JP3930932B2 - アンチレフレクティブコーティング及びその堆積の方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ処理中におけるフォトレジストの塗布の前のアンチレフレクティブ層の堆積に関する。
【0002】
本発明は、半導体ウエハのための装置及び半導体ウエハのための処理に関する。特に、本発明はウエハ処理中のアンチレフレクティブ層の堆積に関する。
【0003】
【従来の技術】
半導体産業に採用されているように、フォトリソグラフィーは、光を用いてフォトレジスト材料に集積回路のパターンをひきあるいはプリントするプロセスである。先ずフォトレジストをウエハ上に堆積させ、次いで所望のパターンを有するマスクをフォトレジストの上に置き、このマスクを露光する。マスクには透明部分と不透明部分とがあり、透明部分が光を透過させる;このようにマスクの透明部分の下のフォトレジストを光と反応させる。典型的には、フォトレジストの露光された部分は化学的に変化を生じる。酸浴や化学的気相やイオン衝突により、フォトレジストの反応済みの部分か未反応の部分かの一方を選択的に取り去ることができる。ここに更に行う処理のマスクとして働くフォトレジストのパターンを用いて、減量エッチングにより恒久的なデバイス構造体が形成される。
【0004】
サブハーフミクロン領域におけるデバイスの処理では、ステッパとして知られている露光デバイスが、フォトリソグラフィーのステップで露光源として用いられる。ステッパは一般に、モノクロ光(波長が単一)を用いる。単一波長光を用いる事により、非常に精致なパターンを形成することが可能である。しかし、ほとんどの基板表面の立体構造は、基板表面にメタルコンタクトが存在することにより不均一が生じているため、入射光の反射及び屈折の制御は困難である。基板の立体構造が変化すれば反射及び屈折を変化させることになり、これに伴いフォトレジストに吸収される光の量も変化する。その結果、精致なパターンが影響を受け、所望の露光面積の寸法を変化させてしまう。
【0005】
半導体デバイスの製造においては、線幅の変動を最小に保持することが望ましく、それはフォトレジストパターンの寸法精度が影響を受けるからである。更に、製造者によっては、フォトリソグラフィーのステップ実施後のフォトレジストパターンの寸法精度に+/−5%を要求する場合もある。これと同等以上の精度を実現するためには、2つのアプローチがとられる。両方のアプローチとも、フォトレジスト層に付加する層の使用を必然的に伴う。
【0006】
第1のアプローチでは、入射光全てを完全に吸収して反射も屈折も生じないようにするような膜を用いる。このアプローチでは、比較的厚めの有機膜を用いる。この有機膜の不利益としては、更に多くのステップを必要とする点と、ポリマーベースであるためエッチングが困難である点である。
【0007】
第2のアプローチでは、フォトレジスト(PR)/アンチレフレクティブ層(ARL)の界面とARL/基板の界面とでの反射を消すためにアンチレフレクティブ膜を用いて、エア/PRの界面での光干渉を除去する。従来技術では、シリコンオキシナイトライドをアンチレフレクティブ膜として用いてきた。しかし、露光においては、窒化物膜のアミノ基がフォトレジストの酸と反応してフォトレジストの感度を減じてしまう。この事により、フォトレジストのパターンが不正確になる。従って、フォトレジスト中の酸と反応しないように、フォトレジストと両立する材料から成るアンチレフレクティブ膜が必要である。
【0008】
ソニー社の技術者ら、Tohru Ogawa らは、SPIE Vol.2197(1994) で「SiOXNY:H、現在及び未来の光学的リソグラフィーのための高性能アンチレフレクティブ層」の標題の論文を執筆し、薄膜の干渉の問題に言及している。このソニー社の論文では、ARLをI−線、KrF及びArFエキシマレーザーリソグラフィーと共に用いることを教示する。これらのレーザーソグラフィーに用いる露光波長はそれぞれ前掲の順に、365mm、248mm、193mmである。ソニー論文では、解像度を高くするため露光波長を短くすれば、フォトレジストと基板との界面からの反射が強くなってしまうことを教示している。従って、定在波及び薄膜干渉効果を減ずるためにARLが必要である。
【0009】
ソニー社のARLは、フォトレジストとARLの界面からの反射光とARLと基板の界面からの反射光の両方を消すものとして記載されている。このソニー社の論文では、反射屈折率nと、吸収屈折率kと、厚さtの値を決定するための複雑な等エネルギー等高線を基礎とする手順を用いて、所望の打消が実現されると、教示している。このソニー社の手順に従って、n、k、tの値は、複数のフォトレジスト膜厚さに対する等エネルギー等高線の共通領域を見出すことにより得られる。このソニー社論文では、ARLに対する個々のn、k及びtの値を開示するだけでこの論文中には特定されていないが、アプライドマテリアルズ社の本発明者らは、これらの値は反射光同士の間の180゜の位相シフトに対応している事を見出している。しかし、彼等にはソニー社の論文に記載された結果の実現は不可能であり、このソニー社のプロセスは安定していないものと考えられている。
【0010】
また、ソニー社は、最適なn、k、tの値を有するARLを堆積するプロセスについての欧州特許出願(出願番号:93113219.5号、公開番号:EP0 558 087 A2)を出願している。このソニー社の出願では、SiH4(シラン)とN2Oの比と、この比が堆積したARLの光学的特性及び化学的特性にどのような影響を与えるかを議論している。ソニー社の出願ではまた、アルゴンをバッファガスとして用いることが教示される。
【0011】
集積回路の製造においては、フォトリソグラフィーの技術を用いて集積回路の層に対してパターンを決める。典型的には、このようなフォトリソグラフィーの技術では、フォトレジスト又は光感応性の材料が用いられる。従来技術の処理では、先ずフォトレジストをウエハ上に堆積させ、次いで、所望のパターンを実現するための透明部分と不透明部分とがあるマスクをフォトレジストの上に置く。このマスクを露光したとき、透明部分が光を通してレジストのこの部分を露光し、マスクの不透明な部分ではこのようにならない。光により化学反応がフォトレジストの露光部分に生じる。適切な化学的、化学的気相的、又はイオン衝突のプロセスにより、フォトレジストの反応済みの部分か未反応の部分かの一方を選択的に攻撃する。ここにウエハ上に残り次に行う処理のマスクとして働くフォトレジストのパターンを用いて、集積回路を更なるプロセスステップに供する。例えば、材料を回路上に堆積し、回路をエッチングし、あるいはその他の既知のプロセスを行う。
【0012】
表面構造の小さな集積回路デバイスの処理では、例えば、臨界寸法が1/2ミクロン未満の表面構造サイズに対して、ステッパとして知られている装置を用いた洗練された技術を用いてフォトレジストのマスク及び露出を行っている。このような小さな幾何関係の製品に対するステッパは一般に、モノクロ光(波長が単一)を用い、非常に精致なパターンを形成することが可能としているが、しかし、基板上面の立体構造徐々に平坦性が少なくなっていく。この非均等な立体構造によりモノクロ光の反射及び屈折が生じ、マスクの不透明部分の下のフォトレジストの部分が露光されてしまうことになる。その結果、このような基板表面の局所的に異なる立体構造により、フォトレジストの精致なパターンを変えてしまうことがあり、その結果として形成される半導体基板内の領域の寸法を変えてしまう。
【0013】
半導体デバイスの製造では、線幅の変動やその他の臨界的な寸法を最小に保持することが望ましい。このような寸法の誤差は開回路や短絡につながり、できた半導体デバイスを壊してしまう。その結果、現在、製造者によっては、5%以内のフォトレジストパターンの寸法精度を要求する場合もある。この精度を実現するためには、2つのアプローチがとられる。両方のアプローチとも、フォトレジスト層に付加する層の使用を必然的に伴う。
【0014】
第1のアプローチでは、入射光全てを吸収して反射も屈折を最小にするような、比較的厚めの有機膜を用いる。この有機膜の不利益としては、更に多くのステップを必要とする点と、ポリマーベースであるためエッチングが困難である点である。
【0015】
第2のアプローチでは、フォトレジスト−アンチレフレクティブ層の界面とアンチレフレクティブ層−基板の界面とでの反射を消すためにアンチレフレクティブ膜を用いる。従来技術では、NH3 ガスを用いて堆積したシリコンオキシナイトライド(SiON)をアンチレフレクティブ膜として用いてきた。しかし、露光においては、SiON膜のアミノ基がフォトレジストの酸と反応してフォトレジストの感度を減じてしまう。この事により、フォトレジストのパターンが不正確になる。
【0016】
Tohru Ogawa らによる、SPIE Vol.2197(1994) 、722〜732頁の標題「SiOXNY:H、現在及び未来の光学的リソグラフィーのための高性能アンチレフレクティブ層」の論文では、薄膜の干渉の問題に言及している。この論文では、アンチレフレクティブ層(ARL)をI−線、KrF及びArFエキシマレーザーリソグラフィーと関連して用いることを教示する。これらのレーザーソグラフィーに用いる露光波長はそれぞれ前掲の順に、365mm、248mm、193mmである。この論文では、露光波長を短くすれば、フォトレジストと基板との界面からの反射が強くなってしまうことを記載している。従って、定在波及び薄膜干渉効果を減ずるためにARLが必要である。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
このARLは、フォトレジストとARLの界面からの反射光とARLと基板の界面からの反射光の両方を消すものとして記載されている。この論文では、所望の打消が実現するための、反射屈折率n及び吸収屈折率kと厚さtの値を決定するための複雑な等エネルギー等高線を基礎とする手順を記載している。このソニー社による手順に従って、これらのパラメータは、複数のフォトレジスト膜厚さに対する等エネルギー等高線の共通領域を見出すことにより得られる。この論文では、ARLに対する屈折率、吸収率、そして厚さの値を記載し、この論文中には特定していないが、アプライドマテリアルズ社の本発明者らは、これらの値は反射光同士の間の180゜の位相シフトに対応していることを見出している。しかし、アプライドマテリアルズ者の技術者ではこの論文に記載された結果の実現は不可能だったのであり、このソニー社のプロセスは安定していないものと考えられている。
【0018】
また、ソニー社は、選択されたパラメータを有するARLを堆積するプロセスについての欧州特許出願(出願番号:93113219.5号、公開番号:EP0 558 087 A2)を出願している。このソニー社の出願では、SiH4(シラン)とN2Oの比と、この比が堆積したARLの光学的特性及び化学的特性にどのような影響を与えるかを議論している。ソニー社の出願ではまた、アルゴンをバッファガスとして用いることが教示される。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンチレフレクティブ層の堆積のための安定なプロセスを提供する方法を教示する。安定なプロセスのためにはARL膜は薄い方がよいため、プロセスの堆積速度は低くある必要がある。本発明では、ヘリウムガスを用いてプラズマ励起シラン酸化物プロセス、プラズマ励起シランオキシナイトライドプロセス及びプラズマ励起シランナイトライドプロセスの堆積速度を下げることを教示する。ヘリウムは化学気相堆積のキャリアガスとして周知であるが、これを本発明で用いるのは、プロセスの堆積速度を制御するためである。ヘリウムガスを添加する目的の1つは、多数のウエハプロセスにおいてウエハ間での薄膜の厚さを正確に制御することである。また、本発明ではヘリウムを添加してプロセスを安定化させることにより、別々の膜を堆積可能とし、また、堆積した膜の種類を良好に制御してプロセスを生産可能なものとする。
【0020】
また、本発明は、異なる露光波長及び基板に対する所望の打消を得るための最適なn、k、tの値が変化するARLを生成するため、プロセスパラメータを制御するための条件を決定する。本発明により説明されるプロセスでは、シランとN2O の比に加えて、N2とNH3(アンモニア)を用いて、堆積するARLの光学特性及び化学特性を更に制御する。N2とNH3の効果は、シランとN2OのARL性能(例えば低温での)への効果が最小ないしほとんどない場合のプロセス状態で特に支配的である。本発明は、プロセスにアンモニアとN2 を添加して膜の組成を変化させ、n及びkの自由度及び精密な調節を可能とすることを教示する。更に、このプロセスは、アルゴンよりもコストの効率のよいヘリウムの使用にも適合する。ヘリウムを用いることにより、堆積したARL層の応力制御も良好に行うことができるようになり、堆積後に基板から剥離を生じ得るような膜の過剰な引っ張りを防止する。
【0021】
上述のプロセスに適用されるように、ヘリウムを添加することにより、プラズマ安定性も実現され、均一な膜の堆積を確保する。更に、ヘリウムの添加により、ARL堆積プロセスの制御が可能になり、最適なn、k、tの値を有する露光波長範囲190〜900nmに対する実際のプロセスパラメータの中でデベロップすることが可能となる。このことは非常に望ましいことであり、それは、別々の露光波長に対する反射光の打ち消しが、種々の因子−入射光波長、位相シフト(ARLの厚さによって決定される)及び反射光の強度(ARLの化学組成により決定される)に依存するためである。即ち、ARLの光学特性及び化学特性を良好に制御することは、所望の打ち消しを実現するために必要である。
【0022】
本発明では、相殺的干渉方程式を用いて、位相シフトが180゜より大きい場合(例えば540゜、900゜等)に対する最適なn、k及びtの値を決定する(本発明によりn、k、tの値を決定する計算方法は、Appendix Aに示され、更に説明することにする)。反射波長間で540゜以上の位相シフトをARLが生じさせる場合は、そのtの値が更に高くなり、これは即ちkの値が高くなるということであり、それはARLが更に多くの屈折光を吸収しなければならなくなるからである。
【0023】
具体的には、具体例の1つでは、本発明は、反射光間の位相シフトが180゜ではなく540゜以上を実現するような、最適な反射屈折率n、最適な吸収屈折率k及び最適な厚さtの値を有する、ARLの処理を教示する。前述の如く、このプロセスにより生成したARLは、フォトレジストと適合し、また、薄膜干渉効果に関連する問題を取り除く。
【0024】
(課題を解決するための手段−2)
本発明は、アンチレフレクティブ層を堆積するための装置及びプロセスを提供する。ARL膜は薄いため、安定なプロセスを得るためには、プロセスの堆積速度は低いことが望ましい。本発明は、プラズマ励起シラン酸化物プロセス、プラズマ励起シランオキシナイトライドプロセス及びプラズマ励起シランナイトライドプロセスの堆積速度を下げるための装置及びプロセスを提供する。好ましい具体例では、ヘリウムガスが用いられる。ヘリウムは化学気相堆積のキャリアガスとして周知であるが、これを本発明で用いるのは、プロセスの堆積速度を制御するためだからである。ヘリウムを添加することにより、特に装置操作が長期間行われた場合に、薄膜の厚さを更に正確に制御できるようになる。また、ヘリウムはプロセスを安定化し、別々の膜を堆積できるようにし、堆積した膜が良好に制御されるようになる。
【0025】
また、本発明は、異なる露光波長及び基板に対する所望の打消を得るための最適な屈折率、吸収率及び厚さの種々の値を有するARLを生成するため、プロセスパラメータを制御するための条件を決定する。具体例の1つでは、本発明により説明される装置及びプロセスでは、シランとN2O の比に加えて、N2とNH3を用いて、堆積するARLの光学特性及び化学特性を更に制御する。N2とNH3の効果は、シランとN2Oの、例えば低温でのARL性能への効果が最小ないしほとんどない場合のプロセス状態で特に支配的である。本発明は、プロセスにNH3 とN2 を添加して膜の組成を変化させ、屈折率及び吸収率の自由度及び精密な調節を可能とすることを教示する。更に、このプロセスは、アルゴンよりもコストの効率のよいヘリウムの使用にも適合する。ヘリウムを用いることにより、堆積したARL層の応力制御を改善することが可能ようになる。この事は、堆積後に基板から剥離を生じ得るような膜の過剰な引っ張りを防止することを助力する。
【0026】
上述のプロセスに適用されるように、ヘリウムを添加することにより、プラズマ安定性も実現され、均一な膜の堆積を確保する。更に、ヘリウムにより、ARL堆積プロセスの充分な制御が与えられ、最適な屈折率、吸収率、厚さの値を有する露光波長範囲190〜900nmに対する実際のプロセスパラメータの中でデベロップすることが可能となる。このことは非常に望ましいことであり、何故なら、別々の露光波長に対する反射光の打ち消しが、種々の因子:入射光波長、位相シフト(ARLの厚さによって決定される)及び反射光の強度(ARLの化学組成により決定される)に依存するためである。即ち、ARLの光学特性及び化学特性を制御することは、所望の打ち消しを実現するために必要である。
【0027】
本発明では、相殺的干渉方程式を用いて、位相シフトが180゜より大きい場合(例えば540゜、900゜等)に対する最適な屈折率、吸収率及び厚さの値を決定する(本発明により屈折率n、吸収率k、厚さtの値を決定する計算方法は、後述の通りである)。反射光間で540゜以上の位相シフトをARLが生じさせる場合は、その厚さの値が更に高くなり、これは即ち吸収率の値が高くなるということであり、何故ならARLが更に多くの屈折光を吸収しなければならなくなるからである。具体例の1つでは、本発明は、反射光間の位相シフトが540゜以上を実現する最適な反射屈折率n、最適な吸収屈折率k及び最適な厚さtの値を有する、ARLを提供する。
【0028】
【発明の実施の形態】
(好ましい具体例の説明−1)
本発明に従ってARLを堆積するための堆積プロセスは、プラズマ励起化学気相堆積法(PECVD)技術を用いて、SiH4 対N2O の比が1.0〜3.0である場合にSiH4 とN2O の間の化学反応を引き起こす操作を有している。このプロセスは更に、NH3 ガス、N2 ガス及びヘリウムガスを添加する操作を有している。図1は、本発明に従ってアンチレフレクティブ層を堆積するための真空チャンバ15を有する、簡略化された平行板PECVDシステム10の1つの具体例を例示する。
【0029】
システム10は、基板(図示せず)に堆積ガスを散布するためのガス散布マニホールド11を有している。基板は支持体12により支持されている。支持体12は熱応答性が高く且つサポート13に載置されており、そのため、支持体12(及び支持体12の上面に支持される基板)は、下側の搬入搬出のポジションとマニホールド11に近接する上側の処理のポジション14との間を調節しつつ動くことが可能である。
【0030】
実現しようとするn、k及びtの値に依存するが、支持体12とマニホールド11の間の間隔は200〜650milsの範囲内であり、基板温度は200〜400℃の範囲内、チャンバ圧力は1〜6トールに設定され維持される。変化する最適なn、k及びtの値を有するARLをこれらのプロセスパラメータの範囲内で、190nm〜900nmの間のいかなる露光波長に対し堆積することが可能である:そして、別々の波長に対する別々の最適なn、k及びtの値を、これらパラメータと、SiH4ガス、N2Oガス、NH3ガス、N2ガス及びヘリウムガスのチャンバ内に導入する流量とを変化させることにより、同じように実現される。しかし、これらの範囲の中で、間隔の好ましい範囲は400〜600milsである。基板温度に対しては、好ましい範囲は300〜400℃、チャンバ圧力の好ましい範囲は4.5〜5.5トールである。
【0031】
支持体12及びウエハが処理のポジション14にあるときは、これらは、環状の真空マニホールド24の中へと排気するための、間隔をおく複数の穴23を有するバッフル板により、包囲される。図示しない制御弁を有するライン18を介して、堆積ガスがガス混合チャンバ19内へと供給され、そこでこれらが混合されマニホールド11へと送られる。ヘリウムは通常はキャリアガスとして知られているが、本プロセスでの使用は、プロセスのパラメータの制御のためのものである。後述するが、使用するヘリウムの量は、堆積するARLの光学特性と化学特性に影響する。更に、ヘリウムの助力により、膜の化学組成を変えずに所望のチャンバ圧力を実現するため、プロセスの安定性が確保され、これは即ち均一な膜の堆積を確保することになる。堆積するARLは非常に薄い膜であるため、厚さ制御も大変重要であり、所望の厚さの実現には低い堆積速度が必要である。また、ヘリウムの添加により堆積速度も下がるため、膜特性の制御に加えて、厚さの制御も可能となる。
【0032】
処理中は、ガス流入マニホールド11の通気は、矢印22及び21に示されるように、基板の表面に向かって基板表面全体に放射状に均一になされている。シランとN2O は共に流量5〜300sccm(前述の如く、シラン対N2O の比は1.0〜3.0)で導入される。所望のn、k及びtの値とプロセス領域によっては、アンモニア、N2 及びヘリウムを添加してもよくあるいは添加しなくてもよい。n、k及びtの値が広い範囲であることが望ましい場合は、アンモニア、N2 及びヘリウムをプロセスに添加し、アンモニア5〜200sccm、N2 10〜4000sccm、ヘリウム500〜4000sccmでチャンバ内に導入される。付加するガスの量によっても、広い範囲でn、k、tの値を細かく調節するためのフレキシビリティが高くなる。これらの範囲の中で、チャンバへのシラン導入の好ましい範囲は40〜80sccmであり;N2O の好ましい範囲は20〜90sccm;アンモニアの好ましい範囲は0〜150sccm;N2 の好ましい範囲は0〜300sccm;ヘリウムの好ましい範囲は1800〜3500sccmである。反応が完結した後、残留するガスをポート23を介して円形真空マニホールド24へと排気し、真空ポンプシステム(図示せず)により排気ライン31の外へと排気される。排気ライン31を介してガスを放出する速度は、絞り弁32により調節される。
【0033】
RF電源25からマニホールド11にRFエネルギーを印加することにより、制御されたSiH4とN2Oのプラズマが基板近隣に形成される。ガス散布マニホールド11はRF電極でもあり、他方、支持体12にはアースがとられている。RF電源25は、50〜500ワット(又はその他の所望の変形)の電力をマニホールド11へ供給して、チャンバ15へ導入されるSiH4とN2Oの分解の速度を遅くすることもでき、あるいは促進することもできる。
【0034】
円形の外部ランプモジュール26が、コリメート円形パターンの光27を、クオーツウィンドウ28を介して支持体12へと与える。このような熱の分布により、支持体の自然熱損失パターンを補填し、堆積のため、熱的に迅速で且つ均一に、支持体及び基板を加熱する。モータ(図示せず)により、支持体12は処理のポジション14と下側の基板搬送ポジションとの間で昇降する。モータ、ライン18に接続した制御弁、絞り弁及びRF電源25は、制御ラインの上のプロセッサ34によって制御され、これらの一部だけが示されている。プロセッサ34は、メモリ38に格納されたコンピュータプログラムの制御下で動作する。コンピュータプログラムは、時期、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、RF電力レベル、支持体のポジション、その他のプロセスのパラメータを命令する。
【0035】
上記の説明は例示のためだけのものであり、本発明の範囲を制限するものと考えるべきではない。上述のシステムの変形、例えば支持体の設計、ヒータ設計、RF電力接続の配置及びその他に関する変形が可能である。更に、他のプラズマCVD装置、例えば電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマCVD装置、誘導結合RF高密度プラズマCVD装置、その他の装置を用いてもよい。本発明のARL及びこの層を形成する方法は、特定の装置や特定のプラズマ励起法に制限されるものではない。
【0036】
同様に、プロセスの堆積速度を制御するため及びプロセスの安定化のヘリウムの使用は、一般的な薄膜堆積に適用でき、ARL膜の堆積に制限されない。具体的には、既存のプラズマ励起シラン酸化物プロセス、プラズマ励起シランオキシナイトライドプロセス及びプラズマ励起シランナイトライドプロセスの堆積速度を下げるために用いることができる。好ましい具体例ではヘリウムを用いているが、ヘリウムの代りに他の不活性ガスを用いてもよい。
【0037】
図2は、フォトリソグラフィープロセス中に多層半導体デバイスの表面に入る入射光ビームの反射光及び屈折光の典型的な経路を示す縦断面図である。図2に示されるように、デバイスに入るあらゆる入射光ビームに対して、フォトレジスト層とARLの間の反射及びARLと基板の間の別の反射により、フォトレジストパターンが歪められてしまう。
【0038】
図3では、点線の光路が、本発明に従ったARLの機能を例示する。図示の如く、光線4と7(これらは強度がほぼ等しく位相差が540゜以上)とが相互に実質的に打ち消し合い、光線5と6とがARLに吸収されるだろう。即ち、フォトレジストに影響する光は、光線3からの入射光のみである。前述の如く、本発明に従ったARLはあらゆるフォトレジストに適合するため、フォトレジストが中和される問題を排除する。更に、別々の最適なn、k、tの値を有するARLを実現して、190〜900nmの別々の露光波長の反射を打ち消す。
【0039】
図4は、本発明のアンチレフレクティブ層堆積のためのプロセスにおける、別々のプロセスパラメータの効果を示すチャートである。前述の如く、別々のパラメータを変えることにより、堆積したARLの性質を変えることができる。このチャートで示されるように、基板温度の上昇により、堆積したARLの反射屈折率n、吸収屈折率k、厚さt、及び反射率rが上昇するだろう。同様に、チャンバに流入する全ガス流れの上昇又はチャンバにSiH4 が導入される流量の上昇により、堆積したARLのn、k、t及びrの値も上昇するだろう。
【0040】
他方、チャンバ19の圧力の上昇又は支持体12とマニホールド11の間の間隔の増加は、堆積したARLのn、k、t及びrの値を下げる効果がある。あるいは、RF電源25に供給される電力を上げてプラズマを更に余計に発生させることは、堆積したARLのn、k及びrの値を下げる一方で堆積したARLの厚さを上げる効果がある。チャンバ19内がN2O又はN2導入される流量を上げることによっても、同じ効果を実現することができる。しかし、堆積したARLのn、k及びrの値を上げる一方で堆積したARLの厚さを下げるという正反対の効果は、チャンバ19にヘリウムを導入する流量を上げることによって実現される。最後に、チャンバ19内に導入されるNH3 の量を上げて、n及びtの値を上げつつもk及びrの値を下げることができる。
【0041】
以下のARLの議論は、Appendix Aに示される計算を説明するものである。これらの計算は、一例が上述されているようなプラズマ励起CVD技術によるSiON膜の堆積に関するものである。この計算から得られる値は、露光波長約248nmに対するものである。この波長においては、このプロセスで堆積するARLのnの値は1.7〜2.4であり、kの値は0〜1.3である。
【0042】
有効なARLは、フォトレジスト(PR)の厚さが変動した場合のPRに吸収される光の変動を最小にする。この事は、PRとARLの界面から反射する光の実質的な打ち消し、即ち図2に示されるように光線4及び7の実質的な打ち消しを要求する。以下の2つの要求事項が、光線4及び7に対して同時に満たされたときに、実質的な打ち消しが実現される:
(1)光線4と7の位相差が、180゜の奇数倍に近いこと、
(2)光線4と7の強度がほぼ同じであること。
【0043】
上述の要求事項の最初の方は、式1で表される相殺的干渉方程式によって記述される。第2番目の式は、光線4及び7の強度を整合するための条件を記述する。
【0044】
所与の基板及びフォトレジストに対して、式1及び2で表される条件1及び2は、ARL膜のn、k及び厚さの適切な選択と同時に満足することができる。ソニー社の研究者は、彼等の最適化の手法により、m=1(位相差が180゜に対応)の場合のAl、W−Si及びポリシリコンに対する解を記載した。しかし、m=3(位相差540゜)、m=5(位相差900゜)及びこれよりも高い180゜の奇数倍の位相差に対する解は研究されていない。このような高い位相差の条件は、式1を満足するためにはm=1の場合に比べてより厚いARLの厚さを要求する。ARLが厚くなるため、式2を満たすためには別のn及びkの値が必要である。この別のn及びkはの値は本発明により、500〜3000オングストロームの範囲のARLの厚さに対して実現できる。
【0045】
より厚いARLに対してn及びkの値を実現することが望ましく、それは、厚さが大きくなることが、ウエハとウエハの膜の一致性を実現するためのARL製造上における大きな利点となるからである。膜が厚くなれば、薄い膜よりも長い堆積時間が必要であることから、膜のn、k及び厚さを良好に制御することが可能である。例えば、ソニー社の研究者が示唆する膜厚は、250オングストローム附近である。堆積速度が毎分2000オングストロームとすれば、堆積時間は7.5秒である。この時間にはプラズマの点火及び消失のための時間が含まれる。これらは堆積プロセスの中で良好に制御できない部分であり、これが一般に、ウエハ間の厚さの変動やn及びk等の膜の性質の変動に寄与することとなる。750オングストロームの膜厚を用いる場合は、膜堆積時間は22.5秒に増え、プラズマの点火及び消失の堆積時間への部分的な寄与は3倍減る。プラズマの点火及び消失の堆積時間への部分的な寄与がこのように小さくなることにより、250オングストロームの膜に比べて、ウエハとウエハの間のn、k及び厚さの変動が実質的に改善される。この内容は、m=3のみに限定されない。これは、180゜の5倍、7倍及び全ての奇数倍の位相差における式1及び2に対する解に対して有効である。
【0046】
ハードマスクを要求する用途に対しては、基板上に残されたARL膜をエッチングステップにおけるハードマスクとして用いることが可能となる。これは、膜厚が、ARL層を完全に侵食せずに基板のエッチングを可能とするよう充分に厚い場合に、可能である。即ち、これは式1及び2に対する高次の奇数倍の解に対応したn及びkの値を有する厚いARL膜を用いる場合の、別に見込まれる利点となる。
【0047】
Appendix Aは、SiONについて248nmにおける式1及び2の位相差180゜の奇数倍に対する解に対応したn、k及び厚さの値の例を列挙する。PRに対するn及びkの値はそれぞれ、1.80と0.011と仮定する。Al、Al−Si、Al−Si−Cu及びAl−Cuに対するnとkの値はそれぞれ、0.089と2.354と仮定する。最後に、W−Siのnとkの値をそれぞれ、1.96と2.69と仮定する。この問題は式が2つで未知数が3つであるため、n、k又は厚さの1つの値を選択してから、残りの2つの未知数を計算することができる。上記の堆積プロセスで最適化したSiONのARL膜のnの値は248nmに対して常に2.2〜2.3附近であるため、以下の計算全体では、nの値をこの範囲にあるように選択する。kの値は上記のプロセスで広い範囲で調節可能であることから、kの値は制限しない。下記に与える解は、単純化したモデルのために、ARLに対する厳密な最適値ではない。例えば、Alの自然酸化物やW−Siを単純に無視しており、また、その厚は常に10〜20オングストロームの範囲にある。また、ARL膜のn及びkの値は、膜の厚さ全体について一定であると仮定する。このように、式1及び2に対する解は、所望のARL膜のn、k及び厚さに対するガイドラインを与えるのみである。特定の用途に対するn、k及び厚さの正確な値は、式1及び2からの解の値近くに最適化することにより、実験的に決定される。
【0048】
m=3について、深いUV(248nm)フォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.3附近、適切な厚さの値は800オングストローム附近である。これらの解は位相差540゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=3について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.3附近、適切な厚さの値は800オングストローム附近である。これらの解は位相差540゜から8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0049】
m=5について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.17附近、適切な厚さの値は1350オングストローム附近である。これらの解は位相差900゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=5について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.18附近、適切な厚さの値は1350オングストローム附近である。これらの解は位相差900゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0050】
m=7について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.13附近、適切な厚さの値は1900オングストローム附近である。これらの解は位相差1260゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=7について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.13附近、適切な厚さの値は1900オングストローム附近である。これらの解は位相差1260゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0051】
m=9について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.10附近、適切な厚さの値は2430オングストローム附近である。これらの解は位相差1620゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=9について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.10附近、適切な厚さの値は2430オングストローム附近である。これらの解は位相差1620゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0052】
m=11について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.081附近、適切な厚さの値は2965オングストローム附近である。これらの解は位相差1980゜の8の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=11について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、nの適切な値は2.3附近であり、kの適切な値は0.081附近、適切な厚さの値は2965オングストローム附近である。これらの解は位相差2965゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線4及び7の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0053】
m=13、15、17等の高次の奇数倍に対する解は、式1を満たすARLの厚さを厚くする事を伴うことが見出されている。この厚さの増加により、式2を満たす適切なkの値が決定できる。
【0054】
Appendix Bは、用いる種々のプロセスパラメータの好ましい範囲の幾つかと、堆積したARLの化学的性質及び光学的性質に対するシランと、アンモニアと、温度の効果を示す特性チャートである。このチャートの後のグラフ(図11〜25)は、反射率対波長、n対波長及びk対波長が、シラン流量、支持体とマニホールドの間隔、チャンバ圧力、RF電力、N2O 流量、N2 流量、ヘリウム流量、全ガス流量、温度が、中心値から変動した場合に、どのように変動するかを示している。シラン流量、支持体とマニホールドの間隔、チャンバ圧力、RF電力、N2O 流量、N2 流量、ヘリウム流量、全ガス流量、温度の中心値は、それぞれ順に、51sccm、500mils、4.6トール、160ワット、30sccm、200sccm、2000sccm、350℃である。これらの値は、これらのプロセスパラメータの1つが変化したときに一定に保たれているそれぞれのプロセスパラメータの値にも対応している。
【0055】
Appendix Cは、チャンバ圧力、RF電力、支持体とマニホールドの間隔、シラン流量、N2O 流量、ヘリウム流量、N2 流量が、アンチレフレクティブ層を堆積するためのプロセスの堆積速度に与える影響と、堆積したアンチレフレクティブ層のn、k及び均一性に与える影響とを示している。これらのグラフでは、これらが変化しない場合では、シラン流量、支持体とマニホールドの間隔、チャンバ圧力、RF電力、N2O 流量、N2 流量、ヘリウム流量、全ガス流量、温度が、中心値から変動した場合に、どのように変動するかを示している。シラン流量、支持体とマニホールドの間隔、チャンバ圧力、RF電力、N2O 流量、N2 流量、ヘリウム流量、温度は、それぞれ順に、51sccm、500mils、4.6トール、160ワット、30sccm、200sccm、2000sccm、350℃で一定に維持される。
【0056】
当業者に理解されるように、本発明の範囲及び本質的な特徴から離れることなく、本発明を別の特定の形態に具体化することが可能である。従って、前出の説明は好ましい具体例を例示するためのものであり、特許請求の範囲が本発明の範囲を述べると解されるべきである。
【0057】
(特定の具体例の説明−2)
本発明に従ってARLを堆積するためのプロセスの好ましい具体例は、ヘリウムの存在下で、SiH4 対N2O の比が0.5〜3.0、好ましくは1.0である場合のSiH4 とN2O の間の化学反応を引き起こための、プラズマ励起化学気相堆積法(PECVD)技術のための装置及びこの技術の使用を有している。このプロセスは更に、NH3 ガス、N2 ガス及びHeガスを添加する操作を有している。図1は、本発明に従ってアンチレフレクティブ層を堆積するための真空チャンバ15を有する、簡略化された平行板PECVDシステム10の1つの具体例を例示する。
【0058】
システム10は、支持体12上に平坦に置かれている基板(図示せず)に堆積ガスを散布するためのガス散布マニホールド11を有している。支持体12は熱応答性が高く且つサポート13に載置されており、そのため、支持体12(及び支持体12の上面に支持される基板)は、下側の搬入搬出のポジションと点線で表されるマニホールド11に近接する上側の処理のポジション14との間を調節しつつ動くことが可能である。
【0059】
実現しようとする所望の屈折率、吸収率及び厚さの値に依存するが、支持体12とマニホールド11の間の間隔は200〜600milsの範囲内であり、基板温度は200〜400℃の範囲内、チャンバ圧力は1〜6トールに維持される。変化する屈折率、吸収率及び厚さの値を有するARLをこれらのプロセスパラメータの範囲内で、190nm〜900nmの間のいかなる露光波長に対し堆積することが可能である:そして、別々の波長に対する別々の最適な屈折率、吸収率及び厚さの値を、これらパラメータと、SiH4ガス、N2Oガス、NH3ガス、N2ガス及びHeガスのチャンバ内に導入する流量とを変化させることにより、同じように実現される。これらの範囲の中で、間隔の好ましい範囲は400〜600milsである。基板温度に対しては、好ましい範囲は300〜400℃、チャンバ圧力の好ましい範囲は4.5〜5.5トールである。
【0060】
支持体12及びウエハが処理のポジション14にあるときは、これらは、環状の真空マニホールド24の中へと排気するための、間隔をおく複数の穴23を有するバッフル板17により、包囲される。制御弁(図示せず)を有するライン18を介して、堆積ガスがガス混合チャンバ19内へと供給され、そこでこれらが混合されマニホールド11へ供給される。Heはキャリアガスとして知られているが、本プロセスでの使用は、プロセスのパラメータの制御のためのものである。後述するが、使用するHeの量は、堆積するARLの光学特性と化学特性に影響する。更に、Heの助力により、膜の化学組成を変えずに所望のチャンバ圧力を実現するため、プロセスの安定性が確保され、これは即ち均一な膜の堆積を確保することになる。堆積するARLは薄い膜であるため、厚さ制御は大変重要であり、所望の厚さの実現には低い堆積速度が必要である。また、Heの添加により堆積速度が下がるため、膜特性の制御に加えて、厚さの制御も可能となる。
【0061】
処理中は、ガス流入マニホールド11の通気は、ガスなあれを表す矢印22及び21に示されるように、基板の表面に向かって基板表面全体に放射状に均一になされている。SiH4 とN2O は共に流量5〜300sccmで、SiH4 対N2O の比が0.5〜3.0、好ましくは1.0で導入される。所望の屈折率、吸収率及び厚さの値とプロセス領域によっては、後述の如くNH3 、N2 及びHeを添加してもよい。屈折率、吸収率及び厚さの値が広い範囲であることが望ましい場合は、NH3 、N2 及び更にHeをプロセスに添加し、NH3 0〜300sccm、N2 0〜4000sccm、He5〜5000sccmでチャンバ内に導入される。これらの範囲の中で、チャンバへのSiH4 導入の好ましい範囲は15〜160sccmであり;N2O の好ましい範囲は15〜160sccm;NH3 の好ましい範囲は0〜300sccm;N2 の好ましい範囲は0〜500sccm;Heの好ましい範囲は500〜4000sccmである。反応が完結した後、残留するガスをポート23を介して円形真空マニホールド24へと排気し、排気ライン(図示せず)を介して外へと排気される。これらガスの最適な値は、SiH4 40〜12sccm、NH3 30〜120sccm、N2 1500〜2500sccm、N2O 0〜300sccm、NH3 0〜150sccmである。これらは、アプライドマテリアルズ社により製造した8インチチャンバに対する値である。その他のサイズのチャンバやその他の材料製のチャンバでは、これらの値が異なるだろう。
【0062】
RF電源25からマニホールド11にRFエネルギーを印加することにより、制御されたSiH4とN2Oのプラズマが基板近隣に形成される。ガス散布マニホールド11はRF電極でもあり、他方、支持体12にはアースがとられている。RF電源25は、50〜500ワットの電力をマニホールド11へ供給して、チャンバ15に導入したSiH4とN2Oの分解の速度を遅くすることもでき、あるいは促進することもできる。
【0063】
円形の外部ランプモジュール26が、コリメート円形パターンの光27を、クオーツウィンドウ28を介して支持体12へと与える。このような熱の分布により、支持体の自然熱損失パターンを補填し、堆積のために迅速で且つ均一に支持体及び基板を加熱する。モータ(図示せず)により、支持体12は処理のポジション14と下側の基板搬送ポジションとの間で昇降する。
【0064】
モータ、ライン18に接続した制御弁及びRF電源25は、制御ラインの上のプロセッサ34によって制御され、これらの一部だけが示されている。これらの制御ラインを用いて、プロセッサがARL堆積のプロセス全体を制御する。プロセッサ34は、メモリ38に格納されたコンピュータプログラムの制御下で動作する。コンピュータプログラムは、時期、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、RF電力レベル、支持体のポジション、その他のプロセスのパラメータを命令する。典型的には、プロセッサが、SiH4とN2Oを有する第1のプロセスガスをチャンバに導入しHeを有する第2のプロセスガスをチャンバに導入するように、コンピュータ読み出し可能情報をメモリが有している。
【0065】
上記の説明は例示のためだけのものであり、本発明の範囲を制限するものと考えるべきではない。上述のシステムの変形、例えば支持体の設計、ヒータ設計、RF電力接続の配置等に関する変形が可能である。更に、他のプラズマCVD装置、例えば電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマCVD装置、誘導結合RF高密度プラズマCVD装置、その他の装置を用いてもよい。本発明のARL及びこの層を形成する方法は、特定の装置や特定のプラズマ励起法に制限されるものではない。
【0066】
同様に、プロセスの堆積速度を制御するため及びプロセスの安定化のHeの使用は、一般的な薄膜堆積に適用でき、ARL膜の堆積に制限されない。具体的には、既存のプラズマ励起シラン酸化物プロセス、プラズマ励起シランオキシナイトライドプロセス及びプラズマ励起シランナイトライドプロセスの堆積速度を下げるために用いることができる。好ましい具体例ではヘリウムを用いているが、ヘリウムの代りに他の不活性ガスを用いてもよい。
【0067】
図2は、フォトリソグラフィープロセス中に多層半導体デバイスの表面に入る入射光ビームの反射光及び屈折光の典型的な経路を示す縦断面図である。図2に示されるように、デバイスに入る入射光ビーム1に対して、フォトレジスト層とその下の層の間の反射3及び、フォトレジストに進入する光5を生じるこの下層と基板の間の別の反射6により、フォトレジストパターンの露光が歪められてしまう。
【0068】
図3では、点線の光路が、本発明に従ったARLの機能を例示する。図示の如く、光線3と5(これらは強度がほぼ等しく位相差が540゜以上)とが相互に実質的に打ち消し合い、光線4と6とがARLに吸収されるだろう。即ち、フォトレジストを露光する光は、光線2からの入射光のみである。前述の如く、本発明に従ったARLはあらゆるフォトレジストに適合するため、フォトレジストが中和される問題を排除する。更に、後述のように、別々の最適な屈折率、吸収率及び厚さの値を有するARLを実現して、190〜900nmの別々の露光波長の反射を打ち消す。
【0069】
図4は、本発明のアンチレフレクティブ層堆積のためのプロセスにおける、別々のプロセスパラメータの効果を示すチャートである。前述の如く、別々のパラメータを変えることにより、ARLの性質を変えることができる。このチャートで示されるように、基板温度の上昇により、堆積したARLの屈折率n、吸収率k、厚さt、及び反射率rが上昇するだろう。同様に、チャンバに流入する全ガス流れの上昇又はチャンバにSiH4 が導入される流量の上昇により、堆積したARLの屈折率n、吸収率k、厚さt及び反射率rの値も上昇するだろう。
【0070】
他方、チャンバ19の圧力の上昇又は支持体12とマニホールド11の間の間隔の増加は、堆積したARLの屈折率n、吸収率k、厚さt及び反射率rの値を下げる効果がある。あるいは、RF電源25に供給される電力を上げてプラズマを更に余計に発生させることは、堆積したARLの屈折率n、吸収率k及び反射率rの値を下げる一方で堆積したARLの厚さを上げる効果がある。チャンバ19内がN2O又はN2導入される流量を上げることによっても、同様の効果を実現することができる。堆積したARLの屈折率n、吸収率k及び反射率rの値を上げる一方で堆積したARLの厚さを下げるという正反対の効果は、チャンバ19にHeを導入する流量を上げることによって実現される。最後に、チャンバ19内に導入されるNH3 の量を上げて、屈折率n及び厚さtの値を上げつつも吸収率k及び反射率rの値を下げることができる。
【0071】
以下のARLの議論は、下記に示される計算を説明するものである。これらの計算は、一例が上述されているようなプラズマ励起CVD技術によるSiON膜の堆積に関するものである。この計算から得られる値は、露光波長約248nmに対するものである。この波長においては、このプロセスで堆積するARLの屈折率nの値は1.7〜2.4であり、吸収率kの値は0〜1.3である。
【0072】
有効なARLは、PRの厚さが変動した場合のPRに吸収される光の変動を最小にする。この事は、PRとARLの界面から反射する光の実質的な打ち消し、即ち図3の光線3及び5の実質的な打ち消しを要求する。以下の2つの要求事項が、光線3及び5に対して同時に満たされたときに、実質的な打ち消しが実現される。光線3と5の位相差が、180゜の奇数倍に近いことである
n3・2t = 1/2(mλ) (1)
光線3と5の強度がほぼ同じであること
I3 = I5 (2)。
【0073】
上述の要求事項の最初の方は、式1で表される相殺的干渉方程式によって記述される。第2番目の式は、光線3及び5の強度を整合するための条件を記述する。
【0074】
所与の基板及びフォトレジストに対して、式1及び2で表される条件1及び2は、ARL膜の屈折率n、吸収率k及び厚さtの適切な選択と同時に満足することができる。m=3(位相差540゜)、m=5(位相差900゜)及びこれよりも高い180゜の奇数倍の位相差に対する解は、式1を満足するためにはm=1の場合に比べてより厚いARLの厚さを要求する。ARLが厚くなるため、式2を満たすためには別の屈折率n及び吸収率kの値が必要である。この別の屈折率n及び吸収率kはの値は本発明により、500〜3000オングストロームの範囲のARLの厚さに対して実現できる。
【0075】
より厚いARLに対して屈折率及び吸収率の値を実現することが望ましく、それは、厚さが大きくなることが、ウエハとウエハの膜の一致性を実現するためのARL製造上における大きな利点となるからである。膜が厚くなれば、薄い膜よりも長い堆積時間が必要であることから、膜の屈折率、吸収率及び厚さを良好に制御することが可能である。例えば、ソニー社の研究者が示唆する膜厚は、250オングストローム附近である。堆積速度が毎分2000オングストロームとすれば、堆積時間は7.5秒であり、この時間にはプラズマの点火及び消失のための時間が含まれる。これらは堆積プロセスの中で良好に制御できない部分であり、これが一般に、ウエハ間の厚さの変動や屈折率及び吸収率を含む膜の性質の変動に寄与することとなる。750オングストロームの膜厚を用いる場合は、膜堆積時間は22.5秒に増え、プラズマの点火及び消失の堆積時間への部分的な寄与は1/3に減る。プラズマの点火及び消失の堆積時間への部分的な寄与がこのように小さくなることにより、250オングストロームの膜に比べて、ウエハとウエハの間の屈折率、吸収率及び厚さの変動が実質的に改善される。この内容は、m=3に限定されない。これは、180゜の5倍、7倍及び全ての奇数倍の位相差における式1及び2に対する解に対して有効である。
【0076】
ハードマスクを要求する用途に対しては、基板上に残されたARL膜をエッチングステップにおけるハードマスクとして用いることが可能となる。これは、膜厚が、ARL層を完全に侵食せずに基板のエッチングを可能とするよう充分である場合に、可能である。即ち、これは式1及び2に対する高次の奇数倍の解に対応した屈折率及び吸収率の値を有する厚いARL膜を用いる場合の、別に見込まれる利点となる。
【0077】
Appendix Aは、SiONについて248nmにおける式1及び2の位相差540゜の奇数倍に対する解に対応した屈折率n、吸収率k及び厚さtの値の例を列挙する。フォトレジストに対する屈折率n及び吸収率kの値はそれぞれ、1.80と0.011と仮定する。Al、Al−Si、Al−Si−Cu及びAl−Cuに対する屈折率nと吸収率kの値が示される。最後に、W−Siの屈折率nと吸収率kの値をそれぞれ、1.96と2.69と仮定する。式が2つで未知数が3つであるため、屈折率n、吸収率k又は厚さtの1つの値を選択してから、残りの2つの未知数を計算することができる。上記の堆積プロセスで最適化したSiONのARL膜の屈折率nの値は248nmに対して常に2.2〜2.3附近であるため、Appendix Aの計算全体では、屈折率nの値をこの範囲にあるように選択する。吸収率kの値は上記のプロセスで広い範囲で調節可能であることから、吸収率kの値は制限しない。
【0078】
下記に与える解は、単純化したモデルのために、ARLに対する厳密な最適値ではない。例えば、Alの自然酸化物やW−Siを単純に無視しており、また、その厚は常に10〜20オングストロームの範囲にある。また、ARL膜の屈折率n及び吸収率kの値は、膜の厚さ全体について一定であると仮定する。このように、式1及び2に対する解は、所望のARL膜の屈折率n、吸収率k及び厚さに対するガイドラインを与えるのみである。特定の用途に対する屈折率n、吸収率k及び厚さの正確な値は、式1及び2からの解の値近くに最適化することにより、実験的に決定される。
【0079】
m=3について、深いUV(248nm)フォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.3附近、適切な厚さの値は800オングストローム附近である。これらの解は位相差540゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=3について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.3附近、適切な厚さの値は800オングストローム附近である。これらの解は位相差540゜から8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0080】
m=5について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.17附近、適切な厚さの値は1350オングストローム附近である。これらの解は位相差900゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=5について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.18附近、適切な厚さの値は1350オングストローム附近である。これらの解は位相差900゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0081】
m=7について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.13附近、適切な厚さの値は1900オングストローム附近である。これらの解は位相差1260゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=7について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.13附近、適切な厚さの値は1900オングストローム附近である。これらの解は位相差1260゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0082】
m=9について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.10附近、適切な厚さの値は2430オングストローム附近である。これらの解は位相差1620゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=9について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.10附近、適切な厚さの値は2430オングストローム附近である。これらの解は位相差1620゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0083】
m=11について、深いUVフォトリソグラフィーを有するAl基板に対して、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.081附近、適切な厚さの値は2965オングストローム附近である。これらの解は位相差1980゜の8の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%附近である。m=11について、深いUVフォトリソグラフィーを有するW−Si基板に対しては、屈折率nの適切な値は2.3附近であり、吸収率kの適切な値は0.081附近、適切な厚さの値は2965オングストローム附近である。これらの解は位相差2965゜の8゜の範囲内に対して式1を満たすことが示されている。式2に対しては、光線3及び5の間の強度の差は、入射強度の5%未満である。
【0084】
m=13、15、17等の高次の奇数倍に対する解は、式1を満たすARLの厚さを厚くする事を伴うことが見出されている。この厚さの増加により、式2を満たす適切な吸収率kの値が決定できる。
【0085】
Appendix Bは、用いる種々のプロセスパラメータの好ましい範囲の幾つかと、堆積したARLの化学的性質及び光学的性質に対するシランと、NH3 と、温度の効果を示す特性チャートである。このチャートの後のグラフ(図11〜25)は、反射率対波長、屈折率n対波長及び吸収率k対波長が、SiH4 流量、支持体とマニホールドの間隔、チャンバ圧力、RF電力、N2O 流量、N2 流量、He流量、全ガス流量、温度が、中心値から変動した場合に、どのように変動するかを示している。シラン流量、支持体とマニホールドの間隔、チャンバ圧力、RF電力、N2O 流量、N2 流量、He流量、全ガス流量、温度の中心値は、それぞれ順に、51sccm、500mils、4.6トール、160ワット、30sccm、200sccm、2000sccm、350℃である。これらの値は、これらのプロセスパラメータの1つが変化したときに一定に保たれているそれぞれのプロセスパラメータの値にも対応している。
【0086】
Appendix Cは、チャンバ圧力、RF電力、支持体とマニホールドの間隔、SiH4 流量、N2O 流量、He流量、N2 流量が、ARLを堆積するためのプロセスの堆積速度に与える影響と、堆積したARLの屈折率n、吸収率k及び均一性に与える影響とを示している。これらのグラフでは、言及しない限り、シラン流量、支持体とマニホールドの間隔、チャンバ圧力、RF電力、N2O 流量、N2 流量、He流量はそれぞれ順に、51sccm、500mils、4.6トール、160ワット、30sccm、200sccm、2000sccmで一定に維持される。
【0087】
当業者に理解されるように、本発明の範囲及び本質的な特徴から離れることなく、本発明を別の特定の形態に具体化することが可能である。従って、前出の説明は好ましい具体例を例示するためのものであり、特許請求の範囲が本発明の範囲を述べると解されるべきである。
【0088】
【数1】
【0089】
【数2】
【0090】
【数3】
【0091】
【数4】
【0092】
【数5】
【0093】
【数6】
【0094】
【数7】
【0095】
【数8】
【0096】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従ったアンチレフレクティブコーティングの処理のために用いる単純化した化学気相堆積装置の1つの具体例の縦断面図である。
【図2】フォトリソグラフィープロセス中の多層半導体デバイスの表面に入射する入射光ビームの反射及び屈折光の経路の縦断面図である。
【図3】本発明に従ってアンチレフレクティブ層を用いる効果を示す。
【図4】本発明のアンチレフレクティブ層堆積のプロセスの傾向のチャートである。
【図5】本発明に従ったアンチレフレクティブコーティングの処理のために用いる単純化した化学気相堆積装置(CVD)の1つの具体例の縦断面図である。
【図6】フォトリソグラフィープロセス中の多層半導体デバイスの表面に入射する入射光ビームの反射及び屈折光の経路の縦断面図である。
【図7】本発明に従ってアンチレフレクティブ層を用いる効果を示す。
【図8】本発明のアンチレフレクティブ層堆積のプロセスの傾向のチャートである。
【図9】「Appendix B」と称する表であり、ARL膜のRBS/HFSサンプルの結果を示す。
【図10】「Appendix B」と称する表であり、ARL膜のRBS/HFSサンプルの別の結果を示す。
【図11】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図12】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図13】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図14】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図15】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図16】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図17】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図18】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図19】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図20】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図21】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図22】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図23】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図24】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図25】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図26】波長に対して反射率、nの値、kの値の変動をそれぞれ示すグラフを含んでいる。
【図27】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図28】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図29】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図30】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図31】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図32】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図33】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図34】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図35】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図36】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図37】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図38】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図39】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図40】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図41】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【図42】200nmARLプロセスの傾向を示すグラフを含んでいる。
【符号の説明】
10…PECVDシステム、11…マニホールド、12…支持体、13…サポート、14…処理のポジション、15…真空チャンバ、18…ライン、19…ガス混合チャンバ、21,22…矢印、23…ポート、24…真空マニホールド、25…RF電源、31…真空ライン、32…絞り弁、34…プロセッサ。
Claims (3)
- 処理チャンバ内でアンチレフレクティブ層を堆積するプロセスに対するプラズマの安定性を実現するための方法であって、前記プラズマの安定性は、均一な膜の堆積を確保するものであり、前記方法は、
前記プロセスにおいて前記処理チャンバ内にある量の不活性ガスを添加して、1〜6トールの所望のチャンバ圧力を実現するステップと、
前記プロセスにおいて前記処理チャンバ内に添加する不活性ガスの前記量を制御して、前記処理チャンバの圧力を制御するステップと、
50〜500ワットの電力を供給する能力を有する電源に、前記チャンバを接続するステップと、
支持体上に基板を支持するステップと、
前記基板を、200〜400℃の範囲の温度まで加熱するステップと、
前記支持体を、ガス散布システムから、200〜650milsの範囲の間隔を備えた距離のところに配置するステップと、
流量5〜300sccmでSiH 4 を前記チャンバに導入するステップと、
流量5〜300sccmでN 2 Oを前記チャンバに導入するステップと、
流量0〜200sccmでNH 3 を前記チャンバに導入するステップと、
流量0〜4000sccmでN 2 を前記チャンバに導入するステップと、
を有する方法。 - 処理チャンバ内でアンチレフレクティブ層を堆積するプロセスのためのプラズマの安定を実現するための方法であって、
ある量の不活性ガスを前記プロセスにおいて前記処理チャンバ内に添加して所望のチャンバ圧力を実現するステップと、
前記プロセスにおいて前記処理チャンバ内に添加される不活性ガスの量を制御して、処理チャンバ圧力を制御するステップと、
Al−Si基板の上に前記アンチレフレクティブ層を形成するステップと、
前記アンチレフレクティブ層の上にフォトレジストを形成するステップと、
を有し、
前記アンチレフレクティブ層は、
波長約248nmでの露光に対して、前記フォトレジストと前記アンチレフレクティブ層の界面からの第1の反射光の位相が、前記アンチレフレクティブ層と前記Al−Si基板の界面からの第2の反射光と540゜ずれており、前記第1の反射光は、前記第2の反射光と同じ強度を有して前記第2の反射光を実質的に打ち消す、
独自の膜の性質を有している膜を備え、
前記アンチレフレクティブ膜は、2.1〜2.4の範囲の反射屈折率nと、0.2〜0.5の範囲の吸収屈折率kと、500〜1000オングストロームの範囲の厚さとを有している、
方法。 - 前記不活性ガスがヘリウムを含み、前記処理チャンバの圧力が4.5〜5.5トールである請求項2に記載の方法。
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