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JP2016092102A - 有機膜をエッチングする方法 - Google Patents

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Akinori Kitamura
彰規 北村
幸佑 狩生
Kosuke Kariu
幸佑 狩生
俊久 小津
Toshihisa Ozu
俊久 小津
海雨 李
Hai Woo Lee
海雨 李
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Abstract

【課題】下地層に対するダメージを抑制しつつ有機膜をエッチングする。【解決手段】一実施形態の方法は、被処理体を収容したプラズマ処理装置の処理容器内において前記有機膜をエッチングする工程を含む。この工程では、処理容器内に水素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給し、処理ガスのプラズマを生成する。処理ガスの流量に占める水素ガスの流量の割合は、３５％以上、且つ、７５％以下の割合に設定される。また、被処理体にイオンを引き込むための高周波バイアス電力が５０Ｗ以上、且つ、１３５Ｗ以下の範囲の電力に設定される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、有機膜をエッチングする方法に関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置を用いて生成したプラズマに被処理体を晒して、被エッチング層をエッチングする処理が従来から用いられている。
被エッチング層としての一例として、例えば、特開２００１−３５８２１８号公報及び特開２００２−２５２２２２号公報に記載されているように有機膜が用いられることがある。これら文献に記載されたプラズマエッチングは、窒素ガス（Ｎ２ガス）及び水素ガス（Ｈ２ガス）を含む処理ガスのプラズマを生成し、バイアス電力によってイオンを被処理体に引き込むことにより、有機膜をエッチングしている。換言すると、当該プラズマエッチングは、有機膜に対するイオンによる物理的な衝撃を主に利用して、即ち、イオンによるスパッタリング効果を利用して、有機膜をエッチングしている。
特開２００１−３５８２１８ 特開２００２−２５２２２２号公報
ところで、有機膜のプラズマエッチングには当該有機膜の下地層に対するダメージを抑制することが求められることがある。しかしながら、上述した文献に記載されているプラズマエッチングでは、下地層に対するダメージを抑制することが困難である。
一態様では、有機膜をエッチングする方法が提供される。この方法は、（ａ）下地層、前記下地層上に設けられた有機膜、及び、前記有機膜を部分的に露出させるよう該有機膜上に設けられたレジストマスクを有する被処理体を準備する工程と、（ｂ）前記被処理体を収容したプラズマ処理装置の処理容器内において前記有機膜をエッチングする工程と、を含む。有機膜をエッチングする工程では、（ｂ１）処理容器内に水素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給し、（ｂ２）処理ガスのプラズマを生成する。処理ガスの流量に占める水素ガスの流量の割合は、３５％以上７５％以下の割合に設定される。また、有機膜をエッチングする工程において、被処理体にイオンを引き込むための高周波バイアス電力が５０Ｗ以上１３５Ｗ以下の範囲の電力に設定される。
一態様に係る方法では、処理ガス中の水素ガスの割合が３５％以上７５％以下の割合に設定されるので、有機膜を下地層に対して高い選択比でエッチングすることが可能である。また、有機膜を高いエッチングレートでエッチングすることが可能である。したがって、この方法によれば、下地層に対するダメージを抑制しつつ有機膜をエッチングすることが可能である。また、この方法では、比較的低い電力はあるものの被処理体にイオンを引き込むための高周波バイアス電力が利用されるので、有機膜の垂直方向へのエッチングを促進することが可能である。また、有機膜を高いエッチングレートでエッチングすることが可能である。さらに、当該高周波バイアス電力が比較的低い電力であるので、下地層に対する有機膜のエッチングの高い選択比を確保することができ、下地層に対するダメージを抑制しつつ有機膜をエッチングすることが可能である。
一実施形態の有機膜をエッチングする工程では、処理容器内の圧力が６．６６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以上、且つ、２６．６６Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）以下の圧力に設定される。かかる高圧環境下では、イオンのエネルギーが低くなる。したがって、下地層に対するダメージが更に抑制される。
一実施形態では、下地層は有機膜に接する金属層、例えば、窒化チタンを含む金属層を含んでいてもよい。或いは、下地層は、シリコン含有膜であってもよい。また、一実施形態では、被処理体は、互いに離間した複数の隆起領域を提供するベース領域を更に有し、該ベース領域の表面は、複数の隆起領域の表面、及び該複数の隆起領域の間の底面を含み、下地層はベース領域の表面上に形成されていてもよい。かかる被処理体の有機膜の全領域のうち、マスクから露出されている領域をエッチングによって除去するためには、隆起領域の頂部上で延在する下地層の一部が露出した後にも、隣接する隆起領域の間において有機膜をエッチングする必要がある。したがって、最初に露出した下地層の一部が活性種に長時間晒されることになる。しかしながら、上述した方法によれば、かかる被処理体の有機膜のエッチングにおいても、下地層のダメージを抑制することが可能である。
一実施形態では、プラズマは、処理容器内の空間に面し、且つ、被処理体を保持する載置台に対面する誘電体窓の表面を伝播する表面波によって生成され得る。表面波は例えば、ラジアルラインスロットアンテナから誘電体窓に伝播されるマイクロ波であってもよい。この実施形態によれば、ラジカルを主とする活性種によって有機膜をエッチングすることが可能であり、下地層に対するダメージを更に抑制することが可能となる。
一実施形態では、有機膜は、下地層に対して７４以上の選択比でエッチングされ得る。
以上説明したように、有機膜のエッチングにおいて下地層に対するダメージを抑制することが可能となる。
一実施形態に係る有機膜をエッチングする方法を示す流れ図である。 被処理体の一例を示す断面図である。 図１に示す方法の実施に利用可能なプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 アンテナの一例を示す平面図である。 工程ＳＴ２の実行の途中の一例の被処理体の状態を示す図である。 工程ＳＴ２の実行の終了時の一例の被処理体の状態を示す図である。 実験例１の実験結果を示すグラフである。 実験例２の実験結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る有機膜をエッチングする方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、被処理体の有機膜をエッチングする方法であり、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含んでいる。工程ＳＴ１では、被処理体が準備される。
図２は、被処理体の一例を示す断面図である。図２には、被処理体の一例であるウエハＷの断面が部分的に示されている。図２に示すように、ウエハＷは、下地層ＵＬ、有機膜ＯＬ、及びレジストマスクＲＭを有している。
下地層ＵＬは、有機膜ＯＬの下地を構成する層である。下地層ＵＬは、単層の膜、又は、多層膜から構成されている。一実施形態では、下地層ＵＬは、有機膜ＯＬに接する金属膜を含んでいてもよい。有機膜ＯＬに接する金属膜は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜である。また、有機膜ＯＬに接する金属膜は、ＴａＮ、ＳｉＧｅ、ＩＩＩＢ族のスカンジウム、イットリウム、ランタノイド、及びアクチノイド、並びに、ＩＩ族の材料、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ系の金属化合物から構成されていてもよい。或いは、下地層ＵＬは、有機膜ＯＬに接するシリコン含有膜を含んでいてもよい。
レジストマスクＲＭは、有機膜ＯＬ上に設けられている。レジストマスクＲＭは、有機膜ＯＬを部分的に覆うパターンを有している。かかるパターンを有するレジストマスクＲＭは、フォトリソグラフィ技術によって形成される。なお、後述するように、有機膜ＯＬは、レジストマスクＲＭのパターンを転写するようにエッチングされる。有機膜ＯＬとレジストマスクＲＭは、類似した有機材料から構成されているが、有機膜ＯＬのエッチングの終了までレジストマスクＲＭが残される必要がある。したがって、レジストマスクＲＭは、有機膜ＯＬの膜厚よりも大きな膜厚を有し得る。
一実施形態では、ウエハＷは、ベース領域ＢＲを更に有し得る。ベース領域ＢＲは、複数の隆起領域Ｒ１を含んでいる。これらの隆起領域Ｒ１は、互いに離間するよう配列されており、ベース領域ＢＲの表面を構成する当該ベース領域ＢＲの他の領域よりも隆起している。ベース領域ＢＲの表面、即ち、下地層ＵＬに接する当該ベース領域ＢＲの表面は、隆起領域Ｒ１の表面と、隣接する隆起領域Ｒ１の間の底面Ｒ２Ｓから構成されている。このように、ベース領域ＢＲの表面は、凹凸形状を有している。
一例では、ベース領域ＢＲは、隆起領域Ｒ１を提供するシリコン基板から構成され得る。また、ベース領域ＢＲは、隆起領域Ｒ１に加え、埋込み領域Ｒ２を更に有し得る。埋込み領域Ｒ２は、隆起領域Ｒ１の両側においてシリコン基板に形成された溝内に設けられている。埋込み領域Ｒ２は、例えば、酸化シリコンから構成され得る。当該埋込み領域Ｒ２の上面は、上述した底面Ｒ２Ｓを部分的に構成している。なお、このような一例のウエハＷからは、フィン型電界効果トランジスタが作成され得る。以下では、図２に示すウエハＷを例にとって、方法ＭＴを説明する。しかしながら、方法ＭＴは、下地層上に有機膜を有し、当該有機膜上にレジストマスクを有するものであれば、任意の被処理体に適用され得る。
再び図１を参照する。工程ＳＴ１では、ウエハＷが準備され、当該ウエハＷが、有機膜ＯＬのエッチングのために、プラズマ処理装置の処理容器内に搬送される。図３は、図１に示す方法の実施に利用可能なプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１０は、ウエハＷを保持する載置台に対面する誘電体窓の表面を伝播する表面波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置の一例であり、表面波として、ラジアルラインスロットアンテナから誘電体窓に伝播されるマイクロ波によりプラズマを生成する装置である。
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、ウエハＷを収容するための処理空間Ｓを提供している。処理容器１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂ、及び、天部１２ｃを含み得る。
側壁１２ａは、鉛直方向に延在する略円筒形状を有している。側壁１２ａの中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線Ｚと略一致している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天部１２ｃとの間に挟持されている。この誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材ＳＬ１が介在していてもよい。封止部材ＳＬ１は、例えばＯリングであり、処理容器１２の密閉に寄与する。
プラズマ処理装置１０は、載置台２０を更に備えている。載置台２０は、処理容器１２内に設けられている。この載置台２０の上方には、上述の誘電体窓１８が配置されている。載置台２０は、プレート２２、及び、静電チャック２４を含んでいる。
プレート２２は、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。プレート２２は、筒状の支持部ＳＰ１によって支持されている。支持部ＳＰ１は、底部１２ｂから垂直上方に延びている。プレート２２は、下部電極を兼ねている。プレート２２は、マッチングユニットＭＵ及び給電棒ＰＦＲを介して、高周波バイアス電力を発生する高周波電源ＲＦＧに電気的に接続されている。高周波電源ＲＦＧは、ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電力を出力する。マッチングユニットＭＵは、高周波電源ＲＦＧ側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中には、自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
プレート２２の上面には、静電チャック２４が設けられている。静電チャック２４は、ベースプレート２４ａ及びチャック部２４ｂを含んでいる。ベースプレート２４ａは、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。ベースプレート２４ａは、プレート２２上に設けられている。ベースプレート２４ａの上面にはチャック部２４ｂが設けられている。
チャック部２４ｂの上面は、ウエハＷを載置するための載置領域ＭＲとして構成されている。この載置領域ＭＲの中心は、軸線Ｚ上に位置している。この載置領域ＭＲと誘電体窓１８の処理空間側の表面との間の距離は、例えば、２４５ｍｍである。チャック部２４ｂは、ウエハＷを静電吸着力で保持する。チャック部２４ｂは、誘電体膜の間に挟まれた電極膜を含んでいる。チャック部２４ｂの電極膜には、直流電源ＤＳＣがスイッチＳＷ及び被覆線ＣＬを介して電気的に接続されている。チャック部２４ｂは、直流電源ＤＳＣから印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面にウエハＷを吸着保持することができる。このチャック部２４ｂの径方向外側には、ウエハＷのエッジを囲むフォーカスリングＦＲが設けられている。
また、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構を備え得る。温度制御機構の一部として、ベースプレート２４ａの内部には、冷媒室２４ｇが設けられている。冷媒室２４ｇには、チラーユニットから配管ＰＰ１を介して冷媒が供給される。冷媒室２４ｇに供給された冷媒は、配管ＰＰ３を介してチラーユニットに戻されるようになっている。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスが、供給管ＰＰ２を介してチャック部２４ｂの上面とウエハＷの裏面との間に供給されるようになっている。
また、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構の一部として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及び、ＨＥを更に備え得る。ヒータＨＴは、天部１２ｃ内に設けられている。また、ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられている。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内に設けられている。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内において、上述した載置領域ＭＲの中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥは、ベースプレート２４ａ内に設けられており、ヒータＨＣを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥは、上述した載置領域ＭＲの外縁部分の下方に設けられている。
また、載置台２０の周囲、即ち、載置台２０と処理容器１２の側壁１２ａとの間には、環状の排気路ＶＬが設けられている。排気路ＶＬの軸線Ｚ方向における中間には、複数の貫通孔が形成された環状のバッフル板２６が設けられている。排気路ＶＬは、排気口２８ｈを提供する排気管２８に接続している。排気管２８は、処理容器１２の底部１２ｂに取り付けられている。排気管２８には、排気装置３０が接続されている。排気装置３０は、圧力調整器、及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。この排気装置３０により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置３０を動作させることにより、載置台２０の外周から排気路ＶＬを介してガスを排気することができる。
一実施形態では、プラズマ処理装置１０は、アンテナ４４、及び、マイクロ波発生器３２を更に備えている。また、プラズマ処理装置１０は、同軸導波管１６、チューナ３４、導波管３６、モード変換器３８、誘電体板４２、及び冷却ジャケット４０を更に備え得る。
マイクロ波発生器３２は、アンテナ４４に供給されるマイクロ波、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器３２は、チューナ３４、導波管３６、及びモード変換器３８を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、鉛直方向に延在しており、その中心軸線は軸線Ｚに略一致している。
同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂは、軸線Ｚを中心軸線として共有する円筒形状を有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット４０の上部に電気的に接続され得る。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側において、当該外側導体１６ａと同軸に設けられている。内側導体１６ｂの下端は、アンテナ４４に接続している。
一実施形態においては、アンテナ４４は、ラジアルラインスロットアンテナである。アンテナ４４は、天部１２ｃに形成された開口内に配置されており、誘電体窓１８の上面の上に設けられている。
アンテナ４４上には、誘電体板４２が設けられている。誘電体板４２は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円盤形状を有している。誘電体板４２は、例えば、石英又はアルミナから構成される。誘電体板４２は、アンテナ４４と冷却ジャケット４０の下面の間に挟持されている。
図４は、アンテナの一例を示す平面図である。アンテナ４４は、薄板状であって、円盤状である。アンテナ４４の中心ＣＳは、軸線Ｚ上に位置している。アンテナ４４には、複数のスロット対４４ｐが設けられている。複数のスロット対４４ｐの各々は、板厚方向に貫通する二つのスロット孔４４ａ，４４ｂを含んでいる。スロット孔４４ａ，４４ｂそれぞれの平面形状は、長孔形状である。各スロット対４４ｐにおいて、スロット孔４４ａの長軸が延びる方向と、スロット孔４４ｂの長軸が延びる方向は、互いに交差又は直交している。図４に示す例では、複数のスロット対４４ｐは、軸線Ｚを中心とする仮想円ＶＣの内側に設けられた内側スロット対群ＩＳＰと仮想円ＶＣの外側に設けられた外側スロット対群ＯＳＰとに大別されている。なお、図４に示すアンテナ４４では、内側スロット対群ＩＳＰが７個のスロット対４４ｐを有し、外側スロット対群ＯＳＰが２８個のスロット対４４ｐを有しているが、内側スロット対群ＩＳＰのスロット対の個数、及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット対の個数はこれに限定されるものではない。例えば、内側スロット対群ＩＳＰが７個のスロット対４４ｐを有し、外側スロット対群ＯＳＰが１４個といった個数のスロット対４４ｐを有していてもよい。
再び図３を参照する。プラズマ処理装置１０では、マイクロ波発生器３２からのＴＥモードのマイクロ波が導波管３６を介してモード変換器３８に伝搬する。モード変換器３８はマイクロ波のモードをＴＥモードからＴＥＭモードに変換する。ＴＥＭモードのマイクロ波は、同軸導波管１６及び誘電体板４２を経由して、スロット孔４４ａ及び４４ｂから誘電体窓１８に伝播される。
このプラズマ処理装置１０は、中央供給部５０及び周辺供給部５２を更に備えている。
中央供給部５０は、導管５０ａ、インジェクタ５０ｂ、及び中央導入口１８ｉを含んでいる。導管５０ａは、同軸導波管１６の内側導体１６ｂの内孔に通されている。また、導管５０ａの端部は、誘電体窓１８が軸線Ｚに沿って画成する空間内まで延在している。この空間内且つ導管５０ａの端部の下方には、インジェクタ５０ｂが収容されている。インジェクタ５０ｂには、軸線Ｚ方向に延びる複数の貫通孔が設けられている。また、誘電体窓１８は、中央導入口１８ｉを画成している。中央導入口１８ｉは、インジェクタ５０ｂが収容された空間の下方に連続し、且つ軸線Ｚに沿って延びている。かかる構成の中央供給部５０は、導管５０ａを介してインジェクタ５０ｂにガスを供給し、インジェクタ５０ｂから中央導入口１８ｉを介してガスを噴射する。このように、中央供給部５０は、軸線Ｚに沿って誘電体窓１８の直下にガスを噴射する。即ち、中央供給部５０は、電子温度が高いプラズマ生成領域にガスを導入する。この中央供給部５０は、主として、ウエハＷの中心領域に向けたガスの流れを形成する。
周辺供給部５２は、複数の周辺導入口５２ｉを提供している。複数の周辺導入口５２ｉは、主としてウエハＷのエッジ領域にガスを供給する。複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域、又は、載置領域ＭＲの縁部に向けて開口している。複数の周辺導入口５２ｉは、中央供給部５０よりも下方、且つ、載置台２０の上方において周方向に沿って配列されている。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、誘電体窓１８の直下よりも電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）において軸線Ｚを中心として環状に配列されている。この周辺供給部５２は、電子温度の低い領域からウエハＷに向けてガスを供給する。したがって、周辺供給部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの解離度は、中央供給部５０から処理空間Ｓに供給されるガスの解離度よりも抑制される。
一実施形態では、周辺供給部５２は、環状の管５２ｐを有している。この管５２ｐには、複数の周辺導入口５２ｉが形成されている。環状の管５２ｐは、例えば、石英から構成され得る。一実施形態では、環状の管５２ｐは、側壁１２ａの内壁面に沿って設けられている。
中央供給部５０には、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１を介して第１のガスソース群ＧＳＧ１が接続されている。また、周辺供給部５２には、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２を介して第２のガスソース群ＧＳＧ２が接続されている。
第１のガスソース群ＧＳＧ１は、複数のガスソースを有している。第１のガスソース群ＧＳＧ１の複数のガスソースは、水素ガス（Ｈ２ガス）のソース及び窒素ガス（Ｎ２ガス）のソースを含んでいる。第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１は、複数の流量制御ユニットを有している。各流量制御ユニットは、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。第１のガスソース群ＧＳＧ１の複数のガスソースはそれぞれ、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１の複数の流量制御ユニットのうち対応の流量制御ユニットを介して中央供給部５０に接続されている。
また、第２のガスソース群ＧＳＧ２は、複数のガスソースを有している。第２のガスソース群ＧＳＧ２の複数のガスソースは、水素ガス（Ｈ２ガス）のソース及び窒素ガス（Ｎ２ガス）のソースを含んでいる。第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２は、複数の流量制御ユニットを有している。各流量制御ユニットは、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。第２のガスソース群ＧＳＧ２の複数のガスソースはそれぞれ、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２の複数の流量制御ユニットのうち対応の流量制御ユニットを介して周辺供給部５２に接続されている。
なお、プラズマ処理装置１０は、二つのガスソース群、及び二つの流量制御ユニット群、即ち、第１のガスソース群ＧＳＧ１、第２のガスソース群ＧＳＧ２、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１、及び第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２に代えて、単一のガスソース群及び単一の流量制御ユニット群を有していてもよく、当該単一のガスソース群からのガスをフロースプリッターによって中央供給部５０及び周辺供給部５２に分配するように構成されていてもよい。
また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備えている。制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部Ｃｎｔは、レシピに基づくプログラムに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。
このプラズマ処理装置１０では、中央供給部５０及び周辺供給部５２から処理容器１２内に処理ガスが供給される。また、上述したように誘電体窓１８にマイクロ波が伝播し、当該誘電体窓１８の処理空間Ｓ側の表面に当該マイクロ波が伝播する。これにより、誘電体窓１８の直下において処理ガスが励起され、高密度のプラズマが当該誘電体窓１８の直下において生成される。このように生成されたプラズマ中の水素ラジカル及び窒素ラジカルは、中央供給部５０及び周辺供給部５２によって吐出されるガスの流れ、及び排気の流れに沿って、誘電体窓１８から下方に離れて配置されたウエハＷに向かって移動する。即ち、ウエハＷに向かって、略鉛直下方に向かう水素ラジカル及び窒素ラジカルの流れが形成される。これにより、ラジカルを主体とする活性種がウエハＷに対して供給される。また、プラズマ中の水素イオン及び窒素イオンは、これらイオンの量がウエハＷに対して供給されるラジカルの量よりも少ないものの、載置台２０の下部電極に供給される高周波バイアス電力によって鉛直下方に進みウエハＷに引きつけられる。このようにウエハＷに対して供給される活性種により、ウエハＷの有機膜ＯＬのエッチングが、行われる。
以下、再び図１を参照し、方法ＭＴの実施にプラズマ処理装置１０が用いられる態様を例にとって、当該方法ＭＴをより詳細に説明する。上述したように、工程ＳＴ１では、ウエハＷが、プラズマ処理装置１０の処理容器１２内に収容され、次いで、載置台２０上に載置されて、保持される。
続く工程ＳＴ２では、有機膜ＯＬのエッチングが実行される。この工程ＳＴ２では、処理容器１２内に、水素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスが供給される。処理ガスは、中央供給部５０及び周辺供給部５２の双方又は一方から供給され得る。また、排気装置３０によって、処理容器１２内の空間が減圧される。そして、誘電体窓１８の表面を伝播するマイクロ波によって処理ガスのプラズマが生成される。
工程ＳＴ２では、処理容器１２内に供給される処理ガスの流量に示す水素ガスの流量の割合が、３５％以上７５％以下に設定される。これにより、有機膜ＯＬを下地層ＵＬに対して高い選択比でエッチングすることが可能である。また、有機膜ＯＬを高いエッチングレートでエッチングすることが可能である。したがって、下地層ＵＬに対するダメージを抑制しつつ、即ち、下地層ＵＬの削れを抑制しつつ、有機膜ＯＬをエッチングすることが可能となる。
また、工程ＳＴ２では、高周波電源ＲＦＧから載置台２０の下部電極に供給される高周波バイアス電力が５０Ｗ以上１３５Ｗ以下の範囲の電力に設定される。即ち、比較的低い電力はあるもののウエハＷにイオンを引き込むための高周波バイアス電力が載置台２０に供給される。したがって、有機膜ＯＬの垂直方向へのエッチングを促進することが可能である。また、有機膜ＯＬを高いエッチングレートでエッチングすることが可能である。さらに、当該高周波バイアス電力が比較的低い電力であるので、下地層ＵＬに対する有機膜ＯＬのエッチングの高い選択比を確保することができ、下地層ＵＬに対するダメージを抑制しつつ有機膜ＯＬをエッチングすることが可能である。なお、工程ＳＴ２において利用される高周波バイアス電力は、０Ｗより大きく５０Ｗよりも小さい電力であってもよい。
また、一実施形態の工程ＳＴ２では、処理容器１２内の圧力が６．６６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以上、且つ、２６．６６Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）以下の圧力に設定される。即ち、処理容器１２内の圧力は高圧に設定される。かかる高圧環境下では、イオンのエネルギーが低くなる。したがって、下地層ＵＬに対するダメージが更に抑制される。このような、処理ガスの流量の設定、処理容器１２内の圧力の設定、及び、高周波バイアス電力の設定は制御部Ｃｎｔによる第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１及び第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２の制御、排気装置３０の制御、並びに、高周波電源ＲＦＧの制御によって実現され得る。この制御部Ｃｎｔは、工程ＳＴ２の実行のため、マイクロ波発生器３２、ヒータ等のプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。
図５及び図６は、工程ＳＴ２の実行の途中及び終了時それぞれのウエハＷの状態を示す図である。工程ＳＴ２の実行では、レジストマスクＲＭによって覆われていない領域において有機膜ＯＬがエッチングされる。図５に示すように、工程ＳＴ２の実行時間の経過につれて、下地層ＵＬの全領域のうち、隆起領域Ｒ１の頂部上で延在する部分ＵＰから順に当該下地層ＵＬが露出する。この工程ＳＴ２のエッチングは、図６に示すように、レジストマスクＲＭによって覆われていない部分において有機膜ＯＬを略完全に除去するまで、実行される。したがって、図２に示したウエハＷの有機膜ＯＬのエッチングでは、下地層ＵＬの全領域のうち、隆起領域Ｒ１の頂部上で延在する部分ＵＰが最も長時間、処理ガスに由来する活性種に晒されることになる。しかしながら、方法ＭＴでは、下地層ＵＬに対して有機膜ＯＬを選択的にエッチングする条件が選択されているので、下地層ＵＬのダメージ、即ち、有機膜ＯＬのエッチングによる下地層ＵＬの削れを抑制することができる。なお、下地層ＵＬに対する有機膜ＯＬのエッチングの選択比は、７４以上であり得る。
また、上述したように、方法ＭＴでは、比較的低い電力であるものの高周波バイアス電力が下部電極に供給され、且つ、上述したようなラジカルの流れが形成されるので、図６に示すように、有機膜ＯＬを略垂直にエッチングすることが可能となる。
以下、方法ＭＴに関する実験例について説明が、以下に説明する実験例は本発明を限定するものではない。
（実験例１）
実験例１では、プラズマ処理装置１０を用いて、以下に示す条件の工程ＳＴ２を図２に示したウエハに適用した。なお、実験例１では、窒素ガス（Ｎ２ガス）及び水素ガス（Ｈ２ガス）を含む処理ガスの流量に占める水素ガスの流量の割合（％）を種々に変更した。
＜工程ＳＴ２の条件＞
・処理容器内圧力：５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）
・マイクロ波電力：２０００Ｗ
・高周波バイアス電力：１５０Ｗ
そして、部分ＵＰから下方の有機膜ＯＬの厚さＴ（図２参照）を、部分ＵＰが露出した時点から有機膜ＯＬが完全にエッチングされた時点までの時間長で除することにより、有機膜ＯＬのエッチングレートを求めた。また、当該時間長の期間において部分ＵＰが鉛直方向に削られた量（ｎｍ）で厚さＴを除することにより、下地層ＵＬに対する有機膜ＯＬのエッチングの選択比を求めた。図７の（ａ）には実験例１で求めた選択比を示すグラフが図示されており、図７の（ｂ）には実験例１で求めたエッチングレートを示すグラフが図示されている。図７の（ａ）及び図７の（ｂ）のグラフの横軸は、処理ガスの流量に占める水素ガスの流量の割合を示している。図７の（ａ）のグラフの縦軸は選択比を示しており、図７の（ｂ）のグラフの縦軸はエッチングレートを示している。
図７の（ａ）に示す点線は、７４の選択比を示すラインであるが、図７の（ａ）のグラフから、７４以上の選択比は、水素ガスの流量の割合が５０％、７５％である場合に得られることが確認される。また、図７の（ｂ）に示すように、水素ガスの流量の割合が３５％以上７５％以下の範囲にある場合に、有機膜ＯＬのエッチングレートとして、１３０ｎｍ／ｍｉｎ以上の高いエッチングレートが得られることが確認される。なお、水素ガスの流量の割合が３５％である場合のエッチングレートは、水素ガスの流量の割合が５０％、７５％である場合のエッチングレートと同様であることから、水素ガスの流量の割合が３５％である場合にも、水素ガスの流量の割合が５０％、７５％である場合の選択比と同様の選択比が得られるものと考えられる。したがって、処理ガスの流量に占める水素ガスの流量の割合が、３５％以上７５％以下である場合に、下地層ＵＬに対して有機膜ＯＬを高い選択比でエッチングすることが可能であり、且つ、有機膜ＯＬを高いエッチングレートでエッチングすることが可能であることが確認された。
（実験例２）
実験例２では、プラズマ処理装置１０を用いて、以下に示す条件の工程ＳＴ２を図２に示したウエハに適用した。なお、実験例２では、高周波バイアス電力を種々に変更した。
＜工程ＳＴ２の条件＞
・処理容器内圧力：５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）
・マイクロ波電力：２０００Ｗ
・窒素ガス流量：３００ｓｃｃｍ
・水素ガス流量：２５ｓｃｃｍ
そして、実験例１と同様に、有機膜ＯＬのエッチングレート、及び、下地層ＵＬに対する有機膜ＯＬのエッチングの選択比を求めた。図８の（ａ）には実験例２で求めた選択比を示すグラフが図示されており、図８の（ｂ）には実験例２で求めたエッチングレートを示すグラフが図示されている。図８の（ａ）及び図８の（ｂ）のグラフの横軸は、高周波バイアス電力を示している。図８の（ａ）のグラフの縦軸は選択比を示しており、図８の（ｂ）のグラフの縦軸はエッチングレートを示している。
図８の（ｂ）のグラフから、５０Ｗ以上且つ１５０Ｗ以下の範囲では、高周波バイアス電力の大きさに応じて有機膜ＯＬのエッチングレートが略線形的に増加することが確認される。したがって、５０Ｗ以上且つ１５０Ｗ以下の範囲では、選択比は高周波電力の大きさに応じて略線形的に減少するものと考えられる。この観点から図８の（ａ）に示すグラフを参照すると、７４の選択比（図８の（ａ）のグラフ中の水平方向の点線を参照）は、高周波バイアス電力が５０Ｗ以上、且つ、１３５Ｗ（図８の（ａ）のグラフ中の垂直方向の点線を参照）以下である場合に得られることが確認される。したがって、５０Ｗ以上１３５Ｗ以下の高周波バイアス電力を用いることにより、下地層ＵＬに対して有機膜ＯＬを高い選択比でエッチングすることが可能であることが確認された。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法ＭＴの実施にプラズマ処理装置１０が用いられる例を説明してきたが、方法ＭＴの実施には、容量結合型のプラズマ処理装置、誘導結合型のプラズマ処理装置といった任意のタイプのプラズマ処理装置が用いられてもよい。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１８…誘電体窓、２０…載置台、３０…排気装置、３２…マイクロ波発生器、４４…アンテナ、ＲＦＧ…高周波電源、５０…中央供給部、５２…周辺供給部、Ｗ…ウエハ、ＢＲ…ベース領域、ＯＬ…有機膜、Ｒ１…隆起領域、ＲＭ…レジストマスク、ＵＬ…下地層。

Claims (9)

  1. 有機膜をエッチングする方法であって、
    下地層、前記下地層上に設けられた有機膜、及び、前記有機膜を部分的に露出させるよう該有機膜上に設けられたレジストマスクを有する被処理体を準備する工程と、
    前記被処理体を収容したプラズマ処理装置の処理容器内において前記有機膜をエッチングする工程と、
    を含み、
    前記有機膜をエッチングする工程では、
    前記処理容器内に水素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給し、
    前記処理ガスのプラズマを生成し、
    前記処理ガスの流量に占める前記水素ガスの流量の割合が、３５％以上７５％以下の割合に設定され、
    前記有機膜をエッチングする工程において、前記被処理体にイオンを引き込むための高周波バイアス電力が５０Ｗ以上、且つ、１３５Ｗ以下の範囲の電力に設定される、
    方法。
  2. 前記有機膜をエッチングする工程において、前記処理容器内の圧力が６．６６６Ｐａ以上、且つ、２６．６６Ｐａ以下の圧力に設定される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記下地層は前記有機膜に接する金属膜を含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記金属膜は窒化チタンを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記下地層は前記有機膜に接するシリコン含有膜を含む、請求項１又は２に記載の方法。
  6. 前記被処理体は、互いに離間した複数の隆起領域を提供するベース領域を更に有し、該ベース領域の表面は、前記複数の隆起領域の表面、及び該複数の隆起領域の間の底面を含み、
    前記下地層は、前記ベース領域の前記表面上に形成されている、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記プラズマは、前記処理容器内の空間に面し、且つ、前記被処理体を保持する載置台に対面する誘電体窓の表面を伝播する表面波によって生成される、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記プラズマは、前記処理容器内の空間に面し、且つ、前記被処理体を保持する載置台に対面する誘電体窓の表面を伝播するマイクロ波によって生成され、該マイクロ波はラジアルラインスロットアンテナから前記誘電体窓に伝播される、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記有機膜は、前記下地層に対して７４以上の選択比でエッチングされる、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
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