JP7045883B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本開示の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
従来、プラズマ処理装置を用いて載置台に載置された半導体ウェハ等の基板をプラズマ処理する。プラズマ処理の一例として、プラズマエッチングがある。基板のエッチングにより生成される反応生成物が、基板の周縁部や載置面の周縁部に付着することがある。載置面の周縁部に付着した反応生成物は、載置面と基板との間の吸着を阻害する要因となりうる。
ここで、処理容器の内部に設けられる部材に付着した反応生成物を除去する手法として、例えば、載置台の載置面に基板が載置されていない状態で、処理ガスのプラズマにより反応生成物を除去する手法がある。処理ガスとしては、例えば、酸素含有ガスが用いられる。
特開平７－７８８０２号公報
ところで、基板のエッチングは、載置台の内部に形成された冷媒流路に０℃以下の冷媒を通流させながら、行われる場合がある。したがって、エッチングに応じた反応生成物を処理ガスのプラズマにより載置台の載置面の周縁部から除去する場合に、例えば載置台等に印加されるプラズマ生成用の高周波電力を増加することが考えられる。
しかしながら、載置台の載置面に基板が載置されていない状態でプラズマを生成すると載置面が直接プラズマに曝されるので、載置面が損傷を受けうる。このため、載置面に損傷を与えることなく、反応生成物を載置面の周縁部から適切に除去することが期待されている。
開示するプラズマ処理方法は、１つの実施態様において、載置台の内部に形成された冷媒流路に０℃以下の冷媒を通流させながら、前記載置台の載置面に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、前記載置台の載置面に前記基板に代えてダミー基板を載置する載置工程と、前記載置台の載置面に前記ダミー基板が載置された状態で、前記ダミー基板を介して処理ガスのプラズマにより前記載置面を加熱しながら、前記処理ガスのプラズマにより前記基板のプラズマ処理に応じた反応生成物を前記載置面の周縁部から除去する除去工程とを含む。
開示するプラズマ処理方法の１つの態様によれば、基板をプラズマ処理することにより生じた反応生成物を載置台の載置面の周縁部から適切に除去することができる。
図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置１の縦断面の一例を示す図である。 図２は、一実施形態に係るプラズマエッチング装置によるプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図３は、エッチング工程が行われた後のウェハ及び載置台の載置面の状態の一例を示す図である。 図４は、伝熱ガスの供給の有無に応じた反応生成物の除去性能の測定結果の一例を示す図である。 図５は、圧力に応じた反応生成物の除去性能の測定結果の一例を示す図である。 図６は、処理ガスの種類に応じた反応生成物の除去性能の測定結果の一例を示す図である。 図７は、一実施形態における載置台及びチラーの構造の変形例１を示す図である。 図８は、一実施形態における載置台及びチラーの構造の変形例２を示す図である。 図９は、一実施形態における載置台及びチラーの構造の変形例３を示す図である。 図１０は、一実施形態における載置台及びチラーの構造の変形例４を示す図である。 図１１は、一実施形態における載置台及びチラーの構造の変形例５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。
（一実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成）
まず、一実施形態に係るプラズマエッチング装置１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置１の縦断面の一例を示す図である。本実施形態に係るプラズマエッチング装置１は、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置の一例である。本実施形態に係るプラズマエッチング装置１では、半導体ウェハをプラズマエッチングするが、これに限らず、プラズマ処理装置にて成膜やスパッタなどの所望のプラズマ処理が行われる。本実施形態に係るプラズマエッチング装置１は、チャンバ１０内に載置台２０とガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。載置台２０は下部電極としても機能し、ガスシャワーヘッド２５は上部電極としても機能する。
プラズマエッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、電気的に接地されている。チャンバ１０の底部には、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハＷ」という。）を載置するための載置台２０が設けられている。ウェハＷは、基板の一例である。載置台２０は、ウェハＷを静電吸着力により保持する静電チャック１０６と、静電チャック１０６を支持する基台１０４とを有する。
基台１０４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。
基台１０４の上面には、ウェハを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧ＨＶが印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。静電チャック１０６の上面には、ウェハＷを保持するための保持面と、保持面よりも高さが低い部分である周縁部とが形成されている。静電チャック１０６の保持面に、ウェハＷが載置される。以下では、静電チャック１０６の保持面を「載置台２０の載置面」と適宜表記するものとする。
静電チャック１０６の周縁部には、載置台２０の載置面に載置されたウェハＷを囲むようにフォーカスリング１０８が配置されている。フォーカスリング１０８は、例えばシリコンや石英から形成されている。フォーカスリング１０８は、エッチングの面内均一性を高めるように機能する。
また、フォーカスリング１０８の下方の静電チャック１０６の内部には、チャック電極
４０６ａ、４０６ｂが設けられている。チャック電極４０６ａには、直流電圧源４１２ａ
が接続され、直流電圧源４１２ａからチャック電極４０６ａに直流電圧ＨＶ－Ａが印加さ
れる。同様に、チャック電極４０６ｂには、直流電圧源４１２ｂが接続され、直流電圧源
４１２ｂからチャック電極４０６ｂに直流電圧ＨＶ－Ｂが印加される。これにより、クー
ロン力によって静電チャック１０６とフォーカスリング１０８とが静電吸着される。
また、載置台２０（基台１０４）の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体（以下、「冷媒」ともいう。）は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを通流して循環する。冷媒により、載置台２０及び静電チャック１０６は抜熱され、冷却される。
伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウェハＷの裏面に供給する。かかる構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハＷを所定の温度に制御することができる。伝熱ガス供給源８５及びガス供給ライン１３０は、ウェハＷの裏面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構の一例である。
載置台２０には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電源３４とを有する。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して載置台２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、４０ＭＨｚの第１高周波電力を載置台２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、４００ｋＨｚの第２高周波電力を載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、第１高周波電力は載置台２０に印加されるが、ガスシャワーヘッド２５に印加されてもよい。
第１整合器３３は、第１高周波電源３２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。第２整合器３５は、第２高周波電源３４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。第１整合器３３は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
ガスシャワーヘッド２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介してチャンバ１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２５は、図１に示すように電気的に接地してもよい。また、可変直流電源を接続してガスシャワーヘッド２５に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるようにしてもよい。
ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンター部の拡散室５０ａ及びエッジ部の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。
チャンバ１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によってチャンバ１０内が排気される。これにより、チャンバ１０内を所定の真空度に維持することができる。チャンバ１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、チャンバ１０からウェハＷの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。
プラズマエッチング装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、後述されるプラズマ処理等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、ウェハＷ温度（静電チャック温度）など）、チラー１０７から出力される冷媒の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
例えば、制御部１００は、後述するプラズマ処理方法を行うようにプラズマエッチング装置１の各部を制御する。
（一実施形態に係るプラズマ処理方法）
図２は、一実施形態に係るプラズマエッチング装置１によるプラズマ処理方法の一例を示すフローチャートである。
図２に示すように、制御部１００は、プラズマエッチング装置１の各部を制御して、載置台２０の内部に形成された冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の温度を０℃以下の温度に設定する（ステップＳ１０１）。具体的には、制御部１００は、チラー１０７を制御して、０℃以下の冷媒を冷媒流路１０４ａに通流させる。ステップＳ１０１以降の処理は、０℃以下の冷媒を冷媒流路１０４ａに通流させながら、行われる。制御部１００は、チャンバ１０にウェハＷが搬入されると、ウェハＷを載置台２０の載置面に載置する（ステップＳ１０２）。
続いて、制御部１００は、プラズマエッチング装置１の各部を制御して、載置台２０の載置面に載置されたウェハＷをエッチングする（ステップＳ１０３）。具体的には、制御部１００は、ガス供給源１５を制御して、チャンバ１０内に処理ガスを供給し、第１高周波電源３２を制御して、プラズマ生成用の第１高周波電力を載置台２０に印加する。これにより、チャンバ１０内に、処理ガスのプラズマが生成され、処理ガスのプラズマにより、ウェハＷがエッチングされる。この際、制御部１００は、第２高周波電源３４を制御して、イオン引き込み用の第２高周波電力を載置台２０に印加しても良い。ステップＳ１０３は、プラズマ処理工程の一例である。
エッチングが行われた後のウェハＷ及び載置台２０の載置面の状態は、例えば図３に示す状態となる。図３は、エッチングが行われた後のウェハＷ及び載置台２０の載置面の状態の一例を示す。ウェハＷのエッチングが行われると、ウェハＷのエッチングにより生成される反応生成物３０１が、図３に示すように、ウェハＷの周縁部や、載置台２０の載置面（つまり、静電チャック１０６の保持面）の周縁部に付着する。図３において、載置台２０の載置面の周縁部とは、例えば、ウェハＷとの間の距離がウェハＷの径方向に向けて大きくなる傾斜面に相当する。したがって、エッチングに応じた反応生成物３０１を処理ガスのプラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から除去する場合に、載置台２０に印加されるプラズマ生成用の第１高周波電力を増加することが考えられる。
図２の説明に戻る。続いて、制御部１００は、プラズマエッチング装置１の各部を制御して、載置台２０の載置面において、ウェハＷをダミー基板に置換する（ステップＳ１０４）。これにより、載置台２０の載置面は、ダミー基板によって覆われる。
続いて、制御部１００は、プラズマエッチング装置１の各部を制御して、載置台２０の載置面にダミー基板が載置された状態で、ダミー基板を介して処理ガスのプラズマにより載置面を加熱しながら、処理ガスのプラズマによりウェハＷのエッチングに応じた反応生成物３０１を載置面の周縁部から除去する（ステップＳ１０５）。
具体的には、制御部１００は、ガス供給源１５を制御して、チャンバ１０内に処理ガスを供給する。制御部１００は、第１高周波電源３２を制御して、プラズマ生成用の第１高周波電力を載置台２０に印加する。これにより、チャンバ１０内に、処理ガスのプラズマが形成され、処理ガスのプラズマによりダミー基板を介して載置台２０の載置面が加熱される。その結果、ダミー基板の周縁部の下面に回り込む処理ガスのプラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が除去される。この際、載置台２０の載置面は、ダミー基板によって保護されるので、プラズマ生成用の第１高周波電力が増加される場合であっても、プラズマから載置台２０の載置面に与えられる損傷が抑制される。ステップＳ１０５は、除去工程の一例である。
また、制御部１００は、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、載置台２０の載置面とダミー基板の下面との間に伝熱ガスを供給しない。具体的には、制御部１００は、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、伝熱ガス供給源８５を制御して、ダミー基板の裏面への伝熱ガスの供給を停止する。これにより、ダミー基板から載置台２０への熱の移動が抑制されるので、載置台２０の載置面の加熱が促進される。その結果、処理ガスのプラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が効率的に除去される。
図４は、伝熱ガスの供給の有無に応じた反応生成物の除去性能の一例を示す図である。図４に示す測定では、測定用基板を用いて除去工程を実行した。測定用基板の周縁部には、ウェハＷのエッチングにより生成される反応生成物（デポ）を付着させた。除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部をその側方から観察し、測定用基板の周縁部におけるデポの有無を判定することによって、載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が除去されているか否かを判定した。ただし、実施例では、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、載置台２０の載置面と測定用基板の下面との間に伝熱ガスを供給しなかった。これに対して、参考例では、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、伝熱ガスの圧力が１５Ｔｏｒｒとなるように、載置台２０の載置面と測定用基板の下面との間に伝熱ガスを供給した。参考例及び実施例では、その他の条件として、一例として、チャンバ１０の内部の圧力：４００ｍＴｏｒｒ、第１高周波電力：５５００Ｗ、第２高周波電力：５００Ｗ、処理ガス及び流量比：ＣＦ４／Ｏ２＝１７／２８３（流量比）、冷媒の温度：－３０℃以下の温度が用いられた。なお、第２高周波電力は、印加されてもよいし、印加されなくてもよい。
図４において、「Ｈｅ ＢＰ１５Ｔｏｒｒ」は、参考例における除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部の状態を示し、「Ｈｅ ＢＰ０Ｔｏｒｒ」は、実施例における除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部の状態を示す。
図４に示すように、参考例では、測定用基板の周縁部にデポが残存していた。これに対して、実施例では、測定用基板の周縁部からデポが除去された。すなわち、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、載置台２０の載置面とダミー基板の下面との間に伝熱ガスを供給しないことにより、載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が効率的に除去されることが分かった。
除去工程の説明に戻る。除去工程において、チャンバ１０の内部の圧力は、処理ガスのプラズマをダミー基板の下面の周縁部に回り込ませる所定圧力に維持される。例えば、除去工程において、チャンバ１０の内部の圧力は、４００ｍＴｏｒｒ以上の圧力に維持される。これにより、ダミー基板の周縁部の下面に回り込んで載置台２０の載置面の周縁部に到達する処理ガスのプラズマの密度が増大される。その結果、処理ガスのプラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が効率的に除去される。
図５は、圧力に応じた反応生成物の除去性能の一例を示す。図５に示す測定では、測定用基板を準備し、測定用基板を用いて除去工程を実行した。測定用基板の周縁部には、ウェハＷのエッチングにより生成される反応生成物（デポ）を付着させた。除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部をその側方から観察し、測定用基板の周縁部におけるデポの有無を判定することによって、載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が除去されたか否かを判定した。ただし、実施例１では、除去工程が実行される際に、チャンバ１０の内部の圧力が、４００ｍＴｏｒｒに維持された。これに対して、参考例１では、除去工程が実行される際に、チャンバ１０の内部の圧力が、４０ｍＴｏｒｒに維持された。また、参考例２では、除去工程が実行される際に、チャンバ１０の内部の圧力が、１００ｍＴｏｒｒに維持された。また、参考例３では、除去工程が実行される際に、チャンバ１０の内部の圧力が、２００ｍＴｏｒｒに維持された。また、参考例４では、除去工程が実行される際に、チャンバ１０の内部の圧力が、３００ｍＴｏｒｒに維持された。参考例１～４及び実施例１では、その他の条件として、第１高周波電力：５５００Ｗ、第２高周波電力：５００Ｗ、処理ガス及び流量比：ＣＦ４／Ｏ２＝１７／２８３（流量比）、冷媒の温度：－３７℃、伝熱ガス：供給なしが用いられた。
図５において、「４０ｍＴｏｒｒ」、「１００ｍＴｏｒｒ」、「２００ｍＴｏｒｒ」及び「３００ｍＴｏｒｒ」は、それぞれ、参考例１～４における除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部の状態を示す。これに対して、「４００ｍＴｏｒｒ」は、実施例１における除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部の状態を示す。
図５に示すように、チャンバ１０の内部の圧力が４００ｍＴｏｒｒ未満に維持された参考例１～４では、測定用基板の周縁部にデポが残存していた。これに対して、チャンバ１０の内部の圧力が４００ｍＴｏｒｒに維持された実施例１では、測定用基板の周縁部からデポが除去された。すなわち、除去工程において、チャンバ１０の内部の圧力を４００ｍＴｏｒｒに維持することにより、載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が効率的に除去されることが分かった。
除去工程の説明に戻る。除去工程において用いられる処理ガスは、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含む混合ガスである。フッ素含有ガスは、例えば、ＣＦ４、ＮＦ３及びＣ４Ｆ８等、構成元素にフッ素を含むガスの少なくともいずれか一つを含む。酸素含有ガスは、例えば、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２及びＣＯＳの少なくともいずれか一つを含む。ここで、エッチングに応じた反応生成物は、炭素（Ｃ）成分、フッ素（Ｆ）成分及びシリコン（Ｓｉ）成分を含む。混合ガスに含まれる酸素含有ガスは、反応生成物に含まれるＣ成分及びＦ成分と反応してこれらを除去する機能を有する。混合ガスに含まれるフッ素含有ガスは、反応生成物に含まれるＳｉ成分と反応してこれらを除去する機能を有する。
図６は、処理ガスの種類に応じた反応生成物の除去性能の一例を示す。図６に示す測定では、測定用基板を準備し、測定用基板を用いて除去工程を実行した。測定用基板の周縁部には、ウェハＷのエッチングにより生成される反応生成物（デポ）を付着させた。その上で、除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部を側方から観察し、測定用基板の周縁部におけるデポの有無を判定することによって、載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が除去されたか否かを判定した。ただし、実施例１では、処理ガス及び流量比として、ＣＦ４／Ｏ２＝１／１４９（流量比）を用いて除去工程が実行された。また、実施例２では、処理ガス及び流量比として、ＣＦ４／Ｏ２＝１７／２８３（流量比）を用いて除去工程が実行された。また、実施例３では、処理ガス及び流量比として、ＮＦ３／Ｏ２＝１／１７（流量比）を用いて除去工程が実行された。これに対して、参考例１では、処理ガスとして、Ｏ２を用いて除去工程が実行された。参考例１及び実施例１～３では、その他の条件として、チャンバ１０の内部の圧力：４００ｍＴｏｒｒ、第１高周波電力：５５００Ｗ、第２高周波電力：５００Ｗ、冷媒の温度：－３０℃以下の温度、伝熱ガス：供給なしが用いられた。
図６において、「Ｏ２」は、参考例１における除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部の状態を示す。これに対して、「ＣＦ４／Ｏ２＝１／１４９（流量比）」、「ＣＦ４／Ｏ２＝１７／２８３（流量比）」及び「ＮＦ３／Ｏ２＝１／１７（流量比）」は、それぞれ、実施例１～３における除去工程が実行された後の測定用基板の周縁部の状態を示す。
図６に示すように、Ｏ２を用いる場合、測定用基板の周縁部にデポが残存していた。これに対して、ＣＦ４／Ｏ２＝１／１４９（流量比）を用いる場合、Ｏ２＝１５００ｓｃｃｍを用いる場合と比較して、測定用基板の周縁部に残存するデポの量が減少した。さらに、ＣＦ４／Ｏ２＝１７／２８３（流量比）及びＮＦ３／Ｏ２＝１／１７（流量比）を用いる場合、測定用基板の周縁部からデポが除去された。すなわち、除去工程において、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含む混合ガスを処理ガスとして用いることにより、載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１が効率的に除去されることが分かった。
除去工程の説明に戻る。制御部１００は、除去工程において、載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物３０１を除去するとともに、チャンバ１０内に配置された載置台２０以外の他の部材から反応生成物３０１を除去する。すなわち、反応生成物３０１は、載置台２０以外の他の部材にも付着するので、制御部１００は、処理ガスのプラズマにより載置台２０の載置面の周縁部及び載置台２０以外の他の部材から反応生成物３０１を同時に除去する。載置台２０以外の他の部材は、例えば、チャンバ１０の側壁や、ガスシャワーヘッド２５等である。
以上、一実施形態によれば、載置台２０の載置面に載置された基板をエッチングし、載置台の載置面に基板に代えてダミー基板が載置された状態で、プラズマにより載置面を加熱しながら、エッチングに応じた反応生成物を載置面の周縁部から除去する。この際、載置台２０の載置面は、ダミー基板によって保護されるので、プラズマ生成用の高周波電力が増加される場合であっても、プラズマから載置台２０の載置面に与えられる損傷が抑制される。この結果、載置台２０の載置面に損傷を与えることなく、エッチングに応じた反応生成物を載置台２０の載置面の周縁部から適切に除去することができる。
（他の実施形態）
以上、一実施形態に係るプラズマエッチング装置及びプラズマ処理方法について説明したが、これに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。
（載置台の載置面の加熱）
上記実施形態では、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、載置台２０の載置面とダミー基板の下面との間に伝熱ガスを供給しない例を示したが、載置台２０の載置面の加熱を促進するための構造は、これに限定されない。以下では、載置台２０の載置面の加熱を促進するための載置台２０及びチラー１０７の構造の変形例１～５について、説明する。
図７は、一実施形態における載置台２０及びチラー１０７の構造の変形例１を示す。変形例１では、載置台２０（静電チャック１０６）の内部における載置面（静電チャック１０６の保持面）の周縁部に対応する領域にヒータ１０６ｃが配置されている。
本変形例１では、制御部１００は、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、ヒータ１０６ｃにより載置面の周縁部を局所的に加熱する。これにより、プラズマからの入熱によって載置台２０の載置面が全体的に加熱されるとともに、ヒータ１０６ｃからの入熱によって載置台２０の載置面の周縁部の加熱が局所的に促進される。結果として、プラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物を効率的に除去することができる。
図８は、一実施形態における載置台２０及びチラー１０７の構造の変形例２を示す。変形例２では、載置台２０（基台１０４）の内部に形成された冷媒流路１０４ａに、三方弁１０４ｄを有する冷媒入口配管１０４ｂが接続されている。また、三方弁１０４ｄは、バイパス配管１０４ｅを介して、冷媒出口配管１０４ｃに接続されている。
本変形例２では、制御部１００は、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の流量を減少させる。具体的には、制御部１００は、エッチング工程が実行される場合に、三方弁１０４ｄとバイパス配管１０４ｅとの接続部分を閉塞する。この場合、チラー１０７から出力される冷媒は、冷媒入口配管１０４ｂを介して、冷媒流路１０４ａに供給され、冷媒流路１０４ａを通流した冷媒は、冷媒出口配管１０４ｃを介してチラー１０７へ戻る。これにより、エッチング工程が実行される場合に、チラー１０７から出力される冷媒の全てが、載置台２０（基台１０４）の内部を通流して循環し、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の流量が、チラー１０７から出力される冷媒の流量と等しくなる。
一方、制御部１００は、除去工程が実行される場合に、三方弁１０４ｄとバイパス配管１０４ｅとの接続部分を開放する。この場合、チラー１０７から出力される冷媒は、三方弁１０４ｄによって冷媒入口配管１０４ｂ及びバイパス配管１０４ｅに分岐される。冷媒入口配管１０４ｂに分岐された冷媒は、冷媒流路１０４ａに供給され、冷媒流路１０４ａを通流した冷媒は、バイパス配管１０４ｅに分岐された冷媒と冷媒出口配管１０４ｃにおいて合流し、チラー１０７へ戻る。これにより、除去工程が実行される場合に、チラー１０７から出力される冷媒の一部が、バイパス配管１０４ｅに分岐されるので、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の流量が、チラー１０７から出力される冷媒の流量と比較して、減少する。
なお、図８に示す例では、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の流量を減少させる例を示したが、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒流路１０４ａへの冷媒の供給を停止しても良い。この場合、制御部１００は、除去工程が実行される場合に、三方弁１０４ｄの冷媒流路１０４ａ側の出口を閉塞するとともに、三方弁１０４ｄとバイパス配管１０４ｅとの接続部分を開放する。これにより、チラー１０７から出力される冷媒の全てが、バイパス配管１０４ｅへ供給されることになり、冷媒流路１０４ａへの冷媒の供給が停止される。
このように、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の流量を減少させる、若しくは、冷媒流路１０４ａへの冷媒の供給を停止することで、載置台２０の載置面からの抜熱が抑制され、載置面の加熱が促進される。このため、プラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物を効率的に除去することができる。
図９は、一実施形態における載置台２０及びチラー１０７の構造の変形例３を示す。変形例３では、載置台２０（基台１０４）の内部に形成された冷媒流路１０４ａは、第１の冷媒流路１０４ａ－１と、第２の冷媒流路１０４ａ－２とを有する。第１の冷媒流路１０４ａ－１と、第２の冷媒流路１０４ａ－２とは、基台１０４の内部に互いに独立して形成されている。具体的には、第１の冷媒流路１０４ａ－１は、基台１０４の内部における載置面（つまり、静電チャック１０６の保持面）の中央部に対応する領域に渦巻き状に形成されている。第１の冷媒流路１０４ａ－１には、冷媒入口配管１０４ｂ－１及び冷媒出口配管１０４ｃ－１が接続されている。また、第２の冷媒流路１０４ａ－２は、基台１０４の内部における載置面（つまり、静電チャック１０６の保持面）の周縁部に対応する領域に渦巻き状に形成されている。第２の冷媒流路１０４ａ－２には、冷媒入口配管１０４ｂ－２及び冷媒出口配管１０４ｃ－２が接続されている。
チラー１０７は、第１のチラー１０７－１と、第２のチラー１０７－２とを有する。第１のチラー１０７－１から出力される冷媒は、冷媒入口配管１０４ｂ－１、第１の冷媒流路１０４ａ－１及び冷媒出口配管１０４ｃ－１を通流して循環する。第２のチラー１０７－２から出力される冷媒は、冷媒入口配管１０４ｂ－２、第２の冷媒流路１０４ａ－２及び冷媒出口配管１０４ｃ－２を通流して循環する。
本変形例３では、制御部１００は、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、第２の冷媒流路１０４ａ－２を通流する冷媒の流量を減少させる。具体的には、制御部１００は、エッチング工程が実行される場合に、第１のチラー１０７－１から出力される冷媒の流量と、第２のチラー１０７－２から出力される冷媒の流量とを一致させる。これにより、第２の冷媒流路１０４ａ－２を通流する冷媒の流量が、第１の冷媒流路１０４ａ－１を通流する冷媒の流量と等しくなる。
一方、制御部１００は、除去工程が実行される場合に、第１のチラー１０７－１から出力される冷媒の流量を保持しつつ、第２のチラー１０７－２から出力される冷媒の流量のみを減少させる。これにより、第２の冷媒流路１０４ａ－２を通流する冷媒の流量が、第１の冷媒流路１０４ａ－１を通流する冷媒の流量と比較して、減少する。
なお、変形例３では、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、第２の冷媒流路１０４ａ－２を通流する冷媒の流量を減少させる例を示したが、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、第２の冷媒流路１０４ａ－２への冷媒の供給を停止しても良い。この場合、制御部１００は、除去工程が実行される場合に、第２のチラー１０７－２からの冷媒の出力を停止する。これにより、第２の冷媒流路１０４ａ－２への冷媒の供給が停止される。
このように、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、第２の冷媒流路１０４ａ－２を通流する冷媒の流量を減少させる、若しくは、第２の冷媒流路１０４ａ－２への冷媒の供給を停止することで、載置台２０の載置面の周縁部の加熱が促進される。このため、プラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物を効率的に除去することができる。
図１０は、一実施形態における載置台２０及びチラー１０７の構造の変形例４を示す。変形例４では、チラー１０７は、ウェハＷのエッチングに用いられる第１の温度に調温された冷媒を貯蔵する低温タンクと、第１の温度よりも高い第２の温度に調温された冷媒を貯蔵する高温タンクとを有する。低温タンクは、例えば、－７０℃の冷媒を貯蔵し、高温タンクは、例えば、２５℃の冷媒を貯蔵する。
本変形例４では、制御部１００は、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の温度をウェハＷのエッチングに用いられる第１の温度よりも高い第２の温度へ上昇させる。具体的には、制御部１００は、エッチング工程が実行される場合に、チラー１０７の低温タンクに貯蔵された第１の温度の冷媒を冷媒流路１０４ａへ供給して通流させる。一方、制御部１００は、除去工程が実行される場合に、チラー１０７の高温タンクに貯蔵された第２の温度の冷媒を冷媒流路１０４ａへ供給して通流させる。これにより、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の温度が第１の温度から第２の温度へ上昇する。
このように、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒流路１０４ａを通流する冷媒の温度をウェハＷのエッチングに用いられる第１の温度よりも高い第２の温度へ上昇させることで、載置面の加熱が促進される。このため、プラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物を効率的に除去することができる。
図１１は、一実施形態における載置台２０及びチラー１０７の構造の変形例５を示す図である。変形例５では、冷媒として、ガスが用いられる。冷媒として用いられるガス（以下「冷媒ガス」と呼ぶ）は、例えば、フロンガスである。チラー１０７は０℃以下の温度に調温された冷媒ガスを貯蔵するガスタンクと、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃに接続された真空ポンプとを有する。
本変形例５では、制御部１００は、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒ガスを冷媒流路１０４ａから吸引する。具体的には、制御部１００は、エッチング工程が実行される場合に、チラー１０７のガスタンクに貯蔵された冷媒ガスを冷媒流路１０４ａに供給して通流させる。一方、制御部１００は、除去工程が実行される場合に、真空ポンプを制御することにより、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃを介して、冷媒流路１０４ａから冷媒ガスを吸引する。
このように、除去工程における載置台２０の載置面の加熱中に、冷媒ガスを冷媒流路１０４ａから吸引することで、載置面からの抜熱が抑制され、載置面の加熱が促進される。このため、プラズマにより載置台２０の載置面の周縁部から反応生成物を効率的に除去することができる。
また、上記説明では、個々の実施形態及び変形例毎に個別の構成及び動作を説明した。しかしながら、上記実施形態及び各変形例に係る載置台２０及びチラー１０７は、他の変形例に特有の構成要素を併せて有するものとしても良い。また、実施形態、変形例毎の組合せについても、２つに限らず、３つ以上の組合せ等、任意の形態を採ることが可能である。例えば、上記実施形態に係るプラズマエッチング装置１が、変形例１に係る載置台２０のヒータ１０６ｃと、変形例２に係る載置台２０の三方弁１０ｄ及びバイパス配管１０４ｅとを併せて有するものとしても良い。さらに、１つのプラズマエッチング装置１が、両立可能な範囲内で、上記実施例及び変形例１～５において説明した全ての構成要素を併有するものとしてもよい。
また、上記実施形態では、プラズマ処理として、ウェハＷに対するプラズマエッチングを行う場合を例に説明したが、開示技術は、その他のプラズマ処理に適用され得る。その他のプラズマ処理は、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等である。
また、上記実施形態に係るプラズマエッチング装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)処理装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置は、例えば、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)処理、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）処理装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）処理装置等であっても良い。
また、上記説明では、エッチング対象となる基板が半導体ウェハである場合を例に示したが、基板は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
１ プラズマエッチング装置
１０ チャンバ
１５ ガス供給源
２０ 載置台
２５ ガスシャワーヘッド
３２ 第１高周波電源
３４ 第２高周波電源
６５ 排気装置
８５ 伝熱ガス供給源
１００ 制御部
１０４ 基台
１０４ａ 冷媒流路
１０６ 静電チャック
１０７ チラー

Claims (12)

  1. 載置台の内部に形成された冷媒流路に０℃以下の冷媒を通流させながら、前記載置台の載置面に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、
    前記載置台の載置面に前記基板に代えてダミー基板を載置する載置工程と、
    前記載置台の載置面に前記ダミー基板が載置された状態で、前記ダミー基板を介して処理ガスのプラズマにより前記載置面を加熱しながら、前記処理ガスのプラズマにより前記基板のプラズマ処理に応じた反応生成物を前記載置面の周縁部から除去する除去工程と
    を含み、
    前記除去工程において、チャンバの内部の圧力は、４００ｍＴｏｒｒ以上の圧力に維持される、プラズマ処理方法。
  2. 前記除去工程は、前記載置面の加熱中に、前記載置面と前記ダミー基板の下面との間に伝熱ガスを供給しない請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記除去工程は、前記載置面の加熱中に、前記載置台の内部における前記載置面の周縁部に対応する領域に配置されたヒータにより前記載置面の周縁部を加熱する請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記除去工程は、前記載置面の加熱中に、前記冷媒流路を通流する冷媒の流量を減少させる、若しくは、前記冷媒流路への冷媒の供給を停止する請求項１～３のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記冷媒流路は、前記載置台の内部における前記載置面の中央部に対応する領域に形成された第１の冷媒流路と、前記載置台の内部における前記載置面の周縁部に対応する領域に形成された第２の冷媒流路とを有し、
    前記除去工程は、前記載置面の加熱中に、前記第２の冷媒流路を通流する冷媒の流量を減少させる、若しくは、前記第２の冷媒流路への冷媒の供給を停止する請求項４に記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記除去工程は、前記載置面の加熱中に、前記冷媒流路を通流する冷媒の温度を前記基板のプラズマ処理に用いられる温度よりも高い温度へ上昇させる請求項１～５のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記冷媒として、ガスが用いられ、
    前記除去工程は、前記載置面の加熱中に、前記ガスを前記冷媒流路から吸引する請求項１～６のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  8. 前記除去工程は、前記載置面の周縁部から前記基板のプラズマ処理に応じた反応生成物を除去するとともに、チャンバ内に配置された前記載置台以外の他の部材から前記反応生成物を除去する請求項１～７のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記除去工程において、チャンバの内部の圧力は、前記処理ガスのプラズマを前記ダミー基板の周縁部の下面に回り込ませる所定圧力に維持される請求項１～８のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  10. 前記処理ガスは、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含む混合ガスである請求項１～９のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
  11. 温度調整された載置台の載置面に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、
    前記載置台の載置面に前記基板に代えてダミー基板を載置する載置工程と、
    前記載置台の載置面に前記ダミー基板が載置された状態で、前記ダミー基板を介して処理ガスのプラズマにより前記載置面を加熱しながら、前記処理ガスのプラズマにより前記基板のプラズマ処理に応じた反応生成物を前記載置面の周縁部から除去する除去工程と
    を含み、
    前記除去工程において、チャンバの内部の圧力は、４００ｍＴｏｒｒ以上の圧力に維持される、プラズマ処理方法。
  12. 処理空間を提供するチャンバと、
    前記チャンバの内部に設けられ、基板が載置される載置台と、
    前記チャンバの内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
    載置台の内部に形成された冷媒流路に０℃以下の冷媒を通流させながら、載置台の載置面に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、前記載置台の載置面に前記基板に代えてダミー基板を載置する載置工程と、前記載置台の載置面に前記ダミー基板が載置された状態で、前記ダミー基板を介して処理ガスのプラズマにより前記載置面を加熱しながら、前記処理ガスのプラズマにより前記基板のプラズマ処理に応じた反応生成物を前記載置面の周縁部から除去する除去工程と、を実行する制御部と、
    を備え、
    前記除去工程において、前記チャンバの内部の圧力は、４００ｍＴｏｒｒ以上の圧力に維持される、プラズマ処理装置。
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