JP2013542613A - フォトレジスト線幅の荒れを制御するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、フォトレジスト層の線幅の荒れ(LWR)を制御及び修正するための方法及び装置を提供する。一実施形態では、基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れを制御するための装置は、内部処理領域を画定する頂壁、側壁及び底壁を有するチャンバ本体と、導波路を介してチャンバ本体に結合されたマイクロ波電力発生装置と、導波路に隣接してチャンバ本体の外周の周りに配置された1以上のコイル又は磁石と、ガス供給通路を通って導波路に結合されたガス供給源とを含む。
Description
(発明の分野)
本発明は、概して、フォトレジスト線幅の荒れを制御するための方法及び装置に関し、より具体的には、半導体処理技術でフォトレジスト線幅の荒れを制御するための方法及び装置に関する。
本発明は、概して、フォトレジスト線幅の荒れを制御するための方法及び装置に関し、より具体的には、半導体処理技術でフォトレジスト線幅の荒れを制御するための方法及び装置に関する。
(関連技術の説明)
集積回路は、単一のチップ上に数百万個の部品(例えば、トランジスタ、コンデンサ、抵抗)を含めることができる複雑なデバイスへと進化してきた。チップ設計の進化は、高速な回路及び高い回路密度を絶えず必要としている。高い回路密度の需要は、集積回路部品の小型化を必要とする。
集積回路は、単一のチップ上に数百万個の部品(例えば、トランジスタ、コンデンサ、抵抗)を含めることができる複雑なデバイスへと進化してきた。チップ設計の進化は、高速な回路及び高い回路密度を絶えず必要としている。高い回路密度の需要は、集積回路部品の小型化を必要とする。
集積回路部品の寸法が(例えば、サブミクロンの寸法へと)減少するにつれて、半導体集積回路上のある領域内により多くの素子が配置されることが要求される。したがって、損傷なく精密にかつ正確に基板上に更に小さな構造を転写するリソグラフィープロセスはますます困難になってきている。基板上に精密かつ正確な構造を転写するために、所望の高解像度リソグラフィープロセスでは、露光用の所望の波長範囲で放射を提供可能な適切な光源を有する必要がある。更に、リソグラフィープロセスは、最小のフォトレジスト線幅の荒れ(LWR)を有するフォトレジスト層上に構造を転写することが要求される。結局のところ、フォトレジスト層上に所望の構造を転写するためには、無欠陥マスクが必要とされる。最近では、短い露光波長を提供するために極紫外線(EUV)放射線源が利用され、これによって基板上での最小印刷可能サイズを更に減少させている。しかしながら、このような小さな寸法では、フォトレジスト層のエッジの荒れを制御するのは、ますます困難になってきている。
図1は、エッチングされるターゲット材102上に配置されたパターン形成されたフォトレジスト層104を有する基板100の例示的な上部断面図を示す。ターゲット材102上に構造を転写するエッチングのために、下地のターゲット材102を容易に露出するようにパターニングされたフォトレジスト層104の間に開口部106が画定される。しかしながら、リソグラフィ露光プロセスの不正確な制御又は低解像度は、フォトレジスト層104のクリティカルディメンジョンを悪化させ、これによって許容できない線幅の荒れ(LWR)108をもたらす可能性がある。フォトレジスト層104の大きな線幅の荒れ(LWR)108は、ターゲット材102への不正確な構造の転写をもたらし、こうして最終的にデバイスの故障及び歩留まりのロスにつながる可能性がある。
したがって、所望のクリティカルディメンジョンをもつパターニングされたフォトレジスト層を得るために、線幅の荒れ(LWR)を制御し、最小限に抑えるための方法及び装置が必要である。
本発明は、フォトレジスト層の線幅の荒れ(LWR)を制御及び修正するための方法及び装置を提供する。一実施形態では、基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れを制御するための装置は、内部処理領域を画定する頂壁、側壁及び底壁を有するチャンバ本体と、導波路を介してチャンバ本体に結合されたマイクロ波電力発生装置と、導波路に隣接してチャンバ本体の外周の周りに配置された1以上のコイル又は磁石と、ガス供給通路を通って導波路に結合されたガス供給源とを含む。
別の一実施形態では、基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れを制御するための方法は、上にパターニングされたフォトレジスト層を配置した基板を内部に配置した処理チャンバ内で電場を発生させる工程と、基板上に配置したパターニングされたフォトレジスト層にガス混合物を供給する工程と、ガス混合物内でプラズマを形成するように処理チャンバ内で電場と相互作用する磁場を発生させる工程と、処理チャンバ内に形成されたプラズマで、パターニングされたフォトレジスト層のエッジ形状を整える工程を含む。
更に別の一実施形態では、基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れを制御するための方法は、内部に基板が配置された処理チャンバ内へガス混合物を供給する工程と、マイクロ波電力を処理チャンバに印加して処理チャンバ内に電場を発生させる工程と、処理チャンバの外周部の周りに配置された1以上のコイル又は磁石に直流又は交流電力を印加して磁場を発生させる工程と、磁場と電場の相互作用によってガス混合物内にプラズマを形成する工程と、処理チャンバ内に形成されたプラズマを利用して、パターニングされたフォトレジスト層のエッジ形状を整える工程を含む。
本発明の上述した構成を達成し、詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、添付図面に示されるその実施形態を参照して行う。
従来当該技術分野において基板上に配置されたパターン化されたフォトレジスト層の例示的構成の上面図を示す。
本発明の一実施形態に係る使用された電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマリアクタの概略断面図を示す。
本発明の一実施形態に係る電子軌道図を示す。
本発明の一実施形態に係る基板上でECRプラズマ処理を行うプロセスフロー図を示す。
本発明の一実施形態に係るフォトレジスト層に隣接して通過した電子軌道の平面図を示す。
本発明の一実施形態に係る基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れの形状を示す。
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
本発明の実施形態は、基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れ(LWR)を制御するための方法及び装置を含む。フォトレジスト層の線幅の荒れ(LWR)は、露光/現像工程後にフォトレジスト層上に電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマプロセスを行うことにより制御することができる。電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマプロセスは、フォトレジスト層パターンのエッジを滑らかにするナノメートルスケールでの化学的・電子研削方法を提供するために実行され、これによって後続のエッチングプロセスのために最小のパターンのエッジの荒れを有するフォトレジスト層の滑らかなパターンを提供する。
図2は、本発明に係る電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマプロセスを実行するのに適した電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマリアクタ200の一実施形態の概略断面図を示す。本発明を実施するのに適したこのようなエッチングリアクタの1つは、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ズ社(Applied Materials, Inc.)から入手できる。他のメーカー製のものも含めて、他の適切なプラズマ処理チャンバもまた、本明細書内において使用可能であることが理解される。
プラズマリアクタ200は、チャンバ本体210を有する処理チャンバ252を含む。処理チャンバ252は、真空ポンプ228が結合された高真空容器である。処理チャンバ252のチャンバ本体210は、内部に処理領域212を画定する頂壁222、側壁224、及び底壁226を含む。側壁224の温度は、側壁224の内部及び/又は周囲に配置された液体含有導管(図示せず)を用いて制御される。底壁226は、電気的グランド230に接続されている。
処理チャンバ252は、支持台座部214を含む。支持台座部214は、処理チャンバ252の底壁226を貫通して処理領域212内へと延びている。支持台座部214は、処理用に上に配置される基板250を受け取ることができる。支持台座部214は、整合ネットワーク216を介して高周波(RF)バイアス電源218に結合され、電気的グランド232へと結合されている。バイアス電源218は、一般的に約50kHz〜約60MHzの調整可能な周波数と約0〜5000ワットのバイアス電力を有するRF信号を生成することが可能である。オプションで、バイアス電源218は、DC又はパルスDC電源が可能である。
マイクロ波電力発生装置202は、導波路220を介して処理チャンバ252の処理領域212へ電力を結合する。マイクロ波電力発生装置202と導波路220との間に誘電体窓204を配置してもよい。一実施形態では、誘電体窓204は、石英ガラス、セラミックス材料等から製造することができる。
1以上のコイルセグメント又は磁石208(208A及び208Bとして図示されている)が、処理チャンバ252の外周の周囲に配置されている。コイルセグメント又は磁石208への電力は、直流電源又は低周波交流電源(図示せず)によって制御される。コイルセグメント又は磁石208は、一般的に対称なパターンで離間して配置されており、極性が交互に(すなわち、N極「N」とS極「S」が交互に)配置されている。処理チャンバ252の円周の周りに配置されたコイルセグメント又は磁石208は、内部処理領域212内の円形領域の中央に向かって発生されたプラズマを「押す(プッシュする)」傾向がある。コイルセグメント又は磁石208は、マイクロ波を処理チャンバ252内に導入している電場とは垂直な方向に磁場を発生させる。コイルセグメント又は磁石208は、永久磁石、電磁石、又は磁場を発生させ、発生させた磁場を内部処理領域212内に形成することができる他の類似の装置を含むことができる。ガス供給源206は、処理チャンバ252内に処理ガスを供給するための導波路220に結合することができる。マイクロ波電力は、電子が周回(移動)するときに電子にエネルギーを与えながら、磁場は、磁力線248に沿って電子を周回させる。電場と磁場との相互作用は、ガス供給源206から供給されるガスを解離させ、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを形成させる。ECRプラズマは、磁場、自由電荷(例えば、電子やイオン)、ラジカル、又は中性原子を含むことができ、これらは回転して基板表面250に向かって移動することができる。ガス混合物から解離したイオンや電荷と結合したスピン電子は、磁力線248に沿って円形のモードで基板表面に向かって加速することができ、これによって基板表面上に形成された構造をグリッド化する。まず図3を参照すると、図3は、磁場中での電子軌道302を描いている。磁場によって電子は、内部処理領域212内で磁力線304に沿って回転し旋回することができるので、電子は基板表面に向かって円運動302で移動することができる。
図2を再び参照すると、コイルセグメント又は磁石208は、処理チャンバ252の軸に沿って長手方向に移動させて、内部処理領域212内に発生する磁場の最大点の軸方向の位置を調整することができる。ECRプラズマの形成を促進するのに十分な磁場強度を発生させることができる他の磁場発生源を用いることもできる。
基板処理時には、チャンバ252の内部のガス圧力は、所定の範囲内に制御することができる。一実施形態では、チャンバ252の内部処理領域212内のガス圧は、約0.1〜999ミリトールに維持される。基板250は、摂氏約10〜約500度の間の温度に維持することができる。
中央処理装置(CPU)244と、メモリ242と、サポート回路246を含むコントローラ240は、本発明のプロセスの制御を促進するためにリアクタ202の様々なコンポーネントに結合されている。メモリ242は、任意のコンピュータ可読媒体(例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、フロッピー(商標名)ディスク、ハードディスク)、又はリアクタ200又はCPU244に対してローカル又はリモートのその他の任意のデジタルストレージの形態であることができる。サポート回路246は、従来通りにCPUが244を支援するために、CPU244に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力/出力回路、サブシステムなどを含む。メモリ242に格納されたソフトウェアルーチン又は一連のプログラム命令は、CPU244によって実行されると、リアクタ200に、本発明のプラズマ処理を実行させる。
図2は、単に本発明を実施するために使用できるプラズマリアクタの様々な種類の構成のうちの一例を示している。例えば、異なる結合機構を用いて、異なる種類のマイクロ波電力、磁力、バイアス電力をプラズマチャンバに結合することができる。一部のアプリケーションでは、異なる種類のプラズマを、基板が配置されている場所とは異なるチャンバ内(例えば、リモートプラズマ源)で発生させ、その後、当該技術分野で周知の技術を用いてチャンバ内に導くことができる。
図4は、本発明の一実施形態に係る、フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)の制御プロセス400を実行する一実施形態のフロー図を示す。プロセス400は、プロセス400をECRプラズマ処理チャンバ(例えば、図2に示されるECRプラズマリアクタ200又は他の適当なリアクタ)内でコントローラ240に実行させる命令として、メモリ242内に格納することができる。
プロセス400は、基板(例えば、図2に示される基板250)を処理用の処理チャンバ252に供給することによって、ブロック402で始まる。基板250は、図5に示されるように、エッチングされるターゲット材512を上に配置することができる。一実施形態では、フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)の制御プロセス400を用いてエッチングされるターゲット材512は、誘電体層、金属層、セラミックス材料、又は他の適切な材料が可能である。一実施形態では、エッチングされるターゲット材512は、半導体製造に利用されるゲート構造又はコンタクト構造又は層間誘電体構造(ILD)として形成された誘電体材料であることができる。誘電体材料の好適な例としては、SiO2、SiON、SiN、SiC、SiOC、SiOCN、a−Cなどを含む。別の一実施形態では、エッチングされるターゲット材512は、金属間誘電体構造(IMD)又は他の好適な構造として形成された金属材料であることができる。金属層の好適な例としては、Cu、Al、W、Ni、Crなどを含む。
ブロック404では、フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400が基板250上に実行され、これによって図5に示されるように、フォトレジスト層514のエッジ516をグリッド化し、修正し、整えることができる。フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400は、ECR処理チャンバ内で基板250上に配置されたフォトレジスト層514上でECRプラズマプロセスを実施することによって実行される。上述のように、ECRプラズマプロセス内で励起された電子は、円を描くように移動して加速される。図5に示されるように、電子の円運動504は、フォトレジスト層514の不均一なエッジ516を、滑らかにグリッド化し、衝突し、研磨除去する。このプロセスは、フォトレジスト層514の所望の荒れ具合(例えば、(仮想線510によって図示されるような)真直度)が達成されるまで、継続的に実行することができる。電子の運動量の良好な制御によって、フォトレジスト層514のエッジ516からの不均一な面や突起は徐々に平坦化され、これによってフォトレジストの線幅の荒れ(LWR)を所望の最小範囲内に効率よく制御することができる。電子運動量、イオン密度、イオン質量、又は電荷密度は、磁場と電場の間の相互作用から発生した電力及び内部に供給されたガスによって制御することができる。一実施形態では、マイクロ波電場と磁場が発生するように供給された電力を調整することによって、異なる電子の運動量や移動度を得ることができる。
ブロック406において、フォトレジスト層514の線幅の荒れ(LWR)は、ECRプラズマ処理中に、調整され、グリッド化され、修正され、制御することができる。処理中に、フォトレジスト層514の線幅の荒れを所望の範囲に維持するように、いくつかのプロセスパラメータを制御することができる。一実施形態では、マイクロ波電力は、約50ワット〜約2000ワットで処理チャンバに供給することができる。処理チャンバ内に生成された磁場は、約500G〜約1000Gに制御することができる。約100ワット〜約2000ワットのDC及び/又はAC電力を使用して、処理チャンバ内に磁場を発生させることができる。処理チャンバの圧力は、約0.5ミリトール〜約500ミリトールに制御することができる。処理ガスは、フォトレジスト層514のエッジの荒れの修正、調整、及び制御を支援するために、処理チャンバ内に供給することができる。フォトレジスト層514用に選択された材料は、しばしば有機材料であるため、酸素含有ガスが処理チャンバ内に供給される処理ガスとして選択され、これによってフォトレジスト層514の荒れと形状のグリッド化及び修正を支援することができる。酸素含有ガスの好適な例としては、O2、N2O、NO2、O3、H2O、CO、CO2などを含む。他の種類の処理ガスもまた、同時に又は個別に、処理チャンバ内に供給して、これによってフォトレジスト層514の荒れの修正を支援することができる。処理ガスの好適な例としては、N2、NH3、Cl2、又は不活性ガス(Ar又はHe)を含む。処理ガスは、約10sccm〜約500sccm(例えば、約100sccm〜約200sccm)の流量で処理チャンバ内に供給することができる。処理は約30秒〜約200秒実行可能である。特定の一実施形態では、O2ガスが処理ガスとして処理チャンバ内に供給され、これによってフォトレジスト層514と反応して、基板250上に配置されたフォトレジスト層514の線幅の荒れ(LWR)を整えて、修正する。
上述のように、一実施形態では、マイクロ波の電場と磁場を生成するように供給された電力を調整することによって、異なる電子の運動量又は移動度を得ることができ、これによって別の衝突エネルギーを提供して、フォトレジスト層のエッジの荒れを修正又は整えることができる。高い電子移動の運動量が望まれる一実施形態では、マイクロ波電場及び磁場を発生させるためにより高い電力が供給され、これによってフォトレジスト層の荒れを整えて修正するためのより高い衝突エネルギーを提供することができる。これとは対照的に、低い電子移動の運動量が望まれる一実施形態では、マイクロ波電場及び磁場を発生させるためにより低い電力が供給され、これによってより低い衝突エネルギーを提供し、下地層をエッチングすることなく必要に応じてフォトレジスト層の荒れを穏やかに平滑化し磨くことができる。
フォトレジスト層514の所望の最小荒れが達成されるまで、フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400は、連続して行うことができる。一実施形態では、フォトレジスト層514の線幅の荒れ513は、約3.0nm未満(例えば、約1.0nm〜約1.5nm)の範囲内に制御することができる。フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400は、フォトレジスト層514の所望の荒れが達成されたことを示す終点信号伝達に達した後、終了させることができる。あるいはまた、フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400は、予め設定された時間モードによって終了させることができる。一実施形態では、フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400は、約100秒〜約500秒の間、実行することができる。
図6は、フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400を表面においてすでに実行したフォトレジスト層514の断面図の典型的な一実施形態を示す。フォトレジストの線幅の荒れ(LWR)制御プロセス400の後、滑らかなエッジ面が得られている。エッジの荒れを最小化し、フォトレジスト層514のエッジの形態を平滑化するように、フォトレジスト層514の荒れが平滑化され、調整されている。フォトレジスト層514内に形成された滑らかなエッジ面は、エッチング用に下地のターゲット材512を露出させるために、パターニングされたフォトレジスト層514内にシャープで明確に画定された開口部604を画定し、これによってマスク層として形成される正確で真直ぐな開口幅606をエッチングする。一実施形態では、開口部604の幅606は、約15nm〜約35nmの間に制御することができる。
一実施形態では、下地のターゲット材512は、線幅の荒れ(LWR)制御プロセスを実行するために使用されたのと同じチャンバ(例えば、図2に示されるチャンバ200)内でエッチングプロセスを実行することによってエッチングすることができる。別の一実施形態では、下地のターゲット材512は、線幅の荒れ(LWR)処理チャンバを組み込むことができるクラスタシステム内に統合された他の任意の異なる適切なエッチングチャンバ内でエッチングプロセスを実行することによってエッチングすることができる。更に別の一実施形態では、下地のターゲット材512は、線幅の荒れ(LWR)処理チャンバから分離した、又は線幅の荒れ(LWR)処理チャンバを組み込むことができるクラスタシステムから分離したスタンドアロンのチャンバを含む任意の他の別の適切なエッチングチャンバ内でエッチングプロセスを実行することによってエッチングすることができる。
一実施形態では、線幅の荒れ(LWR)プロセスを実行するために利用されるガス混合物は、下地のターゲット材512をエッチングするために利用されるガス混合物とは異なるように構成される。一実施形態では、線幅の荒れ(LWR)プロセスを実行するために利用されるガス混合物は、酸素含有層(例えば、O2)を含み、下地のターゲット材512をエッチングするために利用されるガス混合物は、ハロゲン含有ガス(例えば、フッ素炭素ガス、塩素含有ガス、臭化物含有ガス、フッ素含有ガスなど)を含む。
このように、本発明は、フォトレジスト層の線幅の荒れ(LWR)を制御及び修正するための方法及び装置を提供する。本方法及び装置は、有利なことに、EUV露光処理後の基板上に配置されたフォトレジスト層の形状、線幅の荒れ、及び寸法を制御し、修正し、整えることができ、これによってフォトレジスト層内の開口部の正確なクリティカルディメンジョンを提供することができ、次のエッチングプロセスにおいて、開口部を介してエッチングされる下地層に正確にクリティカルディメンジョンを転写することができる。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
Claims (15)
- 基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れを制御するための装置であって、
内部処理領域を画定する頂壁、側壁及び底壁を有するチャンバ本体と、
導波路を介してチャンバ本体に結合されたマイクロ波電力発生装置と、
導波路に隣接してチャンバ本体の外周の周りに配置された1以上のコイル又は磁石と、
ガス供給通路を通って導波路に結合されたガス供給源とを含む装置。 - チャンバ本体内に配置され、チャンバ本体の底壁を貫通して延びる基板支持アセンブリを含む請求項1記載の装置。
- 基板支持アセンブリに結合されたRFバイアス電源を含む請求項2記載の装置。
- マイクロ波電力発生装置と導波路との間に配置された誘電体窓を含む請求項1記載の装置。
- コイル又は磁石は永久磁石又は電磁石である請求項1記載の装置。
- 処理チャンバはグランドに結合されている請求項1記載の装置。
- 基板支持アセンブリに結合されたRFバイアス電源はグランドに結合されている請求項3記載の装置。
- 基板上に配置されたフォトレジスト層の線幅の荒れを制御するための方法であって、
上にパターニングされたフォトレジスト層を配置した基板を内部に配置した処理チャンバ内で電場を発生させる工程と、
基板上に配置したパターニングされたフォトレジスト層にガス混合物を供給する工程と、
ガス混合物内でプラズマを形成するように処理チャンバ内で電場と相互作用する磁場を発生させる工程と、
処理チャンバ内に形成されたプラズマで、パターニングされたフォトレジスト層のエッジ形状を整える工程を含む方法。 - 電場を発生させる工程は、処理チャンバにマイクロ波電力を印加して電場を発生させる工程を含む請求項8記載の方法。
- 磁場を発生させる工程は、処理チャンバの外周部の周りに配置された1以上のコイル又は磁石に直流又は交流電力を印加して磁場を発生させる工程を含む請求項8記載の方法。
- コイル又は磁石は永久磁石又は電磁石である請求項10記載の方法。
- ガス混合物を供給する工程は、酸素含有ガスを処理チャンバ内に供給する工程を含む請求項8記載の方法。
- 酸素含有ガスがO2である請求項12記載の方法。
- パターニングされたフォトレジスト層のエッジ形状を整える工程は、処理チャンバ内で発生された磁場と電場の間の相互作用を調整する工程を含む請求項8記載の方法。
- 相互作用を調節する工程は、約3.0nm未満の線幅の荒れを有するフォトレジスト層のエッジ形状を制御する工程を含む請求項14記載の方法。
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