JP2005210134A - Method of forming patterns - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a pattern formation method for patterning a film to be etched using a resist pattern as a mask, and in particular, a pattern for performing dry etching using a resist pattern made of a resist material that is sensitive to exposure light having a wavelength shorter than that of an ArF excimer laser beam as a mask. It relates to a forming method.
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。 As a microfabrication method in a semiconductor integrated circuit element, a method of forming a desired circuit element pattern on a film to be etched by forming a mask pattern with a resist material and performing etching using the resist pattern as a mask is generally used.
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)。 The circuit element pattern formed at this time is etched almost perpendicularly to the main surface of the film to be etched so that the pattern dimension is substantially the same as the dimension of the mask pattern (anisotropic etching). ).
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、
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。
First, as shown in FIG. 11A, a
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。
Next, as shown in FIG. 11B, an
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。
Subsequently, a
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。
Next, as shown in FIG. 11C, the exposed
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。
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。 In recent years, semiconductor elements in semiconductor integrated circuits have been increasingly miniaturized, and accordingly, the wavelength of exposure light for exposing a resist pattern has been shortened. Conventionally, in accordance with the dimensions required for the circuit pattern, for example, a gr line (wavelength 436 nm) that is an emission line of a mercury lamp, an i line (wavelength 365 nm), and a KrF excimer laser beam (instead of the emission line of a mercury lamp) A wavelength of 248 nm) has been used.
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。 However, KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm cannot be used to expose a circuit pattern having a line width smaller than 130 nm. Therefore, an ArF excimer laser beam having a wavelength of 194 nm is being used as a light source for exposing a finer circuit pattern.
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。 For resists sensitive to g-line or i-line, a benzene ring-based resin material such as novolak is used as a material having etching resistance. When the resin material is used for ArF excimer laser light, the resin material is in this wavelength band. Has strong absorption. For this reason, an acrylic resin material is often used for the resist material for ArF excimer laser exposure.
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。 However, the acrylic resin material is not as strong as the benzene ring resin material, so even if a good pattern shape is obtained immediately after development, the resist pattern collapses during etching, so-called resist collapse. There is a problem that occurs.
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。 Further, regarding the aspect ratio of the resist pattern, the KrF excimer laser photosensitive resist material has an aspect ratio of about 3, whereas the ArF excimer laser photosensitive resist material has an aspect ratio of about 4. In this respect, resist collapse more easily occurs than the resist material for KrF excimer laser exposure.
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。 In the etching process using a resist pattern made of a resist material for ArF excimer laser exposure in view of the above-described conventional problems, the resist is prevented from falling and an anisotropic shape is reliably obtained in the film to be etched. The purpose is to be able to control the dimensions.
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。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pattern forming method using a resist pattern made of a resist material that is sensitive to exposure light having a wavelength shorter than that of an ArF excimer laser beam, at least with respect to the radial direction of the wafer in the resist pattern. Etching is performed while depositing a relatively thick deposit on both side surfaces of a portion having a vertical side surface, or etching is performed so that no deposit is deposited on both side surfaces.
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。 The inventor of the present application has studied the resist pattern made of a resist material that is sensitive to exposure light having a wavelength shorter than that of the ArF excimer laser light, and as a result of various investigations regarding the resist collapse during etching, as a result, ascertained the following cause and obtained knowledge. ing.
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。 FIG. 1 shows a case where a resist pattern for ArF excimer laser exposure is used, and the results of plotting the respective dimensional conversion differences while changing the initial value of the resist pattern dimension for each of the five etching conditions (A to E). Show. Here, the resist pattern dimension refers to the line width of a pattern having a line shape, and the values of dimensional conversion differences relating to the same etching conditions are connected by straight lines.
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。 As shown in FIG. 1, in the case of etching conditions A and C with a dimensional conversion difference of about 4 nm to 10 nm, it can be seen that when the initial value of the resist pattern is smaller than 130 nm, resist collapse occurs in all patterns. . On the other hand, in the case of the etching condition D in which the dimensional conversion difference is 20 nm or more or the etching condition E in which it is about −15 nm, it can be seen that resist collapse does not occur.
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。 Here, for comparison, a case where a resist pattern for KrF excimer laser exposure is used will be described.
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。 FIG. 2 shows a case in which a resist pattern for KrF excimer laser exposure is used, and the results of plotting the respective dimensional conversion differences while changing the initial value of the resist pattern dimension for each of the five etching conditions (1 to 5). Show. Also here, the values of the dimensional conversion differences according to the same etching conditions are connected by straight lines.
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。 As shown in FIG. 2, when resist patterns for KrF excimer laser exposure are used, resist collapse does not occur in all resist patterns, so that a dimensional conversion difference within ± 10 nm with respect to the resist pattern dimensions. In addition, it is possible to finish the dimensions of the resist pattern.
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。 The value of the dimensional conversion difference is proportional to the amount of deposits that adhere to the sidewall during etching. Therefore, the condition with a large dimensional conversion difference is equivalent to an etching condition in which the amount of deposit (sidewall deposit) deposited on the sidewall of the resist pattern is relatively large. That is, as can be seen from FIG. 1, in the case of an ArF excimer laser photosensitive resist, the amount of sidewall deposit generated during etching is made larger than the etching amount, or the amount of sidewall deposit deposited is made smaller than the etching amount. If this happens, resist collapse will not occur.
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。 In the first place, resist collapse occurs when the stresses on both sides of the resist pattern are different in magnitude and more than the strength of the resist is applied. The source of stress applied to the resist pattern is considered to be mainly due to self-shrinkage of the resist pattern due to heat. It is well known that the resist pattern is heated and contracted by being exposed to ions during etching.
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。
As shown in FIG. 3A, generally, the linear pattern (line pattern) is parallel to the
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。 In the following, the manner in which resist collapse occurs together with the phenomenon of resist shrinkage will be described in detail with reference to the cross-sectional views of FIGS. 4 (a) to 4 (d).
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。
First, as shown in FIG. 4A, an ArF excimer laser photosensitive resist
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。
In FIG. 4B, assuming that the left direction of the drawing is the center direction (inner side) of the
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。
Next, as shown in FIG. 4C, when the resist
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。 Based on this phenomenon, the first knowledge for preventing resist collapse will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (d).
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。
First, as shown in FIG. 5A, an ArF excimer laser photosensitive resist
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。
Next, as shown in FIG. 5 (b), for example, as shown in the etching condition D shown in FIG. . In this way, the amount of the
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。
As a result, even when the resist
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。 Next, the second knowledge for preventing resist collapse will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (d).
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。
First, as shown in FIG. 6A, a resist
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。
Next, as shown in FIG. 6B, for example, as shown in the etching conditions B and E shown in FIG. 1, the dry deposition is such that the sidewall deposit hardly adheres to the
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。
Next, as shown in FIG. 6C, even if the resist
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。
Next, as shown in FIG. 6D, when the etching further proceeds using the resist
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。
Note that side wall deposits deposited on both side surfaces of a portion having side surfaces parallel to the radial direction of the
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。 The pattern forming method according to the present invention is made based on these findings, and the resist pattern side wall deposit is thickened to the extent that it can withstand stress during dry etching, or under etching conditions in which the side wall deposit is hardly deposited. Perform dry etching.
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。 Specifically, the first pattern forming method according to the present invention includes a first step of forming an etching target film on the wafer, and an ArF excimer laser beam or a shorter wavelength on the etching target film. A second step of forming a resist pattern made of a resist material that is sensitive to exposure light, and a third step of etching the film to be etched using the resist pattern as a mask. The etching film is etched while depositing a relatively thick deposit on both side surfaces of a portion having a side surface perpendicular to the radial direction of the wafer in the resist pattern.
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。 According to the first pattern forming method, etching is performed while depositing a relatively thick deposit on both sides of a portion having a side surface perpendicular to the radial direction of the wafer in the resist pattern with respect to the etching target film. To do. For this reason, even if the resist pattern undergoes thermal shrinkage, the stress resistance strength of the relatively thick deposits increases on both sides of the resist pattern and is almost balanced, so that resist collapse can be prevented. Thus, an anisotropic shape can be obtained in the film to be etched.
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。 In the first pattern forming method, the third step is preferably performed so that the pattern size after etching in the etching target film is larger than a predetermined size.
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。 In the first pattern forming method, the dimensional conversion difference of the pattern dimension in the film to be etched is preferably + 20% to + 80%.
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。 The second pattern forming method according to the present invention is sensitive to a first step of forming a film to be etched on a wafer and ArF excimer laser light or exposure light having a shorter wavelength on the film to be etched. A second step of forming a resist pattern made of a resist material to be etched, and a third step of etching the film to be etched using the resist pattern as a mask. The third step is performed on the film to be etched. Then, the resist pattern is etched so that deposits are not deposited on both side surfaces of at least a portion having side surfaces perpendicular to the radial direction of the wafer.
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。 According to the second pattern forming method, the etching target film is etched so as not to deposit deposits on both side surfaces of a portion having a side surface perpendicular to the radial direction of the wafer in the resist pattern. For this reason, even if the resist pattern undergoes thermal shrinkage, deposits do not accumulate on both sides of the resist pattern, and the stress applied to the resist pattern does not become unbalanced, so resist collapse can be prevented. As a result, an anisotropic shape can be obtained in the film to be etched.
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。 In the second pattern forming method, the third step is preferably performed such that the pattern dimension after etching in the film to be etched is smaller than a predetermined dimension.
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。 In this case, the dimensional conversion difference of the pattern dimension in the film to be etched is preferably ± 0% to −30%.
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。 The third pattern forming method according to the present invention includes a first step of forming a film to be etched, and a resist material that is sensitive to ArF excimer laser light or exposure light having a shorter wavelength on the film to be etched. And a third step for etching the film to be etched using the resist pattern as a mask. The third step is a step of resisting the film to be etched. Etching while depositing relatively thick deposits on both side surfaces of the pattern, and etching the film to be etched so that the deposits do not deposit on both side surfaces of the resist pattern Step (b).
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。 According to the third pattern forming method, the step (a) of etching the film to be etched while depositing relatively thick deposits on both side surfaces of the resist pattern; And a step (b) of performing etching so that deposits are not deposited on both side surfaces of the resist pattern. For this reason, even if the value of the dimension conversion difference becomes large due to the relatively thick deposit in step (a), the value of the dimension conversion difference becomes negative in the next step (b). Can be obtained.
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。 In the third pattern forming method, the film to be etched is formed on the wafer, and both side surfaces of the resist pattern are both side surfaces of a portion having a side surface perpendicular to the radial direction of the wafer in the resist pattern. It is preferable.
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。 In step (a) in the third step in this case, etching is performed so that the pattern dimension after etching in the etched film is larger than a predetermined dimension, and in step (b) in the third process, etching is performed on the film to be etched. It is preferable that the etching condition is set so that the deposit is etched, and etching is performed so that the pattern dimension after etching in the film to be etched is smaller than a predetermined dimension.
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。 In this case, the dimensional conversion difference of the pattern dimension in the film to be etched is preferably ± 0% to + 20%.
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。 In the first or third pattern formation method, the film to be etched is made of silicon, a silicon compound, carbon, or a carbon compound, and etching performed while depositing a relatively thick deposit in the third step proceeds with etching. SF 6 is used as the first etching gas, and at least one of CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2, and CH 4 is used as the second etching gas that generates deposits on the side surfaces of the resist pattern. It is preferable to use Ar, He, Ne, or Xe as the dilution gas for diluting the first etching gas and the second etching gas.
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。 In the second or third pattern forming method, the film to be etched is made of silicon, a silicon compound, carbon, or a carbon compound, and the etching performed so as not to deposit the deposit in the third step is a first process that advances the etching. SF 6 that is an etching gas, CF 4 or CHF 3 that is a second etching gas that causes the etching to progress and also a deposit, and CH 2 F 2 that is a third etching gas that causes a deposit And at least one of CH 4 and at least one of SF 6 , O 2 , O 3 , CO and CO 2 , which are the fourth etching gases for etching the deposit, A first combination of a second etching gas, a third etching gas, and a fourth etching gas. The first mixed gas and the second mixed gas are diluted by using a mixed gas or a second mixed gas in which the first etching gas or the second etching gas and the fourth etching gas are combined. Ar, He, Ne or Xe is preferably used as the dilution gas.
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。 According to the first pattern forming method of the present invention, even if the resist pattern undergoes thermal shrinkage, the stress resistance strength of the relatively thick deposit increases on both sides of the resist pattern and is almost balanced. Since resist collapse can be prevented, an anisotropic shape can be obtained in the film to be etched.
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。 According to the second pattern forming method of the present invention, even if the resist pattern undergoes thermal shrinkage, deposits are not deposited on both sides of the resist pattern, and stress applied to the resist pattern does not become unbalanced. Since resist collapse can be prevented, an anisotropic shape can be obtained in the film to be etched.
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。 According to the third pattern forming method of the present invention, even if the value of the dimension conversion difference is increased due to the relatively thick deposit in the step (a), the value of the dimension conversion difference in the next step (b). Therefore, a desired processing dimension can be obtained.
(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。
(First embodiment)
First, an outline of a dry etching apparatus used in the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention will be described.
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。
The dry etching apparatus shown in FIG. 7 is a dry etching apparatus adopting a UHF (Ultra High Frequency) -ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma system, and as shown in FIG. 52, the
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。
The
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。
A
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。
A
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。
An
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。
The lower part of the holding table 54 for holding the
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。 Hereinafter, an example of obtaining a circuit pattern having a dimensional conversion difference of about 30 nm from a resist pattern having a line width of 100 nm from a film to be etched using the dry etching apparatus having the above-described configuration will be described in detail with reference to the drawings. To do.
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。 FIG. 8A to FIG. 8D show partial sectional configurations of wafers in the order of processes in the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention.
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。
First, as shown in FIG. 8A, a
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。
Next, as illustrated in FIG. 8B, the exposed resist
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。
Next, as shown in FIG. 8C, the
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。 The ratio of the reactive gas to the non-reactive gas that dilutes it, that is, the value of (SF 6 + CHF 3 ) / Ar is controlled in the range of 0.04 to 0.1, and the ratio between sulfur hexafluoride and trifluoromethane is The value of the ratio (SF 6 / CHF 3 ) is controlled in the range of 1 to 2.5.
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。
The pressure in the
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。
The temperature of the
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。 In the first embodiment, the etching conditions are set so that the dimensional conversion difference is about 30 nm.
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。
The detailed examples are listed below.
・ Reactive gas (SF 6 ) flow rate: 40 ml / min
-Reactive gas (CHF 3 ) flow rate: 20 ml / min
-Flow rate of dilution gas (Ar): 1000 ml / min
・ Reaction chamber pressure: 2 Pa
・ UHF wave power: 600W
-RF power for upper electrode: 400W
・ RF power for the lower electrode: 150 W
-Lower electrode temperature: 20 ° C
・ Reaction chamber wall temperature: 30 ℃
・ Distance between electrodes: 30mm
Under this etching condition, as shown in FIG. 8C, both the
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。
As a result, as shown in FIG. 8D, even if the resist
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。 Further, even when the value of the dimensional conversion difference is made larger than 30 nm, the resist collapse can be similarly prevented by changing the parameter value in the above etching condition within a predetermined control range. Can be realized.
(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, in the second embodiment of the present invention, using the dry etching apparatus shown in FIG. 7, a circuit pattern having a dimensional conversion difference value of about −10 nm from a film to be etched by a resist pattern having a line width of 100 nm. A pattern forming method for obtaining the above will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 9A to FIG. 9D show partial sectional configurations of wafers in the order of processes in the pattern forming method according to the second embodiment of the present invention.
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。
First, as shown in FIG. 9A, a
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。
Next, as illustrated in FIG. 9B, the exposed resist
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。
Next, as shown in FIG. 9C, the
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。 The ratio of the reactive gas to the non-reactive gas that dilutes it, that is, the value of (O 2 + CHF 3 ) / Ar is controlled in the range of 0.02 to 0.1, and the ratio of oxygen to trifluoromethane (O The value of 2 / CHF 3 ) is controlled within the range of 0.1-1.
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。
The pressure in the
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。
The temperature of the
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。 In the second embodiment, the etching conditions are set so that the dimensional conversion difference is about −10 nm.
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。
The detailed examples are listed below.
-Reactive gas (CHF 3 ) flow rate: 60 ml / min
-Reactive gas (O 2 ) flow rate: 20 ml / min
-Flow rate of dilution gas (Ar): 1000 ml / min
・ Reaction chamber pressure: 2 Pa
・ UHF wave power: 600W
-RF power for upper electrode: 400W
-RF power for the lower electrode: 200W
-Lower electrode temperature: 20 ° C
・ Reaction chamber wall temperature: 30 ℃
・ Distance between electrodes: 90mm
By using this etching condition, deposits hardly adhere to both side walls of the resist
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。
As a result, as shown in FIG. 9 (d), even if the resist
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。 Further, even when the value of the dimensional conversion difference is increased to an absolute value larger than −10 nm, the resist collapse can be prevented by changing the parameter value in the above etching condition within a predetermined control range. Therefore, a desired processing dimension can be realized.
(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。
(Third embodiment)
Hereinafter, in the third embodiment of the present invention, using the dry etching apparatus shown in FIG. 7, a circuit pattern having a dimensional conversion difference value of approximately 0 nm from a film to be etched by a resist pattern having a line width of 100 nm. A pattern forming method for obtaining the above will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 10A to FIG. 10D show partial sectional configurations of wafers in the order of processes in the pattern forming method according to the third embodiment of the present invention.
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。
First, as shown in FIG. 10A, a
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。
Next, as illustrated in FIG. 10B, the exposed resist
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。
Next, as shown in FIG. 10C, the
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。 The ratio of the reactive gas to the non-reactive gas that dilutes it, that is, the value of (SF 6 + CHF 3 ) / Ar is controlled in the range of 0.04 to 0.1, and the ratio between sulfur hexafluoride and trifluoromethane is The value of the ratio (SF 6 / CHF 3 ) is controlled in the range of 1 to 2.5.
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。
The pressure in the
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。
The temperature of the
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。
In the first-stage etching process in which the lower part of the
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。
For example, when the dimensional conversion difference is 30 nm,
・ Reactive gas (SF 6 ) flow rate: 40 ml / min
-Reactive gas (CHF 3 ) flow rate: 20 ml / min
-Flow rate of dilution gas (Ar): 1000 ml / min
・ Reaction chamber pressure: 2 Pa
・ UHF wave power: 600W
-RF power for upper electrode: 400W
・ RF power for the lower electrode: 150 W
-Lower electrode temperature: 20 ° C
・ Reaction chamber wall temperature: 30 ℃
・ Distance between electrodes: 30mm
Under this etching condition, as shown in FIG. 10C, both the
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。
Next, as shown in FIG. 10 (d), the condition in which the
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。 The ratio of the reactive gas to the non-reactive gas that dilutes it, that is, the value of (O 2 + CHF 3 ) / Ar is controlled in the range of 0.02 to 0.1, and the ratio of oxygen to trifluoromethane (O The value of 2 / CHF 3 ) is controlled within the range of 0.1-1.
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以下となるように各エッチングパラメータ値を設定する。 In the third embodiment, each etching parameter value is changed so that the final value of the dimensional conversion difference is approximately 0 nm. For example, in this second stage etching process, each etching parameter value is set so that the dimensional conversion difference is -30 nm or less.
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。
The detailed examples are listed below.
・ Reactive gas (O 2 ) flow rate: 30 ml / min
-Reactive gas (CHF 3 ) flow rate: 60 ml / min
-Flow rate of dilution gas (Ar): 1000 ml / min
・ Reaction chamber pressure: 2 Pa
・ UHF wave power: 400W
-RF power for upper electrode: 400W
-RF power for the lower electrode: 300W
-Lower electrode temperature: 20 ° C
・ Reaction chamber wall temperature: 30 ℃
・ Distance between electrodes: 30mm
Thus, in the third embodiment in which the value of the dimensional conversion difference is approximately 0 nm, the dimensional conversion difference is once increased to a positive value with respect to the
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。 Similarly, when the desired dimension conversion difference value is 0 nm to 30 nm, the sum of the positive dimension conversion difference value in the first stage and the negative dimension conversion difference in the second stage is the desired dimension conversion difference. It is preferable to change the parameter value of each etching step so that the value becomes.
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。
Contrary to the third embodiment, in the first stage etching process, etching in which the dimensional conversion difference once becomes a negative value, that is, etching in which deposits are not deposited on both side surfaces of the resist
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。
In each of the first and third embodiments, as the etching gas for increasing the width dimension of the resist
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。
In each of the second and third embodiments, a mixed gas of oxygen (O 2 ), trifluoromethane (CHF 3 ), and argon (Ar) is used as an etching gas that does not deposit deposits on the side surfaces of the resist
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。 Furthermore, in addition to the combination of oxygen (O 2 ), trifluoromethane (CHF 3 ) and argon (Ar), a combination of sulfur hexafluoride (SF 6 ) and argon (Ar), or tetrafluorocarbon (CF 4 ) And a combination of argon (Ar). Further, sulfur hexafluoride (SF 6 ) may be added simultaneously with oxygen in order to etch both the film to be etched and the deposit.
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。 Further, although silicon nitride is used for the film to be etched, the same effect can be obtained even with silicon oxide. Furthermore, not only a silicon compound but also an appropriate selection of an etching gas can be applied to various semiconductor materials, conductive materials, and insulating materials that are compatible with the semiconductor manufacturing process.
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。 In each embodiment, etching is performed using the UHF-ECR plasma type dry etching apparatus shown in FIG. 7, but instead, for example, RIE (Reactive Ion Etching) or ICP (Inductively Coupled Plasma) is used. Needless to say, the same effect can be obtained by using a dry etching apparatus having a plasma source such as TCP (Transformer Coupled Plasma) or DPS (Decoupled Plasma Source).
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。
In each embodiment, the ArF excimer laser photosensitive resist is used as the material of the resist
本発明に係るパターン形成方法は、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得ることができるようになるという効果を有し、例えば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等に有用である。 The pattern forming method according to the present invention has an effect of preventing resist collapse and obtaining an anisotropic shape in a film to be etched. For example, exposure light having a wavelength less than that of an ArF excimer laser beam. It is useful for a pattern forming method or the like in which dry etching is performed using a resist pattern made of a resist material that is sensitive to light.
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
11
15
Claims (5)
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。 A first step of forming an etching target film made of an insulating film on the wafer;
A second step of forming a resist pattern made of a resist material sensitive to an ArF excimer laser beam or exposure light having a shorter wavelength on the film to be etched;
A third step of etching the film to be etched using the resist pattern as a mask,
In the third step, the etching target film is etched so that deposits are not deposited on both side surfaces of the resist pattern having at least a side surface perpendicular to the radial direction of the wafer. A pattern forming method characterized by the above.
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