(57)【要約】  石英のエッチング方法が本明細書で提供される。一実施形態において、石英のエッチング方法は、プロセスチャンバ内に配置した基板支持体上にパターン形成された層を貫通して部分的に露出した石英層を有する積層膜を用意するステップと、多段階プロセスにおいて積層膜の石英層をエッチングするステップとを含み、この多段階プロセスは、少なくとも１つのフルオロカーボンプロセスガス及び塩素含有プロセスガスを含む第１のプロセスガスを利用して石英層をエッチングする第１のステップと、少なくとも１つのフルオロカーボンプロセスガスを含む第２のプロセスガスを利用して石英層をエッチングする第２のステップとを含む。
2010514224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内に配置された基板支持体上に、パターン形成された層を通して部分的に露出した石英層を有する積層膜を用意するステップと、
多段階プロセスにおいて前記積層膜の石英層をエッチングするステップと
を含む、石英のエッチング方法であって、前記多段階プロセスが、
少なくとも１つのフルオロカーボンプロセスガス及び塩素含有プロセスガスを含む第１のプロセスガスを利用して前記石英層をエッチングする第１のステップと、
少なくとも１つのフルオロカーボンプロセスガスを含む第２のプロセスガスを利用して前記石英層をエッチングする第２のステップと
を含む、石英のエッチング方法。
【請求項２】
前記積層膜がフォトマスク積層であり、前記パターン形成された層がマスク層であり、
石英層をエッチングする各ステップを、所定のエッチング深さで終了させるステップと、
前記マスク層を取り除くステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フルオロカーボンプロセスガスが、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８のうち少なくとも１つを含み、前記塩素含有プロセスガスがＣｌ２又はＨＣｌの少なくとも一方を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のエッチングステップが、前記プロセスチャンバ内にＣＦ４及びＣＨＦ３を流すステップをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記パターン形成されたマスク層が、
クロムを含む前記マスク層上にレジスト層をパターン形成するステップと、
前記クロムマスク層をエッチングすることにより開口部をその中に形成するステップと、
前記クロムマスク層から前記レジスト層を取り除くステップと
を含むプロセスによって形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記パターン形成されたマスク層が、
光を遮蔽する不透明な金属層上に第１のレジスト層をパターン形成するステップと、
前記光を遮蔽する金属層をエッチングすることにより少なくとも第１の開口部及び第２の開口部をその中に形成するステップと、
光を遮蔽する不透明な金属層上に第２のレジスト層をパターン形成することにより前記マスク層を形成するステップであって、このパターン形成の後は、前記光を遮蔽する金属層中の前記第１の開口部が前記第２のレジスト層で埋められたままとなるステップ
を含むプロセスによって形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記積層膜が前記石英層の上に配置されたクロム層を備え、さらに、
ａ）前記クロム層上に第１のレジスト層をパターン形成するステップと、
ｂ）前記クロム層をエッチングすることにより、少なくとも第１の開口部と第２の開口部をその中に形成するステップと、
ｃ）前記第１のレジスト層を取り除くステップと、
ｄ）前記クロム層上の第２のレジスト層をパターン形成するステップであって、このステップの後、前記クロム層中の前記第１の開口部が前記第２のレジスト層で埋められたままとなるステップと、
ｅ）前記多段階エッチングプロセスを使用して、前記石英層のうち、前記クロム層を通して露出した部分を、約１９３ｎｍ〜約２４８ｎｍであるフォトリソグラフィ光の波長の２分の１の深さにエッチングするステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のエッチングステップが、前記プロセスチャンバ内にＣｌ２を流すステップをさらに含む、請求項１、２、又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記多段階プロセスの少なくとも１つのステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項１、２、又は７に記載の方法。
【請求項１０】
前記多段階プロセスのステップのうち少なくとも１つにおいて、１５０ワット未満の複数の電力パルスで前記石英層にバイアスをかけるステップをさらに含む、請求項１、２、又は７に記載の方法。
【請求項１１】
前記パターン形成された層がフォトレジストではなく、バイアスをかける前記ステップが、約１ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚのパルス周波数において約１０〜約５０パーセントのデューティサイクルで電力をパルス化するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記パターン形成された層がフォトレジストを含み、バイアスをかける前記ステップが、約１ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚのパルス周波数において約１０〜約９０パーセントのデューティサイクルで電力をパルス化するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び前記第２のエッチングステップの少なくとも一方が、前記プロセスチャンバ内にＣＦ４及びＣＨＦ３を流すステップをさらに含む、請求項１又は７に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び前記第２のエッチングステップの一方又は双方が、
約１０〜約９０パーセントのデューティサイクルで約１５０ワット未満のバイアス電力を印加するステップと、
前記プロセスチャンバに隣接して配置されたアンテナに、約６００ワット未満のＲＦ電力を誘導結合するステップと、
前記プロセスチャンバ内に約１５ｓｃｃｍを下回る速度でＣＦ４を流すステップと、
前記プロセスチャンバ内に約３０ｓｃｃｍを下回る速度でＣＨＦ３を流すステップと
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記石英層をエッチングする前記第１のステップがさらに、
約１０〜約９０パーセントのデューティサイクルで約１５０ワット未満のバイアス電力を印加するステップと、
前記プロセスチャンバに隣接して配置されたアンテナに、約６００ワット未満のＲＦ電力を誘導結合するステップと、
前記プロセスチャンバ内に約１０ｓｃｃｍを下回る速度でＣｌ２を流すステップと
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の諸実施形態は、全般的に、石英をプラズマエッチングする方法に関し、より詳細には、多段階エッチングプロセスを利用して、石英フォトマスクをエッチングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）又はチップの製作では、チップ設計者によってチップの様々な層を表すパターンが作製される。製作プロセス中、各チップ層のデザインを半導体基板上に転写するために、これらのパターンから一連の再使用可能なマスクすなわちフォトマスクが作製される。マスクパターン生成システムは、精密なレーザ又は電子ビームを使用して、それぞれのマスク上にチップの各層のデザインを画像形成する。次いで、これらのマスクを写真のネガと全く同様に使用して、各層ごとの回路パターンが半導体基板上に転写される。これらの層は、一連のプロセスを使用して積み重ねられ、完成した各チップを構成する極めて小さいトランジスタ及び電気回路という形に変わる。したがって、マスク中に欠陥があれば、それがチップに転写され、それにより潜在的に性能に悪影響が及び得る恐れがある。欠陥が甚だ深刻であると、マスクは完全に使い物にならなくなる恐れがある。通常、チップを構成するために１組１５〜３０個のマスクを使用するが、これは繰り返し使用することができる。
【０００３】
マスクは一般に、片側にクロム層を有するガラス基板又は石英基板である。このマスクは、モリブデン（Ｍｂ）でドープされた窒化ケイ素（ＳｉＮ）層を含んでもよい。このクロム層は、反射防止膜及び感光性レジストで覆われている。パターン形成プロセス中、レジスト部分を紫外光で露光させることによってこの回路のデザインがマスク上に書き込まれ、それによって露光された部分が現像液に可溶になる。次いで、レジストの可溶部分を除去し、それによって下側のクロム層の露出した部分のエッチングが可能になる。エッチングプロセスで、レジストが除去された場所でマスクからクロム層と反射防止層が取り除かれ、すなわち露出したクロムが取り除かれる。
【０００４】
パターン形成に利用される別のマスクは、石英位相シフトマスクとして知られている。この石英位相シフトマスクは、石英の領域のうち、パターン形成されたクロム層を貫いて露出した１つ置きの区域が、製作中に後で回路パターンを基板に転写するために利用される光の波長の半分にほぼ等しい深さまでエッチングされる点以外は、上記のマスクと同様である。したがって、光が石英位相シフトマスクを通って導かれて、ウェーハ基板上に配置されたレジストを露光するとき、マスク中の１つの開口部を通してレジストに当たった光は、すぐ隣の開口部を通過する光に対して１８０度位相がずれる。したがって、マスク開口部の縁部で散乱することができる光は、隣接した開口部の縁部で散乱する、１８０度位相が異なる光によって打ち消され、そのためレジストの予め定められた領域でより密な光量分布が生じる。光量分布がより密になると、限界寸法の小さいフィーチャを書き込むことが容易になる。同様に、クロムなしのエッチングリソグラフィに使用されるマスクもまた、レジストに順次画像形成するために、２つのマスクの石英部分を通過する光の位相シフトを利用し、それによりレジストパターンを現像するのに利用される光量分布が改善される。
【０００５】
ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、又はプラズマエッチングとして知られる１つのエッチングプロセスでは、化学反応を増進させ、マスクの露出した石英区域をエッチングするためにプラズマが使用される。望ましくないことに、通常の石英エッチングプロセスでは、限界寸法が異なるフィーチャ間でＲＩＥラグがしばしば発生する。例えば、幅の広いフィーチャを有する垂直方向のエッチング速度は、幅の狭いフィーチャを有する垂直方向のエッチング速度と異なる。石英層でエッチングされたトレンチの側壁の角度やマイクロトレンチなど、従来の石英エッチングプロセスの他の属性は、限界寸法が約５μｍより小さいマスクに対して、許容される結果をもたらしていない。その結果、マスクのエッチングされたフィーチャが不均一となり、それに対応して、このマスクを使用して限界寸法の小さいフィーチャを生成する能力が低下する。
【０００６】
マスクの限界寸法が小さくなり続けるにつれて、エッチングの均一性の重要性が増してくる。すなわち、エッチングの均一性が高く、ＲＩＥラグが低い石英エッチングプロセスが、極めて望ましい。
【０００７】
したがって、石英エッチングプロセスの改善が必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
石英のエッチング方法が本明細書で提供される。一実施形態において、石英のエッチング方法は、プロセスチャンバ内に配置した基板支持体上にパターン層を貫通して部分的に露出した石英層を有する積層膜を用意するステップと、多段階プロセスにおいて積層膜の石英層をエッチングするステップとを含み、この多段階プロセスは、少なくとも１つのフルオロカーボンプロセスガス及び塩素含有プロセスガスを含む第１のプロセスガスを利用して石英層をエッチングする第１のステップと、少なくとも１つのフルオロカーボンプロセスガスを含む第２のプロセスガスを利用して石英層をエッチングする第２のステップとを含む。
【０００９】
本発明の上記の特徴を細部にわたって理解できるように、上記に簡潔に要約した本発明のより具体的な説明を、そのうちのいくつかを添付図面に示す諸実施形態を参照して示す。しかし、添付図面は本発明の典型的な諸実施形態を示すにすぎず、したがってその範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。というのは、本発明には他の同様に有効な諸実施形態も含まれ得るからである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】石英のエッチングに適したエッチング反応装置の概略図である。
【図２】石英のエッチング方法の一実施形態の流れ図である。
【図３Ａ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図３Ｂ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図３Ｃ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図３Ｄ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図３Ｅ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図３Ｆ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図３Ｇ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図４Ａ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図４Ｂ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図４Ｃ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図４Ｄ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【図４Ｅ】本発明の石英エッチング方法の一実施形態を利用して製作される石英位相シフトマスクの一実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号を使用している。
【００１２】
図１は、本発明の石英エッチング方法を実施することができるエッチング反応装置１００の一実施形態の概略図を示す。本明細書で開示する教示とともに使用するように適合することができる適切な反応装置としては、例えば、ＤＰＳ（登録商標）（Decoupled Plasma Source）ＩＩ反応装置、ＴＥＴＲＡ（商標）Ｉ及びＴＥＴＲＡ（商標）ＩＩフォトマスクエッチングシステムが挙げられるが、これらはすべて、Applied Materials,Inc.of Santa Clara,Californiaから市販されている。また、このＤＰＳ（登録商標）ＩＩ反応装置は、半導体ウェーハ処理システムに組み込まれ、やはりApplied Materials,Inc.から市販されているＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）の処理モジュールとして使用することもできる。本明細書に示す反応装置１００の特定の実施形態は、例示の目的で提供するものであり、本発明の範囲を限定するために使用すべきではない。
【００１３】
反応装置１００は一般に、導電性本体（壁体）１０４内の基板ペデスタル１２４と、コントローラ１４６とを有するプロセスチャンバ１０２を備える。チャンバ１０２は、ほぼ平坦な誘電性天板１０８を有する。チャンバ１０２の他の改変形態は、例えば、ドーム形天板など他のタイプの天板を有することができる。天板１０８の上にアンテナ１１０が配置される。アンテナ１１０は、選択的に制御可能な１つ又は複数の誘導コイル素子を備える（図１に２つの同軸素子１１０ａ及び１１０ｂを示す）。アンテナ１１０は、第１の整合ネットワーク１１４を介してプラズマ電源１１２に結合される。このプラズマ電源１１２は、一般に、約２ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの同調可能な周波数、例えば１３．５６ＭＨｚで、最大約３０００ワット（Ｗ）の無線周波数（ＲＦ）信号を生成することができる。一実施形態において、プラズマ電源１１２は、約３００Ｗ〜約６００Ｗの誘導結合型ＲＦ電力を発生する。
【００１４】
基板ペデスタル（カソード）１２４は、第２の整合ネットワーク１４２を介してバイアス電源１４０に結合される。このバイアス電源１４０は、約２ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの同調可能な周波数、例えば１３．５６ＭＨｚで、約０Ｗ〜約６００ＷのＲＦ信号を生成する。バイアス電源１４０は、約１ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚの同調可能なパルス周波数を有する連続波出力又はパルス出力を生成するように構成することができる。あるいは、バイアス電源１４０は、パルス直流電源出力を生成することもできる。
【００１５】
一実施形態において、バイアス電源１４０は、約１ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚの周波数において、約１０〜約９５パーセントのデューティサイクルで、約６００ワット未満のＲＦ電力を発生するように構成されている。別の実施形態においては、バイアス電源１４０は、約２ｋＨｚ〜約５ｋＨｚの周波数において、約８０〜約９５パーセントのデューティサイクルで、約２０ワット〜約１５０ワットのＲＦ電力を発生するように構成されている。
【００１６】
ＤＰＳ（登録商標）ＩＩ反応装置の場合の一実施形態において、基板支持ペデスタル１２４は静電式チャック１６０を含むことができる。この静電式チャック１６０は、少なくとも１つのクランプ電極１３２を備え、チャック電源１６６で制御される。代替実施形態においては、基板ペデスタル１２４は、例えばサセプタクランプリングや機械式チャックなどの基板保持機構を備えることができる。
【００１７】
プロセスチャンバ１０２の内部にプロセスガス及び／又は他のガスを提供するために、ガスパネル１２０がプロセスチャンバ１０２に結合される。図１に示す実施形態においては、ガスパネル１２０が、チャンバ１０２の側壁１０４内のチャネル１１８中に形成された１つ又は複数の注入口１１６に結合される。他の箇所、例えばプロセスチャンバ１０２の天板１０８に、１つ又は複数の注入口１１６を設けてもよいことが企図されている。
【００１８】
一実施形態において、ガスパネル１２０は、処理中、注入口１１６を通ってプロセスチャンバ１０２の内部まで１つ又は複数のプロセスガスを選択的に提供するように適合されている。例えば、一実施形態において、ガスパネル１２０は、フォトマスクをエッチングする方法に関して下記で説明するように、プロセスチャンバ１０２の内部までフッ素含有及び／又は塩素含有プロセスガス（又は複数のガス）を選択的に提供するように適合させることができる。処理中、このガスからプラズマが形成され、プラズマ電源１１２からの電力の誘導結合によって維持される。あるいは、このプラズマは遠隔で形成してもよく、あるいは他の方法によって発生（ｉｇｎｉｔｅ）させてもよい。
【００１９】
チャンバ１０２内の圧力は、スロットルバルブ１６２及び真空ポンプ１６４を使用して制御される。この真空ポンプ１６４及びスロットルバルブ１６２は、チャンバ圧力を約１ｍＴｏｒｒ〜約２０ｍＴｏｒｒに維持することができる。
【００２０】
壁体１０４を貫通する、液体を入れた導管（図示せず）を使用して、壁体１０４の温度を制御することができる。壁体温度は、一般に約６５℃に維持されている。通常、チャンバの壁体１０４は金属（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼など）から形成され、電気アース１０６に結合される。プロセスチャンバ１０２は、プロセス制御、内部診断、終点検出などのための、従来のシステムも備えている。このようなシステムは、まとめてサポートシステム１５４として示してある。
【００２１】
基板（レチクルや他のワークピースなど）１２２を基板支持ペデスタル１２４上に固定するために、レチクルアダプタ１８２が使用される。このレチクルアダプタ１８２は、一般に、ペデスタル１２４の上面（例えば、静電式チャック１６０）を覆うようにフライス加工された下側部分１８４と、基板１２２を保持するような寸法及び形状の開口部１８８を有する上側部分１８６とを含む。この開口部１８８は、一般に、ペデスタル１２４に対してほぼ中心合わせされる。アダプタ１８２は、一般に、ポリイミドセラミックや石英など、エッチング耐性で高温耐性の材料の単一片から形成される。２００１年６月２６日発行の、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２５１，２１７号に、適切なレチクルアダプタが開示されている。エッジリング１２６は、アダプタ１８２を覆い、及び／又はペデスタル１２４に固定することができる。
【００２２】
アダプタ１８２を、したがって基板１２２を基板支持基台１２４上までに下げ、又はそこからもち上げるために、リフト機構１３８が使用される。一般に、リフト機構１３８は、それぞれのガイドホール１３６を貫通する複数のリフトピン（１つのリフトピン１３０を示す）を備える。
【００２３】
動作に当たっては、基板１２２の温度は、基板ペデスタル１２４の温度を安定化させることで制御される。一実施形態において、基板支持ペデスタル１２４は、ヒータ１４４及び任意選択のヒートシンク１２８を備える。このヒータ１４４は、その中に熱伝達流体を流すように構成された１つ又は複数の流体管でよい。別の実施形態においては、ヒータ１４４は、ヒータ電源１６８によって調節される少なくとも１つのヒータ素子１３４を含むことができる。任意選択で、ガス源１５６からの裏側のガス（例えば、ヘリウム（Ｈｅ））が、ガス導管１５８を介して、基板１２２の下のペデスタル表面に形成されたチャネルに供給される。裏側のガスは、ペデスタル１２４と基板１２２の間の熱伝達を容易にするために使用される。処理中、ペデスタル１２４は、埋込みヒータ１４４によって定常状態の温度に加熱することができ、この定常状態の温度が裏側のヘリウムガスとあいまって、基板１２２の均一な加熱を容易にする。
【００２４】
コントローラ１４６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１５０と、メモリ１４８と、ＣＰＵ１５０用サポート回路１５２とを備え、プロセスチャンバ１０２の構成要素の制御を容易にし、したがって、以下により詳細に論じるように、エッチングプロセスの制御を容易にする。コントローラ１４６は、様々なチャンバ及び副プロセッサを制御するための工業の場面で使用可能な任意の汎用コンピュータプロセッサの形態の１つでよい。ＣＰＵ１５０のメモリ１４８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスクや、ローカル又はリモートの他の任意のデジタル記憶の形態など、容易に入手可能な１つ又は複数のメモリでよい。サポート回路１５２は、従来の方式でプロセッサをサポートするためにＣＰＵ１５０に結合される。これらの回路としては、キャッシュ、電源回路、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどが挙げられる。本発明の方法は、一般に、ソフトウェアルーチンとして、ＣＰＵ１５０にアクセス可能なメモリ１４８又はコンピュータで読取り可能な他の媒体に格納される。あるいは、このようなソフトウェアルーチンを、ＣＰＵ１５０で制御されるハードウェアから遠隔位置にある第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶及び／又は実行することもできる。
【００２５】
図２は、石英をエッチングするための方法２００の一実施形態の流れ図である。以下では方法２００を、フォトマスク（上記、図１に記載する）を製作するために利用される基板に関して説明するが、この方法２００は他の石英エッチングの応用例で使用することもできる。
【００２６】
方法２００は、コントローラ１４６のメモリ１４８又は他の記憶媒体にコンピュータで読取り可能な形で記憶でき、ステップ２０１で開始し、ステップ２０２へ進む。ステップ２０２で、プロセスチャンバ内の支持ペデスタル１２４上に基板１２２を配置する。このプロセスチャンバは、上記で説明したように、ＴＥＴＲＡ（商標）Ｉ、ＴＥＴＲＡ（商標）ＩＩ、ＤＰＳ（登録商標）ＩＩ、又は他の適切なエッチングチャンバでよい。一実施形態においては、基板１２２はアダプタ１８２の開口部１８８に置かれる。図１に示す基板１２２は、石英（例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１９２）など光透過性シリコンをベースとする材料を含み、フォトマスク材料１９０として知られている、光を遮蔽する不透明な金属層を有し、それにより石英層１９２の表面上にパターン形成されたマスクが形成される。別個のマスクを利用してもよく、あるいは他の応用例において、石英層１９２上に配置されたマスクが、様々な材料から構成されてもよく、１つ又は複数の介在層を含むか、あるいは１つ又は複数の介在層によって基板から分離してもよいことが企図されている。フォトマスク層１９０として使用するのに適した典型的な金属としては、クロム及び／又は酸窒化クロムが挙げられる。基板１２２は、石英層１９２とフォトマスク層１９０の間に挿置され、モリブデン（Ｍｏ）でドープされた、窒化ケイ素（ＳｉＮ）層（図示せず）を含むこともできる。
【００２７】
次に、ステップ２０４で、基板１２２の石英層１９２を、多段階エッチングプロセスを使用してエッチングする。この多段階エッチングプロセスは、１つ又は複数のフロンガスと塩素含有ガスとを含む第１のプロセスガスを使用して基板をエッチングする第１のエッチングステップ２０６と、１つ又は複数のフッ素含有ガスを含む第２のプロセスガスを使用して基板をエッチングする第２のエッチングステップ２０８とを含む。ステップ２０６及びステップ２０８は、どちらから実行してもよい。さらに、ステップ２０６及びステップ２０８を、所望の終点に到達するまで所望に応じて１回又は複数回反復して、多段階エッチングプロセスを続行することができる。
【００２８】
ステップ２０６で、ガス注入口１１６からプロセスチャンバ１０２中に、１つ又は複数のフルオロカーボンガス及び塩素含有ガスを含む第１のプロセスガスを導入する。この第１のプロセスガスはさらに、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）などの不活性ガスを含んでもよい。
【００２９】
塩素含有ガスの例には、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）などが含まれ得る。一実施形態において、塩素含有ガスは塩素（Ｃｌ２）を含む。一実施形態において、約１〜１０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の速度でＣｌ２を供給する。一実施形態において、約５ｓｃｃｍの速度でＣｌ２を使用する。プロセスチャンバ内の圧力は、約４０ｍＴｏｒｒより低く、一実施形態においては約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒ、例えば２ｍＴｏｒｒになるように制御される。
【００３０】
フルオロカーボンガスの例には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８などが含まれ得る。一実施形態において、ＣＦ４を約２〜５０ｓｃｃｍの速度で供給し、ＣＨＦ３を約２〜５０ｓｃｃｍの速度で供給する。一実施形態において、ＣＦ４を約９ｓｃｃｍの速度で、ＣＨＦ３を約２６ｓｃｃｍの速度で使用する。プロセスチャンバ内の圧力は、約４０ｍＴｏｒｒより低く、一実施形態においては約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒ、例えば２ｍＴｏｒｒになるように制御される。
【００３１】
任意選択で、ステップ２０６で、基板１２２にバイアスをかけるために、支持ペデスタル１２４に基板バイアス電力を印加する。このバイアス電力は、約１５０Ｗより低くてよく、あるいは第１の例では、約１００Ｗより低く、あるいは第２の例では、２０Ｗ〜約１５０Ｗでよい。一実施形態において、このプロセスでは約６５Ｗのバイアス電力を使用する。このバイアス電力はさらに、連続波出力で生成される１３．５６ＭＨｚのＲＦ信号でよく、あるいは約１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ、又は一実施形態においては約２ｋＨｚ〜５ｋＨｚのパルス周波数でパルス化されてもよい。
【００３２】
このバイアス電力は、約１０〜９５パーセント、あるいは一実施形態においては約２０〜９５パーセントのデューティサイクルでパルス化することができる。一実施形態において、バイアス電源１４０は、約１ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約９５パーセントのデューティサイクルで、約１５０ワット未満のＲＦ電力を発生するように構成されている。別の実施形態においては、バイアス電源１４０は、約２ｋＨｚ〜約５ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約９５パーセントのデューティサイクルで、約２０ワット〜約１５０ワットのＲＦ電力を発生するように構成されている。
【００３３】
石英層が、その上にパターン形成されたフォトレジスト層を含む、一実施形態において、バイアス電源１４０は、約２ｋＨｚ〜約５ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約９０パーセントのデューティサイクルで、約２０ワット〜約１５０ワットのパルス化されたＲＦ電力を発生することができる。石英層が、その上にパターン形成されたフォトレジスト層を含まない、一実施形態においては、バイアス電源１４０は、約２ｋＨｚ〜約５ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約５０パーセントのデューティサイクルで、約２０ワット〜約１５０ワットのパルス化されたＲＦ電力を発生することができる。
【００３４】
プラズマ電源１１２からアンテナ１１０に約３００Ｗ〜約６００ＷのＲＦ電力を印加することによって、第１のプロセスガスからプラズマを形成する。他の方法によってプラズマを発生させてもよいことが企図されている。一実施形態において、約１３．５６ＭＨｚの周波数において、アンテナ１１０に約４２０ＷのＲＦ電力を印加する。ステップ２０６中、ステップ２０６の所望の終点に到達するまで、第１の期間の間、基板１２２上に露出した石英層１９２をエッチングする。この終点は、時間、光干渉法によって、あるいは他の適切な方法によって決めることができる。
【００３５】
次に、ステップ２０８で、ガス注入口１１６からプロセスチャンバ１０２中に、１つ又は複数のフルオロカーボンガスを含む第２のプロセスガスを導入する。この第２のプロセスガスはさらに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ、Ｋｒなどの１つ又は複数の不活性ガスを含んでもよい。
【００３６】
フルオロカーボンガスの例には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８などが含まれ得る。一実施形態において、ＣＦ４を約２〜５０ｓｃｃｍの速度で供給し、ＣＨＦ３を約２〜５０ｓｃｃｍの速度で供給する。一実施形態において、ＣＦ４を約９ｓｃｃｍの速度で、ＣＨＦ３を約２６ｓｃｃｍの速度で使用する。プロセスチャンバ内の圧力は、約４０ｍＴｏｒｒより低く、一実施形態においては約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒ、例えば２ｍＴｏｒｒになるように制御される。
【００３７】
任意選択で、ステップ２０８で、基板１２２にバイアスをかけるために、支持ペデスタル１２４に基板バイアス電力が印加される。このバイアス電力は、約１５０Ｗより低くてよく、あるいは第１の例では、約１００Ｗより低く、あるいは第２の例では、約２０Ｗ〜約１５０Ｗでよい。一実施形態において、このプロセスでは約６５Ｗのバイアス電力を使用する。このバイアス電力はさらに、連続波出力で生成される１３．５６ＭＨｚのＲＦ信号でよく、あるいは約１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ、又は一実施形態においては約２ｋＨｚ〜５ｋＨｚのパルス周波数でパルス化されてもよい。
【００３８】
このバイアス電力は、約１０〜９５パーセント、あるいは一実施形態においては約２０〜９５パーセントのデューティサイクルでパルス化することができる。一実施形態において、バイアス電源１４０は、約１ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約９５パーセントのデューティサイクルで、約１５０ワット未満のＲＦ電力を発生するように構成されている。別の実施形態においては、バイアス電源１４０は、約２ｋＨｚ〜約５ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約９５パーセントのデューティサイクルで、約２０ワット〜約１５０ワットのＲＦ電力を発生するように構成されている。
【００３９】
石英層が、その上にパターン形成されたフォトレジスト層を含む、一実施形態において、バイアス電源１４０は、約２ｋＨｚ〜約５ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約９０パーセントのデューティサイクルで、約２０ワット〜約１５０ワットのパルス化されたＲＦ電力を発生することができる。石英層が、その上にパターン形成されたフォトレジスト層を含まない、一実施形態においては、バイアス電源１４０は、約２ｋＨｚ〜約５ｋＨｚのパルス周波数において、約１０〜約５０パーセントのデューティサイクルで、約２０ワット〜約１５０ワットのパルス化されたＲＦ電力を発生することができる。
【００４０】
プラズマ電源１１２からアンテナ１１０に約３００Ｗ〜約６００ＷのＲＦ電力を印加することによって、第２のプロセスガスからプラズマが形成される。ステップ２０６では上記で論じたように、他の方法によってプラズマを発生させてもよいことが企図されている。一実施形態において、約１３．５６ＭＨｚの周波数において、アンテナ１１０に約４２０ＷのＲＦ電力を印加する。ステップ２０８中、ステップ２０８の所望の終点に到達するまで、第２の期間の間、基板１２２上に露出した石英層１９２をエッチングする。
【００４１】
ステップ２１０で、多段階エッチングプロセスの所望の終点に到達したか否かの照会が行われる。上述したように、この終点は、時間、光干渉法によって、あるいは他の適切な方法によって決めることができる。任意選択で、ｅｘ−ｓｉｔｕエッチングによる深さの測定を容易にするためにチャンバから基板を取り外し、追加の処理のために必要ならそのチャンバに戻すことができる。ステップ２１０での照会の答えがイエスの場合、そのプロセスはステップ２１１で終了し、その基板は必要に応じて次の処理があればそれに進むことができる。答えがノーの場合、方法はステップ２０４に戻る。ステップ２０４の以降の繰り返しでは、ステップ２０６又はステップ２０８の一方だけを繰り返した後で、所望の多段階エッチングの終点に到達したときに、多段階プロセスが終了できることが企図されている。さらに、ステップ２０４を反復している間繰り返されるステップ２０６及び／又は２０８の持続時間は、以前の反復とは異なっていてもよいことが企図されている（例えば、任意の反復中の任意のステップ２０６又は２０８の持続時間が、長くてもよく、短くてもよく、あるいは以前の反復の任意のステップ２０６又は２０８の他の任意の持続時間と同じであってもよい）。
【００４２】
いくつかの実施形態で使用される多段階エッチングプロセスはさらに、エッチングされたフィーチャの均一性を制御する。一実施形態において、ステップ２０６で利用される上記のエッチングプロセスは中央で速いエッチングをもたらし（すなわち、基板の周辺部分よりも速い速度で、基板の中心部分をエッチングし）、一方、ステップ２０８で利用されるエッチングプロセスは中央で遅いエッチングをもたらす（すなわち、基板の周辺部分よりも遅い速度で、基板の中心部分をエッチングする）。したがって、有利なことに、方法２００は、この２つのステップを組み合わせて、従来の方法と比べてより優れた均一性と位相角範囲とを有する多段階エッチングプロセスにする。有利なことに、方法２００はさらに、従来のエッチング方法と比べて、ＲＩＥラグ、マイクロトレンチの低減をもたらし、より垂直な側壁角度の制御をもたらす。したがって、方法２００は、限界寸法の小さい用途に使用することが極めて望ましい。上述したように、本発明の方法は、ステップ２０６とステップ２０８のどちらからでも開始することができ、所望の終点に到達するまで必要に応じて任意の順序で繰り返して、さらなる制御をもたらすことができることを理解されたい。
【００４３】
図３Ａ〜図３Ｇは、上記の方法２００を利用して、石英位相シフトマスク３１８中に製作された積層膜３００ｉの一実施形態を示す。下付き文字「ｉ」は、図３Ａ〜図３Ｇに示す積層膜の様々な製作段階を表す整数である。
【００４４】
図３Ａに示す積層膜３００１は、その上にフォトマスク層３０４が配置されている石英層３０２を含む。フォトマスク層３０４は一般に、クロム又は上述したような他の適切な材料である。フォトマスク層３０４上に、任意選択で反射防止層３０６（想像線で示す）を配置することができる。フォトマスク層３０４上に、又は反射防止層３０６が存在するときはその上に、第１のレジスト層３０８を配置する。
【００４５】
フォトマスク層３０４をエッチングするために、第１のレジスト層３０８をパターン形成し、それをエッチングマスクとして利用して、フィーチャ３１０を形成し、それにより図３Ｂに示すように下にある石英層３０２を露出させる。このフォトマスク層３０４は、酸素と混合した塩素含有ガス（Ｃｌ２など）から形成されるプラズマを使用してエッチングすることができる。２００２年９月４日に出願され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／２３５，２２３号に、１つの例示的なエッチングプロセスが記載されている。他の適切な金属エッチングプロセスを利用してもよいことが企図されている。フォトマスク層３０４内にフィーチャ３１０を形成した後、残った第１のレジスト層３０８を、例えばアッシングによって取り除いて、図３Ｃに示す積層膜３００３を残す。
【００４６】
図３Ｄに示すように、積層膜３００４上に第２のレジスト層３１２を配置し、それによりフィーチャ３１０を埋める。次いで、この第２のレジスト層３１２をパターン形成する。通常、石英位相シフトマスクを形成する際には、図３Ｅに示すように、パターン形成された第２のレジスト層３１２は、交互のフィーチャ３１０の底部に石英層３０２を露出させる。
【００４７】
パターン形成された第２のレジスト層３１２を貫通して露出した石英層３０２を、上記の方法２００を使用してエッチングする（例えば、前述の多段階エッチングプロセスを使用して、一実施形態においては、エッチングされたフィーチャの均一性を制御できる）。石英エッチングの終点は、図３Ｆに示すエッチングされた石英トレンチ３１６の深さ３１４が、所定の光の波長の、石英位相シフトマスク３１８で使用するための石英層３０２を通して１８０度位相シフトした長さにほぼ等しくなるように選択される。典型的な波長は、１９３ｎｍ及び２４８ｎｍである。したがって、深さ３１４は一般に、約１７２ｎｍ又は約２４０ｎｍであるが、他の深さを、様々なリソグラフィの光の波長及び／又はプロセスフローの製作で使用するためのマスクに利用することもできる。石英トレンチ３１６をエッチングした後、残った第２のレジスト層３１２を、例えばアッシングによって取り除き、それにより残った積層膜３００７が、図３Ｇに示す石英位相シフトマスク３１８を形成する。
【００４８】
図４Ａ〜図４Ｅは、上記の方法３００を利用して、クロムなしのエッチングリソグラフィマスク４１８中に製作された積層膜４００ｉの一実施形態を示す。下付き文字「ｉ」は、図４Ａ〜図４Ｅに示す積層膜の様々な製作段階を表す整数である。
【００４９】
図４Ａに示す積層膜４００１は、その上にマスク層４０４が配置されている石英層４０２を含む。マスク層４０４は一般に、フッ素化プラズマの化学的性質を使用して、石英を選択的にエッチングするのに適しており、一実施形態においては、クロム又は他のフォトマスク材料である。マスク層４０４上に、任意選択で反射防止層４０６（想像線で示す）を配置することができる。マスク層４０４上に、又は反射防止層４０６が存在するときはその上に、レジスト層４０８を配置する。
【００５０】
マスク層４０４をエッチングするために、レジスト層４０８をパターン形成し、それをエッチングマスクとして利用して、フィーチャ４１０を形成し、それにより図４Ｂに示すように下にある石英層４０２を露出させる。このマスク層４０４は、上記の塩素含有ガスから形成されるプラズマを使用してエッチングすることができる。マスク層４０４内にフィーチャ４１０を形成した後、残ったレジスト層４０８を、例えばアッシングによって取り除いて、図４Ｃに示す積層膜４００３を残す。任意選択で、後続の処理中、レジスト層４０８をマスク層４０４上に残しておき、侵食及び／又は剥離によって取り除いてもよい。
【００５１】
図４Ｄに示すように、マスク層４０４を貫通してフィーチャ４１０の底部に露出した石英層４０２を、上記の方法２００を使用してエッチングする（例えば、前述の多段階エッチングプロセスを使用して、一実施形態においては、エッチングされたフィーチャにおける均一性の制御が得られる）。石英エッチングの終点は、図４Ｄに示すエッチングされた石英トレンチ４１６の深さ４１４が、所定の光の波長の、クロムなしのエッチングリソグラフィマスク４１８で使用するための石英層４０２を通して１８０度位相シフトした長さにほぼ等しくなるように選択される。例えば、深さ４１４は、上記のマスク３１８に関して記載したように選択される。
【００５２】
石英トレンチ４１６をエッチングした後、任意選択で、マスク層４０４の残った部分を除去することができる。例として、マスク層４０４の残った部分は、例えばマスク層４０４をパターン形成するのに利用される化学的性質を使用して、選択的にエッチングすることによって除去することができる。積層膜４００５に残っている石英層４０２は、図４Ｅに示すクロムなしのエッチングリソグラフィマスク４１８を形成する。
【００５３】
したがって、従来のプロセスに勝る、トレンチの諸属性を有利に改善する石英エッチング方法が提供された。具体的には、本明細書で開示する方法は、従来の方法と比べてより優れた均一性及び位相角範囲を実現するとともに、従来のエッチング方法と比べて、ＲＩＥラグの低減、及びマイクロトレンチの低減をもたらし、より垂直な側壁の角度制御をもたらす。したがって、本明細書で開示する石英のエッチング方法により、有利なことに、限界寸法がわずかに５μｍのフィーチャをパターン形成するのに適した、位相シフトフォトマスクの製作が容易になる。
【００５４】
以上は本発明の諸実施形態を対象とするものであるが、本発明のその他さらなる諸実施形態をその基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は添付の特許請求の範囲によって決まる。
【図１】
2010514224.tif 000003
【図２】
2010514224.tif 000004
【図３Ａ】
2010514224.tif 000005
【図３Ｂ】
2010514224.tif 000006
【図３Ｃ】
2010514224.tif 000007
【図３Ｄ】
2010514224.tif 000008
【図３Ｅ】
2010514224.tif 000009
【図３Ｆ】
2010514224.tif 000010
【図３Ｇ】
2010514224.tif 000011
【図４Ａ】
2010514224.tif 000012
【図４Ｂ】
2010514224.tif 000013
【図４Ｃ】
2010514224.tif 000014
【図４Ｄ】
2010514224.tif 000015
【図４Ｅ】
2010514224.tif 000016
【国際調査報告】
2010514224.tif 000017