TW201009931A - Improvement of organic mask line width roughness with H2 plasma treatment - Google Patents

Description

201009931 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體裝置的形成。 【先前技術】 暮處理細，使⑽知的81案倾糊處理將丰 導體浪置的特徵部界定在晶圓内。/處理將+ 阻擔光傳播通過初輯罩赫祕賴何、。 -具有可 光阻ίίϊΓί遮罩之後’光會接觸光阻材料的表面。光合改變 光阻材枓的化學組成，以使顯影劑可 九θ改鲨 料的情況下，曝光區域可被移除;S負的ί 所保護的區域移除下層材料，藉以=的 【發明内容】 width roughness)的方法，此蝕刻層係 ne 低頻線寬粗糙度’料合.2，化有機遮罩的特 理氣體具有—流率’，、理氣體流動，其中此處 流率·從2具有至少為此處理氣體流率之5〇%的- 體形成電漿;以及停止此處理氣體的流動。透 進刻 頻lwr的已處關無有機縣，對蝕刻ί 部時二j供-種在導電層内形成蝕刻特徵 硬遮罩層下方，此硬遮罩層伽置在抗反職佈層 201009931 ^射塗佈層儀配置在圖案化光罩下方，如 體。將晶圓放置在處理室内。對 =圓上形成堆疊 圖案化光罩的特低頻線寬粗趟°1包 里’以降低此 理氣體流率之5G%的—流率 f H〖具有至少為此處 此處理氣體的流動。透過已處理圖二二，以及停止 ^此侧層，對硬遮罩層進行_。透過‘遮^行；^ 層進仃侧。從處理室移除_，俾使圖案機i j導電 ❿ ;ί;特Γ的，有機遮罩下方。設賴處‘= 至外：=，用以調節電以 =氣通用=^理室外罩排放氣體。氣體 ㈣f也連接至此氣體源以及至少-心^ 至夕處理态以及電腦可讀取媒體。此電腦可讀取媒㈣勺人匕二 罩:^【案化有機遮罩之特低頻線ί:糙！ 率之50〇/of玄體：有u:Lt 2具有至少為此處理氣體流 及γ卜Γ率、從此處理乳體形成電襞的電腦可讀取碼、以 流動Γ腦可讀取喝；以及透過具有已降低之 技咖瞧蝴㈣侧層進行侧 以及在結合下侧式的詳細朗中，詳述本發明的這些 201009931 【實施方式】 式所示的數個其較佳實施例來 ΐΤ列說明中’為了提供對本發明的整體瞭解而 具體_。然而，熟習本項技藝者可明自在不具某些或 斤有这些具體細節的情況下，仍可實施本發明。在其他情&下二 使本發生不必要的混淆，將不詳述熟知的處理步驟及/ 赂、=1 促進/解’@ 1係可用於本發明之—實施例之程序的高 圖，#可降低位於圖案化光罩下方的特低頻(very i⑽ frequency)線寬粗輪度(LWR，line wi她r〇ughness)。將具有圖案化 光罩的晶圓放入感應耦合TCP室内(步驟1〇2)。對圖案化光罩進行 處理’以降低特低頻線寬粗糙度(LWR)(步驟104)。此步驟包含使 =處理氣體流入處理室内(步驟108)，從氏處理氣體形成電聚(步 ^ 112)，其可降低特低頻線寬粗糙度。吾人可執行後續處理步驟 而完成此結構。停止氏處理氣體的流動(步驟116)，以停止此處理 程序。例如，於一實施例中，在光阻處理之後對蝕刻層進行餘刻(步 驟.120)。在本實施例中，此蝕刻層為有機抗反射塗佈（arc， antireflectve coating)層，其係位於硬遮罩層上方，此硬遮罩層係位 於導電層上方。然後，開啟此硬遮罩(步驟124)。蝕刻此導電層(步 驟128)。從處理室移除此晶圓(步驟132)。 範例 在本發明之一實施例的一範例中，晶圓設有蝕刻層以及光 罩。圖2A係晶圓204之一範例的橫剖面圖，於此晶圓上方形成導 電層208，於此導電層上方形成硬遮罩層212，於此硬遮罩層上方 形成有機抗反射塗佈(ARC)層216，於此抗反射塗佈層上方形成圖 案化光罩220。在本範例中，圖案化光罩22〇係由193 nm以上世 代的光阻材料所製成。有機ARC層216可為底部抗反射塗佈 (PARC： ’ bottom antireflective coating)材料。硬遮罩層 212 可為一 或多層的不同材料，例如導電層208係由例如多晶 201009931 :圓或例如™的金屬所製成。在本範例中， 在本，例=’，案化光罩220具有特低頻線邊緣 帛ΐί輒寬祕度的魏長度㈣咖。η 大於jOO nm ’更仏者係特低頻線寬粗糙度的重複長度大於別 。在已知制區域中，線寬粗糖度為線 列方程式加以計算： 沮/、』低,、、、卜 ❹

LWR ticDnCD) ί-1 (方程式1) (ΤΤ)ϋν^ϋ遮f 7G4之晶圓的臨界尺寸-掃描電子顯微影像 (Q>SEM)(由上在下），其用以顯示LWR。選擇檢測長度·。、产 者檢測長气’、吾人可躲沿著檢測長度延伸的特徵部而量測線^ 712。將所置測的線寬712用於方程式！以計算出lwr。 ' 、 圖8顯示被採肋祕LWR對檢測長度鱗的典酬 人可在從位於最佳焦點的CD_SEM(由上往下)進行影像操取、光^ 對正、以及整合之後，將最佳LWR演算法用在此影像中的相關 〇徵部上。LWR的變異被視為檢測長度的函數，而此結果為顯示古 頻與特低頻LWR成分的曲線。LWR曲線變平坦的區域(位ky = 位置’檢測長度〜200nm以及〜600 _可分別對應於高頻與特低 頻LWR的振幅。 - 晶圓204被放置在感應耦合電漿處理室内(步驟1〇2)。 圖3顯示可用於實施本發明的處理卫具。圖3係電 統300的示意圖，其包含電漿處理工具3〇1。電漿處理工具 為一種感應耦合電漿蝕刻工具，並且包含於其内具有電漿^理 304的電漿反應器3〇2。變壓器耦合功率仰？，加祕聰:c〇u power)控制器350以及偏壓功率控制器355可分別控制Tcp 351以及偏壓電源356，而影響在電漿室304内所產生的電漿。"、 201009931 M TCP控制器350可對TCP電源351設定一設定點，此電源被 設置經由TCP匹配網路352所調整之具有13.56 MHz的無線 射頻信號，供應至位於電漿室304附近的TCP線圈353。吾人可 設置無線射頻(RF’radio frequenCy)透明窗354而隔開TCP線圈353 與電漿室304’以允許能量從TCP線圈353通過而到達電漿室3〇4。 、、，壓功率控制器355可對偏壓電源356設定一設定點，此電 源被設置成將經由偏壓匹配網路357所調整的处信號，供應至位 於電漿^ 304内的夾頭電極308，而在電極3〇8上產生直流電流 (DC)偏壓，此電極可用以容納例如半導體晶圓工作件的處理基板 306。 、夕氣，供應機構310包含經由氣體歧管317而附接的一種氣體 或多種氣體源316，以將此程序所需的適當化學品供應至電漿室 3〇4内部。氣體排放機構318包含壓力控制閥319以及排放^浦 320，並且可從電漿室3〇4内移除微粒，並維持電漿室3〇4内的特 定壓力。 溫度控制器380藉由控制冷卻電源384，而控制夾頭電極3〇8 内所設置之冷卻循環系統的溫度。此電漿處理系統亦包含電子控 制電路370。此電漿處理系統亦可具有終點偵測器。 二 3 4A與4B顯示電細系統400 ’其適合實施用於控制電路370 ，控制态，此控制電路可用於本發明的實施例。圖4A顯示此電腦 糸統的一可行實體形式。當然’此電_統可具有許多實體形式， 其從積體電路、印刷電路板、以及小型手持式裝置分佈上至大型 超級電腦。電腦系統4〇〇包含監視器402、顯示器4〇4、外殼4〇6、 磁碟，408、鍵盤410、以及游標控制器412。磁碟414為一種用 以將資料傳輸進出電腦系統4〇〇的電腦可讀取媒體。 、查拉係電腦系統之方塊圖的—範例。多樣化的子系統被 接至系統匯流排42〇。處理器422(亦稱為中央處理單元㈣血^ pro⑽mg units)，或CPU，S)被耦合至包含記憶體似的儲 雜記健(議，一111 _ss 唯^己憶體(ROM，read-only memory)。此為在本技術領域中所 201009931 2二、=用以將貧料以及指令單向地傳輸至CPU，而RAM典 方式傳輸資料以及指令。此兩種記憶體可包含下述 S γρττ二、的電腦可讀取媒體。固定式磁碟426亦被雙向柄合 22，其可提供額外的資料儲存容量，並且亦可包含下述 讀取媒體。固定式磁碟426可用以儲存程式、資 型上為一種比例如硬碟的主儲存器(primary storage) ϋ的辅助儲存频secondary st〇rage medium)。吾人可明白在適 二在固定式磁碟426内的資訊可以作為虛擬記憶體 上式并入记憶體424中。可移除式磁碟414可採用下述 其中任一電腦可讀取媒體的形式。 Μ般42^亦被轉合至種種輸入/輸出裝置，例如顯示器404、 輸出裝置可為;二聲f :。。-般而言，輸入’ 键般揀立即」，、千任·視訊顯不态、軌跡球、游標控制器、 rtler) ^(transducer card 胃絲、輸人板峰ts)、記錄針_·)、 識盗、生物特徵識別器、或其他電腦。CPU 422可 义：：而任意地耦合至另一個電腦或電信網路。有了 ’ ΐ人可考制#執行上述方法㈣時，CPU可從 ❹ 行，而與分擔-部分處網際網路的網路上執 電腦S產ΐ發ri實施例係進一步關於具有電腦可讀取媒體的 =碼或=電r可以係為了本發明之目的而== 2碑實=腦可讀取媒體的範例包含但不限於以 ^碟、軟碟、以及磁帶；光學舰，例如CD初Μ 路( ’ 一 201009931 ί1〇giC deViCeS)以及 R〇M 與 MM 裝置。電 ΐίΓΓΓ㈣所執狀含有較高階碼的難。電腦可讀 處】?:二ίίί?所收錄之電腦資料信號所傳輸並呈現可被 處理Μ所執仃之拍令序列的電腦碼。 _對=化^ 220進行處理以降低特低頻線寬粗糖度(步驟 理It ΐ列方式加以達成：首先’使含有Η2的處理氣體 理至内，其中此處理氣體具有一流率，而Η2具有至少為處 m率之50%的流率。較佳為，此處理氣體係實質上由氏盥 ^所，、且成。更佳為’此處理氣體係實質上自$所組成。使用 its，為賴(步驟ιΐ2)。較佳為，用於此低偏壓的偏ί 二伏特i門G 用更佳為，用於此低偏壓的偏壓係介於0 理步驟t，偏壓係g伏特。停止處 ^理配方的-具體範例為以10 mT的壓力來提供1〇〇似响 二入的H2處理氣體。此示範配方的處理氣體範圍可為 ；， mT之間的壓力來提供50-500 seem H2以及0-500 sccm =二^56$耻提供而用以從處理氣體形成電漿的功率為 、。更具體來說，此功率為⑴⑻W。偏壓為〇伏特。將 靜電夾頭溫度設置為60。(：。將此處理程序維持5_6〇秒。 圖5A-F為各種晶圓範例的CD_SEM(由上往下）。圖5A 一 晶圓在處理前的CD-SEM。此晶圓的臨界尺寸為1〇3 5 nm。特'低 ^LWR為6.1 nm。圖5B係圖5A之晶圓在經過此處理程序後的 -SEM。臨界尺寸為119.1皿1，而特低頻LWR為3.6nm。因此， 特低頻LWR可藉由電漿處理而降低。圖6八係關於圖犯之 t漿處輯降低之LWR對制長度_。檢測長度係相g於 LWR頻率。 圖5C係另一種晶圓在處理前的CD-SEM。此晶圓的臨界尺寸 為69.8 nm。特低頻LWR為5.9nm。圖5D係圖5C之晶圓在麫過 此處理程序後的CD-SEM。臨界尺寸為67.3 nm，响低頻^ 201009931 ί ’特低頻LWR可藉由而降低。圖6B侧於圖沁 之a曰®由電漿處理所降低之LWR對檢測長度的圖。 ，5E Y系另-種晶圓在處理前的咖魏。此晶圓的 低頻^為4.2 nm。圖汗係圖5E之晶圓在經^ 。臨界尺寸為57」nm，而特低頻罐 -^ 5^曰η ί，特低頻LWR可藉由電漿處理而降低。圖犯關 於圓由電漿處理所降低之LWR對檢測長度的圖。 决射Γΐ地根據儀刻層的特定材料而使用習知有機规^開啟程序 ❹ f，層216(步驟120)。圖2B係有機arc層216被 220 進行侧(步驟128)。在處理期間，光罩以及有ί 立同圖/c係在導電層208與硬遮罩212被姓刻後= 一二田的不思圖、，其中光罩與有機arc已被剝離。其他處理可進 圓&驟以lifti導!·體裝置。織，從感應麵合TCP處理室移除晶 fi 本發明範例可在單一感應麵合電漿處理室内 ❹ ίίϊ:)行ί叫鱗賴1麗的處理、«觀開啟、 可在η2處理之 亍層 ==&貫施例中，有機ARC層216為 有女論所5缚’吾人可預料到無法降低在圖案化光阻中具 但立μ 較佳為55Gnm)之重複率的特低頻線邊緣粗糙度。 $制具有低偏壓的h2電祕理可降低特低縣寬粗糖 基他實施你丨 圖宰t用以降低特低頻LWR的H2處理可在其他 的被x執行。例如，已使用習知處理進行開啟

有機ARr展有特低頻1^。然後H2處理可用在已開啟的 曰以牛低特低頻LWR。在此種範例中，除了有機ARC π 201009931 S為侧層以外，硬遮罩層亦可為在攻處理之後咖刻的餘 其他實施例用高偏屢功率。在 此種實施例可具有A‘c層或可不具θ有ARc以:: ，’ —實施例可使用電容輕合處理室，以替代ΐ :在其他實施例中，除了钱刻以外，此處理可4 〇 雖然本發日犯賊錄佳實 入ί發明之範圍内的修改、置換以及各種;二 主思到存在有料収實施本發明之方法與設 ^' Ί t㈡ίί^Γΐ求項可被視為包含所有此種月ΐ 真只精神與軌圍内的修改、置換、以及各種等效替代。U之 【圖式簡單說明】 來加====明=由舉例方式而非限制方式 元件，於其中：式中’相同的參考符號係參照相同的 1=於本發明之一實施例之程序的高階流程圖； 面圖；_綠照本發明之一實施例之餘刻堆疊體的概略橫剖 圖3係可用於貫施本發明之電漿處理室的示音 制器圖4Α·Β顯示電齡統，其適合實刻於本^之實施例的控 CD_S=从储由本發明實施例的範例所進行處理之晶圓的 圖6A-C係由上述本發明實施例之範例所產生的圖； LWR圖Γ系具有遮罩之晶圓的CD(由上往下）:其用以顯示 12 201009931 圖8顯示典型被採用以獲得LWR對檢測長度曲線的順序。

【主要元件符號說明】 204 晶圓 208 導電層 212 硬遮罩層 216 有機抗反射塗佈層 220 圖案化光罩 300 電漿處理系統 301 電漿處理工具 302 電漿反應器 304 電漿處理室 306 基板 308 夾頭電極 310 氣體供應機構 316 氣體源 317 氣體歧管 318 氣體排放機構 319 壓力控制閥 320 排放幫浦 324 電漿 350 變壓器耦合功率控制器 351 TCP電源 352 TCP匹配網路 353 TCP線圈 354 RF透明窗 355 偏壓功率控制器 356 偏壓電源 357 偏壓匹配網路 370 電子控制電路 13 201009931 380溫度控制器 384冷卻電源 400電腦系統 402監視器 404顯示器 406 外殼 408磁碟機 410鍵盤 412游標控制器 414可移除式磁碟 420 系統匯流排 422處理器 424 記憶體 426 固定式磁碟 430揚聲器 440 網路介面

Claims (1)

1. 201009931 七、申請專利範圍： /r··種^麟柳藏鱗徵部咖崎低龜_寬粗以 她腦麵SS财法，· 係配置在 有機遮罩下方，該方法包含下列步驟： 口茱化 對一圖案化有機遮罩進行處理，以降低哕圄垒#Α 特低頻線寬錄度，包含： 得低_案化有機遮軍的 使一包含氏的處理氣體流動，其中該處理氣體且冷 而氏具有至少為該處理氣體流率之5〇%的一流率，/、机率， 從該處理氣體形成電漿；及 ’ φ 停止该處理氣體的流動；及 機^ 麟錄_該_ _有 用 圍第1項所述之在侧層_成_特徵部_ 低ί壓 寬她度的方法，其中形成電㈣該步驟係使 3. ^ 视之酬層_絲刻特徵部時用 與氏所組成九她度的方法，其中該處理氣體實質上係由Ar 视之在個層;^彡祕—_ 所組成。叉見粗糙度的方法，其中該處理氣體實質上係由h2 201009931 不超過1500瓦特的RF功率。 徵部時用 0 到 100 7.如申請專利範圍第6項所述之在蝕刻層内形成蝕刻 以降低特低頻線寬粗糙度的方法，其中該低偏壓係於 伏特之間。 ， 8·如申請專利範圍第6項所述之在蝕刻層内形成蝕牿 以降低特低頻線寬粗糙度的方法，其中該低偏壓於* /時用 特之間。 υ到50伏 9. 如申料利細第6項所奴在細層_成 以降低特低頻線寬粗糙度的方法，其中該低偏伏^叫用© 10. 如申凊專利範圍第9項所述之在侧層内形成 用以降低特低頻線寬粗糙度的方法，其中該特 ^時 有大於5〇Onm的粗糖重複長度。 _線見粗棱度具 11. 如申請專概圍第1G項所述之在侧層 用以降低特低頻線寬粗糙度的方法，其中該圖巧部時 低頻線寬祕度，在_處理之後小於在經 ^的特 線寬粗糙度。 、处理之則的特低頻❹ 12. 如申請專利範圍第n項所述之在侧層 用以降低特低頻線寬粗韃度的方法，更包含：統綱寸徵部時 -該圖案 化有ίίίΪ圖案化有機鮮之前，將具找_層以及： 在對該蝕刻層進行蝕刻之後，從該處理室移除該 化有機心罩的一晶圓放置在一處理室内；及 曰曰 圓 16 201009931 TCP處理室 14·、如申請專利範圍帛13彻述之在侧層内 以降低特低麟寬祕度的方法，其巾該錢麵〗時 如申請專利範㈣14斯述之在侧層内 用以降低特低頻線寬粗糖度的方法，其中 特徵部時 刻層=，以及-導錢伽^該硬鮮於該餘 對該硬遮罩層進行蝕刻；及 更包含. ❹ 參 在攸該處理室移除該晶圓之前，掛該導恭 _ 二所時 Ar與氏所組成。 左八甲題理乳體貫質上係由 度(L徽)的方法，低特低頻線寬粗糙 案化光罩下方，如此【上=抗反射塗佈層係配置在一圖 步驟： a曰圓上形成一堆疊體，該方法包含下列 將一晶圓放置在一處理室内； 寬粗’ _健_化鮮的特低頻線 一流Hi ίϊί，體流入該處理室’其找處理氣體具有 2八 夕為該處理氣體流率之50%的一流率； 17 201009931 從該處理氣體形成電漿；及 分止5亥處理氣體的流動； ίίίίίΞΐ案化絲’ _抗反射塗佈層進行敍刻； 二抗反射塗佈層，對該硬遮罩層進行蝕刻； ff该硬遮罩層，對該導電層進行侧；及 抗反:該二ΐί該圖案化有機遮罩的處理、該 皆在同-處理=原]位g遮罩層的钕刻、以及該導電層的钱刻 機遮罩下方，該設備包含；'在―“有遮罩特徵部的圖案化有 一電漿處理室，包含： - 用以形成一電漿處理腔室外罩; 支撐位漿處理室外罩内的一晶圓· 至調節該電聚處理室外罩内的壓力； ^ ^ ；ΐ#ΐί； 及 一氣體出口 —氣體源，與該氣體入口流體連5: —钱刻劑氣體源；及 —氏處理氣體源； 該控制 :’被可㈣鱗接至魏體肋及該至少一 至少一處理器，·及 電腦可讀取媒體，包含： 寬粗ίί 罩二低該圖案化有’ 使一包含％之處理氣體流動的電腦可讀取碼，其中該處理氣 —氣體入口，=職體提供顺賴處職外罩内· ’ 該電漿處理室外罩排放氣體； 該氣體源包含： 天線 ‘機遮罩之特低頻線 .201009931 體具率，=有至少為該處理氣體流率之5_-流心 ，邊處理氣體形成電漿的電腦可讀取碼；及 停止該處理氣體流動的電腦可讀取碼；及 、透過具有已降低之特低頻線寬粗糙度之該已處理圖案化有機 遮罩而對該蝕刻層進行蝕刻的電腦可讀取碼。 八、圖式：

   19