JPH0864586A - 多層レジストのプラズマエッチング用方法及び装置 - Google Patents
多層レジストのプラズマエッチング用方法及び装置Info
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- JPH0864586A JPH0864586A JP7151936A JP15193695A JPH0864586A JP H0864586 A JPH0864586 A JP H0864586A JP 7151936 A JP7151936 A JP 7151936A JP 15193695 A JP15193695 A JP 15193695A JP H0864586 A JPH0864586 A JP H0864586A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31127—Etching organic layers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改善された多層レジスト（"MLR" ）のエッチ
ングに対する方法を提供すること。 【構成】 本発明は、半導体が低温で保持された配置さ
れる電極の利用、フッ素のような小さな比率のハロゲン
を備えた酸素プラズマのような、ガスプラズマの使用か
ら成る。
ングに対する方法を提供すること。 【構成】 本発明は、半導体が低温で保持された配置さ
れる電極の利用、フッ素のような小さな比率のハロゲン
を備えた酸素プラズマのような、ガスプラズマの使用か
ら成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハの処理
方法に関する。特に、薄膜内のマスクパターンの模写の
最適精度の為、フォトレジスト層内に至近の垂直壁プロ
ファイルが達成されるようにウエハ上に集積回路を作製
する間、当該ウエハのフォトレジスト層上のマスクのパ
ターンを模写するプロセスに関する。
方法に関する。特に、薄膜内のマスクパターンの模写の
最適精度の為、フォトレジスト層内に至近の垂直壁プロ
ファイルが達成されるようにウエハ上に集積回路を作製
する間、当該ウエハのフォトレジスト層上のマスクのパ
ターンを模写するプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体処理において、集積回路構造形成
中の構造プロファイルの制御は重要である。プロファイ
ル制御を達成する出発点は、清浄かつ直線構造のマスク
を造成(development) することであり、それを介してマ
スクパターンはマスクが配置されるウエハのフォトレジ
スト層上に模写される。
中の構造プロファイルの制御は重要である。プロファイ
ル制御を達成する出発点は、清浄かつ直線構造のマスク
を造成(development) することであり、それを介してマ
スクパターンはマスクが配置されるウエハのフォトレジ
スト層上に模写される。
【０００３】最終的に造成されたフォトレジストにおい
て画成されるパターン壁が可能な限り直線であり垂直で
あることが重要である。これが、その造成されたフォト
レジストによりマスクされた層のエッチング中に、下に
ある金属又はポリシリコン層内の対応する直線壁を達成
する可能性を最適化する。フォトリソグラフィの実施に
おいて、そのような直線および垂直な壁は達成するのが
困難である。そのようなフォトリソグラフィにおいて、
一般的に遭遇する問題は以下の通りである：露出の間に
光を反射する下地（underlying）金属あるいはポリシリ
コンの為の粗末な寸法及び壁プロファイル制御；そのフ
ォトレジストの厚さに対する回路構造寸法の微小（smal
lness ）のためのギザギザの（jagged）ホトレジスト
壁；粗末なフォトレジスト造成を導くフォトレジスト厚
の変動のためのウエハにわたる造成処理に対する不均一
露出；および、ウエット化学造成の全方向性性質のため
の造成フォトレジスト層の中の非垂直壁。
て画成されるパターン壁が可能な限り直線であり垂直で
あることが重要である。これが、その造成されたフォト
レジストによりマスクされた層のエッチング中に、下に
ある金属又はポリシリコン層内の対応する直線壁を達成
する可能性を最適化する。フォトリソグラフィの実施に
おいて、そのような直線および垂直な壁は達成するのが
困難である。そのようなフォトリソグラフィにおいて、
一般的に遭遇する問題は以下の通りである：露出の間に
光を反射する下地（underlying）金属あるいはポリシリ
コンの為の粗末な寸法及び壁プロファイル制御；そのフ
ォトレジストの厚さに対する回路構造寸法の微小（smal
lness ）のためのギザギザの（jagged）ホトレジスト
壁；粗末なフォトレジスト造成を導くフォトレジスト厚
の変動のためのウエハにわたる造成処理に対する不均一
露出；および、ウエット化学造成の全方向性性質のため
の造成フォトレジスト層の中の非垂直壁。
【０００４】多層レジストが、上述した問題を軽減する
為に提案されてきた。図１で示されるように、多層レジ
ストは、典型的には、３以上の層: パターニングされた
フォトレジストの頂層１；二酸化珪素か他の硬質膜の中
間層２；およびフォトレジストの下層３を含む。これら
の下には、もちろん、金属及び／又はポリシリコン又は
基板の下地層（underlying layers ）がある。頂層１の
パターニングは、通常、従来のリソグラフィ法を介して
形成される。
為に提案されてきた。図１で示されるように、多層レジ
ストは、典型的には、３以上の層: パターニングされた
フォトレジストの頂層１；二酸化珪素か他の硬質膜の中
間層２；およびフォトレジストの下層３を含む。これら
の下には、もちろん、金属及び／又はポリシリコン又は
基板の下地層（underlying layers ）がある。頂層１の
パターニングは、通常、従来のリソグラフィ法を介して
形成される。
【０００５】典型的に、図２に示されるように、ウエハ
はそれから従来のプラズマエッチング法を用いてエッチ
ングされ、最上のフォトレジスト層内空隙のパターンに
対応する中間層２の領域が除去される。一旦、中間層２
のエッチングが層１のパターンをその中で確立する為に
完了すると、低圧雰囲気中の酸素支持プラズマ（oxygen
-bearing plasma ）を用い、ウエハを摂氏約２５度から
４０度に冷却してフォトレジストの焼き付けを防止しつ
つ、エッチングが継続される。この酸素- プラズマエッ
チングは頂層１および中間層２のパターンを、図３に図
示されるように、フォトレジストの下層３にまで追い込
む。同時に、酸素- 支持プラズマの下に、フォトレジス
トの残存した上層１は除去され、フォトレジストの残っ
ている上位の層１は削除され、そのパターンは十分に下
層フォトレジスト３までエッチングされる。前のエッチ
ング・ステップの後に残る中間層２の面積は、酸素- 支
持プラズマに抵抗力があるが、下部のフォトレジスト３
は当該パターンが下のフォトレジストまで所望の深さに
エッチングされることを許容しない。理想的なポスト-
エッチング・フォトレジストプロフィルは、図４で示さ
れる。中間層はエッチングに対し抵抗力があり、そのた
め、それ自体は存続し、下部フォトレジストのエッチン
グを導く為に二次パターンを提供し、改善された異方性
のより良好な寸法損失制御のために、仕上げられた多層
レジストの垂直壁は、一層精度良く当初の上部フォトレ
ジスト１のオリジナルのパターンを再生し、さらに、エ
ッチングされた形状の底部の横寸法５’は、上部フォト
レジスト１の当初のパターンの横寸法５のより精度の良
い再生になる。
はそれから従来のプラズマエッチング法を用いてエッチ
ングされ、最上のフォトレジスト層内空隙のパターンに
対応する中間層２の領域が除去される。一旦、中間層２
のエッチングが層１のパターンをその中で確立する為に
完了すると、低圧雰囲気中の酸素支持プラズマ（oxygen
-bearing plasma ）を用い、ウエハを摂氏約２５度から
４０度に冷却してフォトレジストの焼き付けを防止しつ
つ、エッチングが継続される。この酸素- プラズマエッ
チングは頂層１および中間層２のパターンを、図３に図
示されるように、フォトレジストの下層３にまで追い込
む。同時に、酸素- 支持プラズマの下に、フォトレジス
トの残存した上層１は除去され、フォトレジストの残っ
ている上位の層１は削除され、そのパターンは十分に下
層フォトレジスト３までエッチングされる。前のエッチ
ング・ステップの後に残る中間層２の面積は、酸素- 支
持プラズマに抵抗力があるが、下部のフォトレジスト３
は当該パターンが下のフォトレジストまで所望の深さに
エッチングされることを許容しない。理想的なポスト-
エッチング・フォトレジストプロフィルは、図４で示さ
れる。中間層はエッチングに対し抵抗力があり、そのた
め、それ自体は存続し、下部フォトレジストのエッチン
グを導く為に二次パターンを提供し、改善された異方性
のより良好な寸法損失制御のために、仕上げられた多層
レジストの垂直壁は、一層精度良く当初の上部フォトレ
ジスト１のオリジナルのパターンを再生し、さらに、エ
ッチングされた形状の底部の横寸法５’は、上部フォト
レジスト１の当初のパターンの横寸法５のより精度の良
い再生になる。
【０００６】多層レジストの他の作製方法は、例えば、
コープマンとローランド、ソリッドステートテクノロジ
ー、１９８７年６月（Coopmans and Roland, Solid Sta
te Technology ）(June 1987) にて説明されているよう
に、シリレーション（silylation）である。シリレーシ
ョンは、図５に示されるように、２層フォトレジスト構
造を包含する。底層６は、図４の三段階構造の底層に対
応する通常のフォトレジストである。しかし、頂層７
は、シリコンを含んでいるフォトレジストの比較的に薄
い膜である。酸素- 支持プラズマに晒されている間、フ
ォトレジストの頂層７におけるシリコンが酸化され、そ
れ自体、エッチングに対し抵抗力を有する堅い材料に変
形する(transform) 。それから、この頂層７は下部フォ
トレジスト層６に対するマスクになる。というのも、層
６の露出部分はエッチングされてなくなるが、それ（頂
層７）はプラズマの下で存続し硬化するからである。オ
リジナルのマスク・パターンは、改善された異方性とよ
り良好な寸法損失の制御をもって、再び図４のようなプ
ロファイルが再生される。
コープマンとローランド、ソリッドステートテクノロジ
ー、１９８７年６月（Coopmans and Roland, Solid Sta
te Technology ）(June 1987) にて説明されているよう
に、シリレーション（silylation）である。シリレーシ
ョンは、図５に示されるように、２層フォトレジスト構
造を包含する。底層６は、図４の三段階構造の底層に対
応する通常のフォトレジストである。しかし、頂層７
は、シリコンを含んでいるフォトレジストの比較的に薄
い膜である。酸素- 支持プラズマに晒されている間、フ
ォトレジストの頂層７におけるシリコンが酸化され、そ
れ自体、エッチングに対し抵抗力を有する堅い材料に変
形する(transform) 。それから、この頂層７は下部フォ
トレジスト層６に対するマスクになる。というのも、層
６の露出部分はエッチングされてなくなるが、それ（頂
層７）はプラズマの下で存続し硬化するからである。オ
リジナルのマスク・パターンは、改善された異方性とよ
り良好な寸法損失の制御をもって、再び図４のようなプ
ロファイルが再生される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、フォトレジス
ト層内に横たわるマスクパターンの正確な再生の為に、
フォトレジスト層のプラズマエッチングを制御すること
は一般的に困難である。より典型的な問題の幾つかは、
図６による誇張された形状で図示された硬いマスクのア
ンダーカットであって、その硬いマスクの端部付近の硬
いマスク下の領域がプラズマにより侵食され、当該マス
クの開口より広いエッチング領域の幅になる、上記アン
ダーカット；図７の誇張された形状で図示されている構
造の撓み（bowing）であって、フォトレジスト層の高さ
を有する中間層がプラズマにより侵食される、無骨な
（angular ）イオン衝撃のためと考えられるもの；およ
びエッチング処理中にわたりマスク開口の幅を正確に維
持し、エッチングされた結果の領域が当該マスクの対応
する開口より広い、寸法損失（図８において、Δｘで図
示）である。これらの理由のために、多層フォトレジス
ト処理の長所は、充分に実際問題として実現するのが難
しいと判明した。
ト層内に横たわるマスクパターンの正確な再生の為に、
フォトレジスト層のプラズマエッチングを制御すること
は一般的に困難である。より典型的な問題の幾つかは、
図６による誇張された形状で図示された硬いマスクのア
ンダーカットであって、その硬いマスクの端部付近の硬
いマスク下の領域がプラズマにより侵食され、当該マス
クの開口より広いエッチング領域の幅になる、上記アン
ダーカット；図７の誇張された形状で図示されている構
造の撓み（bowing）であって、フォトレジスト層の高さ
を有する中間層がプラズマにより侵食される、無骨な
（angular ）イオン衝撃のためと考えられるもの；およ
びエッチング処理中にわたりマスク開口の幅を正確に維
持し、エッチングされた結果の領域が当該マスクの対応
する開口より広い、寸法損失（図８において、Δｘで図
示）である。これらの理由のために、多層フォトレジス
ト処理の長所は、充分に実際問題として実現するのが難
しいと判明した。
【０００８】従って、上に横たわるマスクパターンの、
改善された再現のために、フォトレジスト層のプラズマ
エッチングのより良好な制御を提供する方法が望まれる
のであろう。
改善された再現のために、フォトレジスト層のプラズマ
エッチングのより良好な制御を提供する方法が望まれる
のであろう。
【０００９】また、改善された異方性で所望のパターン
を再生するために、多層レジストの潜在性を十分に利用
する、多層レジストを連続してエッチングする方法も、
非常に望ましいであろう。
を再生するために、多層レジストの潜在性を十分に利用
する、多層レジストを連続してエッチングする方法も、
非常に望ましいであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の幅広
い態様によると、上に横たわるマスクパターンおよび半
導体ウエハ上のフォトレジストの層に従って、エッチン
グの為のプラズマを利用する新しい方法が提供されてい
る。その方法は、マスクパターンにより露出されたまま
に残されたフォトレジストの領域を選択的にエッチング
するであろう、処理チャンバ内で少なくとも１種のガス
を用いて大気圧未満で前記処理チャンバを維持するステ
ップを含む。また、その方法は、そのパターンに従って
改善された異方性でフォトレジスト層をエッチングする
ために、当該チャンバ内でプラズマを維持する間、摂氏
約１０度からマイナス摂氏７０度未満の減少された温度
（a reducedtemperature ）で、ウエハを当該チャンバ
内に維持するステップも含む。
い態様によると、上に横たわるマスクパターンおよび半
導体ウエハ上のフォトレジストの層に従って、エッチン
グの為のプラズマを利用する新しい方法が提供されてい
る。その方法は、マスクパターンにより露出されたまま
に残されたフォトレジストの領域を選択的にエッチング
するであろう、処理チャンバ内で少なくとも１種のガス
を用いて大気圧未満で前記処理チャンバを維持するステ
ップを含む。また、その方法は、そのパターンに従って
改善された異方性でフォトレジスト層をエッチングする
ために、当該チャンバ内でプラズマを維持する間、摂氏
約１０度からマイナス摂氏７０度未満の減少された温度
（a reducedtemperature ）で、ウエハを当該チャンバ
内に維持するステップも含む。
【００１１】本発明の更なる態様によると、他の新規な
方法は横たわる開口付きマスクに従い、半導体ウエハの
フォトレジスト層をプラズマエッチング処理することを
備えている。この方法は、チャンバ内で半導体ウエハを
支持する為の電極を準備するステップ、チャンバ内で大
気圧未満の圧力にて酸素支持雰囲気を維持するステッ
プ、および当該チャンバ内でフォトレジスト層をエッチ
ングするためにプラズマを確立するステップを含んでい
る。また、その方法は、マスク開口に従い改善された異
方性をもってフォトレジスト層のエッチングを促進する
ために、プラズマを維持している間、電極を冷却し、ウ
エハ及び電極間にガスを提供してその間の熱を伝達する
ことにより、実質的に通常の周囲の処理温度以下に減少
された温度で当該ウエハを維持するステップも含む。
方法は横たわる開口付きマスクに従い、半導体ウエハの
フォトレジスト層をプラズマエッチング処理することを
備えている。この方法は、チャンバ内で半導体ウエハを
支持する為の電極を準備するステップ、チャンバ内で大
気圧未満の圧力にて酸素支持雰囲気を維持するステッ
プ、および当該チャンバ内でフォトレジスト層をエッチ
ングするためにプラズマを確立するステップを含んでい
る。また、その方法は、マスク開口に従い改善された異
方性をもってフォトレジスト層のエッチングを促進する
ために、プラズマを維持している間、電極を冷却し、ウ
エハ及び電極間にガスを提供してその間の熱を伝達する
ことにより、実質的に通常の周囲の処理温度以下に減少
された温度で当該ウエハを維持するステップも含む。
【００１２】本発明の他の態様によると、半導体基板の
メインフォトレジスト層をエッチング処理方法は、酸素
プラズマに対し抵抗力を有する領域を有する層および大
気圧未満の圧力で処理チャンバ内のウエハの為に酸素支
持雰囲気を提供する所望パターン内に配列されたこれら
の領域をもって、前記メインフォトレジスト層上に横た
わる層を準備する工程と、当該チャンバ内で酸素支持プ
ラズマを確立する工程とを含む。また、その方法は、プ
ラズマに対し抵抗力を有する上に横たわる層（overlyin
g layer ）の前記領域により保護されていないメインフ
ォトレジスト層のこれらの層をプラズマにエッチングさ
せるために、マスクとして作用する上に横たわる層内
で、当該ウエハをプラズマに晒す工程も含む。最後に、
その方法は、前述した所望パターンに従うメインフォト
レジスト層のそのようなエッチングの改善された異方性
のために、水の凍結温度以下に減少された温度でウエハ
を維持する工程も含む。
メインフォトレジスト層をエッチング処理方法は、酸素
プラズマに対し抵抗力を有する領域を有する層および大
気圧未満の圧力で処理チャンバ内のウエハの為に酸素支
持雰囲気を提供する所望パターン内に配列されたこれら
の領域をもって、前記メインフォトレジスト層上に横た
わる層を準備する工程と、当該チャンバ内で酸素支持プ
ラズマを確立する工程とを含む。また、その方法は、プ
ラズマに対し抵抗力を有する上に横たわる層（overlyin
g layer ）の前記領域により保護されていないメインフ
ォトレジスト層のこれらの層をプラズマにエッチングさ
せるために、マスクとして作用する上に横たわる層内
で、当該ウエハをプラズマに晒す工程も含む。最後に、
その方法は、前述した所望パターンに従うメインフォト
レジスト層のそのようなエッチングの改善された異方性
のために、水の凍結温度以下に減少された温度でウエハ
を維持する工程も含む。
【００１３】これらの改善された方法は、シリレーショ
ンに依拠し、典型的に２層フォトレジスト構造を包含す
る、フォトレジスト技術と同様に、３以上の層を包含す
る多層レジスト技術の両方に等しく適用可能である。低
温プロセスは、迅速なエッチング速度及び他の利益を与
えるが、さもなければ壁プロファイル問題を導くという
プラズマエッチング化学的性質の使用を許容する。エッ
チング処理の異方性性能の顕著な改善の為に、減少され
たアンダーカッテイング及び撓み及び減少された寸法精
度の損失を含み、所望パターンを最終的フォトレジスト
層へと再生する、より良い精度の制御が達成される。
ンに依拠し、典型的に２層フォトレジスト構造を包含す
る、フォトレジスト技術と同様に、３以上の層を包含す
る多層レジスト技術の両方に等しく適用可能である。低
温プロセスは、迅速なエッチング速度及び他の利益を与
えるが、さもなければ壁プロファイル問題を導くという
プラズマエッチング化学的性質の使用を許容する。エッ
チング処理の異方性性能の顕著な改善の為に、減少され
たアンダーカッテイング及び撓み及び減少された寸法精
度の損失を含み、所望パターンを最終的フォトレジスト
層へと再生する、より良い精度の制御が達成される。
【００１４】
【実施例】その中で、底層レジストのエッチングの為に
準備された多層レジスト構造で被われた半導体ウエハが
起動材料である。好ましい起動多層レジスト構造の側面
図が図１に示される。通常は二酸化珪素で形成されたハ
ードマスクを備える中間層に対し、フォトレジスト頂層
１は開口するように造成されている。そして、そのハー
ドマスクは、プラズマまたは他の方法を用いてエッチン
グされ、フォトレジスト下層３が頂層１およびハードマ
スク２により形成されたマスクを介して露出する。
準備された多層レジスト構造で被われた半導体ウエハが
起動材料である。好ましい起動多層レジスト構造の側面
図が図１に示される。通常は二酸化珪素で形成されたハ
ードマスクを備える中間層に対し、フォトレジスト頂層
１は開口するように造成されている。そして、そのハー
ドマスクは、プラズマまたは他の方法を用いてエッチン
グされ、フォトレジスト下層３が頂層１およびハードマ
スク２により形成されたマスクを介して露出する。
【００１５】代案として、起動材料は、当該レジストの
非シリレート部分（non-silylatedportion ）のエッチ
ングを提供する際、露出されてきたシリレートレジスト
（asilylated resist）で被覆された半導体ウエハであ
る。
非シリレート部分（non-silylatedportion ）のエッチ
ングを提供する際、露出されてきたシリレートレジスト
（asilylated resist）で被覆された半導体ウエハであ
る。
【００１６】本発明の処理を実行する際に使用されるエ
ッチング装置は、所望温度にウエハを冷却するように企
図されたサイズのウエハを支持する能力があり、所望の
ガス流、圧力、パワー、更に必要であれば磁界を提供で
きる、どんなプラズマエッチング装置であってもよい。
これに限定されるものではないが、そのような市販の装
置の例に、アプライドマテリアルズ社（Applied Materi
als, Inc. ）からのプレシジョン５０００磁気強化型反
応性イオンエッチングシステム(the Precision5000 Mag
netically Enhanced Reactive lon Etch System) 、お
よびアプライドマテリアルズ社からのセンチュラHDP 誘
電型エッチングシステム(the Centura HDP Dielectric
Etch System)が含まれる。
ッチング装置は、所望温度にウエハを冷却するように企
図されたサイズのウエハを支持する能力があり、所望の
ガス流、圧力、パワー、更に必要であれば磁界を提供で
きる、どんなプラズマエッチング装置であってもよい。
これに限定されるものではないが、そのような市販の装
置の例に、アプライドマテリアルズ社（Applied Materi
als, Inc. ）からのプレシジョン５０００磁気強化型反
応性イオンエッチングシステム(the Precision5000 Mag
netically Enhanced Reactive lon Etch System) 、お
よびアプライドマテリアルズ社からのセンチュラHDP 誘
電型エッチングシステム(the Centura HDP Dielectric
Etch System)が含まれる。
【００１７】本発明のプロセスは、次のように実行され
るのが好ましい。ウエハは、プラズマエッチングチャン
バ内に置かれる。そのウエハは、一例として機械または
静電気クランプにより、カソードとして貢献する電極表
面上に保持される。そのウエハは、水の凝固点以下に冷
却される。処理中、水およびカソード表面の冷却状態を
維持する為に流体冷媒が流れる、カソード内側に内蔵さ
れたチャンネルによって、カソード表面は冷えた状態に
保たれる。カソード内の開口を通じて流れ、ウエハ裏面
と冷却表面間の空間を塞ぐガスを用いて、ウエハと冷却
カソード表面間の熱伝達は確保されている。そのガス
は、当該ウエハの処理中、チャンバ圧力より大きい圧力
で保持されている。この方法でウエハの冷却が示される
例として、米国特許題２１５６１９のチェンの開示を参
照。しかし、本発明の処理においては、カソードの温度
は非常に低く、摂氏約１０度からマイナス７０度、好ま
しくは、マイナス３０度以下という過冷されたレベルに
維持される。そのような低いカソード温度を成し遂げる
ために、カソードのチャンネル内にフルオリナート（Fl
uorinert）のような冷媒を循環させることが好ましい。
そのような低温に冷却することがより良好な壁プロファ
イルを形成するという理由が、低温はプラズマエッチン
グ雰囲気による横方向のエッチングから当該フォトレジ
ストを保護する、フォトレジスト壁上に形成するフィル
ム層を提供することであるということが推測される。
るのが好ましい。ウエハは、プラズマエッチングチャン
バ内に置かれる。そのウエハは、一例として機械または
静電気クランプにより、カソードとして貢献する電極表
面上に保持される。そのウエハは、水の凝固点以下に冷
却される。処理中、水およびカソード表面の冷却状態を
維持する為に流体冷媒が流れる、カソード内側に内蔵さ
れたチャンネルによって、カソード表面は冷えた状態に
保たれる。カソード内の開口を通じて流れ、ウエハ裏面
と冷却表面間の空間を塞ぐガスを用いて、ウエハと冷却
カソード表面間の熱伝達は確保されている。そのガス
は、当該ウエハの処理中、チャンバ圧力より大きい圧力
で保持されている。この方法でウエハの冷却が示される
例として、米国特許題２１５６１９のチェンの開示を参
照。しかし、本発明の処理においては、カソードの温度
は非常に低く、摂氏約１０度からマイナス７０度、好ま
しくは、マイナス３０度以下という過冷されたレベルに
維持される。そのような低いカソード温度を成し遂げる
ために、カソードのチャンネル内にフルオリナート（Fl
uorinert）のような冷媒を循環させることが好ましい。
そのような低温に冷却することがより良好な壁プロファ
イルを形成するという理由が、低温はプラズマエッチン
グ雰囲気による横方向のエッチングから当該フォトレジ
ストを保護する、フォトレジスト壁上に形成するフィル
ム層を提供することであるということが推測される。
【００１８】エッチングチャンバーは、ミリトールのオ
ーダーの圧力まで空気抜きされる。１０ミリトール未満
の圧力は好ましいが、約２から１００ミリトールの圧力
でも十分に動作するだろう。そのような本質的に大気圧
未満の圧力で維持されたチャンバーで、酸素は、所定の
処理圧力、好ましくは１０ミリトール未満、が維持され
るような流速でチャンバ内に導入される。
ーダーの圧力まで空気抜きされる。１０ミリトール未満
の圧力は好ましいが、約２から１００ミリトールの圧力
でも十分に動作するだろう。そのような本質的に大気圧
未満の圧力で維持されたチャンバーで、酸素は、所定の
処理圧力、好ましくは１０ミリトール未満、が維持され
るような流速でチャンバ内に導入される。
【００１９】圧力およびガスの安定状態にて、チャンバ
内で通常、１００から１０００ワットのオーダーの電力
を、水が占めるチャンバカソードおよび当該カソード電
極と間隔を開けて配置された接地電極間に印加すること
により、プラズマが点火される。当業者にとって周知で
あるように、プラズマに磁界を適用することにより、ま
たは誘導結合型プラズマを用いることにより、プラズマ
濃度は強化される。そのような磁界強化を実施するプラ
ズマチャンバの例は、米国特許第４６６８３３８および
４８４２６８３である。両方とも引用形式で導入され
る。
内で通常、１００から１０００ワットのオーダーの電力
を、水が占めるチャンバカソードおよび当該カソード電
極と間隔を開けて配置された接地電極間に印加すること
により、プラズマが点火される。当業者にとって周知で
あるように、プラズマに磁界を適用することにより、ま
たは誘導結合型プラズマを用いることにより、プラズマ
濃度は強化される。そのような磁界強化を実施するプラ
ズマチャンバの例は、米国特許第４６６８３３８および
４８４２６８３である。両方とも引用形式で導入され
る。
【００２０】フォトレジストのエッチングはプラズマの
点火から始まる。酸素プラズマは、フォトレジストの開
口領域と反応し、それによって、フォトレジストを除去
する。
点火から始まる。酸素プラズマは、フォトレジストの開
口領域と反応し、それによって、フォトレジストを除去
する。
【００２１】冷却カソードは、フォトレジストのマスク
されていない領域がエッチングされている間、プラズマ
に晒されたフォトレジストの領域を保護する為に、エッ
チング中にフォトレジストの側部に沿って保護壁を形成
することを支援する。制御機構は、当該技術分野で周知
のように、エッチング処理の間、水冷却速度と同様に安
定したガス流または圧力を維持する為に、適所に存在す
べきである。エッチング処理は、図２〜図４を考慮する
ことによって、時間のスナップショットで考察されるこ
とができる。図２は、酸素支持プラズマが点火される瞬
間におけるフォトレジスト構造として考察できる。その
処理の間、図３にて示されるように、下にあるフォトレ
ジストは除去される。横エッチングを防止する保護側部
は、フォトレジストをマスクパターンに従って除去され
るのを可能にする。図４は、エッチング後のフォトレジ
ストの結果として生じるプロファイルを図示するが、エ
ッチングされたフォトレジストの側部が直線で垂直であ
る点に注意されたい。
されていない領域がエッチングされている間、プラズマ
に晒されたフォトレジストの領域を保護する為に、エッ
チング中にフォトレジストの側部に沿って保護壁を形成
することを支援する。制御機構は、当該技術分野で周知
のように、エッチング処理の間、水冷却速度と同様に安
定したガス流または圧力を維持する為に、適所に存在す
べきである。エッチング処理は、図２〜図４を考慮する
ことによって、時間のスナップショットで考察されるこ
とができる。図２は、酸素支持プラズマが点火される瞬
間におけるフォトレジスト構造として考察できる。その
処理の間、図３にて示されるように、下にあるフォトレ
ジストは除去される。横エッチングを防止する保護側部
は、フォトレジストをマスクパターンに従って除去され
るのを可能にする。図４は、エッチング後のフォトレジ
ストの結果として生じるプロファイルを図示するが、エ
ッチングされたフォトレジストの側部が直線で垂直であ
る点に注意されたい。
【００２２】マイクロマスキングを抑制するために、酸
素にわずかな比率のフッ素含有ガスを添加することが好
ましい。図９は、マイクロマスキングの良くない影響を
図示するもので、フォトレジスト材のアイランド８は、
さもなければ完全にエッチングで除去された、領域１１
内で存続してしまう。この影響は、マスク開口の下に存
在するフォトレジストの領域に落下するハードマスクか
らの粒子によるものであると考えられている。そのよう
な硬い粒子は、粒子の下に横たわるフォトレジストのエ
ッチングを邪魔し、もって、マスク開口の下のフォトレ
ジストの残部がエッチングで除去される間、アイランド
８が存続させることを許容する。そのような微小マスク
を形成し得る粒子を除去するために、粒子を形成する材
料をエッチングする傾向にある比較的に小さい比率のガ
スが処理に加えられる。ハードマスクは通常、シリコン
含有膜で形成されるので、マイクロマスキングを除去す
る為にフッ素含有ガスプラズマを使用することが好まし
い。しかし、シリコンと反応する他のハロゲン又はハロ
ゲン含有コンパウンドも使用できるであろう。
素にわずかな比率のフッ素含有ガスを添加することが好
ましい。図９は、マイクロマスキングの良くない影響を
図示するもので、フォトレジスト材のアイランド８は、
さもなければ完全にエッチングで除去された、領域１１
内で存続してしまう。この影響は、マスク開口の下に存
在するフォトレジストの領域に落下するハードマスクか
らの粒子によるものであると考えられている。そのよう
な硬い粒子は、粒子の下に横たわるフォトレジストのエ
ッチングを邪魔し、もって、マスク開口の下のフォトレ
ジストの残部がエッチングで除去される間、アイランド
８が存続させることを許容する。そのような微小マスク
を形成し得る粒子を除去するために、粒子を形成する材
料をエッチングする傾向にある比較的に小さい比率のガ
スが処理に加えられる。ハードマスクは通常、シリコン
含有膜で形成されるので、マイクロマスキングを除去す
る為にフッ素含有ガスプラズマを使用することが好まし
い。しかし、シリコンと反応する他のハロゲン又はハロ
ゲン含有コンパウンドも使用できるであろう。
【００２３】底層のフォトレジストは、終点すなわちエ
ッチングされたフォトレジストの下方のフィルム層がチ
ャンバ雰囲気に露出するまで、エッチングされる。当該
ウエハの全体にわたりフォトレジストの完全なエッチン
グを確保するために必然的に合理的な程度にのみ、その
層は幾分かオーバーエッチングすることが勧められる。
ッチングされたフォトレジストの下方のフィルム層がチ
ャンバ雰囲気に露出するまで、エッチングされる。当該
ウエハの全体にわたりフォトレジストの完全なエッチン
グを確保するために必然的に合理的な程度にのみ、その
層は幾分かオーバーエッチングすることが勧められる。
【００２４】パワー、圧力、流速、および水温を変化さ
せた本発明に準じて実行された実験は、フォトレジスト
プロファイルがほとんど劇的に水温により影響され、ほ
んの少しだけ残りのエッチングパラメータに影響される
ということを示した。クリテイカル寸法、又は最小形状
の寸法が0.5 μm の幅を有する、各ウエハがマスク開口
の３段階レジストを備えた１５０mm径ウエハを使って、
各ウエハは異なる温度範囲摂氏プラス１０度から摂氏マ
イナス７０度でエッチングされた。その間、２sccm （s
tandard cubic centimeters per minute ）のＣＦ4 、
３５ sccm のＯ2 、１０ mTorr, ３００ワットの高周波
電源、及び４５ Gaussの磁場増強にて、残りのパラメー
タは一定に保持した。結果として生ずるフォトレジスト
プロフィルは、ＳＥＭ顕微鏡写真を使用して調べられ
た。結果として生ずるフォトレジストプロフィルのグラ
フィック・イラストにおいて、ウエハ温度（図10）の関
数（function）として、低いウエハ温度では異方性、ア
ンダーカットおよびクリテイカルな寸法損失の全てが改
善されたことが分かる。
せた本発明に準じて実行された実験は、フォトレジスト
プロファイルがほとんど劇的に水温により影響され、ほ
んの少しだけ残りのエッチングパラメータに影響される
ということを示した。クリテイカル寸法、又は最小形状
の寸法が0.5 μm の幅を有する、各ウエハがマスク開口
の３段階レジストを備えた１５０mm径ウエハを使って、
各ウエハは異なる温度範囲摂氏プラス１０度から摂氏マ
イナス７０度でエッチングされた。その間、２sccm （s
tandard cubic centimeters per minute ）のＣＦ4 、
３５ sccm のＯ2 、１０ mTorr, ３００ワットの高周波
電源、及び４５ Gaussの磁場増強にて、残りのパラメー
タは一定に保持した。結果として生ずるフォトレジスト
プロフィルは、ＳＥＭ顕微鏡写真を使用して調べられ
た。結果として生ずるフォトレジストプロフィルのグラ
フィック・イラストにおいて、ウエハ温度（図10）の関
数（function）として、低いウエハ温度では異方性、ア
ンダーカットおよびクリテイカルな寸法損失の全てが改
善されたことが分かる。
【００２５】この発明の文脈は半導体関連の応用に関係
するが、当該発明はここで説明された技術のタイプに必
要な半導体以外のいかなる応用にも適用されることが理
解される。
するが、当該発明はここで説明された技術のタイプに必
要な半導体以外のいかなる応用にも適用されることが理
解される。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、エッチングプロファイルの良好な制御を提
供し、寸法損失を最小限にとどめ、開口領域上に落下す
る粒子による開口領域のマイクロマスキングの除去する
一方、多層レジストエッチングを十分に高いエッチング
速度で同時に可能にする。
ているので、エッチングプロファイルの良好な制御を提
供し、寸法損失を最小限にとどめ、開口領域上に落下す
る粒子による開口領域のマイクロマスキングの除去する
一方、多層レジストエッチングを十分に高いエッチング
速度で同時に可能にする。
【図１】図１は、典型的な従来技術のエッチング前の３
層構造の横断面図を示す。
層構造の横断面図を示す。
【図２】図２は、その層において所望のパターンを確立
するために、中間および二次ハードマスク層がエッチン
グされた後の、図１の構造の横断面図を示す。
するために、中間および二次ハードマスク層がエッチン
グされた後の、図１の構造の横断面図を示す。
【図３】図３は、底部のフォトレジスト層のエッチング
中の時点での、図１及び図２の構造の横断面図を示す。
中の時点での、図１及び図２の構造の横断面図を示す。
【図４】図４は、エッチング処理が完了し理想的なフォ
トレジストプロファイルを提供する、図１の構造の横断
面図を示す。
トレジストプロファイルを提供する、図１の構造の横断
面図を示す。
【図５】図５は、シリレートされたフォトレジスト構造
のエッチング前およびエッチング後の横断面図を示す。
のエッチング前およびエッチング後の横断面図を示す。
【図６】図６は、アンダーカットのあるフォトレジスト
構造の横断面図を示す。
構造の横断面図を示す。
【図７】図７は、湾曲したフォトレジスト構造の横断面
図を示す。
図を示す。
【図８】図８は、重大な寸法損失を絵で表した描写の横
断面図である。
断面図である。
【図９】図９は、極端に小さいマスクの問題を描写する
図である。
図である。
【図１０】図１０は、ウエハ温度の機能として横断面フ
ォトレジストプロファイル結果を描写している概略図で
ある。
ォトレジストプロファイル結果を描写している概略図で
ある。
１…頂層（上層）、２…中間層（ハードマスク）、３…
下層、６…底層、７…頂層、８…アイランド。
下層、６…底層、７…頂層、８…アイランド。
フロントページの続き (72)発明者 イアン モレイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95110， サン ノゼ， エヌ． サン ペドロ ストリート ナンバー５ビー 630 (72)発明者 ジェニファー ルイス アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94086， サニーヴェール， イー． フ ァーンデイル アヴェニュー 430 (72)発明者 ロバート ウー アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94566， プレザントン， パセオ グラ ナダ 3112 (72)発明者 ジェラルド イン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95014， キュパティノ， ビリッチ プ レイス 10132
Claims (29)
- 【請求項１】 上に横たわるマスクパターンに従い、半
導体ウエハ上のフォトレジスト層をエッチングする為に
プラズマを利用する方法において、当該マスクパターン
により晒されたままになっているフォトレジストの領域
を選択的にエッチングするチャンバ内で、少なくとも１
種のガスを用い、当該チャンバを大気圧未満の圧力に維
持するステップと、当該パターンに従って改善された異
方性で当該フォトレジスト層をエッチングするために、
当該チャンバ内にプラズマを維持すると同時に、当該チ
ャンバ内でウエハを摂氏約１０度から摂氏マイナス７０
度未満の減少された温度にウエハを維持するステップ
と、を備える方法。 - 【請求項２】 当該フォトレジストの当該領域を選択的
にエッチングする前記ガスは酸素を含む、請求項１記載
の方法。 - 【請求項３】 当該チャンバ内の電極上に当該ウエハを
配置するステップと、前記減少温度で当該ウエハを維持
するために、当該電極を冷却するステップとを更に含む
請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記ガスおよび前記ウエハ間にガスを提
供するステップを更に含み、その間の熱伝達を支援す
る、請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 前記電極と前記ウエハ間のガス圧を前記
チャンバ内の圧力より大きくした状態に維持する程度に
前記ガスを提供する間、前記電極に当該ウエハをクラン
プするステップを更に含む、請求項３記載の方法。 - 【請求項６】 小さな比率の（a small fractional pro
portion of）ハロゲンを含むガスを用いて、前記プラズ
マが確立される、請求項１記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項７】 小さな比率の（a small fractional pro
portion of）フッ素支持ガスを含むガスを用いて、前記
プラズマが確立される、請求項１記載のプラズマ処理方
法。 - 【請求項８】 圧力が１００ミリトール以下のオーダー
になるように、前記大気圧未満の圧力に維持するステッ
プが実行される、請求項１記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項９】 前記チャンバ内で前記ウエハとカソード
間にガスインターフェースを確立するステップを更に含
み、前記真空チャンバの圧力より大きい前記ガスインタ
ーフェースのガス圧で、前記ウエハはそこに係合され
る、請求項１記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１０】 前記カソードを冷却するステップを更
に含み、前記ウエハがそれにより前記ガスインターフェ
ースの支援（aid ）を受けて冷却される、請求項９記載
のプラズマ処理方法。 - 【請求項１１】 上に横たわる開口付きマスクに従い半
導体ウエハのフォトレジスト層をプラズマ処理する方法
において、チャンバ内に当該半導体ウエハを支持する電
極を提供するステップと、前記電極上に前記半導体ウエ
ハを配置するステップと、大気圧未満の圧力で、前記チ
ャンバ内に酸素支持雰囲気を維持するステップと、当該
フォトレジスト層のエッチングの為に当該チャンバ内に
プラズマを確立するステップと、当該マスク開口に従い
改善された異方性にてフォトレジスト層のエッチングを
促進する為に、当該電極を冷却し当該ウエハと電極間に
ガスを提供し、当該プラズマを維持する間、その間に熱
を伝達させることにより、通常の雰囲気処理温度より実
質的に低い減少温度で当該ウエハを維持するステップ
と、を備える方法。 - 【請求項１２】 冷媒チャンネル通路を有する電極を提
供するステップと、そのようなチャンネルを通じて液体
冷媒を循環させるステップとを更に含む、請求項１１記
載の方法。 - 【請求項１３】 当該ウエハおよび電極間からガス漏れ
がない程度に十分な力をもって当該ウエハを保持する工
程を更に含む、請求項１１記載の方法。 - 【請求項１４】 当該チャンバ雰囲気の圧力は１００ミ
リトール未満のオーダーである、請求項１１記載の方
法。 - 【請求項１５】 減少温度で当該ウエハを維持するステ
ップは、摂氏プラス１０度から摂氏マイナス７０度以下
の温度でウエハを維持する工程を含む、請求項１１記載
の方法。 - 【請求項１６】 減少温度で当該ウエハを維持するステ
ップは、摂氏マイナス３０度から摂氏マイナス７０度以
下の温度でウエハを維持する工程を含む、請求項１１記
載の方法。 - 【請求項１７】 小さな比率のハロゲンを酸素支持雰囲
気に加えるステップを更に含む、請求項１１記載の方
法。 - 【請求項１８】 フッ素含有プラズマ内でハロゲンが結
果として生じる、請求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】 当該マスクはシリコン支持元素を含
み、前記フッ素含有プラズマはそのようなシリコン支持
元素を備える粒子を侵食する、請求項１７記載の方法。 - 【請求項２０】 半導体基板のメインフォトレジスト層
をプラズマエッチング処理する方法において、上に横た
わる層を前記メインフォトレジスト層上に提供し、前記
上に横たわる層は酸素プラズマに抵抗力を有する領域を
有し、前記領域は所望のパターンで配置されるステップ
と、大気圧未満の圧力で処理チャンバ内でウエハの為に
酸素支持雰囲気を提供するステップと、当該チャンバ内
で酸素支持プラズマを確立するステップと、当該プラズ
マに対し抵抗力を有する当該上に横たわる層の前記領域
により保護されていない当該メインフォトレジスト層の
層をプラズマでエッチングするため、マスクとして作用
する上に横たわる層をもって、当該プラズマに当該ウエ
ハを晒すステップと、前記所望パターンに従い前記メイ
ンフォトレジストのそのようなエッチングの改善された
異方性の為に、周囲の温度より実質的に低い減少された
温度で当該ウエハを維持するステップと、を備える方
法。 - 【請求項２１】 酸素プラズマによるエッチングに対し
抵抗力を有する材料をエッチングする傾向を有するであ
ろう小さな比率のガスを酸素支持雰囲気に加えるステッ
プを更に含む、請求項２０記載の方法。 - 【請求項２２】 前記加えられたガスはハロゲンを含
む、請求項２０記載の方法。 - 【請求項２３】 前記加えられたガスはフッ素支持ガス
を含む、請求項２１記載の方法。 - 【請求項２４】 前記酸素支持雰囲気は１００ミリトー
ル以下のオーダーの大気圧未満の圧力で提供される、請
求項２０記載の方法。 - 【請求項２５】 当該ウエハは、摂氏約１０度以下の温
度で維持される、請求項２０記載の方法。 - 【請求項２６】 当該ウエハは、摂氏約１０度から摂氏
マイナス７０度の温度で維持される、請求項２０記載の
方法。 - 【請求項２７】 当該ウエハは、摂氏約３０度から摂氏
マイナス７０度以下の温度で維持される、請求項２０記
載の方法。 - 【請求項２８】 当該上に横たわる層はフォトレジスト
のシリコン含有領域とシリコンが供給されていないフォ
トレジストとを含むパターン化されたフォトレジスト層
であり、前記当該ウエハを前記酸素支持プラズマに晒す
ステップは前記上に横たわる層の前記シリコン含有領域
を硬化させる一方、当該上に横たわる層のシリコンが供
給されていない領域を除去させ、前記上に横たわる層は
前記メインフォトレジスト層に対するマスクとして前記
酸素プラズマによるエッチングに対し抵抗力を持つ、請
求項２０記載の方法。 - 【請求項２９】 当該上に横たわる層は二酸化珪素又は
酸素プラズマに対し抵抗力を有する他の材料であり、前
記上に横たわる層の上方にはフォトレジストの最上層を
更に含み、上記列挙されたステップを実施する前に、前
記パターンは前記最上のフォトレジスト、前記上に横た
わる層を通じて、フォトレジストの前記最上層にまでエ
ッチングされる、請求項２０記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US26159394A | 1994-06-17 | 1994-06-17 | |
| US08/261593 | 1994-06-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864586A true JPH0864586A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=22993995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7151936A Withdrawn JPH0864586A (ja) | 1994-06-17 | 1995-06-19 | 多層レジストのプラズマエッチング用方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864586A (ja) |
| KR (1) | KR960002625A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995026347A1 (en) * | 1994-03-28 | 1995-10-05 | Nissan Chemical Industries, Ltd. | Thiazolidines and oxazolidines substituted by a pyridine ring and their use as hypoglycemic agents |
-
1995
- 1995-06-02 KR KR1019950014775A patent/KR960002625A/ko not_active Application Discontinuation
- 1995-06-19 JP JP7151936A patent/JPH0864586A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995026347A1 (en) * | 1994-03-28 | 1995-10-05 | Nissan Chemical Industries, Ltd. | Thiazolidines and oxazolidines substituted by a pyridine ring and their use as hypoglycemic agents |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960002625A (ko) | 1996-01-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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