JP2005117010A - ドライエッチング装置及びドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ発生室に誘導結合方式で放電プラズマを発生させる従来のエッチング装置では、ラジカル主体でエッチングが行われるために、低誘電率の有機系材料などで層間絶縁膜を形成した場合、処理基板の面内で対レジスト選択比の高い均一性が得られるエッチング条件を見出すことが困難であった。
【解決手段】 真空排気手段１１ａを有する真空チャンバ１１を備え、この真空チャンバを上部のプラズマ発生室１２と下部の基板処理室１３とから構成し、このプラズマ発生室と対向して基板処理室に基板載置部２０を配設する。基板載置部の面積を、プラズマ発生室の断面積の０．５〜０．８に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、処理基板上に形成され、レジストマスクで覆われた膜をドライエッチングして所定の微細加工を行うドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。

レジストマスクで覆われたＳｉＯ_２などの層間絶縁膜をプラズマ雰囲気中でエッチングして、配線用のホール、トレンチを微細加工する装置としては、次のようなものが知られている。即ち、真空排気手段を設けた真空チャンバを有し、この真空チャンバを、誘導放電式でのプラズマの生成を可能とする上部のプラズマ発生室と、下部の基板処理室とから構成し、この基板処理室に、プラズマ発生室と対向して基板載置部である基板電極を設けている。

そして、第１高周波電源を介して主放電用の電力を供給して誘導放電式でプラズマを生成すると共に、第２高周波電源を介して主放電により生成されたイオン種を基板へ入射させる基板バイアス用の電力を基板電極に供給し、イオン入射エネルギの高いエッチングを可能にしている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、ＳｉＯ_２膜などの層間絶縁膜はラジカルと反応し難いため、イオン主体でエッチングする上記装置では、例えば、対レジスト選択比を向上させるようにエッチングガスやプロセス圧力などのエッチング条件を調節すれば、処理基板面内において層間絶縁膜の深さ方向に均一なエッチング形状を得ることができた。

ところが、近年のＬＳＩの高集積化及び高速化に伴って利用される比誘電率の低い有機材料のまたは有機材料を含む層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ）はラジカルと反応し易いため、この層間絶縁膜を、ラジカルの入射分布が考慮していない上記装置を用いてエッチングする場合、処理基板面内での対レジスト選択比の高い均一性が得られるエッチング条件を見出すことが困難であった。

即ち、処理基板面内で対レジスト選択比の均一性を高く保持するようにエッチング条件を設定すると、深さ方向に均一なエッチング形状を得るというエッチング形状の制御性マージンが失われ、逆に、エッチング形状を重視してエッチング条件を設定すると、処理基板面内で対レジスト選択比の高い均一性を保持することができない。
特開２００３−１７４０８５号公報（例えば、特許請求の範囲の記載）。

この場合、エッチング形状の制御性マージンが失われずに、処理基板面内で対レジスト選択比の良好な均一性を得るために、ラジカルの入射分布に大きく寄与する処理基板とプラズマ源との距離を離すと共に、低圧でエッチングすることでエッチングガスの拡散を効果的に効かせることが提案される。

処理基板とプラズマ源との距離を離した場合、真空チャンバの容積を大きくする必要があり、真空チャンバの容積が大きくなると、プラズマ密度の低下や真空チャンバ（反応容器）の壁で活性種が失活してエッチング速度が低下するなどの問題が生じる。

そこで、上記点に鑑み、本発明の課題は、レジストマスクで覆われた膜をエッチングする場合、真空チャンバの容積を大きくすることなく、エッチング形状の制御性マージンが失われず、処理基板面内で対レジスト選択比の均一性を高く保持できるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明のドライエッチング装置は、真空排気手段を有する真空チャンバを備え、この真空チャンバを上部のプラズマ発生室と下部の基板処理室とから構成し、このプラズマ発生室と対向して基板処理室に基板載置部を配設し、プラズマ発生室に誘導結合方式で放電プラズマを発生させると共にエッチングガスを導入して、基板載置部上の処理基板に形成したレジストマスクを有する膜や層をエッチングして微細加工するドライエッチング装置において、基板載置部の面積を、プラズマ発生室の横断面積の０．５〜０．８に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、基板載置部の面積を、プラズマ発生室の断面積の０．５から０．８に設定することで、プラズマ発生室に誘導結合方式で放電プラズマを発生させてエッチングを行う場合、処理基板面内でのラジカル、ラジカル種の入射分布の均一性が極めて高くなる。このため、エッチング形状を重視してエッチング条件を設定しても、処理基板面内で対レジスト選択比の均一性を高く保持できる。

前記プラズマ発生室の中心から処理基板までの距離を、１５０〜２５０ｍｍに設定するのがよい。この距離が１５０ｍｍより短いと、プラズマ発生源に近づきすぎてエッチングガスの拡散効果が得られず、処理基板面内において中央部とその外側との間でレジストのエッチング速度が不均一になり、処理基板面内での対レジスト選択比を均一にできない。他方で、２５０ｍｍより長くなると、プラズマ発生源までの距離が長すぎて、活性種が失活して減少するためエッチング速度が低下すると共に、装置自体が大型化して実用的でない。

尚、誘導結合方式でプラズマ発生室に放電プラズマを発生させるには、例えば前記プラズマ発生室の側壁の外側に磁場コイルを設けると共に、この磁場コイルと側壁の外側との間に、高周波電源に接続したアンテナコイルを配置し、磁場コイルで形成した磁気中性線に沿って交番電場を加え、この磁気中性線に放電プラズマを発生させるようにすればよい。

この場合、前記アンテナコイルは、パラレルアンテナ構造のものがよい。

また、処理基板へのイオン入射エネルギを高めて異方性エッチングできるように、前記基板載置部は、高周波電源に接続され、浮遊電極となって負のバイアス電位となる基板電極とするのがよい。

ところで、請求項１乃至請求項５記載のドライエッチング装置を用いて、処理基板に形成したレジストマスクを有する膜をエッチングして微細加工するドライエッチング方法では、前記真空チャンバ内の作動圧力を１．５Ｐａ以下に設定してドライエッチングを行うのがよい。

また、請求項３乃至請求項５記載のドライエッチング装置を用いて、処理基板に形成したレジストマスクを有する膜をエッチングして微細加工するドライエッチング方法では、前記アンテナコイルが接続された高周波電源の出力を、１０００〜３０００Wに設定してドライエッチングを行うのがよい。

尚、前記膜は、ＳｉＯＣＨ或いはＳｉＯＣ系材料から構成される層間絶縁膜とすればよい。

以上説明したように、本発明のドライエッチング装置は、レジストマスクで覆われた膜、特に比誘電率の低い有機材料のまたは有機材料を含む層間絶縁膜をエッチングする場合、真空チャンバの容積を大きくすることなく、エッチング形状の制御性マージンが失われず、処理基板面内で高い均一性の対レジスト選択比が得られるという効果を奏する。

図１を参照して、１は、例えば比誘電率の低い層間絶縁膜をドライエッチングし、配線用のホール、トレンチを微細加工する本発明の誘電結合型のエッチング装置である。このエッチング装置１は、低温、高密度プラズマによるエッチングが可能なものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１１ａを備えた真空チャンバ１１を有する。

真空チャンバ１１は、誘電体円筒状壁により形成されたその上部のプラズマ発生室１２と下部の基板処理室１３とから構成されている。プラズマ発生室１２の側壁（誘電体側壁）１４の外側には、三つの磁場コイル１５、１６、１７が設けられ、この磁場コイル１５、１６、１７によって、プラズマ発生部１２内に環状磁気中性線（図示せず）が形成される。

中間の磁場コイル１６と側壁１４の外側との間には、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８が配置され、この高周波アンテナコイル１８は、パラレルアンテナ構造のものであり、第１高周波電源１９に接続されている。そして、三つの磁場コイル１５、１６、１７によって形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生させる。

磁気中性線の作る面と対向させて基板処理室１３内には、処理基板Ｓが載置される基板載置部である断面円形の基板電極２０が絶縁体２０ａを介して設けられている。この基板電極２０は、コンデンサー２１を介して第２高周波電源２２に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となる。

また、プラズマ発生室１２を区画する天板２３は、誘電体側壁１４の上部フランジに密封固着され、電位的に浮遊状態とし対向電極を形成する。この天板２３の内面には、真空チャンバ１１内にエッチングガスを導入するガス導入ノズル２４が設けられ、このガス導入ノズル２４が、ガス流量制御手段（図示せず）を介してガス源に接続されている。

上記エッチング装置を用いて、配線用のホール、トレンチが微細加工される処理基板Ｓは、層間絶縁膜上にレジストマスクを形成したものである。層間絶縁膜は、ＳｉＯ_２などの酸化膜、スピンコートによって処理基板Ｓ上に形成されたＨＳＱやＭＳＱのようなＳｉＯＣＨ系材料、或いはＣＶＤによって処理基板Ｓ上に形成されたＳｉＯＣ系材料で比誘電率２．０〜３．０のＬｏｗーｋ材料であり、多孔質材料を含む。

塗布系のＳｉＯＣＨ系材料としては、例えば、商品名NCS／触媒化成工業社製、商品名ＬＫＤ５１０９ｒ５／ＪＳＲ社製、商品名HSG−７０００／日立化成社製、商品名HOSP／Honeywell Electric Materials社製、商品名Nanoglass／Honeywell Electric Materials社製、商品名OCD T−１２／東京応化社製、商品名OCD T−３２／東京応化社製、商品名IPS２．４／触媒化成工業社製、商品名IPS２．２／触媒化成工業社製、商品名ALCAP−S５１００／旭化成社製、商品名ＩＳＭ／ＵＬＶＡＣ社製がある。

ＳｉＯＣ系材料としては、例えば、商品名Aurola２．７／日本ＡＳＭ社製、商品名Aurola２．４／日本ＡＳＭ社製、商品名Orion２．７／TRIKON社製、商品名Coral／Novellf社製、商品名Black Diamond／AMAT社製がある。また、商品名SiLK／Dow Chemical社製、商品名Porous-SiLK／Dow Chemical社製、商品名FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 Porous FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 GX‐3P／Honeywell Electric Materials社製などの有機系の低誘電率層間絶縁膜でもでもよい。

レジストとしては、ＵＶ−II、ＫｒＦフォトリソグラフィ法用のレジスト材であるＴＤＵＲ−Ｐ０３６／東京応化工業株式会社製、ＡｒＦフォトリソグラフィ法用のレジスト材であるＴＡＲＦ−７０２９／東京応化工業株式会社製などの公知のものが用いられる。エッチングガスとしては、Ｃ_３Ｆ_８などの比誘電率の低い層間絶縁膜をエッチングする場合に用いられる公知のガスを用いる。

ところで、このエッチング装置１はイオン主体でエッチングが行われるため、ラジカルと反応し難いＳｉＯ_２膜などの層間絶縁膜をエッチングする場合、処理基板面内で層間絶縁膜の深さ方向に均一なエッチング形状が得られるように制御することは容易である。それに対して、比誘電率の低い有機材料のまたは有機材料を含む層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ）の場合、ラジカルと反応し易いため、ラジカルの入射分布を考慮しない上記エッチング装置１では、処理基板面内での対レジスト選択比の高い均一性が得られるエッチング条件を見出すことが困難である。

そこで、本実施の形態では、基板電極２０の直径Ｒｓを円筒形状の側壁１４の内径Ｒｃの０．５〜０．８、好ましくは０．５から０．７５、より好ましくは０．５〜０．７に、即ち、基板電極２０の面積をプラズマ発生室の横断面積の０．５〜０．８、好ましくは０．５から０．７５、より好ましくは０．５〜０．７に設定した。

これにより、プラズマ発生室１２に誘導結合方式で放電プラズマを発生させてエッチングを行う場合、処理基板Ｓ面内におけるラジカル、ラジカル種の入射分布の均一性が極めて高くなる。このため、エッチング形状を重視してエッチング条件を設定しても、処理基板Ｓ面内での、レジストに対する層間絶縁膜のエッチング選択比（対レジスト選択比）の均一性を±５％以内に保持できる。

この場合、前記プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離を、１５０〜２５０ｍｍの範囲とするのがよい。１５０ｍｍより短くなると、プラズマ発生源に近づきすぎてエッチングガスの拡散効果が得られず、処理基板面内において中央部とその外側との間でレジストのエッチング速度が不均一になり、処理基板面内での対レジスト選択比を均一にできない。他方で、２５０ｍｍより長くなると、プラズマ発生源までの距離が長すぎて、活性種が失活して減少するためエッチング速度が低下すると共に、装置自体が大型化して実用的でない。

ところで、例えば光ファイバアレイから射出する光を収束光または平行光に変化するために用いられるマイクロレンズアレイの製造において、処理基板上に形成された石英ガラスなどの層をエッチングする場合、レジストマスクに対する石英ガラスのエッチング選択比（対レジスト選択比）の変化がレンズ曲率に大きく反映される。

この場合、対レジスト選択比を１前後にして、処理基板面内で良好な均一性が得られるようにエッチングを行う必要がある。このため、マイクロレンズアレイの製造におけるエッチングでは、高選択比のプロセスは適さないが、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性を±３％以内に保持できる上記エッチング装置１を用いてエッチングすれば、レンズ曲率の変化を小さくできてよい。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、比誘電率の低い有機材料の層間絶縁膜３２であるPorous-SiLKを５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストを形成した。レジストとしては、ＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離を１５０ｍｍに設定した。

エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２０００Ｗ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜３２をエッチングした。この場合、基板電極２０の直径Ｒｓを、誘電体側壁１４の内径Ｒｃを０．５〜０．９の範囲で変化させた。

図２は、基板電極２０の直径Ｒｓを変化させたときの処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性を示す（線Ａ１）。これによれば、基板電極２０の直径Ｒｓが、誘電体側壁１４の内径Ｒｃの０．５〜０．７の場合、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性として約±２．０％が得られ、０．７を超えると次第に対レジスト選択比の均一性が悪くなり、０．９を超えると、約±１０％になった。この場合、内径Ｒｃを０．５〜０．８の範囲では、対レジスト選択比の均一性が±５％以下になった。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、比誘電率の低い有機材料の層間絶縁膜３２であるPorous-SiLKを５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストを形成した。レジストとしては、ＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、基板電極２０の直径３０１ｍｍ（Ｒｓ／Ｒｃ＝０．７）、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離を１５０ｍｍに設定した。

エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜３２をエッチングした。そして、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を変化させた。

図３は、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を５００Ｗ〜３０００Ｗの範囲で変化させたときの処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性を示す（線Ｂ１）。これによれば、高周波電源１９の出力が２０００Ｗの近傍で、対レジスト選択比の均一性が最も高くなっていることが判る。高周波電源１９の出力が、１０００〜３０００KWの間では、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性が±３％以下になった。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、比誘電率の低い有機材料の層間絶縁膜３２であるPorous-SiLKを５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストを形成した。レジストとしては、ＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離を１５０ｍｍに設定した。

エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２０００Ｗ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜３２をエッチングした。

図４（ａ）及び（ｂ）は、基板電極２０の直径Ｒｓを、誘電体側壁１４の内径Ｒｃの０．７若しくは０．９に設定した場合の処理基板Ｓを中心とするＸＹ方向（処理基板を中心とする半径方向）での所定位置における層間絶縁膜３２及びレジストのエッチングレートと、対レジスト選択比とを示す。

この場合、図４（ａ）中の●は層間絶縁膜３２のエッチングレート、▲はレジストのエッチングレート、□は対レジスト選択比である。図４（ｂ）中の○は層間絶縁膜３２のエッチングレート、▲はレジストのエッチングレート、□は対レジス選択比である。

これによれば、図４（ａ）に示すように、基板電極２０の直径Ｒｓを、側壁１４の内径Ｒｃの０．７に設定したとき、処理基板Ｓ面内での層間絶縁膜３２のエッチングレートの均一性は±２．２５％であり、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性として±１．５８％の高い均一性が得られている。それに対して、図４（ｂ）に示すように、基板電極２０の直径Ｒｓを、側壁１４の内径Ｒｃの０．９に設定したとき、処理基板Ｓの中心からＸＹ方向外側に行くに従い、対レジスト選択比が高くなり、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性（±７．６％）を保持できないことが判る。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、比誘電率の低い有機材料の層間絶縁膜３２であるPorous-SiLKを５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストを形成した。レジストしては、ＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、基板電極２０の直径３０１ｍｍ（Ｒｓ／Ｒｃ＝０．７）に設定した。エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２０００Ｗ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜３２をエッチングした。

図５（ａ）乃至（ｃ）は、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離Ｚを変化させたときの、処理基板Ｓを中心とするＸＹ方向（処理基板Ｓを中心とする半径方向）での所定位置におけるレジストマスクのエッチングレートの均一性を示す。

これによれば、図５（ａ）に示すように、距離Ｚが１２０ｍｍ（Ｚ＜１５０ｍｍ）の場合、処理基板Ｓの中央部のレジストのエッチング速度が低く、処理基板ＳのＸＹ方向外側に向かうに従いエッチング速度が高くなることが判る。また、図５（ｃ）に示すように、距離Ｚが２８０ｍｍ（Ｚ＞２５０ｍｍ）の場合、処理基板Ｓの中央部のレジストのエッチング速度が高く、処理基板ＳのＸＹ方向外側に向かうに従いエッチング速度が低くなることが判る。

それに対して、図５（ｂ）に示すように、距離Ｚを１５０ｍｍに設定すると（１５０ｍｍ≦Ｚ≦２５０ｍｍ）、処理基板Ｓ面内でのレジストのエッチング速度がほぼ均一になることが判る。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、層間絶縁膜３２として熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストを形成した。レジストとしてはＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離を１５０ｍｍに設定した。

エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２０００Ｗ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００ＫＷ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜をエッチングした。この場合、基板電極２０の直径Ｒｓを、誘電体側壁１４の内径Ｒｃを０．５〜０．９の範囲で変化させた。

図６は、基板電極２０の直径Ｒｓを変化させたときの処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性を示す（線Ａ２）。これによれば、基板電極２０の直径Ｒｓが、誘電体側壁１４の内径Ｒｃの０．５〜０．７の場合、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性として約±０．６が得られ、０．７を超えると対レジスト選択比の均一性が悪くなっていくことが判る。この場合、内径Ｒｃを０．５〜０．８の範囲では、対レジスト選択比の均一性が±３％以下になった。これにより、ＳｉＯ_２などの熱酸化膜でも、対レジスト選択比の均一性を高く保持できることが判る。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、層間絶縁膜３２として熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストを形成した。レジストとしては、例えばＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、基板電極２０の直径３０１ｍｍ（Ｒｓ／Ｒｃ＝０．７）、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離を１５０ｍｍに設定した。

エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜３２をエッチングした。そして、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を変化させた。

図７は、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を５００Ｗ〜３０００Ｗの範囲で変化させたときの処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性を示す（線Ｂ２）。これによれば、高周波電源１９の出力が２０００Ｗの近傍で、対レジスト選択比の均一性が最も高くなっていることが判る。高周波電源１９の出力が、１０００〜３０００Wの間では、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性が±３％以下になった。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、スピンコータを使用して５００ｎｍの膜厚でＳｉＯ_２膜を形成した。そして、このＳｉＯ_２膜上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストを形成した。レジストとしてはＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離を１５０ｍｍに設定した。

エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２０００Ｗ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定してＳｉＯ_２膜をエッチングした。

図８（ａ）及び（ｂ）は、基板電極２０の直径Ｒｓを、誘電体側壁１４の内径Ｒｃの０．７若しくは０．９に設定した場合の処理基板Ｓを中心とするＸＹ方向（処理基板を中心とする半径方向）での所定位置におけるＳｉＯ_２膜及びレジストのエッチングレートと、対レジスト選択比とを示す。

この場合、図８（ａ）中の●はＳｉＯ_２膜のエッチングレート、▲はレジストのエッチングレート、□は対レジスト選択比である。図８（ｂ）中の○はＳｉＯ_２膜のエッチングレート、▲はレジストのエッチングレート、□は対レジス選択比である。

これによれば、図８（ａ）に示すように、基板電極２０の直径Ｒｓを、側壁１４の内径Ｒｃの０．７に設定したとき、処理基板Ｓ面内でのＳｉＯ_２膜のエッチングレートの均一性は±２．２５％であり、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性として±２．４５％の高い均一性が得られている。それに対して、図８（ｂ）に示すように、基板電極２０の直径Ｒｓを、側壁１４の内径Ｒｃの０．９に設定したとき、処理基板Ｓの中心からＸＹ方向外側に行くに従い、対レジスト選択比が高くなり、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性（±１０％）が悪いことが判る。

本実施例では、処理基板Ｓ上に、層間絶縁膜として熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストンを形成した。レジストとしてはＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。誘電体側壁１４の内径Ｒｃを４３０ｍｍ、基板電極２０の直径３０１ｍｍ（Ｒｓ／Ｒｃ＝０．７）に設定した。エッチングガスとしてＣ_３Ｆ_８を用い、このエッチングガスのガス流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２０００Ｗ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を３００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜３２をエッチングした。

図９（ａ）乃至（ｃ）は、プラズマ発生室１２の中心から処理基板Ｓまでの距離Ｚを変化させたときの、処理基板Ｓを中心とするＸＹ方向（処理基板Ｓを中心とする半径方向）での所定位置におけるレジストのエッチングレートの均一性を示す。

これによれば、図９（ａ）に示すように、距離Ｚが１２０ｍｍ（Ｚ＜１５０ｍｍ）の場合、処理基板Ｓの中央部のレジストのエッチング速度が低く、基板のＸＹ方向外側に向かうに従いエッチング速度が高くなることが判る。また、図９（ｃ）に示すように、距離Ｚが２８０ｍｍ（Ｚ＞２５０ｍｍ）の場合、処理基板Ｓの中央部のレジストのエッチング速度が高く、処理基板ＳのＸＹ方向外側に向かうに従いエッチング速度が低くなることが判る。

それに対して、図９（ｂ）に示すように、距離Ｚを１５０ｍｍに設定すると（１５０ｍｍ≦Ｚ≦２５０ｍｍ）、処理基板Ｓ面内でのレジストのエッチング速度がほぼ均一になることが判る。

低誘電率の層間絶縁膜をエッチングする本発明のエッチング装置を概略的に示す図。 基板電極の直径を変化させたときの対レジスト選択比の面内均一性を説明するグラフ。 高周波電源の供給電力を変化させたときの対レジスト選択比の面内均一性を説明するグラフ。 （ａ）及び（ｂ）は、レジストマスクで覆われたＳｉＯ_２膜をエッチングしたときの、処理基板面内でのエッチングレート及び対レジスト選択比を説明するグラフ。 （ａ）乃至（ｃ）は、プラズマ発生室の中心から処理基板までの距離を変化させたときの対レジスト選択比の面内均一性を説明するグラフ。 基板電極の直径を変化させたときの対レジスト選択比の面内均一性を説明するグラフ。 高周波電源の供給電力を変化させたときの対レジスト選択比の面内均一性を説明するグラフ。 （ａ）及び（ｂ）は、レジストマスクで覆われたＳｉＯ_２膜をエッチングしたときの、処理基板面内でのエッチングレート及び対レジスト選択比を説明するグラフ。 （ａ）乃至（ｃ）は、プラズマ発生室の中心から処理基板までの距離を変化させたときの対レジスト選択比の面内均一性を説明するグラフ。

符号の説明

１ エッチング装置
１１ 真空チャンバ
１２ プラズマ発生室
１３ 基板処理室
２０ 基板載置部（基板電極）

Claims (8)

1. 真空排気手段を有する真空チャンバを備え、この真空チャンバを上部のプラズマ発生室と下部の基板処理室とから構成し、このプラズマ発生室と対向して基板処理室に基板載置部を配設し、プラズマ発生室に誘導結合方式で放電プラズマを発生させると共にエッチングガスを導入して、基板載置部上の処理基板に形成したレジストマスクを有する膜をエッチングして微細加工するドライエッチング装置において、
   基板載置部の面積を、プラズマ発生室の横断面積の０．５〜０．８に設定したことを特徴とするドライエッチング装置。
2. 前記プラズマ発生室の中心から処理基板までの距離を、１５０〜２５０ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
3. 前記プラズマ発生室の側壁の外側に磁場コイルを設けると共に、この磁場コイルと側壁の外側との間に、高周波電源に接続したアンテナコイルを配置し、磁場コイルで形成した磁気中性線に沿って交番電場を加え、この磁気中性線に放電プラズマを発生させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のドライエッチング装置。
4. 前記アンテナコイルは、パラレルアンテナ構造のものであることを特徴とする請求項３記載のドライエッチング装置。
5. 前記基板載置部は、高周波電源に接続され、浮遊電極となって負のバイアス電位となる基板電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のドライエッチング装置。
6. 請求項１乃至請求項５記載のドライエッチング装置を用いて、処理基板に形成したレジストマスクを有する膜をエッチングして微細加工するドライエッチング方法であって、
   前記真空チャンバ内の作動圧力を１．５Ｐａ以下に設定してドライエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
7. 請求項３乃至請求項５記載のドライエッチング装置を用いて、処理基板に形成したレジストマスクを有する膜をエッチングして微細加工するドライエッチング方法であって、
   前記アンテナコイルが接続された高周波電源の出力を、１０００〜３０００Wに設定してドライエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
8. 前記膜は、ＳｉＯＣＨ或いはＳｉＯＣ系材料から構成される層間絶縁膜である特徴とする請求項６または請求項７記載のドライエッチング方法。

Images