JP2021097142A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】チャンバ内のプラズマ及び当該プラズマの生成に印加される高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制すること。【解決手段】チャンバは、基板をプラズマ処理する。ヒータは、チャンバ内においてプラズマ及び当該プラズマの生成に印加される高周波電力に晒されない領域に対応して配置されている。ヒータ電源は、ヒータにパルス状の電力を供給可能とされている。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
特許文献１は、プラズマ処理室を絶縁してフルオロカーボンガスからプラズマを生成してプラズマ処理室の外側の空間に供給することで外側の空間の非プラズマ面の付着物を除去する技術を開示する。
特開２０１８−１９５８１７号公報
本開示は、チャンバ内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制する技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、チャンバと、ヒータと、ヒータ電源とを備える。チャンバは、基板をプラズマ処理する。ヒータは、チャンバ内においてプラズマ及び高周波電力に晒されない領域に配置されている。ヒータ電源は、ヒータにパルス状の電力を供給可能とされている。
本開示によれば、チャンバ内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制できる。
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の断面の一例を概略的に示す図である。 図２は、実施形態に係るヒータの配置の一例を示す図である。 図３は、実施形態に係るヒータの温度変化の一例を示す図である。 図４は、実施形態に係るヒータに供給されるパルス状の電力の一例を示す図である。 図５は、実施形態に係るヒータによる加熱の一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る部材の表面と裏面の温度変化の一例を示す図である。 図７は、実施形態に係る試験体の一例を示す図である。 図８は、実施形態に係る実験の概要を説明する図である。 図９は、実施形態に係るヒータと試験体の配置の概要を示す図である。 図１０は、実施形態に係る実験結果を示す図である。 図１１は、他の実施形態に係るプラズマ処理装置の断面の一例を概略的に示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が限定されるものではない。
プラズマ処理では、処理に伴い副生成物が生成され、副生成物がチャンバ内に飛散して付着する。そこで、例えば、特許文献１のように、プラズマを用いて、副生成物をクリーニングする技術がある。しかし、チャンバ内のプラズマやプラズマの生成に印加される高周波（ＲＦ：Radio Frequency）電力に晒されない領域は、プラズマを用いても副生成物を除去しづらく、副生成物が堆積しやすい。堆積した副生成物は、定期的にスクレイパーなどにて除去する必要があるが、有害なガスなどが発生するリスクがある。
そこで、チャンバ内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制する技術が期待されている。
［第１実施形態］
［プラズマ処理装置の構成］
実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を説明する。本実施形態では、プラズマ処理装置が、基板にプラズマ処理としてプラズマエッチングを実施する場合を例に説明する。また、基板は、ウェハとする。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１０の断面の一例を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマ処理装置である。
プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２を備える。チャンバ１２は、略円筒形状とされ、例えばアルミニウム等からなり、気密に構成されている。チャンバ１２は、その内部空間を、プラズマ処理を実施する処理空間１２ｃとして提供している。チャンバ１２は、耐プラズマ性を有する被膜が内壁面に形成されている。この被膜は、アルマイト膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜であり得る。チャンバ１２は、接地されている。チャンバ１２の側壁には、開口１２ｇが形成されている。チャンバ１２の外部から処理空間１２ｃへのウェハＷの搬入時、及び、処理空間１２ｃからチャンバ１２の外部へのウェハＷの搬出時に、ウェハＷは、開口１２ｇを通過する。チャンバ１２の側壁には、開口１２ｇの開閉のために、ゲートバルブ１４が取り付けられている。
チャンバ１２は、内部の中央付近にウェハＷを支持する支持台１３が配置されている。支持台１３は、支持部１５とステージ１６と含んで構成されている。支持部１５は、略円筒形状とされ、チャンバ１２の底部上に設けられている。支持部１５は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１５は、チャンバ１２内において、チャンバ１２の底部から上方に延在している。処理空間１２ｃ内には、ステージ１６が設けられている。ステージ１６は、支持部１５によって支持されている。
ステージ１６は、その上に載置されたウェハＷを保持するように構成されている。ステージ１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。下部電極１８は、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状を有している。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。
静電チャック２０は、第２プレート１８ｂ上に設けられている。静電チャック２０は、絶縁層、及び、当該絶縁層内に設けられた膜状の電極を有している。静電チャック２０の電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。静電チャック２０の電極には、直流電源２２から直流電圧が印加される。静電チャック２０の電極に直流電圧が印加されると、静電チャック２０は、静電引力を発生して、ウェハＷを当該静電チャック２０に引き付けて、当該ウェハＷを保持する。なお、静電チャック２０内には、ヒータが内蔵されていてもよく、当該ヒータには、チャンバ１２の外部に設けられたヒータ電源が接続されていてもよい。
第２プレート１８ｂの周縁部上には、フォーカスリング２４が設けられる。フォーカスリング２４は、略環状の板である。フォーカスリング２４は、ウェハＷのエッジ及び静電チャック２０を囲むように配置される。フォーカスリング２４は、エッチング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２４は、例えば、シリコン、石英といった材料から形成され得る。
第２プレート１８ｂの内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１２の外部に設けられているチラーユニットから、配管２６ａを介して温調流体が供給される。流路１８ｆに供給された温調流体は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。即ち、流路１８ｆとチラーユニットとの間では、温調流体が循環される。この温調流体の温度を制御することにより、ステージ１６（又は静電チャック２０）の温度及びウェハＷの温度が調整される。なお、温調流体としては、例えばガルデン（登録商標）が例示される。
プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック２０の上面とウェハＷの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１０は、シャワーヘッド３０を更に備えている。シャワーヘッド３０は、ステージ１６の上方に設けられている。シャワーヘッド３０は、絶縁部材３２を介して、チャンバ１２の上部に支持されている。シャワーヘッド３０は、電極板３４及び支持体３６を含み得る。電極板３４の下面は、処理空間１２ｃに面している。電極板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この電極板３４は、シリコン又は酸化シリコンといった材料から形成され得る。
支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、アルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。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。支持体３６には、ガス拡散室３６ａにガスを導くガス導入口３６ｃが形成されている。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。ガスソース群４０は、プラズマエッチングに用いる各種のガスのガスソースを含んでいる。バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器といった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。ガスソース群４０は、ガス供給管３８を介して、プラズマエッチングのための各種のガスを支持体３６のガス拡散室３６ａに供給する。ガス拡散室３６ａに供給されたガスは、ガス拡散室３６ａからガス吐出孔３４ａ及びガス通流孔３６ｂを介して、チャンバ１２内にシャワー状に分散されて供給される。
下部電極１８には、整合器６３を介して第１の高周波電源６２が接続されている。また、下部電極１８には、整合器６５を介して第２の高周波電源６４が接続されている。第１の高周波電源６２は、プラズマ発生用の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電源６２は、プラズマ処理の際、２７〜１００ＭＨｚの範囲の所定の周波数、一例においては４０ＭＨｚの周波数の高周波電力をステージ１６の下部電極１８に供給する。第２の高周波電源６４は、イオン引き込み用（バイアス用）の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電源６４は、プラズマ処理の際、第１の高周波電源６２より低い、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲の所定の周波数、一例においては３ＭＨｚの高周波電力をステージ１６の下部電極１８に供給する。このように、ステージ１６は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４から周波数の異なる２つの高周波電力の印加が可能に構成されている。シャワーヘッド３０とステージ１６は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。
シャワーヘッド３０の支持体３６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６６を介して可変直流電源６８が接続されている。可変直流電源６８は、オン・オフスイッチ６７により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源６８の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ６７のオン・オフは、後述する制御部７０によって制御される。なお、第１の高周波電源６２、第２の高周波電源６４から高周波がステージ１６に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部７０によりオン・オフスイッチ６７がオンとされ、支持体３６に所定の直流電圧が印加される。
チャンバ１２の支持台１３の側方の底部には、排気口５１が設けられている。排気口５１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、圧力調整弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。排気装置５０は、排気口５１及び排気管５２を介してチャンバ１２内を排気することで、チャンバ１２内を所望の圧力に減圧することができる。
チャンバ１２は、排気口５１への排気の流れに対して排気口５１よりも上流側にバッフル板４８が設けられている。バッフル板４８は、支持台１３とチャンバ１２の内側面の間に、支持台１３の周囲を囲むように配置されている。バッフル板４８は、例えば、板状の部材であり、アルミニウム製の母材の表面にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより形成され得る。バッフル板４８は、多数のスリットが形成された部材や、メッシュ部材、多数のパンチング孔を有する部材により形成されており、排気が通過可能とされている。チャンバ１２は、内部空間がバッフル板４８により、ウェハＷに対してプラズマ処理を行う処理空間１２ｃと、排気管５２及び排気装置５０などのチャンバ１２内を排気する排気系に繋がる排気空間に分かれる。
チャンバ１２内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域には、ヒータ５５が配置されている。一例では、ヒータ５５は、排気空間に配置される。ヒータ５５は、例えば、カーボンワイヤヒータなどの赤外線加熱ヒータである。ヒータ５５は、チャンバ１２の内側面、チャンバ１２の底部、支持台１３及びバッフル板４８と間隔を空けて、支持台１３の周囲を囲むように配置されている。すなわち、ヒータ５５は、支持台１３の側面に沿って、チャンバ１２、支持台１３及びバッフル板４８と接触しないように間隔を空けて配置されている。ヒータ５５は、配線５７によりヒータ電源５６に接続されている。ヒータ５５は、ヒータ電源５６から供給される電力に応じて発熱し、赤外線を放射して周囲を加熱する。ヒータ電源５６は、後述する制御部７０から制御の下、ヒータ５５にパルス状に電力を供給する。なお、ヒータ電源５６は直流電源であってもよく、高周波電源であってもよい。
プラズマ処理装置１０は、制御部７０を更に備える。制御部７０は、例えば、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る。制御部７０は、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部７０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る。また、制御部７０では、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７０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、及び、レシピデータが格納されている。制御部７０のプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御することにより、所望の処理がプラズマ処理装置１０で実行される。
ここで、上述のように、プラズマ処理では、処理に伴い副生成物が生成され、副生成物がチャンバ１２内に飛散して付着する。そこで、例えば、特許文献１のように、プラズマを用いて、副生成物をクリーニングする技術がある。しかし、チャンバ１２内のプラズマや高周波電力に晒されない領域は、プラズマを用いたクリーニングでは副生成物の除去が困難である。例えば、チャンバ１２内のバッフル板４８の下部は、バッフル板４８によってプラズマや高周波電力が遮蔽されてプラズマが到達し難い。このため、チャンバ１２内のバッフル板４８の下部は、副生成物が堆積しやすい。
そこで、プラズマ処理装置１０は、プラズマや高周波電力に晒されない領域にヒータ５５を配置する。例えば、実施形態では、チャンバ１２内のバッフル板４８の下部にヒータ５５を配置する。
図２は、実施形態に係るヒータ５５の配置の一例を示す図である。図２には、チャンバ１２内のバッフル板４８の下部付近が示されている。チャンバ１２内のバッフル板４８の下部では、チャンバ１２の内側面の領域８０に副生成物が堆積しやすい。そこで、チャンバ１２内の副生成物が堆積しやすい領域８０から所定の間隔を空けてヒータ５５を配置する。
ヒータ５５は、ヒータ電源５６から電力が供給されると発熱する。図３は、実施形態に係るヒータ５５の温度変化の一例を示す図である。図３には、ヒータ５５としてカーボンワイヤヒータに電力が供給されてからの温度変化が示されている。図３では、カーボンワイヤヒータは、電力が供給されると３秒程度で１０００℃まで温度が急上昇する。
ヒータ電源５６からヒータ５５に電力を供給すると、ヒータ５５が発熱し、ヒータ５５からの熱によりチャンバ１２の内側面の領域８０が加熱され、副生成物の付着が抑制又は副生成物が除去される。
しかし、副生成物の付着を抑制又は副生成物を除去するために、ヒータ電源５６からヒータ５５に電力を連続的に供給した場合、チャンバ１２は、内側面の領域８０の熱が外面にも伝わり、外面の温度が上昇する。例えば、チャンバ１２は、領域８０に対応するチャンバ１２の外面が高温になる。チャンバ１２の外面が過度に高温になる場合、チャンバ１２の外面に断熱材を設けるなど、装置安全に配慮する対策が必要となる。このため、チャンバ１２の外面は、安全とされる所定の許容温度（例えば、５０℃）以下に保つことが好ましい。
そこで、ヒータ電源５６は、ヒータ５５にパルス状の電力を供給する。図４は、実施形態に係るヒータに供給されるパルス状の電力の一例を示す図である。制御部７０は、ヒータ電源５６による電力の供給をオン、オフしてヒータ５５にパルス状の電力を供給する。
ヒータ５５をチャンバ１２の内部に配置することで、加熱時間を短くかつ効率的にチャンバ１２の内面を加熱できる。また、ヒータ５５にパルス状の電力を供給してヒータ５５による加熱・冷却を繰り返すことで、チャンバ１２の外面の温度上昇を抑制することでできる。このようなパルス状の電力の周波数は、例えば、０．０５Ｈｚ以下とすることができる。
図５は、実施形態に係るヒータ５５による加熱の一例を示す図である。図５には、チャンバ１２の側壁を模した平板状の部材１２ｈが示されている。部材１２ｈは、チャンバ１２と同様の金属（例えばアルミニウム）で構成され、厚さ１０ｍｍとする。部材１２ｈは、図５の右側の面を表面とし、右側の面を裏面とする。ヒータ５５は、部材１２ｈの表面から５０ｍｍに配置する。これにより、部材１２ｈの表面は、チャンバ１２の内壁面に相当する。部材１２ｈの裏面は、チャンバ１２の外壁面に相当する。
このヒータ５５にパルス状の電力を供給した場合、部材１２ｈの表面は、ヒータ５５から熱が直接照射されるため、電力の供給のオン、オフに対応して温度が変化する。一方、部材１２ｈの裏面は、表面側からの熱が伝播で温度が変化するため、表面ほどは温度が変化しない。図６は、実施形態に係る部材１２ｈの表面と裏面の温度変化の一例を示す図である。部材１２ｈの表面は、電力の供給がオンの期間、ヒータ５５から熱により温度が急上昇するが、電力の供給がオフの期間、部材１２ｈ内に熱が拡散するため、温度が急下降する。一方、部材１２ｈの裏面は、表面から伝播する熱により温度が急上昇する前にヒータ５５から表面への熱照射が停止するため、温度がゆるやかに上昇した後、上昇が飽和する。
よって、電力を供給するオンの期間と、オフの期間を適切に調整することにより、部材１２ｈの裏面を許容温度以下に保ちつつ、電力の供給がオンの期間に部材１２ｈの表面を一時的に、副生成物が除去される温度まで上昇させることができる。部材１２ｈの表面は、チャンバ１２の内壁面に相当する。部材１２ｈの裏面は、チャンバ１２の外壁面に相当する。よって、チャンバ１２の内面を許容温度以下に保ちつつ、電力の供給がオンの期間にチャンバ１２の外面を一時的に、副生成物が除去される温度まで上昇させることができる。
制御部７０は、このようにオンの期間とオフの期間を適切に調整したパルス状の電力をヒータ５５に供給するようにヒータ電源５６を制御する。例えば、オンの期間とオフの期間の適切な周期を実験等で求める。制御部７０は、ヒータ電源５６を制御し、求めた周期でパルス状の電力をヒータ５５に供給する。制御部７０は、ヒータ電源５６を制御し、ヒータ５５からの熱によってチャンバ１２の内側面の領域８０が、プラズマ処理に伴い領域８０に付着する副生成物の揮発する温度となるまで電力の供給をオンした後、電力の供給をオフすることを繰り返す。例えば、制御部７０は、ヒータ電源５６を制御し、電力を供給するオンの期間に、領域８０が副生成物の揮発する温度となり、かつ領域８０に対応するチャンバ１２の外面が許容温度以下となるように電力の供給のオン、オフを繰り返す。例えば、制御部７０は、プラズマ処理に伴い発生する副生成物がチタン系の副生成物である場合、ヒータ電源５６を制御し、オンの期間にチャンバ１２の内側面の領域８０を８０℃〜１００℃に一時的に上昇させる。
これにより、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２の内側面の領域８０への副生成物の堆積を抑制できる。また、プラズマ処理装置１０は、領域８０に対応するチャンバ１２の外面の温度を許容温度以下に抑制できる。
なお、本実施形態では、チャンバ１２の内側面の領域８０への副生成物の堆積を抑制する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。ヒータ５５は、副生成物の堆積を抑制したい領域であれば、チャンバ１２内の何れの領域に配置してもよい。チャンバ１２内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域に対応してヒータ５５を配置し、ヒータ電源５６からヒータ５５にパルス状の電力を供給することで、チャンバ１２内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制できる。
また、チャンバ内をプラズマでクリーニングする場合がある。一例では、クリーニングは、チャンバ１２内にウェハＷを配置せずに、又はダミーウェハを配置してプラズマ処理が実施される。制御部７０は、このようなクリーニングにおいてヒータ電源５６からヒータ５５にパルス状の電力を供給して副生成物の除去を促進してもよい。例えば、制御部７０は、ヒータ電源５６を制御して、ウェハＷをプラズマ処理する際、ヒータ電源５６がオンの期間に、プラズマ及び高周波電力に晒されない領域が第１の温度となるまで電力を供給する。第１の温度は、一例では、副生成物の付着を抑制する温度である。また、制御部７０は、ヒータ電源５６を制御して、チャンバ１２内にウェハＷを配置せずに、又はダミーウェハを載置してチャンバ１２内をプラズマでクリーニングする際、ヒータ電源５６がオンの期間に、プラズマ及び高周波電力に晒されない領域が第２の温度となるまで電力を供給する。第２の温度は、一例では、副生成物の除去を促進できる温度である。第２の温度は、第１の温度よりも高温としてもよい。例えば、プラズマ処理に伴い発生する副生成物が、チタン系の副生成物である場合、ウェハＷをプラズマ処理する際は、ヒータ電源５６がオンの期間にチャンバ１２の内側面の領域８０を８０℃〜１００℃に一時的に上昇させる。これにより、プラズマ処理に伴い発生するチタン系の副生成物が領域８０に付着することを抑制できる。一方、クリーニングする際は、ヒータ電源５６がオンの期間にチャンバ１２の内側面の領域８０を１００℃〜１２０℃に一時的に上昇させる。これにより、領域８０に付着したチタン系の副生成物の除去を促進できる。
次に、具体的な一例を挙げて説明する。以下では、チャンバ１２の側壁を模した平板状の試験体を用いて温度を計測する実験を実施した例を説明する。図７は、実施形態に係る試験体の一例を示す図である。図７には、平板状の試験体９０の構成を示している。試験体９０は、３６０ｍｍ×２００ｍｍで厚さ１０ｍｍのアルミニウム（Ａ５０５２）の平板を用いた。試験体９０は、図９の上側を奥側、下側を手前側、左側を上側、右側を下側とする。試験体９０は、表面の中央付近の位置Ｆ１（表中央）と位置Ｆ１から上側、下側、手前側、奥側にそれぞれ４０ｍｍの位置Ｆ２（表上）、Ｆ３（表奥）、Ｆ４（表下）、Ｆ５（表手前）の計５カ所に温度を計測するための熱電対を設けた。また、試験体９０は、表面の位置Ｆ１に対応する裏面の位置Ｂ１（裏中央）と、表面の位置Ｆ２、Ｆ４に対応する裏面の位置Ｂ２（裏奥）、Ｂ３（裏手前）の計３カ所に温度を計測するための熱電対を設けた。位置Ｂ２、Ｂ３は、裏面の中央付近の位置Ｂ１から手前側、奥側にそれぞれ４０ｍｍに位置している。
図８は、実施形態に係る実験の概要を説明する図である。実験では、このような試験体９０の表面から５０ｍｍにヒータ５５を配置して加熱を行った。ヒータ５５は、カーボンワイヤヒータを用いた。ヒータ５５は、ガラスパイプ９１を通して、試験体９０の表面側の熱電対を設けた領域に対応して配置した。図９は、実施形態に係るヒータ５５と試験体９０の配置の概要を示す図である。ヒータ５５は、蛇行した透明なガラスパイプ９１を通して、試験体９０の表面から５０ｍｍの間隔を空けて位置Ｆ１〜Ｆ５の領域に対向させて配置した。
実験では、ヒータ５５に対してオンで電流値が２０Ａの電力を供給し、オフで電流値を０Ａとして、パルス状にオン、オフの電力を供給した。
図１０は、実施形態に係る実験結果を示す図である。図１０には、下部にヒータ５５に供給した電流値の変化が示されている。また、図１０には、試験体９０の表面に配置された熱電対による表面側の５カ所の測定結果（Ｆ１〜Ｆ５）と、試験体９０の裏面に配置された熱電対による裏面側の３カ所の（Ｂ１〜Ｆ３）とが示されている。
図１０に示すように試験体９０の表面は、電力の供給のオン、オフに対応して温度が変化させることができ、電力の供給がオンの期間に試験体９０の表面を一時的、副生成物が除去される温度まで上昇させることができる。例えば、表面の位置Ｆ１（表中央）、位置Ｆ２（表上）、位置Ｆ５（表手前）は、オンの期間にチタン系の副生成物が除去される温度である８０℃以上に一時的に上昇している。一方、裏面の裏中央、裏手前、裏奥は、５０℃以下に維持できている。
よって、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内にヒータ５５を適切に配置し、ヒータ５５にパルス状の電力を供給することで、チャンバ１２内への副生成物の堆積を抑制できる。
以上のように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、チャンバ１２と、ヒータ５５と、ヒータ電源５６とを備える。チャンバ１２は、内部でウェハＷをプラズマ処理が実施される。ヒータ５５は、チャンバ１２内においてプラズマ及び高周波電力に晒されない領域に対応して配置される。ヒータ電源５６は、ヒータ５５にパルス状の電力を供給可能とされている。これにより、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制できる。
また、プラズマ処理装置１０は、排気口５１と、バッフル板４８とをさらに備える。排気口５１は、チャンバ１２内を排気する。バッフル板４８は、チャンバ１２内の排気口５１への排気の流れに対して排気口５１よりも上流側に設けられている。ヒータ５５は、排気口５１への排気の流れに対してバッフル板４８よりも下流側に配置されている。これにより、プラズマ処理装置１０は、副生成物の堆積しやすいバッフル板４８よりも下流側の領域への副生成物の堆積を抑制できる。
また、プラズマ処理装置１０は、支持台１３をさらに備え、支持台１３は、チャンバ１２内に配置され、ウェハＷを支持する。バッフル板４８は、支持台１３とチャンバ１２の内側面の間に支持台１３の周囲を囲むように配置されている。ヒータ５５は、バッフル板４８よりも排気口５１側に支持台１３の周囲を囲むように配置されている。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、バッフル板４８よりも下流側の支持台１３の周囲の領域への副生成物の堆積を抑制できる。
また、ヒータ電源５６は、ヒータ５５からの熱によってプラズマ及び高周波電力に晒されない領域が、副生成物の揮発する温度となるまで電力の供給をオンした後、電力の供給をオフすることを繰り返す。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、プラズマ及び高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制できる。
また、ヒータ電源５６は、電力を供給するオンの期間に、プラズマ及び高周波電力に晒されない領域が副生成物の揮発する温度となり、かつ当該晒されない領域に対応するチャンバ１２の外面が許容温度以下となるよう電力の供給のオン、オフを繰り返す。これにより、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、プラズマ及び高周波電力に晒されない領域への副生成物の堆積を抑制できる。また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、チャンバ１２の外面を許容温度以下に維持できる。
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上述した実施形態では、ヒータ電源５６からヒータ５５に供給する電力のオンの期間とオフの期間の周期を事前に適切に調整して定めている場合を例に説明した。しかし、これに限定されるものではない。温度センサを用いて温度を測定し、計測した温度に基づいてオンの期間とオフの期間を制御してもよい。例えば、チャンバ１２内の副生成物の堆積を抑制する対象領域に対応してヒータ５５を配置する。また、チャンバ１２内の対象領域と、対象領域の位置に対応したチャンバ１２の外面とに温度センサを設ける。ヒータ電源５６は、ヒータ５５にパルス状に、対象領域に設けた温度センサで計測される温度が副生成物の揮発する温度となるまで電力の供給をオンした後、電力の供給をオフすることを繰り返すようにしてもよい。また、ヒータ電源５６は、チャンバ１２の外面に設けた温度センサで計測される温度が許容温度に近くなるほどオフの期間を長く変更するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、プラズマ処理装置１０を容量結合型のプラズマ処理装置とした場合を例に説明した。しかし、これに限定されるものではない。本実施形態に係るプラズマ処理方法は、任意のプラズマ処理装置に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置のように、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。
また、上述した実施形態では、下部電極１８に第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４が接続される場合を例に説明したが、プラズマ源の構成はこれに限定されるものではない。例えば、プラズマ発生用の第１の高周波電源６２は、シャワーヘッド３０に接続されてもよい。また、イオン引き込み用（バイアス用）の第２の高周波電源６４が下部電極１８に接続されていなくてもよい。
また、上述した実施形態では、上部電極と下部電極として機能するシャワーヘッド３０とステージ１６との電極間距離を固定とした場合を例に説明した。しかし、これに限定されるものではない。平行平板型のプラズマ処理装置では、上部電極と下部電極の電極間距離は基板のプラズマ処理特性に影響を与える。そこで、プラズマ処理装置１０は、シャワーヘッド３０とステージ１６との電極間距離を変更可能な構成としてもよい。図１１は、他の実施形態に係るプラズマ処理装置の断面の一例を概略的に示す図である。図１１に示すプラズマ処理装置１０は、支持台１３と、シャワーヘッド３０とを備える。支持台１３は、チャンバ１２の内部の中央付近に配置され、ウェハＷを支持する。支持台１３は、図示を省略していているが、図１と同様の構造を有し、プラズマを生成する際に高周波電力が印加される。シャワーヘッド３０は、支持台１３に対向して設けられている。シャワーヘッド３０と支持台１３は、上部電極と下部電極として機能を有する。また、プラズマ処理装置１０は、シャワーヘッド３０を昇降させる昇降機構２００をさらに備える。昇降機構２００は、チャンバ１２の天井と支持台１３との間でシャワーヘッド３０を昇降させる。シャワーヘッド３０は、昇降機構２００の周囲を囲むようにベローズ２１０が設けられている。ベローズ２１０は、チャンバ１２の天井壁及びシャワーヘッド３０の上面に気密に取り付けられている。チャンバ１２は、その内部に、シャワーヘッド３０、処理空間１２ｃ及び支持台１３の周囲を囲むように筒状壁２２０を有する。チャンバ１２の側方の底部には、排気口５１が設けられている。排気口５１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、排気口５１及び排気管５２を介してチャンバ１２内を排気することで、チャンバ１２内を所望の圧力に減圧することができる。
チャンバ１２は、排気口５１への排気の流れに対して排気口５１よりも上流側にバッフル板４８が設けられている。バッフル板４８は、筒状壁２２０の下部の内側面と支持台１３の間に、支持台１３の周囲を囲むように配置されている。チャンバ１２は、バッフル板４８により、ウェハＷに対してプラズマ処理を行う処理空間１２ｃと、排気管５２及び排気装置５０などのチャンバ１２内を排気する排気系に繋がる排気空間に分かれる。処理空間１２ｃは、シャワーヘッド３０の下面、筒状壁２２０、バッフル板４８、支持台１３によって形成される空間である。処理空間１２ｃは、例えば、シャワーヘッド３０の下面、筒状壁２２０の内壁面、バッフル板４８、支持台１３によって形成される空間である。排気空間は、例えば、チャンバ１２の内壁面、筒状壁２２０の該壁面、シャワーヘッド３０の外周上部と、チャンバ１２の天井とによって形成される空間である。
ここで、チャンバ１２内のプラズマや高周波電力に晒されない領域は、プラズマを用いたクリーニングでは副生成物の除去が困難である。そこで、チャンバ１２内のプラズマ及び高周波電力に晒されない領域には、ヒータ５５が配置されている。一例では、ヒータ５５は、排気空間に配置される。例えば、ヒータ５５は、筒状壁２２０の外側と、シャワーヘッド３０と、チャンバ１２の天井とによって形成される空間２３０に配置される。これにより、プラズマ処理装置１０は、空間２３０への副生成物の堆積を抑制できる。また、プラズマ処理装置１０は、空間２３０に対応するチャンバ１２の外面の温度を許容温度以下に抑制できる。
また、上述したプラズマ処理装置１０は、プラズマ処理としてエッチングを行うプラズマ処理装置であったが、任意のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置１０は、化学気層成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理気層成長（ＰＶＤ）などを行う枚葉式堆積装置であってもよく、プラズマアニール、プラズマインプランテーションなどを行うプラズマ処理装置であってもよい。
また、上述した実施形態では、基板を半導体ウェハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板は、ガラス基板など、他の基板であってもよい。
１０ プラズマ処理装置
１２ チャンバ
１３ 支持台
４８ バッフル板
５１ 排気口
５５ ヒータ
５６ ヒータ電源
Ｗ ウェハ

Claims (10)

  1. 基板をプラズマ処理するためのチャンバと、
    前記チャンバ内においてプラズマ及び高周波電力に晒されない領域に配置されたヒータと、
    前記ヒータにパルス状の電力を供給可能なヒータ電源と、
    を備えるプラズマ処理装置。
  2. 前記基板を支持する支持台と、
    前記チャンバ内のガスを排気する排気口と、
    前記チャンバの内側面と前記支持台との間に配置され、前記チャンバを、前記基板が処理される処理空間と、前記排気口を含む排気空間とに仕切るバッフル板と、をさらに備え、
    前記ヒータは、前記排気空間に配置される、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記ヒータは、前記支持台の周囲を囲むように配置される、
    請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記基板を支持する支持台と、
    前記支持台に対向して設けられる上部電極と、
    前記チャンバの天井と前記支持台との間で前記上部電極を昇降させる昇降機構と、
    前記チャンバ内に設けられ、前記支持台及び前記上部電極の周囲を囲む筒状壁と、
    をさらに備え、
    前記ヒータは、前記筒状壁の外側と、前記上部電極と、前記チャンバの天井とによって形成される空間に配置される、
    請求項１〜３の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記ヒータは、赤外線加熱ヒータである、
    請求項１〜４の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  6. （ａ）前記晒されない領域が、当該晒されない領域に付着する副生成物の揮発する温度となるまで前記ヒータに電力を供給する工程と、
    （ｂ）前記電力の供給を停止する工程と、
    （ｃ）前記（ａ）と前記（ｂ）とを繰り返す工程と、
    を含む処理を実行するように、前記ヒータ電源を制御する制御部をさらに備える、
    請求項１〜５の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記制御部は、前記（ｃ）において、前記チャンバの外面が前記揮発する温度よりも低い許容温度以下となるように前記（ａ）と前記（ｂ）とを繰り返す、
    請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記制御部は、前記基板を前記支持台に配置してプラズマ処理する工程と、前記基板を前記支持台に配置せずに前記チャンバ内をクリーニングする工程とを備え、
    前記プラズマ処理する工程は、
    （ａ１）前記晒されない領域が、当該晒されない領域が第１の温度となるまで前記ヒータに電力を供給する工程と、
    （ｂ１）前記電力の供給を停止する工程と、
    （ｃ１）前記（ａ１）と前記（ｂ１）とを繰り返す工程と、
    を含み、
    前記クリーニングする工程は、
    （ａ２）前記晒されない領域が、当該晒されない領域が第２の温度となるまで前記ヒータに電力を供給する工程と、
    （ｂ２）前記電力の供給を停止する工程と、
    （ｃ２）前記（ａ２）と前記（ｂ２）とを繰り返す工程と、
    を含む、処理を実行する請求項１〜５の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記副生成物は、チタン系の副生成物であり、
    前記第１の温度は、８０℃〜１００℃であり、
    前記第２の温度は、１００℃〜１２０℃である、
    請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. チャンバ内において基板をプラズマ処理する工程と、
    前記チャンバ内においてプラズマ及び高周波電力に晒されない領域に配置されたヒータにパルス状の電力を供給する工程と、
    を備えるプラズマ処理方法。
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