(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基体を載置するための載置台に含まれる下部電極と、前記下部電極に対面する上部電極とが処理容器内に配置されたプラズマ処理装置に用いられる電源システムであって、
前記下部電極に電気的に接続され、プラズマ生成用の高周波電力を発生する、高周波電源と、
前記上部電極に負の直流電圧である出力電圧を与え、負の第１の直流電圧を発生する第１の直流電源部、該第１の直流電圧よりも絶対値の大きな負の第２の直流電圧を発生する第２の直流電源部、及び、前記第１の直流電源部と前記第２の直流電源部とを選択的に前記上部電極に接続する選択回路を有する、直流電源と、
前記高周波電源及び前記直流電源を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記高周波電源に第１の制御信号を与えて前記高周波電力の出力と該出力の停止を所定の周波数で交互に繰り返させ、
前記直流電源に第２の制御信号を与えて、前記高周波電力が出力されている期間に、前記第１の直流電源部を前記上部電極に接続させ、前記高周波電力の出力が停止されている期間に、前記第２の直流電源部を前記上部電極に接続させ、
前記直流電源は、前記第１の直流電源部と前記選択回路との間のノードに接続した放電回路を更に含む、
電源システム。
【請求項２】
前記直流電源は、前記放電回路と前記ノードとの間に設けられたスイッチ回路を更に含む、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記放電回路は、抵抗素子を含む請求項１又は２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記放電回路は、前記抵抗素子に流れる電流の電流値を制限する電流制限回路である請求項３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記第１の制御信号は、前記高周波電力の出力と該出力の停止を切り替えさせるためのパルス信号であり、前記第２の制御信号は、前記上部電極に接続する直流電源部を前記第１の直流電源部と前記第２の直流電源部との間で切り替えさせるためのパルス信号であり、
前記制御装置は、前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号の周波数、デューティー比、及び、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号との間の位相差を変更可能である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御装置は、該制御装置から出力される前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号を監視して、該第１の制御信号及び該第２の制御信号が所定の異状を含む場合に、前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号の出力を停止する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項７】
前記直流電源は、入力される前記第２の制御信号を監視して、該第２の制御信号が所定の異状を含む場合に、前記出力電圧の出力を停止する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項８】
前記第２の制御信号は、前記上部電極に接続する直流電源部を前記第１の直流電源部と前記第２の直流電源部との間で切り替えさせるためのパルス信号であり、
前記直流電源は、該直流電源からの出力電圧と入力される前記第２の制御信号とを比較して、前記出力電圧の周波数と前記第２の制御信号の周波数との間に所定値以上の差がある場合、又は、前記出力電圧のデューティー比と前記第２の制御信号のデューティー比との間に所定値以上の差がある場合に、前記出力電圧の出力を停止する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項９】
前記高周波電源は、入力される前記第１の制御信号を監視して、該第１の制御信号が所定の異状を含む場合に、前記高周波電力の出力を停止する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記第１の制御信号は、前記高周波電力の出力と該出力の停止を切り替えさせるためのパルス信号であり、
前記高周波電源は、該高周波電源からの前記高周波電力と入力される前記第１の制御信号とを比較して、前記高周波電力の周波数と前記第１の制御信号の周波数との間に所定値以上の差がある場合、又は、前記高周波電力のデューティー比と前記第１の制御信号のデューティー比との間に所定値以上の差がある場合に、前記高周波電力の出力を停止する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記高周波電源は、前記高周波電力を出力している各期間のうち、該高周波電力の出力開始からの所定期間と、該高周波電力の出力の停止より前のタイミングから該高周波電力の出力の停止までの所定期間との間に設定される期間において、該高周波電源から出力する前記高周波電力を監視して、監視した該高周波電力に基づいて、該高周波電力の出力制御を行う請求項９又は１０に記載の電源システム。
【請求項１２】
処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
被処理基体を載置するための載置台であり、下部電極を含む該載置台と、
前記下部電極と対面するように前記処理容器内に設けられた上部電極と、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載された電源システムと、
を備えるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、電源システム、プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスでは、被処理基体である半導体ウエハに形成された層にパターンを形成するために、プラズマエッチング処理が用いられている。プラズマエッチング処理は、レジストをマスクとしてプラズマにより半導体ウエハの層をエッチングする。【０００３】
このようなプラズマエッチング処理を行うためのプラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられている。現在のプラズマエッチング装置の主流は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置である。【０００４】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置では、処理容器内に一対の平行平板電極、即ち、上部電極及び下部電極が設けられている。処理容器内には処理ガスが供給され、また、上部電極及び下部電極の少なくとも一方に高周波（ＲＦ）電力が印加されて、これら電極間に高周波電界が形成される。この高周波電界により処理ガスのプラズマが生成され、当該プラズマにより半導体ウエハの層に対してエッチングが施される。【０００５】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置としては、例えば、特許文献１に記載されたプラズマエッチング装置が知られている。このプラズマエッチング装置は、５０〜５００ＭＨｚの範囲の周波数を有するプラズマ形成用の高周波電力と、１〜４ＭＨｚの範囲の周波数を有するイオン引き込み用の高周波電力を載置電極に対して印加している。これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能となっている。この種のエッチングでは、プラズマ中で正イオンが支配的となる処理ガスを用いてエッチングが行われる。【０００６】
半導体デバイスの製造に用いられるエッチング処理では、より深く狭い形状の加工を実現するためにアスペクト比の向上が望まれている。最近では、アスペクト比が２０以上のＨＡＲＣ（Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｎｔａｃｔ）エッチングや、アスペクト比が４０以上のＤｅｅｐ  Ｔｒｅｎｃｈを形成する次世代ＨＡＲＣといった、高いアスペクト比を実現可能なエッチング処理が要求されている。【０００７】
このようなＨＡＲＣエッチングでは、エッチングが進行してアスペクト比が高くなると、ホールの底に正イオンが溜まりエッチング面が正に帯電する。エッチング面が正に帯電すると、エッチングの促進に大きな役割を持つ正イオンがホール内で直進しなくなる。その結果、エッチング形状の曲がりや歪みが生じ得る。また、ホールの底が正に帯電することにより、シェーディングダメージが発生し得る。さらに、正イオンがホール底部に到達し難くなるので、エッチングレートが低下し得る。したがって、高アスペクト比のホールの形成のためには、従来のプラズマエッチング装置に対する改善の必要性が存在していた。【０００８】
上述した改善の必要性に対処したプラズマエッチング装置が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載されたプラズマエッチング装置では、プラズマ生成用の高周波電力を発生する高周波電源を所定の周期でオン、オフさせる。そして、このプラズマエッチング装置は、高周波電源のオン、オフの期間を通じて負の直流電圧（ＤＣ）を上部電極に印加している。高周波電源がオフの期間においてはプラズマが消失しているので、上部電極に印加された直流電圧により加速された負イオンがホール底部に供給されて、ホール内の正電荷が中和される。ホール内の正電荷が中和された後に、高周波電源をオンにしてプラズマを生成すると、正イオンがホール内において直進する。したがって、このプラズマエッチング装置によれば、良好なエッチング形状を得ることができる。【０００９】
また、半導体デバイスの製造に用いられるエッチング処理では、加工形状の微細化が望まれている。この要求に対応するために、短波長のＡｒＦガスを発光源としたレーザー光により露光されるＡｒＦフォトレジストが、エッチングマスクとして用いられている。ＡｒＦフォトレジストを用いたエッチングマスクには、例えば約０．１３μｍ以下のパターン開口を形成することができる。【００１０】
しかしながら、ＡｒＦフォトレジストは、プラズマ耐性が低いので、エッチング工程において表面の荒れが生じるおそれがある。これにより、パターン開口の内壁面に縦筋（ストライエーション）が発生したり、パターン開口が広がる（ＣＤの拡大）といった現象が生じることがある。したがって、エッチング選択比の改善の必要性も生じていた。【００１１】
この改善の必要性に対処したプラズマエッチング装置が特許文献３に記載されている。特許文献３に記載されたプラズマエッチング装置では、上部電極に負の直流電圧を印加している。上部電極に負の直流電圧を印加すると、プラズマ生成時には上部電極の近傍において電子が生成される。この電子は、上部電極における電位とプラズマ電位との電位差により、ＡｒＦフォトレジストが形成された被処理基体に向かう方向へ加速される。ＡｒＦフォトレジストに電子が照射されると、ＡｒＦフォトレジストのポリマー構造が変化してエッチング耐性が増大するので、エッチングの選択比が高まる。【００１２】
しかしながら、この電子の照射による有機マスクの改質効果は、被処理基体上のプラズマシース厚に依存している。すなわち、被処理基体上に厚いプラズマシースが存在する場合は、電子がプラズマシースにより反射されて電子の照射量が減る。したがって、有機マスクを改質する上で有機マスクに照射される電子を更に増加させることが必要となっていた。【００１３】
この必要性に対処したプラズマエッチング装置が特許文献４に記載されている。特許文献４に記載されたプラズマエッチング装置では、高周波電源を所定の周期でオン・オフさせる。また、このプラズマエッチング装置は、負の第１の直流電圧を発生する第１の直流電源部と第１の直流電圧よりも絶対値の大きい負の第２の直流電圧を発生する第２の直流電源部とを有する直流電源を備えている。そして、高周波電源がオンの期間においては第１の直流電源部を上部電極に接続する。さらに、このプラズマエッチング装置は、高周波電源がオフの期間には、第２の直流電源部を上部電極に接続する。高周波電源がオフの期間においては、プラズマが消失しプラズマシースが薄くなる。この期間においては、上部電極に相対的に絶対値の大きい負の直流電圧が印加されるので、より多くの電子が有機マスクに照射されることになる。したがって、特許文献４に記載されたプラズマエッチング装置によれば、有機マスクの改質効果を更に高めることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０００―１７３９９３号公報
【特許文献２】特開２０１０―１７１３２０号公報
【特許文献３】特開２００６―２７００１９号公報
【特許文献４】特開２０１０―２１９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した特許文献４に記載されたプラズマエッチング装置により形成されるホールよりも、更に高アスペクト比のホールを形成するためには、有機材料のマスクに対して更に多量の電子を照射して、有機材料のマスクの改質効果を更に高める必要がある。有機材料のマスクへ照射する電子量を増加させるためには、高周波電力の印加と停止とを繰り返す周波数、及びこれに同期して上部電極に接続する直流電源部を第１の直流電源部と第２の直流電源部の間で切り替える周波数を高周波化することが考えられる。しかしながら、高周波化の影響のため、上部電極に接続する直流電源部を第２の直流電源部から第１の直流電源部に切り替える際に、直流電源の出力電圧が、第１の直流電圧に制御できないという問題が生じる。これにより、処理容器内のプラズマが不安定になることがある。【００１６】
そこで、本技術分野においては、平行平板型のプラズマエッチング装置の上部電極に与える絶対値の異なる負の直流電圧の高周波の切替えに、直流電源の出力電圧を追従させることが必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一側面に係る電源システムは、被処理基体を載置するための載置台に含まれる下部電極と、下部電極に対面する上部電極とが処理容器内に配置されたプラズマエッチング装置に用いられる電源システムである。電源システムは、（ａ）下部電極に電気的に接続される高周波電源であり、プラズマ生成用の高周波電力を発生する、該高周波電源と、（ｂ）上部電極に負の直流電圧である出力電圧を与える直流電源であり、負の第１の直流電圧を発生する第１の直流電源部、該第１の直流電圧よりも絶対値の大きな負の第２の直流電圧を発生する第２の直流電源部、及び、第１の直流電源部と第２の直流電源部とを選択的に上部電極に接続する選択回路を有する該直流電源と、（ｃ）高周波電源及び直流電源を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、高周波電源に第１の制御信号を与えて高周波電力の出力と該出力の停止を所定の周波数で交互に繰り返させ、直流電源に第２の制御信号を与えて、高周波電力が出力されている期間に、第１の直流電源部を上部電極に接続させ、高周波電力の出力が停止されている期間に、第２の直流電源部を上部電極に接続させる。直流電源は、第１の直流電源部と選択回路との間のノードに接続した放電回路を更に含む。【００１８】
この電源システムでは、上部電極に接続する電源部が第２の直流電源部から第１の直流電源部に切り替わるときに、処理容器内に蓄積されている電子が、放電回路を通じて急速に放電される。これにより、上部電極に接続する電源部が第２の直流電源部から第１の直流電源部に切り替わる際に、直流電源の出力電圧は第１の直流電圧に急速に制御される。したがって、上部電極に与える絶対値の異なる負の直流電圧値の切替え周期を短くしても、直流電源の出力電圧を追従させることが可能となる。このように直流電圧値の切替え周期の短縮化に直流電源の出力電圧が追従できるので、より多量の電子を被処理基体上の有機材料のマスクに効率よく照射することができ、その結果、有機材料のマスクの改質効果を更に高めることができる。【００１９】
一実施形態において、直流電源は、放電回路とノードとの間に設けられたスイッチ回路を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、スイッチ回路を制御することにより、放電回路をノードから電気的に切断することができる。この実施形態は、例えば、上部電極に一定の直流電圧を与えるときに、利用することができる。【００２０】
一実施形態において、放電回路は、抵抗素子であってもよい。また、別の実施形態においては、電源システムの放電回路は、抵抗素子を含み、当該抵抗素子に流れる電流の電流値を制限する電流制限回路であってもよい。この実施形態によれば、電子の流れに伴い消費される電流量が制限されるので、直流電源装置に要求される電力量を低減することができ、効率的な電力の供給が可能となる。【００２１】
一実施形態において、第１の制御信号は、高周波電力の出力と該出力の停止を切り替えさせるためのパルス信号であり得る。また、第２の制御信号は、上部電極に接続する直流電源部を第１の直流電源部と第２の直流電源部との間で切り替えさせるためのパルス信号であり得る。この実施形態では、制御装置は、第１の制御信号及び第２の制御信号の周波数、デューティー比、及び、第１の制御信号と第２の制御信号との間の位相差を変更可能であってもよい。この実施形態によれば、第１及び第２の制御信号の周波数、又は第１の制御信号と第２の制御信号との間の位相差を変更することにより、被処理基体に照射する電子の量を制御することができる。したがって、この実施形態によれば、被処理基体のエッチング状態に応じて最適な量の電子を被処理基体上のエッチングマスクに照射することができる。【００２２】
一実施形態において、制御装置は、該制御装置から出力される第１の制御信号及び第２の制御信号を監視して、該第１の制御信号及び該第２の制御信号が異状を含む場合に、第１の制御信号及び第２の制御信号の出力を停止してもよい。この実施形態によれば、制御装置から出力する制御信号が異状を含む場合に、上部電極及び下部電極への電力の供給を停止させることができる。例えば、制御装置は、所定の期間内において、第１の制御信号及び第２の制御信号の振幅変化が確認されない場合に、当該制御装置からの第１の制御信号及び第２の制御信号の出力を停止することができる。【００２３】
一実施形態において、直流電源は、入力される第２の制御信号を監視して、該第２の制御信号が所定の異状を含む場合に、出力電圧の出力を停止してもよい。この実施形態によれば、直流電源は、入力信号である第２の制御信号に異状がある場合に、上部電極への電圧の印加を停止することができる。例えば、直流電源は、所定の期間内において入力される第２の制御信号の振幅変化が確認されない場合に、出力電圧の出力を停止することができる。【００２４】
一実施形態において、第２の制御信号は、上部電極に接続する直流電源部を第１の直流電源部と第２の直流電源部との間で切り替えさせるためのパルス信号であり得る。この実施形態では、直流電源は、該直流電源からの出力電圧と入力される第２の制御信号とを比較して、出力電圧の周波数と第２の制御信号の周波数との間に所定値以上の差がある場合、又は、出力電圧のデューティー比と第２の制御信号のデューティー比との間に所定値以上の差がある場合に、出力電圧の出力を停止してもよい。この実施形態によれば、直流電源は、制御装置からの制御信号に応じた出力電圧を出力できていない場合に、上部電極への電圧の印加を停止することができる。【００２５】
一実施形態において、高周波電源は、入力される第１の制御信号を監視して、該第１の制御信号が異状を含む場合に、高周波電力の出力を停止してもよい。この実施形態によれば、高周波電源は、入力信号である第１の制御信号に異状がある場合に、下部電極への電圧の印加を停止することができる。例えば、高周波電源は、所定の期間内において入力される第１の制御信号の振幅変化が確認されない場合に、高周波電源の出力を停止することができる。【００２６】
一実施形態において、第１の制御信号は、高周波電力の出力と該出力の停止を切り替えさせるためのパルス信号であり得る。この実施形態では、高周波電源は、該高周波電源からの高周波電力と入力される第１の制御信号とを比較して、高周波電力の周波数と第１の制御信号の周波数との間に所定値以上の差がある場合、又は、高周波電力のデューティー比と第１の制御信号のデューティー比との間に所定値以上の差がある場合に、高周波電力の出力を停止してもよい。この実施形態によれば、高周波電源は、制御装置からの制御信号に応じた高周波電力を出力できていない場合に、下部電極への電力の印加を停止することができる。【００２７】
一実施形態において、高周波電源は、高周波電力を出力している各期間のうち、該高周波電力の出力開始からの所定期間と、該高周波電力の出力の停止より前のタイミングから該高周波電力の出力の停止までの所定期間との間に設定される期間において、該高周波電源から出力する高周波電力を監視して、監視した該高周波電力に基づいて、該高周波電力の出力制御を行ってもよい。この実施形態によれば、高周波電力の監視値に反射波が影響しない期間において、当該高周波電力を監視することができる。したがって、高周波電源装置の良好な制御が実現され得る。【００２８】
本発明の別の側面は、平行平板型のプラズマエッチング装置である。プラズマエッチング装置は、処理容器と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、被処理基体を載置するための載置台であり、下部電極を含む該載置台と、下部電極と対面するように処理容器内に設けられた上部電極と、上述した一側面又は実施形態のうち何れかの電源システムと、を備える。【００２９】
この平行平板型プラズマエッチング装置は、上述した電源システムを備えているので、上部電極に与える絶対値の異なる負の直流電圧の切替え周期の短縮化に、直流電源の出力電圧を追従させることが可能である。このように、第１の直流電圧から第２の直流電圧に切り替える周期を短くした場合であっても、直流電源の出力電圧が追従できるので、より多量の電子を被処理基体上の有機材料のマスクに効率よく照射することができ、その結果、有機材料のマスクの改質効果を更に高めることができる。【００３０】
本発明の更に別の側面は、上述したプラズマエッチング装置を用いた処理方法である。この処理方法は、処理容器内に設けられた下部電極へのプラズマ生成用の高周波電力の出力及び該出力の停止を所定の周波数で交互に繰り返し、該高周波電力が出力されている期間内に、処理容器内において下部電極と対面配置された上部電極に負の第１の直流電圧を出力し、該高周波電力の出力が停止されている期間内に、第１の直流電圧よりも絶対値が大きい負の第２の直流電圧を上部電極に出力する工程と、下部電極へのプラズマ生成用の高周波電力の出力及び該出力の停止を所定の周波数で交互に繰り返し、該高周波電力が出力されている期間及び該高周波電力の出力が停止されている期間の双方において、上部電極に第１の直流電圧及び第２の直流電圧のうち一方を出力する工程と、を含む。【００３１】
この処理方法によれば、被処理基体のエッチング状態（例えば、マスク材料の違い）に応じて最適な量の電子を被処理基体に照射することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明の一側面に係る電源システムによれば、平行平板型のプラズマエッチング装置の上部電極に与える絶対値の異なる負の直流電圧の高周波の切替えに、直流電源の出力電圧を追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を概略的に示す断面図である。
【図２】一実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図３】一実施形態に係る直流電源の構成を示す回路図である。
【図４】一実施形態に係るプラズマエッチング方法の主要な工程を示すフローチャートである。
【図５】高周波電源の出力波形と直流電源の出力電圧の波形を例示するタイミングチャートである。
【図６】プラズマシースと二次電子との関係を説明するための図である。
【図７】プラズマシースと二次電子との関係を説明するための図である。
【図８】被処理基体を概略的に示す断面図である。
【図９】エッチング初期の被処理基体の状態を示す断面図である。
【図１０】エッチングが進行した段階の被処理基体の状態を示す断面図である。
【図１１】プラズマ生成用の高周波電力の印加を停止したときの被処理基体の状態を示す断面図である。
【図１２】プラズマ生成用の高周波電力の印加を停止した後に、再び高周波電力を印加したときの被処理基体の状態を示す断面図である。
【図１３】別の実施形態に係るプラズマエッチング方法の主要な工程を示すフローチャートである。
【図１４】高周波電源の出力波形と直流電源の出力電圧の波形を例示するタイミングチャートである。
【図１５】別の実施形態に係る放電回路を示す回路図である。
【図１６】別の実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図１７】出力監視部によって監視される信号に含まれる成分を説明するための図である。
【図１８】実施例５〜８におけるパルス周波数と選択比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照して本発明の種々の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。
【００３５】
図１は、一実施形態に係る電源システムを備えたプラズマエッチング装置を概略的に示す断面図である。図１に示すプラズマエッチング装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えば、その表面は陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１０は保安接地されている。
【００３６】
処理容器１０の底部上には、セラミックス等により構成された絶縁板１２が設けられており、当該絶縁板１２上には円柱状のサセプタ支持台１４が配置されている。このサセプタ支持台１４の上には、例えばアルミニウム製のサセプタ１６が設けられている。一実施形態においては、サセプタ１６は、下部電極を構成しており、その上に被処理基体である半導体ウエハＷが載置される載置台を構成している。プラズマエッチング装置１では、これらサセプタ支持台１４の側面及びサセプタ１６の側面に沿うように、筒状の内壁部材２６が設けられている。内壁部材２６は、例えば、例えば石英製である。
【００３７】
サセプタ１６の上面には、静電力により半導体ウエハＷを吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷを吸着保持することができる。
【００３８】
サセプタ１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。フォーカスリング２４は、導電性を有するものであり、例えばシリコンから構成され得る。このフォーカスリング２４は、エッチングの均一性を向上させ得る。
【００３９】
サセプタ支持台１４の内部には、冷媒室２８が設けられている。冷媒室２８には、外部に設けられたチラーユニットから配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、サセプタ１６上に載置された半導体ウエハＷの温度が制御される。
【００４０】
また、プラズマエッチング装置１には、ガス供給ライン３２が設けられている。ガス供給ライン３２は、伝熱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１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給する。
【００４１】
下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対面するように上部電極３４が設けられている。サセプタ１６と上部電極３４とは、互いに略平行に配置されている。これら上部電極３４と下部電極１６との間には、被処理基体Ｗにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｅが画成されている。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対面してプラズマ生成空間である処理空間Ｅと接する面、つまり対向面を形成する。
【００４２】
上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、処理容器１０の上部に支持されている。上部電極３４は、電極板３６及び電極支持体３８を含み得る。電極板３６は、サセプタ１６との対向面を構成し、複数のガス吐出孔３７を画成している。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。後述するようにレジストを強化する観点からは、電極板３６は、シリコンやＳｉＣといったシリコン含有物質から構成されていてもよい。
【００４３】
電極支持体３８は、電極板３６を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成されている。この電極支持体３８は、水冷構造を有し得る。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられている。このガス拡散室４０からは、ガス吐出孔３７に連通する複数のガス通流孔４１が下方に延びている。また、電極支持体３８にはガス拡散室４０に処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２には、ガス供給管６４が接続されている。
【００４４】
ガス供給管６４には処理ガス供給部６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８及び開閉バルブ７０が設けられている。なお、ＭＦＣの代わりにＦＣＳ（Flow Control System）が設けられていてもよい。処理ガス供給部６６は、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ）を含むガスやＨＢｒ、Ｃｌ２等の腐食性ガスを含むガスを供給する。処理ガス供給部６６からの処理ガスは、ガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１及びガス吐出孔３７を介して処理空間Ｅに吐出される。すなわち、上部電極３４は、処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
【００４５】
また、プラズマエッチング装置１は、接地導体１０ａを更に備え得る。接地導体１０ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
【００４６】
このプラズマエッチング装置１は、一実施形態に係る電源システム９０を備えている。電源システム９０は、下部電極１６に高周波電力を印加し、上部電極３４に直流電圧を印加する。この電源システム９０の詳細については、後述する。
【００４７】
また、プラズマエッチング装置１では、処理容器１０の内壁に沿ってデポシールド１１が着脱自在に設けられている。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。デポシールド１１は、処理容器１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
【００４８】
処理容器１０の底部側においては、内壁部材２６と処理容器１０の内壁との間に排気プレート８３が設けられている。排気プレート８３は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート８３の下方において処理容器１０には、排気口８０が設けられている。排気口８０には、排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１０内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。
【００４９】
また、処理容器１０の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）８８が設けられている。導電性部材８８は、高さ方向において半導体ウエハＷと略同じ高さに位置するように、処理容器１０の内壁に取り付けられている。この導電性部材８８は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材８８はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図１に示す位置に限られるものではない。例えば、導電性部材８８は、サセプタ１６の周囲に設けられる等、サセプタ１６側に設けられてもよく、また上部電極３４の外側にリング状に設けられる等、上部電極近傍に設けられてもよい。
【００５０】
プラズマエッチング装置１の各構成部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、及び電源システム９０等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を含む主制御装置１００に接続されて制御される構成となっている。また、主制御装置１００には、オペレータがプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１００ａが接続されている。
【００５１】
さらに、主制御装置１００には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理を主制御装置１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置１の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１００ｂが接続されている。処理レシピは記憶部１００ｂの中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００５２】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１００ａからの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１００ｂから呼び出して主制御装置１００に実行させることで、主制御装置１００の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。
【００５３】
以下、図２を参照して、電源システム９０について詳細に説明する。図２は、一実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。図２に示すように、電源システム９０は、直流電源９１、高周波電源９２，９３、及び制御装置９４を備えている。また、電源システム９０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９６、及び整合器９７，９８を備えている。
【００５４】
第１の高周波電源９２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生し、当該第１の高周波電力を配線Ｌ１を介して第１の整合器９７へ出力する。第１の高周波電源９２は、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの第１の高周波電力を出力する。第１の高周波電源９２は、第１の整合器９７を介して下部電極１６に接続されている。第１の整合器９７は、第１の高周波電源９２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるものである。第１の整合器９７は、処理容器１０内にプラズマが生成されているときに第１の高周波電源９２の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを一致させ、第１の高周波電力を配線Ｌ２を介して下部電極１６へ出力する。
【００５５】
第２の高周波電源９３は、半導体ウエハＷにバイアスを印加し、半導体ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力を発生し、当該第２の高周波電力を配線Ｌ３を介して第２の整合器９８へ出力する。第２の高周波電源９３は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３ＭＨｚの第２の高周波電力を出力する。第２の高周波電源９３は、第２の整合器９８を介して下部電極１６に接続されている。第２の整合器９８は、第２の高周波電源９３の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのものある。第２の整合器９８は、処理容器１０内にプラズマが生成されているときに第２の高周波電源９３の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを一致させ、第２の高周波電力を配線Ｌ４を介して下部電極１６へ出力する。
【００５６】
高周波電源９２，９３及び整合器９７，９８は、制御装置９４に接続されており、当該制御装置９４により制御される。制御装置９４は、システム制御部９４ａと、パルス発生部９４ｂとを備えている。システム制御部９４ａは、パルス発生部９４ｂに接続されている。システム制御部９４ａは、主制御装置１００から入力された制御信号に基づいて、パルス発生部９４ｂに対し、パルス信号を発生させるための信号を出力する。
【００５７】
パルス発生部９４ｂは、第１の高周波電源９２、第２の高周波電源９３、第１の整合器９７、及び第２の整合器９８に接続されている。パルス発生部９４ｂは、システム制御部９４ａから入力された信号に基づいて、所定の周波数とデューティー比とを有する幾つか（複数）のパルス信号を出力する。ここで、パルス信号は、その振幅において第１のレベルと第２のレベルを交互にとる信号である。以下、第１のレベルが第２のレベルよりも高いレベルであるものとして、説明を続けるが、第２のレベルが第１のレベルよりも高いレベルであってもよい。
【００５８】
制御装置９４は、第１の高周波電源９２のオン・オフを制御する。このために、制御装置９４は、パルス発生部９４ｂから出力するパルス信号の一つを、制御信号Ｃ１として、配線Ｌ５を介して第１の高周波電源９２に供給する。この制御信号Ｃ１は、一実施形態の第１の制御信号であり得る。第１の高周波電源９２は、制御信号Ｃ１のレベルに応じて、第１の高周波電力の出力と当該出力の停止を行う。例えば、第１の高周波電源９２は、制御信号Ｃ１が第１のレベルにあるときに第１の高周波電力を出力し、制御信号Ｃ１が第２のレベルにあるときに第１の高周波電力の出力を停止する。これにより、処理容器１０内においてプラズマが存在している状態とプラズマが消滅した状態とが交互に形成される。
【００５９】
また、制御装置９４は、第２の高周波電源９３のオン・オフを制御する。具体的に、制御装置９４は、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力を出力している期間において第２の高周波電源９３によって第２の高周波電力が出力され、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力の出力を停止している期間において、第２の高周波電源９３による第２の高周波電力の出力が停止されるよう、第２の高周波電源９３のオン・オフを制御する。このために、制御装置９４は、パルス発生部９４ｂから出力するパルス信号の一つを、制御信号Ｃ２として、配線Ｌ６を介して第２の高周波電源９３に供給する。第２の高周波電源９３は、制御信号Ｃ２のレベルに応じて、第２の高周波電力の出力と当該出力の停止を行う。例えば、第２の高周波電源９３は、制御信号Ｃ２が第１のレベルにあるときに第２の高周波電力を出力し、制御信号Ｃ２が第２のレベルにあるときに第２の高周波電力の出力を停止する。
【００６０】
なお、第１の高周波電源９２に供給される制御信号Ｃ１と、第２の高周波電源９３に供給される制御信号Ｃ２とは、同期していてもよい。即ち、制御信号Ｃ１の位相と制御信号Ｃ２の位相とを同じにしてもよい。また、制御信号Ｃ１と制御信号Ｃ２として、同じパルス信号が用いられてもよい。これとは異なり、制御信号Ｃ１と制御信号Ｃ２との間には、所定の位相差が設定されていてもよい。即ち、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力を出力している期間中の一部期間において第２の高周波電源９３によって第２の高周波電力が出力され、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力の出力を停止している期間中の一部期間において、第２の高周波電源９３による第２の高周波電力の出力が停止されるように、制御信号Ｃ１と制御信号Ｃ２との間には、所定の位相差が設定されていてもよい。
【００６１】
さらに、制御装置９４は、第１の高周波電源９２のオン・オフに、第１の整合器９７の整合動作が同期するよう第１の整合器９７を制御する。このために、制御装置９４は、パルス発生部９４ｂから出力するパルス信号の一つを、制御信号Ｃ３として、配線Ｌ７を介して第１の整合器９７に供給する。また、制御装置９４は、第２の高周波電源９３のオン・オフに、第２の整合器９８の整合動作が同期するよう第２の整合器９８を制御する。このために、制御装置９４は、パルス発生部９４ｂから出力するパルス信号の一つを、制御信号Ｃ４として、配線Ｌ８を介して第２の整合器９８に供給する。
【００６２】
第１の整合器９７が第１の高周波電源９２のオン・オフに追従できない場合には、制御装置９４は、第１の整合器９７が動作しないように制御することができる。すなわち、制御装置９４は、第１の高周波電源９２がオンのときの整合状態を、第１の高周波電源９２がオフのときも維持するように第１の整合器９７を制御してもよい。また、第２の整合器９８が第２の高周波電源９３のオン・オフに追従できない場合には、制御装置９４は、第２の整合器９８が動作しないように制御することができる。すなわち、制御装置９４は、第２の高周波電源９３がオンのときの整合状態を、第２の高周波電源９３がオフのときも維持するように第２の整合器９８を制御してもよい。ただし、第１の整合器８７及び第２の整合器９８の動作が十分に速い場合には、第１の高周波電源９２の内部インピーダンスと処理容器１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するように、第１の整合器９７が制御されてもよい。同様に、第２の高周波電源９３の内部インピーダンスと処理容器１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するように、第２の整合器９８が制御されてもよい。
【００６３】
図２に示すように、直流電源９１は、上部電極３４に負の直流電圧である出力電圧を与える。直流電源９１は、配線Ｌ９を介して制御装置９４に接続されており、更に、配線Ｌ１０を介してＬＰＦ９６に接続されている。そして、ＬＰＦ９６は配線Ｌ１１を介して上部電極３４に接続されている。以下、図２に加えて図３を参照して、直流電源９１について更に説明する。図３は、一実施形態に係る直流電源の構成を示す回路図である。図３に示す直流電源９１は、第１の直流電源部１０１、第２の直流電源部１０２、選択回路１０３、放電回路１０４を備えている。
【００６４】
第１の直流電源部１０１は、選択回路１０３に電気的に接続されており、負の直流電圧である第１の直流電圧を発生する。第１の直流電圧は、例えば０〜−８００Ｖの間に設定される。一実施形態においては、第１の直流電源部１０１と選択回路１０３との間には、第１の直流電圧の値を安定させるための回路部１０６が設けられている。この回路部１０６は、コンデンサ１０６ａ，１０６ｂ、及び、抵抗素子１０６ｃを有している。抵抗素子１０６ｃの一端は第１の直流電源部１０１に接続されており、当該抵抗素子１０６ｃの他端は選択回路１０３に接続されている。また、コンデンサ１０６ａ及び１０６ｂの一端は接地電位に接続されており、これらコンデンサの他端は、第１の直流電源部１０１と抵抗素子１０６ｃとの間のノードに接続している。コンデンサ１０６ａ，１０６ｂは、例えば、１μＦの容量を有し、抵抗素子１０６ｃは、例えば５０Ωの抵抗値を有する。
【００６５】
第２の直流電源部１０２は、選択回路１０３に電気的に接続されており、第２の直流電圧を発生する。第２の直流電圧は、負の直流電圧であり、その絶対値は第１の直流電圧の絶対値よりも大きい。第２の直流電圧は、例えば、有機材料のマスクを改質する観点からは、絶対値が大きければ大きいほどよく、上限は存在しない。ただし、プラズマエッチング装置１の耐性を考慮すると、第２の直流電圧は、絶対値が−２０００Ｖよりも小さい電圧として設定され得る。第２の直流電源部１０２と選択回路１０３との間には、第２の直流電圧の値を安定させるための回路部１０７が設けられている。この回路部１０７は、コンデンサ１０７ａ，１０７ｂ、及び、抵抗素子１０７ｃを有している。抵抗素子１０７ｃの一端は第２の直流電源部１０２に接続されており、当該抵抗素子１０７ｃの他端は選択回路１０３に接続されている。また、コンデンサ１０７ａ及び１０７ｂの一端は接地電位に接続されており、これらコンデンサの他端は、第２の直流電源部１０２と抵抗素子１０７ｃとの間のノードに接続している。コンデンサ１０７ａ，１０７ｂは、例えば１μＦの容量を有し、抵抗素子１０７ｃは、例えば５０Ωの抵抗値を有する。
【００６６】
選択回路１０３は、第１の直流電源部１０１と第２の直流電源部１０２を選択的に上部電極３４に接続する。一実施形態においては、選択回路１０３は、二つのスイッチ素子１０３ａ及び１０３ｂを有している。スイッチ素子１０３ａ及び１０３ｂはそれぞれ、第１の端子、第２の端子、及び制御端子を有している。スイッチ素子１０３ｂの第１の端子は第１の直流電源部１０１に電気的に接続されている。スイッチ素子１０３ａの第１の端子は第２の直流電源部１０２に電気的に接続されている。スイッチ素子１０３ａの第２の端子及びスイッチ素子１０３ｂの第２の端子は互いに電気的に接続されており、これら出力端子の間のノードは、ＬＰＦ９６を介して上部電極３４に接続している。なお、ＬＰＦ９６は、後述する第１の高周波電源９２及び第２の高周波電源９３からの高周波をトラップするものであり、例えば、ＬＲフィルタ又はＬＣフィルタで構成され得る。
【００６７】
スイッチ素子１０３ａの制御端子及びスイッチ素子１０３ｂの制御端子は、回路部１０８を介して制御装置９４のパルス発生部９４ｂに接続されている。回路部１０８は、スイッチ素子１０３ａに接続された反転回路１０８ａ、及び、スイッチ素子１０３ｂに接続された非反転回路１０８ｂを含んでいる。制御装置９４のパルス発生部９４ｂから出力されるパルス信号の一つは、制御信号Ｃ５として、直流電源９１に供給される。この制御信号Ｃ５は、一実施形態の第２の制御信号であり得る。この制御信号Ｃ５は、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力を出力している期間において、第１の直流電源部１０１を選択的に上部電極３４に接続し、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力の出力を停止している期間において、第２の直流電源部１０２を選択的に上部電極３４に選択的に接続するよう、スイッチ素子１０３ａ及びスイッチ素子１０３ｂを制御する。例えば、制御信号Ｃ５が第１のレベルをとるときに、スイッチ素子１０３ｂが閉じて第１の直流電源部１０１が上部電極３４に接続され、制御信号Ｃ５が第２のレベルをとるときに、スイッチ素子１０３ａが閉じて第２の直流電源部１０２が上部電極３４に接続される。このような制御信号Ｃ５が直流電源９１に供給されると、反転回路１０８ａから制御信号Ｃ５の反転パルス信号がスイッチ素子１０３ａの制御端子に供給される。一方、スイッチ素子１０３ｂの制御端子には、制御信号Ｃ５の非反転信号が、非反転回路１０８ｂから供給される。これにより、選択回路１０３は、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力を出力している期間において、第１の直流電源部１０１を選択的に上部電極３４に接続する。また、選択回路１０３は、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力の出力を停止している期間において、第２の直流電源部１０２を選択的に上部電極３４に選択的に接続する。
【００６８】
なお、制御信号Ｃ５は、制御信号Ｃ１及び制御信号Ｃ２と同期した信号であってもよい。また、制御信号Ｃ１及び／又は制御信号Ｃ２と同じパルス信号が、制御信号Ｃ５として用いられてもよい。これとは異なり、制御信号Ｃ５と制御信号Ｃ１との間には、所定の位相差が設定されていてもよい。即ち、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力を出力している期間中の一部期間において第１の直流電源部１０１が選択的に上部電極３４に接続され、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力の出力を停止している期間中の一部期間において、第２の直流電源部１０２が選択的に上部電極３４に接続されるように、制御信号Ｃ１と制御信号Ｃ５との間には、所定の位相差が設定されていてもよい。
【００６９】
また、図３に示すように、直流電源９１は、放電回路１０４を更に備えている。放電回路１０４は、第１の直流電源部１０１と選択回路１０３の間のノード１０９に接続している。このノード１０９は、具体的には、スイッチ素子１０３ｂの入力端子と回路部１０６との間に設けられている。放電回路１０４は、上部電極３４に接続する直流電源部が、第２の直流電源部１０２から第１の直流電源部１０１に切り替わる際に、処理容器１０内に蓄積されている電荷を接地電位に対して放電する。一実施形態においては、放電回路１０４は、抵抗素子Ｒｓを含んでいる。この抵抗素子Ｒｓの一端は接地電位に接続されており、その他端はノード１０９に接続される。抵抗素子Ｒｓは、例えば５０〜１００ｋΩの抵抗値を有し、例えば、２００Ωの抵抗値を有し得る。
【００７０】
このように、プラズマエッチング装置１では、上部電極３４に接続する直流電源部が第２の直流電源部１０２から第１の直流電源部１０１に切り替わるときに、処理容器１０内に蓄積されている電子が、放電回路１０４を通じて急速に放電される。これにより、上部電極３４に接続する直流電源部が第２の直流電源部１０２から第１の直流電源部１０１に切り替わる際に、直流電源９１の出力電圧は第１の直流電圧に急速に制御される。したがって、上部電極３４に与える絶対値の異なる負の直流電圧の高周波の切替えに、直流電源９１の出力電圧を追従させることが可能となる。例えば、直流電源９１は、２０ｋＨｚより大きな周波数での直流電圧の切り替えにも追従可能である。このように高周波の直流電圧値の切替えに直流電源の出力電圧が追従できるので、より多量の電子を半導体ウエハＷ上の有機マスクに効率よく照射することができ、その結果、有機材料のマスクの改質効果を更に高めることができる。
【００７１】
図３に示すように、一実施形態においては、プラズマエッチング装置１の直流電源９１は、更に、スイッチ回路１０５を更に備えていてもよい。このスイッチ回路１０５は、放電回路１０４とノード１０９との間に設けられている。スイッチ回路１０５は、放電回路１０４をノード１０９に選択的に接続することができる。具体的には、第１の直流電源部１０１と第２の直流電源部１０２とを交互に上部電極３４に接続する場合には、スイッチ回路１０５を閉じて、放電回路１０４をノード１０９に接続することができる。一方、第１の直流電源部１０１及び第２の直流電源部１０２のうち一方のみを連続的に上部電極３４に接続する場合には、スイッチ回路１０５を開いて、ノード１０９から放電回路１０４を切り離すことができる。かかるスイッチ回路１０５の制御は、制御装置９４からの制御信号により実施され得る。このように、プラズマエッチング装置１は、第１の直流電源部１０１と第２の直流電源部１０２とを交互に上部電極３４に接続する第１のモードと、第１の直流電源部１０１及び第２の直流電源部１０２のうち一方のみを連続的に上部電極３４に接続する第２のモードとを切替えることができる。
【００７２】
以下、図１のプラズマエッチング装置１を用いたプラズマエッチング方法の一実施形態について説明する。図４は、一実施形態に係るプラズマエッチング方法の主要な工程を示すフローチャートである。
【００７３】
（第１の工程：Ｓ１１）
図４に示すプラズマエッチング方法では、まず、被処理基体である半導体ウエハＷを準備する。図８に示すように、準備される半導体ウエハＷは、例えば、Ｓｉ基板１２０上に絶縁膜１２１が形成され、その上にフォトリソグラフィによりパターン化されたフォトレジスト膜（例えばＡｒＦレジスト膜）１２２がエッチングマスクとして形成された構造を有し得る。
【００７４】
（第２の工程：Ｓ１３）
次に、本方法では、半導体ウエハＷをプラズマエッチング装置１内に配置する。具体的には、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介して上記構成の半導体ウエハＷを処理容器１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。この状態でゲートバルブ８６を閉じ、排気装置８４により処理容器１０内を排気しながら、処理ガス供給部６６から処理ガスを所定の流量で処理容器１０内へ供給し、処理容器１０内の圧力を、例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の値に設定する。このとき、半導体ウエハＷは、直流電源２２から静電チャック１８の電極２０に直流電圧を印加することにより静電チャック１８に固定されている。
【００７５】
ここで、処理ガスとしては、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフルオロロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを用いることができる。さらに、処理ガスには、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００７６】
（第３の工程：Ｓ１５）
本方法では続く第３の工程において、工程Ｓ１７と工程Ｓ１８とが交互に繰り返される。工程Ｓ１７が行われる期間Ａ１においては、第１のレベルをとる制御信号Ｃ１に応じて、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力（図５の波形Ｇ１を参照）を下部電極１６に印加し、第１のレベルをとる制御信号Ｃ２に応じて第２の高周波電源９３が第２の高周波電力（図５の波形Ｇ２を参照）を下部電極１６に印加する。また、期間Ａ１においては、第１のレベルをとる制御信号Ｃ５に応じて、直流電源９１が第１の直流電圧Ｖ１（図５の波形Ｇ３を参照）を上部電極３４に印加する。これにより、上部電極３４と下部電極１６との間に高周波電界が形成され、当該電界により発生するグロー放電により、処理空間Ｅに供給された処理ガスが、プラズマ化する。このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって、フォトレジスト膜１２２をマスクとして半導体ウエハＷの絶縁膜１２１がエッチングされる。なお、期間Ａ１において上部電極３４に印加される第１の直流電圧は、第１の直流電源部１０１によって発生されるものであり、その電圧値は、負の値であり、形成しようとするプラズマに応じた値に設定される。
【００７７】
工程Ｓ１８が行われる期間Ａ２においては、第２のレベルをとる制御信号Ｃ１に応じて、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力の出力を停止し（図５の波形Ｇ１を参照）、第２のレベルをとる制御信号Ｃ２に応じて第２の高周波電源９３が第２の高周波電力の出力を停止する（図５の波形Ｇ２を参照）。また、期間Ａ２においては、第２のレベルをとる制御信号Ｃ５に応じて、直流電源９１が第２の直流電圧Ｖ２（図５の波形Ｇ３を参照）を上部電極３４に印加する。これにより、期間Ａ２においては、処理空間Ｅ内の正イオンが上部電極３４に衝突することで発生する二次電子が、半導体ウエハＷに向けて加速されて、当該半導体ウエハＷに照射される。なお、期間Ａ２は、例えば、５０μｓｅｃ以下の時間であり得る。５０μｓｅｃ以下に期間Ａ２を設定することにより、エッチングに寄与しない期間を短くして、エッチング処理の効率を高めることが可能である。
【００７８】
第３の工程Ｓ１５では、終了条件が満たされると判定される（工程Ｓ１９）までの間、工程Ｓ１７及び工程Ｓ１８を含む処理工程Ｓ１６が繰り返される。処理工程Ｓ１６の終了条件は、例えば、所望のエッチング深さが得られると想定される時間等によって規定され得る。処理工程Ｓ１６の終了条件が満たされると、本プラズマエッチング方法は終了する。
【００７９】
以上説明したプラズマエッチング装置１を用いたプラズマエッチング方法によれば、下部電極１６にプラズマ形成用の第１の高周波電力を印加することで、半導体ウエハＷにより近い領域においてプラズマを生成することができる。またプラズマが広い領域に拡散せず処理ガスの解離を抑えることができるので、処理容器１０内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件であっても、エッチングレートを上昇させることができる。また、プラズマ形成用の第１の高周波電力の周波数が高い場合でも、比較的大きなイオンエネルギーを確保することができるので効率を高めることができる。また、本実施形態のように下部電極１６にプラズマ形成用の第１の高周波電力と、イオン引き込み用の第２の高周波電力を別々に印加することで、プラズマエッチングに必要なプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能となる。したがって、高い微細加工性が要求されるエッチングの条件を満たすことが可能となる。さらに、プラズマ生成用の第１の高周波電力として２７ＭＨｚ以上の高い周波数領域の高周波電力を供給することができるので、プラズマを高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを生成することができる。
【００８０】
また、本プラズマエッチング方法では、直流電源９１から上部電極３４に負の直流電圧を印加するので、プラズマ中の正イオンが上部電極３４に衝突してその近傍に二次電子を生成させ、その二次電子を鉛直方向下方へ加速させ、その加速された二次電子（高速電子）を半導体ウエハＷに向けて照射することができる。このとき、半導体ウエハＷに照射された電子は、例えば、エッチング耐性の低い有機膜であるフォトレジスト膜（特にＡｒＦフォトレジスト膜）１２２を改質して強化することができる。
【００８１】
このような高速電子による有機材料のマスクの改質効果は、半導体ウエハＷ上のプラズマシース厚に依存している。すなわち、期間Ａ１のエッチングの際には、第１の高周波電源９２からの第１の高周波電力に加え、バイアス印加用の第２の高周波電源９３のからの第２の高周波電力が印加される。これにより、図６に示すようにプラズマシースＳの厚さが厚くなると、上部電極３４に印加された直流電圧による加速が不十分な電子や負イオンは、シースＳにより跳ね返されるので、半導体ウエハＷに供給されないことになる。つまり、シースＳの厚さが障壁となって、コンタクトホール１２３の底部に十分な負イオンが供給されずコンタクトホール１２３内の正電荷を中和する効果を得ることができない。さらには、フォトレジスト膜１２２に十分な電子を供給することができず、十分な改質効果も得ることができない。
【００８２】
しかしながら、図７に示すように、期間Ａ２においては、第１の高周波電源９２及び第２の高周波電源９３がオフとなっているので、プラズマシースＳは消滅しているか又は減少しているので、二次電子（高速電子）を半導体ウエハＷに容易に照射させることができる。また、期間Ａ２においては、絶対値が比較的大きな負の第２の直流電圧が上部電極３４に印加されるので、多量の電子や負イオンを半導体ウエハＷに供給することができる。
【００８３】
さらに、本プラズマエッチング方法では、プラズマエッチング装置１を用いており、この装置１は、上部電極３４に与える絶対値の異なる負の直流電圧の高周波の切替えに出力電圧を追従させることが可能な直流電源９１を有しているので、期間Ａ１及び期間Ａ２を１周期とした工程Ｓ１７及び工程Ｓ１８の繰り返し周波数を高周波化することが可能である。したがって、本プラズマエッチング方法では、プラズマオフの期間に多量の負イオンをコンタクトホール１２３の底部に供給し、コンタクトホール１２３内の正電荷を中和する効果を得ることができると共に、多量の電子をフォトレジスト膜１２２へ照射することができる。その結果、良好なエッチング形状を得ることができると共に、フォトレジスト膜１２２の改質効果がより高められる。
【００８４】
ところで、従来のプラズマエッチング方法では、図９に示すように、エッチング初期には、エッチングにより形成されたコンタクトホール１２３は浅く、フォトレジスト膜１２２がプラズマ中の電子により、負に帯電しており、主としてエッチングを進行させる正イオンは、コンタクトホール１２３の底面に向けて矢印で示すように直進し得る。なお、図９、及び後に参照する図１０〜図１２においては、電子は「ｅ」で示されており、負の帯電又は負イオンは「−」で示されており、正イオンは「＋」で示されている。
【００８５】
そして、従来のプラズマエッチング方法では、図９に示す状態からエッチングが進行し、図１０に示すように、コンタクトホール１２３のアスペクト比が高くなってくると、コンタクトホール１２３の壁面が正に帯電した状態となる。これにより、エッチングのためにコンタクトホール１２３内に進入した正イオンが、コンタクトホール１２３内の正の電荷に対して反発して、当該正イオンの進行方向が図中の矢印で示すように曲がり、その結果、エッチング形状の曲がりや歪みが生じるようになる。
【００８６】
一方、プラズマエッチング装置１を用いた本プラズマエッチング方法では、工程Ｓ１８が行われる期間Ａ２において、図１１に示すように、コンタクトホール１２３内に電子が供給され、当該電子によりコンタクトホール１２３内の正の電荷が中和される。したがって、図１２に示すように、次の期間Ａ１において第１の高周波電源９２及び第２の高周波電源９３をオンにする際には、コンタクトホール１２３内の正電荷が減少しており、正イオンが図中の矢印で示すようにコンタクトホール１２３内を直進し得る。故に、本プラズマエッチング方法によれば、エッチング形状を改善することができ、且つ、エッチングレートを高めることが可能となる。
【００８７】
以下、図１３を参照して、プラズマエッチング装置１を用いたプラズマエッチング方法の別の実施形態について説明する。図１３に示すプラズマエッチング方法では、図４に示した工程Ｓ１７及び工程Ｓ１８を含む第１の処理工程Ｓ１６が繰り返され、更に、第２の処理工程Ｓ２３が繰り返される。第１の処理工程Ｓ１６においては、第１の直流電源部１０１と第２の直流電源部１０２とが交互に上部電極３４に接続される。即ち、第１の処理工程Ｓ１６においては、プラズマエッチング装置１は、上述した第１のモードで用いられる。一方、第２の処理工程Ｓ２３においては、プラズマエッチング装置１は、上述した第２のモードで用いられる。
【００８８】
図１３に示すように、第２の処理工程Ｓ２３は、交互に実施される工程Ｓ２５及び工程Ｓ２７を含んでいる。工程Ｓ２５が実施される期間Ａ６においては、第１のレベルをとる制御信号Ｃ１に応じて、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力（図１４の波形Ｇ６を参照）を下部電極１６に印加し、第１のレベルをとる制御信号Ｃ２に応じて第２の高周波電源９３が第２の高周波電力（図１４の波形Ｇ７を参照）を下部電極１６に印加する。
【００８９】
また、工程Ｓ２７が行われる期間Ａ７においては、第２のレベルをとる制御信号Ｃ１に応じて、第１の高周波電源９２が第１の高周波電力の出力を停止し（図１４の波形Ｇ６を参照）、第２のレベルをとる制御信号Ｃ２に応じて第２の高周波電源９３が第２の高周波電力の出力を停止する（図１４の波形Ｇ７を参照）。
【００９０】
さらに、第２の処理工程Ｓ２３では、期間Ａ６及びＡ７を通じて、直流電源９１が第３の直流電圧を連続的に上部電極３４に印加する（図１４の波形Ｇ８を参照）。この第３の直流電圧は、上述した第１の直流電圧及び第２の直流電圧のいずれか一方である。このために、直流電源９１では、スイッチ素子１０３ａ及び１０３ｂのうち一方のみが、期間Ａ６及びＡ７を通じて閉じられ、第１の直流電源部１０１及び第２の直流電源部１０２のうち一方のみが上部電極３４に接続される。また、第２の処理工程Ｓ２３では、出力電圧の切替えを行わないので、スイッチ回路１０５は開放状態とされ、放電回路１０４はノード１０９から切り離される。したがって、放電回路１０４による電力消費が抑制される。
【００９１】
図１３に示すプラズマエッチング方法では、終了条件が満たされると判定される（工程Ｓ２８）までの間、第２の処理工程Ｓ２３が繰り返される。処理工程Ｓ２３の終了条件は、例えば、所望のエッチング深さが得られると想定される時間等によって規定され得る。処理工程Ｓ２３の終了条件が満たされると、本プラズマエッチング方法は終了する。
【００９２】
図１３に示すプラズマエッチング方法は、例えば、以下に説明するように利用することができる。即ち、半導体ウエハＷに多量に電子を供給すべき場合には、第１の処理工程Ｓ１６を実施し、また、半導体ウエハＷに供給する電子の量を減少させてもよい場合には、第１の直流電源部１０１を上部電極３４に接続することにより第２の処理工程Ｓ２３を実施することができる。なお、半導体ウエハＷに供給すべき電子の量は、エッチング対象の膜質等に依存し得る。このように、図１３に示すプラズマエッチング方法によれば、エッチングプロセスの途中で半導体ウエハＷに供給する電子の量を調整することが可能である。なお、第１の処理工程Ｓ１６と第２の処理工程Ｓ２３が実施される順序は、図１３に示す順序と逆であってもよく、また、第１の処理工程Ｓ１６と第２の処理工程Ｓ２３が交互に行われてもよい。
【００９３】
以下、図１５を参照して別の実施形態に係る放電回路について説明する。プラズマエッチング装置１には、放電回路１０４に代えて、図１５に示す放電回路１４０を用いることができる。この放電回路１４０は、電流制限回路であり、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、抵抗素子Ｒｂ，Ｒｓとを含んでいる。
【００９４】
トランジスタＱ１のコレクタは接地電位に接続されており、エミッタはノードＢ１を介して抵抗素子Ｒｓの一端及びトランジスタＱ２のベースに接続されている。トランジスタＱ１のベースは、ノードＢ２を介して抵抗素子Ｒｂの一端及びトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ２のコレクタはノードＢ２を介して抵抗素子Ｒｂの一端及びトランジスタＱ１のベースに接続されており、エミッタはノードＢ３を介して抵抗素子Ｒｓの他端及びスイッチ回路１０５に接続されている。抵抗素子Ｒｂの一端はノードＢ２を介してトランジスタＱ１のベース及びトランジスタＱ２のコレクタに接続されており、他端は所定の電位１４１に接続されている。
【００９５】
この放電回路１４０では、初期的には、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間に当該トランジスタＱ１をオン状態とする電圧が与えられる。そして、上部電極３４に接続する直流電源部が第２の直流電源部１０２から第１の直流電源部１０１に切り替わると、抵抗素子Ｒｓに流れる電流が増加し、その結果、トランジスタＱ２をオン状態とする電圧が当該トランジスタＱ２のベース−エミッタ間に発生する。トランジスタＱ２がオン状態になると、トランジスタＱ２に電流が流れてトランジスタＱ１のベース電流が減少する。これにより、抵抗素子Ｒｓに流れる電流の電流値が制限される。したがって、放電回路１４０によれば、直流電源装置に要求される電力量を低減することができる。
【００９６】
次に、図１６を参照して、別の実施形態に係る電源システムについて説明する。図１６に示す電源システム９０Ａは、直流電源９１Ａ、第１の高周波電源９２Ａ、第２の高周波電源９３Ａ、及び制御装置９４Ａのそれぞれにおいて同期制御状態を監視する機能が搭載されている点で、電源システム９０と相違する。なお、電源システム９０Ａのこれら要素の他の構成及び機能は、電源システム９０の対応の要素の構成及び機能と同様である。
【００９７】
直流電源９１Ａは、入力される制御信号Ｃ５を監視する入力監視部９１ａと当該直流電源９１Ａから出力する出力電圧を監視する出力監視部９１ｂを更に含んでいる。入力監視部９１ａは、制御装置９４Ａと直流電源９１Ａの回路部１０８との間に配置され、制御信号Ｃ５の振幅変化の有無を確認する。制御信号Ｃ５は、パルス信号であり、したがって、１周期内においてその振幅が変化する状態が正常状態である。一方、１周期を超えて制御信号Ｃ５の振幅の変化が確認されない状態や、一定時間以上振幅が変化しない状態は、異状な状態である。直流電源９１Ａは、入力監視部９１ａによって監視される制御信号Ｃ５が異状な状態であると判断されるときに、直流電源９１は、出力電圧の出力を停止する制御を行う。
【００９８】
また、入力監視部９１ａは、制御信号Ｃ５の周波数とデューティー比とを監視する。出力監視部９１ｂは、選択回路１０３とＬＰＦ９６との間に配置され、直流電源９１Ａの出力電圧の周波数とデューティー比とを監視する。直流電源９１Ａは、制御信号Ｃ５の周波数と直流電源９１Ａの出力電圧の周波数とを比較する。比較の結果、これら周波数の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、直流電源９１Ａは、その出力電圧の出力を停止する制御を行う。更に、直流電源９１Ａは、制御信号Ｃ５のデューティー比と当該直流電源９１Ａの出力電圧のデューティー比とを比較する。比較の結果、これらデューティー比の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、直流電源９１Ａは、その出力電圧の出力を停止する制御を行う。これにより、直流電源９１Ａは、制御装置９４Ａからの制御信号Ｃ５に応じた出力電圧を出力できていない場合に、上部電極３４への電圧の印加を停止することができる。
【００９９】
第１の高周波電源９２Ａは、入力される制御信号Ｃ１を監視する入力監視部９２ａと、出力する第１の高周波電力を監視する出力監視部９２ｂとを更に含んでいる。また、第２の高周波電源９３Ａは、入力される制御信号Ｃ２を監視する入力監視部９３ａと、出力する第１の高周波電力を監視する出力監視部９３ｂとを更に備えている。
【０１００】
入力監視部９２ａは、第１の高周波電源９２Ａに入力される制御信号Ｃ１の振幅変化の有無を確認する。制御信号Ｃ１は、パルス信号であり、したがって、１周期内においてその振幅が変化する状態が正常状態である。一方、１周期を超えて制御信号Ｃ１の振幅の変化が確認されない状態や、一定時間以上、制御信号Ｃ１の振幅が変化しない状態は、異状な状態である。第１の高周波電源９２Ａは、入力監視部９２ａにより監視した制御信号Ｃ１が異状な状態であると判断されるときには、第１の高周波電力の出力を停止する制御を行う。また、同様に、入力監視部９３ａは、第２の高周波電源９３Ａに入力される制御信号Ｃ２の振幅変化の有無を確認する。第２の高周波電源９３Ａは、入力監視部９３ａにより監視した制御信号Ｃ２が異状な状態であると判断されるとき、即ち、１周期を超えて制御信号Ｃ２の振幅の変化が確認されない状態や、一定時間以上、制御信号Ｃ２の振幅が変化しない状態が検出される場合に、第２の高周波電力の出力を停止する制御を行う。
【０１０１】
入力監視部９２ａは、第１の高周波電源９２Ａに入力される制御信号Ｃ１の周波数とデューティー比とを監視し、入力監視部９３ａは、第２の高周波電源９３Ａに入力される制御信号Ｃ２の周波数とデューティー比とを監視する。出力監視部９２ｂは、第１の高周波電源９２Ａの出力信号の周波数とデューティー比とを監視し、出力監視部９３ｂは、第２の高周波電源９３Ａの出力信号の周波数とデューティー比とを監視する。第１の高周波電源９２Ａは、監視された制御信号Ｃ１の周波数とその出力信号の周波数とを比較する。比較の結果、これら周波数の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、第１の高周波電源９２Ａは、第１の高周波電力の出力を停止する制御を行う。同様に、第２の高周波電源９３Ａは、監視された制御信号Ｃ２の周波数とその出力信号の周波数とを比較する。比較の結果、これら周波数の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、第２の高周波電源９３Ａは、第２の高周波電力の出力を停止する制御を行う。更に、第１の高周波電源９２Ａは、監視された制御信号Ｃ１のデューティー比とその出力信号のデューティー比とを比較する。比較の結果、これらデューティー比の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、第１の高周波電源９２Ａは、第１の高周波電力の出力を停止する制御を行う。同様に、第２の高周波電源９３Ａは、監視された制御信号Ｃ２のデューティー比とその出力信号のデューティー比とを比較する。比較の結果、これらデューティー比の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、第２の高周波電源９３Ａは、第２の高周波電力の出力を停止する制御を行う。かかる構成によれば、第１及び第２の高周波電源９２Ａ，９３Ａは、制御装置９４Ａからの制御信号Ｃ１に応じた第１の高周波電力の出力、及び制御信号Ｃ２に応じた第２の高周波電力の出力が実施できていない場合に、下部電極１６への電力の供給を停止することができる。
【０１０２】
制御装置９４Ａは、出力する制御信号Ｃ１、制御信号Ｃ２、及び制御信号Ｃ５を監視する出力監視部９４ｃを更に含んでいる。出力監視部９４ｃは、パルス発生部９４ｂと、直流電源９１Ａ、第１及び第２の高周波電源９２Ａ，９３Ａとの間に配置され、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５における振幅変化の有無を監視する。制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５は、パルス信号であり、したがって、１周期内において振幅が変化する状態が正常状態である。一方、１周期を超えて制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の振幅の変化が確認されない状態、又は、一定時間以上、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の振幅が変化しない状態は異状な状態である。制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の少なくとも何れかが異状な状態であると判断されるときには、制御装置９４Ａは、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５、又は全ての制御信号の出力を停止する制御を行う。
【０１０３】
さらに、出力監視部９４ｃは、制御装置９４Ａから出力される制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の周波数とデューティー比とを監視する。制御装置９４Ａは、主制御装置１００から入力された指令値により指定された周波数と、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の周波数とを比較する。比較の結果、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の少なくとも何れかの周波数と指定された周波数との間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、制御装置９４Ａは、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５、又は全ての制御信号の出力を停止する制御を行う。
【０１０４】
また、制御装置９４Ａは、主制御装置１００から入力された指令値により指定されたデューティー比と、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５のデューティー比とを比較する。比較の結果、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の少なくとも何れかのデューティー比と指定されたデューティー比との間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、制御装置９４Ａは、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５、又は全ての制御信号の出力を停止する制御を行う。
【０１０５】
このような構成を有する電源システム９０Ａによれば、各電源から供給する高周波電力及び直流電圧を所定の状態に維持できないと判断される場合に、電力又は電圧の供給を停止して、プラズマエッチング装置の動作を停止させることが可能となる。
【０１０６】
また、一実施形態においては、制御装置９４Ａは、主制御装置１００からの指令値により指定された位相差と、制御信号Ｃ１と制御信号Ｃ５の位相差とを比較する。比較の結果、指定された位相差と制御信号Ｃ１と制御信号Ｃ５の位相差との間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合には、制御装置９４Ａは、制御信号Ｃ１及び制御信号Ｃ５、又は全ての制御信号の出力を停止する制御を行う。ここで、二つの制御信号が同期している場合には、指定される位相差は０である。なお、制御装置９４Ａは、主制御装置１００からの指令値により指定された位相差と制御信号Ｃ１と制御信号Ｃ２の位相差を比較して、これら位相差の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合に、制御信号Ｃ１及び制御信号Ｃ２、又は全ての制御信号の出力を停止する制御を行ってもよい。また、制御装置９４Ａは、主制御装置１００からの指令値により指定された位相差と制御信号Ｃ２と制御信号Ｃ５の位相差を比較して、これら位相差の間に予め設定した閾値以上の差があると確認される場合に、制御信号Ｃ２及び制御信号Ｃ５、又は全ての制御信号の出力を停止する制御を行ってもよい。
【０１０７】
また、出力監視部９２ｂは、期間Ａ１における第１の高周波電源９２Ａの出力信号の強度値を更に監視してもよい。この場合に、第１の高周波電源９２Ａは、監視された強度値が所定の値に対して一定以上の差を有する場合に、第１の高周波電力の出力を停止してもよい。
【０１０８】
ここで、出力監視部９２ｂによって監視される強度値には、図１７に示すように、第１の高周波電源９２Ａからの出力信号成分（波形Ｇ１０を参照）と、整合器９７からの反射波に基づく成分（波形Ｇ１１を参照）が含まれる。この反射波は、第１の高周波電源９２Ａからの出力信号の立ち上がりタイミングを起点とする期間（期間Ａ１０）と、立ち下がり前のタイミングから立ち下がりのタイミングまでの時間（期間Ａ１２）との間において特に顕著となる。したがって、出力監視部９２ｂは、期間Ａ１の第１の高周波電源９２Ａの出力信号の強度値のうち、期間Ａ１０と期間Ａ１２との間に設定される期間Ａ１１の強度値を監視するように、構成されていてもよい。一例においては、期間Ａ１１は、期間Ａ１０及び期間Ａ１２の合計時間が期間Ａ１において４０〜８０％の時間を占めるように設定され得る。
【０１０９】
同様に、出力監視部９３ｂは、期間Ａ１における第２の高周波電源９３Ａの出力信号の強度値を更に監視してもよい。この場合に、第２の高周波電源９３Ａは、監視された強度値が所定の値に対して一定以上の差を有する場合に、第２の高周波電力の出力を停止してもよい。また、出力監視部９３ｂが監視する強度値は、期間Ａ１のうち期間Ａ１１において取得されるものであってもよい。このような出力監視部９２ｂ及び９３ｂをそれぞれ有する高周波電源９２Ａ及び９３Ａによれば、信頼性の高い監視値に基づく制御を行うことができるので、不必要な高周波電源９２Ａ及び９３Ａの出力停止を抑制することが可能となる。
【０１１０】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、制御装置９４は、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の周波数をエッチングプロセス中に変更するように構成されていてもよい。この変形態様においては、被処理基体である半導体ウエハＷのエッチング状態に応じて最適な量の電子を当該半導体ウエハＷに照射することができる。
【０１１１】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１１２】
実施例１〜４においては、電源システム９０のスイッチ回路１０５を閉じて放電回路１０４をノード１０９に接続し、第１の直流電源部１０１の電圧を−１５０Ｖに設定し、第２の直流電源部１０２の第２の直流電圧の電圧を−１０００Ｖに設定した。また、５０Ωの抵抗素子１０６ｃ及び１０７ｃを用い、容量が０．６６μＦのコンデンサ１０６ａ、１０６ｂ、１０７ａ、及び１０７ｂを用い、２００Ωの抵抗素子Ｒｓを用いた。そして、実施例１〜４では制御装置９４から１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚの周波数の制御信号Ｃ５を直流電源９１に供給した。また、実施例１〜４では、制御信号Ｃ５のデューティー比、即ち、期間Ａ１と期間Ａ２を合計した時間に対する期間Ａ１の比を、８０％とした。また、比較例において、電源システム９０のスイッチ回路１０５を開放して、放電回路１０４をノード１０９から切り離した。比較例における他の条件は実施例２と同様である。そして、実施例１〜４及び比較例において、直流電源９１からの出力電圧波形を確認した。その結果、比較例においては、期間Ａ１の直流電源９１の出力電圧が−１６４Ｖとなり、−１５０Ｖに制御できなかった。一方、実施例１〜４の全てにおいて、期間Ａ１の直流電源９１の出力電圧が、−１５０Ｖに制御されることが確認された。
【０１１３】
次いで、実施例５〜８において、放電回路１０４をノード１０９に接続した直流電源９１を備えるプラズマエッチング装置１を用いて、エッチング選択比の確認を行った。実施例５〜８における処理条件は、図１８に示す通りとした。即ち、図１８に示すように、実施例５〜８における処理条件は、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の周波数のみが相違するものとした。なお、実施例５〜８においては、ＳｉＮ層上にＡｒＦレジスト膜を有するエッチングマスクとして有する半導体ウエハＷの当該ＳｉＮ層に、３３ｎｍ幅のコンタクトホールを形成した。そして、実施例５〜８において、ＡｒＦレジスト膜に対するＳｉＮ層のエッチング選択比を求めた。図１８における実施例５〜８の選択比を参照すれば明らかなように、制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５の周波数を高周波化する、即ち上部電極に与える直流電圧値を切り替える周期を短くすることにより、選択比が向上されることが確認され、ＡｒＦレジスト膜の改質効果の向上が確認された。
【符号の説明】
【０１１４】
１…プラズマエッチング装置、１０…処理容器、１６…下部電極、３４…上部電極、６６…ガス供給部、９０…電源システム、９１…直流電源、９２…第１の高周波電源、９３…第２の高周波電源、９４…制御装置、１０１…第１の直流電源部、１０２…第２の直流電源部、１０４…放電回路、１０５…スイッチ回路、１０９…ノード、１４０…電流制限回路、Ａ１〜Ａ４…期間、Ｃ１…制御信号（第１の制御信号）、Ｃ２…制御信号、Ｃ５…制御信号（第２の制御信号）、Ｒｓ…抵抗素子、Ｖ１…第１の直流電圧、Ｖ２…第２の直流電圧、Ｗ…半導体ウエハ。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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