JP2722768B2 - 多層レジスト層のエッチング方法 - Google Patents
多層レジスト層のエッチング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造分野等において行われる多
層レジスト層のエッチング方法に関し、特に異方性形状
の達成、下地材料に起因するアフタ・コロージョンの防
止等を可能とする方法に関する。
層レジスト層のエッチング方法に関し、特に異方性形状
の達成、下地材料に起因するアフタ・コロージョンの防
止等を可能とする方法に関する。
本発明の第１の発明は、下層レジスト層，中間膜，お
よび上層レジスト層を使用するいわゆる３層レジスト・
プロセスにおいて、所定の形状にパターニングされた上
層レジスト層および中間膜をマスクとして少なくともO2
ガスとCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより下層レ
ジスト層のエッチングを行うに際し、基体を−80〜０℃
に冷却することにより、Cl2ガスの添加量が比較的少な
い場合にも異方性形状の達成を可能とするものである。
よび上層レジスト層を使用するいわゆる３層レジスト・
プロセスにおいて、所定の形状にパターニングされた上
層レジスト層および中間膜をマスクとして少なくともO2
ガスとCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより下層レ
ジスト層のエッチングを行うに際し、基体を−80〜０℃
に冷却することにより、Cl2ガスの添加量が比較的少な
い場合にも異方性形状の達成を可能とするものである。
本発明の第２の発明は、Al系材料からなる下地材料層
の上に形成された多層レジスト層のエッチングを行うに
際し、下層レジスト層のエッチングを少なくともO2ガス
とCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより側壁保護膜
を形成しながら行った後、Ｆ系ガスによるプラズマ処理
を施すことにより、側壁保護膜内の残留ClをＦに置換
し、アフタ・コロージョンの発生を防止しようとするも
のである。
の上に形成された多層レジスト層のエッチングを行うに
際し、下層レジスト層のエッチングを少なくともO2ガス
とCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより側壁保護膜
を形成しながら行った後、Ｆ系ガスによるプラズマ処理
を施すことにより、側壁保護膜内の残留ClをＦに置換
し、アフタ・コロージョンの発生を防止しようとするも
のである。
さらに本発明の第３の発明は、上記第２の発明におけ
る下層レジスト層のエッチングを、基体を−80〜０℃に
冷却した状態で行うことにより、Cl2ガスの添加量が比
較的少ない場合にも異方性形状の達成を可能とし、かつ
残留Clの除去を容易としてアフタ・コロージョンの発生
を防止しようとするものである。
る下層レジスト層のエッチングを、基体を−80〜０℃に
冷却した状態で行うことにより、Cl2ガスの添加量が比
較的少ない場合にも異方性形状の達成を可能とし、かつ
残留Clの除去を容易としてアフタ・コロージョンの発生
を防止しようとするものである。
半導体装置のデザイン・ルールがサブミクロン・レベ
ル、さらにはクォーターミクロン・レベルと高度に微細
化されるに伴い、各種加工技術に対する要求も一段と厳
しさを増している。
ル、さらにはクォーターミクロン・レベルと高度に微細
化されるに伴い、各種加工技術に対する要求も一段と厳
しさを増している。
フォトリソグラフィ技術も例外ではなく、高解像度を
求めて露光波長がエキシマ・レーザー光の波長域である
遠紫外域へと短かくなるに伴い、多層レジスト法の採用
が必須となりつつある。多層レジスト法は、基体の表面
段差を吸収するに十分な厚い下層レジスト層と、高解像
度を達成するに十分な薄い上層レジスト層との少なくと
も２種類のレジスト層を組み合わせて使用する方法であ
る。良く知られた方法としては、下地材料層上に厚い下
層レジスト層、SOG（スピン・オン・グラス）等からな
る極めて薄い中間膜、およびフォトリソグフィによりパ
ターニングされる薄い上層レジスト層の３者からなる多
層レジスト層を使用する、いわゆる３層レジスト・プロ
セスがある。このプロセスでは、まず上層レジスト層が
所定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてそ
の下の中間膜および下地レジスト層が現像される。この
現像は、一般にO2ガス等を用いるドライ・エッチングに
より行われる。
求めて露光波長がエキシマ・レーザー光の波長域である
遠紫外域へと短かくなるに伴い、多層レジスト法の採用
が必須となりつつある。多層レジスト法は、基体の表面
段差を吸収するに十分な厚い下層レジスト層と、高解像
度を達成するに十分な薄い上層レジスト層との少なくと
も２種類のレジスト層を組み合わせて使用する方法であ
る。良く知られた方法としては、下地材料層上に厚い下
層レジスト層、SOG（スピン・オン・グラス）等からな
る極めて薄い中間膜、およびフォトリソグフィによりパ
ターニングされる薄い上層レジスト層の３者からなる多
層レジスト層を使用する、いわゆる３層レジスト・プロ
セスがある。このプロセスでは、まず上層レジスト層が
所定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてそ
の下の中間膜および下地レジスト層が現像される。この
現像は、一般にO2ガス等を用いるドライ・エッチングに
より行われる。
ところで、多層レジスト層の異方性加工を高速にかつ
制御性良く行うことは実際には極めて困難である。これ
は、高速性を優先させればラジカル・モードを主体とす
る反応に頼らざるを得なくなるため異方性が低下し、異
方性を優先させればイオン・モードを主体とする反応に
頼らざるを得なくなるため高速化が困難となるという本
質的な問題があるからである。
制御性良く行うことは実際には極めて困難である。これ
は、高速性を優先させればラジカル・モードを主体とす
る反応に頼らざるを得なくなるため異方性が低下し、異
方性を優先させればイオン・モードを主体とする反応に
頼らざるを得なくなるため高速化が困難となるという本
質的な問題があるからである。
このため、従来から異方性と高速性を両立させるため
の研究が種々行われている。
の研究が種々行われている。
エッチング時のウェハ温度を０℃以下に冷却しながら
エッチングを行う、いわゆる低温エッチング法も、注目
される技術のひとつである。これは、エッチング時のウ
ェハ温度を低温化することで側壁部におけるラジカル反
応を凍結し、低イオン・エネルギーで異方性加工を行う
ものである。たとえば、第35回応用物理学関係連合講演
会春季年会演予稿集第496ページ，講演番号28a−Ｇ−４
（1988年）には、ウェハ温度を液体窒素により−100℃
程度まで下げた状態で多層レジスト層の酸素プラズマ・
エッチングを行うことにより、エッチング速度を大幅に
低下させることなく異方性形状を達成した例が報告され
ている。
エッチングを行う、いわゆる低温エッチング法も、注目
される技術のひとつである。これは、エッチング時のウ
ェハ温度を低温化することで側壁部におけるラジカル反
応を凍結し、低イオン・エネルギーで異方性加工を行う
ものである。たとえば、第35回応用物理学関係連合講演
会春季年会演予稿集第496ページ，講演番号28a−Ｇ−４
（1988年）には、ウェハ温度を液体窒素により−100℃
程度まで下げた状態で多層レジスト層の酸素プラズマ・
エッチングを行うことにより、エッチング速度を大幅に
低下させることなく異方性形状を達成した例が報告され
ている。
一方、側壁保護膜を利用して異方性加工を行う試みも
なされている。たとえば、本発明者は先に特願平１−64
086号明細書において、多層レジスト層のエッチング・
ガスとして一般に使用されているO2ガスにCl系ガスを添
加することにより、該Cl系ガスと下層レジスト層との反
応生成物であるCClxを側壁保護膜として堆積させながら
異方性加工を行う技術を提案している。
なされている。たとえば、本発明者は先に特願平１−64
086号明細書において、多層レジスト層のエッチング・
ガスとして一般に使用されているO2ガスにCl系ガスを添
加することにより、該Cl系ガスと下層レジスト層との反
応生成物であるCClxを側壁保護膜として堆積させながら
異方性加工を行う技術を提案している。
このように、多層レジスト層のエッチングを高速にか
つ高い異方性をもって行うための技術が各種提案されて
いるが、未だ解決すべき問題も多い。
つ高い異方性をもって行うための技術が各種提案されて
いるが、未だ解決すべき問題も多い。
たとえば、ウェハ温度を液体窒素により−100℃程度
まで下げる前述の技術においては、エッチング時のウェ
ハ温度を−100℃に保つ必要から周辺冷却系としてはよ
り低温域の冷却能力を有するものが必須となり、装置が
大型化したりコスト高となる等の問題がある。さらに、
かかる低温域では反応生成物の蒸気圧が極めて低いの
で、これがパターン側壁部に厚く堆積してパターン幅を
増大させる懸念もある。したがって、低温エッチングを
行うにしても、実施温度域をより高温化する方が実用上
望ましいプロセスとなり得る。
まで下げる前述の技術においては、エッチング時のウェ
ハ温度を−100℃に保つ必要から周辺冷却系としてはよ
り低温域の冷却能力を有するものが必須となり、装置が
大型化したりコスト高となる等の問題がある。さらに、
かかる低温域では反応生成物の蒸気圧が極めて低いの
で、これがパターン側壁部に厚く堆積してパターン幅を
増大させる懸念もある。したがって、低温エッチングを
行うにしても、実施温度域をより高温化する方が実用上
望ましいプロセスとなり得る。
一方、本発明者が先に提案したO2ガスとCl系ガスの混
合ガス系を使用する方法では、常温において異方性加工
を行うためには、Cl系ガスの添加量を全体の約60〜80％
と比較的高く設定することが必要である。しかし、大量
にCl系ガスを使用することは、堆積物の増加に伴うパー
ティクル汚染の発生、再現性の低下、エッチング速度の
低下等の問題を起こす虞れがあり、さらに改善が望まれ
るところである。
合ガス系を使用する方法では、常温において異方性加工
を行うためには、Cl系ガスの添加量を全体の約60〜80％
と比較的高く設定することが必要である。しかし、大量
にCl系ガスを使用することは、堆積物の増加に伴うパー
ティクル汚染の発生、再現性の低下、エッチング速度の
低下等の問題を起こす虞れがあり、さらに改善が望まれ
るところである。
さらに、Al系材料層のエッチング用マスクを多層レジ
スト層により形成しようとする場合、該多層レジスト層
のエッチングを行うためのエッチング・ガスに上述のよ
うにCl系ガスが含有されていると、該Al系材料層が露出
した時点でアフタ・コロージョンが起こる可能性があ
る。この場合のアフタ・コロージョンは、側壁保護膜中
の残留ClがAlと化合して潮解性の強いAlCl3等の塩素化
合物を生成し、これが吸湿して電解性の液滴となり、水
素発生型の局部電池が形成されることが原因であると考
えられる。
スト層により形成しようとする場合、該多層レジスト層
のエッチングを行うためのエッチング・ガスに上述のよ
うにCl系ガスが含有されていると、該Al系材料層が露出
した時点でアフタ・コロージョンが起こる可能性があ
る。この場合のアフタ・コロージョンは、側壁保護膜中
の残留ClがAlと化合して潮解性の強いAlCl3等の塩素化
合物を生成し、これが吸湿して電解性の液滴となり、水
素発生型の局部電池が形成されることが原因であると考
えられる。
そこで本発明は、多層レジスト法においてO2ガスとCl
系ガスとを含むエッチング・ガスにより下層レジスト層
のエッチングを行う場合にも、パーティクル汚染の発
生、再現性の低下、エッチング速度の低下、アフタ・コ
ロージョンの発生、設備の大型化等を招かない方法を提
供することを目的とする。
系ガスとを含むエッチング・ガスにより下層レジスト層
のエッチングを行う場合にも、パーティクル汚染の発
生、再現性の低下、エッチング速度の低下、アフタ・コ
ロージョンの発生、設備の大型化等を招かない方法を提
供することを目的とする。
本発明者は、上述の目的を達成するために鋭意検討を
行ったところ、多層レジスト層のエッチングにおいてO2
ガスにCl2ガスを添加したエッチング・ガスを使用し、
かつ低温エッチングを実施すれば、比較的Cl2ガスの添
加量が少なくても良好な異方性が達成され、エッチング
速度が低下せず、しかも従来より高い温度域でエッチン
グが行えることを見出した。
行ったところ、多層レジスト層のエッチングにおいてO2
ガスにCl2ガスを添加したエッチング・ガスを使用し、
かつ低温エッチングを実施すれば、比較的Cl2ガスの添
加量が少なくても良好な異方性が達成され、エッチング
速度が低下せず、しかも従来より高い温度域でエッチン
グが行えることを見出した。
さらに、Al系材料層上の多層レジスト層のエッチング
を上述のようなエッチング・ガスを用いて行う場合に
は、エッチング後にＦ系ガスを使用するプラズマ処理を
行うことによりアフタ・コロージョンが効果的に防止さ
れることを見出した。
を上述のようなエッチング・ガスを用いて行う場合に
は、エッチング後にＦ系ガスを使用するプラズマ処理を
行うことによりアフタ・コロージョンが効果的に防止さ
れることを見出した。
さらに、上述のようなエッチング・ガスを用いてAl系
材料層上の多層レジスト層の低温エッチングを行えば、
側壁保護膜の形成量を減少させることができ、アフタ・
コロージョンの防止効果をより高めることが可能となる
ことを見出した。
材料層上の多層レジスト層の低温エッチングを行えば、
側壁保護膜の形成量を減少させることができ、アフタ・
コロージョンの防止効果をより高めることが可能となる
ことを見出した。
本発明は以上のような知見にもとづいて完成されたも
のである。
のである。
すなわち、本発明の第１の発明にかかる多層レジスト
層のエッチング方法は、下地材料層上に下層レジスト
層、中間層、および上層レジスト層をこの順に積層する
ことにより形成された多層レジスト層のパターニングを
行う多層レジスト層のエッチング方法において、前記上
層レジスト層を所望の形状にパターニングして上層レジ
スト・パターンを形成する工程と、前記上層レジスト・
パターンをマスクとする前記中間層のパターニングによ
り中間膜パターンを形成する工程と、基体を−80〜０℃
に冷却した状態で少なくともO2ガスと10〜20％のCl2ガ
スとを含むエッチング・ガスにより前記上層レジスト・
パターンおよび前記中間膜パターンをマスクとして前記
下層レジスト層をエッチングする工程とを有することを
特徴とするものである。
層のエッチング方法は、下地材料層上に下層レジスト
層、中間層、および上層レジスト層をこの順に積層する
ことにより形成された多層レジスト層のパターニングを
行う多層レジスト層のエッチング方法において、前記上
層レジスト層を所望の形状にパターニングして上層レジ
スト・パターンを形成する工程と、前記上層レジスト・
パターンをマスクとする前記中間層のパターニングによ
り中間膜パターンを形成する工程と、基体を−80〜０℃
に冷却した状態で少なくともO2ガスと10〜20％のCl2ガ
スとを含むエッチング・ガスにより前記上層レジスト・
パターンおよび前記中間膜パターンをマスクとして前記
下層レジスト層をエッチングする工程とを有することを
特徴とするものである。
本発明の第２の発明にかかる多層レジスト層のエッチ
ング方法は、Alを主体とする下地材料層上に下層レジス
ト層、中間膜、および上層レジスト層をこの順に積層す
ることにより形成された多層レジスト層のパターニング
を行う多層レジスト層のエッチング方法において、前記
上層レジスト層を所望の形状にパターニングして上層レ
ジスト・パターンを形成する工程と、前記上層レジスト
・パターンをマスクとする前記中間層のパターニングに
より中間膜パターンを形成する工程と、基体を−80〜０
℃に冷却した状態で少なくともO2ガスと10〜20％のCl2
ガスとを含むエッチング・ガスにより前記上層レジスト
・パターンおよび前記中間膜パターンをマスクとして前
記下層レジスト層をエッチングする工程と、Ｆ系ガスに
よるプラズマ処理を施す工程とを有することを特徴とす
るものである。
ング方法は、Alを主体とする下地材料層上に下層レジス
ト層、中間膜、および上層レジスト層をこの順に積層す
ることにより形成された多層レジスト層のパターニング
を行う多層レジスト層のエッチング方法において、前記
上層レジスト層を所望の形状にパターニングして上層レ
ジスト・パターンを形成する工程と、前記上層レジスト
・パターンをマスクとする前記中間層のパターニングに
より中間膜パターンを形成する工程と、基体を−80〜０
℃に冷却した状態で少なくともO2ガスと10〜20％のCl2
ガスとを含むエッチング・ガスにより前記上層レジスト
・パターンおよび前記中間膜パターンをマスクとして前
記下層レジスト層をエッチングする工程と、Ｆ系ガスに
よるプラズマ処理を施す工程とを有することを特徴とす
るものである。
本発明では、多層レジスト層を構成する層のうち下層
レジスト層のエッチングを、少なくともO2ガスとCl2ガ
スとを含むエッチング・ガスを使用して行う。かかる混
合ガス系によれば、Cl2ガスと有機レジスト材料とが反
応することによりCClxなる組成を有するポリマーがパタ
ーン側壁部に堆積する過程と、O2ガスが該ポリマーをエ
ッチング除去する過程とが競合して起こる。したがっ
て、通常ならばラジカル・モードによる反応が進行して
マスクの下にアンダカットが生ずるような比較的高ガス
圧，低直流バイアス下の条件においても、側壁保護膜を
利用した異方性加工が可能となり、しかも通常のイオン
・モードによる反応に比べて遥かにエッチング速度も高
めることができる。
レジスト層のエッチングを、少なくともO2ガスとCl2ガ
スとを含むエッチング・ガスを使用して行う。かかる混
合ガス系によれば、Cl2ガスと有機レジスト材料とが反
応することによりCClxなる組成を有するポリマーがパタ
ーン側壁部に堆積する過程と、O2ガスが該ポリマーをエ
ッチング除去する過程とが競合して起こる。したがっ
て、通常ならばラジカル・モードによる反応が進行して
マスクの下にアンダカットが生ずるような比較的高ガス
圧，低直流バイアス下の条件においても、側壁保護膜を
利用した異方性加工が可能となり、しかも通常のイオン
・モードによる反応に比べて遥かにエッチング速度も高
めることができる。
以上が本発明の２つの発明に共通するエッチング機構
であるが、さらに第１の発明ではエッチングに際して基
体を−80〜０℃に冷却する。このことにより、まず酸素
ラジカルによるレジストのエッチング反応が適度に抑制
され、異方性形状を達成する上で有利となる。また、低
温下では反応生成物CClxの蒸気圧が常温より遥かに低く
側壁保護膜が形成され易くなっているので、従来の混合
ガス系に比べてCl2ガスの含有量を大幅に減少させても
同等の効果を得ることができる上、パーティクル汚染の
発生やエッチング速度の低下を防止することができる。
ただし本発明の場合、前述のような−100℃にも及ぶ冷
却は不要であり、汎用の有機溶媒等を冷媒とする−80〜
０℃の冷却で十分である。したがって、反応生成物の過
剰な堆積が抑制されてパターン幅の増大等の虞れがなく
なる他、チラー（chiller）等の比較的簡単な冷却装置
が使用できるため、装置面，コスト面でも有利となる。
であるが、さらに第１の発明ではエッチングに際して基
体を−80〜０℃に冷却する。このことにより、まず酸素
ラジカルによるレジストのエッチング反応が適度に抑制
され、異方性形状を達成する上で有利となる。また、低
温下では反応生成物CClxの蒸気圧が常温より遥かに低く
側壁保護膜が形成され易くなっているので、従来の混合
ガス系に比べてCl2ガスの含有量を大幅に減少させても
同等の効果を得ることができる上、パーティクル汚染の
発生やエッチング速度の低下を防止することができる。
ただし本発明の場合、前述のような−100℃にも及ぶ冷
却は不要であり、汎用の有機溶媒等を冷媒とする−80〜
０℃の冷却で十分である。したがって、反応生成物の過
剰な堆積が抑制されてパターン幅の増大等の虞れがなく
なる他、チラー（chiller）等の比較的簡単な冷却装置
が使用できるため、装置面，コスト面でも有利となる。
第２の発明では、かかる優れた特性を有する上述のエ
ッチング・ガスをAl系下地材料層の上に形成される多層
レジスト層のエッチングに適用する場合、エッチング終
了後にＦ系ガスによるプラズマ処理を施す。すなわち、
アフタ・コロージョンを防止するためにAl配線層等のエ
ッチングの後処理として一般的に行われている技術を、
多層レジスト層のエッチングの後処理にも適用するわけ
である。これにより、エッチング・ガスにCl2ガスを添
加することのメリットのみを引き出すことが可能とな
る。
ッチング・ガスをAl系下地材料層の上に形成される多層
レジスト層のエッチングに適用する場合、エッチング終
了後にＦ系ガスによるプラズマ処理を施す。すなわち、
アフタ・コロージョンを防止するためにAl配線層等のエ
ッチングの後処理として一般的に行われている技術を、
多層レジスト層のエッチングの後処理にも適用するわけ
である。これにより、エッチング・ガスにCl2ガスを添
加することのメリットのみを引き出すことが可能とな
る。
さらに第２の発明では、上述のエッチングを基体を−
80〜０℃に冷却した状態で行う。この場合、第１の発明
の場合と同様エッチング・ガス中におけるCl2ガスの含
有量を大幅に下げることができるので、側壁保護膜の堆
積が減少し、そのぶん残留Clの影響も少なくなる。した
がって、Ｆ系ガスによるプラズマ処理も容易となり、Al
系下地材料層に対するアフタ・コロージョンの防止効果
が一層高まるわけである。
80〜０℃に冷却した状態で行う。この場合、第１の発明
の場合と同様エッチング・ガス中におけるCl2ガスの含
有量を大幅に下げることができるので、側壁保護膜の堆
積が減少し、そのぶん残留Clの影響も少なくなる。した
がって、Ｆ系ガスによるプラズマ処理も容易となり、Al
系下地材料層に対するアフタ・コロージョンの防止効果
が一層高まるわけである。
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
実施例１ 本実施例では、本発明の第１の発明を適用例について
第１図（Ａ）ないし第１図（Ｄ）を参照しながら説明す
る。
第１図（Ａ）ないし第１図（Ｄ）を参照しながら説明す
る。
まず、第１図（Ａ）に示されるように、下地材料層
（１）上に下層レジスト層（２）、中間膜（３）、およ
び上層レジスト層（４）を順次積層したウェハを用意し
た。ここで、下層レジスト層（２）は、ノボラック系ポ
ジ型フォトレジスト（東京応化工業社製：商品名OFPR80
0）が約１μｍ厚に塗布されてなるものであり、中間膜
（３）はSOG（東京応化工業社製：商品名OCD Type2）が
約0.15μｍ厚に塗布されてなるものであり、また上層レ
ジスト層（４）はノボラック系ポジ型フォトレジスト
（東京応化社製：商品名TSMR−V3）が約0.8μｍ厚に塗
布されてなるものである。
（１）上に下層レジスト層（２）、中間膜（３）、およ
び上層レジスト層（４）を順次積層したウェハを用意し
た。ここで、下層レジスト層（２）は、ノボラック系ポ
ジ型フォトレジスト（東京応化工業社製：商品名OFPR80
0）が約１μｍ厚に塗布されてなるものであり、中間膜
（３）はSOG（東京応化工業社製：商品名OCD Type2）が
約0.15μｍ厚に塗布されてなるものであり、また上層レ
ジスト層（４）はノボラック系ポジ型フォトレジスト
（東京応化社製：商品名TSMR−V3）が約0.8μｍ厚に塗
布されてなるものである。
次に、ｇ線（436nm）による選択露光、アルカリ現像
液（東京応化社製:NMD−３）による現像を経て上層レジ
スト層（４）をパターニングし、第１図（Ｂ）に示され
るように、上層レジスト・パターン（4a）を形成した。
液（東京応化社製:NMD−３）による現像を経て上層レジ
スト層（４）をパターニングし、第１図（Ｂ）に示され
るように、上層レジスト・パターン（4a）を形成した。
次に、マグネトロンRIE（反応性イオン・エッチン
グ）装置を使用して、たとえばC3F8流量50SCCM,ガス圧1
5mTorr,高周波バイアス・パワー1500Wの条件により蒸気
上層レジスト・パターン（4a）をマスクとする中間膜
（３）のパターニングを行い、第１図（Ｃ）に示される
ような中間膜パターン（3a）を形成した。
グ）装置を使用して、たとえばC3F8流量50SCCM,ガス圧1
5mTorr,高周波バイアス・パワー1500Wの条件により蒸気
上層レジスト・パターン（4a）をマスクとする中間膜
（３）のパターニングを行い、第１図（Ｃ）に示される
ような中間膜パターン（3a）を形成した。
次に、ECR（電子サイクロトロン共鳴）型プラズマ・
エッチング装置のウェハ設置電極上に上述のウェハを設
置し、該ウェハ設置電極を所定の温度に冷却した。この
状態で、O2ガス流量40SCCM,Cl2ガス流量10SCCM,ガス圧1
0mTorr,マイクロ波パワー850W,高周波バイアス・パワー
200Wの条件にて上層レジスト・パターン（4a）および中
間膜パターン（3a）をマスクとする下層レジスト層
（２）のエッチングを行った。
エッチング装置のウェハ設置電極上に上述のウェハを設
置し、該ウェハ設置電極を所定の温度に冷却した。この
状態で、O2ガス流量40SCCM,Cl2ガス流量10SCCM,ガス圧1
0mTorr,マイクロ波パワー850W,高周波バイアス・パワー
200Wの条件にて上層レジスト・パターン（4a）および中
間膜パターン（3a）をマスクとする下層レジスト層
（２）のエッチングを行った。
ここで、図示されない側壁保護膜の寄与により異方性
加工が達成されれば、もちろん第１図（Ｄ）に示される
ように垂直壁を有する下層レジスト・パターン（2a）が
形成され、良好な多層レジスト・パターン（５）が完成
される。ただし、この図に上層レジスト・パターン（4
a）が図示されていないのは、下層レジスト層（２）の
エッチング時に同時に除去されてしまうからである。し
かし、低温エッチングにおいてはエッチング・ガスの種
類と被加工材料の組合せにより異方性加工を達成し得る
ウェハ温度が異なる。そこで、ウェハ温度を変化させな
がら、各温度におけるアンダカット率（％）の測定を行
った。
加工が達成されれば、もちろん第１図（Ｄ）に示される
ように垂直壁を有する下層レジスト・パターン（2a）が
形成され、良好な多層レジスト・パターン（５）が完成
される。ただし、この図に上層レジスト・パターン（4
a）が図示されていないのは、下層レジスト層（２）の
エッチング時に同時に除去されてしまうからである。し
かし、低温エッチングにおいてはエッチング・ガスの種
類と被加工材料の組合せにより異方性加工を達成し得る
ウェハ温度が異なる。そこで、ウェハ温度を変化させな
がら、各温度におけるアンダカット率（％）の測定を行
った。
ここでアンダカット率とは、第３図に示されるよう
に、マスクとなる中間膜パターン（3a）の端部から測っ
た下層レジスト・パターン（2b）の後退量をｌ、下層レ
ジスト・パターン（2b）の高さをｈとするとき、（l/
h）×100で定義される値である。
に、マスクとなる中間膜パターン（3a）の端部から測っ
た下層レジスト・パターン（2b）の後退量をｌ、下層レ
ジスト・パターン（2b）の高さをｈとするとき、（l/
h）×100で定義される値である。
また、ウェハ温度に関しては、常温より高い温度域に
おける実験では通常のヒータの温度設定により、また常
温より低い温度域における実験ではチラーからウェハ設
置電極に冷媒として供給されるエタノールの温度を変化
させることにより制御を行った。ただし、エッチング中
にはウェハ温度が初期設定温度よりも上昇する。たとえ
ば、エタノールを冷媒とするチラーでは−100℃程度ま
での冷却が可能であるが、初期設定温度を−80℃とした
場合、エッチング中のウェハ温度は−60℃付近まで上昇
する。したがって、以下の本明細書中で述べるウェハ温
度とは、すべてエッチング中のウェハ温度を指すものと
する。
おける実験では通常のヒータの温度設定により、また常
温より低い温度域における実験ではチラーからウェハ設
置電極に冷媒として供給されるエタノールの温度を変化
させることにより制御を行った。ただし、エッチング中
にはウェハ温度が初期設定温度よりも上昇する。たとえ
ば、エタノールを冷媒とするチラーでは−100℃程度ま
での冷却が可能であるが、初期設定温度を−80℃とした
場合、エッチング中のウェハ温度は−60℃付近まで上昇
する。したがって、以下の本明細書中で述べるウェハ温
度とは、すべてエッチング中のウェハ温度を指すものと
する。
なお、比較のために、O2ガスを単独使用したエッチン
グも同様に行い、アンダカット率（％）を測定した。こ
の場合の条件は、O2ガス流量50SCCM,ガス圧10mTorr,マ
イクロ波パワー850W,高周波バイアス・パワー200Wとし
た。
グも同様に行い、アンダカット率（％）を測定した。こ
の場合の条件は、O2ガス流量50SCCM,ガス圧10mTorr,マ
イクロ波パワー850W,高周波バイアス・パワー200Wとし
た。
結果を第２図に示す。図中、縦軸はアンダカット率
（％）、横軸はウェハ温度（℃）を表し、白丸（○）の
プロットはO2ガスとCl2ガスの混合ガスによる実験結
果、黒丸（●）のプロットはO2ガス単独による比較実験
結果にそれぞれ対応している。この結果から、いずれの
ガス系の場合にもウェハ温度の上昇と共にアンダカット
率が上昇するが、O2ガスとCl2ガスの混合ガスを使用し
てエッチングを行った場合には、O2ガス単独による場合
と比べて高い温度域でアンダカット率が低減できること
が明らかである。O2ガス単独では−60℃まで冷却しても
アンダカットを抑制し切れていないが、O2ガスとCl2ガ
スの混合ガス系では約−24℃でほぼ完全にアンダカット
を抑制することができ、前述の第１図（Ｃ）に示す状態
が達成された。このことは、設備やコストの観点からも
本発明の極めて高い実用性を示すものである。さらに、
従来の技術においては常温においてアンダカットをほぼ
完全に抑制するのにCl2ガス添加量60〜80％が必要であ
ったが、本発明では簡単な冷却を併用すればCl2ガス添
加量を大幅に低減させても（上述の例ではCl2ガス添加
量20％）同等の効果が得られ、この観点からも本発明の
有効性が実証される。
（％）、横軸はウェハ温度（℃）を表し、白丸（○）の
プロットはO2ガスとCl2ガスの混合ガスによる実験結
果、黒丸（●）のプロットはO2ガス単独による比較実験
結果にそれぞれ対応している。この結果から、いずれの
ガス系の場合にもウェハ温度の上昇と共にアンダカット
率が上昇するが、O2ガスとCl2ガスの混合ガスを使用し
てエッチングを行った場合には、O2ガス単独による場合
と比べて高い温度域でアンダカット率が低減できること
が明らかである。O2ガス単独では−60℃まで冷却しても
アンダカットを抑制し切れていないが、O2ガスとCl2ガ
スの混合ガス系では約−24℃でほぼ完全にアンダカット
を抑制することができ、前述の第１図（Ｃ）に示す状態
が達成された。このことは、設備やコストの観点からも
本発明の極めて高い実用性を示すものである。さらに、
従来の技術においては常温においてアンダカットをほぼ
完全に抑制するのにCl2ガス添加量60〜80％が必要であ
ったが、本発明では簡単な冷却を併用すればCl2ガス添
加量を大幅に低減させても（上述の例ではCl2ガス添加
量20％）同等の効果が得られ、この観点からも本発明の
有効性が実証される。
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であ
る。
本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であ
る。
たとえば、O2ガス量を45SCCM,Cl2ガス流量を5SCCM
（すなわちCl2ガス添加量10％）の場合には、ウェハ温
度約−60℃にてほぼ完全にアンダカットを抑制すること
ができた。
（すなわちCl2ガス添加量10％）の場合には、ウェハ温
度約−60℃にてほぼ完全にアンダカットを抑制すること
ができた。
また、冷媒としてフロン系冷媒（たとえば住友3M社
製，商品名フロリナート等）を使用するチラーでは−70
℃程度までの冷却が可能であるので、エッチング・ガス
や被加工材料の種類によってはこれを使用しても良い。
この場合、初期設定温度を−20〜30℃とすると、エッチ
ング中のウェハ温度はおおよそ０℃となる。
製，商品名フロリナート等）を使用するチラーでは−70
℃程度までの冷却が可能であるので、エッチング・ガス
や被加工材料の種類によってはこれを使用しても良い。
この場合、初期設定温度を−20〜30℃とすると、エッチ
ング中のウェハ温度はおおよそ０℃となる。
さらに、上記中間膜（３）の材料は上述のSOGに限ら
れず、CVD等により堆積される酸化シリコン，プラズマC
VD等により堆積される窒化シリコン，多結晶シリコン等
であっても良い。
れず、CVD等により堆積される酸化シリコン，プラズマC
VD等により堆積される窒化シリコン，多結晶シリコン等
であっても良い。
また、上記混合ガス系には、必要に応じて不活性ガス
等が希釈ガスとして添加されていても良い。
等が希釈ガスとして添加されていても良い。
実施例２ 本実施例では、本発明の第２の発明の適用例について
説明する。図面による説明は省略する。
説明する。図面による説明は省略する。
まず、Al（１％Si含有）配線層上に実施例１と同様に
下層レジスト層，中間膜，上層レジスト層の３層からな
る多層レジスト層を形成し、上層レジスト層をフォトリ
ソグラフィによりパターニングし、上層レジスト・パタ
ーンを形成した。次いで、この上層レジスト・パターン
をマスクとして中間膜のパターニングを行い、中間膜パ
ターンを形成した。
下層レジスト層，中間膜，上層レジスト層の３層からな
る多層レジスト層を形成し、上層レジスト層をフォトリ
ソグラフィによりパターニングし、上層レジスト・パタ
ーンを形成した。次いで、この上層レジスト・パターン
をマスクとして中間膜のパターニングを行い、中間膜パ
ターンを形成した。
次に、ECR型プラズマ・エッチング装置を使用してウ
ェハ温度−60℃,O2ガス流量45SCCM,Cl2ガス流量5SCCM,
ガス圧10mTorr,マイクロ波パワー850W,高周波バイアス
・パワー200Wの条件にて上層レジスト・パターンおよび
中間膜パターンをマスクとする下層レジスト層のエッチ
ングを行った。このとき、ウェハの冷却を併用すること
で、少ないCl2ガス添加量によっても側壁保護膜の寄与
により異方性加工が達成された。
ェハ温度−60℃,O2ガス流量45SCCM,Cl2ガス流量5SCCM,
ガス圧10mTorr,マイクロ波パワー850W,高周波バイアス
・パワー200Wの条件にて上層レジスト・パターンおよび
中間膜パターンをマスクとする下層レジスト層のエッチ
ングを行った。このとき、ウェハの冷却を併用すること
で、少ないCl2ガス添加量によっても側壁保護膜の寄与
により異方性加工が達成された。
続いて、ウェハを真空搬送手段を介して平行平板型プ
ラズマ・エッチング装置に移送し、NF3ガス流量50SCCM,
ガス圧10mTorr,交流バイアス電圧−120Vの条件でプラズ
マ処理を行った。この処理により側壁保護膜中の残留Cl
がＦに置換される共に中間膜パターンが除去された。こ
のとき、真空搬送手段を介して平行平板型プラズマ・エ
ッチング装置へ移送されたウェハは低温冷却された状態
にあり、自然に常温に戻そうとすると結露を生ずる虞れ
があるので、加熱を同時に行った。この結果、側壁保護
膜の堆積量が元来少ないこと、加熱の効果等があいまっ
て残留Clが極めて容易にＦに置換された。このウェハを
大気中に放置しても、Al配線層におけるアフタ・コロー
ジョンの発生は認められなかった。
ラズマ・エッチング装置に移送し、NF3ガス流量50SCCM,
ガス圧10mTorr,交流バイアス電圧−120Vの条件でプラズ
マ処理を行った。この処理により側壁保護膜中の残留Cl
がＦに置換される共に中間膜パターンが除去された。こ
のとき、真空搬送手段を介して平行平板型プラズマ・エ
ッチング装置へ移送されたウェハは低温冷却された状態
にあり、自然に常温に戻そうとすると結露を生ずる虞れ
があるので、加熱を同時に行った。この結果、側壁保護
膜の堆積量が元来少ないこと、加熱の効果等があいまっ
て残留Clが極めて容易にＦに置換された。このウェハを
大気中に放置しても、Al配線層におけるアフタ・コロー
ジョンの発生は認められなかった。
以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれ
ば、３層レジスト・プロセスにおいてパーティクル汚染
の発生やエッチング速度の低下を招くことなく、良好な
多層レジスト層の異方性加工を再現性良く行うことが可
能となる。また、多層レジスト層の下地材料層がAl系材
料である場合には、アフタ・コロージョンを効果的に防
止することができる。さらに、本発明の第１の発明およ
び第２の発明で行われる冷却は、何ら大型で複雑な設備
を要するものではなく、コスト的にも有利である。した
がって本発明は、微細なデザイン・ルールと高性能を有
する半導体装置の製造等に特に有効である。
ば、３層レジスト・プロセスにおいてパーティクル汚染
の発生やエッチング速度の低下を招くことなく、良好な
多層レジスト層の異方性加工を再現性良く行うことが可
能となる。また、多層レジスト層の下地材料層がAl系材
料である場合には、アフタ・コロージョンを効果的に防
止することができる。さらに、本発明の第１の発明およ
び第２の発明で行われる冷却は、何ら大型で複雑な設備
を要するものではなく、コスト的にも有利である。した
がって本発明は、微細なデザイン・ルールと高性能を有
する半導体装置の製造等に特に有効である。
第１図（Ａ）ないし第１図（Ｄ）は本発明の第１の発明
を一実施例をその工程順にしたがって示す概略断面図で
あり、第１図（Ａ）は下地材料層上に下層レジスト層、
中間膜、および上層レジスト層が形成された状態、第１
図（Ｂ）はフォトリソグラフィによる上層レジスト層の
パターニング工程、第１図（Ｃ）は中間膜のパターニン
グ工程、第１図（Ｄ）は下層レジスト層のエッチング工
程をそれぞれ表す。第２図はO2ガスとCl2ガスとの混合
ガス系を用いるエッチングにおけるアンダカット率のウ
ェハ温度依存性をO2ガス単独系によるそれと比較して示
す特性図である。第３図は下層レジスト層のエッチング
においてアンダカットが発生した状態を示す概略断面図
である。 １……下地材料層 ２……下層レジスト層 2a,2b……下層レジスト・パターン ３……中間膜 3a……中間膜パターン ４……上層レジスト層 4a……上層レジスト・パターン ５……多層レジスト・パターン
を一実施例をその工程順にしたがって示す概略断面図で
あり、第１図（Ａ）は下地材料層上に下層レジスト層、
中間膜、および上層レジスト層が形成された状態、第１
図（Ｂ）はフォトリソグラフィによる上層レジスト層の
パターニング工程、第１図（Ｃ）は中間膜のパターニン
グ工程、第１図（Ｄ）は下層レジスト層のエッチング工
程をそれぞれ表す。第２図はO2ガスとCl2ガスとの混合
ガス系を用いるエッチングにおけるアンダカット率のウ
ェハ温度依存性をO2ガス単独系によるそれと比較して示
す特性図である。第３図は下層レジスト層のエッチング
においてアンダカットが発生した状態を示す概略断面図
である。 １……下地材料層 ２……下層レジスト層 2a,2b……下層レジスト・パターン ３……中間膜 3a……中間膜パターン ４……上層レジスト層 4a……上層レジスト・パターン ５……多層レジスト・パターン
Claims (2)
- 【請求項１】下地材料層上に下層レジスト層、中間層、
および上層レジスト層をこの順に積層することにより形
成された多層レジスト層のパターニングを行う多層レジ
スト層のエッチング方法において、 前記上層レジスト層を所望の形状にパターニングして上
層レジスト・パターンを形成する工程と、 前記上層レジスト・パターンをマスクとする前記中間層
のパターニングにより中間膜パターンを形成する工程
と、 基体を−80〜０℃に冷却した状態で少なくともO2ガスと
10〜20％のCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより前
記上層レジスト・パターンおよび前記中間膜パターンを
マスクとして前記下層レジスト層をエッチングする工程
とを有することを特徴とする多層レジスト層のエッチン
グ方法。 - 【請求項２】Alを主体とする下地材料層上に下層レジス
ト層、中間膜、および上層レジスト層をこの順に積層す
ることにより形成された多層レジスト層のパターニング
を行う多層レジスト層のエッチング方法において、 前記上層レジスト層を所望の形状にパターニングして上
層レジスト・パターンを形成する工程と、 前記上層レジスト・パターンをマスクとする前記中間層
のパターニングにより中間膜パターンを形成する工程
と、 基体を−80〜０℃に冷却した状態で少なくともO2ガスと
10〜20％のCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより前
記上層レジスト・パターンおよび前記中間膜パターンを
マスクとして前記下層レジスト層をエッチングする工程
と、 Ｆ系ガスによるプラズマ処理を施す工程とを有すること
を特徴とする多層レジスト層のエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2108752A JP2722768B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 多層レジスト層のエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2108752A JP2722768B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 多層レジスト層のエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH047829A JPH047829A (ja) | 1992-01-13 |
| JP2722768B2 true JP2722768B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=14492608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2108752A Expired - Fee Related JP2722768B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 多層レジスト層のエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2722768B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58147033A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | パタ−ン形成方法 |
| JPS59189633A (ja) * | 1983-04-13 | 1984-10-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH01243426A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Hitachi Ltd | レジスト膜のエツチング方法 |
| JP2892006B2 (ja) * | 1988-03-29 | 1999-05-17 | ソニー株式会社 | エッチング方法 |
-
1990
- 1990-04-26 JP JP2108752A patent/JP2722768B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH047829A (ja) | 1992-01-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |