JP2024507833A - １又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を用いた基板処理の方法、システム、及び装置 - Google Patents

１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を用いた基板処理の方法、システム、及び装置 Download PDF

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クァンドゥック ダグラス リー，
ラタサミ リムドゥルパイブーニ，
ディミトリ キオウシス，
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Abstract

Figure 2024507833000001
態様は概して、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を用いた基板の処理方法、システム、及び装置に関する。一態様では、エッチング選択性の向上を促進しながら膜応力を変化させる。一実装態様では、基板の処理方法は、基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることと、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させた後に、基板に急速熱アニール工程を実施することとを含む。急速熱アニール工程は、６０秒以下のアニール時間持続する。急速熱アニール工程は、基板を６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に加熱することを含む。本方法は、急速熱アニール工程を実施した後に、基板をエッチングすることを含む。
【選択図】図５

Description

［０００１］態様は概して、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を用いた基板の処理方法、システム、及び装置に関する。一態様では、エッチング選択性の向上を促進しながら膜応力を変化させる。
［０００２］基板のハードマスク層は、高い圧縮応力を有することがあり、処理に適さない場合がある。一例として、高い圧縮応力は層間剥離を引き起こしかねず、デバイスの性能を阻害する可能性がある。圧縮応力を低減するための努力は、長い工程時間、資源の大量消費、スループットの低下、ハードマスク層の損失を伴いうる。また、圧縮応力を低減しようとする努力には、エッチング選択性の損失が伴いうる。
［０００３］したがって、処理時間の短縮、リソースの消費の削減、スループットの向上、及びハードマスク層の損失低減を促進するために、エッチング選択性の向上及び膜応力の変更を促進する改良された方法、システム、及び装置が必要である。
［０００４］態様は概して、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を用いた基板処理の方法、システム、及び装置に関する。一態様では、エッチング選択性の向上を促進しながら膜応力を変化させる。
［０００５］一実装態様では、基板の処理方法は、基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることと、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させた後に、基板に急速熱アニール工程を実施することとを含む。急速熱アニール工程は、６０秒以下のアニール時間持続する。急速熱アニール工程は、基板を６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に加熱することを含む。本方法は、急速熱アニール工程を実施した後に、基板をエッチングすることを含む。
［０００６］一実装態様では、基板を処理するための非一過性コンピュータ可読媒体は、実行されると複数の工程を実施させる命令を含む。複数の工程は、基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることと、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させた後に、基板に急速熱アニール工程を実施することとを含む。急速熱アニール工程は、６０秒以下のアニール時間持続する。急速熱アニール工程は、基板を６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に加熱することを含む。複数の工程は、急速熱アニール工程を実施した後に基板をエッチングすることを含む。
［０００７］一実装態様では、基板の処理システムは、堆積チャンバと、アニールチャンバと、堆積チャンバ及びアニールチャンバに結合された移送チャンバと、極低温エッチングチャンバとを含む。本システムは、実行されると、堆積チャンバに、基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させる命令を有するコントローラを含む。命令は、実行されると、基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層が堆積された後に、アニールチャンバに、基板に急速熱アニール工程を実施させる。急速熱アニール工程は、６０秒以下のアニール時間持続する。急速熱アニール工程は、基板を６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に加熱することを含む。命令は、実行されると、急速熱アニール工程が実施された後に、極低温エッチングチャンバに、基板をエッチングさせる。
［０００８］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は例示的な実施形態を単に示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
一実装態様に係る基板の処理システムの概略部分図である。 一実装態様に係る基板処理チャンバの概略断面図である。 一実装態様に係るアニールチャンバの概略部分断面図である。 一実装態様に係るエッチングチャンバの概略部分断面図である。 一実装態様に係る基板の処理方法の概略図である。
［００１４］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられる。
［００１５］態様は概して、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を用いた基板の処理方法、システム、及び装置に関する。一態様では、エッチング選択性の向上を促進しながら膜応力を変化させる。
［００１６］図１は、一実装態様に係る基板の処理システム１００の概略部分図である。システム１００は、複数のプロセスチャンバ１０１、１０２を有するクラスタツール１０３を含む。プロセスチャンバ１０１、１０２を図示したが、システム１００は、移送チャンバ１１２の周りに配置され、移送チャンバ１１２に結合された５つを超えるプロセスチャンバ又は５つ未満のプロセスチャンバを含み得ることが企図される。クラスタツール１０３は、通信的に、電気的に、機械的に、又は他の方法で、１又は複数の追加のクラスタツール及び／又は図１において第２のクラスタツール１２２として集合的に示す１又は複数の他のシステムに結合され得る。基板は、移送システムを使用してクラスタツール１０３と第２のクラスタツール１２２との間で移送され、周囲条件に暴露され得る。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、基板は、クラスタツール１０３のファクトリインターフェース１１４から第２のクラスタツール１２２に、又は第２のクラスタツール１２２からクラスタツール１０３のファクトリインターフェース１１４内に移送される。基板は、ファクトリインターフェース１１４から移送チャンバ１１２に移送され得る。移送チャンバ１１２の移送領域１１８は、温度及び／又は圧力が設定及び維持及び／又は調整され得る環境等の、環境的に制御された環境であってよい。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、移送チャンバ１１２は真空圧下に保持される。中央移送ロボット１１６は、プロセスチャンバ１０１、１０２内で及びそれらの間で基板を移送するように構成される。システム１００は、複数のプロセスチャンバ１０１、１０２の重複したチャンバを含み得ることが企図される。
［００１７］クラスタツール１０３は、移送チャンバ１１２に結合された堆積チャンバ１０１及びアニールチャンバ１０２を含む。本開示は、基板に洗浄工程を実施するように構成された洗浄チャンバ等の他のプロセスチャンバが、移送チャンバ１１２の周りに配置され、移送チャンバ１１２に結合され得ることを企図している。第２のクラスタツール１２２は、リソグラフィチャンバ１２３及びエッチングチャンバ１２４を含む。堆積チャンバ１０１は、基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させるように構成される。アニールチャンバ１０２は、基板に急速熱アニール工程を実施するように構成される。エッチングチャンバ１２４は、基板に超低温エッチング工程等のエッチング工程を実施するように構成される。リソグラフィチャンバ１２３は、基板にフォトリソグラフィパターニング工程等のパターニング工程を実施するように構成される。堆積チャンバ１０１、アニールチャンバ１０２、及び移送チャンバ１１２は、クラスタツール１０３のフレーム１０４に取り付けられる。
［００１８］コントローラ１２０は、堆積チャンバ１０１、アニールチャンバ１０２、リソグラフィチャンバ１２３、及びエッチングチャンバ１２４の工程を制御するために、システム１００のクラスタツール１０３及び第２のクラスタツール１２２に結合される。コントローラ１２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３１と、命令を含むメモリ１３２と、ＣＰＵ１３１の支援回路１３３とを含む。コントローラ１２０は、システム１００を直接、又はクラスタツール１０３及び第２のクラスタツール１２２に結合された他のコンピュータ及び／又はコントローラ（図示せず）を介して制御する。コントローラ１２０は、様々なチャンバ及び機器、ならびにその上又はその中のサブプロセッサを制御するために産業環境で使用される任意の形態の汎用コンピュータプロセッサである。
［００１９］メモリ１３２、又は非一過性コンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、フラッシュドライブ、又はローカルもしくはリモートの任意の他の形態のデジタルストレージ等の容易に入手可能なメモリのうちの１又は複数である。支援回路１３３はＣＰＵ１３１に結合され、ＣＰＵ１３１（プロセッサ）を支援する。支援回路１３３は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路及びサブシステム等を含む。基板処理パラメータ及び工程は、コントローラ１２０をシステム１００の工程を制御する特定目的のコントローラにするように実行又は起動されるソフトウェアルーチンとしてメモリ１３２に記憶される。コントローラ１２０は、本明細書に記載の方法のいずれかを実施するように構成される。メモリ１３２に記憶された命令は、実行されると、方法５００の工程５０１～５０８のうちの１又は複数を実施させる。
［００２０］システム１００は、移送チャンバ１１２の移送領域１１８、堆積チャンバ１０１の処理領域、アニールチャンバ１０２の処理領域、リソグラフィチャンバ１２３の処理領域、及び／又はエッチングチャンバ１２４の処理領域等のシステム１００の１又は複数の態様の状態及び／又は特性を監視する１又は複数の計測センサを含む。システム１００は、１又は複数のセンサ１９１ａ～１９１ｄ（４つを示す）を有する１又は複数のモジュール１９０（１つを示す）を含む。センサ１９１ａ～１９１ｄを有するモジュール１９０は、移送チャンバ１１２の移送領域１１８に配置される。本開示は、１又は複数のセンサを有する１又は複数のモジュールが、堆積チャンバ１０１、アニールチャンバ１０２、リソグラフィチャンバ１２３、及び／又はエッチングチャンバ１２４のうちの１又は複数に配置され得ることを企図する。
［００２１］センサ１９１ａ～１９１ｄを有するモジュール１９０は、それぞれのチャンバ１０１、１０２、１１２、１２３、又は１２４の内面に取り付けられる等、チャンバ１０１、１０２、１１２、１２３、及び１２４のうちの１又は複数に取り付けられていてよい。センサ１９１ａ～１９１ｄのうちの少なくとも１つは、中央移送ロボット１１６が基板を移送している間等に、移送領域１１８の汚染物質及びその濃度を検出、監視、及び／又は測定するように構成される。一例では、１又は複数のセンサ１９１ａ～１９１ｄは、１又は複数のインサイチュ計測センサを含む。
［００２２］センサ１９１ａ～１９１ｄのうちの少なくとも１つは、基板が中央移送ロボット１１６によって移送されている間、又は基板がプロセスチャンバ１０１、１０２、１２３、１２４で処理されている間等に、システム１００で処理される基板の状態及び／又は特性を検出、監視、及び／又は測定するように構成される。一例では、１又は複数のセンサ１９１ａ～１９１ｄは、１又は複数のオンウエハ分光センサ、及び／又は１又は複数の汚染物質センサを含む。一例では、１又は複数のセンサ１９１ａ～１９１ｄは、１又は複数の酸素センサ、１又は複数の水蒸気センサ、１又は複数の蛍光Ｘ線分光（ＸＲＦ）センサ、及び／又は１又は複数のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）センサを含む。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、センサ１９１ａ～１９１ｄは、基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の１又は複数の厚さ（急速熱アニール工程の前及び／又は後等）、基板の反り、及び／又は基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の膜応力を測定するように構成される。
［００２３］コントローラ１２０によって実行される複数の命令は、１又は複数のセンサ１９１ａ～１９１ｄに、汚染物質、状態、及び／又は特性を検出、監視、及び／又は測定するように指示する命令を含む。コントローラ１２０のメモリ１３２内の命令は、本明細書に記載の工程に加えて実行され得る１又は複数の機械学習／人工知能アルゴリズムを含み得る。一例として、コントローラ１２０によって実行される機械学習／人工知能アルゴリズムは、１又は複数のセンサ１９１ａ～１９１ｄによって取得された１又は複数のセンサ測定値に基づいて、工程パラメータを最適化及び変更することができる。工程パラメータは、例えば、アニール時間、アニール温度、アニール圧力、アニールガス組成、アニール流量、堆積温度、堆積圧力、第１の流量、第２の流量、総流量、反応性前駆体ガス組成、不活性ガス組成、エッチング温度、ハードマスク厚、膜応力、基板の反り、水素含有量、エッチング選択性、ヤング率、及び／又は膜密度（それぞれ後述）を含み得る。
［００２４］１又は複数の機械学習／人工知能アルゴリズムは、アニール温度等の工程パラメータを最適化するために、基板の反り、急速熱アニール工程後の測定された膜厚、及び／又は急速熱アニール工程後の測定された膜応力を考慮し得る。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、１又は複数の機械学習／人工知能アルゴリズムは、急速熱アニール工程後の膜厚（ハードマスク厚等）及び膜応力を測定して、堆積工程及び／又は急速熱アニール工程を１又は複数回追加で繰り返すかどうかを決定することができる。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、１又は複数の機械学習／人工知能アルゴリズムは、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層が引張膜応力又は１００ＭＰａ以下の膜応力等の中性膜応力を達成するのに要する最適化されたアニール時間を決定し得る。他の実施例と組み合わせることができる一実施例では、入ってくる基板の反りを測定し、１又は複数の機械学習／人工知能アルゴリズムが最適化されたアニール時間を決定する。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、コントローラ１２０によって実行される１又は複数の機械学習／人工知能アルゴリズムは、最適化されたアニール時間、最適化されたアニール温度、最適化されたアニール圧力、最適化されたアニールガス組成、最適化されたアニール流量、及び／又は急速熱アニール工程の反復回数を決定する。
［００２５］図２は、一実装態様に係る基板処理チャンバ２００の概略断面図である。基板処理チャンバ２００は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ又はプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバであってよい。本開示は、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ又は物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ等の他のチャンバが使用され得ることを企図する。基板処理チャンバ２００は、図１に示すシステム１００の堆積チャンバ１０１として使用され得る堆積チャンバである。
［００２６］基板処理チャンバ２００は、チャンバ本体２０２と、チャンバ本体２０２上に配置されたチャンバリッド２０４とを有する。チャンバ本体２０２は、その中に内部領域２０６を含む。本開示は、チャンバ本体２０２が単一の本体、又は２つ以上の本体でできていてよいことを企図している。チャンバ本体２０２は、１又は複数の側壁及び基部を含む。基板処理チャンバ２００は、１又は複数の処理ガス２０９の流れをシャワーヘッド２０１を通して処理領域２１０に供給するために、チャンバリッド２０４に結合された、又はチャンバリッド２０４に配置されたガス分配アセンブリ２１６を含む。１又は複数の処理ガスは、他のガスの中でも、アルゴン及び／又はＣ３Ｈ６のうちの１又は複数を含み得る。一例では、１又は複数の処理ガスは、１又は複数の反応性前駆体ガス及び１又は複数の不活性ガス（プラズマを生成するため）を含む。シャワーヘッド２０１は、バッキングプレート２２６及びフェースプレート２３０を含む。ガス分配アセンブリ２１６は、チャンバリッド２０４に形成されたガス入口通路２２０に結合されたガスマニホールド２１８を含む。ガスマニホールド２１８は、１又は複数のガス源２２２（２つを示す）から１又は複数の処理ガスの流れを受け入れる。１又は複数のガス源２２２から受け入れられた処理ガスの流れは、ガスボックス２２４を横切って分配され、バッキングプレート２２６の複数の開口部２９１を通って流れ、更にバッキングプレート２２６及びフェースプレート２３０によって画定されたプレナム２２８を横切って分配される。次いで、処理ガス２０９の流れは、シャワーヘッド２０１のフェースプレート２３０の下面２１９に形成された１又は複数のガス開口部２３２を通って、内部領域２０６の処理領域２１０に流入する。
［００２７］内部領域２０６は、チャンバ本体２０２に配置されたペデスタル２３８を含む。ペデスタル２３８は、基板処理チャンバ２００内で基板２３６を支持する。ペデスタル２３８は、ペデスタル２３８の支持面２３９上で基板２３６を支持する。ペデスタル２３８は、その中に配置されたヒータ及び電極を含む。電極は、処理を促進するために、直流（ＤＣ）電圧、無線周波（ＲＦ）エネルギー、又は交流（ＡＣ）エネルギーを受けることができる。ペデスタル２３８は、リフトシステム２９５によって内部領域２０６に移動可能に配置される。ペデスタル２３８の移動により、チャンバ本体２０２を貫通して形成されたスリットバルブを通して、内部領域２０６への、及び内部領域２０６からの基板２３６の移送が容易になる。また、ペデスタル２３８は、基板２３６の処理のために異なる処理位置に移動させることもできる。
［００２８］基板処理中、処理ガス（処理ガス２０９等）が処理領域２１０に流入すると、ヒータがペデスタル２３８及び支持面２３９を加熱する。また、基板処理中、ペデスタル２３８の電極は、無線周波（ＲＦ）エネルギー、交流（ＡＣ）、又は直流（ＤＣ）電圧を伝搬して、処理領域２１０におけるプラズマ発生を促進する、及び／又はペデスタル２３８への基板２３６のチャッキングを促進する。本開示はまた、ＲＦエネルギー、ＡＣ、又はＤＣ電圧を供給してプラズマの発生を促進するために、電源がシャワーヘッド２０１に結合され得ることを企図する。ペデスタル２３８の電極からの熱、ガス、及びエネルギーにより、基板処理中に基板２３６上への１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の形態の膜の堆積が促進される。チャンバ本体２０２との結合を介して接地されるフェースプレート２３０及びペデスタル２３８の電極は、容量性プラズマ結合の形成を促進する。ペデスタル２３８の電極に電力が供給されると、電界がフェースプレート２３０とペデスタル２３８との間に発生し、ペデスタル２３８とフェースプレート２３０との間の処理領域２１０に存在するガスの原子がイオン化され、電子を放出する。イオン化された原子はペデスタル２３８に向かって加速し、基板２３６上への１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の形成が促進される。
［００２９］ポンピング装置２０３が、基板処理チャンバ２００に配置される。ポンピング装置２０３は、内部領域２０６及び処理領域２１０からのガスの除去を容易にする。ポンピング装置２０３によって排気されるガスは、処理ガス及び処理残留物のうちの１又は複数を含む。処理残留物は、基板２３６上に膜を堆積させるプロセスから生じ得る。ポンピング装置２０３は、チャンバ本体２０２の段差面２９３上に配置されたポンピングライナ２６０と、ペデスタル２３８とポンピングライナ２６０との間に配置されたアイソレータリング２５９とを含む。
［００３０］基板処理チャンバ２００は、チャンバ本体２０２の底部に配置されたパージガス入口２１３を含む。パージガス入口２１３は、チャンバ本体２０２の底面に形成された開口部である。パージガス入口２１３は、１又は複数のパージガス２７９をパージガス入口２１３に供給するパージガス源２１４に流体的に接続されている。１又は複数のパージガス２７９は、Ａｒ及び／又はＮ２のうちの１又は複数等の１又は複数の不活性ガスを含む。１又は複数のパージガス２７９は、パージガス流路２１１に沿って流れる。ボウル２１２が内部領域２０６に配置されている。ボウル２１２はパージガス領域２１５を画定する。１又は複数のベローズ２１７がパージガス領域２１５に配置され得る。１又は複数のベローズ２２１は、ボウル２１２の水平部分２１２ｂの上方、及びペデスタル２３８の底面２９８の下方に配置される。１又は複数のベローズ２２１は、１又は複数のベローズ２２１とボウル２１２の垂直部分２１２ａとの間にあるパージガス流路２１１の一部からデッドボリューム２６３を分離する。基板処理工程中、処理ガス２０９がシャワーヘッド２０１から処理領域２１０に流入する間、パージガス入口２１３は、１又は複数のパージガス２７９をパージガス領域２１５に流入させる。ボウル２１２の水平部分２１２ｂは、パージガス２７９をパージガス領域２１５からパージガス流路２１１に流入させる１又は複数のパージガス開口部２９７を含む。処理ガス２０９とパージガス２７９は、支持面２３９又はその近傍で合流及び／又は混合する。処理ガス２０９とパージガス２７９は混合して混合ガスを形成し、ポンピング装置２０３によって排気される。ポンピング装置２０３は、ポンピングライナ２６０とアイソレータリング２５９とを含む。混合ガスは、第１の導管２７６及び第２の導管２７８を通り、フォアライン２７２を通って、真空ポンプ２３３に排気される。真空ポンプ２３３は、処理領域２１０内の圧力を制御し、処理領域１１０からガス及び残留物を排気する。
［００３１］図３は、一実装態様に係るアニールチャンバ３００の概略部分断面図である。アニールチャンバ３００は急速熱アニールチャンバである。アニールチャンバ３００は、図１のシステム１００のアニールチャンバ１０２として使用することができる。アニールチャンバ３００で処理される基板２３６は、バルブ（スリットバルブ等）又はアクセスポート３１３を通って、アニールチャンバ３００の処理領域３１８内に供給される。基板２３６は、その周縁部が環状エッジリング３１４によって支持されている。エッジリング３１４は、基板２３６の角部に接触する環状傾斜棚３１５を有する。基板２３６は、基板２３６の上面に既に形成された処理済み特徴部３１６が放射加熱装置３２４に向かって上方に向くように配向されている。基板２３６は、上述した堆積チャンバ２００で処理された基板である。処理済み特徴部３１６は、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を含む。
［００３２］アニールチャンバ３００は、チャンバ本体３０２と、チャンバ本体３０２内に配置された処理領域３１８とを含む。チャンバ本体３０２は、１又は複数の側壁３０３を含む。処理領域３１８は、その上側が透明石英窓３２０によって画定されている。アニールチャンバ３００は、基板２３６に急速熱アニール工程を実施する。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、急速熱アニール工程は、基板２３６を毎秒約１０℃以上の速度、例えば毎秒約１０℃から毎秒約２５０℃以上の速度で均一に加熱することができる。急速熱アニール工程のランプダウン（冷却）速度は、毎秒約８０℃から毎秒約１５０℃の範囲である。本開示の態様は、５秒未満、例えば１秒未満、又は複数のミリ秒で基板をアニールする等のフラッシュアニールにも適用可能である。
［００３３］３つのリフトピン３２２は、基板２３６がロボット等の基板移送装置によってハンドリングされるときに、基板２３６の底面（裏面等）に係合して支持するように昇降する。ロボットのロボットブレード及び／又はロボットのロボットアームがバルブ又はアクセスポート３１３を通って延び、基板２３６をアニールチャンバ３００内及びリフトピン３２２上に供給する。次いで、基板２３６はエッジリング３１４上に下ろされる。処理領域３１８で基板２３６を加熱するため、放射加熱装置３２４が窓３２０の上方に位置決めされ、放射エネルギーを基板２３６に向かって方向づけする。アニールチャンバ３００において、放射加熱装置は、窓３２０の上方に六角最密アレイで配置されたそれぞれの反射管３２７に位置決めされた複数の加熱ランプ３２６を含む。複数の加熱ランプ３２６は、高輝度タングステンハロゲンランプを含む。複数の加熱ランプ３２６は、エッジリング３１４の上方に位置決めされている。
［００３４］加熱ランプ３２６は、処理領域３１８及び基板２３６の温度を上昇させるために放射源の温度を急速に上昇させる、又はランプアップさせる抵抗加熱を伴う。加熱ランプ３２６は、フィラメントを取り囲むガラス又はシリカのエンベロープを有する白熱ランプ及びタングステンハロゲン白熱ランプ、ならびにキセノン等のガスを取り囲むガラス又はシリカのエンベロープを含むフラッシュランプを含み得る。加熱ランプ３２６は、ガス又は蒸気を取り囲むガラス、セラミック、又はシリカのエンベロープを含むアークランプを含み得る。このようなランプは、ガスに電圧が印加されると放射熱を発する。本明細書で使用するランプという用語は、熱源を取り囲むエンベロープを有するランプを含むことを意図している。ランプの「熱源」は、基板２３６の温度を上昇させることができる材料又は要素、例えば、電圧が印加され得るフィラメント又はガスを指す。本開示は、基板２３６を加熱する複数の加熱ランプ３２６の代わりに、又はそれに加えて、（基板２３６が支持される）ペデスタルに埋め込まれた１又は複数のアニールレーザ及び／又は１又は複数の抵抗ヒータ要素が使用され得ることを企図する。
［００３５］基板２３６に対して平行に、かつ基板２３６よりも大きい面積にわたって延在し、基板２３６の底面の方を向いたリフレクタ３２８は、基板２３６から放出された熱放射を効率的に基板２３６に反射して戻す。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、基板２３６の見かけの放射率を高めるためのリフレクタプレートが含まれる。金コーティング又は多層誘電体干渉ミラーを有し得るリフレクタ３２８は、基板２３６の裏側に、基板２３６の暖かい部分から冷たい部分へ熱を分配するように機能する黒体空洞を効果的に形成する。チャンバ本体３０２は上壁３２１と下壁３５３とを含む。リフレクタ３２８は、冷却中等に基板２３６からの余分な放射をヒートシンクする能力において選択された金属等の材料でできた下壁３５３に形成された水冷基部上に配置されている。上壁３２１は石英窓３２０を含み、下壁３５３は上壁３２１と実質的に平行である。下壁３５３は、金属等の著しく不透明の材料でできていてよい。
［００３６］エッジリング３１４は、支持シリンダ３３１上に配置されて支持され、エッジリング３１４の熱膨張及び／又は熱収縮に伴って、支持シリンダ３３１及びロータ３３０に対して移動可能である。エッジリング３１４は、支持シリンダ３３１とロータ３３０とを用いて移動させることもできる。支持シリンダ３３１は断熱材を含み得る。支持シリンダ３３１は、ロータ３３０上に支持され、ロータ３３０に結合されていてよい、又はロータ３３０の一部として形成されていてよい。ロータ３３０と支持シリンダ３３１は回転可能である。ロータ３３０は円筒状である。ロータ３３０は、チャンバ本体３０２内で磁気浮上する。ロータ３３０は、チャンバ本体３０２の１又は複数の側壁３０３の外側に位置決めされた駆動リング３３２に磁気的に結合されている。重力と、エッジリング３１５の下面から下向きに延在する下側肩部により、エッジリング３１４を支持シリンダ３３１及びロータ３３０上に保持することが容易になる。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、駆動リング３３２は回転可能なフランジであり、駆動リング３３２の回転に伴ってロータ３３０が回転するようにロータ３３０に磁気的に結合されている。このような実施形態では、モータが駆動リング３３２を回転させてロータ３３０を回転させる。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、駆動リング３３２はチャンバ本体３０２に対して固定され、電力が供給されると磁力を発生させてロータ３３０を磁気的に回転及び／又は浮上させる電気コイルを含む。ロータ３３０が回転すると、エッジリング３１４及びエッジリング３１４上に支持された基板２３６が、基板２３６の中心軸３３４の周りを回転する。
［００３７］加熱ランプ３２６は、中心軸３３４の周りに概ねリング状に配置された加熱ゾーンに分割され得る。制御回路は、異なるゾーンにおいて加熱ランプ３２６に供給される電圧を変化させ、それによって放射エネルギーの半径方向分布を調整する。１又は複数の高温計３４０は、リフレクタ３２８の開孔を通して基板２３６の底面に向くように位置決めされた１又は複数の光学光パイプ３４２を通して結合されている。１又は複数の高温計３４０は、静止又は回転している基板２３６の半径にわたる温度を測定する。光パイプ３４２は、サファイア、金属、及びシリカ繊維を含む様々な構造で形成され得る。高温計３４０はエッジリング３１４の下方に配置され、エッジリング３１４は高温計３４０と複数の加熱ランプ３２６との間に配置される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、反射コーティング３５０の膜が、加熱ランプ３２６の方を向いた窓３２０の側に配置され得る。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、反射コーティング３５１が、基板２３６の方を向いた窓３２０の側に配置される。図１に示す実装態様では、反射コーティング３５０及び３５１が窓３２０の両側に配置される。反射コーティング３５０及び３５１により、高温計帯域幅の放射が反射コーティング３５０及び３５１を通って伝搬するのがブロックされやすくなり、高温計３４０の正確な測定が促進される。
［００３８］図４は、一実装態様に係るエッチングチャンバ４００の概略部分断面図である。エッチングチャンバ４００は、上述のようにアニールチャンバ３００でアニールされた基板２３６を支持する基板支持アセンブリ４０１を含む。エッチングチャンバ４００は、図１のシステム１００のエッチングチャンバ１２４として使用することができる。エッチングチャンバ４００は、プラズマ処理チャンバであってよい。エッチングチャンバ４００は、極低温エッチング工程を実施するように構成された極低温エッチングチャンバである。極低温エッチング温度に維持された基板２３６をドライ反応性イオンエッチングすることにより、基板２３６上に配置された材料の上向き面にイオンを衝突させて自発エッチングを減少させ、滑らかで垂直な側壁を有するトレンチが形成されるようにすることができる。例えば、極低温エッチング温度に均一に維持された基板２３６上に配置された低誘電率誘電体材料の空隙におけるイオンの拡散は、イオンが低誘電率誘電体材料の上向き面に衝突し続ける間に減少し、滑らかで垂直な側壁を有するトレンチが形成される。更に、極低温処理温度では、ある材料と別の材料とのエッチングの選択性を向上させることができる。例えば、シリコン（Ｓｉ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の選択性は、温度が下がるにつれて指数関数的に増加する。
［００３９］エッチングチャンバ４００は、処理領域４１０を囲む側壁４０４、底部４０６及びリッド４０８を有するチャンバ本体４０２を含む。注入装置４１２が、チャンバ本体４０２の側壁４０４及び／又はリッド４０８に結合されている。ガスパネル４１４が注入装置４１２に結合され、プロセスガスが処理領域４１０内に供給されるようになっている。注入装置４１２は、１又は複数のノズル又は入口ポート、あるいは代替的にシャワーヘッドであってよい。プロセスガスは、あらゆる処理副生成物とともに、チャンバ本体４０２の側壁４０４又は底部４０６に形成された排気ポート４１６を通して処理領域４１０から除去される。排気ポート４１６は、処理領域４１０内の真空レベルを制御するために利用されるスロットルバルブ及びポンプを含むポンピングシステム４４０に結合される。
［００４０］プロセスガスに電圧が印加されて、処理領域４１０内にプラズマが形成される。プロセスガスは、ＲＦ電力をプロセスガスに容量又は誘導結合させることによって電圧が印加され得る。他の実施形態と組み合わせることができる図示の実施形態では、複数のコイル４１８がエッチングチャンバ４００のリッド４０８の上方に配置され、整合回路４２０を通してＲＦ電源４２２に結合されている。基板支持アセンブリ４０１は、注入装置４１２の下方の処理領域４１０に配置される。基板支持アセンブリ４０１は、静電チャック（ＥＳＣ）４０３及びＥＳＣベースアセンブリ４０５を含む。ＥＳＣベースアセンブリ４０５は、ＥＳＣ４０３及び設備プレート４０７に結合されている。グラウンドプレート４１１によって支持された設備プレート４０７は、基板支持アセンブリ４０１との電気、冷却、加熱、及びガス接続を容易にするように構成されている。グラウンドプレート４１１は、エッチングチャンバ４００の底部４０６によって支持されている。絶縁体プレート４０９は、グラウンドプレート４１１から設備プレート４０７を絶縁する。
［００４１］ＥＳＣベースアセンブリ４０５は、極低温冷却装置４１７に結合されたベースチャネル４５０を含む。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置４１７は、ＥＳＣベースアセンブリ４０５が極低温エッチング温度に維持されるように、ベースチャネル４５０の入口に接続されたベース入口導管４２３を介して、及びベースチャネル４５０の出口に接続されたベース出口導管４２５を介して、ベースチャネル４５０に流体連結される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置４１７は、ベース流体の流量を制御するためにインターフェースボックスに結合される。ベース流体は、０℃未満等の極低温エッチング温度を維持することができる材料を含み得る。極低温冷却装置４１７はベース流体を供給し、このベース流体はＥＳＣベースアセンブリ４０５のベースチャネル４５０内を循環する。ベースチャネル４５０を流れるベース流体は、ＥＳＣベースアセンブリ４０５を極低温エッチング温度に維持することを可能にし、これにより、ＥＳＣ４０３の横方向の温度プロファイルを制御して、ＥＳＣ４０３上に配置された基板２３６が極低温エッチング温度に均一に維持されるように支援する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置４１７は、極低温温度を極低温エッチング温度に維持するように動作可能な単段冷却装置である。本明細書に記載の他の実施形態に組み合わせることができる別の実施形態では、極低温冷却装置４１７は、ベース流体が極低温エッチング温度に維持されるように２段冷却装置の内部の冷媒を利用する２段冷却装置である。
［００４２］設備プレート４０７は、冷却装置４１９に結合された設備チャネル４５１を含む。冷却装置４１９は、設備プレート４０７が所定の周囲温度に維持されるように、設備チャネル４５１の入口に接続された設備入口導管４２７を介して、及び設備チャネル４５１の出口に接続された設備出口導管４２９を介して、設備チャネル４５１に流体連結される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温冷却装置４１７は、設備流体の流量を制御するためにインターフェースボックスに結合される。設備流体は、約０℃から約６０℃の周囲温度を維持することができる材料を含み得る。冷却装置４１９は、設備プレート４０７の設備チャネル４５１内を循環する設備流体を供給する。設備チャネル４５１内を流れる設備流体は、設備プレート４０７を所定の周囲温度に維持することを可能にし、これにより絶縁体プレート４０９を周囲温度に維持することを支援する。
［００４３］ＥＳＣ４０３は、支持面４３０と、支持面４３０とは反対側の底面４３２とを有する。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ＥＳＣ４０３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は他の適切な材料等のセラミック材料から作製される。ＥＳＣ４０３は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールエーテルケトン等のポリマーから作製され得る。ＥＳＣ４０３は、その中に配置されたチャッキング電極４２６を含む。チャッキング電極４２６は、ＲＦフィルタ及び設備プレート４０７を介して、基板２３６をＥＳＣ４０３の支持面４３０に静電固定するためのＤＣ電力を供給するチャッキング電源４３４に結合される。ＲＦフィルタは、エッチングチャンバ４００内でプラズマ（図示せず）を形成するために利用されるＲＦ電力が、電気機器に損傷を与えるのを、あるいはチャンバ外で電気的危険をもたらすのを防止する。
［００４４］ＥＳＣ４０３は、その中に埋め込まれた１又は複数の抵抗ヒータ４２８を含む。抵抗ヒータ４２８は、ＥＳＣ４０３の温度を、支持面４３０上に配置された基板２３６を処理するのに適した極低温処理温度まで上昇させるために利用される。抵抗ヒータ４２８は、設備プレート４０７及びＲＦフィルタを通して、ヒータ電源４３６に結合される。ＲＦフィルタは、エッチングチャンバ４００内でプラズマ（図示せず）を形成するために利用されるＲＦ電力が、電気機器に損傷を与えるのを、あるいはチャンバ外で電気的危険をもたらすのを防止する。ヒータ電源４３６は、抵抗ヒータ４２８に５００ワット以上の電力を供給することができる。コントローラ１２０は、基板２３６を極低温エッチング温度に加熱するように通常設定されるヒータ電源４３６の動作を制御するために、ヒータ電源４３６に結合されている。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、抵抗ヒータ４２８は、複数の横方向に分離された加熱ゾーンを含み、コントローラ１２０は、抵抗ヒータ４２８の少なくとも１つのゾーンが、他のゾーンの１又は複数に位置する抵抗ヒータ４２８に対して優先的に加熱されることを可能にする。例えば、抵抗ヒータ４２８は、複数の分離された加熱ゾーンに同心状に配置され得る。抵抗ヒータ４２８は、基板２３６を処理に適した極低温エッチング温度に維持する。
［００４５］基板支持アセンブリ４０１は、ＥＳＣ４０３及び／又はＥＳＣベースアセンブリ４０５の温度を決定するためにその中に配置された１又は複数のプローブを含み得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、１又は複数の低温光プローブアセンブリがコントローラ１２０に結合される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、各低温光プローブアセンブリは、抵抗ヒータ４２８の複数の横方向に分離された加熱ゾーンの一ゾーンに対応し、低温光プローブは、ＥＳＣ４０３の各ゾーンの温度を測定する。コントローラ１２０は、抵抗ヒータ４２８の各ゾーンが独立して加熱されるようにヒータ電源４３６に結合され、これにより、温度測定に基づいてＥＳＣ４０３の横方向の温度プロファイルが実質的に均一になり、ＥＳＣ４０３上に配置された基板２３６が極低温エッチング温度に均一に維持される。
［００４６］図５は、一実装態様に係る基板の処理方法５００の概略図である。方法５００の工程５０１は、基板（基板２３６等）を、図１及び図２に関して上述したように、堆積チャンバ１０１として使用される基板処理チャンバ２００であってよい堆積チャンバ内に移送することを含む。
［００４７］本方法の工程５０２は、堆積チャンバの基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることを含む。１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、基板の表側の面上に形成される複数のベース層上に堆積される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数のベース層は、交互に配置された複数の酸化物層及び複数の窒素（窒化物等）層を含む。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数のベース層は、交互に配置された複数の酸化物層及び複数のシリコン（ポリシリコン等）層を含む。１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層及び複数のベース層は、基板の表側の面上に複数の膜スタックを形成するために使用される。堆積された１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、ｓｐ２マトリクス又はｓｐ３マトリクスを有する。ｓｐ２マトリクス等の態様は、ｓｐ３マトリクスを必要とする工程と比較して、コストの削減とデバイス機能のモジュール性の向上を促進する。
［００４８］１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、工程５０２における堆積工程中に堆積される。１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、３００℃から７５０℃の範囲内である堆積温度で基板の複数のベース層上に堆積される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、堆積温度は６００℃から７００℃の範囲内である。
［００４９］１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、１２Ｔｏｒｒ以下、例えば０．５Ｔｏｒｒから１２Ｔｏｒｒの範囲内の堆積圧力で基板の複数のベース層上に堆積される。１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、７ミクロン以下、例えば０．１ミクロンから７ミクロンの範囲内のハードマスク厚に堆積される。本開示は、他のハードマスク厚の値が使用され得ることを企図する。本開示は、基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層が、メモリデバイス又は論理デバイスを形成するために使用され得ることを企図する。複数のベース層上に堆積された１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、ハードマスク組成物を含む。ハードマスク組成物は炭素を含み、ホウ素、タングステン、及び／又は窒素等の１又は複数のドーパントを含み得る。
［００５０］１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の堆積は、基板を堆積チャンバ内に移送した後に堆積チャンバで行われる。１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることは、１又は複数の反応性前駆体ガスを堆積チャンバ内に流し、堆積チャンバでプラズマを発生させて反応物を複数のベース膜上に堆積させ、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を形成することを含む。１又は複数の反応性前駆体ガスは、Ｎ２、Ｈ２、Ｃ２Ｈ２及び／又はＣ３Ｈ６等の炭素、水素、及び／又は窒素のうちの１又は複数を含む。プラズマを発生させることは、プラズマを発生させるために電力（無線周波電力等）を印加しながら、１又は複数の不活性ガスを堆積チャンバ内に流すことを含む。１又は複数の不活性ガスは、ヘリウム及び／又はアルゴンのうちの１又は複数を含む。プラズマは、不活性安定化プラズマである。１又は複数の反応性前駆体ガスは、１００標準立方センチメートル／分（ＳＣＣＭ）から２０００ＳＣＣＭの範囲内の第１の流量で流れる。１又は複数の不活性ガスは、０ＳＣＣＭから１１９００ＳＣＣＭの範囲内の第２の流量で流れる。総流量は、第１の流量と第２の流量を合計したものである。総流量は、１０００ＳＣＣＭから１２０００ＳＣＣＭの範囲内である。
［００５１］基板は、工程５０３において、堆積チャンバからアニールチャンバ（アニールチャンバ１０２として使用されるアニールチャンバ３００等）内に移送される。基板は、室温等の周囲温度でアニールチャンバ内に移送される。
［００５２］方法５００の工程５０４は、基板に急速熱アニール工程を実施することを含む。急速熱アニール工程は、アニールチャンバで実施される。急速熱アニール工程は、アニール時間持続する。アニール時間は６０秒以下、例えば２秒から３０秒の範囲内である。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、アニール時間は８秒から１２秒の範囲内、例えば１０秒である。
［００５３］急速熱アニール工程は、６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に基板を加熱することと、アニール時間の残り時間のアニール温度を維持することとを含む。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、アニール温度は８８０℃から９２０℃の範囲内、例えば９００℃である。アニール温度は、基板の裏側の面、基板の表側の面、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の表面、及び／又は複数のベース層の表面で測定され得る。基板は、複数の加熱ランプ、１又は複数のアニールレーザ、及び／又は基板が支持されるペデスタルに埋め込まれた１又は複数の抵抗ヒータ要素のうちの１又は複数を用いて加熱される。基板は、基板の上方から、及び／又は基板の下方から加熱することができる。
［００５４］急速熱アニール工程は、アニールチャンバ内にアニールガス組成物を流すことと、基板を加熱しながら基板をアニールガス組成物に暴露することとを含む。アニールガス組成物は、１又は複数の不活性ガスを含む。アニールガス組成物は、アルゴン、窒素、ヘリウム、及び／又は水素のうちの１又は複数を含む。アニールガス組成物は、１４０００ＳＣＣＭから１６０００ＳＣＣＭの範囲内、例えば約１５０００ＳＣＣＭのアニール流量で流れる。急速熱アニール工程は、アニール圧力で実施される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、アニール圧力は、室圧（例えば、約７６０Ｔｏｒｒ）等の周囲圧力である。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、アニール圧力は２５０ｍＴｏｒｒから７６０Ｔｏｒｒの範囲内である。
［００５５］急速熱アニール工程の後、基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、急速熱アニール工程によって変化した膜応力を有する。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態（アニールチャンバに入る基板が１００ＭＰａを超える膜応力を有する場合等）では、急速熱アニール工程によって、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の膜応力が１００ＭＰａ以下となるように低減される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態（アニールチャンバに入る基板が圧縮である膜応力を有する場合等）では、急速熱アニール工程は、１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の膜応力を引張に変化させる。急速熱アニール工程により、基板の反りが減少する。
［００５６］急速熱アニール工程の後、基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、１４％以下、例えば５％から１２％の範囲内、又は５％から１０％の範囲内の水素含有量を有する。水素含有量は、例えば、水素前方散乱分析法（ＨＦＳ）を用いて決定することができる。急速熱アニール工程の後、基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、４０ＧＰａ以上のヤング率、例えば４５ＧＰａから６０ＧＰａの範囲内のヤング率を有する。急速熱アニール工程の後、基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、１．７５ｇ／ｃｍ３以上、例えば１．８１ｇ／ｃｍ３から１．９０ｇ／ｃｍ３の範囲内の膜密度を有する。この膜密度により、他のアニール工程と比較して、急速熱アニール工程中の膜損失を減らすことが容易になる。急速熱アニール工程の後、基板の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、極低温エッチング工程（工程５０８に関連して説明したエッチング等）の間、複数のベース層に対するエッチング選択性を有する。エッチング選択性は１．０以上、例えば１．０１から１．１０の範囲内である。このエッチング選択性により、極低温エッチング工程における高いエッチング選択性が促進される。
［００５７］基板は、工程５０５において、アニールチャンバからリソグラフィチャンバ（リソグラフィチャンバ１２３等）内に移送される。
［００５８］方法５００の工程５０６は、基板をパターニングすることを含む。パターニングは、フォトリソグラフィ工程等のリソグラフィ工程を基板に実施することを含み得る。基板のパターニングは、リソグラフィチャンバで実施される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、１又は複数の光エミッタ（空間光変調器の光エミッタ等）によって基板上に光を射影して基板をパターニングする。
［００５９］基板は、工程５０７において、リソグラフィチャンバからエッチングチャンバ（エッチングチャンバ１２４として使用されるエッチングチャンバ４００等）内に移送される。
［００６０］方法５００の工程５０８は、基板をエッチングすることを含む。エッチングは、エッチングチャンバで実施される。基板をエッチングすることは、エッチング温度で基板にエッチング工程を実施することを含む。エッチング温度は、０℃以下の極低温エッチング温度である。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温エッチング温度は、－２０℃以下、又は－５０℃以下である。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、極低温エッチング温度は、－１２０℃から０℃の範囲内である。エッチングは、基板をテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）等のエッチングガスに暴露することを含む。
［００６１］工程５０４の急速熱アニール工程は、工程５０２の１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の堆積後、工程５０６の基板のパターニングの前に実施される。工程５０４の急速熱アニール工程は、工程５０８の基板のエッチングの前に実施される。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、工程５０６の基板のパターニングは、工程５０８の基板のエッチングの前に実施される。
［００６２］工程５０１～５０８のうちの１又は複数を繰り返すことができる。他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、工程５０２は、１．５ミクロンである第１のハードマスク厚を堆積させるために実施され、工程５０４は、第１のハードマスク厚をアニールするために実施される。工程５０２を繰り返して１．５ミクロンの第２のハードマスク厚を堆積させ、工程５０４を実施して第２のハードマスク厚をアニールする。工程５０２、５０４を繰り返すことにより、３ミクロンの総ハードマスク厚、並びに引張膜応力及び／又は１００ＭＰａ以下の膜応力等の中性膜応力を有するハードマスクを容易に形成することができる。
［００６３］本開示の利点には、アモルファスカーボンハードマスク層の圧縮応力の変化（例えば、圧縮応力の減少、又は圧縮応力の引張応力への変化等）、極低温エッチング工程と共に使用する場合等のアモルファスカーボンハードマスク層のエッチング選択性の向上、水素含有量の減少、アニール時間の短縮、アモルファスカーボンハードマスク層の損失の減少、及び特性、例えばヤング率等の機械的特性の改善が含まれる。また、本開示の利点には、基板の反りの低減、基板の裏側の面への堆積の必要性の低減、高い堆積温度の必要性の低減、ｓｐ３カーボンの使用の必要性の低減、工程時間の短縮、デバイス性能の向上、資源の消費削減、スループットの向上、及びハードマスク層の損失の低減が含まれる。本明細書に開示される１又は複数の態様を組み合わせることができることが企図される。一例として、システム１００、基板処理チャンバ２００（堆積チャンバ）、アニールチャンバ３００、エッチングチャンバ４００、及び／又は方法５００の１又は複数の態様、特徴、構成要素、及び／又は特性を組み合わせることができる。更に、本明細書に開示される１又は複数の態様は、前述の利点の一部又は全部を含み得ることが企図される。
［００６４］本明細書に記載の態様は、堆積温度を上昇させること（これは、堆積チャンバの使用のモジュール性を低下させ得る）を伴う他の工程、ｓｐ３カーボンハードマスクを使用することを必要とする工程、及び基板の反りを考慮するために基板の裏側への堆積を伴う工程に優って、前述の利点を達成する。
［００６５］本明細書に記載の工程パラメータは、アモルファスカーボンハードマスク層の極低温エッチングにおける中性膜応力、高いヤング率、及び高いエッチング選択性を促進し、同時に高い膜密度（膜損失の低減の促進）を促進する。このような工程パラメータには、例えば、アニール時間、アニール温度、アニール圧力、アニールガス組成、及びアニール流量が含まれる。他の工程では、実質的に低いエッチング選択性、実質的な膜の損失、又は圧縮及び／もしくは１００ＭＰａを超える膜応力のいずれかが生じる可能性があるため、本明細書に開示される工程パラメータは予想外の結果を促進する。例えば、本明細書に開示されるアニール温度及びアニール時間を使用する場合、人は、膜密度（及び膜損失）が予想外であると感じるかもしれない。別の例として、人は、本明細書に開示される工程パラメータを使用して、ヤング率等の機械的特性が達成されることが予想外であると感じるかもしれない。予想外の結果は、例えば、使用するアニール温度、使用するアニール時間、及び急速熱アニール工程後の水素含有量によって促進されると考えられる。
［００６６］上記は本開示の実施形態を対象としたものであるが、本開示の他の及び更なる実施形態を、その基本的範囲から逸脱することなく考案することが可能である。本開示はまた、本明細書に記載の実施形態の１又は複数の態様が、記載の他の態様の１又は複数に置換され得ることを企図する。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (20)

  1. 基板の処理方法であって、
    前記基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることと、
    前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させた後に、前記基板に急速熱アニール工程を実施することであって、前記急速熱アニール工程は、６０秒以下のアニール時間持続し、前記急速熱アニール工程は、
    前記基板を６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に加熱すること
    を含む、前記基板に急速熱アニール工程を実施することと、
    前記急速熱アニール工程を実施した後に、前記基板をエッチングすることと
    を含む方法。
  2. 前記基板をエッチングすることは、０℃以下のエッチング温度で前記基板にエッチング工程を実施することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、ｓｐ２マトリクス又はｓｐ３マトリクスを有する、請求項１に記載の方法。
  4. 前記アニール時間は８秒から１２秒の範囲内であり、前記アニール温度は８８０℃から９２０℃の範囲内であり、前記急速熱アニール工程は２５０ｍＴｏｒｒから７６０Ｔｏｒｒの範囲内のアニール圧力で実施される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記急速熱アニール工程は更に、基板をアニールガス組成物に曝露することを含み、前記アニールガス組成物は、アルゴン、窒素、ヘリウム、及び水素のうちの１又は複数を含む、請求項４に記載の方法。
  6. １又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、３００℃から７５０℃の範囲内の堆積温度及び１２Ｔｏｒｒ以下の堆積圧力で前記基板上に堆積される、請求項５に記載の方法。
  7. 急速熱アニール工程を実施した後に、前記基板をパターニングすることを更に含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、７ミクロン以下のハードマスク厚を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記急速熱アニール工程は、前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の膜応力を１００ＭＰａ以下に変化させる、請求項１に記載の方法。
  10. 前記急速熱アニール工程は、前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の膜応力を引張力に変化させる、請求項１に記載の方法。
  11. 基板を処理するための非一過性コンピュータ可読媒体であって、実行されると、
    前記基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることと、
    前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させた後に、前記基板に急速熱アニール工程を実施することであって、前記急速熱アニール工程は、６０秒以下のアニール時間持続し、前記急速熱アニール工程は、
    前記基板を６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に加熱すること
    を含む、前記基板に急速熱アニール工程を実施することと、
    前記急速熱アニール工程を実施した後に、前記基板をエッチングすることと
    を含む複数の工程を実施させる命令を含む、非一過性コンピュータ可読媒体。
  12. 前記基板をエッチングすることは、０℃以下のエッチング温度で前記基板にエッチング工程を実施することを含む、請求項１１に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  13. 前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、ｓｐ２マトリクス又はｓｐ３マトリクスを有する、請求項１１に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  14. 前記アニール時間は８秒から１２秒の範囲内であり、前記アニール温度は８８０℃から９２０℃の範囲内である、請求項１１に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  15. 前記急速熱アニール工程は更に、前記基板をアニールガス組成物に暴露することを含み、前記アニールガス組成物は、アルゴン、窒素、ヘリウム、及び水素のうちの１又は複数を含む、請求項１４に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  16. １又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層は、３００℃から７５０℃の範囲内の堆積温度及び１２Ｔｏｒｒ以下の堆積圧力で前記基板上に堆積される、請求項１５に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  17. 前記複数の工程は更に、急速熱アニール工程の後に前記基板をパターニングすることを含む、請求項１６に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  18. 前記急速熱アニール工程は、前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層の膜応力を１００ＭＰａ以下に変化させる、請求項１１に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  19. 基板の処理システムであって、
    堆積チャンバと、
    アニールチャンバと、
    前記堆積チャンバ及び前記アニールチャンバに結合された移送チャンバと、
    極低温エッチングチャンバと、
    コントローラであって、実行されると、
    前記堆積チャンバに、前記基板上に１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を堆積させることと、
    前記基板上に前記１又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層が堆積された後に、前記アニールチャンバに、前記基板に急速熱アニール工程を実施することであって、前記急速熱アニール工程は、６０秒以下のアニール時間持続し、前記急速熱アニール工程は、
    前記基板を６００℃から１０００℃の範囲内のアニール温度に加熱すること
    を含む、前記基板に急速熱アニール工程を実施することと、
    前記急速熱アニール工程が実施された後に、前記極低温エッチングチャンバに、前記基板をエッチングさせることと
    を実施させる命令を含む、コントローラと
    を備えるシステム。
  20. 前記堆積チャンバ、前記アニールチャンバ、及び前記移送チャンバは、クラスタツールのフレームに取り付けられる、請求項１９に記載のシステム。
JP2023550030A 2021-02-18 2022-02-14 １又は複数のアモルファスカーボンハードマスク層を用いた基板処理の方法、システム、及び装置 Pending JP2024507833A (ja)

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