(57)【要約】【課題】処理対象の基板に対し、半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部であって、エッチング対象膜に転写するための開口部をマスク膜又は中間膜に形成する基板処理方法を提供する。【解決手段】シリコン基材５０上にアモルファスカーボン膜５１、ＳｉＯＮ膜５２、反射防止膜５３及びフォトレジスト層５４が順に積層され、フォトレジスト層５４は、反射防止膜５３の一部を露出させる開口部５５を有するウエハＱにおいて、ガス付着係数Sが、Ｓ＝０．１乃至１．０のデポ性ガスであるＣＨＦ３から生成されたプラズマによってフォトレジスト膜５４の開口部５５の側壁面にデポ６６を堆積させて開口部５５の開口幅を所定幅に縮小させる開口幅縮小ステップを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象層、中間層及びマスク層が順に積層され、前記マスク層は前記中間層の一部を露出させる開口部を有する基板を処理する基板処理方法であって、
ガス付着係数Ｓが、Ｓ＝０．１乃至１．０のデポ性ガスから生成されたプラズマによって前記マスク層の前記開口部の側壁面にデポを堆積させて前記開口部の開口幅を縮小させる開口幅縮小ステップを有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記デポ性ガスは、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０又は正の整数）で表わされるガスであることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記デポ性ガスは、ＣＨＦ３ガスであることを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記開口幅縮小ステップにおいて、前記基板に１００Ｗ乃至５００Ｗのバイアス電力を印加させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記開口幅縮小ステップにおける処理時間は、０．５分乃至３分であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記開口幅縮小ステップは、前記マスク層の前記開口部の開口幅を前記デポ性ガスのガス付着係数Ｓの値に対応する所定値に収束させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記開口幅縮小ステップは、前記マスク層の前記開口部の開口幅を縮小させると共に、前記マスク層に形成された開口部の開口幅のばらつきを吸収して偏差を小さくすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記開口幅縮小ステップによって開口幅が縮小された前記マスク層の開口部を前記処理対象層に転写する処理対象層エッチングステップを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項９】
処理対象層、中間層及びマスク層が順に積層され、前記マスク層は前記中間層の一部を露出させる開口部を有する基板を処理する基板処理方法であって、
デポ性ガスと異方性エッチングガスとの混合ガスから生成されたプラズマによって前記マスク層の前記開口部の側壁面にデポを堆積させる開口幅縮小ステップと、前記開口部の底部を形成する前記中間層をエッチングするエッチングステップを１ステップで行うシュリンクエッチングステップを有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１０】
前記デポ性ガスは、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０又は正の整数）で表わされるガスであることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記デポ性ガスは、ＣＨＦ３ガスであることを特徴とする請求項１０記載の基板処理方法。
【請求項１２】
前記異方性エッチングガスは、前記デポ性ガスよりも分子量が大きいガスであって、臭素（Ｂｒ）もしくは臭素（Ｂｒ）よりも原子番号が大きいハロゲン元素又は周期律表第１６族元素であって、硫黄（Ｓ）もしくは硫黄（Ｓ）よりも原子番号が大きい元素を含むガスであることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項１３】
前記異方性エッチングガスは、ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ３Ｂｒガス、ＨＩガス又はＨＢｒガスであることを特徴とする請求項１２記載の基板処理方法。
【請求項１４】
前記シュリンクエッチングステップにおける前記デポ性ガスと前記異方性エッチングガスとの混合比は、６：１乃至１：１であることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項１５】
処理対象層、中間層及びマスク層が順に積層され、前記マスク層は前記中間層の一部を露出させる開口部を有する基板を処理する基板処理方法であって、
異方性エッチングガスと水素ガスとの混合ガスから生成されたプラズマによって前記マスク層の前記開口部の側壁面にデポを堆積させる開口幅縮小ステップと、前記開口部の底部を形成する前記中間層をエッチングするエッチングステップを１ステップで行うシュリンクエッチングステップを有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１６】
前記異方性エッチングガスは、臭素（Ｂｒ）又は臭素（Ｂｒ）よりも原子番号が大きいハロゲン元素、炭素及びフッ素を含むガスであることを特徴とする請求項１５記載の基板処理方法。
【請求項１７】
前記異方性エッチングガスは、ＣＦ３Iガス又はＣＦ３Ｂｒガスであることを特徴とする請求項１６記載の基板処理方法。
【請求項１８】
前記シュリンクエッチングステップにおける前記異方性エッチングガスと前記水素ガスとの混合比は、４：１乃至２：３であることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項１９】
前記シュリンクエッチングステップにおいて、前記基板に１００Ｗ〜５００Ｗのバイアス電力を印加することを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項２０】
前記シュリンクエッチングステップにおいて、前記基板を収容するチャンバ内圧力を２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）乃至２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）に調整することを特徴とする請求項９乃至１９のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項２１】
前記シュリンクエッチングステップにおいて、エッチングされる前記中間層は、前記マスク層の下方に積層された反射防止膜及びシリコン含有膜、反射防止膜及び金属膜又はシリコン含有有機膜であることを特徴とする請求項９乃至２０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項２２】
前記シュリンクエッチングステップによって前記開口幅が縮小された前記マスク層の開口部に対応する開口部を有する前記中間層の開口部を前記処理対象層に転写する処理対象層エッチングステップを有することを特徴とする請求項９乃至２１のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法に関し、特に、処理対象層、中間層、マスク層が順に積層された基板を処理する基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基材上にＣＶＤ処理等によって形成された不純物を含む酸化膜、例えばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、導電膜、例えばＴｉＮ膜、反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）及びフォトレジスト膜が順に積層された半導体デバイス用のウエハが知られている（例えば、特許文献１参照）。フォトレジスト膜は、フォトリソグラフィにより所定のパターンに形成され、反射防止膜及び導電膜のエッチングの際に、マスクとして機能する。
【０００３】
近年、半導体デバイスの小型化が進む中、上述したようなウエハの表面における回路パターンをより微細に形成する必要が生じてきている。このような微細な回路パターンを形成するためには、半導体デバイスの製造過程において、フォトレジスト膜におけるパターンの最小寸法を小さくして、小さい寸法の開口部（ビアホールやトレンチ）をエッチング対象の膜に形成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９０９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フォトレジスト膜におけるパターンの最小寸法はフォトリソグラフィで現像可能となる最小寸法によって規定されるが、焦点距離のばらつきなどに起因してフォトリソグラフィで量産可能な最小寸法には限界がある。例えば、フォトリソグラフィで量産可能な最小寸法は約８０ｎｍである。一方、半導体デバイスの小型化要求を満たす加工寸法は３０ｎｍ程度である。
【０００６】
このように、半導体デバイスの小型化要求寸法は益々小さくなり、小型化要求を満たす寸法の開口部をエッチング対象の膜に形成するための技術の開発が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、処理対象の基板に対し、半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部であって、エッチング対象膜に転写するための開口部をマスク膜又は中間膜に形成する基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、処理対象層、中間層及びマスク層が順に積層され、前記マスク層は、前記中間層の一部を露出させる開口部を有する基板を処理する基板処理方法であって、ガス付着係数Ｓが、Ｓ＝０．１乃至１．０のデポ性ガスから生成されたプラズマによって前記マスク層の前記開口部の側壁面にデポを堆積させて前記開口部の開口幅を縮小させる開口幅縮小ステップを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記デポ性ガスは、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０又は正の整数）で表わされるガスであることを特徴とする。ここで、Ｃは炭素、Ｈは水素、Ｆはフッ素である。
【００１０】
請求項３記載の基板処理方法は、請求項２記載の基板処理方法において、前記デポ性ガ
スは、ＣＨＦ３ガスであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記開口幅縮小ステップにおいて、前記基板に１００Ｗ乃至５００Ｗのバイアス電力を印加させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の基板処理方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記開口幅縮小ステップにおける処理時間は、０．５分乃至３分であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の基板処理方法は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記開口幅縮小ステップは、前記マスク層の前記開口部の開口幅を前記デポ性ガスのガス付着係数Ｓの値に対応する所定値に収束させることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の基板処理方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記開口幅縮小ステップは、前記マスク層の前記開口部の開口幅を縮小させると共に、前記マスク層に形成された開口部の開口幅のばらつきを吸収して偏差を小さくすることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の基板処理方法は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記開口幅縮小ステップによって開口幅が縮小された前記マスク層の開口部を前記処理対象層に転写する処理対象層エッチングステップを有することを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板処理方法は、処理対象層、中間層及びマスク層が順に積層され、前記マスク層は、前記中間層の一部を露出させる開口部を有する基板を処理する基板処理方法であって、デポ性ガスと異方性エッチングガスとの混合ガスから生成されたプラズマによって前記マスク層の前記開口部の側壁面にデポを堆積させる開口幅縮小ステップと、前記開口部の底部を形成する前記中間層をエッチングするエッチングプテップを１ステップで行うシュリンクエッチングステップを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の基板処理方法は、請求項９記載の基板処理方法において、前記デポ性ガスは、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０又は正の整数）で表わされるガスであることを特徴とする。ここで、Ｃは炭素、Ｈは水素、Ｆはフッ素である。
【００１８】
請求項１１記載の基板処理方法は、請求項１０記載の基板処理方法において、前記デポ性ガスは、ＣＨＦ３ガスであることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の基板処理方法は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記異方性エッチングガスは、前記デポ性ガスよりも分子量が大きいガスであって、臭素（Ｂｒ）もしくは臭素（Ｂｒ）よりも原子番号が大きいハロゲン元素又は周期律表第１６族元素であって、硫黄（Ｓ）もしくは硫黄（Ｓ）よりも原子番号が大きい元素を含むガスであることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の基板処理方法は、請求項１２記載の基板処理方法において、前記異方性エッチングガスは、ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ３Ｂｒガス、ＨＩガス又はＨＢｒガスであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４記載の基板処理方法は、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記シュリンクエッチングステップにおける前記デポ性ガスと前記異方性
エッチングガスとの混合比は、６：１乃至１：１であることを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項１５記載の基板処理方法は、処理対象層、中間層及びマスク層が順に積層され、前記マスク層は前記中間層の一部を露出させる開口部を有する基板を処理する基板処理方法であって、異方性エッチングガスと水素ガスとの混合ガスから生成されたプラズマによって前記マスク層の前記開口部の側壁面にデポを堆積させる開口幅縮小ステップと、前記開口部の底部を形成する前記中間層をエッチングするエッチングステップを１ステップで行うシュリンクエッチングステップを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１６記載の基板処理方法は、請求項１５記載の基板処理方法において、前記異方性エッチングガスは、臭素（Ｂｒ）又は臭素（Ｂｒ）よりも原子番号が大きいハロゲン元素、炭素及びフッ素を含むガスであることを特徴とする。
【００２４】
請求項１７記載の基板処理方法は、請求項１６記載の基板処理方法において、前記異方性エッチングガスは、ＣＦ３Ｉガス又はＣＦ３Ｂｒガスであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１８記載の基板処理方法は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記シュリンクエッチングステップにおける前記異方性エッチングガスと前記水素ガスとの混合比は、４：１乃至２：３であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１９記載の基板処理方法は、請求項９乃至１８のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記シュリンクエッチングステップにおいて、前記基板に１００Ｗ〜５００Ｗのバイアス電力を印加することを特徴とする。
【００２７】
請求項２０記載の基板処理方法は、請求項９乃至１９のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記シュリンクエッチングステップにおいて、前記基板を収容するチャンバ内圧力を２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）乃至２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）に調整することを特徴とする。
【００２８】
請求項２１記載の基板処理方法は、請求項９乃至２０のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記シュリンクエッチングステップにおいて、エッチングされる前記中間層は、前記マスク層の下方に積層された反射防止膜及びシリコン含有膜、反射防止膜及び金属膜又はシリコン含有有機膜であることを特徴とする。
【００２９】
請求項２２記載の基板処理方法は、請求項９乃至２１のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記シュリンクエッチングステップによって前記開口幅が縮小された前記マスク層の開口部に対応する開口部を有する前記中間層の開口部を前記処理対象層に転写する処理対象層エッチングステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１記載の基板処理方法によれば、ガス付着係数Ｓが、Ｓ＝０．１乃至１．０のデポ性ガスから生成されたプラズマによってマスク層の開口部の側壁面にデポを堆積させて開口部の開口幅を縮小させる開口幅縮小ステップを有するので、マスク層に、半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部を有する、エッチング対象膜に転写するための開口パターンを形成することができる。
【００３１】
請求項２記載の基板処理方法によれば、デポ性ガスが、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０又は正の整数）で表わされるガスであるので、マスク層の開口部の側壁面に、ガス付着係数Ｓに応じた厚さのデポを堆積させて開口幅を縮小させることができる。
【００３２】
請求項３記載の基板処理方法によれば、デポ性ガスが、ＣＨＦ３ガスであるので、マスク層の開口部の側壁面にデポを堆積させて開口幅を、例えば２０ｎｍ程度に縮小することができる。
【００３３】
請求項４記載の基板処理方法によれば、開口幅縮小ステップにおいて、基板に１００Ｗ乃至５００Ｗのバイアス電力を印加させるので、適度のバイアス電力によって開口部側壁面へのデポ付着を効率よく行うことができる。
【００３４】
請求項５記載の基板処理方法によれば、開口幅縮小ステップにおける処理時間を、０．５分乃至３分としたので、必要最小限の処理時間でマスク層の開口部の開口幅を縮小することができる。
【００３５】
請求項６記載の基板処理方法によれば、開口幅縮小ステップが、マスク層の開口部の開口幅をデポ性ガスのガス付着係数Ｓの値に対応する所定値に収束させるので、ガス付着係数Ｓに基づいて適用するデポ性ガスを選択することにより、開口部の開口幅を所望の開口幅に調整することができる。
【００３６】
請求項７記載の基板処理方法によれば、開口幅縮小ステップが、マスク層の開口部の開口幅を縮小させると共に、マスク層に形成された開口部の開口幅のばらつきを吸収して偏差を小さくするので、従来では問題とならなかった開口幅のばらつきを吸収して半導体デバイスの小型化要求に応えることができる。
【００３７】
請求項８記載の基板処理方法によれば、開口幅縮小ステップによって開口幅が縮小されたマスク層の開口部を処理対象層に転写する処理対象層エッチングステップを有するので、半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部を、処置対象層に転写することができる。
【００３８】
請求項９記載の基板処理方法によれば、デポ性ガスと異方性エッチングガスとの混合ガスから生成されたプラズマによってマスク層の開口部の側壁面にデポを堆積させる開口幅縮小ステップと、開口部の底部を形成する中間層をエッチングするエッチングプテップを１ステップで行うシュリンクエッチングステップを有するので、中間層に、半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部を有する、処理対象層に転写するための開口パターンを形成することができる。
【００３９】
請求項１０記載の基板処理方法によれば、デポ性ガスを、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０又は正の整数）で表わされるガスとしたので、マスク層の開口部の側壁面にガス付着係数Ｓに応じた厚さのデポを堆積させて開口幅を縮小させることができる。
【００４０】
請求項１１記載の基板処理方法によれば、デポ性ガスを、ＣＨＦ３ガスとしたので、マスク層の開口部の側壁面にデポを堆積させて開口幅を、例えば２０〜２５ｎｍ程度に縮小することができる。
【００４１】
請求項１２記載の基板処理方法によれば、異方性エッチングガスを、デポ性ガスよりも分子量が大きいガスであって、臭素（Ｂｒ）もしくは臭素（Ｂｒ）よりも原子番号が大きいハロゲン元素又は周期律表第１６族元素であって、硫黄（Ｓ）もしくは硫黄（Ｓ）よりも原子番号が大きい元素を含むガスとしたので、異方性エッチングガスから生成されたプラズマを開口部底部に到達させることができ、もって、底部へのデポの堆積を抑制しつつ、例えば中間膜をエッチングすることができる。
【００４２】
請求項１３記載の基板処理方法によれば、異方性エッチングガスを、ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ３Ｂｒガス、ＨＩガス又はＨＢｒガスとしたので、底部へのデポの堆積抑制効果及び中間膜エッチング効果が向上する。
【００４３】
請求項１４記載の基板処理方法によれば、シュリンクエッチングステップにおけるデポ性ガスと異方性エッチングガスとの混合比を６：１乃至１：１としたので、開口部側壁にデポを堆積させて開口幅を縮小すると共に、開口部底部へのデポ付着を防止して開口部底部の中間膜をエッチングすることができる。
【００４４】
請求項１５記載の基板処理方法によれば、異方性エッチングガスと水素ガスとの混合ガスから生成されたプラズマによってマスク層の開口部の側壁面にデポを堆積させる開口幅縮小ステップと、開口部の底部を形成する中間層をエッチングするエッチングステップを１ステップで行うシュリンクエッチングステップを有するので、異方性エッチングガスと水素ガスとの反応によって生成したガスによるデポ堆積作用と、異方性エッチングガスのエッチング作用との相乗作用によって、中間層に、半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部であって、処理対象層に転写するための開口パターンを形成することができる。
【００４５】
請求項１６記載の基板処理方法によれば、異方性エッチングガスは、臭素（Ｂｒ）又は臭素（Ｂｒ）よりも原子番号が大きいハロゲン元素、炭素及びフッ素を含むガスとしたので、異方性エッチングガスから生成されたプラズマを開口部底部に到達させることができ、もって、底部へのデポの堆積を抑制しつつ、例えば中間膜をエッチングすることができる。
【００４６】
請求項１７記載の基板処理方法によれば、異方性エッチングガスを、ＣＦ３Ｉガス又はＣＦ３Ｂｒガスとしたので、開口部底部へのデポの堆積抑制効果及び中間膜エッチング効果が向上する。
【００４７】
請求項１８記載の基板処理方法によれば、シュリンクエッチングステップにおける異方性エッチングガスと水素ガスとの混合比を、４：１乃至２：３としたので、開口部側壁へのデポの堆積作用と、開口部底部の中間膜エッチング作用との調整を図り、これによって、開口幅を縮小すると共に、開口部底部の中間膜をエッチングすることができる。
【００４８】
請求項１９記載の基板処理方法によれば、シュリンクエッチングステップにおいて、基板に１００Ｗ〜５００Ｗのバイアス電力を印加するので、開口部側壁面へのデポ付着効果と底部中間膜のエッチング効果が無理なく得られる。
【００４９】
請求項２０記載の基板処理方法によれば、シュリンクエッチングステップにおいて、基板を収容するチャンバ内圧力を２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）乃至２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）に調整するので、基板表面の荒れ及び摩耗を防止することができる。
【００５０】
請求項２１記載の基板処理方法によれば、シュリンクエッチングステップにおいて、エッチングされる中間層を、マスク層の下方に積層された反射防止膜及びシリコン含有膜、反射防止膜及び金属膜又はシリコン含有有機膜としたので、これらの中間層にマスク層と同様の半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部を形成することができる。
【００５１】
請求項２２記載の基板処理方法によれば、シュリンクエッチングステップによって開口幅が縮小されたマスク層の開口部に対応する開口部を有する中間層の開口部を処理対象層に転写する処理対象層エッチングステップを有するので、半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部を、処理対象層に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施の形態に係る基板処理方法を実行する基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１における線II−IIに沿う断面図である。
【図３】図１の基板処理システムにおいてプラズマ処理が施される半導体ウエハの構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における基板処理方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における基板処理方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における基板処理方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００５４】
まず、本発明の実施の形態に係る基板処理方法を実行する基板処理システムについて説明する。この基板処理システムは基板としての半導体ウエハＱ（以下、単に「ウエハＱ」という。）にプラズマを用いたエッチング処理やアッシング処理を施すように構成された複数のプロセスモジュールを備える。
【００５５】
図１は、本実施の形態に係る基板処理方法を実行する基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【００５６】
図１において、基板処理システム１０は、平面視六角形のトランスファモジュール１１と、該トランスファモジュール１１の一側面に接続する２つのプロセスモジュール１２、１３と、該２つのプロセスモジュール１２、１３に対向するようにトランスファモジュール１１の他側面に接続する２つのプロセスモジュール１４、１５と、プロセスモジュール１３に隣接し且つトランスファモジュール１１に接続するプロセスモジュール１６と、プロセスモジュール１５に隣接し且つトランスファモジュール１１に接続するプロセスモジュール１７と、矩形状の搬送室としてのローダーモジュール１８と、トランスファモジュール１１及びローダーモジュール１８の間に配置されてこれらを連結する２つのロード・ロックモジュール１９、２０とを備える。
【００５７】
トランスファモジュール１１はその内部に配置された屈伸及び旋回自在な搬送アーム２１を有し、該搬送アーム２１は、プロセスモジュール１２〜１７やロード・ロックモジュール１９、２０の間においてウエハＱを搬送する。
【００５８】
プロセスモジュール１２はウエハＱを収容する処理室容器（チャンバ）を有し、該チャンバ内部に処理ガスとしてＣＦ系デポ性ガス、例えば、ＣＨＦ３ガス及びハロゲン系ガス、例えば、ＨＢｒガスの混合ガスを導入し、チャンバ内部に電界を発生させることによって導入された処理ガスからプラズマを発生させ、該プラズマによってウエハＱにエッチング処理を施す。
【００５９】
図２は、図１における線II−IIに沿う断面図である。
【００６０】
図２において、プロセスモジュール１２は、処理室（チャンバ）２２と、該チャンバ２２内に配置されたウエハＱの載置台２３と、チャンバ２２の上方において載置台２３と対向するように配置されたシャワーヘッド２４と、チャンバ２２内のガス等を排気するＴＭＰ（Ｔｕｒｂｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｕｍｐ）２５と、チャンバ２２及びＴＭＰ２５の間に配置され、チャンバ２２内の圧力を制御する可変式バタフライバルブとしてのＡＰＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）バルブ２６とを有する。
【００６１】
載置台２３には、第１の高周波電源２７及び第２の高周波電源３５がそれぞれ第１の整合器（Ｍａｔｃｈｅｒ）２８及び第２の整合器（Ｍａｔｃｈｅｒ）３６を介して接続されており、第１の高周波電源２７は、比較的高い周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を励起用電力として載置台２３に印加し、第２の高周波電源３５は、比較的低い周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力をバイアスとして載置台２３に印加する。これにより、載置台２３は載置台２３及びシャワーヘッド２４の間の処理空間Ｒに高周波電力を印加する下部電極として機能する。整合器２８及び３６は、載置台２３からの高周波電力の反射を低減して高周波電力の載置台２３への供給効率を最大にする。
【００６２】
シャワーヘッド２４は円板状の下層ガス供給部２９及び円板状の上層ガス供給部３０からなり、下層ガス供給部２９に上層ガス供給部３０が重ねられている。下層ガス供給部２９及び上層ガス供給部３０はそれぞれ第１のバッファ室３１及び第２のバッファ室３２を有する。第１のバッファ室３１及び第２のバッファ室３２はそれぞれガス通気孔３３、３４を介してチャンバ２２内に連通する。
【００６３】
第１のバッファ室３１は、例えばＣＨＦ３ガス供給系（図示省略）に接続されている。該ＣＨＦ３ガス供給系は第１のバッファ室３１へＣＨＦ３ガスを供給する。供給されたＣＨＦ３ガスはガス通気孔３３を介してチャンバ２２内へ供給される。また、第２のバッファ室３２は、例えばＨＢｒガス供給系（図示省略）に接続されている。ＨＢｒガス供給系は第２のバッファ室３２へＨＢｒガスを供給する。供給されたＨＢｒガスはガス通気孔３４を介してチャンバ２２内へ供給される。シャワーヘッド２４には直流電源４５が接続されており、該直流電源４５によってシャワーヘッド２４に直流電圧が印加される。これにより、印加された直流電圧は、処理空間Ｒ内のイオン分布を制御する。
【００６４】
このプロセスモジュール１２のチャンバ２２内では、上述したように、載置台２３が処理空間Ｒに高周波電力を印加することにより、シャワーヘッド２４から処理空間Ｒに供給された処理ガスを高密度のプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、該イオンやラジカルによってウエハＱにエッチング処理を施す。
【００６５】
図１に戻り、プロセスモジュール１３はプロセスモジュール１２においてエッチング処理が施されたウエハＱを収容する処理室（チャンバ）を有し、該チャンバ内部に処理ガスとしてＯ２ガス及びＮ２ガスの混合ガスを導入し、チャンバ内部に電界を発生させることによって導入された処理ガスからプラズマを発生させ、該プラズマによってウエハＱにエッチング処理を施す。なお、プロセスモジュール１３は、プロセスモジュール１２と同様の構成を有し、例えばＣＨＦ３ガス供給系及びＨＢｒガス供給系の代わりに、Ｏ２ガス供給系及びＮ２ガス供給系（いずれも図示省略）を備える。なお、プロセスモジュール１３におけるエッチング処理が、アッシング処理を兼ねることもある。
【００６６】
プロセスモジュール１４はプロセスモジュール１３においてエッチング処理が施されたウエハＱを収容する処理室（チャンバ）を有し、該チャンバ内部に処理ガスとしてＯ２ガスを導入し、チャンバ内部に電界を発生させることによって導入された処理ガスからプラズマを発生させ、該プラズマによってウエハＱにアッシング処理を施す。なお、プロセスモジュール１４も、プロセスモジュール１２と同様の構成を有し、円板状の下層ガス供給部２９及び円板状の上層ガス供給部３０からなるシャワーヘッド２４の代わりに、Ｏ２ガス供給系がバッファ室に接続された円板状のガス供給部のみからなるシャワーヘッド（いずれも図示しない）を備える。
【００６７】
トランスファモジュール１１、プロセスモジュール１２〜１７の内部は減圧状態に維持され、トランスファモジュール１１と、プロセスモジュール１２〜１７のそれぞれとは真空ゲートバルブ１２ａ〜１７ａを介して接続される。
【００６８】
基板処理システム１０では、ローダーモジュール１８の内部圧力が大気圧に維持される一方、トランスファモジュール１１の内部圧力は真空に維持される。そのため、各ロード・ロックモジュール１９、２０は、それぞれトランスファモジュール１１との連結部に真空ゲートバルブ１９ａ、２０ａを備えると共に、ローダーモジュール１８との連結部に大気ドアバルブ１９ｂ、２０ｂを備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。また、各ロード・ロックモジュール１９、２０はローダーモジュール１８及びトランスファモジュール１１の間において受渡されるウエハＱを一時的に載置するためのウエハ載置台１９ｃ、２０ｃを有する。
【００６９】
ローダーモジュール１８には、ロード・ロックモジュール１９、２０の他、例えば２５枚のウエハＱを収容する容器としてのフープ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）３７がそれぞれ載置される例えば３つのフープ載置台３８と、フープ３７から搬出されたウエハＱの位置をプリアライメントするオリエンタ３９とが接続されている。
【００７０】
ロード・ロックモジュール１９、２０は、ローダーモジュール１８の長手方向に沿う側壁に接続されると共にローダーモジュール１８を挟んで３つのフープ載置台３８と対向するように配置され、オリエンタ３９はローダーモジュール１８の長手方向に関する一端に配置される。
【００７１】
ローダーモジュール１８は、内部に配置された、ウエハＱを搬送するスカラ型デュアルアームタイプの搬送アーム４０と、各フープ載置台３８に対応するように側壁に配置されたウエハＱの投入口としての３つのロードポート４１とを有する。搬送アーム４０は、フープ載置台３８に載置されたフープ３７からウエハＱをロードポート４１経由で取り出し、該取り出したウエハＱをロード・ロックモジュール１９、２０やオリエンタ３９へ搬出入する。
【００７２】
また、基板処理システム１０は、ローダーモジュール１８の長手方向に関する一端に配置されたオペレーションパネル４２を備える。オペレーションパネル４２は、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）からなる表示部を有し、該表示部は基板処理システム１０の各構成要素の動作状況を表示する。
【００７３】
図３は、図１の基板処理システムにおいてプラズマ処理が施される半導体ウエハの構成を概略的に示す断面図である。
【００７４】
図３において、ウエハＱはシリコン基材５０の表面に形成された処理対象層としてのアモルファスカーボン膜（下層レジスト膜）５１と、アモルファスカーボン膜５１上に形成されたＳｉＯＮ膜（ハードマスク）５２と、ＳｉＯＮ膜５２上に形成された反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）５３と、反射防止膜５３上に形成されたフォトレジスト膜５４（マスク層）とを有する。
【００７５】
シリコン基材５０はシリコンからなる円板状の薄板であり、例えばＣＶＤ処理を施すことによって表面にアモルファスカーボン膜５１が形成される。アモルファスカーボン膜５１は、下層レジスト膜として機能する。アモルファスカーボン膜５１上に、ＣＶＤ処理又はＰＶＤ処理等が施されて表面にＳｉＯＮ膜５２が形成され、該ＳｉＯＮ膜５２上に、例えば塗布処理によって反射防止膜５３が形成される。反射防止膜５３は或る特定の波長の光、例えば、フォトレジスト膜５４に向けて照射されるＡｒＦエキシマレーザ光を吸収する色素を含む高分子樹脂からなり、フォトレジスト膜５４を透過したＡｒＦエキシマレーザ光がＳｉＯＮ膜５２によって反射されて再びフォトレジスト膜５４に到達するのを防止する。フォトレジスト膜５４は、反射防止膜５３上に例えばスピンコータ（図示省略）を用いて形成される。フォトレジスト膜５４はポジ型の感光性樹脂からなり、ＡｒＦエキシマレーザ光に照射されるとアルカリ可溶性に変質する。
【００７６】
このような構成のウエハＱに対し、所定のパターンに反転するパターンに対応したＡｒＦエキシマレーザ光がステッパー（図示省略）によってフォトレジスト膜５４に照射されて、フォトレジスト膜５４におけるＡｒＦエキシマレーザ光が照射された部分がアルカリ可溶性に変質する。その後、フォトレジスト膜５４に強アルカリ性の現像液が滴下されてアルカリ可溶性に変質した部分が除去される。これにより、フォトレジスト膜５４から所定のパターンに反転するパターンに対応した部分が取り除かれるため、ウエハＱ上には所定のパターンを呈する、例えば、ビアホールを形成する位置に開口部５５を有するフォトレジスト膜５４が残る。
【００７７】
ところで、半導体デバイスの小型化要求を満たすためには、小さい寸法、具体的には幅（ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）値）が２５〜３０ｎｍ程度の開口部（ビアホールやトレンチ）をエッチング対象の膜に形成する必要がある。しかしながら、フォトリソグラフィで量産可能な最小寸法は例えば８０ｎｍ程度であるため、ウエハＱのエッチング処理において、半導体デバイスの小型化要求を満たす開口幅の開口部をエッチング対象膜に形成することは困難であった。
【００７８】
本発明者は、上述した半導体デバイスの小型化要求を満たす開口幅の開口部をウエハＱに形成する方法を見出すために、各種実験を行ったところ、処理対象層としてのアモルファスカーボン膜５１、ハードコート層としてのＳｉＯＮ膜５２、反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）５３、反射防止膜５３の一部を露出させる開口部５５を有するフォトレジスト膜５４がシリコン基材５０上に順に積層されたウエハＱにおいて、特定のガス付着係数Ｓを有するＣＦ系のデポ性ガス（ＣｘＨｙＦｚ、ここでｘ、ｙ、ｚは０又は正の整数）を用いてプラズマ処理を施すことによってフォトレジスト膜５４に設けられた開口部５５の側壁面にデポが堆積して開口幅が狭くなる（シュリンクされる）ことを発見した。
【００７９】
そして、本発明者は、上記発見からシュリンク処理後のフォトレジスト膜の開口幅は、プラズマ処理に適用するデポ性ガスの種類、換言すればガス付着係数Ｓに依存して最終的に所定幅に収束すること、及び収束後の開口幅は上述した半導体デバイスの小型化要求を満たすものであるという仮説をたて、この仮説に基づいて、プラズマ処理に適用するデポ性ガスの種類、ガス付着係数、処理条件、処理時間等について種々検討を行った結果、ガス付着係数ＳがＳ＝０．１乃至１．０のＣＦ系のデポ性ガス、例えばＣＨＦ３ガスを適用して所定条件でプラズマ処理を施すことによって、目標とする開口幅、例えば２５ｎｍ乃至３０ｎｍの開口部を有するフォトレジスト膜を備えたウエハＱが得られることを見出し、本発明に到達した。
【００８０】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理方法について詳述する。
【００８１】
この基板処理方法は、ウエハＱのフォトレジスト膜５４に形成された開口部５５の開口幅をプラズマ処理に基づくデポを開口部５５の側壁面に付着させて縮小させるものであり、開口幅縮小ステップと、開口幅縮小後に、開口幅が小さくなった開口部５５のパターンを、処理対象層であるアモルファスカーボン膜５１に転写するエッチングステップ等を有することから、例えば２ステップアプローチと呼ばれる。
【００８２】
図４は、本発明の第１の実施の形態における基板処理方法を示す工程図である。
【００８３】
図４において、まず、シリコン基材５０上に下層レジスト膜としてのアモルファスカーボン膜５１、ハードマスクとしてのＳｉＯＮ膜５２、反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）５３及びフォトレジスト膜５４が順に積層され、フォトレジスト膜５４が反射防止膜５３の一部を開口幅、例えば６０ｎｍで露出させる開口部５５を有するウエハＱを準備する（図４（Ａ））。そして、このウエハＱをプロセスモジュール１２（図２参照）のチャンバ２２内に搬入し、載置台２３上に載置する。
【００８４】
次いで、チャンバ２２内の圧力をＡＰＣバルブ２６等によって例えば１×１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）に設定する。また、ウエハＱの温度を例えば５０℃に設定する。そして、シャワーヘッド２４の下層ガス供給部２９からＣＨＦ３ガスを流量例えば３００ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給する。そして、載置台２３に励起用電力として７５０Ｗ、バイアス電力として３００Ｗを供給すると共に、シャワーヘッド２４に３００Ｖの直流電圧を印加する。このとき、ＣＨＦ３ガスが処理空間Ｒに印加された高周波電力によって励起されてプラズマになり、イオンやラジカルが発生する（図４（Ｂ））。これらのイオンやラジカルはフォトレジスト膜５４の表面又は開口部側壁面と衝突、反応し、当該部分にデポ５６を堆積させる（図４（Ｃ））。
【００８５】
デポ５６の厚さは、処理開始時から次第に厚くなり、処理開始３分後には、例えば３５ｎｍ（開口幅：２５ｎｍ）となる。この開口幅縮小ステップ（以下、「シュリンクステップ」ということがある。）によって、開口部５５の開口幅を、６０ｎｍから２５ｎｍまで縮小することができた。
【００８６】
このとき、開口部５５の側壁面に堆積するデポ５６の堆積速度は、開口部５５の開口幅Ｗに比例することが理論式から導かれる。すなわち、開口部５５の側壁面におけるデポの堆積速度は、以下の理論式で表される。
【００８７】
【数１】
2010041028.tif 000003
【００８８】
ここで、Ｓはガスの付着係数、ｚは開口部底部からの距離、Ｗは開口幅、Ｌは開口部の高さ（深さ）である。
【００８９】
上記理論式から、開口部５５の側壁に堆積するデポ５６の堆積速度は、開口部の幅Ｗに依存することが分かる。すなわち、デポ５６の堆積速度は、ガス付着係数が同じであれば、開口部５５の開口幅Ｗが大きい程速くなり、開口幅が小さい程遅くなる。また、デポ付着厚さは、ガス付着係数が同じであれば、開口部５５の開口幅Ｗが大きい程厚くなり、開口幅が小さい程薄くなる。デポ付着後の開口部５５の開口幅は、処理時間に伴ってデポガスの種類、すなわちガス付着係数に依存して所定の幅に収束し、初期開口幅が大きい部分におけるシュリンク率は、初期開口幅が小さい部分におけるシュリンク率よりも大きくなる。従って、目的とする開口幅を得るためには、その開口幅が得られるガス付着係数を有すデポ性ガスを用いることが有効となる。
【００９０】
ここで、デポ性ガスとは、当該ガスを用いたプラズマ処理によって、例えばマスク層としてのフォトレジスト膜５４の開口部５５の側壁面にデポ５６を堆積させて開口幅を縮小させる作用を有するガスをいう。ＣＨＦ３ガスは、ガス付着係数Ｓが、例えばＳ＝０．５であって、開口幅の収束値は、例えば２０〜２５ｎｍである。
【００９１】
次いで、シュリンクステップによって、開口幅が２５ｎｍに縮小された開口部５５を有するフォトレジスト膜５４を備えたウエハＱに対して、通常の条件に従ってフォトレジス
ト膜５４に形成された開口部を処理対象層であるアモルファスカーボン膜５１に転写するエッチング処理が施される。
【００９２】
すなわち、フォトレジスト膜５４の開口膜５５の開口幅が２５ｎｍに縮小されたウエハＱを収容するプロセスモジュール１２のチャンバ２２内の圧力をＡＰＣバルブ２６等によって例えば１×１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）に設定し、ウエハＱの温度を例えば５０℃に設定した後、シャワーヘッド２４の下層ガス供給部２９からＣＦ４ガスを流量２２０ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給すると共に、上層ガス供給部３０からＣＨＦ３ガスを流量２５０ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給する。そして、載置台２３に励起用電力として７５０Ｗ、バイアス電力として０Ｗを供給すると共に、シャワーヘッド２４に３００Ｖの直流電圧を印加する。このとき、ＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスが処理空間Ｒに印加された高周波電力によってプラズマになり、イオンやラジカルが発生する。これらのイオンやラジカルは反射防止膜５３におけるフォトレジスト膜５４によって覆われていない部分と衝突、反応し、反射防止膜５３及びその下層のＳｉＯＮ膜５２の当該部分をエッチングする（図４（Ｄ））。当該部分の反射防止膜５３及びＳｉＯＮ膜５２はアモルファスカーボン膜５１が露出するまでエッチングされる（図４（Ｅ））。
【００９３】
このようにして、フォトレジスト膜５４の開口部５５の開口幅が縮小されると共に、反射防止膜５３及びＳｉＯＮ膜５２がエッチングされたウエハＱをプロセスモジュール１２のチャンバ２２内から搬出し、トランスファモジュール１１を経由してプロセスモジュール１３のチャンバ内に搬入して載置台上に載置する。
【００９４】
次いで、チャンバ内の圧力をＡＰＣバルブ等によって２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）に設定する。そして、シャワーヘッドの下層ガス供給部からＯ２ガスを流量１８０ｓｃｃｍでチャンバ内へ供給すると共に、上層ガス供給部からＮ２ガスを流量２０ｓｃｃｍでチャンバ内へ供給する。そして、載置台に１０００Ｗの励起用電力を供給し、バイアス電力を０Ｗとする。このとき、Ｏ２ガス及びＮ２ガスが処理空間Ｒに印加された高周波電力によってプラズマになり、イオンやラジカルが発生する。これらのイオンやラジカルはアモルファスカーボン膜５１における、フォトレジスト膜５４、該フォトレジスト膜５４の開口部５５の側壁面に堆積したデポ５６、並びに反射防止膜５３及びＳｉＯＮ膜５２によって覆われていない部分と衝突、反応し、当該部分をエッチングする（図４（Ｆ））。当該部分のアモルファスカーボン膜５１はシリコン基材５０が露出するまでエッチングされ、アモルファスカーボン膜５１に、幅が２５ｎｍの開口部が形成される。このとき、フォトレジスト膜５４及び該フォトレジスト膜５４の開口部５５の側壁面及び上面に堆積したデポ５６並びに反射防止膜５３が同時に除去される（図４（Ｇ））。
【００９５】
その後、ウエハＱをプロセスモジュール１３のチャンバから搬出し、本処理を終了する。
【００９６】
この場合、フォトレジスト膜５４の開口部５５の内壁面にデポ５６を堆積させるシュリンクステップと、該シュリンクステップによって縮小されたフォトレジスト膜５４の開口部５５の開口幅であって、反射防止膜５３及びＳｉＯＮ膜５２に転写した開口幅をアモルファスカーボン膜５１に転写するエッチングステップを同一チャンバ内で連続して行うこともできる。
【００９７】
本実施の形態によれば、ガス付着係数Ｓが、Ｓ＝０．１〜１．０のデポ性ガスを用いてプラズマ処理を施すことにより、フォトレジスト膜５４の開口部５５の側壁面にデポ５６を堆積させてその開口幅を狭くすることができる。フォトレジスト膜５４の開口部５５の側壁面にデポ５６を堆積させて開口部６０ｎｍの幅を、例えば２５ｎｍに調整すれば、これに基づいて処理対象層としてのアモルファスカーボン膜５１にも幅が２５ｎｍの開口部を形成することができるので、これによって半導体デバイスの小型化要求を満たす寸法の開口部を処理対象層としてのアモルファスカーボン膜５１に形成することができる。
【００９８】
本実施の形態において、デポ性ガスは、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは０又は正の整数）で表され、ガス付着係数Ｓが、Ｓ＝０．１〜１．０、好ましくは、Ｓ＝０．１〜０．５のものである。ＣＨＦ３ガスは、ガス付着係数ＳがＳ＝０．５程度であり、収束開口幅は、例えば２０〜２５ｎｍである。デポ性ガスは、ＣＨＦ３ガスの外、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ５Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、ＣＦ４ガス、ＣＨ４ガス等を用いることができ、これらのデポガスによっても、近年のデバイス小型化の要請に応えることができ、シュリンクステップにおいてウエハＱのフォトレジスト膜５４に形成された開口部５５の開口幅を例えば２５〜３０ｎｍに縮小、収束させることができる。
【００９９】
本実施の形態において、エッチング処理時のバイアス電力は、１００Ｗ〜５００Ｗであることが好ましい。バイアス電力が１００Ｗ未満であると、開口部側壁面へのデポ付着が不十分となる。一方、バイアス電力が５００Ｗを超えると、スパッタリングによってフォトレジスト膜５４が荒れてしまう。バイアス電力が、１００Ｗ〜５００Ｗであるとデポ性ガスの拡散を抑制して開口部の側壁面に、むらのない厚さのデポ５６を堆積させて開口幅を縮小することができる。処理温度は、特に限定されず、通常２０℃〜１００℃とされるが、実用上室温であることが好ましい。
【０１００】
本実施の形態において、エッチング処理時間は０．５分〜３分である。デポ付着速度は、エッチング開始時が最も速く、その後、次第に遅くなり、３分後には、ほとんど０となって、開口幅が所定幅に収束するからである。従って、処理時間をコントロールすることによってデポ厚さを制御することも可能である。
【０１０１】
本実施の形態において、ハードマスクとしてのＳｉＯＮ膜５２と有機膜からなる反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）５３に代えて、有機膜のＢＡＲＣにシリコン（Ｓｉ）を数１０％含有させた反射防止機能を有するＳｉ−ＡＲＣ膜を適用することもできる。
【０１０２】
また、本実施の形態に係る基板処理方法が適用されるウエハＱは、処理対象層がアモルファスカーボン膜５１であったが、処理対象層はこれに限られず、例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＮ膜等であってもよい。
【０１０３】
本実施の形態において、開口幅が大きい開口部ではデポ５６の付着速度が速く、開口幅が小さい開口部ではデポ５６の付着速度が小さいので、デポ付着時間をある程度長く、例えば３分にするとデポ付着後の開口幅が、適用ガスに特有の所定値に収束するという特性を利用して、エッチング当初ばらつきがあったフォトレジスト膜５４の開口部５５の開口幅のばらつきを吸収して均一化を図ることができる。
【０１０４】
次に、本実施の形態における開口幅のばらつき吸収効果を明確にするための変形例について説明する。
【０１０５】
変形例１として、フォトレジスト膜５４の開口部５５の初期開口幅を６５ｎｍとした以外は、上記実施の形態における条件と同様の条件で、同様に処理してウエハＱに対して３分間プラズマエッチング処理を施したところ、デポ５６の厚さは、処理開始３分後に３８ｎｍ（開口幅：２７ｎｍ）となった。この処理によって、開口幅６５ｎｍを２７ｎｍまで縮小することができた。
【０１０６】
次に、変形例２として、フォトレジスト膜５４の開口部５５の初期開口幅を７０ｎｍとした以外は、上記実施の形態における条件と同様の条件で、同様に処理してウエハＱに対して３分間プラズマエッチング処理を施したところ、デポ５６の厚さは、処理開始３分後
に４２ｎｍ（開口幅：２８ｎｍ）となった。この処理によって、開口幅７０ｎｍを２８ｎｍまで縮小することができた。
【０１０７】
本実施の形態及び変形例１、２において、ウエハＱにおけるフォトレジスト膜５４の初期開口幅は、それぞれ６０ｎｍ、６５ｎｍ及び７０ｎｍであるが、ＣＨＦ３ガスを用いたプラズマエッチング処理後のフォトレジスト膜５４における開口幅は、それぞれ２５ｎｍ、２７ｎｍ及び２８ｎｍとなった。これから、デポ性ガスとしてＣＨＦ３ガスを用いたプラズマエッチング処理は、開口幅を狭くするシュリンク効果に加え、当初ばらつき（±５ｎｍ：平均６５ｎｍ）があった開口幅（６０ｎｍ〜７０ｎｍ）を目的の開口幅である、例えば２７ｎｍ近傍にまで縮小し、且つ各初期開口幅のばらつきを吸収する効果があることが分かる（処理後のばらつき±２ｎｍ）。
【０１０８】
実施例１
シリコン基材上に中間層及び開口幅６０ｎｍの開口部を有するフォトレジスト膜を備えたウエハＱを用い、チャンバ内圧力を１×１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）に、ウエハＱの温度を５０℃に設定し、デポ性ガスとしてＣＨＦ３ガスを、３００ｓｃｃｍでチャンバ内へ供給し、バイアス電力を３００Ｗとしてプラズマを発生させ、フォトレジスト膜の開口部を縮小するシュリンク処理を施したところ、処理開始０．５分後のデポ堆積厚さは、３１ｎｍ（開口幅：２９ｎｍ）、処理開始１分後のデポ堆積厚さは、３２ｎｍ（開口幅：２８ｎｍ）、処理開始３分後のデポ堆積厚さは、３３ｎｍ（開口幅：２７ｎｍ）であった。
【０１０９】
この結果から、シュリンク工程におけるフォトレジスト膜の開口部の開口幅を縮小する効果は、処理開始後約０．５分でピークに達し、処理開始後３分でほぼ収束することが分かる。従って、処理時間は、０．５分〜３．０分が好ましい。
【０１１０】
次に、本発明における第２の実施の形態について詳細に説明する。
【０１１１】
本発明者は、ウエハＱにおけるフォトレジスト膜に設けられた開口部の開口幅を狭くするためにシュリンク処理を施した場合、開口部の側壁面だけでなく、底部にもデポが堆積すること、底部に堆積したデポ厚さは側壁面に堆積したデポ厚さに対応して厚くなるので、初期開口幅の相違によって底部に堆積するデポ厚さも変動すること、及び開口部底部のデポ厚さが異なると同じエッチング処理を施しても底部堆積デポを同じように打ち抜くことができず、均一処理の妨げになるこという知見を得た。
【０１１２】
そして、この知見に基づいて、種々検討を重ねたところ、開口部の側壁面にデポを堆積させ易いデポ性ガスと、開口部の横方向には拡散しにくく、開口部底部をエッチングして底部へのデポの堆積を抑制する異方性エッチングガスを併用してプラズマ処理を施すことにより、フォトレジスト膜の開口部の開口幅を縮小させると共に、開口部底部へのデポの堆積を回避できることを見出した。
【０１１３】
図５は、本発明の第２の実施の形態における基板処理方法を示す工程図である。
【０１１４】
図５において、まず、シリコン基材６０上にアモルファスカーボンの下層レジスト膜６１、ハードマスクとしてのＳｉＯＮ膜６２、反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）６３及びフォトレジスト膜６４が順に積層され、フォトレジスト膜６４が反射防止膜６３の一部を開口幅、例えば６０ｎｍで露出させる開口部６５を有するウエハＱを準備する（図５（Ａ））。そして、このウエハＱをプロセスモジュール１２（図２参照）のチャンバ２２内に搬入し、載置台２３上に載置する。
【０１１５】
次いで、チャンバ２２内の圧力をＡＰＣバルブ２６等によって例えば２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）に設定する。また、ウエハＱの温度を、例えば５０℃に設定する。そして、シャワーヘッド２４の下層ガス供給部２９からＣＨＦ３ガスを流量３００ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給すると共に、上層ガス供給部３０からＣＦ３Ｉガスを流量２００ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給する。このときＣＨＦ３ガスとＣＦ３Ｉガスとの流量比は、３：２である。そして、載置台２３に７５０Ｗの高周波電力を励起電力として供給すると共に、３００Ｗの高周波電力をバイアス電力として供給する。また、シャワーヘッド２４に３００Ｖの直流電圧を印加する。
【０１１６】
このとき、ＣＨＦ３ガス及びＣＦ３Ｉガスが処理空間Ｒに印加された高周波電力によってプラズマになり、イオンやラジカルが発生する（図５（Ｂ））。ＣＨＦ３ガスから発生したイオンやラジカルはフォトレジスト膜６４の表面又は開口部側壁面と衝突、反応し、当該部分にデポ６６を堆積して開口幅を狭くする。このとき開口部の底部にもデポ６６が堆積し易くなる。一方、ＣＦ３Ｉガスから発生したイオンやラジカルは、開口部６５の横方向には拡散しにくいので開口部６５の側壁面に堆積したデポに衝突せず、底方向に進行して底部へ堆積したデポに衝突して、該デポを除去し、さらに、下地層である反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２をエッチングする。すなわち、ＣＨＦ３ガスから発生したイオンやラジカルは、ＣＦ３Ｉガスから発生したイオンやラジカルと協働して、開口部６５の開口幅をシュリンクしながら、フォトレジスト膜６４及びフォトレジスト膜６４の開口部に堆積したデポ６６によって覆われていない開口部底部をエッチングする（図５（Ｃ））（シュリンクエッチングステップ）。
【０１１７】
このとき、開口部入口周辺の径はわずかに広がるものの、開口部側壁面におけるデポ６６の厚さは、処理開始時から次第に厚くなり、処理開始約０．５分後に３１ｎｍ（開口幅：２９ｎｍ）となり、処理開始約１分後に３２ｎｍ（開口幅：２８ｎｍ）となり、その後、次第に若干厚くなって、処理開始後３分後に３３ｎｍ（開口幅：２７ｎｍ）となった。
【０１１８】
また、反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２は、シュリンクされた開口幅２７ｎｍの幅で、下層レジスト膜としてのアモルファスカーボン膜６１が露出するまでエッチングされ、アモルファスカーボン層６１が露出した。
【０１１９】
このようにして、開口部６５の開口幅がシュリンクされると共に、反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２がエッチングされたウエハＱをプロセスモジュール１２のチャンバ２２内から搬出し、トランスファモジュール１１を経由してプロセスモジュール１３のチャンバ内に搬入し、以下、上述した第１の実施の形態と同様に、ＳｉＯＮ膜６２をハードマスクとしてアモルファスカーボン膜６１をエッチングして該アモルファスカーボン膜６１における反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２、並びにフォトレジスト膜６４及びフォトレジスト膜６４の開口部に堆積したデポ６６によって覆われていない部分をエッチングすると共に、フォトレジスト膜６４及び該フォトレジスト膜６４に堆積したデポ６６並びに反射防止膜６３をアッシングして本処理を終了する。
【０１２０】
アモルファスカーボン膜６１には、開口幅２７ｎｍの開口部が形成された。なお、シュリンクされた開口幅の開口部６５を有するアモルファスカーボン膜６１を備えたウエハＱについては、別途、公知の方法によってエッチング処理が施され、目的とするパターン寸法のウエハＱが調製される。
【０１２１】
本実施の形態によれば、デポ性ガスとして、開口部の側壁にデポ６６を堆積させ易いＣＨＦ３ガスと、開口部の横方向には、拡散しにくいが底部へのデポの堆積を抑制し、下地層をエッチングし易いＣＦ３Ｉガスを併用したので、フォトレジスト膜６４の開口部６５の開口幅を狭くして、近年における半導体デバイス小型化の要請に応えることができると共に、ＣＦ３Ｉガスから生成されたプラズマによって、フォトレジスト膜６４によって覆われていない部分の反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２をエッチングすることができる。すなわち、開口部６５の開口幅を縮小させるシュリンク工程と、中間層としての反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２をエッチングするエッチング工程を１ステップアプローチとして行うことができる。これによって、ウエハＱの生産性が向上する。
【０１２２】
本実施の形態において、開口部６５の側壁面に堆積するデポ６６の堆積速度は、開口部の幅Ｗに依存し、開口部６５の開口幅Ｗが大きい程速くなり、開口幅が小さい程遅くなる。そして、デポ付着後の開口部６５の開口幅は、処理時間に伴ってデポ性ガスと異方性エッチングガスとの混合ガスのガス付着係数に依存して所定の幅に収束するので、適用するガスの種類、混合比等を調整することによって開口幅を調節することができる。
【０１２３】
本実施の形態において、デポ性ガスは、一般式ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは０を含む整数）で表されるものであり、ＣＨＦ３が好適に用いられる。ＣＨＦ３は、ガス付着係数Ｓが、Ｓ＝０．５程度であり、収束開口幅は、例えば２０〜２５ｎｍであり、近年のデバイス小型化の要請に沿うものである。デポ性ガスとしては、ＣＨＦ３ガスの外、例えば、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、Ｃ５Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガスを適用することもできる。
【０１２４】
一方、異方性エッチングガスとしては、ＣＦ３Ｉガスが好適に使用される。ＣＦ３ＩガスはＨＢｒガスよりも毒性が低いので、取り扱いが容易である。異方性エッチングガスとしては、ＣＦ３Ｉガスの外ＣＦ３Ｂｒガス、ＣＦ３Ａｔガス、ＨＩガス、ＨＢｒガス等を適用することができる。また、異方性エッチングガスにおけるハロゲン元素に代えて周期律表第１６属元素であって、Ｓ及びＳよりも分子量の大きい元素を適用することもできる。これらのハロゲン元素、周期律表の第１６類元素を含有するガスも、揮発性が低く、開口部の横方向には拡散しにくく、底部にデポを堆積させず、下地層をエッチングして抜くことができるガスであり、デポ性ガスと組み合わせて使用することができる。なお、異方性エッチングガスは、揮発性が低く、カーボンと反応して何らかの結合膜を作って開口部６５の側面を保護し、且つイオン力によって開口部の底部方向に向かって拡散して中間膜をエッチングすると考えられる。
【０１２５】
本実施の形態において、デポ性ガスと異方性エッチングガスとの混合比は、６：１〜１：１であることが好ましく、特に、４：３〜３：２であることが好ましい。異方性エッチングガスの流量がデポガスの流量よりも大きくなると十分なシュリンク効果を得ることが難しくなる。一方、異方性エッチングガスの流量が、デポガスの流量の１／６よりも小さいと、反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２のエッチングが不十分となる。なお、デポ性ガスと異方性エッチングガスの混合ガスを用いた本実施の形態においては、デポ性ガス単独ガスを用いた場合よりも開口部側壁面へのデポ付着量が若干少なくなると考えられる。
【０１２６】
本実施の形態において、エッチング処理時のバイアス電力は、１００Ｗ〜５００Ｗである。バイアス電力が１００Ｗ未満であると、開口部底部エッチング効果が不十分となる。一方、バイアス電力が５００Ｗを超えると、スパッタリングによってフォトレジスト膜６５が荒れてしまう。
【０１２７】
本実施の形態において、エッチング処理時のチャンバ内圧力は、２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）乃至２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）、好ましくは１×１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ〜２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）である。処理圧力が、低すぎると基板表面が荒れる。一方、処理圧力が高すぎると、基板表面が摩耗される。
【０１２８】
本実施の形態において、エッチング処理時のウエハＱの温度は、特に限定されるものではないが、２０℃〜１００℃である。
【０１２９】
本実施の形態において、フォトレジスト膜６４の開口部６５の開口幅のシュリンクと同時にエッチングされる中間層を反射防止膜６３及びシリコン含有膜としてのＳｉＯＮ膜６２としたが、シリコン含有膜は、ＳｉＯＮ膜に限定されるものではなく、ＳｉＯＮ膜の外、例えばＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＯＣ膜又はＳｉＣＮ膜を用いることもできる。また、中間層は、反射防止膜及びシリコン含有膜に限定されるものではなく、反射防止膜と金属膜としての例えばＴｉ膜もしくはＴｉＮ膜を組み合わせたもの、又は有機膜としてのＢＡＲＣにシリコン（Ｓｉ）を数１０％添加した反射防止膜の機能を備えたＳｉ−ＢＡＲＣ膜等を適用することもできる。
【０１３０】
また、本実施の形態における処理対象層は、下層レジスト膜６１であったが、処理対象層はこれに限られず、例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＮ膜であってもよい。
【０１３１】
本実施の形態において、エッチング処理時間は、０．５分〜３分である。エッチング時間が、０．５分よりも短いと、十分なシュリンク効果が得られ難く、処理時間が３分位でシュリンク効果が収束し、中間層のエッチングが完了するので、処理時間を３分以上にしても、それ以上の効果が得られ難い。
【０１３２】
本実施の形態において、開口部６５の開口幅を縮小すると共に中間層をエッチングするシュリンクエッチングステップとアモルファスカーボン膜６１をエッチングするエッチングステップを同一チャンバ内で連続して行うこともできる。
【０１３３】
［実施例２〜１５］及び［比較例１、２］
初期開口幅が６０ｎｍのフォトレジスト膜６４、反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２を有するウエハＱについて、デポ性ガスとしてＣＨＦ３ガス、異方性エッチングガスとしてＣＦ３Ｉガスを用い、チャンバ内圧力、バイアス電力、及びガス流量比をそれぞれ変化させてシュリンク及び中間層エッチング処理（１ステップアプローチ処理）を施し、処理開始１分後のフォトレジスト膜の表面及びアッシング処理後の下層レジスト層表面を観察した。
【０１３４】
条件及び観察結果を表１に示す。
【０１３５】
【表１】
2010041028.tif 000004
【０１３６】
表１から、以下のことが分かる。
【０１３７】
実施例２〜１１は、チャンバ内圧力が、２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）〜２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）で、バイアス電力が１００Ｗ〜５００Ｗで、ガス流量比（ＣＨＦ３／ＣＦ３Ｉ）が６：１〜１：１であり、十分なシュリンク効果と同時に、反射防止膜６３及びＳｉＯＮ膜６２を打ち抜くエッチング効果が認められた。また、実施例９では、初期状態で平均６０ｎｍであった開口幅を、平均２５ｎｍにシュリンクすることができた。このとき、ばらつきΔの平均値は、１３．９ｎｍから、３．７ｎｍになった。
【０１３８】
実施例１２は、チャンバ内圧力が低いので、フォトレジスト膜６４の表面が荒れたが、実用可能であった。また、実施例１３は、ガス流量比が４：５であり、シュリンク効果が不十分であるが、実用可能であった。実施例１４は、ガス流量比が７．３：１であり、中間層エッチング効果が不十分であるが、実用可能であった。
【０１３９】
比較例１は、ＣＦ３Ｉガス単独によるものであり、これによっても中間層エッチング効果が認められたが、十分なシュリンク量が得られなかった。また、比較例２は、処理ガスとしてデポ性ガスであるＣＨＦ３ガス単独を用いたので、シュリンク効果は得られるが、開口部の底にもデポが付着して中間層を打ち抜くことはできなかった。
【０１４０】
実施例１５は、バイアス電力が高すぎてフォトレジスト膜６４の表面が摩耗したが、何とか実用可能であった。
【０１４１】
［実施例１６］
デポ性ガス：ＣＨＦ３ガス、異方性エッチングガス：ＣＦ３Ｉ、流量比：ＣＨＦ３／ＣＦ３Ｉ＝４：１、チャンバ内圧力：２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）、バイアス電力：７５０＋３００Ｗ、ウエハ温度：６０℃としてイニシャル開口幅７５ｎｍのフォトレジスト膜６４を有するウエハＱについて１ステップアプローチ処理を施し、試験開始後３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、１５０秒、１８０秒及び３００秒後のシュリンク量及び反射防止膜６３、ＳｉＯＮ膜６２のエッチング状態を観察したところ、試験開始後３０〜９０秒後は、反射防止膜６３を抜いている間に、側壁にデポ（ポリマー）が堆積し続け、次第にその厚さが大きくなった。また、試験開始後９０〜１２０秒後までは、さらにシュリンクが進み、ＳｉＯＮ膜６２のエッチングが始まった。その後、試験開始後１２０〜１８０秒後は、ＳｉＯＮ膜６２が完全に抜け、シュリンク量が収束した。
【０１４２】
この結果から、処理時間は、０．５分〜３．０分が好ましいことが分かる。
【０１４３】
次に、第２の実施の形態の変形例としての本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、異方性エッチングガスと水素ガスとの混合ガスを処理ガスとして用い、フォトレジスト膜７４の開口部７５の側壁面にデポを堆積させる開口幅縮小ステップと、開口部７５の底部を形成する中間層としての反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２をエッチングするエッチングステップを１ステップ（シュリンクエッチングステップ）で行うものである。
【０１４４】
図６は、本発明の第３の実施の形態における基板処理方法を示す工程図である。
【０１４５】
図６において、まず、シリコン基材７０上にアモルファスカーボンの下層レジスト膜７１、ハードマスクとしてのＳｉＯＮ膜７２、反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）７３及びフォトレジスト膜７４が順に積層され、フォトレジスト膜７４が反射防止膜７３の一部を開口幅、例えば６０ｎｍで露出させる開口部７５を有するウエハＱを準備する（図６（Ａ））。そして、このウエハＱをプロセスモジュール１２（図２参照）のチャンバ２２内に搬入し、載置台２３上に載置する。
【０１４６】
次いで、チャンバ２２内の圧力をＡＰＣバルブ２６等によって例えば１×１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）に設定する。また、ウエハＱの温度を、例えば４０℃に設定する。そして、上層ガス供給部３０からＣＦ３Ｉガスを流量１５０ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給すると共に、シャワーヘッド２４の下層ガス供給部２９からＨ２ガスを流量１００ｓｃｃｍでチャンバ２２内へ供給する。このときＣＦ３ＩガスとＨ２ガスとの流量比は、３：２である。そして、載置台２３に７５０Ｗの高周波電力を励起電力として供給すると共に、３００Ｗの高周波電力をバイアス電力として供給する。また、シャワーヘッド２４に５０Ｖの直流電圧を印加する。
【０１４７】
このとき、ＣＦ３Ｉガスの一部とＨ２ガスとが反応し、ＣＦ３Ｉガス中のＦ成分がＨＦとして引き抜かれ、ＣＦ３Ｉガスの一部は相対的にＦ成分が減少してデポガスとして機能する。すなわち、ＣＦ３ＩガスとＨ２ガスとの反応生成ガス（以下、「ＣＦ３Ｉ・Ｈ２反応生成ガス」という。）、及び未反応のＣＦ３Ｉガスが処理空間Ｒに印加された高周波電力によってプラズマになり、イオンやラジカルが発生する（図６（Ｂ））。ＣＦ３Ｉ・Ｈ２反応生成ガスから発生したイオンやラジカルはフォトレジスト膜７４の表面又は開口部側壁面と衝突、反応し、当該部分にデポ７６を堆積して開口幅を狭くする。このとき開口部の底部にもデポ７６が堆積し易くなる。一方、未反応のＣＦ３Ｉガスから発生したイオンやラジカルは、開口部７５の横方向には拡散しにくく、開口部７５の周辺部を僅かにエッチングしてテーパ状壁面を形成すると共に、開口部７５の底方向に進行して底部へ堆積したデポに衝突して、該デポを除去し、さらに、下地層である反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２をエッチングする。このように、ＣＦ３Ｉ・Ｈ２反応生成ガスから発生したイオンやラジカルは、未反応のＣＦ３Ｉガスから発生したイオンやラジカルと協働して、開口部７５の開口幅をシュリンクしながら、フォトレジスト膜７４及びフォトレジスト膜７４に堆積したデポ７６によって覆われていない開口部底部の反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２をエッチングする（図６（Ｃ））。
【０１４８】
このとき、開口部側壁面におけるデポ７６の厚さは、処理開始時から次第に厚くなり、処理開始後１５０ｓｅｃ後に両側の合計で２９ｎｍ（開口幅：３１ｎｍ）となった。また、反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２は、シュリンクされた開口幅３１ｎｍの幅で、下層レジスト膜としてのアモルファスカーボン膜７１が露出するまでエッチングされ、開口部７５の開口幅に対応してアモルファスカーボン層７１が露出した。
【０１４９】
このようにして、開口部７５の開口幅がシュリンクされると共に反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２がエッチングされたウエハＱをプロセスモジュール１２のチャンバ２２内から搬出し、トランスファモジュール１１を経由してプロセスモジュール１３のチャンバ内に搬入し、以下、上述した第２の実施の形態と同様に、ＳｉＯＮ膜７２をハードマスクとしてアモルファスカーボン膜７１をエッチングして該アモルファスカーボン膜７１の反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２、並びにフォトレジスト膜７４及びフォトレジスト膜７４の開口部に堆積したデポ７６によって覆われていない部分をエッチングすると共に、アッシング処理を施して本処理を終了する。
【０１５０】
アモルファスカーボン膜７１には、開口部７５の開口幅３１ｎｍに対応する開口部が形成された。なお、シュリンクされた開口幅の開口部７５を有するアモルファスカーボン膜７１を備えたウエハＱについては、別途、公知の方法によってエッチング処理が施され、目的とするパターン寸法のウエハＱが調製される。
【０１５１】
本実施の形態によれば、開口部７５の開口幅を縮小させるシュリンク工程と、中間膜としての反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２をエッチングするエッチング工程を１ステップアプローチ（シュリンクエッチングステップ）として行うことにより、上記第２の実施の形態と同様、近年における半導体デバイスの小型化の要請に応えることができると共に、ウエハＱの生産性を向上させることができる。
【０１５２】
本実施の形態によれば、処理ガスとして、異方性エッチングガスであるＣＦ３Ｉガスと、Ｈ２ガスとの混合ガスを用い、その流量比ＣＦ３Ｉ：Ｈ２を３：２としたので、ＣＦ３Ｉガスの一部とＨ２ガスとが反応してＣＦ３Ｉガスの一部からＦがＨＦとして引き抜かれたＣＦ３Ｉ・Ｈ２反応生成ガスとなる。ＣＦ３Ｉ・Ｈ２反応生成ガスは、ＣＦ３Ｉガスに比べてＦ成分の割合が相対的に減少すると共に、Ｃ成分の割合が相対的に増加したガスであり、デポ性ガスとして機能する。すなわち、ＣＦ３Ｉガスは、異方性エッチングガスであり、Ｆ成分の割合が大きいので、デポ性を発現することはできないが、これにＨ２ガスを添加してＦ成分をＨＦとして引き抜くことにより、相対的にＣ成分が大きくなるので、デポ堆積機能を発現するようになる。このように開口部の側壁にデポ７６を堆積させ易いＣＦ３Ｉ・Ｈ２反応生成ガスと、開口部の横方向には拡散しにくいが底部へのデポの堆積を抑制し、下地層をエッチングし易い未反応のＣＦ３Ｉガスを併用することにより、開口部７５の開口幅を縮小させるシュリンク工程と、中間膜としての反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２をエッチングするエッチング工程を１ステップアプローチ（シュリンクエッチングステップ）として行うことができる。なお、ＣＦ３ＩガスとＨ２ガスとの反応によってＣＦ３ＩガスからＦ成分を引き抜く際に生成したＨＦガスは、系外に廃棄されるので、チャンバ内の構成部材に付着することはなく、問題とならない。
【０１５３】
本実施の形態において、異方性エッチングガスは、臭素（Ｂｒ）又は臭素（Ｂｒ）よりも原子番号が大きいハロゲン元素、炭素及びフッ素を含むガスであり、なかでもＣＦ３Ｉガス又はＣＦ３Ｂｒガスが好適に用いられる。ＣＦ３Ｉガス、ＣＦ３Ｂｒガス／Ｈ２ガスは、従来技術で使用されていたＣＨＦ３ガス／ＣＦ４ガスと比べて地球温度上昇化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が小さい。従って、本実施の形態によれば、処理ガスとしてＣＨＦ３ガスとＣＦ４ガスとの混合ガスを用いる従来技術に比べて環境負荷を大幅に低減することができる。
【０１５４】
本実施の形態において、異方性エッチングガスとＨ２ガスとの混合比は、４：１乃至２：３であることが好ましく、特に、２：１〜４：３であることが好ましい。Ｈ２ガスの流量が異方性エッチングガスの流量の１／４よりも小さくなると、デポガスとして機能するＣＦ３Ｉ・Ｈ２反応生成ガスが不足して十分なシュリンク効果を得ることが難しくなる。一方、Ｈ２ガスの流量が、異方性エッチングガスの流量の３／２よりも大きくなると、Ｈ２ガスと反応しない未反応の異方性エッチングガス量が不足して反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２のエッチングが不十分となる。なお、異方性エッチングガスとＨ２ガスとの最適混合比は、処理圧力等に依存すると考えられる。
【０１５５】
本実施の形態において、エッチング処理時のバイアス電力は、１００Ｗ〜５００Ｗである。バイアス電力が１００Ｗ未満であると、開口部底部エッチング効果が不十分となる。一方、バイアス電力が５００Ｗを超えると、スパッタリングによってフォトレジスト膜６５が荒れてしまう。
【０１５６】
本実施の形態において、エッチング処理時のチャンバ内圧力は、２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）乃至２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）、好ましくは１×１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ〜２×１０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）である。処理圧力が、低すぎると基板表面が荒れる。一方、処理圧力が高すぎると、基板表面が摩耗される。また、エッチング処理時のウエハＱの温度は、特に限定されるものではないが、例えば２０℃〜１００℃である。
【０１５７】
本実施の形態において、中間層を反射防止膜７３及びシリコン含有膜としてのＳｉＯＮ膜７２としたが、シリコン含有膜は、ＳｉＯＮ膜の外、例えばＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＯＣ膜又はＳｉＣＮ膜であってもよい。また、中間層は、反射防止膜及びシリコン含有膜に限定されるものではなく、反射防止膜と金属膜としての例えばＴｉ膜もしくはＴｉＮ膜を組み合わせたもの、又は有機膜としてのＢＡＲＣにシリコン（Ｓｉ）を数１０％添加した反射防止膜の機能を備えたＳｉ−ＡＲＣ膜等であってもよい。
【０１５８】
また、本実施の形態における処理対象層は、下層レジスト膜７１であったが、処理対象層はこれに限られず、例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＮ膜であってもよい。
【０１５９】
本実施の形態において、エッチング処理時間は、０．５分〜３分である。エッチング時間が、０．５分よりも短いと、十分なシュリンク効果が得られ難く、処理時間が３分位でシュリンク効果が収束し、中間層のエッチングが完了するので、処理時間を３分以上にしても、それ以上の効果が得られ難い。
【０１６０】
本実施の形態において、開口部７５の開口幅を縮小すると共に中間層をエッチングするシュリンクエッチングステップとアモルファスカーボン膜７１のエッチングステップを同一チャンバ内で連続して行うこともできる。
【０１６１】
［実施例１７〜１９］及び［比較例３〜７］
初期開口幅が６０ｎｍのフォトレジスト膜７４、反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２を有するウエハＱについて、処理ガスとしてＣＦ３ＩガスとＨ２ガスとの混合ガスを用い、チャンバ内圧力、バイアス電力、ガス流量比及び処理時間をそれぞれ変化させてシュリンクエッチング処理を施し、処理後のフォトレジスト膜の表面及びアッシング処理後の下層レジスト層表面を観察した。
【０１６２】
条件及び観察結果を表２に示す。
【０１６３】
【表２】
2010041028.tif 000005
【０１６４】
表２から、以下のことが分かる。
【０１６５】
実施例１７〜１９は、異方性エッチングガスであるＣＦ３ＩガスとＨ２ガスとの流量比が、４：１〜２：３で、チャンバ内圧力が、１×１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）で、バイアス電力が３００Ｗで、且つ、処理時間がそれぞれ６０、１２０及び１５０ｓｅｃであり、各条件が本発明の範囲内にあるので、十分なシュリンク効果が得られると共に、反射防止膜７３及びＳｉＯＮ膜７２を打ち抜く中間層のエッチング効果が認められた。なお、実施例１８では、初期状態で平均６０ｎｍであった開口部７５の開口幅を、平均３１ｎｍにシュリンクすることができ、ホール径のばらつきは、極小さいものであった。
【０１６６】
比較例３は、ＣＦ３Ｉガス単独によるものであり、これによっても中間層エッチング効果が認められたが、本発明で規定する処理ガスではないので、十分なシュリンク量が得られなかった。また、比較例４は、処理ガスとして異方性エッチングガスであるＣＦ４ガス単独を用いたものであり、中間層を打ち抜くことはできたが、本発明で規定する処理ガスではないので、シュリンク効果は発揮されなかった。
【０１６７】
比較例５〜７は、処理ガスとしてＣＦ４ガス及びＣＨＦ３ガスを用いたものであり、ＣＦ４ガス流量に対するＣＨＦ３ガス流量の割合を増加するに伴ってシュリンク効果が発現されるものの、本発明で規定する処理ガスではないので、開口部のトップ形状が荒れ、且つホール径のばらつきも大きくて実用に耐え得るものではなかった。
【０１６８】
上述した各実施の形態において、プラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を含むＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【０１６９】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
【０１７０】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１７１】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【０１７２】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１７３】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【符号の説明】
【０１７４】
１０  基板処理システム
１２，１３，１４  プロセスモジュール
５０、６０、７０  シリコン基材
５１、６１、７１  アモルファスカーボン膜（下層レジスト膜）
５２、６２、７２  ＳｉＯＮ膜
５３、６３、７３  反射防止膜
５４、６４、７４  フォトレジスト膜
５５、６５、７５  開口部
５６、６６、７６  デポ
【図１】
2010041028.tif 000006
【図２】
2010041028.tif 000007
【図３】
2010041028.tif 000008
【図４】
2010041028.tif 000009
【図５】
2010041028.tif 000010
【図６】
2010041028.tif 000011