JP2008116949A - マスクエッチングプロセス - Google Patents

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Abstract

【課題】フォトリソグラフィーレチクル等の基板上に配置された金属層をエッチングする方法及び装置を提供する。
【解決手段】一態様において、処理チャンバにおいて、光学的に透明な材料上に配置された金属フォトマスク層を有する基板を配置する工程と、酸素含有ガスと、塩素含有ガスと、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つと、任意で無塩素ハロゲン含有ガス及び／又は不活性ガスとを含む処理ガスを、処理チャンバに導入する工程と、処理チャンバにおいて、処理ガスのプラズマを生成する工程と、基板上に配置された金属層の露出した部分をエッチングする工程と含む基板を処理する方法が提供される。
【選択図】図２

Description

発明の背景
（発明の分野）
本発明は、集積回路の製造、及び集積回路の製造に有用なフォトリソグラフィーレチクルの製造に関する。
（関連技術の背景）
半導体デバイスジオメトリは、かかるデバイスが数十年前にはじめて導入されて以来、サイズが大幅に減少している。それ以来、集積回路は、一般的に、２年／半分サイズルール（ムーアの法則と呼ばれることが多い）に従っている。すなわち、チップ上のデバイスの数が２年毎に倍になるということである。現在の製造プラントは、日常的に、０．１５μｍ、更には０．１３μｍのフィーチャーサイズを有するデバイスを製造しており、将来のプラントでは、これより小さいジオメトリのデバイスを直ぐに製造するようになるであろう。
回路密度が増大することにより、半導体デバイスを製造するのに用いるプロセスへの要求が増している。例えば、回路密度が増大するにつれて、ビア、コンタクト及びその他フィーチャー並びにそれらの間の誘電性材料の幅がサブミクロンの寸法まで減少しているが、誘電性層の厚さは実質的に一定のままである。従って、フィーチャーの高アスペクト比、即ち、幅で除算した高さが増大する。高アスペクト比のフィーチャーの信頼性のある形成が、サブミクロン技術の成功にとって、そして回路密度及び個々の基板の品質を増大する継続的な取り組みにとって重要である。
高アスペクト比のフィーチャーは、従来、基板表面をパターン化して、フィーチャーの寸法を画定してから、基板をエッチングして、材料を除去し、フィーチャーを画定することにより形成されている。高さ対幅の所望の比率の高アスペクト比のフィーチャーを形成するには、フィーチャーの寸法を、特定のパラメータ内で形成する必要がある。このパラメータは、一般的に、フィーチャーの限界寸法と定義される。従って、所望の限界寸法の高アスペクト比のフィーチャーの信頼性のある形成には、正確なパターン化及び続く基板のエッチングが必要とされる。
フォトリソグラフィーは、基板表面に正確なパターンを形成するのに用いる技術であり、次に、パターン化基板表面をエッチングして、所望のデバイス又はフィーチャーを形成する。フォトリソグラフィー技術は、光パターン及び基板表面に堆積したレジストパターンを用いて、エッチングプロセスの前に基板表面に正確なパターンを現像するものである。従来のフォトリソグラフィープロセスにおいて、レジストは、エッチングすべき層に適用され、コンタクト、ビア又は相互接続等の層にエッチングすべきフィーチャーは、フォトマスク層が堆積したフォトリソグラフィーレチクルを通して光のパターンにレジストを露光することにより画定される。フォトマスク層は、フィーチャーの所望の構成に対応している。例えば、光源発光紫外（ＵＶ）線又は低Ｘ線光を用いて、レジストを露光し、レジストの組成を変える。通常、露光したレジスト材料は、化学プロセスにより除去されて、下にある基板材料を露出する。露出した下にある基板材料を、次に、エッチングして、基板表面にフィーチャーを形成する。一方、残ったレジスト材料は、露出していない下にある基板材料の保護コーティングとして残る。
バイナリフォトリソグラフィーレチクルは、一般的に、基板表面に配置された金属の不透明な遮光層、又は、一般的には、クロムのフォトマスクを有する水晶（即ち、二酸化ケイ素、ＳｉＯ２）等の光学的に透明なケイ素系材料でできた基板を含む。遮光層はパターン化されて、基板に転写すべきフィーチャーに対応させる。バイナリフォトリソグラフィーレチクルは、まず、光学的に透明なケイ素系材料を含む基板上に薄金属層を堆積させてから、薄金属層にレジスト層を堆積することにより製造される。従来のレーザー又は電子ビームパターン化装置を用いて、レジストをパターン化して、金属層に転写すべき限界寸法を画定する。金属層をエッチングして、パターン化レジストにより保護されていない金属材料を除去することによって、下にある光学的に透明な材料を露出して、パターン化フォトマスク層を形成する。フォトマスク層によって、正確なパターンを通過して光が基板表面に達する。
ウェットエッチング等、従来のエッチングプロセスは、等方的にエッチングする傾向があり、パターン化レジスト下の金属層においてアンダーカット現象となる恐れがある。アンダーカット現象は、均一な間隔ではなく、望ましい真っ直ぐな垂直側壁を有していないパターン化フィーチャーをフォトマスク上に作成する可能性があるため、フィーチャーの限界寸法が失われる。更に、フィーチャーの等方性エッチングは、フィーチャーの側壁を高アスペクト比でオーバーエッチングする恐れがあり、その結果、フィーチャーの限界寸法の喪失となる。金属層に、所望の限界寸法でなく形成されたフィーチャーは、そこを通過する光に悪影響を及ぼして、後のフォトリソグラフィープロセスにおけるフォトマスクによる望ましいパターン化とはならない可能性がある。
ドライエッチング処理又はドライエッチングとして知られているプラズマエッチング処理は、ウェットエッチングプロセスよりも異方性のエッチングを行う。ドライエッチングプロセスは、アンダーカットの生成が少なくなり、より真っ直ぐな側壁及びより平坦な底部を備えたフォトマスクフィーチャーの限界寸法の保持を改善することが分かっている。しかしながら、ドライエッチングは、金属層の限界寸法を定めるのに用いるレジスト材料に形成された開口部の側壁又はパターンをオーバーエッチングしたり、不正確にエッチングする恐れがある。レジスト材料の過剰な側部除去の結果、パターン化されたレジストフィーチャーの限界寸法が失われて、パターン化されたレジストにより定められる金属層に形成されたフィーチャーの限界寸法の喪失につながる。更に、不正確なエッチングだと、必要な限界寸法を与えるだけ十分にフィーチャーをエッチングできない恐れがある。限界寸法までフィーチャーを十分にエッチングできないことは、限界寸法の「増大」と呼ばれている。金属層における限界寸法の喪失又は増大の程度は、「エッチングバイアス」又は「ＣＤバイアス」と呼ばれている。エッチングバイアスは、０．１４μｍのフィーチャーを基板表面に形成するのに用いるフォトマスクパターンにおいて１２０ｎｍもの大きさとなり得る。
金属層に形成されたパターンの限界寸法の喪失又は増大は、そこを通過する光に悪影響を及ぼして、フォトリソグラフィーレチクルによりパターン化された基板に、数多くのパターン化欠陥及び後のエッチング欠陥を作成する可能性がある。フォトマスクの限界寸法の喪失又は増大により、サブミクロンフィーチャーを高アスペクト比でエッチングするのにフォトリソグラフィー性能が不十分となる可能性があり、限界寸法の喪失又は増大がひどい場合には、フォトリソグラフィーレチクル又は後にエッチングされたデバイスの不具合となる。
従って、レチクル等の基板上の金属層をエッチングして、金属層に所望の限界寸法を備えたパターンを作成するプロセス及び化学が尚必要とされている。
本発明の態様は、概して、フォトリソグラフィーレチクルにフォトマスク層をエッチングする方法及び関連の化学を提供する。一態様において、処理チャンバにおいてフォトリソグラフィーレチクルを処理する方法が提供される。レチクルは、光学的に透明な基板上に形成された金属フォトマスク層と、金属フォトマスク層上に堆積したパターン化レジスト材料とを含む。レチクルは、酸素含有ガスと、塩素含有ガスと、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つと、任意で無塩素ハロゲン含有ガス及び／又は不活性ガスとを含む処理ガスを導入することにより処理される。電力が、処理チャンバに分配されて、処理ガスからプラズマが形成される。続いて、金属フォトマスク層の露出部分が、プラズマを用いてエッチングされる。
他の態様において、処理チャンバにおいて、サポート部材上のフォトリソグラフィーレチクルを処理する方法が提供される。レチクルは、光学的に透明なケイ素系材料上に形成されたクロム系フォトマスク層と、クロム系フォトマスク層上に堆積したパターン化レジスト材料とを含む。塩素ガスと、酸素ガスと、ＣＨＦ３、ＳＦ６、Ｃ２Ｆ６又はＮＨ３のうち少なくとも１つと、任意で臭化水素とを含む処理ガスを、約１ミリトル〜約４０ミリトルのチャンバ圧で導入することによりレチクルは処理される。約２００〜約１５００ワットの電源を、処理チャンバ近傍に配置されたコイルに分配して、処理ガスからプラズマを生成する。約５〜約２００ワットのバイアス電力をサポート部材に供給する。続いて、クロム系フォトマスク層の露出部分を、クロム系フォトマスク層対レジスト材料の除去レート比約１：１以上で、プラズマを用いてエッチングする。
実施形態の詳細な説明
本発明の態様を、誘導結合プラズマエッチングチャンバを参照して以下に説明する。好適な誘導結合プラズマエッチングチャンバとしては、カリフォルニア州、ヘイワード（ＥＴＥＣ， Ｈａｙｗａｒｄ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のＥＴＥＣより入手可能なＥＴＥＣテトラ（Ｔｅｔｒａ）Ｉ（商標名）フォトマスクエッチングチャンバ及びＥＴＥＣテトラ（Ｔｅｔｒａ）ＩＩ（商標名）フォトマスクエッチングチャンバ、又は任意で、カリフォルニア州、サンタクララ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，）より入手可能な分離プラズマ源（ＤＰＳ Ｉ（商標名）、ＤＰＳ ＩＩ（商標名）及びＤＰＳ Ｐｌｕｓ（商標名））処理チャンバが挙げられる。
その他の処理チャンバを用いて、本発明のプロセスを実施してもよい。例えば、容量結合パラレルプレートチャンバ、磁気強化イオンエッチングチャンバ及び異なる設計の誘導結合プラズマエッチングチャンバが挙げられる。かかる好適な処理チャンバの例は、１９９９年６月３日出願の米国特許出願第０９／３２５，０２６号に開示されている。処理は、ＥＴＥＣテトラ（Ｔｅｔｒａ）（商標名）フォトマスクエッチングチャンバで有利に実施されるが、処理チャンバの説明は例示であり、本発明の態様の範囲を限定するとは理解又は解釈されないものとする。本発明は、その他のメーカーのものをはじめとして、他の処理チャンバで有益に実施されることも意図されている。
図１は、概して、基板台座１２４を有する処理チャンバ本体１０２と、コントローラ１４６とを含む処理チャンバ１００の一実施形態の概略断面図である。チャンバ本体１０２は、実質的に平坦な誘電性シーリング１０８をサポートする導電性壁１０４を有する。処理チャンバ１００の他の実施形態は、その他のタイプのシーリング、例えば、ドーム形シーリングを有していてもよい。アンテナ１１０が、シーリング１０８の上に配置されている。アンテナ１１０は、選択的に制御してよい１つ以上の誘導コイル要素を含む（図１には２つの同軸要素１１０ａと１１０ｂが示されている）。アンテナ１１０は、第１の整合ネットワーク１１４を通して、プラズマ電源１１２に連結されている。プラズマ電源１１２は、約５０ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの範囲の調整可能な周波数で、一般的に、約３０００ワット（Ｗ）まで出すことができる。
基板台座（カソード）１２４は、第２の整合ネットワーク１４２を通して、バイアス電源１４０に連結されている。バイアス電源１４０は、約１〜約１０ｋＨｚの範囲の調整可能なパルス周波数で約ゼロ〜約６００Ｗを出す。バイアス源１４０は、パルスＲＦ出力を出す。或いは、バイアス源１４０は、パルスＤＣ出力を出してもよい。源１４０はまた、一定ＤＣ及び／又はＲＦ出力を出してもよいものと考えられる。
一実施形態において、基板サポート台座１２４は、静電チャック１６０を含む。静電チャック１６０は、少なくとも１つのクランプ電極１３２を含み、チャック電源１６６により制御される。変形実施形態において、基板台座１２４は、サセプタクランプリング、真空チャック、メカニカルチャック等といった基板保持機構を含んでいてもよい。
ガスパネル１２０が、処理チャンバ１００に連結されて、処理及び／又はその他ガスをプロセスチャンバ本体１０２の内部に提供する。図１に示す実施形態において、ガスパネル１２０は、チャンバ本体１０２の側壁１０４のチャネル１１８に形成された１つ以上の入口１１６に連結されている。１つ以上の入口１１６が、他の位置、例えば、処理チャンバ１００のシーリング１０８に提供されていてもよいものと考えられる。
処理チャンバ１００の圧力は、スロットルバルブ１６２と真空ポンプ１６４を用いて制御される。真空ポンプ１６４及びスロットルバルブ１６２は、約１〜約２０ミリトルの範囲にチャンバ圧を維持することができる。
壁１０４の温度は、壁１０４を通る液体含有管（図示せず）を用いて制御してよい。壁温度は、通常、摂氏約６５度に維持される。一般的に、チャンバ壁１０４は、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等）から形成されていて、電気接地１０６に連結されている。処理チャンバ１００はまた、プロセス制御、内部診断、終点検出等の従来のシステムも含む。かかるシステムは、サポートシステム１５４として集合的に示されている。
レチクルアダプタ１８２を用いて、基板（レチクルやその他ワークピース等）１２２を基板サポート台座１２４に固定する。レチクルアダプタ１８２は、通常、台座１２４の上表面（例えば、静電チャック１６０）をカバーするようギザのついた下部１８４と、基板１２２を保持するサイズ及び形状とした開口部１８８を有する上部１８６とを含む。開口部１８８は、通常、台座１２４に対して実質的に中心にある。アダプタ１８２は、通常、ポリイミドセラミック又は水晶等、単体のエッチング抵抗性のある耐熱材料から形成されている。好適なレチクルアダプタは、２００１年６月２６日発行の米国特許第６，２５１，２１７号に開示されている。エッジリング１２６で、アダプタ１８２をカバーし、且つ／又は台座１２４に固定してもよい。
リフト機構１３８を用いてアダプタ１８２を上げ下げし、基板サポート台座１２４の基板１２２を昇降する。通常、リフト機構１３８は、各合わせ穴１３６を通して動く複数のリフトピン（１つのリフトピン１３０が図示されている）を含む。
動作中、基板１２２の温度は、基板台座１２４の温度を安定化することにより制御する。一実施形態において、基板サポート台座１２４は、ヒータ１４４と、任意のヒートシンク１２８とを含む。ヒータ１４４は、熱伝導流体がその中を流れるように構成された１つ以上の流体管であってよい。他の実施形態において、ヒータ１４４は、少なくとも１つの加熱要素１３４を含んでおり、これは、ヒータ電源１６８により調節される。任意で、ガス源１５６からの裏側ガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ））が、ガス管１５８を介して、基板１２２下の台座表面に形成されたチャネルへ提供される。裏側ガスを用いて、台座１２４と基板１２２の間の熱伝達を促す。処理中、台座１２４は、埋め込みヒータ１４４により定常状態温度まで加熱され、ヘリウム裏側ガスと組み合わされて、基板１２２の均一な加熱を促す。
コントローラ１４６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１５０、メモリ１４８及びＣＰＵ１５０のサポート回路１５２を含み、処理チャンバ１００のコンポーネント、及びエッチングプロセス自体の制御を促す。これについては詳細を後述してある。コントローラ１４６は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境に用いることのできる汎用コンピュータプロセッサの形態にあってよい。ＣＰＵ１５０のメモリ１４８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスク、ハードディスク、或いはデジタル保存、ローカル又はリモートのその他の形態等、容易に入手可能なメモリのうち１つ以上であってよい。サポート回路１５２は、従来のやり方でプロセッサをサポートするＣＰＵ１５０に連結されている。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路及びサブシステム等を含む。本発明の方法は、通常、ソフトウェアルーチンとして、メモリ１４８又はＣＰＵ１５０にアクセス可能なその他コンピュータ読取り可能な媒体に保存される。或いは、かかるソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ１５０により制御されるハードウェアから遠隔配置された第２のＣＰＵ（図示せず）により保存及び／又は実行されてもよい。
以下のプロセスの説明は、本明細書に記載した処理ガスを用いて基板をエッチングする一実施形態を示しているが、本発明では、３００ｍｍ基板処理用のフォトリソグラフィーレチクル等、異なる基板サイズについて、異なるエッチングチャンバ等の異なる装置でこのプロセスを行うのに、本明細書に記載した範囲外の処理パラメータを用いることが意図されている。
（例示のエッチングプロセス）
以下の説明は、フォトリソグラフィーレチクル製造においてフォトマスクとして、クロム及び酸窒化クロム等の金属層をエッチングするプロセスシーケンスの一実施形態を示しているが、エッチングガスを用いて、半導体及びフォトリソグラフィーレチクル製造において基板上に形成されたその他の材料層をエッチングしてもよいものと考えられる。
通常、フォトリソグラフィーレチクルは、光学的に透明な基板に堆積した、フォトマスクとして知られている不透明層を含む。不透明層は、金属層、例えば、クロム、又は、フォトマスクとして用いるのに好適な業界に知られた、又は知られていない他の材料を含む。例えば、本発明では、不透明層が非金属誘電性材料を含んでいてもよいものと考えられる。基板１２２の光学的に透明な材料は、これらに限られるものではないが、約３００ナノメートル（ｎｍ）以下の波長を有する光を通す、例えば、２４８ｎｍ〜１９３ｎｍの波長を有する紫外線を通す材料を含むものとして広く定義される。
図２は、エッチングプロセス２００の１つのプロセスシーケンスの一実施形態のフローチャートである。フローチャートは例示の目的で提供されており、本発明のいずれの態様の範囲も限定するとは解釈されないものとする。図３Ａ〜３Ｃに、フォトマスク形成プロセス中のポイントでのフォトリソグラフィーレチクルの構成を示し、図２で上述したプロセスを更に示す。
一般的に、光学的に透明な材料３１０、例えば、光学的品質の水晶、融解シリカ材料、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）、酸窒化モリブデンケイ素（ＭｏＳｉｘＮｙＯｚ）、フッ化カルシウム、アルミナ、サファイヤ又はこれらの組み合わせを含む基板１２２を、ステップ２１０で、図１の処理チャンバ１００のような処理チャンバに提供する。
基板１２２は、次に、図３Ａに示すステップ２２０で、基板材料３１０上に配置された、一般的にクロムを含む、金属フォトマスク層として、不透明金属層３２０を堆積することにより処理される。クロム層は、物理蒸着（ＰＶＤ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）技術による等、業界に公知の従来の方法により堆積してよい。金属層３２０は、一般的に、約５０〜約１００ｎｍの厚さで堆積される。しかしながら、金属層３２０の厚さは、メーカーの要件及び基板又は金属層の材料の組成に基づいて異なってよい。
任意で、反射防止コーティング（ＡＲＣ又はＡＲＣ層）を、堆積金属層３２０に形成したり、この層の一部を構成してもよい。ＡＲＣ層は、不透明層に形成されるべきフィーチャーをパターン化するのにフォトリソグラフィー精度を改善するものと考えられる。ＡＲＣ層は、非金属性汚染物質又は不純物を組み込む金属層であってよく、例えば、酸窒化クロム等の金属酸窒化層を形成する。酸窒化クロムは、金属層の堆積中に、又は金属層を、酸化及び窒化環境等の好適な雰囲気に露出することにより形成してもよい。或いは、酸窒化クロム層は、物理蒸着（ＰＶＤ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）技術による等、業界に公知の従来の方法により堆積してもよい。金属酸窒化層は、金属層３２０の合計厚さの上部２５パーセントまでを構成していてよい。
任意のＡＲＣ層は、一般的に、約１０ｎｍ〜約１５ｎｍの厚さで形成される。しかしながら、層の厚さは、メーカーの要件及び基板又は金属層の材料の組成に基づいて異なってもよく、元の金属層３２０の厚さの上部３０パーセントといったように、堆積材料の上部表面で主に集中していてよい。酸窒化クロムフィルムは、クロムフィルムよりも酸素ラジカルによるエッチングに、より感度があると考えられている。処理ガス中減少量の酸素を用いて、残りのクロム材料のバルクをエッチングするのに比べて、効率的に酸窒化クロム表面をエッチングすることができる。
金属層３２０の開口部又はパターンの寸法が、レジスト材料３３０を堆積し、パターンエッチングすることによりパターン化されて、図３Ｂに示すステップ２３０で金属層３２０を露出する。フォトリソグラフィーレチクル製造に用いられるレジスト材料は、通常、低温レジスト材料であり、本明細書においては、摂氏約２５０度（℃）より高い温度で熱分解する材料と定義され、一例としては、特に、ＨＯＹＡ株式会社（Ｈｏｙａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製「ＺＥＰ」又は本明細書に記載されたその他が挙げられる。レジスト層３３０は、約２００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚さまで金属層３２０に堆積させてよい。
レジスト材料は、フォトレジスト材料であってもよく、これは、レーザーパターン化デバイス、又は、電子ビームエミッタ等のその他放射エネルギーパターン化デバイスを用いて、光学的にパターン化して、パターン３２５を形成し、これを用いて、金属層３２０中に形成されるべきフィーチャー定義の寸法を画定する。
不透明な金属層を、エッチングして、所望の限界寸法で、フィーチャーを有するフォトマスク層を作成する。次に、基板１２２を、上述した処理チャンバ１００等のエッチングチャンバへ移して、金属層３２０をエッチングする。図３Ｃに示す通り、ステップ２４０で、金属層をエッチングして、下にある光学的に透明な基板材料、そして、任意で、ＡＲＣ層を露出することにより、開口部及びパターン３３５を金属層３２０に形成する。
不透明金属層３２０の露出した部分のエッチングは、電源及び／又はバイアス電力を処理チャンバ１００に供給することにより、処理ガスのプラズマを生成することにより成される。処理ガスを用いて、金属層をエッチングしてよい。
酸素含有ガスは、酸素（Ｏ２）、一酸化炭素（ＣＯ）又は二酸化炭素（ＣＯ２）及びこれらの組み合わせのうち１つ以上を含む群から選択される。一実施形態において、酸素含有ガスは酸素である。酸素含有ガスは、エッチングラジカルの源を提供する。一酸化炭素（ＣＯ）及び酸化炭素（ＣＯ２）ガスを選択すると、パッシベーティングポリマー堆積物を形成する材料の源が提供されて、エッチングバイアスが改善される。
塩素含有ガスは、塩素ガス（Ｃｌ２）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、塩化水素（ＨＣｌ）及びこれらの組み合わせのうち１つ以上を含む群から選択される。一実施形態において、塩素含有ガスはＣｌ２である。塩素含有ガスを用いて、高反応性ラジカルを供給し、金属層をエッチングする。塩素含有ガスは、四塩化炭素（ＣＣｌ４）ガス等のエッチングラジカル及び成分の源を提供し、パッシベーティングポリマー堆積物を形成する材料の源が提供されて、エッチングバイアスが改善される。トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）及びアンモニア（ＮＨ３）等のその他塩素含有ガスを選択して、フォトレジストに対するクロムのエッチング選択性を増大し、エッチングバイアスを減少させてもよい。
任意で、無塩素ハロゲン含有ガスを含めてもよい。無塩素ハロゲン含有ガスは、臭化水素（ＨＢｒ）、ヨウ化水素（ＨＩ）及びこれらの組み合わせのうち１つ以上を含む群から選択してよい。一実施形態において、無塩素ハロゲン含有ガスは、ＨＢｒである。臭化水素はまた、水溶液から処理へ分配したり、臭化水素酸として水性成分を有していてもよい。無塩素ハロゲン含有ガスを用いて、金属層をエッチングする反応性ラジカルと、水素の両方を供給して、フォトレジスト及び金属エッチングレートを減少し、フォトレジスト及び金属側壁をパッシベートして、オーバーエッチングを最小とし、所望の限界寸法を保って、エッチングバイアスを改善してもよい。
塩素含有ガス及び無塩素ハロゲン含有ガスは、提供される場合、塩素含有ガス対無塩素ハロゲン含有ガスのモル比が、約１０：１〜約０．５：１、例えば、約１０：１〜約０．５：１の塩素対臭化水素モル比で提供される。
処理ガスはまた、不活性ガスを含んでいてもよく、処理ガスを含むプラズマの一部としてイオン化されると、スパッタリング種となって、フィーチャーのエッチングレートを増加する。プラズマの一部としての不活性ガスの存在はまた、活性処理ガスの分離も促す。従って、不活性ガスによって、ラジカルエッチングレートの制御が補助される。エッチングレートは、中心が早く、又は、中心が遅くなるように制御してもよい。不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）及びこれらの組み合わせが例示される。このうち、アルゴンとヘリウムが、通常、用いられる。不活性ガスは、一般的に、プロセスの合計ガスフローの約５体積パーセント〜約４０体積パーセント、例えば、約１５体積パーセント〜約２５体積パーセントを構成する。エッチング処理ガスを導入する前のプラズマを開始するプラズマ打ち込みのために、不活性ガスは、用いる処理ガスの約７５体積パーセント〜約１００体積パーセントを構成してよい。
不活性ガスを含む処理ガスの合計流量を、約１００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍの流量で導入して、エッチングチャンバにおいて、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ平方のフォトリソグラフィーレチクルをエッチングしてよい。酸素含有ガスは、約５ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、例えば、約２０〜５０ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１００に導入してよい。塩素含有ガスは、約２５ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍ、例えば、約１５０〜３００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１００に導入してよい。任意で無塩素ハロゲン含有ガスと共に、ＣＨＦ３、ＳＦ６、Ｃ２Ｆ６又はＮＨ３のうち少なくとも１つを、約１ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば、約１〜５ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１００に導入してよい。不活性ガスを利用するときは、約５ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、例えば、２０〜４５ｓｃｃｍの流量を与えてよい。
処理ガスの個々及び合計のガスフローは、処理チャンバ１００のサイズ、処理されている基板１２２のサイズ、及びオペレータが望む特定のエッチングプロフィール等、数多くの処理因子に基づいて異なってよい。
通常、約１５０００Ｗ以下のＲＦ電源レベルを、誘導コイルに印加して、エッチングプロセス中、処理ガスのプラズマを生成及び維持する。基板表面をエッチングするのに処理ガスの十分なプラズマを提供するには、約２００Ｗ〜約１５００Ｗ、例えば、約３００〜３５０Ｗの電力レベルが観察されている。示したＲＦ電源レベルは、十分なエッチングラジカル及び重合ラジカルを処理ガスから生成することが観察されており、従来技術の金属エッチングプロセスに比べて、約１５０℃以下の基板温度について、十分な低電力レベルを提供しながら、基板上に配置された露出した金属層をエッチングする。
通常、約２００ワット未満のバイアス電力を基板１２２に印加して、基板１２２表面に対して、エッチングラジカルの方向性を増大する。５０Ｗ未満のバイアス電力をエッチングプロセスに用いてもよい。エッチングプロセス中に、エッチングラジカルの十分な方向性を提供するには、約１５Ｗ〜２０Ｗの間のバイアスが観察されている。
基板表面の露出した材料は、処理ガスのプラズマにより、エッチングすべき材料の量に応じて、約１５秒〜約４００秒間、例えば、約３０秒〜約３５０秒間エッチングしてよい。ＡＲＣ層は、第１の処理ガスのプラズマに、合計エッチング時間に加えて、又はそれに含めて、約５秒〜約１８０秒間、例えば、約３０秒〜約６０秒間、露光してよい。
通常、処理チャンバ圧は、約１ミリトル〜約４０ミリトル、好ましくは約３ミリトル〜約８ミリトルの間に維持され、エッチングプロセス中、維持される。
基板１２２はまた、処理中、約１５０℃以下の温度に維持される。約１５０℃以下の基板温度だと、本明細書に記載した処理ガスによるフォトリソグラフィーレチクル製造プロセス中、基板に堆積したレジスト材料等の材料の熱分解が最小になる。約２０℃〜約１５０℃、例えば、約２０℃〜約５０℃の基板温度を用いて、基板表面に堆積した材料の熱分解を最小として、フォトマスクフィーチャーをエッチングしてもよい。更に、処理チャンバ１００の側壁１０４は、約７０℃未満の温度に維持してよく、ドームは、好ましくは、摂氏約８０度未満の温度に維持して、一定した処理条件を維持し、処理チャンバ表面のポリマー形成を最小にする。
エッチングプロセスの例を以下に説明する。基板１２２をサポート部材１２４に配置し、本明細書に記載した処理ガスをチャンバ１００に導入し、プラズマを生成又は維持して、酸素ガス（Ｏ２）と、塩素ガス（Ｃｌ２）と、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）及び任意で臭化水素（ＨＢｒ）の追加ガスのうち少なくとも１つと、及び／又はアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスとを、約１００ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの流量で、導入し、処理ガスからプラズマを生成することにより金属をエッチングする。酸素ガスは、約５ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバ１００に導入し、塩素ガスは、約２５ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバ１００に導入し、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つ、及び任意で臭化水素（ＨＢｒ）ガスの追加ガスは、約１ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍの流量で、処理チャンバ１００に導入してよい。不活性ガス、例えば、アルゴンは、処理チャンバ１００に、約５ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの流量で、導入する。提供される場合、塩素ガス対臭化水素の比率は、約１０：１〜約０．５：１である。
プラズマは、約２００Ｗ〜約１５００Ｗ、例えば、３００〜３５０ＷのＲＦ電源を誘導コイルに印加することにより生成されて、エッチングプロセス中、処理ガスのプラズマを生成し、保持する。約２５Ｗ〜約２００Ｗ、例えば、約１５〜２０Ｗのバイアス電力を、基板サポート１２４に印加する。エッチングプロセスは、約９０秒〜約４００秒、例えば、約３５０秒実施する。金属層３２０エッチングプロセスの終点は、光学発光終点制御によりモニターしてもよい。
通常、処理チャンバ圧は、約１ミリトル〜約４０ミリトル、例えば、約３ミリトル、約５ミリトル、又は約８ミリトルに維持される。基板温度は、エッチングプロセス中、約２０℃〜約１００℃である。更に、処理チャンバ１００の側壁１０４は、約７０℃未満の温度に維持され、ドームは、約８０℃未満の温度に維持される。上述した金属エッチングプロセスは、通常、金属層対レジスト約３：１以上の選択性を生成する。
或いは、オーバーエッチングステップを、エッチングプロセスの後に実施して、所望の材料全てを基板から確実に除去してもよい。オーバーエッチングは、金属層３２０をエッチングするのに好適な処理ガスを用いてよい。例えば、オーバーエッチングガスは、本明細書に記載した、酸素含有ガス、塩素含有ガス、無塩素ハロゲン含有ガス、及び不活性ガスのうち１種類以上、全てを含めて、含んでいてよい。
或いは、本明細書に記載したＡＲＣ材料を金属層上に形成する場合には、ＡＲＣ材料は、金属層エッチングプロセス中、金属層と共に除去してもよいし、或いは、金属層をエッチングする前にエッチングプロセスにより除去してもよい。ＡＲＣエッチングプロセス及び金属層エッチングプロセスの一例については、２００４年３月１８日出願の米国特許出願第１０／８０３，８６７号「フォトマスクエッチングのための多工程プロセス（Ｍｕｌｔｉ−ｓｔｅｐ Ｐｒｏｃｅｓ Ｆｏｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｍａｓｋｓ）」に詳述されている。
本明細書に記載した、開示された条件下でのエッチングプロセスは、約１：１以上の金属層対レジストの除去レート比、即ち、選択性又はエッチングバイアスを生成する。約１：１以上の金属対レジストの選択性が、本明細書に記載されたエッチングプロセスにより処理された基板１２２で観察されている。約３：１以上の金属対レジストの選択性が、本明細書に記載されたエッチングプロセスにより処理された基板で観察されている。選択性の増大により、エッチングプロセスが、フォトレジスト層にパターン化された限界寸法を保ち、エッチングされたクロムフィーチャーを、所望の限界寸法にすることができる。
本明細書に記載したエッチングプロセスはまた、フィーチャーレジスト材料内の「側部」から独立した「トップ」又は上部表面レジスト材料を除去することも観察された。これは、異方性エッチング及び改善されたフィーチャー形成と両立している。更に、処理された基板は、約８５度〜約８８度の従来技術の結果と比べて、略垂直プロフィール、すなわち、フィーチャーの側壁とフィーチャーの底面の間の角度が約９０度の所望の限界寸法のフィーチャーを生成した。
任意で、プラズマ打ち込みを用いて、金属層３２０をエッチングするためのプラズマを生成してよい。プラズマ打ち込みを用いて、エッチングプロセスについて本明細書に記載した組成及び流量で、処理ガスを導入する前に、プラズマを開始又は生成してよい。プラズマ打ち込みは、不活性ガス又は本明細書に記載した処理ガスの組成を用いてよい。
プラズマ打ち込みプロセスの処理条件及びプラズマ条件は、処理ガスの処理ガス構成要素、合計流量、チャンバ圧、電源及びバイアス電力をはじめとする本明細書に記載した処理ガスによるエッチングプロセスのものと近い。プラズマ打ち込みは、約１５秒以下、例えば、約３秒〜約５秒であってよい。プラズマ打ち込みの一例には、チャンバ圧を約１ミリトル〜約４０ミリトル、例えば、約３ミリトル〜約８ミリトルに設定し、約２００Ｗ〜約１５００Ｗ、例えば、３００〜３５０Ｗの範囲で、電源をコイルに供給し、且つ／又は約５ワット〜約２００Ｗ、例えば、約１５Ｗ〜約２０Ｗの範囲で、バイアスを供給することが含まれる。プラズマを打ち込むのに用いる電源は、基板１２２のエッチング中用いる電力より少なくてよい。
金属層３２０のエッチングが完了したら、基板１２２を処理チャンバ１００へ移動し、残りのレジスト材料３３０を、図３Ｄに示すように、酸素プラズマプロセス、又は業界に公知のその他レジスト除去技術等により、基板１２２から、通常、除去する。
任意で、減衰材料を用いて、減衰相シフトフォトマスクを形成し、フォトマスクを通過する光の分解能を増大することにより、基板上に形成されたエッチングパターンの精度を増大してもよい。ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）やその誘導体といった減衰材料を、不透明金属層３２０と、光学的に透明な基板表面３１０の間に配置してからエッチングしてもよい。減衰材料は、光学的に透明な基板に堆積してもよいし、光学的に透明な基板の製造中、光学的に透明な基板に一体化させてもよい。例えば、減衰材料が、金属層３２０の堆積前に基板に配置される場合には、減衰材料は、先ほどパターン化された金属層３２０に第２のレジスト材料を堆積及びパターン化することにより形成して、ステップ２５０で、下にある材料を露出してもよい。減衰材料の下にある材料又は、適切な場合、露出した基板そのものを、ステップ２６０で、かかる材料に好適なエッチングガスによりエッチングしてもよい。
ケイ素系材料等の光学的に透明な材料、及び基板１２２の減衰材料をエッチングする例は、２００３年５月１３日出願の米国特許出願第１０／４３７，７２９号「フォトリソグラフィーレチクルのエッチング方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｒｅｔｉｃｌｅｓ）」及び２００２年５月２１日出願の米国特許第６，３９１，７９０号に詳述されている。
上述した処理ガス組成物及び処理様式は、所望の限界寸法を備えた開口部又はパターンの制御可能なエッチングを提供する。開口部又はパターンのエッチングは、通常、本明細書に記載した処理ガスを用いることにより、異方性である。異方性プロセスは、開口部の底部に堆積した材料を、開口部の側壁の材料よりも速いレートで除去する。この結果、開口部の側壁の材料が、開口部の底部の材料よりも遅いレートで除去される。開口部の側壁を遅いレートでエッチングするエッチングプロセスは、側壁をオーバーエッチングする可能性が高くないため、エッチングされる開口部の限界寸法の維持が改善でき、エッチングバイアスが減少する。
本発明を以下の実施例により更に説明するが、これらは権利請求された本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
（実施例）
例えば、約７０ナノメートル（ｎｍ）〜約１００ｎｍの厚さで上に配置されたクロムフォトマスク層を備えた、光学的に透明な材料、例えば、光学的品質の水晶、融解シリカ、ケイ化モリブデン、酸窒化モリブデンケイ素（ＭｏＳｉｘＮｙＯｚ）、フッ化カルシウム、アルミナ、サファイヤ又はこれらの組み合わせ等で作成された基板を含むフォトリソグラフィーレチクルを、レジスト堆積のために処理チャンバに入れる。合計クロム深さの約２５パーセントまでを構成する酸窒化クロムの任意のＡＲＣ層を形成してもよい。
日本、東京応化（Ｔｏｋｙｏ−Ｏｋａ，Ｊａｐａｎ）より市販されているレジスト材料であるＺＥＰ、又は化学増幅レジスト、又は同じく日本、東京応化（Ｔｏｋｙｏ−Ｏｋａ，Ｊａｐａｎ）より市販されているＣＡＲレジスト等のレジストを、酸窒化クロム層上に堆積し、従来のレーザー又は電子ビームパターン化装置を用いてパターン化する。基板上に堆積したレジストの厚さは約２００ｎｍ〜約６００ｎｍ、例えば、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍであるが、所望の任意の厚さであってよい。
上記は本発明の例示的な１態様に係るものであるが、本発明のその他及び更なる態様はその基本的な範囲から逸脱することなく考案してよく、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
上に挙げた本発明の態様が達成され、詳細に理解できるように、上に簡単にまとめた本発明を、添付図面に図解された実施形態を参照してより具体的に説明する。
しかしながら、添付図面は本発明の代表的な実施形態を例示するだけであり、その範囲を制限するとは解釈されず、本発明は他の同様に有効な実施形態も含み得ることに留意すべきである。
エッチングチャンバの一実施形態の概略断面図である。 本発明の一実施形態による基板を処理するシーケンスの一実施形態を示すフローチャートである。 〜 本発明の他の実施形態のエッチングシーケンスを示す断面図である。
理解を促すために、図面で共通する同一の構成要素を示すのに、可能な場合は、同一の参照番号を用いている。一実施形態の構成は、特に挙げていないが、他の実施形態にも有利に組み込むことができると考えられる。

Claims (25)

  1. 処理チャンバにおいて、サポート部材にレチクルを配置する工程であって、前記レチクルが、光学的に透明な基板上に形成された金属フォトマスク層と、前記金属フォトマスク層上に堆積したパターン化レジスト材料とを含む工程と、
    酸素含有ガスと、塩素含有ガスと、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つとを含む処理ガスを導入する工程と、
    前記処理チャンバに電力を分配して、前記処理ガスから形成されたプラズマを生成する工程と、
    前記金属フォトマスク層の露出部分を前記プラズマを用いてエッチングする工程とを含むフォトリソグラフィーレチクルを処理する方法。
  2. 前記処理ガスを導入する工程が、無塩素ハロゲン含有ガスを、前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  3. 前記処理ガスを導入する工程が、臭化水素又はヨウ化水素のうち少なくとも１つを、前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項２記載の方法。
  4. 前記処理ガスを導入する工程が、酸素、一酸化炭素又は二酸化炭素のうち少なくとも１つを前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  5. 前記処理ガスを導入する工程が、塩素、四塩化炭素又は塩酸のうち少なくとも１つを前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  6. 前記金属フォトマスク層が、クロム、酸窒化クロム又はこれらの組み合わせを含む請求項１記載の方法。
  7. 前記金属フォトマスク層が、酸窒化クロムの反射防止コーティングを含む請求項１記載の方法。
  8. 前記光学的に透明な基板が、水晶、ケイ化モリブデン、酸窒化モリブデンケイ素及びこれらの組み合わせの群から選択されるケイ素材料を含む請求項１記載の方法。
  9. 前記処理ガスを導入する工程が、アルゴンを、５〜１００ｓｃｃｍの流量で、前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  10. 前記処理ガスを導入する工程が、アルゴンを、２０〜４５ｓｃｃｍの流量で、前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  11. 前記処理ガスを導入する工程が、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン又はクリプトンのうち少なくとも１つを前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  12. 前記プラズマを生成する工程が、前記処理チャンバにおいて、約２００ワット〜約１５００ワットのＲＦ電源をコイルに印加する工程と、前記処理チャンバにおいて、約５ワット〜約２００ワットのバイアス電力をレチクルサポートに印加する工程とを含む請求項１記載の方法。
  13. 前記金属フォトマスク層をエッチングする工程が、約１：１〜約３：１の金属フォトマスク層対レジスト材料比で、前記金属フォトマスク層を選択的にエッチングする工程を含む請求項１記載の方法。
  14. 前記処理ガスを導入する工程が、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つを、約１ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍのレートで処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  15. 前記処理ガスを導入する工程が、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つを、約１ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍのレートで、処理チャンバへ流す工程を含む請求項１記載の方法。
  16. 処理チャンバにおいて、サポート部材にレチクルを配置する工程であって、前記レチクルが、光学的に透明なケイ素系材料上に形成されたクロム系フォトマスク層と、前記クロム系フォトマスク層上に堆積したパターン化レジスト材料とを含む工程と、
    塩素ガスと、酸素ガス、及び、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つとを含む処理ガスを導入する工程と、
    処理中に、チャンバ圧を約３ミリトル〜約８ミリトルに、前記レチクルを約２０℃〜約１５０℃の温度に維持する工程と、
    前記処理チャンバ近傍に配置されたコイルに約３００〜約３５０ワットの電力を分配して、前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
    前記サポート部材に約１５〜約２０ワットのバイアス電力を供給する工程と、
    前記クロム系フォトマスク層の露出部分をエッチングする工程と、
    前記クロム系フォトマスク層を、約１：１以上のクロム系フォトマスク層対レジスト材料の除去レート比で、除去する工程とを含むフォトリソグラフィーレチクルを処理する方法。
  17. 前記処理ガスを導入する工程が、臭化水素を前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１６記載の方法。
  18. 前記クロム系フォトマスク層が、クロム、酸窒化クロム又はこれらの組み合わせを含み、前記光学的に透明なケイ素系材料が、水晶、ケイ化モリブデン、酸窒化モリブデンケイ素又はこれらの組み合わせを含む請求項１６記載の方法。
  19. 前記レチクルが、酸窒化クロムの反射防止コーティングを含む請求項１８記載の方法。
  20. 前記処理ガスを導入する工程が、アルゴンを、５〜１００ｓｃｃｍの流量で、前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１６記載の方法。
  21. 前記処理ガスを導入する工程が、アルゴンを、２０〜４５ｓｃｃｍの流量で、前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１６記載の方法。
  22. 前記処理ガスを導入する工程が、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン又はクリプトンのうち少なくとも１つを、前記処理チャンバへ流す工程を含む請求項１６記載の方法。
  23. 約前記金属フォトマスク層及び前記レジスト材料が、１：１〜約３：１の金属フォトマスク層対レジスト材料の除去レート比で、除去される請求項１６記載の方法。
  24. 前記処理ガスを導入する工程が、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つを、約１ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍのレートで、処理チャンバへ流す工程を含む請求項１６記載の方法。
  25. 前記処理ガスを導入する工程が、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）又はアンモニア（ＮＨ３）のうち少なくとも１つを、約１ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍのレートで、処理チャンバへ流す工程を含む請求項１６記載の方法。
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