TWI490941B - Substrate processing methods and memory media - Google Patents

Description

基板處理方法及記憶媒體

本發明係關於一種基板處理方法及記憶媒體，特別是關於一種可在保護遮罩層的情況下對蝕刻對象層進行蝕刻之基板處理方法。

已知一種半導體元件用晶圓，係於矽基材上層積有由氧化膜、有機膜所構成的下層光阻膜、反射防止膜(BARC膜)等。特別是下層光阻膜係在蝕刻氧化膜時作為遮罩而發揮功能。

近年來，隨著半導體元件的小型化，必須將晶圓表面之線路圖案更加微細地形成。而為了形成此種微細線路圖案，在半導體元件之製造過程中，必須縮小作為遮罩層之下層光阻膜圖樣的最小尺寸，並使小尺寸開口部(孔洞或溝槽)正確地轉印在處理對象層(氧化膜)。

然而，所要求之孔洞或溝槽(以下，簡稱為「孔洞」)的開口部尺寸愈來愈小、寬高比愈來愈大，而另一方面，遮罩層的膜厚卻有愈來愈薄的傾向，而使得蝕刻時在孔洞的上部形狀(top view)會產生線條痕跡(striation)，而伴隨其則會有在處理對象層的孔洞底部形狀產生扭曲(distortion)之問題。另一方面，在蝕刻時，由於無法充分確保遮罩層的膜厚，故會有在處理對象層所形成之孔洞剖面產生弓型形狀(膨脹形狀)之問題。上 述問題會半導體元件良率降低的原因。

習知文獻中，專利文獻1及專利文獻2揭示有可防止此種孔洞形狀的變形或扭曲之習知技術。

專利文獻1中揭示了一種光阻圖樣之灰化方法，為一種以防止經圖樣蝕刻之絕緣膜側壁曝露在氧電漿為目的之技術，其係於對層間絕緣膜進行圖樣蝕刻時，藉由供給氧電漿來進行灰化處理以將用作為遮罩層之光阻圖樣從層間絕緣膜去除之方法中，在供給氧電漿及碳之狀態下進行灰化。

又，專利文獻2係記載一種蝕刻方法，其目的在於提供一種於半導體製造之絕緣膜加工時，可獲得弓型形狀較少的垂直加工形狀之蝕刻方法，藉由控制蝕刻時間、氣體流量或O、F及N於內壁面之消耗量來調整蝕刻初期過剩的O、F或N自由基入射量，以抑制過剰的O、F或N自由基入射量，藉以獲得穩定的蝕刻形狀。

專利文獻1：日本特開2004-119539號公報

專利文獻2：日本特開2001-110784號公報

然而，上述習知技術皆未能使處理對象層所形成之孔洞的上面形狀整齊並消除孔洞剖面形狀的扭曲，又，亦未必能抑制產生於孔洞剖面之弓型形狀。

本發明之目的在於提供一種基板處理方法及記憶媒體，係可使孔洞的上面形狀整齊且底部形狀無扭曲， 以於處理對象層形成垂直加工形狀良好的孔洞。又，係提供一種可防止孔洞側壁面的一部分擴大而產生弓型形狀，以於處理對象層形成垂直加工形狀良好的孔洞之基板處理方法及記憶媒體。

為達成上述目的，申請專利範圍第1項所記載之基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；以及第2蝕刻步驟，係以COS(氧硫化碳)氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層。

為達成上述目的，申請專利範圍第2項所記載之基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其具有：處理對象層蝕刻步驟，係利用C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該處理對象層。

為達成上述目的，申請專利範圍第3項所記載之基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其具有：處理對象層蝕刻步驟，係藉由利用C₄F₆氣體含有氣體作為處理氣體 之前段蝕刻步驟，及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻該處理對象層。

為達成上述目的，申請專利範圍第4項所記載之基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第3蝕刻步驟，係利用C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體係來蝕刻該處理對象層。

為達成上述目的，申請專利範圍第5項所記載之基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第4蝕刻步驟，係藉由利用C₄F₆氣體含有氣體作為處理氣體之前段蝕刻步驟， 及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻該處理對象層。

申請專利範圍第6項所記載之基板處理方法係利用申請專利範圍第1、4或5項任一項之基板處理方法，其中該第2蝕刻步驟中，該COS氣體流量相對於總處理氣體流量為3~5%。

申請專利範圍第7項所記載之基板處理方法係利用申請專利範圍第1、4或5項任一項之基板處理方法，其中該第2蝕刻步驟中，處理壓力為20mTorr(2.66Pa)以下。

申請專利範圍第8項所記載之基板處理方法係利用申請專利範圍第2或4項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第3蝕刻步驟中，該C₆F₆氣體含有氣體中之該C₆F₆氣體的流量相對於總處理氣體流量為2%以上。

申請專利範圍第9項所記載之基板處理方法係利用申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中該C₆F₆氣體含有氣體更進一步含有C₄F₆氣體及C₄F₈氣體。

申請專利範圍第10項所記載之基板處理方法係利用申請專利範圍第2或4項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第3蝕刻步驟中，處理壓力為20mTorr(2.66Pa)以下。

申請專利範圍第11項所記載之基板處理方法係利 用申請專利範圍第3或5項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第4蝕刻步驟中，該後段蝕刻步驟中之該COS氣體的流量相對於總處理氣體流量為2~5%，且係將該後段蝕刻步驟延長特定時間而實施過蝕刻；該特定時間為針對該處理對象層之總蝕刻時間的10~30%。

申請專利範圍第12項所記載之基板處理方法係利用申請專利範圍第3或5項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第4蝕刻步驟中，係將該後段蝕刻步驟延長特定時間而實施過蝕刻。

申請專利範圍第13項所記載之基板處理方法係利用申請專利範圍第12項之基板處理方法，其中該特定時間為針對該處理對象層之總蝕刻時間的10~30%。

為達成上述目的，申請專利範圍第14項所記載之記憶媒體，係收納有使電腦實行一種基板處理方法的程式之電腦可讀取記憶媒體，該基板處理方法係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其中該基板處理方法係具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第3蝕刻步驟，利用C₆F₆ 氣體含有氣體作為處理氣體係來蝕刻該處理對象層。

為達成上述目的，申請專利範圍第15項所記載之記憶媒體，係收納有使電腦實行一種基板處理方法的程式之電腦可讀取記憶媒體，該基板處理方法係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其中該基板處理方法係具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第4蝕刻步驟，係藉由利用C₄F₆氣體含有氣體作為處理氣體之前段蝕刻步驟，及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻該處理對象層。

申請專利範圍第1項所記載之基板處理方法係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻中間層，並以COS(氧硫化碳)氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻遮罩層，故可使處理對象層所形成之孔洞的上面形狀整齊並消除線條痕跡且底部形狀無扭曲，而可形成垂直加工形狀良好的孔洞。

申請專利範圍第2項所記載之基板處理方法係利用C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻處理對象層，故可避免處理對象層所形成之孔洞側壁面的一部分擴大而產生弓型形狀，並形成垂直加工形狀良好的孔洞。

申請專利範圍第3項所記載之基板處理方法係具有處理對象層蝕刻步驟，其係藉由利用C₄F₆氣體含有氣體作為處理氣體之前段蝕刻步驟，以及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻處理對象層，故可避免孔洞形狀的崩塌及弓型形狀的產生，且底部直徑不會縮小，而可形成垂直加工形狀優良的孔洞。

申請專利範圍第4項所記載之基板處理方法及申請專利範圍第14項所記載之記憶媒體係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻中間層，以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻遮罩層，之後再利用C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體係來蝕刻處理對象層，故可調整處理對象層所形成之孔洞的上面形狀、消除線條痕跡，並抑制底部形狀的扭曲，且可避免孔洞側壁面的一部分擴大而產生弓型形狀，以形成垂直加工形狀良好的孔洞。

申請專利範圍第5項所記載之基板處理方法及申 請專利範圍第15項所記載之記憶媒體係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻中間層，以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻遮罩層，之後再利用C₄F₆氣體含有氣體作為處理氣體之前段蝕刻步驟，及利用於C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻處理對象層，故可避免處理對象層所形成之孔洞形狀的崩塌及弓型形狀的產生，且底部直徑不會縮小，而可形成垂直加工形狀優良的孔洞。

根據申請專利範圍第6項所記載之基板處理方法，第2蝕刻步驟中，COS氣體流量相對於總處理氣體流量為3~5%，故可避免因孔洞的開口部被削除而導致上面開口面積擴大及孔洞側壁面磨損，以形成垂直加工形狀良好的孔洞。

根據申請專利範圍第7項所記載之基板處理方法，第2蝕刻步驟中，處理壓力為20mTorr(2.66Pa)以下的低壓，故可獲得垂直加工形狀良好的孔洞。

根據申請專利範圍第8項所記載之基板處理方法，處理對象層蝕刻步驟及第3蝕刻步驟中，C₆F₆氣體含有氣體中之C₆F₆氣體的流量相對於總處理氣體流量為2%以上，故可抑制弓型形狀的產生，以形成垂直加工形狀良好的孔洞。

根據申請專利範圍第9項所記載之基板處理方法，C₆F₆氣體含有氣體更進一步含有C₄F₆氣體及C₄F₈氣體，故可擴大孔洞之垂直加工形狀的開口，並提高耐弓型形狀效果。

根據申請專利範圍第10項所記載之基板處理方法，處理對象層蝕刻步驟及第3蝕刻步驟中，處理壓力為20mTorr(2.66Pa)以下的低壓，故可獲得垂直加工形狀良好的孔洞。

根據申請專利範圍第11項所記載之基板處理方法，處理對象層蝕刻步驟及第4蝕刻步驟中，後段蝕刻步驟中之COS氣體的流量相對於總處理氣體流量為2~5%，故藉由利用COS氣體之平滑化效果，可防止孔洞入口部分的直徑擴大。

根據申請專利範圍第12項所記載之基板處理方法，處理對象層蝕刻步驟及第4蝕刻步驟中，係將後段蝕刻步驟延長特定時間而實施過蝕刻，故可擴大孔洞的底部直徑，而獲得垂直形狀更佳的孔洞。

根據申請專利範圍第13項所記載之基板處理方法，特定時間為針對處理對象層之總蝕刻時間的10~30%，故可以最短所需蝕刻時間來形成垂直形狀更佳的孔洞。

以下，參照圖式來詳細敘述本發明實施形態。

首先，針對用以實施本發明實施形態基板處理方法的基板處理系統加以說明。該基板處理系統具有複數個製程模組，其係利用電漿來對基板(半導體晶圓W，以下簡稱為「晶圓W」。)進行蝕刻處理。

圖1係概略顯示用以實施本實施形態基板處理方法的基板處理系統結構之俯視圖。

圖1中，基板處理系統10係具有對被處理基板(晶圓W)實施RIE(Reaction Ion Etching；反應式離子蝕刻)處理之2個製程舟11(其係作為基板處理裝置)，以及分別連接有2個製程舟11之矩形大氣搬送室13(其係作為共通搬送室，以下稱為「裝載模組」)。

裝載模組13除了上述製程舟11以外，亦連接有分別載置有用以收納例如25片晶圓W的晶圓匣盒14(其係作為基板收納容器)之3個晶圓匣盒載置台15、針對從晶圓匣盒14所搬出之晶圓W的位置進行位置對準之位置對準機構16、以及針對實施RIE處理後之晶圓W進行後處理之後處理室17(After Treatment Chamber)。

2個製程舟11係連接於裝載模組13長邊方向的側壁，且中間挾置有裝載模組13而和3個晶圓匣盒載置台15呈對向地設置，位置對準機構16係設置於裝載模組13的長邊方向的一端，而後處理室17係設置於裝載模組13長邊方向的另一端。

裝載模組13係具有設置於其內部並用以搬送晶圓W的無向量(Scalar)型雙臂式搬送臂機構19(其係作為 基板搬送單元)，以及對應各晶圓匣盒載置台15而設置於側壁之3個裝載埠20(晶圓W的投入口，其係作為晶圓匣盒連接口)。裝載埠20係分別設置有開閉門。搬送臂機構19係將晶圓W經由裝載埠20從載置於晶圓匣盒載置台15之晶圓匣盒14取出，並將該取出之晶圓W搬出或搬入製程舟11、位置對準機構16或後處理室17。

製程舟11係具有對晶圓W實施RIE處理之製程模組12(其係作為真空處理室)，以及內建有將晶圓W收送至該製程模組12的連桿(link)型單抓取式搬送臂26之裝載互鎖模組27。

製程模組12係具有圓筒狀處理室容器(以下稱為「反應室」)以及設置於該反應室內之上部電極及下部電極，該上部電極及下部電極之間的距離係設定為可對晶圓W實施RIE處理之適當間隔。又，下部電極於其頂部係具有可藉由庫倫力等來將晶圓W吸附之ESC(Electrostatic Chuck；靜電夾具)。

於製程模組12中，係藉由將處理氣體(例如氟系氣體、溴系氣體等)導入反應室內部，並於上部電極及下部電極之間產生電場，來使所導入之處理氣體電漿化以產生離子及自由基，並利用該離子及自由基來對晶圓W實施RIE處理，以蝕刻晶圓W上的例如多晶矽層。

於製程舟11中，裝載模組13內部的壓力係維持在大氣壓，而製程模組12內部的壓力係維持在真空。因此，裝載互鎖模組27係藉由與製程模組12的連結部處 具有真空閘閥29，並與裝載模組13的連結部處具有大氣閘閥30，而構成為可調整其內部壓力之真空預備搬送室。

於裝載互鎖模組27內部，在略中央部設置有搬送臂26，從該搬送臂26至製程模組12側係設置有第1阻尼器31，從搬送臂26至裝載模組13側係設置有第2阻尼器32。第1阻尼器31及第2阻尼器32係設置於搬送臂26前端部所設置之用以支撐晶圓W的支撐部(叉具)33所移動之軌道上，並藉由使實施RIE處理後之晶圓W暫時地在支撐部33的軌道上方等待，以在製程模組12順利地進行未實施RIE處理的晶圓W與已實施RIE處理的晶圓W之替換。

又，基板處理系統10係具有用以控制製程舟11、裝載模組13、位置對準機構16及後處理室17(以下統稱為「各構成要件」)的動作之系統控制器(未圖示)，以及設置於裝載模組13的長邊方向一端之作業控制器40。

系統控制器係配合對應於RIE處理或晶圓W的搬送之製程配方(其係作為處理程式)來控制各構成要件的動作，作業控制器40係具有由例如LCD(Liquid Crystal Display)所構成之狀態顯示部，該狀態顯示部係顯示各構成要件的動作狀況。

圖2係沿圖1的II-II線之剖面圖。

圖2中，製程模組12係具有反應室22、設置於該 反應室22內之晶圓W的載置台23、於反應室22上方處而與載置台23呈對向地設置之淋氣頭24(其係作為上部電極)、用以將反應室22內的氣體等排氣之TMP25(Turbo Molecular Pump；渦輪分子幫浦)、以及設置於反應室22與TMP25之間而可控制反應室22內的壓力之可變式APC(Adaptive Pressure Control；自動壓力控制器)閥226(其係作為蝶閥)。

淋氣頭24係透過第1匹配器(Matcher)28而連接有第1高頻電源227，載置台23係透過第2匹配器(Matcher)36而連接有第2高頻電源35。第1高頻電源227係將相對較高之頻率(例如60MHz的高頻電功率)作為激發用電功率而施加至淋氣頭24，第2高頻電源35則係將相對較低之頻率(例如2MHz的高頻電功率)作為偏壓而施加至載置台23。匹配器28及36係降低分別來自淋氣頭24或載置台23之高頻電功率的反射，並使高頻電功率的供給效率為最大。

淋氣頭24係由圓板狀氣體供給部230所構成，氣體供給部230係具有暫存室232。暫存室232係透過氣體通氣孔34而與反應室22內相連通。

暫存室232係連接至CF系氣體的各氣體供給系統(未圖示)。CF系氣體供給系統係分別將CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體供給至暫存室232。又，氧系氣體供給系統係分別將O₂氣體、COS氣體供給至暫存室232。所供給之CF₄氣體、CHF₃氣體、C₄F₈氣體及O₂氣體、 COS氣體係經由氣體通氣孔34而被供給至反應室22內。

於製程模組12之反應室22中，如上所述，係藉由對處理空間S施加高頻電功率，來使從淋氣頭24被供給至處理空間S之處理氣體成為高密度電漿以產生離子或自由基，並利用該離子或自由基來對基板實施蝕刻處理。

圖3係概略顯示圖1之基板處理系統中，被施以蝕刻處理等之半導體晶圓結構的剖面圖。

圖3中，晶圓W係具有形成於矽基材50表面之氧化膜51，以及依序層積在該氧化膜51上之ACL膜(非晶質言膜)52、反射防止膜(BARC膜)53及光阻膜54。

矽基材50為由矽所構成之圓盤狀薄板，係藉由實施例如熱氧化處理等而於表面形成氧化(SiO₂)膜51，再於氧化膜51上形成ACL膜52。ACL膜52係作為下層光阻膜而發揮功能。ACL膜52上係藉由例如塗佈處理而形成有反射防止膜(BARC膜)53。BARC膜53係由包含有會吸收某特定波長的光(例如，朝向光阻膜54照射ArF準分子雷射光)之色素的高分子樹脂所構成，並可防止透過光阻膜54的ArF準分子雷射光在ACL膜52或氧化膜51被反射而再次到達光阻膜54。光阻膜54係利用例如旋轉式塗佈機(省略圖式)而形成於BARC膜53上。光阻膜54係由正向型感光性樹脂所構成，當照射有ArF準分子雷射光時會變質為鹼可溶性。

針對此種結構之晶圓W，利用步進機(省略圖式)將對應於特定圖樣的反轉圖樣之ArF準分子雷射光照射在光阻膜54，則光阻膜54照射有ArF準分子雷射光的部分便會變質為鹼可溶性。之後，將強鹼性顯影液滴落至光阻膜54，則可將變質為鹼可溶性的部分去除。藉此，由於光阻膜54對應於特定圖樣的反轉圖樣的部分會被取除，故在晶圓W上，於形成有呈現特定圖樣的孔洞之位置處，便會殘留有具有開口部55之光阻膜54。

之後，將開口部55依序轉印至作為反射防止膜之BARC膜53與作為下層光阻膜之ACL膜52，最終地在氧化膜51會形成具有特定的開口部之孔洞。

然而，近年來為了滿足半導體元件小型化的要求，針對晶圓W，必須使孔洞的上面形狀整齊，且底部形狀無扭曲，並抑制弓型形狀的產生以形成垂直加工形狀良好的孔洞，但在較薄中間層或遮罩層所適用之近年來晶圓W的蝕刻步驟中，針對處理對象層要調整上面形狀以形成垂直加工形狀良好的孔洞並非容易。

本發明者針對具有作為中間層之BARC膜53與作為遮罩層之ACL膜52的晶圓W，為了確立能夠形成孔洞的上面形狀整齊，且底部形狀無扭曲(distortion)，並抑制弓型形狀的產生以形成垂直加工形狀良好的孔洞之基板處理方法而進行了各種實験後，發現利用富含CF氣體來作為處理氣體並以較高壓來對BARC膜53進行蝕刻處理後，藉由利用COS(氧硫化碳)氣體含有氣 體來蝕刻ACL膜52，則可降低上視線條痕跡的產生，並可抑制底部形狀的扭曲而發明了本發明。又，發現藉由利用C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻氧化膜51，則可確保遮罩膜的殘量並抑制弓型形狀的產生以形成垂直加工形狀良好的孔洞而發明了本發明。

以下，詳述本發明第1實施形態之基板處理方法。本處理係在基板處理系統10之製程模組12~後處理室17中，依照基板處理用程式(基板處理製程配方)並藉由基板處理系統10之系統控制器而實行。

該基板處理方法係具有在高壓氣氛(例如100mToor(1.33×10Pa)~150mToor(2.0×10Pa)之氣氛)下，利用既有的CF系氣體(即CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體)來蝕刻作為中間層的BARC膜53之第1蝕刻步驟；利用COS氣體含有氣體來蝕刻作為下層光阻膜的ACL膜52之第2蝕刻步驟；以及利用C₆F₆氣體含有氣體來蝕刻作為處理對象層的氧化膜51之第3(處理對象層)蝕刻步驟。

圖4係顯示本發明第1實施形態之基板處理方法的基板處理之流程圖。

在基板處理時，首先準備晶圓W，其係在矽基材50上依序層積氧化層51、ACL膜52、BARC膜53及光阻膜54，光阻膜54係具有使反射防止膜53的一部分露出之開口部55(開口寬度例如70nm)。然後，將該晶圓W搬入至製程模組(PM)12(參照圖2)的反應室22 內，並載置在載置台23上(步驟S1)。

接著，藉由APC閥226等將PM12之反應室22內的壓力設定為例如120mTorr(1.60×10Pa)，並將晶圓W上部的溫度設定為例如95℃，下部的溫度設定為20℃。然後，從淋氣頭24之氣體供給部230將例如220sccm的CF₄氣體、例如30sccm的CHF₃氣體、30sccm的C₄F₈氣體、7+12sccm的O₂氣體所混合之混合氣體(富含CF氣體)供給至反應室22內(步驟S2)。然後，對上部電極施加300W的激發用電功率，對載置台23施加300W的偏壓電功率。此時，CF₄氣體、CHF₃氣體、C₄F₈氣體及O₂氣體會被施加至處理空間S的高頻電功率激發成電漿而產生離子或自由基，該等離子或自由基會與BARC膜53表面或開口部側壁衝撞、反應，而在BARC膜53上沉積沉積物，並將BARC膜53蝕刻而形成對應於光阻膜54的開口部54之開口部(步驟S3)。此時，會因高壓及富含CF氣體而在富含沉積物的條件下，於BARC膜53上充分的沉積沉積物，並在保持開口部形狀之狀態下對BARC膜53進行蝕刻。

如此地，在蝕刻BARC膜53後，利用APC閥等來將反應室內的壓力設定為例如20mTorr(2.66Pa)。又，晶圓W上部的溫度設定為例如95℃，下部的溫度設定為20℃。然後，從淋氣頭24之氣體供給部230將750sccm的O₂氣體、30sccm的COS氣體(COS氣體流量相對於總處理氣體流量的比例為4.0%)所混合之COS氣體含有 氣體供給至反應室內(步驟S4)。然後，對上部電極(淋氣頭24)施加500W的激發用電功率，並使偏壓電功率為500W。此時，O₂氣體及COS氣體會被施加至處理空間S的高頻電功率激發成電漿而產生離子或自由基。該等離子或自由基會與ACL膜52衝撞、反應而將該部分蝕刻(步驟S5)。

此時，發現COS氣體的平滑化作用可避免孔洞入口部分的直徑擴大。此處，推測COS氣體中所含有的S元素係可避免孔洞入口部分的直徑擴大之原因。若只靠CO氣體或O₂氣體則無法獲得形狀平滑化效果。

接著，將BARC膜53及ACL膜52蝕刻後，利用APC閥等來將反應室內的壓力設定為例如20mTorr(2.66Pa)。又，將晶圓W上部的溫度設定為例如95℃，下部的溫度設定為例如20℃。然後，從淋氣頭24之氣體供給部230將例如12sccm的C₆F₆氣體、25sccm的C₄F₆氣體、20sccm的C₄F₈氣體、200sccm的Ar氣體、85sccm的O₂氣體所混合之C₆F₆氣體含有氣體供給至反應室內(步驟S6)。然後，對上部電極施加1100W的激發用電功率，並且對載置台23施加4500W的偏壓電功率。此時，C₆F₆氣體、C₄F₆氣體、C₄F₈氣體、Ar氣體及O₂氣體會被施加至處理空間S的高頻電功率激發成電漿而產生離子或自由基。該等離子或自由基會與氧化膜51衝撞、反應而將該部分蝕刻(步驟S7)。

此時，由於ACL膜52上會因C₆F₆氣體而沉積有 沉積物，且係在確保作為遮罩層而發揮功能之該等膜的膜厚殘量狀態下進行蝕刻，故孔洞的側面不會膨脹，並能避免弓型形狀以形成垂直加工形狀良好的孔洞。

如此地，將於氧化膜51上形成有上面形狀整齊且底部形狀無扭曲及無弓型形狀的孔洞之晶圓W移至別的灰化裝置來將作為遮罩層之ACL膜去除後，結束本處理(步驟S8)。

本實施形態係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之富含CF的氣體，及100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)的高壓處理壓力來蝕刻BARC膜53後，利用COS氣體含有氣體來蝕刻ACL膜52，之後再利用C₆F₆含有氣體來蝕刻氧化膜51，且使所需量的沉積物沉積在分別對應於作為遮罩膜而發揮功能的膜上，而在確保遮罩殘量的狀態下來對依序層積在矽基材50上之氧化膜51、ACL膜52、BARC膜53及光阻膜54進行蝕刻，故最終地能在氧化膜51形成孔洞的上面形狀整齊、無線條痕跡，且能避免底部形狀扭曲及擴大側壁面之弓型形狀的產生，以形成垂直加工形狀良好的孔洞。

本實施形態係藉由在蝕刻BARC膜53時利用富含CF氣體並在高壓氣氛下進行蝕刻，以及在蝕刻ACL膜52時利用COS氣體含有氣體的加乗效果，來消除形成於氧化膜51之孔洞的上視線條痕跡，並抑制孔洞底部扭曲。亦即，本實施形態中，在蝕刻時之BARC膜53 的高壓、富含CF氣體以及在蝕刻ACL膜52時利用COS氣體含有氣體係必須條件，若未滿足上述任一條件則無法獲得上述的作用效果。

藉由上述3條件，消除氧化膜51所形成之孔洞的上視線條痕跡並抑制底部形狀扭曲之機制推測為如下所述。亦即，在蝕刻BARC膜53時，藉由利用富含CF氣體(CHF₃氣體或C₄F₈氣體)可使對BARC膜53上之光阻膜54的選擇比提高，且藉此可使蝕刻BARC膜53時的孔洞形狀良好。又，光阻膜54上會因CF氣體而使得沉積物較易沉積，而可確保遮罩殘量，並在確保遮罩層的層厚之狀態下進行蝕刻，藉以使BARC膜53的孔洞形狀穩定。又，在100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)之高壓條件下，藉由蝕刻BARC膜53，可更加促進沉積物的沉積作用，並提高上述孔洞形狀穩定效果。然後，藉由在蝕刻ACL膜52時利用COS氣體含有氣體，發現了ACL膜52表面的平滑化效果，而推測為藉由該等加乗效果可使上視形狀穩定，而形成底部形狀無扭曲的之垂直加工形狀良好的孔洞。

本實施形態中，在蝕刻氧化膜51時，藉由利用C₆F₆氣體、C₄F₆氣體、C₄F₈氣體、Ar氣體、O₂氣體之混合氣體來作為處理氣體，由於在ACL膜52上，會因C₆F₆氣體而使得沉積物容易沉積，且係在確保遮罩膜殘量的情況下進行蝕刻，故可避免在氧化膜51所形成之孔洞 產生弓型形狀，以形成垂直加工形狀良好的孔洞。又，弓型形狀產生的機制推測為當遮罩膜的膜厚不足時，相對於孔洞剖面而從傾斜方向所照射之蝕刻物會以較大角度衝撞到孔洞剖面而使得內壁面被磨耗。當作為遮罩膜之ACL膜的膜厚足夠時，ACL膜的內壁面會被磨耗，而氧化膜不會被磨耗，故在氧化膜不會見到弓型形狀。

本實施形態中，BARC膜53的蝕刻、ACL52的蝕刻及氧化膜51的蝕刻係在同一PM內連續進行，故可提高產能。

接下來，說明本實施形態之變形例(第2實施形態)。

第2實施形態之基板處理方法係由利用C₄F₆氣體含有氣體來作為處理氣體之前段蝕刻步驟，以及利用於C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體來作為處理氣體之後段蝕刻步驟所構成的第4蝕刻步驟，來取代第1實施形態中利用C₆F₆氣體含有氣體來蝕刻氧化膜51之步驟(第3蝕刻步驟)。又，利用CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體來蝕刻BARC膜53之步驟(第1蝕刻步驟)，與利用COS氣體含有氣體來蝕刻ACL膜52之步驟(第2蝕刻步驟)係與上述第1實施形態相同。

以下，重點在於與第1實施形態之相異點來說明第2實施形態。

圖5係顯示為本實施形態基板處理方法的基板處 理之流程圖，圖6係顯示本實施形態基板處理方法之步驟圖。

圖5中，將晶圓W搬入至PM12的反應室22內(步驟S11)；調整反應室22內的壓力，並導入富含CF氣體(步驟S12)、施加激發用電功率及偏壓電功率來蝕刻BARC膜53(步驟S13)；接著，再次調整反應室22內的壓力，並導入O₂氣體及COS氣體(步驟S14)；之後，施加所需電功率來蝕刻ACL膜52(步驟S15)為止的步驟係與第1實施形態之步驟S1~步驟S5相同。

接著，針對已蝕刻ACL膜52之晶圓W進行蝕刻以將ACL膜52的開口部轉印至例如SiO₂膜所構成的氧化膜51。

亦即，利用APC閥等來將收納有已蝕刻ACL膜52的晶圓W(圖6(A))之反應室內的壓力設定為例如20mTorr(2.66Pa)，並將晶圓W上部的溫度設定為例如60℃，下部的溫度設定為例如40℃。然後，從淋氣頭24之氣體供給部230將例如60sccm的C₄F₆氣體、200sccm的Ar氣體、70sccm的O₂氣體所混合之C₄F₆氣體含有氣體供給至反應室內(步驟S16)。然後，對上部電極施加500W的激發用電功率，且對載置台23施加4500W的偏壓電功率。

此時，C₄F₆氣體、Ar氣體及O₂氣體會被施加至處理空間S的高頻電功率激發成電漿而產生離子或自由基(圖6(B))。所產生之離子會與ACL膜52及該ACL 膜52之開口部55底部的氧化膜51衝撞、反應而將該部分蝕刻(前段蝕刻步驟)(步驟S17)。以針對氧化膜51的選擇性良好且高的蝕刻率(ER；Etching Rate)來蝕刻而於氧化膜51形成有和ACL膜52的開口寬度相對應之開口部(圖6(C))。但由於氧化膜51相當地厚，故直接以此條件繼續進行蝕刻的話，會有孔洞的形狀崩塌且CD值變大之虞。

因此，本實施形態係在利用C₄F₆氣體含有氣體來蝕刻氧化膜51的途中，將COS氣體添加至C₄F₆氣體含有氣體，以產生將C₄F₆氣體含有氣體與COS氣體的混合氣體電漿化之離子(圖6(D))，並在該條件下對氧化膜51進行後段蝕刻，以在氧化膜51形成開口寬度與ACL膜52的開口部相對應之開口部(步驟S18)。此時，ACL膜52的上面及開口部55的側壁面處會形成有C₄F₆氣體及COS氣體所造成的保護膜，而藉由該保護膜可在確保ACL膜52殘膜量的情況下進行蝕刻。因此，可避免孔洞的側面膨脹之弓型形狀，以形成垂直加工形狀良好的孔洞(圖6(E))。

如此地，將於氧化膜51上形成有上面形狀整齊且底部形狀無扭曲及無弓型形狀的孔洞之晶圓W移至別的灰化裝置來將剩餘的ACL膜52去除(步驟S19)後，結束本處理。

本實施形態係藉由利用包含有C₄F₆氣體、Ar氣體及O₂氣體之C₄F₆氣體含有氣體來作為處理器體之前段 蝕刻步驟，以及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體來作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻處理對象層(氧化膜51)，故於前段蝕刻步驟中，可以高ER來蝕刻氧化膜51而將ACL膜52的開口部轉印至氧化膜51，且於後段蝕刻步驟中，藉由COS氣體含有氣體的平滑化效果，可防止開口部的上面形狀崩塌、CD值變大及弓型形狀產生，且可避免底部直徑縮小，以形成垂直加工形狀良好的孔洞。

於本實施形態之後段蝕刻步驟中，能發揮防止孔洞的上面形狀扭曲及CD值變大之平滑化效果的機制尚未明確，但推測為係因處理氣體中的C₄F₆氣體與COS氣體的反應生成物(CS、CFS)附著在開口部的側壁面及底面而成為膜狀，該CS、CFS所構成的膜會發揮保護膜的功能，特別是保護側壁不受離子的攻擊。

於本實施形態之後段蝕刻步驟中，由於孔洞底部處亦形成有保護膜，故於利用COS氣體含有氣體之後段蝕刻步驟中針對氧化膜51的選擇比，係較未利用COS氣體之前段蝕刻步驟的選擇比要低。亦即，前段蝕刻步驟係以蝕刻為優先之步驟，雖有孔洞的上面形狀崩塌、CD值變大等之虞，但藉由高ER而可有效率地蝕刻氧化膜51來形成孔洞。另一方面，後段蝕刻步驟係以平滑化為優先之步驟，ER係教前段蝕刻步驟要低，但能在防止孔洞的上面形狀崩塌、CD值變大、弓型形狀產生等情況下形成垂直加工形狀良好的孔洞。

本實施形態中，從前段蝕刻步驟移至後段蝕刻步驟的時間點，亦即導入COS氣體的時間點非常重要，係考量遮罩膜(ACL膜52)的殘留量(殘留厚度)、所欲CD值、寬高比、ER、蝕刻所需時間等來綜合地判斷決定。具體而言，在實施預先在相同條件下對相同氧化膜進行蝕刻之試験後，發現較佳地係在遮罩膜(ACL膜52)完全消除前來決定COS氣體導入的時間點(結束氧化膜51的蝕刻)。例如，在ACL膜52的殘留量達到初期的50%左右(例如500nm左右)之時間點添加COS氣體，藉以適當地進行從前段蝕刻步驟移至後段蝕刻步驟之處理。

本實施形態之後段蝕刻步驟中的COS氣體導入量相對於總處理氣體流量較佳為2~5%。若COS氣體的添加量未達2%，則孔徑會變大，若超過5%，則蝕刻會停止。

又，本實施形態中，從氧化膜51之蝕刻開始即添加COS氣體的話，氧化膜51的ER會降低，但作為遮罩膜之ACL膜52的ER則不會下降至那般地低，故ACL膜52在氧化膜51的蝕刻結束前即先被蝕刻完，而會有無法將氧化膜51蝕刻的情況發生之虞。

本實施形態中，藉由實施後段蝕刻步驟可避免氧化膜51的孔洞CD值變大，故在蝕刻BARC膜53及ACL膜52時，預先將氧化膜51之蝕刻步驟中所獲得的效果加乘而採用較高的ER，藉此亦可縮短總蝕刻時間。

本實施形態中，較佳係在實施後段蝕刻步驟後，藉 由和後段蝕刻步驟相同的條件來進行特定時間的過蝕刻(OE；Over-Etch)。藉此，底部的CD值會變大而頂部CD值與底部CD值的差會變小，使得垂直加工形狀更加良好。OE時間為氧化膜51之總蝕刻時間的例如10~30%。當OE時間未達總蝕刻時間的10%，則會有無法充分獲得底部CD值變大的效果之虞，而即使超過30%，底部CD值變大的效果亦不會那般地明顯。

以下說明本發明之具體實施例。

表1及表2係顯示在本發明具體實施例之BARC膜51蝕刻步驟(第1蝕刻步驟)及蝕刻ACL膜52步驟(第2蝕刻步驟)中，處理壓力、富含CF氣體及COS氣體相對於孔洞形狀改善效果的關係。

此處，壓力係表示處理室內的壓力(mTorr)，HF及LF係分別表示對上部電極施加激發用電功率(W)及對載置台施加偏壓用電功率(W)。又，CF₄、CHF₃、C₄F₈、O₂係分別表示氣體流量(單位：sccm)。又，O₂氣體流量之「7+8」、「7+12」係分別表示「(來自中央部之O₂導入量)+(來自端部之O₂導入量)」。又，*1係表示處理氣體中包含有150sccm的Ar氣體。

此處，壓力係表示處理室內的壓力(mTorr)，HF及LF係分別表示對上部電極施加激發用電功率(W)及對 載置台施加偏壓用電功率(W)。又，O₂、COS係分別表示氣體流量(sccm)，COS氣體之括弧內的數字係表示COS氣體的流量相對總處理氣體量的比例。又，形狀效果係表示對ACL膜52所形成之上視及剖面形狀的觀察結果，◎係表示改善效果十分良好，○係表示可觀察到改善效果，故可應用在實用上，△係表示雖可觀察到形狀改善效果，但並不佳，×係表示未觀察到改善效果，故無法應用在實用上。又，表1與表2為連續處理，係以同一實施例、同一比較例來顯示一連串的處理。

表1及表2中，實施例1~3及比較例1、2係表示BARC膜53蝕刻時的處理壓力依存性，實施例1~3的處理壓力為本發明之範圍(100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa))，故可獲得孔洞形狀改善效果，並形成上視無線條痕跡且底部形狀無扭曲的孔洞。由實施例1~3，發現BARC膜蝕刻時的處理壓力特別是在120mTorr(1.6×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)時較佳。另一方面，比較例1及2中，ARC膜53蝕刻時的處理壓力未在本發明之範圍內，故上視的孔洞形狀有線條痕跡，且未觀察到形狀改善效果。

實施例4~6及比較例3及4係顯示ACL膜52蝕刻時的COS氣體依存性，實施例4~6及比較例4係使用COS氣體含有氣體來作為處理氣體，故可觀察到形狀改善效果。此處，當COS氣體的流量為總處理氣體流量 的3~5%時，可獲得極良好的形狀改善效果，並形成有上視整齊且底部形狀無扭曲之孔洞。相對於此，當COS氣體的流量為總處理氣體流量的10%(比較例4)時，並不一定能夠獲得充分的形狀改善效果，並觀察到孔洞的底部形狀有扭曲。從上述可知COS氣體的流量相對於總處理氣體流量的比例較佳為3~5%。另一方面，比較例3由於未使用COS氣體，故孔洞上視的圓形形狀不整齊，且未觀察到形狀改善效果。

又，比較例5、6係顯示在蝕刻BARC膜時未使用富含CF氣體來作為處理氣體的情況，係與實施例2為對比。亦即，比較例5相較於實施例2係使用Ar氣體來取代CHF₃氣體及C₄F₈氣體。又，比較例6相較於實施例2，係未使用CHF₃氣體及C₄F₈氣體，而只使用CF₄氣體。比較例5及6在BARC膜53之蝕刻中皆未使用富含CF氣體，故無法獲得形狀改善效果。此處，富含CF氣體並不僅指CF₄氣體，除了CF₄氣體以外，亦指含有CHF₃氣體及C₄F₈氣體之氣體。

接下來，針對在BARC膜53蝕刻步驟(第1蝕刻步驟)及蝕刻ACL膜52步驟(第2蝕刻步驟)後所接連著進行之氧化膜51蝕刻步驟(第3蝕刻步驟)中，C₆F₆氣體與孔洞形狀改善效果的關係加以說明。

表3係顯示在表1及表2之實施例2的第1蝕刻步驟及第2蝕刻步驟後所接連著進行之第3蝕刻步驟中，C₆F₆氣體與孔洞形狀改善效果的關係。

此處，各實施例及比較例之處理壓力為20mTorr(2.66Pa)，對上部電極施加的激發用電功率為1100(W)，對載置台施加的偏壓用電功率為4500(W)。C₆F₆，C₄F₆、C₄F₈、Ar、O₂係分別表示氣體流量(單位：sccm)，C₆F₆之括弧內的數字係表示C₆F₆氣體的流量相對總處理氣體量的比例。又，孔洞之形狀判定(抗弓型形狀效果)係以ACL膜的殘膜量(ACL殘膜)與孔洞開口的形狀(孔洞開口)來判定，◎係表示抗弓型形狀效果十分良好，○係表示可觀察到良好的抗弓型形狀效果，△係表示雖可觀察到形狀改善效果但並不佳，×係表示未觀察到抗弓型形狀效果。

表3中，實施例7~10在蝕刻氧化膜51時係使用C₆F₆氣體，故會在ACL膜52上沉積沉積物，而可在確保作為遮罩層而發揮功能之該等膜膜厚的情況下來蝕刻，藉此，孔洞的剖面形狀會較比較例7穩定，並發現有抗弓型形狀效果。又，可使氧化膜51之開口剖面最 大的瓶口位置提高，藉此亦可發現抗弓型形狀效果。此處，C₆F₆氣體相對於總處理氣體流量的比例較佳為2%以上，具體而言2~5%較佳。比較例7在蝕刻氧化膜51時未使用C₆F₆氣體，故ACL膜52的殘膜量多時，孔洞的開口會變窄，若使孔洞的開口變寬則會無法確保ACL膜的殘膜量，而無法獲得無弓型形狀之形狀。

實施例8係將實施例7之C₄F₆氣體的一部分置換為C₄F₈氣體，但發現藉由添加C₄F₈氣體，可使孔洞的開口變寬。藉由將C₄F₆氣體的一部分置換為C₄F₈氣體，可在確保ACL膜殘膜量的情況下使孔洞的開口變寬，故可避免弓型形狀。亦即，本實施形態中，在蝕刻氧化膜51時，作為處理氣體所使用之C₆F₆氣體含有氣體除了C₆F₆氣體以外，亦含有C₄F₆氣體，而當含有C₄F₈氣體時更佳。推測藉由含有C₄F₈氣體可使氧化膜的蝕刻選擇比稍為下降，藉此可使孔洞的側壁被某種程度削除以使開口變寬。又，利用C₆F₆氣體即可獲得充分的選擇比，故因C₄F₈氣體而使得選擇比下降一些亦無妨。

表4係顯示在氧化膜蝕刻步驟中，在前段蝕刻步驟後接著實施有後段蝕刻步驟之實施例，與未實施有後段蝕刻步驟之比較例之間的孔洞形狀差異。

表4中，實施例11~13係在ACL膜52之蝕刻結束後，針對ACL膜52之CD值為95~110nm範圍的晶圓W，使反應室內的壓力為20mTorr(2.66Pa)，利用包含有C₄F₆氣體60sccm、Ar氣體200sccm及O₂氣體70sccm之C₄F₆氣體混合氣體來作為處理氣體，並以激發用電力為500W、偏壓電功率為4500W、蝕刻時間210sec來實施前段蝕刻，之後，於上述C₄F₆氣體混合氣體添加流量10sccm的COS氣體並分別以210sec、269sec及328sec來實施後段蝕刻。頂部CD及底部CD係各試験結束後，亦即後段蝕刻步驟結束後的頂部CD測定值及底部CD測定值。又，前段蝕刻步驟結束後的頂部CD值係分別為120nm。

又，比較例8~10係分別利用與上述實施例11~13同樣的晶圓W，而分別以360sec、396sec及432sec來僅實施實施例11~13之前段蝕刻，頂部CD及底部CD係各試験結束後的頂部CD測定值及底部CD測定值。

表4中，實施有後段蝕刻之實施例11~13在試験結束後的頂部CD值係分別為115nm、115nm及117nm，和前段蝕刻步驟結束後的頂部CD值相比發現CD值未 變寬。相對於此，比較例8~10在試験結束後的頂部CD值係分別為136nm、135nm及133nm，和實施例11~13之前段蝕刻步驟後的頂部CD值相比發現各CD值變寬了。由其結果可知，藉由在前段蝕刻步驟後接著實施利用COS氣體含有氣體之後段蝕刻步驟，可在防止頂部CD值變寬的情況下來對氧化膜51進行蝕刻。

接下來說明過蝕刻的具體範例。

圖7係顯示實施例11~13及比較例8~10中，實施有過蝕刻(OE)時的頂部CD值變化相對於OE量之圖式，圖8係顯示實施例11~13及比較例8~10中，實施有過蝕刻(OE)時的底部CD值變化相對於OE量之圖式。

此處，實施例11~13之OE係在實施例11~13之後段蝕刻步驟結束後，以和後段蝕刻步驟相同的條件，來實施對氧化膜51之總蝕刻時間10~30%的OE，比較例8~10之OE係在比較例8~10之蝕刻步驟(前段蝕刻步驟)結束後，在相同條件(前段蝕刻步驟)下，來實施對氧化膜51之總蝕刻時間10~30%的OE。

圖7及圖8中，在未使用COS氣體含有氣體之比較例中，即使增加OE量，頂部CD值及底部CD值兩者幾乎不會變化，但在實施有使用COS氣體含有氣體之後段蝕刻步驟的實施例中，發現增加OE量時，頂部CD值幾乎不會變化，而底部CD值會慢慢增加。由此可知，藉由實施使用COS氣體含有氣體之後段蝕刻步驟，而在後段蝕刻步驟的條件下進行OE，可防止頂部 CD值增加並使底部CD值變大，且藉由調整OE時間，可調整底部CD值的變大幅度。

上述各實施形態中，施以電漿處理的基板不限於半導體元件用晶圓，而亦可為使用包含有LCD(Liquid Crystal Display)等之FPD(Flat Panel Display)等的各種基板或遮罩、CD基板、印刷基板等。

又，本發明之目的亦可藉由將記憶有用以實現上述各實施形態功能的軟體程式碼之記憶媒體供給至系統或裝置，並由該系統或裝置的電腦(抑或CPU或MPU等)來讀取並實行收納在記憶媒體之程式碼而達成。

此時，從記憶媒體所讀取之程式碼本身能實現上述各實施形態的功能，而該程式碼及記憶有該程式碼的記憶媒體則構成了本發明。

又，程式碼供給用之記憶媒體可利用FLOPPY(註冊商標)Disc、硬碟、光磁碟、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW等光碟、磁帶、非揮發性記憶卡、ROM等。又，亦可透過網路來下載程式碼。

又，藉由實行電腦所讀取之程式碼，不只可實現上述各實施形態的功能，根據該程式碼的指示，在電腦上稼動之OS(處理系統)等會實施實際處理的一部分或全部，而亦包含有藉由該處理來實現上述各實施形態之功能的情況。

再者，從記憶媒體讀取的程式碼被寫入插入於電腦 之機能擴張板或電腦所連接之功能擴張單元所具備的記憶體後，根據該程式碼的指示，擴張板或擴張單元所具備的CPU等會實施實際處理的一部分或全部，而亦包含有藉由該處理來實現上述各實施形態之功能的情況。

S‧‧‧處理空間

W‧‧‧半導體晶圓

10‧‧‧基板處理系統

11‧‧‧製程舟

12‧‧‧製程模組

13‧‧‧裝載模組

14‧‧‧晶圓匣盒

15‧‧‧晶圓匣盒載置台

16‧‧‧位置對準機構

17‧‧‧後處理室

19‧‧‧搬送臂機構

20‧‧‧裝載埠

22‧‧‧反應室

23‧‧‧載置台

24‧‧‧淋氣頭

25‧‧‧TMP

26‧‧‧搬送臂

27‧‧‧裝載互鎖模組

28‧‧‧第1匹配器

29‧‧‧真空閘閥

30‧‧‧大氣閘閥

31‧‧‧第1阻尼器

32‧‧‧第2阻尼器

33‧‧‧支撐部

34‧‧‧氣體通氣孔

35‧‧‧第2高頻電源

36‧‧‧第2匹配器

40‧‧‧作業控制器

50‧‧‧矽基材

51‧‧‧氧化膜

52‧‧‧ACL膜(非晶質碳膜)

53‧‧‧反射防止膜(BARC膜)

54‧‧‧光阻膜

55‧‧‧開口部

226‧‧‧APC閥

227‧‧‧第1高頻電源

230‧‧‧氣體供給部

232‧‧‧暫存室

圖1係概略顯示用以實施本實施形態基板處理方法的基板處理系統結構之俯視圖。

圖2係沿圖1的II-II線之剖面圖。

圖3係概略顯示圖1之基板處理系統中，被施以電漿處理的半導體晶圓結構之剖面圖。

圖4係顯示本發明第1實施形態之基板處理方法的基板處理之流程圖。

圖5係顯示第2實施形態基板處理方法中的基板處理之流程圖。

圖6(A)~(E)係顯示第2實施形態基板處理方法之步驟圖。

圖7係顯示在實施例及比較例中，實施有過蝕刻(OE)時的頂部CD值變化相對於OE量之圖式。

圖8係顯示在實施例及比較例中，實施有過蝕刻時的底部CD值變化相對於OE量之圖式。

S1‧‧‧將晶圓搬入至PM12的反應室

S2‧‧‧調整反應室內壓力，導入富含CF氣體

S3‧‧‧施加電功率來蝕刻BARC膜

S4‧‧‧調整反應室內壓力，導入O₂氣體、COS氣體

S5‧‧‧施加電功率來蝕刻ACL膜

S6‧‧‧調整反應室內壓力，導入富含C₆F₆氣體

S7‧‧‧施加電功率來蝕刻氧化膜

S8‧‧‧移至別的灰化裝置來去除遮罩膜

Claims (15)

1. 一種基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其特徵在於具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；以及第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；該第2蝕刻步驟係降低孔洞上部形狀之線條痕跡的產生，以及抑制底部形狀的扭曲。
2. 一種基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其特徵在於具有：處理對象層蝕刻步驟，係由非晶質碳膜之殘量與形成於該處理對象層之孔洞形狀，來決定被包含於處理氣體中之C₆F₆氣體的比例，並利用包含Ar與O₂之任一者或兩者，及該所決定比例之C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該處理對象層。
3. 一種基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中 間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其特徵在於具有：處理對象層蝕刻步驟，係藉由利用C₄F₆氣體含有氣體作為處理氣體之前段蝕刻步驟，及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻該處理對象層。
4. 一種基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其特徵在於具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第3蝕刻步驟，係利用包含Ar與O₂之任一者或兩者，及C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體係來蝕刻該處理對象層之蝕刻對象層步驟；該第2蝕刻步驟係降低孔洞上部形狀之線條痕跡的產生，以及抑制底部形狀的扭曲。
5. 一種基板處理方法，係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中 間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其特徵在於具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第4蝕刻步驟，係藉由利用C₄F₆氣體含有氣體作為處理氣體之前段蝕刻步驟，及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻該處理對象層。
6. 如申請專利範圍第1、4或5項任一項之基板處理方法，其中該第2蝕刻步驟中，該COS氣體流量相對於總處理氣體流量為3~5%。
7. 如申請專利範圍第1、4或5項任一項之基板處理方法，其中該第2蝕刻步驟中，處理壓力為20mTorr(2.66Pa)以下。
8. 如申請專利範圍第2或4項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第3蝕刻步驟中，該C₆F₆氣體含有氣體中之該C₆F₆氣體的流量相對於總處理氣體流量為2%以上。
9. 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中該 C₆F₆氣體含有氣體更進一步含有C₄F₆氣體及C₄F₈氣體。
10. 如申請專利範圍第2或4項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第3蝕刻步驟中，處理壓力為20mTorr(2.66Pa)以下。
11. 如申請專利範圍第3或5項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第4蝕刻步驟中，該後段蝕刻步驟中之該COS氣體的流量相對於總處理氣體流量為2~5%，且係將該後段蝕刻步驟延長特定時間而實施過蝕刻；該特定時間為針對該處理對象層之總蝕刻時間的10~30%。
12. 如申請專利範圍第3或5項之基板處理方法，其中該處理對象層蝕刻步驟及該第4蝕刻步驟中，係將該後段蝕刻步驟延長特定時間而實施過蝕刻(over-etch)。
13. 如申請專利範圍第12項之基板處理方法，其中該特定時間為針對該處理對象層之總蝕刻時間的10~30%。
14. 一種記憶媒體，係收納有使電腦實行一種基板處理方法的程式之電腦可讀取記憶媒體，該基板處理方法係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其特徵在於該基板處理方法係具有： 第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第3蝕刻步驟，利用包含Ar與O₂之任一者或兩者，及C₆F₆氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該處理對象層；該第2蝕刻步驟係降低孔洞上部形狀之線條痕跡的產生，以及抑制底部形狀的扭曲。
15. 一種記憶媒體，係收納有使電腦實行一種基板處理方法的程式之電腦可讀取記憶媒體，該基板處理方法係於處理對象層上，對層積有遮罩層及中間層之基板實施蝕刻處理，以透過該中間層及遮罩層而於該處理對象層形成圖樣形狀，其特徵在於該基板處理方法係具有：第1蝕刻步驟，係利用含有CF₄氣體、CHF₃氣體及C₄F₈氣體之混合氣體作為處理氣體，並以處理壓力100mTorr(1.33×10Pa)~150mTorr(2.0×10Pa)來蝕刻該中間層；第2蝕刻步驟，係以COS氣體含有氣體作為處理氣體來蝕刻該遮罩層；以及第4蝕刻步驟，係藉由利用C₄F₆氣體含有氣體 作為處理氣體之前段蝕刻步驟，及利用於該C₄F₆氣體含有氣體添加有COS氣體的COS氣體含有氣體作為處理氣體之後段蝕刻步驟來蝕刻該處理對象層。