JPH07106310A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JPH07106310A
JPH07106310A JP26566193A JP26566193A JPH07106310A JP H07106310 A JPH07106310 A JP H07106310A JP 26566193 A JP26566193 A JP 26566193A JP 26566193 A JP26566193 A JP 26566193A JP H07106310 A JPH07106310 A JP H07106310A
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JP
Japan
Prior art keywords
etching
dry etching
ion
gas
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP26566193A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisanori Yoshimizu
久典 吉水
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 工程数を減少させて、選択比も向上させるこ
とができるドライエッチング方法を提供する。 【構成】 光感光性樹脂をマスク材15として被エッチ
ング材12をドライエッチングして微細加工を行なうド
ライエッチング方法において、例えば電極材にSiN等
の窒化物を用いることによりドライエッチングを行いつ
つマスク材の表面に耐イオン衝撃性の高い耐イオン改質
層17を形成する。これにより、従来方法において必要
とされたシリル化処理等の前処理を不要にすることが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置等にお
いて用いられるドライエッチング方法に係り、特に工程
数を減少させると共に選択比も向上させることができる
ドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体の製造工程において、ホ
トリソグラフィ技術により形成されたレジストパターン
を用いた垂直性の高い、すなわち異方性の高いドライエ
ッチング方法には、化学的エッチングと物理的エッチン
グを併用したリアクティブイオンエッチング(RIE)
法が用いられている。そして、金属薄膜、半導体薄膜、
金属シリサイド薄膜、絶縁物薄膜等の薄膜パターンの形
成に関しては、例えばノボラック系のレジスト膜をマス
ク材にして上記各薄膜のRIE処理がなされていた。
【0003】このRIE法の特徴である高い異方性特性
を更に向上させるためにはRF(高周波電力)パワーを
上げることが有効な手段であるが、RFパワーを上げる
と、イオンのスパッタリング効果によりマスク材のレジ
ストが大きな膜減りを生じてしまい、被エッチング薄膜
とレジストとのエッチング比である選択比を十分に大き
くとることができなくなって微細加工の精度に制限が生
じてしまう。
【0004】特に、近年においては高集積化及び高微細
化が進み、サブミクロンパターンを形成する際にはレジ
スト膜を薄く形成する必要があるため、薄いレジスト膜
厚の部分的な相違やエッチング条件のバラツキ等によ
り、エッチング中にレジスト膜が消失したりしてパター
ンの転写が不完全なものとなる場合もある。
【0005】このようなRIE法の微細加工の問題点に
対して選択比を向上させて異方性を高めたエッチング方
法の開発が研究されている。このようなエッチングの課
題に対して従来では特開平4−184916号公報に見
られるようにパターニング形成されたレジスト膜にシリ
ル化処理等を行なうことによりレジスト膜表面に化学反
応層を設け、更にこれにプラズマ処理を施すことにより
[Si−N]結合を有する特定の表面改質層とし、選択
比と異方性を向上する試みがなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
方法には次のような問題点があった。まず第1に、レジ
スト膜のシリル化処理とプラズマ処理とを別々に行なう
ことから全体としての工程数が増加してしまい、コスト
高を招来するという問題点があった。
【0007】第2に、このシリル化処理は不安定要因を
含んでいることから処理の均一性が劣るのみならず、環
境の汚染の原因になるという問題点もあった。
【0008】第3に、シリル化処理により改質層を形成
してもこれは耐イオン衝撃性が十分ではなく、十分な選
択比を得られないという問題点もあった。
【0009】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものであり、その目
的は工程数を減少させると共に選択比も向上させること
ができるドライエッチング方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、パターン形成されたレジスト膜等の光
感光性樹脂をマスク材として被エッチング材をドライエ
ッチングして微細加工を行なうドライエッチング方法に
おいて、前記マスク材の表面に耐イオン改質層を形成し
つつ前記被エッチング材をドライエッチングすることに
より微細加工を行なうように構成したものである。
【0011】
【作用】本発明は、以上のように構成したので、ドライ
エッチングを行なう際に、例えば電極材としてSiN等
の窒化物を用いたり、或いは電極材としてSi等のエッ
チングが容易なものを用いると共にN2 ガスを供給する
ことによりドライエッチング中にレジスト膜のマスク材
の表面に[C−N]結合からなる耐イオン改質層が形成
される。この改質層は、膜質が緻密なことから耐イオン
衝撃性が向上し、その結果、選択比と異方性を向上させ
ることが可能となる。
【0012】また、処理工程も簡単化できるのみなら
ず、環境を汚染することもない。一般的に、エッチング
時の反応ガスとしてCHF3 等のフロン系のガスを用い
た場合には、レジスト膜表面にはF(フッ素)原子等で
終端されたCFx等からなる改質層が形成される。しか
しながら、この膜は上述のようにF原子等で終端されて
いるだけなので、エッチング中においてイオンの衝撃を
受けると直ちに分解してしまう。そこで、この改質層を
緻密に成形するために、電極材の材質を選択することや
第2のガスを添加することにより上述のような耐イオン
改質層を形成することができる。
【0013】このような耐イオン改質層を形成する第1
の方法は、電極材としてSiN等の窒化物を用いること
である。これにより緻密で耐イオン衝撃性の高い改質膜
を形成することが可能となる。この理由は、エッチング
中にこれらの電極材も同時にイオン衝撃を受けるのでN
ラジカルやCNラジカル等が発生してこれがレジスト膜
のマスク材表面のC(炭素)原子と結合し、[C−N]
結合からなる耐イオン改質層が形成されるからである。
【0014】第2の方法は、電極材として例えばSi等
のエッチングされやすい材料を用い、エッチング中に反
応ガスの他に第2のガスとしてN2 ガスを添加する。こ
れにより、上述と同じようにレジスト膜の表面に[C−
N]結合からなる改質層を形成することが可能となる。
【0015】このような[C−N]結合を有する改質層
は、[−C−N=]のようにN原子が2本の結合手を有
するので膜が網目状に形成されることになる。そのため
に非常に緻密な膜質となり、耐イオン性に優れているの
に加え、その改質膜を形成するための材料がプラズマ雰
囲気からエッチング中において常に供給されるためにレ
ジスト膜の膜減りが少なくて選択性も大きくなり、結果
的に異方性の高いエッチングが可能となる。
【0016】上記した[C−N]結合を有する改質層の
材料の供給は、上述のように被エッチング材と同時にプ
ラズマに曝される電極材や添加ガス等により行なわれ
る。この電極材としてはSiN材等の窒化物が良く、純
度99%以上が好ましい。また、電極材にSiを用いる
場合には、純度は99%以上が好ましく、この時、添加
ガスとしてN2 ガス(純度99.9%以上が好ましい)
を用いる。
【0017】
【実施例】以下に本発明のドライエッチング方法の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本発明のド
ライエッチング方法の一例を説明するための工程図、図
2は本発明方法を実施するための反応性イオンエッチン
グ装置の一例を示す概略構成図、図3は耐イオン改質層
の赤外線(IR)吸収スペクトルを示すグラフ、図4は
エッチング中のプラズマ分光スペクトルを示すグラフで
ある。
【0018】まず、図2に基づいて反応性イオンエッチ
ング装置の概略構成について説明する。この装置は、例
えばステンレススチール等よりなる円筒状の処理容器1
を有しており、この中の底部に例えば13.56MHz
の高周波電源3に接続されたカソード電極4が設けられ
ている。このカソード電極4はシールド2と絶縁がとら
れている。このカソード電極4の形状は、基板形状に対
応させて例えば円形に形成され、この上面に被処理体と
しての基板5が載置保持される。このカソード電極4の
材料としてはSiN等の窒化物或いはSi等のエッチン
グされやすいものを用いる。基板5としては、シリコン
(Si)基板、ガラス基板、セラミックス基板等を用い
ることができる。このカソード電極4には、プラズマ処
理時において加熱された電極を冷却するための水冷機構
6が設けられている。
【0019】また、上記カソード電極4に対向させて、
処理容器1内の上部には、反応ガス供給ヘッドを兼ねた
円板状のアノード電極7が設けられており、このアノー
ド電極7は接地されると共に反応ガス供給系10に接続
され、電極の下面全体に設けたガス噴射孔8から反応ガ
スを容器内へ供給するようになっている。尚、このアノ
ード電極7には必要に応じて第2のガスを供給するため
の第2のガス供給系11が接続されている。
【0020】ここで上記各電極4、7の大きさは基板5
の面積以上の大きさに設定し、好ましくは2倍以上の大
きさに設定する。また、処理容器1の側部には、図示し
ない真空ポンプに接続された真空排気系16が接続され
ている。
【0021】次に、以上のような装置を用いて行なわれ
る本発明のドライエッチング方法について説明する。ま
ず、エッチングに先立って、図1(A)に示すように、
Siガラス、セラミックス等よりなる基板5上に、金属
薄膜、半導体薄膜、金属シリサイド薄膜、絶縁物薄膜等
の被エッチング材としての被エッチング薄膜12を形成
しており、この薄膜12の上面に、例えばノボラック系
ポジレジスト(OFPR−800、商品名)等よりなる
フォトレジスト膜13を例えばスピンコート法により形
成する。そして、このレジスト膜を熱硬化させた後、フ
ォトリソグラフ工程によりフォトマスク14を用いて露
光してパターニングすることにより、レジスト膜から図
1(B)に示すようなマスク材15を形成する。
【0022】このようにしてパターニングされたマスク
材15を形成したならば、図1に示したエッチング装置
を用いてエッチング処理を行なう。この時のエッチング
条件は、反応(エッチング)ガスとしてはCHF3 ガス
を用い、ガス流量及びガス圧力はそれぞれ30SCCM
及び20mmTorrに設定する。基板5とアノード電
極7との基板間距離は50mmに設定し、高周波電源3
の周波数及びパワー密度はそれぞれ13.56MHz及
び3.5W/cm2 に設定される。このパワー密度は従
来の2倍以上の値である。上記した条件によりエッチン
グを行なうことにより図1(C)に示すようにエッチン
グの進行と共にレジスト膜よりなるマスク材15の全表
面に[C−N]結合を含む耐イオン改質層17が徐々に
形成されることになる。
【0023】この耐イオン改質層17は、膜質が緻密な
ことから耐イオン衝撃性に特に優れており、従って膜減
りが少なくなって選択比が大きくなる。しかも、この改
質層17を形成する材料はプラズマ雰囲気中から常に供
給されるために、一層その膜減りは少なくなる。この結
果、被エッチング薄膜に対しては高い異方性のエッチン
グ処理を施すことが可能となる。尚、カソード電極4の
材料としてSi材を用いた場合には、反応ガスに加えて
第2のガスとしてN2 ガスを添加する。この場合、N2
ガスの流量はCHF3 ガスの流量に対して流量比で10
〜30%程度の範囲内に設定する。
【0024】このようにして図1(D)に示すように被
エッチング薄膜12にエッチング溝18を形成したなら
ば、レジスト膜よりなるマスク材15を例えばアセトン
等の有機溶媒により溶かして除去し、所望のエッチング
パターンを得る。上記した図1(C)における耐イオン
改質層17の同定は、レジスト膜よりなるマスク材15
の赤外線吸収スペクトルをとることにより行なうことが
できる。図3はこの時の赤外線吸収スペクトルを示し、
ピークポイントAは[C−F]結合の存在を示し、ピー
クポイントA2は[C−F=]結合の存在を示してい
る。また、耐イオン改質層生成の確認方法としては、エ
ッチング処理中のプラズマ分光スペクトルからも行なう
ことができる。図4はこのエッチング中の分光スペクト
ルを示し、スペクトルB1は[C−N]の標準スペクト
ルであり、スペクトルB2のピークP1は[C−N]結
合の存在を示すものである。
【0025】上述のように本発明方法でエッチング処理
を行なった結果を従来方法の場合と比較すると、被エッ
チング薄膜としてSiO2 膜をエッチングした場合に
は、選択比は従来方法の時には3.0であったが本発明
方法の時には7.0となり、TiO2 膜をエッチングし
た場合には、選択比は従来方法の時には1以下であった
が本発明方法の時には2.6となり、共に従来方法の場
合と比較して2倍以上となって良好な結果を得ることが
できた。
【0026】ドライエッチング時の工程数に関しては、
従来方法の場合にはパターニング工程、シリル化処理工
程、N2 プラズマによるレジスト表面処理工程、O2
よるレジストのエッチング及びドライエッチング工程を
順次行なわなければならなかったが、本発明方法の場合
には、パターニング工程とドライエッチング工程のみを
行なえば良く、従来方法と比較して前処理をなくして大
幅に工程数を削減することができ、製品コストを抑制す
ることが可能となった。
【0027】また、従来方法において必要とされたシリ
ル化処理工程をなくすことができるので、環境を汚染す
ることも抑制することができ、クリーンな処理を行なう
ことができる。尚、上記実施例にあっては、基板載置台
2側に高周波電源3を接続したが、これに限定されず上
部電極側に高周波電源3を接続してアノードとカソード
を上下逆に設定してもよい。更には、反応ガスとしてC
HF3 ガスを例にとって説明したが、これに限定され
ず、他のエッチングガスを用いてもよいのは勿論であ
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエッチン
グ方法によれば次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。ドライエッチング中にマスク材の表面に耐
イオン改質層を形成するようにしたので、エッチング用
の前処理を不要にすることができることから、工程数を
大幅に削減することができ、コストの削減を図ることが
できる。従来方法において必要とされたシリル化処理を
不要にすることができるので、環境汚染を抑制すること
ができる。また、耐イオン改質層の原料はエッチング処
理中にも補給されるので耐イオン衝撃性が高くなり、選
択比及び異方性を大幅に改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のドライエッチング方法の一例を説明す
るための工程図である。
【図2】本発明方法を実施するための反応性イオンエッ
チング装置の一例を示す概略構成図である。
【図3】耐イオン改質層の赤外線吸収スペクトルを示す
グラフである。
【図4】エッチング中のプラズマ分光スペクトルを示す
グラフである。
【符号の説明】
1…処理容器、2…シールド、3…高周波電源、4…カ
ソード電極、5…基板、7…アノード電極、9…反応ガ
ス、12…被エッチング薄膜(被エッチング材)、13
…レジスト膜、14…フォトマスク、15…マスク材、
17…耐イオン改質層、18…エッチング溝。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パターン形成されたレジスト膜等の光感
    光性樹脂をマスク材として被エッチング材をドライエッ
    チングして微細加工を行なうドライエッチング方法にお
    いて、前記マスク材の表面に耐イオン改質層を形成しつ
    つ前記被エッチング材をドライエッチングすることによ
    り微細加工を行なうように構成したことを特徴とするド
    ライエッチング方法。
JP26566193A 1993-09-29 1993-09-29 ドライエッチング方法 Pending JPH07106310A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004003988A1 (ja) * 2002-06-27 2004-01-08 Tokyo Electron Limited プラズマ処理方法
WO2007052534A1 (ja) * 2005-10-31 2007-05-10 Tokyo Electron Limited エッチング方法及びエッチング装置
JP2007317889A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Tokyo Electron Ltd エッチング方法
US7473377B2 (en) 2002-06-27 2009-01-06 Tokyo Electron Limited Plasma processing method

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