(57)【要約】【課題】本発明は、ＥＵＶ露光されたレジストを用いてプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、加工寸法のばらつきを抑制できるプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】本発明は、ＥＵＶ露光されたレジストと反射防止膜と無機膜と有機膜とを有する多層レジストをマスクとして被エッチング材をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、前記反射防止膜をエッチングする前に前記レジストの表面に堆積膜を堆積させる第一の工程と、前記第一の工程後にＣｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスを用いて前記反射防止膜上に堆積した堆積膜と前記反射防止膜をエッチングする第二の工程と、前記第二の工程後に前記無機膜をエッチングする第三の工程と、前記第三の工程後に前記有機膜をエッチングする第四の工程とを有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＵＶ露光されたレジストと反射防止膜と無機膜と有機膜とを有する多層レジストをマスクとして被エッチング材をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記反射防止膜をエッチングする前に前記レジストの表面に堆積膜を堆積させる第一の工程と、
前記第一の工程後にＣｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスを用いて前記反射防止膜上に堆積した堆積膜と前記反射防止膜をエッチングする第二の工程と、
前記第二の工程後に前記無機膜をエッチングする第三の工程と、
前記第三の工程後に前記有機膜をエッチングする第四の工程とを有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において、
前記第一の工程は、ＣＨＦ3ガスとＣｌ2ガスの混合ガスを用い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２記載のプラズマエッチング方法において、
前記Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対する前記ＨＢｒガス流量の割合を０％より大きく５０％以下とす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２記載のプラズマエッチング方法において、
前記無機膜をＳｉＯＮ膜とし、
前記第三の工程は、ＣＨＦ3ガスとＳＦ6ガスの混合ガスを用いることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
レジストをマスクとして反射防止膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスを用いて前記反射防止膜をエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスのプラズマエッチング方法に関する。特に多層レジストマスクを形成するプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現状、４５ｎｍノード以降の半導体デバイス加工技術として、ＡｒＦレーザを光源とし、投影レンズとウェハの間に純水を満たして露光する液浸露光装置がマスクのパターニングに使用されている。また、２２ｎｍノード以降の半導体デバイスの製造に向けて更なる高解像度のパターニングが求められ、１３．５ｎｍの波長を用い、次世代露光技術であるＥＵＶ(ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）露光技術の開発が進められている。
【０００３】
また、ＡｒＦレーザを光源とする露光で使用されるレジストは、レジストの膜厚が薄く、プラズマ耐性が弱いため、ＡｒＦレーザで露光されたレジストと反射防止膜と無機膜とプラズマ耐性の強く、膜厚が厚い下層レジストからなる多層レジストマスクを用いて半導体デバイスを加工する。また、多層レジストマスクを形成する際に反射防止膜のエッチング後に寸法変動が発生し易い。このため、反射防止膜のプラズマエッチングは重要である。
【０００４】
上記の反射防止膜エッチング後の寸法変動を改善する方法として、例えば、特許文献１には、下層材料上にＡＲＣを形成する工程と、ＡＲＣをベークする工程と、その上にレジストを形成する工程と、レジストをマスクとして、ＡＲＣをＯ2ガスの混合比が３０〜７０％のＯ2ガスとＣｌ2ガスの混合ガスを用いて、エッチング加工する工程と、下層材料をエッチングする工程を有する方法が開示されている。また、特許文献２には、レジストの開口部の反射防止膜を、炭化水素のハロゲン置換体を成分として含むエッチングガスによりエッチングして除去することが開示されている。
【０００５】
今後、ＥＵＶ露光されたレジストと反射防止膜と無機膜とプラズマ耐性の強く、膜厚が厚い下層レジストを有する多層レジストマスクを用いて半導体デバイスを加工することが予定されているが、ＡｒＦレジストを有する多層レジストの場合と同様に反射防止膜のエッチングが重要であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３５４７６号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＥＵＶ露光されたレジストを用いて反射防止膜を特許文献１に開示された方法によりエッチングすると、レジストとＯ２ガスとの反応性が強いため、サイドエッチによるレジストの収縮が大きくなり、反射防止膜以降のエッチングに必要なレジストの高さが確保できなくなる。このことにより、加工寸法も縮小してしまう。また、ＥＵＶ露光されたレジストは、膜厚が薄いため、この問題点が顕著となる。
【０００８】
一方、ＥＵＶ露光されたレジストを用いて反射防止膜を特許文献２に開示された方法によりエッチングすると、ＥＵＶ露光されたレジストのプラズマ耐性が弱いことによる加工寸法のばらつきが抑制され、レジストの高さも確保できるが、堆積ガスを用いたことに起因した加工寸法のばらつきが発生する。
【０００９】
このため、本発明は、ＥＵＶ露光されたレジストを用いてプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、加工寸法のばらつきを抑制できるプラズマエッチング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ＥＵＶ露光されたレジストと反射防止膜と無機膜と有機膜とを有する多層レジストをマスクとして被エッチング材をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、前記反射防止膜をエッチングする前に前記レジストの表面に堆積膜を堆積させる第一の工程と、前記第一の工程後にＣｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスを用いて前記反射防止膜上に堆積した堆積膜と前記反射防止膜をエッチングする第二の工程と、前記第二の工程後に前記無機膜をエッチングする第三の工程と、前記第三の工程後に前記有機膜をエッチングする第四の工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、レジストをマスクとして反射防止膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスを用いて前記反射防止膜をエッチングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、ＥＵＶ露光されたレジストを用いてプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、加工寸法のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置の略断面図である。
【図２】本発明に係るプラズマエッチング方法を示すフロー図である。
【図３】レジストのエッチングレートに対するガス種依存性を示す図である。
【図４】レジストのエッチングレートに対するＣｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対するＨＢｒガス流量の割合依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明に係る一実施例を説明する。
【００１５】
先ず最初に、本発明を実施するためのプラズマエッチング装置について説明する。図１は、プラズマ生成手段としてマイクロ波と磁界を利用したＥＣＲ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置の略断面図である。
【００１６】
マイクロ波は、マグネトロン１で発振され，導波管２を経由して石英板３を透過して真空容器１０へ伝搬される。真空容器１０の周りにはソレノイドコイル４が設けられ、ソレノイドコイル４が生成する磁界と、真空容器１０に伝搬されたマイクロ波により電子サイクロトロン共鳴(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下ＥＣＲと称する）を発生させる。ＥＣＲによりプロセスガスは、効率良く高密度にプラズマ化される。
【００１７】
静電吸着電源７によって試料台８に直流電圧を印加することにより発生する静電吸着力により試料であるウェハ６は、試料台８に吸着される。また、高周波電源９により試料台８に高周波電力(以下、ＲＦバイアスと称する）を供給して、プラズマ５中のイオンをウェハ６に対して垂直に加速しながら入射させる。
【００１８】
また、真空容器１０内の圧力は、真空容器１０の下方に設けられた排気口(図示せず）を介して、ターボ分子ポンプ(図示せず）およびドライポンプ(図示せず）により真空容器１０内を排気しながら所望の圧力に調整される。
【００１９】
次に上記のＥＣＲ方式マイクロ波プラズマエッチング装置を用いて行う本発明について説明する。最初に本発明によりプラズマエッチングされるウェハ６の断面構造を説明する。
【００２０】
図２(Ａ）に示すようにウェハ６は、シリコン基板(図示せず）の上に下から順に被エッチング材２０と、有機膜２１と４０ｎｍ厚さのＳｉＯＮ膜である無機膜２２と、１０ｎｍ厚さの反射防止膜２３と、ＥＵＶ露光により予めパターニングされた５０ｎｍ厚さのレジスト２４が積層されている。尚、本実施例での予めパターニングされたパターンは、溝パターンとする。
【００２１】
また、有機膜２１と無機膜２２と反射防止膜２３とレジスト２４により多層レジストを構成する。また、反射防止膜２３は有機膜であり、有機膜２１は、プラズマ耐性が高く、レジスト２４より膜厚が厚い。さらに、無機膜２２は、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜でも良い。
【００２２】
続いて被エッチング材２０をプラズマエッチングするための多層レジストのマスクの形成方法から説明する。まず最初にＣＨＦ3ガスとＣｌ2ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．２Ｐａ、マイクロ波電力を７００Ｗ、ＲＦバイアスを１０Ｗとするエッチング条件にて図２(Ｂ）に示すようにレジスト２４のパターン表面の全面を覆うようにレジスト２４の表面に堆積膜２５を堆積させる。尚、ＣＨＦ3ガスとＣｌ2ガスの混合比は５：１とする。
【００２３】
堆積膜２５の成分は、ＣＨＦ3ガスとＣｌ2ガスの混合ガスを用いたプラズマにより生成されているため、有機膜である。また、レジスト２４はＥＵＶ露光されているため、プラズマ耐性は弱いが、堆積膜２５で覆われたため、プラズマ耐性は向上している。さらに、通常、フルオロカーボンガスによりレジスト２４表面に堆積膜を堆積させてプラズマ耐性を向上させると、ＬＷＲ(ｌｉｎｅ  ｗｉｄｔｈ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ)が悪化するが、本実施例では、Ｃｌ2ガスも用いているため、ＬＷＲの悪化を抑制できている。
【００２４】
Ｃｌ2ガスによるＬＷＲの悪化を抑制できた理由は、堆積膜２５の表面をＣｌ2ガスによりエッチングし、上記の表面をエッチングされた堆積膜２５がレジスト２４の表面に堆積したことによるものと考えられる。
【００２５】
本実施例では、ＣＨＦ3ガスとＣｌ2ガスの混合比を５：１としたが、ＣＨＦ3ガス流量に対するＣｌ2ガス流量の添加させる割合は５％〜２０％でも良い。Ｃｌ2ガス流量の添加割合が５％未満の場合、堆積膜２５の堆積過多によりＬＷＲが悪化する。一方、Ｃｌ2ガス流量の添加割合が２０％より多い場合、レジスト２４のパターン上に堆積する堆積膜２５の量が不十分となり、レジスト２４の初期のマスク厚さを十分に厚くできなくなる。
【００２６】
次に、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．２Ｐａ、マイクロ波電力を８００Ｗ、ＲＦバイアスを４０Ｗとするエッチング条件にて図２(Ｃ)に示すように反射防止膜２３上に堆積した堆積膜２５と反射防止膜２３を除去する。尚、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合比は５：３とする。また、図２(Ｃ)に示すように、反射防止膜２３上とレジスト２４上に堆積した堆積膜２５は、除去されるが、レジスト２４の側壁に堆積した堆積膜２５の大部分は残る。
【００２７】
このレジスト２４の側壁に堆積した堆積膜２５が残ったことにより、プラズマによるレジストへのダメージを低減することができ、さらに反射防止膜２３のエッチング後でもＬＷＲの悪化を抑制することができた。これは以下のように考えられる。
【００２８】
ＲＦバイアスを０Ｗまたは４０Ｗとした場合のＯ2ガス、ＳＦ6ガス、Ｎ2ガス、Ｃｌ2ガス、ＨＢｒガス、ＣＨＦ3ガス、それぞれのガスにおけるレジストのエッチングレートを図３に示す。ＲＦバイアスが０Ｗ時のエッチングレートに対する、ＲＦバイアスが４０Ｗ時のエッチングレートの比が高い程、サイドエッチが少ない異方性エッチングが可能であるが、図３に示すようにＲＦバイアスが０Ｗ時のエッチングレートに対する、ＲＦバイアスが４０Ｗ時のエッチングレートの比は、Ｃｌ2ガスの場合が約１２と最も高い。
【００２９】
また、ＨＢｒガスとＣＨＦ3ガスの場合は、図３に示すようにＲＦバイアスを０Ｗとすると堆積膜が堆積する。さらに図３に示すようにＣＨＦ3ガスの方がＨＢｒガスより堆積し易いという結果となっている。このため、堆積膜を堆積させ過ぎるとＬＷＲが悪化するため、サイドエッチ抑制のための堆積性ガスとしてＨＢｒガスが適していると考えられる。
【００３０】
また、図３に示すようにＯ2ガスとＳＦ6ガスとＮ2ガスは、それぞれＣｌ2ガスよりＲＦバイアスが０Ｗの場合のエッチングレートが高い。このため、これらのガスは、ＲＦバイアスを低い場合にエッチングレートの向上に寄与できる。しかし、Ｏ2ガスとＳＦ6ガスは、ＲＦバイアスが０Ｗの場合のエッチングレートが高いため、サイドエッチも発生し易い。このようなことから、あまりサイドエッチが発生せずにエッチングレート向上に寄与できるガスとしてＮ2ガスが適していると考えられる。
【００３１】
以上のことから、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスを反射防止膜のエッチングに用いることにより、エッチングと堆積のバランスが可能となり、レジストの寸法を維持するとともにＬＷＲの悪化を抑制できたものと考えられる。
【００３２】
また、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスによる反射防止膜２３のエッチング後のレジスト２４の高さは、反射防止膜２３の下層膜をエッチングするのに十分な高さを維持できている。これは、反射防止膜２３のエッチング前にレジスト２４の表面に堆積させた堆積膜２５が反射防止膜２３の表面よりレジスト２４上に厚く堆積しているためと考えられる。
【００３３】
さらに、反射防止膜２３のエッチング前にレジスト２４の表面に堆積させた堆積膜２５が反射防止膜２３の表面よりレジスト２４上に厚く堆積する理由は、通常、付着係数の高い物質は、遠い箇所より近い箇所に付着し易いため、反射防止膜２３のエッチング前にレジスト２４の表面に堆積させた堆積膜２５が反射防止膜２３の表面よりレジスト２４上に厚く堆積すると考えられるからである。
【００３４】
本実施例では、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合比は５：３としたが、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対するＨＢｒガス流量の割合が０％より大きく５０％以下でも良い。これは以下の理由による。
【００３５】
図４に示すように、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対するＨＢｒガス流量の割合が０％から５０％まではレジストのエッチングレートが一定の割合で低下しているが、５０％より大きい割合では、急激に低下している。このため、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対するＨＢｒガス流量の割合が０％より大きく５０％以下とすることにより、反射防止膜２３のエッチングレートを大幅に低下させずにＬＷＲの悪化を抑制できる。
【００３６】
さらに０％より大きく５０％以下の範囲でＣｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対するＨＢｒガス流量を調整することにより、反射防止膜２３のエッチング後の寸法を調整できる。例えば、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対するＨＢｒガス流量比率を下げることにより、寸法は細くなり、一方、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスの混合ガスの全流量に対するＨＢｒガス流量比率を上げることにより寸法が太くなる。
【００３７】
次に、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスによる反射防止膜２３のエッチング後にＣＨＦ3ガスとＳＦ6ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．８Ｐａ、マイクロ波電力を８００Ｗ、ＲＦバイアスを４０Ｗとするエッチング条件にて図２(Ｄ)のように無機膜２２を除去する。尚、ＣＨＦ3ガスへのＳＦ6ガスの添加率は、１０％とする。このようにＣＨＦ3ガスとＳＦ6ガスの混合ガスにより無機膜２２をエッチングすることによりＬＷＲの悪化も抑制できるとともにレジスト２４のマスクの欠損による寸法変動を抑制できる。
【００３８】
次に、ＣＨＦ3ガスとＳＦ6ガスの混合ガスによる無機膜２２のエッチング後にＮ2ガスとＨ2ガスの混合ガスにより有機膜２１をエッチングすることにより、ＬＷＲの悪化を抑制できるとともに所望の寸法の多層レジストのマスクを形成することができた。
さらに、上記の多層レジストのマスクを用いて被エッチング材２０をエッチングすることにより、ＬＷＲの悪化を抑制できるとともにマスク欠損による断線等のない配線の加工が可能となる。
【００３９】
また、本実施例では、無機膜２２のエッチングにはＣＨＦ3ガスとＳＦ6ガスの混合ガスを用い、有機膜２１のエッチングにはＮ2ガスとＨ2ガスの混合ガスを用いた例で説明したが、本発明は、無機膜２２と有機膜２１をそれぞれエッチングするためのガスの種類に限定されるものではない。また、同様に本発明は、被エッチング材２０のエッチング用ガスの種類にも限定されない。
【００４０】
以上、本発明によりＥＵＶ露光されたレジストを用いてプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、加工寸法のばらつきを抑制できる。さらに、本実施例では、堆積膜２５の成分が反射防止膜２３の成分と類似していることを利用して、堆積膜２５と反射防止膜２３を同一エッチング条件にて除去しているため、本発明では、堆積膜２５を除去するためのステップを減らすことができた。
【００４１】
また、本実施例では、プラズマ生成手段としてマイクロ波と磁界を利用したＥＣＲ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ)方式のマイクロ波プラズマエッチング装置を用いた例で説明したが、本発明は、ヘリコン波プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマエッチング装置、容量結合型プラズマエッチング装置等に適用しても本実施例と同等の効果を得ることができる。
【００４２】
また、本実施例では、溝パターンの例で説明したが、本発明は溝パターンに限定されず、孔パターンでも良い。
【００４３】
さらに、本実施例では、ＥＵＶ露光されたレジストを用いた例を説明したが、Ｃｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスによる反射防止膜のエッチング方法は、ＥＵＶ露光されたレジストに限定されず、例えば、ＡｒＦレーザに露光されたレジストをマスクとする反射防止膜のエッチングにＣｌ2ガスとＨＢｒガスとＮ2ガスの混合ガスによる反射防止膜のエッチング方法を適用しても本実施例と同様な効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…マグネトロン、２…導波管、３…石英板、４…ソレノイドコイル、５…プラズマ、６…ウェハ、７…静電吸着電源、８…試料台、９…高周波電源、１０…真空容器、２０…被エッチング材、２１…有機膜、２２…無機膜、２３…反射防止膜、２４…レジスト、２５…堆積膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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