JP5008691B2 - Plasma processing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造工程でなされるプラズマ処理方法に関する。   The present invention relates to a plasma processing method performed in a manufacturing process of a semiconductor device.

エッチング対象層をプラズマエッチングする際にはフォトレジスト等のレジストマスクが用いられている。特に最近では微細加工の要請に応えて約０．１３μｍ以下の開口パターンを形成するのに適したＡｒＦフオトレジストやＦ２フォトレジスト、すなわち、ＡｒＦガスやＦ２ガスを発光源としたレーザー光で露光するフォトレジストがよく使用されている。 When performing plasma etching on the etching target layer, a resist mask such as a photoresist is used. Especially recently ArF photoresist or F2 photoresist suitable for forming about 0.13μm below the aperture pattern in response to the request of microfabrication, i.e., exposure to ArF gas or F 2 gas laser light with the light emitting source Photoresists are often used.

しかし、ＡｒＦフォトレジスト層やＦ２フォトレジスト層は耐プラズマ性が低いため、エッチング途中でフオトレジスト層の表面が荒れてしまうという問題がある。フォトレジスト層の表面が荒れてしまうことで、エッチングの進行とともに開口部の形状が変化して、設計した形状のエッチング孔やエッチング溝が形成できなくなってしまう。また、エッチング途中で、フォトレジスト層がなくなる箇所ができ、本来エッチングしたくない箇所もエッチングされてしまう。   However, since the ArF photoresist layer and the F2 photoresist layer have low plasma resistance, there is a problem that the surface of the photoresist layer becomes rough during etching. Since the surface of the photoresist layer becomes rough, the shape of the opening changes as the etching progresses, and the designed shape of the etching hole and the etching groove cannot be formed. In addition, a portion where the photoresist layer disappears is formed in the middle of etching, and a portion which is not originally desired to be etched is also etched.

フォトレジスト層の耐プラズマ性を向上させる方法として、フォトレジスト層表面に紫外線、電子線やイオンビームを照射する方法（特許文献１、２、３）、フォトレジストを加熱硬化する方法（特許文献４）や有機Ｓｉ化合物に熱や光のエネルギーを与えて薄い硬化層をフォトレジスト層表面にコーティングする方法（特許文献５）がある。   As a method for improving the plasma resistance of the photoresist layer, a method of irradiating the surface of the photoresist layer with ultraviolet rays, an electron beam or an ion beam (Patent Documents 1, 2, and 3), and a method of heating and curing the photoresist (Patent Document 4). And a method of coating the surface of the photoresist layer with a thin hardened layer by applying heat or light energy to the organic Si compound (Patent Document 5).

上記のフォトレジスト層の耐プラズマ性を向上させる方法では、その後のエッチング工程で使用する容器とは別の容器内で耐プラズマ性の向上処理を行わなければならない。フォトレジスト層の耐プラズマ性の向上処理を行う容器からエッチング容器へ被処理体を搬送することは、搬送工程での歩留まりの低下や搬送時間によるスループットの低下を招く。さらに、耐プラズマ性の向上処理を行う容器をエッチング容器と別に設けることは、余分なスペースが必要であるばかりでなくコストアップを招く。   In the method for improving the plasma resistance of the photoresist layer, the plasma resistance improvement treatment must be performed in a container different from the container used in the subsequent etching process. Conveying the object to be processed from the container for improving the plasma resistance of the photoresist layer to the etching container causes a decrease in yield in the conveyance process and a decrease in throughput due to the conveyance time. Furthermore, providing the container for performing the plasma resistance improving process separately from the etching container not only requires an extra space, but also increases the cost.

また、耐プラズマ性の向上処理を行う容器をエッチング容器と別に設けず、エッチング容器に紫外線照射手段や加熱手段を付加することも可能だが、紫外線照射手段や加熱手段が必要であることには変わりなく、やはりコストアップを招いてしまう。   It is also possible to add an ultraviolet irradiation means and a heating means to the etching container without providing a container for improving the plasma resistance separately from the etching container, but the ultraviolet irradiation means and the heating means are necessary. There is still a cost increase.

一方、エッチング対象部を直接フォトレジスト層で覆うと、その後のフォトレジスト層を露光・現像して開口パターンを形成する工程で、開口パターンの設計寸法精度が落ちてしまう。このため、エッチング対象部とフォトレジストマスク層の間に反射防止層を挿入している。この反射防止層をＣとＦとを有する物質を含むガス、例えば、Ｃ４Ｆ８とＯ２の混合ガス、ＨＢｒとＣＦ４とＨｅの混合ガス、ＣＨ２Ｆ２とＣＦ４とＨｅの混合ガスのプラズマでエッチングすることが提案されている（特許文献６）。反射防止層をエッチングするエッチングガスとしては、例えばＣＦ４とＯ２との混合ガスも知られている（特許文献７）。 On the other hand, if the portion to be etched is directly covered with a photoresist layer, the design dimension accuracy of the opening pattern is reduced in the step of exposing and developing the subsequent photoresist layer to form the opening pattern. For this reason, an antireflection layer is inserted between the etching target portion and the photoresist mask layer. This antireflection layer is a gas containing a substance containing C and F, for example, a mixed gas of C 4 F 8 and O 2, a mixed gas of HBr, CF 4 and He, a mixture of CH 2 F 2 , CF 4 and He. Etching with a plasma of gas has been proposed (Patent Document 6). As an etching gas for etching the antireflection layer, for example, a mixed gas of CF 4 and O 2 is also known (Patent Document 7).

しかしながら、反射防止層をＣ４Ｆ８とＯ２の混合ガスやＣＦ４とＯ２の混合ガスのプラズマでエッチングした場合は、ＡｒＦレジスト層の表面が荒れたり、ＡｒＦレジスト層に縦筋が入ったり、マスク層であるＡｒＦフォトレジスト層も相当量エッチングされてしまいマスクとしての機能を果たせなくなることもある。 However, when the antireflection layer is etched with a plasma of a mixed gas of C 4 F 8 and O 2 or a mixed gas of CF 4 and O 2 , the surface of the ArF resist layer becomes rough or vertical stripes are formed in the ArF resist layer. Alternatively, the ArF photoresist layer, which is the mask layer, may be etched by a considerable amount and may not function as a mask.

特開平６０−１１０１２４号公報JP-A-60-110124 特開平２−２５２２３３号公報JP-A-2-252233 特開昭５７−１５７５２３号公報JP-A-57-157523 特開平４−２３４２５号公報JP-A-4-23425 特開平２−４０９１４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-40914 特開平１０−２６１６２号公報JP-A-10-26162 特開平７−３０７３２８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-307328

本発明の目的は、歩留まりの低下やスループットの低下をもたらさずに、かつコストアップを招くことなく、ＡｒＦフォトレジスト層等の有機層の耐エッチング性を向上させることができるプラズマ処理方法を提供することにある。
また、このようにして有機層の耐エッチング性を向上させつつプラズマエッチングを行うことができるプラズマ処理方法を提供することにある。
さらに、反射防止層やその下地のエッチング対象層をエッチングする際に、ＡｒＦフォトレジスト層やＦ２フォトレジスト層等のマスク層の耐プラズマ性を高く維持することができるプラズマ処理方法を提供することにある。
さらまた、ＡｒＦフォトレジスト層やＦ２フォトレジスト層等のマスク層の表面荒れを抑えながら、かつ良好なエッチング選択比を維持しながら、大きなエッチングレートで下地の反射防止層やエッチング対象層をエッチングすることができるプラズマ処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma processing method capable of improving the etching resistance of an organic layer such as an ArF photoresist layer without causing a decrease in yield or throughput and without causing an increase in cost. There is.
Another object of the present invention is to provide a plasma processing method capable of performing plasma etching while improving the etching resistance of the organic layer.
Furthermore, the present invention provides a plasma processing method capable of maintaining high plasma resistance of a mask layer such as an ArF photoresist layer or an F2 photoresist layer when etching an antireflection layer or an underlying etching target layer. is there.
Furthermore, the antireflection layer and the etching target layer are etched at a high etching rate while suppressing the surface roughness of the mask layer such as the ArF photoresist layer and the F2 photoresist layer and maintaining a good etching selectivity. An object of the present invention is to provide a plasma processing method that can perform the above-described process.

本発明の第１の観点によれば、エッチング対象層と、前記エッチング対象層を覆う有機反射防止膜と、前記有機反射防止膜を覆う開口パターンが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を、Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材を備えた処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内にエッチングガスを導入する工程と、前記エッチングガスをプラズマ化し、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記有機反射防止膜をエッチングする工程と、前記処理容器内にＨ２、Ｎ２およびＨｅからなる群から選択された少なくとも１種の処理ガスを導入する工程と、前記処理ガスをプラズマ化して、前記フォトレジスト層をプラズマ処理する工程とを有し、前記フォトレジスト層をプラズマ処理する工程において、前記処理ガスのプラズマと、そのプラズマにより前記Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材から供給されるＳｉとにより、前記フォトレジスト層表面に耐プラズマ性を有する保護膜が形成されるプラズマ処理方法が提供される。 According to a first aspect of the present invention, an etching target layer, an organic antireflection film covering the etching target layer, and an ArF photoresist or F2 photoresist formed with an opening pattern covering the organic antireflection film are formed. A step of disposing an object to be processed having a photoresist layer in a processing container having a constituent member having an exposed portion of a substance containing Si; a step of introducing an etching gas into the processing container; and the etching gas And etching the organic antireflection film through the opening pattern of the photoresist layer, and introducing at least one processing gas selected from the group consisting of H 2 , N 2 and He into the processing container a step of, the process gas into a plasma, the photoresist layer have a the step of plasma processing, the photo In the step of plasma-treating the dyst layer, the surface of the photoresist layer has plasma resistance due to the plasma of the processing gas and Si supplied from a constituent member having an exposed portion of the substance containing Si by the plasma. A plasma processing method is provided in which a protective film is formed .

本発明の第２の観点によれば、エッチング対象層と、前記エッチング対象層を覆う有機反射防止膜と、前記有機反射防止膜を覆う開口パターンが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を、Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材を備えた処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内にＨ２を導入する工程と、導入されたＨ２をプラズマ化し、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記有機反射防止膜をエッチングする工程とを有し、前記有機反射防止膜をエッチングする工程において、Ｈ ２ プラズマと、そのプラズマにより前記Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材から供給されるＳｉとにより、前記フォトレジスト層表面に耐プラズマ性を有する保護膜が形成されるプラズマ処理方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, an etching target layer, an organic antireflection film covering the etching target layer, and an ArF photoresist or F2 photoresist formed with an opening pattern covering the organic antireflection film are formed. A step of disposing an object to be processed having a photoresist layer in a processing container provided with a constituent member having an exposed portion of a substance containing Si; a step of introducing H 2 into the processing container; of H 2 into plasma, possess and etching the organic anti-reflective film through the opening pattern of the photoresist layer, in the step of etching the organic anti-reflective film, and H 2 plasma, the Si by plasma thereof Protection having plasma resistance on the surface of the photoresist layer by Si supplied from a constituent member having an exposed portion of the contained substance There plasma processing method to be formed is provided.

本発明の第３の観点によれば、処理容器の中にあるサセプタに、エッチング対象層とこのエッチング対象層を覆い開口が形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を載置する工程と、前記処理容器内に前記被処理体と表面の少なくとも一部がＳｉである部材とが存在する下で前記処理容器の中に不活性ガスを入れる工程と、前記不活性ガスの少なくとも一部をイオン化する高周波エネルギーを前記処理容器内に導入して、生成されたイオンにより前記少なくとも一部がＳｉである部材をスパッタし、前記フォトレジスト層の表面に耐プラズマ性を有するＳｉ含有層を形成する工程と、前記処理容器の中にエッチングガスを導入する工程と、そのエッチングガスをプラズマ化する工程と、前記エッチングガスのプラズマにより、前記処理容器の中で前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記エッチング対象層をエッチングする工程とを有するプラズマ処理方法が提供される。 According to the third aspect of the present invention, the susceptor in the processing container has an etching target layer and a photoresist layer made of an ArF photoresist or F2 photoresist that covers the etching target layer and has an opening. Placing the object to be processed, and placing an inert gas into the processing container under the presence of the object to be processed and a member having at least part of the surface of Si in the processing container; High-frequency energy that ionizes at least a part of the inert gas is introduced into the processing container, and a member having at least a part of Si is sputtered by the generated ions, and a plasma-resistant surface is formed on the surface of the photoresist layer. forming a Si-containing layer having a sex, a step of introducing an etching gas into the processing container, which plasma the etching gas And degree, the plasma of the etching gas, a plasma processing method and a step of etching the etching target layer through the opening pattern of the photoresist layer in the processing chamber is provided.

本発明の第４の観点によれば、エッチング対象層と、このエッチング対象層を覆う有機反射防止膜と、この有機反射防止膜を覆う開口パターンが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、この処理容器内に、Ｓｉ含有ガス単独、またはＳｉ含有ガスとＣＨＦ ３ 、ＨｅおよびＨ ２ から選択された少なくとも１種のガスとからなるエッチングガスを導入する工程と、このエッチングガスをプラズマ化し、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して有機反射防止膜をエッチングするとともに、前記エッチングガス中のＳｉにより前記フォトレジスト層の表面にＳｉを含む硬化層を形成する工程と、前記有機反射防止膜をエッチングする工程の後に、さらに、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記エッチング対象層をプラズマエッチングする工程とを有するプラズマ処理方法が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, an etching target layer, an organic antireflection film covering the etching target layer, and an ArF photoresist or F2 photoresist formed with an opening pattern covering the organic antireflection film are formed. A step of disposing an object to be processed having a photoresist layer in the processing container; and in the processing container , the Si-containing gas alone or at least one selected from Si-containing gas and CHF 3 , He and H 2 A step of introducing an etching gas composed of a gas, and converting the etching gas into plasma, etching the organic antireflection film through the opening pattern of the photoresist layer, and forming Si on the surface of the photoresist layer by Si in the etching gas. forming a cured layer containing Si, after the step of etching the organic antireflective film Further, plasma processing method and a step of plasma etching the etching target layer through the opening pattern of the photoresist layer is provided.

本発明によれば、余分な工程を必要とすることなく、ＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層の耐プラズマ性を高く維持することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to maintain high plasma resistance of a photoresist layer made of ArF photoresist or F2 photoresist without requiring an extra step.

本発明のプラズマ処理方法が実施可能なプラズマ処理装置の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the plasma processing apparatus which can implement the plasma processing method of this invention. 本発明のプラズマ処理方法が実施可能なプラズマ処理装置の他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of the plasma processing apparatus which can implement the plasma processing method of this invention. 本発明の第１の実施形態の実施に用いる被処理体を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the to-be-processed object used for implementation of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 2nd Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第２の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 2nd Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第３の実施形態の実施に用いる被処理体を状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a to-be-processed object used for implementation of the 3rd Embodiment of this invention typically in order of a process. 本発明の第３の実施形態の実施に用いる被処理体を状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a to-be-processed object used for implementation of the 3rd Embodiment of this invention typically in order of a process. 本発明の第４の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 4th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第４の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 4th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第４の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 4th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第５の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 5th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第５の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 5th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第５の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 5th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第５の実施形態の一連の工程を示すフローチャート。The flowchart which shows a series of processes of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態の変形例の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the modification of the 5th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第５の実施形態の変形例の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the modification of the 5th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第５の実施形態の変形例の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the modification of the 5th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第５の実施形態の変形例における一連の工程を示すフローチャート。The flowchart which shows a series of processes in the modification of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態の実施例におけるプラズマ処理の効果を示すチャート。The chart which shows the effect of the plasma processing in the Example of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態の実施例におけるプラズマ処理の効果を示すチャート。The chart which shows the effect of the plasma processing in the Example of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６の実施形態の実施に用いる被処理体を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the to-be-processed object used for implementation of the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 7th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第７の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 7th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第８の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 8th Embodiment of this invention in process order. 本発明の第８の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 8th Embodiment of this invention in process order. 本発明の第９の実施形態の実施に用いる被処理体を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the to-be-processed object used for implementation of the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第１０の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 10th Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第１０の実施形態の実施に用いる被処理体の状態を工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the state of the to-be-processed object used for implementation of the 10th Embodiment of this invention in order of a process.

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理方法が実施可能なプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus capable of performing the plasma processing method of the present invention.

このプラズマ処理装置１は、処理容器２を有する。処理容器２は金属、例えば、表面が酸化処理されたアルミニウムにより形成されていて、保安接地されている。処理容器２内の底部には絶縁体３を介して、平行平板電極の下部電極として機能するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６が接続されており、さらに、整合器５１を介して第２の高周波電源５０が接続されている。サセプタ５の上には静電チャック１１が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置される。   The plasma processing apparatus 1 has a processing container 2. The processing container 2 is made of metal, for example, aluminum whose surface is oxidized, and is grounded for safety. A susceptor 5 that functions as a lower electrode of a parallel plate electrode is provided at the bottom of the processing container 2 via an insulator 3. A high-pass filter (HPF) 6 is connected to the susceptor 5, and a second high frequency power supply 50 is connected via a matching unit 51. An electrostatic chuck 11 is provided on the susceptor 5, and a workpiece W such as a semiconductor wafer is placed thereon.

静電チャック１１は、絶縁体間に電極１２が介在された構成をしており、電極１２に接続された直流電源１３から直流電圧を印加することにより、被処理体Ｗを静電吸着する。そして、被処理体Ｗを囲むようにアルミナ、ＳｉやＳｉＯ２等からなるフォーカスリング１５が配置されていて、エッチングの均一性を向上させている。 The electrostatic chuck 11 has a configuration in which an electrode 12 is interposed between insulators, and electrostatically attracts the workpiece W by applying a DC voltage from a DC power supply 13 connected to the electrode 12. A focus ring 15 made of alumina, Si, SiO 2 or the like is disposed so as to surround the object to be processed W, thereby improving etching uniformity.

また、サセプタ５の上方には、サセプタ５と対向するようにＳｉ、ＳｉＯ２やアモルファスカーボン等からなるシャワーヘッド状の上部電極板２４が支持体２５に支持されて設けられている。上部電極板２４と支持体２５でサセプタ５に対向する平行平板電極の上部電極２１を構成している。上部電極２１には、ローパスフィルター４２が接続されており、さらに整合器４１を介して第１の高周波電源４０が接続されている。 Above the susceptor 5, a showerhead-like upper electrode plate 24 made of Si, SiO 2 , amorphous carbon, or the like is supported by a support body 25 so as to face the susceptor 5. The upper electrode plate 24 and the support body 25 constitute a parallel plate electrode upper electrode 21 facing the susceptor 5. A low-pass filter 42 is connected to the upper electrode 21, and a first high-frequency power source 40 is connected via a matching unit 41.

上部電極２１の上面の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６にはガス供給管２７が接続されており、このガス供給管２７には、ガス導入口２６側から順に、バルブ２８、マスフローコントローラ２９、処理ガス供給源３０が接続されている。この処理ガス供給源３０からは所定の処理ガスが供給される。   A gas introduction port 26 is provided at the center of the upper surface of the upper electrode 21, and a gas supply pipe 27 is connected to the gas introduction port 26. The gas supply pipe 27 is sequentially connected to the gas introduction port 26 from the side. A valve 28, a mass flow controller 29, and a processing gas supply source 30 are connected. A predetermined processing gas is supplied from the processing gas supply source 30.

一方、処理容器２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。また、処理容器２の側壁にはゲートバルブ３２があり、被処理体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。   On the other hand, an exhaust pipe 31 is connected to the bottom of the processing container 2, and an exhaust device 35 is connected to the exhaust pipe 31. Further, a gate valve 32 is provided on the side wall of the processing container 2 so that the object to be processed W is transported between adjacent load lock chambers (not shown).

このように構成される装置においては、まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、エッチングガス供給源３０から所定の処理ガスを供給し処理容器２内の圧力を所定の値とする。   In the apparatus configured as described above, first, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is depressurized by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, a predetermined processing gas is supplied from the etching gas supply source 30, and the pressure in the processing container 2 is set to a predetermined value. And

この状態で第１、第２の高周波電源４０、５０から高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化し、被処理体Ｗの所定の膜に対するプラズマ処理（耐プラズマ性向上処理またはプラズマエッチング）を実施する。この場合に、第１、第２の高周波電源４０、５０から高周波電力を供給するタイミングの前後に、静電チャック１１内の電極１２に直流電圧を印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着させ、この状態で所定のプラズマ処理を実施する。   In this state, high-frequency power is supplied from the first and second high-frequency power sources 40 and 50 to turn the processing gas into plasma, and plasma processing (plasma resistance improvement processing or plasma etching) is performed on a predetermined film of the workpiece W. To do. In this case, a DC voltage is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of supplying the high-frequency power from the first and second high-frequency power supplies 40 and 50, so that the workpiece W is electrostatically chucked. 11 is electrostatically adsorbed and a predetermined plasma treatment is performed in this state.

図２は、本発明が実施されるプラズマ処理装置の他の例を示す断面図である。
このプラズマ処理装置６１は、処理容器６２を有する。処理容器６２は小径の上部６２ａと大径の下部６２ｂとからなる段つき円筒状をなし、金属、例えば、表面が酸化処理されたアルミニウムにより形成されていて接地されている。処理容器６２内の底部には絶縁体６３を介して、平行平板電極の下部電極として機能する導電性材料、例えば表面が酸化処理されたアルミニウムからなるサセプタ６５が設けられている。サセプタ６５の上には静電チャック７１が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置される。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a plasma processing apparatus in which the present invention is implemented.
The plasma processing apparatus 61 has a processing container 62. The processing container 62 has a stepped cylindrical shape composed of a small-diameter upper portion 62a and a large-diameter lower portion 62b, and is formed of metal, for example, aluminum whose surface is oxidized and grounded. A susceptor 65 made of a conductive material functioning as a lower electrode of the parallel plate electrode, for example, aluminum whose surface is oxidized, is provided at the bottom of the processing container 62 via an insulator 63. An electrostatic chuck 71 is provided on the susceptor 65, and a workpiece W such as a semiconductor wafer is placed thereon.

静電チャック７１は、絶縁体間に電極７２が介在された構成をしており、電極７２に接続された直流電源７３を印加することにより、被処理体Ｗを静電吸着する。そして、被処理体Ｗを囲むようにＳｉやＳｉＯ２等からなるフォーカスリング７５が配置されていて、エッチングの均一性を向上させている。 The electrostatic chuck 71 has a configuration in which an electrode 72 is interposed between insulators, and electrostatically attracts the workpiece W by applying a DC power source 73 connected to the electrode 72. A focus ring 75 made of Si, SiO 2 or the like is disposed so as to surround the object to be processed W, thereby improving etching uniformity.

また、サセプタ６５の上方には、サセプタ６５と対向するようにシャワーヘッド状のＳｉ等からなる上部電極板８１が処理容器６２の上部に支持されて設けられている。処理容器６２がサセプタに対向する平行平板型電極としても機能している。処理容器６２の上部６２ａの周囲には、マルチポールリング磁石８２が設けられている。   Further, above the susceptor 65, an upper electrode plate 81 made of Si or the like in the form of a shower head is supported on the upper portion of the processing container 62 so as to face the susceptor 65. The processing vessel 62 also functions as a parallel plate electrode facing the susceptor. A multipole ring magnet 82 is provided around the upper part 62 a of the processing container 62.

処理容器６２の上面の中央にはガス導入口８６が設けられ、このガス導入口８６にはガス供給管８７が接続されており、このガス供給管８７には、ガス導入口８６側から順に、バルブ８８、マスフローコントローラ８９、処理ガス供給源９０が接続されている。この処理ガス供給源９０からは所定の処理ガスが供給される。   A gas introduction port 86 is provided at the center of the upper surface of the processing vessel 62, and a gas supply pipe 87 is connected to the gas introduction port 86. The gas supply pipe 87 is sequentially connected to the gas introduction port 86 from the side. A valve 88, a mass flow controller 89, and a processing gas supply source 90 are connected. A predetermined processing gas is supplied from the processing gas supply source 90.

一方、処理容器６２の底部には排気管９１が接続されており、この排気管９１には排気装置９５が接続されている。また、処理容器６２の側壁にはゲートバルブ（図示せず）が設けられており、被処理体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。   On the other hand, an exhaust pipe 91 is connected to the bottom of the processing vessel 62, and an exhaust device 95 is connected to the exhaust pipe 91. Further, a gate valve (not shown) is provided on the side wall of the processing container 62 so that the object to be processed W is transported between adjacent load lock chambers (not shown). .

下部電極であるサセプタ６５には、整合器１００を介して第１の高周波電源１０１と第２の高周波電源１０２が接続されている。第１、第２の高周波電源１０１，１０２の周波数はそれぞれ例えば１００ＭＨｚと３．２ＭＨｚである。
このように構成される装置においては、まず、ゲートバルブ（図示せず）を開放して、被処理体Ｗを処理容器６２内に搬入し、静電チャック７１上に配置する。次いで、ゲートバルブを閉じ、排気装置９５によって処理容器６２内を減圧した後、バルブ８８を開放し、エッチングガス供給源９０から所定の処理ガスを供給し処理容器６２内の圧力を所定の値とする。 A first high-frequency power source 101 and a second high-frequency power source 102 are connected to the susceptor 65 serving as the lower electrode via a matching unit 100. The frequencies of the first and second high frequency power supplies 101 and 102 are, for example, 100 MHz and 3.2 MHz, respectively.
In the apparatus configured as above, first, a gate valve (not shown) is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 62 and placed on the electrostatic chuck 71. Next, after closing the gate valve and reducing the pressure inside the processing container 62 by the exhaust device 95, the valve 88 is opened, and a predetermined processing gas is supplied from the etching gas supply source 90 so that the pressure in the processing container 62 becomes a predetermined value. To do.

この状態で第１、第２の高周波電源１０１、１０２から高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化し、被処理体Ｗの所定の膜に対するプラズマ処理（耐プラズマ性向上処理またはプラズマエッチング）を実施する。この場合に、第１、第２の高周波電源１０１、１０２から高周波電力を供給するタイミングの前後に、静電チャック７１内の電極７２に直流電圧を印加して、被処理体Ｗを静電チャック７１上に静電吸着させ、この状態で所定のプラズマ処理を実施する。
次に、本発明のプラズマ処理方法の実施形態について説明する。 In this state, high-frequency power is supplied from the first and second high-frequency power supplies 101 and 102 to convert the processing gas into plasma, and plasma processing (plasma resistance improvement processing or plasma etching) is performed on a predetermined film of the workpiece W. To do. In this case, a DC voltage is applied to the electrode 72 in the electrostatic chuck 71 before and after the timing of supplying the high-frequency power from the first and second high-frequency power supplies 101 and 102, so that the workpiece W is electrostatically chucked. It is made to electrostatically adsorb on 71, and a predetermined plasma process is implemented in this state.
Next, an embodiment of the plasma processing method of the present invention will be described.

（第１の実施形態）
ここでは、図１に示すプラズマ処理装置１を用いて、図３に示すような、エッチング対象層であるＳｉＯ２膜１２１とこれを覆うマスク層であるＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１２２とを有する被処理体Ｗにプラズマ照射して、フォトレジスト層１２２の耐プラズマ性を向上させる工程と、この工程の後にフォトレジスト層１２２をマスクとしてエッチング対象層１２１をプラズマエッチングする工程とを実施する。 (First embodiment)
Here, using the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3, a photoresist made of an SiO 2 film 121 that is an etching target layer and an ArF photoresist or F 2 photoresist that is a mask layer covering the SiO 2 film 121. A process of improving the plasma resistance of the photoresist layer 122 by irradiating the workpiece W having the layer 122 with plasma, and a process of plasma etching the etching target layer 121 using the photoresist layer 122 as a mask after this process; To implement.

ＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂、メタクリル酸樹脂等を使用することができる。   As the ArF photoresist or F2 photoresist, alicyclic-containing acrylic resins, cycloolefin resins, cycloolefin-maleic anhydride resins, methacrylic acid resins, and the like can be used.

まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０から処理ガス、例えばＨ２を供給し、処理容器２内の圧力を所定の値、好ましくは１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以下、例えば６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とする。この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電力を印加し、処理ガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のフォトレジス層１２２にプラズマ照射する。このとき、上下電極に高周波電力を印加するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着させる。 First, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after closing the gate valve 32 and reducing the pressure inside the processing container 2 by the exhaust device 35, the valve 28 is opened and a processing gas, for example, H 2 is supplied from the processing gas supply source 30, and the pressure inside the processing container 2 is reduced. A predetermined value, preferably 13.3 Pa (100 mTorr) or less, for example, 6.7 Pa (50 mTorr). In this state, high frequency power is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 which is the lower electrode, the processing gas is turned into plasma, and the photoresist layer 122 in the workpiece W is irradiated with plasma. At this time, the DC power source 13 is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of applying the high frequency power to the upper and lower electrodes, and the workpiece W is electrostatically adsorbed on the electrostatic chuck 11.

Ｈ２のプラズマに代えて、Ｈ２とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガスとを含む処理ガスのプラズマや、他のＨを有する物質のプラズマ、Ｈを有する物質と他の物質、例えば不活性ガスとを含む処理ガスのプラズマを照射してもよい。他のＨを有する物質としては例えばＮＨ３を挙げることができる。これらのガスの照射によって、有機層であるフォトレジスト層１２２の耐プラズマ性が向上する。詳細なメカニズムは必ずしも明確ではないが、Ｈを有するプラズマが有機層であるフォトレジスト層１２２の架橋反応を促進したり、Ｃ−Ｏ結合やＣ−Ｈ結合がＣ−Ｃ結合に変わることで化学的結合が強化され、耐プラズマ性を向上させているものと考えられる。Ｈを有する物質としては、取扱いが容易であることから上記Ｈ２やＮＨ３が好ましい。ＮＨ３はＮを有する物質でもあるが、処理ガスとして他のＮを有する物質、例えばＮ２を含んでいてもよい。Ｎ２も取扱いが容易であるという利点がある。 Instead of the plasma H 2, H 2 and He, Ne, Ar, Kr, plasma or process gas containing an inert gas, such as Xe, substances with other H plasma, material and other with H You may irradiate the plasma of the process gas containing a substance, for example, inert gas. Examples of other H-containing substances include NH 3 . Irradiation with these gases improves the plasma resistance of the photoresist layer 122 which is an organic layer. Although the detailed mechanism is not necessarily clear, the plasma containing H promotes the crosslinking reaction of the photoresist layer 122 which is an organic layer, or the chemical reaction is caused by changing the C—O bond or the C—H bond to the C—C bond. It is thought that the mechanical coupling is strengthened and the plasma resistance is improved. As the substance having H, the above H 2 and NH 3 are preferable because they are easy to handle. NH 3 is a substance having N, but may contain another substance having N as a processing gas, for example, N 2 . N 2 also has an advantage of easy handling.

処理ガスとしてＮを有する物質を用いることによってもフォトレジスト層１２２の耐プラズマ性が向上するからＨを有する物質を用いずにＮを有する物質を用いてもよい。この場合の耐プラズマが向上する詳細なメカニズムは必ずしも明確ではないが、ＮとＡｒＦフォトレジスト中のＣとが結合して、ＡｒＦフォトレジスト表面にＣＮ系の保護膜ができ、ＡｒＦフォトレジストの耐プラズマ性が向上するものと考えられる。処理ガスにＮ２等のＮを有する物質が含まれている場合に、さらにＨを有する物質が含まれていることが好ましい。Ｈの存在によりＮとＣとの結合が促進されると考えられるからである。Ｈを有する物質としては、Ｈ２、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆの中から選択される１以上を使用することができる。 A substance having N may be used without using a substance having H because the plasma resistance of the photoresist layer 122 is also improved by using a substance having N as a processing gas. The detailed mechanism for improving plasma resistance in this case is not necessarily clear, but N and C in the ArF photoresist are combined to form a CN-based protective film on the surface of the ArF photoresist. It is considered that the plasma property is improved. In the case where the processing gas contains a substance having N such as N 2, it is preferable that a substance having H is further contained. This is because the presence of H is considered to promote the binding of N and C. As the substance having H, one or more selected from H 2 , CHF 3 , CH 2 F 2 , and CH 3 F can be used.

以上のようにして所定の時間だけプラズマを照射した後、処理ガスの供給および高周波電力の印加を停止する。
この後、処理容器２内の圧力をエッチング工程に適した所定の値、例えば２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）とし、処理ガス供給源３０からエッチングガスを供給する。エッチングガスとしてはフロロカーボンを含むガス、例えばＣ５Ｆ８を含むものが好ましい。具体的な例としてはＣ５Ｆ８＋Ｏ２＋Ａｒを挙げることができる。エッチング対象部がＳｉＯ２層であり、エッチングガスがＣ５Ｆ８を含むガスの場合には、エッチング対象部であるＳｉＯ２膜１２１の有機層であるフォトレジスト層１２２に対する選択比（エッチング対象部のエッチングレート／有機層のエッチングレート）が高い。Ｃ５Ｆ８の中でもより選択比の高い直鎖Ｃ５Ｆ８が好ましく、その中でも特に１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンチン（以下「２−Ｃ５Ｆ８」と記載する。）を用いた場合に、上記選択比は極めて大きくなる。また、エッチングガスとしてはＣ４Ｆ６を含むものも好適である。Ｃ４Ｆ６を用いることにより、エッチング工程でＡｒＦフォトレジスト上にポリマーが堆積されるため、フォトレジストの目減りがなく、所望の開口形状を維持したままエッチングホールを形成することができる。 After the plasma is irradiated for a predetermined time as described above, the supply of the processing gas and the application of the high frequency power are stopped.
Thereafter, the pressure in the processing container 2 is set to a predetermined value suitable for the etching process, for example, 2.0 Pa (15 mTorr), and the etching gas is supplied from the processing gas supply source 30. As an etching gas, a gas containing a fluorocarbon, for example, a gas containing C 5 F 8 is preferable. Specific examples include C 5 F 8 + O 2 + Ar. When the etching target portion is a SiO 2 layer and the etching gas is a gas containing C 5 F 8 , the selectivity of the SiO 2 film 121 that is the etching target portion with respect to the photoresist layer 122 that is the organic layer (the etching target portion). (Etching rate of organic layer / etching rate of organic layer) is high. Among C 5 F 8 , linear C 5 F 8 having a higher selectivity is preferable, and among them, 1,1,1,4,4,5,5,5-octafluoro-2-pentyne (hereinafter referred to as “2- When “C 5 F 8 ” is used, the above selection ratio becomes extremely large. An etching gas containing C 4 F 6 is also suitable. By using C 4 F 6 , the polymer is deposited on the ArF photoresist in the etching process, so that the photoresist is not lost and an etching hole can be formed while maintaining a desired opening shape.

このようにエッチングガスを流すと同時に、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電力を印加してエッチングガスをプラズマ化して、そのプラズマにより、フォトレジスト層１２２をマスクとしてＳｉＯ２膜１２１をエッチングする。
エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基いてエッチングを終了する。 At the same time as flowing the etching gas in this way, high-frequency power is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 which is the lower electrode to turn the etching gas into plasma, and the plasma forms the SiO 2 film 121 using the photoresist layer 122 as a mask. Etch.
During etching, a predetermined emission intensity is detected by an end point detector (not shown), and the etching is terminated based on this.

なお、エッチング対象部は、ＳｉＯ２膜に限るものではなく、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ、熱酸化膜、ＨＴＯ、ＦＳＧ、有機系酸化Ｓｉ膜、ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物）や低誘電体有機絶縁膜等のエッチングに適用可能である。この場合に、エッチング対象部の材質によっては、エッチングガスとして、処理ガスに別のガスを添加しただけのガスを使用することができる。このように処理ガスのプラズマを照射する工程の後に別のガスを添加するだけでエッチングすることができれば、プラズマ放電を維持したまま、処理ガスのプラズマを照射する工程とエッチングする工程とを連続で行うことが可能である。具体例としては、処理ガスのプラズマを照射する工程で、処理ガスとしてＨ２を用い、その後、エッチングガスとしてＨ２とＣＦ４とＡｒの混合ガスを用いて、エッチング対象部として例えば有機酸化膜をエッチングする工程を実施することが挙げられる。 The portion to be etched is not limited to the SiO 2 film, but is an oxide film (oxygen compound) such as TEOS, BPSG, PSG, SOG, thermal oxide film, HTO, FSG, organic oxide Si film, CORAL (Novelas). ) And a low dielectric organic insulating film or the like. In this case, depending on the material of the etching target portion, a gas obtained by adding another gas to the processing gas can be used as the etching gas. Thus, if etching can be performed simply by adding another gas after the process gas plasma irradiation step, the process gas plasma irradiation step and the etching step are continuously performed while maintaining the plasma discharge. Is possible. As a specific example, in the step of irradiating the plasma of the processing gas, H 2 is used as the processing gas, and then a mixed gas of H 2 , CF 4, and Ar is used as the etching gas, and an organic oxide film is used as the etching target portion Performing a step of etching.

また、ＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストのような耐プラズマ性の低いフォトレジスト材料に限らず、これらの代わりに他の有機フォトレジスト層でもよく、さらには、フォトレジストに限らず他の有機層であってもよい。プラズマ処理装置の構成も図１のものに限るものではない。   In addition, it is not limited to a photoresist material having low plasma resistance such as ArF photoresist or F2 photoresist, but instead of these, other organic photoresist layers may be used. Furthermore, not only photoresist but other organic layers may be used. There may be. The configuration of the plasma processing apparatus is not limited to that shown in FIG.

次に、上記第１の実施形態に係る方法の実施例について説明する。
ここでは、プラズマを照射する工程での諸条件としては、処理容器内圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とし、処理ガスＨ２の流量を０．０５〜０．２Ｌ／ｍｉｎ（５０〜２００ｓｃｃｍ）とし、照射時間を３０秒とし、上部電極には６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を５００〜１０００Ｗのパワーで印加し、下部電極には高周波電力を印加しなかった。また、エッチング工程での諸条件としては、処理容器内圧力を２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）とし、エッチングガスＣ５Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２の流量をそれぞれ０．０１５Ｌ／ｍｉｎ（１５ｓｃｃｍ）、０．３８Ｌ／ｍｉｎ（３８０ｓｃｃｍ）、０．０１９Ｌ／ｍｉｎ（１９ｓｃｃｍ）とし、上部電極には６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を２１７０Ｗのパワーで印加し、下部電極には２ＭＨｚの周波数の高周波電力を１５５０Ｗのパワーで印加した。 Next, examples of the method according to the first embodiment will be described.
Here, as various conditions in the step of irradiating plasma, the pressure in the processing container is set to 6.7 Pa (50 mTorr), and the flow rate of the processing gas H 2 is set to 0.05 to 0.2 L / min (50 to 200 sccm). The irradiation time was set to 30 seconds, high frequency power having a frequency of 60 MHz was applied to the upper electrode at a power of 500 to 1000 W, and no high frequency power was applied to the lower electrode. The various conditions in the etching process are as follows: the pressure in the processing vessel is 2.0 Pa (15 mTorr), the flow rates of the etching gases C 5 F 8 , Ar, and O 2 are 0.015 L / min (15 sccm), 38 L / min (380 sccm), 0.019 L / min (19 sccm), a high frequency power of 60 MHz frequency is applied to the upper electrode with a power of 2170 W, and a high frequency power of 2 MHz frequency is applied to the lower electrode with a power of 1550 W. Applied.

このような実施例と、プラズマを照射する工程を省略した比較例とで、エッチング工程でのＳｉＯ２膜のＡｒＦフォトレジストマスクに対する選択比（ＳｉＯ２膜のエッチングレート／ＡｒＦフォトレジストマスクのエッチングレート）を比較した。被処理体Ｗの測定箇所４点全てについて、実施例のようにプラズマ照射を行うことにより、プラズマ照射を行わない比較例に比べて上記選択比が上昇した。上昇率は６〜１９％だった。 In such an example and a comparative example in which the step of plasma irradiation is omitted, the selectivity of the SiO 2 film to the ArF photoresist mask in the etching process (SiO 2 film etching rate / ArF photoresist mask etching rate) ). By performing plasma irradiation at all four measurement points on the workpiece W as in the example, the selection ratio was increased compared to the comparative example in which plasma irradiation was not performed. The rate of increase was 6-19%.

（第２の実施形態）
ここでは、上記プラズマエッチング装置１を用いて、図４ＡのようなＳｉＯ２膜１３１と、このＳｉＯ２膜１３１を覆う反射防止膜１３２と、この反射防止膜１３２を覆うＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１３３を有する被処理体Ｗに対して、フォトレジスト層１３３のパターン開口を通して反射防止膜１３２をエッチングするとともに、フォトレジスト層１３３の耐プラズマ性を向上させる第１エッチング工程（図４Ａ）と、この工程の後のフォトレジスト層１３３を通してＳｉＯ２膜１３１をプラズマエッチングする第２エッチング工程（図４Ｂ）を実施する。 (Second Embodiment)
Here, using the plasma etching apparatus 1, the SiO 2 film 131 as shown in FIG. 4A, the antireflection film 132 covering the SiO 2 film 131, and the ArF photoresist or F2 photoresist covering the antireflection film 132 are used. A first etching step for etching the antireflection film 132 through the pattern opening of the photoresist layer 133 and improving the plasma resistance of the photoresist layer 133 with respect to the workpiece W having the photoresist layer 133 made of (see FIG. 4A) and a second etching step (FIG. 4B) in which the SiO 2 film 131 is plasma-etched through the photoresist layer 133 after this step.

まず、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入・配置し、処理ガス供給源３０から第１エッチングガスを兼ねた処理ガス、例えばＮ２とＨ２を供給するとともに、処理容器２内の圧力を所定の値、例えば１０７Ｐａ（８００ｍＴｏｒｒ）にする。この際の処理容器内圧力は１０７〜１６０Ｐａ（８００〜１２００ｍＴｏｒｒ）が好ましい。１０７Ｐａより低いとフォトレジスト層１３３、特にパターン開口の肩部もエッチングされてしまうからであり、１６０Ｐａより大きいと開口部分のエッチングが進行しないからである。第１エッチングガスを兼ねた処理ガスとしては、Ｎを含むガス、例えばＮ２、ＮＨ３を用いることができ、その他にＨを含むガス、例えば、Ｈ２、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆの中から選択される１以上を使用することができる。 First, the object to be processed W is carried into and disposed in the processing container 2, and a processing gas that also serves as the first etching gas, such as N 2 and H 2, is supplied from the processing gas supply source 30, and the pressure in the processing container 2. Is set to a predetermined value, for example, 107 Pa (800 mTorr). In this case, the pressure in the processing container is preferably 107 to 160 Pa (800 to 1200 mTorr). This is because if it is lower than 107 Pa, the photoresist layer 133, particularly the shoulder of the pattern opening, is also etched, and if it is higher than 160 Pa, the etching of the opening does not proceed. As the processing gas that also serves as the first etching gas, a gas containing N, for example, N 2 or NH 3 can be used, and other gases containing H, for example, H 2 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH One or more selected from 3 F can be used.

次いで、上下部電極に高周波電力を印加し、第１エッチングガスをプラズマ化して、フォトレジスト層１３３をマスクとして反射防止膜１３２をエッチングする。反射防止膜としては、アモルファスカーボンや有機系高分子材料使用することができる。このエッチングは、同時にフォトレジスト層１３３の耐プラズマ性を向上させる処理も兼ねている。所定の時間だけエッチングしたところで第１エッチングを終了する。   Next, high frequency power is applied to the upper and lower electrodes, the first etching gas is turned into plasma, and the antireflection film 132 is etched using the photoresist layer 133 as a mask. As the antireflection film, amorphous carbon or an organic polymer material can be used. This etching also serves to improve the plasma resistance of the photoresist layer 133 at the same time. The first etching is finished when the etching is performed for a predetermined time.

このように処理ガスとエッチングガスを同じにすることで、フォトレジスト層１３３にプラズマを照射する工程と反射防止層１３２をエッチングする工程との間のガス切り替えが不要となり短時間での処理ができ、スループットの向上を図ることができる。また、反射防止層１３２のエッチングの際にＡｒＦレジストの耐プラズマ性向上処理ができるので、そのための余分な装置や空間が不要である。   By using the same processing gas and etching gas in this way, gas switching between the step of irradiating the photoresist layer 133 with plasma and the step of etching the antireflection layer 132 becomes unnecessary, and processing can be performed in a short time. Throughput can be improved. In addition, since the ArF resist can be improved in plasma resistance during the etching of the antireflection layer 132, an extra device and space are not required.

次いで、処理ガス（第１エッチングガス）をエッチングガス（第２エッチングガス）に切り替えて、第１エッチングと同様に、フォトレジスト１３３を通してＳｉＯ２膜１３１をプラズマエッチングする第２エッチングを行う。この際のエッチングガスとしては、第１の実施形態と同様、フロロカーボンを含むガス、例えばＣ５Ｆ８を含むものが好ましい。具体的な例としてはＣ５Ｆ８＋Ｏ２＋ＣＯ＋Ａｒを挙げることができる。Ｃ５Ｆ８の中でも、直鎖Ｃ５Ｆ８が好ましく、特に２−Ｃ５Ｆ８が好ましい。エッチングガスに用いるフロロカーボンとしてはＣ４Ｆ６も好適である。 Next, the processing gas (first etching gas) is switched to the etching gas (second etching gas), and the second etching for plasma etching the SiO 2 film 131 through the photoresist 133 is performed in the same manner as the first etching. As the etching gas at this time, a gas containing a fluorocarbon, for example, a gas containing C 5 F 8 is preferable, as in the first embodiment. A specific example is C 5 F 8 + O 2 + CO + Ar. Among C 5 F 8 , straight chain C 5 F 8 is preferable, and 2-C 5 F 8 is particularly preferable. C 4 F 6 is also suitable as the fluorocarbon used for the etching gas.

なお、この第２の実施形態においても、エッチング対象部は、ＳｉＯ２膜に限るものではなく、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ、熱酸化膜、ＨＴＯ、ＦＳＧ、有機系酸化Ｓｉ膜、ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物）や低誘電体有機絶縁膜等のエッチングに適用可能である。また、ＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストのような耐プラズマ性の低いフォトレジスト材料に限らず、他の有機フォトレジスト層でもよく、さらには、フォトレジストに限らず他の有機層であってもよい。プラズマ処理装置の構成も図１のものに限るものではない。 Also in the second embodiment, the etching target portion is not limited to the SiO 2 film, but TEOS, BPSG, PSG, SOG, thermal oxide film, HTO, FSG, organic-based Si oxide film, CORAL (NOVERUS) The present invention is applicable to etching of oxide films (oxygen compounds) and low dielectric organic insulating films. Moreover, it is not limited to a photoresist material having low plasma resistance such as ArF photoresist or F2 photoresist, but may be other organic photoresist layers, and may be other organic layers without being limited to photoresist. . The configuration of the plasma processing apparatus is not limited to that shown in FIG.

次に、上記第２の実施形態に係る方法の実施例について説明する。
ここでは、第１エッチングの諸条件としては、処理容器内圧力を１０７Ｐａ（８００ｍＴｏｒｒ）とし、処理ガス（第１エッチングガス）Ｎ２、Ｈ２の流量をそれぞれ０．６Ｌ／ｍｉｎ（６００ｓｃｃｍ）とし、上部電極には６０ＭＨｚの周波数の高周波電力を１０００Ｗのパワーで印加し、下部電極には２ＭＨｚの周波数の高周波電源を３００Ｗのパワーで印加した。第２エッチングの諸条件としては、エッチングガスが１，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロ−シクロ−１−ペンテン（以下「ｃ−Ｃ５Ｆ８」と記載する。）を含むガスの場合（実施例２−１）には、処理容器内圧力を２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）とし、エッチングガスｃ−Ｃ５Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２の流量をそれぞれ０．０１５Ｌ／ｍｉｎ（１５ｓｃｃｍ）、０．３８Ｌ／ｍｉｎ（３８０ｓｃｃｍ）、０．０１９Ｌ／ｍｉｎ（１９ｓｃｃｍ）とし、上部電極には周波数６０ＭＨｚ、パワー２１７０Ｗで、下部電極には周波数２ＭＨｚ、パワー１５５０Ｗで高周波電力を印加し、エッチングガスが２−Ｃ５Ｆ８を含むガスの場合（実施例２−２）には、処理容器内圧力を２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）とし、エッチングガス２−Ｃ５Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２、ＣＯの流量をそれぞれ０．０２７Ｌ／ｍｉｎ（２７ｓｃｃｍ）、０．５Ｌ／ｍｉｎ（５００ｓｃｃｍ）、０．０２７Ｌ／ｍｉｎ（２７ｓｃｃｍ）、０．０５Ｌ／ｍｉｎ（５０ｓｃｃｍ）とし、上部電極には周波数６０ＭＨｚ、パワー１６００Ｗで、下部電極には周波数２ＭＨｚ、パワー２０００Ｗで高周波電力を印加した。 Next, an example of the method according to the second embodiment will be described.
Here, as various conditions of the first etching, the pressure in the processing vessel is set to 107 Pa (800 mTorr), the flow rates of the processing gas (first etching gas) N 2 and H 2 are set to 0.6 L / min (600 sccm), A high frequency power having a frequency of 60 MHz was applied to the upper electrode at a power of 1000 W, and a high frequency power source having a frequency of 2 MHz was applied to the lower electrode at a power of 300 W. As various conditions for the second etching, the etching gas is described as 1,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-cyclo-1-pentene (hereinafter referred to as “c-C 5 F 8 ”). ) (Example 2-1), the pressure in the processing vessel is 2.0 Pa (15 mTorr), and the flow rates of the etching gases c-C 5 F 8 , Ar, and O 2 are each 0.015 L / Min (15 sccm), 0.38 L / min (380 sccm), 0.019 L / min (19 sccm), high frequency power is applied to the upper electrode at a frequency of 60 MHz and power of 2170 W, and the lower electrode at a frequency of 2 MHz and power of 1550 W. , if the etching gas is a gas containing 2-C 5 F 8 (example 2-2), the processing vessel pressure was 2.7 Pa (20 mTorr), the etching gas -C 5 F 8, Ar, O 2, CO flow rates, respectively 0.027L / min (27sccm), 0.5L / min (500sccm), 0.027L / min (27sccm), 0.05L / min (50sccm The high frequency power was applied to the upper electrode at a frequency of 60 MHz and power of 1600 W, and the lower electrode at a frequency of 2 MHz and power of 2000 W.

これに対して、処理ガスがＡｒＦフォトレジストの耐プラズマ性の向上作用がないと思われるＣＦ４で第１エッチングを行った後、実施例２−１と同様にしてｃ−Ｃ５Ｆ８を含むガスで第２エッチングを行ったものを比較例２−１とし、実施例２−２と同様にして２−Ｃ５Ｆ８を含むガスで第２エッチングを行ったものを比較例２−２とした。結果を表１に示す。 On the other hand, after performing the first etching with CF 4 whose processing gas is considered not to have an effect of improving the plasma resistance of the ArF photoresist, c-C 5 F 8 is changed in the same manner as in Example 2-1. Comparative Example 2-1 was obtained by performing the second etching with the gas containing, and Comparative Example 2-2 by performing the second etching with the gas containing 2-C 5 F 8 in the same manner as in Example 2-2. It was. The results are shown in Table 1.

Figure 0005008691
Figure 0005008691

表１に示すように、反射防止膜をエッチングする第１エッチング工程で、Ｎ２とＨ２との混合ガスのプラズマを用いたことにより、ＡｒＦフォトレジスト膜の耐プラズマ性が向上し、その後のＳｉＯ２膜をエッチングする第２エッチング工程で、ＳｉＯ２膜のＡｒＦフォトレジスト膜に対する選択比（ＳｉＯ２のエッチングレート／ＡｒＦフォトレジストのエッチングレート）が高くなることが確認された。 As shown in Table 1, the plasma resistance of the ArF photoresist film is improved by using a plasma of a mixed gas of N 2 and H 2 in the first etching step of etching the antireflection film, and thereafter in the second etching step of etching the SiO 2 film, selectivity to the ArF photoresist film of the SiO 2 film (SiO 2 etching rate / ArF photoresist etch rate) that is higher it was confirmed.

（第３の実施形態）
ここでは、図２に示すプラズマエッチング装置６１を用いて、図５Ａのような、エッチング対象層であるＳｉＯ２膜１４１と、このＳｉＯ２膜１４１を覆う反射防止層１４２と、この反射防止膜１４２を覆うＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１４３を有する被処理体Ｗに対して、プラズマによりフォトレジスト層１４３の耐プラズマ性を向上させるとともにフォトレジスト層１４３の開口パターン１４３ａを通して反射防止膜１４２をエッチングする工程（図５Ａ）と、この工程の後のフォトレジスト層１４３を通してＳｉＯ２膜１４１をプラズマエッチングする工程（図５Ｂ）を実施する。 (Third embodiment)
Here, using the plasma etching apparatus 61 shown in FIG. 2, as shown in FIG. 5A, the SiO 2 film 141 that is the etching target layer, the antireflection layer 142 covering the SiO 2 film 141, and the antireflection film 142 The plasma resistance of the photoresist layer 143 is improved by plasma and antireflection through the opening pattern 143a of the photoresist layer 143 is applied to the workpiece W having the photoresist layer 143 made of ArF photoresist or F2 photoresist covering the substrate. A step of etching the film 142 (FIG. 5A) and a step of plasma etching the SiO 2 film 141 through the photoresist layer 143 after this step (FIG. 5B) are performed.

この実施形態においてもＡｒＦフォトレジストおよびＦ２フォトレジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂を使用することができる。反射防止層としては、有機系高分子材料やアモルファスカーボンを使用することができる。   Also in this embodiment, as the ArF photoresist and the F2 photoresist, an alicyclic-containing acrylic resin, a cycloolefin resin, and a cycloolefin-maleic anhydride resin can be used. As the antireflection layer, an organic polymer material or amorphous carbon can be used.

まず、図示しないゲートバルブを開放して、被処理体Ｗを処理容器６２内に搬入し、静電チャック７１上に配置する。次いで、ゲートバルブを閉じ、排気装置９５によって処理容器６２内を減圧した後、バルブ８８を開放し、処理ガス供給源９０から処理ガス、例えばＨ２を供給し、処理容器６２内の圧力を所定の値とする。処理ガスはＨ２のみであってもよいし、Ａｒ等の希釈ガスを例えばＨ２と同流量程度添加してもよい。処理ガスとしてＨ２の代わりに他のＨを有する物質を用いてもよい。 First, the gate valve (not shown) is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 62 and placed on the electrostatic chuck 71. Then, the gate valve is closed, after reducing the pressure in the processing chamber 62 by the exhaust device 95, opening the valve 88, the processing from the processing gas supply source 90 gas, for example, supplying H 2, a predetermined pressure in the processing container 62 The value of The processing gas may be only H 2 , or a dilution gas such as Ar may be added at the same flow rate as H 2 , for example. A substance having other H instead of H 2 may be used as the processing gas.

この状態で第１、第２の高周波電源１０１，１０２から高周波電力を供給し、処理ガスをプラズマ化させて被処理体Ｗに作用させる。このとき、高周波電力を供給するタイミングの前後に、直流電源７３を静電チャック７１内の電極７２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック７１上に静電吸着させる。   In this state, high-frequency power is supplied from the first and second high-frequency power supplies 101 and 102, and the processing gas is turned into plasma to act on the workpiece W. At this time, the DC power source 73 is applied to the electrode 72 in the electrostatic chuck 71 before and after the timing of supplying the high-frequency power, and the workpiece W is electrostatically attracted onto the electrostatic chuck 71.

以上のようにして、所定時間プラズマ処理を行って、フォトレジスト層１４３の耐プラズマ性を向上させるとともに反射防止層１４２をエッチングするが、この際の処理容器６２内の圧力は１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）以下とすることが好ましい。このように低圧にしてＨを含む処理ガスのプラズマをマスク層であるフォトレジスト層１４３に照射するとその表面が改質されてマスク層の耐プラズマ性が向上する。フォトレジスト層１４３の耐プラズマ性を向上させることにより、この後、フォトレジスト層１４３の開口パターン１３４ａを介してエッチング対象層をプラズマエッチングエッチングする際にエッチング対象層のマスク層に対する選択比、すなわち、エッチング対象層のエッチングレート／マスク層のエッチングレートを高くすることができる。また、このエッチング工程でプラズマによってマスク層であるフォトレジスト層１４３に筋や溝が入ることを防止することができる。さらに、マスク層であるフォトレジスト層１４３の開口部が拡大するのを抑えることができる。マスク層であるフォトレジスト層１４３の耐プラズマ性が向上する詳細なメカニズムは必ずしも明確ではないが、フォトレジスト層１４３の表層にＨラジカルが作用してフォトレジスト層内からＣＨ４等のガスを引き抜くことで、マスク層内の炭素間同士の化学結合がより強力なものに変化するためと考えられる。なお、処理ガスにはNを有する物質を含まない方が好ましい。処理ガス中にＮを有する物質が含まれると、マスク層の側壁表面をＣとＮを主成分とする保護膜が覆ってしまい、耐プラズマ性を向上させる作用があると考えられているＨラジカルが側壁表面から内部に浸透できなくなってしまい、マスク層の側壁表面の耐プラズマ性向上が厚い幅に渡ってできなくなるからである。処理におけるフォトレジスト層１４３へのダメージをより緩和する観点から、処理圧力は８〜３０ｍＴｏｒｒであることが好ましい。 As described above, the plasma treatment is performed for a predetermined time to improve the plasma resistance of the photoresist layer 143 and the antireflection layer 142 is etched. At this time, the pressure in the processing vessel 62 is 13.3 Pa (100 mTorr). ) The following is preferable. When the photoresist layer 143 that is a mask layer is irradiated with plasma of a processing gas containing H at a low pressure in this way, the surface thereof is modified and the plasma resistance of the mask layer is improved. By improving the plasma resistance of the photoresist layer 143, the selectivity ratio of the etching target layer to the mask layer when the etching target layer is plasma-etched through the opening pattern 134a of the photoresist layer 143, that is, The etching rate of the etching target layer / the etching rate of the mask layer can be increased. In addition, it is possible to prevent a streak or a groove from entering the photoresist layer 143 which is a mask layer by plasma in this etching process. Furthermore, it is possible to suppress the opening of the photoresist layer 143 that is a mask layer from being enlarged. Although the detailed mechanism for improving the plasma resistance of the photoresist layer 143 as a mask layer is not necessarily clear, H radicals act on the surface layer of the photoresist layer 143 to extract gas such as CH 4 from the photoresist layer. This is considered to be because the chemical bond between carbons in the mask layer changes to a stronger one. Note that it is preferable that the processing gas does not contain a substance containing N. When a substance having N is contained in the process gas, the protective layer mainly composed of C and N covers the side wall surface of the mask layer, and it is considered that the H radical is effective in improving the plasma resistance. This is because it becomes impossible to penetrate into the inside from the side wall surface, and the plasma resistance of the side wall surface of the mask layer cannot be improved over a thick width. From the viewpoint of further reducing damage to the photoresist layer 143 during processing, the processing pressure is preferably 8 to 30 mTorr.

また、第１の高周波電源１０１からサセプタ６５にプラズマ形成用の高周波電力を供給していることによってもマスク層であるフォトレジスト層１４３の耐プラズマ性が向上する。この際の周波数は１００ＭＨｚ以上が好ましい。また、サセプタ６５に第２の高周波電源１０２から上記のものとは別の高周波電力、好ましくは周波数が３ＭＨｚ以上のものを供給することでプラズマ中の活性種、特にイオンを制御することができる。この別の高周波電力は１００Ｗ以下であることが好ましい。低圧・低電力（低バイアス)の雰囲気下で処理することでマスク層であるフォトレジスト層１４３へのダメージを最小限にすることができるからである。また、低圧、低電力(低バイアス)の雰囲気下ではフォトレジスト層１４３の側壁からも内部までＨラジカルが浸透するため、フォトレジスト層１４３の側壁表面から内部にかけての厚い部分で耐プラズマ性の向上を図ることができる。フォトレジスト層１４３は有機材料であり炭素を含有するのでこのような表面改質作用が著しいからである。また、フォトレジスト層１４３を構成するＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストについては、耐プラズマ性向上処理の前後でかなり耐プラズマ性が変化するため、微細加工の際にこのような処理を適用すると効果が絶大である。また、このような耐プラズマ性向上処理と同時に、エッチング対象層のエッチングのために必要な反射防止層１４２をエッチングするので、マスク層であるフォトレジスト層１４３をほとんどエッチングすることなく反射防止層１４２をエッチングすることができる。   Further, the plasma resistance of the photoresist layer 143, which is a mask layer, is also improved by supplying high-frequency power for plasma formation from the first high-frequency power source 101 to the susceptor 65. The frequency at this time is preferably 100 MHz or more. Further, by supplying high-frequency power different from the above-mentioned one from the second high-frequency power source 102 to the susceptor 65, and preferably having a frequency of 3 MHz or more, active species in plasma, particularly ions, can be controlled. The other high frequency power is preferably 100 W or less. This is because the damage to the photoresist layer 143, which is the mask layer, can be minimized by processing in an atmosphere of low pressure and low power (low bias). In addition, since H radicals penetrate from the side wall of the photoresist layer 143 to the inside in a low pressure and low power (low bias) atmosphere, the plasma resistance is improved at a thick portion from the side wall surface to the inside of the photoresist layer 143. Can be achieved. This is because the photoresist layer 143 is an organic material and contains carbon, so that such a surface modification action is remarkable. In addition, the ArF photoresist and the F2 photoresist constituting the photoresist layer 143 change considerably in plasma resistance before and after the plasma resistance improving process. Therefore, it is effective to apply such a process in the fine processing. It is huge. In addition, since the antireflection layer 142 necessary for etching the etching target layer is etched simultaneously with the plasma resistance improving process, the antireflection layer 142 is hardly etched without etching the photoresist layer 143 that is a mask layer. Can be etched.

このとき、上述のようにサセプタ６５に１００ＭＨｚ以上の周波数の高周波電力を供給することで処理容器６２内のＨ２が解離し様々な活性種となり、その活性種の中で主にＨラジカルがマスク層であるフォトレジスト層１４３の耐プラズマ性向上に寄与し、主にＨラジカルとイオンが反射防止層１４２のエッチングに寄与する。これらの活性種の寄与バランスが優れているためマスク層であるフォトレジスト層１４３の耐プラズマ性を向上させながら同時に反射防止層１４２を有効にエッチングすることができる。さらに、サセプタ６５に第２の高周波電源１０２から３ＭＨｚ以上の周波数の高周波電源から高周波電力を供給することでこの活性種中のイオンの動きを制御することができる。   At this time, by supplying the susceptor 65 with high-frequency power having a frequency of 100 MHz or more as described above, H2 in the processing vessel 62 is dissociated into various active species, and H radicals are mainly mask layers in the active species. This contributes to improving the plasma resistance of the photoresist layer 143, and mainly H radicals and ions contribute to the etching of the antireflection layer 142. Since the contribution balance of these active species is excellent, the antireflection layer 142 can be effectively etched at the same time while improving the plasma resistance of the photoresist layer 143 as a mask layer. Furthermore, by supplying high frequency power from the second high frequency power supply 102 to the susceptor 65 from a high frequency power supply having a frequency of 3 MHz or higher, the movement of ions in the active species can be controlled.

次に、上記処理ガスをエッチング対象層であるＳｉＯ２膜１４１をエッチングするためのエッチングガス、例えばＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒの混合ガスのようなフロロカーボンを含むガスを供給し、第１および第２の高周波電源からサセプタ６５に高周波電力を印加して上記処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマによりフォトレジスト層１４３をマスクとしてＳｉＯ２膜１４１をエッチングする。
エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチングを終了する。 Next, an etching gas for etching the SiO 2 film 141 which is the etching target layer, for example, a gas containing fluorocarbon such as a mixed gas of C 4 F 6 , O 2 and Ar is supplied as the processing gas, The high-frequency power is applied from the second high-frequency power source to the susceptor 65 to turn the processing gas into plasma, and the SiO 2 film 141 is etched by the plasma using the photoresist layer 143 as a mask.
During etching, a predetermined emission intensity is detected by an end point detector (not shown), and the etching is terminated based on this.

なお、本実施形態においても、エッチング対象部は、ＳｉＯ２膜に限るものではなく、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ、熱酸化膜、ＨＴＯ、ＦＳＧ、有機系酸化Ｓｉ膜、ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物）や低誘電体有機絶縁膜等のエッチングに適用可能である。また、ＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストのような耐プラズマ性の低いフォトレジスト材料に限らず、他の有機フォトレジスト層でもよく、さらには、フォトレジストに限らず他のマスク層であってもよい。プラズマ処理装置の構成も図２のものに限るものではない。 Also in this embodiment, the etching target portion is not limited to the SiO 2 film, but TEOS, BPSG, PSG, SOG, thermal oxide film, HTO, FSG, organic-based Si oxide film, CORAL (NOBERAS), etc. It can be applied to etching of an oxide film (oxygen compound) or a low dielectric organic insulating film. Moreover, it is not limited to a photoresist material having low plasma resistance such as ArF photoresist or F2 photoresist, but may be other organic photoresist layers, and may be other mask layers without being limited to photoresist. . The configuration of the plasma processing apparatus is not limited to that shown in FIG.

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
ここでは、まず、チャンバー内圧力を１．０７Ｐａ(８０ｍＴｏｒｒ)、４．００Ｐａ(３０ｍＴｏｒｒ)、１３．３Ｐａ(１００ｍＴｏｒｒ)の３通りとし、処理ガス供給源から処理ガスとしてＨ２を供給した。第１および第２の高周波電源の周波数はそれぞれ１００ＭＨｚ、３．２ＭＨｚとし、その電力を２４００Ｗ、５００Ｗとした。また、第２の高周波電源から電力を供給しない場合(＝０Ｗ)についても評価した。評価はマスク層の断面状態を顕微鏡(ＳＥＭ)で観測して行った。 Next, examples based on this embodiment will be described.
Here, first, the internal pressure of the chamber was set to 1.07 Pa (80 mTorr), 4.00 Pa (30 mTorr), and 13.3 Pa (100 mTorr), and H 2 was supplied as a processing gas from the processing gas supply source. The frequencies of the first and second high-frequency power sources were 100 MHz and 3.2 MHz, respectively, and the power was 2400 W and 500 W. In addition, the case where power was not supplied from the second high-frequency power source (= 0 W) was also evaluated. The evaluation was performed by observing the cross-sectional state of the mask layer with a microscope (SEM).

その結果、圧力が１．０７Ｐａ(８０ｍＴｏｒｒ)、４．００Ｐａ(３０ｍＴｏｒｒ)のときはマスク層への筋入り・溝入りや開口部の拡大はほとんどなかった。圧力が１３．３Ｐａ(１００ｍＴｏｒｒ)のときにはマスク層への筋入り・溝入りや開口部の拡大は余りなかった。圧力が高くなると筋入り・溝入りが起きやすくなっていた。   As a result, when the pressure was 1.07 Pa (80 mTorr) and 4.00 Pa (30 mTorr), there was almost no streaking / grooving into the mask layer or expansion of the opening. When the pressure was 13.3 Pa (100 mTorr), there was not much streaking / grooving into the mask layer or expansion of the opening. When the pressure increased, it was easier for streaks and grooves to occur.

また、第２の高周波電源から供給される電力については、０Ｗのときが５００Ｗのときに比べてマスク層への筋入り・溝入りや開口部の拡大が少なかった。これらの結果等から考慮すれば、第２の高周波電源から供給される電力は１００Ｗ以下が好ましい。   In addition, the power supplied from the second high-frequency power source was less streaked / grooved into the mask layer and expanded in the opening at 0 W than at 500 W. Considering these results and the like, the power supplied from the second high-frequency power source is preferably 100 W or less.

さらに、圧力を１．０７Ｐａ(８．０ｍＴｏｒｒ)に固定して、Ｈ２の流量を５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）と変化させたところ、流量が少ないときの方がマスク層への筋入り・溝入りや開口部の拡大が少なかった。
この後のエッチング対象層であるＳｉＯ２膜をエッチングする工程では、処理容器内にエッチングガスとしてＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒの混合ガスを用い、処理容器内の圧力を６６６Ｐａ(５０ｍＴｏｒｒ)とし、サセプタ６５に供給する高周波電力は第１の高周波電源からは６００Ｗ、第２の高周波電源からは１８００Ｗとした。第１の高周波電源からの高周波電力の供給によりエッチングガスはプラズマ化し、エッチング対象層であるＳｉＯ２膜がエッチングされた。終点検出法等によってエッチングを終了した後、同様にＳＥＭ観察を行った結果、エッチング対象層のプラズマエッチング終了後においても、マスク層の大幅減少、マスク層への筋入り・溝入りやマスク層の開口部の拡大は余りなかった。これにより、本発明によるマスク層の耐プラズマ性の向上効果が、エッチング対象層のプラズマエッチング後にも持続されていることが分かった。 Further, the pressure was fixed at 1.07 Pa (8.0 mTorr), and the flow rate of H 2 was 50 mL / min (sccm), 100 mL / min (sccm), 120 mL / min (sccm), and 200 mL / min (sccm). As a result of the change, when the flow rate was small, there were few streaks / grooves in the mask layer and expansion of the opening.
In the subsequent step of etching the SiO 2 film that is the etching target layer, a mixed gas of C 4 F 6 , O 2, and Ar is used as the etching gas in the processing container, and the pressure in the processing container is set to 666 Pa (50 mTorr). The high frequency power supplied to the susceptor 65 was 600 W from the first high frequency power source and 1800 W from the second high frequency power source. The supply of the high frequency power from the first high frequency power supply turned the etching gas into a plasma, and the SiO 2 film as the etching target layer was etched. After the etching was completed by the end point detection method or the like, the SEM observation was performed in the same manner. As a result, even after the plasma etching of the etching target layer was completed, the mask layer was greatly reduced, and the mask layer was stripped / grooved. There was not much enlargement of the opening. Thereby, it turned out that the improvement effect of the plasma resistance of the mask layer by this invention is maintained after the plasma etching of the etching object layer.

（第４の実施形態）
ここでは、上記図１に示すプラズマ処理装置１を用いて、図６Ａのような、エッチング対象層であるＳｉＯ２層１５１と、これを覆う反射防止層１５２と、反射防止層１５２を覆う開口パターン１５３ａが形成されたマスク層であるＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１５３を有する被処理体Ｗに対して、フォトレジスト層１５３の開口パターンを介して反射防止膜１５２をエッチングする工程と、ＳｉＯ２層１５１をエッチングする工程とを実施する。 (Fourth embodiment)
Here, using the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the SiO 2 layer 151 that is the etching target layer, the antireflection layer 152 that covers the layer, and the opening pattern that covers the antireflection layer 152, as shown in FIG. 6A. Etching the antireflection film 152 through the opening pattern of the photoresist layer 153 with respect to the object to be processed W having the photoresist layer 153 made of ArF photoresist or F2 photoresist which is a mask layer on which 153a is formed. And a step of etching the SiO 2 layer 151.

この実施形態においてもＡｒＦフォトレジストおよびＦ２フォトレジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂を使用することができる。反射防止層としては、有機系高分子材料やアモルファスカーボンを使用することができる。   Also in this embodiment, as the ArF photoresist and the F2 photoresist, an alicyclic-containing acrylic resin, a cycloolefin resin, and a cycloolefin-maleic anhydride resin can be used. As the antireflection layer, an organic polymer material or amorphous carbon can be used.

本実施形態においては、このようなエッチング工程を、フォトレジスト層１５３の開口パターン１５３ａを通して反射防止膜１５２をプラズマエッチングする第１エッチング工程と、フォトレジスト層１５３の開口パターンを通してＳｉＯ２層１５１を途中までエッチングする第２エッチング工程と、第２エッチング工程の後にＳｉＯ２層１５１をさらにエッチングする第３エッチング工程の３段階で行う。これらのうち第２エッチング工程はＳｉＯ２層１５１の初期エッチング工程として行われ、第３エッチング工程はＳｉＯ２層１５１の主エッチング工程として行われる。 In the present embodiment, such an etching process includes a first etching process in which the antireflection film 152 is plasma-etched through the opening pattern 153a of the photoresist layer 153, and an SiO 2 layer 151 in the middle through the opening pattern of the photoresist layer 153. The second etching process is performed in three stages, and the third etching process is performed after the second etching process to further etch the SiO 2 layer 151. Among these, the second etching process is performed as an initial etching process of the SiO 2 layer 151, and the third etching process is performed as a main etching process of the SiO 2 layer 151.

まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、エッチングガス供給源３０からＨ２を供給し、処理容器２内の圧力を所定の値とする。この状態で第１、第２の高周波電源４０、５０から高周波電力を供給し、Ｈ２をプラズマ化して被処理体Ｗに作用させフォトレジスト層１５３の開口パターンを通して反射防止層１５２をエッチングする（第１のエッチング；図６Ａ）。一方、第１、第２の高周波電源４０、５０から高周波電力を供給するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着させる。エッチング中に、所定の発行強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいて高周波電力の供給を停止し第１エッチング工程を終了する。 First, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is depressurized by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, H 2 is supplied from the etching gas supply source 30, and the pressure in the processing container 2 is set to a predetermined value. To do. In this state, high-frequency power is supplied from the first and second high-frequency power sources 40 and 50, and H 2 is turned into plasma to act on the workpiece W, and the antireflection layer 152 is etched through the opening pattern of the photoresist layer 153 ( First etch; FIG. 6A). On the other hand, the DC power source 13 is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of supplying the high-frequency power from the first and second high-frequency power sources 40 and 50, and the workpiece W is placed on the electrostatic chuck 11. Electrostatically adsorbed on top. During etching, a predetermined issuance intensity is detected by an end point detector (not shown), and based on this, the supply of high-frequency power is stopped and the first etching process is terminated.

次いで、同一処理容器内または別の処理容器内に第１エッチング工程と同様にしてＣＦ４とＨ２の混合ガスを供給し、フォトレジスト層１５３の開口パターンを通してＳｉＯ２層１５１を途中までエッチングする（第２エッチング工程；図６Ｂ）。所定のエッチング時間、例えば６０秒が経過したらこの第２エッチング工程を終了する。その後、同一処理容器内または別の処理容器内に第２エッチング工程と同様にして第２エッチング工程とは異なるガス、例えば直鎖Ｃ５Ｆ８とＯ２とＡｒの混合ガスを供給し、ＳｉＯ２層１５１をさらにエッチングする（第３エッチング工程；図６Ｃ）。終点検出に基づいてこの第３エッチング工程を終了する。 Next, a mixed gas of CF 4 and H 2 is supplied into the same processing container or another processing container in the same manner as in the first etching process, and the SiO 2 layer 151 is etched partway through the opening pattern of the photoresist layer 153. (Second etching step; FIG. 6B). When a predetermined etching time, for example, 60 seconds elapses, the second etching process is terminated. Thereafter, a gas different from the second etching step, for example, a mixed gas of linear C 5 F 8 , O 2 and Ar, is supplied into the same processing vessel or another processing vessel in the same manner as the second etching step, and SiO 2 The second layer 151 is further etched (third etching step; FIG. 6C). The third etching step is terminated based on the end point detection.

このように、ＣＦ４とＨ２のプラズマを用いたＳｉＯ２層１５１の第２エッチング工程によって、マスク層であるＡｒＦフォトレジスト層１５３の表面に、特にＳｉＯ２層１５１との境界付近により多く保護膜が形成され、その後の第３エッチング工程においてフォトレジスト層１５３の形状の変形を抑制することができる。また、第１エッチング工程において、反射防止層１５２をＨ２のプラズマを用いてエッチングすることにより、第３エッチング工程におけるフォトレジスト層１５３の形状の変形をより有効に抑制することができる。これは、Ｈ２のプラズマによりマスク層であるフォトレジスト層１５３の表面近傍から酸素原子が脱離して構造的により強固な炭素間結合が形成されるためと考えられる。 As described above, the second etching process of the SiO 2 layer 151 using the plasma of CF 4 and H 2 protects more on the surface of the ArF photoresist layer 153 as the mask layer, particularly near the boundary with the SiO 2 layer 151. A film is formed, and deformation of the shape of the photoresist layer 153 can be suppressed in the subsequent third etching step. Further, in the first etching step, the antireflection layer 152 is etched using H 2 plasma, so that deformation of the shape of the photoresist layer 153 in the third etching step can be more effectively suppressed. This is presumably because oxygen atoms are desorbed from the vicinity of the surface of the photoresist layer 153, which is a mask layer, by H 2 plasma, and a structurally stronger carbon-carbon bond is formed.

このようなプラズマによるフォトレジスト層１５３の形状の変形を抑制する効果は、その材料が特にプラズマによって変形しやすいメタクリル酸樹脂（構造中にメタクリル酸が取り込まれている樹脂をいう）の場合に顕著なものとなるが、アクリル酸樹脂（構造中にアクリル酸が取り込まれている樹脂をいう）等、他の樹脂であっても同様の効果を得ることができる。ただし、フォトレジスト層の材料がアクリル酸樹脂の場合には、微細加工可能なマスク材の中でプラズマに対する変形耐性が比較的大きいので、反射防止層をエッチングする第１エッチングの際に必ずしもＨ２ガスを用いる必要はなく、Ｈ２よりもエッチングレートが高く、マスク層へのダメージがフロロカーボンの中でも最も少ないＣＦ４のプラズマを用いて高速で反射防止層１５２をエッチングすることができる。 The effect of suppressing the deformation of the shape of the photoresist layer 153 due to the plasma is remarkable when the material is a methacrylic acid resin (referred to as a resin in which methacrylic acid is incorporated in the structure) that is easily deformed by the plasma. However, similar effects can be obtained even with other resins such as an acrylic resin (referring to a resin in which acrylic acid is incorporated in the structure). However, when the material of the photoresist layer is an acrylic resin, the deformation resistance to plasma is relatively high among the mask materials that can be finely processed. Therefore, H 2 is not necessarily used in the first etching for etching the antireflection layer. There is no need to use a gas, and the antireflection layer 152 can be etched at high speed using CF 4 plasma, which has a higher etching rate than H 2 and has the least damage to the mask layer among fluorocarbons.

また、第３エッチング工程のエッチングガスとして、直鎖Ｃ５Ｆ８とＯ２とを含むガスを用いることにより、エッチング対象層であるＳｉＯ２層１５１をより異方的に、より速くエッチングすることができる。なお、第３エッチング工程のエッチングガスは、これに限るものではないが、第２エッチング工程で用いられるＣＦ４とＨ２の混合ガスとは別のガスであることが好ましい。これは、第２エッチング工程でマスク層の形状の変形を抑制する構造を形成した後、第３エッチング工程のエッチングガスに切り替えることにより、例えば、より異方的エッチングやより高速のエッチング等所望の機能を持たせることができるからである。ＳｉＯ２層１５１をより異方的に、より速くエッチングする観点からは、エッチングガスとしてフロロカーボンを含むガスを好適に用いることができるが、上述した直鎖Ｃ５Ｆ８とＯ２とを含むガスが特に好ましい。 Further, by using a gas containing linear C 5 F 8 and O 2 as an etching gas in the third etching step, the SiO 2 layer 151 that is an etching target layer is etched more anisotropically and faster. Can do. The etching gas in the third etching step is not limited to this, but is preferably a gas different from the mixed gas of CF 4 and H 2 used in the second etching step. This is because, after forming a structure that suppresses deformation of the shape of the mask layer in the second etching step, by switching to the etching gas in the third etching step, for example, more anisotropic etching, higher-speed etching, or the like This is because functions can be provided. From the viewpoint of etching the SiO 2 layer 151 more anisotropically and faster, a gas containing fluorocarbon can be suitably used as an etching gas, but the gas containing the above-mentioned linear C 5 F 8 and O 2 can be used. Is particularly preferred.

以上は、反射防止層１５２が存在する場合のエッチング工程について説明したが、反射防止層が存在しない場合には、上記第１のエッチング工程を省略して、最初に、ＣＦ４とＨ２をプラズマ化し、ＡｒＦフォトレジスト層の開口パターンを通してエッチング対象層であるＳｉＯ２層を途中までエッチングする初期エッチング工程を実施し、この初期エッチング工程の後、好ましくはフロロカーボンを含むエッチングガス、より好ましくは上述した直鎖Ｃ５Ｆ８とＯ２とを含むガスをプラズマ化し、エッチング対象層であるＳｉＯ２層の残部をエッチングする主エッチング工程を実施すればよい。この場合にもマスク層であるＡｒＦレジスト層表面に、特にエッチング対象層であるＳｉＯ２層との境界付近により多く保護膜が形成され、その後の主エッチング工程におけるＡｒＦレジスト層の形状の変形を抑制することができる。 The etching process in the case where the antireflection layer 152 is present has been described above. However, if the antireflection layer 152 is not present, the first etching process is omitted, and CF 4 and H 2 are first plasma. And an initial etching step of etching the SiO 2 layer as an etching target partway through the opening pattern of the ArF photoresist layer is performed, and after this initial etching step, an etching gas preferably containing fluorocarbon, more preferably as described above A main etching step may be performed in which a gas containing linear C 5 F 8 and O 2 is turned into plasma and the remaining part of the SiO 2 layer that is the etching target layer is etched. Also in this case, a protective film is formed more on the surface of the ArF resist layer, which is a mask layer, especially near the boundary with the SiO 2 layer, which is an etching target layer, and the deformation of the shape of the ArF resist layer in the subsequent main etching process is suppressed. can do.

なお、本実施形態においても、エッチング対象部は、ＳｉＯ２膜に限るものではなく、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ、熱酸化膜、ＨＴＯ、ＦＳＧ、有機系酸化Ｓｉ膜、ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物）や低誘電体有機絶縁膜等のエッチングに適用可能である。また、ＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストのような耐プラズマ性の低いフォトレジスト材料に限らず、他の有機フォトレジスト層でもよく、さらには、フォトレジストに限らず他のマスク層であってもよい。プラズマ処理装置の構成も図１のものに限るものではない。 Also in this embodiment, the etching target portion is not limited to the SiO 2 film, but TEOS, BPSG, PSG, SOG, thermal oxide film, HTO, FSG, organic-based Si oxide film, CORAL (NOBERAS), etc. It can be applied to etching of an oxide film (oxygen compound) or a low dielectric organic insulating film. Moreover, it is not limited to a photoresist material having low plasma resistance such as ArF photoresist or F2 photoresist, but may be other organic photoresist layers, and may be other mask layers without being limited to photoresist. . The configuration of the plasma processing apparatus is not limited to that shown in FIG.

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
上記図６Ａに示す被処理体の反射防止層１５２およびエッチング対象層であるＳｉＯ２層１５１について、図１に示す装置を用いて表２に示す条件のＮｏ．１〜６のエッチングを行った。なお、いずれのエッチングにおいても、第１の高周波電源の周波数を６０ＭＨｚとし、第２の高周波電源の周波数を２ＭＨｚとした。 Next, examples based on this embodiment will be described.
For the antireflection layer 152 and the SiO 2 layer 151 as the etching target layer shown in FIG. Etching 1-6 was performed. In any etching, the frequency of the first high frequency power source was set to 60 MHz, and the frequency of the second high frequency power source was set to 2 MHz.

具体的には、Ｎｏ．１〜３はフォトレジスト層１５３としてアクリル酸樹脂のＡｒＦフォトレジストを用いたものであり、いずれも第３エッチング工程はＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒとを用いており、これらの中でＮｏ．１は第１エッチング工程でＣＦ４を用い、第２エッチング工程を行わなかったもの、Ｎｏ．２は第１エッチング工程でＣＦ４を用い、第２エッチング工程でＣＦ４とＨ２とを用いたもの、Ｎｏ．３は第１エッチング工程でＨ２を用い、第２エッチング工程でＣＦ４とＨ２とを用いたものである。また、Ｎｏ．４〜６はフォトレジスト層１５３としてメタクリル酸樹脂のＡｒＦフォトレジストを用いたものであり、いずれも第３エッチング工程は直鎖Ｃ５Ｆ８とＯ２とＡｒとを用いており、これらの中でＮｏ．４は第１エッチング工程でＣＦ４を用い、第２エッチング工程を行わなかったもの、Ｎｏ．５は第１エッチング工程でＣＦ４を用い、第２エッチング工程でＣＦ４とＨ２とを用いたもの、Ｎｏ．６は第１エッチング工程でＨ２を用い、第２エッチング工程でＣＦ４とＨ２とを用いたものである。 Specifically, no. Nos. 1 to 3 use an ArF photoresist of acrylic resin as the photoresist layer 153, and the third etching process uses C 4 F 6 , O 2, and Ar. . No. 1 used CF 4 in the first etching step and did not perform the second etching step. No. 2 uses CF 4 in the first etching step, and uses CF 4 and H 2 in the second etching step. 3 uses H 2 in the first etching step and CF 4 and H 2 in the second etching step. No. Nos. 4 to 6 are obtained by using ArF photoresist of methacrylic acid resin as the photoresist layer 153. In each of the third etching steps, linear C 5 F 8 , O 2 and Ar are used. No. No. 4 used CF 4 in the first etching step and did not perform the second etching step. No. 5 uses CF 4 in the first etching step, and uses CF 4 and H 2 in the second etching step. No. 6 uses H 2 in the first etching process and CF 4 and H 2 in the second etching process.

全工程終了後、各条件のサンプルについてフォトレジスト層１５３の形状の変形を調査した。その結果、フォトレジスト層１５３としてアクリル酸樹脂を用いたＮｏ．１〜３のうち、第２エッチング工程を行わなかったＮｏ．１はフォトレジスト層の変形の指標である縦筋が存在していたが、第２エッチング工程を行ったＮｏ．２、３では、第１エッチング工程で使用したガスにかかわらず、縦筋が存在していなかった。一方、ＡｒＦフォトレジスト層１５３としてアクリル酸樹脂より耐プラズマ性が低いメタクリル酸樹脂を用いたＮｏ．４〜６のうち、第２エッチング工程を行わなかったＮｏ．４は縦筋が存在していた。また、第１エッチング工程でＣＦ４を用い第２エッチング工程を行ったＮｏ．５は縦筋が少なくなり、これにより第２エッチング工程により縦筋が抑制されることが確認された。第２エッチング工程を行い、かつ第１エッチング工程のガスをＨ２にしたＮｏ．６では縦筋が存在していなかった。つまり、フォトレジスト層１５３がプラズマに対する耐性の低い材料で構成されている場合、第２エッチング工程に加えて、第１エッチング工程でＨ２により反射防止層１５２をエッチングすることによりフォトレジスト層の変形の指標である縦筋が発生しなくなることが確認された。 After the completion of all the processes, the deformation of the shape of the photoresist layer 153 was investigated for the samples under each condition. As a result, No. 1 using an acrylic resin as the photoresist layer 153 was obtained. 1 to 3 in which the second etching step was not performed. No. 1 was a vertical streak that was an index of deformation of the photoresist layer. In 2 and 3, no vertical streak was present regardless of the gas used in the first etching step. On the other hand, as the ArF photoresist layer 153, a methacrylic acid resin having a plasma resistance lower than that of an acrylic resin is used. 4-6, No. 2 which did not perform the second etching step. 4 had longitudinal stripes. In addition, No. 2 in which the second etching process was performed using CF 4 in the first etching process. It was confirmed that No. 5 had fewer vertical streaks, thereby suppressing the vertical streaks by the second etching step. No. 2 in which the second etching step was performed and the gas in the first etching step was changed to H 2 . In 6 there was no longitudinal streak. That is, in the case where the photoresist layer 153 is made of a material having low resistance to plasma, in addition to the second etching step, the photoresist layer is deformed by etching the antireflection layer 152 with H 2 in the first etching step. It was confirmed that the vertical streak, which is an index of, no longer occurs.

Figure 0005008691
Figure 0005008691

（第５の実施形態）
ここでは、図１に示すプラズマ処理装置１を用いて、図７Ａに示すような、Ｓｉ等の下地層１６０上に形成されたＳｉＯ２層等のエッチング対象層１６１（厚さ例：１５００ｎｍ）と、このエッチング対象層１６１を覆う有機反射防止層１６２（厚さ例：６０ｎｍ）と、この有機反射防止層１６２を覆う開口パターン１６３ａ（直径例：０．１８μｍ）が形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１６３とを有する被処理体Ｗに対して、フォトレジスト層１６３の開口パターン１６３ａを通して、有機反射防止層１６２をプラズマエッチングする工程と、次いでエッチング対象層１６１をプラズマエッチングして開口パターン１６１ａを形成する工程を実施する。 (Fifth embodiment)
Here, using the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, an etching target layer 161 (thickness example: 1500 nm) such as a SiO 2 layer formed on a base layer 160 such as Si as shown in FIG. An ArF photoresist or F2 on which an organic antireflection layer 162 (thickness example: 60 nm) covering the etching target layer 161 and an opening pattern 163a (diameter example: 0.18 μm) covering the organic antireflection layer 162 are formed. A process of plasma etching the organic antireflection layer 162 through the opening pattern 163a of the photoresist layer 163 with respect to the object W having the photoresist layer 163 made of photoresist, and then plasma etching the layer 161 to be etched. The step of forming the opening pattern 161a is performed.

以下、図７Ａ〜７Ｃおよび図８のフローチャートを参照して説明する。
フォトレジスト層１６３を構成するＡｒＦフォトレジストおよびＦ２フォトレジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂、メタクリル酸樹脂等を使用することができる。
有機反射防止層１６２としては、有機系高分子材料を適用することができる。
また、本実施形態では、プラズマ処理装置１の上部電極板２４は、少なくとも表面が単結晶Ｓｉ、ＳｉＣ等のＳｉを含む材料で構成されている。 Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 7A to 7C and the flowchart of FIG.
As the ArF photoresist and the F2 photoresist constituting the photoresist layer 163, an alicyclic-containing acrylic resin, cycloolefin resin, cycloolefin-maleic anhydride resin, methacrylic acid resin, or the like can be used.
As the organic antireflection layer 162, an organic polymer material can be applied.
In the present embodiment, the upper electrode plate 24 of the plasma processing apparatus 1 is made of a material containing Si such as single crystal Si or SiC at least on the surface.

まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し（ＳＴＥＰ１）、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からＨ２ガスを供給し（ＳＴＥＰ２）、処理容器２内の圧力を所定の値とする。 First, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 (STEP 1) and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is decompressed by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, H 2 gas is supplied from the processing gas supply source 30 (STEP 2), and the pressure in the processing container 2 is reduced. Set to a predetermined value.

この状態で第１の高周波電源４０、第２の高周波電源５０から高周波電力を供給してＨ２ガスをプラズマ化し、フォトレジスト層１６３の開口パターンを通して有機反射防止層１６２をエッチングする（ＳＴＥＰ３）（図７Ａ）。一方、第１の高周波電源４０、第２の高周波電源５０から高周波電力を供給するタイミングの前後に、静電チャック１１内の電極１２に直流電圧を印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着させる。所定の時間だけエッチングしたら高周波電力やエッチングガスの供給を停止して有機反射防止層１６２のエッチングを終了する（図７Ｂ）。プラズマ中の特定の物質の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチング工程を終了してもよい。 In this state, high frequency power is supplied from the first high frequency power supply 40 and the second high frequency power supply 50 to turn H 2 gas into plasma, and the organic antireflection layer 162 is etched through the opening pattern of the photoresist layer 163 (STEP 3) ( FIG. 7A). On the other hand, a DC voltage is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of supplying the high-frequency power from the first high-frequency power supply 40 and the second high-frequency power supply 50 so that the workpiece W is electrostatic chucked. 11 is electrostatically adsorbed. After etching for a predetermined time, the supply of high-frequency power and etching gas is stopped and the etching of the organic antireflection layer 162 is finished (FIG. 7B). The emission intensity of a specific substance in the plasma may be detected by an end point detector (not shown), and the etching process may be terminated based on this.

本実施形態の場合、Ｈ2のプラズマによる有機反射防止層１６２のエッチング過程において、少なくとも表面がＳｉからなる上部電極板２４から供給されるＳｉとＨ２プラズマがフォトレジスト層１６３の表面に作用することにより、フォトレジスト層１６３の表面には、Ｓｉ−ＯやＳｉ−Ｃ等を含む薄い保護層１６３ｂが形成される。 In the case of this embodiment, in the etching process of the organic antireflection layer 162 by H 2 plasma, at least Si and H 2 plasma supplied from the upper electrode plate 24 whose surface is made of Si act on the surface of the photoresist layer 163. Thus, a thin protective layer 163b containing Si—O, Si—C, or the like is formed on the surface of the photoresist layer 163.

すなわち、Ｈ２のプラズマによる有機反射防止層１６２のエッチングの過程で、フォトレジスト層１６３の表面のＣまたはＨとの反応が起こり、その結果として、反応性の高いＣやＯがフォトレジスト層１６３の表面に多数存在する状態となり、これらの高反応性のＣやＯが上部電極板２４から供給されたＳｉと反応し、Ｓｉ−ＣあるいはＳｉ−Ｏ等の物質を含む薄い保護層１６３ｂを形成すると考えられる。 That is, a reaction with C or H on the surface of the photoresist layer 163 occurs in the process of etching the organic antireflection layer 162 with H 2 plasma, and as a result, highly reactive C or O is converted into the photoresist layer 163. Many of these highly reactive C and O react with Si supplied from the upper electrode plate 24 to form a thin protective layer 163b containing a substance such as Si—C or Si—O. I think that.

このように、フォトレジスト層１６３の開口パターン１６３ａを通して有機反射防止層１６２をプラズマエッチングする際に、フォトレジスト層１６３の表面に薄い保護層１６３ｂが形成され、別の余分な工程を必要とすることなく、フォトレジスト層１６３の耐プラズマ性を向上させることができる。したがって、有機反射防止層１６２をエッチングする際に表面荒れやストライエーションが入ることなく、フォトレジスト層１６３の耐プラズマ性を高く維持することができる。   As described above, when the organic antireflection layer 162 is plasma-etched through the opening pattern 163a of the photoresist layer 163, a thin protective layer 163b is formed on the surface of the photoresist layer 163, and another extra process is required. In addition, the plasma resistance of the photoresist layer 163 can be improved. Therefore, the plasma resistance of the photoresist layer 163 can be kept high without causing surface roughness or striation when the organic antireflection layer 162 is etched.

次いで、同一処理容器内または別の処理容器内で、エッチングガスとして例えばＣ５Ｆ８とＯ２とＡｒを供給し（ＳＴＥＰ４）、有機反射防止層１６２のエッチングと同様な手順でフォトレジスト層１６３の開口パターン１６３ａを通してエッチング対象層１６１をプラズマエッチングする（ＳＴＥＰ５）。これにより、エッチング対象層１６１に、たとえば高アスペクト比の開口パターン１６１ａを形成する（図７Ｃ）。そして、エッチング対象層１６１のエッチング完了後、被処理体Ｗを、ゲートバルブ３２を通じて処理容器２の外部に取り出す（ＳＴＥＰ６）。 Next, in the same processing container or another processing container, for example, C 5 F 8 , O 2, and Ar are supplied as etching gases (STEP 4), and the photoresist layer 163 is processed in the same procedure as the etching of the organic antireflection layer 162. The etching target layer 161 is plasma etched through the opening pattern 163a (STEP 5). Thereby, for example, an opening pattern 161a having a high aspect ratio is formed in the etching target layer 161 (FIG. 7C). Then, after the etching of the etching target layer 161 is completed, the workpiece W is taken out of the processing container 2 through the gate valve 32 (STEP 6).

このエッチング対象層１６１のエッチングに際して、本実施形態の場合には、フォトレジスト層１６３の表面には保護層１６３ｂが形成されていることによって高い耐プラズマ性の状態にあるので、エッチング対象層１６１のプラズマエッチングにおいてもフォトレジスト層１６３の耐プラズマ性や、エッチング対象層１６１のフォトレジスト層１６３に対する選択比が高く維持される。このため、フォトレジスト層１６３の表面荒れや縦筋入りを生じさせず、エッチング対象層１６１を高いエッチングレートの条件にてプラズマエッチングすることができる。この結果、別の余分な工程を必要としないことと相まって、プラズマエッチング工程でのスループットが向上する。また、フォトレジスト層１６３の開口パターン１６３ａにおける縦筋入りが発生しないので、フォトレジスト層１６３をマスクとしてエッチング対象層１６１に形成される開口パターン１６１ａの精度も向上する。   In the etching of the etching target layer 161, in the case of the present embodiment, since the protective layer 163b is formed on the surface of the photoresist layer 163, the etching target layer 161 is in a high plasma resistance state. Also in the plasma etching, the plasma resistance of the photoresist layer 163 and the selection ratio of the etching target layer 161 to the photoresist layer 163 are kept high. For this reason, the etching target layer 161 can be plasma-etched under conditions of a high etching rate without causing the surface of the photoresist layer 163 to become rough or have vertical stripes. As a result, coupled with not requiring another extra step, the throughput in the plasma etching step is improved. Further, since vertical stripes do not occur in the opening pattern 163a of the photoresist layer 163, the accuracy of the opening pattern 161a formed in the etching target layer 161 using the photoresist layer 163 as a mask is also improved.

上記ＳＴＥＰ２において、フォトレジスト層１６３の耐プラズマ性の向上の観点からは、Ｈ２の代わりにＨｅ、Ｎ２を用いることができる。ただし、Ｈｅ、Ｎ２を用いる場合、有機反射防止層６３はほとんどエッチングされない。なお、有機反射防止層１６２はなくてもよく、このときは、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎ２の少なくとも１種のプラズマ処理によって、専らフォトレジスト層１６３の耐プラズマ性の向上処理を行うことができる。 In STEP 2, from the viewpoint of improving the plasma resistance of the photoresist layer 163, He and N 2 can be used instead of H 2 . However, when He or N 2 is used, the organic antireflection layer 63 is hardly etched. The organic antireflection layer 162 may be omitted, and in this case, the plasma resistance improvement process of the photoresist layer 163 can be performed exclusively by at least one kind of plasma treatment of H 2 , He, and N 2. .

次に、図９Ａ〜９Ｃおよび図１０のフローチャートを参照して、本実施形態の変形例について説明する。
この変形例では、有機反射防止層１６２をＣＦ４ガスのプラズマでエッチングした後、エッチング対象層１６１のエッチングに先立って、Ｈ２ガスによるプラズマ処理にてフォトレジスト層１６３の表面に保護層１６３ｂを形成する例を示す。 Next, a modification of the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 9A to 9C and FIG.
In this modification, after the organic antireflection layer 162 is etched with CF 4 gas plasma, the protective layer 163b is formed on the surface of the photoresist layer 163 by plasma treatment with H 2 gas prior to the etching of the etching target layer 161. An example of forming is shown.

すなわち、まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し（ＳＴＥＰ１１）、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からＣＦ４ガスを供給し（ＳＴＥＰ１２）、処理容器２内の圧力を所定の値とする。 That is, first, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 (STEP 11) and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is depressurized by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, CF 4 gas is supplied from the processing gas supply source 30 (STEP 12), and the pressure in the processing container 2 is reduced. Set to a predetermined value.

この状態で第１の高周波電源４０、第２の高周波電源５０から高周波電力を供給してＣＦ４ガスをプラズマ化し、フォトレジスト層１６３の開口パターンを通して有機反射防止層１６２をエッチングする（ＳＴＥＰ１３）（図９Ａ）。 In this state, high frequency power is supplied from the first high frequency power supply 40 and the second high frequency power supply 50 to convert the CF 4 gas into plasma, and the organic antireflection layer 162 is etched through the opening pattern of the photoresist layer 163 (STEP 13) ( FIG. 9A).

一方、第１の高周波電源４０、第２の高周波電源５０から高周波電力を供給するタイミングの前後に、静電チャック１１内の電極１２に直流電圧を印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着させる。所定の時間だけエッチングしたら高周波電力やエッチングガスの供給を停止して有機反射防止層１６２のエッチングを終了する。プラズマ中の特定の物質の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチング工程を終了してもよい。   On the other hand, a DC voltage is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of supplying the high-frequency power from the first high-frequency power supply 40 and the second high-frequency power supply 50 so that the workpiece W is electrostatic chucked. 11 is electrostatically adsorbed. After etching for a predetermined time, the supply of high-frequency power and etching gas is stopped and the etching of the organic antireflection layer 162 is finished. The emission intensity of a specific substance in the plasma may be detected by an end point detector (not shown), and the etching process may be terminated based on this.

次に、処理容器２に供給するガスをＨ２ガスに切り換えて（ＳＴＥＰ１４）、当該Ｈ２ガスをプラズマ化し、Ｈ２プラズマと上部電極板２４から供給されるＳｉとをフォトレジスト層１６３の表面に所定時間だけ作用させて、フォトレジスト層１６３の表面に、Ｓｉ−ＯやＳｉ−Ｃ等を含む薄い保護層１６３ｂを形成する（ＳＴＥＰ１５）（図９Ｂ）。 Next, the gas supplied to the processing container 2 is switched to H 2 gas (STEP 14), the H 2 gas is turned into plasma, and the H 2 plasma and Si supplied from the upper electrode plate 24 are converted into the surface of the photoresist layer 163. Then, a thin protective layer 163b containing Si—O, Si—C or the like is formed on the surface of the photoresist layer 163 (STEP 15) (FIG. 9B).

すなわち、この変形例の場合、フォトレジスト層１６３のプラズマ処理の過程で、フォトレジスト層１６３の表面のＣまたはＨと反応が起こり、その結果として、反応性が高いＣやＯがフォトレジスト層１６３の表面に多数存在する状態となり、高反応性のＣやＯが上部電極板２４から供給されるＳｉと反応し、Ｓｉ−ＯやＳｉ−Ｃとなって薄い保護層１６３ｂが形成されると考えられる。このＳｉ−ＯやＳｉ−Ｃ等を含む薄い保護層１６３ｂにより、フォトレジスト層１６３の耐プラズマ性が向上する。   That is, in the case of this modification, a reaction with C or H on the surface of the photoresist layer 163 occurs in the course of the plasma treatment of the photoresist layer 163, and as a result, highly reactive C or O is converted into the photoresist layer 163. Many reactive C and O react with Si supplied from the upper electrode plate 24 to form a thin protective layer 163b as Si-O or Si-C. It is done. The thin protective layer 163b containing Si—O, Si—C, or the like improves the plasma resistance of the photoresist layer 163.

次いで、同一処理容器内または別の処理容器内で、エッチングガスとして例えばＣ５Ｆ８とＡｒとＯ２を使用して（ＳＴＥＰ１６）、有機反射防止層１６２のエッチングと同様な手順でフォトレジスト層１６３の開口パターン１６３ａを通してエッチング対象層１６１をプラズマエッチングする（ステップ１７）。これにより、たとえば高アスペクト比の開口パターン１６１ａを形成する（図９Ｃ）。そして、エッチング対象層１６１のエッチング完了後、被処理体Ｗを、ゲートバルブ３２を通じて処理容器２の外部に取り出す（ＳＴＥＰ１８）。 Next, in the same processing container or another processing container, for example, using C 5 F 8 , Ar, and O 2 as etching gases (STEP 16), the photoresist layer is processed in the same procedure as the etching of the organic antireflection layer 162. The etching target layer 161 is plasma etched through the opening pattern 163a of 163 (step 17). Thereby, for example, an opening pattern 161a having a high aspect ratio is formed (FIG. 9C). Then, after the etching of the etching target layer 161 is completed, the workpiece W is taken out of the processing container 2 through the gate valve 32 (STEP 18).

このエッチング対象層１６１の開口パターン１６１ａのエッチングに際して、本変形例の場合には、上述のように、フォトレジスト層１６３の表面は保護層１６３ｂが形成されることによって高い耐プラズマ性を持った状態にあるので、フォトレジスト層１６３の耐プラズマ性やエッチングの対マスク選択比が高く維持される。しかもフォトレジスト層１６３に表面荒れや縦筋入りを生じることなく、高いエッチングレートの条件にてプラズマエッチングによる開口パターン１６１ａの形成を行うことができる。この結果、別に余分な工程を必要としないことと相まって、プラズマエッチング工程でのスループットが向上する。
上述のＳＴＥＰ１５における保護層１６３ｂの形成処理では、Ｈ２の代わりに、またはＨ２とともに、Ｎ２、Ｈｅを用いてもよい。 When etching the opening pattern 161a of the etching target layer 161, in the case of this modification, as described above, the surface of the photoresist layer 163 has a high plasma resistance due to the formation of the protective layer 163b. Therefore, the plasma resistance of the photoresist layer 163 and the etching selectivity to the mask are kept high. In addition, the opening pattern 161a can be formed by plasma etching under conditions of a high etching rate without causing surface roughness or vertical stripes in the photoresist layer 163. As a result, coupled with the fact that no extra process is required, the throughput in the plasma etching process is improved.
In process of forming the protective layer 163b in the above STEP15, instead of H 2, or together with H 2, it may be used N 2, the He.

なお、本実施形態において、エッチング対象層１６１は、例示したＳｉＯ２に代表されるＳｉ酸化物に限るものではなく、Ｓｉ窒化物、Ｓｉ炭化物等の他のＳｉ化合物、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、有機材料、有機−無機ハイブリッド材料、金属、金属化合物等が適用可能である。また、本実施形態では、例示したＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストのような耐プラズマ性の低いフォトレジスト材料において特に有効であるが、これに限らず、電子線でリソグラフィーを行うＥＢレジスト、真空紫外線でリソグラフィーを行うＥＵＶレジスト、ＫｒＦレジスト等の他の有機フォトレジスト層でも同様の効果を得ることができ、さらには、フォトレジスト層に限らず他のマスク層であってもよい。さらに、プラズマ処理装置の構成も図１のものに限るものではない。 In the present embodiment, the etching target layer 161 is not limited to the Si oxide represented by the exemplified SiO 2 , but other Si compounds such as Si nitride and Si carbide, single crystal Si, and polycrystalline Si. Organic materials, organic-inorganic hybrid materials, metals, metal compounds, and the like are applicable. In this embodiment, the present invention is particularly effective in a photoresist material having low plasma resistance such as the exemplified ArF photoresist and F2 photoresist. However, the present invention is not limited to this, and an EB resist that performs lithography with an electron beam, vacuum ultraviolet light, and the like. The same effect can be obtained with other organic photoresist layers such as an EUV resist and a KrF resist which are subjected to lithography in step 1. Further, the mask layer is not limited to the photoresist layer. Furthermore, the configuration of the plasma processing apparatus is not limited to that shown in FIG.

さらにまた、保護層を形成する際のＳｉ源として上部電極板を用いたが、これに限らず、処理容器内の構成部材、例えばフォーカスリング、シールドリング、インナーチャンバーを少なくともその表面がＳｉを含むようにすることにより同様のＳｉ源として用いることができる。ただし、上部電極板は、被処理体と対向して設けられているため、耐プラズマ性の向上処理が被処理体の面内で均一に行うことができるという利点があり、好ましい。   Furthermore, the upper electrode plate is used as the Si source when forming the protective layer. However, the present invention is not limited to this, and at least the surface of constituent members in the processing vessel such as a focus ring, a shield ring, and an inner chamber contains Si. By doing so, it can be used as a similar Si source. However, since the upper electrode plate is provided so as to face the object to be processed, there is an advantage that the treatment for improving the plasma resistance can be performed uniformly within the surface of the object to be processed, which is preferable.

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
以下の各実施例および比較例での第１の高周波電源４０、第２の高周波電源５０の周波数はそれぞれ６０ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚとした。 Next, examples based on this embodiment will be described.
The frequencies of the first high-frequency power source 40 and the second high-frequency power source 50 in the following examples and comparative examples were 60 MHz and 13.56 MHz, respectively.

（１）［フォトレジスト層のプラズマ処理］
ここでは、エッチング対象層を覆う開口パターンが形成されたフォトレジスト層に対して、Ｈ2、Ｎ2、Ｈｅの各々をプラズマ化してプラズマ処理する実施例１〜３と、Ａｒをプラズマ化してプラズマ処理する比較例１を行った。プラズマ処理は１分間行った。フォトレジスト層としてはＡｒＦフォトレジストを用いた。 (1) [Plasma treatment of photoresist layer]
Here, Examples 1 to 3 in which each of H 2 , N 2 , and He is plasma-processed and plasma-processed with respect to the photoresist layer in which the opening pattern covering the etching target layer is formed, and Ar is converted into plasma and plasma is processed Comparative Example 1 to be processed was performed. The plasma treatment was performed for 1 minute. ArF photoresist was used as the photoresist layer.

（実施例５−１）
処理容器内圧力：２．０１Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：２２００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
処理ガスおよびその流量：Ｈ２を０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）
（実施例５−２）
処理容器内圧力：２．０１Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：２２００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
処理ガスおよびその流量：Ｎ２を０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）
（実施例５−３）
処理容器内圧力：２．０１Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：２２００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
処理ガスおよびその流量：Ｈｅを０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）
（比較例５−１）
処理容器内圧力：２．０１Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：２２００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
処理ガスおよびその流量：Ａｒを０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ） (Example 5-1)
Processing container pressure: 2.01 Pa (15 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 2200 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Process gas and its flow rate: H 2 0.1 L / min (100 sccm)
(Example 5-2)
Processing container pressure: 2.01 Pa (15 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 2200 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Process gas and its flow rate: N 2 0.1 L / min (100 sccm)
(Example 5-3)
Processing container pressure: 2.01 Pa (15 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 2200 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Process gas and its flow rate: He is 0.1 L / min (100 sccm)
(Comparative Example 5-1)
Processing container pressure: 2.01 Pa (15 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 2200 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Process gas and its flow rate: Ar 0.1 L / min (100 sccm)

図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれアクリル系およびメタクリル系のＡｒＦフォトレジストを用いたフォトレジスト層における、プラズマ処理直後の表面分析結果（Ｈ２、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒでそれぞれ示される線図）を示す図である。これらに示されるように、実施例５−１〜５−３では、アクリル系およびメタクリル系のいずれのＡｒＦフォトレジストにおいても、Ｈ２、Ｎ2、Ｈｅの各々のプラズマによるプラズマ処理によって、フォトレジスト層の表面にＳｉ−ＯやＳｉ−Ｃ等に相当する結合エネルギーを持つ物質を含む保護層が存在することが観測された。 FIGS. 11A and 11B show surface analysis results (diagrams indicated by H 2 , N 2 , He, and Ar, respectively) immediately after plasma treatment in a photoresist layer using an acrylic and methacrylic ArF photoresist, respectively. FIG. As shown in these examples, in Examples 5-1 to 5-3, in both the acrylic and methacrylic ArF photoresists, the photoresist is treated by plasma treatment using H 2 , N 2 , and He plasmas. It was observed that a protective layer containing a substance having a binding energy corresponding to Si—O or Si—C exists on the surface of the layer.

これに対して、比較例５−１のＡｒによるプラズマ処理の場合には、アクリル系およびメタクリル系のいずれのＡｒＦフォトレジストにおいても、上部電極板から供給されるＳｉの付着が観測されるのみであった。
フォトレジスト層の表面にＳｉが付着することによっても耐プラズマ性は向上するが、この場合にはアッシング後にエッチング対象層のホール付近にＳｉが付着する不都合が生じることがある。この点から、プラズマ処理には、Ｈ２、Ｎ2、Ｈｅを使用するのがよいことが確認された。 On the other hand, in the case of the plasma treatment with Ar in Comparative Example 5-1, only adhesion of Si supplied from the upper electrode plate was observed in both acrylic and methacrylic ArF photoresists. there were.
Although the plasma resistance is improved by the adhesion of Si to the surface of the photoresist layer, in this case, there is a problem that Si adheres to the vicinity of the hole of the etching target layer after ashing. From this point, it was confirmed that it is preferable to use H 2 , N 2 , and He for the plasma treatment.

（２）［有機反射防止層のエッチング後のフォトレジスト層のプラズマ処理］
エッチング対象層と、エッチング対象層を覆う有機反射防止層と、有機反射防止層を覆う開口パターンが形成されたフォトレジスト層とを有する被処理体Ｗについて、以下の条件で有機反射防止層をエッチングし、その後、実施例５−１〜５−３、比較例５−１と同じ条件でＡｒＦフォトレジスト層１６３をプラズマ処理した（図９Ａ，９Ｂ、図１０のＳＴＥＰ１１〜１５）。
処理容器内圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：１０００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
エッチングガスおよびその流量：ＣＦ４を０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ） (2) [Plasma treatment of photoresist layer after etching of organic antireflection layer]
Etching the organic antireflection layer under the following conditions for the object to be processed W having an etching target layer, an organic antireflection layer covering the etching target layer, and a photoresist layer having an opening pattern covering the organic antireflection layer Thereafter, the ArF photoresist layer 163 was subjected to plasma treatment under the same conditions as in Examples 5-1 to 5-3 and Comparative Example 5-1 (FIGS. 9A and 9B, STEPs 11 to 15 in FIG. 10).
Processing container pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 1000 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Etching gas and its flow rate: CF 4 0.1 L / min (100 sccm)

次いで、エッチング対象層６１を以下の条件でエッチングした（図９Ｃ、図５のＳＴＥＰ１６〜１８）。
処理容器内圧力：２．０１Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：２１７０Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１５５０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ｃ−Ｃ５Ｆ８：０．０１５Ｌ／ｍｉｎ（１５ｓｃｃｍ）
Ａｒ：０．３８０Ｌ／ｍｉｎ（３８０ｓｃｃｍ）
Ｏ２：０．０１９Ｌ／ｍｉｎ（１９ｓｃｃｍ） Next, the etching target layer 61 was etched under the following conditions (FIG. 9C, STEPs 16 to 18 in FIG. 5).
Processing container pressure: 2.01 Pa (15 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 2170 W
High frequency power from the second high frequency power source: 1550 W
Etching gas and its flow rate:
c-C 5 F 8: 0.015L / min (15sccm)
Ar: 0.380 L / min (380 sccm)
O 2 : 0.019 L / min (19 sccm)

以上のようにエッチング対象層のエッチングを行った後、電子顕微鏡写真で各被処理体のエッチング箇所の断面形状を観察した。その結果、ＡｒＦフォトレジストからなるフォトレジスト層をＨ２、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒでプラズマ処理した被処理体ではいずれもフォトレジスト層の表面荒れや縦筋入りはほとんど見られなかった。これに対して上記工程中においてフォトレジスト層のプラズマ処理を行わなかった被処理体ではフォトレジストの表面荒れや縦筋入りが見られた。 After etching the etching target layer as described above, the cross-sectional shape of the etched portion of each workpiece was observed with an electron micrograph. As a result, almost no surface roughness or vertical streaking of the photoresist layer was observed in any of the objects to be processed in which a photoresist layer made of ArF photoresist was plasma-treated with H 2 , N 2 , He, and Ar. On the other hand, surface roughness of the photoresist and vertical stripes were observed in the object to be processed in which the plasma treatment of the photoresist layer was not performed during the above process.

また、有機反射防止層のエッチング後でエッチング対象層のエッチング前にフォトレジスト層のプラズマ処理を行う場合は、有機反射防止層とエッチング対象層のエッチング前にフォトレジスト層１６３のプラズマ処理を行う場合に比べて、エッチング対象層のエッチング後のＡｒＦフォトレジスト層の表面荒れや縦筋入りは少なかった。したがって、有機反射防止層のエッチングでエッチング速度が大きくしかもＡｒＦフォトレジストへのダメージが比較的少ないＣＦ４プラズマを使用し、その後、ＡｒＦフォトレジスト層のプラズマ処理を行い、次いで、エッチング対象層のエッチングを行うようにすれば、スループット及びエッチング精度の向上が可能となる。 In the case where the photoresist layer is plasma-treated after the organic antireflection layer is etched and before the etching target layer is etched, the photoresist layer 163 is plasma-treated before the organic antireflection layer and the etching target layer are etched. In comparison with the above, there were few surface roughness and vertical stripes in the ArF photoresist layer after etching of the etching target layer. Therefore, CF 4 plasma is used which etches the organic antireflection layer at a high etching rate and causes relatively little damage to the ArF photoresist. Thereafter, the ArF photoresist layer is plasma-treated, and then the etching target layer is etched. If this is performed, throughput and etching accuracy can be improved.

（第６の実施形態）
ここでは、図１のプラズマ処理装置１を用いて、図１２のような、例えばＳｉＯ２からなる下地層１７１と、これを覆う反射防止層１７２と、反射防止層１７２を覆う開口パターンが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１７３を有する被処理体Ｗに対して、フォトレジストマスク層１７３の開口パターン１７３ａを介して反射防止層１７２をプラズマエッチングする工程を実施する。この実施形態においても、ＡｒＦフォトレジストおよびＦ２フォトレジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂等を使用することができる。また、反射防止層１７２としては、無機系のものでも、有機系のものでも使用可能であり、例えば炭素含有材料であるアモルファスカーボンや、有機高分子材料を使用することができる。 (Sixth embodiment)
Here, using the plasma processing apparatus 1 of FIG. 1, an underlayer 171 made of, for example, SiO 2 , an antireflection layer 172 covering the same, and an opening pattern covering the antireflection layer 172 are formed as shown in FIG. 12. A process of plasma etching the antireflection layer 172 through the opening pattern 173a of the photoresist mask layer 173 is performed on the workpiece W having the photoresist layer 173 made of ArF photoresist or F2 photoresist. Also in this embodiment, an alicyclic-containing acrylic resin, a cycloolefin resin, a cycloolefin-maleic anhydride resin, or the like can be used as the ArF photoresist and the F2 photoresist. Further, the antireflection layer 172 can be either an inorganic type or an organic type, and for example, amorphous carbon that is a carbon-containing material or an organic polymer material can be used.

エッチングに際しては、まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に載置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０から上記処理ガス、例えばＣ２Ｆ４とＯ２とを供給し、処理容器２内の圧力を所定の値とする。 In etching, first, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, the gate valve 32 is closed, the inside of the processing container 2 is decompressed by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, and the processing gas, for example, C 2 F 4 and O 2 is supplied from the processing gas supply source 30, The pressure in the processing container 2 is set to a predetermined value.

この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、処理ガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中の反射防止層１７２をフォトレジストマスク層１７３の開口パターン１７３ａを介してエッチングする。一方、上下電極に高周波電力を印加するタイミングの前後に、直流電圧を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着する。
エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチングを終了する。 In this state, a high frequency power source is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 which is the lower electrode, the processing gas is turned into plasma, and the antireflection layer 172 in the object to be processed W is passed through the opening pattern 173a of the photoresist mask layer 173. Etch. On the other hand, a DC voltage is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of applying the high frequency power to the upper and lower electrodes, and the workpiece W is electrostatically adsorbed on the electrostatic chuck 11.
During etching, a predetermined emission intensity is detected by an end point detector (not shown), and the etching is terminated based on this.

本実施形態では、このようにＣ２Ｆ４を含む処理ガス、例えばＣ２Ｆ４とＯ２とを含む処理ガスを用いて、フォトレジスト層１７３を介して反射防止層１７２をエッチングすることにより、フォトレジスト層１７３の表面荒れを抑え、反射防止層のフォトレジスト層に対する選択比を高く維持するとともに、反射防止層１７２のエッチングレートを大きくすることができる。 In this embodiment, the process gas thus containing C 2 F 4, for example by using a process gas containing C 2 F 4 and O 2, by etching the anti-reflective layer 172 through the photoresist layer 173 The surface roughness of the photoresist layer 173 can be suppressed, the selectivity of the antireflection layer to the photoresist layer can be maintained high, and the etching rate of the antireflection layer 172 can be increased.

なお、本発明は本実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、エッチング対象層として反射防止層の場合を示したが、これに限らず他の層をエッチングする場合であってもよい。また、Ｃ２Ｆ４を含有する処理ガスとしては、Ｃ２Ｆ４とＯ２とを含むものに限らない。さらに、Ｃ２Ｆ４とＯ２とを含む処理ガスを用いた場合には、マスク層としては、ＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストに限らず、他のフォトレジストを用いることもでき、さらには、非レジストマスク層を用いることもできる。また、エッチング装置の構成も図１のものに限るものではない。 The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made. For example, although the case of the antireflection layer is shown as the etching target layer, the present invention is not limited to this, and other layers may be etched. Further, as the process gas containing C 2 F 4, not limited to those containing the C 2 F 4 and O 2. Furthermore, when a processing gas containing C 2 F 4 and O 2 is used, the mask layer is not limited to ArF photoresist or F2 photoresist, and other photoresists can be used. A non-resist mask layer can also be used. Further, the configuration of the etching apparatus is not limited to that shown in FIG.

以下、本実施形態に基づく実施例について説明する。
まず、実施例の条件は次の通りとした。すなわち、処理容器内圧力を１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）と６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）にし、処理ガスのＣ２Ｆ４とＯ２の流量比をＣ２Ｆ４：Ｏ２＝５：２、３：２、５：４、１：１、３：４にし、上部電極には周波数６０ＭＨｚの高周波電力を６００、１０００、１４００Ｗで、下部電極には周波数２ＭＨｚの高周波電力を１００Ｗで印加した。
一方、比較例の条件は次の通りとした。すなわち、処理容器内圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）にし、処理ガスをＣＦ４とし、上部電極には周波数６０ＭＨｚの高周波電力を１０００Ｗで、下部電極には周波数２ＭＨｚの高周波電力を１００Ｗで印加した。 Hereinafter, examples based on the present embodiment will be described.
First, the conditions of the examples were as follows. That is, the pressure in the processing vessel is 1.33 Pa (10 mTorr) and 6.66 Pa (50 mTorr), and the flow rate ratio of C 2 F 4 and O 2 of the processing gas is C 2 F 4 : O 2 = 5: 2, 3: The frequency was set to 2, 5: 4, 1: 1, and 3: 4, and high frequency power with a frequency of 60 MHz was applied to the upper electrode at 600, 1000, and 1400 W, and high frequency power with a frequency of 2 MHz was applied to the lower electrode at 100 W.
On the other hand, the conditions of the comparative example were as follows. That is, the internal pressure of the processing vessel was 6.66 Pa (50 mTorr), the processing gas was CF 4 , high frequency power with a frequency of 60 MHz was applied to the upper electrode at 1000 W, and high frequency power with a frequency of 2 MHz was applied to the lower electrode at 100 W.

このような条件でエッチングを行ったところ、反射防止層のＡｒＦフォトレジストマスク層に対する選択比（反射防止層のエッチングレート／ＡｒＦフォトレジストマスク層のエッチングレート）は、実施例と比較例であまり変わらなかったが、反射防止層のエッチングレートは、実施例では比較例の１．２〜３．６倍となった。また、比較例のみならず実施例においても、ＡｒＦフォトレジストマスク層の表面荒れは発生しなかった。このことから、実施例によりＡｒＦフォトレジストマスク層の表面荒れを生じさせずに、高エッチングレートで反射防止膜をエッチングできることが確認された。   When etching was performed under such conditions, the selectivity ratio of the antireflection layer to the ArF photoresist mask layer (etching rate of the antireflection layer / etching rate of the ArF photoresist mask layer) was much different between the example and the comparative example. However, the etching rate of the antireflection layer was 1.2 to 3.6 times that of the comparative example. In addition to the comparative example, the surface roughness of the ArF photoresist mask layer did not occur in the examples. From this, it was confirmed that the antireflection film can be etched at a high etching rate without causing the surface roughness of the ArF photoresist mask layer according to the example.

（第７の実施形態）
ここでは、上記図１に示すプラズマ処理装置１を用いて、図１３Ａのようなエッチング対象であるＳｉＯ２層１８１とこれを覆う反射防止層１８２とさらにこれを覆うＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１８３とを有する被処理体Ｗにおいて、フォトレジスト層１８３の開口パターン１８３ａを通して反射防止層１８２をエッチングする工程と、この工程の後のＳｉＯ２層１８１をエッチングする工程について説明する。この実施形態においても、ＡｒＦフォトレジストおよびＦ２フォトレジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂を使用することができる。反射防止層としては、有機高分子材料やアモルファスカーボンを使用することができる。 (Seventh embodiment)
Here, using the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the SiO 2 layer 181 to be etched as shown in FIG. 13A, the antireflection layer 182 covering the SiO 2 layer 181, and the ArF photoresist or F2 photoresist covering the SiO 2 layer 181 are covered. A process of etching the antireflection layer 182 through the opening pattern 183a of the photoresist layer 183 and a process of etching the SiO 2 layer 181 after this process in the workpiece W having the photoresist layer 183 will be described. Also in this embodiment, as the ArF photoresist and the F2 photoresist, an alicyclic-containing acrylic resin, a cycloolefin resin, and a cycloolefin-maleic anhydride resin can be used. As the antireflection layer, an organic polymer material or amorphous carbon can be used.

まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からＣとＦとを有する物質とＨを含有する物質とを含むエッチングガスを供給し、処理容器２内の圧力を所定の値、例えば６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とする。この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中の反射防止層１８２をエッチングする（図１３Ａ）。これにより、反射防止層１８２のエッチング終了後のフォトレジスト層１８３の残膜量を多くすることができ、その次のエッチング対象部のエッチング工程で所望の開口形状を有する孔や溝を形成することができる。   First, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is depressurized by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, and etching including a substance containing C and F and a substance containing H from the processing gas supply source 30 is performed. Gas is supplied, and the pressure in the processing container 2 is set to a predetermined value, for example, 6.66 Pa (50 mTorr). In this state, a high frequency power source is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 which is the lower electrode, and the etching gas is turned into plasma to etch the antireflection layer 182 in the workpiece W (FIG. 13A). As a result, the amount of the remaining film of the photoresist layer 183 after the etching of the antireflection layer 182 can be increased, and a hole or groove having a desired opening shape is formed in the etching process of the subsequent etching target portion. Can do.

このエッチングの際に用いられるＣとＦとを含有する物質としては、ＡｒＦフォトレジスト層に与えるダメージが少ないＣＦ４が例示される。また、Ｈを有する物質としては、ハイドロカーボン、Ｈ２、ハイドロフルオロカーボンを用いることができる。ハイドロカーボンとしてはＣＨ４等が例示される。ハイドロフルオロカーボンとしては、Ｆの原子数に対するＨの原子数の比が３以上の物質が好適であり、そのような物質としてＣＨ３Ｆが例示される。ＣＨ３Ｆを用いる場合には、エッチングガス中のＣとＦとを有する物質の流量に対するＣＨ３Ｆの流量の比を０．０４〜０．０７とすることにより、ＣＨ３Ｆを全く入れないときに比べて反射防止層のエッチング終了後のＡｒＦフォトレジスト層の残膜量をかなり増加させることができる。 An example of the substance containing C and F used in this etching is CF 4 that causes little damage to the ArF photoresist layer. Further, as the substance having H, hydrocarbon, H 2 , or hydrofluorocarbon can be used. Examples of the hydrocarbon include CH 4 and the like. As the hydrofluorocarbon, a substance having a ratio of the number of H atoms to the number of F atoms of 3 or more is suitable, and CH 3 F is exemplified as such a substance. When CH 3 F is used, CH 3 F is not added at all by setting the ratio of the flow rate of CH 3 F to the flow rate of the substance having C and F in the etching gas to 0.04 to 0.07. As compared with the case, the remaining amount of the ArF photoresist layer after the etching of the antireflection layer can be considerably increased.

一方、上下電極に高周波電源を印加するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着する。このようにして反射防止層１８２のエッチングが終了したらエッチングガスおよび高周波電力の供給を停止する。   On the other hand, the DC power supply 13 is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of applying the high frequency power to the upper and lower electrodes, and the workpiece W is electrostatically adsorbed on the electrostatic chuck 11. When the etching of the antireflection layer 182 is completed in this way, the supply of the etching gas and the high frequency power is stopped.

次いで、処理容器２内に別のエッチングガス、例えばＣ５Ｆ８とＯ２とＡｒの混合ガスを供給し、処理容器２内の圧力を所定の値、例えば２．００Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）に調整する。上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、このエッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のＳｉＯ２層１８１をエッチングする（図１３Ｂ）。エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基いてエッチングを終了する。 Next, another etching gas, for example, a mixed gas of C 5 F 8 , O 2 and Ar is supplied into the processing container 2, and the pressure in the processing container 2 is adjusted to a predetermined value, for example, 2.00 Pa (15 mTorr). . A high frequency power source is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 as the lower electrode, and this etching gas is turned into plasma to etch the SiO 2 layer 181 in the workpiece W (FIG. 13B). During etching, a predetermined emission intensity is detected by an end point detector (not shown), and the etching is terminated based on this.

なお、エッチング対象部は、上記のようなＳｉＯ２層に限るものではなく、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ、熱酸化膜、ＨＴＯ、ＦＳＧ、有機系酸化Ｓｉ膜、ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物）や低誘電体有機絶縁膜等のエッチングに適用可能である。また、適用されるプラズマエッチング装置の構成も図１のものに限るものではない。 The portion to be etched is not limited to the SiO 2 layer as described above, but is oxidized by TEOS, BPSG, PSG, SOG, thermal oxide film, HTO, FSG, organic oxide Si film, CORAL (Novelas), etc. It can be applied to etching of a film (oxygen compound) or a low dielectric organic insulating film. Further, the configuration of the plasma etching apparatus to be applied is not limited to that shown in FIG.

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
被処理体は図１３ＡのようなＳｉＯ２層（膜厚は２μｍ）とこれを覆う反射防止層（膜厚は６０ｎｍ）とさらにこれを覆うＡｒＦフォトレジスト層（膜厚は３６０ｎｍ）を有するものを用いた。 Next, examples based on this embodiment will be described.
The object to be processed has an SiO 2 layer (film thickness is 2 μm) as shown in FIG. 13A, an antireflection layer (film thickness is 60 nm) covering this, and an ArF photoresist layer (film thickness is 360 nm) covering this. Using.

実施例の反射防止層のエッチング条件は以下のとおりとした。すなわち、処理容器２内の圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とし、エッチングガスをＣＦ４（流量は１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とＣＨ３Ｆ（流量は４または７ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））の混合ガスとし、上部電極には６０ＭＨｚの周波数の高周波電源から１０００Ｗの高周波電力を印加し、下部電極には２ＭＨｚの周波数の高周波電源から１００Ｗの高周波電力を印加した。また、ＣＨ３Ｆに代えて、それぞれＨ２（流量は５、１０または１５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））、ＣＨ２Ｆ２（流量は５または１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））およびＣＨＦ３（流量は１０、３０、５０または７０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））を用いたエッチングガスでも同様にエッチングを行った。
比較例ではエッチングガスをＣＦ４のみ（流量は１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とし、その他のエッチング条件は実施例と同じとした。 The etching conditions for the antireflection layer of the example were as follows. That is, the pressure in the processing container 2 is 6.66 Pa (50 mTorr), and the etching gas is a mixture of CF 4 (flow rate is 100 mL / min (sccm)) and CH 3 F (flow rate is 4 or 7 mL / min (sccm)). A high frequency power of 1000 W was applied to the upper electrode from a high frequency power source having a frequency of 60 MHz, and a high frequency power of 100 W was applied to the lower electrode from a high frequency power source having a frequency of 2 MHz. In place of CH 3 F, H 2 (flow rate is 5, 10 or 15 mL / min (sccm)), CH 2 F 2 (flow rate is 5 or 10 mL / min (sccm)) and CHF 3 (flow rate is 10 , 30, 50, or 70 mL / min (sccm)).
In the comparative example, the etching gas was CF 4 only (flow rate was 100 mL / min (sccm)), and other etching conditions were the same as in the example.

以上の実施例および比較例の条件で反射防止膜１８２のエッチングを行い、一定のエッチング時間経過後のＡｒＦフォトレジスト層の残膜の厚さを測定したところ以下の結果が得られた。   The antireflection film 182 was etched under the conditions of the above Examples and Comparative Examples, and the thickness of the remaining film of the ArF photoresist layer after a lapse of a certain etching time was measured. The following results were obtained.

実施例において、ＣＨ３Ｆを用いた場合には、その流量が４ｍＬ／ｍｉｎでは３７５ｎｍ、７ｍＬ／ｍｉｎでは４０５ｎｍであった。Ｈ２を用いた場合には、その流量が５ｍＬ／ｍｉｎでは３４５ｎｍ、１０ｍＬ／ｍｉｎと１５ｍＬ／ｍｉｎでは３６０ｎｍであった。ＣＨ２Ｆ２を用いた場合は、その流量が５ｍＬ／ｍｉｎでは３４５ｎｍ、１０ｍＬ／ｍｉｎでは４００ｎｍであった。ＣＨＦ３を用いた場合は、その流量が１０ｍＬ／ｍｉｎでは３５０ｎｍ、３０ｍＬ／ｍｉｎでは３６０ｎｍ、５０ｍＬ／ｍｉｎでは３６０ｎｍ、７０ｍＬ／ｍｉｎでは３９０ｎｍであった。これに対して、比較例では３３０ｎｍであった。 In Examples, when CH 3 F was used, the flow rate was 375 nm at 4 mL / min and 405 nm at 7 mL / min. When H 2 was used, the flow rate was 345 nm at 5 mL / min and 360 nm at 10 mL / min and 15 mL / min. When CH 2 F 2 was used, the flow rate was 345 nm at 5 mL / min and 400 nm at 10 mL / min. When CHF 3 was used, the flow rate was 350 nm at 10 mL / min, 360 nm at 30 mL / min, 360 nm at 50 mL / min, and 390 nm at 70 mL / min. On the other hand, in the comparative example, it was 330 nm.

以上より、いずれの実施例においても比較例より残膜の厚さは増加していることが確認された。これはＡｒＦフォトレジスト層をエッチングするＦ活性種がＨを有するガスから生成したＨ活性種と適度に反応してＨＦ等のガスになり処理容器外へ排出されたためと考えられる。   From the above, it was confirmed that the thickness of the remaining film was increased in all Examples as compared with the Comparative Example. This is presumably because the F active species that etch the ArF photoresist layer react appropriately with the H active species generated from the gas containing H to become a gas such as HF and are discharged out of the processing vessel.

また、これらの実施例の中でも特にＣＨ３Ｆが優れていた。ＣＨ３Ｆの流量が少量であるにもかかわらず残膜量が多かったのは、分子中のＨ原子の数がＦ原子の数に比べて多かったためと考えられる。ただし、Ｈ２のような化学的に安定している物質では、Ｈ活性種が生成してもＦ活性種と反応するよりも別のＨ活性種と反応して再結合する方が優勢であると推測され、残膜量は他の物質のときと比べて多くはなかった。 Of these examples, CH 3 F was particularly excellent. The reason why the amount of the remaining film was large despite the small flow rate of CH 3 F is thought to be that the number of H atoms in the molecule was larger than the number of F atoms. However, in the case of a chemically stable substance such as H 2 , even if an H active species is generated, it is more preferential to react with another H active species and recombine than to react with an F active species. It was speculated that the amount of remaining film was not much compared with other substances.

したがって、物質自体がある程度不安定であってこの物質中にＨ原子が多く存在するもの、例えばハイドロカーボン（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４等）やハイドロフルオロカーボン（特に、Ｆの原子数に対するＨの原子数の比が３以上のもの、例えばＣＨ３Ｆ）等をエッチングガスに入れるとよいことが確認された。また、ＣＨ３Ｆを使用する場合には、ＣとＦとを有する物質であるＣＦ４の流量に対するＣＨ３Ｆの流量の比が０．０４〜０．０７という少量であっても残膜量を多くすることができることも確認された。 Therefore, the substance itself is unstable to some extent, and there are many H atoms in the substance, for example, hydrocarbons (CH 4 , C 2 H 4 etc.) and hydrofluorocarbons (particularly H atoms relative to the number of F atoms) It has been confirmed that a number ratio of 3 or more, for example, CH 3 F) or the like may be put into the etching gas. Further, when CH 3 F is used, the amount of remaining film is not limited even if the ratio of the flow rate of CH 3 F to the flow rate of CF 4 , which is a substance having C and F, is as small as 0.04 to 0.07. It was also confirmed that it can be increased.

（第８の実施形態）
ここでは、上記図１に示すプラズマ処理装置１を用いて、図１４Ａのような、エッチング対象層であるＳｉＯ２層１９１とこれを覆う反射防止層１９２とさらにこれを覆うＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層１９３とを有する被処理体Ｗに対して、フォトレジスト層１９３の開口パターン１９３ａを通して反射防止層１９２をエッチングする工程と、この工程の後のＳｉＯ２層１９１をエッチングする工程とを実施する。この実施形態においてもＡｒＦフォトレジストおよびＦ２レジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂を使用することができる。反射防止層としては、有機高分子材料やアモルファスカーボンを使用することができる。 (Eighth embodiment)
Here, using the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the SiO 2 layer 191 that is the etching target layer, the antireflection layer 192 that covers the SiO 2 layer 191 and the ArF photoresist or F2 photoresist that covers the same as shown in FIG. 14A. A process of etching the antireflection layer 192 through the opening pattern 193a of the photoresist layer 193 with respect to the workpiece W having the photoresist layer 193 made of resist, and a process of etching the SiO 2 layer 191 after this process And carry out. Also in this embodiment, an alicyclic-containing acrylic resin, a cycloolefin resin, and a cycloolefin-maleic anhydride resin can be used as the ArF photoresist and the F2 resist. As the antireflection layer, an organic polymer material or amorphous carbon can be used.

まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からＣとＦとを有する物質とＣＯとを含む第１エッチングガス、例えばＣＦ４とＣＯの混合ガスを供給し、処理容器２内の圧力を所定の値、例えば１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）とする。この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、第１エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中の反射防止層１９２をエッチングする（図１４Ａ）。一方、上下電極に高周波電源を印加するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着する。反射防止層１９３のエッチングが終了したら第１エッチングガスおよび高周波電力の供給を停止する。 First, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is depressurized by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, and a first etching gas containing CO and a substance having C and F from the processing gas supply source 30, For example, a mixed gas of CF 4 and CO is supplied, and the pressure in the processing container 2 is set to a predetermined value, for example, 13.3 Pa (100 mTorr). In this state, a high frequency power source is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 that is the lower electrode, and the first etching gas is turned into plasma to etch the antireflection layer 192 in the workpiece W (FIG. 14A). On the other hand, the DC power supply 13 is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of applying the high frequency power to the upper and lower electrodes, and the workpiece W is electrostatically adsorbed on the electrostatic chuck 11. When the etching of the antireflection layer 193 is completed, the supply of the first etching gas and the high frequency power is stopped.

次いで、処理容器２内に第２エッチングガス、例えばＣ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６のようなフルオロカーボンを含むガス、具体的にはＣ５Ｆ８またはＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒの混合ガスを供給し、処理容器２内の圧力を第２エッチングの所定の値、例えば２．００Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）に調整する。上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、第２エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のＳｉＯ２層１９１をエッチングする（図１４Ｂ）。エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチングを終了する。 Then, the mixture of the second etching gas, for example, C 5 F 8, C 4 gas containing fluorocarbons such as F 6, in particular C 5 F 8 or C 4 F 6, O 2, and Ar into the processing chamber 2 Gas is supplied, and the pressure in the processing container 2 is adjusted to a predetermined value for the second etching, for example, 2.00 Pa (15 mTorr). A high frequency power source is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 as the lower electrode, and the second etching gas is turned into plasma to etch the SiO 2 layer 191 in the workpiece W (FIG. 14B). During etching, a predetermined emission intensity is detected by an end point detector (not shown), and the etching is terminated based on this.

なお、エッチング対象部は、上記のようなＳｉＯ２層に限るものではなく、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ、熱酸化膜、ＨＴＯ、ＦＳＧ、有機系酸化Ｓｉ膜、ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物）や低誘電体有機絶縁膜等のエッチングに適用可能である。また、適用されるプラズマエッチング装置の構成も図１のものに限るものではない。 The portion to be etched is not limited to the SiO 2 layer as described above, but is oxidized by TEOS, BPSG, PSG, SOG, thermal oxide film, HTO, FSG, organic oxide Si film, CORAL (Novelas), etc. It can be applied to etching of a film (oxygen compound) or a low dielectric organic insulating film. Further, the configuration of the plasma etching apparatus to be applied is not limited to that shown in FIG.

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
被処理体として図１４Ａのものを用いた。実施例の第１エッチング条件は以下のとおりとした。すなわち、処理容器２内の圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）または１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）とし、第１エッチングガスの流量をＣＦ４：７５、１００または２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＣＯ：２５、１００または２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、上部電極には６０ＭＨｚの周波数の高周波電源から１０００、１５００または２０００Ｗの高周波電力を印加し、下部電極には２ＭＨｚの周波数の高周波電源から１００Ｗの高周波電力を印加した。 Next, examples based on this embodiment will be described.
The thing to be processed of FIG. 14A was used. The first etching conditions in the examples were as follows. That is, the pressure in the processing container 2 is 6.66 Pa (50 mTorr) or 13.3 Pa (100 mTorr), the flow rate of the first etching gas is CF 4 : 75, 100 or 200 mL / min (sccm), CO: 25,100 Alternatively, a high frequency power of 1000, 1500 or 2000 W was applied to the upper electrode from a high frequency power source of 60 MHz, and a high frequency power of 100 W was applied to the lower electrode from a high frequency power source of 2 MHz. .

比較例の第１エッチング条件は以下のとおりとした。すなわち、容器内圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とし、第１エッチングガスとしてＣＦ４のみを１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で添加し（ＣＯは添加せず）、高周波電源の周波数、印加電力は実施例と同じとした。 The first etching conditions of the comparative example were as follows. That is, the internal pressure of the container is 6.66 Pa (50 mTorr), and only CF 4 is added as a first etching gas at a flow rate of 100 mL / min (sccm) (CO is not added). The same as the example.

実施例および比較例の第２エッチング条件は以下のとおりとした。すなわち、処理容器内圧力を２．００Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）とし、第２エッチングガスのＣ５Ｆ８、Ｏ２、Ａｒの流量をそれぞれ１５、１９、３８０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、上部電極には６０ＭＨｚの周波数の高周波電源から２１７０Ｗの高周波電力を印加し、下部電極には２ＭＨｚの周波数の高周波電源から１５５０Ｗの高周波電力を印加した。 The second etching conditions of the examples and comparative examples were as follows. That is, the pressure in the processing vessel is set to 2.00 Pa (15 mTorr), the flow rates of the second etching gases C 5 F 8 , O 2 , and Ar are set to 15, 19, 380 mL / min (sccm), respectively, and the upper electrode has a frequency of 60 MHz. A high frequency power of 2170 W was applied from a high frequency power source with a frequency of 1550 W, and a high frequency power of 1550 W was applied to the lower electrode from a high frequency power source with a frequency of 2 MHz.

以上のような条件で第１エッチングおよび第２エッチングを行った結果、第２エッチング工程でのＳｉＯ２層のＡｒＦフォトレジスト層に対する選択比（ＳｉＯ２層のエッチングレート／ＡｒＦフォトレジスト層のエッチングレート）は、実施例が比較例を大きく上回った。例えば、実施例の第１エッチング条件が、圧力：１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）、ＣＦ４流量：７５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＣＯ流量：２５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、上部電極印加電力：１０００Ｗのときの上記選択比は９．７であり、比較例の上記選択比は６．３であった。
また、第２エッチング工程のＣ５Ｆ８に代えてＣ４Ｆ６を使用したときにも、上記選択比は実施例（第１エッチングガスがＣＦ４とＣＯ）が比較例（第１エッチングガスがＣＦ４のみ）を上回った。 As a result of performing the first etching and the second etching under the conditions as described above, the selection ratio of the SiO 2 layer to the ArF photoresist layer in the second etching step (SiO 2 layer etching rate / ArF photoresist layer etching rate) ), The example greatly exceeded the comparative example. For example, when the first etching conditions in the example are pressure: 13.3 Pa (100 mTorr), CF4 flow rate: 75 mL / min (sccm), CO flow rate: 25 mL / min (sccm), and upper electrode applied power: 1000 W The selectivity was 9.7, and the selectivity of the comparative example was 6.3.
In addition, when C 4 F 6 is used instead of C 5 F 8 in the second etching step, the above selection ratio is the example (first etching gas is CF 4 and CO) and the comparative example (first etching gas). Exceeded CF 4 only).

なお、ＣとＦとを有する物質とＣＯとを含むガスのプラズマによって炭素間結合を有する保護膜がＡｒＦフォトレジスト層表面に形成されると考えられるため、単にＡｒＦフォトレジスト層表面にＣとＦとを有する物質とＣＯとを含むガスのプラズマを照射するだけでＡｒＦフォトレジスト層の耐プラズマ性を向上させることができる。
また、本発明は、ＡｒＦフォトレジスト層の場合ほど耐プラズマ性の向上効果はないものの、ＡｒＦフォトレジスト層以外のマスク層にも適用することができる。
さらに、第２エッチングガスとしてはＣ５Ｆ８やＣ４Ｆ６を含むガスに限らず、フロロカーボン、ハイドロフロロカーボン等の他のフッ素含有化合物を含むガスも使用することができる。 Note that it is considered that a protective film having a carbon-carbon bond is formed on the surface of the ArF photoresist layer by a plasma of a gas containing a substance containing C and F and CO. Therefore, the C and F are simply formed on the surface of the ArF photoresist layer. The plasma resistance of the ArF photoresist layer can be improved only by irradiating with a plasma of a gas containing a substance containing and CO.
In addition, the present invention can be applied to mask layers other than the ArF photoresist layer, although the effect of improving the plasma resistance is not as high as that of the ArF photoresist layer.
Furthermore, the second etching gas is not limited to a gas containing C 5 F 8 or C 4 F 6, but a gas containing another fluorine-containing compound such as fluorocarbon or hydrofluorocarbon can also be used.

（第９の実施形態）
ここでは、上記図１に示すプラズマ処理装置１を用いて、図１５のような、エッチング対象であるＳｉＯ２層２０１と、これを覆う有機反射防止層２０２と、この有機反射防止層２０２を覆う開口パターン２０３ａが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層２０３とを有する被処理体Ｗに対して、フォトレジスト層２０３の開口パターンを通して、有機反射防止層２０２をプラズマエッチングする工程と、次いでＳｉＯ２層２０１をプラズマエッチングする工程とを実施する。この実施形態においてもＡｒＦフォトレジストおよびＦ２レジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂を使用することができる。有機反射防止層２０２は、例えば有機系高分子材料で形成されている。
まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、エッチングガス供給源３０から、Ｓｉ含有物質であるＳｉＦ４を含むエッチングガスを供給し処理容器２内の圧力を所定の値とする。ＳｉＦ４の代わりに他のＳｉを含む物質を用いてもよいが、有機反射防止層２０２のエッチング速度を大きくする観点からＳｉＦ４が好ましい。
エッチングガスにはＳｉ含有物質の他にＣＨＦ３、ＨＢｒ、ＨｅまたはＨ２を含んでもよく、例えばＳｉＦ４とＨ２を用いる。 (Ninth embodiment)
Here, the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is used to cover the SiO 2 layer 201 to be etched, the organic antireflection layer 202 covering the same, and the organic antireflection layer 202 as shown in FIG. Step of plasma-etching the organic antireflection layer 202 through the opening pattern of the photoresist layer 203 with respect to the object W having the photoresist layer 203 made of ArF photoresist or F2 photoresist formed with the opening pattern 203a. Then, a step of plasma etching the SiO 2 layer 201 is performed. Also in this embodiment, an alicyclic-containing acrylic resin, a cycloolefin resin, and a cycloolefin-maleic anhydride resin can be used as the ArF photoresist and the F2 resist. The organic antireflection layer 202 is made of, for example, an organic polymer material.
First, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is depressurized by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, and an etching gas containing SiF 4 that is a Si-containing material is supplied from the etching gas supply source 30. The pressure in 2 is set to a predetermined value. It may be a substance containing another Si instead of SiF 4 but, SiF 4 from the viewpoint of increasing the etching rate of the organic antireflective layer 202 is preferred.
The etching gas may contain CHF 3 , HBr, He, or H 2 in addition to the Si-containing material. For example, SiF 4 and H 2 are used.

この状態で第１、第２の高周波電源４０、５０から高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ化し、フォトレジスト層２０３の開口パターン２０３ａを通して有機反射防止層２０２をエッチングする。一方、第１、第２の高周波電源４０、５０から高周波電力を供給するタイミングの前後に、静電チャック１１内の電極１２に直流電圧を印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着させる。所定の時間だけエッチングしたら高周波電力やエッチングガスの供給を停止して有機反射防止層２０２のエッチングを終了する。所定の発行強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチング工程を終了してもよい。   In this state, high frequency power is supplied from the first and second high frequency power sources 40 and 50 to turn the etching gas into plasma, and the organic antireflection layer 202 is etched through the opening pattern 203a of the photoresist layer 203. On the other hand, a DC voltage is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of supplying the high-frequency power from the first and second high-frequency power supplies 40 and 50, so that the workpiece W is placed on the electrostatic chuck 11. To be electrostatically adsorbed. After etching for a predetermined time, the supply of high-frequency power and etching gas is stopped and the etching of the organic antireflection layer 202 is finished. A predetermined issuance intensity may be detected by an end point detector (not shown), and the etching process may be terminated based on this.

次いで、同一処理容器内または別の処理容器内で、有機反射防止層２０２のエッチングと同様な手順でフォトレジスト層の開口パターン２０３ａを通してＳｉＯ２層２０１をプラズマエッチングする。このときのエッチングガスとしては、例えばＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒを使用することができるがこれに限定されるものではない。 Next, in the same processing container or in another processing container, the SiO 2 layer 201 is plasma etched through the opening pattern 203a of the photoresist layer in the same procedure as the etching of the organic antireflection layer 202. For example, C 4 F 6 , O 2, and Ar can be used as the etching gas at this time, but the etching gas is not limited to this.

このように、フォトレジスト層２０３の開口パターンを通して有機反射防止膜２０２をプラズマエッチングする際に、Ｓｉを含むガスであるＳｉＦ４ガスを用いるので、エッチング中にフォトレジスト層２０３の表面にＳｉを含む薄い硬化層が形成され、フォトレジスト層２０３の耐プラズマ性を向上させることができる。したがって、有機反射防止層２０２をエッチングする際に表面荒れや縦筋入りが入ることなく、耐プラズマ性の低いＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層２０３の耐プラズマ性を高く維持することができる。この場合に、有機反射防止層２０２のエッチングガスがＨ２を含有する場合には、フォトレジスト層２０３の表面のＣ＝Ｏ結合が化学的により強固なＣ−Ｃ結合またはＣ＝Ｃ結合に変換するため、上述のフォトレジスト層２０３表面へのＳｉを含む薄い硬化層の形成と相まって、耐プラズマ性をより向上させることができる。 As described above, when the organic antireflection film 202 is plasma-etched through the opening pattern of the photoresist layer 203, SiF 4 gas, which is a gas containing Si, is used. Therefore, the surface of the photoresist layer 203 contains Si during the etching. A thin hardened layer is formed, and the plasma resistance of the photoresist layer 203 can be improved. Accordingly, when etching the organic antireflection layer 202, the plasma resistance of the photoresist layer 203 made of ArF photoresist or F2 photoresist having low plasma resistance is kept high without causing surface roughness or vertical streak. Can do. In this case, when the etching gas of the organic antireflection layer 202 contains H 2 , the C═O bond on the surface of the photoresist layer 203 is converted into a chemically stronger C—C bond or C═C bond. Therefore, in combination with the formation of a thin cured layer containing Si on the surface of the photoresist layer 203 described above, plasma resistance can be further improved.

また、このようにして有機反射防止層２０２をエッチングした後に、フォトレジスト層２０３の開口パターン２０３ａを通してエッチング対象層であるＳｉＯ２層２０１のエッチングを実施するので、有機反射防止層２０２をエッチングした際に耐プラズマ性が向上したフォトレジスト層２０３は、エッチング対象であるＳｉＯ２層２０１のプラズマエッチングにおいてもプラズマ耐性が高く維持され、フォトレジスト層の表面荒れや縦筋入りを生じさせずプラズマエッチングすることができる。 Further, after the organic antireflection layer 202 is etched in this way, the etching of the SiO 2 layer 201 as the etching target layer is performed through the opening pattern 203a of the photoresist layer 203. Therefore, when the organic antireflection layer 202 is etched In addition, the photoresist layer 203 with improved plasma resistance is maintained with high plasma resistance even in the plasma etching of the SiO 2 layer 201 to be etched, and plasma etching is performed without causing surface roughness or vertical stripes in the photoresist layer. be able to.

なお、エッチング対象層は、上記ＳｉＯ２に代表されるＳｉ酸化物に限るものではなく、Ｓｉ窒化物、Ｓｉ炭化物等の他のＳｉ化合物、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、有機材料、有機−無機ハイブリッド材料、金属、金属化合物等が適用可能である。また、プラズマ処理装置の構成も図１のものに限るものではない。 Note that the etching target layer is not limited to the Si oxide typified by the SiO 2 , but other Si compounds such as Si nitride, Si carbide, single crystal Si, polycrystalline Si, organic material, organic-inorganic Hybrid materials, metals, metal compounds, etc. are applicable. Further, the configuration of the plasma processing apparatus is not limited to that shown in FIG.

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
ここでは、図１５の構造の被処理体を用いて、Ｓｉを含む物質を有する様々なエッチングガスを用いた有機反射防止層のエッチング（実施例９−１〜９−７）と、Ｓｉを含む物質を有しないエッチングガスを用いた有機反射防止層のエッチング（比較例９−１，９−２）を行った。 Next, examples based on this embodiment will be described.
Here, etching of the organic antireflection layer (Examples 9-1 to 9-7) using various etching gases having a substance containing Si using the object to be processed having the structure of FIG. 15 and Si are included. The organic antireflection layer was etched (Comparative Examples 9-1 and 9-2) using an etching gas having no substance.

各実施例および比較例での第１の高周波電源、第２の高周波電源の周波数はそれぞれ６０ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚとした。また、以下の条件での各実施例および比較例での有機反射防止層のエッチングの後に、後述するエッチング条件の下でＳｉＯ２層のプラズマエッチングを行った。
・有機反射防止層のエッチング
（実施例９−１）
処理容器内圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：６０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＳｉＦ４を０．０８Ｌ／ｍｉｎ（８０ｓｃｃｍ）
（実施例９−２）
処理容器内圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：７００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＳｉＦ４を０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）
（実施例９−３）
処理容器内圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：６０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＳｉＦ４を０．０４Ｌ／ｍｉｎ（４０ｓｃｃｍ）
ＣＨＦ３を０．０４Ｌ／ｍｉｎ（４０ｓｃｃｍ）
（実施例９−４）
処理容器内圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：６０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＳｉＦ４を０．０４Ｌ／ｍｉｎ（４０ｓｃｃｍ）
ＨＢｒを０．０４Ｌ／ｍｉｎ（４０ｓｃｃｍ）
（実施例９−５）
処理容器内圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：６０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＳｉＦ４を０．０４Ｌ／ｍｉｎ（４０ｓｃｃｍ）
Ｈｅを０．０４Ｌ／ｍｉｎ（４０ｓｃｃｍ）
（実施例９−６）
処理容器内圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：３００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：６０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＳｉＦ４を０．０４Ｌ／ｍｉｎ（４０ｓｃｃｍ）
ＨＢｒを０．０２Ｌ／ｍｉｎ（２０ｓｃｃｍ）
Ｈｅを０．０２Ｌ／ｍｉｎ（２０ｓｃｃｍ）
（実施例９−７）
処理容器内圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：１０００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＳｉＦ４を０．０３Ｌ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）
Ｈ２を０．０２Ｌ／ｍｉｎ（２０ｓｃｃｍ）
（比較例９−１）
処理容器内圧力：０．９３Ｐａ（７ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：２５０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＣＦ４を０．０７２Ｌ／ｍｉｎ（７２ｓｃｃｍ）
ＣＨＦ３を０．０２６Ｌ／ｍｉｎ（２６ｓｃｃｍ）
Ｏ２を０．００６Ｌ／ｍｉｎ（６ｓｃｃｍ）
（比較例９−２）
処理容器内圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：１０００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１００Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＣＦ４を０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ） The frequencies of the first high-frequency power source and the second high-frequency power source in each example and comparative example were 60 MHz and 13.56 MHz, respectively. In addition, after etching the organic antireflection layer in each of the examples and comparative examples under the following conditions, plasma etching of the SiO 2 layer was performed under the etching conditions described later.
Etching of organic antireflection layer (Example 9-1)
Processing container pressure: 0.67 Pa (5 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 300 W
High frequency power from the second high frequency power source: 60W
Etching gas and its flow rate:
SiF 4 is 0.08 L / min (80 sccm)
(Example 9-2)
Processing container pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 700 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Etching gas and its flow rate:
SiF 4 0.1 L / min (100 sccm)
(Example 9-3)
Processing container pressure: 0.67 Pa (5 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 300 W
High frequency power from the second high frequency power source: 60W
Etching gas and its flow rate:
SiF 4 is 0.04 L / min (40 sccm)
CHF 3 is 0.04 L / min (40 sccm)
(Example 9-4)
Processing container pressure: 0.67 Pa (5 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 300 W
High frequency power from the second high frequency power source: 60W
Etching gas and its flow rate:
SiF 4 is 0.04 L / min (40 sccm)
HBr 0.04L / min (40sccm)
(Example 9-5)
Processing container pressure: 0.67 Pa (5 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 300 W
High frequency power from the second high frequency power source: 60W
Etching gas and its flow rate:
SiF 4 is 0.04 L / min (40 sccm)
He is 0.04 L / min (40 sccm)
(Example 9-6)
Processing container pressure: 0.67 Pa (5 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 300 W
High frequency power from the second high frequency power source: 60W
Etching gas and its flow rate:
SiF 4 is 0.04 L / min (40 sccm)
HBr 0.02L / min (20sccm)
He is 0.02 L / min (20 sccm)
(Example 9-7)
Processing container pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 1000 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Etching gas and its flow rate:
SiF 4 is 0.03 L / min (30 sccm)
H 2 0.02 L / min (20 sccm)
(Comparative Example 9-1)
Processing container pressure: 0.93 Pa (7 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 100 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 250 W
Etching gas and its flow rate:
CF 4 is 0.072 L / min (72 sccm)
CHF 3 is 0.026 L / min (26 sccm)
O 2 0.006 L / min (6 sccm)
(Comparative Example 9-2)
Processing container pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power supply: 1000 W
High frequency power from the second high frequency power supply: 100 W
Etching gas and its flow rate:
CF 4 0.1 L / min (100 sccm)

・ＳｉＯ２層のエッチング
（実施例９−１、９−３〜９−６および比較例９−１）
処理容器内圧力：１６Ｐａ（１２０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：５５０Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：３５０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
ＣＦ４を０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）
ＣＨＦ３を０．０６Ｌ／ｍｉｎ（６０ｓｃｃｍ）
（実施例９−２、９−７および比較例９−２）
処理容器内圧力：２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）
第１の高周波電源からの高周波電力：１８００Ｗ
第２の高周波電源からの高周波電力：１１５０Ｗ
エッチングガスおよびその流量：
Ｃ４Ｆ６を０．０２５Ｌ／ｍｉｎ（２５ｓｃｃｍ）
Ｏ２を０．０２６Ｌ／ｍｉｎ（２６ｓｃｃｍ）
Ａｒを０．７Ｌ／ｍｉｎ（７００ｓｃｃｍ） Etching of SiO 2 layer (Examples 9-1, 9-3 to 9-6 and Comparative example 9-1)
Processing vessel pressure: 16 Pa (120 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 550 W
High frequency power from the second high frequency power source: 350 W
Etching gas and its flow rate:
CF 4 0.1 L / min (100 sccm)
CHF 3 is 0.06 L / min (60 sccm)
(Examples 9-2, 9-7 and Comparative Example 9-2)
Processing container pressure: 2.7 Pa (20 mTorr)
High frequency power from the first high frequency power source: 1800W
High frequency power from the second high frequency power source: 1150 W
Etching gas and its flow rate:
C 4 F 6 is 0.025 L / min (25 sccm)
O 2 0.026 L / min (26 sccm)
Ar 0.7 L / min (700 sccm)

以上のようにＳｉＯ２層２０１のエッチングを行った後、電子顕微鏡写真で各実施例および比較例の被処理体Ｗのエッチング箇所の断面形状を観察した。その結果、実施例９−１〜９−７ではいずれもＡｒＦフォトレジスト層２０３の表面荒れや縦筋入りはほとんど見られなかったが、比較例９−１、９−２ではいずれもＡｒＦフォトレジスト層２０３の表面荒れや縦筋入りが見られた。 After the etching of the SiO 2 layer 201 as described above, the cross-sectional shape of the etched portion of the workpiece W of each example and comparative example was observed with an electron micrograph. As a result, in Examples 9-1 to 9-7, almost no surface roughness or vertical streak was observed in the ArF photoresist layer 203, but in Comparative Examples 9-1 and 9-2, both were ArF photoresists. Surface roughness of the layer 203 and vertical stripes were observed.

（第１０の実施形態）
ここでは、図１６Ａに示すような、ＳｉＯ２膜に代表されるＳｉ酸化物からなるエッチング対象層２１１とこれを覆うＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるマスク層２１２とを有する被処理体Ｗに対し、図１のプラズマ処理装置を用いて、以下に示す一連の工程を実施する。この実施形態においてもＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストとしては、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂、メタクリル酸樹脂等を使用することができる。本実施形態においては、図１の装置におけるシャワーヘッドでもある上部電極板２４がＳｉで構成されている。 (Tenth embodiment)
Here, as shown in FIG. 16A, an object to be processed W having an etching target layer 211 made of Si oxide typified by a SiO 2 film and a mask layer 212 made of ArF photoresist or F2 photoresist covering the etching target layer 211 is formed. On the other hand, the following series of steps are performed using the plasma processing apparatus of FIG. Also in this embodiment, as the ArF photoresist or F2 photoresist, an alicyclic-containing acrylic resin, cycloolefin resin, cycloolefin-maleic anhydride resin, methacrylic acid resin, or the like can be used. In the present embodiment, the upper electrode plate 24 that is also a shower head in the apparatus of FIG. 1 is made of Si.

まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器2内に搬入し、静電チャック１１上に配置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０から不活性ガス、例えばＡｒを供給し、処理容器２内の圧力を例えば１．３３Ｐａ(１０ｍＴｏｒｒ)とする。不活性ガスとしてはＫｒ、Ｘｅ等、他のものを用いてもよい。この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５にそれぞれ高周波電源４０および５０から高周波電力を印加し、不活性ガスの少なくとも一部をイオン化してＳｉからなる上部電極板２４をスパッタする。一方、上下電極に高周波電力を印加するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着させる。   First, the gate valve 32 is opened, and the workpiece W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11. Next, after the gate valve 32 is closed and the inside of the processing container 2 is depressurized by the exhaust device 35, the valve 28 is opened, an inert gas such as Ar is supplied from the processing gas supply source 30, and the pressure in the processing container 2 is reduced. For example, it is set to 1.33 Pa (10 mTorr). Other inert gases such as Kr and Xe may be used. In this state, high frequency power is applied from the high frequency power sources 40 and 50 to the susceptor 5 which is the upper electrode 21 and the lower electrode, respectively, and at least a part of the inert gas is ionized to sputter the upper electrode plate 24 made of Si. On the other hand, the DC power source 13 is applied to the electrode 12 in the electrostatic chuck 11 before and after the timing of applying the high frequency power to the upper and lower electrodes, and the workpiece W is electrostatically adsorbed on the electrostatic chuck 11.

この際に、上部電極２１に印加する高周波電力が不活性ガスのイオン化を促すエネルギーである。このようにしてＳｉからなる上部電極板２４をスパッタすることにより、図１６Ｂに示すように、マスク層２１２の表面にＳｉ含有層２１３を形成することができる。マスク層２１２の表面にＳｉ含有層２１３を形成する時間は、短すぎると耐プラズマ性向上の効果が余りなく、長すぎるとマスク層２１２の開口部分のエッチング対象層２１１表面にもＳｉ含有層が多く形成されてしまいその後のエッチングを阻害してしまうから適当な時間を選択することが好ましい。例えば、上部電極２１に印加する高周波電力の周波数：６０ＭＨｚ、電力：２０００Ｗ、サセプタ５に印加する高周波電力の周波数：２ＭＨｚ電力：１００Ｗの条件を採用することができるが、この条件では、上記処理の時間は６０〜９０秒間の範囲が好ましかった。   At this time, the high frequency power applied to the upper electrode 21 is energy that promotes ionization of the inert gas. By sputtering the upper electrode plate 24 made of Si in this manner, the Si-containing layer 213 can be formed on the surface of the mask layer 212 as shown in FIG. 16B. If the time for forming the Si-containing layer 213 on the surface of the mask layer 212 is too short, the effect of improving the plasma resistance is not sufficient, and if it is too long, the Si-containing layer is also formed on the surface of the etching target layer 211 in the opening portion of the mask layer 212. It is preferable to select an appropriate time since a large amount is formed and the subsequent etching is hindered. For example, the conditions of the frequency of the high frequency power applied to the upper electrode 21: 60 MHz, the power: 2000 W, and the frequency of the high frequency power applied to the susceptor 5: 2 MHz power: 100 W can be adopted. Time was preferably in the range of 60-90 seconds.

また、電力については、上部電極印加電力を１２５０Ｗ、サセプタ印加電力を４００Ｗとした場合(いわゆるＶＰＰを低くした場合)よりも上記条件の方がＳｉ含有層形成時のマスク層の開口形状の変化を少なくすることができた。ＶＰＰが高過ぎるとマスク層の開口が拡がってしまい、その後のエッチング工程で設計した開口パターンの孔や溝が作成できなくなってしまう。
上述のようなマスク層表面へのＳｉ含有層形成が終わったら、高周波電力の印加を停止する。 As for the power, 1250 W upper electrode applied power, the change in the opening shape of the mask layer during towards the condition Si-containing layer than the case where the susceptor applied power was 400W (when the so-called V PP low) Was able to be reduced. If VPP is too high, the opening of the mask layer is expanded, and it becomes impossible to create holes and grooves of the opening pattern designed in the subsequent etching process.
After the formation of the Si-containing layer on the mask layer surface as described above, the application of high-frequency power is stopped.

この後、処理容器２内にエッチングガスを導入し、上部電極２１とサセプタ５に高周波電力を印加し、エッチング対象層２１１をエッチングする。例えばエッチング対象層２１１がＳｉ酸化物で形成されている場合は、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８の中から選択される少なくとも１つを含むガスであることが好ましい。このようなエッチングガスとしては、Ｃ４Ｆ６とＯ２とＡｒの混合ガスが例示される。また、処理容器２内の圧力は２．６７Ｐａ(２０ｍＴｏｒｒ)、上部電極２１とサセプタ５に印加する高周波電力はそれぞれ１６００Ｗと８００Ｗが例示される。この際の高周波電力の周波数は、ともにスパッタリング時と同じ６０ＭＨｚ、２ＭＨｚが例示される。高周波電力の印加によりエッチングガスはプラズマ化し、例えばＳｉ酸化物からなるエッチング対象層２１１をエッチングする。エッチングが終了したらエッチングガスおよび高周波電力の印加を停止する。 Thereafter, an etching gas is introduced into the processing container 2, high frequency power is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5, and the etching target layer 211 is etched. For example, in the case where the etching target layer 211 is formed of Si oxide, it is preferable that the gas includes at least one selected from C 4 F 6 , C 4 F 8 , and C 5 F 8 . As such an etching gas, a mixed gas of C 4 F 6 , O 2 and Ar is exemplified. The pressure in the processing container 2 is 2.67 Pa (20 mTorr), and the high frequency power applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 is 1600 W and 800 W, respectively. The frequency of the high frequency power at this time is exemplified by 60 MHz and 2 MHz which are the same as those during sputtering. By applying the high frequency power, the etching gas is turned into plasma, and the etching target layer 211 made of, for example, Si oxide is etched. When the etching is completed, the application of the etching gas and the high frequency power is stopped.

上記例示の条件でＳｉ酸化物からなるエッチング対象層２１１をエッチングしたところ、マスク層２１２に対するエッチング対象層２１１の選択比（エッチング対象層のエッチングレート／マスク層のエッチングレート）は２８．８であった。マスク層２１２表面へのＳｉ含有層形成を行っていないときのエッチングでは上記選択比は８．２であった。
このようにしてエッチングを行った後、引き続きＳｉ含有層２１３が表面に形成されたマスク層２１２を除去する工程(アッシング工程)を実施する。ここではＳｉ含有層２１３が表面に形成されたマスク層２１２の除去を多段階で行う場合の例を示す。 When the etching target layer 211 made of Si oxide was etched under the above-described conditions, the selection ratio of the etching target layer 211 to the mask layer 212 (etching rate of the etching target layer / etching rate of the mask layer) was 28.8. It was. In the etching when the Si-containing layer was not formed on the surface of the mask layer 212, the selectivity was 8.2.
After etching is performed in this manner, a step (ashing step) of removing the mask layer 212 having the Si-containing layer 213 formed on the surface is subsequently performed. Here, an example in which removal of the mask layer 212 having the Si-containing layer 213 formed on the surface is performed in multiple stages is shown.

第１段階では、処理容器２内にフッ素を含むガス、例えばＣＦ４を導入し、所定時間上部電極２１とサセプタ５に高周波電力を印加し、マスク層２１２に形成されたＳｉ含有層２１３をほぼ完全に除去する。Ｓｉ含有層が残っていると次の第２段階で、マスク層２１２を除去し終わったときに被処理体の表面にＳｉ含有物が付着していることがあるからである。この際に、処理容器２内の圧力は６．６６Ｐａ(５０ｍＴｏｒｒ)、上部電極２１とサセプタ５に印加する高周波電力はそれぞれ１６００Ｗと８００Ｗ、周波数はともにスパッタリング時と同じ６０ＭＨｚ、２ＭＨｚが例示される。この条件で例えば９０秒間処理することによりＳｉ含有層２１３をほぼ完全に除去することができる。 In the first stage, a gas containing fluorine, such as CF 4, is introduced into the processing container 2, high-frequency power is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 for a predetermined time, and the Si-containing layer 213 formed on the mask layer 212 is almost formed. Remove completely. This is because if the Si-containing layer remains, the Si-containing material may adhere to the surface of the object to be processed when the mask layer 212 is completely removed in the second step. At this time, the pressure in the processing container 2 is 6.66 Pa (50 mTorr), the high-frequency power applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 is 1600 W and 800 W, respectively, and the frequencies are both 60 MHz and 2 MHz, which are the same as during sputtering. For example, the Si-containing layer 213 can be almost completely removed by treating for 90 seconds under these conditions.

また、この際のガスとして、ＣＦ４にＯ２とＡｒを添加したガスを用いた場合には、ＡｒＦフォトレジストからなるマスク層２１２にダメージを与えてしまった。したがって、ＣＦ４単独のガスを使用するか、ＣＦ４にＯ２やＡｒ等を添加する場合には少量であることが好ましい。 Further, when a gas in which O 2 and Ar are added to CF 4 is used as the gas at this time, the mask layer 212 made of ArF photoresist is damaged. Accordingly, it is preferable to use a small amount of CF 4 alone or when adding O 2 or Ar to CF 4 .

フッ素化合物を含有するガスとしては、ＣＦ４以外のガスを用いてもよいが、Ｓｉ含有層２１３の下地のＡｒＦフォトレジスト等からなるマスク層２１２へのダメージを少なくする観点からＣＦ４を用いることが好ましい。 As the gas containing a fluorine compound, a gas other than CF 4 may be used, but CF 4 is used from the viewpoint of reducing damage to the mask layer 212 made of an ArF photoresist or the like underlying the Si-containing layer 213. Is preferred.

第２段階では、所定の処理ガスを導入し、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電力印加して、Ｓｉ含有層２１３が大部分除去された後のマスク層２１２自体を除去する。このとき、処理ガスとしては、フッ素化合物を含まないガス、例えばＯ２ガス単独、またはＯ２とＮ２やＡｒとを含む混合ガス、またはＯ２とＮ２とＨ２との混合ガス等を用いることが好ましい。 In the second stage, a predetermined processing gas is introduced and high frequency power is applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 which is the lower electrode to remove the mask layer 212 itself after the Si-containing layer 213 is largely removed. At this time, as the processing gas, a gas not containing a fluorine compound, for example, O 2 gas alone, a mixed gas containing O 2 , N 2, or Ar, or a mixed gas of O 2 , N 2, and H 2 is used. It is preferable to use it.

この第２段階の処理を実際に行った。この場合に、圧力、高周波電力、高周波電源の周波数等は上記第１段階における例から変更せずに、処理ガスのみを変更させてアッシングを行った。ここではＯ２を使用した。マスク層２１２を除去した被処理体を観察すると、孔や溝の開口形状及び断面形状はほぼ設計したとおりであった。また、Ｓｉ含有物の被処理体への付着も起こらなかった。 This second stage of processing was actually performed. In this case, ashing was performed by changing only the processing gas without changing the pressure, the high-frequency power, the frequency of the high-frequency power source, and the like from the example in the first stage. Here, O 2 was used. When the object to be processed was removed from which the mask layer 212 was removed, the opening shape and cross-sectional shape of the holes and grooves were almost as designed. Moreover, adhesion of Si-containing materials to the object to be processed did not occur.

本実施形態では、以上のように平行平板型電極に高周波電力を印加した際のエネルギーにより不活性ガスをイオン化し、これによりＳｉからなる上部電極板２４をスパッタしてマスク層２１２の表面に付着しＳｉ含有層を形成するので、マスク層自体のときに比べて耐プラズマ性をかなり向上させることができる。特に、マスク層２１２として耐プラズマ性が低いＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストを用いた場合には、その耐プラズマ性向上効果は著しい。   In the present embodiment, as described above, the inert gas is ionized by the energy when high-frequency power is applied to the parallel plate type electrode, and thereby the upper electrode plate 24 made of Si is sputtered and adhered to the surface of the mask layer 212. Since the Si-containing layer is formed, the plasma resistance can be significantly improved as compared with the mask layer itself. In particular, when ArF photoresist or F2 photoresist having low plasma resistance is used as the mask layer 212, the plasma resistance improvement effect is remarkable.

また、エッチング対象層をエッチングした後のアッシングにおいて、Ｓｉ含有層２１３の除去とマスク層２１２自体の除去に分けて多段階に除去するので、Ｓｉ含有層２１３とマスク層が形成されている場合でもそれぞれの層の性質に適した除去をすることができる。もちろん一度にＳｉ含有層２１３とマスク層２１２を除去することも可能である。いずれを採用するかは、多段階での除去と一度での除去との総合的な利点及び欠点を比較して決定すればよい。   Further, in the ashing after the etching target layer is etched, the removal is performed in multiple stages by removing the Si-containing layer 213 and the mask layer 212 itself, so even if the Si-containing layer 213 and the mask layer are formed. Removal suitable for the properties of each layer can be performed. Of course, it is possible to remove the Si-containing layer 213 and the mask layer 212 at a time. Which one is to be adopted may be determined by comparing the overall advantages and disadvantages of multi-stage removal and one-time removal.

なお、スパッタリングによりマスク層にＳｉ含有層を形成する際のターゲットとしては、上記例示のシャワーヘッドである上部電極板に限らず、処理容器内に配置された、表面の少なくとも一部がＳｉである部材であれば、フォーカスリング等の他の部材であってもよいし、新たにターゲットとしてＳｉ部材を配置してもよい。また、デバイス加工していない他のＳｉウエハ自体(ベアウエハ)を処理容器内に入れてターゲットとして使用することができる。また、ターゲットとして用いるＳｉとしては単結晶Ｓｉがスパッタリングを行うのに都合がよい。   Note that the target for forming the Si-containing layer on the mask layer by sputtering is not limited to the upper electrode plate which is the above-exemplified shower head, and at least a part of the surface disposed in the processing vessel is Si. As long as it is a member, it may be another member such as a focus ring, or a Si member may be newly disposed as a target. In addition, another Si wafer itself (bare wafer) that has not undergone device processing can be placed in a processing container and used as a target. Moreover, as Si used as a target, single crystal Si is convenient for performing sputtering.

さらに、上記例ではスパッタリングをプラズマエッチングを行うための平行平板型装置を利用して高周波エネルギーを用いて行ったが、これに限らず、少なくとも不活性ガスの一部がイオン化するエネルギーを与えられるものを採用することができる。例えばエネルギーとしては高周波エネルギーに限らずマイクロ波エネルギー等を使用することができる。また、高周波エネルギーを用いる場合でも、上記平行平板とは異なり、アンテナン高周波電力を印加して誘導電磁界を形成する方式を用いることもできる。   Furthermore, in the above example, sputtering was performed using high-frequency energy using a parallel plate type apparatus for performing plasma etching. However, the present invention is not limited to this, and at least a part of the inert gas can be ionized. Can be adopted. For example, the energy is not limited to high frequency energy, and microwave energy or the like can be used. Even when high-frequency energy is used, a method of forming an induction electromagnetic field by applying antennan high-frequency power can be used, unlike the parallel plate.

さらにまた、マスク層２１２の表面にＳｉ含有層２１３を形成する方法はスパッタリングに限らない。例えば、マスク層２１２の表面にＣＶＤでＳｉ含有層２１３を形成してもよい。ＣＶＤでＳｉ含有層２１３を形成する場合には、原料となるガスとしては有機シラン系ガスや無機シラン系ガスを使用することができるが、無機シラン系ガスのほうが好ましい。この場合のＣＶＤは、これらのガスを用いて常法に従って実施することができる。   Furthermore, the method of forming the Si-containing layer 213 on the surface of the mask layer 212 is not limited to sputtering. For example, the Si-containing layer 213 may be formed on the surface of the mask layer 212 by CVD. When the Si-containing layer 213 is formed by CVD, an organic silane-based gas or an inorganic silane-based gas can be used as a raw material gas, but an inorganic silane-based gas is preferable. The CVD in this case can be performed according to a conventional method using these gases.

マスク層２１２の表面にＳｉ含有層２１３を形成する方法として、エッチングガスにＳｉＦ４等のＳｉ化合物を加える方法を採用することもできる。これにより、ＡｒＦフォトレジストまたはＦ２レジストからなるマスク層２１２の耐プラズマ性向上とエッチング対象層２１１のエッチングを同時に行うことができる。 As a method of forming the Si-containing layer 213 on the surface of the mask layer 212, a method of adding a Si compound such as SiF 4 to the etching gas can be employed. Thereby, the plasma resistance improvement of the mask layer 212 made of ArF photoresist or F2 resist and the etching of the etching target layer 211 can be performed simultaneously.

エッチング対象層としては、上記Ｓｉ酸化物に限るものではなく、例えばＳｉＣ、ＳｉＮ、有機低誘電体、ＳｉＯＦ、金属、金属化合物等、種々の材料のものを適用可能である。ただし、マスク層の表面に形成された層はＳｉを主成分とするため、エッチング対象層がＳｉである被処理体には適用が困難である。マスク層表面とエッチング対象層が同じ材質だとエッチングレートがほぼ同じになるからである。また、マスク層としては、ＡｒＦフォトレジストやＦ２フォトレジストのような耐プラズマ性の低いフォトレジスト材料に限らず、他の有機フォトレジスト層でもよく、さらには、フォトレジストに限らず他のマスク層であってもよい。   The etching target layer is not limited to the above-described Si oxide, and various materials such as SiC, SiN, organic low dielectric, SiOF, metal, and metal compound can be applied. However, since the layer formed on the surface of the mask layer contains Si as a main component, it is difficult to apply to a target object whose etching target layer is Si. This is because when the mask layer surface and the etching target layer are made of the same material, the etching rate is almost the same. The mask layer is not limited to a photoresist material having low plasma resistance such as ArF photoresist or F2 photoresist, but may be another organic photoresist layer, and is not limited to a photoresist, and other mask layers. It may be.

１，６１；プラズマ処理装置
２，６２；処理容器
５，６５；サセプタ（下部電極）
２１；上部電極
２４，８１；上部電極板
３０，９０；処理ガス供給源
４０，１０１；第１の高周波電源
５０，１０２；第２の高周波電源
１２１，１３１，１４１，１５１，１８１，１９１，２０１；ＳｉＯ２膜（エッチング対象層）
１２２，１３３，１４３，１６３，１７３，１８３，１９３，２０３；フォトレジスト層
１３２，１４２，１５２，１７２，１８２，１９２；反射防止層
１６１，２１１；エッチング対象層
１６２，２０２；有機反射防止層
１６３ｂ；保護層
１７１；下地層
１７２；反射防止層
１７３；フォトレジスト層
２１２；マスク層
２１３；Ｓｉ含有層 1, 61; Plasma processing apparatus 2, 62; Processing vessel 5, 65; Susceptor (lower electrode)
21; upper electrode 24, 81; upper electrode plate 30, 90; processing gas supply source 40, 101; first high frequency power source 50, 102; second high frequency power source 121, 131, 141, 151, 181, 191, 201 ; SiO 2 film (etching target layer)
122, 133, 143, 163, 173, 183, 193, 203; Photoresist layer 132, 142, 152, 172, 182, 192; Antireflection layer 161, 211; Etching target layer 162, 202; Organic antireflection layer 163b Protective layer 171; underlayer 172; antireflection layer 173; photoresist layer 212; mask layer 213; Si-containing layer

Claims (18)

エッチング対象層と、前記エッチング対象層を覆う有機反射防止膜と、前記有機反射防止膜を覆う開口パターンが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を、Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材を備えた処理容器内に配置する工程と、
前記処理容器内にエッチングガスを導入する工程と、
前記エッチングガスをプラズマ化し、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記有機反射防止膜をエッチングする工程と、
前記処理容器内にＨ２、Ｎ２およびＨｅからなる群から選択された少なくとも１種の処理ガスを導入する工程と、
前記処理ガスをプラズマ化して、前記フォトレジスト層をプラズマ処理する工程と
を有し、
前記フォトレジスト層をプラズマ処理する工程において、前記処理ガスのプラズマと、そのプラズマにより前記Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材から供給されるＳｉとにより、前記フォトレジスト層表面に耐プラズマ性を有する保護膜が形成されるプラズマ処理方法。 An object to be processed having an etching target layer, an organic antireflection film covering the etching target layer, and a photoresist layer made of an ArF photoresist or F2 photoresist in which an opening pattern covering the organic antireflection film is formed. Placing in a processing vessel comprising a component having an exposed portion of a substance containing Si;
Introducing an etching gas into the processing vessel;
Plasmaizing the etching gas and etching the organic antireflection film through an opening pattern of the photoresist layer;
Introducing at least one processing gas selected from the group consisting of H 2 , N 2 and He into the processing vessel;
Into plasma the process gas, the photoresist layer have a the step of plasma processing,
In the step of plasma-treating the photoresist layer, plasma processing is performed on the surface of the photoresist layer by plasma of the processing gas and Si supplied from a component having an exposed portion of the substance containing Si by the plasma. The plasma processing method in which the protective film which has this is formed . 前記エッチングガスはＣＦ４を含む請求項１に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1, wherein the etching gas contains CF 4 . 前記プラズマ処理工程の後、前記エッチング対象層のエッチングを行う工程をさらに有する請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 1, further comprising a step of etching the etching target layer after the plasma processing step. エッチング対象層と、前記エッチング対象層を覆う有機反射防止膜と、前記有機反射防止膜を覆う開口パターンが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を、Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材を備えた処理容器内に配置する工程と、
前記処理容器内にＨ２を導入する工程と、
導入されたＨ２をプラズマ化し、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記有機反射防止膜をエッチングする工程と
を有し、
前記有機反射防止膜をエッチングする工程において、Ｈ ２ プラズマと、そのプラズマにより前記Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材から供給されるＳｉとにより、前記フォトレジスト層表面に耐プラズマ性を有する保護膜が形成されるプラズマ処理方法。 An object to be processed having an etching target layer, an organic antireflection film covering the etching target layer, and a photoresist layer made of an ArF photoresist or F2 photoresist in which an opening pattern covering the organic antireflection film is formed. Placing in a processing vessel comprising a component having an exposed portion of a substance containing Si;
Introducing H 2 into the processing vessel;
The introduced H 2 into plasma, the organic antireflection film possess and etching through the opening pattern of the photoresist layer,
In the step of etching the organic antireflection film, the photoresist layer surface has plasma resistance due to H 2 plasma and Si supplied from a component having an exposed portion of the substance containing Si by the plasma. A plasma processing method in which a protective film is formed . 前記有機反射防止膜をエッチングする工程の後、前記エッチング対象層のエッチングを行う工程をさらに有する請求項４に記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 4, further comprising a step of etching the etching target layer after the step of etching the organic antireflection film. 前記Ｓｉを含む物質は単結晶ＳｉまたはＳｉＣからなる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 1, wherein the substance containing Si is made of single crystal Si or SiC. 前記Ｓｉを含む物質の露出部を有する構成部材は、前記処理容器内に設けられた被処理体の対向電極である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 1, wherein the constituent member having the exposed portion of the substance containing Si is a counter electrode of an object to be processed provided in the processing container. 処理容器の中にあるサセプタに、エッチング対象層とこのエッチング対象層を覆い開口が形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を載置する工程と、
前記処理容器内に前記被処理体と表面の少なくとも一部がＳｉである部材とが存在する下で前記処理容器の中に不活性ガスを入れる工程と、
前記不活性ガスの少なくとも一部をイオン化する高周波エネルギーを前記処理容器内に導入して、生成されたイオンにより前記少なくとも一部がＳｉである部材をスパッタし、前記フォトレジスト層の表面に耐プラズマ性を有するＳｉ含有層を形成する工程と、
前記処理容器の中にエッチングガスを導入する工程と、
そのエッチングガスをプラズマ化する工程と、
前記エッチングガスのプラズマにより、前記処理容器の中で前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記エッチング対象層をエッチングする工程と
を有するプラズマ処理方法。 Placing an object to be processed having an etching target layer and a photoresist layer made of an ArF photoresist or F2 photoresist covering the etching target layer and formed with an opening on a susceptor in the processing container;
Putting an inert gas into the processing container under the presence of the object to be processed and a member having at least part of the surface of Si in the processing container;
High-frequency energy that ionizes at least a part of the inert gas is introduced into the processing container, and a member having at least a part of Si is sputtered by the generated ions, and a plasma-resistant surface is formed on the surface of the photoresist layer. Forming a Si-containing layer having properties ;
Introducing an etching gas into the processing vessel;
Converting the etching gas into plasma,
And a step of etching the etching target layer through an opening pattern of the photoresist layer in the processing container with plasma of the etching gas. 前記表面の少なくとも一部がＳｉである部材は、前記被処理体の周りにあるフォーカスリングである請求項８に記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 8, wherein the member having at least a part of the surface made of Si is a focus ring around the object to be processed. 前記表面の少なくとも一部がＳｉである部材は、前記エッチングガスを前記処理容器内に導入するシャワーヘッドである請求項８に記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 8, wherein the member having at least part of the surface made of Si is a shower head for introducing the etching gas into the processing container. 前記エッチング対象層はＳｉ酸化物であり、前記エッチングガスはＣ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８の中から選ばれる少なくとも１つを含む請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。 The etching target layer is a Si oxide, any one of the etching gas is C 4 F 6, C 4 F 8, C 5 claim 10 claim 8 including at least one selected from among F 8 The plasma processing method according to item. 前記プラズマエッチングする工程の後に、前記フォトレジスト層を多段階でプラズマ除去する工程をさらに有する請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。 After said plasma etching process, a plasma treatment method according to claim 8 in any one of claims 11, further comprising the step of plasma removal of the photoresist layer in multiple steps. 前記フォトレジスト層を多段階でプラズマ除去する工程は、フッ素化合物を含むガスのプラズマで前記フォトレジスト層の一部を除去する第１除去工程と、フッ素化合物を含まないガスのプラズマで第１除去工程で残された前記フォトレジスト層の少なくとも一部を除去する第２除去工程を有する請求項１２に記載のプラズマ処理方法。 The steps of removing the photoresist layer in multiple stages include a first removal step of removing a part of the photoresist layer with a plasma of a gas containing a fluorine compound, and a first removal of the plasma with a gas not containing the fluorine compound. The plasma processing method according to claim 12 , further comprising a second removal step of removing at least a part of the photoresist layer left in the step. 前記第１除去工程で用いるガスはＣＦ４である請求項１３に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 13 , wherein the gas used in the first removal step is CF 4 . エッチング対象層と、このエッチング対象層を覆う有機反射防止膜と、この有機反射防止膜を覆う開口パターンが形成されたＡｒＦフォトレジストまたはＦ２フォトレジストからなるフォトレジスト層とを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、
この処理容器内に、Ｓｉ含有ガス単独、またはＳｉ含有ガスとＣＨＦ ３ 、ＨｅおよびＨ ２ から選択された少なくとも１種のガスとからなるエッチングガスを導入する工程と、
このエッチングガスをプラズマ化し、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して有機反射防止膜をエッチングするとともに、前記エッチングガス中のＳｉにより前記フォトレジスト層の表面にＳｉを含む硬化層を形成する工程と、
前記有機反射防止膜をエッチングする工程の後に、さらに、前記フォトレジスト層の開口パターンを通して前記エッチング対象層をプラズマエッチングする工程と
を有するプラズマ処理方法。 Processing an object to be processed having an etching target layer, an organic antireflection film covering the etching target layer, and a photoresist layer made of ArF photoresist or F2 photoresist formed with an opening pattern covering the organic antireflection film Placing in a container;
Introducing into the processing vessel an Si-containing gas alone or an etching gas composed of an Si-containing gas and at least one gas selected from CHF 3 , He and H 2 ;
Plasmaizing this etching gas, etching the organic antireflection film through the opening pattern of the photoresist layer, and forming a cured layer containing Si on the surface of the photoresist layer with Si in the etching gas ;
A plasma processing method comprising: after the step of etching the organic antireflection film, further comprising the step of plasma etching the etching target layer through an opening pattern of the photoresist layer . 前記Ｓｉを含む物質は、ＳｉＦ４である請求項１５に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 15 , wherein the substance containing Si is SiF 4 . 前記エッチング対象層をプラズマエッチングする工程は、前記処理容器の中にＳｉ化合物を含むエッチングガスを導入し、そのエッチングガスをプラズマ化することにより行われる請求項１５または請求項１６に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing according to claim 15 or 16 , wherein the step of plasma etching the etching target layer is performed by introducing an etching gas containing a Si compound into the processing vessel and converting the etching gas into plasma. Method. 前記Ｓｉ化合物は、ＳｉＦ４である請求項１７に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 17 , wherein the Si compound is SiF 4 .
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