JP6226668B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
まず,本発明の実施形態にかかるプラズマ処理方法を適用可能なプラズマ処理装置の構成例について説明する。図1は,本実施形態にかかるプラズマ処理装置100の概略構成を示す断面図である。ここでは,平行平板型電極構造の容量結合型のプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。
次に,本実施形態にかかるプラズマ処理によりエッチングを行う被エッチング膜の膜構造について図面を参照しながら説明する。ここでは,下地膜となる被エッチング膜として,ウエハWの表面に形成されたSiON膜を例に挙げる。フォトレジスト膜をマスクとして,このSiON膜をプラズマ処理によってエッチングすることで,SiON膜にラインアンドスペースを形成する。図2は被エッチング膜としてのSiON膜を含む膜構造を示す断面図である。なお,このSiON膜はその下層の有機膜をエッチングする際のマスクになるものである。
以下,このような検知に基づく本実施形態にかかるプラズマ処理について詳細に説明する。ここでは,上記プラズマ処理装置100を用いて,ウエハW上の被エッチング膜としてのSiON膜を,フォトレジスト膜をマスクとしてプラズマエッチングすることにより,ラインアンドスペースを形成する場合を例に挙げる。
フォトレジスト膜の表面改善処理(第1ステップ)では,図7Aに示す膜構造300が形成されたウエハWに対して,水素含有ガスとして例えばH2ガスとArガスの混合ガスを用いてプラズマ処理を行う。処理ガス流量比は例えばH2ガス/Arガス=100/800sccmである。なお,処理ガスの全流量は,1100sccm以下が好ましく,900sccm以下がより好ましい。H2ガスの流量は,120sccm未満が好ましく,100sccm以下がより好ましい。Arガスの流量は,960sccm未満が好ましく,900sccm以下がより好ましい。
次に,表面が改善されたフォトレジスト膜330をマスクとして,プラズマエッチング処理(第2ステップ)を行う。ここでは処理ガスとしては,CF4ガスとCHF3ガスの混合ガスを用い,添加ガスとしてCl2ガスを用いてプラズマを生成し,SiON膜320のエッチング処理を実行する。これにより,図7Cに示すように改善されたフォトレジスト膜330のパターン側壁の状態を維持しながら,SiON膜320のエッチング処理を進行させることができる。
処理室内圧力:15mTorr
処理ガス流量比:CHF3ガス/Cl2ガス=250/27sccm
上部高周波電力:60MHz,700W
下部高周波電力:13.56MHz,100W
次に,上記処理条件で実際にプラズマ処理の実験を行った結果について図面を参照しながら説明する。ここでは,上記表面改善処理後に,Cl2ガスを添加しないでSiON膜320をエッチングした実験結果と比較しながら説明する。なお,Cl2ガスを添加しないでSiON膜320のエッチングする際の処理条件は,以下の通りである。
処理室内圧力:15mTorr
処理ガス流量比:CF4ガス/CHF3ガス=80/50sccm
上部高周波電力:60MHz,500W
下部高周波電力:13.56MHz,1000W
ここで,上記のように表面改善処理とエッチング処理を繰り返したときの実験結果を図12に示す。図12は,表面改善処理(H2/Ar)とCl2ガス(塩素含有ガス)を含む処理ガスでエッチング処理を3回繰り返した場合と,表面改善処理(H2/Ar)とCl2ガス(塩素含有ガス)を含まない処理ガスでエッチング処理を3回繰り返した場合の実験結果を表とグラフにまとめたものである。ここでは最初の表面改善処理は30秒で2回目以降は15秒とし,エッチング処理は3回とも10秒とした。その他の表面改善処理とエッチング処理の処理条件は図8の実験の場合と同様である。
ここで,このようなH2ガス,N2ガス,CH4ガスの混合ガスを処理ガスとした表面改善処理を行った場合の実験結果について説明する。ここでは,図8の実験の場合と同様に,表面改善処理後に,Cl2ガス(塩素含有ガス)を添加しないでSiON膜320をエッチングした実験結果と比較しながら説明する。図13は,本実験結果を表とグラフにまとめた図である。図13において,縦軸にはパターン側壁の状態を示す指標Qをとっている。この指標Qは,図8の実験の場合と同様である。この表面改善処理(H2ガス,N2ガス,CH4ガス)の処理条件は以下の通りである。
処理室内圧力:10mTorr
処理ガス流量比:H2ガス/N2ガス/CH4ガス=240/60/10sccm
上部高周波電力:60MHz,200W
下部高周波電力:13.56MHz,0W
ここで,直流電圧を印加した場合の実験結果について図面を参照しながら説明する。図14は,本実験結果を示すグラフであり,縦軸には表面改善効果を判定する指標として上述したLERをとっている。このLERが小さくなるほどライン位置のばらつきが小さく,表面改善効果が高くなっていることを示す。図14における(A)は表面改善処理を行う前のグラフであり,(B)は直流電圧を印加しない場合のグラフであり,(C)と(D)はいずれも直流電圧を印加した場合のグラフである。このうち,(C)はフォトレジスト膜330の表面にシリコン被覆を形成した場合であり,(D)はフォトレジスト膜330の表面にシリコン被覆を形成しない場合である。
102 処理室
104 排気口
106 搬入出口
108 ゲートバルブ
110 下部電極
112 絶縁板
114 サセプタ支持台
116 サセプタ
120 静電チャック
122 電極
124 直流電源
126 フォーカスリング
128 冷媒室
129 伝熱ガス供給ライン
140 上部電極
142 絶縁性遮蔽部材
143 電極板
144 電極支持体
145 ガス導入口
146 ガス供給管
148 ガス拡散室
149 ガス吐出孔
152 整合器
162 整合器
170 処理ガス供給源
172,182 処理ガス供給管
174,184 開閉バルブ
176,186 マスフローコントローラ
180 添加ガス供給源
182 添加ガス供給管
190 排気装置
200 制御部
210 操作部
220 記憶部
300 膜構造
310 有機膜
320 SiON膜
330 フォトレジスト膜
332 ライン
334 スペース
W ウエハ
Claims (11)
- 所定のパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクとしてSiON膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって,
水素含有ガスを処理ガスとしてプラズマ処理を行うことによって,前記フォトレジスト膜の表面状態を改善する表面改善処理ステップと,
表面状態が改善された前記フォトレジスト膜をマスクとして,CHF系含有ガスと塩素含有ガスを含む処理ガスによってプラズマ処理を行うことにより,前記SiON膜をエッチングするエッチング処理ステップと,を有し,
前記エッチング処理ステップのプラズマ生成用の高周波電力は,前記表面改善処理ステップのプラズマ生成用の高周波電力よりも大きいことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記表面改善処理ステップと,前記エッチング処理ステップとを少なくとも2回以上繰り返すことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
- 前記塩素含有ガスは,Cl2ガスとBCl3ガスとCCl4との少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理方法。
- 前記水素含有ガスは,H2ガスとArガスとを含む混合ガス,又はH2ガスとN2ガスとCH4ガスとを含む混合ガスであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
- 前記CHF系含有ガスに含まれるCHF系ガスは,CH2F2ガス,CH3Fガス,CHF3ガスのいずれかであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
- 前記CHF系含有ガスは,さらにCF系ガスを含むことを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理方法。
- 前記CF系ガスは,CF4ガス,C4F8ガスの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項6に記載のプラズマ処理方法。
- 下地膜上に所定のパターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクとして前記下地膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法であって,
水素含有ガスを処理ガスとしてプラズマ処理を行うことによって,前記フォトレジスト膜の表面状態を改善する第1ステップと,
表面状態が改善された前記フォトレジスト膜をマスクとして,CHF系含有ガスと塩素含有ガスを含む処理ガスによってプラズマ処理を行うことにより,前記下地膜をエッチングする第2ステップと,を有し,
前記第2ステップのプラズマ生成用の高周波電力は,前記第1ステップのプラズマ生成用の高周波電力よりも大きいことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記第1ステップと前記第2ステップとを少なくとも2回以上繰り返すことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理方法。
- 前記プラズマ処理は,上部電極と下部電極に高周波電力を印加することにより行われ,
前記プラズマ生成用の高周波電力は,前記上部電極に印加する高周波電力であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のプラズマ処理方法 - 前記フォトレジスト膜の表面状態を改善するステップは,
前記処理ガスとしてArガスを含み,
前記上部電極に直流電圧を印加せずに前記プラズマ処理を行う前記第1表面改善処理ステップと,
前記上部電極に直流電圧を印加して前記プラズマ処理を行う前記第2表面改善処理ステップと,を有することを特徴とする請求項10に記載のプラズマ処理方法。
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