特許 6091490 レジスト形状におけるクリティカルディメンション及びラフネスの制御方法及び制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6091490

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】レジスト形状におけるクリティカルディメンション及びラフネスの制御方法及び制御システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20170227BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 570

【請求項の数】16

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-509322(P2014-509322)

(86)(22)【出願日】2012年4月26日

(65)【公表番号】特表2014-515889(P2014-515889A)

(43)【公表日】2014年7月3日

(86)【国際出願番号】US2012035218

(87)【国際公開番号】WO2012151108

(87)【国際公開日】20121108

【審査請求日】2015年2月9日

(31)【優先権主張番号】13/099,432

(32)【優先日】2011年5月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500239188

【氏名又は名称】ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100188307

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】ルドヴィック ゴデ

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー ジェイ リーヴィット

(72)【発明者】

【氏名】ジョセフ オルソン

(72)【発明者】

【氏名】パトリック エム マーティン

【審査官】 松岡 智也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１９８９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Yue Kuo，"Plasma Swelling of Photoresist"，Japanease Journal of Applied Physics，１９９３年 １月１５日，vol.32, No.1A/B，pp.L126-L128

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／４０

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

初期ラインラフネス及び初期クリティカルディメンションを有する、基板上のフォトレジストレリーフ形状の処理方法であって、
第１の露光において、前記初期ラインラフネスを第２ラインラフネスに減少させるように構成された第１の角度範囲及び第１のイオン線量率で、前記フォトレジストレリーフ形状にイオンを向けるステップと、
第２の露光において、前記第１のイオン線量率よりも高い第２のイオン線量率であって、前記フォトレジストレリーフ形状を膨張させるように構成され、前記第２ラインラフネスよりも小さい第３ラインラフネスに前記フォトレジストレリーフ形状を平滑化する、第２のイオン線量率で、前記フォトレジストレリーフ形状にイオンを向けるステップと、
を含む処理方法。

【請求項2】

前記第１の露光の後、前記初期クリティカルディメンションが第２のクリティカルディメンションに減少し、前記第２の露光の後、前記第２のクリティカルディメンションが第３のクリティカルディメンションに増加する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１及び第２の露光の後、前記フォトレジストレリーフ形状が前記初期クリティカルディメンションとほぼ等しい第３のクリティカルディメンションを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記第１及び第２の露光の後、前記フォトレジストレリーフ形状が前記初期クリティカルディメンションの所定の公差限界の範囲内の第３のクリティカルディメンションを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記予め定められた公差限界は、前記初期クリティカルディメンションから＋／−５ナノメートルである、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記第２の露光の間に、前記第１の角度範囲とは異なる第２の角度範囲にわたってイオンを供給するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の露光の間に、前記フォトレジストレリーフ形状を有する基板を第１の温度に冷却するステップと、
前記第２の露光の間に、前記基板を前記第１の温度よりも高い第２の温度に冷却するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記第１及び第２の露光によりイオンを向けるステップは、
プラズマシース及びイオンを有するプラズマを生成するステップと、
前記プラズマ及び前記プラズマシースの間に規定される境界の形状を修正するように機能する開口を規定する抽出プレートを提供するステップと、
前記フォトレジストレリーフ形状を有する基板と、前記修正された形状を有する前記境界を越えて前記フォトレジストレリーフ形状にイオンを引き込むように構成された前記プラズマとの間に、バイアスを供給するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

第１のプラズマ出力レベルで前記第１の露光を実行するステップと、
より高い第２のプラズマ出力レベルで前記第２の露光を実行するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の露光の間に、前記フォトレジストレリーフ形状を有する前記基板に対して、ある角度範囲にわたってイオンを供給するように構成された前記抽出プレートの１以上のスキャンを実行するステップと、
前記第２の露光の間に、前記基板に対して、前記抽出プレートの１以上のスキャンを実行するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の露光の間に、第１の出力レベルで、プラズマの第１の一連のパルスを供給するステップと、
前記第２の露光の間に、前記第２の露光の期間にわたる平均プラズマ出力が第１の露光の期間にわたる平均プラズマ出力よりも高い第２の出力レベルで、前記プラズマの第２の一連のパルスを供給するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の露光の間に、第３の一連のパルスを供給するステップであって、前記第２及び第３の一連のパルスは異なるプラズマ出力レベルに対応するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の露光は、前記第２の露光の後に発生する、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

基板上のフォトレジストレリーフ形状の処理システムであって、
プラズマシースを有するプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、
前記プラズマと前記基板との間に配置され、ある角度範囲にわたってイオンを前記基板に向けるように構成された抽出プレートと、
前記プラズマに対する前記基板の露光条件を変化させるように機能する調整器であって、第１の露光の間に、第１のイオン線量率及び第１の角度広がりでイオンが前記フォトレジストレリーフ形状に向けられ、第２の露光の間に、前記第１のイオン線量率よりも高い第２のイオン線量率でイオンが前記フォトレジストレリーフ形状に向けられ、前記第１の露光は、前記初期ラインラフネスを第２ラインラフネスに減少させるように構成され、前記第２の露光は、前記フォトレジストレリーフ形状を膨張させて平滑化するように構成され、前記第１及び第２の露光の後、前記フォトレジストレリーフ形状の第３ラインラフネスが第２ラインラフネスよりも小さく、第３のクリティカルディメンションが前記第２のクリティカルディメンションよりも大きくなるように機能する調整器と、
を有する処理システム。

【請求項15】

前記第３のクリティカルディメンションは、前記初期クリティカルディメンションの所定の公差限界の範囲内である、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

初期ラインエッジラフネス及び初期クリティカルディメンションを有する、基板上のフォトレジストレリーフ形状の処理方法であって、
第１の露光において、前記フォトレジストレリーフ形状は前記初期クリティカルディメンションより小さい第２のクリティカルディメンションを示し、前記フォトレジストレリーフ形状が前記初期ラインラフネスより小さい第２ラインラフネスを示すまで、第１の線量率及び第１の角度広がりで、イオンを前記フォトレジストレリーフ形状に向けるステップと、
第２の露光において、前記フォトレジストレリーフ形状が前記第２のクリティカルディメンションより大きい第３のクリティカルディメンションに膨張して前記第２ラインラフネスより小さい第３ラインラフネスに平滑化するまで、前記第１の線量率よりも大きい第２の線量率で、イオンを前記フォトレジストレリーフ形状に向けるステップと、
を含む処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、デバイス製造の分野に関する。特に、本発明は、パターン化されたレジストフィーチャ（形状）のラフネス及びクリティカルディメンションの制御方法、制御システム及び制御構造に関する。

【背景技術】

【0002】

光リソグラフィは、電子デバイスの製造によく使用される。これは、基板にパターンを形成し、そのパターンに基づく回路を基板上に形成する処理である。図１ａから１ｅを参照すると、光リソグラフィ処理の簡略化された図が示されている。通常、基板１１２は、図１ａに示されるように、光硬化性の高分子フォトレジスト１１４が塗布される。その後、所望の開口パターンを備えるマスク１４２が、基板１１２と光源（図示なし）との間に配置される。光源からの光１０が、マスク１４２の開口を通って基板１１２上に照射され、マスクの開口（又はパターンの像）を介して伝達された光が、基板１１４上に照射される。図１ｂに示されるように、フォトレジストの一部分１１４ａは、光１０に露光されて硬化する一方、フォトレジストの他の部分１１４ｂは、硬化されない。その結果、マスクの開口の像がフォトレジストの硬化した部分１１４ａにより形成される。

【0003】

図１ｃに図示されるように、フォトレジストの硬化していない部分１１４ｂが取り除かれると、マスクの開口パターンに対応する３次元（３Ｄ）のフォトレジストレリーフ形状１１４ａが基板１１２上に残される。その後、基板がエッチングされると、マスクの開口パターンのネガ像に対応する溝１１６が形成される（図１ｄ）。残存するフォトレジスト１１４ａが取り除かれた後、図１ｅに図示されるように、パターン形成された基板１１２が形成される。金属層が溝上に配置されると、所望のパターンを有する回路が基盤１１２上に形成される。

【0004】

光リソグラフィは、スループットの高い効率的な処理であるが、欠点がないわけではない。１つの欠点は、ラインウィドゥスラフネス（ＬＷＲ）又はラインエッジラフネス（ＬＥＲ）を有することである。当該分野で知られるように、ＬＷＲは、フォトレジストの硬化されていない部分１１４ｂが基板から取り除かれた後に形成されるフォトレジストレリーフ形状の幅における極端なばらつきである。ばらつきがフォトレジストレリーフ形状の側面で生じる場合、このばらつきはＬＥＲとして知られる。ＬＷＲ又はＬＥＲによるラフネス又はばらつきは、エッチング中に溝に転写され、最終的に回路に転写されうるため、不都合である。フォトレジストレリーフ又はフォトレジストトレンチの形状のサイズが小さくなるほど、ばらつきは大きくなる。３２ｎｍのデバイスでは、４ｎｍ以上のばらつきが観察される。パターン化されたレジスト形状の幾何学的な形状は、ＬＷＲ及びＬＥＲのようなラインラフネスの影響も含めて、下位層のパターン形成の間にデバイスのレジスト層から下位の永久層に転写される。このため、ＬＷＲ及びＬＥＲは、約１００ｎｍ未満の寸法の許容品質でのデバイス形成を制約する。かかるばらつきは、回路を不均一にし、最終的にデバイスの劣化や故障に繋がりうる。さらに、デバイスの性能は、設計基準次第で短距離、中距離又は長距離のラフネスによって、より大きな影響を受ける。

【0005】

ＬＷＲ及びＬＥＲ（ＬＷＲ、ＬＥＲ、又はＬＷＲ及びＬＥＲの両方のいずれかの組合せは、以下ではまとめて「ラインラフネス」という）の影響に対処するために、いくつかの手法が試みられてきた。ラインラフネスを低減する有望な技術の１つは、パターン化されたフォトレジストレリーフ形状に、広範な角度にわたってイオンが照射されるイオンビーム平滑化である。この技術は、クリティカルディメンションが約１００ｎｍ未満の細いフォトレジストレリーフ形状におけるラインラフネスを修正することに成功している。パターン化されたフォトレジスト上に広範な角度にわたって照射されるイオンを使用する典型的なイオンビーム平滑化処理において、ＬＷＲ／ＬＥＲは最大で約５０％まで減らすことができる。しかしながら、イオンビーム平滑化処理が実行された後はクリティカルディメンション（ＣＤ）が最大で約１０ｎｍ減少し、これは、所望のデバイスの特徴によっては容認しがたいほど大きな減少となりうる。

【0006】

イオンビーム平滑化処理中に使用されるプラズマ源の出力を増大させると、ＣＤの減少が抑制又は除去されることが確認されている。しかし、出力を増大させると、ラインラフネスの低減の効果も小さくなることが確認されている（例えば、イオンビーム平滑化処理を３００Ｗで実行すると、ＬＷＲが２５％減少しうるが、ＣＤも２０％減少しうる。５００Ｗの出力では、ＣＤの減少はゼロに近いが、ＬＷＲの減少はほんの１５％程度であり、設計仕様を満たさないかもしれない。）。そのため、現在のイオンビーム平滑化処理は、改良されたラフネスとクリティカルディメンションの減少との間のトレードオフのもとに成立している。上述の点に鑑みると、例えばＣＤが１００ｎｍ未満のデバイスといった、レジスト形状が極めて小さいことが求められる場合のフォトレジスト処理技術を改良する必要性が理解されるであろう。

【発明の概要】

【0007】

本発明の実施形態は、基板のパターン形成を改善する方法及びシステムに関し、特に、下層の基板をパターン形成するのに使用されるフォトレジストレリーフ形状におけるラフネスを改善し、クリティカルディメンションを制御することにより、基板のパターン形成を改善する方法及びシステムに関する。一実施形態において、初期ラインラフネス及び初期クリティカルディメンションを有する、基板上のフォトレジストレリーフ形状の処理方法は、第１の露光において、初期ラインラフネスを第２ラインラフネスに減少させるように構成された第１の角度範囲及び第１の線量率で、フォトレジストレリーフ形状にイオンを向けるステップを含む。この方法は、第２の露光において、第１のイオン線量率よりも高い第２のイオン線量率であって、フォトレジストレリーフ形状を膨張させるように構成された第２のイオン線量率で、フォトレジストレリーフ形状にイオンを向けるステップをさらに含む。

【0008】

他の一実施形態において、基板上のフォトレジストレリーフ形状の処理システムは、プラズマシースを有するプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、プラズマと基板との間に配置され、ある角度範囲にわたってイオンを基板に向けるように構成された抽出プレートとを備える。このシステムは、プラズマに対する基板の露光条件を変化させるように機能する調整器であって、第１の露光の間に、第１のイオン線量率及び第１の角度範囲でイオンが前記フォトレジストに向けられ、第２の露光の間に、前記第１の線量率よりも高い第２のイオン線量率でイオンが前記フォトレジストに向けられる用に機能する調整器をさらに備える。第１の露光は、初期ラインラフネスを第２のラインエッジラフネスに減少させるように構成され、第２の露光は、フォトレジストレリーフ形状を膨張させるように構成され、第１及び第２の露光の後、フォトレジストレリーフ形状の第３のラインエッジラフネスは第１のラインラフネスよりも小さく、第３のクリティカルディメンションは第２のクリティカルディメンションよりも大きい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】従来の光リソグラフィ処理のステップを示す基板の概略断面図である。

【図2a】本発明の一実施形態に係る基板処理システムの概略図である。

【図2b】本発明の実施形態により提供される、基板上の入射粒子の角度分布の典型例を示す図である。

【図3】本発明の典型的な機構を示す、プラズマシース修正器及びフォトレジストレリーフ形状の概略断面図である。

【図4】フォトレジストレリーフ形状の典型的な処理を示す、パターン化されたフォトレジストレリーフ形状の側面断面図及び平面図である。

【図5a】典型的なプラズマ出力曲線を示す図である。

【図5b】他の典型的なプラズマ出力曲線を示す図である。

【図6】平均イオン線量率が相対的に低い値と高い値との間で変化するパルス化されたプラズマ処理に係る別の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の望ましい実施形態が示される添付図面を参照して、本発明についてより詳細に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態において実施可能であり、本明細書で説明される実施形態に制限して解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が当業者にとって詳細かつ完全となり、本発明の範囲が十分に当業者に伝わるように提供されるものである。図面において、全体にわたる同様の参照符号は同様の要素を示している。

【0011】

上述の方法に関連する欠点を解決するために、基板にパターン形成するための、新規性及び進歩性を有する技術及びシステムが開示される。特に、本開示は、フォトレジストレリーフ形状の質を改善するイオン注入処理、例えば、フォトレジストレリーフ形状のラインラフネスを改善し、ＣＤを制御するイオン注入処理に関連する技術に関するものである。本明細書において開示される処理は、細い形状（極めて細かいピッチ、例えば約２５０ｎｍ未満のピッチを有するアレイに組み込まれる形状を含む）を形成する処理とともに使用してもよい。かかる処理は、従来のＤＵＶリソグラフィ、ダブルパターニングリソグラフィ、自己整合ダブルパターニングリソグラフィ及び他のリソグラフィ処理を含む。しかしながら、当業者であれば、本明細書において開示される技術が、如何なる特定のリソグラフィとともに用いられるものに限定されるものではなく、又はフォトレジストレリーフ形状の寸法の如何なる範囲に限定されるものではないことを認識できるだろう。

【0012】

本開示のいくつかの実施形態は、極めて小さな寸法を有するレジスト形状を処理するためにプラズマベースイオン注入処理を採用している。図２ａを参照すると、本発明の一実施形態における、フォトレジストレリーフ形状を処理する基板処理システム３００が示される。図２ｂは、フォトレジストを処理する粒子の角度分布の一例を図示する。これらの図は、必ずしも一定の縮尺で描画されたものではない。

【0013】

図２ａに図示されるように、システム３００は処理チャンバ３０２を有し、処理チャンバ３０２内では、基板ホルダ３０４が基板１１２を支持するように構成される。基板１１２は、金属、半導体又は絶縁材料ベースの基板であってもよい。いくつかの実施形態において、基板ホルダは、流体源（図示なし）のような冷却源に連結された冷却管３３６を使用した能動冷却を備えていてもよい。パターン化されたフォトレジスト（図２ａには図示なし）が基板上に配置され、これは、硬化しない部分が取り除かれた後、基板上に残ったフォトレジストの硬化した部分である。

【0014】

システム３００は、処理チャンバ３０２内に含まれる、プラズマ３０６を発生させるためのプラズマ源を有してもよい。様々な実施形態において、プラズマ源は、その場又は遠隔の、ＤＣ又はＲＦプラズマ源、誘導結合プラズマ源、容量結合プラズマ源、ヘリコン源、マイクロ波源、又は任意の他の種類のプラズマ源であってもよい。

【0015】

図２ａに示されるように、ＲＦプラズマ源を採用するいくつかの実施形態において、ＲＦ電源３３０は、プラズマ３０６を生成するアンテナ３３２を駆動することが可能なＲＦ信号を供給する。ＲＦ電源３３０は、アンテナ３３２に供給される生成信号の振幅を変化させることができ、それによってプラズマ３０６内のプラズマ電力を変化させることができる。後述するように、これは、基板１１２に向けられるイオン線量率を制御するために使用される。

【0016】

プラズマ３０６と基板１１２との間には、１以上のプラズマシース修正器３１２が配置される。本実施形態では、プラズマシース修正器３１２は、間隔「ｙ」で互いに離間した一組の修正器部分３１２ａ及び３１２ｂを有してもよい。他の一実施形態においては、プラズマシース修正器３１２は、単一の修正器部分を有してもよい。さらに他の実施形態においては、プラズマシース修正器３１２は、所定の間隔で互いに離間した３以上の修正器部分を有してもよい。

【0017】

プラズマシース修正器３１２は、プラズマシースの電界を調節することができる。いくつかの実施形態において、プラズマシース修正器３１２は、正電荷又は負電荷を帯びる。プラズマシース修正器３１２は、電気的な絶縁材料（例えばガラス）若しくは導電材料（例えば金属）又はこれらの組合せで形成される。システム３００が２以上の修正器部分を備える場合、それらの部分は同一の又は異なる材料で形成される。例えば、システム３００がプラズマシース修正器３１２を有し、プラズマシース修正器３１２が２つの部分３１２ａ及び３１２ｂを有するとする。修正器部分３１２ａ及び３１２ｂは、同一の又は異なる材料で形成される。

【0018】

プラズマシース修正器３１２が２以上の部分を有する場合、それらの部分は同一の又は異なる平面に配置することができる。例えば、処理システム３００に含まれるプラズマシース修正器３１２が、２つの修正器部分３１２ａ及び３１２ｂを有するとする。それらの部分３１２ａ及び３１２ｂは、同一平面に配置され、基板１１２と各修正器部分とが垂直方向の間隔「ｚ」となるようにすることができる。他の一実施形態においては、プラズマシース修正器３１２が２つの修正器部分３１２ａ及び３１２ｂを備え、各部分３１２ａ及び３１２ｂは、それぞれ異なる垂直方向の間隔「ｚ」により、基板１１２から離間してもよい。プラズマシース修正器を備える処理システムの更なる記載は、係属している米国特許出願番号１２／４１８１２０、２００９年４月３日に出願され米国特許番号７７６７９７７として発行された米国特許出願番号１２／４１７９２９、及び米国特許出願番号１２／６４４１０３に見出され、これらの出願はそれぞれ参照によりその全体が本明細書に包含される。

【0019】

動作中、その場又は遠隔で生成されたプラズマは、処理チャンバ３０２に含まれてもよい。プラズマ３０６は、所望の種の電子、陽子、原子イオン又は分子イオン、ニュートラル、ラジカルを含むフラグメントを含むことができる。図２ａに図示されるように、プラズマ３０６は、外縁付近にプラズマシース３０８も含むことができる。本実施形態において、プラズマシース３０８は、正電荷を帯びたイオンを有することができる。図に示されるように、プラズマシース３０８は、プラズマ３０６のシースの境界によって表現される。しかしながら、プラズマシース３０８は、プラズマ３０６の境界から、例えば処理チャンバ３０２の壁面等のプラズマ３０６の周囲の物体の表面及び基板１１２の表面までの有限距離に広がることが理解される。

【0020】

基板１１２は、ＤＣ又はＲＦバイアス電源（図示なし）によりバイアスされているため、プラズマシース３０８又はプラズマ３０６内のイオン３１０は、基板１１２に向けることができる。基板１１２に適用するバイアス信号は、ＤＣ又はＲＦであるにせよ、連続信号又はパルス信号とすることができる。

【0021】

プラズマシース修正器３１２は、イオン３１０の入射角の分布を制御するために、プラズマシース３０８の形状を修正することができる。例えば、プラズマシース修正器３１２は、プラズマシース３０８の電界を修正し、プラズマシース３０８の形状を修正する。本実施形態においては、プラズマシース修正器３１２は、プラズマシース３０８の少なくとも一部分を、プラズマ３０６に対して凹形状のプラズマシース３０８ｂ（修正シース）、すなわち、バルクプラズマに対してドーム型（凸状の）プラズマに修正する。基板１１２がバイアスされるとき、基板１１２に引き込まれたイオン３１０は、修正器部分３１２ａ及び３１２ｂの間の幅「ｙ」の隙間３２２を、広範な入射角度にわたって通過する。従来のプラズマに基づく処理システムにおいては、基板に最も近いプラズマシースは、基板と平行である。基板がバイアスされたとき、イオンは、プラズマシースと実質的に垂直な経路、したがって基板と垂直な経路を通過する。その結果、従来のプラズマ処理システムは、−３°〜＋３°の入射角を有する。しかしながら、本実施形態においては、イオン３１０の入射角は、修正シース３０８ｂにより修正される。図２ａに図示されるように、修正シースは、基板に対してマルチアングルである。そのため、修正シース３０８ｂに対して垂直に通過するイオン３１０は、多様な角度で通過することができる。修正シース３０８ｂの異なる部分から基板１１２に向かって通過するイオン３１０は、イオン３１０が基板１１２上で多様な入射角となるように、広範な異なる角度からプラズマ３０６を出ていく。図２ｂで図示されるように、イオン３１０の入射角は、鉛直方向の約０°を中心にして約＋６０°〜約−６０°の範囲である。いくつかの実施形態において、イオン３１０の入射角は、プラズマシース修正器３１２により生成された電界によりさらに修正され、イオン３１０の入射角の範囲は、後述するように、他のシステムのパラメータを制御することにより調整される。

【0022】

プラズマシース修正器３１２の構成及び性質（これらに限定されない）を含めた要素の数に応じ、イオンの入射角はさらに修正される。それら要素の例には、修正器部分３１２ａと３１２ｂとの間の水平間隔（ｙ）、修正器３１２と基板１１２との間の垂直間隔（ｚ）、基板１１２と各修正器部分３１２ａ及び３１２ｂ（図示なし）との間の垂直間隔の差、及びプラズマシース修正器３１２の電気的性質が含まれる。他のプラズマ処理パラメータも、イオンの入射角及び／又は入射角分布を調整するように調整される。更なる記載は、同時に係属している米国特許出願番号１２／４１８１２０、１２／４１７９２９及び１２／６４４１０３に見出され、これらの出願はそれぞれ参照によりその全体が本明細書に包含される。

【0023】

プラズマシース３０８を修正することにより、異なる角度に向けられた表面を有する３次元構造は、共形的又は等方的に処理される。図３を参照すると、本開示の一実施形態に従って３Ｄ構造を処理する技術が示されている。本実施形態においては、この技術は、３Ｄフォトレジストレリーフ形状１１４ａに含まれるＬＥＲ及びＬＷＲを減らすために使用される。前述のように、ＬＥＲ及びＬＷＲは、フォトレジストの硬化されていない部分が除去された後、光リソグラフィの間に３Ｄフォトレジストレリーフ形状１１４ａに生じうる。本実施形態において、フォトレジストレリーフ形状１１４ａに含まれるＬＥＲ及びＬＷＲは、フォトレジストレリーフ形状をイオン３１０に露光することによって減少しうる。

【0024】

図３に図示されるように、側面１１４ａ−１及び上面１１４ａ−２を有する３Ｄフォトレジストレリーフ形状１１４ａは、基板１１２上に配置される。基板１１２及びフォトレジストレリーフ形状１１４ａは、プラズマシース修正器３１２を含むプラズマ処理システム内に配置され、プラズマは、基板１１２の近傍に配置される。その後、プラズマ内のイオン３１０が、プラズマシース修正器部分３１２ａ及び３１２ｂの間の隙間を通って、フォトレジストレリーフ形状１１４ａの表面に向けられる。図に示されるように、イオン３１０は様々な入射角度で入射する。

【0025】

様々な実施形態において、イオン３１０は、フォトレジストレリーフ形状１１４ａの側面１１４ａ−１及び上面１１４ａ−２に注入される。様々なイオン種が注入されうるが、いくつかの実施形態においては、ヘリウム（Ｈｅ）イオン又はアルゴン（Ａｒ）イオンが注入される。フォトレジストのイオン露光時間は広範囲にわたるが、いくつかの実施形態において、露光時間全体は、約数十秒から数分まで多様である。

【0026】

本発明に従って構成されたプラズマ処理システム（ＰＳＭシステム）のＬＷＲ／ＬＥＲ及びＣＤに関する効果を検証する実験を行った。以後、「ＰＳＭシステム」又は「ＰＳＭプラズマシステム」という用語はプラズマ処理システムを示し、このプラズマ処理システムは、プラズマの一部に隣接して配置される基板に向かうイオンの広範囲にわたる角度分布を提供するプラズマシース修正器を採用する。イオンの入射角とともに使用される「広い」「広範」又は「広範な角度範囲」という用語は、約５度以上の範囲に広がる一組の角を示す。プラズマシース修正器は、図２ｂに図示されるように、広範な角度範囲に分布されるイオン線量を含めた露光を提供するために使用される。プラズマシース修正器は、１以上の開口を有するプレートを有してもよく、それにより修正プラズマシースの形成が誘発され（要素３０８ｂ参照）、イオンが広範な角度範囲にわたって基板上に衝突するようにプラズマからイオンを抽出することができる。いくつかの実施形態において、プラズマシース修正器の開口は、約０．１ｍｍから１０ｍｍの幅を有してもよい。基板の広い範囲を露光するために、基板は、イオンに露光される基板の領域の大きさがスキャン長によって制御されるように、プラズマシース修正器の開口に対してスキャン可能であってもよい。

【0027】

再び図３を参照すると、一連の個々の実験において、約４０ｎｍの公称ＣＤを有する一組の別々のフォトレジストラインは、一連の異なるプラズマ出力レベルのそれぞれにおける典型的な抽出プレートを使用して、４ｋＶのＡｒプラズマに露光された。フォトレジストラインが、出力３００Ｗのプラズマに露光されたとき、約２６％のＬＷＲの減少が観察され、また、約２０％のフォトレジストラインのＣＤの減少も観察された。フォトレジストラインが、代わって５００Ｗのプラズマ出力レベルのプラズマに露光されたとき、ＣＤの現象はほとんど観察されず、観察されたとしてもほんのわずかであった。しかしながら、ＬＷＲの減少は約１１％であった。従って、より高いプラズマ出力を使用することは、好ましくないＣＤの減少を避けるためには効果的でありうるが、フォトレジストレリーフ形状を滑らかにするためにはそれほどの効果はないであろう。

【0028】

ＬＷＲの減少とＣＤの維持との間のこのトレードオフを克服するために、本開示の実施形態は、フォトレジストレリーフ形状が、第１のイオン線量率で１以上のイオン露光を受け、第１のイオン線量率よりも高い第２のイオン線量率で１以上の露光を受けるという新規な技術を採用する。いくつかの実施形態において、露光は、プラズマシース修正器３１２が、方向３２０にパターン化されたフォトレジストレリーフ形状１１４ａを有する基板に対してスキャンされる、１以上のスキャンであってもよい。プラズマシース修正器３１２は、イオン３１０が抽出される開口３２２を有するプレートとすることができるので、プラズマシース修正器のいくつかの実施形態は、本明細書において、以下「抽出プレート」という。抽出プレートは、上述のようにプラズマシースの形状を修正する１以上の開口を有してもよい。多様な実施形態において、基板１１２は、抽出プレートの開口に対し方向３２０に沿ってスキャン可能である。従って、開口３２２の幅にかかわらず、多くのフォトレジストレリーフ形状１１４ａを有する基板全体又は基板の所望の部分をスキャン中にイオン３１０に露光することができる。多様な実施形態において、プラズマ３０６は、連続プラズマ又はパルス化されたプラズマとすることができ、基板ホルダ３０４とプラズマ３０６との間のバイアスは、連続又はパルス信号とすることができる。

【0029】

いくつかの実施形態において、抽出プレートの一連のスキャンは、アルゴンプラズマ及び約７５０ｅＶのイオンエネルギーを用いてパターン化されたフォトレジストレリーフ形状にわたって実施される。スキャンは、マルチセットポイントＲＦプラズマ（ＭＳＰＲＦ）処理の一部として実行することができ、この処理において、プラズマのパワーセットポイントは変化しうる。そのため、第１の露光は、パターン化されたフォトレジストレリーフ形状にわたる抽出プレートのＦＲ出力が第１のレベルに設定された１以上のスキャンであり、第２の露光は、ＲＦ出力が第１のレベルよりも高い第２のレベルに設定された抽出プレートの１以上のスキャンとすることができる。いくつかの実施形態において、１以上のスキャンを含む第１の露光は、比較的低いプラズマ出力で行われる。比較的低いプラズマ出力により、パターン化されたフォトレジストレリーフ形状に向かうイオンのイオン線量率が比較的低くなる。この比較的低いイオン線量率において、露光後、初期値からそれぞれの第２の値までのＬＷＲ／ＬＥＲ及びＣＤの両ラインにおいて、減少が観察される。続いて、比較的高いイオン線量率を生成する比較的高いプラズマ出力において、１以上のスキャンが行われる。第２の組のスキャンの後、第２の値から第３の値へのＣＤの増加が観察される。１組の例において、この多数のイオン線量率の処理を実行した後、ＬＷＲ／ＬＥＲの減少は、最大５０％であり、一方、ＣＤのばらつきは、第２の露光のイオン線量率に応じて、−２ｎｍから＋５ｎｍの範囲であった。

【0030】

図４ａ−４ｄ及び４ｅ−４ｇは、フォトレジストレリーフ形状の典型的な処理の詳細を示す、パターン化されたフォトレジストレリーフ形状の側面断面図及び平面図である。この処理は、低いイオン線量率及び高いイオン線量率の露光を組み合わせている。図４ａ及び４ｅにおいて、初期の幅（ＣＤ）Ｗ１を有する１組のフォトレジストレリーフ形状４０２が、第１のイオン線量率で第１の角度範囲にわたってイオン４０４の露光を受ける。イオン４０４は、側壁４０６に衝突して、側壁の例えばＬＷＲ／ＬＥＲといった粗さを減少させる。多様な実施形態において、イオン４０４は、例えばシステム３００のようなシステムにより供給され、イオン線量率は、プラズマ出力、処理チャンバ内の圧力、処理チャンバ内のガス流を含むパラメータを調整することにより制御される。イオン線量率は、イオンエネルギーにも依存する。多様な実施形態に従って、イオン４０４に対する露光後、イオンに露光されたフォトレジストレリーフ形状４０８は、側壁４１０において図示されるように、より小さいＣＤ（Ｗ２）と、より少ないラインラフネスとを示す。続く露出において、図４ｃ及び４ｆに示されるように、イオン４１２は、第２の角度範囲（第１の角度範囲と類似しているか又は異なるものとすることができる）にわたって、イオン４０４に対する露光で使用された第１のイオン線量率よりも高い第２のイオン線量率で、フォトレジストレリーフ形状に向けられる。高いイオン線量率の第２の露光の後、その結果物であるフォトレジストレリーフ形状４１４は、フォトレジストレリーフ形状４０８のＣＤよりも大きなＣＤ（Ｗ３）を示す。多様な実施形態において、イオン４１２への露光中のイオン線量率及び全イオン線量は、ＣＤを所望の値に戻すように調整される。例えば、イオン線量率は、ＣＤを元のＣＤであるＷ１に戻すように調整され、又は、ＣＤを元のＣＤであるＷ１の予め定められた公差の範囲内に戻すように調整される。

【0031】

イオン４１２への露光の後、結果物としてのフォトレジストレリーフ形状４１４の側壁４１６は、イオン４０４及びイオン４１２への露光前の側壁４０６よりも平滑である。

【0032】

前述のように、いくつかの実施形態において、より低い又はより高いイオン線量率の組合せは、初期ＣＤ及び最終ＣＤ、すなわち、それぞれＷ１及びＷ３の間の対応関係を提供するように設計される。従って、図４に示される複数のイオン露光処理の効果は、事実上ＣＤを変更することなくフォトレジストの側壁を滑らかにすることにある。

【0033】

他の実施形態において、イオン４１２の線量率及び線量は、初期ＣＤよりも大きい最終ＣＤのＷ３を得るように設計される。例えば、リソグラフィ処理の後、対象となるフォトレジストレリーフ形状において計測されるＣＤ（Ｗ１に対応する）は、その処理の公称ＣＤ又は目標ＣＤよりも小さくてもよい。従って、ラインラフネスを改善するためにイオン４０４に露光した後、公称値に対するフォトレジストレリーフ形状のＣＤを回復させることが望ましい。そのため、イオン４１２への露光は、Ｗ１よりも大きくて目標ＣＤを反映したＷ３に対応するＣＤを得るように設計される。

【0034】

さらに他の実施形態において、イオン４０４及び４１２への露光の順序を入れ替えて、高イオン線量率の露光を低イオン線量率の露光よりも先に実施してもよい。この方法では、初期フォトレジストレリーフ形状のＣＤであるＷ１は、第２のより低いイオン線量率の露光が行われる前に、値Ｗ４（図示なし）まで増加される。より低いイオン線量率の露光の後、ラインラフネスが減少され、ＣＤがＷ４から、Ｗ１に近い又はＷ１と同一のＷ３まで減少される。しかしながら、フォトレジストレリーフ形状が密集している場合には、Ｗ１より大きいＷ４の隣接するフォトレジストレリーフ形状が、互いに群がり合ってその後の低イオン線量率露光の間に側壁の部分がイオン束を受けることを妨害するため、低イオン線量率の露光を最初に実施するのが好都合である。

【0035】

多様な実施形態において、前述のように、イオン線量率は、パターン化されたフォトレジストレリーフ形状に多様な角度でイオンを照射するシステムのプラズマ出力を変化することにより制御される。再び図２ａを参照すると、ＲＦプラズマの場合、プラズマ出力は、ＲＦ発生器３３０からアンテナ３３２に送信される信号の振幅を変えることにより変化させることができる。プラズマ出力レベルをより高くすると、プラズマのイオン密度はより高くなり、プラズマ３０６からより高いイオン線量率でイオンを抽出することができる。

【0036】

図５ａは、プラズマ出力曲線５０２の例を示しており、プラズマ出力が、曲線の第１の期間５０４にわたるレベルＰ１とプラズマ出力曲線５０２の第２の期間５０６にわたるレベルＰ２との間で変化している。多様な実施形態では、レベルＰ１は、最初に基板に適用される、より低いイオン線量率に対応させ、レベルＰ２は、より低いイオン線量率の後に適用される、より高いイオン線量率に対応させることができる。図３も参照すると、第１出力レベルＰ１は、イオンをフォトレジストレリーフ形状１１４ａに向ける抽出プレート（例えば、プラズマシース修正器３１２）について、基板１１２の方向３２０に、３つの連続した経路（スキャン１−スキャン３）の期間に適用される。第２出力レベルＰ２は、その後の一連のスキャン（スキャン４及び５）の間に適用される。スキャンの全数及び全期間が、プラズマ出力レベルＰ１及びＰ２と同様に、所望の平滑化及びフォトレジストレリーフ形状１１４ａの最終ＣＤを生成するように調節されることが理解されるであろう。上述のように、プラズマ出力は、基板をイオンに露光している間連続して又はパルスで適用されてもよい。

【0037】

図５ｂは、一連の高イオン線量率のスキャンが一連の低イオン線量率のスキャンと交互に行われる他の一実施形態を示す。このことは、本実施形態において、連続するスキャン（スキャン１−スキャン６）の間にＰ１とＰ２とのプラズマ出力レベルを交互に行うことにより達成される。各スキャンは、抽出プレートに関する基板の単一のスキャンに対応させることができる。曲線５１２は、プラズマ出力がＰ１に維持される期間５１４と、プラズマ出力がＰ２に維持される期間５１６とを交互に行うプラズマ出力曲線を示す。図示されるように、１つのスキャン期間に、単一の出力レベルが適用される。スキャン１の後、ＣＤが徐々に減少するのと同時に、フォトレジストレリーフ形状の側壁のラフネスが徐々に改善される。スキャン２の後、スキャン１によって生成されたＣＤの漸次的な減少が、部分的に又は全体的に回復される（又は、スキャン１の前の初期値を上回って増加される）。スキャン１と２との間の露光処理が、それに続くスキャンにおいても繰り返され、比較的高いイオン線量率によりＣＤが徐々に回復される一連のステップとを交互に繰り返すことにより、フォトレジストレリーフ形状のラインラフネスを一連のステップ（奇数番号のスキャンに対応）において減少する。

【0038】

図５ｂも、プラズマ出力曲線５１２に従って、レジストラインの処理の間の様々な時点におけるフォトレジスト測定の例を示す。露光前の初期ラインラフネス及びＣＤ測定は、それぞれＬＷＲ１及びＣＤ１によって示されている。出力レベルＰ１及びＰ２の各１回のスキャンを含む第１の露光サイクルの後、ＬＷＲは、値ＬＷＲ２まで減少できる。ＣＤはその前の露光と同様であり、すなわちＣＤ１である。第２のサイクルの後、ＬＷＲは、値ＬＷＲ３まで減少でき、ＣＤは、ここでもＣＤ１に維持できる。第３のサイクルの後、ＬＷＲは、値ＬＷＲ４まで減少し、ＣＤは、ここでもＣＤ１に維持される。従って、フォトレジストレリーフ形状を処理するためのプラズマシース修正器と合わせてプラズマ出力曲線５１２を適用することによる効果は、ＣＤに影響を与えることなくラフネスをＬＷＲ１からＬＷＲ４に減少させることにある。例えばラインラフネスの減少のようなフォトレジストの側壁の平滑化も、スキャン２、スキャン４及びスキャン６のスキャンの間に起こっていることに留意すべきである。

【0039】

連続プラズマのプラズマ出力の変化の他、イオン線量率は、出力をパルス状のプラズマに適用することにより制御される。高プラズマ出力セットポイントは、各プラズマパルスに設定され、例えば１秒を構成する１０パルスごと等のプラズマパルスの一期間において、より低いイオン線量率である第１イオン線量率を生成する。このような場合、イオン線量率は平均イオン線量率により特徴付けられ、その詳細は後述する。

【0040】

パルス化されたプラズマの使用により、後述するように、最終的なフォトレジストレリーフ形状のラインラフネス及びＣＤの他の制御が可能になる。例えば、プラズマパルスにより、ベースライン処理のプラズマパルスの生成を調整することにより、必要に応じたイオン線量率を柔軟に修正することができる。一例において、パルス化されたプラズマの全パルスに適用される３００ＷのＲＦプラズマ出力セットポイントを使用するベースライン処理の生成により、目標のラインラフネスを減少させることができる。パルス化されたプラズマの全パルスに適用される５００ＷのＲＦプラズマ出力セットポイントを採用する方法によれば、ＣＤを約１０ｎｍ増加できることが観察される。従って、第１の組の基板に対して、３００Ｗのプラズマ出力及び５００Ｗのプラズマ出力の組合せ処理方法により、フォトレジストレリーフ形状の所望のラインラフネス及びＣＤを生成できる。

【0041】

しかしながら、他の組の基板に対して、３００Ｗ及び５００ＷのＲＦプラズマ出力の露光を実行した後のフォトレジストレリーフ形状の最終的なＣＤは５ｎｍ大きく決定されうる。従って、フォトレジストの膨張を減少させるために、より高いイオン線量率（５００Ｗ）の処理に変更することが望ましい。この場合、第２の露光において、高プラズマ出力セットポイント（５００Ｗ）が、１つおきのパルスに適用され、より低いプラズマ出力セットポイント（例えば３００Ｗ）が、１つおきのパルスに適用される。これにより、ベースラインの３００Ｗのプラズマ出力生成と不変の５００Ｗのプラズマ出力生成との中間のイオン線量率が生成される。この中間イオン線量率は、第２の組の基板に対してＣＤの所望の増加を生じる結果となる。

【0042】

図６ａ−６ｃは、平均イオン線量率が比較的低い値と高い値との間で変化するパルス化されたプラズマ処理の代替実施形態を示す。図６ａにおいて、曲線６０２は、一連の低出力パルス６０８が第１の期間６０４の間に適用され、それに続いて一連の高出力パルス６１０が第２の期間６０６の間に適用されるプラズマ出力曲線を示す。プラズマがかかっているときの出力レベルは、低出力パルス６０８においてＰ３であり、高出力パルス６１０においてＰ４である。

【0043】

いくつかの実施形態において、パルス６０８及び６１０は、１００マイクロ秒から最大数ミリ秒の桁数のパルス持続時間に対して適用される。多様な実施形態において、例えば図５に示されるように、期間６０４及び／又は６０６は、数ミリ秒から最大数秒まで拡張することができ、１以上のスキャンの期間に相当する。従って、単一期間６０４又は６０６の間、多くのパルスが適用され、例えば、数十、数百又は数千のパルスが適用される。そのため、単一期間６０４又は６０６の間のイオン線量率は、その期間の継続時間中の平均イオン線量率により特徴付けられる。特に、イオン線量率は、曲線６４０により示され、曲線６４０において、イオン線量率は、プラズマの「オン」及び「オフ」の期間を構成する時間の経過とともに、平均化されている。例えば、イオン線量率は、パルスのオン及びオフの期間の合計と等しいパルス期間にわたって平均化される。従って、曲線６４０は、１以上のパルス期間にわたる時間平均イオン線量率（束）を示している。

【0044】

図６ｂ及び６ｃに示されるように、同一の平均イオン線量曲線６４０が異なるパルスの組合せから生じる。図６ｂにおいて、プラズマ出力曲線６１２の第１の期間６０４は、図６ａの期間６０４により表現される低イオン線量率露光に対応し、出力が、一連の低出力パルス６０８におけるレベルＰ３で適用される。第２の期間６１６は、１つおきのパルス６２０における、Ｐ４よりも高いプラズマ出力Ｐ５を供給することにより生じる高イオン線量率の露光に対応する。パルス６２０には、出力レベルＰ３に対応する低出力パルス６１８が分散されている。出力レベルＰ３とＰ５との交互のパルスの組合せにより、図６ａの平均イオン線量率と同じ平均イオン線量率６４０ｂが得られる。図６ｃにおいて、プラズマ出力曲線６２２の第１の期間６０４は、図６ａと同様であり、出力が、一連の低出力パルス６０８におけるレベルＰ３で適用される。第２の期間６２６は、３つおきのパルス６３０における、Ｐ４及びＰ５よりも高い出力Ｐ６を供給することにより生じ、他の３つの低出力パルス６２８は出力レベルＰ３で供給される。出力レベルＰ６における３つおきのパルスと、Ｐ３の他の３つのパルスとを供給するという組合せにより、図６ａ及び６ｂの平均線量率と同一の平均線量率６４０ｂが得られる。

【0045】

いくつかの実施形態において、比較的低いイオン線量率の処理は、より高い後部の基板の冷却器と組み合わせられ、比較的高いイオン線量率の処理は、比較的低い後部の冷却器と組み合わせられる。いくつかの実施形態において、基板後部冷却器及びそれによる基板の温度は、冷却管３３６内の液体の種類又は液体の流率を制御することにより変化させうる。しかしながら、後部冷却器の制御は、他の機器、例えば既知のペルチェ冷却器（図示なし）によって提供される。提供される後部冷却部をより少なくし、それによって、より高い線量率の露光の間により高い基板温度を生成することにより、より高い温度においてより大きなＣＤの膨張が生じるため、ＣＤの膨張は拡大される。

【0046】

前述のように、いくつかの実施形態において、より低いイオン線量率の露光におけるイオンの第１の角度範囲は、より高いイオン線量率のイオンの第２の角度範囲と異なりうる。

【0047】

本明細書に記載された方法は、例えば、命令を実行することができる機械により読み取ることが可能なコンピュータ可読記憶媒体に、命令のプログラムを具体化することにより自動化できることが明らかである。汎用コンピュータは、そのような機械の一例である。この技術分野において周知の適切な記憶媒体の限定されない典型的なリストは、例えば、読取可能又は書込可能ＣＤ、フラッシュメモリチップ（例えばサムドライブ）、多様な磁気記憶媒体等のような装置を含む。

【0048】

要約すると、本発明は、例えばフォトレジストレリーフ形状等のパターン化された形状のラインラフネスを減少させる一方、その結果生じる形状のＣＤを独立して制御するという、新規性及び進歩性を有する方法及びシステムを提供する。

【0049】

本発明は、本明細書に記載された具体的な実施形態により範囲が制限されるものではない。実際、本明細書の記載に加えて、他の多様な実施形態及び本開示に対する変更が、前述の記載及び添付図面から、本技術分野の通常の知識を有する者に対して明確であろう。例えば、上述の詳細な実施形態においては、フォトレジスト処理について記載されていたが、他の実施形態は、例えば、電子ビームレジスト、Ｘ線レジスト又はナノインプリントリソグラフィレジスト等のレジストの処理を含む。

【0050】

従って、このような他の実施形態及び変更は、本開示の範囲に含まれることが意図される。さらに、本開示は、本明細書において、特定の実施形態で、特定の環境下で、特定の目的のために記載されているが、本技術分野における通常の知識を有する者は、その実用性がこれらに限定されず、本開示が如何なる環境下で如何なる目的においても有益に実施できることを理解できるであろう。従って、本開示の主題は、本明細書に記載された本開示の全ての範囲及び精神を考慮して解釈されるべきである。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a-4g】

【図5a】

【図5b】

【図6】