CN109427575A - 蚀刻方法和蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制通过蚀刻而形成的槽的关键尺寸的扩大的蚀刻方法和蚀刻装置。蚀刻方法包括搬送工序、改性工序、去除工序以及蚀刻工序。在搬送工序中，将层叠有基底膜、第一有机膜以及掩膜的被处理体搬入腔室内并载置在载置台上。在改性工序中，利用被供给到腔室内的包含碳元素、氢元素以及氟元素的第一气体的等离子体，对被处理体的表面进行改性。在去除工序中，向载置台施加第一电力的高频偏压，利用在腔室内生成的第二气体的等离子体将形成于未被掩膜覆盖的第一有机膜的表面的改性层去除。在蚀刻工序中，向载置台施加比第一电力低的第二电力的高频偏压，利用在腔室内生成的第二气体的等离子体对已被去除的改性层的下层的第一有机膜进行蚀刻。

Description

蚀刻方法和蚀刻装置
技术领域
本发明的各个方面和实施方式涉及一种蚀刻方法和蚀刻装置。
背景技术
已知一种将以规定图案形成在有机膜上的掩盖膜作为掩膜，利用等离子体对在基底膜上设置有有机膜的被处理体进行蚀刻的技术。但是，在使用等离子体的蚀刻中，等离子体对掩膜也带来损伤，因此导致掩膜的图案的尺寸发生变化。由此，通过掩膜而形成于有机膜的槽的关键尺寸(Critical Dimension：关键尺寸)扩大。为了避免该情况，已知一种利用H2气体、CH3F气体的等离子体使掩膜固化的技术。
专利文献1：日本特开2016-92102号公报
专利文献2：日本特开2014-7281号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，当利用CH3F气体的等离子体对被处理体进行处理时，未被掩膜覆盖的有机膜的表面也固化了。因此，使掩膜固化的处理有时会导致有机膜的蚀刻速率下降，从而转变为不进行蚀刻、即所谓的蚀刻停止。
为了增加蚀刻速率，也考虑增加用于引入离子等的高频偏压的电力。但是，若只是单纯地增加蚀刻速率，则有机膜与基底膜的选择比下降。因此，尤其对于有机膜的厚度局部不同的被处理体，难以在抑制对基底膜带来的损伤的同时蚀刻有机膜。
用于解决问题的方案
本发明的一个方面是一种蚀刻方法，包括搬送工序、第一供给工序、改性工序、第二供给工序、去除工序以及蚀刻工序。在搬送工序中，将层叠有基底膜、第一有机膜以及掩膜的被处理体搬入腔室内的载置台。在第一供给工序中，向腔室内供给包含碳元素、氢元素以及氟元素的第一气体。在改性工序中，在腔室内生成第一气体的等离子体，对掩膜和未被掩膜覆盖的第一有机膜的表面进行改性。在第二供给工序中，向腔室内供给用于对第一有机膜进行蚀刻的第二气体。在去除工序中，向载置台施加第一电力的高频偏压，并且在腔室内生成第二气体的等离子体，由此将形成于未被掩膜覆盖的第一有机膜的表面的改性层去除。在蚀刻工序中，向载置台施加比第一电力低的第二电力的高频偏压，并且在腔室内生成第二气体的等离子体，由此对已被去除的改性层的下层的第一有机膜进行蚀刻。
发明的效果
根据本发明的各个方面和实施方式，能够抑制蚀刻时的掩膜的尺寸偏差，从而能够抑制通过蚀刻而形成的槽的关键尺寸的扩大。
附图说明
图1是表示蚀刻装置的概要的一例的截面图。
图2是表示槽板的一例的俯视图。
图3是表示晶圆W的一例的截面图。
图4是表示蚀刻处理的一例的流程图。
图5是表示初始状态下的抗蚀剂掩膜和有机膜的一例的示意图。
图6是表示改性处理后的抗蚀剂掩膜和有机膜的一例的示意图。
图7是表示去除处理后的抗蚀剂掩膜和有机膜的一例的示意图。
图8是表示初始状态下的抗蚀剂掩膜的组成比的一例的图。
图9是表示改性处理后的抗蚀剂掩膜的组成比的一例的图。
图10是表示去除处理后的抗蚀剂掩膜的组成比的一例的图。
图11是示出表示碳元素的结合能的XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy：X射线光电子能谱)光谱的一例的图。
图12是示出表示氧元素的结合能的XPS光谱的一例的图。
图13是示出表示氟元素的结合能的XPS光谱的一例的图。
图14是示出表示氮元素的结合能的XPS光谱的一例的图。
图15是示出表示硅元素的结合能的XPS光谱的一例的图。
图16是表示各结合状态的定量值的一例的图。
图17是表示高频偏压的电力与蚀刻量的关系的一例的图。
图18是表示蚀刻处理的时间与蚀刻量的关系的一例的图。
附图标记说明
BL：基底膜；ML：金属膜；OL：有机膜；RM：抗蚀剂掩膜；SUB：硅基板；W：晶圆；10：蚀刻装置；12：腔室；14：天线；20：载置台；32：微波发生器；50：中央导入部；52：周边导入部。
具体实施方式
公开的蚀刻方法包括搬送工序、第一供给工序、改性工序、第二供给工序、去除工序以及蚀刻工序。在搬送工序中，将层叠有基底膜、第一有机膜以及掩膜的被处理体搬入腔室内，并且载置在腔室内的载置台上。在第一供给工序中，向腔室内供给包含碳元素、氢元素以及氟元素的第一气体。在改性工序中，在腔室内生成第一气体的等离子体，对掩膜和未被掩膜覆盖的第一有机膜的表面进行改性。在第二供给工序中，向腔室内供给用于对第一有机膜进行蚀刻的第二气体。在去除工序中，向载置台施加第一电力的高频偏压，并且在腔室内生成第二气体的等离子体，由此将形成于未被掩膜覆盖的第一有机膜的表面的改性层去除。在蚀刻工序中，向载置台施加比第一电力低的第二电力的高频偏压，并且在腔室内生成第二气体的等离子体，由此对已被去除的改性层的下层的第一有机膜进行蚀刻。
另外，在公开的蚀刻法的一个实施方式中，也可以是，掩膜为第二有机膜。
另外，在公开的蚀刻法的一个实施方式中，也可以是，在去除工序中向载置台施加的高频偏压的电力为100W以上。
另外，在公开的蚀刻方法的一个实施方式中，也可以是，第一气体中包含氢氟烃气体。
另外，在公开的蚀刻方法的一个实施方式中，也可以是，氢氟烃气体由化学式CxHyFz(x、y以及z为自然数)表示，价数y比价数z大。
另外，在公开的蚀刻方法的一个实施方式中，也可以是，氢氟烃气体包含CH3F和CH2F2中的至少任一种气体。
另外，在公开的蚀刻方法的一个实施方式中，也可以是，第二气体包含氮元素和氢元素。
另外，在公开的蚀刻方法的一个实施方式中，也可以是，第二气体为N2气体与H2气体的混合气体。
另外，在公开的蚀刻方法的一个实施方式中，也可以是，基底膜包含与第一有机膜接触的金属膜。
另外，在公开的蚀刻方法的一个实施方式中，也可以是，在改性工序、去除工序以及蚀刻工序中生成的等离子体是利用RLSA(Radial Line Slot Antenna：径向线缝隙天线)辐射到腔室内的微波来生成的。
另外，公开的蚀刻装置的一个实施方式具备腔室、载置台、第一供给部、第二供给部、等离子体生成部以及控制部。载置台设置在腔室内，用于载置层叠有基底膜、第一有机膜以及掩膜的被处理体。第一供给部用于向腔室内供给包含碳元素、氢元素以及氟元素的第一气体。第二供给部用于向腔室内供给用于对第一有机膜进行蚀刻的第二气体。等离子体生成部用于在腔室内生成第一气体或第二气体的等离子体。控制部控制第一供给部、第二供给部以及等离子体生成部。另外，控制部执行第一供给工序、改性工序、第二供给工序、去除工序以及蚀刻工序。在第一供给工序中，在被处理体被载置在载置台上的状态下，向腔室内供给第一气体。在改性工序中，在腔室内生成第一气体的等离子体，对掩膜和未被掩膜覆盖的第一有机膜的表面进行改性。在第二供给工序中，向腔室内供给第二气体。在去除工序中，向载置台施加第一电力的高频偏压，并且在腔室内生成第二气体的等离子体，由此将形成于未被掩膜覆盖的第一有机膜的表面的改性层去除。在蚀刻工序中，向载置台施加比第一电力低的第二电力的高频偏压，并且在腔室内生成第二气体的等离子体，由此对已被去除的改性层的下层的第一有机膜进行蚀刻。
下面，基于附图对公开的蚀刻方法和蚀刻装置的实施方式详细地进行说明。此外，本发明中的蚀刻方法和蚀刻装置并不限定于以下示出的实施方式。
[蚀刻装置10的结构]
图1是表示蚀刻装置10的概要的一例的截面图。例如图1所示，蚀刻装置10具备腔室12。腔室12提供用于收容作为被处理体的一例的晶圆W的处理空间S。腔室12具有侧壁12a、底部12b以及顶部12c。侧壁12a具有以Z轴为轴线的大致圆筒形状。Z轴例如沿铅垂方向通过后述的载置台的中心。
底部12b设置于侧壁12a的下端侧。另外，侧壁12a的上端部具有开口。侧壁12a的上端部的开口被电介质窗18封闭。电介质窗18被夹在侧壁12a的上端部与顶部12c之间。在电介质窗18与侧壁12a的上端部之间存在密封构件SL。密封构件SL例如为O形环，有助于腔室12的密闭。
在腔室12内，在电介质窗18的下方设置有载置台20。载置台20包括下部电极LE和静电卡盘ESC。下部电极LE例如包括由铝等形成的大致圆板状的第一板22a和第二板22b。第二板22b被筒状的支承部SP支承。支承部SP从底部12b向垂直上方延伸。第一板22a设置在第二板22b上，第一板22a与第二板22b电导通。
下部电极LE经由供电棒PFR及匹配单元MU而与高频电源RFG电连接。高频电源RFG用于向下部电极LE供给高频偏压。由高频电源RFG产生的高频偏压的频率是适于控制向晶圆W引入的离子的能量的规定频率、例如是13.56MHz。匹配单元MU中收容有用于在高频电源RFG侧的阻抗与主要为下部电极LE、等离子体、腔室12等负载侧的阻抗之间取得匹配的匹配器。该匹配器例如包括自偏压生成用的隔直电容器等。
静电卡盘ESC设置在第一板22a上。静电卡盘ESC在处理空间S侧具有用于载置晶圆W的载置区域MR。载置区域MR为与Z轴大致正交的大致圆形的区域，具有与晶圆W的直径大致相同的直径或比晶圆W的直径稍小的直径。另外，载置区域MR构成载置台20的上表面，该载置区域MR的中心、即载置台20的中心位于Z轴上。
静电卡盘ESC通过静电吸附力来保持晶圆W。静电卡盘ESC包括设置在电介质内的吸附用电极。静电卡盘ESC的吸附用电极经由开关SW及包线CL而与直流电源DCS连接。静电卡盘ESC通过由从直流电源DCS施加的直流电压产生的库伦力，将晶圆W吸附保持于静电卡盘ESC的上表面。在静电卡盘ESC的径向外侧设置有呈环状包围晶圆W的周围的聚焦环FR。
在第一板22a的内部形成有环状的流路24。经由配管PP1从冷却装置向流路24供给制冷剂。被供给到流路24的制冷剂经由配管PP3被回收到冷却装置。并且，经由供给管PP2从传热气体供给部向静电卡盘ESC的上表面与晶圆W的背面之间供给传热气体、例如He气体等。
在载置台20的外周的外侧、即载置台20与侧壁12a之间形成有空间，该空间构成俯视观察时呈环状的排气路VL。在排气路VL与处理空间S之间设置有环状的挡板26，该挡板26形成有多个贯通孔。排气路VL经由排气口28h而与排气管28连接。排气管28安装于腔室12的底部12b。排气管28与排气装置30连接。排气装置30具有压力调整器和涡轮分子泵等真空泵。通过排气装置30，能够将腔室12内的处理空间S减压到期望的真空度。另外，通过排气装置30使对晶圆W供给的气体沿着晶圆W的表面流向该晶圆W的边缘的外侧，并且经由排气路VL从载置台20的外周排出。
另外，本实施方式中的蚀刻装置10具有加热器HT、HS、HC及HE来作为温度控制机构。加热器HT设置在顶部12c内，以包围天线14的方式呈环状延伸。加热器HS设置在侧壁12a内，呈环状延伸。加热器HC设置在第一板22a内或静电卡盘ESC内。加热器HC设置于上述的载置区域MR的中央部分的下方、即与Z轴交叉的区域。加热器HE以包围加热器HC的方式呈环状延伸。加热器HE设置于上述的载置区域MR的外缘部分的下方。
另外，蚀刻装置10具有天线14、同轴波导管16、微波发生器32、调谐器34、波导管36以及模式转换器38。天线14、同轴波导管16、微波发生器32、调谐器34、波导管36以及模式转换器38构成激励向腔室12内供给的气体来生成该气体的等离子体的等离子体生成部。
微波发生器32例如产生2.45GHz的频率的微波。微波发生器32经由调谐器34、波导管36以及模式转换器38而连接于同轴波导管16的上部。同轴波导管16沿其中心轴线即Z轴延伸。
同轴波导管16包括外侧导体16a和内侧导体16b。外侧导体16a具有以Z轴为中心延伸的圆筒形状。外侧导体16a的下端电连接于具有导电性的表面的冷却套40的上部。内侧导体16b具有以Z轴为中心延伸的圆筒形状，并且以与该外侧导体16a同轴的方式设置于外侧导体16a的内侧。内侧导体16b的下端与天线14的槽板44连接。
在本实施方式中，天线14为RLSA。天线14配置在以与载置台20相面对的方式形成于顶部12c的开口内。天线14包括冷却套40、电介质板42、槽板44以及电介质窗18。电介质板42具有大致圆盘形状，用于缩短微波的波长。电介质板42例如由石英或铝等构成，并且被夹在槽板44的上表面与冷却套40的下表面之间。
图2是表示槽板44的一例的俯视图。槽板44为薄板状，并且为圆板状。槽板44的板厚度方向上的两个面都是平坦的。槽板44的中心CS配置为位于Z轴上。在槽板44设置有多个槽对44p。多个槽对44p分别包括沿板厚度方向贯通的两个槽孔44a和44b。槽孔44a和44b各自的平面形状例如为长圆形状。在各槽对44p中，槽孔44a的长轴的延伸方向与槽孔44b的长轴的延伸方向彼此交叉或正交。多个槽对44p以包围槽板44的中心CS的方式排列在中心CS的周围。在图2所示的例子中，沿两个同心圆排列有多个槽对44p。在各同心圆上，槽对44p大致等间隔地排列。槽板44设置于电介质窗18上的上表面。
再次参照图1。由微波发生器32产生的微波经过调谐器34、波导管36、模式转换器38以及同轴波导管16传播到电介质板42，并且从槽板44的槽孔44a和44b传播到电介质窗18。传播到电介质窗18的微波的能量在电介质窗18的正下方集中于由具有比较薄的板厚度的部分划分出的凹部18a和18b。因而，蚀刻装置10能够使等离子体以沿腔室12的周向和径向稳定地分布的方式产生。
另外，蚀刻装置10具备中央导入部50和周边导入部52。中央导入部50包括导管50a、喷射器50b以及气体喷出口18i。导管50a配置于同轴波导管16的内侧导体16b的内侧。在导管50a的端部的下方的电介质窗18内收容有喷射器50b。在喷射器50b设置有沿Z轴方向延伸的多个贯通孔。另外，电介质窗18具有沿Z轴延伸的气体喷出口18i。中央导入部50经由导管50a向喷射器50b供给气体，并且经由气体喷出口18i从喷射器50b向处理空间S内喷出气体。像这样，中央导入部50沿Z轴向电介质窗18的正下方的处理空间S内喷出气体。即，中央导入部50向处理空间S内的电子温度高的等离子体生成区域导入气体。另外，从中央导入部50喷出的气体大概沿Z轴流向晶圆W的中央的区域。
中央导入部50与多个流量控制单元FC1～FC4连接。多个流量控制单元FC1～FC4分别具有流量控制器和开闭阀。流量控制单元FC1与气体源GS1连接，流量控制单元FC2与气体源GS2连接，流量控制单元FC3与气体源GS3连接，流量控制单元FC4与气体源GS4连接。在本实施方式中，气体源GS1供给He气体，气体源GS2供给CH3F气体，气体源GS3供给N2气体，气体源GS4供给H2气体。CH3F气体为第一气体的一例，H2与N2气体的混合气体为第二气体的一例。
流量控制单元FC1进行控制，以使从气体源GS1供给的He气体的流量成为规定流量，并且经由中央导入部50将规定流量的He气体供给到腔室12内。流量控制单元FC2进行控制，以使从气体源GS2供给的CH3F气体的流量成为规定流量，并且经由中央导入部50将规定流量的CH3F气体供给到腔室12内。流量控制单元FC3进行控制，以使从气体源GS3供给的N2气体的流量成为规定流量，并且经由中央导入部50将规定流量的N2气体供给到腔室12内。流量控制单元FC4进行控制，以使从气体源GS4供给的H2气体的流量成为规定流量，并且经由中央导入部50将规定流量的H2气体供给到腔室12内。
例如图1所示，在高度方向、即Z轴方向上看来，周边导入部52设置于电介质窗18的气体喷出口18i与载置台20的上表面之间。周边导入部52从沿着侧壁12a的位置向处理空间S内喷出气体。周边导入部52例如包括由石英等形成的环状的管52p。在管52p形成有多个气体喷出口52i。各个气体喷出口52i向朝向Z轴方向的斜上方喷出气体。周边导入部52的管52p经由气体供给块56而与多个流量控制单元FC5及FC6连接。多个流量控制单元FC5及FC6分别具有流量控制器和开闭阀。流量控制单元FC5与气体源GS5连接，流量控制单元FC6与气体源GS6连接。在本实施方式中，气体源GS5供给He气体，气体源GS6供给N2气体。
流量控制单元FC5进行控制，以使从气体源GS5供给的He气体的流量成为规定流量，并且经由气体供给块56和周边导入部52将规定流量的He气体供给到腔室12内。流量控制单元FC6进行控制，以使从气体源GS6供给的N2气体的流量成为规定流量，并且经由气体供给块56和周边导入部52将规定流量的N2气体供给到腔室12内。流量控制单元FC1、FC2及FC5以及气体源GS1、GS2及GS5为第一供给部的一例。另外，流量控制单元FC3、FC4及FC6以及气体源GS3、GS4及GS6为第二供给部的一例。
此外，蚀刻装置10能够对从中央导入部50向处理空间S内供给的气体的种类和流量、从周边导入部52向处理空间S内供给的气体的种类和流量相独立地进行控制。
另外，例如图1所示，蚀刻装置10具备控制部Cnt，该控制部Cnt包括处理器、存储器等。控制部Cnt按照存储器中保存的制程等数据、程序来控制蚀刻装置10的各部。例如，控制部Cnt对流量控制单元FC1～FC6内的流量控制器和开闭阀进行控制，来调整从中央导入部50和周边导入部52导入的气体的流量。另外，控制部Cnt控制微波发生器32，来控制由微波发生器32产生的微波的频率和电力。另外，控制部Cnt控制高频电源RFG，来控制由高频电源RFG生成的高频偏压的频率和电力以及高频偏压的供给和切断。另外，控制部Cnt对排气装置30内的压力调整器和真空泵进行控制，来控制腔室12内的压力。另外，控制部Cnt对加热器HT、HS、HC及HE进行控制，来调整腔室12内的各部的温度。
[晶圆W的构造]
图3是表示晶圆W的一例的截面图。例如图3所示，本实施方式中的晶圆W具有基底膜BL、有机膜OL以及抗蚀剂掩膜RM。基底膜BL为构成有机膜OL的基底的膜。基底膜BL包括金属膜ML和硅基板SUB。金属膜ML形成于基底膜BL的上层，并且与有机膜OL接触。金属膜ML例如由氮化钛(TiN)等构成。有机膜OL例如为BARC(Bottom Anti Reflective Coating：底部抗反射涂层)。有机膜OL为第一有机膜的一例，抗蚀剂掩膜RM为掩膜和第二有机膜的一例。
抗蚀剂掩膜RM由有机材料形成，被设置在有机膜OL上。抗蚀剂掩膜RM具有覆盖有机膜OL的一部分的规定的图案。例如通过光刻技术在有机膜OL上形成具有规定的图案的抗蚀剂掩膜RM。对有机膜OL以转印抗蚀剂掩膜RM的图案的方式进行蚀刻。
在本实施方式中，例如图3所示，在硅基板SUB形成有多个凸部PR和多个凹部CN。各个凸部PR以彼此分离的方式形成于硅基板SUB。另外，各个凹部CN以彼此分离的方式形成于硅基板SUB。另外，在各个凹部CN内，例如埋入了氧化硅。例如图3所示，在本实施方式的硅基板SUB形成有多个凸部PR，因此凸部PR上的有机膜OL的厚度比其它部分的有机膜OL的厚度薄。
[处理流程]
如上述那样构成的蚀刻装置10例如执行图4所示的处理。图4是表示蚀刻处理的一例的流程图。
首先，例如将图3所示的晶圆W搬入腔室12内，并且载置在静电卡盘ESC上(S10)。在初始状态下，抗蚀剂掩膜RM和有机膜OL例如为图5那样的状态。图5是表示初始状态下的抗蚀剂掩膜RM和有机膜OL的一例的示意图。例如图5所示，有机膜OL的表面的一部分被形成为规定图案的形状的抗蚀剂掩膜RM覆盖。
然后，控制部Cnt控制开关SW，将来自直流电源DCS的直流电压施加于静电卡盘ESC。由此，晶圆W被吸附保持于静电卡盘ESC的上表面。然后，控制部Cnt对排气装置30内的压力调整器和真空泵进行控制，来将腔室12内减压到规定的真空度。另外，控制部Cnt对加热器HT、HS、HC及HE进行控制，来将腔室12内的各部调整为规定的温度。
然后，控制部Cnt向腔室12内供给第一气体(S11)。具体地说，控制部Cnt对流量控制单元FC2内的流量控制器和开闭阀进行控制，来将从气体源GS2供给的CH3F气体以规定的流量从中央导入部50供给到处理空间S内。另外，控制部Cnt对流量控制单元FC1内的流量控制器和开闭阀进行控制，来将从气体源GS1供给的He气体以规定的流量从中央导入部50供给到处理空间S内。另外，控制部Cnt对流量控制单元FC5内的流量控制器和开闭阀进行控制，来将从气体源GS5供给的He气体以规定的流量从周边导入部52供给到处理空间S内。然后，控制部Cnt对排气装置30内的压力调整器进行控制，来将腔室12内控制为规定的压力。步骤S11为第一供给工序的一例。
接着，控制部Cnt执行利用被供给到腔室12内的第一气体的等离子体对晶圆W的表面进行改性的改性处理(S12)。具体地说，控制部Cnt控制微波发生器32，来将例如2.45GHz的微波以规定的电力供给到处理空间S内。由此，在处理空间S内生成第一气体的等离子体，利用生成的第一气体的等离子体对晶圆W的表面进行改性。具体地说，在抗蚀剂掩膜RM的上表面、侧面以及未被抗蚀剂掩膜RM覆盖的有机膜OL的表面形成改性层。此外，在步骤S12中，控制部Cnt使高频电源RFG停止，由此停止向载置台20施加高频偏压。步骤S12为改性工序的一例。
例示步骤S12中的改性处理的条件，例如以下所示。
·压力：80mT
·微波的电力：2000W
·高频偏压的电力：0W
·处理时间：10秒
·从中央导入部50供给的CH3F气体：40sccm
·从中央导入部50供给的He气体：175sccm
·从周边导入部52供给的He气体：175sccm
进行改性处理后的抗蚀剂掩膜RM和有机膜OL的状态例如为图6所示的状态。图6是表示改性处理后的抗蚀剂掩膜RM和有机膜OL的一例的示意图。当进行改性处理时，在抗蚀剂掩膜RM的上表面和侧面形成改性层60，在未被抗蚀剂掩膜RM覆盖的有机膜OL的表面形成改性层61。
接着，向腔室12内供给第二气体(S13)。具体地说，控制部Cnt对流量控制单元FC1、FC2及FC5内的开闭阀进行控制，来停止He气体和CH3F气体的供给。而且，控制部Cnt对排气装置30内的真空泵进行控制，来对腔室12内的气体进行排气。然后，控制部Cnt对流量控制单元FC3内的流量控制器和开闭阀进行控制，来将从气体源GS3供给的N2气体以规定的流量从中央导入部50供给到处理空间S内。另外，控制部Cnt对流量控制单元FC6内的流量控制器和开闭阀进行控制，来将从气体源GS6供给的N2气体以规定的流量从周边导入部52供给到处理空间S内。另外，控制部Cnt对流量控制单元FC4内的流量控制器和开闭阀进行控制，来将从气体源GS4供给的H2气体以规定的流量从中央导入部50供给到处理空间S内。然后，控制部Cnt对排气装置30内的压力调整器进行控制，来将腔室12内控制为规定的压力。步骤S13为第二供给工序的一例。
接着，控制部Cnt执行利用被供给到腔室12内的第二气体的等离子体将形成于未被抗蚀剂掩膜RM覆盖的有机膜OL的表面的改性层和形成于抗蚀剂掩膜RM的上表面的改性层去除的去除处理(S14)。具体地说，控制部Cnt控制微波发生器32，来将例如2.45GHz的微波以规定的电力供给到处理空间S内。由此，在处理空间S内生成第二气体的等离子体。另外，控制部Cnt控制高频电源RFG，来向载置台20施加规定的电力的高频偏压。由此，将第二气体的等离子体中包含的离子引入到晶圆W，利用所引入的离子对晶圆W的表面进行蚀刻。由此，将形成于抗蚀剂掩膜RM的表面和未被抗蚀剂掩膜RM覆盖的有机膜OL的表面的改性层去除。在本实施方式中，步骤S14中的改性处理例如执行10秒以上。步骤S14为去除工序的一例。
例示步骤S14中的去除处理的条件，例如以下所示。
·压力：80mT
·微波的电力：1000W
·高频偏压的电力：150W
·处理时间：40秒
·从中央导入部50供给的N2气体：100sccm
·从周边导入部52供给的N2气体：100sccm
·从中央导入部50供给的H2气体：124sccm
接着，控制部Cnt利用被供给到腔室12内的第二气体的等离子体，执行将抗蚀剂掩膜RM作为掩盖膜来蚀刻有机膜OL的蚀刻处理(S15)。具体地说，控制部Cnt控制微波发生器32，来将例如2.45GHz的微波以规定的电力供给到处理空间S内。由此，在处理空间S内生成第二气体的等离子体。另外，控制部Cnt控制高频电源RFG，来向载置台20施加规定的电力的高频偏压。由此，将第二气体的等离子体中包含的离子引入到晶圆W，利用所引入的离子，将抗蚀剂掩膜RM作为掩盖膜来对有机膜OL进行蚀刻。步骤S15为蚀刻工序的一例。
例示步骤S15中的蚀刻处理的条件，例如以下所示。
·压力：80mT
·微波的电力：1000W
·高频偏压的电力：50W
·从中央导入部50供给的N2气体：100sccm
·从周边导入部52供给的N2气体：100sccm
·从中央导入部50供给的H2气体：124sccm
接着，控制部Cnt控制流量控制单元FC3、FC4及FC6内的开闭阀，来停止N2气体和H2气体的供给。然后，控制部Cnt控制排气装置30内的真空泵，来对腔室12内的气体进行排气。然后，控制部Cnt控制开关SW，来切断从直流电源DCS向静电卡盘ESC施加的直流电压。然后，将晶圆W从载置台20搬出(S16)。
在此，进行去除处理后的抗蚀剂掩膜RM和有机膜OL的状态例如为图7所示的状态。图7是表示去除处理后的抗蚀剂掩膜RM和有机膜OL的一例的示意图。例如图7所示，当进行去除处理时，形成于抗蚀剂掩膜RM的上表面和侧面的改性层60中的、主要形成于上表面的改性层60被去除，在侧面残留有改性层60。
通过在抗蚀剂掩膜RM的侧面残留有改性层60，在将抗蚀剂掩膜RM作为掩盖膜来蚀刻有机膜OL的蚀刻处理中，抗蚀剂掩膜RM中的沿横向的蚀刻得到抑制。由此，蚀刻时的抗蚀剂掩膜RM的尺寸偏差得到抑制，从而能够抑制通过蚀刻而形成于有机膜OL的槽的关键尺寸的扩大。
另外，例如图7所示，形成于未被抗蚀剂掩膜RM覆盖的有机膜OL的表面的改性层61在去除处理中被去除。由此，在将抗蚀剂掩膜RM作为掩盖膜来进行有机膜OL的蚀刻的情况下，沿铅垂方向进行的有机膜OL的蚀刻不会被改性层61阻碍。因此，能够提高有机膜OL的蚀刻速率。
另外，通过利用去除处理来去除改性层61，即使不怎么增大高频偏压的电力，有机膜OL的蚀刻也取得进展。在此，当过度地增大高频偏压的电力时，有机膜OL与有机膜OL的下层的金属膜ML的选择比变小。例如图3所示，当有机膜OL与金属膜ML的选择比变小时，在对形成在金属膜ML之上且厚度局部不同的有机膜OL进行蚀刻的情况下，在一直到厚的部分的有机膜OL的蚀刻结束为止的期间对位于薄的部分的有机膜OL的下层的金属膜ML带来的损伤变大。
相对于此，在本实施方式中，通过利用去除处理来去除改性层61，即使不怎么增大高频偏压的电力，有机膜OL的蚀刻也取得进展。因此，能够确保有机膜OL与金属膜ML的选择比大。因而，例如图3所示，即使在对厚度局部不同的有机膜OL进行蚀刻的情况下，也能够抑制对位于有机膜OL的下层的金属膜ML带来的损伤。
此外，进行改变高频偏压的电力来对改性层61被去除后的有机膜OL进行蚀刻的实验的结果是，在将高频偏压的电力设为150W的情况下，对有机膜OL的下层的金属膜ML的表面的损伤变大，金属膜ML的表面粗糙。相对于此，在将高频偏压的电力设为70W的情况下，对金属膜ML的表面的损伤变小，金属膜ML的表面也光滑。根据该实验结果的倾向，在改性层61被去除后的有机膜OL的蚀刻中，优选高频偏压的电力为70W以下。
[改性层的组成]
在此，测定图5所示的初始状态的抗蚀剂掩膜RM的组成比，结果例如图8所示的那样。图8是表示初始状态下的抗蚀剂掩膜RM的组成比的一例的图。例如图8所示，初始状态下的抗蚀剂掩膜RM中包含87.8％的碳元素和12.2％的氧元素。
另外，测定图6所示的改性处理后的抗蚀剂掩膜RM的组成比，结果例如图9所示。图9是表示改性处理后的抗蚀剂掩膜RM的组成比的一例的图。例如图9所示，改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中除了包含75.1％的碳元素和13.3％的氧元素以外，还包含6.3％的氟元素、3.6％的氮元素以及1.6％的硅元素。在改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中，相比于初始状态下的抗蚀剂掩膜RM，氟元素、氮元素以及硅元素的含有率增加了，碳元素的含有率减少了。
另外，测定图7所示的去除处理后的抗蚀剂掩膜RM的组成比，结果例如图10所示。图10是表示去除处理后的抗蚀剂掩膜RM的组成比的一例的图。例如图10所示，去除处理后的抗蚀剂掩膜RM中除了包含77.1％的碳元素和10.9％的氧元素以外，还包含1.5％的氟元素、9.6％的氮元素以及0.9％的硅元素。在去除处理后的抗蚀剂掩膜RM中，相比于改性处理后的抗蚀剂掩膜RM，氮元素的含有率增加了，氧元素、氟元素以及硅元素的含有率减少了。
图11是示出表示碳元素的结合能的XPS光谱的一例的图。图12是示出表示氧元素的结合能的XPS光谱的一例的图。图13是示出表示氟元素的结合能的XPS光谱的一例的图。图14是示出表示氮元素的结合能的XPS光谱的一例的图。图15是示出表示硅元素的结合能的XPS光谱的一例的图。在图11～图15中，(1)示出初始状态的抗蚀剂掩膜RM中包含的各元素的结合能的XPS光谱的一例，(2)示出改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中包含的各元素的结合能的XPS光谱的一例，(3)示出去除处理后的抗蚀剂掩膜RM中包含的各元素的结合能的XPS光谱的一例。
例如图11所示，相比于初始状态，在改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中，与C-C键、C-H键以及苯环键对应的285eV附近的结合能的发光强度减少了。另外，例如图11所示，相比于初始状态，在改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中，与苯环的π键对应的292eV附近的结合能的发光强度也减少了。根据这些结果，认为在抗蚀剂掩膜RM的表面中，通过改性处理，一部分的苯环被去除或一部分的苯环的π键被破坏。
另外，例如图13所示，相比于初始状态，在改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中，与C-F键对应的686eV附近的结合能的发光强度增加了。根据该结果，认为在抗蚀剂掩膜RM的表面中，通过改性处理，C-F键增加了。
另外，例如图14所示，相比于初始状态，在改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中，与C-N键、C＝N键或N-H键对应的400eV附近的结合能的发光强度增加了。根据该结果，认为在抗蚀剂掩膜RM的表面中，通过改性处理，引起了氮化。
另外，例如图15所示，相比于初始状态，在改性处理后的抗蚀剂掩膜RM中，与SiO2键对应的103eV附近的结合能的发光强度增加了。根据该结果。认为通过改性处理，在抗蚀剂掩膜RM的表面附着有SiO2。
例如图16所示那样总结以上的结果。图16是表示各结合状态的定量值的一例的图。例如图16所示，通过进行改性处理，在形成于抗蚀剂掩膜RM的表面的改性层60中，一部分的苯环键被去除，一部分的苯环的π键被破坏，C-F键增加。另外，通过进行改性处理，在形成于抗蚀剂掩膜RM的表面的改性层60中发生氮化，也发现了SiO2的附着。认为通过在未被抗蚀剂掩膜RM覆盖的有机膜OL的表面中进行改性处理也会形成相同的组成的改性层61。由此认为，相比于初始状态的抗蚀剂掩膜RM，改性层60相对于等离子体的耐性提高了。
[改性层的蚀刻]
在此，对通过改性处理形成于有机膜OL的改性层的蚀刻量进行实验。图17是表示高频偏压的电力与蚀刻量的关系的一例的图。例如图17所示，在不具有改性层的有机膜OL中，在50W以下的高频偏压下也能够进行有机膜OL的蚀刻，但在具有改性层的有机膜OL中，在50W以下的高频偏压下，有机膜OL的蚀刻停止。另外，在实验中，如果为100W以上的高频偏压，则对具有改性层的有机膜OL也能够进行蚀刻。此外，根据图17所示的倾向，认为如果为比50W大的电力的高频偏压，则对具有改性层的有机膜OL也能够进行蚀刻。
此外，在以下的条件下进行图17所示的实验。
·压力：80mT
·改性处理时的微波的电力：2000W
·改性处理的时间：10秒
·在改性处理时从中央导入部50供给的CH3F气体：40sccm
·在改性处理时从中央导入部50供给的He气体：175sccm
·在改性处理时从周边导入部52供给的He气体：175sccm
·蚀刻处理时的微波的电力：1000W
·蚀刻处理的时间：30秒
·在蚀刻处理时从中央导入部50供给的N2气体：100sccm
·在蚀刻处理时从周边导入部52供给的N2气体：100sccm
·在蚀刻处理时从中央导入部50供给的H2气体：124sccm
另外，也对通过改性处理形成于有机膜OL的改性层的蚀刻处理的时间进行实验。图18是表示蚀刻处理的时间与蚀刻量的关系的一例的图。例如图18所示，在不具有改性层的有机膜OL中，即使处理时间小于10秒也能够进行有机膜OL的蚀刻，但在具有改性层的有机膜OL中，如果处理时间在5秒以下则没有进行有机膜OL的蚀刻。另外，在实验中，如果处理时间为10秒以上，则对具有改性层的有机膜OL也能够进行蚀刻。此外，根据图18所示的倾向，认为如果蚀刻的处理时间比5秒长，则对具有改性层的有机膜OL也能够进行蚀刻。
此外，在以下的条件下进行图18所示的实验。
·压力：80mT
·改性处理时的微波的电力：2000W
·改性处理时的高频偏压：0W
·改性处理时间：10秒
·在改性处理时从中央导入部50供给的CH3F气体：40sccm
·在改性处理时从中央导入部50供给的He气体：175sccm
·在改性处理时从周边导入部52供给的He气体：175sccm
·蚀刻处理时的微波的电力：1000W
·蚀刻处理时的高频偏压：150W
·在蚀刻处理时从中央导入部50供给N2气体：100sccm
·在蚀刻处理时从周边导入部52供给的N2气体：100sccm
·在蚀刻处理时从中央导入部50供给的H2气体：124sccm
另外，在图18所示的实验结果中，改性处理的处理时间为10秒，因此认为通过使蚀刻处理的时间比5秒长，能够对具有改性层的有机膜OL进行蚀刻，但在改性处理的处理时间比10秒长的情况下，需要进一步延长蚀刻处理的时间。
以上对蚀刻装置10的实施方式进行了说明。如根据上述说明可知的那样，根据本实施方式的蚀刻装置10，能够抑制蚀刻时的抗蚀剂掩膜RM的尺寸的偏差，从而能够抑制通过蚀刻而形成于晶圆W的槽的关键尺寸的扩大。
[其它]
此外，本发明并不限定为上述的实施方式，在其主旨的范围内能够进行各种变形。
例如，在上述的实施方式中，在改性处理中使用CH3F气体来作为第一气体，但第一气体只要为氢氟烃气体即可，也可以为CH3F气体以外的CH2F2、或CH3F与CH2F2的混合气体。另外，优选的是，作为第一气体使用的氢氟烃气体为由化学式CxHyFz(x、y以及z为自然数)表示且价数y比价数z大的气体。另外，在上述的实施方式中，在改性处理中，第一气体被He气体稀释，但稀释气体不限定为He气体，也可以为稀有气体、N2气体等。
另外，在上述的实施方式中，在去除处理和蚀刻处理中使用N2气体与H2气体的混合气体来作为第二气体，但第二气体只要包含氮元素和氢元素即可，也可以使用其它气体。
另外，在上述的实施方式中，作为蚀刻装置10的一例，对使用了RLSA的微波等离子体蚀刻装置进行了说明，但公开的技术不限于此。只要是使用等离子体进行蚀刻的等离子体蚀刻装置即可，也能够在使用CCP(Capacitively Coupled Plasma：电容耦合等离子体)、ICP(Inductively Coupled Plasma：电感耦合等离子体)等其它形式的等离子体的等离子体蚀刻装置中应用公开的技术。

Claims (11)

1.一种蚀刻方法，其特征在于，包括：
搬入工序，将层叠有基底膜、第一有机膜以及掩膜的被处理体搬入腔室内，并且载置在腔室内的载置台上；
第一供给工序，向所述腔室内供给包含碳元素、氢元素以及氟元素的第一气体；
改性工序，在所述腔室内生成所述第一气体的等离子体，对所述掩膜和未被所述掩膜覆盖的所述第一有机膜的表面进行改性；
第二供给工序，向所述腔室内供给用于对所述第一有机膜进行蚀刻的第二气体；
去除工序，向所述载置台施加第一电力的高频偏压，并且在所述腔室内生成第二气体的等离子体，由此将形成于未被所述掩膜覆盖的所述第一有机膜的表面的改性层去除；以及
蚀刻工序，向所述载置台施加比所述第一电力低的第二电力的高频偏压，并且在所述腔室内生成第二气体的等离子体，由此对已被去除的所述改性层的下层的所述第一有机膜进行蚀刻。
2.根据权利要求1所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述掩膜为第二有机膜。
3.根据权利要求1或2所述的蚀刻方法，其特征在于，
在所述去除工序中向载置台施加的高频偏压的电力为100W以上。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述第一气体中包含氢氟烃气体。
5.根据权利要求4所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述氢氟烃气体由化学式CxHyFz表示，价数y比价数z大，其中，x、y以及z为自然数。
6.根据权利要求5所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述氢氟烃气体包含CH3F和CH2F2中的至少任一种气体。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述第二气体包含氮元素和氢元素。
8.根据权利要求7所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述第二气体为N2气体与H2气体的混合气体。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的蚀刻方法，其特征在于，
所述基底膜包含与所述第一有机膜接触的金属膜。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的蚀刻方法，其特征在于，
在所述改性工序、所述去除工序以及所述蚀刻工序中生成的等离子体是利用经由径向线缝隙天线辐射到腔室内的微波来生成的。
11.一种蚀刻装置，其特征在于，具备：
腔室；
载置台，其设置在所述腔室内，用于载置层叠有基底膜、第一有机膜以及掩膜的被处理体；
第一供给部，其用于向所述腔室内供给包含碳元素、氢元素以及氟元素的第一气体；
第二供给部，其用于向所述腔室内供给用于对所述第一有机膜进行蚀刻的第二气体；
等离子体生成部，其用于在所述腔室内生成所述第一气体或所述第二气体的等离子体；以及
控制部，其控制所述第一供给部、所述第二供给部以及所述等离子体生成部，
其中，所述控制部用于执行以下工序：
第一供给工序，在所述被处理体被载置在所述载置台上的状态下，向所述腔室内供给所述第一气体；
改性工序，在所述腔室内生成第一气体的等离子体，对所述掩膜和未被所述掩膜覆盖的所述第一有机膜的表面进行改性；
第二供给工序，向所述腔室内供给所述第二气体；
去除工序，向所述载置台施加第一电力的高频偏压，并且在所述腔室内生成所述第二气体的等离子体，由此将形成于未被所述掩膜覆盖的所述第一有机膜的表面的改性层去除；以及
蚀刻工序，向所述载置台施加比所述第一电力低的第二电力的高频偏压，并且在所述腔室内生成所述第二气体的等离子体，由此对已被去除的所述改性层的下层的所述第一有机膜进行蚀刻。
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