(57)【要約】【課題】高周波電力を印加する上部電極にさらに直流電圧を重畳して印加する場合に，高周波電力印加に起因する上部電極温度の上昇のみならず，直流電圧の印加に起因する上部電極温度の上昇も十分に抑える。【解決手段】基板に対する処理を行うのに先立って，上部電極１２０と下部電極であるサセプタ１１２に印加する高周波電力及び上部電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，上部電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な熱媒体の目標温度を算出し，ウエハに対する処理を行う際に，目標温度に基づいて温調した熱媒体を上部電極に形成した流路１３０を循環させて温度制御を行う。【選択図】    図１
2008305856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理の対象となる基板が収容され，真空排気可能な処理室と，
前記処理室内に配置される第１電極と，
前記第１電極に対向して配置され，前記基板を支持する第２電極と，
前記第１電極に第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力電源と，
前記第２電極に前記第１の高周波電力よりも周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力電源と，
前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と，
前記処理室内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給手段と
前記第１電極に形成された循環路に，所定の温度に調整された熱媒体を循環させることにより前記第１電極の温度を調整する温度調整装置と，
前記基板に対する処理を行うのに先立って，少なくとも前記各電極に印加しようとする各高周波電力及び前記第１電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，前記第１電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な前記熱媒体の目標温度を算出し，前記基板に対する処理を行う際に，前記目標温度に基づいて前記熱媒体の温度を調整する制御を行う制御部と，
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記熱媒体の目標温度は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差を求めるために予め定められた演算式に基づいて算出し，
前記演算式は，前記第１の高周波電力に基づく項と，前記第２の高周波電力に基づく項と，前記直流電圧に基づく項とを含み，
前記直流電圧に基づく項は，前記直流電圧と前記第２の高周波電力とを乗算した項からなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記演算式は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差をΔＴとすると，
ΔＴ＝ｋ（ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・ＨＶ・Ｂ）・Ｄ／Ｃ
（ｋ：電力から温度への換算係数であり，Ａ：前記第１の高周波電力，Ｂ：前記第２の高周波電力，ＨＶ：前記直流電圧，Ｃ：前記基板１枚あたりの処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間，ａ：Ａ項の係数，ｂ：Ｂ項の係数，ｃ：ＨＶ・Ｂ項の係数）
により表されることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第２の高周波電力の大きさに応じて前記演算式に含まれる係数ｃを最適な値に調整することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記温度調整装置は，
前記第１電極の内部を通過し，前記第１電極に対して前記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，
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１電極は上部電極であり，前記第２電極は下部電極であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
処理室内に互いに対向する第１電極と第２電極を配置し，前記第１電極に第１の高周波電力と直流電圧を印加するとともに，前記第２電極に第１の高周波電力よりも低い周波数の第２の高周波電力を印加して，前記第２電極に載置した基板に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置の前記第１電極の温度を調整する電極温度調整装置であって，
前記第１電極の内部を通過し，前記第１電極に対して前記熱媒体を循環させる循環路と，
前記熱媒体の温度を調整する熱媒体温度調整器と，
前記基板に対する処理を行うのに先立って，少なくとも前記各電極に印加しようとする高周波電力及び前記第１電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，前記第１電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な前記熱媒体の目標温度を算出し，前記基板に対する処理を行う際に，前記目標温度に基づいて前記熱媒体の温度を調整する制御を行う制御部と，
を備えることを特徴とする電極温度調整装置。
【請求項８】
前記熱媒体の目標温度は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差を求めるために予め定められた演算式に基づいて算出し，
前記演算式は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差をΔＴとすると，
ΔＴ＝ｋ（ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・ＨＶ・Ｂ）・Ｄ／Ｃ
（ｋ：電力から温度への換算係数であり，Ａ：前記第１の高周波電力，Ｂ：前記第２の高周波電力，ＨＶ：前記直流電圧，Ｃ：前記基板１枚あたりの処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間，ａ：Ａ項の係数，ｂ：Ｂ項の係数，ｃ：ＨＶ・Ｂ項の係数）
により表されることを特徴とする請求項７に記載の電極温度調整装置。
【請求項９】
処理室内に互いに対向する第１電極と第２電極を配置し，前記第１電極に第１の高周波電力と直流電圧を印加するとともに，前記第２電極に第１の高周波電力よりも低い周波数の第２の高周波電力を印加して，前記第２電極に載置した基板に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置における前記第１電極の温度を調整する電極温度調整方法であって，
前記基板に対する処理を行うのに先立って，少なくとも前記各電極に印加しようとする各高周波電力及び前記第１電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，前記第１電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な熱媒体の目標温度を算出する工程と，
前記基板に対する処理を行う際に，前記目標温度に基づいて温調した前記熱媒体を，前記第１電極の内部に形成された循環路を循環させることによって，前記第１電極を設定温度に保持する制御を行う工程と，
を有することを特徴とする電極温度調整方法。
【請求項１０】
前記熱媒体の目標温度は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差を求めるために予め定められた演算式に基づいて算出し，
前記演算式は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差をΔＴとすると，
ΔＴ＝ｋ（ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・ＨＶ・Ｂ）・Ｄ／Ｃ
（ｋ：電力から温度への換算係数であり，Ａ：前記第１の高周波電力，Ｂ：前記第２の高周波電力，ＨＶ：前記直流電圧，Ｃ：前記基板１枚あたりの処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間，ａ：Ａ項の係数，ｂ：Ｂ項の係数，ｃ：ＨＶ・Ｂ項の係数）
により表されることを特徴とする請求項９に記載の電極温度調整方法。
【請求項１１】
前記熱媒体の目標温度を算出する工程は，予め記憶媒体に記憶された処理条件から前記第１の高周波電力，前記第２の高周波電力，前記直流電圧，前記基板１枚あたりの処理時間，処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間，前記各項の係数を読み出して，前記演算式からΔＴを算出し，このΔＴに基づいて前記熱媒体の目標温度を求めることを特徴とする請求項１０に記載の電極温度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，プラズマ処理装置，電極温度調整装置，電極温度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスでは，所定の真空圧に減圧した処理室内にプラズマを発生させて，このプラズマを基板例えば半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に作用させることにより，エッチング処理，成膜処理等の所定の処理を行うプラズマ処理装置が用いられている。
【０００３】
プラズマ処理装置としては，種々のものが知られているが，その中でも例えば処理室内の下部に基板を載置する載置台を兼ねるサセプタ（下部電極）を設け，サセプタに対向して処理室の上部に処理ガス導入部を兼ねる上部電極を設けて構成された，所謂平行平板型のプラズマ処理装置が主流である。
【０００４】
このような平行平板型のプラズマ処理装置は，処理室内に所定の処理ガスを導入するとともに，処理室内を真空排気することによって，処理室内を所定の真空度の処理ガス雰囲気とし，この状態でサセプタと上部電極にそれぞれ所定周波数の高周波電力を供給することによって，基板と上部電極との間に処理ガスのプラズマを発生させ，このプラズマを基板に作用させることによって，エッチング等の処理を行うようになっている。
【０００５】
この種のプラズマ処理装置における上部電極は，直接プラズマに晒される位置に設けられており，またプラズマ発生用の高出力の高周波電力が印加されるので発熱量も多いので，高周波電力の印加に起因して上部電極の温度が不所望に上昇する可能性がある。しかも，上部電極は下部電極よりも熱容量が大きいため，下部電極に比して温度調整を行う場合の応答性も悪い。従って，上部電極の温度を設定温度に精度よく保持させることは容易ではない。
【０００６】
このような上部電極温度を調整する技術としては，例えば上部電極内に所定の温度に調整された冷媒やブラインなどの熱媒体を流通させるための流路を形成し，この流路内に熱媒体を流通させて上部電極を冷却するように構成されたものが知られている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４２７０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９９４４号公報
【特許文献３】特開２００６−２７００１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで，上述した平行平板型のプラズマ処理装置では，基板を処理する際に，上部電極に対して，高周波電力に重畳して所定の直流電圧をも印加することにより，処理室内に発生するプラズマポテンシャルやプラズマ密度の面内均一性のコントロールなどを高精度に行うものがある（例えば特許文献３参照）。
【０００９】
このような上部電極に直流電圧を印加することによっても，上部電極の温度が不所望に上昇することが，本発明者らの実験等により明らかになり，基板上に形成される素子の特性（エッチングレート，デバイス形状等）に与える影響も無視できないことがわかってきた。
【００１０】
ところが，上述した特許文献１，２のような従来の上部電極の温度制御では，上部電極に直流電圧を印加することによる上部電極への入熱を考慮していなかったので，このような温度制御を上部電極に直流電圧を印加するプラズマ処理装置にそのまま適用しても，上部電極の不所望な温度上昇を十分に抑えることができなかった。
【００１１】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，高周波電力を印加する電極にさらに直流電圧を重畳して印加する場合に，高周波電力印加に起因する電極温度の上昇を抑えるとともに，直流電圧の印加に起因する電極温度の上昇も十分に抑えることができるプラズマ処理装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理の対象となる基板が収容され，真空排気可能な処理室と，前記処理室内に配置される第１電極（例えば上部電極）と，前記第１電極に対向して配置され，前記基板を支持する第２電極（例えば下部電極）と，前記第１電極に第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力電源と，前記第２電極に前記第１の高周波電力よりも周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力電源と，前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と，前記処理室内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給手段と，前記第１電極に形成された循環路に，所定の温度に調整された熱媒体を循環させることにより前記第１電極の温度を調整する温度調整装置と，前記基板に対する処理を行うのに先立って，少なくとも前記各電極に印加しようとする各高周波電力及び前記第１電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，前記第１電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な前記熱媒体の目標温度を算出し，前記基板に対する処理を行う際に，前記目標温度に基づいて前記熱媒体の温度を調整する制御を行う制御部とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１３】
本発明は，第１電極に高周波電力に重畳して直流電圧を印加する場合には，高周波電力のみならず，直流電圧についても，第１電極の温度を不所望に上昇させる要因になることが，本発明者らの実験等により明らかになったことに鑑みて，高周波電力のみならず，直流電圧をも考慮して第１電極の温度を設定温度に調整するものである。具体的には，基板に対する処理を行うのに先立って，少なくとも各電極に印加しようとする各高周波電力および第１電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，第１電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な熱媒体の目標温度を算出する。これにより，高周波電力印加に起因する第１電極温度の上昇を抑えるとともに，直流電圧の印加に起因する第１電極温度の上昇についても十分に抑えることができるので，基板を処理する際に第１電極の温度を設定温度に高精度に保持することができる。
【００１４】
また，上記熱媒体の目標温度は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差を求めるために予め定められた演算式に基づいて算出し，前記演算式は，前記第１の高周波電力に基づく項と，前記第２の高周波電力に基づく項と，前記直流電圧に基づく項とを含み，前記直流電圧に基づく項は，前記直流電圧と前記第２の高周波電力とを乗算した項からなることが好ましい。このような演算式に基づいて算出することにより，熱媒体の目標温度を的確に求めることができる。また，本発明者らの実験等により，直流電圧の印加による第１電極の温度上昇には，第２電極に印加する第２の高周波電力の大きさの影響もあることが判明した。例えば直流電圧が一定であっても，第２電極に印加する第２の高周波電力が大きいほど，第１電極に流れる直流電流も大きくなるので，第１電極の入熱量も大きくなり，第１電極の温度も上昇することがわかった。この点を演算式に反映させるために，直流電圧の項をその直流電圧と第２の高周波電力とを乗算する項にした。これにより，第１電極の温度が不所望に上昇することをより的確に抑えることができる。
【００１５】
また，上記演算式は，例えば前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差をΔＴとすると，ΔＴ＝ｋ（ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・ＨＶ・Ｂ）・Ｄ／Ｃ（ｋ：電力から温度への換算係数であり，Ａ：前記第１の高周波電力，Ｂ：前記第２の高周波電力，ＨＶ：前記直流電圧，Ｃ：前記基板１枚あたりの処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間，ａ：Ａ項の係数，ｂ：Ｂ項の係数，ｃ：ＨＶ・Ｂ項の係数）により表される。このように，高周波電力の印加時間等をも考慮して熱媒体の目標温度を求めることにより，第１電極の温度制御の精度を高めることができる。
【００１６】
また，上記第２の高周波電力の大きさに応じて前記演算式に含まれる係数ｃを最適な値に調整することが好ましい。例えば複数枚の基板を連続して処理する場合に，第２の高周波電力の大きさによっては，最初の基板を処理するときの第１電極温度が２枚目以降の基板を処理するときに比して低くなる場合があるが，このような場合でも係数ｃを調整することにより，最初の基板を処理するときの第１電極温度の低下を緩和することができる。これにより，最初の基板から最後の基板まで第１電極温度を高精度で設定温度に保持することができるので，各基板の処理結果にばらつきが発生することを防止できる。
【００１７】
また，上記温度調整装置は，例えば前記第１電極の内部を通過し，前記第１電極に対して前記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る。これによれば，第１熱交換器と第２熱交換器を用いることによって，熱媒体を目標温度まで一気に冷却することができるとともに，加熱器により熱媒体を加熱して所望の温度に調整することもできる。
【００１８】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に互いに対向する第１電極と第２電極を配置し，前記第１電極に第１の高周波電力と直流電圧を印加するとともに，前記第２電極に第１の高周波電力よりも低い周波数の第２の高周波電力を印加して，前記第２電極に載置した基板に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置における前記第１電極の温度を調整する電極温度調整装置であって，前記第１電極の内部を通過し，前記第１電極に対して前記熱媒体を循環させる循環路と，前記熱媒体の温度を調整する熱媒体温度調整器と，前記基板に対する処理を行うのに先立って，少なくとも前記各電極に印加しようとする各高周波電力及び前記第１電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，前記第１電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な前記熱媒体の目標温度を算出し，前記基板に対する処理を行う際に，前記目標温度に基づいて前記熱媒体の温度を調整する制御を行う制御部とを備えることを特徴とする電極温度調整装置が提供される。これによれば，高周波電力印加に起因する第１電極温度の上昇を抑えるとともに，直流電圧の印加に起因する第１電極温度の上昇についても十分に抑えることができるので，基板を処理する際に第１電極温度を設定温度に高精度に保持することができる。
【００１９】
また，上記熱媒体の目標温度は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差を求めるために予め定められた演算式に基づいて算出し，前記演算式は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差をΔＴとすると，例えばΔＴ＝ｋ（ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・ＨＶ・Ｂ）・Ｄ／Ｃ（ｋ：電力から温度への換算係数であり，Ａ：前記第１の高周波電力，Ｂ：前記第２の高周波電力，ＨＶ：前記直流電圧，Ｃ：前記基板１枚あたりの処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間，ａ：Ａ項の係数，ｂ：Ｂ項の係数，ｃ：ＨＶ・Ｂ項の係数）により表される。
【００２０】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に互いに対向する第１電極と第２電極を配置し，前記第１電極に第１の高周波電力と直流電圧を印加するとともに，前記第２電極に第１の高周波電力よりも低い周波数の第２の高周波電力を印加して，前記第２電極に載置した基板に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置における前記第１電極の温度を調整する電極温度調整方法であって，前記基板に対する処理を行うのに先立って，少なくとも前記各電極に印加しようとする各高周波電力及び前記第１電極に印加しようとする直流電圧に基づいて，前記第１電極の温度を所定の設定温度に調整するために必要な熱媒体の目標温度を算出する工程と，前記基板に対する処理を行う際に，前記目標温度に基づいて温調した前記熱媒体を，前記第１電極の内部に形成された循環路を循環させることによって，前記第１電極を設定温度に保持する制御を行う工程とを有することを特徴とする電極温度調整方法が提供される。これによれば，高周波電力印加に起因する第１電極温度の上昇を抑えるとともに，直流電圧の印加に起因する第１電極温度の上昇についても十分に抑えることができるので，基板を処理する際に第１電極温度を設定温度に高精度に保持することができる。
【００２１】
また，上記熱媒体の目標温度は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差を求めるために予め定められた演算式に基づいて算出し，前記演算式は，前記第１電極の所定の設定温度と前記熱媒体の目標温度との温度差をΔＴとすると，例えばΔＴ＝ｋ（ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・ＨＶ・Ｂ）・Ｄ／Ｃ（ｋ：電力から温度への換算係数であり，Ａ：前記第１の高周波電力，Ｂ：前記第２の高周波電力，ＨＶ：前記直流電圧，Ｃ：前記基板１枚あたりの処理時間，Ｄ：処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間，ａ：Ａ項の係数，ｂ：Ｂ項の係数，ｃ：ＨＶ・Ｂ項の係数）により表される。
【００２２】
また，上記熱媒体の目標温度を算出する工程は，予め記憶媒体に記憶された処理条件から前記第１の高周波電力，前記第２の高周波電力，前記直流電圧，前記基板１枚あたりの処理時間，処理時間中の高周波電力の印加時間，前記各項の係数を読み出して，前記演算式からΔＴを算出し，このΔＴに基づいて前記熱媒体の目標温度を求めることが好ましい。予め記憶媒体に記憶された処理条件のように既にわかっている値を用いて演算式からΔＴを算出して熱媒体の目標温度を求めることにより，基板の処理前であっても熱媒体の目標温度を求めることができる。なお，なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａとする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば，高周波電力を印加する電極にさらに直流電圧を重畳して印加する場合に，高周波電力印加に起因する電極温度の上昇を抑えるとともに，直流電圧の印加に起因する電極温度の上昇についても十分に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に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詳細に説明する。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構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
（プラズマ処理装置）
先ず，本発明の実施形態にかかる電極温度調整装置を適用可能なプラズマ処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。図１は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成を説明するための図である。ここでは，プラズマ処理装置を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として構成した場合を例に挙げる。
【００２６】
図１に示すように，プラズマ処理装置１００は，略円筒形状の処理容器により構成される処理室（チャンバ）１１０を備える。処理室１１０は，例えばアルミニウム合金により形成され，その内壁面は例えば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。処理室１１０は接地されている。
【００２７】
処理室１１０内の底部には，絶縁板１１１を介して第２電極としてのサセプタ１１２が設けられている。サセプタ１１２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として機能する。また，サセプタ１１２は略円柱状に形成され，その上面に基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）Ｗを載置する載置台としての機能も兼ねる。この場合，サセプタ１１２上には，例えば図示しない静電チャックが設けられ，この静電チャックによりサセプタ１１２上にウエハＷが吸着保持される。さらに，サセプタ１１２には，図示しない電熱ガス機構からの電熱ガス（例えばＨｅガス）を静電チャックとウエハＷとの間に供給するガス供給ラインが設けられている。
【００２８】
サセプタ１１２の内部には，例えばリング状に形成された冷媒室１１３が設けられている。冷媒室１１３は，配管１１３ａ，１１３ｂを通じて，処理室１１０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１１３には，配管１１３ａ，１１３ｂ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１１２上のウエハＷの温度を制御できるようになっている。
【００２９】
下部電極であるサセプタ１１２の上方には，サセプタ１１２と対向するように平行にプラズマ生成用の第１電極としての上部電極１２０が設けられている。そして，上部電極１２０と下部電極であるサセプタ１１２との間の空間がプラズマ生成空間Ｓとなる。
【００３０】
上部電極１２０は，例えば電極板１２１，分散板１２２及び天板１２３の３層構造になっている。例えば最上部の天板１２３の中央部には，処理ガスを処理室１１０内に導入するためのガス供給管１２４が接続されている。ガス供給管１２４は，処理ガス供給手段としての処理ガス供給源１２５に接続されている。ガス供給管１２４には，図示はしないが，例えば処理室に供給する処理ガスの流量を調整するためのマスフローコントローラ，開閉バルブなどが設けられている。処理ガス供給源１２５からは，エッチングのための処理ガスとして，例えばＣ４Ｆ８などのフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）が供給される。
【００３１】
天板１２３の下層には，例えば略円筒状の分散板１２２が設けられ，ガス供給管１２４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１２２の下層には，例えばサセプタ１１２上のウエハＷに対向する電極板１２１が設けられている。電極板１２１には，多数のガス吐出孔１２１ａが形成されており，分散板１２２で分散された処理ガスを複数のガス吐出孔１２１ａから均等に上記プラズマ生成空間Ｓに向けて吐出できるようになっている。この点で，上部電極１２０は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとしても機能する。
【００３２】
上部電極１２０の例えば天板１２３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１３０が形成されている。流路１３０は，後述する温度調整装置２００の循環路２１０の一部を構成している。また例えば分散板１２２の内部には，温度制御を行う上部電極１２０の温度を測定する温度センサ１３１が設けられている。
【００３３】
上部電極１２０には，第１の整合器としての整合器１４０を介して第１の高周波電源１４１が電気的に接続されている。第１の高周波電源１４１は，例えば１０ＭＨｚ以上，例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を出力する。整合器１４０は，第１の高周波電源１４１の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので，処理室１１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源１４１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。この第１の高周波電源１４１によって上部電極１２０に高周波電力を付加することにより，処理室１１０内のプラズマ生成空間Ｓに処理ガスのプラズマが生成される。
【００３４】
さらに，上部電極１２０には，上述した第１の高周波電源１４１の他に，可変直流電源１４２が電気的に接続されている。可変直流電源１４２はバイポーラ電源であってもよい。具体的には，この可変直流電源１４２は，整合器１４０を介して上部電極１２０に接続されており，この可変直流電源１４２と整合器１４０との間に設けたスイッチ１４３により直流電圧の給電のオン・オフができるようになっている。なお，可変直流電源１４２の極性および電流・電圧ならびにスイッチ１４３のオン・オフは，装置制御部１７０により制御される。
【００３５】
整合器１４０は，例えば図２に示すように，第１の高周波電源１４１の給電ライン１６０から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ１６２と，給電ライン１６０のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ１６４を有しており，これらにより上述した整合器１４０の機能を発揮する。さらに，整合器１４０には，上記可変直流電源１４２からの直流電圧電流（以下，単に「直流電圧」ともいう）が上部電極１２０に有効に供給可能なように，第１の高周波電源１４１からの高周波（例えば６０ＭＨｚ）および後述する第２の高周波電源１５１からの高周波（例えば２ＭＨｚ）をトラップするフィルタ１６５が設けられている。すなわち，可変直流電源１４２からの直流電圧電流がフィルタ１６５を介して給電ライン１６０に接続される。このフィルタ１６５は例えば図２に示すようにコイル１６６とコンデンサ１６８とで構成されており，これらにより第１の高周波電源１４１からの高周波および後述する第２の高周波電源１５１からの高周波がトラップされる。このような直流電圧としては，例えば−２０００〜１００００Ｖの範囲で所望の大きさの電圧を印加することができる。例えば直流電圧の絶対値が１００Ｖ以上，好ましくは５００Ｖ以上になるような直流電圧を印加する。
【００３６】
下部電極であるサセプタ１１２には，第２の整合器としての整合器１５０を介して第２の高周波電源１５１が電気的に接続されている。第２の高周波電源１５１は，例えば２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数，例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。この第２の高周波電源１５１により，サセプタ１１２に高周波電力を印加し，処理室１１０内の荷電粒子をウエハＷ側に引き込むことができる。整合器１５０は第２の高周波電源１５１の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので，処理室１１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源１５１の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００３７】
処理室１１０の底部には，図示しない排気装置に連通する排気管１０２が接続されている。排気装置は例えばターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており，処理室１１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また，処理室１１０の側壁にはウエハＷの搬入出口１０４が設けられており，この搬入出口１０４はゲートバルブ１０６により開閉可能となっている。所定枚数（例えば２５枚）のウエハに対して連続してエッチング処理を施すロット処理を行う場合には，先ず図示しない搬送アームによって搬入出口１０４から処理室１１０内に最初のウエハＷを搬入してエッチング処理を行う。エッチング処理が終了すると搬入出口１０４からウエハＷを搬出し，次のウエハＷを搬入する。
【００３８】
プラズマ処理装置１００には，例えば処理ガス供給源１２５，第１の高周波電源１４１及び第２の高周波電源１５１などのエッチング処理を実行するための各部の動作を制御する装置制御部１７０が設けられている。また，温度センサ１３１による測定結果は，装置制御部１７０に出力されるようになっている。
【００３９】
このように構成されるプラズマ処理装置１００においてプラズマエッチング処理を行う際には，ウエハＷが図示しない搬送アームなどにより搬入されて，サセプタ１１２上に載置され，サセプタ１１２上に吸着保持されると，例えば排気管１０２からの排気により，処理室１１０内が所定の圧力に減圧される。そして，上部電極１２０から処理室１１０内に処理ガスが供給され，第１の高周波電源１４１により，上部電極１２０に高周波電力が印加されると，処理室１１０内のプラズマ生成空間Ｓに処理ガスのプラズマが生成される。また，第２の高周波電源１５１により，サセプタ１１２に高周波電力が印加されることにより，プラズマ中の荷電粒子がウエハＷ側に誘導される。これらのプラズマの作用により，ウエハＷ上の膜がエッチングされる。エッチングが終了したウエハＷは，処理室１１０内から図示しない搬送アームなどにより搬出され，次のウエハＷが処理室内１１０に搬入される。
【００４０】
（温度調整装置）
次に，プラズマ処理装置１００の上部電極１２０の温度を調整する電極温度調整装置としての温度調整装置２００について図１を参照しながら説明する。温度調整装置２００は，上部電極１２０の内部を通過するようにブラインを循環させる循環路２１０と，循環路２１０において上部電極１２０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２１１と，循環路２１０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２１２と，ブラインを加温する加熱器としての電気ヒータ２１３と，上部電極１２０に供給する前にブラインを貯留するタンク２１４を有している。なお，上記ブラインは，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状の絶縁性熱交換媒体である。
【００４１】
循環路２１０において，第１の熱交換器２１１，第２の熱交換器２１２，電気ヒータ２１３及びタンク２１４は直列的に接続されており，上部電極１２０，第１の熱交換器２１１，第２の熱交換器２１２，電気ヒータ２１３，タンク２１４，上部電極１２０の順にブラインを循環させることができる（図１に示す循環Ｅ１参照）。
【００４２】
第１の熱交換器２１１には，例えば二次冷媒である水を第１の熱交換器２１１の内部に導入し排出する二次冷媒側の管路２２０が接続されている。この管路２２０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２２０に水を流すことにより，第１の熱交換器２１１において水の顕熱により循環路２１０のブラインを冷却できる。管路２２０には，開閉バルブ２２１が設けられている。この開閉バルブ２２１の開閉を切り替えることにより，第１の熱交換器２１１の水によるブラインの冷却をオン・オフできる。
【００４３】
第２の熱交換器２１２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２１０のブラインを冷却できる。第２の熱交換器２１２には，冷凍機を構成する循環回路２３０が接続されている。循環回路２３０には，圧縮機２３１，凝縮器２３２及び膨張弁２３３が設けられている。凝縮器２３２には，例えば三次冷媒となる冷却水の供給管路２３４が接続されている。供給管路２３４には，例えば流量調整バルブ２３５が設けられている。例えばこの流量調整バルブ２３５によって凝縮器２３２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２１２における冷却能力を調整できる。
【００４４】
電気ヒータ２１３は，例えばヒータ電源２４０による給電により発熱して循環路２１０のブラインを加温できる。タンク２１４には，例えばポンプ２５０が配置されており，タンク２１４内に貯留しているブラインを上部電極１２０側に圧送できる。
【００４５】
また，タンク２１４と上部電極１２０との間の循環路２１０には，例えばタンク２１４から圧送されたブラインを上部電極１２０を迂回して第１の熱交換器２１１側に流すバイパス路２６０が形成されている。このバイパス路２６０により，バイパス路２６０，第１の熱交換器２１１，第２の熱交換器２１２，電気ヒータ２１３，タンク２１４，バイパス路２６０の順にブラインを循環させることができる（図１に示す循環Ｅ２参照）。バイパス路２６０の分岐点には，三方弁２６１が設けられている。この三方弁２６１により，上部電極１２０を通らずにバイパス路２６０を通る循環Ｅ２と，上部電極１２０を通る循環Ｅ１を切り替えることができる。
【００４６】
温度調整装置２００には，例えば第１の熱交換器２１１の開閉バルブ２２１，第２の熱交換器２１２の流量調整バルブ２３５，電気ヒータ２１３のヒータ電源２４０，タンク２１４のポンプ２５０及び三方弁２６１などの各部の動作を制御して，上部電極１２０の温度調整を実行するためのコントローラ２７０が設けられている。コントローラ２７０は，プラズマ処理装置１００の装置制御部１７０との間で通信可能であり，装置制御部１７０からの情報に基づいて各部の動作を制御できる。
【００４７】
なお，第１の熱交換器２１１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２１２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。
【００４８】
（プラズマ処理装置の動作）
次に，このように構成されるプラズマ処理装置１００においてエッチング処理を行う際には，まず，ゲートバルブ１０６を開状態とし，搬入出口１０４を介してエッチング対象であるウエハＷを処理室１１０内に搬入し，サセプタ１１２上に載置し，吸着保持する。そして，処理ガス供給源１２５からエッチングのための処理ガスを所定の流量で上部電極１２０に供給し，ガス吐出孔１２１ａを介して処理室１１０内へ供給しつつ，図示しない排気装置によって排気管１０２より処理室１１０内を排気することによって，処理室１１０内の圧力を所定の圧力に減圧する。ここで，処理ガスとしては，種々のものを採用することができる。処理ガスとしては，例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスが挙げられる。さらに，処理ガスには，ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００４９】
このように処理室１１０内に処理ガスを導入した状態で，第１の高周波電源１４１からプラズマ生成用の第１の高周波電力を所定のパワーで上部電極１２０に印加するとともに，第２の高周波電源１５１よりイオン引き込み用の第２の高周波電力を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１１２に印加する。そして，可変直流電源１４２から所定の直流電圧を上部電極１２０に印加する。
【００５０】
上部電極１２０の電極板１２１に形成されたガス吐出孔１２１ａから吐出された処理ガスは，高周波電力により生じた上部電極１２０と下部電極であるサセプタ１１２間のグロー放電中でプラズマ化し，このプラズマで生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの被処理面がエッチングされる。また，このように上部電極１２０にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給し，下部電極であるサセプタ１１２にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給するので，プラズマの制御マージンを広くすることができる。
【００５１】
こうしてプラズマが形成される際に，上部電極１２０に高い周波数領域（例えば１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給することにより，プラズマを好ましい状態で高密度化することができ，より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
【００５２】
さらに，本実施形態では，プラズマが形成される際に，上部電極１２０に可変直流電源１４２から所定の極性および大きさの直流電圧が印加される。この可変直流電源１４２からの印加電圧を制御することにより，上部電極１２０へのポリマーの付着を防止したり，プラズマポテンシャルやプラズマ密度の面内均一性を制御したりすることができる。
【００５３】
例えば上部電極１２０の電極板１２１表面の自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなるように，つまり上部電極１２０表面でのＶｄｃの絶対値が大きくなるように，可変直流電源１４２からの印加電圧を制御することができる。このため，例えば第１の高周波電源１４１から印加される高周波のパワーが低い場合などのように上部電極１２０にポリマーが付着し易くなる場合であっても，可変直流電源１４２からの印加電圧を適切な値に制御することによって，上部電極１２０に付着したポリマーをスパッタして上部電極１２０の表面を清浄化することができる。この場合，ウエハＷ上に最適な量のポリマーを供給させることができるので，ウエハＷ上のフォトレジスト膜の表面荒れも解消できる。なお，可変直流電源１４２からの印加電圧を制御する代わりに，印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。
【００５４】
このようなプラズマエッチング処理を行う際には，上部電極１２０及びサセプタ１１２はそれぞれ予め設定された温度に調整される。この場合，サセプタ１１２の温度は図示しないチラーユニットから冷媒室１１３に供給される冷媒によって温度が調整される。また，上部電極１２０は，上述した温度調整装置２００によって温度が調整される。上部電極１２０は，プラズマ生成空間Ｓに露出しており，プラズマ発生用の高出力の高周波電力が印加されるので発熱量も多く，またサセプタ１１２に比して大きな熱容量を有している。このため，サセプタ１１２に比してエッチング処理時における発熱量が多く，温度調整媒体に対する応答性も悪いので，本実施形態では上部電極１２０の温度をサセプタ１１２の温度とは別個に調整している。
【００５５】
このように，上部電極１２０の温度を温度調整装置２００によって調整する場合には，エッチング処理を開始するときに，熱媒体例えばブラインの温度を上部電極１２０の設定温度よりも低い値に設定しておく必要がある。これは，例えばエッチング処理開始により高周波電力が印加されると，上部電極１２０の温度が上昇し始めるので，その温度上昇を抑えて上部電極１２０を設定温度に保持させるためである。具体的には，ブラインの目標温度と上部電極１２０の設定温度との温度差をΔＴとすれば，エッチング処理に先立って予め適切なΔＴの値を予想して算出しておくことによって，エッチング処理を開始する際にブラインを目標温度に制御することで，上部電極１２０をエッチング処理の当初から設定温度に保持することができる。
【００５６】
例えば所定枚数のウエハＷを連続して処理するロット処理を行う場合には，ロット処理を開始する前に，予めΔＴを算出してブラインの目標温度を設定しておき，最初のウエハＷをエッチング処理する際に，上部電極１２０に高周波電力を印加するタイミングまたはその直前のタイミングでブラインの温度を目標温度に調整して上部電極１２０に供給する。これにより，上部電極１２０の温度は最初のウエハＷの処理から温度上昇が抑えられて設定温度に保持される。
【００５７】
なお，実際のウエハＷの処理では，各ウエハＷの処理ごと（高周波電力の異なる複数のステップを有する処理では各ステップごと）に高周波電力のオン・オフが繰り返されるので，上部電極１２０の温度も微妙に変化する。このため，ウエハＷの処理中には温度センサ１３１により上部電極１２０の温度を監視し，検出された温度に基づいて上部電極１２０の温度が設定温度になるように，ブラインの温度を微調整するようにしてもよい。これにより，ロット処理における最初のウエハＷから最後のウエハＷまで上部電極１２０の温度を設定温度に保持することができる。
【００５８】
（温度差ΔＴ）
ここで，ブラインの目標温度と上部電極１２０の設定温度との温度差ΔＴについて説明する。上述したように高周波電力印加等による上部電極１２０の温度上昇を抑えるため，ブラインの目標温度は上部電極１２０の設定温度よりも低い値に設定される。従って，温度差ΔＴを算出するに当たり，上部電極１２０の温度上昇を招く要素を考慮する必要がある。このような要素としては，例えば上部電極１２０に印加される第１の高周波電力，サセプタ１１２に印加される第２の高周波電力，ウエハＷ一枚あたりの処理時間，処理時間中の高周波電力の印加時間が挙げられる。
【００５９】
ところが，図１に示すプラズマ処理装置１００のように，上部電極１２０に第１の高周波電力のみならず，可変直流電源１４２からの直流電圧も重畳して印加する場合には，この直流電圧についても上部電極１２０の温度上昇の要因の１つとなることが，本発明者らの実験等により判明した。
【００６０】
ここで，上部電極１２０に第１の高周波電力と重畳して印加する可変直流電源１４２の直流電圧を変えて，それぞれ上部電極１２０の温度を検出した実験結果を図３に示す。図３は，ブラインの温度ＢＴを一定に保持して，可変直流電源１４２の直流電圧を変化させた場合の上部電極１２０の温度を温度センサ１３１により検出してグラフにしたものである。
【００６１】
図３における上部電極１２０の温度のグラフＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４は，それぞれ可変直流電源１４２の直流電圧を０Ｖ，８００Ｖ，１２００Ｖ，１５００Ｖとした場合である。なお，その他の処理条件は共通であり，具体的には上部電極１２０の高周波電力を２０００Ｗ，サセプタ１１２の高周波電力を４５００Ｗ，処理室内圧力を２５ｍＴとした。また，処理ガスとしては，酸化膜エッチングに使用される一般的なガスの組合せによる混合ガス，例えばＣＦ系ガス（例えばＣ４Ｆ８などのＣｘＦｙ系ガス）と希ガス（例えばＡｒガスなどの不活性ガス）と酸素ガス（Ｏ２ガス）との混合ガスを用いた。
【００６２】
図３によれば，可変直流電源１４２の直流電圧を印加しない場合（ＣＴ１）と，可変直流電源１４２の直流電圧を印加した場合（ＣＴ２〜ＣＴ４）とでは，上部電極１２０の温度が異なる。しかも，可変直流電源１４２の直流電圧を大きくするほど，上部電極１２０の温度も大きくなる。従って，可変直流電源１４２の直流電圧は，上部電極１２０の温度上昇の要因になることがわかる。
【００６３】
このように，上部電極１２０に印加した直流電圧により上部電極１２０の温度が上昇する理由としては，例えば次のことが考えられる。すなわち，上部電極１２０から放たれた電子（マイナス）は，ウエハＷ上のマイナスＶｄｃで跳ね返され，また上部電極１２０の電極板１２１の表面でも可変直流電源１４２によるマイナスの直流電圧により跳ね返される。これにより，電子（マイナス）は，ウエハＷ上と上部電極１２０との間で往復し，電子がプラズマ生成空間Ｓに，直流電圧を印加しない場合よりも長い時間滞在することにより，プラズマ密度が上昇するため，荷電粒子も増えて，上部電極１２０に流れる直流電流も増えるので，上部電極１２０への入熱も増えるからであると考えられる。
【００６４】
ここで，可変直流電源１４２による直流電圧を変えたときの上部電極１２０に流れる直流電流と上部電極１２０の温度との関係を図４に示す。図４は，可変直流電源１４２の直流電圧を０Ｖ，８００Ｖ，１５００Ｖとしてそれぞれ実験を行って，上部電極１２０の温度と上部電極１２０に流れる直流電流を検出してこれらをプロットしグラフにしたものである。なお，その他の処理条件は共通であり，具体的には上部電極１２０の高周波電力を１５００Ｗ，サセプタ１１２の高周波電力を４５００Ｗ，処理室内圧力を２５ｍＴとした。また，処理ガスとしては，酸化膜エッチングに使用される一般的なガスの組合せ，例えばＣＦ系ガス（例えばＣ４Ｆ８などのＣｘＦｙ系ガス）と希ガス（例えばＡｒガスなどの不活性ガス）と酸素ガス（Ｏ２ガス）との混合ガスを用いた。
【００６５】
図４によれば，可変直流電源１４２による直流電圧が大きくするほど，上部電極１２０に流れる直流電流も増え，上部電極１２０の温度も高くなっていることがわかる。このように，上部電極１２０に流れる直流電流は，上部電極１２０の温度に影響を与える。
【００６６】
さらに，この上部電極１２０に流れる直流電流は，下部電極であるサセプタ１１２に印加される高周波電力の大きさに応じて変化することも，本発明者らの実験等により明らかになった。
【００６７】
ここで，上部電極１２０に流れる直流電流とサセプタ１１２に印加される高周波電力の大きさとの関係を図５に示す。図５は，サセプタ１１２の高周波電力（Ｂｔｍ）を０Ｗ，２００Ｗ，５００Ｗ，２５００Ｗ，４５００Ｗとし，これらについてそれぞれ可変直流電源１４２の直流電圧を３００Ｖ〜１５００Ｖの範囲で可変させて実験を行って，上部電極１２０に流れる直流電流を検出してこれらをプロットしグラフにしたものである。なお，その他の処理条件は共通であり，具体的には上部電極１２０の高周波電力を１８００Ｗ，処理室内圧力を２５ｍＴとした。また，処理ガスとしては，図４の場合と同様に酸化膜エッチングに使用される一般的なガスの組合せによる混合ガス（ＣＦ系ガスと希ガスと酸素ガス）を用いた。
【００６８】
図５によれば，例えば可変直流電源１４２による直流電圧が同じ１５００Ｖの場合でも，サセプタ１１２へ印加する高周波電力が０Ｗ，２００Ｗ，５００Ｗ，２５００Ｗ，４５００Ｗと大きくなるに連れて，上部電極１２０に流れる直流電流も大きくなっている。これによれば，例えば可変直流電源１４２による直流電圧が一定であっても，サセプタ１１２に印加される高周波電力が大きいほど，上部電極１２０に流れる直流電流も大きくなるので，上部電極１２０の温度もより上昇してしまうことがわかる。
【００６９】
以上の実験結果等を踏まえれば，上部電極１２０に高周波電力と直流電流とを印加する場合，ブラインの目標温度を算出するための上部電極設定温度との温度差ΔＴの演算式は下記（１）式のようにすることが好ましいと考えられる。
【００７０】
ΔＴ＝ｋ（ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・ＨＶ・Ｂ）・Ｄ／Ｃ  ・・・（１）
【００７１】
上記（１）式において，ｋは電力から温度への換算係数である。上記（１）式の括弧内におけるａ・Ａの項は上部電極１２０に印加する高周波電力が与える影響を考慮したものである。具体的には，Ａは上部電極１２０の高周波電力そのものである。ａは係数であり，上部電極１２０の高周波電力の項が上部電極１２０の温度に及ぼす影響の度合いを示す。
【００７２】
ｂ・Ｂの項はサセプタ１１２に印加する高周波電力が与える影響を考慮したものである。具体的には，Ｂはサセプタ１１２に印加する高周波電力そのものである。ｂは係数であり，サセプタ１１２の高周波電力の項が上部電極１２０の温度に及ぼす影響の度合いを示す。
【００７３】
ｃ・ＨＶ・Ｂの項は上部電極１２０に印加する直流電圧が与える影響を考慮したものである。具体的には，ＨＶは，上部電極１２０に印加する可変直流電源１４２の直流電圧そのものであり，Ｂは上述したようにサセプタ１１２に印加する高周波電力である。ここで，ＨＶとＢとを乗算するのは，例えば図５に示すように可変直流電源１４２の直流電圧が一定でもサセプタ１１２に印加する高周波電力が大きいほど，上部電極１２０の温度が大きくなる傾向にあることを考慮したものである。これらは例えばエッチング処理条件として予め設定された値を用いることができる。ｃは係数であり，直流電圧の項が上部電極１２０の温度に及ぼす影響の度合いを示す。
【００７４】
なお，Ｄ／Ｃ項のＣはウエハＷ一枚あたりの処理時間であり，Ｄは処理時間Ｃ中の高周波電力の印加時間である。なお，ここでの処理時間Ｃは，例えば高周波電力が印加されている時間とウエハＷの入れ替え時間を合わせた，ウエハＷ一枚あたりにかかる時間である。このような温度差ΔＴの算出と目標温度Ｔの設定は，例えばコントローラ２７０により行われる。
【００７５】
各項のＡ，Ｂ，ＨＶ，Ｃ，Ｄはそれぞれ，例えばエッチング処理条件として予め設定された値を用いることができる。また各係数ｋ，ａ，ｂ，ｃは，実際のエッチング処理に応じて最適な値にすることができる。また，各係数ｋ，ａ，ｂ，ｃは，それぞれ複数の係数で構成してもよい。例えば係数ｃを２つの係数で構成し，一方の係数は固定にして，他方の係数で大きさを調整するようにしてもよい。
【００７６】
このように，可変直流電源１４２の直流電圧についての項を，ブラインの目標温度を設定するための温度差ΔＴの演算式（上記（１）式）に取り入れることで，可変直流電源１４２の直流電圧による上部電極１２０の温度上昇の影響を抑えることができる。
【００７７】
（上部電極の温度制御）
次に，上部電極１２０の温度制御を行う場合の温度調整装置２００の動作について説明する。ここでは，所定枚数のウエハＷに対してエッチング処理を連続して実行するロット処理を行った場合について説明する。
【００７８】
先ず，ウエハＷのロット処理を開始する前（例えばアイドル状態のとき）に，予め循環路２１０内の循環Ｅ１においてブラインの温度を調整し，上部電極１２０の温度を設定温度Ｈに調整しておく。具体的には，ロット処理が開始される前の温度調整では，先ず図１に示す上部電極１２０の温度センサ１３１による温度測定結果が装置制御部１７０に出力され，装置制御部１７０からコントローラ２７０に出力される。コントローラ２７０は，この温度測定結果に基づいて，第２の熱交換器２１２の流量調整バルブ２３５と電気ヒータ２１３のヒータ電源２４０を調整して，上部電極１２０の温度が設定温度Ｈになるように循環路２１０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２１１の開閉バルブ２２１は閉鎖されており，第２の熱交換器２１２と電気ヒータ２１３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２１２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２１０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。
【００７９】
そして，プラズマ処理装置１００において，アイドル状態が終わり，ウエハＷのロット処理が開始されるときに，図１に示す循環路２１０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１７０の処理開始情報がコントローラ２７０に入力されると，ブラインの目標温度Ｔが設定される。
【００８０】
目標温度Ｔは，上部電極１２０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，上記（１）式により求められる。温度差ΔＴが算出され，目標温度Ｔが設定されると，第１の熱交換器２１１の開閉バルブ２２１が開放され，第１の熱交換器２１１における水の顕熱と，第２の熱交換器２１２における代替フロンの潜熱によって，循環路２１０内のブラインが急速冷却され，目標温度Ｔで安定する。ウエハ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１２０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，上部電極１２０の温度上昇が抑えられる。
【００８１】
ここで，上部電極１２０に高周波電力に直流電圧を重畳して印加して所定枚数のウエハＷのロット処理を行う場合に，ΔＴを算出して上部電極１２０の温度制御を行った場合の実験結果を図６，図７に示す。図６は直流電圧を考慮せずにΔＴを算出して温度制御を行った場合であり，図７は直流電圧を考慮してΔＴを算出して温度制御を行った場合である。具体的には，図６は，上記（１）式の係数ｃを０にして直流電圧の項（ｃ・ＨＶ・Ｂ）を０にしてΔＴを算出し，図７は，上記（１）式の直流電圧の項（ｃ・ＨＶ・Ｂ）に適切な値を代入してΔＴを算出した。
【００８２】
なお，図６，図７はともに，異なる高周波電力を印加する２つのステップ（第１ステップ及びこれに連続して行われる第２ステップ）からなるエッチング処理を行った場合の実験結果である。ここでは，上述したようにウエハＷのロット処理を開始する前（例えばアイドル状態のとき）に予め上部電極１２０の温度ＣＴを設定温度Ｈ（図６，図７に示す点線）に調整しておくとともに，それぞれ算出したΔＴに基づいて得られたブラインの目標温度を設定し，最初のウエハＷの処理で上部電極１２０に高周波電力を印加するタイミングで，第１の熱交換器２１１と第２の熱交換器２１２によりブラインを急冷し始めた。その後は，例えば温度センサ１３１により上部電極１２０の温度ＣＴを監視し，上部電極１２０の温度が常に設定温度Ｈになるように，ブラインの温度ＢＴを微調整する。
【００８３】
なお，図６，図７における処理条件としては，第１ステップでは，上部電極１２０の高周波電力を２０００Ｗ，サセプタ１１２の高周波電力を１０００Ｗ，可変直流電源１４２の直流電圧を７００Ｖ，処理室内圧力を２５ｍＴとし，第２ステップでは，上部電極１２０の高周波電力を１０００Ｗ，サセプタ１１２の高周波電力を３０００Ｗ，可変直流電源１４２の直流電圧を１５００Ｖ，処理室内圧力を２５ｍＴとした。なお，第１，第２ステップにおける処理ガスとしては，図４，図５の場合と同様に酸化膜エッチングに使用される一般的なガスの組合せによる混合ガス（ＣＦ系ガスと希ガスと酸素ガス）を用いた。
【００８４】
図６と図７の実験結果を比較すると，上部電極１２０に印加する直流電圧を考慮してΔＴを算出した場合（図７）は，直流電圧を考慮せずにΔＴを算出した場合（図６）に比して，上部電極１２０の温度ＣＴの最大値レベルを示す一点鎖線（設定温度Ｈの上側の一点鎖線）がより設定温度Ｈに近くなっていることから，上部電極１２０の温度ＣＴの上昇が抑えられていることがわかり，さらに上部電極１２０の温度ＣＴの全体のばらつきも小さくなっていることがわかる。
【００８５】
特に，２枚目以降のウエハＷを処理する際の上部電極１２０の温度ＣＴのばらつき（上部電極１２０の温度ＣＴについて一点鎖線で示す２枚目以降の最大値レベルと最小値レベルの差）は，図６の場合には２０℃程度の範囲であったのに対して，図７の場合には６℃程度の範囲内に抑えられ，温度調整の精度が向上したことがわかる。
【００８６】
なお，上部電極１２０に印加する直流電圧を考慮してΔＴを算出する場合，例えば図７の二点鎖線で示すように，最初の１枚目のウエハＷを処理する際には２枚目以降のウエハＷを処理する場合よりも，上部電極１２０の温度ＣＴがアンダーシュート（過冷却）する傾向にある。このアンダーシュートの傾向は，例えばΔＴを算出するための上記（１）式における直流電圧項（ｃ・ＨＶ・Ｂ）の係数ｃの値を小さくなるように調整することにより，緩和することができる。
【００８７】
また，下部電極であるサセプタ１１２に印加する高周波電力の値Ｂが大きくなるほど，ΔＴを算出するための上記（１）式における直流電圧項（ｃ・ＨＶ・Ｂ）も大きくなるので，上述したように，最初のウエハＷを処理する際に，２枚目以降のウエハＷを処理する場合よりも，上部電極１２０の温度ＣＴのアンダーシュート（過冷却）が大きくなる傾向がある。この場合のアンダーシュートについても，上記と同様に例えばΔＴを算出するための上記（１）式における直流電圧項（ｃ・ＨＶ・Ｂ）の係数ｃの値を小さくなるように調整することにより，緩和することができる。従って，例えばサセプタ１１２に印加する高周波電力の値Ｂに応じて直流電圧項（ｃ・ＨＶ・Ｂ）の係数ｃの値を変えるようにしてもよい。これによって，最初のウエハＷを処理する際においても，２枚目以降のウエハＷを処理する場合と同様の高い精度で上部電極１２０の温度ＣＴを制御することができる。
【００８８】
以上詳述したように，上部電極１２０に高周波電力と直流電圧も重畳して印加する場合には，その直流電圧をも考慮してΔＴを算出してブラインの目標温度を設定することにより，上部電極１２０への直流電圧印加による温度上昇を抑えることができる。これによって，ロット処理を行う際に最初のウエハＷから最後のウエハＷの処理まで，上部電極１２０の温度をより高精度で保持することができるので，上部電極１２０への直流電圧印加による温度上昇に起因するロット内のウエハＷについての処理特性（例えばエッチングレート，ウエハＷ上に形成される素子の形状など）のばらつきをなくすことができる。
【００８９】
なお，上記（１）式は，上部電極１２０に高周波電力に重畳して直流電圧を印加する場合のみならず，上部電極１２０に直流電圧を印加せず高周波電力のみを印加する場合にも同様の式を適用可能である。すなわち，上記（１）式におけるｃ・ＨＶ・Ｂ項は，直流電圧を印加する場合に必要な項であるものの，上部電極１２０に直流電圧を印加しない場合には，直流電圧ＨＶを０とすることにより，上記（１）式はｃ・ＨＶ・Ｂ項がない場合と同様になるからである。
【００９０】
また，ロット処理終了後は，三方弁２６１のバイパス路２６０側の流路を開放し，上部電極１２０を迂回するようにブラインを循環するようにしてもよい（循環Ｅ２）。このとき，例えば第１の熱交換器２１１による冷却と，第２の熱交換器２１２による冷却が停止され，電気ヒータ２１３により，ブラインが加温される。その後，三方弁２６１が上部電極１２０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１２０内を通るように循環される（循環Ｅ１）。この三方弁２６１の切り替えが断続的に行われ，上部電極１２０を通るブラインの循環Ｅ１と上部電極１２０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短時間で戻すことができ，またウエハＷの処理の終了時に一時的に低下する上部電極１２０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。
【００９１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想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。例えば電極温度調整装置の構成は，図１に示すものに限られるものではなく，ブラインなどの熱媒体を温度調整して上部電極内を循環させて温度を調整するものであれば，どのような構成のものを適用してもよい。
【００９２】
また，上記実施形態では，エッチングを行うプラズマ処理装置の上部電極の温度制御について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，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に本発明を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は，プラズマ処理装置，電極温度調整装置，電極温度調整方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態にかかる電極温度調整装置とこれを適用可能なプラズマ処理装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の第１の高周波電源に接続される整合器の具体的構成例を示す図である。
【図３】ブライン温度を一定にし，上部電極に高周波電力と重畳して印加する直流電圧を変えて上部電極に印加したときの上部電極の温度変化を示す図である。
【図４】直流電圧を変えたときの上部電極に流れる直流電流と上部電極温度との関係を示す図である。
【図５】上部電極に流れる直流電流と下部電極であるサセプタに印加される高周波電力の大きさとの関係を示す図である。
【図６】直流電圧を考慮せずに温度差ΔＴを算出して上部電極の温度制御を行った場合の実験結果を示す図である。
【図７】直流電圧を考慮して温度差ΔＴを算出して上部電極の温度制御を行った場合の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１００      プラズマ処理装置
１０２      排気管
１０４      搬入出口
１０６      ゲートバルブ
１１０      処理室
１１１      絶縁板
１１２      サセプタ
１１３      冷媒室
１１３ａ，１１３ｂ      配管
１２０      上部電極
１２１      電極板
１２１ａ      ガス吐出孔
１２２      分散板
１２３      天板
１２４      ガス供給管
１２５      処理ガス供給源
１３０      流路
１３１      温度センサ
１４０      整合器
１４１      高周波電源
１４２      可変直流電源
１４３      スイッチ
１５０      整合器
１５１      高周波電源
１６０      給電ライン
１６２      可変コンデンサ
１６４      可変コンデンサ
１６５      フィルタ
１６６      コイル
１６８      コンデンサ
１７０      装置制御部
２００      温度調整装置
２１０      循環路
２１１      熱交換器
２１２      熱交換器
２１３      電気ヒータ
２１４      タンク
２２０      管路
２２１      開閉バルブ
２３０      循環回路
２３１      圧縮機
２３３      膨張弁
２３２      凝縮器
２３４      供給管路
２３５      流量調整バルブ
２４０      ヒータ電源
２５０      ポンプ
２６０      バイパス路
２６１      三方弁
２７０      コントローラ
Ｗ      ウエハ
【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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