JP2020077862A - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の正電荷量を減少させることと、エッチング効率を上昇させることを可能とするエッチング方法を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係るエッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持台上に基板が載置された状態で実行される。このエッチング方法では、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために高周波電力が供給される。次いで、プラズマからの正イオンによって基板をエッチングするために、高周波電力の供給中に基板支持台の下部電極に負極性の直流電圧が印加される。次いで、負イオンを生成するために、下部電極に対する負極性の直流電圧の印加及び高周波電力の供給が停止される。次いで、負イオンを基板に供給するために、高周波電力の供給が停止された状態で、下部電極に正極性の直流電圧が印加される。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
プラズマ処理装置が、基板に対するプラズマエッチングにおいて用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ及び基板支持台を有する。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。プラズマエッチングが実行される際には、基板が基板支持台上に載置される。そして、チャンバ内でガスからプラズマが生成される。基板は、プラズマからの正イオンにより、エッチングされる。その結果、基板に開口が形成される。
正イオンによる基板のエッチングが進行すると、基板が帯電する。基板が帯電している状態では、開口の内部への正イオンの供給量が減少する。その結果、エッチングレートが減少し得る。或いは、基板が帯電している状態では、基板に形成される開口の形状に異常が生じ得る。
基板の正電荷量を減少させるために、特許文献１に記載された技術では、正極性の直流電圧が電源から下部電極に印加される。次いで、下部電極への直流電圧の印加が停止される。次いで、負極性の直流電圧が電源から下部電極に印加される。その結果、正イオンが基板に引き込まれて、エッチングが行われる。しかる後に、下部電極への直流電圧の印加が停止される。特許文献１に記載された技術では、下部電極への正極性の直流電圧の印加、下部電極への直流電圧の印加の停止、下部電極への負極性の直流電圧の印加、及び下部電極への直流電圧の印加の停止が繰り返される。プラズマを生成するための高周波電力は、下部電極への正極性の直流電圧の印加、下部電極への直流電圧の印加の停止、下部電極への負極性の直流電圧の印加、及び下部電極への直流電圧の印加の停止の繰り返しが行われているときに、連続的に供給される。
特開２０１２−７９８８６号公報
プラズマエッチングには、基板の正電荷量を減少させることと、エッチング効率を上昇させることが求められる。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置を用いて実行されるエッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持台上に基板が載置された状態で実行される。エッチング方法は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給する工程を含む。エッチング方法は、プラズマからの正イオンによって基板をエッチングするために、高周波電力を供給する工程の実行中に基板支持台の下部電極に負極性の直流電圧を印加する工程を更に含む。エッチング方法は、負イオンを生成するために、下部電極に対する負極性の直流電圧の印加及び高周波電力の供給を停止する工程を更に含む。エッチング方法は、負イオンを基板に供給するために、高周波電力の供給が停止された状態で、下部電極に正極性の直流電圧を印加する工程を更に含む。
一つの例示的実施形態によれば、基板の正電荷量を減少させることと、エッチング効率を上昇させることが可能となる。
一つの例示的実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 図１に示すエッチング方法に関連する一例のタイミングチャートである。 図４の（ａ）は図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ１におけるプラズマ及び基板の状態を示す図であり、図４の（ｂ）は図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ２におけるプラズマ及び基板の状態を示す図である。 図５の（ａ）は図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ３１におけるプラズマ及び基板の状態を示す図であり、図５の（ｂ）は図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ３２におけるプラズマ及び基板の状態を示す図である。 図６の（ａ）は図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ４におけるプラズマ及び基板の状態を示す図であり、図６の（ｂ）は図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ５を説明する図である。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置を用いて実行されるエッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持台上に基板が載置された状態で実行される。エッチング方法は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給する工程を含む。エッチング方法は、プラズマからの正イオンによって基板をエッチングするために、高周波電力を供給する工程の実行中に基板支持台の下部電極に負極性の直流電圧を印加する工程を更に含む。エッチング方法は、負イオンを生成するために、下部電極に対する負極性の直流電圧の印加及び高周波電力の供給を停止する工程を更に含む。エッチング方法は、負イオンを基板に供給するために、高周波電力の供給が停止された状態で、下部電極に正極性の直流電圧を印加する工程を更に含む。
上記実施形態では、高周波電力の供給によりプラズマが生成されている状態で、負極性の直流電圧が下部電極に供給される。その結果、正イオンが基板に衝突して、基板がエッチングされる。次いで、高周波電力の供給及び下部電極への直流電圧の印加が停止される。高周波電力が供給されている状態では負イオンの生成量は少ないが、高周波電力の供給が停止されていると、ガス中の化学種に対する電子の付着により、負イオンが効率的に生成される。次いで、高周波電力の供給が停止された状態で、下部電極に正極性の直流電圧が印加される。その結果、負イオンが基板に供給される。上記実施形態によれば、負イオンが基板の正電荷量を減少させる。また、正イオンと負イオンの双方を用いて基板がエッチングされる。したがって、エッチング効率が向上される。
一つの例示的実施形態において、エッチング方法は、チャンバの内部空間から気体を排出する工程を更に含んでいてもよい。排出する工程は、高周波電力を供給する工程、負極性の直流電圧を印加する工程、停止する工程、及び正極性の直流電圧を印加する工程を含むエッチングシーケンスの一回以上の実行の後に、実行される。排出する工程の実行時には、高周波電力の供給が停止され、且つ、下部電極に対する直流電圧の印加が停止される。
一つの例示的実施形態において、エッチングシーケンスの一回以上の実行と排出する工程とを含む別のシーケンスが繰り返されてもよい。
一つの例示的実施形態において、上記別のシーケンスの実行期間において、排出する工程は１０μ秒以上実行されてもよい。この実施形態では、エッチング副生成物がより確実に排出される。その結果、基板のエッチング効率が更に向上される。
一つの例示的実施形態において、上記別のシーケンスの実行回数の増加につれて、排出する工程の実行期間の時間長が増加されてもよい。この実施形態では、基板に形成される開口の深さが大きくなるにつれて、排出する工程の実行期間の時間長が増大される。したがって、エッチング副生成物がより確実に排出される。
一つの例示的実施形態において、停止する工程の実行中に、チャンバ内での電子密度を表すパラメータが測定されてもよい。正極性の直流電圧を印加する工程は、パラメータからチャンバ内での電子密度が所定の基準を満たすように減少していると判定される場合に、開始されてもよい。停止する工程の実行中の電子密度の減少は、負イオンの量の増加を反映する。したがって、この実施形態によれば、正極性の直流電圧を印加する工程は、負イオンが十分に生成されていると判定されたときに、開始される。
一つの例示的実施形態において、停止する工程では、高周波電力の供給が停止される前に、下部電極に対する負極性の直流電圧の印加が停止されてもよい。この実施形態によれば、異常放電がより確実に防止される。
別の例示的実施形態においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持台、高周波電源、電源ユニット、及び制御部を備える。基板支持台は、下部電極を有し、チャンバ内に設けられている。高周波電源は、チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成されている。電源ユニットは、正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧を発生するように構成されている。電源ユニットは、下部電極に電気的に接続されている。制御部は、高周波電源及び電源ユニットを制御するように構成されている。制御部は、第１制御、第２制御、第３制御、及び第４制御を実行するように構成されている。第１制御は、チャンバ内のガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するよう、高周波電源を制御することを含む。第２制御は、プラズマからの正イオンによって基板をエッチングするために、高周波電力の供給中に、基板支持台の下部電極に負極性の直流電圧を印加するよう、電源ユニットを制御することを含む。第３制御は、負イオンを生成するために、下部電極に対する負極性の直流電圧の印加及び高周波電力の供給を停止するよう、電源ユニット及び高周波電源を制御することを含む。第４制御は、負イオンを基板に供給するために、高周波電力の供給が停止された状態で、下部電極に正極性の直流電圧を印加するよう、電源ユニットを制御することを含む。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、チャンバに接続された排気装置を更に備え得る。制御部は、第５制御を更に実行するように構成されていてもよい。第５制御は、チャンバの内部空間から気体を排出するよう、排気装置を制御することを含む。第５制御は、第１制御、第２制御、第３制御、及び第４制御を含むエッチング制御シーケンスの一回以上の実行の後に、実行される。第５制御の実行時には、高周波電力の供給が停止され、且つ、下部電極に対する直流電圧の印加が停止される。
一つの例示的実施形態において、制御部は、上記エッチング制御シーケンスの一回以上の実行と第５制御とを含む別の制御シーケンスを繰り返して実行してもよい。
一つの例示的実施形態において、上記別の制御シーケンスの実行期間では、第５制御は１０μ秒以上実行されてもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、上記別の制御シーケンスの実行回数の増加につれて、該第５制御の実行期間の時間長を増加させてもよい。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、測定装置を更に備えていてもよい。測定装置は、第３制御の実行中に、チャンバ内での電子密度を表すパラメータを測定する。制御部は、パラメータからチャンバ内での電子密度が所定の基準を満たすように減少していると判定される場合に、第４制御の実行を開始してもよい。
一つの例示的実施形態において、第３制御では、制御部は、高周波電力の供給を停止する前に、下部電極に対する負極性の直流電圧の印加を停止するように、電源ユニットを制御してもよい。
以下、図面を参照して種々の例示的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、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１に示すエッチング方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、プラズマ処理装置を用いて実行される。図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図２に示すプラズマ処理装置１は、方法ＭＴの実行に用いられ得る。
プラズマ処理装置１は、容量結合型の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。一実施形態において、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の中に提供されている。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２は電気的に接地されている。チャンバ本体１２の内壁面、即ち、内部空間１０ｓを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
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。この通路１２ｐの開閉のために、ゲートバルブ１２ｇがチャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
チャンバ１０の中には、基板支持台、即ち支持台１６が設けられている。支持台１６は、その上に載置された基板Ｗを支持するように構成されている。基板Ｗは、略円盤形状を有する。支持台１６は、支持体１５によって支持されている。支持体１５は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持体１５は、略円筒形状を有している。支持体１５は、石英といった絶縁材料から形成されている。
支持台１６は、下部電極１８を有する。支持台１６は、静電チャック２０を更に有し得る。支持台１６は、電極プレート１９を更に有していてもよい。電極プレート１９は、アルミニウムといった導電性材料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１９上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムといった導電性材料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１９に電気的に接続されている。
下部電極１８内には、流路１８ｆが形成されている。流路１８ｆは、熱交換媒体用の流路である。熱交換媒体としては、液状の冷媒、或いは、その気化によって下部電極１８を冷却する冷媒（例えば、フロン）が用いられる。流路１８ｆには、熱交換媒体の循環装置（例えば、チラーユニット）が接続されている。この循環装置は、チャンバ１０の外部に設けられている。流路１８ｆには、循環装置から配管２３ａを介して熱交換媒体が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２３ｂを介して循環装置に戻される。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。基板Ｗは、内部空間１０ｓの中で処理されるときには、静電チャック２０上に載置され、静電チャック２０によって保持される。静電チャック２０は、本体及び電極を有している。静電チャック２０の本体は、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムといった誘電体から形成されている。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有している。静電チャック２０は、基板載置領域及びフォーカスリング搭載領域を含んでいる。基板載置領域は、略円盤形状を有する領域である。基板載置領域の上面は、水平面に沿って延在している。基板載置領域の中心を含み、鉛直方向に延びる軸線ＡＸは、チャンバ１０の中心軸線と略一致する。基板Ｗは、チャンバ１０内で処理されるときには、基板載置領域の上面の上に載置される。
フォーカスリング搭載領域は、基板載置領域を囲むように周方向に延在している。フォーカスリング搭載領域の上面の上にはフォーカスリングＦＲが搭載される。フォーカスリングＦＲは、環形状を有している。基板Ｗは、フォーカスリングＦＲによって囲まれた領域内に配置される。即ち、フォーカスリングＦＲは、静電チャック２０の基板載置領域上に載置された基板Ｗのエッジを囲む。フォーカスリングＦＲは、例えばシリコン又は炭化ケイ素からから形成されている。
静電チャック２０の電極は、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、導体から形成された膜である。静電チャック２０の電極には、直流電源が電気的に接続されている。直流電源から静電チャック２０の電極に直流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。
プラズマ処理装置１は、ガス供給ライン２５を更に備え得る。ガス供給ライン２５は、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（下面）との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、筒状部２８及び絶縁部２９を更に備え得る。筒状部２８は、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。筒状部２８は、支持体１５の外周に沿って延在している。筒状部２８は、導電性材料から形成されており、略円筒形状を有している。筒状部２８は、電気的に接地されている。絶縁部２９は、筒状部２８上に設けられている。絶縁部２９は、絶縁性を有する材料から形成されている。絶縁部２９は、例えば石英といったセラミックから形成されている。絶縁部２９は、略円筒形状を有している。絶縁部２９は、電極プレート１９の外周、下部電極１８の外周、及び静電チャック２０の外周に沿って延在している。
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１６の上方に設けられている。上部電極３０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、チャンバ本体１２の上部に支持されている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含んでいる。天板３４の下面は、内部空間１０ｓを画成している。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の各々は、天板３４を板厚方向（鉛直方向）に貫通している。この天板３４は、限定されるものではないが、例えばシリコンから形成されている。或いは、天板３４は、アルミニウム製の部材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜又は酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持している。支持体３６は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されている。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス孔３６ｂが下方に延びている。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、ガス導入ポート３６ｃが形成されている。ガス導入ポート３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入ポート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、ガスソース群４０が、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３を介して接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びバルブ群４３は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。複数のガスソースは、種々の実施形態に係るエッチング方法で用いられる一以上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、複数のバルブ（例えば開閉バルブ）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以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、内部空間１０ｓに供給することが可能である。
筒状部２８とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフル部材４８が設けられている。バッフル部材４８は、板状の部材であり得る。バッフル部材４８は、例えば、アルミニウム製の板材に酸化イットリウム等のセラミックを被覆することにより構成され得る。このバッフル部材４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフル部材４８の下方においては、排気管５２がチャンバ本体１２の底部に接続されている。この排気管５２には、排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、自動圧力制御弁といった圧力制御器、及び、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、内部空間１０ｓの中の圧力を減圧することができる。
プラズマ処理装置１は、高周波電源６１を更に備える。高周波電源６１は、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源である。高周波電力の周波数は、限定されるものではないが、２７〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば４０ＭＨｚ又は６０ＭＨｚである。高周波電源６１は、高周波電力を下部電極１８に供給するために、整合器６３及び電極プレート１９を介して下部電極１８に接続されている。整合器６３は、高周波電源６１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整合回路を有している。なお、高周波電源６１は、下部電極１８に電気的に接続されていなくてもよく、整合器６３を介して上部電極３０に接続されていてもよい。
プラズマ処理装置１は、電源ユニット６４を更に備える。電源ユニット６４は、下部電極１８に印加される直流電圧を発生するように構成されている。電源ユニット６４は、負極性の直流電圧及び正極性の直流電圧を発生するように構成されている。電源ユニット６４は、下部電極１８に電気的に接続されている。一実施形態では、電源ユニット６４は、ローパルフィルタ６６を介して、整合器６３と電極プレート１９とを互いに接続する電気的パスに接続されている。
プラズマ処理装置１では、内部空間１０ｓにガスが供給される。そして、高周波電力が供給されることにより、内部空間１０ｓの中でガスが励起される。その結果、内部空間１０ｓの中でプラズマが生成される。生成された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、基板Ｗが処理される。
一実施形態においてプラズマ処理装置１は、測定装置７０を更に備え得る。測定装置７０は、チャンバ１０内での電子密度を表すパラメータを測定するように構成されている。一例では、測定装置７０は、プラズマ吸収プローブである。この例において、測定装置７０は、ネットワークアナライザ７０ａ、ハイパスフィルタ７０ｆ、及びプローブ７０ｐを含む。プローブ７０ｐは、チャンバ１０の外側からチャンバ１０の内側まで延在している。ネットワークアナライザ７０ａは、ハイパスフィルタ７０ｆを介してプローブ７０ｐに接続されている。ネットワークアナライザ７０ａは、微弱な電力の電磁波信号をその周波数を変更しつつプローブ７０ｐに供給し、プローブ７０ｐから戻される反射信号から、Ｓ１１パラメータを取得する。ネットワークアナライザ７０ａは、Ｓ１１パラメータの周波数特性においてＳ１１パラメータの最小ピークに対応する周波数から、チャンバ１０内の電子密度を特定する。特定された電子密度は、電子密度を表すパラメータとして、後述の制御部ＭＣで利用される。
測定装置７０は、プラズマ吸収プローブに限定されるものではない。別の例では、測定装置７０は、発光分光分析装置であってもよい。この例では、測定装置７０は、プラズマの発光強度からチャンバ１０内の電子密度を特定する。更に別の例では、測定装置７０は、レーザ光を用いてチャンバ１０内の電子密度を特定する装置であってもよい。
プラズマ処理装置１は、制御部ＭＣを更に備える。制御部ＭＣは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであ、プラズマ処理装置１の各部を制御する。具体的に、制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部ＭＣによる制御により、レシピデータによって指定されたプロセスがプラズマ処理装置１において実行される。種々の実施形態に係るエッチング方法は、制御部ＭＣによるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において実行され得る。
以下、図１と共に、図３を参照して、方法ＭＴについて説明する。図３は、図１に示すエッチング方法に関連する一例のタイミングチャートである。図３において、縦軸は高周波電力、正イオン密度、負イオン密度、電子密度、及び、電源ユニット６４の出力電圧を表している。図３において高周波電力がＯＮであることは、プラズマの生成のために高周波電力が供給されていることを示しており、高周波電力がＯＦＦであることは、高周波電力の供給が停止されていることを示している（アフターグロー状態）。図３のタイミングチャートの中段では、実線が正イオンの密度を表しており、一点鎖線が電子密度を表しており、点線が負イオン密度を表している。
また、図４の（ａ）、図４の（ｂ）、図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）、及び図６の（ｂ）も参照する。図４の（ａ）は、図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ１におけるプラズマ及び基板の状態を示す図であり、図４の（ｂ）は、図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ２におけるプラズマ及び基板の状態を示す図である。図５の（ａ）は、図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ３１におけるプラズマ及び基板の状態を示す図であり、図５の（ｂ）は、図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ３２におけるプラズマ及び基板の状態を示す図である。図６の（ａ）は、図３のタイミングチャートにおける期間Ｐ４におけるプラズマ及び基板の状態を示す図であり、図６の（ｂ）は、図１に示すエッチング方法の工程ＳＴ５を説明する図である。これらの図において、「＋」を囲む円、「−」を囲む円、「ｅ」を囲む円、「Ａ」を囲む円、「Ａ＊」を囲む円はそれぞれ、正イオン、負イオン、電子、原子又は分子、ラジカルを表している。以下では、その実行においてプラズマ処理装置１が用いられる場合を例として、方法ＭＴについて説明する。また、以下の説明では、制御部ＭＣによるプラズマ処理装置１の各部の制御についても説明する。
方法ＭＴは、基板Ｗが支持台１６上に載置された状態で実行される。支持台１６上で、基板Ｗは静電チャック２０によって保持される。基板Ｗは、一例においては、下地領域ＵＲ、膜ＥＦ、及びマスクＭＫを有する。膜ＥＦは、下地領域ＵＲ上に設けられている。膜ＥＦは、方法ＭＴにおいてエッチングされる膜である。マスクＭＫは、膜ＥＦ上に設けられている。マスクＭＫは、膜ＥＦ上で開口を提供している。方法ＭＴでは、マスクＭＫのパターンが膜ＥＦに転写される。即ち、方法ＭＴでは、膜ＥＦに開口が形成される。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、チャンバ１０内のガスからプラズマを生成するために、高周波電力が下部電極１８（又は上部電極３０）に供給される。ガスは、方法ＭＴの実行期間中に継続的にチャンバ１０内に供給されてもよい。高周波電力は、図３に示すように、期間Ｐ１及び期間Ｐ２において供給される。期間Ｐ１及び期間Ｐ２は、工程ＳＴ１の実行期間である。
工程ＳＴ１の実行のために、制御部ＭＣは、第１制御を実行する。第１制御において、制御部ＭＣは、ガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部を制御する。第１制御において、制御部ＭＣは、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置５０を制御する。また、第１制御において、制御部ＭＣは、高周波電力を下部電極１８（又は上部電極３０）に供給するよう、高周波電源６１を制御する。
図４の（ａ）に示すように、工程ＳＴ１で生成されるプラズマＰＬは、正イオン、負イオン、電子、原子又は分子、並びにラジカルを含む。工程ＳＴ１で生成されるプラズマＰＬでは、負イオンの量が比較的少ない。
工程ＳＴ２は、工程ＳＴ１の実行中に実行される。即ち、工程ＳＴ２は、プラズマを生成するための高周波電力の供給中に実行される。工程ＳＴ２では、図４の（ｂ）に示すように工程ＳＴ１で生成されたプラズマＰＬからの正イオンによって基板Ｗ（即ち、その膜ＥＦ）をエッチングするために、下部電極１８に負極性の直流電圧が印加される。
工程ＳＴ２の実行のために、制御部ＭＣは、第２制御を実行する。第２制御において、制御部ＭＣは、下部電極１８に負極性の直流電圧を印加するよう、電源ユニット６４を制御する。
工程ＳＴ２が実行されると、正イオンが、基板Ｗに衝突して、基板Ｗをエッチングする。工程ＳＴ２では、正イオンが基板Ｗに供給されるので、基板Ｗは、図５の（ａ）に示すように正電荷で帯電する。図５の（ａ）では、基板Ｗ内の記号「＋」は、基板Ｗが正電荷によって帯電していることを示している。
次いで、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３では、負イオンを生成するために、下部電極１８に対する負極性の直流電圧の印加が停止される。また、工程ＳＴ３では、高周波電力の供給が停止される。
工程ＳＴ３の実行のために、制御部ＭＣは、第３制御を実行する。第３制御において、制御部ＭＣは、下部電極１８に対する負極性の直流電圧の印加を停止するよう、電源ユニット６４を制御する。また、第３制御において、制御部ＭＣは、高周波電力の供給を停止するよう、高周波電源６１を制御する。なお、ガス供給部は、工程ＳＴ１から継続的にガスをチャンバ１０に供給し得る。排気装置５０は、工程ＳＴ１から継続的にチャンバ１０内の圧力を調整し得る。
一実施形態の工程ＳＴ３では、高周波電力の供給が停止される前に、下部電極１８に対する負極性の直流電圧の印加が停止されてもよい。この実施形態の第３制御では、制御部ＭＣは、高周波電源６１に高周波電力の供給を停止させる前に、下部電極１８に対する負極性の直流電圧の印加を停止するように、電源ユニット６４を制御してもよい。この実施形態によれば、異常放電がより確実に防止される。
工程ＳＴ３の開始直後の期間（図３の期間Ｐ３１）では、プラズマＰＬは、図５の（ａ）に示すように、正イオン、負イオン、電子、原子又は分子、並びにラジカルを含む。プラズマＰＬにおいて、負イオンの数は比較的少ない。
一実施形態においては、工程ＳＴｍが、工程ＳＴ３の実行中に実行される。工程ＳＴｍでは、チャンバ１０内での電子密度を表す上述のパラメータが測定装置７０によって測定される。測定装置７０によって測定されたパラメータは、制御部ＭＣに与えられる。
続く工程ＳＴａでは、パラメータからチャンバ１０内での電子密度が所定の基準を満たすように減少しているか否かが制御部ＭＣによって判定される。例えば、電子密度が閾値よりも小さくなった場合に、チャンバ１０内での電子密度が所定の基準を満たすように減少しているものと判定される。なお、工程ＳＴ３の実行中の電子密度の減少は、チャンバ１０内での負イオンの量の増加を反映する。
工程ＳＴａにおいて、チャンバ１０内での電子密度が所定の基準を満たすように減少していないと判定される場合には、工程ＳＴ３が継続する。即ち、制御部ＭＣによる第３制御の実行が継続する。一方、工程ＳＴａにおいて、チャンバ１０内での電子密度が所定の基準を満たすように減少していると判定される場合には、工程ＳＴ３が終了し、処理は工程ＳＴ４に移る。即ち、パラメータからチャンバ１０内での電子密度が所定の基準を満たすように減少していると判定される場合には、制御部ＭＣは、第３制御を終了して第４制御の実行を開始する。
工程ＳＴ３の実行中には、チャンバ１０内で電子が原子、分子、又はラジカルといった化学種に結合し、負イオンを生成する。工程ＳＴ３の終了時点又はその直前の期間（図３の期間Ｐ３２）では、図５の（ｂ）に示すようにチャンバ１０内で負イオンが十分に生成される。
一実施形態では、工程ＳＴｍ及び工程ＳＴａは省略されてもよい。この実施形態では、工程ＳＴ３（及び第３制御）は、その開始時点から所定時間の経過後に終了されてもよい。所定時間は、工程ＳＴ３の開始後にチャンバ１０内で負イオンが十分に生成されるのに必要な時間として、予め定められる。
工程ＳＴ４は、工程ＳＴ３の実行後の期間Ｐ４において実行される。工程ＳＴ４では、では、工程ＳＴ３において生成された負イオンを基板Ｗに供給するために、高周波電力の供給が停止された状態で、下部電極１８に正極性の直流電圧が印加される。
工程ＳＴ４の実行のために、制御部ＭＣは、第４制御を実行する。第４制御において、制御部ＭＣは、高周波電源６１に高周波電力の供給を停止させた状態で、下部電極１８に正極性の直流電圧を印加するよう、電源ユニット６４を制御する。なお、ガス供給部は、工程ＳＴ１から継続的にガスをチャンバ１０に供給し得る。排気装置５０は、工程ＳＴ１から継続的にチャンバ１０内の圧力を調整し得る。
工程ＳＴ４では、下部電極１８に正極性の直流電圧が印加されているので、図６の（ａ）に示すように、負イオンが基板Ｗに引き込まれる。負イオンは、基板Ｗに衝突して、基板Ｗ（即ち、膜ＥＦ）をエッチングする。また、負イオンは、基板Ｗの正電荷の量を減少させる。
上述したように、方法ＭＴでは、高周波電力の供給によりプラズマが生成されている状態で、負極性の直流電圧が下部電極１８に供給される。その結果、正イオンが基板Ｗに衝突して、基板Ｗがエッチングされる。次いで、高周波電力の供給及び下部電極１８への直流電圧の印加が停止される。高周波電力が供給されている状態では負イオンの生成量は少ないが、高周波電力の供給が停止されていると、ガス中の化学種に対する電子の付着により、負イオンが効率的に生成される。次いで、高周波電力の供給が停止された状態で、下部電極１８に正極性の直流電圧が印加される。その結果、負イオンが基板Ｗに供給される。方法ＭＴでは、負イオンが基板の正電荷量を減少させる。また、正イオンと負イオンの双方を用いて基板Ｗがエッチングされる。したがって、エッチング効率が向上される。
一実施形態において、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び工程ＳＴ４を含むエッチングシーケンスＥＳＱが、一回以上実行される。この実施形態では、制御部ＭＣは、第１制御、第２制御、第３制御、及び第４制御を含むエッチング制御シーケンスを一回以上実行する。エッチングシーケンスＥＳＱが複数回実行される場合には、エッチングシーケンスＥＳＱの繰り返しの周波数は、１０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下であってもよい。エッチングシーケンスＥＳＱの繰り返しの周波数は、５０ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下であってもよい。或いは、当該周波数は、４００ｋＨｚよりも大きくてもよい。
エッチングシーケンスＥＳＱが複数回実行される場合には、方法ＭＴは、工程ＳＴｂを更に含む。工程ＳＴｂでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、エッチングシーケンスＥＳＱ（又はエッチング制御シーケンス）が所定回数実行されている場合に満たされる。工程ＳＴｂにおいて、停止条件が満たされていないと判定されると、エッチングシーケンスＥＳＱ（又はエッチング制御シーケンス）が実行される。
一実施形態においては、工程ＳＴｂで停止条件が満たされていると判定されると、工程ＳＴ５が実行される。工程ＳＴ５では、排気装置５０によりチャンバ１０の内部空間から気体が排出される。工程ＳＴ５では、高周波電源６１による高周波電力の供給が停止され、且つ、電源ユニット６４による下部電極１８に対する直流電圧の印加が停止される。
工程ＳＴ５を実行するために、制御部ＭＣは、第５制御を実行する。第５制御において、制御部ＭＣは、チャンバ１０の内部空間から気体を排出するよう、排気装置５０を制御する。第５制御において、制御部ＭＣは、高周波電力の供給を停止するよう、高周波電源６１を制御する。また、第５制御において、制御部ＭＣは、下部電極１８に対する直流電圧の印加を停止するよう、電源ユニット６４を制御する。なお、ガス供給部は、工程ＳＴ１から継続的にガスをチャンバ１０に供給してもよく、工程ＳＴ５の実行期間中に当該ガスの供給を停止してもよい。
エッチングシーケンスＥＳＱによって生成されたエッチング副生成物は、基板Ｗに形成された開口内に残され得る。工程ＳＴ５が実行されると、図６の（ｂ）に示すように、エッチング副生成物が、気体としてチャンバ１０から排出される。図６の（ｂ）では、「Ｂ」を囲む円が、エッチング副生成物を表している。なお、図６の（ｂ）の基板Ｗ内の記号「−」は、工程ＳＴ４の実行により、基板Ｗが負電荷で帯電していることを示している。
一実施形態においては、エッチングシーケンスＥＳＱの一回以上の実行と工程ＳＴ５を含む別のシーケンスＡＳＱが繰り返されてもよい。シーケンスＡＳＱの繰り返し周波数は、１００Ｈｚ以上、１０ｋＨｚ以下であり得る。シーケンスＡＳＱの一回の実行期間においてエッチングシーケンスＥＳＱの一回又は複数回の実行の期間が占める割合は、３０％以上、７０％以下であり得る。この実施形態では、制御部ＭＣは、別の制御シーケンスを繰り返して実行する。別の制御シーケンスは、エッチング制御シーケンスの一回以上の実行と第５制御を含む。この実施形態では、図１に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴｃを含む。工程ＳＴｃでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。工程ＳＴｃでは、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、シーケンスＡＳＱ（又は別の制御シーケンス）が所定回数実行されている場合に満たされる。工程ＳＴｃにおいて停止条件が満たされていないと判定されると、シーケンスＡＳＱ（又は別の制御シーケンス）が再び実行される。一方、工程ＳＴｃにおいて停止条件が満たされていると判定されると、方法ＭＴは終了する。
一実施形態において、シーケンスＡＳＱの１回の実行中に、工程ＳＴ５は、１０μ秒以上実行されてもよい。この実施形態では、上述の別の制御シーケンスの実行期間において第５制御は１０μ秒以上実行される。この実施形態によれば、エッチング副生成物がより確実に排出される。その結果、基板Ｗのエッチング効率が更に向上される。
一実施形態において、シーケンスＡＳＱの実行回数の増加につれて、工程ＳＴ５の実行期間の時間長が増加されてもよい。この実施形態では、制御部ＭＣは、上記別の制御シーケンスの実行回数の増加につれて、第５制御の実行期間の時間長を増加させる。この実施形態では、基板Ｗに形成される開口の深さが大きくなるにつれて、工程ＳＴ５の実行期間の時間長が増大される。したがって、エッチング副生成物がより確実に排出される。
一実施形態では、工程ＳＴ１の実行期間中、即ち期間Ｐ１及び期間Ｐ２において、プラズマを生成するために、高周波電源６１から高周波電力が断続的に供給されてもよい。即ち、工程ＳＴ１の実行期間中に、高周波電力の複数のパルスが、高周波電源６１から断続的に供給されてもよい。一実施形態では、工程ＳＴ１の実行期間中に、高周波電力の複数のパルスが高周波電源６１から周期的に供給されてもよい。高周波電源６１から高周波電力のパルスが供給される周期は、１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ以下の周波数によって規定される周期であり得る。一実施形態では、工程ＳＴ１の実行期間中に高周波電源６１から供給される高周波電力の複数のパルスの電力レベルが、変動してもよい。一実施形態では、工程ＳＴ１の実行期間において高周波電源６１から供給される高周波電力の複数のパルスの電力レベルの平均値は、エッチングシーケンスＥＳＱの繰り返しにおいて変動してもよい。
一実施形態では、工程ＳＴ２の実行期間中、即ち期間Ｐ２において、電源ユニット６４から下部電極１８に負極性の直流電圧が断続的に印加されてもよい。即ち、工程ＳＴ２の実行期間中に、負極性の直流電圧の複数のパルスが、電源ユニット６４から下部電極１８に断続的に印加されてもよい。一実施形態では、工程ＳＴ２の実行期間中に、負極性の直流電圧の複数のパルスが電源ユニット６４から下部電極１８に周期的に印加されてもよい。負極性の直流電圧のパルスが電源ユニット６４から下部電極１８に印加される周期は、１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ以下の周波数によって規定される周期であり得る。負極性の直流電圧のパルスが電源ユニット６４から下部電極１８に印加されるタイミングは、高周波電力のパルスが高周波電源６１から供給されるタイミングと同期していてもよい。一実施形態では、工程ＳＴ２の実行期間中に電源ユニット６４から下部電極１８に印加される負極性の直流電圧の複数のパルスの電圧値が変動してもよい。一実施形態では、工程ＳＴ２の実行期間において電源ユニット６４から下部電極１８に印加される負極性の直流電圧の複数のパルスの電圧値の平均値は、エッチングシーケンスＥＳＱの繰り返しにおいて変動してもよい。
一実施形態では、工程ＳＴ４の実行期間中、即ち期間Ｐ４において、電源ユニット６４から下部電極１８に正極性の直流電圧が断続的に印加されてもよい。即ち、工程ＳＴ４の実行期間中に、正極性の直流電圧の複数のパルスが、電源ユニット６４から下部電極１８に断続的に印加されてもよい。一実施形態では、工程ＳＴ４の実行期間中に、正極性の直流電圧の複数のパルスが電源ユニット６４から下部電極１８に周期的に印加されてもよい。正極性の直流電圧のパルスが電源ユニット６４から下部電極１８に印加される周期は、１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ以下の周波数によって規定される周期であり得る。一実施形態では、工程ＳＴ４の実行期間中に電源ユニット６４から下部電極１８に印加される正極性の直流電圧の複数のパルスの電圧値が変動してもよい。一実施形態では、工程ＳＴ４の実行期間において電源ユニット６４から下部電極１８に印加される正極性の直流電圧の複数のパルスの電圧値の平均値は、エッチングシーケンスＥＳＱの繰り返しにおいて変動してもよい。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、プラズマ処理装置１は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、別の実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置といった他のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。また、方法ＭＴは、プラズマ処理装置１以外の任意のタイプのプラズマ処理装置、例えば誘導結合型のプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…支持台、１８…下部電極、６１…高周波電源、６４…電源ユニット、ＭＣ…制御部。

Claims (20)

  1. プラズマ処理装置を用いて実行されるエッチング方法であって、該エッチング方法は、該プラズマ処理装置のチャンバ内に設けられた基板支持台上に基板が載置された状態で実行され、
    前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給する工程と、
    前記プラズマからの正イオンによって前記基板をエッチングするために、前記高周波電力を供給する前記工程の実行中に前記基板支持台の下部電極に負極性の直流電圧を印加する工程と、
    負イオンを生成するために、前記下部電極に対する前記負極性の直流電圧の印加及び前記高周波電力の供給を停止する工程と、
    前記負イオンを前記基板に供給するために、前記高周波電力の供給が停止された状態で、前記下部電極に正極性の直流電圧を印加する工程と、
    を含む、エッチング方法。
  2. 高周波電力を供給する前記工程、負極性の直流電圧を印加する前記工程、停止する前記工程、及び正極性の直流電圧を印加する前記工程を含むエッチングシーケンスの一回以上の実行の後に、前記高周波電力の供給が停止され、且つ、前記下部電極に対する直流電圧の印加が停止された状態で、前記チャンバの内部空間から気体を排出する工程を更に含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記エッチングシーケンスの一回以上の実行と排出する前記工程とを含む別のシーケンスが繰り返される、請求項２に記載のエッチング方法。
  4. 前記別のシーケンスの実行期間において、排出する前記工程は１０μ秒以上実行される、請求項３に記載のエッチング方法。
  5. 前記別のシーケンスの実行回数の増加につれて、排出する前記工程の実行期間の時間長が増加される、請求項３又は４に記載のエッチング方法。
  6. 停止する前記工程の実行中に、前記チャンバ内での電子密度を表すパラメータが測定され、
    前記パラメータから前記チャンバ内での電子密度が所定の基準を満たすように減少していると判定される場合に、正極性の直流電圧を印加する前記工程が開始される、
    請求項１〜５の何れか一項に記載のエッチング方法。
  7. 停止する前記工程において、前記高周波電力の供給が停止される前に、前記下部電極に対する前記負極性の直流電圧の印加が停止される、請求項１〜６の何れか一項に記載のエッチング方法。
  8. 高周波電力を供給する前記工程において、前記プラズマを生成するために、前記高周波電力の複数のパルスが断続的に供給される、請求項１〜７の何れか一項に記載のエッチング方法。
  9. 負極性の直流電圧を印加する前記工程において、前記負極性の直流電圧の複数のパルスが、断続的に前記下部電極に印加される、請求項１〜８の何れか一項に記載のエッチング方法。
  10. 正極性の直流電圧を印加する前記工程において、前記正極性の前記直流電圧の複数のパルスが、断続的に前記下部電極に印加される、請求項１〜９の何れか一項に記載のエッチング方法。
  11. チャンバと、
    下部電極を有し、前記チャンバ内に設けられた基板支持台と、
    前記チャンバ内でガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
    正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧を発生するように構成されており、前記下部電極に電気的に接続された電源ユニットと、
    前記高周波電源及び前記電源ユニットを制御するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記チャンバ内のガスからプラズマを生成するために高周波電力を供給するよう、前記高周波電源を制御する第１制御と、
    前記プラズマからの正イオンによって基板をエッチングするために、前記高周波電力の供給中に、前記基板支持台の下部電極に負極性の直流電圧を印加するよう、前記電源ユニットを制御する第２制御と、
    負イオンを生成するために、前記下部電極に対する前記負極性の直流電圧の印加及び前記高周波電力の供給を停止するよう、前記電源ユニット及び前記高周波電源を制御する第３制御と、
    前記負イオンを前記基板に供給するために、前記高周波電力の供給が停止された状態で、前記下部電極に正極性の直流電圧を印加するよう、前記電源ユニットを制御する第４制御と、
    を実行するように構成されている、プラズマ処理装置。
  12. 前記チャンバに接続された排気装置を更に備え、
    前記制御部は、前記第１制御、前記第２制御、前記第３制御、及び前記第４制御を含むエッチング制御シーケンスの一回以上の実行の後に、前記高周波電力の供給が停止され、且つ、前記下部電極に対する直流電圧の印加が停止された状態で、前記チャンバの内部空間から気体を排出するよう、前記排気装置を制御する第５制御を更に実行するように構成されている、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記制御部は、前記エッチング制御シーケンスの一回以上の実行と前記第５制御とを含む別の制御シーケンスを繰り返して実行する、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記別の制御シーケンスの実行期間において、前記第５制御は１０μ秒以上実行される、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記制御部は、前記別の制御シーケンスの実行回数の増加につれて、前記第５制御の実行期間の時間長を増加させる、請求項１３又は１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記第３制御の実行中に、前記チャンバ内での電子密度を表すパラメータを測定する測定装置を更に備え、
    前記制御部は、前記パラメータから前記チャンバ内での電子密度が所定の基準を満たすように減少していると判定される場合に、前記第４制御の実行を開始する、
    請求項１１〜１５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記第３制御において、前記制御部は、前記高周波電力の供給を停止する前に、前記下部電極に対する前記負極性の直流電圧の印加を停止するように、前記電源ユニットを制御する、請求項１１〜１６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  18. 前記第１制御において、前記制御部は、前記プラズマを生成するために前記高周波電力の複数のパルスを断続的に供給すうよう、前記高周波電源を制御する、請求項１１〜１７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記第２制御において、前記制御部は、前記負極性の直流電圧の複数のパルスを断続的に前記下部電極に印加するよう、前記電源ユニットを制御する、請求項１１〜１８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  20. 前記第４制御において、前記制御部は、前記正極性の前記直流電圧の複数のパルスを断続的に前記下部電極に印加するよう、前記電源ユニットを制御する、請求項１１〜１９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
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