プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体
【課題】深さが深いホールであっても、良好な形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供する。
【解決手段】所定のパターンが形成されたフォトレジスト層と、フォトレジスト層の下層に位置する有機系の反射防止膜と、反射防止膜の下層に位置するＳｉＯＮ膜と、ＳｉＯＮ膜の下層に位置するアモルファスカーボン層と、により多層マスクを構成し、アモルファスカーボン層の下層に位置するシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を最終的なマスクとなるアモルファスカーボン層のパターンによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜のプラズマエッチングを開始する際の初期マスクが、アモルファスカーボン層の上にＳｉＯＮ膜が残った状態であり、かつ、アモルファスカーボン層の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４である。
【解決手段】所定のパターンが形成されたフォトレジスト層と、フォトレジスト層の下層に位置する有機系の反射防止膜と、反射防止膜の下層に位置するＳｉＯＮ膜と、ＳｉＯＮ膜の下層に位置するアモルファスカーボン層と、により多層マスクを構成し、アモルファスカーボン層の下層に位置するシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を最終的なマスクとなるアモルファスカーボン層のパターンによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜のプラズマエッチングを開始する際の初期マスクが、アモルファスカーボン層の上にＳｉＯＮ膜が残った状態であり、かつ、アモルファスカーボン層の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造工程においては、フォトレジスト等のマスクを介してプラズマエッチング処理を行い、シリコン酸化膜等の被エッチング膜を所望のパターンに形成することが行われている。このようなプラズマエッチング装置としては、例えば、半導体ウエハ等の基板を載置する載置台を兼ねた下部電極と、この下部電極と対向するように配置された上部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる容量結合型のプラズマエッチング装置が知られている。
【０００３】
上記のプラズマエッチングにより、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜にホールを形成する工程では、ホール深さが深くなる一方、マスクの膜厚は薄くなる傾向があり、垂直なホール形状を得ることが困難になりつつある。このため、プラズマエッチングプロセスでは、良好な開口性及び選択性を得るための各種の開発がなされている。例えば、上記した容量結合型のプラズマエッチング装置では、上部電極に直流電圧を印加して、良好な開口性及び選択性を得ることのできるようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、プラズマエッチングプロセスでは、深さが深いホールであっても、良好な形状にエッチングすることのできる技術の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、深さが深いホールであっても、良好な形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマエッチング方法の一態様は、所定のパターンが形成されたフォトレジスト層と、前記フォトレジスト層の下層に位置する有機系の反射防止膜と、前記反射防止膜の下層に位置するＳｉＯＮ膜と、前記ＳｉＯＮ膜の下層に位置するアモルファスカーボン層と、により多層マスクを構成し、前記アモルファスカーボン層の下層に位置するシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を最終的なマスクとなるアモルファスカーボン層のパターンによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜のプラズマエッチングを開始する際の初期マスクが、前記アモルファスカーボン層の上に前記ＳｉＯＮ膜が残った状態であり、かつ、前記アモルファスカーボン層の膜厚／残った前記ＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、深さが深いホールであっても、良好な形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のプラズマエッチング方法の実施形態に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す図。
【図３】実施例に係る半導体ウエハの状態を示す電子顕微鏡写真。
【図４】比較例に係る半導体ウエハの状態を示す電子顕微鏡写真。
【図５】ＳｉＯＮ膜の残膜量とアモルファスカーボン残膜量との関係を示すグラフ。
【図６】直流電圧の印加によるフォトレジストの状態の変化を示す電子顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法における被処理基板としての半導体ウエハの断面構成を拡大して示すものである。また、図２は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を示すものである。まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。
【００１１】
プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー１を有している。この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
【００１２】
載置台２には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定周波数（２７ＭＨｚ以上例えば４０ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下、例えば２ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられており、シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。
【００１３】
載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。
【００１４】
支持台４の内部には、冷媒流路４ａが形成されており、冷媒流路４ａには、冷媒入口配管４ｂ、冷媒出口配管４ｃが接続されている。そして、冷媒流路４ａの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられており、このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
【００１５】
上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバー１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材４５を介して処理チャンバー１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
【００１６】
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に冷却できるようになっている。
【００１７】
上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｆが形成されている。このガス導入口１６ｆにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用又はトリートメント用の処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給される。
【００１８】
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
【００１９】
処理チャンバー１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【００２０】
処理チャンバー１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー１の側壁には、ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
【００２１】
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバー１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバー１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有し、このデポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。
【００２２】
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
【００２３】
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００２４】
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００２５】
このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜、アモルファスカーボン層、ＳｉＯＮ膜、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ７５が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口７４から処理チャンバー１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ７５を閉じる。そして、排気装置７３の真空ポンプにより排気口７１を介して処理チャンバー１内が排気される。
【００２６】
処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には処理ガス供給源１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力に保持され、この状態で第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に、周波数が例えば４０ＭＨｚの高周波電力が供給される。また、第２のＲＦ電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２に周波数が例えば２．０ＭＨｚの高周波電力（バイアス用）が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により静電チャック６に吸着される。
【００２７】
この場合に、上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜、アモルファスカーボン層、ＳｉＯＮ膜、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）等がエッチング処理される。
【００２８】
ここで、前述したとおり、プラズマ処理中にシャワーヘッド１６に直流電圧を印加することができるので次のような効果がある。すなわち、プロセスによっては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される場合がある。このような場合に直流電圧を用いれば、半導体ウエハＷに打ち込まれるイオンエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、半導体ウエハＷのエッチング対象となる膜のエッチングレートが上昇すると共にエッチング対象の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下して選択性が向上する。また、フォトレジスト層を硬化させる作用があり、フォトレジスト層の残膜量を増大させることができる。
【００２９】
そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。
【００３０】
次に、図１を参照して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。図１は、本実施形態における被処理基板としての半導体ウエハＷの要部断面構成を拡大して模式的に示すものである。図１（ａ）に示すように、半導体ウエハＷには、その最上層に、所定の形状にパターニングされた、つまり、所定位置にホールが形成されたフォトレジスト層１０１が形成されている。
【００３１】
フォトレジスト層１０１の下側には、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０２が形成されており、有機系の反射防止膜１０２の下側には、ＳｉＯＮ膜１０３が形成され、ＳｉＯＮ膜１０３の下側には、アモルファスカーボン層１０４が形成されている。
【００３２】
上記アモルファスカーボン層１０４の下側には、被エッチング層としてのシリコン酸化膜１０５（又はシリコン窒化膜）が形成されている。このシリコン酸化膜１０５の上に形成されている上記したフォトレジスト層１０１、反射防止膜１０２、ＳｉＯＮ膜１０３、アモルファスカーボン層１０４は、多層マスクを構成するものである。
【００３３】
そして、上記構造の半導体ウエハＷを、図２に示したプラズマエッチング装置の処理チャンバー1内に収容し、載置台２に載置して、図１（ａ）に示す状態から、フォトレジスト層１０１を最初のマスクとして、まず、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０２及びＳｉＯＮ膜１０３をエッチングして、図１（ｂ）の状態とする。この時、フォトレジスト層１０１の残膜量が有る程度多くなることが好ましい。
【００３４】
次に、残っているフォトレジスト層１０１及びエッチングされた有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０２及びＳｉＯＮ膜１０３をマスクとして、アモルファスカーボン層１０４をエッチングして図１（ｃ）に示す状態とする。最終的には、図１（ｄ）に示すように、アモルファスカーボン層１０４をマスクとしてシリコン酸化膜１０５をエッチングする。このシリコン酸化膜１０５は厚さが２５００ｎｍ以上とされており、本実施形態では、厚さが２６００ｎｍとされている。
【００３５】
図１（ｃ）は、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクの状態を示している。このシリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクは、アモルファスカーボン層１０４（本実施形態では、厚さ８５０ｎｍ）の上にＳｉＯＮ膜１０３が残った状態となっている。本実施形態では、この時のアモルファスカーボン層１０４の膜厚と、残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚との比が、
アモルファスカーボン層の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４
さらに好ましくは、
アモルファスカーボン層の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜の膜厚≦１３．６
となるようにする。
【００３６】
すなわち、本実施形態の場合、厚さ８５０ｎｍのアモルファスカーボン層１０４の上に、略６０．０ｎｍ以上、さらに好ましくは、６２．５ｎｍ以上の厚さのＳｉＯＮ膜が残った状態を、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクとする。これによって、図１（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１０５のエッチングが終了した時点での残ったアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）を多くすることができる。また、これによって、形状の良いシリコン酸化膜１０５のエッチングを行うことが可能となる。
【００３７】
図３は、実施例におけるシリコン酸化膜１０５のエッチングが終了した時点のウエハの状態を示す電子顕微鏡写真であり、図３（ａ）は、ウエハの中央部、図３（ｂ）は、ウエハの周縁部を示しており、下部に示す電子顕微鏡写真は、上部に示す電子顕微鏡写真の開口付近を拡大して示している。
【００３８】
この場合、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクは、アモルファスカーボン層１０４の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚（残膜量）＝約１３．６であり、図３（ａ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は６４５ｎｍ、図３（ｂ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は６００ｎｍである。このように、最終的にエッチング終了した時点でシリコン酸化膜１０５の上に残ったアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）を多くすると、シリコン酸化膜１０５のホール形状が略垂直となり、ボーイング等の発生を抑制することができる。なお、アモルファスカーボン層１０４の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚（残膜量）は、約１４程度以下であればよい。
【００３９】
図４に、比較例におけるシリコン酸化膜１０５のエッチングが終了した時点のウエハの状態を写した電子顕微鏡写真を示す。図４（ａ）は、ウエハの中央部、図４（ｂ）は、ウエハの周縁部を示しており、下部に示す電子顕微鏡写真は、上部に示す電子顕微鏡写真の開口付近を拡大して示している。
【００４０】
この比較例の場合、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクは、アモルファスカーボン層１０４の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚＝約１７であり、図４（ａ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は５９５ｎｍ、図４（ｂ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は５４５ｎｍである。このように、比較例の場合、アモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）が６００ｎｍ未満と実施例に比べて少なくなり、シリコン酸化膜１０５のホールにボーイングが発生した。
【００４１】
上記の実施例と比較例における最終的なアモルファスカーボン層１０４の残膜量には、略５０ｎｍの相違がある。図５は、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクにおけるＳｉＯＮ膜１０３の残膜増加分と、アモルファスカーボン層１０４の残膜増加分との関係を調べた結果を示している。同図に示すように、アモルファスカーボン層１０４を略４０〜６０ｎｍ余計に残すためには、初期マスクにおけるＳｉＯＮ膜の膜厚（残膜量）を１０〜１５ｎｍ程度増加させる必要があることが分かる。
【００４２】
上記実施例において、プラズマエッチングは、以下のレシピに従って行った。このレシピは、制御部６０の記憶部６３から読み出されて、プロセスコントローラ６１に取り込まれ、プロセスコントローラ６１がプラズマエッチング装置の各部を制御プログラムに基づいて制御することにより、読み出されたレシピ通りのプラズマエッチング処理工程が実行される。
【００４３】
（有機系の反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチング）
処理ガス：ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｃ４Ｆ８／Ｏ２＝２４０／６０／１０／１０ ｓｃｃｍ
圧力：１６．０Ｐａ（１２０ｍTorr）
直流電圧：１１００Ｖ（印加する直流電圧の値は、印加する高周波電力の条件によりおおよそ４００Ｖ〜１１００Ｖの範囲で印加される。）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：３００／３００Ｗ
温度（上部／側壁部／下部）：９５／６０／０℃
時間：８０秒
（アモルファスカーボン１０４のエッチング）
処理ガス：Ｏ２／ＣＯＳ＝７４０／５ ｓｃｃｍ
圧力：２．６６Ｐａ（２０ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：２８００／３０００Ｗ
温度（上部／側壁部／下部）：９５／６０／０℃
時間：４０秒
（シリコン酸化膜１０５のエッチング）
処理ガス：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝６０／４５０／５９ ｓｃｃｍ
圧力：２．６６Ｐａ（２０ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：２０００／４５００Ｗ
直流電圧：１１００Ｖ
温度（上部／側壁部／下部）：９５／６０／０℃
時間：２分３０秒
【００４４】
上記の有機系の反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチングでは、高周波電力を、３００Ｗ／３００Ｗと低くし、かつ、酸素流量を１０ｓｃｃｍと低くしている。これによって、フォトレジスト層１０１に対する選択比を向上させることができ、アモルファスカーボン１０４のエッチングを終了した時点でのＳｉＯＮ膜１０３の残膜量を、６０ｎｍ以上と多くすることができる。なお、高周波電力を、例えば１５００Ｗ／１５００Ｗとし、酸素流量を３０ｓｃｃｍとすると、ＳｉＯＮ膜１０３の残膜は、５５ｎｍ前後に減少した。
【００４５】
また、有機系の反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチングでは、上部電極に直流電圧を印加してエッチングを行うことが好ましい。このように、上部電極に直流電圧を印加してエッチングを行うと、フォトレジスト層１０１を硬化させる作用が生じ、その残膜量を多くすることができるからである。このような作用は、上部電極と下部電極（載置台）との間隔を狭くする、例えば３０ｍｍ程度とすると、さらに顕著になる。このため、上部電極と下部電極（載置台）との間隔を狭くした状態で、上部電極に直流電圧を印加することが好ましい。
【００４６】
図６（ａ）〜（ｃ）は、シリコン酸化膜のエッチングにおける上部電極への直流電圧の印加と、マスク残膜量との関係を示す電子顕微鏡写真である。図６（ｃ）の電子顕微鏡写真が直流電圧の印加が無い場合、図６（ｂ）の電子顕微鏡写真が６００Ｖの直流電圧を印加した場合、図６（ａ）の電子顕微鏡写真が１０５０Ｖの直流電圧を印加した場合を示している。なお、図６（ａ）〜（ｃ）において、上部に示す電子顕微鏡写真は、半導体ウエハの上面の状態を示し、下部に示す電子顕微鏡写真は、半導体ウエハの縦断面構成を示している。
【００４７】
図６に示すように、上部電極への直流電圧の印加によって、マスク残膜量を、直流電圧の印加が無い場合に比べて、６００Ｖの場合略６０ｎｍ、１０５０Ｖの場合略８３ｎｍ増加させることができる。なお、図６に示した例は、シリコン酸化膜のエッチングを行った場合であるが、フッ化炭素系のエッチングガスを用いた有機系の反射防止膜等のエッチングにおいても同様の結果となる。図６に示す場合のエッチング条件は、以下のとおりである。
処理ガス：Ｃ４Ｆ８／Ｃ４Ｆ６／Ｃ３Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２
＝３７／５／２８／４５０／５９ ｓｃｃｍ
圧力：３．９９Ｐａ（３０ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：１５００／４５００Ｗ
時間：６０秒
【００４８】
なお、通常、有機系の反射防止膜をエッチングする場合は、酸素を多く含むエッチングガスでエッチングを行う。このように酸素を多く含むエッチングガスの条件で上部電極に直流電圧を印加すると、エッチングガス中の酸素と上部電極のシリコンとが反応してシリコン酸化膜が形成されてしまう。結果、シリコン酸化膜は絶縁膜であるため、上部電極としての機能低下を招くことになる。しかし、エッチングガス中の酸素を少なくすることで、直流電圧を印加してもシリコン酸化膜が形成されることを抑制することができる。
【００４９】
一方、アモルファスカーボン１０４のエッチングでは、有機膜のエッチングであるため、上部電極に直流電圧は印加しないでエッチングを行う。このアモルファスカーボン１０４のエッチングでは、フォトレジスト層１０１及び有機系の反射防止膜１０２もエッチングされるので、最終的には、ＳｉＯＮ膜１０３をマスクとして、アモルファスカーボン１０４のエッチングが行われる。しかし、反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチング時に、フォトレジスト層１０１の残膜量を多くしておくことによって、ＳｉＯＮ膜１０３の残膜量を多くすることができる。また、このアモルファスカーボン１０４のエッチングにおいて、圧力を上昇させ、例えば圧力を６．６５Ｐａ（５０ｍTorr）程度とすることによっても、アモルファスカーボン１０４のエッチングが終了した時点でのＳｉＯＮ膜１０３の残膜量を多くすることができる。
【００５０】
シリコン酸化膜１０５のエッチングでは、上記したとおり、上部電極に直流電圧を印加することが好ましい。また、シリコン酸化膜１０５のエッチングでは、通常はアモルファスカーボン１０４との選択比を高めるため、デポの多いガス系でエッチングを行うが、本実施形態では、アモルファスカーボン１０４の上にＳｉＯＮ膜１０３を厚く残した状態の初期マスクを用いるため、デポの少ない条件でエッチングを行うことができる。これによって、抜け性を高め、良好な形状のホールを形成することができる。
【００５１】
ところで、上記のような深さの深いホールを形成する場合、ホールの底部の形状が歪むボトムディストーション（bottom distortion）が発生する場合がある。この場合、半導体ウエハＷが載置される載置台（下部電極）の温度を例えば４０℃程度にすることで、ボトムディストーションの発生を抑制することができる。
【００５２】
以上説明したとおり、本実施形態及び実施例によれば、深さが深いホールであっても、ボーイング等の発生を抑制して良好な形状にエッチングすることができる。なお、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｗ……半導体ウエハ、１０１……フォトレジスト層、１０２……有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）、１０３……ＳｉＯＮ膜、１０４……アモルファスカーボン層、１０５……シリコン酸化膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造工程においては、フォトレジスト等のマスクを介してプラズマエッチング処理を行い、シリコン酸化膜等の被エッチング膜を所望のパターンに形成することが行われている。このようなプラズマエッチング装置としては、例えば、半導体ウエハ等の基板を載置する載置台を兼ねた下部電極と、この下部電極と対向するように配置された上部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる容量結合型のプラズマエッチング装置が知られている。
【０００３】
上記のプラズマエッチングにより、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜にホールを形成する工程では、ホール深さが深くなる一方、マスクの膜厚は薄くなる傾向があり、垂直なホール形状を得ることが困難になりつつある。このため、プラズマエッチングプロセスでは、良好な開口性及び選択性を得るための各種の開発がなされている。例えば、上記した容量結合型のプラズマエッチング装置では、上部電極に直流電圧を印加して、良好な開口性及び選択性を得ることのできるようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、プラズマエッチングプロセスでは、深さが深いホールであっても、良好な形状にエッチングすることのできる技術の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、深さが深いホールであっても、良好な形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマエッチング方法の一態様は、所定のパターンが形成されたフォトレジスト層と、前記フォトレジスト層の下層に位置する有機系の反射防止膜と、前記反射防止膜の下層に位置するＳｉＯＮ膜と、前記ＳｉＯＮ膜の下層に位置するアモルファスカーボン層と、により多層マスクを構成し、前記アモルファスカーボン層の下層に位置するシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を最終的なマスクとなるアモルファスカーボン層のパターンによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜のプラズマエッチングを開始する際の初期マスクが、前記アモルファスカーボン層の上に前記ＳｉＯＮ膜が残った状態であり、かつ、前記アモルファスカーボン層の膜厚／残った前記ＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、深さが深いホールであっても、良好な形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のプラズマエッチング方法の実施形態に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す図。
【図３】実施例に係る半導体ウエハの状態を示す電子顕微鏡写真。
【図４】比較例に係る半導体ウエハの状態を示す電子顕微鏡写真。
【図５】ＳｉＯＮ膜の残膜量とアモルファスカーボン残膜量との関係を示すグラフ。
【図６】直流電圧の印加によるフォトレジストの状態の変化を示す電子顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法における被処理基板としての半導体ウエハの断面構成を拡大して示すものである。また、図２は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を示すものである。まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。
【００１１】
プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー１を有している。この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持する載置台２が設けられている。載置台２は例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
【００１２】
載置台２には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定周波数（２７ＭＨｚ以上例えば４０ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下、例えば２ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられており、シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。
【００１３】
載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。
【００１４】
支持台４の内部には、冷媒流路４ａが形成されており、冷媒流路４ａには、冷媒入口配管４ｂ、冷媒出口配管４ｃが接続されている。そして、冷媒流路４ａの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられており、このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
【００１５】
上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバー１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材４５を介して処理チャンバー１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
【００１６】
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に冷却できるようになっている。
【００１７】
上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｆが形成されている。このガス導入口１６ｆにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用又はトリートメント用の処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給される。
【００１８】
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
【００１９】
処理チャンバー１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【００２０】
処理チャンバー１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー１の側壁には、ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
【００２１】
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバー１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバー１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有し、このデポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。
【００２２】
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
【００２３】
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００２４】
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００２５】
このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜、アモルファスカーボン層、ＳｉＯＮ膜、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ７５が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口７４から処理チャンバー１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ７５を閉じる。そして、排気装置７３の真空ポンプにより排気口７１を介して処理チャンバー１内が排気される。
【００２６】
処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には処理ガス供給源１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力に保持され、この状態で第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に、周波数が例えば４０ＭＨｚの高周波電力が供給される。また、第２のＲＦ電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２に周波数が例えば２．０ＭＨｚの高周波電力（バイアス用）が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により静電チャック６に吸着される。
【００２７】
この場合に、上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜、アモルファスカーボン層、ＳｉＯＮ膜、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）等がエッチング処理される。
【００２８】
ここで、前述したとおり、プラズマ処理中にシャワーヘッド１６に直流電圧を印加することができるので次のような効果がある。すなわち、プロセスによっては、高い電子密度でかつ低いイオンエネルギーであるプラズマが要求される場合がある。このような場合に直流電圧を用いれば、半導体ウエハＷに打ち込まれるイオンエネルギーが抑えられつつプラズマの電子密度が増加されることにより、半導体ウエハＷのエッチング対象となる膜のエッチングレートが上昇すると共にエッチング対象の上部に設けられたマスクとなる膜へのスパッタレートが低下して選択性が向上する。また、フォトレジスト層を硬化させる作用があり、フォトレジスト層の残膜量を増大させることができる。
【００２９】
そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。
【００３０】
次に、図１を参照して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。図１は、本実施形態における被処理基板としての半導体ウエハＷの要部断面構成を拡大して模式的に示すものである。図１（ａ）に示すように、半導体ウエハＷには、その最上層に、所定の形状にパターニングされた、つまり、所定位置にホールが形成されたフォトレジスト層１０１が形成されている。
【００３１】
フォトレジスト層１０１の下側には、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０２が形成されており、有機系の反射防止膜１０２の下側には、ＳｉＯＮ膜１０３が形成され、ＳｉＯＮ膜１０３の下側には、アモルファスカーボン層１０４が形成されている。
【００３２】
上記アモルファスカーボン層１０４の下側には、被エッチング層としてのシリコン酸化膜１０５（又はシリコン窒化膜）が形成されている。このシリコン酸化膜１０５の上に形成されている上記したフォトレジスト層１０１、反射防止膜１０２、ＳｉＯＮ膜１０３、アモルファスカーボン層１０４は、多層マスクを構成するものである。
【００３３】
そして、上記構造の半導体ウエハＷを、図２に示したプラズマエッチング装置の処理チャンバー1内に収容し、載置台２に載置して、図１（ａ）に示す状態から、フォトレジスト層１０１を最初のマスクとして、まず、有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０２及びＳｉＯＮ膜１０３をエッチングして、図１（ｂ）の状態とする。この時、フォトレジスト層１０１の残膜量が有る程度多くなることが好ましい。
【００３４】
次に、残っているフォトレジスト層１０１及びエッチングされた有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０２及びＳｉＯＮ膜１０３をマスクとして、アモルファスカーボン層１０４をエッチングして図１（ｃ）に示す状態とする。最終的には、図１（ｄ）に示すように、アモルファスカーボン層１０４をマスクとしてシリコン酸化膜１０５をエッチングする。このシリコン酸化膜１０５は厚さが２５００ｎｍ以上とされており、本実施形態では、厚さが２６００ｎｍとされている。
【００３５】
図１（ｃ）は、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクの状態を示している。このシリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクは、アモルファスカーボン層１０４（本実施形態では、厚さ８５０ｎｍ）の上にＳｉＯＮ膜１０３が残った状態となっている。本実施形態では、この時のアモルファスカーボン層１０４の膜厚と、残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚との比が、
アモルファスカーボン層の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４
さらに好ましくは、
アモルファスカーボン層の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜の膜厚≦１３．６
となるようにする。
【００３６】
すなわち、本実施形態の場合、厚さ８５０ｎｍのアモルファスカーボン層１０４の上に、略６０．０ｎｍ以上、さらに好ましくは、６２．５ｎｍ以上の厚さのＳｉＯＮ膜が残った状態を、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクとする。これによって、図１（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１０５のエッチングが終了した時点での残ったアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）を多くすることができる。また、これによって、形状の良いシリコン酸化膜１０５のエッチングを行うことが可能となる。
【００３７】
図３は、実施例におけるシリコン酸化膜１０５のエッチングが終了した時点のウエハの状態を示す電子顕微鏡写真であり、図３（ａ）は、ウエハの中央部、図３（ｂ）は、ウエハの周縁部を示しており、下部に示す電子顕微鏡写真は、上部に示す電子顕微鏡写真の開口付近を拡大して示している。
【００３８】
この場合、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクは、アモルファスカーボン層１０４の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚（残膜量）＝約１３．６であり、図３（ａ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は６４５ｎｍ、図３（ｂ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は６００ｎｍである。このように、最終的にエッチング終了した時点でシリコン酸化膜１０５の上に残ったアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）を多くすると、シリコン酸化膜１０５のホール形状が略垂直となり、ボーイング等の発生を抑制することができる。なお、アモルファスカーボン層１０４の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚（残膜量）は、約１４程度以下であればよい。
【００３９】
図４に、比較例におけるシリコン酸化膜１０５のエッチングが終了した時点のウエハの状態を写した電子顕微鏡写真を示す。図４（ａ）は、ウエハの中央部、図４（ｂ）は、ウエハの周縁部を示しており、下部に示す電子顕微鏡写真は、上部に示す電子顕微鏡写真の開口付近を拡大して示している。
【００４０】
この比較例の場合、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクは、アモルファスカーボン層１０４の膜厚／残ったＳｉＯＮ膜１０３の膜厚＝約１７であり、図４（ａ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は５９５ｎｍ、図４（ｂ）におけるアモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）は５４５ｎｍである。このように、比較例の場合、アモルファスカーボン層１０４の膜厚（残膜量）が６００ｎｍ未満と実施例に比べて少なくなり、シリコン酸化膜１０５のホールにボーイングが発生した。
【００４１】
上記の実施例と比較例における最終的なアモルファスカーボン層１０４の残膜量には、略５０ｎｍの相違がある。図５は、シリコン酸化膜１０５のエッチングを開始する際の初期マスクにおけるＳｉＯＮ膜１０３の残膜増加分と、アモルファスカーボン層１０４の残膜増加分との関係を調べた結果を示している。同図に示すように、アモルファスカーボン層１０４を略４０〜６０ｎｍ余計に残すためには、初期マスクにおけるＳｉＯＮ膜の膜厚（残膜量）を１０〜１５ｎｍ程度増加させる必要があることが分かる。
【００４２】
上記実施例において、プラズマエッチングは、以下のレシピに従って行った。このレシピは、制御部６０の記憶部６３から読み出されて、プロセスコントローラ６１に取り込まれ、プロセスコントローラ６１がプラズマエッチング装置の各部を制御プログラムに基づいて制御することにより、読み出されたレシピ通りのプラズマエッチング処理工程が実行される。
【００４３】
（有機系の反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチング）
処理ガス：ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｃ４Ｆ８／Ｏ２＝２４０／６０／１０／１０ ｓｃｃｍ
圧力：１６．０Ｐａ（１２０ｍTorr）
直流電圧：１１００Ｖ（印加する直流電圧の値は、印加する高周波電力の条件によりおおよそ４００Ｖ〜１１００Ｖの範囲で印加される。）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：３００／３００Ｗ
温度（上部／側壁部／下部）：９５／６０／０℃
時間：８０秒
（アモルファスカーボン１０４のエッチング）
処理ガス：Ｏ２／ＣＯＳ＝７４０／５ ｓｃｃｍ
圧力：２．６６Ｐａ（２０ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：２８００／３０００Ｗ
温度（上部／側壁部／下部）：９５／６０／０℃
時間：４０秒
（シリコン酸化膜１０５のエッチング）
処理ガス：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝６０／４５０／５９ ｓｃｃｍ
圧力：２．６６Ｐａ（２０ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：２０００／４５００Ｗ
直流電圧：１１００Ｖ
温度（上部／側壁部／下部）：９５／６０／０℃
時間：２分３０秒
【００４４】
上記の有機系の反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチングでは、高周波電力を、３００Ｗ／３００Ｗと低くし、かつ、酸素流量を１０ｓｃｃｍと低くしている。これによって、フォトレジスト層１０１に対する選択比を向上させることができ、アモルファスカーボン１０４のエッチングを終了した時点でのＳｉＯＮ膜１０３の残膜量を、６０ｎｍ以上と多くすることができる。なお、高周波電力を、例えば１５００Ｗ／１５００Ｗとし、酸素流量を３０ｓｃｃｍとすると、ＳｉＯＮ膜１０３の残膜は、５５ｎｍ前後に減少した。
【００４５】
また、有機系の反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチングでは、上部電極に直流電圧を印加してエッチングを行うことが好ましい。このように、上部電極に直流電圧を印加してエッチングを行うと、フォトレジスト層１０１を硬化させる作用が生じ、その残膜量を多くすることができるからである。このような作用は、上部電極と下部電極（載置台）との間隔を狭くする、例えば３０ｍｍ程度とすると、さらに顕著になる。このため、上部電極と下部電極（載置台）との間隔を狭くした状態で、上部電極に直流電圧を印加することが好ましい。
【００４６】
図６（ａ）〜（ｃ）は、シリコン酸化膜のエッチングにおける上部電極への直流電圧の印加と、マスク残膜量との関係を示す電子顕微鏡写真である。図６（ｃ）の電子顕微鏡写真が直流電圧の印加が無い場合、図６（ｂ）の電子顕微鏡写真が６００Ｖの直流電圧を印加した場合、図６（ａ）の電子顕微鏡写真が１０５０Ｖの直流電圧を印加した場合を示している。なお、図６（ａ）〜（ｃ）において、上部に示す電子顕微鏡写真は、半導体ウエハの上面の状態を示し、下部に示す電子顕微鏡写真は、半導体ウエハの縦断面構成を示している。
【００４７】
図６に示すように、上部電極への直流電圧の印加によって、マスク残膜量を、直流電圧の印加が無い場合に比べて、６００Ｖの場合略６０ｎｍ、１０５０Ｖの場合略８３ｎｍ増加させることができる。なお、図６に示した例は、シリコン酸化膜のエッチングを行った場合であるが、フッ化炭素系のエッチングガスを用いた有機系の反射防止膜等のエッチングにおいても同様の結果となる。図６に示す場合のエッチング条件は、以下のとおりである。
処理ガス：Ｃ４Ｆ８／Ｃ４Ｆ６／Ｃ３Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２
＝３７／５／２８／４５０／５９ ｓｃｃｍ
圧力：３．９９Ｐａ（３０ｍTorr）
高周波電力（ＨＦ／ＬＦ）：１５００／４５００Ｗ
時間：６０秒
【００４８】
なお、通常、有機系の反射防止膜をエッチングする場合は、酸素を多く含むエッチングガスでエッチングを行う。このように酸素を多く含むエッチングガスの条件で上部電極に直流電圧を印加すると、エッチングガス中の酸素と上部電極のシリコンとが反応してシリコン酸化膜が形成されてしまう。結果、シリコン酸化膜は絶縁膜であるため、上部電極としての機能低下を招くことになる。しかし、エッチングガス中の酸素を少なくすることで、直流電圧を印加してもシリコン酸化膜が形成されることを抑制することができる。
【００４９】
一方、アモルファスカーボン１０４のエッチングでは、有機膜のエッチングであるため、上部電極に直流電圧は印加しないでエッチングを行う。このアモルファスカーボン１０４のエッチングでは、フォトレジスト層１０１及び有機系の反射防止膜１０２もエッチングされるので、最終的には、ＳｉＯＮ膜１０３をマスクとして、アモルファスカーボン１０４のエッチングが行われる。しかし、反射防止膜１０２及びＳｉＯＮ膜１０３のエッチング時に、フォトレジスト層１０１の残膜量を多くしておくことによって、ＳｉＯＮ膜１０３の残膜量を多くすることができる。また、このアモルファスカーボン１０４のエッチングにおいて、圧力を上昇させ、例えば圧力を６．６５Ｐａ（５０ｍTorr）程度とすることによっても、アモルファスカーボン１０４のエッチングが終了した時点でのＳｉＯＮ膜１０３の残膜量を多くすることができる。
【００５０】
シリコン酸化膜１０５のエッチングでは、上記したとおり、上部電極に直流電圧を印加することが好ましい。また、シリコン酸化膜１０５のエッチングでは、通常はアモルファスカーボン１０４との選択比を高めるため、デポの多いガス系でエッチングを行うが、本実施形態では、アモルファスカーボン１０４の上にＳｉＯＮ膜１０３を厚く残した状態の初期マスクを用いるため、デポの少ない条件でエッチングを行うことができる。これによって、抜け性を高め、良好な形状のホールを形成することができる。
【００５１】
ところで、上記のような深さの深いホールを形成する場合、ホールの底部の形状が歪むボトムディストーション（bottom distortion）が発生する場合がある。この場合、半導体ウエハＷが載置される載置台（下部電極）の温度を例えば４０℃程度にすることで、ボトムディストーションの発生を抑制することができる。
【００５２】
以上説明したとおり、本実施形態及び実施例によれば、深さが深いホールであっても、ボーイング等の発生を抑制して良好な形状にエッチングすることができる。なお、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｗ……半導体ウエハ、１０１……フォトレジスト層、１０２……有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）、１０３……ＳｉＯＮ膜、１０４……アモルファスカーボン層、１０５……シリコン酸化膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンが形成されたフォトレジスト層と、
前記フォトレジスト層の下層に位置する有機系の反射防止膜と、
前記反射防止膜の下層に位置するＳｉＯＮ膜と、
前記ＳｉＯＮ膜の下層に位置するアモルファスカーボン層と、
により多層マスクを構成し、前記アモルファスカーボン層の下層に位置するシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を最終的なマスクとなるアモルファスカーボン層のパターンによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜のプラズマエッチングを開始する際の初期マスクが、前記アモルファスカーボン層の上に前記ＳｉＯＮ膜が残った状態であり、かつ、
前記アモルファスカーボン層の膜厚／残った前記ＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４
であ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であって、
処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備するプラズマエッチング装置を用い、
前記有機系の反射防止膜と、前記ＳｉＯＮ膜のエッチングは、前記上部電極に直流電圧を印加した状態で行う
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であって、
前記アモルファスカーボン層のプラズマエッチングは、前記上部電極に直流電圧を印加しない状態で行う
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１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜の膜厚が２５００ｎｍ以上であり、前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜に深さが２５００ｎｍ以上のホールを形成する
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源と、前記上部電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備したプラズマエッチング装置であって、
前記処理チャンバー内で、請求項１から請求項４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるように制御する制御部を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項６】
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４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。
【請求項１】
所定のパターンが形成されたフォトレジスト層と、
前記フォトレジスト層の下層に位置する有機系の反射防止膜と、
前記反射防止膜の下層に位置するＳｉＯＮ膜と、
前記ＳｉＯＮ膜の下層に位置するアモルファスカーボン層と、
により多層マスクを構成し、前記アモルファスカーボン層の下層に位置するシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を最終的なマスクとなるアモルファスカーボン層のパターンによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜のプラズマエッチングを開始する際の初期マスクが、前記アモルファスカーボン層の上に前記ＳｉＯＮ膜が残った状態であり、かつ、
前記アモルファスカーボン層の膜厚／残った前記ＳｉＯＮ膜の膜厚≦１４
であ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であって、
処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源とを具備するプラズマエッチング装置を用い、
前記有機系の反射防止膜と、前記ＳｉＯＮ膜のエッチングは、前記上部電極に直流電圧を印加した状態で行う
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であって、
前記アモルファスカーボン層のプラズマエッチングは、前記上部電極に直流電圧を印加しない状態で行う
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１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜の膜厚が２５００ｎｍ以上であり、前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜に深さが２５００ｎｍ以上のホールを形成する
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
処理チャンバー内に配置され基板が載置される下部電極と、前記処理チャンバー内に前記下部電極と対向するように配置された上部電極と、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極と前記上部電極との間に高周波電力を印加する高周波電源と、前記上部電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備したプラズマエッチング装置であって、
前記処理チャンバー内で、請求項１から請求項４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるように制御する制御部を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項６】
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４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９２７１８（Ｐ２０１１−１９２７１８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５８９６（Ｐ２０１０−５５８９６）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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