JP2018200925A - エッチング方法およびエッチング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機膜に形成された溝のボーイングを抑制する。
【解決手段】エッチング方法は、搬入工程と、第１のエッチング工程と、第２のエッチング工程とを含む。搬入工程では、チャンバ内に、有機膜上にマスク膜が積層された被処理基板が搬入される。第１のエッチング工程では、酸素を含む第１のガスに対する、硫黄を含む第２のガスの流量比が第１の流量比となる処理ガスのプラズマにより、マスク膜の下層の有機膜がエッチングされる。第２のエッチング工程では、第１のガスに対する第２のガスの流量比が第１の流量比とは異なる第２の流量比となる処理ガスのプラズマにより、有機膜がさらにエッチングされる。また、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とは、有機膜のエッチングにおいて交互に複数回実行される。
【選択図】図３

Description

本発明の種々の側面および実施形態は、エッチング方法およびエッチング装置に関する。
プラズマを用いたエッチング工程において被処理膜に溝を形成する場合、溝の側壁が必要以上に削れることにより溝の中間の空間が膨れてしまういわゆるボーイングが発生することが知られている。微細化の進展により、このボーイングの問題が顕在化し、溝の幅を設計通りに制御することが難しくなっている。その対策として、下記の特許文献１には、Ｏ２（酸素）ガス、Ｎ２（窒素）ガス、またはＨ２（水素）ガス等のエッチングガスにＣＯＳ（硫酸カルボニル）ガスを添加する技術が開示されている。
特開２０１０−１０９３７３号公報
エッチングガスにＣＯＳガスが添加されることにより、ボーイングはある程度抑制される。しかし、微細化のさらなる進展により、さらなるボーイングの抑制が求められている。
本発明の一側面は、エッチング方法であって、搬入工程と、第１のエッチング工程と、第２のエッチング工程とを含む。搬入工程では、チャンバ内に、有機膜上にマスク膜が積層された被処理基板が搬入される。第１のエッチング工程では、酸素を含む第１のガスに対する、硫黄を含む第２のガスの流量の比が第１の流量比となる処理ガスのプラズマにより、マスク膜の下層の有機膜がエッチングされる。第２のエッチング工程では、第１のガスに対する第２のガスの流量比が第１の流量比とは異なる第２の流量比となる処理ガスのプラズマにより、有機膜がさらにエッチングされる。また、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とは、有機膜のエッチングにおいて交互に複数回実行される。
本発明の種々の側面および実施形態によれば、有機膜に形成された溝のボーイングを抑制することができる。
図１は、エッチング装置の一例を示す図である。 図２は、被処理基板の断面の一例を示す模式図である。 図３は、エッチング処理の一例を示すフローチャートである。 図４は、比較例における溝の形成過程の一例を示す模式図である。 図５は、本実施形態における溝の形成過程の一例を示す模式図である。 図６は、各条件下でのエッチングと溝の形状との関係の一例を示す図である。 図７は、Ｂｏｗ ＣＤ、ＢＴＭ ＣＤ、およびマスク残量の一例を説明する図である。 図８は、図６（ａ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図９は、図６（ｂ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図１０は、図６（ｃ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図１１は、図６（ｄ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図１２は、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程がそれぞれ１回ずつ行われる周期とΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）との関係の一例を示す図である。 図１３は、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程がそれぞれ１回ずつ行われる周期とマスク残量との関係の一例を示す図である。 図１４は、デューティ比と溝の形状との関係の一例を示す図である。 図１５は、デューティ比が５０％の場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図１６は、デューティ比が７５％の場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図１７は、デューティ比が８０％の場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図１８は、デューティ比とΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）との関係の一例を示す図である。 図１９は、デューティ比とマスク残量との関係の一例を示す図である。 図２０は、実施形態におけるＯ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比と溝の形状との関係の一例を示す図である。 図２１は、流量比が２．９％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図２２は、流量比が１４．３％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図２３は、流量比が１６．７％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図２４は、流量比が２０％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。 図２５は、比較例におけるＯ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比と溝の形状との関係の一例を示す図である。 図２６は、流量比とΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）との関係の一例を示す図である。 図２７は、流量比とマスク残量との関係の一例を示す図である。
開示するエッチング方法は、１つの実施形態において、搬入工程と、第１のエッチング工程と、第２のエッチング工程とを含む。搬入工程では、チャンバ内に、有機膜上にマスク膜が積層された被処理基板が搬入される。第１のエッチング工程では、酸素を含む第１のガスに対する、硫黄を含む第２のガスの流量比が第１の流量比となる処理ガスのプラズマにより、マスク膜の下層の有機膜がエッチングされる。第２のエッチング工程では、第１のガスに対する第２のガスの流量比が第１の流量比とは異なる第２の流量比となる処理ガスのプラズマにより、有機膜がさらにエッチングされる。また、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とは、有機膜のエッチングにおいて交互に複数回実行される。
また、開示するエッチング方法の１つの実施形態において、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とは、第１のエッチング工程の処理時間と第２のエッチング工程の処理時間とが所定の比率となるように交互に実行されてもよい。
また、開示するエッチング方法の１つの実施形態において、第１のエッチング工程の処理時間と第２のエッチング工程の処理時間との合計に対する、第１のエッチング工程の処理時間の比率は、３０％以上９０％以下の範囲内の比率であってもよい。
また、開示するエッチング方法の１つの実施形態において、１回の第１のエッチング工程の処理時間と１回の第２のエッチング工程の処理時間との合計は、５秒以下であってもよい。
また、開示するエッチング方法の１つの実施形態において、第１のエッチング工程では、第１のガスが第１の流量でチャンバ内に供給され、第２のガスが第２の流量でチャンバ内に供給される。また、第２のエッチング工程では、第１のガスが第１の流量でチャンバ内に供給され、第２のガスが第２の流量よりも小さい第３の流量でチャンバ内に供給されてもよい。また、第２のガスは、第２の流量と第３の流量との間でステップ状に切り換えられてもよい。
また、開示するエッチング方法の１つの実施形態において、第３の流量は０であってもよい。
また、開示するエッチング方法の１つの実施形態では、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程においてチャンバ内に供給される第１のガスの平均流量に対する、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程においてチャンバ内に供給される第２のガスの平均流量の比率は、２０％以下の比率であってもよい。
また、開示するエッチング方法の１つの実施形態において、第１のガスには、Ｏ２ガス、ＣＯガス、またはＣＯ２ガスの少なくともいずれかが含まれていてもよく、第２のガスには、ＣＯＳガス、ＳＯガス、ＳＯ２ガス、またはＳＦ６ガスの少なくともいずれかが含まれていてもよい。
また、開示するエッチング装置は、１つの実施形態において、チャンバと、供給部と、エッチング処理部と、制御部とを備える。チャンバには、有機膜上にマスク膜が積層された被処理基板が搬入される。供給部は、チャンバ内に、酸素を含む第１のガスおよび硫黄を含む第２のガスを供給する。エッチング処理部は、チャンバ内に供給されたガスのプラズマにより、マスク膜の下層の有機膜をエッチングする。制御部は、第１のガスに対する第２のガスの流量比を制御する。また、制御部は、第１のエッチング工程と、第２のエッチング工程とを実行する。制御部は、第１のエッチング工程において、第１のガスに対する第２のガスの流量比が第１の流量比となるように供給部を制御し、第１の流量比のガスのプラズマによりエッチング処理部に有機膜をエッチングさせる。また、制御部は、第２のエッチング工程において、第１のガスに対する第２のガスの流量比が第１の流量比とは異なる第２の流量比となるように供給部を制御し、第２の流量比の処理ガスのプラズマによりエッチング処理部に有機膜をさらにエッチングさせる。また、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とは、有機膜のエッチングにおいて交互に複数回実行される。
以下に、開示するエッチング方法およびエッチング装置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、本実施形態により、開示されるエッチング方法およびエッチング装置が限定されるものではない。
［エッチング装置１０の構成］
図１は、エッチング装置１０の一例を示す図である。エッチング装置１０は、例えば図１に示すように、表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等により形成され、内部に略円筒形状の処理空間を画成するチャンバ２１を有する。チャンバ２１は、保安接地されている。本実施形態におけるエッチング装置１０は、例えば容量結合型の平行平板プラズマ処理装置として構成されている。チャンバ２１内には、セラミックス等で形成された絶縁板２２を介して支持台２３が配置される。支持台２３上には例えばアルミニウム等で形成され、下部電極として機能するサセプタ２４が設けられている。
サセプタ２４の略中央上部には、被処理基板Ｗを静電気力で吸着保持する静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は、載置台の一例である。静電チャック２５は、導電膜等で形成された電極２６を一対の絶縁層で挟んだ構造を有する。電極２６には直流電源２７が電気的に接続されている。なお、静電チャック２５には、被処理基板Ｗを加熱するための図示しないヒータが設けられていてもよい。
サセプタ２４の上部には、静電チャック２５を囲むようにフォーカスリング２５ａが配置されている。フォーカスリング２５ａにより、被処理基板Ｗのエッヂ付近におけるプラズマの均一性が向上する。フォーカスリング２５ａは、例えば単結晶シリコン等により形成される。支持台２３およびサセプタ２４の周囲には、支持台２３およびサセプタ２４を囲むように、内壁部材２８が設けられている。内壁部材２８は、例えば石英等により略円筒状に形成されている。
支持台２３の内部には、例えば支持台２３の周方向に沿って冷媒室２９が形成されている。冷媒室２９には、外部に設けられた図示しないチラーユニットから配管３０ａおよび配管３０ｂを介して、所定温度に制御された冷媒が循環供給される。冷媒室２９内を冷媒が循環することにより、冷媒との熱交換により静電チャック２５上の被処理基板Ｗを所定の温度に制御することができる。また、静電チャック２５の上面と、静電チャック２５上に載置された被処理基板Ｗの裏面との間には、図示しないガス供給機構から供給された伝熱ガスが、配管３１を介して供給される。伝熱ガスは、例えばヘリウムガスである。
下部電極として機能するサセプタ２４の上方には、チャンバ２１内の処理空間を介してサセプタ２４と対向するように上部電極４０が設けられている。上部電極４０とサセプタ２４との間の空間であって、チャンバ２１に囲まれた空間が、プラズマが生成される処理空間である。上部電極４０は、電極本体部として機能する天板４２と、天板４２を支持する天板支持部４１とを有する。
天板支持部４１は、絶縁性部材４５を介して、チャンバ２１の上部に支持されている。天板支持部４１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の、熱伝導性が比較的に高い導電性材料により略円板状に形成されている。また、天板支持部４１は、処理空間で生成されたプラズマによって加熱された天板４２を冷却する冷却板としても機能する。天板支持部４１には、処理ガスを導入するガス導入口４６と、ガス導入口４６から導入された処理ガスを拡散させる拡散室４３と、拡散室４３内に拡散された処理ガスを下方に通流させる流路である複数の流通口４３ａとが形成されている。
天板４２は、例えば石英等のケイ素含有物質により略円板状に形成される。天板４２には、天板４２を天板４２の厚さ方向に貫く複数のガス導入口４２ａが形成されている。各ガス導入口４２ａは、天板支持部４１の流通口４３ａのいずれかと連通するように配置されている。これにより、拡散室４３内に供給された処理ガスは、流通口４３ａおよびガス導入口４２ａを介してチャンバ２１内にシャワー状に拡散されて供給される。
天板支持部４１のガス導入口４６には、配管４７を介して複数のバルブ５０ａ〜５０ｄが接続されている。バルブ５０ａには、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４９ａを介して、ガス供給源４８ａが接続されている。バルブ５０ａが開状態、即ちオープン状態に制御された場合、ガス供給源４８ａから供給された処理ガスは、ＭＦＣ４９ａによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。本実施形態において、ガス供給源４８ａは、例えばＣＦ４ガスをチャンバ２１内に供給する。
また、バルブ５０ｂには、ＭＦＣ４９ｂを介して、ガス供給源４８ｂが接続されている。バルブ５０ｂが開状態に制御された場合、ガス供給源４８ｂから供給されたガスは、ＭＦＣ４９ｂによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。本実施形態において、ガス供給源４８ｂは、ＣＨ２Ｆ２ガスをチャンバ２１内に供給する。
また、バルブ５０ｃには、ＭＦＣ４９ｃを介して、ガス供給源４８ｃが接続されている。バルブ５０ｃが開状態に制御された場合、ガス供給源４８ｃから供給されたガスは、ＭＦＣ４９ｃによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。本実施形態において、ガス供給源４８ｃは、Ｏ２ガスをチャンバ２１内に供給する。Ｏ２ガスは、酸素を含む第１のガスの一例である。
また、バルブ５０ｄには、ＭＦＣ４９ｄを介して、ガス供給源４８ｄが接続されている。バルブ５０ｄが開状態に制御された場合、ガス供給源４８ｄから供給されたガスは、ＭＦＣ４９ｄによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。本実施形態において、ガス供給源４８ｄは、ＣＯＳガスをチャンバ２１内に供給する。ＣＯＳガスは、硫黄を含む第２のガスの一例である。
ＭＦＣ４９ａ〜４９ｄのそれぞれによる各ガスの流量の調整、および、バルブ５０ａ〜５０ｄのそれぞれの開閉は、後述する制御部６０によって制御される。ガス供給源４８ａ〜４８ｄ、ＭＦＣ４９ａ〜４９ｄ、およびバルブ５０ａ〜５０ｄは、供給部の一例である。
下部電極として機能するサセプタ２４には、整合器３３ａを介して高周波電源３４ａが電気的に接続されている。また、サセプタ２４には、整合器３３ｂを介して高周波電源３４ｂが接続されている。高周波電源３４ａは、２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの第１の周波数の高周波電力、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を、整合器３３ａを介してサセプタ２４に供給する。高周波電源３４ｂは、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの第２の周波数の高周波電力、例えば１３ＭＨｚの高周波電力を、整合器３３ｂを介してサセプタ２４に供給する。
第１の周波数の高周波電力がサセプタ２４に供給されることにより、処理空間内に処理ガスのプラズマが生成される。サセプタ２４および上部電極４０は、エッチング処理部の一例である。また、第２の周波数の高周波電力がサセプタ２４に供給されることにより、プラズマ中のイオン等の活性種が静電チャック２５上の被処理基板Ｗに引き込まれる。高周波電源３４ａおよび３４ｂから供給される高周波電力は、後述する制御部６０によって制御される。
チャンバ２１の底部には排気口７１が設けられており、排気口７１には排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、例えばＤＰ（Dry Pump）やＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）等の真空ポンプを有しており、チャンバ２１内を所望の真空度まで減圧することができる。排気装置７３は、後述する制御部６０によって制御される。
チャンバ２１の側壁には被処理基板Ｗの搬入および搬出を行うための開口７４が設けられている。開口７４は、ゲートバルブＧにより開閉可能となっている。また、チャンバ２１の内壁には、壁面に沿ってデポシールド７６が着脱自在に設けられている。また、内壁部材２８の外周面には、内壁部材２８の外周面に沿ってデポシールド７７が着脱自在に設けられている。デポシールド７６および７７は、チャンバ２１の内壁および内壁部材２８に反応副生成物(デポ)が付着することを防止する。静電チャック２５上に載置された被処理基板Ｗと略同じ高さのデポシールド７６の位置には、導電性部材により構成され、グランドに接続されたＧＮＤブロック７９が設けられている。ＧＮＤブロック７９により、チャンバ２１内の異常放電が防止される。
上記したエッチング装置１０は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。制御部６０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ６１と、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ６２と、ユーザインターフェイス６３とを有する。ユーザインターフェイス６３は、例えば、工程管理者等のユーザがエッチング装置１０を管理するためにコマンドの入力を行うキーボードや、エッチング装置１０の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。
メモリ６１には、エッチング装置１０において各種処理を実現するための処理条件のデータ等を含むレシピや、制御プログラム（ソフトウエア）が格納されている。プロセッサ６２は、制御プログラムをメモリ６１から読み出して実行し、メモリ６１に格納されたレシピ等に基づいてエッチング装置１０の各部を制御する。これにより、エッチング装置１０によって被処理基板Ｗに対するエッチング処理が行われる。なお、処理条件のデータ等を含むレシピや制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体等に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば通信回線を介して伝送されたものを利用したりすることも可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体とは、例えば、ハードディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、フレキシブルディスク、半導体メモリ等である。
［被処理基板Ｗの構造］
図２は、被処理基板Ｗの断面の一例を示す模式図である。本実施形態では、一例として例えば図２に示すような構造の被処理基板Ｗに対してエッチングが行われる。被処理基板Ｗは、例えば図２に示すように、シリコン等の基板２０１の上に、例えばアモルファスカーボンやスピンオンカーボン等の有機膜２０２が積層され、有機膜２０２の上に、例えばＳｉＯＮ等のシリコン含有反射防止膜（ＳｉＡＲＣ）であるマスク層２０３が積層されている。そして、マスク層２０３の上に、例えばＡｒＦレジスト等のＰＲ（PhotoResist）２０４が積層されている。ＰＲ２０４は、マスク層２０３および有機膜２０２に形成される溝の開口の形状に対応する形状にパターニングされる。
［エッチング処理］
図３は、エッチング処理の一例を示すフローチャートである。図３に示すエッチング処理は、制御部６０の制御により実行される。
まず、ゲートバルブＧが開かれ、被処理基板Ｗがチャンバ２１内に搬入される（Ｓ１００）。ステップＳ１００は、搬入工程の一例である。そして、被処理基板Ｗが、静電チャック２５上に載置され、ゲートバルブＧが閉じられる。そして、制御部６０は、直流電源２７を制御して電極２６に直流電圧を印加する。これにより、被処理基板Ｗが静電チャック２５の上面に吸着保持される。そして、制御部６０は、図示しないチラーユニットを制御して、支持台２３の冷媒室２９内を循環する冷媒の温度を調整することにより、被処理基板Ｗを所定の温度に調節する。
次に、制御部６０は、マスク層２０３のエッチング工程を所定時間実行する（Ｓ１０１）。マスク層２０３のエッチング工程では、制御部６０は、排気装置７３を制御し、チャンバ２１内を所定の真空度まで排気する。そして、制御部６０は、バルブ５０ａ〜５０ｃを開状態に制御する。なお、バルブ５０ｄは閉状態に制御されている。
そして、制御部６０は、ガス供給源４８ａから供給されるＣＦ４ガスの流量が所定の流量となるようにＭＦＣ４９ａを制御し、ガス供給源４８ｂから供給されるＣＨ２Ｆ２ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ４９ｂを制御し、ガス供給源４８ｃから供給されるＯ２ガスの流量が所定の流量となるようにＭＦＣ４９ｃを制御する。制御部６０は、例えばＣＦ４ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、およびＯ２ガスの流量が、それぞれ、例えば、２５０ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍ、および５ｓｃｃｍとなるように、ＭＦＣ４９ａ〜４９ｃを制御する。そして、制御部６０は、排気装置７３を制御し、チャンバ２１内を所定の圧力に制御する。制御部６０は、チャンバ２１内の圧力を、例えば７５ｍＴに制御する。
そして、制御部６０は、高周波電源３４ａを制御し、例えば４００Ｗの高周波電力をサセプタ２４に印加する。これにより、上部電極４０とサセプタ２４との間にＣＦ４ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、およびＯ２ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。そして、制御部６０は、高周波電源３４ｂを制御し、例えば１００Ｗの高周波電力をサセプタ２４に印加する。これにより、プラズマ中のイオン等の活性種が静電チャック２５上の被処理基板Ｗに引き込まれ、ＰＲ２０４をマスクとして、ＰＲ２０４の下層のマスク層２０３がエッチングされる。
マスク層２０３のエッチングが完了した後、制御部６０は、マスク層２０３をマスクとしてマスク層２０３の下層の有機膜２０２をエッチングする第１のエッチング工程を所定時間実行する（Ｓ１０２）。第１のエッチング工程では、制御部６０は、バルブ５０ａおよび５０ｂを閉状態に制御し、バルブ５０ｃおよび５０ｄを開状態に制御する。そして、制御部６０は、ガス供給源４８ｃから供給されるＯ２ガスの流量が所定の流量となるようにＭＦＣ４９ｃを制御し、ガス供給源４８ｄから供給されるＣＯＳガスの流量が所定の流量となるようにＭＦＣ４９ｄを制御する。第１のエッチング工程では、制御部６０は、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が第１の流量比となるように、ＭＦＣ４９ｃおよび４９ｄをそれぞれ制御する。そして、制御部６０は、チャンバ２１内の圧力が例えば１２ｍＴとなるように排気装置７３を制御する。
また、制御部６０は、高周波電源３４ａからサセプタ２４に印加される高周波電力を３００Ｗに変更し、高周波電源３４ｂからサセプタ２４に印加される高周波電力を停止する。これにより、Ｏ２ガスおよびＣＯＳガスのプラズマにより、マスク層２０３をマスクとしてマスク層２０３の下層の有機膜２０２をエッチングされる。第１のエッチング工程におけるＯ２ガスの流量およびＣＯＳガスの流量、ならびに、第１の流量比については、後述する。
次に、制御部６０は、マスク層２０３をマスクとして有機膜２０２をさらにエッチングする第２のエッチング工程を所定時間実行する（Ｓ１０３）。第２のエッチング工程では、制御部６０は、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が第１の流量比とは異なる第２の流量比となるように、ＭＦＣ４９ｃおよび４９ｄをそれぞれ制御する。本実施形態において、第２の流量比は、例えば第１の流量比よりも低い値である。即ち、本実施形態の第２のエッチング工程では、第１のエッチング工程よりもＣＯＳガスの流量が少ない。具体的には、本実施形態の第２のエッチング工程では、制御部６０は、ＣＯＳガスの供給を停止する。これにより、本実施形態の第２のエッチング工程では、主にＯ２ガスのプラズマにより有機膜２０２がエッチングされる。チャンバ２１内の圧力、および、高周波電源３４ａからサセプタ２４に印加される高周波電力については、第１のエッチング工程と同様である。なお、第２のエッチング工程においても、高周波電源３４ｂからサセプタ２４に高周波電力は印加されない。第２のエッチング工程におけるＯ２ガスの流量およびＣＯＳガスの流量については、後述する。
次に、制御部６０は、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とをそれぞれ１回ずつ含むサイクルが所定サイクル実行されたか否かを判定する（Ｓ１０４）。第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とをそれぞれ１回ずつ含むサイクルが所定サイクル実行されると、有機膜２０２に所定の深さの溝が形成される。第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とをそれぞれ１回ずつ含むサイクルが所定サイクル実行されていない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、制御部６０は、再びステップＳ１０２に示した第１のエッチング工程を実行する。
一方、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とをそれぞれ１回ずつ含むサイクルが所定サイクル実行された場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、制御部６０は、高周波電源３４ａおよび高周波電源３４ｂを停止させる。そして、制御部６０は、バルブ５０ａ〜５０ｄを閉状態に制御し、排気装置７３を制御してチャンバ２１内を所定の真空度まで排気する。そして、制御部６０は、直流電源２７から電極２６への直流電圧の印加を停止させる。そして、ゲートバルブＧが開かれて、被処理基板Ｗがチャンバ２１内から搬出される（Ｓ１０５）。
［溝の形状］
ここで、有機膜２０２に形成される溝の形状について説明する。図４は、比較例における溝の形成過程の一例を示す模式図である。比較例では、マスク層２０３のエッチングが行われた後、例えば、Ｏ２ガスとＣＯＳガスの混合ガスのプラズマを用いて、マスク層２０３をマスクとして有機膜２０２がエッチングされる。
この場合、被処理基板Ｗの表面のチャージアップ等により、溝の開口付近の等電位面が歪む。これにより、Ｏイオン等の荷電粒子の入射方向が溝の開口付近で曲げられ、溝の側壁の方向に入射する。これにより、溝の側壁が横方向にエッチングされ、いわゆるボーイングが発生する。さらに、溝の側壁や底面でＯイオン等との反応により発生した反応副生成物２１０が溝の開口付近に付着する、いわゆるネッキングが発生する。これにより、溝の開口部が狭まり、溝の開口部が閉じてしまう場合がある。
Ｏ２ガスにＣＯＳガスが添加されることにより、溝の側壁に硫黄を含む反応副生成物２１０が付着し、横方向のエッチングが抑制される。これにより、ある程度ボーイングの発生を抑えることができる。しかし、近年の微細化の進展により、さらに高アスペクト比の溝の形成が求められており、さらなるボーイングの低減が求められている。
これに対し、本実施形態のエッチング装置１０では、マスク層２０３をマスクとして有機膜２０２をエッチングする際に、第１のエッチング工程と、第２のエッチング工程とが交互に繰り返される。例えば、第１のエッチング工程では、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が第１の流量比となるように調整された処理ガスのプラズマにより、有機膜２０２がエッチングされる。これにより、例えば図５（ａ）に示すように、有機膜２０２がエッチングされると共に、マスク層２０３および有機膜２０２の側壁および底面に硫黄を含む反応副生成物２１１が付着する。これにより、溝の側壁のエッチングが抑制され、ボーイングが抑制される。図５は、本実施形態における溝の形成過程の一例を示す模式図である。
そして、第２のエッチング工程では、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が第１の流量比とは異なる第２の流量比となるように調整された処理ガスのプラズマにより、有機膜２０２がエッチングされる。具体的には、第２のエッチング工程では、ＣＯＳガスの供給が停止され、Ｏ２ガスのプラズマにより有機膜２０２がエッチングされる。これにより、例えば図５（ｂ）に示すように、マスク層２０３および有機膜２０２の側壁および底面に付着した反応副生成物２１１がエッチングされ、反応副生成物２１２として排出される。
この際、Ｏイオンは、主に有機膜２０２の厚さ方向に入射するため、溝の底面が多くエッチングされる。これにより、主に有機膜２０２の厚さ方向へのエッチングが進行する。なお、マスク層２０３および有機膜２０２の側壁および底面に付着した反応副生成物２１１が全体的にエッチングされるため、溝の開口付近に付着した反応副生成物２１１も除去され、ネッキングも抑制される。
ここで、第１のエッチング工程のみが実行された場合、例えば図５（ａ）に示すように、マスク層２０３および有機膜２０２の側壁および底面に付着する反応副生成物２１１が厚くなり、やがてエッチングの進行が停止する。一方、第２のエッチング工程のみが実行された場合、例えば図５（ｂ）に示すような、溝の側壁に付着する反応副生成物２１１が存在しないため、溝の側壁のエッチングが進行し、ボーイングが発生する。
そこで、本実施形態では、第１のエッチング工程と、第２のエッチング工程とが交互に繰り返される。これにより、図５（ａ）に示す状態と、図５（ｂ）に示す状態とが交互に繰り返され、ボーイングおよびネッキングを抑制しつつ、所定の深さの溝を形成することが可能となる。
［周期と溝の形状との関係］
次に、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とが実行される周期を変更した場合の溝の形状について実験を行った。１周期では、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とが連続して１回ずつ実行される。実験では、Ｏ２ガスの流量を一定に制御し、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程との間で、ＣＯＳガスの流量のみを変更した。図６は、各条件下でのエッチングと溝の形状との関係の一例を示す図である。なお、図６（ａ）には、比較例として、ガスの流量比を一定に制御した場合の溝の形状についても記載されている。
図６において、「マスク残量」とは、例えば図７に示すように、有機膜２０２のエッチングが終了した時点で、有機膜２０２上に残存しているマスク層２０３の厚さを示している。図７は、Ｂｏｗ ＣＤ、ＢＴＭ ＣＤ、およびマスク残量の一例を説明する図である。また、「Ｂｏｗ ＣＤ」とは、Bowing Critical Dimensionの略であり、例えば図７に示すように、有機膜２０２に形成された溝において、最も幅が広い側壁の幅である。また、「ＢＴＭ ＣＤ」とは、Bottom Critical Dimensionの略であり、例えば図７に示すように、有機膜２０２に形成された溝の底面の幅である。また、「Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）」は、「Ｂｏｗ ＣＤ」と「ＢＴＭ ＣＤ」との差分である。
図６（ａ）は、比較例におけるエッチングを行った場合の溝の形状の測定値を示している。比較例におけるエッチングでは、例えば図８に示すように、Ｏ２ガスおよびＣＯＳガスが一定の流量比（図８の例では、約１４．３％）で供給された。図８は、図６（ａ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスの流量は５０ｓｃｃｍである。この場合、例えば図６（ａ）に示すように、マスク残量は３５．７ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４７．８ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３９．７ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は８．１ｎｍであった。
図６（ｂ）は、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とを２秒周期で繰り返した場合の溝の形状の測定値を示している。図６（ｂ）に示したエッチングでは、例えば図９に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が１秒毎に繰り返される。図９は、図６（ｂ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。図９に例示されたＣＯＳガスの時間変化において、ＣＯＳガスが供給される期間において第１のエッチング工程が実行され、ＣＯＳガスの供給が停止される期間において第２のエッチング工程が実行される。
図９の例では、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は１００ｓｃｃｍである。ＣＯＳガスの供給が停止された場合のＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比は０であり、ＣＯＳガスが供給された場合のＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比は約２８．６である。なお、図９の例では、ＣＯＳガスのデューティ比は５０％であるため、ＣＯＳガスの平均流量は５０ｓｃｃｍであり、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。図６（ｂ）では、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が約２９％の処理ガスのプラズマにより第１のエッチング工程が行われ、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が０％の処理ガスのプラズマにより第２のエッチング工程が行われる。
第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とが２秒周期で繰り返し実行された場合、例えば図６（ｂ）に示すように、マスク残量は４２．２ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４１．３ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３６．５ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は４．８ｎｍであった。
図６（ｃ）は、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とを３秒周期で繰り返した場合の溝の形状の測定値を示している。図６（ｃ）に示したエッチングでは、例えば図１０に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が１．５秒毎に繰り返される。図１０は、図６（ｃ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。
図１０の例においても、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は１００ｓｃｃｍであり、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とが３秒周期で繰り返し実行された場合、例えば図６（ｃ）に示すように、マスク残量は４５．９ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４１．８ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３６．７ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は５．２ｎｍであった。
図６（ｄ）は、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とを５秒周期で繰り返した場合の溝の形状の測定値を示している。図６（ｄ）に示したエッチングでは、例えば図１１に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が２．５秒毎に繰り返される。図１１は、図６（ｄ）に示されたエッチングにおけるＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。
図１１の例においても、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は１００ｓｃｃｍであり、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とが５秒周期で繰り返し実行された場合、例えば図６（ｄ）に示すように、マスク残量は４７．６ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４４．６ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３８．７ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は５．９ｎｍであった。
第１のエッチング工程および第２のエッチング工程がそれぞれ１回ずつ行われる周期に対するΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の変化を図示すると、例えば図１２のようになる。図１２は、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程がそれぞれ１回ずつ行われる周期とΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）との関係の一例を示す図である。図１２を参照すると、本実施形態のように第１のエッチング工程および第２のエッチング工程が交互に繰り返し実行される場合、一定の流量で供給されたＯ２ガスおよびＣＯＳガスを用いてエッチングが行われる比較例と比べて、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が小さくなっている。比較例は、従来のエッチング方法に対応する。Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が小さいということは、有機膜２０２に形成された溝のボーイングが小さいことを意味する。従って、本実施形態のように、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程を交互に繰り返し実行することにより、従来よりもボーイングを小さくすることができる。
なお、図１２を参照すると、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の周期が長くなるに従って、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が徐々に大きくなる傾向にあることが分かる。その場合であっても、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の周期が５秒以下であれば、従来よりもボーイングを小さくすることができる。また、図１２の結果から、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の周期が２秒以上５秒以下の範囲であれば、従来よりもボーイングを小さくすることができる。
また、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の周期に対するマスク残量の変化を図示すると、例えば図１３のようになる。図１３は、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程がそれぞれ１回ずつ行われる周期とマスク残量との関係の一例を示す図である。例えば図１３に示すように、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の周期が２秒以上５秒以下の範囲であれば、従来よりもマスク残量を多くすることができる。従って、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の周期は、５秒以下であることが好ましい。また、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の周期は、２秒以上５秒以下の範囲内であることが好ましい。図１２および図１３において、実施形態および比較例のいずれにおいても、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。
なお、ＣＯＳガスの流量は、例えば図９〜図１１に示すように、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程との間でステップ状に切り換えられる。本実施形態では、第２のエッチング工程においてＣＯＳガスの流量が０となるため、ＣＯＳガスは、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程との間でパルス状にオンおよびオフされることになる。
［デューティ比と溝の形状との関係］
次に、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程が実行される１周期の処理時間に含まれる第１のエッチング工程の処理時間の割合を変更した場合の溝の形状について実験を行った。以下では、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程がそれぞれ１回ずつ実行される１周期の処理時間に含まれる第１のエッチング工程の処理時間の割合をデューティ比と定義する。図１４は、デューティ比と溝の形状との関係の一例を示す図である。なお、図１４（ａ）および（ｅ）には、比較例として、デューティ比が０％および１００％の場合の溝の形状についても記載されている。
図１４（ａ）は、比較例におけるエッチングを行った場合の溝の形状の測定値を示している。図１４（ａ）に示したエッチングでは、ＣＯＳガスの供給を停止し、Ｏ２ガスのみにより有機膜２０２のエッチングが行われた。Ｏ２ガスの流量は、３５０ｓｃｃｍである。この場合、例えば図１４（ａ）に示すように、マスク残量は３３．６ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは６５．８ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは５６．７ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は９．１ｎｍであった。
図１４（ｂ）は、デューティ比が５０％の場合の溝の形状の測定値を示している。図１４（ｂ）に示したエッチングでは、例えば図１５に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が５秒周期で繰り返される。図１５は、デューティ比が５０％の場合Ｏ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。図１５に示すように、ＣＯＳガスは、１周期のうち２．５秒間供給され、２．５秒間供給が停止される。
図１５の例では、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は１００ｓｃｃｍである。なお、図１５の例では、ＣＯＳガスのデューティ比は５０％であるため、ＣＯＳガスの平均流量は５０ｓｃｃｍであり、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。デューティ比が５０％の場合、例えば図１４（ｂ）に示すように、マスク残量は４７．６ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４４．６ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３８．７ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は５．９ｎｍであった。
図１４（ｃ）は、デューティ比が７５％の場合の溝の形状の測定値を示している。図１４（ｃ）に示したエッチングでは、例えば図１６に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が５秒周期で繰り返される。図１６は、デューティ比が７５％の場合Ｏ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。図１６に示すように、ＣＯＳガスは、１周期のうち３．７５秒間供給され、１．２５秒間供給が停止される。
図１６の例では、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は６６．７ｓｃｃｍである。なお、図１６の例では、ＣＯＳガスのデューティ比は７５％となるため、ＣＯＳガスの平均流量は約５０ｓｃｃｍであり、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。デューティ比が７５％の場合、例えば図１４（ｃ）に示すように、マスク残量は５０．６ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４０．７ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３８．１ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は２．６ｎｍであった。
図１４（ｄ）は、デューティ比が８０％の場合の溝の形状の測定値を示している。図１４（ｄ）に示したエッチングでは、例えば図１７に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が５秒周期で繰り返される。図１７は、デューティ比が８０％の場合Ｏ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。図１７に示すように、ＣＯＳガスは、１周期のうち４秒間供給され、１秒間供給が停止される。
図１７の例では、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は６３ｓｃｃｍである。なお、図１６の例では、ＣＯＳガスのデューティ比は８０％となるため、ＣＯＳガスの平均流量は約５０ｓｃｃｍであり、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。デューティ比が８０％の場合、例えば図１４（ｄ）に示すように、マスク残量は５０．６ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４３．６ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３７．７ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は５．９ｎｍであった。
図１４（ｅ）は、デューティ比が１００％の場合の溝の形状の測定値を示している。図１４（ｅ）に示したエッチングは、図６（ａ）および図８に示した比較例のエッチングであり、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は約１４．３％である。デューティ比が１００％の場合、例えば図１４（ｅ）に示すように、マスク残量は３５．７ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４７．８ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３９．７ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は８．１ｎｍであった。
デューティ比に対するΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の変化を図示すると、例えば図１８のようになる。図１８は、デューティ比とΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）との関係の一例を示す図である。図１８を参照すると、本実施形態のように第１のエッチング工程および第２のエッチング工程が交互に繰り返し実行される場合、一定の流量で供給されたＯ２ガスおよびＣＯＳガスを用いてエッチングが行われる比較例と比べて、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が小さくなっている。
ここで、測定値のばらつきを１ｎｍと仮定すると、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が７ｎｍ以下となっていれば、比較例（即ち従来）よりもΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が小さくなっていると言える。図１８を参照すると、デューティ比の値が３０％以上９０％以下の範囲内の値であれば、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が７ｎｍ以下となっている。
また、デューティ比に対するマスク残量の変化を図示すると、例えば図１９のようになる。図１９は、デューティ比とマスク残量との関係の一例を示す図である。例えば図１９に示すように、デューティ比の値が３０％以上９０％以下の範囲内の値であれば、比較例（即ち従来）よりもマスク残量を多くすることができる。従って、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程がそれぞれ１回ずつ実行される１周期の処理時間に含まれる第１のエッチング工程の処理時間の割合であるデューティ比は、３０％以上９０％以下の範囲内の値であることが好ましい。なお、図１８および図１９において、ＣＯＳガスが供給される場合のＯ２ガスに対するＣＯＳガスの平均流量比は、実施形態および比較例のいずれにおいても約１４．３％である。
［流量比と溝の形状との関係］
次に、Ｏ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比を変更した場合の溝の形状について実験を行った。図２０は、実施形態におけるＯ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比と溝の形状との関係の一例を示す図である。
図２０（ａ）は、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が２．９％の場合の溝の形状の測定値を示している。図２０（ａ）に示したエッチングでは、例えば図２１に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が２秒周期で繰り返される。図２１は、流量比が２．９％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。
図２１に示すように、ＣＯＳガスは、５０％のデューティ比で供給および供給停止が繰り返される。また、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は２０ｓｃｃｍである。従って、ＣＯＳガスの平均流量は１０ｓｃｃｍとなり、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比は約２．９％となる。Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が２．９％の場合、例えば図２０（ａ）に示すように、マスク残量は３７．４ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは５０．０ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは４５．４ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は４．６ｎｍであった。
図２０（ｂ）は、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が１４．３％の場合の溝の形状の測定値を示している。図２０（ｂ）に示したエッチングでは、例えば図２２に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が２秒周期で繰り返される。図２２は、流量比が１４．３％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。
図２２に示すように、ＣＯＳガスは、５０％のデューティ比で供給および供給停止が繰り返される。また、Ｏ２ガスの流量は３５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は１００ｓｃｃｍである。従って、ＣＯＳガスの平均流量は５０ｓｃｃｍとなり、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比は約１４．３％となる。Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が１４．３％の場合、例えば図２０（ｂ）に示すように、マスク残量は４２．４ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４１．３ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３６．５ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は４．８ｎｍであった。
図２０（ｃ）は、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が１６．７％の場合の溝の形状の測定値を示している。図２０（ｃ）に示したエッチングでは、例えば図２３に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が２秒周期で繰り返される。図２３は、流量比が１６．７％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。
図２３に示すように、ＣＯＳガスは、５０％のデューティ比で供給および供給停止が繰り返される。また、Ｏ２ガスの流量は３００ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は１００ｓｃｃｍである。従って、ＣＯＳガスの平均流量は５０ｓｃｃｍとなり、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比は約１６．７％となる。Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が１６．７％の場合、例えば図２０（ｃ）に示すように、マスク残量は４６．４ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは４０．７ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは３６．１ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は４．６ｎｍであった。
図２０（ｄ）は、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が２０％の場合の溝の形状の測定値を示している。図２０（ｄ）に示したエッチングでは、例えば図２４に示すように、Ｏ２ガスが一定の流量で供給され、ＣＯＳガスの供給および供給停止が２秒周期で繰り返される。図２４は、流量比が２０％である場合のＯ２ガスおよびＣＯＳガスの流量の時間変化の一例を示す図である。
図２４に示すように、ＣＯＳガスは、５０％のデューティ比で供給および供給停止が繰り返される。また、Ｏ２ガスの流量は２５０ｓｃｃｍであり、ＣＯＳガスが供給される場合のＣＯＳガスの流量は１００ｓｃｃｍである。従って、ＣＯＳガスの平均流量は５０ｓｃｃｍとなり、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比は２０％となる。Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が２０％の場合、例えば図２０（ｄ）に示すように、マスク残量は４６．４ｎｍ、Ｂｏｗ ＣＤは３７．５ｎｍ、ＢＴＭ ＣＤは２８．４ｎｍ、Δ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）は９．１ｎｍであった。
また、比較例として、Ｏ２ガスに対して、ＣＯＳガスを添加しないか、あるいは、ＣＯＳガスを一定の流量で添加した場合の溝の形状は、例えば図２５に示すような結果となった。図２５は、比較例におけるＯ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比と溝の形状との関係の一例を示す図である。
流量比に対するΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の変化を図示すると、例えば図２６のようになる。図２６は、流量比とΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）との関係の一例を示す図である。図２６には、図２０に示した実施形態のデータと、図２５に示した比較例のデータとが併せてプロットされている。図２６を参照すると、本実施形態において、流量比が増加するとΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値が増加する傾向にある。ここで、測定値のばらつきを１ｎｍと仮定すると、比較例におけるΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値は、傾向を示す線８０から１ｎｍシフトさせた線８１上の値までばらつくことが考えられる。これに対し、本実施形態におけるΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の傾向を示す線８２上の値は、流量比が２０％以下の範囲では、同じ流量比で比較した場合、比較例におけるΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）のばらつきを考慮した線８１上の値よりも小さくなっている。従って、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が２０％以下であれば、従来よりもΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値を小さくすることができる。
また、流量比に対するマスク残量の変化を図示すると、例えば図２７のようになる。図２７は、流量比とマスク残量との関係の一例を示す図である。図２７には、図２０に示した実施形態のデータと、図２５に示した比較例のデータとが併せてプロットされている。図２７の結果を参照すると、本実施形態のように第１のエッチング工程および第２のエッチング工程が交互に繰り返し実行される場合、いずれの流量比においても、比較例（即ち従来）よりもマスク残量が多くなっている。具体的には、図２７において、本実施形態におけるマスク残量の傾向を示す線８３上の値は、比較例におけるマスク残量の傾向を示す線８４から１ｎｍの測定ばらつきを考慮した線８５上のいずれの値よりも大きい。従って、Ｏ２ガスの平均流量に対するＣＯＳガスの平均流量の流量比が２０％以下であれば、従来よりもΔ（Ｂｏｗ−ＢＴＭ）の値を小さくすることができると共に、従来よりもマスク残量を大きくすることができる。
以上、エッチング装置１０の実施形態について説明した。上記説明から明らかなように、本実施形態のエッチング装置１０によれば、有機膜に形成された溝のボーイングを抑制することができる。
［その他］
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態では、Ｏ２ガスの流量は、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程において一定に制御され、ＣＯＳガスの流量は、第１のエッチング工程において、所定の流量に制御され、第２のエッチング工程において、供給が停止された。しかし、開示の技術はこれに限られず、第１のエッチング工程におけるＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が、第２のエッチング工程におけるＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比よりも大きければ、第２のエッチング工程においてＣＯＳガスが供給されてもよい。
また、上記した実施形態では、第１のエッチング工程におけるＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が、第２のエッチング工程におけるＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比よりも大きくなるように制御される。しかし、開示の技術はこれに限られず、第１のエッチング工程におけるＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比が、第２のエッチング工程におけるＯ２ガスに対するＣＯＳガスの流量比よりも小さくなるように制御されてもよい。つまり、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とは、交互に繰り返し実行されるため、どちらの工程における流量比が大きくてもかまわない。
また、上記した実施形態では、Ｏ２ガスの流量は、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程において一定に制御され、ＣＯＳガスの流量が、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程との間で変更されたが、開示の技術はこれに限られない。例えば、Ｏ２ガスの流量も、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程との間で変更されてもよい。また、ＣＯＳの流量が、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程において一定に制御され、Ｏ２ガスの流量が、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程との間で変更されてもよい。
また、上記した実施形態において、ＣＯＳガスの流量は、所定の流量と０の流量との間でステップ状に切り換えられたが、開示の技術はこれに限られない。例えば、ＣＯＳガスの流量は、所定の流量と０の流量との間の複数段階の流量に徐々に切り換えられてもよく、所定の流量と０の流量との間で連続的に徐々に変更されてもよい。
また、上記した実施形態では、酸素を含む第１のガスとしてＯ２ガスが例示されたが、開示の技術はこれに限られず、酸素を含む第１のガスは、例えば、Ｏ２ガス、ＣＯガス、またはＣＯ２ガスの少なくともいずれかが含まれていればよい。
また、上記した実施形態では、硫黄を含む第２のガスとしてＣＯＳガスが例示されたが、開示の技術はこれに限られず、硫黄を含む第２のガスは、例えば、ＣＯＳガス、ＳＯガス、ＳＯ２ガス、またはＳＦ６ガスの少なくともいずれかが含まれていればよい。
また、上記した実施形態では、プラズマ源として容量結合プラズマを用いてエッチングを行うエッチング装置１０を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いてエッチングを行うエッチング装置１０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など、任意のプラズマ源を用いることができる。
Ｗ 被処理基板
１０ エッチング装置
２１ チャンバ
２４ サセプタ
２５ 静電チャック
３４ 高周波電源
４０ 上部電極
４１ 天板支持部
４２ 天板
４８ ガス供給源
４９ ＭＦＣ
５０ バルブ
６０ 制御部
６１ メモリ
６２ プロセッサ
６３ ユーザインターフェイス
７３ 排気装置
２０１ 基板
２０２ 有機膜
２０３ マスク層
２０４ ＰＲ
２１０ 反応副生成物
２１１ 反応副生成物

Claims (9)

  1. チャンバ内に、有機膜上にマスク膜が積層された被処理基板を搬入する搬入工程と、
    酸素を含む第１のガスに対する、硫黄を含む第２のガスの流量比が第１の流量比となる処理ガスのプラズマにより、前記マスク膜の下層の前記有機膜をエッチングする第１のエッチング工程と、
    前記第１のガスに対する前記第２のガスの流量比が前記第１の流量比とは異なる第２の流量比となる処理ガスのプラズマにより、前記有機膜をさらにエッチングする第２のエッチング工程と
    を含み、
    前記第１のエッチング工程と前記第２のエッチング工程とは、前記有機膜のエッチングにおいて交互に複数回実行されることを特徴とするエッチング方法。
  2. 前記第１のエッチング工程と前記第２のエッチング工程とは、前記第１のエッチング工程の処理時間と前記第２のエッチング工程の処理時間とが所定の比率となるように交互に実行されることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記第１のエッチング工程の処理時間と前記第２のエッチング工程の処理時間との合計に対する、前記第１のエッチング工程の処理時間の比率は、３０％以上９０％以下の範囲内の比率であることを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
  4. １回の前記第１のエッチング工程の処理時間と１回の前記第２のエッチング工程の処理時間との合計は、５秒以下であることを特徴とする請求項２または３に記載のエッチング方法。
  5. 前記第１のエッチング工程では、前記第１のガスが第１の流量で前記チャンバ内に供給され、前記第２のガスが第２の流量で前記チャンバ内に供給され、
    前記第２のエッチング工程では、前記第１のガスが前記第１の流量で前記チャンバ内に供給され、前記第２のガスが前記第２の流量よりも小さい第３の流量で前記チャンバ内に供給され、
    前記第２のガスは、前記第２の流量と前記第３の流量との間でステップ状に切り換えられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  6. 前記第３の流量は０であることを特徴とする請求項５に記載のエッチング方法。
  7. 前記第１のエッチング工程および前記第２のエッチング工程において前記チャンバ内に供給される前記第１のガスの平均流量に対する、前記第１のエッチング工程および前記第２のエッチング工程において前記チャンバ内に供給される前記第２のガスの平均流量の流量比は、２０％以下の流量比であることを特徴とする請求項５または６に記載のエッチング方法。
  8. 前記第１のガスには、Ｏ２ガス、ＣＯガス、またはＣＯ２ガスの少なくともいずれかが含まれ、
    前記第２のガスには、ＣＯＳガス、ＳＯガス、ＳＯ２ガス、またはＳＦ６ガスの少なくともいずれかが含まれることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  9. 有機膜上にマスク膜が積層された被処理基板が搬入されるチャンバと、
    前記チャンバ内に、酸素を含む第１のガスおよび硫黄を含む第２のガスを供給する供給部と、
    前記チャンバ内に供給されたガスのプラズマにより、前記マスク膜の下層の前記有機膜をエッチングするエッチング処理部と、
    前記第１のガスに対する前記第２のガスの流量比を制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記流量比が第１の流量比となるように前記供給部を制御し、前記第１の流量比のガスのプラズマにより前記エッチング処理部に前記有機膜をエッチングさせる第１のエッチング工程と、
    前記流量比が前記第１の流量比とは異なる第２の流量比となるように前記供給部を制御し、前記第２の流量比のガスのプラズマにより前記エッチング処理部に前記有機膜をさらにエッチングさせる第２のエッチング工程と
    を実行し、
    前記第１のエッチング工程と前記第２のエッチング工程とは、前記有機膜のエッチングにおいて交互に複数回実行されることを特徴とするエッチング装置。
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