JP6920245B2 - 温度制御方法 - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、プラズマ処理装置の上部電極の温度制御方法に関するものである。
電子デバイスの製造においては基板に対してプラズマ処理が行われる。プラズマ処理の一種としては、プラズマエッチングが知られている。
下記の特許文献１には、プラズマ処理の一種としてプラズマエッチングが記載されている。特許文献１に記載されたプラズマエッチングでは、酸化シリコンをエッチングするために、水素含有ガス及びフッ素含有ガスのプラズマがチャンバ内で生成される。
特許文献１には、プラズマエッチングに用いられる装置として、容量結合型のプラズマ処理装置が記載されている。容量結合型のプラズマ処理装置は、チャンバ、支持台、及び上部電極を備える。支持台はチャンバ内に設けられている。支持台は下部電極を含む。上部電極は、支持台の上方に設けられている。容量結合型のプラズマ処理装置では、上部電極と下部電極との間に形成される高周波電界によって、チャンバ内のガスが励起されて、プラズマが生成される。
特開２０１７−１１２５５号公報
プラズマ処理装置には、チャンバ内の空間を画成する部品を冷却することと当該部品の温度を短時間で上昇させることが要求されることがある。このような部品の一つは、上部電極である。
一態様においては、容量結合型プラズマ処理装置の上部電極の温度制御方法が提供される。この温度制御方法は、上部電極を冷却する工程と、上部電極の温度を上昇させる工程と、を含む。上部電極内には入口及び出口を有する流路が形成されている。上部電極は蒸発器を構成している。流路の出口と入口との間には、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁が順に接続されている。圧縮機の出力と入口との間には、凝縮器と膨張弁をバイパスするように、分流弁が接続されている。上部電極を冷却する工程において、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁を介して冷媒が流路に供給される。上部電極の温度を上昇させる工程において、分流弁が開かれ、且つ、上部電極が加熱される。
一態様に係る温度制御方法では、上部電極が冷却されるときには、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁を介して冷媒が上部電極の流路に供給される。上部電極の流路内で冷媒が気化することによって、上部電極が冷却される。一方、上部電極の温度を上昇させるときには、分流弁が開かれる。分流弁が開かれている状態では乾き度の高い冷媒が流路に供給されるので、冷媒による上部電極の抜熱能力が低下する。また、上部電極の温度を上昇させるときには、上部電極が加熱される。一態様に係る温度制御方法によれば、上部電極の温度を上昇させるときには、冷媒による上部電極の抜熱能力が低下し、且つ、上部電極が加熱されるので、上部電極の温度を短時間で上昇させることが可能である。
上部電極の温度を上昇させる工程の一実施形態では、上部電極がヒータによって加熱されてもよい。上部電極の温度を上昇させる工程の別の実施形態では、プラズマ処理装置のチャンバ内で生成されたプラズマからの熱により、上部電極が加熱されてもよい。
一実施形態において、温度制御方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内で生成されたプラズマにより基板の膜をエッチングする工程と、膜をエッチングする工程の実行中に上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせる工程と、を更に含む。基板の膜をエッチングする工程の実行中、基板はチャンバ内に設けられた支持台上に載置されている。支持台は下部電極を含む。温度制御方法は、膜をエッチングする工程において発生してチャンバの内壁面に付着した堆積物を除去するために、チャンバ内においてクリーニングガスのプラズマを生成する工程を更に含む。上部電極を冷却する工程の実行中に、基板の膜をエッチングする工程が実行される。クリーニングガスのプラズマを生成する工程の実行前又は実行中に、上部電極の温度を上昇させる工程が実行される。
上記実施形態では、負極性のバイアス電圧が上部電極において生じているので、プラズマ中の正イオンが上部電極に向けて加速される。また、基板の膜をエッチングする工程の実行中には、上部電極が冷却されている。したがって、堆積物をエッチングし得る活性種の量が上部電極の周囲で増加して、上部電極に付着した堆積物が効率的にエッチングされる。故に、この実施形態によれば、上部電極に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極から堆積物が除去される。また、クリーニングガスのプラズマが生成されているときには、上部電極の温度が高い温度に設定される。したがって、クリーニングガスのプラズマによってチャンバの内壁面から取り除かれた堆積物が、上部電極に付着する確率が低下する。
一実施形態において、温度制御方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内で生成されたプラズマにより基板の膜をエッチングする工程と、膜をエッチングする工程の実行中に上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせる工程と、を更に含む。基板の膜をエッチングする工程の実行中、基板はチャンバ内に設けられた支持台上に載置されている。支持台は下部電極を含む。温度制御方法は、基板の表面上に保護膜を形成する工程を更に含む。上部電極を冷却する工程の実行中に、基板の膜をエッチングする工程が実行される。保護膜を形成する工程の実行前又は実行中に、上部電極の温度を上昇させる工程が実行される。基板の膜をエッチングする工程と保護膜を形成する工程が交互に実行される。
上記実施形態では、負極性のバイアス電圧が上部電極において生じているので、プラズマ中の正イオンが上部電極に向けて加速される。また、基板の膜をエッチングする工程の実行中には、上部電極が冷却されている。したがって、堆積物をエッチングし得る活性種の量が上部電極の周囲で増加して、上部電極に付着した堆積物が効率的にエッチングされる。故に、この実施形態によれば、上部電極に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極から堆積物が除去される。また、保護膜の形成中には、上部電極の温度が高い温度に設定される。したがって、保護膜が上部電極に付着する確率が低下する。さらに、この実施形態では、膜に形成された開口を画成する側壁面上に保護膜が形成される。したがって、膜のエッチングによって開口が横方向（開口の深さ方向に直交する方向）に拡大することが抑制される。
一実施形態において、基板の膜は、シリコンを含有する。膜をエッチングする工程では、炭素、水素、及びフッ素を含む処理ガスのプラズマが生成される。
一実施形態において、基板の膜は、多層膜であってもよい。多層膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を有していてもよい。
以上説明したように、容量結合型のプラズマ処理装置の上部電極を冷却することと当該上部電極の温度を短時間で上昇させることが可能となる。
一実施形態に係る温度制御方法を示す流れ図である。 一例の基板の一部拡大断面図である。 種々の実施形態に係る温度制御方法が適用され得る一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図３に示す一例のプラズマ処理装置において採用可能な上部電極及びチラーユニットの一例を示す図である。 図１に示す方法における膜のエッチング後の状態における一例の基板の一部拡大断面図である。 上部電極の温度が比較的高い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。 上部電極の温度が比較的低い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。 別の実施形態に係る温度制御方法を示す流れ図である。 図８に示す方法に関連するタイミングチャートの一例を示す図である。 図８に示す方法に関連するタイミングチャートの別の例を示す図である。 図１１に示す方法における膜のエッチングの終了後の状態における一例の基板の一部拡大断面図である。 保護膜の形成のための一例の成膜処理を示す流れ図である。 種々の実施形態に係る温度制御方法の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の上部電極の一例を示す図である。
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、一実施形態に係る温度制御方法を示す流れ図である。図１に示す温度制御方法（以下、「方法ＭＴ１」という）は、プラズマ処理装置の上部電極を冷却することと、上部電極の温度を上昇させることを含む。また、方法ＭＴ１では、基板の膜がエッチングされ得る。図２は、一例の基板の一部拡大断面図である。図２に示す基板Ｗは、方法ＭＴ１において処理され得る。基板Ｗは、膜ＳＦを有する。膜ＳＦは、任意の膜であり得る。一例において、膜ＳＦは、シリコンを含有する。一例において、膜ＳＦは、多層膜である。多層膜は、複数の第１の膜Ｆ１及び複数の第２の膜Ｆ２を含み得る。複数の第１の膜Ｆ１及び複数の第２の膜Ｆ２は交互に積層されている。一例において、複数の第１の膜Ｆ１の各々はシリコン酸化膜であり、複数の第２の膜Ｆ２はシリコン窒化膜である。
基板Ｗは、下地領域ＵＲ及びマスクＭＫを更に有し得る。膜ＳＦは下地領域ＵＲ上に設けられている。マスクＭＫは、膜ＳＦ上に設けられている。マスクＭＫは、パターニングされた領域である。マスクＭＫは、膜ＳＦに転写すべきパターンを提供している。マスクＭＫは、一つ以上の開口ＯＭを提供している。
方法ＭＴ１は、プラズマ処理装置１を用いて実行される。図３は、種々の実施形態に係る温度制御方法が適用され得る一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１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１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供している。
チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。内部空間１０ｓは、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体１２の内壁面には、耐腐食性を有する膜が施されている。耐腐食性を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、通路１２ｐを通過する。通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、支持台１４を支持している。支持台１４は、内部空間１０ｓの中に設けられている。支持台１４は、内部空間１０ｓの中で、基板Ｗを支持するように構成されている。
支持台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有している。支持台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面の上には、基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、誘電体から形成されている。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャック２０に引き付けられ、静電チャック２０によって保持される。
下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、フォーカスリングＦＲが配置される。フォーカスリングＦＲは、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内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、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。チャンバ１０の外部には、チラーユニット２２が設けられている。チラーユニット２２は、配管２２ａを介して流路１８ｆに熱交換媒体（例えば冷媒）を供給する。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニット２２に戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４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の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、支持台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成している。天板３４は、シリコンといった導電体又は酸化シリコンといった絶縁体から形成されている。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、天板３４をその板厚方向に貫通している。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムといった導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６には、複数のガス孔３６ｂが形成されている。複数のガス孔３６ｂは、ガス拡散室３６ａから下方に延びている。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。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４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３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、複数のガスソースを含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースは、種々の実施形態に係る温度制御方法で利用される複数のガスのソースを含んでいる。バルブ群４１及びバルブ群４３の各々は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含んでいる。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応の開閉バルブ、流量制御器群４２の対応の流量制御器、及びバルブ群４３の対応の開閉バルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。
プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生成物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムといったセラミックから形成された膜であり得る。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、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、圧力調整弁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。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。
第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有している。
図４は、図３に示す一例のプラズマ処理装置において採用可能な上部電極及びチラーユニットの一例を示す図である。以下、図３と共に図４を参照する。上部電極３０は、冷却可能であるように構成されている。
一例では、図３及び図４に示すように、上部電極３０の中には、流路３０ｆが形成されている。流路３０ｆは、入口３０ｉ及び出口３０ｅを有しており、入口３０ｉと出口３０ｅとの間で延在している。流路３０ｆは、例えば支持体３６の中に形成されている。流路３０ｆは、例えば上部電極３０の中で渦巻き状に延在している。
チャンバ１０の外部には、チラーユニット７０が設けられている。チラーユニット７０の出力ポートは、入口３０ｉに接続されている。チラーユニット７０の戻りポートは、出口３０ｅに接続されている。チラーユニット７０は、その出力ポートから冷媒を出力し、当該冷媒を入口３０ｉを介して流路３０ｆに供給する。流路３０ｆに供給された冷媒は、出口３０ｅ及び戻りポートを介して、チラーユニット７０に戻される。即ち、上部電極３０の流路３０ｆとチラーユニット７０との間では、冷媒が循環される。
チラーユニット７０は、直膨式のチラーユニットである。チラーユニット７０は、圧縮機７１、凝縮器７２、及び膨張弁７３を有する。圧縮機７１、凝縮器７２、及び膨張弁７３は、流路３０ｆの出口３０ｅと入口３０ｉの間で、順に接続されている。上部電極３０は、蒸発器を構成している。圧縮機７１の入力は、チラーユニット７０の戻りポートを介して、流路３０ｆの出口３０ｅに接続されている。圧縮機７１の出力は、凝縮器７２の入力に接続されている。凝縮器７２の出力は、膨張弁７３の入力に接続されている。膨張弁７３の出力は、チラーユニット７０の出力ポートを介して、流路３０ｆの入口３０ｉに接続されている。
流路３０ｆの出口３０ｅから出力された冷媒は、圧縮機７１の入力に戻され、圧縮機７１によって圧縮される。圧縮機７１から出力された高圧の冷媒は、凝縮器７２によって冷却されて、液化する。凝縮器７２から出力された液状の冷媒は、膨張弁７３において減圧される。膨張弁７３から流路３０ｆに供給された冷媒は、上部電極３０から吸熱することにより、気化する。そして、流路３０ｆから出力された冷媒は、再び圧縮機７１の入力に戻される。膨張弁７３の開度は可変である。膨張弁７３の開度が低いほど、冷媒の圧力は低くなり、気化する温度が下がる。よって、上部電極３０の温度をより低い温度に冷却することができる。
チラーユニット７０は、分流弁７４を更に有している。分流弁７４は、圧縮機７１と流路３０ｆの入口３０ｉとの間で、凝縮器７２及び膨張弁７３をバイパスするように接続されている。即ち、分流弁７４の入力は、圧縮機７１の出力に接続されている。また、分流弁７４の出力は、流路３０ｆの入口３０ｉに接続されている。分流弁７４の開度は可変である。分流弁７４の開度が高いほど、流路３０ｆに供給される冷媒の乾き度が高くなる。乾き度が高いほど、冷媒の抜熱能力は低くなる。
上部電極３０の中には、ヒータ７５（抵抗発熱素子）が更に設けられていてもよい。ヒータ７５によって上部電極３０を加熱することにより、上部電極３０の温度を高い温度に設定することができる。また、分流弁７４を開いて冷媒の抜熱能力を低下させ、且つ、ヒータ７５によって上部電極３０を加熱することにより、上部電極３０の温度を短時間で上昇させることが可能である。
プラズマ処理装置１は、温度センサ７９を更に備え得る。温度センサ７９は、上部電極３０（例えば天板３４）の温度を測定するように構成されている。温度センサ７９のセンサ部は、上部電極３０（例えば天板３４）内に設けられていてもよい。チラーユニット７０及びヒータ７５は、温度センサ７９によって測定された温度に応じて、上部電極３０の温度を指定された温度に設定するように制御される。
さらに、プラズマ処理装置１は、上部電極３０においてバイアス電圧を生じさせることが可能であるように構成されている。図３に示すように、上部電極３０（支持体３６）には、電源７６が接続されている。天板３４がシリコンといった導電体から形成されている場合には、電源７６は、直流電源又は高周波電源である。天板３４が酸化シリコンといった絶縁体から形成されている場合には、電源７６は、高周波電源である。電源７６は、高周波電源である場合には、整合器７７を介して上部電極３０（支持体３６）に接続されている。整合器７７は、電源７６の出力インピーダンスと電源７６の負荷側（上部電極３０側）のインピーダンス場合とを整合させるための回路を含んでいる。
電源７６が直流電源である場合には、電流センサ７８が電源７６に接続されていてもよい。或いは、電源７６は、電流センサ７８を内蔵していてもよい。電流センサ７８は、上部電極３０に流れる電流を測定するように構成されている。
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリといった記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１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８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１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８０の記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、制御部８０のプロセッサによって実行される。制御部８０のプロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御することにより、種々の実施形態に係る温度制御方法がプラズマ処理装置１で実行される。
再び図１を参照する。以下、方法ＭＴ１がプラズマ処理装置１を用いて実行される場合を例として、方法ＭＴ１について説明する。また、以下の説明では、図１に加えて図５を参照する。図５は、図１に示す方法における膜のエッチング後の状態における一例の基板の一部拡大断面図である。
方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１が実行されて、上部電極３０の目標温度Ｔｔが温度ＴＬに設定される。温度ＴＬは、工程ＳＴ２において上部電極３０の温度が到達すべき目標温度であり、比較的低い温度である。温度ＴＬは、例えば５０℃以下の温度である。
続く工程ＳＴ２では、上部電極３０が目標温度Ｔｔに冷却される。具体的には、冷媒がチラーユニット７０から上部電極３０の流路３０ｆに供給される。工程ＳＴ２の実行中には、分流弁７４は閉じられている。工程ＳＴ２において、冷媒は、圧縮機７１、凝縮器７２、及び膨張弁７３を介して流路３０ｆに供給される。流路３０ｆに供給された冷媒は、圧縮機７１に戻される。工程ＳＴ２では、膨張弁７３の開度は、上部電極３０の温度を目標温度Ｔｔに設定するように、設定される。例えば、膨張弁７３の開度は、温度センサ７９によって測定される上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差を減少させるように、調整される。
続く工程ＳＴ３では、上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ１よりも小さいか否かが判定される。工程ＳＴ３において上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ１以上であると判定される場合には、工程ＳＴ２が継続して実行される。一方、上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ１よりも小さいと判定される場合には、工程ＳＴ４が実行される。
工程ＳＴ４では、基板Ｗの膜ＳＦがエッチングされる。工程ＳＴ４は、工程ＳＴ２の実行中に実行される。即ち、上部電極３０の冷却の実行中に、膜ＳＦがエッチングされる。工程ＳＴ４において、膜ＳＦは、チャンバ１０内で生成されたプラズマによりエッチングされる。
具体的に、工程ＳＴ４では、処理ガスが内部空間１０ｓに供給される。処理ガスは、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つ以上のガスソースから供給される。処理ガスは、膜ＳＦをエッチングするためのガスである。工程ＳＴ４では、内部空間１０ｓにおける圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ４では、支持台１４の温度が指定された温度に設定されるよう、チラーユニット２２が制御される。工程ＳＴ４では、処理ガスのプラズマの生成のために、第１の高周波電力が供給される。工程ＳＴ４では、第２の高周波電力が更に供給されてもよい。
一実施形態において、膜ＳＦは、上述したように、シリコンを含有する。この実施形態の工程ＳＴ２では、処理ガスは、炭素、水素、及びフッ素を含む。処理ガスは、例えば、一つ以上の水素含有ガス及び一つ以上のフッ素含有ガスの混合ガスであり得る。処理ガスは、水素含有ガスとして、水素ガス（Ｈ２ガス）を含み得る。処理ガスは、一つ以上のフッ素含有ガスとして、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガス、三フッ化窒素ガス、及び六フッ化硫黄ガスのうち一つ以上のガスを含み得る。処理ガスは、炭素含有ガスとして、炭化水素ガスを更に含んでいてもよい。
工程ＳＴ４では、処理ガスのプラズマからのイオン及び／又はラジカルといった化学種により膜ＳＦがエッチングされる。工程ＳＴ４の実行によって、マスクＭＫのパターンが膜ＳＦに転写される。即ち、工程ＳＴ４の実行によって、図５に示すように、一つ以上の開口ＯＭに連続する開口ＯＰが膜ＳＦに形成される。工程ＳＴ４の実行中には、エッチングの副生成物が発生し、内部空間１０ｓを画成する壁面に付着し、堆積物を形成する。堆積物は、上部電極３０の天板３４にも付着する。
方法ＭＴ１では、上部電極３０の天板３４上の堆積物の量を減少させるか、上部電極３０の天板３４から堆積物を除去するために、工程ＳＴ４の実行中に工程ＳＴ５が実行される。即ち、工程ＳＴ５は、工程ＳＴ２の実行中に実行される。工程ＳＴ５では、上部電極３０において負極性のバイアス電圧を生じさせる。
電源７６が直流電源である場合には、工程ＳＴ５において、負極性の直流電圧が電源７６から上部電極３０に印加される。電源７６が高周波電源である場合には、工程ＳＴ５において、負極性のバイアス電圧（自己バイアス電圧Ｖｄｃ）を上部電極３０において生じさせるために、高周波電力が電源７６から上部電極３０に供給される。
方法ＭＴ１では、膜ＳＦのエッチングの実行中（工程ＳＴ４の実行中）に、工程ＳＴ５が実行される。したがって、工程ＳＴ４の実行中に、負極性のバイアス電圧が上部電極３０において生じ、プラズマ中の正イオンが上部電極３０に向けて加速される。また、工程ＳＴ４の実行中には、上部電極３０が冷却されている。したがって、堆積物をエッチングし得る化学種の量が上部電極３０の周囲で増加して、上部電極３０に付着した堆積物が効率的にエッチングされる。故に、方法ＭＴ１によれば、上部電極３０に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極３０から堆積物が除去される。
図６は、上部電極の温度が比較的高い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。図７は、上部電極の温度が比較的低い場合の上部電極上の堆積物の除去に関連する化学種の反応の例を示す図である。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｓｉ」は、シリコンを表している。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｃ」は、炭素を表している。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｆ」は、フッ素を表している。図６及び図７において、円で囲まれた「Ｈ」は、水素化合物を表している。図６及び図７において、円で囲まれた「＋」は、正イオンを表している。以下、図６及び図７を参照しつつ、上部電極３０の天板３４がシリコンを含んでおり、工程ＳＴ４で用いられる処理ガスが、水素、フッ素、及び炭素を含んでいる場合について考察する。
工程ＳＴ４で用いられる処理ガスが、水素、フッ素、及び炭素を含んでいる場合には、図６及び図７に示すように、炭素及びフッ素を含む化学種が、上部電極３０の天板３４に付着して堆積物を形成する。上部電極３０において負極性のバイアス電圧が生じている状態では、図６及び図７に示すように、正イオンがプラズマから上部電極３０に引き付けられる。上部電極３０に引き付けられた正イオンのエネルギーにより、天板３４のシリコンと堆積物中のフッ素とが反応し、フッ化シリコンが生成される。生成されたフッ化シリコンは、上部電極３０から離れるように排気される。その結果、堆積物中のフッ素の量が減少する。
上部電極３０の温度が比較的高い場合には、水素化合物の運動エネルギーが高く、上部電極３０及び／又は堆積物に付着する水素化合物の量が少なくなる。その結果、図６に示すように、堆積物中の炭素は、天板３４の表面上に残される。一方、上部電極３０が工程ＳＴ２によって冷却されている状態では、水素化合物の運動エネルギーが低下し、上部電極３０及び／又は堆積物に付着する水素化合物の量が多くなる。そして、上部電極３０に引き付けられた正イオンのエネルギーにより、図７に示すように、堆積物中の炭素と水素化合物又は当該水素化合物中の水素とが反応して、炭化水素が生成される。生成された炭化水素は、上部電極３０から離れるように排気される。その結果、堆積物中の炭素の量が減少する。したがって、上部電極３０を冷却し且つ上部電極３０において負極性のバイアス電圧を生じさせている状態で工程ＳＴ４を実行することにより、上部電極３０に付着した堆積物の量が低減されるか、上部電極３０から堆積物が除去される。
図１を再び参照する。工程ＳＴ４の実行により、チャンバ１０の内壁面には堆積物が付着し得る。チャンバ１０の内壁面は、例えばチャンバ本体１２の内壁面及び／又はシールド４６の表面を含む。方法ＭＴ１では、チャンバ１０の内壁面に付着した堆積物を除去するために、工程ＳＴ１０においてプラズマクリーニングが実行される。方法ＭＴ１では、工程ＳＴ１０でチャンバ１０の内壁面から取り除かれた堆積物が上部電極３０に再付着する確率を低下させるために、工程ＳＴ４の実行後に、上部電極３０の温度が上昇される。
方法ＭＴ１では、工程ＳＴ６において、支持台１４上の基板Ｗがチャンバ１０から搬出されて、支持台１４上にダミー基板が載置される。続く工程ＳＴ７では、上部電極３０の目標温度Ｔｔが温度ＴＨに設定される。温度ＴＨは、後述の工程ＳＴ８において上部電極３０の温度が到達すべき目標温度であり、比較的高い温度である。
続く工程ＳＴ８では、上部電極３０の温度が目標温度Ｔｔに上昇される。工程ＳＴ８は、工程ＳＴ８ａ及び工程ＳＴ８ｂを含む。工程ＳＴ８ａでは、分流弁７４が開かれる。分流弁７４の開度は、予め定められていてもよい。或いは、分流弁７４の開度は、上部電極３０の温度を目標温度Ｔｔに設定するように、調整される。例えば、分流弁７４の開度は、温度センサ７９によって測定される上部電極３０の温度Ｔｃと目標温度Ｔｔとの差を減少させるように、調整される。
続く工程ＳＴ８ｂでは、上部電極３０が加熱される。上部電極３０は、ヒータ７５によって加熱されてもよい。或いは、又は、ヒータ７５による加熱に加えて、工程ＳＴ８ｂでは、内部空間１０ｓの中で不活性ガスのプラズマが生成されてもよい。不活性ガスは、ガスソース群４０から供給される。不活性ガスは、例えば希ガスである。工程ＳＴ８ｂでプラズマが生成される場合には、内部空間１０ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ８ｂでプラズマが生成される場合には、第１の高周波電力が供給される。第２の高周波電力が更に供給されてもよい。工程ＳＴ８ｂにおいてプラズマが生成される場合には、プラズマからの熱が上部電極３０に伝達することにより、上部電極３０の温度が上昇する。
続く工程ＳＴ９では、上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ２よりも小さいか否かが判定される。工程ＳＴ９において上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ２以上であると判定される場合には、工程ＳＴ８が継続して実行される。一方、上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ２よりも小さいと判定される場合には、工程ＳＴ１０が実行される。工程ＳＴ１０は、工程ＳＴ８と並行して実行されてもよい。
工程ＳＴ１０では、チャンバ１０の内壁面に付着した堆積物を除去するために、プラズマクリーニングが実行される。工程ＳＴ１０では、内部空間１０ｓにクリーニングガスが供給される。クリーニングガスは、ガスソース群４０から供給される。クリーニングガスは、チャンバ１０の内壁面に付着した堆積物を除去し得る任意のガスであり得る。一例において、クリーニングガスは、フルオロカーボンガスを含む。一例において、クリーニングガスは、酸素ガス及び／又は希ガスを更に含んでいてもよい。工程ＳＴ１０では、内部空間１０ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ１０では、第１の高周波電力が供給される。第２の高周波電力が更に供給されてもよい。工程ＳＴ１０では、チャンバ１０の内壁面上の堆積物が、クリーニングガスのプラズマからの化学種によってエッチングされて、排気される。工程ＳＴ１０の実行後、方法ＭＴ１は終了する。
方法ＭＴ１では、工程ＳＴ２において上部電極３０が冷却されるときには、圧縮機７１、凝縮器７２、及び膨張弁７３を介して冷媒が上部電極３０の流路３０ｆに供給される。上部電極３０の流路３０ｆ内で冷媒が気化することによって、上部電極３０が冷却される。一方、工程ＳＴ８において上部電極３０の温度を上昇させるときには、分流弁７４が開かれる（工程ＳＴ８ａ）。分流弁７４が開かれている状態では、乾き度の高い冷媒が流路３０ｆに供給されるので、冷媒による上部電極３０の抜熱能力が低下する。また、工程ＳＴ８において上部電極３０の温度を上昇させるときには、上部電極３０が加熱される（工程ＳＴ８ｂ）。方法ＭＴ１によれば、上部電極３０の温度を上昇させるときには、冷媒による上部電極３０の抜熱能力が低下し、且つ、上部電極３０が加熱されるので、上部電極３０の温度を短時間で上昇させることが可能である。
一実施形態において、クリーニングガスのプラズマが生成されているときには（工程ＳＴ１０）、上部電極３０の温度が高い温度に設定される。したがって、クリーニングガスのプラズマによってチャンバ１０の内壁面から取り除かれた堆積物が、上部電極３０に付着する確率が低下する。
以下、図８を参照して、別の実施形態に係る温度制御方法について説明する。図８は、別の実施形態に係る温度制御方法を示す流れ図である。図８に示す温度制御方法（以下、「方法ＭＴ２」という）は、プラズマ処理装置の上部電極を冷却することと、上部電極の温度を上昇させることを含む。方法ＭＴ１と同様に、方法ＭＴ２では、基板の膜がエッチングされ得る。以下、プラズマ処理装置１を用いて、図２に示した基板Ｗの膜ＳＦがエッチングされる場合を例として、方法ＭＴ２について説明する。なお、方法ＭＴ２においてエッチングされる膜を有する基板は、図２に示した基板に限定されるものではなく、任意の膜を有する基板であり得る。
方法ＭＴ２の工程ＳＴ２１〜工程ＳＴ２５はそれぞれ、方法ＭＴ１の工程ＳＴ１〜工程ＳＴ５と同様の工程である。方法ＭＴ２では、工程ＳＴ２４のエッチングと工程ＳＴ２９の保護膜の形成が交互に行われる。即ち、方法ＭＴ２では、膜ＳＦのエッチングと基板Ｗの表面上への保護膜の形成とが交互に実行される。
工程ＳＴ２９の保護膜の形成中に、上部電極３０（天板３４）上に保護膜が形成されることを抑制するために、方法ＭＴ２では、工程ＳＴ２９の実行前又は工程ＳＴ２９の実行中に、上部電極３０の温度が上昇される。
方法ＭＴ２では、工程ＳＴ２６において、上部電極３０の目標温度Ｔｔが温度ＴＨ１に設定される。温度ＴＨ１は、後述の工程ＳＴ２７において上部電極３０の温度が到達すべき目標温度であり、比較的高い温度である。
続く工程ＳＴ２７では、上部電極３０の温度が目標温度Ｔｔに上昇される。工程ＳＴ２７は、工程ＳＴ２７ａ及び工程ＳＴ２７ｂを含む。工程ＳＴ２７ａでは、分流弁７４が開かれる。分流弁７４の開度は、予め定められていてもよい。或いは、分流弁７４の開度は、上部電極３０の温度を目標温度Ｔｔに設定するように、設定される。例えば、分流弁７４の開度は、温度センサ７９によって測定される上部電極３０の温度Ｔｃと目標温度Ｔｔとの差を減少させるように、調整される。
続く工程ＳＴ２７ｂでは、上部電極３０が加熱される。上部電極３０は、ヒータ７５によって加熱されてもよい。或いは、又は、ヒータ７５による加熱に加えて、工程ＳＴ２７ｂでは、内部空間１０ｓの中で不活性ガスのプラズマが生成されてもよい。不活性ガスは、ガスソース群４０から供給される。不活性ガスは、例えば希ガスである。工程ＳＴ２７ｂでプラズマが生成される場合には、内部空間１０ｓの中の圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ２７ｂでプラズマが生成される場合には、第１の高周波電力が供給される。工程ＳＴ２７ｂにおいてプラズマが生成される場合には、プラズマからの熱が上部電極３０に伝達することにより、上部電極３０の温度が上昇する。
図９及び図１０の各々は、図８に示す方法に関連するタイミングチャートの例を示す図である。図９及び図１０において、横軸は時間を表している。図９及び図１０において、縦軸の「入熱」は、上部電極３０に対する入熱を表している。上部電極３０に対する入熱は、ヒータ７５又はプラズマから与えられる。図９及び図１０において、縦軸の「膨張弁の開度」は、膨張弁７３の開度を表している。膨張弁の開度が１００％であることは、膨張弁７３が完全に開かれていることを表しており、膨張弁の開度が０％であることは、膨張弁７３が閉じられていることを表している。図９及び図１０において、縦軸の「気化圧力」は、流路３０ｆにおける冷媒の気化圧力を表している。図９及び図１０において、縦軸の「気化温度」は、流路３０ｆにおける冷媒の気化温度を表している。図９及び図１０において、縦軸の「分流弁の開度」は、分流弁７４の開度を表している。分流弁の開度が１００％であることは、分流弁７４が完全に開かれていることを表しており、分流弁の開度が０％であることは、分流弁７４が閉じられていることを表している。図９及び図１０において、縦軸の「乾き度は」は、チラーユニット７０から流路３０ｆに供給される冷媒の乾き度を表している。乾き度が１００％であることは、流路３０ｆに供給される冷媒が飽和蒸気になっていることを表している。乾き度が０％であることは、流路３０ｆに供給される冷媒が飽和液になっていることを表している。図９及び図１０において、縦軸の「抜熱量」は、冷媒の上部電極３０からの抜熱量を表している。図９及び図１０において、縦軸の「上部電極の温度」は、上部電極３０の温度を表している。
工程ＳＴ２７において上部電極３０の温度は、一つ以上の段階で上昇されてもよい。図９及び図１０に示す例では、上部電極３０の温度は、二段階で上昇されている。図９に示す例では、上部電極３０の温度を一段階目で上昇させるときに、膨張弁７３の開度が段階的に増加されている。図１０に示すように、工程ＳＴ２７における上部電極３０の温度上昇の各段階において、膨張弁７３の開度は一定であってもよい。
続く工程ＳＴ２８では、上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ３よりも小さいか否かが判定される。工程ＳＴ２８において上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ３以上であると判定される場合には、工程ＳＴ２７が継続して実行される。一方、上部電極３０の温度ＴＣと目標温度Ｔｔとの差の絶対値が所定値Ｔ３よりも小さいと判定される場合には、工程ＳＴ２９が実行される。工程ＳＴ２９は、工程ＳＴ２７と並行して実行されてもよい。
工程ＳＴ２９では、チャンバ１０の中で、基板Ｗ上に保護膜ＰＦが形成される。保護膜ＰＦは、側壁面ＳＷを保護するために基板Ｗの表面上に形成される（図１１参照）。側壁面ＳＷは、開口ＯＰを画成する面であり、開口ＯＰは、工程ＳＴ２４のエッチングにより膜ＳＦに形成される。保護膜ＰＦは、側壁面ＳＷを保護することが可能な任意の膜であり得る。保護膜ＰＦは、例えばシリコン酸化膜又はタングステン膜である。
保護膜ＰＦは、任意の成膜法により形成される。一実施形態では、保護膜ＰＦは、原子層堆積法により形成される。図１２は、保護膜の形成のための一例の成膜処理を示す流れ図である。一例の工程ＳＴ２９において保護膜ＰＦの成膜のために実行される成膜処理は、工程ＳＴ２９１〜工程ＳＴ２９５を含む。
工程ＳＴ２９１では、内部空間１０ｓに前駆体ガスが供給される。前駆体ガスは、ガスソース群４０から供給される。保護膜ＰＦがシリコン酸化膜である場合には、前駆体ガスは、シリコン含有ガスである。シリコン含有ガスは、例えばアミノシランガスである。保護膜ＰＦがタングステン膜である場合には、前駆体ガスは、タングステン含有ガスである。タングステン含有ガスは、例えばハロゲン化タングステンガスである。ハロゲン化タングステンガスとして、ＷＦ６ガス又はＷＣｌ６ガスが例示される。工程ＳＴ２９１では、内部空間１０ｓにおける圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ２９１において供給された前駆体ガス中の前駆体は、基板Ｗの表面に吸着される。
続く工程ＳＴ２９２では、内部空間１０ｓのパージが実行される。工程ＳＴ２９２では、排気装置５０によって内部空間１０ｓの中のガスが排気される。工程ＳＴ２９２では、内部空間１０ｓに、ガスソース群４０から不活性ガスが供給されてもよい。不活性ガスは、例えば希ガスである。
続く工程ＳＴ２９３では、内部空間１０ｓの中で反応性ガスのプラズマが生成される。反応性ガスは、ガスソース群４０から供給される。工程ＳＴ２９３では、内部空間１０ｓにおける圧力が指定された圧力に設定されるよう、排気装置５０が制御される。工程ＳＴ２９３では、反応性ガスのプラズマの生成のために、第１の高周波電力が供給される。工程ＳＴ２９３では、第２の高周波電力が更に供給されてもよい。
反応性ガスは、基板Ｗ上に形成された前駆体と反応する任意の化学種を含むガスである。保護膜ＰＦがシリコン酸化膜である場合には、反応性ガスは、酸素含有ガスである。酸素含有ガスとしては、酸素ガス（Ｏ２ガス）が例示される。保護膜ＰＦがタングステン膜である場合には、反応性ガスは、例えば水素ガス（Ｈ２ガス）である。なお、水素ガスのプラズマからの水素化学種は、基板Ｗ上のハロゲン化タングステンに含まれるハロゲン原子と結合し、ハロゲン化タングステンからハロゲン原子を離脱させる。その結果、保護膜ＰＦとしてタングステン膜が形成される。
続く工程ＳＴ２９４では、内部空間１０ｓのパージが実行される。工程ＳＴ２９４では、排気装置５０によって内部空間１０ｓの中のガスが排気される。工程ＳＴ２９４では、内部空間１０ｓに、ガスソース群４０から不活性ガスが供給されてもよい。不活性ガスは、例えば希ガスである。
続く工程ＳＴ２９５では、停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴ２９５では、工程ＳＴ２９１〜工程ＳＴ２９４を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合に、停止条件が満たされていると判定される。工程ＳＴ２９５において停止条件が満たされていないと判定される場合には、再び工程ＳＴ２９１からシーケンスが実行される。一方、工程ＳＴ２９５において停止条件が満たされていると判定される場合には、保護膜ＰＦの形成が終了し、方法ＭＴ２は、工程ＳＴ３０に遷移する。
続く工程ＳＴ３０では、停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴ３０では、工程ＳＴ２４と工程ＳＴ２９の繰り返しの回数が所定回数に達している場合に、停止条件が満たされていると判定される。即ち、工程ＳＴ３０では、工程ＳＴ２２〜工程ＳＴ２９を含むシーケンスの実行回数が所定回数に達している場合に、停止条件が満たされていると判定される。
工程ＳＴ３０において停止条件が満たされていないと判定される場合には、工程ＳＴ３１が実行される。工程ＳＴ３１では、上部電極３０の目標温度Ｔｔが、上述の温度ＴＬ、即ち比較的低い温度に設定される。続く工程ＳＴ３２では、上部電極３０の加熱が停止される。工程ＳＴ３２では、分流弁７４が閉じられる。また、ヒータ７５によって上部電極３０が加熱されている場合には、ヒータ７５による上部電極３０の加熱が停止される。内部空間１０ｓの中でプラズマが生成されることにより上部電極３０が加熱されている場合には、プラズマの生成が停止される。そして、工程ＳＴ２２からの処理が再び実行される。
一方、工程ＳＴ３０において停止条件が満たされていると判定されると、膜ＳＦのエッチングが完了する。膜ＳＦのエッチングが完了した状態では、図１１に示すように、開口ＯＰが膜ＳＦに形成される。開口ＯＰは、マスクＭＫの開口ＯＭに連続し、下地領域ＵＲの上面まで延び得る。膜ＳＦのエッチングが完了した後には、方法ＭＴ２は、工程ＳＴ３３に遷移する。工程ＳＴ３３では、上部電極３０の目標温度Ｔｔが温度ＴＨ２に設定される。温度ＴＨ２は、後述の工程ＳＴ３４において上部電極３０の温度が到達すべき目標温度であり、比較的高い温度である。
続く工程ＳＴ３４では、上部電極３０の温度が目標温度Ｔｔに上昇される。工程ＳＴ３４は、方法ＭＴ１の工程ＳＴ８と同様の工程である。工程ＳＴ３４は、工程ＳＴ３４ａ及び工程ＳＴ３４ｂを含む。工程ＳＴ３４ａは、工程ＳＴ８ａと同様の工程である。工程ＳＴ３４ａでは、分流弁７４が開かれる。分流弁７４の開度は、予め定められていてもよい。或いは、分流弁７４の開度は、上部電極３０の温度を目標温度Ｔｔに設定するように、設定される。例えば、分流弁７４の開度は、温度センサ７９によって測定される上部電極３０の温度Ｔｃと目標温度Ｔｔとの差を減少させるように、調整される。
続く工程ＳＴ３４ｂは、工程ＳＴ８ｂと同様の工程である。工程ＳＴ３４ｂでは、上部電極３０が加熱される。上部電極３０は、ヒータ７５によって加熱されてもよい。或いは、又は、ヒータ７５による加熱に加えて、工程ＳＴ３４ｂでは、内部空間１０ｓの中で不活性ガスのプラズマが生成されてもよい。工程ＳＴ３４ｂにおいてプラズマが生成される場合には、プラズマからの熱が上部電極３０に伝達することにより、上部電極３０の温度が上昇する。
続く工程ＳＴ３５は、方法ＭＴ１の工程ＳＴ９と同様の工程である。続く工程ＳＴ３５６は、工程ＳＴ１０と同様の工程である。工程ＳＴ１０では、クリーニングガスのプラズマからの化学種によってチャンバ１０の内壁面上の堆積物が除去される。なお、工程ＳＴ３６は、工程ＳＴ３４と並行して実行されてもよい。工程ＳＴ３６の実行後、方法ＭＴ２は終了する。
方法ＭＴ２では、保護膜ＰＦの形成中に、上部電極３０の温度が高い温度に設定される。したがって、保護膜ＰＦが上部電極３０に付着する確率が低下する。また、方法ＭＴ２では、上部電極３０の温度を、短時間で上昇させることができる。さらに、方法ＭＴ２では、側壁面ＳＷ上に保護膜ＰＦが形成される。したがって、膜ＳＦのエッチングによって開口ＯＰが横方向（開口ＯＰの深さ方向に直交する方向）に拡大することが抑制される。
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、本開示における温度制御方法は、少なくとも、工程ＳＴ２のように上部電極を冷却する工程と、工程ＳＴ８のように上部電極の温度を上昇させる工程を含んでいればよい。一例では、上部電極３０を冷却した状態で基板処理が行われた後に、プラズマ処理装置のメンテナンスの前に、工程ＳＴ８のように上部電極の温度を上昇させてもよい。
また、方法ＭＴ１及び方法ＭＴ２において用いられる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り、上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせることができ、且つ、上部電極を冷却可能であれば、任意のプラズマ処理装置であってもよい。
また、プラズマ処理装置１は、上部電極３０の代わりに、図１３に示す上部電極３０Ａを備えていてもよい。図１３は、種々の実施形態に係る温度制御方法の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の上部電極の一例を示す図である。上部電極３０Ａは、天板３４及び支持体３６Ａを有している。支持体３６Ａは、上部電極３０の支持体３６とは異なっている。即ち、上部電極３０Ａは、支持体の構造において上部電極３０と異なっている。
支持体３６Ａには、支持体３６と同様に、ガス拡散室３６ａ及び複数のガス孔３６ｂが形成されている。支持体３６Ａには、流路３０ｆは形成されておらず、第１空間３０１及び第２空間３０２が形成されている。第１空間３０１は、第２空間３０２の上方で延在している。第１空間３０１及び第２空間３０２は、平面視においては略円形の平面形状を有している。第１空間３０１と第２空間３０２との間では、壁部３０３が延在している。壁部３０３は、水平方向に延在している。
第１空間３０１は、入口３０ｉに接続されており、入口３０ｉは、チラーユニット７０の出力ポートに接続されている。入口３０ｉを提供する流路は、支持体３６内において第１空間３０１から上方に延びている。即ち、チラーユニット７０から出力された冷媒は、上方から第１空間３０１に供給される。
第２空間３０２を画成する底面３０２ｂは、複数の突出部３０２ｐを提供している。複数の突出部３０２ｐの各々は、底面３０２ｂにおける周囲の領域から上方に突き出している。複数の突出部３０２ｐは、底面３０２ｂ内において二次元的に分散されている。壁部３０３には、複数の貫通孔３０３ｈが形成されている。複数の貫通孔３０３ｈの各々は、鉛直方向に延びており、第１空間３０１と第２空間３０２とを連通させている。複数の貫通孔３０３ｈの各々の下端は、複数の突出部３０２ｐのうち対応の突出部に対面している。チラーユニット７０から第１空間３０１に供給された冷媒は、複数の貫通孔３０３ｈを介して複数の突出部３０２ｐに向けて吐出されることにより、第２空間３０２に供給される。
第２空間３０２は、出口３０ｅに接続されており、出口３０ｅは、チラーユニット７０の戻りポートに接続されている。出口３０ｅを提供する流路は、支持体３６内において第２空間３０２から上方に延びている。即ち、第２空間３０２において液化は、上方から冷媒が供給される。第２空間３０２に供給されて気化した冷媒は、第２空間３０２から上方に排出されて、チラーユニット７０に戻される。
１…プラズマ処理装置、３０…上部電極、３０ｆ…流路、３０ｉ…入口、３０ｅ…出口、７１…圧縮機、７２…凝縮器、７３…膨張弁、７４…分流弁。

Claims (5)

  1. 容量結合型プラズマ処理装置の上部電極の温度制御方法であって、
    前記上部電極を冷却する工程と、
    前記上部電極を冷却する前記工程の実行中に、前記プラズマ処理装置のチャンバ内で生成されたプラズマにより基板の膜をエッチングする工程であり、該基板は該チャンバ内に設けられた支持台上に載置されており、該支持台は下部電極を含む、該工程と、
    膜をエッチングする前記工程の実行中に前記上部電極において負極性のバイアス電圧を生じさせる工程と、
    前記上部電極の温度を上昇させる工程と、
    前記基板の表面上に保護膜を形成する工程と、
    を含み、
    保護膜を形成する前記工程の実行前又は実行中に、前記上部電極の温度を上昇させる前記工程が実行され、
    基板の膜をエッチングする前記工程と保護膜を形成する前記工程が交互に実行され、
    前記上部電極内には入口及び出口を有する流路が形成されており、該上部電極は蒸発器を構成しており、
    前記流路の前記出口と前記入口との間には、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁が順に接続されており、
    前記圧縮機の出力と前記入口との間には、前記凝縮器と前記膨張弁をバイパスするように、分流弁が接続されており、
    前記上部電極を冷却する前記工程において、前記圧縮機、前記凝縮器、及び前記膨張弁を介して冷媒が前記流路に供給され、
    前記上部電極の温度を上昇させる前記工程において、前記分流弁が開かれ、且つ、前記上部電極が加熱される、
    温度制御方法。
  2. 前記基板の前記膜は、シリコンを含有し、
    膜をエッチングする前記工程では、炭素、水素、及びフッ素を含む処理ガスの前記プラズマが生成される、
    請求項１に記載の温度制御方法。
  3. 前記基板の前記膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を有する多層膜である、請求項２に記載の温度制御方法。
  4. 前記上部電極の温度を上昇させる前記工程において、前記上部電極がヒータによって加熱される、請求項１〜３の何れか一項に記載の温度制御方法。
  5. 前記上部電極の温度を上昇させる前記工程において、前記プラズマ処理装置のチャンバ内で生成されたプラズマからの熱により、前記上部電極が加熱される、請求項１〜３の何れか一項に記載の温度制御方法。
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