JP6438831B2

JP6438831B2 - 有機膜をエッチングする方法

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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、マスクのパターンを被エッチング層に転写するために、プラズマエッチングが用いられている。例えば、レジストマスクのパターンをＳｉ含有反射防止膜に転写することによって、ハードマスクを得て、当該ハードマスクのパターンを有機膜に転写するために、プラズマエッチングが用いられることがある。

有機膜のプラズマエッチングは、例えば、特開２００３−１６８６７６号公報に記載されている。この公報に記載されたプラズマエッチングでは、プラズマ処理装置の処理容器内で、水素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスのプラズマが生成されることにより、有機膜がエッチングされる。具体的には、窒素ガスから得られる窒素の活性種との反応により、有機膜を構成する炭素がシアン分子（ＣＮ）に変質し、水素の活性種との反応により、シアン分子が揮発性の高い反応生成物（ＨＣＮ）に変質する。この公報に記載されたプラズマエッチングでは、当該反応生成物が揮発することにより、被処理体上への反応生成物の再付着を抑制しつつ、有機膜をエッチングしている。

特開２００３−１６８６７６号公報

上述したプラズマエッチングでは、有機膜のエッチング中にハードマスクが削られる。例えば、ハードマスクの肩が削られ、また、ハードマスクの膜厚が減少する。その結果、ハードマスクの形状が劣化するので、有機膜に対するパターンの転写精度が低下する。

したがって、有機膜のプラズマエッチングにおいて、ハードマスクの形状を改善することが要請されている。

一態様においては、被処理体の有機膜をエッチングする方法が提供される。被処理体は、有機膜上にハードマスクを有する。この方法は、（ａ）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水素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスのプラズマを生成する工程であり、ハードマスクから露出されている有機膜の一部領域を変質領域に変化させる、該工程と、（ｂ）処理容器内において希ガスのプラズマを生成する工程であり、変質領域を除去し、且つ、該変質領域から放出される物質をハードマスクの表面上に堆積させる、該工程と、を含む。この方法では、処理ガスのプラズマを生成する前記工程と希ガスのプラズマを生成する前記工程とが交互に繰り返される。

上記一態様に係る方法では、処理ガスのプラズマが生成されて有機膜の一部領域が変質領域に変化し、希ガスのプラズマから供給される活性種によって変質領域が除去される。このとき変質領域から放出される物質、即ち反応生成物がハードマスク上に堆積する。次に処理ガスのプラズマが生成されると、この反応生成物が部分的に除去される。このような処理ガスのプラズマの生成及び希ガスのプラズマの生成が繰り返されることにより、ハードマスクの表面上に堆積する反応生成物でハードマスクの形状を改善しつつ、有機膜をエッチングすることが可能となる。

一実施形態では、処理容器内において被処理体は下部電極を含む載置台上に載置される。希ガスのプラズマを生成する前記工程では、下部電極に供給される高周波バイアスの単位面積当りのパワーが、０．０２８Ｗ／ｃｍ^２以下のパワーに設定され得る。この実施形態によれば希ガスのプラズマからの活性種によるハードマスクのダメージが更に抑制される。

一実施形態の処理ガスのプラズマを生成する前記工程では、下部電極に高周波バイアスが供給されない。この実施形態によれば、処理ガスのプラズマを生成する前記工程において、有機膜のエッチングを実質的に行うことなく変質領域を形成することができる。

一実施形態では、処理ガス中の水素ガスの流量：処理ガス中の窒素ガスの流量で表される流量比が、１：３〜９：１の範囲内の流量比に設定され得る。かかる流量比の水素ガス及び窒素ガスが用いられることにより、有機膜のエッチング、及びハードマスク上への反応生成物の供給が効率的に行われる。

一実施形態における方法は、処理容器内において炭化水素ガスのプラズマを生成する工程を更に含んでおいてもよい。ハードマスク上に堆積する上述の反応生成物の量は、ハードマスクのパターンが密な領域では多くなり、ハードマスクのパターンが粗な領域では少なくなる。一方、炭化水素ガスから生成されハードマスク上に堆積する炭化水素及び／又は炭素の量は、ハードマスクのパターンが密な領域では少なく、ハードマスクのパターンが粗な領域では多い。したがって、この実施形態によれば、パターンが粗なハードマスクが形成された領域とパターンが密なハードマスクが形成された領域を含む場合に、これら領域においてハードマスク上に形成される堆積物の量の差異を低減させることが可能となる。

以上説明したように、有機膜のプラズマエッチングにおいて、ハードマスクの形状を改善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用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。図１に示す方法の実行時の被処理体の状態を示す断面図である。図１に示す方法の実行時の被処理体の状態を示す断面図である。図１に示す方法の実行時の被処理体の状態を示す断面図である。図１に示す方法の実行時の被処理体の状態を示す断面図である。図１に示す方法の実行後の被処理体の状態を示す断面図である。別の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。有機膜のエッチングレート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、ハードマスクのパターンを被処理体の有機膜に転写するために、有機膜をエッチングする方法である。図２は、被処理体の一例を示す断面図である。図２に示す被処理体はウエハの形態を有し得る。以下、方法ＭＴにおいて処理される被処理体を、ウエハＷという。ウエハＷは、図２に示すように、下地層ＵＬ、有機膜ＯＦ、及びハードマスクＨＭを有している。下地層ＵＬは、限定されるものではないが、例えば、多結晶シリコン層、酸化シリコン層のような層である。

有機膜ＯＦは、下地層ＵＬ上に設けられている。有機膜ＯＦは、ハイドロカーボンといったカーボンを含有する膜である。ハードマスクＨＭは、有機膜ＯＦ上に設けられている。ハードマスクＨＭは、限定されるものではないが、例えば、Ｓｉ含有反射防止膜から構成される。ハードマスクＨＭは開口を提供するパターンを有している。このようなパターンを有するハードマスクＨＭは、例えば、フォトリソグラフィによるレジストマスクの作成、及びプラズマエッチングによって形成される。

図１に示す方法ＭＴでは、まず、ウエハＷがプラズマ処理装置の処理容器内に搬入される。図３は、図１に示す方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例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、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、例えば、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。

処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、処理容器１２内において、当該処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。また、処理容器１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。

載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、膜状の電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、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エハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハＷの温度が制御される。

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが提供されている。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。一実施形態では、上部電極３０は、載置台ＰＤの上面、即ち、ウエハ載置面からの鉛直方向における距離が可変であるように構成され得る。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は処理空間Ｓに面しており、当該電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この電極板３４は、一実施形態では、シリコンから構成されている。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。一例では、ガスソース群４０は、水素ガス（Ｈ_２ガス）のソース、窒素ガス（Ｎ_２ガス）のソース、希ガスのソース、及び、炭化水素ガスのソースを含んでいる。希ガスとしては、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガスといった任意の希ガスを用いることができる。また、炭化水素ガスとしては、ＣＨ_４ガスが例示される。

バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。

また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

処理容器１２の底部側、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方、且つ、処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の高周波（ＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙＷａｖｅ）を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数の高周波、例えば、６０ＭＨｚの高周波を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されていてもよい。

第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波バイアスを発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波バイアス、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

また、プラズマ処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、処理空間Ｓ内に存在する正イオンを電極板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源である。別の一例において、電源７０は、比較的低周波の交流電圧を発生する交流電源であってもよい。

また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。一実施形態では、制御部Ｃｎｔは、方法ＭＴ又は後述する別の実施形態の方法用の処理レシピに従い、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。

図１に戻り、方法ＭＴについて説明する。以下の説明では、図１に加えて図４〜図８を参照する。図４〜図８は、図１に示す方法の実行時又は実行後の被処理体の状態を示す断面図である。なお、図４は初回の工程ＳＴ１の実行後の被処理体の状態を、図５は初回の工程ＳＴ２の実行後の被処理体の状態を、図６は初回以降に行われる工程ＳＴ１の実行後の被処理体の状態を、図７は、初回以降に行われる工程ＳＴ２の実行後の被処理体の状態を、図８は、方法ＭＴの終了後の被処理体の状態を示している。以下、方法ＭＴがプラズマ処理装置１０を用いて実行される例を説明する。

上述したように、方法ＭＴでは、まず、ウエハＷがプラズマ処理装置１０の処理容器内に搬入される。そして、ウエハＷは、静電チャックＥＳＣ上に載置され、当該静電チャックＥＳＣによって保持される。

方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２が交互に繰り返される。工程ＳＴ１では、処理容器１２内において処理ガスのプラズマが生成される。この処理ガスは、水素ガス及び窒素ガスを含む。一実施形態では、処理ガス中の水素ガスの流量：処理ガス中の窒素ガスの流量で表される流量比は、１：３〜９：１の範囲内の流量比に設定される。

工程ＳＴ１では、上記の処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０が作動されて、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２からの高周波が上部電極３０に供給される。なお、一実施形態の工程ＳＴ１では、第２の高周波電源６４からの高周波バイアスは下部電極ＬＥに供給されない。即ち、工程ＳＴ１は、無バイアス状態で行われ得る。

この工程ＳＴ１では、処理容器１２内において生成されたプラズマからの活性種、例えば、水素ラジカル及び窒素ラジカルが、有機膜ＯＦの全領域のうちハードマスクＨＭから露出されている領域に供給される。そして、供給された活性種が有機膜ＯＦ中の炭素と反応して、図４に示すように、変質領域ＴＲが形成される。

続く工程ＳＴ２では、処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成される。希ガスは、一例ではＡｒガスであるが、任意の希ガスが用いられてもよい。工程ＳＴ２では、希ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０が作動されて、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２からの高周波が上部電極３０に供給される。さらに、第２の高周波電源６４からの高周波バイアスが下部電極ＬＥに供給される。一実施形態の工程ＳＴ２では、ウエハＷの単位面積当りの高周波バイアスのパワーは、０．０２８Ｗ／ｃｍ^２以下のパワーに設定される。

この工程ＳＴ２では、処理容器１２内において生成された希ガスのプラズマからのイオンが、ウエハＷに対して引き込まれる。ウエハＷに引き込まれたイオンは、変質領域ＴＲに衝突する。その結果、変質領域ＴＲを構成する物質がウエハＷから放出される。これにより、図５に示すように、変質領域ＴＲが除去される。また、変質領域ＴＲから放出された物質、即ち反応生成物は、ハードマスクＨＭの表面に付着して堆積物ＤＰを形成する。なお、反応生成物は、エッチングによって形成された有機膜ＯＦの側壁面にも付着する。

方法ＭＴでは、続く工程ＳＴＪにおいて、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスの繰り返し回数が所定回数に達したときに満たされるものと判定される。工程ＳＴＪにおいて、停止条件が満たされないと判定されると、工程ＳＴ１が再び実行される。

二回目以降の工程ＳＴ１でも、初回の工程ＳＴ１と同様に、処理ガスのプラズマが生成される。二回目以降の工程ＳＴ１でも、有機膜ＯＦの全領域のうちハードマスクＨＭから露出されている領域が変質領域ＴＲに変化する。また、二回目以降の工程ＳＴ１では、処理容器１２内において生成された活性種によって、堆積物ＤＰが部分的に除去される。その結果、図６に示すように、残された堆積物ＤＰによりハードマスクＨＭの形状が改善される。続く工程ＳＴ２においても、初回の工程ＳＴ２と同様に、希ガスのプラズマが生成される。その結果、変質領域ＴＲが除去される。また、変質領域ＴＲを構成する反応生成物がハードマスクＨＭの表面上に堆積して、堆積物ＤＰを形成する。

このような工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスが繰り返され、工程ＳＴＪにおいて停止条件が満たされると判定されると、方法ＭＴが終了する。方法ＭＴが終了すると、図８に示すように、ウエハＷは有機膜ＯＦが下地層ＵＬが露出するまでエッチングされた状態となる。

かかる方法ＭＴによれば、上述したようにハードマスクＨＭの形状が堆積物ＤＰによって改善しつつ、有機膜ＯＦをエッチングすることが可能である。また、ハードマスクＨＭが堆積物ＤＰによって保護されるので、有機膜ＯＦのエッチングにおけるハードマスクＨＭの膜厚減少といった損傷を抑制することができる。

一実施形態の工程ＳＴ１では、上述したように、下部電極ＬＥに高周波バイアスが供給されない。この実施形態によれば、工程ＳＴ１において有機膜ＯＦのエッチングを実質的に行うことなく変質領域ＴＲを形成することができる。

また、一実施形態の工程ＳＴ１では、上述したように、処理ガス中の水素ガスの流量：処理ガス中の窒素ガスの流量で表される流量比が、１：３〜９：１の範囲内の流量比に設定され得る。かかる流量比の水素ガス及び窒素ガスが用いられることにより、有機膜ＯＦのエッチング、及びハードマスクＨＭ上への反応生成物の供給が効率的に行われる。

また、一実施形態では、上述したように、工程ＳＴ２において下部電極ＬＥに供給される高周波バイアスのウエハＷの単位面積当りのパワーが、０．０２８Ｗ／ｃｍ^２以下のパワーに設定され得る。この実施形態によれば、希ガスのプラズマからの活性種によるハードマスクＨＭのダメージが更に抑制される。

以下、別の実施形態に係る有機膜をエッチングする方法について説明する。図９は、別の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９に示す方法ＭＴ２は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスに、工程ＳＴａが更に含まれる点で、方法ＭＴとは異なっている。工程ＳＴａでは、処理容器１２内において炭化水素ガスのプラズマが生成される。

工程ＳＴａでは、炭化水素ガスが処理容器１２内に供給される。炭化水素ガスは、例えば、ＣＨ_４ガスである。この炭化水素ガスは、希ガスによって希釈されていてもよい。また、工程ＳＴａでは、排気装置５０が作動されて、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２からの高周波が上部電極３０に供給される。なお、一実施形態の工程ＳＴａでは、第２の高周波電源６４からの高周波バイアスは下部電極ＬＥに供給されない。即ち、工程ＳＴａは、無バイアス状態で行われ得る。この工程ＳＴａによれば、上述した変質領域ＴＲからの反応生成物に加えて、炭化水素ガスからの炭化水素及び／又は炭素がウエハＷの表面に堆積して、堆積物ＤＰを形成する。

ここで、図１０を参照する。図１０は、被処理体の一例を示す断面図である。図１０に示すウエハＷは、図２に示したウエハＷと同様に、下地層ＵＬ、有機膜ＯＦ、及びハードマスクＨＭを有している。また、図１０に示すウエハＷは、密領域ＲＤ及び粗領域ＲＣを有しており、これら領域では、ハードマスクＨＭのパターンの密度が異なっている。具体的には、密領域ＲＤにおけるハードマスクＨＭのパターンは、粗領域ＲＣにおけるハードマスクＨＭのパターンよりも密に形成されている。

ハードマスクＨＭ上に堆積する上述の反応生成物の量は、密領域ＲＤでは多くなり、粗領域ＲＣでは少なくなる。一方、炭化水素ガスから生成されハードマスクＨＭ上に堆積する炭化水素及び／又は炭素の量は、密領域ＲＤでは少なく、粗領域ＲＣでは多い。したがって、方法ＭＴ２では、密領域ＲＤのハードマスクＨＭ上に堆積する反応生成物の量と粗領域ＲＣのハードマスクＨＭ上に堆積する反応生成物の量との差異を、炭化水素ガスから生成される炭化水素及び／又は炭素の量によって低減させることができる。したがって、方法ＭＴ２によれば、密領域ＲＤ及び粗領域ＲＣを有するウエハＷにおける有機膜ＯＦのエッチングの面内均一性を向上させることが可能となる。

以下、評価のために行った実験について説明する。

実験例１では、プラズマ処理装置１０を用い、水素ガスと窒素ガスの流量比を種々に設定して、有機膜をエッチングした。以下に、実験例１における条件を示す。
＜条件＞
・処理容器１２内の圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）
・第１の高周波電源６２の高周波のパワー：１５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアスのパワー：１２００Ｗ

そして、実験例１では、設定した各流量比における有機膜のエッチングレートを求めた。その結果を図１１に示す。図１１において横軸は、水素ガスの流量（ｓｃｃｍ）：窒素ガスの流量（ｓｃｃｍ）、即ち、流量比を示しており、縦軸は、エッチングレートを示している。図１１に示すように、水素ガスの流量：窒素ガスの流量が、２２５：７５〜３０：２７０、即ち３：１〜９：１の範囲内にあるときに、有機膜のエッチングレートが高くなることが確認された。特に、水素ガスの流量が窒素ガスの流量の５０％以下であるときに、有機膜のエッチングレートが高くなることが確認された。この実験結果から、工程ＳＴ１における水素ガスの流量：窒素ガスの流量で表される比を、３：１〜９：１の範囲内の比に設定することで、効率良く変質領域ＴＲを形成することが可能となり、続く工程ＳＴ２において効率良く反応生成物をハードマスクＨＭに対して供給することが可能になると推定される。

実験例２では、プラズマ処理装置１０を用い、工程ＳＴ２における高周波バイアスのパワーを種々に設定して方法ＭＴを実行することにより、図２に示したウエハの有機膜をエッチングした。以下、実験例２における条件を示す。なお、工程ＳＴ２の高周波バイアスのパワーが１０Ｗのときには、以下に示す条件の工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスを１１２回実行した。また、工程ＳＴ２の高周波バイアスのパワーが２０Ｗのときには、以下に示す条件の工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスを７４回実行した。また、工程ＳＴ２の高周波バイアスのパワーが５０Ｗのときには、以下に示す条件の工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むシーケンスを５７回実行した。
＜条件＞
・工程ＳＴ１の処理容器１２内の圧力：５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）
・工程ＳＴ１の水素ガスの流量：１００ｓｃｃｍ
・工程ＳＴ１の窒素ガスの流量：２００ｓｃｃｍ
・工程ＳＴ１における第１の高周波電源６２の高周波のパワー：２００Ｗ
・工程ＳＴ１における第２の高周波電源６４の高周波バイアスのパワー：０Ｗ
・工程ＳＴ１の実行時間：１２秒
・工程ＳＴ２の処理容器１２内の圧力：５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）
・工程ＳＴ２のＡｒガスの流量：３００ｓｃｃｍ
・工程ＳＴ２における第１の高周波電源６２の高周波のパワー：１００Ｗ
・工程ＳＴ２の実行時間：６秒

そして、初期状態のウエハのハードマスクＨＭの膜厚Ｈｉ（図２参照）、初期状態のウエハのハードマスクＨＭの底部の幅ＣＤｉ（図２参照）、有機膜のエッチング後のハードマスクＨＭの膜厚Ｈｐ（図８参照）、有機膜のエッチング後のハードマスクＨＭの底部の幅ＣＤｐ（図８参照）を求めた。なお、有機膜のエッチング後の幅ＣＤｐとして、図８に示すように、ハードマスクＨＭと堆積物ＤＰの複合体の幅を、求めた。その結果、工程ＳＴ２の高周波バイアスのパワーが５０Ｗのときには、膜厚Ｈｉと膜厚Ｈｐの差は１１．０ｎｍであり、幅ＣＤｉと幅ＣＤｐとの差は４．３ｎｍであった。したがって、工程ＳＴ２の高周波バイアスのパワーが５０Ｗのときには、ハードマスクＨＭのダメージが比較的大きくなることが確認された。一方、工程ＳＴ２の高周波バイアスのパワーが２０Ｗ及び１０Ｗのときには、膜厚Ｈｉと膜厚Ｈｐの差は０．５ｎｍ以下であり、幅ＣＤｉと幅ＣＤｐとの差は１．３ｎｍ以下であった。したがって、工程ＳＴ２の高周波バイアスのパワーが２０Ｗ以下、即ち、０．０２８Ｗ／ｃｍ^２以下のパワーであるときに、ハードマスクＨＭのダメージが大きく抑制され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、上述したプラズマ処理装置１０は容量結合型のプラズマ処理装置であるが、方法ＭＴ及び方法ＭＴ２の実施には、誘導結合型のプラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波を利用するプラズマ処理装置のような任意のプラズマ処理装置を利用することができる。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、ＰＤ…載置台、ＥＳＣ…静電チャック、ＬＥ…下部電極、３０…上部電極、４０…ガスソース群、５０…排気装置、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、ＯＦ…有機膜、ＨＭ…ハードマスク、ＴＲ…変質領域、ＤＰ…堆積物。

Claims

被処理体の有機膜をエッチングする方法であって、該被処理体は、該有機膜上にハードマスクを有し、該方法は、
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水素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスのプラズマを生成する工程であり、前記ハードマスクから露出されている前記有機膜の一部領域を変質領域に変化させる、該工程と、
前記処理容器内において希ガスのプラズマを生成する工程であり、前記変質領域を除去し、且つ、該変質領域から放出される物質を前記ハードマスクの表面上に堆積させる、該工程と、
を含み、処理ガスのプラズマを生成する前記工程と希ガスのプラズマを生成する前記工程とが交互に繰り返される、方法。
前記処理容器内において、前記被処理体は、下部電極を含む載置台上に載置されており、
希ガスのプラズマを生成する前記工程では、前記下部電極に供給される高周波バイアスの単位面積当りのパワーが、０．０２８Ｗ／ｃｍ^２以下のパワーに設定される、
請求項１に記載の方法。
処理ガスのプラズマを生成する前記工程では、前記下部電極に高周波バイアスが供給されない、請求項２に記載の方法。
前記処理ガス中の前記水素ガスの流量：前記処理ガス中の前記窒素ガスの流量で表される流量比が、１：３〜９：１の範囲内の流量比に設定される、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
前記処理容器内において炭化水素ガスのプラズマを生成する工程を更に含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。