等离子体蚀刻方法
阅读：941发布：2020-05-11
专利汇可以提供等离子体蚀刻方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种能够形成对多层膜进行蚀刻时使用的掩模的 等离子体 蚀刻 方法。 等离子体蚀刻 方法为对掺杂有 硼 的无定形 碳 进行蚀刻的方法，该方法使用氯气和 氧 气的混合气体的等离子体，并使载置台(3)的 温度 为100℃以上。，下面是等离子体蚀刻方法专利的具体信息内容。
1.一种等离子体蚀刻方法，其利用半导体制造装置对掺杂有硼的无定形碳进行蚀刻，该等离子体蚀刻方法的特征在于：
所述半导体制造装置包括：
形成处理空间的处理容器；
载置被处理体的载置台；
产生等离子体激发用的能量的能量产生源；和
向所述处理容器内供给处理气体的气体供给部，
该等离子体蚀刻方法使用氯气和氧气的混合气体的等离子体，并使所述载置台的温度为100℃以上。
2.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
至少包括开始蚀刻的第一步骤和在该第一步骤之后实施的第二步骤，在所述第一步骤中，使从所述气体供给部供给的所述氧气的供给量为第一供给量，在所述第二步骤中，使从所述气体供给部供给的所述氧气的供给量为比所述第一供给量少的第二供给量。
3.如权利要求2所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
在所述第一步骤中，使所述处理容器内的压力为第一压力，
在所述第二步骤中，使所述处理容器内的压力为比所述第一压力高的第二压力。
4.如权利要求1～3中任一项所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述载置台的温度为100℃～350℃。
5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述能量产生源包括：
产生微波的微波发生器；和
与所述载置台连接，产生高频偏置电力的高频电源，
使所述微波发生器的电力为3000～4000W，
使所述高频电源的电力为300～800W。
6.如权利要求5所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述微波从径向线隙缝天线向所述处理容器内辐射。
7.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于：
所述能量产生源包括：
将第一高频电力施加到上部电极和下部电极中的任一者的第一高频电源；和将频率比所述第一高频电力低的第二高频电力施加到所述上部电极和所述下部电极中的任一者的第二高频电源，
使所述第一高频电力为1000W以上，
使所述第二高频电力为400W以上。
等离子体蚀刻方法
技术领域
背景技术
[0002] 目前已知使用无定形碳膜作为蚀刻掩模对加工对象进行蚀刻的技术。例如，在专利文献1所记载的方法中，将抗蚀剂层作为掩模对无定形碳膜进行蚀刻，将规定的图案转印到无定形碳膜上，使用该无定形碳膜作为加工对象的掩模。这样的无定形碳膜的蚀刻掩模例如在NAND型闪存器的制造工序中，在对绝缘膜和导电膜交替叠层而成的多层膜形成台阶状的结构时使用(例如，参照专利文献2)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特开2007－288119号公报
[0006] 专利文献2：日本特开2009－170661号公报
发明内容
[0007] 发明想要解决的技术问题
[0008] 但是，加工对象的蚀刻孔的深度、长径比增大时，更加要求掩模的耐等离子体性，利用通常的厚度的无定形碳膜确保选择比是困难的。因此，为了确保选择比，需要增大无定形碳膜的厚度，但该情况下，用于向无定形碳膜转印图案的抗蚀剂层、无机类的中间层也需要变厚。但是，当抗蚀剂层的厚度变大时，在向抗蚀剂层转印图案的光刻法中会产生LER(line edge roughness：线边缘粗糙度)、LWR(line width roughness：线宽粗糙度)这样的问题，存在图案的精度降低的危险。
[0009] 另外，曝光机的焦点深度也存在限度，不能在必要以上增加抗蚀剂层的厚度。而且，因为不能增加抗蚀剂层的厚度，大幅度提高抗蚀剂层和无机中间层的蚀刻时的选择比也是困难的，所以无机中间层的厚度也同样不能变大。另外，也要求提高将无机中间层作为掩模对无定形碳膜进行蚀刻时的选择比，但其也存在限度。因此，过度地增加无定形碳膜的厚度是困难的。
[0010] 因此，作为能够确保选择比的硬的蚀刻掩模，能够使用掺杂有硼的无定形碳(BAC：Boron-doped Amorphous Carbon)膜。因此，掺杂有硼的无定形碳膜为难蚀刻材料，因此进行蚀刻是困难的。
[0011] 本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够对掺杂有硼的无定形碳进行蚀刻的等离子体蚀刻方法。
[0012] 用于解决技术问题的技术方案
[0013] 本发明的一个方面涉及的等离子体蚀刻方法为利用半导体制造装置，对掺杂有硼的无定形碳进行蚀刻的等离子体蚀刻方法，该半导体制造装置具有：形成处理空间的处理容器；载置被处理体的载置台；产生等离子体激发用的能量的能量产生源；和向处理容器内供给处理气体的气体供给部，该等离子体蚀刻方法使用氯气和氧气的混合气体的等离子体，并使载置台的温度为100℃以上。
[0014] 在该等离子体蚀刻方法中，在对掺杂有硼的无定形碳进行蚀刻时，使用氯气和氧气的混合气体的等离子体，并使载置台的温度为100℃以上。这样，通过使用氯气和氧气的混合气体，能够通过氧和碳的反应使碳挥发，并通过使氯和硼发生反应生成氯化硼，来降低硼的蒸气压温度，因此通过使载置台的温度为100℃以上，能够使硼挥发。因此，能够对含有硼的无定形碳进行良好地蚀刻。
[0015] 在一个实施方式中，至少包括开始蚀刻的第一步骤和在该第一步骤之后实施的第二步骤，在第一步骤中，使从气体供给部供给的氧气的供给量为第一供给量，在第二步骤中，使从气体供给部供给的氧气的供给量为比第一供给量少的第二供给量。
[0016] 在蚀刻的初期，在掺杂有硼的无定形碳中的抗蚀剂层的正下方部分，自由基、离子容易与蚀刻孔的侧壁冲撞，因此侧壁有时不必要地削减。由此，蚀刻孔的顶部和底部的尺寸会产生差异。因此，在开始蚀刻的第一步骤中，相比于第二步骤，增加氧的供给量。由此，在蚀刻的初期中，在抗蚀剂层的正下方的蚀刻孔的侧壁，利用氧将硼氧化而形成保护膜，能够利用保护膜抑制削减侧壁。因此，能够使顶部和底部的尺寸差变小。
[0017] 另外，在蚀刻后半期的第二步骤中，减少氧气的供给量，因此在蚀刻孔变深时，能够确保气体散出性。因此，能够抑制蚀刻速率的降低，能够实现蚀刻速率的提高。其结果，能够实现蚀刻时间的缩短。
[0018] 在一个实施方式中，在第一步骤中，使处理容器内的压力为第一压力，在第二步骤中，使处理容器内的压力为比第一压力高的第二压力。在该情况下，能够实现蚀刻速率的提高。
[0019] 在一个实施方式中，载置台的温度能够为100℃～350℃。
[0020] 在一个实施方式中，能量产生源能够具有：产生微波的微波发生器；和与载置台连接，产生高频偏置电力的高频电源，使微波发生器的电力为3000～4000W，使高频电源的电力为300～800W。
[0022] 在一个实施方式中，能量产生源能够具有：将第一高频电力施加到上部电极和下部电极中的任一者的第一高频电源；和将频率比第一高频电力低的第二高频电力施加到上部电极和下部电极中的任一者的第二高频电源，使第一高频电力为1000W以上，使第二高频电力为400W以上。
[0023] 发明效果
[0025] 图1为示意地表示实现第一实施方式涉及的等离子体蚀刻方法的等离子体处理装置的概略构成的图。
[0026] 图2为表示BAC膜的蚀刻工序的图。
[0027] 图3为表示BAC膜的蚀刻工序的图。
[0028] 图4为表示蚀刻后的BAC膜的图。
[0029] 图5为表示载置台的温度和蚀刻孔的深度的表。
[0030] 图6(a)为表示HF电力的高频电力与蚀刻速率和选择比的关系的图，图6(b)为表示LF电力的高频电力与蚀刻速率和选择比的关系的图。
[0031] 图7(a)为表示HF电力的高频电力与蚀刻孔的底部的微小尺寸和锥角的关系的图，图7(b)为表示LF的高频电力与蚀刻孔的底部的微小尺寸和锥角的关系的图。
[0032] 图8为示意地表示实现第二实施方式涉及的等离子体蚀刻方法的等离子体处理装置的概略构成的图。
[0033] 图9为表示图8所示的缝隙板的一个例子的俯视图。
[0034] 图10为表示BAC膜的蚀刻工序的图。
[0035] 图11为表示比较例中的蚀刻时间与蚀刻速率的关系的曲线图。
具体实施方式
[0036] 以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行详细地说明。另外，在附图的说明中，对相同或相当的构件标注相同的附图标记，省略重复的说明。
[0037] [第一实施方式]
[0038] 图1为示意地表示实现第一实施方式涉及的等离子体蚀刻方法的等离子体处理装置的概略构成的图。等离子体处理装置(半导体制造装置)1构成为平行平板型的等离子体蚀刻装置。等离子体处理装置1具有划分处理空间并气密地构成、成为电接地电位的处理腔室(处理容器)2。
[0039] 处理腔室2呈圆筒状，例如由在其表面形成了阳极氧化膜的铝等构成。在处理腔室2内设置有大致水平地载置作为被处理基板(被处理体)的半导体晶片W(参照图5)的载置台3。载置台3兼作下部电极，例如由铝等导电性材料构成。载置台3隔着绝缘板4被导体的支承台5支承。另外，在载置台3的外周部分以包围半导体晶片W的周围的方式设置有形成为环状的聚焦环6。载置台3构成为能够调整温度。
[0040] 载置台3通过第一匹配箱(匹配器)10与等离子体生成用的第一高频电源(能量产生源)11连接，载置台3通过第二匹配箱12与偏置用的第二高频电源(能量产生源)13连接。第一高频电源11将规定的频率(例如，60MHz)的第一高频电力(以下，HF电力)供给到载置台3。另一方面，第二高频电源13将频率比第一高频电源11低的规定频率(例如，13.56MHz)的第二高频电力(以下、LF电力)供给到载置台3。
[0041] 在与载置台3平行相对的处理腔室2的上部设置有喷淋头15作为接地电位的上部电极。通过这样的构成，喷淋头15和载置台3作为一对对置电极(上部电极和下部电极)发挥作用。
[0042] 在载置台3的上表面设置有用于静电吸附半导体晶片W的静电卡盘16。静电卡盘16构成为在与绝缘体16a之间设置电极16b。电极16b与直流电源17连接。在静电卡盘
16中构成为从直流电源17向电极16b施加直流电，由此利用库仑力等吸附半导体晶片W。
16中构成为从直流电源17向电极16b施加直流电，由此利用库仑力等吸附半导体晶片W。
[0043] 载置台3在其内部形成未图示的冷却流路，使制冷剂在冷却流路中循环，由此能够控制温度。另外，载置台3与用于向半导体晶片W的背面侧供给氦气等背侧气体(背面侧传热气体)的背侧气体供给配管18a、18b连接。由此，载置台3成为能够从背侧气体供给源19向半导体晶片W的背面侧供给背侧气体。
[0044] 另外，背侧气体供给配管18a是用于向半导体晶片W的中央部供给背侧气体的管，背侧气体供给配管18b是用于向半导体晶片W的周缘部供给背侧气体的管。通过这样的构成，能够将半导体晶片W控制为规定的温度。另外，在聚焦环6的外侧下方设置有排气环20。排气环20通过支承台5与处理腔室2导通。
[0045] 在与载置台3对置地设置的喷淋头15的下表面设置有多个气体排出孔15a，并且在喷淋头15的上部设置有气体导入部15b。在喷淋头15的内部形成有空间S。气体导入部15b与气体供给管21连接，气体供给管21的另一端与供给等离子体蚀刻用的气体(蚀刻气体)等的处理气体供给系统(气体供给部)22连接。
[0046] 从处理气体供给系统22供给的气体通过气体供给管21、气体导入部15b到达喷淋头15内部的空间S，从气体排出孔15a向半导体晶片W排出。
[0047] 在处理腔室2的下部形成有排气口23，该排气口23与排气系统24连接。通过使设置于排气系统24的真空泵(未图示)动作，能够将处理腔室2内减压到规定的真空度。在处理腔室2的侧壁设置有开闭半导体晶片W的搬入搬出口的闸阀25。
[0048] 在处理腔室2的周围设置有环形磁铁26。环形磁铁26呈环状，与处理腔室2同心状地配置。环形磁铁26由上侧环形磁铁26a和设置在上侧环形磁铁26a的下方的下侧环形磁铁26b构成，在载置台3与喷淋头15之间的空间形成规定的磁场。环形磁铁26能够通过未图示的电动机等转动部件进行转动。
[0049] 具有上述构成的等离子体处理装置1通过控制部30总体地控制动作。制御部30包括：具有CPU(Central Processing Unit)，控制等离子体处理装置1的各部的处理控制器32；用户接口部34；和存储部36。
[0051] 在存储部36中储藏有方案，该方案记录有用于通过处理控制器32的控制实现在等离子体处理装置1中所执行的各种处理的控制程序(软件)、处理条件数据等。而且，根据需要，通过来自用户接口部34的指示等，从存储部36调出任意的方案，使处理控制器32执行，在处理控制器32的控制下，在等离子体处理装置1中进行所期望的处理。
[0052] 接着，说明利用等离子体处理装置1对半导体晶片W进行等离子体蚀刻的顺序。首先，打开闸阀25，利用未图示的搬送机械手等，将半导体晶片W通过未图示的负载锁定室搬入到处理腔室2内，载置于载置台3上。之后，使搬送机械手退避到处理腔室2外，关闭闸阀25。然后，利用排气系统24的真空泵，通过排气口23将处理腔室2内排气。
[0053] 处理腔室2内成为规定的真空度之后，从处理气体供给系统22向处理腔室2内导入规定的处理气体，将处理腔室2内保持为处理的压力，在该状态下，从第一高频电源11、第二高频电源13向载置台3供给高频电极。此时，从直流电源17向静电卡盘16的电极16b施加规定的直流电压，半导体晶片W被吸附于静电卡盘16。
[0054] 向作为下部电极的载置台3施加高频电力时，在作为上部电极的喷淋头15与作为下部电极的载置台3之间形成电场。另一方面，在作为上部电极的喷淋头15与作为下部电极的载置台3之间，由环形磁铁26形成磁场，在半导体晶片W所存在的处理空间，因电子的偏移而产生磁控管放电，利用由此形成的处理气体的等离子体的作用，对半导体晶片W实施规定的等离子体处理。
[0055] 而且，在规定的等离子体处理结束时，停止高频电力的供给和处理气体的供给，利用与上述的顺序相反的顺序从处理腔室2内将半导体晶片W搬出。
[0056] 接着，参照图2和图3对本实施方式涉及的蚀刻方法进行说明。图2和图3为表示BAC膜的蚀刻工序的图。另外，以下，对利用本实施方式涉及的蚀刻方法进行的BAC膜103(后述)的蚀刻工序进行说明。
[0057] 首先，对成为处理对象的半导体晶片W的构成进行说明。如图2和图3所示，在半导体晶片W上形成例如多层膜100。多层膜100通过将作为绝缘膜的二氧化硅(SiO2)膜101和作为导电膜的多晶硅膜102交替叠层而构成。多层膜100中，二氧化硅膜101例如形成为32层，多晶硅膜102例如形成为32层，合计成为64层。
[0058] 在多层膜100上形成掺杂有硼(B：硼)的无定形碳膜103(以下记为BAC(Boron-doped Amorphous Carbon)膜103)作为蚀刻掩模层。BAC膜103例如通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法等而形成。在BAC膜103上形成氮氧化硅(SiON)膜(抗蚀剂层)104。在该氮氧化硅膜104上依次形成防反射膜(BARC：Bottom Anti-Reflection Coating)膜105、和形成为规定形状、作为对氮氧化硅膜104进行蚀刻的掩模发挥作用的光致抗蚀剂膜106。另外，在多层膜100与BAC膜103之间也可以形成其它的膜。
[0059] 接着，对BAC膜103的蚀刻处理进行说明。首先，如图2(a)所示，将光致抗蚀剂膜106作为掩模，对氧氮化硅膜104实施等离子体蚀刻处理，如图2(b)所示，对氧氮化硅膜104进行蚀刻。接着，如图3(a)所示，除去防反射膜105和光致抗蚀剂膜106。
[0060] 接着，将氧氮化硅膜104作为掩模，对BAC膜103实施等离子体蚀刻处理，对BAC膜103进行蚀刻。此时，在本实施方式中，使用Cl2+O2的处理气体的等离子体。由此，如图3(b)所示，在BAC膜103上形成与光致抗蚀剂膜106的图案对应的形状的掩模图案。更具体的BAC膜103的蚀刻处理的条件例如如下所述。
[0061] (BAC膜的蚀刻)
[0062] 处理气体：Cl2/O2＝123/100sccm
[0063] 压力：20mTorr(2.67Pa)
[0064] 处理时间：150sec
[0065] 高频电力(HF电力/LF电力)：1200W/500W
[0066] 载置台温度：200℃
[0067] 在本实施方式中，使用氯气和氧气的混合气体，作为BAC膜103的等离子体蚀刻的处理气体。硼在大气压下的蒸气压温度为3927℃，是非常高的温度，因此硼不易挥发。另一方面，含有硼的化合物的BCl3(三氯化硼)在大气压下的蒸气压温度为12.5℃，硼与氯结合，由此蒸气压温度降低，易于挥发。另外，碳与氯结合而得到的CCl4(四氯化碳)在大气压下的蒸气压温度为76.8℃左右，因此即使是无定形碳，通过与氯结合而变得易于挥发。
[0068] 另外，载置台3的温度根据BAC膜103所含有的硼的含量而适当地进行设定，例如能够为100℃～350℃左右。参照图4和图5，对载置台3的温度和蚀刻孔的深度进行说明。图4为表示蚀刻后的BAC膜的图，图5为表示载置台的温度和蚀刻孔的深度的表。另外，在图5中，也表示了氧氮化硅膜104的残留的厚度(SiON Remain)和TOPCD(后述)。
[0069] 在图4中，TOPCD表示蚀刻孔的开口侧的CD(CriticalDimension：微小尺寸)，BTMCD表示蚀刻孔的底部的CD。TOPCD优选为90nm以下，BTMCD优选为60nm以上。
[0070] 如图5所示，当提高载置台3的温度时，使TOPCD为90nm以下，并能够对BAC膜103进行深度蚀刻。这样，为了对掺杂有硼的BAC膜103进行蚀刻，使用含有氯气的气体作为处理气体，使载置台3的温度为100℃以上是有效的。另外将载置台3的温度设定为高温的情况下，压力优选是低的压力(例如，100Torr以下)。
[0071] 另外，第一高频电源11的HF电力和第二高频电源13的LF电力如下进行设定。图6为表示高频电力与蚀刻速率和选择比的关系的图。图6(a)表示HF电力的高频电力与蚀刻速率和选择比的关系，图6(b)表示LF电力的高频电力与蚀刻速率和选择比的关系。在图6中，横轴表示高频电力[W]，纵轴表示蚀刻速率[nm/min]和选择比。在图6中，表示了压力：10mTorr、处理时间：180sec、高频电力(HF电力/LF电力)：1200W/250W、载置台温度：
200℃的条件下的结果。
200℃的条件下的结果。
[0072] 如图6(a)所示，在增加HF电力时，蚀刻速率高到一定的程度，不能得到其以上的蚀刻速率，但是氧氮化硅膜104和BAC膜103的选择比提高。因此，作为处理条件，HF电力高是有效的。另外，如图6(b)所示，在增加LF电力时，蚀刻速率线性地增大，另一方面，氧氮化硅膜104和BAC膜103的选择比变低。
[0073] 另外，图7为表示高频电力与蚀刻孔的底部的微小尺寸和锥角的关系的图。图7(a)表示HF电力的高频电力与蚀刻孔的底部的微小尺寸和锥角的关系的图，图7(b)为表示LF的高频电力与蚀刻孔的底部的微小尺寸和锥角的关系的图。在图7中，横轴表示高频电力[W]，纵轴表示BTMCD[nm]和锥角[deg.]。图7所示的结果的处理条件与图6的条件相同。
[0074] 如图7(a)所示，在增加HF电力时，锥角没有大的变化，但BTMCD变小。另外，如图7(b)所示，在增加LF电力时，离子的引入量增多，因此BTMCD变大，并且锥角也能够增大，垂直性提高。另外，通过进一步增加LF电力，能够成为适宜的BTMCD：60nm以上。另外，如上所述，在提高载置台3的温度时，TOPCD变大，但通过增加LF电力，能够使TOPCD与BTMCD的差变小，得到垂直性。
[0075] 如图6和图7所示，在增加HF电力时，能够提高蚀刻速率，也能够确保选择比，另一方面，难以确保BTMCD，不能适当地得到蚀刻孔的垂直性。因此，通过增加LF电力，能够确保BTMCD，并且能够实现锥角的提高。此时，在使LF电力成为高电力时，选择比降低，但通过增加HF电力，能够确保选择比，因此在优选的条件下能够形成垂直性高的蚀刻孔。通过以上的结果，在本实施方式中，将高频电力设为(HF电力/LF电力)：1200W/500W。另外，HF电力和LF电力的各自可以根据载置台3的温度、压力、BAC膜103的硼的含量等适当地设定。
[0076] 如上所述，在本实施方式中，对BAC膜103进行等离子体蚀刻时，使用含有氯气的处理气体，并使将载置台3的温度为高温，由此能够对作为难蚀刻材料的BAC膜103进行适当地蚀刻。另外，通过将HF电力和LF电力设定得较高，能够确保蚀刻速率和选择比，并能够得到垂直性。
[0077] 如上说明的方式，在本实施方式中，作为对多层膜100进行蚀刻时的掩模所使用的BAC膜103的蚀刻中，将载置台3的温度设定为100℃以上，作为从处理气体供给系统22供给的处理气体，使用Cl2+O2。另外，在本实施方式中，将第一高频电源11的HF电力和第二高频电源13的LF电力设定得较高。这里，所谓较高的HF电力和LF电力，是比在对不掺杂硼的无定形碳膜进行蚀刻时所施加的电力高的电力。
[0078] 这样，在本实施方式中，利用氯气和氧气的混合气体的等离子体，氯和硼反应，硼的蒸气压温度变低，因此通过将载置台3的温度设定为100℃以上，能够使硼挥发。因此，能够对含有硼的无定形碳膜103良好地进行蚀刻。另外，在本实施方式中，通过将HF电力和LF电力设定为比对不掺杂硼的无定形碳进行蚀刻时的电力高，能够确保选择比，并能够促进蚀刻，确保蚀刻速率，并且，能够提高垂直性。由此，能够将TOPCD和BTMCD设定在规定值内，能够对作为难蚀刻材料的BAC膜103进行蚀刻。
[0079] 进而，能够精度良好地对BAC膜103进行蚀刻，因此能够良好地形成对多层膜100进行蚀刻时使用的掩模。
[0080] [第二实施方式]
[0081] 接着，对第二实施方式进行说明。图8为示意地表示实现第二实施方式涉及的等离子体蚀刻方法的等离子体处理装置的概略构成的图。图8所示的等离子体处理装置40具有处理腔室(处理容器)41、载置台42、电介质部件43、天线44、同轴导波管45、喷射器46和配管部件47。
[0082] 处理腔室41形成用于对被处理基体W进行等离子体处理的处理空间S。处理腔室41包括侧壁41a和底部41b。侧壁41a具有在轴线X方向上延伸的大致筒形状。底部41b设置在侧壁41a的下端侧。底部41b设置有排气用的排气孔41h。侧壁41a的上端部开口。
[0083] 侧壁41a的上端部开口通过称为电介质窗的电介质部件43关闭。在该电介质部件43与侧壁41a的上端部之间可以存在O形圈48。通过该O形圈48，能够更确实地密闭处理腔室41。
[0084] 等离子体处理装置40还具有微波发生器49。微波发生器49产生例如2.45GHz的频率的微波。微波发生器49具有调谐器49a。微波发生器49通过导波管50和模式变换器51与同轴导波管45的上部连接。
[0085] 同轴导波管45沿着轴线X延伸。同轴导波管45包括外侧导体45a和内侧导体45b。外侧导体45a具有在轴线X方向上延伸的筒形状。外侧导体45a的下端能够与冷却夹套52的上部电连接。内侧导体45b设置于外侧导体45a的内侧。内侧导体45b沿着轴线X延伸。内侧导体45b的下端与天线44的缝隙板44b连接。
[0086] 天线44包括电介质板44a和缝隙板44b。电介质板44a具有大致圆板形状。电介质板44a例如能够由石英或氧化铝构成。电介质板44a被夹持在缝隙板44b与冷却夹套52的下表面之间。因此天线44能够由电介质板44a、缝隙板44b和冷却夹套52的下表面构成。
[0087] 缝隙板44b为形成有多个缝隙的大致圆板状的金属板。在一个实施方式中，天线44可以是径向线隙缝天线(RLSA)。图9为表示图8所示的缝隙板的一个例子的俯视图。缝隙板44b上形成有多个缝隙对44A。多个缝隙对44A在径方向上隔开规定间隔地设置，另外，在周方向上隔开规定间隔地配置。多个缝隙对44A各自包括两个缝隙孔44Aa和44Ab。
缝隙孔44Aa与缝隙孔44Ab在相互交叉或正交的方向上延伸。由微波发生器49产生的微波通过同轴导波管45，向电介质板44a传播，从缝隙板44b的缝隙44A导入电介质部件43。
缝隙孔44Aa与缝隙孔44Ab在相互交叉或正交的方向上延伸。由微波发生器49产生的微波通过同轴导波管45，向电介质板44a传播，从缝隙板44b的缝隙44A导入电介质部件43。
[0088] 电介质部件43具有大致圆板形状，例如由石英或氧化铝构成。电介质部件43以在轴线X方向上与载置台42相对的方式设置，另外，设置在缝隙板44b的正下方。电介质部件43透过从天线44接收的微波，并向处理空间S内导入。由此，在电介质部件43的正下方产生电场，在处理空间S内产生等离子体。这样，通过等离子体处理装置40，能够不施加磁场而使用微波使等离子体产生。
[0089] 电介质部件43的下表面划分凹部43d。凹部43d在轴线X周围设置为环状，具有锥形状。该凹部43d是为了促进所导入的微波产生驻波而设置的，对通过微波有效地产生等离子体是有利的。
[0090] 在等离子体处理装置40中，内侧导体45b具有沿着轴线X延伸的筒形状。在该内侧导体45b的内部插入配管部件47。配管部件47的一端与气体供给系统53连接。气体供给系统53由称为质量控制器的流量控制器53a和开闭阀53b构成。在一个实施方式中，来自气体供给系统53的处理气体通过配管部件47被供给到喷射器46。来自配管部件47的处理气体通过喷射器46和形成于电介质部件43的贯通孔43a被供给到处理空间S。
[0091] 另外，等离子体处理装置40还具有其它气体供给部54。气体供给部54包括气体管54a。气体管54a在电介质部件43与载置台42之间，沿轴线X周围延伸为环状。气体管54a设置有在向着轴线X的方向上喷射气体的多个气体喷射孔54b。该气体供给部54与气体供给系统55连接。
[0092] 气体供给系统55包括气体管55a、开闭阀55b和称为质量控制器的流量控制器55c。通过流量控制器55c、开闭阀55b和气体管55a向气体供给部54的气体管54a供给处理气体。另外，气体管55a贯通处理腔室41的侧壁41a。气体供给部54的气体管54a通过该气体管55a被支承在侧壁41a。
[0093] 载置台42以在天线44与该载置台42之间夹持处理空间S的方式设置。在该载置台42上载置被处理基体W。载置台42构成为能够进行温度调整。在一个实施方式中，载置台42包括台42a、聚焦环42b和静电卡盘42c。
[0094] 台42a被筒状支承部56A支承。筒状支承部56A由绝缘性的材料构成，从底部41b向垂直上方延伸。另外，在筒状支承部56A的外周设置有导电性的筒状支承部56B。筒状支承部56B沿着筒状支承部56A的外周从处理腔室41的底部41b向垂直上方延伸。在该筒状支承部56B与侧壁41a之间形成有环状的排气路径57。
[0095] 在排气路径57的上部安装有设置了多个贯通孔的环状的挡板58。排气孔41h的下部通过排气管59与排气装置60连接。排气装置60具有涡轮分子泵等真空泵。通过排气装置60，能够将处理腔室41内的处理空间S减压到所期望的真空度。
[0096] 台42a兼作高频电极。台42a通过匹配单元61和供电棒62与RF偏置用的高频电源63电连接。高频电源63以规定的功率，输出适于控制向被处理基体W引入的离子能量的一定频率例如13.65MHz的高频电力(高频偏置电力)。匹配单元61收纳有匹配器，该匹配器用于在高频电源63侧的阻抗与主要为电极、等离子体、处理腔室41的负荷侧的阻抗之间取得匹配。在该匹配器中包括自偏置生成用的级间耦合电容器。
[0097] 在台42a的上表面设置有静电卡盘42c。静电卡盘42c利用静电吸附力保持被处理基体W。在静电卡盘42c的径方向外侧设置有以环状包围被处理基体W的周围的聚焦环42b。静电卡盘42c包括电极42d、绝缘膜42e和绝缘膜42f。电极42d由导电膜构成，设置在绝缘膜42e与绝缘膜42f之间。电极42d通过开关65和包覆线66与高压的直流电源64电连接。静电卡盘42c能够利用库仑力吸附保持被处理基体W。该库仑力由直流电源64所施加的直流电产生。
[0098] 在台42a的内部设置有在周方向上延伸的环状的制冷剂室42g。从冷却单元(未图示)，通过配管67、68向该制冷剂室42g循环供给规定温度的制冷剂例如冷却水。根据制冷剂的温度，静电卡盘42c的传热气体例如He气体通过气体供给管68供给到静电卡盘42c的上表面与被处理基体W的背面之间。
[0099] 接着，参照图2和图10，对使用上述等离子体处理装置40的BAC膜103的蚀刻处理进行说明。图10为表示BAC膜的蚀刻工序的图。在本实施方式中，使BAC膜103的厚度为例如1300nm，使氧氮化硅膜104的厚度为例如130nm。首先，在等离子体处理装置40中，与第一实施方式同样进行，如图2(a)所示，将光致抗蚀剂膜106作为掩模，对氧氮化硅膜104实施等离子体蚀刻处理，如图2(b)所示，对氧氮化硅膜104进行蚀刻。接着，如图10(a)所述，除去防反射膜105和光致抗蚀剂膜106。
[0100] 接着，在等离子体处理装置40中，将氧氮化硅膜104作为掩模，对BAC膜103实施等离子体蚀刻处理，对BAC膜103进行蚀刻。此时，在本实施方式中，使用氯气和氧气的处理气体的等离子体。另外，在使用等离子体处理装置40的BAC膜103的蚀刻中，将蚀刻处理分为多个步骤进行实施。在本实施方式中，分成开始蚀刻的第一步骤和在第一步骤之后实施的第二步骤，实施蚀刻处理。在第一步骤和第二步骤中，使处理气体中的氧气的供给量和处理腔室41内的压力变化。第一步骤和第二步骤的处理条件如下所述。
[0101] (第一步骤)
[0102] 处理气体：Cl2/O2＝247/350sccm
[0103] 压力：15mTorr(1.99Pa)
[0104] 处理时间：60sec
[0105] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/300W
[0106] 载置台温度：220℃
[0107] (第二步骤)
[0108] 处理气体：Cl2/O2＝247/300sccm
[0109] 压力：60mTorr(7.99Pa)
[0110] 处理时间：120sec
[0111] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/400W
[0112] 载置台温度：220℃
[0113] 如图10(a)所示，在开始BAC膜103的蚀刻的第一步骤中，以第一供给量(例如，350sccm)供给处理气体的氧气，对BAC膜103蚀刻规定时间(例如，60sec)。接着，如图
10(b)所示，对BAC膜103蚀刻规定时间之后，在第二步骤中，以比第一供给量少的第二供给量(例如，300sccm)供给氧气，对BAC膜103进行蚀刻。
10(b)所示，对BAC膜103蚀刻规定时间之后，在第二步骤中，以比第一供给量少的第二供给量(例如，300sccm)供给氧气，对BAC膜103进行蚀刻。
[0114] 另外，在第一步骤中，如上所述，将处理腔室41内的压力(处理压力)设定为第一压力(例如，15mTorr)，在第二步骤中，将处理腔室41内的压力设定为高于第一步骤的第二压力(例如，60mTorr)。在本实施方式中，处理腔室41内的压力例如设定为15～70mToor左右的范围。
[0115] 另外，在本实施方式中，微波发生器49的MW电力和高频电源63的RF电力如下进行设定。在增加微波发生器49的MW电力的值时，蚀刻速率变高，并且氧氮化硅膜104和BAC膜103的选择比提高。因此，作为处理条件，MW电力高是有效的。另外，在增加高频电源63的RF电力的值时，离子的引入量增加，因此蚀刻速率变高，另一方面，氧氮化硅膜104和BAC膜103的选择比变低。因此，作为处理条件，RF电力低是有效的。根据这样的结果，微波发生器49的MW电力优选为3000～4000W左右，高频电源63的RF电力能够为300～800W左右，优选为300～500W左右。
[0116] 另外，载置台42的温度根据BAC膜103所含有的硼的含量适当地设定，例如能够为100℃～350℃左右，优选为200℃以上。
[0117] 利用上述条件实施蚀刻的结果，在半导体晶片W的中央部，
[0118] ·TOPCD：75nm
[0119] ·BTMCD：49nm
[0120] ·ΔCD：26nm。
[0121] 作为抗蚀剂层的氧氮化硅膜104残留115nm。另外，在半导体晶片W的缘部中，[0122] ·TOPCD：81nm
[0123] ·BTMCD：46nm
[0124] ·ΔCD：25nm。
[0125] 氧氮化硅膜104残留121nm。在本实施方式中，通过上述条件下的2步骤的蚀刻处理，能够确保BAC膜103和氧氮化硅膜104的选择比。
[0126] 如上说明的方式，在本实施方式中，利用氯气和氧气的混合气体的等离子体，氯和硼反应而形成氯化硼，由此硼的蒸气压温度变低，因此通过将载置台42的温度设定为100℃以上，能够使硼挥发。因此，能够良好地对含有硼的无定形碳膜103进行蚀刻。
[0127] 另外，具有径向线隙缝天线作为天线44的等离子体处理装置40中，在第一步骤和第二步骤中实施等离子体蚀刻处理。在第一步骤和第二步骤，使氧气的供给量变化，在第二步骤中，相比于第一步骤，使氧气的供给量减少。换言之，在第一步骤中，相比于第二步骤，使氧气的供给量增大。
[0128] 针对关于氧气的供给量的作用效果，将比较例1的条件下的结果和本实施方式的上述条件下的结果进行比较说明。比较例1是在单一的步骤中实施处理的条件。比较例1的条件如下所述。
[0129] (比较例1)
[0130] 处理气体：Cl2/O2＝247/300sccm
[0131] 压力：15mTorr(1.99Pa)
[0132] 处理时间：120sec
[0133] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/300W
[0134] 以上述的比较例1的条件实施蚀刻的结果，能够确认氧氮化硅膜104的正下方的BAC膜103的蚀刻孔的侧壁被削减。在开始蚀刻时，蚀刻孔浅，自由基、离子容易冲撞氧氮化硅膜104正下方的BAC膜103的侧壁。因此，有时氧氮化硅膜104正下方的BAC膜103的侧壁被削减，或者侧壁崩溃。由此，在比较例1的条件中，TOPCD与BTOCD的差变大，难以确保蚀刻孔的垂直性。
[0135] 在本实施方式中，在开始蚀刻的第一步骤中，使氧气的供给量比第二步骤多例如350sccm(＞300sccm)，由此利用氧气使BAC膜103的硼氧化。由此，在BAC膜103的蚀刻孔的氧氮化硅膜104的正下方的侧壁形成保护膜。因此，在本实施方式中，氧氮化硅膜104正下方的BAC膜103的侧壁被保护膜保护，因此能够抑制侧壁被削减。因此，在本实施方式中，能够减小TOPCD与BTMCD的差。其结果，能够提高蚀刻孔的垂直性。
[0136] 另外，在本实施方式中，在第二步骤中，与第一步骤相比，使氧气的供给量减少。关于在第二步骤中使氧气减少而产生的作用效果，通过对比较例2和实施例的结果进行比较说明。比较例2是以单一的步骤实施处理的条件。
[0137] (比较例2)
[0138] 处理气体：Cl2/O2＝247/350sccm
[0139] 压力：15mTorr(1.99Pa)
[0140] 处理时间：180sec
[0141] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/300W
[0142] (实施例)
[0143] (第一步骤)
[0144] 处理气体：Cl2/O2＝247/350sccm
[0145] 压力：15mTorr(1.99Pa)
[0146] 处理时间：60sec
[0147] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/300W
[0148] (第二步骤)
[0149] 处理气体：Cl2/O2＝247/210sccm
[0150] 压力：15mTorr(7.99Pa)
[0151] 处理时间：180sec
[0152] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/300W
[0153] 以上述的比较例2的条件实施蚀刻的结果，处理时间：60sec，在半导体晶片W的中央部，
[0154] ·TOPCD：81nm
[0155] ·BTMCD：61nm
[0156] ·ΔCD：25nm，
[0157] 在半导体晶片W的缘部，
[0158] ·TOPCD：81nm
[0159] ·BTMCD：63nm
[0160] ·ΔCD：18nm。
[0161] 另外，在实施蚀刻直到180sec时，在半导体晶片W的中央部，
[0162] ·TOPCD：87nm
[0163] ·BTMCD：22nm
[0164] ·ΔCD：55nm，
[0165] 在半导体晶片W的缘部中，
[0166] ·TOPCD：77nm
[0167] ·BTMCD：0nm
[0168] ·ΔCD：77nm。
[0169] 这样，在不使氧气的供给量变化的单一处理中，不进行蚀刻，ΔCD的差显著。特别是，在半导体晶片W的缘部，蚀刻停止。
[0170] 图11为表示比较例中的蚀刻时间和蚀刻速率的关系的图表。在图11中，横轴表示蚀刻时间(Etch Time)[sec]，纵轴表示蚀刻速率(DifferentialBACL E/R)[nm/min]。在图11中，“■”表示半导体晶片W的中央部的结果，“□”表示半导体晶片W的缘部的结果。如图11所示，在比较例2的条件下，伴随蚀刻处理的时间的经过，蚀刻速率减低。作为其原因能够列举，在蚀刻孔变深时，蚀刻孔产生气体积存，并由于对应长径比、处理发生变动的微负载效果，妨碍了蚀刻的进行。
[0171] 在本实施方式的实施例中，使第一步骤的氧气的供给量为350sccm，使第二步骤的氧气的供给量为210sccm。以上述实施例的条件实施蚀刻的结果，在第一步骤中，能够得到与比较例2的条件相同的结果，在第二步骤中，在半导体晶片W的中央部，[0172] ·TOPCD：73nm
[0173] ·BTMCD：85nm
[0174] ·ΔCD：－12nm，
[0175] 在半导体晶片W的缘部，
[0176] ·TOPCD：77nm
[0177] ·BTMCD：57nm
[0178] ·ΔCD：20nm。
[0179] 这样，在本实施方式中，在第二步骤中通过减少氧气的供给量，使蚀刻孔的气体的散出性提高，抑制了在蚀刻孔产生气体积存。因此，在本实施方式中，能够实现蚀刻速率的提高，并且能够提高蚀刻孔的垂直性。
[0180] 另外，在本实施方式中，在蚀刻处理中，使第二步骤的压力比第一步骤的压力高。通常，在蚀刻处理中，增加压力时，阻碍离子的直进性，能够产生蚀刻速率的降低。在本实施方式中，是具有径向线隙缝天线作为天线44的等离子体处理装置40，因此等离子体密度变
11 3
高(例如，1×10 cm)，实施自由基主体的蚀刻处理。因此，在本实施方式中，在第二步骤中，即使将压力设定得比第一步骤高，等离子体密度也变高，因此能够实现蚀刻速率的提高，能够良好地进行蚀刻。
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高(例如，1×10 cm)，实施自由基主体的蚀刻处理。因此，在本实施方式中，在第二步骤中，即使将压力设定得比第一步骤高，等离子体密度也变高，因此能够实现蚀刻速率的提高，能够良好地进行蚀刻。
[0181] 具体而言，表示以以下的条件实施蚀刻处理的结果。
[0182] (第一步骤)
[0183] 处理气体：Cl2/O2＝247/350sccm
[0184] 压力：15mTorr(1.99Pa)
[0185] 处理时间：120sec
[0186] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/300W
[0187] 载置台温度：220℃
[0188] (第二步骤)
[0189] 处理气体：Cl2/O2＝247/300sccm
[0190] 压力：60mTorr(7.99Pa)
[0191] 处理时间：120sec
[0192] 高频电力(MW电力/RF电力)：4000W/400W
[0193] 载置台温度：220℃
[0194] 以上述的条件蚀刻的结果，第一步骤中的蚀刻速率为432nm/min，第二步骤中的蚀刻速率为567nm/min。因此，在本实施方式中，在第二步骤中减少氧气的供给量，并且将处理腔室41内的压力设定为高压，由此在蚀刻的后半期，能够实现蚀刻速率的提高。
[0195] 本发明不限定于上述实施方式。例如，等离子体处理装置不限定于图1所示的平行平板型的下部双频施加型，例如，能够使用向上部电极和下部电极各自施加高频的类型的等离子体处理装置等、各种等离子体处理装置。
[0196] 另外，在上述实施方式中，使用BAC膜103作为对由作为绝缘膜的二氧化硅膜101和作为导电膜的多晶硅膜102交替叠层而成的多层膜100时进行蚀刻的掩模，将其作为一个例子进行说明，但BAC膜103能够使用蚀刻Si、Ox等被蚀刻膜时的掩模。
[0197] 另外，在第一实施方式中，可以分成开始蚀刻的第一步骤和在第一步骤之后实施的第二步骤，实施蚀刻处理。在第一步骤和第二步骤中，使处理气体中的氧气的供给量变化。具体而言，在开始蚀刻的第一步骤中，使氧气的供给量为第一供给量，在第二步骤中，使氧气的供给量为比第一供给量少的第二供给量。
[0198] 另外，在第一实施方式中，以至少2个步骤实施蚀刻处理，此时，在第一步骤和第二步骤中，可以使处理腔室2内的压力变化。
[0199] 附图标记说明
[0200] 1、40…等离子体处理装置(半导体制造装置)；2、41…处理腔室(处理容器)；3、42…载置台；11…第一高频电源(能量产生源)；13…第二高频电源(能量产生源)；22…处理气体供给系统(气体供给部)；49…微波发生器(能量产生源)；55…气体供给系统(气体供给部)；63…高频电源(能量产生源)；103…BAC膜。
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