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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6017928
(24)【登録日】2016年10月7日
(45)【発行日】2016年11月2日
(54)【発明の名称】プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20161020BHJP
G03F 7/40 20060101ALI20161020BHJP
H05H 1/46 20060101ALN20161020BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/302 101B
G03F7/40 501
G03F7/40 521
!H05H1/46 M
【請求項の数】10
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2012-247782(P2012-247782)
(22)【出願日】2012年11月9日
(65)【公開番号】特開2014-96500(P2014-96500A)
(43)【公開日】2014年5月22日
【審査請求日】2015年7月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(72)【発明者】
【氏名】久松 亨
(72)【発明者】
【氏名】本田 昌伸
(72)【発明者】
【氏名】木原 嘉英
【審査官】
鈴木 聡一郎
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−０６０９１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００５−５３５９３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２０５９６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１９８９８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０３３８３３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｇ０３Ｆ ７／４０
Ｈ０５Ｈ １／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機膜と所定のパターンを有するフォトレジストとが順に積層された被処理体と対向して配置されたシリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマにより前記フォトレジストに対して、平滑化処理及び堆積処理の少なくともいずれか一つの改質処理を実行する改質工程と、
改質された前記フォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより前記有機膜をエッチングするエッチング工程と
を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
改質された前記フォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより前記有機膜をエッチングするエッチング工程と
を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項2】
前記平滑化処理は、前記ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマ中の水素ラジカル及び光エネルギーを前記フォトレジストに吸収させることによって、前記フォトレジストの表面を平滑化することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項3】
前記平滑化処理は、前記ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマにより前記フォトレジストからアダマンチル基及びラクトン基を離脱させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項4】
前記改質工程は、硬化処理をさらに実行し、
前記硬化処理は、前記シリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加し、前記シリコンを含む上部電極から前記フォトレジストの表面に電子を降下させることによって、前記フォトレジストの表面を硬化することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
前記硬化処理は、前記シリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加し、前記シリコンを含む上部電極から前記フォトレジストの表面に電子を降下させることによって、前記フォトレジストの表面を硬化することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項5】
前記堆積処理は、前記ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマ、および前記シリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加することによって、前記フォトレジストの表面にＳｉＢｒ含有物質を堆積させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項6】
前記フォトレジストは、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて形成されたＡｒＦレジストであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項7】
前記フォトレジストは、極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra-Violet）光を用いて形成されたＥＵＶレジストであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項8】
前記ＣＦ系ガスは、ＣＦ４ガスであり、前記ＣＨＦ系ガスは、ＣＨＦ３ガスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項9】
前記有機膜は、Ｓｉ−ＡＲＣ膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項10】
有機膜と所定のパターンを有するフォトレジストとが順に積層された被処理体に対してプラズマエッチング処理を行うための処理チャンバと、
前記処理チャンバ内を減圧する減圧部と、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記被処理体と対向して配置されたシリコンを含む上部電極と、
シリコンを含む前記上部電極に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマにより前記フォトレジストに対して、平滑化処理及び堆積処理の少なくとも何れか一つの改質処理を実行し、改質された前記フォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより前記有機膜をエッチングする各工程を実行する制御部と
を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
前記処理チャンバ内を減圧する減圧部と、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記被処理体と対向して配置されたシリコンを含む上部電極と、
シリコンを含む前記上部電極に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマにより前記フォトレジストに対して、平滑化処理及び堆積処理の少なくとも何れか一つの改質処理を実行し、改質された前記フォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより前記有機膜をエッチングする各工程を実行する制御部と
を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の種々の側面及び実施形態はプラズマ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る。
【背景技術】
【0002】
従来、プラズマエッチング装置は、フォトレジストをマスクとしてエッチングを行う。ここで、プラズマエッチング装置が、マスクとして用いられるフォトレジストの表面に堆積物を堆積させる手法がある。例えば、シリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながらフォトレジストの表面にシリコン含有堆積物を堆積させる手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７−１８０３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来技術では、シリコン含有堆積物が堆積したフォトレジストをマスクとしてエッチングを行った際に、エッチングにより形成されるラインが細幅化し、かつ、残存するフォトレジストの高さが減少するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一側面に係るプラズマエッチング方法は、改質工程と、エッチング工程とを含む。改質工程は、有機膜と所定のパターンを有するフォトレジストとが順に積層された被処理体と対向して配置されたシリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマにより前記フォトレジストを改質する。エッチング工程は、改質された前記フォトレジストをマスクとして処理ガスのプラズマにより前記有機膜をエッチングする。
【発明の効果】
【0006】
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、残存するフォトレジストの高さを維持することができるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
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付すこととする。
【0009】
本実施形態に係るプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、有機膜と所定のパターンを有するフォトレジストとが順に積層された被処理体と対向して配置されたシリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマによりフォトレジストを改質する改質工程と、改質されたフォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより有機膜をエッチングするエッチング工程とを含む。
【0010】
また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、フォトレジストは、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて形成されたＡｒＦレジストである。
【0011】
また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、フォトレジストは、極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra-Violet）光を用いて形成されたＥＵＶレジストである。
【0012】
また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、ＣＦ系ガスは、ＣＦ４ガスであり、ＣＨＦ系ガスは、ＣＨＦ３ガスである。
【0013】
また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法は、１つの実施形態において、有機膜は、Ｓｉ−ＡＲＣ膜である。
【0014】
本実施形態に係るプラズマエッチング装置は、１つの実施形態において、有機膜と所定のパターンを有するフォトレジストとが順に積層された被処理体に対してプラズマエッチング処理を行うための処理チャンバと、処理チャンバ内を減圧する減圧部と、処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、被処理体と対向して配置されたシリコンを含む上部電極と、シリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマによりフォトレジストを改質し、改質されたフォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより有機膜をエッチングする各工程を実行する制御部とを備えた。
【0015】
図１は、実施形態に係るプラズマエッチング方法に適用されるプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。図１に示すプラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバ１を有している。この処理チャンバ１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜を形成されたアルミニウム等から構成されている。処理チャンバ１内には、被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。
【0016】
載置台２は、その基材２ａが導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
【0017】
載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、換言すれば、載置台２に支持された半導体ウエハＷと対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。シャワーヘッド１６には、第１の整合器１１ａを介して第１の高周波電源１０ａが接続されている。また、載置台２の基材２ａには、第２の整合器１１ｂを介して第２の高周波電源１０ｂが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１の高周波電源１０ａからは所定周波数（例えば６０ＭＨｚ）の高周波電力がシャワーヘッド１６に供給されるようになっている。また、第２の高周波電源１０ｂは、イオン行き込み用（バイアス用）のものであり、この第２の高周波電源１０ｂからは第１の高周波電源１０ａより低い所定周波数（例えば、１３ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。
【0018】
載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。
【0019】
載置台２の内部には、冷媒流路２ｂが形成されており、冷媒流路２ｂには、冷媒入口配管２ｃ、冷媒出口配管２ｄが接続されている。そして、冷媒流路２ｂの中にガルデンなどの冷媒を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられている。このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
【0020】
上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバ１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材４５を介して処理チャンバ１の上部に支持されている。本体部１６ａ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からなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。上部天板１６ｂは、シリコン含有物質で形成され、例えばシリコンで形成される。
【0021】
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄが設けられ、このガス拡散室１６ｃ，１６ｄの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｅが形成されている。ガス拡散室は、中央部に設けられたガス拡散室１６ｃと、周縁部に設けられたガス拡散室１６ｄとに２分割されており、中央部と周縁部とで独立に処理ガスの供給状態を変更できるようになっている。
【0022】
また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｆが、上記したガス通流孔１６ｅと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｅ及びガス導入孔１６ｆを介して処理チャンバ１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に温度制御できるようになっている。
【0023】
上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄへ処理ガスを導入するための２つのガス導入口１６ｇ，１６ｈが形成されている。これらのガス導入口１６ｇ，１６ｈにはガス供給配管１５ａ，１５ｂが接続されており、このガス供給配管１５ａ，１５ｂの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。処理ガス供給源１５は、ガス供給部の一例である。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｃ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。また、ガス供給配管１５ｂには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｄ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。
【0024】
そして、処理ガス供給源１５からはプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａ，１５ｂを介してガス拡散室１６ｃ，１６ｄに供給され、このガス拡散室１６ｃ，１６ｄから、ガス通流孔１６ｅ及びガス導入孔１６ｆを介して処理チャンバ１内にシャワー状に分散されて供給される。例えば、処理ガス供給源１５からは、後述するように、フォトレジストを改質する際に用いられるＨＢｒ／Ａｒガスなどが供給される。また、例えば、有機膜をエッチングする際に用いられるＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスなどが供給される。処理ガス供給源１５により供給されるガスの詳細については、後述する。
【0025】
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローバスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１の高周波電源１０ａ、第２の高周波電源１０ｂから高周波がシャワーヘッド１６及び載置台２にそれぞれ印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
【0026】
処理チャンバ１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【0027】
処理チャンバ１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。排気装置７３は、減圧部の一例である。一方、処理チャンバ１の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
【0028】
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールド７６である。デポシールド７６は、処理チャンバ１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバ１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有している。このデポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。
【0029】
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
【0030】
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【0031】
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【0032】
例えば、制御部６０は、後述するプラズマエッチング方法を行うようにプラズマエッチング装置の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部６０は、上部電極としてのシャワーヘッド１６に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマにより被処理体に設けられたフォトレジストを改質し、改質されたフォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより被処理体の有機膜をエッチングする。プラズマエッチング方法の詳細については後述する。ここで、被処理体とは、例えば、半導体ウエハＷである。また、フォトレジストとは、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて形成されたＡｒＦレジストである。また、フォトレジストとは、例えば、極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra-Violet）光を用いて形成されたＥＵＶレジストである。また、有機膜とは、例えば、シリコン含有反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ膜）である。
【0033】
図２は、本実施形態における被処理体の構造例（その１）を示す断面図である。図２に示す被処理体は、例えば、Ｓｉ基板１０１上にＳｉＮ膜１０２、有機誘電体層(ＯＤＬ：Organic Dielectric Layer)１０３及びＳｉ−ＡＲＣ膜１０４が順に積層されることで形成される。また、Ｓｉ−ＡＲＣ膜１０４の上には、所定のパターンを有するＡｒＦレジスト１０５が形成されている。Ｓｉ−ＡＲＣ膜１０４は、有機膜の一例である。ＡｒＦレジスト１０５は、フォトレジストの一例である。ＡｒＦレジスト１０５は、例えば下記の化学式（１）に示すポリマ構造を有する。
【0034】
【化1】
【0035】
図３は、本実施形態における被処理体の構造例（その２）を示す断面図である。図３に示す被処理体は、例えば、Ｓｉ基板１０１上にＳｉＮ膜１０２、ＯＤＬ１０３及びＳｉ−ＡＲＣ膜１０４が順に積層されることで形成される。ＳｉＮ膜１０２、ＯＤＬ１０３及びＳｉ−ＡＲＣ膜１０４は、図２に示したＳｉＮ膜１０２、ＯＤＬ１０３及びＳｉ−ＡＲＣ膜１０４と同一である。また、Ｓｉ−ＡＲＣ膜１０４の上には、所定のパターンを有するＥＵＶレジスト２０５が形成されている。ＥＵＶレジスト２０５の高さは、図２に示したＡｒＦレジスト１０５の高さよりも低い。例えば、ＥＵＶレジスト２０５の高さは４０ｎｍであり、ＡｒＦレジスト１０５の高さは８０ｎｍである。Ｓｉ−ＡＲＣ膜１０４は、有機膜の一例である。ＥＵＶレジスト２０５は、フォトレジストの一例である。ＥＵＶレジスト２０５は、例えば下記の化学式（２）に示すポリマ構造を有する。なお、化学式（２）において、側鎖Ｒ，Ｒ＋は、例えばアダマンチル基及びラクトン基である。
【0036】
【化2】
【0037】
次に、上記構成のプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷをプラズマ処理する手順について説明する。まず、ゲートバルブ７５が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口７４から処理チャンバ１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバ１外に退避させ、ゲートバルブ７５を閉じる。そして、排気装置７３の真空ポンプにより排気口７１を介して処理チャンバ１内が排気される。
【0038】
処理チャンバ１内が所定の真空度になった後、処理チャンバ１内には処理ガス供給源１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、処理チャンバ１内が所定の圧力に保持される。この時、処理ガス供給源１５からの処理ガスの供給状態を、中央部と周縁部とで異ならせることができ、また、処理ガスの全体の供給量のうち、中央部からの供給量と周縁部からの供給量との比率を所望の値に制御することができる。
【0039】
そして、この状態で第１の高周波電源１０ａからシャワーヘッド１６に、周波数が例えば６０ＭＨｚの高周波電力が供給される。また、第２の高周波電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２の基材２ａに周波数が例えば１３ＭＨｚの高周波電力（バイアス用）が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により静電チャック６に吸着される。
【0040】
上述のようにして上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２とに高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。この電界により、半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷがプラズマ処理（エッチング処理、フォトレジスト膜の改質処理等）される。
【0041】
また、前述したとおり、プラズマ処理中にシャワーヘッド１６に直流電圧を印加することができるので次のような効果がある。すなわち、プロセスによっては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される場合がある。このような場合に直流電圧を用いれば、半導体ウエハＷに打ち込まれるイオンエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、半導体ウエハＷのエッチング対象となる膜のエッチングレートが上昇すると共にエッチング対象の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下して選択性が向上する。
【0042】
そして、上記したプラズマ処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバ１内から搬出される。
【0043】
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング装置によるプラズマエッチング方法について更に詳細に説明する。図４は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置によるプラズマエッチング方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【0044】
図４に示すように、プラズマエッチング装置は、シリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながら、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマにより被処理体のフォトレジストを改質する改質工程を行う（ステップＳ１０１）。具体的には、制御部６０は、処理ガス供給源１５からＨＢｒ／Ａｒガスを処理チャンバ１内に供給し、上部電極であるシャワーヘッド１６に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマを生成することによって、フォトレジストを改質する。ここで、フォトレジストを改質するとは、例えば（１）フォトレジストの表面を平滑化する平滑化処理、（２）フォトレジストを硬化させる硬化処理、及び（３）フォトレジストの表面に堆積物を堆積させる堆積処理のうち少なくとも一つを行うことである。以下、平滑化処理、硬化処理及び堆積処理の詳細を順に説明する。
【0045】
図５Ａは、フォトレジストの表面を平滑化する平滑化処理を説明するための図である。図５Ａの例では、フォトレジストは、図２に示したＡｒＦレジスト１０５であるものとする。制御部６０は、シャワーヘッド１６から処理チャンバ１内にＨＢｒ／Ａｒガスを導入し、第１の高周波電源１０ａから高周波電力を印加するとともに、シャワーヘッド１６に可変直流電源５２から負の直流電圧を印加して、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマを生成する。これにより、図５Ａの（ａ）に示すように、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマ中の水素ラジカルＨ＊及び光エネルギーｈνがＡｒＦレジスト１０５に吸収され、ＡｒＦレジスト１０５に含まれるＣ−Ｏ−Ｃ結合が切断されるとともに切断部分がＨと再結合してＣ−Ｈ結合が生成される。換言すれば、上記の化学式（１）で示されるＡｒＦレジスト１０５の側鎖であるアダマンチル基及びラクトン基が主鎖から離脱される。すると、図５Ａの（ｂ）に示すように、ＡｒＦレジスト１０５の表面が平滑化される。この結果、ＡｒＦレジスト１０５の表面の荒れが解消され、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑えることが可能となる。
【0046】
なお、図５Ａの例では、フォトレジストがＡｒＦレジスト１０５である例を示したが、フォトレジストは図３に示したＥＵＶレジスト２０５であっても良い。この場合、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマが生成されると、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマ中の水素ラジカルＨ＊及び光エネルギーｈνがＥＵＶレジスト２０５に吸収され、ＥＵＶレジスト２０５に含まれるＣ−Ｏ結合が切断されるとともに切断部分がＨと再結合してＣ−Ｈ結合が生成される。換言すれば、上記の化学式（２）で示されるＥＵＶレジスト２０５の側鎖Ｒ，Ｒ＋であるアダマンチル基及びラクトン基が主鎖から離脱される。すると、ＥＵＶレジスト２０５の表面が平滑化される。この結果、ＥＵＶレジスト２０５の表面の荒れが解消され、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑えることが可能となる。
【0047】
なお、フォトレジストであるＡｒＦレジスト１０５又はＥＵＶレジスト２０５は、波長が１５０〜１６０ｎｍである光を吸収する性質を有している。このため、ＡｒＦレジスト１０５又はＥＵＶレジスト２０５は、波長が例えば１５８ｎｍであるＨＢｒプラズマの光エネルギーを吸収し易い。すなわち、本実施形態では、ＨＢｒ／Ａｒガスを用いることで、ＨＢｒプラズマの光エネルギーをＡｒＦレジスト１０５又はＥＵＶレジスト２０５に効率良く吸収させることができ、アダマンチル基及びラクトン基の離脱を促進させることができる。
【0048】
図５Ｂは、フォトレジストの表面を硬化させる硬化処理を説明するための図である。図５Ｂの例では、フォトレジストは、図２に示したＡｒＦレジスト１０５であるものとする。制御部６０は、シャワーヘッド１６から処理チャンバ１内にＨＢｒ／Ａｒガスを導入し、第１の高周波電源１０ａから高周波電力を印加するとともに、シャワーヘッド１６に可変直流電源５２から負の直流電圧を印加して、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマを生成する。すなわち、制御部６０は、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマが形成される際に、シリコンを含む上部電極としてのシャワーヘッド１６に可変直流電源５２から負の直流電圧を印加する。好ましくは、制御部６０は、シリコンを含む上部電極としてのシャワーヘッド１６の表面となる上部天板１６ｂの表面に対する所定のスパッタ効果が得られる程度に上部天板１６ｂの表面の自己バイアス電圧の絶対値が大きくなるように、可変直流電源５２から負の直流電圧を印加する。これにより、上部天板１６ｂの表面に対するアルゴンイオンの衝突が加速し、図５Ｂの（ａ）に示すように、上部天板１６ｂの表面からＡｒＦレジスト１０５への電子ｅ−の降下量が増加して、ＡｒＦレジスト１０５に含まれるＣ−Ｏ，Ｃ−Ｈ結合が切断されるとともに切断部分がＣと再結合してＣ−Ｃ，Ｃ＝Ｃ結合が生成される。換言すれば、上記の化学式（１）で示されるＡｒＦレジスト１０５から水分が抜け出てＡｒＦレジスト１０５のグラファイト化が進む。すると、図５Ｂの（ｂ）に示すように、ＡｒＦレジスト１０５の密度が上昇してＡｒＦレジスト１０５が硬化される。この結果、ＡｒＦレジスト１０５のプラズマ耐性が強化され、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、エッチング後に残存するフォトレジストの高さを維持することが可能となる。
【0049】
なお、図５Ｂの例では、フォトレジストがＡｒＦレジスト１０５である例を示したが、フォトレジストは図３に示したＥＵＶレジスト２０５であっても良い。この場合、ＨＢＲ／Ａｒガスのプラズマが形成される際にシャワーヘッド１６に可変直流電源５２から負の直流電圧が印加されると、上部天板１６ｂの表面からＥＵＶレジスト２０５への電子ｅ−の降下量が増加して、ＥＵＶレジスト２０５に含まれるＣ−Ｏ，Ｃ−Ｈ結合が切断されるとともに切断部分がＣと再結合してＣ−Ｃ，Ｃ＝Ｃ結合が生成される。換言すれば、上記の化学式（２）で示されるＥＵＶレジスト２０５から水分が抜け出てグラファイト化が進む。すると、ＥＵＶレジスト２０５の密度が上昇してＥＵＶレジスト２０５が硬化される。この結果、ＥＵＶレジスト２０５のプラズマ耐性が強化され、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、エッチング後に残存するフォトレジストの高さを維持することが可能となる。
【0050】
図５Ｃは、フォトレジストの表面に堆積物を堆積させる堆積処理を説明するための図である。図５Ｃの例では、フォトレジストは、図２に示したＡｒＦレジスト１０５であるものとする。制御部６０は、シャワーヘッド１６から処理チャンバ１内にＨＢｒ／Ａｒガスを導入し、第１の高周波電源１０ａから高周波電力を印加するとともに、シャワーヘッド１６に可変直流電源５２から負の直流電圧を印加して、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマを生成する。すなわち、制御部６０は、ＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマが生成される際に、シリコンを含む上部電極としてのシャワーヘッド１６に可変直流電源５２から負の直流電圧を印加する。好ましくは、制御部６０は、シリコンを含む上部電極としてのシャワーヘッド１６の表面となる上部天板１６ｂの表面に対する所定のスパッタ効果が得られる程度に上部天板１６ｂの表面の自己バイアス電圧の絶対値が大きくなるように、可変直流電源５２から負の直流電圧を印加する。これにより、上部天板１６ｂの表面に対するアルゴンイオンの衝突が加速し、シャワーヘッド１６に含まれるシリコンの降下量が増加し、図５Ｃの（ａ）に示すように、シリコンがＨＢｒ／Ａｒガス中のＢｒと反応して得られたＳｉＢｒがＡｒＦレジスト１０５に降下する。すると、図５Ｃの（ｂ）に示すように、ＡｒＦレジスト１０５の表面にＳｉＢｒ含有物質１０５ａが堆積する。この結果、ＡｒＦレジスト１０５の表面の荒れが改善されるとともにＡｒＦレジスト１０５のプラズマ耐性が強化され、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、エッチング後に残存するフォトレジストの高さを維持することが可能となる。
【0051】
図４の説明に戻る。その後、プラズマエッチング装置は、改質されたフォトレジストをマスクとして、ＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより有機膜をエッチングするエッチング工程を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部６０は、処理ガス供給源１５からＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスを処理チャンバ１内に供給し、上部電極であるシャワーヘッド１６に負の直流電圧を印加しながら処理ガスのプラズマを生成することによって、有機膜をエッチングする。ここで、ＣＦ系ガスは、例えば、ＣＦ４ガスであり、ＣＨＦ系ガスは、例えば、ＣＨＦ３ガスである。
【0052】
より詳細な一例を挙げて説明する。制御部６０は、シャワーヘッド１６から処理チャンバ１内にＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスを導入し、第１の高周波電源１０ａから高周波電力を印加するとともに、第２の高周波電源１０ｂからイオン引き込み用の高周波電力を印加することで、エッチングを行う。
【0053】
上述したように、本実施形態によれば、被処理体と対向して配置されたシリコンを含む上部電極に負の直流電圧を印加しながらＨＢｒ／Ａｒガスのプラズマのプラズマによりフォトレジストを改質し、改質されたフォトレジストをマスクとしてＣＦ系ガス及びＣＨＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマにより被処理体の有機膜をエッチングする。このため、本実施形態によれば、フォトレジストの表面の荒れを改善するとともにフォトレジストのプラズマ耐性を強化することが可能となる。その結果、本実施形態によれば、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、エッチング後に残存するフォトレジストの高さを維持することが可能となる。
【0054】
また、本実施形態によれば、フォトレジストは、ＡｒＦレジスト１０５である。その結果、本実施形態によれば、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、エッチング後に残存するＡｒＦレジスト１０５の高さを維持することが可能となる。
【0055】
また、本実施形態によれば、フォトレジストは、ＥＵＶレジスト２０５である。その結果、本実施形態によれば、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、エッチング後に残存するＥＵＶレジスト２０５の高さを維持することが可能となる。
【0056】
以下に、本実施形態のプラズマエッチング方法について、実施例を挙げて更に詳細に説明する。ただし、本実施形態のプラズマエッチング方法は、下記の実施例に限定されるものではない。
【0057】
（比較例１）比較例１では、被処理体に対して、エッチング工程を行った。被処理体は、以下の構造を有するものを用いた。エッチング工程は、以下の条件を用いて行った。
（被処理体）
有機膜：Ｓｉ−ＡＲＣ膜
フォトレジスト：ＡｒＦレジスト
（エッチング工程）
処理ガス：ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｏ２＝１５０／７５／５ｓｃｃｍ
圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：５００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：５０Ｗ
上部電極への直流電圧：０Ｖ
【0058】
（実施例１）実施例１では、被処理体に対して、改質工程を行い、その後、エッチング工程を行った。被処理体は、比較例１と同一のものを用いた。エッチング工程は、比較例１と同一の条件で行った。改質工程は、以下の条件を用いて行った。
（改質工程）
処理ガス：ＨＢｒ／Ａｒ＝１００／８００ｓｃｃｍ
圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：０Ｗ
上部電極への直流電圧：−９００Ｖ
【0059】
（比較例２）比較例２では、実施例１における改質工程において、上部電極への直流電圧を０Ｖとした。その他の点については、実施例１と同様である。
【0060】
（比較例３）比較例３では、実施例１における改質工程において、処理ガス及び処理ガスの流量として、Ｈ２／Ａｒ＝１００／８００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例１と同様である。
【0061】
（比較例４）比較例４では、実施例１における改質工程において、上部電極への直流電圧を０Ｖとし、かつ、処理ガス及び処理ガスの流量として、Ｈ２／Ａｒ＝１００／８００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例１と同様である。
【0062】
図６は、比較例１〜４及び実施例１における処理結果を示す図である。図６において、「Ｉｎｉｔｉａｌ」は、比較例１における各工程の後の被処理体を示す。「ＨＢｒ／Ａｒ ｗ ＤＣ」は、実施例１におけるエッチング工程の後の被処理体を示す。「ＨＢｒ／Ａｒ ｗ／ｏ ＤＣ」は、比較例２における各工程の後の被処理体を示す。「Ｈ２／Ａｒ ｗ ＤＣ」は、比較例３における各工程の後の被処理体を示す。「Ｈ２／Ａｒ ｗ／ｏ ＤＣ」は、比較例４における各工程の後の被処理体を示す。
【0063】
また、図６における「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 断面」は、実施例１及び比較例２〜４における改質工程の後の被処理体の断面を拡大して得られた写真のトレース図であり、「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 上面」は、実施例１及び比較例２〜４における改質工程の後の被処理体の上面を拡大して得られた写真のトレース図である。なお、「Ｉｎｉｔｉａｌ」に対応する「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 断面」と「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 上面」とは、それぞれ、処理前の被処理体の断面と上面とを拡大して得られた写真のトレース図である。
【0064】
また、図６における「Ａｆｔｅｒ ＳｉＡＲＣ Ｅｔｃｈ 断面」は、実施例１及び比較例１〜４におけるエッチング工程の後の被処理体の断面を拡大して得られた写真のトレース図であり、「Ａｆｔｅｒ ＳｉＡＲＣ Ｅｔｃｈ 上面」は、実施例１及び比較例１〜４におけるエッチング工程の後の被処理体の上面を拡大して得られた写真のトレース図である。
【0065】
また、図６では、実施例１及び比較例２〜４における改質工程の後に残存するフォトレジストの高さである「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」を併せて示した。なお、「Ｉｎｉｔｉａｌ」に対応する「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」は、処理前の被処理体に設けられたフォトレジストの高さである。また、図６では、実施例１及び比較例１〜４におけるエッチング工程の後に残存するフォトレジストの高さである「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」を併せて示した。また、図６では、「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」と「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」との差分である「ＰＲ Ｌｏｓｓ」を併せて示した。また、図６では、実施例１及び比較例１〜４におけるエッチング工程の後のライン（フォトレジスト）の線幅である「Ｌｉｎｅ ＣＤ」を併せて示した。また、図６では、ＬＷＲ（Line Width Roughness）、ＳＷＲ（Space Width Roughness）及びＬＥＲ（Line Edge Roughness）の値を示すとともに、ＬＷＲとＳＷＲとＬＥＲとを合計した値である「ＳＵＭ」を併せて示した。なお、ＬＷＲ、ＳＷＲ、ＬＥＲ及びＳＵＭは、それぞれ、ラインの不均一性の度合いを示し、値が小さいほど、ラインの荒れが小さいことを示す。
【0066】
図６に示すように、改質工程を行わない比較例１と比較して、改質工程を行った実施例１では、Ｌｉｎｅ ＣＤが大きくなるとともに、ＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとが小さくなった。また、改質工程を行った実施例１では、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」を比較例１と同程度に維持することが可能であった。すなわち、実施例１では、比較例１と比較して、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、残存するフォトレジストの高さを維持することが可能であった。さらに、実施例１では、エッチングにより形成されるラインの荒れを比較例１と比較して小さくすることが可能であった。
【0067】
また、実施例１では、上部電極に負の直流電圧を印加することで、上部電極への直流電圧を印加しない比較例２と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを大きな値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0068】
また、実施例１では、ＨＢｒ／Ａｒを用いることで、Ｈ２／Ａｒを用いた比較例３と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを大きな値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0069】
また、実施例１では、上部電極に負の直流電圧を印加するとともにＨＢｒ／Ａｒを用いることで、上部電極への直流電圧を印加せず、かつ、Ｈ２／Ａｒを用いた比較例４と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを大きな値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0070】
（比較例５）比較例５では、実施例１における改質工程において、処理ガス及び処理ガスの流量として、ＨＢｒ＝１００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例１と同様である。
【0071】
（比較例６）比較例６では、実施例１における改質工程において、上部電極への直流電圧を０Ｖとし、かつ、処理ガス及び処理ガスの流量として、ＨＢｒ＝１００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例１と同様である。
【0072】
（比較例７）比較例７では、実施例１における改質工程において、処理ガス及び処理ガスの流量として、ＨＢｒ／Ｈｅ＝１００／８００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例１と同様である。
【0073】
（比較例８）比較例８では、実施例１における改質工程において、上部電極への直流電圧を０Ｖとし、かつ、処理ガス及び処理ガスの流量として、ＨＢｒ／Ｈｅ＝１００／８００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例１と同様である。
【0074】
図７は、比較例５〜８における処理結果を示す図である。図７において、「ＨＢｒ ｏｎｌｙ ｗ ＤＣ」は、比較例５における各工程の後の被処理体を示す。「ＨＢｒ ｏｎｌｙ ｗ／ｏ ＤＣ」は、比較例６における各工程の後の被処理体を示す。「ＨＢｒ／Ｈｅ ｗ ＤＣ」は、比較例７における各工程の後の被処理体を示す。「ＨＢｒ／Ｈｅ ｗ／ｏ ＤＣ」は、比較例８における各工程の後の被処理体を示す。
【0075】
また、図７における「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 断面」は、比較例５〜８おける改質工程の後の被処理体の断面を拡大して得られた写真のトレース図であり、「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 上面」は、比較例５〜８における改質工程の後の被処理体の上面を拡大して得られた写真のトレース図である。また、図７における「Ａｆｔｅｒ ＳｉＡＲＣ Ｅｔｃｈ 断面」は、比較例５〜８におけるエッチング工程の後の被処理体の断面を拡大して得られた写真のトレース図であり、「Ａｆｔｅｒ ＳｉＡＲＣ Ｅｔｃｈ 上面」は、比較例５〜８におけるエッチング工程の後の被処理体の上面を拡大して得られた写真のトレース図である。
【0076】
また、図７では、比較例５〜８における改質工程の後に残存するフォトレジストの高さである「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」を併せて示した。また、図７では、比較例５〜８におけるエッチング工程の後に残存するフォトレジストの高さである「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」を併せて示した。また、図７では、「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」と「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」との差分である「ＰＲ Ｌｏｓｓ」を併せて示した。また、図７では、比較例５〜８におけるエッチング工程の後のライン（フォトレジスト）の線幅である「Ｌｉｎｅ ＣＤ」を併せて示した。また、図７では、ＬＷＲ、ＳＷＲ及びＬＥＲの値を示すとともに、「ＳＵＭ」を併せて示した。
【0077】
図６及び図７に示すように、実施例１では、ＨＢｒ／Ａｒを用いることで、ＨＢｒのみを用いた比較例５と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを同等の値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。これは、シリコンを含む上部電極の表面に対するアルゴンイオンの衝突が加速され、所定のスパッタ効果が得られることによって、フォトレジストの表面にＳｉＢｒ含有物質が安定的に堆積した結果であると考えられる。
【0078】
また、実施例１では、上部電極に負の直流電圧を印加するとともにＨＢｒ／Ａｒを用いることで、上部電極への直流電圧を印加せず、かつ、ＨＢｒのみを用いた比較例６と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを同等の値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0079】
また、実施例１では、ＨＢｒ／Ａｒを用いることで、ＨＢｒ／Ｈｅを用いた比較例７と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを同等の値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。これは、ヘリウムよりもイオン化エネルギーが低いアルゴンがヘリウムよりも容易にイオン化し、シリコンを含む上部電極の表面に対するアルゴンイオンの衝突が加速され、所定のスパッタ効果が得られることによって、フォトレジストの表面にＳｉＢｒ含有物質が安定的に堆積した結果であると考えられる。
【0080】
また、実施例１では、上部電極に負の直流電圧を印加するとともにＨＢｒ／Ａｒを用いることで、上部電極への直流電圧を印加せず、かつ、ＨＢｒ／Ｈｅを用いた比較例８と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを同等の値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0081】
（比較例９）比較例９では、被処理体に対して、エッチング工程を行った。被処理体は、以下の構造を有するものを用いた。エッチング工程は、比較例１と同一の条件で行った。
（被処理体）
有機膜：Ｓｉ−ＡＲＣ膜
フォトレジスト：ＥＵＶレジスト
【0082】
（実施例２）実施例２では、被処理体に対して、改質工程を行い、その後、エッチング工程を行った。被処理体は、比較例９と同一のものを用いた。エッチング工程は、比較例１と同一の条件で行った。改質工程は、以下の条件を用いて行った。
（改質工程）
処理ガス：ＨＢｒ／Ａｒ＝１００／８００ｓｃｃｍ
圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：０Ｗ
上部電極への直流電圧：−９００Ｖ
【0083】
（比較例１０）比較例１０では、実施例２における改質工程において、上部電極への直流電圧を０Ｖとした。その他の点については、実施例２と同様である。
【0084】
（比較例１１）比較例１１では、実施例２における改質工程において、処理ガス及び処理ガスの流量として、Ｈ２／Ａｒ＝１００／８００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例２と同様である。
【0085】
（比較例１２）比較例１２では、実施例２における改質工程において、上部電極への直流電圧を０Ｖとし、かつ、処理ガス及び処理ガスの流量として、Ｈ２／Ａｒ＝１００／８００ｓｃｃｍを用いた。その他の点については、実施例２と同様である。
【0086】
図８は、比較例９〜１２及び実施例２における処理結果を示す図である。図８において、「Ｉｎｉｔｉａｌ」は、比較例９におけるエッチング工程の後の被処理体を示す。「ＨＢｒ／Ａｒ ｗ ＤＣ」は、実施例２における各工程の後の被処理体を示す。「ＨＢｒ／Ａｒ ｗ／ｏ ＤＣ」は、比較例１０における各工程の後の被処理体を示す。「Ｈ２／Ａｒ ｗ ＤＣ」は、比較例１１における各工程の後の被処理体を示す。「Ｈ２／Ａｒ ｗ／ｏ ＤＣ」は、比較例１２における各工程の後の被処理体を示す。
【0087】
また、図８における「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 断面」は、実施例２及び比較例１０〜１２における改質工程の後の被処理体の断面を拡大して得られた写真のトレース図であり、「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 上面」は、実施例２及び比較例１０〜１２における改質工程の後の被処理体の上面を拡大して得られた写真のトレース図である。なお、「Ｉｎｉｔｉａｌ」に対応する「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 断面」と「Ａｆｔｅｒ Ｃｕｒｅ 上面」とは、それぞれ、処理前の被処理体の断面と上面とを拡大して得られた写真のトレース図である。
【0088】
また、図８における「Ａｆｔｅｒ ＳｉＡＲＣ Ｅｔｃｈ 断面」は、実施例２及び比較例９〜１２におけるエッチング工程の後の被処理体の断面を拡大して得られた写真のトレース図であり、「Ａｆｔｅｒ ＳｉＡＲＣ Ｅｔｃｈ 上面」は、実施例２及び比較例９〜１２におけるエッチング工程の後の被処理体の上面を拡大して得られた写真のトレース図である。
【0089】
また、図８では、実施例２及び比較例１０〜１２における改質工程の後に残存するフォトレジストの高さである「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」を併せて示した。なお、「Ｉｎｉｔｉａｌ」に対応する「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」は、処理前の被処理体に設けられたフォトレジストの高さである。また、図８では、実施例２及び比較例９〜１２におけるエッチング工程の後に残存するフォトレジストの高さである「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」を併せて示した。また、図８では、「ＰＲ Ｈｅｉｔｈｔ １」と「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」との差分である「ＰＲ Ｌｏｓｓ」を併せて示した。また、図８では、実施例２及び比較例９〜１２におけるエッチング工程の後のライン（フォトレジスト）の線幅である「Ｌｉｎｅ ＣＤ」を併せて示した。また、図８では、ＬＷＲ、ＳＷＲ及びＬＥＲの値を示すとともに、ＬＷＲとＳＷＲとＬＥＲとを合計した値である「ＳＵＭ」を併せて示した。
【0090】
図８に示すように、改質工程を行わない比較例９と比較して、改質工程を行った実施例２では、Ｌｉｎｅ ＣＤが大きくなるとともに、ＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとが小さくなった。また、改質工程を行った実施例１では、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ ２」を比較例１と同程度に維持することが可能であった。すなわち、実施例２では、比較例９と比較して、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、残存するフォトレジストの高さを維持することが可能であった。さらに、実施例２では、エッチングにより形成されるラインの荒れを比較例９と比較して小さくすることが可能であった。
【0091】
また、実施例２では、上部電極に負の直流電圧を印加することで、上部電極への直流電圧を印加しない比較例１０と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを大きな値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0092】
また、実施例２では、ＨＢｒ／Ａｒを用いることで、Ｈ２／Ａｒを用いた比較例１１と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを大きな値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0093】
また、実施例２では、上部電極に負の直流電圧を印加するとともにＨＢｒ／Ａｒを用いることで、上部電極への直流電圧を印加せず、かつ、Ｈ２／Ａｒを用いた比較例１２と比較して、ラインの線幅及びフォトレジストの高さを大きな値に維持しつつ良好なＬＷＲとＬＥＲとＳＷＲとＳＵＭとを得ることが可能である。
【0094】
このように、改質工程の後にエッチング工程を実行することで、マスクとなるフォトレジストの表面の荒れを改善するとともにフォトレジストのプラズマ耐性を強化することが可能となる。この結果、エッチング工程を継続したとしても、改質工程の後にエッチング工程を実行する場合には、改質工程を行わない場合と比較して、エッチングにより形成されるラインの細幅化を抑え、かつ、エッチング後に残存するフォトレジストの高さを維持することが可能となる。
【符号の説明】
【0095】
１ 処理チャンバ１０ａ 第１の高周波電源
１０ｂ 第２の高周波電源
１５ 処理ガス供給源（ガス供給部）
１６ シャワーヘッド（上部電極）
１６ａ 本体部
１６ｂ 上部天板
５２ 可変直流電源
６０ 制御部
６１ プロセスコントローラ
６２ ユーザインターフェース
６３ 記憶部
７１ 排気口
７２ 排気管
７３ 排気装置（減圧部）
１０１ Ｓｉ基板
１０２ ＳｉＮ膜
１０３ ＯＤＬ
１０４ Ｓｉ−ＡＲＣ膜
１０５ ＡｒＦレジスト
２０５ ＥＵＶレジスト