[发明专利]等离子蚀刻方法及等离子蚀刻装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对基板进行等离子蚀刻的等离子蚀刻方法及等离子蚀刻装置。

背景技术

在半导体元件的制造步骤中，作为对半导体晶片等基板(以下称为“晶片”)进行加工的装置，有通过将等离子照射到晶片而对晶片进行蚀刻的等离子蚀刻装置。

通过所述等离子蚀刻装置进行加工之前的晶片例如是由硅基板形成的晶片，且所述晶片上从表面起朝向上方依次形成着二氧化硅(SiO₂)膜、由多晶硅形成的被蚀刻膜、由1层或多层形成的遮罩膜、抗反射膜(Bottom Anti-Reflective Coating；BARC)及光阻膜(以下称为“光阻膜”)。光阻膜预先进行曝光、显影，而形成包含线部的图案。接着，依次蚀刻抗反射膜、遮罩膜、被蚀刻膜，由此形成包含被蚀刻膜的线部的图案。被蚀刻膜由多晶硅形成的所述示例，相当于例如将被蚀刻膜作为闸极电极的闸极蚀刻的步骤。

然而，近来在半导体元件的制造步骤中，晶片正不断大口径化。随着晶片的大口径化，晶片面内形成的线部的线宽(Critical Dimension；CD)及高度的面内均匀性变得难以确保。

在如上所述的蚀刻中，是使用含有氟、氯、氧等的气体作为处理气体。当晶片被蚀刻时，所述多种处理气体中所含的氟、氯、氧等变成等离子。等离子中含有荷电粒子(以下称为“离子”)及中性粒子(以下称为“自由基”)。而且，晶片表面与含有离子及自由基的等离子反应而生成反应生成物，且所生成的反应生成物挥发，借此推进蚀刻。

根据晶片表面与等离子反应所生成的反应生成物的种类不同，有时会再次附着于所形成的线部。所以，通过蚀刻而形成的线部的线宽根据反应生成物再附着的概率(以下称为“附着系数”)而不同。附着系数是依存于晶片的温度，所以形成的线部的线宽也依存于晶片的温度。存在通过将晶片面内的温度分布设为可控制，可以面内均匀性良好地蚀刻形成的线部的线宽的等离子蚀刻装置(例如参照专利文献1)。

此外，通过蚀刻而形成的线部的线宽除了受所述附着系数影响之外，有时也因邻接的线部的间隔(图案间隔)而不同。即，晶片上形成的线部的线宽也依存于晶片的温度及图案间隔。

这种情况下，难以通过调整晶片温度，来独立控制图案间隔大的部分(以下称为“疏部”)与图案间隔小的部分(以下称为“密部”)的线部的线宽。但是，有时通过调整处理气体的供给量或组成比，可以独立控制疏部与密部的线部的线宽。而且，有一种通过将晶片面内的温度分布及处理气体的供给量或组成比的分布设为可控制，由此可以在疏部及密部独立控制线部的线宽的等离子蚀刻装置(例如参照专利文献2)。

【先行技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本专利特表2008-532324号公报

专利文献2：日本专利特开2007-81216号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，当使用如上所述的等离子蚀刻装置进行等离子蚀刻时，存在如下问题。

在专利文献1揭示的例子中，当形成例如仅含有密部的统一图案时，可以面内均匀性良好地蚀刻所形成的线部的线宽。但是，如上所述，当形成包含疏部及密部的图案时，无法面内均匀性良好地蚀刻形成的线部的线宽。

另一方面，在专利文献2揭示的例子中，当形成包含疏部及密部的图案时，也可以面内均匀性良好地蚀刻形成的线部的线宽。但是，若调整处理气体的供给量及组成比，则不仅是自由基的供给量，离子的供给量也连动变化。离子的前进性较大，是支配蚀刻速率(以下称为“蚀刻速度”)的条件。所以，无法通过控制处理气体的供给量或组成比，而将蚀刻速度控制成所需值。如此一来，晶片面内的线宽及高度无法均匀地一致，截面形状有偏差。

此外，当遮罩膜含有有机膜时，作为用来蚀刻有机膜的处理气体，例如可以使用如氧(O₂)气般的自由基与遮罩膜反应的反应速度或附着系数小的处理气体。当使用自由基的反应速度等较小的处理气体时，即便在通常的可变范围内调整晶片温度及处理气体的供给量或组成比，基本上也无法改变自由基的反应量，无法控制线部的线宽。

本发明是鉴于所述方面研究而成，其提供一种等离子蚀刻方法及等离子蚀刻装置，当蚀刻包含无机膜及有机膜的积层遮罩膜而形成线部时，或者蚀刻遮罩膜而形成邻接线部的间隔不同的多种线部时，可以独立控制晶片面内的线部的线宽及高度的分布，且可面内均匀性良好地蚀刻截面形状。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述问题，本发明的特征在于采用下述的各种手段。