JP5260356B2 - 基板処理方法 - Google Patents
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Description
に示すような基板としてのウエハに形成された上部フォトレジスト層100における開口部101の幅の縮小方法(シュリンク方法)として、CH4ガスのプラズマは炭素及び水素を含む堆積物を多量に発生させることから、CH4ガスを含む処理ガスを利用する方法が提案されている。具体的には、CH4(メタン)ガス及びArガスの混合ガスからプラズマを生じさせ、該プラズマから生じる堆積物102を開口部101内に堆積させて該開口部101の幅W1を縮小する(図10(B))(例えば、特許文献1参照。)。
1.反応室15内部の圧力が30mtorrよりも小さければ、CH4ガスの乖離が進まず、CH4ガスから生じるプラズマが少なくなる。その結果、CH系堆積物44の発生量が少なく開口部41の幅を所望の値まで小さくすることができない一方、反応室15内部の圧力が60mtorrよりも大きければ、CH4ガスの乖離が進み、CH4ガスから生じるプラズマが多くなり、CH系堆積物44が過剰に発生して開口部41の底部においてCH系堆積物44が堆積する。
2.CH4ガスの流量が30sccmよりも大きければ、CH系堆積物44が過剰に発生して開口部41の底部においてCH系堆積物44が堆積し、CH4ガスの流量が20sccmよりも小さければ、CH系堆積物44の発生量が少なく開口部41の幅を所望の値まで小さくすることができない。
3.CF4ガスの流量が500sccmよりも大きければ、CH系堆積物44の発生が抑制されて開口部41の幅を所望の値まで小さくすることができず、CF4ガスの流量が100sccmよりも小さければ、イオンPの発生量が少なく開口部41の底部に堆積するCH系堆積物44を除去することができない。
4.プラズマ生成用の高周波電力の大きさが1000Wよりも小さければ、バイアス電位によって生じるイオンの引き込み力が非常に弱くなり、開口部41の底部に堆積するCH系堆積物44を除去することができず、プラズマ生成用の高周波電力の大きさが2400Wよりも大きければ、CF4ガスの乖離が促進されてフッ素ラジカルの量が増加し、CH系堆積物44の発生が抑制されて開口部41の幅を所望の値まで小さくすることができない。
5.処理時間が5秒以下であれば、CH系堆積物44の堆積が充分に行われず、開口部41の幅を所望の値まで小さくすることができず、処理時間が30秒以上であれば、開口部41の幅が所望の値よりも小さくなりすぎる。
1.反応室15内部の圧力が5mtorrよりも小さければ、CF4ガスの乖離が進まず、CF系の反応生成物の発生量が少なくなり、側部保護膜45が薄くなる。また、CF4ガスから生じたプラズマ中のイオンP1の平均自由行程が長くなり、イオンエネルギーが増加するため、該イオンP1は側部保護膜45を強くスパッタする。その結果、開口部42の側部が削れやすくなり、開口部42の断面形状をテーパ形状に成形するのが困難となる。一方、反応室15内部の圧力が30mtorrよりも大きければ、CF4ガスの乖離が進み、CF系の反応生成物の発生量が多くなるため、側部保護膜45が厚くなる。その結果、開口部42の側部がより削れにくくなり、開口部42の最下部の幅が所望の値よりも小さくなりすぎる。
2.CH4ガスの流量が30sccmよりも大きければ、CH系堆積物45が過剰に発生して開口部42の底部においてCH系堆積物が堆積し、開口部42の最下部の幅を所望の値にするのが困難となり、CH4ガスの流量が10sccmよりも小さければ、CH系堆積物の発生量が少なく、酸素ラジカルが余剰となる。該余剰となった酸素ラジカルは上部フォトレジスト層40等を短時間で除去するため、開口部41の形状が崩れ、引いては該開口部41を利用して形成される開口部42の形状も崩れる。
3.CF4ガスの流量が500sccmよりも大きければ、イオンP1の発生量が多くなり、側部保護膜45が強くスパッタされて開口部42の側部が削れるため、開口部42の断面形状をテーパ形状に成形するのが困難となる。一方、CF4ガスの流量が100sccmよりも小さければ、イオンP1の発生量が少なく開口部42の側部がスパッタされないため、開口部42の最下部の幅が所望の値よりも小さくなりすぎる。
4.O2ガスの流量が20sccmよりも大きければ、酸素ラジカルが増加し、該酸素ラジカルはCF4ガスから生じた炭素やフッ素をスカベンジングする。その結果、CF系の反応生成物の発生量が少なくなり、側部保護膜45が薄くなるため、開口部42の側部が削れやすくなり、開口部42の断面形状をテーパ形状に成形するのが困難となる。
5.プラズマ生成用の高周波電力の大きさが1000Wよりも小さければ、CF4ガスの乖離が進まず、CF系の反応生成物の発生量が少なくなり、側部保護膜45が薄くなる。その結果、開口部42の側部が削れやすくなり、開口部42の断面形状をテーパ形状に成形するのが困難となる一方、プラズマ生成用の高周波電力の大きさが2400Wよりも大きければ、CF4ガスの乖離が促進されてCF系の反応生成物ではなく炭素ラジカルやフッ素ラジカルが生じ、フッ素ラジカルは上部フォトレジスト層40等を短時間で除去するため、開口部41の形状が崩れ、引いては該開口部41を利用して形成される開口部42の形状も崩れる。
6.イオン引き込み用の高周波電力の大きさが100Wよりも小さければ、イオンP1によるスパッタが抑制されるため、開口部42の形成に時間を要し、さらに、形成された開口部42では底部に堆積するCF系の反応生成物を除去することができず、イオン引き込み用の高周波電力の大きさが500Wよりも大きければ、イオンP1によるスパッタが促進されるため、ハードマスク層39だけでなく、上部フォトレジスト層40もエッチングされることがあるため、開口部41の形状が崩れ、引いては該開口部41を利用して形成される開口部42の形状も崩れる。
1.反応室15内部の圧力が10mtorrよりも小さければ、C4F8ガスの乖離が進まず、CF系反応生成物46の発生量が少なくなり、開口部43の幅を所望の値まで小さくすることができず、反応室15内部の圧力が30mtorrよりも大きければ、C4F8ガスの乖離が進み、CF系反応生成物46が過剰に発生して開口部43の底部等においてCF系反応生成物46が堆積する。
2.C4F8ガスの流量が60sccmよりも大きければ、CF系反応生成物46が過剰に発生して開口部43の底部においてCF系反応生成物46が堆積し、C4F8ガスの流量が30sccmよりも小さければ、CF系反応生成物46の発生量が少なく開口部43の幅を所望の値まで小さくすることができない。
3.Arガスの流量が800sccmよりも大きければ、C4F8ガスから生じる炭素ラジカルやフッ素ラジカルの濃度が低下し、CF系反応生成物46の発生が抑制されて開口部43の幅を所望の値まで小さくすることができず、Arガスの流量が100sccmよりも小さければ、C4F8ガスから生じる炭素ラジカルやフッ素ラジカルの濃度が上昇し、CF系反応生成物46が過剰に発生して開口部43の底部においてCF系反応生成物46が堆積する。
4.O2ガスの流量が50sccmよりも大きければ、酸素ラジカルの発生量が多くなり、該酸素ラジカルと炭素ラジカルやフッ素ラジカルとの反応が促進されるため、下部フォトレジスト層38を保護するCF系反応生成物46の発生が抑制されて下部フォトレジスト層38がエッチングされる一方、O2ガスの流量が10sccmよりも小さければ、酸素ラジカルの発生量が少なくなってCF系反応生成物46の発生が抑制されず、開口部43の底部に堆積するCF系反応生成物46を完全に除去することができない。
5.プラズマ生成用の高周波電力の大きさが1000Wよりも小さければ、バイアス電位によって生じるイオンの引き込み力が非常に弱くなり、開口部43の底部に堆積するCF系反応生成物46を除去することができず、プラズマ生成用の高周波電力の大きさが2400Wよりも大きければ、O2ガスの乖離が促進されて酸素ラジカルの発生量が多くなり、該酸素ラジカルと炭素ラジカルやフッ素ラジカルとの反応が促進されるため、下部フォトレジスト層38を保護するCF系反応生成物46の発生が抑制されて下部フォトレジスト層38がエッチングされる。
6.処理時間が10秒以下であれば、CF系反応生成物46の堆積が充分に行われず、開口部43の幅を所望の値まで小さくすることができず、処理時間が30秒以上であれば、開口部43の幅が所望の値よりも小さくなりすぎる。
P,P1,P2 イオン
10 プラズマ処理装置
11 チャンバ
12 サセプタ
18 第1の高周波電源
20 第2の高周波電源
37 被処理層
38 下部フォトレジスト層
39 ハードマスク層
40 上部フォトレジスト層
41,42,43,47,48,49 開口部
44,45 CH系堆積物
45 CH系堆積物
46 CF系反応生成物
Claims (7)
- 第1の周波数の高周波電力及び前記第1の周波数より高い第2の周波数の高周波電力が印加される載置台の上に載置された基板であって、被処理層の上に下部フォトレジスト層、シリコンを含むハードマスク層、及び上部フォトレジスト層が順に形成された基板を処理する基板処理方法であって、
前記上部フォトレジスト層に形成され、且つ前記ハードマスク層を露出させる第1の開口部の幅をプラズマを用いて縮小する第1の幅縮小ステップと、
前記幅が縮小された第1の開口部を介して前記ハードマスク層に前記下部フォトレジスト層を露出させる第2の開口部を形成しつつ、該第2の開口部の幅をプラズマを用いて縮小する第2の幅縮小ステップと、
前記幅が縮小された第2の開口部を介して前記被処理層を露出させる第3の開口部を形成する第3の開口部形成ステップと、
該形成された第3の開口部の幅をプラズマを用いて縮小する第3の幅縮小ステップとを有し、
前記第1の幅縮小ステップでは、前記載置台へ前記第1の周波数の高周波電力を印加することなく前記第2の周波数の高周波電力のみを印加してCF4ガス及びCH4ガスの混合ガスからプラズマを生じさせ、
前記第2の幅縮小ステップでは、前記載置台へ前記第1の周波数の高周波電力及び前記第2の周波数の高周波電力を印加して少なくともCF4ガス及びCH4ガスを含む混合ガスからプラズマを生じさせ、
前記第3の幅縮小ステップでは、前記載置台へ前記第1の周波数の高周波電力を印加することなく前記第2の周波数の高周波電力のみを印加して少なくともC4F8ガスを含む混合ガスからプラズマを生じさせ、
前記第1の幅縮小ステップでは、前記CF 4 ガスの流量が100sccm〜500sccmであり、前記CH 4 ガスの流量が20sccm〜30sccmであることを特徴とする基板処理方法。 - 前記第3の開口部形成ステップに先だって前記第1の幅縮小ステップ及び前記第2の幅縮小ステップを繰り返すことを特徴とする請求項1記載の基板処理方法。
- 前記幅が縮小された第3の開口部を介して前記被処理層をエッチングする被処理層エッチングステップをさらに有することを特徴とする請求項1又は2記載の基板処理方法。
- 第1の周波数の高周波電力及び前記第1の周波数より高い第2の周波数の高周波電力が印加される載置台の上に載置された基板であって、被処理層の上に下部フォトレジスト層、シリコンを含むハードマスク層、及び上部フォトレジスト層が順に形成された基板を処理する基板処理方法であって、
前記上部フォトレジスト層に形成され、且つ前記ハードマスク層を露出させる第1の開口部の幅をプラズマを用いて縮小する第1の幅縮小ステップと、
前記幅が縮小された第1の開口部を介して前記ハードマスク層に前記下部フォトレジスト層を露出させる第2の開口部を形成する第2の開口部形成ステップと、
前記第2の開口部を介して前記被処理層を露出させる第3の開口部を形成する第3の開口部形成ステップと、
該形成された第3の開口部の幅をプラズマを用いて縮小する第2の幅縮小ステップとを有し、
前記第1の幅縮小ステップでは、前記載置台へ前記第1の周波数の高周波電力を印加することなく前記第2の周波数の高周波電力のみを印加してCF4ガス及びCH4ガスの混合ガスからプラズマを生じさせ、
前記第2の幅縮小ステップでは、前記載置台へ前記第1の周波数の高周波電力を印加することなく前記第2の周波数の高周波電力のみを印加して少なくともC4F8ガスを含む混合ガスからプラズマを生じさせ、
前記第1の幅縮小ステップでは、前記CF 4 ガスの流量が100sccm〜500sccmであり、前記CH 4 ガスの流量が20sccm〜30sccmであることを特徴とする基板処理方法。 - 前記幅が縮小された第3の開口部を介して前記被処理層をエッチングする被処理層エッチングステップをさらに有することを特徴とする請求項4記載の基板処理方法。
- 第1の周波数の高周波電力及び前記第1の周波数より高い第2の周波数の高周波電力が印加される載置台の上に載置された基板であって、被処理層の上に下部フォトレジスト層、シリコンを含むハードマスク層、及び上部フォトレジスト層が順に形成された基板を処理する基板処理方法であって、
前記上部フォトレジスト層に形成され、且つ前記ハードマスク層を露出させる第1の開口部の幅をプラズマを用いて縮小する第1の幅縮小ステップと、
前記幅が縮小された第1の開口部を介して前記ハードマスク層に前記下部フォトレジスト層を露出させる第2の開口部を形成しつつ、該第2の開口部の幅をプラズマを用いて縮小する第2の幅縮小ステップと、
前記幅が縮小された第2の開口部を介して前記被処理層を露出させる第3の開口部を形成する第3の開口部形成ステップとを有し、
前記第1の幅縮小ステップでは、前記載置台へ前記第1の周波数の高周波電力を印加することなく前記第2の周波数の高周波電力のみを印加してCF4ガス及びCH4ガスの混合ガスからプラズマを生じさせ、
前記第2の幅縮小ステップでは、前記載置台へ前記第1の周波数の高周波電力及び前記第2の周波数の高周波電力を印加して少なくともCF4ガス及びCH4ガスを含む混合ガスからプラズマを生じさせ、
前記第1の幅縮小ステップでは、前記CF 4 ガスの流量が100sccm〜500sccmであり、前記CH 4 ガスの流量が20sccm〜30sccmであることを特徴とする基板処理方法。 - 前記第3の開口部を介して前記被処理層をエッチングする被処理層エッチングステップをさらに有することを特徴とする請求項6記載の基板処理方法。
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