JP2016103632A - エネルギー吸収体ガスへの衝突共鳴エネルギー伝達によるプラズマのvuv放出の調節 - Google Patents
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次に、半製造された半導体基板の表面上にフィーチャをエッチングするためのエッチング技法、操作、方法などを述べる。幾つかの実施形態では、エッチング技法は、原子層堆積(ALD)に類似したプロセスを採用することがあり、表面反応、この場合には表面をエッチングする反応を原子層精度で制御することができる。幾つかの実施形態では、そのような原子層エッチング(ALE)技法が表面反応の活性化を引き起こす様式に応じて、表面フィーチャは、実質的に水平ではなく、垂直にエッチングされることがある。例えば、エッチング操作は、フィーチャの底部/ベースをエッチングすることがあるが、その側壁は実質的にエッチングしないことがある。そのような選択性は、エッチングプロセスの吸着制限性、および(上記のように)活性化の様式によって一部実現される。図1の様々な部分図(a)〜(e)に示される概略基板断面図は、そのような原子層エッチング(ALE)プロセスを示す。
近年、Ne、Xe、Kr、Ar、およびそれらの組合せなど様々な不活性ガスが、ALEプロセスで表面エッチング反応を活性化するために使用されるプラズマを生成するための効果的なガスとなり得るが、上記のガスの1つまたは複数と組み合わせたヘリウムの使用が、様々な実施形態において追加の利益を提供することが判明している。特定の理論に限定されることなく、ヘリウム原子の小さなサイズにより、エッチング活性化プラズマのヘリウム成分は、エッチャントの吸着層の構造内に、またはさらにはエッチングされる下層材料の構造内に進入する(またはより深く進入する)ことができ、それにより、そこでのエッチング反応をより効果的に活性化すると考えられる。
(i)エッチャント照射および吸着:上記のALEサイクルのエッチャント照射および吸着動作中、エッチャントは、約100〜250sccm(standard cubic centimeter per minute:標準状態での立方センチメートル毎分)の間、またはより特定的には約150〜500sccmの間のレートで反応チャンバに流すことができる。実施形態によって、エッチャントは、約50〜250mTorrの間、またはより特定的には約100〜150mTorrの間のチャンバ内での分圧を有するように反応チャンバに流されることがある。流れの持続時間は、約0.5〜30秒の間、またはより特定的には約10〜20秒の間でよい。幾つかの実施形態では、このステップは、プラズマ強化されることもある。RF出力レベルは、約100〜1000ワットの間、または約200〜700ワットの間でよく、幾つかの実施形態では、誘導結合リアクタのアンテナへの約400ワットのRF出力、または容量結合リアクタの電極への同じ出力レベルでよい。
本明細書で述べる方法は、任意の適切な半導体基板処理装置で実施することができる。適切な装置は、プロセス操作を達成するためのハードウェアと、本明細書で開示する様々なプラズマVUV放出調節および/または制御技法ならびにALE操作に従ってプロセス操作を制御するための命令を有するシステム制御装置とを含む。幾つかの実施形態では、ハードウェアは、マルチステーション処理ツール(以下に述べる)内に含まれる1つまたは複数のプロセスステーション/モジュールと、本明細書で述べる技法および操作に従って装置のプロセス操作を制御するための機械可読命令を有する(または機械可読命令へのアクセスを有する)制御装置(以下に述べる)とを含むことがある。
特定の実施形態では、吸着のための塩素プラズマと、脱着のためのヘリウム−ネオン(ヘリウム−ネオン)プラズマとを採用し、VUV放出を調節および/または制御することができる原子層エッチング(ALE)操作に適していることがある容量結合プラズマ(CCP)リアクタは、米国特許出願公開第12/367,754号として2009年2月9日に出願された「Adjustable gap capacitively coupled RF plasma reactor including lateral bellows and non−contact particle seal」という名称の米国特許第8,552,334号に記載されており、その全体をあらゆる目的で参照により本明細書に組み込む。
特定の実施形態では、吸着のための塩素プラズマと、脱着のためのヘリウム−ネオン(ヘリウム−ネオン)プラズマとを採用し、VUV放出を調節および/または制御することができる原子層エッチング(ALE)操作に適していることがある誘導結合プラズマ(ICP)リアクタをここで述べる。また、そのようなICPリアクタは、「IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING」という名称の2013年12月10日出願の米国特許出願公開第2014/0170853号に記載されており、その全体をあらゆる目的で参照により本明細書に組み込む。
図8は、真空移送モジュール838(VTM)とインターフェースする様々なモジュールを有する半導体プロセスクラスタツール800を示す。複数の保管施設および処理モジュールの間でウェハを「移送」するための移送モジュールの構成は、「クラスタツールアーキテクチャ」システムと呼ぶこともできる。エアロック830(ロードロックまたは移送モジュールとしても知られている)が、VTM838内に4つの処理モジュール820a〜820dと共に示されており、これらの処理モジュール820a〜820dは、様々な製造プロセスを行うために個別に最適化することができる。
図8は、プロセスツール800およびそのプロセスステーションのプロセス条件およびハードウェア状態を制御するために採用されるシステム制御装置850の一実施形態も示す。システム制御装置850は、1つまたは複数のメモリデバイス856と、1つまたは複数のマスストレージデバイス854と、1つまたは複数の処理装置852とを含むことがある。処理装置852は、1つまたは複数のCPU、ASIC、汎用コンピュータ、および/または専用コンピュータ、1つまたは複数のアナログおよび/またはデジタル入出力接続、1つまたは複数のステッパモータ制御装置ボードなどを含むことがある。
ヘリウムおよびネオンを含み、VUV放射を放出するプラズマを処理チャンバ内で発生するようにプラズマ発生器を操作するための命令;および
プラズマ中のヘリウムとネオンの濃度比を変えるためにある比率で処理チャンバ内にヘリウムおよび/またはネオンを流すことによってプラズマからのVUV放射の放出を調節するために、1つまたは複数のガス流入口を操作するための命令。
また、例えば、実施形態によっては、以下のような命令も含むことがある:
プラズマの放出バンドの放出強度を測定するために光学検出器を操作するための命令;および
測定された放出強度に応じて処理チャンバ内へのヘリウムおよび/またはネオンの流量を設定するために、1つまたは複数のガス流入口を操作するための命令。
エッチャントガスを処理チャンバ内に流すために1つまたは複数のガス流入口を操作するための命令;
エッチャントの吸着制限層を形成するために、内部に保持された半導体基板の表面上にエッチャントが吸着するように、処理チャンバ内部の条件を設定するための命令;
吸着されたエッチャントの周囲の体積から未吸着のおよび/または脱着したエッチャントを除去するために、弁制御式管路および真空ポンプを操作するための命令;
エッチャントの吸着、ならびに未吸着のおよび/または脱着したエッチャントの除去後に、半導体基板上にフィーチャをエッチングするためにプラズマ発生器を操作するための命令;
半導体基板上のエッチングされたフィーチャのエッチングプロファイルを測定するために計測ツールを操作するための命令;および
測定されたエッチングプロファイルに応じて処理チャンバ内へのヘリウムおよび/またはネオンの流量を設定するために、1つまたは複数のガス流入口を操作するための命令。
被膜のリソグラフィパターン形成は、典型的には、以下の操作の幾つかまたは全てを含み、各操作が、幾つかの使用可能なツールによって提供される:(1)スピンオンまたはスプレーオンツールを使用して、基板、例えば窒化ケイ素被膜が上に形成された基板にフォトレジストを塗布する操作;(2)ホットプレートまたは炉または他の適切な硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化する操作;(3)ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはUV光またはX線光でフォトレジストを露光する操作;(4)ウェットベンチまたはスプレーディベロッパなどのツールを使用して、レジストを現像して、レジストを選択的に除去し、それによりレジストをパターン形成する操作;(5)ドライエッチングまたはプラズマエッチングツールを使用することによって、下にある被膜または基板にレジストパターンを転写する操作;および(6)RFまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去する操作。幾つかの実施形態では、アッシャブルハードマスク層(例えば非晶質炭素層など)と、別の適切なハードマスク(例えば反射防止層など)とが、フォトレジストを塗布する前に堆積されることがある。
上記の開示される技法、操作、プロセス、方法、システム、装置、ツール、被膜、化学物質、および組成は、明瞭にして理解しやすくする目的で特定の実施形態の文脈で詳細に述べてきたが、本開示の精神および範囲に含まれる上記の実施形態を実施する多くの代替法が存在することを当業者は理解されよう。したがって、本明細書で述べる実施形態は、限定ではなく、開示される発明の概念を例示するものとみなすべきであり、最終的に本開示の主題を対象とする任意の特許請求項の範囲を不要に限定するような許容し得ない基礎として用いられるべきではない。
Claims (22)
- 半導体処理チャンバ内でプラズマからの真空紫外(VUV)放射の放出を調節する方法であって、
前記処理チャンバ内で発生されるプラズマが、VUV放出体ガスと衝突エネルギー吸収体ガスとを含み、前記プラズマが、VUV放射を放出し、
前記プラズマ中の前記VUV放出体ガスと前記衝突エネルギー吸収体ガスとの濃度比を変えることによって、前記プラズマからのVUV放射の前記放出を調節する
方法。 - 前記VUV放出体ガスがヘリウムである請求項1に記載の方法。
- 前記衝突エネルギー吸収体ガスがネオンである請求項2に記載の方法。
- 前記プラズマからのVUV放射の前記放出の調節が、前記プラズマ中のヘリウムとネオンの前記濃度比を変えるために、ある比率でヘリウムおよび/またはネオンを前記処理チャンバ内に流す処理を含む請求項3に記載の方法。
- 前記プラズマからのVUV放射の前記放出が、前記プラズマ中のヘリウムとネオンの前記濃度比を増加させるために、ヘリウムを前記処理チャンバ内に流すことによって増加方向に調節される請求項4に記載の方法。
- 前記プラズマからのVUV放射の前記放出が、前記プラズマ中のヘリウムとネオンの前記濃度比を減少させるために、ネオンを前記処理チャンバ内に流すことによって減少方向に調節される請求項4に記載の方法。
- 更に、
前記プラズマおよび/または半導体基板の特性を測定し、
前記測定された特性に応じて、前記処理チャンバ内へのヘリウムおよび/またはネオンの流量を設定する
請求項4に記載の方法。 - 前記特性が、前記プラズマの励起状態種の放出バンドからの放出強度である請求項7に記載の方法。
- 前記測定された放出バンドが、632.8nmに中心を取られたネオンの前記放出バンドである請求項8に記載の方法。
- 前記特性が、計測ツールを用いて測定された半導体基板のエッチングされたフィーチャのプロファイルであり、前記フィーチャが、前記処理チャンバ内でエッチングされている請求項7に記載の方法。
- 前記エッチングされたフィーチャの側壁の測定された陥凹に応じて、ヘリウムの流量が減少される、および/またはネオンの流量が増加される請求項10に記載の方法。
- 前記プラズマが容量結合プラズマである請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の方法。
- 中で前記プラズマが発生される前記半導体処理チャンバが、容量結合プラズマリアクタの一部であり、前記リアクタが、上側プレートを有し、前記リアクタが、前記上側プレートと前記半導体基板の間のギャップが約1.5cm〜2.5cmの間であるように構成される請求項12に記載の方法。
- 前記プラズマが誘導結合プラズマであり、中で前記プラズマが発生される前記半導体処理チャンバが、中で前記プラズマが発生されるギャップ領域を有する誘導結合プラズマリアクタの一部であり、前記リアクタが、前記ギャップ領域内部に位置された1つまたは複数の構成要素を備え、前記構成要素が、ネオン原子が衝突して衝突脱励起されることがある構造を提供する請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の方法。
- ネオンの前記脱励起のための前記構造を提供する前記1つまたは複数の構成要素が、前記半導体基板の平面に垂直な中心軸を有するように方向付けられた1組の同心円筒体を備える請求項14に記載の方法。
- 半導体基板の表面上にフィーチャをエッチングする方法であって、
(a)エッチャントが半導体基板の表面上に吸着制限層を形成するように、前記表面上に前記エッチャントを吸着するステップと、
(b)ステップ(a)の後、前記吸着されたエッチャントの周囲の体積から、未吸着のおよび/または脱着したエッチャントを除去するステップと、
(c)ステップ(b)の後、処理チャンバ内でプラズマを発生するステップであって、前記プラズマが、ヘリウムおよびネオンを含み、前記プラズマが、VUV放射を放出するステップと、
(d)前記半導体基板の前記表面をエッチングするために、前記吸着されたエッチャントを前記プラズマと接触させるステップと、
(e)ステップ(a)〜(d)を複数回繰り返し、前記プラズマ中のヘリウムとネオンの濃度比を変えることによってステップ(d)での前記プラズマからのVUV放射の前記放出を調節し、それにより前記半導体基板の前記表面の前記エッチングの異方性を変えるステップと
を含む方法。 - 前記エッチャントが塩素を含む請求項16に記載の方法。
- 前記プラズマからのVUV放射の前記放出を調節するステップが、前記プラズマ中のヘリウムとネオンの前記濃度比を変えるためにある比率でヘリウムおよび/またはネオンを前記処理チャンバ内に流すステップを含む請求項16または17に記載の方法。
- 計測ツールを用いて、前記半導体基板の前記エッチングされたフィーチャのプロファイルを測定するステップと、
測定されたプロファイルに応じて、前記処理チャンバ内へのヘリウムおよび/またはネオンの流量を設定するステップと
をさらに含む請求項18に記載の方法。 - 処理チャンバと、
プラズマ発生器と、
前記処理チャンバ内にヘリウムおよびネオンを流すように構成された1つまたは複数のガス流入口と、
機械可読命令を備える制御装置とを備える半導体処理装置であって、前記制御装置が、
ヘリウムおよびネオンを含み、VUV放射を放出するプラズマを前記処理チャンバ内で発生するように前記プラズマ発生器を操作するための機械可読命令と、
前記プラズマ中のヘリウムとネオンの濃度比を変えるためにある比率で前記処理チャンバ内にヘリウムおよび/またはネオンを流すことによって前記プラズマからのVUV放射の前記放出を調節するために、前記1つまたは複数のガス流入口を操作するための機械可読命令と
を含む半導体処理装置。 - 前記半導体処理装置が、光学検出器をさらに備え、
前記制御装置の前記機械可読命令が、
前記プラズマの放出バンドの放出強度を測定するために前記光学検出器を操作するための命令と、
前記測定された放出強度に応じて前記処理チャンバ内へのヘリウムおよび/またはネオンの流量を設定するために、前記1つまたは複数のガス流入口を操作するための命令と
をさらに含む請求項20に記載の半導体処理装置。 - 前記1つまたは複数のガス流入口が、エッチャントガスを前記処理チャンバ内に流すようにさらに構成され、
前記半導体処理装置が、
真空ポンプと、
前記真空ポンプへの弁制御式管路と、
半導体基板のフィーチャのエッチングプロファイルを測定するための計測ツールと
をさらに備え、
前記制御装置の前記機械可読命令が、
エッチャントガスを前記処理チャンバ内に流すために前記1つまたは複数のガス流入口を操作するための命令と、
エッチャントの吸着制限層を形成するために前記半導体基板の表面上に前記エッチャントが吸着するように、前記処理チャンバ内部の条件を設定するための命令と、
前記吸着されたエッチャントの周囲の体積から未吸着のおよび/または脱着したエッチャントを除去するために、前記弁制御式管路および真空ポンプを操作するための命令と、
エッチャントの吸着、ならびに未吸着のおよび/または脱着したエッチャントの除去後に前記半導体基板上にフィーチャをエッチングするために、前記プラズマ発生器を操作するための命令と、
前記半導体基板上の前記エッチングされたフィーチャのエッチングプロファイルを測定するために前記計測ツールを操作するための命令と、
前記測定されたエッチングプロファイルに応じて前記処理チャンバ内へのヘリウムおよび/またはネオンの流量を設定するために、前記1つまたは複数のガス流入口を操作するための命令と
をさらに含む請求項20または請求項21に記載の半導体処理装置。
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