JP2005251814A

JP2005251814A - 層間絶縁膜のドライエッチング方法及びその装置

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Publication number: JP2005251814A
Application number: JP2004056962A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Morikawa; 泰宏森川; Toshio Hayashi; 俊雄林; Kouko Suu; 紅コウ鄒
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: JP4643916B2

Abstract

【課題】フォトリソグラフィ工程で波長の短いレーザを用いて微細なパターニングを行うと、それに伴ってレジストマスクが脆弱化する。この場合、プラズマ雰囲気中でエッチングを行うと、レジストマスクがダメージを受けてパターニングされた領域のエッジ部にエッジ荒れが生じる。この場合、深さ方向に均一なエッチング形状が得られない。
【解決手段】フロロカーボンガスと、このフロロカーボンガスに対して１〜３倍の流量の炭化水素ガスとを含む混合ガスを用い、この混合ガスを、プラズマ雰囲気中で０．５Ｐａ以下の作動圧力下で導入してレジストマスクで覆われた層間絶縁膜をエッチングする。
【選択図】図４

Description

本発明は、層間絶縁膜をドライエッチングする方法及びその装置に関し、特に、ＫｒＦフォトリソグラフィ法、ＡｒＦフォトリソグラフィ法またはＦ_２フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成した層間絶縁膜をドライエッチングする方法及びその装置に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化及び高速化に伴って、半導体素子の微細化と多層化とが進んでいる。この場合、フォトリソグラフィ法としては、波長の短いレーザを用いたものが利用され、微細なパターニングでもってレジストマスクが形成される。このようなレジストマスクで覆われた層間絶縁膜をドライエッチングして、ビアホールや配線用のホール、トレンチなどを微細加工する場合には、深さ方向に均一なエッチング形状を得るという高い加工精度が要求されている。

ここで、フォトリソグラフィ工程で波長の短いレーザを用いて微細なパターニングを行うと、それに伴ってレジストマスクが脆弱化することが知られている。他方で、レジストマスクで覆われた層間絶縁膜をドライエッチングする場合、異方性を高めるために、所定のエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入してエッチングを行うことが知られている（特許文献１）。

プラズマ雰囲気中でエッチングを行う場合、レジストマスクが脆弱化していると、プラズマに曝されることでダメージを受け、レジストマスクのうちパターニングされた領域のエッジ部にエッジ荒れが生じる。この場合、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が困難になり、高いエッチング加工精度の要求を満たすことができない。
特開平１１−３１６７８号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）。

ところで、６４−４５ｎｍｎｏｄｅ世代では、さらなる微細化を達成するためフォトリソグラフィ法として、ＫｒＦ、ＡｒＦ若しくはＦ_２エキシマレーザを用いるＫｒＦフォトリソグラフィ法、ＡｒＦフォトリソグラフィ法またはＦ_２フォトリソグラフィ法などが導入される。ところが、これらのフォトリソグラフィ法を用いると、レジストマスクがさらに脆弱化し、プラズマ雰囲気中でのエッチングによって容易にダメージを受け、高いエッチング加工精度の要求を満たすことがさらに困難になる。

そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、プラズマによるレジストマスクへのダメージを低減してエッジ部でのエッジ荒れの発生を抑制しつつ、高い対レジスト選択比が得られる層間絶縁膜のドライエッチング方法及びその装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の層間絶縁膜のドライエッチング方法は、レジストマスクで覆われた層間絶縁膜をドライエッチングして、ホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法であって、フロロカーボンガスと、このフロロカーボンガスに対して１〜３倍の流量の炭化水素ガスとを含む混合ガスを用い、この混合ガスを、プラズマ雰囲気中で０．５Ｐａ以下の作動圧力下で導入してエッチングすることを特徴とする。

本発明によれば、０．５Ｐａ以下の作動圧力下でエッチングガスを導入しているので、反応性原子、分子の割合が低下し、レジストマスクにダメージを与えることが低減され、これにより、レジストマスクのエッジ部にエッジ荒れが生じることが抑制される。その際、このフロロカーボンガスに対して１〜３倍の流量で炭化水素ガスを添加しているので、レジストマスク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）を高くできる。

フロロカーボンガスに対して３倍より多い流量で炭化水素ガスを添加すると、層間絶縁膜のエッチングレートが低下し、場合によってはエッチストップ現象が生じて実用的でない。他方で、フロロカーボンガスに対して１倍より少ない流量で炭化水素ガスを添加すると、対レジスト選択比が低く、実用的でない。

前記レジストマスクは、例えばＫｒＦフォトリソグラフィ法、ＡｒＦフォトリソグラフィ法またはＦ_２フォトリソグラフィ法で用いられるものである。

また、前記層間絶縁膜は、例えばシリコン酸化物または比誘電率が３．０以下のＳｉＯＣＨ或いはＳｉＯＣ系材料から構成したものとすればよい。

前記混合ガスの主成分を不活性ガスとするのがよい。これにより、気相中における反応種同士の反応を避けることができ、気相中における重合物の生成、反応による不活性化を避けることができる。また、不活性ガスを主とすることで、希釈効果を得ることができ、反応種同士の邂逅確立を低下させるばかりでなく、不活性ガスイオンによるエッチングの効果も期待できる。

この場合、前記混合ガスに、酸素を添加しておけば、層間絶縁膜のエッチングが促進され、深さ方向へのエッチングの進行に伴って層間絶縁膜内でのエッチング形状が狭化することを抑制できる。

尚、前記炭化水素ガスとして、Ｃの数が１〜４のものを用いるのがよい。例えばＣ_５Ｈ_１２のように、炭素数が４を超えると、重合による堆積が強く起こり、実用的でない。

また、層間絶縁膜のエッチングが可能であって、この層間絶縁膜が熱によりダメージを受けないように、前記層間絶縁膜が形成される処理基板を０〜１０℃の範囲内の温度に保持してエッチングするのが好ましい。

上述した層間絶縁膜のドライエッチング方法に使用される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。

これにより、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、処理基板の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ので、処理基板面内での対レジスト選択比の均一性を高く保持でき、従って、処理基板の全面に亘って同じエッチング形状を得ることが可能なる。尚、０．５未満または０．８を超えて基板載置部の面積を設定すると、処理基板面内での対レジスト選択比の均一性を高く保持できない。

また、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、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。

また、前記アンテナコイルは、例えばパラレルアンテナ構造のものとすればよい。

以上に説明したように、本発明の層間絶縁膜のドライエッチング方法及びその装置は、プラズマによるレジストマスクへのダメージを低減してエッジ部におけるエッジ荒れの発生を抑制しつつ、高い対レジスト選択比が得られ、処理基板面内での対レジスト選択比の均一性も高く保持できるという効果を奏する。

図１を参照して説明すれば、１は、本発明の層間絶縁膜をドライエッチングして、ビアホールや配線用のホール、トレンチなどを微細加工するエッチング装置を示す。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、プラズマ発生室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、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、処理基板Ｓ上に形成され、ビアホールや配線用ホール、トレンチの微細加工される層間絶縁膜としては、ＳｉＯ_２などの酸化膜、ＨＳＱやＭＳＱのようにスピンコートによって形成されたＳｉＯＣＨ系材料、或いはＣＶＤによって形成されるＳｉＯＣ系材料で比誘電率２．０〜３．０のＬｏｗ−ｋ材料であり、多孔質材料を含む。

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。

層間絶縁膜上には、この層間絶縁膜に、ビアホールや配線用のホール、トレンチを微細加工するために、フォトリソグラフィ法を用いて、所定のパターニングでもってレジストマスクが形成される。フォトリソグラフィ法としては、ＫｒＦフォトリソグラフィ法、ＡｒＦフォトリソグラフィ法またはＦ_２フォトリソグラフィ法が用いられる。

この場合、各々のフォトリソグラフィ法に応じて公知のレジスト材が用いられる。例えば、ＫｒＦフォトリソグラフィ法用のレジスト材としてＴＤＵＲ−Ｐ０３６／東京応化工業株式会社製があり、ＡｒＦフォトリソグラフィ法用のレジスト材としてＴＡＲＦ−７０２９／東京応化工業株式会社製がある。

ところで、上記のフォトリソグラフィ法により微細なパターニングでもってレジストマスクを形成すると、レジストマスクが脆弱化する。この脆弱化したレジストマスクがプラズマに曝されるとダメージを受け、レジストマスクのうちパターニングされた領域のエッジ部にエッジ荒れが生じる。この場合、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が困難になり、高いエッチング加工精度の要求を満たすことができない。

そこで、本実施の形態では、エッチングガスとして、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスを主ガスとし、この主ガスに、フロロカーボンガスと、このフロロカーボンガスに対して１〜３倍の流量で炭化水素ガスを添加した混合ガスを用い、この混合ガスを、プラズマ雰囲気中で０．５Ｐａ以下の作動圧力下で真空チャンバ１１内に導入してエッチングすることとした。

この場合、フロロカーボンガスとしては、例えばＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６またはＣ_３Ｆ_８を用いる。また、炭化水素ガスとしては、Ｃの数が１〜４のもの、例えばＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_１０またはＣ_２Ｈ_２を用いる。尚、例えばＣ_５Ｈ_１２のように、炭素数が４を超えると、重合による堆積が強く起こり、実用的でない。

また、エッチングの進行に伴って層間絶縁膜でのエッチングパターンが狭化することが防止するために、混合ガスに、この混合ガスの総流量に対して１０％以下の範囲の流量で酸素を添加してもよい。１０％を超えて酸素を添加すると、酸素自体の強い反応性によって層間絶縁膜がダメージを受ける。

層間絶縁膜のエッチングが可能であって、この層間絶縁膜が熱によりダメージを受けないように、前記層間絶縁膜が形成される処理基板Ｓを０〜１０℃の範囲内の温度に保持してエッチングするのが好ましい。

これにより、０．５Ｐａ以下の作動圧力下で上記エッチングガスを導入することで、反応性原子、分子の割合が低下し、レジストマスクにダメージを与えることが低減され、これにより、パターニングされた領域のエッジ部にエッジ荒れが生じることを抑制できる。その際、このフロロカーボンガスに対して１〜３倍の流量で炭化水素ガスを添加することで、高い対レジスト選択比が得られる。

ところで、このエッチング装置１では、ラジカル主体でエッチングが行われるために、深さ方向に均一なエッチング形状を得るという制御性マージンが失われずに、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の良好な均一性が得られるようにエッチング条件を設定するのは困難である。このため、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Ｓ面内で高い均一性の対レジスト選択比が得られるようにエッチング装置１を構成する必要がある。

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０．５〜０．７に、即ち、基板電極２０の面積をプラズマ発生室１２の横断面積の０．５〜０．８、好ましくは０．５〜０．７に設定した（図１参照）。

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面内での対レジスト選択比の均一性を±３％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（この場合、ガス導入ノズル２４を介して真空チャンバ１１内に導入されたエッチングガスのプラズマ発生室１２内での滞在時間は２０〜２５ｍｓになる）。

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レジストのエッチング速度が不均一になり、処理基板Ｓ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、処理基板Ｓ面内での対レジスト選択比の均一性を高めるためには、円筒形状の側壁１４の内径Ｒｃが４００ｍｍ以上の場合、高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源の出力を１．５〜３ＫＷ、基板電極２１に接続した高周波電源２２の出力（バイアス）を０．３〜０．６ＫＷに設定し、円筒形状の側壁１４の内径Ｒｃが４００ｍｍ未満の場合、高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源の出力を１〜１．５ＫＷ、基板電極２１に接続した高周波電源２２の出力（バイアス）を０．１〜０．３ＫＷに設定する。

本実施例では、層間絶縁膜としてＳｉＯ_２を用い、スピンコータを使用して処理基板Ｓ上に、５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜上に、スピンコータによりレジスト材を塗布し、ＫｒＦフォトリソグラフ法で所定のパターンでレジストマスクを形成した。この場合、レジスト材としては、ＴＤＵＲ−Ｐ０３６／東京応化工業株式会社製を用い、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、Ａｒに、Ｃ_３Ｆ_８及びＣＨ_４を添加した混合ガスを用い、これを０．４Ｐａの作動圧力下で真空チャンバ１１内に導入して上記層間絶縁膜をエッチングした。

この場合、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、また、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２．５ＫＷ、基板電極２１に接続した高周波電源２２の出力を０．４ＫＷ、基板設定温度１０℃に設定した。

図２には、Ａｒの流量を２２０ｓｃｃｍ、Ｃ_３Ｆ_８の流量を２５ｓｃｃｍに設定し、Ｃ_３Ｆ_８に対してＣＨ_４の流量を増減させたときの層間絶縁膜（ＳｉＯ_２）のエッチングレート及び対レジスト選択比を示す。この場合、図中の●は層間絶縁膜のエッチングレート、▲はレジストマスクのエッチングレート及び□は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）を示す。

これによれば、ＣＨ_４の添加量を増加していくと、レジストマスクのエッチングレートが低下して、対レジスト選択比は顕著に増大する。そして、Ｃ_３Ｆ_８の流量の３倍の流量でＣＨ_４を添加すると、レジストマスク及び層間絶縁膜のエッチングレートはやや低下するものの、対レジスト選択比は最大になった。Ｃ_３Ｆ_８の流量より３倍より多い流量でＣＨ_４を添加すると、レジスト及び層間絶縁膜のエッチングレートが顕著に低下して実用的でないことが判る。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いて、Ａｒに、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨ_４を及びＯ_２（Ａｒ：Ｃ_３Ｆ_８：ＣＨ_４：Ｏ_２＝２２０：２５：４０：３０（ｓｃｃｍ））を添加した混合ガスを用い、これを真空チャンバ１１内に導入して上記層間絶縁膜をエッチングした。

そして、真空チャンバ１１の作動圧力（１．３３Ｐａ、０．６７Ｐａ及び０．４０Ｐａに設定）を変化させてレジストマスクで覆われた層間絶縁膜にホールをエッチングし、その後、ＳＣＩ（Ｈ_２Ｏ_２、ＮＨ_３、Ｈ_２Ｏ）溶剤を用いてウェットクリーニングによりレジストマスクスクを除去した。

図３及び図４は、レジストマスクで覆われた層間絶縁膜を上記条件でエッチングし、その後、ウェットクリーニングした場合の処理基板Ｓの上面及び断面に対するＳＥＭ写真であり、図３はエッチング終了時のＳＥＭ写真であり、図４はウェットクリーニング終了時のＳＥＭ写真である。

これによれば、真空チャンバ１１の作動圧力を１．３３Ｐａに設定した場合、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、エッチングによりレジストマスクがダメージを受け、円形にパターニングされた領域のエッジ部にエッジ荒れを生じてことが判る。それに伴って、層間絶縁膜に形成したホールの深さ方向全般に亘ってホールの側壁に荒れを生じ、深さ方向に均一なホールをエッチングできないことが判る。

真空チャンバ１１の作動圧力を０．６７Ｐａに設定した場合もまた、図３（ｂ）及び図４（ｂ）参照に示すように、エッチングによりレジストマスクがダメージを受け、エッジ部にエッジ荒れを生じたことが判る。また、ホールの深さ方向全般に亘ってホールの側壁に荒れを生じ、深さ方向に均一なホールをエッチングできないことが判る。

それに対して、真空チャンバ１１の作動圧力を０．４０Ｐａに設定した場合、図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示すように、エッチングによるレジストマスクへのダメージを低減してエッジ部でのエッジ荒れが抑制されていることが判る。この場合、深さ方向に均一なホールをエッチングすることができ、高い加工精度が得られていることが判る。また、処理基板Ｓの面内で高い均一性の対レジスト選択比が得られることで、処理基板Ｓの各ホール相互間のエッチング形状が均一になっていることが判る。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いて、Ａｒに、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨ_４を及びＯ_２（Ａｒ：Ｃ_３Ｆ_８：ＣＨ_４：Ｏ_２＝２２０：２５：４０：３０（ｓｃｃｍ））を添加した混合ガスを用い、これを真空チャンバ１１内に導入して層間絶縁膜をエッチングした。この場合、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。

また、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２ＫＷ、基板電極２１に接続した高周波電源２２の出力を０．３ＫＷ、基板設定温度１０℃に設定した。そして、基板電極２０の直径Ｒｓを、側壁１４の内径Ｒｃを０．５〜０．９の範囲で変化させた。

図５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。これによれば、基板電極２０の直径Ｒｓが、側壁１４の内径Ｒｃの０．５〜０．７の場合、ラジカル種の入射分布の均一性が極めて高くなって処理基板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。

また、図６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及びレジストマスク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６（ａ）中の●は層間絶縁膜のエッチングレート、▲はレジストマスクのエッチングレート、□は対レジスト選択比である。図６（ｂ）中の○は層間絶縁膜のエッチングレート、▲はレジストマスク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、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の面内での層間絶縁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、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、層間絶縁膜としてＳｉＯ_２を用い、スピンコータを使用して処理基板Ｓ上に、５００ｎｍの膜厚で形成した。そして、この層間絶縁膜上に、スピンコータによりレジスト材を塗布し、ＫｒＦフォトリソグラフ法で所定のパターンを形成した。この場合、レジスト材としては、ＴＤＵＲ−Ｐ０３６／東京応化工業株式会社製を用い、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、Ａｒに、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨ_４を及びＯ_２（Ａｒ：Ｃ_３Ｆ_８：ＣＨ_４：Ｏ_２＝２２０：２５：４０：３０（ｓｃｃｍ））を添加した混合ガスを用い、これを真空チャンバ１１内に導入して上記層間絶縁膜をエッチングした。この場合、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、また、基板電極２１に接続した高周波電源２２の出力を０．３ＫＷ、基板設定温度１０℃に設定した。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０．５ＫＷ〜３ＫＷ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。これによれば、高周波電源１９の出力が２ＫＷ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、１．５〜３KW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±１．５％以下になった。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いて、Ａｒに、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＨ_４を及びＯ_２（Ａｒ：Ｃ_３Ｆ_８：ＣＨ_４：Ｏ_２＝２２０：２５：４０：３０（ｓｃｃｍ））を添加した混合ガスを用い、これを真空チャンバ１１内に導入して層間絶縁膜をエッチングした。この場合、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。

また、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２ＫＷ、基板電極２１に接続した高周波電源２２の出力を０．３ＫＷ、基板設定温度１０℃に設定した。そして、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。

図８（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８（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８（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８（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。

本発明の層間絶縁膜のエッチング方法を実施するエッチング装置を概略的に示す図。炭化水素ガスの流量を変化させたとき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、エッチング時の圧力依存性を示す、エッチング終了後のＳＥＭ写真。（ａ）乃至（ｃ）は、エッチング時の圧力依存性を示す、ウェットクリーニング終了後のＳＥＭ写真。基板電極の直径を変化させたときの処理基板面内での対レジスト選択比の均一性を説明するグラフ。（ａ）及び（ｂ）は、基板電極の直径を変化させて層間絶縁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。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）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処理基板面内でのレジストのエッチング速度の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基板電極室
Ｓ処理基板

Claims

レジストマスクで覆われた層間絶縁膜をドライエッチングして、ホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法であって、フロロカーボンガスと、このフロロカーボンガスに対して１〜３倍の流量の炭化水素ガスとを含む混合ガスを用い、この混合ガスを、プラズマ雰囲気中で０．５Ｐａ以下の作動圧力下で導入してエッチングすることを特徴とする層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記レジストマスクは、ＫｒＦフォトリソグラフィ法、ＡｒＦフォトリソグラフィ法またはＦ_２フォトリソグラフィ法で用いられるものであることを特徴とする請求項１記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記層間絶縁膜を、シリコン酸化膜または比誘電率が３．０以下のＳｉＯＣＨ或いはＳｉＯＣ系材料から構成したものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記混合ガスの主成分を不活性ガスとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記混合ガスに、酸素を添加す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層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記炭化水素ガスとして、Ｃの数が１〜４のものを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記層間絶縁膜を形成した処理基板を０〜１０℃の範囲内の温度に保持してエッチングすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法に使用されるドライエッチング装置であって、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層間絶縁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。
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８記載のドライエッチング装置。
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８または請求項９記載のドライエッチング装置。
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１０記載のドライエッチング装置。