(57)【要約】【課題】  Ｏ２系エッチングガスのプラズマを使用して３層レジストの下層レジスト膜をドライ現像する際に、エッチング形状の制御と残渣の抑制を両立させることが可能なプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】  プラズマエッチング装置１の処理室内で、エッチングガスとして、分子内に炭素原子を含む炭素含有化合物ガスとＯ２ガスとを含む混合ガスを用い、かつ総ガス流量に対する炭素含有化合物ガスの流量比を４０〜９９％として、上層有機系材料膜および中間層をマスクとして下層有機系材料膜をエッチングすることにより、前記中間層のパターンを前記下層有機系材料膜に転写する工程を含む、プラズマエッチング方法。【選択図】  図１
2007294842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層より上層に、下から下層有機系材料膜、無機系材料からなる中間層および上層有機系材料膜が形成され、かつ前記中間層および前記上層有機系材料膜がパターン形成されている被処理体に対し、
プラズマエッチング装置の処理室内で、エッチングガスとして、分子内に炭素原子を含む炭素含有化合物ガスとＯ２ガスとを含む混合ガスを用い、かつ総ガス流量に対する前記炭素含有化合物ガスの流量比を４０〜９９％として、前記上層有機系材料膜および前記中間層をマスクとして前記下層有機系材料膜をエッチングすることにより、前記中間層のパターンを前記下層有機系材料膜に転写する工程を含む、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記炭素含有化合物ガスがＣＯガスである、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
総ガス流量に対する前記ＣＯガスの流量比が５０〜９９％である、請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記炭素含有化合物ガスがＣＨ４ガスである、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
総ガス流量に対する前記ＣＨ４ガスの流量比が４０〜６０％である、請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記プラズマエッチング装置は、相対向する上下一対の電極間に高周波電界を形成してプラズマを生成する容量結合型プラズマエッチング装置である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
上部電極にプラズマ形成用高周波を５００〜１０００Ｗ印加し、下部電極にイオン引込み用高周波を１００〜３００Ｗ印加する、請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
下部電極に、プラズマ形成用高周波を５００〜１０００Ｗおよびイオン引込み用高周波を１００〜３００Ｗ印加する、請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項９】
上部電極または下部電極に対し、プラズマ形成用高周波を０．９４〜１．８８Ｗ／ｃｍ２のパワー密度で印加する、請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマエッチング装置を制御する、制御プログラム。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマエッチング装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１２】
被処理体に対しプラズマエッチング処理を行なうための処理室と、
前記処理室内で被処理体を載置する支持体と、
前記処理室内を減圧するための排気手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記処理室内で請求項１から請求項９のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて被処理体をエッチングする工程を含むプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスは一層の高集積化が求められており、そのため、より微細なパターンを形成することが要求されている。このような要求を満たすべく、フォトリソグラフィー工程においては、微細パターンに対応して高解像度を得るために、ドライエッチングによるパターン形成の際に半導体ウエハ上に形成されるレジスト膜を薄く形成する必要がある。しかし、微細パターンに対応してレジスト膜を薄くしていくと、レジスト膜に対する被エッチング膜のエッチング選択比を十分に確保することができなくなり、微細なパターンを精度良く形成し難いという問題があった。
【０００３】
そこで、上記のような不都合を解消する技術として、３層レジストが用いられている。３層レジストの例としては、被エッチング膜である下地層の上に平坦化のために有機系材料からなる下層レジスト膜を厚く形成し、その上に例えばＳＯＧ（Spin On Grass）による酸化ケイ素膜などの無機系材料膜を中間層として形成し、さらにその上に、上層レジスト膜（感光性レジスト膜）を形成したものが挙げられる。
【０００４】
このような３層レジストにおいては、まず、最上層の上層レジスト膜をフォトリソグラフィー技術によってパターン形成し、次いでこのパターン形成された上層レジスト膜をマスクとして中間層をエッチングし、上層レジスト膜のパターンを中間層に転写する。次に、上層レジスト膜および中間層をマスクとして用い、下層レジスト膜をエッチング（ドライ現像）し、上層レジスト膜および中間層のパターンを下層レジスト膜に転写する。この際、下層レジスト膜より薄く形成された上層レジスト膜はエッチング途中で消失し、中間層をマスクとして下層レジスト膜のエッチングが完了する。このようにして、最終的にパターン形成された下層レジスト膜と中間層とが残る。そして、この下層レジスト膜と中間層とからなる積層構造のマスクを使用して、下地層のエッチングが行なわれる。
【０００５】
このような一連のエッチング工程において、ドライ現像工程、すなわち、上層レジスト膜および中間層をマスクとして下層レジスト膜をエッチングする際には、Ｏ２ガスを含むＯ２系エッチングガスが用いられてきた（例えば、特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００２−９３７７８号公報（請求項３など）
【特許文献２】特開２００２−１１０６４３号公報（請求項４など）
【特許文献３】特開２００４−７１７６８号公報（請求項１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｏ２系エッチングガスを用いてドライ現像を行なう場合、下層レジスト膜を垂直にエッチングすることが難しく、エッチング形状の制御性に難点があった。また、開口面積が広いパターンをドライ現像する場合には、ドライ現像後に開口内に露出させられるべき下地層の表面に、エッチングの際の反応生成物が残渣となって付着・堆積するという問題があった。そして、Ｏ２系エッチングガスのプラズマによるドライ現像では、上記エッチング形状の制御と残渣の抑制とはトレードオフの関係にあり、この二つの要求を両立できるエッチング条件は見出されていないのが実情であった。
【０００７】
従って本発明は、Ｏ２系エッチングガスのプラズマを使用して３層レジストの下層レジスト膜をドライ現像する際に、エッチング形状の制御と残渣の抑制を両立させることが可能なプラズマエッチング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、下地層より上層に、下から下層有機系材料膜、無機系材料からなる中間層および上層有機系材料膜が形成され、かつ前記中間層および前記上層有機系材料膜がパターン形成されている被処理体に対し、
プラズマエッチング装置の処理室内で、エッチングガスとして、分子内に炭素原子を含む炭素含有化合物ガスとＯ２ガスとを含む混合ガスを用い、かつ総ガス流量に対する前記炭素含有化合物ガスの流量比を４０〜９９％として、前記上層有機系材料膜および前記中間層をマスクとして前記下層有機系材料膜をエッチングすることにより、前記中間層のパターンを前記下層有機系材料膜に転写する工程を含む、プラズマエッチング方法を提供する。
【０００９】
上記第１の観点において、前記炭素含有化合物ガスがＣＯガスであってもよい。この場合、総ガス流量に対する前記ＣＯガスの流量比が５０〜９９％であることが好ましい。
【００１０】
また、前記炭素含有化合物ガスがＣＨ４ガスであってもよい。この場合、総ガス流量に対する前記ＣＨ４ガスの流量比が４０〜６０％であることが好ましい。
【００１１】
また、前記プラズマエッチング装置は、相対向する上下一対の電極間に高周波電界を形成してプラズマを生成する容量結合型プラズマエッチング装置であることが好ましい。この場合、上部電極にプラズマ形成用高周波を５００〜１０００Ｗ印加し、下部電極にイオン引込み用高周波を１００〜３００Ｗ印加してもよく、あるいは、下部電極に、プラズマ形成用高周波を５００〜１０００Ｗおよびイオン引込み用高周波を１００〜３００Ｗ印加してもよい。
また、上部電極または下部電極に対し、プラズマ形成用高周波を０．９４〜１．８８Ｗ／ｃｍ２のパワー密度で印加することもできる。
【００１２】
本発明の第２の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマエッチング装置を制御する、制御プログラムを提供する。
【００１３】
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマエッチング装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
【００１４】
本発明の第４の観点は、被処理体に対しプラズマエッチング処理を行なうための処理室と、
前記処理室内で被処理体を載置する支持体と、
前記処理室内を減圧するための排気手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記処理室内で上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のプラズマエッチング方法によれば、Ｏ２ガスに、分子内に炭素原子を含む炭素含有化合物ガスを特定の流量比で組み合わせた混合ガスを用いることにより、３層レジストの下層有機系材料膜をドライ現像する際、エッチング形状の制御性を確保できるとともに、大開口パターンでの残渣の発生を抑制することができる。
従って、本発明のプラズマエッチング方法は、微細化が進む半導体装置の製造過程におけるエッチングプロセスとして好適であり、信頼性の高い半導体装置を製造する上で有利に利用できる方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するために好適に利用可能なプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。このプラズマエッチング装置１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プラズマエッチング装置として構成されている。
【００１７】
このプラズマエッチング装置１は、例えば表面がセラミック溶射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容器としてのチャンバー２を有しており、このチャンバー２は保安接地されている。前記チャンバー２内には、例えばシリコンからなり、その上に所定の膜が形成された半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に載置し、かつ、下部電極としても機能するサセプタ３が支持部材４に支持された状態で設けられている。この支持部材４はセラミックなどの絶縁板５を介して、図示しない昇降装置の支持台６により支持されており、この昇降機構によってサセプタ３が昇降可能となっている。支持台６の下方中央の大気部分は、ベローズ７で覆われており、チャンバー２内と大気部分とが分離されている。
【００１８】
前記支持部材４の内部には、冷媒室８が設けられており、この冷媒室８には、例えばガルデンなどの冷媒が冷媒導入管８ａを介して導入されて循環し、その冷熱が前記サセプタ３を介して前記ウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。また、チャンバー２が真空に保持されていても、冷媒室８に循環される冷媒によりウエハＷを有効に冷却可能なように、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを供給するためのガス通路９が設けられており、この伝熱媒体を介してサセプタ３の冷熱がウエハＷに有効に伝達され、ウエハＷを精度良く温度制御することができる。
【００１９】
前記サセプタ３は、その上部中央部が凸状の円板状に成形され、その上に、絶縁材の間に電極１２が介在されてなる静電チャック１１が設けられており、電極１２に接続された直流電源１３から直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によってウエハＷを静電吸着する。前記サセプタ３の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、エッチングの均一性を向上させるための環状のフォーカスリング１５が配置されている。
【００２０】
前記サセプタ３の上方には、このサセプタ３と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド２１が設けられている。このシャワーヘッド２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ３との対向面２４には多数の吐出孔２３を有している。なお、ウエハＷ表面とシャワーヘッド２１とは、例えば３０〜９０ｍｍ程度離間され、この距離は前記昇降機構により調節可能である。
【００２１】
前記シャワーヘッド２１の中央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８を介して、エッチングガスを供給する処理ガス供給系３０が接続されている。処理ガス供給系３０は、例えば図２に示すように、ＣＯガス供給源３０１およびＯ２ガス供給源３０２を有しており、これらガス源からの配管には、それぞれマスフローコントローラ３１１およびバルブ３１２が設けられている。また、図３は処理ガス供給系３０の別の構成例であり、この例では、ＣＨ４ガス供給源３０３およびＯ２ガス供給源３０４を有しており、これらガス源からの配管には、それぞれマスフローコントローラ３１１およびバルブ３１２が設けられている。
【００２２】
そして、エッチングガスとしてのＣＯガス／Ｏ２ガスや、ＣＨ４ガス／Ｏ２ガスが、処理ガス供給系３０のそれぞれのガス供給源からガス供給配管２７、ガス導入口２６を介してシャワーヘッド２１内の空間に至り、ガス吐出孔２３から吐出される。
【００２３】
前記チャンバー２の側壁底部近傍には排気管３５が接続されており、この排気管３５には排気装置３６が接続されている。排気装置３６はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはウエハＷの搬入出口３７と、この搬入出口３７を開閉するゲートバルブ３８とが設けられており、このゲートバルブ３８を開にした状態で搬入出口３７を介してウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００２４】
上部電極として機能するシャワーヘッド２１には、高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介在されている。この高周波電源４０は、例えば６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を上部電極であるシャワーヘッド２１に供給し、上部電極であるシャワーヘッド２１と下部電極であるサセプタ３との間にプラズマ形成用の高周波電界を形成する。また、シャワーヘッド２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。
【００２５】
下部電極として機能するサセプタ３には、高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介在されている。この高周波電源５０は、例えば２ＭＨｚの周波数の高周波電力を下部電極であるサセプタ３に供給し、プラズマ中のイオンをウエハＷに向けて引き込み、異方性の高いエッチングを実現する。また、このサセプタ３にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）１６が接続されている。
【００２６】
また、プラズマエッチング装置１の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ６０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ６０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース６１が接続されている。
【００２７】
また、プロセスコントローラ６０には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部６２が接続されている。
【００２８】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６１からの指示等にて任意のレシピを記憶部６２から呼び出してプロセスコントローラ６０に実行させることで、プロセスコントローラ６０の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
【００２９】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１を用いて実施される多層レジストのドライ現像の概要について、図４〜図７を参照しながら説明する。まず、図４に示すように、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などからなる、最終的なエッチング対象としての下地層１０１上に、例えば有機系材料からなる下層レジスト膜１０２、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの無機系材料からなるＳＯＧ膜１０３、および例えばポリメタクリレート系樹脂などの有機系材料からなる上層レジスト膜１０４を、順次形成する。ここで、上層レジスト膜１０４の膜厚は、下層レジスト膜１０２の膜厚よりも薄く形成されている。また、上層レジスト膜１０４は、フォトリソグラフィー技術によりパターニングされている。なお、ここでは図示を省略するが、ＳＯＧ膜１０３と上層レジスト膜１０４の間に反射防止膜を設けても良い。
【００３０】
次に、例えばＣＦ４などのフルオロカーボン系ガスを含むエッチングガスを使用し、上層レジスト膜１０４をマスクにしてＳＯＧ膜１０３をエッチングし、図５に示すように上層レジスト膜１０４のパターンをＳＯＧ膜１０３に転写する。
【００３１】
次に、上層レジスト膜１０４およびＳＯＧ膜１０３をマスクにして下層レジスト膜１０２をエッチングしてドライ現像する。このドライ現像には、前記容量結合型平行平板プラズマエッチング装置１を使用することが好ましい。この際、エッチングガスとして炭素含有化合物ガスとＯ２ガスとを特定のガス流量比でチャンバー２内に導入し、上部電極であるシャワーヘッド２１と、下部電極であるサセプタ３にそれぞれ所定の高周波電力を印加することにより電極間に高周波電界を形成してエッチングガスのプラズマを励起させ、該プラズマにより下層レジスト膜１０２のエッチングを行なう。
【００３２】
このドライ現像に使用する炭素含有化合物ガスとしては、例えばＣＯガス、ＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ６ガス、Ｃ３Ｈ８ガス等を挙げることができるが、これらの中でもＣＯガス、ＣＨ４ガスが好適である。これらの炭素化合物含有ガスは、エッチングの際に反応生成物が発生しやすい所謂デポ性のガスであるため、エッチング中に反応生成物が下層レジスト膜１０２の側壁に付着して保護膜が形成され、この保護膜によってサイドエッチングの進行が抑制される。その結果、マスク下方におけるアンダーカットの発生が回避される。また、必要に応じ、下地層１０１に形成されるトレンチやホールなどの開口幅／開口径をフォトリソグラフィー技術によりパターン形成された上層レジスト膜１０４よりも狭める目的で、この下地層１０１をエッチングする際のマスクとなる下層レジスト膜１０２の側壁をテーパー状に形成することも可能である。このようなエッチング形状の制御性は、炭素含有化合物ガスとＯ２ガスとの流量比を特定の範囲に選択することによって得られるものである。
【００３３】
下層レジスト膜１０２に対するエッチング形状を制御するための総ガス流量に対する炭素含有化合物ガスの流量比としては４０〜９９％が好ましい。
より好ましいエッチングガスの流量比は、炭素含有化合物ガスの種類によって異なる。例えば、エッチングガスとしてＣＯガスとＯ２ガスを使用する場合には、総ガス流量に対するＣＯガスの流量比を５０〜９９％とすることが望ましい。総ガス流量に対するＣＯガス流量の比率が５０％を下回ると、サイドエッチングが進行し、エッチングマスクであるＳＯＧ膜１０３の直下にアンダーカットが形成され、エッチング形状の制御が困難になる。一方、総ガス流量に対するＣＯガス流量の比率が９９％を超えると、エッチストップのおそれがある。
【００３４】
また、エッチングガスとしてＣＨ４ガスとＯ２ガスを使用する場合には、総ガス流量に対するＣＨ４ガスの流量比を４０〜６０％とすることが望ましい。総ガス流量に対するＣＨ４ガスの比率が４０％を下回ると、サイドエッチングが進行し、エッチングマスクであるＳＯＧ膜１０３の直下にアンダーカットが形成され、エッチング形状の制御が困難になる。一方、総ガス流量に対するＣＨ４ガス流量の比率が６０％を超えると、堆積物が多くなってエッチングが進行せず、エッチストップを起こすことも多くなり、やはりエッチング形状の制御が困難になる。また、大開口パターンをエッチングする場合に、反応生成物がエッチング残渣となって本来露出させられるべき下地膜１０１の表面に堆積してしまうという問題が生じる。
【００３５】
また、チャンバー２内でエッチングガスのプラズマを生成させるため、上部電極であるシャワーヘッド２１に印加する高周波電力としては、例えば５００〜１０００Ｗ（パワー密度；０．９４〜１．８８Ｗ／ｃｍ２）が好ましい。ここで、パワー密度は、上部電極に印加される高周波電力をシリコン製のフォーカスリング１５の表面積とウエハＷの表面積との合計面積で除した値を意味する（以下、同様の意味である）。なお、図１のプラズマエッチング装置１では、フォーカスリング１５の外径を２６０ｍｍ、ウエハＷの外径を２００ｍｍとしてパワー密度を算出した。
シャワーヘッド２１に印加する高周波電力が５００Ｗ未満の場合には、プラズマ密度が小さくなるため、有機材料からなる下層レジスト膜１０２のエッチングレートが極端に低下するおそれがあり、１０００Ｗを超えると、反応生成物がエッチング残渣となって本来露出させられるべき下地膜１０１の表面に堆積してしまうという問題が生じる。
【００３６】
また、下部電極であるサセプタ３に印加する高周波電力としては、例えば１００〜３００Ｗが好ましい。サセプタ３に印加する高周波電力が１００Ｗ未満の場合には、エッチングレートが極端に低下したり、サイドエッチングやエッチング残渣が発生したりするおそれがあり、３００Ｗを超えると、エッチングレートが速くなりすぎて精密な制御が難しくなる、という問題が生じる。
【００３７】
下層レジスト膜１０２をエッチングするドライ現像工程では、上層レジスト膜１０４が下層レジスト膜１０２に比べて薄く形成されているため、下層レジスト膜１０２をエッチングしている途中で、上層レジスト膜１０４が消耗して除去される。従って、ＳＯＧ膜１０３のみをマスクとして下層レジスト膜１０２のエッチングが終了する。このようにして、上層レジスト膜１０４およびＳＯＧ膜１０３のパターンが下層レジスト膜１０２に転写され、図６に示すように、下地層１０１上に下層レジスト膜１０２とＳＯＧ膜１０３とが積層されたマスクパターンが形成される。
【００３８】
次に、パターン形成された下層レジスト膜１０２とＳＯＧ膜１０３とをマスクとして、下地層１０１をエッチングすることにより、図７に示すように、下地層１０１に目的とするトレンチやホールなどの凹部１１０を形成することができる。
【００３９】
次に、図１のプラズマエッチング装置１を用いて、下層レジスト膜１０２のエッチング（ドライ現像）を実施するための具体的な手順について説明する。まず、ゲートバルブ３８を開にして図５のような積層構造が形成されたウエハＷをチャンバー２内に搬入し、サセプタ３に載置した後、ゲートバルブ３８を閉じる。
次に、サセプタ３を上昇させてサセプタ３上のウエハＷ表面とシャワーヘッド２１との距離を例えば５０〜６０ｍｍ程度に調整する。そして、排気装置３６の真空ポンプにより排気管３５を介してチャンバー２内を排気し、チャンバー２内を所定圧力まで減圧した後、直流電源１３から直流電圧を静電チャック１１内の電極１２に印加し、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着させる。
【００４０】
次いで、処理ガス供給系３０からエッチングガスとしてＣＯガス／Ｏ２ガス、またはＣＨ４ガス／Ｏ２ガスをチャンバー１内に導入する。そして、高周波電源４０からシャワーヘッド２１に例えば６０ＭＨｚの高周波電力を印加し、これにより、上部電極としてのシャワーヘッド２１と下部電極としてのサセプタ３との間に高周波電界を生じさせ、上記エッチングガスをプラズマ化する。
【００４１】
このようにして生成されたエッチングガスのプラズマにより、下層レジスト膜１０２のエッチングを行う。このとき、高周波電源５０から下部電極であるサセプタ３に所定の周波数例えば２ＭＨｚの高周波電力を印加してプラズマ中のイオンをサセプタ３側へ引き込むようにする。
【００４２】
このようにして下層レジスト膜１０２のエッチングを行い、図６に示すように、ＳＯＧ膜１０３のパターンが下層レジスト膜１０２に転写された段階でエッチングを終了する。なお、必要に応じて、時間にして１０〜３０％程度、好ましくは１５〜２０％のオーバーエッチングを実施してもよい。
【００４３】
プラズマエッチング装置１を用い、下層レジスト膜１０２に対してドライ現像のためのエッチングを実施する際の他の条件（ガス流量比および高周波パワー以外）は以下のとおりである。
【００４４】
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。なお、以下の試験では、下地層１０１としてＳｉ基板を用い、その上に有機系材料からなる膜厚３０６ｎｍの下層レジスト膜１０２、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる膜厚１０６ｎｍのＳＯＧ膜１０３、および上層レジスト膜１０４として膜厚１８０ｎｍのＡｒＦレジストが形成された積層体を用いた。
試験例１
図１のプラズマエッチング装置１を使用し、図５と同様の構造を有する積層体に対してプラズマエッチング処理を実施し、下層レジスト膜１０２のエッチング（ドライ現像）を実施した。
エッチングでは、下記の条件を固定条件として設定し、エッチングガスの流量比のみを変化させた。なお、時間にして２０％のオーバーエッチングを実施した。
【００４５】
＜固定条件＞
圧力＝１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
上部電極ＲＦパワー（６０ＭＨｚ）＝１０００Ｗ（パワー密度；１．８８Ｗ／ｃｍ２）
下部電極ＲＦパワー（２ＭＨｚ）＝２００Ｗ
背圧（センター部／エッジ部）＝１３３３Ｐａ／４６６６Ｐａ（１０／３５Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
上部及び下部電極間距離＝５５ｍｍ
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）＝６０℃／５０℃／２０℃
【００４６】
＜エッチングガス流量比＞
ＣＯ／Ｏ２を下記の流量比で用いた。
ＣＯ／Ｏ２流量比＝８０／２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、５０／５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）または２０／８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
【００４７】
エッチング後、エッチング形状を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像によって観察した。まず、ドライ現像によって形成されたライン＆スペースのパターンが密な領域と疎な領域について、ウエハＷ上の中央（センター部）と周縁（エッジ部）おけるＣＤ（Critical Dimension）を測定した。測定部位は、図６に示す３箇所である。すなわち、トップＣＤ（ＣＤｔと記す）、ミドルＣＤ（ＣＤｍと記す）、ボトムＣＤ（ＣＤｂと記す）を測定し、サイドエッチ（マスク下のアンダーカットの発生）の有無について観察した。その結果を表１に示した。
【００４８】
また、上記エッチング条件で、例えば目的とするパッド（ＰＡＤ）やガードリング（Guard Ring）の構成を模擬的に表した広い開口部において、エッチング残渣の発生の有無についても観察した。その結果を表２に示した。
【００４９】
【表１】
2007294842.tif 000003
【００５０】
【表２】
2007294842.tif 000004
【００５１】
表１より、ウエハＷの面内位置およびパターンの疎密にかかわらず、ＣＯ／Ｏ２流量比が大きいほど、ＣＤｔ、ＣＤｍ、ＣＤｂの差異が少なく、サイドエッチの発生も抑制され、高いエッチング精度を確保できることが示された。また、表２より、大開口パターンのエッチング残渣については、試験した全ての条件で発生が確認されなかった。
【００５２】
試験例２
図１のプラズマエッチング装置１を使用し、図５と同様の構造を有する積層体に対してプラズマエッチング処理を実施し、下層レジスト膜１０２のエッチング（ドライ現像）を実施した。エッチングでは、下記の条件を固定条件として設定し、上部電極および下部電極に印加する高周波パワーのみを変化させた。なお、時間にして２０％のオーバーエッチングを実施した。
【００５３】
＜固定条件＞
ＣＯ／Ｏ２流量比＝８０／２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、５０／５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
圧力＝１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
背圧（センター部／エッジ部）＝１３３３Ｐａ／４６６６Ｐａ（１０／３５Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
上部及び下部電極間距離＝５５ｍｍ
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）＝６０℃／５０℃／２０℃
【００５４】
＜高周波パワー＞
上部電極ＲＦパワー（６０ＭＨｚ）＝５００Ｗ（パワー密度；０．９４Ｗ／ｃｍ２）、１０００Ｗ（パワー密度；１．８８Ｗ／ｃｍ２）または１５００Ｗ（パワー密度；２．８３Ｗ／ｃｍ２）
下部電極ＲＦパワー（２ＭＨｚ）＝１００Ｗ、２００Ｗまたは３００Ｗ
【００５５】
エッチング後、試験例１と同様に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像に基づき、ＣＤｔ、ＣＤｍおよびＣＤｂを測定し、併せてエッチング残渣の発生の有無を観察した。その結果を表３に示した。
また、試験例１と同様に、大開口パターンを形成した場合についてのエッチング残渣の観察結果を表４に示した。
【００５６】
【表３】
2007294842.tif 000005
【００５７】
【表４】
2007294842.tif 000006
【００５８】
表３より、ウエハＷの面内位置およびパターンの疎密にかかわらず、上部電極へのＲＦパワーが１５００Ｗでは、エッチング残渣が多くなる傾向が示された。また、下部電極へのＲＦパワーが１００Ｗの場合もエッチング残渣が発生した。ＣＤについては、最適流量であれば上部電極へのＲＦパワーが５００〜１５００Ｗ（パワー密度０．９４〜２．８３Ｗ／ｃｍ２）の範囲で、ＣＤｍとＣＤｂの差異が極めて少なかった。
また、表４より、大開口パターンのエッチング残渣は、上部電極へのＲＦパワーが１５００Ｗの場合と、下部電極へのＲＦパワーが１００Ｗの場合に発生が確認された。
【００５９】
試験例３
図１のプラズマエッチング装置１を使用し、図５と同様の構造を有する積層体に対してプラズマエッチング処理を実施し、下層レジスト膜１０２のエッチング（ドライ現像）を実施した。エッチングでは、下記の条件を固定条件として設定し、エッチングガスの流量比のみを変化させた。なお、時間にして２０％のオーバーエッチングを実施した。
【００６０】
＜固定条件＞
圧力＝１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
上部電極ＲＦパワー（６０ＭＨｚ）＝１０００Ｗ（パワー密度；１．８８Ｗ／ｃｍ２）
下部電極ＲＦパワー（２ＭＨｚ）＝２００Ｗ
背圧（センター部／エッジ部）＝１３３３Ｐａ／４６６６Ｐａ（１０／３５Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
上部及び下部電極間距離＝５５ｍｍ
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）＝６０℃／５０℃／２０℃
【００６１】
＜エッチングガス流量比＞
ＣＨ４／Ｏ２を下記の流量比で用いた。
ＣＨ４／Ｏ２流量比＝８０／２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、５０／５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）または２０／８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
【００６２】
エッチング後、エッチング形状を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像によって観察した。まず、ドライ現像によって形成されたライン＆スペースのパターンが密な領域と疎な領域について、ウエハＷ上の中央（センター部）と周縁（エッジ部）おけるＣＤ（Critical Dimension）を測定した。測定部位は、図６に示す３箇所である。すなわち、トップＣＤ（ＣＤｔと記す）、ミドルＣＤ（ＣＤｍと記す）、ボトムＣＤ（ＣＤｂと記す）を測定し、サイドエッチ（マスク下のアンダーカットの発生）の有無について観察した。その結果を表５に示した。
【００６３】
また、上記エッチング条件で、例えば目的とするパッド（ＰＡＤ）やガードリング（Guard Ring）の構成を模擬的に表した広い開口部において、エッチング残渣の発生の有無についても観察した。その結果を表６に示した。
【００６４】
【表５】
2007294842.tif 000007
【００６５】
【表６】
2007294842.tif 000008
【００６６】
表５より、ウエハＷの面内位置およびパターンの疎密にかかわらず、ＣＨ４／Ｏ２流量比が大きいと、デポが顕著に発生してエッチング不能となった。逆に、ＣＨ４／Ｏ２流量比が小さいと、サイドエッチが発生し、エッチング形状の精度が低下した。これに対し、ＣＨ４／Ｏ２流量比が５０／５０（＝１）の場合には、ＣＤｔ、ＣＤｍ、ＣＤｂの差異が少なく、サイドエッチの発生も抑制され、高いエッチング精度を確保できることが示された。また、表６より、大開口パターンのエッチング残渣については、試験した全ての条件で発生が確認されなかった。
【００６７】
試験例４
図１のプラズマエッチング装置１を使用し、図５と同様の構造を有する積層体に対してプラズマエッチング処理を実施し、下層レジスト膜１０２のエッチング（ドライ現像）を実施した。エッチングでは、下記の条件を固定条件として設定し、上部電極および下部電極に印加する高周波パワーのみを変化させた。なお、時間にして２０％のオーバーエッチングを実施した。
【００６８】
＜固定条件＞
ＣＨ４／Ｏ２流量比＝５０／５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
圧力＝１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
背圧（センター部／エッジ部）＝１３３３Ｐａ／４６６６Ｐａ（１０／３５Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
上部及び下部電極間距離＝５５ｍｍ
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）＝６０℃／５０℃／２０℃
【００６９】
＜高周波パワー＞
上部電極ＲＦパワー（６０ＭＨｚ）＝５００Ｗ（パワー密度；０．９４Ｗ／ｃｍ２）、１０００Ｗ（パワー密度；１．８８Ｗ／ｃｍ２）または１５００Ｗ（パワー密度；２．８３Ｗ／ｃｍ２）
下部電極ＲＦパワー（２ＭＨｚ）＝１００Ｗ、２００Ｗまたは３００Ｗ
【００７０】
エッチング後、試験例３と同様に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像に基づき、ＣＤｔ、ＣＤｍおよびＣＤｂを測定し、併せてエッチング残渣の発生の有無を観察した。その結果を表７に示した。
また、試験例３と同様に、大開口パターンを形成した場合についてのエッチング残渣の観察結果を表８に示した。
【００７１】
【表７】
2007294842.tif 000009
【００７２】
【表８】
2007294842.tif 000010
【００７３】
表７より、ウエハＷの面内位置およびパターンの疎密にかかわらず、上部電極へのＲＦパワーが１５００Ｗでは、エッチング残渣が多くなる傾向が示された。また、下部電極へのＲＦパワーが１００Ｗの場合もエッチング残渣が発生した。ＣＤについては、最適流量であれば上部電極へのＲＦパワーが５００〜１５００Ｗ（パワー密度０．９４〜２．８３Ｗ／ｃｍ２）の範囲で、ＣＤｍとＣＤｂの差異が極めて少なかった。また、表８より、大開口パターンのエッチング残渣は、上部電極へのＲＦパワーが１５００Ｗ場合と、下部電極へのＲＦパワーが１００Ｗの場合に発生が確認された。
【００７４】
試験例５
図１のプラズマエッチング装置１を使用し、図５と同様の構造を有する積層体に対してプラズマエッチング処理を実施し、下層レジスト膜１０２のエッチング（ドライ現像）を実施した。エッチングでは、下記の条件を固定条件として設定し、エッチングガスの流量比のみを変化させた。なお、時間にして２０％のオーバーエッチングを実施した。
【００７５】
＜固定条件＞
圧力＝１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
上部電極ＲＦパワー（６０ＭＨｚ）＝１０００Ｗ（パワー密度；１．８８Ｗ／ｃｍ２）
下部電極ＲＦパワー（２ＭＨｚ）＝２００Ｗ
背圧（センター部／エッジ部）＝１３３３Ｐａ／４６６６Ｐａ（１０／３５Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
上部及び下部電極間距離＝５５ｍｍ
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）＝６０℃／５０℃／２０℃
【００７６】
＜エッチングガス流量比＞
ＣＨ４／Ｏ２を下記の流量比で用いた。
ＣＨ４／Ｏ２流量比＝８０／２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、６０／４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、５０／５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、４０／６０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）または２０／８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
【００７７】
エッチング後、エッチング形状を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像によって観察した。本試験では、ウエハＷ上の中央（センター部）と周縁（エッジ部）おけるボトムＣＤ（ＣＤｂ）を測定し、その変化について評価した。その結果を表９に示した。また、ガス流量比とＣＤｂとの関係を図８に示した。
【００７８】
【表９】
2007294842.tif 000011
【００７９】
表９および図８より、ＣＨ４／Ｏ２流量比を変化させることにより、ＣＤｂを制御できることがわかる。特に、ＣＨ４／Ｏ２流量比４０／６０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）と６０／４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とを比較すると、流量比６０／４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）では流量比４０／６０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に比べてＣＤｂが最大２０ｎｍ狭くなっている。これは、ＣＨ４／Ｏ２流量比６０／４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の場合、エッチング後の下層レジスト膜１０２の側壁がテーパー状に斜めに形成された結果、ＣＤｂが小さくなったものと考えられる。このように、ＣＨ４／Ｏ２流量比を４０／６０〜６０／４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲で変化させることにより、下地層１０１をエッチングする際のマスクとなる下層レジスト膜１０２の開口幅／開口径を調節できる。従って、例えば、フォトリソグラフィーによりパターン形成された上層レジスト膜１０４の開口幅／開口径に比べ、下地層１０１に凹部１１０を形成する際のマスク（下層レジスト膜１０２）の開口幅／開口径をより小さく制御することが可能になる。なお、表９に示すように、ＣＨ４／Ｏ２流量比が２０／８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）では、サイドエッチングが発生した。また、ＣＨ４／Ｏ２流量比が８０／２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）では、堆積物（デポ）が多くなってエッチストップを起こした。
【００８０】
以上のように、本発明のプラズマエッチング方法によれば、炭素含有化合物ガスの流量比と、上下の電極に印加する高周波電力を選択することにより、エッチング形状の精度向上とエッチング残渣の抑制が可能になる。従って、本発明のプラズマエッチング方法は、微細化が進む半導体装置の製造過程におけるエッチングプロセスとして好適であり、信頼性の高い半導体装置を製造できる方法である。
【００８１】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では上下電極に高周波電力を印加してエッチングを行う平行平板型のプラズマエッチング装置を用いたが、これに限るものではなく、上部電極のみ、または下部電極のみに高周波電力を印加するタイプの装置であってもよい。この場合、例えばプラズマ形成用高周波とイオン引込み用高周波の両方を下部電極に印加する方式であってもよい。また、永久磁石を用いたマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置であってもよい。
さらに、容量結合型のプラズマエッチング装置に限らず、誘導結合型等の他の形式のプラズマエッチング装置も用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの各種半導体装置を製造する過程において好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明のプラズマエッチング方法の実施に好適に利用可能なプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図。
【図２】処理ガス供給系の一構成例を示す図面。
【図３】処理ガス供給系の別の構成例を示す図面。
【図４】半導体ウエハの表面付近の断面構造を示す模式図であり、上層レジスト膜がパターン形成された状態を示す。
【図５】半導体ウエハの表面付近の断面構造を示す模式図であり、ＳＯＧ膜をエッチングした後の状態を示す。
【図６】半導体ウエハの表面付近の断面構造を示す模式図であり、ドライ現像後の状態を示す。
【図７】半導体ウエハの表面付近の断面構造を示す模式図であり、エッチングにより凹部を形成した後の状態を示す。
【図８】ＣＨ４／Ｏ２ガスの流量比率とボトムＣＤとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８４】
１：プラズマエッチング装置
２：チャンバー（処理容器）
３：サセプタ（下部電極）
２１：シャワーヘッド
３０：処理ガス供給系
３６：排気装置
４０：高周波電源
５０：高周波電源
６０：プロセスコントローラ
１０１：下地層
１０２：下層レジスト膜
１０３：ＳＯＧ膜
１０４：上層レジスト膜
１１０：凹部
Ｗ：半導体ウエハ
【図１】
2007294842.tif 000012
【図２】
2007294842.tif 000013
【図３】
2007294842.tif 000014
【図４】
2007294842.tif 000015
【図５】
2007294842.tif 000016
【図６】
2007294842.tif 000017
【図７】
2007294842.tif 000018
【図８】
2007294842.tif 000019