JP5844025B2 - 自己マスク層を有するフォトマスクとそのエッチング方法 - Google Patents
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Description
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、半導体デバイスの製造で使用するフォトマスク、更に具体的には自己マスク層を有するフォトマスクとそのエッチング方法に関する。
本発明の実施形態は、概して、半導体デバイスの製造で使用するフォトマスク、更に具体的には自己マスク層を有するフォトマスクとそのエッチング方法に関する。
（関連技術の説明）
集積回路（ＩＣ）又はチップの製造において、チップの異なる層を表すパターンはチップ設計者によって作成される。製造工程中に各チップ層のパターンを半導体基板上に転写するために、一連の再使用可能なフォトマスク（本願ではマスクとも称される）をこれらのパターンから作製する。マスクパターン形成システムでは精密レーザや電子ビームを用いてチップの各層のデザインをそれぞれのマスク上に像形成する。次に、マスクを写真のネガのように用いて各層の回路パターンを半導体基板上に転写する。一連の処理を用いてこれらの層を積み重ねると、完成した各チップを構成する微小なトランジスタや電気回路となる。そのため、マスクに少しでも欠陥があるとチップに転写され、性能に悪影響を及ぼす可能性がある。性能に悪影響がでるほどに欠陥が深刻となると、マスクは完全に使い物にならなくなる。典型的には、１つのチップを１セット１５〜３０個のマスクを用いて構築し、これらは繰り返して使用可能である。
集積回路（ＩＣ）又はチップの製造において、チップの異なる層を表すパターンはチップ設計者によって作成される。製造工程中に各チップ層のパターンを半導体基板上に転写するために、一連の再使用可能なフォトマスク（本願ではマスクとも称される）をこれらのパターンから作製する。マスクパターン形成システムでは精密レーザや電子ビームを用いてチップの各層のデザインをそれぞれのマスク上に像形成する。次に、マスクを写真のネガのように用いて各層の回路パターンを半導体基板上に転写する。一連の処理を用いてこれらの層を積み重ねると、完成した各チップを構成する微小なトランジスタや電気回路となる。そのため、マスクに少しでも欠陥があるとチップに転写され、性能に悪影響を及ぼす可能性がある。性能に悪影響がでるほどに欠陥が深刻となると、マスクは完全に使い物にならなくなる。典型的には、１つのチップを１セット１５〜３０個のマスクを用いて構築し、これらは繰り返して使用可能である。
マスクは、通常、不透明な光吸収層をその上に有する透明基板を備える。常法では、典型的なマスクは片側にクロム層を有するガラス又は石英基板である。クロム層は反射防止膜と感光性レジストで被覆されている。パターニング処理中、レジストの部位を電子ビーム又は紫外線に曝露し、曝露部位を現像液可溶性とすることでマスク上に回路デザインを書き込む。次にレジストの可溶部位を除去すると、露出したその下のクロムがエッチング可能となる。エッチング処理によりレジストを除去した位置でクロムと反射防止層をマスクから除去する、つまり露出したクロムを除去する。
マスク製造の主要課題にはエッチング限界寸法（ＣＤ）バイアス制御、エッチングＣＤ均一性、断面のプロファイル、エッチングＣＤ直線性、エッチング選択性、欠陥性制御が含まれる。しかしながら、（ＩＣ内に形成されるトランジスタと電気回路の寸法の縮小に対応した）マスクの限界寸法の縮小化に伴い、現在の光リソグラフィ技術はその技術的限界に近づきつつある。例えば、現在の光バイナリマスクにおいて、６５ｎｍ型処理向けの慣用のマスクのエッチングＣＤバイアスは最先端技術のエッチャー上で約１５〜２０ｎｍである。このエッチングバイアス問題は主にフォトレジストの侵食により生じる。パターン転写中、吸収層のフォトレジストに対するエッチング速度選択性の限界により、フォトレジストは著しく消耗する。このフォトレジストの消耗によりパターン転写処理の忠実度が低下する。
従って、改善されたマスクとマスク製造方法が求められている。
本願ではフォトマスク構造とエッチング方法を提供する。一実施形態において、フォトマスクは半透明な基板と、基板上に配置された不透明な多層型吸収層を含む。不透明な多層型吸収層はバルク吸収層上に配置された自己マスク層を備える。自己マスク層は窒素化タンタル・ケイ素系材料（ＴａＳｉＯＮ）、タンタル・ホウ素酸化物系材料（ＴａＢＯ）、又は酸化及び窒素化タンタル系材料（ＴａＯＮ）の１つを含む。バルク吸収層は、ケイ化タンタル系材料（ＴａＳｉ）、窒素化ホウ化タンタル系材料（ＴａＢＮ）、又は窒化タンタル系材料（ＴａＮ）の１つを含む。バルク吸収層エッチング工程中の自己マスク層のエッチング速度は低いため、自己マスク層はハードマスクとして機能する。
本発明の別の態様において、フォトマスクエッチング方法は多層型吸収層をその上に有する透明基板を備えるフォトマスクを用意し、多層型吸収層はバルク吸収層上に配置された自己マスク層を備え、ここで自己マスク層はタンタルと酸素を含み、バルク吸収層はタンタルを含み酸素を含まない工程と、第１エッチング処理を用いて自己マスク層をエッチングする工程と、第１エッチング処理とは異なる第２エッチング処理を用いてバルク吸収層をエッチングする工程を含む。
本発明の別の態様において、フォトレジスト層と、フォトレジスト層の下の反射防止サブ層とバルクサブ層とを有する不透明層と、不透明層の下の実質的に透明な基板層を備えるブランクフォトマスク上への像形成方法は、フォトレジスト層にパターン像を形成する工程と、パターン像に対応しないフォトレジスト層部位を除去することでパターン像に対応しない不透明層の反射防止サブ層の部位を露出させる工程と、第１エッチング処理を用いてパターン像に対応しない反射防止サブ層の露出部位を除去することでパターン像に対応しないバルクサブ層の部位を露出させる工程と、バルクサブ層除去速度が反射防止サブ層除去速度の少なくとも１０倍である第２エッチング処理を用いて、パターン像に対応しない、反射防止サブ層の下のバルクサブ層の露出部位を除去することでパターン像に対応しない実質的に透明な層の部位を露出させる工程と、フォトレジスト層を除去する工程を含む。
本発明は従来のマスクと比較してエッチングＣＤバイアスを低減しパターン転写忠実度を改善するための、光バイナリフォトマスク、組込・減衰型位相シフトマスク（ＥＡＰＳＭ）、交互位相配置型マスク（ＡＡＰＳＭ）用途に使用可能なフォトマスクとエッチング方法を提供する。
図１は本発明のブランクフォトマスクつまりマスク１００の一実施形態を示す。図１に図示されるように、マスク１００は多層型吸収層１０４を有する光透過性基板１０２を含む。基板１０２は、典型的には、石英等の光透過性ケイ素系材料（例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ２）を含む。基板１０２のサイズはフォトマスクとしての使用に適したものであればいずれであってもよい。一実施形態において、基板１０２の形状は長さ約５〜９インチの辺を有する矩形である。基板１０２の厚さは約０．１５〜０．２５インチであってもよい。一実施形態において、基板１０２の厚さは約０．２５インチである。
多層型吸収層１０４は不透明な遮光層であり、厚さは約４０〜１１０ナノメートル（ｎｍ）であってもよい。多層型吸収層１０４はバルク吸収層１０６（バルクサブ層とも称する）と自己マスク層１０８（反射防止サブ層とも称する）とを含む。バルク吸収層１０６の厚さは多層型吸収層１０４の約８０〜８５％であってもよい（つまり、厚さ約３０〜９０ｎｍ）。バルク吸収層１０６は基本的に酸素を含まないタンタル系材料、例えばケイ化タンタル系材料（以下、ＴａＳｉとする）、窒素化ホウ化タンタル系材料（以下、ＴａＢＮとする）、窒化タンタル系材料（以下、ＴａＮとする）を含んでいてもよい。
自己マスク層１０８の厚さは多層型吸収層１０４の約１５〜２０パーセントであってもよい（つまり、厚さ約１０〜３０ｎｍ）。自己マスク層１０８の組成は、通常、タンタル及び酸素系材料を含む。自己マスク層１０８の組成はバルク吸収層１０６の組成と対応し、バルク吸収層１０６がＴａＳｉを含む場合は酸化及び窒素化タンタル・ケイ素系材料（以下、ＴａＳｉＯＮとする）を含み、バルク吸収層１０６がＴａＢＮを含む場合はタンタル・ホウ素酸化物系材料（以下、ＴａＢＯとする）を含み、バルク吸収層１０６がＴａＮを含む場合は酸化及び窒素化タンタル系材料（ＴａＯＮ）を含む。
バルク吸収層１０６と自己マスク層１０８との組成の関係により、マスク１００のエッチング中の欠陥の発生が軽減され、有利である。例えば、（以下でより詳細に説明するように）第１エッチング処理を用いて自己マスク層１０８をエッチングし、次に第２エッチング処理を用いて自己マスク層１０８に対するバルク吸収層１０６のエッチング選択性を高く維持しながらバルク吸収層１０６をエッチングすることで自己マスク層１０８をハードマスクつまり自己マスクとし、より薄いフォトレジスト層の使用を可能とする。この材料の組み合わせや多段階エッチング処理により、従来の「軟性」のフォトレジスト材料を用いたエッチング処理と比較してエッチングＣＤバイアスが低下し、ＣＤ均一性は向上して有利である。
ブランクマスク１００から改善された限界寸法と均一性を有する完成マスクを形成する方法を図２〜３を参照して以下で説明する。図２Ａ〜Ｃは本発明の方法の一実施形態を用いてマスク１００をエッチングするための製造シーケンスの一実施形態を示す。図３は図１のマスクをエッチングするための方法３００の一実施形態のフロー図であり、図２Ａ〜Ｃを参照して説明する。図３００は図４を参照して以下で説明するように、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なテトラ（商標名）Ｉ（ＴＥＴＲＡ）、テトラ（商標名）ＩＩ、又はＤＰＳ（商標名）ＩＩエッチングチャンバ、又はその他の適切なエッチングチャンバで行うことができる。方法３００は制御装置のメモリ又はチャンバのその他の記憶媒体にコンピュータ可読形式で記憶させることができる。
方法３００は工程３０２から始まり、自己マスク１０８上にフォトレジスト層２０２を配置しパターニングすることで（図２Ａに図示されるように）マスク１００に転写するデザインに対応した開口部２０４を形成し、自己マスク層１０８の対応する部位を露出させる。フォトレジスト層２０２はいずれの適切な感光性レジスト材料を含み、いずれの適切なやり方で堆積、パターニングしてもよい。フォトレジスト層２０２は、約１００〜１０００ｎｍの厚さに堆積することができる。
次に、工程３０４で、フォトレジスト層２０２をマスクとして用い、自己マスク層１０８を第１エッチング処理でエッチングすることで、（図２Ｂに図示されるように）開口部２０４のパターンを自己マスク層１０８に転写し、バルク吸収層１０６の対応する部位を露出させる。自己マスク層１０８がＴａＳｉＯＮを含む実施形態の場合、第１エッチング処理中のレジストに対する自己マスク層１０８のエッチング選択性は約３．８であり、バルク吸収層１０６に対する自己マスク層１０８のエッチング選択性は８より大きい。
第１エッチング処理では自己マスク層１０８を（開口部２０４を通して）フッ素含有ガス、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、又は塩化水素（ＨＣｌ）の少なくとも１つを含む第１処理ガス（又は混合ガス）の種に曝露することで自己マスク層をエッチングする。適切なフッ素含有ガスの例には四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化炭素（Ｃ２Ｆ６）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）等が含まれる。一実施形態において、ＣＦ４は速度約１０〜１００標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）で供給する。任意で、ヘリウム（Ｈｅ)又はアルゴン（Ａｒ）等のキャリアガスを流量約５０〜２００ｓｃｃｍで供給してもよい。ある特定の処方では、速度約５０ｓｃｃｍでＣＦ４を流量約１００ｓｃｃｍのキャリアガスと共に供給する。処理チャンバ内の圧力は約４０ｍＴｏｒｒ未満に制御され、一実施形態においては約１〜約１０ｍＴｏｒｒ、例えば２ｍＴｏｒｒである。
以下で説明するように、プラズマは例えば約３００〜６００ＷのＲＦ電力をプラズマ電源から処理チャンバのアンテナに印加することで第１処理ガスから形成する。別の方法でプラズマに点火することも考えられる。一実施形態においては、約４２０ＷのＲＦ電力を周波数約１３．５６ＭＨｚで印加する。
任意で、基板バイアス電力を印加してマスク１００をバイアスする。バイアス電力は約６００Ｗ未満であってもよく、第１例においては約１００Ｗ未満、第２例においては２０〜約１５０Wである。ある特定の処理処方では約２５Wのバイアス電力を印加する。更に、バイアス電力は周波数約１〜２０ＭＨｚ、又は一実施形態においては１３．５６ＭＨｚのＲＦ信号であってもよい。
バイアス電力は任意でパルス伝送してもよい。バイアス電力は負荷サイクル約１０〜９５％でパルス伝送してもよく、一実施形態においては約２０〜９５％でパルス伝送される。一実施形態において、バイアス電源１４０はパルス周波数約１〜１０ｋＨｚ、負荷サイクル約１０〜約９５％で約６００ワット未満のＲＦ電力を供給するように構成されている。別の実施形態において、バイアス電源１４０はパルス周波数約２〜約５ｋＨｚ、負荷サイクル約２０〜約９５％で約２０〜約１５０ワットのＲＦ電力を供給するように構成されている。
処理中、カソード温度は約１５〜３０℃に維持してもよく、チャンバ壁部温度は約５０〜８０℃に維持してもよい。一実施形態において、カソード温度は約２０℃に維持してもよく、チャンバ壁部温度は約６５℃に維持してもよい。
次に、工程３０６で、自己マスク層１０８と残留するフォトレジスト層２０２をマスクとして用いてバルク吸収層１０６を第２エッチング処理でエッチングすることで、（図２Ｃに図示されるように）開口部２０４のパターンをバルク吸収層１０６に転写し、基板１０２の対応する部位を露出させる。任意で、工程３０６を実行する前に残留フォトレジスト層２０２を除去、つまりは剥離してもよい。第２エッチング処理は有利には自己マスク層１０８に対してのバルク吸収層１０６の選択率が高く、これにより自己マスク層１０８はパターン（例えば、開口部２０４）をバルク吸収層１０６に転写するためのハードマスクとして機能可能である。第２エッチング処理は自己マスク層に対して、バルク吸収層の選択性を少なくとも１０で維持する。バルク吸収層１０６がＴａＳｉを含み、第２処理ガスがＣｌ２を含む一実施形態において、レジストに対するバルク吸収層１０６のエッチング選択性は約３．８であり、自己マスク層１０８に対するバルク吸収層１０６のエッチング選択性は約１５である。
第２エッチング処理ではバルク吸収層１０６を（開口部２０４を通して）少なくとも１つの塩素含有ガスを含む第２処理ガス（又は混合ガス）の種に曝露することでエッチングする。適切な塩素含有ガスの例には塩素（Ｃｌ４）、炭素（ＣＣｌ４）、ＨＣｌ等が含まれる。
一実施形態において、第２処理ガスは速度約１０〜２００標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）で供給される。任意で、ヘリウム（Ｈｅ)又はアルゴン（Ａｒ）等のキャリアガスを流量約５０〜２００ｓｃｃｍで供給してもよい。ある特定の処理処方では、速度約１００ｓｃｃｍの第２処理ガスを速度約１００ｓｃｃｍのキャリアガスと共に供給する。処理チャンバ内の圧力は約４０ｍＴｏｒｒ未満に制御され、一実施形態においては約１〜約１０ｍＴｏｒｒ、例えば６ｍＴｏｒｒである。
以下で説明するように、プラズマは例えば約３００〜６００ＷのＲＦ電力をプラズマ電源から処理チャンバのアンテナに印加することで第２処理ガスから形成する。別の方法でプラズマに点火することも考えられる。一実施形態においては、約４２０ＷのＲＦ電力を周波数約１３．５６ＭＨｚで印加する。
任意で、基板バイアス電力を印加してマスク１００をバイアスする。バイアス電力は約６００Ｗ未満であってもよく、第１例においては約１００Ｗ未満、第２例においては２０〜約１５０Wである。ある特定の処理処方では約２０Wのバイアス電力を印加する。更に、バイアス電力は周波数約１〜２０ＭＨｚ、一実施形態においては１３．５６ＭＨｚのＲＦ信号であってもよい。
バイアス電力は任意でパルス伝送してもよい。バイアス電力は負荷サイクル約１０〜９５％でパルス伝送してもよく、一実施形態においては約２０〜９５％である。一実施形態において、バイアス電源１４０はパルス周波数約１〜１０ｋＨｚ、負荷サイクル約１０〜約９５％で約６００ワット未満のＲＦ電力を供給するように構成されている。別の実施形態において、バイアス電源１４０はパルス周波数約２〜約５ｋＨｚ、負荷サイクル約２０〜約９５％で約２０〜約１５０ワットのＲＦ電力を供給するように構成されている。
処理中、カソード温度は約１５〜３０℃に維持してもよく、チャンバ壁部温度は約５０〜８０℃に維持してもよい。一実施形態において、カソード温度は約２０℃に維持してもよく、チャンバ壁部温度は約６５℃に維持される。
工程３０６の完了をもって方法３００は終了となり、マスク１００には所望のパターンが転写されている。ＥＡＰＳＭ又はＡＡＰＳＭ用途等の別の実施形態においては、当該分野で一般的に知られているように付加的な処理を継続することでマスクを完成させてもよい。例えば、ＥＡＰＳＭマスクにおいては、（モリブデン及びケイ素含有層等の（ＭｏＳｉ層とも称されることもある））多材料層をＳＦ６又はＣＦ４を含むガスを用いてエッチングしマスクを完成させてもよい。或いは、ＡＡＰＳＭマスクにおいて、石英基板をＳＦ６又はＣＦ４を含むガスを用いてエッチングすることでマスクを完成させてもよい。
方法３００は従来のエッチング方法を比較して改善されたＣＤと均一性を有するマスク１００を提供でき、有利である。例えば、工程３０６中にバルク吸収層１０６を第２エッチング処理を用いてエッチングする場合、残留するフォトレジスト２０２が開口部２０４のコーナー上で除去され、自己マスク層１０８の一部が塩素ガスプラズマに曝露される場合がある。しかしながら、塩素プラズマ内における自己マスク層１０８に対するバルク吸収層１０６の選択性の高さにより、フォトレジスト層２０２のＣＤが変化してもＣＤは顕著には減少しない。このため、最終ＣＤは工程３０４中の自己マスク層１０８のエッチングにより主に決定され、自己マスク層１０８は比較的厚みが小さいことから、ＣＤエッチングバイアスには大きく影響しないという利点がある。これに加え、局所的なエッチングＣＤバイアスはエッチングＣＤ均一性に影響するため、ＣＤバイアスが低いとＣＤ均一性の制御にとっても有益である。方法３００を有利に利用してＣＤバイアスの減少した、例えば約０〜１０ｎｍ（つまり１０ｎｍ未満）を有するマスクを供給することができる。
本願で提供する新奇なマスク構造とエッチング方法は、エッチングＣＤバイアスと均一性をより良好に制御でき有利である。本発明のマスク構造と方法により、慣用の材料とエッチング処理を用いてエッチングＣＤ均一性制御の向上した「ゼロエッチングバイアス」を得ることができ、つまり技術的な課題に取り組む必要はない。ＣＤ平均対ターゲット（ＭＴＴ）を制御するための現在の方策は主にデータサイジングの使用であり、通常、数時間（時には２０時間以上にもなる）を要する。本発明の新奇なマスク構造とエッチング方法はデータサイジングの必要性を排除することから、慣用のマスクと比較すると納期の短縮化、高い生産収率、低製造コストが得られ、有利である。
図４は本発明の方法を実施し得るエッチング反応装置４００の一実施形態の概略図である。本願で開示の教示との使用に適合し得る適切な反応装置には、例えば、分離型プラズマソース（ＤＰＳ（商標名））ＩＩ反応装置、テトラ（商標名）Ｉ、テトラ（商標名）ＩＩフォトマスクエッチングシステムが含まれ、これらは全て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である。ＤＰＳ（商標名）反応装置は同じくアプライドマテリアル社から入手可能なセンチュラ（商標名）集積半導体ウェハ処理システムの処理モジュールとしても使用することができる。本願で図示の反応装置４００の特定の実施形態は例示を目的としたものであり、本発明の範囲を制限するために用いられるべきではない。
反応装置４００は、通常、導電性本体部（壁部）４０４内に基板台座部４２４を有する処理チャンバ４０２と制御装置４４６とを備える。チャンバ４０２は実質的に平坦な誘電性天井部４０８を有する。別の改良型の処理チャンバ４０２は別のタイプの天井部、例えばドーム型天井部を有する。天井部４０８の上方にはアンテナ４１０が配置されている。アンテナ４１０は１つ以上の選択的に制御可能な誘導コイル素子（２つの同軸素子４１０ａ、４１０ｂが図４に図示されている）を備えている。アンテナ４１０は第１整合回路４１４を介してプラズマ電源４１２に連結されている。プラズマ電源４１２は、典型的には、調整可能な周波数約５０ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚで約３０００ワット（Ｗ）までの電力を発生可能である。一実施形態において、プラズマ電源４１２は誘導結合ＲＦ電力約３００〜約６００ワットを供給する。
基板台座部（カソード）４２４は第２整合回路４４２を介してバイアス電源４４０に連結されている。バイアス電源４４０は調整可能なパルス周波数約１〜約１０ｋＨｚで約０〜約６００Ｗの電力を供給する。バイアス電源４４０はパルス方式ＲＦ出力を行う。或いは、バイアス電源４４０はパルス方式ＤＣ出力を行ってもよい。電源４４０が一定の出力を行うことも考えられる。
一実施形態において、バイアス電源４４０はパルス周波数約１〜１０ｋＨｚ、負荷サイクル約１０〜約９５％で約６００ワット未満のＲＦ電力を供給するように構成されている。別の実施形態において、バイアス電源４４０はパルス周波数約２〜約５ｋＨｚ、負荷サイクル約８０〜約９５％で約２０〜約１５０ワットのＲＦ電力を供給するように構成されている。
一実施形態において、ＤＰＳ（商標名）ＩＩ反応装置の場合と同様に、基板支持台座部４２４は静電チャック４６０を含んでいてもよい。静電チャック４６０は少なくとも１つのクランプ電極４３２を備え、チャック電源４６６により制御する。別の実施形態において、基板台座部４２４はサセプタ締め付けリング、メカニカルチャック等の基板保持機構を備えていてもよい。
処理チャンバ４０２にはガスパネル４２０が連結されており、処理ガス及び／又はその他のガスを処理チャンバ４０２の内部に供給する。図４に図示の一実施形態において、ガスパネル４２０はチャンバ４０２の側壁４０４の流路４１８に形成された１つ以上の吸気口４１６に連結されている。１つ以上の吸気口４１６をその他の場所、例えば処理チャンバ４０２の天井部４０８に設置することも考えられる。
一実施形態において、ガスパネル４２０は処理中に１つ以上の処理ガスを吸気口４１６を介して処理チャンバ４０２の内部へと選択的に供給するようにと適合されている。例えば、一実施形態において、マスクのエッチング方法と関連して以下で説明するように、ガスパネル４２０は１つのフッ素含有及び／又は塩素含有処理ガス（又は複数のガス）を処理チャンバ４０２の内部へと選択的に供給するように適合させてもよい。処理中、プラズマをガスから形成し、プラズマ電源４１２からの電力の誘導結合によりプラズマを維持する。或いは、プラズマを遠隔的に形成しても、又はその他の方法を用いて点火してもよい。
チャンバ４０２内の圧力は絞り弁４６２と真空ポンプ４６４を用いて制御する。真空ポンプ４６４と絞り弁４６２はチャンバ圧力を約１〜約２０ｍＴｏｒｒの範囲で維持可能である。
壁部４０４の温度は壁部４０４内を通る液体含有導管（図示せず）を用いて制御してもよい。壁部の温度は通常、約６５℃に維持される。典型的には、チャンバ壁部４０４は金属（例えば、アルミニウム、ステンレススチールその他）から成り、電気アース４０６に連結されている。処理チャンバ４０２は処理制御、内部診断、終点検知等のための慣用のシステムも備える。こういったシステムはサポートシステム４５４として集合的に図示している。
レチクルアダプタ４８２を用いて、基板（レチクル又はその他の加工対象物）４２２を基板支持台座部４２４上に固定してもよい。基板４２２は光透過性基板４９０とその上に配置された多層型吸収層４９２を備えたブランクフォトマスクであってもよい（図１に関連して上述した、多層型吸収層１０４を有する光透過性基板１０２を含むマスク１００と同様）。レチクルアダプタ４８２は、通常、台座部４２４の上面（例えば、静電チャック４６０）を覆うように加工された下部４８４と、基板４２２を保持できるようなサイズと形状に形成された開口部４８８を有する上部４８６とを含む。開口部４８８は、通常、台座部４２４の実質的に中央に位置する。アダプタ４８２は、通常、ポリイミドセラミック又は石英等の耐エッチング性耐熱材料の単一体から形成される。適切なレチクルアダプタは２００１年６月２６日発行の米国特許番号第６２５１２１７号に開示されており、参照により本願に組み込まれる。エッジリング４２６でアダプタ４８２を覆っても及び／又はアダプタ４８２を台座部４２４に固定してもよい。
昇降機構４３８を用いてアダプタ４８２の昇降と、ひいては基板４２２の基板支持台座部４２４からの上げ下ろしを行う。通常、昇降機構４３８は各ガイド穴４３６を通る複数の昇降ピン（昇降ピン４３０が１つ図示されている）を備える。
作動中、基板４２２の温度は基板台座部４２４の温度を安定化させることで制御する。一実施形態において、基板支持台座部４２４はヒータ４４４と任意のヒートシンク４２８を備える。ヒータ４４４は伝熱流体をその内部に貫流させるように構成された１つ以上の流体導管であってもよい。別の実施形態において、ヒータ４４４は、ヒータ電源４６８により調節する少なくとも１つの発熱体４３４を備えていてもよい。任意でガス供給源４５６からの背面ガス（例えばヘリウム（Ｈｅ））を基板４２２下の台座部表面内に形成された流路へとガス管４５８を介して供給する。背面ガスは台座部４２４と基板４２２との間の熱伝達を促進するために使用する。処理中、埋設ヒータ４４４により台座部４２４を定常温度にまで加熱してもよく、ヘリウム背面ガスとの組み合わせにより基板４２２の均一な加熱がより促進される。
任意で、イオン・ラジカルシールド４２７をチャンバ本体部４０２内の台座部４２４上方に配置してもよい。イオン・ラジカルシールド４２７はチャンバ壁部４０４と台座部４２４から電気的に隔離されており、通常、複数の開口部４２９を有する実質的に平坦なプレート４３１を備える。図４に図示の実施形態において、シールド４２７は複数の脚部４２５によりチャンバ４０２内の台座部上方に支持されている。開口部４２９はシールド４２７の表面に所望の開放領域を規定し、シールドは処理チャンバ４０２の上部処理容積４７８で発生させたプラズマからイオン・ラジカルシールド４２７と基板４２２との間に位置する下部処理容積４８０へと通過するイオン量を制御する。開放領域が広ければ広いほど、より多くのイオンがイオン・ラジカルシールド４２７を通過可能である。このため、プレート４３１の厚みとともに開口部４２９のサイズと分布により容積４８０内のイオン密度が制御され、シールド４２７はイオンフィルタとして機能する。本発明で有益に適合し得る適切なシールドの一例はクマー（Ｋｕｍａｒ）その他により２００４年６月３０日に出願の米国特許出願番号第１０／８８２０８４号「フォトマスクプラズマエッチングの方法及び装置」に記載されており、参照により全て本願に組み込まれる。
制御装置４４６は中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）４５０と、メモリ４４８と、ＣＰＵ４５０用のサポート回路４５２とを備え、上述したように、処理チャンバ４０２のコンポーネントとそれに伴うエッチング処理の制御を円滑に行う。制御装置４４６は様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御する際に工業環境で使用可能ないずれの汎用コンピュータプロセッサであってもよい。制御装置４４６のメモリ４４８はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、又はその他のいずれの形式のローカル又はリモートデジタルストレージ等の１つ以上の容易に入手可能なメモリであってもよい。サポート回路４５２は慣用のやり方でプロセッサをサポートするためにＣＰＵ４５０に連結されている。これらの回路はキャッシュ、電力供給源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム等を含む。本発明の方法は、通常、ソフトウェアルーチンとしてメモリ４４８又はＣＰＵ４５０にアクセス可能なその他のコンピュータ可読性媒体に保存される。或いは、こういったソフトウェアルーチンをＣＰＵ４５０により制御されるハードウェアとは離れて位置する第２ＣＰＵ（図示せず）で保存する及び／又は実行してもよい。
従って、本願では慣用の方法と比較してＣＤバイアスと均一性属性を改善する有利なフォトマスク構造及びエッチング方法を提供する。具体的には、本願で開示のマスクとエッチング方法により慣用の方法と比較して低いＣＤバイアスと高い均一性が得られる。マスクとエッチング方法は光バイナリフォトマスク、組込・減衰型位相マスク（ＥＡＰＳＭ）、交互位相配置型マスク（ＡＡＰＳＭ）用途で有利に利用することができ、慣用のマスクと比較していエッチングＣＤバイアスが低減され、パターン転写忠実度が改善される。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他及び更に別の実施形態を創作することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
本発明の上述した構成が詳細に理解できるように、上記で簡単に概要を述べた本発明の更に具体的な説明が実施形態を参照して行われ、その一部が添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も認め得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
理解を容易にするため、可能な限り、図面で共通する同一要素は同一参照番号を用いて表した。図面は説明のために簡略化されており、スケールを表していない。
Claims (12)
- 透明な基板と、
基板上に配置された不透明な多層型吸収層であり、バルク吸収層上に配置された自己マスク層を備え、自己マスク層が酸化及び窒素化タンタル・ケイ素系材料（ＴａＳｉＯＮ）、タンタル・ホウ素酸化物系材料（ＴａＢＯ）、又は酸化及び窒素化タンタル系材料（ＴａＯＮ）の１つを含む多層型吸収層とを備え、バルク吸収層の厚さが多層型吸収層の約８０〜８５％であり、バルク吸収層がケイ化タンタル系材料（ＴａＳｉ）、窒素化ホウ化タンタル系材料（ＴａＢＮ）、又は窒化タンタル系材料（ＴａＮ）の１つを含むフォトマスク。 - フォトマスクの厚さが０．１５〜０．２５インチである請求項１記載のフォトマスク。
- 不透明な多層型吸収層の厚さが４０〜１００ｎｍである請求項１記載のフォトマスク。
- 自己マスク層が酸化及び窒素化タンタル・ケイ素系材料（ＴａＳｉＯＮ）を含み、バルク吸収層がケイ化タンタル系材料（ＴａＳｉ）を含むか、
自己マスク層がタンタル・ホウ素酸化物系材料（ＴａＢＯ）を含み、バルク吸収層が窒素化ホウ化タンタル系材料（ＴａＢＮ）を含むか、又は
自己マスク層が酸化及び窒素化タンタル系材料（ＴａＯＮ）を含み、バルク吸収層が窒化タンタル系材料（ＴａＮ）を含むかのいずれかである請求項１〜３のいずれか１項記載のフォトマスク。 - 多層型吸収層をその上に有する透明基板を備えるフォトマスクを提供する工程であって、多層型吸収層がバルク吸収層上に配置された自己マスク層を備え、自己マスク層はタンタルと酸素を含み、バルク吸収層はタンタルを含み基本的に酸素を含まない工程と、
第１エッチング処理を用いて自己マスク層をエッチングする工程と、
第１エッチング処理とは異なる第２エッチング処理を用いてバルク吸収層をエッチングする工程を含み、ここでバルク吸収層のエッチング速度が、第２エッチング処理中、自己マスク層のエッチング速度より速く、
バルク吸収層の厚さが多層型吸収層の約８０〜８５％であり、
自己マスク層が酸化及び窒素化タンタル・ケイ素系材料（ＴａＳｉＯＮ）、タンタル・ホウ素酸化物系材料（ＴａＢＯ）、又は酸化及び窒素化タンタル系材料（ＴａＯＮ）の１つを含むか、バルク吸収層がケイ化タンタル系材料（ＴａＳｉ）、窒素化ホウ化タンタル系材料（ＴａＢＮ）、又は窒化タンタル系材料（ＴａＮ）の１つを含むかのいずれかであるフォトマスクのエッチング方法。 - フォトマスクが多層型吸収層上に配置されたフォトレジスト層を更に備えるブランクフォトマスクであり、自己マスク層は反射防止サブ層であり、バルク吸収層はバルクサブ層であり、前記エッチング方法は、
フォトレジスト層にパターン像を形成する工程と、
パターン像に対応しないフォトレジスト層部位を除去することでパターン像に対応しない反射防止サブ層の部位を露出させる工程を更に含み、
自己マスク層のエッチング工程が、第１エッチング処理を用いてパターン像に対応しない反射防止サブ層の露出部位を除去することでパターン像に対応しないバルクサブ層の部位を露出させることを更に含み、
バルク吸収層のエッチング工程が、バルクサブ層除去速度が反射防止サブ層除去速度の少なくとも１０倍である第２エッチング処理を用いて、パターン像に対応しない、反射防止サブ層の下のバルクサブ層の露出部位を除去することでパターン像に対応しない実質的に透明な層の部位を露出させることを更に含み、
前記エッチング方法は、フォトレジスト層を除去する工程を更に含む請求項５記載の方法。 - 自己マスク層が酸化及び窒素化タンタル・ケイ素系材料（ＴａＳｉＯＮ）を含み、バルク吸収層がケイ化タンタル系材料（ＴａＳｉ）を含むか、
自己マスク層がタンタル・ホウ素酸化物系材料（ＴａＢＯ）を含み、バルク吸収層が窒素化ホウ化タンタル系材料（ＴａＢＮ）を含むか、又は
自己マスク層が酸化及び窒素化タンタル系材料（ＴａＯＮ）を含み、バルク吸収層が窒化タンタル系材料（ＴａＮ）を含むかのいずれかである請求項５〜６のいずれか１項記載の方法。 - 第１エッチング処理がフッ素含有ガス、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、又は塩化水素（ＨＣｌ）の少なくとも１つを含む処理ガスを用いて自己マスク層をエッチングする工程を含む請求項５〜６のいずれか１項記載の方法。
- 第１エッチング処理がトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、六フッ化炭素（Ｃ２Ｆ６）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、又は塩化水素（ＨＣｌ）の少なくとも１つを含む処理ガスを用いて自己マスク層をエッチングする工程を含む請求項５〜６のいずれか１項記載の方法。
- 第２エッチング処理がバルク吸収層を少なくとも１つの塩素含有処理ガスを用いてエッチングする工程を含む請求項５〜６のいずれか１項記載の方法。
- 第２エッチング処理が塩素（Ｃｌ２）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、又は塩化水素（ＨＣｌ）の少なくとも１つを含む処理ガスを用いてバルク吸収層をエッチングする工程を含む請求項５〜６のいずれか１項記載の方法。
- 第２エッチング処理は自己マスク層に対してバルク吸収層の選択性を少なくとも１０で維持する請求項５記載の方法。
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