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TWI588890B - 電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置 - Google Patents

電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置 Download PDF

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TWI588890B
TWI588890B TW102127323A TW102127323A TWI588890B TW I588890 B TWI588890 B TW I588890B TW 102127323 A TW102127323 A TW 102127323A TW 102127323 A TW102127323 A TW 102127323A TW I588890 B TWI588890 B TW I588890B
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gas
plasma
etching
plasma treatment
seconds
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吉田亮一
石井孝幸
小林憲
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東京威力科創股份有限公司
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Description

電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置
本發明係關於一種電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置。
以往具有一種藉由光阻遮罩來蝕刻SiON薄膜的技術。例如，具有一種以含氟氣體(含CHF3之氣體)蝕刻SiON薄膜的技術。另外，例如具有一種使用H2氣體作為蝕刻氣體，以蝕刻SiON薄膜的技術。
【先行技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2003-163349號公報
【專利文獻2】日本特開平7-106308號公報
然而，上述習知技術中，具有下列問題：因為蝕刻所造成的光阻遮罩的粗糙，被轉印至其下層之SiON薄膜等，進而導致形成的線粗糙。例如，藉由蝕刻形成的線，其線寬不平均；以及藉由蝕刻形成的線，其邊緣不平均。
所揭示的蝕刻方法中，於1實施態樣中，包含：電漿處理步驟，藉由含氫之氣體的電漿，對形成於被處理體上之具有既定圖案的光阻表面進行電漿處理；及蝕刻步驟，以經過該電漿處理的光阻作為遮罩，並藉由CF系氣體及含有CHF系之氣體的電漿，蝕刻含矽薄膜。
根據所揭示之蝕刻裝置的1態樣，可達到減少以蝕刻形成之線的粗糙度的效果。
1‧‧‧腔室
1a‧‧‧(腔室1的)上部
1b‧‧‧(腔室1的)下部
2‧‧‧支持平台
3‧‧‧絶緣板
4‧‧‧支持台
5‧‧‧聚焦環
6‧‧‧靜電夾頭
6a‧‧‧電極
6b‧‧‧絶緣體
7‧‧‧滾珠螺桿
8‧‧‧風箱
9‧‧‧風箱蓋
10‧‧‧緩衝板
11‧‧‧排氣口
12‧‧‧排氣系統
13‧‧‧閘門閥
14‧‧‧匹配器
15‧‧‧第1高頻電源15
16‧‧‧直流電源
17‧‧‧冷媒室
17a‧‧‧冷媒導入管
17b‧‧‧冷媒排出管
18‧‧‧氣體導入機構
19‧‧‧氣體供給線
20‧‧‧沖淋頭
20a‧‧‧氣體導入部
21‧‧‧空間
22‧‧‧氣體吐出孔
23‧‧‧處理氣體供給系統
23a‧‧‧配管
24‧‧‧多極磁石
25‧‧‧匹配器
26‧‧‧第2高頻電源
31‧‧‧段磁石
50‧‧‧製程控制器
51‧‧‧使用者介面
52‧‧‧記憶部
100‧‧‧電漿蝕刻裝置
201‧‧‧SiON
202‧‧‧TiN
203‧‧‧SiON
204‧‧‧SOH
205‧‧‧SiON
206‧‧‧BARC
207‧‧‧光阻
W‧‧‧晶圓
S101~S103‧‧‧步驟
[圖1]圖1係顯示第1實施態樣之電漿蝕刻裝置之一例的剖面圖。
[圖2]圖2係示意地顯示第1實施態樣之電漿蝕刻裝置之腔室周圍所配置之多極磁石的水平剖面圖。
[圖3]圖3(a)~(c)係用以說明第1實施態樣之電漿蝕刻裝置的段磁石之旋轉動作及此時磁場的變化的圖。
[圖4]圖4係顯示第1實施態樣中的被處理體之構造的一例的剖面圖。
[圖5]圖5係顯示第1實施態樣之電漿蝕刻方法之流程的一例的圖。
[圖6]圖6係顯示側壁粗糙度的圖。
[圖7]圖7係顯示線緣粗糙度的圖。
[圖8]圖8係顯示第1實施態樣之電漿處理步驟之後進行蝕刻的情況，以及不進行電漿處理步驟就進行蝕刻之情況的差異的圖。
[圖9]圖9係顯示第1實施態樣之電漿處理步驟之後進行蝕刻的情況，以及不進行電漿處理步驟就進行蝕刻之情況的差異的圖。
[圖10]圖10係顯示第1實施態樣之電漿處理中所使用的含氫之氣體的種類所造成之影響的圖。
[圖11]圖11係顯示第1實施態樣之電漿處理中所使用的含氫之氣體的種類所造成之影響的圖。
[圖12]圖12係顯示第1實施態樣中的被處理體之溫度與壓力的關係 圖。
[圖13]圖13係顯示進行第1實施態樣之電漿處理的時間與光阻之粗糙度的關係圖。
[圖14]圖14係顯示進行第1實施態樣之電漿處理的時間與光阻之粗糙度的關係圖。
[圖15]圖15係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖16]圖16係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖17]圖17係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖18]圖18係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖19]圖19係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖20]圖20係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖21]圖21係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖22]圖22係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。
[圖23]圖23係顯示第1實施態樣中，於電漿處理中使用H2/N2氣體之情況下，被處理體之變化的一例的圖。
[圖24]圖24係顯示第1實施態樣中，於電漿處理中使用H2/N2/CH2F2氣體、H2/N2/CHF3氣體或是HBr氣體之情況下，被處理體之變化的一例的圖。
[圖25]圖25係顯示第1實施態樣中，於電漿處理中使用H2/N2/CH4氣體之情況下，被處理體之變化的一例的圖。
以下，就所揭示的蝕刻裝置及蝕刻方法的實施例，根據圖式詳細說明。又，本發明並不限定於本實施例所揭示之發明。只要在處理內容沒有矛盾的範圍內，可適當組合各實施例。
電漿蝕刻方法包含：電漿處理步驟，藉由含氫之氣體的電漿，對形成於被處理體上之具有既定圖案的光阻表面進行電漿處理；以及蝕刻步驟，將經過電漿處理的光阻作為遮罩，並以CF系氣體及含有CHF系之氣體的電漿對含矽薄膜進行蝕刻。
電漿蝕刻方法，在1實施態樣中，使電漿處理步驟與蝕刻步驟至少重複2次以上。
電漿蝕刻方法，在1實施態樣中，使電漿處理步驟與蝕刻步驟至少重複2次以上，電漿處理步驟初次的處理時間，比第2次之後的電漿處理步驟的處理時間更長。
電漿蝕刻方法，在1實施態樣中，含氫之氣體包含H2氣體、H2/Ar氣體、HBr氣體、H2/N2氣體、N2、H2/N2/CH4氣體中的至少1項。
電漿蝕刻方法，在1實施態樣中，CF系氣體為CF4，含有CHF系的氣體為CHF3氣體。
電漿蝕刻方法，在1實施態樣中，電漿處理步驟與蝕刻步驟，分別進行既定的時間以上。
電漿蝕刻方法，在1實施態樣中，與蝕刻步驟相比，電漿處理步驟係以較低的壓力進行。
電漿蝕刻方法，在1實施態樣中，與蝕刻步驟相比，係在被處理體溫 度較高的情況下，進行電漿處理步驟。
電漿蝕刻裝置，在1實施態樣中，具備：腔室，用以對被處理體進行電漿蝕刻處理；減壓部，用以使腔室內減壓；氣體供給部，用以對腔室內供給處理氣體；及控制部，係以下述方式進行控制：以含氫之氣體的電漿對設於被處理體的光阻表面進行電漿處理之後，將經過電漿處理之光阻作為遮罩，並以CF系氣體及含有CHF系之氣體蝕刻被處理體之含矽薄膜。
(第1實施態樣之蝕刻裝置)
圖1係顯示第1實施態樣之電漿蝕刻裝置之一例的剖面圖。圖1所示的例中，係顯示將平行平板型電漿蝕刻裝置作為電漿蝕刻裝置100。如圖1所示，電漿蝕刻裝置100，具有腔室(處理容器)1。腔室(處理容器)1，係氣密地構成，係直徑較小的上部1a以及直徑較大的下部1b所構成之具有段差的圓筒狀，而壁部係以例如鋁所形成。
腔室1內，設有支持平台2，水平地支持形成被處理體的晶圓W。支持平台2，係以例如鋁所形成，透過絶緣板3被支持於導體的支持台4之上。另外，支持平台2的上方外圍，設有例如以Si所形成的聚焦環5。支持平台2與支持台4，藉由包含滾珠螺桿7的滾珠螺桿機構形成可升降的態樣，支持台4下方的驅動部分，係以不銹鋼(SUS)製的風箱(Bellows)8所覆蓋。
風箱8的外側，設有風箱蓋9。又，聚焦環5的外側設有緩衝板10，並透過緩衝板10、支持台4、風箱8而與腔室1導通。腔室1接地。
腔室1的下部1b之側壁上，形成排氣口11，排氣口11與排氣系統12連接。藉由使排氣系統12的真空泵動作，可使腔室1的內部減壓至既定的真空度。另一方面，腔室1的下部1b之側壁上側，設有使晶圓W的搬出入口開閉的閘門閥13。排氣系統12亦稱為「減壓部」。
支持平台2，透過匹配器14與用以形成電漿的第1高頻電源15連接，並從第1高頻電源15，將既定頻率的高頻電力供給至支持平台2。與支持 平台2對向的上方，相互平行地設有後述的沖淋頭20。沖淋頭20接地。支持平台2及沖淋頭20具有作為1對電極的功能。
第1高頻電源15的供電線，透過匹配器25與第2高頻電源26連接。第2高頻電源26，供給頻率比第1高頻電源15低的高頻電力，成為與用以形成電漿之高頻電力重疊的態樣。
支持平台2的表面上設有靜電夾頭6，以靜電吸附的方式保持晶圓W。靜電夾頭6，係在絶緣體6b之間夾設電極6a所構成，電極6a與直流電源16連接。接著藉由從直流電源16對電極6a施加電壓，以藉由靜電力，例如庫倫力來吸附晶圓W。
支持平台2的內部設有冷媒室17，冷媒室17中，以透過冷媒導入管17a導入冷媒，及從冷媒排出管17b排出冷媒的方式，使冷媒循環，並將該冷媒的冷能，透過支持平台2對晶圓W進行熱傳導，藉此將晶圓W的處理面控制在預期的溫度。
另外，即使藉由排氣系統12進行排氣以使腔室1保持真空，因為藉由在冷媒室17中循環的冷媒可有效地冷卻晶圓W，故冷卻氣體還是可藉由氣體導入機構18，透過氣體供給線19，被導入靜電夾頭6的表面與晶圓W的背面之間。藉由這樣導入冷卻氣體，有效地將冷媒的冷能傳導至晶圓W，可提高晶圓W的冷卻效率。作為冷卻氣體，可使用例如氦氣。
沖淋頭20，係以與支持平台2對向的方式設於腔室1的上壁部分。沖淋頭20，於底面設有多數的氣體吐出孔22，其上部具有氣體導入部20a。另外，沖淋頭20內部形成空間21。氣體導入部20a與氣體供給配管23a連接，氣體供給配管23a的另一端，與供給由蝕刻氣體及稀釋氣體所構成之處理氣體的處理氣體供給系統23連接。處理氣體供給系統23亦稱為「氣體供給部」。
這樣的處理氣體，從處理氣體供給系統23，透過氣體供給配管23a、氣體導入部20a到達沖淋頭20的空間21，並從氣體吐出孔22吐出。
腔室1之上部1a的周圍，同心圓狀地配置有多極磁石24，其在支持平台2與沖淋頭20之間的處理空間周圍形成磁場。多極磁石24，可藉由圖中未顯示的旋轉機構旋轉。
圖2係示意地顯示第1實施態樣之電漿蝕刻裝置之腔室周圍所配置的多極磁石的水平剖面圖。多極磁石24，如圖2的水平剖面圖所示，係以將由永久磁石所構成的複數段磁石31，在藉由圖中未顯示的支持構件所支持的狀態下，環狀配置的方式所構成。本例中，係以多極狀態環狀(同心圓狀)地配置16個段磁石31。亦即，多極磁石24中，係以鄰接的複數段磁石31間的磁極方向互相反向的方式配置，因此，如圖所示，在鄰接的段磁石31間形成磁力線，而僅在處理空間的周邊部形成例如0.02~0.2T(200~2000高斯)，較佳為0.03~0.045T(300~450高斯)的磁場，配置晶圓的部分實際上係形成無磁場狀態。規定這樣的磁場強度，係因為若磁場太強，會成為磁場外洩的原因，若太弱則無法得到封閉電漿的效果。然而，適當的磁場強度亦與裝置構造等相依，故該範圍因為裝置而有所差異。又，配置晶圓的部分實際上為無磁場狀態，不僅是磁場完全不存在的情況，亦包含在配置晶圓的部分未形成對蝕刻處理造成影響的磁場，而實際上存在不影響晶圓處理之磁場的情況。又，圖2係示意地顯示圖1之裝置的腔室周圍所配置的多極磁石的水平剖面圖。
圖2所示的狀態中，對晶圓周邊部施加例如磁束密度420μT(4.2高斯)以下的磁場，藉此發揮封閉電漿的功能。
圖3係用以說明第1實施態樣之電漿蝕刻裝置的段磁石之旋轉動作及此時磁場變化的圖。各段磁石31，係以藉由圖中未顯示的段磁石旋轉機構，以垂直方向的軸為中心自由旋轉的方式所構成。如圖2及圖3(a)所示，在各段磁石31的磁極朝向腔室1側的狀態下，例如，如圖3(b)、圖3(c)所示， 使相鄰的段磁石31同步往不同方向旋轉。因此，每間隔1個的段磁石31，係往相同方向旋轉。又，圖3(b)係顯示段磁石31旋轉45度的狀態，圖3(c)係顯示段磁石31旋轉90度的狀態。藉由以此方式旋轉段磁石31，實際上可在形成多極磁場之狀態與未形成多極磁場之狀態之間切換。因為根據所蝕刻之薄膜的種類，具有使多極磁場有效作用的情況，以及使多極磁場未作用的情況，故可藉由如此切換形成多極磁場的狀態與未形成多極磁場的狀態，來對應薄膜以選擇適當的蝕刻條件。
另外，電漿蝕刻裝置100的各構成部分，係與具備CPU的製程控制器50連接而被控制的構成。製程控制器50，與鍵盤(使步驟管理者進行將用以管理電漿蝕刻裝置100的指令輸入之操作等)，以及使用者介面51(使電漿蝕刻裝置100的運作狀況可視化表示的面板等所構成)連接。
另外，製程控制器50與記憶部52連接，該記憶部儲存用以在製程控制器50的控制之下，實現在電漿蝕刻裝置100中所進行之各種處理的控制程式，以及紀錄有處理條件資料等的配方。
另外，亦可藉由來自使用者介面51的指示等，從記憶部52叫出任何配方，然後由製程控制器50進行，藉此，在製程控制器50的控制之下，在電漿蝕刻裝置100中進行預期的處理。配方，可利用收納於例如，CD-ROM、硬碟、軟碟、快閃記憶體等電腦可讀取之記憶媒體的狀態者，或是可利用從其他裝置，例如透過專用電路隨時傳送者。製程控制器50，亦稱為「控制部」。
例如，製程控制器50，控制電漿蝕刻裝置100的各部，以進行後述電漿蝕刻方法。若舉更詳細之一例以進行說明，製程控制器50，係以下述方式進行控制：藉由含氫之氣體的電漿，對設於被處理體的光阻表面進行電漿處理後，將經過電漿處理的光阻作為遮罩，藉由CF系氣體及含有CHF系之氣體的電漿，來蝕刻被處理體的含矽薄膜。電漿蝕刻方法的詳細內容於後段中敘述。此處，被處理體為例如晶圓W。另外，含矽薄膜，可為例 如SiON薄膜。
圖4係顯示第1實施態樣中的被處理體之構造的一例的剖面圖。圖4所示的例中，被處理體上層積有例如，SiON(Silicon Oxy Nitride；氮化氧化矽)201、TiN(氮化鈦)202、SiON203、SOH204、SiON205、BARC206，而在BARC206之上，形成具有既定圖案的PR(光阻)207。又，圖4所示的構造為一例。
(電漿蝕刻方法)
第1實施態樣之電漿蝕刻方法，將形成既定圖案的光阻作為遮罩，並以電漿蝕刻含矽薄膜。
例如，首先使閘門閥13開啟，將成為被處理體的晶圓W搬入腔室1內，在載置於支持平台2之後，使支持平台2上升至圖示的位置，藉由排氣系統12的真空泵，透過排氣口11，使腔室1內排氣。
接著，例如從處理氣體供給系統23，以既定的流量將包含蝕刻氣體及稀釋氣體的處理氣體導入腔室1內，使腔室1內成為既定的壓力，在此狀態下，從第1高頻電源15對支持平台2供給既定的高頻電力。此時，藉由從直流電源16對靜電夾頭6的電極6a施加既定電壓，可以庫倫力將晶圓W吸附並保持於靜電夾頭6。另外，此時，在為上部電極的沖淋頭20與為下部電極的支持平台2之間形成高頻電場。藉此，將供給至處理空間的處理氣體電漿化，如同以下所詳細說明，對於將已形成既定圖案的光阻作為遮罩的含矽薄膜進行電漿蝕刻。
又，此時，藉由多極磁石24，在處理空間的周圍形成如圖2所示的磁場，而發揮封閉電漿的效果，可將晶圓W的蝕刻速率平均化。
另外，用以產生電漿的第1高頻電源15，為了形成期望的電漿，需適當設定該頻率及輸出。從提升晶圓W的正上方之電漿密度的觀點來看，頻 率宜為40MHz以上。另外，第2高頻電源26，供給用以控制電漿之離子能量的高頻電力，該頻率宜小於第1高頻電源15的頻率，且在3.2MHz以上。
另外，為了使蝕刻的形狀性良好，調節晶圓W的溫度亦為有效。因此設置冷媒室17，冷媒在冷媒室17中循環，可使冷能透過支持平台2對晶圓W進行熱傳導，藉此將晶圓W的處理面控制在期望的溫度。為了使蝕刻的形狀，也就是性良好，宜將晶圓W的溫度調整在例如30~90℃左右。
另外，藉由選擇電漿蝕刻時所使用的氣體種類及其流量比，可謀求蝕刻形狀的均勻化。另外，作為其它處理條件的較佳範圍，腔室1內的氣體壓力為0.13~6.67Pa(1~50mTorr)，第1高頻電源15的頻率為100MHz，第2高頻電源26的頻率為13MHz，以多極磁石24所形成的處理空間中的磁場強度為5.6~45.4μT(56~454G)。藉由採用這樣的條件，可與遮罩圖案的疏密差無關地，使晶圓W的蝕刻形狀均勻化。
就第1實施態樣之電漿蝕刻方法進行更詳細的說明。圖5係顯示第1實施態樣之電漿蝕刻方法的流程之一例的圖。如圖5所示，在處理開始的時機(步驟S101)，例如，將成為被處理體的晶圓W搬入腔室1內，並載置於支持平台2，使支持平台2上升至圖示的位置，藉由排氣系統12的真空泵，透過排氣口11，使腔室1內排氣至既定壓力，以進行電漿處理(步驟S102)。例如，製程控制器50，以含氫之氣體的電漿，對光阻表面進行電漿處理。更詳細地說明，係製程控制器50，從處理氣體供給系統23對腔室1供給含氫之氣體，並以含氫之氣體之電漿處理被處理體表面。
接著，進行蝕刻步驟(步驟S103)。例如，製程控制器50，以經過電漿處理的光阻作為遮罩，並藉由CF系氣體及含有CHF系之氣體的電漿，對含矽薄膜進行蝕刻。更詳細地說明，係製程控制器50，從處理氣體供給系統23對腔室1供給CF系氣體及含有CHF系之氣體，並以CF系氣體及含有CHF系之氣體的電漿，蝕刻含矽薄膜。
此處，電漿處理步驟，亦稱為硬化(cure)步驟。電漿處理步驟中，改善作為遮罩使用的光阻之側壁粗糙度(SWR；Side Wall Roughness)與線緣粗糙度(LER；Line Edge Roughness)。
圖6係顯示側壁粗糙度的圖。圖6的301，係從上部觀察的光阻。側壁粗糙度，係表示光阻線寬的不平均、不均勻性。例如圖6所示，測定複數區間的線寬Wi，並算出其不均勻，而得到側壁粗糙度。圖6所示的例中，分別測定線寬W1~W8，並算出測定之線寬W1~W8的不平均，而得到側壁粗糙度。不平均的數值，係將所測定之線寬W1~W8的標準差σ之3倍的3σ作為側壁粗糙度的值。
圖7係顯示線緣粗糙度的圖。圖7之302，係從上部觀察的光阻。線緣粗糙度係顯示邊緣的不平均、不均勻性。例如圖7所示，係藉由測定複數區間的邊緣位置，並算出檢測之位置的不平均，而得線緣粗糙度。例如，在圖7所示的例中，位置1~位置8，算出從邊緣位置平均的不均勻，而得到線緣粗糙度。以下，在線的2邊緣中，將一邊記為LER(R)，另一邊記為LER(L)。又，以下一併使用適當將SWR、LER(R)、LER(L)加總的值所形成的「Sum」進行說明。又，SWR、LER(R)、LER(L)與Sum，其個別的值越大則表示不均勻性越高，值越小則表示不均勻性越低。不平均的數值，係以從邊緣位置平均相對於測定之位置1~位置8的差值之標準差σ的3倍的值(3σ)，作為LER(R)、LER(L)的值。
圖8及圖9係顯示在第1實施態樣之電漿處理步驟之後進行蝕刻的情況，以及不進行電漿處理步驟而進行蝕刻之情況的差異的圖。圖8中，「Initial」表示處理前之被處理體，「Post Cure」表示進行1次電漿處理步驟後之被處理體，「Post break through」表示進行1次電漿處理步驟之後，進行貫穿之情況下的被處理體，「wo Cure」表示不進行電漿處理步驟而進行貫穿之情況下的被處理體。又，貫穿的情況，係表示蝕刻至圖4所示之被處理體的SiON205，而使SOH204露出的情況。又，圖中的「剖面」與「頂面」，係將被處理物的剖面與頂面放大150000倍，並繪製所得到之影像的 繪製圖。
另外，圖8及圖9中，在顯示SWR、LER(R)及LER(L)的值的同時，一併顯示將SWR、LER(R)、LER(L)加總的值所形成的「Sum」。另外，圖8及圖9中，一併顯示表示光阻高度的「Mask Height」，以及表示上部及底部之臨界尺寸(CD；Critical Dimension)的「Top/Btm CD」。
另外，圖8及圖9中顯示使用H2為100sccm、Ar氣為800sccm所形成的含氫之氣體、被處理體之溫度30度、以2.67Pa(20mT)進行電漿處理15秒之情況的結果。另外，圖8所示的例中，使用以CF4氣體為80sccm、CHF3氣體為50sccm所形成之氣體，在被處理體的溫度為7度的情況下，以2.00Pa(15mT)進行蝕刻30秒的情況所得到的結果。
如圖8及圖9所示，藉由進行電漿處理步驟，在電漿處理步驟之後的SWR、LER(R)、LER(L)與Sum，與電漿處理步驟之前相比，SWR、LER(R)、LER(L)與Sum變小。另外，結果，與未進行電漿處理步驟就貫穿的情況相比，在電漿處理步驟後進行貫穿的情況中，SWR、LER(R)、LER(L)與Sum變小。
如此，藉由在電漿處理步驟之後進行蝕刻步驟，可改善光阻之粗糙度。換言之，可一方面維持光阻，一方面蝕刻SiON，而能夠改善LER等。結果，即使之後更繼續進行蝕刻，與未進行電漿處理步驟的情況相比，在電漿處理步驟之後進行蝕刻步驟的情況，可抑制蝕刻形狀的粗糙，而平整地蝕刻。
回到電漿處理步驟的說明。電漿處理步驟中，作為含氫之氣體，可使用包含H2氣體、H2/Ar氣體、HBr氣體、H2/N2、N2、H2/N2/CH4中的至少1項的氣體進行電漿處理。較佳的態樣，係使用H2/Ar氣體、H2/N2氣體、H2/N2/CH4氣體、N2氣體作為含氫之氣體，以進行電漿處理。更佳的態樣，係使用H2/Ar氣體、H2/N2/CH4氣體作為含氫之氣體，以進行電漿處理。
圖10及圖11，係顯示因為第1實施態樣之電漿處理中所使用的含氫之氣體的種類所造成的影響的圖。圖10所示的例中，作為含氫之氣體，使用H2/Ar、H2/N2、HBr、N2為例。
圖10及圖11中，於電漿處理步驟中，H2/Ar的情況，係表示使用由H2氣體為100sccm、Ar氣體為800sccm所形成的含氫之氣體進行電漿處理的情況所得到的結果。H2/N2氣體的情況，係表示使用由H2氣體為170sccm、N2氣體為250sccm所形成的含氫之氣體進行電漿處理之情況所得到的結果。HBr體的情況，係表示使用HBr氣體為100sccm進行電漿處理之情況所得到的結果。N2氣體的情況，係表示使用N2氣體為200sccm進行電漿處理的情況所得到的結果。另外，作為其他條件，係表示以被處理體溫度30度、4.0Pa(30mT)進行電漿處理30秒之情況下，所得到的結果。
如圖10及圖11所示，藉由使用H2/Ar、H2/N2、N2，與HBr相比，可得到良好的SWR、LER(R)、LER(L)及Sum。更進一步，藉由使用H2/Ar，與H2/N2相比，可維持光阻之高度，並得到良好的SWR、LER(R)、LER(L)及Sum，與N2相比，可得到良好的SWR、LER(R)、LER(L)及Sum。
如此，藉由選擇含氫之氣體，可更加改善光阻之粗糙度。換言之，可一方面維持光阻，一方面蝕刻SiON，而能夠改善線緣粗糙度等。結果，即使在之後，更繼續進行蝕刻，在電漿處理步驟之後實行蝕刻步驟的情況中，與不進行電漿處理步驟的情況相比，可抑制蝕刻形狀的粗糙，而平整地蝕刻。
蝕刻步驟中，例如，CF系氣體為CF4，含有CHF系之氣體則使用CHF3氣體。
回到電漿處理步驟的說明。與蝕刻步驟相比，以較低的壓力進行電漿處理步驟為較佳。例如，電漿處理步驟中，宜小於6.67Pa(50mT)，較宜在 2.67Pa(20mT)以下，更宜為1.33Pa(10mT)。
另外，與蝕刻步驟相比，在較高的被處理體溫度之下，進行電漿處理步驟為較佳。例如，電漿處理步驟中，被處理體的溫度宜高於20度，較宜為40度以上，更宜為50度以上。
圖12係顯示第1實施態樣中的被處理體之溫度與壓力的關係圖。圖12所示的例中，顯示使用H2氣體為240sccm、N2氣體為60sccm、CH4氣體為10sccm所形成的含氫之氣體，並且進行電漿處理30秒的情況所得到的結果。
如圖12所示，SWR、LER、Sum，因為被處理體的溫度從20度上升至50度而變小。另外，SWR、LER、Sum，因為壓力從6.67Pa(50mT)降低至2.67Pa(20mT)、1.33Pa(10mT)而變小。換言之，與被處理體之溫度較低的情況相比，溫度較高的情況可得到良好的結果，與壓力較高的情況相比，壓力較低的情況可得到良好的結果。另外，圖12所示的例中，壓力為1.33Pa(10mT)，被處理體的溫度為50度的情況，可得到最好的結果。
如此，例如與蝕刻步驟相比，藉由使用較高的被處理體之溫度與較低的壓力進行電漿處理步驟，可更改善光阻之粗糙度。換言之，可一方面維持光阻，一方面蝕刻SiON，而改善線緣粗糙度等。結果，即使在之後更繼續進行蝕刻，與未進行電漿處理步驟的情況相比，在電漿處理步驟之後進行蝕刻步驟的情況，可平整地蝕刻。
另外，電漿蝕刻方法中，至少重複兩次以上的電漿處理步驟與蝕刻步驟為較佳。此處，電漿處理步驟首次的處理時間、宜比第2次之後的電漿處理步驟的處理時間更長；電漿處理步驟與蝕刻步驟，分別進行既定的時間以上。
例如，電漿處理步驟首次的處理時間宜比15秒更長，而比45秒更短， 較宜為30秒左右。這是因為，即使將進行電漿處理步驟1次的時間拉長，改善光阻之粗糙度的效果亦有限。
另外例如，電漿處理，例如，宜1次進行比6秒更長的時間，而蝕刻宜進行比5秒更長的時間。這被認為是因為，在進行1次的時間比電漿至安定為止的時間更短的情況中，即使次數變多，亦不會改善Sum等的蝕刻形狀的粗糙情況。
圖13及圖14係顯示進行第1實施態樣之電漿處理的時間與光阻之粗糙度的關係圖。圖13及圖14中顯示下述情況所得到的結果：使用H2氣體為100sccm、Ar氣體為800sccm所形成的含氫之氣體，被處理體的溫度為30度，以2.67Pa(20mT)進行電漿處理。
如圖13及圖14所示，與進行電漿處理15秒的情況相比，進行電漿處理30秒之被處理體的Sum變得較小。另一方面，與進行電漿處理30秒的情況相比，進行電漿處理45秒之被處理體的Sum變得較大。亦即，即使進行電漿處理30秒以上，Sum亦不會改善，故進行電漿處理30秒左右的情況，可得到良好的結果。
圖15及圖16係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。圖15及圖16中，顯示使用以H2氣體為100sccm、Ar氣體為800sccm之含氫之氣體，被處理體的溫度為30度，以2.67Pa(20mT)進行電漿處理的情況的結果。另外，圖15及圖16中，使用CF4氣體為80sccm、CHF3氣體為50sccm的氣體，被處理體之溫度為7度，以2.00Pa(15mT)進行蝕刻的情況之結果。另外，圖15及圖16所示的例中，「[Cure+BT]×1」，係表示進行電漿處理30秒之後，進行蝕刻30秒的情況的結果。「[Cure+BT]×2」，係表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻15秒、電漿處理30秒、蝕刻15秒之情況的結果。「[Cure+BT]×3」，係表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻10秒、電漿處理15秒、蝕刻10秒、電漿處理15秒、蝕刻10秒之情況的結果。
圖17及圖18係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。圖17及圖18中，顯示使用以H2氣體為240sccm、N2氣體為60sccm、CH4氣體為10sccm所形成之含氫氣體，在被處理體之溫度為20度的情況下，以6.67Pa(50mT)進行電漿處理的情況之結果。另外，圖17及圖18中，使用CF4氣體為130sccm、CHF3氣體為70sccm之氣體，在被處理體之溫度為20度的情況下，以8.00Pa(60mT)進行蝕刻的情況之結果。另外，圖17及圖18所示的例中，「[Cure]」，係進行電漿處理30秒之情況的結果。「[Cure+BT]×1」，係表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻60秒之情況的結果。「[Cure+BT]×3」，係表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻20秒、電漿處理15秒、蝕刻20秒、電漿處理15秒、蝕刻20秒之情況的結果。
圖19及圖20係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。圖19及圖20中，使用H2氣體為120sccm、N2氣體為180ccm、CH4氣體為10sccm所形成之含氫氣體，被處理體之溫度為20度，以5.33Pa(40mT)進行電漿處理之情況的結果。另外，圖19及圖20中，顯示使用CF4氣體為110sccm、CHF3氣體為90sccm、O2氣體為15sccm之氣體，被處理體之溫度為20度，以9.33Pa(70mT)進行蝕刻之情況的結果。另外，圖19及圖20所示的例中，「[Cure]」，表示進行電漿處理30秒之情況的結果。「[Cure+BT]×1」，表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻56秒之情況的結果。「[Cure+BT]×4」，表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻10秒、電漿處理8秒、蝕刻10秒、電漿處理8秒、蝕刻10秒、電漿處理8秒、蝕刻28秒之情況的結果。又，「[Cure+BT]×1」及「[Cure+BT]×4」中，關於最後的蝕刻處理，係使用CF4氣體為110sccm、CHF3氣體為90sccm、O2氣體為5sccm所形成之氣體，被處理體之溫度為20度，以6.67Pa(50mT)進行蝕刻之情況的結果。
如圖13~圖20所示，藉由重複兩次以上的電漿處理步驟與蝕刻步驟，使Sum提升。
圖21及圖22係顯示將第1實施態樣之電漿處理步驟與蝕刻步驟重複2次以上之情況的圖。圖21及圖22中，顯示使用H2氣體為100sccm、Ar氣體為800sccm所形成的含氫之氣體，在被處理體的溫度為30度的情況下，以2.67Pa(20mT)進行電漿處理之情況的結果。另外，圖21及圖22中，使用CF4氣體為80sccm、CHF3氣體為50sccm所形成的氣體，被處理體的溫度為7度，以2.00Pa(15mT)進行蝕刻之情況的結果。另外，圖21及圖22所示的例中，「[Cure]」，表示進行電漿處理30秒之情況的結果。「[Cure+BT]×1」，表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻30秒之情況的結果。「[Cure+BT]×3」，表示依序進行電漿處理30秒、蝕刻10秒、電漿處理15秒、蝕刻10秒、電漿處理15秒、蝕刻10秒之情況的結果。「[Cure+BT]×6」，表示電漿處理30秒、蝕刻5秒、電漿處理6秒、蝕刻5秒、電漿處理6秒、蝕刻5秒、電漿處理6秒、蝕刻5秒、電漿處理6秒、蝕刻5秒、電漿處理6秒、蝕刻5秒之情況的結果。
如圖21及圖22所示，「[Cure+BT]×6」中，與「[Cure+BT]×3」相比，Sum的值變大。這被認為是，每一次進行電漿處理與蝕刻的時間縮短而導致電漿不安定的結果。亦即，可藉由分別以既定以上的時間進行各電漿處理步驟與蝕刻步驟來改善Sum。
此處，更對電漿處理中使用的含氫之氣體進行說明。含氫之氣體包含H2氣體、H2/Ar氣體、HBr氣體、H2/N2氣體、N2氣體、H2/N2/CH4氣體中的至少1項。含氫之氣體，較宜為例如，H2/Ar氣體、H2/N2及H2/N2/CH4氣體，更宜為H2/Ar氣體及H2/N2/CH4氣體。
圖23，係顯示第1實施態樣中，電漿處理中使用H2/N2氣體之情況中的被處理體之變化的一例的圖。圖24，係在第1實施態樣中，於電漿處理中使用H2/N2/CH2F2氣體、H2/N2/CHF3氣體或是HBr氣體之情況中的被處理體的變化之一例的圖。圖25，係顯示第1實施態樣中，於電漿處理中使用H2/N2/CH4氣體之情況中的被處理體之變化的一例的圖。又，圖23~圖 25所示的例中，以「initial」表示電漿處理前之被處理體之一例，而以「as Cure」表示電漿處理後、蝕刻前之被處理體之一例，以「as SiON」表示蝕刻後之被處理體的一例。圖23~圖25所示的例中，依序將SOH層204、SiON層205、BARC層206依序層積於被處理體之上，而在BARC層之上形成具有既定圖案的光阻層207。
如圖23所示，在使用H2/N2氣體作為含氫之氣體的情況下，於電漿處理中去除BARC層。另外，在使用H2/N2氣體作為含氫之氣體的情況中，作為含氫之氣體，於圖23的箭號所示之處顯示無殘留的情況，與使用H2/N2/CH2F2氣體、H2/N2/CHF3氣體或是HBr氣體的情況相比，去除浮渣(scum)的能力變高。此處，浮渣係指光阻層207的殘留。
另外，如圖24所示，在使用H2/N2/CH2F2氣體、H2/N2/CHF3氣體或是HBr氣體作為含氫之氣體的情況中，於電漿處理中，BARC層並未被去除。結果，在之後的處理中，蝕刻BARC層與SiON層。另外，在使用H2/N2/CH2F2氣體、H2/N2/CHF3氣體或是HBr氣體作為含氫之氣體的情況中，與使用H2/N2氣體作為含氫之氣體的情況相比，可使CD(Critical dimension)難以變寬。另外，在使用H2/N2/CH2F2氣體、H2/N2/CHF3氣體或是HBr氣體作為含氫之氣體的情況中，與使用H2/N2氣體作為含氫之氣體的情況相比，可使光阻的選擇比提高。
另外，如圖25所示，在使用H2/N2/CH4氣體作為含氫之氣體的情況中，電漿處理中並未去除BARC層。結果，在之後的處理中，蝕刻BARC層與SiON層。另外，在使用H2/N2/CH4氣體作為含氫之氣體的情況中，與使用H2/N2/CH2F2氣體、H2/N2/CHF3氣體或是HBr氣體作為含氫之氣體的情況相比，去除浮渣的能力變高。另外，使用H2/N2/CH4氣體作為含氫之氣體的情況中，與使用H2/N2氣體作為含氫之氣體的情況相比，可提高光阻的選擇比，而可使CD(Critical dimension)難以變寬。亦即，若比較圖23與圖25，藉由一併使用CH4維持光阻的選擇比，可實現較高的浮渣去除能力。另外，結果可使高浮渣去除能力及抑制CD變寬(收縮性能)兩者同時成立。
S101~S103‧‧‧步驟

Claims (7)

  1. 一種電漿蝕刻方法，包含：電漿處理步驟，以含氫之氣體的電漿，對形成於被處理體上之具有既定圖案的光阻表面進行電漿處理；及蝕刻步驟，將經過該電漿處理的光阻作為遮罩，以CF系氣體及含有CHF系之氣體的電漿蝕刻含矽薄膜；該電漿處理步驟與該蝕刻步驟至少重複2次以上，且該電漿處理步驟的首次處理時間，比該電漿處理步驟之第2次以後的處理時間更長。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，該含氫之氣體包含H2氣體、H2/Ar氣體、HBr氣體、H2/N2氣體、N2氣體、H2/N2/CH4氣體中的至少1項。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，該CF系氣體為CF4，含有CHF系之氣體為CHF3氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，該電漿處理步驟與該蝕刻步驟，分別進行既定時間以上。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，相較於該蝕刻步驟，該電漿處理步驟係以較低的壓力進行。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，相較於該蝕刻步驟，該電漿處理步驟係在被處理體的溫度較高的情況下進行。
  7. 一種電漿蝕刻裝置，其特徵為包含：腔室，用以對被處理體進行電漿蝕刻處理；排氣部，用以使該腔室內減壓；氣體供給部，用以將處理氣體供給至該腔室內；控制部，其進行控制俾於使用含氫之氣體所生之電漿對設於該被處理體上的光阻表面進行電漿處理後，將經過該電漿處理的光阻作為遮罩，並藉由CF系氣體及含有CHF系之氣體，蝕刻該被處理體的含矽薄膜；該電漿處理與該蝕刻至少重複2次以上，且該電漿處理步驟的首次處理時間，比該電漿處理步驟之第2次以後的處理時間更長。
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