JP2005026348A

JP2005026348A - プラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2005026348A
Application number: JP2003188274A
Authority: JP
Inventors: Tomoyo Yamaguchi; 智代山口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】Ｓｉを含む有機マスクと有機層とのエッチングの選択比を高くすることができ、所望のパターンを精度良く形成することのできるプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】ＢＰＳＧ膜１０１、有機層（反射防止膜）１０２、開口パターン１０４を有するＳｉを含む有機マスク１０３が、下側からこの順で形成された半導体ウエハＷを処理容器内に配置し、エッチングガスとして、ＣＯとＯ_２を含みＣＯとＯ_２の流量比が、０．１≦（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）≦０．３、更に好ましくは、０．１≦（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）≦０．２であるエッチングガスを導入してプラズマ化し、有機マスク１０３の開口パターン１０４を通して有機層１０２をプラズマエッチングして、ホール（穴）１０５を形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に、プラズマを作用させて、その表面に形成された有機層のエッチング処理を行うプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体装置の製造分野等においては、処理容器内に所定のエッチングガスを導入し、高周波電力等によってこのエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマを被処理体、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に作用させて、その表面に形成された薄膜のエッチング処理を行うプラズマ処理方法が多用されている。
【０００３】
また、近年半導体装置の製造分野においては、例えば、低誘電率膜（ｌｏｗ−ｋ膜）や、反射防止膜等として、有機膜が多用されるようになっている。そして、上記のような有機膜をプラズマ処理によってエッチングする場合、例えば、Ｎ_２＋Ｈ_２等のエッチングガスを使用することによって、エッチングの異方性を高めることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３６４８４号公報（第２−４頁）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来においては、有機膜のエッチングに、例えば、Ｎ_２＋Ｈ_２等のエッチングガスが使用されている。
【０００６】
しかしながら、例えば、反射防止膜等の有機膜の上に、開口パターンが形成されたＳｉを含む有機マスク等を形成した多層レジスト構造において、下層の反射防止膜等の有機膜のエッチングを行う場合、すなわち、所謂ドライ現像を行う場合等においては、上記のようにＮ_２＋Ｈ_２等のエッチングガスを使用すると、反射防止膜等の有機膜をエッチングする際に、Ｓｉを含む有機マスクもエッチングされてしまい、所望のパターンを精度良く形成することが困難になるという問題があった。
【０００７】
例えば、微細なホール（穴）が微少間隔で連続して形成されたパターン、すなわち、所謂背合わせの狭いパターンを形成するような場合では、上記のようにＮ_２＋Ｈ_２等のエッチングガスを使用してエッチングを行うと、Ｓｉを含む有機マスクもエッチングされてしまい、背合わせ部分が消失してしまう場合もあり、所望のパターンを形成することが非常に困難であった。
【０００８】
本発明は、上記の如き従来の事情に対処してなされたもので、Ｓｉを含む有機マスクと有機層とのエッチングの選択比を高くすることができ、所望のパターンを精度良く形成することのできるプラズマ処理方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載のプラズマ処理方法は、有機層と、この有機層を覆う開口パターンが形成されたＳｉを含む有機マスクとを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に、ＣＯとＯ_２を含みＣＯとＯ_２の流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．３であるエッチングガスを導入する工程と、前記エッチングガスをプラズマ化して前記有機マスクの開口パターンを通して前記有機層をプラズマエッチングする工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載は、請求項１記載のプラズマ処理方法において、前記流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．２であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３は、請求項１又は２記載のプラズマ処理方法において、前記有機層が反射防止膜であり、前記有機マスクがフォトレジストマスクであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４は、請求項１乃至３いずれか１項記載のプラズマ処理方法において、前記被処理体を下部電極上に載置し、この下部電極と、この下部電極に対向して配置された上部電極の双方に、高周波電力を供給して前記エッチングガスをプラズマ化することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載のプラズマ処理方法は、エッチング対象層と、このエッチング対象層を覆う有機層と、この有機層を覆う開口パターンが形成されたＳｉを含む有機マスクとを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に、ＣＯとＯ_２を含みＣＯとＯ_２の流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．３である第１のエッチングガスを導入する工程と、前記第１のエッチングガスをプラズマ化して前記有機マスクの開口パターンを通して前記有機層をプラズマエッチングする工程と、その後、前記有機マスクの開口パターン及び前記有機層をプラズマエッチングする工程で生じた前記有機層の開口部を通して前記エッチング対象層を第２のエッチングガスのプラズマでプラズマエッチングする工程とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６は、請求項５記載のプラズマ処理方法において、前記流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．２であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７は、請求項５又は６記載のプラズマ処理方法において、前記有機層が反射防止膜であり、前記有機マスクがフォトレジストマスクであることを特徴とする。
【００１６】
請求項８は、請求項５乃至７いずれか１項記載のプラズマ処理方法において、前記エッチング対象層がＳｉを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項９は、請求項８記載のプラズマ処理方法において、前記エッチング対象層がＳｉＯ_２層であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０は、請求項５乃至９いずれか１項記載のプラズマ処理方法において、前記第２のエッチングガスがフロロカーボンを含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１は、請求項５乃至１０いずれか１項記載のプラズマ処理方法において、前記被処理体を下部電極上に載置し、この下部電極と、この下部電極に対向して配置された上部電極の双方に、高周波電力を供給して前記第１のエッチングガスをプラズマ化することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図３は、本発明のプラズマ処理方法を実施するための装置の一例として、半導体ウエハのプラズマエッチング処理を行う平行平板型のプラズマエッチング装置の概略を模式的に示すものである。
【００２２】
同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成された円筒状の真空チャンバを示している。
【００２３】
この真空チャンバ１内には、半導体ウエハＷを載置するための載置台２が設けられており、この載置台２は下部電極を兼ねている。また、真空チャンバ１内の天井部には、上部電極を構成するシャワーヘッド３が設けられており、これらの載置台２とシャワーヘッド３によって、一対の平行平板電極（下部電極と上部電極）が構成されるようになっている。
【００２４】
上記シャワーヘッド３には、ガス拡散用の空隙４が設けられるとともに、このガス拡散用の空隙４の下側に位置するように多数の細孔５が設けられている。そして、ガス供給系６のガス供給源６ａ及びマスフローコントローラ６ｂ等によって所定流量で供給された所定のエッチングガスを、ガス拡散用の空隙４内で拡散させ、細孔５から半導体ウエハＷに向けてシャワー状に供給するよう構成されている。
【００２５】
一方、載置台２には、整合器７を介して高周波電源８が接続されており、シャワーヘッド３には、整合器９を介して高周波電源１０が接続されている。そして、載置台２とシャワーヘッド３との間に、所定周波数（例えば、数百ＫＨｚ〜百ＭＨｚ）の高周波電力を供給可能とされている。
【００２６】
また、載置台２の半導体ウエハＷの載置面には、半導体ウエハＷを吸着保持するための静電チャック１１が設けられている。この静電チャック１１は、絶縁層１１ａ内に静電チャック用電極１１ｂを配設した構成とされており、静電チャック用電極１１ｂには、直流電源１２が接続されている。さらに、載置台２の上面には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、フォーカスリング１３が設けられている。
【００２７】
上記載置台２には、冷媒循環用の冷媒流路１４が形成されており、載置台２を所定温度に温度制御可能とされている。また、載置台２と半導体ウエハＷの裏面との間に冷却用ガス、例えばヘリウムガスを供給するガス供給機構１５が設けられており、このヘリウムガスによって、載置台２と半導体ウエハＷとの熱交換が促進され、半導体ウエハＷが所定温度に温度制御されるようになっている。
【００２８】
真空チャンバ１の底部には、排気ポート１６が設けられ、この排気ポート１６には、真空ポンプ等から構成された排気系１７が接続されている。
【００２９】
また、載置台２の周囲には、半導体ウエハＷの載置面に対して略平行に、環状に形成された排気リング１８が設けられている。この排気リング１８には、多数の円孔等からなる排気路１９が形成されており、これらの排気路１９を介して排気系１７により真空排気を行うことによって、載置台２の周囲に均一な処理ガスの流れが形成されるようになっている。また、この排気リング１８は、電気的に接地電位に接続されており、載置台２とシャワーヘッド３との間の処理空間に形成されたプラズマが、排気リング１８の下方の空間にリークすることを防止するよう作用する。
【００３０】
次に、このように構成されたプラズマエッチング装置におけるエッチング処理の手順について説明する。
【００３１】
まず、図示しない搬入・搬出口に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、搬送機構等により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、載置台２上に載置する。載置台２上に載置された半導体ウエハＷは、この後、静電チャック１１の静電チャック用電極１１ｂに、直流電源１２から所定の直流電圧を印加することにより、吸着保持される。
【００３２】
次に、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じ、排気系１７の真空ポンプ等により真空チャンバ１内を排気する。真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内に、ガス拡散用の空隙４、細孔５を介して、ガス供給系６から所定のエッチングガスを導入し、真空チャンバ１内を所定の圧力、例えば１Ｐａ〜１００Ｐａ程度に保持する。
【００３３】
この状態で、高周波電源８，１０からシャワーヘッド３と載置台２との間に、所定周波数の高周波電力を供給する。これによって、シャワーヘッド３と載置台２との間の処理空間には高周波電界が形成され、この高周波電界によって、処理空間に供給された処理ガスから所定のプラズマが発生し、そのプラズマにより半導体ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００３４】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源８，１０からの高周波電力の供給を停止し、エッチング処理を停止して、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００３５】
図１は、半導体ウエハＷの一部の断面構造を拡大して示すものであり、本実施形態に係るプラズマ処理工程を、模式的に示すものである。
【００３６】
同図に示すように、半導体ウエハＷには、ＢＰＳＧ膜（エッチング対象層）１０１、有機層（反射防止膜）１０２、Ｓｉを含む有機マスク（フォトレジストマスク）１０３が下側からこの順で形成されており、Ｓｉを含む有機マスク１０３には、露光工程及び現像工程によって、所定の開口パターン１０４が形成されている。
【００３７】
そして、本実施形態では、上記構造の半導体ウエハＷを、図３に示したプラズマエッチング装置の真空チャンバ１（処理容器）内の載置台２上に配置し、ガス供給系６のガス供給源６ａ及びマスフローコントローラ６ｂ等によっ真空チャンバ１内にエッチングガスとして、ＣＯとＯ_２を含みＣＯとＯ_２の流量比が、０．１≦（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）≦０．３であるエッチングガス、更に好ましくは、ＣＯとＯ_２を含みＣＯとＯ_２の流量比が、０．１≦（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）≦０．２であるエッチングガスを導入する。これとともに、下部電極である載置台２に高周波電源８から周波数２ＭＨｚの高周波電力を供給し、上部電極であるシャワーヘッド３に高周波電源１０から周波数６０ＭＨｚの高周波電力を供給することによって、上記のエッチングガスをプラズマ化し、Ｓｉを含む有機マスク１０３の開口パターン１０４を通して有機層１０２をプラズマエッチングする（Ａ）。
【００３８】
そして、上記の有機層１０２のプラズマエッチングを、下層のＢＰＳＧ膜１０１が完全に露出するまで実行し、開口パターン１０４に応じたホール（穴）１０５を有機層１０２に形成する（Ｂ）。
【００３９】
上記のように、エッチングガスとして、ＣＯの流量が１００ｓｃｃｍ、Ｏ_２の流量が１０ｓｃｃｍまたは２０ｓｃｃｍ、したがってＣＯとＯ_２の流量比（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）が０．１または０．２のＣＯ＋Ｏ_２の混合ガスを使用し、圧力２．６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）としてプラズマエッチングを行ったところ、いずれも高選択比で、かつ、開口パターン１０４の形状に応じた形状でボーイングやアンダーカットが少ないホール１０５を精度良く形成することができた。
【００４０】
これに対して、エッチングガスとしてＮ_２＋Ｈ_２を使用して、上記の半導体ウエハＷと同じものをプラズマエッチングした場合は、有機層１０２の背合わせ部分（隣接するホール間の側壁部分）が消滅してしまった。
【００４１】
また、ＣＯとＯ_２の流量比（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）を上記の範囲より低くした場合、例えば、Ｏ_２流量を低下させて０とした場合は、有機層１０２のエッチングレートが７ｎｍ／分と著しく低くなり、実質的にエッチングがストップしてしまった。
【００４２】
このことは、有機層１０２のエッチングを行うためには、Ｏ_２の添加が必要であることを示しており、実用的な有機層１０２のエッチングレートを得るためには、ＣＯとＯ_２の流量比（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）を０．１以上とする必要があった。また、Ｓｉを含む有機マスク１０３中のＳｉを酸化して、有機層１０２との選択比を高めるためにも、Ｏ_２の添加が必要となる。
【００４３】
一方、ＣＯとＯ_２の流量比（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）を上記の範囲より高くした場合、例えば、ＣＯの流量を６０ｓｃｃｍ、Ｏ_２の流量を５０ｓｃｃｍ、したがって、Ｏ_２流量／ＣＯ流量＝０．８３とした場合は、有機層１０２の側壁部分の表面の状態が荒れ、またボーイングが増大し、アンダーカットも発生してしまった。この現象は、更にＯ_２流量を増加させると顕著になった。
【００４４】
このことは、ＣＯによる充分な側壁保護効果を得るためには、ＣＯに対する相対的なＯ_２流量を一定以下にする必要があることを示している。
【００４５】
そして、ＣＯとＯ_２の流量比（Ｏ_２流量／ＣＯ流量）を０．３以下、更に好ましくて０．２以下とすることにより、有機層１０２の高いエッチングレート、有機マスク１０３に対する高い選択比、そして、ボーイングやアンダーカットの少ない良好な側壁形状を得ることができた。
【００４６】
また、高周波電力については、上部電極（シャワーヘッド３）に印加する電力値を上昇させることにより、エッチングレートが向上し、側壁形状も良好になる傾向があった。このため、上部電極に印加する電力値は、例えば、１０００Ｗ〜２０００Ｗ程度とすることが好ましい。
【００４７】
また、下部電極（載置台２）に印加する電力値についても、同様な傾向があった。このため、下部電極に印加する電力値は、例えば、２００Ｗ〜４００Ｗ程度とすることが好ましい。
【００４８】
そして、上記のようにして有機層１０２のドライ現像、つまり、有機層１０２に開口パターン１０４に応じたホール１０５を形成した後、図２に示すように、エッチングガスとして、例えば、Ｃ_４Ｆ_６／ＣＦ_４／Ａｒ／Ｏ_２＝２９／１０／７００／２６ｓｃｃｍを使用し、開口パターン１０４及びホール１０５を通じて、ＢＰＳＧ膜１０１のプラズマエッチングを行う（Ｃ）。
【００４９】
そして、上記のＢＰＳＧ膜１０１のプラズマエッチングを、ＢＰＳＧ膜１０１の下側の層の表面が完全に露出するまで実行し、開口パターン１０４に応じたホール（穴）１０６をＢＰＳＧ膜１０１に形成する（Ｄ）。
【００５０】
以上のようにプラズマ処理を行うことにより、最終的にエッチング対象層であるＢＰＳＧ膜１０１に、開口パターン１０４に応じたホール１０６を精度良く形成することができた。
【００５１】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、Ｓｉを含む有機マスク１０３と有機層１０２とのエッチングの選択比を高くすることができ、有機層１０２に所望のパターン（ホール１０５）を精度良く形成することができる。そして、このパターン（ホール１０５）及びＳｉを含む有機マスク１０３の開口パターン１０４を通じて、エッチング対象層であるＢＰＳＧ膜１０１に、所望のパターン（ホール１０６）を精度良く形成することができる。
【００５２】
なお、上記の例では、エッチング対象層がＢＰＳＧ膜１０１の場合について説明したが、エッチング対象層はＢＰＳＧ膜に限るものではなく、例えば、ＢＰＳＧ膜以外のＳｉを含む層、ＳｉＯ_２層等であっても良い。また、被処理物は、半導体ウエハＷに限らず、例えば、液晶表示装置用のガラス基板等その他の物であっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明のプラズマ処理方法によれば、Ｓｉを含む有機マスクと有機層とのエッチングの選択比を高くすることができ、所望のパターンを精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の工程を説明するための図。
【図２】本発明の一実施形態の工程を説明するための図。
【図３】本発明の一実施形態に使用するプラズマ処理装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１０１……ＢＰＳＧ膜（エッチング対象層）、１０２……有機層（反射防止膜）、１０３……Ｓｉを含む有機マスク、１０４……開口パターン、１０５……ホール（穴）、１０６……ホール（穴）。

Claims

有機層と、この有機層を覆う開口パターンが形成されたＳｉを含む有機マスクとを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、
前記処理容器内に、ＣＯとＯ_２を含みＣＯとＯ_２の流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．３であるエッチングガスを導入する工程と、
前記エッチングガスをプラズマ化して前記有機マスクの開口パターンを通して前記有機層をプラズマエッチングする工程と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
前記流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．２であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
前記有機層が反射防止膜であり、前記有機マスクがフォトレジストマスクであることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理方法。
前記被処理体を下部電極上に載置し、この下部電極と、この下部電極に対向して配置された上部電極の双方に、高周波電力を供給して前記エッチングガスをプラズマ化することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のプラズマ処理方法。
エッチング対象層と、このエッチング対象層を覆う有機層と、この有機層を覆う開口パターンが形成されたＳｉを含む有機マスクとを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、
前記処理容器内に、ＣＯとＯ_２を含みＣＯとＯ_２の流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．３である第１のエッチングガスを導入する工程と、
前記第１のエッチングガスをプラズマ化して前記有機マスクの開口パターンを通して前記有機層をプラズマエッチングする工程と、
その後、前記有機マスクの開口パターン及び前記有機層をプラズマエッチングする工程で生じた前記有機層の開口部を通して前記エッチング対象層を第２のエッチングガスのプラズマでプラズマエッチングする工程と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
前記流量比が、０．１≦（Ｏ_２／ＣＯ）≦０．２であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理方法。
前記有機層が反射防止膜であり、前記有機マスクがフォトレジストマスクであることを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ処理方法。
前記エッチング対象層がＳｉを含むことを特徴とする請求項５乃至７いずれか１項記載のプラズマ処理方法。
前記エッチング対象層がＳｉＯ_２層であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
前記第２のエッチングガスがフロロカーボンを含むことを特徴とする請求項５乃至９いずれか１項記載のプラズマ処理方法。
前記被処理体を下部電極上に載置し、この下部電極と、この下部電極に対向して配置された上部電極の双方に、高周波電力を供給して前記第１のエッチングガスをプラズマ化することを特徴とする請求項５乃至１０いずれか１項記載のプラズマ処理方法。