(57)【要約】【課題】ＡｒＦフォトレジストのダメージ（荒れ）を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）を高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供する。【解決手段】基板に形成されたＡｒＦフォトレジスト１０３をマスクとして、ＡｒＦフォトレジスト１０３の下層に位置するＳｉを含有する反射防止膜１０２を、処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、処理ガスとして、ＣＦ系ガス及び／又はＣＨＦ系ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、上部電極に直流電圧を印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置を用い、
前記基板に形成されたＡｒＦフォトレジストをマスクとして、前記ＡｒＦフォトレジストの下層に位置するＳｉを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスとして、ＣＦ系ガス及び／又はＣＨＦ系ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、前記上部電極に直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、
前記上部電極に印加する直流電圧の電圧値が、−１０００Ｖ〜−３００Ｖの範囲であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスが、ＣＦ４ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスと、の混合ガスであり、
ＣＦ４ガス流量とＣＦ３Ｉガス流量の合計に対する、ＣＦ３Ｉガス流量の比（ＣＦ３Ｉガス流量／（ＣＦ４ガス流量＋ＣＦ３Ｉガス流量））が、０．１〜０．３の範囲であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記下部電極に、電力値が１００Ｗ〜３００Ｗのバイアス用の高周波電力を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記Ｓｉを含有する反射防止膜のエッチングの前に、前記ＡｒＦフォトレジストをトリートメントするトリートメント工程を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項６】
請求項５記載のプラズマエッチング方法であって、
前記トリートメント工程は、Ｈ２ガス、又はＨ２ガスとＮ２ガス、又はＨ２ガスとＡｒガスを処理ガスとし、当該処理ガスをプラズマ化して前記ＡｒＦフォトレジストに作用させるプラズマ処理であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項７】
処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置であって、
前記基板に形成されたＡｒＦフォトレジストをマスクとして、前記ＡｒＦフォトレジストの下層に位置するＳｉを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングする際に、
前記処理ガス供給機構から処理ガスとして、ＣＦ系ガス及び／又はＣＨＦ系ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを供給し、かつ、前記上部電極に、直流電源から直流電圧を印加するよう制御する制御部を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項８】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に請求項１から請求項６いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板に形成されたＳｉを含有する反射防止膜を、ＡｒＦフォトレジストをマスクとしてエッチングするプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造工程においては、フォトレジストマスクを介してプラズマエッチング処理を行い、シリコン酸化膜等の被エッチング膜を所望のパターンに形成することが行われている。また、このようなプラズマエッチングでは、回路パターンの微細化に対応するため、より波長の短い光によって露光を行うＡｒＦフォトレジストが多用されるようになっている。
【０００３】
上記のＡｒＦフォトレジストをマスクとして使用し、プラズマエッチングを行う場合、ＡｒＦフォトレジストのプラズマ耐性が低いため、ＡｒＦフォトレジストに対するプラズマによるダメージを軽減するための提案がなされている。このような技術として、ＡｒＦフォトレジストの下層に形成された反射防止膜をエッチングする際に、ＣＦ４等のＣＦ系のガスとＯ２ガスとを含む混合ガス等からなるエッチングガスを用い、低圧でプラズマエッチングを行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなＡｒＦフォトレジストをマスクとしたプラズマエッチングでは、ＡｒＦフォトレジストのダメージ（荒れ）を抑制すると、高いエッチングレート及び十分な選択比が得られないという問題がある。特に、従来においては、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）を、ＡｒＦフォトレジストのダメージ（荒れ）を抑制しつつ、高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできる技術がなく、かかる技術の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、ＡｒＦフォトレジストのダメージ（荒れ）を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）を高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１のプラズマエッチング方法は、処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置を用い、前記基板に形成されたＡｒＦフォトレジストをマスクとして、前記ＡｒＦフォトレジストの下層に位置するＳｉを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記処理ガスとして、ＣＦ系ガス及び／又はＣＨＦ系ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、前記上部電極に直流電圧を印加することを特徴とする。
【０００８】
請求項２のプラズマエッチング方法は、請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、前記上部電極に印加する直流電圧の電圧値が、−１０００Ｖ〜−３００Ｖの範囲であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法であって、前記処理ガスが、ＣＦ４ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスと、の混合ガスであり、ＣＦ４ガス流量とＣＦ３Ｉガス流量の合計に対する、ＣＦ３Ｉガス流量の比（ＣＦ３Ｉガス流量／（ＣＦ４ガス流量＋ＣＦ３Ｉガス流量））が、０．１〜０．３の範囲であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４のプラズマエッチング方法は、請求項１乃至３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記下部電極に、電力値が１００Ｗ〜３００Ｗのバイアス用の高周波電力を印加することを特徴とする。
【００１１】
請求項５のプラズマエッチング方法は、請求項１乃至４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記Ｓｉを含有する反射防止膜のエッチングの前に、前記ＡｒＦフォトレジストをトリートメントするトリートメント工程を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項６のプラズマエッチング方法は、請求項５記載のプラズマエッチング方法であって、前記トリートメント工程は、Ｈ２ガス、又はＨ２ガスとＮ２ガス、又はＨ２ガスとＡｒガスを処理ガスとし、当該処理ガスをプラズマ化して前記ＡｒＦフォトレジストに作用させるプラズマ処理であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７のプラズマエッチング装置は、処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備したプラズマエッチング装置であって、前記基板に形成されたＡｒＦフォトレジストをマスクとして、前記ＡｒＦフォトレジストの下層に位置するＳｉを含有する反射防止膜を、前記処理ガスのプラズマによりエッチングする際に、前記処理ガス供給機構から処理ガスとして、ＣＦ系ガス及び／又はＣＨＦ系ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを供給し、かつ、前記上部電極に、直流電源から直流電圧を印加するよう制御する制御部を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項８のコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に請求項１から請求項６いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＡｒＦフォトレジストのダメージ（荒れ）を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）を高いエッチングレート及び十分な選択比でプラズマエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のプラズマエッチング方法の実施形態に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す図。
【図３】実施例１に係るＡｒＦフォトレジストの状態を示す顕微鏡写真。
【図４】比較例に係るＡｒＦフォトレジストの状態を示す顕微鏡写真。
【図５】バイアス用高周波電力とエッチングレートの関係を示すグラフ。
【図６】バイアス用高周波電力と選択比との関係を示すグラフ。
【図７】直流電圧と選択比との関係を示すグラフ。
【図８】ＣＦ３Ｉ流量比とエッチングレートとの関係を示すグラフ。
【図９】ＣＦ３Ｉ流量比と選択比との関係を示すグラフ。
【図１０】ＣＦ３Ｉ流量の相違によるＡｒＦフォトレジストの状態の相違を示す顕微鏡写真。
【図１１】圧力とエッチングレートの関係を示すグラフ。
【図１２】圧力と選択比との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法における被処理基板としての半導体ウエハの断面構成を拡大して示すものである。また、図２は、本実施形態に係るプラズエッチング装置の構成を示すものである。まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。
【００１８】
プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー１を有している。この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
【００１９】
載置台２には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定周波数（２７ＭＨｚ以上例えば４０ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下、例えば２ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられており、シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。
【００２０】
載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。
【００２１】
支持台４の内部には、冷媒流路４ａが形成されており、冷媒流路４ａには、冷媒入口配管４ｂ、冷媒出口配管４ｃが接続されている。そして、冷媒流路４ａの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられており、このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
【００２２】
上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバー１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材４５を介して処理チャンバー１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
【００２３】
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に冷却できるようになっている。
【００２４】
上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｄが形成されている。このガス導入口１６ｄにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用又はトリートメント用の処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスとして、例えば、ＣＦ４ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスとの混合ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給される。
【００２５】
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流マイナス電圧が印加される。
【００２６】
処理チャンバー１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【００２７】
処理チャンバー１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー１の側壁には、ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
【００２８】
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバー１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバー１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有し、このデポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。
【００２９】
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
【００３０】
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００３１】
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３２】
このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷに形成された有機膜等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ７５が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口７４から処理チャンバー１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ７５を閉じる。そして、排気装置７３の真空ポンプにより排気口７１を介して処理チャンバー１内が排気される。
【００３３】
処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には処理ガス供給源１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力、例えば６．７Ｐａ（５０ｍTorr）に保持され、この状態で第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に、周波数が例えば４０ＭＨｚの高周波電力が供給される。また、第２のＲＦ電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２に周波数が例えば２．０ＭＨｚの高周波電力（バイアス用）が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により吸着される。
【００３４】
この場合に、上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）等がエッチング処理される。
【００３５】
ここで、前述したとおり、プラズマ処理中にシャワーヘッド１６に直流電圧を印加することができるので次のような効果がある。すなわち、プロセスによっては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される場合がある。このような場合に直流電圧を用いれば、半導体ウエハＷに打ち込まれるイオンエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、半導体ウエハＷのエッチング対象となる膜のエッチングレートが上昇すると共にエッチング対象の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下して選択性が向上する。
【００３６】
そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。
【００３７】
次に、図１を参照して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本実施形態における被処理基板としての半導体ウエハＷの要部構成を拡大して示すものである。図１（ａ）に示すように、半導体ウエハＷには、被エッチング膜として、例えば有機膜１０１（厚さ例えば２００ｎｍ）が形成されており、この有機膜１０１の上層には、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１０２（厚さ例えば４０ｎｍ）が形成されている。このシリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１０２は、例えばＳｉ含有率が４３％程度の有機膜（塗布膜）から構成されている。そして、このシリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１０２の上に、ＡｒＦフォトレジスト膜１０３（厚さ例えば１００ｎｍ）が形成されている。ＡｒＦフォトレジスト膜１０３には、精密写真転写工程によりパターニングされ、所定形状の開口１０４が形成されている。
【００３８】
上記構造の半導体ウエハＷを、図２に示した装置の処理チャンバー1内に収容し、載置台２に載置して、図１（ａ）に示す状態から、ＡｒＦフォトレジスト膜１０３をマスクとして、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１０２をエッチングし、図１（ｂ）の状態とする。なお、実際には図１（ｂ）の状態から、被エッチング膜としての有機膜１０１をエッチングする。
【００３９】
本実施形態では、上記シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１０２のプラズマエッチングを行う際に、処理ガスとして、ＣＦ系ガス及び／又はＣＨＦ系ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを使用し、かつ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に、可変直流電源５２から所定のマイナスの直流電圧を印加する。
【００４０】
上記のシャワーヘッド１６に印加されるマイナスの直流電圧の電圧値は、−１０００Ｖ〜−３００Ｖの範囲とすることが好ましく、−９００Ｖ〜−６００Ｖとすることがさらに好ましい。
【００４１】
前記処理ガスとしては、例えば、ＣＦ４ガスと、ＣＦ３Ｉガスと、Ｏ２ガスとの混合ガスを好適に使用することができる。この場合、ＣＦ４ガス流量とＣＦ３Ｉガス流量の合計に対する、ＣＦ３Ｉガス流量の比（ＣＦ３Ｉガス流量／（ＣＦ４ガス流量＋ＣＦ３Ｉガス流量））は、０．１〜０．３の範囲とすることが好ましい。また、Ｏ２ガスの流量は、処理ガス全流量の１〜３％程度とすることが好ましく、略２％程度とすることがさらに好ましい。
【００４２】
また、上記のプラズマエッチングに際しては、下部電極としての載置台２に、第２のＲＦ電源１０ｂから、イオン引き込み用（バイアス用）の高周波電力を供給することが好ましく、このイオン引き込み用（バイアス用）の高周波電力の電力値は、１００Ｗ〜３００Ｗ程度とすることが好ましい。
【００４３】
実施例１として、図２に示したプラズマエッチング装置を使用し、図１に示した構造の半導体ウエハに、上記したシリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１０２のプラズマエッチング処理工程を以下に示すようなレシピにより実施した。
【００４４】
なお、以下に示される実施例１の処理レシピは、制御部６０の記憶部６３から読み出されて、プロセスコントローラ６１に取り込まれ、プロセスコントローラ６１がプラズマエッチング装置の各部を制御プログラムに基づいて制御することにより、読み出された処理レシピ通りのプラズマエッチング処理工程が実行される。
【００４５】
処理ガス：ＣＦ４／ＣＦ３Ｉ／Ｏ２＝２２５／２５／５  ｓｃｃｍ
圧力：６．７Ｐａ（５０ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：４００／１００Ｗ
直流電圧：−９００Ｖ
【００４６】
上記の実施例１におけるＡｒＦフォトレジストのエッチングレートは４８．５ｎｍ／ｍｉｎ、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングレートは１２０．０ｎｍ／ｍｉｎ、選択比（シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングレート／ＡｒＦフォトレジストのエッチングレート）は２．５となった。また、ＳＥＭにより観察したエッチング後のＡｒＦフォトレジストの状態は、荒れが少なく、ＣＤ（線幅）が７１．７ｎｍ、ＬＷＲ（Line Width Roughness）が３．８ｎｍであった。図３に、実施例１のＳＥＭにより拡大したＡｒＦフォトレジストの断面の状態（ａ）、上面の状態（ｂ）の写真を示す。
【００４７】
比較例として、以下の条件で、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１０２のプラズマエッチング処理工程を実施した。
処理ガス：ＣＦ４／Ｏ２＝２５０／５  ｓｃｃｍ
圧力：１０Ｐａ（７５ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：４００／０Ｗ
直流電圧：０Ｖ
【００４８】
上記の比較例におけるＡｒＦフォトレジストのエッチングレートは６５．０ｎｍ／ｍｉｎ、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングレートは５０．５ｎｍ／ｍｉｎ、選択比（シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングレート／ＡｒＦフォトレジストのエッチングレート）は０．８となった。また、ＳＥＭにより観察したエッチング後のＡｒＦフォトレジストの状態は、荒れはそれほど多くはなかったが、ＣＤ（線幅）が４７．９ｎｍ、ＬＷＲ（Line Width Roughness）が４．３ｎｍとなり、ＡｒＦフォトレジストが多くエッチングされ、その残膜量が少なかった。図４に、比較例のＳＥＭにより拡大したＡｒＦフォトレジストの断面の状態（ａ）、上面の状態（ｂ）の写真を示す。
【００４９】
上記のように、実施例では、比較例の場合に比べてシリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングレートが高く、選択比も高く、ＡｒＦフォトレジストのＬＷＲも少なかった。また、ＡｒＦフォトレジストのＣＤ（線幅）も大きかった。
【００５０】
また、上記の実施例１におけるシリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングの前に、ＡｒＦフォトレジストのトリートメント工程を加えた実施例２のプラズマエッチングを行った。この実施例２におけるトリートメント工程は、例えば、水素ガスを含むトリートメントガス（Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＮ２ガス、Ｈ２ガスとＡｒガス等）を用い、そのプラズマをＡｒＦフォトレジストに作用させるもので、これによって、ＡｒＦフォトレジスト表面の改質と、表面のスムージングを行うものである。この実施例２では、以下の条件でトリートメント工程を実施した。
処理ガス：Ｈ２／Ｎ２＝４５０／４５０  ｓｃｃｍ
圧力：１３．３Ｐａ（１００ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：２００／０Ｗ
直流電圧：０Ｖ
【００５１】
上記トリートメント工程の後、実施例１と同一のプラズマエッチングを行った。この実施例２においてＳＥＭにより観察したエッチング後のＡｒＦフォトレジストの状態は、荒れが少なく、ＣＤ（線幅）が６９．４ｎｍ、ＬＷＲ（Line Width Roughness）が３．２ｎｍであり、実施例１におけるＬＷＲ値よりさらに改善された。
【００５２】
上記の各実施例では、プラズマエッチングの際に、載置台（下部電極）２に、第２のＲＦ電源１０ｂからイオン引き込み用（バイアス用）の高周波電力を印加している。これは、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングレートを高めるためである。図５は、縦軸をエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、横軸をバイアス用高周波電力値（Ｗ）とし、以下の条件（１）のプラズマエッチング条件において、バイアス用の高周波電力のみを変化させて、夫々の高周波電力値におけるエッチングレートを調べた結果を示すものである。同図に示すように、バイアス用の高周波電力値が高いほど、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチングレートは高くなった。これは、シャワーヘッド（上部電極）１６に−６００Ｖの直流電圧を印加した場合についても全く同様であった。
条件（１）
処理ガス：ＣＦ４／ＣＦ３Ｉ／Ｏ２＝２２５／２５／５  ｓｃｃｍ
圧力：１０．０Ｐａ（７５ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：４００／（変化）Ｗ
直流電圧：０Ｖ
【００５３】
一方、上記のように、バイアス用の高周波電力値を高めると、ＡｒＦフォトレジストの荒れが発生する。また、縦軸を選択比、横軸をバイアス用高周波電力値（Ｗ）とした図６に示すように、選択比については、シャワーヘッド（上部電極）１６に−６００Ｖの直流電圧を印加することによって、直流電圧を印加しない場合に比べて高めることができる。
【００５４】
上記のような、シャワーヘッド（上部電極）１６に印加するマイナスの直流電圧と、選択比との関係を調べた結果（ＬＦ＝２００Ｗとし、その他直流電圧以外のエッチング条件は条件（１）と同一）を、縦軸を選択比、横軸をマイナスの直流電圧値（絶対値）（Ｖ）とした図７のグラフに示す。図７に示されるように、マイナスの直流電圧値（絶対値）が高いほど選択比は向上する。しかしながら、電圧値が−１０００Ｖを超えると、ＡｒＦフォトレジストのうねり（Wiggling）が発生する。このため、シャワーヘッド（上部電極）１６に印加する直流電圧は、−１０００Ｖ〜−３００Ｖの範囲とすることが好ましく、−９００Ｖ〜−６００Ｖの範囲とすることがさらに好ましい。
【００５５】
また、載置台（下部電極）２に印加するバイアス用高周波電力は、必要なエッチングレートを得るため１００Ｗ以上とすることが好ましく、上記の直流電圧値の範囲で、十分な選択比を得ることができ、かつ、ＡｒＦフォトレジストの荒れを抑制するためには３００Ｗ以下とすることが好ましい。すなわち、バイアス用の高周波電力は、１００Ｗ〜３００Ｗの範囲とすることが好ましい。
【００５６】
図８は、縦軸をエッチングレート、横軸をＣＦ４ガス流量とＣＦ３Ｉガス流量の合計に対する、ＣＦ３Ｉガス流量の比（ＣＦ３Ｉガス流量／（ＣＦ４ガス流量＋ＣＦ３Ｉガス流量））として、ＣＦ３Ｉガスの流量比とエッチングレートとの関係を調べた結果を示すものである。なお、ＣＦ３Ｉガス流量の比以外のエッチング条件は条件（１）（但し、ＬＦ＝２００Ｗ、直流電圧＝−６００Ｖ）と同一である。また、同様に図９は、縦軸を選択比、横軸をＣＦ４ガス流量とＣＦ３Ｉガス流量の合計に対する、ＣＦ３Ｉガス流量の比（ＣＦ３Ｉガス流量／（ＣＦ４ガス流量＋ＣＦ３Ｉガス流量））として、ＣＦ３Ｉの流量比と選択比との関係を調べた結果を示すものである。これらの図８，９に示すように、ＣＦ３Ｉガスの流量比が高くなると、エッチングレートも選択比も低くなる。したがって、ＣＦ３Ｉガスの流量比は０．３以下とすることが好ましい。
【００５７】
一方、図１０に示すように、ＣＦ３Ｉの流量比が低くなるとＡｒＦフォトレジストの荒れが発生する。なお、図１０は、左側から順に、ＣＦ３Ｉの流量が０ｓｃｃｍ（ａ）、１９ｓｃｃｍ（ｂ）、２５ｓｃｃｍ（ｃ）の場合におけるＳＥＭによる拡大写真を示している。このため、ＣＦ３Ｉガスの流量比は０．１以上とすることが好ましい。
【００５８】
以上から、ＣＦ４ガス流量とＣＦ３Ｉガス流量の合計に対する、ＣＦ３Ｉガス流量の比（ＣＦ３Ｉガス流量／（ＣＦ４ガス流量＋ＣＦ３Ｉガス流量））は、０．１〜０．３（１０％〜３０％）の範囲とすることが好ましい。
【００５９】
図１１のグラフは、縦軸をエッチングレート、横軸を圧力として、圧力とエッチングレートとの関係を調べた結果を示すものである。また、図１２は、縦軸を選択比、横軸を圧力として、圧力と選択比との関係を調べた結果を示すものである。なお、圧力以外のエッチング条件は条件（１）（但し、ＬＦ＝２００Ｗ、直流電圧＝−６００Ｖ）と同一である。これらの図１１，１２に示すように、圧力が低い方が、エッチングレートも選択比も高くなる。このため、圧力は４．０Ｐａ（３０ｍTorr）〜１３．３Ｐａ（１００ｍTorr）の範囲とすることが好ましく、略６．７Ｐａ（５０ｍTorr）程度とすることがさらに好ましい。
【００６０】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、ＡｒＦフォトレジストのダメージ（荒れ）を抑制しつつ、シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）を高いエッチングレートでプラズマエッチングすることができる。また、選択比が高いので、ＡｒＦフォトレジストの線幅（ＣＤ）を細めたり、ラフネスを改善したりするようなＡｒＦフォトレジストの装飾工程も導入することが可能となる。なお、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｗ……半導体ウエハ、１０１……有機膜、１０２……シリコンを含有する反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）、１０３……ＡｒＦフォトレジスト膜、１０４……開口。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図４】
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【図１０】
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