JP2007273866A - エッチング方法、プラズマ処理装置、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトレジストマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた基板に対してエッチングを行うにあたり、この有機膜にアスペクト比が高く、横倒れを抑えたマスクを形成し、更に同一処理容器内において連続的に基板を処理すること。
【解決手段】酸化物からなる塗布膜のエッチングを行う前に、ＣＨ4ガスのプラズマによってフォトレジストマスクのパターンを覆うように堆積物を堆積させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、有機材料からなるマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた半導体ウェハ等の基板に対してエッチングを行う技術に関する。

半導体デバイスは年々高集積化する傾向にあり、半導体ウェハ（以下ウェハという）等の基板に形成されるパターンの微細化に応えるためにレジスト材料や露光技術の改善が進み、レジストマスクの開口寸法も相当小さくなってきている。

しかし、パターンの微細化が進むにつれ、レジストマスクに形成されたパターンである開口部のアスペクト比（開口部の幅に対する開口部の深さの比）が大きくなっており、レジストマスクの横倒れの問題が生じている。そこで、アスペクト比の高いパターンを形成する際には、強度の強い多層レジスト膜を用いたプロセスが用いられている（特許文献１、非特許文献１）。

このようなプロセスに用いられる基板であるウェハ１００は、図６（ａ）に示すように、開口部７５が形成されたフォトレジストマスク７０、ＳｉＯ2からなる塗布膜であるＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜７１、フォトレジストマスク７０よりも強度の強い有機物からなる有機膜７２及び無機物の絶縁膜例えばシリコン酸化膜７３が図示しないゲート電極の形成されたＳｉ層７４の上にこの順に積層された構成となっている。このウェハ１００は、同図（ｂ）に示すように、例えばＣＦ4ガスのプラズマによりＳＯＧ膜７１がエッチングされ、次いで同図（ｃ）に示すように例えばＯ2ガスのプラズマによって有機膜７２がエッチングされると共にフォトレジストマスク７０が除去される。その後同図（ｄ）に示すようにシリコン酸化膜７３がエッチングされると共に、ＳＯＧ膜７１が除去されてホール７６が形成される。このような積層構造としたことにより、被エッチング膜であるシリコン酸化膜７３の上方にアスペクト比が高く、横倒れを抑えたレジストマスク（有機膜７２）を形成して、シリコン酸化膜７３に微細なパターンを転写することができる。この時フォトレジストマスク７０、ＳＯＧ膜７１及び有機膜７２は、各々の膜の下方の膜をエッチングする際のマスクとして用いられており、そのために各々エッチング対象の膜と材質の異なる（選択比の大きい）膜となっている。

一方、近年のパターンの形状は例えば図７（ａ）に示すように楕円形となっており、ホール７６間には肉厚の薄い側壁部分が横に広がり、しかも上下寸法が大きいため、この側壁部分が倒れやすくなる。そこで、本発明者らはフォトレジストマスク７０の開口寸法を小さくするために、開口部７５の側壁に堆積物を堆積させることを検討している。この場合、広く用いられているＣ−Ｈ−Ｆ系のガスを用いて、堆積物を堆積させて開口寸法を減少させる手法が考えられるが、そうすると次の問題が生じる。つまり、開口寸法を減少させるためにフォトレジストマスク７０にＣ−Ｈ−Ｆ系の堆積物を堆積させると、処理容器の内壁にも堆積物が付着する。そしてＳＯＧ膜７１をエッチングして、続いてＳＯＧ膜７１をマスクとして有機膜７２をエッチングする時、処理容器の内壁に付着した堆積物が酸素の活性種によりエッチングされて雰囲気に取り込まれる。この堆積物はＦを含むので、同図（ａ）及び（ｂ）に示すようにＳＯＧ膜７１がエッチングされて残膜がなくなり、マスクとして機能しなくなる。具体的には、ＳＯＧ膜７１の開口部７５がエッチングされて開口部の形状が乱れ、この乱れが有機膜７２のエッチングを介してシリコン酸化膜７３のホールに転写し、その結果ストライエーションと呼ばれる、ホール形状の乱れ（縦縞の入った状態等）が発生する。このためＳＯＧ膜７１のエッチングと有機膜７２のエッチングとの間において処理容器の内壁のクリーニングが必要となり、ウェハ１００を一度処理容器の外に搬出しなければならず、同一処理容器内における連続処理ができない。

特許文献２にはレジストマスクに堆積物を堆積させるガスとして、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2及びＣＨ4が挙げられているが、本発明の課題を解決する手法については示唆されていない。

特開平１０−２６８５２６（（０００２）〜（０００６）） 東芝レビュー Ｖｏｌ．５９ Ｎｏ．８ （２００４） ２２ページ 特開２００４−１０３９２５（（００１７）、（００５５））

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、フォトレジストマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた半導体ウェハ等の基板に対してエッチングを行うにあたり、この有機膜にアスペクト比が高く、横倒れを抑えたレジストマスクを形成する技術を提供することであり、更には同一処理容器内において連続的に基板を処理できる技術を提供することにある。

本発明のエッチング方法は、
有機材料からなるマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた基板に対してエッチングを行う方法において、
処理容器内にて堆積物生成用の炭化水素ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより前記マスクのパターンを覆うように堆積物を生成する工程と、
次いで前記処理容器内にてプラズマにより前記塗布膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明のエッチング方法は、
前記塗布膜をエッチングした後、前記塗布膜をマスクとして前記有機膜をエッチングする工程を行うことを特徴とする。

前記処理ガスは、炭化水素ガスとハロゲンを含まない希釈ガスとからなることを特徴とする。
前記炭化水素ガスはＣＨ4ガスであることを特徴とする。

本発明のプラズマ処理装置は、
有機材料からなるマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた基板に対してエッチングを行う装置において、
基板を載置する載置台が設けられた処理容器と、
堆積物生成用の炭化水素ガスを含む処理ガスを処理容器内に供給する手段と、
前記塗布膜をエッチングするためのガスを処理容器内に供給する手段と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、
前記処理容器内のガスをプラズマ化する手段と、
前記基板が載置台に載置された後、前記マスクのパターンを覆うように堆積物を生成するための炭化水素ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、次いで前記塗布膜をエッチングするためのガスをプラズマ化するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のプラズマ処理装置は、
前記有機膜をエッチングするためのガスを処理容器内に供給する手段を更に備え、
前記制御部は、前記塗布膜をエッチングした後、前記塗布膜をマスクとして前記有機膜をエッチングするためのガスをプラズマ化するように各手段を制御することを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、
プラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし４のいずれか一つに記載のエッチング方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明は、フォトレジストマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた基板に対してエッチングを行うにあたり、フォトレジストマスクのパターンを覆うように堆積物を生成することにより、この有機膜にアスペクト比が高く、横倒れを抑えたレジストマスクを形成することが可能である。また、この堆積物は分解しても塗布膜をエッチングするプラズマを生成しないため、塗布膜のエッチングが起こらず、塗布膜の膜厚の減少や塗布膜に形成された凹部の寸法の広がりを抑えることができ、凹部が異形状となることを抑えることができるため、同一処理容器内において連続的に基板の処理を行うことができる。

以下に、図１を用いて本発明におけるエッチング方法を実施するプラズマ処理装置の一例について説明する。図１は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）プラズマ処理装置１０を示しており、その内部には例えばアルミニウムからなる真空チャンバーである処理容器２が設けられている。この処理容器２は、小径の円筒状の上部室２ａと、大径の円筒状の下部室２ｂとからなり、気密に構成されている。この上部室２ａ内には、被処理基板である半導体ウェハＷ（以下ウェハという）を水平に支持する載置台であり、且つ下部電極として機能する支持テーブル３が設けられている。支持テーブル３は例えばアルミニウムからなり、絶縁板４を介して導体の支持台５に支持されている。また、支持テーブル３の上方の外周には例えばシリコンで形成されたフォーカスリング３１がウェハＷを囲むように設けられており、プラズマ発生時にこのフォーカスリング３１によってプラズマが支持テーブル３上のウェハＷに集束するように構成されている。支持台５の下方部分はカバー３２で覆われている。上記支持台５の外側にはバッフル板３３が設けられており、このバッフル板３３は、支持台５及びカバー３２を介して処理容器２と導通している。また処理容器２は接地されている。

前記処理容器２の天壁部分には、処理容器２内に処理ガスを導入するためのガス供給部であるシャワーヘッド６が設けられている。シャワーヘッド６の上部にはガス導入口５２が設けられており、ガス導入口５２は処理容器２の上面中央を貫通して後述のガス供給管５４に接続されている。シャワーヘッド６の下面には多数のガス吐出口５１が形成された上部電極７が設けられており、この上部電極７は支持テーブル３に対向するように形成されている。即ち、下部電極である支持テーブル３と上部電極７とは一対の平行平板電極として処理容器２内のガスをプラズマ化する手段を構成している。尚、前記上部電極７は処理容器２を介して接地されている。

下部室２ｂの底壁には、排気管２１が形成されており、この排気管２１には真空排気手段である排気装置２２が接続されており、排気装置２２によって処理容器２内を所定の真空度まで減圧できる。上部室２ａの側壁には、ウェハＷを搬入出するための搬入出口２３が設けられており、この搬入出口２３はゲートバルブ２４により開閉される。

前記支持テーブル３には、整合器２５及び２８を介して各々プラズマ形成用の第１の高周波電源２６及びイオン引き込み用の第２の高周波電源２７が接続されており、この第１の高周波電源２６及び第２の高周波電源２７から所定の高周波電力が支持テーブル３に供給される。尚、前記第２の高周波電源２７は第１の高周波電源２６の周波数よりも低い高周波を供給する。

前記支持テーブル３の表面上にはウェハＷを静電吸着して保持するための静電チャック３４が設けられている。この静電チャック３４は内部に埋設された電極３４ａを外側の絶縁体３４ｂが覆うように構成されており、電極３４ａには直流電源３５が接続されている。

また前記支持テーブル３の内部には、冷媒導入管３６ａ及び冷媒排出管３６ｂに接続された冷却室３６が設けられており、冷媒は冷媒導入管３６ａ及び冷媒排出管３６ｂを介して循環し、支持テーブル３を介してウェハＷの温度を調整するように構成されている。

また、ガス導入機構３７によりガス供給ライン３８を介して静電チャック３４の表面とウェハＷの裏面との間に冷却ガスが導入されるように構成されており、ウェハＷの温度調整を行うことができる。

前述のガス供給管５４は上流側において６本に分岐して分岐管４２Ａ〜４２Ｆを形成し、バルブ４３Ａ〜４３Ｆと流量制御部４４Ａ〜４４Ｆとを介してガス供給源４５Ａ〜４５Ｆに接続されている。このバルブ４３Ａ〜４３Ｆ、流量制御部４４Ａ〜４４Ｆはガス供給系４６を構成して後述の制御部１１からの制御信号によって各ガス供給源４５Ａ〜４５Ｆのガス流量及び給断の制御を行うことができる。尚、分岐管４２Ａ、バルブ４３Ａ、ガス流量制御部４４Ａ及びガス供給源４５Ａは堆積物生成用の処理ガスを供給する手段を構成している。また、分岐管４２Ｂ、バルブ４３Ｂ、ガス流量制御部４４Ｂ及びガス供給源４５Ｂはシリコン酸化膜や塗布膜などをエッチングするためのガスを供給する手段を構成している。分岐管４２Ｃ、分岐管４２Ｄ、バルブ４３Ｃ、バルブ４３Ｄ、ガス流量制御部４４Ｃ、ガス流量制御部４４Ｄ、ガス供給源４５Ｃ及びガス供給源４５Ｄは後述の有機膜６３などの有機物をエッチングするためのガスを供給する手段を構成している。

上部室２ａの周囲には、搬入出口２３の上下に二つのマルチポールリング磁石２５ａ、２５ｂが配置されている。このマルチポールリング磁石２５ａ、２５ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられており、隣接する複数のセグメント柱状磁石同士の向きが互いに逆向きになるように配置されている。これにより磁力線が隣接するセグメント柱状磁石間に形成され、上下電極の間の処理空間の周辺部に磁場が形成され、処理空間へプラズマを閉じこめることができる。

また、このプラズマ処理装置１０には例えばコンピュータからなる制御部１１が設けられており、この制御部１１はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部１１からプラズマ処理装置１０の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウェハＷに対してプラズマ処理を施すように命令が組み込まれている。また、例えばメモリには処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプラズマ処理装置１０の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部１２に格納されて制御部１１にインストールされる。

次に、前記プラズマ処理装置１０を用いた本発明のエッチング方法の実施の形態について説明する。まずゲートバルブ２４を開いて処理容器２内へ図示しない搬送機構により３００ｍｍ（１２インチ）ウェハＷを搬入する。このウェハＷを支持テーブル３上に水平に載置した後、ウェハＷを支持テーブル３に静電吸着する。その後搬送機構を処理容器２から退去させてゲートバルブ２４を閉じる。引き続き冷媒導入管３６ａからバックサイドガスを供給して、ウェハＷを所定の温度に温度調整する。その後以下のステップを行う。

ここで、ウェハＷの表面部の構造を図２に示す。尚、この例ではゲート電極の上層部に電極を埋め込むためのコンタクトホールを形成する工程の一部を表している。６１は有機材料からなるマスクであるフォトレジストマスク、６２は塗布膜であるＳＯＧ膜、６３は例えばＣを主成分とする有機膜、６４は例えばＳｉＯ2膜からなるシリコン酸化膜、６７はフォトレジストマスク６１に形成された開口部である。シリコン酸化膜６４の下方側にはゲート酸化膜６６ａ及びゲート電極６６ｂなどを含むトランジスタ部分６６が設けられている。尚、後述の図３、図４及び図５においてはこのトランジスタ部分６６を簡略化または省略して示した。

（ステップ１：堆積工程）
排気装置２２により排気管２１を介して処理容器２内の排気を行い処理容器２内を所定の真空度に保持した後、ガス供給系４６より例えばＣＨ4ガス及びＡｒガスを供給する。続いて例えば周波数が１００ＭＨｚ、電力が１０００Ｗの第１の高周波を支持テーブル３に供給して前記ガスの混合ガスである処理ガスをプラズマ化すると共に、マルチポールリング磁石２５ａ、２５ｂの磁場を例えば各々３００Ｇに設定する。この状態を所定の時間例えば３０秒保持することにより、図３（ａ）に示すように、ウェハＷの露出面（フォトレジストマスク６１の表面及び開口部６７の側壁の上側）に例えばＣとＨとからなる堆積物６８が堆積する。この堆積物６８によってフォトレジストマスク６１の膜厚が厚くなると共に、開口部６７の寸法Ｄが減少して、その分フォトレジストマスク６１の凸部の寸法Ｌが増加する。

この時、開口部６７の内部に向かうにつれて処理ガスのプラズマは侵入しにくくなり、開口部６７の側壁には主に上側に堆積物６８が堆積して、下側に向かう程堆積物６８が減少し、開口部６７の下部に現れているＳＯＧ膜６２にはほとんど堆積物６８を堆積しないため、後述のＳＯＧ膜６２のエッチング工程において堆積物６８の影響をほとんど受けることなくエッチングを行うことができる。尚、図３（ａ）及び（ｂ）における開口部６７の側壁に堆積した堆積物６８を簡略化して示した。

この時支持テーブル３に第２の高周波電源２７からバイアス電力を供給していないのは、プラズマ中のイオンをウェハＷに対して強く引き込まないようにして、開口部６７の形状を保ちつつ堆積物６８を堆積させるため、つまり、開口部６７の肩部（フォトレジストマスク６１の表面及び開口部６７の側壁のなす稜線付近）が処理ガスのプラズマによって削れることなどを抑えるためである。
このように、フォトレジストマスク６１の開口部６７に堆積物６８を堆積させているため、フォトレジストマスク６１の見かけ上の開口寸法を減らすことができる。

（ステップ２：ＳＯＧ膜６２のエッチング工程）
高周波電源２６、２７からの給電を止めて処理容器２内におけるプラズマの発生を停止した後、ガス供給系４６からのガスの供給を止める。排気装置２２により排気管２１を介して処理容器２内の排気を行い処理容器２内を所定の真空度に保持した後、ガス供給系４６より例えばＣＦ4ガスを供給する。続いて例えば周波数が１００ＭＨｚ、電力が１２００Ｗの第１の高周波を支持テーブル３に供給して前記ガスをプラズマ化し、例えば周波数が３．２ＭＨｚ、電力が２００Ｗの第２の高周波を支持テーブル３に供給すると共に、マルチポールリング磁石２５ａ、２５ｂの磁場を例えば各々３００Ｇに設定する。

このプラズマ中には、炭素とフッ素との化合物の活性種が含まれており、ＳＯＧ膜６２がこれら活性種雰囲気に曝されると、膜中の原子と反応した化合物が生成され、これにより図３（ｂ）に示すようにＳＯＧ膜６２がエッチングされ、開口部６７が形成される。

（ステップ３：有機膜６３のエッチング工程）
次いで高周波電源２６、２７からの給電を止めて処理容器２内におけるプラズマの発生を停止した後、ガス供給系４６からのガスの供給を止める。次に排気装置２２により処理容器２内を排気して残存しているガスを除去して処理容器２内を所定の真空度に保持する。

ガス供給系４６より例えばＮ2ガス、Ｏ2ガス及びＣＯガスを供給して、例えば周波数が１００ＭＨｚ、電力が２４００Ｗの第１の高周波を支持テーブル３に供給して前記ガスをプラズマ化し、例えば周波数が３．２ＭＨｚ、電力が２００Ｗの第２の高周波を支持テーブル３に供給すると共に、マルチポールリング磁石２５ａ、２５ｂの磁場を例えば各々３００Ｇに設定する。

このプラズマにより図３（ｃ）に示すように有機膜６３のエッチングが行われ、開口部６７が形成される。このエッチングでは上述の通りＯ2ガス及びＣＯガスをプラズマ化して得られたプラズマによって有機膜６３を除去しているため、堆積工程においてウェハＷの露出面に堆積した堆積物６８及びフォトレジストマスク６１についてもエッチングされる。

また、上述のステップ１の堆積工程においてはウェハＷの表面だけでなく処理容器２の内壁等にもＣＨ4ガスの分解物が付着し、本工程で用いられる酸素の活性種によりその付着物が分解するが、ＳＯＧ膜６２のエッチャントとして働くＦラジカルを発生しないため、ＳＯＧ膜６２に対して悪影響がない。

（ステップ４：シリコン酸化膜６４のエッチング工程）
次いで高周波電源２６、２７からの給電を止めて処理容器２内におけるプラズマの発生を停止した後、ガス供給系４６からのガスの供給を止める。次に排気装置２２により処理容器２内を排気して残存しているガスを除去して処理容器２内を所定の真空度に保持する。

ガス供給系４６より例えばＣＦ4ガスを供給して、例えば周波数が１００ＭＨｚ、電力が５００Ｗの第１の高周波を支持テーブル３に供給して前記ガスをプラズマ化し、例えば周波数が３．２ＭＨｚ、電力が４５００Ｗの第２の高周波を支持テーブル３に供給すると共に、マルチポールリング磁石２５ａ、２５ｂの磁場を例えば各々３００Ｇに設定する。

このプラズマにより図３（ｄ）に示すように有機膜６３をマスクとしてシリコン酸化膜６４のエッチングが行われ、凹部６９である例えばコンタクトホールが形成される。このエッチングでは上述の通りＣＦ4ガスを用いているため、有機膜６３の上方に形成されたＳＯＧ膜６２はシリコン酸化膜６４と共にエッチングされる。
次いで、例えばアッシング工程を行って有機膜６３を除去して、洗浄等を行った後、凹部６９へ電極用の金属を埋め込み、配線構造が形成される。

上述の実施の形態によれば、フォトレジストマスク６１に堆積物６８を堆積させて開口部６７の寸法を縮小させ、その下方に積層されたＳＯＧ膜６２及び有機膜６３をエッチングしているため、シリコン酸化膜６４をエッチングするときのマスクとなる有機膜６３の開口部６７を狭くすることができ、言い換えればフォトレジストマスク６１の凸部の寸法Ｌを増やすことができ、パターン倒れを防止できる。

また、フォトレジストマスク６１への堆積工程ではＣＨ4ガスを用いているので、堆積物６８にはＦを含んでおらず、このため処理容器２の内壁に付着していた付着物が有機膜６３のエッチング時に分解されても、ＳＯＧ膜６２のエッチングが起こらない。このため、ＳＯＧ膜６２の膜厚の減少やＳＯＧ膜６２に形成された凹部６９の寸法の広がりを抑えることができ、良好なエッチングを行うことができる。

また、既述の堆積工程にＣ−Ｈ−Ｆ系のガスを用いる場合には、有機膜６３のエッチングを行う前に処理容器２内をクリーニングしなければならず、ウェハＷを一度処理容器２内から搬出しなければならないが、この実施の形態においてはそのようなクリーニングは不要であるため、同一処理容器２内において、連続してウェハＷの処理を行うことができる。

一方、ＳＯＧ膜６２のエッチング工程において用いられるＣＦ4ガスは、Ｆを含む堆積物６８を堆積するガス種であり、この堆積物６８は有機膜６３のエッチング工程において用いられるＯ2ガスやＣＯガスのプラズマによって分解して、ＳＯＧ膜６２をエッチングするＦラジカルを生成すると考えられる。しかし、ＣＦ4ガスの場合には、堆積物６８を堆積させる働きは、例えばＣＨＦ3ガスやＣＨ2Ｆ2ガスなどと比べて弱いことから、ＳＯＧ膜６２をエッチングするＦラジカルをほとんど生成せずに有機膜６３をエッチングすることができる。

本発明においてプラズマ処理を行うウェハＷは、この例において用いた三層構造の膜を有するウェハＷだけでなく、有機物からなる膜とシリコン酸化物からなる膜とが合計５層以上に積層されていても良い。また、フォトレジストマスク６１とＳＯＧ膜６２との間に例えば有機膜からなる反射防止膜などが形成されていても良い。

本発明のエッチング方法は、有機膜６３に形成された開口部６７のアスペクト比が２．５以上、好ましくは４以上、更に好ましくは６以上１１以下の構成のウェハＷに対して適用することができる。

本発明の堆積物６８を堆積するためには、ＣＨ4ガスに限られず、例えばＣ2Ｈ6ガス等の炭化水素ガスを用いても良い。また、この炭化水素ガスと共に、希釈ガスとして、Ａｒに限られず、Ｎ2やＨｅ等のハロゲンガスを含まないガスを用いても良い。また、この希釈ガスとして、フォトレジストマスク６１をエッチングしない程度であればＯ2あるいはＣＯなどを含んでいても良い。

本発明に用いるプラズマ処理装置１０として、処理ガスをプラズマ化するための第１の高周波は支持テーブル３の代わりに上部電極７に供給するようにし、いわゆる上下２周波の構成の装置を用いてもよい。また、ダイポールリング磁石２５ａ、２５ｂによって磁場を形成したが、磁場を形成せずに各工程を行っても構わない。

次に本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。各実験においてウェハＷに対してプラズマ処理を行う装置として図１に示すプラズマ処理装置１０を用いた。実験には図３（ａ）に示した構成のウェハＷを２０ｍｍ角のチップ状に切断して、直径３００ｍｍのダミーウェハ上の中央部及び端部に貼り付けた実験用のウェハを用いた（以下、それぞれのチップをウェハＷの中央部及びウェハＷの端部と、チップを貼り付けたダミーウェハをウェハＷという）。各膜の膜厚については、フォトレジストマスク６１は１５０ｎｍ、ＳＯＧ膜６２は４５ｎｍ、有機膜６３は３００ｎｍ、シリコン酸化膜６４は５００ｎｍである。また、開口部６７の寸法Ｄは５５ｎｍ、フォトレジストマスク６１の凸部の寸法Ｌは５５ｎｍとした。この時のウェハＷの開口部６７は長円状のホールであり、開口部６７の寸法Ｄはその短い側の寸法を示している。

（実験例１：堆積工程）
上述のウェハＷに対して、以下に示した条件以外は各例毎に示したプロセス条件において堆積工程を行った。尚、各処理ガス種を変えた場合、良好なプロセス条件となるように処理圧力など他の条件を適宜変更した。
（堆積工程）
第１の高周波の周波数：１００ＭＨｚ
第１の高周波の電力 ：１０００Ｗ
第２の高周波の周波数：３．２ＭＨｚ
第２の高周波の電力 ：０Ｗ
磁場 ：３００Ｇ
処理圧力 ：別記
処理ガス ：別記
処理時間 ：別記
実施例１
処理圧力 ：２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：ＣＨ4／Ａｒ＝２００／３００ｓｃｃｍ
処理時間 ：３０ｓｅｃ
比較例１−１
処理圧力 ：２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：ＣＨＦ3＝５００ｓｃｃｍ
処理時間 ：２０ｓｅｃ
比較例１−２
処理圧力 ：２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：ＣＨＦ3＝５００ｓｃｃｍ
処理時間 ：３０ｓｅｃ
比較例１−３
処理圧力 ：４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：ＣＨＦ3＝５００ｓｃｃｍ
処理時間 ：３０ｓｅｃ
比較例１−４
処理圧力 ：２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：ＣＨ2Ｆ2／Ｏ2＝５０／１０ｓｃｃｍ
処理時間 ：３０ｓｅｃ

実験結果
各ウェハＷに対して上記の処理を行った後、ウェハＷの中央部及びウェハＷの端部において、図３（ａ）に示すようにウェハＷの表面からフォトレジストマスク６１とＳＯＧ膜６２との境界面までの膜厚Ｔを測定した。この結果の評価として堆積物６８の膜厚ではなく膜厚Ｔを用いたのは、フォトレジストマスク６１の表面に堆積した堆積物６８の膜厚と、この堆積工程において使用した処理ガスのプラズマによってエッチングされたフォトレジストマスク６１の膜厚とを総合的に評価するため、つまり見かけ上のフォトレジストマスク６１の膜厚を評価するためである。膜厚Ｔが厚い程、見かけ上のフォトレジストマスク６１が厚くなり、良好な結果であるといえる。この結果を表１に示す。

この表から、実施例１におけるプロセス条件において堆積工程を行った場合、最も膜厚Ｔが厚くなっていることが分かった。また、比較例１−４においても実施例１に次いで良好な結果となっていた。

（実験例２：ＳＯＧ膜６２のエッチング工程）
次に、実験例１において、良好な結果となった実施例１及び比較例１−４と同じ処理を行ったウェハＷに対して、ＳＯＧ膜６２のエッチングを行った。各プロセス条件は、以下に示す条件以外は各例毎に示した。尚、実施例１はＣ−Ｈ系ガス、比較例１−４はＣ−Ｈ−Ｆ系ガスを使用したため、以下のプロセス条件において、各ガス種に適当だと考えられる条件を用いて実験を行った。
（ＳＯＧ膜６２のエッチング工程）
第１の高周波の周波数：１００ＭＨｚ
第１の高周波の電力 ：別記
第２の高周波の周波数：３．２ＭＨｚ
第２の高周波の電力 ：別記
磁場 ：３００Ｇ
処理圧力 ：別記
処理ガス ：別記
処理時間 ：別記
実施例２
実施例１と同じ処理を行ったウェハＷに対して、以下のプロセス条件にてＳＯＧ膜６２のエッチングを行った。
第１の高周波の電力 ：１２００Ｗ
第２の高周波の電力 ：２００Ｗ
処理圧力 ：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：ＣＦ4＝２８０ｓｃｃｍ
処理時間 ：４０秒
比較例２
比較例１−４と同じ処理を行ったウェハＷに対して、以下のプロセス条件にてＳＯＧ膜６２のエッチングを行った。
第１の高周波の電力 ：１０００Ｗ
第２の高周波の電力 ：３００Ｗ
処理圧力 ：２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：ＣＨＦ3／Ｏ2＝５００／５ｓｃｃｍ
処理時間 ：４５秒

実験結果
各ウェハＷに対して上記の処理を行った後、実験例１と同様にウェハＷの中央部及びウェハＷの端部において、膜厚Ｔを測定した。この実験においても膜厚Ｔが厚い程、このＳＯＧ膜６２のエッチング工程においてエッチングされた見かけ上のフォトレジストマスク６１が少なく、この後の有機膜６３のエッチング工程においてＳＯＧ膜６２を保護する働きが大きいと考えられることから、良好な結果であるといえる。この結果を表２に示す。

この結果、実施例２及び比較例２の両方の結果において、ＳＯＧ膜６２のエッチングを行った後でも見かけ上のフォトレジストマスク６１は残っており、良好な結果だといえる。また、比較例２では実施例２と比較して膜厚Ｔが厚くなっていた。

（実験例３：有機膜６３のエッチング工程）
次に、実験例２と同じ処理を行ったウェハＷに対して、有機膜６３のエッチングを行った。各プロセス条件は、以下に示す条件以外は各例毎に示した。尚、以下のプロセス条件において、有機膜６３のエッチングに適当だと考えられる条件を用いて実験を行った。
（有機膜６３のエッチング工程）
第１の高周波の周波数：１００ＭＨｚ
第１の高周波の電力 ：２４００Ｗ
第２の高周波の周波数：３．２ＭＨｚ
第２の高周波の電力 ：２００Ｗ
磁場 ：３００Ｇ
処理圧力 ：別記
処理ガス ：別記
処理時間 ：別記
実施例３
実施例２と同じ処理を行ったウェハＷに対して、以下のプロセス条件にて有機膜６３のエッチングを行った。
処理圧力 ：０．７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：Ｎ2／Ｏ2／ＣＯ＝６０／２４／５０ｓｃｃｍ
処理時間 ：５０秒
比較例３
比較例２と同じ処理を行ったウェハＷに対して、以下のプロセス条件にて有機膜６３のエッチングを行った。
処理圧力 ：１．１Ｐａ（８ｍＴｏｒｒ）
処理ガス ：Ｎ2／Ｏ2／ＣＯ＝１２０／３２／１００ｓｃｃｍ
処理時間 ：６０秒

実験結果
各ウェハＷに対して上記の処理を行った後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてウェハＷの中央部及びウェハＷの端部におけるウェハＷの断面を観察して、ＳＯＧ膜６２の厚さと有機膜６３に形成された開口部６７の下部における寸法とを測定した。この結果を図４に示す。

実施例３において、有機膜６３のエッチング後もＳＯＧ膜６２は残っており、更に有機膜６３の横倒れ等も見られず、良好な結果であった。開口部６７の下部の寸法については、堆積を行う前のフォトレジストマスク６１の開口部６７の寸法Ｄよりも減少しており堆積物６８の効果が確認された。また、ウェハＷの中央部とウェハＷの端部との間において、ＳＯＧ膜６２の膜厚及び開口部６７の下部の寸法に差異は見られず、均等に堆積及びエッチングが行われていることが分かった。

一方比較例３において、ＳＯＧ膜６２がエッチングされて無くなっている場所が確認された。ＳＯＧ膜６２の残っている場所についてもＳＯＧ膜６２はエッチングされ、開口部６７には上側から下側に向かって狭まるテーパーが付いていた。開口部６７の下部の寸法はおよそ６５ｎｍとなっており、堆積物６８の効果は実施例３の結果と比較して小さいものであった。また、有機膜６３には横倒れしているものも見られた。

これは既述の通り、堆積工程において、Ｃ−Ｈ−Ｆ系ガスのプラズマによる堆積では処理容器２の内壁にＣとＦとを含む付着物を生じて、この付着物がＯ2ガスやＣＯガスなどのプラズマに曝されると、分解してＳＯＧ膜６２のエッチャントとして働くＦラジカルを生じて、ＳＯＧ膜６２がエッチングされるためだと考えられる。ＦラジカルによってエッチングされたＳＯＧ膜６２は薄くなり、有機膜６３のエッチングに用いられるＯ2ガスやＣＯガスのプラズマに対するマスクとして十分に機能しなかったと考えられる。

（実験例４：実施例３の再現実験）
次に、実施例３において行った実験の再現性を確認した。実験には、全面に図３（ａ）に示した構成の膜が積層されたウェハＷを用いた。プロセス条件は、以下に示す条件以外は実施例１、実施例２及び実施例３におけるプロセス条件を用いた。
（堆積工程）
処理ガス ：ＣＨ4／Ａｒ＝２００／５００ｓｃｃｍ
（有機膜６３のエッチング工程）
処理時間 ：５５秒

実験結果
上記の処理を行った後、ウェハＷの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてウェハＷの中央部からウェハＷの端部にかけて３点等間隔に観察して、実験例３と同様にＳＯＧ膜６２の厚さと有機膜６３に形成した開口部６７の下部の寸法とを測定した。この結果を図５に示す。
この結果、実験例３の再現性が確認されて良好な結果となっていた。

本発明のプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。 本発明に用いられるウェハＷの構成の一例を示す図である。 本発明におけるプラズマ処理の各工程を示す図である。 本発明における実験例３の結果を示す図である。 本発明における実験例４の結果を示す図である。 従来のプラズマ処理におけるウェハＷの構成の一例を示す図である。 従来のプラズマ処理におけるウェハＷの平面図及び断面図である。

符号の説明

２ 処理容器
３ 支持テーブル
７ 上部電極
１０ プラズマ処理装置
６１ フォトレジストマスク
６２ ＳＯＧ膜
６３ 有機膜
６４ シリコン酸化膜
６７ 開口部
６８ 堆積物
６９ 凹部

Claims (9)

1. 有機材料からなるマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた基板に対してエッチングを行う方法において、
   処理容器内にて堆積物生成用の炭化水素ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより前記マスクのパターンを覆うように堆積物を生成する工程と、
   次いで前記処理容器内にてプラズマにより前記塗布膜をエッチングする工程と、を含むことを特徴とするエッチング方法。
2. 前記塗布膜をエッチングした後、前記塗布膜をマスクとして前記有機膜をエッチングする工程を行うことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
3. 前記処理ガスは、炭化水素ガスとハロゲンを含まない希釈ガスとからなることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング方法。
4. 前記炭化水素ガスはＣＨ4ガスであることを特徴とする請求項１または３に記載のエッチング方法。
5. 有機材料からなるマスクとシリコン酸化物からなる塗布膜と有機膜とが上からこの順に積層された積層体を備えた基板に対してエッチングを行う装置において、
   基板を載置する載置台が設けられた処理容器と、
   堆積物生成用の炭化水素ガスを含む処理ガスを処理容器内に供給する手段と、
   前記塗布膜をエッチングするためのガスを処理容器内に供給する手段と、
   前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、
   前記処理容器内のガスをプラズマ化する手段と、
   前記基板が載置台に載置された後、前記マスクのパターンを覆うように堆積物を生成するための炭化水素ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、次いで前記塗布膜をエッチングするためのガスをプラズマ化するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 前記有機膜をエッチングするためのガスを処理容器内に供給する手段を更に備え、
   前記制御部は、前記塗布膜をエッチングした後、前記塗布膜をマスクとして前記有機膜をエッチングするためのガスをプラズマ化するように各手段を制御することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記処理ガスは、炭化水素ガスとハロゲンを含まない希釈ガスとからなることを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記炭化水素ガスはＣＨ4ガスであることを特徴とする請求項５または７に記載のプラズマ処理装置。
9. プラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
   前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし４のいずれか一つに記載のエッチング方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
   
   

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