CN104471686B - 等离子体蚀刻方法和等离子体蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体蚀刻方法，在实施方式的一个例子中，包括利用由含氢气体形成的等离子体对形成为规定图案的光致抗蚀剂的表面进行等离子体处理的等离子体处理步骤。另外，等离子体蚀刻方法，在实施方式的一个例子中，包括以被等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模、利用CF类气体和含CHF类气体对含硅膜进行蚀刻的蚀刻步骤。另外，等离子体蚀刻方法，在实施方式的一个例子中，将等离子体处理步骤和蚀刻步骤至少反复2次以上。

Description

等离子体蚀刻方法和等离子体蚀刻装置
技术领域
本发明涉及等离子体蚀刻方法和等离子体蚀刻装置。
背景技术
一直以来，具有利用抗蚀剂掩模对SiON膜进行蚀刻的技术。例如，具有利用含氟气体(含CHF3气体)对SiON膜进行蚀刻的技术。另外，例如，具有使用H2气体作为蚀刻气体对SiON膜进行蚀刻的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-163349号公报
专利文献2：日本特开平7-106308号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
但是，在上述的现有技术中，利用蚀刻将抗蚀剂掩模的粗糙性转印到其下层的SiON膜等，因此存在所形成的线粗糙的问题。例如，利用蚀刻形成的线的线宽不均，利用蚀刻形成的线的边缘不均。
用于解决技术课题的技术方案
本申请公开的蚀刻方法，在一个实施方式中，包括：等离子体处理步骤，利用由含氢气体形成的等离子体对形成在被处理体上的具有规定图案的光致抗蚀剂的表面进行等离子体处理；和蚀刻步骤，以被所述等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模，利用由CF类气体和含CHF类气体形成的等离子体对含硅膜进行蚀刻。
发明效果
根据公开的蚀刻装置的一个方式，起到能够减少通过蚀刻形成的线的粗糙度的效果。
附图说明
图1是表示第1实施方式的等离子体蚀刻装置的一个例子的截面图。
图2是示意地表示在第1实施方式的等离子体蚀刻装置的腔室的周围配置的多极磁铁的水平截面图。
图3是用于说明第1实施方式的等离子体蚀刻装置的扇形磁铁的旋转动作和此时的磁场的变化的图。
图4是表示第1实施方式中的被处理体的构造的一个例子的截面图。
图5是表示第1实施方式的等离子体蚀刻方法的流程的一个例子的图。
图6是表示关于SWR的图。
图7是表示关于LER的图。
图8表示在第1实施方式中的等离子体处理步骤后进行了蚀刻的情况和不进行等离子体处理步骤而进行了蚀刻的情况的差异的图。
图9表示在第1实施方式中的等离子体处理步骤后进行了蚀刻的情况和不进行等离子体处理步骤而进行了蚀刻的情况的差异的图。
图10是表示在第1实施方式中的等离子体处理中使用的含氢气体的种类导致的影响的图。
图11是表示在第1实施方式中的等离子体处理中使用的含氢气体的种类导致的影响的图。
图12是表示第1实施方式中的被处理体的温度和压力的关系的图。
图13是表示第1实施方式中的进行等离子体处理的时间和光致抗蚀剂的粗糙度的关系的图。
图14是表示第1实施方式中的进行等离子体处理的时间和光致抗蚀剂的粗糙度的关系的图。
图15是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图16是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图17是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图18是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图19是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图20是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图21是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图22是表示将第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。
图23是表示在第1实施方式中在等离子体处理中使用H2/N2气体的情况下的被处理体的变化的一个例子的图。
图24是表示在第1实施方式中在等离子体处理中使用H2/N2/CH2F2气体、H2/N2/CHF3气体或HBr气体的情况下的被处理体的变化的一个例子的图。
图25是表示在第1实施方式中在等离子体处理中使用H2/N2/CH4气体的情况下的被处理体的变化的一个例子的图。
具体实施方式
以下，对公开的蚀刻装置和蚀刻方法的实施，基于附图进行详细说明。此外，公开的发明不受本实施例限定。各实施例在不使处理内容产生矛盾的范围内能够适当组合。
等离子体蚀刻方法包括：通过利用含氢气体的等离子体对形成在被处理体上的具有规定的图案的光致抗蚀剂的表面进行等离子体处理的等离子体处理步骤；和以被等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模通过利用CF类气体和含CHF类气体的等离子体对含硅膜进行蚀刻的蚀刻步骤。
等离子体蚀刻方法，在一个实施方式中，将等离子体处理步骤和蚀刻步骤至少反复2次以上。
等离子体蚀刻方法，在一个实施方式中，将等离子体处理步骤和蚀刻步骤至少反复2次以上，等离子体处理步骤的初次的处理时间比等离子体处理步骤的第2次以后的处理时间长。
等离子体蚀刻方法，在一个实施方式中，含氢气体包含H2气体、H2/Ar气体、HBr气体、H2/N2气体、N2气体、H2/N2/CH4气体中的至少一者。
等离子体蚀刻方法，在一个实施方式中，CF类气体为CF4，含CHF类气体为CHF3气体。
等离子体蚀刻方法，在一个实施方式中，等离子体处理步骤和蚀刻步骤分别执行规定时间以上。
等离子体蚀刻方法，在一个实施方式中，等离子体处理步骤以比蚀刻步骤的压力低的压力执行。
等离子体蚀刻方法，在一个实施方式中，等离子体处理步骤以比蚀刻步骤的被处理体的温度高的温度执行。
等离子体蚀刻装置，在一个实施方式中，包括：用于对被处理体进行等离子体蚀刻处理的腔室；用于对腔室内进行减压的减压部；用于对腔室内供给处理气体的气体供给部；和控制部，其进行控制，使得在通过利用含氢气体的等离子体对设置在被处理体的光致抗蚀剂的表面进行等离子体处理后，以被等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模利用CF类气体和含CHF类气体对被处理体的含硅膜进行蚀刻。
(第1实施方式的蚀刻装置)
图1是表示第1实施方式的等离子体蚀刻装置的一个例子的截面图。在图1所示的例子中，作为等离子体蚀刻装置100表示了平行平板型等离子体蚀刻装置。如图1所示，等离子体蚀刻装置100具有腔室(处理容器)1。腔室(处理容器)1气密地构成，呈由小径的上部1a和大径的下部1b形成的带有台阶差的圆筒状，壁部例如由铝形成。
腔室1内设置有水平地支承成为被处理体的晶片W的支承台2。支承台2例如由铝形成，经由绝缘板3被支承在导体的支承台4。另外，在支承台2的上方的外周设置有例如由Si形成的聚焦环5。支承台2和支承台4通过包括滚珠丝杠7的滚珠丝杠机构能够升降，支承台4的下方的驱动部分由不锈钢(SUS)制的波纹管8覆盖。波纹管8的外侧设置有波纹管罩9。此外，聚焦环5的外侧设置有挡板10，通过挡板10、支承台4、波纹管8与腔室1导通。腔室1被接地。
在腔室1的下部1b的侧壁形成有排气端口11，在排气端口11连接有排气系统12。腔室1能够通过使排气系统12的真空泵工作而将内部减压至规定的真空度。另一方面，在腔室1的下部1b的侧壁上侧设置有开闭晶片W的搬入搬出口的闸阀13。也将排气系统12称为“减压部”。
支承台2经由匹配器14与等离子体形成用的第1高频电源15连接，从第1高频电源15向支承台2供给规定的频率的高频电力。相对于支承台2在其上方相互平行地设置有后述的喷淋头20。喷淋头20被接地。支承台2和喷淋头20作为一对电极发挥作用。
第1高频电源15的供电线经由匹配器25与第2高频电源26连接。第2高频电源26供给频率比第1高频电源15的频率低的高频电力，叠加于等离子体形成用的高频电力。
在支承台2的表面上设置有用于对晶片W进行静电吸附而保持该晶片W的静电吸盘6。静电吸盘6通过在绝缘体6b之间设置有电极6a而构成，电极6a与直流电源16连接。而且，通过从直流电源16对电极6a施加电压，利用静电力例如库仑力来吸附晶片W。
支承台2的内部设置有致冷剂室17，在致冷剂室17中，致冷剂经由致冷剂导入管17a被导入并从致冷剂排出管17b排出而进行循环，其冷热经由支承台2热传导至晶片W，由此，将晶片W的处理面控制在所期望的温度。
另外，即使腔室1由排气系统12排气而保持为真空，将冷却气体通过气体导入机构18经由气体供给管路19导入静电吸盘6的正面和晶片W的背面之间，使得能够利用在致冷剂室17中循环的致冷剂将晶片W有效地冷却。像这样通过导入冷却气体，致冷剂的冷热被有效地传递至晶片W，能够提高晶片W的冷却效率。作为冷却气体能够使用例如He等。
喷淋头20以与支承台2相对的方式设置在腔室1的顶壁部分。喷淋头20的下表面设置有多个气体排出孔22，在上部具有气体导入部20a。另外，喷淋头20在内部形成有空间21。气体导入部20a与气体供给配管23a连接，气体供给配管23a的另一端与供给由蚀刻气体和稀释气体形成的处理气体的处理气体供给系统23连接。也将处理气体供给系统23称为“气体供给部”。
这样的处理气体从处理气体供给系统23经由气体供给配管23a、气体导入部20a到达喷淋头20的空间21，从气体排出孔22排出。
在腔室1的上部1a的周围同心状地配置有多极磁铁24，在支承台2和喷淋头20之间的处理空间的周围形成磁场。多极磁铁24通过未图示的旋转机构能够旋转。
图2是示意地表示在第1实施方式的等离子体蚀刻装置的腔室的周围配置的多极磁铁的水平截面图。如图2的水平截面图所示，多极磁铁24构成为由永久磁铁形成的多个瓦形磁铁(扇形磁铁、segment magnets)31以由未图示的支承部件支承的状态配置成环状。在该例中，16个扇形磁铁31以多极状态配置成环状(同心圆状)。即，在多极磁铁24中，相邻的多个扇形磁铁31彼此的磁极的方向相互相反地配置，所以，磁力线如图所示在相邻的扇形磁铁31之间形成，仅在处理空间的周边部形成有例如0.02～0.2T(200～2000Gauss)、优选0.03～0.045T(300～450Gauss)的磁场，晶片配置部分实际上称为无磁场状态。如上所述那样规定磁场强度是因为，当磁场过强时成为磁场泄露的原因，当过弱时不能够获得封闭(关闭在里面)等离子体效果。其中，适当的磁场強度也依赖于装置构造等，因此，其范围根据装置而不同。此外，晶片配置部分中的实际上无磁场状态，不仅是完全不存在磁场的情况，也包括在晶片配置部分不形成对蚀刻处理产生影响的磁场而存在实际上对晶片处理不产生影响的磁场的情况。此外，图2是示意地表示配置在图1的装置的腔室的周围的多极磁铁24的水平截面图。
在图2所示的状态下，晶片周边部被施加例如磁通密度420μT(4.2Gauss)以下的磁场，由此，能够发挥封闭等离子体的作用。
图3是用于说明第1实施方式的等离子体蚀刻装置的扇形磁铁的旋转动作和此时的磁场的变化的图。各扇形磁铁31构成为通过未图示的扇形磁铁旋转机构以垂直方向的轴为中心自由旋转。如图2和图3(a)所示，从各扇形磁铁31的磁极朝向腔室1侧的状态开始，成为例如图3(b)、图3(c)那样相邻的扇形磁铁31同步地向反方向旋转。因此，每隔一个扇形磁铁31向相同方向旋转。此外，图3(b)表示扇形磁铁31旋转了45度的状态，图3(c)表示扇形磁铁31旋转了90度的状态。通过使扇形磁铁31按上述方式旋转，实质上能够在形成有多极磁场的状态和不形成多极磁场的状态之间切换。根据蚀刻的膜的种类，存在多极磁场有效地作用的情况和不发挥作用的情况，所以，通过如上所述能够对形成有多极磁场的状态和不形成多极磁场的状态进行切换，由此能够根据膜选择适当的蚀刻条件。
另外，等离子体蚀刻装置100的各构成部构成为与具有CPU的工艺处理控制器50连接而被控制。工艺处理控制器50连接有用户接口51，该用户接口51包括步骤管理者进行用于管理等离子体蚀刻装置100的指令的输入操作等的键盘、将等离子体蚀刻装置100的工作状况可视化地显示的显示器等。
另外，工艺处理控制器50与收纳有处理方案的存储部52连接，上述处理方案记录有用于通过工艺处理控制器50的控制实现在等离子体蚀刻装置100中执行的各种处理的控制程序和处理条件数据等。
另外，通过来自用户接口51的指示等将任意的处理方案从存储部52调出，由工艺处理控制器50进行执行，由此，可以在工艺处理控制器50的控制下，在等离子体蚀刻装置100中进行所期望的处理。作为处理方案，例如能够利用存储在CD-ROM、硬盘、软盘、闪存等的计算机可读取的存储介质的状态的处理方案，或者从其它的装置例如经由专用线路随时传送而利用的处理方案。工艺处理控制器50也称为“控制部”。
例如，工艺处理控制器50控制等离子体蚀刻装置100的各部，使其进行后述的等离子体蚀刻方法。列举更加详细的一个例子进行说明，工艺处理控制器50进行控制，使得在利用由含氢气体形成的等离子体对设置在被处理体的光致抗蚀剂的表面进行了等离子体处理后，以经过等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模利用由CF类气体和含CHF类气体形成的等离子体对被处理体的含硅膜进行蚀刻。关于等离子体蚀刻方法的详细内容在后文述说。在此，被处理体例如为晶片W。另外，含硅膜例如对应于SiON膜。
图4是表示第1实施方式中的被处理体的构造的一个例子的截面图。在图4所示的例子中，被处理体叠层有例如SiON(Silicon Oxy Nitride、氮氧化硅)201、TiN(氮化钛)202、SiON203、SOH204、SiON205、BARC206，在BARC206之上形成有规定的图案的PR(光致抗蚀剂)207。此外，在图4中表示的结构是一个例子。
(等离子体蚀刻方法)
第1实施方式的等离子体蚀刻方法以形成为规定的图案的光致抗蚀剂为掩模对含硅膜进行等离子体蚀刻。
例如，首先打开闸阀13，将作为被处理体的晶片W搬入腔室1内并载置在支承台2后，使支承台2上升至图示的位置，利用排气系统12的真空泵经由排气端口11将腔室1内排气。
然后，例如，从处理气体供给系统23将包含蚀刻气体和稀释气体的处理气体以规定的流量导入腔室1内，使腔室1内为规定的压力，在该状态下，从第1高频电源15对支承台2供给规定的高频电力。此时，通过从直流电源16对静电吸盘6的电极6a施加规定的电压，由此利用库仑力将晶片W吸附保持在静电吸盘6。另外，此时，在作为上部电极的喷淋头20和作为下部电极的支承台2之间形成高频电场。由此，供给至处理空间的处理气体被等离子体化，如以下详细说明的方式，进行以形成为规定的图案的光致抗蚀剂为掩模的含硅膜的等离子体蚀刻。
此外，这时，利用多极磁铁24在处理空间的周围形成如图2所示的磁场，由此，发挥封闭等离子体的效果，能够使晶片W的蚀刻速率均匀化。
另外，为了形成所期望的等离子体，而将等离子体生成用的第1高频电源15的频率和输出适当设定。从提高晶片W的正上方的等离子体密度的观点出发，优选频率为40MHz以上。另外，第2高频电源26是供给用于控制等离子体的离子能量的高频电力的电源，优选其频率比第1高频电源15的频率小，为3.2MHz以上。
另外，为了使蚀刻的形状性良好，调节晶片W的温度也是有效的。因此，设置有致冷剂室17，致冷剂在致冷剂室17中循环，冷热经由支承台2传递至晶片W，由此，将晶片W的处理面控制为所期望的温度。为了使蚀刻的形状性、即各向异性良好，优选将晶片W的温度调整为例如30～90℃左右。
另外，通过选择在等离子体蚀刻时使用的气体种类及其流量比，能够实现蚀刻形状的均匀化。另外，作为其它的处理条件的优选的范围，使腔室1内的气体压力为0.13～6.67Pa(1～50mTorr)，使第1高频电源15的频率为100MHz，使第2高频电源26的频率为13MHz，使由多极磁铁24形成的处理空间中的磁场的强度为5.6～45.4μT(56～454G)。通过采用这样的条件，能够与掩模图案的疏密差无关地使晶片W的蚀刻形状均匀化。
对第1实施方式的等离子体蚀刻方法进行更加详细的说明。图5是表示第1实施方式的等离子体蚀刻方法的流程的一个例子的图。如图5所示，在成为处理开始的刻时(步骤S101)，例如作为被处理体的晶片W被搬入腔室1内，载置在支承台2，使支承台2上升至图示的位置，利用排气系统12的真空泵通过排气端口11将腔室1内排气至规定的压力，执行等离子体处理(步骤S102)。例如，工艺处理控制器50利用由含氢气体形成的等离子体对光致抗蚀剂的表面进行等离子体处理。更详细来讲，工艺处理控制器50将含氢气体从处理气体供给系统23供给到腔室1，利用含氢气体的等离子体对被处理体的表面进行处理。
然后，执行蚀刻步骤(步骤S103)。例如，工艺处理控制器50以被等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模利用由CF类气体和含CHF类气体形成的等离子体对含硅膜进行蚀刻。更详细来讲，工艺处理控制器50将CF类气体和含CHF类气体从处理气体供给系统23供给到腔室1，利用CF类气体和含CHF类气体的等离子体对含硅膜进行蚀刻。
在此，等离子体处理步骤(工序)也被称为处理(cure)步骤(工序)。在等离子体处理步骤中，改善作为掩模使用的光致抗蚀剂的SWR(Side Wall Roughness：侧壁粗糙度)、LER(Line Edge Roughness：线边缘粗糙度)。
图6是表示关于SWR的图。图6的301是从上部观看的光致抗蚀剂。SWR表示光致抗蚀剂的线宽的偏差、不均匀性。例如，SWR如图6所示通过测定多个区间的线宽Wi，算出其偏差而得到。在图6所示的例中，通过分别测定线宽W1～W8，并算出所测定的线宽W1～W8的偏差而得到。偏差的数值是将所测定的线宽W1～W8的标准偏差σ的3倍的值即3σ作为SWR的值。
图7是表示关于LER的图。图7的302是从上部观看的光致抗蚀剂。LER表示边缘的偏差、不均匀性。例如，LER通过如图7所示测定多个区间的边缘位置，计算出所检测的位置的偏差而得到。例如，在图7所示的例中，通过测定位置1～位置8，算出与边缘的位置的平均的偏差而得到。以下，将位于线的2个边缘中的一方记载为LER(R)，将另一方记载为LER(L)。此外，以下，适当地一并使用作为将SWR和LER(R)和LER(L)的值相加而得到的值的“Sum”进行说明。此外，SWR、LER(R)、LER(L)和Sum分别表示值越大不均匀性越高，并且表示值越小不均匀性越低。偏差的数值是将相对所测定的位置1～位置8的与边缘的位置的平均的差的标准偏差σ的3倍的值即3σ作为LER(R)、LER(L)的值。
图8和图9是表示在第1实施方式中的等离子体处理步骤后进行了蚀刻的情况和不进行等离子体处理步骤而进行了蚀刻的情况的差异的图。图8中，“Initial(初始)”表示处理前的被处理体，“Post Cure(处理后)”表示在进行了一次等离子体处理步骤后的被处理体，“Post穿破(Post breakthrough、穿破后)”表示在进行了一次等离子体处理步骤后穿破的情况的被处理体，“wo Cure”表示不进行等离子体处理步骤而穿破的情况的被处理体。此外，所谓穿破(蚀穿、breakthrough)的情况，表示被蚀刻至图4所示的被处理体的SiON205、SOH204露出的情况。此外，图中的“截面”和“上表面”是将使被处理物的截面和上表面为150000倍而得到的图片的复写而得到的复写图。
另外，图8和图9中，表示SWR、LER(R)和LER(L)的值，并且一并表示作为将SWR和LER(R)和LER(L)的值相加而得到的值的“Sum”。另外，图8和图9中，一并表示出表示光致抗蚀剂的高度的“掩模高度(Mask Height)”、表示上部和底部的CD(Critical Dimension：线宽、临界尺寸)的“Top/Btm CD”。
另外，图8和图9中，表示了使用H2为100sccm、Ar气体为800sccm的含氢气体，在被处理体的温度为30度、2.67Pa(20mT)下进行了15秒钟等离子体处理的情况的结果。另外，在图8所示的例中，表示了使用CF4气体为80sccm、CHF3气体为50sccm的气体，在被处理体的温度为7度的情况下以2.00Pa(15mT)进行了30秒蚀刻的情况下得到的结果。
如图8和图9所示，通过执行等离子体处理步骤，在等离子体处理步骤后，将SWR、LER(R)、LER(L)和Sum与等离子体处理步骤之前相比，SWR、LER(R)、LER(L)和Sum变小。另外，该结果，在等离子体处理步骤后穿破的情况下，与不进行等离子体处理步骤而穿破的情况相比，SWR、LER(R)、LER(L)和Sum变小。
如上所述，通过在等离子体处理步骤(工序)后执行蚀刻步骤(工序)，能够改善光致抗蚀剂的粗糙。换言之，能够在维持光致抗蚀剂的同时对SiON进行蚀刻，能够改善LER等。其结果，即使在之后进一步继续进行蚀刻，在等离子体处理步骤后执行蚀刻步骤的情况下，与不进行等离子体处理步骤的情况相比，也能够抑制蚀刻形状的粗糙，能够完美地进行蚀刻。
返回等离子体处理步骤的说明。在等离子体处理步骤中，作为含氢气体，使用含有H2气体、H2/Ar气体、HBr气体、H2/N2气体、N2气体、H2/N2/CH4气体中的至少一种的气体进行等离子体处理。优选，作为含氢气体使用H2/Ar气体、H2/N2气体、H2/N2/CH4气体、N2气体进行等离子体处理。更加优选作为含氢气体使用H2/Ar气体、H2/N2/CH4气体进行等离子体处理。
图10和图11是表示在第1实施方式中的等离子体处理中使用的含氢气体的种类产生的影响的图。在图10所示的例中，作为含氢气体以使用H2/Ar气体、H2/N2气体、HBr气体、N2气体为例。
图10和图11表示在等离子体处理步骤中，在H2/Ar的情况下，使用H2气体为100sccm且Ar气体为800sccm的含氢气体进行了等离子体处理的情况下得到的结果。表示在H2/N2气体的情况下，使用H2气体为170sccm且N2气体为250sccm的含氢气体进行了等离子体处理的情况下得到的结果。表示在HBr气体的情况下，使用HBr气体为100sccm的情况进行了等离子体处理时得到的结果。表示在N2气体的情况下，使用N2气体为200sccm的情况进行了等离子体处理时得到的结果。另外，表示作为其它的条件使用30秒、被处理体温度30度、4.0Pa(30mT)这样的条件进行了等离子体处理的情况得到的结果。
如图10和图11所示，通过使用H2/Ar气体、H2/N2气体、N2气体，与HBr相比，能够获得良好的SWR、LER(R)、LER(L)和Sum。并且，通过使用H2/Ar气体，与H2/N2气体相比，能够维持光致抗蚀剂的高度并得到良好的SWR、LER(R)、LER(L)和Sum，与N2气体相比，能够得到良好的SWR、LER(R)、LER(L)和Sum。
如上所述，通过选择含氢气体，能够进一步改善光致抗蚀剂的粗糙。换言之，能够在维持光致抗蚀剂的同时对SiON进行蚀刻，能够改善LER等。其结果，即使在之后进一步继续进行蚀刻，在等离子体处理步骤后执行蚀刻步骤的情况下，与不进行等离子体处理步骤的情况相比，也能够抑制蚀刻形状的粗糙完美地进行蚀刻。
在蚀刻步骤中，例如，CF类气体为CF4气体，含CHF类气体使用CHF3气体。
返回等离子体处理步骤的说明。等离子体处理步骤优选在比蚀刻步骤低的压力下执行。例如，在等离子体处理步骤中，优选比6.67Pa(50mT)小，更优选为2.67Pa(20mT)以下，进一步优选1.33Pa(10mT)。
另外，等离子体处理步骤优选在比蚀刻步骤高的被处理体的温度下执行。例如，优选等离子体处理步骤为比被处理体的温度20度高的温度，优选为40度以上，更优选为50度以上。
图12是表示第1实施方式中的被处理体的温度和压力的关系的图。在图12所示的例中，使用H2气体为240sccm、N2气体为60sccm、CH4气体为10sccm的含氢气体，在进行了30秒等离子体处理后的情况下得到的结果。
如图12所示，SWR、LER、Sum因被处理体的温度从20度上升至50度而变小。另外，通过压力从6.67Pa(50mT)变低至2.67Pa(20mT)、1.33Pa(10mT)，SWR、LER、Sum变小。换言之，与被处理体的温度低的情况相比，在温度高的情况下能够获得良好的结果，与压力高的情况相比，在压力低的情况下能够获得良好的结果。另外，在图12所示的例中，压力为1.33Pa(10mT)、被处理体的温度为50度的情况下，能够获得最良好的结果。
如上所述，例如与蚀刻步骤相比，通过使用高的被处理体的温度以低的压力进行等离子体处理步骤，能够进一步改善光致抗蚀剂的粗糙。换言之，能够在维持光致抗蚀剂的同时对SiON进行蚀刻，能够改善LER等。其结果，即使在之后进一步继续进行蚀刻，在等离子体处理步骤后执行蚀刻步骤的情况下，与不进行等离子体处理步骤的情况相比，也能够完美地进行蚀刻。
另外，等离子体蚀刻方法优选使等离子体处理步骤和蚀刻步骤至少反复2次以上。在此，优选，等离子体处理步骤的初次的处理时间与等离子体处理步骤的第2次以后的处理时间相比进行得较长，等离子体处理步骤和蚀刻步骤分别执行规定时间以上。
例如，等离子体处理步骤的初次的处理时间优选比15秒长比45秒短，更加优选30秒左右。这是因为，即使延长等离子体处理步骤的一次的长度，在改善光致抗蚀剂的粗糙的效果方面也具有限制。
另外，例如，优选等离子体处理例如每次进行得比6秒长，蚀刻优选进行得比5秒长。这是因为考虑，每一次的时间比直至等离子体稳定的时间短的情况下，即使增加次数，Sum等的蚀刻形状的粗糙也不能改善。
图13和图14是表示第1实施方式中的进行等离子体处理的时间和光致抗蚀剂的粗糙度的关系的图。图13和图14中表示使用H2气体为100sccm且Ar气体为800sccm的含氢气体，在被处理体的温度为30度且2.67Pa(20mT)下进行了等离子体处理的情况下得到的结果。
如图13和图14所示，与进行了15秒的等离子体处理的情况相比，进行了30秒的等离子体处理的被处理体的Sum变小。另一方面，与进行了30秒的等离子体处理的情况相比，进行了45秒的等离子体处理的被处理体的Sum变大。即，即使等离子体处理进行30秒以上，Sum也不改善，在进行30秒左右等离子体处理的情况下能够获得良好的结果。
图15和图16是表示使第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。图15和图16中表示，使用H2气体为100sccm且Ar气体为800sccm的含氢气体，在被处理体的温度为30度、2.67Pa(20mT)下进行了等离子体处理的情况的结果。另外，图15和图16中表示，使用CF4气体为80sccm且CHF3气体为50sccm的气体，在被处理体的温度为7度、2.00Pa(15mT)下进行了蚀刻的情况的结果。另外，图15和图16所示的例子中，“[Cure+BT]×1”表示在进行了30秒的等离子体处理后进行了30秒的蚀刻的情况的结果。“[Cure+BT]×2”表示依次进行等离子体处理30秒、蚀刻15秒、等离子体处理30秒、蚀刻15秒的情况的结果。“[Cure+BT]×3”表示依次进行等离子体处理30秒、蚀刻10秒、等离子体处理15秒、蚀刻10秒、等离子体处理15秒、蚀刻10秒的情况的结果。
图17和图18是表示使第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。图17和图18表示使用H2气体为240sccm、N2气体为60sccm、CH4气体为10sccm的含氢气体，在被处理体的温度为20度且6.67Pa(50mT)下进行了等离子体处理的情况的结果。另外，在图17和图18中表示使用CF4气体为130sccm、CHF3气体为70sccm的气体，在被处理体的温度为20度且8.00Pa(60mT)下进行了蚀刻的情况的结果。另外，图17和图18所示的例中，“[Cure]”是表示进行了30秒的等离子体处理的情况的结果。“[Cure+BT]×1”表示依次进行了等离子体处理30秒、蚀刻60秒的情况的结果。“[Cure+BT]×3”表示依次进行了等离子体处理30秒、蚀刻20秒、等离子体处理15秒、蚀刻20秒、等离子体处理15秒、蚀刻20秒的情况的结果。
图19和图20是表示关于使第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。图19和图20表示使用H2气体为120sccm、N2气体为180ccm、CH4气体为10sccm的含氢气体、在被处理体的温度为20度且在5.33Pa(40mT)下进行了等离子体处理的情况的结果。另外，图19和图20中表示CF4气体为110sccm、CHF3气体为90sccm、O2气体为15sccm的气体，在被处理体的温度为20度且在9.33Pa(70mT)下进行了蚀刻的情况的结果。另外，在图19和图20所示的例子中，“[Cure]”表示进行了30秒的等离子体处理的情况的结果。“[Cure+BT]×1”表示依次进行了等离子体处理30秒、蚀刻56秒的情况的结果。“[Cure+BT]×4”表示进行了等离子体处理30秒、蚀刻10秒、等离子体处理8秒、蚀刻10秒、等离子体处理8秒、蚀刻10秒、等离子体处理8秒、蚀刻28秒的情况的结果。此外，“[Cure+BT]×1”和“[Cure+BT]×4”中表示，关于最后的蚀刻，使用CF4气体为110sccm、CHF3气体为90sccm、O2气体为5sccm的气体，在被处理体的温度为20度且在6.67Pa(50mT)下进行了蚀刻的情况的结果。
如图13～图20所示，通过使等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上，由此Sum提高。
图21和图22是表示关于使第1实施方式中的等离子体处理步骤和蚀刻步骤反复2次以上的情况的图。图21和图22中表示使用H2气体为100sccm、Ar气体为800sccm的含氢气体，在被处理体的温度为30度且在2.67Pa(20mT)下进行了等离子体处理的情况的结果。另外，图21和图22中表示使用CF4气体为80sccm、CHF3气体为50sccm的气体，在被处理体的温度为7度且在2.00Pa(15mT)下进行了蚀刻的情况的结果。另外，图21和图22所示的例中，“[Cure]”表示进行了30秒的等离子体处理的情况的结果。“[Cure+BT]×1”表示依次进行了等离子体处理30秒、蚀刻30秒的情况的结果。“[Cure+BT]×3”表示依次进行了等离子体处理30秒、蚀刻10秒、等离子体处理15秒、蚀刻10秒、等离子体处理15秒、蚀刻10秒的情况的结果。“[Cure+BT]×6”表示依次进行了等离子体处理30秒、蚀刻5秒、等离子体处理6秒、蚀刻5秒、等离子体处理6秒、蚀刻5秒、等离子体处理6秒、蚀刻5秒、等离子体处理6秒、蚀刻5秒、等离子体处理6秒、蚀刻5秒的情况的结果。
如图21和图22所示，在“[Cure+BT]×6”中，与“[Cure+BT]×3”相比，Sum的值变大。这被认为是，每一次进行等离子体处理、蚀刻的时间变短，等离子体不稳定的结果。即，通过各等离子体处理步骤和蚀刻步骤分别执行规时刻间以上，能够改善Sum。
在此，关于等离子体处理中使用的含氢气体进一步说明。含氢气体包含H2气体、H2/Ar气体、HBr气体、H2/N2气体、N2气体、H2/N2/CH4气体中的至少一种。含氢气体例如优选H2/Ar气体、H2/N2和H2/N2/CH4气体，更优选H2/Ar气体和H2/N2/CH4气体。
图23是表示在第1实施方式中在等离子体处理中使用H2/N2气体的情况下的被处理体的变化的一个例子的图。图24是表示在第1实施方式中在等离子体处理中使用H2/N2/CH2F2气体、H2/N2/CHF3气体或HBr气体的情况下的被处理体的变化的一个例子的图。图25是表示在第1实施方式中在等离子体处理中使用H2/N2/CH4气体的情况下的被处理体的变化的一个例子的图。此外，在图23～图25所示的例子中，用“initial(初始)”表示等离子体处理前的被处理体的一个例子，用“asCure”表示等离子体处理后、蚀刻前的被处理体的一个例子，用“as Sion”表示蚀刻后的被处理体的一个例子。图23～图25所示的例中，被处理体依次叠层有SOH层204、SiON层205、BARC层206，在BARC层206之上形成有具有规定的图案的光致抗蚀剂层207。
如图23所示，在作为含氢气体使用H2/N2气体的情况下，在等离子体处理中BARC层206被除去。另外，在作为含氢气体使用H2/N2气体的情况下，与作为含氢气体，为了使图23的箭头所示的部位没有残余(residual、残渣)而使用H2/N2/CH2F2气体、H2/N2/CHF3气体或HBr气体的情况相比，浮渣除去能力变高。在此，浮渣是指光致抗蚀剂层207的残余。
另外，如图24所示，在作为含氢气体使用H2/N2/CH2F2气体、H2/N2/CHF3气体或HBr气体的情况下，在等离子体处理中BARC层不被除去。其结果，在之后的处理中，对BARC层和SiON层进行蚀刻。另外，在作为含氢气体使用H2/N2/CH2F2气体、H2/N2/CHF3气体或HBr气体的情况下，与作为含氢气体使用H2/N2气体的情况相比，CD(Critical dimension：临界尺寸、线宽)能够难以扩大。另外，在作为含氢气体使用H2/N2/CH2F2气体、H2/N2/CHF3气体或HBr气体的情况下，与作为含氢气体使用H2/N2气体的情况相比，能够提高光致抗蚀剂的选择比。
另外，如图25所示，在作为含氢气体使用H2/N2/CH4气体的情况下，在等离子体处理中BARC层不被除去。其结果，在之后的处理中，对BARC层和SiON层进行蚀刻。另外，在作为含氢气体使用H2/N2/CH4气体的情况下，与作为含氢气体使用H2/N2/CH2F2气体、H2/N2/CHF3气体或者HBr气体的情况相比，浮渣除去能力提高。另外，在作为含氢气体使用H2/N2/CH4气体的情况下，与作为含氢气体使用H2/N2气体的情况相比，能够提高光致抗蚀剂的选择比，CD(Critical dimension：线宽、临界尺寸)能够难以扩大。即，当比较图23和图25时，通过一并使用CH4气体，能够维持光致抗蚀剂的选择比，同时能够实现高的浮渣除去能力。另外，其结果是，能够兼顾高的浮渣除去能力和抑制CD的扩大(收缩性能)。
附图标记说明
1 腔室
2 支承台
3 绝缘板
4 支承台
11 排气端口
12 排气系统
18 气体导入机构
23 处理气体供给系统
50 工艺处理控制器
100 等离子体蚀刻装置

Claims (8)

1.一种等离子体蚀刻方法，其特征在于，包括：
等离子体处理步骤，利用由含氢气体形成的等离子体对形成在被处理体上的具有规定图案的光致抗蚀剂的表面进行等离子体处理；和
蚀刻步骤，以被所述等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模，利用由CF类气体和含CHF类气体形成的等离子体对含硅膜进行蚀刻，
所述等离子体处理步骤和所述蚀刻步骤至少反复2次以上。
2.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述等离子体处理步骤的第1次的处理时间比所述等离子体处理步骤的第2次以后的处理时间长。
3.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述含氢气体包含H2气体、H2/Ar气体、HBr气体、H2/N2气体、N2气体、H2/N2/CH4气体中的至少一种。
4.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述CF类气体为CF4，含CHF类气体为CHF3气体。
5.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述等离子体处理步骤和所述蚀刻步骤分别执行规定时间以上。
6.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
以比所述蚀刻步骤的压力低的压力执行所述等离子体处理步骤。
7.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
以比所述蚀刻步骤的被处理体的温度高的温度执行所述等离子体处理步骤。
8.一种等离子体蚀刻装置，其特征在于，包括：
用于对被处理体进行等离子体蚀刻处理的腔室；
用于将所述腔室内减压的排气部；
用于将处理气体供给到所述腔室内的气体供给部；和
控制部，其进行控制，使得在执行利用由含氢气体形成的等离子体对设置在所述被处理体的光致抗蚀剂的表面进行等离子体处理的等离子体处理步骤后，执行以被所述等离子体处理后的光致抗蚀剂为掩模、利用CF类气体和含CHF类气体对所述被处理体的含硅膜进行蚀刻的蚀刻步骤，
其中，所述等离子体处理步骤和所述蚀刻步骤至少反复2次以上。
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