JP2022074752A - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非円形状の開口が形成されたマスクを用いて、エッチング対象層を高アスペクト比でエッチングする場合に、マスクの変形が生じるのを抑制する。
【解決手段】エッチングする方法であって、チャンバ内に、エッチング対象層と前記エッチング対象層上に非円形状の開口が形成されたマスクを有する基板を提供する工程と、プラズマ生成用電力及びバイアス電力を供給して、前記開口を介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有し、前記エッチングする工程は、前記マスクの温度変化（ΔＴ）が前記マスクが座屈を生じない温度幅に抑えられるよう、前記プラズマ生成用電力及び前記バイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。
【選択図】図７

Description

本開示は、エッチング方法及びエッチング装置に関する。

特許文献１には、互いに異なる誘電率を有し、且つ、交互に積層された第１の膜及び第２の膜を含む多層膜をエッチングする方法が開示されている。プラズマ処理装置の処理容器内に、多層膜及び該多層膜上に設けられたマスクを有する被処理体を準備する工程と、プラズマ処理装置の処理容器内においてプラズマを発生させて多層膜をエッチングする工程と、を含む。また、特許文献１には、多層膜として、酸化シリコン膜とポリシリコン膜が交互に積層された構造を有するものが例示されている。さらに、特許文献１では、多層膜上に、該多層膜にホールといったスペースを形成するためのパターンを有するマスクが設けられている。

特開２０１６－３９３１０号公報

本開示にかかる技術は、非円形状の開口が形成されたマスクを用いて、エッチング対象層を高アスペクト比でエッチングする場合に、マスクに変形が生じるのを抑制する。

本開示の一態様は、エッチングする方法であって、チャンバ内に、エッチング対象層と前記エッチング対象層上に非円形状の開口が形成されたマスクを有する基板を提供する工程と、プラズマ生成用電力及びバイアス電力を供給して、前記開口を介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有し、前記エッチングする工程は、前記マスクの温度変化（ΔＴ）が前記マスクが座屈を生じない温度幅に抑えられるよう、前記プラズマ生成用電力及び前記バイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。

本開示によれば、非円形状の開口が形成されたマスクを用いて、エッチング対象層を高アスペクト比でエッチングする場合に、マスクの変形が生じるのを抑制することができる。

非円形のパターンのマスクの一例を示す部分拡大平面図である。 非円形のパターンのマスクの一例を示す部分拡大断面図である。 本開示の課題を説明するための図であり、エッチング後のマスクの状態の一例を示す部分拡大平面図である。 本開示の課題を説明するための図であり、エッチング後のマスクの状態の一例を示す部分拡大断面図である。 本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 スリット構造のパターンのマスクの部分拡大平面図である。 エッチング方法の一例を示すフロー図である。 プラズマ生成用電力の間欠供給を説明する図である。 エッチング工程におけるマスクの温度の時間変化を示す図である。

半導体デバイス等の製造の際、基板に形成されたマスクを用いて、プラズマによりマスクの下層のエッチング対象層をエッチングすることがある。要求されるエッチング深さ及びアスペクト比は様々であり、例えば、エッチング対象層が、特許文献１のように酸化シリコン膜とポリシリコン膜とが交互に積層された多層膜である場合は、高アスペクト比（例えば３０）で約１μｍエッチングすることが要求される。

また、特許文献１では、ホールといったスペースを形成するためのパターンを有するマスク、すなわち、円形状の開口が形成されたマスクを用いているが、近年では、非円形状の開口が形成されたマスクを用いることがある。非円形状の開口とは、例えば、図１の部分拡大平面図及び図２の部分拡大断面図に示すように、長方形状の開口５０１である。
しかし、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、非円形状の開口５０１が形成されたマスク５００を用いて、エッチング対象層５０２を高アスペクト比でエッチングしようとしたときに、図３及び図４に示すように、マスク５００が変形する場合があることが判明した。このようにマスク５００が変形すると、マスク５００の下地のエッチング対象層５０２に影響が及び、適切にエッチングを行うことができなくなってしまう。

本開示にかかる技術は、非円形状の開口が形成されたマスクを用いて、エッチング対象層を高アスペクト比でエッチングする場合に、マスクの変形が生じるのを抑制する。以下、本実施形態にかかるエッチング方法及びエッチング装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜エッチング装置及びマスク＞
先ず、本実施形態にかかるエッチング装置及び該エッチング装置で用いられるマスクについて説明する。図５は、エッチング装置１の構成の概略を示す縦断面図である。図６は、マスクＭの概略を示す部分拡大平面図である。

図５のエッチング装置１は、基板としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と記載）Ｗをプラズマによりエッチングする。エッチングに用いるプラズマは例えば容量結合型プラズマである。

またエッチング装置１でエッチングされるウェハＷは、エッチング対象層ＦとマスクＭとを有し、エッチング対象層Ｆ上にマスクＭが形成されている。マスクＭは、非円形状の開口、例えば、図６に示すように、平面視長方形状の開口Ｐ１が形成されたパターンＰを有する。マスクＭのパターンＰは、具体的には、上記長方形状の開口Ｐ１が板状の壁部により画定され長辺を成す板状の壁部Ｐ２の奥行きｄが該壁部Ｐ２の幅ｗの２倍よりも大きいパターンである。以下ではこの上記奥行きｄが上記幅ｗの２倍よりも大きいパターンを「スリット構造のパターン」という場合がある。マスクＭの材料は例えばアモルファスカーボンである。またマスクＭの開口Ｐ１の寸法は例えば幅が３０ｎｍ～１００ｎｍ、長さが５０００ｎｍ～１００００ｎｍである。

なおエッチング対象層Ｆは例えば酸化シリコン膜とポリシリコン膜が交互に積層されたものである。

図５に示すようにエッチング装置１は、略円筒形状のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、その内部においてプラズマが生成される処理空間Ｓを画成する。チャンバ１０は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ１０は接地電位に接続されている。チャンバ１０の内壁面、すなわち、処理空間Ｓ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１０の内部には、ウェハＷを載置する載置台１１が収容されている。載置台１１は、下部電極１２及び静電チャック１３を有している。また、載置台１１には、当該載置台１１に載置されたウェハＷを囲むようにエッジリング１４が設けられている。なお、下部電極１２の下面側には、例えばアルミニウムから構成される電極プレート（図示せず）が設けられていてもよい。

下部電極１２は、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、略円板形状を有している。

下部電極１２の内部には、冷媒流路１５ａが形成されている。冷媒流路１５ａには、チャンバ１０の外部に設けられたチラーユニット（図示せず）から冷媒入口配管１５ｂを介して冷媒が供給される。冷媒流路１５ａに供給された冷媒は、冷媒出口流路１５ｃを介してチラーユニットに戻るようになっている。静電チャック１３に対する温度センサ（図示せず）での測定結果に基づいて冷媒流路１５ａの中に冷媒、例えば冷却水等を循環させることにより、静電チャック１３を所望の温度になるように冷却することができ、これにより、静電チャック１３に載置されたウェハＷ及びエッジリングの温度を調整することができる。

静電チャック１３は、下部電極１２上に設けられている。静電チャック１３は、ウェハＷとエッジリング１４の両方を静電力により吸着保持可能に構成された部材である。静電チャック１３は、外周部の表面に比べて中央部の表面が高く形成されている。静電チャック１３の中央部の表面は、ウェハＷが載置されるウェハ載置面となり、静電チャック１３の外周部の表面は、エッジリング１４が載置されるエッジリング載置面となる。

静電チャック１３の内部において中央部には、ウェハＷを吸着保持するための第１の電極１６ａが設けられている。静電チャック１３の内部において外周部には、エッジリング１４を吸着保持するための第２の電極１６ｂが設けられている。静電チャック１３は、絶縁材料からなる絶縁材の間に電極１６ａ、１６ｂを挟んだ構成を有する。

第１の電極１６ａには、直流電源（図１には図示せず）からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック１３の中央部の表面にウェハＷが吸着保持される。同様に、第２の電極１６ｂには、直流電源（図示せず）からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック１３の外周部の表面にエッジリング１４が吸着保持される。

エッジリング１４は、静電チャック１３の中央部の表面に載置されたウェハＷを囲むように配置される、環状部材である。エッジリング１４は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられる。このため、エッジリング１４は、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えば石英やＳｉ、ＳｉＣ等から構成され得る。

以上のように構成された載置台１１は、チャンバ１０の底部に設けられた略円筒形状の支持部材１７に締結される。支持部材１７は、例えばセラミックや石英等の絶縁体により構成される。

エッチング装置１は、ガス供給ライン２０を更に有している。ガス供給ライン２０は、ガス供給機構（図示せず）からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック１３の中央部の表面とウェハＷの裏面との間に供給する。

エッチング装置１は、第１の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３０、第２の高周波電源３１、第１の整合器３２、及び第２の整合器３３を更に有している。第１の高周波電源３０と第２の高周波電源３１はそれぞれ、第１の整合器３２及び第２の整合器３３を介して、下部電極１２に接続されている。

第１の高周波電源３０は、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電源３０からは２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの周波数であってよく、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力ＨＦが下部電極１２に供給される。第１の整合器３２は、第１の高周波電源３０の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１２側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源３０は、下部電極１２に電気的に接続されていなくてもよく、第１の整合器３２を介して上部電極であるシャワーヘッド４０に接続されていてもよい。

第２の高周波電源３１は、ウェハＷにイオンを引き込むための高周波電力（バイアス電力）ＬＦを発生して、当該高周波電力ＬＦを下部電極１２に供給する。高周波電力ＬＦの周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であってよく、一例においては４００ｋＨｚである。第２の整合器３３は、第２の高周波電源３１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１２側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第２の高周波電源３１に代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。

載置台１１の上方には、載置台１１と対向するように、シャワーヘッド４０が設けられている。シャワーヘッド４０は、処理空間Ｓに面して配置される電極板４１、及び電極板４１の上方に設けられる電極支持体４２を有している。電極板４１は、下部電極１２と一対の上部電極として機能する。前述のように第１の高周波電源３０が下部電極１２に電気的に接続されている場合には、シャワーヘッド４０は、接地電位に接続される。なお、シャワーヘッド４０は、絶縁性遮蔽部材４３を介して、チャンバ１０の上部（天井面）に支持されている。

電極板４１には、後述のガス拡散室４２ａから送られる処理ガスを処理空間Ｓに供給するための複数のガス噴出口４１ａが形成されている。電極板４１は、例えば、発生するジュール熱の少ない低い電気抵抗率を有する導電体又は半導体から構成される。

電極支持体４２は、電極板４１を着脱自在に支持するものである。電極支持体４２は、例えばアルミニウム等の導電性材料の表面に耐プラズマ性を有する膜が形成された構成を有している。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。電極支持体４２の内部には、ガス拡散室４２ａが形成されている。ガス拡散室４２ａからは、ガス噴出口４１ａに連通する複数のガス流通孔４２ｂが形成されている。また、ガス拡散室４２ａには、後述するガス供給管５３に接続されるガス導入孔４２ｃが形成されている。

また、電極支持体４２には、ガス拡散室４２ａに処理ガスを供給するガス供給源群５０が、流量制御機器群５１、バルブ群５２、ガス供給管５３、ガス導入孔４２ｃを介して接続されている。

ガス供給源群５０は、プラズマを用いたエッチング処理等に必要な複数種のガス供給源を有している。流量制御機器群５１は複数の流量制御器を含み、バルブ群５２は複数のバルブを含んでいる。流量制御機器群５１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。エッチング装置１においては、ガス供給源群５０から選択された一以上のガス供給源からの処理ガスが、流量制御機器群５１、バルブ群５２、ガス供給管５３、ガス導入孔４２ｃを介してガス拡散室４２ａに供給される。そして、ガス拡散室４２ａに供給された処理ガスは、ガス流通孔４２ｂ、ガス噴出口４１ａを介して、処理空間Ｓ内にシャワー状に分散されて供給される。

エッチング装置１には、チャンバ１０の内壁に沿ってデポシールド６０が着脱自在に設けられている。デポシールド６０は、チャンバ１０の内壁にデポが付着することを抑制するものであり、例えばアルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成される。また同様に、デポシールド６０に対向する面であって、支持部材１７の外周面には、デポシールド６１が、着脱自在に設けられている。

チャンバ１０の底部であって、チャンバ１０の内壁と支持部材１７との間には、バッフルプレート６２が設けられている。バッフルプレート６２は、例えばアルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート６２には、複数の貫通孔が形成されている。処理空間Ｓは当該バッフルプレート６２を介して排気口６３に連通されている。排気口６３には例えば真空ポンプ等の排気装置６４が接続され、当該排気装置６４により処理空間Ｓ内を減圧可能に構成されている。

また、チャンバ１０の側壁にはウェハＷの搬入出口６５が形成され、当該搬入出口６５はゲートバルブ６６により開閉可能となっている。

以上のエッチング装置１には、制御部７０が設けられている。制御部７０は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、エッチング装置１におけるエッチング処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部７０にインストールされたものであってもよい。

＜エッチング方法＞
次に、以上のように構成されたエッチング装置１を用いて行われるエッチング処理について説明する。図７は、エッチング処理の流れの一例を示すフロー図である。図８は、後述の高周波電力の間欠供給を説明する図である。

先ず、チャンバ１０内に、前述のスリット構造のパターンＰのマスクＭをエッチング対象層上に有するウェハＷを準備する（ステップＳ１１）。
具体的には、上述のウェハＷが、チャンバ１０の内部に搬入され、載置台１１上に載置される。その後、静電チャック１３の第１の電極１６ａに直流電圧が印加され、これにより、ウェハＷが、クーロン力によって静電チャック１３に静電吸着され、保持される。併せて、ガス供給ライン２０から伝熱ガスが供給される。これにより、冷媒流路１５ａで所望の温度（例えば－７０℃）になるように調整されている載置台１１の温度に、該載置台１１に載置されたウェハＷの温度を近づけることができる。また、ウェハＷの搬入後、排気装置６４によってチャンバ１０の内部が所望の真空度まで減圧される。

そして、プラズマ生成用電力及びバイアス電力を供給して、チャンバ１０内にプラズマを発生させ、プラズマによって、スリット構造のパターンのマスクＭの開口Ｐ１を通じて、エッチング対象層をエッチングする（ステップＳ１２）。
具体的には、ガス供給源群５０からシャワーヘッド４０を介して処理空間Ｓに処理ガスが供給される。また、第１の高周波電源３０からプラズマ生成用の高周波電力ＨＦが下部電極１２に供給され、これにより、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、第２の高周波電源３１によりバイアス用の高周波電力ＬＦも供給される。そして、生成されたプラズマの作用によって、ウェハＷにエッチング処理が施される。

本発明者らが鋭意検討を行ったところ、このステップＳ１２において、スリット構造のパターンＰのマスクＭを用いて、エッチング対象層Ｆを高アスペクト比でエッチングしようとしたときに、マスクＭが変形し、適切にエッチングを行えない場合があることが判明した。そこで、本発明者らがシミュレーション等を行いさらに検討を重ねたところ、上述のようにマスクＭが変形する原因は、プラズマからの入熱による熱応力にあることが知見された。具体的には、前述のような壁部Ｐ２を有するマスクＭを用いる場合、プラズマからの入熱により温度が上昇した壁部Ｐ２に、平面視長手方向（図６の太矢印方向）に圧縮するように熱応力が生じ、この熱応力により壁部Ｐ２が座屈することが、マスクＭが変形する原因であることを知見された。ウェハＷを冷却するために冷媒流路１５ａ等が設けられ静電チャック１３が所望の温度になるように調整されているにもかかわらずプラズマからの入熱によりウェハＷ上のマスクＭの温度が上昇する理由としては以下が考えられる。すなわち、プラズマによって高アスペクト比でエッチングする場合、供給されるプラズマ生成用電力及びバイアス電力の少なくともいずれか一方が大きく、マスクＭに入射するプラズマ中のイオンのエネルギーが高いことが理由として考えられる。またマスクＭに用いられるアモルファスカーボン等の熱伝導率がエッチング対象層Ｆの材料より高いことも理由である。

上述のような知見を踏まえ、本実施形態では、ステップＳ１２におけるマスクＭの温度変化ΔＴが、マスクＭが座屈を生じない温度幅に抑えられるよう、プラズマ生成用電力及びバイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。例えば、ステップＳ１２において、マスクＭの壁部Ｐ２に作用する応力が、マスクＭの材料の特性及び壁部Ｐ２の形状の特性により定まる壁部Ｐ２に座屈が生じる応力となる温度Ｔｂ未満に、マスクＭの温度Ｔが抑えられるよう、プラズマ生成用電力及びバイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。

具体的には、本実施形態では、ステップＳ１２において、例えば、下記式（１）を満たすよう、プラズマ生成用電力及びバイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。なお、以下の式（１）は壁部Ｐ２の水平方向の座屈に関するものである。壁部Ｐ２の鉛直方向の座屈は、当該壁部Ｐ２の鉛直方向の一端（表面側端）が固定されないため水平方向に比べて生じにくいため、ここでは考慮していない。

ΔＴは、ステップＳ１２でのマスクＭの温度変化であり、例えばマスクＭの温度Ｔと処理温度Ｔｐを用いてΔＴ＝Ｔ－Ｔｐで示される。処理温度Ｔｐとは、ステップＳ１２でのウェハＷの目標温度であり、具体的には例えば冷媒流路１５ａを流れる冷媒の温度である。
αは、壁部Ｐ２の平面視長手方向に関する線膨張係数である。
ｄは、壁部Ｐ２の奥行き（すなわち平面視長手方向の長さ）である。
ｗは、壁部Ｐ２の幅（すなわち平面視短手方向の長さ）である。
σ_０は、上記処理温度ＴｐにおけるマスクＭの圧縮残留応力である。圧縮残留応力は、上記処理温度Ｔｐの他、マスクＭを形成する際の処理温度、マスクＭ及びエッチング対象膜の材料の熱膨張係数を考慮して、求めることができる。
Ｅは、壁部Ｐ２の縦弾性係数である。

なお、残留応力を考慮しない理想的な座屈応力σ_ｂと、熱応力σと、がそれぞれ、以下の式（２）、（３）で与えられるところ、以下の式（４）が壁部Ｐ２に座屈が生じない条件であり、式（１）は式（４）を変形したものである。

つまり、本実施形態では、ステップＳ１２において、例えば、熱応力σと残留応力σ_０との和が、上記理想的な座屈応力σ_ｂを超えない温度未満に、マスクＭの温度Ｔが抑えられるよう、プラズマ生成用電力及びバイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。

なお、「電力を間欠的に供給する」とは、図８に示すように、電力の供給（ＯＮ）、供給停止（ＯＦＦ）を交互に繰り返すことをいう。
また、上述のように間欠的に供給される電力は、例えば第１の高周波電源３０からのプラズマ生成用の高周波電力ＨＦ及び第２の高周波電源３１からのバイアス用の高周波電力ＬＦの少なくともいずれか一方である。

上述のステップＳ１２では、プラズマ生成用電力及びバイアス用電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給したときに上記式（１）が満たされるよう、供給する電力のデューティ比、１回あたりの供給（ＯＮ）時間の長さ、１回あたりの供給停止（ＯＦＦ）時間の長さ等が調整される。デューティ比とは、一回のＯＮ時間の長さＬ１と一回の供給停止（ＯＦＦ）時間の長さＬ２との和に対する、上記ＯＮ時間の長さであり、Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）で示される。デューティ比は例えば１５％とされる。

なお、エッチング処理を終了する際には、先ず、第１の高周波電源３０からの高周波電力ＨＦの供給、第２の高周波電源３１からの高周波電力ＬＦの供給及びガス供給源群５０による処理ガスの供給が停止される。次いで、ウェハＷの裏面への伝熱ガスの供給が停止され、静電チャック１３によるウェハＷの吸着保持も停止される。

その後、チャンバ１０からウェハＷが搬出され、ウェハＷに対する一連のエッチング処理が終了する。

以上のように、本実施形態では、プラズマ生成用電力及びバイアス用電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給し静電チャック１３の温度を下げマスクＭの温度を下げる期間を導入している。特に、本実施形態では、スリット構造のパターンのマスクＭを用いてプラズマによりエッチングする工程において、マスクＭの温度変化ΔＴがマスクＭが座屈を生じない温度幅に抑えられるよう、プラズマ生成用電力及びバイアス用電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。本実施形態と異なり、プラズマ生成用電力及びバイアス用電力の両方を連続的に供給する場合、静電チャック１３の温度が上昇する。また、図９に破線で示すように、マスクＭの温度Ｔも上昇し、マスクＭの温度変化が上記温度幅に収まらず、壁部Ｐ２に座屈が生じる応力となる温度Ｔｂを超える。そうすると、壁部Ｐ２が座屈し、マスクＭが変形してしまうので、適切なエッチングを行うことができない。それに対し、本実施形態では、上述のようにプラズマ生成用電力及びバイアス用電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する。そのため、供給停止（ＯＦＦ）の期間中に、所望の温度になるように静電チャック１３の温度が低下し、マスクＭの温度Ｔも低下していくため、図９に実線で示すようにマスクＭの温度Ｔが上記温度Ｔｂを超えることがない。その結果、壁部Ｐ２が座屈せず、マスクＭがエッチング工程中に変形することが抑制される。特に、高アスペクト比でエッチングすることを目的としてプラズマ生成用電力及びバイアス用電力の少なくともいずれか一方を大きくした場合でも、マスクＭが変形することが抑制される。したがって、本実施形態によれば、スリット構造のパターンすなわち非円形状のパターンのマスクＭを用いて、エッチング対象層Ｆを高アスペクト比でエッチングする場合に、マスクＭの変形が生じるのを抑制することができる。
なお、間欠供給対象がプラズマ生成用電力及びバイアス電力の両方の場合、これらは同期されて供給される。具体的には、プラズマ生成用電力及びバイアス電力の両方が、電力の供給（ＯＮ）と停止（ＯＦＦ）を繰り返し、プラズマ生成用電力がＯＮのときに、バイアス電力もＯＮとなる。プラズマ生成電力がＯＮの期間と、バイアス電力がＯＮの期間とは重なっていれば互いにずれていてもよい。プラズマ生成用電力及びバイアス電力の両方を間欠的に供給することにより、より効率的に温度を下げることができる。

＜他の適用＞
以下では、プラズマ生成用電力及びバイアス用電力のうち、間欠供給される電力を間欠電力ということがある。
図９において実線で示される例では、間欠電力の供給（ＯＮ）工程の開始時におけるマスクＭの温度Ｔは略一定である。間欠供給の例はこれに限られず、マスクＭの温度Ｔが上記温度Ｔｂ未満であれば、間欠電力の供給（ＯＮ）工程の開始時におけるマスクＭの温度Ｔが時間の経過と共に変化してもよい。例えば、間欠電力の供給（ＯＮ）工程の開始時におけるマスクＭの温度Ｔが時間の経過と共に上昇してもよい。すなわち、間欠電力の供給（ＯＮ）工程中にマスクＭの温度変化ΔＴが、マスクＭが座屈を生じない温度幅に抑えられるのであれば、間欠電力の供給停止（ＯＦＦ）工程で、マスクＭの温度を下がり切らせる必要はない。

また、間欠電力の供給停止（ＯＦＦ）工程の代わりに、当該間欠電力を小さくする工程としてもよい。この場合、この工程でマスクＭの温度が低下すればよい。

マスクＭの材料として、アモルファスカーボンの代わりに、エッチング対象層Ｆに対するエッチング比を確保することができ、且つ、以下の条件（Ａ）及び（Ｂ）の少なくともいずれか一方を満たす材料を用いてもよい。
（Ａ）比熱容量及び熱伝導率の少なくともいずれか一方がアモルファスカーボンより大きい（高い）。
（Ｂ）ヤング率（すなわち縦弾性係数Ｅ）がアモルファスカーボンより高い材料を用いてもよい。

上記（Ａ）を満たす材料を用いると、マスクＭの温度が上昇しにくいため、壁部Ｐ２の座屈を抑制することができる。
また、上記（Ｂ）を満たす材料を用いると、残留応力の影響が小さくなるため、壁部Ｐ２の座屈を抑制することができる。

上記（Ａ）、（Ｂ）を満たす材料は例えばタングステン、窒化ホウ素及びダイヤモンドである。これらを２以上組み合せて用いてもよい。
なお、本開示にかかる技術は、タングステン膜以外の金属含有膜を用いた場合、窒化ホウ素膜以外のホウ素含有膜を用いた場合、及び、アモルファスカーボン膜及びダイヤモンド膜を用いた場合にも、適用することができる。

ガス供給ライン２０からの伝熱ガスの供給圧力は高いことが好ましい。これにより、ウェハＷの冷却効率が上がるため、マスクＭの温度上昇を抑え、壁部Ｐ２の座屈を抑制することができるからである。ただし、伝熱ガスの供給圧力を高くしすぎると、静電チャック１３によるウェハＷの静電吸着が阻害されてしまう。そのため、伝熱ガスの供給圧力は、例えば４０Ｔｏｒｒ～８０Ｔｏｒｒとされる。
伝熱ガスの消費量を抑えるため、ガス供給ラインからの伝熱ガスの供給圧力を、プラズマ生成用電力の供給（ＯＮ）工程のみ、または、プラズマ生成用電力の供給停止（ＯＦＦ）工程のみ、高くするようにしてもよい。

載置台１１の下部電極１２の材料として、アルミニウムの代わりに、比熱容量及び熱伝導率の少なくともいずれか一方がアルミニウムより大きい（高い）材料を用いてもよい。載置台１１において、冷媒流路１５ａが形成されている部分を電極として機能させる必要がなく、当該部分が単なる基台である場合は、該基台の材料として通常用いられるアルミニウムより比熱容量及び熱伝導率の少なくともいずれか一方が大きい（高い）材料を上記基台に用いることが好ましい。例えば、タングステン、窒化ホウ素及びダイヤモンドのいずれか１つまたは２以上の組み合わせを用いることが好ましい。これにより、ウェハＷの冷却効率が上がるため、マスクＭの温度上昇を抑え、壁部Ｐ２の座屈を抑制することができるからである。
また、載置台１１における、静電チャック１３の中央部の表面から冷媒流路１５ａまでの距離を短くすることが好ましい。これによっても、ウェハＷの冷却効率が上がるため、マスクＭの温度上昇を抑え、壁部Ｐ２の座屈を抑制することができるからである。

さらに、冷媒流路１５ａに流す冷媒の温度が低いことが好ましく、同冷媒の流量が大きいことが好ましい。これにより、ウェハＷの冷却能力が向上するため、マスクＭの温度上昇を抑え、壁部Ｐ２の座屈を抑制することができるからである。

上記実施形態では、エッチング処理時の載置台１１の温度すなわちエッチング処理時のウェハＷの温度が－７０℃と極低温であったが、室温（２５℃）等の常温であってもよい。

以上の例では、バイアス電力として高周波電力ＬＦを用いていたが、バイアス電力としてＤＣパルスを用いてもよい。この場合も、ステップＳ１２のエッチング工程において、プラズマ生成用電力とバイアス用電力の少なくともいずれか一方が間欠供給される。
さらに、エッチング処理の際、第１の高周波電源３０からの高周波電力ＨＦを使用せず、第２の高周波電源３１からの高周波電力ＬＦのみを用いて、プラズマを生成してもよい。この場合、ステップＳ１２のエッチング工程では、第２の高周波電源３１からの高周波電力ＬＦが間欠供給される。

また、上記の実施形態では容量結合型プラズマを用いていたが、本開示のエッチング方法に用いられるプラズマはこれに限定されない。例えば、誘導結合型プラズマを用いてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ エッチング装置
１０ チャンバ
１１ 載置台
３０ 第１の高周波電源
３１ 第２の高周波電源
Ｆ エッチング対象層
ＨＦ 高周波電力
ＬＦ 高周波電力
Ｍ マスク
Ｐ パターン
Ｐ１ 開口
Ｐ２ 壁部
Ｓ 処理空間
Ｔ 温度
Ｔｂ 温度
Ｗ ウェハ

Claims (5)

1. エッチングする方法であって、
   チャンバ内に、エッチング対象層と前記エッチング対象層上に非円形状の開口が形成されたマスクを有する基板を提供する工程と、
   プラズマ生成用電力及びバイアス電力を供給して、前記開口を介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有し、
   前記エッチングする工程は、前記マスクの温度変化（ΔＴ）が前記マスクが座屈を生じない温度幅に抑えられるよう、前記プラズマ生成用電力及び前記バイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する、方法。
2. 前記マスクの開口は、板状の壁部により画定され、
   前記エッチングする工程は、前記温度変化（ΔＴ）が下記式（１）を満たすよう、前記プラズマ生成用電力及び前記バイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する、請求項１に記載の方法。
   

   

   但し、ΔＴ：前記エッチングする工程におけるマスクの温度変化、α：前記壁部の長手方向に関する線膨張係数、ｄ：前記壁部の奥行き、ｗ：前記壁部の幅、σ_０：前記エッチングする工程での処理温度における前記マスクの圧縮残留応力、Ｅ：前記壁部の縦弾性係数
3. 前記非円形状の開口は、長方形状の開口であり、前記壁部の奥行きが前記壁部の幅の２倍より大きい、請求項２に記載の方法。
4. 前記マスクは、金属含有マスク、ホウ素含有マスク、または炭素含有マスクである、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 基板をエッチングする装置であって、
   チャンバと、
   前記チャンバの内部に設けられ、非円形状の開口が形成されたマスクをエッチング対象層上に有する基板が載置される載置台と、
   前記載置台に載置された基板の前記マスクの開口を介して前記エッチング対象層がエッチングされるように、プラズマ生成用電力及びバイアス電力を供給する電源と、を有し、
   前記電源は、前記エッチング対象層のエッチングの際、前記マスクの温度変化（ΔＴ）が前記マスクが座屈を生じない温度幅に抑えられるよう、前記プラズマ生成用電力及び前記バイアス電力の少なくともいずれか一方を間欠的に供給する、装置。

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