(57)【要約】  集積化スキームを用いて基板上に層をパターニングする方法が提供され、方法は、基板を配置するステップであって、基板は構造パターン層、中性層及び下地層を有し、構造パターン層は第１材料及び第２材料を含む、ステップと、第１パターンを形成するために第１プロセスガス混合物を用いて第１処理プロセスを実行するステップであって、第１プロセスガスはＣｘＨｙＦｚ及びアルゴンの混合物を含む、ステップと、第２パターンを形成するために第２プロセスガス混合物を用いて第２処理プロセスを実行するステップであって、第２プロセスガスは低酸素含有ガス及びアルゴンの混合物を含む、ステップと、ターゲット集積化目標を達成するために、選択された２つ以上の集積化スキームの動作変数を同時に制御するステップと、を含む。
2019506000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積化スキームを用いて基板上で層をパターニングする方法であって、
当該方法は、
処理チャンバー内に基板を配置するステップであって、前記基板は構造パターン層、中性層及び下地層を有し、前記構造パターン層は第１材料及び第２材料を含む、ステップと、
前記基板上に第１パターンを形成するために第１プロセスガス混合物を用いて第１処理プロセスを実行するステップであって、前記第１プロセスガス混合物はＣｘＨｙＦｚ及びアルゴンの混合物を含む、ステップと、
前記基板上に第２パターンを形成するために第２プロセスガス混合物を用いて第２処理プロセスを実行するステップであって、前記第２プロセスガス混合物は低酸素含有ガス及びアルゴンの混合物を含む、ステップと、
ターゲット集積化目標を達成するために、集積化スキームの選択された２つ以上の動作変数を同時に制御するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記第１材料は第１自己集合化材料であり、前記第２材料は第２自己集合化材料である、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１自己集合化材料は第１ブロックコポリマーであり、前記第２自己集合化材料は第２ブロックコポリマーである、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１ブロックコポリマーはポリ‐（メタアクリル酸メチル）であり、前記第２ブロックコポリマーはポリスチレンであり、及び／又は
前記ＣｘＨｙＦｚは、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ４、ＣＨＦ３又はＣＨ３Ｆである、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１ブロックコポリマーのターゲットエッチング選択性は、前記第２ブロックコポリマーをこえて、２．０から３．０ｎｍの範囲内にあり、及び／又は、
前記ターゲット集積化目標は、残余の土台無しで、１．５から２．４ｎｍの範囲内にある前記基板上のパターンのターゲットエッジ粗さ（ＬＥＲ）及び／又はターゲット基板スループットを含む、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記下地層は、酸化物層、アドバンスドパターン（ＡＰＦ）層、シリコン窒化層及びチタン窒化層を有する、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１処理プロセスを実行するステップの前に、
前記基板上に初期パターンを形成するために前記第２材料を保持しながら、前記中性層及び前記第１材料を選択的に除去するために、初期プロセスガス混合物を用いて初期エッチングプロセスを実行し、
前記基板上の前記初期パターンに硬化プロセスを実行する、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第２処理プロセスを実行するステップの後、
前記酸化物層をエッチングするために、Ｃ４Ｆ８及び酸素のガス混合物を用いてスピンオンガラス（ＳＯＧ）処理プロセスを実行し、
前記シリコン窒化層をエッチングするために、水素及び窒素ガスのガス混合物を用いてスピンオンカーボン（ＳＯＣ）処理プロセスを実行する、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
第１処理プロセスのＣｘＨｙＦｚは、Ｃ４Ｆ８であり、
第３ガス混合物はＯ２及びアルゴンを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第１処理プロセスのＣｘＨｙＦｚはＣＨ４であり、
第３ガス混合物はＯ２及びアルゴンを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記第１処理プロセスのＣｘＨｙＦｚはＣＨ３Ｆであり、
第３ガス混合物はＯ２及びアルゴンを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記第１処理プロセスのＣｘＨｙＦｚはＣＨＦ３であり、
第３ガス混合物はＯ２及びアルゴンを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記ターゲットＬＥＲは１．０から１．５ｎｍの範囲内にある、
請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記２つ以上の動作変数には、ソースパワー、バイアスパワー、上側無線周波数、下側無線周波数、圧力、静電チャック（ＥＳＣ温度）、前記第１プロセスガス混合物の各ガスの流量、初期プロセスガス混合物の各ガスの流量、及びプロセス時間、を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１５】
ソースパワーは１００から３５０Ｗまでの範囲であり、バイアスパワーは３０から６０Ｗまでの範囲である、
請求項１記載の方法。
【請求項１６】
静電チャック（ＥＳＣ）温度は、０から４０°Ｃの範囲内にある、
請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記ＣｘＨｙＦｚの流量は５から３０ｓｃｃｍまでである、
請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記第１処理プロセスでのＡｒの流量は５０から１８４ｓｃｃｍまでの範囲にある、
請求項１記載の方法。
【請求項１９】
プロセス時間は、５から１８秒までの範囲にあり、圧力は１０から４０ｍＴまでの範囲にある、
請求項１記載の方法。
【請求項２０】
センサ及び測定デバイスからの現場測定は、ターゲット集積化目標を達成するために、選択された２つ以上の集積化スキームの動作変数を、調整し同時に制御するために使用される、
請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の第１材料及び第２材料を有する構造パターンの選択的エッチングのための方法に関し、特に誘導自己集合化（a directed self-assembly）（ＤＳＡ）プロセスにおいて、ラインエッジ粗さ（ＬＥＲ）を低減し、他のターゲット集積化目標を達成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造におけるコスト及び性能において競争力を維持する必要性は、集積回路のデバイス密度の継続的な増加を引き起こしてきた。半導体集積回路のよりいっそうの高集積化、微細化を達成するためには、半導体ウエハ上に形成される回路パターンの微細化が必要である。
【０００３】
フォトリソグラフィーは、マスク上の幾何学的形状及びパターンを半導体ウエハの表面に転写することによって半導体集積回路を製造するために用いられる標準的な技術である。しかし、現在の最先端のフォトリソグラフィーツールは、約２５ｎｍまでの最小フィーチャサイズを可能にする。従って、より小さいフィーチャを提供するためには新しい方法が必要である。
【０００４】
第１材料及び第２材料を有する構造パターン層の１つの種類は、ＤＳＡ層である。ＤＳＡ層は、分解能を従来技術のリソグラフィー方法のみによって得られるよりも良い値に改善するための潜在的なツールと考えられているブロックコポリマー（ＢＣＰ）の自己集合化を含む。ブロックコポリマーは、ナノ製造に有用な化合物である。なぜなら、特定の温度（秩序−無秩序転移温度ＴＯＤ）未満の冷却で、秩序−無秩序転移を起こし、異なる化学的性質のコポリマーブロックの相分離をもたらし、秩序のある化学的に異なる、数十ｎｍ又は１０ｎｍ未満の寸法を有するドメインを寸法で形成するからである。ドメインのサイズ及び形状は、コポリマーの異なるブロックタイプの分子量及び組成を操作することによって、制御されることができる。ドメイン間の界面は、１ｎｍ〜５ｎｍ程度の幅を有してもよく、コポリマーのブロックの化学組成の変更によって操作されてもよい。
【０００５】
ブロックコポリマーは、ブロックの体積フラクション（the volume fractions）、各ブロックタイプ内の重合度（すなわち、それぞれのブロック内のそれぞれのタイプのモノマーの数）、溶剤の任意の使用及び表面相互作用に依存して、自己集合化の際に多くの異なる相を形成することができる。薄膜で適用される場合、幾何学的限定（confinement）は、相の数を制限し得る追加の境界条件をもたらすことがある。一般的に、球状（例えば、立方体）、円筒状（例えば、正方晶又は六角形）及びラメラ状の相（すなわち、立方体、六角形又はラメラ状の空間充填対称性を有する自己集合化相）が、自己集合化されたブロックの薄膜において物理的に観察され、観察される相のタイプは、異なるポリマーブロックの相対的な体積フラクションに依存し得る。自己集合化ポリマー相は対称軸で基板に対して平行又は垂直に配向してもよく、ラメラ状及び円筒状の相はライン及びスペーサパターン及びホールアレイをそれぞれ形成し、複数のドメインタイプの内の１つがその後エッチングされたときに良好なコントラストを提供するので、リソグラフィー用途にとって興味深いものである。
【０００６】
表面上へのブロックコポリマーのガイド又は誘導自己集合化のために用いられる２つの方法は、グラフォ・エピタキシー、及び化学エピタキシーとも呼ばれる化学プレパターニングである。グラフォ・エピタキシー方法において、ブロックコポリマーの自己組織化（self-organization）は、基板のトポロジカルなプレパターン化によってガイドされる。自己整列ブロックコポリマー（self-aligned block copolymer）は、パターン化された基板によって画定されるトレンチ内の異なるポリマーブロックドメインの隣接するラインを有する平行な線形パターンを形成することができる。例えば、ブロックコポリマーが、ポリマーチェーン内のＡ及びＢブロックを有するジ・ブロックコポリマーであり、実質的にＡが親水性、Ｂが疎水性である場合に、トレンチの側壁も実質的に親水性であれば、Ａブロックはトレンチの側壁に隣接して形成されたドメイン内に集合することができる。分解能は、基板上のプレパターンのスペーシングを再分割するブロックコポリマーパターンによって、パターン化された基板の分解能を超えて改善され得る。
【０００７】
化学エピタキシーにおいて、ブロックコポリマードメインの自己集合化は、基板上の化学パターン（すなわち、化学テンプレート）によってガイドされる。化学パターンとブロックコポリマーチェーン内のコポリマーブロックのタイプのうちの少なくとも１つとの間の化学親和力は、ドメインタイプのうちの１つを、基板上の化学パターンの対応する領域上へ正確に配置する（また、本明細書において「ピニング」とも称される）ことができる。たとえば、ブロックコポリマーがＡ及びＢブロックを有するジ・ブロックコポリマーであり、実質的に、Ａが親水性であり、Ｂが疎水性であり、化学パターンがＡ及びＢ両方に対して中性である領域に隣接する疎水性領域を有する表面を含む場合、Ｂドメインは優先的に疎水性領域上に集合し、従ってその後Ａブロック及びＢブロックの両方を中性領域上に強制的に整列させることができる。アライメントのグラフォ・エピタキシー方法と同様に、解像度は、基板上のプレパターン化されたフィーチャのスペーシングを再分割するブロックコポリマーパターンによって、パターン化された基板の解像度を超えて改善されることができる（所謂、密度又は周波数多重化）。しかしながら、化学エピタキシーは、線形のプレパターンに限られない。例えば、プレパターンは、円筒状相形成ブロックコポリマーの用途として適した、ドットの２次元アレイの形態であることができる。グラフォ・エピタキシー及び化学エピタキシーは、例えば、異なるドメインタイプが基板の表面上に並んで配置されたラメラ状又は円筒状の相の自己組織化をガイドするために使用されてもよい。
【０００８】
したがって、ブロックコポリマーのグラフォ・エピタキシー及び化学エピタキシーにより提供される利点を達成するために、パターニングワークフローにおいてかかる材料を集積化する能力を含む、新規なリソグラフィーパターニング技術及び誘導自己集合技術が必要とされる。ブロックコポリマーの１つの例は、ポリスチレン‐ｂ‐ポリマー（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）である。しかしながら、背後にポリスチレン（ＰＳ）パターンを残すために（to leave behind a polystyrene (PS) pattern）、ポリスチレン−ｂ−ポリマー（メタクリル酸メチル）（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）層からＰＭＭＡ部分を除去する場合、従来のエッチング技術は弱点を有していた。両方の材料の有機的性質及びそれらの類似性により、適切なエッチング選択性を有するエッチング化学作用を開発することは困難であった。さらに、従来のエッチングプロセスは、半導体デバイスの性能要求に応じて許容できないラインエッジ粗さ／ライン幅粗さ（ＬＥＲ／ＬＷＲ）などのパターン欠陥（defectivity）を生じる。極端な場合には、ＰＳの欠陥は、以下でより詳細に説明するように、パターンの崩壊のために破局的であり得る。
【０００９】
将来的スキームでは、ドライエッチング技術を使用して他の材料を保持しながら、１つの材料を選択的に除去する能力は、かかるパターニング実装の成功にとって最も重要である。上述したように、許容限界寸法（ＣＤ）、ＬＥＲ／ＬＷＥＲ及びエッチング選択性は、自己整合四重（quadruple）パターニング（ＳＡＱＰ）プロセスに使用される集積化プロセスの有用性を特定する主な要因である。現在の方法は、より高密度のパターンの必要性が増大するにつれて必要とされるＣＤ、ＬＥＲ、及びＬＷＲを提供しない。必要とされるエッチング感度を提供するガスの組み合わせ又はエッチャントガスの、流量又は比率の組み合わせを確認する必要もある。全体的に、より小さいフィーチャを有する集積化目標を達成するために、制御エッチング技術、プロセス、許容可能なエッチング選択性を生成するエッチャントガスの組合せ及びＬＥＲ結果が必要である。
【発明の概要】
【００１０】
集積化スキームを用いて基板上で層をパターニングする方法が提供され、方法は、構造パターン層、中性層及び下地層を有する基板を配置するステップであって、構造パターン層は第１材料及び第２材料を含む、ステップと、第１パターンを形成するために第１プロセスガス混合物を用いて第１処理プロセスを実行するステップであって、第１プロセスガスはＣｘＨｙＦｚ及びアルゴンの混合物を含む、ステップと、第２パターンを形成するために第２プロセスガス混合物を用いて第２処理プロセスを実行するステップであって、第２プロセスガスは低酸素含有ガス及びアルゴンガスの混合物を含む、ステップと、ターゲット集積化目標を達成するために、選択された２つ以上の集積化スキームの動作変数を同時に制御するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】従来の、自己集合化パターニングプロセスの始まりにおける入力基板を模式的に示す図である。
【図１Ｂ】従来の、入力基板の、コポリマー、中性層及び硬化エッチングプロセス後の基板を模式的に示す図である。
【図１Ｃ】従来の、スピンオンガラス（ＳＯＧ）及びスピンオンカーボン（ＳＯＣ）エッチングプロセスを受ける基板を模式的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、誘導自己集合化プロセスの始まりにおける入力基板を模式的に示す図である。
【図２Ｂ】入力基板の、コポリマーエッチング、中性層エッチング、硬化エッチングプロセスの後の基板を模式的に示す図である。
【図２Ｃ】基板上に第１パターンを形成するための第１プロセスガス混合物を用いた第１処理プロセス後の基板を模式的に示す図である。
【図２Ｄ】実施形態による、基板上に第２パターンを形成するための第２プロセスガス混合物を用いた第２処理プロセス後の基板を模式的に示す図であり、第２プロセスガス混合物が低酸素含有ガス及びアルゴンを含む。
【図２Ｅ】スピンオンガラス（ＳＯＧ）及びスピンオンカーボン（ＳＯＣ）エッチングプロセスを行った後の基板を模式的に示す図である。
【図３Ａ】本発明において生成される比較結果のためのベースケースとして用いられている、従来の一連のプロセスが実行された後の基板内に結果として生じるパターン構造の画像の平面を例示的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示される基板の傾斜画像である。
【図４Ａ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣ４Ｆ８／Ａｒで処理された基板の平面画像である。
【図４Ｂ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣ４Ｆ８／Ａｒで処理された基板の斜視画像である。
【図５Ａ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨ４／Ａｒ処理された基板の平面画像である。
【図５Ｂ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨ４／Ａｒで処理された基板の斜視画像である。
【図６Ａ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨＦ３／Ａｒで処理された基板の平面画像である。
【図６Ｂ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨＦ３／Ａｒで処理された基板の斜視画像を示す図である。
【図７Ａ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨ３Ｆ／Ａｒで処理された基板の平面画像を示す図である。
【図７Ｂ】実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨ３Ｆ／Ａｒで処理された基板の斜視画像を示す図である。
【図８】実施形態における種々の新規な処理において達成されるベースラインＬＥＲ及びＬＥＲを表すＬＥＲの複合グラフを示す。
【図９Ａ】Ｃ４Ｆ８／Ａｒ処理無しのポリスチレン（ＰＳ）基板パターン構造の平面画像及び斜視画像を組み合わせて示す。
【図９Ｂ】全ての集積化プロセス後の、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ処理有りのポリスチレン（ＰＳ）の基板パターン構造の平面画像及び斜視画像を組み合わせて示す。
【図１０】図１０Ａは、ＣＨ４／Ａｒ処理無しのポリスチレン（ＰＳ）基板パターン構造の平面画像及び斜視画像を組み合わせて示し、図１０Ｂは、ＰＳオープンエッチングプロセス後のＣＨ４／Ａｒ処理有りのポリスチレン（ＰＳ）の基板パターン構造の画像の上面図及び斜視図を組み合わせて示す。
【図１１】図１１Ａは、ＣＨ４／Ａｒ処理無しのポリスチレン（ＰＳ）の基板パターン構造の画像の上面図及び斜視図を組み合わせて示し、図１１Ｂは、ＣＨ４／Ａｒ処理有りのポリスチレン（ＰＳ）の基板パターン構造の画像の上面図及び斜視図を組み合わせて示し、画像はＡＰＦオープンエッチングプロセス後に取得された。
【図１２】図１２Ａは、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の上面図を示し、図１２Ｂは、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の斜視図を示し、図１２Ｃは、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の側面図を示し、画像は完全酸化及びＡＰＦエッチングプロセス後に取得された。
【図１３】図１３Ａは、ＣＨ４／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の上面図を示し、図１３Ｂは、ＣＨ４／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の斜視図を示し、図１３Ｃは、ＣＨ４／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の側面図を示し、画像は完全酸化及びＡＰＦエッチングプロセス後に取得された。
【図１４】図１４Ａは、ＣＨＦ３／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の上面図を示し、図１４Ｂは、ＣＨＦ３／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の斜視図を示し、図１４Ｃは、ＣＨＦ３／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の側面図を示し、画像は完全酸化及びＡＰＦエッチングプロセスの後に取得された。
【図１５】図１５Ａは、ＣＨ３Ｆ／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の上面図を示し、図１５Ｂは、ＣＨ３Ｆ／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の斜視図を示し、図１５Ｃは、ＣＨ３Ｆ／Ａｒ第１処理有りのライン及び空間画像の側面図を示し、画像は完全酸化及びＡＰＦエッチングプロセスの後に取得された。
【図１６】本発明の一実施形態の誘導自己集合化パターニングプロセスを用いて基板に対する集積化方法を実行する方法のための例示的プロセスフローチャートである。
【図１７Ａ】プラズマ種の堆積レートを、構造パターンの第１処理プロセスにおけるＡｒ流量の関数として例示的に示すグラフである。
【図１７Ｂ】プラズマ種の堆積レートを、構造パターンの第１処理プロセスにおけるＣ４Ｆ８流量の関数として例示的に示すグラフである。
【図１７Ｃ】堆積深さを、Ｙ軸においてÅで、Ｘ軸において秒で示された堆積時間の関数として例示的に示すグラフである。
【図１８】動作のプロセス制御を容易にし、集積化目標を達成するための集積化システム処理計測データの制御部を表す例示的システム図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の記述において、例えばプロセッシングシステムの特定のジオメトリ、種々の要素の説明及び、そこで用いられるプロセスなどの具体的な詳細は、説明のためであって限定のためでなく、記載される。しかしながら、これらの具体的な詳細から逸脱する他の実施態様において、本発明が実施されることができることを理解されたい。
【００１３】
同様に、本発明の完全な理解を提供するために、説明の目的で、特定の数、材料、及び構成が示されている。しかしながら、本発明は特定の詳細なしに実施することができる。さらに、図面に示された様々な実施形態は、例示的なものであり、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解される。
【００１４】
様々な動作は、本発明の理解に最も役立つ方法で、複数の個別の動作として説明される。しかしながら、説明の順序は、これらの動作が必然的に順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。特に、これらの動作は、提示順に実行される必要はない。説明された動作は、記載された実施形態とは異なる順序で実行されてもよい。様々な追加の動作が実行されてもよく、及び／又は記載された動作が追加の実施形態で省略されてもよい。
【００１５】
本明細書において、「放射線感受性材料」の用語は、フォトレジストのような感光材料を意味し、含む。
【００１６】
本明細書において、「ポリマーブロック」の用語は、本質的単位の単一タイプの複数のモノマーユニット（即ちホモポリマーブロック）又は複数タイプの複数のモノマーユニット（即ちコポリマーブロック）を、いくつかの長さの連続ポリマーチェーンに分類することを含み、意味し、連続ポリマーチェーンは、異なるモノマータイプの他のポリマーブロックと共に、さらにより巨大な長さを有するより大きなポリマーの一部を形成し、分相を起こすのに十分なＸＮ値を示す。Ｘはフローリー・ハギンズ相互作用パラメータであり、Ｎはブロックコポリマーのための総重合度である。本発明の実施態様によれば、より大きなコポリマーの少なくとも一つの他のポリマーブロックを有する１つのポリマーブロックのΧＮ値は、約１０．５以上でもよい。
【００１７】
本明細書において、「ブロックコポリマー」の用語は、各チェーンが上述の２つ以上のポリマーブロックを含み、少なくとも２つのブロックが分相のためにそれらのブロックに対して十分な分離強度（例えばＸＮ＞１０．５）を有する複数のチェーンから構成されたポリマーを意味し、含む。本明細書の様々なブロックポリマーは、ジ・ブロックコポリマー（すなわち、２つのポリマーブロック（ＡＢ）を含むポリマー）、トリ・ブロックコポリマー（すなわち、Χ３のポリマーブロック（ＡＢＡ又はＡＢＣ）を含むポリマー）、マルチ・ブロックコポリマー（すなわち、３つを超えるポリマーブロック（ＡＢＣＤなど）を含むポリマー）及びそれらの組み合わせを含むと考えられる。
【００１８】
本明細書において「基板」とは、本発明に従って処理されている対象物を意味する。基板は、デバイス、特に半導体デバイス又は他のエレクトロニクスデバイスの、任意の材料部分又は構造を含むことができ、例えば、半導体ウエハのようなベース基板構造であるか、又は、ベース基板構造上の若しくはベース基板構造を覆う薄膜のような層でありうる。基板は、従来のシリコン基板又は半導電性材料の層を有する他のバルク基板であってもよい。本明細書において、「バルク基板」の用語はシリコンウエハだけでなく、シリコンオンサファイア（「ＳＯＳ」）基板及びシリコンオンガラス（「ＳＯＧ」）基板のような、シリコンオン絶縁体（「ＳＯＩ」）基板、ベース半導体基礎上のシリコン・エピタキシーャル層、及び、シリコン・ゲルマニウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム及びリン化インジウムなどの他の半導体を意味し、これらを含む。基板は、ドーピングされてもよく又はドーピングされていなくてもよい。したがって、基板は、パターン化された又はパターン化されていない、任意の特定のベース構造、下地層又はオーバーレイ層に限定することを意図しておらず、任意のそのような層又はベース構造、及び、層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むことを意図する。以下の説明は、特定の種類の基板を参照することができるが、これは例示の目的に過ぎず、限定するものではない。
【００１９】
本明細書における「ミクロ相分離（microphase segregation）」及び「ミクロ分相（microphase
separation）」の用語は、ブロックコポリマー凝集体の均質なブロックが相互に、かつ、異質なブロックが別個のドメインに分離される特性を意味し、含む。バルクにおいて、ブロックコポリマーは、球状、筒状、薄板状、共連続ジャイロイド（bicontinuous gyroid）又ミクトアーム星形ミクロドメイン（miktoarm
star microdomains）を有する整理された形態（ordered morphologies）に自己集合化することができ、ここで、ブロックコポリマーの分子量は形成されるミクロドメインのサイズを示す。
【００２０】
自己集合化ブロックコポリマー・モルホロジーのドメインサイズ又はピッチ周期（Ｌｏ）は、パターン化構造の限界寸法を設計するための基礎として用いられることができる。同様に、ブロックコポリマーのポリマーブロックの１つを選択的にエッチング除去した後に残るフィーチャの寸法である構造周期（Ｌｓ）は、パターン化構造の限界寸法を設計するための基礎として用いられることができる。ブロックコポリマーを形成する各ポリマーブロックの長さは、それらのブロックコポリマーのポリマーブロックによって形成されるドメインのサイズに対する固有の制限でありうる。例えば、各ポリマーブロックは、ドメインの所望のパターンへの自己集合化を容易にする長さによって選択されることができ、より短い及び／又はより長いコポリマーは所望のように自己集合化することができない。
【００２１】
「アニーリング」又は「アニール」の用語は、本明細書において、構造ユニットの繰り返しによって特定される整理されたパターンをポリマーブロックから形成するためのブロックコポリマーの中の２つ以上の異なるポリマーブロック成分間の十分なミクロ相分離を可能にするブロックコポリマーの処理を意味し、含む。本発明のブロックコポリマーのアニーリングは公知技術の種々の方法によって達成されることができ、以下を含むが、これに限定されるものではない：
（真空中又は窒素若しくはアルゴン等の不活性雰囲気中における）熱アニーリング、（室温又はそれ以上の温度における）溶剤蒸気支援アニーリング、超臨界流体支援アニーリング又は（例えば、光学ベイキングのような）吸収ベースのアニーリング。特定の例として、以下、ブロックコポリマーの熱アニーリングは、以下でより詳細に説明されるように、ブロックコポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えるが劣化温度（the degradation temperature）（Ｔｄ）より低い温度に上昇された温度にブロックコポリマーを暴露することにより行われる。本願明細書において記載されていない他の従来の熱処理方法も利用されることができる。
【００２２】
自己組織化のためのブロックコポリマーの機能は、マスクパターンを形成するのに用いられることができる。ブロックコポリマーは、２つ以上の化学的に異なるブロックにより形成される。例えば、各ブロックは、異なるモノマーにより形成されることができる。ブロックは非混和性（immiscible）又は熱力学的に非相溶性（thermodynamically
incompatible）であり、例えば、一方のブロックは有極性（polar）であり、他方のブロックは無極性（non-polar）であり得る。熱力学的効果のため、コポリマーは、系全体としてのエネルギーを最小化するために溶液内で自己組織化する。典型的に、これは、コポリマーの相互に対する移動を引き起こし、例えば従って、同一のブロックが一緒に凝集し、それによって、各ブロックタイプ又は種を含む交互領域（alternating region）を形成する。例えば、コポリマーが、有極性ブロック（例えば、有機金属化合物含有ポリマー）及び無極性ブロック（例えば、炭化水素ポリマー）が形成される場合、ブロックは、無極性ブロックが他の無極性ブロックと凝集し、有極性ブロックが他の有極性ブロックと凝集するように、分離する。ブロックが特定の個々の分子の動きを方向づける外力を能動的に加えることなくパターンを形成するために移動することができるので、ブロックコポリマーを自己集合化材料として説明することができることは言うまでもない。ただし、熱は分子集団の全体としての移動率を増加させるために加えられることができる。
【００２３】
ポリマーブロック種の間の相互作用に加えて、ブロックコポリマーの自己集合化は、トポグラフィー上のフィーチャ、例えばその上にブロックコポリマーが堆積する水平面から垂直に延在するステップ又はガイドによって、影響されることができる。例えば、２つの異なるポリマーブロック種から形成されるコポリマーであるジ・ブロックコポリマーは、それぞれ実質的に異なるポリマーブロック種から形成される交互ドメイン又は領域を形成することができる。ステップ又はガイドの垂直壁の間のエリアにポリマーブロック種の自己集合化が生じると、ステップ又はガイドは、例えばブロックによって形成される交互領域のそれぞれが壁及び水平表面に略平行に配向された特徴を有する規則的に離間したパターンを形成するように、ポリマーブロックと相互作用することができる。
【００２４】
かかる自己集合化は、半導体製造プロセスの間、フィーチャをパターン化するためのマスクを形成するのに有用であり得る。例えば、交互ドメインの１つは取り除かれることができ、それによって、他の領域を形成する材料を残してマスクとして機能することができる。マスクは、下地半導体基板内の電気デバイスのような特徴をパターン化するために使用されてもよい。ブロックコポリマーマスクの形成方法は、米国特許第７，５７９，２７８号、米国特許第７，７２３，００９号、２０１３年３月１４日にＳｏｍｍｅｒｖｅｌｌらにより出願された米国特許出願第１３／８３０，８５９号、光分解剤を用いた直接的自己集合化用途における化学エピタキシーに記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２５】
材料プロセッシングメトロジーでは、パターンエッチングは、フォトレジストなどの放射線感受性材料の薄層を基板の上表面に適用した後、リソグラフィー技術を使用して材料の薄層をパターニングすることを含むことができる。ＤＳＡパターニングにおいて、初期パターンは、ＤＳＡ層にある２以上の相の分相、ドライパターンエッチングを用いた少なくとも１つの相の選択的除去、及び少なくとも１つの残存相の保持によって形成され、それによって後続のドライパターンエッチングのためのパターンを提供する。ドライパターンエッチングの間、プラズマエッチングプロセスは利用されることができ、そこにおいて、電子を加熱して、後続の、プロセスガスの原子及び／又は分子構成要素のイオン化及び解離（dissociation）を引き起こすために、プラズマは、無線周波数（ＲＦ）パワーなどの電磁（ＥＭ）エネルギーをプロセスガスに結合によってプロセスガスから形成されることができる。一連のドライエッチングプロセスを用いて、初期のパターンがＤＳＡ層において形成されることができ、その後、例えば電気デバイスのような最終製品のために所望の１以上の材料層を含む膜スタックの中の下地層へのパターンの転写が続く。そのために、他の材料に対して１つの材料を選択的に除去する必要がある。そして、とりわけ、パターンの転写の間、下地層に延在するパターンのためのプロフィール制御はきわめて重要である。
【００２６】
上述の通り、ポリスチレン‐ｂ‐ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）のような、誘導自己集合化ブロックコポリマー層は、２２ｎｍ以下のパターニングスキームにおいて有用であることが判明している。しかしながら、ＰＳ部分を保持しながら自己集合化ＰＭＭＡ部分を除去するために、極めて選択的なエッチングプロセスが必要とされる。
【００２７】
ここで図面を参照すると、同様の参照符号はいくつかの図面を通して同一又は対応する部品を示す。
【００２８】
図１Ａは、誘導自己集合化パターニングプロセスの始まりにおける基板１０４の従来技術の概略図１００を表す。頂部層１１６は、第１材料１０６及び第２材料１０８を含む構造パターン１２２である。第１材料１０６及び第２材料１０８は、誘導自己集合化材料であることができる。誘導自己集合化材料は、ブロックコポリマー（ＢＣＰ）であることができる。第１材料１０６は第１ブロックコポリマーであることができ、第２材料１０８は第２ブロックコポリマーであることができる。第１ブロックコポリマーはＰＭＭＡであることができ、第２コポリマーはポリスチレン（ＰＳ）であることができる。２つの第２材料１０８を連結するのは中性層１１２である。次の層は、シリコン酸化層１２２、アドバンストパターン膜（ＡＰＦ）層１２４、シリコン窒化層１２６及び窒化チタン層１２８を含む。
【００２９】
図１Ｂは、第２材料１４８及び中性層１５０の部分を残して、第１材料及び中性層１５０の部分が誘導自己集合化パターニングプロセスでエッチングされた後の基板１４４の構造パターン１４２の従来技術の概略図１４０を示す。パターニングプロセスは、Ｏ２／Ａｒ含有ガス混合物を用いた第１材料エッチング、Ａｒ含有ガス混合物を用いた中性層エッチング及びＨＢｒ／Ａｒ含有ガス混合物を用いた硬化プロセスを含む。次の層は、シリコン酸化層１５６、ＡＰＦ層１６０、ガス混合物を使用したシリコン窒化層１６４、及び窒化チタン層１６８を含む。
【００３０】
図１Ｃは、スピンオンガラス（ＳＯＧ）及びスピンオンカーボン（ＳＯＣ）エッチングプロセスを施された後の基板１８４における構造パターン１８２の従来技術の概略図１８０を示す。ＳＯＧエッチングプロセスは、Ｃ４Ｆ８及びＯ２を含むガス混合物を用いられる。ＳＯＣエッチングプロセスは、シリコン窒化層１９６及び窒化チタン層１９８を残して、シリコン酸化層１８８を貫通しＡＰＦ層１９４を貫通するパターンを転写するために、Ｈ２／Ｎ２を含むガス混合物を用いる。
【００３１】
図２Ａは、本発明の実施形態による、第１材料２０６及び第２材料２０８を有する構造化パターン２２のパターン化プロセスの始まりにおける入力基板２０４の模式図２００を表す。プロセスステップは、図１Ａに関して述べられるものと同様である。頂部層２１６は、第１材料２０６及び第２材料２０８を有する構造パターン２２２である。第１材料２０６及び第２材料２０８は、誘導自己集合化材料であることができる。誘導自己集合化材料は、ブロックコポリマー（ＢＣＰ）であることができる。第１材料２０６は第１ブロックコポリマーであることができ、第２材料２０８は第２ブロックコポリマーであることができる。第１ブロックコポリマーはＰＭＭＡであることができ、第２ブロックコポリマーはポリスチレン（ＰＳ）であることができる。２つの第２材料２０８を連結するのは中性層２１２である。次の層は、シリコン酸化層２１８、アドバンストパターン膜（ＡＰＦ）層２２４、シリコン窒化層２２６及び窒化チタン層２２８を含む。次の層は、上にあげられたものに加えて類似の他の材料を含むことができる。
【００３２】
図２Ｂは、本発明の実施形態による、入力基板の、第１材料エッチング、中性層エッチング、硬化エッチングプロセスの後の基板２４４における構造パターン２４２の模式図２４０を示す。プロセスステップは、図１Ｂに関して述べられるものと同様である。第１材料及び中性層２５０の部分は、第２材料２４８及び中性層２５０の部分を残して、誘導自己集合化パターニングプロセスによってエッチングされる。パターニングプロセスは、Ｏ２／Ａｒ含有ガス混合物を用いた第１材料エッチング、Ａｒ含有ガス混合物を用いた中性層エッチング及びＨＢｒ／Ａｒ含有ガス混合物を用いた硬化プロセスを含む。次の層は、シリコン酸化層２５６、ＡＰＦ層２６０、シリコン窒化層２６４及び窒化チタン層２６８を含む。次の層は、上に挙げたものに加えて類似の他の材料を含むことができる。
【００３３】
図２Ｃは、本発明の実施形態による、基板２７４上に第１パターン２８０を形成するための第１プロセスガス混合物を用いた第１処理プロセス後の基板２７４における構造パターン２７２の模式図２７０を示す。第１プロセスガスを用いた第１処理プロセスは、第１パターン２８０を基板２７４上に形成するために用いられ、第１パターン２８０は中性層２７８の上に第２材料２７６の部分を有する。第１プロセスガス混合物はＣｘＨｙＦｚとアルゴンとの混合物を備える。ＣｘＨｙＦｚは、Ｃ４Ｆ８／ＡＲ、ＣＨ４／Ａｒ、ＣＨ３Ｆ／Ａｒ又はＣＨＦ３／Ａｒであることができる。ＣｘＨｙＦｚは２０から３５ｓｃｃｍまで流量を有することができ、アルゴンは４０から６０ｓｃｃｍまで流量を有することができる。次の層は、シリコン酸化層２８２、ＡＰＦ層２８４、シリコン窒化層２８６及び窒化チタン層２８８を含む。次の層は、上に挙げられたものに加えて類似の他の材料を含むことができる。
【００３４】
図２Ｄは、本発明の実施形態による、基板３０４上に第２パターンを形成するために第２プロセスガス混合物を用いて第２処理プロセスが行われた後の基板３０４における構造パターン３０２の模式図３００を示す。第２プロセスガスは、低酸素含有ガス及びアルゴンの混合物を含む。低酸素含有ガスは２から５ｓｃｃｍのＯ２であることができ、Ａｒは４０〜７０ｓｃｃｍであることができる。次の層は、シリコン酸化層３１２、ＡＰＦ層３１６、シリコン窒化層３２０及び窒化チタン層３２４を含む。
【００３５】
図２Ｅは、スピンオンガラス（ＳＯＧ）及びスピンオンカーボン（ＳＯＣ）エッチングプロセスを施された後の基板３３４における頂部部分３３４を含む構造パターン３３２の模式図３３０を示す。ＳＯＧエッチングプロセスは、Ｃ４Ｆ８及びＯ２を含むガス混合物を用いる。ＳＯＣエッチングプロセスは、シリコン窒化層３４４及び窒化チタン層３５２を残して、シリコン酸化層３４２を貫通しＡＰＦ層３４６を貫通するパターンを転写するために、Ｈ２／Ｎ２を含むガス混合物を用いる。
【００３６】
図３Ａは、従来の一連の誘導自己整列（directed self-aligned）プロセスが行われた後の基板３５４において結果として生じるパターン構造の例示的な上面画像３５０である。基板３５４のライン及びスペース３５８の画像３５０は、本発明の新規なプロセスを用いて生成される結果を比較するためのベースケースとして用いられる。図３Ｂは、図３Ａに示されるライン及びスペース３７８の特徴を強調する、基板３７４の傾けられた画像３７０を示す。
【００３７】
図４Ａ及び図４Ｂは、実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣ４Ｆ８／Ａｒで処理された基板４０２、４５２の平面画像４００及び傾斜画像４５０をそれぞれ示す。画像４００，４５０は、図３Ａ及び図３Ｂに示される従来技術で処理されたベースケースのライン及びスペース３５８、３７８のＬＥＲと比較して、基板のライン及びスペース４０４、４５４のＬＥＲのより良い品質を強調する。従来技術を利用するベースケースで得られるＬＥＲに比較して、本発明の実施形態で達成されるＬＥＲの対象が図８のグラフに示される。
【００３８】
図５Ａ及び図５Ｂは、実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨ４／Ａｒ処理された基板の平面画像である。画像５００、５５０は、図３Ａ及び図３Ｂに示される従来技術で処理されたベースケースのライン及びスペース３５８、３７８のＬＥＲと比較して、基板５０４、５６４のライン及びスペース５０８、５６８のＬＥＲのより良い品質を強調する。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂは、実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨＦ３／Ａｒで処理された基板の平面画像６００で及び傾斜画像６５０を示す。画像６００、６５０は、図３Ａ及び図３Ｂに示される従来技術で処理されたベースケースのライン及びスペース３５８、３７８のＬＥＲと比較して、基板６０２、６５２のライン及びスペース６０４、６５４のＬＥＲのより良い品質を強調する。
【００４０】
図７Ａ及び図７Ｂは、実施形態による、第１プロセスガス混合物中のＣＨ３Ｆ／Ａｒで処理された基板の平面画像７００及び傾斜画像７５０を示す。画像７００、７５０は、図３Ａ及び図３Ｂに示される従来技術で処理されたベースケースのライン及びスペース３５８、３７８のＬＥＲと比較して、基板７０２、７５２のライン及びスペース７０４、７５４のＬＥＲのより良い品質を強調する。
【００４１】
図８は、ベースラインＬＥＲ８０４及び実施形態における種々の新規な処理において達成されるＬＥＲを表すＬＥＲの複合グラフを示す。ＣＨ４／Ａｒを用いた約１．８ｎｍにおけるＬＥＲ８１２は、最も良いＬＥＲを有し、Ｃ４Ｆ８／Ａｒを用いた約２．２ｎｍにおけるＬＥＲ８０８は、次であり、ＣＨＦ３／Ａｒを用いた約２．３ｎｍにおけるＬＥＲ８１６は、次であり、ＣＨ３Ｆ／Ａｒを用いた約２．４ｎｍにおけるＬＥＲ８２０は、最後であるが、従来のエッチング技術を用いるベースケースの約２．８ｎｍにおけるＬＥＲ８０４よりまだ良好である。上述したように、ＬＥＲの改善は、デバイスのサイズが小さくなるにつれて必要とされるデバイス性能を得る上でクリティカルファクターである。
【００４２】
図９Ａは、Ｃ４Ｆ８処理無しのポリスチレン（ＰＳ）の基板９０２パターン構造の平面画像９００及び斜視画像９０６の組み合わせを示し、図９ＢはＣ４Ｆ８／Ａｒ処理有りのポリスチレン（ＰＳ）の基板９５２パターン構造の平面画像９５０及び斜視画像９５６の組み合わせを示す。Ｃ４Ｆ８／Ａｒ処理を有りのライン及びスペース画像９５４、９５８は、処理無しのライン及びスペース画像９０４、９０８より実質的に良好なＬＥＲを有する。
【００４３】
図１０Ａは、ＣＨ４処理無しのポリスチレン（ＰＳ）の基板１００２パターン構造の平面画像１０００及び斜視画像１０１０の組み合わせを示し、図１０Ｂは、ＣＨ４／Ａｒ処理有りのポリスチレン（ＰＳ）の基板１０５２パターン構造の平面画像１０５０及び斜視画像１０６０の組み合わせを示す。ＣＨ４／Ａｒ処理を有りのライン及びスペース画像１０５４、１０５８は、処理無しのライン及びスペース画像１００４、１００８より実質的に良好なＬＥＲを有する。
【００４４】
図１１Ａは、ＣＨ４／Ａｒ処理無しのポリスチレン（ＰＳ）基板１１０２パターン構造の平面画像１１００及び斜視画像１１１０の組み合わせを示し、図１１Ｂは、ＣＨ４／Ａｒ処理有りのポリスチレン（ＰＳ）の基板１１５２パターン構造の平面画像１１５０及び斜視画像１１６０の組み合わせを示す。ＣＨ４／Ａｒ処理有のライン及びスペース平面画像１１５４及び傾斜画像１１５８は、処理有のライン及びスペース平面画像１１０４、傾斜画像１１０８それぞれより実質的に良好なＬＥＲを有する。
【００４５】
図１２Ａは、基板１２０２のライン及びスペース画像１２０４の平面図１２００を表し、図１２Ｂは、基板１２０２のライン及びスペース画像１２３４の傾斜図１２３０を表し、図１２Ｃは、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ第１処理有の基板１２０２のライン及びスペース画像１２７２の側面図１２６０を表し、画像は完全酸化及びＡＦＰエッチングプロセス後に取得された。図１２Ｃは、ピッチ１２６４、下部ＣＤ１２６６、構造キャップの高さ１２６２及び構造キャップより下の高さ１２６８を含む構造の臨界寸法（ＣＤ）も示す。基板の臨界寸法は、ターゲット集積化目標（the target integration objectives）を達成するためにエッチングスキームの種々のステップにおいて厳密にコントロールされている。
【００４６】
図１３Ａは、基板１３０２のライン及びスペース画像１３０４の平面図１２００を表し、図１３Ｂは、基板１３０２のライン及びスペース画像１３５８の傾斜図１３３０を表し、図１３Ｃは、ＣＨ４／Ａｒ第１処理有の基板１３０２のライン及びスペース画像１３７０の側面図１３６０を表し、画像はＰＳエッチングプロセス後に取得された。図１３Ｃは、ピッチ１３６４、下部ＣＤ１３６６、構造キャップの高さ１３６２及び構造キャップより下の高さ１３６８を含む構造の臨界寸法（ＣＤ）も示す。基板の臨界寸法は、ターゲット集積化目標を達成するためにエッチングスキームの種々のステップにおいて厳密にコントロールされている。
【００４７】
図１４Ａは、基板１４０４のライン及びスペース画像１４０８の平面図１４００を表し、図１４Ｂは、基板１４０４のライン及びスペース画像１４５８の傾斜図１４５０を表し、図１４Ｃは、ＣＨＦ３／Ａｒ第１処理有の基板１４０４のライン及びスペース画像１４７２の側面図１４６０を表し、画像は完全酸化及びＡＰＦエッチングプロセス後に取得された。図１４Ｃは、第１ピッチ１４６４、下部ＣＤ１４６６、構造キャップの高さ１４６２、構造キャップより下の高さ１４６８及び第２ピッチ１４７０を含む構造の臨界寸法（ＣＤ）も示す。基板の臨界寸法は、ターゲット集積化目標を達成するためにエッチングスキームの種々のステップにおいて厳密にコントロールされている。
【００４８】
図１５Ａは、基板１５０４のライン及びスペース画像１５０８の平面図１５００を表し、図１５Ｂは、基板１５０４のライン及びスペース画像１５３８の傾斜図１５３０を表し、図１５Ｃは、ＣＨ３Ｆ／Ａｒ第１処理有の基板１５０４のライン及びスペース画像１５７２の側面図１５６０を表し、画像は完全酸化及びＡＦＰエッチングプロセス後に取得された。図１５Ｃは、ピッチ１５６２、下部ＣＤ１５６８、構造キャップの高さ１５６４及び構造キャップより下の高さ１５６６を含む構造の臨界寸法（ＣＤ）も示す。基板の臨界寸法は、ターゲット集積化目標を達成するためにエッチングスキームの種々のステップにおいて厳密にコントロールされている。
【００４９】
図１６は、本発明の一実施形態のパターニングスキームを用いて基板に対する集積化プロセスを実行する方法のための例示的プロセスフローチャート１６００である。動作１６０４において、構造パターン及び下地層を有する基板はエッチングシステム内に配置され、構造パターンは、第１材料、第２材料及び中性層を有し、下地層は、酸化物層、アドバンストパターン膜（ＡＰＦ）層、シリコン窒化層及び窒化チタン層を有する。実施形態において、第１材料及び第２材料は、誘導自己集合化材料であることができる。誘導自己集合化材料は、ブロックコポリマー（ＢＣＰ）であることができる。他の実施形態では、第１材料は第１ブロックコポリマーであることができ、第２材料は第２ブロックコポリマーであることができる。また他の実施形態において、第１ブロックコポリマーはＰＭＭＡであることができ、第２コポリマーはポリスチレン（ＰＳ）であることができる。他の材料若しくは誘導自己集合化材料、又は、ポリマーが、用いられることもできる。
【００５０】
動作１６０８において、基板上に初期パターンを形成するために第２材料を保持しながら、中性層及び第１材料を選択的に除去するために、初期プロセスガス混合物を用いて初期エッチングプロセスが実行される。初期ガス混合物は、Ｏ２／Ａｒを含むことができ、Ｏ２は約５０ｓｃｃｍの流量を有し、Ａｒは約８秒間の約８５０ｓｃｃｍの流量を有する。実施形態において、第１材料はＰＭＭＡであり、第２材料はＰＳであり、初期エッチングプロセスは、ＰＳを残して、中性層及びＰＭＭＡを選択的に除去する。初期エッチングも、約１０秒間の約２００ｓｃｃｍの流量で、Ａｒを用いてＰＳ処理を含む。動作１６１２において、約１０秒間の約２０ｓｃｃｍで、約９０ｓｃｃｍ及びＣＨ３ＦでＨＢｒを用いて、硬化プロセスが基板上の初期のパターンに実行される。他の化学作用及び対応する動作可変レンジは、初期エッチング及び硬化プロセスを実行するために用いることができる。
【００５１】
動作１６１６において、第１プロセスガス混合物を用いた第１処理プロセスは、第１パターンを基板上に形成するために実行される。第１プロセスガス混合物はＣｘＨｙＦｚとアルゴンとの混合物を含む。ＣｘＨｙＦｚは、Ｃ４Ｆ８／ＡＲ、ＣＨ４／Ａｒ、ＣＨ３Ｆ／Ａｒ、ＣＨＦ３／Ａｒ又は類似のものであることができる。ＣｘＨｙＦｚ及びアルゴンの機能を有する他のガス混合物を用いることもできる。ＣｘＨｙＦｚは５〜３５ｓｃｃｍ、５〜２５ｓｃｃｍの流量を有することができ、アルゴンは４０〜６０ｓｃｃｍ又は６１〜１８４ｓｃｃｍの流量を有することができる。
【００５２】
もう一つの実施例では、ＣｘＨｙＦｚは、５〜２５ｓｃｃｍの範囲内にあることができ、Ａｒについて４０〜６０ｓｃｃｍであることができ、圧力は４０〜６０ｍＴの範囲内にあることができ、上側パワーは１００〜３５０Ｗであることができ、下側パワーはゼロ又は３０〜６０Ｗであることができ、プロセス時間は５〜２０秒の範囲内にあることができる。
【００５３】
動作１６２０において、第２パターンを基板の上に形成するために第２プロセスガス混合物を用いた第２処理プロセスが実行される。第２のプロセスガスは、低酸素含有ガス及びアルゴンの混合物を含むことができる。動作１６２４において、酸化物層をエッチングするために、Ｃ４Ｆ８及び酸素のガス混合物を用いてスピンオンガラス（ＳＯＧ）処理プロセスを実行する。動作１６２８において、シリコン窒化層をエッチングするために、水素及び窒素ガスのガス混合物を用いてスピンオンカーボン（ＳＯＣ）処理プロセスを実行する。
【００５４】
動作１６３２において、集積化目標を達成するために、パターニング処理、硬化、及びエッチングプロセスの間、選択した動作変数は並行して制御される。ターゲット集積化目標は、１．６０〜２．５０ｎｍ又は１．０〜１．５ｎｍの範囲内にあることができる、基板上のパターンターゲットラインエッジ粗さ（ＬＥＲ）とターゲット基板スループットとを含むことができ、残余土台は含まないことができる。
【００５５】
発明者らは、最も集積化目標を達成するのに寄与する動作変数の最適範囲を特定する試験を行った。動作変数の上位７つには、ソースパワー（又は高無線周波数パワー）、静電チャック温度、バイアスパワー（低周波数パワー）、アルゴン流量、ＣｘＨｙＦｚ流量、プロセス時間、及びプロセスチャンバ内の圧力を含む。選択された第１動作変数は、好適な結果のためのそれ自身の最適範囲を有することができるが、それらの結果は選択された変数に相互作用し影響を与える他の動作変数とバランスをとる必要がある。例えば、基板上のプラズマ種の、１つのターゲット堆積率（deposition rate）は、プロセスガス中のＣｘＨｙＦｚの、１つの流量（a
flow rate）において好適な動作変数を得ることができるが、同じプロセスガス中の、例えばアルゴンのような他のガスの流量が変化した場合は、異なる堆積率を得るであろう。したがって、本発明の異なる用途及び実施態様のためには、集積化目標を達成するための有意な感受性を示す複数の動作変数の複数の並列の最適化を実行する必要がある。
【００５６】
図１７Ａ、図１７Ｂ及び図１７Ｃは、プラズマ種のターゲット堆積率を達成するために必要とされる第１処理プロセスにおけるＣ４Ｆ８及びＡｒの流量を特定する例を示す。ここで図１７Ａを参照すると、図１７Ａは、プラズマ種のÅ（オングストローム）毎秒での堆積率１７０２をＹ軸に示す例示的グラフ１７００である。Ｃ４Ｆ８は固定値にセットされ、Ａｒ流量１７０６はＸ軸において５０から２００ｓｃｃｍまで変化し、曲線１７０４によって強調される。約１０Å毎秒の堆積率が、基準として用いられる。
【００５７】
図１７Ｂは、構造パターンの第１処理プロセスにおけるＣｘＨｙＦｚ流量の関数としてのプラズマ種の堆積率１７３２の例示的なグラフ１７３０である。Ａｒは固定値にセットされ、Ｃ４Ｆ８流量１７３８はＸ軸において２５から４５ｓｃｃｍまで変化し、曲線１７３６によって強調される。図１７Ａにおいて基準として用いられる約１０Å毎秒の堆積率を達成するために、相当するＣ４Ｆ８の流量は約４６ｓｃｃｍである。図１７ＣはÅにおける堆積深さの例示的なグラフ１７６０である。Ｘ軸において秒で示された堆積時間の関数として、Ｙ軸における１７６２は、曲線１７６４において強調される。
【００５８】
図１８は、エッチング、硬化、ＳＯＧ、ＳＯＣ、ガス処理、ポスト熱処理、及びその他の、一連のプロセスを実行するためのシステム１８００の実施形態である。さらに別の実施形態では、システム１８００は、さらに、ＢＣＰ層を硬化させ、エッチングするために、構成されることができる。上述のプロセス条件を実行するために構成されたエッチング処理システム１８００は、プロセスチャンバ１８１８０、プロセッシングされるべき基板１８２５が備えつけられる基板ホルダ１８２０、及びポンプシステム１８５０を有し、図１８に示される。基板１８２５は、半導体基板、ウエハ、フラットパネルディスプレイ又は液晶ディスプレイであることができる。プロセスチャンバ１８１０は、基材表面１８２５の表面近傍におけるプロセス領域１８４５のエッチングを容易にするように構成されることができる。イオン化可能ガス又はプロセスガスの混合物は、ガス分配システム１８４０を介して導かれる。プロセスガスの所与の流れのために、プロセス圧力は、真空ポンプシステム１８５０を用いて調整される。
【００５９】
硬化プラズマは、ポリマー硬化のためのＶＵＶ光子フラックスを生成する能力を有する化学成分、例えばＡｒ／Ｈ２、ＨＢｒ、Ｎ２／Ｈ２などを含むことができる。硬化効果はＰＳ領域のエッチング耐性を強化することができ、それによって、プラズマＰＭＭＡ除去の間、バルク欠陥をフリーズさせる。かかる実施形態では、ＣＤＳＥＭを有する欠陥可視性が改善される。したがって、測定プロセスは、ＶＵＶ硬化プロセスによって可視化された欠陥を定量化することができ、頂部層の欠陥プロファイルを生成することができる。従って、フィードバックは、リソグラフィープロセスの最適化のために、及び、さらなる欠陥の緩和のために得られることができる。
【００６０】
基板１８２５は、（図示しない）クランプシステム、例えば機械式クラップシステム又は電気式クランプシステム（例えば静電クランプシステム）を介して基板ホルダ１８２０に備え付けられることができる。さらに基板ホルダ１８２０は、基板ホルダ１８２０及び基板１８２５の温度を制御し及び／又は制御するように構成された加熱システム（図示せず）又は冷却装置（図示せず）を含むことができる。加熱システム又は冷却装置は、冷却時に基板ホルダ１８２０から熱を受け取って熱交換システム（図示せず）に熱を伝達し、又は、加熱時に熱交換システムから基板ホルダ１８２０に熱を伝達する熱伝達流体の再循環流を有することができる。他の実施形態として、抵抗式加熱素子のような加熱／冷却素子又は熱電ヒーター／クーラーが、基板ホルダ１８２０内に含まれることができ、同様に処理チャンバー１８１０のチャンバー壁及びプロセスシステム１８００内の他の任意の部品内にも含まれることができる。
【００６１】
さらに、基板１８２５と基板ホルダ１８２０との間のガス‐ギャップ熱伝導を改善するために、裏側ガス供給システム１８２６を介して基板１８２５の裏側に熱伝達ガスを分配することができる。かかるシステムは、上昇された又は低下された温度における基板の温度制御が必要とされるときに利用されることができる。例えば、裏側ガス供給システムは２ゾーンガス分配システムを有することができ、ヘリウム・ガス‐ギャップ圧は基板１８２５の中心と端部の間で独立して変化されることができる。
【００６２】
図１８に示す実施例では、プラズマプロセスシステム１８００は、基板１８２５に対向する上側電極１８７０に接続される直流（ＤＣ）電源１８９０をさらに含むことができる。上側電極１８７０は、電極板を含むことができる。電極板は、シリコン含有電極板を含むことができる。さらに、電極板は、ドープシリコン電極板を含むことができる。ＤＣ電源１８９０は、可変ＤＣ電源を含むことができる。さらに、ＤＣ電源１８９０は、バイポーラＤＣ電源を含むことができる。ＤＣ電源１８９０はさらに、ＤＣ電源１８９０の状態の、極性、電流、電圧又はオン／オフの、モニタリング、調整又は制御のうちの少なくとも１つを行うことができるように構成されたシステムを有することができる。一旦プラズマが形成されると、ＤＣ電源１８９０は弾道電子ビームの形成を促進する。電気フィルタ（図示せず）は、ＤＣ電源１８９０からＲＦパワーを切り離すために利用されることができる。
【００６３】
図１８に示す実施形態では、基板ホルダ１８２０は、ＲＦパワーをプロセス領域１８４５に結合する電極１８２２を有することができる。例えば、基板ホルダ１８２０は、ＲＦ発振器１８３０から任意のインピーダンス整合ネットワーク１８３２を介して基板ホルダ１８２０までのＲＦパワー伝達を介して、ＲＦ電圧に電気的にバイアスされることができる。ＲＦ電気バイアスは、プラズマを形成して維持するために電子を加熱するのに役立つことができる。この構成において、システム１８００は反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）リアクターとして動作することができ、そこでは、チャンバー及び上側ガス注入電極は接地表面として役立つ。
【００６４】
さらに、ＲＦ電圧における電極１８２２の電気バイアスは、パルス化バイアス信号コントローラ１８３１を用いてパルス化されることができる。例えば、ＲＦ発振器１８３０からのＲＦパワー出力は、オフ状態とオン状態の間でパルス化されることができる。あるいは、ＲＦパワーは、複数周波数で基板ホルダ電極に印加される。さらに、インピーダンス整合ネットワーク１８３２は、反射パワーを低下させることによって、プラズマプロセスチャンバ１８１０のプラズマへのＲＦパワーの伝達を改善することができる。整合ネットワークトポロジ（例えばＬタイプ、πタイプ、Ｔタイプなど）及び自動制御方法は、当業者に周知である。
【００６５】
ガス分配システム１８４０は、プロセスガス混合物を導くためのシャワーヘッド設計を有することができる。あるいは、ガス分配システム１８４０は、プロセスガスの混合物を導き、基板１８２５上のプロセスガス混合物の分配を調整するためのマルチ・ゾーン・シャワーヘッド設計を有することができる。例えば、マルチ・ゾーン・シャワーヘッド設計は、基板１８２５上の実質的中心領域へのプロセスガス流量又は組成の量に関連して、基板１８２５上のプロセスガス流量又は組成を実質的周辺領域に調整するように構成されることができる。かかる実施形態では、ガスは、チャンバー１８１０の中でＶＵＶ硬化プラズマ及び／又はドライエッチングプラズマを形成するために最適な条件で分配されることができる。
【００６６】
真空ポンプシステム１８５０は、約１８０００リットル毎秒（以上）のポンピング速度を可能にするターボ分子真空ポンプと、チャンバー圧力を制限するためのゲートバルブとを含むことができる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来のプラズマプロセスデバイスにおいては、８００〜３０００リットル毎秒のＴＭＰが、使用されることができる。ＴＭＰは、典型的に約５０ｍＴｏｒｒ未満の低圧プロセスに役立つ。高圧プロセス（即ち、約１８０ｍＴｏｒｒを超える）のために、機械式ブースターポンプ及び乾ドライ粗引きポンプが用いられることができる。さらに、チャンバー圧力のモニタリングのための装置（図示せず）は、プラズマプロセスチャンバ１８１０に連結することができる。
【００６７】
実施形態において、コントローラ１８５５は、プロセスシステム１８００と通信し、プロセスシステム１８００への入力を活性化し、プラズマプロセスシステム１８００からのパワーをモニタリングするために十分な制御電圧の生成を可能にすることができる、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを有することができる。さらに、コントローラ１８５５は、ＲＦ発振器１８３０、パルス化バイアス信号コントローラ１８３１、インピーダンス整合ネットワーク１８３２、ガス分配システム１８４０、真空ポンプシステム１８５０並びに基板加熱／冷却システム（図示せず）、裏側ガス供給システム１８２６及び／又は静電クランプシステム１８２０と接続され、情報を交換することができる。例えば、メモリに保存されたプログラムは、プラズマエッチングプロセス又はポスト熱処理プロセスのようなプラズマ支援プロセルを基板１８２５に実行するために、プロセスレシピに従ってプロセスシステム１８００の上述の部品への入力を活性化するために利用されることができる。
【００６８】
さらに、プロセスシステム１８００はさらに、ＲＦパワーがＲＦ発振器１８７２から任意のインピーダンス整合ネットワーク１８７４を介して結合されることができる上側電極１８７０を有することができる。実施形態において、上側電極へのＲＦパワーの印加のための周波数は、約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲であることができる。あるいは、本実施形態は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、容量性結合プラズマ（ＣＣＰ）ソース、ＧＨｚ周波数範囲で動作するように構成されたラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）ソース、サブＧＨｚ範囲において動作するように構成された電子サイクロトロン発振（ＥＣＲ）ソース、その他と接続して使用されることができる。加えて、下側電極へパワーを印加するための周波数は、約０．１ＭＨｚから約１８０ＭＨｚの範囲であることができる。さらに、コントローラ１８５５は、上部電極１８７０へのＲＦパワーの印加を制御するために、ＲＦ発振器１８７２及びインピーダンス整合ネットワーク１８７４に接続されることができる。上側電極のデザイン及び実施態様は、当業者に周知である。上側電極１８７０及びガス分配システム１８４０は、図示のように、同一チャンバアセンブリの内にデザインされることができる。あるいは、上側電極１８７０は、基板１８２５上のプラズマに結合されたＲＦパワー分配を調整するためのマルチゾーン電極デザインを有することができる。例えば、上側電極１８７０は、中央電極及びエッジ電極に分割されることができる。
【００６９】
用途に応じて、集積化スキームにおける堆積プロセス、ＲＩＥプロセス、引っ張り（pull）プロセス、プロフィール矯正プロセス、加熱処理プロセス及び／又はパターン転写プロセスを含む２つ以上のステップにおいて、リアルタイムデータを収集し、かかるリアルタイムデータを２以上の選択された集積化動作変数を並列制御するために、センサ又は測定デバイスのような追加のデバイスが、プロセスチャンバ１８１０及びコントローラ１８５５に接続されることができる。さらに、同じデータは、ポスト熱処理の完了、パターニング均一性（均一性）、構造のプルダウン（プルダウン）、構造のスリム化（スリム化）、構造のアスペクト比（アスペクト比）、ライン幅粗さ、基板スループット、所有コスト及び類似のもの完成を含む集積化ターゲットを確実にするために、用いられることができる。
【００７０】
以上、本発明の特定の実施形態のみを詳細に説明したが、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更が実施形態において可能であることを当業者は容易に理解するであろう。したがって、そのような改変はすべて本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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