JP7419342B2 - トリムプロセスに対する限界寸法の変化の改善をもたらすチャンバおよびプロセスの補償 - Google Patents

トリムプロセスに対する限界寸法の変化の改善をもたらすチャンバおよびプロセスの補償 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月２日に出願された米国特許出願１６／０５３，０２２号の優先権を主張し、上記出願の全開示を参照により本願に組み込む。
本開示は、原子層堆積基板処理チャンバでの二重パターン形成プロセスに関する。
本明細書に記載する背景技術の説明は、本開示の背景を全般的に紹介することを目的としている。この背景技術の段落に記載されている範囲で本出願に明記されている発明者らの作業のほか、出願時に先行技術とみなしてはならない説明文の態様は、明示的にも黙示的にも本開示に対する先行技術としては認められない。
半導体ウエハなどの基板を処理するために基板処理システムを用いてよい。基板処理の例として、エッチング、堆積、フォトレジスト除去などがある。処理過程では、基板は静電チャックなどの基板支持体上に配置され、処理チャンバ内には１種類以上の処理ガスが注入されてよい。
１種類以上の処理ガスは、ガス送達システムを介して処理チャンバに送達されてよい。いくつかのシステムでは、ガス送達システムは、１つ以上の導管を介して処理チャンバ内に位置しているシャワーヘッドに接続しているマニホールドを備えている。いくつかの例では、本プロセスでは、原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて基板に薄膜を堆積させる。
コントローラは、蓄積値とそれぞれの調整係数とを関連付けるデータを保存するメモリを含む。蓄積値は、基板上にエッチングおよび堆積を実施するように構成されている処理チャンバ内の面にある材料の蓄積に対応し、それぞれの調整係数は、パターン形成プロセスのエッチング工程を実施する間に処理チャンバに供給される高周波（ＲＦ）電力の制御パラメータの調整に対応する。蓄積計算モジュールは、材料の蓄積量を示す第１の蓄積値を計算するように構成されている。ＲＦ電力制御モジュールは、第１の蓄積値を受信し、エッチング工程で供給される設定点電力とエッチング工程の継続時間の少なくとも一方を受信し、メモリから保存されたデータを回収し、第１の蓄積値、設定点電力とエッチング工程の継続時間の少なくとも一方、および保存されたデータに基づいて制御パラメータを調整し、調整した制御パラメータに従ってエッチング工程で処理チャンバに供給されるＲＦ電力を制御するように構成されている。
他の特徴として、制御パラメータは、ＲＦ電力の大きさであり、ＲＦ電力制御モジュールは、保存されたデータを用いて第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出し、第１の調整係数に従ってＲＦ電力の大きさを調整するように構成されている。保存されたデータは、蓄積値とそれぞれの調整係数とを関連付ける多項式である。第１の調整係数は、蓄積を補償するために必要なＲＦ電力の大きさの設定点電力に対する比率である。ＲＦ電力制御モジュールは、設定点電力に第１の調整係数を乗じて制御パラメータを調整するように構成されている。
他の特徴として、蓄積計算モジュールは、処理チャンバ内で実施されるエッチング工程数、処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程のサイクル数、処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程との合計継続時間、処理チャンバ内で処理される基板数のうちの少なくとも１つに基づいて、第１の蓄積値を計算するように構成されている。
他の特徴として、制御パラメータは、エッチング工程の継続時間であり、ＲＦ電力制御モジュールは、保存されたデータを用いて第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出し、第１の調整係数に従ってエッチング工程の継続時間を調整するように構成されている。第１の調整係数は、蓄積を補償するために、エッチング工程の継続時間を増加させる量に対応する。ＲＦ電力制御モジュールは、エッチング工程の継続時間に第１の調整係数を乗じて制御パラメータを調整するように構成されている。エッチング工程はトリム工程である。システムはコントローラを備え、コントローラはさらに、トリム工程に続いて処理チャンバ内でスペーサ層堆積工程を実施するように構成されている。
方法は、蓄積値とそれぞれの調整係数とを関連付けるデータを保存することを含む。蓄積値は、基板上にエッチングおよび堆積を実施するように構成されている処理チャンバ内の面にある材料の蓄積に対応し、それぞれの調整係数は、パターン形成プロセスのエッチング工程を実施する間に処理チャンバに供給される高周波（ＲＦ）電力の制御パラメータの調整に対応するものである。本方法はさらに、材料の蓄積量を示す第１の蓄積値を計算し、エッチング工程で供給される設定点電力とエッチング工程の継続時間の少なくとも一方を受信し、第１の蓄積値、設定点電力とエッチング工程の継続時間の少なくとも一方、および保存されたデータに基づいて制御パラメータを調整することと、調整した制御パラメータに従ってエッチング工程で処理チャンバに供給されるＲＦ電力を制御することを含む。
他の特徴として、制御パラメータは、ＲＦ電力の大きさであり、本方法はさらに、保存されたデータを用いて第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出することと、第１の調整係数に従ってＲＦ電力の大きさを調整することとを含む。保存されたデータは、蓄積値とそれぞれの調整係数とを関連付ける多項式である。第１の調整係数は、蓄積を補償するために必要なＲＦ電力の大きさの設定点電力に対する比率である。本方法はさらに、設定点電力に第１の調整係数を乗じて制御パラメータを調整することを含む。
他の特徴として、本方法はさらに、処理チャンバ内で実施されるエッチング工程数、処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程のサイクル数、処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程との合計継続時間、処理チャンバ内で処理される基板数のうちの少なくとも１つに基づいて、第１の蓄積値を計算することを含む。
他の特徴として、制御パラメータは、エッチング工程の継続時間であり、本方法はさらに、保存されたデータを用いて第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出することと、第１の調整係数に従ってエッチング工程の継続時間を調整することとを含む。第１の調整係数は、蓄積を補償するために、エッチング工程の継続時間を増加させる量に対応する。エッチング工程はトリム工程であり、本方法はさらに、トリム工程に続いて処理チャンバ内でスペーサ層堆積工程を実施することを含む。
本開示のさらに他の適用可能領域は、詳細な説明、特許請求の範囲および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および具体的な例は、単なる例示を目的としており、本開示の範囲を限定する意図はない。
本開示は、詳細な説明および添付の図面から完全に理解されるであろう。
本開示による基板処理システムの一例の機能ブロック図である。
本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。 本開示による二重パターン形成原子層堆積プロセスの一例を示す図である。
本開示による自己整合二重パターン形成プロセスのトリム工程の一例を示す図である。 本開示による自己整合二重パターン形成プロセスのトリム工程の一例を示す図である。 本開示による自己整合二重パターン形成プロセスのトリム工程の一例を示す図である。 本開示による自己整合二重パターン形成プロセスのトリム工程の一例を示す図である。
本開示による、処理チャンバ内に蓄積する材料が増すにつれてエッチング量が減少する一例を示す図である。
本開示による、エッチング量に対する高周波（ＲＦ）電力の一例を示す図である。
本開示による、処理チャンバ内の蓄積が増すにつれてのエッチング量および有効電力の変化の例を示す表である。
本開示による、様々な蓄積値で計算した電力調整係数のプロットの一例を示す図である。
本開示による、トリム工程でのウエハ間（ＷｔＷ）のばらつきを最少にするために処理チャンバ内の蓄積を補償する方法の一例を示す図である。
本開示による、処理チャンバ内の蓄積を補償するように構成されているコントローラの一例を示す図である。
図面では、符号は同様および／または同一の要素を識別するために再度使用されてよい。
原子層堆積（ＡＬＤ）などの膜堆積プロセスでは、堆積される膜の様々な特性は、空間（すなわち水平面のｘｙ座標）の分布にわたって変化する。例えば、基板処理ツールは、膜厚の不均一性（ＮＵ）に関してそれぞれの仕様があってよく、この不均一性は、半導体基板の表面上の所定位置で決めた測定の設定の全範囲、半分の範囲、および／または標準偏差として測定されてよい。いくつかの例では、ＮＵは、例えばＮＵの直接の原因に対処し、かつ／または相殺するＮＵを導入して補償し、既存のＮＵを取り消すことによって低減され得る。他の例では、プロセス内の他の（例えば前または後の）工程で既知の不均一性を補償するために、材料を意図的に堆積させ、かつ／または不均一に除去してよい。
二重パターン形成（ＤＰＴ）ＡＬＤプロセス（例えば、自己整合二重パターン形成プロセス、すなわちＳＡＤＰプロセス）は、リソグラフィ工程、トリム工程、および犠牲スペーサ層堆積工程などだがこれに限定されない工程を含んでいてよい。各工程には、全体的な限界寸法（ＣＤ）のＮＵおよび不均衡に影響を及ぼす関連のＮＵがあってよい。例えば、トリム工程は、ＣＤを小さくするためにリソグラフィ工程とスペーサ層堆積工程との間で実施されてよい。ただし、トリムのＮＵにより、二重パターン形成が不均一になるおそれがあり、これによってＣＤの不均衡が増し、歩留まりが低下する。トリムのＮＵの特徴は、径方向のＮＵおよび方位角のＮＵであり得る。
特定の基板に対するＣＤのＮＵおよび不均衡は、ウエハ内部（ＷｉＷ）のばらつきとして特徴付けられ得る。逆に、異なる基板間におけるＣＤのＮＵおよび不均衡は、ウエハ間（ＷｔＷ）のばらつきとして特徴付けられ得る。ＤＰＴプロセスでは、ＣＤのＮＵおよび不均衡にみられるＷｔＷのばらつきを最少にすることは困難なことがある。例えば、トリム工程および後続のスペーサ堆積工程は、処理の生産高を高めるために同じ処理チャンバで実施されてよい。堆積工程では、材料が処理チャンバ内の面（例えば内壁）に蓄積されることがある。さらに、エッチングの副産物（例えば、トリム工程の副産物）が処理チャンバの面に蓄積することがある。このように処理チャンバ内に材料が蓄積することで処理チャンバの全体的なインピーダンスが変化し、これが今度はエッチング速度に影響を及ぼす。したがって、材料の蓄積およびそれによって生じるチャンバのインピーダンスの変化により、トリム工程のＷｔＷのばらつきが増す。
本開示の原理によるシステムおよび方法は、処理チャンバの内面に材料が蓄積することによって起こる（例えばトリム工程での）ＷｔＷのエッチングのばらつきを低減するように構成されている。例えば、エッチング速度はさらに、処理チャンバ内にプラズマを発生させる電極に供給される高周波（ＲＦ）電力に影響される。したがって、１つの例では、エッチング速度は蓄積が生じることによって低下するため、低下したエッチング速度を補償するためにＲＦ電力の制御パラメータが調整され得る。１つの例では、制御パラメータは、トリム工程で供給されるＲＦ電力の量（すなわち大きさ）である。換言すると、所望のエッチング速度を維持し、処理チャンバのインピーダンスの変化によって起きたばらつきを低減するためにＲＦ電力が調整され得る。別の例では、制御パラメータは、エッチングの継続時間（例えばトリム工程の継続時間）であり、この継続時間は、低下したエッチング速度を補償するために増加されてよい。
次に図１を参照すると、本開示による基板支持体（例えばＡＬＤペデスタル）１０４を含む基板処理システム１００の一例が示されている。基板支持体１０４は、処理チャンバ１０８の中に配置される。処理過程では基板支持体１０４上に基板１１２が配置される。
ガス送達システム１２０は、ガス源１２２－１、１２２－２．．．および１２２－Ｎ（まとめてガス源１２２）を含み、ガス供給源は、バルブ１２４－１、１２４－２．．．および１２４－Ｎ（まとめてバルブ１２４）ならびにマスフローコントローラ１２６－１、１２６－２．．．および１２６－Ｎ（まとめてＭＦＣ１２６）に接続されている。ＭＦＣ１２６は、ガス源１２２からマニホールド１２８へのガスの流れを制御し、ガスはマニホールドで混合される。マニホールド１２８の出力は、任意で設置する圧力調節器１３２を介してマニホールド１３６に供給される。マニホールド１３６からの出力は、マルチインジェクタシャワーヘッド１４０などのガス分配装置に入力される。マニホールド１２８および１３６を示しているが、単一のマニホールドを使用してもよい。本開示の原理によるシャワーヘッド１４０は、以下にさらに詳細に説明するとおり、基板１１２の処理過程で傾斜するように構成されている。
いくつかの例では、抵抗性ヒータ１６０を使用して基板支持体１０４の温度を制御してよい。基板支持体１０４は、冷却チャネル１６４を有していてよい。冷却チャネル１６４へ流体貯蔵部１６８およびポンプ１７０から冷却液が供給される。圧力を測定するために、マニホールド１２８またはマニホールド１３６にはそれぞれ圧力センサ１７２、１７４が配置される。処理チャンバ１０８から反応物を排出し、かつ／または処理チャンバ１０８内の圧力を制御するためにバルブ１７８およびポンプ１８０を使用してよい。
コントローラ１８２は、マルチインジェクタシャワーヘッド１４０から供給される用量を制御する用量コントローラ１８４を備えている。コントローラ１８２は、ガス送達システム１２０からのガス送達も制御する。コントローラ１８２は、バルブ１７８およびポンプ１８０を用いて、処理チャンバの圧力および／または反応物の排出を制御する。コントローラ１８２は、（例えば、基板支持体内のセンサ（図示せず）および／または冷却剤の温度を測定するセンサ（図示せず）からの）温度フィードバックに基づいて、基板支持体１０４および基板１１２の温度を制御する。
いくつかの例では、基板処理システム１００は、同じ処理チャンバ１０８内で基板１１２にエッチングを施すように構成されてよい。例えば、基板処理システム１００は、以下に詳細に説明するとおり、本開示によるトリム工程とスペーサ堆積工程の両方を実施するように構成されてよい。したがって、基板処理システム１００は、（例えば電圧源、電流源などとして）ＲＦ電力を発生させて下方電極（例えば図示したような基板支持体１０４のベースプレート）と上方電極（例えばシャワーヘッド１４０）のいずれか一方に供給するように構成されているＲＦ発生システム１８８を含んでいてよい。単なる例として、ＲＦ発生システム１８８の出力は、本明細書ではＲＦ電圧として説明される。下方電極と上方電極のうちのもう一方の電極は、ＤＣ接地、ＡＣ接地または浮動状態であってよい。単なる例として、ＲＦ発生システム１８８は、処理チャンバ１０８内でプラズマを発生させて基板１１２にエッチングするために、マッチングおよび分配ネットワーク１９６によって供給されるＲＦ電圧を発生させるように構成されているＲＦ発生器１９２を備えていてよい。他の例では、プラズマは、誘導または遠隔により発生してもよい。例示目的で示したように、ＲＦ発生システム１８８は容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムに相当するが、本開示の原理は、その他の適切なシステム、例えば単なる例として、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）システム、ＣＣＰカソードシステム、遠隔マイクロ波プラズマ発生および送達システムなどにも実装されてよい。
本開示によるコントローラ１８２はさらに、処理チャンバ１０８内の面に材料が蓄積することで起こるエッチング速度の変化を補償するために、ＲＦ電力および／またはエッチング工程（例えばトリム工程）の継続時間を調整するように構成されている。
次に、図２Ａ～図２Ｋを参照すると、ＳＡＤＰプロセスの一例が示されている。図２Ａは基板２００を示し、基板の上には例えばハードマスク層２０４が形成される。単なる例として、基板２００は、シリコン（Ｓｉ）基板を含み、ハードマスク層２０４は、シリコン窒化物（Ｓｉ3Ｎ4）で作製されるが、他の材料を使用してもよい。複数のコア層（例えばマンドレル層）２０８、２１２、および２１６は、ハードマスク層２０４の上に堆積される（例えば化学蒸着、すなわちＣＶＤを用いて）。単なる例として、コア層２０８、２１２および２１６は、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）を含んでいてよい。いくつかの例では、コア層２０８、２１２および２１６の高さは、およそ５０～１５０ｎｍ（例えば１００ｎｍ）であってよい。フォトリソグラフィを用いてコア層２１６にパターン形成層（例えばパターン形成されたフォトレジスト層またはマスク）２２０を形成し、パターン形成する。
ハードマスク層２０４、コア層２０８、２１２および２１６を含む基板２００、ならびにマスク２２０は、処理チャンバ（例えばエッチングツールの誘導結合プラズマチャンバ）内に配置される。図２Ｂに示したように、コア層２１６は、（例えば異方性エッチングまたはその他のプロセスを用いて）エッチングされて複数のマンドレル２２４を形成する。マスク２２０は、コア層２１６のエッチング過程でマンドレル２２４に対応するコア層２１６の部分を保護する。マスク２２０がフォトレジストマスクである場合、マスク２２０は、酸素含有プラズマを用いて除去できる。以下に説明するように、マスク２２０がスペーサ層２２８と同様の材料でできている場合、マスク２２０は、マンドレル２２４上に残ってよく、スペーサ層２２８のエッチング過程でエッチングされてよい。
図２Ｃでは、スペーサ層２２８は、基板２００の上方（すなわちコア層２１２およびマンドレル２２４の上）に堆積される。単なる例として、スペーサ層２２８は、酸化物タイプの堆積（四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）、シラン（ＳｉＨ4）、などの前駆体を使用）、窒化物タイプの堆積（分子状窒素、アンモニア（ＮＨ3）などの前駆体を使用）、および／または炭素系の堆積（メタン（ＣＨ4）、フルオロメタン（ＣＨ3Ｆ）などの前駆体を使用）などのＡＬＤを使用して共形に堆積されてよい。
１つの例では、スペーサ層２２８は、Ｏ2がある状態でＳｉＣｌ4前駆体を使用して堆積される。スペーサ層２２８の堆積を実施するための他の例示的なプロセスのパラメータとして、１０℃未満の最低温度から最高１２０℃までの温度変化、２００～１８００Ｗのプラズマ電力、０からおよそ１０００ボルトのバイアス電圧、および２ｍトル～２０００ｍトルのチャンバ圧力がある。
いくつかの例では、スペーサ層２２８を堆積する前にマンドレル２２４にトリム工程を実施してよい。例えばトリム工程では、マンドレル２２４は、マンドレル２２４の幅およびスペーサ層２２８の寸法を調整するようにエッチングされてよい。
図２Ｄでは、スペーサ層２２８は、コア層２１２およびマンドレル２２４の上面からスペーサ層２２８の一部を除去してスペーサ層２２８の側壁部分２３２を残すようにするために、（例えば異方性エッチングプロセスを用いて）エッチングされる。いくつかの例では、図２Ｄに描いたエッチングに続いて画期的な工程を実施してよい（例えばフッ化物含有プラズマ処理）。さらに、スペーサ層２２８の材料に応じて、フッ化物含有プラズマ処理の前に酸素含有プラズマ処理を実施してよい。図２Ｅでは、マンドレル２２４は（例えば異方性エッチングを用いて）除去される。したがって、側壁部分２３２は、基板２００上に形成されたまま残る。
図２Ｆに示したように、コア層２１２は、複数のマンドレル２３６を形成するために（例えば異方性エッチングまたは他のプロセスを用いて）エッチングされる。側壁部分２３２は、コア層２１２のエッチング過程で、マスクとして作用してコア層２１２のうちマンドレル２３６に該当する部分を保護する。側壁部分２３２は、以下に説明するように、追加のプラズマエッチング工程やスペーサ層２４０のエッチング過程などで除去され得る。
図２Ｇでは、スペーサ層２４０は基板２００の上方（すなわちコア層２０８およびマンドレル２３６の上）に堆積される。単なる例として、スペーサ層２４０は、スペーサ層２２８とほぼ同じ方法で、ＡＬＤを用いて共形に堆積されてよい。いくつかの例では、スペーサ層２４０を堆積する前にマンドレル２３６にトリム工程を実施してよい。
図２Ｈでは、スペーサ層２４０は、コア層２０８およびマンドレル２３６の上面からスペーサ層２４０の一部を除去してスペーサ層２４０の側壁部分２４４を残すようにするために、（例えば、異方性エッチングプロセスを用いて）エッチングされる。いくつかの例では、図２Ｈに描いたエッチングに続いて画期的な工程を実施してよい（例えばフッ化物含有プラズマ処理）。さらに、スペーサ層２４０の材料に応じて、フッ化物含有プラズマ処理の前に酸素含有プラズマ処理を実施してよい。図２Ｉでは、マンドレル２３６は（例えば異方性エッチングを用いて）除去される。したがって、側壁部分２４４は、基板２００上に形成されたまま残る。
図２Ｊに示したように、コア層２０８は、複数のマンドレル２４８を形成するために（例えば異方性エッチングまたは他のプロセスを用いて）エッチングされる。側壁部分２４４は、コア層２０８のエッチング過程で、マスクとして作用してコア層２０８のうちマンドレル２４８に該当する部分を保護する。側壁部分２４４は、図２Ｋに示したように、例えば追加のプラズマエッチング工程で除去され得る。
図２Ｋに示したように、ＳＡＤＰプロセスにより、マンドレル２４８は、基板２００上（例えばハードマスク層２０４上）に間隔をあけたパターンに形成される。マンドレル２４８間の間隔は、図２Ｉに示した側壁部分２４４間の間隔に準じて決定され、この側壁部分間の間隔は、図２Ｅに示した側壁部分２３２間の間隔に準じて決定される。マンドレル２３６およびマンドレル２３６の幅は、側壁部分４４間の間隔および側壁部分２３２間の間隔をそれぞれ決定し、よってマンドレル２４８間の間隔を決定する。したがって、トリム工程は、マンドレル２４８間の間隔を均一にするためにマンドレル２３６およびマンドレル２３６に実施されてよい。例えば、マンドレル２３６およびマンドレル２３６のそれぞれの幅は、図２Ｋに示したようにａ＝ｂ＝ｃとなるように均一の間隔を達成するようにトリムされてよい。
次に、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄを参照すると、ＳＡＤＰプロセスのトリム工程の一例が描かれている。簡略化のため、単一のコア層３００およびマンドレル３０４のみを示している。図３Ａでは、マンドレル３０４は、トリム工程の前に示されている（例えば、図２Ｂに示したように、エッチング工程に続いてコア層３００上にマンドレル３０４を形成する）。マンドレル３０４の幅は、限界寸法ＣＤ１に相当する。マンドレル３０４は、マンドレル３０４の幅を調整するために図３Ｂに示したようにトリムされる（例えばエッチングされる）。したがって、マンドレル３０４の限界寸法はＣＤ２に縮小される。図３Ｃでは、コア層３００およびマンドレル３０４の上にスペーサ層３０８が堆積される（例えば前述したようにＡＬＤを用いて共形に堆積される）。
図３Ｄは、１つ以上のエッチング工程を実施してスペーサ層３０８およびマンドレル３０４の部分を除去した後にコア層３００上の残っているスペーサ層３０８の側壁部分３１２を示している。側壁部分３１２間の間のスペース（例えばＳ１、Ｓ２など）は、それぞれマンドレル３０４の幅（例えばＣＤ２）に相当する。したがって、側壁部分３１２のピッチをＳ１＋Ｓ２＋２Ｌと定義してよく、式中Ｌは、ライン幅（すなわち側壁部分３１２のうちの１つの幅に相当する。
様々な形の不均一性は、（例えばＡＬＤ工程で）処理過程で堆積され、（例えばエッチング工程で）除去される材料の量に影響を及ぼす。例えば、図３Ｃに示したようなスペーサ層３０８の堆積および図３Ｂに示したようなトリム工程でのマンドレル３０４のエッチングにより、処理チャンバの面（例えば内壁）に材料を堆積させる。このような堆積材料が蓄積すると、後続のエッチング工程での処理チャンバのインピーダンスおよびエッチング速度が変化し、トリム工程のＷｔＷのばらつきが生じる。図４は、処理チャンバ内に蓄積する材料が増すにつれてエッチング量４００（例えば、所定の継続時間にわたるトリム工程で、単位はオングストローム）が減少する一例を示している。図示したように、蓄積は、処理チャンバが最後に洗浄されたときと比較して、数回のトリム／堆積サイクルで測定される。図５は、エッチング量に対するＲＦ電力５００（例えばトリム工程で供給されるＲＦ電力）のグラフを示している。図示したように、エッチング量は、ＲＦ電力５００が増すにつれて増加している。この例では、増加は全体的に線形である（例えば、図示したように、電力ｙ＝５ｘ-３５であり、式中ｘはエッチング量に相当する）。
次に図６を参照すると、表６００は、蓄積が増すにつれての（例えば所定期間にわたるそれぞれのトリム工程での）エッチング量および有効電力の変化の例を示している。図示したように、蓄積が増すと（例えば９００回のトリム／堆積サイクルから３９００回のトリム／堆積サイクル）、所定期間にわたるトリム工程でのエッチング量は、１５８．６６オングストロームから１５１．９１オングストロームに減少し、有効電力は、７５８．２８ワットから７２４．５７ワットに低下する。したがって、蓄積が増して処理チャンバのインピーダンスが変化するにつれて有効電力は低下する。換言すると、有効電力は、所望の（例えば設定点）電力よりも低い。設定点電力に対する有効電力の比率は、理想の比率である１．００００から０．９５５５に低下する。
本開示によるコントローラ１８２は、蓄積に基づいて設定点電力を上昇させる（例えば、ＲＦ電力を所定のデフォルト設定点から調整後のＲＦ電力に上昇させる）ように構成されている。例えば設定点電力は、電力調整係数に従って調整される。蓄積が少ない（例えば９００未満）の場合、電力調整係数は１．００００である。換言すると、蓄積が少ない場合、設定点電力の調整は必要ではないことがある。それとは対照に、蓄積が増すにつれて、電力調整係数は１．００００から１．０４６５に上がる。例えば、所望の設定点電力が７５８．２８ワットであれば、蓄積が３９００での設定点電力は、１．０４６５×７５８．２８＝７９３．５４００ワットに調整される。蓄積が３９００の場合の設定点電力に対する有効電力の比率で、設定点電力が７９３．５４００の場合の有効電力は、７９３．５４００×０．９５５５、すなわち７５８．２３ワットに相当する。したがって、設定点電力は、有効電力が所望の所定設定点電力で維持されるように、蓄積が増すにつれて電力調整係数に従って上昇する。
図７は、様々な蓄積値で計算した電力調整係数（例えばグラフの点７０４で示したもの）のプロット７００の一例を示している。いくつかの例では、電力調整係数は、曲線７０８と一致していてよく、この曲線は式で表される。１つの例では、曲線７０８は３次多項式で表される。コントローラ１８２は、蓄積、所望の設定点電力（例えばユーザ、プロセスのレシピなどからの入力として受信したもの）、および式に基づいて調整した設定点電力を計算するように構成されている。他の例では、コントローラ１８２は、複数の蓄積値とそれぞれの電力調整係数とを関連付けるデータ（例えばルックアップテーブル）を保存してよい。
次に図８を参照すると、トリム工程でのウエハ間（ＷｔＷ）のばらつきを最少にするために処理チャンバ内の蓄積を補償する方法８００の一例は、８０４から始まる。８０８では、方法８００は、処理チャンバ内での材料の蓄積の増加と（およびそれに伴う処理チャンバのインピーダンスの変化）ある特定のトリム工程でのエッチング量の変化との相関関係を明らかにする。例えば方法８００は、エッチング量の低下（例えば単位はオングストローム）と蓄積の増加との相関関係を示す第１のデータを収集して保存する（例えばトリム／堆積サイクルで測定される場合、１サイクルに相当するのは、処理チャンバが最後に洗浄されたとき以降のトリム工程１つとそれに続くスペーサ層堆積工程１つである）。他の例では、蓄積は、別の方法で測定されてよい（例えば、処理チャンバが最後に洗浄されてから処理チャンバ内で実施されたエッチングの合計継続時間および堆積、処理チャンバが最後に洗浄されてから処理された基板の合計数、処理チャンバが最後に洗浄されてから経過した累計時間など）。単なる例として、収集された第１のデータは、図６に示した蓄積およびエッチング量に相当する。
８１２では、方法８００は、エッチング量とＲＦ電力との相関関係を明らかにする。例えば、方法８００は、トリム工程で供給されるＲＦ電力の変化と、それに伴うエッチング量の変化との相関関係を示す第２のデータを収集して保存する。単なる例として、収集された第２のデータは、図５に示したようなエッチング量に対するＲＦ電力５００のグラフに相当してよい。一般に、ＲＦ電力が上昇するとエッチング量は増加し、ＲＦ電力が低下するとエッチング量は減少する。
８１６では、方法８００は、収集した第１のデータおよび第２のデータを用いて、様々な蓄積値で標的のエッチング量を達成するのに必要なＲＦ電力を計算する。例えば、方法８００は、図６に関して前述したある特定の蓄積値に対して、設定点電力に対する有効電力の比率、および電力調整係数（例えば、蓄積を補償するのに必要なＲＦ電力の設定点電力に対する比率）を計算する。８２０では、方法８００は、電力調整係数を用いて、様々な蓄積値と対応する電力調整係数との相関関係を計算して保存する。例えば、蓄積値と電力調整係数との相関関係は、図７に示したプロット７００、曲線７０８を表している多項式などの式などに相当するものであってよい。単なる例として、コントローラ１８２は式を保存してよい。
８２４では、方法８００は、保存されている蓄積値と電力調整係数との相関関係に従ってトリム工程を実施する。例えば、トリム工程の前に、方法８００（例えばコントローラ１８２）は、蓄積を明らかにし、その蓄積および保存された式に従って電力調整係数を算出し、電力調整係数を用いて所望の設定点電力を調整し、電力調整係数によって調整した設定点電力を用いてトリム工程を実施する。方法８００は８２８で終了する。
次に図９を参照すると、本開示に従って処理チャンバ内の蓄積を補償するように構成されているコントローラ９００の一例が示されている。コントローラ９００は、本開示に従ってトリム工程で供給されるＲＦ電力の量および継続時間を制御するＲＦ電力制御モジュール９０４を含む。例えばＲＦ電力制御モジュール９０４は、ＲＦ発生システム１８８に信号を選択的に提供して、ＲＦ電力のオンおよびオフを選択的に行い、ＲＦ発生システム１８８によって発生した電力の量を調整する。
ＲＦ電力制御モジュール９０４は、所望の設定点電力（例えば、コントローラ９００が実行しているプロセスのレシピに基づくもの、ユーザインターフェース９０８からのものなど）および蓄積値（例えば、前述したように処理チャンバ内の蓄積を明らかにするように構成されている蓄積計算モジュール９１２からのもの）を受信し、メモリ９１６から保存されたデータを回収する。例えば、保存されたデータは、様々な蓄積値と対応する電力調整係数との相関関係を示す式に対応している。ＲＦ電力制御モジュール９０４は、調整後のＲＦ電力を、明らかになった蓄積、設定点電力、および回収データに基づいて計算し、それに応じてＲＦ発生システム１８８を制御する。
別の例では、コントローラ９００は、処理チャンバ内の蓄積によって起きたエッチング速度の低下を補償するためにＲＦ電力量を調整する代わりに、かつ／またはそれに加えて、トリム工程の継続時間を調整するように構成されてよい。特に、トリム工程の継続時間は、エッチング速度の低下を補償するために増加されてよい。例えば、ＲＦ電力制御モジュール９０４は、所望の設定点電力、トリム工程の継続時間、および蓄積値を受信し、様々な蓄積値と対応するトリム工程の継続時間の調整係数との相関関係を示すメモリ９１６から保存されたデータを回収する。プロセスのレシピがトリム工程の継続時間Ｄを示している例では、ＲＦ電力制御モジュール９０４は、調整後の継続時間Ｄadj＝（継続時間調整係数）×Ｄに従って継続時間Ｄを調整するように構成されている。例えば、継続時間調整係数は、前述した電力調整係数の計算とほぼ同じ方法で、様々な蓄積値と対応する継続時間調整係数とを関連付ける式に従って蓄積値に基づいて計算されてよい。
以上の説明は、単に例示的なものであり、本開示、その応用または使用を何ら限定する意図はない。本開示の幅広い教示は、多様な形態で実施できる。したがって、本開示は特定の実施例を含んでいるが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討することでその他の修正が明らかになるため、本開示の実際の範囲がそのように限定されるべきではない。１つの方法の中の１つ以上の工程は、本開示の原理を変更することなく異なる順序で（または同時に）実行されてよいことを理解すべきである。さらに、各々の実施形態を特定の特徴を有するものとして前述したが、本開示のいずれかの実施形態に関して記載したそのような特徴のいずれか１つ以上を、任意の他の実施形態で実施でき、かつ／または任意の他の実施形態の特徴と組み合わせることができ、その組み合わせが明示的に記載されていなくてもよい。換言すると、記載した実施形態は、相互に排除し合うものではなく、１つ以上の実施形態を互いに入れ替えたものも依然として本開示の範囲内である。
要素間（例えば、モジュール間、回路要素間、半導体層間など）の空間的および機能的関係は、「接続され（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「係合され（ｅｎｇａｇｅｄ）」、「結合され（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「隣接する（ａｄｊａｃｅｎｔ）」、「～の隣（ｎｅｘｔ ｔｏ）」、「～の上に（ｏｎ ｔｏｐ ｏｆ）」、「～の上方に（ａｂｏｖｅ）」、「～の下に（ｂｅｌｏｗ）」、および「配置され（ｄｉｓｐｏｓｅｄ）」などの様々な用語を用いて記載されている。「直接」と明示的に記載されていなければ、第１の要素と第２の要素との関係が上記の開示に記載されているとき、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介入要素がない直接の関係であり得るが、第１の要素と第２の要素との間に（空間的または機能的に）１つ以上の介入要素がある間接の関係でもあり得る。本明細書で使用したように、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという句は、非排他的論理ＯＲを使用して、論理の（ＡまたはＢまたはＣ）という意味に解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つと、Ｂの少なくとも１つと、Ｃの少なくとも１つ」という意味に解釈してはならない。
いくつかの実施態様では、コントローラはシステムの一部であり、システムは、上記の実施例の一部としてよい。このようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、処理用の１つまたは複数のプラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板を処理する前、その間、およびその後にシステムの動作を制御する電子機器と一体化していてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてよく、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御してよい。コントローラは、システムの処理要件および／または種類に応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生ツールの設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給の設定、電位および動作の設定、ツールおよびその他の移送ツールの中へまたはそこからのウエハ移送および／または特定のシステムに接続されているか、特定のシステムのインターフェースとなっているロードロックなど、本明細書に開示したいずれかの処理を制御するようにプログラムされてよい。
概して、コントローラは、命令を受け、命令を発し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどを行う、様々な集積回路、論理回路、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器であると定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を保存するファームウェア形態のチップ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と定義されるチップ、および／または１つ以上のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを備えていてよい。プログラム命令は、半導体ウエハ上で、もしくは半導体ウエハ用に、またはシステムに対して、特定の処理を実行する動作パラメータを定義する様々な個別の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラへと伝達される命令としてよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／またはウエハのダイを製造する過程で１つ以上の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されたレシピの一部としてよい。
コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと一体化し、システムと接続している、あるいはシステムとネットワーク接続されている、またはこれらを組み合わせた状態であるコンピュータの一部であってもよいし、このコンピュータに接続していてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」にあってもよいし、あるいはウエハ処理の遠隔アクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全体または一部であってもよい。コンピュータは、製造動作の現在の進捗を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能メトリックを調査し、現在の処理のパラメータを変更し、処理ステップを設定して現在の処理に従い、または新しい処理を始めるために、システムへの遠隔アクセスを可能にしてよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えばサーバ）は、ネットワークを介してシステムに処理レシピを提供でき、このネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてよく、それらのパラメータおよび設定はその後、リモートコンピュータからシステムへ伝達される。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実行される各々の処理工程に対するパラメータを指定するデータ形態の命令を受け取る。パラメータは、実行される処理の種類、およびコントローラがインターフェースするか制御するように構成されているツールの種類に対して固有のものとしてよいと理解すべきである。そのため、前述したように、一緒にネットワーク化され、本明細書に記載した処理および制御などの共通の目的に向かって機能する１つ以上の別個のコントローラを備えることなどによってコントローラを分散してよい。このような目的のために分散したコントローラの例が、（例えばプラットホームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔地に位置する１つ以上の集積回路と通信するチャンバ上にあって、組み合わさってこのチャンバ上の処理を制御する１つ以上の集積回路であろう。
非限定的に、例としてのシステムには、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、析出チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの製造および／または生産に関連するか使用されてよい任意のその他の半導体処理システムがあってよい。
上記のように、ツールによって実行される１つまたは複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、ウエハの容器を、半導体製造工場内のツール位置および／または搭載ポートへ運び、そこから運び出す材料輸送に使用されるツールのうちの１つ以上のツールと通信することがあってよい。

Claims (20)

  1. コントローラであって、
    蓄積値とそれぞれの調整係数とを関連付けるデータを保存するメモリと、前記蓄積値は基板上にエッチングおよび堆積を実施するように構成されている処理チャンバ内の面にある材料の蓄積に対応し、前記それぞれの調整係数はパターン形成プロセスのエッチング工程を実施する間に前記処理チャンバに供給される高周波（ＲＦ）電力の制御パラメータの調整に対応し、
    前記材料の蓄積量を示す第１の蓄積値を計算するように構成されている蓄積計算モジュールと、
    ＲＦ電力制御モジュールであって、
    前記第１の蓄積値を受信し、
    前記エッチング工程で供給される設定点電力と前記エッチング工程の継続時間の少なくとも一方を受信し、
    メモリから前記保存されたデータを回収し、
    前記第１の蓄積値、前記設定点電力と前記エッチング工程の継続時間の少なくとも一方、および前記保存されたデータに基づいて前記制御パラメータを調整し、
    前記調整した制御パラメータに従って前記エッチング工程で前記処理チャンバに供給される前記ＲＦ電力を制御する
    ように構成されているＲＦ電力制御モジュールと
    を備える、コントローラ。
  2. 請求項１に記載のコントローラであって、前記制御パラメータは、前記ＲＦ電力の大きさであり、前記ＲＦ電力制御モジュールは、前記保存されたデータを用いて前記第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出し、前記第１の調整係数に従って前記ＲＦ電力の大きさを調整するように構成されている、コントローラ。
  3. 請求項２に記載のコントローラであって、前記保存されたデータは、前記蓄積値と前記それぞれの調整係数とを関連付ける多項式である、コントローラ。
  4. 請求項２に記載のコントローラであって、前記第１の調整係数は、（ｉ）前記蓄積を補償するために必要なＲＦ電力の大きさの（ｉｉ）前記設定点電力に対する比率である、コントローラ。
  5. 請求項２に記載のコントローラであって、前記ＲＦ電力制御モジュールは、前記設定点電力に前記第１の調整係数を乗じて前記制御パラメータを調整するように構成されている、コントローラ。
  6. 請求項１に記載のコントローラであって、前記蓄積計算モジュールは、前記処理チャンバ内で実施されるエッチング工程数、前記処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程のサイクル数、前記処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程との合計継続時間、前記処理チャンバ内で処理される基板数のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第１の蓄積値を計算するように構成されている、コントローラ。
  7. 請求項１に記載のコントローラであって、前記制御パラメータは、前記エッチング工程の継続時間であり、前記ＲＦ電力制御モジュールは、前記保存されたデータを用いて前記第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出し、前記第１の調整係数に従って前記エッチング工程の継続時間を調整するように構成されている、コントローラ。
  8. 請求項７に記載のコントローラであって、前記第１の調整係数は、前記蓄積を補償するために、前記エッチング工程の継続時間を増加させる量に対応する、コントローラ。
  9. 請求項７に記載のコントローラであって、前記ＲＦ電力制御モジュールは、前記エッチング工程の継続時間に前記第１の調整係数を乗じて前記制御パラメータを調整するように構成されている、コントローラ。
  10. 請求項７に記載のコントローラであって、前記エッチング工程はトリム工程である、コントローラ。
  11. 請求項１０に記載のコントローラを備えているシステムであって、前記コントローラはさらに、前記トリム工程に続いて前記処理チャンバ内でスペーサ層堆積工程を実施するように構成されている、システム。
  12. 蓄積値とそれぞれの調整係数とを関連付けるデータを保存し、前記蓄積値は、基板上にエッチングおよび堆積を実施するように構成されている処理チャンバ内の面にある材料の蓄積に対応し、前記それぞれの調整係数は、パターン形成プロセスのエッチング工程を実施する間に前記処理チャンバに供給される高周波（ＲＦ）電力の制御パラメータの調整に対応し、
    前記材料の蓄積量を示す第１の蓄積値を計算し、
    前記エッチング工程で供給される設定点電力と前記エッチング工程の継続時間の少なくとも一方を受信し、
    前記第１の蓄積値、前記設定点電力と前記エッチング工程の継続時間の少なくとも一方、および前記保存されたデータに基づいて前記制御パラメータを調整し、
    前記調整した制御パラメータに従って前記エッチング工程で前記処理チャンバに供給される前記ＲＦ電力を制御すること
    を備える、方法。
  13. 請求項１２に記載の方法であって、前記制御パラメータは、前記ＲＦ電力の大きさであり、前記方法はさらに、
    前記保存されたデータを用いて前記第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出することと、
    前記第１の調整係数に従って前記ＲＦ電力の大きさを調整することと
    を含む、方法。
  14. 請求項１３に記載の方法であって、前記保存されたデータは、前記蓄積値と前記それぞれの調整係数とを関連付ける多項式である、方法。
  15. 請求項１３に記載の方法であって、前記第１の調整係数は、（ｉ）前記蓄積を補償するために必要なＲＦ電力の大きさの（ｉｉ）前記設定点電力に対する比率である、方法。
  16. 請求項１３に記載の方法であって、前記設定点電力に前記第１の調整係数を乗じて前記制御パラメータを調整することをさらに含む、方法。
  17. 請求項１２に記載の方法であって、前記処理チャンバ内で実施されるエッチング工程数、前記処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程のサイクル数、前記処理チャンバ内で実施されるエッチング工程と堆積工程との合計継続時間、前記処理チャンバ内で処理される基板数のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第１の蓄積値を計算することをさらに含む、方法。
  18. 請求項１２に記載の方法であって、前記制御パラメータは、前記エッチング工程の継続時間であり、前記方法は、
    前記保存されたデータを用いて前記第１の蓄積値に対応する第１の調整係数を算出し、
    前記第１の調整係数に従って前記エッチング工程の継続時間を調整すること
    をさらに備える、方法。
  19. 請求項１８に記載の方法であって、前記第１の調整係数は、前記蓄積を補償するために、前記エッチング工程の継続時間を増加させる量に対応する、方法。
  20. 請求項１８に記載の方法であって、前記エッチング工程はトリム工程であり、前記方法は、前記トリム工程に続いて前記処理チャンバ内でスペーサ層堆積工程を実施することをさらに備える、方法。
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