JP2023547089A - ハードマスクを形成する方法 - Google Patents

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Abstract

本開示の実施形態は、広くは、ハードマスクを形成する方法に関する。本明細書で説明される実施形態は、例えば、膜応力が低減された炭素含有ハードマスクの形成を可能にする。一実施形態では、基板を処理する方法が提供される。該方法は、処理チャンバの処理空間内に基板を配置すること、及び基板上にダイヤモンド状炭素（DLC）層を堆積させることを含む。DLC層を堆積させた後で、膜応力は、プラズマ処理を実行することによって低減される。その場合、プラズマ処理は、約１００Wから約１００００Wの高周波（RF）バイアス電力を印加することを含む。【選択図】図３

Description

[0001] 本開示の実施形態は、広くは、ハードマスクを形成する方法に関し、特に、ハードマスク内の膜応力を低減させる方法に関する。
[0002] 炭素含有ハードマスクは、典型的には、例えば、それらの機械特性、高エッチング選択性、及び酸素プラズマにおける容易な剥離性のために、パターニング及び線幅トリミング用途でエッチング耐性マスクに採用されている。典型的には、炭素含有ハードマスクは、プラズマ化学気相堆積（PECVD）によって形成される。現在の最先端技術によって適切に対処できない１つの課題は、ハードマスク層を形成するために使用される材料が内部応力を含む場合、形成される構造の形状が損なわれる可能性があることである。例えば、ハードマスク材料が内部応力（例えば、内部圧縮応力や引張応力）を含む場合、材料の微細構造に起因して、ハードマスク材料は変形することがある。変形したハードマスク層は、次いで、ハードマスクが例えばエッチング動作中に使用されるときに、変形パターンを下層の誘電体材料に転写し得る。この現象は、ラインの歪み（line warpage）又は小刻みな捩じれ（wiggling）と呼ばれることがある。小刻みな捩じれは、機械的に脆弱な多孔質の誘電体を変形させるだけでなく、デバイスの性能も劣化させる。
[0003] 例えば膜応力が低減された炭素含有ハードマスクを形成する新規且つ改善された方法が必要とされている。
［0004］ 本開示の実施形態は、広くは、ハードマスクを形成する方法に関する。本明細書で説明される実施形態は、例えば、膜応力が低減された炭素含有ハードマスクの形成を可能にする。
[0005] 別の一実施形態では、基板を処理する方法が提供される。該方法は、処理チャンバの処理空間内に基板を配置すること、及び基板上にダイヤモンド状炭素（DLC）層を堆積させることを含む。DLC層を堆積させた後で、DLC層の膜応力は、プラズマ処理を実行することによって低減される。その場合、プラズマ処理は、約１００Wから約１００００Wの高周波（RF）バイアス電力を印加することを含む。
[0006] 別の一実施形態では、基板を処理する方法が提供される。該方法は、処理チャンバの処理空間内に基板を配置すること、及び基板上にDLC層を堆積させることを含む。DLC層を堆積させた後で、DLC層の膜応力は、プラズマ処理を実行することによって低減される。その場合、プラズマ処理は、非反応性ガスを処理空間の中に流すことを含む。プラズマ処理は、約１００Wから約１００００WのRFバイアス電力を印加することによって、処理空間内の非反応性ガスからプラズマを生成して、DLC層を処理することを更に含む。
[0007] 別の一実施形態では、基板を処理する方法が提供される。該方法は、処理チャンバの処理空間内に基板を配置すること、及び基板上にDLC層を堆積させることを含む。DLC層を堆積させた後で、DLC層の膜応力は、プラズマ処理を実行することによって低減される。その場合、プラズマ処理は、非反応性ガスを処理空間の中に流すことを含む。非反応性ガスは、N2、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組み合わせを含む。プラズマ処理は、約１００Wから約１００００WのRFバイアス電力を印加することによって、処理空間内の非反応性ガスからプラズマを生成して、DLC層を処理することを更に含む。
[0008] 上述の本開示の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。
［0009］ 本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な処理チャンバの概略側面断面図である。 [0010] 本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な基板支持体の概略断面図である。 [0011] 本開示で説明される少なくとも１つの実施形態による、図２Ａで示されている例示的な基板支持体の一部分の拡大断面図である。 [0012] 本開示の例示的な一実施形態による、基板を処理する例示的な方法の選択された動作を示すフローチャートである。
[0013] 理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号が使用された。一実施形態の要素及び特徴は、追加の記述がなくても、他の複数の実施形態に有益に組み込むことができると考えられている。
［0014］ 本開示の実施形態は、広くは、ハードマスクを形成する方法に関する。本明細書で説明される新規且つ改善された方法は、膜応力が低減された炭素含有ハードマスク（例えば、ダイヤモンド状炭素（DLC）ハードマスク）の形成を可能にする。簡単に説明すると、幾つかの実施例では、非反応性ガスを採用する堆積後プラズマ処理を使用して、炭素含有ハードマスクの膜応力（例えば、圧縮応力）を低減させる。したがって、本明細書で説明される複数の実施形態は、基板処理中のハードマスクの小刻みな捩じれ（wiggling）問題を軽減する。更に、本明細書で説明される複数の実施形態は、例えば、プラズマ処理の高周波（RF）電力を調整することによって、膜応力の操作を可能にする。本明細書で説明される方法によって、ハードマスクの膜応力が低減されるだけではなく、ハードマスクの屈折率及び均一性が変化しないままである。
[0015] 図１は、少なくとも１つの実施形態による、堆積プロセス及び堆積後プラズマ処理を行うのに適した例示的な処理チャンバ１００の概略側面断面図である。適切なチャンバは、カリフォルニア州サンタクララのカリフにあるアプライドマテリアルズ社（Applied Materials, Inc.）から入手することができる。以下で説明されるシステムは、例示的なチャンバであり、他の製造業者からのチャンバを含む他のチャンバが、本開示の複数の実施形態（例えば、以下で説明されるプロセス３００）を実現するために使用されてよく、又は修正されてよいことを理解されたい。幾つかの実施形態では、処理チャンバ１００が、基板の上にハードマスク膜（例えば、アモルファスカーボンハードマスク膜）などのアドバンスドパターニング膜（advanced patterning film）を堆積させ及び／又は堆積後プラズマ処理を実行するように構成されてよい。
[0016] 処理チャンバ１００は、リッドアセンブリ１０５、チャンバ本体１９２上に配置されたスペーサ１１０、基板支持体１１５、及び可変圧力システム１２０を含む。リッドアセンブリ１０５は、リッドプレート１２５及び熱交換器１３０を含む。図示されている一実施形態では、リッドアセンブリ１０５がまた、シャワーヘッド１３５も含む。しかし、他の複数の実施形態では、リッドアセンブリ１０５が、凹状又はドーム形状のガス導入プレートを含む。リッドアセンブリ１０５は、第１の処理ガス源１４０に結合されている。第１の処理ガス源１４０は、基板支持体１１５上に支持された基板１４５上に膜を形成するための前駆体ガスを含む。一実施例として、第１の処理ガス源１４０は、とりわけ、炭素含有ガス、水素含有ガス、非反応性ガス（例えば、ヘリウム）などの、前駆体ガスを含む。特定の一実施例では、炭素含有ガスが、アセチレン（C2H2）を含む。第１の処理ガス源１４０は、リッドアセンブリ１０５内に配置されたプレナム１９０に前駆体ガスを提供する。リッドアセンブリは、第１の処理ガス源１４０からプレナム１９０の中に前駆体ガスを導くための１以上のチャネルを含む。前駆体ガスは、プレナムからシャワーヘッド１３５を貫通して処理空間１６０の中に流れる。幾つかの実施形態では、第２の処理ガス源１４２が、スペーサ１１０を貫通して配置された入口１４４を介して処理空間１６０に流体結合されている。一実施例として、第２の処理ガス源１４２は、とりわけ、炭素含有ガス、水素含有ガス、不活性ガス（例えば、ヘリウム）、例えばC2H2などの、前駆体ガスを含む。幾つかの実施形態では、処理空間１６０の中への前駆体ガスの全流量が、約１００sccmから約２slmである。第２の処理ガス源１４２を介した処理空間１６０内の前駆体ガスの流れは、シャワーヘッド１３５を貫通した前駆体ガス流の流れを調節する。それによって、前駆体ガスは、処理空間１６０内で均一に分散される。一実施例では、複数の入口１４４が、スペーサ１１０の周りで放射状に分布していてよい。このような一実施例では、処理空間１６０内のガスの均一性を更に促進するために、入口１４４の各々へのガス流が別々に制御されてよい。
[0017] リッドアセンブリ１０５はまた、任意選択的な遠隔プラズマ源１５０にも結合されている。任意選択的な遠隔プラズマ源１５０は、リッドアセンブリ１０５と基板１４５との間でスペーサ１１０の内側に形成された処理空間１６０にガスを提供するためのガス源１５５と結合されている。一実施例では、ガスが、リッドアセンブリ１０５を軸方向に貫通して形成された導管１９１を通して提供される。別の一実施例では、ガスが、前駆体ガスを導くのと同じチャネルを通して提供される。
[0018] 任意選択的な遠隔プラズマ源１５０に加えて又はそれの代替として、リッドアセンブリ１０５はまた、第１の又は上側の高周波（RF）電源１６５に結合されている。第１のRF電源１６５は、ガスから生成されるプラズマなどのプラズマの維持又は生成を容易にする。一実施例では、任意選択的な遠隔プラズマ源１５０が省略され、ガスは、第１のRF電源１６５を介してインシトゥ（その場）でプラズマの中にイオン化される。基板支持体１１５は、第２の又は下側のRF電源１７０に結合されている。第１のRF電源１６５は、高周波数RF電源（例えば、約１３．５６MHzから約１２０MHz）であってよく、第２のRF電源１７０は、低周波数RF電源（例えば、約２MHzから約１３．５６MHz）であってよい。他の周波数もまた考慮されていることに留意されたい。幾つかの実施態様では、第２のRF電源１７０が、混合周波数RF電源であり、高周波数と低周波数の両方の電力を提供する。特に第２のRF電源１７０用の二重周波数RF電源の利用は、膜の堆積及び／又は堆積後プラズマ処理を改善する。幾つかの実施例では、第２のRF電源１７０を利用することによって、二重周波数電力が得られる。幾つかの実施形態では、例えば約２MHzから約１３．５６MHzの第１の周波数が、堆積される膜の中への核種の注入を改善し、一方、例えば約１３．５６MHzから約１２０MHzの第２の周波数は、イオン化及び膜の堆積速度を増加させる。
[0019] 第１のRF電源１６５と第２のRF電源１７０の一方又は両方は、処理空間１６０内でのプラズマの生成又は維持に利用され得る。例えば、第２のRF電源１７０は、堆積プロセス中に利用されてよく、第１のRF電源１６５は、堆積後プラズマ処理中に（単独で又は任意選択的な遠隔プラズマ源１５０と併せて）利用されてよい。幾つかのプロセスでは、第１のRF電源１６５が、第２のRF電源１７０と併せて使用される。堆積プロセス、エッチングプロセス、又は堆積後プラズマ処理中に、第１のRF電源１６５と第２のRF電源１７０の一方又は両方が、例えば、処理空間１６０内に約１００ワット（W）から約２００００Wの電力を提供して、前駆体ガスのイオン化を促進することができる。幾つかの実施形態では、第１のRF電源１６５と第２のRF電源１７０の少なくとも一方が、パルス化される。少なくとも１つの実施形態では、RF電力がリッドプレート１２５に印加される。
[0020] 基板支持体１１５は、アクチュエータ１７５（すなわち、リフトアクチュエータ）に結合されている。アクチュエータ１７５は、Ｚ方向への基板支持体１１５の移動を提供する。基板支持体１１５はまた、設備ケーブル１７８にも結合されている。設備ケーブル１７８は、可撓性であり、基板支持体１１５の鉛直方向への移動を可能にすると同時に、第２のRF電源１７０ならびに他の電力との通信、及び流体接続を維持する。スペーサ１１０は、チャンバ本体１９２上に配置されている。スペーサ１１０の高さは、処理空間１６０内での基板支持体１１５の鉛直方向への移動を可能にする。スペーサ１１０の高さは、約０．５インチから約２０インチである。一実施例では、基板支持体１１５が、リッドアセンブリ１０５に対して（例えば、シャワーヘッド１３５の下面に対して）、第１の距離１８０Ａから第２の距離１８０Ｂに移動可能である。幾つかの実施形態では、第２の距離１８０Ｂが第１の距離１８０Ａの約２／３である。例えば、第１の距離１８０Ａと第２の距離との間の差が、約５インチから約６インチである。したがって、図１で示されている位置から、基板支持体１１５は、シャワーヘッド１３５の下面に対して約５インチから約６インチだけ移動可能である。別の一実施例では、基板支持体１１５が、第１の距離１８０Ａと第２の距離１８０Ｂのうちの一方に固定されている。
[0021] 可変圧力システム１２０は、第１のポンプ１８２及び第２のポンプ１８４を含む。第１のポンプ１８２は、基板移送プロセス中に利用されてよい粗引きポンプである。粗引きポンプは、概して、より高い体積流量を移動させること及び／又は比較的高い圧力（依然として大気圧以下であるが）を動作させることのために構成されている。非限定的な一実施例では、本明細書で説明される１以上の動作中に、第１のポンプ１８２が、処理チャンバ内の圧力を、例えば約５０mTorr未満などの約５００mTorr未満に維持する。別の一実施例では、第１のポンプ１８２が、処理チャンバ１００内の圧力を、例えば約５００mTorr未満、例えば約５０mTorr未満、例えば、約０．５mTorrから約１０mTorr、又は約５mTorrから約１５mTorrに維持する。本明細書で説明される動作中に粗引きポンプを使用することによって、ガスの圧力及び／又は体積流量が比較的高くなる。
[0022] 第２のポンプ１８４は、ターボポンプ及び／又は低温ポンプであってよい。第２のポンプ１８４は、堆積プロセス及び／又は堆積後プラズマ処理プロセス中に利用され得る。第２のポンプ１８４は、概して、比較的低い体積流量及び／又は圧力を動作させるように構成されている。非限定的な一実施例では、第２のポンプ１８４が、プロセスチャンバの処理空間１６０を、例えば、約５０mTorr未満などの約５００mTorr未満の圧力に維持するよう構成されている。別の一実施例では、第２のポンプ１８４が、処理チャンバ１００内の圧力を、例えば約５００mTorr未満、例えば約５０mTorr未満、例えば、約０．５mTorrから約１０mTorr、又は約５mTorrから約１５mTorrに維持する。
[0023] 幾つかの実施形態では、第１のポンプ１８２と第２のポンプ１８４の両方が、堆積プロセス及び／又は堆積後プラズマ処理プロセス中に利用されて、プロセスチャンバの処理空間１６０を、例えば、約５０mTorr未満などの約５００mTorr未満の圧力に維持する。他の複数の実施形態では、第１のポンプ１８２及び第２のポンプ１８４が、処理空間１６０を、例えば、約０．５mTorrから約１０mTorr又は約５mTorrから約１５mTorrの圧力に維持する。バルブ１８６は、第１のポンプ１８２と第２のポンプ１８４のうちの一方又は両方への伝導経路を制御するために利用される。バルブ１８６はまた、処理空間１６０からの対称的なポンピングも提供する。
[0024] 処理チャンバ１００はまた、基板移送ポート１８５も含む。基板移送ポート１８５は、内部ドア１８６A及び外部ドア１８６Ｂによって選択的に密封される。内部ドア１８６Ａと外部１８６Ｂの各々は、アクチュエータ１８８（すなわち、ドアアクチュエータ）に結合されている。内部ドア１８６Ａ及び外部ドア１８６Ｂは、処理空間１６０の減圧密封を容易にする。内部ドア１８６Ａ及び外部１８６Ｂはまた、処理空間１６０内の対称的なRF印加及び／又はプラズマ対称性も提供する。一実施例では、少なくとも内部ドア１８６Ａが、RF電力の伝導性を促進する材料、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、又はそれらの合金で形成されている。スペーサ１１０とチャンバ本体１９２との界面に配置されたＯリングなどのシール１１６が、処理空間１６０を更に密封してよい。処理チャンバ１００に結合されたコントローラ１９４が、基板処理中に処理チャンバ１００の諸態様を制御するように構成されている。
[0025] 図２Ａは、基板支持体１１５の一実施形態の概略断面図である。図２Bは、図２Ａで示されている基板支持体１１５の一部分の拡大断面図である。基板支持体１１５は、静電チャック２３０を含む。静電チャック２３０は、パック２６０を含む。パック２６０は、内部に埋め込まれた１以上の電極２０５（図２Ｂで示されている第１の電極２０５Ａ及び第２の電極２０５Ｂ）を含む。第１の電極２０５Ａは、チャック電極として利用され、第２の電極２０５Ｂは、RFバイアス電極として利用される。基板支持体１１５は、例えば、約３００kHzから約６０MHzなどの約３００kHzから約１２０MHzの周波数にあるRF電力を、第２の電極２０５Ｂに提供することによってバイアスされてよい。第２の電極２０５Ｂに提供される周波数は、パルス化されてよい。パック２６０は、典型的には、セラミック材料などの誘電材料、例えば窒化アルミニウム（AlN）から形成される。
[0026] パック２６０は、誘電体プレート２１０及びベースプレート２１５によって支持されている。誘電体プレート２１０は、石英などの電気的絶縁材料、又はREXOLITE（登録商標）という商品名で販売されている高性能プラスチックなどの熱可塑性材料から形成されてよい。ベースプレート２１５は、アルミニウムなどの金属材料から作製されてよい。動作中、パック２６０がRF通電している間に、ベースプレート２１５は、接地に結合されているか又は電気的に浮いている。少なくともパック２６０及び誘電体プレート２１０は、絶縁体リング２２０によって囲まれている。絶縁体リング２２０は、石英、シリコン、又はセラミック材料などの、誘電材料で作製されてよい。ベースプレート２１５と絶縁体リング２２０の一部分とは、アルミニウムで作製された接地リング２２５によって囲まれている。絶縁体リング２２０は、動作中に、パック２６０とベースプレート２１５との間のアーク放電を防止又は最小化する。設備ケーブル１７８の端部が、パック２６０、誘電体プレート２１０、及びベースプレート２１５内に形成された開口部内で図示されている。パック２６０の電極用の電力、ならびに基板支持体１１５へのガス供給（図示せず）からの流体は、設備ケーブル１７８によって提供される。
[0027] 絶縁体リング２２０の内周に隣接して、エッジリング（図示せず）が配置される。エッジリングは、とりわけ、石英、シリコン、架橋ポリスチレン及びジビニルベンゼン（例えば、REXOLITE（登録商標））、PEEK、Al2O3、AINなどの誘電材料を含んでよい。このような誘電材料などを含むエッジリングを利用することによって、プラズマ出力を変更する必要なしに、プラズマカップリングを調節し、基板支持体への電圧（Vdc）などのプラズマ特性を調節することができ、したがって、基板上に堆積されるハードマスク膜の特性を改善する。エッジリングの材料を介してウエハや基板とのRFカップリングを調節することによって、膜の弾性率が膜の応力から分離され得る。
[0028] パック２６０、誘電体プレート２１０、及びベースプレート２１５の各々は、設備ケーブル１７８を収容するために、内部に又はそこを貫通して形成された、それぞれ軸方向に整列した開口部を含む。パック２６０は、設備ケーブル１７８に係合するように成形された開口部２９５を含む。例えば、開口部２９５は、設備ケーブル１７８を受け入れるための雌受け口として構成されてよい。誘電体プレート２１０は、開口部２９５と軸方向に整列した開口部２９６を含む。開口部２９６は、開口部２９５の直径と略等しい直径を有する上側部分２９６ａ、上側部分の直径よりも大きい直径を有する中間部分２９６ｂ、及び中間部分２９６ｂの直径よりも大きい直径を有する下側部分２９６ｃを含む。ベースプレート２１５は、第１の直径を有する上側部分２９７ａ及び第１の直径よりも小さい第２の直径を有する下側部分２９７ｂを含む、開口部２９７を含む。開口部２９６及び２９７の複数の直径は、内部に設備ケーブル１７８を固定することを容易にし得る。
[0029] パック２６０は、内部に形成された複数の流体チャネル２３１を含む。流体チャネル２３１の各々は、入口チャネル２３２と流体連通している。入口チャネル２３２は、入口導管２３４に流体結合されている。入口導管２３４は、冷媒源２２１に結合されている。流体チャネル２３１と入口チャネル２３２の各々は、キャッププレート２３６によって密封されている。キャッププレート２３６は、パック２６０と同じ材料、又はアルミニウムで作製されてよく、流体チャネル２３１及び入口導管２３４を密封するために、パック２６０に溶接され、又はさもなければ接合され得る。図示されていないが、入口導管２３４と同様に、出口導管が、基板支持体１１５内に設けられる。それによって、冷却流体が内部で再循環され得る。
[0030] 入口導管２３４の一部分は、管状部材２３８によって形成されている。管状部材２３８は、セラミック材料などの誘電材料から形成されている。シール２４０が、図２Ｂで示されているように、キャッププレート２３６とベースプレート２１５に隣接して環状部材２３８の端部に設けられている。管状部材２３８は、そこを通って流れる冷却流体によって引き起こされる可能性があるアーク放電を防止する。管状部材２３８はまた、誘電体プレート２１０の亀裂発生を防止するために、誘電体プレート２１０を、内部を流れる比較的冷たい冷却流体から熱的に絶縁してもよい。
[0031] 基板支持体１１５はまた、複数のリフトピン２４２（１つだけが図２Ａで示されている）も含む。リフトピン２４２の各々は、誘電体ブッシング２４４内で移動可能に配置されている。リフトピン２４２の各々は、AlN、サファイア、石英などの、セラミック材料から形成されてよい。誘電体ブッシング２４４は、パック２６０、誘電体プレート２１０、及びベースプレート２１５の各々内に又はそれらを貫通して設けられている。誘電体ブッシング２４４は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）材料などのポリマー材料で作製されている。誘電体ブッシング２４４は、その長さ方向に沿って開口部２４６を含む。開口部２４６内でリフトピン２４２がガイドされる。開口部２４６は、リフトピン２４２の寸法（直径）よりもわずかに大きくなるようにサイズ決定される。それによって、伝導経路が誘電体ブッシング２４４内に形成される。例えば、開口部２４６は、可変圧力システム１２０に結合されている。それによって、処理空間１６０と誘電体ブッシング２４４との間に、且つ、誘電体ブッシング２４４を貫通して可変圧力システム１２０まで減圧伝導が提供される。開口部２４６によって設けられる伝導経路が、リフトピンのアーク放電を防止する。誘電体ブッシング２４４は、直径が変化するセクションである複数の段差２４８を含む。段差２４８は、電気が移動してよい経路の長さを増加させることによって、ならびに経路に沿って角度のあるターンを導入することによって、パック２６０とベースプレート２１５との間のアーク放電を低減させる。
[0032] 基板支持体１１５はまた、複数の締結デバイス２５０（１つだけが示されている）も含む。締結デバイス２５０は、パック２６０を誘電体プレート２１０に取り付けるために利用される。各締結デバイス２５０は、ファスナ２５２、ワッシャ２５４、及びファスナキャップ２５６を含む（ワッシャ２５４及びファスナキャップ２５６は、図２Ｂで示されている）。ファスナ２５２が締め付けられると、ワッシャ２５４が、誘電体プレート２１０内に形成された開口部２６８の表面２５８に押し付けられる。ワッシャ２５４及びファスナ２５２は、ステンレス鋼などの金属材料から作製されている。ワッシャ２５４は、丸められた上側角部２６２を含む。丸められた上側角部２６２は、ファスナ２５２が締め付けられたときに、誘電体プレート２１０の材料の亀裂発生を防止する。
[0033] ファスナキャップ２５６は、誘電体プレート２１０内の開口部２６８の残りを埋めるために利用される。ファスナキャップ２５６は、ファスナ２５２のヘッドを受け入れるようにサイズ決定されたポケット２６４を含む。ファスナキャップ２５６は、ポリマー（例えば、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK））などの誘電材料から形成される。ファスナキャップ２５６の外面は、段差２６６を含む。段差２６６は、電気が移動してよい経路の長さを増加させることによって、パック２６０とベースプレート２１５との間のアーク放電を低減させる。
[0034] 基板支持体１１５はまた、その層の間の複数の間隙も含む。第１の間隙２７０が、パック２６０と誘電体プレート２１０との間に設けられている。第２の間隙２７２が、誘電体プレート２１０とベースプレート２１５との間に設けられている。第１の間隙２７０及び第２の間隙２７２は、ガス供給（図示せず）と流体連通している。ガス供給からの流体は、第１の間隙２７０及び第２の間隙２７２内に流されて、隣接する層の間の圧縮を防止し得る。第１の間隙２７０及び第２の間隙２７２内の流体は、エッジリングによって基板支持体１１５の端部で密封される。エッジリングは、第１の間隙２７０及び第２の間隙２７２からの流体の制御された漏れを提供するようにサイズ決定されてよい。
[0035] 図３は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、基板を処理する例示的な方法３００の選択された動作を示すフローチャートである。プロセス３００は、動作３１０で、基板処理チャンバの処理領域内に基板を配置すること（例えば、導入すること、移送すること、搬送することなど）を含む。一実施例として、基板（例えば、基板１４５）は、任意の適切な手段によって（例えば、基板移送ポート１８５などを通して）、処理チャンバ１００の中に及び基板支持体１１５の上に移送される。基板支持体１１５は、図１で描かれているように、アクチュエータ１７５によって、処理位置に調整され得る。基板支持体１１５は、静電チャック２３０などの静電チャックを含み得る。基板は、窒化物、酸化物、シリコン、及び／又は金属（例えば、タングステン、モリブデン、チタンなど）などの１種類以上の材料を含み得る。
[0036] 方法３００は、動作３２０で、炭素含有層を基板上に堆積させることを更に含む。炭素含有層は、DLC層であり得る。様々な方法を使用して、DLC層を形成することができる。簡単に説明すると、非限定的な一実施例として、１以上のソースからの１種類以上のプロセスガスが、例えばシャワーヘッド１３５を貫通して、処理空間１６０に提供される。それによって、１種類以上のプロセスガスは、処理空間１６０内で均一に分散される。複数の入口１４４が、スペーサ１１０の周りで放射状に分布していてよく、複数の入口１４４の各々へのガス流は、処理空間１６０内のガスの均一性を更に促進するために、別々に制御されてよい。堆積用のプロセスガスは、アセチレンなどの１種類以上の炭素含有化合物を含む。プラズマ生成用の任意の適切な周波数又は電力レベルのRF電力を供給するために、例えば第１のRF電源１６５及び／又は第２のRF電源１７０を使用して、励起されたプロセスガスが、プラズマ条件下でプラズマによって生成される。RF電力は、処理空間１６０内でプロセスガスを励起する電磁場を生成する。次いで、炭素含有層が、基板上に堆積される。
[0037] 炭素含有層（例えば、DLC層）を堆積させた後で、堆積後プラズマ処理が、動作３３０で実行される。ここで、非限定的な一実施例として、１種類以上の非反応性ガスが、例えばシャワーヘッド１３５を貫通して、処理空間１６０に提供される。それによって、１種類以上の非反応性ガス又は不活性ガスが、処理空間１６０内で均一に分散される。一実施例では、複数の入口１４４が、スペーサ１１０の周りで放射状に分布していてよく、複数の入口１４４の各々へのガス流は、処理空間１６０内のガスの均一性を更に促進するために、別々に制御されてよい。例示的であるが非限定的な１種類以上の非反応性又は不活性ガスの例としては、N2、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン、又はそれらの組み合わせが挙げられる。プラズマ生成用の任意の適切な周波数又は電力レベルのRF電力を供給するために、例えば第１のRF電源１６５及び／又は第２のRF電源１７０を使用して、高エネルギーイオンを含有する励起されたガスが、プラズマ条件下でプラズマによって１種類以上の非反応性ガスから生成される。RF電力は、処理空間１６０内の１種類以上の非反応性ガス又は不活性ガスを励起する電磁場を生成する。高エネルギーイオンが注入されると、炭素含有膜内に局所的なサーマルスパイク（thermal spike）が生成される。局所的な温度上昇により、化学結合のsp2混成への熱活性化緩和が促進され、その結果として、炭素含有層の応力が低減される。
[0038] 堆積後プラズマ処理は、以下で説明されるように１以上のプロセスパラメータを含む。
[0039] 基板の温度は、約４０℃以下、例えば約－４０℃から約４０℃、例えば約－３０℃から約３０℃、例えば約－２０℃から約２０℃、例えば約－１０℃から約１０℃であり得る。少なくとも１つの実施形態では、基板支持体の温度が、T1からT2（℃の単位）の範囲にある。ここで、T1とT2の各々は、独立して、約－４０、約－３５、約－３０、約－２５、約－２０、約－１５、約－１０、約－５、約０、約５、約１０、約１５、約２０、約２５、約３０、約３５、又は約４０、且つT1＜T2である。
[0040] 処理空間内の圧力は、約５００ミリトール（mTorr）以下、例えば約４００mTorr以下、例えば約３００mTorr以下、例えば約２００mTorr以下、例えば約１００mTorr以下、例えば約５０mTorr以下、例えば約２０mTorr以下、例えば約５mTorrから約１００mTorr、例えば約２０mTorrから約８０mTorr、例えば約４０mTorrから約６０mTorrであり得る。少なくとも１つの実施形態では、処理空間内の圧力が、P1からP2（mTorrの単位で）の範囲にある。ここで、P1とP2の各々は、独立して、約１、約５、約１０、約１５、約２０、約２５、約３０、約３５、約４０、約４５、約５０、約５５、約６０、約６５、約７０、約75、約８０、約８５、約９０、約９５、又は約１００、且つP1＜P2である。
[0041] １種類以上の非反応性又は不活性ガスの流量は、３００mmサイズの基板について、約１００００標準立方センチメートル／分（sccm）以下、例えば５０００sccm以下、例えば約５００sccmから約５０００sccm、例えば約１０００sccmから約４０００sccm、例えば約２０００sccmから約３０００sccmであり得る。少なくとも１つの実施形態では、３００mmサイズの基板について、１種類以上の非反応性又は不活性ガスの流量が、流量１から流量２（sccmの単位）の範囲にある。ここで、流量１と流量２の各々は、独立して、約５０、約１００、約２００、約３００、約４００、約５００、約６００、約７００、約８００、約９００、約１０００、約１１００、約１２００、約１３００、約１４００、約１５００、約１６００、約１７００、約１８００、約１９００、約２０００、約２１００、約２２００、約２３００、約２４００、約２５００、約２６００、約２７００、約２８００、約２９００、約３０００、約３１００、約３２００、約３３００、約３４００、約３５００、約３６００、約３７００、約３８００、約３９００、約４０００、約４１００、約４２００、約４３００、約４４００、約４５００、約４６００、約４７００、約４８００、約４９００、又は約５０００、且つ流量１＜流量２である。
[0042] リッドプレート（例えば、リッドプレート１２５）に印加されるRFソース電力は、約１００ワット（W）から約１００００W、例えば約５００Wから約５０００W、例えば約１０００Wから約２０００W、又は約２５００Wから約４０００Wであり得る。少なくとも１つの実施形態では、RFソース電力が、電力１から電力２（Wの単位）の範囲にある。ここで、電力１と電力２の各々は、独立して、約１００、約５００、約１０００、約１５００、約２０００、約２５００、約３０００、約３５００、約４０００、約４５００、約５０００、約５５００、約６０００、約６５００、約７０００、約７５００、約８０００、約８５００、約９０００、約９５００、又は約１００００W、且つ電力１＜電力２である。
[0043] 堆積後プラズマ処理中に基板支持体１１５に印加されるRFバイアス電力は、約１００ワット（W）から約１００００W、例えば約１００Wから約１０００W、例えば約２００Wから約８００W、又は約５００Wから約５０００W、例えば約１０００Wから２０００W、若しくは約２５００Wから約４０００Wであり得る。少なくとも１つの実施形態では、堆積後プラズマ処理中のRF電力が、電力３から電力４（Wの単位）の範囲にある。ここで、電力３と電力４の各々は、独立して、約１００、約２００、約３００、約４００、約５００、約６００、約７００、約８００、約９００、約１０００、約１１００、約１２００、約１３００、約１４００、約１５００、約１６００、約１７００、約１８００、約１９００、約２０００、約２１００、、約２２００、約２３００、約２４００、約２５００、約２６００、約２７００、約２８００、約２９００、約３０００、約３１００、約３２００、約３３００、約３４００、約３５００、約３６００、約３７００、約３８００、約３９００、約４０００、約４１００、約４２００、約４３００、約４４００、約４５００、約４６００、約４７００、約４８００、約４９００、又は約５０００、且つ電力３＜電力４である。RFバイアス電力の周波数は、約１００キロヘルツ（kHz）から約１２０メガヘルツ（MHz）、例えば約４００kHzから約１２０MHz、例えば約１MHzから約６０MHz、例えば約２MHzから約２７MHz、例えば約１３．５MHzであり得る。周波数は、パルス化され得る。
[0044] 採用されるプラズマは、約１０イオン／cm3以上のオーダー、例えば約１００イオン／cm3から約１×１０１５イオン／cm3、例えば約１×１０７イオン／cm3から約１×１０１５イオン／cm3、例えば１×１０８イオン／cm3から約１×１０１４イオン／cm3、例えば１×１０９イオン／cm3から約１×１０１３イオン／cm3、例えば１×１０１０イオン／cm3から約１×１０１２イオン／cm3のプラズマ密度を有し得る。少なくとも１つの実施形態では、プラズマ密度（PD）が、PD１からPD２（イオン／cm3の単位）の範囲にある。ここで、PD1とPD2は、独立して、約１イオン／cm3、約１０イオン／cm3、約１００イオン／cm3、約１×１０３イオン／cm3、約１×１０４イオン／cm3、約１×１０５イオン／cm3、約１×１０６イオン／cm3、約１×１０７イオン／cm3、約１×１０８イオン／cm3、約１×１０９イオン／cm3、約１×１０１０イオン／cm3、約１×１０１１イオン／cm3、約１×１０１２イオン／cm3、約１×１０１３イオン／cm3、約１×１０１４イオン／cm3、約１×１０１５イオン／cm3、且つPD1＜PD2である。プラズマ密度は、基板処理チャンバの処理空間内で測定することができる。
[0045] 炭素含有層の堆積後プラズマ処理用の時間量は、約１秒（s）以上、例えば約１sから約６０分（min）、例えば約３０sから約３０min、例えば約１minから約１０minであり得る。
[0046] 幾つかの実施形態では、堆積後プラズマ処理後の炭素含有層が、ラマン分光法によって特定されたときに、少なくとも１０％のsp3混成原子（hybridized atom）を有する。すなわち、炭素含有層のsp3混成含有量は、少なくとも１０％以上であり得る。sp3混成含有量は、約１％から約１００％、例えば約５％から約９０％、例えば約１０％から約７５％、例えば約２５％から約５０％、又は少なくとも約６０％であり得る。少なくとも１つの実施形態では、炭素含有層のsp3混成含有量が、含有量１から含有量２（％の単位）の範囲にある。ここで、含有量１と含有層２の各々は、独立して、約１０、約１５、約２０、約２５、約３０、約３５、約４０、約４５、約５０、約５５、約６０、約６５、約７０、約７５、約８０、約８５、約９０、約９５、又は約１００、且つ含有層１＜含有層２である。
[0047] 幾つかの実施形態では、炭素含有層（例えば、DLC層）の膜応力が、堆積後プラズマ処理の結果として、約５％以上、例えば約１０％から約５０％、例えば約１５％から約４５％、例えば約２０％から約４０％、例えば約２５％から約３５％だけ低減される。少なくとも１つの実施形態では、膜応力の低減が、百分率１から百分率２（％の単位）の範囲にある。ここで、百分率１と百分率２の各々は、独立して、約１０、約１５、約２０、約２５、約３０、約３５、約４０、約４５、又は約５０、且つ百分率１＜百分率２である。膜応力は、偏光解析法によって特定される。
[0048] 以下の実施例は、本明細書で説明される任意の実施形態を限定することを意図していない。
実施例
[0049] 高密度炭素膜（DLC膜）が、マグネトロンPECVDによって製造された。炭化水素含有ガス混合物が、静電チャック上に基板が配置されたプロセス空間の中に流された。堆積は、温度約１０℃、圧力約１０mTorrで実行され、プラズマは、約４kWのRFバイアスを静電チャックに印加することによって生成された。
[0050] 次いで、堆積後プラズマ処理が、表１で示されている、アルゴン（約７００sccmの流量）、ヘリウム（約１２００sccmの流量）、圧力（約２５mTorr）、及びプラズマ出力（RFバイアス電力）を使用して、DLC膜に対して実行された。堆積後プラズマ処理についての結果が、表１で示されている。
[0051] 表１は、堆積後プラズマ処理が、５kAと１５kAの両方の膜についてDLC層の膜応力を低減させることを示している。この現象は、高エネルギーイオンを注入すると、局所的な熱スパイクが生成されるためと考えられる。これらの局所的な温度上昇により、化学結合のsp2混成への熱活性化緩和が促進され、その結果として、炭素含有層の応力が低減される。
[0052] 表２は、DLC膜の堆積後プラズマ処理からの結果を示している。実施例５～７（膜Ａ）は、同じ炭素堆積動作であるが、異なる堆積後プラズマ処理で作製された～５５００ÅのDLC膜である。実施例８～１０（膜Ｂ）は、同じ炭素堆積動作であるが、異なる堆積後プラズマ処理で作製された～５３００ÅのDLC膜である。次いで、堆積後プラズマ処理が、表２で示されている、アルゴン（約７００sccmの流量）、ヘリウム（約１２００sccmの流量）、圧力（約２５mTorr）、及びプラズマ出力（RFバイアス電力）を使用して、DLC膜に対して実行された。堆積後プラズマ処理についての結果が、表２で示されている。
[0053] 表２は、屈折率、不均一性、及びsp3含有層が同様でありながら、堆積後プラズマ処理が、両方の膜についてDLC層の膜応力を低減させることを示している。
[0054] ハードマスクを形成するための従来の方法の１以上の欠点を克服する新規且つ改善されたプロセスが、本明細書で説明された。本明細書で説明された複数の実施形態は、例えば、炭素含有ハードマスクの小刻みな捩じれ問題の軽減及び膜応力の低減を可能にする。したがって、本明細書で説明される複数の実施形態は、例えば改善されたデバイス性能を可能にする。
[0055] １以上の前述の一般的な説明と具体的な実施形態から明らかなように、本開示の複数の形態が図示され説明されてきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなしに、様々な変形が行われ得る。したがって、それによって本開示が限定されることは意図していない。同様に、「備える、含む（comprising）」という用語は、「含む（including）」という用語と同義であると考えられる。同様に、組成、要素、又は複数の要素の群の前に「備える、含む（comprising）」という移行フレーズが付いている場合には、常に、組成、要素、又は複数の要素の前に「本質的に～から成る（consisting essentially of）」、「～から成る（consisting of）」、「～から成る群から選択される（selected from the group of consisting of）」、又は「である（is）」という移行フレーズを有する、同じ組成又は複数の要素の群も考慮されていると理解され、逆もまた同様である。
[0056] 本開示の目的のために、特段の指定がない限り、本明細書の詳細な説明及び特許請求の範囲内の全ての数値は、示された値を「約」又は「略」で修正し得ること、当業者によって予想され得る実験誤差及び変動を含むことを考慮している。
[0057] 特定の実施形態及び特徴が、一組の数値上限と一組の数値下限を使用して説明された。別段の指定がない限り、任意の２つの値の組み合わせ、例えば、任意の下側値と任意の上側値の組み合わせ、任意の２つの下側値の組み合わせ、及び／又は任意の２つの上側値の組み合わせが、考慮されていると理解されたい。特定の下側値、上側値、及び範囲は、以下の１以上の請求項内で現れる。
[0058] 以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (20)

  1. 基板を処理する方法であって、
    処理チャンバの処理空間内に基板を配置すること、
    前記基板上にダイヤモンド状炭素（DLC）層を堆積させること、及び
    前記DLC層を堆積させた後で、プラズマ処理を実行することによって前記DLC層の膜応力を低減させることであって、前記プラズマ処理は、約１００Wから約１００００Wの高周波（RF）バイアス電力を印加することを含む、膜応力を低減させることを含む、方法。
  2. 前記プラズマ処理を実行することは、
    非反応性ガスを前記処理空間の中に流すこと、及び
    前記処理空間内の前記非反応性ガスからプラズマを生成して、前記DLC層を処理することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記非反応性ガスは、３００mmサイズの基板について、約５００sccmから約５０００sccmの流量で、前記処理空間の中に流される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記非反応性ガスは、N2、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン、又はそれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の方法。
  5. 前記非反応性ガスは、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの両方を含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記DLC層を堆積させることと前記プラズマ処理を実行することは、同じ処理チャンバ内で実行される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記プラズマ処理を実行することは、
    前記基板を約－４０℃から約４０℃の温度に維持すること、
    前記処理空間を約１mTorrから約５００mTorrの圧力に維持すること、又は
    それらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記温度は、約－１０℃から約１０℃であり、前記圧力は、約５mTorrから約１００mTorrであり、又はそれらの組み合わせである、請求項７に記載の方法。
  9. 前記RFバイアス電力は、約２００Wから約５０００Wである、請求項１に記載の方法。
  10. 前記プラズマ処理後の前記DLC層のsp3含有量は、ラマン分光法によって特定されたときに、約６０％以上である、請求項１に記載の方法。
  11. 前記DLC層の前記膜応力は、偏光解析法によって特定されたときに、約１０％から約５０％だけ低減される、請求項１に記載の方法。
  12. 基板を処理する方法であって、
    処理チャンバの処理空間内に基板を配置すること、
    前記基板上にダイヤモンド状炭素（DLC）層を堆積させること、並びに
    前記DLC層を堆積させた後で、プラズマ処理を実行することによって前記DLC層の膜応力を低減させることを含み、前記プラズマ処理は、
    前記処理空間の中に非反応性ガスを流すこと、及び
    約１００Wから約１００００Wの高周波（RF）バイアス電力を印加することによって、前記処理空間内の前記非反応性ガスからプラズマを生成して、前記DLC層を処理することを含む、方法。
  13. 前記非反応性ガスは、３００mmサイズの基板について、約５００sccmから約５０００sccmの流量で、前記処理空間の中に流される、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記非反応性ガスは、N2、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記非反応性ガスは、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの両方を含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記プラズマ処理を実行することは、
    前記基板を約－４０℃から約４０℃の温度に維持すること、
    前記処理空間を約１mTorrから約５００mTorrの圧力に維持すること、
    前記RFバイアス電力を約２００Wから約５０００Wに維持すること、又は
    それらの組み合わせを含む、請求項１２に記載の方法。
  17. 前記温度は、約－１０℃から約１０℃であり、前記圧力は、約５mTorrから約１００mTorrであり、又はそれらの組み合わせである、請求項１６に記載の方法。
  18. 基板を処理する方法であって、
    処理チャンバの処理空間内に基板を配置すること、
    前記基板上にダイヤモンド状炭素（DLC）層を堆積させること、並びに
    前記DLC層を堆積させた後で、プラズマ処理を実行することによって前記DLC層の膜応力を低減させることを含み、前記プラズマ処理は、
    前記処理空間の中に非反応性ガスを流すことであって、前記非反応性ガスは、N2、アルゴン、ヘリウム、又はそれらの組み合わせを含む、非反応性ガスを流すこと、及び
    約１００Wから約１００００Wの高周波（RF）バイアス電力を印加することによって、前記処理空間内の前記非反応性ガスからプラズマを生成して、前記DLC層を処理することを含む、方法。
  19. 前記プラズマ処理を実行することは、
    前記基板を約－４０℃から約４０℃の温度に維持すること、
    前記処理空間を約１mTorrから約５００mTorrの圧力に維持すること、
    前記RFバイアス電力を約２００Wから約５０００Wに維持すること、又は
    それらの組み合わせを含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記温度は、約－１０℃から約１０℃であり、前記圧力は、約５mTorrから約１００mTorrであり、又はそれらの組み合わせである、請求項１９に記載の方法。
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