよい。さらに、プラズマ処理前から給電を開始し、プラズマ処理中及びプラズマ処理後のウェハ搬送中まで給電するようにしてもよい。
【００４９】
図３は、本発明におけるフォーカスリングの形状の一実施例を示した図である。フォーカスリングは、一般的には円板形状であるから、電流を導入するための給電部を適当な位置に設け、その位置から１８０度の位置に他の給電部を設けることで、ある程度均一に電流を流すことができる。しかし、フォーカスリングがシリコンなどの半導体材料の場合、例えば、左側部分の温度が、何らかの理由により右側部分の温度よりも上昇してしまうと、ある温度までは右側部分の抵抗値が上昇する。そのため、右側部分に比較して左側部分に電流が流れ易くなり、その結果、左側部分の温度がさらに上昇しウェハ面内の温度の均一性が損なわれる。
【００５０】
かかる問題を解決するのが図３（ａ）から（ｄ）に示すフォーカスリングの形状である。図３（ａ）から（ｃ）はフォーカスリングの一部を切断し、Ｃ型形状としたフォーカスリングの形状を示した図である。切断した両端に給電部（電極）を設けることにより、電流は必ずフォーカスリング全体を流れ、加熱による温度の均一性を確保することができる。図３（ａ）から（ｃ）は、電極構造が違うだけである。図３（ａ）は切断面が平行である。図３（ｂ）は切断面が段付き形状であり、互いに嵌合するようになっている。図３（ｃ）は給電部を簾電極の形状にしたものである。図３（ｂ），（ｃ）のような構造とすることにより、図３（ａ）よりもより均一に電流を流すことができ、フォーカスリングの加熱による面内温度の均一化を図ることができる。図３（ｄ）はフォーカスリングを２分割し、その両端にそれぞれ電極を設けたものである。なお、分割数は２分割に限定されるものではなく、３分割以上としてもよい。
【００５１】
図４は、フォーカスリング５のカバーリング３４を２体に分割した分割型のカバーリング３４を示した図である。図４に示す電極４０から入力した電流は、右側の電極４１に流れる。ここで、電極４１と電極４２とは電気的に接続されており、電流は電極４２から電極４３へと流れる。この結果、電流はカバーリング３４に均一に流れ、面内を均一に加熱することができる。図４に示すカバーリングは２体に分割されているが、これを３体以上に分割した構造としてもよい。
【００５２】
図５は、平行平板型プラズマ処理装置に用いられる上部電極に電流を流し加熱するため、複数の給電部（電極）を設けた図である。上部電極はウェハに近接しているため、その温度はエッチングに大きな影響を与える。例えば、エッチングプロセスにおいては、エッチング開始直後からプラズマ中のイオン衝撃により上部電極の温度が上昇する。しかし、その温度が安定するまでには一定の時間が必要である。その影響は、エッチング開始直後に処理するウェハ数枚にも及び、それらは不良品となってしまう。そのため、ダミーウェハを使用し、チャンバー内の環境を安定させているが、そのことはスループット悪化、及び生産コストの増加の要因となっている。そこで、図５に示すように上部電極に給電部を設け、そこから電流を上部電極の面内に流すことで加熱すれば、エッチング開始直後から上部電極の温度の安定化を図ることができる。
【００５３】
図５における上部電極は一体型であるが、同心円状に複数に分割した分割型としてもよく、分割された電極には、高周波電源、直流電源、接地のいずれか、もしくは高周波電源と直流電源の両方を接続することが好ましい。
【００５４】
図５においては６個の電極を設けているが、次のように電流を流すことで上部電極の面内温度の均一化をより一層図ることができる。具体的には、先ず、電極ａ，ｂと電極ｅ，ｄ間に電流１を流し、次に電極ｂ，ｃと電極ｆ，ｅ間に電流２を流す。次に、電極ｃ，ｄと電極ａ，ｆ間に電流３を流し、以下同様に電流４，電流５，電流６と流す。このように一定時間内に流す電流の電極を逐次切り替えることで、上部電極の面内温度の均一化を図ることができる。
【００５５】
図６は、フォーカスリング５に電流を供給するための給電部（電極）の構造の一実施例を示した図である。図６において、フォーカスリング５の下部には静電チャック１６、及びこれを介して接続するサセプタ２がある。また、フォーカスリング５の熱伝導率を改善するための上部熱伝達シート３０、及び下部熱伝達シート３１が設けられている。
【００５６】
図６に示すフォーカスリング５は、筒状保持部３内に電極棒３２等を収容する空間を設け、電極棒３２がフォーカスリング５の中に圧入される構造としている。電極棒３２は筒状保持部３に設けられた空洞内において、バネ構造によりフォーカスリング５内に圧入される。このような構造とすることにより、電極棒３２とフォーカスリング５との接触抵抗を大幅に低減することができる。この構造では、フォーカスリング５に特別な加工が不要なため、製造コストを低減できる。
【００５７】
図７は、フォーカスリング５の電極構造に係る他の実施例である。図７（ａ）に示す電極構造は、電極棒３２をフォーカスリング５内に挿入可能に構成している一方で、電極棒３２を引き抜くことが可能な構造としている。図７（ｂ）は電極である接触子が、空洞３６内で広がるような構造であり、これにより、フォーカスリング５と電極棒３２とが３点で強く接触し、接触抵抗を減らす構造となっている。また、このような構造とすることにより、電極棒３２の引き抜きが可能となり、電極のメンテナンスを容易ならしめている。
【００５８】
以上説明したような電極構造以外に、フォーカスリング５内に凹のネジ構造を設け、電極棒を凸のネジ構造とすることで接触抵抗を低減する、あるいは両者を融着することで接触抵抗を少なくする電極構造としてもよい。
【００５９】
（実験）
図８は、シリコンを材料とするウェハ径３００ｍｍ用のフォーカスリング（口径３６０ｍｍ、厚さ３．４ｍｍ）を直流電源で加熱したときの装置構成を示した図である。
【００６０】
実験に使用した直流電源は、最大定格１Ｋｗ、最大電流３Ａである。実験開始から３０秒まではフォーカスリングの抵抗値が高いため、1Ｋｗ程度の加熱しかできなかったが、トータルでは２Ｋｗとなるように制御してフォーカスリングを加熱した。
【００６１】
フォーカスリングの温度は、その一部を黒く塗り、放射温度計でサンプル温度をモニターすることで測定した。以上の実験により測定したフォーカスリングの比抵抗を示したのが図９である。
【００６２】
比抵抗の測定は、直流電源からの電流値と供給している電力値、及びフォーカスリングの口径、厚さ、形状等から算出した。図９に示す通り、フォーカスリングの温度が５０℃を超え、約２２０℃までは、その比抵抗はほぼ直線的に増加している。しかし、２２０℃を超えると比抵抗は急激に低下する。
【００６３】
このような加熱対象物の抵抗値又は比抵抗と温度との関連性を事前に求めておくことで、加熱対象物の抵抗値又は比抵抗から加熱対象物の温度を推測することができる。また、図９に示すように、加熱対象物が半導体であった場合、一つの抵抗値又比抵抗に対し、温度が２値出ることになる。そこで、いずれの温度が測定している温度になるかは、例えば、加熱パワーを一瞬上昇又は下降させ、そのときの比抵抗の動き方で２値のうち、高めの値か低めの値かで判断すればよい。例えば、比抵抗が１２Ωの場合、一瞬加熱パワーを上げたときの比抵抗がそれよりも下がった場合は２５０℃であり、逆に上がった場合は６０℃であると判断する。加熱せずに温度モニターのみを行いたい場合には、低い電圧・電流を一瞬与え、比抵抗を算出すればよい。
【００６４】
また、長期間運用すると、同じ温度であっても比抵抗がシフトしてくることがあり、消耗によりその断面積が変化してくることもある。そこで、装置アイドル時などに、窒素ガスを封入し圧力を上昇させて、加熱対象物の温度を静電チャックなどに揃えて比抵抗を電流電圧により算出することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の全体の概略構成を示す図
【図２】フォーカスリング・上部電極に電流を流す電気回路の概略構成を示す図
【図３】本発明におけるフォーカスリングの形状の実施例を示す図
【図４】カバーリングを２体に分割した分割型のカバーリングを示す図
【図５】上部電極に複数の給電部（電極）を設けた一実施例を示す図
【図６】フォーカスリングの給電部（電極）の構造の一実施例を示す図
【図７】フォーカスリングの給電部（電極）の構造の他の実施例を示す図
【図８】フォーカスリングを直流電源で加熱したときの装置構成を示す図
【図９】比抵抗を縦軸、温度を横軸としたときのグラフ
【図１０】プラズマ処理装置の概略を示す図
【符号の説明】
【００６６】
１  チャンバー
２  下部電極（サセプタ；載置台）
３  筒状保持部
４  筒状支持部
５  フォーカスリング
６  排気路
７  バッフル板
８  排気管
９  排気装置
１０  ウェハの搬入出口
１１  ゲートバルブ
１２  高周波電源
１３  整合器
１４  給電棒
１５  ウェハ（基板）
１６  静電チャック
１７  内部電極  
１８  熱媒体流路
２０  配管
２１  伝熱ガス供給管
２２  上部電極
２３  ガス導入管
２４  ガス噴出孔
２５  電源装置
２６  抵抗測定装置
２７，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ  スイッチ
３０  上部熱伝達シート
３１  下部熱伝達シート
３２  電極棒
３４  カバーリング
３６  空洞
３７  チャンバー側壁の保護部材
４０，４１，４２，４３  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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