JP7802966B2 - Plasma treatment method - Google Patents
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Description
本開示は、プラズマ処理方法に係り、微細パターン加工における有機膜を垂直に加工する垂直加工技術に関するプラズマ処理方法に適用可能である。 This disclosure relates to a plasma processing method and is applicable to a plasma processing method related to vertical processing technology for vertically processing organic films in fine pattern processing.
高解像度リソグラフィーの進展に伴い、さらなる微細加工技術として、極端紫外線(Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）を用いた極端紫外線リソグラフィー(Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の開発が行われており、ＥＵＶパターンを用いたＴｒｉ-Ｌａｙｅｒ（三層）構造の有機膜パターン微細加工技術の開発が進んでいる。その中でもＳＡＤＰ（Ｓｅｌｆ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）のマンドレル（Ｍａｎｄｒｅｌ）に適応される有機膜（ＡＣＬ：アモルファスカーボン）を高精度で加工する技術の開発が求められている。特に、有機膜の加工形状の垂直化が必要であり、有機膜のＴｏｐ－ＣＤ値とＢｏｔｔｏｍ－ＣＤ値の差を最小限に制御する技術の必要性が求められている。加工精度としてはＬｉｎｅ－ＣＤ値１６ｎｍ以下の垂直加工が必要とされている。ここで、ＣＤとは、Critical Dimensionの略である。 With the advancement of high-resolution lithography, extreme ultraviolet (EUV) lithography is being developed as an even more advanced microfabrication technology. Development of tri-layer organic film pattern microfabrication technology using EUV patterns is also progressing. Among these, there is a need for technology to precisely process organic films (ACL: amorphous carbon) suitable for the mandrels of SADP (Self-Aligned Double Patterning). In particular, verticalization of the processed shape of organic films is required, and there is a need for technology to minimize the difference between the Top-CD and Bottom-CD values of organic films. The processing accuracy required is vertical processing with a Line-CD value of 16 nm or less, where CD stands for Critical Dimension.
先行技術（特開２０２１－７７８４３号公報）は有機膜の上部のサイドエッチ防止対策手法は提案されている。しかし、有機膜の下部についての加工方法は検討されていない状況と考えられる。 Prior art (JP 2021-77843 A) proposes a method for preventing side etching of the upper part of an organic film. However, it appears that no consideration has been given to processing the lower part of the organic film.
ＥＵＶパターンを用いたパターン寸法１６ｎｍ以下の微細加工の高精度加工技術が必要であり、Ｔｒｉ-Ｌａｙｅｒ構造サンプルの下層膜にあたる有機膜を垂直に加工するエッチング処理が重要となっている。有機膜の加工形状がテーパ形状や有機膜の下層部で見られる裾引き形状があると、パターンの寸法制御性が悪化し、半導体製品のデバイス性能や信頼性が悪化するため問題となる。High-precision processing technology is required for microfabrication using EUV patterns with pattern dimensions of 16 nm or less, and etching processes that vertically process the organic film that forms the lower layer of a tri-layer structure sample are important. If the processed shape of the organic film is tapered or has a trailing shape in the lower layer of the organic film, this reduces dimensional controllability of the pattern, which causes problems as it degrades the device performance and reliability of semiconductor products.
本開示は、有機膜の下層部で見られる裾引き形状の抑制技術に係るプラズマ処理方法を提供する。 This disclosure provides a plasma processing method related to a technology for suppressing the footing shape observed in the lower layer of an organic film.
本開示の一実施形態に係る、プラズマを用いて有機膜をエッチングすることによりマスクを形成するプラズマ処理方法は、
前記有機膜の上方に成膜された無機膜をエッチングする第１ステップと、
前記第１ステップ後、硫黄元素含有ガスを用いて前記有機膜をエッチングする第２ステップと、
前記第２ステップ後、前記有機膜の下方に成膜された被エッチング膜の上に堆積した堆積膜を除去する第３ステップと、
前記第３ステップ後の前記有機膜をエッチングする第４ステップと、を有する。
According to an embodiment of the present disclosure, there is provided a plasma processing method for forming a mask by etching an organic film using plasma, the method comprising:
a first step of etching an inorganic film formed above the organic film;
a second step of etching the organic film using a sulfur-containing gas after the first step;
a third step of removing a deposition film deposited on a film to be etched formed below the organic film after the second step;
and a fourth step of etching the organic film after the third step.
前記第４ステップは、Ｈ含有ガス（水素元素含有ガス）又は、Ｈ含有ガスとＡｒガスの混合ガスを用いて前記有機膜をエッチングする。これにより、前記有機膜の下部の裾引き形状部を加工する。In the fourth step, the organic film is etched using an H-containing gas (gas containing hydrogen elements) or a mixture of H-containing gas and Ar gas. This processes the bottom skirt of the organic film.
前記硫黄元素含有ガスは、ＳＯ2ガス又はＣＯＳガスである。前記堆積膜は、酸化系の堆積膜であり、例えば、酸化硫黄系の堆積膜である。 The sulfur-containing gas is SO2 gas or COS gas. The deposited film is an oxide-based deposited film, for example, a sulfur oxide-based deposited film.
前記無機膜上に形成されたパターンはカーボン系又は酸化系のどちらでも良い。 The pattern formed on the inorganic film may be either carbon-based or oxide-based.
本開示の一実施形態によれば、硫黄元素含有ガス（ＳＯ2ガス又はＣＯＳガス）を用いた有機膜（アモルファスカーボン膜（ＡＣＬ：非晶質炭素層）や塗布型有機下層（ＳＯＣ））のエッチング処理(第２ステップ）の後に付着する堆積膜（酸化デポ膜）を除去する第３ステップと、堆積膜を除した前記有機膜のエッチングを行う第４ステップとを実施することで、有機膜の垂直加工形状が確立でき、有機膜の加工寸法のバラツキを抑制できる。 According to one embodiment of the present disclosure, a third step of removing a deposited film ( oxide deposition film) that adheres to an organic film (an amorphous carbon film (ACL: amorphous carbon layer) or a coated organic underlayer (SOC)) after etching the organic film (amorphous carbon film (ACL) or coated organic underlayer (SOC)) using a sulfur-containing gas (SO gas or COS gas) and a fourth step of etching the organic film excluding the deposited film are performed, thereby establishing a vertical processed shape of the organic film and suppressing variations in the processed dimensions of the organic film.
本開示の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. However, in the following description, identical components may be designated by the same reference numerals, and repeated description may be omitted. Note that the drawings may be more schematic than the actual embodiment to make the description clearer, but they are merely examples and do not limit the interpretation of the present invention.
本開示を実施するためのプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置１００について図１を用いて説明する。図１は、プラズマ生成手段としてマイクロ波と磁界を利用したＥＣＲ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置の略断面図である。 A plasma etching apparatus 100 as a plasma processing apparatus for implementing the present disclosure will be described using Figure 1. Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an ECR (Electron Cyclotron Resonance) type microwave plasma etching apparatus that uses microwaves and a magnetic field as plasma generation means.
マイクロ波は、マグネトロン１０１で発振され，導波管１０２を経由して石英板１０３を透過して真空容器１０４へ伝搬される。真空容器１０４の周りにはソレノイドコイル１０５が設けられ、ソレノイドコイル１０５が生成する磁界と、真空容器１０４に伝搬されたマイクロ波により電子サイクロトロン共鳴(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下ＥＣＲと称する）を発生させる。 Microwaves are generated by a magnetron 101, passed through a waveguide 102, and transmitted through a quartz plate 103 to a vacuum vessel 104. A solenoid coil 105 is provided around the vacuum vessel 104, and the magnetic field generated by the solenoid coil 105 and the microwaves transmitted to the vacuum vessel 104 generate electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR).
エッチングガスは、プロセスガス１０６から供給され、シャワープレート１０７を経由して真空容器１０４に導入される。真空容器１０４内の圧力は、真空容器１０４の下方に設けられた排気口(図示せず）を介して、ターボ分子ポンプ１０８およびドライポンプ(図示せず）により真空容器１０４内を排気しながら所望の圧力に調整される。 Etching gas is supplied from the process gas source 106 and introduced into the vacuum chamber 104 via a shower plate 107. The pressure inside the vacuum chamber 104 is adjusted to the desired pressure by evacuating the vacuum chamber 104 using a turbomolecular pump 108 and a dry pump (not shown) through an exhaust port (not shown) located below the vacuum chamber 104.
ウエハ１１１は被エッチング膜（無機膜２０１：図２Ａ参照）が成膜された試料とされ、試料台１１０に載置される。試料台１１０は、静電吸着電源１０９によって直流電圧を印加される。これにより、試料台１１０に発生する静電吸着力により、試料であるウエハ１１１は、試料台１１０に吸着される。また、高周波電源１１２により試料台１１０に高周波電力(以下、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアスと称する）を供給して、プラズマ５中のイオンをウエハ１１１に対して垂直に加速しながら入射させる。 The wafer 111 is a sample on which a film to be etched (inorganic film 201: see Figure 2A) is formed, and is placed on the sample stage 110. A DC voltage is applied to the sample stage 110 by the electrostatic adsorption power supply 109. This generates an electrostatic adsorption force on the sample stage 110, which causes the sample wafer 111 to be adsorbed to the sample stage 110. In addition, a high-frequency power supply 112 supplies high-frequency power (hereinafter referred to as RF (Radio Frequency) bias) to the sample stage 110, causing ions in the plasma 5 to be accelerated and incident perpendicularly onto the wafer 111.
次に、本開示に係るプラズマ処理方法としてのプラズマエッチング方法を図２Ａ－図２Ｅを説明する。図２Ａは、本開示に係るプラズマエッチング方法を示すフロー図であり、プラズマエッチングされるウエハの断面構造を示す断面図である。図２Ｂは、本開示に係るプラズマエッチング方法を示すフロー図であり、無機膜をエッチング加工する工程を示す断面図である。図２Ｃは、本開示に係るプラズマエッチング方法を示すフロー図であり、有機膜をエッチング加工する工程を示す断面図およびその部分拡大断面図である。図２Ｄは、本開示に係るプラズマエッチング方法を示すフロー図であり、有機膜の下方に成膜された被エッチング膜の上に堆積した堆積膜を除去する工程を示す断面図およびその部分拡大断面図である。図２Ｅは、本開示に係るプラズマエッチング方法を示すフロー図であり、有機膜の裾引き形状部をエッチング加工する工程を示す断面図およびその部分拡大断面図である。Next, a plasma etching method as a plasma processing method according to the present disclosure will be described with reference to Figures 2A-2E. Figure 2A is a flow diagram showing the plasma etching method according to the present disclosure, and is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure of a wafer to be plasma etched. Figure 2B is a flow diagram showing the plasma etching method according to the present disclosure, and is a cross-sectional view showing the process of etching an inorganic film. Figure 2C is a flow diagram showing the plasma etching method according to the present disclosure, and is a cross-sectional view and a partially enlarged cross-sectional view showing the process of etching an organic film. Figure 2D is a flow diagram showing the plasma etching method according to the present disclosure, and is a cross-sectional view and a partially enlarged cross-sectional view showing the process of removing a deposition film deposited on a film to be etched formed below an organic film. Figure 2E is a flow diagram showing the plasma etching method according to the present disclosure, and is a cross-sectional view and a partially enlarged cross-sectional view showing the process of etching a skirting portion of an organic film.
最初に本開示のプラズマ処理方法によりプラズマエッチングされるウエハ１１１の断面構造を説明する。 First, we will describe the cross-sectional structure of wafer 111 that is plasma etched using the plasma processing method disclosed herein.
図２Ａに示すようにウエハ１１１は、シリコン基板(図示せず）の上に下から順に被エッチング膜である無機膜２０１と、６５ｎｍ厚さの有機膜２０２と、１０ｎｍ厚さのＳＯＧ（ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）膜である無機膜２０３と、極端紫外線(Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）露光により予めパターニングされた２２ｎｍ厚さの化学増幅型レジスト(ＣＡＲ：ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ)２０４が積層されている。尚、本実施例での予めパターニングされたパターンは、例えば、溝パターンとする。化学増幅型レジスト２０４は、マスクとして利用するので、マスク２０４ということがある。 As shown in Figure 2A, the wafer 111 has, stacked on a silicon substrate (not shown), from bottom to top, an inorganic film 201 to be etched, a 65 nm thick organic film 202, a 10 nm thick inorganic film 203 which is a SOG (spin-on-glass) film, and a 22 nm thick chemically amplified photoresist (CAR) 204 that has been pre-patterned by extreme ultraviolet (EUV) exposure. In this embodiment, the pre-patterned pattern is, for example, a groove pattern. Because the chemically amplified resist 204 is used as a mask, it is sometimes referred to as the mask 204.
ＥＵＶ露光によりパターニングされる寸法は、密集したパターンだけでなく、孤立したパターンも含まれる。 The dimensions patterned by EUV exposure include not only dense patterns but also isolated patterns.
有機膜２０２は、アモルファスカーボン（ＡＣＬ）膜、塗布型有機下層（ＳＯＣ）膜等のカーボン系材料である。さらに、ＥＵＶ露光によりパターニングされるマスク２０４の材料は、金属酸化物（ＭＯＲ：Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｓｉｓｔ）でも良い。The organic film 202 is a carbon-based material such as an amorphous carbon (ACL) film or a coated organic underlayer (SOC) film. Furthermore, the material of the mask 204 patterned by EUV exposure may be metal oxide (MOR: Metal Oxide Resist).
図２Ａに示されたウエハ１１１がプラズマエッチング装置１００の試料台１１０に載置されて、以下に説明するプラズマ処理が行われる。 The wafer 111 shown in Figure 2A is placed on the sample stage 110 of the plasma etching apparatus 100 and the plasma processing described below is performed.
続いて有機膜２０２のプラズマエッチング処理方法を説明する。 Next, we will explain the plasma etching method for the organic film 202.
まずは最初に、ＥＵＶ露光によりパターニングされたマスク２０４を用いて、無機膜２０３を六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスとフルオロホルム（ＣＨＦ３）ガスの混合ガス、又は、前記混合ガスに水素（Ｈ２）ガスを添加した混合ガスを用いる。ＳＦ６ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガスを用いる場合、例えば、ＳＦ６ガスのガス流量を１５ｍＬ／ｍｉｎ、ＣＨＦ３ガスのガス流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ、処理圧力を０．４Ｐａ、マイクロ波電力を１３００Ｗ、ＲＦバイアスを５０Ｗ、処理時間を３５秒とするエッチング条件にて図２Ｂに示すように無機膜２０３をエッチング加工する（第１ステップ）。つまり、第１ステップでは、有機膜２０２の上方に成膜された無機膜２０３が、ＥＵＶにより露光されたマスク２０４を用いてエッチングされる。 First, using a mask 204 patterned by EUV exposure, the inorganic film 203 is etched using a mixed gas of sulfur hexafluoride ( SF6 ) gas and fluoroform ( CHF3 ) gas, or a mixed gas obtained by adding hydrogen ( H2 ) gas to the mixed gas. When a mixed gas of SF6 gas and CHF3 gas is used, the inorganic film 203 is etched as shown in Figure 2B under etching conditions such as a gas flow rate of SF6 gas of 15 mL/min, a gas flow rate of CHF3 gas of 100 mL/min, a processing pressure of 0.4 Pa, a microwave power of 1300 W, an RF bias of 50 W, and a processing time of 35 seconds (first step). That is, in the first step, the inorganic film 203 formed above the organic film 202 is etched using the mask 204 exposed to EUV.
また、ＣＤ寸法は無機膜２０３の膜厚に対して、５％から５０％のオーバーエッチングを行い制御することができる。ここで、ＣＤとは、Critical Dimensionの略である。 In addition, the CD dimension can be controlled by over-etching 5% to 50% of the film thickness of the inorganic film 203. Here, CD stands for Critical Dimension.
次に、図２Ｂでエッチングを行った無機膜２０３をマスクとして、有機膜２０２をエッチングする。有機膜２０２のエッチングでは、有機膜２０２を硫黄元素含有ガス、例えば、二酸化硫黄（ＳＯ２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを用い、ＳＯ２ガスのガス流量を１５０ｍＬ／ｍｉｎ、Ａｒガスのガス流量を５００ｍＬ／ｍｉｎ、処理圧力を０．６Pａ、マイクロ波電力を９００Ｗ、ＲＦバイアスを１５０Ｗ、処理時間を１００ｓｅｃとするエッチング条件とする。これにより、図２Ｃに示すように有機膜２０２をエッチング加工する（第２ステップ）。つまり、第２ステップでは、第１ステップ後、硫黄元素含有ガスを用いて有機膜２０２をエッチングする。 Next, the organic film 202 is etched using the inorganic film 203 etched in FIG. 2B as a mask. The organic film 202 is etched using a sulfur-containing gas, for example, a mixed gas of sulfur dioxide (SO 2 ) gas and argon (Ar) gas, under the following etching conditions: SO 2 gas flow rate 150 mL/min, Ar gas flow rate 500 mL/min, processing pressure 0.6 Pa, microwave power 900 W, RF bias 150 W, and processing time 100 sec. This results in the etching of the organic film 202 as shown in FIG. 2C (second step). That is, in the second step, after the first step, the organic film 202 is etched using a sulfur-containing gas.
また、有機膜２０２をエッチングする硫黄元素含有ガスは、硫化カルボニル（ＣＯＳ）ガスと酸素（Ｏ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガスの混合ガスを使用しても良い。 The sulfur-containing gas for etching the organic film 202 may be a mixed gas of carbonyl sulfide (COS) gas, oxygen (O 2 ) gas, and nitrogen (N 2 ) gas.
有機膜２０２のエッチング処理を行った加工形状のＣＤ寸法を計測すると、有機膜２０２の上部ＣＤ値（Ｔｏｐ－ＣＤ値）＝９．７２ｎｍ、有機膜の下部ＣＤ値（Ｂｏｔｔｏｍ－ＣＤ値）＝１４．０９ｎｍとの差（ＣＤ差）が４．３７ｎｍとＣＤ差があり、寸法の制御性が悪いことが分かる。前記ＣＤ差が発生している有機膜２０２の加工形状をＳＥＭ画像にて観察したところ、有機膜２０２の下層部２０２１で有機膜２０２が裾を引いていることが分かる。つまり、有機膜２０２は、下層部２０２１に裾引き形状部２０５を有する。 When the CD dimensions of the processed shape of the organic film 202 after etching were measured, the difference (CD difference) between the top CD value (Top-CD value) of the organic film 202 = 9.72 nm and the bottom CD value (Bottom-CD value) of the organic film = 14.09 nm was 4.37 nm, indicating poor dimensional controllability. Observation of the processed shape of the organic film 202, in which the CD difference has occurred, using SEM images revealed that the organic film 202 is trailing in the lower layer 2021 of the organic film 202. In other words, the organic film 202 has a trailing shape portion 205 in the lower layer 2021.
ＣＤ差改善として、有機膜２０２の裾引き形状部２０５を除去する目的で、有機膜２０２のエッチング処理条件を使用し、追加エッチングとして有機膜２０２のオーバーエッチングを行ったが、ＣＤ差は３．５７ｎｍと大きな改善は見られないことが分かった。 To improve the CD difference, the etching processing conditions for the organic film 202 were used to remove the skirting portion 205 of the organic film 202, and over-etching of the organic film 202 was performed as additional etching, but it was found that the CD difference was 3.57 nm, and no significant improvement was observed.
有機膜２０２のエッチング加工後の形状の詳細情報を得るために、ＴＥＭを使用し加工形状を観察したところ、図２Ｃに示すように、デポ膜２０６が堆積してことが判明した。デポ膜２０６は堆積膜と言い換えることができる。 In order to obtain detailed information about the shape of the organic film 202 after etching, we used a TEM to observe the processed shape, and found that a deposition film 206 had formed, as shown in Figure 2C. The deposition film 206 can also be called a deposition film.
デポ膜２０６の成分分析として、ＸＰＳ分析器を用いて分析し、図３Ａに示すように酸化硫黄（ＳＯ４ ２－）３０１と有機硫酸化合物（Ｓ－Ｃ）３０２が堆積していることが分かる。この結果より、有機膜２０２のエッチング中はＳＯ２ガスでカーボン膜をエッチングするため、デポ膜２０６は形成されず、有機膜２０２のエッチングは進行する。しかしながら、有機膜２０２が下層膜２０１（無機膜２０１）の表面２０１１までエッチングされ、有機膜２０２が無くなると、下層膜２０１の表面２０１１にデポ膜２０６が堆積してしまう。また、有機膜２０２の側壁２０２２にもデポ２０６膜が付着することで、有機膜２０２のサイドエッチが抑制され、異方性形状に加工できる。 The components of the deposition film 206 were analyzed using an XPS analyzer, and it was found that sulfur oxide (SO 4 2− ) 301 and organic sulfate compounds (S—C) 302 had accumulated, as shown in FIG. 3A . From these results, it can be seen that during etching of the organic film 202, the carbon film is etched with SO 2 gas, so the deposition film 206 is not formed, and the etching of the organic film 202 proceeds. However, when the organic film 202 is etched down to the surface 2011 of the lower film 201 (inorganic film 201) and the organic film 202 is gone, the deposition film 206 accumulates on the surface 2011 of the lower film 201. Furthermore, since the deposition film 206 also adheres to the sidewalls 2022 of the organic film 202, side etching of the organic film 202 is suppressed, and the organic film 202 can be processed into an anisotropic shape.
このことから、デポ膜２０６が有機膜２０２と下層膜２０１に付着しているため、有機膜２０２のエッチング条件を用いたオーバーエッチングを行ってもエッチングが進行しないため、有機膜２０２の裾引き形状部２０５が除去できず垂直形状が得られないことが分かる。上記結果の影響でＣＤ差が大きくなり寸法制御性が悪化すると考える。 This shows that because the deposition film 206 adheres to the organic film 202 and the underlying film 201, over-etching using the etching conditions for the organic film 202 does not proceed, and therefore the skirting portion 205 of the organic film 202 cannot be removed, making it impossible to obtain a vertical shape. It is believed that the CD difference increases as a result of the above, resulting in poor dimensional controllability.
次に、デポ膜２０６の除去方法について説明する。図３Ａは、有機膜エッチング処理後に付着するデポ膜の成分を示す図である。図３Ｂは、有機膜エッチング処理後にデポ膜を除去した場合の有機膜の成分を示す図である。Next, we will explain how to remove the deposition film 206. Figure 3A shows the components of the deposition film that adheres after the organic film etching process. Figure 3B shows the components of the organic film when the deposition film is removed after the organic film etching process.
堆積膜であるデポ膜２０６は、図３ＡのＸ線光電子分光（ＸＰＳ）分析器の測定結果（横軸：結合(束縛)エネルギー、縦軸：カウント数）より酸化物（酸化系の堆積物）と考え、例えば、無機膜２０３のエッチング条件を用いてエッチング処理する。つまり、無機膜２０３のエッチング条件である、ＳＦ６ガスとＣＨＦ３ガスの混合ガス、ＳＦ６ガスのガス流量を１５ｍＬ／ｍｉｎ、ＣＨＦ３ガスのガス流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ、処理圧力を０．４Ｐａ、マイクロ波電力を１３００Ｗ、ＲＦバイアスを０Ｗ、処理時間を１０秒とするエッチング条件とする。ここで、ＲＦバイアスは、有機膜２０２のマスクである無機膜２０３のダメージを考慮し、ＲＦバイアスを印可せず０Ｗに設定したエッチング条件を用い、デポ膜２０６の除去を行う（第３ステップ）。つまり、第３ステップでは、第２ステップ後、有機膜２０２の下方に成膜された被エッチング膜２０１の上に堆積した堆積膜２０６を除去する。第３ステップＳ３は、被エッチング膜２０１の成膜された試料１１１がプラズマエッチング装置１００の試料台１１０に載置され、その試料台１１０に供給する高周波電力が０Ｗにして行われる。 The deposition film 206, which is a deposited film, is considered to be an oxide (oxide-based deposit) based on the measurement results of an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyzer shown in FIG. 3A (horizontal axis: bond (binding) energy, vertical axis: count number), and is etched using, for example, the etching conditions for the inorganic film 203. That is, the etching conditions for the inorganic film 203 are a mixed gas of SF6 gas and CHF3 gas, with a gas flow rate of 15 mL/min for SF6 gas and 100 mL/min for CHF3 gas, a processing pressure of 0.4 Pa, a microwave power of 1300 W, an RF bias of 0 W, and a processing time of 10 seconds. Here, in consideration of damage to the inorganic film 203, which serves as a mask for the organic film 202, the RF bias is set to 0 W without application of an RF bias, and the deposition film 206 is removed (third step). That is, in the third step, the deposition film 206 deposited on the film to be etched 201 formed below the organic film 202 after the second step is removed. The third step S3 is performed by placing the sample 111 on which the film to be etched 201 has been formed on the sample stage 110 of the plasma etching apparatus 100, and setting the high frequency power supplied to the sample stage 110 to 0 W.
図２Ｄに示すようにＴＥＭ観察でデポ膜２０６が除去可能なことを確認した。また、図３ＢのＸ線光電子分光（ＸＰＳ）分析器の測定結果（横軸：結合(束縛)エネルギー、縦軸：カウント数）でも酸化硫黄（ＳＯ４ ２－）３０１は初期状態に戻っていることからも、デポ膜２０６の除去できていることが分かる。 As shown in Fig. 2D, TEM observation confirmed that the deposit film 206 could be removed. In addition, the measurement results of an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyzer shown in Fig. 3B (horizontal axis: bond (binding) energy, vertical axis: number of counts) also show that sulfur oxide (SO 4 2- ) 301 has returned to its initial state, which also indicates that the deposit film 206 has been removed.
次に、有機膜２０２の裾引き形状部２０５のエッチング加工（第４ステップ）について説明する。つまり、第４ステップでは、第３ステップ後の有機膜２０２をエッチングする。第４ステップでは、具体的には、有機膜２０２の裾引き形状部２０５をエッチングする。 Next, we will explain the etching process (fourth step) of the skirting portion 205 of the organic film 202. That is, in the fourth step, the organic film 202 after the third step is etched. Specifically, in the fourth step, the skirting portion 205 of the organic film 202 is etched.
前記のように、被エッチング膜２０１の表面２０１１と有機膜２０２に側壁２０２２に付着していたデポ膜２０６が除去でき有機膜２０２の裾引き形状部２０５はエッチングされ、有機膜２０２は加工形状が垂直となり、図２Ｅに示す有機膜２０２のエッチング形状が得られ、Ｔｏｐ－ＣＤ値とＢｏｔｔｏｍ－ＣＤ値の改善できることが分かる。 As described above, the deposit film 206 attached to the surface 2011 of the film to be etched 201 and the sidewall 2022 of the organic film 202 is removed, the skirting shape portion 205 of the organic film 202 is etched, the processed shape of the organic film 202 becomes vertical, the etched shape of the organic film 202 shown in Figure 2E is obtained, and it can be seen that the Top-CD value and Bottom-CD value can be improved.
但し、有機膜２０２の側壁２０２２に付着していたデポ膜２０６も除去されたため、有機膜２０２のエッチングで使用した条件をもちいると、側壁２０２２にサイドエッチが発生し、ＣＤ値が細くなる問題が発生する。 However, since the deposit film 206 attached to the sidewall 2022 of the organic film 202 was also removed, if the conditions used for etching the organic film 202 are used, side etching will occur on the sidewall 2022, resulting in a problem of a thinner CD value.
この様な有機膜２０２の側壁２０２２へのダメージを考慮すると、イオンによるスパッタエッチング主体のプロセス条件の検討が必要なことが分かる。スパッタエッチングで使用するエッチングガスは、希ガスであるＡｒガスと、水素元素含有ガス（Ｈ含有ガス）としての水素ガス（Ｈガス）の混合ガスを用いる。また、ＨガスはＨ含有ガスである臭化水素（ＨＢｒ）ガス、メタン（ＣＨ４）ガスを用いてエッチングを行っても良い。例えば、ＡｒガスとＨ２ガスの混合ガスを用いる場合、Ａｒガスのガス流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ２ガスのガス流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ、処理圧力を０．４Ｐａ、マイクロ波電力を９００Ｗ、ＲＦバイアスを２００Ｗ、処理時間を２０ｓｅｃとするエッチング条件にて有機膜２０２の裾引き形状部２０５をエッチングする。 Considering such damage to the sidewall 2022 of the organic film 202, it is clear that it is necessary to consider the process conditions mainly for sputter etching using ions. The etching gas used in sputter etching is a mixed gas of Ar gas, which is a rare gas, and hydrogen gas (H gas), which is a hydrogen-element-containing gas (H-containing gas). Alternatively, the H gas may be replaced with hydrogen bromide (HBr) gas or methane (CH 4 ) gas, which are H-containing gases. For example, when a mixed gas of Ar gas and H 2 gas is used, the skirting portion 205 of the organic film 202 is etched under the following etching conditions: Ar gas flow rate 100 mL/min, H 2 gas flow rate 100 mL/min, process pressure 0.4 Pa, microwave power 900 W, RF bias 200 W, and process time 20 seconds.
また、Ａｒガスだけではカーボンとの反応が無いため、Ｃ－Ｈ結合反応が必要となりＨ含有ガスが必要となる。 In addition, since Ar gas alone does not react with carbon, a C-H bond reaction is required, which requires an H-containing gas.
図４に本開示のプラズマ処理方法に係るエッチングフローを示す。また、図５に本開示のプラズマ処理方法に係る各ステップにおけるエッチング条件の一例を示す。図５の縦は、第１ステップＳ１の無機膜２０３のエッチング条件、第２ステップＳ２の有機膜２０２のエッチング条件、第３ステップＳ３の堆積膜２０６を除去するエッチング条件、第４ステップＳ４有機膜２０２のエッチング条件を示している。図５の横は、パラメータとして、使用するガスのガス流量（ｍＬ／ｍｉｎ）、真空容器１０４の処理圧力（単位：Ｐａ）、マイクロ波電力（Ｍパワー）の値（単位：Ｗ）、ＲＦバイアス（Ｂ－ＲＦ）の値（単位：Ｗ）、処理時間（Ｔｉｍｅ）（単位：ｓｅｃ）を示している。 Figure 4 shows an etching flow for the plasma processing method of the present disclosure. Figure 5 shows an example of etching conditions for each step of the plasma processing method of the present disclosure. The vertical axis of Figure 5 shows the etching conditions for the inorganic film 203 in the first step S1, the etching conditions for the organic film 202 in the second step S2, the etching conditions for removing the deposited film 206 in the third step S3, and the etching conditions for the organic film 202 in the fourth step S4. The horizontal axis of Figure 5 shows parameters such as the gas flow rate (mL/min) of the gas used, the processing pressure (unit: Pa) of the vacuum chamber 104, the microwave power (M power) value (unit: W), the RF bias (B-RF) value (unit: W), and the processing time (unit: sec).
図４および図５を用いて本開示のプラズマ処理方法に係るエッチングフローを説明するが、詳細な説明については、図２Ａ-図２Ｄおよび図３Ａ、図３Ｂの説明を参照できる。 The etching flow for the plasma processing method of the present disclosure is explained using Figures 4 and 5, but for a detailed explanation, please refer to the explanations for Figures 2A-2D and Figures 3A and 3B.
第１ステップＳ１は、有機膜２０２の上方に成膜された無機膜２０３をエッチングする工程である。無機膜２０３のエッチング条件は、図５の「無機膜エッチング」の部分に記載されている。無機膜２０３は、ＥＵＶにより露光されたマスク２０４を用いてエッチングされる。マスク２０４の材料は、例えば、化学増幅型レジスト(ＣＡＲ)または金属酸化物(ＭＯＲ)である。有機膜２０２は、例えば、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ Ｌａｙｅｒ（ＡＣＬ)膜または塗布型有機下層(ＳＯＣ)材料の膜である。 The first step S1 is a process of etching the inorganic film 203 formed above the organic film 202. The etching conditions for the inorganic film 203 are described in the "Inorganic Film Etching" section of Figure 5. The inorganic film 203 is etched using a mask 204 exposed to EUV. The material of the mask 204 is, for example, a chemically amplified resist (CAR) or a metal oxide resist (MOR). The organic film 202 is, for example, an amorphous carbon layer (ACL) film or a film of a coated organic underlayer (SOC) material.
第２ステップＳ２は、第１ステップＳ１の後、硫黄元素含有ガスを用いて有機膜２０２をエッチングする工程である。有機膜２０２のエッチング条件は、図５の「有機膜エッチング」の部分に記載されている。硫黄元素含有ガスは、例えば、ＳＯ２ガスまたはＣＯＳガスである。 The second step S2 is a process of etching the organic film 202 using a sulfur-containing gas after the first step S1. The etching conditions for the organic film 202 are described in the "Organic Film Etching" section of Figure 5. The sulfur-containing gas is, for example, SO2 gas or COS gas.
第３ステップＳ３は、第２ステップＳ２の後、有機膜２０２の下方に成膜された被エッチング膜２０１の上に堆積した堆積膜２０６を除去する工程である。堆積膜２０６を除去するエッチング条件は、「デポ除去ステップ」の部分に記載されている。堆積膜２０６は、酸化系の堆積膜である。第３ステップＳ３は、被エッチング膜２０１が成膜された試料１１１が載置される試料台１１０に供給する高周波電力を０Ｗにして行われる。 The third step S3 is a process for removing the deposition film 206 deposited on the film to be etched 201 formed below the organic film 202 after the second step S2. The etching conditions for removing the deposition film 206 are described in the "Deposit Removal Step" section. The deposition film 206 is an oxide-based deposition film. The third step S3 is performed by setting the high-frequency power supplied to the sample stage 110, on which the sample 111 on which the film to be etched 201 is formed, to 0 W.
第４ステップＳ４は、第３ステップＳ３の後、有機膜２０２（具体的には、有機膜２０２の裾引き形状部２０５）をエッチングする工程である。有機膜２０２の裾引き形状部２０５のエッチング条件は、「裾除去ステップ」の部分に記載されている。第４ステップＳ４は、水素元素含有ガスを用いて第３ステップＳ３の後の有機膜２０２をエッチングする。水素元素含有ガスは、例えば、水素ガスである。 The fourth step S4 is a process of etching the organic film 202 (specifically, the skirted portion 205 of the organic film 202) after the third step S3. The etching conditions for the skirted portion 205 of the organic film 202 are described in the "Foot Removal Step" section. The fourth step S4 etches the organic film 202 after the third step S3 using a hydrogen-element-containing gas. The hydrogen-element-containing gas is, for example, hydrogen gas.
以上、本開示を実施例に基づき具体的に説明したが、本開示は、上記実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。 The present disclosure has been specifically described above based on examples, but it goes without saying that the present disclosure is not limited to the above examples and can be modified in various ways.
１００：プラズマエッチング装置、１０１:マグネトロン、１０２:導波管、１０３:石英板、１０４:真空容器、１０５:ソレノイドコイル、１０６:エッチングガス、１０７:シャワープレート、１０８:ターボ分子ポンプ、１０９:静電吸着電源、１１０:試料台、１１１:ウエハ（試料）、１１２:高周波電源、２０１:被エッチング材、２０２:有機膜、２０３:無機膜、２０４:レジスト、２０５:有機膜裾引き形状部、２０６:デポ膜、３０１:酸化硫黄（ＳＯ４ ２－）、３０２:有機硫酸化合物（Ｓ－Ｃ）。 100: plasma etching apparatus, 101: magnetron, 102: waveguide, 103: quartz plate, 104: vacuum vessel, 105: solenoid coil, 106: etching gas, 107: shower plate, 108: turbomolecular pump, 109: electrostatic adsorption power supply, 110: sample stage, 111: wafer (sample), 112: high frequency power supply, 201: material to be etched, 202: organic film, 203: inorganic film, 204: resist, 205: organic film skirting shape portion, 206: deposition film, 301: sulfur oxide (SO 4 2− ), 302: organic sulfate compound (S-C).
Claims (12)
前記有機膜の上方に成膜された無機膜をエッチングする第１ステップと、
前記第１ステップ後、硫黄元素含有ガスを用いて前記有機膜をエッチングする第２ステップと、
前記第２ステップ後、前記有機膜の下方に成膜された被エッチング膜の上に堆積した堆積膜を除去する第３ステップと、
前記第３ステップ後の前記有機膜をエッチングする第４ステップと、を有することを特徴とするプラズマ処理方法。 1. A plasma processing method for forming a mask by etching an organic film using plasma, comprising:
a first step of etching an inorganic film formed above the organic film;
a second step of etching the organic film using a sulfur-containing gas after the first step;
a third step of removing a deposition film deposited on a film to be etched formed below the organic film after the second step;
a fourth step of etching the organic film after the third step.
前記第４ステップは、水素元素含有ガスを用いて前記第３ステップ後の前記有機膜をエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。 2. The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method is characterized in that the fourth step etches the organic film after the third step using a hydrogen-containing gas.
前記堆積膜は、酸化系の堆積膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。 2. The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method is characterized in that the deposited film is an oxide-based deposited film.
前記硫黄元素含有ガスは、ＳＯ２ガスまたはＣＯＳガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。 2. The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method, wherein the sulfur-containing gas is SO2 gas or COS gas.
前記無機膜は、ＥＵＶにより露光されたマスクを用いてエッチングされることを特徴とするプラズマ処理方法。 2. The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method is characterized in that the inorganic film is etched using a mask exposed to EUV.
前記マスクの材料は、化学増幅型レジスト(ＣＡＲ)または金属酸化物(ＭＯＲ)であることを特徴とするプラズマ処理方法。 6. The plasma processing method according to claim 5,
The plasma processing method is characterized in that the mask material is a chemically amplified resist (CAR) or a metal oxide resist (MOR).
前記有機膜は、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ Ｌａｙｅｒ（ＡＣＬ)膜または塗布型有機下層(ＳＯＣ)材料の膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。 2. The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method is characterized in that the organic film is an amorphous carbon layer (ACL) film or a film of a coating type organic underlayer (SOC) material.
前記有機膜は、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ Ｌａｙｅｒ（ＡＣＬ)膜または塗布型有機下層(ＳＯＣ)材料の膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。 7. The plasma processing method according to claim 6,
The plasma processing method is characterized in that the organic film is an amorphous carbon layer (ACL) film or a film of a coating type organic underlayer (SOC) material.
前記第３ステップは、前記被エッチング膜が成膜された試料が載置される試料台に供給する高周波電力を０Ｗにして行われることを特徴とするプラズマ処理方法。 2. The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method is characterized in that the third step is performed by setting the high frequency power supplied to a sample stage on which the sample having the etching target film formed thereon is placed to 0 W.
前記第４ステップは、水素元素含有ガスを用いて前記第３ステップ後の前記有機膜をエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。 9. The plasma processing method according to claim 8,
The plasma processing method is characterized in that the fourth step etches the organic film after the third step using a hydrogen-containing gas.
前記硫黄元素含有ガスは、ＳＯ２ガスまたはＣＯＳガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。 11. The plasma processing method according to claim 10,
The plasma processing method, wherein the sulfur-containing gas is SO2 gas or COS gas.
前記水素元素含有ガスは、水素ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。 12. The plasma processing method according to claim 11,
The plasma processing method, wherein the hydrogen-containing gas is hydrogen gas.
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