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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
Strukturelements in einem Substrat unter Verwendung eines Ätzprozesses
und spezieller ein Verfahren zum Korrigieren einer kritischen Abmessung
(CD) eines Musters, das während des Ätzprozesses
auf eine Schicht auf einem Substrat übertragen wird.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
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Während der
Halbleiterverarbeitung kann ein (Trocken-) Plasmaätzprozeß zum Entfernen
oder Ätzen
von Material entlang dünner
Linien oder in Kontaktlöchern
oder Kontakten verwendet werden, die auf ein Siliziumsubstrat aufgebracht
sind. Der Plasmaätzprozeß beinhaltet
im allgemeinen das Positionieren eines Halbleitersubstrats mit einer
darüber
liegenden Schutzschicht, zum Beispiel einer Fotolackmaske, in einer
Verarbeitungskammer. Sobald das Substrat in der Kammer positioniert
ist, wird eine ionisierbare, dissoziative Gasmischung mit einer
festgelegten Durchflußrate
in die Kammer eingeführt, während eine
Vakuumpumpe gedrosselt wird, um einen Umgebungsprozeßdruck zu
erreichen.
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Danach
wird ein Plasma gebildet, wenn ein Teil der Gasarten, die vorhanden
sind, durch Elektronen, die durch die Übertragung von Hochfrequenz-(HF)-Energie,
entweder induktiv oder kapazitiv, oder durch Mikrowellenenergie
unter Verwendung der Elektronenzyklotronresonanz (ECR) aufgeheizt sind,
ionisiert wird. Außerdem
dienen die thermisch angeregten Elektronen zum Dissoziieren einiger
Umgebungsgasarten und zum Erzeugen reaktionsfreudiger Arten, die
sich für
die Ätzchemie
freigelegter Oberflächen
eignen. Sobald das Plasma gebildet ist, werden ausgewählte Flächen des
Substrats durch das Plasma geätzt.
Der Prozeß wird
eingerichtet, um geeignete Bedingungen zu erreichen, einschließlich einer
geeigneten Konzentration von erwünschten Recktanten-
und Innenpopulationen, um verschiedene Strukturelemente (z.B. Gräben, Kontaktlöcher, Kontakte
usw.) in den ausgewählten
Bereichen des Substrats zu ätzen.
Solche Substratmaterialien, bei denen Ätzen erforderlich ist, können neben
anderen Materialien Siliziumdioxid (SiO2),
dielektrische Materialien mit niedrigem k-Wert, polykristallines
Silizium und Siliziumnitrid umfassen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
Strukturelements auf einem Substrat unter Verwendung eines Ätzprozesses.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Korrigieren einer kritischen Abmessung (CD
= critical dimension) eines Musters beschrieben, das während eines Ätzprozesses
auf eine Schicht auf einem Substrat übertragen wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Korrigieren einer kritischen Abmessung (CD)
eines Musters beschrieben, das während
eines Ätzprozesses
auf eine Schicht auf einem Substrat durch Einfügen von einer oder mehreren Zwischenschichten
innerhalb der Schicht, die geätzt wird,
und Korrigieren der CD, wenn der Ätzprozeß eine jede Zwischenschicht
erreicht, übertragen
wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfassen ein Verfahren zum Ätzen
eines Substrats und ein computerlesbares Medium mit Befehlen, mit
denen ein Computersystem verlaßt
wird, einen Ätzprozeß zu steuern,
das Erzeugen einer Schichtenfolge auf dem Substrat, wobei die Schichtenfolge
eine Verbundschicht umfaßt,
welche eine obere Materialschicht, eine Zwischenschicht und eine
untere Materialschicht umfaßt,
und eine Maskenschicht umfaßt, die
auf der Verbundschicht, in der ein Muster ausgebildet ist, liegt.
Das Muster wird auf die Verbundschicht unter Verwendung von einem
oder mehreren Ätzprozessen
folgendermaßen übertragen: Übertragen
des Musters auf die obere Materialschicht der Verbundschicht, bis
die Zwischenschicht erreicht ist, Einstellen bzw. Korrigieren von
mindestens einer kritischen Abmessung (CD) des Musters in der oberen Materialschicht, Übertragen
des eingestellten bzw. korrigierten Musters in der oberen Materialschicht
auf die Zwischenschicht und Übertragen
des eingestellten bzw. korrigierten Musters auf die untere Materialschicht
der Verbundschicht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den begleitenden Zeichnungen gilt folgendes:
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Die 1A und 1B illustrieren
eine schematische Darstellung der Übertragung eines Musters auf
eine Filmschichtenfolge auf einem Substrat.
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1C zeigt
eine Draufsicht auf das Muster, das in den 1A und 1B abgebildet
ist.
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Die 2A bis 2D illustrieren
eine schematische Darstellung der Übertragung eines Musters auf
eine Filmschichtenfolge auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 3A bis 3C illustrieren
eine schematische Darstellung der Übertragung eines Musters auf
eine Filmschichtenfolge auf einem Substrat gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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4 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Plasmaverarbeitungssystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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5 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Plasmaverarbeitungssystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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6 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Plasmaverarbeitungssystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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7 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Plasmaverarbeitungssystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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8 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Plasmaverarbeitungssystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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9 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Plasmaverarbeitungssystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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10 illustriert
eine als Beispiel dienende Filmschichtenfolge gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung.
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11 illustriert
ein Verfahren zur Übertragung
eines Musters auf eine Schicht auf einem Substrat gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG MEHRERER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der folgenden Beschreibung werden spezielle Details für Zwecke
der Erklärung,
und nicht zur Einschränkung,
dargelegt, wie zum Beispiel eine besondere Geometrie des Plasmaverarbeitungssystems
und Beschreibungen verschiedener Prozesse. Es versteht sich jedoch,
daß die
Erfindung in anderen Ausführungsformen
ausgeführt
werden kann, die von diesen speziellen Details abweichen.
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Bei
den Materialverarbeitungsverfahren umfaßt das Strukturätzen das
Auftragen einer dünnen Schicht
von lichtempfindlichem Material, wie zum Beispiel von Fotolack,
auf die Oberseite eines Substrats, die anschließend strukturiert wird, um
eine Maske für
die Übertragung
dieses Musters während
des Ätzens
auf den darunterliegenden Film bereitzustellen. Das Strukturieren
des lichtempfindlichen Materials beinhaltet im allgemeinen die Einwirkung
einer Strahlungsquelle durch ein Zwischennegativ sogenanntes „Reticle" (und zugehörige Optik)
des lichtempfindlichen Materials unter Verwendung zum Beispiel eines
Mikrolithografiesystems, anschließendes Entfernen der bestrahlten
Bereiche des lichtempfindlichen Materials (wie im Fall des positiven
Fotolacks) oder der nicht bestrahlten Bereiche (wie im Fall des negativen
Fotolacks) unter Verwendung eines Entwickler-Lösungsmittels. Außerdem kann
diese Maskenschicht mehrere Schichten umfassen.
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Beispielsweise
illustrieren die 1A bis 1C eine
Filmschichtenfolge 100, wobei ein Muster 135,
das in der Maskenschicht 130 erzeugt wurde, auf eine darunter
liegende Materialschicht 120 auf einem Substrat 110 übertragen
wird. Die Übertragung von
Muster 135 kann unter Verwendung eines Ätzprozesses, wie zum Beispiel
eines Trockenplasma-Ätzprozesses,
ausgeführt
werden. Filmschichtenfolge 100 kann die Übertragung
eines Musters auf die Materialschicht 120 umfassen, die
wiederum als Hartmaske zur Herstellung einer Struktur in Substrat 110 dienen
kann. Die Struktur kann zum Beispiel einen Kondensator mit tiefem
Graben zur Verwendung in DRAM-Speichervorrichtungen in der Elektronikindustrie
umfassen. Wie in der Draufsicht illustriert, die in 1C gezeigt
wird, kann Muster 135 im wesentlichen rechteckig sein,
wenn ein Kondensator mit tiefem Graben erzeugt wird, und kann durch
zwei laterale kritische Abmessungen („critical dimension", CD) gekennzeichnet
sein, nämlich
a und b (wobei sich a entlang einer Nebenachse von Muster 135 und
b sich entlang einer Hauptachse von Muster 135 erstreckt).
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Die
Maskenschicht 130 kann zum Beispiel eine Fotolackschicht
mit einem Muster 135 umfassen, das über einen fotolithografischen
Prozeß erzeugt
wurde. Ferner kann die Maskenschicht 130 zusätzliche
Schichten umfassen, z.B. eine Zweischichten- oder Dreischichtenmaske.
Die Maskenschicht 130 kann zum Beispiel eine weiche Maskenschicht, eine
reflexionsmindernde Beschichtung (ARC) oder eine harte Maskenschicht
oder eine Kombination von zwei oder drei davon umfassen. Wie in 1B gezeigt,
wird das Muster 135 unter Verwendung eines Ätzprozesses
auf die darunter liegende Materialschicht 120 übertragen,
wobei die CDs, a und b, von Muster 135 bewahrt werden können. Insbesondere ist
die Bewahrung des Seitenverhältnisses
(a/b) für Muster 135 wünschenswert,
zum Beispiel während der
Erzeugung von Kondensatoren mit tiefem Graben. Die Erfinder haben
jedoch beobachtet, daß herkömmliche Ätzprozesse,
die so ausgelegt sind, daß das
Muster 135 auf die darunter liegenden Materialschichten übertragen
wird, das Seitenverhältnis
des Musters möglicherwei se
nicht bewahren können.
Ein Ätzprozeß, der zum
Beispiel zur Bewahrung einer CD geeignet ist, kann sich möglicherweise
nicht zum Bewahren einer anderen CD eignen, insbesondere wenn das
Seitenverhältnis
(a/b) relativ groß wird.
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Mit
Verweis nun auf die 2A bis 2D, wird
ein Verfahren zur Übertragung
eines Musters auf eine Materialschicht auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform
illustriert. Es wird eine Filmschichtenfolge bzw. Filmschichtenstapel 200 gezeigt,
durch die bzw. den das Muster 135, das in der Maskenschicht 130 erzeugt
wird, auf eine Verbundmaterialschicht 220 übertragen
wird. Die Verbundmaterialschicht 220 umfaßt die Materialschichten 220A, 220B (und
optional 220C), die durch eine oder mehrere Zwischenschichten 225A (und
optional 225B) auf verschiedenen Höhen innerhalb der Verbundschicht
getrennt sind.
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Die
Materialzusammensetzung der Materialschichten 220A, 220B, 220C kann
sich von der Materialzusammensetzung der Zwischenschichten 225A, 225B unterscheiden.
Die Materialzusammensetzung jeder Schicht kann so gewählt werden,
daß der Ätzprozeß für die selektive Ätzung eines
Materials mit einer wesentlich anderen Rate als desjenigen des anderen
Materials ausgelegt wird. Wenn man zum Beispiel die Verbundschicht 220 zur
Erzeugung einer Struktur in einem Siliziumsubstrat verwendet, können die
Materialschichten 220A, 220B, 220C oxidiertes
Silizium oder Siliziumoxid (SiOx) oder Siliziumdioxid
(SiO2) umfassen, wie zum Beispiel verschiedene
Formen von Quarzsand, Glas, undotiertes Silikatglas, dotiertes Silikatglas,
Bor-Phosphorsilikatglas (BPSG) usw., und die Zwischenschichten 225A, 225B können Siliziumnitrid
(SixNy) oder Nitride
von siliziumhaltigem Material oder Oxynitride von siliziumhaltigem
Material umfassen. In einem Beispiel können die Materialschichten 220A, 220B, 220C undotiertes
Silikatglas umfassen, und die Zwischenschichten 225A, 225B können Siliziumnitrid
(Si3N4) umfassen.
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Wie
in 2B gezeigt, wird ein erster Ätzprozeß verwendet, um die Materialschicht 220A in Bezug
auf die Maskenschicht 130 selektiv zu ätzen und um an der Zwischenschicht 225A zu
stoppen. Die Prozeßchemie
kann eine jegliche Ätzchemie
umfassen, die zum Ätzen
der obigen Materialien ausgelegt ist, wie sie von jedem Fachmann
auf dem Gebiet der Ätzprozeßtechnik
verstanden werden. Beim trockenen Plasmaätzen eines dielektrischen Oxidfilms, wie
zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumdioxid usw. umfaßt das Plasmaätzgas im
allgemeinen folgendes: Chemikalien auf der Basis von Fluorkohlenstoffen, wie
zum Beispiel C4F8,
C5F8, C3F6, C4F6,
CF4 usw. oder eine Kombination derselben;
oder Chemikalien auf der Basis von Fluorkohlenwasserstoffen, wie
zum Beispiel CHF3, CH2F2 usw. oder eine Kombination derselben; und
mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus einem inerten
Gas, Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2),
CO, CO2, NO, NO2 oder
N2O; oder eine Kombination dieser Gase.
Abgesehen von den Chemikalien, können
die Trockenplasmaätzparameter
ferner Druck, Substrattemperatur, Kammerkomponententemperatur, Gasdurchflußraten,
Leistungsniveau (zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer Plasmadichte
oder Innenenergie oder von beidem) usw. umfassen.
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Sobald
das Muster bzw. die Struktur 135 auf die Materialschicht 220A übertragen
ist, wird ein Korrekturätzprozeß ausgeführt, um
mindestens eine CD von Muster 135 in der Materialschicht 220A zu
korrigieren. Die CD kann zum Beispiel Abmessung a, Abmessung b oder
das Seitenverhältnis
a/b oder eine Kombination von zwei oder mehr derselben umfassen.
Die Chemikalien für
den Korrekturätzprozeß können jede
Kombination von Ätzgaszusammensetzungen,
die oben beschrieben werden, umfassen. Dieser Korrekturätzprozeß kann sich
von den Ätzprozessen
unterscheiden, die zum Ätzen
der Materialschichten 220A, 220B, 220C genutzt
werden. Die Verarbeitungsparameter, die zum Beispiel Chemikalien,
Leistung, Druck, Temperatur, Gasdurchflußraten usw. umfassen, können ebenfalls
verschieden sein.
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Im
allgemeinen ist die Zeit, die zum Übertragen von Muster 135 auf
die Materialschicht 220A benötigt wird, vorgegeben; es kann
jedoch auch die Feststellung des Endpunktes genutzt werden, um festzustellen,
warm der Ätzprozeß die Zwischenschicht 225A erreicht.
Wie oben beschrieben, wird die Zeit ferner durch einen zweiten Zeitabschnitt
oder einen Zeitabschnitt zum Korrekturätzen verlängert. Die Korrekturätzzeit kann
einen Zeitbruchteil, wie zum Beispiel 1 bis 100%, der ersten Zeit
umfassen, und dieser Korrekturätzzeitabschnitt
kann eine Verlängerung
des Ätzens über die
Feststellung des Endpunktes hinaus umfassen. Um ferner den Status
von Muster 135 in den Materialschichten 220A, 220B, 220C genau
zu bestimmen, kann das Profil gemessen werden, um festzustellen,
ob die CDs und/oder das Verhältnis
der CDs innerhalb der Vorgabe vor oder nach oder vor und nach dem
Korrekturätzschritt liegen.
Ein Beispiel für
ein Meßwerkzeug
zum Messen dieser CDs umfaßt
ein integriertes Optisches Digitales Profilmeß-(iOPD)-Streulichtmeßmodul.
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Wie
in 2C gezeigt, wird ein zweiter Ätzprozeß zum selektiven Ätzen der
Zwischenschicht 225A relativ zur Materialschicht 220A und
Maskenschicht 130 und zum Stoppen an der Materialschicht 220B verwendet.
Die Prozeßchemikalien
können
alle Ätzchemikalien
umfassen, die zum Ätzen
der oben beschriebenen Materialien ausgelegt sind, wie sie von dem
Fachmann auf dem Gebiet der Ätzprozeßtechnik
verstanden werden. Beim trockenen Plasmaätzen eines dielektrischen Nitridfilms,
wie zum Beispiel Siliziumnitrid usw. umfaßt das Plasmaätzgas im allgemeinen
folgendes: Chemikalien auf der Basis von Fluorkohlenstoffen, wie
zum Beispiel C4F8,
C5FR, C3F6, C4F6,
CF4 usw. oder eine Kombination derselben;
oder Chemikalien auf der Basis von Fluorkohlenwasserstoffen, wie
zum Beispiel CHF3, CH2F2 usw. oder eine Kombination derselben; und
mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus einem inerten
Gas, Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2),
CO, CO2, NO, NO2 oder
N2O; oder eine Kombination dieser Gase.
Abgesehen von den Chemikalien, können
die Trockenplasmaätzparameter
ferner Druck, Substrattemperatur, Kammerkomponententemperatur, Gasdurchflußraten,
Leistungsniveau (zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer Plasmadichte
oder Innenenergie oder von beidem) usw. umfassen.
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Wie
in 2D gezeigt, können
der erste und zweite Ätzprozeß, einschließlich eines
Korrekturätzprozesses
nach dem ersten Ätzprozeß, für so viele Materialschichten
und Zwischenschichten wiederholt werden, wie in der Verbundschicht 220 vorhanden sind.
Sobald das Substrat 110 erreicht ist, kann ein dritter Ätzprozeß zum Übertragen
von Muster 135 darin ausgeführt werden. Die Prozeßchemikalien
können
alle Ätzchemikalien
umfassen, die zum Ätzen
der oben beschriebenen Materialien ausgelegt sind, wie sie von dem
Fachmann auf dem Gebiet der Ätzprozeßtechnik
verstanden werden. Beim trockenen Plasmaätzen eines Siliziumfilms umfaßt zum Beispiel das
Plasmaätzgas
im allgemeinen folgendes: Chemikalien auf der Basis von Halogenen,
wie zum Beispiel HNr, Cl2, SF6,
NF3, SiF4 usw. oder
eine Kombination derselben; und Chemikalien auf der Basis von Fluorkohlenstoffen,
wie zum Beispiel C4F8,
C5F8, C3F6, C4F6,
CF4 usw. oder eine Kombination derselben; oder
Chemikalien auf der Basis von Fluorkohlenwasserstoffen, wie zum
Beispiel mindestens eine aus der Gruppe aus CHF3,
CH2F2 usw. oder
eine Kombination derselben; und mindestens ein Element aus der Gruppe
bestehend aus einem inerten Gas, Sauerstoff (O2),
Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2),
CO, CO2, NO, NO2 oder
N2O; oder eine Kombination dieser Gase.
Abgesehen von den Chemikalien, können
die Trockenplasmaätzparameter
ferner Druck, Substrattemperatur, Kammerkomponententemperatur, Gasdurchflußraten,
Leistungsniveau (zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer Plasmadichte
oder Innenenergie oder von beidem) usw. umfassen.
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Mit
Bezug auf die 3A bis 3C, wird ein
Verfahren zur Übertragung
eines Musters auf eine Materialschicht auf einem Substrat gemäß einer weiteren
Ausführungsform
illustriert. Es wird eine Filmschichtenfolge 300 gezeigt,
durch die das Muster 135, das in der Maskenschicht 130 erzeugt
wird, auf eine Verbundmaterialschicht 320 übertragen
wird. Die Verbundmaterialschicht 320 umfaßt die Materialschichten 320A, 320B,
die durch eine Zwischenschicht 325 getrennt sind, welche
in einer bestimmten Höhe
innerhalb der Verbundschicht eingefügt ist.
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Wie
in 3B gezeigt, wird das Muster 135 auf die
Verbundschicht 320 unter Verwendung von Trockenätzprozessen,
wie zum Beispiel den oben beschriebenen, übertragen. Sobald das Substrat 110 erreicht
wird, kann die Maskenschicht 130 während dieser Ätzprozesse
aufgebraucht werden; sie kann jedoch auch nicht aufgebraucht werden.
Wenn sie nicht aufgebraucht wird, kann die Maskenschicht vor dem Ätzen des
Substrats 110 abgestreift werden. Beim Ätzen von Substrat 110 kann
die Zwischenschicht 325 innerhalb der Verbundschicht 320 derart platziert
sein, daß sie
als Ätzstoppschicht
wirkt, die den Abschluß des Ätzprozesses
innerhalb von Substrat 110 anzeigt. Wenn zum Beispiel die
Verbundschicht 320, die als Hartmaske zum Ätzen von
Substrat 110 fungiert, aufgebraucht wird, entspricht die Zeit,
die bis zum Erreichen der Zwischenschicht 325, die als Ätzstoppschicht
fungiert, benötigt
wird, im wesentlichen der Zeit, die zum Abschließen des Ätzprozesses in Substrat 110 benötigt wird.
Da außerdem die
Zwischenschicht 325 zum Beispiel von einer Materialzusammensetzung
sein kann, die sich von der der oberen und unteren Schicht der Verbundschicht 320 unterscheidet,
kann die Endpunktfeststellung, wie zum Beispiel die optische Endpunktfeststellung (z.B.
die optische Emissionsspektroskopie (OES)), zur Signalisierung des
Abschlusses des Substratätzprozesses
verwendet werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird in 4 ein Plasmaverarbeitungssystem 1 dargestellt,
das eine Plasmaverarbeitungskammer 2, ein Diagnosesystem 3,
das an die Plasmaverarbeitungskammer 2 angeschlossen ist,
und einen Controller 4, der an das Diagnosesystem 3 und
die Plasmaverarbeitungskammer 2 angeschlossen ist, umfaßt. Der Controller 4 ist
für die
Ausführung
einer Prozeßrezeptur
ausgelegt, die zumindest eine der oben angegebenen Ätzchemikalien
zum Ätzen
verschiedener Schichten auf einem Substrat umfaßt. Außerdem ist Controller 4 zum
Empfangen von mindestens einem Diagnosesignal aus dem Diagnosesystem 3 und
zur Nachverarbeitung des mindestens einen Diagnosesignals ausgelegt,
um eine Eigenschaft des/der Ätzprozesse(s)
genau zu bestimmen. Das Diagnosesignal kann ein Endpunktsignal oder
ein Meßsignal
oder eine Kombination derselben umfassen. Das Endpunktsignal kann
zum Beispiel den Abschluß eines speziellen Ätzprozesses
anzeigen. Außerdem
kann das Meßsignal
zum Beispiel Daten bereitstellen, die den Status der Ätzprozesse
anzeigen, welche auf dem Substrat ausgeführt werden (z.B. Profildaten
für ein
Strukturelement, Struktur, tiefen Graben usw.). Das Diagnosesystem 3 kann
zum Beispiel ein optisches Emissionsspektrometriesystem für die Endpunktfeststellung
des Ätzprozesses
und ein Meßsystem
umfassen, das ein Streulichtmeßgerät hat, welches
Strahlprofilellipsometrie (Ellipsometer) und Strahlprofilreflektometrie
(Reflektometer) für
die Bestimmung des Musterprofils einschließt. In der illustrierten Ausführungsform
verwendet das Plasmaverarbeitungssystem 1, das in 4 dargestellt
wird, Plasma für
die Materialverarbeitung. Das Plasmaverarbeitungssystem 1 kann
eine Ätzkammer
umfassen.
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5 illustriert
ein Plasmaverarbeitungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Das Plasmaverarbeitungssystem 1 umfaßt eine Plasmaverarbeitungskammer 10,
einen Substrathalter 20, auf dem ein Substrat 25,
das verarbeitet werden soll, befestigt ist, und ein Vakuumpumpsystem 30.
Das Substrat 25 kann ein Halbleitersubstrat, ein Wafer oder
eine Flüssigkristallanzeige
sein. Die Plasmaverarbeitungskammer 10 kann so ausgelegt
sein, daß sie
das Erzeugen von Plasma im Verarbeitungsbereich 15 in der
Nähe einer
Fläche
des Substrats 25 erleichtert. Ein ionisierbares Gas oder
Mischung von Gasen wird über
ein Gasinjektionssystem (nicht dargestellt) eingeführt, und
der Prozeßdruck
wird eingestellt. Eine Steuervorrichtung (nicht dargestellt) kann zum
Beispiel zum Drosseln des Vakuumpumpsystems 30 verwendet
werden. Plasma kann zum Erzeugen von Materialien verwendet werden,
die spezifisch für
einen festgelegten Materialprozeß sind, und/oder als Hilfe
beim Entfernen von Material von den freigelegten Flächen von
Substrat 25 eingesetzt werden. Das Plasmaverarbeitungssystem 1a kann zum
Verarbeiten eines Substrats beliebiger Größe, wie zum Beispiel von 200
mm-Substraten, 300 mm-Substraten oder größer, ausgelegt sein.
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Das
Substrat 25 kann am Substrathalter 20 mit einem
elektrostatischen Klemmsystem befestigt werden. Ferner kann der
Substrathalter 20 ein Kühlsystem
oder ein Heizsystem umfassen, das einen Flüssigkeitsumlauf aufweist, der
Wärme vom
Substrathalter 20 aufnimmt und Wärme auf ein Wärmetauschersystem
(nicht dargestellt) beim Kühlen überträgt oder
Wärme vom
Wärmetauschersystem
auf die Flüssigkeitsströmung beim
Heizen überträgt. Weiterhin
kann Gas zu der Rückseite
von Substrat 25 über
ein Rückseitengassystem
zugeführt
werden, um die Wärmeleitfähigkeit
des Gasspalts zwischen Substrat 25 und Substrathalter 20 zu
verbessern. Solch ein System kann verwendet werden, wenn eine Temperaturregelung
des Substrats bei erhöhten
oder verringerten Temperaturen erforderlich ist. Das Rückseitengassystem
kann zum Beispiel ein Zweizonengasverteilungssystem umfassen, wobei
der Druck des Rückseitengases
(z.B. Helium) unabhängig
zwischen der Mitte und dem Rand von Substrat 25 variiert
werden kann. In weiteren Ausführungsformen können Heiz-/Kühlelemente,
wie zum Beispiel Widerstandsheizelemente oder thermoelektrische
Heizer/Kühler
in den Sub strathalter 20 sowie die Kammerwand der Plasmaverarbeitungskammer 10 und jede
andere Komponente innerhalb des Plasmaverarbeitungssystems 1a integriert
sein.
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In
der Ausführungsform,
die in 5 gezeigt ist, kann der Substrathalter 20 eine
Elektrode umfassen, durch welche HF-Energie in das Verarbeitungsplasma
im Prozeßraum 15 eingekoppelt
werden kann. Der Substrathalter 20 kann zum Beispiel mit
einer HF-Spannung durch die Übertragung
von HF-Energie aus einem HF-Generator 40 über ein
optionales Impedanzanpassungsnetzwerk 42 auf den Substrathalter 20 vorgespannt
werden. Die HF-Vorspannung
kann dazu dienen, Elektronen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung
von Plasma aufzuheizen oder die Ionenenergieverteilungsfunktion
innerhalb der Hülle
zu beeinflussen, oder beides. Bei dieser Konfiguration kann das
System als reaktiver Ionenätz-(RIE, „reactive
ion etch")-Reaktor
arbeiten, wobei die Kammer und eine obere Gasinjektionselektrode
als Grundflächen
dienen. Eine typische Frequenz für
die HF-Vorspannung kann im Bereich von 0,1 MHz bis 100 MHz liegen.
HF-Systeme für
die Plasmaverarbeitung sind Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt.
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Ferner
dient das Impedanzanpassungsnetzwerk 42 durch Verringern
der reflektierten Energie der Verbesserung der Übertragung von HF-Energie auf
das Plasma in der Plasmaverarbeitungskammer 10. Anpassungsnetzwerktopologien
(z.B. L-Typ, π-Typ,
T-Typ usw.) und automatische Regelungsverfahren sind Fachleuten
auf diesem Gebiet bekannt.
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Weiter
mit Bezug auf 5 umfaßt das Plasmaverarbeitungssystem 1a ferner
eine optionale Gleichstrom-(DC)-Stromversorgung 50, die
an eine obere Elektrode 52 gegenüber dem Substrat 25 angeschlossen
ist. Die obere Elektrode 52 kann eine Elektrodenplatte
umfassen. Die Elektrodenplatte kann eine siliziumhaltige Elektrodenplatte
umfassen. Außerdem
kann die Elektrodenplatte eine Elektrodenplatte mit dotiertem Silizium
umfassen. Die DC-Stromversorgung
kann eine variable DC-Stromversorgung umfassen. Weiterhin kann die
DC-Stromversorgung
eine bipolare DC-Stromversorgung umfassen. Die DC-Stromversorgung 50 kann
ferner ein System umfassen, das zur Ausführung von mindestens einem
Element aus der Gruppe bestehend aus Überwachen, Einstellen oder
Kontrollieren von Polarität,
Strom, Spannung oder Ein-Aus-Zustand der DC-Stromversorgung 50 ausgelegt
ist. Sobald das Plasma gebildet ist, erleichtert die DC-Stromversorgung 50 die
Erzeugung eines ballistischen Elektronenstrahls. Ein elektrisches
Filter kann zum Entkoppeln der HF-Energie von der DC-Stromversorgung 50 verwendet
werden.
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Die
DC-Spannung, die von der DC-Stromversorgung 50 an die obere
Elektrode 52 angelegt wird, kann beispielsweise im Bereich
von ca. –2000 Volt
(V) bis ca. 1000 V liegen. Es ist erstrebenswert, daß der Absolutwert
der DC-Spannung größer oder gleich
ca. 100 V ist, und noch erstrebenswerter, daß der Absolutwert der DC-Spannung
einen Wert von größer oder
gleich ca. 500 V hat. Außerdem
ist es erstrebenswert, daß die
DC-Spannung eine negative Polarität besitzt. Ferner ist es erstrebenswert,
daß die DC-Spannung
eine negative Spannung ist, die einen Absolutwert hat, der größer als
die automatische Vorspannung bzw. Selbst-Vorspannung ist, die auf
einer Fläche
der oberen Elektrode 52 erzeugt wird. Die Fläche der
oberen Elektrode 52, die dem Substrathalter 20 zugewandt
ist, kann aus einem siliziumhaltigen Material bestehen.
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Die
Einführung
des Prozeßgases
in das Plasmaverarbeitungssystem 1a kann durch die obere
Elektrode 52 erfolgen. Die obere Elektrode 52 kann
als Duschkopf-Gasverteilungssystem ausgelegt sein, wobei das Prozeßgas in
den Prozeßraum 15 durch
mehrere Gaseinleitungsöffnungen
eingeleitet wird. Das Gasverteilungssystem kann eine Mehrzonengasverteilung
umfassen, wobei zum Beispiel die Durchflußrate des Prozeßgases in
einen mittleren Bereich von Substrat 25 sich von der Durchflußrate von
Prozeßgas
in einen Randbereich von Substrat 25 unterscheiden kann.
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Ferner
kann die Amplitude der HF-Energie, die in den Substrathalter 20 eingekoppelt
wird, moduliert werden, um Änderungen
in der räumlichen
Verteilung des Elektronenstrahlflusses zum Substrat 25 zu
bewirken. Zusätzliche
Details können
in der mitanhängigen
US-Patentanmeldung
Serien-Nr. 11/XXX,XXX mit dem Titel "Method and system for controlling the
uniformity of a ballistic electron beam by RF modulation [Verfahren
und System zum Steuern der Gleichförmigkeit eines ballistischen
Elektronenstrahls durch HF-Modulation]" (Lee Chen und Ping Jiang), eingereicht
am 31. Juli 2006, eingesehen werden, deren gesamter Inhalt durch
Bezugnahme zur Gänze
aufgenommen wird.
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Das
Vakuumpumpsystem 30 kann eine Turbomolekularvakuumpumpe
(TMP), die mit einer Pumpleistung von bis zu etwa 5000 l/s (und
mehr) arbeiten kann, und einen Absperrschieber zum Drosseln des
Kammerdrucks umfassen. In herkömmlichen
Plasmaverarbeitungsvorrichtungen, die für die Trockenplasmaätzung verwendet
werden, kann eine TMP von 1000 bis 3000 l/s eingesetzt werden. TMPs können für die Niederdruckverarbeitung
eingesetzt werden, normalerweise bei weniger als 50 mTorr. Für die Hochdruckverarbeitung
(d.h. mehr als etwa 100 mTorr) kann eine mechanische Zusatzpumpe
(sogenannte „booster
pump") und trockene
Vorvakuumpumpe (sogenannte „dry
roughing pump")
eingesetzt werden. Ferner kann eine Vorrichtung zur Überwachung
des Kammerdrucks (nicht dargestellt) an die Plasmaverarbeitungskammer 10 angeschlossen werden.
Die Druckmeßvorrichtung
kann zum Beispiel ein Absolutkapazitätsmanometer vom Typ 628B Baratron
sein, das von MKS Instruments, Inc. (Andover, MA, USA) kommerziell
erhältlich
ist.
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Weiter
mit Bezug auf 5, umfaßt das Plasmaverarbeitungssystem 1a ferner
einen Controller 90, der einen Mikroprozessor, einen Speicher
und einen digitalen E/A-Port umfaßt, welcher Regelspannungen
erzeugen kann, die für
die Kommunikation und Aktivierung von Eingaben in das Plasmaverarbeitungssystem 1a sowie
zur Überwachung
von Ausgaben aus dem Plasmaverarbeitungssystem 1a ausreichen.
Weiterhin kann ein Controller 90 an folgendes angeschlossen
werden und Informationen mit folgenden austauschen: einem HF-Generator 40,
einem Impedanzanpassungsnetzwerk 42, einer optionalen DC-Stromversorgung 50,
einem Gasinjektionssystem (nicht dargestellt), einem Diagnosesystem 32,
einem Vakuumpumpensystem 30 sowie dem Rückseitengaszufuhrsystem (nicht
dargestellt), dem Substrat/Substrathalter-Temperaturmeßsystem (nicht
dargestellt) und/oder dem elektrostatischen Klemmsystem (nicht dargestellt).
Ein Programm, das im Speicher abgelegt ist, kann zum Ak tivieren
der Eingaben in die vorgenannten Komponenten des Plasmaverarbeitungssystems 1a gemäß einer
Prozeßvorschrift
eingesetzt werden, um das Verfahren des Ätzens eines dünnen Films
auszuführen.
Ein Beispiel für
Controller 90 ist eine DELL PRECISION WORKSTATION 610TM, die bei der Dell Corporation, Austin,
Texas, USA, erhältlich
ist.
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Der
Controller 90 kann sich in der Nähe des Plasmaverarbeitungssystems 1a befinden
oder durch das Internet oder ein Intranet von dem Plasmaverarbeitungssystem 1a getrennt
sein. Der Controller 90 kann daher Daten mit dem Plasmaverarbeitungssystem 1a zumindest
unter Verwendung von einer direkten Verbindung, einem Intranet oder
dem Internet austauschen. Controller 90 kann am Ort eines
Kunden (d.h. eines Herstellers von Vorrichtungen usw.) an ein Intranet
angeschlossen sein oder am Ort eines Lieferanten (d.h. eines Herstellers
von Ausrüstungen)
an ein Intranet angeschlossen sein. Ferner kann ein anderer Computer
(d.h. Controller, Server usw.) auf den Controller 90 zugreifen,
um Daten unter Verwendung von einer direkten Verbindung, einem Intranet
und/oder dem Internet auszutauschen.
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Das
Diagnosesystem 32 kann ein optisches Diagnoseteilsystem
bzw. –untersystem
(nicht dargestellt) umfassen. Das Diagnosesystem 32 kann
so ausgelegt sein, daß es
ein Endpunktsignal bereitstellt, das die Fertigstellung eines speziellen Ätzprozesses
anzeigen kann. Außerdem
kann das Diagnosesystem 32 zum Beispiel so ausgelegt sein,
daß es ein
Meßsignal
bereitstellt, das für
Daten sorgt, die den Status der Ätzprozesse
anzeigen, welche auf dem Substrat ausgeführt werden (z.B. Profildaten
für ein
Merkmal bzw. Strukturelement, eine Struktur, einen tiefen Graben
usw.). Das Diagnosesystem 32 kann zum Beispiel ein optisches
Emissionsspektrometriesystem für
die Endpunktfeststellung des Ätzprozesses
oder ein Streulichtmeßgerät umfassen, das
Strahlprofilellipsometrie (Ellipsometer) und Strahlprofilreflektometrie
(Reflektometer) für
die Bestimmung des Musterprofils oder beides einschließt.
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Das
optische Diagnoseteilsystem kann einen Detektor umfassen, wie zum
Beispiel eine (Silizium-)Fotodiode oder einen Fotoelektronenvervielfacher
(PMT, „photomultiplier
tube") zum Messen
der Lichtstärke,
die aus dem Plasma emittiert wird. Das Diagnosesystem
32 kann
ferner ein optisches Filter, wie zum Beispiel ein schmalbandiges
Interferenzfilter, umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann
das Diagnosesystem
32 eine CCD-Fotoelement-Anordnung bzw. CCD-Zeile,
ein CID array („charge
injection device",
Ladungsinjektionsbauelement) oder eine Lichtstreuungsvorrichtung,
wie zum Beispiel ein Gitter oder ein Prisma, umfassen. Außerdem kann
das Diagnosesystem
32 einen Monochromator (z.B. Gitter/Detektorsystem)
zum Messen von Licht bei einer gegebenen Wellenlänge oder ein Spektrometer (z.B.
mit einem rotierenden Gitter) zum Messen des Lichtspektrums umfassen,
wie zum Beispiel die Vorrichtung, die im
US-Patent Nr. 5,888,337 beschrieben
wird, dessen Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung
aufgenommen wird.
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Das
Diagnosesystem 32 kann einen hochauflösenden Sensor für die Optische
Emissionsspektroskopie (OES), wie zum Beispiel einen Sensor von Peak
Sensor Systems oder Verity Instruments, Inc., umfassen. Ein solcher
Sensor kann ein breites Spektrum aufweisen, das sich über das
ultraviolette (UV), sichtbare (VIS) und nahe Infrarot-(NIR)-Lichtspektrum
erstreckt. Die Auflösung
kann ca. 1,4 Angström betragen,
d.h., der Sensor kann etwa 5550 Wellenlängen von etwa 240 bis etwa
1000 nm erfassen. Der OES-Sensor kann zum Beispiel mit hochempfindlichen
Miniaturlichtwellenleiter-UV-VIS-NIR-Spektrometern ausgerüstet werden,
die wiederum in lineare 2048-Pixel-CCD-Arrays integriert sind.
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Die
Spektrometer empfangen Licht, das durch einzelne oder gebündelte Lichtwellenleiter übertragen
wurde, wobei die Lichtausgabe aus den Lichtwellenleitern unter Verwendung
eines festen Gitters über
die lineare CCD-Anordnung bzw. das lineare CCD-Array verteilt wird. Ähnlich der
Konfiguration, die oben beschrieben wird, kann Licht, das durch
ein optisches Vakuumfenster läuft,
durch eine konvexe Kugellinse auf das Eingangsende der Lichtwellenleiter
fokussiert werden. Drei Spektrometer, die jeweils speziell auf einen
Spektralbereich (UV, VIS und NIR) abgestimmt sind, bilden einen
Sensor für
eine Prozeßkammer.
Jedes Spektrometer umfaßt einen
unabhängigen
A/D-Konverter. Und schließlich kann,
je nach der Sensornutzung, ein volles Emissionsspektrum alle 0,1
bis 1,0 Sekunden aufgezeichnet werden.
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Das
Diagnosesystem 32 kann ein Meßsystem umfassen, das entweder
eine Vorrichtung an Ort und Stelle (in situ) oder außerhalb
des Ortes (ex situ) sein kann. Das Meßsystem kann zum Beispiel ein Streulichtmeßgerät umfassen,
das die Strahlprofilellipsometrie (Ellipsometer) und die Strahlprofilreflektometrie
(Reflektometer) einschließt,
welches von Therma-Wave, Inc. (1250 Reliance Way, Fremont, CA 94539)
oder Nanometrics, Inc. (1550 Buckeye Drive, Milpitas, CA 95035)
erhältlich
ist, das innerhalb einer Transportkammer (nicht dargestellt) zum
Analysieren von Substraten angeordnet wird. Das Meßsystem
kann zum Beispiel ein integriertes optisches digitales Profil-(iODP)-Streulichtmeßsystem
umfassen.
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In
der Ausführungsform,
die in 6 gezeigt ist, kann das Plasmaverarbeitungssystem 1b der Ausführungsform
von 4 oder 5 ähnlich sein und ferner entweder
ein stationäres
oder mechanisch oder elektrisch rotierendes Magnetfeldsystem 60 umfassen,
um die Gleichförmigkeit
der Plasmaverarbeitung zu verbessern, neben den Komponenten, die mit
Verweis auf 4 beschrieben werden. Außerdem kann
der Controller 90 mit dem Magnetfeldsystem 60 gekoppelt
sein, um die Drehzahl und die Feldstärke zu regulieren. Der Aufbau
und die Realisierung eines rotierenden Magnetfeldes sind den Fachleuten
auf dem Gebiet bekannt.
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In
der Ausführungsform,
die in 7 gezeigt ist, kann das Plasmaverarbeitungssystem 1c der Ausführungsform
von 4 oder 5 ähnlich sein, und es kann ferner
einen HF-Generator 70 umfassen, der für die Einkopplung von HF-Energie über ein optionales
Impedanzanpassungsnetzwerk 72 in die obere Elektrode 52 ausgelegt
ist. Eine typische Frequenz für
die Anwendung von HF-Energie auf die obere Elektrode 52 kann
im Bereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 200 MHz liegen. Zusätzlich kann
eine typische Frequenz für
das Einbringen von Energie in den Substrathalter 20 (oder
die untere Elektrode) im Bereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 100 MHz
liegen. Die HF-Frequenz, die an die obere Elektrode 52 angelegt
wird, kann zum Beispiel im Verhältnis
höher als
die HF-Frequenz sein, die an den Substrathalter 20 angelegt
wird. Die HF-Energie für
die obere Elektrode 52 vom HF-Generator 70 kann optional
amplitudenmoduliert sein, oder die HF-Energie für den Substrathalter 20 von
HF-Generator 40 kann amplitudenmoduliert sein, oder beide
HF-Energien können amplitudenmoduliert
sein. Die HF-Energie mit der höheren
HF-Frequenz kann amplitudenmoduliert sein. Der Controller 90 ist
außerdem
mit dem HF-Generator 70 und dem Impedanzanpassungsnetzwerk 72 gekoppelt,
um das Anlegen von HF-Energie an die obere Elektrode 70 zu
steuern. Der Aufbau und die Realisierung einer oberen Elektrode
sind den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.
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Unter
weiterem Verweis auf 7, kann die optionale DC-Stromversorgung 50 direkt
an die obere Elektrode 52 angeschlossen sein, oder sie
kann an die HF-Übertragungsleitung
angeschlossen sein, die sich von einer Lastseite des Impedanzabgleichsnetzwerks 72 bis
zur oberen Elektrode 52 erstreckt. Ein elektrisches Filter
kann zum Entkoppeln der HF-Energie von der DC-Stromversorgung 50 verwendet werden.
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In
der Ausführungsform,
die in 8 gezeigt wird, kann das Plasmaverarbeitungssystem 1d zum Beispiel
den Ausführungsformen
von 4, 5 und 6 ähnlich sein
und kann es ferner eine Induktionsspule 80 umfassen, an
die HF-Energie über einen
HF-Generator 82 durch ein optionales Impedanzanpassungsnetzwerk 84 angelegt
wird. HF-Energie wird induktiv von der Induktionsspule 80 durch ein
dielektrisches Fenster (nicht dargestellt) in den Plasmaverarbeitungsbereich 15 eingekoppelt.
Eine typische Frequenz für
das Einbringen von HF-Energie in die Induktionsspule 80 kann
im Bereich von etwa 10 MHz bis etwa 100 MHz liegen. Analog kann eine
typische Frequenz für
das Anlegen von Energie an die Einspannelektrode im Bereich von
etwa 0,1 MHz bis etwa 100 MHz liegen. Außerdem kann eine geschlitzte
Faraday-Abschirmung (nicht dargestellt) dazu eingesetzt werden,
die kapazitive Kopplung zwischen der Induktionsspule 80 und
dem Plasma zu verringern. Weiterhin ist der Controller 90 an
den HF-Generator 82 und das Impedanzanpassungsnetzwerk 84 angeschlossen,
um das Einbringen von Energie in die Induktionsspule 80 zu
steuern. In einer anderen Ausführungsform
kann die Induktionsspule 80 eine "Spiralspule" oder "Flachspule" sein, die von oben in Kommunikation
mit dem Plasmaverarbeitungsbereich 15 steht, wie in einem
transformatorgekoppelten Plasmareaktor (TCP-Reaktor). Der Aufbau und
die Realisierung einer induktiv angekoppelten Plasmaquelle (ICP-Quelle)
oder einer transformatorgekoppelten Plasmaquelle (TCP-Quelle) sind
den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.
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Alternativ
kann das Plasma unter Verwendung der Elektronenzyklotronresonanz
(ECR) erzeugt werden. In einer weiteren Ausführungsform wird das Plasma
durch Energieübertragung
von einer Helikonwelle erzeugt. In einer weiteren Ausführungsform
wird das Plasma durch eine sich ausbreitende Oberflächenwelle
erzeugt. Jede Plasmaquelle, die oben beschrieben wird, ist Fachleuten
auf diesem Gebiet bekannt.
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In
der Ausführungsform,
die in 9 gezeigt ist, kann das Plasmaverarbeitungssystem 1e zum Beispiel
den Ausführungsformen
von 4, 5 und 6 ähnlich sein
und kann es ferner einen zweiten HF-Generator 44 umfassen,
der für
die Einkopplung von HF-Energie in den Substrathalter 20 über ein
weiteres optionales Impedanzanpassungsnetzwerk 46 ausgelegt
ist. Eine typische Frequenz für die
Einbringung von HF-Energie in den Substrathalter 20 kann
im Bereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 200 MHz, entweder für den ersten
HF-Generator 40 oder den zweiten HF-Generator 44 oder
beide, liegen. Die HF-Frequenz für
den zweiten HF-Generator 44 kann verhältnismäßig höher als die HF-Frequenz für den ersten
HF-Generator 44 sein.
Die HF-Energie für
den Substrathalter 20 von HF-Generator 40 kann ferner
amplitudenmoduliert sein, oder die HF-Energie für den Substrathalter 20 von
HF-Generator 44 kann amplitudenmoduliert
sein, oder beide HF-Energien können
amplitudenmoduliert sein. Die HF-Energie mit der höheren HF-Frequenz
kann amplitudenmoduliert sein. Der Controller 90 ist außerdem mit
dem zweiten HF-Generator 44 und dem Impedanzanpassungsnetzwerk 46 gekoppelt,
um das Anlegen von HF-Energie an den Substrathalter 20 zu
steuern. Der Aufbau und die Realisierung eines HF-Systems für einen
Substrathalter sind den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.
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In
der folgenden Diskussion wird ein Verfahren zum Ätzen eines dünnen Films
unter Verwendung eines Plasmaverarbeitungssystems angegeben. Das
Plasmaverarbeitungssystem kann zum Beispiel verschiedene Elemente,
wie sie zum Beispiel in den 4 bis 9 beschrieben
sind, oder Kombinationen derselben umfassen.
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Unter
Bezugnahme nun auf 10 wird ein als Beispiel dienendes
Verfahren zur Erzeugung eines Kondensators mit tiefem Graben in
einem Siliziumsubstrat illustriert. Es ist eine Filmschichtenfolge 400 dargestellt,
die folgendes umfaßt:
das Substrat 410, eine Isolierschicht 415, welche
Siliziumnitrid umfaßt
und auf dem Substrat 410 ausgebildet ist, eine Verbundschicht 420,
welche auf der Isolierschicht 415 ausgebildet ist und welche
eine erste Materialschicht 420B hat, die ein undotiertes
Silikatglas umfaßt,
eine Zwischenschicht 425, die Siliziumnitrid umfaßt, und
eine zweite Materialschicht 420A, die undotiertes Silikatglas
umfaßt,
eine Hartmaskenschicht 422, welche Kohlenstoff umfaßt, eine
Siliziumoxynitridschicht 434, welche auf der Hartmaskenschicht 422 ausgebildet
ist, eine reflexionsmindernde Beschichtung („anti reflective coating", ARC-Schicht) 432,
welche auf der Siliziumoxynitridschicht 434 ausgebildet
ist, und eine Maskenschicht 430, welche das lithographische
Muster 435 aufweist, das auf der ARC-Schicht 432 gebildet
ist.
-
Das
Muster 435 wird in die darunter liegende Filmschichtenfolge 400 unter
Verwendung mehrerer Prozeßschritte übertragen,
die in einem Plasmaverarbeitungssystem, wie zum Beispiel dem in 7 beschriebenen,
ausgeführt
werden. Eine als Beispiel dienende Prozeßvorschrift, die mehrere Prozeßschritte
zum Übertragen
von Muster 435 auf jede Schicht umfaßt, wird unten beschrieben.
Die Verfahren, die diskutiert werden, sollen jedoch in ihrem Geltungsbereich
nicht durch diese als Beispiel dienende Darstellung eingeschränkt werden.
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Das
Muster 435 wird auf die ARC-Schicht 432 und Siliziumoxynitridschicht 434 unter
Verwendung der folgenden als Beispiel dienenden Prozeßvorschrift übertragen:
Kammerdruck = etwa 100 mTorr; HF-Leistung der oberen Elektrode =
etwa 500 W; HF-Leistung der unteren Elektrode = etwa 600 W; Durchflußrate des
Prozeßgases
CF4/CHF3 = etwa 120/30 Norm-cm3/min („sccm"); Elektrodenabstand zwischen
der Unterseite von Elektrode 70 (siehe 7)
und der Oberseite von Substrat 25 auf dem Substrathalter 20 beträgt etwa
60 mm; Temperatur der unteren Elektrode (z.B. Substrathalter 20 in 7)
= etwa 20°C;
Temperatur der oberen Elektrode (z.B. Elektrode 70 in 5)
= etwa 60°C;
Temperatur der Kammerwand = etwa 60°C; rückseitiger Heliumdruck Mitte/Rand
= etwa 10/35 Torr, und Ätzzeit von
etwa 60 bis 120 Sekunden.
-
Das
Muster 435 wird auf die Hartmaskenschicht 422 unter
Verwendung der folgenden als Beispiel dienenden Prozeßvorschrift übertragen:
Kammerdruck = etwa 10 mTorr; HF-Leistung
der oberen Elektrode = etwa 1000 W; HF-Leistung der unteren Elektrode
= etwa 300 W; Durchflußrate
des Prozeßgases
CO/O2 = etwa 300/30 Norm-cm3/min
(sccm); Elektrodenabstand zwischen der Unterseite von Elektrode 70 (siehe 7)
und der Oberseite von Substrat 25 auf dem Substrathalter 20 beträgt etwa 60
mm; Temperatur der unteren Elektrode (z.B. Substrathalter 20 in 7)
= etwa 20°C;
Temperatur der oberen Elektrode (z.B. Elektrode 70 in 5)
= etwa 60 °C;
Temperatur der Kammerwand = etwa 60°C; rückseitiger Heliumdruck Mitte/Rand
= etwa 10/35 Torr, und Ätzzeit
von etwa 120 bis 180 Sekunden.
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Das
Muster 435 wird auf die Materialschichten 420A, 420B unter
Verwendung der folgenden als Beispiel dienenden Prozeßvorschrift übertragen: Kammerdruck
= etwa 20 mTorr; HF-Leistung der oberen Elektrode = etwa 3000 W;
HF-Leistung der unteren Elektrode = etwa 3800 W; Durchflußrate des
Prozeßgases
C4F6/C5F8/Ar/O2 = etwa 5/25/500/40 Normcm3/min (sccm); Elektrodenabstand zwischen der
Unterseite von Elektrode 70 (siehe 7) und der
Oberseite von Substrat 25 auf dem Substrathalter 20 beträgt etwa
60 mm; Temperatur der unteren Elektrode (z.B. Substrathalter 20 in 7)
= etwa 20 °C; Temperatur
der oberen Elektrode (z.B. Elektrode 70 in 5)
= etwa 60 °C;
Temperatur der Kammerwand = etwa 60 °C; rückseitiger Heliumdruck Mitte/Rand
= etwa 10/30 Torr, und Ätzzeit
von etwa 240 bis 300 Sekunden.
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Das
Muster, das in Materialschicht 420A während der Übertragung von Muster 435 auf
Materialschicht 420A gebildet wird, wird unter Verwendung
eines Korrekturätzprozesses
korrigiert, um ein Verhältnis
von kritischen Abmessungen (CDs) (z.B. Verhältnis Breite zu Länge eines
rechteckigen Musters) bereitzustellen, das im wesentlichen dem anfänglichen
Verhältnis
entspricht, das in der/den darüber
liegenden Maskenschicht(en) gebildet wird. Der Korrekturätzprozeß kann eine
Erweiterung des Ätzprozesses
sein, der oben beschrieben wurde, um Muster 435 auf die
Materialschicht 420A zu übertragen. Der Korrekturätzprozeß kann Korrekturen
bzw. Anpassungen an der oben beschriebenen, als Beispiel dienenden
Prozeßvorschrift
zum Übertragen von
Muster 435 auf die Materialschicht 420A umfassen.
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Das
Muster 435 wird auf die Zwischenschicht 425 unter
Verwendung der folgenden als Beispiel dienenden Prozeßvorschrift übertragen:
Kammerdruck = etwa 100 mTorr; HF-Leistung
der oberen Elektrode = etwa 500 W; HF-Leistung der unteren Elektrode
= etwa 600 W; Durchflußrate
des Prozeßgases CF4/CHF3 = etwa 120/30
Norm-cm3/min (sccm); Elektrodenabstand zwischen
der Unterseite von Elektrode 70 (siehe 7)
und der Oberseite von Substrat 25 auf dem Substrathalter 20 beträgt etwa
60 mm; Temperatur der unteren Elektrode (z.B. Substrathalter 20 in 7)
= etwa 20 °C;
Temperatur der oberen Elektrode (z.B. Elektrode 70 in 5)
= etwa 60 °C; Temperatur
der Kammerwand = etwa 60 °C;
rückseitiger
Heliumdruck Mitte/Rand = etwa 10/35 Torr, und Ätzzeit von etwa 60 bis 120
Sekunden.
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Alternativ
wird das Muster 435 auf die Zwischenschicht 425 unter
Verwendung der folgenden als Beispiel dienenden Vorschrift übertragen:
Kammerdruck = etwa 30 mTorr; HF-Leistung
der oberen Elektrode = etwa 900 W; HF-Leistung der unteren Elektrode
= etwa 500 W; Durchflußrate
des Prozeßgases
CH2F2/CHF3/CO/Ar/O2 = etwa 25/30/70/150/30
Normcm3/min (sccm); Elektrodenabstand zwischen
der Unterseite von Elektrode 70 (siehe 7)
und der Oberseite von Substrat 25 auf dem Substrathalter 20 beträgt etwa
60 mm; Temperatur der unteren Elektrode (z.B. Substrathalter 20 in 7)
= etwa 20 °C;
Temperatur der oberen Elektrode (z.B. Elektrode 70 in 5)
= etwa 60 °C;
Temperatur der Kammer wand = etwa 60 °C; rückseitiger Heliumdruck Mitte/Rand
= etwa 10/30 Torr, und Ätzzeit
von etwa 120 Sekunden.
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Das
Muster 435 wird auf die Isolierschicht 415 unter
Verwendung der folgenden als Beispiel dienenden Vorschrift übertragen:
Kammerdruck = etwa 30 mTorr; HF-Leistung der oberen Elektrode =
etwa 900 W; HF-Leistung der unteren Elektrode = etwa 500 W; Durchflußrate des
Prozeßgases CH2F2/CHF3/CO/Ar/O2 = etwa 25/30/70/150/30 Norm-cm3/min
(sccm); Elektrodenabstand zwischen der Unterseite von Elektrode 70 (siehe 7)
und der Oberseite von Substrat 25 auf dem Substrathalter 20 beträgt etwa
60 mm; Temperatur der unteren Elektrode (z.B. Substrathalter 20 in 7)
= etwa 20 °C; Temperatur
der oberen Elektrode (z.B. Elektrode 70 in 5)
= etwa 60 °C;
Temperatur der Kammerwand = etwa 60 °C; rückseitiger Heliumdruck Mitte/Rand
= etwa 10/30 Torr, und Ätzzeit
von etwa 120 Sekunden.
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Nach
der Übertragung
von Muster 435 auf jede Schicht in der Filmschichtenfolge 400 bis
zur, und einschließlich
der, Isolierschicht 415, kann jeder restliche Teil der
Hartmaskenschicht 422 unter Verwendung eines Ablösungsprozesses
(z.B. eines Naßpolierprozesses)
(der alle restlichen Teile einer Schicht oberhalb der Hartmaskenschicht 422 einschließt) abgezogen
werden. Danach wird Muster 435 auf das Siliziumsubstrat 410 unter
Verwendung der folgenden als Beispiel dienenden Prozeßvorschrift übertragen:
Kammerdruck = etwa 100 mTorr bis etwa 200 mTorr; HF-Leistung der
oberen Elektrode = etwa 800 W; HF-Leistung der unteren Elektrode =
etwa 2000 W; Durchflußrate
des Prozeßgases HBr/NF3/O2/SiF4 =
etwa 500/300/50/20/20 Norm-cm3/min (sccm);
Elektrodenabstand zwischen der Unterseite von Elektrode 70 (siehe 7)
und der Oberseite von Substrat 25 auf dem Substrathalter 20 beträgt etwa
60 mm; Temperatur der unteren Elektrode (z.B. Substrathalter 20 in 7)
= etwa 90°C; Temperatur
der oberen Elektrode (z.B. Elektrode 70 in 5)
= etwa 80°C;
Temperatur der Kammerwand = etwa 70°C; rückseitiger Heliumdruck Mitte/Rand
= etwa 10/50 Torr, und Ätzzeit
von etwa 60 bis 120 Sekunden.
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11 zeigt
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Ätzen
einer Filmschichtenfolge unter Verwendung eines Plasmaverarbeitungssystems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Prozedur 500 beginnt bei 510
mit der Bildung einer Filmschichtenfolge auf einem Substrat, wobei die
Filmschichtenfolge eine Verbundschicht umfaßt. Die Verbundschicht umfaßt zwei
oder mehr Materialschichten, zwischen denen Zwischenschichten einer Materialzusammensetzung
liegen, die sich von der der Materialschichten unterscheidet.
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In 520 wird
ein Muster, das in einer Maskenschicht gebildet wird, wie zum Beispiel
einer lithographischen Maske, auf die obere Materialschicht unter Verwendung
eines Ätzprozesses übertragen,
bis die Zwischenschicht erreicht ist. In 530 wird ein Korrekturätzprozeß ausgeführt, um
mindestens eine kritische Abmessung (CD) des Musters, das auf die
obere Materialschicht übertragen
wird, zu korrigieren, sobald die Zwischenschicht erreicht ist. Wenn
zum Beispiel das Muster ein rechteckiges Strukturelement umfaßt, kann
die CD eine Elementbreite entlang einer Hauptachse, eine Elementbreite
entlang einer Nebenachse oder ein Seitenverhältnis (Verhältnis der zwei Elementbreiten
entlang der Haupt- bzw. Nebenachse) oder eine Kombination von zwei
oder mehr derselben umfassen. Vor dem Korrekturätzprozeß oder nach dem Korrekturätzprozeß oder vor
und nach dem Korrekturätzprozeß kann optional
zumindest eine CD unter Verwendung zum Beispiel eines optischen
Diagnoseverfahrens gemessen werden.
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In
Schritt 540 wird das korrigierte Muster auf die Zwischenschicht übertragen.
Danach, in Schritt 550, wird das korrigierte Muster auf
den restlichen Teil der Verbundschicht übertragen.
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Danach
kann (optional) jeder restliche Teil der Maskenschicht entfernt
werden, und die strukturierte Verbundschicht kann zum Übertragen
des Musters auf das darunter liegende Substrat verwendet werden.
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Obwohl
nur bestimmte Ausführungsformen dieser
Erfindung oben detailliert beschrieben wurden, werden Fachleute
auf dem Gebiet ohne weiteres erkennen, daß viele Modifizierungen in
den Ausführungsformen
möglich
sind, ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen dieser
Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollen alle solchen Modifizierungen
als innerhalb des Geltungsbereichs dieser Erfindung liegend angesehen
werden.