JP4800287B2 - レジスト下のフィーチャのファセット制御のための基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、基板上のエッチング中のレジスト下のフィーチャの特性を制御しながら基板からレジストを除去することに関する。
基板の製造工程中、半導体、誘電体及び導体材料を基板上に形成しエッチングすることでゲート、ビア、コンタクトホール及び相互接続フィーチャのパターンを形成する。これらの材料は典型的には化学気相蒸着（ＣＶＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）、酸化及び窒化処理により形成される。例えば、ＣＶＤ処理においては、反応ガスを用いて基板上に材料層を堆積し、ＰＶＤ処理においては、ターゲットをスパッタリングして材料を基板上に堆積する。酸化及び窒化処理では、酸化物又は窒化物、典型的にはそれぞれ二酸化ケイ素又は窒化ケイ素である層を、基板を適切なガス環境に曝露することで形成する。エッチング処理では、フォトレジストのパターン形成済み耐エッチング性マスク及び／又はハードマスクを基板上にフォトリソグラフィ法で形成し、基板の露出部をエネルギー印加されたガスでもってエッチングする。
基板上の誘電体層を誘電体エッチング処理によりエッチングし、コンタクトホール用のビアを形成する。エッチング処理ではレジスト層を誘電体層上に堆積し、リソグラフィでパターン形成してその下の誘電体の一部を露出させる。その後、誘電体層の露出部位をエッチングし、基板上にフィーチャを形成する。エッチング処理後、フィーチャ上に残るレジスト残留物を一般的にはレジスト剥離として知られる処理で基板から除去する。
しかしながら、特にレジストとその下の材料が共に同一の元素を含有している場合、レジスト下の誘電体フィーチャを損傷することなく上層の残存レジストを剥離するのは困難である。酸素又は酸素とアンモニアのエネルギー印加プラズマ中でレジスト内の炭素を灰化することで炭素含有フォトレジストの残留分を除去する慣用のレジスト剥離処理では、同様に炭素を含有する低ｋ誘電体から構成される、レジスト下のエッチングフィーチャを損傷してしまう。慣用のレジスト剥離プラズマ化学反応ではレジスト下のフィーチャからこの炭素を過剰に除去してしまうため、炭素の減少と孔隙率の上昇が生じ、これが材料の誘電率の不本意な上昇を招いてしまう。更に、側壁も水平方向にエッチングされ、変則的な断面及び不本意なワイングラス状プロファイルをした狭小化したフィーチャとなる可能性がある。エッチングした誘電体フィーチャの限界寸法と形状を一貫して維持することが望ましい。
レジスト下の低ｋ誘電体フィーチャの縁部ファセット高さの制御を試みる際には別の問題が生じる。縁部ファセット高さは、この高さが後続して行う金属堆積処理における銅バリア又はシード層のカバレッジを制御していることから重要である。所望の量の縁部ファセットは、通常、集積により決定される。慣用のレジスト剥離処理ではレジスト下の誘電体フィーチャの縁部及び角部が十分にエッチバックされないことがよくあるため誘電体フィーチャの断面プロファイルは望ましくないものとなってしまい、これが後続する誘電体フィーチャ間の空間内への銅バリア又はシード層の均一な堆積を阻む。
従って、エッチングした誘電体フィーチャ上に残存するレジストをその下のエッチング済み誘電体フィーチャを損傷することなく除去することが望ましい。更に、これらのフィーチャの限界寸法を良好に制御維持することが望ましい。また、誘電体フィーチャの縁部ファセット高さを制御することが望ましい。
誘電体フィーチャの縁部ファセット高さを制御しながら基板上の誘電体フィーチャを被覆するレジスト層を除去するための方法を提供する。
本方法は、アンテナ、第１及び第２処理電極を有する処理チャンバ内で行う。処理ガスは電源電圧をアンテナに印加し、又、少なくとも１０ＭＨｚである周波数を有する第１バイアス電圧及び周波数４ＭＨｚ未満の第２バイアス電圧を第１及び第２処理電極に印加することでエネルギー印加される。あるバージョンでは、第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比は少なくとも１：９である。エネルギー印加されたガスにより、誘電体フィーチャの縁部ファセット高さはそれ自身の高さの少なくとも１０％となる。
本方法を実行可能な基板処理装置は基板支持体、ガス分布装置、ガス・エネルギー印加装置及びガス排気口を有する処理チャンバを含む。ガス・エネルギー印加装置はチャンバ付近のアンテナ、第１及び第２電極を備える。制御装置は処理チャンバ、ガス分布装置、ガス・エネルギー印加装置及びガス排気口に連動的に連結されている。制御装置はガス分布装置により処理ガスをチャンバ内に導入し、ガス・エネルギー印加装置により処理ガスにエネルギー印加してアンテナに電源電圧を印加し、チャンバ内の第１及び第２処理電極に第１周波数を有する第１バイアス電圧と第２周波数を有する第２電圧バイアスを印加することを管理するプログラムを含む。あるバージョンでは、第１周波数は少なくとも約１０ＭＨｚであり、第２周波数は約４ＭＨｚ未満である。第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比は少なくとも約１：９である。エネルギー印加されたガスにより、レジスト下の誘電体フィーチャの縁部ファセット高さはそれ自身の高さ少なくとも約１０％となる。
基板処理方法により、基板１７上のエッチング済み誘電体フィーチャ１５上に形成されフィーチャを覆っているレジスト層１０を除去する。本方法により、フィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９を制御しながらエッチング済みフィーチャ１５からレジスト層１０が除去される。基板１７上のフィーチャ１５を覆うレジスト層１０は、厚さ約５０〜約１０００ナノメートルの層を有するフォトレジストを含んでいてもよい。基板１７は１つ以上の材料層２３を、図１に示すように、レジスト層１０下に含んでいてもよい。こういった層２３は互いに積層されることが多く、例えば、炭素ドープ酸化ケイ素、多孔性炭素ドープ酸化ケイ素、二酸化ケイ素、非ドープ・ケイ酸塩ガラス、燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、Ｓｉ３Ｎ４、又はＴＥＯＳ堆積ガラスを含んでいてもよく、半導体層は例えばポリシリコン又はシリコン化合物等のシリコン含有層を含み、金属含有層等の導体層は例えばアルミニウム、銅、又はタングステンシリサイド及び銅シリサイド等の金属シリサイドを含む。一実施形態において、基板１７は酸化物ハードマスク上に形成されたフォトレジスト層から成り、窒素ドープ炭化ケイ素バリア膜上に形成された多孔性超低ｋ材料（多孔性炭素ドープ酸化ケイ素）上に在る。層の厚さはそれぞれ約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、１００ｎｍ〜約２０００ｎｍ、及び１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
下記のエッチング方法を例示的な処理条件及び材料にて説明するが、当然ながら本方法は多様な目的のエッチングに適用可能であり、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されるべきではない。
処理中、誘電体フィーチャ１５を覆うレジスト層１０を除去するためにエッチングする基板１７は、アンテナ、第１及び第２処理電極を備えるチャンバを備える基板処理装置内に載置される。その下のエッチング済み誘電体フィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９を制御しながらレジスト層１０を除去するために、処理ガスをチャンバ内に導入し、チャンバ内でエネルギー印加する。エネルギー印加された処理ガスは反応性解離種及びラジカル種等のエネルギー印加エッチングガス種を含み、これらは基板１７上のレジスト層１０をエッチング可能である。
本発明に従って処理した基板の例を図２Ａ及び２Ｂに示す。図２Ａにおいて、基板１７は誘電体フィーチャ１５を覆うレジスト層１０を構成する耐エッチング性材料を含む。レジスト層１０は処理ガスによるエッチングに耐性があり、処理ガスは、基板１７の層２３等のレジスト下の材料をエッチングする及び／又は貫通してエッチングすることで所望のフィーチャ１５を形成するために選択した処理条件下で処理領域内に導入される。エッチングに向け、レジスト層１０にパターンを形成し、その下の材料の一部を露出させてもよい。こういったパターン形成は慣用のフォトリソグラフィ法又は処理チャンバ内でのレジスト材料１０のエッチングにより達成することができる。耐エッチング性材料は重合性又は有機レジスト等のレジスト材料を含んでいてもよい。一実施形態において、耐エッチング性材料は紫外線周波数に対して透明であり、かつ紫外線領域の波長を有する入射光線をブロックしない有機、重合性フォトレジストを含む。或いは又はそれに加え、耐エッチング性材料は、例えば酸化ケイ素、ＴＥＯＳ、窒化ケイ素、又はその同等物等の誘電体材料又はハードマスクを含むマスク材料を含んでいてもよい。一実施形態において、基板１７はマスク材料上のパターン形成したレジスト材料を含む耐エッチング性材料を含む。
チャンバ内に導入された処理ガスは、図２Ｂに図示されるように、エネルギー印加することで基板１７上のレジスト層１０を貫通してエッチングし、その下のエッチング済み誘電体フィーチャ１５を露出することが可能なガス組成物を含む。適切な処理ガスは二酸化炭素ガスを含む。一実施形態において、処理ガスにおける二酸化炭素ガスの比率は少なくとも約１０％である。一実施形態において、処理ガスは二酸化炭素と、一酸化炭素又は二原子酸素のいずれかとを含み、処理ガスにおける二酸化炭素の比率は少なくとも約１０％である。一実施形態において、処理ガスは二酸化炭素、二原子窒素、及び一酸化炭素又は二原子酸素のいずれかを含む。一実施形態において、処理ガスは二酸化炭素と、一酸化炭素、二原子酸素、二原子窒素、二原子水素、二酸化水素（過酸化水素）の１つ以上とを含む。処理ガスにおける二酸化炭素の比率が高ければ高いほど、基板１７上のレジスト層１０により多くの二酸化炭素重イオンが衝突すると考えられている。基板１７上の誘電体フィーチャ１５を覆うレジスト層１０に衝突するイオン量が増えると、フィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９が上昇する。
チャンバ内のガス圧が低いと、基板１７のレジスト層１０により多くのイオンが衝突し、その結果、より高いフィーチャ１５縁部ファセット高さ１９が得られる。図４Ａ−４Ｃは処理ガスを１０、２０及び４０ｍＴでそれぞれ作用させた場合に得られる垂直ファセットの割合を示す。これらのフィーチャ１５の縁部２１についての対応する垂直ファセット割合はそれぞれ６３％、４８％、４４％である。一実施形態において、チャンバ内の処理ガスは約３００ｍＴ未満の圧力で作用させる。一実施形態において、チャンバ内の処理ガスは約５〜１５ｍＴの圧力で作用される。
処理がスは誘導的及び／又は容量的にエネルギーをチャンバ内に結合することでエネルギー印加してもよい。「エネルギー印加された処理ガス」とは、処理ガスが活性化又はエネルギー印加されることで１つ以上の解離種、非解離種、イオン種、中性種がより高いエネルギー状態へと励起され、化学的な反応性が高くなることを意味する。図１に図示の実施形態において、処理ガスは電源電圧を通常はチャンバの天井部に隣接するところのアンテナに印加し、かつ第１及び第２バイアス電圧を例えば高架電極と基板支持体に埋設した各処理電極である処理電極に各自印加することでエネルギー印加される。電源電圧及びバイアス電圧は、例えば、それぞれＲＦ電源電圧及びＲＦバイアス電圧であってもよい。
各処理電極に印加される第１及び第２バイアス電圧は異なる周波数を有する。第１バイアス電圧の周波数は少なくとも約１０ＭＨｚであり、第２バイアス電圧の周波数は約４ＭＨｚ未満である。この電力比での第１バイアス電圧及び第２バイアス電圧の印加は、レジスト下のエッチング済み誘電体フィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９をそれ自身の高さの少なくとも１０％とするに十分である。一実施形態において、第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比は少なくとも約１：９である。第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比によりフィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９を制御するが、これは第２バイアス電圧がより多くの高エネルギーイオンを発生するからである。一実施形態において、第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比は約１１：１未満であり、レジスト下のエッチング済み誘電体フィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９がそれ自身の高さの少なくとも３０％となるに十分なほどに低い。電源電圧の電力レベルの、第１及び第２バイアス電圧の総電力レベルに対する比は約０：１〜約５０：１である。
アンテナに印加する適切な電源電力レベルは、例えば、約０〜約１０００ワットであってもよく、一実施形態において、約２００ワットである。総電源電力が高ければ高いほど、基板のフィーチャ１５の縁部２１での垂直ファセット高さは小さくなる。一実施形態において、アンテナに印加される電源周波数は約４０〜約２００ＭＨｚの範囲である。
第１電圧バイアスに適切なバイアス電力レベルは約５０〜約１０００ワットの範囲にあり、第２電圧バイアスに適したバイアス電力レベルは約５０〜約１０００ワットの範囲にある。総バイアス電力が高ければ高いほどより垂直なファセットが得られる又は基板１７上のフィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９が大きくなることが明らかとなっている。図３Ａ及び３Ｂは基板１７の断面の走査型電子顕微鏡写真であり、（ｉ）総バイアス電力２００ワットで得られた垂直ファセット率約５１％と、（ｉｉ）総バイアス電力５００ワットで得られた垂直ファセット率約８３％を示す。
一実施形態において、第１バイアス周波数は約４〜約２０ＭＨｚであり、第２バイアス周波数は約１〜約４ＭＨｚである。一実施形態において、第１バイアス周波数は約１３．６ＭＨｚであり、第２バイアス周波数は約２ＭＨｚである。
基板１７はエネルギー印加された処理ガスに約１０〜約６００秒に亘って曝露してもよく、曝露時間は除去を要するフォトレジストの量に依存する。エネルギー印加した処理ガスにより基板１７上のレジスト層１０がエッチングされ、揮発性ガス状種が形成され、ガス種は排気システムによりチャンバから排気される。
エッチング処理の終点は分光法で求めることができる。エッチング段階の終点とは、例えば、基板１７のレジスト層１０が十分に除去された時点又は貫通してエッチングされることで基板１７上のレジスト下の誘電体フィーチャ１５が露出した時点、及び／又は特定の縁部ファセット高さ１９のフィーチャ１５といった所望の寸法が得られた時点であってもよい。レジスト除去におけるエッチング段階の終点を求めることで、基板１７のエッチングを一旦終了したら停止することができ、これにより基板１７のオーバーエッチングやアンダーエッチングの発生が軽減される。終点は、放射線を発するチャンバ内のプラズマからの放射線放出を監視することで求めることができ、放射線は、例えば上層を貫通するエッチングにより基板１７上のその下の層が露出することから生じる組成における変化といった、エネルギー印加したガスの組成における変化に応じてその強度と波長が変わる。放射線放出は、放射線の１つ以上の波長の強度を検出することで監視する。検出した強度と関連して信号が生成され、信号を例えば制御装置により分析することで放射線の１つ以上の波長における上昇・低下といった強度の変化を求め、この強度における変化がエッチング段階の終点を示す。エッチング終点はエッチング処理中に基板１７から反射される放射線を監視することでも測定可能である。
本願で記載の装置１００の特定の実施形態は、半導体基板等の基板１７の処理に適しており、当業者はフラットパネルディスプレイ、高分子パネル又はその他の電気回路搭載構造等のその他の基板１７の処理用に本装置を適合させてもよい。従って、装置１００でもって本発明又はその同等物の範囲を本願に記載の例示的な実施形態に限定するべきではない。
本願に記載の処理による、基板１７の処理に適した装置１００の実施形態を図５に示す。図５はカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能、かつダニエル・ホフマン（Ｄａｎｉｅｌ Ｈｏｆｆｍａｎ）その他に発行された、米国特許第６５２８７５１号で開示のイネーブラ（Ｅｎａｂｌｅｒ、商標名）エッチシステムとして知られる基板処理装置１００の断面図であり、その開示は引用により全て本願に組み込まれる。装置１００の基板処理チャンバ１０２は電気関連、配管関連、及びその他の支援機能を提供するプラットフォーム（図示せず）上に搭載される。プラットフォームは典型的にはロードロックチャンバ及び基板搬送チャンバを支持している。ロードロックチャンバは処理対象である基板１７のカセットを受け取る。基板搬送チャンバは処理にあたりカセットとプラットフォーム上の別のチャンバとの間での基板１７の搬送を行う基板ブレードを備えたロボット等の基板搬送機構１０４を含む。チャンバは真空環境下で相互接続されているため、基板１７の処理は装置１００内で中断されることなく進められる。これにより、チャンバ間が真空環境下で相互接続されてないと別の処理段階に向けて異なるチャンバ間で基板１７の搬送を行う際に生じ得る基板１７の汚染が軽減される。
基板処理装置１００は側壁１０６、底部１０８、その上に配置された天井部１１１を含む閉鎖空間壁部を備える処理チャンバ１０２を備え、閉鎖空間壁部により隔離された処理環境が形成されている。チャンバ１０２の側壁１０６は、磁気分離によりチャンバ１０２内の処理環境から隔離してもよい。或いは、側壁１０２上に誘電体コーティングを施しても、又は環状誘電体インサート又は取外し式ライナを側壁１０２に隣接させて配置してもよい。天井部１１１は平面を備える。
各チャンバ１０２は、チャンバ１０２内に基板１７を支持するための基板支持体１０５を更に備える。基板支持体１０５は通常、ステンレススチール、アルミニウム、又は導電性であり、かつ基板処理に耐えるよう適合されたその他の材料等から形成される。基板支持体１０５は典型的には少なくとも部分的に電極１１４を覆う誘電体を備える静電チャックを備え、基板受面１１６を含む。電極１１４を処理電極としてもよい。電極１１４は、基板１７を静電チャックに静電的に保持するための静電気を発生可能であってもよい。例えば、電極１１４は、タングステン、タンタル又はモリブデン等の金属から形成してもよい。チャック電圧供給源はＤＣチャック電圧を電極１１４に印加する。プラズマに基板支持体１０５寄り又は離れて電気的にバイアス印加するには、第１電気バイアス供給源１１８及び第２電気バイアス供給源１２２を電極１１４に連結してもよい。
リングアセンブリ１２４が基板支持体１０５の外縁を取り巻いている。リングアセンブリは石英等の誘電体から成る堆積リング１２６、及びカバーリング１２８を備える。堆積リング１２６は接地されたチャンバ本体部１２７上に支持され、カバーリング１２８は堆積リング１２６により支持されている。
動作中、処理ガスはガス分布装置１３２を含むガス送達システム１３０を介してチャンバ１０２内に導入され、処理ガス供給源１３５は各自導管を備えた複数のガス供給源を備え、各導管は設定した流量の各ガスをその内部を通過させるための質量流量制御装置等のガス制御弁を有している。導管は混合マニホルドへとガスを供給し、そこでガスは混合され、所望の処理ガス組成物となる。混合マニホルドは混合処理ガスを金属ガス管１４０を通して、チャンバ１０２内のガス排出口１４２を有するガス分布装置３２へと送る。
使用済みの処理ガス及び副生成物はガス排気口１４４を通してチャンバ１０２から排気される。排気口１４４は使用済み処理ガスを受け取り、使用済みガスを排気導管１４８へと送る１つ以上の排気ポート１４６を含み、排気導管１４８内にはチャンバ１０２内のガス圧を制御するための絞り弁１４９が在る。排気導管は１つ以上の排気ポンプ１５２にガスを供給する。排気ポンプ１５２はポンピング弁（図示せず）を介して真空供給源１５４と流体的に連通している。（図示されるように）排気ポンプ１５２はチャンバ１０２に連結された別の個体であることも考えられる。ガスパージ又は真空処理において、ポンピング弁は、単一の真空供給源１５４を用いて排ガスを迅速に除去しながら、真空供給源をポート１４６へと半導体処理に望ましい圧力で連結している。
同軸スタブ１５５がチャンバ１０２の天井部１１１に取り付けられ、かつ流体的に接続されている。スタブ１５５は内側円筒形状導体１６０と外側同心円筒形状導体１６５を含む。好ましくは相対誘電率が１である絶縁体１６７が内側及び外側導体１６０、１６５間の空間を充填している。内側及び外側導体１６０、１６５はニッケルコーティングされたアルミニウムから形成されている。一実施形態において、外側導体１６５の直径は約４．３インチであり、内側導体１６０の直径は約１．５インチである。スタブ１５５の特性インピーダンスは内側及び外側導体１６０、１６５の半径と絶縁体１６７の誘電率により決定される。この実施形態において、スタブ１５５の特性インピーダンスは６５Ωである。より一般的には、スタブ１５５の特性インピーダンスは電源出力インピーダンスを約２０〜４０％、好ましくは約３０％上回る。スタブ１５５の軸長は約２９インチであり、好ましいＶＨＦ電源電力周波数２１０ＭＨｚから若干ずれながらも概して整合する２２０ＭＨｚ付近での共振を得るために、約２２０ＭＨｚで１／４波長を有する。
ＲＦ発生装置１２２からスタブ１５５へとＲＦ電力を印加するために、スタブ１５５の軸長に沿った特定の位置にはタップ１７０が設置されている。発生装置１２２のＲＦ電力端子１７２及びＲＦ戻り端子１７４がスタブ１５５上のタップ１７０で内側及び外側同心スタブ導体１６０、１６５にそれぞれ接続されている。これらの接続は典型的には約５０Ωである発生装置１２２の出力インピーダンスと整合する特性インピーダンスを有する発生装置・スタブ間同軸ケーブル１７６によりなされる。スタブ１５５の遠端の終端導体１７８は内側及び外側導体１６０、１６５を短絡するため、スタブ１５５はその遠端で短絡される。スタブ１５５の短絡していない側の端部であるスタブの近端で、外側導体１６５を環状導電性筐体又は支持体１７５を介してチャンバ本体部へと接続し、その一方で内側導体１６０を導電性円筒体又は支持体１７９を介して電極１２５の中心へと接続する。一実施形態においてはその厚さが約１．３インチ、誘電率が９である誘電性リング１８０が導電性円筒体１７９と電極１２５との間に保持され、これらを隔てている。
内側導体１６０は処理ガス及び冷却剤用の導管１６２となる。この構成の主要な利点は、典型的なプラズマ反応装置と異なり、ガス管１４０及び冷却剤管１８２が大きな電位差を越えないことである。従って、こういったことを目的として、ガス管１４０及び冷却剤管１８２は金属で、より安価、より信頼性の高い材料から構成してもよい。金属ガス管１４０は高架電極１２５内又はそれに隣接したガス吸気口１４２にガスを供給し、金属冷却剤管１８２は高架電極１２５内の冷却路又はジャケット１８４に冷却剤を供給する。
処理ガスは、エネルギーをチャンバ１０２内の処理ガスに結合するガス・エネルギー印加装置１８８によりエネルギー印加され、基板１７を処理する。ガス・エネルギー印加装置１８８は天井部１１１に隣接したアンテナ１９０を備える。アンテナ１９０はＲＦコイル１９２から構成してもよく、コイルは整合回路（図示せず）を介して電源ＲＦ電力発生装置１９４へと結合され、ＲＦエネルギーをチャンバ１０２へと誘導結合している。
ガス・エネルギー印加装置１８８は基板支持体１１４内に配置された電極と、基板支持体１０５の受面１１６から離間された高架電極１２５も備える。基板支持体１０５内の電極１１４及び高架電極１２５は共にそれぞれバイアスＲＦ電力発生装置１２２と１１８へとインピーダンス整合回路（図示せず）と絶縁コンデンサ（図示せず）を介して結合されている。誘電性天井部を構成している高架電極１２５は天井部１１１上方のアンテナ１９０により伝達されたＲＦ誘導電界に低インピーダンスを付与する誘導電界伝達ウィンドウとして機能する。利用可能な適切な誘電体には酸化アルミニウム又は二酸化ケイ素が含まれる。電極１１４、１２５はＲＦバイアス電圧を供給するためのＡＣ電圧供給源を含む電極電圧供給源（図示せず）により互いに電気的にバイアスされている。ＲＦバイアス電圧は約５０ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの周波数を含んでいてもよく、ＲＦバイアス電流の電力レベルは典型的には約５０〜約３０００ワットである。
装置１００は、チャンバ１０２内で行われている処理を監視するよう適合された処理モニタ（図示せず）を更に備えていてもよい。処理モニタは干渉計又はプラズマ発光分析装置であってもよい。プラズマ発光分析装置は典型的には処理区域内のプラズマからの放射光を受け止め、発光スペクトルの特定の波長での強度を分析して処理の終点を求める。干渉計は基板１７の表面層で干渉的に反射した光等の放射線を検出し、層の処理終点を求める。反射した放射線は放射線源又はチャンバ１０２内のプラズマからのものであってもよい。一実施形態において、処理モニタは放射線ビームを基板１７に指向する放射線源を備える。入射放射線ビームは基板１７で反射し、反射ビームとなり、放射線検出装置は反射ビームを受け取り、処理又は基板１７の性質を求める。放射線は赤外線、可視光線又は紫外線等の光であってもよい。
チャンバ１０２は制御装置２００により操作してもよく、制御装置はハードウェアインターフェースを介して命令を送り、チャンバコンポーネント、例えば基板支持体１０５、ガス分布装置１３２、ガス・エネルギー印加装置１８８及びガス排気口１４４を操作するコンピュータを備える。チャンバ１０２内の異なる検出装置により測定された処理状態及びパラメータはガス流量制御弁、圧力モニタ（図示せず）、絞り弁１４９等の制御装置及びその他のこういった装置によりフィードバック信号として送られ、制御装置２００に電気信号として伝送される。本発明の説明を簡略化するために制御装置２００を例示的に単一制御装置として図示したが、当然ながら制御装置２００は互いに接続された複数の制御装置であっても、或いはチャンバ１０２の異なるコンポーネントに接続された複数の制御装置であってもよい。従って、本発明は本願に記載の図示及び例示的な実施形態に限定されるべきではない。
制御装置２００はチャンバ１０２及びその周辺コンポーネントを作動させるのに適切な集積回路を備える電気回路を含む電子ハードウェアを備える。通常、制御装置２００はデータ入力を受理し、アルゴリズムを実行し、有用な出力信号を生成し、検出装置及びその他のチャンバコンポーネントからのデータ信号を検出し、チャンバ１０２内の処理状況を監視又は制御するように適合されている。例えば、制御装置２００は（ｉ）例えばインテル社製の慣用のマイクロプロセッサ等の、例えばＣＤ又はフロッピー（商標名）ドライブ等のリムーバブル記憶媒体、例えばハードドライブ又はＲＯＭ及びＲＡＭ等のノンリムーバブル記憶媒体を含むメモリに連結された中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、（ｉｉ）チャンバ１０２からのデータ及びその他の情報の検索、又は特定のチャンバコンポーネントの操作等の特定のタスク用に設計及び事前プログラムされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び（ｉｉｉ）特定の信号処理タスクに使用する、例えばアナログ及びデジタル入力及び出力ボード、通信インターフェースボード及びモータ制御ボードを含むインターフェースボードを備えるコンピュータを備えてもよい。制御装置インターフェースボードは、例えば、処理モニタからの信号を処理し、データ信号をＣＰＵに送信する。コンピュータは例えばコプロセッサ、クロック回路、キャッシュ、電源及びその他のＣＰＵと通信する周知のコンポーネントを含むサポート回路も有する。ＲＡＭを用いて、プロセス実行中、本発明のソフトウェアの実装を保存可能である。本発明の命令コードセットは典型的には記憶媒体に保存され、ＣＰＵによって実行される際にＲＡＭでの一時的な保存のために呼び出される。オペレータと制御装置２００との間のユーザーインターフェースは、例えば、ディスプレイ（図示せず）及びキーボードやライトペン等のデータ入力装置２０４を介したものである。特定のスクリーン又は機能を選択するために、オペレータはデータ入力装置２０４を用いて選択物を入力し、ディスプレイ上で選択物を確認することが可能である。
制御装置２００により受理及び評価されたデータは工場製造工程自動化ホストコンピュータ（図示せず）に送信してもよい。工場製造工程自動化ホストコンピュータは数種のシステム、プラットフォーム又はチャンバからの、基板１７のバッチについての又は長期間に亘ってのデータを評価し、（ｉ）基板１７で実行された処理、（ｉｉ）単一の基板１７内での、統計学的な関係において異なり得る特性、又は（ｉｉｉ）基板１７のバッチ全体での、統計学的な関係において異なり得る特性の統計学的処理制御パラメータを特定するホストソフトウェアプログラムを備える。ホストソフトウェアプログラムをデータを継続中のインシチュのプロセス評価又はその他の処理パラメータの制御に用いてもよい。適切なホストソフトウェアプログラムには上記記載のアプライドマテリアル社から入手可能なワークストリーム（ＷＯＲＫＳＴＲＥＡＭ、商標名）ソフトウェアプログラムが含まれる。工場製造工程自動化ホストコンピュータは命令信号を送ることで（ｉ）例えば基板の特性が不十分又は統計学的に定められた値範囲内にない場合、或いは処理パラメータが許容範囲から逸脱した場合にエッチングシーケンスから特定の基板１７を除去する、（ｉｉ）特定のチャンバ１０２内で処理を終了する、又は（ｉｉｉ）基板１７又は処理パラメータの特性が不適切だと判定した時点で処理条件を調整するよう更に適合させてもよい。また、工場製造工程自動化ホストコンピュータは、ホストソフトウェアプログラムによるデータ評価に応答して、基板１７のエッチングの開始又は終了時に命令信号を送ってもよい。
一実施形態において、制御装置２００はコンピュータ可読性であり、例えばノンリムーバブル記憶媒体又はリムーバブル記憶媒体上のメモリに保存し得るコンピュータプログラム２０６を備える。コンピュータプログラム２０６は、通常、チャンバ及びそのコンポーネントを作動させるための命令を含むプログラムコード含む処理制御ソフトウェア、チャンバ１０２内で実行されている処理を監視するための処理監視ソフトウェア、安全システムソフトウェア及びその他の制御ソフトウェアを備える。コンピュータプログラム２０６は例えばアセンブリ言語、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン等のいずれの慣用のプログラム言語で書いてもよい。適切なプログラムコードは単一ファイル又は複数のファイルに慣用のテキストエディタを用いて入力され、メモリのコンピュータ使用可能媒体に保存又は統合される。入力したコードテキストが高水準言語で書かれている場合、コードはコンパイルされ、次に得られたコンパイラコードを事前にコンパイルしたライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクさせる。リンクさせたコンパイル済みオブジェクトコードを実行するために、ユーザはオブジェクトを呼び出し、ＣＰＵにコードの読解と実行を行わせ、プログラムにおいて識別されたタスクを行う。
本発明によるコンピュータプログラム２０６の特定の実施形態の階層的制御構造の説明ブロック図を図６に示す。データ入力装置２０４を用い、例えば、ユーザはプロセスセレクタ２１０により生成されたディスプレイ上のメニュー又はスクリーンに応答してプロセスセットをコンピュータプログラム２０６に入力する。コンピュータプログラム２０６には、チャンバ処理を監視するための命令セットのみならず、基板搬送機構（図示せず）、基板支持体１０５、ガス分布装置１３２、ガス排気口１４４、ガス・エネルギー印加装置１８８、及び特定の処理に関係したその他のコンポーネントを制御するための命令セットが含まれる。プロセスセットは特定の処理を実行するのに必要な、所定のグループの処理パラメータである。処理パラメータは処理条件であり、基板位置、ガス組成、ガス流量、温度、圧力、及びＲＦ又はマイクロ波電力レベル等のガス・エネルギー印加装置設定を含むが、これらに制限されない。
プロセスシーケンサ２１２はコンピュータプログラム２０６又はプロセスセレクタ２１０から処理パラメータセットを受け取り、その動作を制御する命令セットを含む。プロセスシーケンサ２１２がチャンバ１０２における複数のタスクを制御するチャンバマネージャ２１８へと特定の処理パラメータを送ることで、プロセスセットの実行が開始される。チャンバマネージャ２１８は例えば基板位置決め命令セット２２２、ガス流制御命令セット２２６及びガス圧制御命令セット２２８を含むガス分布装置命令セット２２３、温度制御命令セット２３０、ガス・エネルギー印加装置制御命令セット２３４、ガス排気口制御命令セット２３８及び処理監視命令セット２４０等の命令セットを含んでいてもよい。
基板位置決め命令セット２２２は、例えば、基板１７の支持体１０５でのそのローディングとアンローディングに使用する基板搬送機構１０４を制御するためのコードを含む基板搬送機構命令セットを含む。基板位置決め命令セット２２２は、支持体１０５をチャンバ１０２内の所望の高さにまで昇降し、基板１７を基板支持体１０５の受面から基板支持体１０５の受面１１６上方のある高さの位置まで昇降させ、同様に基板１７を再度降下させて支持体１０５の基板受面１１６に接触させる又は載置するためのコードを含む基板支持体命令セットを更に含む。
ガス分布装置命令セット２２３は、絞り弁の位置を調整することでチャンバ１０２内の圧力を制御するためのプログラムコードを含むガス圧制御命令セット２２８を含む。例えば、絞り弁の位置は絞り弁の開閉程度により調整される。ガス分布命令セット２２３は、処理ガスの異なる成分の流量を制御するためのコードを含むガス流制御命令セット２２６を更に含む。例えば、ガス流制御命令セット２２６はガス流制御弁の開口サイズを調整することで所望のガス流量を得て、管１７０を通ってチャンバ１０２内へとガス排出口へと進む処理を作り出す。一実施形態において、ガス流制御命令セット２２６は処理ガス流量を約１００〜約５００ｓｃｃｍに設定するためのプログラムコードを含む。一実施形態において、ガス分布装置命令セット２２３は二酸化炭素ガスを含む処理ガスをチャンバ１０２内へと導入するためのコードを含む。一実施形態において、ガス分布装置命令セット２２３は二酸化炭素と、一酸化炭素、二原子酸素、二原子窒素、二原子水素及び二酸化水素の１つ以上を含む処理ガスを導入するようガス分布装置１３２を作動させるためのプログラムコードを含む。
温度制御命令セット２３０はエッチング中、例えばガス入り電球又は基板支持体１０５内の抵抗ヒータにより基板支持体１０５の温度を制御するためのコードを含む。温度制御命令セット２３０は、側壁１０６又は天井部１１１の温度等のチャンバ１０２の壁部の温度を制御するためのコードを更に含んでいてもよい。
ガス・エネルギー印加装置制御命令セット２３４は、電源電圧をアンテナ１９０に印加するためのコードを含む。これらの命令セットは、ガス・エネルギー印加装置１８８を作動させて基板支持体１０５に埋設された電極１１４と高架電極１２５の双方に少なくとも約１０ＭＨｚの第１周波数を有する第１バイアス電圧と約４ＭＨｚ未満の周波数を有する第２バイアス電圧を印加するためのコード行数を更に含む。第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比は、フィーチャ１５の高さの少なくとも約１０％である、レジスト下のエッチング済み誘電体フィーチャの縁部ファセット高さを得るに十分である。一実施形態において、命令には、ガス・エネルギー印加装置１８８が第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比を少なくとも約１：９と設定するようにと作動させるためのプログラムコードが含まれる。一実施形態において、プログラムコードは第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比を約１１：１未満、かつレジスト下のエッチング済み誘電体フィーチャ１５の縁部ファセット高さ１９が誘電体フィーチャ１９の高さの少なくとも約３０％となるに十分な低さに設定するようガス・エネルギー印加装置１８８を作動させる命令を含む。一実施形態において、プログラムコードは第１バイアス電圧を電力レベル約５０〜約１０００に、かつ第２バイアス電圧を電力レベル約５０〜約１０００に設定するようガス・エネルギー印加装置１８８を作動させる命令セットを含む。一実施形態において、プログラムコードは第１周波数を約１３．６ＭＨｚ、第２周波数を約２ＭＨｚに設定するようガス・エネルギー印加装置１８８を作動させる命令セットを含む。
ガス排気口制御命令セット２３８は、排気口１４４を作動させて使用済み処理ガスをチャンバ１０２から排気するためのコードを含む。
処理監視命令セット２４０はチャンバ１０２内の処理を監視するためのプログラムコードを含んでいてもよい。例えば、処理監視命令セットは基板１７から反射した放射線又はエネルギー印加されたガスからの放射光の検出波長強度に関連して生成した信号を分析するためのプログラムコードを含んでいてもよい。処理監視命令セットは信号において検出された最低値及び最高値の数を数えることで波長の強度の信号トレースを分析し、測定した反射光ビームにおける干渉縞と、それにより導き出される基板１７上の層の厚さを求めるためのプログラムコードを含む。処理監視命令セット２４０は信号を分析し、信号波形の一部を保存してある特性波形又はその他の代表的なパターンと比較し、エッチング終点を示す特有のフィーチャを検出するためのプログラムコードも含んでいてもよい。
一連のタスクを実行するための個別の命令セットとして記載したが、当然ながらこれらの命令セットをそれぞれ互いに統合する、又はあるプログラムコードセットのタスクを別のプログラムコードセットと統合することで所望のセットのタスクを実行することが可能である。従って、本願に記載の制御装置２００及びコンピュータプログラム２０６は本願に記載の機能ルーチンの特定の実施形態に限定されるべきではなく、又、同等の機能セットを実行するその他のルーチンセット又はマージプログラムコードもまた本発明の範囲内に含まれる。また、制御装置２００をチャンバ１０２の一実施形態と関連させて説明したが、その他のチャンバと互換性であってもよい。
本発明をその特定の好ましい実施形態に関して極めて詳細に記載したが、その他の実施形態も可能である。例えば、本発明は本願で具体的に記載したもの以外のエッチングガスでも使用可能であり、記載したもの以外の半導体及び誘電体のエッチングにも使用可能である。処理チャンバ１０２は、当業者に明白であるように、その他の同等の構成も含んでいてもよい。更に、当然ながら、多様なタイプの基板処理チャンバを使用し得ることから、上述したような装置１００はイネーブラ（ＥＮＡＢＬＥＲ、商標名）チャンバに限定されない。従って、特許請求の範囲は本願に含まれる好ましい実施形態の記載に制限されるべきではない。
本発明のこれらの構成、態様、利点は本発明の例示的な構成を説明する説明、特許請求の範囲及び添付図面と関連してより良く理解される。しかしながら、各構成は特定の図面のみとの関連だけでなく本発明全般で使用可能であり、本発明はこれらの構成のいずれの組合せも含む。
複数の層及び所定の縁部ファセット高さを有するフィーチャを有する基板の側部断面概略図である。
〜
（ｉ）エッチング済み誘電体フィーチャを覆う残存レジストと（ｉｉ）残存レジストを二酸化炭素を含むエネルギーを印加した処理ガスで除去した後のフィーチャを示す基板断面の走査型電子顕微鏡写真である。
〜
（ｉ）総バイアス電力２００ワット及び（ｉｉ）総バイアス電力５００ワットで得られた垂直ファセットの量を示す基板断面の走査型電子顕微鏡写真である。
〜
（ｉ）１０ｍＴ、（ｉｉ）２０ｍＴ及び（ｉｉｉ）４０ｍＴでエネルギー印加した処理ガスを操作した場合に得られた垂直ファセットの量を示す基板断面の走査型電子顕微鏡写真である。
アンテナ、第１及び第２処理電極を有する基板処理チャンバの断面図である。
図５の処理チャンバの操作及びその内部で行う処理の監視に適したコンピュータプログラムの構造の説明ブロック図である。
Claims (14)
- 誘電体フィーチャの縁部ファセット高さを制御しながら基板上の誘電体フィーチャを覆うレジスト層を除去するための基板処理方法であり、アンテナと第１及び第２処理電極を備える基板処理チャンバ内で行うこの方法が
（ａ）誘電体フィーチャを覆うレジスト層を有する基板をチャンバ内に配置し、
（ｂ）その下の誘電体フィーチャの縁部ファセット高さを制御しながらレジスト層を除去することを含み、（ｂ）は
（ｉ）ＣＯ２を含む処理ガスをチャンバ内に導入し、
（ｉｉ）処理ガスにエネルギーを印加することで行われ、（ｉｉ）は
（１）電源電圧をアンテナに印加し、
（２）第１及び第２処理電極に少なくとも１０ＭＨｚの第１周波数を有する第１バイアス電圧と、４ＭＨｚ未満の第２周波数を有する第２バイアス電圧を印加することで行われ、ここで第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比が１／９以上であり、エネルギー印加されたガスにより誘電体フィーチャの縁部ファセット高さが誘電体フィーチャの高さの少なくとも１０％となり、この方法が更に
（ｃ）チャンバから処理ガスを排気することを含む基板処理方法。 - 第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比が１１未満である請求項１記載の方法。
- 第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比が１１未満であり、エネルギー印加されたガスにより誘電体フィーチャの縁部ファセット高さが誘電体フィーチャの高さの少なくとも３０％となる請求項１記載の方法。
- 第１又は第２バイアス電圧の少なくとも１つを電力レベル５０〜１０００ワットで印加する請求項１記載の方法。
- 第１バイアス周波数が１３．６ＭＨｚであり、第２バイアス周波数が２ＭＨｚである請求項１記載の方法。
- 電源周波数が４０〜２００ＭＨｚであり、第１バイアス周波数が４〜２０ＭＨｚであり、第２バイアス周波数が１〜４ＭＨｚである請求項１記載の方法。
- 処理ガスがＣＯ、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２又はＨ２Ｏの少なくとも１つを更に含む請求項１記載の方法。
- 処理ガスにおけるＣＯ２の比率が少なくとも１０％である請求項７記載の方法。
- 処理ガスを３００ｍＴ未満の圧力で維持する請求項１記載の方法。
- 基板処理装置であり、
（ａ）処理チャンバを備え、処理チャンバが
（１）誘電体フィーチャを覆うレジスト層を備える基板を受ける基板受面を備える基板支持体と、
（２）チャンバ内で処理ガスを分散させるガス分布装置と、
（３）（ｉ）チャンバ付近のアンテナと、（ｉｉ）チャンバ内の第１及び第２処理電極を備える、処理ガスにエネルギーを印加するためのガス・エネルギー印加装置と、
（４）ガス排気口を備え、基板処理装置は
（ｂ）処理チャンバ、ガス分布装置、ガス・エネルギー印加装置、ガス排気口に連動的に連結された制御装置を備え、制御装置が
（ｉ）チャンバ内にＣＯ２を含む処理ガスを導入するようガス分布装置を作動させ、
（ｉｉ）処理ガスにエネルギーを印加するようガス・エネルギー印加装置を作動させるためのプログラムコードを含み、プログラムコードは、
（１）アンテナに電源電圧を印加するよう作動させるための命令を含み、
（２）チャンバ内の第１及び第２処理電極に少なくとも１０ＭＨｚの第１周波数を有する第１バイアス電圧と、４ＭＨｚ未満の第２周波数を有する第２バイアス電圧を印加するようガス・エネルギー印加装置を作動させるための命令を含み、ここで第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比が１／９以上であり、エネルギー印加されたガスによりレジスト下の誘電体フィーチャの縁部ファセット高さが誘電体フィーチャの高さの１０％となり、制御装置が更に
（ｉｉｉ）チャンバから処理ガスを排気するようガス排気口を作動させるためのプログラムコードを含む基板処理装置。 - プログラムコードが、ガス・エネルギー印加装置が第１バイアス電圧の第２バイアス電圧に対する電力レベル比を１１未満と設定するよう作動させるための命令を含む請求項１０記載の装置。
- プログラムコードが、ガス・エネルギー印加装置が第１及び第２バイアス電圧の少なくとも１つの電力レベルを５０〜１０００ワットに設定するよう作動させるための命令を含む請求項１０記載の装置。
- プログラムコードが、ガス・エネルギー印加装置が第１周波数を１３．６ＭＨｚ、第２周波数を２ＭＨｚに設定するよう作動させるための命令を含む請求項１０記載の装置。
- プログラムコードが、ガス分布装置がＣＯ、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２及びＨ２Ｏの１つ以上を含む処理ガスを供給するよう作動させるための命令を含む請求項１０記載の装置。
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