JP2007531054A - マスクをエッチングするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

パターン内に存在する土地を横方向にトリミングしながら、パターンを上にある層から下にある層に転写するシステムおよび方法を記載する。パターンの転写は、プロセスレシピに基づくエッチング処理を用いて行われ、プロセスレシピ内の少なくとも１つの可変パラメーターは、目標トリム量を仮定して調節される。可変パラメーターの調節は、トリム量データを可変パラメーターに関連付けるために確立されたプロセスモデルを用いて行われる。

Description

このＰＣＴ出願は、２００４年３月３１日に提出された米国仮特許出願番号第１０／８１３，５７０号に基づき、この出願に頼っており、その全体の内容は、引用することにより本明細書に援用する。

本発明は、マスクをエッチングするためのシステムおよび方法に関し、特に、パターンを上にある層からマスク層に転写し、その際、エッチングによってマスク内のパターンを横方向にトリミングするシステムおよび方法に関する。

半導体プロセスでは、（ドライ）プラズマエッチング処理は、微細な線に沿っているか、またはシリコン基材上にパターン化されたビアホール（via）または接点内の材料を除去またはエッチングするために使用することができる。プラズマエッチング処理は、一般に、上にあるパターン化された保護層、たとえばフォトレジスト層を有する半導体基材を処理チャンバ内に配置するステップを含む。基材をチャンバ内に配置した後、イオン化可能な解離性ガス混合物が、予め指定された流量でチャンバ内に導入され、その際、真空ポンプは、周囲処理圧を達成するためにスロットルされる。その後、プラズマは、存在するガス種の一部分が、誘導的もしくは容量的な無線周波（ＲＦ）電力の伝達、またはたとえば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用したマイクロ波電力の伝達を介して加熱された電子によってイオン化される時に形成される。さらに、加熱された電子は、周囲のガス種のいくつかの種を分解し、露出面のエッチング化学作用に適する反応種を形成する。

プラズマが形成されると、基材の選択した表面が、プラズマによってエッチングされる。このプロセスは、様々なフィーチャ（feature）（たとえばトレンチ、接点、ゲートなど）を基材の選択領域にエッチングするのに適する条件、たとえば望ましい反応物質およびイオン群の適切な濃度などを達成するように調節される。エッチングが必要なこのような基材材料としては、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、低ｋ誘電材料、ポリシリコン、および窒化シリコンが挙げられる。

材料処理時、フィーチャなどのエッチングは、上にある層内に形成されたパターンを、内部に個々のフィーチャが形成される下にある層に転写することを含む。上にある層は、たとえば、（ネガ型またはポジ型）フォトレジストなどの感光材料を含むことができる。パターンが上にある層から下にある層内に転写されると、下にある層は、単独で、または上にある層と共に、下にあるフィルムをエッチングするためのマスクとして機能することが可能である。

本発明の一態様では、１ステップマスク開放プロセスは、第１層を基材上に形成するステップと、パターンを第２層に形成するステップであって、パターンが、第１限界寸法を有する第２層内のフィーチャを含むステップと、第１限界寸法を第２限界寸法に縮小するために、目標トリム量を設定するステップと、目標トリム量を使用するプロセスレシピの可変パラメーター、およびトリム量データを可変パラメーターに関連付けるプロセスモデルを決定するステップと、プロセスレシピを使用して、パターンを第２層から第１層に転写し、その際、第１層内のフィーチャの第２限界寸法を達成するステップとを含む。

本発明のもう１つの態様では、プロセスモデルを作成する方法は、第１のフィーチャのサイズを有するパターンを基材上の上にある層から下にある層に転写するための名目プロセスレシピを画定するステップであって、名目プロセスレシピが、可変プロセスパラメーターおよび少なくとも１つの定数プロセスパラメーターを含むステップと、可変パラメーターの１つまたは複数の値に関するトリム量を測定することによって、トリム量データを可変パラメーターの関数として蓄積するステップと、可変パラメーターの関数として、トリム量データをカーブフィットするステップとを含む。

本発明のさらにもう１つの態様では、エッチングシステムは、処理チャンバと、処理チャンバに結合され、基材を支持するように構成された基材保持具と、処理チャンバに結合され、プラズマを処理チャンバ内に形成するように構成されたプラズマ源と、処理チャンバに結合され、プロセスガスを処理チャンバに導入するように構成されたガス射出システムと、処理チャンバ、基材保持具、プラズマ源、およびガス射出システムの少なくとも１つに結合され、プロセスレシピを実行して、基材上にある層内の第１限界寸法を持つフィーチャを有するパターンを下にある層に転写し、その際、プロセスモデルによって設定された目標トリム量によって、第１限界寸法を第２限界寸法に縮小するための制御装置とを備える。

材料プロセス手順では、パターンエッチングは、フォトレジストなどの感光性材料の薄い層を基材の上面に塗布し、次に、この層はパターン化され、エッチング時に、このパターンを下にある薄膜に転写するためのマスクを提供する。感光性材料のパターン化は、一般に、たとえばマイクロリソグラフィシステムを用いて感光性材料のレティクル（および関連する光学系）を通して放射線源に暴露し、次に、現像溶剤を使用して、感光性材料の照射領域（ポジ型フォトレジストの場合と同様）、または非照射領域（ネガ型レジストの場合と同様）を除去する。

さらに、多層マスクは、フィーチャを薄膜にエッチングするために実施することが可能である。たとえば、二層マスクを使用して、フィーチャを薄膜にエッチングする場合、感光性材料層など、上にあるマスク層のマスクパターンは、薄膜の主エッチングステップの前に、別個のエッチングステップを使用して下にあるマスク層に転写される。たとえば、下にあるマスク層は、有機薄膜、たとえば反射防止コーティング（ＡＲＣ、もしくはボトムＡＲＣ（ＢＡＲＣ））、無機薄膜、またはハイブリッド有機−無機薄膜を含むことが可能である。

薄膜に形成されるフィーチャのサイズを縮小するため、下にあるマスク層は横方向にトリミングし、上にあるマスク層に形成されるパターンを下にあるマスク層に転写する。たとえば、図１Ａは、薄膜１２が上に配置された基材１０を含む積層膜１１を示す。積層膜１１は、薄膜１２上に形成された第１層１４をさらに備え、第１層１４上に第２層１６が形成される。第１層１４および第２層１６は、スピンオン塗布（ＳＯＤ）技術、および／または化学蒸着（ＣＶＤ）などの蒸着技術を用いて形成することが可能である。これらの技術はどちらも、材料塗布の当業者には十分周知されている。

第２層１６は、フォトレジストなどの感光性材料の層を含むことが可能である。第２層１６は、追跡システムを使用して形成することができる。追跡システムは、２４８ｎｍレジスト、１９３ｎｍレジスト、１５７ｎｍレジスト、ＥＵＶレジスト、（トップ／ボトム）反射防止コーティング（ＴＡＲＣ／ＢＡＲＣ）、およびトップコートをプロセスするように構成することができる。たとえば、追跡システムは、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から市販されている、クリーントラックＡＣＴ８、またはＡＣＴ１２レジストコーティングおよび現像システムを構成することができる。基材上にフォトレジスト膜を形成するためのその他のシステムおよび方法は、スピンオンレジスト技術の当業者には十分周知されている。第２層１６が形成されると、マイクロリソグラフィを用いて、第２層１６にパターン２０が形成される。照射（露出）された第２層１６を現像した後、フィーチャ２１は、図１Ａに示すように、第１限界寸法（ＣＤ：critical dimension）２２を有する状態を保つ。

次に、図１Ｂを参照すると、パターン２０は、プラズマエッチングなどのエッチングによって、第１層１４に転写される。エッチング処理時に、縦方向（長手方向）エッチング（longitudinal etching）（参照符号２４で示す）はパターン転写を完了し、横方向エッチング（lateral etching）（参照符号２６で示す）は、第１限界寸法２２が第２限界寸法２８になるように横方向の寸法でフィーチャ２１をトリミングする。

縦方向および横方向エッチングの両方を行うエッチング処理は、１ステッププロセスを完了させる。１ステップ化学作用のための処理化学物質としては、Ｃ_ｘＦ_ｙ含有ガス（ｘ、ｙは、１以上の整数）、および酸素含有ガスが挙げられる。たとえば、Ｃ_ｘＦ_ｙ含有ガスとしては、ＣＦ_４、Ｃ２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８もしくはＣ_５Ｆ_８、またはこれらの２種類以上の何らかの組合せが挙げられる。さらに、酸素含有ガスとしては、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、またはこれらの２種類以上の何らかの組合せが挙げられる。任意に、１ステップ処理化学物質として、希ガスなどの不活性ガス（たとえばＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮｅ、またはこれらの２種類以上の任意の組合せ）、および／またはＮ_２を含むことが可能である。

一実施形態によると、１ステップエッチング処理を行うためのプラズマ処理は図２に示されており、このシステムは、プラズマ処理チャンバ１０と、プラズマ処理チャンバ１０に結合された診断システム１２と、診断システム１２およびプラズマ処理チャンバ１０に結合された制御装置１４とを備える。制御装置１４は、上記の化学物質（つまり、Ｃ_ｘＦ_ｙ含有ガス、および酸素含有ガスなど）の少なくとも１つを含むプロセスレシピを実行して、第１マスク層をエッチングするように構成される。さらに、制御装置１４は、終点信号を診断システム１２から受信し、少なくとも１つの終点信号を後処理して、処理の終点を正確に決定する。図示の実施形態では、図２に示すプラズマ処理１は、プラズマを材料処理に使用する。プラズマ処理１は、エッチングチャンバを備える。

図３の実施形態によると、プラズマ処理１は、プラズマ処理チャンバ１０と、処理される基材（基板）２５が上に取り付けられる基材保持具２０と、真空ポンプシステム３０とを備えることができる。基材２５は、たとえば、半導体基材、ウェハまたは液晶ディスプレーで良い。プラズマ処理チャンバ１０は、基材２５の表面に隣接する処理領域１５におけるプラズマの生成を促進するように構成することができる。イオン化可能ガス、またはガスの混合物はガス射出システム（図示しない）を介して導入され、処理圧が調節される。たとえば、制御機構（図示しない）を使用して、真空ポンプシステム３０をスロットルすることが可能である。プラズマは、予め決められた材料処理に特有の材料を生成するか、および／または材料を基材２５の露出面から除去するために使用することができる。プラズマ処理１ａは、２００ｎｍ基板、３００ｎｍ基板、または任意のサイズの基材を処理するように構成されることができる。

基材２５は、たとえば、静電クランプシステムを介して基材保持具２０に取り付けられる。さらに、基材保持具２０は、たとえば、再循環冷却液流を含む冷却システムをさらに含むことができ、冷却液流は、基材保持具２０から熱を収容し、熱を熱交換器システム（図示しない）に移動させるか、または加熱時に、熱を熱交換器から移動させる。さらに、ガスは、たとえば、後部ガスシステムを介して基材２５の裏側に供給し、基材２５と基材保持具２０との間のガス−隙間熱伝導を改善することができる。このようなシステムは、温度が上昇または低下した場合に、基材の温度制御が必要な時に使用することができる。たとえば、後部ガスシステムは、ヘリウムガス隙間圧力を単独で基材２５の中心と縁部との間で変化させることができる２領域ガス分配システムから構成することができる。その他の実施形態では、抵抗加熱要素、または熱電加熱器／冷却器などの加熱／冷却要素を基材保持具２０、並びにプラズマ処理チャンバ１０のチャンバ壁部、およびプラズマ処理１ａ内のその他の構成要素内に含むことができる。

図３に示す実施形態では、基材保持具２０は電極を備えることができ、ＲＦ電力は、処理空間１５において、この電極を通して処理プラズマに結合される。たとえば、基材保持具２０は、ＲＦ発電機４０からインピーダンス整合ネットワーク５０を通して基材保持具２０に至るＲＦ電力の伝達を介して、ＲＦ電圧で電気的にバイアスすることができる。ＲＦバイアスは、電極を加熱して、プラズマを形成および維持するために使用することができる。この構成では、システムは、チャンバおよび上部ガス射出電極が接地表面として機能する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）反応器として動作することができる。ＲＦバイアスの周波数は、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲で良い。プラズマ処理用のＲＦシステムは、当業者には十分周知されている。

別法によると、ＲＦ電力は、複数の周波数で基材保持具の電極に印加される。さらに、インピーダンス整合ネットワーク５０は、反射電力を減少させることによって、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマに対するＲＦ電力の伝達を改善する機能を果たす。整合ネットワークの接続形態（たとえば、Ｌ型、π型、Ｔ型など）および自動制御方法は、当業者には十分周知されている。

真空ポンプシステム３０は、たとえば、毎秒約５０００リットル以下のポンプ速度が可能なターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、およびチャンバ圧をスロットルするためのゲートバルブを備えることができる。ドライプラズマエッチングに使用される従来のプラズマ処理デバイスの場合、一般に、毎秒約１０００〜約３０００リットルのＴＭＰが使用される。ＴＭＰは、一般に約５０ｍＴｏｒｒ未満の低圧処理に有用である。高圧処理の場合（つまり、約１００ｍＴｏｒｒを超える場合）、メカニカルブースタポンプおよびドライ粗引きポンプを使用することができる。さらに、プラズマ処理チャンバ１０には、チャンバ圧（図示しない）を監視するためのデバイスを結合することができる。圧力測定デバイスは、たとえば、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州、アンドーバー）から市販されている６２８Ｂ型Ｂａｒａｔｒｏｎ絶対静電容量式圧力計で良い。

制御装置１４は、マイクロプロセッサ、メモリ、およびプラズマ処理１ａと通信し、プラズマ処理１ａに対する入力を起動し、プラズマ処理１ａからの出力を監視するのに十分な制御電圧を生成可能なディジタルＩ／Ｏポートを備える。さらに、制御装置１４は、ＲＦ発電機４０、インピーダンス整合ネットワーク５０、ガス射出システム（図示しない）、真空ポンプシステム３０、並びに後部ガス供給システム（図示しない）、基材／基材保持具温度測定システム（図示しない）、および／または静電クランプシステム（図示しない）に結合し、これらと情報を交換することができる。たとえば、メモリ内に記憶されたプログラムは、プロセスレシピに従ってプラズマ処理１ａの上記構成要素に対する入力を起動して、マスク層をエッチングする方法を実行するために使用することができる。制御装置１４の一例は、テキサス州、オースチンのＤｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ６１０（登録商標）である。

診断システム１２は、光診断サブシステム（図示しない）を備えることができる。光診断サブシステムは、プラズマから放射される光度を測定するため、（シリコン）光ダイオードなどの検出器、または光電子増倍管（ＰＭＴ）を備えることができる。診断システム１２は、狭帯域干渉フィルタなどの光フィルタをさらに備えることができる。別法による実施形態では、診断システム１２は、線状ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＩＤ（電荷注入素子）アレイ、および格子またはプリズムなどの光分散素子の少なくとも１つを備えることができる。さらに、診断システム１２は、一定の波長で光を測定するための単色光分光計（たとえば、格子／検出器システム）、または光スペクトルを測定するための分光計（たとえば、回転格子を有する）、たとえば米国特許第５，８８８，３３７号に記載されているデバイスを備えることができる。

診断システム１２は、Ｐｅａｋ Ｓｅｎｓｏｒ ＳｙｓｔｅｍｓまたはＶｅｒｉｔｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．などが市販している高解像度光学発光分光法（ＯＥＳ）センサを備えることができる。このようなＯＥＳセンサは、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、および近赤外（ＮＩＲ）光スペクトルに及ぶ広いスペクトルを有する。解像度は約１．４Åであり、つまり、このセンサは２４０〜１００ｎｍの５５５０波長を収集することができる。たとえば、ＯＥＳセンサには、高感度小型光ファイバＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光計を装備することができ、これは、結局、２０４８ピクセルの線状ＣＤＤアレイと一体化される。

分光計は、単一または束状の光ファイバを通して伝達される光を受信し、光ファイバから出力される光は、固定格子を使用して線状ＣＣＤアレイ全体に分散される。上記の構成と同様、光真空ウィンドウを通して放射される光は、凸状球面レンズを介して光ファイバの入力端部上に集束される。各々が一定のスペクトル範囲（ＵＶ、ＶＩＳおよびＮＩＲ）に合わせて特に調整された３つの分光計は、処理チャンバのセンサを形成する。各々の分光計は、独立するＡ／Ｄ変換器を備える。最後に、このセンサの使用に応じて、０．１〜１．０秒ごとに完全な発光スペクトルを記録することができる。

図４に示す実施形態では、プラズマ処理１ｂは、たとえば、図２または３の実施形態に類似しており、図２および図３に関して説明した構成要素のほかに、固定しているか、または機械的もしくは電気的に回転する磁界システム６０をさらに備え、プラズマ密度を潜在的に増加させるか、および／またはプラズマ処理の均一性を改善することができる。さらに、制御装置１４は、回転速度および磁界の強さを調整するため、磁界システム６０に結合することができる。回転磁界の設計および実施は、当業者には十分周知されている。

図５に示す実施形態では、プラズマ処理１ｃは、たとえば、図２または図３の実施形態に類似しており、ＲＦ電力をＲＦ発電機７２からインピーダンス整合ネットワーク７４を通して結合することが可能な上部電極７０をさらに備えることができる。ＲＦ電力を上部電極に印加するための周波数は、約０．１ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの範囲で良い。さらに、電力を下部電極に印加するための周波数は、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲で良い。さらに、制御装置１４は、ＲＦ発電機７２およびインピーダンス整合ネットワーク７４に結合され、上部電極７０に対するＲＦ電力の印加を制御する。上部電極の設計および実施は、当業者には十分周知されている。

図６に示す実施形態では、プラズマ処理１ｄは、たとえば、図２および３の実施形態に類似しており、ＲＦ電力が、ＲＦ発電機８２を介してインピーダンス整合ネットワーク８４から結合される誘導コイル８０をさらに備えることができる。ＲＦ電力は、誘導コイル８０から誘電ウィンドウ（図示しない）を通してプラズマ処理領域４５に誘導的に結合される。ＲＦ電力を誘導コイル８０に対して印加するための周波数は、約１０ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲で良い。同様に、電力をチャック電極に印加するための周波数は、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲で良い。さらに、スロット付きファラデーシールド（図示しない）を使用すると、誘導コイル８０とプラズマとの間の静電結合を減少させることができる。さらに、制御装置１４は、ＲＦ発電機８２およびインピーダンス整合ネットワーク８４に結合され、誘導コイル８０に対する電力の印加を制御する。別法による実施形態では、誘導コイル８０は、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）反応器と同様、上からプラズマ処理領域１５と連絡する「螺旋」コイルまたは「パンケーキ」コイルで良い。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源または変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）源の設計および実施は、当業者には十分周知されている。

別法によると、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用して形成することができる。さらにもう１つの実施形態では、プラズマは、ヘリコン波の励起により形成される。さらにもう１つの実施形態では、プラズマは、伝播表面波から形成される。蒸気の各々のプラズマ源は、当業者には十分周知されている。

一実施形態では、１ステップエッチング処理が行われ、それによって縦方向エッチングが、第２層から第１層へのパターンの転写を完了し、横方向エッチングが、エッチング処理後に形成されたフィーチャの目標限界寸法（ＣＤ）を達成する。たとえば、プラズマ処理デバイスは、図２〜６の何れかに記載する類の様々な要素、またはこれらの組合せを含むことができる。

一実施形態では、エッチングの方法は、Ｃ_ｘＦ_ｙ含有ガスおよび酸素含有ガスを有する処理化学物質を含む。たとえば、処理化学物質としては、ＣＦ_４およびＯ_２が挙げられる。プロセスパラメーター空間は、約１〜約１０００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧、約５〜約１０００ｓｃｃｍの範囲のＣＦ_４プロセスガス流量、約５〜約１０００ｓｃｃｍの範囲のＯ_２プロセスガス流量、上部電極（たとえば、図５の要素７０）の約２００〜約２５００Ｗの範囲のＲＦバイアス、下部電極（たとえば、図５の要素２０）の約１０〜約２５００Ｗの範囲のＲＦバイアスを含むことが可能である。また、上部電極バイアス周波数は、約０．１ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの範囲、たとえば６０ＭＨｚで良い。さらに、下部電極バイアス周波数は、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲、たとえば２ＭＨｚで良い。

第１の実施例では、プロセスモデルは、トリム量（たとえば、第１ＣＤ２２と第２ＣＤ２８との差、図１Ａおよび１Ｂ参照）と、ガスの量との間の関係を形成するために作成される。たとえば、プロセスレシピが画定され、それによって、全体のプロセスガス流量（つまり、ＣＦ_４およびＯ_２）、チャンバ圧、上部電極上のＲＦバイアス、下部電極上のＲＦバイアス、基材保持具の温度、およびチャンバの温度は、Ｏ_２比が変化する際に一定に保たれる。Ｏ_２比は、プロセスガス全体の量（たとえば、Ｏ_２のモル流量およびＣＦ_４のモル流量）に対するＯ_２の量（たとえば、Ｏ_２のモル流量）の比率である。

図７は、縦方向（つまり、垂直方向）のエッチング速度をＯ_２比の関数として示す。縦方向エッチング速度は、第１層１４の既知の厚さ、第１層１４をエッチングする時に終点に達するために要する時間を考慮に入れて決定することができる。アスタリスク（＊）はデータを表し、実線は、データのカーブフィット（多項式フィット、べき法則フィット、または指数関数フィットなど）を表し、点線は、予測される９５％信頼限界を示す。図７のデータのカーブフィットは、ＥＲ１（エッチング速度）＝３．３２８ ｘ ＋ ０．９７６（ここで、ｘは、横座標を表す）によって与えられる。

図８は、横方向エッチング速度をＯ_２比の関数として表す。縦方向エッチング速度は、測定トリム量、および第１層１４をエッチングする時に終点に達するために要する時間を考慮に入れて決定することができる。アスタリスク（＊）はデータを表し、実線は、データのカーブフィット（多項式フィット、べき法則フィット、または指数関数フィットなど）を表し、点線は、予測される９５％信頼限界を示す。図８のデータのカーブフィットは、ＥＲ２（エッチング速度）＝１．２３３ ｘ ＋ ０．０５６によって与えられる。

図９は、縦方向エッチング速度に対する横方向エッチング速度の比率を表す。アスタリスク（＊）はデータ（つまり、未加工データから）を表し、実線は、データのカーブフィット（多項式フィット、べき法則フィット、または指数関数フィットなど）を表し、点線は、予測される９５％信頼限界を示す。図９のカーブフィットは、ＥＲＲ（エッチング速度比）＝（ｘ＋０．０３５）／（２．９９９＋０．６８５）によって与えられる。縦方向エッチング速度データ（図７）および横方向エッチング速度データ（図８）のカーブフィットからのエッチング速度比の式は、（ｘ＋０．０４４）／（２．６９９＋０．７９１）（つまり、ＥＲＲ〜ＥＲ２／ＥＲ１）である。

図１０は、未加工データ、エッチング速度比のカーブフィット（つまり、データモデル）、縦方向および横方向エッチング速度のカーブフィット（つまり、ＥＲモデル）を含む図９のデータを表す。

１ステップエッチング処理時のトリム量（ＴＡ）（つまり、第１ＣＤ２２と第２ＣＤ２８との差）は、以下の式によって与えられる。
ＴＡ＝２ＯＥ ＥＲ_横方向（τ／ＥＲ_縦方向） （１）
ここで、ＯＥは、過剰エッチングの量（たとえば、ＯＥ＝１０％の過剰エッチングの場合１．１）を表し、ＥＲ横方向は横方向のエッチング速度を表し、ＥＲ縦方向は縦方向のエッチング速度を表し、τは第１層１４の厚さを表す。方程式（１）を見ると、トリム量（ＴＡ）はエッチング速度比（ＥＲＲ）に正比例する。次に、図１１を参照すると、トリム量データは、Ｏ_２比の関数として表されている。アスタリスク（＊）はデータ（つまり、未加工データから）を表し、実線はデータのカーブフィットを表し、点線は予測される９５％信頼限界を示す。カーブフィットは、以下の形態である。
ＴＡ＝ｘ＋ａ）／ｂｘ＋ｃ） （２）
ここで、ａ、ｂ、およびｃは定数である。図１２に示すように、モデルの本来の境界（たとえば、０．２５＜Ｏ_２比＜０．４）外におけるプロセスモデルの外挿は、たとえば、多項式フィットの改善を示す。たとえば、表１は、二次多項式、三次多項式、および方程式（２）の形態の式（つまり、ＥＲに基づくモデル）のカーブフィット統計を示す。カーブフィット統計としては、予測Ｒ^２、二乗平均平方根誤差（ＲＳＭＥ）、最大予測誤差、平均予測誤差、および予測ＲＭＳＥが挙げられる。

表１および図１３に示すとおり、ＥＲに基づくモデルは三次多項式に十分匹敵するが、三次多項式によって提示される過剰フィットを提示しない。

図１４は、フローチャート１００を使用して１ステップエッチング処理を行うための方法を示す。フローチャート１００は、第１層を基材上に形成する１１０で開始する。第１層は、たとえば有機層を含むことができる。

表１

１２０では、第２層は第１層上に形成される。第２層は、たとえば感光性材料層を含むことができる。１３０では、パターンは第２層内に形成され、このパターンは、第１限界寸法を有する第２層内のフィーチャを含む。パターンは、たとえばマイクロリソグラフィを使用して形成することができる。

１４０では、目標トリム量は、第１限界寸法を第２限界寸法にトリミングするように設定される。１５０では、プロセスレシピの可変パラメーターは、目標トリム量、およびトリム量データを可変パラメーターに関連付けループプロセスモデルを使用して決定される。たとえば、可変パラメーターとしては、プロセスガスの量、チャンバ圧、ＲＦ電力、温度などが挙げられる。さらに、たとえば、ガス量としては、質量、モル数、質量流量、モル流量、質量分率、部分圧力、または濃度が挙げられる。さらに、たとえば、プロセスモデルは、図１１〜１３に示すように、トリム量をモル分率と関連付けることができる。

１６０では、パターンは、プロセスレシピによるエッチング処理を使用して、第２層（つまり、上にある層）から第１層（つまり、下にある層）に転写される。パターンを第１層に、および第１層を通して転写する際、第２層に形成されたフィーチャの第１限界寸法は、フィーチャが第１層に形成される時に、第２限界寸法に縮小される。

別法による一実施形態では、パターンを第１層に転写した後、第２限界寸法を測定し、第１限界寸法と第２限界寸法との差を決定する。この差を目標トリム量と比較し、この比較から、定常偏差（つまり、誤差）を決定する。その後、以前に実行した基材の次に、別の基材の新しい目標トリム量を選択する場合、新しい目標トリム量は、偏差を使用して調節される。たとえば、調節には、以下などのフィルタを使用することができる。
ｘ_ｎｅｗ，ａ＝（１−λ）ｘ_ｎｅｗ＋λｙ （３）

ここで、ｘ_ｎｅｗ，ａが調節された新しい目標トリム量である場合、ｘ_ｎｅｗはこの新しい目標トリム量であり、ｙは偏差、λはフィルタ定数（０＜λ＜１）である。

次に、図１５を参照すると、プロセスモデルを作成する方法が記載されている。この方法は、第１のフィーチャのサイズを有するパターンを基材上の上にある層から下にある層に転写するための名目プロセスレシピを画定する２１０で開始するフローチャート２００を含み、名目プロセスレシピは、少なくとも１つの可変パラメーターおよび少なくとも１つの定数パラメーターから成る。

２２０では、トリム量データは、可変パラメーターの１つまたは複数の値のトリム量を測定することによって、少なくとも１つの可変パラメーターの関数として蓄積される。２３０では、可変パラメーターの関数としてのトリム量データは、カーブフィットされる。たとえば、カーブフィットは、ｙ＝（ｘ＋ａ）／（ｂｘ＋ｃ）の式を含むことができ、式中、ａ、ｂ、およびｃは定数、ｘは少なくとも１つの可変パラメーター、ｙはトリム量である。

本発明の特定の実施形態のみを上記で詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な示唆および利点から著しく逸脱することなく、実施形態に多くの変更を加えることが可能であることが容易に分かるであろう。したがって、このような変更はすべて、本発明の範囲内に含まれることを意図する。

積層膜の略図である。 積層膜の略図である。 本発明の一実施形態によるプラズマ処理の単純化された略図を示す。 本発明のもう１つの実施形態によるプラズマ処理の略図を示す。 本発明のもう１つの実施形態によるプラズマ処理の略図を示す。 本発明のもう１つの実施形態によるプラズマ処理の略図を示す。 本発明のもう１つの実施形態によるプラズマ処理の略図を示す。 ガス比の関数としてのエッチング速度データを示す。 ガス比の関数としての追加のエッチング速度データを示す。 図７および８に示されているエッチング速度データの比率をガス比の関数として示す。 エッチング速度および２つのプロセスモデルの比率をガス比の関数として示す。 トリム量データをガス比の関数として示す。 トリム量データをガス比に関連付けるプロセスモデルを示す。 図１２のプロセスモデルと、トリム量データの二次多項式フィットおよび三次多項式フィットとを比較する。 本発明の一実施形態による１ステップマスク開放プロセスを行う方法を示す。 本発明の一実施形態によるプロセスモデルを作成する方法を示す。

Claims (20)

1. １ステップマスク開放プロセスを行う方法であって、
   第１層を基材上に形成するステップと、
   第２層を第１層上に形成するステップと、
   パターンを前記第２層に形成するステップであって、前記パターンが、第１限界寸法を有する前記第２層にフィーチャを含むステップと、
   前記第１限界寸法を第２限界寸法に縮小するための目標トリム量を設定するステップと、
   前記目標トリム量、およびトリム量データを前記可変パラメーターに関連付けるプロセスモデルを使用してプロセスレシピの可変パラメーターを決定するステップと、
   前記プロセスレシピを使用して、パターンを前記第２層から前記第１層に転写し、その際、前記第１層内の前記フィーチャの前記第２限界寸法を達成するステップとを含む方法。
2. 前記目標トリム量を設定する前記ステップが、前記第１限界寸法と前記第２限界寸法との差を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記可変パラメーターを決定するステップが、第１プロセスガスの量、第２プロセスガスの量、前記第１プロセスガスおよび前記第２プロセスガス全体の量、チャンバ圧、もしくは少なくとも１つのＲＦ電力、またはこれらの２種類以上の任意の組合せを設定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記可変パラメーターを決定するステップが、ＣＦ_４の流量、Ｏ_２の流量、チャンバ圧、上部電極に対するＲＦ電力、もしくは下部電極に対するＲＦ電力、またはこれらの２種類以上の任意の組合せを設定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記可変パラメーターを決定するステップが、前記第１プロセスガスの前記量を前記プロセスモデルから決定するステップと、前記第２プロセスガスの前記量を前記第１プロセスガスの前記量、並びに前記第１プロセスガスおよび前記第２プロセスガスの前記全体量から決定するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記可変パラメーターを決定する前記ステップが、トリム量データ（ｙ）をｙ＝（ｘ＋ａ）／（ｂｘ＋ｃ）、ここで、ａ、ｂ、およびｃは定数の形式の前記可変パラメーター（ｘ）に関連付けるプロセスモデルを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１層を形成するステップが、スピンオン塗布および／または蒸着を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１層を形成する前記ステップが、有機層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記第２層を形成するステップが、スピンオン塗布および／または蒸着を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記第２層を形成する前記ステップが、感光性材料の層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記パターンを前記第２層に形成する前記ステップが、マイクロリソグラフィを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記パターンを前記第２層から前記第１層に転写する前記ステップが、前記プロセスレシピに従ってドライプラズマエッチングを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
13. パターンを前記第２層から前記第１層に転写する前記ステップが、縦方向エッチングを介して行われ、前記第２限界寸法を前記第１限界寸法から達成するステップが、横方向エッチングを介して行われる、請求項１に記載の方法。
14. 前記縦方向エッチングおよび前記横方向エッチングが同時に行われる、請求項１に記載の方法。
15. 前記パターンの転写後、前記第２フィーチャの前記第２限界寸法を測定するステップと、
    前記目標トリム量を前記第１限界寸法と第２限界寸法との差と比較するステップと、
    前記比較から偏差を決定するステップと、
    別の基材の新しい目標トリム量を決定するステップと、
    前記偏差を使用して、前記新しい目標トリム量を調節するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記新しいトリム量を調節する前記ステップがフィルタを使用することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記フィルタを使用するステップが、ｘ_ｎｅｗ，ａ＝（１−λ）ｘ_ｎｅｗ＋λｙ、ここで、ｘ_ｎｅｗ，ａは調節された新しいトリム量、ｘ_ｎｅｗは新しいトリム量、２はフィルタ定数、ｙは偏差である形式のフィルタを使用することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. プロセスモデルを作成する方法であって、
    第１のフィーチャのサイズを有するパターンを基材の上にある層から下にある層に転写するための名目プロセスレシピを画定するステップであって、前記名目プロセスレシピが、少なくとも１つの可変パラメーターおよび少なくとも１つの定数パラメーターを含むステップと、
    前記少なくとも１つの可変パラメーターの１つまたは複数の値のトリム量を測定することによって、トリム量データを前記少なくとも１つの可変パラメーターの関数として蓄積するステップと、
    前記トリム量データを前記少なくとも１つの可変パラメーターの関数としてカーブフィットするステップとを含む方法。
19. 前記カーブフィットが、ｙ＝（ｘ＋ａ）／ｂｘ＋ｃ）、ここでａ、ｂ、およびｃは定数、ｘは少なくとも１つの可変パラメーター、およびｙはトリム量である形式の式を使用して、前記トリム量データを前記可変パラメーターの関数としてフィットするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. エッチングシステムであって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバに結合され、基材を支持するように構成された基材保持具と、
    前記処理チャンバに結合され、プラズマを前記処理チャンバ内に形成するように構成されたプラズマ源と、
    前記処理チャンバに結合され、プロセスガスを前記処理チャンバに導入するように構成されたガス射出システムと、
    前記処理チャンバ、前記基材保持具、前記プラズマ源、もしくは前記ガス射出システム、またはこれらの２種類以上の任意の組合せに結合され、プロセスレシピを実行して、第１限界寸法のフィーチャを有するパターンを前記基材上の上にある層から下にある層に転写し、その際、プロセスモデルによって設定された目標トリム量によって前記第１限界寸法を第２限界寸法に縮小するように構成された制御装置とを備えるエッチングシステム。

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