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WO2022244638A1 - プラズマ処理装置及びｒｆシステム - Google Patents

プラズマ処理装置及びｒｆシステム Download PDF

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WO2022244638A1
WO2022244638A1 PCT/JP2022/019684 JP2022019684W WO2022244638A1 WO 2022244638 A1 WO2022244638 A1 WO 2022244638A1 JP 2022019684 W JP2022019684 W JP 2022019684W WO 2022244638 A1 WO2022244638 A1 WO 2022244638A1
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state
plasma processing
power level
processing apparatus
signal
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PCT/JP2022/019684
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French (fr)
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敏治 和田
韋帆 陳
湯貴 王
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • the present disclosure relates to plasma processing apparatuses and RF systems.
  • the substrate support section 11 includes a body section 111 and a ring assembly 112 .
  • the body portion 111 has a central region (substrate support surface) 111 a for supporting the substrate (wafer) W and an annular region (ring support surface) 111 b for supporting the ring assembly 112 .
  • the annular region 111b of the body portion 111 surrounds the central region 111a of the body portion 111 in plan view.
  • the substrate W is arranged on the central region 111 a of the main body 111
  • the ring assembly 112 is arranged on the annular region 111 b of the main body 111 so as to surround the substrate W on the central region 111 a of the main body 111 .
  • body portion 111 includes a base and an electrostatic chuck.
  • the base includes an electrically conductive member.
  • the conductive member of the base functions as a lower electrode.
  • An electrostatic chuck is arranged on the base.
  • the upper surface of the electrostatic chuck has a substrate support surface 111a.
  • Ring assembly 112 includes one or more annular members. At least one of the one or more annular members is an edge ring.
  • the substrate supporter 11 may include a temperature control module configured to control at least one of the electrostatic chuck, the ring assembly 112, and the substrate W to a target temperature.
  • the temperature control module may include heaters, heat transfer media, flow paths, or combinations thereof.
  • a heat transfer fluid, such as brine or gas flows through the channel.
  • the substrate support section 11 may include a heat transfer gas supply section configured to supply a heat transfer gas between the back surface of the substrate W and the substrate support surface 111a.
  • Power supply 30 includes an RF power supply 31 coupled to plasma processing chamber 10 via at least one impedance matching circuit.
  • RF power supply 31 is configured to supply at least one RF signal (RF power), such as a source RF signal and a bias RF signal, to conductive members of substrate support 11 and/or conductive members of showerhead 13 . be done.
  • RF power source 31 may function as at least part of a plasma generator configured to generate a plasma from one or more process gases in plasma processing chamber 10 .
  • a bias potential is generated in the substrate W, and ion components in the formed plasma can be drawn into the substrate W.
  • the second RF generator 31b is coupled to the conductive member of the substrate support 11 via at least one impedance matching circuit and configured to generate a bias RF signal (bias RF power).
  • the bias RF signal has a lower frequency than the source RF signal.
  • the bias RF signal has a frequency within the range of 400 kHz to 13.56 MHz.
  • the second RF generator 31b may be configured to generate multiple bias RF signals having different frequencies.
  • One or more bias RF signals generated are provided to the conductive members of the substrate support 11 .
  • at least one of the source RF signal and the bias RF signal may be pulsed.
  • the exhaust system 40 may be connected to a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the plasma processing chamber 10, for example.
  • Exhaust system 40 may include a pressure regulating valve and a vacuum pump.
  • the pressure regulating valve regulates the pressure in the plasma processing space 10s.
  • Vacuum pumps may include turbomolecular pumps, dry pumps, or combinations thereof.
  • the pitch between openings is, for example, 25 to 30 nm or less, and the target value of line CD (Critical Dimension) is, for example, 10 nm.
  • the etching according to this embodiment as shown in state 51, the etching of the silicon oxide film 53 in the opening of the mask 54 is finished before reaching the silicon substrate 52, and the aspect ratio of the groove of the silicon oxide film 53 is 7 or more. Partial etching is performed so that At this time, it is required to improve the selection ratio, which is the relationship between the etching depth 55 and the remaining amount 56 of the mask 54, and to improve the shape controllability of the shape 57 of the bottom of the groove.
  • FIGS. 3 and 4 are diagrams showing an example of one cycle of the RF signal in this embodiment and the reference example.
  • FIG. 3(a) shows a supply pattern 60a in a reference example
  • FIG. 3(b) shows a supply pattern 60b in this embodiment.
  • the deposition step and the etch step are repeated by repeating the supply pattern 60b.
  • One cycle of the supply pattern 60b is repeated at 10000 ⁇ s (0.1 kHz), for example.
  • one cycle of the supply pattern 60b may be any period of 100 ms (10 Hz) or less, for example.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a DC signal in this embodiment.
  • the DC signal has a constant negative voltage level during the ON period, as shown in FIG. 5(a).
  • the DC signal has a sequence of multiple negative polarity pulses during the ON period, as shown in FIG. 5(b). For example, in phase Ph1b, a sequence of negative polarity pulses is superimposed with HF at the upper electrode.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of shape control models in the present embodiment and the reference example.
  • FIG. 7(a) is a shape control model in phase Ph3a of the reference example.
  • phase Ph3a the Ar ions generated by the second plasma are attracted by the bias potential from the opening of the mask 54 to the bottom of the trench of the silicon oxide film 53, and etching progresses as shown in state 58.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of comparison of the total etching amount between this embodiment and the reference example.
  • the LF effective power is the same between the reference example and the example according to the present embodiment, but the SiO etching amount differs depending on the LF power.
  • the SiO etching amount is 36.1 [nm/2 min].
  • the SiO etching amount is 63.2 [nm/2 min]
  • the SiO etching amount is 15.2 [nm/2min].
  • the total etching amount of SiO is 18.1 [nm/duty%] in the reference example.
  • the LF power is 300 W (phase Ph3b)
  • the LF power is 50 W (phase Ph4b)
  • it is 3.8 [nm/duty%] Therefore, the total is 19.6 [nm/duty%]. Therefore, the etch rate is faster in the example processing at multiple power levels than in the reference example.
  • the power level of phase Ph3b supplying the bias RF signal is high and the power level of phase Ph4b is lower than that of phase Ph3b, but the relationship between the power levels of phases Ph3b and Ph4b is changed. You may That is, the distribution of LF RF power (LF power) may be changed.
  • FIG. 14 is an example of a graph showing trend data when the LF RF power distribution is changed.
  • a graph 73 shown in FIG. 14 is a graph of the etching depth d1 and the bottom angle ⁇ among the experimental results shown in FIG. 13(a). As shown in the graph 73, it can be seen that there is a trend in which the bottom angle ⁇ becomes vertical from Condition A to Condition F depending on the LF power distribution.
  • the etching depth d1 under conditions E and F is slightly shallower than under conditions A to D, but it can be seen that there is no trend similar to that of the bottom angle ⁇ . From this, it can be seen that the shape controllability is better with the supply pattern in which the power level of phase Ph4b is higher than the power level of phase Ph3b, as in conditions E and F.
  • the DC signal has a constant voltage level with negative polarity between the first state, the second state, the third state and the fourth state.
  • the carbon composition ratio of the CF depot which is a reactive product (depot) can be increased.
  • the second power level is lower than the third power level, and the duration of the third state is shorter than the duration of the fourth state.
  • the amount of etching in the depth direction can be increased, and the amount of etching in the lateral direction at the bottom can be suppressed.
  • the bottom shape can be tapered.
  • the period of the first state and the period of the second state are within the range of 5% to 90% of the repetition period.
  • the radical/ion ratio can be controlled, and the yield and selectivity of the deposit can be controlled.
  • the RF system (RF power supply 31) is a first RF generator (first RF generator 31a) configured to generate a first RF signal, The one RF signal has a first power level during a first state within the repetition period and a zero power level during the second, third and fourth states within the repetition period. and a second RF generator (second RF generator 31b) configured to generate a second RF signal, the second RF signal comprising a second having a zero power level during one state and a second state, a second power level during a third state, and a third power level during a fourth state; 2 RF generators.
  • the capacitively-coupled plasma processing apparatus 1 that performs processing such as etching on the substrate W using capacitively-coupled plasma as a plasma source has been described as an example, but the disclosed technology is not limited to this. do not have.
  • the plasma source is not limited to capacitively coupled plasma, and any plasma source such as inductively coupled plasma, microwave plasma, magnetron plasma, etc. can be used as long as it is an apparatus that processes a substrate W using plasma. .

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Abstract

プラズマ処理装置は、チャンバと、チャンバ内に配置され、下部電極を含む基板支持部と、基板支持部の上方に配置される上部電極と、上部電極に電気的に接続され、第１のＲＦ信号を生成するように構成される第１のＲＦ電源であり、第１のＲＦ信号は、繰り返し期間内の第１の状態の間に第１の電力レベルを有し、繰り返し期間内の第２の状態、第３の状態及び第４の状態の間にゼロ電力レベルを有する、第１のＲＦ電源と、下部電極に電気的に接続され、第２のＲＦ信号を生成するように構成される第２のＲＦ電源であり、第２のＲＦ信号は、第１の状態及び第２の状態の間にゼロ電力レベルを有し、第３の状態の間に第２の電力レベルを有し、第４の状態の間に第３の電力レベルを有する、第２のＲＦ電源と、上部電極に電気的に接続され、ＤＣ信号を生成するように構成されるＤＣ電源と、を備える。

Description

プラズマ処理装置及びＲＦシステム
　本開示は、プラズマ処理装置及びＲＦシステムに関する。
　半導体の微細化が進むにつれて、高アスペクト比のエッチングプロセスが求められている。これに対し、エッチャントの堆積ステップとイオン照射ステップとを繰り返すことでエッチングを促進させるＡＬＥ（Atomic　Layer　Etching）と呼ばれる手法が提案されている。ＡＬＥでは、堆積ステップとイオン照射ステップとで使用するプロセスガスを切り替えることで、それぞれのステップを分離している。また、プラズマ処理装置の処理容器内に供給される複数の高周波電力の定在波の発生を防止するために、プラズマ生成用及びバイアス用の高周波電力のパルス波が所定の位相差を有するように制御することが提案されている（特許文献１）。
特開２０１６－１５７７３５号公報
　本開示は、選択比、抜け性及び形状コントロール性の向上と、処理時間の短縮とを両立可能なエッチングを行うことができるプラズマ処理装置及びＲＦシステムを提供する。
　本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、チャンバと、チャンバ内に配置され、下部電極を含む基板支持部と、基板支持部の上方に配置される上部電極と、上部電極に電気的に接続され、第１のＲＦ信号を生成するように構成される第１のＲＦ電源であり、第１のＲＦ信号は、繰り返し期間内の第１の状態の間に第１の電力レベルを有し、繰り返し期間内の第２の状態、第３の状態及び第４の状態の間にゼロ電力レベルを有する、第１のＲＦ電源と、下部電極に電気的に接続され、第２のＲＦ信号を生成するように構成される第２のＲＦ電源であり、第２のＲＦ信号は、第１の状態及び第２の状態の間にゼロ電力レベルを有し、第３の状態の間に第２の電力レベルを有し、第４の状態の間に第３の電力レベルを有する、第２のＲＦ電源と、上部電極に電気的に接続され、ＤＣ信号を生成するように構成されるＤＣ電源と、を備える。
　本開示によれば、選択比、抜け性及び形状コントロール性の向上と、処理時間の短縮とを両立可能なエッチングを行うことができる。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。 図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によってエッチングされる基板の構造の一例を模式的に示す図である。 図３は、本実施形態と参考例とにおけるＲＦ信号の１サイクルの一例を示す図である。 図４は、本実施形態と参考例とにおけるＲＦ信号の１サイクルの一例を示す図である。 図５は、本実施形態におけるＤＣ信号の一例を示す図である。 図６は、本実施形態と参考例とにおける実験結果の一例を示す図である。 図７は、本実施形態と参考例とにおける形状コントロールモデルの一例を示す図である。 図８は、本実施形態と参考例とにおける選択比改善モデルの一例を示す図である。 図９は、各フェーズにおけるエッチング量の一例を示す図である。 図１０は、各フェーズにおける発光強度の一例を示す図である。 図１１は、本実施形態と参考例とにおける総エッチング量の比較の一例を示す図である。 図１２は、変形例におけるＲＦ信号の１サイクルの一例を示す図である。 図１３は、ＬＦのＲＦ電力配分を変化させた場合における実験結果の一例を示す図である。 図１４は、ＬＦのＲＦ電力配分を変化させた場合におけるトレンドデータを示すグラフの一例である。 図１５は、変形例における形状コントロールモデルの一例を示す図である。
　以下に、開示するプラズマ処理装置及びＲＦシステム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、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
　高アスペクト比のエッチングプロセスでは、例えば、高周波電力をＣＷ（Continuous　Wave）で供給した場合、被エッチング膜に形成された溝の底部の形状（ボトム形状）は矩形となり処理時間も短いが、エッチング不良が発生（抜け性の低下）し、選択比が低下する。ここで選択比は、被エッチング膜のエッチングレート／マスクのエッチングレートである。一方、ＡＬＥを用いた場合、抜け性と選択比は向上するが、ボトム形状がテーパ形状となり処理時間が長くなる。つまり、抜け性及び選択比の向上と、形状コントロール性の向上及び処理時間の短縮とは、トレードオフの関係にある。そこで、この様なトレードオフの関係を解消し、選択比、抜け性及び形状コントロール性の向上と、処理時間の短縮とを両立可能なエッチングを行うことが期待されている。
［プラズマ処理システムの構成］
　以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。図１に示すように、プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。なお、プラズマ処理システムは、基板処理装置の一例である。容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。
　基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
　シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ　Ｇａｓ　Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
　ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
　電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
　一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
　また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に供給されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
　排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
　制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
［処理対象の基板］
　次に、図２を用いてエッチング処理対象の基板について説明する。図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によってエッチングされる基板の構造の一例を模式的に示す図である。図２には、処理前の状態５０と、処理後の状態５１とにおける基板Ｗを示している。基板Ｗは、シリコン基板５２上に、シリコン酸化膜５３と、マスク５４とを有する。シリコン酸化膜５３は、被エッチング膜である。マスク５４は、シリコン窒化膜であり、所定パターンの開口、例えば、櫛状の開口を有する。開口間のピッチは、例えば２５～３０ｎｍ以下であり、ラインＣＤ（Critical　Dimension）の目標値は、例えば１０ｎｍである。本実施形態に係るエッチングでは、状態５１に示すように、マスク５４の開口部のシリコン酸化膜５３をシリコン基板５２に達する前にエッチングを終了し、シリコン酸化膜５３の溝のアスペクト比が７以上となるようにパーシャルエッチを行う。このとき、エッチング深さ５５と、マスク５４の残量５６との関係である選択比の向上や、溝の底部の形状５７における形状コントロール性の向上といったことが求められる。そこで、本実施形態では、高周波電力のソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号とをパルスで供給する供給パターンのうち、バイアスＲＦ信号の電力レベルを制御することにより、選択比、抜け性及び形状コントロール性を向上させるとともに、ガス切り替え方式のＡＬＥより処理時間を短縮する。
［ＲＦ信号の供給パターン］
　次に、図３及び図４を用いて、エッチング処理におけるＲＦ信号（高周波電力）の供給パターンについて参考例と対比しながら説明する。図３及び図４は、本実施形態と参考例とにおけるＲＦ信号の１サイクルの一例を示す図である。図３（ａ）では、参考例における供給パターン６０ａを示し、図３（ｂ）では、本実施形態における供給パターン６０ｂを示す。本実施形態では、供給パターン６０ｂを繰り返すことで、デポステップとエッチステップとを繰り返す。供給パターン６０ｂの１サイクルは、例えば、１００００μｓ（０．１ｋＨｚ）で繰り返される。なお、供給パターン６０ｂの１サイクルは、例えば１００ｍｓ（１０Ｈｚ）以下の任意の周期であってもよい。例えば、供給パターン６０ｂの１サイクルを繰り返し期間として繰り返し周波数で表すと、当該繰り返し期間は、１０Ｈｚ～１００ｋＨｚ（１００ｍｓ～１０μｓ）の範囲内にある繰り返し周波数を有するようにしてもよい。また、以下の説明及び図中では、ソースＲＦ信号をＨＦ（High　Frequency）と表し、バイアスＲＦ信号をＬＦ（Low　Frequency）と表し、第２のＤＣ信号をＤＣと表す場合がある。また、ＲＦ信号の供給中を「ＲＦ．ＰＷ」、ＲＦ信号の停止中を「ＲＦ　Ｏｆｆ」と表す場合がある。
　参考例の供給パターン６０ａは、バイアスＲＦ信号の電力レベルを変更しない場合である。供給パターン６０ａは、供給パターン６０ｂと同様に１サイクル１００００μｓ（０．１ｋＨｚ）であり、先頭から順に、ＨＦを２５００μｓ供給、ＨＦ及びＬＦを２５００μｓ停止、ＬＦを５０００μｓ供給の３つのフェーズに分割されている。これに対し、本実施形態の供給パターン６０ｂは、先頭から順に、ＨＦを第１の電力レベルで２５００μｓ供給、ＨＦ及びＬＦを２５００μｓ停止、ＬＦを第２の電力レベルで２５００μｓ供給（ＲＦ．ＰＷ－１）、ＬＦを第３の電力レベルで２５００μｓ供給（ＲＦ．ＰＷ－２）の４つのフェーズに分割されている。
　図４では、供給パターン６０ａ，６０ｂの各フェーズにおける電力レベルと、ＤＣのＯＮ／ＯＦＦとを表している。なお、以下の説明及び図中では、供給パターン６０ａの各フェーズを先頭から順に、それぞれフェーズＰｈ１ａ，Ｐｈ２ａ，Ｐｈ３ａと表し、供給パターン６０ｂの各フェーズを先頭から順に、それぞれフェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ２ｂ，Ｐｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂと表す。なお、フェーズＰｈ１ａ，Ｐｈ１ｂはデポステップに対応し、フェーズＰｈ３ａ，Ｐｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂはエッチステップに対応する。また、フェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ２ｂ，Ｐｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂは、それぞれ、繰り返し期間内の第１の状態、第２の状態、第３の状態及び第４の状態の一例である。
　図４（ａ）に示す供給パターン６０ａでは、フェーズＰｈ１ａでＨＦが電力レベルＡ１で供給され、フェーズＰｈ２ａでＨＦ及びＬＦの供給が停止され、フェーズＰｈ３ａでＬＦが電力レベルＡ２で供給される。また、フェーズＰｈ１ａ～Ｐｈ３ａにおいて、ＤＣが供給されている（図４（ａ）中、「ＯＮ」と表す）。一方、図４（ｂ）に示す供給パターン６０ｂでは、フェーズＰｈ１ｂでＨＦが電力レベルＢ１（第１の電力レベル）で供給され、フェーズＰｈ２ｂでＨＦ及びＬＦの供給が停止され、フェーズＰｈ３ｂでＬＦが電力レベルＢ２－１（第２の電力レベル）で供給され、フェーズＰｈ４ｂでＬＦが電力レベルＢ２－２（第３の電力レベル）で供給される。このとき、電力レベルＢ２－１（第２の電力レベル）は、電力レベルＢ２－２（第３の電力レベル）よりも大きい。また、フェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ２ｂでは、ＤＣが供給され（図４（ｂ）中、「ＯＮ」と表す）、フェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂでは、ＤＣの供給が停止される（図４（ｂ）中、「ＯＦＦ」と表す）。つまり、供給パターン６０ｂは、供給パターン６０ａと比較して、ＬＦ供給時の電力レベルが２段階に変化するとともに、エッチステップにおいてＤＣの供給が停止されるようになっている。なお、ＬＦ供給時の電力レベルの変化は、２段階に限定されず、３段階以上に変化するようにしてもよく、連続的に変化するようにしてもよい。
　ここで、供給パターン６０ｂにおけるフェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂは、上述のように繰り返し期間の一例であり、繰り返し期間内において、フェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂの比率を変更することができる。図４（ｂ）に示す供給パターン６０ｂでは、フェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂが各２５％と等分割されている。この場合、フェーズＰｈ１ｂの期間は、フェーズＰｈ２ｂの期間と同じであるといえる。また、フェーズＰｈ３ｂの期間は、フェーズＰｈ４ｂの期間と同じであるといえる。
　一方、フェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂの比率を変更する場合、例えば、フェーズＰｈ１ｂの期間は、フェーズＰｈ２ｂの期間よりも長くしてもよいし、短くしてもよい。同様に、フェーズＰｈ３ｂの期間は、フェーズＰｈ４ｂの期間よりも長くしてもよいし、短くしてもよい。また、フェーズＰｈ２ｂの期間は、繰り返し期間の５０％以下であることが好ましい。さらに、フェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂの比率の範囲としては、繰り返し期間の５％～９０％の範囲内にあることが好ましい。また、繰り返し期間の長さと比率の両方を変更してもよく、この場合、フェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂの期間は、０．５マイクロ秒～９０ミリ秒（０．５μｓ～９０ｍｓ）の範囲内にあることが好ましい。なお、フェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂの期間の長さと比率の変更は、後述する変形例と組み合わせてもよい。
　フェーズＰｈ１ｂの期間とフェーズＰｈ２ｂの期間との関係は、フェーズＰｈ２ｂの期間がフェーズＰｈ１ｂの期間より長くなると、プラズマ密度の減少が顕著になり、ラジカル／イオン比が大きくなる。また、フェーズＰｈ２ｂの期間がフェーズＰｈ１ｂの期間より長くなると、溝（トレンチ）のボトムへのラジカルの輸送が促進され、エッチングが進行しやすくなり、抜け性が改善される。一方、フェーズＰｈ２ｂの期間がフェーズＰｈ１ｂの期間より短くなると、マスク５４に堆積するデポ量が増加し、選択比を向上させることができる。
　フェーズＰｈ３ｂの期間とフェーズＰｈ４ｂの期間とが同じである場合、フェーズＰｈ３ｂの電力レベルＢ２－１と、フェーズＰｈ４ｂの電力レベルＢ２－２とを制御することで、溝（トレンチ）のボトム形状を制御することができる。フェーズＰｈ３ｂの電力レベルＢ２－１がフェーズＰｈ４ｂの電力レベルＢ２－２よりも大きい場合、溝（トレンチ）のボトム形状は、テーパ形状となる。一方、フェーズＰｈ３ｂの電力レベルＢ２－１がフェーズＰｈ４ｂの電力レベルＢ２－２よりも小さい場合（後述する変形例を参照）、溝（トレンチ）のボトム形状は、矩形形状（バーチカル形状）となる。このように、フェーズＰｈ３ｂの期間とフェーズＰｈ４ｂの期間とが同じ場合、フェーズＰｈ３ｂの電力レベルＢ２－１と、フェーズＰｈ４ｂの電力レベルＢ２－２とを制御することで、溝（トレンチ）のボトム形状を制御することができる。なお、後述する図１３において実験結果を示している。
　また、フェーズＰｈ３ｂの期間とフェーズＰｈ４ｂの期間との関係は、フェーズＰｈ３ｂの期間がフェーズＰｈ４ｂの期間より長くなると、溝（トレンチ）のボトム形状が矩形形状（バーチカル形状）となる。一方、フェーズＰｈ３ｂの期間がフェーズＰｈ４ｂの期間より短くなると、溝（トレンチ）のボトム形状がテーパ形状となる。つまり、フェーズＰｈ３ｂの期間とフェーズＰｈ４ｂの期間とを制御することで、溝（トレンチ）のボトム形状を制御することができる。
　次に、図５を用いて、シャワーヘッド１３の導電性部材（上部電極）に供給される第２のＤＣ信号（以下、単にＤＣ信号ともいう。）について説明する。図５は、本実施形態におけるＤＣ信号の一例を示す図である。一実施形態において、ＤＣ信号は、図５（ａ）に示すように、ＯＮ期間に負極性の一定の電圧レベルを有する。一実施形態において、ＤＣ信号は、図５（ｂ）に示すように、ＯＮ期間に負極性の複数のパルスのシーケンスを有する。例えば、フェーズＰｈ１ｂにおいて、負極性の複数のパルスのシーケンスは、上部電極においてＨＦと重畳される。
　ＤＣ信号は、図４（ｂ）に示す供給パターン６０ｂにおいて、例えば、フェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ２ｂでは、第１の電圧レベルとし、フェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂでは、第２の電圧レベルとする。このとき、第１の電圧レベルと第２の電圧レベルとの関係は、例えば、第１の電圧レベルの絶対値＞第２の電圧レベルの絶対値とする。すなわち、ＤＣ信号は、フェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ２ｂの間に負極性を有する第１の電圧レベルを有し、フェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂの間に第２の電圧レベルを有し、第２の電圧レベルの絶対値は、第１の電圧レベルの絶対値よりも小さい。
　また、ＤＣ信号は、図４（ｂ）に示す供給パターン６０ｂでは、例えば、第１の電圧レベルを－５０Ｖ～－２５００Ｖ、第２の電圧レベルを０Ｖ（ゼロ電圧レベル）とすることができる。このとき、第１の電圧レベルは、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの範囲内にあるパルス周波数を有する。つまり、第１の電圧レベルは、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの範囲内にあるパルス周波数を有する負ＤＣパルスのシーケンスを有する。なお、ＤＣ信号は、例えば、フェーズＰｈ１ｂ～Ｐｈ４ｂにおいて、パルスではない、負極性の一定の電圧レベルの信号であってもよい。
　このように、フェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ２ｂにおいて、ＤＣ信号が供給されることで、反応性生物（デポ）であるＣＦデポのカーボン組成比をより高くすることができる。すなわち、マスク選択比の向上、及び、ＣＤの制御性に寄与することができる。
［実験結果］
　続いて、図６を用いて実験結果について説明する。図６は、本実施形態と参考例とにおける実験結果の一例を示す図である。図６（ａ）は、供給パターン６０ａに対応する参考例と、供給パターン６０ｂに対応する実施例とにおける実験結果である。図６（ｂ）は、エッチング深さｄ１、マスク残量ｒ１およびボトムの角度θの測定箇所を示す。なお、図６（ｂ）において、マスク（ＳｉＮ）の周囲には、シリコン窒化膜の酸化層であるＳｉＯＮ層６５が形成されている。また、処理条件は、下記の処理条件を用いた。なお、図６では、ＬＦの電力レベルをＬＦ欄（第２の電力レベル）及びＬＦ－２欄（第３の電力レベル）として表し、電力レベルが１段階である場合はＬＦ－２欄を０として表している。また、ＬＦ実効パワーは、参考例と実施例とで同じとなるようにしている。
＜処理条件＞
　　プラズマ処理チャンバ１０内の圧力　　：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３Ｐａ）
　　温度　　　　　　　　　　　　　　　　：１３３℃
　　ソースＲＦ信号の電力（６０ＭＨｚ）　：２００Ｗ（パルス）
　　バイアスＲＦ信号の電力（１２．８８ＭＨｚ）：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　参考例：１７５Ｗ（パルス）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　実施例：３００Ｗ／５０Ｗ（パルス）
　　第２のＤＣ信号の電圧　　　　　　　　：－５００Ｖ
　　パルス周波数　　　　　　　　　　　　：０．１ｋＨｚ
　　パルスデューティ　　　　　　　　　　：ＨＦ／ＬＦ／ＬＦオフセット
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝２５／５０／５０％
　　プロセスガス
　　（Ｃ４Ｆ６／Ｏ２／Ａｒ）の流量比　：０．５／０．４７／１００
　図６に示すように、エッチング深さｄ１は、参考例の３７．８ｎｍに対して、実施例では４０．９ｎｍと深くなった。また、マスク残量ｒ１は、参考例の２１．５ｎｍに対して、実施例では２４．９ｎｍとなり、マスク選択比が高くなった。また、エッチング時間は、参考例の４４４．８秒に対して、実施例では４１６．７秒と短縮することができた。また、ボトムの角度θは、参考例の８６．２°に対して、８７．５°と、より角度が立っており、実施例の方が参考例よりもボトム形状が矩形になっていることがわかる。このように、本実施形態に係る供給パターンでは、ＬＦの電力レベルが一定である供給パターンよりも選択性が高く、ボトム形状も矩形に近く、処理時間も短縮することができる。
［分析結果］
＜形状コントロールモデル＞
　次に、図７を用いて形状コントロールモデルについて説明する。図７は、本実施形態と参考例とにおける形状コントロールモデルの一例を示す図である。図７（ａ）は、参考例のフェーズＰｈ３ａにおける形状コントロールモデルである。フェーズＰｈ３ａでは、マスク５４の開口部からシリコン酸化膜５３の溝の底部に、第２のプラズマによって生成されたＡｒイオンがバイアス電位により引き込まれることで、状態５８に示すようにエッチングが進む。
　図７（ｂ）は、実験例のフェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂにおける形状コントロールモデルである。フェーズＰｈ３ｂでは、マスク５４の開口部からシリコン酸化膜５３の溝の底部に、第２のプラズマによって生成されたＡｒイオンがバイアス電位により引き込まれることで、状態５９ａに示すようにエッチングが進む。続くフェーズＰｈ４ｂでは、バイアスＲＦ信号の電力レベルが低下するため、第２のプラズマによって生成されるＡｒイオンのイオンエネルギーが低下するとともに、入射角度が大きくなることにより、状態５９ｂに示すように、シリコン酸化膜５３の溝の底部の形状（ボトム形状）を広げることができ、ボトム形状を矩形形状（壁面の垂直化）とすることができる。
＜選択比改善モデル＞
　続いて、図８を用いて選択比改善モデルについて説明する。図８は、本実施形態と参考例とにおける選択比改善モデルの一例を示す図である。図８では、供給パターン６０ａ，６０ｂの１サイクル中におけるマスク５４の表面に付着した反応生成物（デポ）であるＣＦ量と、ＣＦのエッチング量との関係を、それぞれ表している。図８（ａ）に示すグラフ６１ａは、参考例の供給パターン６０ａの場合を示している。フェーズＰｈ１ａ＋Ｐｈ２ａでは、グラフ６２ａで表すＣＦ量が増加し、グラフ６３ａで示すエッチング量はゼロである。次に、フェーズＰｈ３ａでは、エッチング量の増加に応じてＣＦ量が減少し、タイミング６４ａの時点でマスク５４の表面に付着していたＣＦがなくなり、マスク５４がダメージを受ける。
　図８（ｂ）に示すグラフ６１ｂは、実施形態の供給パターン６０ｂの場合を示している。フェーズＰｈ１ａ＋Ｐｈ２ａでは、グラフ６２ｂで表すＣＦ量が増加し、グラフ６３ｂで示すエッチング量はゼロである。次に、フェーズＰｈ３ｂでは、エッチング量の増加に応じてＣＦ量が減少するが、フェーズＰｈ３ｂの終了時点において、ＣＦが若干残存している状態である。続いて、フェーズＰｈ４ｂでは、バイアスＲＦ信号の電力レベルが低下してＡｒイオンのイオンエネルギーが低下するので、残存していたＣＦ量の減少が緩やかになり、タイミング６４ｂの時点でマスク５４の表面に付着していたＣＦがなくなり、マスク５４がダメージを受ける。グラフ６１ａとグラフ６１ｂとを比較すると、本実施形態に係る供給パターン６０ｂの方が、参考例に係る供給パターン６０ａよりも、マスク５４へ与えるダメージが少ないことがわかる。つまり、参考例の供給パターン６０ａよりも本実施形態の供給パターン６０ｂの方が選択比を改善することができる。
＜ＲＦ信号供給時の挙動＞
　次に、図９及び図１０を用いて、本実施形態の供給パターン６０ｂの各フェーズにおける挙動を説明する。図９は、各フェーズにおけるエッチング量の一例を示す図である。図９に示すグラフ７０は、供給パターン６０ｂにおいて、ＨＦ又はＬＦが供給されるフェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂにおけるシリコン酸化膜５３のエッチング量を示している。グラフ７０に示すように、フェーズＰｈ１ｂでは、シリコン酸化膜５３のエッチングは進んでおらず、フェーズＰｈ１ｂのエッチングへの寄与が小さいことがわかる。一方、フェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂでは、シリコン酸化膜５３のエッチングが進み、フェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂのエッチングへの寄与が大きいことがわかる。また、バイアスＲＦ信号の電力レベルが高いフェーズＰｈ３ｂが、電力レベルが低いフェーズＰｈ４ｂよりもシリコン酸化膜５３のエッチング量が多いことがわかる。
　図１０は、各フェーズにおける発光強度の一例を示す図である。図１０に示すグラフ７１は、供給パターン６０ｂにおいて、ＨＦ又はＬＦが供給されるフェーズＰｈ１ｂ，Ｐｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂにおける発光強度を示している。グラフ７１の領域７２に示すように、フェーズＰｈ１ｂでは、ＣＦ発光が強く、デポ生成への寄与が大きいことがわかる。一方、フェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂでは、ＣＦ発光が弱く、デポ生成への寄与が小さいことがわかる。
＜エッチング速度の検証＞
　続いて、図１１を用いてエッチング速度について説明する。図１１は、本実施形態と参考例とにおける総エッチング量の比較の一例を示す図である。図１１に示すように、参考例と本実施形態に係る実施例とでは、ＬＦ実効パワーは同じであるが、ＳｉＯエッチング量がＬＦパワーによって異なる。参考例では、ＬＦパワーが１７５Ｗ（フェーズＰｈ３ａ）の場合に、ＳｉＯエッチング量が３６．１［ｎｍ／２ｍｉｎ］である。これに対し、実施例では、ＬＦパワーが３００Ｗ（フェーズＰｈ３ｂ）の場合に、ＳｉＯエッチング量が６３．２［ｎｍ／２ｍｉｎ］であり、ＬＦパワーが５０Ｗ（フェーズＰｈ４ｂ）の場合に、ＳｉＯエッチング量が１５．２［ｎｍ／２ｍｉｎ］である。これらに１サイクル中のＬＦパワーの供給時間の比率（ｏｎ／（ｏｎ＋ｏｆｆ））であるデューティを掛けると、ＳｉＯ総エッチング量は、参考例では、１８．１［ｎｍ／ｄｕｔｙ％］となる。一方、実施例では、ＬＦパワーが３００Ｗ（フェーズＰｈ３ｂ）の場合に、１５．８［ｎｍ／ｄｕｔｙ％］となり、ＬＦパワーが５０Ｗ（フェーズＰｈ４ｂ）の場合に、３．８［ｎｍ／ｄｕｔｙ％］となるので、合計１９．６［ｎｍ／ｄｕｔｙ％］となる。従って、参考例よりも、複数の電力レベルで処理する実施例の方が、エッチング速度が速くなる。
［変形例］
　上記の実施形態では、供給パターン６０ｂにおいて、バイアスＲＦ信号を供給するフェーズＰｈ３ｂの電力レベルを高く、フェーズＰｈ４ｂの電力レベルをフェーズＰｈ３ｂより低くしたが、フェーズＰｈ３ｂとフェーズＰｈ４ｂの電力レベルの関係を変更してもよい。つまり、ＬＦのＲＦ電力（ＬＦパワー）の配分を変化させてもよい。
　図１２は、変形例におけるＲＦ信号の１サイクルの一例を示す図である。図１２に示す供給パターン６０ｃでは、フェーズＰｈ１ｂでＨＦが電力レベルＢ１（第１の電力レベル）で供給され、フェーズＰｈ２ｂでＨＦ及びＬＦの供給が停止される。また、フェーズＰｈ３ｂでＬＦが電力レベルＢ２－１（第２の電力レベル）で供給され、フェーズＰｈ４ｂでＬＦが電力レベルＢ２－２（第３の電力レベル）で供給されるが、電力レベルＢ２－２が電力レベルＢ２－１よりも高くなっている。つまり、供給パターン６０ｃは、図４（ｂ）に示す供給パターン６０ｂに対して、電力レベルＢ２－１，Ｂ２－２の大小が入れ替わっている供給パターンである。すなわち、電力レベルＢ２－１（第２の電力レベル）は、電力レベルＢ２－２（第３の電力レベル）よりも小さい。
［変形例の実験結果］
　次に、図１３を用いて変形例の実験結果について説明する。図１３（ａ）は、ＬＦのＲＦ電力配分を変化させた場合における実験結果の一例を示す図である。図１３（ｂ）は、エッチング深さｄ１、マスク残量ｒ１、ボトムの角度θ、ＴＣＤ（Top　Critical　Dimension）およびＢＣＤ（Bottom　Critical　Dimension）の測定箇所を示す。なお、図１３（ｂ）において、マスク（ＳｉＮ）の周囲には、シリコン窒化膜の酸化層であるＳｉＯＮ層６５が形成されている。図１３における処理条件は、ＬＦパワーの配分を除いて上述の実施形態の図６と同様である。図１３は、条件Ａから条件Ｆまで、フェーズＰｈ３ｂとフェーズＰｈ４ｂの電力レベルＢ２－１，Ｂ２－２の配分を変化させた場合の実験結果である。条件Ａは、図６と同じ条件、つまり、フェーズＰｈ３ｂの電力レベルＢ２－１を３００Ｗ、フェーズＰｈ４ｂの電力レベルＢ２－２を５０Ｗとした場合である。図１３では、ＬＦパワー配分欄に、電力レベルＢ２－１，Ｂ２－２の順に、３００Ｗ／５０Ｗといった形式で表している。
　また、条件Ｂから条件Ｆについても、それぞれ電力レベルＢ２－１，Ｂ２－２の順に同様の形式で表している。条件Ｂは２５０Ｗ／１００Ｗ、条件Ｃは２００Ｗ１５０Ｗ、条件Ｄは１７５Ｗ／１７５Ｗ、条件Ｅは１００Ｗ／２５０Ｗ、条件Ｆは５０Ｗ／３００Ｗである。ＬＦ実効パワーは、条件Ａから条件Ｆまで、８７．５Ｗと同一としている。
　エッチング時間は、条件Ａが４１６．７秒、条件Ｂが４８７．６秒、条件Ｃが５１５．８秒、条件Ｄが４５２．０秒、条件Ｅが５５８．８秒、条件Ｆが５５６．１秒であった。マスク残量ｒ１は、条件Ａが２４．９ｎｍ、条件Ｂが２２．２ｎｍ、条件Ｃが２１．７ｎｍ、条件Ｄが２０．５ｎｍ、条件Ｅが１９．７ｎｍ、条件Ｆが２２．４ｎｍであった。エッチング深さｄ１は、条件Ａが４０．９ｎｍ、条件Ｂが４１．３ｎｍ、条件Ｃが４３．０ｎｍ、条件Ｄが４０．６ｎｍ、条件Ｅが３６．３ｎｍ、条件Ｆが３２．３ｎｍであった。
　フィン（Ｆｉｎ）のＴＣＤとＢＣＤの差（ＴＣＤ－ＢＣＤ）であるΔＣＤは、条件Ａが３．５ｎｍ、条件Ｂが２．６ｎｍ、条件Ｃが２．５ｎｍ、条件Ｄが２．５ｎｍ、条件Ｅが１．５ｎｍ、条件Ｆが１．４ｎｍであった。断面のうち、ボトムの角度θは、条件Ａが８７．５５°、条件Ｂが８８．２０°、条件Ｃが８８．４０°、条件Ｄが８８．２４°、条件Ｅが８８．８０°、条件Ｆが８８．７５°であった。図１３の実験結果より、溝（トレンチ）のボトム形状を矩形形状とする形状コントロール性は、条件Ｆが最も垂直化しており優れているが、エッチング時間は長くなる。一方、マスク残量ｒ１は、条件Ａが最も多くなる。このように、処理条件は、形状コントロール性や、溝のアスペクト比等、求められる特性に応じて条件Ａ～Ｆから適宜適用することができる。
　図１４は、ＬＦのＲＦ電力配分を変化させた場合におけるトレンドデータを示すグラフの一例である。図１４に示すグラフ７３は、図１３（ａ）に示す実験結果のうち、エッチング深さｄ１と、ボトムの角度θとをグラフ化したものである。グラフ７３に示すように、ＬＦパワー配分に応じて、ボトムの角度θは条件Ａから条件Ｆにかけて垂直になるようなトレンドがあることがわかる。一方、エッチング深さｄ１は、条件Ｅ，Ｆが条件Ａ～Ｄよりも若干浅くなっているが、ボトムの角度θほどのトレンドはないことがわかる。このことから、形状コントロール性は、条件Ｅ，Ｆのように、フェーズＰｈ４ｂの電力レベルをフェーズＰｈ３ｂの電力レベルよりも大きくする供給パターンの方がよくなることがわかる。
　図１５は、変形例における形状コントロールモデルの一例を示す図である。図１５には、変形例におけるフェーズＰｈ３ｂ，Ｐｈ４ｂにおける形状コントロールモデルを示す。フェーズＰｈ３ｂでは、マスク５４の開口部からシリコン酸化膜５３の溝の底部に、第２のプラズマによって生成されたＡｒイオンがバイアス電位により引き込まれることで、状態７４ａに示すようにエッチングが進む。このとき、フェーズＰｈ３ｂでは、バイアスＲＦ信号の電力レベルが低いため、第２のプラズマによって生成されるＡｒイオンのイオンエネルギーが低く、入射角度が大きくなることにより、シリコン酸化膜５３の溝の底部の形状（ボトム形状）を広げることになる。続くフェーズＰｈ４ｂでは、バイアスＲＦ信号の電力レベルが増加するため、第２のプラズマによって生成されるＡｒイオンのイオンエネルギーも高くなり、フェーズＰｈ３ｂよりもエッチング速度が速くなる。この場合、状態７４ｂに示すように、シリコン酸化膜５３の溝の底部の形状（ボトム形状）を矩形形状とする形状コントロール性が、図７（ｂ）に示す供給パターン６０ｂの場合よりも向上することになる。
　以上、本実施形態によれば、プラズマ処理装置は、チャンバ（プラズマ処理チャンバ１０）と、チャンバ内に配置され、下部電極を含む基板支持部１１と、基板支持部１１の上方に配置される上部電極と、上部電極に電気的に接続され、第１のＲＦ信号を生成するように構成される第１のＲＦ電源（第１のＲＦ生成部３１ａ）であり、第１のＲＦ信号は、繰り返し期間内の第１の状態の間に第１の電力レベルを有し、繰り返し期間内の第２の状態、第３の状態及び第４の状態の間にゼロ電力レベルを有する、第１のＲＦ電源と、下部電極に電気的に接続され、第２のＲＦ信号を生成するように構成される第２のＲＦ電源（第２のＲＦ生成部３１ｂ）であり、第２のＲＦ信号は、第１の状態及び第２の状態の間にゼロ電力レベルを有し、第３の状態の間に第２の電力レベルを有し、第４の状態の間に第３の電力レベルを有する、第２のＲＦ電源と、上部電極に電気的に接続され、ＤＣ信号を生成するように構成されるＤＣ電源（第２のＤＣ生成部３２ｂ）と、を備える。その結果、選択比、抜け性及び形状コントロール性の向上と、処理時間の短縮とを両立可能なエッチングを行うことができる。
　また、本実施形態によれば、ＤＣ信号は、第１の状態、第２の状態、第３の状態及び第４の状態の間に負極性を有する一定の電圧レベルを有する。その結果、反応性生物（デポ）であるＣＦデポのカーボン組成比をより高くすることができる。
　また、本実施形態によれば、ＤＣ信号は、第１の状態及び第２の状態の間に負極性を有する第１の電圧レベルを有し、第３の状態及び第４の状態の間に第２の電圧レベルを有し、第２の電圧レベルの絶対値は、第１の電圧レベルの絶対値よりも小さい。その結果、反応性生物（デポ）であるＣＦデポのカーボン組成比をより高くすることができるとともに、マスク選択比の向上、及び、ＣＤの制御性に寄与することができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電圧レベルは、ゼロ電圧レベルを有する。その結果、反応性生物（デポ）であるＣＦデポのカーボン組成比をより高くすることができるとともに、マスク選択比の向上、及び、ＣＤの制御性に寄与することができる。
　また、本実施形態によれば、第１の電圧レベルは、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの範囲内にあるパルス周波数を有する負ＤＣパルスのシーケンスを有する。その結果、反応性生物（デポ）であるＣＦデポのカーボン組成比をより高くすることができるとともに、マスク選択比の向上、及び、ＣＤの制御性に寄与することができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも大きい。その結果、溝（トレンチ）のボトム形状をテーパ形状とすることができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも小さい。その結果、溝（トレンチ）のボトム形状を矩形形状（バーチカル形状）とすることができる。
　また、本実施形態によれば、繰り返し期間は、１００ミリ秒以下である。その結果、マスクへのダメージを低減でき、選択比を向上させることができる。
　また、本実施形態によれば、繰り返し期間は、１０Ｈｚ～１００ｋＨｚの範囲内にある繰り返し周波数を有する。その結果、マスクへのダメージを低減でき、選択比を向上させることができる。
　また、本実施形態によれば、第２の状態の期間は、繰り返し期間の５０％以下である。その結果、選択比と抜け性を向上させることができる。
　また、本実施形態によれば、第１の状態の期間は、第２の状態の期間と同じである。その結果、ラジカル／イオン比を中程度の範囲に制御でき、デポの生成量と選択比を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第１の状態の期間は、第２の状態の期間よりも長い。その結果、ラジカル／イオン比を小さな範囲に制御でき、デポの生成量と選択比を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第１の状態の期間は、第２の状態の期間よりも短い。その結果、ラジカル／イオン比を大きな範囲に制御でき、デポの生成量と選択比を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも大きく、第３の状態の期間は、第４の状態の期間と同じである。その結果、深さ方向のエッチング量を増大させ、ボトムにおける横方向のエッチング量を抑制させることができる。また、ボトム形状をテーパ形状とすることができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも大きく、第３の状態の期間は、第４の状態の期間よりも長い。その結果、深さ方向のエッチング量を増大させ、ボトムにおける横方向のエッチング量を抑制させることができる。また、ボトム形状をテーパ形状とすることができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも大きく、第３の状態の期間は、第４の状態の期間よりも短い。その結果、深さ方向のエッチング量を抑制させ、ボトムにおける横方向のエッチング量を増大させることができる。また、ボトム形状を矩形形状（バーチカル形状）とすることができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも小さく、第３の状態の期間は、第４の状態の期間と同じである。その結果、深さ方向のエッチング量を抑制させ、ボトムにおける横方向のエッチング量を増大させることができる。また、ボトム形状を矩形形状（バーチカル形状）とすることができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも小さく、第３の状態の期間は、第４の状態の期間よりも長い。その結果、深さ方向のエッチング量を抑制させ、ボトムにおける横方向のエッチング量を増大させることができる。また、ボトム形状を矩形形状（バーチカル形状）とすることができる。
　また、本実施形態によれば、第２の電力レベルは、第３の電力レベルよりも小さく、第３の状態の期間は、第４の状態の期間よりも短い。その結果、深さ方向のエッチング量をより増大させ、ボトムにおける横方向のエッチング量を抑制させることができる。また、ボトム形状をテーパ形状とすることができる。
　また、本実施形態によれば、第１の状態の期間及び第２の状態の期間は、０．５マイクロ秒～９０ミリ秒の範囲内にある。その結果、ラジカル／イオン比を制御でき、デポの生成量と選択比を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第３の状態の期間及び第４の状態の期間は、０．５マイクロ秒～９０ミリ秒の範囲内にある。その結果、溝（トレンチ）のボトム形状を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第１の状態の期間及び第２の状態の期間は、繰り返し期間の５％～９０％の範囲内にある。その結果、ラジカル／イオン比を制御でき、デポの生成量と選択比を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、第３の状態の期間及び第４の状態の期間は、繰り返し期間の５％～９０％の範囲内にある。その結果、溝（トレンチ）のボトム形状を制御することができる。
　また、本実施形態によれば、ＲＦシステム（ＲＦ電源３１）は、第１のＲＦ信号を生成するように構成される第１のＲＦ生成器（第１のＲＦ生成部３１ａ）であり、第１のＲＦ信号は、繰り返し期間内の第１の状態の間に第１の電力レベルを有し、繰り返し期間内の第２の状態、第３の状態及び第４の状態の間にゼロ電力レベルを有する、第１のＲＦ生成器と、第２のＲＦ信号を生成するように構成される第２のＲＦ生成器（第２のＲＦ生成部３１ｂ）であり、第２のＲＦ信号は、第１の状態及び第２の状態の間にゼロ電力レベルを有し、第３の状態の間に第２の電力レベルを有し、第４の状態の間に第３の電力レベルを有する、第２のＲＦ生成器と、を備える。その結果、選択比、抜け性及び形状コントロール性の向上と、処理時間の短縮とを両立可能なエッチングを行うことができる。
　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、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
　また、上記した実施形態では、プラズマ源として容量結合型プラズマを用いて基板Ｗに対してエッチング等の処理を行う容量結合プラズマ処理装置１を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いて基板Ｗに対して処理を行う装置であれば、プラズマ源は容量結合プラズマに限られず、例えば、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。
　また、上述してきた実施形態及び変形例は、構成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。
　１　プラズマ処理装置
　２　制御部
　１０　プラズマ処理チャンバ
　１１　基板支持部
　２０　ガス供給部
　３１　ＲＦ電源
　３１ａ　第１のＲＦ生成部
　３１ｂ　第２のＲＦ生成部
　４０　排気システム
　５２　シリコン基板
　５３　シリコン酸化膜
　５４　マスク
　Ｗ　基板

Claims (33)

  1. 　チャンバと、
    　前記チャンバ内に配置され、下部電極を含む基板支持部と、
    　前記基板支持部の上方に配置される上部電極と、
    　前記上部電極に電気的に接続され、第１のＲＦ信号を生成するように構成される第１のＲＦ電源であり、前記第１のＲＦ信号は、繰り返し期間内の第１の状態の間に第１の電力レベルを有し、前記繰り返し期間内の第２の状態、第３の状態及び第４の状態の間にゼロ電力レベルを有する、第１のＲＦ電源と、
    　前記下部電極に電気的に接続され、第２のＲＦ信号を生成するように構成される第２のＲＦ電源であり、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の状態及び前記第２の状態の間にゼロ電力レベルを有し、前記第３の状態の間に第２の電力レベルを有し、前記第４の状態の間に第３の電力レベルを有する、第２のＲＦ電源と、
    　前記上部電極に電気的に接続され、ＤＣ信号を生成するように構成されるＤＣ電源と、
    　を備える、プラズマ処理装置。
  2. 　前記ＤＣ信号は、前記第１の状態、前記第２の状態、前記第３の状態及び前記第４の状態の間に負極性を有する一定の電圧レベルを有する、
    　請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記ＤＣ信号は、前記第１の状態及び前記第２の状態の間に負極性を有する第１の電圧レベルを有し、前記第３の状態及び前記第４の状態の間に第２の電圧レベルを有し、前記第２の電圧レベルの絶対値は、前記第１の電圧レベルの絶対値よりも小さい、
    　請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記第２の電圧レベルは、ゼロ電圧レベルを有する、
    　請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記第１の電圧レベルは、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの範囲内にあるパルス周波数を有する負ＤＣパルスのシーケンスを有する、
    　請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記第２の電力レベルは、前記第３の電力レベルよりも大きい、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記第２の電力レベルは、前記第３の電力レベルよりも小さい、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記繰り返し期間は、１００ミリ秒以下である、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記繰り返し期間は、１０Ｈｚ～１００ｋＨｚの範囲内にある繰り返し周波数を有する、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記第２の状態の期間は、前記繰り返し期間の５０％以下である、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記第１の状態の期間は、前記第２の状態の期間と同じである、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記第１の状態の期間は、前記第２の状態の期間よりも長い、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  13. 　前記第１の状態の期間は、前記第２の状態の期間よりも短い、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  14. 　前記第３の状態の期間は、前記第４の状態の期間と同じである、
    　請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  15. 　前記第３の状態の期間は、前記第４の状態の期間よりも長い、
    　請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  16. 　前記第３の状態の期間は、前記第４の状態の期間よりも短い、
    　請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  17. 　前記第３の状態の期間は、前記第４の状態の期間と同じである、
    　請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  18. 　前記第３の状態の期間は、前記第４の状態の期間よりも長い、
    　請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  19. 　前記第３の状態の期間は、前記第４の状態の期間よりも短い、
    　請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  20. 　前記第１の状態の期間は、０．５マイクロ秒～９０ミリ秒の範囲内にある、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  21. 　前記第２の状態の期間は、０．５マイクロ秒～９０ミリ秒の範囲内にある、
    　請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
  22. 　前記第３の状態の期間は、０．５マイクロ秒～９０ミリ秒の範囲内にある、
    　請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
  23. 　前記第４の状態の期間は、０．５マイクロ秒～９０ミリ秒の範囲内にある、
    　請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
  24. 　前記第１の状態の期間は、前記繰り返し期間の５％～９０％の範囲内にある、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  25. 　前記第２の状態の期間は、前記繰り返し期間の５％～９０％の範囲内にある、
    　請求項２４に記載のプラズマ処理装置。
  26. 　前記第３の状態の期間は、前記繰り返し期間の５％～９０％の範囲内にある、
    　請求項２５に記載のプラズマ処理装置。
  27. 　前記第４の状態の期間は、前記繰り返し期間の５％～９０％の範囲内にある、
    　請求項２６に記載のプラズマ処理装置。
  28. 　第１のＲＦ信号を生成するように構成される第１のＲＦ生成器であり、前記第１のＲＦ信号は、繰り返し期間内の第１の状態の間に第１の電力レベルを有し、前記繰り返し期間内の第２の状態、第３の状態及び第４の状態の間にゼロ電力レベルを有する、第１のＲＦ生成器と、
    　第２のＲＦ信号を生成するように構成される第２のＲＦ生成器であり、前記第２のＲＦ信号は、前記第１の状態及び前記第２の状態の間にゼロ電力レベルを有し、前記第３の状態の間に第２の電力レベルを有し、前記第４の状態の間に第３の電力レベルを有する、第２のＲＦ生成器と、
    　を備える、ＲＦシステム。
  29. 　前記第２の電力レベルは、前記第３の電力レベルよりも大きい、
    　請求項２８に記載のＲＦシステム。
  30. 　前記第２の電力レベルは、前記第３の電力レベルよりも小さい、
    　請求項２８に記載のＲＦシステム。
  31. 　前記繰り返し期間は、１００ミリ秒以下である、
    　請求項２８～３０のいずれか１つに記載のＲＦシステム。
  32. 　前記繰り返し期間は、１０Ｈｚ～１００ｋＨｚの範囲内にある繰り返し周波数を有する、
    　請求項２８～３０のいずれか１つに記載のＲＦシステム。
  33. 　前記第２の状態の期間は、前記繰り返し期間の５０％以下である、
    　請求項２８～３０のいずれか１つに記載のＲＦシステム。
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