JP3445584B2 - 反射防止膜のエッチング方法 - Google Patents
反射防止膜のエッチング方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
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- H01L21/3105—After-treatment
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて半導体集積回路のためのエッチングマス
クを形成する方法に関し、特に、エッチングマスクのた
めのパターン露光時における反射光を防止すべくエッチ
ングマスク材料下に形成される反射防止膜を適正に除去
するエッチング方法に関する。
ィ技術を用いて半導体集積回路のためのエッチングマス
クを形成する方法に関し、特に、エッチングマスクのた
めのパターン露光時における反射光を防止すべくエッチ
ングマスク材料下に形成される反射防止膜を適正に除去
するエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の製造には、フォトリソ
グラフィ技術が利用されている。このフォトリソグラフ
ィ技術によれば、半導体基板上の例えば金属層のような
被加工層上に、フォトレジスト材料からなるレジスト層
が形成される。このレジスト層は、選択的な露光および
その後の現像処理を受けることにより、不要部分が除去
され、これにより所望の転写パターンを有するレジスト
マスクが形成される。このレジストマスクをエッチング
マスクとして、被加工層が選択的なエッチングを受ける
ことにより、前記金属層の残存部分でもって、前記した
所望のパターンに対応した配線が形成される。
グラフィ技術が利用されている。このフォトリソグラフ
ィ技術によれば、半導体基板上の例えば金属層のような
被加工層上に、フォトレジスト材料からなるレジスト層
が形成される。このレジスト層は、選択的な露光および
その後の現像処理を受けることにより、不要部分が除去
され、これにより所望の転写パターンを有するレジスト
マスクが形成される。このレジストマスクをエッチング
マスクとして、被加工層が選択的なエッチングを受ける
ことにより、前記金属層の残存部分でもって、前記した
所望のパターンに対応した配線が形成される。
【０００３】ところで、前記した集積回路の高密度化に
伴い、前記フォトレジストの露光に際し該フォトレジス
ト下の被加工層からの反射光による解像度の低下が大き
な問題となる。そこで、前記フォトレジストの露光に際
し前記被加工層からの反射光を防止するために、該被加
工層と前記フォトレジストとの間に、フォトレジストの
露光のための光を吸収する反射防止膜（Bottom Antiref
lective Coating：ＢＡＲＣ）が配置され、これによ
り、反射光による解像度の低下が防止されている。
伴い、前記フォトレジストの露光に際し該フォトレジス
ト下の被加工層からの反射光による解像度の低下が大き
な問題となる。そこで、前記フォトレジストの露光に際
し前記被加工層からの反射光を防止するために、該被加
工層と前記フォトレジストとの間に、フォトレジストの
露光のための光を吸収する反射防止膜（Bottom Antiref
lective Coating：ＢＡＲＣ）が配置され、これによ
り、反射光による解像度の低下が防止されている。
【０００４】しかしながら、被加工層を覆う前記したよ
うな反射防止膜は、前記フォトレジストの露光および現
像後、これをエッチングマスクとして前記被加工膜にエ
ッチング処理を施すとき、前記エッチングマスクに損傷
を与えることなく、この反射防止膜を除去する必要があ
るが、前記反射防止膜は前記エッチングマスクと同様な
有機系材料で構成されていることから、前記エッチング
マスクに実質的な変形を与えることなく反射防止膜の前
記エッチングマスクから露出する部分を確実に除去する
ことは容易ではない。
うな反射防止膜は、前記フォトレジストの露光および現
像後、これをエッチングマスクとして前記被加工膜にエ
ッチング処理を施すとき、前記エッチングマスクに損傷
を与えることなく、この反射防止膜を除去する必要があ
るが、前記反射防止膜は前記エッチングマスクと同様な
有機系材料で構成されていることから、前記エッチング
マスクに実質的な変形を与えることなく反射防止膜の前
記エッチングマスクから露出する部分を確実に除去する
ことは容易ではない。
【０００５】特開平１０−１９９８６８号公報は、プラ
ズマエッチング装置を用いたエッチング方法を開示す
る。前記公報に記載の従来技術によれば、エッチングガ
スとして酸素、臭化水素、二酸化炭素およびアルゴンか
ら成る混合ガスを用いる第１のエッチング工程と、エッ
チングガスとして主エッチング工程で用いたと同様の混
合ガスを用いるが、プラズマエッチング装置の運転条件
を変える第２のエッチング工程とが必要となる。
ズマエッチング装置を用いたエッチング方法を開示す
る。前記公報に記載の従来技術によれば、エッチングガ
スとして酸素、臭化水素、二酸化炭素およびアルゴンか
ら成る混合ガスを用いる第１のエッチング工程と、エッ
チングガスとして主エッチング工程で用いたと同様の混
合ガスを用いるが、プラズマエッチング装置の運転条件
を変える第２のエッチング工程とが必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そのため、前記した従
来技術にでは、プラズマエッチング装置の運転条件を切
り替える必要がある。そこで、本発明の目的は、プラズ
マエッチング装置の運転条件を切り替えることなく、し
かもエッチングマスクとなるフォトレジストに実質的な
変形を与えることなく該フォトレジストから露出する反
射防止膜の不要部分を好適に除去し得る新規なエッチン
グ方法を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、プラズマエッチング装置の運転条件を選択すること
により、所望のエッチング特性で前記反射防止膜の不要
部分を除去し得るエッチング方法を提供することにあ
る。
来技術にでは、プラズマエッチング装置の運転条件を切
り替える必要がある。そこで、本発明の目的は、プラズ
マエッチング装置の運転条件を切り替えることなく、し
かもエッチングマスクとなるフォトレジストに実質的な
変形を与えることなく該フォトレジストから露出する反
射防止膜の不要部分を好適に除去し得る新規なエッチン
グ方法を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、プラズマエッチング装置の運転条件を選択すること
により、所望のエッチング特性で前記反射防止膜の不要
部分を除去し得るエッチング方法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記した目的
を達成するために、次の構成を採用する。 〈構成〉 本発明は、半導体基板上の被加工膜に選択的なエッチン
グ処理を施すための所望形状を与えられたフォトレジス
ト材料からなるエッチングマスク下にあって該エッチン
グマスクの形成のために前記フォトレジスト材料が前記
被加工膜上で選択的に露光を受けるときに前記被加工膜
からの反射を防止すべく該被加工膜と前記フォトレジス
ト材料との間に配置される反射防止膜の前記エッチング
マスクから露出する部分をエッチングガスの供給される
プラズマエッチング装置を用いて除去するエッチング方
法であって、前記エッチングガスに前記エッチングマス
クに対する異方性エッチング特性を与えるべく前記半導
体基板に所定の高周波電圧を印加すること、前記エッチ
ングガスとして酸素及び窒素にエチルアルコールを添加
して成る混合ガスを用いると共に、該エッチングガスの
前記エッチングマスクに対する等方性エッチング特性を
抑制するために前記高周波電圧に対応させて前記混合ガ
ス中の前記エチルアルコールの添加比率を設定するこ
と、を特徴とする。
を達成するために、次の構成を採用する。 〈構成〉 本発明は、半導体基板上の被加工膜に選択的なエッチン
グ処理を施すための所望形状を与えられたフォトレジス
ト材料からなるエッチングマスク下にあって該エッチン
グマスクの形成のために前記フォトレジスト材料が前記
被加工膜上で選択的に露光を受けるときに前記被加工膜
からの反射を防止すべく該被加工膜と前記フォトレジス
ト材料との間に配置される反射防止膜の前記エッチング
マスクから露出する部分をエッチングガスの供給される
プラズマエッチング装置を用いて除去するエッチング方
法であって、前記エッチングガスに前記エッチングマス
クに対する異方性エッチング特性を与えるべく前記半導
体基板に所定の高周波電圧を印加すること、前記エッチ
ングガスとして酸素及び窒素にエチルアルコールを添加
して成る混合ガスを用いると共に、該エッチングガスの
前記エッチングマスクに対する等方性エッチング特性を
抑制するために前記高周波電圧に対応させて前記混合ガ
ス中の前記エチルアルコールの添加比率を設定するこ
と、を特徴とする。
【０００８】本発明に係る前記方法は、反射防止膜上に
あるフォトレジスト材料から成るエッチングマスク下の
反射防止膜の不要部分を除去するために、従来における
と同様なプラズマエッチング装置を利用する。このプラ
ズマエッチング装置では、エッチングガスとして、エチ
ルアルコール、酸素および窒素から成る混合ガスが用い
られる。
あるフォトレジスト材料から成るエッチングマスク下の
反射防止膜の不要部分を除去するために、従来における
と同様なプラズマエッチング装置を利用する。このプラ
ズマエッチング装置では、エッチングガスとして、エチ
ルアルコール、酸素および窒素から成る混合ガスが用い
られる。
【０００９】前記エッチング装置を用いたエッチング処
理で、前記した混合ガスからなるエッチングガスの前記
エッチングマスクに対する等方性エッチング特性を示さ
ないエチルアルコール添加比率が求められる。理論上
は、この添加比率で供給されるエチルアルコールを含む
前記混合ガスをエッチングガスとして前記したエッチン
グ処理を施すことにより、前記エッチング特性に方向性
が見られないエッチング、すなわち等方性エッチングレ
ートが零のエッチングにより、前記反射防止膜の前記エ
ッチングマスクから露出する部分を除去することがで
き、このとき、前記エッチングマスクの横方向のエッチ
ング、すなわちサイドエッチングが防止されることか
ら、前記エッチングマスクの横方向における変形を最小
限に抑制することができる。
理で、前記した混合ガスからなるエッチングガスの前記
エッチングマスクに対する等方性エッチング特性を示さ
ないエチルアルコール添加比率が求められる。理論上
は、この添加比率で供給されるエチルアルコールを含む
前記混合ガスをエッチングガスとして前記したエッチン
グ処理を施すことにより、前記エッチング特性に方向性
が見られないエッチング、すなわち等方性エッチングレ
ートが零のエッチングにより、前記反射防止膜の前記エ
ッチングマスクから露出する部分を除去することがで
き、このとき、前記エッチングマスクの横方向のエッチ
ング、すなわちサイドエッチングが防止されることか
ら、前記エッチングマスクの横方向における変形を最小
限に抑制することができる。
【００１０】しかしながら、本願発明者の実験によれ
ば、前記エッチングマスクに対する等方性エッチング特
性を示さないエチルアルコール添加比率、すなわち、等
方性エッチングレートが零になるエチルアルコール添加
比率よりも僅かに大きな添加比率で、前記エッチングマ
スクの横方向への変形が最小となる最適なエッチング効
果が見られた。
ば、前記エッチングマスクに対する等方性エッチング特
性を示さないエチルアルコール添加比率、すなわち、等
方性エッチングレートが零になるエチルアルコール添加
比率よりも僅かに大きな添加比率で、前記エッチングマ
スクの横方向への変形が最小となる最適なエッチング効
果が見られた。
【００１１】一例では、前記エッチングマスクに対する
等方性エッチングレートが零になるエチルアルコール添
加比率よりも５％大きな添加比率で供給されるエチルア
ルコールを含む前記混合ガスが用いられた。このエチル
アルコールの添加比率は、前記等方性エッチングレート
に零を与える前記エチルアルコール添加比率を基に、適
宜選択することができる。
等方性エッチングレートが零になるエチルアルコール添
加比率よりも５％大きな添加比率で供給されるエチルア
ルコールを含む前記混合ガスが用いられた。このエチル
アルコールの添加比率は、前記等方性エッチングレート
に零を与える前記エチルアルコール添加比率を基に、適
宜選択することができる。
【００１２】前記エッチングマスクに対する等方性エッ
チングレートに零を与えるエチルアルコール添加比率
は、前記プラズマエッチング装置の高周波電源電圧を０
にした運転条件で、前記エッチングマスクのエッチング
レートが０となるときのエチルアルコール添加比率が採
用される。ここでエッチングレートが負であることは、
後述するように、エッチングマスクにポリマーが堆積す
ることを意味し、従って、この現象を積極的に利用する
ことにより、すなわち前記したエチルアルコール添加比
率を前記した等方性エッチング特性を示さない前記添加
比率に基づき、この添加比率を適宜変更することによ
り、エッチングマスクを積極的に増大させることも可能
になる。
チングレートに零を与えるエチルアルコール添加比率
は、前記プラズマエッチング装置の高周波電源電圧を０
にした運転条件で、前記エッチングマスクのエッチング
レートが０となるときのエチルアルコール添加比率が採
用される。ここでエッチングレートが負であることは、
後述するように、エッチングマスクにポリマーが堆積す
ることを意味し、従って、この現象を積極的に利用する
ことにより、すなわち前記したエチルアルコール添加比
率を前記した等方性エッチング特性を示さない前記添加
比率に基づき、この添加比率を適宜変更することによ
り、エッチングマスクを積極的に増大させることも可能
になる。
【００１３】前記フォトレジスト材料および前記反射防
止膜は、有機系材料で構成することができ、前記被加工
膜は、タングステンのような金属材料、シリコン材料あ
るいはそれらの化合物からなるシリサイドで構成するこ
とができる。前記エッチング装置の混合ガス流量の一例
として、酸素、窒素、およびエチルアルコールがそれぞ
れ３５、３５、３０ｃｃｍの例を挙げることができる。
止膜は、有機系材料で構成することができ、前記被加工
膜は、タングステンのような金属材料、シリコン材料あ
るいはそれらの化合物からなるシリサイドで構成するこ
とができる。前記エッチング装置の混合ガス流量の一例
として、酸素、窒素、およびエチルアルコールがそれぞ
れ３５、３５、３０ｃｃｍの例を挙げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係るエッチング方法を実施
するためのエッチング装置の一例を示す。本発明に係る
エッチング装置１０は、図１に示す例では、有磁場マイ
クロ波プラズマエッチング装置である。有磁場マイクロ
波プラズマエッチング装置１０は、従来よく知られてい
るように、反応室１１を規定する石英ベルジャ１２を取
り巻いて配置されるソレノイドコイル１３を備える。反
応室１１には、供給路１４を経て、エッチングガスが供
給される。このエッチングガスをプラズマ状態におくた
めに、マグネトロン１５からのマイクロ波が導波管１６
を経て反応室１１に案内され、また試料１７が配置され
る反応室１１内の試料台１８には、高周波電源１９から
高周波電圧が印加される。
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係るエッチング方法を実施
するためのエッチング装置の一例を示す。本発明に係る
エッチング装置１０は、図１に示す例では、有磁場マイ
クロ波プラズマエッチング装置である。有磁場マイクロ
波プラズマエッチング装置１０は、従来よく知られてい
るように、反応室１１を規定する石英ベルジャ１２を取
り巻いて配置されるソレノイドコイル１３を備える。反
応室１１には、供給路１４を経て、エッチングガスが供
給される。このエッチングガスをプラズマ状態におくた
めに、マグネトロン１５からのマイクロ波が導波管１６
を経て反応室１１に案内され、また試料１７が配置され
る反応室１１内の試料台１８には、高周波電源１９から
高周波電圧が印加される。
【００１５】本発明に係るエッチング方法では、前記反
応室１１に供給されるエッチングガスとして、酸素（Ｏ
2）、窒素（Ｎ2）およびエチルアルコール（Ｃ2Ｈ5Ｏ
Ｈ）が使用される。
応室１１に供給されるエッチングガスとして、酸素（Ｏ
2）、窒素（Ｎ2）およびエチルアルコール（Ｃ2Ｈ5Ｏ
Ｈ）が使用される。
【００１６】この混合ガスをエッチングガスとして、エ
ッチング処理を受ける半導体装置の一例が、図２に示さ
れている。
ッチング処理を受ける半導体装置の一例が、図２に示さ
れている。
【００１７】試料台１８上に試料として配置される半導
体装置１７は、図２に示されているように、例えばシリ
コンのような半導体基板２０と、該半導体基板上に形成
され、パターニングを受ける被加工膜である例えばシリ
コン酸化膜（ＮＳＧ）２１とを備える。前記被加工膜２
１に所望のパターニングを施すための選択エッチング処
理に用いるエッチングマスク２２ａは、被加工膜２１上
に形成された従来よく知られた有機系の反射防止膜２３
上に堆積された有機系のフォトレジスト材料からなるフ
ォトレジスト層２２に、選択露光および現像処理を施
し、その不要部分を除去することにより、形成される。
また、前記反射防止膜２３は、フォトレジスト層２２の
選択露光に際し、露光が前記フォトレジスト層２２に反
射することを防止する。この反射防止膜２３の反射防止
作用により、反射光による解像度の低下が防止され、良
好なエッチングマスク２２ａが形成される。
体装置１７は、図２に示されているように、例えばシリ
コンのような半導体基板２０と、該半導体基板上に形成
され、パターニングを受ける被加工膜である例えばシリ
コン酸化膜（ＮＳＧ）２１とを備える。前記被加工膜２
１に所望のパターニングを施すための選択エッチング処
理に用いるエッチングマスク２２ａは、被加工膜２１上
に形成された従来よく知られた有機系の反射防止膜２３
上に堆積された有機系のフォトレジスト材料からなるフ
ォトレジスト層２２に、選択露光および現像処理を施
し、その不要部分を除去することにより、形成される。
また、前記反射防止膜２３は、フォトレジスト層２２の
選択露光に際し、露光が前記フォトレジスト層２２に反
射することを防止する。この反射防止膜２３の反射防止
作用により、反射光による解像度の低下が防止され、良
好なエッチングマスク２２ａが形成される。
【００１８】前記したエッチング装置１０は、エッチン
グマスク２２ａを用いた被加工層２２の選択エッチング
処理に先立ち、反射防止膜２３のエッチングマスク２２
ａから露出した部分を除去するのに用いられる。半導体
装置１７は、反射防止膜２３の前記不要部分を除去すべ
く、その半導体基板２０が試料台１８上に位置するよう
に、反応室１１内に配置される。
グマスク２２ａを用いた被加工層２２の選択エッチング
処理に先立ち、反射防止膜２３のエッチングマスク２２
ａから露出した部分を除去するのに用いられる。半導体
装置１７は、反射防止膜２３の前記不要部分を除去すべ
く、その半導体基板２０が試料台１８上に位置するよう
に、反応室１１内に配置される。
【００１９】前記エッチング装置１０を用いた反射防止
膜２３の不要部分の除去に先立ち、前記エッチング装置
１０を用いたエッチング処理で、エッチングマスク２２
ａに最も変形を与えないエッチングガス中のエチルアル
コール添加比率が求められた。
膜２３の不要部分の除去に先立ち、前記エッチング装置
１０を用いたエッチング処理で、エッチングマスク２２
ａに最も変形を与えないエッチングガス中のエチルアル
コール添加比率が求められた。
【００２０】すなわち、前記エッチング装置１０の高周
波電源１９の電圧Ｖp-pを零にしたときのエッチングガ
ス中のエチルアルコール添加比率の変化と、フォトレジ
ストすなわちエッチングマスク２２ａのエッチングレー
トとの関係が求められる。図３は、前記エッチング装置
１０の高周波電源１９の電圧Ｖp-pを零にしたときの特
性線に加えて、参考のために高周波電源１９の電圧Ｖp-
pを変化させたときの特性線が示されている。
波電源１９の電圧Ｖp-pを零にしたときのエッチングガ
ス中のエチルアルコール添加比率の変化と、フォトレジ
ストすなわちエッチングマスク２２ａのエッチングレー
トとの関係が求められる。図３は、前記エッチング装置
１０の高周波電源１９の電圧Ｖp-pを零にしたときの特
性線に加えて、参考のために高周波電源１９の電圧Ｖp-
pを変化させたときの特性線が示されている。
【００２１】図３の特性線は、以下に示される前記エッ
チング装置１０の運転条件下で求められた。マグネトロ
ン１５からは２．４５ＧＨｚのマイクロ波が５００Ｗで
出力され、試料台１８から約５０ｍｍ上方の地点での磁
界強度が８７５ガウスのＥＣＲ共鳴が得られるように、
ソレノイドコイル１３のコイル電流が調整された。試料
台１８上の半導体装置１７の温度制御のために試料台１
８には７．５Ｔorrのヘリゥムガスが封入された。ま
た、反応室１１の内壁面へのポリマの堆積を防止するた
めに反応室１１内は６０℃に維持され、試料台１８は−
５０℃に維持された。
チング装置１０の運転条件下で求められた。マグネトロ
ン１５からは２．４５ＧＨｚのマイクロ波が５００Ｗで
出力され、試料台１８から約５０ｍｍ上方の地点での磁
界強度が８７５ガウスのＥＣＲ共鳴が得られるように、
ソレノイドコイル１３のコイル電流が調整された。試料
台１８上の半導体装置１７の温度制御のために試料台１
８には７．５Ｔorrのヘリゥムガスが封入された。ま
た、反応室１１の内壁面へのポリマの堆積を防止するた
めに反応室１１内は６０℃に維持され、試料台１８は−
５０℃に維持された。
【００２２】混合ガスのうち、エチルアルコール（Ｃ2
Ｈ5ＯＨ）を除く酸素（Ｏ2）および窒素（Ｎ2）の流量
比が１：１となるように、エチルアルコール（Ｃ2Ｈ5Ｏ
Ｈ）が添加され、総混合ガスの流量が１００ｃｃｍの一
定値となるように、調整され、また反応室１１内の圧力
は１０ｍＴorrの一定値に保持された。前記した条件下
で、高周波電源１９の電圧をパラメータとして、０Ｖ〜
１０００Ｖの間で変化させたとき、エチルアルコール
（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）の添加比率と、フォトレジストたるエッ
チングマスク２２ａのエッチングレートとの関係が求め
られた。被加工膜である反射防止膜２３とエッチングマ
スク２２ａとは共に有機系であり、両者のエッチングレ
ート選択比は、エッチング条件の変化に拘わらず、常に
１．１であった。また、エッチング処理を受けるエッチ
ングマスク２２ａの厚さ寸法は４３００Åであり、反射
防止膜２３の厚さ寸法は１１００Åであった。
Ｈ5ＯＨ）を除く酸素（Ｏ2）および窒素（Ｎ2）の流量
比が１：１となるように、エチルアルコール（Ｃ2Ｈ5Ｏ
Ｈ）が添加され、総混合ガスの流量が１００ｃｃｍの一
定値となるように、調整され、また反応室１１内の圧力
は１０ｍＴorrの一定値に保持された。前記した条件下
で、高周波電源１９の電圧をパラメータとして、０Ｖ〜
１０００Ｖの間で変化させたとき、エチルアルコール
（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）の添加比率と、フォトレジストたるエッ
チングマスク２２ａのエッチングレートとの関係が求め
られた。被加工膜である反射防止膜２３とエッチングマ
スク２２ａとは共に有機系であり、両者のエッチングレ
ート選択比は、エッチング条件の変化に拘わらず、常に
１．１であった。また、エッチング処理を受けるエッチ
ングマスク２２ａの厚さ寸法は４３００Åであり、反射
防止膜２３の厚さ寸法は１１００Åであった。
【００２３】図３のグラフの横軸はエチルアルコールの
添加比率（％）を示し、その縦軸はエッチングマスク２
２ａのエッチングレート（Å／秒）を示す。パラメータ
である高周波電源１９の電圧Ｖp-pは、０Ｖ、２６０
Ｖ、４００Ｖ、７００Ｖおよび１０００Ｖの各値が採用
され、各値での特性線が符号２４〜２８でそれぞれ示さ
れている。
添加比率（％）を示し、その縦軸はエッチングマスク２
２ａのエッチングレート（Å／秒）を示す。パラメータ
である高周波電源１９の電圧Ｖp-pは、０Ｖ、２６０
Ｖ、４００Ｖ、７００Ｖおよび１０００Ｖの各値が採用
され、各値での特性線が符号２４〜２８でそれぞれ示さ
れている。
【００２４】図３に示される前記グラフから明らかなよ
うに、エチルアルコールの添加量が等しければ、前記電
圧Ｖp-pに比例して、エッチングマスク２２ａのエッチ
ングレートは増大する。また、ここで、エッチングレー
トが負になることが示されているが、エッチングレート
が負になる状況とは、ポリマがエッチングマスク２２ａ
に堆積することを意味する。
うに、エチルアルコールの添加量が等しければ、前記電
圧Ｖp-pに比例して、エッチングマスク２２ａのエッチ
ングレートは増大する。また、ここで、エッチングレー
トが負になることが示されているが、エッチングレート
が負になる状況とは、ポリマがエッチングマスク２２ａ
に堆積することを意味する。
【００２５】ところで、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）およ
びエチルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）からなる混合エッチ
ングガスを用いた前記プラズマエッチング処理では、エ
ッチングマスク２２ａあるいは反射防止膜２３のような
有機材料のエッチング反応に拘わる化学種は、解離した
酸素ラジカル（Ｏ）および酸素イオン（Ｏ＋、Ｏ2＋）
である。このうち、酸素ラジカルは、これによるエッチ
ング特性に方向性を示すことはなく、等方性を示す。他
方、酸素イオンは、高周波電源１９の電圧Ｖp-pで加速
されることから、被加工膜２１の被加工面に垂直に入射
することから、これによるエッチング特性は、異方性を
示す。
びエチルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）からなる混合エッチ
ングガスを用いた前記プラズマエッチング処理では、エ
ッチングマスク２２ａあるいは反射防止膜２３のような
有機材料のエッチング反応に拘わる化学種は、解離した
酸素ラジカル（Ｏ）および酸素イオン（Ｏ＋、Ｏ2＋）
である。このうち、酸素ラジカルは、これによるエッチ
ング特性に方向性を示すことはなく、等方性を示す。他
方、酸素イオンは、高周波電源１９の電圧Ｖp-pで加速
されることから、被加工膜２１の被加工面に垂直に入射
することから、これによるエッチング特性は、異方性を
示す。
【００２６】そこで、エッチングガスのエッチング特性
に異方性を与える高周波電源１９の電圧Ｖp-pを零（０
Ｖ）にした状態では、エッチングガスによるエッチング
は、等方性エッチングのみが作用していると考えられ
る。このことから、前記電圧Ｖp-pを零にしたときの特
性線２４で示されるエチルアルコールとエッチングレー
トとの関係から、エッチングレートを零にするエチルア
ルコールの添加比率を用いれば、たとえ高周波電源１９
の電圧Ｖp-pを上昇させたとしても、エッチング処理
は、等方性が抑制された状態で、もっぱら、方向性をも
った前記した異方性のエッチング特性を利用することが
できると考えられる。
に異方性を与える高周波電源１９の電圧Ｖp-pを零（０
Ｖ）にした状態では、エッチングガスによるエッチング
は、等方性エッチングのみが作用していると考えられ
る。このことから、前記電圧Ｖp-pを零にしたときの特
性線２４で示されるエチルアルコールとエッチングレー
トとの関係から、エッチングレートを零にするエチルア
ルコールの添加比率を用いれば、たとえ高周波電源１９
の電圧Ｖp-pを上昇させたとしても、エッチング処理
は、等方性が抑制された状態で、もっぱら、方向性をも
った前記した異方性のエッチング特性を利用することが
できると考えられる。
【００２７】このことは、図３に示す例では、特性線２
４で示されるエッチングレートを零にする約２５％のエ
チルアルコール添加比率を採用すれば、エッチングマス
ク２２ａの横方向へのエッチングであるいわゆるサイド
エッチングを防止することができ、これによりエッチン
グマスク２２ａの変形を効果的に防止した状態で、反射
防止膜２３のエッチングマスク２２ａから露出する不要
部分を除去できることを意味している。
４で示されるエッチングレートを零にする約２５％のエ
チルアルコール添加比率を採用すれば、エッチングマス
ク２２ａの横方向へのエッチングであるいわゆるサイド
エッチングを防止することができ、これによりエッチン
グマスク２２ａの変形を効果的に防止した状態で、反射
防止膜２３のエッチングマスク２２ａから露出する不要
部分を除去できることを意味している。
【００２８】しかしながら、本願発明者は、その理由は
不明であるが、前記した例では、前記特性線２４で求め
られた２５％の比率よりも５％高い、３０％のエチルア
ルコール添加比率（（Ｏ2）／（Ｎ2）／Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝３
５／３５／３０ｃｃｍ）でエッチングガスを供給したと
きにエッチングマスク２２ａの実質的な変形を効果的に
抑制することができた。
不明であるが、前記した例では、前記特性線２４で求め
られた２５％の比率よりも５％高い、３０％のエチルア
ルコール添加比率（（Ｏ2）／（Ｎ2）／Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝３
５／３５／３０ｃｃｍ）でエッチングガスを供給したと
きにエッチングマスク２２ａの実質的な変形を効果的に
抑制することができた。
【００２９】高周波電源１９の電圧Ｖp-pの最適値は、
図４に示すグラフに基づいて求めることができる。
図４に示すグラフに基づいて求めることができる。
【００３０】図４に示すグラフは、図３のグラフの各デ
ータを用いて、エチルアルコールの添加比率をパラメー
タとして、横軸が前記電圧Ｖp-pの値（Ｖ）を示し、縦
軸が前記エッチングレート（Å／分）を示すように、作
成されたグラフである。図４に示される前記グラフに
は、パラメータであるエチルアルコールの添加比率が６
％、１２％、１８％、２４％および３０％の各値のとき
の特性線が符号２９〜３３でそれぞれ示されている。前
記したように、図３のグラフの前記特性線２４で求めら
れた２５％の比率よりも５％高い、３０％のエチルアル
コール添加比率に決定されたとき、３０％のエチルアル
コール添加比率についての特性線２９の関係から、被加
工膜２１に損傷を与えることなくかつ反射防止膜２３を
最も効果的に除去し得る高周波電源１９の前記電圧Ｖp-
pの値を決定することができる。このような前記電圧Ｖp
-pの最適例は、高周波電源１９の電力に２０Ｗを与える
２７０Ｖであり、そのときのエッチング処理時間は、２
０％のオーバーエッチングを見込んで７２秒であった。
ータを用いて、エチルアルコールの添加比率をパラメー
タとして、横軸が前記電圧Ｖp-pの値（Ｖ）を示し、縦
軸が前記エッチングレート（Å／分）を示すように、作
成されたグラフである。図４に示される前記グラフに
は、パラメータであるエチルアルコールの添加比率が６
％、１２％、１８％、２４％および３０％の各値のとき
の特性線が符号２９〜３３でそれぞれ示されている。前
記したように、図３のグラフの前記特性線２４で求めら
れた２５％の比率よりも５％高い、３０％のエチルアル
コール添加比率に決定されたとき、３０％のエチルアル
コール添加比率についての特性線２９の関係から、被加
工膜２１に損傷を与えることなくかつ反射防止膜２３を
最も効果的に除去し得る高周波電源１９の前記電圧Ｖp-
pの値を決定することができる。このような前記電圧Ｖp
-pの最適例は、高周波電源１９の電力に２０Ｗを与える
２７０Ｖであり、そのときのエッチング処理時間は、２
０％のオーバーエッチングを見込んで７２秒であった。
【００３１】前記した例では、エッチングマスク２２ａ
が０．１５μｍの細線パターンであっても、前記したエ
ッチングによるエッチングマスク２２ａの変形量すなわ
ち寸法変換差は０．００５μｍ以下であった。
が０．１５μｍの細線パターンであっても、前記したエ
ッチングによるエッチングマスク２２ａの変形量すなわ
ち寸法変換差は０．００５μｍ以下であった。
【００３２】前記した例では、被加工膜２１が二酸化シ
リコンの例について説明したが、金属材料あるいはシリ
コンと高融点金属との化合物であるシリサイドであって
も、これらに損傷を与えることなく、該被加工層上の反
射防止膜２３を効果的に除去することができる。
リコンの例について説明したが、金属材料あるいはシリ
コンと高融点金属との化合物であるシリサイドであって
も、これらに損傷を与えることなく、該被加工層上の反
射防止膜２３を効果的に除去することができる。
【００３３】本発明に係る前記エッチングガスは、例え
ば０．４４μｍのような微小ホールの形成に有利であ
る。図５は、前記反射防止膜と同様な有機材料膜に、本
発明に係る前記エッチングガスを用いて微小ホールを形
成したときのエッチング孔の穴径と、エッチング孔の深
さ方向へのエッチングレートとの関係を示すグラフであ
る。図５のグラフの横軸は、エッチング孔の穴径（μ
ｍ）を示し、その縦軸はエッチングレート（Å／分）を
示す。また、図５のグラフには、前記エッチングガスを
用い平坦面での前記有機材料膜のエッチングレートのレ
ベルが波線で示されている。
ば０．４４μｍのような微小ホールの形成に有利であ
る。図５は、前記反射防止膜と同様な有機材料膜に、本
発明に係る前記エッチングガスを用いて微小ホールを形
成したときのエッチング孔の穴径と、エッチング孔の深
さ方向へのエッチングレートとの関係を示すグラフであ
る。図５のグラフの横軸は、エッチング孔の穴径（μ
ｍ）を示し、その縦軸はエッチングレート（Å／分）を
示す。また、図５のグラフには、前記エッチングガスを
用い平坦面での前記有機材料膜のエッチングレートのレ
ベルが波線で示されている。
【００３４】図５に示される前記グラフから明らかなよ
うに、０．１〜０．４μｍのホール径を有する微小ホー
ルの形成でのエッチング速度は、平坦面でのそれの約
１．５倍を示す。しかも、その特性は、ホール径への依
存性は極めて小さい。
うに、０．１〜０．４μｍのホール径を有する微小ホー
ルの形成でのエッチング速度は、平坦面でのそれの約
１．５倍を示す。しかも、その特性は、ホール径への依
存性は極めて小さい。
【００３５】このことは、図２に示したような両エッチ
ングマスク２２ａ間の間隔が、前記したような微小間隔
である場合、両エッチングマスク２２ａから露出する反
射防止膜２３の除去に有利である。すなわち、例えば前
記したように膜厚が１１００Åの反射防止膜２３を除去
するためのエッチング時間の算出には、前記した平坦面
でのエッチングレートを基に算出され、例えばその時間
が７０秒として算出された場合、前記したような微小間
隔での反射防止膜２３のエッチングでは、その所要時間
よりも短い５０秒のエッチング処理（２０％のオーバー
エッチングを含む）で除去できることを意味する。この
ようなエッチング処理時間の短縮は、反射防止膜２３上
のエッチングマスク２２ａの保護の上で、極めて重要で
ある。
ングマスク２２ａ間の間隔が、前記したような微小間隔
である場合、両エッチングマスク２２ａから露出する反
射防止膜２３の除去に有利である。すなわち、例えば前
記したように膜厚が１１００Åの反射防止膜２３を除去
するためのエッチング時間の算出には、前記した平坦面
でのエッチングレートを基に算出され、例えばその時間
が７０秒として算出された場合、前記したような微小間
隔での反射防止膜２３のエッチングでは、その所要時間
よりも短い５０秒のエッチング処理（２０％のオーバー
エッチングを含む）で除去できることを意味する。この
ようなエッチング処理時間の短縮は、反射防止膜２３上
のエッチングマスク２２ａの保護の上で、極めて重要で
ある。
【００３６】図６は、本発明に係る前記エッチング装置
１０による前記エッチング処理に関して、前記したエチ
ルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）の添加比率の変化と反射防
止膜２３上のエッチングマスク２２ａの変形度合いとの
関係を示す。前記高周波電源１９の電圧Ｖp-pは、最適
値である２７０Ｖに保持されかつエチルアルコールの添
加比率を除く前記エッチング装置１０の他の運転条件は
基本的には図３に沿って説明したと同一である。
１０による前記エッチング処理に関して、前記したエチ
ルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）の添加比率の変化と反射防
止膜２３上のエッチングマスク２２ａの変形度合いとの
関係を示す。前記高周波電源１９の電圧Ｖp-pは、最適
値である２７０Ｖに保持されかつエチルアルコールの添
加比率を除く前記エッチング装置１０の他の運転条件は
基本的には図３に沿って説明したと同一である。
【００３７】図６（ａ）に示す例は、エチルアルコール
の添加比率は２０％であり、図６（ｂ）、図６（ｃ）、
図６（ｄ）および図６（ｅ）の例は、エチルアルコール
の添加比率が２５％、３０％、３２％および３５％の順
で、漸増されている。図６（ｃ）から図６（ｂ）および
図６（ａ）に向けて、各図６（ｃ）〜図６（ａ）の順で
エッチングマスク２２ａの幅寸法を比較すると、エチル
アルコールの添加比率の低下に伴ってエッチングマスク
２２ａがより細った形状に変化しているのが理解できよ
う。他方、図６（ｃ）から図６（ｄ）および図６（ｅ）
に向けて、エチルアルコールの添加比率の増大に伴っ
て、各図６（ｃ）〜図６（ｅ）の順でエッチングマスク
２２ａの幅寸法が増大していることが理解できよう。
の添加比率は２０％であり、図６（ｂ）、図６（ｃ）、
図６（ｄ）および図６（ｅ）の例は、エチルアルコール
の添加比率が２５％、３０％、３２％および３５％の順
で、漸増されている。図６（ｃ）から図６（ｂ）および
図６（ａ）に向けて、各図６（ｃ）〜図６（ａ）の順で
エッチングマスク２２ａの幅寸法を比較すると、エチル
アルコールの添加比率の低下に伴ってエッチングマスク
２２ａがより細った形状に変化しているのが理解できよ
う。他方、図６（ｃ）から図６（ｄ）および図６（ｅ）
に向けて、エチルアルコールの添加比率の増大に伴っ
て、各図６（ｃ）〜図６（ｅ）の順でエッチングマスク
２２ａの幅寸法が増大していることが理解できよう。
【００３８】この観察結果は、図３のグラフの傾向、す
なわち一定のバイアス電圧Ｖp-pでは、エチルアルコー
ルの添加比率の増大に伴い、エッチングマスク２２ａの
エッチングレートが低下し、ある値を境に、エッチング
マスク２２ａにポリマが成長すること、に一致する。
なわち一定のバイアス電圧Ｖp-pでは、エチルアルコー
ルの添加比率の増大に伴い、エッチングマスク２２ａの
エッチングレートが低下し、ある値を境に、エッチング
マスク２２ａにポリマが成長すること、に一致する。
【００３９】従って、前記したように、必要に応じて、
適宜エチルアルコールの添加比率を適宜変更することに
より、エッチングマスク２２ａの幅寸法を積極的に増大
させることができ、これによりエッチングマスク２２ａ
のパターン寸法の調整が可能になる。
適宜エチルアルコールの添加比率を適宜変更することに
より、エッチングマスク２２ａの幅寸法を積極的に増大
させることができ、これによりエッチングマスク２２ａ
のパターン寸法の調整が可能になる。
【００４０】
【発明の効果】本発明に係る前記エッチング方法によれ
ば、前記したように、プラズマエッチング装置のエッチ
ングガス中のエチルアルコールの最適添加比率の決定の
ために、エッチングマスクに対する等方性エッチングレ
ートを零にするエチルアルコール添加比率値が求めら
れ、この求められたエチルアルコール添加比率に基づい
て前記最適添加比率が決定され、この決定された最適な
添加比率のエチルアルコールを含む前記エッチングガス
を用いたエッチング処理により、前記反射防止膜の前記
エッチングマスクから露出する部分が除去されることか
ら、前記エッチングマスクの横方向への変形を最小限に
抑制して不要な反射防止膜を適正に除去することができ
る。
ば、前記したように、プラズマエッチング装置のエッチ
ングガス中のエチルアルコールの最適添加比率の決定の
ために、エッチングマスクに対する等方性エッチングレ
ートを零にするエチルアルコール添加比率値が求めら
れ、この求められたエチルアルコール添加比率に基づい
て前記最適添加比率が決定され、この決定された最適な
添加比率のエチルアルコールを含む前記エッチングガス
を用いたエッチング処理により、前記反射防止膜の前記
エッチングマスクから露出する部分が除去されることか
ら、前記エッチングマスクの横方向への変形を最小限に
抑制して不要な反射防止膜を適正に除去することができ
る。
【００４１】また、本発明に係る前記エッチング方法に
よれば、求められた前記エチルアルコール添加比率を基
に、必要に応じて、前記エチルアルコール添加比率を適
宜変更することにより、エッチングマスクの横方向の寸
法を増減することができ、これにより前記エッチングマ
スクに積極的に変形を与えることが可能となり、エッチ
ングマスクのパターン寸法の微調整が可能になる。
よれば、求められた前記エチルアルコール添加比率を基
に、必要に応じて、前記エチルアルコール添加比率を適
宜変更することにより、エッチングマスクの横方向の寸
法を増減することができ、これにより前記エッチングマ
スクに積極的に変形を与えることが可能となり、エッチ
ングマスクのパターン寸法の微調整が可能になる。
【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置を概略的
に示す図面である。
に示す図面である。
【図２】本発明に係るエッチング方法により形成された
エッチングマスクの一例を示す断面図である。
エッチングマスクの一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係るプラズマエッチング処理に用いら
れるエッチングガス中のエチルアルコールの添加比率と
フォトレジストのエッチングレートとの関係をプラズマ
エッチング装置の高周波電源電圧をパラメータとして示
すグラフ（１）である。
れるエッチングガス中のエチルアルコールの添加比率と
フォトレジストのエッチングレートとの関係をプラズマ
エッチング装置の高周波電源電圧をパラメータとして示
すグラフ（１）である。
【図４】図３に示したグラフをエチルアルコールの添加
比率をパラメータとして、高周波電源電圧とフォトレジ
ストのエッチングレートとの関係で示すグラフ（２）で
ある。
比率をパラメータとして、高周波電源電圧とフォトレジ
ストのエッチングレートとの関係で示すグラフ（２）で
ある。
【図５】本発明に係るエッチング方法による反射防止膜
が露出する開口直径とそのエッチングレートとの関係を
示すグラフ（３）である。
が露出する開口直径とそのエッチングレートとの関係を
示すグラフ（３）である。
【図６】本発明に係るエッチング方法によるエチルアル
コールの添加比率と、エッチングマスクの変形度合いを
示す断面図である。
コールの添加比率と、エッチングマスクの変形度合いを
示す断面図である。
１０ エッチング装置
１７ 半導体装置
２０ 半導体基板
２１ 被加工膜
２２ａ エッチングマスク
２３ 反射防止膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
G03F 7/11 503
H01L 21/027
H01L 21/28
H01L 21/3213
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上の被加工膜に選択的なエッ
チング処理を施すための所望形状を与えられたフォトレ
ジスト材料からなるエッチングマスク下にあって該エッ
チングマスクの形成のために前記フォトレジスト材料が
前記被加工膜上で選択的に露光を受けるときに前記被加
工膜からの反射を防止すべく該被加工膜と前記フォトレ
ジスト材料との間に配置される反射防止膜の前記エッチ
ングマスクから露出する部分をエッチングガスの供給さ
れるプラズマエッチング装置を用いて除去するエッチン
グ方法であって、前記エッチングガスに前記エッチングマスクに対する異
方性エッチング特性を与えるべく前記半導体基板に所定
の高周波電圧を印加すること、 前記エッチングガスとして酸素及び窒素にエチルアルコ
ールを添加して成る混合ガスを用いると共に、該エッチ
ングガスの前記エッチングマスクに対する等方性エッチ
ング特性を抑制するために前記高周波電圧に対応させて
前記混合ガス中の前記エチルアルコールの添加比率を設
定すること、 を特徴とする反射防止膜のエッチング方法。 - 【請求項２】 半導体基板上の被加工膜に選択的なエッ
チング処理を施すための所望形状を与えられたフォトレ
ジスト材料からなるエッチングマスク下にあって該エッ
チングマスクの形成のために前記フォトレジスト材料が
前記被加工膜上で選択的に露光を受けるときに前記被加
工膜からの反射を防止すべく該被加工膜と前記フォトレ
ジスト材料との間に配置される反射防止膜の前記エッチ
ングマスクから露出する部分をエッチングガスの供給さ
れるプラズマエッチング装置を用いて除去するエッチン
グ方法であって、 前記エッチングガスに前記エッチングマスクに対する異
方性エッチング特性を与えるべく前記半導体基板に所定
の高周波電圧を印加すること、 前記エッチングガスとして酸素及び窒素にエチルアルコ
ールを添加して成る混合ガスを用いると共に、該エッチ
ングガスの前記エッチングマスクに対する等方性エッチ
ング特性を抑制するために、前記高周波電圧が０であ
り、前記エッチングマスクのエッチングレートが０を示
すときの前記混合ガス中のエチルアルコールの添加比率
を基準として該混合ガス中のエチルアルコール添加比率
を設定すること、 を特徴とする反射防止膜のエッチング方法。 - 【請求項３】 前記エチルアルコール添加比率は、前記
基準となる添加比率よりも約５％高く設定される請求項
２記載のエッチング方法。 - 【請求項４】 前記フォトレジスト材料および前記反射
防止膜は、有機系材料からなり、前記被加工膜は、金属
材料またはシリコン材料からなる請求項１又は２記載の
エッチング方法。 - 【請求項５】 前記混合ガス流量は、酸素、窒素、およ
びエチルアルコールがそれぞれ３５、３５、３０ｃｃｍ
である請求項２記載のエッチング方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001243275A JP3445584B2 (ja) | 2001-08-10 | 2001-08-10 | 反射防止膜のエッチング方法 |
| US10/084,192 US6794297B2 (en) | 2001-08-10 | 2002-02-28 | Method for etching an antireflective coating and for fabricating a semiconductor device |
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- 2001-08-10 JP JP2001243275A patent/JP3445584B2/ja not_active Expired - Fee Related
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