JP2003529930A - ドライシリル化プラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】シリル化された領域（Ｓ１，Ｓ２）が形成され、シリル化可能な材料で形成された第１の層（Ｌ１）でコーテングされた上面（１００Ｓ）を有する基板（１００）のプラズマエッチングを含むドライシリル化方法である。プラズマ（６６）は、低プラズマ密度、高ラジカル密度を有する第１の領域（６６Ｌ）と、この第１の領域よりも高いプラズマ密度、低いラジカル密度を有する第２の領域（６６Ｕ）とを含み、酸素をベースとするプラズマである。この方法は、前記シリル化可能な領域から酸化された領域（ＯＲ１，ＯＲ２）を形成するように、シリル化された領域を第１のプラズマ領域に露呈させる工程を含む。次の工程は、プラズマに直接露呈されたシリル化可能な材料を選択的にエッチングするように、前記第２のプラズマ領域に基板を露呈させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、半導体処理、特に、ドライリソグラフィクシリル化プラズマエッチ
ング処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来半導体装置の製造におけるリソグラフィク処理の分解能を改善することが
、要求が常に高っている。現在の処理は、ホトレジストパタンーンを形成するよ
うに露光された後に、ホトレジストを除去する液体化学の使用を含んでいる。し
かし、このようなウエット処理は、等方性を有し、ホトレジストの厚さ、処理時
間、硬化時間,並びに露光に対応した量だけアンダーカットを生じさせる。この
影響は、半導体装置の構造を形成するときに使用されるホトレジストパターンの
サイズでの比較的大きい変動を生じさせる。ホトレジストパターンの必要な臨界
ディメンションが小さくなるのに従って、この問題は、より深刻になってくる。

【０００３】 最新の深いサブミクロンのホトリソグラフィ処理を果たすために必要な高開口
数（ＮＡ）のレンズでは、焦点深度は、かなり短く、即ち、１ミクロン以下であ
る。これは、焦点深度がＮＡの二乗に反比例し、一方、解像度はＮＡに比例する
からである。ある状況においては、サブミクロンの解像度を有するレンズの焦点
深度は、パターンが形成されるホトレジスト層の厚さよりも小さいかもしれない
。この結果、理想よりも小さい、即ち、非垂直側壁を有するホトレジストパター
ンが形成される。

【０００４】 シリル化は、シリコンウエハのような基板の上に堆積されたホトレジスト層の
上面に酸化シリコンにより形成された非常に薄く、通常はパターン化される層を
形成することを含むドライリソグラフィ処理である。このような薄い酸化層を形
成するために、ホトレジスト層は化学線（例えば、ＵＶ光もしくは電子線）によ
り(例えば、マスクを介して)選択的に露光され、露光されたホトレジストの部分
と非露光のホトレジストの部分とが形成される。露光の後に、ホトレジストは、
シリコンを含むシリル化反応剤で処理される。このシリコン含有反応剤は、拡散
してホトレジストの露光部分の表面と反応するが、非露光領域とは反応せず、ホ
トレジスト層の表面にシリル化されたホトレジストの選択領域を形成する。

【０００５】 図１の（Ａ）には、上面１８を有するホトレジスト層１６を上に有する基板１
０が示されている。このレジスト層は、これの上面に形成されシリル化されたレ
ジスト部分２０を有する。ドライ現像処理の成功は、エッチングがシリル化され
ていないレジストを優先してエッチングする高選択性を有し、このエッチングは
、これが垂直エッチング形態をはたさせるように、異方性を有する。一般的に、
これは、ホトレジスト層へのイオンエネルギーとイオンフラックスと、ラジカル
フラックスとの正確な制御を必要としている。また、図１の（Ｂ）を参照すると
、図１の（Ａ）の構造が一般のドライエッチングシリル化処理をしようしてエッ
チングされると、側壁を有するホトレジストパターンと、ＳｉＯ_Ｘのキャップ層
４０とは、シリル化されたレジスト部分を有することになる。この場合、レジス
ト除去処理は、高ラジカルフラックスと低イオンフラックスとのために、等方性
（即ち、全ての方向に対して均一に働く）。ホトレジスト１６の上に耐エッチン
グ性キャップ層４０が存在するので、このキャップ゜層４０の下のホトレジスト
は、不均一に除去され、図１の（Ｂ）に示されるように、湾曲した側壁３６を有
するホトレジストパターン３２となる。しかし、このような状態のもとで、許容
可能なエッチング選択性は、非垂直側壁の形態の犠牲のもとで達成される(即ち
、方向性エッチングを果たすためには非常に少ないイオンがある)。代わって、
相対的なイオンフラックスを増すように試みられる場合には、イオンエネルギー
も同時に必然的に高くする。垂直側壁形態を果たすけれども、これは、ハードマ
スク（即ち、ＳｉＯ_Ｘ層）とシリル化されないホトレジスト領域（低い選択性）
との両者をエッチングしてしまう。これら両者は、処理の制御に、かくして製造
される半導体装置の動作に反対の影響を与える。これらいずれの影響も、ドライ
現像シリル化処理で、一般的に観察される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

半導体装置の製造でのドライ処理に関する幾つかの従来技術となる特許がある
。例えば、米国特許Ｎｏ．５，７００，６２８は、フッ素で処理された層が、半
導体ウエハの処理可能な層の上に堆積され、フッ素で処理された層の幾つかの領
域が、露光領域と非露光領域とがフッ素で処理された層に形成されるように、マ
スクされた放射源にて露光される全ドライマイクロリソグラフィ処理を開示して
いる。酸化層が、フッ素で処理された層の上に成長されて、フッ素で処理された
層の非露光領域上に厚い酸化領域と、フッ素で処理された層の露光領域上に薄い
酸化領域とを形成する。次に、この酸化層は、エッチングされて、酸化層の薄い
領域を除去し、しかし、パターンニングされたハードマスクとして使用される酸
化層の厚い領域の少なくとも一部を残す。かくして、パターンニングされた酸化
ハードマスクにより覆われていない露光され、フッ素で処理された層は、酸化ハ
ードマスクにより覆われていない処理可能な層の露呈領域へとエッチングされる
。続くパタンーンニング処理は、処理可能な層へのパターン転送のためのエッチ
ング処理と、処理可能な層の露呈された領域への不純物ドープのためのドーピン
グ処理、もしくは堆積工程のような他の処理であろう。全ドライリソグラフィ処
理は、クラスターツールのような一体化された設備で完了され得るので、製造サ
イクル時間が改善されて歩留りが良くなる。ドライ光感知層は、低温度のＰＥＣ
ＶＤを使用して堆積され得、また、全ての他の半導体装置の製造プロセスの流れ
に受入れられ得る。しかし、この発明の欠点は、多くの工程を含むために、長い
時間を費やし、装置製造のスループットを低下させることである。

【０００７】 米国特許Ｎｏ．５，３６６，８５２は、ホトレジストを処理してホトレジスト
のリリーフ像を形成するための方法を開示している。この方法は、橋かけ結合さ
れた表面層を有するホトレジストコーテングを果たす工程と、有機金属化合物材
料でホトレジストコーテングを処理する工程と、有機金属化合物の耐エッチング
有効量を有するリリーフ像を形成するように、ホトレジストコーテングを現像す
る工程とを有する。

【０００８】 米国特許Ｎｏ．５，３６２，６０６は、高吸収性のイイオンビームのミクロも
しくはサブミクロのパターンに露光されるレジストがレジスト面の露光された領
域に高く橋かけ結合されたバリア層を形成する発明を開示している。相補的な表
面領域がシリコン含有反応剤でシリル化され、そして、露光された領域がプラズ
マエッチングにより除去される。パターンの解像力は、レジストの表面に対する
シリル化と露光とを制限することにより、高められる。この処理は、比較的安価
な単一部材の低エネルギーイオン源を使用して、１０００オングストローム以下
の特色解像力を可能にしている。しかし、この発明の欠点は、高エネルギーイオ
ン（２００ｅＶのオーダのエネルギー）の低密度を特徴としている酸素反応イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）反応炉を利用していることである。即ち、このような反
応炉は、イオンエネルギーがＳｉＯ_Ｘのハードマスク（即ち、ハードマスクは、
スパッター・エッチングされる）のスパッター閾値を越えるので望ましくない。

【０００９】 米国特許Ｎｏ．５，５６２，８０１は、酸化膜をエッチングする処理を開示し
ている。最初に、レジスト層が、基板上の酸化層上に形成される。次に、光感知
層がこの酸化膜の上に形成され、除去される酸化層の領域を露光するようにパタ
ーンニングされる。これら露光された領域は、窒化物層の上にあり、多結晶シリ
コンのゲートのような構造体の上にあるかもしれない。エッチングが、ポリマー
が光感知層の上に堆積され、かくして、光感知層とプラズマとの間の相互作用を
なくすように、果たされる。この方法では、単一のエッチング処理がエッチング
の良い制御を可能にして、減少されたアスペクト比依存性エッチング効果と、高
酸化物―窒化物選択性と、良い壁角度形態制御とが果される。しかし、この発明
の欠点は、比較的多くの処理工程を必要とし、また、種々の材料の層の形成を含
み、この結果、コストが高くかつ処理が複雑になることである。

【００１０】 本発明は、半導体処理、特に、ドライリソグラフィシリル化プラズマエッチン
グ処理に関する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】 本発明の第１の態様は、１もしくは複数のシリル化された領域が形成され、シ
リル化可能な材料で形成された第１の層でコーテングされた上面を有する基板を
プラズマエッチング処理すめ方法である。プラズマは、酸素をベースとし、低プ
ラズマ密度並びに高ラジカル密度を有する第１の領域と、高プラズマ密度並びに
低いラジカル密度を有する第２の領域とを含む。また、この方法は、前記１もし
くは複数のシリル化可能な領域から１もしくは複数の酸化された領域を形成する
ように、１もしくは複数のシリル化された領域を第１のプラズマ領域に露呈させ
る工程を具備する。次の工程は、この後に、プラズマに直接露呈されたシリル化
可能な材料を選択的にエッチングするように、第２のプラズマ領域に基板を露呈
させることである。

【００１２】 本発明の第２の態様は、上述したような方法であり、この方法は、プラズマ処
理システムのチャンバ内で実施され、この方法は、処理を調節する以下の工程の
少なくとも１つを有する （ａ）前記第２のプラズマ領域に結合されるプラズマの大きさを調節する工程 （ｂ）前記基板へのバイアス電圧を調節する工程 （ｃ）前記プラズマへのガスの流れを調節する工程 （ｄ）前記チャンバ内の圧力を調節する工程 （ｅ）前記チャンバ内の基板の位置を変更する工程

【００１３】

【発明の実施の形態】

本発明は、半導体処理、特に、ドライリソソグラフィシリル化プラズマエッチ
ング処理に関する。この処理は、集積回路のような半導体装置を製造する方法で
の比較的効果的に形成されるホトレジストパターンに使用され得る。また、この
処理は、垂直な側壁を有するホトレジストパターンを形成するのに特に有効であ
る。

【００１４】 本発明の処理は、米国特許Ｎｏ．４，９３８，０３１（‘０３１特許と以下に
称される）並びに５，２３４，５２９（’５２９特許と以下に称される）に開示
されているような、静電的にシールドされた無線周波数（ＥＳＲＦ）プラズマシ
ステムのようなプラズマ処理システムで実行される。‘０３１特許と’５２９特
許との全ては、参照としてここで入れられる。

【００１５】 図２に示されるように、本発明の処理を実施するのに適したプラズマ処理シス
テム５０は、外側壁６２、下壁６４、並びに内部領域６５を備えたプラズマチャ
ンバ６０を有する。このチャンバ６０は、高密度（例えば、約１ないし５ｘ１０^１２ ｉｏｎｓ／ｃｍ^３）並びに低プラズマポテンシャル（例えば、約５ないし１
０Ｖのオーダ）を有するプラズマを内部領域６５内に含むことができる。プラズ
マ６６は、低い（即ち、第１の）領域６６Ｌと高い（即ち、第２の）領域６６Ｕ
とを有し、これら領域の比率は以下に説明される。

【００１６】 図３に示されるように、誘導コイル７６が、前記内部領域６５を囲むようにチ
ャンバ６０の周りに設けられている。この誘導コイル７６は、ヘリカル共振器（
即ち、１／４波長もしくは１／２波長共振器）で良い。このコイルの一端は、接
地され、他端は、解放されている。また、このコイル７６は、接地された一端の
近くにタップを有し、この結果、整合ネットワーク８２ＭＮを介してＲＦ電力供
給源８２に電気的に接続されている。この接合ネットワークは、プラズマ６６へ
のＲＦ電力伝送を最大にするのに使用される。

【００１７】 前記誘導コイル７６とチャンバ壁６２との間には、接地された静電シールド８
８（Ｅ−シルドもしくはファラデーシールドと称される）が設けられている。こ
の静電シールドは、各々が底部８８Ｂと頂部８８Ｔとを備えた複数のスロット８
８Ｓが形成され、電気的に接地された導電性シートにより構成されている。これ
らスロット８８Ｓは、前記チャンバ６０の回転軸Ａ（即ち、Ｙ方向）に平行にア
ラインメントされ、代表的には等間隔で離間されている。これらスロット８８Ｓ
は、例えば、１ｍｍないし１０ｍｍの幅を有し得る。このＥ−シルド８８は、コ
イルからの電磁界をプラズマに結合させる領域を制限することにより、コイル７
６とプラズマ６６との間の容量結合を最少にしている。

【００１８】 さらに図２に示されるように、システム５０は、さらに、上面１００Ｓを有す
る基板（例えば、ウエハ）１００を支持するように、チャンバ６０内に位置され
た基板支持体（即ち、チャック）９０を有する。この基板支持体９０には、チャ
ンバ６０内で基板支持体（かくして基板１００）の位置を調節するために使用さ
れる昇降部材１０４が取着されている。この昇降部材１０４は、昇降部材の制御
ユニット１０６に動作的に接続されている。この制御ユニットは、昇降部材の駆
動を制御し、この結果、チャンバ６０内の基板１００の位置が、以下に詳細に説
明される理由により、調節され得る。このための適切な昇降部材と制御ユニット
とは、従来より知られている。

【００１９】 プラズマの発生のためにシールドされて誘電結合されたＲＦシステムを使用す
ると、プラズマ６６の密度は、Ｅ−シルド８８の頂部８８Ｔと底部８８Ｂとに規
定された上限と下限との間の円筒状の領域内のプラズマ密度での変化に比較して
、Ｅ−シルドのスロット８８の底部８８Ｂから下に向かう位置で急速に低下し始
める。基板表面１００Ｓが、Ｅ−シルドのスロットの底部８８Ｂにより規定され
た平面から垂直に（即ち、Ｙ方向に）下方へと移動されるのに従って、基板表面
１００Ｓ近くのプラズマ密度は低下する。このプラズマ密度の低下と、プラズマ
密度の低下する距離との比率は、プラズマ６０内の圧力に大きく依存している。
例えば、チャンバ６０の内部領域６５内の圧力が大きくなるのに従って、プラズ
マの低下比率は大きくなり、また、プラズマの密度が低下する距離はかなり短く
なる（即ち、プラズマの密度が低下する距離は、数（ｓｅｖｅｒａｌ）平均自由
行路のオーダである。５ｍＴｏｒｒでのアルゴンの平均自由行路は、約１ｃｍで
あり、１００Ｔｏｒｒでのアルゴンに対しては約０．５ｍｍである）。図２を参
照すると、長い破線は、“高い” （１０^１２ｉｏｎ／ｃｍ^３のオーダ）プラズ
マ密度領域６６Ｕの境界を示し、この領域の底は、Ｅ−シルドのスロット８８Ｂ
の底部とほとんど一致している。これは、高プラズマ密度を有する領域の近くに
基板１００を位置させるのに適した位置である。図２において、短い破線は“低
”プラズマ密度領域６６Ｌ（上記領域よりも１もしくは２オーダ低いオーダ）の
境界を示すのに使用されている。これは、低プラズマ密度の領域６６Ｌ近くに基
板１００を位置させるのに適した位置である。

【００２０】 さらに図２を参照すると、システム５０は、ウエハをチャンバ６０の内外への
搬送、また基板支持体９０に対する着脱のための搬送、さらに以下に説明される
他のシステム並びにユニットに対する搬送のためのウエハ取り扱いシステム１０
８をさらに有する。このようなシステムは、この分野では良く知られている。前
記基板支持体９０には、基板１００にバイアス電圧を印加するのに使用される基
板電力供給源１１６と整合ネットワーク１１６ＭＮとが電気的に接続されている
。

【００２１】 このシステム５０は、また、チャンバ６０に真空ライン１２２を介して既知の
真空ポンプシステム１２０が流体的に接続されている。さらに、システム５０は
、チャンバ６０にガスライン１３２を介して流体的に接続された既知のガス供給
システム１３０を有する。これら真空ポンプシステム１２０とガス供給システム
１３０とは、共同して、チャンバ６０内の圧力を約１ｍＴｏｒｒないし１Ｔｏｒ
ｒに酸素雰囲気を減じることができる。

【００２２】 さらに、システム５０は、チャンバを所定の許容範囲に維持するように冷却す
るためにチャンバ６０に流体的に接続された既知の冷却システム１４０を有する
。

【００２３】 また、プラズマ処理システム５０には、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）
、シラン等のシリル剤を導入することによりホトレジスト層の露光領域のシリル
化のためのシリル化ユニット１４２と、基板１００の上にホトレジスト層を形成
し、このホトレジスト層をベーキングするためのレジスト供給／ベーキングユニ
ット１４４と、化学放射線によりホトレジスト層を露光するための露光システム
１４８とが接続されている。この露光システム１４８は、例えば、ｅビームツー
ル、もしくは、中間ＵＶ、遠ＵＶまたはＸ線を放射源を有するホトリソグラフィ
ステッパーまたは走査型プロジェクターで良い。これらユニット１４２，１４４
並びにシステム１４８は、全て、既知の装置により構成され得る。例えば、前記
ユニット１４４に対しては、この技術の分野の者が、特定の厚さと均一性のレジ
ストコーテングを得るようにパラメータを調節することには馴れているであろう
し、また、レジストを硬化するのに必要な温度並びにベーキング時間を知ってい
るであろう。さらに、この分野で働いている者は、前記ＵＶ露光ユニット１４８
のための露光時間、焦点深度等を知っている。同様のことが前記シリル化ユニッ
ト１４２に対しても適用できる。

【００２４】 また、前記システム５０は、前記ＲＦ電力供給源８２と、整合ネットワーク８
２ＭＮと、昇降部材制御ユニット１０６と、ウエハ取り扱いシステム１０８と、
基板ＲＦ電力供給源１１６と、整合ネットワーク１１６ＭＮと、真空ポンプシス
テム１２０と、ガス供給システム１３０と、冷却システム１４０と、シリル化ユ
ニット１４２と、レジスト供給／ベーキングユニット１４４と、露光システム１
４８とが電気的に接続された主制御システム１５０を有している。この制御シス
テム１５０は、上述したシステムとユニットとを、夫々の電気信号によって制御
並びに管理する。好ましい実施の形態において、前記シリル化ユニット１４２と
、レジスト供給／ベーキングユニット１４４と、露光システム１４８と組をなし
てシステム５０は、クラスター形式のホトリソグラフィク処理システムを構成し
ている。上述した全ての構成要件は、この分野で知られた構成要件により構成さ
れ得るか、この分野で知られた原理を基礎として構成され得る。

【００２５】 本発明の方法 図２の（Ａ）、図４のフローチャート、並びに図５の（Ａ）ないし（Ｅ）を続
けて参照して、本発明の方法を実行する夫々の工程が説明される。好ましい実施
の形態において、以下の方法の工程は、上述されたシステム５０と、シリル化ユ
ニット１４２と、レジスト供給／ベーキングユニット１４４と、露光システム１
４８とにより、夫々の電気信号を介しての制御システム１５０の制御と動作との
もとで、実行される。

【００２６】 工程３０１において、ウエハ取り扱いシステム１０８は、基板１００を調達し
、これをレジスト供給／ベーキングユニット１４４に位置させる。そして、基板
の上面１００Ｓは、ホトレジストのような材料の適切なシリル化層Ｌ１でコーテ
ングされる。この適切な材料の例は、Ｏｌｉｎ ８１０ ポジテブホトレジスト
である（図５の（Ａ））。工程３０２で、ホトレジスト層Ｌ１は、８０ないし１
１５℃の範囲の温度でレジスト供給／ベーキングユニット１４４により、ソフト
ベーキングされる。

【００２７】 次に、工程３０３で、基板１００は、ウエハ取り扱いシステム１０８によりレ
ジスト供給／ベーキングユニット１４４から取り出されて、露光システム１４８
へと搬送される。そして、ここで、ホトレジスト層Ｌ１は、パターンニングされ
たＵＶ光もしくはパターンニングされたｅビーム放射線のようなパタンーニング
された放射線Ｒにより露光される（図５の（Ｂ））。これは、代表的には、マス
クをｅビームもしくは光源により照射してレジスト層上にマスクを結像させるこ
とによりなされる。この露光は、ホトレジストの露光された領域Ｅ１，Ｅ２を重
合させる。浅い焦点深度を有する露光システム１４８のために、露光された領域
Ｅ１，Ｅ２は、ホトレジスト層Ｌ１の上部のみを含み得る。

【００２８】 次の工程３０４において、ウエハ取り扱いシステム１０８は、基板１００を露
光システム１４８からシリル化ユニット１４２へと搬送する。ここで、ホトレジ
スト層Ｌ１は、ＨＭＤＳもしくはシランのようなシリコンを含むシリル化反応剤
ＳＲに露呈される（図５の（Ｃ））。この反応剤は、ホトレジストの中へと拡散
し、露光された領域Ｅ１，Ｅ２と反応して、ホトレジストの重合された領域をシ
リル化させ。この結果、シリル化された領域Ｓ１，Ｓ２，が形成される。

【００２９】 次に、ウエハ取り扱いシステム１０８は、基板１００をシリル化ユニット１４
２から取り出して、基板をチャンバ６０内の基板支持体９０上に載置させる。そ
して、チャンバ６０内の圧力が所定の値に達すると、制御システム１５０は、電
気信号を送って、プラズマ６６を発生させるようにＲＦ電力供給源８２を駆動す
る。このプラズマ６６は、全体的に高プラズマ密度で低プラズマポテンシャルを
有するように形成される。ＲＦ電力供給源８２の動作状態は、ＲＦ電力供給源１
１６の動作状態と同様に、制御システム１５０にストアされている所定の処理レ
シピに従って調節される。

【００３０】 プラズマ６６がこのように形成されると、工程３０５において、シリル化され
た領域Ｓ１，Ｓ２を有するホトレジスト層Ｌ１，Ｌ２は、（酸素）プラズマに露
呈されて、シリル化された領域Ｓ１，Ｓ２を酸化シリコンＳｉＯ_Ｘの薄い酸化領
域ＯＲ１，ＯＲ２に変換させる（図５の（Ｄ））と共に、ホトレジストパターン
を形成するようにホトレジスト層をエッチングする。これら酸化領域ＯＲ１，Ｏ
Ｒ２は、下層の未露光（かくして変化されない）ホトレジスト層Ｌ１よりも耐エ
ッチング性が高い。前形成工程３０５に含まれている精度の良い工程が以下に詳
述される。この工程３０５は、所望の側壁ＳＷ（例えば、垂直な側壁）を有する
所望のホトレジストパターンＰが、基板上に形成されるまで、なされる（図５の
（Ｅ））。

【００３１】 次に、工程３０６において、処理エンドポイントに達すると、プラズマ６６に
対する基板１００の露呈は、終了され、ウエハ取り扱いシステム１０８は、基板
をチャンバ６０から取り出す。

【００３２】 前記工程３０５を実施しているときに、チャンバ６０内の基板１００の位置は
、重要である。図７の（Ａ）並びに（Ｂ）を参照すると、チャンバ６０の下壁６
４を基準として使用して、図７の（Ａ）に示される“下方”位置ＰＬにおいて（
即ち、ここでは、基板が下壁６４に近接している）、基板１００は、プラズマ６
６の領域６６Ｌに露呈される。この領域では、プラズマ密度は低い（即ち、励起
されたイオンの数が少ない）が、酸化ラジカルの密度は高い（即ち、酸素［Ｏ］
原子の濃度が非常に高く、かつイオン化された酸素原子［Ｏ^＋，Ｏ⁻］の濃度低
い）。シリル化された領域Ｓ１，Ｓ２に対するプラズマの影響は、酸素ラジカル
が多く存在することにより、形成する酸化領域ＯＲ１，ＯＲ２内のシリル化され
た領域Ｓ１，Ｓ２の酸化速度が速くなることである。

【００３３】 一方、図７の（Ｂ）に示される“上方”位置ＰＵにおいて（即ち、ここでは、
基板が下壁６４から遠くなっている）、基板１００は、プラズマ６６の領域６６
Ｕに露呈される。この領域では、基板の表面の近くの流束量と密度とは大きい。
この位置での基板１００の表面に対する影響は、プラズマ６６中の高密度のイオ
ンが、ＲＦ発生器により供給されるＲＦバイアス電圧によって、基板の表面１０
０Ｓに引き付けられて、基板の表面１００Ｓにほぼ垂直な方向にホトレジスト層
Ｌ１を等方エッチングすることである。

【００３４】 Ｅ−シルドの使用により、プラズマポテンシャルが非常に低くなる。このこと
は、バイアス電圧が、基板用のＲＦ電力供給源１１６によりシリコン基板１００
に印加されない場合には、基板の表面１００Ｓに到達する、プラズマ６６中のイ
オンと電子とのエネルギーは、非常に低いであろう。かくして、基板用のＲＦ電
力供給源１１６により外部から印加されるバイアス電圧がない場合には、基板１
００のイオン衝撃が非常に減じられる。基板用のＲＦ電力供給源１１６により基
板支持体９０に印加されるバイアス電圧を調節することにより、基板１００の基
板表面１００Ｓに到達するイオンの運動エネルギーが高くなる。さらに、ＲＦ電
力供給源８２からのＲＦ電力の大きさを同調させることにより、実質的に同じレ
ベル（代表的には、ＲＦバイアス電力に応じて５ないし１００ｅＶのオーダ）に
イオンのエネルギーを維持しながら、プラズマ６６のプラズマ密度が変化する。
このことは、本発明のドライエッチング方法を使用して、所望の側壁を有するホ
トレジストパターンを形成するときに、プラズマ６６の異方性エッチング特性を
全体に渡って制御するのを可能にする。

【００３５】 従って、図５の（Ａ）ないし（Ｅ）を参照して、ホトレジストのドライ現像の
ための好ましい実施の形態が以下に詳述される。工程３０５のドライ現像処理は
、２つのセットの工程、即ち、高圧工程３０５ａないし３０５ｅと、低圧工程３
０５ｆないし３０５ｈとを有する。

【００３６】 図６に示す高圧工程３０５ａないし３０５ｅと、また、図４とを参照すると、
工程３０５ａにおいて、酸素が、ガス供給システム１３０によって，チャンバ６
０に導入される。次に、工程３０５ｂにおいて、チャンバ６０内の圧力が、真空
ポンプシステム１２０により、１０ないし５００ｍＴ内となるように、調節され
る。次に、工程３０５ｃにおいて、プラズマ６６は、ＲＦ電力供給源８２からの
ＲＦ電力の供給により励起される。また、図７の（Ａ）を参照すると、工程３０
５ｄにおいて、昇降部材の制御ユニット１０６は、電気信号により制御システム
１５０により駆動されて、昇降部材１０４の駆動により基板支持体９０とこの上
に支持された基板１００とをチャンバ６０内の下方位置ＰＬへと調節する。工程
３０５ｅにおいてて、さらに制御システム１５０は、プラズマ領域６６Ｌ内、か
くして、基板１００の表面１００Ｓの所に高ラジカル密度と低エネルギーイオン
の低密度とを発生させるように、ＲＦ電力供給源８２と基板用のＲＦ電力供給源
１１６への電気信号により、ＲＦ電力を調節する。この工程は、シリル化された
領域Ｓ１，Ｓ２を急速に酸化させて、酸化（ＳｉＯ_Ｘ）領域ＯＲ１，ＯＲ２を形
成する。

【００３７】 図６と低圧工程３０５ｆないし３０５ｈを参照すると、工程３０５ｆにおいて
、チャンバ６０内の圧力が、ガス供給システム１３０のチャンバ内部６５への酸
素ガスの流れを継続させながら、真空ポンプシステム１２０を使用して、約１な
いし２０ｍＴｏｒｒの範囲内となるように、低下される。次に、図７の（Ｂ）を
また参照すると、工程３０５ｇにおいて、昇降部材制御ユニット１０６が、制御
システム１５０からの電気信号により駆動されて、基板支持体９０並びにこの上
に支持された基板１００をチャンバ６０内の上方位置ＰＵへと調節する。この上
方位置ＰＵで、基板１００の表面は、プラズマ領域６６Ｕに基づいた高密度の低
エネルギーイオンに露呈される。高密度の比較的低いエネルギーイオンは、シリ
ル化されたレジストの高レートの異方性エッチングを可能にする。この結果、所
望の形態（例えば、図５Ｅに示されるように垂直）の側壁ＳＷを有するホトレジ
ストパターンＰが形成される。工程３０５ｈにおいて、エッチング処理が、未露
光ホトレジストが除去されるまで、続けられる。

【００３８】 上記処理を実施するのに際して、定められる必要のある主なパラメータは、ガ
ス供給システム１３０からチャンバ６０への酸素ガスの流れと、（ガス供給シス
テムからのガスの流れと組合わされて）真空ポンプシステム１２０によるチャン
バ圧力の制御と、基板用のＲＦ電力供給システム１１６からのＲＦバイアス電力
（代表的には１００Ｗのオーダ）と、ＲＦ電力供給システム８２からのＲＦ源電
力（これは、代表的には５ｋＷのように高くて良い）と、チャンバ内の基板の位
置とである。これらパラメータは、多くの半導体プロセスにあるように、経験的
に推論される必要があるであろう。

【００３９】 形成されたホトレジストパターンの次に続く処理は、半導体装置の処理に従っ
てなされ得る。この続く処理は、基板１００に既に形成されている処理層へのエ
ッチングパターン転送のためのエッチング処理、処理層の露出された領域へ不純
物をドープするためのドーピング処理、もしくは、堆積工程のような他の処理を
含み得る。全てのドライリソグラフィプロセスは、上述したようなクライスター
ツールのような集積された設備内で完成され得るので、製造サイクルが改善され
、歩留が高くなる。

【００４０】 上述したシステム５０は、ＥＳＲＦプラズマ反応炉を含んでいるけれども、ニ
ュートラルループプラズマシステム（反応炉内に部分的にあるコイルの形態での
ファラデーシールド）、超高周波プラズマシステム、もしくは、高エネルギーで
低ポテンシャルプラズマを形成することの可能な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）シ
ステムを含む異なるシステムが、また、本発明の方法を実施するのに適している
ことは、理解できるであろう。

【００４１】 実際、本発明の多くの態様と効果とが、詳細な説明により明かであり、かくし
て、本発明の新の精神と範囲とに従う説明された方法の全ての態様と効果とをカ
バーするように添付の請求項により意図されている。さらに、多くの変更と変形
とが、この分野の者にとって容易に見出されるであろうから、図示し説明された
正確な構成と作用とに本発明を制限することは望まれない。さらに、半導体の分
野で使用されている関連した装置並びに方法と同様に、本発明の方法並びに装置
は、動作パラメータの適切な値を経験的に決定することにより、もしくは、所望
の適用に対して最良のデザインで達成するようにコンピュータシュミレーション
を導くことにより、度々最良に実施され、また自然に組み合わされるように意図
している。従って、全ての適切な変更と等価とが、本発明の精神と範囲内にある
ように、見なされるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１の（Ａ）は、ホトレジスト層の上部に形成されたシリル化された部分を有
するホトレジスト層を備えた半導体構造の断面図であり、また、（Ｂ）は、一般
的なドライエッチングシリル化処理を使用して形成された、図１の（Ａ）の半導
体構造の断面図である。

【図２】 図２は、本発明の方法を実施するためのプラズマ処理システムの概略的な断面
図である。

【図３】 図３は、誘導コイルとＥ−シルドスロットとの配置を示す、図２のプラズマ処
理システムのチャンバの概略的な断面図である。

【図４】 図４は、本発明の方法の主な工程のフローチャートである。

【図５】 図５の（Ａ）ないし（Ｅ）は、本発明の方法の種々の工程での基板と、ホトレ
ジスト層と、シリル化された領域と、酸化領域との概略的断面図である。

【図６】 図６は、図４のフローチャートの工程３０５を含む幾つかの処理工程のフロー
チャートである。

【図７】 図７は、チャンバ内にあるプラズマの下方領域と上方領域とに対応した、下方
位置 （Ａ）と上方位置（Ｂ）とに配置された基板を示す、図２のプラズ
マ処理システムのチャンバの断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １もしくは複数のシリル化された領域が形成され、シリル化
   可能な材料で形成された第１の層でコーテングされた上面を有する基板を、低プ
   ラズマ密度並びに高ラジカル密度を有する第１の領域と、この第１の領域よりも
   高いプラズマ密度並びに低いラジカル密度を有する第２の領域とを含み、酸素を
   ベースとするプラズマを使用して、プラズマエッチングするための方法であって
   、この方法は、 （ａ）前記１もしくは複数のシリル化可能な領域から１もしくは複数の酸化さ
   れた領域を形成するように、１もしくは複数のシリル化された領域を第１のプラ
   ズマ領域に露呈させる工程と、 （ｂ）前記酸化された領域以外の領域で、第１の層を選択的にエッチングする
   ように、前記第２のプラズマ領域に基板を露呈させる工程とを具備する方法。
2. 【請求項２】 前記工程（ｂ）での選択的なエッチングは、異方性である請
   求項１の方法。
3. 【請求項３】 前記異方性エッチングは、基板の前記上面に対してほぼ垂直
   な方向に対してである請求項２の方法。
4. 【請求項４】 前記基板は、この基板を前記第１のプラズマ領域内に配置さ
   れた第１の位置から前記第２のプラズマ領域内に配置された第２の領域に移動さ
   せることにより、前記第１並びに第２のプラズマ領域に露呈される請求項１の方
   法。
5. 【請求項５】 前記シリル化可能な材料は、ホトレジストである請求項４の
   方法。
6. 【請求項６】 前記第２のプラズマ領域は、イオンフラックスとイオンエネ
   ルギーとを有し、また、前記工程（ｂ）は、同じイオンエネルギーを実質的な維
   持させながら、イオンフラックスを調節する工程を有する請求項１の方法。
7. 【請求項７】 前記イオンフラックスは、前記第２のプラズマ領域に結合さ
   れるＲＦ電力の大きさを調節することにより調節される請求項６の方法。
8. 【請求項８】 前記方法は、チャンバないで実施され、また、前記工程（ｂ
   ）は、 （ａ）前記第２のプラズマ領域に結合されるプラズマの大きさを調節する工程
   と、 （ｂ）前記基板へのバイアス電圧を調節する工程と、 （ｃ）前記プラズマへのガスの流れを調節する工程と、 （ｄ）前記チャンバ内の圧力を調節する工程と、 （ｅ）前記チャンバ内の基板の位置を変更する工程と、 のうちの少なくとも１つの工程を有する請求項１の方法。
9. 【請求項９】 前記ガスは、酸素ガスである請求項８の方法。
10. 【請求項１０】 高ラジカル密度並びに低プラズマ密度を有する第１の領域
    と低ラジカル密度並びに高プラズマ密度を有する第２の領域とを含む低ポテンシ
    ャルプラズマにより基板をパターンニングする方法であって、この方法は、 （ａ）前記基板にシリル化可能な材料でできた層をコーティングすることと、 （ｂ）前記シリル化可能な材料でできた層の領域を反応剤に露呈させることに
    より、この層にシリル化された領域を、この層にシリル化されない領域を残しな
    がら形成することと、 （ｃ）前記シリル化された領域を前記プラズマの第１のプラズマ領域に露呈さ
    せることにより、シリル化された領域を酸化領域に変換することと、 （ｄ）前記シリル化可能な材料を第２のプラズマ領域に露呈させることにより
    、シリル化可能な材料のシリル化されていない領域をエッチングすることとを具
    備する方法。
11. 【請求項１１】 前記工程（ｂ）は、 （ｉ）前記シリル化可能な材料でできた層をベーキングする工程と、 （ｉｉ）前記シリル化可能な材料でできた層の領域を化学線に露呈させる工程
    とを有する請求項１０の方法。
12. 【請求項１２】 前記工程（ｂ）は、プラズマに結合されるＲＦ電力の大き
    さを調節する工程を有する請求項１０の方法。
13. 【請求項１３】 １もしくは複数のシリル化された領域が形成され、シリル
    化可能な材料で形成された層を有する基板を、チャンバ内での基板位置が第１の
    位置と第２の位置との間で調節可能な状態で、プラズマチャンバ内でプラズマエ
    ッチングする方法であって、 （ａ）酸素を前記チャンバ内に流す工程と、 （ｂ）チャンバ圧力を制御する工程と、 （ｃ）プラズマを励起する工程と、 （ｄ）基板の位置を前記第１の位置に調節する工程と、 （ｅ）基板の所もしくはこの近くに高ラジカル密度並びに低プラズマ密度を生
    じさせて、前記１もしくは複数のシリル化された領域から１もしくは複数の酸化
    領域を形成するように、プラズマに供給されるＲＦ電力の大きさを調節する工程
    と、 （ｆ）チャンバの中への酸素の流れを持続させながら、チャンバ圧力を低くす
    る工程と、 （ｇ）基板を高プラズマ密度と低ラジカル密度とに露呈させる第２の位置に、
    基板の位置を調節する工程と、 （ｈ）プラズマにさらされたシリル化可能な材料の層を選択的にエッチングす
    る工程とを具備する方法。
14. 【請求項１４】 前記基板にバイアス電圧を印加する工程をさらに具備する
    請求項１３の方法。
15. 【請求項１５】 前記工程（ｆ）の後に、所定のエンドポイントに達した後
    にエッチングを終了させる工程をさらに具備する請求項１３の方法。