JP2023515065A - コア除去 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】基板を処理するための方法、装置、及びシステムが提供される。概して、処理は、スペーサ・オン・スペーサ（ＳｏＳ）式自己整合４重パターニング（ＳＡＱＰ）技術を含む。開示される技術は、第２のスペーサ層を堆積するために使用される堆積チャンバに基板が移送されるまで、基板からコアが除去されないことを保証することによって、欠陥を低減する新規なプロセスフローを提供する。これにより、基板が移送又は洗浄されている間の基板上のフィーチャへの構造的ダメージのリスクを低減又は排除する。このような構造的ダメージは、洗浄及び移送に先立って基板からコアが除去される場合に一般的なものである。【選択図】図３

Description

参照による援用
ＰＣＴ願書が、本出願の一部として、本明細書と同時に提出されている。同時に提出されたＰＣＴ願書に特定されるように、本出願がその利益又は優先権を主張する各出願は、その全体がすべての目的のために、参照により本明細書に組み込まれる。
半導体デバイス寸法の微細化が進むにつれ、そのようなデバイスの製造はますます困難になっている。問題のある分野の１つは、半導体基板上でのフィーチャのパターニングである。自己整合ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）や自己整合４重パターニング（ＳＡＱＰ）などのマルチパターニング技術を使用することで、非常に小さなフィーチャのパターニングが可能になった。
ここで提供される背景技術の説明は、本開示の文脈を大まかに提示することを目的とする。現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究は、この背景技術の項で説明される範囲内において、出願時に先行技術としてみなされ得ない説明の態様と同様に、明示又は暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
本明細書における様々な実施形態は、スペーサ・オン・スペーサ式自己整合４重パターニング方式で基板を処理するための方法及び装置に関する。
開示される実施形態の一態様において、基板を処理する方法が提供され、方法は、（ａ）（ｉ）下地材料と、（ｉｉ）下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、（ｉｉｉ）コアの側壁を覆う第１のスペーサ材料とを含む基板を受け取ることと、（ｂ）コアを除去し、それによって、あらかじめコアの側壁を覆っていた第１のスペーサ材料から第１のスペーサフィーチャを形成することと、（ｃ）第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を堆積することとを含み、（ｂ）及び（ｃ）は同じ反応チャンバ内で行われ、基板は、（ｂ）と（ｃ）との間で反応チャンバから取り出されない。
いくつかの実施形態において、方法は、基板を洗浄して不要な材料を基板から除去することをさらに含み、基板は、（ｂ）の前にウェット洗浄動作で洗浄される。これら又は他の実施形態において、方法は、コアの上に、第１のスペーサ材料を含む第１のスペーサ層を堆積することと、第１のスペーサ層をエッチバックして、第１のスペーサ材料をコアの側壁上に残しながら、水平表面から第１のスペーサ材料を除去することとをさらに含んでもよい。
これら又は他の実施形態において、方法は、計測を行って、コアが（ｂ）の間に除去される時間を決定することをさらに含んでもよい。いくつかのそのような場合では、計測を行うことは、発光分光分析を行うことを含んでもよい。例えば、発光分光分析を行うことは、反応チャンバ内の二酸化炭素の存在に関連する信号を監視することを含んでもよい。これら又は他の実施形態において、計測を行うことは、レーザ干渉法を行うことを含んでもよい。これら又は他の実施形態において、方法は、（ｂ）の後かつ（ｃ）の前にスキャッタロメトリを行って、１つ又は複数の第１のスペーサフィーチャの幅を測定することをさらに含んでもよい。
これら又は他の実施形態において、コアを除去することは、基板を酸素含有プラズマに曝露させて、コアを灰化することを含んでもよい。これら又は他の実施形態において、コアは炭素を含んでもよく、コアの炭素は、約５０ＭＰａ以下の堆積後ブランケット応力を有し、かつ約３０ＧＰａ以上のヤング率を有する。
開示される実施形態の別の態様において、基板を処理する方法が提供され、方法は、（ａ）（ｉ）下地材料と、（ｉｉ）下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、（ｉｉｉ）コアの側壁を覆う第１のスペーサ材料と、（ｉｖ）コア及び第１のスペーサ材料の上に配置された平坦化層であって、平坦化層の上面部分が実質的に平らである平坦化層と、（ｖ）平坦化層の上に配置されたマスク層と、（ｖｉ）マスク層及び平坦化層において画定され、コアの１つの側壁の１つを覆う第１のスペーサ材料の上方に配置されている開口部とを含む基板を受け取ることと、（ｂ）開口部に対応する位置の第１のスペーサ材料を除去することと、（ｃ）マスク層を除去することと、（ｄ）コア及び平坦化層を除去し、それによって、（ｂ）で除去されなかった残存する第１のスペーサ材料から第１のスペーサフィーチャを形成するとともに、開口部に対応する位置には第１のスペーサフィーチャを形成しないことと、（ｅ）第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を堆積することとを含み、（ｄ）及び（ｅ）が同じ反応チャンバ内で行われ、基板は（ｄ）と（ｅ）との間で反応チャンバから取り出されない。
いくつかの実施形態において、コア及び平坦化層は同時に除去されてもよい。これら又は他の実施形態において、コア及び平坦化層を除去することは、基板を酸素含有プラズマに曝露して、コア及び平坦化層を灰化することを含んでもよい。これら又は他の実施形態において、方法は、計測を行って、コア及び／又は平坦化層が（ｄ）において除去される時間を決定することをさらに含んでもよい。これら又は他の実施形態において、方法は、（ｄ）の後かつ（ｅ）の前にスキャッタロメトリを行って、１つ又は複数の第１のスペーサフィーチャの幅を測定することをさらに含んでもよい。
開示される実施形態のさらなる態様において、基板を処理する方法が提供され、方法は、（ａ）（ｉ）下地材料と、（ｉｉ）下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、（ｉｉｉ）コアの側壁を覆う第１のスペーサ材料と、（ｉｖ）下地材料、コア、及び第１のスペーサ材料の上に配置された平坦化層であって、露出領域と保護領域とを形成するようにパターニングされた平坦化層とを含む基板を受け取ることと、（ｂ）露出領域内の第１のスペーサ材料の厚みを減らすために第１のスペーサ材料をトリミングするが、保護領域内の第１のスペーサ材料はトリミングせずに残すことと、（ｃ）平坦化層及びコアを除去し、それによって、第１のスペーサ材料から、不均一な限界寸法を有する第１のスペーサフィーチャを形成することと、（ｄ）第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を形成することとを含み、（ｃ）及び（ｄ）が同じ反応チャンバ内で行われ、基板は、（ｃ）と（ｄ）との間で反応チャンバから除去されない。
開示される実施形態の別の態様において、基板を処理するための装置が提供され、装置は、（ａ）反応チャンバと、（ｂ）反応チャンバ内に配置された基板支持体と、（ｃ）反応チャンバ内でプラズマを生成するように構成されたプラズマ発生器と、（ｄ）反応チャンバへの１つ又は複数の入口と、（ｅ）少なくとも１つのプロセッサを有するコントローラであって、（ｉ）（１）下地材料と、（２）下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、（３）コアの側壁を覆う第１のスペーサ材料とを含む基板を受け取ることと、（ｉｉ）コアを除去し、それによって、あらかじめコアの側壁を覆っていた第１のスペーサ材料から第１のスペーサフィーチャを形成することと、（ｉｉｉ）第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を堆積することとを実行させるように構成されたコントローラとを含み、（ｅ）（ｉｉ）及び（ｅ）（ｉｉｉ）が同じ反応チャンバ内で行われ、基板は、（ｅ）（ｉｉ）と（ｅ）（ｉｉｉ）との間で反応チャンバから取り出されない。
いくつかの実施形態において、装置はメモリをさらに含む。メモリ及びコントローラは、互いに通信可能に接続されてもよい。メモリは、プロセッサを制御して本明細書に記載の動作のいずれかを実行させるための、コンピュータ実行可能命令を記憶してもよい。他の場合では、そのようなコンピュータ実行可能命令は、別の場所（例えば、場合によっては遠隔地）に格納され、プロセッサに提供されてもよい。
いくつかの実施形態において、装置は、発光分光分析ハードウェア及び／又はレーザ干渉ハードウェアをさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、コントローラは、コアが除去されたことを示す発光分光分析ハードウェア及び／又はレーザ干渉ハードウェアからのフィードバックに応答して、基板に曝露したプラズマを消すように構成されてもよい。これら又は他の実施形態では、装置は、スキャッタロメトリハードウェアをさらに含んでもよい。いくつかのそのような実施形態では、コントローラは、（ｅ）（ｉｉ）の後かつ（ｅ）（ｉｉｉ）の前に、第１のスペーサフィーチャの１つ又は複数の幅を測定させるように構成されてもよい。
開示される実施形態の別の態様において、基板を処理するための装置が提供され、装置は、（ａ）反応チャンバと、（ｂ）反応チャンバ内に配置された基板支持体と、（ｃ）反応チャンバ内でプラズマを生成するように構成されたプラズマ発生器と、（ｄ）反応チャンバへの１つ又は複数の入口と、（ｅ）少なくとも１つのプロセッサを有するコントローラであって、（ｉ）（１）下地材料と、（２）下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、（３）コアの側壁を覆う第１のスペーサ材料と、（４）コア及び第１のスペーサ材料の上に配置された平坦化層であって、平坦化層の上面部分が実質的に平らである平坦化層と、（５）平坦化層の上に配置されたマスク層と、（６）マスク層及び平坦化層において画定され、コアの１つの側壁の１つを覆う第１のスペーサ材料の上方に配置されている開口部とを含む基板を受け取ることと、（ｉｉ）開口部に対応する位置の第１のスペーサ材料を除去することと、（ｉｉｉ）マスク層を除去することと、（ｉｖ）コア及び平坦化層を除去し、それによって、（ｉｉ）で除去されなかった残存する第１のスペーサ材料から第１のスペーサフィーチャを形成するとともに、開口部に対応する位置には第１のスペーサフィーチャを形成しないことと、（ｖ）第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を堆積することとを実行させるように構成されたコントローラとを含み、（ｉｖ）及び（ｖ）は同じ反応チャンバ内で行われ、基板は（ｄ）と（ｅ）との間で反応チャンバから取り出されない。
いくつかの実施形態において、コントローラは、コア及び平坦化層を同時に除去することを実行させるように構成される。これら又は他の場合では、コア及び平坦化層を除去することは、基板を酸素含有プラズマに曝露して、コア及び平坦化層を灰化することを含んでもよい。様々な実施形態において、コントローラは、計測を行わせて、コア及び／又は平坦化層が（ｉｖ）において除去される時間を決定させるように構成されてもよい。これら又は他の実施形態において、コントローラは、（ｉｖ）の後かつ（ｖ）の前にスキャッタロメトリを行わせて、１つ又は複数の第１のスペーサフィーチャの幅を測定させるように構成されてもよい。
開示される実施形態の別の態様において、基板を処理するための装置が提供され、装置は、（ａ）反応チャンバと、（ｂ）反応チャンバ内に配置された基板支持体と、（ｃ）反応チャンバ内でプラズマを生成するように構成されたプラズマ発生器と、（ｄ）反応チャンバへの１つ又は複数の入口と、（ｅ）少なくとも１つのプロセッサを有するコントローラであって、（ｉ）（１）下地材料と、（２）下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、（３）コアの側壁を覆う第１のスペーサ材料と、（４）コア及び第１のスペーサ材料の上に配置された平坦化層であって、露出領域と保護領域とを形成するようにパターニングされた平坦化層とを含む基板を受け取ることと、（ｉｉ）露出領域内の第１のスペーサ材料の厚みを減らすために第１のスペーサ材料をトリミングするが、保護領域内の第１のスペーサ材料はトリミングせずに残すことと、（ｉｉｉ）平坦化層及びコアを除去し、それによって、第１のスペーサ材料から、不均一な限界寸法を有する第１のスペーサフィーチャを形成することと、（ｉｖ）第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を形成することとを実行させるように構成されたコントローラとを含み、（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）が同じ反応チャンバ内で行われ、基板は、（ｉｉｉ）と（ｉｖ）との間で反応チャンバから除去されない。
特定の実施形態において、コントローラは、第２のスペーサ層が隣接する第１のスペーサフィーチャ間の領域から除去されるように、第２のスペーサ層をエッチバックさせるように構成されてもよい。いくつかのそのような場合では、コントローラは、第１のスペーサフィーチャを除去させ、それによって、第２のスペーサ層から第２のスペーサフィーチャを形成させるように構成されてもよく、隣接する第２のスペーサフィーチャ間の距離は、第１のスペーサフィーチャの不均一な限界寸法のために不均一である。これら又は他の実施形態において、平坦化層及びコアは同時に除去されてもよい。これら又は他の実施形態において、コントローラは、基板を酸素含有プラズマに曝露させて、コア及び平坦化層を灰化させるように構成されてもよい。
開示される実施形態の別の態様において、基板を処理するための装置が提供され、装置は、（ａ）反応チャンバと、（ｂ）反応チャンバ内に配置された基板支持体と、（ｃ）反応チャンバ内でプラズマを生成するように構成されたプラズマ発生器と、（ｄ）反応チャンバへの１つ又は複数の入口と、（ｅ）少なくとも１つのプロセッサを有するコントローラとを含み、コントローラは、請求された方法又は本明細書に記載の方法のいずれかを実行させるように構成されている。
これら及び他の態様は、図面を参照して以下でさらに説明される。
図１は、スペーサ・オン・スペーサ式自己整合４重パターニングの方法を説明するフローチャートである。
図２Ａは、図１の方法における様々なステップが行われている半導体基板を例示する。 図２Ｂは、図１の方法における様々なステップが行われている半導体基板を例示する。 図２Ｃは、図１の方法における様々なステップが行われている半導体基板を例示する。 図２Ｄは、図１の方法における様々なステップが行われている半導体基板を例示する。 図２Ｅは、図１の方法における様々なステップが行われている半導体基板を例示する。
図３は、代替的なプロセスフローを使用するスペーサ・オン・スペーサ式自己整合４重パターニングの方法を説明するフローチャートであり、ここでコアは第２のスペーサ堆積の場（ｉｎーｓｉｔｕ）で除去される。
図４Ａは、図３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図４Ｂは、図３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図４Ｃは、図３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図４Ｄは、図３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図４Ｅは、図３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図４Ｆは、図３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。
図５は、スペーサ・オン・スペーサ式自己整合パターニングの方法を説明するフローチャートであり、ここで特定の第１のスペーサフィーチャは、２倍にされる前に除去の対象となっている。
図６Ａは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｂは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｃは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｄは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｅは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｆは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｇは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｈは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図６Ｉは、図５の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。
図７は、本明細書に記載される方法における様々なステップを実行するために使用され得る反応チャンバを提示する。
図８は、本明細書に記載される方法における様々なステップを実行するために使用され得るマルチステーション処理ツールを示す。
図９は、本明細書に記載される方法における様々なステップを実行するために使用され得る処理システムを示す。
図１０Ａは、図１及び図２Ａ－２Ｅに記載された処理スキームに関連した実験結果を示す。 図１０Ｂは、図１及び図２Ａ－２Ｅに記載された処理スキームに関連した実験結果を示す。 図１０Ｃは、図１及び図２Ａ－２Ｅに記載された処理スキームに関連した実験結果を示す。
図１１Ａは、図３及び図４Ａ－４Ｆに記載された処理スキームに関連した実験結果を示す。 図１１Ｂは、図３及び図４Ａ－４Ｆに記載された処理スキームに関連した実験結果を示す。 図１１Ｃは、図３及び図４Ａ－４Ｆに記載された処理スキームに関連した実験結果を示す。
図１２Ａは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図１２Ｂは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図１２Ｃは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図１２Ｄは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図１２Ｅは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図１２Ｆは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図１２Ｇは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。 図１２Ｈは、図１３の方法における様々な処理ステップが行われている半導体基板を示す。
図１３は、異なる限界寸法を有するフィーチャを作成するパターニング方法を説明するフローチャートである。
以下の説明において、多くの具体的詳細が、提示される実施形態の十分な理解を提供するために明記される。開示される実施形態は、これらの具体的詳細の一部又は全てを用いずに実施されてもよい。他の例では、周知のプロセス動作は、開示される実施形態を不必要に不明瞭にすることのないように、詳細には説明されない。開示される実施形態が具体的な実施形態と共に説明される一方で、開示される実施形態に限定することを意図していないことが理解されよう。
図１は、スペーサ・オン・スペーサ式自己整合４重パターニングと呼ばれるパターニング技術を説明するフローチャートである。図２Ａ－２Ｅは、図１に示す動作が行われている基板２０１を例示する。図１の動作を、図２Ａ－図２Ｅの文脈で説明する。まず、動作１０１において、基板２０１を受け取る。基板２０１は、下地材料２０２と、コア２０３と、第１のスペーサ層２０４とを含む。本明細書で使用される場合、下地材料という文言は、コアの下に配置される材料を指す。図１を参照すると、下地材料２０２は、コア２０３の下に配置されている。下地材料２０２は、コア２０３の形成前に堆積され、様々な材料及び構造を含み得る。様々な例において、下地材料２０２は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、及び／又は炭化ケイ素などの誘電体材料などの、材料の１つ又は複数の層を含む。下地材料２０２の材料（複数可）は、以下でさらに議論するように、第２のスペーサ層２０５の材料をマスクとして使用してエッチングできるように選択される。
第１のスペーサ層２０４は、図２Ａに示すように、コア２０３をコンフォーマルに被覆する。次に、動作１０３において、第１のスペーサ層２０４がエッチバックされる。図２Ｂに示すように、第１のスペーサ層２０４の材料（第１のスペーサ材料と呼ぶこともある）は、水平配向表面からは除去されるが、垂直配向表面上では実質的に保持される。このエッチング動作は、エッチングを行うように構成された反応チャンバで行われる。次に、動作１０５において、図２Ｃに示すように、コア２０３が除去される。この時点で、第１のスペーサ層２０４の残存する部分は、分離した別個の垂直配向フィーチャであり、第１のスペーサフィーチャ２０４’と呼ぶ場合もある。
動作１０７において、基板２０１は、エッチングを行うように構成されたチャンバ内の支持体（しばしば静電チャックと呼ばれる）から取り外され、ウェット洗浄を行うように構成された別のチャンバに移される。次に、動作１０９において、基板２０１はウェット洗浄動作に付され、不要な材料が除去される。当業者であれば理解するであろうが、一例では、この不要な材料は、第１のスペーサ層２０４が動作１０３でエッチバックされている間に発生し得る。別の例では、コア２０３を除去するために実行される動作１０５は、１つ又は複数の洗浄プロセスで除去可能なポリマー残渣などの望ましくない物質をもたらし得る。次に、動作１１１において、基板２０１は、洗浄を行うように構成されたチャンバから、堆積を行うように構成されたチャンバに移送される。
図２Ｄは、洗浄のために移送され、洗浄され、そして堆積のために移送された後の基板２０１を例示する。基板２０１に作用する様々な力によって、図２Ｄに示すように、第１のスペーサフィーチャ２０４’は望ましくないほど倒れる／傾く可能性がある。例えば、基板２０１が移送されるたびに機械的な振動が発生する場合がある。このような機械的振動は、基板のエッチングに使用される基板支持体から基板２０１を取り外す際に、動作１０７において特に問題となる場合がある。エッチング装置はしばしば、差動電圧の印加により処理中に基板２０１を静電チャックに密着固定する静電チャックを使用する。基板２０１をデチャックする（例えば、静電チャックから解放／除去する）と、基板２０１は若干ジャンプする。このジャンプにより、基板２０１に機械的振動が発生し、第１のスペーサフィーチャ２０４’の倒壊を引き起こし得る。同様に、動作１０９におけるウェット洗浄プロセスの間及び後に経験される毛管力は、第１のスペーサフィーチャ２０４’を倒壊させ得る。例えば、ウェット洗浄プロセスからの溶媒が第１のスペーサフィーチャ２０４’の隣接するペア間で乾燥すると、第１のスペーサフィーチャ２０４’は互いに向かって引っ張られ、倒れ又は崩壊を引き起こし得る。
動作１１３において、図２Ｅに示すように、第２のスペーサ層２０５が第１のスペーサフィーチャ２０４’の上に堆積される。第２のスペーサ層２０５は、コンフォーマルに堆積されるのが望ましい。しかしながら、第１のスペーサフィーチャ２０４’が倒れたため、第１のスペーサフィーチャ２０４’の隣接するセット間に空隙２０６が形成される。この空隙２０６は好ましくないものであり、故障をもたらし得る。
図２Ａ－２Ｅは、スペーサ・オン・スペーサ式ＳＡＱＰ技術中に頻繁に発生する１つの問題を例示する。例示された倒れの問題は、必ずしも基板上のすべての位置で発生するわけではなく、また、本方法を実施するたびに発生するわけでもないことを理解されたい。むしろ、図は、スペーサ・オン・スペーサ式ＳＡＱＰ処理でよく発生する、高い不良率とそれに伴う低収率をもたらす問題を示すことを意図している。
図２Ａ－２Ｅは、スペーサ・オン・スペーサ式ＳＡＱＰ技術において一般的に行われる最後の２つのステップを省略しているが、これらのステップは図１のフローチャートに記載されていることも理解されたい。図１に戻ると、これらのステップは、第２のスペーサ層２０５をエッチバックして、それによって水平配向表面から除去する一方で、垂直配向表面には実質的にそのまま残すための動作１１５を含む。このステップは、動作１０３における第１のスペーサ層２０４のエッチバックと同様である。次に、動作１１７において、第１のスペーサ層フィーチャ２０４’が除去される。このステップは、動作１０５におけるコア２０３を除去することと同様である。第１のスペーサフィーチャ２０４’が除去された後、第２のスペーサ層２０５の残存する（垂直配向）部分は、互いに分離した別個のものであり、第２のスペーサフィーチャ（図示せず）を形成する。図２Ａ－２Ｅでは、さらなる処理を成功裏に行えないほど図２Ｅのフィーチャが既に損なわれているため、これらの最後の２つのステップを省略する。上述したように、下地材料２０２（又はその上面部分）の材料（複数可）は、第２のスペーサフィーチャをマスク層として使用して下地材料２０２をエッチングできるように、選択される。いくつかの場合において、下地材料２０２は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、及び／又は炭窒化ケイ素の１つ又は複数の層を含む。いくつかのそのような場合において、第２のスペーサ層２０５及び第２のスペーサフィーチャは、酸化ケイ素である。いくつかの他の場合において、第２のスペーサ層２０５及び第２のスペーサフィーチャは、窒化ケイ素である。他の材料の組み合わせが特定の実装において使用されてもよい。
図１及び図２Ａ－２Ｅに関連して上述した問題点を克服するために、新たなプロセスフローが用いられる。この新たなプロセスフローは、基板が洗浄され、第２のスペーサ層を堆積するためのチャンバに移送された後まで、コアの除去を遅らせる。そのため、コアは、移送や洗浄の間、構造的に支持され、それによってこれらのステップ中に第１のスペーサフィーチャが倒れるリスクを最小化する。コアは、第２のスペーサ層の堆積に使用されるのと同じチャンバで除去されるため、コアの除去は第２のスペーサ堆積の場（ｉｎーｓｉｔｕ）で行われると考えられる。この新たなプロセスフローにより、製造不良が大幅に減少するため、従来技術と比較して飛躍的に高い収率を達成する。
図３は、本明細書の様々な実施形態に係るスペーサ・オン・スペーサ式自己整合４重パターニングを実行するためのフローチャートを示す。図４Ａ－４Ｆは、図３に記載された方法が行われている、部分的に製造された半導体デバイスを例示する。図３の動作について、図４Ａ－４Ｆを参照して説明する。
まず、動作３０１において、基板４０１を受け取る。基板４０１は、下地材料４０２と、コア４０３と、第１のスペーサ層４０４とを含む。第１のスペーサ層４０４は、図４Ａに示すように、コア４０３をコンフォーマルに被覆する。一般的に、従来の材料がこれらの層の各々に使用されてよい。一実施形態では、コアは、灰化プロセス中に望ましくない残留材料を残すことなく灰化可能な材料で作製され、又はそのような材料を含むことができる。本明細書において定義されるように、灰化プロセスは、熱、又は、酸素含有プラズマ若しくは水素含有プラズマなどのプラズマに曝露することにより、フォトレジストなどの１つ又は複数の有機材料を除去する剥離処理の一種を指す。一例では、コアの材料は、例えば、炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、鉛などの周期表のＩＶＡ族を含むことができ、又はそれらから選択することができる。いくつかの例では、コアの材料は、酸化スズ、酸化鉛、又はそれらの組み合わせを含んでもよい。また、これらの材料の任意の組み合わせを使用してもよい。具体的な一例として、コアは、スピンオン法、化学蒸着法、又はプラズマ励起化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）法により形成された炭素又は炭素系材料である。これら又は他の例において、第１のスペーサ層は、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化ハフニウム、又は酸化ジルコニウムなどの誘電体材料で作られてもよい。他の材料が適宜使用されてもよい。第１のスペーサ層は、原子層堆積又は化学蒸着（いずれも、プラズマエネルギー又は熱エネルギーによって駆動され得る）によって堆積させてもよい。場合によっては、方法は、下地材料４０２上にコア４０３を形成するステップと、コアの上に第１のスペーサ層４０４を堆積するステップとをさらに含んでもよい。
次に、動作３０３において、第１のスペーサ層４０４がエッチバックされる。図４Ｂに示すように、第１のスペーサ層４０４の材料（第１のスペーサ材料と呼ぶこともある）は、水平配向表面からは除去されるが、垂直配向表面では実質的に保持される。このエッチング動作は、エッチングを行うように構成されたチャンバで行われる。第１のスペーサ層４０４は、第１のスペーサ層の材料をエッチングするように構成された、エッチング化学作用、プラズマ、及び指向性イオン流出の組み合わせに基板を曝露することによってエッチバックされてもよい。エッチングプロセスは異方性エッチングである。
次に、動作３０５において、基板４０１（例えば、図４Ｂに示すように、下地材料４０２の上に配置されているコア４０３に隣接する第１のスペーサ層４０４の残存する材料を有する）は、エッチングを行うように構成されたチャンバから、洗浄を行うように構成されたチャンバに移送される。動作３０７において、基板４０１は洗浄され、不要な材料（図示せず）が除去される。不要な材料は、典型的には、動作３０３において第１のスペーサ層をエッチバックした結果、基板４０１上に存在する材料である。洗浄プロセスは、例えばＨＦを用いたウェット洗浄プロセスであってもよい。ＨＦは、典型的には少なくとも約１０：１（水：ＨＦ）、場合によっては約３００：１、場合によっては最大約１０００：１の割合で、水（例えば脱イオン水）で希釈される。特定の実施形態では、ＨＦ溶液は、緩衝溶液であってもよい。これら又は他の場合において、ＨＦ溶液は、水酸化アンモニウム及び／又は過酸化水素などの低塩基性試薬を含んでもよい。場合によっては、洗浄プロセスはドライ洗浄プロセスであってもよい。その場合、基板をプラズマに曝露して不要な材料を除去してもよい。
他の場合において、洗浄プロセスは完全に省略されてもよい。例えば、第１のスペーサ層４０４の材料及び／又はコア４０３の材料は、例えば、基板上に再堆積する不揮発性物質の形成なしに、きれいに除去できるように選択されてもよい。このような実施形態では、洗浄動作で除去すべき不要な材料がほとんど又は全くない場合もある。洗浄が省略される実施形態では、洗浄に関連する移送ステップも同様に省略してもよい。例えば、図３を参照すると、動作３０５、３０７、及び３０９は、基板をエッチングチャンバから堆積チャンバに移送することを含む単一の動作に置き換えられてもよい。別の例では、エッチングチャンバと堆積チャンバとは同じ反応チャンバであってもよい。この場合、動作３０５、３０７、及び３０９を完全に省略してもよい。
洗浄工程を省略する利点の１つは、異なるチャンバ及び／又はツール間で基板を移送する回数を減らすことである。これは、基板上の任意のフィーチャが処理／移送中に損なわれるリスクをさらに低減する。エッチングチャンバと堆積チャンバとが同じ反応チャンバ（例えば、反応チャンバは、所望の通り、エッチングと堆積とを行うように構成されている）である一例では、洗浄動作の省略により、動作３０３（例えば、第１のスペーサ層をエッチバックする）と動作３１１（コアを除去し、それによって第１のスペーサフィーチャを形成する）との間で基板を移送する必要をなくす。
図３の実施形態に戻ると、動作３０９において、基板４０１は、洗浄を行うように構成されたチャンバから、堆積を行うように構成されたチャンバへと移送される。これは、第１のスペーサ層を堆積するために使用されたチャンバと同じ又は異なるチャンバであってもよく、さらに、第１のスペーサ層をエッチバックするのに使用されたチャンバと同じ又は異なるチャンバであってもよい。
とりわけ、動作３０５と３０７と３０９とはすべて、図４Ｂに示すように、コア４０３が依然として基板４０１上に存在する間に行われる。このようにして、コア４０３は、第１のスペーサ層４０４／第１のスペーサフィーチャ４０４’への機械的支持を提供し、移送と洗浄動作中にそれらの望ましからざる倒れを防止する。基板が、第２のスペーサ層が堆積される（以下でさらに議論する）堆積チャンバに移送されると、図４Ｃに示すように、動作３１１においてコア４０３が除去される。コアは、灰化などの乾燥プロセスによって除去されてもよい。この時点で、第１のスペーサ層４０４の残存する部分は、第１のスペーサフィーチャ４０４’と呼ばれることもある、分離した別個の異なる垂直配向フィーチャである。コア４０３は、コアの材料を除去するように構成されたプラズマに基板を曝露することによって除去されてもよい。上述したように、一例では、コア４０３は、炭素又は炭素系材料であり、基板を酸素含有プラズマに曝露することによって除去できる。反応物の例として、Ｏ2及び他の酸素含有種が挙げられる。いくつかの他の例では、コア４０３は、１つ又は複数の金属酸化物材料（例えば、酸化スズ、酸化鉛など）を含んでもよく、基板を水素含有プラズマに曝露することによって除去できる。使用され得る反応物の例として、Ｈ2、ＮＨ3、ＣＨ4、及び他の水素含有種が挙げられる。特定の例では、プラズマは、Ｈ2とＮ2との混合物を含む。プラズマの酸化及び還元を、特定のコア材料を除去するために適宜使用してもよい。
次に、動作３１３において、図４Ｄに示すように、第２のスペーサ層４０５が、第１のスペーサフィーチャ４０４’の上に堆積される。第２のスペーサ層４０５は、原子層堆積又は化学蒸着（いずれも、プラズマエネルギー又は熱エネルギーによって駆動され得る）により堆積されてもよい。第２のスペーサ層４０５は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムなどの誘電体材料であってもよい。一般に、第１のスペーサ層４０４の材料は、第２のスペーサ層４０５の材料とは異なる組成を有するべきである。様々な材料の組み合わせを、第１のスペーサ層４０４及び第２のスペーサ層４０５に使用できる。
一例では、コア４０３は炭素又は炭素系材料であり、第１のスペーサ層４０４は酸化スズ又は酸化チタンであり、第２のスペーサ層４０５は酸化ケイ素又は窒化ケイ素である。別の例では、コア４０３は炭素又は炭素系材料であり、第１のスペーサ層４０４は酸化ケイ素又は窒化ケイ素であり、第２のスペーサ層４０５は酸化スズ、酸化チタン、又は酸化鉛である。別の例では、コア４０３は、酸化スズ、酸化鉛、又はそれらの組み合わせであり、第１のスペーサ層４０４は酸化チタンであり、第２のスペーサ層４０５は任意の酸化物（例えば、酸化ケイ素、金属酸化物など）又は窒化ケイ素である。
図３に記載のプロセスフローは、図１及び２Ｄに関連して説明されたように第１のスペーサフィーチャ４０４’が倒れることなく、垂直のままであることを保証する。このように、第２のスペーサ層４０５は、図２Ｅに関連して説明した空隙又は他の望ましくない欠陥の形成なしに、第１のスペーサフィーチャ４０４’上にコンフォーマルに堆積する。
次に、動作３１５において、図４Ｅに示すように、第２のスペーサ層４０５がエッチバックされる。エッチバック動作は、第２のスペーサ層４０５を水平表面から除去するが、垂直表面上では実質的に保持する。第２のスペーサ層４０５は、第２のスペーサ層の材料をエッチングするように構成された、エッチング化学作用、プラズマ、及び指向性イオン流出の組み合わせに基板を曝露することによってエッチバックされてもよい。エッチングプロセスは、異方性エッチングプロセスである。
動作３１７において、図４Ｆに示すように、第１のスペーサフィーチャ４０４’が除去される。この時点で、第２のスペーサ層４０５の残存する部分は、互いに分離した別個のものであり、第２のスペーサフィーチャ４０５’を形成している。第１のスペーサフィーチャ４０４’は、低バイアス（例えば、≦１０Ｖ）の等方性選択的エッチングにおける灰化／掘り起こしによって除去されてもよい。第１のスペーサフィーチャ４０４’は、基板４０１の下地材料４０２又は第２のスペーサフィーチャ４０５’を著しくエッチングすることなく、選択的に除去される。
上述したように、コアは、炭素若しくは炭素含有材料、又は金属酸化物材料であってもよい。様々な実施形態において、コアは、特定の材料特性を有してもよい。例えば、コアの材料は、比較的低い応力（例えば、約５０ＭＰａ以下の絶対値を有する堆積後ブランケット応力を有する）及び高いヤング率（例えば、３０ＧＰａより高い）を示す場合がある。特定の実施形態では、コアの材料は、例えば、酸素含有プラズマ又は水素含有プラズマなどのプラズマに曝露された場合に、灰化可能である場合がある。灰化反応は、少なくとも１つの固相反応物質から揮発性生成物を生成するが、基板上に再堆積し得るポリマー又は他の不揮発性物質はほとんど生成されない。炭素又は炭素含有コアの場合、炭素を酸素含有プラズマと反応させて揮発性二酸化炭素を形成してもよい。金属酸化物ベースのコアの場合、水素含有プラズマを用いて金属酸化物を除去してもよい。
図４Ａ－４Ｆに示すように、開示されたプロセスフローは、基板表面に存在するフィーチャの数を４倍にするために使用され得る。このプロセスは、一般に、スペーサ・オン・スペーサ（ＳｏＳ）式自己整合４重パターニング（ＳＡＱＰ）と呼ばれる。図３に記載された特定のプロセスフローは、第２のスペーサ堆積の場でのコア引き抜き（ＣｏＰＳ：Ｃｏｒｅ Ｐｕｌｌ Ｉｎ－Ｓｉｔｕ ｔｏ Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｐａｃｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれることもある。この名称は、コアが第２のスペーサ堆積の場（ｉｎーｓｉｔｕ）で（例えば、同じチャンバで）除去されるという事実に由来する。ＣｏＰＳのプロセスフローにより、製造上の欠陥が大幅に減少するため、機能しない基板／デバイスの数を最小限に抑え、廃棄物を削減し、効率を高めることができる。その結果、製造コストが削減される。
図３及び図４Ａ－４Ｆでは、多数の異なるステップが示されているが、様々な実施形態において特定の動作を省略してもよいことを理解されたい。同様に、いくつかの実施形態において追加のステップが行われてもよい。図３を参照すると、一実施形態は、動作３１１だけを含む。別の実施形態は、動作３１１及び３１３を含む。別の実施形態は、動作３１１、３１３、及び３１５を含む。別の実施形態は、動作３１１、３１３、３１５、及び３１７を含む。これらの実施形態のいずれもが、動作３０１、３０３、３０５、及び３０７のうちの任意の１つ又は複数を含むように変更可能である。
図３及び図４Ａ－４Ｆに記載されたプロセスフローは、メモリデバイスの製造のように、フィーチャの数が４倍であることが望まれる文脈において、うまく機能する。他のいくつかのデバイス（例えば、論理デバイス）は、より複雑な構造を有する場合があり、そのような場合、フィーチャの数を４倍未満に増やすことが望ましいこともある。そのような場合、特定のフィーチャ（例えば、第１のスペーサフィーチャ）は、パターンを２倍にするために使用される前に除去の対象とされてもよい。図５は、このような実施形態を説明するフローチャートであり、カットマスク統合スキームと呼ばれることもある。図５の方法は、図５の動作が行われている部分的に製造された半導体デバイスを示す図６Ａ－６Ｉの文脈で説明される。概して、図５の動作の多くは、図３の動作に類似しており、図３に関連して提供される詳細は、図５の方法にも適用される。簡潔さのために、多くのそのような詳細は、図５の説明から省略される。
図５の方法は、基板６０１を受け取る動作５０１で始まる。基板６０１は、図６Ａに示すように、下地層６０２と、コア６０３と、第１のスペーサ層６０４とを含む。コア６０３及び第１のスペーサ層６０４の堆積、並びに第１のスペーサ層６０４のエッチバック（動作３０３に類似）に関連するステップは、図からは省略されているが、これらのステップは特定の実施形態に含まれる場合もある。特定の基板移送ステップも図から省略されているが、基板は、各ステップごとに必要に応じて異なるツールに移送されることが理解される。方法は、動作５０２へと続き、ここで、基板は洗浄に付され、不要な材料が除去される。この不要な材料は、第１のスペーサ層６０４のエッチバック中に頻繁に発生する。図３を参照して説明したように、洗浄動作５０２は、特定の実施形態では省略されてもよい。
方法は動作５０３へと続き、図６Ｂに示すように、平坦化層６０７、中間層６０８、及びパターニングされたフォトレジストの層６０９が、基板６０１上に順次設けられる。多くの場合、平坦化層６０７は、スピンオンカーボン又はスピンオンガラスであり、これらは自己平坦化する。あるいは、平坦化層６０７は、化学蒸着又は他の方法により堆積されてもよい。平坦化層６０７の上面／部分は、典型的に平らである。平坦化層６０７は、マスク又はブロックマスクとも呼ばれる場合がある。様々に異なる従来材料が中間層６０８に使用されてもよく、中間層６０８は、スピンオン技術、ＰＥＣＶＤ技術などによって堆積されてもよい。フォトレジスト６０９は、任意の種類のフォトレジストであってよい。特定の実施形態では、フォトレジスト６０９は、極端紫外線（ＥＵＶ）フォトレジストである。このようなＥＵＶフォトレジストは、現在使用及び開発されている標準的な１３．５ｎｍのＥＵＶ波長を用いて露光されてもよい。しかしながら、一般に２４８ｎｍ又は１９３ｎｍのエキシマレーザ源の使用を意味するＤＵＶ（深紫外線）、Ｘ線範囲のより低いエネルギー範囲におけるＥＵＶを正式に含むＸ線、及び広いエネルギー範囲をカバーできる電子ビームを含む、他の放射線源が、場合によっては使用されてもよい。
フォトレジストは、動作５０３の一部として、開口部６１０を含むように堆積され、次いでパターニングされる。この例では、開口部６１０は、左から数えて残存する第１のスペーサ層６０４の第３の部分の上方に配置される。他の実施形態では、開口部６１０は他の位置にあってもよい。この位置決めにより、開口部６１０は、以下でさらに説明するように、残存する第１のスペーサ層６０４の第３の部分を除去するために使用され、それにより、この位置での第１のスペーサフィーチャ６０４’の形成を防ぐ。
特に、動作５０２及び５０３は、コア６０３が基板６０１上に依然として存在する間に行われる。これにより、コア６０３が、移送及び洗浄動作中に、第１のスペーサ層６０４の残存する部分に機械的支持を与えることが保証される。より従来のプロセスフローでは、コア６０３は、第１のスペーサ層６０４がエッチバックされた直後（例えば、動作５０１の後）、基板が洗浄される前（例えば、動作５０２の前）に除去されることになる（それによって第１のスペーサフィーチャ６０４’を形成する）。洗浄後、平坦化層６０７は、コア６０３が除去された位置に追加的に堆積される。従来のプロセスフローの結果として、第１のスペーサフィーチャ６０４’は、様々な移送及び洗浄動作中に機械的支持を欠き、図２Ｄに関連して説明したように、倒壊に対して脆弱なままであろう。代わりに、基板の移送、洗浄、並びに、平坦化層６０７、中間層６０８、及びフォトレジスト６０９の堆積を通してコア６０３を維持することによって、図５のプロセスフローは、第１のスペーサ層６０４の残存する部分が様々な処理ステップを通して適切に支持され、それらが倒れてさらなる処理問題を引き起こすのを防ぐことを保証する。
図５の方法は、動作５０５へと続き、図６Ｃに示すように、中間層６０８は、開口部６１０の位置でエッチングされる。フォトレジスト６０９はマスクとして機能し、中間層６０８の残存する部分を保護する。しかしながら、フォトレジスト６０９は、中間層６０８が動作５０５においてエッチングされる際に、部分的に又は完全に除去されてもよい。エッチング動作は、開口部６１０において中間層の材料を除去するように構成された化学作用及び／又はプラズマに基板を曝露することを含んでもよい。エッチングプロセスは、フォトレジスト６０９などの他の材料よりも大きな程度に中間層６０８の材料をエッチングするという点で選択的であってもよい。
次に、方法は動作５０７へと続き、図６Ｄに示すように、平坦化層６０７が開口部６１０の位置でエッチングされる。中間層６０８は（残存するフォトレジスト６０９と同様に）平坦化層６０７がエッチングされている間、マスクとして機能する。このように、中間層６０８は、マスク又はマスク層とも呼ばれることがある。平坦化層６０７は、平坦化層６０７を除去するように構成された化学作用及び／又はプラズマに基板を曝露することによって、開口部６１０において除去されてもよい。エッチングプロセスは、中間層６０８などの他の材料よりも大きな程度に平坦化層６０７をエッチングするという点で選択的であってもよい。一例では、基板は、開口部６１０において平坦化層６０７を除去するために、酸素含有プラズマに曝露される。中間層６０８の一部は、動作５０７の間に除去されてもよい。この時点で、平坦化層６０７の上面部分は、実質的に平らである（例えば、開口部６１０を除いて平らである）。
次に、動作５０９において、図６Ｅに示すように、残存する第１のスペーサ層６０４の一部が開口部６１０の位置で除去される。中間層６０８は、この動作の間、マスクとして機能し、かつこのステップの間、全体的に又は部分的に除去されてもよい。様々な実施形態において、中間層６０８は、動作５０９の間に完全に除去される。そのような場合、残存する平坦化層６０７は、開口部６１０以外の位置で基板６０１上の様々なフィーチャ／構造体を保護するためにマスクとして機能してもよい。エッチングプロセスは、中間層６０８及び／又は平坦化層６０７などの他の材料よりも大きな程度に第１のスペーサ層６０４の材料を除去するように構成された化学作用及び／又はプラズマに基板を曝露することを含んでもよい。
この時点で、開口部６１０の位置に対応する第１のスペーサ層６０４の部分は完全に除去される。そのため、第１のスペーサ層６０４は、この位置で第１のスペーサフィーチャ６０４’を形成することはない。開口部６１０において第１のスペーサ層６０４を除去するために、基板は、第１のスペーサ層６０４の材料を除去するように構成された化学作用及び／又はプラズマに曝露されてもよい。言い換えれば、エッチングプロセスは選択的である。
方法は動作５１１に続き、図６Ｆに示すように、コア６０３及び残存する平坦化層６０７が除去される。このとき、第１のスペーサ層６０４の残存する部分は、互いに分離した別個のものであり、第１のスペーサフィーチャ６０４’と呼ばれることもある。典型的には、コア６０３及び平坦化層６０７は、灰化などの乾燥プロセスを通じて除去される。一実施形態では、コア６０３及び平坦化層６０７は、単一のステップで一緒に除去される。別の実施形態では、コア６０３は、平坦化層６０７が除去された後に除去されてもよい。従来のプロセスフローでは、コア６０３は、この時点までに既に平坦化層６０７によって置き換えられており、そのため、単一の灰化ステップのみが使用される。
この時点で、図６Ｆの基板６０１は、図４Ｃの基板５０１に類似している。すなわち、基板６０１は、下地材料６０２と第１のスペーサフィーチャ６０４’とを含む。方法は、図３及び図４Ｄ－４Ｆで説明したものに類似するステップへと続く。動作５１３において、図６Ｇに示すように、第２のスペーサ層６０５が第１のスペーサフィーチャ６０４’の上に堆積される。動作５１５において、図６Ｈに示すように、第２のスペーサ層６０５がエッチバックされる。動作５１７において、図６Ｉに示すように、第１のスペーサフィーチャ６０４’が除去される。このとき、第２のスペーサ層６０５の残存する部分は、互いに分離した別個のものであり、第２のスペーサフィーチャ６０５’と呼ばれることもある。
図６Ａ－６Ｉに示すように、図５で説明したプロセスフローは、基板６０１上に存在するフィーチャの数を３倍にした（例えば、基板は２つのフィーチャで始まり、６つのフィーチャで終了した）。もちろん、図５の方法を実施する際に、特定の用途のために所望されるようにフィーチャ（例えば、第１のスペーサフィーチャ）を除去の対象とし、任意の数の開口部６１０を使用できる。一般に、図５の方法は、フォトレジスト６０９に設けられた開口部６１０の数に応じて、基板上のフィーチャの数を３：１から４：１の倍率で増加させるために使用されてもよい。結果として得られたフィーチャのレイアウトは、開口部６１０の位置決めに基づいて制御できる。
図１３は、半導体基板を処理する方法を説明するフローチャートを示し、基板は、不均一な限界寸法を有するフィーチャを含むようにパターニングされる。図３及び図５で説明した方法と同様に、図１３の方法は、いくつかの処理ステップを通してコアが基板上に維持されることを保証し、コアが隣接する構造体に機械的支持を与えることを可能にし、それによって、そのような構造体が崩壊することを防ぐ。図１２Ａ－１２Ｈは、図１３の方法が行われている部分的に製造された半導体基板を示す。これらの図は、明確化のために、一緒に説明される。
図１３の方法は、動作１３０１で始まり、ここで基板１２０１を反応チャンバで受け取る。基板１２０１は、例えば、基板支持体上に配置されてもよい。基板１２０１は、図１２Ａに示すように、下地材料１２０２と、コア１２０３と、第１のスペーサ層１２０４とを含む。次に、動作１３０３において、図１２Ｂに示すように、第１のスペーサ層１２０４がエッチバックされる。この動作は、例えば、図３の動作３０３における第１のスペーサ層のエッチバックに類似する。動作１３０５において、基板は洗浄に付され、例えば動作１３０３における第１のスペーサ層のエッチバック中に発生し得る不要な材料を除去する。次に、動作１３０７において、図１２Ｃに示すように、平坦化層１２０５が堆積され、パターニングされる。平坦化層１２０５は、図６Ｂ－６Ｅの平坦化層６０７に類似しており、同様の技術によりパターニングされてもよい（例えば、１つ又は複数の追加の層を、リソグラフィと組み合わせて使用してもよい）。
平坦化層１２０５は、図１２Ｃに示すように、下層構造の特定の部分を露出させるようにパターニングされる。特に、平坦化層１２０５は、基板上に露出領域（例えば、平坦化層１２０５が除去された領域）及び保護領域（例えば、平坦化層が残っている領域）を画定するようにパターニングされる。以下でさらに説明するように、これによって、不均一な限界寸法を有するフィーチャを形成できる。
動作１３０９において、第１のスペーサ層１２０４の露出部分が、露出領域内の第１のスペーサ層１２０４の厚さを減らすために、イオン、化学物質、及び／又はプラズマ１２０６への曝露を通してトリミングされる。図１２Ｃは、このトリミング動作１３０９の開始時の基板１２０１を示し、図１２Ｄは、このトリミング動作１３０９の終了時の基板１２０１を示す。トリミングの前に、第１のスペーサ層１２０４は、第１のスペーサ層１２０４が残っている全ての領域において厚さＡを有する。厚さは、基板表面に平行な方向で測定される。トリミング後、第１のスペーサ層１２０４は、保護領域において厚さＡを有し、露出領域においてより小さい厚さＡ’を有する。この時点で、これらの狭められたフィーチャは、トリミングされた第１のスペーサ１２０４’と呼ばれることもある。図１２Ｄ－１２Ｈは、３つの隣接するトリミングされた第１のスペーサ１２０４’を示すが、任意の数のトリミングされた第１のスペーサ１２０４’を使用してもよく、かつ特定の用途に対して任意の所望のレイアウトで形成してもよいことが理解される。
次に、動作１３１１において、図１２Ｅに示すように、平坦化層１２０５が除去される。このステップは、図５の動作５１１における平坦化層の除去に類似している。動作１３１３において、図１２Ｆに示すように、コア１２０３が除去される。このステップは、図５の動作５１１におけるコアの除去に類似している。場合によっては、平坦化層１２０５及びコア１２０３は、別々のステップで除去されてもよく、他の場合には、これらは単一のステップで一緒に除去されてもよい。コア１２０３が除去された後、第１のスペーサ層１２０４の残存するトリミングされていない部分から形成されたフィーチャ、及びトリミングされた第１のスペーサ１２０４’から形成されたフィーチャは、互いに分離した別個のものであり、第１のスペーサフィーチャと呼ばれることもある。
図１２Ｆは、第１のスペーサフィーチャの不均一な限界寸法を明確に示す。特に、トリミングを受けない第１のスペーサ層１２０４から形成された第１のスペーサフィーチャ（明るい灰色で示される）は厚さＡを有するが、トリミングされた第１のスペーサ１２０４’から形成された第１のスペーサフィーチャ（暗い灰色で示される）はより狭い厚さＡ’を有する。
動作１３１５において、図１２Ｇに示すように、第２のスペーサ層１２０７が堆積される。第２のスペーサ層１２０７は、厚さＢを有する。この堆積は、図３の動作３１３及び図５の動作５１３における第２のスペーサ層の堆積に類似している。次に、動作１３１７において、図１２Ｈに示すように、第２のスペーサ層１２０７は、エッチバックされる。このエッチバックは、図３の動作３１５及び図５の動作５１５に類似している。図１２Ｈに示される基板１２０１は、その上に、異なる限界寸法を有する２つの異なる種類のフィーチャを有する。ある種類のフィーチャは、厚さＡ＋２Ｂを有し、動作１３０９におけるトリミング中に下層構造を保護するために平坦化層１２０５が存在した領域に形成されている。他の種類のフィーチャは、より狭く、厚さＡ’＋２Ｂを有し、平坦化層１２０５が除去されて下層構造が露出した領域に形成され、ここで第１のスペーサ層１２０４の一部がトリミングされて、トリミングされた第１のスペーサ１２０４’が形成される。
特定の実施形態では、動作１３１５及び１３１７は省略されてもよい。第２のスペーサ層１２０７の堆積がなくても、例えば図１２Ｆに示すように、異なる限界寸法を有するフィーチャを形成できる。いくつかの実施形態では、追加の動作が行われてもよい。一例として、第１のスペーサ層１２０４及びトリミングされた第１のスペーサ１２０４’からの材料は、動作１３１７の後に除去されてもよい。これは、均一な厚さＢを有するが、隣接するフィーチャのセット間の間隔が異なるフィーチャを生成するであろう。例えば、隣接するフィーチャのいくつかのセットは距離Ａだけ分離され、他方で隣接するフィーチャの他のセットは距離Ａ’だけ分離されることになる。
図１３及び図１２Ａ－１２Ｈに示される方法に関する１つの注目すべき特徴は、動作１３０３における第１のスペーサ層１２０４のエッチバック、動作１３０５における基板１２０１の洗浄、動作１３０７における平坦化層１２０５の堆積及びパターニング、並びに動作１３０９におけるトリミングされた第１のスペーサ１２０４’を形成するための第１のスペーサ層１２０４の露出部分のトリミングを含むいくつかの処理ステップを通して、コア１２０３が基板１２０１に留まっている点である。さらに、図１３で概説した処理ステップの多くは、第２のスペーサ層１２０７を堆積するために使用される反応チャンバで行われてもよい。例えば、少なくとも、動作１３０９で第１のスペーサ層１２０４をトリミングするステップ、動作１３１１で平坦化層１２０５を除去するステップ、動作１３１３でコア１２０３を除去するステップ、及び動作１３１５で第２のスペーサ層１２０７を堆積するステップは、全てこの反応チャンバで行われてもよい。基板１２０１が第２のスペーサ層１２０７を堆積するために使用される反応チャンバに移送された後まで、コア１２０３が基板１２０１上に確実に留まるようにすることによって、フィーチャ崩壊のリスクは実質的に低減又は排除される。関連するフィーチャが適切な支持を欠いている間は、基板を、移送、洗浄、又は崩壊を引き起こす可能性のある他の動作に付さないため、このリスクは低減される。
様々な種類のフィードバックが、本明細書の実施形態を実施する際に使用されてもよい。例えば、コアを除去するときに（例えば、動作３１１、５１１、又は１３１３において）、フィードバックを使用して、コア材料が基板から十分に除去される時間を判定してもよい。これにかかる時間は、様々な要因に基づいて、日ごとに、又は基板ごとに変化し得る。コア除去プロセスの監視に使用され得るフィードバック方法の例として、発光分光分析（ＯＥＳ）及びレーザ干渉法（ＬＳＲ）が挙げられる。リアルタイムフィードバックは、コアが十分に除去された直後にコア除去プロセスを停止でき、したがって、基板上、特に第１のスペーサフィーチャ上の過剰なプラズマ曝露（及び／又は他の厳しい処理条件）を最小限に抑えることができるので、この文脈で有用である。多くの実施形態において、コア除去プロセスは、基板をプラズマ（例えば、酸素含有プラズマ）、時には灰化プラズマとも呼ばれるものに曝露することを含む。コア除去プロセスは、単にプラズマを消すことによって停止されてもよい。コア除去プロセスは、コア除去プロセスが完了又は実質的に完了したことを示すＯＥＳ及び／又はＬＳＲ装置からのフィードバックに応答して停止されてもよい。
この文脈において、発光分光分析は、コアを除去するために基板に曝露されるプラズマの光学発光を監視することを含む。コアがプラズマと反応すると、コア材料は反応して消滅し、気相生成物を生成し、気相生成物は真空接続を介してチャンバから除去される。光学発光スペクトルを監視して、気相生成物の存在と相対濃度を検出する。気相生成物は典型的に、除去プロセスの初期に濃度（及び特定の波長における測定線強度）が増加し、その後定常状態に達し、次いで除去プロセスが完了に近づくと減少する。特定の気相生成物の測定強度がある閾値レベルまで下がると、コア材料が除去されたことを意味し、プラズマへの基板のさらなる曝露は不要である（かつ有害な可能性もある）。一例では、コアは炭素又は炭素系材料であり、コアを除去することは、炭素を灰化して気相の二酸化炭素を形成することを含む。プラズマの光学発光スペクトルは、二酸化炭素が放射する波長で監視される。最初は、コアの炭素が反応して消滅し、二酸化炭素が生成されると、二酸化炭素の信号が上昇する。二酸化炭素信号は定常状態に達し、この時点では、チャンバから排出されるのと同じ速度で二酸化炭素が生成されている。最終的に、二酸化炭素信号は０に向かって減少し始め、二酸化炭素が生成されるよりも速くチャンバから除去されていることを示し、除去プロセスが完了した又は完了に近づいていることを意味する。同様の技術は、他の種類のコア材料や灰化プラズマと共に使用されてもよい。
上述したように、コア除去プロセスのエンドポイントを検出するために使用され得る別の種類のフィードバックは、レーザ干渉法を含む。この文脈では、レーザ干渉法は、１つ又は複数のレーザを基板上に照射し（単一レーザを使用する場合は、レーザを２つ以上のビームに分割する）、ビームを基板に跳ね返し、基板から戻ってくる干渉パターンを監視することを含む。この技術により、ウェハ表面上での光子と物質の相互作用を調べ、コア除去プロセスがいつ完了したかを検出できる。
本明細書の実施形態のいずれかで使用され得る別の種類のフィードバックは、しばしばスキャッタロメトリと呼ばれるＯＣＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）計測に関連する。この種類のフィードバックは、コアが除去された後の第１のスペーサフィーチャの幅（例えば、図４Ｃ又は図６Ｆにおける左から右への幅）を測定するために使用されてもよい。様々な実施形態において、コアを除去し、かつ第２のスペーサ層を堆積するために使用されるチャンバは、ＯＣＤを実行するためのスキャッタロメトリハードウェアを含んでもよい。このようにして、第１のスペーサフィーチャの幅は、計測のために基板を別のチャンバに移送することなく、堆積チャンバ内でｉｎーｓｉｔｕ測定することができる。そのような基板移送は、例えば図２Ｄに関連して説明したように、望ましくないことに、第１のスペーサフィーチャの倒れを引き起こす可能性がある。代わりに、基板をデチャックすることなく、又は他の方法で乱すことなく、コアの除去と、第１のスペーサフィーチャの幅の測定と、その後の第２のスペーサ層の堆積のすべてを行うことができる。スキャッタロメトリハードウェアによって測定された幅は、第１のスペーサ層の堆積などの上流プロセスを制御するためのフィードバックとして使用されてもよい。スキャッタロメトリが、第１のスペーサフィーチャが所望よりも狭いことを示す場合、将来処理される基板上により厚い第１のスペーサ層を形成するために、第１のスペーサフィーチャを形成するためのプロセスの持続時間を長くしてもよい。同様に、スキャッタロメトリが第１のスペーサフィーチャが所望よりも広いことを示す場合、将来処理される基板上により狭い第１のスペーサ層を形成するために、第１のスペーサフィーチャを形成するためのプロセスの持続時間を短くしてもよい。代替的に又は持続時間の変更に加えて、第１のスペーサ層の堆積はまた、望ましい場合には、異なるプラズマ条件を使用するようにスキャッタロメトリ結果に基づいて変更されてもよい。これらの変更は、自動プロセス制御に基づいて行われてもよく、又は手動で行われてもよい。
本明細書に記載されたフィードバックを得るために、第２のスペーサ層を堆積するために使用される堆積チャンバは、関連するフィードバックハードウェアを含むように変更されてもよい。例えば、堆積チャンバは、発光分光分析ハードウェア、レーザ干渉ハードウェア、及び／又は光ＣＤ計測／スキャッタロメトリハードウェアを含むように変更されてもよい。第２のスペーサ層を堆積するために使用される従来の堆積チャンバは、そのようなフィードバックハードウェアを含まない。しばしば、第２のスペーサ層は、原子層堆積（これは、プラズマエネルギー及び／又は熱エネルギーによって駆動され得る）により堆積され、これは、非常にゆっくりと予測可能に堆積される。原子層堆積反応の予測可能かつ制御可能な性質のため、堆積プロセスを能動的に監視する必要はない。むしろ、堆積反応のエンドポイントは、堆積速度と所望の膜厚のみに基づいて、確実に予測できる。そのため、第２のスペーサ層を堆積するための従来のチャンバは、エンドポイント検出のためのハードウェアを含まない。同じことが、予測可能な堆積速度を有する他の種類の堆積チャンバ（例えば、化学蒸着チャンバなど）にも当てはまる。同様に、第２のスペーサ層を堆積するための従来のチャンバは、スキャッタロメトリハードウェアを含まない。そのようなハードウェアは、プロセスフローのより早い段階で他のツールで使用されてもよい。しかしながら、第２のスペーサ層を堆積するために使用される堆積チャンバにそのようなハードウェアを含める説得力のある理由は、これまで存在しなかった。
装置
図７は、様々な実施形態に係る、基板を処理するために使用され得るプロセスステーション７００の一実施形態を概略的に示す。例えば、プロセスステーション７００は、コアの除去（例えば、動作３１１、５１１、及び１３１３）、追加の平坦化層の除去（例えば、動作５１１及び１３１１）、第２のスペーサ層の堆積（例えば、動作３１３、５１３、及び１３１５）、並びにこれらのプロセスに関連する任意の計測及びフィードバック技術の実行を含む、本明細書に記載される多くの動作の実行に使用されてもよい。図３、５、及び／又は１３に記載されたプロセスフローを用いて、同じプロセスステーション７００でこれらの動作を行うことによって、上述した利点が達成され得る。例えば、コア（及び存在する場合は追加の平坦化層）を除去し、同じステーションで第２のスペーサ層を堆積することにより、第１のスペーサフィーチャが機械的に損なわれた状態にある間に基板を移送する必要性がなくなる。様々な実施形態において、図２Ｃ、４Ｃ、６Ｆ、及び１２Ｆに示すように、第１のスペーサフィーチャが横方向に支持されていない時点では、基板は移送されない。言い換えれば、図２Ｂ、４Ｂ、６Ａ、及び１２Ｂに示すように、第１のスペーサ層がエッチバックされた後、第１のスペーサ層（又は第１のスペーサフィーチャ）の残存する部分が、例えば、コアの材料又は第２のスペーサ層の材料によって横方向に支持される場合にのみ基板は移送される。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される特定の追加の動作は、プロセスステーション７００において（例えば、コアを除去し、第２のスペーサ層を堆積するために使用される同じプロセスステーション７００において）行われてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、プロセスステーション７００はまた、第１のスペーサ層を堆積させるために使用されてもよい。これら又は他の実施形態において、プロセスステーション７００は、第１のスペーサ層の堆積前にコアを横方向にトリミングするために使用されてもよい。このトリミングは、基板の表面全体（及び異なる基板間）にわたってコアの限界寸法の均一性を保証する。これら又は他の実施形態では、プロセスステーション７００は、（例えば、Ｈｅ及び／又はＡｒプラズマを用いて）基板をプラズマ処理し、それによって、堆積前に、膜（例えば、第１又は第２のスペーサ層、又は本明細書に記載の他の層）のコンフォーマリティ及び接着性を高めるために基板の表面を活性化するために使用されてもよい。
簡略化のために、プロセスステーション７００は、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体７０２を有する独立型プロセスステーションとして描かれている。ただし、複数のプロセスステーション７００が、共通のプロセスツール環境に含まれてもよいことが理解されよう。さらに、いくつかの実施形態において、以下で詳細に議論されるものを含むプロセスステーション７００の１つ又は複数のハードウェアパラメータは、１つ又は複数のコンピュータコントローラによってプログラム的に調整されてもよいことが理解されよう。
プロセスステーション７００は、プロセスガスを分配シャワーヘッド７０６に送達するための反応物送達システム７０１と流体連通している。反応物送達システム７０１は、シャワーヘッド７０６に送達するためにプロセスガスを混合及び／又は調節するための混合容器７０４を含む。１つ又は複数の混合容器入口弁７２０は、混合容器７０４へのプロセスガスの導入を制御してもよい。同様に、シャワーヘッド入口弁７０５は、シャワーヘッド７０６へのプロセスガスの導入を制御してもよい。
ＢＴＢＡＳのようないくつかの反応物が、プロセスステーションでの気化とそれに続くプロセスステーションへの送達に先立って、液体形態で格納されてもよい。例えば、図７の実施形態は、混合容器７０４に供給される液体反応物を気化させるための気化ポイント７０３を含む。いくつかの実施形態では、気化ポイント７０３は加熱された気化器であってもよい。そのような気化器から生成される反応物蒸気は、下流の送達配管内で凝縮する場合がある。凝縮した反応物への非相溶性ガスの曝露は、小粒子を生成する場合がある。これらの小粒子は、配管の詰まり、バルブ動作の阻害、基板の汚染などを引き起こすこともある。このような問題に対処するためのいくつかの手法として、送達管を掃除及び／又は排気して反応残留物を除去することが挙げられる。しかしながら、送達管の掃除は、プロセスステーションのサイクル時間を増加させ、プロセスステーションのスループットを低下させることもある。したがって、いくつかの実施形態において、気化ポイント７０３の下流の送達管は、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７０４もまた、ヒートトレースされてもよい。１つの非限定的な例では、気化ポイント７０３の下流の配管は、混合容器７０４において約１００°Cから約１５０°Cに及ぶ増加する温度プロファイルを有する。
いくつかの実施形態では、液体反応物は、液体注入器で気化されてもよい。例えば、液体注入器は、液体反応物のパルスを混合容器の上流のキャリアガス流に注入してもよい。あるシナリオでは、液体注入器は、液体を高い圧力から低い圧力に減圧沸騰させることによって反応物を気化させてもよい。別のシナリオでは、液体注入器は、液体を噴霧微小滴に細分化してもよく、これはその後、加熱された送達管内で気化される。小さな液滴は大きな液滴よりも速く気化し、液体の注入と完全な気化との間の遅延を減少させることが理解されよう。より速い気化は、気化ポイント７０３の下流にある配管の長さを減少させ得る。あるシナリオでは、液体注入器は、混合容器７０４に直接取り付けられてもよい。別のシナリオでは、液体注入器は、シャワーヘッド７０６に直接取り付けられてもよい。
いくつかの実施形態では、気化ポイント７０３の上流にある液体流量コントローラが、気化及びプロセスステーション７００への送達のための液体の質量流量を制御するために設けられてもよい。例えば、液体流量コントローラ（ＬＦＣ）は、ＬＦＣの下流に位置する熱式質量流量計（ＭＦＭ）を含んでもよい。ＬＦＣのプランジャ弁は、その後、ＭＦＭと電気的に連通する比例－積分－微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号に応答して調整されてもよい。ただし、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定させるには、１秒以上かかる場合がある。これは、液体反応物を投入するための時間を延長し得る。したがって、いくつかの実施形態では、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もよい。いくつかの実施形態では、ＬＦＣは、ＬＦＣ及びＰＩＤコントローラのセンスチューブを無効にすることによって、フィードバック制御モードから直接制御モードへ動的に切り替えられてもよい。
シャワーヘッド７０６は、基板７１２に向かってプロセスガスを分配する。図７に示す実施形態では、基板７１２は、シャワーヘッド７０６の下に位置し、かつ台座７０８の上に静止しているものとして示される。シャワーヘッド７０６は、任意の適切な形状を有してもよく、かつ基板７１２にプロセスガスを分配するためのポートの任意の適切な数及び配置を有してもよいことが理解されよう。
いくつかの実施形態において、微小容積７０７は、シャワーヘッド７０６の下に位置する。プロセスステーションの全容積ではなく微小容積内でプロセスを実行することで、反応物の曝露及び一掃時間を減らし、プロセス条件（例えば、圧力、温度など）を変更するための時間を減らし、プロセスステーションロボットのプロセスガスへの曝露を制限し得るなどの効果がある。微小容積のサイズ例として、限定されないが、０．１リットルから２リットルの容積が挙げられる。この微小容積は、生産性スループットにも影響を与える。例えば、このような微小容積を原子層堆積プロセスに使用する場合、サイクルあたりの堆積速度は、より大きな容積の場合よりも低くなるだろうが、サイクル時間も同時に短縮される。特定の場合では、後者の効果は、所与の目標膜厚に関するモジュールの全スループットを高めるほどに劇的である。
いくつかの実施形態では、台座７０８は、基板７１２を微小容積７０７に露出させるために、及び／又は微小容積７０７の容積を変化させるために、上げ下げされてもよい。例えば、基板の移送段階において、台座７０８は、基板７１２を台座７０８上に載置できるように下げられてもよい。基板処理段階（例えば、基板上に材料を堆積し、基板上の材料をエッチングし、又は基板上の材料を処理するなど）の間、台座７０８は、基板７１２を微小容積７０７内に配置するために上げられてもよい。いくつかの実施形態では、微小容積７０７は、基板を処理している間に高流量インピーダンスの領域を形成するために、台座７０８の一部と共に基板７１２を完全に包囲してもよい。
随意に、台座７０８は、微小容積７０７内で、プロセス圧力、反応物濃度などを調節するために、基板が処理されている間、下げられ及び／又は上げられてもよい。基板を処理している間、プロセスチャンバ本体７０２がベース圧力に留まる１つのシナリオでは、台座７０８を下げると、微小容積７０７の排気が可能になる場合がある。プロセスチャンバ容積に対する微小容積の比率の例は、限定されないが、１：７００から１：１０の容積比を含む。いくつかの実施形態において、台座の高さは、適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に調節されてもよいことが理解されよう。
別のシナリオでは、台座７０８の高さを調節することによって、プロセスに含まれるプラズマ活性化及び／又は処理サイクルの間にプラズマ密度を変化させることができる場合がある。基板処理段階の終了時に、台座７０８は、基板７１２を台座７０８から除去できるように、別の基板移送段階の間、下げられてもよい。
本明細書に記載された微小容積例の変形は、高さ調節可能な台座と呼ばれるが、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド７０６の位置は、微小容積７０７の容積を変化させるために台座７０８に対して調節されてもよいことが理解されよう。さらに、台座７０８及び／又はシャワーヘッド７０６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切な機構によって変化させてもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態では、台座７０８は、基板７１２の向きを回転させるための回転軸を含んでもよい。いくつかの実施形態では、これらの調節例のうちの１つ又は複数が、１つ又は複数の適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に実行されてもよいことが理解されよう。
図７に示される実施形態に戻ると、シャワーヘッド７０６及び台座７０８は、プラズマに電力を供給するためにＲＦ電源７１４及び整合ネットワーク７１６と電気的に連通する。いくつかの実施形態では、プラズマエネルギーは、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、及びプラズマ電力パルスタイミングのうちの１つ又は複数を制御することによって制御されてもよい。例えば、ＲＦ電源７１４及び整合ネットワーク７１６は、ラジカル種の所望の組成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もよい。適切な電力の例は、上記に含まれる。同様に、ＲＦ電源７１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を供給してもよい。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源７１４は、高周波及び低周波のＲＦ電源を互いに独立して制御するように構成されてもよい。低周波のＲＦ周波数の例は、限定されないが、５０ｋＨｚから７００ｋＨｚの周波数を含んでもよい。高周波のＲＦ周波数の例は、限定されないが、１．８ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの周波数を含んでもよい。表面反応のためのプラズマエネルギーを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的又は連続的に変調されてもよいことが理解されよう。１つの非限定的な例において、プラズマ電力は、連続的に電力が与えられるプラズマと比較して、基板表面とのイオン衝撃を低減するために、断続的にパルス化されてもよい。
いくつかの実施形態において、プラズマは、１つ又は複数のプラズマモニタによってｉｎーｓｉｔｕ監視されてもよい。あるシナリオでは、プラズマ電力は、１つ又は複数の電圧、電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって監視されてもよい。別のシナリオでは、プラズマ密度及び／又はプロセスガス濃度は、１つ又は複数の発光分光分析センサ（ＯＥＳ）により測定されてもよい。いくつかの実施形態において、１つ又は複数のプラズマパラメータは、そのようなｉｎーｓｉｔｕの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もよい。例えば、ＯＥＳセンサは、プラズマ電力のプログラム的制御を提供するためのフィードバックループにおいて使用されてもよい。上述したように、ＯＥＳハードウェアは、コアを除去するために使用される反応のエンドポイントを決定するために使用されてもよい。代替的に又は付加的に、レーザ干渉ハードウェアは、この反応のエンドポイントを判定するために使用されてもよい。これら又は他の実施形態では、ＯＣＤ／スキャッタロメトリハードウェアは、基板表面上に存在する第１のスペーサフィーチャ及び／又は他のフィーチャの幅を測定するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、プラズマ、基板、及び他のプロセス特性を監視するために、他のモニタが使用されてもよいことが理解されよう。そのようなモニタは、限定されないが、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、及び圧力変換器を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、プラズマは、入出力制御（ＩＯＣ）順序付け命令を介して制御されてもよい。一例では、プラズマプロセス段階のためのプラズマ条件を設定するための命令は、プロセスレシピの対応するプラズマ活性化レシピ段階に含まれてもよい。いくつかの場合では、プロセスレシピ段階は、特定のプロセス段階のためのすべての命令がそのプロセス段階と同時に実行されるように、連続的に配列されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のプラズマパラメータを設定するための命令は、プラズマプロセス段階に先行するレシピ段階に含まれてもよい。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガス及び／又は反応ガスの流量を設定するための命令、プラズマ発生器を電力設定点に設定するための命令、並びに第１のレシピ段階のための時間遅延命令を含んでもよい。第２の後続のレシピ段階は、プラズマ発生器を有効にするための命令と、第２のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでもよい。第３のレシピ段階は、プラズマ発生器を無効にするための命令と、第３のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでもよい。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内の任意の好適な方法でさらに細分化及び／又は反復されてもよいことが理解されよう。
いくつかの堆積プロセスでは、プラズマストライクは、数秒又はそれ以上の持続時間のオーダーで続く。特定の実施形態では、はるかに短いプラズマストライクが使用されてもよい。これらは、１０ｍｓ～１秒のオーダーであってもよく、典型的には、約２０～８０ｍｓであり、５０ｍｓが具体例である。このような非常に短いＲＦプラズマストライクは、プラズマの極めて迅速な安定化を必要とする。これを達成するために、プラズマ発生器は、インピーダンス整合が特定の電圧に予め設定され、一方で周波数は浮動可能なように構成されてもよい。従来、高周波プラズマは、約１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で生成される。本明細書で開示する様々な実施形態では、この標準的な値とは異なる値に周波数を浮動させることができる。インピーダンス整合を所定の電圧に固定しながら周波数を浮動させることによって、プラズマははるかに迅速に安定化することができ、この結果は、ある種の堆積サイクルに関連する非常に短いプラズマストライクを使用する場合に重要であり得る。
いくつかの実施形態において、台座７０８は、ヒーター７１０を介して温度制御されてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、堆積プロセスステーション７００の圧力制御は、バタフライバルブ７１８によって提供されてもよい。図７の実施形態に示すように、バタフライバルブ７１８は、下流真空ポンプ（図示せず）により提供される真空を絞る。しかしながら、いくつかの実施形態において、プロセスステーション７００の圧力制御はまた、プロセスステーション７００に導入される１つ又は複数のガスの流量を変化させることによって調整されてもよい。
図８は、特定の実施形態に係るマルチステーション処理ツール８００の実施形態の概略図である。マルチステーション処理ツール８００は、コアの除去（例えば、動作３１１、５１１、及び１３１３）、追加の平坦化層の除去（例えば、動作５１１及び１３１１）、第２のスペーサ層の堆積（例えば、動作３１３、５１３、及び１３１５）、並びにこれらのプロセスに関連する任意の計測及びフィードバック技術の実行を含む、本明細書に記載される多くの動作の実行に使用されてもよい。図３、図５、及び／又は図１３に記載されたプロセスフローを使用して、同じマルチステーション処理ツール８００においてこれらの動作を行うことによって、上述した利点が達成され得る。例えば、コア（及び存在する場合は追加の平坦化層）を除去し、同じマルチステーション処理ツールで第２のスペーサ層を堆積することにより、第１のスペーサフィーチャが機械的に損なわれた状態にある間にツール間で基板を移送する必要がなくなる。様々な場合において、これらの動作は、図７に関連して上述したように、マルチステーション処理ツール８００の同じステーションで行われる。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される特定の追加動作は、マルチステーションツール８００において（例えば、コアを除去し、第２のスペーサ層を堆積するために使用される同じマルチステーション処理ツール８００において、例えばマルチステーション処理ツール８００の同じステーション内で）行われてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、マルチステーション処理ツール８００はまた、第１のスペーサ層を堆積させるために使用されてもよい。
マルチステーション処理ツール８００は、インバウンドロードロック８０２とアウトバウンドロードロック８０４とを含み、これらのいずれか又は両方がリモートプラズマ源を含んでもよい。ロボット８０６は、大気圧で、ポッド８０８を介して装填されたカセットから大気ポート８１０を介してインバウンドロードロック８０２にウェハを移動するように構成される。ウェハは、ロボット８０６によってインバウンドロードロック８０２内の台座８１２に置かれ、大気ポート８１０が閉じられ、ロードロックがポンプダウンされる。インバウンドロードロック８０２がリモートプラズマ源を含む場合、ウェハは、処理チャンバ８１４に導入される前に、ロードロック内でリモートプラズマ処理に曝露されてもよい。さらに、ウェハはまた、例えば、水分及び吸着ガスを除去するために、同様にインバウンドロードロック８０２において加熱されてもよい。次に、処理チャンバ８１４へのチャンバ搬送ポート８１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、処理のためにリアクタ内の図示された第１のステーションの台座にウェハを載せる。図８に示された実施形態はロードロックを含むが、いくつかの実施形態では、ウェハがプロセスステーションへ直接進入するようにしてもよいことが理解されよう。
示された処理チャンバ８１４は、図８に示された実施形態において１から４の番号が付けられた４つのプロセスステーションを含む。各ステーションは、加熱された台座（ステーション１については８１８で示されている）、及びガスライン入口を有する。いくつかの実施形態において、各プロセスステーションは、異なる又は複数の目的を有し得ることが理解されよう。示された処理チャンバ８１４は４つのステーションを含むが、本開示に係る処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してもよいことが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバは５つ以上のステーションを有してもよく、他の実施形態では、処理チャンバは３つ以下のステーションを有してもよい。
図８はまた、処理チャンバ８１４内でウェハを移送するためのウェハ処理システム８９０の一実施形態を示している。いくつかの実施形態では、ウェハ処理システム８９０は、様々なプロセスステーション間、及び／又は１つのプロセスステーションと１つのロードロックとの間で、ウェハを移送してもよい。任意の適切なウェハ処理システムが採用されてもよいことが理解されよう。非限定的な例として、ウェハカルーセル及びウェハ処理ロボットが挙げられる。図８はまた、プロセスツール８００のプロセス条件及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コントローラ８５０の実施形態を示す。システムコントローラ８５０は、１つ又は複数のメモリデバイス８５６と、１つ又は複数の大容量記憶装置８５４と、１つ又は複数のプロセッサ８５２とを含んでもよい。プロセッサ８５２は、ＣＰＵ又はコンピュータ、アナログ及び／又はデジタル入力／出力接続、ステッピングモータ制御ボードなどを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、システムコントローラ８５０は、プロセスツール８００の活動のすべてを制御する。システムコントローラ８５０は、大容量記憶装置８５４に記憶され、メモリデバイス８５６にロードされ、プロセッサ８５２上で実行されるシステム制御ソフトウェア８５８を実行する。システム制御ソフトウェア８５８は、タイミング、ガスの混合、チャンバ及び／又はステーションの圧力、チャンバ及び／又はステーションの温度、パージ条件及びタイミング、ウェハ温度、ＲＦ電力レベル、ＲＦ周波数、基板、台座、チャック及び／又はサセプタ位置、及びプロセスツール８００によって実行される特定のプロセスの他のパラメータを制御する命令を含んでもよい。システム制御ソフトウェア８５８は、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、開示された方法に従って様々なプロセスツールのプロセスを実施するために必要なプロセスツールコンポーネントの動作を制御するために、様々なプロセスツールコンポーネントのサブルーチン又は制御オブジェクトが書き込まれてもよい。システム制御ソフトウェア８５８は、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化されてもよい。
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェア８５８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）順序付け命令を含んでもよい。例えば、プラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスの各段階は、システムコントローラ８５０による実行のための１つ又は複数の命令を含んでもよい。ＰＥＡＬＤプロセス段階のためのプロセス条件を設定するための命令は、対応するＰＥＡＬＤレシピ段階に含まれてもよい。いくつかの実施形態では、ＰＥＡＬＤレシピ段階は、ＰＥＡＬＤプロセス段階のための全ての命令がそのプロセス段階と同時に実行されるように、連続的に配列されてもよい。同様のレシピ段階が、他の種類の処理にも使用されてよい。
システムコントローラ８５０に関連付けられた大容量記憶装置８５４及び／又はメモリデバイス８５６に記憶された他のコンピュータソフトウェア及び／又はプログラムが、いくつかの実施形態において採用されてもよい。この目的のためのプログラム又はプログラムのセクションの例として、基板位置決めプログラム、プロセスガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒーター制御プログラム、及びプラズマ制御プログラムが挙げられる。
基板位置決めプログラムは、基板を台座８１８に載置し、基板とプロセスツール８００の他の部分との間の間隔を制御するために使用されるプロセスツールコンポーネントのためのプログラムコードを含んでもよい。
プロセスガス制御プログラムは、プロセスステーション内の圧力を安定させるために、ガスの組成及び流量を制御するためのコードと、随意に、堆積又は他の処理の前に１つ又は複数のプロセスステーションにガスを流すためのコードを含んでもよい。プロセスガス制御プログラムは、本開示の任意の範囲内でガスの組成及び流量を制御するためのコードを含んでもよい。圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気系の絞り弁や、プロセスステーションへのガス流量などを調節することによって、プロセスステーション内の圧力を制御するためのコードを含んでもよい。圧力制御プログラムは、本開示の任意の圧力範囲内でプロセスステーション内の圧力を維持するためのコードを含んでもよい。
ヒーター制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでもよい。あるいは、ヒーター制御プログラムは、基板への熱伝達ガス（ヘリウムなど）の送達を制御してもよい。ヒーター制御プログラムは、本開示の任意の範囲内で基板の温度を維持するための命令を含んでもよい。
プラズマ制御プログラムは、例えば本明細書に開示されるＲＦ電力レベルのいずれかを使用して、１つ又は複数のプロセスステーションにおいてプロセス電極に適用されるＲＦ電力レベル及び周波数を設定するためのコードを含んでもよい。プラズマ制御プログラムはまた、各プラズマ曝露の持続時間を制御するためのコードを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、システムコントローラ８５０に関連付けられたユーザインタフェースが存在してもよい。ユーザインタフェースは、ディスプレイスクリーン、装置及び／又はプロセス状態のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、並びにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、システムコントローラ８５０によって調整されるパラメータは、プロセス条件に関するものであってもよい。非限定的な例として、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベル、周波数、及び曝露時間など）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もよく、ユーザインタフェースを利用して入力されてもよい。
プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサからシステムコントローラ８５０のアナログ及び／又はデジタル入力接続によって提供されてもよい。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール８００のアナログ及びデジタル出力接続で出力されてもよい。監視され得るプロセスツールセンサの非限定的な例として、質量流量コントローラ、圧力センサ（マノメータなど）、熱電対、発光センサ（例えば、ＯＥＳ実行用）、レーザ干渉センサ（例えば、ＬＳＲ実行用）、光ＣＤ計測／スキャッタロメトリセンサ（例えば、スキャッタロメトリ実行用）などが挙げられる。適切にプログラムされたフィードバック及び制御アルゴリズムは、プロセス条件を維持し、様々なプロセスを制御するために、これらのセンサからのデータと共に使用されてもよい。
開示された実施形態を実施するために、任意の適切なチャンバを使用できる。装置の例として、限定されないが、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．からそれぞれ入手可能なＳＴＲＩＫＥＲ（登録商標）製品ファミリー、ＡＬＴＵＳ（登録商標）製品ファミリー、ＶＥＣＴＯＲ（登録商標）製品ファミリー、及び／又はＳＰＥＥＤ（登録商標）製品ファミリーの装置、又は他の市販の種々の処理システムの任意のものが挙げられる。２つ以上のステーションが同じ機能を実行してもよい。同様に、２つ以上のステーションが異なる機能を実行してもよい。各ステーションは、所望に応じて特定の機能／方法又は機能／方法の組み合わせを実行するように設計／構成できる。同じチャンバで行われるものとして本明細書に記載されたいずれの動作も、異なる動作用の異なるステーション間で基板を移送する必要がないように、マルチステーションツールの同じステーションで実行されてもよい。
図９は、特定の実施形態に従い薄膜堆積プロセス、エッチングプロセス、洗浄プロセス、及び他のプロセスを実施するのに適した処理システムのブロック図である。システム９００は、移送モジュール９０３を含む。移送モジュール９０３は、処理中の基板が様々なリアクタモジュール間を移動する際に、汚染のリスクを最小化するために、清潔で加圧された環境を提供する。移送モジュール９０３に搭載された２つのマルチステーションリアクタ９０９及び９１０は、それぞれが、特定の実施形態に従って、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、コア除去、及び本明細書に記載した他のプロセスを実行できる。リアクタ９０９及び９１０は、開示された実施形態に従って動作を順次又は非順次に実行できる複数のステーション９１１、９１３、９１５、及び９１７を含んでもよい。ステーション９１１、９１３、９１５、及び９１７は、加熱された台座又は基板支持体、及び１つ又は複数のガス入口又はシャワーヘッド又は分散板を含んでもよい。上述したように、同じチャンバで行われるものとして本明細書に記載された動作のいずれもが、異なる動作用の異なるステーション間で基板を移送する必要がないように、マルチステーションチャンバの同じステーションで実行されてもよい。
また、移送モジュール９０３に、プラズマ又は化学（非プラズマ）洗浄、エッチング、堆積、又は開示された方法に関連して説明される他の任意のプロセスを実行できる１つ又は複数のシングル又はマルチステーションモジュール９０７が搭載されてもよい。モジュール９０７は、場合によっては、例えば、堆積プロセスのために基板を調製するための様々な処理に使用されてもよい。モジュール９０７はまた、エッチング又は研磨などの他の様々なプロセスを行うように設計／構成されてもよい。システム９００はまた、処理の前後にウェハが格納される１つ又は複数のウェハソースモジュール９０１を含む。大気移送チャンバ９１９内の大気ロボット（図示せず）は、まず、ソースモジュール９０１からロードロック９２１にウェハを取り出してもよい。移送モジュール９０３内のウェハ移送デバイス（一般にロボットアームユニット）は、ウェハをロードロック９２１から移送モジュール９０３に搭載されたモジュールへ、及びモジュール間で移動させる。
様々な実施形態において、システムコントローラ９２９は、処理中のプロセス条件を制御するために採用される。コントローラ９２９は、典型的には、１つ又は複数のメモリデバイスと、１つ又は複数のプロセッサとを含む。プロセッサは、ＣＰＵ又はコンピュータ、アナログ及び／又はデジタル入力／出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含んでもよい。
コントローラ９２９は、装置の全ての活動を制御してもよい。システムコントローラ９２９は、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウェハ温度、高周波（ＲＦ）電力レベル、ウェハチャック又は台座の位置、及び特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令のセットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。コントローラ９２９に関連付けられたメモリデバイスに記憶された他のコンピュータプログラムが、いくつかの実施形態において採用されてもよい。
典型的には、コントローラ９２９に関連付けられたユーザインタフェースが存在する。ユーザインタフェースは、ディスプレイスクリーン、装置及び／又はプロセス状態のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、並びにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含んでもよい。
システム制御論理は、任意の適切な方法で構成されてもよい。一般に、論理は、ハードウェア及び／又はソフトウェアで設計又は構成できる。駆動回路を制御するための命令は、ハードコーディングされてもよいし、ソフトウェアとして提供されてもよい。命令は、「プログラミング」によって提供されてもよい。このようなプログラミングは、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、及び特定のアルゴリズムをハードウェアとして実装した他のデバイスにおいて、ハードコーディングされた論理を含む、任意の形式の論理を含むと理解される。プログラミングはまた、汎用プロセッサ上で実行され得るソフトウェア又はファームウェア命令を含むと理解される。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化されてもよい。
ゲルマニウム含有還元剤パルス、水素流、及びタングステン含有前駆体パルス、並びにプロセスシーケンスにおける他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、又はその他で書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコード又はスクリプトは、プロセッサによって実行され、プログラム内で特定されたタスクを実行する。また、示したように、プログラムコードはハードコーディングされてもよい。
コントローラのパラメータは、例えば、プロセスガスの組成及び流量、温度、圧力、冷却ガス圧、基板温度、及びチャンバ壁温度などのプロセス条件に関するものである。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、ユーザインタフェースを利用して入力されてもよい。プロセスを監視するための信号は、システムコントローラ９２９のアナログ及び／又はデジタル入力接続によって提供されてもよい。プロセスを制御するための信号は、堆積装置９００のアナログ及びデジタル出力接続で出力される。
システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計又は構成されてもよい。例えば、開示された実施形態に従って堆積プロセス（及び場合によっては他のプロセス）を実施するのに必要なチャンバコンポーネントの動作を制御するために、様々なチャンバコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが書き込まれてもよい。この目的のためのプログラム又はプログラムのセクションの例として、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、及びヒーター制御コードが挙げられる。
いくつかの実装では、コントローラ９２９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り得る。このようなシステムは、１つ又は複数の処理ツール、１つ又は複数のチャンバ、１つ又は複数の処理用プラットフォーム、及び／又は特定の処理コンポーネント（ウェハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウェハ又は基板の加工前、加工中、及び加工後にそれらの動作を制御するための電子機器と統合されてもよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれることもあり、１つ又は複数のシステムの様々なコンポーネント又は子部品を制御してもよい。コントローラ９２９は、処理要件及び／又はシステムの種類に応じて、処理ガスの送達、温度設定（例えば、加熱及び／又は冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、いくつかのシステムにおける高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、液体送達設定、位置及び動作設定、ツールへのウェハの搬入出、並びに、特定のシステムに接続又は連動する他の移送ツール及び／又はロードロックへのウェハの搬入出を含む、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。
大まかに言えば、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの、様々な集積回路、論理、メモリ、及び／又はソフトウェアを有する電子機器として定義され得る。集積回路は、プログラム命令を記憶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、及び／又はプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ又は複数のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、半導体ウェハに対して、半導体ウェハのために、又はシステムに対して、特定のプロセスを実行するための動作パラメータを定義する、様々な個々の設定（又はプログラムファイル）の形態でコントローラに通信される命令であってもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、１つ又は複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、及び／又はウェハのダイの製造中に、１つ又は複数の処理ステップを達成するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。
コントローラは、いくつかの実装において、システムに統合された、接続された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、又はそれらの組み合わせであるコンピュータの一部であってもよく、又はそのようなコンピュータに接続されていてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」、すなわちファブホストコンピュータシステムの全体又は一部であってもよく、これによりウェハ処理の遠隔アクセスが可能になる。コンピュータは、製造動作の現在の進行状況を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向又は性能基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、処理ステップを設定して現在の処理を追跡し、又は新たなプロセスを開始するために、システムへの遠隔アクセスを可能にしてもよい。いくつかの例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）は、ネットワークを介してシステムにプロセスレシピを提供でき、ネットワークはローカルネットワーク又はインターネットを含んでもよい。遠隔コンピュータは、パラメータ及び／又は設定の入力又はプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでもよく、パラメータ及び／又は設定は次いで遠隔コンピュータからシステムへと伝達される。いくつかの例では、コントローラは、１つ又は複数の動作中に実施される処理ステップのそれぞれのパラメータを指定する、データの形式の命令を受け取る。パラメータは、実施されるプロセスの種類及びコントローラがインタフェース接続する又は制御するように構成されたツールの種類に特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、共にネットワーク化され、本明細書に記載のプロセス及び制御などの共通の目的にむけて動作する１つ又は複数の個別のコントローラを含むことなどにより、分散されてもよい。そのような目的のための分散型コントローラの一例は、遠隔地に設置され（プラットフォームレベルで、又は遠隔コンピュータの一部としてなど）、チャンバでのプロセスを協同で制御する１つ又は複数の集積回路と通信するチャンバ上の１つ又は複数の集積回路である。
システムの例は、プラズマエッチングチャンバ又はモジュール、堆積チャンバ又はモジュール、スピンリンスチャンバ又はモジュール、金属メッキチャンバ又はモジュール、洗浄チャンバ又はモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバ又はモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ又はモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバ又はモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ又はモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバ又はモジュール、イオン注入チャンバ又はモジュール、トラックチャンバ又はモジュール、並びに半導体ウェハの製作及び／又は製造に関連し得る、又は使用し得る、任意の他の半導体処理システムを含んでもよいが、これらに限定されない。
上述のように、ツールによって実行される１つ又は複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、他のツール回路又はモジュール、他のツールコンポーネント、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接ツール、近隣ツール、工場全体に配置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、又は半導体製造工場内のツール位置及び／又はロードポートへウェハの容器を搬入出する材料搬送に用いられるツールの、１つ又は複数と通信してもよい。
実験
実験結果は、開示された方法を使用して、第２のスペーサ層が堆積される前に第１のスペーサフィーチャが倒れることに関連する欠陥などの欠陥を最小化し得ることを示している。図１０Ａ－１０Ｃ及び図１１Ａ－１１Ｃは、これらの結果の一部を例示する。図１０Ａ－１０Ｃ及び図１１Ａ－１１Ｃは、実際の実験から得られたＳＥＭを特徴付ける図である。
図１０Ａは、図１の方法に従って作製された第１のスペーサフィーチャを例示する。具体的には、図１０Ａは、図１の動作１０９の後（例えば、基板上でウェット洗浄を実行し、第１のスペーサ層のエッチバック中に発生した不要な材料を除去した後）の第１のスペーサフィーチャを示す。図１０Ａに示すように、第１のスペーサフィーチャは垂直ではない。むしろ、隣接する第１のスペーサフィーチャのペアは、互いに内側に傾いている。このような傾きは望ましくない。
図１０Ｂ及び１０Ｃは、図１０Ａに示される基板を上から見た図である。図１０Ｂは、図１の動作１０３の後（例えば、第１のスペーサ層がエッチバックされた後、かつコアが除去される前）の基板を示し、図１０Ｃは、動作１０９の後（例えば、コアが除去され、基板が洗浄された後）の基板を示す。図１０Ｃの丸で囲んだ部分は、第１のスペーサフィーチャ（白線で示す）が曲げ／倒れを示す領域を示す。曲げ／倒れは、第１のスペーサフィーチャの隣接するセット間の暗い灰色の線の不均一な厚さに基づき見ることができる。これらの結果は、本明細書に記載される倒れの問題を明確に示している。
対照的に、図１１Ａは、図３の方法に従って作製された、第２のスペーサ層で覆われた第１のスペーサフィーチャを示す。具体的には、図１１Ａは、図３の動作３１３の後（例えば、第２のスペーサが堆積された後）の第１のスペーサフィーチャ／第２のスペーサ層を示す。第１のスペーサフィーチャ及び第２のスペーサ層は、垂直である線の隣接ペアを形成する。線の隣接ペアは、互いに内側に傾いてはおらず、図１０Ａの結果に対する実質的な改善を表している。
図１１Ｂ及び図１１Ｃは、図１１Ａに示された基板を上から見た図を示す。図１１Ｂは、図３の動作３０３の後（例えば、第１のスペーサ層がエッチバックされた後）の基板を示し、図１１Ｃは、動作３１３の後（例えば、第２のスペーサ層が堆積された後）の基板を示す。図１０Ｃに示される線と比較して、図１１Ｃの線は、厚さがはるかに均一であり、線／フィーチャが垂直であり、曲がっていない／倒れていないことを示す。
図１０Ａ－Ｃ及び１１Ａ－Ｃに示された結果は、開示されたプロセスフローを使用して、スペーサ・オン・スペーサ式自己整合４重パターニング技術を行う際の製造欠陥（例えば、特に線の曲げ／倒れに関連する欠陥）の数を減らし得ることを示している。欠陥の低減は、プロセス効率の向上とコストの減少につながる。
結論
前述の実施形態は、理解を明確にする目的である程度詳細に説明されているが、添付の特許請求の範囲の範囲内で特定の変更及び修正が実施され得ることは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、及び装置を実施する多くの代替的な方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって制限的なものではないとみなされ、本実施形態は、本明細書で与えられた詳細に限定されるものではない。

Claims (20)

  1. 基板を処理する方法であって、
    ａ）ｉ．下地材料と、
    ｉｉ．前記下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、
    ｉｉｉ．前記コアの前記側壁を覆う第１のスペーサ材料と
    を含む基板を受け取ることと、
    ｂ）前記コアを除去し、それによって、あらかじめ前記コアの前記側壁を覆っていた前記第１のスペーサ材料から第１のスペーサフィーチャを形成することと、
    ｃ）前記第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を堆積することと
    備え、
    （ｂ）及び（ｃ）が同じ反応チャンバ内で行われ、前記基板が、（ｂ）と（ｃ）との間で前記反応チャンバから取り出されない、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、前記基板を洗浄して不要な材料を除去することをさらに含み、前記基板が、（ｂ）の前にウェット洗浄動作で洗浄される、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、前記コアの上に、前記第１のスペーサ材料を含む第１のスペーサ層を堆積することと、前記第１のスペーサ層をエッチバックして、前記第１のスペーサ材料を前記コアの前記側壁上に残しながら、水平表面から前記第１のスペーサ材料を除去することとをさらに含む、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、計測を行って、前記コアが（ｂ）の間に除去される時間を決定することをさらに含む、方法。
  5. 請求項４に記載の方法であって、計測を行うことは、発光分光分析を行うことを含む、方法。
  6. 請求項５に記載の方法であって、発光分光分析を行うことは、前記反応チャンバ内の二酸化炭素の存在に関連する信号を監視することを含む、方法。
  7. 請求項４に記載の方法であって、計測を行うことは、レーザ干渉法を行うことを含む、方法。
  8. 請求項１から７のいずれかに記載の方法であって、（ｂ）の後かつ（ｃ）の前にスキャッタロメトリを行って、１つ又は複数の前記第１のスペーサフィーチャの幅を測定することをさらに含む、方法。
  9. 請求項１から７のいずれかに記載の方法であって、前記コアを除去することは、前記基板を酸素含有プラズマに曝露させて、前記コアを灰化することを含む、方法。
  10. 請求項１から７のいずれかに記載の方法であって、前記コアが炭素を含み、前記コアの前記炭素が、約５０ＭＰａ以下の堆積後ブランケット応力を有し、かつ約３０ＧＰａ以上のヤング率を有する、方法。
  11. 基板を処理する方法であって、前記方法が、
    ａ）ｉ．下地材料と、
    ｉｉ．前記下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、
    ｉｉｉ．前記コアの前記側壁を覆う第１のスペーサ材料と、
    ｉｖ．前記コア及び第１のスペーサ材料の上に配置された平坦化層であって、前記平坦化層の上面部分が実質的に平らである平坦化層と、
    ｖ．前記平坦化層の上に配置されたマスク層と、
    ｖｉ．前記マスク層及び前記平坦化層において画定され、前記コアの１つの前記側壁の１つを覆う前記第１のスペーサ材料の上方に配置されている開口部と
    を含む基板を受け取ることと、
    ｂ）前記開口部に対応する位置の前記第１のスペーサ材料を除去することと、
    ｃ）前記マスク層を除去することと、
    ｄ）前記コア及び前記平坦化層を除去し、それによって、（ｂ）で除去されなかった残存する第１のスペーサ材料から第１のスペーサフィーチャを形成するとともに、前記開口部に対応する前記位置には第１のスペーサフィーチャを形成しないことと、
    ｅ）前記第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を堆積することと
    を備え、
    （ｄ）及び（ｅ）が同じ反応チャンバ内で行われ、前記基板が（ｄ）と（ｅ）との間で前記反応チャンバから取り出されない、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、前記コア及び前記平坦化層が同時に除去される、方法。
  13. 請求項１１に記載の方法であって、前記コア及び前記平坦化層を除去することは、前記基板を酸素含有プラズマに曝露して、前記コア及び前記平坦化層を灰化することを含む、方法。
  14. 請求項１１から１３のいずれかに記載の方法であって、計測を行って、前記コア及び／又は平坦化層が（ｄ）において除去される時間を決定することをさらに含む、方法。
  15. 請求項１１から１３のいずれかに記載の方法であって、（ｄ）の後かつ（ｅ）の前にスキャッタロメトリを行って、１つ又は複数の前記第１のスペーサフィーチャの幅を測定することをさらに含む、方法。
  16. 基板を処理する方法であって、前記方法が、
    ａ）ｉ．下地材料と、
    ｉｉ．前記下地材料上に配置され、垂直に配向された側壁を有するコアと、
    ｉｉｉ．前記コアの前記側壁を覆う第１のスペーサ材料と、
    ｉｖ．前記下地材料、前記コア、及び前記第１のスペーサ材料の上に配置された平坦化層であって、露出領域と保護領域とを形成するようにパターニングされた平坦化層と、
    を含む基板を受け取ることと、
    ｂ）前記露出領域内の前記第１のスペーサ材料の厚みを減らすために前記第１のスペーサ材料をトリミングするが、前記保護領域内の前記第１のスペーサ材料はトリミングせずに残すことと、
    ｃ）前記平坦化層及び前記コアを除去し、それによって、前記第１のスペーサ材料から、不均一な限界寸法を有する第１のスペーサフィーチャを形成することと、
    ｄ）前記第１のスペーサフィーチャの上に第２のスペーサ層を形成することと
    を備え、
    （ｃ）及び（ｄ）が同じ反応チャンバ内で行われ、前記基板が、（ｃ）と（ｄ）との間で前記反応チャンバから取り出されない、方法。
  17. 請求項１６に記載の方法であって、前記第２のスペーサ層が隣接する第１のスペーサフィーチャ間の領域から除去されるように、前記第２のスペーサ層をエッチバックすることをさらに含む、方法。
  18. 請求項１７に記載の方法であって、前記第１のスペーサフィーチャを除去し、それによって、前記第２のスペーサ層から第２のスペーサフィーチャを形成することをさらに備え、
    隣接する第２のスペーサフィーチャ間の距離は、前記第１のスペーサフィーチャの不均一な限界寸法のために不均一である、方法。
  19. 請求項１６から１８のいずれか１項に記載の方法であって、前記平坦化層及び前記コアが同時に除去される、方法。
  20. 請求項１９に記載の方法であって、前記コア及び前記平坦化層を除去することは、前記基板を酸素含有プラズマに曝露して、前記コア及び前記平坦化層を灰化することを含む、方法。
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