JP6757624B2 - 被処理体を処理する方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、被処理体を処理する方法に関するものである。
プラズマ処理装置を用いた被処理体のプラズマ処理の一種として、プラズマエッチングがある。プラズマエッチングに用いられるレジストマスクは、フォトリソグラフィ技術によって形成され、被エッチング層に形成されるパターンの限界寸法は、フォトリソグラフィ技術によって形成されるレジストマスクの解像度に依存する。しかし、レジストマスクの解像度には解像限界がある。電子デバイスの高集積化に対する要求が益々高まっており、レジストマスクの解像限界よりも小さい寸法のパターンを形成することが要求されるようになっている。このため、特許文献１に記載されているように、レジストマスク上にシリコン酸化膜を形成することによって、当該レジストマスクの寸法を調整し、当該レジストマスクによって提供される開口の幅を縮小する技術が提案されている。
特開２００４−８００３３号公報
一方、近年の電子デバイスの高集積化に伴う微細化によって、被処理体上のパターン形成のうち、特に、積層構造に含まれる有機膜等に対するエッチングを進めて行く場合において、高精度の最小線幅（CD：Critical Dimension）の制御が要求される。この場合、上記の有機膜に対するエッチングに用いられるマスクとしては、有機膜上に設けられるシリコン含有の反射防止膜が用いられるが、当該反射防止膜から得られるマスクの除去には、有機膜の側壁形状への影響とトレードオフの関係が生じ得る。したがって、有機膜のエッチングに用いられるマスクの除去が有機膜の側壁形状に及ぼす影響を低減するための技術の実現が望まれている。
一態様においては、被処理体を処理する方法が提供される。被処理体は被エッチング層と被エッチング層上に設けられた有機膜と有機膜上に設けられたマスクとを備え、有機膜は第１の層と第２の層とによって構成され、マスクは第１の層上に設けられ、第１の層は第２の層上に設けられ、第２の層は被エッチング層上に設けられる。この方法は、被処理体が収容されたプラズマ処理装置の処理容器内において、第１のガスのプラズマを生成し、プラズマとマスクとを用いて第１の層を第２の層に至るまでエッチングし、このエッチングによって形成された第１の層の側面に保護膜をコンフォーマルに形成する工程（工程ａという）と、処理容器内において、第２のガスのプラズマを生成し、プラズマを用いてマスクを除去する工程（工程ｂという）と、を備え、工程ｂは、被エッチング層をエッチングする処理の実行前に実行される。
上記方法では、まず、有機膜の一部（第１の層）がエッチングされ、このエッチングによって形成された第１の層の側面に、有機膜の第２の層がエッチングされる前に、保護膜がコンフォーマルに形成される。このように、有機膜のエッチングにおいて、工程ａでは、まず、第１の層のエッチング後に形成される有機膜から成るマスク（以下、有機膜マスクという）の側面に保護膜が形成されるので、後続の第２の層のエッチング時において、有機膜マスクに対するエッチングが抑制され得る。従って、有機膜マスクの形状を維持しつつ、第２の層のエッチングが可能となる。このため、工程ａを含む有機膜に対するエッチング処理において、エッチング後の有機膜のＴｏｐ ＣＤ（第１の層の上端の幅に対応)とＢｏｔｔｏｍ ＣＤ（第２の層の幅に対応）を独立に制御することができる。更に、工程ｂにおいて、被エッチング層のエッチング前にマスク（有機膜の上に設けられていたマスク）が除去されるので、当該マスクが除去された時点において、有機膜の垂直形状が維持されている状態となっているので、後続の被エッチング層に対するエッチング処理等において、プロセスマージンを拡大し得る。
一実施形態では、第２のガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガス、塩素ガスのうち何れか一のガスを含み得る。このように、第２のガスがフッ素、塩素のハロゲンを含有するので、マスクの除去が良好に行い得る。
一実施形態では、第１のガスは、水素ガスと窒素ガスとを含み得る。このように、第１のガスが水素ガスと窒素ガスとを含有するので、有機膜に対するエッチングが良好に行い得る。
一実施形態では、保護膜は、酸化膜であり得る。このように、保護膜が酸化膜であるので、酸化膜に対し高選択比のエッチングが第２の層に対して行われる場合には、第２の層に対するエッチング量が良好に制御され得る。
一実施形態では、工程ａは、第１の層を第２の層に至るまでエッチングした後において、処理容器内に第３のガスを供給する工程（工程ｃという）と、工程ｃの実行後に、処理容器内の空間をパージする工程（工程ｄという）と、工程ｄの実行後に、処理容器内において第４のガスのプラズマを生成する工程（工程ｅという）と、工程ｅの実行後に、処理容器内の空間をパージする工程と、を含む第１シーケンスを繰り返し実行することによって、第１の層の側面に保護膜をコンフォーマルに形成し得る。工程ｃは、第３のガスのプラズマを生成しない。このように、工程ａは、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法と同様の方法によって、第１の領域の側面に保護膜がコンフォーマルに形成されるので、第１の層に対する保護の強度が向上されると共に、第１の層を保護する保護膜が均一な膜厚で形成できる。
一実施形態では、第３のガスは、アミノシラン系ガスを含み得る。このように、第３のガスがアミノシラン系ガスを含むので、工程ｃによって、シリコンの反応前駆体が第１の領域の側面等の原子層に沿って第１の領域等の上に形成される。
一実施形態では、第３のガスは、モノアミノシランを含み得る。このように、モノアミノシランを含む第３のガスを用いて、工程ｃにおいてシリコンの反応前駆体の形成が行える。
一実施形態では、第３のガスに含まれるアミノシラン系ガスは、１〜３個のケイ素原子を有するアミノシランを含み得る。第３のガスに含まれるアミノシラン系ガスは、１〜３個のアミノ基を有するアミノシランを含み得る。このように、第３のガスに含まれるアミノシラン系ガスには、１〜３個のケイ素原子を有するアミノシランを用いることができる。また、第３のガスに含まれるアミノシラン系ガスには、１〜３個のアミノ基を有するアミノシランを用いることができる。
一実施形態では、第４のガスは、酸素原子を含み得る。第４のガスは、二酸化炭素ガスまたは酸素ガスを含み得る。このように、このように、第４のガスが酸素原子を含むので、工程ｅにおいて、当該酸素原子が第１の層等の上に設けられるシリコンの反応前駆体と結合することによって、第１の層等の上に酸化シリコンの保護膜がコンフォーマルに形成され得る。また、第４のガスが二酸化炭素ガスの場合、第４のガスが炭素原子を含むので、酸素原子による第１の層等に対する浸食が当該炭素原子によって抑制され得る。
一実施形態では、工程ａは、第１シーケンスを繰り返し実行した後に処理容器内において第５のガスのプラズマを生成し、第１シーケンスを繰り返し実行したことによって第２の層の表面に形成された膜を、プラズマを用いて除去する工程を更に含み得る。第５のガスは、フッ素を含み得る。このように、第１シーケンスを繰り返し実行することによって形成される膜に対するエッチングがフッ素を含む第５のガスのプラズマを用いて異方的に行われ、第２の層の表面に形成された膜が選択的に除去され得るので、この除去の後において、第２の層に対するエッチングが可能となる。
一実施形態では、第５のガスは、フルオロカーボンガスを含み得る。このように、第５のガスがフルオロカーボンガスを含むので、工程ａで形成された保護膜をエッチングし得る。
一実施形態では、工程ａは、第１の層を第２の層に至るまでエッチングした後であって第１の層の側面に保護膜をコンフォーマルに形成する前において、処理容器内でプラズマを発生させて処理容器に設けられた上部電極に負の直流電圧を印可することにより、第１の層に二次電子を照射する工程を備え得る。このように、工程ａにおいて、第１の層を第２の層に至るまでエッチングした後に、第１の層に二次電子を照射するので、保護膜の形成前に第１の層を改質することができ、後続の工程による第１の層の損傷を抑制することができる。
一実施形態では、工程ｂの実行後において、処理容器内において、第６のガスのプラズマを生成し、プラズマと第１の層と保護膜とを用いて、第１の層の形状を維持しつつ、第２の層を被エッチング層に至るまでエッチングする工程（工程ｆという）を更に備え得る。このように、第２の層が被エッチング層に至るまでエッチングされるので、被エッチング層の表面が露出され、被エッチング層に対する後続のエッチングが可能となる。
一実施形態では、第６のガスは、窒素ガスと水素ガスとを含み得る。このように、水素ガスと窒素ガスとを含む第６のガスのプラズマによって、有機膜に対するエッチングが垂直性良く行え、よって、エッチングによるパターン幅の変動が抑制され得る。
一実施形態では、工程ｆの実行後において、被エッチング層をエッチングする工程（工程ｇという）を更に備え、工程ｇは、処理容器内において第７のガスのプラズマを生成し、プラズマに含まれるラジカルを含む混合層を被エッチング層の表面の原子層に形成する工程と、この工程の実行後に、処理容器内の空間をパージする工程と、この工程の実行後に、処理容器内において第８のガスのプラズマを生成し、プラズマにバイアス電圧を印加して、混合層を除去する工程と、この工程の実行後に、処理容器内の空間をパージする工程と、を含む第２シーケンスを繰り返し実行し、被エッチング層を原子層毎に除去することによって、被エッチング層をエッチングし得る。第７のガスは、フルオロカーボンガスと希ガスと酸素ガスとを含み得る。第８のガスは、希ガスを含み得る。このように、工程ｇは、（Atomic Layer Etching）法と同様の方法によって、被エッチング層を原子層毎に除去することができる。
一実施形態では、工程ｂの実行前において、第２の層の厚みは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり得る。このように、第２の層の厚みが１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であれば、工程ｂにおいて第２の層の幅が良好に調節し得る。
以上説明したように、有機膜のエッチングに用いられるマスクの除去が有機膜の側壁形状に及ぼす影響を低減するための技術の実現が実現される。
図１は、一実施形態に係る方法を示す流図である。 図２は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。 図３は、（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部、および（ｄ）部を含み、図３の（ａ）部は、図１に示す主要な工程の実行前の被処理体の状態を示す断面図であり、図３の（ｂ）部〜（ｄ）部は、図１に示す主要な工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。 図４は、（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部、および（ｄ）部を含み、図４の（ａ）部〜（ｄ）部は、図１に示す主要な工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。 図５は、（ａ）部および（ｂ）部を含み、一実施形態に係る方法によって奏される効果を説明するために用いられる図である。 図４は、（ａ）部、（ｂ）部、および（ｃ）部を含み、図４の（ａ）部〜（ｃ）部は、図１に示すシーケンスの実行によって膜が形成される様子を模式的に示す図である。 図７は（ａ）部、（ｂ）部、および（ｃ）部を含み、図７の（ａ）部〜（ｃ）部は、図１に示す方法におけるエッチングの原理を示す図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態の方法を示す流れ図である。図１に示す一実施形態の方法ＭＴは、被処理体（以下、「ウエハ」ということがある）を処理する方法である。方法ＭＴは、図１に示すように、工程ＳＴ１〜ＳＴ４、シーケンスＳＱ１（第１シーケンス）、工程ＳＴ６〜ＳＴ９、シーケンスＳＱ２（第２シーケンス）、および工程ＳＴ１１，ＳＴ１２を備える。シーケンスＳＱ１は、工程ＳＴ５ａ〜ＳＴ５ｄを備える。シーケンスＳＱ２は、工程ＳＴ１０ａ〜ＳＴ１０ｄを備える。また、一実施形態の方法ＭＴは、単一のプラズマ処理装置（後述のプラズマ処理装置１０）を用いて実行することが可能であるが、方法ＭＴの各工程に応じて、複数のプラズマ処理装置１０が用いられ得る。
図２は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。図２には、被処理体を処理する方法の種々の実施形態で利用可能なプラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。図２に示すように、プラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置である。
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２、排気口１２ｅ、搬入出口１２ｇ、支持部１４、載置台ＰＤ、直流電源２２、スイッチ２３、冷媒流路２４、配管２６ａ、配管２６ｂ、上部電極３０、絶縁性遮蔽部材３２、電極板３４、ガス吐出孔３４ａ、電極支持体３６、ガス拡散室３６ａ、ガス通流孔３６ｂ、ガス導入口３６ｃ、ガス供給管３８、ガスソース群４０、バルブ群４２、流量制御器群４５、デポシールド４６、排気プレート４８、排気装置５０、排気管５２、ゲートバルブ５４、第１の高周波電源６２、第２の高周波電源６４、整合器６６、整合器６８、電源７０、制御部Ｃｎｔ、フォーカスリングＦＲ、ヒータ電源ＨＰ、ヒータＨＴを備える。載置台ＰＤは、静電チャックＥＳＣ、下部電極ＬＥを備える。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ、第２プレート１８ｂを備える。処理容器１２は、処理空間Ｓｐを画成する。
処理容器１２は、略円筒形状を有する。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成される。処理容器１２の内壁面は、陽極酸化処理が施されている。処理容器１２は、保安接地される。
支持部１４は、処理容器１２の内側において、処理容器１２の底部上に設けられる。支持部１４は、略円筒状の形状を備える。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成される。支持部１４を構成する絶縁材料は、例えば、石英を含み得る。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在する。
載置台ＰＤは、処理容器１２内に設けられる。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持される。載置台ＰＤは、載置台ＰＤの上面において、ウエハＷを保持する。ウエハＷは、被処理体である。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥおよび静電チャックＥＳＣを有する。
下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂを含む。第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から構成される。第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂは、略円盤状の形状を備える。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられる。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａに電気的に接続される。
静電チャックＥＳＣは、第２プレート１８ｂ上に設けられる。静電チャックＥＳＣは、一対の絶縁層の間、または、一対の絶縁シートの間において導電膜の電極を配置した構造を有する。直流電源２２は、スイッチ２３を介して、静電チャックＥＳＣの電極に電気的に接続される。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧によって生じたクーロン力等の静電力によって、ウエハＷを吸着する。これによって、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。
フォーカスリングＦＲは、ウエハＷのエッジおよび静電チャックＥＳＣを囲むように、第２プレート１８ｂの周縁部上に配置される。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられる。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
冷媒流路２４は、第２プレート１８ｂの内部に設けられる。冷媒流路２４は、温調機構を構成する。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられるチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給される冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することによって、静電チャックＥＳＣによって支持されるウエハＷの温度が制御される。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
ヒータＨＴは、加熱素子である。ヒータＨＴは、例えば、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれる。ヒータ電源ＨＰは、ヒータＨＴに接続される。ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給されることによって、載置台ＰＤの温度が調整され、そして、載置台ＰＤ上に載置されるウエハＷの温度が調整される。なお、ヒータＨＴは、静電チャックＥＳＣに内蔵され得る。
上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、載置台ＰＤと対向配置される。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられる。上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、処理空間Ｓｐが提供される。処理空間Ｓｐは、プラズマ処理をウエハＷに行うための空間領域である。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持される。絶縁性遮蔽部材３２は、絶縁材料から構成されており、例えば、石英を含み得る。上部電極３０は、電極板３４および電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓｐに面している。電極板３４は、複数のガス吐出孔３４ａを備える。電極板３４は、一実施形態では、シリコンから構成され得る。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。ガス拡散室３６ａは、電極支持体３６の内部に設けられる。複数のガス通流孔３６ｂのそれぞれは、ガス吐出孔３４ａに連通する。複数のガス通流孔３６ｂのそれぞれは、ガス拡散室３６ａから下方に（載置台ＰＤの側に向けて）延びる。
ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに対して処理ガスを導く。ガス導入口３６ｃは、電極支持体３６に設けられる。ガス供給管３８は、ガス導入口３６ｃに接続される。
ガスソース群４０は、バルブ群４２および流量制御器群４５を介して、ガス供給管３８に接続される。ガスソース群４０は、複数のガスソースを有する。複数のガスソースは、アミノシラン系ガスのソース、酸素ガスのソース、水素ガスのソース、窒素ガスのソース、二酸化炭素ガスのソース、フルオロカーボンガス（ハイドロフルオロカーボンガス）のソース、塩素ガス、および、希ガスのソースを含み得る。アミノシラン系ガス（後述のガスＧＢに含まれるガス）としては、アミノ基の数が比較的に少ない分子構造のものが用いられることができ、例えば、モノアミノシラン（Ｈ３−Ｓｉ−Ｒ（Ｒは有機を含んでおり置換されていても良いアミノ基））が用いられ得る。上記のアミノシラン系ガス（後述のガスＧＢに含まれるガス）は、１〜３個のケイ素原子を有し得るアミノシランを含むことができ、１〜３個のアミノ基を有するアミノシランを含むことができる。１〜３個のケイ素原子を有するアミノシランは、１〜３個のアミノ基を有するモノシラン（モノアミノシラン）、１〜３個のアミノ基を有するジシラン、または、１〜３個のアミノ基を有するトリシランであり得る。さらに、上記のアミノシランは、置換されていてもよいアミノ基を有し得る。さらに、上記のアミノ基は、メチル基、エチル基、プロピル基、および、ブチル基の何れかによって置換され得る。さらに、上記のメチル基、エチル基、プロピル基、または、ブチル基は、ハロゲンによって置換され得る。フルオロカーボンガスとしては、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガスといった任意のフルオロカーボンガスが用いられ得る。また、希ガスとしては、Ｈｅガス、Ａｒガスといった任意の希ガスが用いられ得る。
バルブ群４２は、複数のバルブを含む。流量制御器群４５は、マスフローコントローラといった複数の流量制御器を含む。ガスソース群４０の複数のガスソースのそれぞれは、バルブ群４２の対応のバルブ、および、流量制御器群４５の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続される。従って、プラズマ処理装置１０は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、処理容器１２内に供給することが可能である。また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等を被覆することにより構成され得る。
排気プレート４８は、処理容器１２の底部側であって、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間に設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等を被覆することによって構成され得る。排気口１２ｅは、排気プレート４８の下方において、処理容器１２に設けられている。排気装置５０は、排気管５２を介して排気口１２ｅに接続される。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。搬入出口１２ｇは、ウエハＷの搬入出口である。搬入出口１２ｇは、処理容器１２の側壁に設けられる。搬入出口１２ｇは、ゲートバルブ５４によって開閉可能である。
第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００［ＭＨｚ］の周波数、一例においては４０［ＭＨｚ］の高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続される。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されることもできる。
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００［ｋＨｚ］〜４０．６８［ＭＨｚ］の範囲内の周波数、一例においては３．２［ＭＨｚ］の高周波バイアス電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続される。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路である。また、電源７０は、上部電極３０に接続される。電源７０は、処理空間Ｓｐ内に存在する正イオンを電極板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源である。このような電圧が電源７０から上部電極３０に印加されると、処理空間Ｓｐに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４から二次電子および／またはシリコンが放出される。
制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。具体的に、制御部Ｃｎｔは、バルブ群４２、流量制御器群４５、排気装置５０、第１の高周波電源６２、整合器６６、第２の高周波電源６４、整合器６８、電源７０、ヒータ電源ＨＰ、およびチラーユニットに接続されている。
制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。制御部Ｃｎｔからの制御信号によって、ガスソース群から供給されるガスの選択および流量と、排気装置５０の排気と、第１の高周波電源６２および第２の高周波電源６４からの電力供給と、電源７０からの電圧印加と、ヒータ電源ＨＰの電力供給と、チラーユニットからの冷媒流量および冷媒温度と、を制御することが可能である。なお、本明細書において開示される被処理体を処理する方法（図１に示す方法ＭＴ）の各工程は、制御部Ｃｎｔによる制御によってプラズマ処理装置１０の各部を動作させることによって、実行され得る。
次に、一実施形態に係る方法ＭＴを、図１を参照して詳細に説明する。以下の説明において、図１および図２と共に、図３〜図７を参照する。図３の（ａ）部は、図１に示す主要な工程の実行前の被処理体の状態を示す断面図である。図３の（ｂ）部〜（ｄ）部は、図１に示す主要な工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。図４の（ａ）部〜（ｄ）部は、図１に示す主要な工程の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。図５は、（ａ）部および（ｂ）部を含み、一実施形態に係る方法ＭＴによって奏される効果を説明するために用いられる図である。図６の（ａ）部〜（ｃ）部は、図１に示すシーケンスの実行によって膜が形成される様子を模式的に示す図である。図７は、図１に示す方法ＭＴにおけるエッチングの原理を示す図である。
工程ＳＴ１において、図３の（ａ）部に示すウエハＷを、図２に示すウエハＷとして準備する。工程ＳＴ１では、図３の（ａ）部に示すウエハＷが準備され、ウエハＷがプラズマ処理装置１０の処理容器１２内に収容され、載置台ＰＤ上に載置される。工程ＳＴ１において準備されるウエハＷは、図３の（ａ）部に示すように、基板ＳＢ、被エッチング層ＥＬ、有機膜ＯＬ、反射防止膜ＡＬ、および、マスクＭＫ１を有する。
被エッチング層ＥＬは、基板ＳＢ上に設けられる。被エッチング層ＥＬは、有機膜ＯＬに対して選択的にエッチングされる材料から構成される層であり絶縁膜が用いられ得る。被エッチング層ＥＬは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から構成され得る。なお、被エッチング層ＥＬは、多結晶シリコン、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）といった他の材料から構成されることができる。
有機膜ＯＬは、被エッチング層ＥＬ上に設けられる。有機膜ＯＬは、例えば、炭素またはシリコンを含む層でありＳＯＨ（スピンオンハードマスク）層であり得る。有機膜ＯＬは、後述する保護膜ＳＸの材料（シリコン酸化膜）に対し選択的にエッチングが可能な材料であれば、上記のＳＯＨに限られない。例えば、有機膜ＯＬの材料としては、上記のＳＯＨの他に、ＳｉＮ、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等であり得る。反射防止膜ＡＬは、シリコン含有の反射防止膜であり、有機膜ＯＬ上に設けられる。
なお、以下の説明においては、便宜上のために、有機膜ＯＬを第１の層ＶＬ１と第２の層ＶＬ２とに分ける。すなわち、有機膜ＯＬは、第１の層ＶＬ１と第２の層ＶＬ２とによって構成されるものとする。第１の層ＶＬ１と第２の層ＶＬ２との境界面は物理的な面ではなく仮想的な面である。第１の層ＶＬ１と第２の層ＶＬ２とは、同一の材料からなり、ウエハＷの表面に沿って延びている。有機膜ＯＬ１は、厚みＬＭを有する。第２の層ＶＬ２の厚みＬＭは、例えば、１０［ｎｍ］以上２０［ｎｍ］以下の程度である。反射防止膜ＡＬは第１の層ＶＬ１上に設けられる。第１の層ＶＬ１は第２の層ＶＬ２上に設けられ、第２の層ＶＬ２は被エッチング層ＥＬ上に設けられる。第２の層ＶＬ２は、被エッチング層ＥＬ上（被エッチング層ＥＬの表面ＦＣ）に設けられている。なお、後述する工程ＳＴ２の後においては、工程ＳＴ２によって形成さるマスクＡＬＭは、有機膜ＯＬ（具体的には、第１の層ＶＬ１）上に設けられる。
マスクＭＫ１は、反射防止膜ＡＬ上に設けられる。マスクＭＫ１は、レジスト材料から構成されたレジストマスクであり、フォトリソグラフィ技術によってレジスト層がパターニングされることによって作製される。マスクＭＫ１は、反射防止膜ＡＬを部分的に覆っている。マスクＭＫ１は、反射防止膜ＡＬを部分的に露出させる開口（パターン）を画成している。マスクＭＫ１のパターンは、例えば、ライン・アンド・スペースパターンである。マスクＭＫ１は、平面視において円形の開口を提供するパターンを有することができる。或いは、マスクＭＫ１は、平面視において楕円形状の開口を提供するパターンを有することができる。
工程ＳＴ１に引き続く工程ＳＴ２では、反射防止膜ＡＬをエッチングする。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、フルオロカーボンガスを含む処理ガスとして処理容器１２内に供給する。そして、第１の高周波電源６２から高周波電力を供給する。第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力を供給する。排気装置５０を動作させることによって、処理容器１２内の空間の圧力を所定の圧力に設定する。これによって、フルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素を含む活性種は、反射防止膜ＡＬの全領域のうちマスクＭＫ１から露出した領域をエッチングする。これによって、反射防止膜ＡＬからマスクＡＬＭが形成される。マスクＡＬＭは、有機膜ＯＬに対するエッチングにおいてマスクとして用いられる。
工程ＳＴ２に引き続く工程ＳＴ３では、ウエハＷが収容されたプラズマ処理装置１０の処理容器１２内において、ガスＧＡ（第１のガス）のプラズマを生成し、プラズマとマスクＡＬＭとを用いて第１の層ＶＬ１を第２の層ＶＬ２に至るまでエッチングし、第１の層ＶＬ１から後述するマスクＯＬＭ１を形成する。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、ガスＧＡを処理ガスとして処理容器１２内に供給する。ガスＧＡは、水素ガスと窒素ガスとを含み得る。そして、第１の高周波電源６２から高周波電力を供給する。第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力を供給する。排気装置５０を動作させることによって、処理容器１２内の圧力を所定の圧力に設定する。以上のようにして、ガスＧＡのプラズマが処理容器１２の処理空間Ｓｐ内で生成される。生成されたプラズマ中の水素の活性種である水素ラジカルは、第１の層ＶＬ１の全領域のうち、マスクＡＬＭから露出した領域をエッチングする。なお、工程ＳＴ３から工程ＳＴ７までの一連の工程は、シーケンスＳＱ１を繰り返し実行することによって、工程ＳＴ３のエッチングによって形成される第１の層ＶＬ１の側面（具体的には工程ＳＴ３によって形成されるマスクＯＬＭ１の側面ＳＦ）に保護膜ＳＸをコンフォーマルに形成する工程であり、各工程の実行後のウエハＷは、図３の（ｂ）部〜（ｄ）部に示されている。
工程ＳＴ３では、図３の（ｂ）部に示すように、有機膜ＯＬのうち、第１の層ＶＬ１をエッチングする、すなわち有機膜ＯＬと被エッチング層ＥＬとの界面（被エッチング層ＥＬの表面ＦＣ）から厚みＬＭに至るまで有機膜ＯＬをエッチングする。換言すれば、工程ＳＴ３では、有機膜ＯＬのうち厚みＬＭの膜が残るように、すなわち、第２の層ＶＬ２が残るように、有機膜ＯＬをエッチングする。工程ＳＴ３によって、マスクＯＬＭ１が第１の層ＶＬ１から形成される。マスクＯＬＭ１は、第２の層ＶＬ２上に設けられている。マスクＡＬＭおよびマスクＯＬＭ１は、第２の層ＶＬ２に対するエッチングにおいてマスクとして用いられる。また、水素ガスと窒素ガスとを含むガスＧＡによって、第１の層ＶＬ１の側面の保護と第１の層ＶＬ１に対するエッチングとが良好に両立し得るので、工程ＳＴ３によって第１の層ＶＬ１から形成されるマスクＯＬＭ１の垂直性が良好に実現され得る。
工程ＳＴ３に引き続く工程ＳＴ４では、処理容器１２内でプラズマを発生させて処理容器１２に設けられた上部電極３０に負の直流電圧を印可することによって、マスクＡＬＭの表面とマスクＯＬＭ１の側面ＳＦとに、二次電子を照射し、酸化シリコンの保護膜を形成する。工程ＳＴ４は、有機膜ＯＬの第１の層ＶＬ１を第２の層ＶＬ２に至るまでエッチングした後（工程ＳＴ３の後）であってマスクＯＬＭ１の側面ＳＦに保護膜ＳＸをコンフォーマルに形成する前（シーケンスＳＱ１の実行前）において実行される。なお、方法ＭＴは、工程ＳＴ３の実行後に、工程ＳＴ４を実行せずに工程ＳＴ５ａ（シーケンスＳＱ）を実行することもできる。
工程ＳＴ４に引き続き、図１に示す方法ＭＴでは、第１の層ＶＬ１を第２の層ＶＬ２に至るまでエッチングした後（工程ＳＴ４の後）において、シーケンスＳＱ１を一回（単位サイクル）以上実行する。シーケンスＳＱ１の開始から後述の工程ＳＴ７に至るまでの一連の工程によって、工程ＳＴ３によって形成されたマスクＯＬＭ１の側面ＳＦに保護膜ＳＸがコンフォーマルに形成される。シーケンスＳＱ１は、工程ＳＴ５ａ、工程ＳＴ５ｂ、工程ＳＴ５ｃ、および、工程ＳＴ５ｄを含む。
まず、工程ＳＴ５ａでは、処理容器１２内に、シリコンを含有するガスＧＢ（第３のガス）を供給する。ガスＧＢは、アミノシラン系ガスを含む。ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、ガスＧＢを処理容器１２内に供給する。ガスＧＢは、アミノシラン系ガスとして、例えば、モノアミノシラン（Ｈ３−Ｓｉ−Ｒ（Ｒはアミノ基））が用いられる。工程ＳＴ５ａでは、ガスＧＢのプラズマを生成しない。
図６の（ａ）部に示すように、ガスＧＢの分子が反応前駆体としてウエハＷの表面に付着する。ガスＧＢの分子（モノアミノシラン）は、化学結合に基づく化学吸着によってウエハＷの表面に付着するのであり、プラズマは用いられない。なお、化学結合によって表面に付着可能であって且つシリコンを含有するものであれば、モノアミノシラン以外のガスの利用も可能である。
ガスＧＢにモノアミノシラン系ガスが選択される理由は、モノアミノシランが比較的に高い電気陰性度を有し且つ極性を有する分子構造を有することによって化学吸着が比較的に容易に行われ得る、ということに起因する。ガスＧＢの分子がウエハＷの表面に付着することによって形成される層Ｌｙ１（図６の（ｂ）部を参照）は、当該付着が化学吸着であるために単分子層（単層）に近い状態となる。モノアミノシランのアミノ基（Ｒ）が小さいほど、ウエハＷの表面に吸着される分子の分子構造も小さくなるので、分子の大きさに起因する立体障害が低減され、よって、ガスＧＢの分子がウエハＷの表面に均一に吸着でき、層Ｌｙ１はウエハＷの表面に対し均一な膜厚で形成され得る。例えば、ガスＧＢに含まれるモノアミノシラン（Ｈ３−Ｓｉ−Ｒ）がウエハＷの表面のＯＨ基と反応することによって、反応前駆体のＨ３−Ｓｉ−Ｏが形成され、よって、Ｈ３−Ｓｉ−Ｏの単分子層である層Ｌｙ１が形成される。従って、ウエハＷの表面に対し、反応前駆体の層Ｌｙ１が、ウエハＷのパターン密度に依存せずに、均一な膜厚でコンフォーマルに形成され得る。
工程ＳＴ５ａに引き続く工程ＳＴ５ｂでは、処理容器１２内の空間をパージする。具体的には、工程ＳＴ５ａにおいて供給されたガスＧＢが排気される。工程ＳＴ５ｂでは、パージガスとして窒素ガスといった不活性ガスを処理容器１２に供給してもよい。即ち、工程ＳＴ５ｂのパージは、不活性ガスを処理容器１２内に流すガスパージ、または真空引きによるパージの何れであってもよい。工程ＳＴ５ｂでは、ウエハＷ上に過剰に付着した分子も除去され得る。以上によって、図６の（ｂ）部に示すように、反応前駆体の層Ｌｙ１は極めて薄い単分子層となる。
工程ＳＴ５ｂに引き続く工程ＳＴ５ｃでは、図６の（ｂ）部に示すように、処理容器１２内においてガスＧＣ（第４のガス）のプラズマＰ１を生成する。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、二酸化炭素ガスを含むガスＧＣを処理容器１２内に供給する。ガスＧＣは、二酸化炭素ガスの他に、酸素原子を含有する他のガスであり得え、例えば、酸素ガスでもあり得る。そして、第１の高周波電源６２から高周波電力を供給する。この場合、第２の高周波電源６４のバイアス電力を印加することもできる。また、第１の高周波電源６２を用いずに第２の高周波電源６４のみを用いてプラズマを生成することもできる。排気装置５０を動作させることによって、処理容器１２内の空間の圧力を所定の圧力に設定する。
上述したように工程ＳＴ５ａの実行によってウエハＷの表面に付着した分子（層Ｌｙ１の単分子層を構成する分子）は、シリコンと水素との結合を含む。シリコンと水素との結合エネルギーは、シリコンと酸素との結合エネルギーよりも低い。従って、二酸化炭素ガスを含むガスＧＣのプラズマＰ１が生成されると、酸素の活性種、例えば、酸素ラジカルが生成され、層Ｌｙ１の単分子層を構成する分子の水素が酸素に置換され、図６の（ｃ）部に示すように、シリコン酸化膜である層Ｌｙ２が単分子層として形成される。
工程ＳＴ５ｃに引き続く工程ＳＴ５ｄでは、処理容器１２内の空間をパージする。具体的には、工程ＳＴ５ｃにおいて供給されたガスＧＣが排気される。工程ＳＴ５ｄでは、パージガスとして窒素ガスといった不活性ガスが処理容器１２に供給してもよい。即ち、工程ＳＴ５ｄのパージは、不活性ガスを処理容器１２内に流すガスパージ、または真空引きによるパージの何れであってもよい。
以上説明したシーケンスＳＱ１においては、工程ＳＴ５ｂにおいてパージが行われ、工程ＳＴ５ｂに引き続く工程ＳＴ５ｃにおいて層Ｌｙ１を構成する分子の水素が酸素に置換される。したがって、ＡＬＤ法と同様に、１回のシーケンスＳＱ１の実行によって、シリコン酸化膜の層Ｌｙ２を、ウエハＷの表面上（特にマスクＯＬＭ１の側面ＳＦ上）に、マスクＭＫ１のパターンの疎密によらず薄く均一な膜厚でコンフォーマルに、形成することができる。なお、上記したシーケンスＳＱ１で実行されるＡＬＤ法と同様の工程は、同一の処理容器１２内で実行されるプロセスであり得るが、これに限らず、ウエハＷを一度処理容器１２から搬出して別の処理容器１２内で実行する場合もあり得る。
シーケンスＳＱ１に引き続く工程ＳＴ６では、シーケンスＳＱ１の実行を終了するか否かを判定する。具体的には、工程ＳＴ６では、シーケンスＳＱ１の実行回数が所定回数に達したか否かを判定する。シーケンスＳＱ１の実行回数の決定は、図３の（ｃ）部に示すウエハＷ上（特にマスクＯＬＭ１の側面ＳＦ上）に形成されるシリコン酸化膜の保護膜ＳＸの厚みを決定することである。即ち、１回のシーケンスＳＱ１の実行によって形成されるシリコン酸化膜の膜厚とシーケンスＳＱ１の実行回数との積によって、最終的にウエハＷ上に形成される保護膜ＳＸの厚みが実質的に決定される。したがって、ウエハＷ上に形成される保護膜ＳＸの所望の厚みに応じて、シーケンスＳＱ１の実行回数が設定される。
工程ＳＴ６においてシーケンスＳＱ１の実行回数が所定回数に達していないと判定される場合には（工程ＳＴ６：ＮＯ）、シーケンスＳＱ１の実行が再び繰り返される。一方、工程ＳＴ６においてシーケンスＳＱ１の実行回数が所定回数に達していると判定される場合には（工程ＳＴ６：ＹＥＳ）、シーケンスＳＱ１の実行が終了される。これによって、図３の（ｃ）部に示すように、ウエハＷの表面上（特にマスクＯＬＭ１の側面ＳＦ上）にシリコン酸化膜の保護膜ＳＸが形成される。すなわち、シーケンスＳＱ１の実行回数が所定回数だけ繰り返されることによって、所定の膜厚を有する保護膜ＳＸが、マスクＭＫ１のパターンの疎密によらず均一の膜みでコンフォーマルに、ウエハＷの表面（特にマスクＯＬＭ１の側面ＳＦ）に形成される。マスクＯＬＭ１の側面ＳＦにおける保護膜ＳＸの厚みは、シーケンスＳＱ１の実行回数が少ないほど、減少する。
保護膜ＳＸは、図３の（ｃ）部に示すように、領域Ｒ１、領域Ｒ２、および、領域Ｒ３を含む。領域Ｒ３は、マスクＡＬＭの側面上、および、マスクＯＬＭ１の側面ＳＦ上において、各側面に沿って延在する領域である。領域Ｒ３は、工程ＳＴ３によって形成された有機膜ＯＬ１の表面から領域Ｒ１の下側まで延在している。領域Ｒ１は、マスクＡＬＭの上面の上および領域Ｒ３上で延在している。領域Ｒ２は、隣接する領域Ｒ３の間で、且つ、工程ＳＴ３で形成された有機膜ＯＬ１の表面上で延在している。上述したように、シーケンスＳＱ１が繰り返されることによって、ＡＬＤ法と同様に保護膜ＳＸが形成されるので、マスクＭＫ１のパターンの疎密によらずに、領域Ｒ１、領域Ｒ２、および、領域Ｒ３のそれぞれの膜厚は、互いに略等しい膜厚となる。
工程ＳＴ６：ＹＥＳに引き続く工程ＳＴ７では、領域Ｒ１および領域Ｒ２を除去するように、保護膜ＳＸをエッチング（エッチバック）する。工程ＳＴ７では、シーケンスＳＱ１を繰り返し実行した後に処理容器１２内においてガスＧＤ（第５のガス）のプラズマを生成し、第２の層ＶＬ２の表面に形成された膜（保護膜ＳＸの領域Ｒ２）を、該プラズマを用いて除去する。工程ＳＴ７では、保護膜ＳＸの領域Ｒ２が除去されると共に、領域Ｒ１も除去される。領域Ｒ１および領域Ｒ２の除去のためには、異方性のエッチング条件が必要である。このため、工程ＳＴ７では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、フッ素を含有するガスＧＤを含む処理ガスを処理容器１２内に供給する。ガスＧＤは、フッ素を含有するガスであり、例えば、フルオロカーボンガスを含み得る。そして、第１の高周波電源６２から高周波電力を供給する。第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力を供給する。排気装置５０を動作させることによって、処理容器１２内の空間の圧力を所定の圧力に設定する。これによって、フルオロカーボンガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素を含む活性種は、高周波バイアス電力による鉛直方向への引き込みによって、領域Ｒ１および領域Ｒ２を優先的にエッチングする。工程ＳＴ７によって、図３の（ｄ）部に示すように、領域Ｒ１および領域Ｒ２が選択的に除去されて、保護膜ＳＸのうち領域Ｒ３のみが残存する。領域Ｒ２が除去されることによって、第２の層ＶＬ２の表面が露出される。
第２の層ＶＬ２の厚みＬＭは、マスクＡＬＭを除去する後述の工程ＳＴ８の実行前において、１０［ｎｍ］以上２０［ｎｍ］以下である。なお、以下の説明においては、便宜上のために、第２の層ＶＬ２を第３の層ＶＬ２１と第４の層ＶＬ２２とに分ける。すなわち、第２の層ＶＬ２は、第３の層ＶＬ２１と第４の層ＶＬ２２とによって構成されるものとする。第３の層ＶＬ２１と第４の層ＶＬ２２との境界面は物理的な面ではなく仮想的な面である。第３の層ＶＬ２１と第４の層ＶＬ２２とは、同一の材料からなり、ウエハＷの表面に沿って延びている。
工程ＳＴ７に引き続く工程ＳＴ８では、処理容器１２内において、ガスＧＥ（第２のガス）のプラズマを生成し、このプラズマを用いてマスクＡＬＭをエッチングによって除去する。この工程ＳＴ８は、被エッチング層ＥＬをエッチングする処理（シーケンスＳＱ２および工程ＳＴ１１）の実行前に実行される、より詳細には、有機膜ＯＬの第２の層ＶＬ２を被エッチング層ＥＬに至るまでエッチングする処理（工程ＳＴ９）の実行前に、実行される。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、ガスＧＥを処理ガスとして処理容器１２内に供給する。ガスＧＥは、フッ素または塩素を含む。ガスＧＥは、ハイドロフルオロカーボンガス（例えばＣＨ３Ｆガス）、酸素ガス、および希ガス（例えばＡｒガス）の混合ガスであり得る。または、ガスＧＥは、フルオロカーボンガス（例えばＣＦ４ガス）であり得る。または、ガスＧＥは、塩素ガス、酸素ガス、および希ガス（例えばＡｒガス）の混合ガスであり得る。そして、第１の高周波電源６２から高周波電力を供給する。第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力を供給する。排気装置５０を動作させることによって、処理容器１２内の空間の圧力を所定の圧力に設定する。これによって、ガスＧＥのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素または塩素を含む活性種は、マスクＡＬＭをエッチングする。これによって、図４の（ａ）部に示すように、マスクＡＬＭが除去される。更に、工程ＳＴ８では、マスクＡＬＭが除去されると共に、第２の層ＶＬ２も第４の層ＶＬ２２に至るまでエッチングされる。すなわち、工程ＳＴ８によって、図３の（ｄ）部および図４の（ａ）部に示すように、第２の層ＶＬ２のうち第３の層ＶＬ２１がエッチングされ、第４の層ＶＬ２２が残存する。第３の層ＶＬ２１は、工程ＳＴ８のエッチングによって、マスクＶＬＭとなる。マスクＯＬＭ１と、領域Ｒ３と、マスクＶＬＭとによって、マスクＭＫ２が構成される。マスクＭＫ２は、第４の層ＶＬ２２に対するエッチングにおいてマスクとして用いられる。
工程ＳＴ８に引き続く工程ＳＴ９では、マスクＭＫ２を用いて、第４の層ＶＬ２２を被エッチング層ＥＬの表面ＦＣに至るまでエッチングし、マスクＯＬＭ２を形成する。すなわち、工程ＳＴ８および工程ＳＴ９によって、第２の層ＶＬ２からマスクＯＬＭ２が形成される。マスクＯＬＭ２は、マスクＶＬＭを含む。マスクＯＬＭ２は、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣに設けられ、マスクＯＬＭ２上にはマスクＯＬＭ１と領域Ｒ３とが設けられている。マスクＯＬＭ２は、マスクＯＬＭ１および領域Ｒ３と、被エッチング層ＥＬとの間に設けられている。マスクＯＬＭ１と、領域Ｒ３と、マスクＯＬＭ２とによって、マスクＭＫ３が構成される。マスクＭＫ３は、被エッチング層ＥＬに対するエッチングにおいてマスクとして用いられる。
工程ＳＴ９における第４の層ＶＬ２２のエッチングでは、処理容器１２内において、ガスＧＦ（第６のガス）のプラズマを生成し、該プラズマとマスクＭＫ２とを用いて、工程ＳＴ３のエッチング後のマスクＯＬＭ１の形状を維持しつつ、第２の層ＶＬ２（具体的には第４の層ＶＬ２２）を被エッチング層ＥＬに至るまでエッチングする。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、水素ガスおよび窒素ガスの混合ガスを含むガスＧＦを処理ガスとして処理容器１２内に供給する。ガスＧＦは、窒素ガスと水素ガスとを含み得る。第１の高周波電源６２から高周波電力を供給する。第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力を供給する。排気装置５０を動作させることによって、処理容器１２内の空間の圧力を所定の圧力に設定する。これによって、ガスＧＦのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の活性種は、第４の層ＶＬ２２をエッチングする。これによって、図４の（ｂ）部に示すように、第４の層ＶＬ２２がエッチングされる。従って、工程ＳＴ９までの工程で第２の層ＶＬ２がエッチングされて、マスクＯＬＭ２が形成される。
工程ＳＴ９までの工程で形成されるマスクＭＫ３の側面は、図５の（ａ）部に示すように、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣに対して十分な垂直性を有する。マスクＭＫ３の側面と、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣのうち当該側面に接続する領域との成す角θ１は概ね直角である。このようなマスクＭＫ３の垂直性は、工程ＳＴ８から工程ＳＴ９までにおいて、マスクＭＫ２に含まれる領域Ｒ３、すなわち、シーケンスＳＱ１および工程ＳＴ６によって有機膜ＯＬの側面に形成されたシリコン酸化膜である保護膜ＳＸ（領域Ｒ３）によって、有機膜ＯＬ（マスクＯＬＭ１）の側面が保護されたことに起因する。一方、図５の（ｂ）部に示すように、比較例として、有機膜ＯＬの側面にシリコン酸化膜等の保護膜が形成されていないウエハＷ１において、有機膜ＯＬがマスクＡＬＭの除去後にエッチングされ有機膜ＯＬからマスクＯＬＭ３が形成された場合には、マスクＯＬＭ３の側面は、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣの上方に向かって先細りしたテーパ―形状となり、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣに対して充分な垂直性を有さない。すなわち、マスクＡＬＭの除去後のエッチングによって有機膜ＯＬから形成されたマスクＯＬＭ３の側面と、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣのうち当該側面に接続する領域との成す角θ２は、上記したマスクＭＫ３の側面についての角θ１よりも大きい。従って、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣに対するマスクＭＫ３の側面の垂直性は、マスクＡＬＭの除去後に行われる工程ＳＴ９のエッチングにおいて保護膜ＳＸ（領域Ｒ３）が有機膜ＯＬ（マスクＯＬＭ１）を保護することによって、実現され得る。
工程ＳＴ９に引き続き、シーケンスＳＱ２〜工程ＳＴ１１の一連の工程を実行する。シーケンスＳＱ２〜工程ＳＴ１１の一連の工程は、被エッチング層ＥＬをエッチングする工程である。シーケンスＳＱ２〜工程ＳＴ１１の一連の工程では、特に、シーケンスＳＱ２が繰り返し実行され、被エッチング層ＥＬが原子層毎に除去されることによって、被エッチング層ＥＬがエッチングされる。
まず、工程ＳＴ９に引き続きシーケンスＳＱ２を一回（単位サイクル）以上実行する。シーケンスＳＱ２は、ＡＬＥ（Atomic Layer Etching）法と同様の方法によって、被エッチング層ＥＬのうちマスクＭＫ２で覆われていない領域を、マスクＭＫ３のパターンの疎密によらず高選択比で精密にエッチングする一連の工程であり、シーケンスＳＱ２において順次実行される工程ＳＴ１０ａ、工程ＳＴ１０ｂ、工程ＳＴ１０ｃ、工程ＳＴ１０ｄを含む。
工程ＳＴ１０ａは、処理容器１２内においてガスＧＧ（第７のガス）のプラズマを生成し、図４の（ｂ）部に示すように、このプラズマに含まれるラジカルを含む混合層ＭＸを被エッチング層ＥＬの表面ＦＣの原子層に形成する。工程ＳＴ１０ａにおいて、ウエハＷが静電チャックＥＳＣ上に載置されている状態で、処理容器１２内にガスＧＧを供給し、当該ガスＧＧのプラズマを生成する。ガスＧＧは、シリコンを含有する被エッチング層ＥＬのエッチングに適したエッチャントガスであり、フルオロカーボン系ガスと希ガスと酸素ガスとを含み、例えばＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２ガスであり得る。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースからＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２ガスを含むガスＧＧを処理容器１２内に供給する。そして、第１の高周波電源６２から高周波電力を供給し、第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力を供給し、排気装置５０を動作させることによって処理容器１２内の空間の圧力を予め設定された圧力に設定する。このようにして、ガスＧＧのプラズマが処理容器１２内において生成される。ガスＧＧのプラズマは炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルを含む。
図７は、図１に示す方法（シーケンスＳＱ２）におけるエッチングの原理を示す図である。図７において、白抜きの円（白丸）は、被エッチング層ＥＬを構成する原子を示しており、黒塗りの円（黒丸）はラジカルを示しており、円で囲まれた「＋」は後述のガスＧＨに含まれる希ガスの原子のイオン（例えばＡｒ原子のイオン）を示している。図７の（ａ）部に示すように、工程ＳＴ１０ａによって、ガスＧＧのプラズマに含まれる炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルが、被エッチング層ＥＬの表面の原子層に供給される。このように、工程ＳＴ１０ａによって、被エッチング層ＥＬを構成する原子と炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルとを含む混合層ＭＸが、被エッチング層ＥＬの表面の原子層に形成される。
以上のように、ガスＧＧがフルオロカーボン系ガスを含むので、工程ＳＴ１０ａにおいて、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣの原子層にフッ素ラジカルおよび炭素ラジカルが供給され、表面ＦＣの原子層に当該両ラジカルを含有する混合層ＭＸが形成され得る。なお、フッ素ラジカル量の調節は、電源７０による直流電圧によって制御され得る。
工程ＳＴ１０ａに引き続く工程ＳＴ１０ｂでは、処理容器１２内の空間をパージする。具体的には、工程ＳＴ１０ａにおいて供給されたガスＧＧが排気される。工程ＳＴ１０ｂでは、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス（例えばＡｒガス等）といった不活性ガスを処理容器１２に供給してもよい。すなわち、工程ＳＴ１０ｂのパージは、不活性ガスを処理容器１２内に流すガスパージ、または真空引きによるパージの何れであってもよい。
工程ＳＴ１０ｂに引き続く工程ＳＴ１０ｃにおいて、処理容器１２内においてガスＧＨ（第８のガス）のプラズマを生成し、該プラズマにバイアス電圧を印可して混合層ＭＸを除去する。ガスＧＨは、希ガスを含み、例えばＡｒガスを含み得る。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから希ガス（例えばＡｒガス）を含むガスＧＨが処理容器１２内に供給され、第１の高周波電源６２から高周波電力が供給され、第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力が供給され、排気装置５０を動作させることによって処理容器１２内の空間の圧力が予め設定された圧力に設定される。このようにして、ガスＧＨのプラズマが処理容器１２内において生成される。生成されたプラズマ中のガスＧＨの原子のイオン（例えばＡｒ原子のイオン）は、高周波バイアス電力による鉛直方向への引き込みによって、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣの混合層ＭＸに衝突し、混合層ＭＸにエネルギーを供給する。図７の（ｂ）部に示すように、工程ＳＴ１０ｃによって、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣに形成された混合層ＭＸにガスＧＨの原子のイオンを介してエネルギーが供給され、このエネルギーによって被エッチング層ＥＬから混合層ＭＸが除去され得る。
以上のように、ガスＧＨが希ガスを含むので、工程ＳＴ１０ｃにおいて、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣに形成された混合層ＭＸは、当該希ガスのプラズマがバイアス電圧によって受けるエネルギーによって、表面ＦＣから除去され得る。
工程ＳＴ１０ｃに引き続く工程ＳＴ１０ｄでは、処理容器１２内の空間をパージする。具体的には、工程ＳＴ１０ｃにおいて供給されたガスＧＨが排気される。工程ＳＴ１０ｄでは、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス（例えばＡｒガス等）といった不活性ガスを処理容器１２に供給してもよい。すなわち、工程ＳＴ１０ｄのパージは、不活性ガスを処理容器１２内に流すガスパージ、または真空引きによるパージの何れであってもよい。図７の（ｃ）部に示すように、工程ＳＴ１０ｄで行われるパージによって、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣの混合層ＭＸを構成する原子、および、ガスＧＨのプラズマに含まれる過剰なイオン（例えばＡｒ原子のイオン）も十分に除去され得る。
シーケンスＳＱ２に引き続く工程ＳＴ１１では、シーケンスＳＱ２の実行を終了するか否かを判定する。具体的には、工程ＳＴ１１では、シーケンスＳＱ２の実行回数が予め設定された回数に達したか否かを判定する。シーケンスＳＱ２の実行回数の決定は、被エッチング層ＥＬに対するエッチングの程度（深さ）を決定することである。シーケンスＳＱ２は、基板ＳＢの表面に至るまで被エッチング層ＥＬをエッチングするように、繰り返し実行され得る。すなわち、１回（単位サイクル）のシーケンスＳＱ２の実行によってエッチングされる被エッチング層ＥＬの厚みとシーケンスＳＱ２の実行回数との積が被エッチング層ＥＬ自体の全厚みとなるように、シーケンスＳＱ２の実行回数が決定され得る。したがって、被エッチング層ＥＬの厚みに応じて、シーケンスＳＱ２の実行回数が設定され得る。
工程ＳＴ１１においてシーケンスＳＱ２の実行回数が予め設定された回数に達していないと判定される場合には（工程ＳＴ１１：ＮＯ）、シーケンスＳＱ２の実行が再び繰り返される。一方、工程ＳＴ１１においてシーケンスＳＱ２の実行回数が予め設定された回数に達していると判定される場合には（工程ＳＴ１１：ＹＥＳ）、シーケンスＳＱ２の実行が終了される。これによって、図４の（ｃ）部に示すように、被エッチング層ＥＬがエッチングされて、パターンＥＬ１が形成される。パターンＥＬ１は、基板ＳＢの表面に設けられる。パターンＥＬ１は、基板ＳＢとマスクＯＬＭ２との間にある。すなわち、シーケンスＳＱ２が予め設定された回数だけ繰り返されることによって、被エッチング層ＥＬが、マスクＭＫ３（マスクＭＫ１）のパターンの粗密によらずに高選択比で精密にエッチングされる。
なお、シーケンスＳＱ２および工程ＳＴ１１の一連の工程によって、被エッチング層ＥＬがエッチングされると共に、図４の（ｃ）部に示すように、マスクＭＫ３のうちマスクＯＬＭ１および領域Ｒ３がエッチングによって除去され、マスクＯＬＭ２が残存する。
工程ＳＴ１１：ＹＥＳに引き続く工程ＳＴ１２では、ウエハＷが収容されたプラズマ処理装置１０の処理容器１２内において、ガスＧＩのプラズマを生成し、該プラズマを用いて、マスクＭＫ３のうち工程ＳＴ１１：ＹＥＳに至るまでに残存したマスクＯＬＭ２をエッチングによって除去する。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択したガスソースから、ガスＧＩを処理ガスとして処理容器１２内に供給する。ガスＧＩは、酸素ガスを含む。そして、第１の高周波電源６２から高周波電力を供給する。第２の高周波電源６４から高周波バイアス電力を供給する。排気装置５０を動作させることによって、処理容器１２内の圧力を所定の圧力に設定する。以上のようにして、ガスＧＩのプラズマが処理容器１２の処理空間Ｓｐ内で生成される。生成されたプラズマ中の酸素の活性種である酸素ラジカルは、マスクＯＬＭ２をエッチングする。工程ＳＴ１２に至るまでに、反射防止膜ＡＬおよび有機膜ＯＬがウエハＷから除去され、ウエハＷには、図４の（ｄ）部に示すように、基板ＳＢと、基板ＳＢ上に設けられるパターンＥＬ１とが残存する。パターンＥＬ１は、工程ＳＴ１２によって、被エッチング層ＥＬから形成さる。
以下、工程ＳＴ２〜ＳＴ４、工程ＳＴ５ａ、工程ＳＴ５ｃ、工程ＳＴ７〜ＳＴ９、工程ＳＴ１０ａ、工程ＳＴ１０ｃ、工程ＳＴ１２、シーケンスＳＱ１、シーケンスＳＱ２のそれぞれの主なプロセス条件の実施例を示す。
＜工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：５０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：５００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：３００［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス：ＣＦ４ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：６００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：２８［ｓ］
＜工程ＳＴ３＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：２０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：５００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：４００［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＡ）：Ｎ２／Ｈ２
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（Ｎ２ガス）２００［ｓｃｃｍ］、（Ｈ２ガス）２００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：４０［ｓ］
＜工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：５０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：３００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：０［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：−９００［Ｖ］
・処理ガス：Ｈ２／Ａｒガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（Ｈ２ガス）１００［ｓｃｃｍ］、（Ａｒガス）８００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：６０［ｓ］
＜工程ＳＴ５ａ＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：１００［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：０［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：０［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＢ）：モノアミノシラン（Ｈ３−Ｓｉ−Ｒ（Ｒはアミノ基））
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：５０［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：１５［ｓ］
＜工程ＳＴ５ｃ＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：２００［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：３００［Ｗ］、１０［ｋＨｚ］、Ｄｕｔｙ５０
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：０［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＣ）：ＣＯ２ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：３００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：５［ｓ］
なお、工程ＳＴ５ｃでは、上記のプロセス条件のもとで行う処理の実行前に、以下の処理が実行される。
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：０［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：０［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＣ）：ＣＯ２ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：３００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：１０［ｓ］
＜工程ＳＴ７＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：２０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：１００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：１００［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＤ）：ＣＦ４／Ａｒガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（ＣＦ４ガス）５０［ｓｃｃｍ］、（Ａｒガス）３００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：２５［ｓ］
＜工程ＳＴ８＞
（条件Ｃｏｎｄ１）
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：５０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：１００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：３００［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＥ）：ＣＨ３Ｆ／Ａｒ／Ｏ２ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（ＣＨ３Ｆガス）４０［ｓｃｃｍ］、（Ａｒガス）９０［ｓｃｃｍ］、（Ｏ２ガス）２２［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：４５［ｓ］
なお、工程ＳＴ８のプロセス条件の実施例は、上記の条件Ｃｏｎｄ１に代えて、下記の条件Ｃｏｎｄ２，Ｃｏｎｄ３の何れかを含み得る。
（条件Ｃｏｎｄ２）
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：１００［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：５００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：３００［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＥ）：ＣＦ４ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：２００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：３０［ｓ］
（条件Ｃｏｎｄ３）
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：２００［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：１００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：４００［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＥ）：Ｃｌ２／Ａｒ／Ｏ２ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（Ｃｌ２ガス）７０［ｓｃｃｍ］、（Ａｒガス）５００［ｓｃｃｍ］、（Ｏ２ガス）１８［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：３０［ｓ］
＜工程ＳＴ９＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：２０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：６００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：４００［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＦ）：Ｎ２／Ｈ２ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（Ｎ２ガス）２００［ｓｃｃｍ］、（Ｈ２ガス）２００［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：１５［ｓ］
＜工程ＳＴ１０ａ＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：３０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：１００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：３５０［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＧ）：Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（Ｃ４Ｆ６ガス）４（５）［ｓｃｃｍ］、（Ａｒガス）７５０［ｓｃｃｍ］、（Ｏ２ガス）３．５［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：３［ｓ］
＜工程ＳＴ１０ｃ＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：３０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：１００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：３５０［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＨ）：Ａｒガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：７５０［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：４．５［ｓ］
＜工程ＳＴ１２＞
・処理容器１２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：８０［ｍＴｏｒｒ］
・第１の高周波電源６２の高周波電力の値［Ｗ］：５００［Ｗ］
・第２の高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］：１５０［Ｗ］
・電源７０の直流電圧の値［Ｖ］：０［Ｖ］
・処理ガス（ガスＧＩ）：Ｏ２ガス
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：３７５［ｓｃｃｍ］
・処理時間［ｓ］：９０ｓ］
＜シーケンスＳＱ１＞
・繰り返し回数：１０回
＜シーケンスＳＱ２＞
・繰り返し回数：３０回
上記方法ＭＴでは、まず、有機膜ＯＬの一部（第１の層ＶＬ１）がエッチングされ、このエッチングによって形成されたマスクＯＬＭ１の側面ＳＦに、有機膜ＯＬの第２の層ＶＬ２がエッチングされる前に、保護膜ＳＸがコンフォーマルに形成される。このように、有機膜ＯＬのエッチングにおいて、シーケンスＳＱ１〜工程ＳＴ７までの一連の工程では、まず、有機膜ＯＬのエッチング後に形成される有機膜から成るマスクＯＬＭ１の側面ＳＦに保護膜ＳＸが形成されるので、後続の第２の層ＶＬ２のエッチング時において、マスクＯＬＭ１に対するエッチングが抑制され得る。従って、マスクＯＬＭ１の形状を維持しつつ、第２の層ＶＬ２のエッチングが可能となる。このため、シーケンスＳＱ１〜工程ＳＴ７までの一連の工程を含む有機膜ＯＬに対するエッチング処理（工程ＳＴ３〜工程ＳＴ９）において、エッチング後の有機膜のＴｏｐ ＣＤ（マスクＯＬＭ１の上端の幅に対応)とＢｏｔｔｏｍ ＣＤ（マスクＯＬＭ２の幅に対応）を独立に制御することができる。更に、工程ＳＴ９において、被エッチング層ＥＬのエッチング前にマスクＡＬＭが除去されるので、マスクＡＬＭが除去された時点において、有機膜（マスクＯＬＭ１およびマスクＯＬＭ２）の垂直形状が維持されている状態となっているので、後続の被エッチング層ＥＬに対するエッチング処理等において、プロセスマージンを拡大し得る。
また、ガスＧＥがフッ素、塩素のハロゲンを含有するので、マスクＡＬＭの除去が良好に行い得る。
また、ガスＧＡが水素ガスと窒素ガスとを含有するので、有機膜ＯＬ（特に第１の層ＶＬ１）に対するエッチングが良好に行い得る。
また、保護膜ＳＸが酸化膜であるので、酸化膜に対し高選択比のエッチングが第２の層ＶＬ２に対して行われる場合には、第２の層ＶＬ２に対するエッチング量が良好に制御され得る。
また、シーケンスＳＱ１および工程ＳＴ６は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法と同様の方法によって、第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）の側面ＳＦに保護膜ＳＸがコンフォーマルに形成されるので、第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）に対する保護の強度が向上されると共に、第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）を保護する保護膜ＳＸが均一な膜厚で形成できる。
また、ガスＧＢがアミノシラン系ガスを含むので、工程ＳＴ５ａによって、シリコンの反応前駆体が第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）の側面ＳＦ等の原子層に沿って第１の領域等の上に形成される。
また、モノアミノシランを含むガスＧＢを用いて、工程ＳＴ５ａにおいてシリコンの反応前駆体の形成が行える。
また、ガスＧＢに含まれるアミノシラン系ガスは、１〜３個のアミノ基を有するアミノシランを含み得る。また、ガスＧＢに含まれるアミノシラン系ガスには、１〜３個のケイ素原子を有するアミノシランを用いることができる。また、ガスＧＢに含まれるアミノシラン系ガスには、１〜３個のアミノ基を有するアミノシランを用いることができる。
また、ガスＧＣが酸素原子を含むので、工程ＳＴ５ｃにおいて、当該酸素原子が第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）等の上に設けられるシリコンの反応前駆体と結合することによって、第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）等の上に酸化シリコンの保護膜がコンフォーマルに形成され得る。また、ガスＧＣが二酸化炭素ガスの場合、ガスＧＣが炭素原子を含むので、酸素原子による第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）等に対する浸食が当該炭素原子によって抑制され得る。
また、シーケンスＳＱ１を繰り返し実行することによって形成される保護膜ＳＸに対するエッチングがフッ素を含むガスＧＤのプラズマを用いて異方的に行われ、第２の層ＶＬ２の表面に形成された保護膜ＳＸ（特に領域Ｒ２）が選択的に除去され得るので、この除去の後において、第２の層ＶＬ２に対するエッチングが可能となる。
また、ガスＧＤがフルオロカーボンガスを含むので、シーケンスＳＱ１および工程ＳＴ６で形成された保護膜ＳＸ（特に領域Ｒ１および領域Ｒ２）をエッチングし得る。
また、工程ＳＴ３において、第１の層ＶＬ１を第２の層ＶＬ２に至るまでエッチングした後に、第１の層ＶＬ１（特にマスクＯＬＭ１）に二次電子を照射するので、保護膜ＳＸの形成前にマスクＯＬＭ１を改質することができ、後続の工程によるマスクＯＬＭ１の損傷を抑制することができる。
また、第２の層ＶＬ２特に第４の層ＶＬ２２が被エッチング層ＥＬに至るまでエッチングされるので、被エッチング層ＥＬの表面ＦＣが露出され、被エッチング層ＥＬに対する後続のエッチングが可能となる。
また、水素ガスと窒素ガスとを含むガスＧＦのプラズマによって、有機膜（有機膜ＯＬの第２の層ＶＬ２、特に、第４の層ＶＬ２２）に対するエッチングが垂直性良く行え、よって、エッチングによるパターン幅の変動が抑制され得る。
また、シーケンスＳＱ２および工程ＳＴ１１の一連の工程は、（Atomic Layer Etching）法と同様の方法によって、被エッチング層ＥＬを原子層毎に除去することができる。
また、第２の層ＶＬ２の厚みＬＭが１０［ｎｍ］以上２０［ｎｍ］以下であれば、工程ＳＴ８において第２の層ＶＬ２の幅が良好に調節し得る。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１２ｅ…排気口、１２ｇ…搬入出口、１４…支持部、１８ａ…第１プレート、１８ｂ…第２プレート、２２…直流電源、２３…スイッチ、２４…冷媒流路、２６ａ…配管、２６ｂ…配管、２８…ガス供給ライン、３０…上部電極、３２…絶縁性遮蔽部材、３４…電極板、３４ａ…ガス吐出孔、３６…電極支持体、３６ａ…ガス拡散室、３６ｂ…ガス通流孔、３６ｃ…ガス導入口、３８…ガス供給管、４０…ガスソース群、４２…バルブ群、４５…流量制御器群、４６…デポシールド、４８…排気プレート、５０…排気装置、５２…排気管、５４…ゲートバルブ、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、６６…整合器、６８…整合器、７０…電源、ＡＬ…反射防止膜、ＡＬＭ…マスク、Ｃｎｔ…制御部、ＥＬ…被エッチング層、ＥＬ１…パターン、ＥＳＣ…静電チャック、ＦＣ…表面、ＦＲ…フォーカスリング、ＧＢ…ガス、ＨＰ…ヒータ電源、ＨＴ…ヒータ、ＬＥ…下部電極、ＬＭ…厚み、Ｌｙ１…層、Ｌｙ２…層、ＭＫ１…マスク、ＭＫ２…マスク、ＭＫ３…マスク、ＭＴ…方法、ＯＬ…有機膜、ＯＬＭ１…マスク、ＯＬＭ２…マスク、ＯＬＭ３…マスク、Ｐ１…ガスＧＣのプラズマ、ＰＤ…載置台、Ｒ１…領域、Ｒ２…領域、Ｒ３…領域、ＳＢ…基板、ＳＦ…側面、Ｓｐ…処理空間、ＳＱ１…シーケンス、ＳＱ２…シーケンス、ＳＸ…保護膜、ＶＬ１…第１の層、ＶＬ２…第２の層、ＶＬ２１…第３の層、ＶＬ２２…第４の層、ＶＬＭ…マスク、Ｗ…ウエハ、Ｗ１…ウエハ。

Claims (17)

  1. 被処理体を処理する方法であって、該被処理体は被エッチング層と該被エッチング層上に設けられた有機膜と該有機膜上に設けられたマスクとを備え、該有機膜は第１の層と第２の層とによって構成され、該マスクは該第１の層上に設けられ、該第１の層は該第２の層上に設けられ、該第２の層は該被エッチング層上に設けられ、該方法は、
    前記被処理体が収容されたプラズマ処理装置の処理容器内において、第１のガスのプラズマを生成し、該プラズマと前記マスクとを用いて前記第１の層を前記第２の層に至るまでエッチングした後に、該エッチングによって形成された該第１の層の側面に保護膜をコンフォーマルに形成する工程と、
    前記処理容器内において、第２のガスのプラズマを生成し、該プラズマを用いて前記マスクを除去する工程と、
    を備え、
    前記保護膜は、酸化膜であり、
    前記マスクを除去する前記工程は、前記被エッチング層をエッチングする処理の実行前に実行される、
    方法。
  2. 前記第２のガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガス、塩素ガスのうち何れか一のガスを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１のガスは、水素ガスと窒素ガスとを含む、
    請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 前記保護膜をコンフォーマルに形成する前記工程は、前記第１の層を前記第２の層に至るまでエッチングした後において、
    前記処理容器内に第３のガスを供給する工程と、
    前記第３のガスを供給する前記工程の実行後に、前記処理容器内の空間をパージする工程と、
    前記空間をパージする前記工程の実行後に、前記処理容器内において第４のガスのプラズマを生成する工程と、
    前記第４のガスのプラズマを生成する前記工程の実行後に、前記処理容器内の空間をパージする工程と、
    を含む第１シーケンスを繰り返し実行することによって、前記第１の層の前記側面に前記保護膜をコンフォーマルに形成し、
    前記第３のガスを供給する前記工程は、該第３のガスのプラズマを生成しない、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
  5. 前記第３のガスは、アミノシラン系ガスを含む、
    請求項４に記載の方法。
  6. 前記第３のガスは、モノアミノシランを含む、
    請求項５に記載の方法。
  7. 前記第３のガスに含まれるアミノシラン系ガスは、１〜３個のケイ素原子を有するアミノシランを含む、
    請求項５に記載の方法。
  8. 前記第３のガスに含まれるアミノシラン系ガスは、１〜３個のアミノ基を有するアミノシランを含む、
    請求項５または請求項７に記載の方法。
  9. 前記第４のガスは、酸素原子を含む、
    請求項４〜８の何れか一項に記載の方法。
  10. 前記第４のガスは、二酸化炭素ガスまたは酸素ガスを含む、
    請求項９に記載の方法。
  11. 前記保護膜をコンフォーマルに形成する前記工程は、
    前記第１シーケンスを繰り返し実行した後に前記処理容器内において第５のガスのプラズマを生成し、該第１シーケンスを繰り返し実行したことによって前記第２の層の表面に形成された膜を、該プラズマを用いて除去する工程を更に含み、
    前記第５のガスは、フッ素を含む、
    請求項４〜１０の何れか一項に記載の方法。
  12. 前記第５のガスは、フルオロカーボンガスを含む、
    請求項１１に記載の方法。
  13. 前記保護膜をコンフォーマルに形成する前記工程は、前記第１の層を前記第２の層に至るまでエッチングした後であって該第１の層の前記側面に該保護膜をコンフォーマルに形成する前において、前記処理容器内でプラズマを発生させて該処理容器に設けられた上部電極に負の直流電圧を印可することにより、該第１の層に二次電子を照射する工程を備える、
    請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。
  14. 前記マスクを除去する前記工程の実行後において、前記処理容器内において、第６のガスのプラズマを生成し、該プラズマと前記第１の層と前記保護膜とを用いて、エッチング後の前記第１の層の形状を維持しつつ、前記第２の層を前記被エッチング層に至るまでエッチングする工程を更に備える、
    請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。
  15. 前記第６のガスは、窒素ガスと水素ガスとを含む、
    請求項１４に記載の方法。
  16. 前記第２の層をエッチングする前記工程の実行後において、前記被エッチング層をエッチングする工程を更に備え、
    前記被エッチング層をエッチングする前記工程は、
    前記処理容器内において第７のガスのプラズマを生成し、該プラズマに含まれるラジカルを含む混合層を前記被エッチング層の表面の原子層に形成する工程と、
    前記混合層を形成する前記工程の実行後に、前記処理容器内の空間をパージする工程と、
    前記空間をパージする前記工程の実行後に、前記処理容器内において第８のガスのプラズマを生成し、該プラズマにバイアス電圧を印加して、前記混合層を除去する工程と、
    前記混合層を除去する前記工程の実行後に、前記処理容器内の空間をパージする工程と、
    を含む第２シーケンスを繰り返し実行し、前記被エッチング層を原子層毎に除去することによって、該被エッチング層をエッチングし、
    前記第７のガスは、フルオロカーボンガスと希ガスと酸素ガスとを含み、
    前記第８のガスは、希ガスを含む、
    請求項１４または請求項１５に記載の方法。
  17. 前記マスクを除去する前記工程の実行前において、前記第２の層の厚みは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、
    請求項１〜１６の何れか一項に記載の方法。
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