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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】
(24)【登録日】2024-06-03
(45)【発行日】2024-06-11
(54)【発明の名称】プラズマ処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240604BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022579714
(86)(22)【出願日】2022-03-02
(86)【国際出願番号】 JP2022008892
(87)【国際公開番号】W WO2023166613
(87)【国際公開日】2023-09-07
【審査請求日】2022-12-22
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】松井 都
(72)【発明者】
【氏名】桑原 謙一
【審査官】原島 啓一
(56)【参考文献】
【文献】特表２０２２－５０６４３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１３５８９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００８－０６０５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２４０７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－３５１８６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３１２－２１／３２
Ｈ０１Ｌ ２１／３６５
Ｈ０１Ｌ ２１／４６１
Ｈ０１Ｌ ２１／４６９－２１／４７５
Ｈ０１Ｌ ２１／８６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料に成膜されたシリコン膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、前記試料の表面を清浄化する清浄化工程と、
所望の材料に対して選択的に保護膜を前記シリコン膜に形成されたパターンに形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後、前記保護膜を酸化させる酸化工程と、
前記シリコン膜をプラズマエッチングするエッチング工程と、を有し、
前記保護膜は、シリコン元素を含む保護膜であり、
前記所望の材料は、シリコン元素、酸素元素、窒素元素または炭素元素を含む材料であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項2】
請求項１に記載のプラズマ処理方法において、前記酸化された保護膜における酸素元素の組成割合は、前記酸化された保護膜のエッチングレートが前記シリコン膜のエッチングレートより小さくなる組成割合であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法において、前記エッチング工程の後、前記シリコン膜の深さが所定の深さに到達していない場合、前記保護膜形成工程を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項4】
請求項２に記載のプラズマ処理方法において、前記保護膜における前記シリコン元素に対する前記酸素元素の組成比は、０．４～０．６の範囲内の値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項5】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法において、前記保護膜形成工程は、ＳｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとＣｌ２ガスの混合ガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項6】
請求項２に記載のプラズマ処理方法において、前記試料から反射された干渉光のスペクトルをモニタし、
前記酸素元素の組成割合が所望の組成割合の場合における前記干渉光のスペクトルと前記モニタされた干渉光のスペクトルとの比較結果を基に前記酸素元素の組成割合が所望の組成割合範囲内かどうかを判定する判定工程をさらに有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項7】
請求項４に記載のプラズマ処理方法において、前記エッチング工程における前記試料に照射するイオンのエネルギーは、前記保護膜を通過しないエネルギーであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に係り、特にウエハ上のパターンの上面に所望のエッチング保護膜を形成する工程を含むプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体素子等の機能素子製品の微細化、及び、三次元化により、半導体製造におけるドライエッチング工程では、薄膜スペーサやメタル等の各種材料をマスクとした溝やホールの三次元加工技術が重要となっている。半導体デバイスのパターンにおけるマスクやゲート絶縁膜、エッチストッパ等の厚さは薄くなっており、原子層レベルで形状を制御する加工技術が要求されている。さらに、デバイスの三次元化に伴って、複雑な形状を加工する工程が増加している。このようなデバイスをドライエッチング工程で加工する際に、パターンの寸法を制御して加工するために、エッチング装置内でパターン上に保護膜を形成してパターン寸法を均一に調整し、寸法のばらつきを抑制する技術として、特許文献１では、マスクパターンの寸法ばらつきを抑えるために、ドライエッチング前に、マスクパターンの上に、保護膜を形成する手法について開示されている。本技術では、初期のマスクパターンの幅の寸法ばらつきを抑えるように保護膜を形成可能となるように、ウエハ内に温度分布を与えることによって、ウエハ内の寸法ばらつきを抑制している。
【0003】
また特許文献２では、マスク等の対エッチング材料をできるだけエッチングすることなく、高選択比で所望のパターンを加工するために、エッチング装置内でパターン上に保護膜を形成した後、保護膜をマスクにエッチングする技術が開示されている。特許文献２では、保護膜の膜厚と寸法を均一するために、ドライエッチング前にパターン上に保護膜を形成し、さらに、形成した保護膜の膜厚と寸法がウエハ面内で均一となるように保護膜の一部を除去し、ウエハ面内で均一化された保護膜をマスクにドライエッチングする技術について、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１７－２１２３３１号公報
【文献】国際公開第２０２０／１２１５４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したように、三次元デバイスでのパターンの微細化と複雑化とともに、微細で複雑な構造のデバイスの加工形状を原子層レベルで制御し、且つ、多種類の膜に対して高選択比で加工する技術が重要となっている。そのような加工を行うために、ドライエッチング装置でパターンを加工する前に、ドライエッチング装置内でパターン上に保護膜を形成した後、エッチングを行う手法が開示されている。
【0006】
まず、特許文献１では、パターンの最小線幅のバラツキを抑制する方法として、エッチング前にマスクパターン表面に膜を堆積する手法が開示されている。このとき、堆積膜の堆積レートがウエハ温度に依存するため、堆積レートと温度との関連、予め測定したパターン寸法のばらつきを補正するようにウエハ温度を各領域で変化させることで、溝幅のばらつきを補正するための薄い膜を形成して、ウエハ面内での溝幅を調整している。パターンの上面のエッチングを抑制するには、プラズマから照射されるイオンのエネルギーが保護膜とパターン表面との界面に供給できない程度の厚さの保護膜を形成することが必要である。特許文献１の手法では、図３に示したように、基板１０３上に形成されたパターンの底面１２３、及び、パターンの無い領域１２４には、側面１２２と同程度の膜厚の堆積膜１２０が形成されるため、パターンの寸法ばらつきを低減することはできる。しかし、側面１２０の堆積膜の厚さと上面１２２、パターンの底面１２３、及び、パターンの無い領域１２４での厚さを独立に調整できないため、被エッチング領域であるパターンの底面１２３、及び、パターンの無い領域１２４にも堆積膜１２０が形成される。このため、エッチングでの選択比を向上することができなかった。
【0007】
特許文献２では、パターンの溝底に膜を堆積させることなくパターン上部にパターン上部の幅よりも大きい幅の保護膜を形成する保護膜堆積工程と、堆積工程で形成した堆積膜のウエハ面内分布におけるウエハ中央部分の過剰な堆積膜を除去し、ウエハ面内均一性、及び、保護膜の幅のウエハ面内ばらつきを制御する保護膜部分除去工程とを有する保護膜形成方法が開示されている。特許文献２に記載されている手法では、例えば、パターンの密度が高い溝パターンに堆積膜を形成すると、パターンの溝内にはプラズマで生成されたラジカル等の堆積性粒子が侵入しにくくなるため、パターン上部のみに堆積膜を形成することができる。
【0008】
しかし、半導体装置製造工程途中のウエハ上のパターンにおいて、図４に示すように、密度の高いパターン１０２が形成されている領域１０７とパターン１０２が無い領域１０８、あるいは、パターン間のスペース幅が十分に広く、プラズマで生成されたイオン１３０やラジカル１３１等の堆積成分がパターン間のスペース内に十分侵入できる領域が混在している場合がある。このようなパターンが存在するウエハを加工する場合、特許文献２に記載されている手法では、例えば、図４に示したように、パターンが密な領域１０７では、パターンの上面に厚い保護膜１０１を形成することができるが、同時に、パターンの無い領域１０８の表面上１０９にも堆積性粒子が十分照射されるため、厚い保護膜１０４が形成されてしまう。次のエッチング工程において、厚い保護膜１０４はパターンの無い領域１０８の表面１０９のエッチングを阻害するので、パターンの底１０６とパターンの無い領域１０８の表面１０９を同時にエッチングすることは困難であった。
【0009】
本発明の目的は、エッチング前にウエハ上のパターンの少ない領域やパターンの無い領域に不要なデポ膜を堆積させることなく、パターン内の所望の材料上のみにエッチングを抑制するための保護膜を形成することのできる保護膜形成方法を提供する。本発明の目的は、また、その保護膜形成方法を用いパターンをエッチング処理す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】
【0010】
上記した従来技術の課題を解決するために、本発明のプラズマ処理方法では、パターンを構成する材料に対して選択的に堆積膜を形成することによって、パターンの無い領域や溝幅の大きいパターンの溝内に不要な堆積膜を形成しないで、パターンの所望の表面のみに保護膜を形成できると考えた。まず、試料台に設置した試料上に形成された自然酸化膜や試料が試料台に設置される前の工程で試料上に生じた残留物等を除去して、パターンの表面の清浄化を行うための前処理工程（清浄化工程）を行う手段を設けた。さらに、プラズマを用いて、パターン材料に対して選択的に保護膜を形成するために保護膜形成用ガスを処理室に供給するための手段を設けた。パターン材料に対して選択的に保護膜を形成するための手段として、処理室の内部に保護膜形成用ガスを導入し、プラズマ発生手段でプラズマを発生させて、試料台に載置した試料上に形成されたパターン表面の材料に選択的に保護膜を堆積させる工程（保護膜形成工程）とを行う手段を設けた。さらに、形成した保護膜を改質して次工程でのエッチング耐性を確保する処理工程（酸化工程）を行う手段を設けた。その後、処理室にエッチング処理用ガスを供給してプラズマ発生手段でエッチング処理用ガスのプラズマを発生させて、パターンの表面に保護膜を形成した試料をエッチング処理してパターンの間、及び、パターンの形成されていない領域の被エッチングパターン領域をエッチングして除去する工程（エッチング工程）と、を含んで試料をエッチング処理するようにした。
【0011】
さらに、厚い膜をエッチングしたり、高アスペクト比を持つパターンの底を加工するために、保護膜を選択的に堆積させる工程（保護膜形成工程）と、堆積させた保護膜を改質する工程（酸化工程）と、被エッチング膜をエッチングする工程（エッチング工程）とをサイクリックに繰り返して実施するようにした。
【0012】
また、上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、プラズマ処理装置は、パターンが形成された試料を載置する試料台を備えた処理室と、処理室の内部に複数の処理ガスを切替えて供給するガス供給部と、ガス供給部により処理室の内部に供給された処理ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部と、を備えて構成する。さらに、プラズマ処理装置は、試料台に載置された試料に光を照射して試料からの干渉光によるスペクトルを検出する光学系と、ガス供給部とプラズマ発生部と光学系とを制御する制御部とを備えて構成する。制御部は、ガス供給部を制御して処理室の内部に保護膜形成用のガスを供給した状態でプラズマ発生部を制御して試料台に載置された試料の表面の材料に対して選択的に保護膜を形成する。さらに、制御部は、ガス供給部を制御して処理室の内部に供給するガスを保護膜改質用のガスに切替えた状態でプラズマ発生部を制御して試料台に載置された表面に形成された保護膜が所定の酸素濃度となるまで酸化処理を実施する。制御部は、ガス供給部を制御して処理室の内部に供給するガスをエッチング用のガスに切替えた状態でプラズマ発生部を制御して試料台に載置された表面に形成保護膜が形成された試料をエッチング処理するようにした。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、エッチング処理前にパターンの形成されていない被エッチング領域に不要な保護膜を形成することなく、パターンを構成する対エッチング材料上にエッチング耐性の高い保護膜を選択的に形成することが可能となり、微細パターンを高選択に、且つ、高精度に再現性良くエッチング加工できる。例えば、図５に示したように、本発明によれば、パターンが密な領域１０７では、パターン１０２の上面にエッチング耐性の高い保護膜１０１を形成することができる。一方、パターンの無い領域１０８の表面上１０９には、図４で示したような保護膜１０４は形成されない。このため、パターン１０２の上面をエッチングすることなく、パターンの底１０６とパターンの無い領域１０８の表面１０９を同時にエッチングすることが可能となり、微細パターンを高選択比に、且つ、高精度に再現性良くエッチング加工できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明のプラズマ処理装置の一例を示す図。
【図2】実施例の保護膜形成方法のプロセスフローの一例を示す図。
【図3】従来方法の課題を説明するための説明図。
【図4】他の従来方法の課題を説明するための説明図。
【図5】実施例の保護膜形成方法の説明図。
【図6】本実施例の保護膜形成方法のプロセスフローの一例を説明するパターン断面図。
【図7(a)】ＳｉＣｌ４とＨ２の混合ガスにＣｌ２を加えて保護膜を形成したときのＳｉ上、及び、ＳｉＯ２上に形成された保護膜厚のＣｌ２流量による変化の一例の説明図。
【図7(b)】ＳｉＯ２上にのみ保護膜が形成され、Ｓｉ上には形成されない一条件における保護膜厚の堆積工程の処理時間依存性の一例の説明図。
【図8】本実施例の保護膜改質方法における保護膜のＯ/Ｓｉ組成比の酸化時間依存性の一例の説明図。
【図9】本実施例の保護膜改質方法における保護膜とＳｉ基板のエッチレートの酸化時間依存性の一例の説明図。
【図10】本実施例の保護膜改質方法における保護膜のＯ/Ｓｉ組成比と保護膜のエッチレートとの関係を示す説明図。
【図11(a)】Ｓｉが全く酸化されていない場合の保護膜１１８のＳｉの結合状態を示す模式図。
【図11(b)】Ｏ/Ｓｉ組成比が０．５の場合の保護膜１１８のＳｉの結合状態を示す模式図。
【図12】本実施例のサイクル処理方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、全ての図において、同一の機能を有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例】
【0016】
本実施例に係るエッチング装置３０は、試料であるウエハ１００の表面上に形成された微細なパターン１０２の表面の所望の非エッチング材料上にのみ選択的にエッチング耐性の高い保護膜１１８を堆積させ、保護膜１１８を形成したパターンの下層の被エッチング材料をエッチングして除去するものである。
【0017】
図１に、本実施例のプラズマ処理装置の一例の一全体構成を示す。プラズマ処理装置であるエッチング装置３０は、処理室３１、試料であるウエハ１００が載置されるウエハステージ（試料台とも言う）３２、ガス供給部３３、光学系３９、バイアス電源４１、高周波印加部４２、装置制御部４３などを備えている。装置制御部４３は、光学系制御部４０、ガス制御部４４、排気系制御部４５、高周波制御部４６、バイアス制御部４７、堆積工程制御部４８、判定部４９、記憶部５１などの機能ブロックを備えている。これらの装置制御部４３を構成する各機能ブロックは、一台のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で実現することができる。堆積工程制御部４８は判定部４９、データベース保存部５０、記憶部５１を含んでおり、光学系制御部４０から送られた信号をデータベース保存部５０に保存したデータベース５０ＤＢと参照することによって、判定部４９で所望の材料上（図５では、パターン１０２の上）にのみ、保護膜１１８（図５では、保護膜１０１）を形成したことを判定することができる。
【0018】
エッチング装置３０は、処理室３１内に設けられたウエハステージ３２と、ガスボンベやバルブを備えたガス供給部３３が設けられており、装置制御部４３からの制御信号５４に基づき、保護膜形成用ガス３４、保護膜形成用ガス３５、保護膜形成用ガス３６、膜質制御用ガス３７、エッチング用ガス３８、それぞれが、処理ステップに応じて処理室３１の内部に供給される。
【0019】
処理室３１の内部に供給された処理ガスは、装置制御部４３で制御された高周波電源６３から高周波印加部４２に印加される高周波電力５３によって、処理室３１内でプラズマに分解される。また、処理室３１内の圧力は、処理室３１に接続された、図示を省略した可変コンダクタンスバルブと真空ポンプにより、所望の流量の処理ガスを流した状態で、一定に保つことができる。処理室３１内でプラズマに分解されて生成したラジカルは処理室３１内を拡散してウエハ１００の表面に照射される。プラズマで生成されたイオンはバイアス制御部４７で制御されたバイアス電源４１からウエハステージ３２に印加されるバイアス電圧５５によって加速されてウエハ１００の表面に照射される。
【0020】
光学系３９は、ウエハ１００上に形成された保護膜の堆積状態を評価するためのものであって、光学系３９から発射されてウエハ１００で反射した光スペクトルを光学系３９で取得することによって、保護膜がウエハ上に形成されたパターンの所望の材料上に選択的に堆積していること、及び、その保護膜の膜質と膜厚を評価することができる。
【0021】
保護膜が所望の材料上にのみ選択的に堆積していることを判定するには、まず、参照データとして、パターンの所望の材料上に選択的に保護膜を堆積させた参照用パターンが形成されたウエハ１００を処理室３１に導入する。保護膜の形状や膜厚、及び、膜厚、選択性の情報は、予め、ウエハ情報としてデータベース５０ＤＢや、堆積工程制御部４８の記憶部５１などに記憶しておく。
【0022】
次に、光学系３９において、光源５６から発射した入射光５７を、ウエハ１００上の参照溝パターン上に照射する。光源５６として、例えば、１９０nmから９００nmの間の波長領域の光が用いられる。参照パターンで反射された反射光（干渉光）５８は検出器５９で検出され、光ファイバーを通って、分光器６１で分光されて反射スペクトルとして光学系制御部４０に送られる。光学系制御部４０に送られた反射スペクトル情報は、堆積工程制御部４８に参照データとして送られて予めデータベース５０ＤＢとしてデータベース保存部５０に保存されている。
【0023】
本実施例のエッチング方法の実施例として、図５、図６に示すように、パターンが密な領域（パターンが密集した領域とも言う）１０７とパターンが無い領域（パターンが疎である領域とも言う）１０８が混在するパターンに対して、処理室３１内でパターンの材料に対して選択的に保護膜（図５の１０１、図６の１１８）を形成してから、保護膜（図５の１０１、図６の１１８）を改質してエッチング耐性を確保する方法ついて説明する。また、改質した保護膜をマスクとして試料に成膜された被エッチング材料（被エッチング膜とも言う、図５の１０３、図６の１１６）を高選択比で加工する手法について説明する。
【0024】
図２を用いて、本実施例にかかるプラズマ処理方法を説明する。図２は本実施例の選択的保護膜形成方法のプロセスフローの一例を示す図である。また、図６は本実施例の保護膜形成方法のプロセスフローを説明するパターン断面図の一例である。本実施例では、図６の(a)に示したように、パターンが密な領域１０７とパターンが無い領域１０８が混在するパターンに対して、パターンが無い領域１０８上に不要な保護膜（例えば、図４の１０４）を形成することなく密パターン上のＳｉＯ２マスク１１７の材料上に選択的にＳｉ系保護膜１１８を形成して、マスク１１７のエッチングを抑制して、被エッチングパターン１１６を高選択比で加工する手法について、図２のフローに基づいて説明する。ここで、被エッチングパターン１１６は、被エッチング材料または被エッチング膜と言うこともできる。ウエハ１００において、被エッチングパターン１１６は基板１１５の上に形成されている。本実施例では、一例として、マスク１１７の材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、被エッチングパターン１１６の材料としてシリコン（Ｓｉ）の場合について、シリコン（Ｓｉ）系保護膜（Ｓｉ系保護膜と言う）１１８をマスク１１７上に形成する方法について述べる。Ｓｉ系保護膜とは、シリコン元素を含む保護膜である。マスク１１７の材料はＳｉＯ２、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ：シリコンカーバイド）等、Ｓｉ以外に酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）を含む材料についても同様に実施することができる。
【0025】
本実施例では、保護膜堆積の選択性と膜質を判定するために、反射光のスペクトルを取得し、保護膜堆積工程での選択性を判定する手段を用いた。
【0026】
まず、リファレンスとなる初期ウエハを処理室３１内に導入し、光源５６から発生した入射光５７を光透過用の窓６２を通して処理室３１に導入し、ウエハ１００に照射する。そして、反射された反射光（干渉光）５８は再び窓６２を通過し、検出器５９で検出される。検出器５９で検出された光は、光ファイバーを通って分光器６１で分光される。この分光器６１で分光された反射スペクトルは初期反射スペクトルとして記憶部５１に保存される（Ｓ２０１：初期反射スペクトル測定）。
【0027】
次に、エッチング用のウエハ１００上に形成されたパターンに対して、前処理を実施して、パターン表面に形成された自然酸化膜や、前の工程で生じた残留物等を除去して、パターンに清浄な表面を形成する（Ｓ２０２：前処理）。Ｓ２０２は、試料１００の表面を清浄化する清浄化工程と言うこともできる。清浄表面を形成するための前処理（清浄化工程）は、プラズマ処理によって最表面のみをエッチングする方法、プラズマを形成しないでガスのみを処理室３１に導入する方法、あるいは、ガス、プラズマ、または薬液処理で生じた反応生成物を熱処理によって揮発させる方法を用いることができる。プラズマ処理による前処理方法として、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、または、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3：三フッ化メタン）等のフッ素系のエッチングガスを用いてプラズマ処理する方法、あるいは、塩素（Ｃｌ２）等のハロゲンを含むガスを用いてプラズマ処理する方法等がある。
【0028】
清浄なパターン表面を形成したら、初期反射スペクトルを取得したパターン上に光源５６から発生された入射光５７を照射し、反射された反射光５８のスペクトルを測定する（Ｓ２０３：反射スペクトル測定）。取得した反射スペクトルは、初期スペクトルと同様に記憶部５１に保存される。取得した反射のスペクトルは、データベース５０ＤＢに予め保存してある清浄パターンの反射スペクトルと比較し、清浄表面となったことを確認する（Ｓ２０４：清浄表面か？）。
【0029】
エッチング用のウエハ１００の表面が清浄となったら、パターン材料に対して選択的に保護膜を堆積する保護膜形成工程を開始する（Ｓ２０５：選択的保護膜堆積）。保護膜形成工程（Ｓ２０５）では、試料１００に形成されたパターンの一部分に保護膜（１１８）をパターン材料に対して選択的に形成する。つまり、保護膜形成工程（Ｓ２０５）では、被エッチング膜（１１６）に形成されたパターンにおいて、所望の材料に対して選択的に保護膜（１１８）を形成する。所望の材料とは、ＳｉＯ２であり、ＳｉＯ２上にのみ保護膜１１８を形成する。
【0030】
まず、装置制御部４３からの制御信号５４に基づき、保護膜形成用ガス３４、保護膜形成用ガス３５、及び、保護膜形成用ガス３６が所定の流量で処理室３１に供給される。供給された保護膜形成用ガス３４、保護膜形成用ガス３５、及び、保護膜形成用ガス３６は、高周波印加部４２に印加される高周波電力５３によってプラズマとなり、ラジカル、イオン等に分解される。この時、試料１００にバイアス電圧５５を印加して１０ｅＶ以上のエネルギーを持つイオンを照射する。この間の処理室３１内の圧力は、可変コンダクタンスバルブと真空ポンプにより、所望の流量の処理ガスを流した状態で、一定に保つことができる。プラズマで生成したラジカルやイオンはウエハ１００の表面に到達し、図６の(ｂ)に示した保護膜１１８を形成する。保護膜形成用ガス３４から生成したラジカル、イオンはパターン表面のパターン材料と結合し堆積する性質を持つ。保護膜形成用ガス３５から生成したラジカル、イオンは、プラズマ中で保護膜形成用ガス３４から生成されたラジカル、イオンの一部とウエハ１００の表面の材料と結合し、保護膜１１８を形成する。保護膜形成用ガス３６はプラズマとなったとき、保護膜１１８がＳｉ表面に付着するのを防ぐ性質を持つラジカル、及び、イオンを生成し、保護膜形成用ガス３４から生成したラジカル、イオンと結合してパターンが無い領域１０８の表面に不要な保護膜（例えば、図４の１０４）が堆積することを抑制する。つまり、保護膜形成用ガス３４は、試料の上への堆積性の高いガスである。保護膜形成用ガス３５は堆積性の高いガス（保護膜形成用ガス３４）と反応して保護膜１１８を形成するガスである。保護膜形成用ガス３６は、不要な保護膜（図４の１０４）の堆積成分を除去する効果を持つガスである。保護膜形成工程（Ｓ２０５）では、保護膜形成用ガス３４と保護膜形成用ガス３５と保護膜形成用ガス３６との混合ガスが用いられる。
【0031】
本実施例では一例として、Ｓｉ上には保護膜１１８を形成しないが、ＳｉＯ２上にのみ保護膜１１８を形成する選択的保護膜形成工程（Ｓ２０５）によって、マスク１１７の材料はＳｉＯ２であり、保護膜１１８を形成しない領域１０８の表面の材料はＳｉであるパターンに対して、保護膜１１８をマスク１１７の上にのみ選択的に形成し、広い領域であるパターンが無い領域１０８には不要な保護膜（例えば、図４の１０４）を形成しない場合について説明する。一例として、保護膜形成用ガス３４として四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４：テトラクロロシラン）、保護膜形成用ガス３５として水素（Ｈ２）を用い、保護膜形成用ガス３６として塩素（Ｃｌ２）を所定の流量で処理室３１に供給した。つまり、保護膜形成工程（Ｓ２０５）は、ＳｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとＣｌ２ガスの混合ガスを用いる。
【0032】
図７(a)には、ＳｉＣｌ４とＨ２の混合ガスにＣｌ２を加えて保護膜１１８を形成したときのＳｉ上、及び、ＳｉＯ２上に形成された保護膜厚（ｎｍ）のＣｌ２流量による変化の一例の説明図を示す。線１１０がＳｉＯ２上に形成された保護膜１１８の膜厚を示し、線１１１がＳｉ上に形成された保護膜１１８の膜厚を示す。Ｃｌ２流量が少ない場合、Ｓｉ上とＳｉＯ２上に形成された保護膜１１８の厚さに違いは無いが、Ｃｌ２流量を一定値以上に増加させると、ＳｉＯ２上にのみ保護膜が形成され、Ｓｉ上には形成されない現象があることを我々は見出した。図７(b)には、ＳｉＯ２上にのみ保護膜が形成され、Ｓｉ上には形成されない一条件における保護膜厚（ｎｍ）の堆積工程の処理時間依存性の一例の説明図を示す。線１１２がＳｉＯ２上に形成された保護膜１１８の膜厚と堆積工程の処理時間との関係を示し、線１１３がＳｉ上に形成された保護膜１１８の膜厚と堆積工程の処理時間との関係を示す。処理時間がある一定時間以上になると、ＳｉＯ２上にもＳｉ上にも保護膜１１８が形成されるが、一定時間以下であれば、ＳｉＯ２上にのみ保護膜１１８が形成され、材料に選択的に保護膜を形成できることが明らかになった。
【0033】
保護膜形成用ガス３４は、上記で説明した以外に、例えば、ＳｉＯ２材料上に、例えば、Ｓｉ（シリコン元素）等のＳｉを含む膜を保護膜１１８として堆積させる場合は、ＳｉＣｌ４、あるいは、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）や四水素化ケイ素（ＳｉＨ４：モノシラン）等のＳｉ系ガスが用いられる。保護膜形成用ガス３５として、例えば、Ｈ２，臭化水素（ＨＢr），アンモニア（ＮＨ３），フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）等のＨを含むガスが用いられる。保護膜形成用ガス３６として、Ｓｉを主成分とする堆積膜を除去する性質を持つガス、例えば、Ｃｌ２が用いられる。
【0034】
保護膜形成用ガス３４としてＳｉＣｌ４、保護膜形成用ガス３５としてＨ２、保護膜形成用ガス３６としてＣｌ２を用いた場合、高周波電力５３によって、処理室３１内でプラズマに分解され、ＳｉＣｌx、Ｈ、Ｃｌ等のラジカル、及び、イオンが生成され、これらのラジカル、及び、イオンがウエハ１００の表面に照射される。ＳｉＣｌxラジカルがマスク材料のＳｉＯ２上に照射されると、ＳｉＣｌxラジカルはＳｉＯ２表面のＯと結合して表面に吸着する。このとき、ＳｉＣｌxのＣｌの大部分はＨラジカルと反応して、ＨＣｌとなって表面から脱離する。ＳｉＯ２上に吸着したＳｉの未結合手はＨラジカルと反応して、ＨとＳｉを含む保護膜１１８を形成する。このとき、Ｈと反応しなかった少量のＣｌは保護膜１１８中に残存する。ＳｉＯ２上にＨを含むＳｉ系保護膜１１８が形成され始めると、ＳｉＣｌxラジカルは保護膜１１８中のＳｉの未結合手と結合し易いので、Ｓｉ系保護膜１１８は処理時間に依存して厚くなっていく。
【0035】
一方、保護膜１１８を形成しない領域１０８表面の材料であるＳｉ上にＳｉＣｌxラジカルが照射されると、ＳｉＣｌxラジカルはＳｉＯ２よりもＳｉとは反応しにくく、さらに、プラズマから照射されたＣｌラジカルと反応したり、イオン衝撃を受けることによって、Ｓｉ表面から脱離する。従って、Ｓｉ表面に到達したＳｉＣｌxラジカルが再脱離するのに十分なＣｌラジカルとイオンを照射すれば、ＳｉＯ２上にはＳｉ系保護膜１１８が形成されるが、Ｓｉ上には保護膜１１８が形成されないことを見出した。但し、多量のＳｉＣｌxラジカルを長時間照射し続けると、少しずつＳｉが吸着するため、ＳｉＯ２上に選択的に保護膜１１８を形成するには、ＳｉＣｌxラジカルとＣｌラジカル、イオンの照射量、及び、照射時間を制御する必要がある。
【0036】
ＳｉＯ２上にはＳｉ系保護膜１１８が形成されるが、Ｓｉ上には形成されないための条件として、ＳｉＣｌ４流量／Ｃｌ２流量は１より小さいことが必要であり、ウエハ１００にバイアス電圧５５をかけてイオンを照射することによって、Ｓｉ表面上のＳｉＣｌx成分を効果的に除去することができる。
【0037】
保護膜堆積工程（Ｓ２０５）の後、再度、パターン上に光源５６から発生された入射光５７を照射し、反射された反射光５８のスペクトルを測定する（Ｓ２０６：反射スペクトル測定）。取得した反射のスペクトルは、データベース５０に予め保存してある選択的に保護膜１１８を堆積させた参照用パターンからの反射スペクトルと比較し、選択的に保護膜１１８を形成しているかどうか判定する（Ｓ２０７：選択的に堆積？）。さらに、判定部４９では、データベース５０ＤＢに予め保存された参照パターンからの反射スペクトルと保護膜１１８形成後に取得した反射スペクトルから、選択的に形成された保護膜１１８の厚さ、及び、パターン幅（寸法）を算出することができる。
【0038】
上記の手法によって、選択的に保護膜１１８が形成できていないと判定された場合、保護膜除去工程を実施する（Ｓ２０８：保護膜除去）。保護膜除去工程（Ｓ２０８）が開始すると、保護膜除去用ガスが所定の流量で処理室３１に供給される。供給された保護膜除去用ガスは高周波印加部４２に印加される高周波電力５３によってプラズマとなり、イオンやラジカルに分解され、ウエハ１００表面に照射される。
【0039】
保護膜除去工程（Ｓ２０８）が終了したら、再び、リファレンスとなる初期スペクトルを取得し（Ｓ２０１）、前処理（Ｓ２０２）を実施後、再び、選択的保護膜堆積工程（Ｓ２０５）を実施する。このとき、再び行う際の選択的保護膜堆積工程（Ｓ２０５）の条件は、記憶部５１に保存してある前回実施した場合の保護膜形成工程後の反射スペクトルの測定結果に基づき、判定部４９で補正された条件に調整する（Ｓ２０９：保護膜堆積条件の調整）。例えば、前回実施した時の保護膜形成工程後の反射スペクトルから、選択的に保護膜１１８が形成されていないと判定された場合、例えば、保護膜形成用ガス３６であるＣｌ２流量を所定の量だけ増加させた条件に保護堆積成条件を決定し、その条件で保護膜堆積工程を実施した（Ｓ２０５）。
【0040】
また、比較的厚い保護膜１１８を選択的に形成する場合、あるいは、被エッチング材料１１６を深くエッチングする場合には、選択的保護膜堆積工程（Ｓ２０５）と前処理（Ｓ２０２）を繰り返すことによって、比較的厚い保護膜１１８を選択的に形成する。これは、図７(b)に示したように、保護膜堆積工程（Ｓ２０５）をある一定時間以上実施すると、材料選択性がなくなるため、選択性が無くならない範囲で処理時間を設定する。保護膜堆積工程（Ｓ２０５）後に形成された保護膜１１８の厚さが所定の膜厚に達していない場合、再度、前処理（Ｓ２０２）を実施する。これによって、保護膜１１８を形成しない材料の上は清浄となる。一方、保護膜１１８が形成された材料上は、前処理を行っても表面が初期状態に戻らない様に、処理時間等の処理条件を設定する必要がある。保護膜１１８が所定の膜厚となるまで、Ｓ２０２からＳ２１０までを繰り返して、選択的に厚い保護膜１１８を形成することができる。図１２には、Ｓｉ上、及び、ＳｉＯ２上に堆積した保護膜厚の繰り返し回数（サイクル数）による変化を示す。図１２において、縦軸は保護膜１１８の膜厚（保護膜厚）であり、横軸はサイクルの繰り返しの回数（サイクル数）を示す。図１２において、線３１０はＳｉＯ２上に堆積した保護膜１１８の膜厚を示し、線３１１はＳｉ上に堆積した保護膜１１８の膜厚を示す。
【0041】
本手法により、Ｓｉ上には保護膜１１８を形成せず、ＳｉＯ２上にのみ、厚い保護膜１１８を形成できることを確認することができた。以上に述べた処理を実施して、選択的に保護膜１１８が堆積したと判定された場合（Ｓ２０７のＹｅｓ）、さらに、保護膜１１８が所定の膜厚に堆積していると判定された場合（Ｓ２１０のＹｅｓ）、保護膜１１８の膜質制御工程（保護膜改質工程とも言う）を実施する（Ｓ２１１：膜質制御）。
【0042】
上記の手法の内、例えば、保護膜堆積工程（Ｓ２０５）において、保護膜形成用ガス３４としてＳｉＣｌ４、保護膜形成用ガス３５としてＨ２、保護膜形成用ガス３６としてＣｌ２を用いてＳｉ系保護膜１１８を形成した場合、下層の被エッチング層１１６のＳｉをエッチングする際に保護膜１１８のエッチング耐性を確保する必要がある。保護膜１１８のエッチング耐性を確保するために、保護膜１１８が所定の組成（所望の酸素濃度）となるように酸化処理を行って保護膜１１８を改質させる保護膜１１８の膜質制御工程（Ｓ２１１）を実施する。膜質制御工程（Ｓ２１１）は、保護膜１１８を酸化させる酸化工程と言い換えることもできる。
【0043】
まず、装置制御部４３からの制御信号５４に基づき、膜質制御用ガス３７を所定の流量で処理室３１に供給される。膜質制御用ガス３７として、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）等のＯを含む混合ガスを処理室３１に供給する。供給されたガスは、高周波印加部４２に印加される高周波電力５３によってプラズマとなり、ラジカル、イオン等に分解され、ウエハ１００の表面に照射される。
【0044】
図６の（ｃ）に示すように、Ｓｉ系保護膜１１８に照射されたＯラジカルは保護膜１１８中のＳｉと結合してＳｉＯxに酸化される。これにより、Ｓｉ系保護膜１１８の膜質を改質させる。
【0045】
図８には、Ｓｉ系保護膜１１８をＯ２プラズマによって酸化させた場合のＯ/Ｓｉ組成比の酸化時間依存性を示す。図８において、縦軸はＯ/Ｓｉ組成比を示し、横軸は酸化時間（秒）を示す。線３００が実験結果を示している。Ｏ/Ｓｉ組成比は、シリコン元素（Ｓｉ）に対する酸素元素Ｏの割合であり、Ｏ/Ｓｉ組成比はＯ/Ｓｉの濃度比と言うこともできる。図８に示すように、酸化処理を行うと５秒程度でＯ濃度が急に高くなって酸化が進み、それ以降も酸化時間増加に伴って酸化が進行していくことが分かる。
【0046】
図９には、保護膜１１８とＳｉ基板（１１６：ウエハ１００）を酸化処理した後、次のエッチング工程（Ｓ２１４）でエッチングした時の保護膜１１８とＳｉ基板（１１６）のエッチレートの酸化時間依存性を示す。図９において、縦軸は酸化処理した後の保護膜１１８またはＳｉ基板のエッチレート（ｎｍ／秒）を示し、横軸は酸化時間（秒）を示す。線３０１が保護膜１１８を示し、線３０２がＳｉ基板を示している。線３０１に示すように、Ｓｉ系保護膜１１８は堆積させただけではエッチレートが高くてエッチング耐性が低いが、酸化処理を行うと、Ｓｉ系保護膜１１８のエッチレートが下がり、保護膜１１８のエッチング耐性が向上していることが分かる。線３０２に示すように、Ｓｉ基板のエッチレートも酸化時間を長くするとエッチレートが低くなる。しかし、５秒から２０秒程度の酸化時間の場合、つまり、Ｓｉ系保護膜１１８のＯ/Ｓｉ組成比が０．４～０．６程度となる場合、Ｓｉ系保護膜１１８のエッチレートはＳｉ基板（１１６）より低くなり、Ｓｉ系保護膜１１８が残存している間はマスク１１７の材料をエッチングしないでＳｉ基板（１１６）をエッチング可能となり、効果的に選択比を向上できることを我々は見出した。
【0047】
図１０にはＳｉ系保護膜１１８のＯ/Ｓｉ組成比と酸化した保護膜１１８のエッチング工程（Ｓ２１４）でのエッチレートとの関係を示す。図１０において、縦軸は酸化した保護膜１１８のエッチング（ｎｍ／秒）を示し、横軸はＳｉ系保護膜１１８のＯ/Ｓｉ組成比を示す。線３０３が実験結果を示している。Ｓｉ系保護膜１１８のＯ/Ｓｉ組成比が０．４となると急にエッチレートが低くなり、保護膜１１８のエッチング耐性が向上することが明らかになった。つまり、酸化された保護膜１１８における酸素元素の組成割合（Ｏ/Ｓｉ）は、酸化された保護膜１１８のエッチングレートが被エッチング膜１１６のエッチングレートより小さくなる組成割合である。ここで、シリコン元素を含む保護膜１１８におけるシリコン元素に対する酸素元素の組成比は、０．４～０．６の範囲内の値であるのが好ましい。
【0048】
次に、Ｓｉ系保護膜１１８のＯ/Ｓｉ組成比が０．４～０．６程度となる酸化処理を行うと保護膜１１８のエッチング耐性が飛躍的に向上する理由を図１１(a)、図１１(b)のモデル図を使用して述べる。図１１(a)は、Ｓｉが全く酸化されていない場合の保護膜１１８のＳｉの結合状態を示す模式図であり、図１１(b)は、Ｏ/Ｓｉ組成比が０．５の場合の保護膜１１８のＳｉの結合状態を示す模式図である。
【0049】
Ｓｉが全く酸化されていない場合（図１１(a)参照）には、Ｓｉ-Ｓｉの結合、あるいは、Ｓｉ-Ｈの結合、あるいは、いずれの元素とも結合していないＳｉのダングリングボンドが形成されている。Ｓｉ-Ｓｉの結合を切るために必要なエネルギーは３２７ｋJ／ｍｌであり、Ｓｉ-Ｓｉの結合を切るために必要なエネルギーは２９８ｋJ／ｍｌである。
【0050】
一方、Ｏ/Ｓｉ組成比が０．５の場合（図１１(ｂ)参照）、Ｓｉの４つの結合手のうち、平均して少なくとも一つがＳｉ-Ｏとなる。Ｓｉ-Ｏの結合を切るために必要なエネルギーは７９８ｋJ／ｍｌであり、Ｓｉ-Ｓｉ、及び、Ｓｉ-Ｈよりも大きなエネルギーが必要とされる。このため、Ｏ/Ｓｉ組成比が０．５程度になるようにＳｉ系保護膜を酸化させることによって、エッチング耐性を効果的に向上できることが明らかとなった。
【0051】
Ｓｉ系保護膜１１８を酸化するために処理室３１内で酸素プラズマを生成すると、被エッチング領域であるパターンが無い領域１０８も酸化される。しかし、図９に示したように、酸化時間が５秒から２０秒の間は被エッチング領域１０８であるＳｉ基板（１１６）よりもＳｉ系保護膜１１８のエッチレートの方が小さくなる。これは、Ｓｉ系保護膜１１８にはＳｉ-Ｈ、Ｓｉダングリングボンド、及び、僅かにＳｉ-Ｃｌが含有されており、これらの結合はＳｉ-Ｓｉ結合よりもＯと反応して酸化され易いため、Ｓｉ基板（１１６）よりも速やかに酸化が進行し、Ｓｉ系保護膜１１８の全体が酸化されるためである。一方、Ｓｉ基板（１１６）は結晶性が良いため、最表面から深部へとゆっくり酸化が進行する。従って、Ｓｉ系保護膜１１８の方が速やかに膜全体が酸化されて、エッチング耐性を確保することができる。
【0052】
膜質が所望の酸化度合いに制御されたことを判定する一例として、膜質制御工程（Ｓ２１１）の後、パターン上に光源５６から発生された入射光５７を照射し、反射された反射光５８のスペクトルを測定する（Ｓ２１２：反射スペクトル測定）。
【0053】
取得した反射スペクトルは、初期スペクトルと同様に記憶部５１に保存され、堆積工程制御部４８内の判定部４９に送られる。取得した反射のスペクトルは、データベース５０に予め保存してある所望のＯ/Ｓｉ組成比に制御した参照用パターンからの反射スペクトル（参照用スペクトル）と比較し、膜質を判定することができる（Ｓ２１３：判定工程（所定の膜質か？））。つまり、試料１００のパターン上に光源５６から発生された入射光５７を照射し、試料１００のから反射された干渉光（反射光５８）のスペクトルをモニタする。そして、取得した参照用スペクトルのパターンとモニタ（測定）された干渉光（反射光５８）のスペクトルのパターンとの比較結果に基づいて、試料１００上に選択的に形成された保護膜１１８が所望の酸素濃度の範囲に改質されたことを判定する判定工程を実施する。この判定工程では、酸素元素の組成割合が所望の組成割合の場合における干渉光のスペクトル（参照用スペクトル）とモニタされた干渉光（反射光５８）のスペクトルとの比較結果を基に酸素元素の組成割合が所望の組成割合範囲（シリコン元素に対する酸素元素の組成比が０．４～０．６の範囲内の値）内かどうかを判定する。
【0054】
保護膜１１８の膜質制御（Ｓ２１１）が終了したら、形成した保護膜１１８、及び、パターンに元々形成されていたマスク１１７をエッチングマスクとして、被エッチング材料１１６をプラズマエッチングする（Ｓ２１４：エッチング）。
【0055】
エッチング工程（Ｓ２１４）においては、先ず、装置制御部４３でガス供給部３３を制御して、エッチング用ガス３８を所定の流量で処理室３１に供給する。エッチング用ガス３８が供給されて処理室３１の内部が所定の圧力になった状態で、装置制御部４３で高周波電源６３を制御して、高周波印加部４２に高周波電力５３を印加して、処理室３１の内部にエッチング用ガス３８によるプラズマを発生させる。図６の（ｄ）に示すように、処理室３１の内部に発生させたエッチング用ガス３８のプラズマにより、保護膜１１８が形成されたウエハ１００のエッチング処理を行う。エッチング用ガス３８はプラズマとなって、被エッチング材料１１６をエッチングするラジカル、及び、イオンを生成する。保護膜１１８がＳｉ系材料の場合、エッチング用ガス３８として、例えば、Ｃｌ２ガス等を用いることができる。エッチング用ガス３８は、あるいは、Ｃｌ２、ＨＢr等のハロゲンガスとＯ２等の混合ガスを用いることができる。エッチング用ガス３８から生成されたイオンは、バイアス制御部４７で制御されたバイアス電源４１からウエハステージ３２に印加されるバイアス電圧５５によって加速されてウエハ１００表面に照射される。イオンがパターンに照射されたとき、Ｓｉ基板１１６上に形成された酸化膜は通過するが、保護膜１１８を通過しないエネルギーのイオンを照射することによって、つまり、イオンの飛程が保護膜１１８の厚さより小さく、Ｓｉ基板１１６の表面上に形成された酸化膜厚より大きいエネルギーのイオンを照射する。つまり、エッチング工程（Ｓ２１４）における試料１００に照射するイオンのエネルギーは、保護膜１１８を通過しないエネルギーである。これによって、被エッチング領域であるＳｉ基板１１６のエッチングは進行するが、マスク１１７のエッチングを抑制して、高選択比に精度良くＳｉ基板１１６のエッチングを行うことが可能となった。
【0056】
ここで、エッチング工程（Ｓ２１４）のエッチング処理を行いながら、光学系３９で保護膜の膜厚を測定し（Ｓ２１５：反射スペクトル測定）、ウエハ１００上の被エッチングパターン１１６が所望の深さにエッチングされるまで保護膜１１８の膜厚を測定し（Ｓ２１６）、所定のエッチングの処理時間または、所望の深さに到達した時点で、エッチングを終了する（Ｓ２１７：終了）。
【0057】
ここで、エッチング工程（Ｓ２１７）において所望のエッチング深さに到達する前に、保護膜１１８の厚さが規定値以下となる場合がある。そのような場合（Ｓ２１６でＮｏの場合）、選択的保護膜堆積工程（Ｓ２０５）へ戻り、保護膜１１８の堆積工程から再度開始し、再び保護膜１１８の膜厚が所定の膜厚に達するまで選択的に保護膜１１８の堆積が実施される。つまり、エッチング工程（Ｓ２１７）後、被エッチングパターン（被エッチング膜）１１６のエッチングの深さが所定の深さに到達していない場合、保護膜形成工程（Ｓ２０５）を行う。前記のように、Ｓ２０５からＳ２１６を繰り返して、ウエハ１００上の被エッチングパターン１１６が所定の深さにエッチングされるまで繰り返される。被エッチングパターン１１６が所定の深さまでにエッチング深さに到達した時点で、被エッチングパターン１１６のエッチングを終了する。さらに、被エッチングパターン１１６のエッチング後、パターン表面に堆積させた保護膜１１８を除去することができる。保護膜１１８のみを除去することもできるし、マスク１１７の上に保護膜１１８が形成されている場合は、マスク１１７と同時にマスク１１７の表面上に残った保護膜１１８を除去しても良い。
【0058】
このようなプラズマ処理をウエハ１００に施すことにより、パターンの無い領域１０８には不要な保護膜を形成することなく、パターンの上のマスク１１７の上面にのみエッチング耐性を確保した保護膜１１８を形成することが可能となる。これにより、マスク１１７の上面、及び、パターン上面１１９がエッチングされてパターンの深さが浅くなってしまうという従来技術の課題や、下層の被エッチング層１１６をエッチングする間にマスク１１７の上面がエッチングされてしまうという従来の課題を解決して、本実施例により所望のパターン形状を得ることができるようになった。
【0059】
なお、上記実施例では被エッチングパターンとして、マスク１１７、下層の被エッチング層１１６が形成されており、マスクパターンはパターンが密な領域１０７とパターンが無い領域１０８が混在している場合に、パターンが無い領域１０８の被エッチング材料上に不要な保護膜を形成することなく密パターン上のマスク１１７の材料上に選択的に保護膜１１８を形成して、マスク１１７、及び、パターン上面１１９のエッチングを抑制して、被エッチングパターン１１６を高選択比で加工する手法について述べた。
【0060】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【0061】
３０：エッチング装置、３１：処理室、３２：ウエハステージ、３３：ガス供給部、３４：保護膜形成用ガス、３５：保護膜形成用ガス、３６：保護膜形成用ガス、３７：膜質制御用ガス、３８：エッチング用ガス、３９：光学系、４０：光学系制御部、４１：バイアス電源、４２：高周波印加部、４３：装置制御部、４４：ガス制御部、４５：排気系制御部、４６：高周波制御部、４７：バイアス制御部、４８：堆積工程制御部、４９：判定部、５０：データベース、５１：記憶部、５３：高周波電力、５４：制御信号、５６：光源、５７：入射光、５８：反射光、５９：検出器、６１：分光器、６２：窓、６３：高周波電源、１００：ウエハ、１０１：保護膜、１０２：パターン、１０３：基板、１０４：不要な保護膜、１０６：パターンの底、１０７：パターンが密な領域、１０８：パターンの無い領域、１０９：パターンの無い領域の表面、１１５：基板、１１６：被エッチングパターン、１１７：マスク、１１８：保護膜、１１９：パターン上面、１１０：ＳｉＯ２上の保護膜厚のＣｌ2流量による変化、１１１：Ｓｉ上の保護膜厚のＣｌ2流量による変化、１１２：ＳｉＯ２上の保護膜厚の処理時間変化、１１３：Ｓｉ上の保護膜厚の処理時間変化、１２０：堆積膜、１２１：パターン上面、１２２：側面、１２３：底面、１２４：パターンの無い領域、１３０：イオン、１３１：ラジカル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7(a)】
【図7(b)】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11(a)】
【図11(b)】
【図12】