特許 6014513 プラズマエッチング装置及び制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6014513

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】プラズマエッチング装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

【請求項の数】16

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-31212(P2013-31212)

(22)【出願日】2013年2月20日

(65)【公開番号】特開2014-63972(P2014-63972A)

(43)【公開日】2014年4月10日

【審査請求日】2015年12月4日

(31)【優先権主張番号】特願2012-188913(P2012-188913)

(32)【優先日】2012年8月29日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】田淵 敦彦

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１７６２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５９６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４４１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２７５４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８７７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０８２７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２８３５９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／６７−２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基台を第１の温度で制御し、前記基台に配置されて被処理体が載置されるヒーターが内蔵された静電チャックの温度を前記第１の温度との温度差が前記基台と前記静電チャックとを接合する接合層の許容温度範囲内である第２の温度で制御し、前記被処理体に対して第１の処理を行う第１の処理工程と、
前記基台を前記第１の温度とは異なる第３の温度で制御し、前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を前記第３の温度との温度差が前記接合層の許容温度範囲内である第４の温度で制御し、前記被処理体に対して第２の処理を行う第２の処理工程とを含むことを特徴とする制御方法。

【請求項2】

前記第１の温度と前記第４の温度との差が前記接合層の許容温度を超える場合、前記第１の処理の後、前記第１の温度を、前記第４の温度との温度差が前記接合層の許容温度範囲内となるように前記第３の温度に変更する変更工程と
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。

【請求項3】

前記基台は、前記基台内に設けられた流路をチラーによって冷却媒体が循環させられ、
前記基台の温度は、前記冷却媒体の温度を制御することで制御されることを特徴とする請求項２に記載の制御方法。

【請求項4】

前記基台は、前記基台内に設けられた流路をチラーによって冷却媒体が循環させられ、
前記チラーは、前記基台内に設けられた前記流路の入口に前記冷却媒体を送り、前記流路の出口から出てきた前記冷却媒体を受け付け、前記冷却媒体の温度を制御した上で前記流路に再度送ることで、前記流路に前記冷却媒体を循環させるものであって、
前記変更工程は、前記流路の出口から出てきた前記冷却媒体の温度を測定し、当該測定した温度に基づいて、前記流路の入口に送る前記冷却媒体の温度を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の制御方法。

【請求項5】

前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を上げる場合に、前記変更工程は、前記第２の温度を前記第４の温度に上げられ始める前に、前記第１の温度から前記第３の温度への変更を開始することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の制御方法。

【請求項6】

前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を下げる場合に、前記変更工程は、前記第２の温度を前記第４の温度に下げられ始められた後に、前記第１の温度から前記第３の温度への変更を開始することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の制御方法。

【請求項7】

前記基台の温度を制御するチラーは、低温温調ユニット及び高温温調ユニットからなり、前記基台の温度の制御時において低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒を前記流路に流すことを特徴とする請求項３に記載の制御方法。

【請求項8】

前記第１の温度と前記第４の温度との差が前記接合層の許容温度を超える場合、前記第１の処理の後、前記第１の温度を、前記第４の温度との温度差が前記接合層の許容温度範囲内となるように前記第３の温度に変更する変更工程において、基台内の冷媒の循環を停止する工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御方法。

【請求項9】

基台と、
前記基台に配置されて被処理体が載置される静電チャックと、
前記基台と前記静電チャックとを接合する接合層と、
前記静電チャック内に設けられたヒーターと、
前記基台の温度を制御するチラーと、
前記被処理体に対して第１の処理を行う際に、前記基台を第１の温度で制御しつつ前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を前記第１の温度との温度差が前記接合層の許容温度範囲内である第２の温度で制御し、前記被処理体に対して第２の処理を行う際に、前記基台を前記第１の温度とは異なる第３の温度で制御しつつ前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を前記第３の温度との温度差が前記接合層の許容温度範囲内である第４の温度で制御する制御部とを具備することを特徴とするプラズマエッチング装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記第１の温度と前記第４の温度との差が前記接合層の許容温度を超える場合、前記第１の処理の後、前記第１の温度を、前記第４の温度との温度差が前記接合層の許容温度範囲内となるように前記第３の温度に変更することを特徴とする請求項９に記載のプラズマエッチング装置。

【請求項11】

前記基台は、前記基台内に設けられた流路を前記チラーによって冷却媒体が循環させられ、
前記基台の温度は、前記冷却媒体の温度を制御することで制御されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のプラズマエッチング装置。

【請求項12】

前記基台は、前記基台内に設けられた流路をチラーによって冷却媒体が循環させられ、
前記チラーは、前記基台内に設けられた前記流路の入口に前記冷却媒体を送り、前記流路の出口から出てきた前記冷却媒体を受け付け、前記冷却媒体の温度を制御した上で前記流路に再度送ることで、前記流路に前記冷却媒体を循環させるものであって、
前記プラズマエッチング装置は、前記流路の出口から出てきた前記冷却媒体の温度を測定する測定部を更に有し、
前記制御部は、前記測定部により測定された前記冷却媒体の温度に基づいて、前記流路の入口に送る前記冷却媒体の温度を制御することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。

【請求項13】

前記制御部は、前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を上げる場合に、前記第２の温度を前記第４の温度に上げ始める前に、前記第１の温度から前記第３の温度への変更を開始することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。

【請求項14】

前記制御部は、前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を下げる場合に、前記第２の温度を前記第４の温度に下げ始めた後に、前記第１の温度から前記第３の温度への変更を開始することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。

【請求項15】

前記基台の温度を制御するチラーは、低温温調ユニット及び高温温調ユニットからなり、前記基台の温度の制御時において低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒を前記流路に流すことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。

【請求項16】

前記制御部は、前記第１の温度と前記第４の温度との差が前記接合層の許容温度を超える場合、前記第１の処理の後、前記第１の温度を、前記第４の温度との温度差が前記接合層の許容温度範囲内となるように前記第３の温度に変更する場合に、基台内の冷媒の循環を停止することを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマエッチング装置及び制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、基台（サセプタ）と静電チャックとの間に、基台と静電チャックとを接合する接合層を有するプラズマエッチング装置がある。接合層には、基台と静電チャックとの熱膨張又は熱収縮長の差値以上伸びる弾性体が用いられる。また、プラズマエッチング装置において、チラーによる基台の冷却と、静電チャックに内蔵されたヒーターによる静電チャックの加熱とを同時に行うことで、所定温度に制御する温度制御システムがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０６−２８３５９４号公報

【特許文献2】特開２０１１−１８７７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の技術では、接合層が剥離することがあるという問題がある。例えば、ヒーターによる加熱により静電チャックの温度を上げることで、基台と静電チャックとの温度差が接合層により許容される許容温度を超えると、接合層が剥離することがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

開示する制御方法は、実施形態の一例において、基台を第１の温度で制御し、前記基台の載置面に配置されて被処理体が載置されるヒーターが内蔵された静電チャックの温度を第２の温度で制御し、前記被処理体に対して第１の処理を行う第１の処理工程を含む。また、開示する制御方法は、実施形態の一例において、前記基台を第３の温度で制御し、前記ヒーターにより前記静電チャックの温度を第４の温度で制御し、前記被処理体に対して第２の処理を行う第２の処理工程を含む。また、開示する制御方法は、実施形態の一例において、前記第１の温度と前記第２の温度との温度差、及び、前記第３の温度と前記第４の温度との温度差が、前記基台と前記静電チャックとを接合する接合層の許容温度となる。

【発明の効果】

【0006】

開示する制御方法の一つの実施形態によれば、接合層の剥離を防止可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体像を示す断面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態における半導体ウエハ、静電チャック、サセプタ、フォーカスリング及びシール部材の位置関係を示す断面図である。

【図3】図３は、第１の実施形態におけるチラーの構造の一例を示す図である。

【図4】図４は、第１の実施形態におけるプロセスコントローラにより実行されるフィードバック制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図5】図５は、第１の実施形態における可変バルブの各操作量の一例を示す図である。

【図6】図６は、第１の実施形態におけるプロセスコントローラによる温度制御処理の流れの一例を示すためのフローチャートである。

【図7】図７は、第１の実施形態におけるプロセスコントローラによるエッチング処理の一例を示す図である。

【図8】図８は、基台のチラー温度を一定にする場合について示す図である。

【図9】図９は、第１の実施形態における効果の一例について示す図である。

【図10】図１０は、低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒のみを流路に流すチラーの構造の一例を示す図である。

【図11】図１１は、低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒のみを流路に流す場合における効果について示す図である。

【図12】図１２は、基台内の冷媒の循環を停止するチラーの構造の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、開示するプラズマエッチング装置及び制御方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

【0009】

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る制御方法は、実施形態の一例において、基台を第１の温度で制御し、基台の載置面に配置されて被処理体が載置されるヒーターが内蔵された静電チャックの温度を第２の温度で制御し、被処理体に対して第１の処理を行う第１の処理工程を含む。また、第１の実施形態に係る制御方法は、実施形態の一例において、基台を第３の温度で制御し、ヒーターにより静電チャックの温度を第４の温度で制御し、被処理体に対して第２の処理を行う第２の処理工程を含む。また、第１の実施形態に係る制御方法は、実施形態の一例において、第１の温度と第２の温度との温度差、及び、第３の温度と第４の温度との温度差が、基台と静電チャックとを接合する接合層の許容温度となる。

【0010】

また、第１の実施形態に係る制御方法は、実施形態の一例において、第１の温度と第４の温度との差が接合層の許容温度を超える場合、第１の処理の後、第１の温度を、第４の温度との温度差が接合層の許容温度となるように第３の温度に変更する変更工程を更に含む。

【0011】

また、第１の実施形態に係る制御方法は、実施形態の一例において、基台は、基台内に設けられた流路をチラーによって冷却媒体が循環させられ、基台の温度は、冷却媒体の温度を制御することで制御される。

【0012】

また、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、実施形態の一例において、基台と、基台の載置面に配置されて被処理体が載置される静電チャックと、基台と静電チャックとを接合する接合層と、静電チャック内に設けられたヒーターと、基台の温度を制御するチラーとを備える。また、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、実施形態の一例において、被処理体に対して第１の処理を行う際に、基台を第１の温度で制御しつつヒーターの温度を第２の温度で制御し、被処理体に対して第２の処理を行う際に、基台を第３の温度で制御しつつヒーターの温度を第４の温度で制御する制御部を備える。また、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、実施形態の一例において、第１の温度と第２の温度との温度差、及び、第３の温度と第４の温度との温度差が、接合層の許容温度である。

【0013】

（第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体像を示す断面図である。図２は、第１の実施形態における半導体ウエハ、静電チャック、サセプタ、フォーカスリング及びシール部材の位置関係を示す断面図である。

【0014】

図１に示すように、プラズマエッチング装置１００は、チャンバー１を有する。チャンバー１は、外壁部に、導電性のアルミニウムで形成される。図１に示す例では、チャンバー１は、半導体ウエハ２をチャンバー１内に搬入又は搬出するための開口部３と、気密にシールする封止体を介して開閉可能なゲートバルブ４とを有する。封止剤とは、例えば、Ｏリングである。

【0015】

図１には示されていないが、チャンバー１には、ゲートバルブ４を介して、ロードロック室が連設される。ロードロック室には、搬送装置が設けられる。搬送装置は、半導体ウエハ２をチャンバー１内に搬入又は搬出する。

【0016】

また、チャンバー１は、側壁底部に、開口してチャンバー１内を減圧するための排出口１９を有する。排出口１９は、例えばバタフライ・バルブなどの開閉弁を介して図示しない真空排気装置に接続される。真空排気装置とは、例えば、ロータリーポンプ又はターボ分子ポンプ等である。

【0017】

また、図１に示すように、プラズマエッチング装置１００は、チャンバー１の内部の底面中央部に、基台支持台５を有する。プラズマエッチング装置１００は、基台支持台５の上部に基台１０を有する。図１及び図２に示すように、プラズマエッチング装置１００は、基台１０の上部に静電チャック９を有する。また、プラズマエッチング装置１００は、基台１０の上部に、静電チャック９を取り囲むように設けられるフォーカスリング２１を有する。図１に示す例では、基台支持台５と基台１０とを分けて記載したが、基台支持台５と基台１０とを併せて基台とも称する。

【0018】

また、図１及び図２に示すように、基台１０は、静電チャック９が設置される箇所と比較して、箇所の周辺の高さが高い。以下では、静電チャック９が設置される箇所と比較して高さが高い箇所を周辺凸部と称する。また、図２に示すように、静電チャック９の側面と、基台１０の周辺凸部と、サセプタの底辺とのうち、少なくとも２箇所と接触するシール部材２２を有する。シール部材２２は、例えば、Ｏリングである。

【0019】

また、プラズマエッチング装置１００は、基台１０の上方かつチャンバー１の上部には、上部電極５０を有する。上部電極５０は、電気的に接地される。上部電極５０には、ガス供給管５１を介して処理ガスが供給され、上部電極５０の底壁に複数個穿設された放射状の小孔５２より半導体ウエハ２方向に処理ガスが放出する。ここで、高周波電源１２をＯＮにされることで、放出された処理ガスによるプラズマが上部電極５０と半導体ウエハ２との間に生成される。なお、処理ガスとは、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４などである。

【0020】

ここで、プラズマエッチング装置１００の各部について更に説明する。基台支持台５は、アルミニウム等の導電性部材で円柱形状に形成される。基台支持台５は、冷却媒体を内部に留める冷媒ジャケット６が内部に設けられる。冷媒ジャケット６には、冷却媒体を冷媒ジャケット６に導入するための流路７１と、冷却媒体を排出するための流路７２とが、チャンバー１の底面に気密に貫通して設けられる。

【0021】

なお、図１に示す例では、冷媒ジャケット６が基台支持台５の内部に設けられる場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、冷媒ジャケット６が、基台１０の内部に設けられても良い。冷媒ジャケット６は、後述するように、チラー７０により冷却媒体が循環されることで、基台１０や基台支持台５の温度を制御する。

【0022】

基台支持台５の上部に設けられる基台１０は、例えば、下部電極としてアルミニウム等の導電性部材（Ａｌの線熱膨張率；略２３．５×１０−６（ｃｍ／ｃｍ／度））で形成される。基台１０は、図示しないボルトにより基台支持台５に取り付けられる。基台１０は、冷媒ジャケット６の冷熱が基台支持台５を介して伝導されることで冷却される。基台１０は、ブロッキング・コンデンサ１１を介して高周波電源１２と接続される。高周波電源１２は、例えば、１３．５６ＭＨｚ又は４０ＭＨｚ等の高周波電源である。

【0023】

図１及び図２に示すように、基台１０と静電チャック９とは、接合層２０によって接合される。接合層２０は、例えば、室温硬化性のシリコンゴムのＲＴＶゴムである。基台１０と静電チャック９とは、例えば、常温にて基台１０と接合層２０の接合面６１又は静電チャック９と接合層２０の接合面６２の少なくとも一方に室温硬化性のシリコンゴムを均一に塗布し、他方の接合面を接触させることで接合される。

【0024】

静電チャック９は、例えば、セラミック製（線熱膨張率；略７．１×１０−６（ｃｍ／ｃｍ／度））で形成される。静電チャック９は、電極板９ｂとヒーター９ａとを内部に有する。セラミック製の静電チャック９と金属製の基台１０とは、異なる熱膨張率を示す。静電チャック９は、上面に半導体ウエハ２が載置される。

【0025】

図１に示すように、電極板９ｂは、導電線２５の一端側に接続され、導電線２５の他端側が給電棒２６に接続される。導電線２５は、基台１０に内蔵されたテフロン（登録商標）等の絶縁部材により周囲を覆われる。給電棒２６は、例えば、銅で形成され、２００Ｖ〜３ＫＶの高電圧を給電する。また、給電棒２６は、チャンバー１の底面に気密かつ絶縁して貫通され、電磁スイッチ２８を介して高電圧電源２７に接続される。また、電磁スイッチ２８は図示しない装置を制御する制御信号によりＯＮ又はＯＦＦされる。

【0026】

また、基台１０と基台支持台５と接合層２０と静電チャック９には、貫通孔１６が設けられる。貫通孔１６の内部には、電気的に抵抗又はインダクタンスを介して接地されたプッシャーピン１５が設けられる。プッシャーピン１５は、チャンバー１を気密にするとともに伸縮可能としたべローズ１７を介して上下移動手段となるエアーシリンダ１８に接続される。また、プッシャーピン１５は、ロードロック室の搬送装置より半導体ウエハ２の受渡しを行い、静電チャック９に半導体ウエハ２を接離する際に、エアーシリンダ１８により上下移動する。

【0027】

基台１０及び静電チャック９には、伝熱媒体を半導体ウエハ２の裏面に均一に供給するための貫通孔１３ａが複数設けられる。貫通孔１３ａは、貫通孔１３ａにかかるＨｅガスの圧力を均一にするためのガス溜め室１３に接続される。ガス溜め室１３は、伝熱媒体をチャンバー１の外部より導入するための供給管１４に接続される。伝熱媒体とは、例えば、不活性ガスとしてのＨｅガスである。ただし、これに限定されるものではなく、任意のガスを用いて良い。

【0028】

また、図１に示すように、プラズマエッチング装置１００は、冷媒ジャケット６に冷却媒体を循環させるチラー７０を有する。具体的には、チラー７０は、冷却媒体を流路７１から冷媒ジャケット６に送り込み、冷媒ジャケット６から出てきた冷却媒体を流路７２から受け付ける。

【0029】

（チラー）
図３は、第１の実施形態におけるチラーの構造の一例を示す図である。チラー７０について説明する。チラー７０は、低温温調ユニット７４及び高温温調ユニット７５から形成される２つの蓄熱する循環回路が設けられている。これらの２つの循環回路は、冷却媒体を貯蔵可能な大型のタンクと循環ポンプを保有し、各タンクへ貯蔵される冷却媒体の量は、常に温度の安定性を担保できる所定量を満たすことができる。このため、チラー７０の温度制御能力を維持し、安定した温度制御が可能である。

【0030】

低温温調ユニット７４は、低温温調ユニット７４に設けられた熱交換部により第１の温度に調温された液体を低温タンクに貯蔵する。高温温調ユニット７５は、高温温調ユニット７５に設けられた熱交換部により第１の温度より高い第２の温度に調温された液体を高温タンクに貯蔵する。第１の温度及び第２の温度は、後述するプロセスコントローラ９０により制御される。低温温調ユニット７４に貯蔵された低温冷却媒体は、低温流路７６を介して合流部ＰＡに到達し、冷却媒体を循環させるバイパス流路７３と合流する。高温温調ユニット７５に貯蔵された高温冷却媒体も同様に、高温流路７７を介して合流部ＰＡに到達し、冷却媒体を循環させるバイパス流路７３と合流する。合流部ＰＡには、低温流路７６、高温流路７７及びバイパス流路７３をそれぞれ流れる冷却媒体を混合する一時タンク７８が設けられていて、これらの流路を流れる冷却媒体を一時的に混合させる。ここで、混合されて流路７１に流された冷却媒体が冷媒ジャケット６を循環する冷却媒体となる。流路７１は、合流部ＰＡにて、低温流路７６、高温流路７７及びバイパス流路７３と合流し、一時タンク７８にて混合された冷却媒体を流す。このようにして、流路７１に流す冷却媒体を予めある程度混合された冷却媒体とすることにより、冷媒ジャケット６を流れる冷却媒体の温度を安定させ、温度制御性を高めることができる。

【0031】

ここで、低温温調ユニット７４は、例えば、「−１０度」の冷却媒体を保持する。高温温調ユニット７５は、例えば、高温タンクに「１０度」〜「５０度」の冷却媒体を保持する。ただし、これに限定されるものではない。具体的には、低温温調ユニット７４は、高温温調ユニット７５により保持される冷却媒体よりも低温であって任意の温度の冷却媒体を保持して良い。また、高温温調ユニット７５は、低温温調ユニット７４により保持される冷却媒体よりも高温であって任意の温度の冷却媒体を保持して良い。

【0032】

なお、低温温調ユニット７４が、例えば、「−１５度」〜「−５度」の冷却媒体であり、好ましくは、「−１０度」の冷却媒体である。このように、例えば、「―１０度」程度の冷却媒体を保持することで、結露を防止しつつ、冷媒ジャケット６に提供する冷却媒体の温度を迅速に変化させることが可能となる。

【0033】

このように、チラー７０は、基台１０内に設けられた流路７１に冷却媒体を送り、流路７２から出てきた冷却媒体を受け付け、冷却媒体の温度を制御した上で流路７１に再度送ることで冷媒ジャケット６に冷却媒体を循環させる。基台１０は、チラー７０によって冷媒ジャケット６に冷却媒体が循環させられることで、温度が制御される。

【0034】

流路７１、７２は、冷媒ジャケット６に冷却媒体を流した後、分岐部ＰＢにて低温流路８０、高温流路８１及びバイパス流路７３と分岐して冷却媒体を循環させる循環路を形成する。この循環路に循環させる冷却媒体の温度を制御することで、基台１０の温度を制御する。

【0035】

このように本実施形態に係るチラー７０では、合流部ＰＡにて高温流路７７と低温流路７６とを流れる冷却媒体は循環ラインに直接的に流入、流出される。

【0036】

バルブユニット７９は、合流部ＰＡの上流側に設けられ、可変バルブ７９ａ、７９ｂ、７９ｃを含む。可変バルブ７９ａ、７９ｂ、７９ｃは、低温流路７６、バイパス流路７３、高温流路７７に取り付けられる。可変バルブ７９ａ、７９ｂ、７９ｃの弁体の開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを変えることで、各流路から流路を流れる合流流量が調整される。

【0037】

分岐部ＰＢから分岐された低温流路８０、高温流路８１及びバイパス流路７３には、それぞれ逆止弁８２，８３，８４が設けられ、分岐部ＰＢにて分岐して３方向に流れる冷却媒体が分岐部ＰＢに向かって逆流しないようになっている。低温流路８０を流れる冷却媒体は低温温調ユニット７４に戻り、低温温調ユニット７４内で再び調温される。バルブ８５は、低温流路８０と連結する配管８８に設けられ、低温流路８０から配管８８を経て低温温調ユニット７４に戻る冷却媒体の戻り量を調整する。

【0038】

同様に、高温流路８１(紙面上の矢印Ａで紙面の右側から左側に接続されている)を流れる冷却媒体は高温温調ユニット７５に戻り、高温温調ユニット７５内で再び調温される。バルブ８６は、高温流路８１と連結する配管８９に設けられ、高温流路８１から配管８９を経て高温温調ユニット７５に戻る冷却媒体の戻り量を調整する。

【0039】

プロセスコントローラ９０は、流路７２に取り付けられたポンプ８７のインバータの回転数を調整して、冷媒ジャケット６へ流入される冷却媒体の流量を制御する。また、プロセスコントローラ９０は、バルブユニット７９を制御することで、冷却媒体を供給する側の３つの流路７６，７３，７７内の圧力を調圧する。この結果、冷媒ジャケット６を含む循環路内の流量は一定に保たれ、分岐部ＰＢにて分岐した冷却媒体はバイパス流路７３を循環するか又は低温温調ユニット７４、高温温調ユニット７５に戻る。このようにして低温温調ユニット７４と高温温調ユニット７５の貯蔵量を同じにすることができる。なお、流量調整及び圧力調整には、分岐部ＰＢ近傍の配管に取り付けられたフローメータＦ、圧力計Ｐ４、及びバルブユニット７９近傍の各配管に取り付けられた圧力計Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３が使用される。

【0040】

低温流路８０、高温流路８１、バイパス流路７３にはそれぞれ逆止弁８２、８３、８４が設けられているものの、圧力制御の多少の誤差や、例えば低温温調ユニット７４から冷却媒体を供給するようなタイミングに冷却媒体が高温流路の方へ流れてしまう等の理由により、高温温調ユニット７５、低温温調ユニット７４の液面に差ができてしまう場合がある。

【0041】

このような場合にも、低温温調ユニット７４及び高温温調ユニット７５の近傍に設けられた、各ユニット内タンク間を連通する液面調整タンク９８の作用により、両液面に差が生じないようになっている。すなわち、３つのタンクの液面は全て自然と同じ高さになっている。

【0042】

ここで、基台１０の温度を昇温する際には、高温温調ユニット７５から流出される冷却媒体の量は、低温温調ユニット７４から流出される冷却媒体の量より多くなり、高温温調ユニット７５の液面は低温温調ユニット７４の液面より低くなる。また、基台１０の温度を降温する際には、昇温時とは逆に、低温温調ユニット７４の液面は高温温調ユニット７５の液面より低くなる。それらの場合、２つのタンクの間で液面が下がった方に液面調整タンク９８に貯蔵されている冷却媒体が自然と流れていき、自然と同一液面となる。なお、液面調整タンク９８は図示しない液面計を有し、液面調整タンク９８の液面を検出することにより異常を検出する。

【0043】

このように、第１の実施形態におけるチラー７０では、２系統の冷却媒体が設けられ、低温冷却媒体と高温冷却媒体の温度を管理し、所定の流量比で混合させて冷媒ジャケット６に流す。低温流路と高温流路とは別々の閉じた系ではなく、合流部ＰＡで合流する開かれた系である。低温流路と高温流路とを閉じた系で構成したシステムでは、温度制御中に加熱された冷却媒体の供給量、又は冷却された冷却媒体の供給量が不足し、温度制御性が悪くなる。特に、加熱された後に供給される冷却媒体の量にはある程度上限があるため最初の数秒で高温に加熱された冷却媒体の供給量が枯渇してしまい加熱能力が低下してしまう。

【0044】

これに対して、第１の実施形態におけるチラー７０によれば、冷却用及び加熱用に低温温調ユニット７４内のタンク及び高温温調ユニット７５のタンクを設け、そこから大量の冷却媒体を供給することができるためタンク内の冷却媒体が枯渇することなく連続して供給できる。これにより、高速な温度調整及び安定した温度制御が可能になる。

【0045】

なお、チラー７０には、ユニットパージ機能が設けられており、例えば紙面上の矢印Ｂから配管内にエアーを入れて冷却媒体を各タンクに戻す場合に用いられる。また、チラー７０の全部又は一部をプラズマエッチング装置１００に内蔵しても良く、チラー７０の全部又は一部をプラズマエッチング装置１００に外付けとしても良い。例えば、低温温調ユニット７４及び高温温調ユニット７５は大型であり、プラズマエッチング装置１００の周囲に置く必要のある排気装置等の配置スペースを考慮してチャンバー１の遠方に外付けとして配置しても良い。また、例えば、図３に示す構成の全てをプラズマエッチング装置１００の外付けとしても良く、プラズマエッチング装置１００に内蔵しても良い。

【0046】

（第１の実施形態における制御装置）
プラズマエッチング装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ９０に接続されて制御される。プロセスコントローラ９０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００を管理するためのコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザインタフェース９１が接続される。

【0047】

また、プロセスコントローラ９０には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部９２が接続される。

【0048】

また、ユーザインタフェース９１からの指示等にて任意のレシピを記憶部９２から呼び出され、プロセスコントローラ９０が実行することで、プロセスコントローラ９０の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われても良い。レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。プロセスコントローラ９０は、「制御部」とも称する。なお、プロセスコントローラ９０の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されても良く、ハードウエアを用いて動作することにより実現されても良い。

【0049】

例えば、プロセスコントローラ９０は、フィードバック制御を行うことで、基台１０や基台支持台５の温度を制御する。

【0050】

また、プロセスコントローラ９０は、ヒーター９ａとチラー７０との温度制御を行うことで、基台１０及び静電チャック９の温度を制御する。言い換えると、プロセスコントローラ９０は、静電チャック９の内部に設けられたヒーター９ａと冷媒ジャケット６における熱冷却により、半導体ウエハ２の温度を調整する。この際、後述するように、プロセスコントローラ９０は、被処理体に対して第１の処理を行う際に、基台１０を第１の温度で制御しつつヒーター９ａにより静電チャック９の温度を第２の温度で制御し、被処理体に対して第２の処理を行う際に、基台１０を第３の温度で制御しつつヒーター９ａにより静電チャック９の温度を第４の温度で制御する。また、プロセスコントローラ９０は、第１の温度と第２の温度との温度差、及び、第３の温度と第４の温度との温度差が、接合層２０の許容温度に収まるように制御する。例えば、プロセスコントローラ９０は、プラズマエッチング処理を行う際に、静電チャック９の内部に設けられたヒーター９ａと冷媒ジャケット６とを制御する。

【0051】

（フィードバック制御）
プロセスコントローラ９０によるフィードバック制御の一例について簡単に説明する。プロセスコントローラ９０は、温度センサＴ及び圧力センサＰ１、Ｐ２，Ｐ３をモニターしながら、可変バルブ７９ａ、７９ｂ、７９ｃの開閉をフィードバック制御する。プロセスコントローラ９０は、温度センサＴにより検出された温度が基台１０に設定される温度に近づくように可変バルブ７９ａ、７９ｂ、７９ｃをフィードバック制御する。

【0052】

温度センサＴは、基台１０から出てきた冷却媒体の温度を測定する。言い換えると、温度センサＴは、冷媒ジャケット６の流路の出口から出てきた冷却媒体の温度を測定する。

【0053】

通常、基台１０の温度を大きく変化しない場合には、プロセスコントローラ９０は、循環路（バイパス流路７３→流路７１→冷媒ジャケット６→流路７２→バイパス流路７３）に冷却媒体を流し、各タンク７４，７５から出入りする冷却媒体の流量を少なくして、エネルギー効率よく冷却媒体を循環させる。一方、加熱させたいときは、プロセスコントローラ９０は、高温流路７７の可変バルブ７９ｃの弁体の開度Ｖｃを開けて高温冷却媒体を流入させ、流路７１に流れる冷却媒体の温度を上げる。冷却させたいときは、プロセスコントローラ９０は、低温流路７６の可変バルブ７９ａの弁体の開度Ｖａを開けて低温冷却媒体を流入させ、流路７１に流れる冷却媒体の温度を下げる。

【0054】

昇温時には、プロセスコントローラ９０は、高温流路７７から流路７１に流入される液体を、低温流路７６及びバイパス流路７３から流路７１に流入される液体より多くなるように可変バルブ７９ａ，７９ｂ，７９ｃの弁体の開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを制御する。また、降温時には、プロセスコントローラ９０は、低温流路７６から流路７１に流入される液体を高温流路７７及びバイパス流路７３から流路７１に流入される液体より少なくなるように可変バルブ７９ａ，７９ｂ，７９ｃの弁体の開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを制御する。

【0055】

プロセスコントローラ９０による温度のフィードバック制御について図４及び図５を参照しながら詳述する。図４は、第１の実施形態におけるプロセスコントローラにより実行されるフィードバック制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。図５は、第１の実施形態における可変バルブの各操作量の一例を示す図である。図４の処理は、プロセスコントローラ９０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

【0056】

処理が開始されると、プロセスコントローラ９０は、温度センサＴの検出値を基台１０の温度の目標値Ｔｔとして取得する。また、プロセスコントローラ９０は、温度センサＴ２の検出値Ｔｄを合流部ＰＡにて合流後の冷却媒体の温度として取得する（ステップＳ１０１）。

【0057】

そして、プロセスコントローラ９０は、検出値Ｔｄを目標値Ｔｔに近づけるために、検出値Ｔｄに基づき可変バルブ７９ａ，７９ｂ，７９ｃの弁開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃをフィードバック制御する。そのために、プロセスコントローラ９０は、フィードバック制御のための基本操作量ＭＢを算出する（ステップＳ１０２）。

【0058】

基本操作量ＭＢは、検出値Ｔｄの目標値Ｔｔに対する乖離度合いに基づき算出される量である。詳しくは、本実施形態では、検出値Ｔｄと目標値Ｔｔとの差ΔのＰＩＤ（比例積分微分）演算によって基本操作量ＭＢを算出する。

【0059】

そして、プロセスコントローラ９０は、基本操作量ＭＢを、低温側の可変バルブ７９ａ、バイパス流路の可変バルブ７９ｂ、及び高温側の可変バルブ７９ｃの各操作量、すなわち各可変バルブ７９ａ，７９ｂ，７９ｃの弁開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに変換する（ステップＳ１０３）。ここでは、図５に示す可変バルブの弁開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの関係を用いる。

【0060】

ここで、可変バルブ７９ａの弁開度Ｖａは、基本操作量ＭＢがゼロ未満である場合には、基本操作量ＭＢの増加に伴い単調減少し、基本操作量ＭＢがゼロ以上である場合には、「０」となる。これは、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔよりも高いほど低温流路７６の流量を増加させて、かつ検出値Ｔｄが目標値Ｔｔ以下の場合には、低温流路７６を用いないための設定である。また、可変バルブ７９ｃの弁開度Ｖｃは、基本操作量ＭＢがゼロより大きい場合には、基本操作量ＭＢの増加に伴い単調増加し、基本操作量ＭＢがゼロ以下である場合には、「０」となる。これは、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔよりも低いほど高温流路７７の流量を増加させてかつ、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔ以上の場合には、高温流路７７を用いないための設定である。更に、可変バルブ７９ｂの弁開度Ｖｂは、基本操作量ＭＢがゼロから離間するに従い単調減少する。なお、図５において、３つの通路から流出する合計の流量が基本操作量ＭＢの値によって変化しないように各弁開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを設定することが望ましい。

【0061】

こうした設定によれば、検出値Ｔｄと目標値Ｔｔとの差Δの単一のＰＩＤ演算によって算出される基本操作量ＭＢに基づき、可変バルブ７９ａ，７９ｂ，７９ｃの３つのバルブの操作量を設定する。

【0062】

その後、プロセスコントローラ９０は、可変バルブ７９ａ，７９ｂ，７９ｃの弁体の開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを操作し（ステップＳ１０４）処理を終了する。

【0063】

このようなフィードバック制御を行う結果、検出値Ｔｄを目標値Ｔｔに高精度に追従させることができる。

【0064】

（第１の実施形態におけるプロセスコントローラによる温度制御処理）
図６は、第１の実施形態におけるプロセスコントローラによる温度制御処理の流れの一例を示すためのフローチャートである。図６に示す一連の処理は、例えば、エッチングを実行する指示を利用者から受け付けた場合にプロセスコントローラ９０によって行われる。

【0065】

以下では、例えば、接合層２０の許容温度が「７０度」の場合を用いて説明するが、これに限定されるものではなく、任意の温度であって良い。接合層２０の許容温度とは、接合層２０の上部にある静電チャック９の温度と、接合層２０の下部にある基台１０の温度との温度差のうち、許容される温度差を示す。一般的に、温度が上昇すると物質は膨張し、温度が低下すると物質は縮小する。ここで、接合層２０における許容温度よりも静電チャック９と基台１０との間の温度差が許容温度を超えた場合、接合層２０が接合面６１や６２から剥離することがある。

【0066】

図６を用いてプロセスコントローラ９０による温度制御処理について説明する際には、プロセスコントローラ９０がエッチング処理を行っているものとして説明する。図７は、第１の実施形態におけるプロセスコントローラによるエッチング処理の一例を示す図である。

【0067】

すなわち、図７に示すように、プロセスコントローラ９０が、半導体ウエハ２をチャンバー１内に入れてプラズマエッチングを行う場合を例に用いて説明する。図７の（１）に示すように、半導体ウエハ２には、シリコン基板２０１上にシリコン酸化膜２０２、反射防止膜２０３、フォトレジスト２０４が積層される。

【0068】

図６の説明に戻る。図６に示すように、プロセスコントローラ９０は、基台１０を第１の温度で制御し、基台１０の載置面に配置されて被処理体が載置される静電チャック９内に設けられたヒーター９ａにより静電チャック９の温度を第２の温度で制御し、被処理体に対して第１の処理を行う第１の処理工程を行う（ステップＳ２０１）。

【0069】

例えば、プロセスコントローラ９０は、半導体ウエハ２の温度を「０度」にする。より詳細な一例をあげて説明すると、プロセスコントローラ９０は、ヒーター９ａを加熱することなく、チラー７０の冷却媒体による冷却により基台１０の温度を「０度」にすることで（第１の温度）、半導体ウエハ２の温度が「０度」になるように制御する。また、プロセスコントローラ９０は、チャンバー１の圧力を６．６７Ｐａとし、処理ガスとしてＣＦ４ガスを導入し、下部高周波電力４０ＭＨｚ／１３．５６ＭＨｚ＝１０００Ｗ／１００Ｗでエッチングを行う。

【0070】

なお、この際、プロセスコントローラ９０は、第２の処理工程と比較して半導体ウエハ２の温度を低くした上でエッチングすることで、反射防止膜２０３の形状を良好に保つことが可能となる。この際、フォトレジスト２０４もエッチングされる。図７の（２）は、第１の処理工程を行った後の半導体ウエハ２の一例を示す。

【0071】

そして、プロセスコントローラ９０は、基台１０の第１の温度とヒーター９ａによる静電チャック９の第４の温度との温度差が接合層２０の許容温度を超えるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。言い換えると、第１の処理工程における基台１０の温度と、第２の処理工程における静電チャック９の温度との温度差が、接合層２０の許容温度よりも大きいかを判定する。例えば、許容温度が「７０度」である場合を用いて説明する。

【0072】

ここで、第１の温度と第４の温度との差が接合層２０の許容温度を超える場合（ステップＳ２０２肯定）、プロセスコントローラ９０は、第１の処理の後、第１の温度を、第４の温度との温度差が接合層２０の許容温度となるように第３の温度に変更する変更工程を行う（ステップＳ２０３）。例えば、ヒーター９ａによる静電チャック９の第４の温度が「８０度」である場合、基台１０の第１の温度が「０度」なのでヒーター９ａによる静電チャック９の第４の温度との温度差は「８０度」となり、許容温度「７０度」を超える。このとき、プロセスコントローラ９０は、基台１０の温度である第１の温度を「１０度」に変更することで、静電チャック９の第４の温度が「８０度」であったとしても、温度差を接合層２０の許容温度「７０度」に収めることができる。

【0073】

より詳細な一例をあげて説明すると、プロセスコントローラ９０は、チラー７０により供給される冷却媒体の温度を上げることで、基台１０の温度を「１０度」にまで上げる（第３の温度）。

【0074】

そして、プロセスコントローラ９０は、基台１０を第３の温度「１０度」で制御し、静電チャック９内に設けられたヒーター９ａにより静電チャックの温度を第４の温度「８０度」で制御し、被処理体に対して第２の処理を行う第２の処理工程を行う（ステップＳ２０４）。ここで、第１の温度と第２の温度との温度差、及び、第３の温度と第４の温度との温度差が、基台１０と静電チャック９とを接合する接合層２０の許容温度「７０度」に収まる。図７の（３）は、第２の処理工程を行った後の半導体ウエハ２の一例を示す。

【0075】

例えば、プロセスコントローラ９０は、半導体ウエハ２の温度を「８０度」とする。より詳細な一例をあげて説明すると、プロセスコントローラ９０は、ヒーター９ａを加熱して静電チャック９の温度を「８０度」にすることで、半導体ウエハ２の温度が「８０度」になるように制御する。また、プロセスコントローラ９０は、チャンバー１の圧力を２．６７Ｐａとし、処理ガスとしてＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２ガスを導入し、下部高周波電力４０ＭＨｚ／１３．５６＝１６００Ｗ／８００Ｗでエッチングを行う。

【0076】

なお、上述したステップＳ２０２において基台１０の第１の温度とヒーター９ａによる静電チャックの第４の温度との差が接合層２０の許容温度「７０度」を超えない場合（ステップＳ２０２否定）、プロセスコントローラ９０は、基台１０の温度を変更することなく第２の処理工程を行っても良く、第４の温度との温度差が接合層２０の許容温度「７０度」内となる範囲で基台１０の温度を変更した上で第２の処理工程を行っても良い。

【0077】

上述したように、第１の実施形態によれば、プラズマエッチング装置１００は、基台１０を第１の温度で制御し、基台１０の載置面に配置されて被処理体が載置される静電チャック９内に設けられたヒーター９ａにより静電チャック９の温度を第２の温度で制御し、被処理体に対して第１の処理を行う第１の処理工程を行う。また、プラズマエッチング装置１００は、基台１０を第３の温度で制御し、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を第４の温度で制御し、被処理体に対して第２の処理を行う第２の処理工程を行う。また、第１の温度と第２の温度との温度差、及び、第３の温度と第４の温度との温度差が、基台１０と静電チャック９とを接合する接合層２０の許容温度となる。この結果、接合層２０の剥離を防止可能となる。

【0078】

例えば、静電チャック９の部分のヒーター９ａが加熱を行うと、静電チャック９は膨張する。また、基台１０は、チラー７０による冷却媒体で冷却される結果、収縮する。ここで、膨張と収縮の間に応力緩和する接合層２０を設ける場合がある。

【0079】

近年のエッチングプロセスにおいては、プロセスのステップにおいて温度制御の範囲を広げなければならなくなってきた。図８は、基台のチラー温度を一定にする場合について示す図である。図８に示す例では、ウエハ温度を「０度」〜「８０度」に変動する場合を用いて説明する。ここで、図８に示すように、基台１０のチラー温度を「−１０度」に一定で設定しておき、ヒーターの温度との組み合わせであるプロセスステップの静電チャックの温度（ウエハ温度）を「０度」とし、あるプロセスステップの静電チャックの温度（ウエハ温度）を「８０度」で処理したとする。

【0080】

図８に示すように、接合層２０の許容温度が「７０度」の場合、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を６０度より大きくすると、温度差が許容温度「７０度」を超える。例えば、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を「８０度」にした場合、静電チャック９の側面側の膨張と基台１０の収縮の差が大きくなりすぎて接合層２０が剥離し、下部電極が壊れることがある。言い換えると、この場合、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を「６０度」〜「８０度」に加熱してプロセスを行う場合には対応できない。図８中の温度Δ７０度制限は、許容温度「７０度」と同じ意味である。

【0081】

図９は、第１の実施形態における効果の一例について示す図である。図９に示すように第１の実施形態におけるプロセスコントローラ９０は、図８に示す場合とは異なり、チラー７０による基台１０の温度とヒーター９ａによる静電チャック９との温度差が接合層２０の許容温度を超えないように、プロセスステップ間の温度を制御する。

【0082】

例えば、図９に示すように、許容温度が「７０度」の場合であって、あるプロセスステップでは「０度」でエッチングし、次のステップでは「８０度」でエッチングするような場合を用いて説明する。この場合、チラー温度により基台１０を「−１０度」で制御し、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「０度」に設定する。その後、次のステップでは、静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「８０度」にする。ここで、静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「８０度」にする際、ヒーター温度だけを調整すると温度差ΔＴ＝７０度を超えてしまう。そこで、チラー７０による基台１０の温度を「＋１０度」に調整し、ヒーター温度を調整して静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「８０度」にすることで、温度差が「７０度」を超えることなくエッチングすることができる。この結果、接合層２０の剥離を防止可能となる。図９中の温度Δ７０度制限は、許容温度「７０度」と同じ意味である。

【0083】

また、この際、チラー７０は、予め、高温温調ユニット７５と低温温調ユニット７４とを有し、高温タンクが、低温タンクの冷却媒体と比較して高い温度の冷却媒体を保持し、低温タンクが、高温タンクの冷却媒体と比較して低い温度の冷却媒体を保持する。そして、高温タンクに保持された冷却媒体と低温タンクに保持された冷却媒体とを併せて用いることでチラー７０により提供される冷却媒体の温度を高速に変化させることで、次のプロセスを迅速に開始することが可能となる。

【0084】

また、第１の実施形態によれば、プロセスコントローラ９０は、第１の温度と第４の温度との温度差が接合層２０の許容温度を超える場合、第１の処理の後、第１の温度を、第４の温度との温度差が接合層２０の許容温度となるように第３の温度に変更する。この結果、温度差を許容温度内に納めることが可能となる。

【0085】

また、第１の実施形態によれば、基台１０は、基台１０内に設けられた流路をチラー７０によって冷却媒体が循環させられ、基台１０の温度は、冷却媒体の温度を制御することで制御される。この結果、チラー７０が温度を制御することで、接合層２０の剥離を防止可能となる。

【0086】

（その他の実施形態）
以上、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置及び制御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。

【0087】

（チラーの温度）
プロセスコントローラ９０は、基台１０から出てきた冷却媒体の温度を測定する工程を行う。また、プロセスコントローラ９０は、変更工程において、流路の出口から出てきた冷却媒体の温度に基づいて、流路の入口に送る冷却媒体の温度を制御する。

【0088】

具体的には、プロセスコントローラ９０は、冷却媒体の温度を制御する際、流路７２を通っている冷却媒体の温度を測定し、測定した温度に基づいて制御する。言い換えると、チラー７０により温度を調整されて送り出された後、基台１０を通った後の冷却媒体の温度を測定する。そして、プロセスコントローラ９０は、測定した冷却媒体の温度が、基台１０の目標温度となるように制御を行う。例えば、基台１０の温度を「１０度」にする場合には、基台１０から出てきた冷却媒体の温度が「１０度」になるように制御する。

【0089】

ここで、冷却媒体の温度を測定する箇所は、好ましくは、流路７２のうち、基台１０の側であることが好ましい。一般的に、チラー７０がプラズマエッチング装置１００の外付けで実現される場合、流路７２が数メートルから十数メートルになることもある。このことを踏まえ、流路７２のうち、基台１０の側において冷却媒体の温度を測定することで、他の部分にて測定する場合と比較して冷却媒体の温度変化を迅速に測定でき、高精度に冷却媒体の温度を調整可能となる。

【0090】

ただし、冷却媒体の温度を測定する箇所は、流路７２のうち基台１０の側に限定されるものではなく、基台１０から出てきた冷却媒体の温度を測定できる箇所であれば任意の箇所であって良い。例えば、流路７２の任意の箇所であっても良く、チラー７０の内部において測定しても良い。

【0091】

（温度調整の順番）
また、プロセスコントローラ９０は、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を上げる場合に、変更工程において、第２の温度を第４の温度に上げられ始める前に、第１の温度から第３の温度への変更を開始する。

【0092】

上述したように、接合層２０は、静電チャック９と基台１０との温度差が許容温度を超えると、剥離することがある。ここで、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を上げる場合に、チラー７０による基台１０の温度上昇の速度が、ヒーター９ａによる静電チャック９の温度上昇の速度よりも遅い場合、同じタイミングにおいてヒーター９ａとチラー７０との温度調整を開始すると、温度差が許容温度を超える可能性がある。このことを踏まえ、プロセスコントローラ９０は、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を上げる場合に、まず、チラー７０により提供される冷却媒体の温度を上げることで基台１０の温度を上昇させ、その後、ヒーター９ａによる静電チャック９の加熱を開始する。より詳細な一例をあげて説明すると、プロセスコントローラ９０は、まず、チラー７０により提供される冷却媒体の温度を上げることで基台１０の温度を上昇させ、基台１０の温度が目標温度に到達した後に、ヒーター９ａによる静電チャック９の加熱を開始する。

【0093】

この結果、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を上げる場合に、基台１０と静電チャック９との温度差が許容温度を超える場合を防止することが可能となる。

【0094】

また、同様に、プロセスコントローラ９０は、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を下げる場合に、変更工程において、第２の温度を第４の温度に下げられ始められた後に、第１の温度から第３の温度への変更を開始する。

【0095】

上述したように、接合層２０は、静電チャック９と基台１０との温度差が許容温度を超えると、剥離することがある。ここで、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を下げる場合に、チラー７０による基台１０の温度低下の速度が、ヒーター９ａによる静電チャック９の温度低下の速度よりも早い場合、同じタイミングにおいてヒーター９ａとチラー７０との温度調整を開始すると、温度差が許容温度を超える可能性がある。このことを踏まえ、プロセスコントローラ９０は、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を下げる場合に、最初に、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を下げた後に、チラー７０より提供される冷却媒体の温度を下げることで基台１０の温度を低下させる。より詳細な一例をあげて説明すると、プロセスコントローラ９０は、まず、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度が目標温度に到達した後に、チラー７０により提供される冷却媒体の温度を下げ始めることで基台１０の温度を下げる。この結果、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度を上げる場合に、温度差が許容温度を超える場合を防止することが可能となる。

【0096】

（チラー）
また、例えば、基台１０の温度を制御するチラーは、低温温調ユニット及び高温温調ユニットからなり、基台１０の温度の制御時において、低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒のみを流路に流しても良い。すなわち、低温温調ユニットから供給される液体と高温温調ユニットから供給される液体とを混合することで任意の温度の液体を供給するのではなく、低温温調ユニットに貯蔵されている液体と、高温温調ユニットに貯蔵されている液体とのうち、いずれか一方をそのまま供給しても良い。

【0097】

図１０は、低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒のみを流路に流すチラーの構造の一例を示す図である。図１０に示す例では、チラー３００は、低温温調ユニット３０１及び高温温調ユニット３０２を有する。低温温調ユニット３０１及び高温温調ユニット３０２は、それぞれ、低温温調ユニット７４及び高温温調ユニット７５に対応する。低温温調ユニット３０１は、例えば、−２０度以上−１０度以下の液体を貯蔵する。また、高温温調ユニット３０２は、例えば、３０度の液体を貯蔵する。ただし、温度は一例であり、任意の温度の液体を貯蔵して良い。また、図１０に示す例では、チラー３００は、バルブ３１１〜バルブ３１６を有し、配管３２１〜配管３３０を有する。

【0098】

図１０に示す例において、低温温調ユニット３０１に貯蔵されている液体をチラー３００から供給する場合について説明する。この場合、バルブ３１１、バルブ３１３及びバルブ３１５が閉じられ、バルブ３１２、バルブ３１４及びバルブ３１６が開けられる。この結果、低温温調ユニット３０１に貯蔵されている液体は、低温温調ユニット３０１から配管３２６及び配管３２５を介して流路７１に供給される。また、流路７２から出てきた液体は、配管３２９及び配管３２８を介して低温温調ユニット３０１に戻る。このようにして、低温温調ユニット３０１に貯蔵されている液体が基台１０に供給されて循環する。また、この際、高温温調ユニット３０２に貯蔵されている液体は、配管３２１、配管３２２、配管３２３を循環することになり、基台１０には供給されない。

【0099】

図１０に示す例において、高温温調ユニット３０２に貯蔵されている液体をチラー３００から供給する場合について説明する。この場合、バルブ３１２、バルブ３１４及びバルブ３１６が閉じられ、バルブ３１１、バルブ３１３及びバルブ３１５が開けられる。この結果、高温温調ユニット３０２に貯蔵されている液体は、配管３２３及び配管３２４を介して流路７１に供給される。また、流路７２から出てきた液体は、配管３３０、配管３２１を介して高温温調ユニット３０２に戻る。このようにして、高温温調ユニット３０２に貯蔵されている液体が基台１０に供給されて循環する。この際、低温温調ユニット３０１に貯蔵されている液体は、配管３２６、配管３２７、配管３２８を循環することになり、基台１０には供給されない。

【0100】

なお、図１０に示す例では、チラー３００の内部にバルブ３１１〜バルブ３１６が設けられる場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、チラー３００の外部にバルブ３１１〜バルブ３１６が設けられても良い。

【0101】

図１１は、低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒のみを流路に流す場合における効果について示す図である。図１１に示すように、許容温度が「７０度」の場合であって、あるプロセスステップでは「０度」でエッチングし、次のステップでは「８０度」でエッチングするような場合を用いて説明する。この場合、チラー温度により基台１０を「−１０度」で制御し、ヒーター９ａにより静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「０度」に設定する。その後、次のステップでは、静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「８０度」にする。ここで、静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「８０度」にする際、ヒーター温度だけを調整すると温度差ΔＴ＝７０度を超えてしまう。そこで、チラー７０による基台１０の温度を「＋３０度」に調整し、ヒーター温度を調整して静電チャック９の温度（ウエハ温度）を「８０度」にすることで、温度差が「７０度」を超えることなくエッチングすることができる。この結果、接合層２０の剥離を防止可能となる。図１１中の温度Δ７０度制限は、許容温度「７０度」と同じ意味である。

【0102】

このように、基台１０の温度を制御するチラーは、低温温調ユニット及び高温温調ユニットからなり、基台１０の温度の制御時において、低温温調ユニット若しくは高温温調ユニットのいずれか一方からの冷媒のみを流路に流すことで、チラーの構造を簡単にすることができ、省スペースかつ低コストにて実現可能となる。例えば、可変バルブを使用する必要が無いため低コストとなる。

【0103】

（チラーからの液体の循環）
また、例えば、上述の実施形態では、チラーから提供する液体の温度を変える場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、チラーにより提供される液体の温度とヒーターの温度との温度差が接合層２０の許容範囲外となる場合に、チラーから提供される液体が基台１０を循環しないようにしても良い。この場合、チラーによる冷却は行われず、基台１０の温度や基台１０内に設けられる配管内に残った液体の温度は、ヒーターの熱により上がることになる。この結果、接合層２０における温度差が許容範囲外となることを防止可能となる。

【0104】

具体的には、第１の温度と第４の温度との差が接合層２０の許容温度を超える場合、第１の処理の後、第１の温度を、第４の温度との温度差が接合層２０の許容温度となるように第３の温度に変更する場合に、基台１０内の冷媒の循環を停止する工程を実行する。

【0105】

図１２は、基台１０内の冷媒の循環を停止するチラーの構造の一例を示す図である。図１２に示す例では、チラー４００は、三方弁４１０を有する。ここで、温調ユニット４０１により提供される液体を提供しても接合層２０の温度差が許容範囲内である場合には、三方弁４１０の向きを矢印４３０に示される方向に設定する。この場合、チラー４００から提供される液体は、配管４３０、三方弁４１０を介して流路７１に供給され、流路７２から出力された液体が配管４５０を介してチラー４００に供給されることで、基台１０内を冷媒が循環する。

【0106】

また、温調ユニット４０１により提供される液体を提供しても接合層２０の温度差が許容範囲外となる場合には、三方弁４１０の向きを矢印４４０に示される方向に設定する。この場合、チラー４００から提供される液体は、配管４３０、配管４２０、配管４５０を循環することになり、基台１０内を冷媒は循環しない。

【0107】

なお、図１２に示す例では、三方弁を用いる場合を例に示したが、これに限定されるものではない。また、図１２に示す例では、チラー４００が、温調ユニット４０１を１つ有する場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、チラー４００が、低温温調ユニットと高温温調ユニットとを有しても良い。この場合、例えば、高温温調ユニットにより提供される液体では接合層２０の温度差が許容範囲を超えてしまう場合に、基台１０内の冷媒の循環を停止する工程を実行することになる。

【0108】

このように、１の温度と第４の温度との差が接合層２０の許容温度を超える場合、第１の処理の後、第１の温度を、第４の温度との温度差が接合層２０の許容温度となるように第３の温度に変更する場合に、基台１０内の冷媒の循環を停止する工程を実行することで、接合層２０の温度差が許容範囲を超えてしまう事態を簡単に回避可能となる。

【0109】

また、基台１０内の冷媒の循環を停止する工程を実行する場合、チラーとは別系統の冷却機構を更に設けることで、基台１０の放熱能力を高めても良い。例えば、基台１０を空冷する機構を更に設けても良く、基台１０を囲むように放熱器を設置することで、基台１０の放熱能力を高めても良い。

【符号の説明】

【0110】

１ チャンバー
２ 半導体ウエハ
５ 基台支持台
６ 冷媒ジャケット
９ 静電チャック
９ａ ヒーター
１０ 基台
２０ 接合層
７０ チラー
７１ 流路
７２ 流路
９０ プロセスコントローラ
１００ プラズマエッチング装置
Ｔ１ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】