JP2010205967A - プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】ArFフォトレジストのダメージ(荒れ)を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)を高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供する。
【解決手段】基板に形成されたArFフォトレジスト103をマスクとして、ArFフォトレジスト103の下層に位置するSiを含有する反射防止膜102を、処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、処理ガスとして、CF系ガス及び/又はCHF系ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、上部電極に直流電圧を印加する。
【選択図】図1
【解決手段】基板に形成されたArFフォトレジスト103をマスクとして、ArFフォトレジスト103の下層に位置するSiを含有する反射防止膜102を、処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、処理ガスとして、CF系ガス及び/又はCHF系ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、上部電極に直流電圧を印加する。
【選択図】図1
Description
本発明は、被処理基板に形成されたSiを含有する反射防止膜を、ArFフォトレジストをマスクとしてエッチングするプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。
従来から、半導体装置の製造工程においては、フォトレジストマスクを介してプラズマエッチング処理を行い、シリコン酸化膜等の被エッチング膜を所望のパターンに形成することが行われている。また、このようなプラズマエッチングでは、回路パターンの微細化に対応するため、より波長の短い光によって露光を行うArFフォトレジストが多用されるようになっている。
上記のArFフォトレジストをマスクとして使用し、プラズマエッチングを行う場合、ArFフォトレジストのプラズマ耐性が低いため、ArFフォトレジストに対するプラズマによるダメージを軽減するための提案がなされている。このような技術として、ArFフォトレジストの下層に形成された反射防止膜をエッチングする際に、CF4等のCF系のガスとO2ガスとを含む混合ガス等からなるエッチングガスを用い、低圧でプラズマエッチングを行う技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
上記のようなArFフォトレジストをマスクとしたプラズマエッチングでは、ArFフォトレジストのダメージ(荒れ)を抑制すると、高いエッチングレート及び十分な選択比が得られないという問題がある。特に、従来においては、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)を、ArFフォトレジストのダメージ(荒れ)を抑制しつつ、高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできる技術がなく、かかる技術の開発が望まれていた。
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、ArFフォトレジストのダメージ(荒れ)を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)を高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供しようとするものである。
請求項1のプラズマエッチング方法は、処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置を用い、前記基板に形成されたArFフォトレジストをマスクとして、前記ArFフォトレジストの下層に位置するSiを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記処理ガスとして、CF系ガス及び/又はCHF系ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、前記上部電極に直流電圧を印加することを特徴とする。
請求項2のプラズマエッチング方法は、請求項1記載のプラズマエッチング方法であって、前記上部電極に印加する直流電圧の電圧値が、−1000V〜−300Vの範囲であることを特徴とする。
請求項3のプラズマエッチング方法は、請求項1又は2記載のプラズマエッチング方法であって、前記処理ガスが、CF4ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスと、の混合ガスであり、CF4ガス流量とCF3Iガス流量の合計に対する、CF3Iガス流量の比(CF3Iガス流量/(CF4ガス流量+CF3Iガス流量))が、0.1〜0.3の範囲であることを特徴とする。
請求項4のプラズマエッチング方法は、請求項1乃至3いずれか1項記載のプラズマエッチング方法であって、前記下部電極に、電力値が100W〜300Wのバイアス用の高周波電力を印加することを特徴とする。
請求項5のプラズマエッチング方法は、請求項1乃至4いずれか1項記載のプラズマエッチング方法であって、前記Siを含有する反射防止膜のエッチングの前に、前記ArFフォトレジストをトリートメントするトリートメント工程を行うことを特徴とする。
請求項6のプラズマエッチング方法は、請求項5記載のプラズマエッチング方法であって、前記トリートメント工程は、H2ガス、又はH2ガスとN2ガス、又はH2ガスとArガスを処理ガスとし、当該処理ガスをプラズマ化して前記ArFフォトレジストに作用させるプラズマ処理であることを特徴とする。
請求項7のプラズマエッチング装置は、処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置であって、前記基板に形成されたArFフォトレジストをマスクとして、前記ArFフォトレジストの下層に位置するSiを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングする際に、前記処理ガス供給機構から処理ガスとして、CF系ガス及び/又はCHF系ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを供給し、かつ、前記上部電極に、直流電源から直流電圧を印加するよう制御する制御部を有することを特徴とする。
請求項8のコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に請求項1から請求項6いずれか1項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とする。
本発明によれば、ArFフォトレジストのダメージ(荒れ)を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)を高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法における被処理基板としての半導体ウエハの断面構成を拡大して示すものである。また、図2は、本実施形態に係るプラズエッチング装置の構成を示すものである。まず、図2を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。
プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー1を有している。この処理チャンバー1は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー1内には、被処理基板である半導体ウエハWを水平に支持する載置台2が設けられている。載置台2は例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台2は、絶縁板3を介して導体の支持台4に支持されている。また、載置台2の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング5が設けられている。さらに、載置台2及び支持台4の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材3aが設けられている。
載置台2には、第1の整合器11aを介して第1のRF電源10aが接続され、また、第2の整合器11bを介して第2のRF電源10bが接続されている。第1のRF電源10aは、プラズマ発生用のものであり、この第1のRF電源10aからは所定周波数(27MHz以上例えば40MHz)の高周波電力が載置台2に供給されるようになっている。また、第2のRF電源10bは、イオン引き込み用(バイアス用)のものであり、この第2のRF電源10bからは第1のRF電源10aより低い所定周波数(13.56MHz以下、例えば2MHz)の高周波電力が載置台2に供給されるようになっている。一方、載置台2の上方には、載置台2と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド16が設けられており、シャワーヘッド16と載置台2は、一対の電極(上部電極と下部電極)として機能するようになっている。
載置台2の上面には、半導体ウエハWを静電吸着するための静電チャック6が設けられている。この静電チャック6は絶縁体6bの間に電極6aを介在させて構成されており、電極6aには直流電源12が接続されている。そして電極6aに直流電源12から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハWが吸着されるよう構成されている。
支持台4の内部には、冷媒流路4aが形成されており、冷媒流路4aには、冷媒入口配管4b、冷媒出口配管4cが接続されている。そして、冷媒流路4aの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台4及び載置台2を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台2等を貫通するように、半導体ウエハWの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス(バックサイドガス)を供給するためのバックサイドガス供給配管30が設けられており、このバックサイドガス供給配管30は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台2の上面に静電チャック6によって吸着保持された半導体ウエハWを、所定の温度に制御可能となっている。
上記したシャワーヘッド16は、処理チャンバー1の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド16は、本体部16aと電極板をなす上部天板16bとを備えており、絶縁性部材45を介して処理チャンバー1の上部に支持されている。本体部16aは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板16bを着脱自在に支持できるように構成されている。
本体部16aの内部には、ガス拡散室16cが設けられ、このガス拡散室16cの下部に位置するように、本体部16aの底部には、多数のガス通流孔16dが形成されている。また、上部天板16bには、当該上部天板16bを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔16eが、上記したガス通流孔16dと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室16cに供給された処理ガスは、ガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して処理チャンバー1内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部16a等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド16を所望温度に冷却できるようになっている。
上記した本体部16aには、ガス拡散室16cへ処理ガスを導入するためのガス導入口16dが形成されている。このガス導入口16dにはガス供給配管15aが接続されており、このガス供給配管15aの他端には、エッチング用又はトリートメント用の処理ガスを供給する処理ガス供給源15が接続されている。ガス供給配管15aには、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)15b、及び開閉弁V1が設けられている。そして、処理ガス供給源15からプラズマエッチングのための処理ガスとして、例えば、CF4ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとの混合ガスが、ガス供給配管15aを介してガス拡散室16cに供給され、このガス拡散室16cから、ガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して処理チャンバー1内にシャワー状に分散されて供給される。
上記した上部電極としてのシャワーヘッド16には、ローパスフィルタ(LPF)51を介して可変直流電源52が電気的に接続されている。この可変直流電源52は、オン・オフスイッチ53により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源52の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ53のオン・オフは、後述する制御部60によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第1のRF電源10a、第2のRF電源10bから高周波が載置台2に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部60によりオン・オフスイッチ53がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド16に所定の直流マイナス電圧が印加される。
処理チャンバー1の側壁からシャワーヘッド16の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体1aが設けられている。この円筒状の接地導体1aは、その上部に天壁を有している。
処理チャンバー1の底部には、排気口71が形成されており、この排気口71には、排気管72を介して排気装置73が接続されている。排気装置73は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー1内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー1の側壁には、ウエハWの搬入出口74が設けられており、この搬入出口74には、当該搬入出口74を開閉するゲートバルブ75が設けられている。
図中76,77は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド76は、処理チャンバー1の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバー1にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止する役割を有し、このデポシールド76の半導体ウエハWと略同じ高さ位置には、グランドにDC的に接続された導電性部材(GNDブロック)79が設けられており、これにより異常放電が防止される。
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部60によって、その動作が統括的に制御される。この制御部60には、CPUを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ61と、ユーザインターフェース62と、記憶部63とが設けられている。
ユーザインターフェース62は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部63には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ61の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウエア)や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース62からの指示等にて任意のレシピを記憶部63から呼び出してプロセスコントローラ61に実行させることで、プロセスコントローラ61の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体(例えば、ハードディスク、CD、フレキシブルディスク、半導体メモリ等)などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハWに形成された有機膜等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ75が開かれ、半導体ウエハWが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口74から処理チャンバー1内に搬入され、載置台2上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー1外に退避させ、ゲートバルブ75を閉じる。そして、排気装置73の真空ポンプにより排気口71を介して処理チャンバー1内が排気される。
処理チャンバー1内が所定の真空度になった後、処理チャンバー1内には処理ガス供給源15から所定の処理ガス(エッチングガス)が導入され、処理チャンバー1内が所定の圧力、例えば6.7Pa(50mTorr)に保持され、この状態で第1のRF電源10aから載置台2に、周波数が例えば40MHzの高周波電力が供給される。また、第2のRF電源10bからは、イオン引き込みのため、載置台2に周波数が例えば2.0MHzの高周波電力(バイアス用)が供給される。このとき、直流電源12から静電チャック6の電極6aに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハWはクーロン力により吸着される。
この場合に、上述のようにして下部電極である載置台2に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド16と下部電極である載置台2との間には電界が形成される。半導体ウエハWが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハW上に形成されたシリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)等がエッチング処理される。
ここで、前述したとおり、プラズマ処理中にシャワーヘッド16に直流電圧を印加することができるので次のような効果がある。すなわち、プロセスによっては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される場合がある。このような場合に直流電圧を用いれば、半導体ウエハWに打ち込まれるイオンエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、半導体ウエハWのエッチング対象となる膜のエッチングレートが上昇すると共にエッチング対象の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下して選択性が向上する。
そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハWが処理チャンバー1内から搬出される。
次に、図1を参照して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。図1(a),(b)は、本実施形態における被処理基板としての半導体ウエハWの要部構成を拡大して示すものである。図1(a)に示すように、半導体ウエハWには、被エッチング膜として、例えば有機膜101(厚さ例えば200nm)が形成されており、この有機膜101の上層には、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)102(厚さ例えば40nm)が形成されている。このシリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)102は、例えばSi含有率が43%程度の有機膜(塗布膜)から構成されている。そして、このシリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)102の上に、ArFフォトレジスト膜103(厚さ例えば100nm)が形成されている。ArFフォトレジスト膜103には、精密写真転写工程によりパターニングされ、所定形状の開口104が形成されている。
上記構造の半導体ウエハWを、図2に示した装置の処理チャンバー1内に収容し、載置台2に載置して、図1(a)に示す状態から、ArFフォトレジスト膜103をマスクとして、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)102をエッチングし、図1(b)の状態とする。なお、実際には図1(b)の状態から、被エッチング膜としての有機膜101をエッチングする。
本実施形態では、上記シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)102のプラズマエッチングを行う際に、処理ガスとして、CF系ガス及び/又はCHF系ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、上部電極としてのシャワーヘッド16に、可変直流電源52から所定のマイナスの直流電圧を印加する。
上記のシャワーヘッド16に印加されるマイナスの直流電圧の電圧値は、−1000V〜−300Vの範囲とすることが好ましく、−900V〜−600Vとすることがさらに好ましい。
前記処理ガスとしては、例えば、CF4ガスと、CF3Iガスと、O2ガスとの混合ガスを好適に使用することができる。この場合、CF4ガス流量とCF3Iガス流量の合計に対する、CF3Iガス流量の比(CF3Iガス流量/(CF4ガス流量+CF3Iガス流量))は、0.1〜0.3の範囲とすることが好ましい。また、O2ガスの流量は、処理ガス全流量の1〜3%程度とすることが好ましく、略2%程度とすることがさらに好ましい。
また、上記のプラズマエッチングに際しては、下部電極としての載置台2に、第2のRF電源10bから、イオン引き込み用(バイアス用)の高周波電力を供給することが好ましく、このイオン引き込み用(バイアス用)の高周波電力の電力値は、100W〜300W程度とすることが好ましい。
実施例1として、図2に示したプラズマエッチング装置を使用し、図1に示した構造の半導体ウエハに、上記したシリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)102のプラズマエッチング処理工程を以下に示すようなレシピにより実施した。
なお、以下に示される実施例1の処理レシピは、制御部60の記憶部63から読み出されて、プロセスコントローラ61に取り込まれ、プロセスコントローラ61がプラズマエッチング装置の各部を制御プログラムに基づいて制御することにより、読み出された処理レシピ通りのプラズマエッチング処理工程が実行される。
処理ガス:CF4/CF3I/O2=225/25/5 sccm
圧力:6.7Pa(50mTorr)
高周波電力(HF/LF):400/100W
直流電圧:−900V
圧力:6.7Pa(50mTorr)
高周波電力(HF/LF):400/100W
直流電圧:−900V
上記の実施例1におけるArFフォトレジストのエッチングレートは48.5nm/min、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングレートは120.0nm/min、選択比(シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングレート/ArFフォトレジストのエッチングレート)は2.5となった。また、SEMにより観察したエッチング後のArFフォトレジストの状態は、荒れが少なく、CD(線幅)が71.7nm、LWR(Line Width Roughness)が3.8nmであった。図3に、実施例1のSEMにより拡大したArFフォトレジストの断面の状態(a)、上面の状態(b)の写真を示す。
比較例として、以下の条件で、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)102のプラズマエッチング処理工程を実施した。
処理ガス:CF4/O2=250/5 sccm
圧力:10Pa(75mTorr)
高周波電力(HF/LF):400/0W
直流電圧:0V
処理ガス:CF4/O2=250/5 sccm
圧力:10Pa(75mTorr)
高周波電力(HF/LF):400/0W
直流電圧:0V
上記の比較例におけるArFフォトレジストのエッチングレートは65.0nm/min、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングレートは50.5nm/min、選択比(シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングレート/ArFフォトレジストのエッチングレート)は0.8となった。また、SEMにより観察したエッチング後のArFフォトレジストの状態は、荒れはそれほど多くはなかったが、CD(線幅)が47.9nm、LWR(Line Width Roughness)が4.3nmとなり、ArFフォトレジストが多くエッチングされ、その残膜量が少なかった。図4に、比較例のSEMにより拡大したArFフォトレジストの断面の状態(a)、上面の状態(b)の写真を示す。
上記のように、実施例では、比較例の場合に比べてシリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングレートが高く、選択比も高く、ArFフォトレジストのLWRも少なかった。また、ArFフォトレジストのCD(線幅)も大きかった。
また、上記の実施例1におけるシリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングの前に、ArFフォトレジストのトリートメント工程を加えた実施例2のプラズマエッチングを行った。この実施例2におけるトリートメント工程は、例えば、水素ガスを含むトリートメントガス(H2ガス、H2ガスとN2ガス、H2ガスとArガス等)を用い、そのプラズマをArFフォトレジストに作用させるもので、これによって、ArFフォトレジスト表面の改質と、表面のスムージングを行うものである。この実施例2では、以下の条件でトリートメント工程を実施した。
処理ガス:H2/N2=450/450 sccm
圧力:13.3Pa(100mTorr)
高周波電力(HF/LF):200/0W
直流電圧:0V
処理ガス:H2/N2=450/450 sccm
圧力:13.3Pa(100mTorr)
高周波電力(HF/LF):200/0W
直流電圧:0V
上記トリートメント工程の後、実施例1と同一のプラズマエッチングを行った。この実施例2においてSEMにより観察したエッチング後のArFフォトレジストの状態は、荒れが少なく、CD(線幅)が69.4nm、LWR(Line Width Roughness)が3.2nmであり、実施例1におけるLWR値よりさらに改善された。
上記の各実施例では、プラズマエッチングの際に、載置台(下部電極)2に、第2のRF電源10bからイオン引き込み用(バイアス用)の高周波電力を印加している。これは、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングレートを高めるためである。図5は、縦軸をエッチングレート(nm/min)、横軸をバイアス用高周波電力値(W)とし、以下の条件(1)のプラズマエッチング条件において、バイアス用の高周波電力のみを変化させて、夫々の高周波電力値におけるエッチングレートを調べた結果を示すものである。同図に示すように、バイアス用の高周波電力値が高いほど、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)のエッチングレートは高くなった。これは、シャワーヘッド(上部電極)16に−600Vの直流電圧を印加した場合についても全く同様であった。
条件(1)
処理ガス:CF4/CF3I/O2=225/25/5 sccm
圧力:10.0Pa(75mTorr)
高周波電力(HF/LF):400/(変化)W
直流電圧:0V
条件(1)
処理ガス:CF4/CF3I/O2=225/25/5 sccm
圧力:10.0Pa(75mTorr)
高周波電力(HF/LF):400/(変化)W
直流電圧:0V
一方、上記のように、バイアス用の高周波電力値を高めると、ArFフォトレジストの荒れが発生する。また、縦軸を選択比、横軸をバイアス用高周波電力値(W)とした図6に示すように、選択比については、シャワーヘッド(上部電極)16に−600Vの直流電圧を印加することによって、直流電圧を印加しない場合に比べて高めることができる。
上記のような、シャワーヘッド(上部電極)16に印加するマイナスの直流電圧と、選択比との関係を調べた結果(LF=200Wとし、その他直流電圧以外のエッチング条件は条件(1)と同一)を、縦軸を選択比、横軸をマイナスの直流電圧値(絶対値)(V)とした図7のグラフに示す。図7に示されるように、マイナスの直流電圧値(絶対値)が高いほど選択比は向上する。しかしながら、電圧値が−1000Vを超えると、ArFフォトレジストのうねり(Wiggling)が発生する。このため、シャワーヘッド(上部電極)16に印加する直流電圧は、−1000V〜−300Vの範囲とすることが好ましく、−900V〜−600Vの範囲とすることがさらに好ましい。
また、載置台(下部電極)2に印加するバイアス用高周波電力は、必要なエッチングレートを得るため100W以上とすることが好ましく、上記の直流電圧値の範囲で、十分な選択比を得ることができ、かつ、ArFフォトレジストの荒れを抑制するためには300W以下とすることが好ましい。すなわち、バイアス用の高周波電力は、100W〜300Wの範囲とすることが好ましい。
図8は、縦軸をエッチングレート、横軸をCF4ガス流量とCF3Iガス流量の合計に対する、CF3Iガス流量の比(CF3Iガス流量/(CF4ガス流量+CF3Iガス流量))として、CF3Iガスの流量比とエッチングレートとの関係を調べた結果を示すものである。なお、CF3Iガス流量の比以外のエッチング条件は条件(1)(但し、LF=200W、直流電圧=−600V)と同一である。また、同様に図9は、縦軸を選択比、横軸をCF4ガス流量とCF3Iガス流量の合計に対する、CF3Iガス流量の比(CF3Iガス流量/(CF4ガス流量+CF3Iガス流量))として、CF3Iの流量比と選択比との関係を調べた結果を示すものである。これらの図8,9に示すように、CF3Iガスの流量比が高くなると、エッチングレートも選択比も低くなる。したがって、CF3Iガスの流量比は0.3以下とすることが好ましい。
一方、図10に示すように、CF3Iの流量比が低くなるとArFフォトレジストの荒れが発生する。なお、図10は、左側から順に、CF3Iの流量が0sccm(a)、19sccm(b)、25sccm(c)の場合におけるSEMによる拡大写真を示している。このため、CF3Iガスの流量比は0.1以上とすることが好ましい。
以上から、CF4ガス流量とCF3Iガス流量の合計に対する、CF3Iガス流量の比(CF3Iガス流量/(CF4ガス流量+CF3Iガス流量))は、0.1〜0.3(10%〜30%)の範囲とすることが好ましい。
図11のグラフは、縦軸をエッチングレート、横軸を圧力として、圧力とエッチングレートとの関係を調べた結果を示すものである。また、図12は、縦軸を選択比、横軸を圧力として、圧力と選択比との関係を調べた結果を示すものである。なお、圧力以外のエッチング条件は条件(1)(但し、LF=200W、直流電圧=−600V)と同一である。これらの図11,12に示すように、圧力が低い方が、エッチングレートも選択比も高くなる。このため、圧力は4.0Pa(30mTorr)〜13.3Pa(100mTorr)の範囲とすることが好ましく、略6.7Pa(50mTorr)程度とすることがさらに好ましい。
以上説明したとおり、本実施形態によれば、ArFフォトレジストのダメージ(荒れ)を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)を高いエッチングレートでプラズマエッチングすることができる。また、選択比が高いので、ArFフォトレジストの線幅(CD)を細めたり、ラフネスを改善したりするようなArFフォトレジストの装飾工程も導入することが可能となる。なお、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
W……半導体ウエハ、101……有機膜、102……シリコンを含有する反射防止膜(Si−ARC)、103……ArFフォトレジスト膜、104……開口。
Claims (8)
- 処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置を用い、
前記基板に形成されたArFフォトレジストをマスクとして、前記ArFフォトレジストの下層に位置するSiを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスとして、CF系ガス及び/又はCHF系ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、前記上部電極に直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1記載のプラズマエッチング方法であって、
前記上部電極に印加する直流電圧の電圧値が、−1000V〜−300Vの範囲であることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1又は2記載のプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスが、CF4ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスと、の混合ガスであり、
CF4ガス流量とCF3Iガス流量の合計に対する、CF3Iガス流量の比(CF3Iガス流量/(CF4ガス流量+CF3Iガス流量))が、0.1〜0.3の範囲であることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1乃至3いずれか1項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記下部電極に、電力値が100W〜300Wのバイアス用の高周波電力を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1乃至4いずれか1項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記Siを含有する反射防止膜のエッチングの前に、前記ArFフォトレジストをトリートメントするトリートメント工程を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項5記載のプラズマエッチング方法であって、
前記トリートメント工程は、H2ガス、又はH2ガスとN2ガス、又はH2ガスとArガスを処理ガスとし、当該処理ガスをプラズマ化して前記ArFフォトレジストに作用させるプラズマ処理であることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置であって、
前記基板に形成されたArFフォトレジストをマスクとして、前記ArFフォトレジストの下層に位置するSiを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングする際に、
前記処理ガス供給機構から処理ガスとして、CF系ガス及び/又はCHF系ガスと、CF3Iガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを供給し、かつ、前記上部電極に、直流電源から直流電圧を印加するよう制御する制御部を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。 - コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に請求項1から請求項6いずれか1項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。
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