JP6243722B2 - エッチング処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、エッチング方法に関する。
パターンの微細化に伴い、エッチングにより形成されるパターンの寸法の精度を高めることが重要になってきている。特に、エッチングされたパターンのアスペクト比が大きくなると、形成されたパターンの寸法の精度が悪化する。このため、特許文献１では、加工パターンのアスペクト比が増大したときに形成されたパターンの寸法の精度が悪化し、エッチング速度が低下するマイクロローディングと呼ばれる現象を改善するための技術が開示されている。
また、パターンの微細化に伴い、エッチングパターンのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）値をシュリンク（縮小）させて、エッチングするパターンの寸法を小さくする技術も提案されている。次世代では、更に微細化が進むため、ＣＤをシュリンクさせる際のパターンの縦と横とのＣＤのシュリンク量の制御が大変重要になってくる。通常、パターンの縦と横とのＣＤのシュリンクレシオは、１対１に制御することが好ましい。
特表２００３−５０６８６６号公報
しかしながら、通常、例えば楕円状のホールのパターンの場合、長径のシュリンク量が短径のシュリンク量と比べて大きく、長径と短径とのＣＤのシュリンクレシオを１対１に制御することは難しい。
上記課題に対して、一側面では、エッチングパターンのＣＤのシュリンクレシオを制御することが可能な、エッチング方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、ハロゲン含有ガスと水素ガスと不活性ガスと酸素ガスとを含むトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法が提供される。
基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、水素ガス及び不活性ガスからなるトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法が提供される。
基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、四フッ化炭素（ＣＦ４）ガス又はジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）ガスを含むトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法が提供される。
基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、水素ガス及び窒素ガスからなるトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法が提供される。
一の態様によれば、エッチングパターンのＣＤのシュリンクレシオを制御することができる。
一実施形態に係るエッチング装置の全体構成の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング対象膜の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法の一例を示したフローチャート。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るマスクトリートメント時間とＣＤバイアスの関係を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係る各エッチングステップのＣＤシュリンク量の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。 一実施形態に係るエッチング方法を実行した結果の一例を示した図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［エッチング装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るエッチング装置の全体構成の一例を示した図である。
本実施形態に係るエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は接地されている。チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上に基板の一例である半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」という。）が載置される。
サセプタ１６の上面には、ウェハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が接続されている。直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウェハＷが静電チャック１８に吸着保持される。静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのフォーカスリング２４が配置されている。
サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管を介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上のウェハＷの処理温度を制御することができる。さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面とウェハＷの裏面との間に供給される。
下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部電極３４および下部電極（サセプタ１６）間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極（サセプタ１６）上のウェハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されている。上部電極３４は、電極板３６と電極板３６を着脱自在に支持する電極支持体３８とから形成されている。電極板３６は、サセプタ１６との対向面を構成し、かつ多数のガス孔３７を有する。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体で形成されることが好ましい。電極支持体３８は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、水冷構造を有する。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。処理ガス供給源６６から出力されたエッチングガスは、ガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に導入される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源８９から整合器８７を介して第１の高周波（ＲＦ）電力が印加される。また、サセプタ１６には、第２の高周波電源９０から整合器８８を介して第２の高周波電力が印加される。さらに、上部電極３４には、第３の高周波電源２２４から整合器２２５を介して第３の高周波電力が印加される。なお、本実施形態のエッチング装置は、プラズマ形成用の高周波電力を出力する高周波電源が第３の高周波電源であることが好ましく、イオン引き込み用の高周波電力を出力する高周波電源が第１の高周波電源および第２の高周波電源であることが好ましい。
可変直流電源５０は、上記整合器２２５を介して上部電極３４に接続されており、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ５１により制御されるようになっている。
チャンバ１０の底部には、排気管を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁にはウェハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。
かかる構成のエッチング装置の各構成部は、制御部１００により制御される。制御部１００は、ＣＰＵ１０１（Central Processing Unit），ＲＯＭ１０２（Read Only Memory）、ＲＡＭ１０３（Random Access Memory）等を有する。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２等の記憶領域に格納された各種レシピに従ってエッチング処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、処理室内温度（上部電極温度、処理室の側壁温度、ＥＳＣ温度など）、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、伝熱ガス流量などが記載されている。
なお、制御部１００の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。
以上、本実施形態に係るエッチング装置の全体構成の一例について説明した。かかる構成のエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象であるウェハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、ウェハＷをサセプタ１６に静電吸着する。
そして、エッチングのための処理ガスは、処理ガス供給源６６から所定の流量でガス拡散室４０へ供給され、ガス通流孔４１およびガス孔３７を介してチャンバ１０内へ供給される。また、チャンバ１０内は、排気装置８４により排気され、チャンバ１０内の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値に制御される。
このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、プラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、イオン引き込み用の高周波を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１６に印加する。これにより、エッチングガスからプラズマが生成され、プラズマによりウェハＷにエッチング処理が施される。
［エッチング方法］
次に、本実施形態に係るエッチング方法について説明する。なお、本実施形態にかかるエッチング方法を用いてエッチングされるエッチング対象膜の一例を図２（ａ）に示す。
（エッチング対象膜）
エッチング対象膜は、ウェハＷ上に、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１１０、酸化シリコン膜１１２、ポリシリコン膜１１４、有機膜１１６、反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）１１８の順に形成されている。反射防止膜１１８上には、パターン化されたマスクＰＲが形成されている。
窒化チタン膜１１０は、例えばＴｉＮターゲットを使用したスパッタリングによりウェハＷ上に堆積される。酸化シリコン膜１１２は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料としたプラズマＣＶＤにより窒化チタン膜１１０上に堆積される。ポリシリコン膜１１４は、プラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜１１２上に形成される。有機膜１１６は有機材料を主成分とするスピン−オン材料によりポリシリコン膜１１４上に形成される。
有機膜１１６の上面には、反射防止膜１１８とフォトレジスト膜（不図示）とが順次形成され、フォトレジスト膜がフォトリソグラフィ技術によりパターン化されることにより、マスクＰＲが得られる。マスクＰＲは、一の方向に延びるライン状のパターンを有してもよいし、円状のパターンを有してもよい。
なお、本実施形態に係るエッチング方法によりエッチングされる対象膜は、上記に示した積層膜に限られず、シリコン含有膜であればよい。シリコン含有膜の一例としては、酸化珪素、窒化珪素、ポリシリコン、金属珪化物及び単結晶シリコン等がある。また、ウェハＷ上には、金属導電性膜、絶縁膜、反射防止膜、拡散膜等の他の材料膜が含まれてもよい。
（エッチング方法）
本実施形態に係るエッチング方法では、図３のフローチャートに示されるように、エッチングを行う前にマスクＰＲのトリートメントが行われる。つまり、臭化水素ガス（ＨＢｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、酸素ガス（Ｏ２）、二酸化炭素ガス（ＣＯ２）がチャンバ内に供給される。そして、高周波電力により生成されたプラズマによって、所定時間（例えば、５秒、７秒、１０秒など）マスクＰＲがトリートメントされる（ステップＳ１０）。これにより、マスクＰＲをトリミングするとともにレジスト現像による残渣を除去する。これによれば、マスクＰＲのトリートメントにより、マスクＰＲのテーパ形状を垂直形状に整形することができる。これにより、次のエッチングにおいてＣＤシュリンク値の縦横比の制御性を高めることができる。
なお、臭化水素ガス（ＨＢｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、酸素ガス（Ｏ２）、二酸化炭素ガス（ＣＯ２）の混合ガスは、トリートメントガスの一例である。トリートメントガスは、二酸化炭素ガス（ＣＯ２）を含まなくてもよい。また、トリートメントガスには不活性ガスが含まれる必要があるが、ヘリウムガス（Ｈｅ）でなくても、アルゴンガス（Ａｒ）等でもよい。つまり、トリートメントガスは、ハロゲン含有ガスと水素ガスと不活性ガスと酸素ガスとを含むガスであればよい。
図２（ａ）に示されるように、パターン化されたマスクＰＲに上記のマスクトリートメントを施した後、図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示されるエッチングが行われる。次に、図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示されるエッチングについて、図３に戻り説明する。
第１のエッチングガスを供給し、反射防止膜１１８をエッチングする（ステップＳ１２）。この図２（ｂ）に示した反射防止膜１１８をエッチングする工程を第１のエッチングという。
次に、第２のエッチングガスを供給し、有機膜１１６をエッチングする（ステップＳ１４）。この図２（ｃ）に示した有機膜１１６をエッチングする工程を第２のエッチングという。
次に、第３のエッチングガスを供給し、ポリシリコン膜１１４の一部をエッチングする（ステップＳ１６）。この図２（ｄ）に示したポリシリコン膜１１４の一部をエッチングする工程を第３のエッチングという。
次に、残ったポリシリコン膜１１４をエッチングした後（ステップＳ１８）、アッシングを実行し（ステップＳ２０）、本処理を終了する。ステップＳ１８のエッチング工程をコアエッチングという。
上記第１〜第３のエッチングにおいては、エッチング中にＣＤをシュリンクさせることで、微細加工を容易にする。ここで、ＣＤのシュリンクレシオは、ＣＤ値の縦および横のシュリンクレシオが１対１に制御されることが好ましい。本実施形態にかかるエッチング方法では、エッチング前にマスクのトリートメントが行われ、これにより、マスク形状が調整される。このように、エッチング前にマスク形状を調整するマスクトリートメントを行うことで、エッチング中のＣＤのシュリンクレシオの改善が容易になる。
［エッチング結果］
（フルエッチング結果１：トリートメント時間５秒）
以下では、本実施形態に係るエッチング方法を実行した結果得られるＣＤのシュリンクレシオ等について、図４〜図６を参照しながら説明する。図４〜図６は、第１のエッチングからアッシングまでのエッチング後（第１のエッチングからアッシングまでのエッチング工程を、以下、「フルエッチング」ともいう。）のＣＤの状態を上から示した図とＣＤに関するシュリンクレシオ等の数値を示す。
＜プロセス条件＞
ここで、プロセス条件を以下に示す。
（マスクトリートメント）
高周波（ＨＦ） ５００Ｗ
高周波（ＬＦ） ７５Ｗ
ガス ＨＢｒ／Ｈｅ／Ｏ２／ＣＯ２＝４０〜７０／１４０〜２２０／１０〜３０／２０〜５０ｓｃｃｍ
実行時間 ５秒
（第１のエッチング）
高周波（ＨＦ） ５００Ｗ
高周波（ＬＦ） １００Ｗ
ガス ＣＦ４／ＣＨ４＝１６０〜２４０／５〜２０ｓｃｃｍ
実行時間 ４５秒
（第２のエッチング）
高周波（ＨＦ） ２００Ｗ
高周波（ＬＦ） １００Ｗ
ガス ＨＢｒ／Ｈｅ／Ｏ２／ＣＯ２＝２０〜４０／１６０〜２４０／３０〜５０／６０〜１００ｓｃｃｍ
実行時間 １分３秒
（第３のエッチング）
高周波（ＨＦ） ６５０Ｗ
高周波（ＬＦ） １００Ｗ
ガス ＣＦ４＝１６０〜２４０ｓｃｃｍ
実行時間 ２３秒
（第４のエッチング（コアエッチング））
高周波（ＨＦ） ３００Ｗ
高周波（ＬＦ） ９０Ｗ
ガス ＨＢｒ／Ｈｅ／Ｏ２＝４００〜６００／３５０〜５３０／１〜１０ｓｃｃｍ
実行時間 ６０秒
（アッシング工程１）
高周波（ＨＦ） ６００Ｗ
高周波（ＬＦ） ０Ｗ
ガス ＣＦ４／Ｈ２＝８０〜１２０／１６０〜２４０ｓｃｃｍ
実行時間 ６０秒
（アッシング工程２）
高周波（ＨＦ） ６００Ｗ
高周波（ＬＦ） ５０Ｗ
ガス Ｏ２＝２８０〜４２０ｓｃｃｍ
実行時間 ６０秒
以上のプロセス条件で５秒間のマスクトリートメント後、フルエッチングが行われた結果、図４に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは１４．３ｎｍ、楕円のホールパターンのＣＤバイアスは長径側（図の楕円の長い径側）が１７．４ｎｍ、短径側（図の楕円の短い径側）が１４．０ｎｍであった。ここで、ＣＤバイアスは、エッチング前のＣＤの初期値とエッチング後のＣＤ値との差分である。また、ＣＤ値は、マスクの高さ方向の中央のライン幅（ラインＣＤの場合）、長径及び短径（ホールＣＤの場合）を測定している。ホールＣＤ（短径）の状態を示した図は、ホールＣＤ（長径）の状態を示した図を９０度回転させた図である。
この結果、図４に示されるように、ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、３．４ｎｍとなった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、ＣＤバイアスの最大値と最小値との差分であり、ホールＣＤだけでなく、ラインＣＤのＣＤバイアスも含めた結果を示す。ここでは、ホールＣＤの長径のＣＤバイアスからホールＣＤの短径のＣＤバイアスを減算した結果が、ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）の値として示されている。
ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．２２、ホールＣＤの短径の場合が０．９８であった。１．２２は、ホールＣＤの長径の最大値と最小値との差分であり、０．９８は、ホールＣＤの短径の最大値と最小値との差分である。
以上の結果を考察する。ＣＤのシュリンクレシオは、１に極力近い値であることが好ましい。また、ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、極力小さい値であることが好ましい。これによれば、エッチング処理（ＣＤのシュリンク処理を含む）の前にマスク形状を調整するマスクトリートメントを５秒間行うことで、ＣＤのシュリンクレシオがホールＣＤの長径及び短径において１に近くなり、ＣＤのシュリンクレシオを改善できることがわかる。
（フルエッチング結果２：トリートメント時間７秒）
次に、フルエッチング結果１と同じプロセス条件でトリートメント時間を５秒から７秒間に変更してマスクトリートメントした後、フルエッチングを実行した結果２について、図５を参照しながら説明する。
図５に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは１０．４ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が９．４ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が１１．３ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、１．９ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が０．９０、ホールＣＤの短径の場合が１．０８であった。これによれば、フルエッチング処理（ＣＤのシュリンク処理を含む）の前にマスク形状を調整するマスクトリートメントを７秒間行うことで、ＣＤのシュリンクレシオがホールＣＤの長径及び短径において１に近くなり、ＣＤのシュリンクレシオを改善できることがわかる。また、結果２から、マスクトリートメント時間を５秒→７秒にしたことで、長径のシュリンクレシオと短径のシュリンクレシオに逆転が生じたことがわかる。また、ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）についても、マスクトリートメント時間を５秒→７秒にしたことで、より小さい値になりバラツキが少なく制御性が高まったことがわかる。
（フルエッチング結果３：トリートメント時間１０秒）
次に、フルエッチング結果１と同じプロセス条件でトリートメント時間を７秒から１０秒間に変更してマスクトリートメントした後、フルエッチングを実行した結果３について、図６を参照しながら説明する。
図６に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは７．３ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が５．７ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が８．６ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、２．９ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が０．７９、ホールＣＤの短径の場合が１．１８であった。結果３から、マスクトリートメント時間を７秒→１０秒にしたことで、ＣＤのシュリンクレシオがホールＣＤの長径及び短径においてＣＤのシュリンクレシオが悪化したことがわかる。
以上から、ＣＤのシュリンクレシオを改善するためには、マスクトリートメント時間を適切に制御することが重要であることがわかる。図７には、マスクトリートメント時間に対するＣＤバイアスが、ラインＣＤ，ホールＣＤ（長径），ホールＣＤ（短径）についてそれぞれ図示されている。図７（ａ）は、フルエッチング（第１〜第３のエッチング）後のＣＤバイアスの値を示す。これによれば、マスクトリートメント時間に依存して、長径のシュリンクレシオと短径のシュリンクレシオに逆転が生じるポイントがあることがわかる。つまり、マスクトリートメント時間に依存して、長径のシュリンクレシオと短径のシュリンクレシオとの相対的な制御を行うことができることがわかる。
（第１のエッチング結果１：トリートメント時間５秒）
次に、フルエッチング結果１にて示したプロセス条件と同じマスクトリートメント及び第１のエッチングのプロセス条件下で５秒間のマスクトリートメントを実行した後、第１のエッチングを実行した結果１について、図８を参照しながら説明する。
図８に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは２９．２ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が３０．８ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が２７．０ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、３．８ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．０５、ホールＣＤの短径の場合が０．９２であった。これによれば、第１のエッチング処理（ＣＤのシュリンク処理を含む）の前にマスク形状を調整するマスクトリートメントを５秒間行うことで、ＣＤのシュリンクレシオがホールＣＤの長径及び短径において１に近くなり、第１のエッチング処理後のマスクトリートメントによるＣＤのシュリンクレシオに既に改善効果が見られた。
（第１のエッチング結果２：トリートメント時間７秒）
次に、フルエッチング結果１（第１のエッチング結果１）と同じプロセス条件でトリートメント時間を５秒から７秒に変更してマスクトリートメントを実行した後、第１のエッチングを実行した結果２について、図９を参照しながら説明する。
図９に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは２１．６ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が１９．５ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が２１．２ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、２．１ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が０．９０、ホールＣＤの短径の場合が０．９８であった。これによれば、第１のエッチング処理（ＣＤのシュリンク処理を含む）の前にマスク形状を調整するマスクトリートメントを７秒間行うことで、ＣＤのシュリンクレシオがホールＣＤの長径及び短径において１に近くなり、第１のエッチング処理後のＣＤのシュリンクレシオにおいて既に改善効果が見られた。また、結果２から、マスクトリートメント時間を５秒→７秒にしたことで、長径のシュリンクレシオと短径のシュリンクレシオに逆転が生じたことがわかる。
（第１のエッチング結果３：トリートメント時間１０秒）
次に、１０秒間のマスクトリートメント後、以下のプロセス条件で第１のエッチングを実行した結果３について、図１０を参照しながら説明する。
＜プロセス条件＞
プロセス条件を以下に示す。マスクトリートメントのプロセス条件は、実行時間が１０秒であることを除きフルエッチング結果１（第１のエッチング結果１）に示したプロセス条件と同じであるため、ここでは省略する。
（第１のエッチング）
高周波（ＨＦ） ４００Ｗ
高周波（ＬＦ） １００Ｗ
ガス ＣＦ４／ＣＨ４／Ｏ２＝１２０〜２００／５〜２０／１〜１０ｓｃｃｍ
実行時間 ４５秒
トリートメント時間を１０秒に変更してマスクトリートメントを実行した後、上記プロセス条件下で第１のエッチングを実行した結果３について、図１０を参照しながら説明する。
図１０に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは１３．６ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が９．８ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が１２．９ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、３．８ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が０．７２、ホールＣＤの短径の場合が０．９５であった。結果３から、マスクトリートメント時間を７秒→１０秒に変更した場合、プロセス条件（ＲＦ、ガス種）を変えても、マスクトリートメント時間は７秒ＣＤシュリンク値の結果と比べて劣る結果になった。
以上の結果から、図７（ａ）のフルエッチング（第１〜第３のエッチング）後のＣＤバイアスの値と同様に、図７（ｂ）の第１のエッチング後のＣＤバイアスの値には、マスクトリートメント時間に依存して、長径のシュリンクレシオと短径のシュリンクレシオに逆転が生じるポイントがあることがわかる。つまり、第１のエッチング後においても、マスクトリートメント時間に依存して、長径のシュリンクレシオと短径のシュリンクレシオとの相対的な制御を行う効果が得られていることがわかった。
（マスクトリートメント結果１：トリートメント時間５秒）
次に、フルエッチング結果１で示したマスクトリートメントのプロセス条件と同じ条件で５秒間のマスクトリートメントを実行した結果１について、図１１を参照しながら説明する。
図１１に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは５．２ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が８．１ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が６．９ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、２．９ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．５６、ホールＣＤの短径の場合が１．３２であった。
（マスクトリートメント結果２：トリートメント時間７秒）
次に、フルエッチング結果１で示したマスクトリートメントのプロセス条件と同じ条件で７秒間のマスクトリートメントを実行した結果２について、図１２を参照しながら説明する。
図１２に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは４．０ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が４．１ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が２．４ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、１．７ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．０４、ホールＣＤの短径の場合が０．６０であった。これによれば、マスクトリートメント時間を５秒→７秒にしたことで、長径のシュリンクレシオと短径のシュリンクレシオの値が小さくなったことがわかる。
（マスクトリートメント結果３：トリートメント時間２０秒）
次に、フルエッチング結果１で示したマスクトリートメントのプロセス条件と同じ条件で２０秒間のマスクトリートメントを実行した結果、マスクパターンが消失した。よって、マスクトリートメントの実行時間は、２０秒未満であることが好ましい。また、マスクトリートメントの実行時間は、５秒以上の場合、良好なマスクパターンは消失せず。良好なＣＤシュリンクの結果が得られた。よって、マスクトリートメントの実行時間は、５秒以上であることが好ましい。
（第１のエッチング結果（ガス流量変更）：トリートメント時間１０秒）
次に、１０秒間のマスクトリートメント後、以下のプロセス条件で第１のエッチングを実行した結果（ガス流量変更）について、図１３を参照しながら説明する。図１２に示した長径に対する短径のシュリンクレシオは、図１１に示した長径に対する短径のシュリンクレシオと比べて、シュリンクレシオの値が小さくなっている。よって、シュリンクレシオを１に近づけるために、次に示すプロセスでは、第１のエッチングのエッチングガスに含まれるメタンガス（ＣＨ４）のガス流量を多くし、第１のエッチング中の堆積物の量を増やした。
＜プロセス条件＞
プロセス条件を以下に示す。マスクトリートメントのプロセス条件は、実行時間が１０秒であることを除きフルエッチング結果１に示したプロセス条件と同じであるため、ここでは省略する。
（第１のエッチング）
高周波（ＨＦ） ５００Ｗ
高周波（ＬＦ） １００Ｗ
ガス ＣＦ４／ＣＨ４＝１６０〜２４０／１０〜２０ｓｃｃｍ
実行時間 ４５秒
この結果、図１３に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは１５．６ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が１６．０ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が１６．６ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、１．０ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．０２、ホールＣＤの短径の場合が１．０７であった。この結果から、マスクトリートメント時間を１０秒にし、第１のエッチングのエッチングガスに含まれるＣＨ４ガスのガス流量を多くし、第１のエッチング中の堆積物の量を増やすと、ＣＤシュリンク値の結果が１に近くなり良好な結果を示すことがわかった。
なお、上記プロセス条件では、ガス種としてＣＦ４ガス及びＣＨ４ガスのみを記載したが、ＣＦ４ガス及びＣＨ４ガスを含む混合ガスであればよい。
（ステップバイステップチェック結果）
次に、マスクトリートメント→第１のエッチング→第２のエッチング→第３のエッチングの各プロセスをステップ毎に検証する。各ステップのプロセス条件は、フルエッチング結果１に示したとおりである。
図１４（ａ）には、ＣＤシュリンクの累積値が示され、図１４（ｂ）には、ＣＤシュリンクの各ステップにおける値が示されている。この結果によれば、ＣＤシュリンク値が多いステップは、第１のエッチングステップ及び第３のエッチングステップであった。また、シュリンクの方向は、第１のエッチングステップではプラス側、つまり、ＣＤ値が収縮する方向（シュリンク方向）であるのに対して、第３のエッチングステップではマイナス側、つまり、ＣＤ値が拡張する方向（調整方向）であることがわかる。
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示される数値は、ホールＣＤの長径のＣＤバイアス値と短径のＣＤバイアス値との差分を数値化したものである。これによれば、第１及び第３のエッチングステップでは、他のステップと比較して長径のＣＤバイアス値と短径のＣＤバイアス値との差分を示す数値が大きい。従って、長径のＣＤ値及び短径のＣＤ値のエッチング前とエッチング後の変動差が大きいステップは、第１及び第３のエッチングステップであることがわかる。その理由として考えられることとしては、第１のエッチングステップの場合、第１のエッチング時に供給されるＣＨ４ガスが第１のエッチング中の堆積物の量に関与し、ＣＤ値のシュリンクレシオに多少なりとも影響を与えている可能性がある。
また、第３のエッチングステップの場合、エッチング時にポリシリコン膜１１４に形成される凹部が、ＣＤ値のシュリンクレシオを悪化させる方向に影響している可能性がある。
更に、第３のエッチング後のコアエッチングステップでは、ＣＤ値のシュリンクレシオ及び長径のＣＤバイアス値と短径のＣＤバイアス値との差分の変動値が、他のステップと全く逆の挙動を示している。よって、第３のエッチング後のコアエッチングステップもＣＤ値のシュリンクレシオの改善に利用できる可能性があることがわかった。
（ガス種の変更）
次に、マスクトリートメントガスのガス種を変更した結果について、図１５〜図１７を参照しながら説明する。
（マスクトリートメント：ガス種１）
図１５では、以下のプロセス条件に示すトリートメントガスを使用してエッチングを行った。＜プロセス条件＞
高周波（ＨＦ） ３００Ｗ
高周波（ＬＦ） ０Ｗ
ガス Ｈ２／Ａｒ＝８０〜１２０／６４０〜９６０ｓｃｃｍ
実行時間 ２０秒
図１５に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは６．０ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が１０．４ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が６．２ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、４．４ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．７３、ホールＣＤの短径の場合が１．０２であった。この結果から、マスクトリートメント時間を２０秒にし、トリートメントガスに水素ガス（Ｈ２）及びアルゴンガス（Ａｒ）の混合ガスを使用しても、ＣＤシュリンク値を良好に制御できることがわかる。
（マスクトリートメント：ガス種２）
図１６では、以下のプロセス条件に示すトリートメントガスを使用してエッチングを行った。
＜プロセス条件＞
高周波（ＨＦ） ８００Ｗ
高周波（ＬＦ） １００Ｗ
ガス Ｈ２／Ｎ２＝１６０〜２４０／８０〜１２０ｓｃｃｍ
実行時間 ５秒
図１６に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは８．７ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が１５．２ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が８．０ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、７．２ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．７５、ホールＣＤの短径の場合が０．９２であった。この結果から、トリートメントガスに水素ガス（Ｈ２）及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスを使用しても、ＣＤシュリンク値を良好に制御できることがわかる。
なお、水素ガス及びアルゴンガス、又は水素ガス及び窒素ガスに替えて、水素ガスとアルゴンガス、Ｎ２以外の不活性ガスとからなるトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスから生成されたプラズマによりマスクＰＲをトリートメントしてもよい。
（マスクトリートメント：ガス種３）
図１７では、以下のプロセス条件に示すトリートメントガスを使用してエッチングを行った。
＜プロセス条件＞
高周波（ＨＦ） ５００Ｗ
高周波（ＬＦ） １００Ｗ
ガス ＣＦ４＝１００〜１６０ｓｃｃｍ
実行時間 ５秒
図１７に示されるように、ラインパターンのＣＤバイアスは１３．８ｎｍ、ホールパターンのＣＤバイアス（長径）が１５．６ｎｍ、ＣＤバイアス（短径）が１２．５ｎｍであった。ＣＤバイアス（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）は、３．１ｎｍとなった。
また、ＣＤのシュリンクレシオは、ホールＣＤの長径の場合が１．１３、ホールＣＤの短径の場合が０．９１であった。この結果から、トリートメントガスに四フッ化炭素ガス（ＣＦ４）を使用しても、ＣＤシュリンク値を良好に制御できることがわかる。
なお、四フッ化炭素ガスに替えて、ジフルオロメタンガス（ＣＨ２Ｆ２）からなるトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスから生成されたプラズマによりマスクＰＲをトリートメントしてもよい。
以上に説明した一実施形態に係るエッチング方法によれば、エッチングのパターンのＣＤのシュリンクレシオを制御することができる。
以上、エッチング方法を上記実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記実施形態及び変形例を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、上記実施形態のエッチング方法では、ＣＤの縦対横のシュリンクレシオを１対１にするように制御したが、ＣＤのシュリンクレシオの制御方法はこれに限らない。例えば、ＣＤの縦のシュリンクレシオのみを制御してもよいし、ＣＤの横のシュリンクレシオのみを制御してもよい。
本発明に係るエッチング方法が実行される装置にてプラズマを発生させる手段としては、容量結合型プラズマ(ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）発生手段、ラジアルラインスロットアンテナから生成したマイクロ波プラズマやＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）発生手段、上記発生手段を用いたリモートプラズマ発生手段等を用いることができる。
本発明において処理を施される基板は、上記実施形態にて説明に使用した（半導体）ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
１０：チャンバ
１６：サセプタ（下部電極）
３４：上部電極
６６：処理ガス供給源
８９：第１の高周波電源
９０：第２の高周波電源
１００：制御部
１１０：窒化チタン（ＴｉＮ）膜
１１２：酸化シリコン膜
１１４：ポリシリコン膜
１１６：有機膜
１１８：反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）
２２４：第３の高周波電源

Claims (7)

  1. 基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、
    ハロゲン含有ガスと水素ガスと不活性ガスと酸素ガスとを含むトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、
    前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、
    前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、
    前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、
    前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法。
  2. 前記トリートメントガスは、二酸化炭素ガスを含む、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記トリートメントする時間は、５秒以上２０秒未満である、
    請求項１又は２に記載の方法。
  4. 基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、
    水素ガス及び不活性ガスからなるトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、
    前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、
    前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、
    前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、
    前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法。
  5. 基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、
    四フッ化炭素（ＣＦ４）ガス又はジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）ガスを含むトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、
    前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、
    前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、
    前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、
    前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法。
  6. 基板上に積層され、ポリシリコン膜を含むエッチング対象膜を前記エッチング対象膜上に形成されたマスクを介してエッチング処理する方法であって、
    水素ガス及び窒素ガスからなるトリートメントガスを供給し、該トリートメントガスからプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記マスクをトリートメントするステップと、
    前記エッチング対象膜を、前記マスクを介してエッチングするステップと、を含み、
    前記エッチングするステップは、前記ポリシリコン膜上に形成された反射防止層をＣＦ ４ 及びＣＨ ４ を含むガスから生成された第１のプラズマによりエッチングする第１段階と、
    前記ポリシリコン膜の一部をＣＦ ４ を含むガスから生成された第２のプラズマによりエッチングする第２段階と、を含み、
    前記第１段階では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ)値が減少し、前記第２段階では、ＣＤ値が増大する、方法。
  7. 前記エッチングするステップは、前記第２段階の後に前記ポリシリコン膜の残りの層をＨＢｒ、Ｈｅ及びＯ ２ を含むガスから生成されたプラズマによりエッチングする第３段階をさらに含む、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
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