(57)【要約】  本発明は、析出処理とエッチング処理とを交互に行うことで半導体基板にプラズマ・エッチングにより深いトレンチを形成する場合に観察されるアスペクト比依存エッチングを低減するための方法および装置を提供する。基板上の異なる寸法の複数形状特徴が、交互の析出・エッチング処理中にリアルタイムでモニタされる。次いで、モニタからの情報に基づき、少なくとも１処理パラメータが、交互の析出・エッチング処理中に調節されることで、基板上の、寸法の異なる少なくとも２形状特徴のエッチング深さが等しくされる。
2008504975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ・エッチング処理でアスペクト比に依存するエッチングを低減する方法において、該方法が、
真空チャンバ内に基板を配置する段階と、
プラズマにより前記基板に不活性化層を析出する段階と、
プラズマにより前記不活性化層の少なくとも一部を除去する段階と、
プラズマにより前記基板から材料をエッチングする段階と、
前記析出・除去・エッチング各段階の反復が１処理ループにより行われる段階と、
前記基板上の異なる寸法の形状特徴を経時的にモニタする段階と、
前記モニタ段階に基づく処理ループ段階を制御する段階と、
真空チャンバから基板を取り出す段階とを含む、プラズマ・エッチング処理でアスペクト比に依存するエッチングを低減する方法。
【請求項２】
前記モニタ段階が、更に、
差動干渉計から初期信号を発生させる段階と、
前記処理ループ段階を開始する前に前記初期信号を評価する段階と、
前記処理ループ段階中に前記差動干渉計から処理信号を発生させる段階と、
前記処理信号を前記初期信号と比較する段階と、
前記処理信号が前記初期信号にほぼ等しい場合、処理ループ段階を終了する段階とを含む、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記エッチング段階が、更に複数の下位段階を含む、請求項１に記載された方法。
【請求項４】
前記エッチング段階が、更に少なくとも１つの等方性下位段階を含む、請求項１に記載された方法。
【請求項５】
プラズマ・エッチング処理時のアスペクト比依存エッチングを低減する方法において、該方法が、
真空チャンバ内に基板を配置する段階と、
プラズマにより前記基板にポリマーを析出する段階と、
プラズマにより前記ポリマーの少なくとも一部を除去する段階と、
プラズマにより前記基板から材料をエッチングする段階と、
前記析出・除去・エッチング各段階の反復が１処理ループにより行われる段階と、
異なる寸法の少なくとも２形状特徴に、等しいエッチング深さを実現するため、少なくとも１段階で処理パラメータを調節する段階と、
真空チャンバから基板を取り出す段階とを含む、プラズマ・エッチング処理でアスペクト比に依存するエッチングを低減する方法。
【請求項６】
前記処理パラメータが析出時間である、請求項５に記載された方法。
【請求項７】
前記処理パラメータが除去時間である、請求項５に記載された方法。
【請求項８】
前記処理パラメータがエッチング時間である、請求項５に記載された方法。
【請求項９】
前記処理パラメータがポリマー析出速度である、請求項５に記載された方法。
【請求項１０】
前記ポリマー析出速度が、前記真空チャンバ内の析出ガスに供給されるＲＦ電力により制御される請求項９に記載された方法。
【請求項１１】
前記ポリマー析出速度が、前記真空チャンバ内へ流入する析出ガス流量により制御される、請求項９に記載された方法。
【請求項１２】
前記ポリマー析出速度が、前記真空チャンバ内の析出ガス圧力により制御される、請求項９に記載された方法。
【請求項１３】
前記処理パラメータがポリマーの除去速度である、請求項５に記載された方法。
【請求項１４】
前記ポリマー除去速度が、前記真空チャンバ内の除去ガスに供給されるＲＦ電力により制御される、請求項１３に記載された方法。
【請求項１５】
前記ポリマー除去速度が、前記真空チャンバ内へ流入する除去ガス流量によって制御される、請求項１３に記載された方法。
【請求項１６】
前記ポリマー除去速度が、前記真空チャンバ内の除去ガス圧力により制御される、請求項１３に記載された方法。
【請求項１７】
前記処理パラメータが材料エッチング速度である、請求項５に記載された方法。
【請求項１８】
前記材料エッチング速度が、前記真空チャンバ内のエッチングガスに供給されるＲＦ電力により制御される、請求項１７に記載された方法。
【請求項１９】
前記材料エッチング速度が、前記真空チャンバ内へ流入するエッチングガスの流量によって制御される、請求項１７に記載された方法。
【請求項２０】
前記材料エッチング速度が、前記真空チャンバ内のエッチングガス圧力により制御される、請求項１７に記載された方法。
【請求項２１】
基板のプラズマ・エッチング中にアスペクト比に依存するエッチングを低減する装置において、該装置が、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内へ少なくとも１種類のプロセスガスを供給する少なくとも１ガス供給源と、
前記真空チャンバと連通する排出部と、
前記真空チャンバ内に配置された下部電極と、
前記下部電極に接続された基板ホールダと、
前記真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ源と、
プラズマによる基板上への不活性化層析出、プラズマによる析出不活性化層の少なくとも一部の除去、プラズマによる基板からの材料エッチングを交互に行うためのプロセス制御装置と、
前記プロセス制御装置に接続された差動干渉計とを含み、前記差動干渉計が、異なる寸法の少なくとも２形状特徴の深さの差を指示する信号を発生させ、前記プロセス制御装置が、少なくとも１処理パラメータを、前記差動干渉計が発生させる信号に応じて変更する、基板のプラズマ・エッチング中にアスペクト比に依存するエッチングを低減する装置。
【請求項２２】
前記処理パラメータが、前記真空チャンバ内の前記プロセスガスに供給されるＲＦ電力である、請求項２１に記載された装置。
【請求項２３】
前記処理パラメータが、前記真空チャンバ内へ流入する前記プロセスガス流量である、請求項２１に記載された装置。
【請求項２４】
前記処理パラメータが、前記真空チャンバ内の前記プロセスガス圧力である、請求項２１に記載された装置。
【請求項２５】
前記プロセス制御装置が、次の段階、すなわち
前記プラズマ制御装置の動作開始前に前記差動干渉計が発生させる初期信号を評価する段階と、
前記プラズマ制御装置の動作中に前記差動干渉計からの処理信号をモニタする段階と、
前記処理信号を前記初期信号と比較する段階と、
前記処理信号がほぼ初期信号に等しい場合、前記プラズマ制御装置の動作を終了する段階とを実施することが可能である、請求項２１に記載された装置。
【請求項２６】
前記差動干渉計が位相差を測定する、請求項２１に記載された装置。
【請求項２７】
前記差動干渉計が、光源としてレーザを使用する、請求項２１に記載された装置。
【請求項２８】
前記差動干渉計が、直径約５０マイクロメートルのレーザ・スポットを有する、請求項２７に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、「時分割多重化エッチング処理時にアスペクト比に依存するエッチングを低減する方法と装置」と称する２００４年６月２９日提出の共同所有米国特許仮出願第０／５８４，４７０号による優先権を請求し、かつ前記仮出願に関係するものである。本仮出願は、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものとする。
【０００２】
本発明は、基板に形状特徴（パターン構成要素）をプラズマ・エッチングする方法と装置とに関するものである。より詳しく言えば、本発明は、高アスペクト比のシリコン構造物を形成するさい、該構造物のエッチングに使用する析出とエッチングとの交互の段階を制御することによって、アスペクト比に依存するエッチングを低減することに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
シリコンによる三次元構造物の作製は、微小電気−機械（ＭＥＭＳ）デバイスの製造に広く用いられている。この種の構造物は、しばしば高いアスペクト比（ＡＲ）と数十から数百マイクロメートルに及ぶ深さを有している。加えて、大部分のデバイス設計の場合に、単一のマイクロチップ上に、異なる寸法の、したがって異なるアスペクト比の構造物を設けることが要求される。
【０００４】
三次元微小構造物の作製には、多くの処理技術が適用されてきた。プラズマ状態の反応ガスを用いる乾式エッチングは、シリコン・エッチングの場合に比較的普通に使用されてきた技術である。スズキほか（ＵＳ４，５７９，６２３）、カワサキほか（ＵＳ４，７９５，５２９）、リーマー（Ｌａｅｒｍｅｒ）ほか（ＵＳ５，５０１，８９３）により説明された時分割多重（ＴＤＭ）プラズマ・エッチング技術は、通常、ＭＥＭｓデバイスに使用される。時分割多重エッチング処理は、通常、高密度プラズマ源と、無線周波数（ＲＦ）をバイアスされた基板電極とにより構成されたリアクタ内で行われる。時分割多重エッチング処理では、エッチング段階と析出段階とが交互に行われる。例えば、シリコン基板のエッチングの場合、六フッ化硫黄（ＳＦ６）がエッチングガスとして使用され、オクトフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）が析出ガスとして使用される。
【０００５】
エッチング段階で、ＳＦ６はシリコンの自発的な等方性エッチングを容易にし、析出段階では、Ｃ４Ｆ８が、エッチングされた構造物の側壁及び底面の保護ポリマーの不活性化を容易にする。続くエッチング段階では、エネルギーを有する指向性イオンの衝撃時に、エッチングされた構造物の底面に先行析出段階で被着したポリマー膜が除去され、次のエッチングのためにシリコン面が露出される。側壁のポリマー膜は、側部がエッチングされないように、残される。ＴＤＭ処理では、周期的にエッチング段階と析出段階とが交互に行われることで、マスキングされたシリコン基板内へ高アスペクト比の構造物を高いエッチング速度で形成できる。図１は、ＴＤＭエッチング処理の場合の略示図である。
【０００６】
ＴＤＭ処理は多段階で構成されている。一群の段階（例えばエッチングと析出）が周期と呼ばれる。１周期の１回以上の「反復」はループと呼ばれる。多周期が順次に１ループで実施される際には、輪郭制御を増強するための段階の処方パラメータを僅かに変更すること（例えばモーフィング）が、技術上公知である。モーフィングの場合、１ループが２周期以上の１組からなり、その場合、１周期内の複数段階は周期ごとに厳密には不等である。１周期内の複数段階は、更に１つ以上の下位段階に分割できる（例えば、エッチング段階は、ポリマー除去下位段階と等方性シリコン・エッチング下位段階とに小分けできる）。
【０００７】
シリコンの深部エッチングの場合、アスペクト比にエッチングが依存すること（ＡＲＤＥ）については、十分な資料的な裏付けがある。シリコン・エッチング速度は、深さ又はアスペクト比（形状特徴の深さと幅との比と定義される）が増すにつれて低下することが観察されている。３次元構造物の製作時に、ＡＲＤＥ効果は二つの形式で現れることがある。第１は、一定幅の形状特徴の場合、エッチング処理の進行につれ、エッチング時間が増すと共に、形状特徴のアスペクト比が高くなり、その結果、エッチング速度が時間と共に低下することである。第２は、異なる寸法の形状特徴が、同一基板上に同時に一緒にエッチングされる場合、広幅のトレンチが狭幅のトレンチより高速でエッチングされることである。いずれの場合も、エッチング速度は、アスペクト比が増すにつれて低下する。
【０００８】
ＡＲＤＥの一例が図２の断面図で示されている、この場合、２．５μｍ−１００μｍの幅を有するトレンチが、互いに隣接して位置し、１工程でエッチングされる。反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）遅れとも呼ばれるＡＲＤＥ遅れは、トレンチ深さが、１００μｍ幅のトレンチの深さに正規化される際に測定され、その成績が図３に示されている。この場合、１００μｍ幅のトレンチが１３０μｍ深さにエッチングされると、１０μｍ幅のトレンチは９４μｍ深さに、２．５μｍ幅のトレンチは６２μｍ深さにエッチングされるにとどまる。
【０００９】
ＡＲＤＥ効果は、複雑なＭＥＭＳデバイス製作上の難問である。種々の横方向寸法を有する構造物が併存し、それらの構造物が同時にエッチングされると、結果的に縦方向寸法が異なることになり、デバイスの設計上の要求にはそぐわない。単一構造物の場合でも、エッチングの進行の間、縦方向のエッチング速度は一定ではなく、このことが、プロセス制御上の問題となる可能性がある。実際、ＲＩＥの遅れは、極めて複雑な現象であり、アスペクト比の増大につれてのエッチング速度の変化を説明するために、多くの機構が提案されている。一般に、特にＲＩＥ遅れの誘因となる要因は多く、例えば（ｉ）エッチングされた基板底部でのイオン束損失や、（ｉｉ）中性シャドウイング及びクヌーセン搬送に起因する反応性中性種空乏が、である。
【００１０】
実際には、ＭＥＭＳデバイスの設計者やデバイス製造者は、ＡＲＤＥ効果に対処せねばならない。広く用いられている一方法は、エッチング阻止層を用いることである。絶縁膜上にシリコンを析出させたウェーハ（ＳＯＩ）とガラス上にシリコンを形成したウェーハ（ＳＯＧ）の場合、酸化物埋め込み層がエッチング阻止に使用され、ＲＩＥ遅れを補償する。しかし、ＳＯＩ又はＳＯＧのウェーハの使用時には、２つの欠点が現れる。第１の欠点は、シリコン／酸化物の界面にしばしば望ましくないノッチが生じることである。第２の欠点はＳＯＩ及びＳＯＧのウェーハはシリコン・ウェーハより高価なことである。
あるいはまた、ＡＲＤＥ効果を軽減する別の手段を幾つかの集団が研究している。以下で、それらの研究を概観する。
【００１１】
ドーほか（Ｄｏｈ  ｅｔ  ａｌ．）の報告によれば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチング・システム内でバイアス電圧とバイアス周波数とを増した場合、ＲＩＥの遅れが改善される。ドーほかは、ＥＣＲシステム内でのＣ４Ｆ８＋Ｈ２プラズマによる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のエッチングを報告している。バイアス電圧は、１００−３００ボルト、バイアス周波数は１００ｋＨｚ−１ＭＨｚであり、室圧は３．０ｍトル−７．５ｍトルである。より高いバイアス周波数及びバイアス電圧の場合、ＲＩＥ遅れが有意に低減し、降下した圧力によってＲＩＥ遅れの縮小が誘発されもする。ドーほかが、ＲＩＥの遅れに対するプラズマ・パラメータの影響を詳細に説明しているが、かれらの技術は、単一段階での処理方法であり、ＴＤＭ処理での使用は教示してもいないし、示唆してもいない。更に、ドーほかの成績は、二酸化ケイ素のエッチングで得られたもので、シリコンのエッチングで得られた成績を有する本発明とは異なる。
【００１２】
リルほか（Ｌｉｌｌ  ｅｔ  ａｌ．）は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システム内でＳＦ６プラズマを用いた多結晶シリコン・エッチング実験時のＲＩＥ遅れの成績を開示している。ＲＩＥ遅れの低減が、高圧時（最大２０ｍトル）と陰極の中温（すなわち４５°Ｃ）の場合に報告されている。この成績は注目に値するが、多結晶シリコンが単一処理段階でエッチングされている。これに対し、ＴＤＭ処理では、析出とエッチングの段階が交互に行われる。
ツジモトほか（Ｔｓｕｊｉｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．）は、ガスの滞留時間を低減することでＲＩＥ遅れを低減する方法を開示している。ＩＰＣシステム内で多結晶シリコンをエッチングするのに、Ｃｌ２プラズマが使用される。チャンバ圧力が低くなると、ＲＩＥ遅れが低減することが観察された。しかし、Ｃｌ２プラズマによるエッチング処理はＴＤＭ処理ではなく、またＣｌ２プラズマによるエッチング速度は、はるかに遅く、マスクの選択性も低いため、数十マイクロメートルを超える深さを有する三次元構造物のエッチングには、使用できない。
【００１３】
チャンほか（Ｃｈｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）（米国特許出願番号２００３／０１７１０００）は、２つの方法によるＴＤＭシリコン・エッチング処理の場合のＡＲＤＥ低減を報告している。第１の方法は、パターンの幾何形状を修正して、広幅と狭幅の形状特徴間の負荷を均等にするものである。第２の方法は、自動圧力制御弁を閉じることでエッチング及び析出の両段階での処理圧力を高めるというものである。チャンほかは、ＡＲＤＥ是正のための、析出時間の増加、エッチング時間の短縮、ポリマー析出速度の増大、ポリマー除去速度の減速は開示していない。加えて、チャンほかは、処理中にＡＲＤＥを是正するために、エッチング深さの差に関しリアルタイムのフィードバックを利用する点は開示も示唆もしていない。
【００１４】
リカードほか（Ｒｉｃｋａｒｄ  ｅｔ  ａｌ．）（「微小電子及びＭＥＭｓ技術」ＳＰＩＥ会議（ＵＫ）、２００１年５月）は、ＴＤＭ処理を用いてＡＲＤＥを低減するための一連の設計実験を行った。これらの実験により、彼らは、ＡＲＤＥが、エッチング時間の短縮、低圧、低プラテン（ＲＦバイアス）電力、析出時間の増大により最小化できることを発見した。リカードほかは、処理中の遅れの程度をリアルタイムで測定する方法は開示していない。更に、リカードほかは、ＴＤＭ処理中にＡＲＤＥを最小化する、閉ループに適応した処方制御の使用は開示していない。
【００１５】
リルほか（米国特許第６，６３２，３２１号）は、リアルタイムでのエッチング速度制御用に干渉測定法を使用する形式を開示している。リルほかの使用している干渉計は、紫外（ＵＶ）光源に基づくものだが、本発明ではレーザ光を使用している。リルほかは、単一ビームを用いて強度の周期的変化をモニタすることによるエッチング速度検出を開示している。これに対し、本発明では多ビームを用いて、干渉をビーム間の位相差として直接測定することでビームのエッチング深さの差を検出し、それによってエッチング速度を測定する。リルほかは、エッチング速度をモニタするために、表面からの光の反射を利用する形式を開示しているが、リアルタイムでのエッチング深さ制御のための、少なくとも２つの異なる形状特徴幅を直接測定する形式は開示していない。
【００１６】
加えて、リルほかは、一定エッチング速度を維持する制御方法を示しているが、本発明では、エッチング速度をモニタするのではなく、処理を制御することで、少なくとも２つの異なる寸法の形状特徴間のエッチング深さの差を制御する。更に、リルほかは、リアルタイム制御を時分割多重処理に適用することは考えていない。結果として、リルほかは、各段階の時間の低減、ポリマー析出時間の増大、ポリマー除去速度の低減、ポリマー析出速度の増大を、ＴＤＭシリコン・エッチング処理でのＡＲＤＥに対する解決策としては示していない。
【００１７】
エイオンほか（Ａｙｏｎ  ｅｔ  ａｌ．）（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４６（１）３３９−３４９（１９９９））は、高流量（１４０ｓｃｃｍ）のＳＦ６を用いてＴＤＭ処理を行う場合にＡＲＤＥを最小化する形式を開示している。エイオンほかは、ＡＲＤＥが最小化されるシステム内で、形状特徴の断面底部が形状特徴寸法にわたって凸状から凹状に変化させることを示している。この効果は、望ましくない。エイオンほかは、ＡＲＤＥを最小化するための、処理のリアルタイムの測定及び制御を考えていない。
ラーマーほか（Ｌａｅｒｍｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）（米国特許第６，７２０，２６８号）は、ポリマーがＴＤＭ処理中に除去される時点を検出するため、処理中に光学式放射分光法を使用することを提案している。ラーマーほかは、リアルタイムの処理フィードバックのための２ビーム干渉計の使用は提案していない。加えて、ラーマーほかは、ＡＲＤＥ低減のため、２形状特徴のリアルタイムでの同時測定の利用を提案していない。
【００１８】
ホプキンスほか（Ｈｏｐｋｉｎｎｓ  ｅｔ  ａｌ．）（米国特許第６，１８７，６８５号）は、ＴＤＭ処理でＡＲＤＥを発生させる機序を説明している。とくに、その機序は次の通りである：広幅トレンチの場合、狭幅トレンチの場合より多く析出され（多分、搬送の制限のため）、その結果、広幅（アスペクト比がより小さい）の形状特徴では狭幅の形状特徴でよりも多くのポリマーが除去され、かつまた広幅（アスペクト比がより小さい）形状特徴では、シリコンエッチング速度がより高いので、エッチングと不活性化（除去と析出）との正味効果により、狭幅と広幅との形状特徴のエッチング速度が均等化される。ホプキンスほかは、ＲＩＥ遅れの補償効果が幾つかの形式で実現できることを示しており、該形式により、エッチング条件と析出条件との妥当なバランスが可能になることで、補償効果が達せられる。ホプキンスほかは、パルスＲＦバイアスが、ＴＤＭシリコン・エッチング処理でのＡＲＤＥ低減することも示している。ホプキンスほかは、しかし、エッチング処理のモニタ又は変更のためにリアルタイムの測定を行うことは考えていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、ＴＤＭ処理の場合に、ＡＲＤＥを低減する必要がある。
先行技術では、本発明に伴う利点は何も得られない。
したがって、本発明の目的は、先行技術のデバイスの不適当な点を克服し、かつ半導体加工技術の進歩に有意な貢献となる改良を行うことである。
本発明の別の目的は、プラズマ・エッチング処理の場合に、アスペクト比に依存するエッチングを低減する方法を得ることであり、該方法は、真空チャンバ内に基板を置く段階と、プラズマにより前記基板に不活性化層を析出する段階と、前記不活性化層の一部をプラズマにより除去する段階と、析出段階・除去段階・エッチング段階を反復する処理ループを実施する段階と、前記基板上の異なる寸法の形状特徴を経時的にモニタする段階と、前記モニタ段階に基づき処理ループ段階を制御する段階と、真空チャンバから基板を除去する段階とを含んでいる。
【００２０】
本発明の別の目的は、プラズマ・エッチング処理でのアスペクト比依存エッチングを低減する方法を得ることであり、該方法が、真空チャンバ内に基板を置く段階と、プラズマにより前記基板にポリマーを析出する段階と、前記ポリマーの少なくとも一部をプラズマにより除去する段階と、プラズマにより前記基板から材料をエッチングする段階と、析出段階・除去段階・エッチング段階を反復する処理ループを実施する段階と、異なる寸法の少なくとも２つの形状特徴に同等のエッチング深さを実現するため、少なくとも１段階で処理パラメータを調節する段階と、真空チャンバから基板を除去する段階とを含んでいる。
【００２１】
本発明の更に別の目的は、基板のプラズマ・エッチング時にアスペクト比依存エッチングを低減する装置を得ることである。該装置は、真空チャンバと、該真空チャンバ内へ少なくとも１種類のプロセスガスを供給する少なくとも１ガス供給源と、前記真空チャンバと連通する排出部と、前記真空チャンバ内に配置された下部電極と、該下部電極に接続された基板ホールダと、前記真空チャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ源と、プラズマによる基板上への不活性化層の析出・プラズマによる析出不活性化層の少なくとも一部の除去・プラズマによる基板からの材料エッチングを交互に行うためのプロセス制御装置と、該プロセス制御装置に接続された差動干渉計とを含み、前記差動干渉計が、少なくとも２つの異なる形状特徴間の深さの差を指示する信号を発生させ、前記プロセス制御装置が、前記差動干渉計が発生させる信号に応じて少なくとも１プロセスパラメータを変更する。
【００２２】
以上、本発明の妥当な目的の幾つかを略説した。これらの目的は、所期の発明の、より顕著な特徴や用途を単に説明するためだけのものと解釈されたい。多くの他の有利な成果が、開示される本発明を種々の形式で適用することにより、又は開示の枠内で本発明を変更することにより達成可能である。したがって、他の目的及び本発明のより完全な理解は、本発明の課題を解決するための手段及び添付図面と関連する好適実施例の説明に加えて、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を参照することで得られるはずである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明を要約して言えば、本発明は、アスペクト比依存エッチング（ＡＲＤＥ）を低減するために、周期的エッチング処理又は時分割多重（ＴＤＭ）処理を交互に使用する深部シリコン・トレンチエッチング用の改良された方法と装置とを含んでいる。
より詳しく言えば、本発明は、リアルタイムの計測装置（例えば２スポット干渉計測カメラ）を用いて、異なる寸法の２つの形状特徴のエッチングを経時的にモニタし、エッチング深さの差の信号を計算し、プロセス制御装置へ信号をフィードバックして処理を調節することで、モニタされた形状特徴間のエッチング深さの差を最小化し、それによってＴＤＭ処理時のＡＲＤＥを低減するものである。
【００２４】
本発明の特徴は、プラズマ・エッチング処理時に、アスペクト比に依存するエッチングを低減する方法を得ることである。この方法は、真空チャンバ内に基板を装入する段階を含んでいる。基板は、例えばシリコン、ガリウム、ヒ化物等の半導体基板、又は例えばＩＩ族及びＶＩ族の化合物半導体並びにＩＩＩ族及びＶ族の化合物半導体を含む何らかの公知の半導体の基板でよい。基板は、また導体でもよく、ガラスやクオーツ等の誘電体でもよい。析出段階では、不活性化層が基板上にプラズマによって析出される。第１プラズマは、真空チャンバ内でオクトフルオルシクロブタン等の第１プロセスガスによって発生させられ、基板上に不活性化層を析出する。不活性化層は、ポリマー又はフルオロカーボン・ポリマーから成るか、又はシリコン、カーボン、窒化物、その他プラズマにより析出可能な公知不活性化材料でよい。
【００２５】
除去段階では、不活性化層の少なくとも一部がプラズマによって除去される。第２プラズマは、真空チャンバ内で六フッ化硫黄・アルゴン・酸素の混合物等の第２プロセスガスから発生させられ、基板から不活性化層を除去する。エッチング段階では、シリコン等の材料が、プラズマにより基板から削除される。第３プラズマは、真空チャンバ内で六フッ化硫黄等の第３プロセスガスから発生させられ、基板から材料を削除する。１処理ループで、析出段階と、除去段階と、エッチング段階とが反復される。基板上の異なる寸法の形状特徴がリアルタイムでモニタされる。処理ループの段階は、ＡＲＤＥ低減のため、モニタ段階を基礎として制御される。最後に、エッチング段階の完了時に、基板が真空チャンバから除去される。
【００２６】
本発明の別の特徴は、プラズマ・エッチング処理でのアスペクト比に依存するエッチングを低減する方法が得られることである。この方法は、真空チャンバ内に基板を装入する段階を含んでいる。基板は、例えばシリコン、ガリウム、ヒ化物とウェーハの半導体基板、又は例えばＩＩ族及びＶＩ族の化合物半導体並びにＩＩＩ族及びＶ族の化合物半導体を含む何らかの公知の半導体の基板でよい。基板は、また導体でもよく、ガラスやクオーツ等の誘電体でもよい。析出段階には、不活性化層が基板上にプラズマによって析出される。第１プラズマは、真空チャンバ内でオクトフルオルシクロブタン等の第１プロセスガスによって発生させられ、基板上に不活性化層を析出する。不活性化層は、ポリマー又はフルオロカーボン・ポリマーから成るか、又はシリコン、カーボン、窒化物、その他プラズマにより析出可能な公知不活性化材料でよい。
【００２７】
除去段階には、不活性化層の少なくとも一部がプラズマによって除去される。第２プラズマは、真空チャンバ内で六フッ化硫黄・アルゴン・酸素の混合物等の第２プロセスガスから発生させられ、基板から不活性化層を除去する。エッチング段階では、シリコン等の材料が、プラズマにより基板から削除される。第３プラズマは、真空チャンバ内で六フッ化硫黄等の第３プロセスガスから発生させられ、基板から材料を削除する。処理パラメータ、例えば析出時間、除去時間、エッチング時間を調節することによって、処理エッチング、ポリマー除去、析出速度をアスペクト比の関数として定量化する。処理パラメータは、更に、真空チャンバ内の析出ガスに供給されるＲＦ電力で制御されるポリマー析出速度、又は真空チャンバ内へ流入する析出ガスの流量、又は真空チャンバ内の析出ガスの圧力と定義できる。
【００２８】
あるいはまた、処理パラメータは、更に、真空チャンバ内の除去用ガスに供給されるＲＦ電力で制御可能なポリマー除去速度、又は真空チャンバ内へ流入する除去用ガスの流量、又は真空チャンバ内の除去用ガスの圧力と定義される。あるいはまた、処理パラメータは、更に、真空チャンバ内のエッチングガスに供給されるＲＦ電力で制御可能な材料のエッチング速度、又は真空チャンバ内へ流入するエッチングガスの流量、又は真空チャンバ内のエッチングガスの圧力と定義できる。１回の処理ループは、析出段階、除去段階、エッチング段階を反復することで実施される。最後に、エッチング処理が完了すると、基板は真空チャンバから取り出される。
【００２９】
更に、本発明の別の特徴は、基板のプラズマ・エッチング中に、アスペクト比に依存するエッチングを低減する装置が得られることである。基板は、例えばシリコン、ガリウム、ヒ化物等の半導体基板、又は例えばＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体及びＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を含む何らかの公知の半導体の基板でよい。基板は、また導体でもよく、ガラスやクオーツ等の誘電体でもよい。前記装置は、また、真空チャンバを含み、真空チャンバは、真空チャンバ内へ少なくとも１種類のプロセスガスを供給する少なくとも１ガス供給源と、真空チャンバと連通する排出部とを有している。プロセスガスは、関連する処理、すなわちポリマー（オクトフルオロシクロブタン）の析出、ポリマー（六フッ化硫黄、アルゴン、酸素の混合物）の除去、基板からの材料（六フッ化硫黄）のエッチングに基づいて選択される。基板からエッチングされる材料は、通常、シリコンである。
【００３０】
下部電極は、真空チャンバ内に基板にバイアスを加えるために配置され、基板は、下部電極に接続されている基板ホールダ上に載置される。バイアスは、ＲＦ又はＤＣ電力によって加えることができる。プラズマ源は、真空チャンバ内でプラズマを発生させる。発生するプラズマは、第１プラズマによる基板上への不活性化層析出と、第２プラズマによる析出不活性化層の少なくとも一部の除去と、第３プラズマによる基板からの材料エッチングとが交互に行われるように、プロセス制御装置によって制御される。プロセス制御装置には差動干渉計が接続されている。差動干渉計は、基板上にレーザ光ビームを照射して、基板上の寸法の異なる少なくとも２形状特徴間の深さの差を測定することで、処理が、差動干渉計に接続されたプロセス制御装置により調節される。プロセス制御装置は、少なくとも１処理パラメータを、差動干渉計より発生する信号に応じて変更し、それによりＴＤＭ処理中のＡＲＤＥを低減する。
【００３１】
以上、本発明の妥当かつ重要な特徴を概観したが、これによって、以下で述べる本発明の詳細な説明がよりよく理解でき、当該技術分野に対する本発明の貢献がよりよく理解されよう。本発明の付加的特徴を以下で説明するが、それらは本発明の請求項の主題となるものである。当業者は、開示された概念及び具体的な実施例を、本発明の目的を実現するために、変更するか又は別の構成に設計する基礎として利用できることを理解されたい。また、当業者は、そのような等価の構成が、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び枠を逸脱するものでないことを理解されたい。
【００３２】
図面では類似部材には類似の符号が付されている。
ポリマーの析出、及び又はポリマーの除去、及び又は基板からの材料エッチングを調節することによりＴＤＭでのＲＩＥ遅れ（ＡＲＤＥ）を低減又は除去する改良された方法及び装置を開示する。
また、ＴＤＭエッチング処理でのＲＩＥ遅れ（ＡＲＤＥ）を低減又は除去するため、少なくとも２つの寸法の異なる形状特徴間の深さの差を指示する信号発生用のリアルタイム計測装置、差動干渉計の使用を開示する。
【００３３】
ＲＩＥ遅れの低減例
図１から明らかなように、ＲＩＥ遅れの低減又は除去にためには、３つの物理的な基本処理（ポリマー析出、ポリマー除去、等方性シリコン・エッチング）から始める必要がある。３つのすべての基本処理のうちエッチング及び析出の特徴は、形状特徴寸法（アスペクト比）に依存することである。形状特徴寸法への依存度は、しかし、３つの基本処理各々で異なる。
通常のＴＤＭシリコン・エッチング処理の場合、ポリマー析出段階ではＣ４Ｆ８が、ガス前駆体として使用される。析出段階は、ＲＦバイアスをかけて、又はかけずに行うことができる。ＲＦバイアスをかけない場合、基板のイオン衝撃は最小である。図４は、ポリマー析出速度を形状特徴アスペクト比の関数として測定した実験を示している。実験した圧力範囲にわたり、アスペクト比の増大につれて、トレンチ底部での測定析出速度が減少している（例えば、固定析出時間の場合、同じ深さの形状特徴では狭い幅の形状特徴のほうが、広幅の形状特徴より析出が少ない）。
【００３４】
ポリマー析出処理とは異なり、Ａｒ／ＳＦ６を基材としたポリマーの除去処理は、部分的にイオンにより推進される。これに対し、ポリマー除去段階中にＯ２を付加することにより、処理は、イオン援用の化学的機序へ進められる。図５は、或るアスペクト比範囲にわたってトレンチ底部でのポリマー除去速度について行った実験データを示したものである。測定成績が示すように、不活性化層除去速度は、処理条件下ではアスペクト比依存度は低く、不活性化層の除去速度は低アスペクト比の形状特徴のほうが僅かに高い。
等方性シリコン・エッチング処理は、本来、より化学的である（イオンによる推進ではない）。通常、ＴＤＭシリコン・エッチング処理では、エッチング基本処理時のＲＦバイアスは、許容可能な形状特徴の輪郭が得られる最小値に設定され、シリコン・エッチングの選択性に対しマスクが最大化するようにされる。図６は、等方性シリコン・エッチング速度をアスペクト比の関数として示した図である。等方性シリコン・エッチング速度はアスペクト比の強関数であり、アスペクト比の小さいほうが有意にエッチング速度が高い。
【００３５】
３基本処理とＡＲＤＥとの相互関係をよりよく理解するために、簡単なモデルを構成した：この場合、
Ｐ（ｘ）                  基本析出処理で析出されたポリマー厚さ
Ｓ（ｘ）                  ＴＤＭ周期ごとのシリコン・エッチング深さ
Ｒｃｏｍｐ（ｘ）            複合ＴＤＭ周期で形状特徴ｘでのＳｉエッチング速度
Ｒｄｅｐ（ｘ）              形状特徴ｘでのポリマー析出速度
Ｒｐｏｌｙ（ｘ）            形状特徴ｘでのポリマー除去速度
Ｒｉｓｏ（ｘ）              形状特徴ｘでの等方性Ｓｉエッチング速度
ｔｄｅｐ                    析出時間（処理処方で設定される）
ｔｅｔｃｈ                  エッチング時間（処理処方で設定される）
ｔｐｏｌｙ  ｅｔｃｈ（ｘ）    ポリマー不活性化層除去時間
ｔｉｓｏ（ｘ）              形状特徴ｘでの等方性Ｓｉ実エッチング時間、である。
【００３６】
前記の諸項を用いて次の計算を行うことができる：
１周期でエッチングできるシリコン  Ｓ（ｘ）＝Ｒｉｓｏ（ｘ）＊ｔｉｓｏ（ｘ）
ポリマー厚さ                      Ｐ（ｘ）＝Ｒｄｅｐ（ｘ）＊ｔｄｅｐ
ポリマー除去時間  ｔｐｏｌｙ  ｅｔｃｈ（ｘ）＝Ｐ（ｘ）／Ｒｐｏｌｙ（ｘ）
＝Ｒｄｅｐ（ｘ）＊ｔｄｅｐ／Ｒｐｏｌｙ（ｘ）
等方性シリコン・エッチング時間ｔｉｓｏ（ｘ）＝ｔｅｔｃｈ−ｔｐｏｌｙ  ｅｔｃｈ（ｘ）
＝ｔｅｔｃｈ−（Ｒｄｅｐ（ｘ）＊ｔｄｅｐ／Ｒｐｏｌｙ（ｘ））
したがって、
Ｓ（ｘ）＝Ｒｉｓｏ（ｘ）＊（ｔｅｔｃｈ−（Ｒｄｅｐ（ｘ）＊ｔｄｅｐ／Ｒｐｏｌｙ（ｘ）））
【００３７】
前記の方程式に基づいて、ＴＤＭ１周期での複合シリコン・エッチング速度は、等方性シリコン・エッチング速度、ポリマー析出速度、ポリマー除去速度、エッチング時間、析出時間の関数とされる。
ＴＤＭシリコン・エッチング処理でのＡＲＤＥを試験するために、２つの異なる寸法の形状特徴の場合の複合シリコン・エッチング速度を考える。
【００３８】
Ｓ（１）＝Ｒｉｓｏ（１）＊（ｔｅｔｃｈ−（Ｒｄｅｐ（１）＊ｔｄｅｐ／Ｒｐｏｌｙ（１）））
Ｓ（２）＝Ｒｉｓｏ（２）＊（ｔｅｔｃｈ−（Ｒｄｅｐ（２）＊ｔｄｅｐ／Ｒｐｏｌｙ（２）））
ＡＲＤＥでない場合には、Ｓ（ｘ）は、形状特徴幅が異なれば、等しくなるはずである。
【００３９】
Ｓ（１）＝Ｓ（２）
ポリマー除去速度は又は形状特徴寸法とはほとんど無関係なので、近似法を使用できる：
Ｒｐｏｌｙ（１）〜Ｒｐｏｌｙ（２）＝Ｒｐｏｌｙ
これらの項に代入し、再配列すると、次式が得られる：
ｔｅｔｃｈ＝ｔｄｅｐ＊（Ｒｉｓｏ（１）＊Ｒｄｅｐ（１）−Ｒｉｓｏ（２）＊Ｒｄｅｐ（２）／Ｒｐｏｌｙ＊（Ｒｄｅｐ（１）−Ｒｉｓｏ（２））
【００４０】
前記方程式は、処方に指定されたエッチング時間及び析出時間を、等方性シリコン・エッチング速度、析出速度、ポリマー除去速度の関数として関連付けている。ＴＤＭ処理でのＲＩＥ遅れは、エッチング、ポリマー除去、析出速度を、アスペクト比の関数として定量化し、処方により適切な時間を選択することによって低減できる。
これに対し、指定処方時間の場合、処理段階は、アスペクト比の関数である処理エッチング、ポリマー除去、析出速度の振る舞いの結果、最小ＡＲＤＥが生じるように調節できる。
【００４１】
図７及び図８は１周期のＴＤＭ時の、異なる幅の２つの形状特徴のエッチング深さを示した図である。点「Ａ」から、双方の形状特徴が等しい深さで開始される。析出段階の終わりの点「Ｂ」近くでは、広幅の形状特徴での析出ポリマー薄膜は、狭幅の形状特徴より厚手だが（図４）、これは、より低アスペクト比の形状特徴でのポリマー析出速度のほうが高いためである。エッチング段階の最初の部分は、等方性シリコン・エッチングが行われる前に、ポリマーを除去するのに役立つ。ポリマー除去速度はアスペクト比とはほとんど無関係であり（図５）、小さい形状特徴はより薄手のポリマー層から開始され、狭幅の形状特徴が、先にポリマー薄膜を除去される（点「Ｃ」）。これにより、狭幅の形状特徴でのシリコン・エッチングが先に進む一方、広幅の形状特徴に残るポリマーを除去し続けることが可能になる。
【００４２】
広幅の形状特徴でポリマーが除去される時点（点「Ｄ」）までに、狭幅の形状特徴では、シリコン内へ幾らかの深さまでエッチングされる。（実質的に、狭幅の形状特徴ではシリコンの「ヘッド・スタート」エッチングがなされる一方、広幅の形状特徴からは付加的なポリマーが除去される）。広幅形状特徴からポリマーが除去されると、狭幅の形状特徴より高速で広幅形状特徴のエッチングが始められる（図６）。区分「Ｅ」では、狭幅、広幅双方の形状特徴で、更にシリコン内へエッチングが行われる。狭幅形状特徴では、等方性エッチング時間が増すため、深さが増すが、エッチング速度は広幅形状特徴でのほうが高い。点「Ｆ」で、広幅、狭幅の形状特徴が等しい深さに達し、この時点でエッチングが停止され、その結果、ＡＲＤＥ無しで処理が終わる。エッチングは、点「Ｆ」を過ぎても進行できるので、広幅の形状特徴では狭幅形状特徴より高速でエッチングが継続される結果、通常のＡＲＤＥ処理が行われる。
【００４３】
このモデルに基づいて、等しい深さで開始される形状特徴の場合、ＴＤＭ周期が必ず点「Ｆ」で終わるようにすることでゼロＡＲＤＥのＴＤＭ処理が可能になる。形状特徴が異なる深さで始められる場合には、ＴＤＭ処理を異なる開始深さを保証するように調節することで、エッチングの進行につれて、ゼロ遅れが達せられる。この補償を完了するには、１周期以上の周期を要しよう。
１組のＴＤＭ処方には、ゼロＡＲＤＥ処理を達成するために、処理を調節する４形式がある：
・処方エッチング時間の調節
・ポリマー除去速度の調節
・処方析出時間の調節
・ポリマー析出速度の調節
図７に略示した処理（ベースライン処理）はＡＲＤＥ有することになろう。
【００４４】
図９はベースライン処理を変更した場合を示し、この場合、エッチング時間を短縮することで、狭幅と広幅の形状特徴が等しいエッチング深さを有するようにして、ＡＲＤＥが排除される。
図１０は、ポリマー除去時間を増すようにベースライン処理を変更した場合を示している（ポリマー除去速度は低減される）。この処置は、析出処理の下位段階に変更を加えてポリマーの抗化学的エッチング性を増すようにするか、又はエッチング段階に変更を加えてポリマーの除去効率を低減することによって達成できる。析出及び又はエッチングの基本段階での処理変更は、ガス流量、ガス組成、処理圧力、印加ＲＦ電力（基板支持体又は高密度源に対する）の変更を含む。あるいはまた、エッチング段階は複数の下位段階に分割して、下位段階の１つ（好ましくはエッチングの第１下位段階）を最適化して、ゼロＡＲＤＥを結果するポリマー除去速度を実現することができる。
【００４５】
図１１は、析出時間が増すようにベースラインを変更した場合を示している。析出時間を増すことによって、形状特徴に析出されるポリマーの厚さが増す。析出ポリマーの厚さが増せば、所定のエッチング処理でのポリマー除去時間が増すだろう。
図１２は、ポリマー析出速度が増すようにベースラインを変更した場合を示している。析出ポリマーの厚さが増すことで、所定エッチング処理でのポリマー除去時間が増すことになろう。析出速度を高めるには、析出の下位段階で１つ以上の処理変数を変更すればよい。これらの調節には、ガス流量、ガス組成、処理圧力、印加ＲＦ電流の変更が含まれる。通常、析出速度は、高密度電力の増大、処理圧力の上昇、ガス流量の増加と共に、高まる。
図示のようなべースライン処理の結果、ＡＲＤＥが生じるのに対し、逆のＡＲＤＥ（形状特徴が小さいほうがエッチング速度が高い）を示すベースライン処理も可能である。以上説明した４方法は、またベースライン処理を調節するのに使用でき、逆ＡＲＤＥを類似の方法を用いて低減できる。
【００４６】
図１３は、下位段階のエッチング時間を調節することによるＡＲＤＥの最小化を示している。ＳＥＭ断面「Ｅ」は、図７の区分「Ｅ」の１点に対応している。このモデルから予測されるように、ＴＤＭエッチング処理は逆ＡＲＤＥを示し、狭幅の形状特徴は広幅の形状特徴よりエッチング速度が大である。図１３のＳＥＭ断面「Ｆ」は図７の点「Ｆ」の近くの処理に対応している。図１４（シリーズＦ）の形状特徴深さと形状特徴深さとの関係では、ＡＲＤＥが、１０μｍ−１００μｍの幅を有するトレンチの場合、５％未満に減少することを示している。この成績は、１０μｍ−１００μｍの幅を有するトレンチの場合、３０％のＡＲＤＥを有する先行技術（図３）とは対照的である。図１３のＳＥＭ「Ｇ」は、図７の範囲「Ｇ」の１点に対応する。この場合、広幅の形状特徴のエッチング速度のほうが狭幅の形状特徴のそれより速い（通常のＡＲＤＥ）。
【００４７】
図１５は、ＡＲＤＥを最小化するために、下位段階のエッチング時間を調節する方法を使用した５μｍ−４０μｍ幅の形状特徴のＳＥＭ断面を示している。図１６は、図１５のＳＥＭ断面の測定によるエッチング深さと形状特徴寸法との関係を示している。
５μｍ−１００μｍ幅の形状特徴のＡＲＤＥは、３８％から１０％に減少した。２．５μｍ−１００μｍ幅の形状特徴では、ＡＲＤＥは５３％から２３％に減少した。
本発明の別の実施例では、ＴＤＭ処理中に、干渉計を用いて、寸法の異なる少なくとも２形状特徴間のエッチング深さの差が測定される。寸法の異なる２形状特徴間のエッチング深さの差をモニタするためには、ＴＤＭ処理の進行中にエッチング深さの差の振る舞いを観察するのが有益である。
【００４８】
図１７は、１ＴＤＭ周期の進行中の、狭幅と広幅の形状特徴間のエッチング深さの差を示したものである。このグラフには、等しい深さでエッチングが開始される２つの形状特徴が示されている（初期エッチング深さデルタがゼロ）。この周期の析出下位段階中に、狭幅と広幅の形状特徴間のエッチング深さの差は、ゼロより大である（広幅形状特徴のほうが析出速度が高い）。エッチング下位段階が開始されると、エッチング深さデルタは、ゼロより大きい値を有する僅かにマイナスの勾配を生じよう。このことは、狭幅と広幅の両形状特徴でのポリマーの除去を反映している（広幅形状特徴のほうが僅かに速い）。狭幅形状特徴のポリマーが除去されると（狭幅形状特徴では、より薄手の膜が析出されるため）、シリコンには狭幅形状特徴でエッチングが始まる（広幅形状特徴は未だポリマーで不活性化されている）。この段階（狭幅形状特徴ではシリコンがエッチングされ、広幅形状特徴では未だポリマーが除去されている）では、エッチング深さの差の勾配は、ゼロより大となる一方、エッチング深さの差値は、ゼロより大きいままである。
【００４９】
広幅形状特徴でポリマー不活性化層が除去され、エッチングが始まると、エッチング深さの差の勾配は、再び負となる（広幅形状特徴の等方性シリコン・エッチング速度は狭幅形状特徴のそれより速い）。ポリマーが除去されて、両形状特徴のエッチングが始まると、当初は未だエッチング深さの差値がゼロより大である（狭幅形状特徴はより深くなる−逆ＡＲＤＥ）。残りのエッチング段階中の或る時点で、広幅形状特徴の深さが追い着いて、狭幅形状特徴の深さと等しくなる（最小ＡＲＤＥ）。エッチング段階が、この時点を過ぎて進行することが出来れば、広幅形状特徴では、エッチング速度が速くなり（エッチング深さの差の勾配が負となる）、エッチング深さの差が負になろう（広幅形状特徴が狭幅形状特徴より深くなる）。この時点で、処理は、先行技術のＡＲＤＥの断面（図２）を生じよう。
【００５０】
ＴＤＭシリコン・エッチング処理時に２スポット干渉計カメラ（例えばジョビン・イヴォン・ホリバのＴＤＭ−２００）を使用して形状特徴深さを測定することは、技術的に公知である。図１８は、干渉計カメラと、ＴＤＭシリコン・エッチング処理に対する該カメラの典型的な適用とを単純化して略示した図である。この構成では、レーザビームの１つが当該形状特徴に当てられる一方、他方のビームが基板のマスク部分に当てられる。エッチングの進行中、エッチングされる形状特徴に対するビームの光路長さが増大することで、そのビーム自体とマスク部分に当てられた基準ビームとの位相差が生じる。この構成では、マスク面に対する形状特徴のエッチング速度とエッチング深さとの双方をモニタすることができる。ＴＤＭ−２００は、特有の３０μｍビーム直径と特有の２４０μｍの分離ビームを有している。
【００５１】
本発明人は、異なる寸法の２形状特徴間のエッチング深さの差が、２スポット干渉計カメラで測定できることを発見した。図１９は、エッチング深さの差を測定するように構成した干渉計カメラを単純化した略示図である。理想的には、ビーム直径が作用するより小さい寸法を有する密な配列の形状特徴に対してレーザビームを当てることにより、レーザビームは被測定形状特徴に適合せしめられよう。この構成の場合、カメラは、２形状特徴のエッチング深さの差を測定するが、個別の形状特徴のエッチング速度又は絶対エッチング深さは測定しない。３ビーム以上のビームを備えたカメラ（マスク面上に１ビーム、狭幅形状特徴に１ビーム、広幅形状特徴に１ビーム）では、２つ以上の形状特徴の場合、絶対エッチング速度、エッチング速度差、エッチング速度の同時測定が可能になろう。
【００５２】
ＡＲＤＥ測定を容易にするために、デバイスのマスク内に試験形状特徴を組み込むことは有用である。２スポットの干渉計カメラの場合、リング内に定心された開放円から成る試験形状特徴を構成するのが有用である。円の寸法は、当該の最も広幅の形状特徴に対応させることができる。リングの厚さは当該の最狭幅形状特徴寸法に対応する。リングの半径は、２レーザビーム間の距離に対応できる。外側リングの幅がレーザのスポット寸法より小さい場合、一組の同心リング又はリング状の形状特徴配列を使用してエッチング深さの差測定のＳＮ比を改善できる。
あるいは又、テストパターンを密な配列の複数穴から成るようにすることもできる。穴寸法はビーム寸法より小さくできる。配列寸法はビームより大きくするのがよい。広幅と狭幅の形状特徴配列の中心は、理想的には２ビーム間隔と等間隔にするのがよい。
【００５３】
処理中にリアルタイムで広幅と狭幅の形状特徴間のエッチング深さ差を測定する能力により、ＡＲＤＥ制御用の幾つかの制御図式が可能になる。
本発明では、リアルタイムの測定方法（例えば２スポット干渉計カメラ）を使用して、異なる寸法の２形状特徴のエッチングを経時的にモニタし、エッチング深さの差信号を計算し、処理制御装置に信号をフィードバックし、ＴＤＭ処理を調節することで、モニタされる形状特徴間のエッチング深さ差を最小化できる。
【００５４】
図２０は、ＴＤＭ処理中にＡＲＤＥをリアルタイム制御するように構成されたプラズマ・リアクタ１０の略示図である。ＴＤＭ処理チャンバは、基板支持台１４を内部に有する真空チャンバ１２と、プロセスガス導入用のガス供給源１６と、プラズマ発生用の高密度プラズマ源１８と、高密度プラズマ源１８への電圧印加用の、第１インピーダンス整合部２２を有する第１電圧源２０と、基板支持台１４への電圧印加用の第２電圧源２４（インピーダンス整合部２６を有するＤＣ又はＲＦ）と、圧力制御用機構（例えば絞り弁）と、真空チャンバ１２を真空に引く排出部２８と、処理の目標設定点（例えばガス流量、圧力、電圧等の）を維持するためのプロセス制御装置３０とから成っている。リアルタイム式エッチング深さ差モニタ４０（例えば２ビーム干渉計カメラ）は、異なる寸法の少なくとも２形状特徴間のエッチング深さの差を測定する。このエッチング深さの差を、目標エッチング深さ差と比較する。測定値と目標値との差が、許容誤差を超えている場合は、プロセス制御装置が、進行中のＴＤＭ周期又は次のＴＤＭ周期に処理を調節することで、目標エッチング深さ差値が達成される。
【００５５】
ＴＤＭ処理を調節する１方法は、プロセス制御アルゴリズムによって、各ＴＤＭ周期の終わりに少なくとも２形状特徴間のエッチング深さ差を、エッチング段階（又は下位段階）のエッチング時間調節を介して維持することである。この方法の流れ図を示したのが図２１である。この方法の場合、２形状特徴間の目標エッチング深さ差（ＥＤＤ）は、使用者の入力値か、又は形状特徴間の現ＥＥＤの測定値によって決定される。目標値が選択されると、ＴＤＭ処理が開始される。ＴＤＭ周期の進行中、ＥＤＤが測定され、目標値と比較される。２段階（析出及びエッチング）ＴＤＭシリコン・エッチングの場合、エッチング深さの差は、図１７に似た曲線をたどるだろう。ＴＤＭ周期のエッチング段階の開始時に、ＥＤＤ（狭幅形状特徴−広幅形状特徴）は、ゼロより大となろう。エッチング段階の進行につれて、ＥＤＤは、ゼロより大きい値の負の勾配となろう。目標ＥＤＤ値がゼロの場合、制御装置は、ＥＤＤをモニタして、ＥＤＤ値がゼロ（又は目標値）であれば、エッチング段階を終了させる。この構成の場合、制御装置は１周期以内でＥＤＤを制御する。
【００５６】
既述の例では、従来のＡＲＤＥ（より高いアスペクト比の形状特徴はエッチング速度が遅い）の存在が想定されていることに留意するのが重要である。逆ＡＲＤＥは、ＴＤＭシリコン・エッチング処理を使用するさいに観察された。類似の手法を用いて、ＴＤＭシリコン・エッチング中に逆ＡＲＤＥに対する測定と修正とを行うことができる。
図２２はＴＤＭ処理を調節するための別のリアルタイムＡＲＤＥ制御アルゴリズムの流れ図である。この場合、ＥＤＤ基準が設定され、使用者が指定したＴＤＭ周期が実施され、ＥＤＤがＴＤＭ周期中に測定され、測定されたＥＤＤが目標ＥＤＤと比較される。差があれば、ソフトウエア制御装置は、周期の処方を変更して、測定ＥＤＤと実ＥＤＤとの差を最小化できる。この構成では、制御装置がＴＤＭ処理でＥＤＤを周期ごとに制御する。
【００５７】
前述の諸例は、ＴＤＭシリコン・エッチング処理の場合のＡＲＤＥ最小化を論じたものである。インライン測定法とプロセス・フィードバック・アルゴリズムとは、化合物半導体（例えばＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＧｅ等）、金属（例えばＡｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ）、誘電体（例えばＳｉＮ，ポリマー等）を含む多くの材料系に適用可能な点を留意するのが重要である。更に、本発明の方法は、必ずしもＴＤＭ処理に適用が限定されるものではなく、従来の処理にも適用可能である。
本明細書の開示内容には、既述の説明同様に、特許請求の範囲に記載の内容も含まれている。以上、本発明をある程度特殊な好適な形式で説明したが、開示された好適形式は単なる実例であって、細部の構成、部分の組み合わせや配置は、本発明の精神及び枠を逸脱することなく、種々変更可能である。
以上、本発明を説明した。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】深部シリコン・エッチング用のＴＤＭエッチング処理の概観図。
【図２】先行技術のＡＲＤＥ断面を示す深部シリコン・エッチング用ＴＤＭ処理により行ったエッチングの走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）。
【図３】先行技術のＴＤＭ処理を用いた場合のＡＲＤＥの形状特徴エッチング深さと形状特徴幅との関係を示すグラフ。
【図４】ＴＤＭ処理を用いた場合のポリマー析出速度と形状特徴のアスペクト比との関係を示すグラフ。
【図５】ＴＤＭ処理を使用した場合のポリマー除去速度と形状特徴アスペクト比との関係を示すグラフ。
【図６】ＴＤＭ処理を使用した場合の等方性シリコン・エッチング速度と形状特徴アスペクト比との関係を示す図。
【図７】ＴＤＭ１周期の間のエッチング深さとエッチング時間との関係を示すグラフ。
【図８】ＴＤＭ１周期の間のエッチング深さとエッチング時間との関係を示すグラフ。
【図９】ＴＤＭ処理の場合のエッチング深さとエッチング時間との関係を示すグラフ。この場合、エッチング時間を短縮することで、狭幅の形状特徴と広幅の形状特徴とが等しいエッチング深さを有するようされ、それによりＡＲＤＥが除去される。
【図１０】ＴＤＭ処理の場合のエッチング深さとエッチング時間との関係を示すグラフ。この場合、ポリマーのエッチング速度を減速することにより狭幅と広幅の形状特徴が等しいエッチング深さを有するようになることで、ＡＲＤＥが除去される。
【図１１】ＴＤＭ処理の場合のエッチング深さとエッチング時間との関係を示すグラフ。この場合、析出時間を増すことにより狭幅と広幅の形状特徴が等しいエッチング深さを有するようにすることで、ＡＲＤＥが除去される。
【図１２】ＴＤＭ処理の場合のエッチング深さとエッチング時間との関係を示すグラフ。この場合、析出速度を増すことにより狭幅と広幅の形状特徴が等しいエッチング深さを有するようにすることで、ＡＲＤＥが除去される。
【図１３】深部シリコン・エッチングにＴＤＭ処理を使用して行ったエッチングの走査電子顕微鏡写真。下位段階のエッチング時間調節によるＡＲＤＥの最小化を示している。
【図１４】エッチング速度と形状特徴幅との関係を示すグラフ。ＴＤＭ処理時のエッチング時間変更によるＡＲＤＥの制御を示す。
【図１５】深部シリコン・エッチングにＴＤＭ処理を使用して行ったエッチングの走査電子顕微鏡写真。下位段階のエッチング時間調節によるＡＲＤＥ最小化を示す。
【図１６】エッチング速度と形状特徴寸法の関係を示すグラフ。ＴＤＭ処理の場合のエッチング時間変更によるＡＲＤＥの制御を示す。
【図１７】ＴＤＭ１周期の進行中の、狭幅と広幅の形状特徴間のエッチング深さの差を示すグラフ。
【図１８】ＴＤＭシリコン・エッチング処理に干渉計を使用した場合の簡単な略示図。
【図１９】ＴＤＭシリコン・エッチング処理に干渉計を使用して、エッチング深さの差を測定する場合の一構成を簡単に略示した図。
【図２０】ＴＤＭ処理でのリアルタイムのＡＲＤＥ制御用に構成されたプラズマ・リアクタの略示図。
【図２１】各ＴＤＭ周期の終わりに少なくとも２形状特徴間にエッチング深さの差を維持するためのプロセス制御アルゴリズムの流れ図。
【図２２】各ＴＤＭ周期の終わりに少なくとも２形状特徴間にエッチング深さの差を維持するための別のプロセス制御アルゴリズムの流れ図。
【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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