(57)【要約】【課題】プラズマを形成するための電界を容器内部の処理室内に供給しつつ処理室内のウエハ上に加熱するための光を効率良く照射できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】透光性を有した誘電体製の側壁を備えた真空容器の内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内側の下部に配置され処理対象のウエハが載せられるステージと、前記側壁の外周側でこれを囲んで配置され前記ステージ上方の前記処理室内にプラズマを形成するための高周波電力が供給されるコイルと、前記真空容器外側の前記コイルの上方に配置され前記処理室の上方から前記ウエハに光を照射するランプと、前記コイルの外周側でこれを囲んで配置され前記光を反射して前記処理室内に照射する反射板とを備えたプラズマ処理装置。【選択図】図１
2017028001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有した誘電体製の側壁を備えた真空容器の内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内側の下部に配置され処理対象のウエハが載せられるステージと、前記側壁の外周側でこれを囲んで配置され前記ステージ上方の前記処理室内にプラズマを形成するための高周波電力が供給されるコイルと、前記真空容器外側の前記コイルの上方に配置され前記処理室の上方から前記ウエハに光を照射するランプと、前記コイルの外周側でこれを囲んで配置され前記光を反射して前記処理室内に照射する反射板とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ウエハの処理中に、前記処理室内に形成された前記プラズマ中の粒子を前記ウエハ上面に供給した後に前記ランプから照射される前記光により前記ウエハを加熱してこのウエハ上面に配置された膜層を処理する工程を少なくとも１回実施するプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ランプが中央側部分及び外周側部分を含む複数の部分の各々の照射を独立して調節可能に構成され、当該前記ランプが前記処理室上方の真空容器の上部を構成し透光性を有した部材製の天板の上方に配置されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記ランプと前記ステージとの間に配置され前記ランプからの光の向きを変えて前記処理室の外側の方向に広がることを抑制する部材を備えたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台上に載せられた半導体ウエハ等の基板状の試料を当該処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、試料を加熱することにより当該試料の表面に予め形成された膜構造の処理対象の膜層をエッチングするプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスでは、低消費電力化や記憶容量増大の要求のため、更なる微細化、及び、デバイス構造の３次元化が進んでいる。３次元構造のデバイスの製造では、構造が立体的で複雑であるため、従来から実施されてきた縦方向（デバイスの回路構造の深さ方向）に回路を構成する膜層をエッチングするものに加えて、横方向についてエッチングすることが多用されるようになる。
【０００３】
このような横方向のエッチングは、処理対象の膜層を薬液中において処理することでエッチングするウエット処理が実施されてきた。このようなウエット処理は単一の方向のみでなく全周囲に等しく処理が進行する等方向エッチングであり、将来に実現を要求されると予想される更に微細化が進み小さな線幅で構成された回路においてこのようなウエット処理を実施した場合には、回路パターンの溝の側壁等の構造が薬液の表面張力によって倒れてしまうといった問題が顕在化すると予測される。
【０００４】
そのため、このような等方向エッチングを行う技術としては、従来のウエット処理から薬液を用いないドライ処理に置き換える必要が生じると予想されている。このような等方向のドライエッチングを高い精度に実現する技術として吸着・脱離方式のエッチング方法が考案されている。
【０００５】
この技術では、まずプラズマ中に生成されたラジカル等の高い反応性を有する粒子を半導体ウエハ等の試料の表面に予め配置された回路を形成するためのマスクを含む複数の膜構造のうちエッチング対象の膜層の表面に吸着させて当該膜層表面の材料と活性を有する粒子との間の化学反応によって微小な厚さの反応層を形成させる（吸着工程）。次に、反応層に熱エネルギーを付与して（層を加熱して）この反応層を揮発させ脱離させて除去する（脱離工程）。所望の量のエッチングを実現するためにこれら吸着工程と脱離工程とを交互に繰り返すことが行われる。
【０００６】
この技術では、吸着工程において、反応層が一定の厚さに到達すると、反応層が処理対象の膜層と反応層の界面にラジカルが到達するのを阻害するようになるため、反応層の成長が急速に減速する。そのため、複雑なパターン形状の内部において、ラジカルのフラックスに分布があっても、十分な長さの時間で吸着させることで均一な厚さの反応層を形成することができ、エッチング量をパターン形状に依存せず、均一にすることが可能となると考えられている。
【０００７】
このような処理では、反応層の厚さが処理対象の膜層表面を構成する材料のうちでプラズマからのラジカルに曝された結果これが付着し反応できる原子または分子の存在する範囲に限られる。このため、一度の吸着工程と脱離工程とのサイクルにおいて、エッチング量を数ｎｍレベル以下に制御することが可能になると予測されることから、数ｎｍ以下の寸法精度で加工量を調整できるエッチング処理の実現が期待されている。
【０００８】
このような従来技術の例としては、特表２０１３−５２２８８４号公報（特許文献１）に記載されたものが、従来から知られていた。特許文献１では、プラズマ源及び加熱源と結合された処理チャンバーとその内部に配置された基板支持体を有した装置が開示され、チャンバー内に供給したガスを用いてプラズマ源によりプラズマを形成して、基板支持体上に載せられたウエハ等の基板の表面に反応生成物による酸化物層を形成し、加熱源にウエハを近接させる等の手段を用いて当該加熱源からの輻射あるいは伝導による熱により基板を加熱し昇温させて酸化物を昇華させるものが開示されている。
【０００９】
本従来技術では、プラズマ源としては誘導結合あるいは容量結合によるもの等任意のものが用いられ、基板支持体の内部に加熱源を配置する構成とともに、プラズマ形成中において基板支持体内部に配置された電極に特定の周期の高周波（ＲＦ）電力が供給されバイアス電位を基板上面上方に形成する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２０１３−５２２８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の従来技術では、次の点について考慮が不十分であったため、問題が生じていた。
【００１２】
すなわち、従来技術は、吸着工程ではウエハを冷却（ウエハの温度を低減）し、脱離工程ではウエハを加熱（温度を増大）する必要がある。このため、このような装置では、ウエハを加熱する機能とウエハを冷却する機能との両方を具備する必要がある。このようなウエハを加熱・冷却する手段としては次の３つのものが考えられる。
【００１３】
第１の方法は、ウエハを戴置するステージを冷却する構成を備え、吸着工程ではウエハをステージに熱的に接触させて冷却する。一方で、脱離工程では、ウエハとステージとの熱的な接続を断つかこれを抑制して、ウエハにランプ等からの光を照射して輻射によりウエハを加熱する。
【００１４】
第２の方法は、特許文献１に開示されるように、第１の方法と同様にウエハを戴置するステージを冷却する構成を備えると共にウエハを載置するステージ上方に加熱される部材をウエハに面して配置する構成を備える。ラジカルを吸着させる吸着工程で当該ステージとウエハとを熱的に接触させてウエハを冷却する一方で、脱離工程においては上方の加熱されて昇温された部材にウエハを近接させ、両者の間に通流させるガスによる熱伝導を介してウエハを加熱する。
【００１５】
第３の方法は、複数のチャンバーの一方に載せられた基板を冷却する機能を有するステージを備え、他方には基板を加熱する機能を有するステージを配置し、吸着工程と脱離工程との各々でウエハをこれらのチャンバー各々で実施するものである。
【００１６】
これらの方法のうち、第１の方法はランプからの輻射光によって加熱するものでウエハを移動させることなく加熱できるため、比較的短時間にウエハを加熱できる。一方で、ランプとウエハとの距離が大きくなると加熱する能力が低減するため、光源とプラズマ源をどのような配置で設置するかについては工夫が必要となる。
【００１７】
例えば、ウエハの直上にランプを配置してその上方にプラズマ源を配置する構成が考えられる。しかし、このような構成ではウエハと加熱源との距離を相対的に小さくして加熱する性能を高くできるもののウエハとプラズマ源との距離が相対的に大きくなりラジカル等の反応層を形成する活性を有する粒子を効率的にウエハ表面に供給できないという問題が生じてしまう。ラジカル等活性粒子が移動する距離が大きくなり移動の時間が長くなるとその間に粒子に活性の寿命が来てしまうためである。
【００１８】
この課題を解決しようとして加熱源であるランプをウエハから見てプラズマ源の上方に配置した構成では、プラズマ源の上部の設計の自由度が高いプラズマ源を選択する必要があり、このようなプラズマ源としては、誘電体製の処理容器の外壁面の周囲に配置したコイルに供給された高周波電力により処理室内部にＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ）を形成するものが好都合である。例えば、円筒形を有した処理容器の側壁外周を囲んで上記コイルを配置するとともに、側壁上端部上方に石英等の透光性の材料製の部材を配置して上方からランプ光を照射する構成を採ることができる。
【００１９】
しかしながら、このようなＩＣＰ型のプラズマ源を用いたものにおいて、電力損失の低減の観点からコイルが外周に巻かれる石英製の容器側壁を備えた場合には、容器上方のランプから容器内部に照射された光の多くが側壁から漏れ出てしまい、ウエハを加熱する性能が低下してしまうという問題が生じる。一方で、処理容器側壁の内側壁表面に光を反射できる金属被膜等をコーティングすると、コイルに供給された高周波電力による誘導磁場を容器内に形成することができなくなってしまう。このような問題について上記従来技術では考慮されていなかった。
【００２０】
本発明の目的は、プラズマを形成するための電界を容器内部の処理室内に供給しつつ処理室内のウエハ上に加熱するための光を効率良く照射できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的は、透光性を有した誘電体製の側壁を備えた真空容器の内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内側の下部に配置され処理対象のウエハが載せられるステージと、前記側壁の外周側でこれを囲んで配置され前記ステージ上方の前記処理室内にプラズマを形成するための高周波電力が供給されるコイルと、前記真空容器外側の前記コイルの上方に配置され前記処理室の上方から前記ウエハに光を照射するランプと、前記コイルの外周側でこれを囲んで配置され前記光を反射して前記処理室内に照射する反射板とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＩＣＰ型のプラズマを形成するプラズマ源を構成する処理チャンバーから外側に出るＩＲ光をＩＣＰコイルよりも外側に設置された反射板を用いて反射してチャンバー内側へ戻すことにより、ウエハを加熱の能力とこれによるウエハの温度の値とその分布のバラつきが低減されウエハの処理の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例のＩＣＰコイルを含む部分の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１に示す実施例に係るＩＲランプの構成の概略を模式的に示す平面図である。
【図４】図１に示す実施例に係るガス供給源の構成を模式的に示す図である。
【図５】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理の動作の流れを示すタイムチャートである。
【図６】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理の動作の流れを示すタイムチャートである。
【図７】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理の動作の流れを示すタイムチャートである。
【図８】図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置が実施する図５乃至９に示すエッチング処理の進行に伴う処理対象の被エッチング層の形状の変化を模式的に示す縦断面図である。
【図９】図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置が実施する図５乃至９に示すエッチング処理の進行に伴う処理対象の被エッチング層の形状の変化を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】図２に示す実施例のＩＣＰコイルの主要部分の別の構成例の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図１１】図１に示す本発明の実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】図１に示す本発明の実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
まず、図１乃至１０を用いて本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００２６】
本図において、本実施例に係るプラズマ処理装置は、ベースチャンバー１１の上部にはＩＣＰプラズマ源を構成する円筒型の石英チャンバー１２が設置されており、ベースチャンバー１１と石英チャンバー１２が処理室１を形成している。石英チャンバー１２の下方にはウエハを戴置するウエハステージ４が設置されており、アーム１９によってベースチャンバー１１に固定されている。
【００２７】
石英チャンバー１２の外側にはＩＣＰコイル３４が配置されており、ＩＣＰコイルにはプラズマ生成のための高周波電源２０が整合機２２を介して接続されている。高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚなど、およそ数十ＭＨｚの周波数帯を用いるものとする。
【００２８】
石英チャンバー１２の上部は天板６が配置されている。天板６は全体を石英とするか、あるいは石英の窓が配置されているものとする。天板６の上方にはＩＲランプユニット６１が配置されており、その内部にはＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ：赤外線）ランプ６２とその上部に上部反射板６３が配置されている。またＩＲランプ６２はＩＲランプ用電源６４が接続されている。
【００２９】
石英チャンバー１２の下方（プラズマ生成領域であるＩＣＰコイル３４の高さ位置よりも下方）且つウエハ２の上方には、石英製のスリット１８が配置されている。このスリット１８により、プラズマ中で生成されたラジカルをウエハに照射しながら、プラズマ中で生成されたイオンのウエハへの照射は抑えるようにしている。
【００３０】
すなわち、本実施例のプラズマ処理装置は、ウエハ２の上にスリット１８及びその上方にプラズマが形成される空間が配置されており、これらの上にＩＲランプ６２が配置されている構成を備え、ウエハ２とプラズマとの距離を短くしているためプラズマ中で生成された短寿命のラジカルのウエハ２への照射効率を高めている。
【００３１】
ベースチャンバー１１の下方には、石英チャンバー１２とベースチャンバー１２と天板６とを備えて構成される真空容器内部の処理チャンバー内側を減圧するためのターボ分子ポンプや粗引き用のロータリーポンプ等を含む真空ポンプ４２と、ベースチャンバー１２底部に配置された処理チャンバー排気用の円形の排気口と真空ポンプ４２入り口との間に当該チャンバー内の圧力を調整するための調圧バルブユニット４３が配置されている。また、排気口上方の処理チャンバー内には排気口に対して距離を増減させ或いは排気口を閉塞する円板状のメインバルブ４４が配置されている。
【００３２】
ウエハステージ４にはウエハ２を静電吸着によって固定するための電極３０が埋め込まれている。この電極３０は内側電極３０−１と外側電極３０−２からなり、それぞれ、静電吸着のためのＤＣ電源３１が接続されている。また、ウエハ２を冷却するため、ウエハステージ４の内部には冷媒が流れるようになっており、また、ウエハステージ４のウエハ戴置面にはウエハ裏面とウエハステージの間に冷却用のＨｅガスを流すための流路が配置されて、ガス供給源４９よりＨｅガス（以後、裏面Ｈｅとも呼ぶ）が供給されるようになっている。
【００３３】
ＩＣＰコイル３４の外側、且つ、外カバー６０の間には反射板３５が配置されている。これによりＩＲランプ６２から発光したＩＲ光のうち、石英チャンバー１２を介して石英チャンバー１２の外側に漏れ出たＩＲ光３６を、再び石英チャンバー１２内に戻すようにしている。
【００３４】
次に、反射板３５について図２を用いて説明する。図２は、図１に示す実施例のＩＣＰコイルの主要部分の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。特に、図１の符号Ｘで示された破線で囲まれた部分が拡大して示されている。
【００３５】
本図において、石英チャンバー１２の側壁の外周側で当該側壁から所定の距離をあけて複数段巻かれて配置されたＩＣＰコイル３４の更に外周側で複数段のＩＣＰコイル３４に亘って上下に延在して配置された本実施例の反射板３５は、母材７７とその内側（図上右側の石英チャンバー１２の側）の表面にこれを覆って配置された密着層７８及び反射層７９と備えている。
【００３６】
また、ＩＣＰコイル３４の外周側でこれを囲んでリング状に配置される反射板３５の母材７７の外側（図上左側の外カバー６０の側）の表面上には、反射板３５を冷却するための冷媒流路３９−２が反射板３５と接して螺旋状に複数段巻かれて配置されている。冷媒流路３９−２は図１に示したチラーユニット３８と接続されて、チラーユニット３８において温度が調節された冷媒が供給されてその内部を通流して循環している。
【００３７】
また、アルミ、銅、ＳＵＳなどの熱伝導のよい金属が母材７７に用いられる。さらに、反射層７９に金やアルミなど、ＩＲ光の反射率が高い金属が用いられる。本実施例の反射板３５は、母材７７と反射層７９との間に密着層７８を挟んで構成してこれらの間の不均一な接続を抑制しているが、母材７７と反射層７９との密着性がよければ密着層７８は無くてもよい。
【００３８】
なお、図２では反射板３５の内側の反射層７９の内表面は平坦な面として石英チャンバー１２内側から照射された光を反射する角度の方向を周方向について均等に近づけている。このような鏡面反射によってウエハ２の面内方向についてＩＲによる加熱のばらつきが大きい場合には、図１０に示すように、反射層７９の内側表面は凹凸を備えた構成を備えても良い。
【００３９】
図１０は、図２に示す実施例のＩＣＰコイルの主要部分の別の構成例の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。この凹凸により乱反射されて石英チャンバー１２内側に戻された石英チャンバー１２内部からの光によりウエハ２の加熱のバラつきが低減されてウエハ２の温度またはその分布の均一性が向上する。
【００４０】
また、ＩＣＰコイル３４には石英チャンバー１２内側からのＩＲ光が照射されるため加熱される。この加熱により温度が許容範囲を超えて上昇することを抑制するために、ＩＣＰコイル３４の内部にはその内側を冷媒が流れる冷媒流路３９−３が配置されている。
【００４１】
冷媒流路３９−３もチラーユニット３８に接続されて、所定温度にされた冷媒が循環して通流する。さらに、ＩＣＰコイル３４の表面に金やアルミ等の反射率の相対的に大きな金属を蒸着させその表面でＩＲ光を反射させるようにしても良い。
【００４２】
図３は、図１に示す実施例に係るＩＲランプの構成の概略を模式的に示す平面図である。本図において、ＩＲランプ６２を下方のウエハ２側から見た形状の概略を示している。
【００４３】
本実施例のＩＲランプ６２は、リング状の各々で径が異なる複数本のＩＲランプ６２−１〜６２−５が同心円状に多重に配置されて全体として円形を有した構成を備えている。本例では、５つの径の異なるＩＲランプ６２−１〜５が配置されている。
【００４４】
ＩＲランプ６２は、ＩＲランプ用電源６４に電気的に接続されてこれから電力が供給されている。ＩＲランプ用電源６４は内側用の電源６５と外側用の電源６６を備えて構成されており、本実施例では内側の３本のＩＲランプ６２−１〜６２−３が内側電源６５と、外側の２本のＩＲランプ６２−４〜５は外側電源６６と接続されて電力が供給される。本例では、このような構成によりＩＲランプ６２の内側部分と外側部分とで独立して供給される電力と発光の量とが調節され、ウエハ２を加熱する量あるいはその面内方向の温度の値と分布とが所望のものとなるように調節される。
【００４５】
次に、本実施例の処理ガスを供給する構成について説明する。図１において、処理用のガスは処理チャンバーに連結されたガス供給用の経路を通して当該経路と連結されたタンク等の貯留部を含むガス供給源４９から供給され、経路を通って天板６とその下方の真空容器内に配置されプラズマ形成用の空間である処理室１に面して配置されたシャワープレート５との間の隙間に供給され、当該隙間の領域内で分散する。
【００４６】
そして、シャワープレート５の中央部に複数配置されたガス孔を通して上方から処理室１内に供給される。ガス供給源４９はガスボンベを収納するシリンダーキャビネットや減圧弁、ガスの流量を制御するマスフォローコントローラー、液体を気化させる気化器等を備えている。
【００４７】
本実施例の処理用ガスのガス供給源の構成について図４を用いて説明する。図４は、図１に示す実施例に係るガス供給源の構成を模式的に示す図である。
【００４８】
本図において、本実施例のプラズマ処理装置がウエハ２の処理に用いるこのできる処理用ガスの種類が符号９１で示されるガス種の集合として示されている。これらのうちで実際のウエハ２の処理に使用されるガスは、ガス供給源４９を構成する複数の種類のガスの組合せ（集合）に属する各々のガスの貯留部に溜められており、ガスの種類毎に配置された供給経路上のマスフローコントローラー９０によってその供給経路での流量または速度が調節される。
【００４９】
各ガスの供給経路は流量、速度が調節された上で１本の経路に合流され、当該経路を通して天板６とシャワープレート５との間の隙間のガス分散用の領域に供給される。本実施例のガス供給源４９は、３個のこのような複数のガスの組合せを有し、仕様として要求されるウエハ２の処理の工程に適した組合せが適宜使用者または図示しないプラズマ処理装置に電気的に接続された制御装置により選択される。
【００５０】
なお、ウエハ２とウエハステージ４の上面を構成して静電吸着用電極３０，３１が内部に配置された誘電体膜との間に供給されるＨｅは、図示しない検知器からの出力から検出されたウエハ２とウエハステージ４との間の圧力の値に基づいてマスフローコントローラー４９を通して流量、速度が調節された上でウエハステージ４内部を上下に貫通する貫通孔に連結されて供給される。
【００５１】
本実施例において、処理ガスにはＯ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｎ２、Ｃｌ２、ＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｈ２、ＮＨ３、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＯＨ、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）等が用いられる。また、Ｃ４Ｆ８などのＣｘＦｙガスやＨＢｒ、ＢＣｌ３等のガスを用いてもよい。
【００５２】
次に、本実施例において実施されるエッチング処理の手順について図５乃至９を用いて説明する。図５、図６、図７は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が実施するエッチング処理の動作の流れを示すタイムチャートである。図８、図９は、図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置が実施する図５乃至９に示すエッチング処理の進行に伴う処理対象の被エッチング層９５の形状の変化を模式的に示す縦断面図である。
【００５３】
まず、処理室内にキャリアガスＡを供給した状態にてウエハ２を処理室内に搬入する。そして、処理ガスの供給を開始する（図５ａ）。その後、静電吸着を開始するため、ＤＣ電源３１より電極３０に吸着電力を印加すると共に、ウエハの裏面にＨｅガスの供給を開始する（図５ｂ）。
【００５４】
ウエハの温度が所定の温度（ウエハステージの温度と同程度）に到達したら高周波電力によりプラズマを生成し(図５c)、ラジカルを被エッチング層の表面に吸着させ、反応層を形成する（図８ａ１）。反応層の厚さが所定の厚さに到達したら（図８ｂ１）、放電を休止するとともに、Ｈｅガスの供給を停止する（特に言及の無い限り、Ｈｅガスの供給を停止する場合は、バルブ９２を開いてウエハ裏面とウエハステージ間のヘリウムを排出し、Ｈｅの供給を開始する際はバルブ９２を閉じるものとする）。
【００５５】
さらに、処理ガスの供給を停止してキャリアガスＢの供給を開始する(図５ｄ)。処理ガスからキャリアガスＢへの置換がある程度進行したらＩＲランプ６２を点灯させウエハの加熱を開始する(図５ｅ)。
【００５６】
そしてウエハの温度の上昇に伴って、反応層の脱離が始まる（図８ｃ１）。ウエハの温度が所定の温度（およそ１００℃〜３００℃）に到達したらＩＲランプ６２のパワーを下げ、ウエハの温度を一定に保つようにする（図５ｆ）。
【００５７】
反応層の脱離が終了したらＩＲランプ６２の電力をＯＦＦとし、裏面Ｈｅを供給してウエハの冷却を開始する(図５ｇ及び図８ｄ１）。そして、ウエハの温度が一定の値以下（数十℃以下）に低下したら、供給しているガスをキャリアガスＢから処理ガスＡに変え、２サイクル目に入る(図５ｈ)。
【００５８】
ウエハの温度が所定の値に低下したら放電を開始して、被エッチング層の表面にラジカルの吸着、反応層の形成を開始する(図５ｉ、図８ａ２)。そして、反応層の厚さが所定の厚さに到達したら放電を休止すると共に、処理ガスからキャリアガスＢに切り替え、裏面Ｈｅの供給を停止する(図５ｊ)。
【００５９】
そして、キャリアガスＢへの置換が進んだら、ＩＲランプ６２を点灯し、ウエハの加熱を開始する(図５ｋ)。ウエハを所定の温度まで加熱したら、ランプのパワーを下げて、ウエハの温度を一定に保つようにする(図５ｌ)。そして、反応層の脱離が終了したらランプの電源をＯＦＦとし、また、裏面Heの供給を供給してウエハの冷却を開始する(図５ｍ)。そして、ウエハの温度が所定の温度まで冷却できたら、再び３サイクル目に入る(図５ｎ)。
【００６０】
このように、ウエハを冷却してラジカルを吸着させて反応層を形成し（吸着工程、図８のａ１，ａ２，ａ３、図９のａ４）、その後、ウエハを加熱して反応層を脱離する（脱離工程、図８のｃ１、ｃ２、ｃ３、図９のｃ４）というプロセスを繰り返してデジタル的にエッチング進める。最後のＮ回目のエッチングを行ったら、裏面Ｈｅを供給してウエハを冷却する（図６ａｉ）。
【００６１】
次に、表面にわずかに残っている残渣等を除去するため、処理ガスＢの供給を開始する。処理室内のガス雰囲気が処理ガスＢで置換されたら、ＩＲランプ６２の電力をＯＮにし、ウエハの加熱を開始する（図６ａｊ）。
【００６２】
そして、ウエハの温度が所定の温度に到達したら、温度を一定に保つようにランプの電力を下げるとともに、放電を開始し、残渣を除去する(図６ａｋ、図９ｅ１)。そして、残渣除去が終了したら、放電を休止し、処理ガスＢの供給を停止して、キャリアガスＢの供給を開始し、また、裏面Ｈｅの供給を開始する（図６ａｌ）。
【００６３】
ウエハの温度が所定の温度以下に低下したら、次に静電吸着を解除するための除電ガスの供給を開始する（図６ａｍ）。そして、ウエハの温度が十分低下したら、裏面Ｈｅの供給を停止する（図６ａｎ）。
【００６４】
そして、プラズマ放電を開始し(図６ａｏ)、静電吸着の電圧をゼロとする（図６ａｐ）。そして、除電が終わったら、放電を休止すると共に、キャリアガスＡの供給を開始し（図６ａｑ）、ウエハを処理室内から搬出する。
【００６５】
なお、図７に示すように、各サイクルで反応層の除去が終わった後、処理室の内壁のクリーニングを目的にクリーニングガスを用いてクリーニング放電を行うようにしてもよい。この場合、反応層の除去が終わり、キャリアガスＢの供給を開始し、ＩＲランプ６２を消灯させ、裏面Ｈｅの供給し開始した後、ウエハの温度が所定の値以下に到達したら、クリーニングガスの供給を開始する（図７ｂｈ）。
【００６６】
そして、高周波電力を印加してプラズマ放電を開始する（図７ｂｉ）。そして、クリーニングが終了したら、放電を休止し、次のサイクル（Ｍ＋１サイクル目）に入る（図７ｂｊ）。
【００６７】
なお。図７では、クリーニング中はウエハの温度は下げているが、被エッチング層やエッチングしない層の材質や処理ガスの種類によっては、クリーニング中もＩＲランプ６２によってウエハを加熱したほうがよい場合もある。
【００６８】
ガスについては、キャリアガスＡ、ＢにはＡｒやＮ２などを用いる。また、処理ガスＡについては、被エッチング層がＳｉＯ２の場合はＮＦ３やＮＨ３やＨ２ガス、また、ＳｉＮの場合は、ＣＨＦ３やＯ２ガスなどを用いる。残渣除去にはＯ２やＨ２ＯやＨ２やＣＨ３ＯＨガスなどを用いる。クリーニングガスにはＳＦ６やＯ２やＨ２などを用いる。また、除電ガスにはＡｒなどを用いる。
【００６９】
以上の述べたように、吸着工程と脱離工程を交互に繰り返すことにより、デジタル的にエッチングを行うことができる。
【００７０】
（変形例）
本発明の変形例について図１１、図１２を用いて説明する。これらの図において、上記の実施例と同等の構成については説明を省略する。図１１、図１２は、図１に示す本発明の実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００７１】
図１１は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本図に示す変形例と図１に示す実施例との差異は、本図の変形例の石英製の円板形状を有したシャワープレート５がその中央部から外周縁に向かう半径方向について厚さの値が変化する分布を備えている点である。
【００７２】
本例では、中央部の厚さが外周側部分の厚さより大きく、中央側部分から外周側部分に向けて厚さをなだらかに変化させ、上方のＩＲランプ６２から照射されるＩＲ光の向きを中央側に屈折させるレンズの機能を奏させている。すなわち、図１１の符号Ｙに示すように、ＩＲ光が天板６及びシャワープレート５を透過して石英チャンバー１２の中央に対して外周側に広がって照射されること、その範囲が拡大してしまうことを抑制できる構成を備えている。シャワープレート５に代えて、あるいは更に加えて天板６に同様のレンズ機能を奏させる厚さの分布を備えても良い。
【００７３】
また、図１２に示すように、石英製の天板６とＩＲランプ６２の間にレンズ６９を設置してＩＲ光の処理室内での広がりを抑えるようにした。図１１のシャワープレート５や天板６、及び、図１２にレンズ６９はともに、凸レンズのような構造でもよいし、フレネルレンズのようなものでもよい。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１…処理室、
２…ウエハ、
４…ウエハステージ、
５…シャワープレート、
６…天板、
１１…ベースチャンバー、
１２…石英チャンバー、
１８…スリット、
１９…アーム、
２０…高周波電源、
２２…整合器、
２４…ＤＣ電源、
３０…静電吸着用電極、
３１…静電吸着用電源、
３３…石英チャンバー、
３４…ＩＣＰコイル、
３５…反射板、
３６…反射光の光路の例、
３８…チラー、
３９…冷媒流路、
４２…真空ポンプ、
４３…調圧バルブユニット、
４４…メインバルブ、
４９…ガス供給源、
６０…外カバー、
６２…ＩＲランプ、
６３…上部反射板、
６４…ＩＲランプ用電源、
６５…ＩＲランプ内側電源、
６６…ＩＲランプ外側電源、
６９…レンズ、
７７…母材、
７８…反射層、
７９…密着層、
９０…マスフローコントローラー、
９１…シリンダーキャビネット、
９２…バルブ、
９５…被エッチング層、
９６…反応層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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