JP2004103925A - パターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト材からなるレジストパターンを用いるエッチング工程において、レジスト倒れを防止して被エッチング膜に異方性形状を確実に得ると共に、パターン寸法を制御できるようにする。
【解決手段】レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。これにより、ウエハ１１の中心に対して、レジストパターン１６の内側に堆積する第１の堆積物１０７Ａとその外側に堆積する第２の堆積物１７Ｂとのいずれもが相対的に厚く付着する。このときのエッチングガスには、ＳＦ６、ＣＨＦ３及びＡｒの混合ガスを用いる。
【選択図】 図７
【解決手段】レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。これにより、ウエハ１１の中心に対して、レジストパターン１６の内側に堆積する第１の堆積物１０７Ａとその外側に堆積する第２の堆積物１７Ｂとのいずれもが相対的に厚く付着する。このときのエッチングガスには、ＳＦ６、ＣＨＦ３及びＡｒの混合ガスを用いる。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は、レジストパターンをマスクとして被エッチング膜をパターニングするパターン形成方法に関し、特に、ＡｒＦエキシマレーザ光が持つ波長以下の露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なうパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路素子における微細加工方法として、レジスト材によりマスクパターンを形成し、それをマスクとしてエッチングを行なうことにより、被エッチング膜に所望の回路素子パターンを形成する方法が一般に用いられている。
【０００３】
このとき形成される回路素子パターンは、そのパターン寸法がマスクパターンの寸法に対してほぼ同一の寸法となるように、被エッチング膜の主面に対してほぼ垂直にエッチングされる（異方性エッチング）。
【０００４】
以下、従来の絶縁膜をエッチング対象としたパターン形成方法について図１１
（ａ）〜図１１（ｅ）を参照しながら説明する（例えば、
【非特許文献１】を参照）。
【０００５】
まず、図１１（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１０１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１０２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１０２の上に、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１０３と、厚さが約１２０ｎｍのシリコン窒化膜１０４とを順次成膜する。
【０００６】
次に、図１１（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１０４の上に、露光による反射を防止する反射防止膜１０５を形成する。反射防止膜１０５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約４０ｎｍが適当である。また、反射防止膜１０５には、有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当であり、塗布法によって成膜できる。
【０００７】
続いて、反射防止膜１０５の上に、ＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１０６Ａを約５５０ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１０６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１０６Ａを露光する。
【０００８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、露光されたレジスト膜１０６Ａを現像してレジストパターン１０６を形成する。
【０００９】
次に、図１１（ｄ）に示すように、形成されたレジストパターン１０６をエッチングマスクとして、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０４に対して、所定のエッチングガスを用いたドライエッチングを行なう。エッチングガスには、主として、エッチング作用を持つガスと、エッチング時の反応生成物からなる堆積物を生じるガスとを含む混合ガスを用いることにより、エッチング中に被エッチング膜（反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０４）におけるパターン化されつつある各側面上に堆積物１０７が付着する。このとき、堆積物１０７の堆積量とエッチングガスによるエッチング速度とが釣り合うと、図１１（ｅ）に示すような、基板面に対してほぼ垂直なパターン形状を持つシリコン窒化膜１０４を得ることができる。
【００１０】
【非特許文献１】
徳山巍編著「半導体ドライエッチング技術」産業図書株式会社、１９９２年１０月、ｐ．８１−８９
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体集積回路における半導体素子の微細化がますます進み、それに伴って、レジストパターンを露光する露光光の波長が短波長化してきている。従来は、回路パターンに要求される寸法に合わせて、例えば、水銀ランプの輝線であるｇ線（波長４３６ｎｍ）からｉ線（波長３６５ｎｍ）、さらには水銀ランプの輝線に代えてＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）が用いられるようになってきている。
【００１２】
しかしながら、線幅が１３０ｎｍよりも小さい回路パターンを露光するには、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を用いることができない。そこで、さらに微細な回路パターンを露光する光源として、１９４ｎｍの波長を持つＡｒＦエキシマレーザ光等が用いられようとしている。
【００１３】
ｇ線又はｉ線に感光するレジストには、エッチング耐性を持つ材料としてノボラック等のベンゼン環系樹脂材を用いており、該樹脂材をＡｒＦエキシマレーザ光に用いると、該樹脂材はこの波長帯において強い吸収を持つ。このため、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材には、アクリル系樹脂材が用いられることが多い。
【００１４】
しかしながら、アクリル系樹脂材はベンゼン環系樹脂材のようには強度が高くないことから、現像直後には良好なパターン形状を得られても、エッチング中にレジストパターンが倒れてしまう、いわゆるレジスト倒れが生じるという問題がある。
【００１５】
さらに、レジストパターンにおけるアスペクト比に関しても、ＫｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材では、アスペクト比が３程度であり、これに対し、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材では、アスペクト比が４程度で使用されることが多く、この点でもＫｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材よりもレジスト倒れが生じやすくなる。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト材からなるレジストパターンを用いるエッチング工程において、レジスト倒れを防止して被エッチング膜に異方性形状を確実に得ると共に、パターン寸法を制御できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、ＡｒＦエキシマレーザ光が持つ波長以下の露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを用いたパターン形成方法を、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングするか、又は該両側面上に堆積物が堆積しないようにエッチングする構成とする。
【００１８】
本願発明者は、ＡｒＦエキシマレーザ光が持つ波長以下の露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンが、エッチング中にレジスト倒れについて種々検討した結果、以下のように原因を突き止めると共に知見をも得ている。
【００１９】
図１はＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合であって、５通りのエッチング条件（Ａ〜Ｅ）ごとにレジストパターン寸法の初期値を変えながらそれぞれの寸法変換差をプロットした結果を示している。ここで、レジストパターン寸法とは、線形状を有するパターンの線幅をいい、また、同一のエッチング条件に係る寸法変換差の値はそれぞれ直線でつないでいる。
【００２０】
図１に示すように、寸法変換差が４ｎｍ〜１０ｎｍ程度のエッチング条件Ａ、Ｃの場合には、レジストパターンの初期値が１３０ｎｍよりも小さくなると、すべてのパターンにレジスト倒れが発生することが分かる。これに対し、寸法変換差が２０ｎｍ以上となるエッチング条件Ｄ又は−１５ｎｍ程度となるエッチング条件Ｅの場合には、いずれもレジスト倒れが発生しないことが分かる。
【００２１】
ここで、比較のためにＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合を説明する。
【００２２】
図２はＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合であって、５通りのエッチング条件（１〜５）ごとにレジストパターン寸法の初期値を変えながらそれぞれの寸法変換差をプロットした結果を示している。ここでも、同一のエッチング条件に係る寸法変換差の値をそれぞれ直線でつないでいる。
【００２３】
図２に示すように、ＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合には、すべてのレジストパターンにレジスト倒れが発生せず、レジストパターン寸法に対して±１０ｎｍ以内の寸法変換差となるように、レジストパターンの寸法を仕上げることが可能である。
【００２４】
寸法変換差の値は、エッチング時に側壁に付着する堆積物の量に比例する。従って、寸法変換差が大きい条件とは、レジストパターンの側壁に堆積する堆積物（側壁堆積物）の堆積量が比較的に多いエッチング条件に等しい。すなわち、図１から分かるように、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストの場合は、エッチング時に生じる側壁堆積物の堆積量をエッチング量よりも多くするか、又は側壁堆積物の堆積量をエッチング量よりも少なくすれば、レジスト倒れは発生しない。
【００２５】
そもそも、レジスト倒れが発生するのは、レジストパターンの両側部における応力の大きさが異なり、且つレジストが持つ強度以上に応力がかかった場合である。レジストパターンにかかる応力の発生源は、主にレジストパターンの熱による自己収縮によると考えられる。なお、レジストパターンがエッチング中にイオンにさらされることにより過熱されて収縮する現象は良く知られている。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、一般に、線状パターン（ラインパターン）には、ウエハ１０１の径方向に対して垂直に配置された第１のラインパターン１０４Ａと、径方向に対して平行に配置された第２のラインパターン１０４Ｂとがあり、径方向に対して垂直に配置された第１のラインパターン１０４Ａの場合に、ウエハ１０１の内側を向いた側面上には堆積物の付着量が多く、外側を向いた側面上には堆積物の付着量が少ない。その上、付着量の差は、ウエハ１０１の周縁部において特に顕著となる。すなわち、図３（ａ）に示すように、例えば、ウエハ１０１の結晶方向の判別に用いるノッチ１０１ａを含む中心線をＸ軸とすると、Ｘ軸と直交するＹ軸と交差する両側面を持つ第１のラインパターン１０４Ａのうち、ウエハ１０１の周縁部に形成されたパターンの内側の側面上により多くの堆積物が付着する。同様に、図３（ｂ）に示す場合には、第１のラインパターン１０４Ａ及び第２のラインパターン１０４Ｂのうち、Ｘ軸と交差する側面を持つ第１のラインパターン１０４Ａのうち、ウエハ１０１の周縁部に形成されたパターンの内側の側面上により多くの堆積物が付着する。
【００２７】
以下、レジストが収縮する現象と併せて、レジスト倒れが発生する様子を図４（ａ）〜図４（ｄ）の断面図を用いて詳細に説明する。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、ウエハ１０１上のシリコン窒化膜１０４の上に、反射防止膜１０５を介在させたＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターン１０８を形成する。
【００２９】
図４（ｂ）において図面の左方向がウエハ１０１の中心方向（内側）であるとし、レジストパターン１０８をマスクとして、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０５に対してドライエッチングを始めると、レジストパターン１０８の内側に堆積する第１の堆積物１０７Ａは、その外側に堆積する第２の堆積物１０７Ｂと比べて厚く付着する。なお、互いに隣接するライン同士の間隔（スペース）が不均衡に配置されているパターンの場合は、堆積物の付着量は必然的に不均衡となる。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように、互いに厚さが異なる第１及び第２の堆積物１０７Ａ、１０７Ｂが付着したレジストパターン１０８が温度上昇により収縮すると、堆積量が少ない第２の堆積物１０７Ｂによるレジストに対する耐応力強度とレジスト自体の耐応力強度とが収縮による応力よりも小さい場合にレジスト倒れが発生し、この状態でエッチングを続けると、図４（ｄ）に示す状態となる。
【００３１】
この現象に基づいて、図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照しながらレジスト倒れを防止する第１の知見を説明する。
【００３２】
まず、図５（ａ）に示すように、ウエハ１０１上のシリコン窒化膜１０４の上に、反射防止膜１０５を介在させたＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターン１０８を形成する。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えば図１に示したエッチング条件Ｄのように、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０５に対して側壁堆積物が著しく多くなるようなドライエッチング行なう。このようにすると、レジストパターン１０８の外側に堆積する第２の堆積物１０７Ｂの堆積量も多くなる。
【００３４】
これにより、図５（ｃ）のように、レジストパターン１０８に収縮が起こった場合でも、第２の堆積物１０７Ｂには耐応力強度が十分に増しているため、レジストパターン１０８の収縮応力に耐え得る。その結果、倒れずに収縮したレジストパターン１０８をマスクとして、さらにエッチングを進行すると、図５（ｄ）に示すように、レジスト倒れを生じることなく回路パターンを形成できる。但し、この場合には、その応力に耐え得る強度分の厚さを持つ堆積物１０７Ａ、１０７Ｂの堆積量に相当する寸法変換差が生じることになる。
【００３５】
次に、図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照しながらレジスト倒れを防止する第２の知見を説明する。
【００３６】
まず、図６（ａ）に示すように、ウエハ１０１上のシリコン窒化膜１０４の上に、反射防止膜１０５を介在させたＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターン１０８を形成する。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えば図１に示したエッチング条件Ｂ、Ｅのように、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０５に対して側壁堆積物がほとんど付着しないようなドライエッチング行なう。従って、この場合は、レジストパターン１０８の両側壁に堆積物が不均衡に付着することはない。
【００３８】
次に、図６（ｃ）に示すように、エッチング中にレジストパターン１０８が収縮したとしても、側壁堆積物の堆積量の差による耐応力強度に差が生じないため、レジストパターン１０８にはレジスト倒れを起こす応力が掛からない。但し、レジストパターン１０８の断面形状が逆テーパのような倒れやすい形状になっていないことが前提である。
【００３９】
次に、図６（ｄ）に示すように、倒れずに収縮したレジストパターン１０８をマスクとして、さらにエッチングを進行すると、レジスト倒れを生じることなく回路パターンを形成できる。
【００４０】
なお、レジストパターン１０１におけるウエハ１０１の径方向に対して平行な側面を有する部分の両側面上に堆積する側壁堆積物は、もともと不均衡とはならないため、問題とならない。
【００４１】
本発明に係るパターン形成方法は、これらの知見に基づいてなされ、ドライエッチング中にレジストパターンの側壁堆積物を応力に耐えられる程度にまで厚くするか、又は側壁堆積物をほとんど堆積させないエッチング条件でドライエッチングを行なう。
【００４２】
具体的に、本発明に係る第１のパターン形成方法は、ウエハ上に被エッチング膜を形成する第１の工程と、被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、レジストパターンをマスクとして、被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、第３の工程は、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングする。
【００４３】
第１のパターン形成方法によると、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングする。このため、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には相対的に厚い堆積物の耐応力強度が増すと共にほぼ均衡が取れて、レジスト倒れを防止することができるので、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【００４４】
第１のパターン形成方法において、第３の工程は、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも大きくなるようにエッチングすることが好ましい。
【００４５】
第１のパターン形成方法において、被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、＋２０％〜＋８０％であることが好ましい。
【００４６】
本発明に係る第２のパターン形成方法は、ウエハ上に被エッチング膜を形成する第１の工程と、被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、レジストパターンをマスクとして、被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、第３の工程は、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、堆積物が堆積しないようにエッチングする。
【００４７】
第２のパターン形成方法によると、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、堆積物が堆積しないようにエッチングする。このため、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には堆積物が堆積せず、レジストパターンに掛かる応力が不均衡とならないので、レジスト倒れを防止することができ、その結果、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【００４８】
第２のパターン形成方法において、第３の工程は、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも小さくなるようにエッチングすることが好ましい。
【００４９】
この場合に、被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、±０％〜−３０％であることが好ましい。
【００５０】
本発明に係る第３のパターン形成方法は、被エッチング膜を形成する第１の工程と、被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、レジストパターンをマスクとして、被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、第３の工程は、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングを行なう工程（ａ）と、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に堆積物が堆積しないようにエッチングを行なう工程（ｂ）とを含む。
【００５１】
第３のパターン形成方法によると、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングを行なう工程（ａ）と、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に堆積物が堆積しないようにエッチングを行なう工程（ｂ）とを含む。このため、工程（ａ）において、相対的に厚い堆積物により寸法変換差の値が大きくなったとしても、次の工程（ｂ）において寸法変換差の値が負となるので、所望の加工寸法を得ることができる。
【００５２】
第３のパターン形成方法において、被エッチング膜はウエハ上に形成されており、レジストパターンの両側面は、該レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面であることが好ましい。
【００５３】
この場合の第３の工程における工程（ａ）は、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも大きくなるようにエッチングし、第３の工程における工程（ｂ）は、被エッチング膜に対するエッチング条件を堆積物がエッチングされるように設定して、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも小さくなるようにエッチングすることが好ましい。
【００５４】
この場合に、被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、±０％〜＋２０％であることが好ましい。
【００５５】
第１又は第３のパターン形成方法において、被エッチング膜は、シリコン若しくはシリコン化合物又はカーボン若しくはカーボン化合物からなり、第３の工程における相対的に厚い堆積物を堆積しながら行なうエッチングは、エッチングを進行させる第１のエッチングガスにはＳＦ６ を用い、レジストパターンの側面上に堆積物を生じさせる第２のエッチングガスには、ＣＦ４ 、ＣＨＦ３ 、ＣＨ２ Ｆ２ 及びＣＨ４ のうちの少なくとも１つを用い、第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスを希釈する希釈ガスには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ又はＸｅを用いることが好ましい。
【００５６】
第２又は第３のパターン形成方法において、被エッチング膜は、シリコン若しくはシリコン化合物又はカーボン若しくはカーボン化合物からなり、第３の工程における堆積物が堆積しないように行なうエッチングは、エッチングを進行させる第１のエッチングガスであるＳＦ６ と、エッチングを進行させると共に堆積物をも生じさせる第２のエッチングガスであるＣＦ４ 又はＣＨＦ３ と、堆積物を生じさせる第３のエッチングガスであるＣＨ２ Ｆ２ 及びＣＨ４ のうちの少なくとも１つと、堆積物をエッチングする第４のエッチングガスであるＳＦ６ 、Ｏ２ 、Ｏ３ 、ＣＯ及びＣＯ２ のうちの少なくとも１つとのうち、第１のエッチングガス若しくは第２のエッチングガスと、第３のエッチングガスと、第４のエッチングガスとを組み合わせた第１の混合ガスを用いるか、又は第１のエッチングガス若しくは第２のエッチングガスと、第４のエッチングガスとを組み合わせた第２の混合ガスを用い、第１の混合ガス及び第２の混合ガスを希釈する希釈ガスには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ又はＸｅを用いることが好ましい。
【００５７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法に用いるドライエッチング装置の概略を説明する。
【００５８】
図７に示すドライエッチング装置は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）−ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ方式を採るドライエッチング装置であって、図７に示すように、反応室５１には、上部電極保持部材５２に保持され、表裏方向に貫通する複数の孔部５３ａが形成された上部電極５３と、保持台５４の上に保持されており、その上面にウエハ１１を載置して保持する下部電極５５とが互いに間隔をおき且つ対向して設けられている。
【００５９】
上部電極５３は第１の高周波電源５６と電気的に接続され、下部電極５５は第２の高周波電源５７と電気的に接続されている。
【００６０】
反応室５１の上部には、上部電極保持部材５２及び上部電極５３を覆う蓋部材５８が気密に設けられている。蓋部材５８の内部には、ガス導入孔５８ａが設けられており、その出口は上部電極５３の上方に開口している。
【００６１】
蓋部材５８の上で且つ上部電極５３の中央部の上方には、電磁波を伝播する導波管５９が設けられ、該導波管５９における蓋部材５８の反対側の端部には、ＵＨＦ波を発振する電磁波発振機６０が接続されている。
【００６２】
反応室５１の側面の下部には、該反応室５１内のガスを排気する排気口６１が設けられており、該排気口６１に設けられた排気ポンプ６２により、反応室５１が所定の真空状態に保たれる。
【００６３】
下部電極５５を保持する保持台５４は、その下部を支持部材６３により支持されており、該支持部材６３は、ウエハ１１の位置が反応室５１内に生成されるプラズマ密度に対して最適な位置となるように、保持台５４を上下に移動させる機構を有している。
【００６４】
以下、前述した構成を持つドライエッチング装置を用いて、被エッチング膜から、ライン幅が１００ｎｍのレジストパターンにより寸法変換差の値が３０ｎｍ程度の回路パターンを得る例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６５】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法におけるウエハの工程順の部分的な断面構成を示している。
【００６６】
まず、図８（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１２の上に、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１３と、厚さが約１２０ｎｍのシリコン窒化膜１４とを順次成膜する。その後、シリコン窒化膜１４の上に、露光光の反射を防止する反射防止膜１５を形成する。反射防止膜１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約４０ｎｍが適当である。また、反射防止膜１５には、塗布法による有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当である。続いて、反射防止膜１５の上に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１６Ａを約４００ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１６Ａを露光する。
【００６７】
次に、図８（ｂ）に示すように、露光されたレジスト膜１６Ａを現像してレジストパターン１６を形成する。ここで、レジストパターン１６Ａは、ウエハ１１の径方向に対して垂直な方向に延びる部分の断面を示している。
【００６８】
次に、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。このときのエッチングガスには、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）、及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００６９】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（ＳＦ６ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０４〜０．１の範囲で制御し、六フッ化イオウとトリフルオロメタンとの比（ＳＦ６ ／ＣＨＦ３ ）の値は１〜２．５の範囲で制御する。
【００７０】
反応室５１の圧力は０．５Ｐａ〜４Ｐａの範囲で制御し、電磁波発振機６０が発振するＵＨＦ波の電力は２００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で制御し、上部電極５３に印加するＲＦ電力は１００Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御し、下部電極５５に印加するＲＦ電力は５０Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御する。
【００７１】
下部電極５５の温度は−２０℃〜４０℃の範囲で制御し、反応室５１の壁面の温度は０℃〜６０℃の範囲で制御し、上部電極５３と下電極５５との間隔は１０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で制御する。
【００７２】
第１の実施形態においては、寸法変換差が３０ｎｍ程度となるようにエッチング条件を設定する。
【００７３】
以下に、その詳細例を列挙する。
・反応性ガス（ＳＦ６ ）の流量 ：４０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：２０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：６００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：１５０Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：３０ｍｍ
このエッチング条件によって、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン１６の内側に堆積する第１の堆積物１７Ａとその外側に堆積する第２の堆積物１７Ｂとのいずれもが相対的に厚く付着する。
【００７４】
その結果、図８（ｄ）に示すように、レジストパターン１６がエッチング中にイオンにさらされることにより収縮したとしても、該レジストパターン１６の両側面上に対向して堆積する第１の堆積物１７Ａ及び第２の堆積物１７Ｂの厚さがほぼ均衡しているため、両堆積物１７Ａ、１７Ｂの耐応力強度も均衡が取れるので、レジスト倒れが生じることがない。
【００７５】
また、寸法変換差の値を３０ｎｍよりも大きくする場合であっても、上記のエッチング条件におけるパラメータ値を所定の制御範囲で変更することにより、同様にレジスト倒れを防止することができるため、所望の加工寸法を実現できる。
【００７６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態であって、図７に示したドライエッチング装置を用いて、被エッチング膜からライン幅が１００ｎｍのレジストパターンにより寸法変換差の値が−１０ｎｍ程度の回路パターンを得るパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００７７】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法におけるウエハの工程順の部分的な断面構成を示している。
【００７８】
まず、図９（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１２の上に、例えばＣＶＤ法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１３と、厚さが約１２０ｎｍのシリコン窒化膜１４とを順次成膜する。その後、シリコン窒化膜１４の上に、露光光の反射を防止する反射防止膜１５を形成する。反射防止膜１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約４０ｎｍが適当である。また、反射防止膜１５には、塗布法による有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当である。続いて、反射防止膜１５の上に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１６Ａを約４００ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１６Ａを露光する。
【００７９】
次に、図９（ｂ）に示すように、露光されたレジスト膜１６Ａを現像してレジストパターン１６を形成する。ここでも、レジストパターン１６Ａは、ウエハ１１の径方向に対して垂直な方向に延びる部分の断面を示している。
【００８０】
次に、図９（ｃ）に示すように、レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。このときのエッチングガスには、例えば、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００８１】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（Ｏ２ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０２〜０．１の範囲で制御し、酸素とトリフルオロメタンとの比（Ｏ２ ／ＣＨＦ３ ）の値は０．１〜１の範囲で制御する。
【００８２】
反応室５１の圧力は０．５Ｐａ〜４Ｐａの範囲で制御し、電磁波発振機６０が発振するＵＨＦ波の電力は２００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で制御し、上部電極５３に印加するＲＦ電力は１００Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御し、下部電極５５に印加するＲＦ電力は５０Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御する。
【００８３】
下部電極５５の温度は−２０℃〜４０℃の範囲で制御し、反応室５１の壁面の温度は０℃〜６０℃の範囲で制御し、上部電極５３と下電極５５との間隔は１０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で制御する。
【００８４】
第２の実施形態においては、寸法変換差が−１０ｎｍ程度となるようにエッチング条件を設定する。
【００８５】
以下に、その詳細例を列挙する。
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：６０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（Ｏ２ ）の流量 ：２０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：６００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：２００Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：９０ｍｍ
このエッチング条件を用いることによって、図９（ｃ）に示すように、レジストパターン１６の両側壁にはほとんど堆積物が付着しない。
【００８６】
その結果、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン１６がエッチング中にイオンにさらされることにより収縮したとしても、該レジストパターン１６にかかる収縮応力は両側面で均衡しているため、レジスト倒れが生じることがない。
【００８７】
また、寸法変換差の値を−１０ｎｍよりも絶対値で大きくする場合であっても、上記のエッチング条件におけるパラメータ値を所定の制御範囲で変更することにより、レジスト倒れを防止することができ、従って、所望の加工寸法を実現できる。
【００８８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態であって、図７に示したドライエッチング装置を用いて、被エッチング膜から、ライン幅が１００ｎｍのレジストパターンにより寸法変換差の値がほぼ０ｎｍの回路パターンを得るパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００８９】
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法におけるウエハの工程順の部分的な断面構成を示している。
【００９０】
まず、図１０（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１２の上に、例えばＣＶＤ法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１３と、厚さが約１００ｎｍのシリコン窒化膜１４とを順次成膜する。その後、シリコン窒化膜１４の上に、露光光の反射を防止する反射防止膜１５を形成する。反射防止膜１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約３５ｎｍが適当である。また、反射防止膜１５には、塗布法による有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当である。続いて、反射防止膜１５の上に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１６Ａを約４００ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１６Ａを露光する。
【００９１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、露光されたレジスト膜１６Ａを現像してレジストパターン１６を形成する。ここでも、レジストパターン１６Ａは、ウエハ１１の径方向に対して垂直な方向に延びる部分の断面を示している。
【００９２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。第３の実施形態においては、シリコン窒化膜１４に対するエッチングが７０ｎｍ程度進行した時点で、該シリコン窒化膜１４に対するエッチングを一旦停止する。このときのエッチングガスには、第１の実施形態と同様に、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）、及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００９３】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（ＳＦ６ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０４〜０．１の範囲で制御し、六フッ化イオウとトリフルオロメタンとの比（ＳＦ６ ／ＣＨＦ３ ）の値は１〜２．５の範囲で制御する。
【００９４】
反応室５１の圧力は０．５Ｐａ〜４Ｐａの範囲で制御し、電磁波発振機６０が発振するＵＨＦ波の電力は２００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で制御し、上部電極５３に印加するＲＦ電力は１００Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御し、下部電極５５に印加するＲＦ電力は５０Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御する。
【００９５】
下部電極５５の温度は−２０℃〜４０℃の範囲で制御し、反応室５１の壁面の温度は０℃〜６０℃の範囲で制御し、上部電極５３と下電極５５との間隔は１０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で制御する。
【００９６】
シリコン窒化膜１４の下部を残す第１段階のエッチング工程においては、第１の実施形態と同様に、寸法変換差が３０ｎｍ以上となるようなエッチング条件を用いる。
【００９７】
例えば、寸法変換差が３０ｎｍの場合には、
・反応性ガス（ＳＦ６ ）の流量 ：４０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：２０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：６００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：１５０Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：３０ｍｍ
このエッチング条件によって、図１０（ｃ）に示すように、レジストパターン１６の内側に堆積する第１の堆積物１０７Ａとその外側に堆積する第２の堆積物１７Ｂとのいずれもが相対的に厚く付着する。
【００９８】
次に、図１０（ｄ）に示すように、第１の堆積物１７Ａ及び第２の堆積物１７Ｂが付着しない条件、すなわちこれらの堆積物１７Ａ、１７Ｂがエッチングされる条件、さらに言い換えれば、寸法変換差が負となるエッチング条件で残りのシリコン窒化膜１４に対するエッチングを再開して、シリコン窒化膜１４から所望の回路パターンを形成する。このときのエッチングガスには、第２の実施形態と同様に、例えば、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００９９】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（Ｏ２ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０２〜０．１の範囲で制御し、酸素とトリフルオロメタンとの比（Ｏ２ ／ＣＨＦ３ ）の値は０．１〜１の範囲で制御する。
【０１００】
第３の実施形態においては、最終的な寸法変換差の値であるほぼ０ｎｍを得られるように各エッチングパラメータ値を変更する。例えば、この第２段階のエッチング工程においては寸法変換差が−３０ｎｍ以上となるように各エッチングパラメータ値を設定する。
【０１０１】
以下に、その詳細例を列挙する。
・反応性ガス（Ｏ２ ）の流量 ：３０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：６０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：４００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：３００Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：３０ｍｍ
このように、寸法変換差の値をほぼ０ｎｍとする第３の実施形態においては、図１０（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４に対して、一旦寸法変換差を正の値に大きくする第１段階のエッチングを行ない、その後、寸法変換差を負とする第２段階のエッチングを行なうことにより、レジスト倒れを防止することができるため、寸法変換差がほぼ０となる回路パターンを得ることができる。
【０１０２】
同様に、所望の寸法変換差の値が０ｎｍ〜３０ｎｍの場合には、第１段階における正の寸法変換差の値と、第２段階における負の寸法変換差との和が所望の寸法変換差の値となるように、各エッチング工程のパラメータ値を変更すると良い。
【０１０３】
なお、第３の実施形態とは逆に、第１段階のエッチング工程において、一旦寸法変換差が負の値となるエッチング、すなわちレジストパターン１６の両側面上に堆積物が堆積しないようなエッチングを行ない、その後、第２段階のエッチング工程において寸法変換差が正の値となる、すなわちレジストパターン１６の両側面上に比較的に厚い堆積物１７Ａ、１７Ｂを堆積するようなエッチングを行ない、且つ第１段階の寸法変換差と第２段階の寸法変換差との和が所望の値となるようなエッチング条件を選ぶことにより、レジスト倒れを防止することができる。その結果、所望の寸法を持つ回路パターンを確実形成することができる。
【０１０４】
また、第１及び第３の各実施形態においては、レジストパターン１６の幅寸法を堆積物によって大きくする、すなわち太らせるエッチングガスとして、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）を含む混合ガスを用いたが、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）に限らず、メタン（ＣＨ４ ）やテトラフルオロカーボン（ＣＦ４ ）、さらには、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８等のフルオロカーボン（ＣｘＦｙ）や、ジフルオロメタン（ＣＨ２ Ｆ２ ）等のヒドロフルオロカーボン（ＣＨｘＦｙ、但し、０≦ｘ，ｙ≦４、ｘ＋ｙ＝４）を用いても同様の効果を得られる。なお、ＣＨｘ Ｆｙ は水素の組成ｘが小さいほどシリコン窒化膜１４に対するエッチング作用が強くなり、また組成ｘが大きいほど堆積物の堆積量が増大する。ここで、ＳＦ６ は窒化シリコン及び側壁堆積物をエッチングするエッチャントである。また、希釈ガスには、アルゴン（Ａｒ）に代えて、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）又はキセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスを用いてもよい。
【０１０５】
また、第２及び第３の各実施形態においては、レジストパターン１６の側面上に堆積物を堆積しないエッチングガスとして、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを用いたが、酸素に代えて、オゾン（Ｏ３ ）、一酸化炭素（ＣＯ）又は二酸化炭素（ＣＯ２ ）等のガスを用いても同様の効果を得られる。酸素原子は側壁堆積物をエッチングするエッチャントである。また、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）には、フルオロカーボン類（ＣＨｘＦｙ、ＣｘＦｙ）を用いてもよい。
【０１０６】
さらには、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の組み合わせ以外にも、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）とアルゴン（Ａｒ）との組み合わせ、又はテトラフルオロカーボン（ＣＦ４ ）とアルゴン（Ａｒ）との組み合わせでもよい。また、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）は被エッチング膜と堆積物との双方をエッチングするため、酸素と同時に添加してもよい。
【０１０７】
また、被エッチング膜に窒化シリコンを用いたが、酸化シリコンであっても同等の効果を得ることができる。さらには、シリコン化合物に限らず、エッチングガスを適当に選べば、半導体製造プロセスに適合する、種々の半導体材料、導電性材料及び絶縁材料に適用できる。
【０１０８】
また、各実施形態においては、図７に示すＵＨＦ−ＥＣＲプラズマ方式のドライエッチング装置を用いてエッチングを行なったが、これに代えて、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、又はＤＰＳ（Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）方式等のプラズマ源を有するドライエッチング装置を用いても同様の効果を得られることはいうまでもない。
【０１０９】
また、各実施形態においては、レジスト膜１６Ａの材料に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いたが、これに限られない。すなわち、ＡｒＦエキシマレーザ光か又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材料であれば、同等の効果を得ることができる。具体的には、ノボラック等のベンゼン環系樹脂を含まないレジスト材料や、線幅が１３０ｎｍよりも小さいパターンを形成するためのレジスト材料であって、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト材料と同程度の強度を持つレジスト材であれば、同等の効果を奏する。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明に係る第１のパターン形成方法によると、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には相対的に厚い堆積物の耐応力強度が増すと共にほぼ均衡が取れて、レジスト倒れを防止することができるため、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【０１１１】
本発明に係る第２のパターン形成方法によると、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には堆積物が堆積せず、レジストパターンに掛かる応力が不均衡とならないため、レジスト倒れを防止することができるので、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【０１１２】
本発明に係る第３のパターン形成方法によると、工程（ａ）において、相対的に厚い堆積物により寸法変換差の値が大きくなったとしても、次の工程（ｂ）において寸法変換差の値が負となるため、所望の加工寸法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のエッチング条件ごとのレジストパターン寸法の初期値と寸法変換差との関係、及び寸法変換差とレジスト倒れとの関係を示すグラフである。
【図２】比較用であって、ＫｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のエッチング条件ごとのレジストパターン寸法の初期値と寸法変換差との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）及び（ｂ）はウエハの主面上におけるラインパターンの配置方向を示す模式的な平面図である。
【図４】ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のパターン形成工程におけるレジスト倒れの発生の様子を示す工程順の構成断面図である。
【図５】本発明に係るＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のパターン形成工程におけるレジスト倒れを防止する第１の方法を示す工程順の構成断面図である。
【図６】本発明に係るＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のパターン形成工程におけるレジスト倒れを防止する第２の方法を示す工程順の構成断面図である。
【図７】本発明のパターン形成方法に用いるドライエッチング装置を示す構成断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を示すウエハの工程順の部分的な構成断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を示すウエハの工程順の部分的な構成断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法を示すウエハの工程順の部分的な構成断面図である。
【図１１】従来のパターン形成方法を示す工程順の構成断面図である。
【符号の説明】
１１ ウエハ
１２ シリコン酸化膜
１３ ポリシリコン膜
１４ シリコン窒化膜（被エッチング膜）
１５ 反射防止膜
１６Ａ レジスト膜
１６ レジストパターン
１７Ａ 第１の堆積物
１７Ｂ 第２の堆積物
５１ 反応室
５２ 上部電極保持部材
５３ 上部電極
５３ａ 孔部
５４ 保持台
５５ 下部電極
５６ 第１の高周波電源
５７ 第２の高周波電源
５８ 蓋部材
５９ 導波管
６０ 電磁波発振機
６１ 排気口
６２ 排気ポンプ
６３ 支持部材
【発明に属する技術分野】
本発明は、レジストパターンをマスクとして被エッチング膜をパターニングするパターン形成方法に関し、特に、ＡｒＦエキシマレーザ光が持つ波長以下の露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なうパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路素子における微細加工方法として、レジスト材によりマスクパターンを形成し、それをマスクとしてエッチングを行なうことにより、被エッチング膜に所望の回路素子パターンを形成する方法が一般に用いられている。
【０００３】
このとき形成される回路素子パターンは、そのパターン寸法がマスクパターンの寸法に対してほぼ同一の寸法となるように、被エッチング膜の主面に対してほぼ垂直にエッチングされる（異方性エッチング）。
【０００４】
以下、従来の絶縁膜をエッチング対象としたパターン形成方法について図１１
（ａ）〜図１１（ｅ）を参照しながら説明する（例えば、
【非特許文献１】を参照）。
【０００５】
まず、図１１（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１０１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１０２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１０２の上に、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１０３と、厚さが約１２０ｎｍのシリコン窒化膜１０４とを順次成膜する。
【０００６】
次に、図１１（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１０４の上に、露光による反射を防止する反射防止膜１０５を形成する。反射防止膜１０５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約４０ｎｍが適当である。また、反射防止膜１０５には、有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当であり、塗布法によって成膜できる。
【０００７】
続いて、反射防止膜１０５の上に、ＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１０６Ａを約５５０ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１０６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１０６Ａを露光する。
【０００８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、露光されたレジスト膜１０６Ａを現像してレジストパターン１０６を形成する。
【０００９】
次に、図１１（ｄ）に示すように、形成されたレジストパターン１０６をエッチングマスクとして、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０４に対して、所定のエッチングガスを用いたドライエッチングを行なう。エッチングガスには、主として、エッチング作用を持つガスと、エッチング時の反応生成物からなる堆積物を生じるガスとを含む混合ガスを用いることにより、エッチング中に被エッチング膜（反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０４）におけるパターン化されつつある各側面上に堆積物１０７が付着する。このとき、堆積物１０７の堆積量とエッチングガスによるエッチング速度とが釣り合うと、図１１（ｅ）に示すような、基板面に対してほぼ垂直なパターン形状を持つシリコン窒化膜１０４を得ることができる。
【００１０】
【非特許文献１】
徳山巍編著「半導体ドライエッチング技術」産業図書株式会社、１９９２年１０月、ｐ．８１−８９
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体集積回路における半導体素子の微細化がますます進み、それに伴って、レジストパターンを露光する露光光の波長が短波長化してきている。従来は、回路パターンに要求される寸法に合わせて、例えば、水銀ランプの輝線であるｇ線（波長４３６ｎｍ）からｉ線（波長３６５ｎｍ）、さらには水銀ランプの輝線に代えてＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）が用いられるようになってきている。
【００１２】
しかしながら、線幅が１３０ｎｍよりも小さい回路パターンを露光するには、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を用いることができない。そこで、さらに微細な回路パターンを露光する光源として、１９４ｎｍの波長を持つＡｒＦエキシマレーザ光等が用いられようとしている。
【００１３】
ｇ線又はｉ線に感光するレジストには、エッチング耐性を持つ材料としてノボラック等のベンゼン環系樹脂材を用いており、該樹脂材をＡｒＦエキシマレーザ光に用いると、該樹脂材はこの波長帯において強い吸収を持つ。このため、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材には、アクリル系樹脂材が用いられることが多い。
【００１４】
しかしながら、アクリル系樹脂材はベンゼン環系樹脂材のようには強度が高くないことから、現像直後には良好なパターン形状を得られても、エッチング中にレジストパターンが倒れてしまう、いわゆるレジスト倒れが生じるという問題がある。
【００１５】
さらに、レジストパターンにおけるアスペクト比に関しても、ＫｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材では、アスペクト比が３程度であり、これに対し、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材では、アスペクト比が４程度で使用されることが多く、この点でもＫｒＦエキシマレーザ感光用レジスト材よりもレジスト倒れが生じやすくなる。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト材からなるレジストパターンを用いるエッチング工程において、レジスト倒れを防止して被エッチング膜に異方性形状を確実に得ると共に、パターン寸法を制御できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、ＡｒＦエキシマレーザ光が持つ波長以下の露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを用いたパターン形成方法を、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングするか、又は該両側面上に堆積物が堆積しないようにエッチングする構成とする。
【００１８】
本願発明者は、ＡｒＦエキシマレーザ光が持つ波長以下の露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンが、エッチング中にレジスト倒れについて種々検討した結果、以下のように原因を突き止めると共に知見をも得ている。
【００１９】
図１はＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合であって、５通りのエッチング条件（Ａ〜Ｅ）ごとにレジストパターン寸法の初期値を変えながらそれぞれの寸法変換差をプロットした結果を示している。ここで、レジストパターン寸法とは、線形状を有するパターンの線幅をいい、また、同一のエッチング条件に係る寸法変換差の値はそれぞれ直線でつないでいる。
【００２０】
図１に示すように、寸法変換差が４ｎｍ〜１０ｎｍ程度のエッチング条件Ａ、Ｃの場合には、レジストパターンの初期値が１３０ｎｍよりも小さくなると、すべてのパターンにレジスト倒れが発生することが分かる。これに対し、寸法変換差が２０ｎｍ以上となるエッチング条件Ｄ又は−１５ｎｍ程度となるエッチング条件Ｅの場合には、いずれもレジスト倒れが発生しないことが分かる。
【００２１】
ここで、比較のためにＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合を説明する。
【００２２】
図２はＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合であって、５通りのエッチング条件（１〜５）ごとにレジストパターン寸法の初期値を変えながらそれぞれの寸法変換差をプロットした結果を示している。ここでも、同一のエッチング条件に係る寸法変換差の値をそれぞれ直線でつないでいる。
【００２３】
図２に示すように、ＫｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターンを用いた場合には、すべてのレジストパターンにレジスト倒れが発生せず、レジストパターン寸法に対して±１０ｎｍ以内の寸法変換差となるように、レジストパターンの寸法を仕上げることが可能である。
【００２４】
寸法変換差の値は、エッチング時に側壁に付着する堆積物の量に比例する。従って、寸法変換差が大きい条件とは、レジストパターンの側壁に堆積する堆積物（側壁堆積物）の堆積量が比較的に多いエッチング条件に等しい。すなわち、図１から分かるように、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストの場合は、エッチング時に生じる側壁堆積物の堆積量をエッチング量よりも多くするか、又は側壁堆積物の堆積量をエッチング量よりも少なくすれば、レジスト倒れは発生しない。
【００２５】
そもそも、レジスト倒れが発生するのは、レジストパターンの両側部における応力の大きさが異なり、且つレジストが持つ強度以上に応力がかかった場合である。レジストパターンにかかる応力の発生源は、主にレジストパターンの熱による自己収縮によると考えられる。なお、レジストパターンがエッチング中にイオンにさらされることにより過熱されて収縮する現象は良く知られている。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、一般に、線状パターン（ラインパターン）には、ウエハ１０１の径方向に対して垂直に配置された第１のラインパターン１０４Ａと、径方向に対して平行に配置された第２のラインパターン１０４Ｂとがあり、径方向に対して垂直に配置された第１のラインパターン１０４Ａの場合に、ウエハ１０１の内側を向いた側面上には堆積物の付着量が多く、外側を向いた側面上には堆積物の付着量が少ない。その上、付着量の差は、ウエハ１０１の周縁部において特に顕著となる。すなわち、図３（ａ）に示すように、例えば、ウエハ１０１の結晶方向の判別に用いるノッチ１０１ａを含む中心線をＸ軸とすると、Ｘ軸と直交するＹ軸と交差する両側面を持つ第１のラインパターン１０４Ａのうち、ウエハ１０１の周縁部に形成されたパターンの内側の側面上により多くの堆積物が付着する。同様に、図３（ｂ）に示す場合には、第１のラインパターン１０４Ａ及び第２のラインパターン１０４Ｂのうち、Ｘ軸と交差する側面を持つ第１のラインパターン１０４Ａのうち、ウエハ１０１の周縁部に形成されたパターンの内側の側面上により多くの堆積物が付着する。
【００２７】
以下、レジストが収縮する現象と併せて、レジスト倒れが発生する様子を図４（ａ）〜図４（ｄ）の断面図を用いて詳細に説明する。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、ウエハ１０１上のシリコン窒化膜１０４の上に、反射防止膜１０５を介在させたＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターン１０８を形成する。
【００２９】
図４（ｂ）において図面の左方向がウエハ１０１の中心方向（内側）であるとし、レジストパターン１０８をマスクとして、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０５に対してドライエッチングを始めると、レジストパターン１０８の内側に堆積する第１の堆積物１０７Ａは、その外側に堆積する第２の堆積物１０７Ｂと比べて厚く付着する。なお、互いに隣接するライン同士の間隔（スペース）が不均衡に配置されているパターンの場合は、堆積物の付着量は必然的に不均衡となる。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように、互いに厚さが異なる第１及び第２の堆積物１０７Ａ、１０７Ｂが付着したレジストパターン１０８が温度上昇により収縮すると、堆積量が少ない第２の堆積物１０７Ｂによるレジストに対する耐応力強度とレジスト自体の耐応力強度とが収縮による応力よりも小さい場合にレジスト倒れが発生し、この状態でエッチングを続けると、図４（ｄ）に示す状態となる。
【００３１】
この現象に基づいて、図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照しながらレジスト倒れを防止する第１の知見を説明する。
【００３２】
まず、図５（ａ）に示すように、ウエハ１０１上のシリコン窒化膜１０４の上に、反射防止膜１０５を介在させたＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターン１０８を形成する。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えば図１に示したエッチング条件Ｄのように、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０５に対して側壁堆積物が著しく多くなるようなドライエッチング行なう。このようにすると、レジストパターン１０８の外側に堆積する第２の堆積物１０７Ｂの堆積量も多くなる。
【００３４】
これにより、図５（ｃ）のように、レジストパターン１０８に収縮が起こった場合でも、第２の堆積物１０７Ｂには耐応力強度が十分に増しているため、レジストパターン１０８の収縮応力に耐え得る。その結果、倒れずに収縮したレジストパターン１０８をマスクとして、さらにエッチングを進行すると、図５（ｄ）に示すように、レジスト倒れを生じることなく回路パターンを形成できる。但し、この場合には、その応力に耐え得る強度分の厚さを持つ堆積物１０７Ａ、１０７Ｂの堆積量に相当する寸法変換差が生じることになる。
【００３５】
次に、図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照しながらレジスト倒れを防止する第２の知見を説明する。
【００３６】
まず、図６（ａ）に示すように、ウエハ１０１上のシリコン窒化膜１０４の上に、反射防止膜１０５を介在させたＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジストパターン１０８を形成する。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えば図１に示したエッチング条件Ｂ、Ｅのように、反射防止膜１０５及びシリコン窒化膜１０５に対して側壁堆積物がほとんど付着しないようなドライエッチング行なう。従って、この場合は、レジストパターン１０８の両側壁に堆積物が不均衡に付着することはない。
【００３８】
次に、図６（ｃ）に示すように、エッチング中にレジストパターン１０８が収縮したとしても、側壁堆積物の堆積量の差による耐応力強度に差が生じないため、レジストパターン１０８にはレジスト倒れを起こす応力が掛からない。但し、レジストパターン１０８の断面形状が逆テーパのような倒れやすい形状になっていないことが前提である。
【００３９】
次に、図６（ｄ）に示すように、倒れずに収縮したレジストパターン１０８をマスクとして、さらにエッチングを進行すると、レジスト倒れを生じることなく回路パターンを形成できる。
【００４０】
なお、レジストパターン１０１におけるウエハ１０１の径方向に対して平行な側面を有する部分の両側面上に堆積する側壁堆積物は、もともと不均衡とはならないため、問題とならない。
【００４１】
本発明に係るパターン形成方法は、これらの知見に基づいてなされ、ドライエッチング中にレジストパターンの側壁堆積物を応力に耐えられる程度にまで厚くするか、又は側壁堆積物をほとんど堆積させないエッチング条件でドライエッチングを行なう。
【００４２】
具体的に、本発明に係る第１のパターン形成方法は、ウエハ上に被エッチング膜を形成する第１の工程と、被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、レジストパターンをマスクとして、被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、第３の工程は、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングする。
【００４３】
第１のパターン形成方法によると、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングする。このため、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には相対的に厚い堆積物の耐応力強度が増すと共にほぼ均衡が取れて、レジスト倒れを防止することができるので、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【００４４】
第１のパターン形成方法において、第３の工程は、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも大きくなるようにエッチングすることが好ましい。
【００４５】
第１のパターン形成方法において、被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、＋２０％〜＋８０％であることが好ましい。
【００４６】
本発明に係る第２のパターン形成方法は、ウエハ上に被エッチング膜を形成する第１の工程と、被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、レジストパターンをマスクとして、被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、第３の工程は、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、堆積物が堆積しないようにエッチングする。
【００４７】
第２のパターン形成方法によると、被エッチング膜に対して、レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、堆積物が堆積しないようにエッチングする。このため、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には堆積物が堆積せず、レジストパターンに掛かる応力が不均衡とならないので、レジスト倒れを防止することができ、その結果、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【００４８】
第２のパターン形成方法において、第３の工程は、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも小さくなるようにエッチングすることが好ましい。
【００４９】
この場合に、被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、±０％〜−３０％であることが好ましい。
【００５０】
本発明に係る第３のパターン形成方法は、被エッチング膜を形成する第１の工程と、被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、レジストパターンをマスクとして、被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、第３の工程は、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングを行なう工程（ａ）と、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に堆積物が堆積しないようにエッチングを行なう工程（ｂ）とを含む。
【００５１】
第３のパターン形成方法によると、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングを行なう工程（ａ）と、被エッチング膜に対して、レジストパターンの両側面上に堆積物が堆積しないようにエッチングを行なう工程（ｂ）とを含む。このため、工程（ａ）において、相対的に厚い堆積物により寸法変換差の値が大きくなったとしても、次の工程（ｂ）において寸法変換差の値が負となるので、所望の加工寸法を得ることができる。
【００５２】
第３のパターン形成方法において、被エッチング膜はウエハ上に形成されており、レジストパターンの両側面は、該レジストパターンにおける少なくともウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面であることが好ましい。
【００５３】
この場合の第３の工程における工程（ａ）は、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも大きくなるようにエッチングし、第３の工程における工程（ｂ）は、被エッチング膜に対するエッチング条件を堆積物がエッチングされるように設定して、被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも小さくなるようにエッチングすることが好ましい。
【００５４】
この場合に、被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、±０％〜＋２０％であることが好ましい。
【００５５】
第１又は第３のパターン形成方法において、被エッチング膜は、シリコン若しくはシリコン化合物又はカーボン若しくはカーボン化合物からなり、第３の工程における相対的に厚い堆積物を堆積しながら行なうエッチングは、エッチングを進行させる第１のエッチングガスにはＳＦ６ を用い、レジストパターンの側面上に堆積物を生じさせる第２のエッチングガスには、ＣＦ４ 、ＣＨＦ３ 、ＣＨ２ Ｆ２ 及びＣＨ４ のうちの少なくとも１つを用い、第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスを希釈する希釈ガスには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ又はＸｅを用いることが好ましい。
【００５６】
第２又は第３のパターン形成方法において、被エッチング膜は、シリコン若しくはシリコン化合物又はカーボン若しくはカーボン化合物からなり、第３の工程における堆積物が堆積しないように行なうエッチングは、エッチングを進行させる第１のエッチングガスであるＳＦ６ と、エッチングを進行させると共に堆積物をも生じさせる第２のエッチングガスであるＣＦ４ 又はＣＨＦ３ と、堆積物を生じさせる第３のエッチングガスであるＣＨ２ Ｆ２ 及びＣＨ４ のうちの少なくとも１つと、堆積物をエッチングする第４のエッチングガスであるＳＦ６ 、Ｏ２ 、Ｏ３ 、ＣＯ及びＣＯ２ のうちの少なくとも１つとのうち、第１のエッチングガス若しくは第２のエッチングガスと、第３のエッチングガスと、第４のエッチングガスとを組み合わせた第１の混合ガスを用いるか、又は第１のエッチングガス若しくは第２のエッチングガスと、第４のエッチングガスとを組み合わせた第２の混合ガスを用い、第１の混合ガス及び第２の混合ガスを希釈する希釈ガスには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ又はＸｅを用いることが好ましい。
【００５７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法に用いるドライエッチング装置の概略を説明する。
【００５８】
図７に示すドライエッチング装置は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）−ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ方式を採るドライエッチング装置であって、図７に示すように、反応室５１には、上部電極保持部材５２に保持され、表裏方向に貫通する複数の孔部５３ａが形成された上部電極５３と、保持台５４の上に保持されており、その上面にウエハ１１を載置して保持する下部電極５５とが互いに間隔をおき且つ対向して設けられている。
【００５９】
上部電極５３は第１の高周波電源５６と電気的に接続され、下部電極５５は第２の高周波電源５７と電気的に接続されている。
【００６０】
反応室５１の上部には、上部電極保持部材５２及び上部電極５３を覆う蓋部材５８が気密に設けられている。蓋部材５８の内部には、ガス導入孔５８ａが設けられており、その出口は上部電極５３の上方に開口している。
【００６１】
蓋部材５８の上で且つ上部電極５３の中央部の上方には、電磁波を伝播する導波管５９が設けられ、該導波管５９における蓋部材５８の反対側の端部には、ＵＨＦ波を発振する電磁波発振機６０が接続されている。
【００６２】
反応室５１の側面の下部には、該反応室５１内のガスを排気する排気口６１が設けられており、該排気口６１に設けられた排気ポンプ６２により、反応室５１が所定の真空状態に保たれる。
【００６３】
下部電極５５を保持する保持台５４は、その下部を支持部材６３により支持されており、該支持部材６３は、ウエハ１１の位置が反応室５１内に生成されるプラズマ密度に対して最適な位置となるように、保持台５４を上下に移動させる機構を有している。
【００６４】
以下、前述した構成を持つドライエッチング装置を用いて、被エッチング膜から、ライン幅が１００ｎｍのレジストパターンにより寸法変換差の値が３０ｎｍ程度の回路パターンを得る例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６５】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法におけるウエハの工程順の部分的な断面構成を示している。
【００６６】
まず、図８（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１２の上に、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１３と、厚さが約１２０ｎｍのシリコン窒化膜１４とを順次成膜する。その後、シリコン窒化膜１４の上に、露光光の反射を防止する反射防止膜１５を形成する。反射防止膜１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約４０ｎｍが適当である。また、反射防止膜１５には、塗布法による有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当である。続いて、反射防止膜１５の上に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１６Ａを約４００ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１６Ａを露光する。
【００６７】
次に、図８（ｂ）に示すように、露光されたレジスト膜１６Ａを現像してレジストパターン１６を形成する。ここで、レジストパターン１６Ａは、ウエハ１１の径方向に対して垂直な方向に延びる部分の断面を示している。
【００６８】
次に、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。このときのエッチングガスには、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）、及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００６９】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（ＳＦ６ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０４〜０．１の範囲で制御し、六フッ化イオウとトリフルオロメタンとの比（ＳＦ６ ／ＣＨＦ３ ）の値は１〜２．５の範囲で制御する。
【００７０】
反応室５１の圧力は０．５Ｐａ〜４Ｐａの範囲で制御し、電磁波発振機６０が発振するＵＨＦ波の電力は２００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で制御し、上部電極５３に印加するＲＦ電力は１００Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御し、下部電極５５に印加するＲＦ電力は５０Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御する。
【００７１】
下部電極５５の温度は−２０℃〜４０℃の範囲で制御し、反応室５１の壁面の温度は０℃〜６０℃の範囲で制御し、上部電極５３と下電極５５との間隔は１０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で制御する。
【００７２】
第１の実施形態においては、寸法変換差が３０ｎｍ程度となるようにエッチング条件を設定する。
【００７３】
以下に、その詳細例を列挙する。
・反応性ガス（ＳＦ６ ）の流量 ：４０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：２０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：６００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：１５０Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：３０ｍｍ
このエッチング条件によって、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン１６の内側に堆積する第１の堆積物１７Ａとその外側に堆積する第２の堆積物１７Ｂとのいずれもが相対的に厚く付着する。
【００７４】
その結果、図８（ｄ）に示すように、レジストパターン１６がエッチング中にイオンにさらされることにより収縮したとしても、該レジストパターン１６の両側面上に対向して堆積する第１の堆積物１７Ａ及び第２の堆積物１７Ｂの厚さがほぼ均衡しているため、両堆積物１７Ａ、１７Ｂの耐応力強度も均衡が取れるので、レジスト倒れが生じることがない。
【００７５】
また、寸法変換差の値を３０ｎｍよりも大きくする場合であっても、上記のエッチング条件におけるパラメータ値を所定の制御範囲で変更することにより、同様にレジスト倒れを防止することができるため、所望の加工寸法を実現できる。
【００７６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態であって、図７に示したドライエッチング装置を用いて、被エッチング膜からライン幅が１００ｎｍのレジストパターンにより寸法変換差の値が−１０ｎｍ程度の回路パターンを得るパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００７７】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法におけるウエハの工程順の部分的な断面構成を示している。
【００７８】
まず、図９（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１２の上に、例えばＣＶＤ法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１３と、厚さが約１２０ｎｍのシリコン窒化膜１４とを順次成膜する。その後、シリコン窒化膜１４の上に、露光光の反射を防止する反射防止膜１５を形成する。反射防止膜１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約４０ｎｍが適当である。また、反射防止膜１５には、塗布法による有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当である。続いて、反射防止膜１５の上に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１６Ａを約４００ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１６Ａを露光する。
【００７９】
次に、図９（ｂ）に示すように、露光されたレジスト膜１６Ａを現像してレジストパターン１６を形成する。ここでも、レジストパターン１６Ａは、ウエハ１１の径方向に対して垂直な方向に延びる部分の断面を示している。
【００８０】
次に、図９（ｃ）に示すように、レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。このときのエッチングガスには、例えば、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００８１】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（Ｏ２ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０２〜０．１の範囲で制御し、酸素とトリフルオロメタンとの比（Ｏ２ ／ＣＨＦ３ ）の値は０．１〜１の範囲で制御する。
【００８２】
反応室５１の圧力は０．５Ｐａ〜４Ｐａの範囲で制御し、電磁波発振機６０が発振するＵＨＦ波の電力は２００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で制御し、上部電極５３に印加するＲＦ電力は１００Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御し、下部電極５５に印加するＲＦ電力は５０Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御する。
【００８３】
下部電極５５の温度は−２０℃〜４０℃の範囲で制御し、反応室５１の壁面の温度は０℃〜６０℃の範囲で制御し、上部電極５３と下電極５５との間隔は１０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で制御する。
【００８４】
第２の実施形態においては、寸法変換差が−１０ｎｍ程度となるようにエッチング条件を設定する。
【００８５】
以下に、その詳細例を列挙する。
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：６０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（Ｏ２ ）の流量 ：２０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：６００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：２００Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：９０ｍｍ
このエッチング条件を用いることによって、図９（ｃ）に示すように、レジストパターン１６の両側壁にはほとんど堆積物が付着しない。
【００８６】
その結果、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン１６がエッチング中にイオンにさらされることにより収縮したとしても、該レジストパターン１６にかかる収縮応力は両側面で均衡しているため、レジスト倒れが生じることがない。
【００８７】
また、寸法変換差の値を−１０ｎｍよりも絶対値で大きくする場合であっても、上記のエッチング条件におけるパラメータ値を所定の制御範囲で変更することにより、レジスト倒れを防止することができ、従って、所望の加工寸法を実現できる。
【００８８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態であって、図７に示したドライエッチング装置を用いて、被エッチング膜から、ライン幅が１００ｎｍのレジストパターンにより寸法変換差の値がほぼ０ｎｍの回路パターンを得るパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００８９】
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法におけるウエハの工程順の部分的な断面構成を示している。
【００９０】
まず、図１０（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ１１の上に、例えば熱酸化法又は気相成長法により、厚さが約２０ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成し、続いて、シリコン酸化膜１２の上に、例えばＣＶＤ法により、厚さが約２０ｎｍのポリシリコン膜１３と、厚さが約１００ｎｍのシリコン窒化膜１４とを順次成膜する。その後、シリコン窒化膜１４の上に、露光光の反射を防止する反射防止膜１５を形成する。反射防止膜１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、その膜厚は約３５ｎｍが適当である。また、反射防止膜１５には、塗布法による有機膜を用いることもでき、その場合の膜厚は約８０ｎｍが適当である。続いて、反射防止膜１５の上に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト膜１６Ａを約４００ｎｍの厚さで塗布し、レジスト膜１６Ａの上方に、半導体装置の回路パターンが形成されたフォトマスク（図示せず）を整列させた後、該フォトマスクを通過した露光光によってレジスト膜１６Ａを露光する。
【００９１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、露光されたレジスト膜１６Ａを現像してレジストパターン１６を形成する。ここでも、レジストパターン１６Ａは、ウエハ１１の径方向に対して垂直な方向に延びる部分の断面を示している。
【００９２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、レジストパターン１６が形成されたウエハ１１をドライエッチング装置に投入し、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、反射防止膜１５及びシリコン窒化膜１４に対してドライエッチングを行なう。第３の実施形態においては、シリコン窒化膜１４に対するエッチングが７０ｎｍ程度進行した時点で、該シリコン窒化膜１４に対するエッチングを一旦停止する。このときのエッチングガスには、第１の実施形態と同様に、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）、及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００９３】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（ＳＦ６ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０４〜０．１の範囲で制御し、六フッ化イオウとトリフルオロメタンとの比（ＳＦ６ ／ＣＨＦ３ ）の値は１〜２．５の範囲で制御する。
【００９４】
反応室５１の圧力は０．５Ｐａ〜４Ｐａの範囲で制御し、電磁波発振機６０が発振するＵＨＦ波の電力は２００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で制御し、上部電極５３に印加するＲＦ電力は１００Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御し、下部電極５５に印加するＲＦ電力は５０Ｗ〜８００Ｗの範囲で制御する。
【００９５】
下部電極５５の温度は−２０℃〜４０℃の範囲で制御し、反応室５１の壁面の温度は０℃〜６０℃の範囲で制御し、上部電極５３と下電極５５との間隔は１０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で制御する。
【００９６】
シリコン窒化膜１４の下部を残す第１段階のエッチング工程においては、第１の実施形態と同様に、寸法変換差が３０ｎｍ以上となるようなエッチング条件を用いる。
【００９７】
例えば、寸法変換差が３０ｎｍの場合には、
・反応性ガス（ＳＦ６ ）の流量 ：４０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：２０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：６００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：１５０Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：３０ｍｍ
このエッチング条件によって、図１０（ｃ）に示すように、レジストパターン１６の内側に堆積する第１の堆積物１０７Ａとその外側に堆積する第２の堆積物１７Ｂとのいずれもが相対的に厚く付着する。
【００９８】
次に、図１０（ｄ）に示すように、第１の堆積物１７Ａ及び第２の堆積物１７Ｂが付着しない条件、すなわちこれらの堆積物１７Ａ、１７Ｂがエッチングされる条件、さらに言い換えれば、寸法変換差が負となるエッチング条件で残りのシリコン窒化膜１４に対するエッチングを再開して、シリコン窒化膜１４から所望の回路パターンを形成する。このときのエッチングガスには、第２の実施形態と同様に、例えば、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを使用する。
【００９９】
反応性ガスとこれを希釈する非反応性ガスとの比、すなわち（Ｏ２ ＋ＣＨＦ３ ）／Ａｒの値は０．０２〜０．１の範囲で制御し、酸素とトリフルオロメタンとの比（Ｏ２ ／ＣＨＦ３ ）の値は０．１〜１の範囲で制御する。
【０１００】
第３の実施形態においては、最終的な寸法変換差の値であるほぼ０ｎｍを得られるように各エッチングパラメータ値を変更する。例えば、この第２段階のエッチング工程においては寸法変換差が−３０ｎｍ以上となるように各エッチングパラメータ値を設定する。
【０１０１】
以下に、その詳細例を列挙する。
・反応性ガス（Ｏ２ ）の流量 ：３０ｍｌ／ｍｉｎ
・反応性ガス（ＣＨＦ３ ）の流量：６０ｍｌ／ｍｉｎ
・希釈ガス（Ａｒ）の流量 ：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・反応室の圧力 ：２Ｐａ
・ＵＨＦ波の電力 ：４００Ｗ
・上部電極に対するＲＦ電力 ：４００Ｗ
・下部電極に対するＲＦ電力 ：３００Ｗ
・下部電極の温度 ：２０℃
・反応室の壁面温度 ：３０℃
・電極間距離 ：３０ｍｍ
このように、寸法変換差の値をほぼ０ｎｍとする第３の実施形態においては、図１０（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４に対して、一旦寸法変換差を正の値に大きくする第１段階のエッチングを行ない、その後、寸法変換差を負とする第２段階のエッチングを行なうことにより、レジスト倒れを防止することができるため、寸法変換差がほぼ０となる回路パターンを得ることができる。
【０１０２】
同様に、所望の寸法変換差の値が０ｎｍ〜３０ｎｍの場合には、第１段階における正の寸法変換差の値と、第２段階における負の寸法変換差との和が所望の寸法変換差の値となるように、各エッチング工程のパラメータ値を変更すると良い。
【０１０３】
なお、第３の実施形態とは逆に、第１段階のエッチング工程において、一旦寸法変換差が負の値となるエッチング、すなわちレジストパターン１６の両側面上に堆積物が堆積しないようなエッチングを行ない、その後、第２段階のエッチング工程において寸法変換差が正の値となる、すなわちレジストパターン１６の両側面上に比較的に厚い堆積物１７Ａ、１７Ｂを堆積するようなエッチングを行ない、且つ第１段階の寸法変換差と第２段階の寸法変換差との和が所望の値となるようなエッチング条件を選ぶことにより、レジスト倒れを防止することができる。その結果、所望の寸法を持つ回路パターンを確実形成することができる。
【０１０４】
また、第１及び第３の各実施形態においては、レジストパターン１６の幅寸法を堆積物によって大きくする、すなわち太らせるエッチングガスとして、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）を含む混合ガスを用いたが、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）に限らず、メタン（ＣＨ４ ）やテトラフルオロカーボン（ＣＦ４ ）、さらには、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８等のフルオロカーボン（ＣｘＦｙ）や、ジフルオロメタン（ＣＨ２ Ｆ２ ）等のヒドロフルオロカーボン（ＣＨｘＦｙ、但し、０≦ｘ，ｙ≦４、ｘ＋ｙ＝４）を用いても同様の効果を得られる。なお、ＣＨｘ Ｆｙ は水素の組成ｘが小さいほどシリコン窒化膜１４に対するエッチング作用が強くなり、また組成ｘが大きいほど堆積物の堆積量が増大する。ここで、ＳＦ６ は窒化シリコン及び側壁堆積物をエッチングするエッチャントである。また、希釈ガスには、アルゴン（Ａｒ）に代えて、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）又はキセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスを用いてもよい。
【０１０５】
また、第２及び第３の各実施形態においては、レジストパターン１６の側面上に堆積物を堆積しないエッチングガスとして、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを用いたが、酸素に代えて、オゾン（Ｏ３ ）、一酸化炭素（ＣＯ）又は二酸化炭素（ＣＯ２ ）等のガスを用いても同様の効果を得られる。酸素原子は側壁堆積物をエッチングするエッチャントである。また、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）には、フルオロカーボン類（ＣＨｘＦｙ、ＣｘＦｙ）を用いてもよい。
【０１０６】
さらには、酸素（Ｏ２ ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３ ）及びアルゴン（Ａｒ）の組み合わせ以外にも、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）とアルゴン（Ａｒ）との組み合わせ、又はテトラフルオロカーボン（ＣＦ４ ）とアルゴン（Ａｒ）との組み合わせでもよい。また、六フッ化イオウ（ＳＦ６ ）は被エッチング膜と堆積物との双方をエッチングするため、酸素と同時に添加してもよい。
【０１０７】
また、被エッチング膜に窒化シリコンを用いたが、酸化シリコンであっても同等の効果を得ることができる。さらには、シリコン化合物に限らず、エッチングガスを適当に選べば、半導体製造プロセスに適合する、種々の半導体材料、導電性材料及び絶縁材料に適用できる。
【０１０８】
また、各実施形態においては、図７に示すＵＨＦ−ＥＣＲプラズマ方式のドライエッチング装置を用いてエッチングを行なったが、これに代えて、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、又はＤＰＳ（Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）方式等のプラズマ源を有するドライエッチング装置を用いても同様の効果を得られることはいうまでもない。
【０１０９】
また、各実施形態においては、レジスト膜１６Ａの材料に、ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いたが、これに限られない。すなわち、ＡｒＦエキシマレーザ光か又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材料であれば、同等の効果を得ることができる。具体的には、ノボラック等のベンゼン環系樹脂を含まないレジスト材料や、線幅が１３０ｎｍよりも小さいパターンを形成するためのレジスト材料であって、ＡｒＦエキシマレーザ感光用のレジスト材料と同程度の強度を持つレジスト材であれば、同等の効果を奏する。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明に係る第１のパターン形成方法によると、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には相対的に厚い堆積物の耐応力強度が増すと共にほぼ均衡が取れて、レジスト倒れを防止することができるため、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【０１１１】
本発明に係る第２のパターン形成方法によると、レジストパターンが熱収縮を起こしたとしても、レジストパターンの両側面上には堆積物が堆積せず、レジストパターンに掛かる応力が不均衡とならないため、レジスト倒れを防止することができるので、被エッチング膜に異方性形状を得ることができるようになる。
【０１１２】
本発明に係る第３のパターン形成方法によると、工程（ａ）において、相対的に厚い堆積物により寸法変換差の値が大きくなったとしても、次の工程（ｂ）において寸法変換差の値が負となるため、所望の加工寸法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のエッチング条件ごとのレジストパターン寸法の初期値と寸法変換差との関係、及び寸法変換差とレジスト倒れとの関係を示すグラフである。
【図２】比較用であって、ＫｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のエッチング条件ごとのレジストパターン寸法の初期値と寸法変換差との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）及び（ｂ）はウエハの主面上におけるラインパターンの配置方向を示す模式的な平面図である。
【図４】ＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のパターン形成工程におけるレジスト倒れの発生の様子を示す工程順の構成断面図である。
【図５】本発明に係るＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のパターン形成工程におけるレジスト倒れを防止する第１の方法を示す工程順の構成断面図である。
【図６】本発明に係るＡｒＦエキシマレーザ感光用レジストを用いた場合のパターン形成工程におけるレジスト倒れを防止する第２の方法を示す工程順の構成断面図である。
【図７】本発明のパターン形成方法に用いるドライエッチング装置を示す構成断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を示すウエハの工程順の部分的な構成断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を示すウエハの工程順の部分的な構成断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法を示すウエハの工程順の部分的な構成断面図である。
【図１１】従来のパターン形成方法を示す工程順の構成断面図である。
【符号の説明】
１１ ウエハ
１２ シリコン酸化膜
１３ ポリシリコン膜
１４ シリコン窒化膜（被エッチング膜）
１５ 反射防止膜
１６Ａ レジスト膜
１６ レジストパターン
１７Ａ 第１の堆積物
１７Ｂ 第２の堆積物
５１ 反応室
５２ 上部電極保持部材
５３ 上部電極
５３ａ 孔部
５４ 保持台
５５ 下部電極
５６ 第１の高周波電源
５７ 第２の高周波電源
５８ 蓋部材
５９ 導波管
６０ 電磁波発振機
６１ 排気口
６２ 排気ポンプ
６３ 支持部材
Claims (12)
- ウエハ上に被エッチング膜を形成する第１の工程と、
前記被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、
前記第３の工程は、前記被エッチング膜に対して、前記レジストパターンにおける少なくとも前記ウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングすることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記第３の工程は、前記被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも大きくなるようにエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
- 前記被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、＋２０％〜＋８０％であることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
- ウエハ上に被エッチング膜を形成する第１の工程と、
前記被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、
前記第３の工程は、前記被エッチング膜に対して、前記レジストパターンにおける少なくとも前記ウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面上に、堆積物が堆積しないようにエッチングすることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記第３の工程は、前記被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも小さくなるようにエッチングすることを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
- 前記被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、±０％〜−３０％であることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。
- 被エッチング膜を形成する第１の工程と、
前記被エッチング膜の上に、ＡｒＦエキシマレーザ光又はそれよりも短い波長を持つ露光光に感光するレジスト材からなるレジストパターンを形成する第２の工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記被エッチング膜に対してエッチングを行なう第３の工程とを備え、
前記第３の工程は、前記被エッチング膜に対して、前記レジストパターンの両側面上に、相対的に厚い堆積物を堆積しながらエッチングを行なう工程（ａ）と、
前記被エッチング膜に対して、前記レジストパターンの両側面上に堆積物が堆積しないようにエッチングを行なう工程（ｂ）とを含むことを特徴とするパターン形成方法。 - 前記被エッチング膜はウエハ上に形成されており、
前記レジストパターンの両側面は、該レジストパターンにおける少なくとも前記ウエハの径方向に対して垂直な側面を有する部分の両側面であることを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。 - 前記第３の工程における工程（ａ）は、前記被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも大きくなるようにエッチングし、
前記第３の工程における工程（ｂ）は、前記被エッチング膜に対するエッチング条件を前記堆積物がエッチングされるように設定して、前記被エッチング膜におけるエッチング後のパターン寸法が所定の寸法よりも小さくなるようにエッチングすることを特徴とする請求項８に記載のパターン形成方法。 - 前記被エッチング膜におけるパターン寸法の寸法変換差は、±０％〜＋２０％であることを特徴とする請求項９に記載のパターン形成方法。
- 前記被エッチング膜は、シリコン若しくはシリコン化合物又はカーボン若しくはカーボン化合物からなり、
前記第３の工程における相対的に厚い堆積物を堆積しながら行なうエッチングは、
エッチングを進行させる第１のエッチングガスにはＳＦ６ を用い、
前記レジストパターンの側面上に前記堆積物を生じさせる第２のエッチングガスには、ＣＦ４ 、ＣＨＦ３ 、ＣＨ２ Ｆ２ 及びＣＨ４ のうちの少なくとも１つを用い、
前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスを希釈する希釈ガスには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ又はＸｅを用いることを特徴とする請求項１又は７に記載のパターン形成方法。 - 前記被エッチング膜は、シリコン若しくはシリコン化合物又はカーボン若しくはカーボン化合物からなり、
前記第３の工程における堆積物が堆積しないように行なうエッチングは、
エッチングを進行させる第１のエッチングガスであるＳＦ６ と、エッチングを進行させると共に堆積物をも生じさせる第２のエッチングガスであるＣＦ４ 又はＣＨＦ３ と、堆積物を生じさせる第３のエッチングガスであるＣＨ２ Ｆ２ 及びＣＨ４ のうちの少なくとも１つと、堆積物をエッチングする第４のエッチングガスであるＳＦ６ 、Ｏ２ 、Ｏ３ 、ＣＯ及びＣＯ２ のうちの少なくとも１つとのうち、前記第１のエッチングガス若しくは第２のエッチングガスと、前記第３のエッチングガスと、前記第４のエッチングガスとを組み合わせた第１の混合ガスを用いるか、
又は、前記第１のエッチングガス若しくは第２のエッチングガスと、前記第４のエッチングガスとを組み合わせた第２の混合ガスを用い、
前記第１の混合ガス及び第２の混合ガスを希釈する希釈ガスには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、又はＸｅを用いることを特徴とする請求項４又は７に記載のパターン形成方法。
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