專利名稱：等離子體處理方法以及等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用抗蝕劑膜對被蝕刻層進行等離子體處理的等離子體處理方法以及等離子體處理裝置。
背景技術：
在半導體制造工序中形成期望圖案的掩模工序中，在被蝕刻層上涂敷感光膜之后，通過曝光和顯影來進行圖案形成。此時，為了防止曝光中的反射，在被蝕刻層上即感光膜下面形成防反射膜ARC (Anti Reflection Coating Layer 防反射涂層)。例如在專利文獻1中公開了以下蝕刻方法在使用被蝕刻層(有機膜、氮氧化硅膜(SiON膜))上的防反射膜抑制反射的同時蝕刻成ArF抗蝕劑膜的期望圖案時，能夠以高蝕刻率且高選擇比進行蝕刻。然而，在以ArF抗蝕劑膜作為掩模的蝕刻工序中，ArF抗蝕劑膜的耐等離子體性較低，因此產生抗蝕劑膜的減少量變大、抗蝕劑膜的殘膜(residual film)較少這種問題。另夕卜，還產生在圖案的線寬上產生偏差、圖案變形而LWR(Line Width Roughness 測量線寬粗糙度)惡化這種問題。對于此，在專利文獻2中提出了以下方法在以ArF抗蝕劑膜為掩模并對防反射膜進行蝕刻的工序的前一道工序中，使含有H2氣體的氣體等離子體化，對抗蝕劑膜進行等離子體處理(硬化處理)，由此對抗蝕劑膜注入H+離子來提高抗蝕劑膜的耐蝕刻性。專利文獻1 日本特開2007-180358號公報專利文獻2 日本特開2004-163451號公報
發明內容
發明要解決的問題然而，當在硬化步驟中使用H2氣體時，在處理容器內的開放區域(較大的孔等)內堆積硅而產生殘渣，給隨后的蝕刻處理帶來不良影響。為了應對上述問題，本發明的目的在于提供一種在以抗蝕劑膜為掩模的防反射膜的蝕刻工序之前執行使抗蝕劑膜良好地改性的工序的等離子體處理方法以及等離子體處
理裝置。用于解決問題的方案為了解決上述問題，根據本發明的某一觀點，提供一種等離子體處理方法，其特征在于，包括以下工序蝕刻工序，對在被蝕刻層上形成防反射膜且在上述防反射膜上形成圖案化后的抗蝕劑膜而得到的層疊膜，使用從蝕刻氣體生成的等離子體將上述抗蝕劑膜作為掩模對上述防反射膜進行蝕刻；以及改性工序，在上述蝕刻工序之前執行，向等離子體處理裝置內導入含有CF4氣體、COS氣體以及惰性氣體的改性用氣體，使用由該改性用氣體生成的等離子體使上述抗蝕劑膜改性。由此，在以抗蝕劑膜為掩模并對防反射膜進行蝕刻的蝕刻工序之前，執行改性工序，該改性工序用由含有CF4氣體、COS氣體以及惰性氣體的改性用氣體生成的等離子體使上述抗蝕劑膜改性。從發明者進行測試和研究的結果可知，與使用以H2氣體為基礎氣體的改性氣體對抗蝕劑膜改性相比，使以COS氣體為基礎氣體的改性氣體等離子體化并對抗蝕劑膜進行等離子體處理(硬化處理)更能夠改善抗蝕劑膜的殘膜。于是，根據本發明，在改善了抗蝕劑膜的殘膜的狀態下以抗蝕劑膜為掩模并對防反射膜進行蝕刻，由此能夠在被蝕刻層上形成精密圖案。還可以在上述蝕刻工序中，為了從上述蝕刻氣體生成等離子體，對設置于上述等離子體處理裝置內的上述第一電極施加高頻電力，在上述改性工序中，為了從上述改性用氣體生成等離子體，對設置于上述等離子體處理裝置內的上述第一電極施加高頻電力，并且也可以對設置于上述等離子體處理裝置內的第二電極施加負的直流電壓。 上述等離子體處理裝置還可以具有處理容器；下部電極，其作為上述第一電極， 設置于上述處理容器內，作為層疊了上述層疊膜的襯底的載置臺而發揮功能；以及上部電極，其作為上述第二電極，設置于上述處理容器內，配置成與上述下部電極相向。上述改性用氣體中含有的CF4氣體與COS氣體的流量的比(CF4/C0S)還可以為 4/3 彡(CF4/C0S)彡 4。上述改性用氣體中含有的CF4氣體與COS氣體的流量的比(CF4/C0S)還可以為 2 彡(CF4/C0S)彡 3。上述抗蝕劑膜還可以為ArF曝光用的抗蝕劑膜和EUV曝光用的抗蝕劑膜中的任一個。施加到上述第二電極的負的直流電壓的值還可以小于OV且大于等于-900V。上述改性用氣體中含有的惰性氣體還可以為氬氣。上述防反射膜還可以含有硅。另外，為了解決上述問題，根據本發明的其它觀點，提供一種等離子體處理裝置， 對在被蝕刻層上形成防反射膜且在上述防反射膜上形成圖案化后的抗蝕劑膜而得到的層疊膜進行蝕刻，該等離子體處理裝置的特征在于，具備處理容器；下部電極，其設置于上述處理容器內，作為層疊了上述層疊膜的襯底的載置臺發揮功能；上部電極，其設置于上述處理容器內，配置成與上述下部電極相向；高頻電源，其對上述下部電極施加高頻電力；可變直流電源，其對上述上部電極施加負的直流電壓；以及氣體供給源，其在以上述抗蝕劑膜為掩模對上述防反射膜進行蝕刻之前，向上述處理容器內導入含有CF4氣體、COS氣體以及惰性氣體的改性用氣體，其中，使用上述高頻電力從上述改性用氣體生成等離子體，使用上述負的直流電壓和所生成的上述等離子體使上述抗蝕劑膜改性。發明的效果如以上說明，根據本發明，在以抗蝕劑膜為掩模的防反射膜的蝕刻工序之前，執行使抗蝕劑膜改性的工序，由此能夠在被蝕刻層上形成精密圖案。
圖1是本發明的第一實施方式和第二實施方式所涉及的等離子體處理裝置的概要截面圖。圖2是更詳細地表示圖1的等離子體處理裝置的截面圖。
圖3是本發明的第一實施方式所涉及的硬化工序和蝕刻工序的圖。圖4是用于說明相對于第一實施方式中執行硬化工序和施加直流電流的抗蝕劑膜的狀態的圖形以及表格。圖5是用于說明第一實施方式的硬化工序的效果的圖。圖6是用于說明第一實施方式的 硬化工序中的COS流量控制的圖。圖7是用于說明第一實施方式的硬化工序中的CF4流量控制的圖。圖8是用于說明第一實施方式的硬化工序的效果的其它圖。圖9是本發明的第二實施方式所涉及的硬化工序和蝕刻工序的圖。圖10是用于說明第二實施方式的硬化工序的效果的圖。附圖標記說明10 等離子體處理裝置；11 Si-Sub ；12 Th-Οχ ；13 =SiN ；14 有機膜；15 =Si-ARC ； 16 =ArF抗蝕劑膜；17 =EUV抗蝕劑膜；20 基座；25 上部電極；100 處理容器；200 第一高頻電源；210 第二高頻電源；220 可變直流電源。
具體實施例方式下面，參照附圖來詳細說明本發明的各實施方式。此外，在本說明書和附圖中，通過對實質上具有相同功能特征的結構要素附加相同的附圖標記從而省略重復說明。首先，參照圖1以及圖2來說明能夠實施后述的第一實施方式和第二實施方式所涉及的等離子體處理方法的等離子體處理裝置的整體結構。圖1是本發明的第一實施方式和第二實施方式所涉及的等離子體處理裝置的概要截面圖。圖2是更詳細地表示圖1的等離子體處理裝置的截面圖。等離子體處理裝置10具有例如由表面被陽極氧化處理過的鋁構成的、大致呈圓筒狀的腔室(處理容器100)。處理容器100被接地。等離子體處理裝置10是在處理容器 100內部將作為下部電極的基座20與上部電極25相向配置的、下部RF雙頻率施加類型的電容耦合型平行平板等離子體蝕刻裝置。在等離子體處理裝置10中，從第一高頻電源200 對基座20施加等離子體生成用的27MHz以上的頻率、例如40MHz的高頻(RF)電力，并且從第二高頻電源210對基座20施加離子引入用(偏壓用)的13. 56MHz以下的頻率、例如2MHz 的高頻電力。并且，從連接于上部電極25的可變直流電源220對等離子體處理裝置10施加規定的直流(DC)電壓。參照圖2來更詳細地進行說明。在處理容器100底部通過由陶瓷等組成的絕緣板 22來配置圓柱狀的基座支承臺24，在該基座支承臺24上例如設置有含有鋁的基座20。如上所述，基座20構成下部電極，在基座20上載置作為被處理襯底的半導體晶圓W。在基座20上表面設置有靜電卡盤26，該靜電卡盤26通過靜電力來吸附保持半導體晶圓W。該靜電卡盤26具有使用一對絕緣層或者絕緣片來夾持由導電膜組成的電極28 的結構，電極28與直流電源30電連接，通過由來自直流電源30的直流電壓產生的庫侖力等靜電力來將半導體晶圓W吸附保持在靜電卡盤26上。在半導體晶圓W周圍，在基座20的上表面配置有用于提高蝕刻的均勻性的、例如含有硅的導電性聚焦環32。在基座20和基座支承臺24的側面設置有例如含有石英的圓筒狀內壁部件34。
在基座支承臺24內部例如在圓周上設置有制冷劑室36，由設置于裝置外部的冷卻裝置(未圖示)通過配管36a、36b向制冷劑室36循環提供規定溫度的制冷劑，由此來控制基座上的半導體晶圓W的處理溫度。在靜電卡盤26上表面與半導體晶圓W背面之間通過氣體供給線38例如提供He氣體用作傳熱氣體在上部電極25與作為下部電極的基座20之間形成等離子體激勵空間。上部電極 25通過絕緣性屏蔽部件40而被支承在處理容器100上部。上部電極25具有電極板42和電極支承體44，該電極板42具有多個排出孔42a，該電極支承體44以使極板42拆卸自如的方式來支承電極板42，電極支承體44由導電性材料例如表面被陽極氧化處理過的鋁構成。電極板42優選為焦耳熱較少的低電阻的導電體或者半導體，優選由硅、SiC構成。在電極支承體44內部設置有氣體擴散室46，與氣體排出孔42a連通的多個氣體通流孔48從該氣體擴散室46起向下方延伸。根據上述結構，上部電極25作為用于提供期望的氣體的噴頭而發揮功能。在電極支承體44形成有向擴散室46導入處理氣體的氣體導入口 50。氣體導入口 50與氣體供給管52相連接。氣體供給管52通過開閉閥54和質量流量控制器(MFC) 56與氣體供給源58相連接。在蝕刻工序中，從氣體供給源58提供含F類氣體的混合氣體作為蝕刻氣體，該蝕刻氣體從氣體供給管52到氣體擴散室46，通過氣體通流孔48和氣體排出孔42a呈噴射狀地被導入到等離子體激勵空間。在蝕刻工序前執行的抗蝕劑膜的改性工序中，從氣體供給源58提供例如CF4氣體、COS氣體以及氬氣作為改性用氣體。此外，改性用氣體中包含的氬氣是一例，只要是惰性氣體則還可以使用其它氣體。上部電極25經由低通濾波器(LPF)60電連接于可變直流電源220。可變直流電源220還可以是雙向電源。該可變直流電源220通過開關62能夠使供電接通/斷開。通過控制裝置64可控制變直流電源220的極性、電流/電壓以及開關62的接通/斷開。低通濾波器(LPF) 60用于捕獲來自后述的第一高頻電源和第二高頻電源的高頻電力，優選由 LR濾波器或者LC濾波器構成。將圓筒狀的接地導體IOOa被設置成從處理容器100的側壁向比上部電極25的高度位置更高的上方延伸。該圓筒狀接地導體IOOa的上部具有頂壁。輸出等離子體激勵用的高頻電力的第一高頻電源200經由匹配器70電連接于基座20。輸出偏壓用的高頻電力的第二高頻電源210經由匹配器72電連接于基座20。匹配器70、72用于使負載阻抗分別與第一高頻電源200和第二高頻電源210內部 (或者輸出)阻抗匹配，并發揮功能以在處理容器100內生成等離子體時使第一高頻電源 200和第二高頻電源210的內部阻抗與負載阻抗表觀上一致。在處理容器100底部設置有排氣口 80，排氣裝置84經由排氣管82連接于該排氣口 80。排氣裝置84具有渦輪分子泵等真空泵，能夠將處理容器100內減壓到期望的真空度。在處理容器100側壁上設置有半導體晶圓W的搬入搬出口 86，通過閘閥88能夠開閉該搬入搬出口 86。另外，沿處理容器100內壁拆卸自如地設置有沉積物屏蔽件90，該沉積物屏蔽件90用于防止在處理容器100上附著蝕刻副生物(沉積物)。即，沉積物屏蔽件90構成腔室壁。另外，沉積物屏蔽件90還設置于內壁部件34的外周。在處理容器100底部的腔室壁側的沉積物屏蔽件90與內壁部件34側的沉積物屏蔽件90之間設置有排氣板 92。作為沉積物屏蔽件90和排氣板92能夠優選使用在鋁材料上覆蓋Y2O3等陶瓷而得到的材料。在構成沉積物屏蔽件90的腔室內壁的一部分中與晶圓W大致相同高度的部分上設置有直流接地連接的導電性部件(GND塊)94，由此防止異常放電。控制裝置64按照制程來使等離子體處理裝置10執行等離子體處理，該制程是作為用于實現在等離子體處理裝置10中執行的各種處理的控制程序、用于根據處理條件使等離子體處理裝置10的各結構部執行處理的程序。制程可以存儲在未圖示的硬盤、半導體存儲器中，還可以容納在CDROM、DVD等由便攜式計算機可讀 取的存儲介質中。在上述結構的等離子體處理裝置10中進行改性工序和蝕刻工序時，首先，將閘閥88設為打開狀態，通過搬入搬出口 86將作為蝕刻對象的半導體晶圓W搬入到處理容器 100，載置于基座20上。然后，從氣體供給源58以規定流量將改性用氣體或者蝕刻用氣體提供給氣體擴散室46，通過氣體通流孔48和氣體排出孔42a提供給處理容器100，并且使用排氣裝置84對處理容器100內部進行排氣，將處理容器內的壓力控制為制程的設定值。在處理容器100內導入了改性用氣體或者蝕刻氣體的狀態下，從第一高頻電源 200對基座20施加等離子體激勵用的高頻電力。另外，適當地通過第二高頻電源210施加離子引入用高頻電力。然后，從可變直流電源220將規定的負的直流電壓施加給上部電極 25。并且，從直流電源30將直流電壓施加給靜電卡盤26的電極28，將半導體晶圓W固定于基座20。從形成于上部電極25的電極板42的氣體排出孔42a排出的氣體因高頻電力而在上部電極25與下部電極(基座20)之間產生的輝光放電中被等離子體化，通過在該等離子化中生成的自由基、離子來使半導體晶圓W的被處理面改性或者蝕刻。此外，作為下部電極的基座20為了生成等離子體，而相當于設置于等離子體處理裝置內的第一電極。在蝕刻工序中，為了從蝕刻氣體激勵等離子體而對第一電極施加等離子體激勵用的高頻電力。另外，上部電極25相當于設置于等離子體處理裝置內的第二電極。在改性工序中，為了從改性用氣體激勵等離子體而對第一電極施加等離子體激勵用的高頻電力，并且對設置于上述等離子體處理裝置內的第二電極施加負的直流電壓。<第一實施方式>接著，說明由上述說明的等離子體處理裝置10執行的、本發明的第一實施方式所涉及的等離子體處理方法。第一實施方式所涉及的等離子體處理方法能夠應用于以ArF抗蝕劑膜為掩模的、Si-ARC膜的蝕刻。圖3是用于說明本實施方式所涉及的抗蝕劑膜的改性方法以及被蝕刻層的蝕刻方法的層疊膜的截面圖。(圖案形成)如圖3的(1)所示，在半導體晶圓W的含硅襯底(Si-Sub 11)上形成有熱氧化膜單層(Th-Ox 12)、硅氮化膜(SiN膜13)。在硅氮化膜13的正上方形成有作為被蝕刻層的有機膜14，在該有機膜14上形成有含硅無機反射膜(Si-ARC膜15)。Si-ARC膜15是感光膜在曝光工序中用于防止反射的膜。此外，有機膜14和SiN膜13是被蝕刻層的一例，被蝕刻層并不限于此，例如還可以是絕緣膜或者導電膜。被蝕刻層還可以是硅襯底(Si-Sub 11)。在Si-ARC膜15上形成有ArF抗蝕劑膜16 (ArF PR)。使用ArF光刻法將ArF抗蝕劑膜16形成在Si-ARC膜15上。具體地說，在Si-ARC膜15上涂敷感光劑，通過已被寫入要燒附圖案的、被稱為掩模的遮光材料，來照射波長193nm的ArF激光線進行曝光。在曝光之后，使感光部分化學腐蝕(蝕刻)，由此在ArF抗蝕劑膜16上形成期望的圖案。這樣，使用將ArF激光作為曝光光源的ArF光刻法來推進短波長化，由此達到電路的微細化。(硬化改性工序)圖3的(2)的硬化(改性工序)，使用含有硫化羰基氣體(COS氣體)的改性氣體使ArF抗蝕劑膜16改性而硬化。具體地說，硬化工序在蝕刻工序之前執行，向等離子體處理裝置內導入含有四氟甲 烷(CF4)氣體、硫化羰基氣體(COS氣體)以及氬(Ar)氣體的改性用氣體，使用從改性用氣體激勵被得到的等離子體來使ArF抗蝕劑膜16改性。ArF抗蝕劑膜16的耐等離子體性較低，因此，以往在以ArF抗蝕劑膜16作為掩模而對防反射膜進行蝕刻的工序之前一道工序，提出了以下硬化工序使含H2氣體的氣體等離子體化，對ArF抗蝕劑膜16進行等離子體處理，由此向ArF抗蝕劑膜16注入H+離子從而提高ArF抗蝕劑膜16的耐蝕刻性。然而，當在ArF抗蝕劑膜16的硬化工序中使用H2氣體時，在處理容器內的開放區域(較大的孔等)內堆積硅而產生殘渣，堆積而成的殘渣對之后的蝕刻處理帶來不良影響。根據發明者進行測試和研究的結果可知，與基于以H2氣體為基礎氣體的改性氣體對ArF抗蝕劑膜16進行等離子體處理的情況相比，在基于以COS氣體為基礎氣體的改性氣體對ArF抗蝕劑膜16進行等離子體處理的情況下不產生殘渣且ArF抗蝕劑膜16的減少量較小。這是由于，在硬化工序中通過C0S+CF4 — C0+S0x+SFx+CS這一化學反應而ArF抗蝕劑膜16的表面被改性為CS。并且，在硬化步驟時，對設置于處理容器100的上部電極25施加從可變直流電源 220輸出的負的直流電壓(DCS)，由此能夠使形成于ArF抗蝕劑膜16表面的改性膜比不施加直流電壓的情況時更厚。從其結果可知，能夠改善ArF抗蝕劑膜16的殘膜和LWR。并且， 還具有將⑶(Critical Dimension:臨界尺寸)維持在適當值的效果。后面進一步詳細說明由上述導入的COS氣體以及施加的直流電壓而引起的ArF抗蝕劑膜16的改性。另外，后述的工藝條件下的、從可變直流電源220提供的直流電壓以絕對值進行表示，但是實際上施加負值。(Si-ARC膜的蝕刻工序)在圖3的(3)的Si-ARC膜15的蝕刻工序中，使用含有四氟甲烷(CF4)氣體和氧氣 (O2)的混合氣體作為蝕刻氣體對Si-ARC膜15進行蝕刻。此時，ArF抗蝕劑膜16作為掩模而發揮功能。蝕刻的結果是，將ArF抗蝕劑膜16的圖案轉印到Si-ARC膜15。(有機膜的蝕刻工序)在圖3的(4)的有機膜14的蝕刻工序中，使用含有硫化羰基氣體(COS氣體)和氧氣(O2)的混合氣體作為蝕刻氣體對有機膜14進行蝕刻。此時，Si-ARC膜15作為掩模而發揮功能。蝕刻的結果是，將Si-ARC膜15的圖案轉印到有機膜14。(SiN膜的蝕刻工序)在圖3的(5)的SiN膜13的蝕刻工序中，使用含有四氟甲烷(CF4)氣體、三氟甲烷 (CHF3)、氧氣(O2)以及氬氣(Ar)的混合氣體作為蝕刻氣體對SiN膜13進行蝕刻。此時，有機膜14作為掩模而發揮功能。蝕刻的結果是，將有機膜14的圖案轉印到SiN膜13。
(有機膜的灰化工序)在圖3的(6)的有機膜14的灰化工序中，使用氧氣(O2)作為灰化氣體對有機膜 14進行灰化。灰化的結果是，將被微細加工成期望的圖案的SiN膜13形成到半導體晶圓W 的含硅襯底(Si-Subll)上。(通過導入COS氣體以及施加直流電壓而引起ArF抗蝕劑膜的改性)接著，根據發明者所進行的測試結果來詳細說明通過導入COS氣體以及施加直流電壓而引起ArF抗蝕劑膜16的改性。發明者通過實驗證明了，在使用含有CF4氣體、COS氣體以及Ar氣體組成的混合氣體來使ArF抗蝕劑膜16硬化的情況下，能夠提高ArF抗蝕劑膜16的ER(Etching Rate 蝕刻率)禾Π CD (Critical Dimension 臨界尺寸)。圖4的(a)禾Π (b)示出該結果。圖4的(a)示出ArF抗蝕劑膜16的蝕刻率ER。(1)所示出的左端的一對棒狀圖為不進行用COS氣體使ArF抗蝕劑膜16改性的情況下(Initial)的ArF抗蝕劑膜16的ER。 (2)所示出的中央的一對棒狀圖為用COS氣體使ArF抗蝕劑膜16改性以及施加了 300V的直流電壓(DCS)的情況下的ArF抗蝕劑膜16的ER。(3)所示出的右端的一對棒狀圖為用 COS氣體使ArF抗蝕劑膜16改性以及施加了 900V的直流電壓(DCS)的情況下的ArF抗蝕劑膜16的ER。各對棒狀圖的左側是ArF抗蝕劑膜16的中央部的蝕刻率，右側是ArF抗蝕劑膜16的端部的蝕刻率。下面，更詳細地說明上述(1)至(3)這三個工藝條件。 · (1)中的ArF抗蝕劑膜16的蝕刻氣體種類CF4/CHF3在(1)中，不進行蝕刻工序之前的硬化。· (2)中的ArF抗蝕劑膜16的硬化條件直流電壓300V、改性氣體種類以及流量為C0S/CF4/Ar = 20/40/800sccm在(2)中，在上述硬化條件下使ArF抗蝕劑膜16改性之后，在與(1)相同的蝕刻條件下進行蝕刻。· (3)中的ArF抗蝕劑膜16的硬化條件直流電壓900V、改性氣體種類以及流量為C0S/CF4/Ar = 20/40/800sccm在(3)中，在上述硬化條件下使ArF抗蝕劑膜16改性之后，在與(1)相同的蝕刻條件下進行蝕刻。(2)和(3)的硬化條件的不同僅在于直流電壓值。(蝕刻率ER)如果參照圖4的(a)的結果可知，在用(2)和(3)中的COS氣體使ArF抗蝕劑膜 16改性的情況下，與(1)中沒有改性的情況相比，ArF抗蝕劑膜16的蝕刻率下降，耐等離子體性提高。并且，可知在(3)的改性中施加了直流電壓900V的情況，與在(2)的改性中施加了直流電壓300V的情況相比，ArF抗蝕劑膜16的蝕刻率進一步下降，并且耐等離子體性提尚。在等離子體激勵中，在等離子體生成空間的上部電極25附近主要生成電子。在這種狀況下在改性工序中，當從可變直流電源220向上部電極25施加直流電壓時，由于施加的直流電壓值與等離子體電位之間的電位差而電子向等離子體激勵空間的鉛直方向加速。 在此，將可變直流電源220的極性、電壓值、電流值設定為期望的值，由此電子照射到半導體晶圓W。所照射的電子使得用COS氣體使ArF抗蝕劑膜16的組分更有效地改性。因此， 通過施加直流電壓而使得ArF抗蝕劑膜16的改性進一步加強。也就是說，在本實施方式中，將可變直流電源220的施加電壓值設定為可變(300V、900V)，通過施加電流值來控制在上部電極25附近生成的電子的量以及這種向電子的晶圓W的加速電壓，由此能夠進一步提高對于ArF抗蝕劑膜16的耐等離子體性。由此，能夠提高被蝕刻層的選擇比。(CD 值)接著，作為改性效果提到CD (Critical Dimension 臨界尺寸)。圖4的(b)中的 ArF抗蝕劑膜16的硬化條件是直流電壓300V、改性氣體種類以及流量、改性氣體流量為(H2 或者 COS)/CF4/Ar = (100、200)/40/800sccm。當參照圖4的(b)的結果時可知，ArF抗蝕劑膜16在改性前(Initial)的CD值為“49. 85”。與此相對，在改性氣體中使用H2氣體而將其流量設定為IOOsccm的情況下的 CD值為“53. 72”。另一方面，使用本實施方式所涉及的改性氣體的COS氣體將其流量設定為20sCCm的情況下的⑶值為“51. 72”。根據該結果可知，在通過使用了本實施方式所涉及的COS氣體的等離子體處理使ArF抗蝕劑膜16改性的情況下，能夠將CD值維持為更加適當的值，能夠進行更加精密的微細加工。(LffR)接著，作為改性效果提及LWR(Line Width Roughness 測量線寬粗糙度)。圖5是表示在尚未對ArF抗蝕劑膜16進行硬化的情況下蝕刻后的ArF抗蝕劑膜16的殘膜和LWR 的圖。·圖5的情況的ArF抗蝕劑膜16的硬化條件直流電壓900V、改性氣體種類以及流量為C0S/CF4/Ar = 20/40/800sccm·圖5的情況的ArF抗蝕劑膜16的蝕刻氣體種類為CF4/02。圖5的(a)是表示蝕刻前(硬化前)的ArF抗蝕劑膜16(Initial)的狀態的圖。 這種狀態下的ArF抗蝕劑膜16的高度為“ 113nm”，LffR為“6. Onm”。相對于此，圖5的(b)是表示不對ArF抗蝕劑膜16進行硬化處理而對Si-ARC膜 15進行蝕刻之后的ArF抗蝕劑膜16的狀態的圖。這種狀態下的ArF抗蝕劑膜16的殘膜的高度為 “69nm”，LffR 為 “8. Inm，，。另一方面，圖5的(c)是表示對ArF抗蝕劑膜16進行硬化處理并在改性后對 Si-ARC膜15進行蝕刻之后的ArF抗蝕劑膜16的狀態的圖。硬化后的狀態下的ArF抗蝕劑膜16的高度為“103nm”，LWR為“4. Onm”。對改性后的Si-ARC膜15進行蝕刻之后的ArF 抗蝕劑膜16的殘膜高度為“85nm”，LffR為“4. Onm”。根據以上可知，當根據本實施方式所涉及的工藝條件使ArF抗蝕劑膜16改性之后執行蝕刻處理時，ArF抗蝕劑膜16的殘膜增加，并且能夠減小LWR的值。其結果是在作為下一道工序的蝕刻工序中能夠在被蝕刻層上形成精密圖案。(C0S/CF4氣體流量比=CF4氣體固定) 接著，發明者關注通過控制COS氣體和CF4氣體的流量比(比例)來控制改性氣體中含有的F的量，通過實驗求出使ArF抗蝕劑膜最佳改性的0^/0&氣體的流量比。圖6 示出在將CF4氣體和Ar氣體的流量分別固定為40、800sccm的狀態下，在0 40sccm的范圍內使COS氣體的流量以IOsccm為刻度變化的情況下的測試結果的有機膜蝕刻后的圖案形狀。· ArF抗蝕劑膜16的硬化條件
直流電壓900V、改性氣體種類以及流量為C0S/CF4/Ar =可變(0、10、20、30、 40)/40/800sccm· Si-ARC膜15的蝕刻氣體種類為CF4/CHF3/02·有機膜14的蝕刻氣體種類為02/C0S。
參考圖6的結果，在沒有進行用COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況下(COS = Osccm 沒有硬化工序)，蝕刻前后的CD的差值變為較大的值。另一方面，在用COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況下(COS = 10、20、30、40sCCm)，CD的差值變為較小的值，與沒有進行用COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況相比，用COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況下的圖案形狀較整齊。但是，在COS = 40sccm的情況下產生殘渣，變為對蝕刻工序帶來不良影響的狀態。根據圖6的結果可知，在CF4氣體的流量為40SCCm時，優選COS氣體的流量為10 至30sCCm。也就是說，改性用氣體中含有的CF4氣體與COS氣體的流量比例(CF4/C0S)優選為 4/3 彡(CF4/C0S)彡 4。(C0S/CF4氣體流量比C0S氣體固定)接著，發明者通過實驗求出在將COS氣體流量設定為固定值而將CF4氣體設定為可變從而控制流量比(比例)的情況下的ArF抗蝕劑膜16的改性狀態。硬化條件和蝕刻條件與將CF4氣體流量設定為固定值的圖6的測試大致相同。如上所述，在本實驗中，僅改性氣體的流量與圖6的實驗的情況下的條件不同，變為CF4/C0S/ Ar =可變(40、60、80)/20/800sCCm。圖7示出作為該條件下的測試結果的有機膜蝕刻后的圖案形狀。參照圖7的結果可知，在沒有進行用COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況下(沒有硬化)，⑶的差值變為較大的值。在用COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況下(CF4 = 40,60sccm)， CD的差分值變為比沒有硬化的情況下小的值，與沒有進行使抗蝕劑膜改性的情況相比，用 COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況下的圖案形狀較整齊。但是，在CF4 = SOsccm的情況下，CD 的差值不是那樣小的值，變為接近沒有進行用COS氣體使抗蝕劑膜改性的情況的狀態。根據圖7的結果可知，在COS氣體的流量為20SCCm時，優選CF4氣體的流量為40 60sccmo也就是說，改性用氣體中含有的CF4氣體與COS氣體的流量比例(CF4/C0S)優選為 2 彡(CF4/C0S)彡 3。并且，在改性工序中向上部電極25施加直流電壓，由此能夠增加抗蝕劑膜的改性層的厚度。對于此，參照圖8來進行說明。圖8的左側框內示出將CF4氣體/H2氣體/Ar氣體用作改性氣體的情況下的CF4氣體等離子體中的蝕刻量。圖8的右側框內示出將本實施方式所涉及的CF4氣體/COS氣體/Ar氣體用作改性氣體的情況下的CF4氣體等離子體中的蝕刻量。各框內的棒狀圖從左起依次表示不進行硬化工序(改性工序)而在CF4氣體等離子體內對被蝕刻層進行蝕刻的情況、在進行了硬化工序之后在CF4氣體等離子體內對被蝕刻層進行蝕刻的情況(不施加直流電壓)以及在進行硬化工序之后在CF4氣體等離子體內對被蝕刻層進行蝕刻的情況(施加直流電壓900V)。在圖8中示出棒狀圖越小在進行蝕刻工序時ArF抗蝕劑膜的切削量越小。據此可知，在進行硬化工序之后用CF4氣體等離子體對被蝕刻層進行蝕刻的情況下的ArF抗蝕劑膜的切削量小于不進行硬化工序(改性工序)而使用CF4氣體等離子體對被蝕刻層進行蝕刻的情況下的ArF抗蝕劑膜的切削量。另外，與使用CF4氣體/COS氣體/Ar氣體作為改性氣體的情況相比，在使用CF4氣體/H2氣體/Ar氣體作為改性氣體的情況下的ArF抗蝕劑膜的切削量較小。并且，與在改性工序中不施加直流電壓的情況相比，在改性工序中施加負直流電壓900V的情況下的ArF抗蝕劑膜的切削量較小。 根據上述結果以及前述的將CF4氣體/COS氣體/Ar氣體用作改性氣體的情況下， 抗蝕劑膜改性為CS，因此不易產生殘渣，但是在將CF4氣體/H2氣體/Ar氣體用于改性氣體的情況下會堆積硅，因此容易產生含硅的殘渣，由以上事實可知，在本實施方式所涉及的等離子體處理方法中，優選在將ArF抗蝕劑膜16作為掩模并對Si-ARC防反射膜進行蝕刻的蝕刻工序之前執行改性工序，該改性工序用由含有CF4氣體、COS氣體以及Ar氣體的改性用氣體生成的等離子體使ArF抗蝕劑膜16改性。由此，能夠使ArF抗蝕劑膜16的表面改性并硬化而在進行蝕刻時增加ArF抗蝕劑膜16的殘膜，從而能夠提高蝕刻選擇比。另外，通過在改性工序中施加負的直流電壓從而能夠增加ArF抗蝕劑膜的改性層的厚度。由此，能夠進一步提高蝕刻選擇比。此外，在上述實驗中，施加到上部電極25的負的直流電壓為-900V，但是如果稍微施加負直流電壓，則與不施加的情況相比能夠增加抗蝕劑膜的改性層的厚度。于是，在改性工序中施加的負直流電壓小于OV大于-900V即可。〈第二實施方式〉接著，參照圖9說明本發明的第二實施方式所涉及的等離子體處理方法。第二實施方式所涉及的等離子體處理方法能夠應用于將EUV抗蝕劑膜17作為掩模的Si-ARC膜的蝕刻。圖9是用于說明本實施方式所涉及的抗蝕劑膜的改性方法以及被蝕刻層的蝕刻方法的層疊膜的截面圖。(圖案形成)如圖9的(1)所示，在半導體晶圓W的含硅襯底(Si-Sub 11)上形成有熱氧化膜單層(Th-Ox 12)。在其正上方形成有作為被蝕刻層的硅氮化膜(SiN膜13)和有機膜14， 在該有機膜14上形成有含硅無機反射膜(Si-ARC膜15)。在Si-ARC膜15上形成有EUV抗蝕劑膜17(EUV PR)。與第一實施方式的被蝕刻層不同的點僅為抗蝕劑膜的種類。另外，圖 9的(2)至(6)示出的、硬化工序和各蝕刻工序與第一實施方式所涉及的各蝕刻工序相同。 于是，在此省略說明圖9的⑵至(6)的各工序。(通過施加COS氣體以及直流電壓的EUV抗蝕劑膜的改性)接著，根據發明者進行的測試結果來詳細說明通過施加COS氣體以及直流電壓而引起的EUV抗蝕劑膜17的改性。· EUV抗蝕劑膜17的硬化條件直流電壓900V、改性氣體種類以及流量為CF4/C0S/Ar = 40/20/900sccm
· Si-ARC膜15的蝕刻氣體種類為CF4/02·有機膜14的蝕刻氣體種類為02/C0S· SiN膜13的蝕刻氣體種類為CF4/CHF3/Ar/02·有機膜14的灰化氣體種類為O2。圖10的上段表示圖9示出的層疊膜的側視圖、下段表示層疊膜的俯視圖。圖10 的各列從左起依次為表示蝕刻前(硬化前)的EUV抗蝕劑膜17 (Initial)的圖、表示不進行硬化處理而進行蝕刻處理之后的SiN膜13的圖、表示用含有CF4/H2/Ar的改性氣體進行硬化處理后進行蝕刻處理之后的SiN膜13的圖以及表示用含有CF4/COS/Ar的改性氣體進行硬化處理后進行蝕刻處理之后的SiN膜13的圖。最左側示出的蝕刻前(硬化前)的EUV抗蝕劑膜17 (Initial)的CD為“28. 9nm”， LWR 為 “6. 6nm”。對于此，不進行硬化處理而進行蝕刻處理之后的SiN膜13的⑶為“19. 6nm”，LffR 為“5. 8nm”。用含有CF4/H2/Ar的改性氣體進行硬化處理后進行蝕刻處理之后的SiN膜13 的CD為“25. 4nm”，LWR為“4. Onm”。用含有CF4/COS/Ar的改性氣體進行硬化處理后進行蝕刻處理之后的SiN膜13的CD為“30. 7nm”，LffR為“3. 9nm”。 以上，當根據含有本實施方式所涉及的CF4/COS/Ar的改性氣體使EUV抗蝕劑膜17 改性之后執行蝕刻處理時，蝕刻處理后的SiN膜13的CD值能夠維持最適當的值，并且能夠減小LWR的值。由此，在作為下一道工序的蝕刻工序中能夠在被蝕刻層上形成精密圖案。以上，參照
了本發明的優選實施方式，但是本發明并不限于上述示例。只要具有本發明所屬技術領域的一般知識的本領域技術人員，則在權利要求范圍所記載的技術思想的范疇內顯然能夠想得到各種變更例或者修改例，當然，可知這些也屬于本發明的技術范圍內。例如，本發明所涉及的抗蝕劑膜并不限于ArF曝光用的抗蝕劑膜或者EUV曝光用的抗蝕劑膜中的任一個，還可以是其它抗蝕劑膜。另外，本發明所涉及的防反射膜并不限于 Si-ARC膜，優選含硅的防反射膜。關于本發明所涉及的蝕刻處理裝置，只要是等離子體處理裝置則并不限于平行平板型等離子體處理裝置，還可以是ICP(Inductively Coupled Plasma 感應耦合等離子體) 等離子體處理裝置等的等離子體處理裝置。
權利要求
1.一種等離子體處理方法，其特征在于，包括以下工序蝕刻工序，對在被蝕刻層上形成防反射膜且在上述防反射膜上形成圖案化后的抗蝕劑膜而得到的層疊膜，使用從蝕刻氣體生成的等離子體將上述抗蝕劑膜作為掩模對上述防反射膜進行蝕刻；以及改性工序，在上述蝕刻工序之前執行，向等離子體處理裝置內導入含有CF4氣體、COS 氣體以及惰性氣體的改性用氣體，使用從該改性用氣體生成的等離子體使上述抗蝕劑膜改性。
2.根據權利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于，在上述蝕刻工序中，為了從上述蝕刻氣體生成等離子體，對設置于上述等離子體處理裝置內的第一電極施加高頻電力，在上述改性工序中，為了從上述改性用氣體生成等離子體，對設置于上述等離子體處理裝置內的上述第一電極施加高頻電力，并且對設置于上述等離子體處理裝置內的第二電極施加負的直流電壓。
3.根據權利要求2所述的等離子體處理方法，其特征在于， 上述等離子體處理裝置具有處理容器；下部電極，其作為上述第一電極，設置于上述處理容器內，作為層疊了上述層疊膜的襯底的載置臺而發揮功能；以及上部電極，其作為上述第二電極，設置于上述處理容器內，配置成與上述下部電極相向。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于， 上述改性用氣體中含有的CF4氣體與COS氣體的流量比(CF4/C0S)為，4/3 彡(CF4/C0S)彡 4。
5.根據權利要求4所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述改性用氣體中含有的CF4氣體與COS氣體的流量比(CF4/C0S)為， 2 彡(CF4/C0S)彡 3。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述抗蝕劑膜為ArF曝光用的抗蝕劑膜和EUV曝光用的抗蝕劑膜中的任一個。
7.根據權利要求2至6中的任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于， 施加到上述第二電極的負的直流電壓的值小于OV且大于等于-900V。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于， 上述改性用氣體中含有的惰性氣體為氬氣。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于， 上述防反射膜含有硅。
10.一種等離子體處理裝置，對在被蝕刻層上形成防反射膜且在上述防反射膜上形成圖案化后的抗蝕劑膜而得到的層疊膜進行蝕刻，該等離子體處理裝置的特征在于，具備處理容器；下部電極，其設置于上述處理容器內，作為層疊了上述層疊膜的襯底的載置臺發揮功能；上部電極，其設置于上述處理容器內，配置成與上述下部電極相向；高頻電源，其對上述下部電極施加高頻電力；可變直流電源，其對上述上部電極施加負的直流電壓；以及氣體供給源，其在以上述抗蝕劑膜為掩模對上述防反射膜進行蝕刻之前，向上述處理容器內導入含有CF4氣體、COS氣體以及惰性氣體的改性用氣體， 其中，使用上述高頻電力從上述改性用氣體生成等離子體， 使用上述負的直流電壓和所生成的上述等離子體使上述抗蝕劑膜改性。
全文摘要
本發明提供一種等離子體處理方法以及等離子體處理裝置，在對將抗蝕劑膜作為掩模的防反射膜進行蝕刻工序之前，使抗蝕劑膜良好地改性。等離子體處理方法包括以下工序蝕刻工序，對在被蝕刻層上形成作為防反射膜的Si-ARC(15)而在防反射膜上形成圖案形成后的ArF抗蝕劑膜(16)而成的層疊膜，使用從蝕刻氣體生成的等離子體來將上述抗蝕劑膜作為掩模對上述防反射膜進行蝕刻；以及改性工序，在上述蝕刻工序之前，執行對等離子體處理裝置導入含有CF4氣體、COS氣體以及Ar氣體的改性用氣體，用從該改性用氣體生成的等離子體使ArF抗蝕劑膜(16)改性。
文檔編號H01L21/3065GK102347230SQ20111022142
公開日2012年2月8日 申請日期2011年8月3日 優先權日2010年8月3日
發明者伊藤雅大, 吉田亮一, 細谷正德 申請人:東京毅力科創株式會社