(57)【要約】【課題】エッチングにおいてボーイングの発生を抑制し、かつクロッギングの発生を抑制する。【解決手段】処理容器内にて基板上の有機膜をエッチングする方法であって、前記基板の温度を−３５℃以下に制御する工程と、前記処理容器内にＯを含むガスを供給する工程とを有する、エッチング方法が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内にて基板の上の有機膜をエッチングする方法であって、
前記基板の温度を−３５℃以下に制御する工程と、
前記処理容器内にＯを含むガスを供給する工程と、
を有する、エッチング方法。
【請求項２】
前記Ｏを含むガスは、少なくとも、Ｏ２ガス、または、ＣＯガス、または、Ｏ２ガス及びＣＯガスを含む、
請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記少なくともＯ２ガスを含むガスは、さらに、Ｈｅガス、または、Ｎ２ガス、または、Ａｒガス、または、Ｈ２ガス、または、フルオロカーボンガスを含む、
請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記少なくともＯ２ガスとＨｅガスを含むガスは、さらに、ＣＯＳガスを含む、
請求項３に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記フルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６ガスである、
請求項３又は４に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記有機膜は、
カーボン膜、フォトレジスト膜又は反射防止膜である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項７】
カーボン膜は、塗布カーボン膜である、
請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
処理容器と、
前記処理容器内にて基板を載置する載置台と、
前記載置台に載置された基板の温度を制御する温度制御部と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給部と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記基板の温度を−３５℃以下に制御する工程と、
前記処理容器内にＯを含むガスを供給する工程と、
前記載置台に載置される基板の上の有機膜をエッチングする工程と、
を制御する、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機膜のエッチング工程において、基板の温度を２０℃程度の低温に制御すると、基板に形成されたホールやラインの側面のエッチングが抑制され、ホール等の側面が広がるボーイング（Ｂｏｗｉｎｇ）が発生し難くなり、エッチング形状を垂直にできる。一方、基板の温度が２０℃程度であると、エッチングにより生成された副生成物がホール等内に再付着するクロッギング（Ｃｌｏｇｇｉｎｇ）が発生し易くなる。
【０００３】
これに対して、基板の温度を６０℃程度の高温に制御すると、副生成物がホール等内に再付着し難くなり、クロッギング（Ｃｌｏｇｇｉｎｇ）が発生し難くなる一方、ホール等の側面のエッチングが促進され、ボーイング（Ｂｏｗｉｎｇ）が発生し易くなる。このように、基板の温度を２０℃程度の低温と６０℃程度の高温に制御した場合にボーイングとクロッギングとの間にてトレードオフの関係があり、一方の現象は改善されるが他方の現象は改善されないという状況になる。
【０００４】
特許文献１、２は、基板の温度が−３５℃以下の極低温環境において、ガスから生成したプラズマによりエッチング処理を実行することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２２８６９０号公報
【特許文献２】特開２０１７−２２０６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温度制御によるボーイングとクロッギングとの間におけるトレードオフの関係を解消し、ボーイングとクロッギングの両方の現象が改善されることが好ましい。
【０００７】
本開示は、エッチングにおいてボーイングの発生を抑制し、かつクロッギングの発生を抑制することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一の態様によれば、処理容器内にて基板上の有機膜をエッチングする方法であって、前記基板の温度を−３５℃以下に制御する工程と、前記処理容器内にＯを含むガスを供給する工程とを有する、エッチング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
一の側面によれば、エッチングにおいてボーイングの発生を抑制し、かつクロッギングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るエッチング処理の結果の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係るウェハの温度に対するエッチングレートの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１２】
［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１の縦断面の一例を示す。本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、処理容器Ｃ内に載置台１１とガスシャワーヘッド１２とを対向して配置させた平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。載置台１１は下部電極としても機能し、ガスシャワーヘッド１２は上部電極としても機能する。
【００１３】
プラズマ処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形の処理容器Ｃを有している。処理容器Ｃは接地されている。載置台１１は、支持体１９により支持され、これにより処理容器Ｃの底部に配置される。載置台１１は、静電チャック４６を有し、静電チャック４６上に、基板の一例であるウェハＷを載置する。ウェハＷには、シリコンの下地膜上にエッチング対象膜である有機膜が形成されている。載置台１１は、たとえばＡｌやＴｉ、ＳｉＣから形成されてもよい。
【００１４】
静電チャック４６は、ウェハＷを静電吸着し、保持する。静電チャック４６では、絶縁体の内部に電極４７が配置されている。電極４７には直流電源４８から直流電圧ＨＶが印加され、これにより生じるクーロン力によってウェハＷが静電チャック４６吸着される。ただし、載置台１１には、静電チャック４６が設けられていなくてもよい。
【００１５】
載置台１１の内部には、冷媒流路４１ａが形成されている。冷媒流路４１ａには、冷媒入口配管４１ｂ及び冷媒出口配管４１ｃが接続されている。チラーユニット４２から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体は、冷媒入口配管４１ｂ、冷媒流路４１ａ及び冷媒出口配管４１ｃを循環してチラーユニット４２に戻る。
【００１６】
伝熱用ガス供給源４４は、ＨｅガスやＡｒガス等の伝熱ガスをガス供給ライン４３に通して載置台１１の上面とウェハＷの下面との間に供給する。かかる構成により、載置台１１は、冷媒流路４１ａを循環する冷却媒体と、ウェハＷの下面に供給される伝熱ガスとによって温調され、これによりウェハＷの温度を調整することができる。
【００１７】
なお、チラーユニット４２、冷媒流路４１ａ、冷媒入口配管４１ｂ、冷媒出口配管４１ｃ、伝熱用ガス供給源４４及びガス供給ライン４３は、ウェハＷの温度を制御する制御部の一例である。ただし、制御部の構成はこれに限られず、例えば、伝熱用ガス供給源４４及びガス供給ライン４３を有していなくてもよい。また、載置台１１内にヒータを設け、制御部は、ヒータを制御し、ウェハＷの温度を制御してもよい。
【００１８】
第１高周波電源２１は、整合器２２を介してガスシャワーヘッド１２に接続されている。第１高周波電源２１は、例えば、６０ＭＨｚの高周波電力をシャワーヘッド１２に印加する。第２高周波電源２４は、整合器２３を介して載置台１１に接続される。第２高周波電源２４は、第１高周波電源２１から出力される周波数よりも低い周波数の、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力を載置台１１に印加する。なお、本実施形態では、第１高周波電力はガスシャワーヘッド１２に印加するが、載置台１１に印加してもよい。
【００１９】
整合器２２は、第１高周波電源２１の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器２３は、第２高周波電源２４の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。これにより、整合器２２は、処理容器Ｃ内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源２１の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。同様に、整合器２３は、処理容器Ｃ内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源２４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
【００２０】
ガスシャワーヘッド１２は、その周縁部を被覆するシールドリング１３を介して処理容器Ｃの天井部に取り付けられている。ガスシャワーヘッド１２に可変直流電源を接続して直流電圧を印加するようにしてもよい。
【００２１】
ガスシャワーヘッド１２には、ガスを導入するガス導入口１８が形成されている。ガスシャワーヘッド１２の内部にはガス導入口１８に繋がる拡散室１４が設けられている。ガスは、ガス供給源１７から出力され、ガス導入口１８を介して拡散室１４に供給され、拡散されて多数のガス供給管１５及びガス供給孔１６から処理空間Ｕに導入される。
【００２２】
処理容器Ｃの底面には排気口３２が形成されており、排気口３２に接続された排気装置３１によって処理容器Ｃの内部が排気される。これにより、処理容器Ｃ内を所定の真空度に維持することができる。処理容器Ｃの側面にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、ウェハＷを処理容器Ｃから搬入及び搬出する際に開けられる。
【００２３】
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０５、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１１０及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納されたレシピに従ってエッチング処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力、高周波電力、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、静電チャック温度等）、チラーユニット４２の冷媒温度などが設定されている。なお、レシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶領域の所定位置にセットしてもよい。
【００２４】
エッチング処理時には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷを保持する搬送アームがゲートバルブＧから処理容器Ｃ内に進入する。リフターピンの上昇により、ウェハＷは搬送アームからリフターピンに移され、リフターピンの下降により静電チャック４６に載置される。直流電源４８から電極４７に直流電圧ＨＶが印加され、これによって発生するクーロン力によってウェハＷが静電チャック４６に吸着され、保持される。
【００２５】
次いで、エッチング用の処理ガスが供給され、第１高周波電源２１及び第２高周波電源２４からプラズマ生成用及びバイアス電圧発生用の高周波電力が処理容器Ｃ内に供給される。高周波電力のエネルギーによりガスからプラズマが生成され、該プラズマによりウェハＷにプラズマエッチング処理が施される。
【００２６】
エッチング処理後、直流電源４８から電極４７にウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧ＨＶを印加してウェハＷの電荷を除電した後、リフターピンの上昇により、ウェハＷは静電チャック４６から剥がされる。ウェハＷは、リフターピンから搬送アームに移され、ゲートから搬出される。
【００２７】
［エッチング処理］
次に、かかる構成のプラズマ処理装置１が実行するエッチング処理の一例について、図２を参照して説明する。図２は、一実施形態に係るエッチング処理の結果の一例を示す図である。図２に示すように、エッチング処理が行われるエッチング対象膜は、シリコンや金属の下地層１０上に形成された有機膜２０である。
【００２８】
有機膜２０は、カーボン膜であってもよいし、フォトレジスト膜であってもよいし、ＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating）等の反射防止膜であってもよい。カーボン膜は、塗布カーボン膜であってもよい。
【００２９】
有機膜２０の上にはマスク膜３０が所定のパターンに形成されている。マスク膜３０は、例えばシリコンから形成されてもよい。図２の上段は、下地層１０上に形成された有機膜２０及びマスク膜３０をＸ方向から縦に切断した膜の断面の一例を示す。
【００３０】
図２の下段は、下地層１０上に形成された有機膜２０及びマスク膜３０をＹ方向から縦に切断した膜の断面の一例を示す。Ｙ方向の膜の断面の図から、有機膜２０の間にスペーサ４０が形成されていることがわかる。スペーサ４０は、ＳｉＣ又はＳｉＯ２から形成されてもよい。プラズマ処理装置１が実行するエッチング処理では、マスク膜３０がない部分において、スペーサ４０の間の有機膜２０がエッチングされる。これにより、マスク膜３０がない部分では有機膜２０がエッチングされ、ライン５０が形成される。以下では、ライン５０を例に挙げて説明するが、エッチングによりホールが形成される場合も同様である。
【００３１】
（比較例１）
図２の最上段は、ウェハの温度を示す。比較例１では、ウェハＷの温度を２０℃に制御し、Ｈ２ガス及びＮ２ガスを処理容器Ｃ内に供給し、プラズマ生成用及びバイアス電圧発生用の高周波電力を印加した。図２の中央の列に比較例１の実験結果の一例を示す。
【００３２】
クロッギングは、有機膜２０のエッチングの際にマスク膜３０や露出した下地層１０が削れることで発生した副生成物６０が、マスク膜３０やライン５０の側部に付着したものである。ウェハＷの温度を２０℃程度の低温に制御すると、エッチング処理により生成された副生成物がライン５０の外に飛びにくくなる。その結果、副生成物６０がライン５０の開口や側面に再付着し、クロッギングが発生する。
【００３３】
（比較例２）
これに対して、比較例２では、ウェハＷの温度を６０℃程度に制御し、Ｈ２ガス及びＮ２ガスを処理容器Ｃ内に供給し、プラズマ生成用及びバイアス電圧発生用の高周波電力を印加した。図２の右の列に比較例２の実験結果の一例を示す。
【００３４】
ウェハＷの温度を６０℃に制御すると、ウェハＷの温度が２０℃のときよりもエッチングレートが向上し、エッチング時間を短縮できる。エッチング時間が短くなるため、副生成物６０がライン５０の開口や側面に再付着され難くなり、クロッギングの発生を抑制できる。
【００３５】
一方、ウェハＷの温度を６０℃に制御すると、エッチング処理時にライン５０の側部が削れ易くなる。この結果、ライン５０の側部においてボーイングが生じ、エッチング形状の垂直性が保持できなくなる。
【００３６】
（本実施形態）
本実施形態では、ウェハＷの温度を極低温領域まで下げてエッチング処理を行う。例えば、ウェハＷの温度を−４０℃に制御し、Ｏ２ガスを処理容器Ｃ内に供給し、プラズマ生成用及びバイアス電圧発生用の高周波電力を印加したときの実験結果の一例を図２の左の列に示す。
【００３７】
これによれば、エッチングにおいて生成される副生成物の再付着を防止することでクロッギングの発生をなくすことができ、かつ、有機膜２０の側面での反応を抑えてボーイングの発生をなくし、エッチング形状を垂直にすることができた。
【００３８】
図３のグラフは、Ｏ２ガスのプラズマを生成したときの、横軸のウェハＷの温度に対する縦軸のエッチングレートを示している。エッチングレートは、ウェハＷの温度が−３５℃を変曲点として、−３５℃以下ではウェハＷの温度に応じてエッチングレートが下がっている。一方、−３５℃以上では、ウェハＷの温度が変わってもエッチングレートは概ね変わらない。
【００３９】
これは、−３５℃以下の極低温領域では、化学的スパッタリング率が減少しているためであると考えられる。通常、エッチングはプラズマ中のイオンの叩き込みによってエッチング対象膜を物理的に削ることと、プラズマ中のラジカルの反応によりエッチング対象膜を化学的に削ることの両方の作用により進行する。つまり、エッチング対象膜は、イオンによってもエッチングされるし、ラジカルによってもエッチングされる。
【００４０】
イオンは指向性を持ち、ライン５０に垂直に入射するため、ボーイングの発生要因になり難い。これに対して、ラジカルは指向性を持たないため、ライン５０の側面の有機膜２０と化学反応し、ボーイングを発生させ易い。したがって、ボーイングは、主にラジカルと有機膜の化学反応により生じると考えてよい。
【００４１】
Ｏ２ガスのプラズマによるエッチングは、Ｈ２ガス及びＮ２ガスのプラズマによるエッチングと比べると、エッチングレートが５〜６倍速い。よって、ウェハＷの温度を２０℃や６０℃に制御しながらＯ２ガスのプラズマによるエッチングを行うと、ウェハＷの温度を同じように制御しながらＨ２ガス及びＮ２ガスのプラズマによりエッチングを行う場合よりもボーイングが生じ易い。
【００４２】
しかしながら、本実施形態では、ウェハＷの温度を−３５℃以下の極低温に制御してＯ２ガスのプラズマによるエッチングを行う。これにより、図３のグラフに示すように、エッチングレートを下げることで、ボーイングの発生を抑えることができる。
【００４３】
また、−３５℃以下の極低温領域では、ラジカルの反応温度が低いため、ラジカルが有機膜と化学反応しにくくなっていると考えられる。これにより、−３５℃の極低温領域では、ラジカルと有機膜の化学反応が抑えられ、ボーイングが発生しなかったと考えられる。なお、ウェハＷの温度を−３５℃以下の極低温に制御してＨ２ガス及びＮ２ガスのプラズマによるエッチングを行う、エッチングレートが低くエッチングが進まない。
【００４４】
本実施形態に係るエッチング処理では、ボーイングの発生とクロッギングの発生の両方を抑制できた。この理由について考察する。ウェハＷの温度が−３５℃の極低温領域では、Ｏ２ガスのプラズマによるエッチング処理時間は、比較例１，２のＨ２ガス及びＮ２ガスのプラズマによるエッチング処理時間よりも短い。このため、エッチング処理時に生成される副生成物が少なくなり、クロッギングの発生を回避できたと考えられる。
【００４５】
つまり、本実施形態では、ウェハＷ上の有機膜２０をエッチングする方法であって、ウェハＷの温度を−３５℃以下の極低温領域に制御し、Ｏ２ガスを供給し、Ｏ２ガスのプラズマを生成する。これにより、有機膜２０のエッチングにおいて生成される副生成物のライン５０内への再付着を抑制（クロッギングの発生を抑制）し、かつ、ライン５０のエッチング形状を垂直にする（ボーイングの発生を抑制）ことができる。
【００４６】
なお、図３のグラフからウェハＷの温度は、−３５℃以下であればよく、−５５℃〜−３５℃が好ましい。また、本実施形態に係るエッチング方法において供給するガスは、Ｏ２ガスに限られず、Ｏを含むガスであればよい。Ｏを含むガスは、例えば、少なくとも、Ｏ２ガス、または、ＣＯガス、または、Ｏ２ガス及びＣＯガスを含むガスであってもよい。少なくともＯ２ガスを含むガスは、さらに、Ｈｅガス、または、Ｎ２ガス、または、Ａｒガス、または、Ｈ２ガス、または、フルオロカーボンガスを含むガスであってもよい。少なくともＯ２ガスとＨｅガスを含むガスは、さらに、ＣＯＳガスを含むガスであってもよい。フルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６ガスであってもよい。
【００４７】
今回開示された一実施形態に係るエッチング方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００４８】
本開示のプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
【００４９】
本明細書では、基板の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１：プラズマ処理装置
１０：シリコン基板
１１：載置台
１２：ガスシャワーヘッド
１７：ガス供給源
２０：有機膜
２１：第１高周波電源
２４：第２高周波電源
３０：マスク膜
４１ａ：冷媒流路
４２：チラーユニット
４４：伝熱用ガス供給源
４６：静電チャック
４８：直流電源
１００：制御部
Ｃ：処理容器
【図１】
2019179889.tif 000003
【図２】
2019179889.tif 000004
【図３】
2019179889.tif 000005