(57)【要約】【課題】  ＡｒＦリソグラフィー世代以降のレジストをマスクとしたドライエッチングによるパターン形成において、レジストダメージに起因するレジスト突き抜け及びストライエーションを抑制した高精度加工を行う。【解決手段】  有機系反射防止膜加工でのプラズマガスとしてＡｒを用いない条件を適用した。さらに、絶縁膜である被加工膜を加工する際の希ガスとして、プラズマの電子温度を低減できるＸｅもしくはＫｒもしくＡｒとＸｅの混合ガスもしくはＡｒとＫｒの混合ガスを適用した。さらに、上記手段とは別に、レジスト改質とエッチングを交互に行なうプロセス方法及びプロセス装置を適用した。【選択図】  図１
2005072518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、単層または複数層の薄膜を介して被加工層を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
該有機系反射防止層上にベンゼン環の重量比率が２０％以下でＣ＝Ｏ結合を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターンの残膜をマスクとして前記被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記有機系反射防止膜のエッチング及び被加工層の一部のエッチングにおけるプラズマガスとして、全プラズマガス流量に対する流量比率が１０％以下のＡｒガスと、フロロカーボンガスであるＣｘＨｙＦｚ(ｘ、ｚ＝１〜１０、ｙ＝０〜１０)との混合ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記混合ガスに、更にＮ２、Ｏ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｈ２、ＣＨ４の少なくとも１つを混合して用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系反射防止膜エッチングまたは前記被加工層のエッチングの後に、Ｆ、Ｏ、Ｎを含有するガスプラズマにてレジスト表面のラフネスを低減する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系反射防止膜のエッチング及び被加工層の一部のエッチングに際し、半導体基板に印加する高周波バイアス電力を０．５Ｗ／ｃｍ２以下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系反射防止膜及び前記被加工層の一部をエッチングする工程でのウエハ温度を−４０℃から０℃に制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
ウエハ温度を制御する方法としてウエハとウエハを支持するステージの間に導入するガスの圧力を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記被加工層エッチングの希釈ガスとして、Ｘｅ、Ｋｒの内少なくとも１種類か、Ｘｅ、Ｋｒの内少なくとも１種類とＡｒの混合ガスか、ＸｅとＫｒの混合ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記被加工層エッチングの後に、エッチング装置内の残留ガスを回収することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記回収した残留ガスからＸｅとＫｒを抽出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＣｘＨｙＦｚガスとして、ｘ＝１であるガスとＮ２、Ｏ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｈ２、ＣＨ４の内少なくとも１種類を混合して用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記被加工層のプラズマガスに、ヨウ素を含むガスを添加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に単層または複数層の薄膜を介して被加工層を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
該有機系反射防止層上にベンゼン環の重量比率が２０％以下でＣ＝Ｏ結合を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う工程と、
前記レジストの残膜および前記有機系反射防止膜をマスクとして被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、前記レジスト表面改質を行う工程と、前記被加工層のエッチングを行う工程とを同一装置内で処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
半導体基板上に単層または複数層の薄膜を介して被加工層を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
該有機系反射防止層上にベンゼン環の重量比率が２０％以下でＣ＝Ｏ結合を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う工程と、
前記レジストの残膜および前記有機系反射防止膜をマスクとして被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程の後に、前記レジスト表面改質を行なう工程と、前記被加工層のエッチング工程とを同一装置内で交互に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板上に所定の薄膜を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
前記有機系反射防止層上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、前記レジストの残膜および前記有機系反射防止膜をマスクとして被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記レジスト表面改質と前記有機系反射防止膜及び前記被加工層のエッチングを交互に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジスト表面改質と前記有機系反射防止膜及び前記被加工層のエッチングを同一装置内で行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記表面改質処理を電子線照射により行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体製造方法において、
前記表面改質処理により改質される改質膜厚よりも、前記有機系反射防止膜のエッチング工程または前記被加工層のエッチング工程によりエッチングされる平均膜厚が薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記表面改質処理を行う際の電子の入射エネルギーを１０Ｖから１ｋＶの間とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う際に、前記半導体基板にパルスバイアスを印加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記パルスバイアスを、エッチングで使用するプラズマ発生用電源をＯＦＦ後、所定のディレイ時間だけ遅らせて印加することにより、プラズマ密度を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ディレイ時間を１０ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃの間とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項１２０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記パルスバイアスを１サイクル当たり１０パルス以上の多パルスとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法において、前記パルスバイアス電圧を、コンデンサに充電した電荷を高速スイッチにより瞬時に放電して発生させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う工程を、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｎｅの少なくとも１種類か、もしくはＡｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｎｅの少なくとも１種類とＯ２、ＳＦ６、ＮＦ３の少なくとも１種類の混合ガス雰囲気中で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う際のプラズマ密度を１０９から１０１１ｃｍ−３、及び当該プラズマの電子温度を１から４ｅＶの間とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
真空容器と、該真空容器内に配置された試料ステージと、該試料ステージ上に保持される被加工試料に対して高周波電圧を印加する手段と、前記真空容器内にエッチングガスを供給する手段とを有し、
前記真空容器内の残留ガスを回収する手段と、回収した残留ガスを貯蔵する手段とを更に有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２７】
真空容器と、該真空容器内に配置された試料ステージと、該試料ステージ上に保持される被加工試料に対して高周波電圧を印加する手段と、前記真空容器内にエッチングガスを供給する手段と、前記被加工試料に対してパルスバイアスを印加する手段とを有し、前記試料ステージは、抵抗を介してアース端子と接続される伝送線とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置、特にエッチング工程の中でも層間絶縁膜のエッチングに用いられる半導体装置の製造装置およびエッチング方法に関し、ＡｒＦリソグラフィー以降のレジストパターンを用いた、ビア形成、高アスペクト比コンタクト形成、自己整合コンタクト形成、トレンチ形成、ダマシン形成、ゲートマスク形成等においてレジストダメージを低減できる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において、ウエハ上に形成されたトランジスタと金属配線間および金属配線間を電気的に接続するために、トランジスタ構造の上部および配線間に形成された層間絶縁膜に、プラズマを利用したドライエッチング方法でコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に、半導体もしくは金属を充填する。特に、９０ｎｍノード以降の高集積・高速Ｌｏｇｉｃデバイス製造では、誘電率が低いＬｏｗ−ｋ材料である層間絶縁膜にドライエッチング方法にて溝やビアを形成しＣｕを配線材料として埋め込むダマシン工程と、より微細なパターン形成を行うために１９３ｎｍの光源を用いたＡｒＦリソグラフィーが用いられている。ドライエッチング方法は、真空容器内に導入されたエッチングガスを外部から印加された高周波電力によりプラズマ化し、プラズマ中で生成された反応性ラジカルやイオンをウエハ上で高精度に反応させることで、レジストに代表されるマスク材料や、ビア、コンタクトホールの下にある配線層や下地基板に対し選択的に被加工膜をエッチングする技術である。
【０００３】
通常、半導体回路の配線パターン形成の際には、被加工膜上に有機膜系反射防止膜（ＢＡＲＣ）が形成され、更にその上にレジスト膜が形成される。ＢＡＲＣは、リソグラフィの光源であるレーザ光の干渉による異常パターン形成を防止するために用いられる。レジストパターン形成後、ＢＡＲＣエッチングを行ない、その後、被加工膜のエッチング（メインエッチング）が行なわれる。ＢＡＲＣエッチングでは、ＢＡＲＣの材質がレジストと同様にＣリッチであるために、ＣＦ４、ＣＨＦ３等のＦリッチなフロロカーボンガス及びＡｒに代表される希ガス及び酸素ガスの混合ガスを導入し、０．５Ｐａから１０Ｐａの圧力領域でプラズマを形成し、ウエハに入射するイオンエネルギーを０．１ｋＶから１．０ｋＶの範囲で制御してエッチングを行う。
【０００４】
また、ビアやコンタクトホール形成では、プラズマガスとして、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６Ｏ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６等のフロロカーボンガス及びＡｒに代表される希ガス及び酸素ガス及びＣＯガス等の混合ガスを導入し、０．５Ｐａから１０Ｐａの圧力領域でプラズマを形成し、ウエハに入射するイオンエネルギーを０．５ｋＶから２．５ｋＶまで加速する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような、エッチング工程において、ＡｒＦリソグラフィー以降のレジスト材料は、従来のＫｒＦレジストやｉ線レジストに比べエッチングによるレジストレートが大きいこと、レジストダメージに起因する表面荒れが大きいことが問題となる。
ＫｒＦレジストではそのエッチング耐性がＡｒＦに比べ十分に大きく、また、デバイスの集積度もそれほど大きくなかったため、ストライエーションやラインエッジラフネスは大きな問題とはならなかった。しかしながら、特にゲート電極形成のためのＳｉＯ２に代表されるハードマスクエッチングや素子分離形成用マスクとして用いるＳｉＮマスクエッチング等仕上り寸法精度が要求されるエッチングでは、エッチング後のレジスト粗さに起因するラインエッジラフネスの悪化はデバイス特性に大きな影響を与える。また、現在高集積Ｌｏｇｉｃデバイス製造で導入が進められている層間絶縁膜であるＬｏｗ−ｋ材料（ＳｉＯＣ膜）のエッチングでは、比較的高いバイアスによる高エネルギーのイオン照射や、Ｏ２リッチなガス雰囲気でエッチング処理を行うため、パターン側壁のストライエーション発生に加え、パターンの無いところに局所的な穴があいてしまうレジスト突き抜け現象が発生する。
そこで、本発明は、ＡｒＦリソグラフィー世代以降のレジストをマスクとして用いるエッチングプロセスにおいて、レジストのエッチング耐性を確保するエッチング方法ならびに本方法を実現するエッチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書には少なくとも３つの発明が開示される。
第１の発明においては、ＡｒＦレジスト等、従来のレジスト材料に比べてエッチング耐性が低いレジスト材料を用いたエッチングプロセスにおいて、有機系反射防止膜のエッチングまたは被加工層の一部のエッチングにおけるプラズマガスとして、全プラズマガス流量に対するＡｒの流量比率が１０％以下（好ましく０）であるプラズマガスを用いることにより、前記の課題を解決する。
【０００７】
第２の発明においては、同一エッチング装置内でレジスト改質とエッチングを行ない、レジストを改質しながらエッチングを行なうことにより、前記の課題を解決する。
【０００８】
第３の発明においては、被加工層のエッチングにおいて、従来希釈ガスとして用いられているＡｒに比べイオン化エネルギーの低いＸｅやＫｒといったガスを希釈ガスとして用いるか、またはＡｒに添加することにより、前記の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、エッチング耐性が弱いＡｒＦリソグラフィー以降のレジストを用いたパターン形成において問題となるレジストダメージを効率的に抑制でき、レジストダメージに起因するレジスト突き抜けやストライエーションを改善できる。また、レジスト改質とエッチングを交互に行う方法および装置を適用することで、通常スタンドアローンでレジスト改質を行う場合に比べ、装置コスト及びスループットを改善でき、生産性の向上にも貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ＡｒＦリソグラフィー世代以降のレジストをマスクとして用いるエッチングプロセスにおいて、レジストのエッチング耐性を確保する手段として２種類の手段が考えられる。
【００１１】
１つは、エッチングガスに含まれるイオンスパッタ成分をレジストにストライエーションや大きなラインエッジラフネスが発生しない程度に低減することである。
ＡｒＦレジスト用材料が従来のレジスト（例えば、ＫｒＦレジストなど）に比べてエッチング耐性が異なる要因は以下の理由による。すなわち、ＡｒＦレジスト中には、従来のレジストとは異なり、ベンゼン環がなくカルボニル基（Ｃ＝Ｏ結合）が多数存在する。カルボニル基には、更にアダマンチル基等の分子数の大きいエッチング阻害基が結合している。ＯＣ−Ｏ結合は結合エネルギーが小さく結合が不安定である。従って、エッチング中にレジスト表面に飛来するイオン、電子などのアタックに対し簡単に脱離する。その結果、局所的にＣ−Ｃ結合を主体とするレジストの主鎖が選択的に残り、マイクロマスクとなって表面粗さが劣化すると考えられる。従って、エッチングガス中に含まれるイオンスパッタ成分を十分低減すれば、Ｃ−Ｈ結合やＯＣ−Ｏ結合を切れにくくすることができ、結果的に、実用上問題無い程度にストライエーションや大きなラインエッジラフネスの発生を低減することができる。
「エッチングガスに含まれるイオンスパッタ成分」とは、従来使用されているエッチングガス（例えば、フロロカーボンガス、Ａｒ、酸素ガス及びＣＯガスの混合ガス）でいえば、例えばＡｒガスである。
なお、エッチングと同時ないしエッチングを行った後にレジスト表面をＦやＨを含むガスで処理することにより、レジスト表面の平坦性を更に向上することができる。これは、切れたカルボニキル基に含まれるＣの未結合手がＦやＨにより終端されるためＣ＝Ｃ結合の発生が押さえられるためである。更に、ＢＡＲＣエッチング後に、表面層に残留したＣ＝Ｃ結合主体のＣリッチなマイクロマスクを除去することによりレジスト表面ラフネスが抑制される。更にまた、ＢＡＲＣエッチング後のメインエッチング工程で、プラズマ中のＣラジカル、Ｏラジカルを抑制することにより、エッチング中に増幅されるレジスト変質に起因したストライエーション、レジスト突き抜けを低減することができる。
【００１２】
２つめは、レジストの改質である。しかしながら、従来のレジストの改質は、ＥＢキュア装置でレジストの改質を行なった後、エッチング装置にウェハを搬送してエッチング処理を行なっており、製造コストやスループット向上の点で不利であった。また、レジスト全体をフルキュアするために。高エネルギー（４keV程度）の電子線をレジスト全体に照射しており、ウェハにダメージを与える懸念があった。そこで、２つめの解決手段では、同一エッチング装置内でレジスト改質とエッチングを交互に行ない、レジストを改質しながらエッチングを行なうことを特徴とする。
【００１３】
本方法によれば、１サイクルでキュアすべきレジスト膜厚が薄いために、改質のために照射する電子線の加速エネルギーを押さえることが可能であり、ウェハへのダメージを低減することが可能である。併せて、レジスト表面改質をスタンドアローンの装置にて行う場合に比べ、スループットを高め生産性を向上させることが可能となる。
【実施例１】
【００１４】
図１には、 エキシマレーザを光源としたリソグラフィーにて形成したレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成する工程を示した断面図を示す。図１（ａ）は、本実施例のエッチング方法が適用される試料断面図の一例である。膜構造は、ＡｒＦリソグラフィー対応レジスト１、レーザの反射干渉による異常パターン形成を抑制するための有機系反射防止膜（ＢＡＲＣ）２、被加工膜であるシリコン酸化膜３、下地シリコン基板４からなっている。ここでは、ＡｒＦリソグラフィー対応レジストの膜厚を３５０ｎｍ、ＢＡＲＣ膜厚を６０ｎｍとした。なお、図１（ａ）〜（ｅ）の各図において、レジスト１の中央部の白抜き部は、コンタクトホールの内壁を示している。
図１（ｂ）、（ｄ）には、図１（ａ）に示した試料に対して、従来技術によるエッチングプロセスを適用した際の試料断面、図１（ｃ）、（ｅ）には、本実施例で説明するエッチングプロセスを適用した際の試料断面それぞれ示した。
【００１５】
まず、ＢＡＲＣ加工をプラズマエッチングにて行う。ＡｒＦリソグラフィー世代以前のＫｒＦリソグラフィー世代で用いていたＢＡＲＣ加工では、Ａｒ／ＣＦ４混合ガスを用いていた。エッチング条件は、例えば、ガス流量はＡｒ＝５００ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ４＝１２５ｍｌ／ｍｉｎで圧力は２Ｐａである。Ａｒを添加することで、ＣＦ４の分圧を制御し、ＢＡＲＣ加工時の垂直形状を実現していた。その条件をＡｒＦリソグラフィー世代に適用した場合を図１（ｂ）に示す。ＫｒＦレジストでは問題にならなかったが、ＡｒＦレジストではレジスト表面に数１０ｎｍのラフネスが発生し、また特に密パターン部のレジストホール側壁には縦スジであるストライエーション５が発生した。一方、図１（ｃ）に本発明のプロセス条件であるＡｒレス条件を適用した例を示す。この場合、ＣＦ４を１００ｍｌ／ｍｉｎないし５００ｍｌ／ｍｉｎで供給し、圧力を２Ｐａないし１０Ｐａとした。さらに、半導体基板に印加する高周波バイアス電力を０．３２Ｗ／ｃｍ２とした。本条件を用いると、スパッタ効率の高いＡｒイオンの入射を無くし、レジスト中のＣ−Ｈ結合及びＯＣ−Ｏ結合の切断を抑制することで、図１（ｂ）とは異なりレジスト表面のラフネス及びレジストパターン側壁のストライエーション５を改善できる。ここで、プラズマガスにＡｒを用いないことと、半導体基板に印加する高周波バイアスを抑制することがＡｒＦレジストダメージを抑制する上で重要であることを示す。
【００１６】
図２（ａ）はＣＦ４単独ガスのプラズマで高周波バイアス電力を０．３２Ｗ／ｃｍ２とした場合のＡｒＦレジスト状態、図２（ｂ）はＡｒとＣＦ４混合ガス条件で高周波バイアス電力を０．３２Ｗ／ｃｍ２とした場合のＡｒＦレジスト状態、図２（ｃ）は図２（ｂ）と同一ガス条件で高周波バイアス電力を０．６４Ｗ／ｃｍ２とした場合のＡｒＦレジスト状態をそれぞれ示す断面ＳＥＭ写真である。これらの観察結果から、Ａｒガスを用いずに且つ高周波バイアスを抑制した図２（ａ）が一番ＡｒＦレジスト表面が滑らかであることがわかる。また、図示していないが、本ＢＡＲＣ加工ではＡｒガスを用いない条件でも高周波バイアス電力を０．５Ｗ／ｃｍ２以上とすることで、レジスト表面荒れの発生が確認された。
次に図１（ｂ）、図１（ｃ）のＢＡＲＣ加工後のＡｒＦレジストをマスクとして、被加工膜であるシリコン酸化膜のエッチングを行う。エッチング条件には、Ａｒ／Ｃ４Ｆ６／Ｏ２／ＣＯの混合ガス系を用いる。具体的には、例えばＡｒを３００ｍｌ／ｍｉｎないし２０００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｃ４Ｆ６を２０ｍｌ／ｍｉｎないし７０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２を２５ｍｌ／ｍｉｎないし１００ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＯを０ｍｌ／ｍｎないし３００ｍｌ／ｍｉｎで供給する。そのときの圧力は１Ｐａないし１０Ｐａに設定する。
【００１７】
図１（ｄ）は、図１（ｂ）のＢＡＲＣ加工後に上記シリコン酸化膜加工を行った場合の断面図である。ＢＡＲＣ加工後は数１０ｎｍであったレジスト表面ラフネスはシリコン酸化膜加工を行うことにより増幅されて、パターンのない部分でもレジストに微細孔が形成され、ＢＡＲＣを突き抜けて被加工膜であるシリコン酸化膜まで達している。これを以下レジスト突き抜け６と呼ぶ。また、パターン側壁にはレジスト部の縦スジを反映してストライエーション７が発生している。本シリコン酸化膜加工条件は、対レジスト選択比を向上させるために、Ｃ４Ｆ６のようなＣ／Ｆ比の高いフロロカーボンガスやＣＯガスを用いている。したがって、シリコン酸化膜加工前のレジスト表面ラフネスが少しでもあると、エッチング中のＣＦポリマー膜質が比較的Ｃリッチであるために、レジスト表面をポリマーが完全に覆えず、微細な窪み部はポリマーが少ないためにエッチングが進行しやすく、レジスト突き抜けが発生する。また、特にパターン側壁部では、入射イオンによるスパッタの影響で実効的なポリマー量自体が少なく、場所によるポリマーの有無は顕著となり、ストライエーションが発生し易い。
一方、図１（ｃ）をマスクとしたシリコン酸化膜加工後の断面形状を図１（ｅ）に示す。本条件では、シリコン酸化膜加工前のレジスト表面ラフネスが非常に小さいため、エッチング中のＣＦポリマー量が多い本シリコン酸化膜加工条件においても、場所によるポリマー有無の差が小さく、レジスト変質は少ない。従って、図１（ｄ）に示すようなレジスト突き抜け、ストライエーションの発生を抑制できる。
ここでは、ＢＡＲＣ加工ガス条件としてＣＦ４単体を用いた例を示したが、ＣＦ４単体に限らず、ＣＦ４などのＣｘＨｙＦｚ(ｘ、ｚ＝１〜１０、ｙ＝０〜１０)ガスにＯ２やＳＦ６、ＮＦ３のようなＯラジカルやＦラジカルを供給できるガスを添加しても良い。この場合は、レジストのＣ−Ｈ結合、ＯＣ−Ｏ結合の切断により発生するＣリッチなダメージ層を上記ＯラジカルやＦラジカルによって除去し、ＢＡＲＣ加工後のレジストダメージを抑制できる。
【００１８】
プロセスガスに含まれるフロロカーボン系のガスとしては、ＣｘＨｙＦｚ(に含まれるＣの数がなるべく少ない方がよい（ｘ＝１、ｙ＝０〜１０、ｚ＝１〜１０)。被加工層の材質が無機低誘電率絶縁材（例えばＳｉＯＣ）の場合、ＣＨ３などＣ成分を含有していることが多く、フロロカーボンガス中のＣ含有比率が小さいと、エッチング停止抑制とレジストダメージ改善の両立を図ることが可能であるためである。プロセスガスとしては、フロロカーボン系ガスに、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｈ２、ＣＨ４の内少なくとも１種類のガスを混合して用いる。
【００１９】
また本発明に係わる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置は、前記被加工層エッチングにヨウ素を含むガスを添加することを特徴としている。これにより、質量の重いヨウ素イオンをエッチング中にレジスト表面に入射させることで、レジスト極表面層の改質効果を得ることが可能となる。
また、図１（ｂ）のようにＢＡＲＣ加工後にレジストダメージが発生しても、その後にＯ２、ＳＦ６、ＮＦ３等のプラズマによりＯラジカルやＦラジカル、Ｎラジカルを供給して、ＢＡＲＣ加工後に形成されたレジストダメージを取り除き、次にシリコン酸化膜加工を行っても同様の効果が得られる。さらに、ＢＡＲＣ加工時のみレジスト表面温度を−４０℃ないし０℃の低温に制御することで、レジストの反応自体を抑制し、レジストダメージを改善できることも言うまでもない。この場合、温度制御手段としては、ウエハとウエハを保持するステージ間に溜め込むガス圧力を制御することが考えられる。
【００２０】
次に、シリコン酸化膜加工時のエッチング条件に絞って説明する。なお、以下に説明する実施例のＢＡＲＣエッチングにおいても、上記で説明したＢＡＲＣエッチング条件を適用したほうが望ましいことは言うまでもない。
【００２１】
図３はシリコン酸化膜エッチング時に用いるプラズマガスにおける希釈ガスである希ガス種と電子温度の関係を示したものである。ガス条件として、希ガスを５００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｃ４Ｆ６を３０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２を３６ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＯを２００ｍｌ／ｍｉｎとして、そのときのガス圧力を２Ｐａに設定した。プラズマ発生用高周波電力は各条件とも一定の電力を用い、本条件では４００Ｗである。この場合、希ガスとして通常用いるＡｒよりもイオン化エネルギーが高いＨｅを用いると電子温度が高くなり、逆にイオン化エネルギーが低いＸｅを用いると電子温度が低くなる。電子温度はプラズマ中の解離度と密接に関係しており、Ｘｅを用いた低電子温度条件にて解離が抑制されることとなる。
【００２２】
図４に希ガス種によるレジスト表面８に堆積するＣＦポリマー９の様子を示す。図４（ａ）はＨｅの場合、図４（ｂ）はＡｒの場合、図４（ｃ）はＸｅの場合を示す。ＨｅやＡｒを用いると、解離が進行するために堆積するＣＦポリマーのＣ／Ｆ比はＣリッチとなり、実効的な付着係数は高くなる。従って、レジスト表面凹凸の凸部に選択的に堆積し、凹部にはあまり堆積しない。一方、Ｘｅを用いた場合は、解離が抑制され、ＣＦ２に代表されるラジカルが多く入射しＣＦポリマーのＣ／Ｆ比をＦリッチに制御でき、実効的な付着係数を低く抑えることが可能となる。この場合は、図４（ｃ）に示すようにレジスト表面を万遍なく覆えるポリマー状態となり、シリコン酸化膜エッチング時のレジストダメージを抑制できる。一方、イオン種による散乱を考えると、質量の軽いＨｅでは入射角に対し散乱角は比較的ブロードに広がるが、Ｘｅでは鏡面反射となり易い。つまり、レジストダメージとは逆に、ＨｅやＡｒに比べＸｅやＫｒのほうがイオン集中し易く、レジストダメージを被加工膜に転写し易いこととなる。従って、シリコン酸化膜加工時の希ガスとしてはＸｅとＡｒの混合ガスとすることで、レジストダメージ抑制及びイオン集中抑制を両立でき、シリコン酸化膜加工後のレジスト突き抜け及びストライエーションを改善できる。
ＢＡＲＣ加工または被加工層のエッチング工程でのウエハ温度は、−４０℃から０℃に制御すると良い。ＢＡＲＣ加工時のウエハ温度の高温度化を避けることで、気相中からのイオン及びラジカルとレジスト自体の物理及び化学反応の反応性が抑制され、レジストダメージが抑制される。
【００２３】
ウエハ温度を制御する方法としては、ウエハとウエハを支持するステージの間に導入するガスの圧力を制御する方法がある。ウエハを支持するステージを冷却する冷媒温度を例えば−２０℃と設定した場合、ＢＡＲＣのエッチング時には、ウエハに印加する高周波電力が低くプラズマからの入熱が小さいため、ウエハとウエハを支持するステージの間に導入するガスの圧力を低く設定し（例えば1ｋＰａ）、次の被加工層エッチング時は入熱が大きいため高く設定する（例えば１．５ｋＰａ）などすることにより、ウエハ表面の温度を所望の温度に簡便且つ瞬時に変更可能である。
【００２４】
また、本実施例に係わる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置では、前記被加工層エッチングの希釈ガスとして、Ｘｅ、Ｋｒの内少なくとも１種類か、Ｘｅ、Ｋｒの内少なくとも１種類とＡｒの混合ガスか、ＸｅとＫｒの混合ガスを用いる。ＸｅやＫｒはＡｒに比べ第一イオン化エネルギーが低いため、プラズマを維持するための電子温度を低くすることが可能であり、結果として、プラズマ中の解離を抑制し原料ガスであるフロロカーボンガスからのＣ、Ｏ各ラジカルの発生を低減できる。それにより、エッチング中のレジストダメージ増幅を抑制することが可能となる。
【実施例２】
【００２５】
本実施例では、レジストダメージを抑制するために、レジスト改質とエッチングを同一装置内で行う実施例を説明する。通常、レジスト改質は改質専用装置にて行い、その後エッチング装置にてエッチングを行う。しかしながら、本発明の実施例では図５のゲートマスク加工工程の断面図に示すように、レジスト改質とエッチングを交互に行う。図５（ａ）は処理前の断面図であり、ＡｒＦレジスト１１、反射防止膜１０、シリコン酸化膜１５の積層構造からなる。図５（ｂ）、図５（ｄ）はレジスト改質サイクルを示すが、一度のレジスト改質サイクルにて改質されるレジスト厚さ１２を、次のエッチングサイクル（図５（ｃ）、図５（ｅ））にてレジストが削れる厚さよりも厚く設定することで、エッチング時には常にレジスト表面は改質されており、レジストダメージを抑制できる。
【００２６】
一方、スタンドアローン装置にてレジスト改質を行う場合は、図６（ａ）に示す初期形状を、レジスト改質装置を用いて図６（ｂ）に示すようにレジスト全体を改質する。従って、レジストが横方向に縮み、これをマスクとしてエッチング装置にてエッチング処理を行うと、図６（ｃ）に示すように寸法シフトが発生し、デバイスの電気的特性に対し大きな問題となる。従って、本発明の実施例では、常に次のエッチングサイクルにて削れるレジスト厚さよりも若干厚いレジストを改質することで、レジストの寸法シフト量を最小限に留めることが可能となり、高精度な加工を実現できる。また本実施例ではレジスト改質とエッチングを同一装置内で行うために、装置コストの抑制及び高スループット化に貢献できる。
次に、本実施例のレジスト改質手段として電子ビームキュアを用いる場合を説明する。本実施例を実現するための装置概略図を図７に示す。本実施例ではプラズマ発生方式は問わないが、本実施例ではＵＨＦ−ＥＣＲプラズマ方式を用いた場合について説明する。
真空容器１０１の周囲に空心コイル１０２が設置されている。真空容器にはガス導入管１０３により原料ガスを導入し、同軸線路１０４、整合器１０５を介して電磁波放射アンテナに４５０ＭＨｚ電源１０６にて発生した電磁波を供給して、前記空心コイルにより発生した磁場との相互作用によりプラズマを発生させる。また、同時に前記電磁波放射アンテナには１３．５６ＭＨｚ電源１０８が設置されており、プロセスにより印加バイアスが変更可能である。真空容器には下部電極１０９があり、この上に被加工試料１１０を設置する。この下部電極には、レジスト改質、エッチングを交互に行えるミキシングバイアス部１２４が接続されている。ミキシングバイアス部１２４には、ＲＦバイアスとパルスバイアスを切り替える高速スイッチ部１２５が組み込まれている。ミキシングバイアス部１２４と高速スイッチ部１２５とは、一つの筐体内に配置されており、図示されてはいないが、筐体は更にアースされている。通常のエッチングを行う場合には、８００ＫＨｚの高周波バイアス電力１２３を電源１１１、整合器１１２を介して供給する。その場合、もう一方のコンデンサ側のスイッチはＯＦＦとして、ＲＦバイアス供給側をＯＮにしておく。
レジスト改質を行う場合は、コンデンサ１２６に蓄えられた電荷をコンデンサに接続されたスイッチをＯＮすることで瞬時に供給し、正のパルスバイアス１２７を発生させる。この場合は、ＲＦ供給側のスイッチをＯＦＦとしておく。
図８のシミュレーション結果に示すように、効率的に正のパルスバイアスをウエハに印加するにはプラズマ密度、電子温度の制御が必要となる。電子の加速エネルギーを得るためのプラズマ状態は高電子温度、低密度状態が良く、一方、電子電流を確保するためには高電子温度、高密度状態が良い。本実施例では正のパルスバイアスを印加する際のプラズマ密度を制御する手段として、パルスプラズマを用いた。プラズマ発生用の４５０ＭＨｚ電源１０６をパルス動作させ、レジスト改質サイクルでは４５０ＭＨｚ電源出力をＯＦＦとする。４５０ＭＨｚ電源１０６のＯＮ、ＯＦＦをトリガ信号１２８として高速スイッチ１２５へ入力し、ＯＦＦしてから正のパルスバイアスを印加するまでのディレイ時間を制御することで、所望のプラズマ密度を得ることが可能となる。これにより、プラズマ中で生成された電子を効率良くウエハ表面に入射させ、レジスト表面を改質することができる。
また、電子ビームキュアでは電子のドーズ量を確保することが極めて重要である。本実施例では、レジスト改質サイクル中にウエハに印加する正のパルスバイアスのパルス数を制御することで対応することが可能である。この場合、試料ステージ１２０と、アースされた筐体とを接続する伝送線上に抵抗を設けておく。抵抗を介してウェハにチャージされた電荷がリークするため、１つのパルスバイアスが印加後、次のパルスバイアスを印加できるまでの時間を短くすることができる。このため、レジスト改質サイクルにおける最大パルスバイアス数を増大できる。一方、電子の加速エネルギーを制御するためには正のパルスバイアスの波高を制御することが必要である。これは、コンデンサに電荷を供給する直流電源１２９の出力端電圧を制御することで可能となる。以上記載した制御動作は、全て制御用のコンピュータ１３０により実行される。
【００２７】
実際のプロセスでは、レジスト改質サイクルでは、プラズマ条件は次にくるエッチングサイクルと同条件を用いる。例えば、ＢＡＲＣ加工とレジスト改質を繰り返す場合にはＣＦ４を１２５ｍｌ／ｍｉｎ導入しプラズマを発生させる。プラズマ密度を制御して電子を効率的にレジスト表面に入射させレジスト改質を行うために、プラズマをＯＦＦしてから５０ｍｓｅｃ後にパルスバイアスを印加し始める。次にＢＡＲＣエッチングサイクルでは、プラズマガスをそのまま維持してプラズマを発生させパルスバイアスの代わりに今度はＲＦバイアスを印加し、イオンを入射させる。これらを図９に示すように交互に繰り返し、ＢＡＲＣ加工が終了した後は、エッチング条件を被加工層のエッチングに適した条件に変更し、同様にレジスト改質サイクルとエッチングサイクルを交互に行う。これにより、本発明に係わるＡｒＦレジストをマスクとした被加工層のエッチングをレジスト突き抜け及びストライエーション無く行うことが可能となる。
【００２８】
レジスト表面改質を行う際の電子の入射エネルギーを１０Ｖから１ｋＶの間とする。一度のレジスト表面改質工程で改質するレジスト膜厚は、電子の入射エネルギーにより制御する。これは、電子の入射エネルギーに応じて電子の非弾性衝突平均自由工程が変わるためである。一度の表面改質工程により改質する膜厚は、おおよそ数ｎｍから５０ｎｍ程度であるが、入射エネルギーが１０Ｖから１ｋＶの範囲であれば、改質膜厚は上記の範囲に収まる。
【００２９】
レジスト表面改質を行う際のプラズマガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｎｅの少なくとも１種類か、もしくはＡｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｎｅの少なくとも１種類とＯ２、ＳＦ６、ＮＦ３の少なくとも１種類の混合ガスを用いるとよい。レジスト表面改質を行う際のプラズマガスに堆積性ガスを用いないことで、効率的にレジストに電子を作用させ、改質効果を得ることができるためである。
【００３０】
また、本実施例に係わる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置においては、レジスト表面改質を行う際にプラズマ密度を制御して正のパルスバイアスを印加する。
上記手段によれば、プラズマ密度を制御することで、プラズマインピーダンスを制御でき効率的に電子を引き込むことが可能となる。例えば、電子の入射エネルギーを得るためのプラズマ状態としては、高電子温度、低プラズマ密度が、電子電流を得るためには、高電子温度、高プラズマ密度が良い。従って、電子の入射エネルギーを１０Ｖから１ｋＶの間で効率的に電子電流をウエハに入射させるためには、プラズマ密度の制御が必要となる。
【００３１】
また、本実施例に係わる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置においては、レジスト表面改質を行う際にプラズマ発生用高周波電力をＯＦＦしてから正のパルスバイアス電圧を印加するまでのディレイ時間にてプラズマ密度を制御することを特徴としている。上記手段によれば、プラズマ発生用高周波電力をパルス変調し、ＯＦＦしてから任意のディレイ時間後にウエハに正のパルスバイアスを印加することで簡便にプラズマ密度を制御可能である。この場合、レジスト表面改質の後に行うエッチング工程は、プラズマ発生用高周波電力をＯＮしてプラズマを発生させ、高周波バイアスを半導体基板に印加することで行う。
【００３２】
レジスト表面改質を行う際に印加する正のパルスバイアス電圧の印加数は、１サイクル当たり１０パルス以上の多パルスとすると良い。プラズマ状態にも依るが、通常１パルスで必要な電子の数（ドーズ量）を確保することは困難である。従って、レジスト改質工程においてプラズマ発生用高周波電力をＯＦＦしてから半導体基板に印加する正のパルスバイアスの印加数を制御することで、レジスト改質に必要なドーズ量を確保することが可能となる。
また、本実施例に係わる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置においては、半導体基板に高周波バイアスおよび正のパルスバイアスを印加する伝送線路の内導体とアース間を抵抗で接続することを特徴としている。上記手段によれば、レジスト改質工程において正のパルスバイアスを多パルス印加する際に、適当な抵抗で内導体とアース間を接続することで、１パルスで半導体基板および伝送線路内が蓄積する電荷をある時定数で放出し、次のパルス印加に備えることが可能となる。本手段により、１サイクルで印加できる最大パルス数を大きくすることができる。
【実施例３】
【００３３】
本実施例では、先に説明した実施例２と実施例１を組み合わせた場合のプロセスについて説明する。まず、レジスト表面層のレジスト改質を、実施例２で説明した電子ビームキュア方式を用いて行う。その際、電子を発生させるプラズマガスとしては、堆積性ラジカルや反応性ラジカルを形成しない、希ガスを用いる。それにより、純粋に電子をレジスト表面に引き込み、レジスト改質効果を高めることが可能となる。本実施例では、Ａｒを５００ｍｌ／ｍｉｎ供給し、圧力を２Ｐａに設定した。レジスト改質サイクルでは、プラズマをＯＦＦしてから５０ｍｓｅｃ後から正のパルスバイアスを１５０００パルス印加した。電子加速電圧はおよそ１００Ｖであり、ドーズ量はおよそ２０００μＣ／ｃｍ２である。その際のレジスト改質厚さは１０〜２０ｎｍ程度である。その後、実施例１で示した、Ａｒガスを導入しないＣＦ４単独のプラズマを発生させてＢＡＲＣ加工を行い、レジストダメージを抑制した。また、被加工層であるシリコン酸化膜をＸｅ、Ａｒ、Ｃ４Ｆ６、Ｏ２、ＣＯ混合ガス系にてエッチングすることで、レジストダメージに起因したレジスト突き抜け、ストライエーションをより低減することが可能となる。
【実施例４】
【００３４】
実施例４は、ＡｒＦレジストの負荷を低減する方法のひとつである多層レジスト加工の実施例である。図１０は本実施例で用いられる試料の断面図であり、ＡｒＦエキシマレーザを光源としたリソグラフィーにて形成したＡｒＦレジストパターンをマスクとしてノボラック樹脂をパターニングする多層レジスト構造を示している。膜構造はＡｒＦレジスト１６、ＢＡＲＣ１７、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）１８、ノボラック樹脂１９、被加工層２０から成っている。本構造では、最終的に被加工層をエッチングするマスクとしてエッチング耐性に優れたノボラック樹脂を用いる。従って、パターン側壁のストライエーションが無く高精度にノボラック樹脂にパターン転写することが極めて重要である。
まず、実施例１で説明したＣＦ４単独のエッチング条件にてＢＡＲＣ加工を行う。これにより、ＢＡＲＣ加工後のＡｒＦレジストダメージを抑制できる。次に、ＳＯＧ加工を行う。ＳＯＧはシリコン酸化膜の一種であるため、フロロカーボンガスを含むガス系にてエッチングを行う。例えば、ガス系としてＸｅ、Ａｒ、Ｃ５Ｆ８、Ｏ２の混合ガス系を用いる。他にも希ガスとしてＸｅやＫｒの単体や、ＫｒとＸｅの混合ガス、若しくはＫｒとＡｒの混合ガスを用いることも効果的である。その後、ＳＯＧ加工後に残存したＡｒＦレジスト、ＢＡＲＣ、ＳＯＧをマスクとしてノボラック樹脂を加工する。この場合は、ＮＨ４単独かＮ２とＨ２の混合ガス系を用いる。
【００３５】
以上により、ＡｒＦレジストダメージを低減してノボラック樹脂の加工が完了するが、実施例２で説明したレジスト改質とエッチングの繰り返しプロセスを用いてもＡｒＦレジストダメージを抑制できることは言うまでもない。この場合は、ＢＡＲＣ及びＳＯＧ加工時に希ガスとしてＡｒ単体を用いても良い。また、本発明は、本実施例で示した多層レジスト形成にとどまらず、ダマシン形成、セルフアラインコンタクト形成にも適用できることは言うまでもない。
【実施例５】
【００３６】
本実施例では、実施例１から４に係わるエッチング装置において、排気ガスを再生処理するための再生処理システムを組込んだ場合を詳しく説明する。実施例１で説明したように、コンタクトホールやＶｉａ加工におけるシリコン酸化膜のエッチングでは、ＡｒＦレジストのダメージを抑制するためには、希釈ガスとして電子温度を低減できるＸｅやＫｒなどの希ガスを用いることが望ましい。しかしながら、ＸｅやＫｒは大気中に存在する割合が非常に小さく大変高価である。従って、図１１に示すようにシステムの最終段に再生用貯蔵タンクを設置した。再生用貯蔵タンクに蓄えられる排ガスは排気ポンプ及び除外装置を経ており、ハロゲンガス、一酸化炭素ガス、フロロカーボンガスなど人体及び環境に悪影響を及ぼす成分を取り除いたものである。回収された排ガスを再生処理業者に委託することで、再度ＸｅやＫｒを精製できる。このシステムを導入することで、ＸｅやＫｒのコストを低減でき、同時に自然環境に配慮したエッチングプロセスが構築できる。また、例えばエッチングチャンバの定期メンテナンス時に本再生用貯蔵タンクを交換することで、生産性に及ぼす影響も最小限に留めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＡｒＦエキシマレーザを光源としたリソグラフィーにて形成したレジストパターンをマスクとしてコンタクトホールを形成する工程を示した断面図。
【図２】ＡｒＦレジストを各種条件にてエッチングした場合の断面ＳＥＭ写真。
【図３】本発明で用いるコンタクトホールエッチング時の希ガス種と電子温度の関係を示す概念図。
【図４】希ガス種によるレジスト上に堆積するＣＦポリマーの概念図。
【図５】本発明のレジスト改質とエッチングを交互に行う工程を示した断面図。
【図６】従来のレジスト改質工程による寸法シフトを示す断面図。
【図７】本発明のレジスト改質とエッチングを交互に行う工程を実現するためのエッチング装置概略図。
【図８】本発明のレジスト改質サイクルにて入射する電子の諸量とプラズマ密度、電子温度依存性を示す概念図（（ａ）加速エネルギー、（ｂ）電子電流）。
【図９】本発明のレジスト改質、エッチングシーケンスの概念図。
【図１０】本発明の実施例の一つである多層レジスト加工の断面図。
【図１１】本発明の実施例の一つである、システムに排ガス処理装置を組込んだ場合のシーケンス図。
【符号の説明】
【００３８】
１０１. 真空容器、１０２. 空心コイル、１０３. ガス導入管、１０４. 同軸線路、１０５. 整合器、１０６. ４５０ＭＨｚ電源、１０８. １３．５６ＭＨｚ電源、１０９. 下部電極、１１０. 被加工試料、１１１. 高周波バイアス電源、１１２. ブロッキングコンデンサ、１１３. ガス流量計、１１４. 真空排気系、１１５. コンダクタンスバルブ、１１６. アース電位導体板、１１７. 誘電体、１１８. 円板状導体板、１１９. シリコン円板、１２０. チャック部、１２１. フォーカスリング、１２２. コンデンサ、１２３. ＲＦバイアス電力、１２４. ミキシングバイアス部、１２５. 高速スイッチ、１２６. コンデンサ、１２７.パルスバイアス、１２８. トリガ信号、１２９. 直流電源、１３０. 制御用コンピュータ、１. ＡｒＦレジスト、２. 有機系反射防止膜、３. シリコン酸化膜、４. シリコン基板、５. ストライエーション、６. レジスト突き抜け、７. ストライエーション、８. ＡｒＦレジスト、９. ＣＦポリマー、１０. 反射防止膜、１１. ＡｒＦレジスト、１２. レジスト改質工程にて改質されたＡｒＦレジスト、１３.電子、１４. イオン、１５. シリコン酸化膜、１６. ＡｒＦレジスト、１７. 有機系反射防止膜、１８. ＳＯＧ、１９. ノボラック樹脂、２０. 被加工層、２１. スタンドアローンのレジスト改質装置にて実施した場合の改質されたＡｒＦレジスト、２２. ＡｒＦレジスト、２３. シリコン基板。
【図１】
2005072518.tif 000003
【図２】
2005072518.tif 000004
【図３】
2005072518.tif 000005
【図４】
2005072518.tif 000006
【図５】
2005072518.tif 000007
【図６】
2005072518.tif 000008
【図７】
2005072518.tif 000009
【図８】
2005072518.tif 000010
【図９】
2005072518.tif 000011
【図１０】
2005072518.tif 000012
【図１１】
2005072518.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月9日(2003.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、単層または複数層の薄膜を介して被加工層を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
該有機系反射防止層上にベンゼン環の重量比率が２０％以下でＣ＝Ｏ結合を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターンの残膜をマスクとして前記被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記有機系反射防止膜のエッチング及び被加工層の一部のエッチングにおけるプラズマガスとして、全プラズマガス流量に対する流量比率が１０％以下のＡｒガスと、フロロカーボンガスであるＣｘＨｙＦｚ(ｘ、ｙ＝０〜１０、ｚ＝１〜１０)との混合ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記混合ガスに、更にＮ２、Ｏ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｈ２、ＣＨ４の少なくとも１つを混合して用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系反射防止膜エッチングまたは前記被加工層のエッチングの後に、Ｆ、Ｏ、Ｎを含有するガスプラズマにてレジスト表面のラフネスを低減する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系反射防止膜のエッチング及び被加工層の一部のエッチングに際し、半導体基板に印加する高周波バイアス電力を０．５Ｗ／ｃｍ２以下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系反射防止膜及び前記被加工層の一部をエッチングする工程でのウエハ温度を−４０℃から０℃に制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
ウエハ温度を制御する方法としてウエハとウエハを支持するステージの間に導入するガスの圧力を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記被加工層エッチングの希釈ガスとして、Ｘｅ、Ｋｒの内少なくとも１種類か、Ｘｅ、Ｋｒの内少なくとも１種類とＡｒの混合ガスか、ＸｅとＫｒの混合ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記被加工層エッチングの後に、エッチング装置内の残留ガスを回収することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記回収した残留ガスからＸｅとＫｒを抽出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＣｘＨｙＦｚガスとして、ｘ＝１であるガスとＮ２、Ｏ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｈ２、ＣＨ４の内少なくとも１種類を混合して用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記被加工層のプラズマガスに、ヨウ素を含むガスを添加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に単層または複数層の薄膜を介して被加工層を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
該有機系反射防止層上にベンゼン環の重量比率が２０％以下でＣ＝Ｏ結合を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う工程と、
前記レジストの残膜および前記有機系反射防止膜をマスクとして被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、前記レジスト表面改質を行う工程と、前記被加工層のエッチングを行う工程とを同一装置内で処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
半導体基板上に単層または複数層の薄膜を介して被加工層を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
該有機系反射防止層上にベンゼン環の重量比率が２０％以下でＣ＝Ｏ結合を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う工程と、
前記レジストの残膜および前記有機系反射防止膜をマスクとして被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程の後に、前記レジスト表面改質を行なう工程と、前記被加工層のエッチング工程とを同一装置内で交互に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板上に所定の薄膜を形成する工程と、
前記薄膜上に有機系反射防止層を形成する工程と、
前記有機系反射防止層上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をエッチングする工程と、前記レジストの残膜および前記有機系反射防止膜をマスクとして被加工層をエッチングする工程とを含み、
前記レジスト表面改質と前記有機系反射防止膜及び前記被加工層のエッチングを交互に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジスト表面改質と前記有機系反射防止膜及び前記被加工層のエッチングを同一装置内で行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記表面改質処理を電子線照射により行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体製造方法において、
前記表面改質処理により改質される改質膜厚よりも、前記有機系反射防止膜のエッチング工程または前記被加工層のエッチング工程によりエッチングされる平均膜厚が薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記表面改質処理を行う際の電子の入射エネルギーを１０Ｖから１ｋＶの間とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う際に、前記半導体基板にパルスバイアスを印加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記パルスバイアスを、エッチングで使用するプラズマ発生用電源をＯＦＦ後、所定のディレイ時間だけ遅らせて印加することにより、プラズマ密度を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ディレイ時間を１０ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃの間とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記パルスバイアスを１サイクル当たり１０パルス以上の多パルスとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法において、前記パルスバイアス電圧を、コンデンサに充電した電荷を高速スイッチにより瞬時に放電して発生させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う工程を、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｎｅの少なくとも１種類か、もしくはＡｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｎｅの少なくとも１種類とＯ２、ＳＦ６、ＮＦ３の少なくとも１種類の混合ガス雰囲気中で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記レジストパターンの表面改質処理を行う際のプラズマ密度を１０９から１０１１ｃｍ−３、及び当該プラズマの電子温度を１から４ｅＶの間とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
真空容器と、該真空容器内に配置された試料ステージと、該試料ステージ上に保持される被加工試料に対して高周波電圧を印加する手段と、前記真空容器内にエッチングガスを供給する手段とを有し、
前記真空容器内の残留ガスを回収する手段と、回収した残留ガスを貯蔵する手段とを更に有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２７】
真空容器と、該真空容器内に配置された試料ステージと、該試料ステージ上に保持される被加工試料に対して高周波電圧を印加する手段と、前記真空容器内にエッチングガスを供給する手段と、前記被加工試料に対してパルスバイアスを印加する手段とを有し、前記試料ステージは、抵抗を介してアース端子と接続される伝送線とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005072518.tif 000014