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JP6265841B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運用方法 - Google Patents
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Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の運用方法、及び給電装置に関するものである。
半導体デバイス又はＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）といったデバイスの製造のための微細加工においては、半導体基板又はガラス基板といった被処理体に対してプラズマ処理が行われる。プラズマ処理においては、被処理体上のプラズマ密度分布の制御に加えて、被処理体の温度又は温度分布の制御が重要である。被処理体の温度制御が適正に行われないと、被処理体の表面での反応の均一性が確保できなくなり、デバイスの製造歩留まりが低下する。
一般的に、プラズマ処理に用いられるプラズマ処理装置は、被処理体をその上に載置する載置台を処理容器内に備えている。載置台は、プラズマ生成空間に高周波を印加する高周波電極の機能と、被処理体を静電吸着等によって保持する保持機能と、被処理体の温度を伝熱によって制御する温度制御機能とを有している。
このようなプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理では、プラズマや処理容器を構成する壁からの輻射熱の不均一性、及び／又は載置台内の熱分布によって被処理体への入熱特性に分布が生じ得る。このため、載置台の温度制御機能には、被処理体の熱分布を適切に補正することが要求される。
従来より、載置台の温度、ひいては被処理体の温度を制御するために、載置台には、その温度制御機能として、抵抗発熱体であるヒータが組み込まれている。このヒータに供給される電流を制御することによって、被処理体の温度が制御される。上述したように、被処理体への入熱特性は不均一な分布を有している。そこで、このような不均一な入熱特性を解消するために、複数のヒータを、載置台内に定義された複数のセグメント内にそれぞれ配置することによって構成された載置台が開発されている。また、プロセスによっては、温度制御の対象となる被処理体の領域を細かく分割することが必要であり、したがって、特許文献１に記載されるように、載置台内に定義するセグメントの個数を増加させる必要がある。
このように載置台内に設けられた複数のヒータによって被処理体の複数の領域を個別に温度制御するためには、これらヒータに供給する電力を適切に制御する必要がある。このために、特許文献２に記載されているように、各ヒータに供給される電力を調整するサイリスタを、各ヒータと電源との間に設けることが一般的である。図８は、サイリスタの原理を示す図である。サイリスタは、一般的には、位相制御方式を採用しており、図８の（ａ）に示すように、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを行うことで、ヒータと電源とを導通させる期間、即ち、導通角θを制御することができる。これにより、ヒータには、図８の（ｂ）に示す電流が供給される。
特許５２２２８５０号明細書 特開２０１１−１８７６３７号公報
上述したように載置台内に定義された複数のセグメントの個数が多くなると、これらセグメントの面積は異なる面積となる。このため、複数のセグメント内にそれぞれ設けられるヒータの単位面積あたりの抵抗値が同一であるものとすると、複数のセグメントのそれぞれに設けられた複数のヒータは、異なる抵抗値のヒータを含むものとなる。これにより、複数のヒータによる温度制御の分解能にバラツキが生じ得る。
複数のヒータの抵抗値を揃えるためには、小さい面積を有するセグメントに設けられたヒータの太さを細くして、当該ヒータの抵抗値を大きくする必要がある。このように抵抗値が大きくされたヒータには、電源の制約から過大な電流を供給することができず、結果的に、温度制御のダイナミックレンジが狭くなる。したがって、複数のヒータの抵抗値のバラツキは受け入れざるを得ない。
また、通常、各ヒータは二本の配線を介して電源に電気的に接続されており、上述したようにセグメントの個数が多くなると、複数のヒータに給電するための配線の個数が増大することになり、載置台内での配線の引き回しが困難となり得る。そのため、二本の配線のうち一本の配線を幾つかのヒータで共有する構成が考えられる。このような構成では、配線を共有したヒータは電源に対して並列に接続されることになり、これらヒータの合成抵抗値は小さい抵抗値となる。よって、電源は大きな電流を供給することになる。このように大きな電流が供給されても、複数のヒータのそれぞれにサイリスタを接続すれば、各ヒータに供給される電流の量を調整することは可能である。
サイリスタは、上述したように、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチングにより電源とヒータとを任意のタイミングで導通させることができるので、高い温度制御分解能を実現することができる。しかしながら、サイリスタのスイッチングによって生成される電流波形は、図８の（ｂ）に示すように、不連続な電流波形となるので、高調波成分のノイズが発生する。その結果、１次側（電源供給側）に接続されている他の負荷に障害（進相コンデンサの焼損など）が発生し得る。
よって、高い温度制御分解能が得られるよう複数のヒータへの給電を制御し、且つ、高調波ノイズを抑制することが必要となっている。
一側面においては、被処理体に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置が提供される。一側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、複数のヒータ、及び、給電装置を備えている。載置台は、処理容器内に設けられている。複数のヒータは、載置台内に設けられている。給電装置は、複数のヒータに電力を供給する。給電装置は、複数の変圧器、及び、複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレー（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）を有している。複数の変圧器は、交流電源からの電圧を降圧するように構成されている。複数の変圧器の各々は、一次コイル及び二次コイルを有している。一次コイルは交流電源に接続されている。複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレーは、ゼロ電圧付近の電圧でＯＮ／ＯＦＦを制御するソリッドステートリレーである。複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレーの各々は、複数のヒータのうち対応の一つのヒータと複数の変圧器のうち対応の一つの変圧器の二次コイルとの間に設けられている。
このプラズマ処理装置では、ヒータに対する電流の供給がゼロクロス制御型のソリッドステートリレーによって制御される。ゼロクロス制御型のソリッドステートリレーは、出力電圧が０Ｖ付近の電圧でＯＮ／ＯＦＦを制御するので、高調波成分を含む電流の発生、即ち、高調波ノイズの発生を抑制することができる。また、複数の変圧器によって交流電源からの電圧よりも低い電圧が二次側に出力される。したがって、複数の変圧器の二次コイルから出力される電流が小さくなる。このように出力された電流のヒータへの供給又は供給停止がソリッドステートリレーによって切り換えられるので、複数のヒータの発熱量の分解能を高めることができる。結果的に、被処理体の複数の領域それぞれの温度制御の分解能を高めることが可能である。
一実施形態では、プラズマ処理装置は、複数の第１配線及び複数の第２配線を更に備え得る。複数の第１配線は、複数のヒータの第１端子と複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレーとを個別に接続する。複数の第２配線の各々は、複数のヒータのうち対応の二以上のヒータの第２端子と複数の変圧器のうち対応の一つの変圧器の二次コイルとを共通に接続する。この実施形態では、交流電源に対して、複数のヒータのうち幾つかのヒータを含むヒータ群が並列に接続される。並列に接続されたヒータの合成抵抗値は各ヒータの抵抗値よりも小さいが、変圧器によって降圧された電圧が二次側に出力されるので、ヒータに供給される電流を小さくすることが可能である。よって、複数のヒータの発熱量の分解能を高めることができる。結果的に、被処理体の複数の領域それぞれの温度制御の分解能を高めることが可能である。
一実施形態では、複数の第２配線のうち共通の第２配線に接続された二以上のヒータは、同一の抵抗値を有し得る。この実施形態によれば、並列に接続された二以上のヒータの発熱量の分解能を均一にすることができる。
一実施形態では、給電装置は、複数の変圧器の変圧比を変更する複数の切替器を更に有していてもよい。この実施形態によれば、二次側に出力される電圧を調整することができる。したがって、ヒータに供給される電流の大きさを調整することができる。
一実施形態では、プラズマ処理装置は、複数の切替器を制御する制御部を更に備えていてもよく、制御部は、複数の切替器を制御して、複数の変圧器の変圧比を設定する第１制御と、複数の切替器を制御して、第１制御において設定された複数の変圧器の変圧比よりも高い変圧比に複数の変圧器の変圧比を設定する第２制御を実施してもよい。この実施形態では、第１制御において二次側に高い電圧を出力してヒータに大きい電流を供給し、ヒータを急速に発熱させることができる。また、ヒータを急速に発熱させて目標の温度に近づけた後に、第２制御において二次側に低い電圧を出力してヒータに小さい電流を供給し、ヒータの発熱量の制御性を高めることができる。
別の一側面においては、上記実施形態のプラズマ処理装置の運用方法が提供される。この運用方法は、複数の切替器を制御して、複数の変圧器の変圧比を設定する第１工程と、複数の切替器を制御して、第１工程において設定された複数の変圧器の変圧比よりも高い変圧比に複数の変圧器の変圧比を設定する第２工程と、を含む。この運用方法によれば、第１工程において二次側に高い電圧を出力してヒータに大きい電流を供給し、ヒータを急速に発熱させることができる。また、ヒータを急速に発熱させて目標の温度に近づけた後に、第２工程において二次側に低い電圧を出力してヒータに小さい電流を供給し、ヒータの発熱量の制御性を高めることができる。
更に別の側面においては、プラズマ処理装置の載置台内に設けられた複数のヒータに電力を供給するための給電装置が提供される。給電装置は、複数の変圧器、及び、複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレーを有している。複数の変圧器は、交流電源からの電圧を降圧するように構成されている。複数の変圧器の各々は、一次コイル及び二次コイルを有している。一次コイルは交流電源に接続されている。複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレーの各々は、複数のヒータのうち対応の一つのヒータと複数の変圧器のうち対応の一つの変圧器の二次コイルとの間に設けられている。
一実施形態において、給電装置は、複数の変圧器の変圧比を変更する複数の切替器を更に備え得る。
以上説明したように、高い温度制御分解能が得られるよう複数のヒータへの給電を制御し、且つ、高調波ノイズを抑制することが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 静電チャック内における複数のヒータのレイアウトの一例を示す平面図である。 一実施形態の給電装置を示す図である。 一実施形態に係る給電装置の一部と共に、ソリッドステートリレーの構成を示す図である。 ゼロクロス制御型のソリッドステートリレーによって生成される電流の波形の一例を示す図である。 別の実施形態の給電装置の一部を示す図である。 図６に示す給電装置を備えるプラズマ処理装置の運用方法の一実施形態を示す流れ図である。 サイリスタの原理を示す図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１においては、一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面における構造が概略的に示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置である。このプラズマ処理装置１０は、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されており、その表面には陽極酸化処理が施されている。
処理容器１２内には、載置台１６が設けられている。載置台１６は、静電チャック１８及び基台２０を含んでいる。基台２０は、略円盤形状を有しており、例えばアルミニウムといった導電性の金属から構成されている。この基台２０は、下部電極を構成している。基台２０は、支持部１４によって支持されている。支持部１４は、処理容器１２の底部から延びる円筒状の部材である。
基台２０には、整合器ＭＵ１を介して第１の高周波電源ＨＦＳが電気的に接続されている。第１の高周波電源ＨＦＳは、主としてプラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。整合器ＭＵ１は、第１の高周波電源ＨＦＳの出力インピーダンスと負荷側（基台２０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
また、基台２０には、整合器ＭＵ２を介して第２の高周波電源ＬＦＳが電気的に接続されている。第２の高周波電源ＬＦＳは、主として被処理体（以下、「ウエハＷ」という）へのイオン引き込み用の高周波電力（高周波バイアス電力）を発生して、当該高周波バイアス電力を基台２０に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。整合器ＭＵ２は、第２の高周波電源ＬＦＳの出力インピーダンスと負荷側（基台２０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
基台２０上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、クーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着し、当該ウエハＷを保持する。静電チャック１８は、セラミック製の本体部内に静電吸着用の電極１８ａを有している。電極１８ａには、スイッチＳＷ１を介して直流電源２２が電気的に接続されている。
静電チャック１８内には複数のヒータＨＴが内蔵されている。複数のヒータＨＴの各々は、発熱抵抗体であり、電流が供給されることにより熱を発生する。ヒータＨＴは、限定されるものではないが、例えば、パターニングされた薄膜ヒータであり得る。また、ヒータＨＴは、箔抵抗要素であってもよく、当該箔抵抗要素は、金属であってもよい。
図２は、静電チャック内における複数のヒータのレイアウトの一例を示す平面図である。図２に示すように、静電チャック１８には、当該静電チャック１８を鉛直方向に見たときに、複数のゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３が定義されている。これらのゾーンＺ１〜Ｚ３は、同心状のゾーンである。即ち、ゾーンＺ１は、静電チャック１８の中心を含む円形のゾーンであり、ゾーンＺ２は、ゾーンＺ１を囲む略環状のゾーンであり、ゾーンＺ３は、ゾーンＺ２を囲む略環状のゾーンである。
ゾーンＺ１〜Ｚ３内には複数のセグメントが定義されている。即ち、静電チャック１８内には複数のセグメントが定義されている。一例においては、図２に示すように、ゾーンＺ１内には、当該ゾーンＺ１を周方向にＬ個に分割するようにセグメントを定義し、それぞれのセグメントをＳＧ１１〜ＳＧ１Ｌとする。ゾーンＺ２内には、当該ゾーンＺ２を周方向にＭ個に分割するようにセグメントを定義し、それぞれのセグメントをＳＧ２１〜ＳＧ２Ｍとする。ゾーンＺ３内には、当該ゾーンＺ３を周方向にＮ個に分割するようにセグメントを定義し、それぞれのセグメントをＳＧ３１〜ＳＧ３Ｎとする。複数のヒータＨＴはこれら複数のセグメントにそれぞれ配されている。一実施形態では、複数のヒータＨＴは、単位長さ当りの抵抗値が同一の発熱抵抗体である。また、図２に示すように、複数のセグメントは、異なる面積を有するセグメントを含んでいる。したがって、複数のヒータＨＴは、抵抗値の異なるヒータを含んでいる。これら複数のヒータＨＴには、図１に示す給電装置ＰＳによって電力が供給される。
なお、静電チャック１８内に定義されるゾーン及びセグメントは、図２に示される形態に限定されるものではない。例えば、静電チャック１８に格子状の境界で画定される複数のセグメントが定義されていてもよく、或いは、静電チャック１８内の領域を同心状に区画する複数のセグメントが定義されていてもよい。また、図２に示すゾーンの個数よりも多い個数のゾーンが定義されていてもよく、各ゾーンにおけるセグメントの個数は図２に示すセグメントの個数より多くても少なくてもよい。
図１に示すように、基台２０の上面の上、且つ、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが設けられている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、実行すべきプラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン、又は石英から構成され得る。
基台２０の内部には、冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻るようになっている。
処理容器１２内には、上部電極３０が設けられている。この上部電極３０は、載置台１６の上方において、基台２０と対向配置されており、基台２０と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを提供している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６にはガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介してガスソース群４０が接続されている。バルブ群４２は複数の開閉バルブを有しており、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を有している。また、ガスソース群４０は、プラズマ処理に必要な複数種のガス用のガスソースを有している。ガスソース群４０の複数のガスソースは、対応の開閉バルブ及び対応のマスフローコントローラを介してガス供給管３８に接続されている。
プラズマ処理装置１０では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからの一以上のガスが、ガス供給管３８に供給される。ガス供給管３８に供給されたガスは、ガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。
また、図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
図３は、一実施形態の給電装置を示す図である。また、図４は、一実施形態に係る給電装置の一部と共に、ＳＳＲ ８０の構成を示す図である。給電装置ＰＳは、複数の変圧器７０、及び複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレー８０（以下、「ＳＳＲ ８０」とよぶ）を有している。複数の変圧器７０の各々は、一次コイル７１及び二次コイル７２を有している。一次コイル７１は、交流電源、例えば、三相交流電源に電気的に接続されている。
ＳＳＲ ８０の各々は、複数のヒータＨＴのうち対応の一つのヒータＨＴと複数の変圧器７０のうち対応の一つの変圧器の二次コイル７２との間に設けられている。複数のヒータＨＴの各々の第１端子は、第１配線Ｌ１を介して対応の一つのＳＳＲ ８０に接続されている。ＳＳＲ ８０は、対応の変圧器７０の二次コイル７２に接続されている。図３に示す実施形態では、九つのＳＳＲ ８０が一つの変圧器７０の二次コイル７２に接続されている。なお、一つの変圧器７０にＳＳＲ ８０を介して接続されるヒータＨＴは任意に設定され得る。
図４に示すように、ＳＳＲ ８０は、入力回路８０ａ、フォトカプラ８０ｂ、ゼロクロス回路８０ｃ、トリガ回路８０ｄ、トライアック８０ｅ、及び、スナバ回路８０ｆを備えている。入力回路８０ａには、温度制御ユニット８２が接続されている。温度制御ユニット８２は、ヒータＨＴと変圧器７０とを導通させる期間を調整するための制御信号を入力回路８０ａに与える。温度制御ユニット８２は、レシピに応じた発熱量でヒータＨＴを発熱させるために制御部Ｃｎｔから送信される信号を受け、この信号に応じてヒータＨＴと変圧器７０とを導通させる期間を調整するための制御信号を生成する。また、温度制御ユニット８２は、電流モニタ８４によって計測された電流値を受けて、当該電流値に応じて制御信号を生成する。
入力回路８０ａは、温度制御ユニット８２からの制御信号に応じて、フォトカプラ８０ｂの発光素子に送出する入力信号を出力する。この入力信号がＯＮになると、ＳＳＲ ８０は、ゼロ電圧付近でＯＮになり、ヒータＨＴと変圧器７０とを導通させる。一方、入力信号がＯＦＦになると、ＳＳＲ ８０は、ゼロ電圧付近でＯＦＦになり、ヒータＨＴに電流が実質的に供給されなくなる。
図５に、ＳＳＲによるＯＮ／ＯＦＦ制御によって生成される電流の波形の一例を示す。図５では、実線で示す部分の波形の電流が、ヒータＨＴに供給される電流を示しており、点線で示す波形は、ＳＳＲ ８０がＯＦＦの期間においてヒータＨＴに電流が供給されていないことを示している。ＳＳＲ ８０によれば、ゼロ電圧付近で、ヒータＨＴと変圧器７０の導通状態が切換えられる。したがって、図５に示すように、生成される電流の波形において高調波成分が抑制されている。故に、ＳＳＲ ８０によれば、高調波ノイズの発生を抑制することができる。また、ＳＳＲ ８０は、高速且つ高頻度のＯＮ／ＯＦＦの切換えに対応可能であり、無接点リレーであるので接触不良がなく、動作音がないという利点も有する。また、ＳＳＲ ８０は、サイリスタに比して、安価であるという利点を有する。
図３に示すように、複数のヒータＨＴは、二以上のヒータＨＴを含むグループごとに、並列化されている。具体的には、一つのグループを構成する二以上のヒータＨＴの第２端子は、一つの共通の配線、即ち第２配線Ｌ２に電気的に接続されている。また、図３に示すように、一以上の第２配線Ｌ２が、一つの変圧器７０の二次コイル７２に接続されている。換言すると、複数の第２配線Ｌ２の各々は、複数のヒータＨＴのうち対応の二以上のヒータの第２端子と複数の変圧器７０のうち対応の変圧器の二次コイル７２とを共通に接続している。なお、図３に示す実施形態においては、一つの第２配線Ｌ２に共通に接続されるヒータＨＴの個数は３個であるが、一つの第２配線Ｌ２に共通に接続されるヒータＨＴの個数は任意に設定され得る。また、図３に示す実施形態においては、三つの第２配線Ｌ２が一つの変圧器７０の二次コイル７２に接続しているが、一つの変圧器７０の二次コイル７２に接続される第２配線Ｌ２の本数は任意に設定され得る。
複数の変圧器７０の各々は、一次側の電圧を降圧した電圧を二次側、即ち、二次コイル７２に出力する。ここで、給電装置ＰＳの第１例について検討する。第１例では、図３に示すように、複数の変圧器７０、即ち、変圧器７０１、変圧器７０２、及び変圧器７０３の各々に、九つのヒータＨＴが並列に接続されているものとする。また、一つの変圧器に接続された九つのヒータＨＴの抵抗値がそれぞれ、４５．５Ω、４０．４Ω、２２．５Ω、４５．５Ω、４０．４Ω、２２．５Ω、４５．５Ω、４０．４Ω、２２．５Ωであるものとする。また、変圧器７０１には三相交流電源のＲ相−Ｓ相から電圧が与えられ、変圧器７０２には三相交流電源のＳ相−Ｔ相から電圧が与えられ、変圧器７０３には三相交流電源のＲ相−Ｔ相から電圧が与えられるものとする。
第１例では、各変圧器に接続されている九つのヒータＨＴの合成抵抗値は３．７Ωである。２００Ｖの交流電源の各相に３．７Ωの合成抵抗が接続されている場合、１相当たりの相電流は、２００Ｖ／３．７Ω×√３＝９３．６Ａとなる。したがって、変圧器がなければ、９３．６Ａ×２００Ｖの電力供給が必要となり、保護用のブレーカが必要となる。一方、変圧器７０（７０１，７０２，７０３）で１００Ｖに電圧を降圧させると、最大電流は４６．８Ａとなる。また、変圧器７０（７０１，７０２，７０３）によって５０Ｖに電圧を降圧すると最大電流は２３．４Ａになる。したがって、変圧器７０を採用することにより、最大電流量を低下させることが可能である。
このように、変圧器７０によって電圧を降圧すると電流量を低下させることができ、温度制御ユニット８２の制御出力に対する各ヒータＨＴの発熱量を低下させることができる。このため、温度制御ユニット８２の制御の分解能、即ち、温度制御ユニット８２の出力分解能に対して各ヒータＨＴの発熱量の制御分解能を向上させることができる。したがって、第１例のように各変圧器７０に異なる抵抗値を有するヒータＨＴが並列に接続されていても、各ヒータＨＴによる温度制御の分解能を向上させることが可能である。また、変圧器７０及びＳＳＲ ８０によって給電装置ＰＳが構成されるので、安価且つ小型の給電装置ＰＳが提供される。また、複数のセグメントにそれぞれ設けられた複数のヒータＨＴを有する構成において、消費電流を低減させることが可能である。
以下、給電装置ＰＳの第２例について検討する。第２例では、一つの変圧器に並列接続される九つのヒータＨＴが略同一の抵抗値を有するものとする。具体的には、変圧器７０１に接続されている九つのヒータＨＴの各々の抵抗値が４５．５Ωであるものとする。また、変圧器７０２に接続されている九つのヒータＨＴの各々の抵抗値が４０．４Ωであるものとする。また、変圧器７０３に接続されている九つのヒータＨＴの各々の抵抗値が２５．５Ωであるものとする。また、変圧器７０１に接続されている各ヒータＨＴが設けられているセグメントの面積が２８００ｍｍ２であり、変圧器７０２に接続されている各ヒータＨＴが設けられているセグメントの面積が２３００ｍｍ２であり、変圧器７０３に接続されている各ヒータＨＴが設けられているセグメントの面積が１２００ｍｍ２であるものとする。また、変圧器７０１には三相交流電源のＲ相−Ｓ相から電圧が与えられ、変圧器７０２には三相交流電源のＳ相−Ｔ相から電圧が与えられ、変圧器７０３には三相交流電源のＲ相−Ｔ相から電圧が与えられるものとする。また、変圧器７０１は電圧を１００Ｖに降圧し、変圧器７０２は電圧を７５Ｖに降圧し、変圧器７０３は電圧を５０Ｖに降圧するものとする。
第２例では、変圧器７０１に接続された九つのヒータＨＴの合成抵抗値は５．１Ωであり、変圧器７０２に接続された九つのヒータＨＴの合成抵抗値は４．５Ωであり、変圧器７０３に接続された九つのヒータＨＴの合成抵抗値は２．５Ωである。したがって、Ｒ相−Ｓ相で消費される電流は１９．６Ａとなり、Ｒ相−Ｓ相での発熱量は１９６０．８Ｗになる。また、Ｓ相−Ｔ相で消費される電流は１９．８Ａとなり、Ｓ相−Ｔ相での発熱量は１２５３．１Ｗになる。また、Ｒ相−Ｔ相で消費される電流は２０．０Ａとなり、Ｒ相−Ｔ相での発熱量は１０００Ｗとなる。よって、変圧器７０１に接続されている各ヒータＨＴが設けられているセグメントの単位面積当りの発熱量、即ち、発熱密度は０．０８Ｗ／ｍｍ２となる。また、変圧器７０２に接続されている各ヒータＨＴが設けられているセグメントの発熱密度は０．０６Ｗ／ｍｍ２となる。変圧器７０３に接続されている各ヒータＨＴが設けられているセグメントの発熱密度は０．０９Ｗ／ｍｍ２となる。このように、一つの変圧器に並列接続されるヒータＨＴが略同一の抵抗値を有する場合に、変圧器７０によって電圧を降圧させると、複数のセグメントそれぞれにおける発熱密度の差異を低減させることが可能となる。また、第１例と同様に、変圧器７０によって電圧を降圧させることによって電流量を低下させることができるので、各ヒータＨＴによる温度制御の分解能を向上させることが可能である。
以下、第２例の変圧器７０１に接続されているヒータＨＴを例にとって、温度制御の分解能について検討する。上述したように、変圧器７０１に接続されている九つのヒータＨＴの抵抗値が４５．５Ωであり、各ヒータＨＴが設けられているセグメントの面積は２８００ｍｍ２であるものとする。また、温度制御ユニット８２の出力分解能が０．１％であるものとする。なお、温度制御ユニット８２の出力分解能とは、ヒータＨＴに供給される電力を０．１％単位で制御できることを意味する。この例において、変圧器７０１によって１００Ｖに電圧を降圧させると、各ヒータＨＴの発熱量は２１９．８Ｗとなる。したがって、発熱量の分解能は、０．１％×２１９．８＝０．２１９８Ｗとなる。各セグメントを１℃昇温するために必要な発熱量は、セグメントの面積×熱流束で計算される。熱流束は、使用する材質の合成熱抵抗から計算されるが、ここでは０．６７×１０−３［Ｗ／ｍｍ２］であるものとする。よって、各セグメントを１℃昇温するために必要な発熱量は、２８００ｍｍ２×０．６７×１０−３［Ｗ／ｍｍ２］＝１．８７６Ｗとなる。この発熱量から、温度制御ユニット８２の出力分解能が０．１％である場合には、０．２１９８Ｗ／１．８７６Ｗ＝０．１１７℃の昇温量が得られる。即ち、０．１１７℃の温度制御の分解能が得られる。例えば、一般的に要求される温度制御の分解能は１℃以下であるので、この検討によれば、給電装置ＰＳによって高い温度制御の分解能が実現され得ることが確認される。また、温度制御ユニット８２の出力分解能を高めることにより、例えば、０．０５％とすれば、更に高い温度制御の分解能が得られる。
以下、別の実施形態について説明する。図６は、別の実施形態の給電装置の一部を示す図である。図６に示すように、給電装置ＰＳは、各変圧器７０とＳＳＲ ８０との間に切替器９０を有している。即ち、別の実施形態の給電装置ＰＳでは、複数の切替器９０が複数の変圧器のそれぞれに接続される。切替器９０は、対応の変圧器７０の変圧比を変更することで、当該変圧器７０の二次側の出力電圧を調整する。一例においては、切替器９０は、変圧器７０の複数のタップのうち何れかを選択して、選択したタップに接続するリレー回路として構成され得る。この例では、切替器９０は、上述した制御部Ｃｎｔによる制御によって、選択するタップを切り換えることができる。
図７は、図６に示す給電装置を備えるプラズマ処理装置１０の運用方法の一実施形態を示す流れ図である。図７に示す運用方法は、第１工程ＳＴ１及び第２工程ＳＴ２を含む。第１工程ＳＴ１では、複数の変圧器７０のそれぞれに接続されている複数の切替器９０が制御され、これら変圧器７０の変圧比が設定される。第１工程ＳＴ１における複数の切替器９０の制御は、制御部Ｃｎｔによる第１制御によって実行され得る。
続く第２工程ＳＴ２では、複数の切替器９０が制御され、第１工程ＳＴ１において設定された複数の変圧器７０の変圧比よりも高い変圧比に、これら変圧器７０の変圧比が設定される。第２工程ＳＴ２における複数の切替器９０の制御は、制御部Ｃｎｔによる第２制御によって実行され得る。この第２工程ＳＴ２により、変圧器７０の二次側には第１工程ＳＴ１の二次側の電圧よりも低い電圧が出力される。よって、変圧器７０に接続されている対応のヒータＨＴに供給される電流量が低下する。この結果、第２工程ＳＴ２では、温度制御の分解能を高めることができる。一方、第１工程ＳＴ１では、大きな電流をヒータＨＴに供給することができるので、急速な加熱が可能となる。
図７に示す運用方法は、例えば、プラズマ処理装置１０を用いて第１のプロセスを行い、次いで第２のプロセスを行う状況において、第１のプロセスにおけるウエハＷの温度よりも第２のプロセスにおけるウエハＷの温度を急速に昇温する必要があるときに、用いられ得る。この例では、低い変圧比が得られるタップに接続先を切り換えることにより変圧器７０の二次側の出力電圧を高めてヒータＨＴに供給される電流量を増加させ、ヒータＨＴによって載置台１６及びウエハＷを急速に昇温させることができる。このように急速に載置台１６及びウエハＷを昇温させた後に、高い変圧比が得られるタップに接続先を切り換えることにより変圧器７０の二次側の出力電圧を低下させてヒータＨＴに供給される電流量を低下させ、ヒータＨＴによる載置台１６及びウエハＷの温度を高精度に制御することができる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態のプラズマ処理装置は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、プラズマ処理装置は任意の方式のプラズマ処理装置であってもよい。例えば、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよく、マイクロ波といった表面波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置であってもよい。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…載置台、１８…静電チャック、２０…基台、ＨＴ…ヒータ、ＰＳ…給電装置、７０…変圧器、７１…一次コイル、７２…二次コイル、８０…ソリッドステートリレー、８２…温度制御ユニット、９０…切替器、Ｃｎｔ…制御部。

Claims (4)

  1. 被処理体に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置であって、
    処理容器と、
    前記処理容器内に設けられた載置台と、
    前記載置台内に設けられた複数のヒータと、
    前記複数のヒータに電力を供給する給電装置と、
    を備え、
    前記給電装置は、
    交流電源からの電圧を降圧するように構成された複数の変圧器であり、各々が、該交流電源に接続された一次コイル、及び二次コイルを有する、該複数の変圧器と、
    各々が、前記複数のヒータのうち対応の一つのヒータと前記複数の変圧器のうち対応の一つの変圧器の二次コイルとの間に設けられた複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレーと、
    前記複数の変圧器の変圧比を変更する複数の切替器と、
    を有し、
    該プラズマ処理装置は、前記複数の切替器を制御する制御部を更に備え、
    前記制御部は、
    前記複数の切替器を制御して、前記複数の変圧器の変圧比を設定する第１制御と、
    前記複数の切替器を制御して、前記第１制御において設定された前記複数の変圧器の変圧比よりも高い変圧比に前記複数の変圧器の変圧比を設定することにより、前記第１制御によって前記複数の変圧器の各々の二次側に出力される電圧よりも該複数の変圧器の各々の二次側に出力される電圧を低下させて、前記第１制御によって前記複数のヒータの各々に供給される電流よりも、前記複数のヒータの各々に供給される電流を低下させる第２制御と、
    を実行する、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記複数のヒータの第１端子と前記複数のゼロクロス制御型のソリッドステートリレーとを個別に接続する複数の第１配線と、
    各々が、前記複数のヒータのうち対応の二以上のヒータの第２端子と前記複数の変圧器のうち対応の一つの変圧器の二次コイルとを共通に接続する複数の第２配線と、
    を更に備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記複数の第２配線のうち共通の第２配線に接続された二以上のヒータは、同一の抵抗値を有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 請求項１に記載されたプラズマ処理装置の運用方法であって、
    前記複数の切替器を制御して、前記複数の変圧器の変圧比を設定する第１工程と、
    前記複数の切替器を制御して、前記第１工程において設定された前記複数の変圧器の変圧比よりも高い変圧比に前記複数の変圧器の変圧比を設定することにより、前記第１工程において前記複数の変圧器の各々の二次側に出力される電圧よりも該複数の変圧器の各々の二次側に出力される電圧を低下させて、前記第１工程において前記複数のヒータの各々に供給される電流よりも、前記複数のヒータの各々に供給される電流を低下させる第２工程と、
    を含む運用方法。
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