(57)【要約】      （修正有）【課題】多層膜に階段形状を形成するためのレジストマスクのエッチングにおいて、高いスループットでトリム比を１に近づけるようにする。【解決手段】第１の誘電率を有する第１の膜と第２の誘電率を有する第２の膜が交互に積層されることによって形成された多層膜をエッチングする。この方法は、（ａ）処理容器内にエッチャントガスを供給し、処理容器内にマイクロ波を供給することにより、当該エッチャントガスのプラズマを励起して、多層膜をエッチングする工程Ｓ１と、（ｂ）処理容器内に酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスを供給し、マイクロ波を供給することにより、酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスのプラズマを励起して、レジストマスクを縮小させる工程Ｓ３と、を含む。本方法では、工程（ａ）と工程（ｂ）が交互に繰り返される。【選択図】図４
2014036148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電率を有する第１の膜と第２の誘電率を有する第２の膜が交互に積層されることによって形成された多層膜をエッチングする方法であって、該多層膜上にはレジストマスクが設けられており、該方法は、
処理容器内にエッチャントガスを供給し、該処理容器内にマイクロ波を供給することにより、該エッチャントガスのプラズマを励起して、前記多層膜をエッチングする工程と、
前記処理容器内に酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスを供給し、マイクロ波を供給することにより、該酸素含有ガス及び該フルオロカーボン系ガスのプラズマを励起して、前記レジストマスクを縮小させる工程と、
を含み、
前記多層膜をエッチングする前記工程及び前記レジストマスクを縮小させる前記工程が交互に繰り返される、方法。
【請求項２】
前記フルオロカーボン系ガスは、ＣＦ４ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レジストマスクを縮小させる前記工程の繰り返しにおいて、少なくとも一部の該工程の期間が、先に行われた該工程の期間よりも減少される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記多層膜をエッチングする工程と前記レジストマスクを縮小させる工程との間において、前記レジストマスクに保護膜を形成することなく、前記多層膜をエッチングする工程と前記レジストマスクを縮小させる工程が交互に繰り返される、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナから前記処理容器内に供給される、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
第１の誘電率を有する第１の膜と第２の誘電率を有する第２の膜が交互に積層されることによって形成された多層膜に、該多層膜上に設けられたレジストマスクを用いて、階段形状を形成するためのプラズマ処理装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内に前記第１の膜及び前記第２の膜用のエッチャントガス、並びに、酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内にマイクロ波を供給するプラズマ源と、
前記ガス供給系及び前記プラズマ源を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ガス供給系に前記エッチャントガスを供給させ前記プラズマ源にマイクロ波を供給させる第１の制御、及び、前記ガス供給系に前記酸素含有ガス及び前記フルオロカーボン系ガスを供給させ前記プラズマ源にマイクロ波を供給させる第２の制御を、交互に繰り返す、
プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記フルオロカーボン系ガスは、ＣＦ４ガスである、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２の制御の繰り返しにおいて、少なくとも一部の該第２の制御の期間を、先に行った該第２の制御の期間よりも減少させる、請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１の制御と前記第２の制御との間において、前記レジストマスクを保護する堆積物を該レジストマスク上に堆積させる制御を行うことなく、該第１の制御と該第２の制御を交互に繰り返す、請求項６〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記プラズマ源は、前記処理容器内にマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナを含む、請求項６〜９の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多層膜をエッチングする方法、及びプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では、被処理基体に対してプラズマを作用させて、当該被処理基体にエッチングや成膜等の処理を施す処理が行われる。このような処理により製造される半導体デバイスの一例としては、例えば特許文献１に記載されているＮＡＮＤ型フラッシュメモリが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載されたＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、第１の誘電率を有する第１の膜と第２の誘電率を有する第２の膜とが交互に積層されることによって構成された多層膜を備えている。この多層膜には階段形状の構造が形成されている。
【０００４】
このような階段形状の構造を多層膜に形成するために、特許文献１に記載された方法では、選択的なエッチングが可能な二つの層を交互に積層することによって形成された多層マスクを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７０６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に記載された方法では、多層マスクを構成する複数の層を多層膜上に形成する処理に時間を要する。そこで、本願発明者は、多層膜の上にレジストマスクを設け、多層膜のエッチングとレジストマスクのトリミング、即ちレジストマスクの幅の縮小とを交互に繰り返す方法の開発を行っている。レジストマスクのトリミングは、レジストマスクの上方において酸素ガスのプラズマを励起させ、酸素イオン及び酸素ラジカル等の酸素の活性種によりレジストマスクをエッチングすることにより実施することができる。
【０００７】
レジストマスクのエッチングでは、レジストマスクは、一般的に、横方向よりも縦方向に削られ易く、その結果、（レジストマスクが縦方向に削られる量）／（レジストマスクが横方向に削られる量）、即ち、トリム比が、１より相当に大きくなる。このように大きなトリム比でレジストマスクがエッチングされることを想定すると、多段の階段形状を多層膜に形成するためには、厚いレジストマスクが必要となる。しかしながら、厚いレジストマスクを用いることにより、材料コストが増加し、また、レジスト材料の露光精度が低下するという問題が生じる。或いは、レジストマスクのエッチングの前に保護膜をレジストマスク上に形成する堆積処理を行うことにより、トリム比を改善する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、堆積処理によりスループットが低下することになる。
【０００８】
したがって、本技術分野においては、多層膜に階段形状を形成するためのレジストマスクのエッチングにおいて、高いスループットでトリム比を１に近づけることが必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面は、第１の誘電率を有する第１の膜と第２の誘電率を有する第２の膜が交互に積層されることによって形成された多層膜をエッチングする方法に関するものである。多層膜上にはレジストマスクが設けられている。この方法は、（ａ）処理容器内にエッチャントガスを供給し、処理容器内にマイクロ波を供給することにより、当該エッチャントガスのプラズマを励起して、多層膜をエッチングする工程と、（ｂ）処理容器内に酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスを供給し、マイクロ波を供給することにより、酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスのプラズマを励起して、レジストマスクを縮小させる工程と、を含む。本方法では、多層膜をエッチングする工程（ａ）及びレジストマスクを縮小させる工程（ｂ）が交互に繰り返される。この方法では、多層膜をエッチングする工程とレジストマスクを縮小させる工程との間において、レジストマスクに保護膜を形成することなく、多層膜をエッチングする工程（ａ）とレジストマスクを縮小させる工程（ｂ）が交互に繰り返され得る。一実施形態においては、マイクロ波は、ラジアルラインスロットアンテナから処理容器内に供給され得る。
【００１０】
この方法では、酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスのプラズマの励起にマイクロ波を用いている。したがって、レジストマスクの縮小に寄与する活性種としては、イオンよりもラジカルが優位となる。ここで、レジストマスクが縦方向に削られる量は、主として、イオンとラジカルの量に依存し、レジストマスクが横方向に削られる量は、ラジカルに依存する。したがって、本方法では、レジストマスクが横方向に削られる量をレジストマスクが縦方向に削られる量に近づけることができる。また、本方法では、酸素含有ガスに加えてフルオロカーボン系ガスが処理容器内に供給されているので、ラジカルによるレジストマスクのエッチングが促進される。これにより、レジストマスクのエッチングレートが高くなり、更に、レジストマスクが縦方向に削られる量に対してレジストマスクが横方向に削られる量を増加させることが可能となる。その結果、本方法では、トリム比を１に近づけることが可能となる。また、本方法では、レジストマスクに保護膜を形成することなくトリム比を１に近づけることが可能であるので、高いスループットがもたらされる。
【００１１】
一実施形態においては、フルオロカーボン系ガスは、ＣＦ４ガスであってもよい。ＣＦ４ガスをフルオロカーボン系ガスとして用いることで、当該フルオロカーボン系ガスに起因したレジストマスクへの堆積物の発生が抑制される。その結果、多層膜に形成される階段形状のエッジの直線性が高くなる。
【００１２】
一実施形態においては、レジストマスクを縮小させる工程（ｂ）の繰り返しにおいて、少なくとも一部の当該工程の期間が、先に行われた当該工程の期間よりも減少されてもよい。この実施形態に係る方法によれば、レジストマスクを縮小させる工程の繰り返しのそれぞれにおけるトリム量、即ち、レジストマスクが横方向に削られて縮小する量の差異が、小さくなる。その結果、階段形状のそれぞれの段の幅の差異が小さくなる。
【００１３】
本発明の別の側面は、第１の誘電率を有する第１の膜と第２の誘電率を有する第２の膜が交互に積層されることによって形成された多層膜に、当該多層膜上に設けられたレジストマスを用いて、階段形状を形成するためのプラズマ処理装置に関するものである。このプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給系、プラズマ源、及び制御部を備えている。ガス供給系は、処理容器内に第１の膜及び第２の膜用のエッチャントガス、並びに、酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスを供給する。プラズマ源は、処理容器内にマイクロ波を供給する。制御部は、ガス供給系及びプラズマ源を制御する。制御部は、ガス供給系に前記エッチャントガスを供給させプラズマ源にマイクロ波を供給させる第１の制御、及び、ガス供給系に酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスを供給させプラズマ源にマイクロ波を供給させる第２の制御を、交互に繰り返す。制御部は、第１の制御と第２の制御との間において、多層膜上のレジストマスクを保護する堆積物を当該レジストマスク上に堆積させる制御を行うことなく、第１の制御と第２の制御を交互に繰り返し得る。一実施形態においては、プラズマ源は、処理容器内にマイクロ波を供給するラジアルラインスロットアンテナを含み得る。
【００１４】
このプラズマ処理装置は、マイクロ波をプラズマの励起源として用いており、また、酸素含有ガスに加えてフルオロカーボン系ガスを用いている。これにより、この装置では、ラジカルによるレジストマスクのエッチングを促進させることが可能となる。その結果、トリム比を１に近づけることが可能となる。また、レジストマスクに保護膜を形成する別途の制御を行うことなく、トリム比を１に近づけることが可能であるので、高いスループットがもたらされる。
【００１５】
一実施形態においては、フルオロカーボン系ガスは、ＣＦ４ガスであってもよい。ＣＦ４ガスをフルオロカーボン系ガスとして用いることで、当該フルオロカーボン系ガスに起因したレジストマスクへの堆積物の発生が抑制される。その結果、多層膜に形成される階段形状のエッジの直線性が高くなる。
【００１６】
一実施形態においては、制御部は、第２の制御の繰り返しにおいて、少なくとも一部の第２の制御の期間を、先に行った第２の制御の期間よりも減少させてもよい。この実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、第２の制御の繰り返しのそれぞれにおけるトリム量、即ち、即ち、レジストマスクが横方向に削られて縮小する量の差異が、小さくなる。その結果、階段形状のそれぞれの段の幅の差異が小さくなる。
【発明の効果】
【００１７】
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、多層膜に階段形状を形成するためのレジストマスクのエッチングにおいて、トリム比を１に近づけることが可能な方法、及び、プラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すスロット板の一例を示す平面図である。
【図３】一実施形態に係る被処理基体を示す図である。
【図４】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。
【図５】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の一工程で作成される被処理基体の状態を示す断面図である。
【図６】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の一工程で作成される被処理基体の状態を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の一工程で作成される被処理基体の状態を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の一工程で作成される被処理基体の状態を示す断面図である。
【図９】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の一工程で作成される被処理基体の状態を示す断面図である。
【図１０】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の一工程で作成される被処理基体の状態を示す断面図である。
【図１１】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法の一工程で作成される被処理基体の状態を示す断面図である。
【図１２】実験例１〜２及び比較例１〜２のレジストマスクのエッチングレート及び実験例２のＸＰＳの測定結果を示す図である。
【図１３】比較例１〜４のレジストマスクのエッチングレート及び比較例４のＸＰＳの測定結果を示す図である。
【図１４】実験例１〜２及び比較例１〜２におけるＯＥＳの測定結果と、実験例２と比較例２のＯＥＳの測定強度の差を示す図である。
【図１５】実験例３〜４及び比較例５におけるＱＭＳの測定結果を示す図である。
【図１６】実験例５及び比較例６で得られた被処理基体の階段形状のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１７】実験例５及び比較例６で得られた被処理基体の階段形状の多層膜の各段の幅を示す図である。
【図１８】実験例６及び比較例７で得られた被処理基体の階段形状のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１９】実験例７で求めた工程Ｓ３におけるＣＦ４ガスの流量とレジストマスクのエッチングレート及びトリム比の関係を示す図である。
【図２０】実験例８及び実験例９におけるサイクル数とレジストマスクのトリム比の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
まず、一実施形態に係るプラズマ処理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処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置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。
【００２１】
側壁１２ａは、軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ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。
【００２２】
プラズマ処理装置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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の高周波バイアス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。
【００２６】
台２０ａの上面には、静電チャック２０ｂが設けられている。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。
【００２７】
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。
【００２８】
一実施形態においては、プラズマ処理装置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Ｚ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Ｚ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ＨＥＳ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。
【００２９】
また、プラズマ処理装置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。これらアンテナ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、並びに、誘電体窓１８は、一実施形態に係るプラズマ源を構成している。
【００３０】
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Ｚ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Ｚ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Ｚに沿って延びる筒形状を有している。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。
【００３１】
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て得る。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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
図１を再び参照する。プラズマ処理装置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。
【００３４】
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。この誘電体窓１８の下面と静電チャック２０ｂの上面との間の距離は、例えば、２４５ｍｍである。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、プラズマ処理装置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。
【００３５】
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Ｚ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。
【００３６】
また、プラズマ処理装置１０は、中央導入部２２、周辺導入部２４、及びガス供給部ＧＳを更に備えている。これら中央導入部２２、周辺導入部２４、及びガス供給部ＧＳは、一実施形態に係るガス供給系を構成している。中央導入部２２は、軸線Ｚに沿って被処理基体Ｗに向けてガスを噴射する。中央導入部２２は、導管２２ａ及びインジェクタ２２ｂを含んでいる。導管２２ａは、同軸導波管１６の内側導体１６ｂの内孔に通されている。また、導管２２ａは、誘電体窓１８が軸線Ｚに沿って画成する空間内まで延在している。誘電体窓１８が画成する当該空間には、孔１８ｈが連続しており、当該孔１８ｈは、処理空間Ｓに向けて開口している。また、誘電体窓１８が画成する前記空間内には、インジェクタ２２ｂが設けられている。インジェクタ２２ｂには、軸線Ｚ方向に延びる複数の貫通孔が設けられている。かかる構成の中央導入部２２は、導管２２ａを介してインジェクタ２２ｂにガスを供給し、インジェクタ２２ｂから孔１８ｈを介してガスを処理空間Ｓに噴射する。
【００３７】
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Ｚ方向の中間位置において軸線Ｚ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Ｚ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Ｚ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Ｚに向けて処理空間Ｓ内に導入する。なお、周辺導入部２４は、側壁１２ａの内側面において軸線Ｚ中心に環状に配列された複数のガス噴射孔からガスを供給してもよい。
【００３８】
中央導入部２２及び周辺導入部２４には、フロースプリッタＦＳを介して、ガス供給部ＧＳが接続されている。フロースプリッタＦＳは、ガス供給部ＧＳから供給されるガスを、後述する制御部等により設定された分配比で、中央導入部２２及び周辺導入部２４に分配する。ガス供給部ＧＳは、ガス源Ｇ１０，Ｇ１２，Ｇ１４，Ｇ１６を含んでいる。ガス源Ｇ１０，Ｇ１２，Ｇ１４，Ｇ１６はそれぞれ、Ａｒガス、ＣＦ４ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｏ２ガスのガス源である。これらガス源Ｇ１０，Ｇ１２，Ｇ１４，Ｇ１６は、流量制御可能に構成されたガス源であり、開閉弁及びマスコントローラを含み得る。
【００３９】
なお、プラズマ処理装置１０は、ガス供給部ＧＳと同様の別のガス供給部を備えて、これらガス供給部をそれぞれ、中央導入部２２及び周辺導入部２４に接続する構成を有していてもよい。また、ガス供給部ＧＳは、別のガス用のガス源を更に含んでいてもよい。
【００４０】
図１に示すように、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｏｎｔを更に備えている。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、レシピに基づくプログラムに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。例えば、制御部Ｃｏｎｔは、ガス供給部ＧＳに制御信号を送出して、ガス源Ｇ１０，Ｇ１２，Ｇ１４，Ｇ１６それぞれからのガスの流量、及び、ガスの供給／供給停止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及び周辺導入部２４に対するガスの分配比を制御することができる。さらに、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。
【００４１】
このプラズマ処理装置１０は、被処理基体の多層膜をエッチングして当該多層膜に階段形状を形成するために、用いることができる。図３は、一実施形態に係る被処理基体Ｗを示す図である。図３に示すように、被処理基体Ｗは、基板Ｓｕｂ、当該基板Ｓｕｂ上に交互に積層された第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２を含む多層膜ＭＬ、並びに、多層膜ＭＬ上に設けられたレジストマスクＰＲＭを有している。
【００４２】
一実施形態においては、第１の膜Ｌ１はＳｉＯ２膜であり、第２の膜Ｌ２はＳｉＮ膜であり得る。第２の膜１２ｂは、例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリにおける階段状の電極となり得る。レジストマスクＰＲＭは、ＫｒＦレジスト、又はｉ線レジストといったレジスト材料から作成されたレジストマスクである。レジストマスクＰＲＭは、多層膜ＭＬ上に設けられたレジスト材料に対する露光及び現像により作成される。このレジストマスクＰＲＭは、初期的には、最上段ｓｔ１の第１の膜Ｌ１の一縁に沿ったエッジ部分を露出させるパターンを有している。例えば、最上段ｓｔ１の第１の膜Ｌ１はその一縁から５００ｎｍの幅で露出される。
【００４３】
以下、かかる被処理基体Ｗを処理する際のプラズマ処理装置１０の動作と共に、一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法について説明する。図４は、一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。図４に示す方法は、多層膜をエッチングする工程Ｓ１及びレジストマスクを縮小させる工程Ｓ３を含み、工程Ｓ１及び工程Ｓ３を交互に行うことにより、多層膜ＭＬに階段形状を形成する。
【００４４】
図４に示す方法の工程Ｓ１では、第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２がエッチングされる。１サイクル目の工程Ｓ１では、最上段ｓｔ１の１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２がエッチングされ、最上段ｓｔ１の１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２にレジストマスクＰＲＭのパターンが転写される。
【００４５】
工程Ｓ１は、第１の膜Ｌ１をエッチングする工程Ｓ１ａ及び第２の膜Ｌ２をエッチングする工程Ｓ１ｂを含む。工程Ｓ１ａでは、第１の膜Ｌ１用のエッチャントガスのプラズマが、マイクロ波を励起源として用いることにより励起される。一実施形態においては、第１の膜Ｌ１用のエッチャントガスには、ＣＦ４ガスを用いることができる。また、工程Ｓ１ａにおいては、エッチャントガスと共に、不活性ガスが用いられてもよい。一実施形態においては、不活性ガスはＡｒガスである。１サイクル目の工程Ｓ１ａでは、図５に示すように、レジストマスクＰＲＭから露出している第１の膜Ｌ１がエッチングされる。
【００４６】
次いで、工程Ｓ１ｂでは、第２の膜Ｌ２用のエッチャントガスのプラズマが、マイクロ波を励起源として用いることにより励起される。一実施形態においては、第２の膜Ｌ２用のエッチャントガスには、ＣＨ３Ｆガスを用いることができる。また、工程Ｓ１ｂにおいては、エッチャントガスと共に、不活性ガスを含む他のガスが用いられてもよい。一実施形態においては、エッチャントガスと共に、Ａｒガス及びＯ２ガスが用いられる。１サイクル目の工程Ｓ１ｂでは、図６に示すように、露出している第２の膜Ｌ２がエッチングされる。
【００４７】
工程Ｓ１をプラズマ処理装置１０で実施する場合には、制御部Ｃｏｎｔは、第１の制御を行う。具体的には、第１の制御において、制御部Ｃｏｎｔは、制御信号を送出して、マイクロ波発生器２８にマイクロ波を発生させ、ガス供給部ＧＳのガス源Ｇ１０及びＧ１２にＡｒガス及びＣＦ４ガスを処理容器１２内に供給させる。これにより、第１の膜Ｌ１用のエッチャントガスのプラズマが励起され、露出している第１の膜Ｌ１がエッチングされる。次いで、制御部Ｃｏｎｔは、制御信号を送出して、マイクロ波発生器２８にマイクロ波を発生させ、ガス供給部ＧＳのガス源Ｇ１０、Ｇ１４、及びＧ１６にＡｒガス、ＣＨ３Ｆガス、及びＯ２ガスを処理容器１２内に供給させる。これにより、第２の膜Ｌ２用のエッチャントガスのプラズマが励起され、露出している第２の膜Ｌ２がエッチングされる。
【００４８】
次いで、本方法では、工程Ｓ２において、所定サイクル数の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２のエッチングが終了したか否かが判定される。工程Ｓ２において、所定サイクル数の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２のエッチングが終了したと判定される場合（判定が「Ｙｅｓ」の場合）には、図４に示す方法は終了する。一方、工程Ｓ２において、所定サイクル数の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２のエッチングが終了していないと判定される場合（判定が「Ｎｏ」の場合）には、図４に示す方法は工程Ｓ３に進む。
【００４９】
工程Ｓ３においては、レジストマスクＰＲＭを縮小させる工程Ｓ３が行われる。この工程Ｓ３では、酸素含有ガス及びフルオロカーボン系ガスのプラズマが、マイクロ波を励起源として用いることにより励起される。ここで、フルオロカーボン系ガスとは、アルカンの水素の一部又は全部をフッ素で置換した化合物を意味し、ハイドロフルオロカーボンを含有するものである。また、一実施形態においては、酸素含有ガスはＯ２ガスである。この工程Ｓ３では、レジストマスクＰＲＭが、図７に示すように、縦方向及び横方向にエッチングされて、縮小される。
【００５０】
本方法では、工程Ｓ３において、プラズマの励起源として、マイクロ波が用いられている。したがって、発生するイオンのエネルギーは、誘導結合型のプラズマ処理装置といった他のプラズマ処理装置で発生するイオンのエネルギーよりも低い。故に、本方法では、レジストマスクＰＲＭのエッチングに寄与する活性種としては、ラジカルが支配的になる。また、本方法では、酸素含有ガスに加えてフルオロカーボン系ガスが用いられている。フルオロカーボン系ガスは、レジストマスクＰＲＭのエッチングレートを向上させ、また、ラジカルによるエッチングを促進させる。ここで、レジストマスクＰＲＭの縦方向のエッチングには、主としてイオン及びラジカルが寄与する。一方、レジストマスクＰＲＭの横方向のエッチングには、主としてラジカルが寄与する。したがって、本方法の工程Ｓ３によれば、レジストマスクＰＲＭが横方向に削られる量が、当該レジストマスクＰＲＭが横方向に削られる量に近くなり、その結果、レジストマスクＰＲＭのトリム比が、１に近くなる。なお、トリム比は、（レジストマスクＰＲＭが縦方向に削られる量ｅＨ）／（レジストマスクＰＲＭが横方向に削られる量ｅＷ）により定義される（図７参照）。
【００５１】
一実施形態においては、工程Ｓ３において用いられるフルオロカーボン系ガスはＣＦ４ガスであり得る。ＣＦ４ガスをフルオロカーボン系ガスとして用いることにより、当該フルオロカーボン系ガスに起因したレジストマスクＰＲＭへの堆積物の発生が抑制される。その結果、多層膜ＭＬに形成される階段形状のエッジの直線性が高くなる。例えば、ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ  Ｅｄｇｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）が小さくなる。なお、このようなフルオロカーボン系ガスとしては、例えば、ＣＦ４ガスに代えて又はこれと共に、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ２ＨｘＦ６−ｘガスといったガスを用いることが可能である。ここで、ｘは０〜５の間の整数である。
【００５２】
工程Ｓ３をプラズマ処理装置１０で実施する場合には、制御部Ｃｏｎｔは、第２の制御を行う。具体的には、第２の制御において、制御部Ｃｏｎｔは、制御信号を送出して、マイクロ波発生器２８にマイクロ波を発生させ、ガス供給部ＧＳのガス源Ｇ１６及びＧ１２にＯ２ガス及びＣＦ４ガスを処理容器１２内に供給させる。これにより、Ｏ２ガス及びＣＦ４ガスのプラズマが励起されて、レジストマスクＰＲＭがエッチングされる。
【００５３】
本方法では、次いで、１サイクル目の工程Ｓ３を経た被処理基体Ｗに対して、２サイクル目の工程Ｓ１が行われる。これにより、図８に示すように、レジストマスクＰＲＭから露出している最上段ｓｔ１の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２、並びに、次の段ｓｔ２の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２がエッチングされる。次いで、２サイクル目の工程Ｓ１を経た被処理基体Ｗに対して、２サイクル目の工程Ｓ３が行われる。これにより、図９に示すように、レジストマスクＰＲＭが更にエッチングされて、当該レジストマスクＰＲＭが縮小される。次いで、２サイクル目の工程Ｓ３を経た被処理基体Ｗに対して、３サイクル目の工程Ｓ１が行われる。これにより、図１０に示すように、レジストマスクＰＲＭから露出している最上段ｓｔ１の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２、次の段ｓｔ２の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２、更に次の段ｓｔ３の第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２がエッチングされる。
【００５４】
このように、本方法では、工程Ｓ２において、所定サイクル数のエッチングが行われたと判断されるまで工程Ｓ３及び工程Ｓ１が交互に繰り返されることにより、図１１に示すように、多層膜ＭＬのエッジ部分に多段の階段形状が形成される。この方法を、プラズマ処理装置１０で実施する場合には、プラズマ処理装置１０の制御部Ｃｏｎｔは、上述した第２の制御及び第１の制御を、所定サイクル数繰り返す。
【００５５】
上述したように、プラズマ処理装置１０を用いて実施することができる本方法では、レジストマスクＰＲＭのトリム比は１に近くなる。したがって、多層膜ＭＬのエッジ部分に多段の階段形状を形成するために必要となるレジストマスクＰＲＭの厚みを小さくすることができる。その結果、材料コストを低減させることができる。また、レジストマスクＰＲＭの露光精度を向上させることが可能となり、延いては、多層膜に形成する階段形状の高精度化が可能となる。
【００５６】
また、プラズマ処理装置１０を用いて実施することができる本方法では、工程Ｓ１と工程Ｓ３との間において、レジストマスクＰＲＭに保護膜を堆積させることなく、工程Ｓ１と工程Ｓ３とが交互に繰り返される。レジストマスクＰＲＭ、特に当該レジストマスクＰＲＭの上面に保護膜を堆積させる処理により、トリム比を１に近づける又は１よりも小さくすることは可能となるが、この処理を行うことによりスループットが低下する。一方、本方法では、工程Ｓ１と工程Ｓ３との間において、レジストマスクＰＲＭに保護膜を堆積させる別途の工程を行うことなく、工程Ｓ１と工程Ｓ３とが交互に繰り返されるので、スループットを低下させずに、トリム比を１に近づけることが可能となる。
【００５７】
一実施形態においては、工程Ｓ３の繰り返しにおいて、少なくとも一部の工程Ｓ３の期間が先の工程Ｓ３の期間よりも短くなるように設定されていてもよい。例えば、工程Ｓ３の繰り返しにおいて、工程Ｓ３の期間は序々に減少するように設定され得る。繰り返される複数の工程Ｓ３の期間が同一であると、当該複数の工程Ｓ３においてレジストマスクＰＲＭが横方向に削られる量は、序々に増加し得る。これは、パターン近傍のレジストマスクの比率が減少するためである。一方、工程Ｓ３の繰り返しにおいて工程Ｓ３の期間を序々に減少するように設定することにより、繰り返される複数の工程Ｓ３においてレジストマスクＰＲＭが横方向に削られる量の差異を小さくすることが可能となる。
【００５８】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、第１の膜Ｌ１及び第２の膜Ｌ２は、互いに異なる誘電率を有していればよく、例えば、第２の膜Ｌ２はポリシリコン膜であってもよい。
【００５９】
以下、プラズマ処理装置１０を用いて行った実験例及び比較例について説明する。
【００６０】
（実験例１〜２及び比較例１〜４）
【００６１】
実験例１〜２及び比較例１〜４では、図３に示した被処理基体Ｗに対して、表１に示す条件下で８サイクルの工程Ｓ１及び７サイクルの工程Ｓ３を交互に繰り返した。即ち、実験例１及び２においては、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスの混合ガスを用いて工程Ｓ３を実施し、工程Ｓ３におけるマイクロ波のパワーを互いに異ならせた。また、比較例１及び２においては、Ｏ２ガスのみを用いて工程Ｓ３を実施し、工程Ｓ３におけるマイクロ波のパワーを互いに異ならせた。また、比較例３及び４においては、Ｏ２ガスとＳＦ６ガスの混合ガスを用いて工程Ｓ３を実施し、工程Ｓ３におけるマイクロ波のパワーを互いに異ならせた。ここで、表１に示す「共通」の条件は、実験例１〜２及び比較例１〜４に共通の工程Ｓ１の条件である。また、「ＲＤＣ値」とは、中央導入部２２及び周辺導入部２４からのガスの総流量を１００としたときの中央導入部２２からのガスの流量である。なお、被処理基体Ｗは、厚さ５８００ｎｍのレジストマスクＰＲＭを有しており、３００ｍｍの直径を有するものであった。また、第１の膜Ｌ１は厚さ３０ｎｍのＳｉＯ２膜であり、第２の膜Ｌ２は厚さ３０ｎｍのＳｉＮ膜であった。
【表１】
2014036148.tif 000003
【００６２】
実験例１〜２及び比較例１〜４のそれぞれにおいて、被処理基体Ｗの直径上におけるレジストマスクＰＲＭのエッチングレートを測定した。さらに、実験例２及び比較例４のそれぞれについて、上述した条件での処理前及び処理後のレジストマスクＰＲＭの表面の状態を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）法を用いて測定した。図１２の（ａ）に実験例１〜２及び比較例１〜２のレジストマスクＰＲＭのエッチングレートの測定結果を、図１２の（ｂ）に実験例２のＸ線光電子分光法の測定結果を、図１３の（ａ）に、比較例１〜４のエッチングレートの測定結果を、図１３の（ｂ）に比較例４のＸ線光電子分光法の測定結果を示す。なお、図１２の（ａ）及び図１３の（ａ）において、横軸は、被処理基体Ｗの中心を「０」としたときの被処理基体Ｗの直径上での位置を示しており、縦軸は各位置でのレジストマスクＰＲＭのエッチングレートを示している。また、図１２の（ｂ）及び図１３の（ｂ）において、横軸は結合エネルギーを示しており、縦軸は、各結合エネルギーでの測定強度を示している。また、図１２の（ｂ）及び図１３の（ｂ）において、「初期状態」の測定結果は、処理前のレジストマスクＰＲＭに対するＸ線光電子分光法の測定結果を示している。
【００６３】
図１２の（ａ）及び図１３の（ａ）に示すように、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガスをＯ２ガスと共に用いてレジストマスクＰＲＭのエッチングを行った実験例１〜２及び比較例３〜４では、Ｏ２ガスを単独で用いたレジストマスクＰＲＭのエッチングを行った比較例１〜２のレジストマスクＰＲＭのエッチングレートに比べて、レジストマスクＰＲＭのエッチングレートが高くなっていた。したがって、実験例１〜２及び比較例１〜４から、Ｏ２ガスを単独で用いてレジストマスクＰＲＭをエッチングした場合のエッチングレートに比べて、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガスをＯ２ガスと共に用いてレジストマスクＰＲＭをエッチングすることにより、レジストマスクＰＲＭのエッチングレートが大きくなることが確認された。
【００６４】
また、図１３の（ｂ）に示すように、Ｏ２ガスとＳＦ６ガスの混合ガスを用いてレジストマスクＰＲＭのエッチングを行った場合の処理後のレジストマスクＰＲＭに対するＸ線光電子分光法の測定結果（比較例４参照）は、初期状態、即ち、処理前のレジストマスクＰＲＭに対するＸ線光電子分光法の測定結果と大きく異なっていた。この原因は、Ｏ２ガスとＳＦ６ガスの混合ガスを用いて工程Ｓ３を行うと、ＳＦ６ガスに起因する堆積物がレジストマスクＰＲＭ上に堆積するからである。一方、図１２の（ｂ）に示すように、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスの混合ガスを用いて工程Ｓ３を行った場合の処理後のレジストマスクＰＲＭに対するＸ線光電子分光法の測定結果（実験例２参照）は、初期状態、即ち、処理前のレジストマスクＰＲＭに対するＸ線光電子分光法の測定結果と略同一であった。このことから、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスの混合ガスを用いたてレジストマスクＰＲＭのエッチングを行うと、レジストマスクＰＲＭ上に堆積物が発生していないことが確認された。
【００６５】
次に、実験例１〜２及び比較例１〜２それぞれの工程Ｓ３の実施時における処理容器１２内の発光状態を、発光分光分析法（ＯＥＳ）により測定した。その結果を図１４の（ａ）に示す。さらに、実験例２のＯＥＳの測定結果の強度値から比較例２のＯＥＳの測定結果の強度値を減算した結果を図１４の（ｂ）に示す。図１４の（ａ）に示すように、実験例１及び実験例２では、比較例１及び２に比べて、ＣＯ結合に起因する波長４８３ｎｍの強度、及び水素に起因する波長４８６．１ｎｍの強度が増加していた。これら波長における強度の増加は、Ｏ２ガスにＣＦ４ガスを添加して工程Ｓ３を実施したことによりレジストマスクＰＲＭのエッチングレートが増加したことに起因するものと考えられる。
【００６６】
また、図１４の（ｂ）に示すように、実験例２ではＣＦ４ガスをＯ２ガスに添加したことにより、比較例２よりも、酸素に起因する波長７７７．５ｎｍの強度は低下していたが、水素に起因する波長４８６．１ｎｍ及び波長６５６．６ｎｍの強度は増加していた。これら波長４８６．１ｎｍ及び波長６５６．６ｎｍの強度の増加は、レジストマスクＰＲＭのエッチングレートの増加に起因するものと考えられる。したがって、工程Ｓ３においてＣＦ４ガスをＯ２ガスに添加した場合には、Ｏ２ガスを単独で用いる場合よりも、酸素ラジカルの量は低下するが、レジストマスクＰＲＭのエッチングレートが増加することが確認された。
【００６７】
（実験例３〜４及び比較例５）
【００６８】
実験例３〜４及び比較例５では、図３に示した被処理基体Ｗに対して、表２に示す条件下で８サイクルの工程Ｓ１及び７サイクルの工程Ｓ３を交互に繰り返した。即ち、実験例１及び２においては、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスの混合ガスを用いて工程Ｓ３を実施し、ＣＦ４ガスの流量を互いに異ならせた。また、比較例５においては、Ｏ２ガスのみを用いて工程Ｓ３を実施した。ここで、表２に示す「共通」の条件は、実験例３〜４及び比較例５に共通の工程Ｓ１の条件である。なお、被処理基体Ｗは、厚さ５８００ｎｍのレジストマスクＰＲＭを有しており、３００ｍｍの直径を有するものであった。また、第１の膜Ｌ１は厚さ３０ｎｍのＳｉＯ２膜であり、第２の膜Ｌ２は厚さ３０ｎｍのＳｉＮ膜であった。
【表２】
2014036148.tif 000004
【００６９】
実験例３〜４及び比較例５のそれぞれにおいて、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）を用いて、工程Ｓ３において処理容器１２で発生するラジカルの組成を調査した。図１５の（ａ）には、実験例３〜４及び比較例５のそれぞれにおける四重極型質量分析計による測定結果のグラフが示されており、当該グラフの横軸は質量数であり、縦軸はカウントである。図１５の（ｂ）には、実験例３〜４及び比較例５のそれぞれにおけるＣＦ４ガスの流量と四重極型質量分析計の測定結果から得た質量数１６、即ち酸素ラジカルのカウントとの関係を表わすグラフが示されている。
【００７０】
図１５の（ａ）に示すように、工程Ｓ３においてＯ２ガスと共に用いるＣＦ４ガスの流量を増やした実験例３及び４では、Ｏ２ガスのみを用いてレジストマスクＰＲＭのエッチングを行った比較例５では検出されなかったＣＯＦｘといったフッ素を含む種が、処理容器１２内において発生していることが確認された。また、図１５の（ｂ）に示すように、工程Ｓ３においてＯ２ガスと共に用いるＣＦ４ガスの流量を増やすことによって、酸素ラジカルの量が低減していくことが確認された。さらに、実験例３〜４の工程Ｓ３におけるイオンエネルギーと比較例５の工程Ｓ３におけるイオンエネルギーを四重極型質量分析計（ＱＭＳ）を用いて測定した結果、実験例３〜４の工程Ｓ３におけるイオンエネルギーと比較例５の工程Ｓ３におけるイオンエネルギーとの間には大きな差異はなかった。このことから、工程Ｓ３においてＯ２ガスと共に用いるＣＦ４ガスの流量を増加させても、イオンによるエッチングは促進されず、ラジカルによるエッチングが促進されることが確認された。
【００７１】
（実験例５及び比較例６）
【００７２】
実験例５及び比較例６では、図３に示した被処理基体Ｗに対して、表３に示す条件下で４サイクルの工程Ｓ１及び４サイクルの工程Ｓ３を交互に繰り返した。また、比較例６のみにおいて、工程Ｓ１と工程Ｓ３との間に、表３に示す保護膜形成工程を行った。ここで、表３に示す「共通」の条件は、実験例５及び比較例６に共通の工程Ｓ１及び工程Ｓ３の条件である。なお、被処理基体Ｗは、厚さ３５００ｎｍのレジストマスクＰＲＭを有しており、３００ｍｍの直径を有するものであった。また、第１の膜Ｌ１は厚さ２０ｎｍのＳｉＯ２膜であり、第２の膜Ｌ２は厚さ３０ｎｍのポリシリコン膜であった。
【表３】
2014036148.tif 000005
【００７３】
実験例５及び比較例６のそれぞれにおいて得られた被処理基体Ｗの階段形状のＳＥＭ写真を図１６の（ａ）及び図１６の（ｂ）に示す。また、実験例５及び比較例６のそれぞれにおいて得られた被処理基体Ｗの階段形状の多層膜のＳＥＭ写真から測定した各段の幅を図１７の（ａ）及び図１７の（ｂ）に示す。図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すグラフでは、横軸は段番号であり、最上段から順に降順に割り当てられた番号である。また、図１７の（ａ）及び（ｂ）において、縦軸は、段の幅を示している。また、図１７の（ａ）及び（ｂ）では、被処理基体Ｗの中心とエッジ近傍で求めた各段の幅が示されている。ここで、「段の幅」とは、階段形状において複数の段が並ぶ方向における各段の上面の幅である。
【００７４】
比較例６、即ち、保護膜を形成する工程を工程Ｓ１と工程Ｓ３との間に追加した例では、図１６の（ｂ）に示すように、各段のエッジにガタツキが生じていた。一方、実験例５、即ち、工程Ｓ１と工程Ｓ３との間において保護膜を形成する工程を行わなかった例では、図１６の（ａ）に示すように、各段のエッジが高い直線性を有することが確認された。
【００７５】
また、実験例５の被処理基体Ｗから得られた各段の幅を示す図１７の（ａ）と比較例６の被処理基体Ｗから得られた各段の幅を示す図１７の（ｂ）を比較すると、比較例６の段の幅は、実験例６の段の幅よりも小さくなっていることが確認された。
【００７６】
（実験例６及び比較例７）
【００７７】
実験例６及び比較例７では、被処理基体Ｗに対して、表４に示す条件下で４サイクルの工程Ｓ１及び４サイクルの工程Ｓ３を交互に繰り返した。また、比較例７のみにおいて、工程Ｓ１と工程Ｓ３との間に、表４に示す保護膜を形成する工程を行った。ここで、表４に示す「共通」の条件は、実験例６及び比較例７に共通の工程Ｓ１及び工程Ｓ３の条件である。なお、被処理基体Ｗは、厚さ３５００ｎｍのレジストマスクＰＲＭを有しており、３００ｍｍの直径を有するものであった。また、第１の膜Ｌ１は厚さ２０ｎｍのＳｉＯ２膜であり、第２の膜Ｌ２は厚さ３０ｎｍのポリシリコン膜であった。
【表４】
2014036148.tif 000006
【００７８】
実験例６及び比較例７のそれぞれにおいて得られた被処理基体Ｗの階段形状のＳＥＭ写真を図１８の（ａ）及び図１８の（ｂ）に示す。図１８の（ｂ）に示すように、保護膜を形成する工程を工程Ｓ１と工程Ｓ３との間に追加した比較例７では、比較例６と同様に、各段のエッジにガタツキが生じていた。一方、図１８の（ａ）に示すように、工程Ｓ１と工程Ｓ３との間において保護膜を形成する工程を行わなかった実験例６は、実験例５と同様に、各段のエッジが高い直線性を有することが確認された。
【００７９】
また、実験例６及び比較例７のそれぞれで得られた階段形状の各段のエッジのＬＥＲ（Ｌｉｎｅ  Ｅｄｇｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）をＳＥＭ写真から求めた。なお、ＬＥＲは、階段形状において複数の段が並ぶ方向における各段のエッジ位置の３σとして、求めた。その結果、実験例６の各段のＬＥＲは、最上段から順に、２２．６ｎｍ、２５．０ｎｍ、２７．３ｎｍ、２４．７ｎｍであった。また、比較例７の各段のＬＥＲは、最上段から順に、３５．７ｎｍ、３７．２ｎｍ、３５．８ｎｍ、２８．０ｎｍであった。これら実験例６及び比較例７の各段のＬＥＲを比較すれば明らかなように、工程Ｓ１と工程Ｓ３との間に保護膜を形成する工程を行わないことにより、階段形状の各段のエッジの直線性が高められることが確認された。
【００８０】
（実験例７）
【００８１】
実験例７では、被処理基体に対して、表５に示す条件下で工程Ｓ３を実施した。即ち、実験例７では、ＣＦ４ガスの流量を変化させて工程Ｓ３を実施した。なお、被処理基体は、厚さ５８００ｎｍのレジストマスクＰＲＭを有しており、３００ｍｍの直径を有するものであった。
【表５】
2014036148.tif 000007
【００８２】
そして、実験例７では、得られた被処理基体ＷからレジストマスクＰＲＭのエッチングレート及びトリム比を求めた。具体的に、４５度間隔の四つの直径上それぞれにおいて被処理基体のレジストマスクＰＲＭのエッチングレート及びトリム比を５０μｍ間隔で七つずつ測定した。そして、エッチングレートの平均、３σ、Ｒａｎｇｅ（％）、及び、トリム比の平均を求めた。ここで、Ｒａｎｇｅ（％）とは、エッチングレートの最大値と最小値との差をエッチングレートで割った値である。
【００８３】
図１９に、工程Ｓ３におけるＣＦ４ガスの流量とエッチングレートの平均及びトリム比の平均の関係を示す。図１９において、横軸は、工程Ｓ３におけるＣＦ４ガスの流量を示しており、左側の縦軸はレジストマスクＰＲＭのエッチングレートを示しており、また、右側の縦軸はトリム比を示している。また、表６に、ＣＦ４ガスの流量とエッチングレートの平均、エッチングレートの３σ、Ｒａｎｇｅ（％）、及びトリム比の平均の関係を示す。
【表６】
2014036148.tif 000008
【００８４】
図１９及び表６に示すように、工程Ｓ３においては、Ｏ２ガスと共にＣＦ４ガスを用いることで、トリム比が１に近くなることが確認された。また、ＣＦ４ガスの流量が１００ｓｃｃｍのときに、エッチングレートが最大となった。さらに、ＣＦ４ガスの流量とＲａｎｇｅ（％）との関係から明らかなように、ＣＦ４ガスの流量が１００ｓｃｃｍのときに、被処理基体Ｗの複数の位置でのエッチングレートのバラツキが小さくなることが確認された。
【００８５】
（実験例８及び９）
実験例８及び９では、図３に示した被処理基体Ｗに対して８サイクルの工程Ｓ１と７サイクルの工程Ｓ３とを交互に繰り返し、実験例８では、各サイクルの工程Ｓ３の期間は２０秒に固定し、実験例９では、工程Ｓ３の期間をサイクル順に１８．５秒、１７．８秒、１７．５秒、１７．２秒、１７．０秒、１７．１秒、１７．１秒に設定した。即ち、実験例９では、最終のサイクルの工程Ｓ３の期間を除き、サイクル順に工程Ｓ３の期間を減少させた。実験例８及び９の他の条件を、表７に示す。なお、被処理基体Ｗは、厚さ５８００ｎｍのレジストマスクＰＲＭを有しており、３００ｍｍの直径を有するものであった。また、第１の膜Ｌ１は厚さ３０ｎｍのＳｉＯ２膜であり、第２の膜Ｌ２は厚さ３０ｎｍのＳｉＮ膜であった。
【表７】
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【００８６】
実験例８及び実験例９のそれぞれにおいて、各サイクルの工程Ｓ３によるトリム量を求めた。ここで、トリム量とは、レジストマスクＰＲＭが横方向に削られた量［ｎｍ］である。実験例８及び実験例９のそれぞれにおける工程Ｓ３のサイクルとトリム量との関係を図２０に示す。図２０においては、横軸がサイクルであり、縦軸がトリム量である。また、図２０においては、被処理基体Ｗの中心とエッジ近傍で求めたトリム量が示されている。図２０に示すように、複数サイクルの工程Ｓ３の期間を同一の期間とした実験例８では、サイクルが進むにつれてレジストマスクＰＲＭのトリム量が大きくなっていった。一方、サイクル順に工程Ｓ３の期間を減少させた実験例９では、全てのサイクルにおいてレジストマスクＰＲＭのトリム量が略同一となることが確認された。
【符号の説明】
【００８７】
１０…プラズマ処理装置、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、２２…中央導入部、２４…周辺導入部、２８…マイクロ波発生器、３０…チューナ、３２…導波管、３４…モード変換器、３６…冷却ジャケット、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、６０…マッチングユニット、Ｃｏｎｔ…制御部、Ｆ…フォーカスリング、ＦＳ…フロースプリッタ、ＧＳ…ガス供給部、Ｇ１０，Ｇ１２，Ｇ１４，Ｇ１６…ガス源、ＭＬ…多層膜、Ｌ１…第１の膜、Ｌ２…第２の膜、ＰＲＭ…レジストマスク、Ｓ…処理空間、Ｗ…被処理基体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１６】
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【図１８】
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