(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとして、有機レジスト材料層を酸素ガスのプラズマでドライエッチングするパターン形成方法であって、
前記酸素ガスによるプラズマ発光の第１の波長及び第２の波長の発光強度を測定し、前記第２の波長の発光強度に対する前記第１の波長の発光強度の比を求め、前記発光強度比に基づいて前記プラズマの状態を制御してドライエッチングを行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１の波長は酸素の３重項励起状態間の遷移による発光波長であり、前記第２の波長は酸素の５重項励起状態間の遷移による発光波長であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１の波長は酸素の３重項励起状態間の遷移による発光波長であり、前記第２の波長は酸素イオンによる発光波長であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとして、有機レジスト材料層を酸素ガス及びハロゲン元素を含むエッチングガスのプラズマでドライエッチングするパターン形成方法であって、
前記酸素ガスによるプラズマ発光の第１の波長及び前記ハロゲン元素によるプラズマ発光の第２の波長の発光強度を測定し、前記第２の波長の発光強度に対する前記第１の波長の発光強度の比を求め、前記発光強度比に基づいて前記プラズマの状態を制御してドライエッチングを行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１の波長は酸素の５重項励起状態間の遷移による発光波長であり、前記第２の波長はハロゲン元素による発光波長であることを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記プラズマの状態を制御する方法として、マイクロ波の入力パワー、磁場形成のためのソレノイドコイルの電流値、及び放電圧力のうち、少なくとも１つのパラメータを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に利用されるドライエッチングを用いたパターン形成方法に関し、特に、Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとした加熱処理したノボラック系の有機レジスト材料のドライエッチングを用いたパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化に伴って、その製造プロセスにおける微細加工技術の高精度化が必要となっている。光リソグラフィー技術では、微細化の要求に伴って、露光光が短波長化してきており、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）とエキシマレーザを用いた露光技術の研究が進んでいる。しかし、この短波長領域では、感光に必要なレジストの光透過性が低下し、従来のような約１μｍ程度の厚い膜厚でのパターン形成が極めて困難になっている。
【０００３】
このため、上層として、Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層をパターン形成し、そのパターンを下層のレジストへ転写することで高アスペクト比のマスクを形成する多層レジストプロセスが検討されている。その例として、従来の２層レジストプロセスについて図１０に基づいて説明する。
【０００４】
まず、ウェハー基板１０１に形成した被エッチング材料１０２の上に、第１層目として有機レジスト材料層１０３を形成し、その上に感光性の第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層１０４を付着させる。以上の工程を図１０（ａ）に示す。
【０００５】
次に、第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層１０４に対して光リソグラフィー方法を利用して、パターン１０５を形成する。以上の工程を図１０（ｂ）に示す。
【０００６】
このパターン１０５をマスクとして、第１層の有機レジスト材料層１０３をドライエッチングにより加工し、２層構造のマスクを形成する。以上の工程を図１０（ｃ）に示す。
【０００７】
また、別のエッチング方法として、シリル化法の例を図１１に基づいて説明する。まず、ウェハー基板１０１に形成した被エッチング材料１０２の上に、第１層目として有機レジスト材料層１１１を形成し、この第１層目の有機レジスト材料層１１１に対して光リソグラフィー方法を利用してシリル化未反応部１１２を形成する。以上の工程を図１１（ａ）に示す。
【０００８】
次に、シリル化材を用いて、シリル化層１１３を形成する。以上の工程を図１１（ｂ）に示す。
【０００９】
このシリル化層１１３をマスクとして、第１層の有機レジスト材料層１１１をドライエッチングにより加工し、２層構造のマスクを形成する。以上の工程を図１１（ｃ）に示す。
【００１０】
通常、第１層目の有機レジスト材料層のドライエッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ法）や電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマに代表されるようなプラズマエッチング方法が用いられており、エッチングガスにはＯ2やＯ2を主成分とするような混合ガスが用いられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような２層構造レジストパターン形成方法では、第１層目の有機レジスト材料層と、そのマスクとなる第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層とのエッチング選択性が重要となる。第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比が小さい場合には、第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層の膜厚を厚くする必要があり、このため、図１２（ａ）に示すように、マスクパターンの形成の際の寸法変化量が大きくなる。このことは、感光に必要な光透過性が得難いＡｒＦのような短波長の露光光の場合は特に顕著に現れる。パターン精度を向上させるためには、図１２（ｂ）に示すように第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層の膜厚は薄い方が好ましく、膜厚が薄い方が感光に必要な露光量が少なくなり、つまり感度が高くなり、またパターンの解像性も向上する。しかし、第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層を薄くするためには、第１層である有機レジスト材料層のマスクとなる第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するより高いエッチング選択性が必要となる。
【００１２】
また、シリル化法のパターン形成でも、シリル化層と有機レジスト材料層とのエッチング選択性が重要であり、シリル化層に対する有機レジスト層のエッチング選択比が小さい場合、シリル化層の膜厚を厚くしなければならず、このため図１３（ａ）に示すように、シリル化層形成の際の寸法変化量が大きくなる。パターン精度を向上させるためには、図１３（ｂ）に示すようにシリル化層の膜厚は薄い方が好ましく、シリル化層形成の際の寸法変化量が抑えられる。しかし、シリル化層を薄くするためには、第１層である有機レジスト材料層のシリル化層に対する、より高いエッチング選択性が必要となる。
【００１３】
本発明は、上記のような多層構造マスク形成におけるパターン寸法精度の問題点を解決するため、第１層である有機レジスト材料層の第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択性を高め、感光層である第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層の薄膜化を可能とすることで、寸法変化の少ない高精度、高アスペクト比の多層構造マスク形成を実現するドライエッチングを用いたパターン形成方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとして、有機レジスト材料層を酸素ガスのプラズマでドライエッチングするパターン形成方法であって、前記酸素ガスによるプラズマ発光の第１の波長及び第２の波長の発光強度を測定し、前記第２の波長の発光強度に対する第１の発光強度の比を求め、前記発光強度比に基づいて前記プラズマの状態を制御してドライエッチングを行うことを特徴とする。
【００１５】
また、前記第１の波長は酸素の３重項励起状態間の遷移による発光波長であり、前記第２の波長は酸素の５重項励起状態間の遷移による発光波長を用いる。
【００１６】
前記第１の波長は酸素の３重項励起状態間の遷移による発光波長であり、前記第２の波長は酸素イオンによる発光波長を用いる。
【００１７】
また、Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとして、有機レジスト材料層を酸素ガス及びハロゲン元素を含むエッチングガスのプラズマでドライエッチングするパターン形成方法であって、前記酸素ガスによるプラズマ発光の第１の波長及び前記ハロゲン元素によるプラズマ発光の第２の波長の発光強度を測定し、前記第２の波長の発光強度に対する第１の発光強度の比を求め、前記発光強度比に基づいて前記プラズマの状態を制御してドライエッチングを行うことを特徴とする。
【００１８】
この時、前記第１の波長は酸素の５重項励起状態間の遷移による発光波長であり、前記第２の波長はハロゲン元素による発光波長であることが好ましい。
【００１９】
また、上述のプラズマの状態を制御する方法として、マイクロ波の入力パワー、磁場形成のためのソレノイドコイルの電流値、及び放電圧力のうち、少なくとも１つのパラメータを用いる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、第２層のパターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとして第１層の有機レジスト材料層をドライエッチングする方法に適用したものであり、エッチングガスには、酸素ガス、あるいは、酸素、臭化水素、塩素の混合ガス、あるいは酸素、フッ素の混合ガスのいずれかを用いた。ドライエッチングを行うプラズマエッチング装置には、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ装置を用いた。また、本実施の形態で示す第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層とは、シリル化層、ポリシラン系レジスト、シラノール系レジストが用いられる。
【００２１】
まず、酸素ガスを用いて第１層の有機レジスト材料層をパターン形成する場合について説明する。本実施の形態で使用したＥＣＲプラズマエッチング装置を図１に示す。
【００２２】
マグネトロン１で発生させたマイクロ波は、マイクロ波を導く導波路２を通って、導入口３から処理室６に導入され、図示していないがエッチング用の酸素ガスが処理室に導入され、ソレノイドコイル４によって形成される磁界とマイクロ波によって酸素ガスがプラズマ化され、このプラズマによってウエハ搭載電極１０上のウエハ７のエッチングを行う。エッチングの異方性は高周波電源９の印加電圧を制御することによっても制御できる。また、エッチングガスは排気口８から排気する。
【００２３】
本発明で使用するＥＣＲプラズマエッチング装置では、発生させた酸素プラズマ中の酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光と３重項励起状態間の遷移による８４４ｎｍの発光を発光測定窓５を介して、光学系レンズ１１により集光し発光分光器１２で測定し、その発光強度を求める。そして、その発光強度比に基づいて設定されたプラズマ条件でドライエッチング処理を行う。
【００２４】
発光強度比に基づいてプラズマを制御することによる多層構造レジストのパターン形成方法を図２に示す。まず、ウェハー基板２１に形成した酸化シリコンやメタルやポリシリコンなどのいずれかからなる被エッチング材料２２の上に、第１層目としてノボラック系の有機レジスト材料層２３を形成し、その上に感光性の第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層２４を付着させる。以上の工程を図２（ａ）に示す。
【００２５】
次に、第２層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層２４に対して光リソグラフィー方法を利用して、パターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層２５が形成される。その断面図を図２（ｂ）に示す。
【００２６】
このパターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層２５をマスクとして、第１層の有機レジスト材料層２３を酸素ガスをエッチングガスとしてＥＣＲプラズマエッチング装置でドライエッチングする。この時、プラズマの第１及び第２の発光波長の発光強度比に基づいて、エッチング選択比が大きくなるようにプラズマ条件を設定する。発光強度比とエッチング選択比との相関については、後ほど詳細に説明する。以上の工程によって、２層構造のマスクが形成され、その断面図を図２（ｃ）に示す。
【００２７】
本実施の形態のように、発光強度比に基づいてプラズマの状態を設定することにより、Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層に対する有機レジスト材料層のエッチング選択比を大きくすることができるので、Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層の膜減り量を減らすことができ、それによって、Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層を薄膜化することができるので、感光に必要な露光量を低減でき、並びにパターンの解像性を向上させることができる。
【００２８】
また、別のエッチング方法として、シリル化法の例を図３に基づいて説明する。まず、ウェハー基板２１に形成した被エッチング材料２２の上に、第１層目として有機レジスト材料層３１を形成し、この第１層目の有機レジスト材料層３１に対して光リソグラフィー方法を利用してシリル化未反応部３２を形成する。以上の工程を図３（ａ）に示す。
【００２９】
次に、シリル化材を用いて、シリル化層３３を形成する。以上の工程を図３（ｂ）に示す。
【００３０】
このシリル化層３３をマスクとして、第１層の有機レジスト材料層３１を上述のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層の時と同様に発光強度比に基づいたプラズマの状態の制御を行ったドライエッチングにより加工し、２層構造のマスクを形成する。以上の工程を図３（ｃ）に示す。これによって、シリル化層３３を薄膜化することができ、シリル化層形成の際の寸法変化量が抑えられ、その結果、高精度な有機レジスト材料層の加工が可能となる。
【００３１】
以下、発光強度比とエッチング選択比との相関について説明する。
【００３２】
エッチング装置のマイクロ波の入力パワーを変化させて、第２層としてパターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとして第１層の有機レジスト材料層をドライエッチングした時の、発光強度比（８４４ｎｍ／７７７ｎｍ）と、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比（有機レジスト材料層のエッチングレート／Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層のエッチングレート）との相関を図４に示す。横軸に８４４ｎｍ／７７７ｎｍ発光強度比をとり、縦軸にエッチング強度比を示す。図４に示すように酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光に対する３重項励起状態間の遷移による８４４ｎｍの発光の強度比が強くなるようにプラズマ状態を変化させることで、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比を高めることができ、高選択比、高精度の有機レジスト材料層の加工が実現できる。８４４ｎｍ／７７７ｎｍ発光強度比を変化させる際、ＥＣＲプラズマエッチング装置のマイクロ波パワーを変化させたが、マイクロ波の入力パワーを低くすればするほど８４４ｎｍ／７７７ｎｍ発光強度比は大きくすることができた。
【００３３】
また、本実施の形態では、酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光を用い、３重項励起状態間の遷移による８４４ｎｍの発光を用いたが、他の酸素の３重項励起状態間の遷移による発光、５重項励起状態間の遷移による発光でも構わない。例えば、３重項励起状態間の遷移による発光として４３７ｎｍ、５重項励起状態間の遷移による発光として３９５ｎｍを使用することもできるが、酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光を用い、３重項励起状態間の遷移による８４４ｎｍの発光を用いた方が良い結果が得られた。
【００３４】
次に、酸素イオンからの発光として５８８ｎｍと酸素の３重項励起状態間の遷移による８４４ｎｍの発光を用いた場合の実施の形態について説明する。
【００３５】
ＥＣＲプラズマエッチング装置の放電圧力を変化させて、第２層としてパターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとして第１層の有機レジスト材料層をドライエッチングした時の、発光強度比（８４４ｎｍ／５８８ｎｍ）と、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比との相関を図５に示す。横軸に８４４ｎｍ／５８８ｎｍ発光強度比をとり、縦軸にエッチング強度比を示す。図５に示すように酸素イオンからの５８８ｎｍの発光に対する酸素の３重項励起状態間の遷移による８４４ｎｍの発光の強度比が強くなるようにプラズマ状態を変化させることで、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した材料層に対するエッチング選択比を高めることができ、高選択比、高精度の有機レジスト材料層の加工が実現できる。８４４ｎｍ／５８８ｎｍ発光強度比を変化させる際、ＥＣＲプラズマエッチング装置の放電圧力を変化させたが放電圧力を高くすればするほど８４４ｎｍ／５８８ｎｍ発光強度比を大きくすることができた。
【００３６】
また、本実施の形態では、酸素イオンからの５８８ｎｍの発光を用い、酸素の３重項励起状態間の遷移による８４４ｎｍの発光を用いたが、他の酸素の３重項励起状態間の遷移による発光波長、酸素イオンからの発光波長でも構わない。
【００３７】
上記酸素ガスを用いた場合において、８４４ｎｍ／７７７ｎｍ発光強度比とエッチング選択比の相関図と、８４４ｎｍ／５８８ｎｍ発光強度比とエッチング選択比の相関図とのエッチング選択比の値は異なるが、これは感光層となるＳｉ−Ｏ結合を有する材料層のＳｉの含有率（Ｓｉ−Ｏ結合の含有率）が異なる材料を用いたためであり、どちらの場合もその相関関係は変わらず、発光強度比に基づいて選択比を向上させる方向にプラズマを制御することができる。
【００３８】
次に、臭素を含むガスを酸素に混合したガスを用いる場合のドライエッチング方法として、臭化水素、塩素、酸素の混合ガスをエッチングガスに用いた実施の形態について説明する。
【００３９】
ＥＣＲプラズマエッチング装置に臭化水素、塩素、酸素からなる混合ガスを導入して、プラズマを発生しプラズマ中の酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光と、臭素による７８０ｎｍの発光を測定し、その発光強度比を用いた場合の実施の形態について説明する。
【００４０】
ＥＣＲプラズマエッチング装置のソレノイドコイルの電流値の制御により、真空チャンバに形成される磁場のＥＣＲポイント高さ（ソレノイドコイルで作られる磁場強度が８７５ガウスのところのウエハまでの距離）を変えて、第２層としてパターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとした第１層の有機レジスト材料層をドライエッチングした時の、発光強度比（７７７ｎｍ／７８０ｎｍ）と、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比との相関を図６に示す。横軸に７７７ｎｍ／７８０ｎｍ発光強度比をとり、縦軸にエッチング強度比を示す。図６に示すようにＥＣＲプラズマエッチング装置のＥＣＲポイント高さを変えて、臭素による７８０ｎｍの発光に対する酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光の強度比が強くなるようにプラズマ状態を変化させることで、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有しする材料層に対するエッチング選択比を高めることができ、高選択比、高精度の有機レジスト材料層の加工が実現できる。７７７ｎｍ／７８０ｎｍ発光強度比を変化させる際、ＥＣＲプラズマエッチング装置のＥＣＲポイント高さを変化させたがＥＣＲポイント高さを低くすればするほど７７７ｎｍ／７８０ｎｍ発光強度比を大きくすることができた。
【００４１】
また、本実施の形態では、臭素からの７８０ｎｍの発光を用い、酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光を用いたが、他の酸素の５重項励起状態間の遷移による発光波長、臭素からの発光波長でも構わない。
【００４２】
次に、塩素を含むガスを酸素に混合したガスを用いる場合のドライエッチング方法として、臭化水素、塩素、酸素の混合ガスをエッチングガスに用いた実施の形態について説明する。
【００４３】
ＥＣＲプラズマエッチング装置に臭化水素、塩素、酸素からなる混合ガスを導入して、プラズマを発生しプラズマ中の酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光と、塩素による８０８ｎｍの発光を測定し、その発光強度比を用いた場合の実施の形態について説明する。
【００４４】
ＥＣＲプラズマエッチング装置のソレノイドコイルの電流値の制御により、ＥＣＲポイント高さを変えて、パターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとした第１層の有機レジスト材料層をドライエッチングした時の、発光強度比（７７７ｎｍ／８０８ｎｍ）と、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比との相関を図７に示す。横軸に７７７ｎｍ／８０８ｎｍ発光強度比をとり、縦軸にエッチング強度比を示す。図７に示すようにＥＣＲプラズマエッチング装置のＥＣＲポイント高さを変えて、塩素による８０８ｎｍの発光に対する酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光の強度比が強くなるようにプラズマ状態を変化させることで、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比を高めることができ、高選択比、高精度の有機レジスト材料層の加工が実現できる。７７７ｎｍ／８０８ｎｍ発光強度比を変化させる際、ＥＣＲプラズマエッチング装置のＥＣＲポイント高さを変化させたがＥＣＲポイント高さを低くすればするほど７７７ｎｍ／８０８ｎｍ発光強度比を大きくすることができた。
【００４５】
次に、フッ素を含むハロゲンガスを酸素に混合したガスを用いる場合のドライエッチング方法として、六フッ化イオウ（ＳＦ6）、酸素の混合ガスをエッチングガスに用いた実施の形態について説明する。
【００４６】
ＥＣＲプラズマエッチング装置に六フッ化イオウ、酸素からなる混合ガスを導入して、プラズマを発生しプラズマ中の酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光と、フッ素による７０４ｎｍの発光を測定し、その発光強度比を用いた場合の実施の形態について説明する。
【００４７】
ＥＣＲプラズマエッチング装置のマイクロ波の入力パワーを変えて、パターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとした第１層の有機レジスト材料層をドライエッチングした時の、発光強度比（７７７ｎｍ／７０４ｎｍ）と、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比との相関を図８に示す。横軸に７７７ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比をとり、縦軸にエッチング強度比を示す。図８に示すようにマイクロ波の入力パワーを変えて、フッ素による７０４ｎｍの発光に対する酸素の５重項励起状態間の遷移による７７７ｎｍの発光の強度比が強くなるようにプラズマ状態を変化させることで、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比を高めることができ、高選択比、高精度の有機レジスト材料層の加工が実現できる。７７７ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比を変化させる際、ＥＣＲプラズマエッチング装置のマイクロ波入力パワーを変化させたがマイクロ波入力パワーを低くすればするほど７７７ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比を大きくすることができた。
【００４８】
次に、フッ素を含むハロゲンガスを酸素に混合したガスを用いる場合のドライエッチング方法として、六フッ化イオウ（ＳＦ6）、酸素の混合ガスをエッチングガスに用いた実施の形態について説明する。
【００４９】
ＥＣＲプラズマエッチング装置に六フッ化イオウ、酸素からなる混合ガスを導入して、プラズマを発生しプラズマ中の酸素イオンによる５８８ｎｍの発光と、フッ素による７０４ｎｍの発光を測定し、その発光強度比を用いた場合の実施の形態について説明する。
【００５０】
ＥＣＲプラズマエッチング装置の放電圧力を変えて、パターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層をマスクとした第１層の有機レジスト材料層をドライエッチングした時の、発光強度比（５８８ｎｍ／７０４ｎｍ）と、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比との相関を図９に示す。横軸に５８８ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比をとり、縦軸にエッチング強度比を示す。図９に示すように放電圧力を変えて、フッ素による７０４ｎｍの発光に対する酸素イオンによる５８８ｎｍの発光の強度比が強くなるようにプラズマ状態を変化させることで、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比を高めることができ、高選択比、高精度の有機レジスト材料層の加工が実現できる。５８８ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比を変化させる際、ＥＣＲプラズマエッチング装置の放電圧力を変化させたが放電圧力を低くすればするほど５８８ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比を大きくすることができた。
【００５１】
以上のような実施の形態で示すＳｉ−Ｏ結合を有する材料層として、多層レジストとして用いられるＮＳＧ（ノンドープド  シリカガラス）膜やＳｉＯ2膜にも適用できる。
【００５２】
また、本実施の形態では、各実施の形態でマイクロ波パワー、放電圧力、ＥＣＲポイント高さ等のプラズマ生成条件のパラメータの１つを用いたものを示したが、磁場勾配などの他のパラメータや各パラメータの組み合わせを用いても同様の結果が得られる。また、ＥＣＲプラズマエッチング装置を使用したが、プラズマの発光を基にしているため、平行平板プラズマ及び誘導型プラズマなど、他のプラズマ装置においても実施できる。
【００５３】
また、発光強度比に基づいてプラズマを制御する本発明では、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有する材料層に対するエッチング選択比を低くしたい工程にも適用することができ、エッチング選択比を１に近づけるようにプラズマを制御すればレジストエッチバックによる平坦化にも利用することもできる。
【００５４】
また、本発明のパターン形成方法によれば、レジストエッチングプロセスの間、常時発光強度比を測定することが可能である。従って、プラズマの生成条件の最適化及びプラズマの状態の制御だけでなく、プラズマの状態及びプラズマエッチング装置の稼動状態のモニタとして利用することができる。具体的に、プラズマエッチング装置の異常を検出する方法を示す。
【００５５】
通常、ウエハのエッチングを行う前には、ベアシリコンウエハをダミーウエハとして、プラズマエッチング装置内で放電を行い、プラズマ状態を安定させる。このとき、プラズマエッチング装置が正常に稼動している状態で測定しておいた発光強度比を比較することによって、プラズマエッチング装置の異常の有無を確認することができる。この方法によって、実際にエッチングすることなくプラズマエッチング装置の異常を検出することができるので、エッチングマスク材や被エッチング材からの影響を受けることなく、装置固有の検査を行うことができる。
【００５６】
また、プラズマ生成条件を決定するパラメータ毎に発光強度比のデータを記録しておくことにより、検査時に各パラメータと測定した発光強度比との関係を比較することにより、どのパラメータに関する異常であるかを確認することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明のパターン形成方法によれば、発光強度比を基にプラズマを制御することによって、有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した材料層に対するエッチング選択比を高くすることができるので、マスクとなるＳｉ−Ｏ結合を有する材料層の膜厚を薄膜化することができ、寸法変化の少ない高精度な有機レジスト材料層の加工が可能となる。
【００５８】
また、本発明では発光強度そのものではなく、発光強度比に基づいてプラズマの状態の制御を行うため、検出光学系の位置や配置のずれ、発光測定窓の汚れなどの影響を受けることなく、正確なプラズマの制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＥＣＲプラズマエッチング装置の概略図を示す図である。
【図２】本発明の２層レジストプロセスによるパターン形成を示す図である。
【図３】本発明のシリル化プロセスによるパターン形成を示す図である。
【図４】本発明に係るパターン形成方法のドライエッチングでの、８４４ｎｍ／７７７ｎｍ発光強度比と有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比との相関を示す図である。
【図５】本発明に係るパターン形成方法のドライエッチングでの、８４４ｎｍ／５８８ｎｍ発光強度比と有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比との相関を示す図である。
【図６】本発明に係るパターン形成方法のドライエッチングでの、７７７ｎｍ／７８０ｎｍ発光強度比と有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比との相関を示す図である。
【図７】本発明に係るパターン形成方法のドライエッチングでの、７７７ｎｍ／８０８ｎｍ発光強度比と有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比との相関を示す図である。
【図８】本発明に係るパターン形成方法のドライエッチングでの、７７７ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比と有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比との相関を示す図である。
【図９】本発明に係るパターン形成方法のドライエッチングでの、５８８ｎｍ／７０４ｎｍ発光強度比と有機レジスト材料層のＳｉ−Ｏ結合を有した層に対するエッチング選択比との相関を示す図である。
【図１０】従来の２層レジストプロセスによるパターン形成を示す図である。
【図１１】従来のシリル化プロセスによるパターン形成を示す図である。
【図１２】Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層の膜厚に対するパターン寸法変化を示す図である。
【図１３】シリル化層の膜厚に対するパターン寸法変化を示す図である。
【符号の説明】
１  マグネトロン
２  導波路
３  導入口
４  ソレノイドコイル
５  発光測定窓
６  処理室
７  ウエハ
８  排気口
９  高周波電源
１０  ウエハ搭載電極
１１  光学系レンズ
１２  発光分光器
２１  ウエハ基板
２２  被エッチング材料
２３、３１  有機レジスト材料層
２４  Ｓｉ−Ｏ結合を有する材料層
２５  パターン形成されたＳｉ−Ｏ結合を有する材料層
３２  シリル化未反応部
３３  シリル化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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