(57)【要約】【課題】フォトレジスト膜の表面改善処理を行い，その後のＳｉＯＮ膜のエッチングにおいてはその改善されたフォトレジスト膜のパターン側壁の状態を維持しながらエッチングを行う。【解決手段】水素含有ガスを処理ガスとしてプラズマ処理を行うことによって，フォトレジスト膜の表面状態を改善する表面改善処理ステップと，表面状態が改善されたフォトレジスト膜をマスクとして，ＣＨＦ系含有ガスと塩素含有ガスを含む処理ガスによってプラズマ処理を行うことにより，ＳｉＯＮ膜をエッチングするエッチング処理ステップと，を有する。【選択図】    図１１
2014082475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクとしてＳｉＯＮ膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって，
水素含有ガスを処理ガスとしてプラズマ処理を行うことによって，前記フォトレジスト膜の表面状態を改善する表面改善処理ステップと，
表面状態が改善された前記フォトレジスト膜をマスクとして，ＣＨＦ系含有ガスと塩素含有ガスを含む処理ガスによってプラズマ処理を行うことにより，前記ＳｉＯＮ膜をエッチングするエッチング処理ステップと，
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記表面改善処理ステップと，前記エッチング処理ステップとを少なくとも２回以上繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記塩素含有ガスは，Ｃｌ２ガスとＢＣｌ３ガスとＣＣｌ４との少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記水素含有ガスは，Ｈ２ガスとＡｒガスとを含む混合ガス，又はＨ２ガスとＮ２ガスとＣＨ４ガスとを含む混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記エッチング処理ステップのプラズマ生成用の高周波電力は，前記表面改善処理ステップのプラズマ生成用の高周波電力よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記ＣＨＦ系含有ガスに含まれるＣＨＦ系ガスは，ＣＨ２Ｆ２ガス，ＣＨ３Ｆガス，ＣＨＦ３ガスのいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記ＣＨＦ系含有ガスは，さらにＣＦ系ガスを含むことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記ＣＦ系ガスは，ＣＦ４ガス，Ｃ４Ｆ８ガスの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
下地膜上に所定のパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクとして前記下地膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって，
水素含有ガスを処理ガスとしてプラズマ処理を行うことによって，前記フォトレジスト膜の表面状態を改善する第１ステップと，
表面状態が改善された前記フォトレジスト膜をマスクとして，ＣＨＦ系含有ガスと塩素含有ガスを含む処理ガスによってプラズマ処理を行うことにより，前記下地膜をエッチングする第２ステップと，
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記第１ステップと前記第２ステップとを少なくとも２回以上繰り返すことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記第２ステップのプラズマ処理時の高周波電力は，前記第１ステップのプラズマ処理時の高周波電力よりも大きいことを特徴とする請求項９又は１０に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体ウエハ，液晶基板などの基板上の被エッチング膜にフォトレジスト膜をマスクとしてプラズマエッチングを行うプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを形成する工程において，基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」と称する）上に，例えばゲート電極や配線などのパターン形成に用いられるラインアンドスペース（溝）やホール（穴）などのパターンは，パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして，所定の処理ガスをプラズマ化してウエハ上の積層された複数の膜をそれぞれ被エッチング膜としてエッチングすることにより形成される。
【０００３】
このとき，例えば被エッチング膜としてＳｉＯＮ（酸化窒化シリコン）膜をエッチングする際には，ＣＨＦ３などのＣＨＦ系含有ガスを含む処理ガスが用いられる（例えば特許文献１参照）。ＳｉＯＮは，遠赤外線領域において良好な光学特性を有するので，フォトレジスト膜にフォトリソグラフィ技術によってパターンを形成する際に，下地膜からの反射を防止するための反射防止膜として有効である点でも注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６３３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，このようなＳｉＯＮ膜を，フォトレジスト膜をマスクとして，ＣＨＦ系含有ガスを含む処理ガスを用いてプラズマエッチングすると，フォトレジスト膜の表面荒れが発生し，パターン側壁の表面荒れがＳｉＯＮ膜をエッチングした際に転写され，ＳｉＯＮ膜のパターン側壁（ラインの側壁）がぎざぎざ（凹凸）になる，いわゆるストライエーション（Ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）が発生する。ストライエーションが発生すると，配線間においてリーク電流の増大やショートなどの不具合が生じる虞があるため，これを防止する必要がある。
【０００６】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，ＳｉＯＮ膜をエッチングする際のフォトレジスト膜の表面にストライエーションが発生することを防止し，良好なエッチング形状を形成できるプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
フォトレジスト膜をマスクとして被エッチング膜としてのＳｉＯＮ膜をＣＨＦ系含有ガスを含む処理ガスを用いてプラズマエッチングすると，ＳｉＯＮ膜のパターン側壁にストライエーションが発生する。この場合，ＳｉＯＮ膜のエッチング前に，水素含有ガスを用いてプラズマ処理することで，フォトレジスト膜の表面状態を改善させることができ，パターン側壁のぎざぎざ（凹凸）をなくすことができる。
【０００８】
ところが，このようにＳｉＯＮ膜のエッチング前にフォトレジスト膜の表面を改善させたとしても，その後のエッチング処理においてレジスト膜の表面荒れが発生する虞があることが実験により明らかになった。
【０００９】
そこで，この問題を解消すべく実験を重ねたところ，塩素含有ガスを添加した処理ガスを用いてＳｉＯＮ膜のエッチングを行うことで，改善されたフォトレジスト膜のパターン側壁の状態を転写維持しながらエッチングを行うことができることを見出した。以下の本発明は，このような検知に基づくものである。
【００１０】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，所定のパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクとしてＳｉＯＮ膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって，水素含有ガスを処理ガスとしてプラズマ処理を行うことによって，前記フォトレジスト膜の表面状態を改善する表面改善処理ステップと，表面状態が改善された前記フォトレジスト膜をマスクとして，ＣＨＦ系含有ガスと塩素含有ガスを含む処理ガスによってプラズマ処理を行うことにより，前記ＳｉＯＮ膜をエッチングするエッチング処理ステップと，を有することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。この場合，上記表面改善処理ステップと，前記エッチング処理ステップとを少なくとも２回以上繰り返すようにしてもよい。
【００１１】
また，上記塩素含有ガスは，例えばＣｌ２ガスとＢＣｌ３ガスとＣＣｌ４の少なくとも１つを含む。上記水素含有ガスは，例えばＨ２ガスとＡｒガスとを含む混合ガス，又はＨ２ガスとＮ２ガスとＣＨ４ガスとを含む混合ガスである。また，上記エッチング処理ステップのプラズマ生成用の高周波電力は，前記表面改善処理ステップのプラズマ生成用の高周波電力よりも大きくするようにしてもよい。また，上記ＣＨＦ系含有ガスに含まれるＣＨＦ系ガスは，例えばＣＨ２Ｆ２ガス，ＣＨ３Ｆガス，ＣＨＦ３ガスのいずれかである。また，上記ＣＨＦ系含有ガスは，さらにＣＦ系ガスを含むようにしてもよい。この場合，ＣＦ系ガスは，例えばＣＦ４ガス，Ｃ４Ｆ８ガスの少なくとも１つを含む。
【００１２】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，下地膜上に所定のパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクとして前記下地膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって，水素含有ガスを処理ガスとしてプラズマ処理を行うことによって，前記フォトレジスト膜の表面状態を改善する第１ステップと，表面状態が改善された前記フォトレジスト膜をマスクとして，ＣＨＦ系含有ガスと塩素含有ガスを含む処理ガスによってプラズマ処理を行うことにより，前記下地膜をエッチングする第２ステップと，を有することを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【００１３】
また，上記第１ステップと前記第２ステップとを少なくとも２回以上繰り返すようにしてもよい。また，上記第２ステップのプラズマ処理時の高周波電力は，前記第１ステップのプラズマ処理時の高周波電力よりも大きくするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，フォトレジスト膜の表面を改善して表面荒れをなくし，それを維持しながらエッチングを行うことによって，ストライエーションの発生を抑え，良好なエッチング形状を形成できるプラズマ処理方法を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理方法を実行可能なプラズマ処理装置の概略的な構成例を示す縦断面図である。
【図２】同実施形態における被エッチング膜を含む膜構造を示す断面図である。
【図３】同実施形態にかかる処理前のフォトレジスト膜の上面図である。
【図４】同実施形態にかかるフォトレジストの表面改善処理実行後のフォトレジスト膜の上面図である。
【図５】同実施形態にかかるＳｉＯＮ膜のエッチング処理実行後のフォトレジスト膜の上面図である。
【図６】比較例にかかるＳｉＯＮ膜のエッチング処理実行後のフォトレジスト膜の上面図である。
【図７Ａ】同実施形態にかかるプラズマ処理の工程図であって，処理前の膜構造の断面を観念的に表す図である。
【図７Ｂ】図７Ａに続く工程図であって，フォトレジストの表面改善処理実行後の膜構造の断面を観念的に表す図である。
【図７Ｃ】図７Ｂに続く工程図であって，ＳｉＯＮ膜のエッチング処理実行後の膜構造の断面を観念的に表す図である。
【図８】本実施形態にかかる表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）とエッチング処理を行ったときの実験結果を表とグラフで示す図である。
【図９】図８に示す指標Ｑに含まれるスペース幅のばらつきの指標を説明するための図である。
【図１０】図８に示す指標Ｑに含まれるライン左右のエッジ位置のばらつきの指標を説明するための図である。
【図１１】同実施形態にかかるプラズマ処理を実行するためのフローチャートである。
【図１２】同実施形態にかかる表面改善処理とエッチング処理を繰り返したときの実験結果を表とグラフで示す図である。
【図１３】本実施形態にかかる他の表面改善処理（Ｈ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガス）とエッチング処理を行ったときの実験結果を表とグラフで示す図である。
【図１４】本実施形態における上部電極に直流電圧を印加して表面改善処理を行った場合の実験結果をグラフで示す図である。
【図１５】本実施形態における上部電極への直流電圧を印加して表面改善処理を行った場合の表面改善効果とＨ２ガスとＡｒガスの流量比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００１７】
（プラズマ処理装置の構成例）
まず，本発明の実施形態にかかるプラズマ処理方法を適用可能なプラズマ処理装置の構成例について説明する。図１は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す断面図である。ここでは，平行平板型電極構造の容量結合型のプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１に示すように，プラズマ処理装置１００は，略円筒形状の処理容器により構成される処理室１０２を備える。処理室１０２は，例えばアルミニウム合金により形成され，その内壁面は例えばアルミナ膜などにより被覆されている。処理室１０２は接地されている。
【００１９】
処理室１０２の底部には，下部電極１１０が設けられている。下部電極１１０は，処理室１０２の底部にセラミックス等からなる絶縁板１１２を介して配置された円柱状のサセプタ支持台１１４と，このサセプタ支持台１１４の上に設けられたサセプタ１１６を備える。サセプタ１１６は下部電極の本体を構成し，その上にはウエハＷが載置される。この点で，下部電極１１０はウエハＷを載置する載置台としても機能する。
【００２０】
サセプタ１１６の上面には，ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１２０が設けられている。静電チャック１２０は，導電膜からなる電極１２２を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んで構成され，電極１２２には直流電源１２４が電気的に接続されている。直流電源１２４から電極１２２に直流電圧を印加すると，静電チャック１２０の上面にクーロン力等の静電力が生じ，これによりウエハＷが吸着保持される。
【００２１】
サセプタ１１６の上面には静電チャック１２０とウエハＷの周囲を囲むように，エッチングの均一性を向上させるためのフォーカスリング（補正リング）１２６が配置されている。フォーカスリング１２６は，導電性部材（例えばシリコン）で構成される。
【００２２】
サセプタ支持台１１４内には，例えば円周状に冷媒室１２８が設けられている。冷媒室１２８には，外部に設けられた図示しないチラーユニットからの冷媒（例えば冷却水）が循環供給されるようになっている。この冷媒の温度によってサセプタ１１６上のウエハＷの処理温度を制御できる。
【００２３】
サセプタ支持台１１４内には，図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）が伝熱ガス供給ライン１２９を介して静電チャック１２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２４】
なお，下部電極１１０は，図１に示す構成に限られるものではなく，例えば絶縁板１１２と処理室１０２の底面との間にアルミニウム製のベローズを介在させて，昇降機構（図示せず）を用いて下部電極１１０が昇降可能に構成してもよい。これによれば下部電極１１０と上部電極１４０の間隔を調整することができる。
【００２５】
下部電極１１０の上方には，下部電極１１０と対向するように平行に上部電極１４０が設けられている。この上部電極１４０と下部電極１１０の間に形成される空間がプラズマ生成空間となる。上部電極１４０は，絶縁性遮蔽部材１４２を介して，処理室１０２の天井部に支持されている。
【００２６】
上部電極１４０は，主として電極板１４３とこれを着脱自在に支持する電極支持体１４４とによって構成される。電極支持体１４４にはエッチングに必要なガス（後述する処理ガス及び添加ガス）を処理室１０２内に導入するためのガス導入口１４５が設けられている。
【００２７】
ガス導入口１４５には，後述する本実施形態にかかるプラズマ処理に用いられる処理ガスを供給する処理ガス供給系として，処理ガス供給源１７０が処理ガス供給管１７２を介して接続されている。また，ガス導入口１４５には，本実施形態にかかるプラズマ処理に用いられる添加ガスを供給する添加ガス供給系として添加ガス供給源１８０が添加ガス供給管１８２を介して接続されている。ここでの処理ガスとしては，フォトレジスト膜の表面改善処理に用いられる水素含有ガス（例えばＨ２ガスとＡｒガスの混合ガス），ＳｉＯＮ膜のエッチング処理に用いられるＣＨＦ系含有ガス（例えばＣＨＦ３ガス）があり，添加ガスとしては，ＳｉＯＮ膜のエッチング処理に用いられる塩素含有ガス（例えばＣｌ２ガス）がある。
【００２８】
具体的には，これら処理ガス供給管１７２と添加ガス供給管１８２はそれぞれガス供給管１４６を介してガス導入口１４５に接続されている。これにより，処理ガス供給管１７２からの処理ガスと添加ガス供給管１８２からの添加ガスはガス供給管１４６で合流してガス導入口１４５から供給される。
【００２９】
処理ガス供給管１７２と添加ガス供給管１８２にはそれぞれ，開閉バルブ１７４，１８４，ガスの流量を制御する流量調整器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１７６，１８６が設けられている。なお，これらの処理ガスと添加ガスの具体例については後述する。
【００３０】
電極支持体１４４には，例えば略円筒状のガス拡散室１４８が設けられ，ガス供給管１４６から導入されたガスを均等に拡散させることができる。電極支持体１４４の底部と電極板１４３には，ガス拡散室１４８からのガスを処理室１０２内に吐出させる多数のガス吐出孔１４９が形成されている。ガス拡散室１４８で拡散されたガスを多数のガス吐出孔１４９から均等にプラズマ生成空間に向けて吐出できるようになっている。この点で，上部電極１４０は処理室１０２内にガスを供給するためのシャワーヘッドとしても機能する。
【００３１】
なお，図１は，処理ガス供給系と添加ガス供給系を１系統で示しているが，複数種類のガスを供給する場合には，これら処理ガス供給系，添加ガス供給系は複数系統で構成される。
【００３２】
また，本実施形態にかかる上部電極１４０は，処理ガスと添加ガスを予め混合して処理室１０２内に供給するいわゆるプリミックスタイプで構成した場合を例に挙げているが，上部電極１４０を各ガスを独立して処理室１０２内に供給するポストミックスタイプで構成してもよい。
【００３３】
本実施形態では，上部電極１４０の電極支持体１４４は導電性材料（例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム）で構成されており，図示しない水冷構造を有する。電極板１４３は，ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体，例えばシリコン含有材料で構成することが好ましい。このような材料としては例えばシリコンやＳｉＣが挙げられる。
【００３４】
上部電極１４０には，整合器１５２を介して第１高周波電源（上部高周波電源）１５０が電気的に接続されている。第１高周波電源１５０は，１３．５６ＭＨｚ以上の周波数，例えば６０ＭＨｚの高周波電力（上部高周波電力）を出力する。第１高周波電源１５０の高周波電力の大きさは可変できるようになっている。
【００３５】
整合器１５２は，第１高周波電源１５０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので，処理室１０２内にプラズマが生成されている時に第１高周波電源１５０の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００３６】
下部電極１１０のサセプタ１１６には，整合器１６２を介して第２高周波電源（下部高周波電源）１６０が電気的に接続されている。この第２高周波電源１６０からサセプタ１１６に高周波電力が供給されることにより，ウエハＷ側にイオンが引き込まれる。第２高周波電源１６０は，３００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力（下部高周波電力）を出力する。第２高周波電源１６０の高周波電力の大きさは可変できるようになっている。
【００３７】
整合器１６２は第２高周波電源１６０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので，処理室１０２内にプラズマが生成されている時に第２高周波電源１６０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００３８】
上部電極１４０には，第１高周波電源１５０からの高周波は通さずに第２高周波電源１６０からの高周波をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５４が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５４は，好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが，１本の導線だけでも第１高周波電源１５０からの高周波に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので，それで済ますこともできる。一方，下部電極１１０のサセプタ１１６には，第１高周波電源１５０からの高周波をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１６４が電気的に接続されている。なお，上部電極１４０には，図示しない可変直流電源を接続して上部電極１４０に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるように構成してもよい。
【００３９】
処理室１０２の底部には排気口１０４が形成されており，排気口１０４には真空ポンプなどで構成された排気装置１９０が接続されている。排気装置１９０により処理室１０２内を排気することによって処理室１０２内を所定の真空圧力に減圧することができる。
【００４０】
また，処理室１０２の側壁にはウエハＷの搬入出口１０６が設けられており，この搬入出口１０６はゲートバルブ１０８により開閉可能となっている。なお，処理室１０２の内壁には，処理室１０２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するデポシールド（図示しない）を着脱自在に設けるようにしてもよい。
【００４１】
プラズマ処理装置１００の各構成部は，制御部（全体制御装置）２００に接続されて制御される構成となっている。また，制御部２００には，オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部２１０が接続されている。
【００４２】
さらに，制御部２００には，プラズマ処理装置１００で実行される各種処理（表面改善処理，エッチング処理などのプラズマ処理）を制御部２００の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要なレシピデータなどが記憶された記憶部２２０が接続されている。
【００４３】
記憶部２２０には，例えばウエハのプラズマエッチング，アッシングなどのプロセス処理を実行するためのプロセスレシピ，処理室内のクリーニングを実行するためのクリーニングレシピなど必要な処理を行うためのレシピなどが記憶されている。これらのレシピは，プラズマ処理装置１００の各部を制御する制御パラメータ，設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。例えばプロセスレシピは，例えば処理ガス，添加ガスの流量比，処理室内圧力，上部高周波電力，下部高周波電力，上部電極温度，下部電極温度などのパラメータ値を有する。
【００４４】
なお，これらのレシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよく，また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記憶部２２０の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００４５】
制御部２００は，操作部２１０からの指示等に基づいて所望のプロセスレシピを記憶部２２０から読み出して各部を制御することで，プラズマ処理装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部２１０からの操作によりレシピを編集できるようになっている。
【００４６】
このようなプラズマ処理装置１００を用いてウエハＷに対するプラズマエッチングを行う場合には，先ずゲートバルブ１０８を開放してウエハＷを搬入して下部電極１１０上に載置し，ウエハＷを静電チャック１２０により吸着保持させて，ゲートバルブ１０８を閉じる。また，ウエハＷを効率よく冷却するために，伝熱ガス供給ライン１２９を介して伝熱ガス（例えばＨｅガス）をウエハＷの裏面に供給し，上部電極１４０，下部電極１１０及び処理室１０２の側壁を所定の温度に調整する。
【００４７】
そして，処理室１０２内を排気装置１９０により排気して所定の真空圧力に減圧しながら，処理室１０２内に処理ガス供給源１７０からの処理ガスを所定の流量で導入する。このとき，添加ガスが必要な処理においては，添加ガス供給源１８０からの添加ガスを所定の流量で導入する。
【００４８】
そして，上部電極１４０に第１高周波電源１５０から所定の上部高周波電力（例えば６０ＭＨｚ）を印加するとともに，下部電極１１０には第２高周波電源１６０から所定の下部高周波電力（例えば１３．５６ＭＨｚ）を供給する。これにより，ウエハＷ上のプラズマ生成空間に処理ガスのプラズマ，又は処理ガスと添加ガスのプラズマが形成され，ウエハＷ上の被エッチング膜に対してプラズマ処理が行われる。
【００４９】
（被エッチング膜）
次に，本実施形態にかかるプラズマ処理によりエッチングを行う被エッチング膜の膜構造について図面を参照しながら説明する。ここでは，下地膜となる被エッチング膜として，ウエハＷの表面に形成されたＳｉＯＮ膜を例に挙げる。フォトレジスト膜をマスクとして，このＳｉＯＮ膜をプラズマ処理によってエッチングすることで，ＳｉＯＮ膜にラインアンドスペースを形成する。図２は被エッチング膜としてのＳｉＯＮ膜を含む膜構造を示す断面図である。なお，このＳｉＯＮ膜はその下層の有機膜をエッチングする際のマスクになるものである。
【００５０】
図２に示す膜構造３００は，例えば有機膜３１０上に形成されたＳｉＯＮ膜３２０とこのＳｉＯＮ膜３２０上に形成されたフォトレジスト膜３３０を有する。フォトレジスト膜３３０にはライン３３２とスペース３３４がパターニングされている。
【００５１】
また，膜構造３００は，有機膜３１０の下層に絶縁膜又はシリコン膜（例えばポリシリコン膜）を形成した多層膜構造にしてもよい。この場合，本実施形態にかかるエッチングでパターニングされたＳｉＯＮ膜とレジスト膜をマスクとして，下層の有機膜をエッチングして，これらを，有機膜より下層の膜（上記絶縁膜，シリコン膜など）の多層マスク膜としてもよい。
【００５２】
なお，フォトレジスト膜３３０の材料としてはＡｒＦ系の有機膜が挙げられ，マスク材料としてはＳｉＯＮ膜，ＳｉＡＲＣ膜，有機膜，アモルファスカーボン膜などが挙げられる。フォトレジスト膜３３０は，ｉ線（波長３６５ｎｍ）のフォトレジスト層であってもよい。
【００５３】
また，ＳｉＯＮ膜３２０とその上のフォトレジスト膜３３０との間には反射防止膜が形成されていてもよい。反射防止膜の材料としては，有機系，Ｓｉ含有の反射防止膜が挙げられる。反射防止膜は，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチング処理においてＳｉＯＮ膜３２０とともにエッチングされる。
【００５４】
ところで，このようなＳｉＯＮ膜３２０のエッチングには，ＣＨＦ系含有ガス（例えばＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガス）を処理ガスとして用いるのが効果的である。ところが，このような処理ガスを用いてＳｉＯＮ膜３２０をプラズマエッチングすると，フォトレジスト膜３３０の表面荒れが発生し，パターン側壁の表面荒れがＳｉＯＮ膜３２０にエッチングした際に転写され，例えば図３に示すようにＳｉＯＮ膜３２０のパターン側壁（ライン（溝）の側壁）がぎざぎざ（凹凸）になる，いわゆるストライエーションが発生する。
【００５５】
これを防止するため，本発明者らは様々な実験を行ったところ，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチング前に，水素含有ガスを用いてプラズマ処理することで，例えば図４に示すようにフォトレジスト膜３３０の表面を大幅に改善させることができ，パターン側壁のぎざぎざをなくすことができることが分かった。
【００５６】
しかしながら，このようにＳｉＯＮ膜３２０のエッチング前にフォトレジスト膜３３０の表面を改善させたとしても，その後のエッチング処理において上述したＣＨＦ系含有ガス（例えばＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガス）を処理ガスとして用いると，そのエッチングの進行に伴ってフォトレジスト膜３３０の表面荒れも発生してしまうことが実験により明らかになった。
【００５７】
これでは，せっかく表面改善処理によってフォトレジスト膜３３０の表面を改善しても，最終的なエッチング形状を良好にさせることができなくなり，フォトレジスト膜３３０の表面改善効果を十分に発揮させることができない。
【００５８】
そこで，この問題を解消すべく実験を重ねたところ，ＣＨＦ系含有ガスを有する処理ガスに塩素含有ガスを添加してＳｉＯＮ膜３２０のエッチングを行うことで，改善されたフォトレジスト膜３３０のパターン側壁の表面状態を維持しながら，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチングを行うことができることを見出した。
【００５９】
ここで，表面改善処理後のＳｉＯＮ膜のエッチング処理において，塩素含有ガスとしてＣｌ２ガスを処理ガスに添加してエッチングした場合について，Ｃｌ２ガスを添加しないでエッチングした場合と比較しながら説明する。ここでの処理ガスはＣＨＦ３ガスとＣＦ４ガスの混合ガスである。
【００６０】
図５はＣｌ２ガスを含む処理ガスを用いてエッチングした場合のエッチング形状を示す図であり，図６はＣｌ２ガスを含まない処理ガスを用いてエッチングした場合のエッチング形状を示す図である。図５のＣｌ２ガスを含む場合には，図６のＣｌ２ガスを含まない場合に比してエッチング形状が改善する。これは，処理ガスにＣｌ２ガスを含めることで，エッチング進行中にパターン壁に付着するデポが少なくなるため，フォトレジスト膜の表面を悪化させずに済むものと考えられる。
【００６１】
（本実施形態にかかるプラズマ処理）
以下，このような検知に基づく本実施形態にかかるプラズマ処理について詳細に説明する。ここでは，上記プラズマ処理装置１００を用いて，ウエハＷ上の被エッチング膜としてのＳｉＯＮ膜を，フォトレジスト膜をマスクとしてプラズマエッチングすることにより，ラインアンドスペースを形成する場合を例に挙げる。
【００６２】
ここでの膜構造３００は，図７Ａに示すように，例えば有機膜３１０上に形成されたＳｉＯＮ膜３２０とこのＳｉＯＮ膜３２０上に形成されたフォトレジスト膜３３０を有する。フォトレジスト膜３３０にはライン３３２とスペース３３４がパターニングされている。
【００６３】
本実施形態にかかるプラズマ処理は，先に行うフォトレジスト膜３３０の表面改善処理（第１ステップ）と，後に行うＳｉＯＮ膜３２０のエッチング処理（第２ステップ）に分けられるので，以下各工程に分けて説明する。図７Ａ〜図７Ｃは，本実施形態にかかるプラズマ処理の工程図である。図７Ａは本実施形態によるプラズマ処理前の膜構造３００の断面を観念的に表す図，図７Ｂはフォトレジスト膜の表面改善処理後の膜構造３００の断面を観念的に表す図，図７ＣはＳｉＯＮ膜３２０のエッチング処理後の膜構造３００の断面を観念的に表す図である。
【００６４】
（フォトレジスト膜の表面改善処理）
フォトレジスト膜の表面改善処理（第１ステップ）では，図７Ａに示す膜構造３００が形成されたウエハＷに対して，水素含有ガスとして例えばＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いてプラズマ処理を行う。処理ガス流量比は例えばＨ２ガス／Ａｒガス＝１００／８００ｓｃｃｍである。なお，処理ガスの全流量は，１１００ｓｃｃｍ以下が好ましく，９００ｓｃｃｍ以下がより好ましい。Ｈ２ガスの流量は，１２０ｓｃｃｍ未満が好ましく，１００ｓｃｃｍ以下がより好ましい。Ａｒガスの流量は，９６０ｓｃｃｍ未満が好ましく，９００ｓｃｃｍ以下がより好ましい。
【００６５】
また，他の処理条件として，処理室内圧力は１００ｍＴｏｒｒ以下が好ましい。下部高周波電力は１５０Ｗ以下が好ましく，１００Ｗ以下がより好ましい。なお，下部高周波電力の処理条件だけを変えて実験を行ったところ，例えば下部高周波電力が０Ｗ〜１００Ｗの範囲では，５０Ｗくらいまでは下部高周波電力を印加することで表面改善効果を高めることができるのに対して，それを超えると，下部高周波電力を大きくするほど表面改善効果が少なくなる傾向にあることが分かった。従って，下部高周波電力を印加するとすれば，実用的には５０Ｗ以下程度が好ましい。
【００６６】
上部高周波電力は１０００Ｗ以下が好ましく，８００Ｗ以下がより好ましい。上部高周波電力の処理条件だけを変えて実験を行ったところ，上部高周波電力が３００Ｗ〜８００Ｗの範囲では，上部高周波電力が小さいほど表面改善効果を高めることができる傾向があることが分かった。なお，下部電極温度については１０℃以上が好ましく，３０℃以上がより好ましい。
【００６７】
ここでは，例えば処理室内圧力を２０ｍＴｏｒｒとし，下部高周波電力（例えば１３．５６ＭＨｚ）は印加せず，すなわち０Ｗとし，上部高周波電力（例えば６０ＭＨｚ）は３００Ｗとする。
【００６８】
上述の範囲の処理条件でプラズマを生成し，フォトレジスト膜３３０の表面改善処理を実行する。これにより，図７Ｂに示すようにフォトレジスト膜３３０の表面は改善され，パターン側壁の状態を改善することができる。つまり，Ｈ２ガスとＡｒガスを処理ガスとして用いて表面改善処理することにより，フォトレジスト膜３３０の表面が改質され，耐プラズマ性が向上するものと考えられる。
【００６９】
（プラズマエッチング処理）
次に，表面が改善されたフォトレジスト膜３３０をマスクとして，プラズマエッチング処理（第２ステップ）を行う。ここでは処理ガスとしては，ＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガスを用い，添加ガスとしてＣｌ２ガスを用いてプラズマを生成し，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチング処理を実行する。これにより，図７Ｃに示すように改善されたフォトレジスト膜３３０のパターン側壁の状態を維持しながら，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチング処理を進行させることができる。
【００７０】
ところで，エッチングによってフォトレジスト膜３３０も削られてしまう。このため，フォトレジスト膜３３０の減少を抑えるために処理条件を調整し，ＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガスに塩素含有ガス（例えばＣｌ２ガス）を添加してもよい。しかし，ＣＨＦ３ガスよりＣｌ２ガスの流量が大きいほど，フォトレジスト膜３３０の減少も大きいので，Ｃｌ２ガスの流量は少なくすることが好ましい。
【００７１】
また，プラズマ生成用の上部高周波電力を，表面改善処理の場合よりも大きくすることで，よりプラズマ密度を上げてデポを増やすことで，フォトレジスト膜３３０の減少を抑えることができる。さらに，改善されたフォトレジスト膜の表面状態の維持効果を高めるためには，ＣＨＦ３ガスの流量比を増加し，ＣＦ４ガスの流量を抑えることが好ましく，ＣＦ４ガスの流量はゼロでもよい。
【００７２】
このような観点から，フォトレジスト膜３３０の減少を抑えながら，改善されたフォトレジスト膜の表面状態の維持しつつ，エッチングを行うために好ましいエッチング条件は以下の通りである。ここでは，処理ガスとしてＣＨＦ３ガスとＣｌ２ガスを用いた場合を例に挙げる。
【００７３】
［本実施形態にかかるエッチング処理条件の具体例］
処理室内圧力：１５ｍＴｏｒｒ
処理ガス流量比：ＣＨＦ３ガス／Ｃｌ２ガス＝２５０／２７ｓｃｃｍ
上部高周波電力：６０ＭＨｚ，７００Ｗ
下部高周波電力：１３．５６ＭＨｚ，１００Ｗ
【００７４】
（本実施形態にかかるプラズマ処理を実行した場合の実験結果）
次に，上記処理条件で実際にプラズマ処理の実験を行った結果について図面を参照しながら説明する。ここでは，上記表面改善処理後に，Ｃｌ２ガスを添加しないでＳｉＯＮ膜３２０をエッチングした実験結果と比較しながら説明する。なお，Ｃｌ２ガスを添加しないでＳｉＯＮ膜３２０のエッチングする際の処理条件は，以下の通りである。
【００７５】
［比較例にかかるエッチング処理条件の具体例］
処理室内圧力：１５ｍＴｏｒｒ
処理ガス流量比：ＣＦ４ガス／ＣＨＦ３ガス＝８０／５０ｓｃｃｍ
上部高周波電力：６０ＭＨｚ，５００Ｗ
下部高周波電力：１３．５６ＭＨｚ，１０００Ｗ
【００７６】
図８に本実験結果をまとめた表とこれをグラフに表した図である。図８において，縦軸にはパターン側壁の状態を示す指標Ｑをとっている。ここでのパターン側壁の状態を示す指標Ｑとしては，プラズマ処理によって形成されたエッチング形状であるラインアンドスペースにおいて，そのスペース幅のばらつきの指標（ＳＷＲ）と，ライン左右のエッジ位置のばらつきの各指標（ＬＥＲ（Ｌｅｆｔ），ＬＥＲ（Ｒｉｇｈｔ））を合計したものを用いる。
【００７７】
以下，これらについて説明する。図９はスペース幅のばらつきの指標を説明するための図であり，図１０はライン左右のエッジ位置のばらつきの指標を説明するための図である。先ず，スペース幅のばらつき（ＳＷＲ）は，所謂多点測定によって測定する。具体的には例えば図９に示すようにスペース幅のばらつき（不均一性）を複数区間のスペース幅Ｗｉを測定して計算する。ここでの「ばらつき」は，各スペース幅データの標準偏差をσとした場合の３σの値をＳＷＲとする。このＳＷＲが大きいほどスペース幅のばらつきが大きいことを示す。
【００７８】
次に，ライン左右のエッジ位置のばらつき（ＬＥＲ（Ｌｅｆｔ），ＬＥＲ（Ｒｉｇｈｔ））についても，多点測定によって測定する。具体的には例えば図１０に示すようにライン左右のエッジ位置のばらつき（例えば複数のラインと直交する中心線からエッジまでの距離の変化量，不均一性）を複数区間のエッジ位置を測定し平均を求める。ここでの「ばらつき」は，各エッジ位置データの標準偏差をσとした場合の３σの値をＬＥＲとする。このＬＥＲが大きいほどライン位置のばらつきが大きいことを示す。以上により，ここでのパターン側壁の状態を示す指標Ｑは，その値が小さいほど，フォトレジスト膜３３０のパターン側壁の表面状態が良好であることを示す。
【００７９】
このような指標Ｑを用いて，本実験結果によるフォトレジスト膜３３０の表面状態（パターン側壁の状態）を評価すると，図８に示すように本実施形態の表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）を行うことによって，パターン側壁の状態を示す指標Ｑが，処理前の１０．７から６．０と大幅に低下しているので，パターン側壁の表面状態が極めて良好な状態に改善していることが分かる。
【００８０】
このようなフォトレジスト膜３３０の表面改善処理を行った後に，本実施形態の処理ガスにＣｌ２ガスを添加したエッチング処理を行うことによって，パターン側壁の状態を示す指標Ｑは，表面改善処理後とほぼ同様の６．１となり，パターン側壁の表面状態を維持しながらエッチング処理を行うことができることが分かる。
【００８１】
これに対して，処理ガスにＣｌ２ガスを添加しないでエッチングを行った場合には，パターン側壁の状態を示す指標Ｑは，表面改善処理後の６．０から７．０に大幅に上昇してしまい，パターン側壁の表面状態が悪化していることが分かる。
【００８２】
このように，本願発明では，フォトレジスト膜３３０の表面改善処理を行った上で，その後のエッチング処理において処理ガスに塩素含有ガスを添加することで，その改善された表面状態（パターン側壁の表面状態）を維持しながら，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチングを行うことができる。好ましいＣｌ２ガスの添加量は，ＣＨＦ３ガスに対するＣｌ２ガスの流量比が０．１を超えるようにすることが好ましく，０．２以上とするのがより好ましい。
【００８３】
なお，ここではパターン側壁の状態を示す指標Ｑに用いるデータとして，ラインアンドスペースのスペース幅のばらつき（ＳＷＲ），ライン左右のエッジ位置のばらつき（ＬＥＲ（Ｌｅｆｔ），ＬＥＲ（Ｒｉｇｈｔ））を例に挙げて説明したが，これに限られるものではない。例えばラインアンドスペースのライン幅のばらつき（ＬＷＲ）を用いるようにしてもよい。
【００８４】
このライン幅のばらつき（ＬＷＲ）についても所謂多点測定によって測定する。具体的には例えばライン幅のばらつき（不均一性）を複数区間のライン幅を測定して計算する。ここでの「ばらつき」は，各ライン幅データの標準偏差をσとした場合の３σの値をＬＷＲとする。このＬＷＲが大きいほどライン幅のばらつきが大きいことを示す。
【００８５】
ところで，本実施形態では，フォトレジスト膜３３０の表面改善処理後に，塩素含有ガスを含む処理ガスによるエッチング処理を１回行うことで，ＳｉＯＮ膜３２０をエッチングする場合について説明したが，これに限られるものではなく，フォトレジスト膜３３０の表面改善処理とエッチング処理を複数回繰り返すことで，ＳｉＯＮ膜３２０をエッチングするようにしてもよい。
【００８６】
ここで，上述したフォトレジスト膜３３０の表面改善処理とエッチング処理を繰り返し実行可能な本実施形態にかかるプラズマ処理について図面を参照しながら説明する。図１１は，本実施形態にかかるプラズマ処理を実行するためのフローチャートである。このようなプラズマ処理は，制御部２００によりプラズマ処理装置１００の各部を制御することによって実行される。なお，このフローチャートは，表面改善処理とエッチング処理を１回だけ行う場合にも適用できる。
【００８７】
図１１に示すように，先ず制御部２００は，ステップＳ１１０にてフォトレジスト膜３３０の表面改善処理を実行する。具体的には上述した表面改善処理の処理条件に基づいて，処理室内１０２に水素含有ガス（例えばＨ２ガスとＡｒガスの混合ガス）を処理ガスとして導入してウエハＷ上にプラズマを生成することで，そのウエハＷ上に形成されたフォトレジスト膜３３０に対してプラズマ処理を行う。
【００８８】
次にステップＳ１２０にてＳｉＯＮ膜３２０のエッチング処理を行う。具体的には上述したエッチング処理の処理条件に基づいて，処理室内１０２に処理ガスとしてのＣＨＦ系含有ガスと添加ガスとしての塩素含有ガスを導入してウエハＷ上にプラズマを生成することで，そのウエハＷ上のＳｉＯＮ膜３２０に対して表面改善されたフォトレジスト膜３３０をマスクとしてプラズマ処理を行う。
【００８９】
続いて，ステップＳ１３０にて所定回数（例えば３回）繰り返したか否かを判断する。未だ所定回数繰り返していないと判断した場合はステップＳ１１０の処理に戻り，フォトレジスト膜３３０の表面改善処理とＳｉＯＮ膜３２０のエッチング処理を実行する。そして，所定回数繰り返したと判断した場合は一連のプラズマ処理を終了する。
【００９０】
ここでの表面改善処理とエッチング処理の所定回数（繰り返し回数）は自由に設定でき，所定回数を１回に設定することで，表面改善処理とエッチング処理を繰り返さない場合にも適用可能である。複数回繰り返す場合には，表面改善処理の実行時間を変えるようにしてもよい。
【００９１】
この場合，最初の実行時間は２回目以降の実行時間よりも長くすることが好ましい。本実施形態にかかる表面改善処理は，所定時間までは実行時間が長いほど表面改善効果も大きくなからである。但し，所定時間を過ぎると表面改善効果が変わらなくなるので，最初の表面改善処理の実行時間は表面改善効果が最も大きくなる時間（例えば３０秒）に設定し，２回目以降の実行時間は，それよりも短い時間（例えば１５秒）に設定することがより好ましい。
【００９２】
なお，表面改善処理とエッチング処理の繰り返し回数は，プラズマが安定して生成できる時間などに基づいて決定することが好ましい。この場合，各工程の実行時間が短くなりすぎないように設定することが好ましい。ここでは３回に設定した場合を例に挙げている。
【００９３】
（表面改善処理とエッチング処理とを繰り返した場合の実験結果）
ここで，上記のように表面改善処理とエッチング処理を繰り返したときの実験結果を図１２に示す。図１２は，表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）とＣｌ２ガス（塩素含有ガス）を含む処理ガスでエッチング処理を３回繰り返した場合と，表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）とＣｌ２ガス（塩素含有ガス）を含まない処理ガスでエッチング処理を３回繰り返した場合の実験結果を表とグラフにまとめたものである。ここでは最初の表面改善処理は３０秒で２回目以降は１５秒とし，エッチング処理は３回とも１０秒とした。その他の表面改善処理とエッチング処理の処理条件は図８の実験の場合と同様である。
【００９４】
図１２の実験結果によれば，本実施形態にかかる表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）とＣｌ２ガス（塩素含有ガス）を含む処理ガスでエッチング処理を３回繰り返してＳｉＯＮ膜３２０をエッチングする場合は，パターン側壁の状態を示す指標Ｑが，処理前の１０．７から６．１と大幅に低下しており，パターン側壁の表面状態を維持しながらエッチングを行うことができることが分かる。なお，表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）とＣｌ２ガス（塩素含有ガス）を含まない処理ガスでエッチング処理を繰り返した場合も，パターン側壁の状態を示す指標Ｑが，処理前の１０．７から６．３と減少しているが，Ｃｌ２ガスを含む場合の方がより減少している。このため，表面改善処理とエッチング処理を繰り返す場合においても，エッチング処理の処理ガスにＣｌ２ガス（塩素含有ガス）を含めた方が有利であることが分かる。
【００９５】
以上説明した実施形態の表面改善処理の処理ガスとしては，水素含有ガスとしてＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いた場合を例に挙げて説明したが，これに限られるものではない。
【００９６】
例えば水素含有ガスとしてＨ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガスの混合ガスを処理ガスとして用いてもよい。これによっても，フォトレジスト膜３３０の表面改善効果を奏することができ，その後にＣＨＦ系含有ガスを有する処理ガスに塩素含有ガスを添加してＳｉＯＮ膜３２０のエッチングを行うことで，改善されたフォトレジスト膜３３０のパターン側壁の状態を維持しながら，エッチングを行うことができる。
【００９７】
（表面改善処理の処理ガスを変えた場合の実験結果）
ここで，このようなＨ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガスの混合ガスを処理ガスとした表面改善処理を行った場合の実験結果について説明する。ここでは，図８の実験の場合と同様に，表面改善処理後に，Ｃｌ２ガス（塩素含有ガス）を添加しないでＳｉＯＮ膜３２０をエッチングした実験結果と比較しながら説明する。図１３は，本実験結果を表とグラフにまとめた図である。図１３において，縦軸にはパターン側壁の状態を示す指標Ｑをとっている。この指標Ｑは，図８の実験の場合と同様である。この表面改善処理（Ｈ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガス）の処理条件は以下の通りである。
【００９８】
［表面改善処理（Ｈ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガス）の処理条件］
処理室内圧力：１０ｍＴｏｒｒ
処理ガス流量比：Ｈ２ガス／Ｎ２ガス／ＣＨ４ガス＝２４０／６０／１０ｓｃｃｍ
上部高周波電力：６０ＭＨｚ，２００Ｗ
下部高周波電力：１３．５６ＭＨｚ，０Ｗ
【００９９】
図１３に示すように本実施形態の表面改善処理（Ｈ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガス）を行うことによって，パターン側壁の状態を示す指標Ｑが，処理前の１０．７から５．０と大幅に低下しているので，パターン側壁の表面状態が極めて良好な状態に改善していることが分かる。しかも，これは図８に示す表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）の指標６．０よりも低いので，表面改善処理（Ｈ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガス）の方が表面改善処理（Ｈ２／Ａｒ）よりも表面改善効果が高いことが分かる。
【０１００】
このような表面改善処理を行った後に，本実施形態の処理ガスにＣｌ２ガスを添加したエッチング処理を行うことによって，パターン側壁の状態を示す指標Ｑは，表面改善処理後と同様の５．０となり，パターン側壁の表面状態を維持しながらエッチング処理を行うことができることが分かる。
【０１０１】
これに対して，処理ガスにＣｌ２ガス（塩素含有ガス）を添加しないでエッチングを行った場合には，パターン側壁の状態を示す指標Ｑは，表面改善処理後の５．０から６．３に上昇してしまい，パターン側壁の表面状態が悪化していることが分かる。
【０１０２】
このように，表面改善処理（Ｈ２ガス，Ｎ２ガス，ＣＨ４ガス）を用いた場合でも，フォトレジスト膜３３０の表面改善処理を行った上で，その後のエッチング処理において処理ガスに塩素含有ガスを添加することで，その改善された表面状態（パターン側壁の表面状態）を維持しながら，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチングを行うことができる。
【０１０３】
なお，上記実施形態における表面改善処理では，Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガスを用いて，上部電極１４０のみに高周波電力を印加する場合，又は上部電極１４０と下部電極１１０の両方に高周波電力を印加する場合を例に挙げて説明したが，さらに上部電極１４０に所定の直流（ＤＣ）電圧を印加することで，表面改善効果をより高めることができることが，実験によって明らかになった。
【０１０４】
これは，上部電極１４０に直流（ＤＣ）電圧を印加することでプラズマ中に生成されるより多くの電子が上部電極１４０からウエハＷ上のフォトレジスト膜３３０に向けて照射される。これにより，フォトレジスト膜３３０の表面改善効果をより高めることができるものと考えられる。
【０１０５】
さらに，上部電極１４０の電極板１４３をシリコン材料で構成すれば，上部電極１４０に直流電圧を印加することで，電極板１４３のシリコンがスパッタされ易くなる。スパッタされたシリコンはウエハＷに向かい，フォトレジスト膜３３０の表面を被覆するので，フォトレジスト膜３３０の表面改善効果をより一層高めることができるものと考えられる。
【０１０６】
（上部電極に直流電圧を印加した場合の実験結果）
ここで，直流電圧を印加した場合の実験結果について図面を参照しながら説明する。図１４は，本実験結果を示すグラフであり，縦軸には表面改善効果を判定する指標として上述したＬＥＲをとっている。このＬＥＲが小さくなるほどライン位置のばらつきが小さく，表面改善効果が高くなっていることを示す。図１４における（Ａ）は表面改善処理を行う前のグラフであり，（Ｂ）は直流電圧を印加しない場合のグラフであり，（Ｃ）と（Ｄ）はいずれも直流電圧を印加した場合のグラフである。このうち，（Ｃ）はフォトレジスト膜３３０の表面にシリコン被覆を形成した場合であり，（Ｄ）はフォトレジスト膜３３０の表面にシリコン被覆を形成しない場合である。
【０１０７】
本実験では，例えば図示しない可変直流電源を接続して上部電極１４０に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるように構成した図１に示すプラズマ処理装置１００を用いた。例えば（Ｂ）では，上部電極１４０には高周波電力３００Ｗを印加し，直流電圧は印加しないでＨ２ガスとＡｒガスによる表面改善処理を行った。また，（Ｃ），（Ｄ）では，上部電極１４０に，高周波電力３００Ｗを印加するとともに直流電圧（例えば１０００Ｖ）も印加して表面改善処理を行った。
【０１０８】
さらに，（Ｃ）ではＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いた。Ｈ２ガスとＡｒガスの混合ガスを処理ガスとして用いて上部電極１４０に，高周波電力３００Ｗを印加するとともに直流電圧（例えば１０００Ｖ）も印加することで，フォトレジスト膜３３０の表面に対して，上述した電子による表面改善と，シリコン被覆による表面改善を行うことができる。すなわち，処理ガスにＡｒガスが含まれた状態で上部電極１４０に直流電圧が印加されると，電極板１４３のシリコンがスパッタされ易くなるので，フォトレジスト膜３３０の表面にはシリコン被覆が形成される。
【０１０９】
また，（Ｄ）ではＡｒガスを加えずに，Ｈ２ガスのみを処理ガスとして用いた。Ｈ２ガスを用いて上部電極１４０に高周波電力３００Ｗを印加するとともに直流電圧（例えば１０００Ｖ）も印加し，フォトレジスト膜３３０の表面に対して，上述した電子による表面改善を行うことができる。このように，処理ガスにＡｒガスが含まれていない状態では，上部電極１４０に直流電圧が印加しても，電極板１４３のシリコンがスパッタされ難いので，フォトレジスト膜３３０の表面にはシリコン被覆が形成されない。なお，（Ｄ）の場合でも，上部電極１４０の電極板１４３をシリコン材料を含まない材料で構成すれば，すなわちシリコンがスパッタされないようにすれば，Ｈ２ガスとＡｒガスの混合ガスを処理ガスとして用いることができる。
【０１１０】
図１４に示す実験結果によれば，（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）ではいずれも，（Ａ）に比してＬＥＲが低下しているので，表面改善処理を行った場合（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は，表面改善処理前（Ａ）よりも，フォトレジスト膜３３０の表面が改善されていることが分かる。さらに，（Ｃ），（Ｄ）はいずれも，（Ｂ）よりも大きく低下しているので，直流電圧を印加した場合（Ｃ），（Ｄ）には，直流電圧を印加しない場合（Ｂ）に比して，より表面改善効果が高くなることが分かる。
【０１１１】
しかも，（Ｃ）は，（Ｄ）に比して，ＬＥＲが低下しているので，フォトレジスト膜３３０の表面にシリコン被覆を形成した場合（Ｃ）は，シリコン被覆を形成しない場合（Ｄ）に比して，より表面改善効果が高くなることが分かる。
【０１１２】
このように，上部電極１４０に所定の直流電圧を印加することで，表面改善効果をより高められることが実験によって確認することができた。このような表面改善効果の高い処理の後に，上述した塩素含有ガスを含む処理ガスを用いたエッチングを行うことで，その高い表面改善効果による表面状態を維持しながら，ＳｉＯＮ膜３２０のエッチングを行うことができる。これにより，より良好なエッチング形状を形成することができる。
【０１１３】
なお，上述したＨ２ガスとＡｒガスなど処理ガスによる表面改善と，フォトレジスト膜３３０の表面のシリコン被覆による表面改善とは別々に連続して行うようにしてもよい。具体的には例えば，第１表面改善処理ステップとしてＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いて，上部電極１４０に高周波電力を印加して直流電圧は印加せずに表面改善処理を行った後に，第２表面改善処理ステップとして上部電極１４０に直流電圧を印加して表面改善処理を行うようにしてもよい。
【０１１４】
これによれば，第１表面改善処理ステップによりフォトレジスト膜３３０の表面を平坦化し，その後の第２表面改善処理ステップによってその平坦化されたフォトレジスト膜３３０の表面をシリコン被覆することができる。その後に，塩素含有ガスを含む処理ガスを用いたエッチングを行うようにしてもよい。この場合は，第１表面改善処理ステップと第２表面改善処理ステップによる表面改善処理と塩素含有ガスを含む処理ガスを用いたエッチングとを所定回数繰り返すようにしてもよい。
【０１１５】
なお，上述したように，上部電極１４０に直流電圧を印加したときの表面改善効果は，Ｈ２ガスとＡｒガスの流量比を変えてもほとんど変わらないことが実験より確認することができた。図１５は，上部電極１４０に直流電圧を印加した場合による表面改善効果（ここでは改善部分の深さ）とＨ２ガスとＡｒガスの流量比との関係を示すグラフである。図１５において，縦軸はフォトレジスト膜３３０の表面における改善された部分の深さをとり，横軸にはＨ２ガスとＡｒガスの流量比をとっている。本実験では，Ｈ２ガスとＡｒガスの流量比を変えて表面改善処理を行って，フォトレジスト膜３３０の表面における改善された部分の深さを測定したものである。
【０１１６】
図１５の実験結果によれば，Ｈ２ガスとＡｒガスの流量比が変わっても，フォトレジスト膜３３０の表面における改善された部分の深さはほぼ６０ｎｍと変わらないことが分かる。これによれば，フォトレジスト膜３３０の表面における改善された部分の深さを変えることなく，Ｈ２ガスとＡｒガスの流量比を調整することができる。
【０１１７】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１８】
例えば本実施形態ではＳｉＯＮ膜のエッチングにおいて添加する塩素含有ガスとして，Ｃｌ２ガスを例に挙げたが，これに限られるものではなく，ＢＣｌ３ガス，ＣＣｌ４などを用いてもよい。従って，塩素含有ガスとしては，これらＣｌ２ガス，ＢＣｌ３ガス，ＣＣｌ４の少なくとも１つを含むようにしてもよい。また，ＣＨＦ系含有ガスに含まれるＣＨＦ系ガスは，ＣＨＦ３ガスの他に，ＣＨ２Ｆ２ガス，ＣＨ３Ｆガスを用いてもよい。また，ＣＨＦ系含有ガスは，ＣＦ系ガスを含んでもよく，ＣＦ系ガスとしてＣＦ４ガス，Ｃ４Ｆ８ガスの少なくとも１つを含むようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は，レジスト膜をマスクとして半導体ウエハ，液晶基板などの基板上の被エッチング膜にプラズマエッチングを行うプラズマ処理方法に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１００      プラズマ処理装置
１０２      処理室
１０４      排気口
１０６      搬入出口
１０８      ゲートバルブ
１１０      下部電極
１１２      絶縁板
１１４      サセプタ支持台
１１６      サセプタ
１２０      静電チャック
１２２      電極
１２４      直流電源
１２６      フォーカスリング
１２８      冷媒室
１２９      伝熱ガス供給ライン
１４０      上部電極
１４２      絶縁性遮蔽部材
１４３      電極板
１４４      電極支持体
１４５      ガス導入口
１４６      ガス供給管
１４８      ガス拡散室
１４９      ガス吐出孔
１５２      整合器
１６２      整合器
１７０      処理ガス供給源
１７２，１８２      処理ガス供給管
１７４，１８４      開閉バルブ
１７６，１８６      マスフローコントローラ
１８０      添加ガス供給源
１８２      添加ガス供給管
１９０      排気装置
２００      制御部
２１０      操作部
２２０      記憶部
３００      膜構造
３１０      有機膜
３２０      ＳｉＯＮ膜
３３０      フォトレジスト膜
３３２      ライン
３３４      スペース
Ｗ        ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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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