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JP6050944B2 - プラズマエッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマエッチング方法及びプラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、被処理体をプラズマエッチング処理する方法及び当該プラズマエッチングを実施するプラズマ処理装置に関する。
近年、半導体デバイスの微細化、高集積化に伴い、現在の半導体デバイスのフォトリソグラフィー技術において主流となっているＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）よりも一桁波長が短い、１３．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅａｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いたＥＵＶリソグラフィ技術が、２０ｎｍ以下の超微細なパターン加工を可能にする次世代技術として有望視されている。
しかしながら、ＥＵＶレジストの膜厚は５０ｎｍ程度と、現在主流で用いられるＡｒＦレジスト膜の膜厚の半分以下である。そのため、ＥＵＶレジストをマスクに用いて被エッチング膜（下地膜）をプラズマエッチング処理した場合、エッチングによりＥＵＶレジストマスクもエッチングされてしまい、被エッチング膜の膜厚や被エッチング膜における線幅を所望の値とすることができないという問題がある。
そのため、このように膜厚の薄いレジストをマスクとしてプラズマエッチング処理を行うための方法が、二層レジスト膜を用いることが、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１に示される方法によれば、二層レジストの上部側の層に露光処理によりパターンを形成した後に、シリコン含有ガスであるＳｉＣｌ４ガスにより下部側の層のエッチング処理を行う。こうすることで、下部層のエッチング処理時にシリコン含有ガスが下部側の層の側壁に堆積し、異方性エッチングを実現することにより、二層レジストによるエッチングマスクを形成する。
特表２００８−５０５４９７号公報
ところで、フォトリソグラフィー技術においては、レジスト膜の露光処理時に、シリコン基板上で光源の光が反射することで現像処理後のレジストの寸法精度が低下することを防止するために、反射防止膜が形成されるのが通常であり、上述のＥＵＶレジスト膜は、反射防止膜のエッチングの際にも有用である。
しかしながら、特許文献１に示されるように、異方性エッチングによりエッチングマスクを形成する場合、エッチングマスクの水平方向の寸法調整を精度よく行うことは非常に難しい。そのため、被エッチング膜における線幅を所望の値とすることが困難である。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＥＵＶレジストをマスクに用いてプラズマエッチング処理を行うにあたり、エッチング後のＥＵＶレジストマスクの残膜を改善することで、被エッチング膜に所望の寸法精度で微細加工を施すことを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は、基板上に形成された有機膜上に積層された反射防止膜を、当該反射防止膜上に形成されたレジスト膜からなるエッチングマスクを用いて処理容器内でプラズマエッチング処理する方法であって、前記処理容器内にＳｉ含有ガスのプラズマにより前記レジスト膜のエッチングマスク上にＳｉ含有物からなる化合物を、前記エッチングマスクの側面よりも上面のほうが厚くなるように堆積させ、その後、前記レジスト膜上に前記Ｓｉ含有化合物を堆積させた状態で、前記反射防止膜のエッチング処理を行い、前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＣｌ４ガス及びＯ２であり、ＳｉＣｌ４ガス流量：Ｏ２ガス流量の流量比が１：４〜１０である混合ガスであることを特徴としている。あるいは、前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＦ４ガス及びＨ２ガスであり、ＳｉＦ４ガス流量：Ｈ２ガス流量の流量比が１：１〜４である混合ガスであることを特徴としている。
本発明者らによれば、処理容器内にＳｉＣｌ４含有ガスまたはＳｉＦ４含有ガスを供給してレジスト膜に対していわゆるプレコート処理を行うことにより、Ｓｉ含有化合物をレジスト膜の側壁よりも上部に厚く堆積させることが確認された。本発明はこの知見に基づくものであり、本発明によれば、エッチング処理前にＳｉＣｌ４を含んだ処理ガスを用いてレジスト膜上にＳｉ含有化合物をプレコートする。この際、Ｓｉ含有化合物はレジスト膜の側壁よりも上部に厚く堆積する。したがって、プラズマエッチング処理後のレジスト膜の残膜の厚みが所望の厚さ以下となることを防止することができる。その結果、たとえばＥＵＶレジストのような、薄い膜厚のエッチングマスクを用いた場合であっても、エッチングによりマスキングされた部分が高さ方向にエッチングされることを防止することができる。また、プレコートによりレジスト幅の横方向への増加が最小限に抑えられるので、エッチング後の反射防止膜の線幅に与える影響を最小限に抑えることができる。したがって本発明によれば、被エッチング膜に所望の寸法精度で微細加工を施すことができる。
前記レジスト膜はＥＵＶレジスト膜であってもよい。
前記ＥＵＶレジストの膜厚は２０ｎｍ〜５０ｎｍであってもよい。
前記ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガス、または前記ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスには、Ｈｅが添加されていてもよい。
前記反射防止膜は、Ｓｉ含有有機膜であってもよい。
前記反射防止膜のエッチングは、ＣＦ４ガスのプラズマにより行われてもよい。
前記ＣＦ４ガスは、ＣＦ４／ＣＨ２Ｆ２ガスであってもよい。
別の観点による本発明によれば、基板上に形成された有機膜上に積層された反射防止膜をプラズマエッチングするプラズマ処理装置であって、前記基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に設けられた上部電極と下部電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源を有し、前記処理ガス供給源は、前記反射防止膜上に形成された、ＥＵＶレジスト膜によるエッチングマスク上にＳｉ含有化合物を、前記エッチングマスクの側面よりも上面のほうが厚くなるように堆積させるためのＳｉ含有ガスを供給するコーティングガス供給部と、Ｓｉ含有化合物を堆積させた後のエッチングマスクをエッチング処理するためのエッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、を備え、前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＣｌ４ガス及びＯ２であり、ＳｉＣｌ４ガス流量：Ｏ２ガス流量の流量比が１：４〜１０である混合ガスであることを特徴としている。あるいは、前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＦ４ガス及びＨ２ガスであり、ＳｉＦ４ガス流量：Ｈ２ガス流量の流量比が１：１〜４である混合ガスであることを特徴としている。
本発明によれば、ＥＵＶレジストをマスクに用いてプラズマエッチング処理を行うにあたり、エッチング後のＥＵＶレジストマスクの残膜を改善することで、被エッチング膜に所望の寸法精度で微細加工を施すことができる。
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 ウェハ上の反射防止膜にレジストパターンが形成された状態を模式的に示す断面図である。 プレコート処理後に反射防止膜のエッチング処理を行った状態を模式的に示す断面図である。 反射防止膜上のレジストパターンにプレコート処理が施された状態を模式的に示す断面図である。 確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例と比較例の確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。 本実施例にかかる確認試験の結果を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態の一例について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の概略の構成を示す縦断面図である。
プラズマ処理装置１は、シリコン基板であるウェハＷを保持するウェハチャック１０が設けられた略円筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、接地線１２により電気的に接続されて接地されている。また、処理容器１１の内壁は、表面に耐プラズマ性の材料からなる溶射皮膜が形成されたライナ（図示せず）により覆われている。
ウェハチャック１０は、その下面を下部電極としてのサセプタ１３により支持されている。サセプタ１３は、例えばアルミニウム等の金属により略円盤状に形成されている。処理容器１１の底部には、絶縁板１４を介して支持台１５が設けられ、サセプタ１３はこの支持台１５の上面に支持されている。ウェハチャック１０の内部には電極（図示せず）が設けられており、当該電極に直流電圧を印加することにより生じる静電気力でウェハＷを吸着保持することができるように構成されている。
サセプタ１３の上面であってウェハチャック１０の外周部には、プラズマ処理の均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性の補正リング２０が設けられている。サセプタ１３、支持台１５及び補正リング２０は、例えば石英からなる円筒部材２１によりその外側面が覆われている。
支持台１５の内部には、冷媒が流れる冷媒路１５ａが例えば円環状に設けられており、当該冷媒路１５ａの供給する冷媒の温度を制御することにより、ウェハチャック１０で保持されるウェハＷの温度を制御することができる。また、ウェハチャック１０と当該ウェハチャック１０で保持されたウェハＷとの間に、伝熱ガスとして例えばヘリウムガスを供給する伝熱ガス管２２が、例えばサセプタ１３、支持台１５及び絶縁板１４を貫通して設けられている。
サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してプラズマを生成するための第１の高周波電源３０が、第１の整合器３１を介して電気的に接続されている。第１の高周波電源３０は、例えば２７〜１００ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば１００ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第１の整合器３１は、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものであり、処理容器１１内にプラズマが生成されているときに、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンとが見かけ上一致するように作用する。
また、サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してウェハＷにバイアスを印加することでウェハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電源４０が、第２の整合器４１を介して電気的に接続されている。第２の高周波電源４０は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば３．２ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第２の整合器４１は、第１の整合器４１と同様に、第２の高周波電源４０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものである。
これら第１の高周波電源３０、第１の整合器３１、第２の高周波電源４０、第２の整合器４１は、後述する制御部１５０に接続されており、これらの動作は制御部１５０により制御される。
下部電極であるサセプタ１３の上方には、上部電極４２がサセプタ１３に対向して平行に設けられている。上部電極４２は、導電性の支持部材５０を介して処理容器１１の上部に支持されている。したがって上部電極４２は、処理容器１１と同様に接地電位となっている。
上部電極４２は、ウェハチャック１０に保持されたウェハＷと対向面を形成する電極板５１と、当該電極板５１を上方から支持する電極支持体５２とにより構成されている。電極板５１には、処理容器１１の内部に処理ガスを供給する複数のガス供給口５３が当該電極板５１を貫通して形成されている。電極板５１には、例えばジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体により構成され、本実施の形態においては例えばシリコンが用いられる。また、電極支持板５２は導電体により構成され、本実施の形態においては例えばアルミニウムが用いられる。
電極支持体５２内部の中央部には、略円盤状に形成されたガス拡散室５４が設けられている。また、電極支持体５２の下部には、ガス拡散室５４から下方に伸びるガス孔５５が複数形成され、ガス供給口５３は当該ガス孔５５を介してガス拡散室５４に接続されている。
ガス拡散室５４には、ガス供給管７１が接続されている。ガス供給管７１には、図１に示すように処理ガス供給源７２が接続されており、処理ガス供給源７２から供給された処理ガスは、ガス供給管７１を介してガス拡散室５４に供給される。ガス拡散室５４に供給された処理ガスは、ガス孔５５とガス供給口５３を通じて処理容器１１内に導入される。すなわち、上部電極４２は、処理容器１１内に処理ガスを供給するシャワーヘッドとして機能する。
本実施の形態におけるガス供給源７２は、ウェハＷにプレコート処理を行うためのコーティングガス供給部７２ａと、プレコート処理後のエッチング用に処理ガスを供給するエッチングガス供給部７２ｂを有している。また、ガス供給源７２は、各ガス供給部７２ａ、７２ｂとガス拡散室５４との間にそれぞれ設けられたバルブ７３ａ、７３ｂと、流量調整機構７４ａ、７４ｂを備えている。ガス拡散室５４に供給されるガスの流量は、流量調整機構７４ａ、７４ｂによって制御される。
プレコート処理を行うためのコーティングガスとしては、例えばＳｉＣｌ４含有ガスが用いられ、本実施の形態においては、例えばＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスが用いられる。また、エッチング処理用のエッチングガスとしては、ＣＦ４が用いられる。
処理容器１１の底部には、処理容器１１の内壁と円筒部材２１の外側面とによって、処理容器１１内の雰囲気を当該処理容器１１の外部へ排出するための流路として機能する排気流路８０が形成されている。処理容器１１の底面には排気口９０が設けられている。排気口９０の下方には、排気室９１が形成されており、当該排気室９１には排気管９２を介して排気装置９３が接続されている。したがって、排気装置９３を駆動することにより、排気流路８０及び排気口９０を介して処理容器１１内の雰囲気を排気し、処理容器内を所定の真空度まで減圧することができる。
また、処理容器１１の周囲には、当該処理容器１１と同心円状にリング磁石１００が配置されている。リング１００磁石により、ウェハチャック１０と上部電極４２との間の空間に磁場を印加することができる。このリング磁石１００は、図示しない回転機構により回転自在に構成されている。
以上のプラズマ処理装置１には、既述のように制御部１５０が設けられている。制御部１５０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、各電源３０、４０や各整合器３１、４１及び流量調整機構７３などを制御して、プラズマ処理装置１を動作させるためのプログラムも格納されている。
なお、上記のプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部１５０にインストールされたものであってもよい。
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のように構成されており、次に、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１におけるプラズマエッチング処理について説明する。
プラズマエッチング処理にあたっては、先ず、処理容器１１内にウェハＷが搬入され、ウェハチャック１０上に載置されて保持される。このウェハＷには、例えば図２に示すように、エッチングマスクとして予めフォトレジストによりレジストパターンＲが形成されている。なお、レジストパターンＲには、ＥＵＶレジストが用いられ、当該レジストの膜厚は、例えば２０ｎｍ〜５０ｎｍである。レジストパターンＲの下層には反射防止膜２００が形成されている。この反射防止膜としては、例えばＳｉ含有有機膜が用いられる。反射防止膜２００の下層には絶縁層２０１として有機膜が形成され、その下層には、窒化シリコン層２０２が形成されている。ウェハＷと窒化シリコン層２０２との界面には、シリコン酸化膜２０３が介在している。
ウェハＷがウェハチャック１０に保持されると、排気装置９３により処理容器１１内が排気され、それと共に処理ガス供給源７２から、先ずプレコート用の処理ガスが所定の流量で処理容器１１内に供給される。この際の処理ガスには、ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスが用いられ、それぞれ２５／２５０ｓｃｃｍの流量で供給される。
それと共に、第１の高周波電源３０により、下部電極であるサセプタ１３に高周波電力を連続的に印加する。これにより、処理容器１１内に供給されたプレコート用の処理ガスは、上部電極４２とサセプタ１３との間でプラズマ化される。この際、プラズマは、リング磁石１００の磁場により、上部電極４２とサセプタ１３の間に閉じ込められる。なおこの際、第２の高周波電源４０によるサセプタ１３への高周波電力の印加は行っていない。そして、処理容器１１内のプラズマにより生成されるイオンやラジカルにより、レジストパターンＲにＳｉ含有化合物Ｄが堆積し、レジストパターンＲがプレコートされる。この際、このＳｉ含有化合物Ｄは、図３に示すように、レジストパターンＲの側面よりも上部に厚く堆積する。そして、後述のエッチング工程においては、Ｓｉ含有化合物Ｄが堆積したレジストパターンＲがエッチングマスクＭとして機能する。この際、エッチングマスクＭは、レジストパターンＲよりも高さ方向に寸法が増加する一方で、横幅の増加は最小限に抑制されている。
レジストパターンＲのプレコートが終了すると、次いでエッチング処理が行われる。エッチング処理においては、ガス供給部７２ｂからエッチングガスとしてＣＦ４が２５０ｓｃｃｍの流量で供給され、Ｓｉ含有化合物Ｄが堆積したレジストパターンＲをエッチングマスクＭとして、処理容器１１内のプラズマにより生成されるイオンやラジカルにより反射防止膜２００がエッチングされる。この際、図４に示すように、エッチングマスクＭも同時にエッチングされるものの、エッチングマスクＭを構成するレジストパターンＲは、Ｓｉ含有化合物Ｄによりプレコートされることで高さ方向の厚みが増加しているため、エッチング後においても所望の残膜厚さＨ以上の厚みで残すことができる。なお、この所望の残膜厚さＨは例えば１０ｎｍである。このように、残膜厚さＨ以上の厚みでレジストパターンＲが残ることで、エッチングの対象物である反射防止膜２００におけるマスキングされた部位が高さ方向にエッチングされることを防止でき、エッチング処理後の反射防止膜２００の厚みを所望の値に維持することができる。
また、Ｓｉ含有化合物ＤはレジストパターンＲの側面への堆積量が少ない。そのため、エッチングマスクＭの水平方向の幅の増加は最小限に抑制され、エッチング後の反射防止膜２００の線幅が所望の寸法よりも増加することを避けることができる。
なお、以上の実施の形態においては、プレコート及びエッチングのいずれの期間においても、第２の高周波電源４０によるサセプタ１３への高周波電力の印加は行っていない。そのため、ウェハＷに向かってイオンが引き込まれることがなくなる。そのため、レジストパターンＲが引き込まれたイオンによりエッチングされることがなくなり、レジストパターンＲの膜厚の減少量が抑制される。したがって、この点からも、エッチング処理後の反射防止膜２００の厚みを所望の厚みとすることができる。
以上の実施の形態によれば、ＥＵＶレジストにより形成されたレジストパターンＲをマスクとして反射防止膜２００のエッチングを行うにあたり、Ｓｉ含有化合物ＤをレジストパターンＲ上に堆積させてプレコート処理を行う。この際、Ｓｉ含有化合物Ｄは、レジストパターンＲの高さ方向に厚く堆積する。したがって、Ｓｉ含有化合物Ｄが堆積した後のレジストパターンＲは、高さ方向に寸法が増加する。その結果、従来のＡｒＦレジストと比較して膜厚が薄いＥＵＶレジストによるレジストパターンＲをエッチングマスクとして用いる場合であっても、プラズマエッチング処理後のレジストパターンＲの残膜の厚さＨを所望の値に残すことができる。換言すれば、エッチングの対象物である反射防止膜２００におけるマスキングされた部位が、高さ方向にエッチングされることを防止できる。その結果、エッチング処理後の反射防止膜２００の高さを所望の高さに維持することができる。その一方で、Ｓｉ含有化合物ＤはレジストパターンＲの側面への堆積量が少ない。そのため、エッチング後の反射防止膜２００の線幅が所望の寸法よりも増加することを避けることができる。
以上実施の形態では、Ｓｉ含有ガスとして、ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスを用いたが、当該混合ガスに、Ｈｅを添加してもよい。本発明者らが後述の比較試験を行って鋭意調査したところ、Ｈｅを添加して、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混合ガスを供給する場合には、その流量はそれぞれ、２５／２００／２５０ｓｃｃｍとすること好ましい。
以上実施の形態では、Ｓｉ含有ガスとして、ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスを用いたが、本発明者らが鋭意調査したところ、Ｓｉ含有ガスには、ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスを用いてもよい。ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスを用いる場合は、その流量はそれぞれ５０／１００ｓｃｃｍとすることが好ましい。係る場合においても、Ｓｉ含有化合物ＤはレジストパターンＲの高さ方向に堆積し、その一方で、レジストパターンＲの側面への堆積量は少なくなる。
また、ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスを用いる場合においても、当該混合ガスに、Ｈｅを添加してもよい。Ｈｅを添加して、ＳｉＦ４／Ｈ２／Ｈｅの混合ガスを供給する場合には、その流量は５０／２００／１００ｓｃｃｍとすること好ましい。
以上の実施の形態では、反射防止膜２００のエッチング処理にＣＦ４ガスを用いたが、このＣＦ４ガスは、ＣＦ４／ＣＨ２Ｆ２の混合ガスであってもよい。
実施例として、ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスまたはＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスを用いてレジストパターンＲにプレコートを行い、プレコート後のレジストパターンＲをエッチングマスクＭとして反射防止膜のエッチング処理を実施して、エッチング時の諸条件がエッチング後の反射防止膜の寸法に与える影響について確認試験を行った。この際、ＥＵＶレジスト膜の膜厚は５０ｎｍとし、プレコート時のプラズマ処理の条件は、ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスを用いた場合は、ＳｉＣｌ４の流量を２５ｓｃｃｍとし、Ｏ２の流量を０〜２５０ｓｃｃｍの範囲で、添加するＨｅの流量を０〜２００ｓｃｃｍの範囲で、処理容器１１内の圧力を０．６７〜４Ｐａの範囲で、第１の高周波電源３０の電力を２００〜１５００Ｗの範囲で、プレコート処理の時間を５〜１５秒の範囲でそれぞれ変化させた。ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスを用いた場合は、ＳｉＦ４の流量を２５ｓｃｃｍとし、Ｈ２の流量を０〜２５０ｓｃｃｍの範囲で、添加するＨｅの流量を０〜４００ｓｃｃｍの範囲で、処理容器１１内の圧力を０．６７〜８Ｐａの範囲で、第１の高周波電源３０の電力を２００〜１５００Ｗの範囲で、プレコート処理の時間を５〜６０秒の範囲でそれぞれ変化させた。ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスを用いた場合においては、Ｈ２の流量を１００ｓｃｃｍ、添加するＨｅの流量を２００ｓｃｃｍ、処理容器１１内の圧力を１．３３Ｐａ、第１の高周波電源３０の電力を５００Ｗ、プレコート処理の時間を５秒とし、ＳｉＦ４の流量を５〜１００ｓｃｃｍの範囲で変化させた場合についても確認試験を行った。なお、プレコート処理においては、いずれの場合も第２の高周波電源４０の電力をオフ（０Ｗ）とした。また、いずれの場合においても、エッチング処理の条件は、ＣＦ４ガスの流量を２５０ｓｃｃｍ、ＣＨ２Ｆ２の添加量を１３ｓｃｃｍ、処理容器１１内の圧力を１０Ｐａ、第１の高周波電源３０の電力を４００Ｗ、第２の高周波電源４０の電力をオフ（０Ｗ）とし、５０秒間エッチングを行った。
また、比較例として、ＳｉＣｌ４に混合するガス種を変化させた場合についても確認試験を行った。
確認試験の結果を図５〜図１５に示す。確認試験における確認項目は、図５に丸数字で示す「１」〜「４」の各寸法である。図５（ａ）はレジストパターンＲをエッチングマスクＭとして反射防止膜をエッチング処理した状態の縦断面を示し、図５（ａ）の寸法「１」は、図６以降に記載の「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」である。この「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」は、プラズマエッチング処理後のレジストパターンＲの残膜の高さＨを示している。図５（ａ）の寸法「２」は、図６以降に記載の「ＰＲ ｌｏｓｓ」であり、Ｓｉ含有化合物Ｄによりプレコートした直後のレジストパターンＲの高さとプラズマエッチング処理後のレジストパターンＲの残膜の高さとの差分を示している。図５（ｂ）はエッチング処理後の状態を平面から見たものであり、図５（ｂ）の寸法「３」は、図６以降に記載の「ＬＷＲ」である。この「ＬＷＲ」は、プラズマエッチング処理後の反射防止膜の線幅のばらつきを数値で示したものである。図５（ｂ）の寸法「４」は、図６以降に記載の「ＣＤ」であり、プラズマエッチング処理後の反射防止膜の線幅を示すものである。
図６に、ＳｉＣｌ４に混合するガス種として、本実施の形態にかかるＯ２以外に、Ｎ２、ＨＢｒ、ＣＯＳ、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３を用いた場合の結果を示す。図６に示される「Ｉｎｉｔｉａｌ」は、プレコート処理を行わずにエッチング処理をしたものである。いずれの場合も、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａ、第１の高周波電源３０の電力は５００Ｗ、プレコート処理の時間は５秒である。図６に示されるように、ＳｉＣｌ４に混合するガス種をＯ２とした場合、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」が増加し、エッチング後のレジストパターンＲ残膜の厚みが増加することが確認された。また、「ＰＲ ｌｏｓｓ」の値は減少し、プレコート処理により、レジストパターンＲのエッチング耐性が向上していることが確認された。「ＬＷＲ」及び「ＣＤ」についてはいずれも数値が減少し、エッチング処理後の反射防止膜２００の寸法精度が向上していることが確認された。
一方、混合ガスにＮ２を用いた場合、「ＰＲ ｌｏｓｓ」はＯ２を用いた場合と同程度であるものの、その他の数値についてはＯ２の場合と比較して悪化した。ＨＢｒまたはＣＯＳを用いた場合、「ＬＷＲ」は改善するものの、その他の数値についてはＯ２の場合と比較して悪化した。ＣＦ４、ＳＦ６またはＮＦ３のいずれかを用いた場合は、いずれの場合においても「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」がマイナス、即ち、反射防止膜２００の高さ方向へのエッチングが進行してしまうことが確認された。ＣＦ４、ＳＦ６またはＮＦ３を用いた場合、図６に示すように、プレコート処理を行った段階でレジストパターンＲの高さや幅が減少しており、適切にプレコートできていないことが確認された。この結果より、ＳｉＣｌ４に混合するガス種としてはＯ２が好ましいことが確認された。
図７に、プレコートの処理ガスをＳｉＣｌ４／Ｈｅを２５／２００ｓｃｃｍの流量で供給し、さらにＳｉＣｌ４／ＨｅにＯ２ガスを０〜２５０ｓｃｃｍの範囲で混合させた場合についての確認結果を示す。いずれの場合も、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａ、第１の高周波電源３０の電力は５００Ｗ、プレコート処理の時間は５秒である。
図７に示すようにＯ２の流量が０〜２５ｓｃｃｍの範囲においては、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」には改善がみられなかった。しかしながら、Ｏ２の流量を１００〜２５０ｓｃｃｍとすることで、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」の改善が顕著であった。つまり、ＳｉＣｌ４ガス流量：Ｏ２ガス流量の流量比が１：４〜１０の範囲で「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」の改善が顕著であった。
図８に、プレコートの処理ガスをＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２を２５／２００／２５０ｓｃｃｍの流量で供給してプレコートを５秒間行うにあたり、高周波電力を２００〜１５００Ｗで変化させた場合についての確認結果を示す。この際、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａとした。図８に示すように、印加電力を５００Ｗ以上とした場合に、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」の改善が顕著であった。
図９に、処理容器内の印加電力を５００Ｗとし、処理容器１１内の圧力を０．６７〜４Ｐａで変化させた場合についての確認結果を示す。その他の条件については図８の場合と同様である。圧力を０．６７〜４Ｐａとした場合、いずれの場合も良好な結果が得られたが、図９に示すように、圧力が低下すると、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」が低下し、圧力が上昇すると「ＣＤ」が増加することが確認された。図９の結果から、処理容器内の圧力は、０．６７〜４Ｐａが好ましく、より好ましくは、１．３３Ｐａである。
図１０に、ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスに添加するＨｅの量を変化させた場合の確認結果を示す。ＳｉＣｌ４／Ｏ２の流量を２５／２５０ｓｃｃｍとし、Ｈｅの添加量を０〜２００ｓｃｃｍの範囲で変化させた。また、高周波電力は５００Ｗとし、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａとした。Ｈｅの添加量を変化させた場合、「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」及び「ＰＲ ｌｏｓｓ」についてはいずれも改善することが確認された。一方、「ＬＷＲ」及び「ＣＤ」については、Ｈｅの流量が低い場合、Ｈｅの流量が多い場合と比較して改善しなかった。この結果から、Ｈｅの添加にあたっては、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の流量は、２５／２００／２５０ｓｃｃｍとすることが好ましいことが確認された。
図１１に、プレコート処理の時間を変化させた場合の確認結果を示す。ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の流量は２５／２００／２５０ｓｃｃｍ、高周波電力は５００Ｗ、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａとし、処理時間を５〜１５秒の間で変化させた。いずれの場合においても、プレコート処理により「ＣＤ」以外の項目は改善しているが、処理時間を１０秒以上とした場合、「ＣＤ」の値がプレコート処理を行わなかった場合と比較して増加することが確認された。この結果から、プレコート処理の時間は５秒が好ましいことが確認された。
次に、プレコート処理の処理ガスに、ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスを用いた場合について説明する。
図１２に、プレコートの処理ガスをＳｉＦ４／Ｈｅ／Ｈ２を２５／２００／１００ｓｃｃｍの流量で供給してプレコートを５秒間行うにあたり、高周波電力を２００〜１５００Ｗで変化させた場合についての確認結果を示す。この際、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａとした。図１２に示すように、いずれの場合もプレコート処理による改善効果が確認されたが、改善の程度については、印加電力の変化によらず、ほぼ一定となった。
図１３に、処理容器内の印加電力を５００Ｗとし、処理容器１１内の圧力を０．６７〜８Ｐａで変化させた場合についての確認結果を示す。その他の条件については図１２の場合と同様である。圧力を０．６７〜８Ｐａとした場合、いずれの場合も良好な結果が得られたが、図１２に示すように、圧力が８Ｐａまで上昇すると、「ＬＷＲ」が僅かに悪化することが確認された。図９の結果から、処理容器内の圧力は、０．６７〜４Ｐａがより好ましいことが確認された。
図１４に、Ｈ２の流量を１００ｓｃｃｍ、添加するＨｅの流量を２００ｓｃｃｍ、処理容器１１内の圧力を１．３３Ｐａ、第１の高周波電源３０の電力を５００Ｗ、プレコート処理の時間を５秒とし、ＳｉＦ４の流量を５〜１００ｓｃｃｍの範囲で変化させた場合についての確認結果を示す。この結果から、ＳｉＦ４の流量は、１００ｓｃｃｍのＨ２に対して、２５〜１００ｓｃｃｍとすることで「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」及び「ＰＲ ｌｏｓｓ」が顕著に改善する傾向が確認された。つまり、ＳｉＦ４ガス流量：Ｈ２ガス流量の流量比が１：１〜４の範囲で「ＰＲ Ｈｅｉｇｈｔ」及び「ＰＲ ｌｏｓｓ」が顕著に改善する傾向が確認された。
図１５に、ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスに添加するＨｅの量を変化させた場合の確認結果を示す。ＳｉＦ４／Ｈ２の流量を５０／１００ｓｃｃｍとし、Ｈｅの添加量を０〜４００ｓｃｃｍの範囲で変化させた。また、高周波電力は５００Ｗとし、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａとした。Ｈｅの添加量を変化させた場合、Ｈｅの流量が低いほど、「ＣＤ」が増加する傾向が確認された。「ＣＤ」以外については、顕著な差異は確認されなかった。この結果から、Ｈｅの添加にあたっては、ＳｉＦ４／Ｈｅ／Ｈ２の流量は、５０／２００〜４００／１００ｓｃｃｍとすることが好ましいことが確認された。
図１６に、プレコート処理の時間を変化させた場合の確認結果を示す。ＳｉＦ４／Ｈｅ／Ｈ２の流量は５０／２００／１００ｓｃｃｍ、高周波電力は５００Ｗ、処理容器１１内の圧力は１．３３Ｐａとし、処理時間を５〜６０秒の間で変化させた。いずれの場合においても、プレコート処理により「ＣＤ」以外の項目は改善しているが、処理時間を増加させることで「ＣＤ」の値が増加する傾向がみられた。この結果から、プレコート処理の時間は５秒が好ましいことが確認された。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１ プラズマ処理装置
２ マイクロ波供給部
１０ ウェハチャック
１１ 処理容器
１２ 接地線
１３ サセプタ
１４ 絶縁板
１５ 支持台
２０ 補正リング
２１ 円筒部材
２２ 伝熱ガス管
３０ 第１の高周波電源
３１ 第１の整合器
４０ 第２の高周波電源
４１ 第２の整合器
４２ 上部電極
５０ 支持部材
５１ 電極板
５２ 電極支持板
５３ ガス供給口
５４ ガス拡散室
５５ ガス孔
７２ａ 希ガス供給部
７２ｂ コーティングガス供給部
７２ｃ エッチングガス供給部
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ バルブ
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ 流量調整機構
８０ 排流路
９０ 排気口
９１ 排気室
９２ 排気管
９３ 排気装置
１００ リング磁石
１５０ 制御部
Ｗ ウェハ
Ｒ レジストパターン
Ｈ 残膜厚さ
Ｄ Ｓｉ含有化合物
Ｍ エッチングマスク

Claims (11)

  1. 基板上に形成された有機膜上に積層された反射防止膜を、当該反射防止膜上に形成されたレジスト膜からなるエッチングマスクを用いて処理容器内でプラズマエッチング処理する方法であって、
    前記処理容器内にＳｉ含有ガスのプラズマにより前記レジスト膜のエッチングマスク上にＳｉ含有物からなる化合物を、前記エッチングマスクの側面よりも上面のほうが厚くなるように堆積させ、
    その後、前記レジスト膜上に前記Ｓｉ含有化合物を堆積させた状態で、前記反射防止膜のエッチング処理を行い、
    前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＣｌ４ガス及びＯ２であり、ＳｉＣｌ４ガス流量：Ｏ２ガス流量の流量比が１：４〜１０である混合ガスであることを特徴とする、反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  2. 基板上に形成された有機膜上に積層された反射防止膜を、当該反射防止膜上に形成されたレジスト膜からなるエッチングマスクを用いて処理容器内でプラズマエッチング処理する方法であって、
    前記処理容器内にＳｉ含有ガスのプラズマにより前記レジスト膜のエッチングマスク上にＳｉ含有物からなる化合物を、前記エッチングマスクの側面よりも上面のほうが厚くなるように堆積させ、
    その後、前記レジスト膜上に前記Ｓｉ含有化合物を堆積させた状態で、前記反射防止膜のエッチング処理を行い、
    前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＦ４ガス及びＨ２ガスであり、ＳｉＦ４ガス流量：Ｈ２ガス流量の流量比が１：１〜４である混合ガスであることを特徴とする、反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  3. 前記レジスト膜はＥＵＶレジスト膜であることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  4. 前記ＥＵＶレジスト膜の膜厚は２０ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする、請求項３に記載の反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  5. 前記ＳｉＣｌ４／Ｏ２の混合ガスには、Ｈｅが添加されていることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  6. 前記ＳｉＦ４／Ｈ２の混合ガスには、Ｈｅが添加されていることを特徴とする、請求項２に記載の反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  7. 前記反射防止膜は、Ｓｉ含有有機膜であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  8. 前記反射防止膜のエッチングは、ＣＦ４ガスのプラズマにより行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  9. 前記ＣＦ４ガスは、ＣＦ４／ＣＨ２Ｆ２ガスのプラズマにより行われることを特徴とする、請求項８に記載の反射防止膜のプラズマエッチング方法。
  10. 基板上に形成された有機膜上に積層された反射防止膜をプラズマエッチングするプラズマ処理装置であって、
    前記基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に設けられた上部電極と下部電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源を有し、
    前記処理ガス供給源は、前記反射防止膜上に形成された、ＥＵＶレジスト膜によるエッチングマスク上にＳｉ含有化合物を、前記エッチングマスクの側面よりも上面のほうが厚くなるように堆積させるためのＳｉ含有ガスを供給するコーティングガス供給部と、Ｓｉ含有化合物を堆積させた後のエッチングマスクをエッチング処理するためのエッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、を備え、
    前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＣｌ４ガス及びＯ２であり、ＳｉＣｌ４ガス流量：Ｏ２ガス流量の流量比が１：４〜１０である混合ガスであることを特徴とする、プラズマ処理装置。
  11. 基板上に形成された有機膜上に積層された反射防止膜をプラズマエッチングするプラズマ処理装置であって、
    前記基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に設けられた上部電極と下部電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源を有し、
    前記処理ガス供給源は、前記反射防止膜上に形成された、ＥＵＶレジスト膜によるエッチングマスク上にＳｉ含有化合物を、前記エッチングマスクの側面よりも上面のほうが厚くなるように堆積させるためのＳｉ含有ガスを供給するコーティングガス供給部と、Ｓｉ含有化合物を堆積させた後のエッチングマスクをエッチング処理するためのエッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、を備え、
    前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＦ４ガス及びＨ２ガスであり、ＳｉＦ４ガス流量：Ｈ２ガス流量の流量比が１：１〜４である混合ガスであることを特徴とする、プラズマ処理装置。
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