(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する下部電極と上部電極とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置において実行するエッチング処理方法であって、
前記基板の表面の温度を−３５℃未満に制御し、第１高周波電源が出力する第１高周波電力及び第２高周波電源が出力する第２高周波電力を用いて水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第１の工程と、
前記第２高周波電源の出力を停止し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第２の工程と、
を含み、
前記第１の工程と前記第２の工程とを複数回繰り返す、エッチング処理方法。
【請求項２】
基板の表面の温度を−３５℃未満に制御し、第１高周波電源が出力する第１高周波電力及び第２高周波電源が出力する第２高周波電力を用いて水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第１の工程と、
前記第１高周波電源及び前記第２高周波電源の出力を停止し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第２の工程と、
を含み、
前記第１の工程と前記第２の工程とを複数回繰り返す、エッチング処理方法。
【請求項３】
前記水素含有ガスは、水素（Ｈ２）ガス、メタン（ＣＨ４）ガス、フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）ガス、ジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）ガス及びトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）ガスの少なくともいずれかのガスを含む、
請求項１又は２に記載のエッチング処理方法。
【請求項４】
前記第２高周波電力の値は、単位面積あたり１．４Ｗ／ｃｍ２以上である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
【請求項５】
基板を載置する下部電極と上部電極とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置であって、
基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられた温度制御機構を用いて、前記基板の表面の温度を−３５℃未満に制御する温度測定部と、
前記基板の裏面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、
第１高周波電力を出力する第１高周波電源と、
第１高周波電力の周波数よりも低い周波数の第２高周波電力を出力する第２高周波電源と、を有し、
前記温度測定部は、前記第２高周波電源の出力を停止する、フィードバック制御を行う、
プラズマ処理装置。
【請求項６】
基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられた温度制御機構を用いて、前記基板の表面の温度を−３５℃未満に制御する温度測定部と、
前記基板の裏面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、
第１高周波電力を出力する第１高周波電源と、
第１高周波電力の周波数よりも低い周波数の第２高周波電力を出力する第２高周波電源と、を有し、
前記温度測定部は、前記第１高周波電源及び前記第２高周波電源の出力を停止する、フィードバック制御を行う、
プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１高周波電力及び前記第２高周波電力の両方又は前記第２高周波電力は、パルス波によって出力される、
請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第１高周波電力又は前記第２高周波電力の出力の停止と、前記伝熱ガスの圧力制御とは自律制御によって行われる、
請求項５〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記基板の表面の温度をリアルタイムにモニタするモニタ機構を有する、
請求項５〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記モニタ機構は、フォーカスリングの温度測定の結果から前記基板の表面の温度をモニタする、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記温度測定部は、干渉温度計によって前記基板の表面の温度を測定する、
請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記温度測定部は、前記第２高周波電源の出力を停止するか、又は前記第１高周波電源及び前記第２高周波電源の出力を停止し、前記基板の表面又はフォーカスリングの温度が−３５℃未満の状態を維持するようにフィードバック制御を行う、
請求項５〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマにより基板をエッチングする処理において良好なエッチングを行うために、基板を載置する載置台に設けられたヒータ及び冷媒機構により基板の表面の温度を制御することが提案されている。例えば、特許文献１では、エッチング中に保持すべき基板の表面の温度を示すプロセス温度が、プラズマからの加熱によって基板が熱平衡に達する温度を示すプラズマ加熱温度よりも低く、エッチング中、プラズマからの入熱により基板の表面の温度が上昇する。そこで、エッチング中の基板の表面の温度がプロセス温度に維持されるように冷却機構によって基板を冷却することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０３１８５号公報
【特許文献２】特許第３０８４４９７号明細書
【特許文献３】特開平８−９２７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は、例えば、プラズマ加熱温度が３００℃、プロセス温度が８７℃の場合に冷媒の温度を２０℃程度に設定しており、常温でのプラズマプロセスにおける基板の表面の温度制御方法に関する。また、特許文献１は、ビアホールやコンタクトホール等のエッチングを行う場合、ホールサイズの大小によってエッチングレートが異なる、いわゆるマイクロローディングの課題を改善するために、エッチング中、基板の表面の温度を前記のように制御する。
【０００５】
ところが、常温下でのプラズマ処理と極低温環境下でのプラズマ処理とは、プロセスの特性や制御する温度領域が異なるため、プラズマからの入熱に対して生じる課題が異なることがあり、また、その課題解決のアプローチが異なることがある。
【０００６】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、極低温の温度制御によりエッチングを促進させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板の表面の温度を−３５℃未満に制御し、第１高周波電源が出力する第１高周波電力及び第２高周波電源が出力する第２高周波電力を用いて水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第１の工程と、前記第２高周波電源の出力を停止し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第２の工程と、を含み、前記第１の工程と前記第２の工程とを複数回繰り返す、エッチング処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一の側面によれば、極低温の温度制御によりエッチングを促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るエッチング処理装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係る極低温エッチングにおけるＬＦの印加方法と結果の一例を示す図。
【図３】ウェハの温度のＬＦパワー及び伝熱ガス依存性の一例を示す図。
【図４】一実施形態に係るエッチング処理方法の一例を示すフローチャート。
【図５】一実施形態に係る極低温エッチングにおけるＬＦオフの効果の一例を示す図。
【図６】一実施形態に係る極低温エッチングにおけるＬＦオフの効果の一例を示す図。
【図７】一実施形態に係る極低温エッチング中の温度遷移の一例を示す図。
【図８】一実施形態に係る極低温エッチングにおける繰り返しの効果の一例を示す図。
【図９】一実施形態に係る極低温エッチングにおけるＬＦパワーの効果の一例を示す図。
【図１０】一実施形態に係る極低温エッチングにおけるチャンバの温度とＥＲとの関係の一例を示す図。
【図１１】一実施形態に係る極低温エッチングにおけるＬＦパワーとＥＲとの関係の一例を示す図。
【図１２】一実施形態に係る温度制御部の構成の一例を示す図。
【図１３】干渉温度計の一例を模式的に示す図。
【図１４】一実施形態に係る温調機構の一例を示す図。
【図１５】一実施形態に係る極低温における伝熱ガスの圧力とフォーカスリング１０８の温度との関係の一例を示す図。
【図１６】一実施形態に係る間欠エッチングとウェハ温度との関係の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１１】
［エッチング処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態にかかるエッチング処理装置１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるエッチング処理装置１の縦断面の一例を示す。本実施形態にかかるエッチング処理装置１は、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置の一例である。本実施形態にかかるエッチング処理装置１では、ウェハをプラズマエッチングするが、これに限らず、プラズマ処理装置にて成膜やスパッタなどの所望のプラズマ処理が行われる。本実施形態にかかるエッチング処理装置１は、チャンバ１０内に載置台２０とガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。載置台２０は下部電極としても機能し、ガスシャワーヘッド２５は上部電極としても機能する。
【００１２】
エッチング処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、電気的に接地されている。載置台２０は、チャンバ１０の底部に設置され、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハＷ」という。）を載置する。ウェハＷは、基板の一例である。載置台２０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台２０の上面には、ウェハを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧ＨＶが印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。
【００１３】
静電チャック１０６の周縁部には、載置台２０の周囲を囲むようにフォーカスリング１０８が配置されている。フォーカスリング１０８は、例えばシリコンや石英から形成されている。フォーカスリング１０８は、エッチングの面内均一性を高めるように機能する。
【００１４】
載置台２０は、支持体１０４により支持されている。支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体（以下、「冷媒」ともいう。）は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを循環する。冷媒により、載置台２０及び静電チャック１０６は抜熱され、冷却される。
【００１５】
伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウェハＷの裏面に供給する。かかる構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハを所定の温度に制御することができる。伝熱ガス供給源８５及びガス供給ライン１３０は、ウェハＷの裏面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構の一例である。
【００１６】
載置台２０には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電源３４とを有する。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して載置台２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、６０ＭＨｚの第１高周波電力を載置台２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、１３．５６ＭＨｚの第２高周波電力を載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、第１高周波電力は載置台２０に印加されるが、ガスシャワーヘッド２５に印加されてもよい。
【００１７】
第１整合器３３は、第１高周波電源３２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。第２整合器３５は、第２高周波電源３４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。第１整合器３３は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
【００１８】
ガスシャワーヘッド２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介してチャンバ１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２５は、図１に示すように電気的に接地してもよい。また、可変直流電源を接続してガスシャワーヘッド２５に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるようにしてもよい。
【００１９】
ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンター部の拡散室５０ａ及びエッジ部の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。
【００２０】
チャンバ１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によってチャンバ１０内が排気される。これにより、チャンバ１０内を所定の真空度に維持することができる。チャンバ１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、チャンバ１０からウェハＷの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。
【００２１】
エッチング処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０５、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１１０及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、後述されるエッチング処等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、ウェハＷ温度（静電チャック温度）など）、チラー１０７から出力される冷媒の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
【００２２】
エッチング処理時には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０に搬入され、載置台２０に載置される。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧ＨＶが印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着され、保持される。
【００２３】
次いで、エッチング用のガス、高周波電力がチャンバ１０内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハＷにプラズマエッチング処理が施される。エッチング処理後、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧ＨＶを印加してウェハＷの電荷を除電し、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がす。ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０から搬出される。
【００２４】
［エッチング処理］
次に、かかる構成の本実施形態のエッチング処理装置１におけるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のエッチングについて説明する。ウェハＷには、図２（ａ）に示すようにエッチング対象膜の一例であるシリコン酸化膜６が形成され、シリコン酸化膜６上にマスク膜５が設けられている。マスク膜５は、ポリシリコン膜、有機膜、アモルファスカーボン膜、チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜等を使用することができる。
【００２５】
本実施形態にかかるエッチング処理方法では、ウェハＷの表面の温度が−３５℃未満の極低温環境下において、エッチングが実行される。これにより、ウェハＷの表面の温度が常温（例えば、２５℃前後又はそれ以上）プロセスと比較して、高いエッチングレートでエッチング処理を行うことができる。ただし、極低温環境下におけるプラズマエッチングでは、ウェハＷ表面の温度の上昇により、エッチングレートが急激に低下する。よって、ウェハＷ表面の温度管理が非常に重要になる。
【００２６】
図２（ａ）では、以下に示す極低温環境下のプロセス条件にてエッチングを行った結果の一例が示されている。
・プロセス条件
温度（チラー１０７の設定温度）  −６０℃
圧力                  ６０ｍＴ（８．００Ｐａ）
第１の高周波電力ＨＦ  ２５００Ｗ
第２の高周波電力ＬＦ  図２に表示（連続波、パルス波）
ガス種                水素（Ｈ２）／四フッ化炭素（ＣＦ４）
上記プロセス条件下、プロセス中のウェハＷ表面の温度をモニタした。図２（ａ）の「ＬＦパルス波」の欄（最左）に、４０００Ｗ、０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％の第２の高周波電力ＬＦのパルス波を印加した場合のエッチング結果の一例を示す。この場合、エッチング中のウェハＷ表面の温度は−４７℃、エッチングレート（ＥＲ）は１２５９ｎｍ／ｍｉｎである。このときの第２の高周波電力ＬＦの実効値は２０００Ｗである。
【００２７】
図２（ａ）の「ＬＦ連続波」の欄に、上記プロセス条件下、４０００Ｗ、２０００Ｗ、１０００Ｗの第２の高周波電力ＬＦの連続波を印加した場合のエッチング結果の一例を示す。２０００Ｗの第２の高周波電力ＬＦの連続波では、エッチング中のウェハＷ表面の温度は−４３℃、エッチングレートは８６５ｎｍ／ｍｉｎである。これによれば、実効値が同じ２０００Ｗの場合、第２の高周波電力ＬＦを連続波からパルス波にすることで、エッチングレートが１．５倍程度向上した。
【００２８】
しかし、４０００Ｗの第２の高周波電力ＬＦの連続波では、エッチング中のウェハＷ表面の温度（センター部）は−３５℃、エッチングレートは３１０ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチングが進まない（以下、「エッチストップ」ともいう。）現象が発生した。つまり、極低温環境下におけるプラズマエッチングでは、プラズマからの入熱によりウェハＷ表面の温度が急激に上昇し、エッチングが進まずにエッチストップしてしまう領域があることがわかる。
【００２９】
１０００Ｗの第２の高周波電力ＬＦの連続波では、エッチング中のウェハＷ表面の温度は−４９℃、エッチングレート（ＥＲ）は１２５６ｎｍ／ｍｉｎである。このように、プロセス温度を−３５℃未満の極低温に維持することでエッチストップを防止することができる。また、極低温領域では、第２の高周波電力ＬＦを小さくするほどプラズマからの入熱が低下し、エッチングレートは高くなる。
【００３０】
このように本実施形態の極低温プロセスでは、第２の高周波電力ＬＦが上がる程、プラズマからの入熱が増加することでエッチングレートは下がり、４０００Ｗになるとエッチストップが生じる。この結果から、極低温プロセスでは、第２の高周波電力ＬＦが上がる程エッチングレートが上がる常温プロセスとは、エッチング結果が全く異なることがわかった。
【００３１】
図２の結果では、第２の高周波電力ＬＦのパルス波が４０００Ｗ、０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％の場合、第２の高周波電力ＬＦの連続波が１０００Ｗの場合と同等のウェハＷ表面の温度及びエッチングレートとなった。つまり、図２（ｂ）に示すように、第２の高周波電力ＬＦのパルス波を印加した場合、第２の高周波電力ＬＦの連続波を印加するよりも第２の高周波電力ＬＦ（実効値）に対してウェハＷ表面の温度を低下させることができる。つまり、第２の高周波電力ＬＦをパルス波にすると、連続波と比較してプラズマからの入熱に対してウェハＷ表面の温度を低く制御できるため、より高いエッチングレートでエッチングを促進できることがわかる。
【００３２】
図３には、第２の高周波電力ＬＦと伝熱ガス（Ｈｅガス）の流量制御によるウェハＷ裏面の圧力とウェハＷ表面の温度との関係を示す。図３（ａ）に示すグラフは、ウェハＷ裏面の圧力を５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）、１５Ｔｏｒｒ（２０００Ｐａ）、２５Ｔｏｒｒ（３３３３Ｐａ）、４０Ｔｏｒｒ（５３３３Ｐａ）に変化させたときの第２の高周波電力ＬＦに対するウェハＷ表面の温度変化を示す。図３（ｂ）に示すグラフは、第２の高周波電力ＬＦを０Ｗ，１０００Ｗ、２０００Ｗ、４０００Ｗに変化させたときのウェハＷ裏面の圧力に対するウェハＷ表面の温度変化を示す。これによれば、ウェハＷ裏面の圧力制御だけではウェハＷ表面の温度上昇を効果的に抑制することは困難であることがわかる。
【００３３】
以上から、本実施形態は、ウェハＷ表面の温度を極低温に制御した状態でシリコン酸化膜６をエッチングする際、第２の高周波電力ＬＦのパルス波をオフする時間を設け、間欠的にエッチングを行うエッチング処理方法を提案する。これにより、ウェハＷ表面の急激な温度上昇を回避し、エッチングレートを向上させることで、エッチストップを解消し、エッチングを促進することができる。
【００３４】
本実施形態にかかるエッチング処理方法の一例を図４のフローチャートに示す。図４のエッチング処理方法が開始されると、まず、ウェハ表面の温度を−３５℃未満の極低温に制御する（ステップＳ１０）。次に、水素含有ガス及びフッ素含有ガスをチャンバ１０内に供給する（ステップＳ１２）。例えば、水素（Ｈ２）ガス及び四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスが供給される。
【００３５】
次に、第１高周波電源３２から第１高周波電力ＨＦを出力し、プラズマ励起用の高周波電力を載置台２０に印加（オン）する。また、第２高周波電源３４から第２高周波電力ＬＦを出力し、バイアス用の高周波電力を載置台に印加する。これにより、シリコン酸化膜６をエッチングする（ステップＳ１４：第１の工程）。このとき、第１高周波電力ＨＦは、連続波であってもよく、パルス波であってもよいが、第２高周波電力ＬＦは、パルス波である。第１の工程の実行時間（所定時間）は、３０ｓｅｃ以下が好ましい。
【００３６】
次に、所定時間経過後、第２高周波電力のパルス波の印加を停止（オフ）した状態でシリコン酸化膜６をエッチング（ステップＳ１６:第２の工程）。第２の工程の実行時間は、後述されるように５ｓｅｃ以上が好ましい。また、第２の工程を実行する際のチャンバ１０内の圧力は、１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）以下の低圧状態にしてもよい。
【００３７】
図４に示したように、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、第２高周波電力ＬＦがオン・オフを繰り返すことで第２高周波電力が間欠的に印加される。このときの第２高周波電力ＬＦを印加している時間（オン時間）を「Ｔｏｎ」とし、第２高周波電力ＬＦを印加していない時間（オフ時間）をＴｏｆｆとする。この場合、１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）の周波数の第２高周波電力のパルス波が印加される。また、Ｄｕｔｙ比は、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆの総時間に対するオン時間Ｔｏｎの比率、すなわち、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）にて示される。
【００３８】
次に、第２高周波電力ＬＦがオン・オフを繰り返す回数が所定回数を超えたかを判定する（ステップＳ１８）。所定回数は、予め定められた２回以上の回数である。第２高周波電力ＬＦの繰り返し回数が所定回数を超えていないと判定された場合、再び第２高周波電力のパルス波を印加し、シリコン酸化膜６をエッチングする（ステップＳ２０：第１の工程）。第２高周波電力ＬＦの繰り返し回数が所定回数を超えるまで、ステップＳ１６〜Ｓ２０の処理を繰り返し、第２高周波電力ＬＦの繰り返し回数が所定回数を超えたと判定された場合、本処理を終了する。
【００３９】
上記実施形態にかかるエッチング処理方法によるエッチング結果の一例を図５に示す。図５の最左に比較例にかかるエッチング結果の一例が示され、その右側に本実施形態にかかる３つのエッチング結果の例が示されている。
【００４０】
比較例にかかるエッチング及び本実施形態にかかるエッチングのプロセス条件は、以下である。
・プロセス条件（比較例）
温度（チラー１０７の設定温度）  −６０℃
圧力                  ６０ｍＴ（８．００Ｐａ）
第１の高周波電力ＨＦ  ２５００Ｗ
第２の高周波電力ＬＦ  ４０００Ｗ、０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％
ガス種                水素（Ｈ２）／四フッ化炭素（ＣＦ４）
オン時間              ６０ｓｅｃ
オフ時間              なし
・プロセス条件（本実施形態）
温度（チラー１０７の設定温度）  −６０℃
圧力                  ６０ｍＴ（８．００Ｐａ）
第１の高周波電力ＨＦ  ２５００Ｗ
第２の高周波電力ＬＦ  ４０００Ｗ、０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％
ガス種                水素（Ｈ２）／四フッ化炭素（ＣＦ４）
オン時間（ＬＦ）      １５ｓｅｃ（×４）（４回繰り返す）
オフ時間（ＬＦ）      あり（６０ｓｅｃ、３０ｓｅｃ、１５ｓｅｃ）
この結果、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、比較例のエッチングと比較して、エッチングレートが概ね１．５倍程度になり、かつ選択比が１．５倍近くまで向上した。この理由は、本実施形態にかかるエッチング処理方法によれば、エッチング中に定期的に第２高周波電力ＬＦのオフ時間Ｔｏｆｆを設けることで、オフ時間Ｔｏｆｆにはプラズマからの入熱が低下し、オン時間におけるウェハＷ表面の温度上昇を抑制することができる。この結果、ウェハＷ表面の温度を−３５℃未満の極低温状態に維持できたためである。
【００４１】
図６は、上記本実施形態のプロセス条件のオフ時間Ｔｏｆｆを５ｓｅｃにした場合のエッチング結果の一例を示す。オフ時間以外のプロセス条件は同じである。この結果、オフ時間Ｔｏｆｆを５ｓｅｃにした場合、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、更にエッチングレートと選択比が向上し、比較例のエッチングと比較して、エッチングレート及び選択比がほぼ１．５倍向上した。
【００４２】
図７は、ウェハＷがエッチング処理装置１内に搬入され、本実施形態のエッチング処理方法によるエッチング後、搬出されるまでのウェハＷ表面の温度を示す。ウェハＷが静電チャック１０６に保持された状態で第１及び第２高周波電力を印加すると、プラズマが生成され、エッチング処理が開始される。第１及び第２高周波電力を印加し、プラズマが生成されると、そのプラズマからの入熱（プラズマオン）により５ｓｅｃでウェハＷの表面の温度が急激に上昇し、その後、ウェハＷの表面の温度は緩やかに上昇する。
【００４３】
エッチング中に第２高周波電力の印加を停止すると、５ｓｅｃでウェハＷの表面の温度が急激に降下する。これは、プラズマからの入熱量が低下するためである。この結果から、第２の高周波電力ＬＦをオフする時間は、５ｓｅｃ以上であればよい。
【００４４】
なお、図５に示すエッチング結果に基づき、第２の高周波電力ＬＦのオフ時間Ｔｏｆｆは、５ｓｅｃ〜６０ｓｅｃの範囲内であってもよい。ただし、スループットを考慮すると第２の高周波電力ＬＦのオフ時間Ｔｏｆｆは短時間が好ましい。よって、第２の高周波電力ＬＦのオフ時間Ｔｏｆｆは、５ｓ〜３０ｓが好ましく、５ｓ〜１０ｓがより好ましい。
【００４５】
なお、図７に示すウェハＷ表面の温度遷移では、第２の高周波電力ＬＦをオフした後、ウェハＷは搬出される。このため、第２の高周波電力ＬＦをオフした後のウェハＷ表面の温度は上昇している。また、図７の例では、第２の高周波電力ＬＦをオフした後、チラー１０７からの冷媒の供給は停止させている。しかしながら、本実施形態にかかるエッチング処理方法は、第２の高周波電力ＬＦのオン・オフを複数回繰り返す。また、第２の高周波電力ＬＦのオン・オフを複数回繰り返す間（つまり、エッチング中）、チラー１０７からの冷媒の供給は停止させない。これにより、エッチング中、−３５℃未満の極低温にウェハＷ表面の温度を維持することができる。これにより、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、エッチングレートを高め、例えばアスペクト比が２０以上の細いホールを深くエッチングするプロセスにも好適である。
【００４６】
なお、本実施形態では、図４のステップＳ１６において第２の高周波電力ＬＦのパルス波をオフする時間を設けた。しかしながら、図４のステップＳ１６において第２の高周波電力ＬＦとともに第１の高周波電力ＨＦをオフする時間を設けてもよい。これによっても、第１の高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦのオフ時間では、プラズマからの入熱を低下させることで、ウェハＷ表面の温度を極低温に維持することができ、エッチングレートを高め、エッチングを促進させることができる。
【００４７】
図８は、本実施形態のエッチング処理方法において、プロセス条件中の一回のオン時間Ｔｏｎを変更させた場合のエッチング結果の一例を、上記比較例のプロセス条件（オフ時間なし）の場合のエッチング結果とともに示す。本実施形態のエッチングでは、オフ時間Ｔｏｆｆを６０ｓｅｃにし、オン時間Ｔｏｎを３０ｓｅｃ（×２）、１５ｓｅｃ（×４）、５ｓｅｃ（×１２）とした場合のエッチング結果の一例を示す。この結果から、本実施形態のエッチング処理方法によれば、比較例のエッチング結果と比較していずれの場合にも、エッチングレート及び選択比が向上し、特にオン・オフの繰り返し回数が多い程エッチングが促進されることがわかる。
【００４８】
図９は、本実施形態のエッチング処理方法において、プロセス条件中のオン時間Ｔｏｎ中の第２高周波電力の実効値を変更した場合のエッチング結果の一例を、上記比較例のプロセス条件（オフ時間なし）の場合のエッチング結果とともに示す。本実施形態では、オフ時間を３０ｓｅｃにし、オン時間Ｔｏｎを１５ｓｅｃ（×４）にし、その際の第２高周波電力を２０００Ｗ（０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）、４０００Ｗ（０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）、６０００Ｗ（０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）にする。この結果から、本実施形態のエッチング処理方法によれば、比較例のエッチング結果と比較して、いずれの場合にもエッチストップが生じず、エッチングレート及び選択比が向上することがわかる。この結果から、２０００Ｗ（０．３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）の第２高周波電力の実効値は１０００Ｗであるから、第２高周波電力の出力の実効値は、１０００Ｗ以上（単位面積当たり１．４Ｗ／ｃｍ２以上）であることが好ましい。
【００４９】
以上、本実施形態にかかるエッチング処理方法によれば、エッチング中の所定時間毎に第２高周波電力をオフする時間を間欠的に設けることで、ウェハＷ表面の温度を低下させ、極低温に維持することができる。これにより、エッチングレート及び選択比を上げることができる。また、エッチング中に第２高周波電力ＬＦのオフ時間を設けない場合にエッチストップが発生した第２高周波電力ＬＦの領域においても、第２高周波電力ＬＦのオフ時間を間欠的に設けることで極低温下においてエッチングを促進することができる。
【００５０】
（冷却抜熱量）
チラー１０７は、エッチング中、常に極低温に制御された冷媒を載置台２０に循環させている。よって、エッチング中、ウェハＷの表面は常に冷媒により抜熱されている。このとき、冷却抜熱量の合計（合計抜熱量）は、単位面積あたりの抜熱量×時間で算出される。
【００５１】
本実施形態にかかるエッチング処理方法では、第２高周波電源ＬＦの出力を停止した状態における合計抜熱量が７１．７ｋＷ／ｍ２×５ｓｅｃ以上であれば十分な抜熱量である。この抜熱量の算出において、チラー１０７の抜熱性能は５０００Ｗｓ、載置台２０の直径２９８ｍｍである。つまり、第２高周波電源ＬＦの出力を停止した状態における単位面積あたりの抜熱量が、毎秒７１．７ｋＷ／ｍ２（７．１７Ｗ／ｃｍ２）以下であればよい。なお、第１高周波電源ＨＦ及び第２高周波電源ＬＦの出力を間欠的に停止する場合、第１高周波電源ＨＦ及び第２高周波電源ＬＦからの出力を停止した状態における単位面積あたりの抜熱量が、毎秒７１．７ｋＷ／ｍ２（７．１７Ｗ／ｃｍ２）以下であればよい。
【００５２】
以上に説明したように、本実施形態のエッチング処理方法によれば、極低温環境下におけるエッチング中の間欠的な高周波電力の印加により、ウェハＷ表面の温度を−３５℃よりも低くすることでエッチングレートを高め、エッチングを促進することができる。また、本実施形態のエッチング処理方法によれば、極低温環境下におけるエッチング中の間欠的な高周波電力の印加により、エッチストップを起こさずに極低温下のエッチングを行うことができ、プロセスウィンドウを広くすることができる。よって、本実施形態のエッチング処理方法は、アスペクト比が２０以上のホールをより深くエッチングしたい場合や、より細いホールをエッチングしたい場合等に適用すると好適である。
【００５３】
［温度制御］
以上に説明した本実施形態にかかるエッチング処理方法では、ウェハＷの表面の温度が−３５℃未満の極低温環境下において非常に高いＥＲを得ることができる。つまり、ウェハＷの表面の温度制御が非常に重要になる。例えば、図１０は、本実施形態に係る極低温エッチングにおけるチャンバの温度と酸化シリコン膜のＥＲとの関係の一例を示す。図１０に示すエッチング結果は、シリコン含有反射防止膜を、以下のプロセス条件においてエッチングした結果である。図１０の横軸は、ウェハＷのプロセス条件（Ｃａｓｅ１〜Ｃａｓｅ４）であり、縦軸は３００ｍｍのウェハの中心位置におけるエッチングレート（ＥＲ）を示す。
・プロセス条件
温度（チラーの設定温度）  −６０℃
圧力                      ６０ｍＴ（８．００Ｐａ）
第１の高周波電力ＨＦ      ２５００Ｗ
第２の高周波電力ＬＦ      ４０００Ｗ  パルス波Ｄｕｔｙ比５０％（実効値２０００Ｗ）
ガス種                水素（Ｈ２）／四フッ化炭素（ＣＦ４）
上記プロセス条件下において、図１０のＣａｓｅ１、Ｃａｓｅ２は、ウェハＷの裏面に供給するＨｅガス（伝熱ガス）の圧力が５０Ｔ（６６６６Ｐａ）に制御されている場合であり、図１０のＣａｓｅ３、Ｃａｓｅ４は、Ｈｅガスの圧力が８０Ｔ（１０６６６Ｐａ）に制御されている場合である。また、図１０のＣａｓｅ１、Ｃａｓｅ３は、ガスシャワーヘッド２５を構成する天板の温度が３０℃及びチャンバ１０の側壁の温度が４０℃になっている。この場合、Ｈｅガスの圧力を８０Ｔに設定すると、Ｈｅガスの圧力を５０Ｔに設定するよりもＨｅガスによるウェハＷの裏面の冷却効果が高められ、ウェハＷの温度を極低温に維持でき、その結果、エッチングレートを高めることができる。
【００５４】
図１０のＣａｓｅ２、Ｃａｓｅ４は、ガスシャワーヘッド２５を構成する天板の温度が１５０℃及びチャンバ１０の側壁の温度が１５０℃になっている。この場合においても同様に、Ｈｅガスの圧力を８０Ｔに設定すると、Ｈｅガスの圧力を５０Ｔに設定するよりもＨｅガスによるウェハＷの裏面の冷却効果が高められ、ウェハＷの温度を極低温に維持でき、その結果、エッチングレートを高めることができる。
【００５５】
つまり、極低温環境下においてはウェハＷの表面の温度制御が非常に重要であり、常温環境下におけるエッチングと比較しても、ウェハＷの表面の温度を−３５℃未満に制御することがエッチングレートに大きな影響を及ぼすことがわかる。
【００５６】
また、Ｈｅガス等の伝熱ガスによる冷却効果とともに、入熱側のパラメータを変えることでプラズマからウェハＷへの入熱を制御できる。これによっても、ウェハＷの表面の温度を極低温にし、エッチングレートを高めることができる。
【００５７】
例えば、図１１は、本実施形態に係る極低温エッチングにおけるＬＦパワーの制御とＥＲとの関係の一例を示す。図１１に示すエッチング結果は、シリコン含有反射防止膜を、以下のプロセス条件においてエッチングした結果である。図１１の横軸は、ウェハＷのプロセス条件であり、縦軸は３００ｍｍのウェハの中心位置におけるエッチングレート（ＥＲ）を示す。
・プロセス条件
温度（チラーの設定温度）  −７０℃
圧力                      ６０ｍＴ（８．００Ｐａ）
第１の高周波電力ＨＦ      ２５００Ｗ
第２の高周波電力ＬＦ      図２に表示（パルス波、連続波）
ガス種                    水素（Ｈ２）／四フッ化炭素（ＣＦ４）
図１１の左側では、第２の高周波電力ＬＦが、４０００Ｗのパルス波であってＤｕｔｙ比が５０％に制御されている。よって、図１１の左側の第２の高周波電力ＬＦの実効値は２０００Ｗである。図１１の右側では、第２の高周波電力ＬＦが、４０００Ｗの連続波である。よって、図１１の右側の第２の高周波電力ＬＦの実効値は４０００Ｗである。
【００５８】
各グラフを参照すると、第２の高周波電力ＬＦをオン・オフさせて、オフしている間にプラズマからの入熱を抑制し、ウェハＷの表面の温度を下げることができた左側のエッチングレートは、図１１の右側のエッチングレートよりもきわめて高くなっている。
【００５９】
以上から、Ｈｅガスの圧力制御、及び高周波電力のオン・オフを制御することでウェハＷの裏面の冷却効果を高めることができる。これにより、ウェハＷの表面の温度を−３５℃未満に維持できるため、エッチングレートを高めることができ、生産性を向上させることができる。
【００６０】
［温度制御部］
そこで、図１２に示すように、本実施形態にかかる温度測定部２００は、エッチング処理装置１のフォーカスリング１０８の温度を測定し、その測定結果からウェハＷの表面の温度をリアルタイムに制御する制御用ＰＣ２０１を有する。制御用ＰＣ２０１は、ウェハＷの表面の温度をリアルタイムにモニタするモニタ機構の一例である。その際、制御用ＰＣ２０１は、フォーカスリング１０８の温度測定の結果からウェハＷの表面の温度を制御する。
【００６１】
また、温度測定部２００は、温度測定機構２０５を有する。温度測定機構２０５は、フォーカスリング１０８の温度を測定する。温度測定機構２０５の一例として、図１３に示す干渉温度計を例に挙げて、フォーカスリング１０８の温度測定方法について説明する。ただし、温度測定機構２０５は、フォーカスリング１０８の温度を測定できれば、干渉温度計によらず、公知のいずれの温度計も使用することができる。
【００６２】
温度測定機構２０５は、分光器２０２、光源２０３、サーキュレーター２０４及びコリメーター２０７を有する。図１２に示すように、エッチング処理装置１のフォーカスリング１０８の下部には、フォーカスリング１０８に密着させるように光ファイバ２０６の先端部が載置台２０に埋設されている。光ファイバ２０６は、コリメーター２０７を介して温度測定機構２０５に接続されている。
【００６３】
図１３に示すように、温度測定機構２０５は、屈折率ｎのシリコン（Ｓｉ）で構成されたフォーカスリング１０８の温度を測定する。測定対象物であるフォーカスリング１０８は、フォーカスリング１０８の裏面に相当する第１主面及びフォーカスリング１０８の表面に相当する、第１主面に対向する第２主面を有する。
【００６４】
まず、光源２０３から波長λが１５６０ｎｍのスペクトル光が放出される。光源２０３は、フォーカスリング１０８を透過する波長を有する測定光の光源である。光源２０３から出力された１５６０ｎｍの測定光は、サーキュレーター２０４を介してコリメーター２０７へ入力され、集光されて光ファイバ２０６の出力端からフォーカスリング１０８へ向けて出射される。コリメーター２０７は、第１主面で反射された測定光の第１反射光Ａと、フォーカスリング１０８を透過して第２主面で反射された測定光の第２反射光Ｂとを入光する。入光された第１反射光Ａ及び第２反射光Ｂは、サーキュレーター２０４を介して、分光器２０２に伝送される。図１２に戻り、分光器２０２には制御用ＰＣ２０１が接続されている。制御用ＰＣ２０１は、分光器２０２から転送された第１反射光Ａと第２反射光Ｂとの干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいてフォーカスリング１０８の温度を計測する。
【００６５】
このように、本実施形態では、温度測定機構２０５を用いてフォーカスリング１０８の温度を計測し、ウェハＷが載置された載置台２０の温度を直接には測定していない。その理由は、載置台２０の裏面の温度を直接測定すると、載置台２０とウェハＷとには所定の距離があるため、載置台２０の裏面の測定値が実際のウェハＷの表面の温度を示しておらず、ウェハＷの温度制御を正確に行うことが困難になることが挙げられる。また、載置台２０の裏面で温度測定を行うと、ウェハＷの上方で生成されるプラズマからの入熱の影響を受け易いことや、静電チャック１０６の電気的な影響を受け易く、ウェハＷの表面の温度を正確に測定することの妨げとなり易い。以上の理由により、本実施形態にかかる温度測定部２００は、フォーカスリング１０８の温度を測定し、測定結果に基づきウェハＷの表面の温度を推定する。
【００６６】
その際、フォーカスリング１０８の測定温度からウェハＷの表面の温度が正確に推定できるように、エッチング処理装置１は、フォーカスリング１０８を冷却させる冷却機構とフォーカスリング１０８を静電チャック１０６に吸着させる吸着機構とを有する。これらの機構について、図１４を参照しながら具体的に説明する。
【００６７】
図１４の（ａ）は、従来の静電チャック１０６、フォーカスリング１０８及びその近傍の一例を示す。図１４の（ａ）の例では、静電チャック１０６とフォーカスリング１０８との間に、伝熱シート３００を挟んで静電チャック１０６とフォーカスリング１０８とを密着させる中間体３１０が設けられている。これにより、静電チャック１０６とフォーカスリング１０８とは熱的に分離された状態となる。この結果、図１４（ａ）に示す構成例では、フォーカスリング１０８の測定温度からウェハＷの表面の温度を正確に推定することは難しい。
【００６８】
一方、図１４の（ｂ）は、本実施形態にかかるエッチング処理装置１の静電チャック１０６、フォーカスリング１０８及びその近傍を示す。本実施形態にかかるエッチング処理装置１には、フォーカスリング１０８と静電チャック１０６との間に中間体３１０及び伝熱シート３００は把持されておらず、フォーカスリング１０８と静電チャック１０６とが直接接している。
【００６９】
また、フォーカスリング１０８の下方の静電チャック１０６の内部には、チャック電極４０６ａ、４０６ｂが設けられている。チャック電極４０６ａには、直流電圧源４１２ａが接続され、直流電圧源４１２ａからチャック電極４０６ａに直流電圧ＨＶ−Ａが印加される。同様に、チャック電極４０６ｂには、直流電圧源４１２ｂが接続され、直流電圧源４１２ｂからチャック電極４０６ｂに直流電圧ＨＶ−Ｂが印加される。これにより、クーロン力によって静電チャック１０６とフォーカスリング１０８とが静電吸着される。
【００７０】
更に、本実施形態にかかるエッチング処理装置１には、フォーカスリング１０８の裏面にヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスを供給するためのガス供給ライン４３０が設けられている。ガス供給ライン４３０には、図１に示す伝熱ガス供給源８５が接続されている。これにより、フォーカスリング１０８の裏面は、ウェハＷの裏面と同じように伝熱ガスにより冷却される。また、フォーカスリング１０８の裏面は、ウェハＷの裏面と同じように冷媒流路１０４ａにより冷却される。
【００７１】
かかる構成のエッチング処理装置１によれば、フォーカスリング１０８の裏面とウェハＷの裏面とを同一環境で冷却する構造を有するため、エッチング中のプラズマからの入熱に対してフォーカスリング１０８と載置台２０との抜熱性能を同じにすることができる。よって、フォーカスリング１０８の温度を測定すれば、載置台２０の材質や構造、冷媒流路１０４ａの構造、冷媒温度等の条件に基づきウェハＷの表面の温度を正確に推定することができる。これにより、フォーカスリング１０８の温度をリアルタイムに測定することで、ウェハＷの表面の温度をリアルタイムにモニタすることができる。
【００７２】
なお、チラー１０７から冷媒流路１０４ａに冷媒を供給する機構、及び伝熱ガス供給源８５からガス供給ライン１３０、４３０を介して伝熱ガスを供給する機構は、載置台２０に設けられた温度制御機構の一例である。温度測定部２００は、温度制御機構と高周波電力ＲＦのオン・オフ制御を用いてウェハＷ表面の温度を調整する。
【００７３】
具体的には、図１２の制御用ＰＣ２０１は、フォーカスリング１０８の温度を所定時間毎にリアルタイムに取得する。そして、制御用ＰＣ２０１は、図１２に示すような、予めＲＯＭ１１０等の記録部に記録されている高周波電力ＲＦの出力とウェハＷの温度との関係グラフＧｈ１に基づき、取得したフォーカスリング１０８の温度情報から高周波電力ＲＦのオン・オフをリアルタイムに制御する。例えば、制御用ＰＣ２０１は、取得した温度情報が示す温度が−３５℃よりも高い場合、ウェハＷの表面の温度が極低温状態にないと判定し、高周波電力ＲＦをオフにするように、制御部１００に高周波電力ＲＦをオフにする信号を出力する。制御部１００は、制御用ＰＣ２０１から送信された信号に基づき、高周波電力ＲＦをオフにフィードバック制御する。
【００７４】
また、例えば、制御用ＰＣ２０１は、取得したフォーカスリング１０８の温度情報が示す温度が−３５℃未満の場合、ウェハＷの表面の温度が極低温状態にあると判定し、高周波電力ＲＦをオンにするように、制御部１００に高周波電力ＲＦをオンにする信号を出力する。制御部１００は、制御用ＰＣ２０１から送信された信号に基づき、高周波電力ＲＦをオンにフィードバック制御する。このようにして、測定したフォーカスリング１０８の測定温度に基づきリアルタイムにパルス状の高周波電力ＲＦを印加することで、ウェハＷの表面の温度を−３５℃未満の極低温に維持することができる。
【００７５】
なお、制御用ＰＣ２０１は、高周波電力ＲＦとして、第２高周波電源３４の出力のオン・オフのみを制御してもよいし、第１高周波電源３２の出力と第２高周波電源３４の出力とのオン・オフを同期して制御してもよい。
【００７６】
以上に説明したように、温度測定部２００は、フォーカスリング１０８の測定温度に基づき、第２高周波電源３４の出力を停止するか、又は第１高周波電源３２と第２高周波電源３４との出力を停止し、ウェハＷの表面の温度が−３５℃未満の状態を維持するようにフィードバック制御を行う。以上に説明したフィードバック機能により、本実施形態によれば、ウェハＷの表面の温度を極低温に維持することができる。特に、本実施形態にかかるエッチング処理装置１は、ウェハＷの端部の温度制御を行うために、フォーカスリング１０８の下方に図１４に示す温度制御機構（冷却機構及び伝熱機構）を有する。これにより、フォーカスリング１０８と載置台２０との抜熱性能を同じにすることができる。よって、フォーカスリング１０８の温度を測定すれば、ウェハＷの表面の温度を正確に推定することができる。これにより、フォーカスリング１０８の温度を測定することで、ウェハＷの表面の温度を−３５℃未満の極低温状態に維持するように、高周波電力ＲＦのフィードバック制御を行うことができる。
【００７７】
また、本実施形態では、フォーカスリング１０８の温度を測定することで、ウェハＷの表面の温度を−３５℃未満の極低温状態に維持するように、伝熱ガスの圧力のフィードバック制御を行うことができる。
【００７８】
図１５は、一実施形態に係る極低温における伝熱ガスとフォーカスリング１０８の温度との関係の一例を示す。図１５の横軸は、Ｈｅガスを伝熱ガスとしてフォーカスリング１０８の裏面に供給した場合のＨｅガスの圧力（ＦＲ  Ｈｅ  ＢＰ）を示す。図１５の縦軸は、フォーカスリング１０８の温度を示す。これによれば、極低温環境において、Ｈｅガスの圧力とフォーカスリング１０８の温度とは、図１５に示すグラフの関係があることがわかる。
【００７９】
図１６は、制御用ＰＣ２０１によるフィードバック制御の結果の一例を示す。これによれば、高周波電力ＲＦがオン・オフを繰り返すことで、高周波電力ＲＦがオンしている間に上昇するウェハＷの表面の温度を、高周波電力ＲＦがオフしている間に下降させることができている。これにより、ウェハＷ表面の温度を−３５℃未満の極低温に維持することができる。
【００８０】
この高周波電力ＲＦのオン・オフ制御及び伝熱ガスの圧力制御は、エッチング中のフォーカスリング１０８の温度測定に応じてリアルタイムに行われるため、温度制御性が高い。よって、本実施形態にかかるエッチング処理装置１によれば、フォーカスリング１０８の温度を測定することで、高周波電力ＲＦのオン・オフ制御と伝熱ガスの圧力制御との両方をリアルタイムに自律制御することが可能である。この結果、ウェハＷの表面の温度を−３５℃未満の極低温に維持することで高いエッチングレートを得ることができ、生産性を向上させることができる。
【００８１】
なお、制御用ＰＣ２０１は、Ｈｅガスの圧力制御、及び高周波電力ＲＦのオン・オフ制御の少なくともいずれかを制御してもよい。例えば、制御用ＰＣ２０１は、第１高周波電力又は第２高周波電力の出力の停止と、伝熱ガスの圧力制御とは自律制御によって行われてもよい。
【００８２】
以上、エッチング処理方法及びプラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるエッチング処理方法及びプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００８３】
例えば、上記実施形態では、水素含有ガスとして水素ガスを例に挙げ、フッ素含有ガスとして四フッ化炭素ガスを例に挙げて説明した。しかしながら、水素含有ガスは、水素（Ｈ２）ガスに限らず、メタン（ＣＨ４）ガス、フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）ガス、ジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）ガス及びトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）ガスの少なくともいずれかのガスを含んでいればよい。また、フッ素含有ガスは、四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスに限らず、Ｃ４Ｆ６（ヘキサフルオロ１，３ブタジエン）ガス、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）ガス、Ｃ３Ｆ８（八フッ化プロパン）ガス、ＮＦ３（三フッ化窒素）ガス、ＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスであってもよい。
【００８４】
また、エッチングにより生じた反応生成物を除去する工程を、第２高周波電力のオフ時間Ｔｏｆｆ、又は第１及び第２高周波電力のオフ時間Ｔｏｆｆに行ってもよい。例えば、オフ時間Ｔｏｆｆに酸素（Ｏ２）ガスを供給し、酸素ガスから生成されたＯ２プラズマにより、ホールの間口に付着した反応生成物を除去してもよい。または、水素（Ｈ２）ガス及び四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスを供給し、これらの混合ガスから生成されたプラズマによりエッチングを促進し、反応生成物を除去してもよい。
【００８５】
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。
【００８６】
本明細書では、エッチング対象として半導体ウェハＷについて説明したが、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００８７】
１：エッチング処理装置
１０：チャンバ
１５：ガス供給源
２０：載置台
２５：ガスシャワーヘッド
３０：電力供給装置
３２：第１高周波電源
３３：第１整合器
３４：第２高周波電源
３５：第２整合器
８５：伝熱ガス供給源
１０６：静電チャック
１０７：チラー
２００：温度制御部
２０２：分光器
２０３：光源
２０４：サーキュレーター
２０５：温度測定機構
２０７：コリメーター
【図１】
0006449141.tif 000002
【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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