(57)【要約】  マスクパターンを基板上に形成した後にエッチングプロセスによって所望のパターンを形成するように前記基板を処理する方法は、前記基板上に2つの層を形成する工程、前記マスクパターン又は前記2つの層のうちの1層のエッチングパターンの幅を測定する工程、並びに、前記の測定された幅に基づいて、前記エッチングプロセスにおいて用いられるHBr及び他の気体のうちのいずれか1つの流速を調節する工程を有する。前記2つの層は、シリコン窒化物層及び有機誘電層を有して良い。
2012521659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にマスクパターンを形成した後に、エッチングプロセスによって所望のパターンを形成するように前記基板を処理する方法であって：
シリコン窒化物層と有機誘電層を有する2つの層を前記基板上に形成する工程；
前記マスクパターン又は前記2つの層のうちの1つのエッチングされたパターンの幅を測定する工程；及び、
前記の測定された幅に基づいて、前記エッチングプロセスにおいて用いられるHBr及び他の気体のうちのいずれか1つの流速を調節する工程；
を有する方法。
【請求項２】
前記マスクパターンの測定された幅に基づいて調節された流速で、前記基板と同一の基板の2つの層のうちの1層をエッチングする工程をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記マスクパターンの測定された幅に基づいて調節された流速で、他の基板の2つの層のうちの1層をエッチング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】
前記エッチングされたパターンの測定された幅に基づいて調節された流速で、前記基板と同一の基板の2つの層のうちの1層をエッチングする工程をさらに有する、請求項1に記載の方法であって、
前記測定する工程と前記調節する工程は、前記エッチングプロセスの間に実行される、
方法。
【請求項５】
前記調節する工程が、前記測定された幅が所望の幅よりも狭いときに、前記他の気体に対するHBrの流速比を増大させる工程、及び、前記測定された幅が所望の幅よりも広いときに、前記他の気体に対するHBrの流速比を減少させる工程を有する、
請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記有機誘電層が、前記エッチングする工程でエッチングされる、請求項2に記載の方法。
【請求項７】
前記調節する工程が、前記測定された幅が所望の幅よりも狭いときに、エッチング時間を増大させる工程、及び、前記測定された幅が所望の幅よりも広いときに、前記エッチング時間を減少させる工程を有する、
請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチングする工程が、主エッチング及び該主エッチングに続くオーバーエッチングを有し、かつ、
前記HBrは前記オーバーエッチングで用いられる、
請求項6に記載の方法。
【請求項９】
前記調節する工程が、前記測定された幅が所望の幅よりも狭いときに、エッチング時間を増大させる工程、及び、前記測定された幅が所望の幅よりも広いときに、前記エッチング時間を減少させる工程を有する、
請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記調節する工程が、前記測定された幅が所望の幅よりも狭いときに、前記基板に印加されるRFバイアス出力を増大させる工程、及び、前記測定された幅が所望の幅よりも広いときに、前記基板に印加されるRFバイアス出力を減少させる工程を有する、
請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記他の気体がN2及びO2を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記他の気体がAr及びO2を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
基板上にマスクパターンを形成した後に、エッチングプロセスによって所望のパターンを形成するように前記基板を処理する方法であって：
シリコン窒化物層と、有機誘電層と、シリコン含有反射防止コーティング層を有する3つの層を前記基板上に形成する工程；
前記マスクパターン又は前記3つの層のうちの1つのエッチングされたパターンの幅を測定する工程；及び、
前記の測定された幅に基づいて、前記エッチングプロセスにおいて用いられるCF4及びCHF3のうちのいずれか1つの流速を調節する工程；
を有する方法。
【請求項１４】
前記マスクパターンの測定された幅に基づいて調節された流速で、前記基板と同一の基板の3つの層のうちの1層をエッチングする工程をさらに有する、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記マスクパターンの測定された幅に基づいて調節された流速で、他の基板の3つの層のうちの1層をエッチングする工程をさらに有する、請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
前記エッチングされたパターンの測定された幅に基づいて調節された流速で、前記基板と同一の基板の2つの層のうちの1層をエッチングする工程をさらに有する、請求項13に記載の方法であって、
前記測定する工程と前記調節する工程は、前記エッチングプロセスの間に実行される、
方法。
【請求項１７】
前記マスクパターンの測定された幅に基づいて調節された流速で、シリコン含有反射防止コーティング層をエッチングする工程をさらに有する、請求項13に記載の方法。
【請求項１８】
前記調節する工程が、前記測定された幅が所望の幅よりも狭いときに、CHF3に対するCF4の流速比を増大させる工程、及び、前記測定された幅が所望の幅よりも広いときに、CHF3に対するCF4の流速比を減少させる工程を有する、請求項13に記載の方法。
【請求項１９】
前記調節する工程が、前記測定された幅が所望の幅よりも狭いときに、前記基板に印加されるRFバイアス出力を増大させる工程、及び、前記測定された幅が所望の幅よりも広いときに、前記基板に印加されるRFバイアス出力を減少させる工程を有する、請求項13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス及び当該半導体デバイスの製造方法に関する。より詳細には本発明は、所望の限界寸法(CD)値を有する高分解能パターンを供するプラズマエッチング法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいては、レジストパターンを形成するのにフォトリソグラフィ技術が用いられる。フォトリスグラフィ技術では、最初にレジスト溶液が、半導体基板又は液晶ディスプレイ(LCD)基板上にコーティングされる。フォトマスクを用いることによって、レジスト膜は、強い光に曝露され、その後現像される。その結果、所望のレジストパターンが、半導体基板又はLCD基板上に形成される。所望のレジストパターン形成後、半導体基板又はLCD基板をエッチングするためのエッチングプロセスが行われる。
【０００３】
たとえ上述したプロセス工程が、一定のプロセス条件下で行われるとしても、上述したプロセス工程のいずれのプロセス結果も目標値を満たすことができないことが知られている。そのようなことが起こる理由は、意図しない因子−たとえば基板表面の条件、周囲の圧力、並びに温度及び相対湿度の揺らぎ−の存在によるものである。
【０００４】
従来、一定数の基板を処理した後、検査用に1つの基板が抜き取られる。検査中、様々なパラメータが測定され、かつ、プロセス条件が検査結果に基づいて適切であるか否かについての判断がなされる。それらのパラメータの例には、コーティングプロセス後のレジスト膜の厚さ、現像プロセス後のレジストパターンの線幅又は限界寸法(CD)、レジストパターンに対する底部パターンの一致精度、現像された表面の不一致、現像の欠陥、エッチングされた基板の線幅又は限界寸法(CD)、及びエッチングプロセス後のエッチングされた表面上の欠陥が含まれる。
【０００５】
よって各プロセス工程についてのプロセス条件は、検査結果に基づいてなされた判断に従って修正することができる。この非常に問題を起こしやすい修正操作は、熟練オペレータによって実行することができる。修正動作を補助するため、レジストパターン形成プロセスが、特許文献1において提案された。このプロセスでは、各特定の測定されたパラメータに関連する所定の組の修正パラメータが最初に決定される。続いて所定の組の修正パラメータは、自動化された検査の結果に従って修正される。
【０００６】
たとえばエッチングされた基板の線幅又は限界寸法(CD)が、特定の測定されたパラメータであるとする場合、以下の修正パラメータが、目標値を実現するために修正されて良い。その修正パラメータとは、1)露光強度、2)加熱時間、3)現像時間、4)エッチング時間、及び5)エッチングガスの組成比である。しかし特許文献1は、どのようにして、ガスの組成比が、限界寸法(CD)の所望の目標値を実現するエッチングプロセスに影響するのかを明らかにしていない。
【０００７】
さらに特許文献2では、基板処理プロセスが開示されている。その基板処理プロセスでは、レジストパターンの限界寸法(CD)が、エッチング工程後の所望の回路パターンを形成するために厳密に測定される。このプロセスでは、レジストパターンの限界寸法(CD)が最初に測定される。その後その測定結果は、処理条件を調節するエッチングプロセスユニットへフィードフォワードされる。最適な処理条件を設定することによって、エッチングプロセス後、厳密で所望の回路パターンを得ることができる。この手法は、測定されたレジスト膜の限界寸法(CD)に基づいて所望のパターンをエッチングするフィードフォワード方法を供する。しかし特許文献1と同様に、特許文献2も、所望の限界寸法(CD)を実現するための、エッチングガスの種類及びその組成比についての特定の条件を指摘できていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】出願公開第2002/190446号明細書
【特許文献２】出願公開第2003/209093号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の問題の観点から提案される。本発明は、特定の種類のエッチングガス及びその組成比を用いて、所望の限界寸法(CD)を有する高分解能パターンを生成するプロセスを供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第1態様によると、基板上にマスクパターンを形成した後に、エッチングプロセスによって所望のパターンを形成するように前記基板を処理する方法が供される。当該方法は、シリコン窒化物層と有機誘電層を有する2つの層を前記基板上に形成する工程、前記マスクパターン又は前記2つの層のうちの1つのエッチングされたパターンの幅を測定する工程、及び、前記の測定された幅に基づいて、前記エッチングプロセスにおいて用いられるHBr及び他の気体のうちのいずれか1つの流速を調節する工程を有する。
【００１１】
本発明の第2態様によると、基板上にマスクパターンを形成した後に、エッチングプロセスによって所望のパターンを形成するように前記基板を処理する方法が供される。当該方法は、シリコン窒化物層と、有機誘電層と、シリコン含有反射防止コーティング層を有する3つの層を前記基板上に形成する工程、前記マスクパターン又は前記3つの層のうちの1つのエッチングされたパターンの幅を測定する工程、及び、前記の測定された幅に基づいて、前記エッチングプロセスにおいて用いられるCF4及びCHF3のうちのいずれか1つの流速を調節する工程を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プラズマエッチングプロセスの前後における目標構造の実施例を概略的に図示している。
【図２】シリコン窒化物(SiN)層をパターニングした後の目標構造の代替実施例及び実験用試料の断面像を概略的に図示している。
【図３】プラズマプロセス装置の実施例の概略図を表している。
【図４】コーター現像装置と一体化した線幅測定装置の実施例の概略図を表している。
【図５】エッチング装置と一体化した線幅測定装置の代替実施例の概略図を表している。
【図６】複数の層がエッチングされる場合でのパターンの線幅を調節するプロセスの実施例を図示している。
【図７】単独で用いられている線幅測定装置の代替実施例の概略図を表している。
【図８】各特定の層でのプラズマエッチングプロセスの実行後における密なパターンと疎なパターンを表す実験用試料の断面図を表している。
【図９】実験用試料及びその限界寸法(CD)をオーバーエッチング(OE)処理時間の関数として表している。
【図１０】実験用試料及びその限界寸法(CD)をHBrの流速の関数として表している。
【図１１】様々なエッチングガスの種類についての密なパターン及び疎なパターンを示す実験用試料の断面図を表している。
【図１２】実験用試料及びその限界寸法(CD)をAr/HBr/O2の一連の流速の関数として表している。
【図１３】実験用試料及びその限界寸法(CD)の断面図を表している。
【図１４】各マスク層のマイクロ波出力、RF出力、及びRF電圧を時間の関数として表している。
【図１５】実験用試料及びその限界寸法(CD)の断面図を表している。
【図１６】実験用試料及びその限界寸法(CD)の断面図を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以降では、典型的な好適実施例が図示された添付図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。以降の説明は、本開示の技術的範囲、利用可能性、又は構成を限定するものと解されてはならない。むしろ以降の典型的な好適実施例の説明は、本開示の典型的な好適実施例を実施することを可能にする記載を、当業者に供するものである。本発明は、特許請求の範囲で規定されている本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく様々な形態で本発明を実施できることに留意して欲しい。
【００１４】
本開示は概して、半導体デバイス及び当該半導体デバイスの製造方法に関する。より具体的には本開示は、所望の限界寸法(CD)値を有する高分解能パターンを供するプラズマエッチング方法に関する。
【００１５】
本発明の実施例は、シリコン(Si)パターンの線幅又は限界寸法(CD)を制御するエッチングプロセスに関する。シリコン(Si)パターンは、シリコン窒化物(SiN)ハードマスクを用いて形成される。さらにシリコン窒化物(SiN)ハードマスクは、3層マスクパターンを用いて形成される。3層マスクパターンは、有機誘電層(ODL)を有する。所定の限界寸法(CD)を有する所望のシリコン(Si)パターンを得るため、シリコン(Si)基板上に形成されるシリコン窒化物(SiN)ハードマスクパターンの線幅又は限界寸法(CD)は、厳密に制御されなければならない。これは、有機誘電層(ODL)をパターニングすると同時に、窒素と酸素の混合雰囲気(N2/O2)中に臭化水素(HBr)を加えることによって実現される。
【００１６】
臭化水素(HBr)を加え、かつHBrの流速を増大させることによって、酸素(O)が取り出されるので、水素(H)濃度はODL層の表面で減少する。炭素含有率の高い有機誘電層(ODL)が生成される。ODL層の炭素含有が高くなることで、有機誘電層(ODL)をより高剛性にする炭素−炭素結合が生成される。ODLの剛性は、特にCD値が目標値よりも小さいときに、水平方向のエッチング速度を減少させることによって、限界寸法(CD)の所定値を得るような良好な制御能力を与える。
【００１７】
しかもODL層の炭素含有率が高いことで、ODLパターンの表面上での複数のBr-C結合が生成される。その結果、臭化炭素(CBrx)の薄膜が、側壁保護として、ODLパターンの上に堆積される。これにより、ODLの限界寸法(CD)は大きくなる。
【００１８】
本発明の一の実施例によると、所望の限界寸法(CD)値は、有機誘電層(ODL)上での主エッチング(ME)工程の間に、臭化水素(HBr)の流速を調節することによって実現される。臭化水素(HBr)の流速を増大させることによって、ODLパターンの限界寸法(CD)の値は増加傾向を示す。
【００１９】
他の実施例によると、ODLパターンの限界寸法(CD)はまた、主エッチング(ME)工程の終了後に、オーバーエッチング(OE)工程を実行することによっても調節されて良い。オーバーエッチング(OE)工程では、所望の限界寸法(CD)値は、酸素に対する窒素の比(N2/O2)を調節し、かつ適切な量の臭化水素(HBr)を加えることによって実現されて良い。従って、実際のCD値と目標値との間の差異が相対的に大きい場合、主エッチング(ME)プロセスの調節が行われて良く、かつ、その差異が相対的に大きいときには、オーバーエッチング(OE)プロセスの調節が行われて良い。
【００２０】
一の実施例では、限界寸法(CD)値は、オーバーエッチング期間を延ばす一方で、臭化水素(HBr)の流速を一定値に設定することによって増大して良い。代替実施例では、限界寸法(CD)値は、臭化水素(HBr)の流速を増加させることによって増大させても良い。これにより、全体の雰囲気中において他の気体に対する臭化水素(HBr)の組成比が大きくなる。
【００２１】
さらに他の実施例によると、ODLでの所望の限界寸法(CD)値は、オーバーエッチング(OE)工程において、酸素に対する窒素の比(N2/O2)を調節し、かつ塩素(Cl2)を加えることによって、実現されて良い。
【００２２】
さらに他の実施例によると、所望の限界寸法(CD)値は、有機誘電層(ODL)をパターニングしながら、酸素と窒素(N2/O2)の代わりに、アルゴンと酸素(Ar/O2)の混合雰囲気中に臭化水素(HBr)を加えることによって実現されて良い。この実施例では、ODL層の限界寸法(CD)は、酸素(O2)の流速を増大させることによって増加しても良い。
【００２３】
本発明の代替実施例によると、所定の限界寸法(CD)値を有する所望のパターンは、シリコン含有反射防止コーティング(Si-ARC)層をパターニングする一方で実現されて良い。この実施例では、Si-ARC層の線幅又は限界寸法は、トリフルオロメタンガスに対するテトラフルオロメタンガスの比(CF4/CHF3)を調節することによって増大又は減少して良い。
【００２４】
さらに他の実施例によると、所定の限界寸法(CD)値を有する所望のパターンは、RFバイアス電源のレベルを調節することによって実現されて良い。この実施例では、限界寸法(CD)値は、印加されたRFバイアスレベル（出力）に比例する。このことは、RFバイアスレベルが高くなればなるほど、限界寸法(CD)値が大きくなることを意味する。逆に、RFバイアスレベルが低くなれば、与えられる限界寸法(CD)値も小さくなる。
【００２５】
上述の実施例において調節されるパラメータ−たとえばODLパターニング工程での臭化水素(HBr)の流速、Si-ARCパターニング工程での(CF4/CHF3)比、及びRFバイアスレベル−は、レジストパターン又は任意のマスクパターンの限界寸法(CD)の測定に基づいて決定される。
【００２６】
一の実施例によると、現像プロセス後における半導体基板中のレジストパターンの測定値は、以降の層−たとえば同一の半導体基板中の有機誘電層(ODL)又はシリコン含有反射防止コーティング(Si-ARC)層−のエッチング工程を実行するための適切な設定条件を決定するのに用いられる。
【００２７】
他の実施例によると、一の半導体基板中の有機誘電層(ODL)又はシリコン含有反射防止コーティング(Si-ARC)層のレジストパターン又はエッチングパターンの測定値は、他の半導体基板でエッチング工程を実行するための適切な設定条件を決定するのに用いられる。
【００２８】
さらに他の実施例によると、半導体基板中での有機誘電層(ODL)又はシリコン含有反射防止コーティング(Si-ARC)層のエッチングパターンの測定値は、同一の半導体基板でエッチング工程を実行する間での適切な設定条件を決定するのに用いられる。
【００２９】
最初に図1を参照すると、プラズマエッチングプロセス前後の目標構造10の実施例が図示されている。図1に図示されているように、目標構造10は、シリコン(Si)基板12、ハードマスクシリコン窒化物(SiN)層14、及び3層構造16を有して良い。3層構造16は、有機誘電層(ODL)16a、シリコン含有反射防止コーティング(Si-ARC)層16b、及びレジストパターン16cを有する。最終的なシリコン(Si)パターンを厳密に制御するため、SiN層14のハードマスクパターンが、Si基板12上で正確に形成されなければならない。SiN層14のハードマスクパターンの所望の形状（CD値又は線幅を含む）を実現するため、SiN層14のハードマスクパターンは、3層構造16(16a,16b,16c)を用いることによってエッチングされて良い。より具体的には、所望のレジストパターン16cの形成後、Si-ARC層16b、ODL層16a、及びハードマスクシリコン窒化物(SiN)層14についてそれぞれ後続のエッチングプロセスが実行され、ハードマスクとしてのSiN層14を介してシリコン(Si)基板12をエッチングすることによって、Si基板12にパターン全体が転写される。一部の残されたSiNパターン14を有する最終的なシリコン(Si)基板パターン12もまた図1に図示されている。
【００３０】
前述したように、意図しない因子−たとえば基板表面の条件、周囲の圧力、並びに温度及び相対湿度の揺らぎ−が存在するため、レジストパターン16cの線幅又は限界寸法(CD)は、所望の目標値を満たすことができない。従って後続のエッチングプロセスは、Si-ARC、ODL、及びシリコン(Si)基板12の所望の目標パターンを与えることができない。上述の点を評価するため、最初に代替目標構造に基づいて、実験用試料が製造される。続いて実験用試料は、従来のプラズマエッチングプロセスを受ける。以降では、プラズマエッチングプロセスを実行した後における、所望の目標パターンを有する代替目標構造について詳述する。
【００３１】
次に図2を参照すると、プラズマエッチングプロセスの実行に用いられる目標構造20の代替実施例が図示されている。目標構造20と目標構造10とは、追加の二酸化シリコン(SiO2)が、シリコン基板層12とハードマスクであるシリコン窒化物(SiN)層14との間に介在する点で異なる。目標構造10と同様に、3層構造16が、ハードマスクであるシリコン窒化物(SiN)層14上に形成される。この実施例では、レジストパターン16cについての所望の限界寸法(CD)は、約40〜45nmに設定される。そのような具体例は例示目的で示されているのであって限定を意図したものでないことに留意して欲しい。プラズマエッチングプロセス後の所望の目標パターンもまた図2で概略的に図示されている。
【００３２】
シリコン窒化物(SiN)層14のパターニング後の実験用試料の断面図が図2に表されている。図2に図示されているように、シリコン窒化物のパターンの限界寸法(CD)は約33.4nmで、所望の限界寸法(40〜45nm)と比較して約7nm小さい。パターン間の測定距離は約65.7nmである一方、測定されたパターンの高さは約49.9nmである。
【００３３】
従来のプラズマエッチングプロセスでは、ほとんどのマスク材料がある程度等方的にエッチングされる。このことは、エッチングが、ある程度水平的にも進むことを意味している。従って、プラズマエッチングプロセスが、層−たとえば有機誘電層(ODL)16a−に用いられるとき、ODL16aの垂直エッチングと同時に、側部エッチングも起こる。その結果、ODL16aのマスクパターンの断面形状は、所望の長方形の形状とはかけ離れたものになり、代わりにたとえば先細りのスカート形状となる。よってODLマスクを介してエッチングされたSiN層14は、設計したような目標形状とはならない。理想的には、水平方向ではエッチングが起こらない指向性エッチングが好ましい。しかし実際には、水平方向でのエッチング速度の小さな異方性エッチングが望ましい。
【００３４】
ODL層16aの横方向エッチングに対し、かつSiN層14のパターンの限界寸法(CD)を制御する対抗策として、本発明は、プラズマオーバーエッチング(OE)プロセスを供する。プラズマOEプロセスでは、有機誘電層(ODL)16aをパターニングする一方で、ある量の臭化水素(HBr)が、酸素と窒素の混合雰囲気(N2/O2)中に加えられる。臭化水素(HBr)の追加に関する様々なプロセス条件が調査された。これらの調査は主として、ODLの側壁の保護機構を確かめるため、及びエッチングしながら限界寸法(CD)を制御する方法を確立するために実行される。それらのプロセス条件の例には、HBrの流速、エッチング時間、エッチングガスの種類、基板に印加されたバイアス電力、及び組成比が含まれて良い。
【００３５】
他方、本発明のプラズマエッチングプロセス中では、シリコン(Si)基板12上に所定の限界寸法(CD)を有する高分解能の（正確な）パターンを供するために複数の制御方法が用いられて良い。それらの制御方法の例には、フィードフォワード制御プロセス、フィードバック制御システム、及び動的（その場）制御プロセスが含まれて良い。以降では、上述の制御プロセスの各々について個別に詳述する。
【００３６】
一の実施例では、所定の限界寸法(CD)を有するパターンを得るためにフィードフォワードプロセス制御が用いられる。この実施例では、最初にレジストパターン16cの線幅又は限界寸法(CD)が、任意の市販された装置を用いて測定される。光学測定−たとえばスキャッタロメトリ−が組み込まれた計測(IM)装置が採用されて良い。以降で詳述するように、一部の実施例では、線幅(CD)測定装置がコーター現像装置に組み込まれる。前記コーター現像装置では、後続のエッチングプロセスのために基板がエッチング装置に搬送される前に、露光後のフォトレジストの潜像又は現像されたCDの値が測定される。他の実施例では、CDの測定は、エッチング装置と組み合わせられたIM装置内で実行されて良い。前記IM装置内では、実際のエッチングプロセスが開始される前に、CDの測定が行われる。代替実施例では、CD測定は、IM装置の代わりに単独の測定系によって実行されても良い。線幅又はCD測定装置についての詳細な説明は以降で行う。レジストパターン16cの線幅又は限界寸法(CD)の測定後、レジストパターン16cの限界寸法(CD)がその所望の目標値を満たしているか否かが判断される。レジストパターン16cの限界寸法(CD)がその所望の目標値を満たしていない場合、プラズマエッチングガスの流速及び種類に関する適切な設定条件が最初に決定される。続いて後続のSi-ARC層16b又はODL層16aのエッチングプロセスのため、同一の半導体基板での設定条件が調節される。
【００３７】
代替実施例では、所定の限界寸法(CD)を有するパターンを得るのにフィードバックプロセス制御が用いられる。この代替実施例では、Si-ARCパターン16b若しくはODL層16aの線幅又は限界寸法(CD)が最初に検査される。ODLパターン16a（Si-ARCパターン16b）の限界寸法(CD)が、その所望の目標値を満たすか否かが判断される。ODLパターン16a（Si-ARCパターン16b）の限界寸法(CD)がその所望の目標値を満たさない場合には、プラズマエッチングガスの流速及び種類に関する適切な設定条件が決定される。その設定条件は、エッチング装置へ送られ、その後他の半導体基板向けに調節され、シリコン(Si)基板12上のマスクパターン−たとえばSiNハードマスクパターン14、ODLパターン16a、Si-ARCパターン16b、及びレジストパターン16c−の所定の限界寸法(CD)が供される。
【００３８】
さらに他の代替実施例では、動的プロセス制御（その場）が、所定の限界寸法(CD)を有するパターンを得るのに用いられて良い。この実施例では、最初にODLパターン16a若しくはSiNハードマスクパターン14の線幅又は限界寸法(CD)がエッチング中に測定され、かつ、プラズマエッチングガスの流速及び種類に関する適切な設定条件が、ODL層16a又はSiN層14のプラズマエッチングプロセス中に動的に調節される。以降では、エッチング装置及び線幅又はCD測定装置について個別に詳述する。
【００３９】
[エッチング装置]
図3は、プラズマ処理装置30の実施例の概略図を表している。図3に図示されているように、プラズマ処理装置30は、処理容器120、半径ラインスロットプレート300、基板ホルダ140、及び誘電体窓160を有する。処理容器120は、基板ホルダ140付近に位置する底部17、及び、該底部17の周辺から上方に延在する円筒形側壁18を有する。処理容器120の上面は開口端である。誘電体窓160は、基板ホルダ140と対向するように設けられ、かつOリング20を介して処理容器120の上面を封止している。プラズマ処理装置30は、該装置30の処理条件と全体的な動作を制御する制御装置（図示されていない）をさらに有する。
【００４０】
外部マイクロ波発生装置15は、同軸導波管24及び低速波管28を介して半径ラインスロットプレート300に、所定の周波数−たとえば2.45GHz−のマイクロ波出力を供する。同軸導波管24は、中心導体25及び周辺導体26を有して良い。続いてマイクロ波出力は、半径ラインスロットプレート300上に供された複数のスロット29を介して誘電体窓160へ伝送される。マイクロ波発生装置15からのマイクロ波は、誘電体窓160の下方に電場を発生させる。その電場は、処理容器120内で、プラズマ気体−たとえば窒素(N2)気体又はアルゴン(Ar)気体−の励起を生じさせる。誘電体窓160の内面に供された凹部27は、処理容器120内部での実効的なプラズマ生成を可能にする。
【００４１】
外部高周波電源37は、整合ユニット38及び電源柱39を介して、基板ホルダ140と電気的に接続する。高周波電源37は、基板に引き込まれるイオンエネルギーを制御するため、所定周波数−たとえば13.56MHz−のRFバイアス出力を発生させる。整合ユニット38は、RF電源37のインピーダンスと、電力供給装置−たとえば処理容器120−のインピーダンスとを整合させる。DC電源46を介した静電吸着力によって基板を保持するため、静電チャック41が基板ホルダ140の上面に供される。
【００４２】
プラズマ処理装置30は反応ガス供給部13をさらに有する。反応ガス供給部13の拡大図も図3に図示されている。図3に図示されているように、反応ガス供給部13は、基部注入器61を有して良い。基部注入器61は、誘電体窓160内部であって誘電体窓160の下面63よりも後方の位置に設けられている。反応ガス供給部13は基部ホルダ64をさらに有する。基部ホルダ64は、基部注入器61を保持する厚さ方向に、誘電体窓160を貫通する基部ホルダ64をさらに有する。基部注入器61の上面図も図3に図示されている。図3に図示されているように、複数の供給穴66が、基板ホルダ140に対向して設けられた平坦な壁面67上に供される。複数の供給穴66は、平坦な壁面67の中心で放射状に設けられている。
【００４３】
反応ガス供給部13は気体ダクト68をさらに有する。図3に図示されているように、気体ダクト68は、同軸導波管24、半径ラインスロットプレート300、及び誘電体窓160から、中心導体25を通り抜けて、複数の供給穴66に到達する。気体供給システム72は、中心導体25の上端に形成された気体流入口69と接続する。気体供給システム72は、オンオフバルブ70及び制御装置−たとえばマスフローコントローラ−を有して良い。
【００４４】
さらに反応ガスは、円筒形状の側壁18上に供された2つの気体ダクト89によって、処理容器120へ供給されて良い。反応ガスは、プラズマ励起気体及び材料気体のうちの少なくとも1であることに留意して欲しい。気体ダクト68と89から供給される反応ガスの流速を調節することによって、処理容器120内での材料気体の最適化された分解を実現することができる。
【００４５】
[線幅又はCD測定装置]
レジストパターン16c、シリコン含有反射防止コーティング(Si-ARC)層16b、有機誘電層(ODL)16a、又はシリコン窒化物(SiN)層14の線幅が、線幅測定装置を用いることによって、測定及び計算される。この装置は、単独型、コーター現像装置と一体化した型、又はエッチング装置と一体化した型のうちのいずれかであって良い。線幅測定装置がコーター現像装置に組み込まれるとき、レジストの潜像又は現像後のレジストの線幅は、プロセス後すぐに測定することができる。線幅測定装置がエッチング装置に組み込まれるとき、線幅も同様に、エッチング前後で測定することができる。他方、線幅又はCDの測定は、単独の測定システムを用いて実行されても良い。以降では、上述の実施例の各々について、個別に詳述する。
【００４６】
1)  コーター現像装置と一体化した線幅測定装置
図4は、フォトレジスト形成装置40Aの全体構造と一体化した線幅測定装置402Aの実施例の概略図を表している。便宜上、フォトレジスト形成装置40Aの全体構造は簡略化されている。図4に図示されているように、フォトレジスト形成装置40Aの全体構造は、コーター現像装置400A及び露光装置420を有して良い。コーター現像装置400Aは露光装置402に取り付けられている。一方コーター現像装置400Aは、エッチング装置440と接続しても良い。
【００４７】
フォトレジスト形成装置40Aは、線幅測定装置402A、複数の処理ユニット（コーティングユニット又は現像ユニット）404A、及び2つの基板搬送ユニット406Aを有して良い。複数の処理ユニット404Aは、コーティングユニット及び/又は現像ユニットをさらに有して良い。基板搬送ユニット406Aは、フォトレジスト形成装置40Aの全体構造内の各異なる隣接部材間で基板を運ぶ機能を有する。さらに基板搬送ユニット406Aは、上下左右に移動可能な構造で、かつ垂直軸の周りで回転して良い。
【００４８】
現像プロセス実行後に、レジストパターンの線幅又は限界寸法(CD)が測定される。次の工程では、適切な設定条件−たとえばエッチングガスの流速−が、測定された線幅に基づいて計算される。続いてその適切な設定条件は、コーター現像装置400Aからエッチング装置440へフィードフォワードされる。一部の実施例では、測定された生のデータは、コーター現像装置400Aからエッチング装置440へ伝送され、かつ適切なエッチング条件が得られるように処理される。一部の実施例では、その適切な設定条件は、処理条件データベースを用いて、測定された生のデータから計算される（図示されていない）。処理条件データベースは、コンピュータ442のメモリ内の様々な処理条件を記憶する。
【００４９】
2)  エッチング装置と一体化した線幅測定装置
図5を参照すると、フォトレジスト形成装置40Bの全体構造の実施例の概略図が表されている。図5に図示されているように、フォトレジスト形成装置40Bの全体構造と、フォトレジスト形成装置40Aとは、線幅測定装置402Bがコーター現像装置400と一体化する代わりにエッチング装置440Bと一体化している点で異なる。他の部材は基本的に構造40Aと同一である。この実施例では、1)フィードフォワード制御プロセス、2)フィードバック制御プロセス、及び3)動的（その場）制御プロセスを含む3つの制御方法すべては、基板のパターンを制御するのに用いられて良い。
【００５０】
フィードフォワード制御プロセスでは、現像された基板をエッチング装置440Bへ搬入した後、レジストパターンの線幅は、エッチング装置440B内の線幅測定装置402Bによって測定され、かつ、適切な設定条件−たとえばエッチングガスの流速−は、測定された線幅に基づいて計算される。その後その適切な設定条件は、エッチングプロセス用のエッチング装置440B内で調節される。
【００５１】
フィードバック制御プロセスでは、エッチングパターンの線幅は、線幅測定装置402Bによって測定され、かつ、適切な設定条件−たとえばエッチングガスの流速−は、測定された線幅に基づいて計算される。従って、他の基板のためのエッチングプロセスは、適切な設定条件下でエッチングプロセスを実行することによって最適化されて良い。
【００５２】
動的（その場）制御プロセスでは、エッチングパターンの線幅が、線幅測定装置402Bによって測定され、かつ、適切な設定条件−たとえばエッチングガスの流速−が、エッチングプロセス中に動的に調節される。上述したすべての制御プロセスでは、適切な設定条件は、処理条件データベースを用いることによって測定された生データから計算される（図5には図示されていない）。前記処理条件データベースは、コンピュータ442Bのメモリ内に様々な処理条件を記憶する。
【００５３】
本発明の一の態様によると、多層構造は、連続的にエッチングされる必要がある。この実施例では、第1パターニング層の線幅が最初に測定される。続いて前記第1層付近に形成される第2層についての適切なエッチング条件が設定される。次の工程では、前記第2層は最適化されたエッチング条件を用いてエッチングされる。その後、前記のエッチングされた第2層の線幅が測定され、かつその後、第3層について適切なエッチング条件が設定される。このプロセスは、多層構造内の多数の層について継続されて良い。このようにして、最終的なエッチングパターンの線幅（CD値）は所望の目標値に近づく。線幅（CD値）の測定は、チャンバ外部に備えられたIMモジュール又はチャンバ内に備えられた線幅測定装置のいずれかによって実行されて良い。エッチングチャンバが備えられたこの線幅測定装置によって、主エッチング(ME)プロセス後にCDが測定され、かつ、オーバーエッチング(OE)プロセスについての好適エッチング条件は、CDを厳密に制御するように調節されて良い。
【００５４】
例として、図1に図示された目標構造10は、多層構造と考えることができる。前段落に記載されたプロセスに従って各層のエッチングプロセスを実行するため、図6の構造を参照することで以降のプロセスを理解することができる。第1に、複数のHBr/O2比（条件）について単位時間当たりのCD変化値(ΔCD)が得られ、かつ表として記憶される。第2に、Si-ARC層16bの線幅が測定される。第3工程では、測定されたSi-ARCの線幅(CDs)と線幅の目標値(CDt)が計算される(CDt-CDs)。最後に、最適化されたHBr/O2の流速比が、差(CDt-CDs)及びODL層のオーバーエッチング時間(T)に基づいて得られる。前記最適化されたHBr/O2の流速比は、ODLエッチングプロセスのために前もって得られる。よってそのエッチングプロセスは、前記最適化されたHBr/O2の流速下で実行される。このようにして、最終的なODLパターン16aが、目標の線幅(CDt)に近い形状で得られる。Si-ARC層16bがフォトレジストマスク16cを用いてエッチングされる場合、CF4/CHF3の流速は上述のプロセスに従って最適化され、かつ、そのエッチングは、前記最適化されたCF4/CHF3の流速下で実行されることに留意して欲しい。あるエッチング条件（たとえばエッチングガス流速）では、CD値は、エッチング時間によって調節されても良い。さらにCD値は、複数のエッチングガスの流れの比（流速）とエッチング時間の両方を調節することによって変化して良い。
【００５５】
Si-ARC層16b上のレジストパターンの目標のCD値と測定された線幅との差異が、所定の閾値（トリミング能）を超える場合、Si-ARC層とODL層の両方を完成させるときに目標のCDt値を得るため、流速比（この特別な例ではHBr/O2とCF4/CHF3との比）は最適化されて良い。当業者が、測定されたレジストCD値と、エッチング開始前の目標のCD値とを比較することによって、Si-ARCエッチングプロセスの終了時に目標の値に到達できないと推定するときには、所定の閾値が得られても良い。このようにして、Si-ARC層とODL層の2つの連続する層のエッチングプロセスが完了するとき、線幅の目標値に到達することができる。この実施例では、HBr/O2とCF4/CHF3との流速比は、様々なパラメータ−たとえばエッチング時間や各層のエッチング形状−を考慮することによって決定される。この実施例では、Si-ARCの線幅の目標値及びODLの線幅の目標値は事前に与えられる。
【００５６】
3)  単独の線幅測定装置
図7は、フォトレジスト形成装置40Cの全体構造の単独の線幅測定装置402Cに係る実施例の概略図を表している。図7に図示されているように、フォトレジスト形成装置40Cの全体構造とフォトレジスト形成装置40A,Bの全体構造とは、線幅測定装置402Cが、単独型の測定装置として、如何なる装置及び機能とも一体化していない点で異なる。他の部材も基本的にフォトレジスト形成装置40Aの構造と同一である。この実施例では、基板容器（一般にFOUPと呼ばれる）が用いられている（図7には図示されていない）。各基板は、たとえば自動案内車両(AGV)を用いることによって、現像プロセス後又はエッチングプロセス後に容器へ搬送され、かつ線幅測定装置402Cへ搬送される。各基板では、各基板の線幅が最初に測定され、その後適切な設定条件が計算される。測定されたCD値及び適切な設定条件は、エッチング装置440へ伝送される。
【００５７】
[実験用試料]
側壁保護機構への臭化水素(HBr)の効果を評価し、かつ限界寸法(CD)を制御するプロセスをも確立するため、複数の実験用試料が作製される。ここで目標構造は、図1又は図2に記載された目標構造と同一である。続いて実験用試料には、本発明によるプラズマエッチングプロセスが施される。当該プラズマエッチングプロセスでは、有機誘電層(ODL)のオーバーエッチング(OE)工程中、適切な量の臭化水素(HBr)が、窒素と酸素の混合雰囲気(N2/O2)中に加えられる。以降では、これらの評価結果について詳細に説明する。
【００５８】
図8を参照すると、2つの実験用試料の目標構造の各特定の層でプラズマエッチングプロセスを実行した後における、その2つの実験用試料の断面が図示されている。第1実験用試料は、密なアレイパターンを有することを特徴とする一方で、第2実験用試料は疎なパターンを表している。両パターンの断面が、図8の上部と下部にそれぞれ図示されている。図8に図示されているように、各マスク層についてエッチング工程を実行した後に、断面像が撮られた。両実験用試料について、これらの断面図の1〜5列はそれぞれ、レジストパターン、Si-ARCパターン、ODL主エッチング(ME)パターン、ODLオーバーエッチング(OE)パターン、及びハードマスクSiNパターンに対応している。表1は、各マスク層に適用されるエッチング条件についてまとめている。
【００５９】
【表１】
2012521659.tif 000003
図8に図示されているように、Si-ARC及びODL主エッチング(ME)工程において限界寸法(CD)は減少している。ODL層のオーバーエッチング(OE)工程中に、臭化水素(HBr)を窒素と酸素の混合雰囲気(N2/O2)中に加えることによって、密なパターンと疎なパターンのいずれの限界寸法も増大することができる。図8に図示されているように、ODLオーバーエッチング(OE)における密なアレイパターンが約46nmである一方で、同一の層における疎なパターンの限界寸法(CD)は約115nmである。限界寸法のこのような増大は、薄い臭化炭素(CBrx)の堆積によるものと考えられる。前記堆積は、エッチングに対する側壁保護として機能する。
【００６０】
ハードマスクSiNエッチング工程実行後の最終的な限界寸法(CD)は、密なパターンについては40nmで、疎なパターンについては119nmである。トリミング能は、ガス流条件（ガスの比、全流速等）を調節することによって、エッチング工程実行後にマスク層の限界寸法が変化する範囲である。図8は、CD値が、密なパターンと疎なパターンの両方において変化することを示している。
【００６１】
以降では、各パラメータ−たとえばHBrの流速、オーバーエッチング(OE)工程の時間依存性、エッチングガスの種類、及び組成比−がODL層の限界寸法(CD)へ及ぼす影響が検討される。この目的のため、密なパターン及び疎なパターンを有する様々な実験用試料が、各異なるエッチング条件下で形成された。以降に記載がない場合には、以下のエッチング条件が、各実験用試料のODL層のパターニングに用いられている。具体的には、1)主エッチング(ME)条件については、圧力が10mTorr、N2/O2流速が400sccm/200sccm、マイクロ波出力が3kW、RF出力が200W、及び主エッチング(ME)周期が40秒であり、2)オーバーエッチング(OE)条件については、圧力が10mTorr、N2/O2流速が400sccm/4sccm、マイクロ波出力が3kW、及びRF出力が200Wである。
【００６２】
オーバーエッチング期間に対する限界寸法(CD)の依存性を評価するため、2組の実験用試料が作製された。各組では、同一のマスクパターンを有する3つの実験用試料が作製された。先述の場合と同様に、第1組の実験用試料は、密なアレイパターンを有することを特徴とする一方で、第2組の実験用試料は疎なパターンを表している。ODL層の主エッチング(ME)及びオーバーエッチング(OE)はプラズマ処理装置30内で実行される。ODL層のパターニングに用いられる主エッチング(ME)条件及びオーバーエッチング(OE)条件は、前段落に記載された条件と同一である。
【００６３】
この評価のため、HBr流速は60sccmに設定された。さらに各組では、3つの実験用試料が、0秒、20秒、及び40秒のオーバーエッチング処理時間でパターニングされた。
【００６４】
図9は、実験用試料の断面及びその限界寸法(CD)をオーバーエッチング(OE)処理時間の関数として表している。図9に図示されているように、限界寸法(CD)は、オーバーエッチング(OE)処理時間を延長することによって大きくすることが可能である。これは主として、オーバーエッチング(OE)期間が延長されることで、ODLパターン全体にわたる反応性副生成物−たとえば臭化炭素(CBrx)の堆積が増大することに起因すると考えられる。
【００６５】
次に図10を参照すると、実験用試料の断面図及び限界寸法(CD)がHBrの流速の関数として示されている。先の実施例と同様に、2組の実験用試料が作製された。各組は同様のパターンを有する3つの試料を有する。第1組の実験用試料は、密なアレイパターンを有することを特徴とする一方で、第2組の実験用試料は疎なパターンを表している。ODL層の主エッチング(ME)及びオーバーエッチング(OE)はプラズマ処理装置30内で実行される。ODL層のパターニングに用いられる主エッチング(ME)条件及びオーバーエッチング(OE)条件は、4つ前の段落に記載された条件と同一である。この評価のため、オーバーエッチング(OE)処理時間の条件はすべて20秒に設定された。さらに各組の3つの実験用試料の各々はそれぞれ、0sccm、60sccm、及び120sccmのHBr流速でパターニングされた。
【００６６】
図10に図示されているように、限界寸法(CD)は、HBr流速の増大と共に増加する。ODL層の限界寸法(CD)の制御に用いられる機構は以下のようなものであると考えられる。それは、臭化水素(HBr)を水素と窒素の混合気体(N2/O2)へ加えることによって、水素(H)が、ODL層の表面での酸素を減少させることである。換言すれば、酸素(O)原子はODLから引き抜かれる。その結果、表面での炭素含有率が高い有機誘電層(ODL)が生成される。よって炭素−炭素結合が増大することで、有機誘電層(ODL)は、より剛性を有するものとなる。ODLの剛性は側壁保護として機能し、その結果エッチングが防止される。
【００６７】
他方、ODL層の炭素含有率が高くなることで、ODLパターンの表面付近での臭素−炭素結合が増大すると考えられる。また、ODLパターン全体にわたって堆積される臭化炭素(CBrx)の薄い層が側壁保護として機能し、その結果エッチングを防止していると言うこともできる。臭化水素(HBr)の流速を増大させることによって、臭化炭素(CBrx)の堆積は、Br元素の増加に起因して増大し、結局ODLの限界寸法(CD)が増大する。他方、HBrの流速を減少させることによって、CDの増大は小さくなる。このようにして、限界寸法(CD)の所定値を得るための良好な制御可能性を実現することができる。
【００６８】
ODL層の限界寸法(CD)は、他の種類のエッチングガス−たとえば塩素(Cl2)ガスを用いて制御されて良い。どのようにして他の種類のエッチャントガスが、限界寸法(CD)の制御可能性に影響を及ぼしうるのかを評価するため、2組の実験用試料が作製された。各組では、同一のマスクパターンを有する2つの実験用試料が作製された。先の実施例と同様に、第1組の実験用試料は、密なアレイパターンを有することを特徴とする一方で、第2組の実験用試料は疎なパターンを表している。各組では、最初に第1実験用試料及び第2実験用試料には、7つ前の段落記載されたエッチング条件と同一の条件下で主エッチング(ME)工程が施される。続いて各組の第1実験用試料には、臭化水素(HBr)ガスを水素と窒素の混合気体(N2/O2)へ加えることによって、オーバーエッチング(OE)工程が施される。しかし各組の第2実験用試料には、塩素(Cl2)ガスを水素と窒素の混合気体(N2/O2)へ加えることによって、オーバーエッチング工程が施される。この評価のため、HBr流速とCl2流速のいずれも60sccmに設定された。さらにオーバーエッチング(OE)処理時間の条件は、各実験組において20秒に設定された。
【００６９】
図11は、様々なエッチングガス種類についての実験用試料の断面図を表している。図11に図示されているように、オーバーエッチング(OE)工程におけるODL層の限界寸法(CD)は、いずれの種類のエッチングガス(HBrとCl2)についても、主エッチング(ME)工程と比較して増加している。塩素(Cl2)ガスの場合でのODL層の限界寸法(CD)制御の厳密な機構は分かっていないが、限界寸法(CD)の増大に関しては、同様の結果が得られている。しかしこの実施例では、他の有害な効果も観測された。たとえば、下地のハードマスクシリコン窒化物(SiN)層は、そのマスク高さが減少する（先細る）ように薄くされる。
【００７０】
代替実施例では、所望の限界寸法(CD)が、臭化水素(HBr)をアルゴンと酸素の混合雰囲気(Ar/O2)中に加えることによって実行される。この代替実施例では、一連のアルゴン/臭化水素/酸素(Ar/HBr/O2)は、ODL主エッチング(ME)工程を実行するのに用いられる。先の実施例と同様に、2組の実験用試料が作製され、各組は、同様のパターンを有する3つの試料を有する。第1組の実験用試料は、密なアレイパターンを有することを特徴とする一方で、第2組の実験用試料は疎なパターンを表している。より具体的には、図1に図示された構造を有する基板の小片（劈開された試料。切り取り試料(coupon)とも呼ばれる）が、この実験では用いられた。Si-ARC及びODL主エッチング(ME)が実行されるとき、切り取り試料は、上にフォトレジストが全面コーティングされた基板上に取り付けられた。ODLオーバーエッチング(OE)が実行されるとき、切り取り試料は、上にシリコン窒化物(SiN)が全面コーティングされた基板上に取り付けられた。ODLオーバーエッチング(OE)は15秒間実行された。表2は、Si-ARC層及びODL層でのエッチング条件についてまとめている。
【００７１】
【表２】
2012521659.tif 000004
Si-ARC及びODL主エッチング(ME)工程の実行後、オーバーエッチング(OE)工程が、プラズマ処理装置30を用いて実行された。各組の第1実験用試料、第2実験用試料、及び第3実験用試料のオーバーエッチング(OE)工程はそれぞれ、100/150/20、100/150/10、及び100/150/5sccmのAr/HBr/O2流速比で実行された。
【００７２】
次に図12を参照すると、実験用試料の断面及びその限界寸法(CD)が、HBr/  O2比の関数として表されている。図12に図示されているように、ODL層の限界寸法(CD)は、HBr/O2比の増加に伴って増大する。換言すると、酸素(O2)の流速が減少するときに、ODL層の限界寸法(CD)は増大する。
【００７３】
従来のプラズマエッチングプロセスにおいては、エッチング工程の実行後に、パターン形状にばらつきが存在するという問題が存在した。このようなパターン形状におけるばらつきを回避するため、フォトリソグラフィ目的のマスクは、完成したエッチングパターンの寸法におけるばらつきを考慮することによって設計される。しかし上述の問題は、この解決法によっても完全に回避することはできない。
【００７４】
本発明のプラズマエッチングプロセスは、上述の問題の解決法を供する。臭化水素(HBr)をN2/O2又はAr/O2の混合雰囲気中に加えることによって、水素(H)が、ODL層表面の酸素(O)を減少させると考えられる。換言すれば、酸素(O)原子は、ODL層から引き抜かれる。その結果、表面での炭素含有率の高い有機誘電層(ODL)が生成される。よって、炭素−炭素結合が増加して、有機誘電層(ODL)は、より剛性を有するようになる。ODL層の剛性は、側壁保護として機能する。その結果、エッチングが保護される。
【００７５】
それに加えて、ODL層の炭素含有率が高くなることで、ODLパターン付近の複数の臭素−炭素結合が増大するとも考えられる。その結果、臭化炭素(CBrx)の薄い層は、ODLパターン全体にわたって堆積される。このように堆積された臭化炭素(CBrx)の薄い層は側壁保護として機能する。従ってODL層の横方向エッチングを抑制することができる。さらに臭化水素(HBr)の流速を増大させることによって、臭化炭素(CBrx)の堆積は、Brの増加に起因して増大する。これによりODLの限界寸法(CD)が増大する。他方、HBr流速を減少させることによって、CDの増大速度は小さくなる。このようにして、限界寸法(CD)の所定値を得るための良好な制御可能性は、適切なHBr流速を選択することによって実現することができる。
【００７６】
パターン形状のばらつき及びその限界寸法の均一性を評価するため、2組の実験用試料が作製された。各試料は、各異なるパターン（密なパターンと疎なパターン）を有する。各組では、同様のパターンを有する2つの実験用試料が作製された。表3は、実験用試料の各マスク層において用いられるエッチング条件をまとめている。
【００７７】
【表３】
2012521659.tif 000005
この実験については、Si-ARC及びODL主エッチング(ME)工程でのエッチング時間はそれぞれ、16秒及び40.8秒に設定された。オーバーエッチング(OE)工程では、一の実験用試料のエッチング時間が20秒に設定される一方で、他の実験用試料のエッチング時間は40秒に設定された。
【００７８】
図13は、実験用試料の断面図及びその限界寸法(CD)を表している。各実験用試料については、それぞれ基板の中心及び端部に沿って断面図が撮られた。基板の中心及び端部は、図13の「中心」及び「端部」で定義されている。図13に図示されているように、限界寸法(CD)は、全実験用試料について、オーバーエッチング(OE)処理時間に依存しない。それに加えて、全試料にわたって、パターン形状におけるばらつきが観測されなかった。
【００７９】
図14は、各マスク層のマイクロ波出力、RF出力、及びRF電圧を時間の関数として表している。横軸は処理時間を表し、左側の縦軸はマイクロ波出力とRFバイアス出力を表す一方で、右側の縦軸はRFバイアス電圧を表す。図14に図示されたこの実験データは、多層構造のエッチング工程が、プラズマ処理装置30の同一処理容器120内で連続的に実行される例を表している。各プロセス工程の開始時での上部マイクロ波出力は、プラズマ生成プロセスを開始するδ関数として印加されることに留意して欲しい。
【００８０】
RFバイアス電圧（下部Vpp）が、プラズマ処理装置30（図3を参照のこと）から基板ホルダ140へ印加された。前述したように、このRFバイアス電圧は、基板へ引き込まれるイオンエネルギーを制御する。図14に図示されているように、エッチングプロセスが次のマスク層へ進むことで、RFバイアス電圧は低下する。それにより、エッチングプロセスが、下のマスク層へ向かって先へ進むことで、基板に衝突するイオンのエネルギーは減少する。
【００８１】
さらに、従来のプラズマエッチングプロセスにおいて観測される他の問題は、レジストパターンが、領域上でのパターンが疎であるか、又は密であるかに依存して、不均一に形成されることである。換言すると、レジストパターンが疎（粗いとも呼ばれる）であるか、又は密（微細とも呼ばれる）であるかに依存して、パターン形状のばらつきが存在するのである。粗い形状及び微細形状におけるばらつきを回避するため、フォトリソグラフィ目的のマスクが、これらのばらつきを考慮することによって設計される。しかし上述の問題は、この解決法によって完全には回避できない。また限界寸法(CD)を制御するとき、粗い形状及び微細形状におけるばらつきが起こることを観測された。
【００８２】
本発明のプロセスに従ってシリコン含有反射防止コーティング(Si-ARC)層をパターニングしながら、粗い形状及び微細形状におけるばらつきを回避することができる。この実施例では、最終パターン−たとえばハードマスクSiN−の線幅又は限界寸法(CD)は、トリフルオロメタンガスに対するテトラフルオロメタンガスの比(CF4/CHF3)を調節することによって、Si-ARC層を介して制御される。Si-ARCエッチング工程においてCF4/CHF3の比を調節することによって、Si-ARCパターンの限界寸法は、最終限界寸法(CD)が、約-2nm〜+10nmの範囲内で制御可能となるように変化して良い。
【００８３】
Si-ARCパターンは主として、シリコン(Si)原子と炭素(C)原子で構成される。Si-ARC層が炭素を含有することで、Si-ARC層の表面上に複数の炭素−フッ素結合を生成するのが助けられると考えられる。従って、Si-ARC層内でのCF4/CHF3の比を調節することによって、CFx系列の薄膜は、CF4ガスとCHF3ガスとの間の結合エネルギー差に起因して、Si-ARCパターン全体にわたって堆積される。その結果、Si-ARCエッチング工程においてCF4/CHF3の比を調節することで、本発明のプロセスに従った、Si-ARC層の横方向エッチングが抑制され、かつ、Si-ARCパターンの限界寸法(CD)の増大が可能となる。
【００８４】
Si-ARC層のエッチング工程によって限界寸法(CD)の制御性を評価するため、並びに、粗い形状及び微細形状におけるばらつきを調べるため、様々な実験用試料が作製された。先の実施例と同様に、2つの実験用試料が作製された。各試料は各異なるパターン（密なパターン及び疎なパターン）を有する。表4は、実験用試料の各マスク層において用いられるエッチング条件をまとめている。この実験では、Si-ARC、ODL主エッチング(ME)工程、ODLオーバーエッチング(OE)工程、SiN、及びアッシング工程におけるエッチング時間はそれぞれ、17.7秒、40.8秒、20秒、及び30秒に設定された。さらにCF4/CHF3の比は1に設定された(180/180)。
【００８５】
【表４】
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図15を参照すると、実験用試料の断面及びその限界寸法(CD)が図示されている。図15に図示されているように、垂直プロファイルは、全実験用試料にわたって90°に非常に近く、粗い形状と微細な形状にはほとんどばらつきがないことを示している。それに加えて、Si-ARCのパターンの限界寸法(CD)は、全実験用試料にわたって所望の目標パターンからのズレが最小（±0nm〜±2nm）であることを示している。この実験では、密なパターンと疎なパターンの所望の目標パターンはそれぞれ、45nm及び75nmに設定された。
【００８６】
各実験用試料についてCF4/CHF3の比が変化するとき、Si-ARC層のエッチング工程による限界寸法(CD)の制御可能性、及び、粗さと微細さの形状における変化も検討された。繰り返しになるが、2組の実験用試料が作製された。各試料は各異なるパターン（密なパターン及び疎なパターン）を有する。各組では、3つの実験用試料が作製された。実験用試料の各マスク層に用いられるエッチング条件は、表4でまとめられたエッチング条件と同一である。しかし実験用試料の各組では、第1実験用試料、第2実験用試料、及び第3実験用試料についてのCF4/CHF3の比は、それぞれ(210/150)、(180/180)、及び(150/210)に設定された。
【００８７】
次に図16を参照すると、実験用試料の断面とその限界寸法(CD)が図示されている。図16に図示されているように、垂直プロファイルは、全実験用試料にわたって90°に非常に近く、粗い形状と微細な形状にはほとんどばらつきがないことを示している。それに加えて、Si-ARCのパターンの限界寸法(CD)は、全実験用試料にわたって初期の目標パターンからのズレが最小（-3nm〜+12nm）であることを示している。パターンにわたる最大のズレは+2nmである。この実験では、密なパターンと疎なパターンの初期の目標パターンはそれぞれ、45nm及び75nmに設定された。
【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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【国際調査報告】
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