(57)【要約】【課題】低コストな構成で効率的且つ応答性良く処理チャンバの内面を温度制御することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１は、処理チャンバ１１、処理ガス供給装置２０、排気装置４０、コイル２３、高周波電源２４、ヒータ２６、冷却装置３０、制御装置５０を備える。冷却装置３０は、処理チャンバ１１と間隔を隔てて対向する冷却部材３２と、冷却部材３２の冷却流路３２ａ内に冷却流体を供給，循環させる冷却流体供給部３１と、冷却部材３２と処理チャンバ１１との間に設けられた環状のシール部材３５，３６とから構成され、排気装置４０は、シール部材３５，３６、冷却部材３２、処理チャンバ１１に囲まれた空間Ｓ内を減圧する。制御装置５０は、排気装置４０を制御して、コイル２３に高周波電力を印加していないときには空間Ｓ内を減圧し、コイル２３に高周波電力を印加しているときには空間Ｓ内を大気圧とする。【選択図】図１
2008244224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉塞空間を有し、内部に基板が収容される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理チャンバ内を減圧する第１排気手段と、
高周波電力を印加する電力印加手段と、
前記電力印加手段によって高周波電力が印加されることにより、前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記処理チャンバを加熱する加熱手段と、
前記処理チャンバを冷却する冷却手段であって、冷却流体が流通する冷却流路を備え、前記処理チャンバの外面と当接するように又は前記処理チャンバの外面と間隔を隔てて対向するように設けられた金属製の冷却部材と、前記冷却部材の冷却流路内に前記冷却流体を供給する冷却流体供給手段と、前記冷却部材と処理チャンバとの間にこれらに当接するように設けられた環状のシール部材とから構成される冷却手段と、
前記シール部材の環内を減圧する第２排気手段と、
前記ガス供給手段，第１排気手段，第２排気手段，電力印加手段，加熱手段及び冷却手段の作動を制御する制御手段とを少なくとも備え、
前記制御手段は、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に高周波電力を印加していないときには前記シール部材の環内が予め設定された圧力に減圧されるように前記第２排気手段を制御し、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に高周波電力を印加しているときには前記シール部材の環内が前記予め設定された圧力よりも高い圧力となるように前記第２排気手段を制御するように構成されてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記冷却流体は、水であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記予め設定された圧力Ｐ（Ｐａ）は、
Ｐ≦３．１１×１０−６×Ｔ／（ｇ×δ２）
（但し、Ｔ（Ｋ）は空気の絶対温度、δ（μｍ）は空気の分子直径（＝３．７２×１０−４）、ｇ（μｍ）は冷却部材と処理チャンバとの間の間隔である。）
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記冷却部材と処理チャンバとの間の間隔は、０μｍよりも大きく１００μｍ以下に設定されてなることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかのプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に印加する高周波電力が大きいときには前記シール部材の環内の圧力が高くなるように前記第２排気手段を制御し、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に印加する高周波電力が小さいときには前記シール部材の環内の圧力が低くなるように前記第２排気手段を制御するように構成されてなることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかのプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記処理チャンバの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出される温度を基に前記加熱手段の作動を制御し、前記処理チャンバの温度を予め設定された温度とするように構成されてなることを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかのプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理チャンバ内に所定の処理ガスを供給してプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、処理チャンバ内に配置された基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記プラズマ処理装置は、閉塞空間を有し、内部に基板が収容される処理チャンバと、処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、処理チャンバ内を減圧する排気機構と、高周波電力を印加する高周波電源と、高周波電源によって高周波電力が印加されることにより、処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成機構などを少なくとも備えて構成される。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置を用いた基板処理の一例としてエッチング処理が挙げられる。このとき、処理ガスとして、例えば、フロロカーボンガス（ＣｘＦｙガス）を使用すると、処理チャンバの内面に、フロロカーボンガスのプラズマ化によって生成された重合物が付着する。この重合物の付着量は、処理チャンバ内面の温度によって変動し、温度が高いとあまり付着せず、温度が低いと多く付着する。
【０００４】
処理チャンバ内に供給されるフロロカーボンガスの流量は一定に制御されていることから、処理チャンバの内面に付着する重合物が多いと、基板上に保護膜として堆積する重合物が少なくなり、処理チャンバの内面に付着する重合物が少ないと、基板上に保護膜として堆積する重合物が多くなる。そして、いずれの場合も、基板上への重合物の堆積量が異なるために効率的にエッチングを行うことができず、しかも、高精度なエッチング形状を得ることができない。このため、エッチング処理中、生成されたプラズマの熱によって加熱される処理チャンバ内面の温度上昇を抑制し、その温度を一定範囲内に収める必要がある。
【０００５】
そして、従来、処理チャンバ内面の温度上昇を抑制可能なプラズマ処理装置として、例えば、特開平９−２７５０９２号公報に開示されたものが提案されている。このプラズマ処理装置は、上記構成に加え、処理チャンバの内周面から間隔を隔てて配設される内部部材と、内部部材の外周面と処理チャンバの内周面との間に上下方向に間隔を隔てて設けられ、これらの間に閉塞された空間を形成する２つのシール部材と、内部部材，処理チャンバ及びシール部材に囲まれた空間内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給機構とを更に備えて構成されるものである。
【０００６】
このプラズマ処理装置では、冷却ガス供給機構によって、内部部材，処理チャンバ及びシール部材に囲まれた空間内に冷却ガスが供給され、供給された冷却ガスによって内部部材が冷却されるので、生成されたプラズマの熱によって内部部材の温度が上昇するのが防止され、内部部材の温度が一定範囲内に維持される。これにより、基板上に堆積する重合物の量が安定し、上述のような不都合が生じ難い。
【０００７】
しかしながら、このようなプラズマ処理装置においても次のような問題がある。即ち、処理チャンバ（内部部材）の内面が生成されたプラズマの熱によって加熱され、所定の温度となるまでには一定の時間を要するため、エッチング処理の開始後、基板上に堆積する重合物の量が安定するまでには一定の時間がかかる。したがって、エッチング処理の開始後一定時間が経過するまではエッチング処理が安定しない。
【０００８】
そこで、前記プラズマ処理装置に、処理チャンバ（内部部材）を加熱するヒータを設け、このヒータによって、エッチング処理の開始前に予め処理チャンバ（内部部材）を加熱し、その内面の温度を前もって所定温度に上昇させておくといったことが行われている。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２７５０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、ヒータを設けると、一方ではヒータによって加熱し、他方では冷却ガスによって冷却するという、相反することを行うことになるため、内部部材の内面を効率的に所定温度まで上昇させることができない。
【００１１】
また、上記従来のプラズマ処理装置のように、内部部材，処理チャンバ及びシール部材に囲まれた空間内に冷却ガス（冷却流体）を供給するようにしたのでは、内部部材の内面の温度を１００℃以上の温度に制御する場合に冷却流体として水を使用すると、前記空間内に供給した水が沸騰して膨張する危険性のあることから、冷却流体として、上記従来のようにガスや沸点の高い油などを採用しなければならず、冷却流体のコストが高いという問題もある。
【００１２】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、低コストな構成で効率的且つ応答性良く処理チャンバの内面を温度制御することができるプラズマ処理装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明は、
閉塞空間を有し、内部に基板が収容される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理チャンバ内を減圧する第１排気手段と、
高周波電力を印加する電力印加手段と、
前記電力印加手段によって高周波電力が印加されることにより、前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記処理チャンバを加熱する加熱手段と、
前記処理チャンバを冷却する冷却手段であって、冷却流体が流通する冷却流路を備え、前記処理チャンバの外面と当接するように又は前記処理チャンバの外面と間隔を隔てて対向するように設けられた金属製の冷却部材と、前記冷却部材の冷却流路内に前記冷却流体を供給する冷却流体供給手段と、前記冷却部材と処理チャンバとの間にこれらに当接するように設けられた環状のシール部材とから構成される冷却手段と、
前記シール部材の環内を減圧する第２排気手段と、
前記ガス供給手段，第１排気手段，第２排気手段，電力印加手段，加熱手段及び冷却手段の作動を制御する制御手段とを少なくとも備え、
前記制御手段は、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に高周波電力を印加していないときには前記シール部材の環内が予め設定された圧力に減圧されるように前記第２排気手段を制御し、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に高周波電力を印加しているときには前記シール部材の環内が前記予め設定された圧力よりも高い圧力となるように前記第２排気手段を制御するように構成されてなることを特徴とするプラズマ処理装置に係る。
【００１４】
この発明によれば、まず、制御手段による制御の下、第２排気手段によってシール部材の環内（シール部材，冷却部材及び処理チャンバに囲まれた部分）が予め設定された圧力まで減圧されるとともに、加熱手段によって処理チャンバが加熱され、処理チャンバ内面の温度が所定温度まで上昇する。冷却部材と処理チャンバとが当接した状態に設けられている場合であっても、冷却部材側の当接面と処理チャンバ側の当接面は厳密な意味で平らではなく微小な凹凸が存在しているため、これらが完全に密着することはなく、前記凹凸によって微小な空隙が存在しており、冷却部材と処理チャンバとが間隔を隔てている場合と同様に減圧される。
【００１５】
また、このとき、制御手段による制御の下、冷却流体供給手段によって冷却流体が冷却部材の冷却流路内に供給されているが、シール部材の環内が減圧されているので、処理チャンバ側から冷却部材側に熱が伝わり難く（処理チャンバが冷却部材によって冷却され難く）、処理チャンバが効率的に温度上昇する。
【００１６】
この後、制御手段による制御の下、第２排気手段によってシール部材の環内が前記予め設定された圧力よりも高い圧力とされ、電力印加手段によってプラズマ生成手段に高周波電力が印加されるとともに、ガス供給手段によって処理チャンバ内に処理ガスが供給され、供給された処理ガスがプラズマ化される。これにより、処理チャンバ内に適宜搬入された基板（例えば、シリコン基板やガラス基板など）がプラズマ化された処理ガスによって処理（例えば、エッチング処理，アッシング処理及び成膜処理など）される。尚、このとき、第１排気手段によって処理チャンバ内は減圧されている。また、冷却流体供給手段によって冷却流体が冷却部材の冷却流路内に引き続き供給されている。
【００１７】
プラズマが生成されると、生成されたプラズマの熱によって処理チャンバが加熱されるが、シール部材の環内が前記予め設定された圧力よりも高い圧力とされているので、プラズマが生成されていないときに比べ、処理チャンバ側から冷却部材側に熱が伝わり易く（処理チャンバが冷却部材によって冷却され易く）、処理チャンバ内面の温度上昇が防止される。これにより、基板処理の開始前においても開始後においても、処理チャンバ内面の温度が一定範囲内に維持される。
【００１８】
このように、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、シール部材環内の圧力を制御して、熱が冷却部材側に伝わり易くしたり、熱が冷却部材側に伝わり難くすることで、処理チャンバを冷却するときと冷却しないときとを瞬時に切り換えることができ、応答性に優れた温度制御を行うことができる。また、例えば、基板処理の開始前に処理チャンバ内面を所定温度に上昇させるべく処理チャンバを予め加熱するときなど処理チャンバを加熱する際には、シール部材の環内を前記予め設定された圧力とすることで処理チャンバの加熱を効率的に行うことができる。
【００１９】
また、処理チャンバの外面と当接するように又は処理チャンバの外面と間隔を隔てて設けられた冷却部材を介して処理チャンバを冷却するようにしたので、処理チャンバ内面の温度を１００℃以上の温度に制御する場合であっても、冷却部材内を流通する冷却流体の温度が１００℃を超えることはなく、冷却流体として水を採用することができ、冷却流体として水を採用すれば、低コストで冷却手段を構成することができる。この意味で冷却流体は水とすることが好ましい。
【００２０】
尚、前記予め設定された圧力Ｐ（Ｐａ）は、
Ｐ≦３．１１×１０−６×Ｔ／（ｇ×δ２）
（但し、Ｔ（Ｋ）は空気の絶対温度、δ（μｍ）は空気の分子直径（＝３．７２×１０−４）、ｇ（μｍ）は冷却部材と処理チャンバとの間の間隔である。）
の関係を満たすように設定されていることが好ましい。
【００２１】
減圧による断熱効果は、冷却部材と処理チャンバとの間の間隔を空気の平均自由工程以下にすることでより顕著に現れるが、上式を満たすような圧力に設定すれば、冷却部材と処理チャンバとの間の間隔を空気の平均自由工程以下にすることができるので、処理チャンバ側から冷却部材側に熱が伝わるのをより効果的に防止し、加熱手段によってより効率的に処理チャンバを加熱することができる。
【００２２】
また、前記冷却部材と処理チャンバとの間の間隔は、０μｍよりも大きく１００μｍ以下に設定されていることが好ましい。間隔が１００μｍよりも大きいと、冷却部材と処理チャンバとの間に存在する空気の断熱作用が大きくなり、処理チャンバ側から冷却部材側に効率的に熱を伝えることができず、冷却効率が低下したり、応答性が低下する原因となる。したがって、間隔を上記範囲に設定すれば、処理チャンバの温度制御をより効率的に実施することができる。
【００２３】
また、前記制御手段は、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に印加する高周波電力が大きいときには前記シール部材の環内の圧力が高くなるように前記第２排気手段を制御し、前記電力印加手段によって前記プラズマ生成手段に印加する高周波電力が小さいときには前記シール部材の環内の圧力が低くなるように前記第２排気手段を制御するように構成されていることが好ましい。生成されたプラズマの熱は、プラズマ生成手段に印加される高周波電力に対応して大きくなるので、印加される高周波電力（プラズマの熱）が小さいときには、処理チャンバ側から冷却部材側に伝える熱量は少なくて良く、印加される高周波電力（プラズマの熱）が大きいときには、処理チャンバ側から冷却部材側に伝える熱量は多くする必要がある。したがって、上記のように、プラズマ生成手段に印加する高周波電力に応じてシール部材環内の圧力を調整するようにすれば、処理チャンバ側から冷却部材側に伝わる熱量を調整することができ、より最適に処理チャンバの温度制御を行うことができる。
【００２４】
また、前記プラズマ処理装置は、前記処理チャンバの温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出される温度を基に前記加熱手段の作動を制御し、前記処理チャンバの温度を予め設定された温度とするように構成されていることが好ましい。このようにすれば、処理チャンバの温度制御を効率的且つ高精度に実施することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、シール部材環内の圧力を制御することにより処理チャンバの冷却状態を変化させるようにしたので、低コストな構成で効率的且つ応答性良く処理チャンバの内面を温度制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示した断面図であり、図２は、図１における矢示Ａ方向の平面図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、本例のプラズマ処理装置たるエッチング装置１は、閉塞空間を有し、エッチング対象であるシリコン基板Ｋが内部に配置される処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、シリコン基板Ｋが載置される基台１５と、基台１５を昇降させる昇降シリンダ１８と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置２０と、処理チャンバ１１の外部に配設された複数のコイル（プラズマ生成機構）２３と、各コイル２３に高周波電力を印加するコイル用高周波電源２４と、基台１５に高周波電力を印加する基台用高周波電源２５と、処理チャンバ１１を加熱するヒータ２６と、処理チャンバ１１の温度を検出する温度検出センサ２７と、処理チャンバ１１を冷却する冷却装置３０と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置４０と、昇降シリンダ１８，ガス供給装置２０，コイル用高周波電源２４，基台用高周波電源２５，ヒータ２６，冷却装置３０及び排気装置４０の作動を制御する制御装置５０とを備える。
【００２８】
前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下部容器１２及び上部容器１３から構成され、上部容器１３は、下部容器１２よりも小さく形成される。下部容器１２の側壁には、シリコン基板Ｋを搬入したり、搬出するための開口部１２ａが形成されており、この開口部１２ａは、シャッタ１４によって開閉されるようになっている。尚、少なくとも上部容器１３の天板は、例えば、アルミニウムなどの金属から構成される。
【００２９】
前記基台１５は、上下に配設された上部材１６及び下部材１７からなり、上部材１６上にシリコン基板Ｋが載置され、下部材１７には前記昇降シリンダ１８が接続される。
【００３０】
前記ガス供給装置２０は、処理ガスとして、エッチングガス（例えば、ＳＦ６ガス）及び耐エッチング層形成ガス（例えば、Ｃ４Ｆ８ガス）を供給する処理ガス供給部２１と、この処理ガス供給部２１と上部容器１３の上面とを接続する供給管２２とから構成され、処理ガス供給部２１から供給管２２を介して上部容器１３内にエッチングガス及び耐エッチング層形成ガスを供給する。
【００３１】
前記各コイル２３は、環状に形成され、上部容器１３の外周部に上下に並設される。前記コイル用高周波電源２４は、コイル２３に高周波電力を印加することで、上部容器１３内に磁界を形成し、この磁界によって誘起される電界により、上部容器１３内に供給されたエッチングガス及び耐エッチング層形成ガスをプラズマ化する。前記基台用高周波電源２５は、基台１５に高周波電力を印加することで、基台１５とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせる。
【００３２】
前記ヒータ２６及び温度検出センサ２７は、上部容器１３の天板にそれぞれ埋め込まれている。温度検出センサ２７は、例えば、熱電対から構成され、処理チャンバ１１（上部容器１３）の温度を制御装置５０に送信する。
【００３３】
前記冷却装置３０は、冷却水を供給する冷却水供給部３１と、冷却水が流通する冷却流路３２ａを備え、上部容器１３の上面（天板）と一定間隔を隔てて対向するように設けられた環状の冷却部材３２と、冷却水供給部３１と冷却流路３２ａの一端側とを接続する供給管３３と、冷却水供給部３１と冷却流路３２ａの他端側とを接続する還流管３４と、冷却部材３２の下面と上部容器１３の上面との間にこれらに当接するように設けられ、環状に形成された第１及び第２の２つのシール部材３５，３６とから構成されており、冷却水供給部３１から供給管３３を介して冷却流路３２ａ内に冷却水を供給し、冷却流路３２ａ内を流通した冷却水を還流管３４を介して冷却水供給部３１に還流させる。
【００３４】
前記冷却部材３２は、その環内にガス供給装置２０の供給管２２が配置されるように設けられ、例えば、アルミニウムなどの金属から構成される。また、冷却部材３２は、その外周面に開口する２つの穴３２ｂと、平面視Ｃ字状に形成され、一方端側が穴３２ｂの一方に、他方端側が穴３２ｂの他方に連通した２つの空間３２ｃと、下面に開口し、前記シール部材３５，３６がそれぞれ挿入される２つの環状溝３２ｄと、上下に貫通し、下端が２つの環状溝３２ｄの間に開口した貫通孔３２ｅとを備えており、各穴３２ｂ及び各空間３２ｃが前記冷却流路３２ａとなっている。また、前記環状溝３２ｄは、冷却部材３２の下面の外周側と内周側にそれぞれ形成されている。尚、冷却部材３２の下面と上部容器１３の上面との間の間隔は０μｍよりも大きく１００μｍ以下に設定されていることが好ましい。
【００３５】
前記供給管３３は、前記穴３２ｂの一方に接続され、前記還流管３４は、前記穴３２ｂの他方に接続されている。前記第１シール部材３５は、外側の前記環状溝３２ｄに挿入され、前記第２シール部材３６は、内側の前記環状溝３２ｄに挿入されており、第１シール部材３５の環内（冷却部材３２、上部容器１３及び各シール部材３５，３６によって囲まれた部分）に閉塞空間Ｓが形成されている。
【００３６】
前記排気装置４０は、排気ポンプ４１と、この排気ポンプ４１と下部容器１２とを接続する第１排気管４２と、第１排気管４２に設けられ、処理チャンバ１１内の圧力を調整する第１圧力調整機構４３とから構成され、排気ポンプ４１により第１排気管４２を介して下部容器１２内の気体を排気し、処理チャンバ１１の内部を第１圧力調整機構４３により調整された所定圧力に減圧する。
【００３７】
また、排気装置４０は、排気ポンプ４１と冷却部材３２の貫通孔３２ｅの上端とを接続する第２排気管４４と、第２排気管４４に設けられ、閉塞空間Ｓ内の圧力を調整する第２圧力調整機構４５とを更に備えており、第２排気管４４及び貫通孔３２ｅを介して前記閉塞空間Ｓ内の気体を排気し、閉塞空間Ｓの内部を第２圧力調整機構４５により調整された所定圧力にする。
【００３８】
前記制御装置５０は、昇降シリンダ１８，処理ガス供給部２１，コイル用高周波電源２４，基台用高周波電源２５，ヒータ２６，冷却水供給部３１，排気ポンプ４１，第１圧力調整機構４３及び第２圧力調整機構４５の作動を制御する。
【００３９】
また、制御装置５０は、図３に示すように、シリコン基板Ｋをエッチングするエッチング工程ｅと、シリコン基板Ｋに耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程ｄとを交互に繰り返して実行する。エッチング工程ｅでは、コイル用高周波電源２４及び基台用高周波電源２５によってコイル２３及び基台１５に高周波電力をそれぞれ印加し、処理ガス供給部２１から処理チャンバ１１内にエッチングガスを供給し、排気ポンプ４１及び第１圧力調整機構４３によって処理チャンバ１１内を所定圧力にする。一方、耐エッチング層形成工程ｄでは、コイル用高周波電源２４によってコイル２３に高周波電力を印加し、処理ガス供給部２１から処理チャンバ１１内に耐エッチング層形成ガスを供給し、排気ポンプ４１及び第１圧力調整機構４３によって処理チャンバ１１内を所定圧力にする。
【００４０】
また、制御装置５０は、図４（ａ）に示すように、コイル用高周波電源２４によってコイル２３に高周波電力を印加していないとき（エッチング工程ｅ及び耐エッチング層形成工程ｄの開始前）には前記閉塞空間Ｓ内を、予め設定された圧力に減圧し、コイル用高周波電源２４によってコイル２３に高周波電力を印加しているとき（エッチング工程ｅ及び耐エッチング層形成工程ｄの開始後）には前記閉塞空間Ｓ内を大気圧とするように、排気ポンプ４１及び第２圧力調整機構４５を制御する。
【００４１】
ここで、前記予め設定された圧力Ｐ（Ｐａ）は、以下の数式１の関係を満たすように設定されていることが好ましい。
【００４２】
（数式１）
Ｐ≦３．１１×１０−６×Ｔ／（ｇ×δ２）
但し、Ｔ（Ｋ）は空気の絶対温度、δ（μｍ）は空気の分子直径（＝３．７２×１０−４）、ｇ（μｍ）は冷却部材３２と上部容器１３との間の間隔である。
【００４３】
例えば、冷却部材３２と上部容器１３との間の間隔ｇを１００μｍとした場合には、空気の温度Ｔを２９３Ｋと、空気の分子直径δを３．７２×１０−４μｍとすると、上記数式１から圧力Ｐが約６５．８５（Ｐａ）と求まるので、この６５．８５（Ｐａ）以下の圧力にする。また、冷却部材３２と上部容器１３との間の間隔ｇを１μｍとした場合には、空気の温度Ｔを２９３Ｋと、空気の分子直径δを３．７２×１０−４μｍとすると、上記数式１から圧力Ｐが約６５８５（Ｐａ）と求まるので、この６５８５（Ｐａ）以下の圧力にする。
【００４４】
また、制御装置５０は、図４（ｂ）に示すように、温度検出センサ２７から得られる上部容器１３の温度を受信して、受信した温度を基に、ヒータ２６の出力を制御して上部容器１３の内面、ひいては処理チャンバ１１の内面の温度を所定範囲内（例えば、１２０℃〜１５０℃の範囲内）にする。
【００４５】
尚、制御装置５０は、温度検出センサ２７から得られる検出温度が前記所定範囲内になった後、前記エッチング工程ｅと耐エッチング層形成工程ｄとを交互に繰り返して実行する。また、制御装置５０は、図４（ｃ）に示すように、冷却水が絶えず循環するように冷却水供給部３１を制御する。
【００４６】
以上のように構成された本例のエッチング装置１によれば、まず、制御装置５０による制御の下、排気ポンプ４１及び第２圧力調整機構４５によって閉塞空間Ｓ内が前記予め設定された圧力に減圧されるとともに、温度検出センサ２７によって検出される処理チャンバ１１の温度が所定範囲内に達するまでヒータ２６によって処理チャンバ１１が加熱される。
【００４７】
このとき、制御装置５０による制御の下、冷却水供給部３１から供給管３３を介して冷却部材３２の冷却流路３２ａ内に冷却水が供給されるとともに、この冷却流路３２ａ内を流通した冷却水が還流管３４を介して冷却水供給部３１に還流され、冷却水が冷却水供給部３１と冷却部材３２との間で循環しているが、閉塞空間Ｓ内が減圧されているので、処理チャンバ１１側から冷却部材３２側に熱が伝わり難く（処理チャンバ１１が冷却部材３２によって冷却され難く）、処理チャンバ１１が効率的に温度上昇する。
【００４８】
この後、温度検出センサ２７によって検出される処理チャンバ１１の温度が所定範囲内になると、制御装置５０による制御の下、エッチング工程ｅと耐エッチング層形成工程ｄとが交互に繰り返され、処理チャンバ１１内に適宜搬入されて基台１５上に載置されたシリコン基板Ｋがエッチングされる。このとき、制御装置５０により排気ポンプ４１及び第２圧力調整機構４５が制御されて閉塞空間Ｓ内の圧力が大気圧に戻される。また、冷却水供給部３１から冷却水が引き続き冷却部材３２に供給，循環されている。
【００４９】
尚、前記エッチング工程ｅでは、エッチングガスが処理チャンバ１１内に供給されてプラズマ化され、プラズマ中のラジカルがシリコン原子と化学反応したり、プラズマ中のイオンがバイアス電位により基台１５側に向けて移動してシリコン基板Ｋと衝突する。これにより、シリコン基板Ｋには、所定の幅及び深さを備えた溝や穴が形成される。
【００５０】
一方、前記耐エッチング層形成工程ｄでは、耐エッチング層形成ガスが処理チャンバ１１内に供給されてプラズマ化され、プラズマ中のラジカルから生成された重合物が、シリコン基板Ｋの表面（エッチングによって形成される溝や穴の側壁及び底面など）に堆積する。これにより、シリコン基板Ｋには、耐エッチング層（フロロカーボン膜）が形成される。
【００５１】
そして、このようなエッチング工程ｅと耐エッチング層形成工程ｄとが交互に繰り返されることで、シリコン基板Ｋは、溝や穴の側壁が耐エッチング層によって保護されつつその深さ方向にエッチングが進行する。
【００５２】
前記エッチング工程ｅ及び耐エッチング層形成工程ｄでプラズマが生成されると、生成されたプラズマの熱によって処理チャンバ１１が加熱されるが、閉塞空間Ｓ内が大気圧に戻されているので、エッチング工程ｅ及び耐エッチング層形成工程ｄを実施する前、即ち、プラズマが生成されていないときに比べ、処理チャンバ１１側から冷却部材３２側に熱が伝わり易く（処理チャンバ１１が冷却部材３２によって冷却され易く）、処理チャンバ１１内面の温度上昇が防止される。また、このときも、温度検出センサ２７によって検出される温度を基にヒータ２６の出力が調整されている。これにより、エッチング工程ｅ及び耐エッチング層形成工程ｄを開始する前においても開始した後においても、処理チャンバ１１内面の温度が一定範囲内に維持される。
【００５３】
斯くして、本例のエッチング装置１によれば、前記閉塞空間Ｓ内の圧力を制御して、熱が冷却部材３２側に伝わり易くするときと、熱が冷却部材３２側に伝わり難くするときとを切り換えるようにすることで、処理チャンバ１１を冷却するときと冷却しないときとを瞬時に切り換えることができ、応答性に優れた温度制御を行うことができる。また、例えば、エッチング工程ｅ及び耐エッチング層形成工程ｄを開始する前に処理チャンバ１１内面を所定温度に上昇させるべく処理チャンバ１１を予め加熱するときなど処理チャンバ１１を加熱する際には、閉塞空間Ｓ内を減圧することで処理チャンバ１１の加熱を効率的に行うことができる。
【００５４】
また、処理チャンバ１１の外面と間隔を隔てて設けられた冷却部材３２を介して処理チャンバ１１を冷却するようにしたので、処理チャンバ１１の内面の温度を１００℃以上の温度に制御する場合であっても、冷却部材３２内を流通する冷却水が１００℃を超えることはなく、冷却水が沸騰して膨張する恐れはない。冷却流体として水を採用することで、より低コストで冷却装置３０を構成することができる。
【００５５】
また、減圧による断熱効果は、冷却部材３２と上部容器１３との間の間隔を空気の平均自由工程以下にすることでより顕著に現れるが、減圧時における閉塞空間Ｓ内の圧力を上記数式１の関係を満たすように設定すれば、冷却部材３２と上部容器１３との間の間隔を空気の平均自由工程以下にすることができるので、処理チャンバ１１側から冷却部材３２側に熱が伝わるのをより効果的に防止し、ヒータ２６によってより効率的に処理チャンバ１１を加熱することができる。
【００５６】
また、冷却部材３２の下面と上部容器１３との間の間隔を０μｍよりも大きく１００μｍ以下に設定すれば、処理チャンバ１１の温度制御をより効率的に実施することができる。尚、間隔が１００μｍよりも大きいと、閉塞空間Ｓ内に存在する空気の断熱作用が大きくなり、処理チャンバ１１側から冷却部材３２側に効率的に熱を伝えることができず、冷却効率が低下したり、応答性が低下する原因となる。
【００５７】
また、制御装置３０が、温度検出センサ２７から得られる検出温度を基にヒータ２６の出力を制御して処理チャンバ１１の内面の温度を所定範囲内とするようにしたので、処理チャンバ１１の温度制御を効率的且つ高精度に実施することができる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００５９】
上例では、コイル用高周波電源２４によってコイル２３に高周波電力を印加しているときの閉塞空間Ｓ内の圧力を大気圧としたが、これに限られるものではなく、コイル用高周波電源２４によってコイル２３に高周波電力を印加していないときの閉塞空間Ｓ内の圧力よりも高ければ良い。但し、圧力の高い方が熱が伝わり易いので、圧力が高いほど処理チャンバ１１をより効率的に冷却することができる。
【００６０】
また、冷却部材３２の配置位置や形状は、上例に限定されるものではない。また、冷却部材３２は、上部容器１３との間に間隔を形成して配置するのではなく、上部容器１３に当接した状態で設けるようにしても良い。冷却部材３２と上部容器１３とが当接した状態でも良いのは、冷却部材３２側の当接面と上部部材１３側の当接面は厳密な意味で平らではなく微小な凹凸が存在しているため、これらが完全に密着することはなく、前記凹凸によって微小な空隙が存在するからである。
【００６１】
生成されたプラズマの熱は、コイル２３に印加される高周波電力に対応して大きくなるので、印加される高周波電力（プラズマの熱）が小さいときには、処理チャンバ１１側から冷却部材３２側に伝える熱量は少なくて良く、印加される高周波電力（プラズマの熱）が大きいときには、処理チャンバ１１側から冷却部材３２側に伝える熱量は多くする必要がある。そこで、制御装置５０を、これが、排気ポンプ４１及び第２圧力調整機構４５を制御して、コイル用高周波電源２４によってコイル２３に印加する高周波電力が大きいときには閉塞空間Ｓ内の圧力を高くし、コイル用高周波電源２４によってコイル２３に印加する高周波電力が小さいときには閉塞空間Ｓ内の圧力を低くするように構成することが好ましい。このように、コイル２３に印加する高周波電力に応じて閉塞空間Ｓ内の圧力を調整するようにすれば、処理チャンバ１１側から冷却部材３２側に伝わる熱量を調整することができ、より最適に処理チャンバ１１の温度制御を行うことができる。
【００６２】
また、上例では、プラズマ処理装置としてエッチング装置１を一例に挙げて説明したが、このエッチング装置１に限定されるものではなく、アッシング処理や成膜処理などを行うものであっても良い。また、プラズマ処理の対象となる基板は、シリコン基板Ｋに限られず、ガラス基板など、どのような基板であっても良い。
【００６３】
また、上例では、コイル２３に高周波電力を印加することにより処理チャンバ１１内の処理ガスをプラズマ化するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、平行平板電極型のプラズマ生成機構を採用することもできる。このプラズマ生成機構は、処理チャンバ１１内に所定間隔を隔てて対向配置された平板状の電極から構成されるもので、この電極間に高周波電力が印加されるようになっている。
【００６４】
また、１つの排気装置４０に、処理チャンバ１１内を減圧する機能と、閉塞空間Ｓ内を減圧する機能を持たせたが、この排気装置４０に代えて、処理チャンバ１１内を減圧するための第１排気装置と、閉塞空間Ｓ内を減圧するための第２排気装置の２つの排気装置を設けるようにしても良い。また、閉塞空間Ｓ内を減圧状態から大気圧に戻す場合など閉塞空間Ｓ内の圧力を高めるに当たっては、排気装置４０に適宜弁を設けてこの弁により大気を導入したり、排気装置４０に適宜弁及び圧縮空気供給源を設けてこの弁及び圧縮空気供給源により圧縮空気を供給することで、閉塞空間Ｓ内の圧力を高めるようにしても良い。
【００６５】
また、上例では、冷却装置３０を、冷却水が冷却水供給部３１と冷却部材３２の冷却流路３２ａとの間で循環するように構成したが、必ずしも循環させる必要はない。また、冷却水に工業用水を使用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示した断面図である。
【図２】図１における矢示Ａ方向の平面図である。
【図３】エッチングガスの供給流量、耐エッチング層形成ガスの供給流量、コイルに印加される高周波電力、基台に印加される高周波電力の制御状態を示したタイミングチャートである。
【図４】閉塞空間内の圧力、ヒータの出力、冷却水の循環流量の制御状態を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１    エッチング装置（プラズマ処理装置）
１１  処理チャンバ
１２  下部容器
１３  上部容器
１５  基台
１８  昇降シリンダ
２０  ガス供給装置
２１  処理ガス供給部
２３  コイル
２４  コイル用高周波電源
２５  基台用高周波電源
２６  ヒータ
２７  温度検出センサ
３０  冷却装置
３１  冷却水供給部
３２  冷却部材
３３  供給管
３４  還流管
３５，３６  シール部材
４０  排気装置
４１  排気ポンプ
４４  第２排気管
４５  第２圧力調整機構
５０  制御装置
Ｋ    シリコン基板
Ｓ    閉塞空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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