(57)【要約】【課題】  脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジスト膜をマスクとしてエッチング処理する際に，レジスト膜の表面荒れやストライエーションを抑制することができる。【解決手段】  気密な処理室内に処理ガスを導入してプラズマ化し，処理室１０２内の半導体ウエハＷに形成されたエッチング対象膜例えばシリコン酸化膜に対して，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジスト例えばＡｒＦフォトレジストをマスクとしてプラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，半導体ウエハＷの表面温度を２０℃以下の低温に保持しつつ，プラズマエッチング処理を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理室内に処理ガスを導入してプラズマ化し，前記処理室内の被処理体に形成されたエッチング対象膜に対して，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジストをマスクとしてプラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，
前記被処理体の表面温度を２０℃以下の温度条件に保持しつつ，前記プラズマエッチング処理を行うことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記被処理体の表面温度を０℃以下の温度条件に保持しつつ，前記プラズマエッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチング対象膜は，ケイ素原子（Ｓｉ），酸素原子（Ｏ），炭素原子（Ｃ）を含む低誘電率絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記被処理体の表面温度は，抜熱手段により前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記抜熱手段は，前記被処理体を冷媒を介して冷却する冷却手段を備え，
前記冷媒の温度を下げることにより，前記被処理体の表面温度が２０℃以下の温度条件となるように制御することを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記抜熱手段は，前記被処理体を吸着保持する吸着保持手段を備え，
前記吸着保持手段の吸着力を高めることにより，前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記吸着保持手段に接触する前記被処理体の面を鏡面化することにより，前記吸着力を高めることを特徴とする請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記吸着保持手段の材質を，前記温度条件下においてもリーク電流が所望の値で流れるように制御することにより，前記吸着力を高めることを特徴とする請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記被処理体の表面温度は，吸熱手段により前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記吸熱手段として，前記処理室内に設けられプラズマを発生させるための電極に印加する高周波電力と被処理体の裏面に供給するバックガスの圧力を調整することにより，前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
気密な処理室内に処理ガスを導入してプラズマ化し，前記処理室内の被処理体に形成されたエッチング対象膜に対して，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジストをマスクとしてプラズマエッチング処理を施すエッチング装置において，
前記被処理体の表面温度が２０℃以下の温度条件に保持しつつ，前記プラズマエッチング処理を行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項１２】
前記被処理体の表面温度が０℃以下の温度条件に保持しつつ，前記プラズマエッチング処理を行うことを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
【請求項１３】
前記エッチング対象膜は，ケイ素原子（Ｓｉ），酸素原子（Ｏ），炭素原子（Ｃ）を含む低誘電率絶縁膜であることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
【請求項１４】
前記被処理体の表面温度は，抜熱手段により前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
【請求項１５】
前記抜熱手段は，前記被処理体を冷媒を介して冷却する冷却手段を備え，
前記冷媒の温度を下げることにより，前記被処理体の表面温度が２０℃以下の温度条件となるように制御することを特徴とする請求項１４に記載のエッチング装置。
【請求項１６】
前記抜熱手段は，前記被処理体を吸着保持する吸着保持手段を備え，
前記吸着保持手段の吸着力を高めることにより，前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項１４に記載のエッチング装置。
【請求項１７】
前記吸着保持手段に接触する前記被処理体の面を鏡面化することにより，前記吸着力を高めることを特徴とする請求項１６に記載のエッチング装置。
【請求項１８】
前記吸着保持手段の材質を，前記温度条件下においてもリーク電流が所望の値で流れるように制御することにより，前記吸着力を高めることを特徴とする請求項１６に記載のエッチング装置。
【請求項１９】
前記被処理体の表面温度は，吸熱手段により前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
【請求項２０】
前記処理室内に設けられプラズマを発生させるための電極に印加する高周波電力と被処理体の裏面に供給するバックガスの圧力を調整することにより，前記被処理体の表面温度を低くすることを特徴とする請求項１９に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，処理ガスをプラズマ化してエッチングするエッチング方法及びエッチング装置にかかり，より詳細には，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジストをマスクとして被処理膜に対してエッチング処理を行うエッチング方法及びエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理室内に導入した処理ガスをプラズマ化して被処理体例えば半導体ウエハ（以下，単にウエハと称する）上に形成されたエッチング対象膜に対してエッチングを行うものとして様々な技術がある。例えば特許文献１に記載の技術は，ＣＦ系ガスなどを処理ガスとして，ウエハ上に形成された酸化膜をエッチングするものである。
【０００３】
このようなウエハ上のエッチング対象膜をエッチングする場合には，フォトレジスト等のレジストがマスクとして用いられている。特に最近では微細加工の要請に応えて約０．１３μ以下の微細な開口パターンを形成するのに適したＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジスト，すなわちＡｒＦガスやＦ２ガスを発光源としたレーザー光で露光するフォトレジストがよく使用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１５２２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，上述したＡｒＦフォトレジスト膜のようなレジスト膜は耐プラズマ性が低いため，エッチング途中でフォトレジスト層の表面が荒れてしまうという問題がある。フォトレジスト層の表面が荒れると，エッチングの進行とともに開口部の形状が変化して，設計した形状の通り形成できなくなってしまう。
【０００６】
また，レジスト膜の表面に反応生成物が付着し易い処理ガスを用いてエッチングすることにより，レジスト膜の表面に付着した反応生成物を保護膜として機能させて，レジスト膜の耐プラズマ性を高めるようにすればよいとも考えられる（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
ところが，レジスト膜としてＡｒＦフォトレジスト膜のような脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジスト膜を用いると，処理ガスの種類によっては，その処理ガスのプラズマにより，レジスト膜から酸素が発生する。この酸素は，レジスト膜の表面でプラズマラジカルと反応して放出されるので，その部分には保護膜としての反応生成物が付着しない。このため，エッチングの進行により，レジスト膜のうち反応生成物が付着しない部分は，スパッタされて，エッチング途中でフォトレジスト膜がなくなる箇所ができる。これにより，本来エッチングしたくない箇所もエッチングされ，例えばエッチングで形成した孔の内側表面に縦すじ状の切欠（Striation：ストライエーション）が形成されてしまう。このようなストライエーションが発生すると，エッチングで形成した孔と孔との間隔が実質的に狭くなってしまうため，例えばショートの発生などの原因に繋がるなどの不都合が生じる。
【０００８】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジスト膜をマスクとしてエッチング処理する際に，レジスト膜の表面荒れやストライエーションを抑制することができるエッチング方法及びエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，気密な処理室内に処理ガスを導入してプラズマ化し，前記処理室内の被処理体に形成されたエッチング対象膜に対して，例えばＡｒＦフォトレジストなどの脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジストをマスクとしてプラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，前記被処理体の表面温度を２０℃以下の温度条件に保持しつつ，前記プラズマエッチング処理を行うことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１０】
また，上記課題を解決するために，本発明の第２の観点によれば，気密な処理室内に処理ガスを導入してプラズマ化し，前記処理室内の被処理体に形成されたエッチング対象膜に対して，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジストをマスクとしてプラズマエッチング処理を施すエッチング装置において，前記被処理体の表面温度が２０℃以下の温度条件に保持しつつ，前記プラズマエッチング処理を行うことを特徴とするエッチング装置が提供される。
【００１１】
さらに，上記第１の観点及び第２の観点による本発明おいて，被処理体の表面温度は０℃以下の温度条件に保持しつつ，プラズマエッチング処理を行うことがより好ましい。なお，上記エッチング対象膜は，ケイ素原子（Ｓｉ），酸素原子（Ｏ），炭素原子（Ｃ）を含む低誘電率絶縁膜（例えばＣＤＯ膜）であってもよい。
【００１２】
このような第１の観点及び第２の観点による本発明によれば，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジスト膜をマスクとしてエッチング処理する際に，プラズマエッチングによる反応生成物がレジスト膜の表面に付着する。このとき，被処理体の表面温度を２０℃以下の温度条件に保持してエッチング処理するので，プラズマエッチング処理によりレジスト膜から発生する酸素がラジカルと反応して放出される現象よりも，プラズマエッチングによる反応生成物がレジスト膜の表面に付着する現象の方が勝るため，レジスト膜の表面には反応生成物が欠けることなく付着して保護膜として機能する。これにより，レジスト膜の表面荒れやストライエーションを抑制することができる。このため，所望のエッチング形状を得ることができる。
【００１３】
また，上記被処理体の表面温度は，抜熱手段により前記被処理体の表面温度を低くするようにしてもよい。例えば抜熱手段は，前記被処理体を冷媒を介して冷却する冷却手段を備え，前記冷媒の温度を下げることにより，前記被処理体の表面温度が２０℃以下の温度条件となるように制御するようにしてもよい。
【００１４】
また，前記抜熱手段は，前記被処理体を吸着保持する吸着保持手段を備え，前記吸着保持手段の吸着力を高めることにより，前記被処理体の表面温度を低くするようにしてもよい。この場合，前記吸着保持手段に接触する前記被処理体の面を鏡面化することにより，前記吸着力を高めるようにしてもよい。
【００１５】
また，例えばジョンソンラーベック方式を利用した吸着保持手段を用いて被処理体を静電吸着させる場合には，前記吸着保持手段の材質を前記温度条件下においてもリーク電流が所望の値で流れるように制御することにより，前記吸着力を高めるようにしてもよい。
【００１６】
また，上記被処理体の表面温度は，吸熱手段により前記被処理体の表面温度を低くするようにしてもよい。例えば吸熱手段として，前記処理室内に設けられプラズマを発生させるための電極に印加する高周波電力と被処理体の裏面に供給するバックガスの圧力を調整することにより，前記被処理体の表面温度を低くするようにしてもよい。
【００１７】
なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジスト膜をマスクとしてエッチング処理する際に，レジスト膜の表面荒れやストライエーションを抑制することができ，所望のエッチング形状を得ることができるエッチング方法及びエッチング装置を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
先ず，本発明の第１実施形態にかかるエッチング装置の概略構成を図１に示す。エッチング装置１００は，電極板が上下平行に対向し，一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００２１】
このエッチング装置１００は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形された処理室（チャンバー）１０２を有しており，この処理室１０２は接地されている。処理室１０２内の底部にはセラミックなどの絶縁板１０３を介して，ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。このサセプタ支持台１０４の上には，下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。このサセプタ１０５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）１０６が接続されている。
【００２２】
サセプタ支持台１０４の内部には，冷却手段例えば温度調節媒体室１０７が設けられている。そして，導入管１０８を介して温度調節媒体室１０７に温度調節媒体例えば冷媒が導入，循環され，排出管１０９から排出される。このような冷媒の循環により，サセプタ１０５を所望の温度に制御できるようになっている。
【００２３】
サセプタ１０５は，その上側中央部が凸状の円板状に成形され，その上にウエハＷと略同形の吸着保持手段例えば静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は，絶縁材の間に電極１１２が介在された構成となっている。静電チャック１１１は，電極１１２に接続された直流電源１１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより，静電力によってウエハＷを静電吸着する。
【００２４】
そして，絶縁板１０３，サセプタ支持台１０４，サセプタ１０５，さらには静電チャック１１１には，被処理体であるウエハＷの裏面に，伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１４が形成されており，この伝熱媒体を介してサセプタ１０５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ，ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
【００２５】
サセプタ１０５の上端周縁部には，静電チャック１１１上に載置されたウエハＷを囲むように，環状のフォーカスリング１１５が配置されている。このフォーカスリング１１５は，セラミックス或いは石英などの絶縁性材料或いは導電性材料からなり，エッチングの均一性を向上させるようになっている。
【００２６】
また，サセプタ１０５の上方には，このサセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２１が設けられている。この上部電極１２１は，絶縁材１２２を介して，処理室１０２の内部に支持されている。上部電極１２１は，サセプタ１０５との対向面を構成し多数の吐出孔１２３を有する電極板１２４と，この電極板１２４を支持する電極支持体１２５とによって構成されている。上記電極板は例えば石英からなり，上記電極支持体１２５は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料からなる。なお，サセプタ１０５と上部電極１２１との間隔は，調節可能とされている。
【００２７】
上部電極１２１における電極支持体１２５の中央には，ガス導入口１２６が設けられている。このガス導入口１２６には，ガス供給管１２７が接続されている。さらにこのガス供給管１２７には，バルブ１２８，並びにマスフローコントローラ１２９を介して，処理ガス供給源１３０が接続されている。
【００２８】
この処理ガス供給源１３０から，プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお，図１には，上記の処理ガス供給源１３０等からなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが，これらの処理ガス供給系は複数設けられており，例えば，Ｃ４Ｆ６，Ａｒ，Ｏ２等のガスをそれぞれ独立に流量制御して，処理室１０２内に供給できるよう構成されている。
【００２９】
一方，処理室１０２の底部には排気管１３１が接続されており，この排気管１３１には排気装置１３５か接続されている。排気装置１３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており，処理室１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）まで真空引き可能に構成されている。また，処理室１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。
【００３０】
上部電極１２１には，第１の高周波電源１４０が接続されており，その給電線には整合器１４１が介挿されている。また，上部電極１２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）１４２が接続されている。この第１の高周波電源１４０は，５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数の電力を印加することにより，処理室１０２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ，低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。この第１の高周波電源１４０の周波数は，５０〜８０ＭＨｚが好ましく，典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数が採用される。
【００３１】
下部電極としてのサセプタ１０５には，第２の高周波電源１５０が接続されており，その給電線には整合器１５１が介挿されている。この第２の高周波電源１５０は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このような範囲の周波数を印加することにより，被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源１５０の周波数は，典型的には図示した１３．５６ＭＨＺまたは２ＭＨｚ等の周波数が採用される。
【００３２】
次に，上記エッチング装置１００によりエッチング処理を行うエッチング対象膜について図面を参照しながら説明する。ここでは，ウエハＷ上に形成された酸化膜を，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジストをマスクとしてエッチングする。具体的には図２に示すような膜構造２００にエッチング処理を施す。この膜構造は，ウエハＷ上に形成されたエッチング対象膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）２１０，シリコン酸化膜２１０上に形成された反射防止膜２２０，この反射防止膜２２０上に形成されたＡｒＦフォトレジスト膜２３０を有する。ＡｒＦフォトレジスト膜２３０は，上記エッチング処理に先立って，シリコン酸化膜２１０上に有機系反射防止膜を介して形成し，露光工程，現像工程により例えば開口などを含む所定のパターンにパターニングした。
【００３３】
なお，エッチング対象膜としては，上記シリコン酸化膜に限られることはなく，ＴＥＯＳ，ＢＰＳＧ，ＰＳＧ，ＳＯＧ，熱酸化層，ＨＴＯ，ＦＳＧ，有機系シリコン酸化膜，ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物膜），低誘電体有機絶縁膜等や金属膜，金属化合物膜等であっても本発明を適用できる。
【００３４】
また，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジストとしては，例えばＡｒＦフォトレジスト膜に本発明を適用できる。ＡｒＦフォトレジスト膜は，１９３ｎｍのレーザー光を吸収してしまうベンゼン環を有していないため，１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦエキシマレーザーで露光することができる。上記ベンゼン環は，高いプラズマ耐性を有するため，ＫｒＦフォトレジストなどに用いられているところ，ＡｒＦフォトレジスト膜は，このようなベンゼン環を含む樹脂を有していないため，ＡｒＦフォトレジスト膜をマスクとしてエッチング処理を行う場合には，レジスト膜の表面荒れやストライエーションの問題が生じる。この点，本願発明によれば，このようなＡｒＦフォトレジスト膜などをマスクとしてエッチング処理を行う場合のストライエーションを防止できる点で優れた効果を有する。
【００３５】
次に，上記エッチング装置１００によりエッチング処理を行う際の動作について説明する。エッチング処理を行う場合には，ゲートバルブ１３２を開放して，ウエハＷを処理室１０２内に搬入し，静電チャック１１１上に配置する。次いで，ゲートバルブ１３２を閉じ，排気装置１３５によって処理室１０２内を減圧した後，バルブ１２８を開放し，処理ガス供給源１３０から処理ガスを供給し，処理室１０２内の圧力を所定の圧力とする。この状態で第１の高周波電源１４０，第２の高周波電源１５０からそれぞれ所定の高周波電力を供給し，上記処理ガスをプラズマ化させてウエハＷに作用させる。
【００３６】
一方，高周波電力を供給するタイミングの前後に，直流電源１１３を静電チャック１１１内の電極１１２に印加して，ウエハＷを静電チャック１１１上に静電吸着させる。またエッチング処理の際には，温度調節媒体室１０７へ所定の温度に設定した冷媒（チラー）を供給してサセプタ１０５を冷却するとともに，ウエハＷの裏面に所定の圧力の伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給することにより，ウエハＷの表面温度を所定の温度に制御する。本発明ではこのウエハＷの表面温度を２０℃以下の低温にしてエッチング処理を行うことにより，エッチングによるウエハの不都合を解消するものである。
【００３７】
ここで，冷媒の温度（下部電極の温度）とウエハＷの表面温度との関係を図３に示す。冷媒の温度が例えば−２０℃，２５℃，４０℃，６０℃のときのウエハの表面温度を測定し，プロットしたものである。冷媒の温度が低いほど，ウエハＷの表面温度も低くなるので，図３に示すように冷媒の温度とウエハＷの表面温度とはほぼ比例関係にある。
【００３８】
ところが，ウエハＷの吸着方法などによって冷却効率が異なるため，冷媒の温度とウエハＷの表面温度との関係にずれが生じる。例えばサセプタ１０５にバックサイドガスを供給しつつ，静電吸着してウエハＷを保持した場合には，図３に示す冷媒温度２５℃のときのウエハＷの表面温度は約５５℃（黒三角）である。
【００３９】
これに対して同様の条件で，ウエハＷをグリースで静電チャック１１１に付着させたときのウエハＷの表面温度は約４０℃となり，温度が低下していることがわかる。これはグリースによりウエハＷの静電チャック１１１に対する吸着力が大きくなり，冷却効率が向上したからである。
【００４０】
従って，グリースを使用した場合，冷媒の温度とウエハＷの表面温度との関係はプロット（黒丸）を通る直線ｙ２に示すような比例関係になるのに対して，グリースを使用しない場合，（黒三角）を通る直線ｙ１に示すような比例関係になるものと考えられる。
【００４１】
次に，本発明と比較するために，エッチング処理によりウエハＷ上に不都合が生じる場合について図面を参照しながら説明する。図４は，下記のベースとなる第１のエッチング条件で，ウエハＷの表面温度が約４０℃（グリース使用時）となるように，冷媒の温度（下部電極の温度）を２５℃にしてエッチング処理を行った場合の実験結果である。
【００４２】
［ベースとなる第１のエッチング条件］
処理ガス：Ｃ４Ｆ６＋Ａｒ＋Ｏ２
処理ガス流量比：Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２＝１４ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ／１７ｓｃｃｍ
処理室内圧力：２０ｍＴｏｒｒ
上部電極印加高周波電力：１６００Ｗ
下部電極印加高周波電力：８００Ｗ
電極間距離；３５ｍｍ
温度（上部電極／側壁）：６０℃／５０℃
バックサイドガス圧力（センター／エッジ）：３Ｔｏｒｒ／３Ｔｏｒｒ
エッチング時間：６０ｓｅｃ
【００４３】
図４（ａ）は，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０上部表面の状態を示し，図４（ｂ）はＡｒＦフォトレジスト膜２３０及び反射防止膜２２０をアッシング等により除去した後のシリコン酸化膜２１０の上部表面の状態を示す図である。図４（ａ）によれば，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に表面荒れ２６０が発生していることがわかる。このようにＡｒＦフォトレジスト膜２３０に表面荒れ２６０が発生すると，エッチングの進行と共に，開口部の形状が変化して，設計した形状のエッチング孔やエッチング溝が形成できなくなるなどの不都合が生じる。このため，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面荒れ２６０を防止する必要がある。この点，後述する本実施形態によるエッチング方法によれば，表面荒れ２６０を防止することができる。
【００４４】
また，図４（ｂ）によれば，開口の形状がギザギザになっていることから，ストライエーション２５０が生じていることがわかる。ここでいうストライエーション２５０とは，図５に示すようにエッチング処理によって形成された孔２４０の内側面に形成された縦すじ状の切欠（又は溝）のことをいう。このようなストライエーション２５０が発生すると，図５に示すように孔２４０と孔２４０との間隔Ｄが狭くなってしまうため，このまま半導体装置を形成すると，例えばショートが発生するなどの不都合が生じる。このため，ストライエーション２５０の発生も防止する必要がある。この点，後述する本実施形態によるエッチング方法によれば，ストライエーション２５０の発生も防止することができる。
【００４５】
ここで，上述したようなストライエーション２５０が発生する原因の１つとして考えられる点を図６を参照しながら説明する。ＡｒＦフォトレジスト膜２３０などのように酸素Ｏを含むレジストをマスクとし，Ｃ４Ｆ６ガスなどのＣＦ系ガスを処理ガスとしてエッチング処理すると，エッチング処理によって生じた反応生成物（ＣｘＦｘ）がＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面（上面や側面）に付着して堆積する。このように反応生成物（ＣｘＦｘ）がＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面全体に付着していれば，反応生成物（ＣｘＦｘ）はＡｒＦフォトレジスト膜２３０の保護膜として機能するため，表面荒れやストライエーションが発生することがない。
【００４６】
ところが，図６（ａ）に示すように，ＣＦ系ガスのプラズマにより，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に含まれる酸素結合が切れて酸素Ｏなどが自由になり，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面でＣＦ系ラジカルと反応して例えばＣＯ，ＣＦｘとして放出してしまう。このような現象が発生している部分では，ＣＦ系ガスのプラズマにより，反応生成物（ＣｘＦｘ）が付着する現象よりも，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に含まれる酸素ＯなどがＣＦ系ガスと反応してＣＯ，ＣＦｘとして放出される現象の方が勝るため，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に反応生成物（ＣｘＦｘ）が付着し難くなる。特に，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面のうち，レジストに対する選択比が低い肩部においてこのような現象が顕著に現れる。
【００４７】
また，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面のうち，反応生成物（ＣｘＦｘ）が付着しない部分は，エッチング処理の進行により徐々にスパッタリングされて，図６（ｂ）に示すようにその部分だけＡｒＦフォトレジスト膜２３０がなくなるため，ストライエーション２５０の発生原因となるものと考えられる。
【００４８】
そこで，本発明では，上述したようなＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面荒れ，ストライエーション（縦すじ状の切欠）２５０を防止するため，ウエハＷの表面温度を低温にしてエッチング処理を行う。
【００４９】
すなわち，ウエハＷの表面温度を低温にしてエッチング処理を行うことにより，反応生成物（ＣｘＦｘ）が付着する現象の方が，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に含まれる酸素ＯなどがＣＦ系ガスと反応してＣＯ，ＣＦｘなどとして放出される現象よりも勝るようになるため，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に反応生成物（ＣｘＦｘ）が付着し易くなる。また，低温化することによりＣＦ系ガスのプラズマによる，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に含まれる酸素結合切断反応を低下させることも考えられる。これにより，本発明によれば，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面荒れ２６０，ストライエーション（縦すじ状の切欠）２５０を防止できる。
【００５０】
次に，上述した原理に基づき，ウエハＷの表面温度を低温にしてエッチング処理を行った実験結果を図７を参照しながら説明する。図７は，上記のベースとなる第１のエッチング条件で，ウエハＷの表面温度が約−１０℃（グリース使用時）となるように，冷媒の温度（下部電極を構成するサセプタ１０５の温度）を−２０℃にしてエッチング処理を行った場合の実験結果である。
【００５１】
図７（ａ）は，ＡｒＦフォトレジスト２３０の上部表面の状態を示し，図７（ｂ）はＡｒＦフォトレジスト膜２３０及び反射防止膜２２０をアッシング等により除去した後のシリコン酸化膜２１０の上部表面の状態を示す図である。図７（ａ）によれば，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に表面荒れが発生していないことがわかる。なお，エッチング処理により形成された孔２４０には縁部２５２が見られるが，これは，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の肩の部分である。また，図７（ｂ）によれば，開口の形状が丸くなっておりギザギザがないことから，ストライエーション２５０が生じていないことがわかる。このように，ウエハＷの表面温度を低温にしてエッチング処理を行うことにより，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面荒れ，ストライエーション（縦すじ状の切欠）２５０を防止できる。
【００５２】
さらに，ウエハＷの表面温度を低温にしてエッチング処理を行うことにより，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に対するシリコン酸化膜２１０のエッチングレート，選択比も向上することもわかった。ここで，上記のベースとなる第１のエッチング条件で，図３に示すように冷媒の温度（下部電極を構成するサセプタ１０５の温度）を６０℃，４０℃，２５℃，−２０℃にしてエッチング処理を行った場合の実験結果を表１に示す。このとき，対応するウエハＷ（グリース使用時）の表面温度は，約７５℃約，約５５℃，約４０℃，約−１０℃である。
【００５３】
2004319972.tif 000003
【００５４】
上記表１におけるエッチングレートは，シリコン酸化膜２１０のエッチングレートであり，選択比は，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０に対するシリコン酸化膜２１０の選択比である。表１によれば，冷媒の温度（下部電極の温度）を低くするほど，すなわちウエハ表面温度を低くするほど，エッチングレートと選択比が向上していることがわかる。
【００５５】
以上のように，ウエハＷの表面温度を低くするほど，表面荒れ２６０やストライエーション２５０を抑えることができ，エッチングレート，選択比も向上させることができる。実用的には，ウエハＷの表面温度を２０℃以下とするのが好ましく，０℃以下とするのがより好ましい。
【００５６】
なお，ウエハＷの表面温度を低くする手段としては，抜熱手段と吸熱手段がある。抜熱手段による場合としては，例えば上述したように温度調節媒体室１０７へ供給する冷媒の温度（下部電極の温度）を下げることが挙げられる。この場合，ウエハＷの吸着力を高めることにより，冷却効果を高めることができる。
【００５７】
ウエハＷの吸着力を高める方法としては，例えば上述したようにウエハＷの裏面にグリースを塗ることにより，静電チャック１１１の表面との密着性を高めることの他，ウエハＷの裏面を予め鏡面加工したり，ウエハＷをクランプで押しつけることが挙げられる。
【００５８】
また，ウエハＷの裏面に予めＳｉＮ膜を成膜させておくことにより，静電チャック１１１からの静電気がウエハＷのＳｉＮ膜とウエハ基板との境界面に溜り易くなるため，吸着力を向上させることができる。この場合，ウエハ基板は，ＳｉＮとＳｉＯ２の積層構造にすることで，より静電気が溜り易くなるため，より吸着力を向上させることができる。
【００５９】
さらに，静電チャック１１１としてジョンソンラーベック方式を利用した静電チャックを使用した場合は，低温下においても吸着力となるリーク電流が流れるように静電チャック１１１の電極の材質を変更するようにしてもよい。これにより，低温下における吸着力を向上させることができる。ジョンソンラーベック方式を利用した静電チャックとは，例えば静電チャック１１１のウエハ載置面はセラミック等の無機材料やポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂等の誘電体からなる誘電体膜層によって被覆されており，この誘電体膜層を静電チャックとして用いるものである。すなわち，膜厚ｄ，誘電率εの誘電体膜層の片側から直流電圧を印加すると，誘電体膜層の両側に単位面積当りＱ＝εＶ／ｄの正負の電荷が蓄積される。このときの電荷がクーロン力となってウエハＷが誘電体膜層を介して吸着される。しかしながら，誘電体膜層の比抵抗率が１×１０１２Ω・ｃｍより小さい材料によって形成されている場合には，誘電体膜層に微少電流が流れ，電荷が誘電体膜層の表面に蓄積されるため，見かけ上ｄが非常に小さくなり，強い吸着力が得られる。従って，低温下においても強い吸着力が得られるように，電極の材質，すなわち誘電体膜層の材料として例えば比抵抗率が１×１０１２Ω・ｃｍよりも小さい材料を用いる。これにより，低温下においてもウエハＷの吸着力を大きくすることができる。
【００６０】
上記吸熱手段による場合としては，例えば下部電極を構成するサセプタ１０５へ印加する第２の高周波電力を低くしたり，ウエハＷの裏面へ供給するバックガス（例えばＨｅガス）の圧力を大きくすることが挙げられる。ここで，下部電極へ印加する第２の高周波電力とバックガス圧力とを変化させたときのウエハＷの表面温度分布を図８に示す。図８によれば，下部電極へ印加する第２の高周波電力を低くするほど，バックガス圧力を高くするほど，ウエハＷの表面温度が低下することがわかる。
【００６１】
このような抜熱手段，吸熱手段により，またこれらを適宜組合せて，ウエハＷの表面温度が２０℃以下となるように制御しつつ，エッチング処理を行う。これにより，低温下でのエッチング処理を実現することができる。
【００６２】
次に，本発明の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。第２実施形態では，エッチング装置１００によりエッチング対象膜を変えてエッチング処理を行った場合の実施形態である。すなわち，第１実施形態におけるエッチング対象膜は，シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）であるのに対して，第２実施形態におけるエッチング対象膜は，ケイ素原子（Ｓｉ），酸素原子（Ｏ），炭素原子（Ｃ）を含む低誘電率絶縁膜である。このような低誘電率絶縁膜としては，例えばＣＤＯ（Carbon Doped Oxide）膜が挙げられる。本実施形態では，エッチング対象膜としてＣＤＯ膜（例えばＡＳＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製，Ａｕｒｏｌａ（商品名））を使用する。このＣＤＯ膜の比誘電率（ｋ値）は，２．４〜２．６である。
【００６３】
第２実施形態では，ウエハ上に形成された上述のＣＤＯ膜を，脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含むレジスト例えばＡｒＦフォトレジストをマスクとしてエッチングする。この場合の具体的な膜構造は図２に示す膜構造２００において，エッチング対象膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）２１０の部分をＣＤＯ膜に変えた場合と同様である。
【００６４】
ここで，下記のベースとなる第２のエッチング条件でさらに，冷媒の温度（下部電極の温度）を例えば０℃，−３０℃のように下げてエッチング処理を行う。なお，冷媒の温度を０℃に設定した場合にはウエハＷの表面温度は約１５℃となり，冷媒の温度を−３０℃に設定した場合にはウエハＷの表面温度は約−９℃となる。
【００６５】
［ベースとなる第２のエッチング条件］
処理ガス：Ｃ４Ｆ８＋ＣＯ＋Ｎ２
処理ガス流量比：Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ｎ２＝６ｓｃｃｍ／３０ｓｃｃｍ／４６０ｓｃｃｍ
処理室内圧力：１００ｍＴｏｒｒ
上部電極印加高周波電力：４００Ｗ
下部電極印加高周波電力：１５００Ｗ
電極間距離；３５ｍｍ
温度（上部電極／側壁）：６０℃／６０℃
バックサイドガス圧力（センター／エッジ）：１５Ｔｏｒｒ／４０Ｔｏｒｒ
エッチング時間：３０ｓｅｃ
【００６６】
上記のようなエッチング処理後にエッチング形状を調べたところ，冷媒の温度（下部電極の温度）を下げるほど，表面荒れ，ストライエーション（縦すじ状の切欠）２５０は改善された。ＡｒＦフォトレジスト膜は，例えばＫｒＦフォトレジスト膜に用いられるような高いプラズマ耐性を有するベンゼン環を含む樹脂を用いないため，このＡｒＦフォトレジスト膜をマスクとすれば，エッチング対象がＣＤＯ膜であっても，エッチング処理によってストライエーションが発生する。ところが，第２実施形態のように，ウエハＷの表面温度を低温にしてエッチング処理を行うことにより，エッチング対象膜がＣＤＯ膜であっても，ＡｒＦフォトレジスト膜２３０の表面荒れ，ストライエーション（縦すじ状の切欠）２５０を防止できる。
【００６７】
また，冷媒の温度（下部電極の温度）を０℃に下げて，第２のエッチング条件でエッチング処理した場合は，ＡｒＦフォトレジスト膜に対するＣＤＯ膜のエッチングレートは，ウエハＷのセンター付近では４４４ｎｍ／ｍｉｎであり，エッジ付近では４５２ｎｍ／ｍｉｎであり，ＡｒＦフォトレジスト膜に対するＣＤＯ膜の選択比はウエハＷのセンター（中央）付近では６．９であり，エッジ（端部）付近では１５．１であった。
【００６８】
そして，冷媒の温度（下部電極の温度）をさらに−３０℃まで下げて，第２のエッチング条件でエッチング処理した場合は，ＡｒＦフォトレジスト膜に対するＣＤＯ膜のエッチングレートは，ウエハＷのセンター付近では６２０ｎｍ／ｍｉｎであり，エッジ付近では６１６ｎｍ／ｍｉｎであり，ＡｒＦフォトレジスト膜に対するＣＤＯ膜の選択比はウエハＷのセンター付近では１７．２であり，エッジ付近では１３．４であった。
【００６９】
この実験結果によれば，エッチング対象膜をＣＤＯ膜としても，冷媒の温度（下部電極の温度）を低くするほど，すなわちウエハ表面温度を低くするほど，エッチングレートと選択比が向上していることがわかる。なお，本実施形態では，上記第１実施形態において説明したような特別な抜熱手段，吸熱手段を利用していない。
【００７０】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７１】
例えば，エッチング装置としては，平行平板型プラズマエッチング装置に限られず，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等に適用してもよい。
【００７２】
また，エッチング対象膜をエッチングする際に，例えば下地が現れたところまでエッチングするメインエッチングの後に，残りのエッチング対象膜をエッチングするオーバーエッチングを行う場合がある。このようなメインエッチングにおいて本発明を適用してもよく，またオーバーエッチングのときに本発明を適用してもよい。オーバーエッチングのときにもウエハＷの表面温度を低くすることにより，レジスト膜の表面荒れなどを防止することができ，オーバーエッチングについても効果的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は，エッチング方法及びエッチング装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施の形態においてエッチング処理を施す膜構造を示す断面図である。
【図３】同実施の形態における温度調節媒体室へ供給する冷媒の温度とウエハの表面温度との関係を示す図である。
【図４】冷媒の温度（下部電極の温度）を２５℃にしてエッチング処理を行った場合の実験結果を示す図であり，図４（ａ）はレジスト上部表面の状態を示し，図４（ｂ）はレジスト膜及び反射防止膜をアッシング等により除去した後のシリコン酸化膜の上部表面の状態を示している。
【図５】ストライエーションを説明するための模式図である。
【図６】ストライエーションの発生原理を説明するための模式図である。
【図７】冷媒の温度（下部電極の温度）を−２０℃にしてエッチング処理を行った場合の実験結果であり，図７（ａ）はレジスト上部表面の状態を示し，図７（ｂ）はレジスト膜及び反射防止膜をアッシング等により除去した後のシリコン酸化膜の上部表面の状態を示している。
【図８】下部電極へ印加する第２の高周波電力とバックガス圧力とを変化させたときのウエハの表面温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００      エッチング装置
１０２      処理室
１０３      絶縁板
１０４      サセプタ支持台
１０５      サセプタ
１０７      温度調節媒体室
１０８      導入管
１０９      排出管
１１１      静電チャック
１１２      電極
１１３      直流電源
１１４      ガス通路
１１５      フォーカスリング
１２１      上部電極
１２２      絶縁材
１２３      吐出孔
１２４      電極板
１２５      電極支持体
１２６      ガス導入口
１２７      ガス供給管
１２８      バルブ
１２９      マスフローコントローラ
１３０      処理ガス供給源
１３１      排気管
１３２      ゲートバルブ
１３５      排気装置
１４０      高周波電源
１４１      整合器
１５０      高周波電源
１５１      整合器
２００      膜構造
２１０      シリコン酸化膜
２２０      反射防止膜
２３０      フォトレジスト膜
２４０      孔
２５０      ストライエーション
２５２      縁部
２６０      表面荒れ
Ｗ        ウエハ
【図１】
2004319972.tif 000004
【図２】
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【図３】
2004319972.tif 000006
【図４】
2004319972.tif 000007
【図５】
2004319972.tif 000008
【図６】
2004319972.tif 000009
【図７】
2004319972.tif 000010
【図８】
2004319972.tif 000011