(57)【要約】  基板のパターニング方法が記載されている。当該方法は、プラズマ処理システム用の参考エッチング処理条件を設定する工程を有する。当該方法はさらに、前記プラズマ処理システム内において少なくとも1つのエッチング処理を用いることによって、マスク層中に形成されたマスクパターンを基板上の1つ以上の層に転写することで、前記1つ以上の層に構造のパターンを形成する転写工程、及び、前記転写工程後に、多段階乾式クリーニング処理を実行することで前記参考エッチング処理条件を実質的に回復させる工程を有する。さらに前記多段階乾式クリーニング処理は、酸素含有気体を含む第1乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第1乾式クリーニング処理工程、及び、ハロゲン含有気体を含む第2乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第2乾式クリーニング処理工程を有する。
2014528642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のパターニング方法であって：
プラズマ処理システム用の参考エッチング処理条件を設定する工程；
前記プラズマ処理システム内において少なくとも1つのエッチング処理を用いることによって、マスク層中に形成されたマスクパターンを基板上の1つ以上の層に転写することで、前記1つ以上の層に構造のパターンを形成する転写工程；及び、
前記転写工程後に、多段階乾式クリーニング処理を実行することで前記参考エッチング処理条件を実質的に回復させる工程；
を有し、
前記多段階乾式クリーニング処理は：
酸素含有気体を含む第1乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第1乾式クリーニング処理工程；及び、
ハロゲン含有気体を含む第2乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第2乾式クリーニング処理工程；
を有する、
方法。
【請求項２】
第1乾式クリーニング処理工程及び/又は第2乾式クリーニング処理工程を繰り返す工程をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
1層以上の第1組成物の層及び1層以上の第2組成物の層を含む交互に設けられた異なる組成の層を有する多層膜の積層体を前記基板上に準備する工程；並びに、
前記多層膜の積層体上に前記マスク層を準備して、前記マスク層中に前記マスクパターンを生成する工程；
をさらに有する請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記第1組成物が、Si、並びに、O,N,C,及びHからなる群から選ばれる1つ以上の元素を含み、かつ、
前記第2組成物はSiを含む、
請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記第1組成物がSiO2で、かつ、
前記第2組成物がSiである、
請求項3に記載の方法。
【請求項６】
前記参考エッチング処理条件が、各異なる材料組成の前記層のうちの少なくとも1層のエッチング速度、各異なる材料組成の前記層のうちの2層以上の層の間でのエッチング選択性、各異なる材料組成の前記層のうちの少なくとも1層中に生成される構造パターンの限界寸法(CD)、若しくは構造パターンのCDバイアス、又はこれら2つ以上の組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記参考エッチング処理条件が、エッチング速度、エッチング選択性、限界寸法、若しくはCDバイアス、又はこれら2つ以上の組み合わせのエッチング均一性を含む、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記参考エッチング処理条件が、参照基板上での参照材料のエッチング速度を含む、請求項6に記載の方法。
【請求項９】
前記第1乾式クリーニング処理組成物が酸素を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記第1乾式クリーニング処理組成物が、O、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、及び/又はNO2を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記第2乾式クリーニング処理組成物がフッ素と任意で酸素を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記第2乾式クリーニング処理組成物がNF3を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記第1乾式クリーニング処理工程が：
前記プラズマ処理システム内の圧力を設定する工程；
前記第1乾式クリーニング処理組成物の流量を設定する工程；及び、
前記基板が上に設けられる基板ホルダに印加される第1RF信号の第1高周波(RF)電力レベルを設定する工程；
を有し、
前記第1RF信号は10MHz以下のRF周波数を有する、
請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記第1乾式クリーニング処理工程が、前記プラズマ処理システムに印加される第2高周波(RF)信号の第2RF電力レベルを設定する工程をさらに有し、
前記第2RF信号は、10MHzよりも大きいRF周波数を有する、
請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記第2乾式クリーニング処理工程が：
前記プラズマ処理システム内の圧力を設定する工程；
前記第2乾式クリーニング処理組成物の流量を設定する工程；及び、
前記基板が上に設けられる基板ホルダに印加される第1RF信号の第1高周波(RF)電力レベルを設定する工程；
を有し、
前記第1RF信号は、10MHz以下のRF周波数を有する、
請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
前記第2乾式クリーニング処理工程が、前記プラズマ処理システムに印加される第2高周波(RF)信号の第2RF電力レベルを設定する工程をさらに有し、
前記第2RF信号は、10MHzよりも大きいRF周波数を有する、
請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1RF電力レベルが100[W]以下の値に設定される、請求項15に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1RF電力レベルが0[W]の値に設定される、請求項15に記載の方法。
【請求項１９】
前記第1乾式クリーニング処理工程が、前記プラズマ処理システムの内側表面上の第1エッチング処理残留物を除去し、かつ、
前記第2乾式クリーニング処理工程は、前記プラズマ処理システムの内側表面上の第2含有エッチング処理残留物を除去する、
請求項1に記載の方法。
【請求項２０】
前記第1エッチング処理残留物がCを含み、かつ、
前記第2エッチング処理残留物がBrを含む、
請求項19に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、プラズマ処理システムの乾式クリーニング方法に関する。本発明の他の実施例は、多重乾式クリーニング処理工程を用いたプラズマ処理システムの乾式クリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乾式プラズマエッチングは、半導体基板上のマイクロエレクトロニクス回路の製造において重要な工程となってきた。そしてこれらの回路の限界寸法(CD)が小さくなることで、デバイスの歩留まりが、エッチング処理の変動及び基板上での残留物が誘起する欠陥の発生により影響を受けるようになる。エッチング処理及び残留物が誘起する欠陥への寄与は、プラズマ処理システム内で曝露された表面上に凝集又は堆積するプロセス副生成物の累積を制御することによって抑制されうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プラズマ処理システムの周期的な乾式クリーニング−通常は酸素含有プラズマを用いる−は、プラズマ処理システムの内側表面から累積した副生成物を除去するのに利用される。そうすることで、許容可能なエッチング処理性能及び基板欠陥密度が維持される。その結果、湿式クリーニングのためのシステム不稼働時間までのプラズマ処理システムの動作時間が長くなる。しかし最先端の半導体デバイスで利用される材料の範囲は広いため、エッチング処理によって生じる副生成物の化学処理はより複雑になるので、プラズマ処理システム内の内側表面からこれらの副生成物を除去するのはより困難になる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一の実施例によると、基板のパターニング方法が記載されている。当該方法は、プラズマ処理システム用の参考エッチング処理条件を設定する工程を有する。当該方法はさらに、前記プラズマ処理システム内において少なくとも1つのエッチング処理を用いることによって、マスク層中に形成されたマスクパターンを基板上の1つ以上の層に転写することで、前記1つ以上の層に構造のパターンを形成する転写工程、及び、前記転写工程後に、多段階乾式クリーニング処理を実行することで前記参考エッチング処理条件を実質的に回復させる工程を有する。さらに前記多段階乾式クリーニング処理は、酸素含有気体を含む第1乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第1乾式クリーニング処理工程、及び、ハロゲン含有気体を含む第2乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第2乾式クリーニング処理工程を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】基板のパターニング方法を表している。
【図２】基板のパターニング方法を表している。
【図３】基板のパターニングを行うプラズマ処理システムの断面を示している。
【図４】本発明の実施例による基板のパターニング方法を表すフローチャートを示している。
【図５】本発明の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【図６】本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【図７】本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【図８】本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【図９】本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【図１０】本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【図１１】本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【図１２】本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以降の記載では、限定ではない説明目的で、たとえば処理システムの具体的な幾何学的形状、並びに様々な部品及び処理の記載といった具体的詳細について説明される。しかし本発明は、これらの具体的詳細から逸脱する他の実施例でも実施可能であることに留意して欲しい。
【０００７】
同様に説明目的で、具体的数値、材料、及び構成が、本発明を完全に理解するために与えられる。さらに図示された様々な実施例は例示であって、必ずしも正しい縮尺で描かれていないことに留意して欲しい。
【０００８】
様々な動作が、本発明を理解する上で最も有用となるように複数の独立した動作として記載されている。しかし記載の順序は、これらの動作が必ず順序に依存することを示唆すると解されてはならない。特にこれらの動作は提示された順序で実行される必要はない。記載された動作は、記載された実施例とは異なる順序で実行されても良い。様々な追加の動作が実行されて良い。かつ/あるいは記載された動作が追加の実施例において省略されても良い。
【０００９】
本願において用いられている「基板」は概して、本発明によって処理される対象物を指称する。基板は、デバイス−具体的には半導体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んでよく、かつ、たとえば底部基板構造−たとえば半導体ウエハ−又は底部基板構造上の層−たとえば薄膜−であって良い。よって基板は特定の底部構造に限定されることを意図しない。むしろ下地層、上部層、パターニング層、又は非パターニング層も、係る層及び/又は底部構造を含むと解される。以降の記載は特定の種類の基板を参照するが、これは例示目的に過ぎず、限定ではない。
【００１０】
上述したように、エッチング処理及び残留物が誘起する欠陥への寄与は、プラズマ処理システム内で（曝露された）表面上に凝集又は堆積するプロセス副生成物の累積を制御することによって抑制されうる。しかしエッチング処理副生成物の化学処理はより複雑なため、これらのエッチング処理副生成物の除去はより困難となる。その結果、エッチング処理残留物が残る。それは、後続の処理に悪影響を及ぼす恐れがある。以降で詳述するように、本願発明者等は、このエッチング処理残留物が、基板のパターニングに用いられるエッチング処理のエッチング処理条件のずれを引き起こしうることを観測した。
【００１１】
例として、図1と図2は、基板のパターニング方法を表している。図中、交互に設けられた異なる組成の層を有する多層膜の積層体100が、基板110上に準備されている。前記交互に設けられた異なる組成の層は、1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層及び1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層を有する。
【００１２】
1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層は、伝導性材料、非伝導性材料、又は半導体材料を含んで良い。例として1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層は、シリコン含有材料又は金属含有材料を含んで良い。他の例として1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層は、Si、並びに、O,N,C,H及びGeからなる群から選ばれる1つ以上の元素を含んで良い。さらに他の例では1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層は、SiとOを含んで良い（たとえばSiO2）。1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層は、複数の異なる材料組成の層を含んで良い。
【００１３】
1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層は、伝導性材料、非伝導性材料、又は半導体材料を含んで良い。例として1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層は、シリコン含有材料又は金属含有材料を含んで良い。他の例として1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層は、Si、並びに、O,N,C,H及びGeからなる群から選ばれる1つ以上の元素を含んで良い。さらに他の例では1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層は、Siを含んで良い（たとえば多結晶シリコン(poly-Si)）。1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層は、複数の異なる材料組成の層を含んで良い。
【００１４】
図1に図示されているように、マスク層130が多層膜積層体100上に準備され、かつ、マスクパターン131がマスク層130内に生成されることで、1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層の一部が曝露される。マスク層130は1層以上の層を有して良い。前記1層以上の層は、ソフトマスク層、ハードマスク層、放射線感受性を有する材料層、感光性材料層、フォトレジスト(PR)層、反射防止コーティング(ARC)層、有機誘電層(ODL)、及び/又は有機平坦化層(OPL)を含んで良い。
【００１５】
その後図2に図示されているように、マスクパターン131が、少なくとも1つのプラズマエッチング処理を用いることによって多層膜積層体100に転写されることで、構造パターン231が生成される。1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層と1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層をエッチングするため、少なくとも1つのプラズマエッチング処理は、1つ以上のエッチング処理工程を有して良い。前記1つ以上のエッチング処理工程は、初期添加物として、第1組成物の層と第2組成物の層の両方と化学反応を起こすことのできる原子構成物及び/又は分子構成物を含む1種類以上の処理気体を含む。
【００１６】
たとえば少なくとも1つのプラズマエッチング処理は、(A)初期添加物として、第1組成物の層と第2組成物の層の両方と化学反応を起こすことのできる原子構成物及び/又は分子構成物を含む1種類以上の処理気体から生成されるプラズマを用いる単一エッチング処理、又は、(B)第1組成物の層と化学反応を起こすことのできる原子構成物及び/又は分子構成物を含む1種類以上の第1処理気体から生成される第1プラズマを用いる第1エッチング処理工程と、第2組成物の層と化学反応を起こすことのできる原子構成物及び/又は分子構成物を含む1種類以上の第2処理気体から生成される第2プラズマを用いる第2エッチング処理工程を有する多重エッチング処理工程、を含んで良い。
【００１７】
SiとOを含む1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層をエッチングするとき、エッチング処理は、初期添加物としてハロゲン含有気体を有する処理気体を用いて生成されるプラズマを含んで良い。さらにエッチング処理は、初期添加物としてフルオロカーボン気体及び/又はフルオロハイドロカーボン気体を有する処理気体を用いて生成されるプラズマを含んで良い。処理気体はさらに希ガスを含んで良い。例として、エッチング処理は、CF4、C4F6、C4F8、C5F8、CH2F2、及び/又はCHF3を含む処理気体を用いてプラズマを生成する工程を含んで良い。
【００１８】
Siを含む1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層をエッチングするとき、エッチング処理は、初期添加物としてハロゲン含有気体を有する処理気体を用いて生成されるプラズマを含んで良い。さらにエッチング処理は、初期添加物として臭素含有気体又は塩素含有気体を有する処理気体を用いて生成されるプラズマを含んで良い。処理気体はさらに希ガスを含んで良い。例として、エッチング処理は、HBr、Cl2、NF3、SF6、及び/又はBCl3を含む処理気体を用いてプラズマを生成する工程を含んで良い。
【００１９】
SiとOを含む1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層とSiを含む1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層をエッチングするとき、エッチング処理は、CF4、C4F6、C4F8、C5F8、CH2F2、CHF3、HBr、Cl2、NF3、SF6、及び/又はBCl3を含む処理気体を用いてプラズマを含んで良い。処理気体はさらに希ガスを含んで良い。
【００２０】
図3に表されているように、少なくとも1つのプラズマエッチング処理は、プラズマ処理チャンバ310及び被処理基板325が上に固定される基板ホルダ320を有するプラズマ処理システム300内で実行されて良い。1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層をエッチングする間、第1エッチング処理副生成物330が、基板325から生じ、かつ、プラズマ処理チャンバ310の内側表面上に凝集又は堆積しうる。さらに1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層をエッチングする間、第2エッチング処理副生成物335が、基板325から生じ、かつ、プラズマ処理チャンバ310の内側表面上に凝集又は堆積しうる。
【００２１】
プラズマ処理システムの内側表面から第1エッチング処理副生成物330と第2エッチング処理副生成物335を除去するため、従来の乾式クリーニング処理が実行されて良い。上述し、かつ、以降で詳述するように、エッチング処理残留物、第1エッチング処理副生成物330、及び第2エッチング処理副生成物335の除去が不適切であれば、基板325をパターニングするのにプラズマ処理システム内で用いられるエッチング処理用の参考エッチング処理条件からのずれが起こる恐れがある。
【００２２】
【表１】
2014528642.tif 000003
表1は、基板上の多層膜積層体にパターンを転写するエッチング処理を実行する典型的な処理条件を与えている。多層膜積層体は、図1と図2に図示された多層膜積層体100と同様な構成をとるSiO2（又はより一般的にはSiOx）及びシリコン−たとえば多結晶シリコン(poly-Si)−の層が交互に積層された層を有して良い。
【００２３】
多層エッチング処理条件は3つの処理工程を有する。前記3つの処理工程は、パターンがハードマスク層（たとえばシリコン窒化物SixNy）に転写されるハードマスク開口エッチング処理工程(“HM”)、パターンが多層膜積層体に転写される主エッチング処理工程(“ME”)、及び、基板全体についてのパターン転写が完了するオーバーエッチング処理工程(“OE”)を含む。3つのエッチング処理工程の処理組成物は、(A)CF4、CHF3、O2、Ar、(B)HBr、Cl2、C4F8、NF3、He、(C)CF4、NF3、Heである。しかし他の処理組成物及び/又はエッチング処理条件も可能である。エッチング処理パラメータの値は典型例であり、変化して良い。
【００２４】
ハードマスク開口エッチング処理工程、主エッチング処理工程、及びオーバーエッチング処理工程についての処理条件が記載されている。前記処理条件は、プラズマ処理チャンバ内での気体圧力(mTorr)、高周波(HF、たとえば100MHz)下部電極(LEL)の高周波(RF)電力(W)、低周波（LF、たとえば3MHz）LELのRF電力(W)、HBr流量(sccm)、CHF3流量、CF4流量、Cl2流量、C4F8流量、NF3流量、O2流量、Ar流量、He流量、ギャップ間隔（たとえば上部電極(UEL)とLELとの間の間隔）(mm)、RDC値、プラズマ処理チャンバ内での構成要素の温度の組（温度は、UEL温度/壁の温度/LEL温度）、処理（すなわちエッチング）時間（秒）を含む。プラズマ処理システムは、図12に図示されたプラズマ処理システム(1200)を含んで良い。
【００２５】
代替実施例では、RF電力が下部電極ではなくて上部電極に供給されて良い。他の代替実施例では、RF電力が下部電極と上部電極の両方に供給されて良い。さらに他の代替実施例では、RF電力及び/又はDC電力が、図5〜図12に記載された方法のうちの任意の方法で結合されて良い。
【００２６】
特定のエッチング処理又は乾式クリーニング処理工程を実行する期間は、実験計画(DOE)法又はこれまでの経験を利用して決定されて良い。しかし前記期間は、エンドポイント検出を用いて決定されても良い。一の考えられうるエンドポイント検出は、変化すなわち、基板からの特定の材料層の除去が実質的に終了に近づき、かつ、下地の薄膜と接することでプラズマ化学状態が変化するときを示唆するプラズマ領域からの発光スペクトルの一部を監視することである。監視された波長に対応する発光準位が特定の閾値を交差する（たとえば実質的にゼロに下がり、特定の準位より下がり、又は特定の準位よりも増大する）後、エンドポイントに到達したと考えることができる。様々な波長−使用されているエッチング用化学物質とエッチングされる材料層に固有である−が用いられて良い。さらにエッチング時間は、オーバーエッチング期間を含むように延長されて良い。前記オーバーエッチング期間は、エッチング処理の開始からエンドポイント検出に係る時間までの期間の一部（つまり1〜100%）を構成する。
【００２７】
RDC値は、上部電極の気体流分配パラメータを指称する。一部の実施例では、上部電極は、中央部気体分配領域と端部気体分配領域を有して良い。”RDC”パラメータの値は、中央部気体分配領域と端部気体分配領域に分配される気体流の相対量を示す。RDC=50/50であるときには、端部気体分配領域に結合する気体流は、中央部気体分配領域に結合する気体流に等しい。
【００２８】
さらに表1は、プラズマ処理システムの内側表面上に生成されるエッチング処理残留物を除去し、かつ、プラズマ処理システムのエッチング処理条件をリセットするための標準的な乾式クリーニング(DC)処理を実行するための典型的な処理条件を与える。標準的なDC処理条件は、NF3を含む処理組成物を用いる。
【００２９】
さらに表1は、参考エッチング処理条件を設定し、かつ、その後プラズマ処理システムの清浄度を評価する未処理の酸化物(SiO2)基板上でエッチング速度チェック処理を実行するための典型的な処理条件を与える。エッチング速度チェック処理条件は、HBr、NF3、及びHeを含む処理組成物を利用する。
【００３０】
ここで表2に移ると、エッチング速度チェック手順が、参考エッチング速度チェックで開始された。エッチング速度チェック手順は、(A)60秒間シリコン基板で表1の標準的なDC処理条件を実行する工程、及び、(B)300秒間未処理の酸化物(SiO2)基板上で表1のエッチング速度チェック処理条件を実行する工程を含む。参考エッチング処理条件は、40.5nm/minのエッチング速度で設定された。
【００３１】
【表２】
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参考エッチング処理条件を設定する際、プラズマ処理システムは、未処理酸化物基板に多層エッチング処理を用いることによってシーズニングされた。プラズマ処理システムのシーズニングは、(a)60秒間シリコン基板に表1の標準的なDC処理条件を用いることによってプラズマ処理システムをリセットする工程、及び、(b)360秒間酸化物基板上で表1の多層エッチング処理条件を実行する工程を含む。続いてエッチング速度チェックが実行された。前記エッチング速度チェックは、(i)60秒間シリコン基板に標準的なDC処理条件を実行する工程、及び、(ii)300秒間未処理の酸化物(SiO2)基板上で表1のエッチング速度チェック処理条件を実行する工程を含む。表2で与えられているように、エッチング処理条件は、参考エッチング処理条件から46.2nm/minのエッチング速度に変化した。
【００３２】
その後プラズマ処理システムは、未処理のフォトレジスト(PR)基板に多層エッチング処理を用いることによって再度シーズニングされた。プラズマ処理システムの再シーズニングは、(a)60秒間シリコン基板に表1の標準的なDC処理条件を用いることによってプラズマ処理システムをリセットする工程、(b)360秒間酸化物基板上で多層エッチング処理条件を実行する工程、(c)60秒間シリコン基板に表1の標準的なDC処理条件を用いることによってプラズマ処理システムをリセットする工程、及び、(d)360秒間PR基板上で表1の多層エッチング処理条件を実行する工程を含む。続いて再びエッチング速度チェックが実行された。前記エッチング速度チェックは、(i)60秒間シリコン基板に表1の標準的なDC処理条件を実行する工程、(ii)再度60秒間シリコン基板に表1の標準的なDC処理条件を実行する工程、(iii)300秒間未処理の酸化物(SiO2)基板上で表1のエッチング速度チェック処理条件を実行する工程、及び、(iv)さらに再び60秒間シリコン基板に表1の標準的なDC処理条件を実行してプラズマ処理システムをリセットする工程を含む。表2で与えられているように、エッチング処理条件は、46.2nm/minのエッチング速度で同一のままだった。
【００３３】
本願発明者等は、参考エッチング速度処理条件からのエッチング速度処理条件のずれは、様々な種類のエッチング処理残留物−つまり少なくとも図3で述べた第1エッチング副生成物及び第2エッチング副生成物−の生成に起因すると考えた。たとえば多層エッチング処理条件を用いることによって、本願発明者等は、炭素含有エッチング処理残留物−たとえばCFx−及び臭素含有エッチング残留物−たとえばSiBrxOy−が、プラズマ処理システムの内側表面上に存在する可能性があることを疑った。従って標準的なDC処理条件は、これらの様々な種類のエッチング処理残留物の除去には不適切である。
【００３４】
従って本発明の実施例による基板のパターニング方法が図4に記載されている。図4に図示されているように、当該方法は、410でプラズマ処理システムの参考エッチング処理条件を設定する工程で開始されるフローチャート400を有する。プラズマ処理システムは、後述する図5〜図12で示されたプラズマ処理システムのうちの任意の1つを含んで良い。たとえばプラズマ処理システムは、図12に図示されたプラズマ処理システム(1200)を含んで良い。
【００３５】
基板は、バルクシリコン基板、単結晶シリコン基板（ドーピングされたもの又はドーピングされていないものも含む）、絶縁体上の半導体(SOI)基板、又は、任意の他の半導体基板−たとえばSi、SiC、SiGe、SiGeC、Ge、GaAs、InAs、InP、及び他のIII/V若しくはII/VI化合物半導体又はこれらの混晶体−を含んで良い。基板は任意のサイズ−たとえば200mm基板、300mm基板、又はそれよりも大きなサイズの基板−であって良い。上述したように、基板は、該基板上に形成された1つ以上のパターニングされた及び/若しくはパターニングされていない層並びに/又は構造を有して良い。
【００３６】
たとえば基板は、交互に設けられた異なる組成の層を有する多層膜積層体（図1,2の100）を有して良い。前記交互に設けられた異なる組成の層は、1層以上の第1組成の層（図1,2の125A、125B、125C）及び1層以上の第2組成の層（図1,2の120A、120B、120C）を有して良い。上述したように、1層以上の第1組成物(125A,125B,125C)の層は、Si、並びに、O,N,C,及びHからなる群から選ばれる1つ以上の元素を含み（たとえばSiO2）、かつ、1層以上の第2組成物(120A,120B,120C)の層はSiを含んで良い（たとえば多結晶シリコン）。
【００３７】
参考エッチング処理条件は、各異なる材料組成の層のうちの少なくとも1層のエッチング速度、各異なる材料組成の層のうちの2層以上の層の間でのエッチング選択性、各異なる材料組成の層のうちの少なくとも1層中に生成される構造パターンの限界寸法(CD)、及び/又は構造パターンのCDバイアスを含んで良い。さらに参考エッチング処理条件は、エッチング速度、エッチング選択性、限界寸法、及び/又はCDバイアスのエッチング均一性を含んで良い。さらに参考エッチング処理条件は、参照基板上での参照材料のエッチング速度を含んで良い。
【００３８】
一の実施例では、参考エッチング処理条件は、基板−たとえば未処理の酸化物（SiO2）基板−上でエッチング速度チェック処理を実行することによって設定される。たとえばエッチング速度チェック処理は、表1に供されるエッチング速度チェック処理条件を含んで良い。
【００３９】
420では、マスク層中に生成されたマスクパターンが、プラズマ処理システム内において少なくとも1つのプラズマエッチング処理を用いることによって基板上の1層以上の層に転写されることで、1層以上の層内に構造パターンが生成される。プラズマ処理システム内において用いられる少なくとも1つのプラズマエッチング処理は、上述のエッチング処理のうちの任意の1つ−たとえば表1に供された多層エッチング処理条件−を含んで良い。
【００４０】
430では、転写に続いて、参考エッチング処理条件を実質的に回復させるように多段階乾式クリーニング処理が実行される。前記多段階乾式クリーニング処理は、酸素含有気体を含む第1乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第1乾式クリーニング処理工程を実行する工程、及び、ハロゲン含有気体を含む第2乾式クリーニング処理組成物から生成されるプラズマを用いる第2乾式クリーニング処理工程を実行する工程を有して良い。
【００４１】
第1乾式クリーニング処理組成物は酸素(O)を含む。たとえば第1乾式クリーニング処理組成物は、O、O2、O3、CO、CO2、NO、N2O、及び/又はNO2を含んで良い。
【００４２】
第1乾式クリーニング処理工程は、プラズマ処理システム内の圧力を設定する工程、第1乾式クリーニング処理組成物の流量を設定する工程、及び、基板が上に設けられる基板ホルダに印加される第1高周波(RF)信号の第1RF電力レベルを設定する工程を有して良い。前記第1RF信号は、10MHz以下のRF周波数を有する（つまり前記第1RF信号は低周波(LF)RF信号であって良い）。第1乾式クリーニング処理工程は、プラズマ処理システムに印加される第2高周波(RF)信号の第2RF電力レベルを設定する工程をさらに有して良い。前記第2RF信号は、10MHzよりも大きいRF周波数を有する（つまり前記第2RF信号は高周波(HF)RF信号であって良い）。それに加えて第2RF信号は、第1RF信号と共に基板ホルダに印加されても良い。
【００４３】
一の実施例では、第1乾式クリーニング処理工程は、処理パラメータ空間を有して良い。前記処理パラメータ空間は、最大約1000mTorr（たとえば最大約200mTorr又は最大約100mTorr又は約10〜60mTorr）の範囲のチャンバ圧力、最大約2000sccm（たとえば最大約1000sccm）の範囲の処理気体流量、最大約2000Wの範囲の下部電極(LEL)（たとえば図12の電極522）と結合する第2RF電力レベル、及び、最大約3000Wの範囲のLEL（たとえば図12の電極522）と結合する第1RF電力レベルを含む。また第1RF信号のRF周波数は約0.1MHz〜約10MHzの範囲−たとえば約3MHz−であって良い。それに加えて、第2RF信号のRF周波数は約10MHz〜約200MHzの範囲−たとえば約100MHz−であって良い。
【００４４】
第2乾式クリーニング処理組成物はフッ素(F)と任意で酸素(O)を含む。たとえば第2乾式クリーニング処理組成物はNF3を含んで良い。
【００４５】
第2乾式クリーニング処理工程は、プラズマ処理システム内の圧力を設定する工程、第2乾式クリーニング処理組成物の流量を設定する工程、及び、基板が上に設けられる基板ホルダに印加される第1高周波(RF)信号の第1RF電力レベルを設定する工程を有して良い。前記第1RF信号は、10MHz以下のRF周波数を有する（つまり前記第1RF信号は低周波(LF)RF信号であって良い）。第2乾式クリーニング処理工程は、プラズマ処理システムに印加される第2高周波(RF)信号の第2RF電力レベルを設定する工程をさらに有して良い。前記第2RF信号は、10MHzよりも大きいRF周波数を有する（つまり前記第2RF信号は高周波(HF)RF信号であって良い）。それに加えて第2RF信号は、第1RF信号と共に基板ホルダに印加されても良い。
【００４６】
一の実施例では、第2乾式クリーニング処理工程は、処理パラメータ空間を有して良い。前記処理パラメータ空間は、最大約1000mTorr（たとえば最大約200mTorr又は最大約100mTorr又は約10〜60mTorr）の範囲のチャンバ圧力、最大約2000sccm（たとえば最大約1000sccm）の範囲の処理気体流量、最大約2000Wの範囲の下部電極(LEL)（たとえば図12の電極522）と結合する第2RF電力レベル、及び、最大約3000Wの範囲のLEL（たとえば図12の電極522）と結合する第1RF電力レベルを含む。また第1RF信号のRF周波数は約0.1MHz〜約10MHzの範囲−たとえば約3MHz−であって良い。それに加えて、第2RF信号のRF周波数は約10MHz〜約200MHzの範囲−たとえば約100MHz−であって良い。
【００４７】
たとえば第1RF電力レベルは100W以下の値に設定されて良い。それに加えてたとえば第1RF電力レベルは0Wの値に設定され良い。
【００４８】
多段階乾式クリーニングエッチング処理を用いることによって、第1乾式クリーニング処理工程は、プラズマ処理システムの内側表面からの炭素含有エッチング処理残留物−たとえばCFx−の除去を目的とし、かつ、第2乾式クリーニング処理工程は、プラズマ処理システムの内側表面からの臭素含有エッチング処理残留物−たとえばSiBrxOy−の除去を目的とすることが可能となる。
【００４９】
第1乾式クリーニング処理工程及び/又は第2乾式クリーニング処理工程は任意の回数繰り返されることで、多段階乾式クリーニング処理が完了して良い。たとえば第1乾式クリーニング処理工程及び第2乾式クリーニング処理工程は、交互かつ順次実行されて良い。それに加えてたとえば第1乾式クリーニング処理工程及び/又は第2乾式クリーニング処理工程の各反復の間、上で特定された1つ以上の処理パラメータが変化して良い。
【００５０】
再度表1を参照すると、第1多段階乾式クリーニング(DC)処理及び第2多段階乾式クリーニング(DC)処理を実行する典型的な処理条件が与えられている。各多段階DC処理条件は、(a)O2を含む処理組成物を用いる第1乾式クリーニング処理工程、(b)NF3とO2を含む処理組成物を用いる第2乾式クリーニング処理工程、(c)O2を含む処理組成物を用いる第3乾式クリーニング処理工程、及び、(d)O2を含む処理組成物を用いる第4乾式クリーニング処理工程を有する。第2及び第4乾式クリーニング処理工程中、第1RF電力レベル（つまりLF  RF電力レベル）は0Wに設定される。第1多段階DC処理と第2多段階DC処理との間での差異は、各乾式エッチング処理工程のエッチング時間である。
【００５１】
（エッチング速度チェック手順が続く）表2に示されているように、プラズマ処理システムは、第1多段階DC処理条件を用いて乾式クリーニングされた。第1多段階DC処理条件を用いたプラズマ処理システムの乾式クリーニングは、合計で360秒間、表1の多段階乾式クリーニング処理条件を実行する工程を有する。その後300秒間、未処理の酸化物（SiO2）基板上で表1のエッチング速度チェック処理条件を実行する工程を含むエッチング速度チェックが実行された。表2で与えられているように、エッチング処理条件は実質的に40.5nm/minのエッチング速度での参考エッチング処理条件に戻された。
【００５２】
再度表2に示されているように、プラズマ処理システムは、第2多段階DC処理条件を用いて乾式クリーニングされた。第2多段階DC処理条件を用いるプラズマ処理システムの乾式クリーニングは、合計360秒間、表1の多段階乾式クリーニング処理条件１を実行する工程、及び、合計7200秒間、表1の多段階乾式クリーニング処理条件2を実行する工程を有する。その後、300秒間未処理の酸化物（SiO2）基板上で表1のエッチング速度チェック処理条件を実行する工程を含むエッチング速度チェックが実行された。表2で与えられているように、エッチング処理条件は、40.7nm/minのエッチング速度での参考エッチング処理条件のままであった。
【００５３】
プラズマ処理システム−たとえば図12に記載されたもの−を利用する、上述の基板をパターニングする1つ以上の方法が実行されて良い。しかし論じてきた方法その技術的範囲は、この典型的実施例によって限定されない。上述した様々な実施例による基板のパターニング方法は、後述する図5〜図12に表されたプラズマ処理システムのうちの任意の1つで実行されて良い。
【００５４】
一の実施例によると、上で特定した処理条件を実行するように構成されたプラズマ処理システム500が記載されている。プラズマ処理システム500は、プラズマ処理チャンバ510、被処理基板525が上に固定される基板ホルダ520、及び真空排気システム550を有する。基板525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って良い。プラズマ処理チャンバ510は、基板525の表面付近のプラズマ処理領域545でのプラズマの生成を容易にするように構成されて良い。電離可能気体又は複数の種類の処理気体の混合体が、気体分配システム540を介して導入される。所与の処理気体流では、処理圧力は、真空排気システム550を用いて調節される。プラズマは、所定の材料処理に固有の材料の生成、及び/又は、基板525の曝露された表面からの材料の除去を容易にするのに利用されて良い。プラズマ処理システム500は、任意の所望のサイズの基板−たとえば200mm基板、300mm基板、又はそれ以上のサイズの基板−を処理するように構成されて良い。
【００５５】
基板525は、固定システム528−たとえば機械的固定システム又は電気的固定システム（たとえば静電固定システム）−を介して基板ホルダ520に固定されて良い。さらに基板ホルダ520は、基板ホルダ520と基板525の温度を調節及び/又は制御するように構成される加熱システム（図示されていない）又は冷却システム（図示されていない）を有して良い。加熱システム又は冷却システムは伝熱流体の再循環流を有して良い。前記伝熱流体の再循環流は、冷却するときには基板ホルダから熱を受け取って、熱を熱交換システム（図示されていない）へ輸送し、かつ、加熱するときには、熱を熱交換システムから基板ホルダ520へ輸送する。他の実施例では、加熱素子/冷却素子−たとえば抵抗加熱素子又は熱電ヒーター/クーラー−が、基板ホルダ520のみならず、プラズマ処理チャンバ510のチャンバ壁及びプラズマ処理システム500内の他の構成要素内に含まれて良い。
【００５６】
それに加えて、基板525と基板ホルダ520との間の気体ギャップ熱伝導を改善するため、伝熱気体が、背面気体供給システム526によって、基板525の背面へ供給されて良い。係るシステムは、昇温又は降温に基板の温度制御が必要なときに利用されて良い。たとえば背面気体供給システムは、2領域気体分配システムを有して良い。このシステムでは、ヘリウムガス圧を基板525の中心部分と端部との間で独立して変化させることができる。
【００５７】
図5に示された実施例では、基板ホルダ520は電極を有して良い。その電極を介してRF電力がプラズマ処理領域545内の処理プラズマと結合する。たとえば基板ホルダ520は、RF発生装置530からインピーダンス整合ネットワーク532を介して基板ホルダ520へRF電力を伝送することにより、RF電圧で電気的に印加されて良い。RFバイアスは、プラズマを形成して維持するように電子を加熱する役割を果たすことができる。この構成では、システムは、反応性イオンエッチング(RIE)反応装置として動作して良い。この装置では、チャンバ及び上部気体注入電極は接地電極として機能する。RFバイアスの典型的な周波数は、約0.1MHzから約100MHzの範囲であって良い。プラズマ処理用のRFシステムは当業者には周知である。
【００５８】
さらにRF電圧での電極522の電気バイアスは、パルスのバイアス信号制御装置を用いてパルスにされて良い。RF発生装置531からのRF電力の出力はたとえば、オフ状態とオン状態との間でパルスにされて良い。
【００５９】
あるいはその代わりに、RF電力は複数の周波数で基板ホルダの電極に印加される。さらにインピーダンス整合ネットワーク532は、反射電力を減少させることによって、プラズマ処理チャンバ510内のプラズマへのRF出力の移送を改善するように機能する。整合ネットワークの接続状態（たとえばL型、π型、T型等）及び自動制御法は、当業者には周知である。
【００６０】
気体分配システム540は、複数の種類の処理気体の混合物を導入するシャワーヘッド設計を有して良い。あるいはその代わりに気体分配システム540は、複数の種類の処理気体の混合物を導入して、基板525の上方での複数の種類の処理気体の混合物の分配を調節する多領域シャワーヘッド設計を有しても良い。たとえば多領域シャワーヘッド設計は、基板525の上方で実質的に中心領域へのプロセスガスの流れ又は組成物の量に対して、基板525の上方で実質的に周辺領域へのプロセスガスの流れ又は組成物を調節するように構成されて良い。
【００６１】
真空排気システム550はたとえば、最大で5000l/sec（以上）の排気速度での排気が可能なターボ分子真空ポンプ(TMP)及びチャンバ圧力をしぼるゲートバルブを有して良い。ドライプラズマエッチングに用いられる従来のプラズマ処理装置では、1000〜3000l/secのTMPが一般に用いられている。TMPは、典型的には50mTorr未満の低圧処理にとって有用である。高圧（約100mTorrよりも高い圧力）での処理については、メカニカルブースターポンプ及びドライ粗引きポンプが用いられて良い。さらにチャンバ圧力の監視装置（図示されていない）が、プラズマ処理チャンバ510と結合して良い。
【００６２】
制御装置555は、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。デジタルI/Oポートは、プラズマ処理システム500からの出力を監視するのみならず、プラズマ処理システム500の入力をやり取りし、かつ始動させるのに十分な制御電圧を発生させる能力を有する。しかも制御装置555は、基板加熱/冷却システム（図示されていない）、背面気体供給システム526、及び/又は静電固定システム528だけでなくRF発生装置530、パルス状信号制御装置531、インピーダンス整合ネットワーク532、気体分配システム540、真空排気システム550と結合して情報のやり取りをすることができる。基板525上でのプラズマプロセスを実行するためのプロセスレシピに従って、メモリ内に記憶されたプログラムは、プラズマ処理システム500の上述の処理用構成部品への入力を起こすのに利用されて良い。
【００６３】
制御装置555は、プラズマ処理システム500の近くに設けられて良いし、又はインターネット若しくはイントラネットを介することで、プラズマ処理システム500から離れた場所に設けられても良い。たとえば制御装置555は、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも1つを用いることで、プラズマ処理システム500とのデータ交換が可能となる。制御装置555は、カスタマーサイト（つまりデバイスメーカーなど）でイントラネットと接続し、ベンダーサイト（つまり装置メーカーなど）でイントラネットと接続して良い。さらに、別なコンピュータ（つまりコントローラ、サーバなど）が、制御装置555とアクセスすることで、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも1つを介したデータ交換を行って良い。
【００６４】
図6に示された実施例では、プラズマ処理システム600は、図5の実施例と相似して良い。図5を参照した際に説明したそれらの構成部品に加えて、プラズマ処理システム600は、プラズマ密度の潜在的増大、及び/又はプラズマ処理の均一性の潜在的改善のため、静的な、又は機械的若しくは電磁的に回転する磁場システム660をさらに有して良い。しかも制御装置55は、回転速度及び磁場強度を制御するため、磁場システム660と結合して良い。回転磁場の設計及び実装は当業者には周知である。
【００６５】
図7に示された実施例では、プラズマ処理システム700は、図5又は図6の実施例と相似して良い。プラズマ処理システム700はさらに上部電極770を有して良い。RF発生装置772からのRF出力が、任意のインピーダンス整合ネットワーク774を介して上部電極770と結合しうる。上部電極へ印加されるRF出力の周波数は約0.1MHz〜約200MHzの範囲であって良い。それに加えて、下部電極へ印加される出力の周波数は約0.1MHz〜約100MHzの範囲であって良い。しかも上部電極770へのRF出力の印加を制御するため、制御装置555は、RF発生装置772及びインピーダンス整合ネットワーク774と結合する。上部電極の設計及び実装は当業者には周知である。上部電極770及び気体分配システム740は、図示されているように、同一のチャンバ集合体内で設計されて良い。あるいはその代わりに、上部電極770は、基板525の上方のプラズマと結合するRF電力分布を調節する多領域電極設計を有して良い。たとえば上部電極770は、中央電極と端部電極に区分されて良い。
【００６６】
図8に示された実施例では、プラズマ処理システム800は、図7の実施例と相似して良い。プラズマ処理システム800はさらに、基板525と対向する上部電極770に結合する直流(DC)電源890をさらに有して良い。上部電極770は電極プレートを有して良い。電極プレートはシリコン含有電極プレートを有して良い。しかも電極プレートは、シリコンがドーピングされた電極プレートを有して良い。DC電源890は可変DC電源を有して良い。それに加えてDC電源890はバイポーラDC電源を有して良い。DC電源890はさらに、DC電源890の極性、電流、電圧、若しくはオン/オフ状態の監視、調節、又は制御のうちの少なくとも1つを実行するように構成されたシステムを有して良い。一旦プラズマが生成されると、DC電源890は、弾道電子ビームの生成を容易にする。電気フィルタ（図示されていない）が、DC電源890からのRF出力を分離するのに利用されて良い。
【００６７】
たとえばDC電源890によって上部電極770へ印加されるDC電圧は、約-2000ボルト[V]〜約1000ボルト[V]の範囲であって良い。望ましくは、DC電圧の絶対値は、約500[V]以上の値を有する。それに加えて、DC電圧は負の極性を有することが望ましい。さらにDC電圧は、上部電極70の表面に生成される自己バイアスよりも大きな絶対値を有する負の電圧である。基板ホルダ520に対向する上部電極770の表面はシリコン含有材料を有して良い。
【００６８】
図9に示された実施例では、プラズマ処理システム900は、図5及び図6の実施例と相似して良い。プラズマ処理システム900はさらに誘導コイル980を有して良い。RF発生装置982によるRF出力は、任意のインピーダンス整合ネットワーク984を介して誘導コイル980と結合する。誘導コイル980からのRF出力は、誘電窓（図示されていない）を介してプラズマ処理領域545に結合する。誘導コイル980へ印加されるRF電力の周波数は約10MHz〜約100MHzの範囲であって良い。同様に、チャック電極へ印加される電力の周波数は約0.1MHz〜約100MHzの範囲であって良い。それに加えて、スロット型ファラデーシールド（図示されていない）が、処理領域545内での誘導コイル980とプラズマとの容量結合を減少させるのに用いられて良い。しかも制御装置555は、誘導コイル980への電力の印加を制御するため、RF発生装置982及びインピーダンス整合ネットワーク984と結合して良い。
【００６９】
代替実施例では、図10に図示されているように、プラズマ処理システム1000は図9の実施例と相似して良い。プラズマ処理システム1000はさらに誘導コイル1080を有して良い。誘導コイル1080は、変成器結合プラズマ(TCP)反応装置内の上方からプラズマ処理領域45とやり取りする「螺旋」コイル又は「パンケーキ」コイルである。誘導結合プラズマ(ICP)源又は変成器結合プラズマ(TCP)源の設計及び実装は、当業者には周知である。
【００７０】
あるいはその代わりにプラズマは、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を用いて生成されて良い。さらに他の実施例では、プラズマは、伝播する表面波から生成される。上述の各プラズマ源は当業者には周知である。
【００７１】
図11に図示された実施例では、プラズマ処理システム1100は、図5の実施例と相似して良い。プラズマ処理システム1100はさらに、表面波プラズマ(SWP)源1130を有して良い。SWP源1130はスロット型アンテナ−たとえばラジアルラインスロットアンテナ(RLSA)−を有して良い。マイクロ波電力は、電力結合システム1190を介してラジアルラインスロットアンテナへ結合される。
【００７２】
図12に図示された実施例では、プラズマ処理システム1200は、図5の実施例と相似して良い。プラズマ処理システム1200は、任意のインピーダンス整合ネットワーク1232を介して高周波RF電力を基板ホルダ520内の電極に結合するHF  RF発生装置1230をさらに有して良い。HF  RF電力を電極522へ印加する周波数は約10MHz〜約200MHzの範囲−たとえば100MHz−であって良い。それに加えてRF発生装置530−低周波(LF)RF発生装置を含んで良い−から電極522へ電力を印加する周波数は約0.1MHz〜約10MHzの範囲−たとえば3MHz−であって良い。しかも制御装置555は、電極522へのHF  RF電力の印加を制御するため、HF  RF発生装置1230とインピーダンス整合ネットワーク1232に結合される。
【００７３】
上述した1つ以上の乾式クリーニング処理が、図12に記載されたようなプラズマ処理システムを利用することによって実行されて良い。しかし論じてきた方法の技術的範囲は、この典型的実施例によって限定されない。
【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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【国際調査報告】
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