(57)【要約】  低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）層内の造形部のエッチング後の基板アッシング方法が提供される。ｌｏｗ−ｋ層は、超ｌｏｗ−ｋ材料又は多孔質ｌｏｗ−ｋ材料を含み得る。このプロセスは、造形部の限界寸法を維持しながら副生成物を除去するように構成される。このアッシングプロセスは、例えばＯ２、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれらの組み合わせ等の酸素を含むパッシベーション化学反応とともに、窒素及び水素を含む化学反応を使用することを含んでいる。
2009503889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板からエッチング残渣を除去する方法であって：
誘電体層を有する前記基板をプラズマ処理システム内に配置する段階であり、該誘電体層は、その内部に、エッチングプロセスを用いて形成された造形部を有し、且つ該造形部は、その上に、前記エッチングプロセスによって形成された前記エッチング残渣を有する、段階；
窒素含有ガス、水素含有ガス及び酸素含有ガスを含むプロセスガスを導入する段階であり、該酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれらの組み合わせを含む、段階；
前記プラズマ処理システム内で前記プロセスガスからプラズマを形成する段階；及び
前記エッチング残渣を除去するために前記プラズマに前記基板を晒す段階；
を有し、
前記誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有する、方法。
【請求項２】
前記プロセスガスを導入する段階は更に、不活性ガスを導入する段階を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不活性ガスを導入する段階は、希ガスを導入することを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記窒素含有ガス及び前記水素含有ガスを導入する段階は、ＮＨ３を導入することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒素含有ガス及び前記水素含有ガスを導入する段階は、Ｎ２及びＨ２を導入することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスガスを導入する段階は、ＮＨ３及びＣＯを導入することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記プロセスガスを導入する段階は、ＮＨ３及びＯ２を導入することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記誘電体層は多孔質誘電体層を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記誘電体層は２．５未満の誘電率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記プラズマを形成する段階は、前記基板が置かれた基板ホルダーにＲＦ電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
基板からエッチング残渣を除去する方法であって：
誘電体層を有する前記基板をプラズマ処理システム内に配置する段階であり、該誘電体層は、その内部に、エッチングプロセスを用いて形成された造形部を有し、該造形部は、その上に、前記エッチングプロセスによって形成された前記エッチング残渣を有し、且つ前記誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有する、段階；
窒素含有ガス、水素含有ガス及び酸素含有ガスを含むプロセスガスを導入する段階であり、該酸素含有ガスは、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれら双方を含む、段階；
前記プラズマ処理システム内で前記プロセスガスからプラズマを形成する段階；及び
前記誘電体層の誘電率に実質的な変化を生じさせずに前記エッチング残渣を除去するために前記プラズマに前記基板を晒す段階；
を有する方法。
【請求項１２】
前記誘電体層を有する前記基板を配置する段階は、前記誘電体層と該誘電体層の下に位置するエッチング停止層とを有する前記基板を配置することを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エッチング停止層は窒化シリコン又は炭化シリコンから成る、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記プラズマに前記基板を晒す段階は、前記エッチング停止層の厚さのおよそ１０％未満の、前記エッチング停止層の喪失を生じさせる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
基板上の誘電体層内の造形部からエッチング残渣を除去するプラズマ処理システムであって：
前記造形部から前記エッチング残渣を除去するために、プロセスガスからのプラズマの形成を促進させるプラズマ処理チャンバー；及び
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、且つ前記プロセスガスを用いてプロセスレシピを実行するように構成されたコントローラであり、前記プロセスガスは窒素含有ガス、水素含有ガス及び酸素含有ガスを含み、該酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれらの組み合わせを含み、前記誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有し、且つ前記エッチング残渣の除去は前記誘電体層の誘電率に実質的な変化を生じさせない、コントローラ；
を有するプラズマ処理システム。
【請求項１６】
前記窒素含有ガス及び前記水素含有ガスはＮＨ３を含む、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１７】
前記窒素含有ガス及び前記水素含有ガスはＮ２及びＨ２を含む、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１８】
前記誘電体層の誘電率は２．５未満である、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１９】
前記誘電体層は、エッチング停止層が下に位置するように前記基板上に形成されており、且つ前記エッチング残渣の除去は、前記エッチング停止層の厚さのおよそ１０％未満の、前記エッチング停止層の喪失を生じさせる、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２０】
前記造形部は前記エッチング残渣の除去の前に少なくとも１つの限界寸法を有し、且つ前記エッチング残渣の除去は、前記少なくとも１つの限界寸法のおよそ１０％以下の、前記少なくとも１つの限界寸法の変化を生じさせる、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２１】
基板上の誘電体層内の造形部からエッチング残渣を除去するプラズマ処理システムであって：
前記造形部から前記エッチング残渣を除去するために、プロセスガスからのプラズマの形成を促進させるプラズマ処理チャンバー；及び
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、且つ前記プロセスガスを用いてプロセスレシピを実行するように構成されたコントローラであり、前記プロセスガスは窒素含有ガス、水素含有ガス及び酸素含有ガスを含み、該酸素含有ガスは、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれら双方を含み、前記誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有し、且つ前記エッチング残渣の除去は前記誘電体層の誘電率に実質的な変化を生じさせない、コントローラ；
を有するプラズマ処理システム。
【請求項２２】
コンピュータシステム上で実行されるプログラム命令を格納したコンピュータ読み取り可能媒体であって、該プログラム命令は該コンピュータシステム上で実行されたとき、該コンピュータシステムにプラズマ処理システムを制御させ：
誘電体層を有する基板を前記プラズマ処理システム内に配置する段階であり、該誘電体層は、その内部に、エッチングプロセスを用いて形成された造形部を有し、該造形部は、その上に、前記エッチングプロセスによって形成されたエッチング残渣を有し、且つ該誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有する、段階；
窒素含有ガス、水素含有ガス及び酸素含有ガスを含むプロセスガスを導入する段階であり、該酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれらの組み合わせを含む、段階；
前記プラズマ処理システム内で前記プロセスガスからプラズマを形成する段階；及び
前記エッチング残渣を除去するために前記プラズマに前記基板を晒す段階；
を実行させる、コンピュータ読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライプラズマプロセスを用いて基板上のエッチング残渣を除去する方法及びシステムに関し、より具体的には、ＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有する低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）層上のエッチング残渣を無損傷（ダメージフリー）で除去する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の当業者に知られているように、インターコネクト遅延は、集積回路（ＩＣ）のスピード及び性能を改善しようとする動きにおける主要な制限要因である。インターコネクト遅延を最小化する１つの手法は、ＩＣの製造において低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を用いることによってインターコネクトの静電容量を低減させることである。故に、近年、例えば二酸化シリコンなどの比較的高い誘電率を有する絶縁材料を置き換えるためにｌｏｗ−ｋ材料が開発されてきた。具体的には、ｌｏｗ−ｋ膜は半導体デバイスの金属層群の間の層間誘電体層及び層内誘電体層に使用されている。また、絶縁材料の誘電率を更に低減させるために、材料膜は空孔（ポア）群を有するように、すなわち、多孔質（ポーラス）ｌｏｗ−ｋ誘電体膜として形成される。このようなｌｏｗ−ｋ膜は、フォトレジストの塗布と同様のＳＯＤ（spin-on  dielectric）法によって、あるいは化学的気相成長（ＣＶＤ）によって堆積されることが可能である。故に、ｌｏｗ−ｋ材料の使用は既存の半導体製造プロセスに容易に適用可能である。ｌｏｗ−ｋ材料は半導体回路の製造に有望であるが、これらの膜はまた多くの問題を抱えていることが本発明の発明者によって認識された。第１に、ｌｏｗ−ｋ膜は、より伝統的な誘電体層より堅牢でない傾向があり、例えば誘電体層をパターニングする際に一般的に使用されるエッチングやプラズマアッシングプロセスなどのウェハ処理中にダメージを受けやすい。さらに、一部のｌｏｗ−ｋ膜はダメージを受けたとき、特にパターニング後、高い反応性を有する傾向にあり、そのためｌｏｗ−ｋ材料は水分を吸収し、且つ／或いはその他の気体及び／又はプロセス汚染物質と反応することができ、誘電体層の電気的特性を変化させてしまう。結果として、元々は低い誘電率を有するｌｏｗ−ｋ材料は、その誘電率の増大及びその当初意図された効果の喪失につながるダメージに悩まされてしまう。現在、ｌｏｗ−ｋ層群を有する先端的な半導体デバイスからエッチング後のエッチング残渣を除去することは、これらの層をドライプラズマアッシングプロセスに掛けることによって促進されている。具体的には、ドライプラズマは酸素に基づく化学反応を用いている。しかしながら、従来の酸素プラズマは上述のようにｌｏｗ−ｋ層にダメージを与えることが観測されている。代替策として窒素、水素及びアンモニアに基づく化学反応が研究されているが、これらの化学反応はｌｏｗ−ｋ層の下に位置するエッチング停止層に対する乏しいエッチング選択性を示している。プラズマアッシング中にエッチング停止層が除去されることは、半導体デバイスの潜在的な損傷につながり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ドライプラズマプロセスを用いて基板上のエッチング残渣を除去する方法を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、ＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有するｌｏｗ−ｋ層上のエッチング残渣をダメージフリーで除去する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態に従った基板からエッチング残渣を除去する方法を説明する。誘電体層を有する基板がプラズマ処理システム内に配置される。この誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有しており、その内部に、エッチングプロセスを用いて形成された造形部を有している。この造形部は、その上に、前記エッチングプロセスによって形成されたエッチング残渣を有している。窒素含有ガス、水素含有ガス、及び、酸素（Ｏ２）、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれらの組み合わせを含む酸素含有ガス、を含むプロセスガスが導入される。プラズマ処理システム内でプロセスガスからプラズマが形成される。エッチング残渣を除去するために基板がプラズマに晒される。
【０００５】
本発明の他の一実施形態に従った基板からエッチング残渣を除去する方法を説明する。誘電体層を有する基板がプラズマ処理システム内に配置される。この誘電体層は、その内部に、エッチングプロセスを用いて形成された造形部を有している。この造形部は、その上に、前記エッチングプロセスによって形成されたエッチング残渣を有している。また、この誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有している。窒素含有ガス、水素含有ガス、及び、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれらの組み合わせを含む酸素含有ガス、を含むプロセスガスが導入される。プラズマ処理システム内でプロセスガスからプラズマが形成される。誘電体層の誘電率に実質的な変化を生じさせずにエッチング残渣を除去するために基板がプラズマに晒される。
【０００６】
本発明の他の一実施形態に従った、基板上の誘電体層内の造形部からエッチング残渣を除去するプラズマ処理システムを説明する。このシステムは、造形部からエッチング残渣を除去するために、プロセスガスからのプラズマの形成を促進させるプラズマ処理チャンバー、及び該プラズマ処理チャンバーに結合され且つプロセスガスを用いてプロセスレシピを実行するように構成されたコントローラを含んでいる。プロセスガスは窒素含有ガス、水素含有ガス及び酸素含有ガスを含んでおり、該酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、若しくはＣＯ２、又はこれらの組み合わせを含んでいる。誘電体層はＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有しており、エッチング残渣の除去は誘電体層の誘電率に実質的な変化を生じさせない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
材料処理方法において、パターンエッチングは、例えばフォトレジスト等の感光性材料から成る薄い層を基板の上面に塗布することを含んでいる。この層は、続いて、エッチング中に下地の薄膜にパターンを転写するマスクを提供するようにパターニングされる。感光性材料のパターニングは、一般に、例えばマイクロリソグラフィシステムを用いて放射線源によってレチクルを介して該感光性材料を露光すること、及びそれに続く、現像液を用いて感光性材料の照射部分（ポジ型フォトレジストの場合）又は非照射部分（ネガ型レジストの場合）を除去することを含んでいる。
【０００８】
例えば、図１Ａ−１Ｃに示されるように、従来のリソグラフィ技術を用いて形成されたパターン２を有する感光層３から成るエッチングマスク６は、誘電体層４をエッチングするためのマスクとして使用されることができ、エッチングプロセスにより感光層３内のマスクパターン２が誘電体層４に転写される。下に位置する基板５の層にエッチングプロセスが入り込むことを防止しながらエッチングプロセスを停止させることを容易にするため、エッチング停止層７が用いられ得る。エッチング停止層は、例えば、シリコン処理においては窒化シリコン又は炭化シリコンを含むことができる。エッチングプロセスが行われると、感光性材料の残部とエッチング後の残渣８が造形部９の表面に残される。
【０００９】
エッチングプロセスに続いて、エッチング残渣が除去される。上述のように、従来はこのような残渣を除去するために酸素プラズマが用いられていたが、これら従来プロセスは誘電体層にダメージを与え、多くの場合、この層の誘電率の増大を引き起こすことが観測されている。先端半導体デバイスにおいては、誘電体層は低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を有している。例えば、誘電体層の誘電率は、およそ４であるＳｉＯ２の誘電率（例えば、熱成長された二酸化シリコンの誘電率は３．８から３．９の範囲となり得る）より低い値である。他の例では、誘電率は２．５未満とし得る。例えば、誘電体層は超ｌｏｗ−ｋ材料として特徴付けられてもよい。
【００１０】
誘電体層は有機、無機、及び無機−有機ハイブリッド材料のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、誘電体層は多孔質であってもよいし、あるいは非多孔質であってもよい。例えば、誘電体層は、ＣＶＤ技術を用いて堆積された例えば酸化オルガノシラン（又はオルガノシロキサン）等の無機のケイ酸塩ベース材料を含んでいてもよい。このような層の例には、アプライドマテリアル社から商業的に入手可能なＢｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ（登録商標）ＣＶＤ有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）膜、又はノベラスシステムズ社から商業的に入手可能なＣｏｒａｌ（登録商標）ＣＶＤ膜がある。また、多孔質誘電体層は、例えばキュアプロセス中に破壊されて微小なボイド（又はポア）を作り出すＣＨ３結合を有するシリコン酸化物ベースの充填剤（matrix）などの、単一相材料を含むことができる。また、例えば、多孔質誘電体層は、例えばキュアプロセス中に気化される有機材料（例えば、ポロゲン）のポアを有するシリコン酸化物ベースの充填剤などの、複相材料を含むことができる。他の例では、誘電体層は、ＳＯＤ技術を用いて堆積された例えば水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）又はメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）等の無機のケイ酸塩ベース材料を含んでいてもよい。このような膜の例には、ダウコーニング社から商業的に入手可能なＦＯｘＨＳＱ及びＸＬＫ多孔質ＨＳＱ、並びにＪＳＲマイクロエレクトロニクス社から商業的に入手可能なＪＳＲ  ＬＫＤ−５１０９がある。更に他の例では、誘電体層はＳＯＤ技術を用いて堆積された有機材料を含むことができる。このような膜の例には、ダウケミカル社から商業的に入手可能なＳｉＬＫ−Ｉ、ＳｉＬＫ−Ｊ、ＳｉＬＫ−Ｈ、ＳｉＬＫ−Ｄ及び多孔質ＳｉＬＫ半導体誘電体樹脂、並びにハネウェル社から商業的に入手可能なＦＬＡＲＥ（登録商標）及びナノガラスがある。
【００１１】
窒素（Ｎ）含有ガス、水素（Ｈ）含有ガス及び酸素（Ｏ）含有ガスを含むプロセスガスを用いて誘電体層からエッチング残渣を除去する一実施形態に係るプロセスを説明する。他の例では、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）のうちの２つ以上が単一のガスに含められてもよい。例えば、ｌｏｗ−ｋ誘電体層からエッチング残渣を除去する方法として、アンモニア−酸素（ＮＨ３／Ｏ２）ベースの化学反応が導入されることができる。代替的な一実施形態においては、ｌｏｗ−ｋ誘電体層からエッチング残渣を除去するために、窒素−水素−酸素（Ｎ２／Ｈ２／Ｏ２）ベースの化学反応が用いられることができる。他の例では、上述の２つの化学反応におけるＯ２を置換するために、一酸化炭素（ＣＯ）が付加あるいは利用される。他の例では、上述の３つの化学反応におけるＯ２を置換するために、二酸化炭素（ＣＯ２）が付加あるいは利用される。他の例では、プロセスガスは更に、例えば希ガス（すなわち、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等）などの不活性ガスを含むことができる。
【００１２】
一実施形態に従ったプラズマ処理システム１が図２に示されており、これはプラズマ処理チャンバー１０、プラズマ処理チャンバー１０に結合された診断系１２、及び診断系１２とプラズマ処理チャンバー１０とに結合されたコントローラ１４を有している。コントローラ１４は、エッチング後のエッチング残渣を誘電体層から除去するために、上記にて特定された化学反応（すなわち、ＮＨ３／Ｏ２、Ｎ２／Ｈ２／Ｏ２、ＮＨ３／ＣＯ、Ｎ２／Ｈ２／ＣＯ、ＮＨ３／ＣＯ２、Ｎ２／Ｈ２／ＣＯ２等）の少なくとも１つを有するプロセスレシピを実行するように構成されている。また、コントローラ１４は、診断系１２から少なくとも１つの終点信号を受信し、プロセスの終点を正確に決定するために該少なくとも１つの終点信号を後処理するように構成されている。例示された実施形態においては、図２に示されたプラズマ処理システム１は材料の処理のためにプラズマを使用する。プラズマ処理システム１はエッチングチャンバーを有することができる。
【００１３】
図３に示された一実施形態によれば、プラズマ処理システム１ａはプラズマ処理チャンバー１０、処理されるべき基板２５が上に添えられる基板ホルダー２０、及び真空ポンプ系３０を有している。基板２５は、例えば、半導体基板、ウェハ又は液晶ディスプレーであり得る。プラズマ処理チャンバー１０は、基板２５の表面に隣接する処理領域１５にプラズマを生成することを促進するように構成され得る。イオン化ガス又は混合ガスがガス注入系（図示せず）を介して導入されるとともに、処理圧力が調整される。例えば、真空ポンプ系３０を絞るために制御機構（図示せず）が使用される。プラズマは、所定の材料プロセスに特有の材料を作り出し、且つ／或いは基板２５の露出面から材料を除去することを助けるために利用され得る。プラズマ処理システム１ａは、例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板又は更に大きい基板など、任意の大きさの基板を処理するように構成され得る。
【００１４】
基板２５は静電クランプ系によって基板ホルダー２０に貼り付けられることができる。また、基板ホルダー２０は更に、再循環冷却材流を含む冷却系を含むことができ、この冷却材流は基板ホルダー２０から熱を受け取って熱交換器系（図示せず）まで熱伝達し、あるいは加熱時に熱交換器系から熱を伝達する。さらに、基板２５と基板ホルダー２０との間のガスギャップの熱伝導率を改善するために、基板２５の裏面側にガスが供給されてもよい。このようなシステムは、上昇温度又は下降温度での基板の温度制御が要求されるときに利用され得る。例えば、裏面側のガス系は、基板２５の中心部と端部との間でガスギャップ圧力を独立に変化させられ得る２区画のガス分配系を有していてもよい。他の実施形態において、例えば抵抗加熱素子又は熱電加熱器／冷却器などの加熱／冷却素子が、基板ホルダー２０、プラズマ処理チャンバー１０のチャンバー壁、及びプラズマ処理システム１ａ内のその他の部品に含められ得る。
【００１５】
図３に示された実施形態においては、基板ホルダー２０は、処理空間１５の処理プラズマに無線周波数（ＲＦ）電力を結合させる電極を有している。例えば、基板ホルダー２０は、ＲＦ発生器４０から該基板ホルダー２０へのインピーダンス整合回路５０を介したＲＦ電力の伝送によって、あるＲＦ電圧に電気的にバイアスされることができる。このＲＦバイアスは電子を加熱し、それによってプラズマを形成・維持するように作用する。この構成において、システムは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）炉として動作し、チャンバー及び上側のガス供給電極は接地面として作用する。ＲＦバイアスの典型的な周波数は約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とし得る。プラズマ処理のためのＲＦ系は当業者に周知である。
【００１６】
他の例では、ＲＦ電力は基板ホルダー電極に複数の周波数で印加される。さらに、インピーダンス整合回路５０は、反射される電力を低減することによって、プラズマ処理チャンバー１０内のプラズマへのＲＦ電力の移送を改善するように作用する。整合回路トポロジー（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型など）及び自動制御方法は当業者に周知である。
【００１７】
真空ポンプ系３０は、例えば、毎秒５０００リットルの（及び、これより大きい）速度でポンプ可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバー圧力を絞るための仕切り弁とを含み得る。ドライプラズマエッチングで使用される従来からのプラズマ処理装置においては、一般的に、毎秒１０００から３０００リットルのＴＭＰが使用される。ＴＭＰは低圧処理、典型的には約５０ｍＴｏｒｒ未満で有用である。高圧処理（すなわち、約１００ｍＴｏｒｒより高い）の場合には、機械的な増圧ポンプ及びドライ式の粗引きポンプが使用され得る。また、チャンバー圧力を監視する装置（図示せず）がプラズマ処理チャンバー１０に結合されることができる。この圧力測定装置は、例えば、ＭＫＳインスツルメント社から市販されている６２８Ｂ型バラトロン（Baratron）絶対キャパシタンス式圧力計とし得る。
【００１８】
コントローラ１４はマイクロプロセッサ、メモリ、及び、プラズマ処理システム１ａからの出力を監視するとともにプラズマ処理システム１ａへの入力を伝達し且つアクティブにするに十分な制御電圧を生成可能なデジタルＩ／Ｏポートを含んでいる。さらに、コントローラ１４は、ＲＦ発生器４０、インピーダンス整合回路５０、ガス注入系（図示せず）、真空ポンプ系３０、裏面側ガス注入系（図示せず）、基板／基板ホルダー温度測定系（図示せず）、及び／又は静電クランプ系（図示せず）に結合され、それらと情報を交換することが可能である。例えば、有機ＡＲＣ層をエッチングする方法を実行するため、プロセスレシピに従ってプラズマ処理システム１ａの上述の構成要素への入力をアクティブにするように、メモリ内に格納されたプログラムが使用され得る。コントローラ１４の一例は、デル社から入手可能なＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ６１０（登録商標）である。
【００１９】
コントローラ１４は、プラズマ処理システム１ａに対してローカルに配置されていてもよいし、インターネット又はイントラネットを介してプラズマ処理システム１ａに対して遠隔に配置されていてもよい。故に、コントローラ１４は、直接接続、イントラネット若しくはインターネット、又はこれらの何らかの組み合わせ、の何れかを用いてプラズマ処理システム１ａとデータを交換することができる。コントローラ１４は、顧客側（すなわち、デバイスメーカー等）のイントラネットに結合されていてもよいし、製造供給元（すなわち、装置製造者）のイントラネットに結合されていてもよい。さらに、他のコンピュータ（すなわち、コントローラ、サーバ等）が、直接接続、イントラネット若しくはインターネット、又はこれらの何らかの組み合わせ、の何れかを介してデータ交換するために、コントローラ１４にアクセスしてもよい。
【００２０】
診断系１２は光学式診断サブシステム（図示せず）を含み得る。光学式診断サブシステムは、プラズマから放射された光強度を測定する例えば（シリコン）フォトダイオードや光電管（ＰＭＴ）等の検出器を有している。診断系１２は更に、例えば狭帯域干渉フィルタ等の光学フィルタを含み得る。代替的な一実施形態においては、診断系１２は、ラインＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＩＤ（電荷注入素子）アレイ、若しくは回折格子やプリズム等の光分散素子、又はこれらの何らかの組み合わせを含んでいてもよい。また、診断系１２は所与の波長の光を測定する単色分光器（例えば、回折格子／検出器システム）、又は例えば米国特許第５８８８３３７号明細書に記載されている装置のような、光のスペクトルを測定する分光計（例えば、回転式回折格子）を含んでいてもよい。
【００２１】
診断系１２は、例えばピークセンサーシステムズ社又はベリティインスツルメンツ社からのものなど、高分解能の発光分光（ＯＥＳ）センサーを含むことができる。このようなＯＥＳセンサーは、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）及び近赤外（ＮＩＲ）の光スペクトルに及ぶ広い帯域を有している。分解能はおよそ１．４Åであり、２４０ｎｍから１０００ｎｍまでで５５５０波長を収集することが可能である。例えば、ＯＥＳセンサーには高感度の小型光ファイバー式ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光計が備えられ、この分光計は２０４８画素のリニアＣＣＤアレイに一体化される。
【００２２】
分光計は単一あるいは束状の光ファイバーを介して伝送された光を受信し、光ファイバーから出力された光が固定式の回折格子を用いてラインＣＣＤアレイ上に散らされる。上述の構成を用い、光学的な真空窓を通して伝送された光は凸面球状レンズを介して光ファイバーの入力端に集められる。そして、各々が所与のスペクトル範囲（ＵＶ、ＶＩＳ及びＮＩＲ）に明確に同調された３つの分光計が処理チャンバー１０用のセンサーを形成する。各分光計は独立したＡ／Ｄ変換器を含んでいる。そして最終的に、センサーの使用に応じて、完全な放射スペクトルが０．１秒から１．０秒ごとに記録される。
【００２３】
図４に示された一実施形態において、プラズマ処理システム１ｂは、図２又は３の実施形態と同様であるが、図２及び３を参照して説明された構成要素に加えて更に、プラズマ密度を潜在的に高め、且つ／或いはプラズマ処理の均一性を向上させるために、静止しているか、機械的又は電気的に回転しているかの何れかである磁場系６０を有している。また、回転速度及び磁場強度を調整するために磁場系６０にコントローラ１４が結合されている。回転磁場の設計及び実装は当業者に周知である。
【００２４】
図５に示された一実施形態において、プラズマ処理システム１ｃは、図２又は３の実施形態と同様であるが、更に、ＲＦ発生器７２からインピーダンス整合回路７４を介してＲＦ電力が結合され得る上部電極７０を有している。この上部電極へのＲＦ電力印加の典型的な周波数は約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲とし得る。さらに、下部電極への電力印加の典型的な周波数は約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とし得る。また、上部電極７０へのＲＦ電力の印加を制御するため、ＲＦ発生器７２及びインピーダンス整合回路７４にコントローラ１４が結合されている。上部電極の設計及び実装は当業者に周知である。
【００２５】
図６に示された一実施形態において、プラズマ処理システム１ｄは、図２及び３の実施形態と同様であるが、更に、ＲＦ発生器８２からインピーダンス整合回路８４を介してＲＦ電力が結合される誘導コイル８０を有している。ＲＦ電力は誘導コイル８０から誘電体窓（図示せず）を介してプラズマ処理領域１５に誘導的に結合される。誘導コイル８０へのＲＦ電力印加の典型的な周波数は約１０ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とし得る。同様に、チャック電極への電力印加の典型的な周波数は約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とし得る。さらに、誘導コイル８０とプラズマとの間の容量結合を低減させるために、スロット式ファラデー遮蔽体（図示せず）が用いられ得る。また、誘導コイル８０への電力印加を制御するため、ＲＦ発生器８２及びインピーダンス整合回路８４にコントローラ１４が結合されている。代替的な一実施形態においては、誘導コイル８０はトランス結合型プラズマ（ＴＣＰ）炉においてのように上方からプラズマ処理領域１５に作用する“螺旋状”コイル又は“パンケーキ型”コイルとし得る。誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源又はトランス結合型プラズマ（ＴＣＰ）源の設計及び実装は当業者に周知である。
【００２６】
他の例では、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によって形成されてもよい。更に他の一実施形態においては、プラズマはヘリコン波の放射によって形成される。更に他の一実施形態においては、プラズマは伝播表面波によって形成される。これらの各プラズマ源は当業者に周知である。
【００２７】
以上の説明にて、プラズマ処理を用いて誘電体層からエッチング残渣を除去する方法が提示された。プラズマ処理装置は、例えば図２乃至６に関して説明された要素又はこれらの組み合わせ等の様々な要素を有し得る。
【００２８】
一実施形態において、誘電体層からエッチング残渣を除去する方法はＮＨ３／ＣＯベースの化学反応を含む。例えば、プロセスパラメータ空間は、約１０ｍＴｏｒｒから約１０００ｍＴｏｒｒのチャンバー圧力、約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの範囲のＮＨ３プロセスガス流量、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲のＣＯプロセスガス流量、約０Ｗから約２０００Ｗの範囲の上部電極（例えば、図５の要素７０）のＲＦバイアス、及び約１０Ｗから約１０００Ｗの範囲の下部電極（例えば、図５の要素２０）のＲＦバイアスを有し得る。また、上部電極のバイアス周波数は約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲とすることができ、例えば約６０ＭＨｚである。さらに、下部電極のバイアス周波数は約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とすることができ、例えば約２ＭＨｚである。
【００２９】
他の一実施形態において、誘電体層からエッチング残渣を除去する方法はＮＨ３／Ｏ２ベースの化学反応を含む。例えば、プロセスパラメータ空間は、約２０ｍＴｏｒｒから約１０００ｍＴｏｒｒのチャンバー圧力、約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの範囲のＮＨ３プロセスガス流量、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲のＯ２プロセスガス流量、約０Ｗから約２０００Ｗの範囲の上部電極（例えば、図５の要素７０）のＲＦバイアス、及び約１０Ｗから約１０００Ｗの範囲の下部電極（例えば、図５の要素２０）のＲＦバイアスを有し得る。また、上部電極のバイアス周波数は約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲とすることができ、例えば約６０ＭＨｚである。さらに、下部電極のバイアス周波数は約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とすることができ、例えば約２ＭＨｚである。
【００３０】
更に他の一実施形態において、誘電体層からエッチング残渣を除去する方法はＮＨ３／ＣＯ２ベースの化学反応を含む。例えば、プロセスパラメータ空間は、約２０ｍＴｏｒｒから約１０００ｍＴｏｒｒのチャンバー圧力、約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの範囲のＮＨ３プロセスガス流量、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲のＣＯ２プロセスガス流量、約０Ｗから約２０００Ｗの範囲の上部電極（例えば、図５の要素７０）のＲＦバイアス、及び約１０Ｗから約１０００Ｗの範囲の下部電極（例えば、図５の要素２０）のＲＦバイアスを有し得る。また、上部電極のバイアス周波数は約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲とすることができ、例えば約６０ＭＨｚである。さらに、下部電極のバイアス周波数は約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とすることができ、例えば約２ＭＨｚである。
【００３１】
一実施例として、例えば図５にて説明された装置などのプラズマ処理装置を用いて誘電体層からエッチング残渣を除去する方法が提示される。しかしながら、ここで説明される方法の範囲はこの例示的な提示によって限定されるものではない。表１は、以下の典型的なプロセスレシピを用いたときの、（ＳｉＣＯＨ  ｌｏｗ−ｋ）誘電体層内にエッチングされた造形部のエッチング残渣の除去後の限界寸法（critical  dimension；ＣＤ）（頂部、中央部、及び底部）（ｎｍ）と、エッチング残渣除去の前後での造形部の限界寸法の変化（ＣＤシフト）（ｎｍ）とを示している：チャンバー圧力＝約４００ｍＴｏｒｒ；上部電極ＲＦ電力＝約０Ｗ；下部電極ＲＦ電力＝約３００Ｗ；プロセスガス流量ＮＨ３／ＣＯ＝約１２００／６００ｓｃｃｍ；電極７０（図５参照）の下側表面と基板ホルダー２０上の基板２５の上側表面との間の間隔＝約６０ｍｍ；下部電極（例えば、図５の基板ホルダー２０）温度＝約２０℃；上部電極（例えば、図５の電極７０）温度＝約６０℃；チャンバー壁温度＝約６０℃；中心部／端部での裏面側ヘリウム圧力＝約１０／３５Ｔｏｒｒ；及びエッチング時間＝約１２５ｓ。限界寸法及びその変化は、ネスト化された造形部（空間的に密接した造形部）及び離隔化された造形部（空間的に広く離隔された造形部）に関して提示されている。
【００３２】
また、限界寸法及びその変化は、誘電体層からエッチング残渣を除去するためのその他２つのプロセスレシピに関しても提示されている。第１に、従来の酸素（Ｏ２）ベースの化学反応が提示されている：チャンバー圧力＝約２０ｍＴｏｒｒ；上部電極ＲＦ電力＝約３００Ｗ；下部電極ＲＦ電力＝約０Ｗ；プロセスガス流量Ｏ２／Ａｒ＝約２００／５５０ｓｃｃｍ；電極７０（図５参照）の下側表面と基板ホルダー２０上の基板２５の上側表面との間の間隔＝約６０ｍｍ；下部電極（例えば、図５の基板ホルダー２０）温度＝約２０℃；上部電極（例えば、図５の電極７０）温度＝約６０℃；チャンバー壁温度＝約６０℃；中心部／端部での裏面側ヘリウム圧力＝約１０／３５Ｔｏｒｒ；及びエッチング時間＝約５５ｓ。第２に、アンモニア（ＮＨ３）ベースの化学反応が提示されている：チャンバー圧力＝約４００ｍＴｏｒｒ；上部電極ＲＦ電力＝約０Ｗ；下部電極ＲＦ電力＝約３００Ｗ；プロセスガス流量ＮＨ３＝約１８００ｓｃｃｍ；電極７０（図５参照）の下側表面と基板ホルダー２０上の基板２５の上側表面との間の間隔＝約６０ｍｍ；下部電極（例えば、図５の基板ホルダー２０）温度＝約２０℃；上部電極（例えば、図５の電極７０）温度＝約６０℃；チャンバー壁温度＝約６０℃；中心部／端部での裏面側ヘリウム圧力＝約１０／３５Ｔｏｒｒ；及びエッチング時間＝約１２０ｓ。
【００３３】
【表１】
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表１に示されるように、ＣＯを含むアンモニア（ＮＨ３）ベースの化学反応が用いられるとき、ＣＤシフトは顕著に低減される。例えば、ネスト化された造形部に関するＣＤシフトは５ｎｍ以下であり、離隔化された造形部に関するＣＤシフトは１０ｎｍ未満である。また、限界寸法の変化は限界寸法のおよそ１０％以下になる。アンモニアのみに基づく化学反応に関するＣＤシフトも適度であるが、この化学反応を用いたエッチング残渣の除去は（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層の下に位置するエッチング停止層の過度の除去を引き起こすことが本発明の発明者によって認識された。
【００３４】
図７は、プラズマ処理システム内で基板上の（ｌｏｗ−ｋ）誘電体層からエッチング残渣を除去するための、本発明の一実施形態に従った方法を示すフローチャートである。手順４００は段階４１０にて開始され、窒素（Ｎ）含有ガス、水素（Ｈ）含有ガス及び酸素（Ｏ）含有ガスを含むプロセスガスが、プラズマ処理システムに導入される。例えば、プロセスガスはアンモニア（ＮＨ３）及び二原子酸素（Ｏ２）を含むことができる。他の例では、プロセスガスは二原子窒素（Ｎ２）、二原子水素（Ｈ２）及び二原子酸素（Ｏ２）を含むことができる。他の例では、プロセスガスはアンモニア（ＮＨ３）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含むことができる。他の例では、プロセスガスは二原子窒素（Ｎ２）、二原子水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含むことができる。他の例では、プロセスガスはアンモニア（ＮＨ３）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を含むことができる。他の例では、プロセスガスは二原子窒素（Ｎ２）、二原子水素（Ｈ２）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を含むことができる。他の例では、プロセスガスは更に、例えば希ガス等の不活性ガスを含むことができる。
【００３５】
段階４２０にて、例えば、図２乃至６にて説明されたシステムの何れか又はそれらの組み合わせを用いて、プラズマ処理システム内でプロセスガスからプラズマが形成される。
【００３６】
段階４３０にて、エッチング残渣を上に有する誘電体層を備えた基板が段階４２０で形成されたプラズマに晒され、誘電体層にダメージを与えることなくエッチング残渣が除去される。この実施形態において、このプラズマに晒す段階は、誘電体層の下に位置するエッチング停止層の厚さを低減させ得るが、それはおよそ１０％未満である。
【００３７】
以上では本発明の特定の実施形態のみが詳細に説明されているが、当業者に容易に認識されるように、これらの実施形態には、本発明の新規な教示及び効果を実質的に逸脱することなく数多くの変更が為され得る。従って、全てのそのような変更は本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】薄膜をパターンエッチングする典型的な手順を示す概略図である。
【図１Ｂ】薄膜をパターンエッチングする典型的な手順を示す概略図である。
【図１Ｃ】薄膜をパターンエッチングする典型的な手順を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを簡略化して示す概略図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図４】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図５】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図６】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った、プラズマ処理システム内で基板上の誘電体層からエッチング残渣を除去する方法を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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