JP2001244245A - 試料の表面処理装置及び表面処理方法 - Google Patents
試料の表面処理装置及び表面処理方法Info
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Abstract
ーン形成を行うための手段となる反射防止膜であるBA
RCなどの有機材とパターンを形成するマスクであるレ
ジストとのエッチング速度の比、すなわち選択比を高く
した表面処理装置を提供する。 【解決の手段】 プラズマを用いる表面処理装置で、エ
ッチングガスとして軽元素である水素に堆積性ガスを添
加する。バイアス電源で加速されたイオンはエッチング
反応を促進する。エッチングガスに軽元素である水素を
用いることでマスク肩部のスパッタ性を低減し、且つ添
加ガスに堆積性ガスを混入することでマスク材との選択
比を増加することが可能となる。
Description
料の表面処理装置及び表面処理方法にかかわり、特にプ
ラズマを用いて半導体表面のエッチングや成膜を行うの
に適した表面処理装置及び表面処理方法に関する。
に現在広く用いられている装置は、プラズマを利用する
装置である。本発明はこのようなプラズマを利用した装
置に広く応用できるものであるが、ここではそのうちの
一つであるECR(電子サイクロトロン共鳴)方式と呼
ばれている装置を例に取り、従来技術を説明する。この
方式では、外部より磁場を印加した真空容器中でマイク
ロ波によりプラズマを発生させる。試料に入射するイオ
ンを加速するために試料にはバイアス電圧が印加され
る。エッチングのほかに膜の堆積などにもこの装置は使
われている。
加工の高精度化が要求されている。そのことによりエッ
チング材を高精度に加工するためのマスク材の寸法精度
においても新しい技術が必要不可欠となる。マスク材の
パターン形成において寸法制御する手法として、紫外光
等の反射光を防止し微細かつ高精度に露光するためにB
ARC(Bottom Anti Referecti
ve Coating)等の反射防止膜を使用する技術
が用いられている。通常、反射防止膜の膜質はマスク材
であるレジストと同じ有機系の膜であり、フルオロカー
ボン系ガスまたはハロゲン系ガスに酸素ガス等を混合し
エッチングされ、同反射防止膜を加工する際にマスク材
との選択比が1程度となる。また、同エッチングの際、
イオンスパッタによりマスク材の肩落ち等が生じやす
く、下地エッチング材の加工の際の障害になる。(図3
(b)参照)
ような新たな課題を解決して、BARCなどの有機系膜
とレジストなどの同膜種のエッチング速度の比となる選
択比を高くし、且つレジストの初期形状をできるだけ維
持したままで、加工する表面処理装置及び表面処理方法
を提供することである。
器とその中にプラズマを発生させる手段および該プラズ
マにより表面処理される試料を設置する試料台と試料に
高周波バイアスを印加するための電源を備え、マスク材
及び反射防止膜を使用して試料の表面処理を行う表面処
理装置において、該真空容器中に、エッチングガスとし
て、水素ガスと堆積性ガスの混合ガスを導入する手段を
備えたことにある。
マを発生させ、試料を設置する試料台に高周波バイアス
を印加し、マスク材及び反射防止膜を使用し、前記プラ
ズマを用いて前記試料の表面処理を行う試料の表面処理
方法において、該真空容器中に水素ガスと堆積性ガスの
混合ガスを導入し、前記プラズマにより前記試料の表面
処理を行うことにある。
る前記堆積性ガスの添加量を、前記マスク材の削れ量が
零となる流量E0としたことにある。
元素である水素を用いることにより、スパッタによるマ
スク材であるレジストの肩落ちを低減し、同時に堆積性
ガスを混合しマスク材としてのレジストとの選択比を増
加し高精度に反射防止膜をエッチングすることができ
る。
明する。図1は、本発明を適用したプラズマエッチング
装置の模式図であり、電子サイクロトロン共鳴を応用し
たプラズマ処理装置である。真空容器であるエッチング
室1の周囲には、電子サイクロトロン共鳴(ECR)用
磁場を発生するためにコイル2が設置されている。エッ
チング用ガスは、マスフローコントローラ3を介しガス
源に接続されたガス供給管4を通して供給され、直径が
0.4ないし0.5mm程度の微細な穴が数100個程
度設けられたシリコンあるいはガラス状炭素からなるガ
ス供給板5からエッチング室1に導入される。
ロ波を放射する円盤状のアンテナ6が設けられ、アンテ
ナ6へのマイクロ波は電源7からマッチング回路8、導
入軸9を通して給電される。マイクロ波はアンテナ6の
周囲から放射されるとともに、アンテナ6の上方の空間
での共振電界が誘電体10を通ってエッチング室内に導
入される。マイクロ波の周波数は、プラズマの電子温度
を0.25eVから1eVの低温度にできる帯域が選定
されていて、300MHzから1GHzの範囲である。
本実施例では、450MHz付近の周波数帯を使用し
た。また、誘電体10としては、石英やアルミナを使用
できる。あるいは、ポリイミドなどの耐熱性ポリマーで
誘電損失が小さいものを使用しても良い。
1が設けられ、ウエハ12が静電吸着により支持(静電
吸着用電源は図示せず)されている。ウエハ12にプラ
ズマ中のイオンを引き込むため、高周波電源13からウ
エハ載置電極11に高周波バイアスが印加される。
14は、温度調節されている。すなわち、図示していな
い温度調節器から冷媒をアンテナ6及びエッチング室内
壁14に導入して温度を調節することにより、アンテナ
6、内壁14は一定の温度に保持されている。本実施例
では30〜80℃に調節されるよう設定した。
は、排気速度が2000から3000L/s程度のター
ボ分子ポンプが設置されている。また、図には示してい
ないが、ターボ分子ポンプの開口部には排気速度調整用
のコンダクタンスバルブが設置され、エッチングに適し
た流量と圧力を達成するために排気速度が調節される。
さらに、大気開放時などにターボ分子ポンプを隔離する
ためにストップバルブも設けられている。
用いたBARCエッチングの実施例について説明する。
高真空に排気された状態のエッチング室1に、図には示
していないが、搬送室から搬送アームによってウエハが
搬入され、ウエハ載置電極11の上に受け渡される。搬
送アームが後退してエッチング室1と搬送室間のバルブ
が閉じられた後、ウエハ載置電極11が上昇して、エッ
チングに適した位置で停止する。本実施例の場合は、ウ
エハ12とガス導入板5との距離(電極間距離)を50
mmから100mmとした。
ガスを使用し、流量としてそれぞれ100sccm、5
sccmを導入した。ここに堆積性ガスとしてCHF3
を添加した。圧力は3.5Paである。UHFマイクロ
波電源の出力を1.5kWとし、ウエハへのバイアス電
源12の出力を60Wとした。コイル2に電流を印加
し、UHFマイクロ波450MHzの共鳴磁場0.01
6Tをガス供給板5とウエハ載置電極11(すなわちウ
エハ12)の間に発生させた。次に、マイクロ波電源7
を動作させた。これに伴い、電子サイクロトロン共鳴に
より、磁場強度0.016TのECR領域に強いプラズ
マが発生する。
ハ12の表面における入射イオン密度を均一にする必要
があるが、ECR位置を磁場コイル2で自由に調節する
ことができるため、最適なイオン密度分布が得られる。
本実施例では、ECR領域の形状をウエハ12側に凸の
状態にとした。
ないが、高周波電源13に並列に接続された直流電源か
ら高電圧がウエハ載置電極11に印加され、ウエハ12
はウエハ載置電極11に静電吸着される。静電吸着され
たウエハ12の裏面にヘリウムガスが導入され、冷媒に
より温度調節されたウエハ載置電極11のウエハ載置面
とウエハ間でヘリウムガスを介してウエハの温度調節が
行われる。
載置電極11に高周波バイアスを印加する。これによ
り、ウエハ12にプラズマ中からイオンが垂直に入射す
る。バイアス電圧がウエハ12に印加されると同時に、
エッチングが開始される。所定のエッチング時間でエッ
チングを終了する。あるいは、図示していないが、反応
生成物のプラズマ発光強度変化をモニターし、エッチン
グ終点を判定してエッチング終了時間を求め、適切なオ
ーバーエッチングを実施した後、エッチングを終了す
る。エッチングの終了は、高周波バイアス電圧の印加を
停止したときである。これと同時に、エッチングガスの
供給も停止する。
置電極10から脱着する工程が必要であり、除電ガスと
してアルゴンや実際にエッチングに使用するガス種など
が使用される。静電吸着電圧の供給を停止して給電ライ
ンをアースに接続した後、マイクロ波の放電を維持しな
がら10秒間程度の除電時間を設ける。これにより、ウ
エハ12上の電荷がプラズマを介してアースに除去さ
れ、ウエハ12が容易に脱着できるようになる。除電工
程が終了すると、除電ガスの供給停止とともにマイクロ
波の供給も停止される。さらには、コイル2への電流供
給も停止する。また、ウエハ載置電極11の高さを、ウ
エハ受け渡し位置まで下降させる。
真空まで排気する。高真空排気が完了した時点で、搬送
室間のバルブを開け、搬送アームを挿入してウエハ12
を受け取り、搬出する。次のエッチングがある場合は、
新しいウエハを搬入し、再び上述の手順に従ってエッチ
ングが実施される。以上で、エッチング工程の代表的な
流れを説明した。
に説明する。図2は堆積性ガスの一例であるCHF3の
添加量とBARCおよび、レジストのエッチング速度の
関係を示す図であり、図3はエッチング形状を示す図で
ある。
とともにBARC16のエッチング速度はあまり減少し
ないが、レジスト15はエッチング速度が大きく低下す
なわちあまり削れなくなる。そして、添加ガスがある量
を超えるとレジスト15は逆に堆積していく。ここでレ
ジスト削れ量が零となるガス添加量E0において、選択
比が無限大のエッチングが可能となる。実用上は、E0
を中心にしてマスク材と反射防止膜の選択比が2以上と
なる範囲内でガス添加量を設定すればよい。
している。図3の(b)は比較のために示した従来技術
すなわち添加ガスとして(ハロゲン+O2)を用いた場
合のエッチング形状を示している。従来技術では、レジ
スト開口部に肩削れ20が形成されてしまう。
ち、水素を主エッチングガスとして使用し添加ガスは混
入しない場合のエッチング形状は図3(c)のようにな
る。従来技術と比べ軽元素である水素を主エッチングガ
スとして使用しているため、レジスト開口部での肩削れ
が軽減できる。さらに、水素に添加ガスを加えることで
(H2+CHF3)、図3(d)のようにレジスト削れ
がゼロとなるエッチングが可能となる。
ングガスであるH2及びN2の流量100sccm、5
sccmに対してCHF3を0sccm、2、8scc
mと変化させた。この条件でBARCの膜厚80nmを
エッチングした後における、マスク材であるレジストの
削れ量は、初期膜厚720nmに対して、CHF3添加
量ゼロ時に120nmであったのが、添加量2sccm
時に、0nmとなり、添加量8sccm時には逆に83
nm堆積する結果となった。ここでCHF3添加量E0
=2sccmでBARCをエッチングすることにより、
対マスク選択比無限大のエッチングが可能となる。ま
た、エッチングガスの主ガスとして軽元素である水素を
使用しているため、イオンスパッタにより生じるレジス
ト開口部での肩削れ量もほんのわずかである。
Cのエッチング反応のみが進行する要因として、堆積性
ガスとしてCHF3を導入することで強い堆積性をもつ
CH系の堆積物が最表面であるレジスト表面にのみエッ
チング反応を阻止するほど堆積していると考えられる。
なお、本実施例では堆積性ガスとしてCHF3を前提に
説明したが、水素と反応し付着係数の高いCH系堆積物
を生成するガスであれば何等問題はなく、CHF3に限
定されるものではない。
ズマエッチング装置を用いた場合を前提に説明したが、
他のプラズマ源でも何等問題はなく、UHF型ECRプ
ラズマエッチング装置に限定されるものではない。した
がって、マイクロ波以外の誘導型プラズマ装置でも本発
明を適用することができる。
したが、これに限定されるものではなく、水冷や気体に
よる強制冷却、あるいはヒーターの使用、赤外線を使用
するランプ加熱などでも良い。
素主体のエッチングガスと堆積性添加ガスの効果でマス
クである同膜種のレジストとの選択比が増加するだけで
なく、初期形状を維持したBARC(反射防止膜)のエ
ッチングが可能となる。
どの有機材をマスクであるレジストなどの同種材料に対
して高い選択比で、なおかつ初期形状を維持したエッチ
ングができる。すなわち、エッチングガスに軽元素であ
る水素を用いることでマスク肩部のスパッタ性を低減
し、且つ添加ガスに堆積性ガスを混入することでマスク
材との選択比を増加することが可能となる。これらの相
乗効果により高い選択比を保ちつつパターンの初期形状
をできるだけ維持したまま反射防止膜のエッチングが実
現できる。
図。
ジストのエッチング速度の関係を示す図。
ッチング形状の差を示す図。
ローラ、4…ガス供給管、5…ガス供給板、6…アンテ
ナ、7…マイクロ波電源、8…マッチング回路、9…高
周波導入軸、10…誘電体、11…ウエハ載置電極、1
2…ウエハ、13…高周波電源、14…エッチング室内
壁、15、16…特性曲線、17…レジスト、18…B
ARC、19…レジスト削れ、20…肩削れ
Claims (6)
- 【請求項1】真空容器とその中にプラズマを発生させる
手段および該プラズマにより表面処理される試料を設置
する試料台と試料に高周波バイアスを印加するための電
源を備え、マスク材及び反射防止膜を使用して試料の表
面処理を行う表面処理装置において、 該真空容器中に、エッチングガスとして、水素ガスと堆
積性ガスの混合ガスを導入する手段を備えたことを特徴
とする試料の表面処理装置。 - 【請求項2】請求項1記載の試料の表面処理装置におい
て、前記水素ガスに対する前記堆積性ガスの添加量を、
前記マスク材の削れ量が零となるガス流量E0を中心に
して、前記マスク材と前記反射防止膜の選択比が2以上
となる範囲内で前記ガスの添加量を設定することを特徴
とする試料の表面処理装置。 - 【請求項3】真空容器中にプラズマを発生させ、試料を
設置する試料台に高周波バイアスを印加し、マスク材及
び反射防止膜を使用し、前記プラズマを用いて前記試料
の表面処理を行う試料の表面処理方法において、 該真空容器中に水素ガスと堆積性ガスの混合ガスを導入
し、前記プラズマにより前記試料の表面処理を行うこと
を特徴とする試料の表面処理方法。 - 【請求項4】請求項3記載の試料の表面処理方法におい
て、前記水素ガスに対する前記堆積性ガスの添加量を、
前記マスク材の削れ量が零となる流量E0としたことを
特徴とする試料の表面処理方法。 - 【請求項5】請求項3または4に記載の試料の表面処理
方法において、前記水素ガスに混合する堆積性ガスは、
炭素を構成元素として含むガスであることを特徴とする
試料の表面処理方法。 - 【請求項6】請求項3または4に記載の試料の表面処理
方法において、前記堆積性ガスがCHF3、CH2F
2、およびCF4のうちいずれか一つを含むことを特徴
とする試料の表面処理方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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