(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極とを有する基板処理装置に配置された電極ユニットであって、
前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝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の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、
前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする電極ユニット。
【請求項２】
前記伝熱媒体は伝熱ガスであることを特徴とする請求項１記載の電極ユニット。
【請求項３】
前記伝熱ガスとしてプラズマを生成するためのプロセスガスを用いることを特徴とする請求項２記載の電極ユニット。
【請求項４】
前記電極ユニットは前記処理室内に前記プロセスガスを供給し、
前記伝熱層は前記処理室内と複数のガス穴を介して連通し、
前記プロセスガスは前記伝熱層に供給されることを特徴とする請求項３記載の電極ユニット。
【請求項５】
前記伝熱媒体は伝熱性の液体であることを特徴とする請求項１記載の電極ユニット。
【請求項６】
プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極と、電極ユニットとを備え、
該電極ユニットは、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝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の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、
前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
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であって、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成される電極ユニットの温度制御方法であって、
前記基板処理装置が備える、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の開始に応じて前記伝熱層に伝熱媒体を充たす電極層冷却ステップと、
前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の中断に応じて前記伝熱層が前記充たされた伝熱媒体を排出する電極層保温ステップとを有することを特徴とする温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極ユニット、基板処理装置及び電極ユニットの温度制御方法に関し、特に、基板にプラズマ処理を施す基板処理装置の電極ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置は、半導体ウエハを収容するチャンバと、該チャンバ内に配置されて半導体ウエハを載置する載置台と、該載置台に対向するように配置されてチャンバ内にプロセスガスを供給するシャワーヘッドとを備える。載置台は高周波電源が接続されて下部電極ユニットとして機能し、シャワーヘッドは円板状の電極層を有して上部電極ユニットとして機能する。基板処理装置では、載置台及びシャワーヘッドの電極層の間に高周波電圧が印加されてチャンバ内のプロセスガスが励起され、プラズマが発生する。
【０００３】
電極層の温度はプラズマ処理結果の分布に影響を与えるため、プラズマ処理中、電極層の温度を一定に保つ必要がある。ところが、上部電極ユニットの電極層はプラズマからの入熱によって温度が上昇するために冷却する必要がある。そこで、従来の基板処理装置では電極層の周りを囲うように冷媒通路を配置し、該冷媒通路内に冷媒を流すことによって電極層を冷却する。また、プラズマ処理の開始時は電極層の温度が低いことがあるため、該電極層を加熱する必要がある。そこで、従来の基板処理装置では電極層の周りを囲うようにヒータを配置し、電極層を加熱する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１５０６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、プラズマエッチングによって形成される溝の幅や穴径の要求値が益々小さくなり、プラズマ処理結果のより均一な分布を実現することが求められている。
【０００５】
しかしながら、上述した従来の基板処理装置では電極層を囲うように冷媒通路やヒータが配置されるため、電極層の周縁部は適切に温度制御されるものの、電極層の中央部は適切に温度制御がされず、その結果、チャンバ内においてプラズマ処理結果のより均一な分布を実現するのが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、デポは温度の低い部材に付着する傾向にあるが、或る半導体ウエハのプラズマ処理中に電極層の中央部が適切に温度制御されないと、電極層の中央部の温度が低いまま保たれることがあり、デポが電極層の中央部に付着する。該付着したデポは他の半導体ウエハのプラズマ処理中に剥離してパーティクルとなり、該他の半導体ウエハの表面に付着するという問題もある。
【０００７】
本発明の目的は、電極層の全域を適切に温度制御することができる電極ユニット、基板処理装置及び電極ユニットの温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の電極ユニットは、プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極とを有する基板処理装置に配置された電極ユニットであって、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝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の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の電極ユニットは、請求項１記載の電極ユニットにおいて、前記伝熱媒体は伝熱ガスであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の電極ユニットは、請求項２記載の電極ユニットにおいて、前記伝熱ガスとしてプラズマを生成するためのプロセスガスを用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の電極ユニットは、請求項３記載の電極ユニットにおいて、前記電極ユニットは前記処理室内に前記プロセスガスを供給し、前記伝熱層は前記処理室内と複数のガス穴を介して連通し、前記プロセスガスは前記伝熱層に供給されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の電極ユニットは、請求項１記載の電極ユニットにおいて、前記伝熱媒体は伝熱性の液体であることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項６記載の基板処理装置は、プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極と、電極ユニットとを備え、該電極ユニットは、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝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の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項７記載の電極ユニットの温度制御方法は、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であって、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成される電極ユニットの温度制御方法であって、前記基板処理装置が備える、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の開始に応じて前記伝熱層に伝熱媒体を充たす電極層冷却ステップと、前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の中断に応じて前記伝熱層が前記充たされた伝熱媒体を排出する電極層保温ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の電極ユニット及び請求項６記載の基板処理装置によれば、電極層は加熱層によって全面的に覆われ、且つ該電極層は加熱層を介して冷却層によって全面的に覆われるので、電極層は全域に亘って積極的に加熱・冷却可能であり、もって、電極層の全域を適切に温度制御することができる。また、加熱層及び冷却層が直接接すると熱膨張量差によって加熱層及び冷却層が擦れ、加熱層や冷却層が破損する虞があるが、加熱層及び冷却層の間には伝熱媒体が充たされる伝熱層が隣接して配置されるので、加熱層及び冷却層は直接接することがなく、これにより、加熱層や冷却層の破損を防止することができる。
【００１８】
また、請求項１記載の電極ユニット及び請求項６記載の基板処理装置によれば、プラズマを生成するために処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極が高周波電圧の印加を中断すると、伝熱層は充たされた伝熱媒体を排出するので、伝熱層は電極層から冷却層への伝熱を断絶する断熱層として機能し、プラズマからの入熱によって加熱された電極層の温度を高いまま維持することができる。その結果、電極層へのデポの付着を防止することができる。
【００１９】
請求項２記載の電極ユニットによれば、伝熱媒体は伝熱ガスであるので、伝熱層における伝熱媒体の充填・排出を迅速に行うことができ、もって、スループットを向上することができる。
【００２０】
請求項３記載の電極ユニットによれば、伝熱ガスとしてプラズマを生成するためのプロセスガスを用いるので、伝熱ガスの充填用にガスラインを追加する必要が無く、電極ユニットの構成を簡素にすることができる。また、伝熱ガスとしてプロセスガスを用いると、プロセスガスが処理室内に供給されると伝熱層にプロセスガスが充填され、プロセスガスが処理室内から排出されると伝熱層からプロセスガスが排出されることになる。ここで、通常は、プラズマ生成用電極が高周波電圧の印加が開始するとプロセスガスが供給され、且つプラズマ生成用電極が高周波電圧の印加を中断するとプロセスガスが排出されるので、伝熱層へのプロセスガスの充填及び伝熱層からのプロセスガスの排出を高周波電圧の印加の開始及び中断に同期させることができ、電極層をより適切に温度制御することができる。
【００２２】
請求項５記載の電極ユニットによれば、伝熱媒体は伝熱性の液体である。伝熱性の液体は伝熱性が高いため、冷却層による電極層の冷却を効果的に行うことができる。
【００２４】
請求項７記載の電極ユニットの温度制御方法によれば、プラズマ生成用電極による高周波電圧の印加の開始に応じて伝熱層に伝熱媒体を充たし、プラズマ生成用電極による高周波電圧の印加の中断に応じて伝熱層に充たされた伝熱媒体を排出するので、電極層がプラズマからの入熱を受けている間は、伝熱層は電極層から冷却層への伝熱を行い、もって、電極層を冷却してプラズマ処理結果の均一な分布を実現するとともに、電極層がプラズマからの入熱を受けない間は、伝熱層は電極層から冷却層への伝熱を断絶する断熱層として機能し、プラズマからの入熱によって加熱された電極層の温度を高いまま維持することができ、これにより、電極層へのデポの付着を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、本発明の実施の形態に係る電極ユニットについて説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る電極ユニットを備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置は基板としての半導体ウエハにプラズマエッチングを施すように構成されている。
【００２８】
図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２（プラズマ生成用電極）が配置されている。また、基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって、サセプタ１２上方のガスをチャンバ１１の外へ排出する流路として機能する側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
【００２９】
排気プレート１４は多数の孔を有する板状部材であり、チャンバ１１を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１の上部（以下、「処理室」という。）１７にはプラズマが発生する。また、チャンバ１１の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１８にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１５が接続される。排気プレート１４は処理室１７に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１８への漏洩を防止する。
【００３０】
排気管１５にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。
【００３１】
チャンバ１１内のサセプタ１２には下部高周波電源１９が下部整合器２０を介して接続されており、該下部高周波電源１９は所定の高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は処理室１７内に高周波電圧を印加する下部電極ユニットとして機能する。また、下部整合器２０は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への供給効率を最大にする。
【００３２】
サセプタ１２の上部には、静電電極板２１を内部に有する静電チャック２２が配置されている。静電チャック２２はセラミックからなり、或る直径を有する下部円板状部材の上に、該下部円板状部材より直径の小さい上部円板状部材を重ねた形状を呈する。サセプタ１２にウエハＷを載置するとき、該ウエハＷは静電チャック２２における上部円板状部材の上に配される。
【００３３】
また、静電チャック２２では、静電電極板２１に直流電源２３が電気的に接続されている。静電電極板２１に正の直流高電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２２側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２１及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２２における上部円板状部材の上において吸着保持される。
【００３４】
また、静電チャック２２には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、円環状のフォーカスリング２４が載置される。フォーカスリング２４は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、処理室１７においてプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、プラズマエッチングの効率を向上させる。
【００３５】
また、サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２５が設けられる。この冷媒室２５には、チラーユニット（図示しない）から冷媒用配管２６を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック２２を介してウエハＷ及びフォーカスリング２４を冷却する。
【００３６】
静電チャック２２における上部円板状部材上面のウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２７が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２７は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、伝熱ガス供給孔２７を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱を静電チャック２２に効果的に伝達する。
【００３７】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２９（電極ユニット）が配置されている。シャワーヘッド２９には上部整合器３０を介して上部高周波電源３１が接続されており、上部高周波電源３１は所定の高周波電力をシャワーヘッド２９に供給するので、シャワーヘッド２９は処理室１７内に高周波電圧を印加する上部電極ユニットとして機能する。なお、上部整合器３０の機能は上述した下部整合器２０の機能と同じである。
【００３８】
図２は、図１におけるシャワーヘッドを示す拡大断面図である。
【００３９】
図２において、シャワーヘッド２９は、導電体、例えば、アルミニウムからなる円板状の電極層３２と、絶縁体、例えば、セラミックからなる円板状の加熱層３３と、絶縁膜で被覆された導電体、例えば、アルマイトで被覆されたアルミニウムからなる円板状の冷却層３４と、支持体３５とを有する。電極層３２は処理室１７内に暴露され、電極層３２、加熱層３３及び冷却層３４はこの順で処理室１７側から配置され、電極層３２、加熱層３３及び冷却層３４は支持体３５によって釣支される。
【００４０】
加熱層３３及び冷却層３４の直径は電極層３２の直径と同じであるため、加熱層３３は電極層３２を全面的に覆うとともに、冷却層３４は加熱層３３を介して電極層３２を全面的に覆う。なお、加熱層３３や冷却層３４の直径は電極層３２の直径と同じである必要はなく、加熱層３３や冷却層３４の直径が電極層３２の直径よりも大きくてもよい。このときも加熱層３３や冷却層３４は電極層３２を全面的に覆うことができる。
【００４１】
加熱層３３は電熱線３８からなるヒータを内蔵する。ヒータを構成する電熱線３８は、例えば、図３（Ａ）乃至３（Ｄ）に示すように、加熱層３３の全域に亘って配置される。その結果、加熱層３３はヒータによって全面的に発熱し、電極層３２を全域に亘って加熱する。
【００４２】
冷却層３４は冷却媒体が流れる冷却路３９を内蔵する。冷却路３９は冷却層３４の全域に亘って配置される。その結果、冷却層３４は冷却路３９によって全面的に吸熱し、電極層３２を全域に亘って冷却する。
【００４３】
シャワーヘッド２９では、電極層３２が温度センサ（図示しない）を有し、該温度センサの測温結果に基づいて加熱層３３の発熱量や冷却層３４の吸熱量が制御され、これにより、電極層３２の温度が制御される。
【００４４】
また、シャワーヘッド２９は、加熱層３３及び冷却層３４の間に介在する円板状の空間からなる伝熱層３６を有する。該伝熱層３６には伝熱媒体として伝熱ガス、例えば、ヘリウムガスが充填される。伝熱ガスの充填は外部の伝熱ガス供給装置（図示しない）が行い、また、伝熱層３６に充填された伝熱ガスは外部の伝熱ガス排気装置（図示しない）が排出する。
【００４５】
伝熱層３６に伝熱ガスが充填されたとき、伝熱層３６は熱を伝達するため、冷却層３４は伝熱層３６及び加熱層３３を介して電極層３２の熱を吸熱することができ、もって、電極層３２を冷却することができる。また、伝熱層３６から伝熱ガスが排出されたとき、伝熱層３６は熱を伝達しないため、冷却層３４は電極層３２の熱を吸熱することができず、その結果、電極層３２を冷却することがない。すなわち、伝熱層３６は伝熱ガスの充填・排出を行うことによって電極層３２の温度を制御することができる。特に、電極層３２がプラズマから熱を受けなくなり、且つ加熱層３３が発熱していないときに、伝熱ガスを排出することによって電極層３２の温度を高いまま（例えば、２００℃）に維持することができる。
【００４６】
また、伝熱ガスは拡散性が強いため、伝熱層３６内において全域に分布する。また、伝熱層３６に露出する加熱層３３や冷却層３４の表面状態にかかわらず、伝熱ガスは加熱層３３や冷却層３４の表面に均一に接触する。したがって、伝熱層３６の伝熱性能は全域に亘ってほぼ同じである。
【００４７】
ところで、加熱層３３及び冷却層３４が直接接して配置されるとすると、電極層３２の温度制御を行う際、加熱層３３は膨張する一方、冷却層３４は収縮する。その結果、加熱層３３及び冷却層３４の熱膨張量差が大きくなり、加熱層３３及び冷却層３４は相対的に移動して互いに擦れることが考えられる。
【００４８】
シャワーヘッド２９は、これに対応して上述した伝熱層３６を有する。該伝熱層３６は加熱層３３及び冷却層３４の間に介在するので、シャワーヘッド２９では加熱層３３及び冷却層３４が直接接することがない。
【００４９】
支持体３５はバッファ室４０を内蔵し、該バッファ室４０にはプロセスガス導入管４１が接続されている。バッファ室４０は、加熱層３３や冷却層３４に設けられた複数のガス穴（図示しない）及び電極層３２に設けられた複数のガス穴４２を介して処理室１７内と連通する。そして、シャワーヘッド２９は、プロセスガス導入管４１からバッファ室４０へ供給されたプロセスガスを、ガス穴４２等を介して処理室１７内へ供給する。
【００５０】
この基板処理装置１０では、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９に高周波電力を供給して、処理室１７内に高周波電圧を印加することにより、該処理室１７内においてシャワーヘッド２９から供給されたプロセスガスを高密度のプラズマにしてウエハＷにプラズマエッチングを施す。
【００５１】
上述した基板処理装置１０の各構成部品の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵが制御する。
【００５２】
本実施の形態に係る電極ユニットとしてのシャワーヘッド２９によれば、処理室１７内に暴露される電極層３２は加熱層３３によって全面的に覆われ、且つ電極層３２は加熱層３３を介して冷却層３４によって全面的に覆われるので、電極層３２は全域に亘って積極的に加熱・冷却可能であり、もって、電極層３２の全域を適切に温度制御することができる。これにより、プラズマエッチング中、チャンバ１１内においてプラズマ処理結果の均一な分布を実現することができ、さらに、電極層３２の中央部へのデポの付着を防止することができる。
【００５３】
上述したシャワーヘッド２９では、加熱層３３及び冷却層３４の間には伝熱ガスが充填される伝熱層３６が配置されるので、加熱層３３及び冷却層３４が直接接することがなく、その結果、加熱層３３及び冷却層３４の熱膨張量差によって加熱層３３及び冷却層３４が擦れることがなく、加熱層３３や冷却層３４の破損を防止することができる。
【００５４】
また、上述したシャワーヘッド２９では、伝熱層３６に充填される伝熱媒体として伝熱ガスが用いられるので、伝熱層３６における伝熱媒体の充填・排出を迅速に行うことができ、もって、スループットを向上することができる。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法について説明する。
【００５６】
図４は、本実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。
【００５７】
まず、基板処理装置１０のＣＰＵが１ロット分のウエハＷのプラズマエッチングが終了したか否かを判別し（ステップＳ４１）、終了している場合には本処理を終了し、終了していない場合には、チャンバ１１内にウエハＷを搬入してサセプタ１２に載置する（ステップ４２）。
【００５８】
次いで、シャワーヘッド２９が処理室１７内にプロセスガスを供給し、伝熱ガス供給装置が伝熱層３６に伝熱ガスを充填し（ステップＳ４３）（電極層冷却ステップ）、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内に高周波電圧を印加してプロセスガスからプラズマを生成し、これにより、ウエハＷのプラズマエッチングを開始する（ステップＳ４４）。その後、プラズマエッチングは所定時間に亘って継続されるが、このとき、冷却層３４は伝熱層３６及び加熱層３３を介して電極層３２を冷却可能となるため、加熱層３３及び冷却層３４は電極層３２の温度センサによる温度センサの測温結果に基づいて電極層３２の温度を制御する。
【００５９】
次いで、所定時間のプラズマエッチングの後、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内への高周波電圧の印加を中断してプラズマエッチングを終了し（ステップＳ４５）、排気管１５がマニホールド１８を介して処理室１７内から残りのプロセスガスを排出し、伝熱ガス排気装置が伝熱層３６から充填された伝熱ガスを排出する（ステップＳ４６）（電極層保温ステップ）。これにより、以後、冷却層３４は電極層３２を冷却することがなく、電極層３２の温度が高いままに維持される。
【００６０】
次いで、チャンバ１１からプラズマエッチングが施されたウエハＷを搬出し（ステップＳ４７）、ステップＳ４１に戻る。
【００６１】
なお、図４の温度制御方法では、伝熱層３６への伝熱ガスの充填後に高周波電圧の印加を開始し、高周波電圧の印加の中断後に伝熱層３６から伝熱ガスを排出したが、伝熱層３６への伝熱ガスの充填前に高周波電圧の印加を開始してもよく、さらに、高周波電圧の印加の中断前に伝熱層３６から伝熱ガスを排出してもよい。
【００６２】
図４の電極ユニットの温度制御方法によれば、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９による高周波電圧の印加の開始に応じて伝熱層３６に伝熱ガスを充填し、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９による高周波電圧の印加の中断に応じて伝熱層３６に充填された伝熱ガスを排出するので、電極層３２がプラズマからの入熱を受けている間は、伝熱層３６は電極層３２から冷却層３４への伝熱を行い、もって、電極層３２を冷却してプラズマ処理結果の均一な分布を実現するとともに、電極層３２がプラズマからの入熱を受けない間は、伝熱層３６は電極層３２から冷却層３４への伝熱を断絶する断熱層として機能し、プラズマからの入熱によって加熱された電極層３２の温度を高いまま維持することができ、これにより、電極層３２へのデポの付着を防止することができる。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電極ユニットについて説明する。
【００６４】
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
【００６５】
本実施の形態に係る電極ユニットとしてのシャワーヘッド２９では、伝熱層３６に伝熱ガスではなくプロセスガスが充填される。また、基板処理装置１０は、伝熱ガス供給装置や伝熱ガス排気装置を備えることがなく、プロセスガス導入管４１が伝熱層３６に接続されるとともに、該伝熱層３６は開閉自在なバルブ（図示しない）を介してマニホールド１８に連通する。ここで、プロセスガスも或る程度の伝熱性を有するため、伝熱層３６にプロセスガスが充填されたとき、伝熱層３６は熱を伝達し、もって、伝熱層３６は電極層３２を冷却することができる。
【００６６】
本実施の形態に係るシャワーヘッド２９では、伝熱ガスの充填用にガスラインを追加する必要が無く、シャワーヘッド２９の構成を簡素にすることができる。
【００６７】
図５は、本実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。
【００６８】
まず、図４のステップＳ４１，Ｓ４２を実行した後、シャワーヘッド２９が処理室１７内にプロセスガスを供給し、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内に高周波電圧を印加してプロセスガスからプラズマを生成し、これにより、ウエハＷのプラズマエッチングを開始するが、このとき、プロセスガス導入管４１はバッファ室４０だけでなく伝熱層３６にもプロセスガスを供給するため、該伝熱層３６にプロセスガスが充填される（ステップＳ５１）。これにより、以後、伝熱層３６は熱を伝達することができる。
【００６９】
次いで、所定時間のプラズマエッチングの後、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内への高周波電圧の印加を中断してプラズマエッチングを終了し、排気管１５がマニホールド１８を介して処理室１７内から残りのプロセスガスを排出するが、このとき、上記バルブが開弁されて伝熱層３６に充填されたプロセスガスがマニホールド１８を介して排出される（ステップＳ５２）。これにより、以後、伝熱層３６は断熱層として機能する。
【００７０】
次いで、チャンバ１１からプラズマエッチングが施されたウエハＷを搬出し（ステップＳ４７）、ステップＳ４１に戻る。
【００７１】
図５の電極ユニットの温度制御方法によれば、プロセスガスが処理室１７内に供給されると伝熱層３６にプロセスガスが充填され、プロセスガスが処理室１７内から排出されると伝熱層３６からプロセスガスが排出されることになる。これにより、伝熱層３６へのプロセスガスの充填及び伝熱層３６からのプロセスガスの排出を高周波電圧の印加の開始及び中断に同期させることができ、電極層３２をより適切に温度制御することができる。
【００７２】
上述した本実施の形態に係るシャワーヘッド２９では、支持体３５が伝熱層３６とは別にプロセスガスの導入室としてバッファ室４０を有するが、伝熱層３６とバッファ室４０とを一体化してもよい。これにより、シャワーヘッド２９の構成を簡素化することができる。
【００７３】
また、この場合、図６に示すように、支持体３５のバッファ室４０を廃止し、伝熱層３６を複数のガス穴（加熱層３３のガス穴（図示しない）やガス穴４２）を介して処理室１７内に連通させ、さらに、伝熱層３６の直径を電極層３２の直径よりやや小さく、伝熱層３６が電極層３２の周縁部以外を覆うように設定する。
【００７４】
これにより、伝熱層３６にプロセスガスを充填すると、伝熱層３６は電極層３２から冷却層３４への伝熱を行うだけでなく、電極層３２のほぼ全面に亘ってプロセスガスを拡散させながら処理室１７内へプロセスガスを供給することができ、もって、プラズマ処理結果のより均一な分布を実現することができる。
【００７５】
上述した各実施の形態では、伝熱層３６に伝熱媒体としてガス（伝熱ガスやプロセスガス）を充填したが、伝熱媒体として伝熱性の液体、例えば、ジェル状の物質を用いてもよく、又は伝熱シートを用いてもよい。伝熱性の液体は一般に伝熱ガスよりも伝熱性が高いため、冷却層３４による電極層３２の冷却を効果的に行うことができる。また、伝熱シートは取り扱いが容易であるため、シャワーヘッド２９の組立等を容易に行うことができる。
【００７６】
上述したシャワーヘッド２９は半導体ウエハにエッチング処理を施す基板処理装置１０に適用されたが、シャワーヘッド２９と同様の構成を有するシャワーヘッドは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板にプラズマ処理を施す基板処理装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電極ユニットを備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１におけるシャワーヘッドを示す拡大断面図である。
【図３】図１における加熱層が内蔵するヒータを構成する電熱線の配線状況を示す図であり、図３（Ａ）は本実施の形態における一例であり、図３（Ｂ）は第１の変形例であり、図３（Ｃ）は第２の変形例であり、図３（Ｄ）は第３の変形例である。
【図４】本実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。
【図６】本実施の形態に係る電極ユニットとしてのシャワーヘッドの変形例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｗ  ウエハ
１０  基板処理装置
１１  チャンバ
１２  サセプタ
１７  処理室
１９，３１  高周波電源
２９  シャワーヘッド
３２  電極層
３３  加熱層
３４  冷却層
３６  伝熱層  
【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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