WO2004013905A1 - エッチング方法 - Google Patents

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    • H10P50/73—Etching of wafers, substrates or parts of devices using masks for insulating materials

Definitions

  • the temperature of the support for supporting the substrate in the processing container is 0 to 20 ° C.
  • the substrate may have a surface layer to be etched under the lower film using the lower film as a mask.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a remaining shoulder portion.
  • the gate valve 38 is opened, and the wafer W is loaded into the processing container 2 and placed on the susceptor 3. Thereafter, the gate valve 38 is closed, the susceptor 3 is raised, and the distance between the wafer W surface on the susceptor 3 and the shear head 21 is adjusted to about 30 to 90 mm. Then, the inside of the processing container 2 is exhausted by the exhaust device 36 to reduce the pressure. Thereafter, a DC voltage is applied from the DC power supply 13 to the conductor 12 in the electrostatic chuck 11.
  • the organic material film 64 is etched by the plasma of the generated etching gas. At this time, a high frequency power of a predetermined frequency is applied from the high frequency power supply 50 to the susceptor 3 as the lower electrode so that ions in the plasma are drawn into the susceptor 3 side.
  • the flow rate ratio between NHs gas and O 2 gas is adjusted so that a desired CD shift value is obtained.
  • the organic material film 64 can be etched with a high selectivity with respect to the photosensitive resist film 63 using only NH 3 gas. However, if only NH 3 gas is used, the etching tends to be insufficient, and the width of the etched portion tends to be narrow, so that a good CD shift value cannot be obtained. Also, etching residues tend to remain. In contrast, more adding an appropriate amount of 0 2 gas, etching is accelerated, it is possible to obtain a desired CD shift value. In addition, etching residues can be hardly generated.
  • Etching is performed under the conditions above, and it is 10 to 3 with respect to the time J until the organic material film 64 is completely etched. The etching is terminated when the time of 0 ° / 0 over-etching has elapsed.
  • the pressure inside the processing vessel was set to 2.7 Pa, and as an etching gas, O 2 gas: 0.05 L / min, (A) N 2 gas: 0.05 L / min and (B) C ⁇ gas : Etching was performed by adding any of 0.05 L / min and keeping all other conditions the same.
  • the CD shift values were as large as (A): center: +132 nm, edge: +133 nm, (B): center: +79 nm, edge: +72 nm, both large. Poing had also occurred.

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Description

明 細 書 ェツチング方法 技術分野
本発明は、 例えば 2層レジス トの下層レジス トをエッチングする場合のように、 基板上に形成された有機系材料の下層膜を、 S i (シリ コン） 含有有機系材料の 上層膜をマスクとしてプラズマエッチングする方法に関する。 背景技術
近時、 半導体デバイスは一層の高集積化が求められており、 そのため、 より微 細なパターンを形成することが要求されている。 そこで、 フォ トリソグラフィー 工程においては、 微細パターンに対応して高解像度を得るために、 ドライエッチ ングによるパターン形成の際に半導体ウェハ上に形成されるレジス ト膜を薄く形 成する必要がある。
しかし、 微細パターンに対応してレジス ト膜を薄く していく と、 レジス ト膜に 対する被エッチング膜のエッチング選択比が十分にとれず、 良好なパターンを形 成し難いという問題がある。
そこで、 従来よりこのような不都合を解消する技術として 2層レジス トが用いら れている。 2層レジス トの例としては、 被エッチング膜の上に平坦化のための下 層レジス ト膜を形成し、 その上に上層レジスト膜として感光性レジス ト膜を形成 したものが挙げられる。
このような 2層レジス トにおいては、 上層の感光性レジス ト膜として S iを含 有したものを用いる。 この感光性レジス ト膜に露光および現像により レジストパ ターンを形成する。 次いで、 このパターン化された上層レジス ト膜をマスクとし て下層レジス ト膜をエッチング （ドライ現像） する。 最後に、 上層レジス トおよ ぴ下層レジストをマスクとして被エッチング膜をエッチングする。
このような一連のエッチング工程において、 上層レジス ト膜をマスクとして下 層レジス ト膜をエッチングする際には、 従来より O 2ガスを主体とする O 2系ガス が用いられている。 0 2系ガスにより上層レジスト膜に S i〇2が生じるので、 下 層レジストを上層レジストに対して高い選択比でエッチングすることができる。 これにより、 上層レジスト膜の残膜厚さを大きくすることができる。
しかしながら、 このように〇2系ガスによりエッチングを行うと、 エッチング の形状性および精度が不十分であるという問題がある。 具体的には、 エッチング された部分の断面形状が、 図 4に示すような、 ボーイングと称される弓形のもの となり、 C D (critical dimension) シフト値の制御性が悪くなる。 ここで、 C Dシフト値とは、 図 3に示すように、 エッチング後における有機系材料層 6 4の 最下部の C D値 （ボトム C D ) から最上部の C D値 （トップ C D ) を引いた値を いう。 したがって、 トップよりもボトムが広がった場合にはプラス （+ ) 、 トツ プよりもボトムが狭い場合にはマイナス （一） の値を取る。
一方、 エッチングガスとして、 H 2ガスと N 2ガスとの混合ガスも検討されてい る。 この場合には、 ポーイングが生じ難く C Dシフトも小さいので、 エッチング の形状性や精度には問題がない。
しかしながら、 H 2ガスと N 2ガスとの混合ガスでは、 下層レジストの上層レジ ストに対するエッチング選択比が低い。 このため、 下層レジストをエッチングし た際に、 上層レジス トの厚さが小さくなって 2層レジス トの利点が損なわれてし まつ。 発明の開示
本発明は、 かかる事情に鑑みてなされたものであって、 S i含有有機系材料の 上層膜をマスクとして有機系材料の下層膜をエッチングする場合に、 良好な選択 比で、 かつ形状性および精度良くエッチングする方法を提供することを目的とす る。
本発明者らは、 上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、 そのようなエツチン グを行う場合には、 N H 3ガスと〇2ガスとを含む混合ガスを用いれば、 C Dシフ ト値を所望の値に制御することができ、 良好な選択比を維持しつつ、 形状性およ び精度良くェツチングすることができることを見出した。
本発明は、 このような知見に基づいて完成されたものであり、 処理容器内で、 エッチングガスのプラズマにより、 S i含有有機系材料の上層膜をマスクとして、 基板上に形成された有機系材料膜の下層膜をエッチングする方法であって、 前記 処理容器内に、 前記エッチングガスとして NH3ガスと〇2ガスとを含む混合ガス を供給すると共に、 NH3ガスに対する O 2ガスの流量比を調整することによりェ ツチングの CDシフト値を制御する、 ことを特徴とするエッチング方法を提供す る。
なお、 2層レジストの下層レジス トにおいて NH3ガスと 02ガスを用いること は、 特開平 1一 28 03 1 6号公報に記載されている。 しカゝし、 この公報に記載 されているのは、 有機膜を高エッチングレートでエッチングするために NH3を 含むガスが有効である、 ということだけである。 この公報では、 〇2ガスは NH3 ガスに添加されるガスの 1種に過ぎず、 本発明のように、 NH3ガスに 02ガスを 添加することにより CDシフト値を制御することについては全く考慮されていな レ、。 したがって、 この公報に開示された技術は、 本発明とは関係のない技術であ る。
本発明はまた、 処理容器内で、 エッチングガスのプラズマにより、 S i含有有 機系材料の上層膜をマスクとして、 基板上に形成された有機系材料の下層膜をェ ツチングする方法であって、 前記処理容器内に、 前記エッチングガスとして NH 3ガスと〇2ガスとを含む混合ガスを供給すると共に、 NH3ガスに対する 02の流 量比を 0. 5〜20%とする、 ことを特徴とするエッチング方法を提供する。
これにより、 02ガスの作用が有効に発揮され、 より良好な CDシフト値が得 られるとともに、 エッチング残渣をより生じ難くすることができる。 この場合、 さらに ΝΉ 3ガスに対する O 2ガスの流量比を 5〜 1 0%とすることが好ましい。 以上のエッチング方法においては、 前記処理容器内の圧力を 2. 7 P a以上 1 3. 3 P a未満とすることが好ましい。
また、 前記処理容器内で基板を支持する支持体の温度を 0〜 20°Cとすること が好ましい。
さらに、 前記処理容器内に設けられた一対の対向電極間に前記プラズマを形成 すると共に、 前記基板の面積と前記電極間の距離との積である有効処理空間体積 を V (m3) とし、 前記処理容器からの排気速度を S (m3/ s e c) とした場合 2003/009941
4 に、 V / Sで表されるレジデンスタイムのィ直を 2 0〜 6 0 m s e cとすること力 ^ 好ましい。
前記基板は、 前記下層膜の下に、 この下層膜をマスクとしてエッチングされる べき表面層を有するものとすることができる。
本発明のエツチング方法は、 前記処理容器内に設けられた一対の対向電極間に 高周波電解を形成して前記プラズマを生成するような容量結合型プラズマエッチ ング装置を用いて行うことができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る方法を実施するためのエッチング装置を示す断面図。 図 2は、 本発明の実施形態のエッチング方法が適用される 2層レジスト構造を 示す断面図。
図 3は、 C Dシフト値を説明するための断面図。
図 4は、 ポーイングを説明するための断面図。
図 5は、 肩部残りを説明するための断面図 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照して、 本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[エッチング装置]
図 1は、 本発明を実施するためのプラズマエッチング装置を示す概略断面図で ある。 図 1に示すプラズマエッチング装置 1は、 上下平行に配置された一対の対 向電極板を備え、 一方の電極にプラズマ形成用電源が接続された、 容量結合型平 行平板エッチング装置として構成されている。
このプラズマエッチング装置 1は、 例えば表面がセラミック溶射処理されたァ ルミニゥムからなる円筒形の処理容器 2を備えている。 この処理容器 2は保安接 地されている。 処理容器 2内には、 下部電極として機能するサセプタ 3が、 支持 部材 4に支持された状態で設けられている。 サセプタ 3上には、 半導体ウェハ W が水平に載置される。 このウェハ Wは、 例えば S iカゝらなり、 その表面に、 後述 するような積層構造が形成されている。 支持部材 4は、 セラミックなどの絶縁板 JP2003/009941
5
5を介して、 図示しない昇降装置の支持台 6により支持されている。 これにより、 サセプタ 3が昇降可能となっている。 支持台 6の下方中央部分は、 ベローズ 7で 気密に覆われている。
支持部材 4の内部には、 冷媒室 8が設けられている。 この冷媒室 8には、 例え ばガルデンなどの冷媒が冷媒導入管 8 aを介して導入されて循環し、 その冷熱が 前記サセプタ 3を介して前記ウェハ Wに対して伝熱される。 これにより、 ウェハ Wの処理面が所望の温度に制御される。 また、 処理容器 2が真空に保持されてい ても、 冷媒室 8に循環される冷媒によりウェハ Wを有効に冷却可能なように、 ゥ ェハ Wの裏面に、 例えば H eガス等の伝熱媒体を供給するためのガス通路 9が設 けられている。 この伝熱媒体を介して、 サセプタ 3の冷熱がウェハ Wに有効に伝 達され、 ウェハ Wを精度良く温度制御することができる。
サセプタ 3は、 その上部中央が凸の円板状に成形されている。 サセプタ 3上に は、 絶縁材中に電極 1 2を配置した構造の静電チャック 1 1が設けられている。 静電チャック 1 1は、 直流電源 1 3から電極 1 2に直流電圧を印加することで、 例えばクーロン力によってウェハ Wを吸着保持する。 サセプタ 3の上端周縁部に は、 静電チャック 1 1上に載置されたウェハ Wを囲むように、 エッチングの均一 性を向上させるためのフォーカスリング 1 5が配置されている。
サセプタ 3の上方には、 このサセプタ 3と平行に対向して上部電極として機能 するシャワーヘッ ド 2 1が設けられている。 このシャワーヘッド 2 1は、 絶縁材 2 2を介して、 処理容器 2の上部に支持されている。 シャワーヘッド 2 1は、 サ セプタ 3との対向面 2 4に多数の吐出孔 2 3を有している。 なお、 ウェハ W表面 とシャワーヘッド 2 1とは、 例えば 3 0〜 9 0 mm程度離間され、 この距離は前 記の昇降機構により調節可能である。
シャワーヘッド 2 1の中央には、 ガス導入口 2 6が設けられている。 このガス 導入口 2 6には、 ガス供給管 2 7が接続されている。 このガス供給管 2 7には、 バルブ 2 8を介して、 エッチングガス供給系 3 0が接続されている。 エッチング ガス供給系 3 0は、 N H 3ガス供給源 3 1および O 2ガス供給源 3 2を有している。 これらガス、源 3 1， 3 2からの配管には、 それぞれマスフローコントローラ 3 3 およびバルブ 3 4が設けられている。 そして、 エッチングガスとしての N H 3ガス、 〇2ガスは、 各ガス供給源 3 1 , 3 2から、 ガス供給配管 2 7およびガス導入口 2 6を介して、 シャワーヘッド 2 1内の空間に至り、 ガス吐出孔 2 3から処理容器 2內に吐出される。
処理容器 2の側壁の底部近傍には、 排気管 3 5が接続されている。 この排気管 3 5には、 排気装置 3 6が接続されている。 排気装置 3 6は、 ターボ分子ポンプ などの真空ポンプを備えている。 これにより、 処理容器 2内を所定の減圧雰囲気、 例えば 1 P a以下の圧力まで真空引き可能なように構成されている。 また、 処理 容器 2の側壁には、 ウェハ Wの搬入出口 3 7と、 この搬入出口 3 7を開閉するゲ 一トバルブ 3 8とが設けられている。 このゲートバルブ 3 8を開にした状態で、 ウェハ Wが、 搬入出口 3 7を通じて、 隣接するロードロック室（図示せず）との間 で搬送される。
上部電極として機能するシャワーへッド 2 1には、 整合器 4 1を介して高周波 電源 4 0が接続されている。 この高周波電源 4 0は、 例えば 6 0 MH zの周波数 の高周波電力を、 上部電極であるシャワーヘッド 2 1に供給する。 これいより、 上部電極であるシャワーヘッド 2 1と、 下部電極であるサセプタ 3との間に、 プ ラズマ形成用の高周波電界を形成する。 また、 シャワーヘッド 2 1にはローパス フィルター （L P F ) 4 2が接続されている。
下部電極として機能するサセプタ 3には、 整合器 5 1を介して高周波電源 5 0 が接続されている。 この高周波電源 5 0は、 例えば 2 M H Zの周波数の高周波電 力を、 下部電極であるサセプタ 3に供給する。 これいより、 プラズマ中のイオン をウェハ Wに向けて引き込み、 異方性の高いエッチングを実現する。 また、 この サセプタ 3にはハイパスフィルター （H P F ) 1 6が接続されている。
[エッチング方法]'
次に、 このように構成されるプラズマェヅチング装置を用いた、 2層レジス ト における下層レジスト膜のェッチング方法について説明する。
(エッチングの概要）
図 2は、 エッチングの対象となる 2層レジストが形成された構造の一例を示す 断面図である。 この構造では、 ウェハ Wの表面に形成された表面層 6 1の上に、 2層レジス ト 6 2が形成されている。 この 2層レジス ト 6 2は、 上層レジスト膜 7 としての S i含有有機系材料の感光性レジスト膜 6 3と、 下層レジスト膜として の有機系材料膜 6 4とを有している。
感光性レジスト膜 6 3は、 所定のパターンに露光、 現像されている。 この感光 性レジスト膜 6 3をマスクとして、 有機系材料膜 6 4をエッチング（ドライ現像） する。 その後、 感光性レジスト膜 6 3と、 そのようにしてエッチングされた有機 系材料膜 6 4とが、 表面層 6 1をエッチングする際のマスクとして利用される。 下層レジスト膜としての有機系材料膜 6 4は、 感光性は必要とせず、 下地の表 面層 6 1に対するエッチング選択比の高いものが選ばれる。 そのような有機系材 料膜 6 4としては、 Cおよび Hを含有したものや、 これらにさらに Oを含有した ものを用いることができる。 なお、 エッチング選択比を高く してその膜厚を薄く する観点からは Cリツチな膜とすることが好ましい。
さらに、 ウェハ Wの表面層 6 1としては、 S i O N、 S i N、 S i C、 T i N、 および S i〇2、 S i O C等の層間絶縁膜用の材料から選択された少なくとも 1つ の材料で構成したものが好適である。
さて、 感光性レジスト膜 6 3に形成された微細パターンを表面層 6 1に正確に 転写するためには、 感光性レジスト膜 6 3をマスクとした有機系材料膜 6 4のェ ツチングを高選択比で、 かつ形状性良く、 しかも高精度で行う必要がある。
(エッチング操作）
図 1の装置を用いて、 上記のエッチングを行う際には、 次のような操作を行う。 まず、 ゲートバルブ 3 8を開にして、 ウェハ Wを処理容器 2内に搬入し、 サセプ タ 3上に載置する。 その後、 ゲートバルブ 3 8を閉じ、 サセプタ 3を上昇させて サセプタ 3上のウェハ W表面とシャヮ一へッド 2 1との距離を 3 0〜 9 0 mm程 度に調整する。 そして、 排気装置 3 6により処理容器 2内を排気して減圧する。 その後、 直流電源 1 3から静電チャック 1 1内の導電体 1 2に直流電圧を印加す る。
次いで、 エッチングガス供給系 3 0から処理容器 2内に、 エッチングガスとし ての N H sガスおよび 0 2ガスの混合ガスを導入する。 そして、 高周波電源 4 0か らシャヮ1 、、リド 2 1に高周波電力を印加して、 上部電極としてのシャワーへッ ド 2 1と、 下部電極としてのサセプタ 3との間に高周波電界を生じさせる。 これ 8 により、 両電極 2 1， 3間にエッチングガス （NH3ガスと O 2ガスとの混合ガ ス） のプラズマを生成する。 プラズマの生成によりウェハ Wは静電チャック 1 1 上に静電吸着される。
生成されたェッチングガスのプラズマにより、 有機系材料膜 64のエッチング を行う。 このとき、 高周波電源 50から下部電極であるサセプタ 3に所定の周波 数の高周波電力を印加して、 プラズマ中のイオンをサセプタ 3側へ引き込むよう にする。
このエッチングの際には、 所望の CDシフ ト値が得られるように、 NHsガス と O 2ガスとの流量比を調整する。 なお、 NH3ガスのみでも有機系材料膜 64を 感光性レジスト膜 6 3に対して高選択比でエッチングすることが可能である。 レ かし、 NH3ガスのみの場合にはエッチングが不足しやすく、 エッチング部分の 幅が狭くなる傾向にあり、 良好な CDシフト値が得られない。 また、 エッチング 残渣が残存する傾向がある。 これに対して、 適当量の 02ガスを添加することに より、 エッチングが促進され、 所望の CDシフ ト値とすることが可能である。 し かも、 エッチング残渣も生じ難くすることができる。
(エッチング条件）
この場合に、 NH3ガスに対する 02ガスの流量比〇2/NH3を 0. 5〜20% とすることが好ましい。 02/NH3が 0. 5 %以上であれば〇2の作用が有効に 発揮され、 良好な CDシフト値が得られるとともに、 エッチング残渣をより生じ 難くすることができる。 また、 02ZNH3が 20%を超えると、 図 4に示すよう に、 エッチングの途中で弓状に膨らんだポーイングが生じてエッチングの形状が 悪くなる傾向にある。 02ZNH3は、 より好ましくは 5 ~ 1 0 %である。 02Z NH3が 5%を超えると、 さらに一層良好な CDシフト値が得られ、 しかもエツ チング残渣を確実に解消することが可能となる。
このエッチングの際の処理容器 2内の圧力は、 13. 3 P a未満であること が好ましい。 これ以上の圧力の場合には、 エッチング残渣が生じやすくなり好ま しくない。 一方、 処理容器内圧力が2. 7 P a未満の場合には、 CDシフ ト値の プラス側に大きく （トップ CDが広く） なりすぎるおそれがあり、 エッチング形 状も悪くなるおそれがある。 従って、 処理容器 2内の圧力は、 好ましくは 2. 7 賺 09941
9
P a以上 1 3. 3 P a未満、 より好ましくは 6. 7 P a以上 1 3. 3 P a未満で ある。
また、 エッチングの際のサセプタ温度は、 0〜2 0°Cであることが好ましい。 サセプタ温度が 0°C未満の場合には、 エッチングの進行が遅く、 CDシフ ト値が マイナス側に大きく （ボトム CDが小さく） なりすぎるおそれがある。 一方、 サ セプタ温度が 2 0°Cを超えると、 エッチングの進行が速く、 CDシフト値がブラ ス側に大きく （ボトム CDが大きく） なりすぎるおそれがある。
さらに、 エッチングの際におけるエッチングガスのレジデンスタイムは 2 0〜 6 0 m s e c (milliseconds) であることが好ましい。 レジデンスタイムが 6 0 m s e cを超えると CDシフ ト値がプラス側に大きくなりすぎるおそれがある。 —方、 2 0m s e c未満では、 エッチングの進行が遅く C Dシフ ト値がマイナス 側に大きくなりやすくなる。
なお、 レジデンスタイムとは、 処理容器内においてエッチングガスがエツチン グに寄与する領域における、 エッチングガスの滞留時間をいう。 具体的には、 ゥ ェハ Wの面積と電極間の距離との積である有効処理空間体積を V (m3) (ゥェ ハ外側に対応する空間内のガスはエッチングに寄与しないから、 エッチングに寄 与するガスが存在する空間の体積である有効処理空間体積を用いる） 、 処理容器 からの排気速度を S (m V s e c ) 、 処理容器内圧力を！） （P a ) 、 総流量を Q (P a - m3/ s e c ) とすると、 レジデンスタイムては、 以下の式で求める ことができる。 て = V/S = p V/Q ( s e c ) 以上の条件下でエッチングを行い、 予め把握されている 「有機系材料膜 6 4が 完全にエッチングされるまでの時間 J に対し 1 0〜 3 0 °/0オーバーエッチングに なる時間経過した時点でエッチングを終了する。
[実 験 例]
次に、 本発明の効果を確認した実験例について説明する。
ここでは、 図 2に示す構造において、 図 1に示すプラズマエッチング装置にて ホールおよびトレンチを形成するエッチングを行った。 共通の条件として、 ゥェ ハ Wに 200 mmウェハを用い、 所定パターンの厚さ 3 1 0 nmの感光性レジス ト膜 63をマスクとして、 下層レジス ト膜である厚さ 8 00 nmの有機系材料膜64をエッチングした。 また、 エッチング前のトップ CDの値 （図 2) は 240 nmであった。 高周波電源 40の周波数は 60MH z、 高周波電源 50の周波数 は 2MH zとした。
まず、 比較例として、 〇2ガスを主体とするエッチングガスを用いて実験を行 つた。 この際の条件は、 サセプタ温度： 0°C、 電極間ギャップ： 55mm、 Oz ガスの流量： 0. 1 LZm i n、 処理容器内圧力 ： 2. 0〜'3. 3 P a、 上部電 極パワー ： 500W、 下部電極パワー：' 1 50W、 オーバーエッチング ： 10% とした。 その結果、 感光性レジス ト層 63のフラッ ト部の残膜量が 240 nmと エッチングの選択性は良好であり、 エッチング残渣も存在しなかった。 しかし、 CDシフト値がセンターで + 77~ 10 1 nm、 エッジで + 77〜97 nmと大 きく、 ポーイングも生じていた。
次に、 処理容器内圧力を 2. 7 P aとし、 エッチングガスとして O 2ガス ： 0. 05 L/m i nに、 (A) N2ガス ： 0. 05 L/m i nおよび (B ) C〇ガス : 0. 05 L/m i nのいずれかを加え、 他の条件は全て同一としてエッチング を行った。 その結果、 CDシフ ト値が、 （A) ではセンター ： + 1 32 nm、 ェ ッジ ： + 1 33 nm、 （B) ではセンター： + 79 nm、 エッジ： + 72 nmと いずれも大きく、 共にポーイングも生じていた。
これらの結果から、 O 2ガス系では C Dシフ ト値を所望の値に制御することが 困難であることが把握された。
また、 他の比較例として、 N2ガスと H2ガスとの混合ガスをエッチングガスと して実験を行った。 この際の条件は、 N2ガス流量： 0. 3 LZm i n、 H2ガス 流量： 0. 3 LZm i n、 処理容器内圧力： 1 3. 3 P a、 上部電極パワー： 1 000W、 下部電極パワー： 1 00Wとし、 他の条件は上記比較例と同様とした。 その結果、 CDシフ ト値は、 センター： 一 2 nm、 エッジ： + 3 nmと良好な値 であり、 エッチング残渣も存在しなかった。 しかし、 感光性レジスト層 6 3のフ ラッ ト部の残膜量が 200 nmとなり、 エッチング選択比が悪くて感光性レジス ト層 6 3が薄くなりすぎることが把握された。
さらに他の比較例として、 NH3ガスをエッチングガスとして実験を行った。 この際の条件は、 NH3ガス流量： 0. 3 L/m i nとした以外は、 上記の N2ガ スと H2ガスとの混合ガスを用いた場合と同様とした。 その結果、 感光性レジス ト層 6 3のフラット部の残膜量が 26 5 ηιηと、 エッチングの選択性は良好であ つた。 しかし、 エッチング残渣が存在し、 また CDシフト値が、 センター： 一 2 1 n m、 エッジ： 一 2 5 n raと、 ボトム C Dが小さく くなる傾向にあることが把 握された。
次に、 本発明の範囲にある実施例として、 NH3ガスと 02ガスとの混合ガスを エッチングガスとして実験を行った。 この際の条件は、 電極間ギャップ： 5 5m m、 上部電極パワー： 1 00 OW、 下部電極パワー： 1 00Wとした。 一方、 N H3ガスに対する〇2ガスの流量比 02/NH3の値、 処理容器内圧力、 サセプタ温 度、 およびレジデンスタイムはそれぞれ様々な値を用いた。
まず、 NH3ガス流量： 0. 3 L/m i n、 02ガスの流量： 0. 0 3 L/m i n (流量比 OzZNEUの値： 1 0%) 、 サセプタ温度を 0 とした。 そして、 処 理容器内圧力を （1 ) 1 0. 0 P a、 (2) 1 3. 3 P a、 （3) 2 6. 6 P a と変化させた。 その結果、 いずれも感光性レジスト層 6 3のフラット部の残膜量 が 2 5 0 nm以上と、 エッチングの選択性が良好であった。 また、 CDシフ ト値、 肩部残り、 エッチング残渣を調査した。 その結果を、 レジデンスタイムとともに 以下に示す。 なお、 肩部残りとは、 図 5に示すように、 感光性レジス ト層 6 3が エッチングされた際の肩部の下の直線部の長さ Xをいい、 この値が大きいほど好 ましい。
( 1 ) 処理容器内圧力： 1 0. 0 P a
レジデンスタイム ： 3 1. 0m s e c
CDシフ トイ直
センター： 一 3 3 nm
エッジ ： — 4 5 n m
肩部残り センタ、 3 6 n m
ェッジ 5 9 n m
ェ なし
(2) 処理容器内圧力 1 3. 3 P a
レジデンスタィム 4 1. m s e c
CDシフト値
センター ― 1 31 m
ェッジ - 3 0 n m
肩部残り
センター 72 n m
ェッジ 6 9 n m
エッチング残渣 多少存在
(3) 処理容器内圧力： 26. 6 P a
レジデンスタイム ： 8 2. 7m s e c
C Dシフト値
センター ： + 1 9 nm
エツシ ： 0 n m
肩部残り
センター 8 3 n m
ェッジ 4 9 n m
ェツチング残渣 多量に存在 以上のように、 処理容器内圧力が 1 3. 3 P a以上になるとエッチング残渣が 出る傾向にあるが、 1 0. O P aでは、 エッチング残渣は生じなかった。 これに より、 処理容器内圧力は 1 3. 3 P a未満がよいことが把握された。 ただし、 1 0. O P aでは、 CDシフ ト値がマイナス側に大きい傾向にある。
次に、 NH3ガス流量： 0. 3 L/m i n、 O 2ガスの流量： 0. 0 3 L/m i 1
13
1 (流量比 02ZNH3の値： 1 0%) とし、 処理容器内圧力を上記実験で最も結 果が良かった 1 0. 0 P aとした。 そして、 サセプタ温度を （4) ひで （上記 (1 ) と同じ） 、 （5) 1 0°C、 (6) 20°Cと変化させた。 その結果、 いずれ も感光性レジスト層 6 3のフラット部の残膜量が 2 50 nm以上と、 エッチング の選択性が良好であった。 また、 CDシフ ト値、 肩部残り、 エッチング残渣を調 査した結果を以下に示す。
(4) サセプタ温度
CDシフト値
センター — 3 3 n m
ェッジ — 45 n m
肩部残り
センター 36 n m
ェッジ 5 9 n m
ェツチング残澄 なし
(5) サセプタ温度 ： 1 o。c
CDシフト値
センター ： — 9 n m
ェッジ ： — 5 n m
肩部残り
センター 56 n m
ェッジ
ェ ' なし
( 6 ) サセプタ温度 ： 20°C
CDシフト値
センター ： + 3 9 n m
ェッジ ： + 49 n m 肩部残り
センター 8 5 n m
ェッジ 1 2 7 n m
ェツチング残渣 なし 以上のように、 サセプタ温度により CDシフ ト値が変化し、 0°Cでは CDシフ ト値がマイナス側に大きい傾向にある。 しかし、 サセプタ温度が上昇するに従つ て、 CDシフ ト値はプラス側へ向かい、 サセプタ温度が 2 0°Cではプラス側に大 きくなる傾向にある。 この結果から、 サセプタ温度は 0〜 2 0°Cが好ましいこと が把握された。
次に、 流量比 02 NH3の値： 1 0 %とし、 処理容器内圧力 ： 1 0. 0 P a、 サセプタ温度 ： 1 0°Cとして、 ガスの総流量 Qおよびレジデンスタイムてを以下 の (7 ) 〜 ( 9) のように変化させた。
( 7 ) 総流量 ： 0. 1 6 5 L /m i n
レジデンスタイム ： 6 2. l m s e c
( 8 ) 総流量 ： 0. 3 3 0 L Zm i n
レジデンスタイム ： 3 1. O m s e c
(9 ) 総流量 ： 0. 4 9 5 L /va i n
レジデンスタイム : 2 0. 7 m s e c その結果、 いずれも感光性レジス ト層 6 3のフラット部の残膜量が 2 5 0 nr 以上と、 エッチングの選択性が良好であった。 また、 CDシフ ト値、 肩部残り、 エツチング残渣を調査した結果を以下に示す。
( 7 ) CDシフ ト値
センター ： + 5 1 n m 2003/009941
15 ェッジ + 5 d n m
肩部残り
センター
ェッジ
ェツチング残渣 なし
(8 ) CDシフ ト値
センター ： — 9 n m
ェッジ ： — 5 n m
肩部残り
センター 5 6 n m
ェッジ
ェツチング残渔 なし
( 9 ) CDシフ ト値
センター + 1 1 n m
ェッジ — 1 8 n m
肩部残り
センター 5 9 n m
. ェッジ 7 9 n m
ェツチング残渣 トレンチ部でェツチング残渣あり 以上のように、 レジデンスタイムが 6 Om s e c以上の （7) では CDシフト 値がプラス側に大きい傾向にある。 また、 レジデンスタイムが 2 Om s e c付近 の （ 9) では C、 Dシフ ト値は良好であつたが、 トレンチ部で若干エッチング残 渣が存在している。 これにより、 レジデンスタイムが 2 Om s e c未満になると エツチング残渣が問題になることが予想される。
次に、 NH3ガスの流量を 0. 3 L/m i nで一定とし、 〇2ガスの流量を 0. 0 3 L/m i nおよび 0. 0 1 5 L/m i nに変化させた。 これにより、 流量比 02/NH3の値を （ 1 0) 1 0%および （1 1) 5%に変化させた。 なお、 処理 容器内圧力： 10. 0 P a、 サセプタ温度： 1 0°Cとした。 その結果、 いずれも 感光性レジスト層 6 3のフラット部の残膜量が 250 nm以上と、 エッチングの 選択性が良好であった。 また、 CDシフ ト値、 肩部残り、 エッチング残渣を調査 した結果を以下に示す。
(1 0) O2/NH3 ： 0 %
CDシフト値
センター — 9 n m
ェッジ — 5 n m
肩部残り
センター o 6 n m
ェッジ
エッチング残渣 なし
(1 1) Oz/NHs ： 5 %
C Dシフト値
センター： 一 1 O nm
エツシ ： — 10 n m
肩部残り
センター ： 56 n m
エッジ ： 1 30 n m
エッチング残湾 ：なし 以上のように、 〇2ZNH3が 1 0 %以下で良好な結果となった。 また、 o2Z
NH3が 5 %以下であっても良好な CDシフト値が得られることが予想される。 ただし、 〇2ZNH3の値は、 10 %では、 許容される程度ではあるがボーイング が生じた。 従って、 02ZNH3の値は、 20%以下が好ましく、 10%以下がよ り好ましいと予想される。 また、 02 NH3の値は、 小さすぎるとエッチング残 渣が生じるため、 0. 5 %以上が好ましい。
次に、 処理容器内圧力以外は上記 （1 0) と全く同一とし、 処理容器内圧力を 6. 7 P aに減じた （1 2) について、 同様の試験を行った。 その結果、 感光性 レジスト層 6 3のフラット部の残膜量が 2 5 0 nm以上とエッチングの選択性が 良好であった。 また、 CDシフ ト値、 肩部残り、 エッチング残渣は以下のとおり であった。
(1 2) 処理容器内圧力： 6. 7 P a
CDシフト値
センター ： + 1 3 nm
エツシ ： + 4 n m
肩部残り
センタ、 9 2 n m
ェッジ 5 9 n m
エッチング残渣 なし 以上のように、 処理容器内圧力を 6. 7 P aまで低下させても良好な結果とな つた。 ただし、 処理容器内圧力を低下させると CDシフ ト値が大きくなり、 エツ チング形状も多少悪くなる傾向にある。 このため、 処理容器内圧力は 2. 7 P a、 以上が好ましいと考えられる。
以上を総合的に判断すると、 NH3ガス流量： 0. 3 L/m i n、 02ガスの流 量： 0. 0 1 5 L/m i n (流量比〇2/NH3の値： 5 %) 、 サセプタ温度： 1 0°C、 処理容器内圧力 ： 1 0. 0 P aの条件が最もよいことが把握された。 なお、 本発明は上記実施形態に限定されることなく、 種々変形可能である。 例えば、 上記実施形態では上下電極に高周波電力を印加してエッチングを行う 平行平板型のプラズマエッチング装置を用いたが、 これに限るものではない。 例 えば、 上部電極または下部電極のいずれかのみに高周波電力を印加すタイプの装 置であってもよい。 また、 永久磁石を用いたマグネトロン R I Eプラズマエッチ 9941
18 ング装置であってもよい。 また、 容量結合型のプラズマエッチング装置に限らず、 誘導結合型等の、 他の種々のプラズマエッチング装置を用いることができる。 た だし、 適度なプラズマ密度で高いエッチング選択比を得る観点から容量結合型の ものが好ましい。 また、 上記実施形態では 2層レジス トのエッチングについて説 明したが、 S i含有有機系材料膜をマスクとする有機系材料膜のエッチングであ ればこれに限るものではない。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 処理容器内で、 エッチングガスのプラズマにより、 S i含有有機系材料 の上層膜をマスクとして、 基板上に形成された有機系材料膜の下層膜をエツチン グする方法であって、
前記処理容器内に、 前記エッチングガスとして NH3ガスと 02ガスとを含む混 合ガスを供給すると共に、 NH3ガスに対する 02ガスの流量比を調整することに よりエッチングの CDシフト値を制御する、 ことを特徴とするエッチング方法。
2. 前記処理容器内の圧力を 2. 7 P a以上 1 3. 3 P a未満とする、 こと を特徴とする請求項 1に記載のエッチング方法。
3. 前記処理容器内で基板を支持する支持体の温度を 0〜20°Cとする、 こ とを特徴とする請求項 1に記載のエッチング方法。
4. 前記処理容器内に設けられた一対の対向電極間に前記プラズマを形成す ると共に、 前記基板の面積と前記電極間の距離との積である有効処理空間体積を V (m3) とし、 前記処理容器からの排気速度を S (mV s e c) とした場合に、 V/Sで表されるレジデンスタイムの値を 20〜6 Om s e cとする、 ことを特 徴とする請求項 1に記載のエッチング方法。
5： 前記基板は、 前記下層膜の下に、 この下層膜をマスクとしてエッチング されるべき表面層を有する、 ことを特徴とする請求項 1に記載のエッチング方法。
6. 前記処理容器内に設けられた一対の対向電極間に高周波電解を形成して 前記プラズマを生成するような容量結合型プラズマエッチング装置を用いて行わ れる、 ことを特徴とする請求項 1に記載のエッチング方法。
7. 処理容器内で、 エッチングガスのプラズマにより、 S i含有有機系材料 の上層膜をマスクとして、 基板上に形成された有機系材料の下層膜をエッチング する方法であって、
前記処理容器内に、 前記エッチングガスとして NH3ガスと〇2ガスとを含む混 合ガスを供給すると共に、 NH3ガスに対する 02の流量比を 0. 5〜20%とす る、 ことを特徴とするエッチング方法。
8. NH3ガスに対する〇2ガスの流量比を 5〜1 0%とする、 ことを特徴と する請求項 7に記載のエッチング方法。
9. 前記処理容器内の圧力を 2. 7 P a以上 1 3. 3 P a未満とする、 こと を特徴とする請求項 7に記載のエツチング方法。
1 0. 前記処理容器内で基板を支持する支持体の温度を 0〜 20°Cとする、 ことを特徴とする請求項 7に記載のエッチング方法。
1 1. 前記処理容器内に設けられた一対の対向電極間に前記プラズマを形成 すると共に、 前記基板の面積と前記電極間の距離との積である有効チャンバ一体 積を V (m3) とし、 前記処理容器からの排気速度を S (m3/ s e c) とした場 合に、 V/Sで表されるレジデンスタイム 値を 20〜 6 0m s e cとする、 こ とを特徴とする請求項 7に記載のエッチング方法。
1 2. 前記基板は、 前記下層膜の下に、 この下層膜をマスクとしてエツチン グされるべき表面層を有する、 ことを特徴とする請求項 7に記載のエッチング方 法。
1 3. 前記処理容器内に設けられた一対の対向電極間に高周波電解を形成し て前記プラズマを生成するような容量結合型プラズマエッチング装置を用いて行 われる、 ことを特徴とする請求項 7に記載のエッチング方法。
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