JP3348504B2

JP3348504B2 - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JP3348504B2
Application number: JP02865794A
Authority: JP
Inventors: 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH07240402A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造等の
微細加工に適用されるドライエッチング方法に関し、特
に多層レジスト・プロセスにおいて下地材料層に対して
高選択比を維持しながら下層レジスト膜を高速異方性エ
ッチングする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置のデザイン・ルールの高度な
微細化、集積回路の複雑化によるウェハの表面段差の増
大、フォトリソグラフィにおける露光波長の短波長化等
に伴い、多層レジスト・プロセスの採用が必要となって
いる。この多層レジスト・プロセスは、基体の表面段差
を吸収するに十分な厚い下層レジスト膜と、高解像度を
達成するに十分な薄い上層レジスト膜の少なくとも２種
類のレジスト膜とを組み合わせて使用する方法である。

【０００３】良く知られた方法としては、ジャーナル・
オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー
（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，１６，ｐ．１６２
０（１９７９））に記載された３層レジスト・プロセス
がある。これは、ウェハ上に下層レジスト膜、ＳＯＧ
（スピン・オン・グラス）等の酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ_ｘ）系材料からなる極めて薄い中間膜、及びフォトリ
ソグラフィにより直接にパターニングされる薄い上層レ
ジスト膜の３層の膜を使用するものである。このプロセ
スでは、まず上層レジスト膜がリソグラフィにより所定
の形状にパターニングされ、これをマスクとしてその下
の中間膜がＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）により
パターニングされ、さらにこの中間膜をマスクとして下
層レジスト膜がドライエッチングされる。

【０００４】上述の下層レジスト膜のドライエッチング
は、通常、Ｏ_２ガスを用いて行われている。このエッチ
ング機構の本質は、Ｏ^＊（酸素ラジカル）による有機高
分子材料の燃焼反応であり、本来等方的に進行するもの
である。そこで、パターンの断面形状の劣化を防止する
ために、イオン入射エネルギーをある程度高めた条件を
採用することが必要である。つまり、低ガス圧かつ高バ
イアス・パワーといった条件下でイオンの平均自由行程
と自己バイアス電位Ｖ_ｄｃを増大させ、大きな入射エネ
ルギーを有するイオンによるスパッタ反応の寄与を高め
て高異方性を達成する必要がある。

【０００５】かかるエッチング条件の採用が、逆に多層
レジスト・プロセスの実用化を妨げる原因ともなってい
る。これは、オーバーエッチング時に下地材料層のスパ
ッタ生成物がパターン側壁に再付着してしまい、後工程
におけるその除去が困難となるからである。

【０００６】かかる問題点としては、例えば、第３３回
応用物理学関係連合講演会（１９８６年春季年会）講演
予稿集ｐ．５４２，演題番号２ｐ−Ｑ−８に記載される
Ａｌ（アルミニウム）の再付着物の事例が知られている
が、この他にもＳｉＯ_ｘ層間絶縁膜やＷ（タングステ
ン）−ポリサイド配線の再付着物がダストを発生させる
等の問題を引き起こしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなスパッタ
再付着を抑制するには入射イオン・エネルギーの低減が
効果的であることは明白だが、これでは垂直方向のエッ
チング速度が低下してスループットが損なわれる他、前
述の等方的な燃焼反応が優勢となり、異方性が低下する
という問題が生ずる。

【０００８】特に、新しいプラズマとして提案されてい
るイオン密度が１０^１１／ｃｍ^３以上の高密度プラズマ
を用いた場合には、エッチング反応生成物ＣＯ_ｘの再解
離による異方性形状の劣化が顕著に現れ易い。すなわ
ち、ＥＣＲプラズマ（電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ）、へリコン波プラズマ、誘導結合プラズマ等のよう
な電子温度の高いプラズマ中では、レジストの燃焼反応
生成物であるＣＯ_ｘが高真空排気流に乗ってチャンバ
外へ排出される前に、次式ＣＯ_ｘ → ＣＯ_ｘ−１＋Ｏ^＊で表される再解離反応を起こす。ここで生成したＯ
^＊が、下層レジスト・パターンの異方性形状を劣化させ
る。

【０００９】この問題を解決する一方法として、側壁保
護を併用することにより、入射イオン・エネルギーを実
用的なエッチング速度を損なわない程度に低減すること
も提案されている。例えば、Ｃｌ_２，ＨＢｒ等のハロゲ
ン系ガスとＯ_２との混合ガスを用い、反応生成物である
ＣＣｌ_ｘポリマー、ＣＢｒ_ｘポリマー等をパターン側壁
面に堆積させるドライエッチング方法はその一例であ
る。

【００１０】この方法は、実用的な温度領域における異
方性加工を実現できるが、下地材料層の種類によっては
添加されたハロゲン系ガスの寄与により、複雑な組成を
有する除去困難な反応生成物を堆積させるという新たな
問題を生じた。

【００１１】例えば、第４０回応用物理学関係連合講演
会（１９９３年春季年会）講演予稿集ｐ．５７８，演題
番号３０ａ−ＺＥ−８には、ポリシリコン膜上の下層レ
ジスト膜をＨＢｒ／Ｏ_２混合ガスを用いてエッチングし
た場合に、Ｃ，Ｏ，Ｓｉ，Ｂｒを構成元素とする堆積物
が異常に堆積してマイクロローディング効果を生ずる旨
が記載されている。この堆積物にはＳｉが含まれるた
め、エッチング終了後にＯ_２プラズマ処理等を行って除
去しようとしても、ＳｉがＳｉＯ_ｘに変化し、パーティ
クル・レベルを悪化させる虞れが大きい。上記予稿集に
は、かかる異常な堆積がハロゲン系ガスの添加量を減じ
れば抑制できる旨も記載されている。

【００１２】このように、実用的なエッチング速度、高
い下地選択性、優れた形状異方性、マイクロローディン
グ効果の抑制、パーティクルの抑制等のあらゆる条件を
いずれも満足させながら下層レジスト膜のエッチングを
行うことは容易なことではないが、ハロゲン系ガスの添
加量をゼロ若しくはできる限り少量とすることが必要で
あると考えられる。

【００１３】一方、ＥＣＲプラズマやある種の誘導結合
プラズマについては、プラズマ生成部と基板との位置関
係によりエッチング特性が変化することが知られてい
る。

【００１４】例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス第２９巻４号（Japanese J
ournal of Applied Physics, vol. 29, no.4) ｐ．７９
２〜７９７（１９９０年）によると、ポリイミド層間絶
縁膜のエッチング特性をＥＣＲポジションとウェハ・ス
テージ間の距離を変化させながら検討した結果、基板
（ウェハ）がＥＣＲポジションに近づくほどイオン電流
密度が上昇してエッチング速度が増大し、異方性が向上
する。逆にＥＣＲポジションから外れると、イオンに比
べて寿命の長いラジカルが優勢となり、異方性形状が劣
化する。

【００１５】また、１９９３年ドライプロセス・シンポ
ジウム講演予稿集には、ＣＦ_４／Ｈ_２混合ガスを用いた
ＳｉＯ_２層間絶縁膜のエッチング特性を、誘導結合プラ
ズマ装置のチャンバ上部の高周波アンテナとウェハ・ス
テージとの間の距離を変化させながら検討した結果が記
載されている。この記載によると、基板が高周波アンテ
ナに近いプラズマ生成領域に置かれている場合には、反
応生成物であるＨＦが高エネルギー電子の作用で再解離
されるため、対Ｓｉ選択比は改善されない。しかし、基
板を高周波アンテナからやや離れたプラズマ拡散領域に
置くと、ＨＦの再解離が減少する上に一部が排気される
ため、Ｆ原子濃度が低下して対Ｓｉ選択比が改善され
る。

【００１６】これらの事実から、ドライエッチング方法
においては、上述のようなプラズマ装置内の基板保持位
置に応じたエッチング特性変化を高選択異方性加工を利
用することが有効であると考えられる。

【００１７】そこで、本発明は、有機レジスト膜のドラ
イエッチングにおいて、高速性、異方性、高選択性、低
汚染性等の各条件を高いレベルで満足することが可能な
方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
に鑑みて検討を行った結果、高密度プラズマ装置内にお
けるＯ^＊の生成量がプラズマ生成部と該装置内に保持さ
れる基板との距離に応じた分布を示すことを利用し、エ
ッチング途中でこの距離を変化させることにより基板と
接触し得るＯ^＊の量を変化させることが形状制御を行う
上で有効であることを見出し、本発明を完成するに至っ
たものである。

【００１９】すなわち、本発明のドライエッチング方法
は、イオン密度が１０^１１イオン／ｃｍ^３以上のプラズ
マを生成するプラズマ生成部を有するプラズマ装置に放
電解離条件下で酸素系活性種を生成可能なエッチング・
ガスを導入し、該プラズマ装置内に保持された基板と該
プラズマ生成部との間の距離を変化させながら該基板上
の有機レジスト膜を選択的にエッチングするものであ
る。

【００２０】ここで、有機レジスト膜は、パターニング
が溶液現像処理ではなくドライエッチングにより行われ
ることから、多層レジスト・プロセスにおける下層レジ
スト膜である。

【００２１】上記距離の変化モードは、前記有機レジス
ト膜を実質的にその膜厚分だけエッチングするジャスト
エッチング工程では相対的に小とし、前記有機レジスト
膜の残余分をエッチングするオーバーエッチング工程で
は相対的に大とするモードである。この変化を実現する
手段としては、前記基板を載置する基板ステージをプラ
ズマ装置の軸方向に沿ってさせることが最も簡便であ
る。

【００２２】上述のような高いイオン密度を有するプラ
ズマとしては、ＥＣＲプラズマ、ヘリコン波プラズマ、
誘導結合プラズマのいずれかを用いることができる。こ
のうち、誘導結合プラズマには装置構成の異なる幾つか
のタイプが知られており、代表的なものを例示すると、
円筒形チャンバの軸方向の一部を構成する絶縁シリンダ
の周囲に高周波マルチターン・アンテナを巻回した装置
内で励起されるＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏ
ｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）、チャンバ上部の絶縁プレ
ート上に渦巻き状の高周波アンテナを配設した装置内で
励起されるＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏｕｐ
ｌｅｄＰｌａｓｍａ）、絶縁シリンダの周囲に螺旋状
の高周波アンテナを巻回したヘリカル共振器内で励起さ
れるヘリカル共振プラズマ等である。

【００２３】なお、ＥＣＲプラズマを用いる場合には、
磁界を生成させるためのソレノイド・コイルを複数段構
成とし、各段のソレノイド・コイルへの供給電力量を制
御することによりＥＣＲポジションをチャンバ軸方向に
移動させる方法が知られている。本発明では、上述の基
板ステージの昇降と合わせてかかるＥＣＲポジションの
移動を行ってもよい。

【００２４】本発明では上記有機レジスト膜のエッチン
グ・ガスとして、Ｏ_２、Ｏ_３、酸化炭素、酸化窒素、酸
化イオウ、硫化カルボニル（ＣＯＳ）から選ばれる少な
くとも１種類の化合物を含むガスを用いる。

【００２５】ここで、上記酸化炭素としてはＣＯ（一酸
化炭素），ＣＯ_２（二酸化炭素），Ｃ_５Ｏ_２（二酸化五
炭素）を、また酸化窒素としてはＮ_２Ｏ（一酸化二窒
素），ＮＯ（一酸化窒素），Ｎ_２Ｏ_３（三酸化二窒素）
を、さらに酸化イオウとしてはＳＯ（一酸化イオウ），
ＳＯ_２（二酸化イオウ），ＳＯ_３（三酸化イオウ）を典
型的に用いることができる。

【００２６】

【作用】一般にＥＣＲプラズマ、ヘリコン波プラズマ、
誘導結合プラズマ等の高密度プラズマ中では、プラズマ
生成部の近傍においてイオン電流密度が高く、またエッ
チング反応生成物の再解離も促進されて大量のラジカル
が生成している。しかし、プラズマ生成部から遠ざかる
につれて電子温度が下がり、これによりイオン電流密度
が低下して相対的にラジカル密度は減少する。但し、エ
ッチング反応生成物の再解離も減少するので、ラジカル
が大過剰とはならない。かかるプラズマ装置の軸方向に
沿ったプラズマ特性の変化は当然、エッチング特性にも
反映される。すなわち、プラズマ生成部近傍では高いイ
オン・エキルギーと大量に生成するラジカルを用いた高
速異方性エッチングが可能となる。一方、プラズマ生成
部から離れた場所では適正量のラジカルを用いた高選択
異方性エッチングが可能となる。

【００２７】本発明は、かかる有機レジスト膜のドライ
エッチング時にプラズマ生成部と基板との間の距離を変
化させることにより、プラズマ特性の異なる領域に基板
を保持することを可能とし、それぞれの領域におけるエ
ッチングの利点を同時に得る。

【００２８】特に、酸素系活性種を生成可能なＯ_２、Ｏ
_３、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウ、硫化カルボニル
等を含むエッチング・ガスを用いて有機系材料膜をエッ
チングするプロセスでは、反応生成物としてＣＯ_ｘが生
成し、このＣＯ_ｘの再解離の程度に応じてプラズマの各
領域におけるＯ^＊密度が変化することになる。したがっ
て、プラズマ生成部近傍に基板を保持してエッチングを
行えば、豊富なイオンとＯ^＊により高速異方性エッチ
ングが可能となる。この過程は、ジャストエッチングに
適している。一方、プラズマ生成部から遠ざかった領域
に基板を保持すれば、高選択異方性エッチングが可能と
なる。この過程は、オーバーエッチングに適している。

【００２９】かかるプラズマ生成部と基板間の距離の変
化を基板ステージの昇降により行えば、プラズマ励起条
件は何ら変更することなく、機械的操作のみによって基
板をＯ^＊密度の異なるプラズマ領域に置くことができ
る。したがって、再現性及びスループットに優れたドラ
イエッチングが可能となる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３１】実施例１本実施例は、本発明をＳＲＡＭのビット線加工を行うた
めの３層レジスト・プロセスに適用し、１０^１１イオン
／ｃｍ^２台のイオン密度を有するＥＣＲプラズマを利
用して２層目ポリサイド膜上の下層レジスト膜をエッチ
ングした例である。

【００３２】まず、本実施例において用いた有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置の構成を図１に示す。

【００３３】このプラズマ・エッチング装置の基本的な
構成要素は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマ
グネトロン１、マイクロ波を導く矩形導波管２及び円形
導波管３、上記マイクロ波を利用してＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）放電により内部にＥＣＲプラズマＰ_Ｅ
を生成させるための石英からなるベルジャ４、円形導波
管３とベルジャ４を周回するように配設され８．７５×
１０^−２Ｔ（８７５Ｇ）の磁場強度を達成できるソレノ
イド・コイル５、ベルジャ４に接続され、排気孔８を通
じて、図１中矢印Ａ方向に高真空排気されるエッチング
・チャンバ６、このエッチング・チャンバ６とベルジャ
４へ処理に必要なガスをそれぞれ図１中矢印Ｂ_１方向、
矢印Ｂ_２方向から供給するガス導入管７、ウェハＷを載
置するためのウェハ・ステージ９、このウェハ・ステー
ジ９に埋設され、チラー等の冷却設備から供給される冷
媒を図１中矢印Ｃ_１方向、矢印Ｃ_２方向に循環させてウ
ェハＷを所定の温度に冷却するための冷却配管１０、ウ
ェハ・ステージ９に基板バイアスを印加するため、マッ
チング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）１１等を介して接続さ
れる基板バイアス印加用ＲＦ電源１２等を備える点にあ
る。

【００３４】ソレノイド・コイル５は、上段側コイル５
ａと下段側コイル５ｂに分割されており、各々独立に電
力供給を受けてベルジャ４内の磁界強度分布を制御する
ようになされている。この制御により、ＥＣＲプラズマ
Ｐ_Ｅの共鳴吸収点であるＥＣＲポジション１３の位置を
ベルジャ４の軸方向にシフトさせることができる。ここ
で、下段側コイル５ｂの底面からのＥＣＲポジション１
３までの距離をｈ_Ｅとする。

【００３５】一方、ウェハ・ステージ９は、図示しない
駆動機構により図１中矢印Ｄ方向に昇降可能とされてい
る。ここで、下段側コイル５ｂの底面とウェハ・ステー
ジ８の表面までの距離をｈ_Ｓとする。

【００３６】したがって、ＥＣＲポジション１３とウェ
ハ・ステージ９との距離ｄは、ｄ＝ｈ_Ｅ＋ｈ_Ｓで表され
る。ウェハＷは、非常に薄いので、この距離ｄを近似的
にＥＣＲポジション１３とウェハＷとの距離として扱
う。

【００３７】この有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置を用い、実際に下層レジスト膜をエッチングし
た。

【００３８】エッチング・サンプルとして用いたウェハ
を図２に示す。このウェハは、予めシャロー・トレンチ
型の素子分離領域２２が形成されたＳｉ基板２１上にＳ
ｉＯ_２からなるゲート酸化膜を介して１層目ポリサイド
膜によるゲート電極２５が形成されている。このゲート
電極２５の下層側は多結晶シリコン層２３、上層側はＷ
Ｓｉ_ｘ（タングステン・シリサイド）層２４からなる。
さらに、ウェハの全面は例えばＣＶＤにより堆積された
ＳｉＯ_ｘ層間絶縁膜２６に被覆されており、その上には
２層目ポリサイド膜２９が形成されている。この２層目
ポリサイド膜２９は、ＳＲＡＭのビット線を構成する部
分であり、下層側は多結晶シリコン層２７、上層側はＷ
Ｓｉ_ｘ層２８からなる。

【００３９】さらに、この２層目ポリサイド膜２９の上
には、これをパターニングするための下層レジスト膜３
０が全面的に形成され、さらにこの上でＳＯＧ中間膜３
１と上層レジスト膜３２とがパターニングされている。

【００４０】ここで、上層レジスト膜３２は、一例とし
て化学増幅系のネガ型３成分レジスト（シプレー社製；
商品名ＳＡＬ−６０１）を用いて厚さ約０．５μｍの塗
膜を形成した後、ＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパを
用いて約０．３５μｍの線幅でパターニングされたもの
である。

【００４１】ＳＯＧ中間膜３１は、ＳＯＧ（東京応化工
業社製；商品名ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ２）の塗膜（膜厚約１
００ｎｍ）を上記上層レジスト膜３２のパターンをマス
クとするドライエッチングによりパターニングされてい
る。このドライエッチングは、例えばＲＩＥ（反応性イ
オン・エッチング）装置を用い、ＣＨＦ_３／Ｏ_２混合ガ
スを用いて行った。

【００４２】さらに、下層レジスト膜３０は、一例とし
て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ＯＦＰＲ−８００）を用い、ウェハＷの表面
段差をほぼ吸収して平坦化できる膜厚（約１．０μｍ）
に形成されている。

【００４３】このウェハを上述の有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置のウェハ・ステージ９上にセット
し、一例として下記の条件により下層レジスト膜１０の
ジャストエッチングを行った。

【００４４】Ｏ_２流量２０ＳＣＣＭＣｌ_２流量５ＳＣＣＭガス圧０．２７Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ・ステージ温度 −５０ ℃（アルコール系冷媒使用）ベルジャ内温度１５０ ℃ 距離ｈ_Ｅ６０ｍｍ距離ｈ_Ｓ２００ｍｍ距離ｄ（＝ｈ_Ｅ＋ｈ_Ｓ）２６０ｍｍこの過程では、エッチング反応生成物としてＣＯ_ｘが生
成するが、これはＥＣＲポジション１３近傍では高い確
率で再解離を起こし、プラズマ中のＯ^＊密度を高める。
上述のウェハ位置では、高密度・高エネルギーのイオン
とラジカルの寄与により高速異方性エッチングが進行し
た。

【００４５】なお、Ｃｌ_２は、ウェハ冷却条件下でカー
ボン系ポリマーの側壁保護膜（図示せず。）の堆積を促
進するために少量添加されているものである。

【００４６】続いて、一例として下記の条件で下層レジ
スト膜３０の残余部を除去するためのオーバーエッチン
グを行った。

【００４７】Ｏ_２流量２０ＳＣＣＭＣｌ_２流量２ＳＣＣＭガス圧０．２７Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２００Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ・ステージ温度 −５０ ℃（アルコール系冷媒使用）ベルジャ内温度１５０ ℃ 距離ｈ_Ｅ９０ｍｍ距離ｈ_Ｓ３００ｍｍ距離ｄ（＝ｈ_Ｅ＋ｈ_Ｓ）３９０ｍｍこの過程では、ウェハＷとＥＣＲポジション１３との間
の距離をジャストエッチング時に比べて拡大した。この
ウェハ位置では、ＣＯ_ｘの再解離はそれほど多くはない
ため、Ｏ^＊生成量が大過剰とはならず、したがって異
方性形状を損なうことなく高速高選択エッチングが進行
した。この結果、図３に示されるように、異方性形状を
有する下層レジスト・パターン３０ａを形成することが
できた。

【００４８】なお、このオーバーエッチング工程ではジ
ャストエッチング工程におけるよりもＣｌ_２流量を下げ
ているが、これは上述のように距離ｄの調節を通じてＯ
^＊の少ない条件下でエッチングを行うようにしたこと
で、側壁保護膜をそれほど大幅に強化する必要がなくな
ったからである。Ｃｌ_２は下地のＷＳｉ_ｘ層２８を浸触
するため、このように流量を低減できることは下地選択
性を確保する観点からも極めて有利である。

【００４９】実施例２本実施例では、同様の下層レジスト膜３０のエッチング
を、１０^１２イオン／ｃｍ^２台のイオン密度を有するＩ
ＣＰを用いて行った。

【００５０】まず、本実施例において用いたＩＣＰエッ
チング装置の構成を図４に示す。

【００５１】この装置は、円筒形のエッチング・チャン
バ４６、このエッチング・チャンバ４６の天井部を構成
し、プラズマに対して大面積のＤＣ接地電極として機能
する導電性の上蓋４１、エッチング・チャンバ４６の軸
方向の一部を構成する石英シリンダ４４、この石英シリ
ンダ４４を周回する非共鳴型のマルチターン・アンテナ
４５、このマルチターン・アンテナ４５に第１のマッチ
ング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）４２を介して接続される
プラズマ励起用ＲＦ電源４３、エッチング・チャンバ４
６の内部を、図４中矢印Ｅ方向に高真空排気するために
外部の排気系統へ接続される排気孔５０、エッチング・
チャンバ４６内へ図４中矢印Ｆ方向からエッチング・ガ
スを導入するガス供給管４７、ウェハＷを載置するウェ
ハ・ステージ４８、このウェハ・ステージ４８上にウェ
ハＷを固定するためのアルミナ製のクランプ４９、ウェ
ハ・ステージ４８にインピーダンス整合用の第２のマッ
チング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）５２を介して容量結合
される基板バイアス印加用ＲＦ電源５３、ウェハ・ステ
ージ４８の内部に矢印Ｇ_１，Ｇ_２方向に冷媒を供給・循
環させることによりウェハＷを冷却するための冷却配管
５１等を主な構成要素とする。

【００５２】プラズマ励起用ＲＦ電源４３と基板バイア
ス印加用ＲＦ電源５３のＲＦ周波数は、両者間の干渉を
防止するために互いに若干ずれた値に設定されており、
一例として前者を２．２ＭＨｚ、後者を２．０ＭＨｚと
した。

【００５３】ウェハ・ステージ４８は、図示されない駆
動機構により図４中矢印Ｈ方向に昇降可能とされてい
る。ここでは、マルチターン・アンテナ４５と下端とウ
ェハ・ステージ４８のウェハ載置面との間の距離ｈ
_Ｉを、Ｏ^＊密度を制御するパラメータとする。

【００５４】かかる構成において、プラズマ励起用ＲＦ
電源４３からアンテナ４５に高周波を印加すると、誘導
された磁界中で電子が電極とほぼ平行な面内で回転して
ガス分子との衝突確率が高められ、この結果、１０^１２
イオン／ｃｍ^２台の高イオン密度を有する誘導結合プラ
ズマＰ_Ｉが生成される。

【００５５】次に、上述のＩＣＰエッチング装置を用
い、実施例１で用いたものと同じサンプル・ウェハに対
し、一例として下記の条件で下層レジスト膜３０のジャ
ストエンチングを行った。

【００５６】ＣＯ流量５０ＳＣＣＭガス圧０．２７Ｐａアンテナ出力１２００Ｗ（２．２ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２００Ｗ（２．０ＭＨｚ）ウェハ・ステージ温度 −２０ ℃（アルコール系冷媒使用）距離ｈ_Ｉ５０ｍｍこの過程では、ウェハＷが誘導結合プラズマＰ_Ｉ中のＯ
^＊密度の比較的高い領域に置かれるため、高速異方性エ
ッチングが進行した。

【００５７】このとき、ＩＣＰエッチング装置が上蓋４
１にヒータを内蔵する装置であれば、エッチング中にこ
のヒータを作動させることにより、チャンバ壁への炭素
系ポリマーの堆積を抑制してパーティクルを低減すると
共に、ウェハＷ上で効率良く側壁保護膜を形成すること
ができる。

【００５８】続いて、ウェハ・ステージ４８を下降させ
て距離ｈ_Ｉを２００ｍｍとした他は同じ条件で、オーバ
ーエッチングを行った。この過程では、ウェハＷがＯ^＊
密度の比較的低い領域に置かれるため、高選択異方性
エッチングを行うことができた。最終的には実施例１と
同様、良好な異方性形状を有する下層レジスト・パター
ン３０ａを形成することができた。

【００５９】このように、プラズマ励起条件を何ら変更
することなく、ウェハ・ステージ４８の機械的な昇降の
みでエッチング特性を変更できることは、本発明の極め
て優れた利点である。

【００６０】実施例３本実施例では、同様の下層レジスト膜３０のエッチング
を、１０^１３／ｃｍ^３台のイオン密度を有するヘリコン
波プラズマを用いて行った。

【００６１】まず、本実施例で用いたヘリコン波プラズ
マ・エッチング装置の構成を図５に示す。

【００６２】この装置のプラズマ生成部は、内部にヘリ
コン波プラズマＰ_Ｈを生成させるための石英からなるベ
ルジャ６１、このベルジャ６１を周回する２個のループ
を有し、ＲＦパワーをプラズマへカップリングさせるた
めのループ・アンテナ６２、チャンバ６１を周回するご
とく設けられ、チャンバ６１の軸方向に沿った磁界を生
成させるソレノイド・コイル６３等を主な構成要素とす
る。

【００６３】ここで、ソレノイド・コイル６３はさら
に、主としてヘリコン波の伝搬に寄与する内周側ソレノ
イド・コイル６３ａ、及び主としてヘリコン波プラズマ
Ｐ_Ｈの輸送に寄与する外周側ソレノイド・コイル６３ｂ
から構成される。

【００６４】ループ・アンテナ６２にはプラズマ励起用
ＲＦ電源７４からインピーダンス整合用の第１のマッチ
ング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）７３を通じて高周波が印
加され、上下２個のループには互いに逆回り方向の電流
が流れる。ここでは、プラズマ励起用ＲＦ電源７４の周
波数を、１３．５６ＭＨｚとした。なお、両ループ間の
距離は、所望のヘリコン波の波数に応じて最適化されて
いる。

【００６５】ベルジャ６１はエッチング・チャンバ６７
に接続され、内周側ソレノイド・コイル６３ａと外周側
ソレノイド・コイル６３ｂが形成する発散磁界に沿って
エッチング・チャンバ６７の内部へヘリコン波プラズマ
Ｐ_Ｈを引き出す。エッチング・チャンバ６７の側壁面及
び底面は、ステンレス鋼等の導電性材料を用いて構成さ
れている。その内部は、図示しない排気系統により排気
孔６８を通じて図５中矢印Ｉ方向に高真空排気されてお
り、上部の天板部分に開口されるガス供給管６５より図
５中矢印Ｊ方向にドライエッチングに必要なガスの供給
を受ける。また、その側壁面においてゲート・バルブ６
６を介し、例えば図示されないロード・ロック室に接続
されている。

【００６６】さらに、エッチング・チャンバ６７の内部
には、その壁面から電気的に絶縁された導電性のウェハ
・ステージ６９が収容され、この上にウェハＷを保持し
て所定のドライエッチングを行うようになされている。
上記ウェハ・ステージ６９には、プロセス中のウェハＷ
を所望の温度に維持するために、図示しないチラーから
冷媒の供給を受け、これを図５中矢印Ｋ_１方向、矢印Ｋ
_２方向に循環させるための冷却配管７０が挿通されてい
る。

【００６７】ウェハ・ステージ６９には、ヘリコン波プ
ラズマＰ_Ｈ中から入射するイオンのエネルギーを制御す
るために、第２のマッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）
７１を介して基板バイアス印加用ＲＦ電源７２が接続さ
れている。ここでは、この基板バイアス印加用ＲＦ電源
７２の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。

【００６８】さらに、エッチング・チャンバ６７の外部
には、ウェハ・ステージ６９近傍における発散磁界を収
束させるために、補助磁界生成ウェハ・ステージとして
マルチカスプ磁場を生成可能なマグネット６４が配設さ
れている。

【００６９】ウェハ・ステージ６９は、図示されない駆
動機構により図５中矢印Ｌ方向に昇降可能とされてい
る。ここでは、ベルジャ６１下端とウェハ・ステージ６
９のウェハ載置面との間の距離ｈ_Ｈを、Ｏ^＊密度を制御
するパラメータとする。

【００７０】かかる構成において、ベルジャ６１の内部
空間に磁場を形成し、さらにこのベルジャ６１に巻回さ
れるループ・アンテナ６２に高周波を印加してベルジャ
６１内にヘリコン波を生成させると、このヘリコン波か
らランダウ減衰の過程を通じたエネルギー輸送により電
子が加速され、この加速された電子がガス分子に衝突し
て高密度プラズマが生成する。ヘリコン波プラズマで
は、おおよそ１０^１３／ｃｍ^３台の高いイオン密度を達
成することができる。

【００７１】次に、このヘリコン波プラズマ・エッチン
グ装置を用い、実施例１で用いたものと同じサンプル・
ウェハに対し、一例として下記の条件で下層レジスト膜
３０のジャストエッチングを行った。

【００７２】ＮＯ_２流量２０ＳＣＣＭガス圧０．１Ｐａアンテナ出力２０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ＲＦバイアス・パワー２００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ・ステージ温度 −３０ ℃（アルコール系冷媒使用）距離ｈ_Ｈ２５０ｍｍこの過程では、ウェハＷがヘリコン波プラズマＰ_Ｈ中の
Ｏ^＊密度の比較的高い領域に置かれるため、高速異方性
エッチングが進行した。

【００７３】続いて、ウェハ・ステージ６９を下降させ
てベルジャ−ウェハ・ステージ間距離ｈ_Ｈを４５０ｍｍ
とした他は同じ条件で、オーバーエッチングを行った。
この過程では、ウェハＷがＯ^＊密度の比較的低い領域に
置かれるため、高選択異方性エッチングを行うことがで
きた。最終的には実施例１と同様、良好な異方性形状を
有する下層レジスト・パターン３０ａを形成することが
できた。

【００７４】このように、プラズマ励起条件を何ら変更
することなく、ウェハ・ステージ６９の機械的な昇降の
みでエッチング特性を変更できることは、本発明の極め
て優れたメリットである。

【００７５】なお、本発明は、上述した実施例に何ら限
定されるものではなく、例えば、上記実施例ではエッチ
ング・ガスとしてＯ_２，ＣＯ，ＮＯ_２を用いたが、これ
ら以外の酸化炭素や酸化窒素、さらには酸化イオウや硫
化カルボニルを用いても同様の結果が得られる。

【００７６】この他、サンプル・ウェハの構成、エッチ
ング装置の種類や構成、エッチング条件等が適宜変更可
能であることは、言うまでもない。

【００７７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、プラズマ励起条件を何ら変更することな
く、機械的操作のみによって基板をＯ^＊密度の異なるプ
ラズマ領域に置き、再現性及びスループットに優れるド
ライエッチングを行うことが可能となる。

【００７８】特に、３層レジスト・プロセスにおける下
層レジスト膜の高速高選択異方性エッチングが可能とな
ることから、本発明は該プロセスの実用化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング方法に用いる有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置の構成例を示す概
略断面図である。

【図２】ＳＲＡＭのビット線加工用のレジスト・パター
ンの形成プロセスにおいて、上層レジスト膜のパターン
をマスクとしてＳＯＧ中間膜をエッチングした状態を示
す模式的断面図である。

【図３】図２の下層レジスト膜が異方的にエッチングさ
れ、下層レジスト・パターンが形成された状態を表す模
式的断面図である。

【図４】本発明のドライエッチング方法に用いるＩＣＰ
エッチング装置の構成例を示す概略断面図である。

【図５】本発明のドライエッチング方法に用いるヘリコ
ン波プラズマ・エッチング装置の構成例を示す概略断面
図である。

【符号の説明】

１マグネトロン、４，６１ベルジャ、５，６３
ソレノイド・コイル、６，４６，６７エッチング
・チャンバ、９，４８，６９ウェハ・ステージ、
１２，５３，７２基板バイアス印加用ＲＦ電源、１
３ＥＣＲポジション、３０下層レジスト膜、３
０ａ下層レジスト・パターン、３１ＳＯＧ中間膜、
３２上層レジスト膜、４５マルチターン・アン
テナ、４３，７４プラズマ励起用ＲＦ電源、４４
石英シリンダ、６２ループ・アンテナ、Ｐ_ＥＥ
ＣＲプラズマ、Ｐ_Ｉ誘導結合プラズマ、Ｐ_Ｈヘリ
コン波プラズマ、Ｗウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン密度が１０^１１イオン／ｃｍ^３以
上のプラズマを生成するプラズマ生成部を有するプラズ
マ装置に放電解離条件下で酸素系活性種を生成可能なエ
ッチング・ガスを導入し、該プラズマ装置内に保持され
た基板と該プラズマ生成部との間の距離を変化させなが
ら該基板上の有機レジスト膜を選択的にエッチングする
多層レジストプロセスにおける下層レジストのドライエ
ッチング方法において、前記距離を、前記有機レジスト膜を実質的にその膜厚分
だけエッチングするジャストエッチング工程では相対的
に小とし、前記有機レジスト膜の残余分をエッチングす
るオーバーエッチング工程では相対的に大とすることを
特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】前記距離を、前記基板を載置する基板ス
テージを前記プラズマ装置の軸方向に沿って昇降させる
ことにより変化させることを特徴とする請求項１記載の
ドライエッチング方法。
【請求項３】前記プラズマは、ＥＣＲプラズマ、ヘリ
コン波プラズマ、誘導結合プラズマのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載のドライエッチング
方法。
【請求項４】前記エッチング・ガスは、Ｏ_２、Ｏ_３、
酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウ、硫化カルボニルから
選ばれる少なくとも１種類の化合物を含むことを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか１記載のドライエッチン
グ方法。