(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトレジストを用いずに金属ハードマスクを形成する。【解決手段】金属ハードマスクを形成するための真空統合フォトレジストレス方法および装置は、サブ３０ｎｍのパターニング分解能を提供できる。パターニング剤に敏感な金属含有膜（例えば、金属塩または有機金属化合物）は、半導体基板上に堆積する。そして、金属含有膜は、真空環境でパターニング剤へ直接（つまり、フォトレジストを用いずに）さらされることでパターニングされ、金属マスクを形成する。例えば、金属含有膜は感光性があり、パターニングはＥＵＶリソグラフィのような波長サブ３０ｎｍの光リソグラフィを用いて行われる。【選択図】図３
2015201622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ハードマスクのフォトレジストレス形成方法であって、
半導体基板上にＥＵＶ感受性の金属含有膜を堆積させることと、
前記金属含有膜を真空環境で直接ＥＵＶ露光することによってパターン化し、金属ハードマスクを形成することと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記金属含有膜は金属塩である、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記金属塩はメタルハライドである、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記金属はスズ（Ｓｎ）である、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記金属はハフニウム（Ｈｆ）である、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記金属含有膜は有機金属化合物である、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記有機金属化合物の前記金属はスズ（Ｓｎ）である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記半導体基板は、部分的に形成された集積回路を含むシリコンウエハであり、さらに、
前記堆積の前に、金属含有膜堆積のために前記半導体基板を第１のリアクタチャンバに供給することと、
堆積の後に、パターニングのために前記基板を真空下でリソグラフィ処理チャンバに搬送することと、
を含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、さらに、前記リソグラフィ処理チャンバに入れる前に前記基板を脱ガスすることを含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記脱ガスは、前記基板の周囲の圧力を１Ｅ−８Ｔｏｒｒ以下に減少させることを含む、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、さらに、前記金属ハードマスク上への選択的堆積によるパターン増幅を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記選択的堆積は無電解めっきを含む、方法。
【請求項１３】
金属ハードマスクのフォトレジストレス形成方法であって、
半導体基板上に、光子、電子、陽子、イオン、または中性種を含むパターニング剤に敏感な金属含有膜を、前記膜がそれらの種の１つにさらされてパターンニングされるように、堆積させることと、
前記金属含有膜を真空環境で前記パターニング剤に直接さらしてパターニングすることと、
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記金属含有膜は感光性があり、前記パターニングは光リソグラフィを用いて行われる、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記光リソグラフィはＥＵＶリソグラフィである、方法。
【請求項１６】
フォトレジストレス金属ハードマスク形成を行う装置であって、
金属含有膜堆積モジュールと、
金属含有膜パターニングモジュールと、
前記堆積モジュールと前記パターニングモジュールとを接続する真空搬送モジュールと、
を備える装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、
前記堆積モジュールは、感光性メタルハライドまたは有機金属化合物膜を堆積させるリアクタチャンバを備え、
前記パターニングモジュールは、波長サブ３０ｎｍの放射源を有するフォトリソグラフィツールを備える、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記パターニングモジュールはＥＵＶリソグラフィツールである、装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の装置であって、前記金属含有膜がパターニング剤にさらされてパターニングされるように、前記パターニングモジュールは、光子、電子、陽子、イオン、および中性種からなる群から選択されるパターニング剤源を有する、装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の装置であって、さらに、基板を前記パターニングモジュールから前記真空搬送モジュールに搬送するための搬入ロードロックと、基板を前記真空搬送モジュールから前記パターニングモジュールに搬送するための搬出ロードロックとを備え、前記搬出ロードロックは脱ガスモジュールとして機能する、装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の装置であって、さらに、フォトレジストレス金属ハードマスク形成を行うための命令を含む制御装置を備え、前記命令は、
前記金属含有膜堆積モジュールにおいて、半導体基板上にＥＵＶ感受性の金属含有膜を堆積させるためと、
前記基板を真空下で前記金属含有膜パターニングモジュールに搬送するためと、
前記金属含有膜パターニングモジュールにおいて、前記金属含有膜を真空環境で直接ＥＵＶ露光することよってパターン化し、金属ハードマスクを形成するため
の命令を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、あらゆる目的のため参照により本明細書に援用される、２０１４年１月３１日に出願された「ＶＡＣＵＵＭ−ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＨＡＲＤＭＡＳＫ  ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ（真空統合ハードマスク処理）」と題する米国仮特許出願第６１／９３４，５１４号の優先権を主張する。
【０００２】
本開示は一般に、半導体処理の分野に関する。本開示は特に、フォトレジストを用いずに金属ハードマスクを形成する真空統合処理を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
半導体処理における薄膜のパターニングは、多くの場合、半導体の製造および製作において重要な工程である。パターニングはリソグラフィを含む。１９３ｎｍフォトリソグラフィのような従来のフォトリソグラフィでは、パターンの印刷は、光子源からマスク上に光子を放出し、パターンを感光性フォトレジスト上に印刷することによって行われるため、現像後にフォトレジストの特定部分を除去するフォトレジストの化学反応が起き、パターンが形成される。
【０００４】
先端技術のノード（国際半導体技術ロードマップによる定義）は、２２ｎｍノード、１６ｎｍノード、またそれ以上を含む。例えば１６ｎｍノードでは、ダマシン構造の代表的なビアまたは配線の幅は一般的に約３０ｎｍ以下である。高度な半導体集積回路（ＩＣｓ）および他の装置でのフィーチャのスケーリングは、分解能を改善するための推進的なリソグラフィである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様は、金属ハードマスクを形成するための真空統合フォトレジストレス方法および装置を対象とする。かかる方法および装置は、サブ３０ｎｍのパターニング分解能を提供できる。一般に、光子、電子、陽子、イオン、または中性種のようなパターニング剤に敏感な金属含有膜（例えば、金属塩または有機金属化合物）は、該膜がそれらの種の１つにさらされてパターニングされるように半導体基板の上に堆積する。そして、金属含有膜は、真空環境でパターニング剤に直接（つまり、フォトレジストを用いずに）さらされることでパターニングされ、金属マスクを形成する。例えば、金属含有膜は感光性があり、パターニングはＥＵＶリソグラフィのような光リソグラフィを用いて行われる。
【０００６】
一実施形態では、ＥＵＶ感受性の金属含有膜は半導体基板上に堆積する。そして、金属含有膜は、真空環境で直接ＥＵＶ露光によってパターニングされ、金属ハードマスクを形成する。このようにして、大幅に改善されたＥＵＶリソグラフィ（ＥＵＶＬ）性能（ラインエッジラフネスの低減など）の結果、膜形成（凝結／堆積）と光リソグラフィの工程を兼ね備える真空統合金属ハードマスク処理および関連する真空統合ハードウェアが提供される。金属含有ハードマスク膜を用い、またＥＵＶ光子束を用いて金属含有膜を直接パターニングすることにより、本処理はフォトレジストの必要性を完全に回避する。
【０００７】
別の実施形態では、フォトレジストレス金属ハードマスクの形成を行う装置は、上述した処理を行うために真空統合を提供できる。この装置は、金属含有膜堆積モジュール、金属含有膜パターニングモジュール、および堆積モジュールとパターニングモジュールとを接続する真空搬送モジュールを備える。
【０００８】
本発明のこれらおよびその他の特徴や利点は、関連図面を参照して以下に具体的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】真空統合フォトレジストレスハードマスク形成処理の代表的な工程フロー。
【図１Ｂ】真空統合フォトレジストレスハードマスク形成処理の代表的な工程フロー。
【図１Ｃ】真空統合フォトレジストレスハードマスク形成処理の代表的な工程フロー。
【図１Ｄ】真空統合フォトレジストレスハードマスク形成処理の代表的な工程フロー。
【図１Ｅ】真空統合フォトレジストレスハードマスク形成処理の代表的な工程フロー。
【００１０】
【図２】励起されたＳｎ液滴を用いるＥＵＶ源の発光スペクトル。
【００１１】
【図３】本明細書に記載される真空統合処理の実施に適した、真空搬送モジュールと連結する金属堆積およびパターニングモジュールを備えた半導体処理クラスタ構造。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の特定の実施形態を以下に詳細に参照する。特定の実施形態の例示は付随する図面に示される。本発明はこれらの特定実施形態と併せて述べられるが、本発明はかかる特定実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の精神および範囲から逸脱しない範囲で、代替案、修正、および同等物を含む。以下では、本発明について十分な理解を提供するため、多数の具体的詳細について述べる。本発明は、これら具体的詳細の一部または全てなしで実施されてもよい。別の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないように周知の処理操作は詳細に述べられていない。
【００１３】
序文
超紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィは、小さな臨界寸法のフィーチャをパターニングするため現行のフォトリソグラフィ方法によって達成可能なより小さな画像源波長へ移行することで、その光学的限界を超えてリソグラフィ技術を拡大することができる。波長約１３．５ｎｍのＥＵＶ光源は、スキャナとも呼ばれる最先端のリソグラフィツールに用いられうる。ＥＵＶ放射は、石英や水蒸気などの広範囲の固体および液体物質に強力に吸収されるため、真空で動作する。
【００１４】
一般に、ＥＵＶリソグラフィは、従来のフォトレジスト処理を用いてパターニングされた有機ハードマスク（例えば、ＰＥＣＶＤ水素化アモルファス炭素のアッシング可能なハードマスク）に用いられる。フォトレジスト露光時に、ＥＵＶ放射はレジストおよびその下の基板に吸収され、横方向に数ナノメータ拡散する高エネルギー光電子（約１００ｅＶ）そして次に低エネルギー二次電子（約１０ｅＶ）のカスケードを発生させる。これらの電子は、レジストにおける化学反応の度合いを高め、そのＥＵＶ線量感度を増大させる。しかし、本質的にランダムな二次電子パターンは光画像に重なる。この不要な二次電子露光は、パターニングされたレジストにおける分解能の損失、目に見えるラインエッジラフネス（ＬＥＲ）、および線幅の変動をもたらす。これらの不具合は、その後のパターン転写エッチングの際にパターニングされる材料に複写される。
【００１５】
二次電子は急速にエネルギーを失うとともに伝導電子を散乱させて熱化できるため、フォトレジストのような絶縁体とは異なり、金属は二次電子露光の影響を受けにくい。この工程に適した金属元素は以下を含んでよいが、以下に限定されない：アルミニウム、銀、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、コバルト、ルテニウム、マンガン、ニッケル、銅、ハフニウム、タンタル、タングステン、ガリウム、ゲルマニウム、スズ、アンチモン、またはその組み合わせ。
【００１６】
しかし、ブランケット金属膜をマスクにパターニングするために用いられるフォトレジストにおける電子散乱は、依然としてＬＥＲのような容認できない影響をもたらすであろう。
【００１７】
本明細書で開示されるのは、大幅に改善されたＥＵＶリソグラフィ（ＥＵＶＬ）性能（ラインエッジラフネスの低減など）の結果、膜形成（凝結／堆積）と光リソグラフィの工程を兼ね備える真空統合金属ハードマスク処理および関連する真空統合ハードウェアである。金属含有ハードマスク膜を用いること、またＥＵＶ光子束を用いて金属含有膜をパターニングすることにより、本処理はフォトレジストの必要性を完全に回避する。
【００１８】
様々な実施形態では、例えば凝結のような堆積処理（例えば、Ｌａｍ  Ｖｅｃｔｏｒ（登録商標）のようなＰＥＣＶＤツールで行われるＡＬＤまたはＭＯＣＶＤ）は、例えばＥＵＶＬ光源の波長（例えば、１３．５ｎｍ＝９１．８ｅＶ）で（例えば、約１０−２０ｎｍの波長の）ＥＵＶにおいて吸収の強い金属含有膜（感光性の金属塩または金属含有有機化合物（有機金属化合物）など）の薄膜を形成するために用いられうる。この膜は、ＥＵＶ露光に際して光分解し、その後の（例えば、Ｌａｍ  ２３００（登録商標）Ｋｉｙｏ（登録商標）のような導体エッチングツールにおける）エッチングの際のパターン転写層である金属マスクを形成する。
【００１９】
金属含有膜は、リソグラフィプラットフォーム（例えば、ＡＳＭＬ社（オランダ、Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ）によって提供されるＴＷＩＮＳＣＡＮ  ＮＸＥ：３３００Ｂ（登録商標）プラットフォームのようなウエハステッパ）と一体化したチャンバ内で堆積され、露光前に反応しないように真空下で搬送されうる。ＥＵＶＬがＨ２ＯやＯ２などの周囲ガスによる入射光子の強力な光吸収を伴う大幅な減圧も要求する事実によって、リソグラフィツールとの統合が容易になる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、光学的または機械的な理由で必要な場合は、マスク材の厚みを増やすためにＥＵＶ露光／分解処理の後に選択的膜堆積を行うことができる（パターン増幅と呼ばれる処理）。この関係から見ると、無電解（ＥＬＤ）または電気化学（ＥＣＤ）堆積のための金属シード層の利用と同様に、最初のハードマスクはその後最終的なマスクが形成されるシード層として機能する。
【００２１】
真空統合フォトレジストレス金属ハードマスク形成処理
図１Ａ−Ｅは、真空統合フォトレジストレスハードマスク形成処理の代表的なプロセスフローを示す。一般に、光子、電子、陽子、イオン、または中性種のようなパターニング剤に敏感な金属含有膜は、該膜がそれらの種の１つにさらされてパターニングされるように半導体基板の上に堆積する。そして、金属含有膜は、真空環境でパターニング剤に直接（つまり、フォトレジストを用いずに）さらされることでパターニングされ、金属マスクを形成する。本記載は主に、特に励起されたＳｎ液滴を用いるＥＵＶ源を有する超紫外線リソグラフィ（ＥＵＶリソグラフィ（ＥＵＶＬ））によってパターニングされた、特に金属がＳｎの場合の金属含有膜を参照する。かかる膜は、本明細書ではＥＵＶ感応膜と呼ばれる。しかし、他の実施（異なる金属含有膜およびパターニング剤／技術など）も可能なことを理解すべきである。
【００２２】
ハードマスク金属は、強力な吸収材であり、比較的広い吸収プロフィール、高い融解点、低い可鍛性／高い物理的安定性を有し、容易に堆積することが望ましい。この記載のためには、所定のエネルギーの光子を放出する物質は、そのエネルギーの光子を吸収もするだろうことに注意することが重要である。強く吸収された光は、望ましい分解をもたらすか、そうでなければ露光された領域が熱やウェットケミストリなどで除去されうるように膜に感光性を与えるだろう。図２は、励起されたＳｎ液滴を用いるＥＵＶ源の発光スペクトルである。様々な金属の放出／吸収特性に関連する下記の開示は、参照により本明細書に援用される：Ｒ．  Ｗ．  Ｃｏｏｎｓ他著「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ＥＵＶ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ａｎｄ  ｉｏｎ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｆｒｏｍ  ｌａｓｅｒ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  Ｓｎ  ａｎｄ  Ｌｉ  ｐｌａｓｍａｓ（レーザ生成ＳｎおよびＬｉプラズマからのＥＵＶスペクトルおよびイオン放出フィーチャの比較）」（Ｐｒｏｃ．  ＯＦ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ７６３６  ７３６３６−１（２０１０））；Ｒ．  Ｃ．  Ｓｐｉｔｚｅｒ他著「Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ  ｆｒｏｍ  ｌａｓｅ−ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｐｌａｓｍａｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ｒｅｇｉｏｎ（極端紫外域におけるレーザ生成プラズマからの変換効率）」（７９Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，２２５１（１９９６））；およびＨ．Ｃ．Ｇｅｒｒｉｔｓｅｎ他著「Ｌａｓｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｐｌａｓｍａ  ａｓ  ｓｏｆｔ  ｘ−ｒａｙ  ｓｏｕｒｃｅ（軟Ｘ線源としてのレーザ生成プラズマ）」（Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ５９  ２３３７（１９８６））。放出された光子は、約１３．５ｎｍまたは９１．８ｅＶである。そのため、Ｓｎはこの適用に望ましいハードマスク金属である。
【００２３】
図１Ａを参照すると、パターニングされる半導体基板１００が示されている。典型的な例では、半導体基板１００は一部に集積回路が形成されたシリコンウエハである。
【００２４】
図１Ｂは、半導体基板１００に堆積したパターニング剤に敏感な金属含有膜１０２を示す。金属含有膜が母材に分解されるかその後の現像処理に敏感になるように、金属含有膜は、パターニング剤への露出に敏感な金属塩（例えば、メタルハライド）または有機金属化合物であってよい。適したパターニング剤は、光子、電子、陽子、イオン、または中性種であってよく、金属含有膜１０２が母材に分解されてそれらの種の１つにさらされることでパターニングされるか、またはその後の現像処理に敏感になるようにする。以下にさらに説明するように、有効な金属およびパターニング剤の組み合わせの特例は、メタルハライド（例えばＳｎＢｒ４）または有機金属（例えばＳｎ（ＣＨ３）４）として堆積されＥＵＶリソグラフィでパターニングされるＳｎである。一般に、半導体基板１００は、堆積の前に真空下で金属含有膜堆積のためにリアクタチャンバに設置される。
【００２５】
金属含有膜１０２のブランケットは、（例えば、ラムリサーチ（カリフォルニア州Ｆｒｅｍｏｕｎｔ）から入手可能なＡｌｔｕｓ（登録商標）ＣＶＤツールのような非プラズマＣＶＤリアクタにおいて）適した前駆体からの凝結によって形成されうる。例えば、臭化スズ（ＳｎＢｒ４）は、７６０Ｔｏｒｒで２０５℃の標準沸点および３１℃の融点を有し、１０℃で１０Ｔｏｒｒの蒸気圧を有する。臭化スズは基板上に凝結して、露出時間および基板温度に依存する厚さ（例えば約５から２００ｎｍ、例えば１０ｎｍ）を有する固体ＳｎＢｒ４膜を形成しうる。凝結によるこの堆積に適した工程条件は、約０から３０℃の間の堆積温度（例えば、約２０℃）と、２０Ｔｏｒｒ以下のリアクタ圧力（例えば、２０℃で１４から１５Ｔｏｒｒの間に維持された圧力）を含む。前駆体流速を約１００から１０００ｓｃｃｍの間に維持することで、堆積速度を制御することができる。
【００２６】
Ｓｎ金属の代替源は有機金属であってよい。例えば、テトラメチルスズ（Ｓｎ（ＣＨ３）４）は、７６０Ｔｏｒｒで７５℃の標準沸点および−５４℃の融点を有する。テトラメチルスズも基板上に凝結して、露出時間および基板温度に依存する厚さ（例えば約５から２００Å、例えば１００Å）を有する固体Ｓｎ（ＣＨ３）４膜を形成しうる。凝結によるこの堆積に適した工程条件は、約−５４℃から３０℃の間の堆積温度（例えば、約２０℃）と、２０Ｔｏｒｒ以下のリアクタ圧力（例えば、２０℃で約１Ｔｏｒｒに維持された圧力）を含む。前駆体流速を約１００から１０００ｓｃｃｍの間に維持することで、堆積速度を制御することができる。
【００２７】
金属マスクの形成に適した別の金属はハフニウム（Ｈｆ）である。塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）（４３２℃の融点を有し、１９０℃で１Ｔｏｒｒの蒸気圧）は基板上に凝結して、露出時間および基板温度に依存する厚さ（例えば約５０から２０００ｎｍ、例えば１０００ｎｍ）を有する固体ＨｆＣｌ４結晶膜を形成しうる。凝結によるこの堆積に適した工程条件は、約０℃から３００℃の間の堆積温度（例えば、約１００℃）と、１０Ｔｏｒｒ以下のリアクタ圧力（例えば、１００℃で０．１から１Ｔｏｒｒの間に維持された圧力）を含む。前駆体流速を約１０から１００ｓｃｃｍの間に維持することで、堆積速度を制御することができる。
【００２８】
水蒸気による変質を防ぐために、ＳｎおよびＨｆ含有膜の形成および搬送は真空環境で行われる。形成された膜は、その後ＥＵＶパターニングツールに搬送され、図１Ｃ−Ｄに示すように、フォトレジストを用いずに直接露光によってパターニングされる。
【００２９】
ＥＵＶＬツールは、一般に堆積ツールよりも高真空で動作することに注意すべきである。この場合、堆積からパターニングツールへの搬送時に基板の真空環境を高め、パターニングツールへの搬入前に基板および堆積した金属含有膜を脱ガスすることが望ましい。これは、パターニングツールの光学系が基板の脱ガスによって汚染されないためである。
【００３０】
図１Ｃを参照すると、メタルハライドＳｎ系金属含有膜はＥＵＶＬによってパターニングされ、分解化学現象は以下によって進行する：
ＳｎＢｒ４→Ｓｎ＋２Ｂｒ２
光子は、ＳｎＢｒ４をＳｎ（スズ地金）および臭素ガス（Ｂｒ２）に直接分解する。あるいは、反応物質Ｘ２（例えば、ＸがＣｌ、Ｉ、またはＨの場合）は反応経路ＳｎＢｒ４＋Ｘ２→ＳｎＸ４＋２Ｂｒ２を促進し、最終的には、特にＳｎＸ４が凝結しやすいＳｎＢｒ４より簡単に光活性化する場合に、光分解によってＳｎにするために用いられうる。いずれの場合も、副生成物（Ｂｒ２）および反応物質（Ｘ２）は、真空のような封じ込めが必要である。
【００３１】
ＥＵＶＬによってパターニングされた有機Ｓｎ系金属含有膜のために、光子はＳｎ（ＣＨ３）４をＳｎ（スズ地金）およびエタンガスに直接分解する。分解化学現象は以下によって進行する：
Ｓｎ（ＣＨ３）４→Ｓｎ＋２Ｃ２Ｈ６
【００３２】
ＥＵＶＬによってパターニングされたメタルハライドＨｆ系金属含有膜のために、分解化学現象は以下によって進行する：
ＨｆＣｌ４→Ｈｆ＋２Ｃｌ２
光子は、ＨｆＣｌ４をＨｆ金属および塩素ガス（Ｃｌ２）に直接分解する。あるいは、反応物質Ｘ２（例えば、ＸがＢｒ、Ｉ、またはＨの場合）は反応経路ＨｆＣｌ４＋Ｘ２→ＨｆＸ４＋２Ｃｌ２を促進し、最終的には、特にＨｆＸ４が凝結しやすいＨｆＣｌ４より簡単に光活性化する場合に、光分解によってＨｆにするために用いられうる。いずれの場合も、副生成物（Ｃｌ２）および反応物質（Ｘ２）は、真空のような封じ込めが必要である。
【００３３】
図１Ｃに示すのは、形成された金属マスク１０２ａの露光された金属含有膜領域およびパターン現像によって除去される材料の非露光領域１０２ｂのパターニング結果である。
【００３４】
図１Ｄを参照すると、パターンはその後現像されうる。パターンの現像は、露光領域１０２ａのみが完全に形成された金属マスクとして残るように、単に基板を加熱して金属含有膜の非露光領域１０２ｂを揮発することで生じうる。このパターン現像操作は、熱的および環境的に安定したパターン化金属マスクが形成されるため、真空統合を必要としなくともよいことに注意すべきである。また、金属含有膜分解の副生成物によるパターニングツールの光学系の汚染を避けるため、パターン現像はツールの外で行われることが望ましい。
【００３５】
図１Ｅを参照すると、任意の工程としてパターンの増幅が行われうる。例えば、選択性ＡＬＤまたは無電解堆積（ＥＬＤ）は、さらに選択的に堆積した金属１０６によって金属マスクの厚みを増すために、図１Ｃおよび／または１Ｄに示す操作に次いでパターン化された基板上で実施されてよい。これは、マスクの光透過を低減するまたは機械的により頑強にするのに役立つかもしれない。かかる増幅は、例えば、米国特許第６，９１１，０６７号、第６，７９４，２８８号、第６，９０２，６０５号、および第４，９３５，３１２号に記載されているような無電解堆積処理を適用することで達成されてよい。これら全ての文献の開示内容全体は、参考として本願で援用される。
【００３６】
例えば、この方法で初期の１ｎｍシードは１０ｎｍに増幅されうる。図１Ｄを参照して説明したパターン現像のように、増幅前に熱的および環境的に安定したパターン化金属マスクが形成されるため、この操作は真空統合を必要としなくともよい。
【００３７】
他の処理実施形態
金属塩または有機金属系金属含有膜堆積の別の方法として、金属含有ＥＵＶ感応膜は、（例えば、いずれもラムリサーチ（カリフォルニア州Ｆｒｅｍｏｕｎｔ）から入手可能なＡｌｔｕｓ（登録商標）ＣＶＤツールのような非プラズマＣＶＤリアクタ、またはＶｅｃｔｏｒ（登録商標）ＰＥＣＶＤツールのようなＰＥＣＶＤリアクタにおいて）適した前駆体を用いた有機金属ＣＶＤの多段階処理によって堆積されうる。例えば、ＣＨ４／Ｈ２プラズマ堆積、それに続くアンモニア（ＮＨ３／Ｈ２）プラズマのような、アルキルおよびアミノ前駆体のプラズマ堆積は、半導体基板上にアミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）のアミノ官能化自己組織化単層（ＳＡＭ）を生成できる。かかるアミン末端の表面は、共形の無電解堆積（ＥＬＤ）を可能にする。ＳＡＭはその後、ＥＵＶパターニングツールに搬送されてパターニングされうる。ＥＬＤによってパターン化されたＳＡＭの選択的成長（例えば、これらのパラメータを与えられた当技術分野で公知の処理に従って、Ｐｄ触媒を提供するためのＰｄＣｌ２／Ｈ２Ｏ溶液露光、それに続くＮｉまたはＣｏおよび銅（Ｃｕ）のＥＬＤによる）は、フォトレジストを用いずに形成された金属系マスクをもたらす。かかるＳＡＭに基づくアプローチは、その目的で図１Ｅを参照に述べたＥＬＤ技術の代替としてパターン増幅にも用いられうる。
【００３８】
本開示は本来、パターニング技術としてＥＵＶＬを参照しているが、他の実施形態は電子、イオン、または中間種の集束ビームを用いてブランケットマスク上にパターンを直接書くことができ、これらの工程も真空で実施されることにも注意すべきである。ＥＵＶＬシステムの反射光学系上に副生成物が凝結する場合は、Ｉｎ−ｓｉｔｕのチャンバ洗浄が用いられてもよい。
【００３９】
装置
図３は、本明細書で述べる真空統合処理の実施に適した、真空搬送モジュールと連結する真空統合金属堆積およびパターニングモジュールを備えた半導体処理クラスタツールの構造を示す。ウエハを複数の収納設備および処理モジュールの間で「搬送」する搬送モジュールの配置は、「クラスタツール構造」システムと呼んでもよい。金属堆積およびパターニングモジュールは、特定処理の要件に従って真空統合される。真空搬送モジュール（ＶＴＭ）３３８は、４つの処理モジュール３２０ａ−３２０ｄと連結し、個別に様々な製作処理を実施するために最適化されてよい。例として、処理モジュール３２０ａ−３２０ｄは、凝結、堆積、蒸発、ＥＬＤ、エッチング、および／または他の半導体処理を実施するために実装されてよい。例えば、モジュール３２０ａは、本明細書で述べる金属含有膜の堆積を行うのに適した、ラムリサーチ（カリフォルニア州Ｆｒｅｍｏｎｔ）から入手可能なＡｌｔｕｓ（登録商標）ＣＶＤツールのような非プラズマＣＶＤリアクタであってよい。そして、モジュール３２０ｂは、ラムリサーチのＶｅｃｔｏｒ（登録商標）のようなＰＥＣＶＤツールであってよい。図は必ずしも正確な縮尺率ではないことに注意すべきである。
【００４０】
エアロック（別名ロードロックまたは搬送モジュール）３４２および３４６は、ＶＴＭ３３８およびパターニングモジュール３４０と連結する。例えば、適したパターニングモジュールは、ＡＳＭＬ社（オランダ、Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ）によって提供されるＴＷＩＮＳＣＡＮ  ＮＸＥ：３３００Ｂ（登録商標）プラットフォームであってよい。このツール構造によって、金属含有膜が堆積した基板のような工作物を露光前に反応しないように真空で搬送できる。ＥＵＶＬがＨ２ＯやＯ２などの周囲ガスによる入射光子の強力な光吸収を伴う大幅な減圧も要求する事実によって、堆積モジュールとリソグラフィツールとの統合が容易になる。
【００４１】
エアロック３４２は、堆積モジュール６２０ａに仕えるＶＴＭ３３８からパターニングモジュール３４０への基板の搬送を指す「搬出」ロードロックであってよく、エアロック３４６は、パターニングモジュール３４０からＶＴＭ３３８への基板の搬送を指す「搬入」ロードロックであってよい。搬入ロードロック３４６はまた、基板のアクセスおよび撤去のためにツールの外側にインターフェースを備えてもよい。各処理モジュールは、ＶＴＭ３３８とモジュールを連結するファセットを有する。例えば、堆積処理モジュール３２０ａはファセット３３６を有する。各ファセット内では、ウエハ６２６が各装置間で移動する際にウエハの通過を感知するセンサ（図中のセンサ１−１８）が用いられる。パターニングモジュール３４０、エアロック３４２および３４６は、図示されていない追加のファセットおよびセンサを同様に備えてよい。
【００４２】
主ＶＴＭロボット３２２は、エアロック３４２および３４６を含むモジュール間でウエハ３２６を搬送する。一実施形態では、ロボット３２２は１つのアームを有し、別の実施形態では、ロボット３２２は２つのアームを有する。各アームはエンドエフェクタ３２４を有し、移送のためにウエハ３２６のようなウエハを採取する。フロントエンドロボット３４４は、ウエハ３２６を搬出エアロック３４２からパターニングモジュール３４０へ、パターニングモジュール３４０から搬入エアロック３４６へ搬送するのに用いられる。フロントエンドロボット３４４はまた、搬入ロードロックと基板のアクセスおよび撤去用ツールの外側との間でウエハ３２６を移送してよい。搬入エアロックモジュール３４６は大気と真空との間の環境に調和させる能力を有するため、ウエハ３２６は損傷することなく２つの圧力環境の間を移動することができる。
【００４３】
ＥＵＶＬツールは、一般に堆積ツールより高真空で作動することに注意すべきである。この場合、堆積からパターニングツールへの搬送時に基板の真空環境を高め、パターニングツールへの搬入前に基板および堆積した金属含有膜を脱ガスすることが望ましい。搬出エアロック３４２は、パターニングツール３４０の光学系が基板の脱ガスによって汚染されないように、オフガスの排出中は搬送されたウエハをパターニングモジュール３４０の圧力以下の低圧で保持することによってこの機能を提供してよい。搬出脱ガスエアロックに適した圧力は、１Ｅ−８Ｔｏｒｒ以下である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、システム制御装置６５０（１つ以上の物理または論理制御装置を含んでよい）は、クラスタツールおよび／またはその別体のモジュールのいくつかまたは全ての作動を制御する。制御装置は、クラスタ構造にローカルとなりうるか、製造現場または遠隔位置においてクラスタ構造の外に設置されることができ、ネットワークでクラスタ構造に接続されうる。システム制御装置６５０は、１つ以上のメモリ装置および１つ以上のプロセッサを備えてよい。プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続部、ステッパモータ制御盤、および他の同様なコンポーネントを備えてよい。適切な制御操作を実施するための命令は、プロセッサで実行される。これらの命令は、制御装置と結合したメモリ装置に記憶されるか、ネットワークを通じて提供されてよい。特定の実施形態では、システム制御装置はシステム制御ソフトウェアを実行する。
【００４５】
システム制御ソフトウェアは、ツールまたはモジュール操作の任意の態様の適用タイミングおよび／または大きさを制御するための命令を含んでよい。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールコンポーネントサブルーチンまたは制御対象は、様々な処理ツールの処理を実行するのに必要な処理ツールコンポーネントの制御操作に書き込まれてよい。システム制御ソフトウェアは、任意のコンピュータ可読プログラミング言語にコード化されてよい。いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェアは、上述された様々なパラメータを制御するための命令を配列する入出力制御（ＩＯＣ）を含む。例えば、半導体製造方法の各フェーズは、システム制御装置による実行のための１つ以上の命令を含んでよい。凝結、堆積、蒸発、パターニング、および／またはエッチングフェーズの工程条件を設定する命令は、例えば対応する処方フェーズに含まれてよい。
【００４６】
結論
本明細書で述べた膜堆積およびリソグラフィ工程の真空統合と装置は、ＥＵＶ感応金属膜の堆積と、分解または変質を避けるために真空環境での直接ＥＵＶ露光によるパターニングとを提供する。ＥＵＶＬは、周囲ガスの光吸収による１３．５ｎｍの入射光束の変質を避けるため、真空で行われる。記述した真空統合ハードマスク処理の利点は：ＥＵＶシステムの真空操作は、酸素および湿度感受性のある化合物を用いる可能性を広げることと；装置において堆積システムとＥＵＶシステムを真空統合することで、これらの材料の使用が可能になることである。金属前駆体の光分解は、光分解が金属膜の高い吸着によって強化された場合に非線形反応を作り出す。金属は、フォトレジストよりも高エネルギー二次電子の熱化に優れているため、コントラストまたはＬＥＲを改善する。金属膜を直接マスクとしてまたはパターン増幅して用いることで、はるかに薄い膜および要求される露光時間の削減が可能になる。金属膜はエッチングにとってより良いハードマスクとなり、マスクの視点から求められる厚みを減少させる。さらに、ＥＵＶの真空および光学系に適合する材料、金属堆積に適した用量閾値を有する有機金属前駆体、所定空間の核生成部位を除去するため複数の光分解事象を伴う核生成膜のさらなる開発および最適化が、本明細書に述べた処理に従って進められうる。
【００４７】
本明細書で述べた実施例および実施形態は例示であり、上述に照らした様々な修正または変更が当業者に示唆される。明瞭性のために様々な詳細が省略されたが、様々な設計の選択肢が実施されてよい。そのため、本実施例は例示であり、限定を意図するものではない。本発明は、本明細書に記載された詳細に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく修正が可能である。
【図１Ａ】
2015201622.tif 000003
【図１Ｂ】
2015201622.tif 000004
【図１Ｃ】
2015201622.tif 000005
【図１Ｄ】
2015201622.tif 000006
【図１Ｅ】
2015201622.tif 000007
【図２】
2015201622.tif 000008
【図３】
2015201622.tif 000009
【外国語明細書】
2015201622000001.pdf