WO2013157359A1 - 有機膜をエッチングする方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

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裕之 高場
弘憲 松岡
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an etching method and a plasma etching apparatus, and more particularly, to a method for etching an organic film and a plasma etching apparatus that can be used to implement the method.
  • a step of forming a mask having a desired pattern on a substrate to be processed is performed.
  • a multilayer mask formed of a multilayer film including a resist film, a Si antireflection film, that is, a SiARC (Anti Reflection Coating) film, and an organic film.
  • a Si antireflection film that is, a SiARC (Anti Reflection Coating) film
  • an organic film When forming a multilayer mask, an organic film, a SiARC film, and a photosensitive resist film are provided on a substrate to be processed, and then the resist film is patterned by exposure and development to form a resist mask. Further, the SiARC film and the organic film are etched.
  • Patent Documents 2 and 3 in recent years, a method of using COS (carbonyl sulfide) gas as an additive gas in etching has been proposed as a sidewall protection technique in etching.
  • a SiARC film is etched by supplying a mixed gas of CF 4 gas and COS gas to a parallel plate type plasma etching apparatus.
  • the method described in Patent Document 3 etches the SiARC film in the same manner as the method described in Patent Document 2, and then supplies a mixed gas of O 2 gas and COS gas to a parallel plate type plasma etching apparatus. Then, the organic film is etched.
  • the etching by-product generated by the sputtering effect by the RF bias is generated by dissociating COS gas into CO and S (sulfur) by an electric field generated by a parallel plate type plasma etching apparatus. It is considered that a compound produced by the reaction of S (sulfur) in an activated state adheres to the side wall and protects the side wall.
  • the volume of the side wall protection tends to be non-uniform in the depth direction of the pattern.
  • the width of the upper portion of the multilayer mask, that is, the CD (critical dimension) value and the CD value of the lower portion of the multilayer mask are not uniform. It has become. In other words, it can be said that there is room for improvement in the verticality of the shape profile of the sidewall of the multilayer mask in the multilayer mask etching method.
  • One aspect of the present invention relates to a method for etching an organic film, the method comprising: (a) a step of preparing a substrate to be processed having an organic film in a processing container; and (b) a COS in the processing container. Supplying a processing gas including a gas and O 2 gas, supplying a microwave for plasma excitation into the processing container, and etching the organic film.
  • the substrate to be processed may have a multilayer film including a patterned resist film and the organic film provided between the resist film and the substrate to be processed.
  • SO radicals are dominant as dissociated species containing sulfur obtained by dissociation of COS gas.
  • the SO radicals mainly contribute to side wall protection. That is, unlike the above-described conventional protection of side walls by a by-product or compound, in this method, SO radicals are adsorbed on the side walls to protect the side walls. Therefore, according to this method, it is possible to etch the organic film so as to obtain a sidewall having a highly vertical shape profile. Further, in this method, the sidewall protection is performed by SO radicals, so that the ashing treatment of the multilayer mask can be relatively easy.
  • the processing gas further including N 2 gas may be supplied.
  • N 2 gas in the processing gas, a CD value in a region where a rough pattern is formed (hereinafter referred to as “rough region”) and a region where a dense pattern is formed (hereinafter referred to as “rough region”). , which is referred to as “dense area”) can be reduced.
  • the ratio of N 2 gas and O 2 gas in the processing gas it may be possible to further reduce the difference.
  • the pressure in the processing container may be adjusted to a pressure in the range of 20 mTorr to 100 mTorr. According to this embodiment, it is possible to control the pattern width of the multilayer mask over the substrate to be processed while suppressing the influence on the verticality of the side wall by adjusting the pressure in the processing container within the range. .
  • the multilayer film may include an Si antireflection film provided between the resist film and the organic film, and the above method is performed before the step of etching the organic film. And a step of supplying a gas containing COS gas into the processing container, supplying a microwave into the processing container, and etching the Si antireflection film.
  • a step of supplying a gas containing COS gas into the processing container, supplying a microwave into the processing container, and etching the Si antireflection film it becomes possible to protect the resist film patterned during the etching of the Si antireflection film, that is, the resist mask, and the thickness of the residual film of the resist mask after the etching of the Si antireflection film can be reduced. It becomes possible to suppress.
  • a plasma etching apparatus is connected to a processing container, a means for supplying a processing gas into the processing container, a means for generating a microwave, and a means for generating a microwave.
  • an antenna that supplies microwaves for excitation, and means for supplying a processing gas supplies a processing gas containing COS gas and O 2 gas into the processing container.
  • the antenna may be a radial line slot antenna (ie, “RLSA”) connected to a microwave generator via a coaxial waveguide.
  • the plasma etching apparatus can etch the organic film in the multilayer film having a resist film patterned on the organic film, and protect the side wall defining the space formed by the etching. Etching can proceed.
  • this apparatus unlike the protection of the side wall by a conventional by-product or compound, the side wall is protected by SO radicals adsorbed on the side wall. Therefore, according to this apparatus, it is possible to etch the organic film so as to obtain a sidewall having a highly perpendicular shape profile.
  • the sidewall protection is performed by SO radicals, the ashing process of the multilayer mask can be relatively easy.
  • the means for supplying the processing gas may supply the processing gas further including N 2 gas.
  • the difference between the CD value in the rough region and the CD value in the dense region can be reduced by including N 2 gas in the processing gas.
  • the means for supplying the processing gas may include means for controlling the ratio of N 2 gas and O 2 gas. According to this embodiment, by adjusting the ratio of N 2 gas and O 2 gas in the processing gas, it may be possible to further reduce the difference between the CD value of the coarse region and the CD value of the dense region. .
  • the plasma etching apparatus may further include a pressure regulator for adjusting the pressure in the processing container.
  • a pressure regulator for adjusting the pressure in the processing container.
  • the pressure regulator may adjust the pressure in the processing vessel to a pressure between 20 mTorr and 100 mTorr.
  • the means for supplying the processing gas may be capable of further supplying another processing gas including a fluorocarbon-based gas and a COS gas.
  • the apparatus of this embodiment can further etch the Si antireflection film of a multilayer film in which an Si antireflection film is further provided between the organic film and the resist film. That is, the apparatus of this embodiment supplies a gas containing a fluorocarbon-based gas and a COS gas into a processing container before etching the organic film, supplies a microwave into the processing container, Can be etched. According to the apparatus of this embodiment, it becomes possible to protect the resist mask during etching of the Si antireflection film, and it is possible to suppress a decrease in the thickness of the resist mask.
  • an organic film etching method capable of forming a pattern with a more vertical profile and a plasma etching apparatus that can be used in the implementation of the method are provided. obtain.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma etching apparatus according to an embodiment. It is a top view which shows the slot plate which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows schematically the gas supply part of the plasma etching apparatus which concerns on one Embodiment. It is sectional drawing which shows the multilayer mask of one Embodiment. It is sectional drawing which shows the multilayer mask of another embodiment. 3 is a flowchart illustrating an etching method according to an embodiment. It is sectional drawing which shows the product created by process S10 of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the principle of the etching and side wall protection in process S14 of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the principle of the etching and side wall protection in process S16 of FIG. 2 is a graph showing an emission spectrum of Example 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma etching apparatus according to an embodiment.
  • the processing container 12 defines a processing space S for accommodating the substrate to be processed W.
  • the processing container 12 may include a side wall 12a, a bottom portion 12b, and a top portion 12c.
  • the side wall 12a has a substantially cylindrical shape extending in a direction in which the axis X extends (hereinafter referred to as “axis X direction”).
  • the bottom 12b is provided on the lower end side of the side wall 12a.
  • the bottom 12b is provided with an exhaust hole 12h for exhaust.
  • the upper end of the side wall 12a is open.
  • the upper end opening of the side wall 12 a is closed by a dielectric window 18.
  • the dielectric window 18 is sandwiched between the upper end portion of the side wall 12a and the top portion 12c.
  • a sealing member 26 may be interposed between the dielectric window 18 and the upper end of the side wall 12a.
  • the sealing member 26 is, for example, an O-ring, and contributes to sealing the processing container 12.
  • the plasma etching apparatus 10 further includes a stage 20 provided in the processing container 12.
  • the stage 20 is provided below the dielectric window 18.
  • the stage 20 includes a table 20a and an electrostatic chuck 20b.
  • the base 20a is supported by a cylindrical support 46.
  • the cylindrical support portion 46 is made of an insulating material and extends vertically upward from the bottom portion 12b.
  • a conductive cylindrical support 48 is provided on the outer periphery of the cylindrical support 46.
  • the cylindrical support portion 48 extends vertically upward from the bottom portion 12 b of the processing container 12 along the outer periphery of the cylindrical support portion 46.
  • An annular exhaust path 50 is formed between the cylindrical support portion 48 and the side wall 12a.
  • An annular baffle plate 52 provided with a plurality of through holes is attached to the upper part of the exhaust passage 50.
  • the exhaust passage 50 is connected to an exhaust pipe 54 that provides an exhaust hole 12h, and an exhaust device 56b is connected to the exhaust pipe 54 via a pressure regulator 56a.
  • the exhaust device 56b has a vacuum pump such as a turbo molecular pump.
  • the pressure adjuster 56a adjusts the pressure in the processing container 12 by adjusting the exhaust amount of the exhaust device 56b.
  • the pressure regulator 56a and the exhaust device 56b can reduce the processing space S in the processing container 12 to a desired vacuum level. Further, the processing gas can be exhausted from the outer periphery of the stage 20 via the exhaust path 50 by operating the exhaust device 56b.
  • the stand 20a also serves as a high-frequency electrode.
  • a high frequency power source 58 for RF bias is electrically connected to the table 20a via a matching unit 60 and a power feeding rod 62.
  • the high frequency power supply 58 outputs a predetermined frequency suitable for controlling the energy of ions drawn into the substrate W to be processed, for example, high frequency power of 13.65 MHz at a predetermined power.
  • the matching unit 60 accommodates a matching unit for matching between the impedance on the high-frequency power source 58 side and the impedance on the load side such as electrodes, plasma, and the processing container 12.
  • This matching unit includes a blocking capacitor for generating a self-bias.
  • An electrostatic chuck 20b is provided on the upper surface of the table 20a.
  • the upper surface of the electrostatic chuck 20b constitutes a placement area for placing the substrate W to be processed.
  • the electrostatic chuck 20b holds the substrate to be processed W with an electrostatic attraction force.
  • a focus ring F surrounding the substrate to be processed W in an annular shape is provided on the outer side in the radial direction of the electrostatic chuck 20b.
  • the electrostatic chuck 20b includes an electrode 20d, an insulating film 20e, and an insulating film 20f.
  • the electrode 20d is made of a conductive film, and is provided between the insulating film 20e and the insulating film 20f.
  • a high-voltage DC power supply 64 is electrically connected to the electrode 20 d via a switch 66 and a covered wire 68.
  • the electrostatic chuck 20b can attract and hold the substrate W to be processed on its upper surface by a Coulomb force generated by a DC voltage applied from the DC power source 64.
  • An annular refrigerant chamber 20g extending in the circumferential direction is provided inside the table 20a.
  • a refrigerant having a predetermined temperature for example, cooling water
  • the processing temperature of the substrate W to be processed on the electrostatic chuck 20b can be controlled by the temperature of the refrigerant.
  • a heat transfer gas from the heat transfer gas supply unit for example, He gas, is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 20 b and the back surface of the substrate W to be processed via the gas supply pipe 74.
  • the plasma etching apparatus 10 may further include heaters HT, HS, HCS, and HES as a temperature control mechanism.
  • the heater HT is provided in the top portion 12 c and extends in a ring shape so as to surround the antenna 14.
  • the heater HS is provided in the side wall 12a and extends in an annular shape.
  • the heater HS may be provided at a position corresponding to the middle of the processing space S in the height direction (that is, the axis X direction), for example.
  • the heater HCS is provided in the table 20a.
  • the heater HCS is provided in the base 20a below the central portion of the mounting area described above, that is, in an area crossing the axis X.
  • the heater HES is provided in the table 20a, and extends in an annular shape so as to surround the heater HCS.
  • the heater HES is provided below the outer edge portion of the mounting area described above.
  • the plasma etching apparatus 10 may further include an antenna 14, a coaxial waveguide 16, a dielectric window 18, a microwave generator 28, a tuner 30, a waveguide 32, and a mode converter 34.
  • the microwave generator 28 generates a microwave having a frequency of 2.45 GHz, for example.
  • the microwave generator 28 is connected to the upper portion of the coaxial waveguide 16 via a tuner 30, a waveguide 32, and a mode converter 34.
  • the coaxial waveguide 16 extends along the axis X that is the central axis thereof.
  • the coaxial waveguide 16 includes an outer conductor 16a and an inner conductor 16b.
  • the outer conductor 16a has a cylindrical shape extending in the axis X direction.
  • the lower end of the outer conductor 16a can be electrically connected to the top of the cooling jacket 36 having a conductive surface.
  • the inner conductor 16b is provided inside the outer conductor 16a.
  • the inner conductor 16b extends along the axis X.
  • the lower end of the inner conductor 16 b is connected to the slot plate 40 of the antenna 14.
  • the antenna 14 may be disposed in an opening formed in the top portion 12c.
  • the antenna 14 includes a dielectric plate 38 and a slot plate 40.
  • the dielectric plate 38 shortens the wavelength of the microwave and has a substantially disc shape.
  • the dielectric plate 38 is made of, for example, quartz or alumina.
  • the dielectric plate 38 is sandwiched between the slot plate 40 and the lower surface of the cooling jacket 36.
  • the antenna 14 can thus be constituted by the dielectric plate 38, the slot plate 40, and the lower surface of the cooling jacket 36.
  • the slot plate 40 is a substantially disc-shaped metal plate in which a plurality of slot pairs are formed.
  • the antenna 14 may be a radial line slot antenna.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the slot plate shown in FIG.
  • the slot plate 40 is formed with a plurality of slot pairs 40a.
  • the plurality of slot pairs 40a are provided at predetermined intervals in the radial direction, and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • Each of the plurality of slot pairs 40a includes two slot holes 40b and 40c.
  • the slot hole 40b and the slot hole 40c extend in a direction intersecting or orthogonal to each other.
  • the microwave generated by the microwave generator 28 is propagated to the dielectric plate 38 through the coaxial waveguide 16 and given to the dielectric window 18 from the slot hole of the slot plate 40. .
  • the dielectric window 18 has a substantially disk shape, and is made of, for example, quartz or alumina.
  • the dielectric window 18 is provided immediately below the slot plate 40.
  • the dielectric window 18 transmits the microwave received from the antenna 14 and introduces the microwave into the processing space S. As a result, an electric field is generated immediately below the dielectric window 18, and plasma is generated in the processing space.
  • the plasma etching apparatus 10 it is possible to generate plasma using microwaves without applying a magnetic field.
  • the lower surface of the dielectric window 18 may define a recess 18a.
  • the recess 18a is provided in an annular shape around the axis X and has a tapered shape.
  • the recess 18a is provided to promote the generation of a standing wave by the introduced microwave, and can contribute to efficiently generating plasma by the microwave.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a gas supply unit according to an embodiment.
  • the plasma etching apparatus 10 includes a central introduction part 22, a peripheral introduction part 24, a flow splitter FS, and a gas supply part GS, which are, in one embodiment, A means for supplying the processing gas is configured.
  • the central introduction part 22 includes a pipe 22a and an injector 22b.
  • the pipe 22a passes through the inside of the inner conductor 16b and extends along the axis X.
  • An injector 22b is connected to the pipe 22a.
  • the injector 22b is formed with a plurality of through holes extending in the axis X direction.
  • a space for accommodating the injector 22 b and a hole 18 h for connecting the space and the processing space S are provided along the axis X.
  • the central introduction unit 22 supplies the processing gas into the processing space S along the axis X from above the processing space S through the piping 22a, the plurality of through holes of the injector 22b, and the hole 18h.
  • the peripheral introduction part 24 includes an annular pipe 24a and a pipe 24b.
  • the annular tube 24 a is provided in the processing container 12 so as to extend annularly about the axis X at an intermediate position in the axis X direction of the processing space S.
  • the annular tube 24a has a plurality of gas injection holes 24h that open toward the axis X.
  • the plurality of gas injection holes 24h are arranged in an annular shape about the axis X.
  • a pipe 24b is connected to the annular pipe 24a, and the pipe 24b extends to the outside of the processing container 12.
  • the peripheral introduction unit 24 introduces the processing gas into the processing space S toward the axis X through the pipe 24b, the annular tube 24a, and the gas injection hole 24h.
  • the gas supply unit GS supplies a processing gas to the central introduction unit 22 and the peripheral introduction unit 24.
  • the gas supply unit GS includes gas sources 80a, 82a, 84a, 86a.
  • the gas sources 80a, 82a, 84a, 86a are a CF 4 gas source, an O 2 gas source, a COS gas source, and an N 2 gas source, respectively.
  • the gas source 80a is connected to the common gas line GL10 via a valve 80b, a mass flow controller 80c, and a valve 80d.
  • the gas source 82a is connected to the common gas line GL10 via a valve 82b, a mass flow controller 82c, and a valve 82d.
  • the gas source 84a is connected to the common gas line GL10 via a valve 84b, a mass flow controller 84c, and a valve 84d.
  • the gas source 86a is connected to the common gas line GL10 via a valve 86b, a mass flow controller 86c, and a valve 86d.
  • gas supply part GS may further contain gas source 88a.
  • the gas source 88a may be a CH 2 F 2 gas source, and may be connected to the common gas line GL10 via the valve 88b, the mass flow controller 88c, and the valve 88d.
  • the common gas line GL10 is connected to the flow splitter FS.
  • the flow splitter FS branches the processing gas supplied from the common gas line GL10 into the gas line GL12 and the gas line GL14.
  • the gas line GL 12 is connected to the central introduction part 22, and the gas line GL 14 is connected to the peripheral introduction part 24. Therefore, the processing gas from the gas supply unit GS is branched into the central introduction unit 22 and the peripheral introduction unit 24 by the flow splitter FS.
  • a separate gas supply unit GS may be connected to each of the central introduction unit 22 and the peripheral introduction unit 24.
  • the plasma etching apparatus 10 may further include a control unit Cont.
  • the control unit Cont may be a controller such as a programmable computer device.
  • the controller Cont can control the flow rate of the gas from each of the gas sources 80a, 82a, 84a, 86a by sending a control signal to the mass flow controllers 80c, 82c, 84c, 86c, 88c.
  • the control unit Cont can control the opening / closing of these valves by sending control signals to the valves 80b, 80d, 82b, 82d, 84b, 84d, 86b, 86d, 88b, and 88d.
  • control unit Cont sends a control signal to the flow splitter FS, and the ratio of the supply amount of the processing gas to the central introduction unit 22 and the supply amount of the processing gas to the peripheral introduction unit 24, that is, the gas of the central introduction unit 22
  • the ratio between the flow rate and the gas flow rate of the peripheral introduction unit 24 can be controlled.
  • the control unit Cont is configured to control the microwave power, the RF bias power and ON / OFF, and the pressure in the processing container 12.
  • a control signal may be supplied to the pressure regulator 56a.
  • the plasma etching apparatus 10 can be used to create the multilayer mask M shown in FIG.
  • the multilayer mask M may have a pattern in which lines LN and spaces SP are alternately repeated (that is, a line and space pattern).
  • the pitch P between the lines LN in the multilayer mask M of one embodiment may be constant.
  • the multilayer mask M may include an organic film part ODLM provided on the substrate Sb, a SiARC film part SAM provided on the organic film part ODLM, and a resist mask PRM provided on the SiARC film part SAM.
  • the substrate Sb may include a layer to be etched using the multilayer mask M, for example, a semiconductor layer such as a SiN layer.
  • the resist mask PRM is formed from, for example, a resist film having photosensitivity to an ArF laser beam.
  • the resist mask PRM is formed from an organic film containing a material such as amorphous carbon whose number ratio (number of carbon atoms / number of nitrogen atoms) is about 9. Is done.
  • the resist mask PRM may be made of a resist material that is sensitive to g-line, i-line, or KrF laser beam.
  • the plasma etching apparatus 10 when the SiARC film is etched to form the SiARC film part SAM, CF 4 gas from the gas source 80 a and COS gas from the gas source 84 a are used as processing gases in the processing container 12. Can be introduced.
  • chemical species based on fluorine dissociated from CF 4 gas by plasma excitation using microwaves that is, chemical species such as fluorine ions and fluorine radicals mainly contribute to the etching of the SiARC film.
  • the plasma etching apparatus 10 that excites plasma with microwaves cannot excite COS up to the electron temperature at which COS dissociates, as will be described in detail later, and activated fluorine that has dissociated from CF 4 cannot be excited.
  • O 2 gas from the gas source 82 a and COS gas from the gas source 84 a are used as the processing gas. Can be introduced in.
  • O 2 gas is dissociated by plasma excitation using microwaves, and chemical species such as oxygen ions and oxygen radicals are generated, and the chemical species mainly contribute to etching of the organic film.
  • the COS gas when the organic film is etched, the COS gas is dissociated into CO and SO.
  • the mechanism of dissociation of the COS gas in each of the parallel plate type plasma etching apparatus and the present plasma etching apparatus 10 will be described in detail.
  • C (carbon) and S (sulfur) are bonded with a binding energy of 305 KJ / mol
  • C (carbon) and O (oxygen) are bonded with a binding energy of 619 KJ / mol.
  • the electron temperature in the parallel plate type plasma etching apparatus is usually higher than 2 to 3 eV, and has sufficient energy to cut the bond between C (carbon) and O (oxygen) of the COS gas.
  • the electron temperature in the plasma etching apparatus 10 that uses microwaves for plasma excitation is 1 to 2 eV, which is smaller than 2 eV, and does not have the energy to break the bond in the COS.
  • chemical species such as oxygen radicals or oxygen ions dissociated from the O 2 gas by plasma excitation using microwaves bind to S (sulfur) in COS, and COS is converted into CO and SO. Dissociate.
  • SO ions are drawn downward, that is, in the direction of the substrate W to be processed by the high-frequency power applied to the high-frequency electrode, and the upper surface of the multilayer film, that is, the upper surface of the resist mask mask PRM,
  • the bottom surface that defines the space formed in the multilayer film, that is, the surface of the organic film that defines the bottom surface of the space is etched, and as a result, S (sulfur) and CO x are generated.
  • S (sulfur) is combined with oxygen ions to become SO x .
  • SO x and SO x are exhausted as a gas.
  • the SO radicals generated by the dissociation of COS are adsorbed by the side wall SW that defines the space SP formed by etching without being affected by the high frequency power applied to the high frequency electrode, thereby protecting the side wall SW.
  • the SO radicals are directly adsorbed on the side wall, instead of protecting the side wall by using a by-product or a compound generated by etching as in the conventional side wall protection technique.
  • the side wall can be protected. Therefore, the multilayer mask M can be formed so that the sidewall SW having a highly vertical shape profile can be obtained.
  • the SO radical modifies only the resist mask PRM or the surface layer of the organic film part ODLM constituting the sidewall of the multilayer mask M. That is, since SO radicals do not modify the multilayer mask M deep inside, the ashing process of the multilayer mask M can be relatively easy.
  • the plasma etching apparatus 10 can also produce a multilayer mask M shown in FIG.
  • the multilayer mask M shown in FIG. 5 has a line-and-space pattern formed at a pitch P1 in the first region (that is, the rough region) R1, and the second region (that is, the dense region).
  • the region (R2) has a line-and-space pattern formed at a pitch P2 smaller than the pitch P1.
  • O 2 gas from the gas source 82a, COS gas from the gas source 84a, and N 2 gas from the gas source 86a are used as processing gases. It can be introduced into the processing vessel 12.
  • N 2 gas is included in the processing gas, oxygen dissociated from the O 2 gas is combined with nitrogen dissociated from the N 2 gas, and the amount of chemical species based on oxygen contributing to the etching of the organic film is reduced.
  • the N 2 gas flow rate is adjusted relative to the O 2 gas flow rate supplied to each of the first region R1 and the second region R2, thereby contributing to etching.
  • the amount of oxygen-based species can be spatially controlled. Therefore, the CD value of the first region R1 and the CD value of the second region R2 can be controlled independently. As a result, it is possible to reduce the difference between the CD value of the first region R1 and the CD value of the second region R2.
  • the ratio of the flow rate of O 2 gas to the flow rate of N 2 gas can be adjusted by giving a control signal from the control unit Cont to the mass flow controller 82c and the mass flow controller 86c.
  • N 2 gas may be introduced into the processing space S also when the organic film is etched in the production of the multilayer mask M having a constant pitch pattern shown in FIG.
  • the pressure regulator 56a based on the pressure in the processing space S measured by the pressure sensor, the pressure regulator 56a causes the pressure in the processing space S to be in the range of 20 mTorr (2.6 Pa) to 100 mTorr (13.3 Pa). You may control to. As the pressure in the processing space S is increased in such a range, the pattern width of the multilayer mask M over the entire target substrate W, that is, the width of the line LN can be reduced.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an etching method according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the product created in step S10 of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the principle of etching and sidewall protection in step S14 of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the principle of etching and sidewall protection in step S16 of FIG.
  • a resist mask PRM is formed by patterning a resist film. Patterning of the resist film can be performed by exposing the resist film using a lithography apparatus and developing the exposed resist film.
  • the substrate to be processed W shown in FIG. 7 is created. That is, as shown in FIG. 7, the substrate Sb, the organic film ODL provided on the substrate Sb, the SiARC film SA provided on the organic film ODL, and the resist mask PRM provided on the SiARC film SA are provided. A substrate to be processed W is obtained.
  • the substrate W to be processed shown in FIG. 7 is prepared in the processing container 12 in step S12. Specifically, the substrate to be processed W is transferred onto the electrostatic chuck 20b by a transfer robot or the like.
  • step S14 the SiARC film SA is formed in the multilayer mask M by etching the SiARC film SA.
  • step S ⁇ b> 14 a mixed gas containing CF 4 gas and COS gas is introduced into the processing container 12 as a processing gas, and a microwave is introduced into the processing container 12.
  • step S14 as shown in FIG. 8, fluorine is dissociated from CF 4 by plasma excitation using microwaves, and chemical species based on the fluorine (in FIG. 8, indicated by “F” surrounded by a circle). Therefore, the SiARC film SA is etched according to the pattern of the resist mask PRM.
  • step S14 fluorine dissociated from the CF 4 gas dissociates COS into CO and S (sulfur), and the S (indicated by “S” surrounded by a circle in FIG. 8)
  • the resist mask PRM is protected by adsorbing on the surface of the resist mask PRM.
  • the etching of the SiARC film SA is advanced while protecting the resist mask PRM with S radicals, thereby suppressing a decrease in the film thickness of the resist mask PRM.
  • the etching of the SiARC film SA may include CH 2 F 2 gas in the mixed gas instead of COS as described above.
  • step S ⁇ b> 16 the organic film portion ODLM of the multilayer mask M is formed by etching the organic film ODL.
  • a mixed gas including O 2 gas and COS gas is introduced into the processing container 12 as a processing gas, and a microwave is introduced into the processing container 12.
  • step S16 as shown in FIG. 9, oxygen is dissociated from the O 2 gas by plasma excitation using microwaves, and chemical species based on the oxygen (indicated by “O” surrounded by a circle in FIG. 9).
  • the organic film ODL is etched according to the pattern of the resist mask PRM.
  • step S14 the oxygen-based chemical species dissociates the COS gas into CO and SO, and SO radicals generated thereby (indicated by “SO” surrounded by a circle in FIG. 9) are generated.
  • SO radicals generated thereby (indicated by “SO” surrounded by a circle in FIG. 9) are generated.
  • the side wall SW is constituted by the resist mask PRM, the SiARC film unit SAM, and the side surface of the organic film ODL defined by etching.
  • the organic film ODL can be etched so as to obtain a sidewall having a highly vertical shape profile. .
  • N 2 gas may be included in the mixed gas in addition to the O 2 gas and the COS gas, and the mixed gas may be introduced into the processing container 12.
  • Nitrogen based on N 2 gas contained in the mixed gas is combined with oxygen based on O 2 gas to become NO. Therefore, the amount of chemical species based on oxygen that contributes to etching can be adjusted by including N 2 gas in the mixed gas.
  • the multilayer mask M having the first region R1, that is, the rough region and the second region R2, that is, the dense region it is based on oxygen that contributes to etching.
  • the CD value in the first region R1 and the CD value in the second region R2 can be controlled independently. As a result, it is possible to reduce the difference between the CD value of the first region R1 and the CD value of the second region R2.
  • the pressure of the processing space S in step S16 is adjusted to 20 mTorr to 100 mTorr. As the pressure in the processing space S is increased in such a range, the pattern width of the multilayer mask M over the entire target substrate W, that is, the width of the line LN can be reduced.
  • Example 1 the organic film ODL of the substrate W to be processed was etched in the plasma etching apparatus 10 and the emission spectrum in the processing space S at the time of etching was observed using an emission spectroscopic analyzer (OES).
  • Table 1 shows the etching conditions of Examples 1 and 2.
  • MW power is a microwave power with a frequency of 2.45 GHz generated from the microwave generator 28
  • RF power is an RF bias with a frequency of 13.65 MHz generated from the high frequency power supply 58.
  • Pressure is the pressure of the processing space S
  • gas flow rate (O 2 , COS, N 2 )” indicates the flow rates of O 2 gas, COS gas, and N 2 gas, respectively.
  • Flow rate ratio (center: periphery) indicates the ratio of the gas flow rate of the central introduction part 22 and the gas flow rate of the peripheral introduction part 24, and “temperature (HT, HS, HCS, HES, chiller)” is The temperature of the chiller supplied to the heater HT, the heater HS, the heater HCS, the heater HES, and the refrigerant chamber 20g is shown, and the “processing time” indicates the length of time during which the processing is performed.
  • FIG. 10 shows emission spectra observed in Example 1 and Example 2.
  • the graph (a) in FIG. 10 shows the emission spectrum when no RF bias is applied in Example 1, and the graph (b) in FIG. 10 gives the RF bias of Example 2, ie, 150 W.
  • the emission spectrum is shown.
  • the plasma etching apparatus 10 uses the chemical species containing sulfur (S) dissociated from the COS gas. It was confirmed that SO is dominant. From this result, it was confirmed that in the plasma etching apparatus 10, the side wall protection is performed using SO radicals, that is, without using by-products due to etching.
  • Example 3 a multi-layer film including a resist mask PRM formed from an ArF resist film having a thickness of 90 nm, a SiARC film SA having a thickness of 35 nm, and an organic film ODL having a thickness of 200 nm is etched by the plasma etching apparatus 10 to 70 nm.
  • a multilayer mask having a line and space pattern with a constant pitch was obtained.
  • Table 2 shows the etching conditions for the SiARC film and the etching conditions for the organic film in Example 3. The notation in Table 2 is the same as in Table 1. “Gas flow rate (CF 4 , CH 2 F 2 )” indicates the flow rates of CF 4 gas and CH 2 F 2 gas, respectively.
  • Examples 4 to 6 a multilayer film including a resist mask PRM formed from an ArF resist film having a thickness of 90 nm, a SiARC film SA having a thickness of 35 nm, and an organic film ODL having a thickness of 200 nm is etched in the plasma etching apparatus 10.
  • a multilayer mask having a line and space pattern with a pitch P1 of 2 ⁇ m in the rough region R1 and a line and space pattern with a pitch P2 of 70 nm in the dense region R2 was obtained.
  • the amount of N 2 gas included in the mixed gas used for etching the organic film ODL was changed. Table 4 shows the etching conditions of the SiARC film and the organic film in Examples 4 to 6.
  • the CD value (CD1) of the coarse region R1 and the CD value (CD2) of the dense region R2 are increased by increasing the flow rate of N 2 gas relative to the flow rate of O 2 gas. It was confirmed that the difference from Further, by increasing the amount of N 2 gas relative to the flow rate of O 2 gas, the CD value in both the rough region R1 and the dense region R2 approaches the initial value of the CD value of the resist mask. confirmed.
  • the plasma etching apparatus 10 is used to etch a multilayer film including a resist mask PRM formed from an ArF resist film having a thickness of 90 nm, a SiARC film SA having a thickness of 35 nm, and an organic film ODL having a thickness of 200 nm.
  • a multilayer mask with a line and space pattern with a constant pitch of 70 nm was obtained.
  • the pressure in the processing space S during the etching of the organic film ODL was changed.
  • Table 6 shows the etching conditions for the SiARC films and the etching conditions for the organic films in Examples 7 to 9.
  • Examples 10 to 11 a multilayer film including a resist mask PRM formed from an ArF resist film having a thickness of 90 nm, a SiARC film SA having a thickness of 35 nm, and an organic film ODL having a thickness of 200 nm is etched in the plasma etching apparatus 10. As a result, a multilayer mask having a line and space pattern with a constant pitch of 70 nm was obtained.
  • the processing gas used for etching the SiARC film SA was changed. Table 8 shows the etching conditions of the SiARC film and the etching conditions of the organic film in Examples 10 to 11.
  • Example 10 was etched SiARC film using a process gas was added CH 2 F 2 gas to CF 4 gas was added to COS gas to CF 4 gas
  • Example 11 in which the SiARC film was etched using the processing gas, the remaining thickness of the SiARC film was larger, and the CD value at the bottom of the SiARC film part and the CD value at the bottom of the organic film part were It was confirmed that the difference between the two was also reduced. That is, it was confirmed that COS gas is more preferable as the additive gas in the processing gas for etching the SiARC film.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma etching apparatus, 12 ... Processing container, 14 ... Antenna, 16 ... Coaxial waveguide, 18 ... Dielectric window, 20 ... Stage, 20a ... Stand (high frequency electrode), 22 ... Center introduction part, 24 ... Peripheral introduction , 28 ... microwave generator, 38 ... dielectric plate, 40 ... slot plate, 56a ... pressure regulator, 56b ... exhaust device, 58 ... high frequency power supply, Cont ... control unit, FS ... flow splitter, GS ... gas supply Part, M ... multilayer mask, ODL ... organic film, PRM ... resist mask, R1 ... first region (rough region), R2 ... second region (dense region), SA ... Si antireflection (ARC) film, SW ... side walls.
  • ARC antireflection

Abstract

　一実施形態に係る有機膜をエッチングする方法は、（ａ）処理容器内に有機膜を有する被処理基体を準備する工程と、（ｂ）処理容器内にＣＯＳガス及びＯ２ガスを含む処理ガスを供給し、該処理容器内にプラズマ励起用のマイクロ波を供給して、有機膜をエッチングする工程と、を含む。

Description

有機膜をエッチングする方法及びプラズマエッチング装置
　本発明の実施形態は、エッチング方法及びプラズマエッチング装置に関するものであり、より詳細には、有機膜をエッチングする方法及び当該方法の実施に用いることができるプラズマエッチング装置に関するものである。
　半導体装置の製造においては、被処理基体上に所望のパターンのマスクを形成する工程が行われる。このようなマスクとしては、レジスト膜、Ｓｉ反射防止膜、即ち、ＳｉＡＲＣ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏａｔｉｎｇ）膜、及び有機膜を含む多層膜から形成される多層マスクがある。多層マスクを形成する際には、被処理基体上に有機膜、ＳｉＡＲＣ膜、及び感光性のレジスト膜を設け、次いで、レジスト膜を露光及び現像することによりパターニングして、レジストマスクを形成する。さらに、ＳｉＡＲＣ膜及び有機膜をエッチングする。
　このような多層マスクを所望のパターンに形成する方法の一つとして、エッチングにより形成するスペースを画成する多層マスクの側壁に、エッチングによって発生する副生成物を堆積させることにより、側壁への過度のエッチングを抑制して、パターン寸法精度を実現する方法が用いられている。このような副生成物を用いる側壁保護技術については、例えば、特許文献１に記載されている。しかしながら、副生成物を用いる側壁保護技術では、副生成物の堆積量を側壁の全面にわたって均一に制御するためには、特許文献１に記載されているように、複雑な工程や条件管理が必要となる。
　また、特許文献２及び３に記載されているように、近年になって、エッチングの際の側壁保護技術として、ＣＯＳ（硫化カルボニル）ガスをエッチングにおける添加ガスとして用いる方法が提案されている。具体的に、特許文献２に記載された方法は、平行平板型のプラズマエッチング装置に、ＣＦ４ガスとＣＯＳガスとの混合ガスを供給して、ＳｉＡＲＣ膜をエッチングしている。また、特許文献３に記載された方法は、特許文献２に記載された方法と同様にＳｉＡＲＣ膜をエッチングし、次いで、平行平板型のプラズマエッチング装置にＯ２ガスとＣＯＳガスの混合ガスを供給して、有機膜をエッチングしている。
特開２００５－１２９８９３号公報 特開２０１１－１３４８９６号公報 特開２０１２－３３８３３号公報
　特許文献２及び３に記載された方法では、平行平板型のプラズマエッチング装置により発生される電界によりＣＯＳガスがＣＯとＳ（硫黄）に解離し、ＲＦバイアスによるスパッタ効果により発生するエッチング副生成物と活性化状態にあるＳ（硫黄）とが反応することにより生成される化合物が側壁に付着して、当該側壁を保護しているものと考えられる。
　したがって、ＣＯＳガスを添加ガスとして用いる従来の方法においては、側壁保護の体積が、パターンの深さ方向で不均一になる傾向がある。例えば、特許文献３の図６に記載されているように、多層マスクの上側部分の幅、即ちＣＤ（クリティカルディメンジョン）値と、当該多層マスクの下側部分のＣＤ値との値が不均一となっている。即ち、多層マスクのエッチング方法においては、多層マスクの側壁の形状プロファイルの垂直性に改善の余地があるといえる。
　よって、当技術分野においては、側壁の形状プロファイルの垂直性を向上することが可能な有機膜のエッチング方法及び当該方法の実施に用いることができるプラズマエッチング装置が要請されている。
　本発明の一側面は、有機膜をエッチングする方法に関するものであり、当該方法は、（ａ）処理容器内に有機膜を有する被処理基体を準備する工程と、（ｂ）処理容器内にＣＯＳガス及びＯ２ガスを含む処理ガスを供給し、該処理容器内にプラズマ励起用のマイクロ波を供給して、有機膜をエッチングする工程と、を含む。一実施形態においては、被処理基体は、パターニングされたレジスト膜、及び、当該レジスト膜と被処理基体との間に設けられた前記有機膜とを含む多層膜を有していてもよい。
　プラズマ励起のためにマイクロ波を用いる本方法では、ＣＯＳガスの解離により得られる硫黄を含む解離種として、ＳＯラジカルが支配的なものとなる。本方法では、当該ＳＯラジカルが主として側壁保護に寄与する。即ち、上述した従来の副生成物や化合物による側壁の保護とは異なり、本方法では、ＳＯラジカルが側壁に吸着されることにより、当該側壁を保護する。したがって、本方法によれば、高い垂直性の形状プロファイルを有する側壁が得られるよう有機膜をエッチングすることが可能である。また、本方法では、ＳＯラジカルにより側壁保護を行うので、多層マスクの灰化処理が比較的容易となり得る。
　一実施形態においては、有機膜をエッチングする工程において、Ｎ２ガスを更に含む前記処理ガスが供給されてもよい。この実施形態によれば、Ｎ２ガスを処理ガスに含めることにより、粗なパターンが形成される領域（以下、「粗領域」という）におけるＣＤ値と、密なパターンが形成される領域（以下、「密領域」という）におけるＣＤ値との差を低減させることが可能となる。また、処理ガス中のＮ２ガスとＯ２ガスの比を調整することで、当該差をより小さくすることが可能となり得る。
　一実施形態においては、有機膜をエッチングする工程において、処理容器内の圧力が２０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力に調整されてもよい。この実施形態によれば、処理容器内の圧力を当該範囲で調整することにより、側壁の垂直性に与える影響を抑制しつつ、被処理基体にわたる多層マスクのパターン幅を制御することが可能となる。
　一実施形態においては、多層膜は、レジスト膜と有機膜との間に設けられたＳｉ反射防止膜を含んでいてもよく、上記方法は、有機膜をエッチングする工程の前に、フルオロカーボン系ガス及びＣＯＳガスを含むガスを処理容器内に供給し、当該処理容器内にマイクロ波を供給して、Ｓｉ反射防止膜をエッチングする工程を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、Ｓｉ反射防止膜のエッチング時にパターニングされたレジスト膜、即ち、レジストマスクを保護することが可能となり、Ｓｉ反射防止膜のエッチング後におけるレジストマスクの残膜の厚みの低下を抑制することが可能となる。
　本発明の別の一側面は、プラズマエッチング装置に関するものである。一側面に係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手段と、マイクロ波を発生する手段と、マイクロ波を発生する手段に接続されており、処理容器内にプラズマ励起用のマイクロ波を供給するアンテナと、を備え、処理ガスを供給する手段は、ＣＯＳガス及びＯ２ガスを含む処理ガスを処理容器内に供給する。一実施形態においては、アンテナは、同軸導波管を介してマイクロ波発生器に接続されたラジアルラインスロットアンテナ（即ち、「ＲＬＳＡ」）であってもよい。
　本プラズマエッチング装置は、有機膜の上にパターニングされたレジスト膜を有する多層膜中の当該有機膜をエッチングすることができ、また、エッチングにより形成されるスペースを画成する側壁を保護しつつ当該エッチングを進行させることができる。本装置によれば、従来の副生成物や化合物による側壁の保護とは異なり、ＳＯラジカルが側壁に吸着されることにより、当該側壁を保護する。したがって、本装置によれば、垂直性の高い形状プロファイルを有する側壁が得られるよう有機膜をエッチングすることが可能である。また、本装置では、ＳＯラジカルにより側壁保護を行うので、多層マスクの灰化処理が比較的容易となり得る。
　一実施形態においては、処理ガスを供給する手段は、Ｎ２ガスを更に含む前記処理ガスを供給してもよい。この実施形態によれば、Ｎ２ガスを処理ガスに含めることにより、粗領域におけるＣＤ値と密領域におけるＣＤ値との差を低減させることが可能となる。また、一実施形態においては、処理ガスを供給する手段は、Ｎ２ガスとＯ２ガスの比を制御する手段を含んでいてもよい。この実施形態によれば、処理ガス中のＮ２ガスとＯ２ガスとの比を調整することで、粗領域のＣＤ値と密領域のＣＤ値との差をより小さくすることが可能となり得る。
　一実施形態においては、プラズマエッチング装置は、処理容器内の圧力を調整する圧力調整器を更に備えていてもよい。この実施形態によれば、処理容器内の圧力を調整することにより、側壁の垂直性に与える影響を抑制しつつ、被処理基体にわたる多層マスクのパターン幅を制御することが可能となる。一実施形態においては、圧力調整器は、処理容器内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒの間の圧力に調整してもよい。
　一実施形態においては、処理ガスを供給する手段は、フルオロカーボン系ガス及びＣＯＳガスを含む別の処理ガスを更に供給可能であってもよい。この実施形態の装置は、有機膜とレジスト膜との間にＳｉ反射防止膜が更に設けられた多層膜の当該Ｓｉ反射防止膜を更にエッチングすることが可能である。即ち、この実施形態の装置は、有機膜をエッチングする前に、フルオロカーボン系ガス及びＣＯＳガスを含むガスを処理容器内に供給し、当該処理容器内にマイクロ波を供給して、Ｓｉ反射防止膜をエッチングすることが可能である。この実施形態の装置によれば、Ｓｉ反射防止膜のエッチング時にレジストマスクを保護することが可能となり、レジストマスクの膜厚の減少を抑制することが可能となる。
　以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、より垂直なプロファイルのパターンを形成可能な有機膜のエッチング方法及び当該方法の実施に用いることができるプラズマエッチング装置が提供され得る。
一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。 一実施形態に係るスロット板を示す平面図である。 一実施形態に係るプラズマエッチング装置のガス供給部を概略的に示す図である。 一実施形態の多層マスクを示す断面図である。 別の実施形態の多層マスクを示す断面図である。 一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 図６の工程Ｓ１０で作成される生産物を示す断面図である。 図６の工程Ｓ１４におけるエッチング及び側壁保護の原理を説明するための断面図である。 図６の工程Ｓ１６におけるエッチング及び側壁保護の原理を説明するための断面図である。 実施例１の発光スペクトルを示すグラフである。
　以下、図面を参照して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。
　まず、一実施形態に係るエッチング方法を実施し得るプラズマエッチング装置について説明する。図１は、一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１に示すプラズマエッチング装置１０は、処理容器１２を備えている。
　処理容器１２は、被処理基体Ｗを収容するための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂ、及び、天部１２ｃを含み得る。側壁１２ａは、軸線Ｘが延びる方向（以下、「軸線Ｘ方向」という）に延在する略筒形状を有している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天部１２ｃとの間に狭持されている。この誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材２６が介在していてもよい。封止部材２６は、例えばＯリングであり、処理容器１２の密閉に寄与する。
　プラズマエッチング装置１０は、処理容器１２内に設けられたステージ２０を更に備えている。ステージ２０は、誘電体窓１８の下方に設けられている。一実施形態においては、ステージ２０は、台２０ａ、及び、静電チャック２０ｂを含んでいる。
　台２０ａは、筒状支持部４６に支持されている。筒状支持部４６は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４６の外周には、導電性の筒状支持部４８が設けられている。筒状支持部４８は、筒状支持部４６の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部４８と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５０が形成されている。
　排気路５０の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気路５０は、排気孔１２ｈを提供する排気管５４に接続しており、当該排気管５４には、圧力調整器５６ａを介して排気装置５６ｂが接続されている。排気装置５６ｂは、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。圧力調整器５６ａは、排気装置５６ｂの排気量を調整して、処理容器１２内の圧力を調整する。これら圧力調整器５６ａ及び排気装置５６ｂにより、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置５６ｂを動作させることにより、ステージ２０の外周から排気路５０を介して処理ガスを排気することができる。
　台２０ａは、高周波電極を兼ねている。台２０ａには、マッチングユニット６０及び給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理基体Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
　台２０ａの上面には、静電チャック２０ｂが設けられている。一実施形態においては、静電チャック２０ｂの上面は、被処理基体Ｗを載置するための載置領域を構成している。この静電チャック２０ｂは、被処理基体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック２０ｂの径方向外側には、被処理基体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦが設けられている。静電チャック２０ｂは、電極２０ｄ、絶縁膜２０ｅ、及び、絶縁膜２０ｆを含んでいる。電極２０ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜２０ｅと絶縁膜２０ｆの間に設けられている。電極２０ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６及び被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック２０ｂは、直流電源６４から印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面に被処理基体Ｗを吸着保持することができる。
　台２０ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２０ｇが設けられている。この冷媒室２０ｇには、チラーユニットから配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。静電チャック２０ｂ上の被処理基体Ｗの処理温度は、冷媒の温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック２０ｂの上面と被処理基体Ｗの裏面との間に供給される。
　一実施形態においては、プラズマエッチング装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣＳ、及び、ＨＥＳを更に備え得る。ヒータＨＴは、天部１２ｃ内に設けられており、アンテナ１４を囲むように、環状に延在している。また、ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。ヒータＨＳは、例えば、処理空間Ｓの高さ方向（即ち、軸線Ｘ方向）の中間に対応する位置に設けられ得る。ヒータＨＣＳは、台２０ａ内に設けられている。ヒータＨＣＳは、台２０ａ内において、上述した載置領域の中央部分の下方、即ち軸線Ｘに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥＳは、台２０ａ内に設けられており、ヒータＨＣＳを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥＳは、上述した載置領域の外縁部分の下方に設けられている。
　また、プラズマエッチング装置１０は、アンテナ１４、同軸導波管１６、誘電体窓１８、マイクロ波発生器２８、チューナ３０、導波管３２、及び、モード変換器３４を更に備え得る。マイクロ波発生器２８は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器２８は、チューナ３０、導波管３２、及びモード変換器３４を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、その中心軸線である軸線Ｘに沿って延在している。同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａは、軸線Ｘ方向に延びる筒形状を有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット３６の上部に電気的に接続され得る。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側に設けられている。内側導体１６ｂは、軸線Ｘに沿って延びている。内側導体１６ｂの下端は、アンテナ１４のスロット板４０に接続している。
　一実施形態においては、アンテナ１４は、天部１２ｃに形成された開口内に配置され得る。このアンテナ１４は、誘電体板３８及びスロット板４０を含んでいる。誘電体板３８は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円板形状を有している。誘電体板３８は、例えば、石英又はアルミナから構成される。誘電体板３８は、スロット板４０と冷却ジャケット３６の下面の間に狭持されている。アンテナ１４は、したがって、誘電体板３８、スロット板４０、及び、冷却ジャケット３６の下面によって構成され得る。
　スロット板４０は、複数のスロット対が形成された略円板状の金属板である。一実施形態においては、アンテナ１４は、ラジアルラインスロットアンテナであり得る。図２は、図１に示すスロット板の一例を示す平面図である。スロット板４０には、複数のスロット対４０ａが形成されている。複数のスロット対４０ａは、径方向に所定の間隔で設けられており、また、周方向に所定の間隔で配置されている。複数のスロット対４０ａの各々は、二つのスロット孔４０ｂ及び４０ｃを含んでいる。スロット孔４０ｂとスロット孔４０ｃは、互いに交差又は直交する方向に延在している。
　図１を再び参照する。プラズマエッチング装置１０では、マイクロ波発生器２８により発生されたマイクロ波が、同軸導波管１６を通って、誘電体板３８に伝播され、スロット板４０のスロット孔から誘電体窓１８に与えられる。
　誘電体窓１８は、略円板形状を有しており、例えば、石英又はアルミナから構成されている。誘電体窓１８は、スロット板４０の直下に設けられている。誘電体窓１８は、アンテナ１４から受けたマイクロ波を透過して、当該マイクロ波を処理空間Ｓに導入する。これにより、誘電体窓１８の直下に電界が発生し、処理空間内にプラズマが発生する。このように、プラズマエッチング装置１０によれば、磁場を加えずにマイクロ波を用いてプラズマを発生させることが可能である。
　一実施形態においては、誘電体窓１８の下面は、凹部１８ａを画成し得る。凹部１８ａは、軸線Ｘ周りに環状に設けられており、テーパ形状を有している。この凹部１８ａは、導入されたマイクロ波による定在波の発生を促進するために設けられており、マイクロ波によるプラズマを効率的に生成することに寄与し得る。
　以下、図１と共に図３を参照する。図３は、一実施形態に係るガス供給部を概略的に示す図である。図１及び図３に示すように、プラズマエッチング装置１０は、中央導入部２２、周辺導入部２４、フロースプリッタＦＳ、及び、ガス供給部ＧＳを含んでおり、これらは、一実施形態においては、処理ガスを供給する手段を構成している。
　中央導入部２２は、配管２２ａ及びインジェクタ２２ｂを含んでいる。配管２２ａは、内側導体１６ｂの内部を通っており、軸線Ｘに沿って延在している。この配管２２ａには、インジェクタ２２ｂが接続されている。インジェクタ２２ｂには、軸線Ｘ方向に延在する複数の貫通孔が形成されている。誘電体窓１８には、インジェクタ２２ｂを収容する空間、及び、当該空間と処理空間Ｓを接続する孔１８ｈが軸線Ｘに沿って設けられている。かかる中央導入部２２は、処理ガスを、配管２２ａ、インジェクタ２２ｂの複数の貫通孔、及び孔１８ｈを介して、処理空間Ｓの上方から軸線Ｘに沿って処理空間Ｓ内に供給する。
　周辺導入部２４は、環状管２４ａ及び配管２４ｂを含んでいる。環状管２４ａは、処理空間Ｓの軸線Ｘ方向の中間位置において軸線Ｘ中心に環状に延在するよう、処理容器１２内に設けられている。この環状管２４ａには、軸線Ｘに向けて開口された複数のガス噴射孔２４ｈが形成されている。これら複数のガス噴射孔２４ｈは、軸線Ｘ中心に環状に配列されている。この環状管２４ａには配管２４ｂが接続しており、当該配管２４ｂは処理容器１２の外部まで延びている。かかる周辺導入部２４は、配管２４ｂ、環状管２４ａ、及びガス噴射孔２４ｈを介して、処理ガスを軸線Ｘに向けて処理空間Ｓ内に導入する。
　ガス供給部ＧＳは、中央導入部２２及び周辺導入部２４に処理ガスを供給する。ガス供給部ＧＳは、ガス源８０ａ，８２ａ，８４ａ，８６ａを含んでいる。一実施形態においては、ガス源８０ａ，８２ａ，８４ａ，８６ａはそれぞれ、ＣＦ４ガスのガス源、Ｏ２ガスのガス源、ＣＯＳガスのガス源、Ｎ２ガスのガス源である。ガス源８０ａは、バルブ８０ｂ、マスフローコントローラ８０ｃ、及びバルブ８０ｄを介して共通ガスラインＧＬ１０に接続されている。ガス源８２ａは、バルブ８２ｂ、マスフローコントローラ８２ｃ、及びバルブ８２ｄを介して共通ガスラインＧＬ１０に接続されている。ガス源８４ａは、バルブ８４ｂ、マスフローコントローラ８４ｃ、及びバルブ８４ｄを介して共通ガスラインＧＬ１０に接続されている。ガス源８６ａは、バルブ８６ｂ、マスフローコントローラ８６ｃ、及びバルブ８６ｄを介して共通ガスラインＧＬ１０に接続されている。また、一実施形態においては、ガス供給部ＧＳは、ガス源８８ａを更に含み得る。このガス源８８ａは、ＣＨ２Ｆ２ガスのガス源であってもよく、バルブ８８ｂ、マスフローコントローラ８８ｃ、及びバルブ８８ｄを介して共通ガスラインＧＬ１０に接続され得る。
　共通ガスラインＧＬ１０は、フロースプリッタＦＳに接続されている。フロースプリッタＦＳは、共通ガスラインＧＬ１０から供給される処理ガスをガスラインＧＬ１２とガスラインＧＬ１４に分岐させる。ガスラインＧＬ１２は中央導入部２２に接続されており、ガスラインＧＬ１４は周辺導入部２４に接続されている。したがって、ガス供給部ＧＳからの処理ガスは、フロースプリッタＦＳにより中央導入部２２と周辺導入部２４に分岐される。また、プラズマエッチング装置１０では、中央導入部２２及び周辺導入部２４のそれぞれに別個のガス供給部ＧＳが接続されていてもよい。このような構成を有することにより、プラズマエッチング装置１０では、中央導入部２２及び周辺導入部２４から処理空間Ｓに供給されるガス流量比やガス組成比を空間的に制御することが可能となる。
　プラズマエッチング装置１０は、図３に示すように、制御部Ｃｏｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｏｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部Ｃｏｎｔは、マスフローコントローラ８０ｃ，８２ｃ，８４ｃ，８６ｃ、８８ｃに対して制御信号を送出して、ガス源８０ａ，８２ａ，８４ａ，８６ａそれぞれからのガスの流量を制御することができる。また、制御部Ｃｏｎｔは、バルブ８０ｂ，８０ｄ，８２ｂ，８２ｄ，８４ｂ，８４ｄ，８６ｂ，８６ｄ，８８ｂ，８８ｄに制御信号を送出して、これらバルブの開閉を制御することができる。また、制御部Ｃｏｎｔは、フロースプリッタＦＳに制御信号を送出して、中央導入部２２に対する処理ガスの供給量と周辺導入部２４に対する処理ガスの供給量の比、即ち、中央導入部２２のガス流量と周辺導入部２４のガス流量の比を制御することができる。さらに、一実施形態においては、制御部Ｃｏｎｔは、マイクロ波のパワー、ＲＦバイアスのパワー及びＯＮ／ＯＦＦ、並びに、処理容器１２内の圧力を制御するよう、マイクロ波発生器２８、高周波電源５８、圧力調整器５６ａに制御信号を供給し得る。
　かかるプラズマエッチング装置１０は、一実施形態においては、図４に示す多層マスクＭの作成に用いることができる。図４に示すように、一実施形態の多層マスクＭは、ラインＬＮとスペースＳＰとが交互に繰り返されるパターン（即ち、ライン・アンド・スペースパターン）を有し得る。また、図４に示すように、一実施形態の多層マスクＭにおけるラインＬＮ間のピッチＰは、一定であり得る。多層マスクＭは、基板Ｓｂ上に設けられた有機膜部ＯＤＬＭ、当該有機膜部ＯＤＬＭ上に設けられたＳｉＡＲＣ膜部ＳＡＭ、及びＳｉＡＲＣ膜部ＳＡＭ上に設けられたレジストマスクＰＲＭを有し得る。基板Ｓｂは、多層マスクＭを用いてエッチングされる被エッチング層、例えば、ＳｉＮ層といった半導体層を含み得る。有機膜部ＯＤＬＭは、例えば、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）法により分析した場合に、炭素と酸素の原子数の比（炭素原子数／酸素原子数）が約８であり、炭素と窒素の原子数の比（炭素原子数／窒素原子数）が約９であるアモルファスカーボンといった材料を含む有機膜から形成され、レジストマスクＰＲＭは、例えば、ＡｒＦレーザ光線に対して感光性を有するレジスト膜から形成される。なお、レジストマスクＰＲＭは、ｇ線、ｉ線、又はＫｒＦレーザ光線に対して感光性を有するレジスト材料から構成されていてもよい。
　プラズマエッチング装置１０では、ＳｉＡＲＣ膜部ＳＡＭを形成するためにＳｉＡＲＣ膜をエッチングする際には、処理ガスとして、ガス源８０ａからのＣＦ４ガス及びガス源８４ａからのＣＯＳガスを処理容器１２内に導入することができる。このプラズマエッチング装置１０では、マイクロ波を用いたプラズマ励起によりＣＦ４ガスから解離したフッ素に基づく化学種、即ち、フッ素イオン及びフッ素ラジカルといった化学種が、主としてＳｉＡＲＣ膜のエッチングに寄与する。また、マイクロ波によりプラズマを励起するプラズマエッチング装置１０は、より詳細には後述するようにＣＯＳが解離する電子温度までＣＯＳを励起することができず、ＣＦ４から解離した活性化状態のフッ素がＣＯＳと反応して、ＣＯＳをＣＯとＳ（硫黄）とに解離させる。これにより発生するＳ（硫黄）の解離種としてはＳラジカルが支配的な状態となっているので、当該ＳラジカルがレジストマスクＰＲＭの表面に吸着され、レジストマスクＰＲＭを改質して当該レジストマスクＰＲＭを保護する。したがって、プラズマエッチング装置１０によれば、レジストマスクＰＲＭの残膜の厚みの低下を抑制するよう、ＳｉＡＲＣ膜をエッチングすることが可能となる。なお、別の実施形態では、ＳｉＡＲＣ膜をエッチングする際に、ＣＯＳガスに代えて、ガス源８８ａからのＣＨ２Ｆ２ガスが、処理容器１２内に導入されてもよい。
　また、プラズマエッチング装置１０では、有機膜部ＯＤＬＭを形成するために有機膜をエッチングする際には、処理ガスとして、ガス源８２ａからのＯ２ガス及びガス源８４ａからのＣＯＳガスを処理容器１２内に導入することができる。プラズマエッチング装置１０では、マイクロ波を用いたプラズマ励起により、Ｏ２ガスが解離して、酸素イオンや酸素ラジカルといった化学種が生成され、当該化学種が、主として有機膜のエッチングに寄与する。
　また、プラズマエッチング装置１０では、有機膜をエッチングする際に、ＣＯＳガスがＣＯとＳＯとに解離する。ここで、平行平板型のプラズマエッチング装置と本プラズマエッチング装置１０のそれぞれにおけるＣＯＳガスの解離のメカニズムについて詳細に説明する。ＣＯＳでは、Ｃ（炭素）とＳ（硫黄）は、３０５ＫＪ／ｍｏｌの結合エネルギーで結合しており、Ｃ（炭素）とＯ（酸素）は、６１９ＫＪ／ｍｏｌの結合エネルギーで結合している。平行平板型のプラズマエッチング装置内の電子温度は、通常２～３ｅＶより大きく、ＣＯＳガスのＣ（炭素）とＯ（酸素）の結合を切断する十分なエネルギーを有している。したがって、平行平板型のプラズマエッチング装置では、プラズマ中の電子がＣＯＳガスからＳ（硫黄）を解離させ、活性化状態にある硫黄とエッチング副生成物との反応により生成される化合物が側壁に付着するものと考えられる。
　一方、プラズマの励起にマイクロ波を用いるプラズマエッチング装置１０内の電子温度は、１～２ｅＶであって、２ｅＶよりも小さく、ＣＯＳにおける上記結合を切断するエネルギーを有していない。しかしながら、プラズマエッチング装置１０では、マイクロ波を用いたプラズマ励起によりＯ２ガスから解離した酸素ラジカル又は酸素イオンといった化学種が、ＣＯＳ中のＳ（硫黄）に結合して、ＣＯＳをＣＯとＳＯに解離させる。かかる解離により生じるＳＯのうち、ＳＯイオンは、高周波電極に与えられる高周波電力により、下方、即ち、被処理基体Ｗの方向に引き込まれ、多層膜の上面、即ち、レジストマスクマスクＰＲＭの上面と、多層膜に形成されるスペースを画成する底面、即ち、当該スペースの底面を画成する有機膜の表面をエッチングし、その結果、Ｓ（硫黄）とＣＯｘとが発生する。また、発生したＳ（硫黄）は酸素イオンと結合しＳＯｘとなる。これらＣＯｘ及びＳＯｘは気体として排気される。また、ＣＯＳの解離により生じるＳＯラジカルは、高周波電極に与えられる高周波電力による影響を受けずに、エッチングによって形成されたスペースＳＰを画成する側壁ＳＷに吸着され、当該側壁ＳＷを保護する。このように、プラズマエッチング装置１０によれば、従来の側壁保護技術のようにエッチングによって発生した副生物又は化合物を用いて側壁を保護するのではなく、ＳＯラジカルを直接的に側壁に吸着させることにより、当該側壁を保護することができる。したがって、垂直性の高い形状プロファイルを有する側壁ＳＷが得られるよう、多層マスクＭを形成することが可能となる。
　さらに、ＳＯラジカルは多層マスクＭの側壁を構成するレジストマスクＰＲＭ又は有機膜部ＯＤＬＭの表層のみを改質する。即ち、ＳＯラジカルは、内部深くまで多層マスクＭを改質しないので、多層マスクＭの灰化処理が比較的容易となり得る。
　また、プラズマエッチング装置１０は、図５に示す多層マスクＭを作成することも可能である。図５に示す多層マスクＭは、第１の領域（即ち、粗領域）Ｒ１においては、ピッチＰ１で形成されたライン・アンド・スペースのパターンを有しており、第２の領域（即ち、密領域）Ｒ２においては、ピッチＰ１よりも小さいピッチＰ２で形成されたライン・アンド・スペースのパターンを有している。
　図５に示す多層マスクＭの作成において有機膜をエッチングする際には、処理ガスとして、ガス源８２ａからのＯ２ガス、ガス源８４ａからのＣＯＳガス、及びガス源８６ａからのＮ２ガスを処理容器１２内に導入することができる。Ｎ２ガスを処理ガスに含めると、Ｏ２ガスから解離した酸素がＮ２ガスから解離した窒素と結合し、有機膜のエッチングに寄与する酸素に基づく化学種の量が少なくなる。
　また、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２のそれぞれの領域に対して供給されるＯ２ガスの流量に対して、相対的にＮ２ガスの流量を調整することにより、エッチングに寄与する酸素に基づく化学種の量を空間的に制御することができる。したがって、第１の領域Ｒ１のＣＤ値と第２の領域Ｒ２のＣＤ値を独立して制御することが可能となる。その結果、第１の領域Ｒ１のＣＤ値と第２の領域Ｒ２のＣＤ値との差を低減させることが可能となる。プラズマエッチング装置１０では、Ｏ２ガスの流量とＮ２ガスの流量の比を、マスフローコントローラ８２ｃ及びマスフローコントローラ８６ｃに制御部Ｃｏｎｔから制御信号を与えることにより、調整することができる。
　なお、図４に示した一定ピッチのパターンを有する多層マスクＭの作成における有機膜のエッチングの際にも、処理空間ＳにＮ２ガスを導入してもよい。
　また、一実施形態においては、圧力センサにより測定される処理空間Ｓの圧力に基づいて、圧力調整器５６ａが、処理空間Ｓの圧力を２０ｍＴｏｒｒ（２．６Ｐａ）～１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）の範囲に制御してもよい。かかる範囲において処理空間Ｓの圧力を大きくするほど、被処理基体Ｗの全体にわたる多層マスクＭのパターン幅、即ちラインＬＮの幅を小さくすることが可能となる。
　以下、図６～図９を参照して、プラズマエッチング装置１０を用いて実施し得るエッチング方法について、詳細に説明する。図６は、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図７は、図６の工程Ｓ１０で作成される生産物を示す断面図である。図８は、図６の工程Ｓ１４におけるエッチング及び側壁保護の原理を説明するための断面図である。図９は、図６の工程Ｓ１６におけるエッチング及び側壁保護の原理を説明するための断面図である。
　本エッチング方法では、まず、工程Ｓ１０において、レジスト膜をパターニングすることによりレジストマスクＰＲＭが形成される。レジスト膜のパターニングは、リソグラフィ装置を用いてレジスト膜を露光し、露光したレジスト膜を現像することにより、実施することができる。この工程Ｓ１０により、図７に示す被処理基体Ｗが作成される。即ち、図７に示すように、基板Ｓｂ、基板Ｓｂ上に設けられた有機膜ＯＤＬ、有機膜ＯＤＬ上に設けられたＳｉＡＲＣ膜ＳＡ、及び、ＳｉＡＲＣ膜ＳＡ上に設けられたレジストマスクＰＲＭを有する被処理基体Ｗが得られる。
　次いで、本エッチング方法では、工程Ｓ１２において、図７に示した被処理基体Ｗが処理容器１２内に準備される。具体的には、被処理基体Ｗは、搬送ロボット等により静電チャック２０ｂ上に搬送される。
　次いで、一実施形態においては、工程Ｓ１４において、ＳｉＡＲＣ膜ＳＡをエッチングすることにより多層マスクＭのＳｉＡＲＣ膜部ＳＡＭが形成される。工程Ｓ１４においては、ＣＦ４ガス及びＣＯＳガスを含む混合ガスが処理ガスとして処理容器１２内に導入され、また、処理容器１２内にマイクロ波が導入される。工程Ｓ１４においては、図８に示すように、マイクロ波を用いたプラズマ励起によりＣＦ４からフッ素が解離し、当該フッ素に基づく化学種（図８では、円によって囲まれた「Ｆ」で示されている）によりＳｉＡＲＣ膜ＳＡがレジストマスクＰＲＭのパターンに従ってエッチングされる。また、工程Ｓ１４においては、ＣＦ４ガスから解離したフッ素がＣＯＳをＣＯとＳ（硫黄）に解離させ、当該Ｓ（図８では、円によって囲まれた「Ｓ」で示されている）が、レジストマスクＰＲＭの表面に吸着して当該レジストマスクＰＲＭを保護する。このようにＳラジカルによりレジストマスクＰＲＭを保護しつつＳｉＡＲＣ膜ＳＡのエッチングを進行させることにより、レジストマスクＰＲＭの膜厚の低下が抑制される。
　なお、別の実施形態においては、ＳｉＡＲＣ膜ＳＡのエッチングには、上述したようにＣＯＳに代えて、ＣＨ２Ｆ２ガスが混合ガスに含められてもよい。
　次いで、本エッチング方法では、工程Ｓ１６において、有機膜ＯＤＬをエッチングすることにより多層マスクＭの有機膜部ＯＤＬＭが形成される。工程Ｓ１６においては、Ｏ２ガス及びＣＯＳガスを含む混合ガスが処理ガスとして処理容器１２内に導入され、また、処理容器１２内にマイクロ波が導入される。工程Ｓ１６においては、図９に示すように、マイクロ波を用いたプラズマ励起によりＯ２ガスから酸素が解離し、当該酸素に基づく化学種（図９では、円によって囲まれた「Ｏ」で示されている）により、有機膜ＯＤＬがレジストマスクＰＲＭのパターンに従ってエッチングされる。また、工程Ｓ１４においては、酸素に基づく化学種がＣＯＳガスをＣＯとＳＯとに解離させ、これにより発生したＳＯラジカル（図９では、円によって囲まれた「ＳＯ」で示されている）が、多層マスクの側壁ＳＷ、即ち、エッチングによって形成されたスペースを画成する側壁ＳＷに吸着される。この側壁ＳＷは、レジストマスクＰＲＭ、ＳｉＡＲＣ膜部ＳＡＭ、及び、エッチングによって画成された有機膜ＯＤＬの側面によって構成される。このように、ＳＯラジカルを吸着させて側壁ＳＷを保護しつつ有機膜ＯＤＬのエッチングを進行させることにより、垂直性の高い形状プロファイルを有する側壁が得られるよう、有機膜ＯＤＬをエッチングすることができる。
　一実施形態においては、上述したように、工程Ｓ１６において、Ｏ２ガス及びＣＯＳガスに加えてＮ２ガスが混合ガスに含められ、当該混合ガスが処理容器１２内に導入されてもよい。混合ガスに含められたＮ２ガスに基づく窒素はＯ２ガスに基づく酸素と結合しＮＯとなる。したがって、Ｎ２ガスを混合ガスに含めることにより、エッチングに寄与する酸素に基づく化学種の量を調整することができる。その結果、図５に示したように第１の領域Ｒ１、即ち粗領域と第２の領域Ｒ２、即ち密領域を有する多層マスクＭを形成する場合であっても、エッチングに寄与する酸素に基づく化学種の量を空間的に制御することができるので、第１の領域Ｒ１におけるＣＤ値と第２の領域Ｒ２におけるＣＤ値とを独立して制御することが可能となる。その結果、第１の領域Ｒ１のＣＤ値と第２の領域Ｒ２のＣＤ値との差を低減させることが可能となる。
　また、一実施形態においては、上述したように、工程Ｓ１６における処理空間Ｓの圧力が、２０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒに調整される。かかる範囲において処理空間Ｓの圧力を大きくするほど、被処理基体Ｗの全体にわたる多層マスクＭのパターン幅、即ちラインＬＮの幅を小さくすることが可能となる。
　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。
　（実施例１～２）
　実施例１～２では、プラズマエッチング装置１０において被処理基体Ｗの有機膜ＯＤＬをエッチングし、エッチング時の処理空間Ｓにおける発光スペクトルを発光分光分析装置（ＯＥＳ）を用いて観察した。実施例１～２のエッチング条件を表１に示す。表１において、「ＭＷパワー」はマイクロ波発生器２８から発生させた周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波のパワーであり、「ＲＦパワー」は、高周波電源５８から発生させた周波数１３．６５ＭＨｚのＲＦバイアスのパワーであり、「圧力」は、処理空間Ｓの圧力であり、「ガス流量（Ｏ２、ＣＯＳ、Ｎ２）」は、Ｏ２ガス、ＣＯＳガス、Ｎ２ガスそれぞれの流量を示しており、「流量比（中央：周辺）」は、中央導入部２２のガス流量と周辺導入部２４のガス流量の比を示しており、「温度（ＨＴ、ＨＳ、ＨＣＳ、ＨＥＳ、チラー）」は、ヒータＨＴ、ヒータＨＳ、ヒータＨＣＳ、ヒータＨＥＳ、及び冷媒室２０ｇに供給されるチラーの温度を示しており、「処理時間」は処理が行われた時間長を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１０に、実施例１及び実施例２で観察された発光スペクトルを示す。図１０のグラフ（ａ）は、実施例１、即ちＲＦバイアスを与えなかったときの発光スペクトルを示しており、図１０のグラフ（ｂ）は、実施例２、即ち１５０ＷのＲＦバイアスを与えたときの発光スペクトルを示している。図１０に示すように、実施例１及び実施例２の何れにおいても、即ち、ＲＦバイアスの印可の有無によらず、プラズマエッチング装置１０では、ＣＯＳガスから解離した硫黄（Ｓ）を含む化学種としてＳＯが支配的であることが確認された。この結果から、プラズマエッチング装置１０では、ＳＯラジカルを用いて、即ち、エッチングによる副生成物を用いずに、側壁保護が行われることが確認された。
　（実施例３）
　実施例３では、膜厚９０ｎｍのＡｒＦレジスト膜から形成したレジストマスクＰＲＭ、膜厚３５ｎｍのＳｉＡＲＣ膜ＳＡ、膜厚２００ｎｍの有機膜ＯＤＬを含む多層膜を、プラズマエッチング装置１０においてエッチングすることにより７０ｎｍの一定ピッチのライン・アンド・スペースパターンの多層マスクを得た。実施例３におけるＳｉＡＲＣ膜のエッチング条件及び有機膜のエッチング条件を表２に示す。表２における表記は表１と同様である。なお、「ガス流量（ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２）」は、ＣＦ４ガス、ＣＨ２Ｆ２ガスそれぞれの流量を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例３において得られた多層マスクのＳＥＭ写真を取得し、当該ＳＥＭ写真を用いて多層マスクにおける一つのラインＬＮの上部、中間、底部それぞれにおけるＣＤ値（図４に示すＣＤｔ、ＣＤｍ、ＣＤｂ）を測定した。その結果を、表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表３から明らかなように、多層マスクのラインＬＮにおける上部から底部までのＣＤ値の差は０．７ｎｍであり、したがって、プラズマエッチング装置１０を用いたエッチングによれば、垂直性の高い形状プロファイルを有する側壁が得られることが確認された。
　（実施例４～６）
　実施例４～６では、膜厚９０ｎｍのＡｒＦレジスト膜から形成したレジストマスクＰＲＭ、膜厚３５ｎｍのＳｉＡＲＣ膜ＳＡ、膜厚２００ｎｍの有機膜ＯＤＬを含む多層膜を、プラズマエッチング装置１０においてエッチングすることにより、粗領域Ｒ１において２μｍのピッチＰ１のライン・アンド・スペースパターンを有し、密領域Ｒ２において７０ｎｍのピッチＰ２のライン・アンド・スペースパターンを有する多層マスクを得た。これら実施例４～６では、有機膜ＯＤＬのエッチングに用いる混合ガスに含めるＮ２ガスの量を変更した。実施例４～６におけるＳｉＡＲＣ膜のエッチング条件及び有機膜のエッチング条件を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　実施例４～６において得られた多層マスクそれぞれのＳＥＭ写真を取得し、実施例４～６で得られた多層マスクの各々について、粗領域Ｒ１における一つのラインＬＮの高さ方向中間のＣＤ値（図５に示すＣＤ１）、及び、密領域Ｒ２における一つのラインＬＮの高さ方向中間のＣＤ値（図５に示すＣＤ２）を、ＳＥＭ写真を用いて測定した。その結果を、表５に示す。なお、表５において、初期値のＣＤ１及びＣＤ２とは、レジスト膜のパターニング後、即ち、ＳｉＡＲＣ膜及び有機膜のエッチング前の粗領域Ｒ１のレジストマスクのＣＤ値及び密領域Ｒ２のレジストマスクのＣＤ値をそれぞれ示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表４及び５から明らかなように、Ｏ２ガスの流量に対して相対的にＮ２ガスの流量を増加させることにより、粗領域Ｒ１のＣＤ値（ＣＤ１）と密領域Ｒ２のＣＤ値（ＣＤ２）との差を小さくできることが確認された。さらに、Ｏ２ガスの流量に対して相対的にＮ２ガスの量を増加させることで、粗領域Ｒ１及び密領域Ｒ２の双方におけるＣＤ値が、レジストマスクのＣＤ値の初期値に近づくことが確認された。
　（実施例７～９）
　実施例７～９では、膜厚９０ｎｍのＡｒＦレジスト膜から形成したレジストマスクＰＲＭ、膜厚３５ｎｍのＳｉＡＲＣ膜ＳＡ、膜厚２００ｎｍの有機膜ＯＤＬを含む多層膜をプラズマエッチング装置１０においてエッチングすることにより、７０ｎｍの一定ピッチのライン・アンド・スペースパターンの多層マスクを得た。これら実施例７～９では、有機膜ＯＤＬのエッチング時の処理空間Ｓの圧力を変更した。実施例７～９におけるＳｉＡＲＣ膜のエッチング条件及び有機膜のエッチング条件を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　実施例７～９において得られた多層マスクそれぞれのＳＥＭ写真を取得し、実施例７～９で得られた多層マスクの各々について、一つのラインＬＮの上部、中間、底部それぞれにおけるＣＤ値（図４に示すＣＤｔ、ＣＤｍ、ＣＤｂ）を、ＳＥＭ写真を用いて測定した。その結果を、表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 表６及び表７から明らかなように、同じ処理時間であっても、処理空間Ｓの圧力の増加に比例してＣＤ値は減少している。また、処理空間Ｓの圧力を変更しても、ラインＬＮの上部、中間、底部のＣＤ値に大きな差は生じなかった。したがって、同じ処理時間であっても、処理空間Ｓの圧力の増加させることにより、側壁の形状プロファイルの垂直性に与える影響を抑制しつつ、被処理基体Ｗにわたって多層マスクＭのＣＤ値を減少させることが可能であることが確認された。
　（実施例１０～１１）
　実施例１０～１１では、膜厚９０ｎｍのＡｒＦレジスト膜から形成したレジストマスクＰＲＭ、膜厚３５ｎｍのＳｉＡＲＣ膜ＳＡ、膜厚２００ｎｍの有機膜ＯＤＬを含む多層膜を、プラズマエッチング装置１０においてエッチングすることにより、７０ｎｍの一定ピッチのライン・アンド・スペースパターンの多層マスクを得た。これら実施例１０～１１では、ＳｉＡＲＣ膜ＳＡのエッチングに用いる処理ガスを変更した。実施例１０～１１におけるＳｉＡＲＣ膜のエッチング条件及び有機膜のエッチング条件を表８に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　実施例１０～１１において得られた多層マスクそれぞれのＳＥＭ写真を取得し、実施例１０～１１で得られた多層マスクの各々について、一つのラインＬＮにおけるレジストマスクＰＲＭの残膜の厚み、ＳｉＡＲＣ膜部ＳＡＭの底部のＣＤ値、及び、有機膜部ＯＤＬＭの底部のＣＤ値を、ＳＥＭ写真を用いて測定した。その結果を、表９に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表８及び表９から明らかなように、ＣＦ４ガスにＣＨ２Ｆ２ガスを添加した処理ガスを用いてＳｉＡＲＣ膜のエッチングを行った実施例１０よりも、ＣＦ４ガスにＣＯＳガスを添加した処理ガスを用いてＳｉＡＲＣ膜のエッチングを行った実施例１１の方が、ＳｉＡＲＣ膜の残膜の厚みが大きくなり、また、ＳｉＡＲＣ膜部の底部のＣＤ値と有機膜部の底部のＣＤ値との差も小さくなることが確認された。即ち、ＳｉＡＲＣ膜のエッチングの処理ガスにおける添加ガスとしては、ＣＯＳガスがより好ましいことが確認された。
　１０…プラズマエッチング装置、１２…処理容器、１４…アンテナ、１６…同軸導波管、１８…誘電体窓、２０…ステージ、２０ａ…台（高周波電極）、２２…中央導入部、２４…周辺導入部、２８…マイクロ波発生器、３８…誘電体板、４０…スロット板、５６ａ…圧力調整器、５６ｂ…排気装置、５８…高周波電源、Ｃｏｎｔ…制御部、ＦＳ…フロースプリッタ、ＧＳ…ガス供給部、Ｍ…多層マスク、ＯＤＬ…有機膜、ＰＲＭ…レジストマスク、Ｒ１…第１の領域（粗領域）、Ｒ２…第２の領域（密領域）、ＳＡ…Ｓｉ反射防止（ＡＲＣ）膜、ＳＷ…側壁。

Claims (11)

  1. 　有機膜をエッチングする方法であって、
    　処理容器内に有機膜を有する被処理基体を準備する工程と、
    　前記処理容器内にＣＯＳガス及びＯ２ガスを含む処理ガスを供給し、該処理容器内にプラズマ励起用のマイクロ波を供給して、前記有機膜をエッチングする工程と、
    を含む方法。
  2. 　前記被処理基体は、パターニングされたレジスト膜、及び、該レジスト膜と前記被処理基体との間に設けられた前記有機膜とを含む多層膜を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 　前記有機膜をエッチングする工程において、Ｎ２ガスを更に含む前記処理ガスが供給される、請求項２に記載の方法。
  4. 　前記有機膜をエッチングする工程において、前記処理容器内の圧力が２０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力に調整される、請求項２又は３に記載の方法。
  5. 　前記多層膜は、前記レジスト膜と前記有機膜との間に設けられたＳｉ反射防止膜を含み、
    　前記有機膜をエッチングする工程の前に、フルオロカーボン系ガス及びＣＯＳガスを含むガスを前記処理容器内に供給し、該処理容器内にマイクロ波を供給して、前記Ｓｉ反射防止膜をエッチングする工程を更に含む、
    請求項２～４の何れか一項に記載の方法。
  6. 　処理容器と、
    　前記処理容器内に処理ガスを供給する手段と、
    　マイクロ波を発生する手段と、
    　前記マイクロ波を発生する手段に接続されており、前記処理容器内にプラズマ励起用のマイクロ波を供給するアンテナと、
    を備え、
    　前記処理ガスを供給する手段は、ＣＯＳガス及びＯ２ガスを含む処理ガスを前記処理容器内に供給する、プラズマエッチング装置。
  7. 　前記処理ガスを供給する手段は、Ｎ２ガスを更に含む前記処理ガスを供給する、請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
  8. 　前記処理ガスを供給する手段は、前記Ｎ２ガスと前記Ｏ２ガスの比を制御する手段を含む、請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
  9. 　前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整器を更に備える、請求項６～８の何れか一項に記載のプラズマエッチング装置。
  10. 　前記圧力調整器は、前記処理容器内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒの間の圧力に調整する、請求項９に記載のプラズマエッチング装置。
  11. 　前記処理ガスを供給する手段は、フルオロカーボン系ガス及びＣＯＳガスを含む別の処理ガスを更に供給可能である、請求項６～１０の何れか一項に記載のプラズマエッチング装置。
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