JP2020527856A - フォトレジストパターニングスカムの除去のための原子層洗浄 - Google Patents

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Abstract

【課題】【解決手段】半導体基板上の他のフィーチャ又は構造を損傷することなしに、パターニングマンドレル構造からフォトレジストパターニングスカムを除去するための方法及び装置がパターンの精度のために望まれる。方法は、フィーチャのクリティカルディメンションを実質的に変えることなしに炭素含有フィーチャをデスカムするために、原子層洗浄（ＡＬＣ）処理によって半導体基板上の炭素含有フィーチャを洗浄する工程を備える。ＡＬＣ処理は、炭素含有フィーチャの表面上のスカムを改質するために、プラズマもその他エネルギ活性化もなしに、炭素含有フィーチャを酸化剤又は還元剤に暴露させる工程を備える。次いで、炭素含有フィーチャの表面から改質されたスカムを除去するために、炭素含有フィーチャの表面上の改質されたスカムは、０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの間の圧力及び２００Ｗ未満の電力で点火されたプラズマと共に不活性ガスに暴露される。【選択図】図１Ｇ

Description

［関連出願への相互参照］
本願は、２０１７年７月１９日出願の米国特許出願第１５／６５４，６１２号「ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＣＬＥＡＮ ＦＯＲ ＲＥＭＯＶＡＬ ＯＦ ＰＨＯＴＯＲＥＳＩＳＴ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ ＳＣＵＭ」の利益を主張し、２０１７年４月２８日出願の米国特許出願第１５／５８２，３５９号「ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＥＴＣＨ ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＨＡＲＤＷＡＲＥ ＦＯＲ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」の一部継続出願であると共に、その優先権を主張し、これらの出願は両方とも、参照によってすべての目的のために全体が本明細書に組み込まれる。
集積回路の製造は、しばしば、半導体の大量生産で小さいフィーチャをパターニングすることを含む。パターニング動作中のフォトレジストのリソグラフィ処理後の材料の不完全なアッシングが、パターニングマンドレル構造上に「スカム」と呼ばれる残留物を残しうる。半導体基板上の他のフィーチャまたは構造に損傷を与えることなしにスカム除去すなわち「デスカミング」を行うことが、パターニングの精度のために望ましい。
本明細書では、半導体基板を処理する方法が提供されている。一態様は、半導体基板を処理する方法を含み、その方法は：（ａ）炭素含有フィーチャのパターンを有する炭素含有材料を含む半導体基板をチャンバに提供する工程と；（ｂ）フィーチャのクリティカルディメンションを実質的に変えることなしに炭素含有フィーチャをデスカムするために、原子層洗浄（ＡＬＣ）処理によって炭素含有フィーチャを洗浄する工程と、を備え、ＡＬＣ処理は：（ｉ）炭素含有フィーチャの表面上のスカムを改質するために、プラズマもその他のエネルギ活性化もなしに、炭素含有フィーチャを酸化剤または還元剤に暴露させる工程と；（ｉｉ）炭素含有フィーチャの表面から改質されたスカムを除去するために、炭素含有フィーチャの表面上の改質されたスカムを不活性ガスに暴露させ、０．１Ｔｏｒｒよりも高く１０Ｔｏｒｒよりも低い圧力および２００Ｗより低い電力でプラズマを点火する工程と、を含む。
いくつかの実施形態において、酸化剤は、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、ジオール、水、オゾン（Ｏ３）、アルコール、エステル、ケトン、カルボン酸、からなる群より選択される。
いくつかの実施形態において、半導体基板へ酸化剤を投与することで、半導体基板を酸化的に飽和させて、飽和した単分子層を生成する。
いくつかの実施形態において、炭素含有フィーチャを還元剤に暴露させることで、炭素含有フィーチャ内の炭素を、化学式ＣＸＨＹを有する炭化水素に変換し、ここで、ｘおよびｙは、１以上の整数である。
いくつかの実施形態において、不活性ガスは、ヘリウム、窒素、アルゴン、および、ネオン、からなる群より選択される。
いくつかの実施形態において、炭素含有フィーチャは、スピンオン炭素、フォトレジスト、または、非晶質炭素、からなる群より選択された材量を含む。
チャンバは、約０．１Ｔｏｒｒ〜約０．５Ｔｏｒｒの間のチャンバ圧に設定されてよい。いくつかの実施形態において、プラズマは、約１０Ｗ〜５０Ｗの間のプラズマ電力を用いて点火される。
チャンバは、（ｂ）（ｉ）の後に、不活性ガスまたは真空でパージされてもよい。いくつかの実施形態において、チャンバをパージすることで、酸化剤、還元剤、または、遊離副生成物、からなる群より選択された任意の１または複数を除去する。
炭素含有フィーチャの改質された表面を点火されたプラズマに暴露させることで、飽和単分子層をエネルギ的に活性化させて、揮発性副生成物を遊離させてもよい。いくつかの実施形態において、揮発性副生成物は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および、化学式ＣＸＨＹを有する炭化水素（メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、または、エタン（Ｃ２Ｈ６）など）、からなる群より選択される。
いくつかの実施形態において、エネルギ的プラズマ活性化の方法は、容量結合リアクタ（ＣＣＰ）、誘導結合リアクタ（ＩＣＰ）によって提供される方法、もしくは、熱ベース、紫外線ベース、または、光子ベースの方法を含む。
チャンバは、酸化剤、還元剤、または、遊離副生成物を除去するために、点火されたプラズマによる飽和単分子層のエネルギ活性化の後に、不活性ガスまたは真空でパージされてもよい。
いくつかの実施形態において、炭素含有フィーチャの表面上のスカムは、３Å未満の厚さである。
別の態様は、各々がチャックを有する１または複数の処理チャンバを備えた装置を含む。その装置は、さらに、処理チャンバおよび関連する流量制御ハードウェアへの１または複数のガス流入口と、プロセッサおよびメモリを備えたコントローラと、を備える。プロセッサおよびメモリは、互いに通信可能に接続されてよい。また、プロセッサは、流量制御ハードウェアと動作可能に接続されてよい。メモリは、処理チャンバの少なくとも１つの中に収容された半導体基板に酸化剤または還元剤を投与することによって、流量制御ハードウェアを制御するように、プロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能な命令を格納してよい。酸化剤を投与することで、半導体基板を酸化的に飽和させて、飽和した単分子層を生成してよい。あるいは、還元剤を投与することで、半導体基板内の炭素系材料を揮発性副生成物を伴う炭化水素に変換してもよい。流量制御ハードウェアを制御するように、プロセッサを制御するための命令は：酸化剤または還元剤を除去するため、および／または、揮発性副生成物を遊離させるために、処理チャンバをパージすること；飽和単分子層に方向性プラズマを印加することによって飽和単分子層を活性化させて、活性化した飽和単分子層を除去すること；ならびに、飽和単分子層の活性化および除去の後に、処理チャンバをパージすること、をさらに含んでもよい。
これらの態様および他の態様について、図面を参照しつつ以下でさらに説明する。
原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。 原子層洗浄（ＡＬＣ）処理の或る段階の半導体基板を示す概略図。
原子層エッチング（ＡＬＥ）処理の一例を示す概略図。
開示された実施形態に従って実行される動作を示す処理フローチャート。
開示された実施形態に従って実行される動作を示す別の処理フローチャート。
特定の開示されている実施形態に従って実行されるＡＬＣ動作の一例を図示したタイミング概略図。
特定の開示された実施形態を実行するための処理ツール例を示す概略図。
特定の開示された実施形態を実行するための処理ツールの別の例を示す概略図。
以下の説明では、提示した実施形態の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能である。また、開示した実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。開示した実施形態は、具体的な実施形態に関連して説明されているが、開示した実施形態を限定する意図はないことを理解されたい。
半導体基板中の薄膜のパターニングが、半導体デバイスの製造および加工で利用される。パターニング動作中のフォトレジストのリソグラフィ処理後の材料の不完全なアッシングが、パターニングマンドレル構造上に「スカム」と呼ばれる残留物を残しうる。半導体基板上の他のフィーチャまたは構造に損傷を与えることなしにスカム除去すなわち「デスカミング」を行うことが、パターニングの精度のために望ましい。デスカミング（または「デスカム」）とは、炭素含有ウエハフィーチャ（パターニングマンドレル構造など）の間から望ましくない炭素材料を除去することである。通例、パターニングマンドレルは、炭素ベースであり、フォトレジスト（ＰＲ）とも呼ばれうる。ＰＲのタイプには、ネガティブ、ポジティブ、極紫外線（ＥＵＶ）、スピンオン炭素（ＳＯＣ）、または、スピンオンハードマスク（ＳＯＨ）が含まれる。フーチング、ストリンガ、または、その他の残留材料を含むスカムは、マンドレル構造を接続することにより、半導体フィーチャ、構造、または、マンドレルのパターニングにリスクをもたらす。したがって、スカムの除去は、ダブル、クアッド、または、マルチパターニングの応用例などのパターニング方法を改善できる。
スカム除去のための従来の技術は、例えばプラズマ適用動作中のイオン誘起損傷による下層の炭素含有フィーチャに等方性の損傷を引き起こしうる。本明細書に記載の原子層洗浄（ＡＬＣ）は、炭素含有フィーチャ（ＰＲマンドレルなど）上の規定された厚さの表面のエッチングを向上すなわち改善する方法を提供する。ＡＬＣは、望ましい反応と、望ましい反応と競合する望ましくない反応（例えば、イオン誘起損傷、欠陥発生などの有害な反応）との間の関係性を利用して、ウエハ上の下層にある炭素含有フィーチャを損傷せずにスカムを除去する。
ダイ内、ウエハ内、および、ロット間でのパターニング精度を向上させるために、スカム除去にＡＬＣを利用する方法が、本明細書で提供されている。かかる技術は、フィーチャのクリティカルディメンションを実質的に変えることなしに、スカムを選択的に除去する。開示されている実施形態は、ＰＲスカムを除去して、パターニング忠実度を向上させる。
図１Ａは、フォトレジスト（ＰＲ）スカム１０２がマンドレル１００上にあるかまたはそこから伸びるパターニングマンドレル構造（例えば、マンドレル１００）の透視図を示す。スカム１０２は、図１Ｂに示すように、マンドレル１００から原子層洗浄（ＡＬＣ）によって除去される。図１Ｃおよび図１Ｄは、基板１０６上に形成されたマンドレル１００のアレイ１０４の側断面図を示す。当業者であれば、基板１０６は、図１Ｇでさらに詳細に示すように、他の層（エッチング停止層、キャップ層、バリア層、および、その他の下層など）も含みうる半導体処理に適した多層スタックを備えてもよいことがわかる。
フーチング、ストリンガ、または、リゾグラフィ後に基板上に残る望ましくないその他の形態の基板表面粗さなど、望ましくない炭素系材料は、本明細書では、集合的に「スカム」（例えば、スカム１０２）と呼ばれる。いくつかの実施形態において、スカム１０２は、炭素含有フィーチャとも呼ばれるマンドレル１００と同様のレベルまたは同じレベルの炭素を含みうる。図１Ｃに示すように、いくつかのマンドレル１００が、アレイ１０４内で互いに隣接して配置されうる。スカム１０２は、リソグラフィの後に基板１０６上に残ることによって、アレイ１０４内で、例えば、組織化すなわち配置された時に、マンドレル１００を接続するパターニングリスクをもたらしうる。スカム１０２によるマンドレル１００のかかる接続は、望ましくないため、スカム１０２は、例えば、図２〜図５を参照して図示および記載するように、ＡＬＣ処理によって洗浄され、図１Ｄに示すように、スカム１０２のないマンドレル１００のアレイ１０４が残る。
いくつかの実施形態において、スカム１０２は、図１Ａに示すように、マンドレル１００にわたって比較的分散したＰＲ現像処理の残留物であり、したがって、マンドレル上に薄膜を形成する。したがって、かかるスカム１０２は、比較的高い表面積対体積比を有するため、ＡＬＣ処理による除去の影響を受けやすい可能性がある。また、いくつかの実施形態において、スカム１０２は、スカム１０２と一般に同じ材料で形成されたマンドレル１００と一体化されるか、または、その中に統合される。したがって、スカム１０２は、マンドレル１００の望ましくない突起であると考えてもよい。
ＡＬＣの理解は、２０１７年４月２１日出願の米国特許出願第１５／４９４，２４５号「ＥＴＣＨＩＮＧ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ ＵＳＩＮＧ ＡＬＥ ＡＮＤ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、および、２０１７年４月２８日出願の米国特許出願第１５／５８２，３５９号「ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＥＴＣＨ ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＨＡＲＤＷＡＲＥ ＦＯＲ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」に記載された原子層エッチング（ＡＬＥ）処理の理解によって促進されうる。これらの出願は共に、それらの全体が参照によって組み込まれる。ＡＬＣは、例えば、基板１０６上のマンドレル１００の上または間からのスカム１０２の完全な除去など、所望の結果が達成されるまで繰り返されてよい。
ＡＬＥが、通例、基板上の特定のフィーチャまたは構造（図１Ａ〜図１Ｄに示した基板１０６上のマンドレル１００など）のクリティカルディメンション（ＣＤ）を小さくするために実行されうる点で、ＡＬＣの意図された用途は、ＡＬＥとは異なりうる。従来のリソグラフィ処理技術は、望ましいようにＣＤを正確に制御することができない場合があるため、ＡＬＥで適切にその課題に対処する。ＡＬＥとは対照的に、本明細書に記載するＡＬＣは、主に、ＰＲ処理の残留物として成長しうるスカム（スカム１０２など）を洗浄すなわち除去するためのものである。
したがって、ＡＬＣは、ＡＬＣ処理の方向性を強調する処理パラメータおよび動作を用いて、より良好にスカムを標的として、基板または基板上のフィーチャからスカムを除去しうる。
いくつかの実施形態において、ＡＬＣは、炭素含有フィーチャ（例えば、基板１０６上のマンドレル１００など）をプラズマもその他のエネルギ活性化もなしに酸化剤または還元剤に暴露させる工程を含む、図３および図４でさらに示す全体的な処理フローを有してよい。炭素含有フィーチャは、スピンオン炭素、フォトレジスト、および、非晶質炭素などの材料を含んでよい。炭素含有フィーチャを酸化剤または還元剤へ暴露させると、炭素含有フィーチャの表面上のスカム１０２が改質される。いくつかの実施形態において、改質およびその後の除去に向けて特定されるスカム１０２は、特定の厚さ（３Åなど）未満であってもよいし、２Å〜２０Åの間などの範囲内であってもよい。次いで、マンドレル１００または基板１０６の表面上の改質されたスカムは、改質されたスカム１０２をマンドレル１００または基板１０６の表面から除去するために、不活性ガスおよび点火されたプラズマに暴露される。いくつかの実施形態において、プラズマは、０．１Ｔｏｒｒより高く１０Ｔｏｒｒより低い圧力、および、２００Ｗ未満の電力で印加される。酸化剤は、以下からなる群より選択されてよい：酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、ジオール、水、オゾン（Ｏ３）、アルコール、エステル、ケトン、および、カルボン酸。不活性ガスは、以下からなる群より選択されてよい：ヘリウム、窒素、アルゴン、ネオン、および、それらの組みあわせ。
半導体基板へ酸化剤を投与することで、基板１０６上のマンドレル１００を含め、基板１０６の表面を酸化的に飽和させて、飽和した単分子層を生成する（図１Ａ〜図１Ｇには図示せず）。いくつかの実施形態において、マンドレル１００は各々、一般に、２００Åより大きいクリティカルディメンションを有してよい。酸化剤は、飽和した単分子層を生成するために、トポグラフィ内で等価に基板を飽和させてよく、飽和した単分子層は、後に、揮発性副生成物（一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および、メタン（ＣＨ４）など）を遊離させてスカム１０２を除去するために、不活性ガスおよびプラズマへの暴露時にエネルギ的に活性化される。その他の揮発性副生成物は、炭素含有種を含み、かかる種は、化学式ＣｘＨｙ（ここで、ｘおよびｙは、１以上の整数）を有してよい。
あるいは、還元的方法が、炭素系材料（例えば、炭素−炭素結合を有する材料）を含むスカム１０２を、化学式ＣＸＨＹを有する炭化水素（メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、または、エタン（Ｃ２Ｈ６）など）に変えるために用いられてもよい。その後の炭化水素のエネルギ活性化により、マンドレル１００または基板１０６からのスカム１０２の除去に向けて揮発性副生成物を遊離させることができる。
上述のＡＬＣ処理のいずれの変形例でも（例えば、飽和した単分子層を生成するために酸化剤を基板に投与する処理、または、スカム１０２内の炭素を炭化水素に変換するために還元的方法を利用する処理）、下層のフィーチャのクリティカルディメンションを実質的に変えることなしに、炭素含有フィーチャ（例えば、基板１０６上のマンドレル１００）をデスカムしうる。
さらに、いくつかの実施形態において、ＡＬＣ処理は、酸化剤、還元体すなわち還元剤、および、遊離副生成物を除去するために、そこから伸びるマンドレル１００を備えた基板１０６を収容する反応チャンバの１または複数回のパージを含んでもよい。例えば、反応チャンバは、基板１０６への酸化剤投与後、または、炭素系材料を揮発性副生成物を伴う炭化水素に変換する還元的方法の利用後に、酸化剤、還元体すなわち還元剤、および、遊離副生成物を除去するために、不活性ガスでパージされてよい。反応チャンバは、飽和単分子層のエネルギ活性化およびスカム１０２の除去後に、酸化剤、還元体すなわち還元剤、および、遊離副生成物を再び除去するために、不活性ガスで再びパージされてよい。ＡＬＣ処理については、図３〜図５を参照してさらに詳細に図示および説明する。
図１Ｃおよび図１Ｄに戻ると、マンドレル１００は、アレイ１０４内に配置されてよい。図１Ｅおよび図１Ｆは、さらなるマンドレル１００を有するアレイ１０４の変形例を示す。当業者であれば、基板１０６上のマンドレル１００の様々な向きまたは構成が存在し様々な構成にわたってマンドレル１００からスカム１０２を除去するために、本明細書に記載のＡＬＣ処理を利用できることがわかる。
図１Ｇは、第２コア１０８上にリソグラフィによって規定すなわちパターニングされた第１コア１１６と、第３コア１１０と、対象層１１２とを有する基板１０６を示す。当業者であれば、本明細書に記載する半導体処理に適した多層スタックは、他の層（エッチング停止層、キャップ層、バリア層、および、その他の下層など）を備えてもよいことがわかる。
各マンドレル１００は、パターニングされた第１コア１１６を備えてよく、第１コア１１６は、炭素含有および／またはシリコン含有材料を含んでよい。いくつかの実施形態において、パターニングされた第１コア１１６は、炭素系フォトレジスト（ＰＲ）である。パターニングされた第１コア１１６は、リソグラフィで規定され、第２コア１０８をエッチングするために用いられる。第２コア１０８は、任意の適切な蒸着技術（プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）など）によって蒸着されてよい。蒸着は、炭化水素前駆体または反応物質を含む蒸着ガスから蒸着チャンバ内でプラズマを生成する工程を含んでよい。炭化水素前駆体は、化学式ＣｘＨｙによって定義されてよく、ここで、ｘは２〜１０の間の整数、ｙは２〜２４の間の整数である。例としては、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、および、トルエン（Ｃ７Ｈ８）が挙げられる。高周波（ＨＦ）電力および低周波（ＬＦ）電力を含むデュアル高周波（ＲＦ）プラズマ源が用いられてよい。
図１Ｇに図示した実施形態において、第２コア１０８の下には第３コア１１０があり、第３コア１１０も、ＰＥＣＶＤによって蒸着された炭素含有材料であってよい。
第３コア１１０の下には、対象層１１２がある。いくつかの実施形態において、対象層１１２は、例えば、マンドレル構造（マンドレル１００など）をパターニングすることによって、最終的にパターニングされる層であってよい。対象層１１２は、半導体、誘電体、または、その他の層であってよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）で形成されてよい。対象層１１２は、原子層蒸着（ＡＬＤ）、プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、または、その他の適切な蒸着技術によって蒸着されてよい。
図１Ｈおよび図１Ｉは、基板１０６の上面図を示す。マンドレル１００上の色の薄い領域は、その他の領域に対して高くなった表面を示す。本明細書に記載のＡＬＣの適用は、マンドレル１００またはウエハ１０６からスカム１０２を除去し、結果として、図１Ｉに示すように、清浄なマンドレル１００をもたらす。
図２は、連続的な自己制限反応を用いて材料の薄層を除去するための原子層エッチング（ＡＬＥ）技術の一例を示す。本明細書に記載のＡＬＣは、ＡＬＥを発展させたものであり、一般に、ＡＬＥと同様の処理および原理を用いるが、所望の厚さ（例えば、３Å未満など）の材料を除去するために、特定の処理パラメータまたは条件を必要とする。ＡＬＥの背景知識が、ＡＬＣの説明に役立つ。
一般に、ＡＬＥは、任意の適切な技術を用いて実行されてよい。原子層エッチング技術の例は、２０１４年１１月１１日発行の米国特許第８，８８３，０２８号；２０１４年８月１９日発行の米国特許第８，８０８，５６１号に記載されており、これらの特許は、ＡＬＥおよびエッチング技術の例を記載するために、参照によって本明細書に組み込まれる。原子層蒸着（ＡＬＤ）と統合されたＡＬＥ技術の例は、２０１７年２月２１日発行の米国特許第９，５７６，８１１号に記載されており、この特許は、参照によって本明細書に組み込まれる。様々な実施形態において、ＡＬＥは、プラズマで実行されてもよいし、熱的に実行されてもよい。
ＡＬＥは、循環的に実行される。「ＡＬＥサイクル」の概念は、本明細書の様々な実施形態の議論に関連する。一般に、ＡＬＥサイクルは、エッチング処理（単分子層のエッチングなど）を１回実行するために用いられる動作の最小セットである。１サイクルの結果は、基板表面上の膜層の少なくとも一部がエッチングされることである。通例、ＡＬＥサイクルは、反応層を形成するための改質動作と、その後に、この改質層のみを除去すなわちエッチングするための除去動作と、を含む。サイクルは、反応物質または副生成物の一方のスイーピング（一掃）など、特定の補助的な動作を含んでもよい。
一般に、ＡＬＥサイクルは、一意的な動作手順を一組含む。一例として、ＡＬＥサイクルは、以下の動作を含んでよい：（ｉ）反応ガスの供給、（ｉｉ）チャンバからの反応ガスのパージ、（ｉｉｉ）除去ガスおよび任意選択的なプラズマの供給、ならびに、（ｉｖ）チャンバのパージ。いくつかの実施形態において、エッチングは、非共形的に実行されてよい。図２は、ＡＬＥサイクルの２例の概略図を示す。図２７１ａ〜２７１ｅは、一般的なＡＬＥサイクルを示す。２７１ａにおいて、基板が準備される。２７１ｂにおいて、基板の表面が改質される。２７１ｃにおいて、次の動作が準備される。２７１ｄにおいて、改質層は、エッチングされている。２７１ｅにおいて、改質層は除去される。同様に、図２７２ａ〜２７２ｅは、炭素含有膜をエッチングするためのＡＬＥサイクルの一例を示す。２７２ａにおいて、炭素含有基板が準備され、これは、多くの炭素原子を含む。２７２ｂにおいて、基板の表面を改質する反応ガス酸素（Ｏ２）が、基板に導入される。２７２ｂの図は、いくらかの酸素が基板の表面上に吸着された様子を一例として示す。図２では酸素が図示されているが、任意の酸素含有種または適切な反応物質が用いられてよい。２７２ｃにおいて、反応ガス酸素がチャンバからパージされる。
２７２ｄにおいて、除去ガスアルゴンが、Ａｒ＋プラズマ種および矢印によって示されるように方向性プラズマと共に導入され、イオン衝撃が、基板の改質面を除去するために実行される。アルゴンが図２に図示されているが、ヘリウム、窒素、アルゴン、および、それらの組み合わせなど、その他の除去ガスを用いてもよいことが理解される。除去中、基板に向かってイオンを引きつけるために、バイアスが基板に印加されてよい。ＡＬＣについては、バイアスは、しばしば、所望の程度の基板へのイオンの方向性を達成するように、基板に印加される。したがって、イオンは、基板からスカムを効果的に除去するように向けられうる。２７２ｅにおいて、チャンバがパージされ、副生成物が除去される。
一回の完全なＡＬＥサイクルは、材料の約０．１ｎｍ〜約５０ｎｍ、または、材料の約０．１ｎｍ〜約５ｎｍ、または、材料の約０．２ｎｍ〜約５０ｎｍ、または、材料の約０．２ｎｍ〜約５ｎｍを部分的にのみエッチングしうる。１サイクルでエッチングされる材料の量は、エッチングの目的に依存してよい；例えば、エッチングされる材料の量は、パターンを形成するために炭素含有材料をエッチングした後に、パターニングされた炭素含有材料を用いてエッチングされる層の所望のクリティカルディメンション（例えば、３Å未満、または、２Å〜２０Åの範囲）に依存してよい。
図３は、特定の開示されている実施形態に従った方法でＡＬＣ動作を実行するための処理フローチャートを示す。ＡＬＣは、図３の動作３０６に示すように、一般に、図２に示したＡＬＥと同様に実行されるが、動作３０８および３１０に記載する特定の動作パラメータまたは条件を用いる。すなわち、ＡＬＣは、動作３０８に示すように、プラズマなしで、半導体基板上の炭素含有フィーチャを酸化剤または還元剤へ暴露させることを必要とする。対照的に、以前のＡＬＥ方法は、通例、酸化剤への暴露ではなく、塩素系材料でフィーチャの表面上の材料を改質することを含み、ここで、かかる材料は、材料を除去するために活性化および揮発される。また、改質された表面（例えば、炭素含有フィーチャすなわちマンドレル１００上のスカム）は、動作３１０に示す特定の圧力および電力設定でプラズマを印加することによって除去される。ＡＬＣは、さらに、望ましくない材料（例えば、スカム１０２）の方向性エッチングまたは洗浄が、比較的低い電力で印加される異方性または方向性プラズマの印加によって達成される点で、ＡＬＥとは異なる。低電力（例えば、１０Ｗ〜１２５Ｗの範囲の電力）は、制御されたエッチングまたは洗浄を可能にしうる。さらに、動作３１０でプラズマを生成するために用いられるガス混合物（ＨｅおよびＮ２由来など）の分圧は、所望のエッチングまたは洗浄のプロファイルを達成するために、例えば、ＡＬＣの一部として、制御されてよい。一般に、ＡＬＣ処理は、ＡＬＥと比べて薄い層の望ましくない材料（例えば、３Å未満）を除去するために用いられる。さらに、ＡＬＣ処理は、より高速のサイクル時間を達成するために、ＡＬＥよりも高い圧力のプラズマを用いて適用されてよい。
図３における動作は、例えば、約０．５Ｔｏｒｒ〜約６Ｔｏｒｒの間、または、約１Ｔｏｒｒ〜約４Ｔｏｒｒの間、または、約１Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒの間など、約１００ｍＴｏｒｒより高く約６Ｔｏｒｒより低いチャンバ圧で実行されてよい。動作３０２で、基板またはウエハが、蒸着チャンバなどの処理チャンバに提供される。チャンバは、例えば、図６および図７に示すものなど、マルチチャンバ装置または単一チャンバ装置内のチャンバであってよい。基板は、シリコンウエハ、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または、４５０ｍｍウエハであってよく、誘電材料、導電材料、または、半導体材料などの１または複数の材料層を上に蒸着されたウエハを含みうる。基板は、基板を保持するためのペデスタル上に載置されてよい。ペデスタルは、約３５°Ｃ〜約１００°Ｃの間の温度に設定されてよい。この温度は、本明細書では基板温度と呼ばれることがあるが、基板温度は、基板を保持するペデスタルが設定される温度であると理解される。
いくつかの実施形態において、動作３０２で提供される基板は、スピンオン炭素、非晶質炭素、または、フォトレジストなど、炭素含有材料を含む。基板は、基板上に以前に蒸着およびパターニングされたパターン化マスク層を備えてよい。
様々な実施形態において、基板上の層は、例えば、図１Ａ〜図１Ｇに示したようにマンドレル１００を形成するために、パターニングされる。基板は、炭素含有フィーチャ（マンドレル１００など）を含む「フィーチャ」を備えており、フィーチャは、リソグラフィで規定されてもよいし、１または複数回の以前のエッチング処理からパターニングされたコア材料としてパターニングまたはエッチングされてもよい。リソグラフィで規定されることは、１９３ｎｍリソグラフィなどのフォトリソグラフィによってパターニングされることを意味し、それによれば、光子源からマスク上に光子を放射して感光性のフォトレジスト上にパターンをプリントすることによってパターンがプリントされ、それにより、フォトレジストの特定の部分を除去してパターンを形成する化学反応をフォトレジストにおいて引き起こす。
いくつかの実施形態において、チャンバに提供される基板は、リソグラフィで規定されたパターンの炭素含有フィーチャを備える。本明細書で用いられるフィーチャは、パターニングされた炭素含有材料のポジティブフィーチャのことである。ピッチは、フィーチャ間の中心間距離として定義される。フィーチャは、基板表面上で離間されており、それにより、フィーチャの間の空間は、「トレンチ」または「ホール」と呼ばれる。様々な実施形態において、炭素含有フィーチャの下にある基板は、下層（バリア層または接着層など）を備えてよい。下層の非限定的な例は、誘電層および導電層を含み、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および、金属層などである。
いくつかの実施形態において、フィーチャは、少なくとも約２：１、少なくとも約４：１、少なくとも約６：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約３０：１、または、それより高いアスペクト比を有する。いくつかの実施形態において、フィーチャは、約６：１〜約１０：１の間のアスペクト比を有する。開示されている方法は、フィーチャの間のトレンチまたはホールの開口部の幅が約１５０ｎｍ未満であるようなフィーチャを備えた基板に実行されてよい。
動作３０４は、動作３０８および３１０の両方を含む動作３０６でさらに記載するＡＬＣ処理によって基板上のフィーチャ（例えば、マンドレル１００）の洗浄を開始する。図３の動作３０８において、基板は、基板上の（例えば、マンドレル１００上の）炭素含有材料の表面を改質するために、プラズマを点火することなしに、酸化剤（例えば、酸素含有ガス）に暴露される。改質動作３０８は、後の除去動作で未改質の材料よりも容易に除去される厚さ（例えば、３Å未満など）の薄い反応表面層を形成する。その他の適切な酸化剤は、以下を含むがこれらに限定されない：亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、ジオール、水、オゾン、アルコール、エステル、ケトン、および、カルボン酸。基板への酸化剤投与は、基板上に飽和単分子層を生成するために、例えば、トポグラフィにおいて等価に、基板を酸化的に飽和させる。いくつかの実施形態において、基板内の炭素含有材料が、チャンバへの酸化剤の導入時に改質されてよい。酸素が、炭素含有材料と反応せずに、基板の表面上に吸着されうる。また、酸素は、ガスの形態でチャンバに導入されてよく、任意選択的に、ヘリウム、窒素、アルゴン、ネオン、および、それらの組み合わせの内のいずれであってもよい搬送ガスを伴ってもよい。いくつかの実施形態において、酸素は、窒素と共に処理チャンバに導入される。動作３０４は、酸素含有ガスでの基板表面の完全な飽和を達成するのに十分な期間にわたって実行されてよい。いくつかの実施形態において、その期間は、約０．１秒であってよい。いくつかの実施形態において、その期間は、約０．１秒〜約５秒の間（約０．５秒または約１秒など）であってよい。
上述のようにスカムを改質するために酸化剤を基板に投与する代わりに、いくつかの実施形態において、炭素系材料（例えば、炭素−炭素結合を有する材料）を揮発性副生成物を伴う炭化水素に変換するために、還元的方法が用いられてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態において、酸化剤は、還元剤よりも均一に改質対象の基板の表面上に吸着する傾向がある。還元的方法の適用時に放出される炭化水素は、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６など、化学式ＣｘＨｙを有してよく、ここで、ｘおよびｙは、１以上の整数である。
動作３１０で、基板（基板およびその上のフィーチャの表面上の改質面を含む）は、不活性ガスに暴露され、プラズマが、改質面を除去するために点火される。動作３１０で印加されるプラズマは、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚの周波数のヘリウム含有またはヘリウム誘導プラズマであってよい。ＨｅまたはＮ２から誘導すなわち生成されたプラズマが用いられてもよい。プラズマの選択は、所与のガスから生成されたプラズマに関連するリガンドまたはコリガンドの数に基づいて決定されてよい。例えば、リガンドまたはコリガンドが少量であるほど、比較的方向性の高い挙動を示すプラズマを生じる傾向がある。しかしながら、リガンドまたはコリガンドが少量であると、結果として、比較的励起されたイオンを生じうるため、より多くのエッチングを行うことになる。
いくつかの実施形態において、４００ｋＨｚおよび６０ＭＨｚの周波数が、イオンエネルギの制御に用いられてよい。また、任意選択的に、パルスプラズマ活性化技術および二重周波数活性化（例えば、タンデムな低および高周波数）が用いられてもよい。プラズマ源は、ＳＨＤから供給される容量結合リアクタ（ＣＣＰ）または誘導結合リアクタ（ＩＣＰ）を含んでよく、もしくは、熱ベース、紫外線ベース、または、光子ベースである。
不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２を含むがこれらに限定されない群より選択されてよく、あるいは、基板が真空に暴露されてもよい。動作３０８に示したように、酸化剤または還元剤への暴露で改質されたフィーチャの表面上のスカムを除去するために、基板は、動作３１０でエネルギ源に暴露されてよい。適切なエネルギ源は、方向性スパッタリングによって基板をエッチング（または洗浄）するために除去を引き起こす活性化またはスパッタリングガスもしくは化学反応種（アルゴンまたはヘリウムなど）を含みうる。いくつかの実施形態において、除去動作は、イオン衝撃によって実行されてよい。動作３０２〜３１２において、エッチングの方向性を調節して所望のプロファイルを達成するためのバイアスは印加されない。むしろ、フィーチャの表面からスカムを除去するための、共形エッチングすなわちＡＬＣによる洗浄が、バイアスの印加なしに達成されうる。
スパッタリングガスの量は、目標量（３Å未満、または、２Å〜２０Åの指定範囲内、など）の材料だけをエッチングすなわち洗浄するように制御されてよい。例えば、ヘリウムおよび窒素などのスパッタリングガスが、それぞれ、１０，０００ｓｃｃｍおよび９，０００ｓｃｃｍで処理チャンバに流されてよい。さらに、基板のエッチング（または洗浄）プロファイルは、ヘリウム対窒素の比を変えることで制御されてよい。いくつかの実施形態において、チャンバの圧力は、改質動作および除去動作の間で変更されてよい。ガスの圧力は、チャンバのサイズ、ガスの流量、リアクタの温度、基板のタイプ、および、エッチングされる基板のサイズ、に依存しうる。いくつかの実施形態では、ガスの圧力が高くほど、サイクル完了時間が比較的短くなりうる。図３に示すように、プラズマは、０．１Ｔｏｒｒより高く１０Ｔｏｒｒより小さい圧力で点火される。
プラズマは、各サイクルにエッチングされる材料の量を制御しつつ基板表面上の材料のスパッタリングを低減するように選択されたプラズマ電力で点火される。４ステーションチャンバ（４つの基板を同時に処理するためのもの、など）に対して、プラズマ電力は、約２５０Ｗ〜約７５０Ｗの間であってよい。いくつかの実施形態において、単一の基板ステーションのためのプラズマ電力は、約５０Ｗ〜約２５０Ｗの間であってよい。プラズマの利用は、一般にいくらかのスパッタリングを引き起こしうるが、スパッタリングは、一般に、サイクル当たりエッチングまたは洗浄される材料の量に対して微調整された制御を実現することにより、垂直な（すなわち、清浄な）フィーチャ側壁を得るように炭素含有材料をパターニングするために、高圧かつ低プラズマ電力で、開示された実施形態を実行することで制御される。例えば、いくつかの実施形態において、基板ステーション当たりのプラズマ電力が約５０Ｗ〜約２５０Ｗの間では、チャンバ圧は、約２Ｔｏｒｒであってよい。図３に示すように、基板ステーション当たりのプラズマ電力は、２００Ｗ未満（ステーション当たり１０Ｗ〜２００Ｗの間など）である。いくつかの実施形態において、プラズマは、約５秒未満（約１秒〜約５秒の間など）の期間にわたって点火されてよい。
動作３１２で、基板が、十分にエッチングすなわち洗浄されたか否かが判定される。十分でない場合、動作３０８〜３１２が、任意選択的に繰り返されてよい。動作３０６の実行は、１回のＡＬＣサイクルを構成しうる。様々な実施形態において、エッチングすなわち洗浄は、循環的に実行されてよい。サイクル回数は、特定の用途に望ましいエッチングすなわち洗浄の量に依存する。様々な実施形態において、約１サイクル〜約１０サイクルの間のサイクル回数が用いられてよい。いくつかの実施形態において、約５サイクル〜約１００サイクルが用いられてよい。いくつかの実施形態において、サイクル回数は、約１〜約４０サイクル、または、約１〜約２０サイクル、または、約３０〜約４０サイクルであってもよい。任意の適切な回数のＡＬＣサイクルが、所望の量の膜をエッチングすなわち洗浄するために含められてよい。いくつかの実施形態において、ＡＬＣは、基板上の層の表面の約１Å〜約５０Åをエッチングするために、循環的に実行される。いくつかの実施形態において、複数サイクルのＡＬＣが、基板上の層の表面の約２Å〜約５０Åをエッチングする。いくつかの実施形態において、発光分光分析（ＯＥＳ）を用いて、エッチングの量を特定すると共に、エンドポイントでエッチングを停止するようにそのエンドポイントを設定することにより、サイクル回数が選択されてよい。いくつかの実施形態において、サイクル時間（単一サイクルの持続時間）は、１秒未満であってよい。図３または図４に図示および記載するＡＬＣは、サイクル当たり０．５Å〜２Åのエッチング速度で実行されてよい。多くのＡＬＥプロセスは、通例、サイクル当たり約４Å〜１０Åまでを除去する。
上述のように、ＡＬＣ処理の方向性は、図１Ａ〜図１Ｆに示したように、マンドレル１００または基板１０６からのスカム１０２の効率的なターゲティングおよび除去の助けとなりうる。例えば、いくつかの実施形態において、方向性の高いＡＬＣ処理が、基板上のフィーチャの側壁をエッチングすることなしに、基板の露出したフィールド領域を選択的にエッチングするために、基板に適用されてよい。特定の処理条件またはパラメータ（ＡＬＣ処理の均一性、滑らかさ、および、選択性など）は、サイクル当たりに除去される材料の総量の割合として定量化され、「ＡＬＣ相乗効果」として定義され、以下の式で表されてよい：
ＡＬＣ相乗効果％（Ｓ）＝（ＥＰＣ−（α＋β））／ＥＰＣ×１００％
ＥＰＣは、「サイクル当たりのエッチング」として定義され、ＡＬＣの１サイクルでの材料除去の全厚を表し、多くのサイクルで平均されてよい。「α」および「β」の値は、個々のＡＬＣ動作からの望ましくない寄与であり、これらも、ｎｍ／サイクルの単位を有する。αは、表面改質（例えば、動作３０８に示した改質のような、中性反応物質による表面の化学的改質など）からの望ましくない寄与の値である。βは、不活性イオンエネルギによる改質層（例えば、図３の動作３１０によって示したものなど）の除去からの望ましくない寄与の値である。理想的な動作条件下では、相乗効果は、いずれの工程からもエッチングがなく、１００％に近づく。通例は、実際に観察されるように、光子誘起エッチング、物理的スパッタリング、ステップ汚染、および／または、従来のエッチングの競合反応により、αおよびβからの非ゼロの寄与が存在しうる。表面の化学的改質、および、不活性イオンエネルギによる改質層の除去は、αおよびβの量を実験的に測定する独立したプロセスとして実行されてよい。
上で定義したＡＬＣ相乗効果の研究は、動作３０６に論じたようにフィーチャの表面から３Å未満のスカムを除去するために必要に応じて、ＡＬＣ処理パラメータの微調整および方向性の助けとなりうる。ＡＬＣ処理パラメータまたは条件（プラズマ圧力、電力、および、周波数など）の調整が、サイクル当たりに達成されるエッチングすなわち洗浄の比較的高い方向性に影響する。一般に、より方向性が高い、すなわち異方性のエッチングが、フィーチャ側壁のエッチングを避けるために望ましい。さらに、パラメータは、基板上のフィーチャの間のる領域（「フィールド」など）を選択的にエッチングするよう調整されてよい。あるいは、相乗効果によって提供される情報が、フィーチャ自体の上のスカムに対してフィールドのエッチングすなわち洗浄のバランスを取る時に考慮されてもよい。
図４は、処理チャンバから化学種を除去するための複数回のパージ動作を含むＡＬＣ処理の別の例を示す。動作４０２〜４１２は、動作３０２〜３１２について記載したのと同様または同一の圧力および温度範囲で実行されてよい。反応チャンバは、動作４０４で酸化剤を基板に投与した後、および、動作４０８で飽和単分子層のエネルギ活性化後に、それぞれ、動作４０６および４１０でパージされる。いくつかの実施形態において、反応チャンバは、指定された期間にわたって（０．５秒〜１秒間など）動作４０６および４１０でパージされてよい。反応チャンバは、酸化剤、還元剤、または、遊離副生成物を除去するために、動作４０６および４１０において、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２、および、Ｎｅなど）もしくは真空でパージされてよい。動作４０４〜４１２は、パージ動作４０６および４１０を含め、指定の厚さの材料を除去するために、必要に応じて繰り返されてよい。
Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２、および、Ｎｅ、もしくは、真空の内の任意の１または複数が、酸化剤、還元剤、または、遊離副生成物を除去するために用いられてよいが、Ａｒ原子のサイズが相対的に大きいことで、Ａｒ（ガス）でのパージ動作の実行は、Ｈｅ、Ｎ２、または、Ｎｅで実行されるパージよりも困難になりうる。そのため、Ａｒガスでのパージは、低い方向性を示し、フィーチャ側壁により大きいダメージを与える可能性がある。
図５は、特定の開示されている実施形態に従って実行されるＡＬＣ動作の一例を図示したタイミング概略図である。図５に示す段階は、一般に、図４に示した動作４０４〜４１０と対応しうる。図５に提供する例において、処理５００は、２つの洗浄サイクル５１２Ａおよび５１２Ｂを含む。洗浄サイクル５１２Ａは、酸化剤ガス（酸素含有ガスなど）暴露段階５０４Ａ、パージ段階５０６Ａ、プラズマを伴う不活性ガス暴露段階５０８Ａ、および、パージ段階５１０Ａを含む。酸化剤暴露段階５０４Ａ（図３の動作３０８に対応しうる）の間、パージガス流がオフにされ、プラズマがオフにされ、この例では不活性ガス流がオフにされ、酸素含有ガス流がオンにされる。不活性ガス流は、オフにされるように図示されているが、いくつかの実施形態において、搬送ガス（不活性ガスであってよい）が、酸素含有ガスと共に流されてもよい。いくつかの実施形態において、搬送ガスは、処理チャンバに酸素含有ガスを供給する前に迂回される。
酸素含有ガス暴露段階５０４Ａに続いて、パージ段階５０６Ａが任意選択的に実行され、これは、図４の動作４０６に対応しうる。パージ段階５０６Ａ中、パージガスが流される一方で、酸素含有ガスおよび不活性ガス流がオフにされ、プラズマがオフにされる。パージガスおよび不活性ガスが図３で別個にリストされたが、いくつかの実施形態において、同じガスが、パージガスとして、そして、プラズマを伴う不活性ガス暴露段階５０８Ａで用いられる不活性ガスとして用いられてもよいことに注意されたい。プラズマを伴う不活性ガス暴露段階５０８Ａ中、パージガス流が、酸素含有ガス流と共にオフにされる一方で、不活性ガス流がオンにされ、プラズマがオンにされる。この段階は、図３の動作３１０に対応しうる。プラズマを伴う不活性ガス暴露段階５０８Ａ中には、バイアスが印加されない。バイアスは、酸素含有ガス暴露段階５０４Ａ中にも印加されない。図４の動作４１０に対応しうるパージ段階５１０Ａでは、パージガスが流される一方で、酸素含有ガス流および不活性ガス流がオフにされ、プラズマがオフにされる。エッチングサイクル５１２Ａは、洗浄サイクル５１２Ｂに示すように繰り返されてよく、洗浄サイクル５１２Ｂは、酸素含有ガス暴露段階５０４Ｂ、パージ段階５０６Ｂ、プラズマを伴う不活性ガス暴露段階５０８Ｂ、および、パージ段階５１０Ｂを含む。
酸素含有ガス暴露段階５０４Ｂ中、パージガス流および不活性ガス流がオフにされる一方で、酸素含有ガス流がオンにされ、プラズマがオフにされる。パージ段階５０６Ｂ中、パージガス流がオンにされる一方で、酸素含有ガス流および不活性ガス流がオフにされ、プラズマもオフにされる。プラズマを伴う不活性ガス暴露段階５０８Ｂ中、パージガス流および酸素含有ガス流がオフにされる一方で、不活性ガス流がオンにされ、プラズマもオンにされる。パージ段階５１０Ｂ中、パージガス流がオンにされる一方で、酸素含有ガス流および不活性ガス流がオフにされ、プラズマがオフにされる。２つの洗浄サイクルが図５に図示されているが、さらなる洗浄蒸着サイクルが実行されてもよいことを理解されたい。
装置
図６は、処理チャンバ６０２を有する原子層洗浄（ＡＬＣ）処理ステーション６００の一実施形態を示す概略図である。処理ステーション６００は、特定の開示された実施形態を実行するために用いられてよい。例えば、処理ステーション６００は、典型的には、基板上の原子層蒸着（ＡＬＤ）によって膜を蒸着するために利用されうるが、処理ステーション６００は、特定の開示された実施形態において、本明細書の他の部分で記載したように、ＡＬＣによってパターニングスキームにおける炭素含有材料を洗浄するために用いられてもよい。いくつかの実施形態において、処理ステーション６００が、ＡＬＣおよびＡＬＤの両方に用いられてもよいし、いくつかの実施形態において、真空を中断することなしにＡＬＣステーションとＡＬＤステーションとの間で基板が移動されうるように、マルチステーションツール内のいくつかの処理ステーションが、ＡＬＣ用のステーションおよびＡＬＤ用のステーションを備えてもよい。
処理チャンバ６０２は、低圧環境を維持するために用いられてよい。複数の処理ステーションが、共通の低圧処理ツール環境内に備えられてよい。例えば、図７は、マルチステーション処理ツール７００の一実施形態を示す。いくつかの実施形態において、処理ステーション６００の１または複数のハードウェアパラメータ（以下で詳述するパラメータなど）が、１または複数のコンピュータコントローラ６５０によってプログラム的に調整されてよい。
処理ステーション６００は、分配シャワーヘッド６０６に処理ガスを供給するための反応物質供給システム６０１ａと流体連通している。反応物質供給システム６０１ａは、シャワーヘッド６０６への供給に向けて処理ガス（酸素含有ガスまたは不活性ガスなど）を混合および／または調整するための混合容器６０４を備える。１または複数の混合容器入口バルブ６２０が、混合容器６０４への処理ガスの導入を制御しうる。
例えば、図６の実施形態は、混合容器６０４に供給される液体反応物質を気化させるための気化ポイント６０３を備える。いくつかの実施形態では、蒸着化学物質が、気化された液体反応物質として提供されてよい。蒸着化学物質は、処理チャンバ６０２に内でＡＬＣを実行した後に、パターニングされた炭素含有材料上にＡＬＤによって共形膜が蒸着されうるように、パターニングされた炭素含有材料を形成するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、気化ポイント６０３は、加熱された気化器であってよい。かかる気化器から生成された飽和反応物質蒸気は、下流の供給配管内で凝結しうる。凝結した反応物質に相性の悪いガスを暴露させると、小粒子が発生しうる。これらの小粒子は、配管を詰まらせる、バルブ動作を妨げる、基板を汚染するなどの可能性がある。これらの課題に対処するためのいくつかのアプローチは、残留した反応物質を除去するために、供給配管をパージおよび／または排気することを含む。しかしながら、供給配管をパージすることは、処理ステーションのサイクル時間を長くして、処理ステーションのスループットを低下させうる。したがって、いくつかの実施形態において、気化ポイント６０３の下流の供給配管が、ヒートトレースされてもよい。いくつかの例では、混合容器６０４がヒートトレースされてもよい。非限定的な一例において、気化ポイント６０３の下流の配管は、約１００°Ｃから混合容器６０４で約１５０°Ｃまで増加してゆく温度プロファイルを有する。
いくつかの実施形態において、液体前駆体または液体反応物質が、液体インジェクタ（図６では図示せず）で気化されてもよい。例えば、液体インジェクタは、混合容器６０４の上流の搬送ガス流に液体反応物質のパルスを注入しうる。一実施形態において、液体インジェクタは、高圧から低圧へ液体を流す（ｆｌａｓｈ）ことによって反応物質を気化させてよい。別の例において、液体インジェクタは、分散した微液滴に液体を霧化してよく、その後、微液滴は、加熱された供給菅内で気化される。小さい液滴は、大きい液滴よりも速く気化して、液体注入と完全な気化との間の遅延を低減しうる。より迅速に気化すれば、気化ポイント６０３から下流の配管の長さを短くすることができる。１つのシナリオにおいて、液体インジェクタは、混合容器６０４に直接取り付けられてよい。別のシナリオにおいて、液体インジェクタは、シャワーヘッド６０６に直接取り付けられてもよい。
いくつかの実施形態において、気化ポイント６０３の上流に、液体流コントローラ（ＬＦＣ）が、気化および処理チャンバ６０２への供給に向けて液体の質量流量を制御するために提供されてよい。例えば、ＬＦＣは、ＬＦＣの下流に配置された熱マスフローメータ（ＭＦＭ）を含みうる。次いで、ＬＦＣのプランジャバルブが、ＭＦＭと電気通信して比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されたフィードバック制御信号に応答して調節されてよい。しかしながら、フィードバック制御を用いて液体流を安定化するには、１秒以上かかりうる。これは、液体反応物質を供給する時間を延長しうる。したがって、いくつかの実施形態において、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてよい。いくつかの実施形態において、これは、ＬＦＣの検知菅およびＰＩＤコントローラを無効化することによって実行されてよい。
シャワーヘッド６０６は、処理ガスを基板６１２に分配する。図８に示した実施形態において、基板６１２は、シャワーヘッド６０６の下方に配置され、チャックまたはペデスタル６０８上に図示されている。シャワーヘッド６０６は、シャワーヘッド６０６によって基板６１２へ供給または散布されるイオンの所望のレベルの方向性を達成するために、３５０ミル（０．３５インチ）〜７００ミル（０．７インチ）の間の距離に配置されてよい。いくつかの実施形態において、シャワーヘッド６０６とペデスタル６１２との間のより低い、すなわち小さいギャップが、シャワーヘッド６０６から散布されるイオンの方向性を保持するために用いられてもよい。しかしながら、低圧条件（例えば、１０ｍＴ、すなわち０．０１Ｔｏｒｒ未満）では、シャワーヘッド６０６から電離プラズマを安定的に分散させるために、より高い、すなわち大きいギャップが必要になりうる。いくつかの実施形態において、１つのチャンバが、複数のチャックまたはペデスタルを備えてもよい。シャワーヘッド６０６は、任意の適切な形状を有してよく、基板６１２へ処理ガスを分配するための任意の適切な数および配列のポートを有してよい。
いくつかの実施形態において、ペデスタル６０８は、基板６１２を基板６１２とシャワーヘッド６０６との間の空間に露出させるために、上下されてよい。いくつかの実施形態において、ペデスタル６０８は、ヒータ６１０を用いて温度制御されてよい。ペデスタル６０８は、様々な開示された実施形態を実行するための動作中に、任意の適切な温度（約２５℃〜約６５０℃の間、または、約３５℃〜約１００℃の間など）に設定されてよい。いくつかの実施形態において、ペデスタルの高さは、適切なコンピュータコントローラ６５０によってプログラム的に調節されてよいことがわかる。
別のシナリオにおいて、ペデスタル６０８の高さの調節は、特定の開示された実施形態で実行されるプラズマ活性化中に、プラズマ密度を変化させることを可能にしうる。例えば、プラズマは、コア材料が酸素含有ガスに暴露された後に、改質されたコア材料を除去するために、不活性ガスがシャワーヘッド８０６を介して基板６１２に流された時に点火されてよい。処理段階の最後に、ペデスタル６０８は、ペデスタル６０８から基板６１２を回収できるように、別の基板移送段階中に下げられてよい。
いくつかの実施形態において、シャワーヘッド６０６の位置は、基板６１２とシャワーヘッド６０６との間の空間を変化させるために、ペデスタル６０８に対して調節されてよい。さらに、ペデスタル６０８および／またはシャワーヘッド６０６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切なメカニズムによって変更されてよいことがわかる。いくつかの実施形態において、ペデスタル６０８は、基板６１２の向きを回転させるための回転軸を備えてよい。いくつかの実施形態において、これらの調節の例の内の１または複数は、１または複数の適切なコンピュータコントローラ６５０によってプログラム的に実行されてよいことがわかる。コンピュータコントローラ６５０は、図７のコントローラ７５０に関して後述する特徴の内のいずれかを備えてよい。
上述のようにプラズマが利用されうるいくつかの実施形態において、シャワーヘッド６０６およびペデスタル６０８は、プラズマに電力供給するために、高周波（ＲＦ）電源６１４および整合回路網６１６と電気的に通信する。いくつかの実施形態において、プラズマエネルギは、処理ステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、および、プラズマ電力パルスタイミングの内の１または複数を制御することによって制御されてよい。例えば、ＲＦ電源６１４および整合回路網６１６は、所望の組成のラジカル種を有するプラズマを形成するために、任意の適切な電力で動作されてよい。同様に、ＲＦ電源６１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を供給してよい。いくつかの実施形態において、ＲＦ電源６１４は、高周波ＲＦ電源および低周波ＲＦ電源を互いに独立して制御するよう構成されてよい。低周波ＲＦ周波数の例は、０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの間の周波数を含みうるが、これに限定されない。高周波ＲＦ周波数の例は、以下を含むがこれらに限定されない：１．８ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの間の周波数、約１３．５６ＭＨｚより大きい周波数、２７ＭＨｚより大きい周波数、４０ＭＨｚより大きい周波数、または、６０ＭＨＺより大きい周波数。任意の適切なパラメータが、表面反応にプラズマエネルギを提供するために離散的または連続的に調整されてよいことがわかる。
いくつかの実施形態において、プラズマは、１または複数のプラズマモニタによってその場で監視されてよい。１つのシナリオでは、プラズマ電力が、１または複数の電圧、電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって監視されてよい。別のシナリオでは、プラズマ密度および／または処理ガス濃度が、１または複数の発光分光法センサ（ＯＥＳ）によって測定されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数のプラズマパラメータが、かかるその場プラズマモニタからの測定値に基づいてプログラム的に調整されてよい。例えば、ＯＥＳセンサが、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためにフィードバックループで用いられてよい。いくつかの実施形態において、ＯＥＳセンサは、特定の開示された実施形態を用いて特定の期間後にエッチングを停止させるようにエンドポイントを設定するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、他のモニタが、プラズマおよびその他の処理特性を監視するために用いられてもよいことがわかる。かかるモニタは、赤外線（ＩＲ）モニタ、音声モニタ、および、圧力変換器を含みうるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、コントローラ６５０のための命令が、入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンシング命令を介して提供されてよい。一例において、処理段階の条件を設定するための命令は、処理レシピの対応するレシピ段階に含まれてよい。一部の例では、処理レシピ段階は、連続的に配列されてよく、その結果、処理段階のためのすべての命令が、その処理段階と同時に実行される。いくつかの実施形態において、１または複数のリアクタパラメータを設定するための命令が、レシピ段階に含まれてよい。例えば、第１レシピ段階が、不活性ガスおよび／または反応ガス（例えば、酸素含有ガス）の流量を設定するための命令、搬送ガス（アルゴンなど）の流量を設定するための命令、ならびに、第１レシピ段階のための時間遅延命令を含んでよい。後続の第２レシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応ガスの流量を調節または停止するための命令、搬送ガスまたはパージガスの流量を調節するための命令、ならびに、第２レシピ段階のための時間遅延命令を含んでよい。第３レシピ段階は、第２ガス（アルゴンなど）の流量を調節するための命令、搬送ガスまたはパージガスの流量を調節するための命令、４ステーション処理ツールに対して約２５０Ｗ〜約７５０Ｗの間の低プラズマ電力でプラズマを点火するための命令、ならびに、第３レシピ段階のための時間遅延命令を含んでよい。後続の第４レシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応ガスの流量を調節または停止するための命令と、搬送ガスまたはパージガスの流量を調節するための命令と、第３レシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。かかるレシピは、エッチングされる下層の表面と約９０°±５°で交わる垂直側壁を生み出すように、基板上の炭素含有材料（コア材料など）をエッチングするために用いられてよい。さらなるレシピが続いてもよく、パターニングされたコア材料上に共形膜をＡＬＤによって蒸着するために用いられてよい。例えば、パターニングされたコア材料上に酸化シリコン共形膜を蒸着するために、さらなるレシピ段階が、シリコン含有前駆体の流量を設定するための命令を含んでよく、別のさらなるレシピ段階が、酸素含有反応物質の流量を設定するための命令と、このさらなるレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内で、任意の適切な方法でさらに分割および／または反復されてもよいことがわかる。
さらに、いくつかの実施形態において、処理ステーション６００の圧力制御が、バタフライバルブ６１８によって提供されてもよい。図６の実施形態に示すように、バタフライバルブ６１８は、下流の真空ポンプ（図８では図示せず）によって提供された真空をスロットル調整する。しかしながら、いくつかの実施形態において、処理ステーション６００の圧力制御は、処理ステーション６００に導入される１または複数のガスの流量を変化させることによって調節されてもよい。
上述のように、１または複数の処理ステーションが、マルチステーション処理ツールに含まれてよい。図７は、入口ロードロック７０２および出口ロードロック７０４を備えたマルチステーション処理ツール７００の一実施形態を示す概略図であり、ロードロックの一方または両方は、遠隔プラズマ源（図７では図示せず）を備えてよい。大気圧下にあるロボット７０６が、ポッド７０８を通してロードされたカセットから大気ポート７１０を介して入口ロードロック７０２内にウエハを移動させるよう構成されている。ウエハ（図７では図示せず）がロボット７０６によって入口ロードロック７０２内のペデスタル７１２上に載置され、大気ポート７１０が閉じられ、入口ロードロック７０２がポンプ排気される。入口ロードロック７０２が遠隔プラズマ源を備える場合、ウエハは、処理チャンバ７１４に導入される前に入口ロードロック７０２内で遠隔プラズマ処理を受けてよい。さらに、ウエハは、例えば、湿気および吸着ガスを除去するために、入口ロードロック７０２内で加熱されてもよい。次に、処理チャンバ７１４へのチャンバ移動ポート７１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、処理に向けて、リアクタにウエハを入れて、リアクタ内に示された第１のステーションのペデスタル上に配置する。図７に示した実施形態は、ロードロックを備えているが、いくつかの実施形態において、処理ステーションにウエハを直接入れてもよいことがわかる。
図の処理チャンバ７１４は、図７に示した実施形態において、１から４までの番号を付した４つの処理ステーションを備える。各ステーションは、加熱されたペデスタル（ステーション１用は７１８と示されている）と、ガスライン流入口と、を有する。いくつかの実施形態において、各処理ステーションは、異なる目的または複数の目的を有してもよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、１つの処理ステーションが、ＡＬＣ処理モード、ＡＬＤ処理モード、および、プラズマＡＬＤ処理モードの間で切り替え可能であってもよい。いくつかの実施形態において、蒸着前駆体への暴露ならびに第２反応物質およびプラズマへの暴露は、同じステーションで実行されてよい。追加的または代替的に、いくつかの実施例において、処理チャンバ７１４は、１または複数のマッチドペアのＡＬＤ処理ステーションおよびプラズマＡＬＤ処理ステーションを備えてもよい。図の処理チャンバ７１４は４つのステーションを備えるが、本開示に従った処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、処理チャンバは、５以上のステーションを有してもよく、他の実施形態において、処理チャンバは、３以下のステーションを有してもよい。
図７は、処理チャンバ７１４内でウエハを移動するためのウエハハンドリングシステム７９０の一実施形態を示す。いくつかの実施形態において、ウエハハンドリングシステム７９０は、様々な処理ステーションの間で、および／または、処理ステーションとロードロックとの間で、ウエハを移動させうる。任意の適切なウエハハンドリングシステムが用いられてよいことがわかる。非限定的な例は、ウエハカルーセルおよびウエハハンドラロボットを含む。図７は、さらに、処理ツール７００の処理条件およびハードウェア状態を制御するために用いられるシステムコントローラ７５０の一実施形態を示す。システムコントローラ７５０は、１または複数のメモリデバイス７５６と、１または複数のマスストレージデバイス７５４と、１または複数のプロセッサ７５２と、を備えてよい。プロセッサ７５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、ステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。
いくつかの実施形態において、システムコントローラ７５０は、処理ツール７００の動作すべてを制御する。システムコントローラ７５０は、マスストレージデバイス７５４に格納され、メモリデバイス７５６にロードされて、プロセッサ７５２で実行されるシステム制御ソフトウェア７５８を実行する。あるいは、制御ロジックがコントローラ７５０にハードコードされてもよい。これらの目的で、特定用途向け集積回路、プログラム可能論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイすなわちＦＰＧＡ）などが用いられてもよい。以下では、「ソフトウェア」または「コード」が利用される場合、機能的に同等のハードコードされたロジックが代わりに利用されうる。システム制御ソフトウェア７５８は、タイミング；ガスの混合；ガス流量；チャンバおよび／またはステーションの圧力；チャンバおよび／またはステーションの温度；ウエハ温度；目標電力レベル；ＲＦ電力レベル；基板ペデスタル、チャック、および／または、サセプタの位置；ならびに、処理ツール７００によって実行される特定の処理の他のパラメータ、を制御するための命令を備えてよい。システム制御ソフトウェア７５８は、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールの処理を実行するために用いられる処理ツール構成要素の動作を制御するために、様々な処理ツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。システム制御ソフトウェア７５８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラム言語でコードされてよい。
いくつかの実施形態において、システム制御ソフトウェア７５８は、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を備えてよい。システムコントローラ７５０に関連付けられたマスストレージデバイス７５４および／またはメモリデバイス７５６に格納された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、および、プラズマ制御プログラムを含む。
基板位置決めプログラムは、基板をペデスタル７１８上にロードすると共に基板と処理ツール７００の他の部品との間の間隔を制御するために用いられる処理ツール構成要素のためのプログラムコードを備えてよい。
処理ガス制御プログラムは、ガス組成（例えば、本明細書に記載のように、シリコン含有ガス、酸素含有ガスは、および、パージガス）および流量を制御するため、ならびに、任意選択的に、処理ステーション内の圧力を安定させるために蒸着の前に１または複数の処理ステーション内にガスを流すためのコードを備えてよい。圧力制御プログラムは、例えば、処理ステーションの排気システムのスロットルバルブ、処理ステーションへのガス流量などを調節することにより、処理ステーション内の圧力を制御するためのコードを備えてよい。
ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために用いられる加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを備えてよい。あるいは、ヒータ制御プログラムは、基板への熱伝導ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してもよい。
プラズマ制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って、１または複数の処理ステーション内の処理電極に印加されるＲＦ電力レベルを設定するためのコードを備えてよい。
圧力制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って、反応チャンバ内の圧力を維持するためのコードを備えてよい。
いくつかの実施形態において、システムコントローラ７５０に関連したユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。
いくつかの実施形態において、システムコントローラ７５０によって調整されるパラメータは、処理条件に関してよい。非限定的な例として、処理ガスの組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦバイアス電力レベルなど）などが挙げられる。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを用いて入力されうる。
処理を監視するための信号が、様々な処理ツールセンサから、システムコントローラ７５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。処理を制御するための信号は、処理ツール７００のアナログおよびデジタル出力接続で出力されてよい。監視されうる処理ツールセンサの非限定的な例は、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などを含む。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。
システムコントローラ７５０は、上述の蒸着処理を実施するためのプログラム命令を提供しうる。プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度など、様々なプロセスパラメータを制御しうる。命令は、本明細書に記載の様々な実施形態に従って膜スタックのその場蒸着を動作させるためにパラメータを制御しうる。
システムコントローラ７５０は、通例、１または複数のメモリデバイスと、装置が開示の実施形態に従って方法を実行するように命令を実行するよう構成された１または複数のプロセッサと、を備える。開示された実施形態に従った処理動作を制御するための命令を含むマシン読み取り可能媒体が、システムコントローラ７５０に接続されてよい。
いくつかの実施例において、システムコントローラ７５０は、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。システムコントローラ７５０は、処理条件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
概して、システムコントローラ７５０は、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でシステムコントローラ７５０に伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
システムコントローラ７５０は、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、システムコントローラ７５０は、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、システムコントローラ７５０は、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにシステムコントローラ７５０がインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、システムコントローラ７５０は、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、ＡＬＤチャンバまたはモジュール、原子層洗浄（ＡＬＣ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、システムコントローラ７５０は、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
本明細書に開示された方法を実行するのに適切な装置については、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３９９号（現在の米国特許第８，７２８，９５６号）「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、および、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３０５号「ＳＩＬＩＣＯＮ ＮＩＴＲＩＤＥ ＦＩＬＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」でさらに議論および説明されており、これらの出願は、全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書に記載の装置／処理は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。膜のリソグラフィパターニングは、通例、以下の動作の一部または全部を含み、各動作は、複数の可能なツールで実現される：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布する工程；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる工程；（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはＸ線にフォトレジストを暴露させる工程；（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する工程；（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写する工程；ならびに、（６）ＲＦプラズマ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用いて、レジストを除去する工程。
結び
理解を深めるために、本実施形態について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。本発明の処理、システム、および、装置を実施する多くの他の方法が存在することに注意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、実施形態は、本明細書に示した詳細に限定されない。

Claims (17)

  1. 半導体基板を処理する方法であって、
    （ａ）炭素含有フィーチャのパターンを有する炭素含有材料を含む前記半導体基板をチャンバに提供する工程と、
    （ｂ）フィーチャのクリティカルディメンションを実質的に変えることなしに前記炭素含有フィーチャをデスカムするために、原子層洗浄（ＡＬＣ）処理によって前記炭素含有フィーチャを洗浄する工程と、
    を備え、
    前記ＡＬＣ処理は、
    （ｉ）前記炭素含有フィーチャの表面上のスカムを改質するために、プラズマもその他のエネルギ活性化もなしに、前記炭素含有フィーチャを酸化剤または還元剤に暴露させる工程と、
    ｖ（ｉｉ）前記炭素含有フィーチャの前記表面から前記改質されたスカムを除去するために、前記炭素含有フィーチャの前記表面上の前記改質されたスカムを不活性ガスに暴露させ、０．１Ｔｏｒｒよりも高く６Ｔｏｒｒよりも低い圧力および１２５Ｗより低い電力でプラズマを点火する工程と、
    を含む、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記酸化剤は、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、ジオール、水、オゾン（Ｏ３）、アルコール、エステル、ケトン、カルボン酸、からなる群より選択される、方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって、
    前記半導体基板へ前記酸化剤を投与することで、前記半導体基板を酸化的に飽和させて、飽和単分子層を生成する、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｂ）（ｉ）において、前記炭素含有フィーチャを還元剤に暴露させることで、前記炭素含有フィーチャ内の炭素を、化学式ＣＸＨＹを有する炭化水素に変換し、
    ｘおよびｙは、１以上の整数である、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    前記不活性ガスは、ヘリウム、窒素、アルゴン、ネオン、および、それらの組み合わせ、からなる群より選択される、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、
    前記炭素含有フィーチャは、スピンオン炭素、フォトレジスト、および、非晶質炭素、からなる群より選択された材量を含む、方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、
    前記チャンバは、約０．１Ｔｏｒｒ〜約０．５Ｔｏｒｒの間のチャンバ圧に設定される、方法。
  8. 請求項１に記載の方法であって、
    前記プラズマは、約１０Ｗ〜５０Ｗの間のプラズマ電力を用いて点火される、方法。
  9. 請求項１に記載の方法であって、
    前記チャンバは、（ｂ）（ｉ）の後に、前記不活性ガスまたは真空でパージされる、方法。
  10. 請求項９に記載の方法であって、
    前記チャンバをパージすることで、酸化剤、還元剤、または、遊離副生成物、からなる群より選択された任意の１または複数を除去する、方法。
  11. 請求項３に記載の方法であって、
    前記炭素含有フィーチャを前記点火されたプラズマに暴露させることで、前記飽和単分子層をエネルギ的に活性化させて、揮発性副生成物を遊離させる、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記揮発性副生成物は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および、化学式ＣＸＨＹを有する炭化水素（メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、または、エタン（Ｃ２Ｈ６）など）、からなる群より選択される、方法。
  13. 請求項１１に記載の方法であって、
    エネルギ的プラズマ活性化の方法は、容量結合リアクタ（ＣＣＰ）、誘導結合リアクタ（ＩＣＰ）によって提供される方法、もしくは、熱ベース、紫外線ベース、または、光子ベースの方法を含む、方法。
  14. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記チャンバは、酸化剤、還元剤、または、遊離副生成物を除去するために、前記点火されたプラズマによる前記飽和単分子層の前記エネルギ活性化の後に、前記不活性ガスまたは真空でパージされる、方法。
  15. 請求項１に記載の方法であって、
    前記炭素含有フィーチャの前記表面上の前記スカムは、３Å未満の厚さである、方法。
  16. 請求項１に記載の方法であって、
    請求項１の（ｂ）（ｉ）および請求項１の（ｂ）（ｉｉ）を完了させることは、サイクル当たり前記改質されたスカムを０．５Å〜２Å除去するエッチングサイクルを含む、方法。
  17. 装置であって、
    各々がチャックを有する１または複数の処理チャンバと、
    前記処理チャンバおよび関連する流量制御ハードウェアへの１または複数のガス流入口と、
    プロセッサおよびメモリを有するコントローラと、
    を備え、
    前記プロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、
    前記プロセッサは、前記流量制御ハードウェアと少なくとも作動可能に接続され、
    前記メモリは、
    （ａ）半導体基板を酸化的に飽和させて飽和単分子層を生成するか、または、前記半導体基板上の炭素系材料を揮発性副生成物を伴う炭化水素に変換するために、前記処理チャンバの少なくとも１つの中に収容された前記半導体基板に酸化剤または還元剤を投与し、
    （ｂ）前記酸化剤または前記還元剤を除去するため、および／または、前記揮発性副生成物を遊離させるために、前記半導体基板が収容された前記処理チャンバをパージし、
    （ｃ）前記飽和単分子層に方向性プラズマを印加することによって前記飽和単分子層を活性化させて、前記活性化した飽和単分子層を除去し、
    （ｄ）前記飽和単分子層の前記活性化および除去の後に、前記処理チャンバをパージすることによって、前記流量制御ハードウェアを少なくとも制御するように、前記プロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能な命令を格納する、装置。
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