TW201903191A

TW201903191A - 用於負型圖案遮罩之極紫外光圖案化及選擇性沉積

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Publication number: TW201903191A
Application number: TW107113678A
Authority: TW
Inventors: 大衛查爾斯史密斯; 阿爾潘馬侯羅瓦拉
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2019-01-16
Also published as: US20180308687A1; WO2018200288A1

Abstract

用於在EUV圖案化之背景下形成負型圖案遮罩的處理及設備利用選擇性沉積處理，以在EUV光阻中所界定的特徵部中沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，俾製備用於圖案化的負型圖像。用以產生「負型」圖像之方法並不涉及回蝕步驟，因而能提供小的光阻空間餘裕。形成「負型」圖像的材料係比光阻更為顯著地抗蝕刻，其消除了附加硬遮罩轉移層之需求。

Description

用於負型圖案遮罩之極紫外光圖案化及選擇性沉積

本發明大體上係關於半導體處理之領域。在特定實施態樣中，本發明係針對利用選擇性沉積以在EUV圖案化之背景下形成負型圖案遮罩的製程及設備。

半導體處理中之薄膜的圖案化通常為半導體製造中的關鍵步驟。圖案化涉及微影技術。在習知的光微影技術中(如193nm微影技術)，圖案係藉由以下方式印製：從光子源發射光子至光罩上並將圖案印至光敏光阻上，藉此在光阻中導致化學反應，其在顯影後移除光阻某些部分以形成圖案。

先進技術節點(如國際半導體技術路線圖所定義)包括22nm、16nm、及以上之節點。在16nm節點中，例如鑲嵌結構(Damascene structure)中典型的洞或線之寬度通常不大於約30nm。先進半導體積體電路(IC)與其他元件上之特徵部的縮放驅使微影技術改善解析度。一種此類方法為使用極紫外光(EUV)輻射直接圖案化光敏感膜(有時稱作EUV光阻)。

典型的現行EUV光阻為聚合物基礎的化學放大光阻(CARs)。 CARs的改善已透過藉由使用具有高表面黏著性與結構完整性的薄膜來減少光阻模糊(酸擴散)與圖案坍塌而完成。然而，薄的CARs指定處理窗與複雜度，其讓使用附加膜層以支持多重步驟的圖案移轉成為必要。特別當光阻係薄的時候，圖案必須在後續轉移至基板之前，首先轉移至硬遮罩層。

有時藉由以旋塗式或氣相沉積薄膜來將圖案填隙而使光阻圖案「反轉」並具有適當的蝕刻對比。根據此習知處理，在填隙操作之後，緊跟著回蝕(etch back)步驟，以在光阻剝除之前自光阻的場區移除填隙材料。當微影圖像對比對於「正型」圖案較具優勢，但實際需求為「負型」圖案時，使用此方法。回蝕步驟具有受限的選擇性，其導致填隙特徵部短於遮罩之最理想條件。當光阻非常薄(例如，EUV光阻)時，此變得更為關鍵。

本揭示內容提供方法及設備，用以利用選擇性沉積處理以在EUV光阻中所界定的特徵部中沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，俾製備用於圖案化的負型圖像。用於產生「負型」圖像的此方法並不涉及回蝕步驟，因而能配合小的光阻預算(resist budget)。形成「負型」圖像的材料係充分抗蝕刻的、且可比光阻更為顯著地抗蝕刻，其消除了附加硬遮罩轉移層之需求。

在一實施態樣中，本揭示內容提供形成負型圖案遮罩的方法。該方法涉及：例如於半導體基板上，在圖案化EUV光阻(例如聚合物基礎的化學放大光阻(CAR)或如可由Inpria, Corvallis, OR取得的金屬氧化物光阻)的一或更多特徵部中選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，以使沉積選擇性將沉積限制於圖案化光阻底下、暴露於光阻中所圖案化的一或更多特徵部中的基板層，而非沉積於光阻。例如，由於電漿可能損害光阻、且電漿處理易受再沉積(例如，在光阻上)所影響，可藉由非電漿熱ALD處理而實施選擇性沉積。

在選擇性沉積之後，可將圖案化光阻移除，以藉由在底下的基板層表面上留下金屬氧化物或金屬氮化物薄膜作為負型圖案遮罩塊，俾將圖案反轉。光阻之移除可跟隨於選擇性沉積，而無介於其間的處理操作，尤其係回蝕。

在遮罩形成之後，可利用負型圖案遮罩塊蝕刻基板層。依據各種實施例，負型圖案遮罩塊材料相比於光阻而對於基板層蝕刻化學物更具選擇性。

進一步處理操作可接續，例如，俾利用負型圖案遮罩塊將所達成之蝕刻傳佈進入額外的底下基板層。

在另一實施態樣中，一種用於形成負型圖案遮罩之設備可用以執行此類處理。該設備可包含一或更多處理腔室及一控制器，該控制器包含用以形成負型圖案遮罩之指令。該等指令可包含用於下列各者的程式碼：在該一或更多處理腔室中，在半導體基板上的圖案化EUV光阻之一或更多特徵部中選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，以使沉積選擇性將沉積限制於圖案化光阻底下、暴露於在光阻中所圖案化的該一或更多特徵部中的基板層，而非沉積於光阻；以及將該光阻移除，以藉由在該基板之表面上留下該金屬氧化物或金屬氮化物之特徵部作為負型圖案遮罩塊而將該圖案反轉。

本揭示內容的該等及其他的特徵與優點將於以下參照相關圖式更詳細地描述。

現將詳細參照本揭示內容之具體實施例。具體實施例之範例係於附圖中說明。雖本揭示內容將結合這些具體實施例描述，然應理解不欲使本揭示內容限制於該等具體實施例。相反地，欲涵蓋可包括在本揭示內容之精神與範疇內的置換、變更、與均等物。在以下說明中，提出許多特定細節以提供對本揭示內容之徹底了解。本揭示內容可在缺少一些或所有該等特定細節下實施。在其他情況下，為人熟知的處理操作並未詳加描述以免不必要地模糊本揭示內容。 [前言]

極紫外光(EUV)微影可藉由移動至利用現今光微影方法可達到之更小的成像源波長，而將微影技術擴展超過其現今解析度限制。約10-20nm、或11-14nm波長、例如13.5nm波長的EUV光源可用於尖端微影工具(亦稱為掃描器)。EUV輻射在許多固體與流體材料(包括石英與水蒸氣)中受到強吸收，並因此在真空中操作。

EUV微影通常利用為聚合物基礎的化學放大光阻(CARs)之EUV光阻，該化學放大光阻(CARs)係藉由液體基礎之旋塗式技術所產生。 CARs的改善已藉由以下而完成：使用具有高表面黏著性與結構完整性的薄膜以減少光阻模糊(酸擴散)與圖案坍塌。然而，薄的CARs指定處理窗、且可能因需要使用附加膜層以支持多重步驟的圖案移轉而提高複雜度。在此情況下，圖案必須於後續轉移至基板之前首先轉移至硬遮罩。

有時藉由以旋塗式或氣相沉積薄膜來將圖案填隙而使光阻圖案「反轉」並具有適當的蝕刻對比。根據此習知處理，在填隙操作之後，緊跟著回蝕(etch back)步驟，以在光阻剝除之前自光阻的場區移除填隙材料。當微影圖像對比對於「正型」圖案較具優勢，但實際需求為「負型」圖案時，使用此方法。回蝕步驟具有受限的選擇性，其可能導致填隙特徵部短於遮罩之最理想條件。當光阻非常薄(對於EUV光阻而言為一般情況)時，此變得更為關鍵。 [負型圖案遮罩形成]

本揭示內容提供用以處理半導體基板的方法及設備，其利用選擇性沉積處理以在EUV光阻中所界定的特徵部中沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，俾製備用於圖案化的負型圖像。用於產生「負型」圖像的此方法並不涉及回蝕步驟，故能配合因相對薄的EUV光阻而可利用的小光阻預算。形成「負型」圖像的材料係充分抗蝕刻的、且可比光阻更為顯著地抗蝕刻，其消除了附加硬遮罩轉移層之需求。

本揭示內容提供形成負型圖案遮罩的方法。該方法涉及：例如於半導體基板上，在圖案化EUV光阻(例如聚合物基礎的化學放大光阻(CAR)或如可由Inpria, Corvallis, OR取得的金屬氧化物光阻)的一或更多特徵部中選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，以使沉積選擇性將沉積限制於圖案化光阻底下、暴露於光阻中所圖案化的一或更多特徵部中的基板層，而非沉積於光阻。例如，由於電漿可能損害光阻、且電漿處理易受再沉積(例如，在光阻上)所影響，可藉由非電漿熱ALD處理而實施選擇性沉積。

在選擇性沉積之後，可將圖案化EUV光阻移除，以藉由在底下的基板層表面上留下金屬氧化物或金屬氮化物薄膜作為負型圖案遮罩塊，俾將圖案反轉。光阻之移除可跟隨於選擇性沉積，而無介於其間的處理操作，尤其係回蝕。

在遮罩形成之後，可利用負型圖案遮罩塊蝕刻基板層。依據各種實施例，負型圖案遮罩塊材料對於基板層蝕刻化學物比光阻更具選擇性。

依據本揭示內容，圖1A-1D顯示包含負型圖案遮罩形成之方法的處理流程。

參照圖1A，顯示欲圖案化之半導體基板100之一部分。在典型範例中，半導體基板100為包含部分形成之積體電路的矽晶圓，該等積體電路係藉由沉積與蝕刻處理而形成。在圖1A中，將EUV光阻102(例如由液體基礎之旋塗式技術所產生的聚合物基礎的化學放大光阻(CAR))描繪為沉積於半導體基板100上。

描述合適的CAR材料、特性及處理技術的評論係提供於A.S. Gangnaik, et al., New Generation Electron Beam Resists: A Review, Chem. Mater. 2017, 29, 1898−1917中，此處為此目的以參照方式將其引入。

在其他實施例中，EUV光阻可為例如可由Inpria, Corvallis, OR取得的金屬氧化物EUV光阻。

在EUV圖案化工具中將EUV光阻圖案化，如圖1B所顯示。參照圖1B，藉由包含EUV曝光、接著圖案顯影的EUV微影(EUVL)，將光阻102圖案化，俾在基板100上形成「正型」圖案光阻104。合適的EUVL技術為該領域中所習知，例如Y. Fan, et al., Benchmarking Study of EUV Resists for NXE:3300B, Proc. of SPIE Vol. 9776 97760W-1 (2016)中所討論，此處為此目的以參照方式將其引入。

應注意，EUVL工具通常相比於沉積工具而於較高真空下操作。若為此情況，則以下係所期望的：在由沉積轉移至圖案化工具期間，提高基板的真空環境，俾容許基板及所沉積之含金屬氧化物薄膜於進入圖案化工具之前除氣。因此圖案化工具之光學元件不會因來自基板的釋氣而受汙染。

如圖1B所示，圖案化EUV光阻104為「正型」圖案，其帶有光阻餘留的未暴露基板區域100a、以及光阻經移除之暴露基板區域100b，俾在圖案顯影之後在光阻中形成圖案特徵部106。

參照圖1C，依據本揭示內容，藉由在圖案特徵部106中選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜108(例如具有約2 nm至50 nm之厚度，例如5至20 nm，如約5、10、15、20 nm)，以將EUV光阻中的「正型」圖案倒轉。該沉積係實施以僅在基板表面100b上(而非光阻102上)選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜108。在一實施例中，藉由非電漿熱原子層沉積(ALD)處理，在矽或含矽基板表面上實施金屬氧化物或金屬氮化物薄膜108之選擇性沉積。由於電漿可能損害光阻、且使用電漿處理可能使金屬氧化物沉積於光阻上；非電漿、熱沉積之化學選擇性變差，故吾人已發現電漿處理為不利的。

依據本文所述方法之原理，經選擇性沉積的金屬氧化物或金屬氮化物之沉積及蝕刻選擇性可被設計為與CAR或金屬氧化物光阻之各者有所不同，其對於知悉本文所提供之揭示內容及/或如由金屬氧化物光阻材料之供應商(例如Inpria公司)可得的資訊之該領域具通常知識者而言，會係清楚明白的。

依據非電漿熱原子層沉積(ALD)處理，金屬氧化物或金屬氮化物會快速成核並沉積於矽基板區域上，該矽基板區域在表面上具有氧或羥基。當使用CAR光阻，光阻係由在其表面上不具有氧或羥基的有機材料所構成，以促進金屬氧化物或金屬氮化物之沉積。因此，CAR中所圖案化的特徵部之側面及頂部不會幫助沉積，而顯影區域會具有暴露的無光阻基板(例如，矽)，其會具有羥基並達成選擇性薄膜成長。

可依以下共同申請中的美國專利申請案所述而實施此類ALD操作：案名為「Selective Deposition of Silicon Oxide」的美國專利申請案第15/432,634號，此處為此目的以參照方式將其引入。

可藉由重複若干循環的依序暴露而達成選擇性沉積。沉積速率可為約每循環0.1 Å至每循環1 Å，且可執行介於約10-100個循環，直到沉積了具有期望厚度之金屬氧化物層為止。合適的含金屬前驅物之範例包含鹵化之含金屬前驅物(如TiCl₄ 與TiBr₄ )、以及非鹵化之含金屬前驅物(如有機金屬化合物)，該等非鹵化之含金屬前驅物包含經烷基取代之金屬醯胺等。適用於ALD的經烷基取代之醯胺的特定範例為四(二甲胺基)金屬、及四(甲乙胺基)金屬。含氧反應物包含(但不限於)氧、臭氧、水、過氧化氫、NO或醇類。可使用含氧反應物之混合物。沉積條件會依據ALD反應物之選擇而改變，其中較高反應性之前驅物相比於較低反應性之前驅物一般於較低溫度下反應。該處理通常會在介於約20-100°C之溫度(例如，75°C)、且低於大氣壓之壓力下執行。選擇溫度及壓力以使反應物在處理腔室中維持氣體型態，俾避免凝結。將各反應物以氣體型態單獨或與載體氣體(如氬、氦、或氮)混合而提供至處理腔室。該等混合物之流動速率會取決於處理腔室的尺寸、且在一些實施例中係介於約10-10,000 sccm。

合適的胺基矽烷具有化學式如下：其中x為介於(且包含)1與3之間整數、x+y=4、且R₁ 及R₂ 之各者為氫或烷基配位基。例如，在一些實施例中，胺基矽烷為單胺基矽烷，其具有化學結構：其中R₁ 及R₂ 之各者為氫或烷基配位基。

在一些實施例中，胺基矽烷可為單胺基矽烷、雙胺基矽烷、三胺基矽烷、四胺基矽烷之任一者、及其組合。將該等範例之化學結構提供如下：

如上所述，R₁ 及R₂ 可為任何烷基配位基。在一範例中，胺基矽烷可為N,N’ -二甲基二胺矽烷，其具有結構： N,N’ -二甲基二胺矽烷

其他含矽前驅物包含矽烷氧化物及矽鹵化物，其可用於一些實施例中。

參照圖1D，在金屬氧化物或金屬氮化物108之沉積之後，藉由光阻剝除操作將餘留的圖案化光阻104移除(例如上述的Chem. Mater. 2017, 29, 1898−1917中之圖表5所述)，俾將圖案反轉，以藉由在基板100之表面上留下金屬氧化物或金屬氮化物108作為負型圖案遮罩塊110而形成負型圖案遮罩。依據各種實施例，負型圖案遮罩塊材料相比於光阻而對於基板蝕刻更具選擇性。

在特定實施例中，如上所述，基板可為矽或包含矽，且暴露的基板表面具有Si-O或Si-OH基，而CAR光阻表面不具有-O或-OH基。例如，選自由Si、Hf、Sn及Zr所組成之群組的金屬之氧化物或氮化物係選擇性地沉積於特徵部中。亦可使用符合沉積及蝕刻選擇性標準的其他金屬氧化物或金屬氮化物，例如過渡或稀土金屬，其包含Al、Ti或Y。

在一範例中，藉由使用單胺基矽烷前驅物、且O₃ 作為氧化劑的熱ALD，可將SiO₂ 選擇性地沉積於特徵部中的矽基板上。或者藉由使用鉿醯胺、且水作為氧化劑的熱ALD，可將HfO₂ 選擇性地沉積於特徵部中的矽氧化物基板(例如，硬遮罩)上。

在各種實施態樣中，此處所述之方法對於小特徵部中的沉積係特別有利，例如，當在EUV光阻中的特徵部寬度不大於30 nm時，例如在先進節點之EUV微影操作中可為典型的。

形成負型圖案遮罩的此方法可於選擇性沉積與光阻移除操作之間無中介處理操作的情況下實施。例如，無需回蝕操作以在光阻剝除之前自光阻的場區移除填隙材料。

在負型圖案遮罩形成之後，可利用負型圖案遮罩塊蝕刻基板。

依據本揭示內容，圖2A-2G顯示負型圖案遮罩形成處理之特定實施例。

參照圖2A，顯示本文所述之用於處理操作的半導體基板200。基板200包含堆疊體中的複數層，其包含圖案化EUV光阻頂層202、底部硬遮罩層206(一般為碳基礎的)、及標的層208。在此實施例中，EUV光阻為CAR，且堆疊體包含可選的中間層204，該中間層204係由矽基礎之介電質(例如SiO₂ )所構成，俾將CAR光阻與碳基礎之中間層分隔，以用於針對形成圖案化EUV光阻的EUV圖案化操作之選擇性。標的層可為例如TiN。

在其他實施例中，聚合物基礎之CAR EUV光阻202可由金屬氧化物EUV光阻取代，例如可由Inpria, Corvallis, OR取得的金屬氧化物光阻。在此類實施例中，由於金屬氧化物光阻與底層的蝕刻選擇性係容易區分的，故可選的中間層204為非必要的。

圖案化EUV光阻頂層202包含一或更多特徵部210，其中基板200之下層204係暴露的。參照圖2B，藉由在圖案特徵部210中選擇性地沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜212，以將EUV光阻中的「正型」圖案倒轉。該沉積係實施以僅在基板204之表面上(而非光阻202上)選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜212。如上所述，藉由非電漿熱原子層沉積(ALD)處理，可在含矽中間層204基板表面上實施金屬氧化物或金屬氮化物薄膜212之選擇性沉積。如上所述，依據本文所述方法之原理，經選擇性沉積的金屬氧化物或金屬氮化物之沉積及蝕刻選擇性可被設計為與CAR EUV光阻不同，其對於知悉本文所提供之揭示內容的該領域具通常知識者而言，會係清楚明白的。

參照圖2C，在金屬氧化物或金屬氮化物薄膜212之沉積之後，藉由光阻剝除操作將圖案化光阻202移除，俾將圖案反轉，以藉由在基板200之表面上留下金屬氧化物或金屬氮化物作為負型圖案遮罩塊212而形成負型圖案遮罩。負型圖案遮罩塊212之金屬氧化物或金屬氮化物相比於先前的EUV光阻而對於化學物更具選擇性，該化學物係用以蝕刻底下可選的中間層204及底層206。

如圖2D所示，負型圖案遮罩塊212接著用以蝕刻可選的中間層204及底層206，以形成碳基礎的硬遮罩。並且，參照圖2E，硬遮罩206係用以蝕刻標的層208。

可藉由習知處理以完成圖2C-2F中所描繪之基板層的光阻剝除及蝕刻操作。該等習知處理對於知悉本文所提供之揭示內容的該領域具通常知識者而言，會係清楚明白的。

如上所述，此處所述之方法對於小特徵部中的沉積係特別有利，例如，當在EUV光阻中的特徵部寬度不大於30 nm時，例如先進節點之EUV微影操作中可為典型的。具有不大於30 nm之蝕刻特徵部的經蝕刻之標的層係顯示於圖2G。 [設備]

圖3描繪原子層沉積(ALD)處理站300之實施例的示意圖，該ALD處理站300具有用於維持低壓環境的處理腔室本體302。在共同的低壓處理工具環境中可包含複數ALD處理站300。例如，圖4描繪多站處理工具400之實施例，例如可由Lam Research Corporation, Fremont, CA取得的VECTOR®處理工具。在一些實施例中，ALD處理站300之一或更多硬體參數(包含以下所詳細討論者)可係藉由一或更多電腦控制器350而以編程方式調整。ALD處理工具可配置為群集工具中的模組。圖6描繪具有真空整合沉積及圖案化模組的半導體處理群集工具架構，其適用於本文所述處理之實施方式。此類群集處理工具架構可包含蝕刻及/或EUV圖案化模組，如以下參照圖5及6而進一步描述。

回到圖3，ALD處理站300與輸送系統301a流體連通，該輸送系統301a係用以將處理氣體輸送至分佈噴淋頭306。反應物輸送系統301a包含用以混合及/或調節處理氣體(例如胺基矽烷前驅物氣體、或氧化劑氣體(如臭氧)、或氨及/或氮氣)的混合容器304，以用於輸送至噴淋頭306。一或更多混合容器入口閥320可控制處理氣體導入至混合容器304。當使用電漿沉積，氮電漿及/或氨電漿亦可被輸送至噴淋頭306、或可於ALD處理站300中產生。如上所述，在至少一些實施例中，非電漿熱沉積係有利的。若於低溫(例如，低於75˚C)及低功率(例如，低於1000 W；對於四站系統，每站低於250 W)下執行，則可執行電漿沉積，例如通常用在圖案化應用之帶有碳心軸的PEALD氧化物。

舉例而言，圖3之實施例包含用以汽化液體反應物的汽化點303，該反應物係欲供應至混合容器304。在一些實施例中，汽化點303可為經加熱之汽化器。自此汽化器產生的飽和反應物蒸氣可能於下游輸送管線中凝結。不可共存之氣體暴露於經凝結之反應物可能產生小粒子。該等小粒子可能阻塞管線、阻礙閥的操作、汙染基板等。用以解決該等問題的一些方法包含清除及/或排空輸送管線，俾移除殘留的反應物。然而，清除輸送管線可能提高處理站循環時間，其使產能降低。因此，在一些實施例中，汽化點303下游之輸送管線可為伴熱的(heat traced)。在一些實施例中，混合容器304亦可為伴熱的。在一非限制之範例中，汽化點303下游之管線具有遞增之溫度輪廓，其由約100°C延伸至混合容器304處的約150°C。

在一些實施例中，可於液體注入器處將液體前驅物或液體反應物汽化。例如，液體注入器可將液體反應物之脈衝注入混合容器上游的載體氣體流。在一實施例中，液體注入器可藉由自高壓至低壓急速汽化液體而使反應物汽化。在另一範例中，液體注入器可將液體霧化為分散的微滴，隨後該等微滴在經加熱之輸送管線中汽化。較小的液滴相比於較大的液滴而可較快地汽化，其使得液體注入與完全汽化之間的延遲減少。較快之汽化可使汽化點303下游之管線長度減小。在一情形中，可將液體注入器直接裝設於混合容器304。在另一情形中，可將液體注入器直接裝設於噴淋頭306。

在一些實施例中，可提供汽化點303上游之液體流動控制器(LFC)，以控制用於汽化與輸送至處理站300之液體的質量流量。例如，LFC可包含位在LFC之下游的熱質量流量計(MFM)。可接著響應回饋控制信號而調整LFC之柱塞閥，該等回饋控制信號係由與MFM電氣通訊的比例-積分-微分(PID)控制器所提供。然而，其可能耗費一秒以上俾利用回饋控制使液體流動穩定。此可能延長液體反應物的給劑時間。因此，在一些實施例中，LFC可於回饋控制模式與直接控制模式之間動態切換。在一些實施例中，此可藉由使LFC及PID控制器的感測管失效而執行。

噴淋頭306將處理氣體分佈至基板312。在圖3所示的實施例中，基板312係位在噴淋頭306下方、且係顯示坐落於底座308上。噴淋頭306可具有任何合適外形、且可具有任何合適數目及通口之配置，用以將處理氣體分佈至基板312。

在一些實施例中，可將底座308升高或降低以使基板312暴露於基板312與噴淋頭306之間的容積。應理解，在一些實施例中，可藉由合適的電腦控制器350而以編程方式調整底座高度。

在另一情形中，在電漿點燃之實施例的處理中，調整底座308之高度可容許在電漿活化循環期間改變電漿密度。在處理階段結束後，可於另一基板傳送階段期間將底座308降低，以容許基板312自底座308移除。

在一些實施例中，底座308可經由加熱器310而受溫度控制。在一些實施例中，如揭示實施例所述，於矽氧化物或氮化物薄膜之沉積期間，可將底座308加熱至大於50°C、但小於100°C之溫度，例如60至80°C，例如約為75°C。

再者，在一些實施例中，可經由蝶形閥318提供對於處理站300的壓力控制。如圖3之實施例所示，蝶形閥318調節由下游真空泵浦(未顯示)所提供之真空。然而，在一些實施例中，亦可藉由改變被導入至處理站300的一或更多氣體之流動速率而調整處理站300的壓力控制。

在一些實施例中，可相對於底座308而調整噴淋頭306的位置，以改變基板312與噴淋頭306之間的容積。再者，應理解，可藉由本揭示內容之範疇內的任何合適機構而改變底座308及/或噴淋頭306之垂直位置。在一些實施例中，底座308可包含旋轉軸，用以轉動基板312的方向。應理解，在一些實施例中，可藉由一或更多合適的電腦控制器350而以編程方式執行該等範例調整之其中一或更多者。

當使用電漿時，例如實施於相同腔室的蝕刻操作中，噴淋頭306和底座308與射頻(RF)電源供應器314和匹配網路316電氣通訊，用以為電漿提供能量。在一些實施例中，可藉由控制下列中一或更多者而控制電漿能量：處理站壓力、氣體濃度、RF源功率、RF源頻率、以及電漿功率脈衝時序。例如，可於任何適當功率下操作RF電源供應器314和匹配網路316，以形成具有所期望之自由基物種成分的電漿。合適功率之範例為約150W至約6000W。相對於矽氮化物而在矽氧化物上選擇性沉積矽氧化物之前，在矽氮化物表面的處理期間可使用電漿。RF電源供應器314可提供任何適當頻率的RF功率。在一些實施例中，RF電源供應器314可係配置以各自獨立地控制高與低頻RF功率源。範例低頻RF頻率可包含(但不限於)介於0 kHz與500 kHz之間的頻率。範例高頻RF頻率可包含(但不限於)介於1.8 MHz與2.45 GHz之間、或大於約13.56 MHz、或大於27 MHz、或大於40 MHz、或大於60 MHz的頻率。應理解，可離散地或連續地調制任何適當參數，以針對表面反應提供電漿能量。

在一些實施例中，可藉由一或更多電漿監視器以原位地監視電漿。在一情形中，可藉由一或更多電壓、電流感測器(例如，VI探針)以監視電漿功率。在另一情形中，可藉由一或更多光放射光譜儀感測器(OES)以量測電漿密度及/或處理氣體濃度。在一些實施例中，可基於來自該原位電漿監視器之量測，而以編程方式調整一或更多電漿參數。例如，用於提供電漿功率之編程控制的回饋迴路中可使用OES感測器。應理解，在一些實施例中，其他監視器可用以監視電漿及其他處理特性。如此之監視器可包含(但不限於)紅外線(IR)監視器、聲響監視器、及壓力轉換器。

在一些實施例中，可經由輸入/輸出控制(IOC)序列指令而提供對於控制器350的指令。在一範例中，用於為處理階段設定條件的指令可係包含於處理配方的相應配方階段中。在一些情況下，可依序配置處理配方階段，因此針對一處理階段的所有指令係與該處理階段同時執行。在一些實施例中，配方階段中可包含用以設定一或更多反應器參數的指令。例如，第一配方階段可包含：針對第一配方階段設定惰性及/或氨及/或氮反應物氣體之流動速率的指令、設定載體氣體(例如氬)之流動速率的指令、以及時延指令。第二配方階段可包含：針對第二配方階段設定惰性及/或胺基矽烷矽前驅物氣體之流動速率的指令、設定載體氣體(例如氬)之流動速率的指令、以及時延指令。接續的第三配方階段可包含：針對第三配方階段調制或中止惰性及/或反應物氣體之流動速率的指令、以及調制載體或清除氣體之流動速率的指令、以及時延指令。第四配方階段可包含：針對第四配方階段調制氧化劑氣體(例如臭氧)之流動速率的指令、調制載體或清除氣體之流動速率的指令、以及時延指令。接續的第五配方階段可包含：針對第五配方階段調制或中止惰性及/或反應物氣體之流動速率的指令、以及調制載體或清除氣體之流動速率的指令、以及時延指令。應理解，可以所揭示實施例範疇內的任何方式將該等配方階段進一步細分及/或反覆進行。在一些實施例中，控制器350可包含以下對於圖3的系統控制器350而描述的特徵之任一者。

如上所述，多站處理工具中可包含一或更多處理站。圖4顯示具有入站負載閘402及出站負載閘404的多站處理工具400之實施例的示意圖，入站負載閘402及出站負載閘404之任一或兩者可包含遠程電漿源。於大氣壓力下，將機械臂406配置成經由大氣埠410將晶圓從由晶圓傳送盒408所裝載的晶舟盒移動進到入站負載閘402。由機械臂406將晶圓放置於入站負載閘402中的底座412上，關閉大氣埠410，並且將負載閘抽空。當入站負載閘402包含遠程電漿源，晶圓可係暴露於遠程電漿處理，俾在被導入至處理腔室414之前，於負載閘中處理矽氮化物表面。再者，亦可在入站負載閘402中加熱晶圓，例如，俾移除濕氣與所吸附之氣體。接著，開啟通往處理腔室414的腔室輸送埠416，且另一機械臂(未顯示)將晶圓放置進入反應器、於反應器中所示的第一站之底座上以用於處理。雖然圖4所描繪之實施例包含負載閘，但應理解，在一些實施例中，可提供晶圓進入處理站的直接入口。

圖4所示之實施例中，所描繪之處理腔室414包含四個處理站，編號為1至4。各站具有經加熱之底座(顯示於站1之418)、以及氣體管線入口。應理解，在一些實施例中，各處理站可具有不同或多種用途。例如，在一些實施例中，處理站為可於ALD與電漿輔助ALD處理模式之間切換的。雖然所描繪之處理腔室414包含四個站，但應理解，依據本揭示內容的處理腔室可具有任何適當的站數。例如，在一些實施例中，處理腔室可具有五或更多站，而在其他實施例中處理腔室可具有三或更少站。

圖4描繪處理腔室414內用以傳送晶圓的晶圓搬運系統之實施例。在一些實施例中，晶圓搬運系統可於各種處理站間及/或於處理站與負載閘之間傳送晶圓。應理解，可採用任何合適的晶圓搬運系統。非限制之範例包含晶圓轉盤及晶圓搬運機械臂。圖4亦描繪系統控制器450之實施例，該系統控制器450係用以控制處理工具400的處理條件及硬體狀態。系統控制器450可包含一或更多記憶裝置456、一或更多大量儲存裝置454、以及一或更多處理器452。處理器452可包含CPU或電腦、類比、及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制器板等。

在一些實施例中，系統控制器450控制處理工具400的所有行動。系統控制器450執行系統控制軟體458，該系統控制軟體458係儲存於大量儲存裝置454中、載入至記憶裝置456、並於處理器452上執行。或者，可於控制器450中將控制邏輯硬碼化。可為該等目的而使用特殊應用積體電路、可程式化邏輯裝置(例如，現場可程式化閘陣列、或FPGAs)等。在以下的討論中，每當使用「軟體」或「碼」，則該處可使用功能相當的硬碼化邏輯。系統控制軟體458可包含下列指令：控制時序、氣體之混合、氣體流動速率、腔室及/或站之壓力、腔室及/或站之溫度、晶圓溫度、標的功率位準、RF功率位準、基板底座、夾頭及/或晶座之位置、以及由處理工具400所執行的特定處理之其他參數。系統控制軟體458可以任何適當方式配置。例如，可寫入各種處理工具元件之子程式或控制物件，以控制處理工具元件的操作，該等處理工具元件係用以執行各種處理工具的處理。可以任何合適的電腦可讀取程式語言為系統控制軟體458編碼。

在一些實施例中，系統控制軟體458可包含輸入/輸出控制(IOC)序列指令，用以控制上述的各種參數。在一些實施例中，可採用儲存於與系統控制器450相關的大量儲存裝置454及/或記憶裝置456上的其他電腦軟體及/或程式。為此用途的程式或程式之部分的範例包含基板定位程式、處理氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、以及電漿控制程式。

基板定位程式可包含用於處理工具元件的程式碼，該等處理工具元件係用以將基板裝載於底座418上、以及用以控制介於基板與處理工具400的其他部件之間的間距。

處理氣體控制程式可包含程式碼，用以控制氣體成分(例如，本文所述之胺基矽烷氣體、以及氧化劑氣體、氨、氮、載體氣體及/或清除氣體)及流動速率及可選擇地用以在沉積之前將氣體流入一或更多處理站，俾穩定處理站中的壓力。壓力控制程式可包含程式碼，用以藉由調整例如處理站之排放系統中的節流閥、流入處理站之氣流等，俾控制處理站內的壓力。

加熱器控制程式可包含程式碼，用以控制用於加熱基板之加熱單元的電流。或者，加熱器控制程式可控制熱傳氣體(例如氦氣)輸送至基板。

電漿控制程式可包含程式碼，用以設定施加至處理電極的RF功率位準，該等處理電極係在依據本文實施例之一或更多處理站之中。

壓力控制程式可包含程式碼，用以維持依據本文實施例之反應腔室中的壓力。

在一些實施例中，可能存在與系統控制器450相關的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或處理站的圖形軟體顯示、以及使用者輸入裝置(例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等)。

在一些實施例中，經由系統控制器450調整的參數可係關於處理條件。非限制之範例包含處理氣體成分及流動速率、溫度、壓力、電漿狀態(例如RF偏壓功率位準)等。可將該等參數以配方之形式提供予使用者，可利用使用者介面將配方輸入。

可經由來自各種處理工具感測器的系統控制器450之類比及/或數位輸入連接而提供監視該處理的信號。可將控制該處理的信號輸出於處理工具400之類比及數位輸出連接上。可受監視之處理工具感測器的非限制範例包含質量流量控制器、壓力感測器(例如壓力計)、熱電偶等。可將適當編程的回饋與控制演算法與來自該等感測器的資料一同使用，俾維持處理條件。

系統控制器450可提供程式指令，用以實行上述之沉積處理。該等程式指令可控制各種的處理參數，例如DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等。指令可控制參數以依據本文所述之各種實施例而操作薄膜堆疊體的原位沉積。

系統控制器450通常會包含一或更多記憶裝置及一或更多處理器，其係配置以執行指令，因此設備會依據所揭示實施例而執行方法。用以控制依據所揭示實施例之處理操作的含機器可讀媒體指令可被連接至系統控制器450。

在一些實施例中，系統控制器450為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此類系統可包含半導體處理設備，含一或複數處理工具、一或複數腔室、用於處理的一或複數工作台、及/或特定處理元件(晶圓底座、氣流系統等)。該等系統可與電子裝置整合，以於半導體晶圓或基板之處理前、處理期間、及處理後控制其操作。可將該等電子裝置稱為「控制器」，其可控制一或複數系統的各種元件或子部件。依據處理之條件及/或系統之類型，可將系統控制器450程式化以控制本文中所揭示之處理的任一者，包含處理氣體之輸送、溫度設定(如：加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、射頻(RF)匹配電路設定、頻率設定、流動速率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、進出工具及連接至特定系統或與特定系統介面接合的其他傳送工具及/或負載閘之晶圓傳送。

廣泛而言，可將系統控制器450定義為具有接收指令、發送指令、控制操作、允許清潔操作、允許端點量測等之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。該積體電路可包含儲存程式指令的韌體形式之晶片、數位信號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)之晶片、及/或執行程式指令(如軟體)之一或更多的微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)之形式傳送到系統控制器450的指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施中，該等操作參數可為由製程工程師所定義之配方的部分，該配方係用以在基板之一或更多的膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間，完成一或更多的處理步驟。

在一些實施中，系統控制器450可為電腦的部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或透過網路連接至系統、或上述之組合。例如，系統控制器450係可位於「雲端」、或為晶圓廠主機電腦系統的全部或部分，其可允許基板處理之遠端存取。該電腦能達成對該系統之遠端存取，以監視製造操作之目前進度、查看過去製造操作之歷史、查看來自多個製造操作之趨勢或性能指標，俾改變目前處理之參數，以設定處理步驟而接續目前的處理、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含可達成參數及/或設定之輸入或編程的使用者介面，該等參數或設定接著自該遠端電腦傳送至該系統。在一些範例中，系統控制器450接收資料形式之指令，在一或更多的操作期間，其針對該待執行的處理步驟之各者而指定參數。應理解，該等參數可特定於待執行之處理的類型、及工具(系統控制器450係配置成與該工具介面接合或控制該工具)的類型。因此，如上所述，系統控制器450可分散，例如藉由包含一或更多的分離的控制器，其透過網路連接在一起並朝共同的目標而作業，例如本文中所敘述之處理及控制。用於此類目的之分開的控制器之範例可為腔室上之一或更多的積體電路，其與位於遠端(例如為平台等級、或為遠端電腦的部分)之一或更多的積體電路連通，其結合以控制該腔室上的處理。

範例系統可包含(但不限於)電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、潔淨腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、ALD腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、及可與半導體晶圓之製造及/或生產有關或用於其中的任何其他半導體處理系統。

如上所述，依據將藉由工具執行之(複數)處理步驟，系統控制器450可與半導體製造工廠中之下列一或更多者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰接之工具、鄰近之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。

以下描述，在某些實施例中，可適用於剝除與蝕刻處理的感應耦合式電漿(ICP)反應器，該等剝除與蝕刻處理係適用於一些實施例的實施方式。雖然本文描述ICP反應器，但應理解，在一些實施例中，亦可使用電容耦合式電漿反應器。

圖5概要地顯示感應耦合式電漿設備500的橫剖面圖，其適合執行某些實施例或實施例的態樣(例如本文的蝕刻、剝除或沉積)，該設備之範例為由Fremont, CA的Lam Research Corp.所生產的Kiyo®反應器。感應耦合式電漿設備500包含整體處理腔室524，其結構上係由腔室壁501及窗部511所界定。腔室壁501可係由不鏽鋼或鋁所製造。窗部511可係由石英或其他介電材料所製造。可選之內部電漿柵550將整體處理腔室分為上子腔室502及下子腔室503。在大部分實施例中，可將電漿柵550移除，從而利用由子腔室502及503所構成的腔室空間。夾頭517係安置於下子腔室503內靠近底部的內表面處。夾頭517係配置以接收及固持半導體晶圓519，蝕刻及沉積處理係在該半導體晶圓519上執行。夾頭517可為用以支持晶圓519(當其存在時)的靜電夾頭。在一些實施例中，邊緣環(未顯示)環繞夾頭517、且具有與晶圓519上表面(當存在於夾頭517上方時)為近乎平面的上部表面。夾頭517亦包含靜電電極，用以夾持與去夾持晶圓519。可為此用途而提供濾波器及DC箝制電源供應器(未顯示)。亦可提供用於將晶圓519抬升離開夾頭517的其他控制系統。可利用RF電源供應器523以使夾頭517電氣帶電。透過連接部527以將RF電源供應器523連接至匹配電路521。透過連接部525以將匹配電路521連接至夾頭517。以此方式，將RF電源供應器523連接至夾頭517。在各種實施例中，可將靜電夾頭的偏壓功率設定為約50V、或取決於依據揭示實施例所執行的處理而設定為不同的偏壓功率。例如，偏壓功率可介於約20 Vb與約100 V之間、或介於約30 V與約150 V之間。

用於電漿產生之元件包含置於窗部511上方的線圈533。在一些實施例中，線圈非用於所揭示之實施例中。線圈533係由導電材料製造、且包含至少一整圈。顯示於圖5的線圈533之範例包含三圈。線圈533的截面係以符號顯示，且具有「X」的線圈旋轉伸入頁面，而具有「●」的線圈旋轉伸出頁面。用於電漿產生之元件亦包含配置以將RF功率供應至線圈533的RF電源供應器541。一般而言，透過連接部545以將RF電源供應器541連接至匹配電路539。透過連接部543以將匹配電路539連接至線圈533。以此方式，將RF電源供應器541連接至線圈533。可選的法拉第屏蔽549a係位於線圈533與窗部511之間。法拉第屏蔽549a可相對於線圈533而維持相隔開的關係。在一些實施例中，法拉第屏蔽549a係緊接置於窗部511之上。在一些實施例中，法拉第屏蔽549b係在窗部511與夾頭517之間。在一些實施例中，法拉第屏蔽549b並非相對於線圈533而維持相隔開的關係。例如，法拉第屏蔽549b可無間隙地直接位在窗部511下方。線圈533、法拉第屏蔽549a、及窗部511各係配置為實質上與彼此平行。法拉第屏蔽549a可避免金屬或其他物種沉積於處理腔室524的窗部511上。

可使處理氣體通過位於上子腔室502中的一或更多主氣流入口560、及/或通過一或更多側氣流入口570而流入處理腔室。同樣地，雖然未明確顯示，相似的氣流入口可用以將處理氣體供應至電容耦合式電漿處理腔室。真空泵浦(例如，一或二級機械乾式泵浦及/或渦輪分子泵浦540)可用以將處理氣體自處理腔室524抽出，並維持處理腔室524內之壓力。例如，真空泵浦可用於在ALD的清除操作期間將下子腔室503排空。以閥控制的管道可用以將真空泵浦流體連接至處理腔室524，俾選擇性的控制由真空泵浦所提供的真空環境之應用。此可藉由在工作電漿處理期間採用閉迴路控制的限流裝置以完成，例如節流閥(未顯示)或鐘擺閥(未顯示)。同樣地，亦可採用真空泵浦及通往電容耦合式電漿處理腔室的以閥控制的流體連接。

在設備500的操作期間，可經由氣流入口560及/或570以供應一或更多處理氣體。在某些實施例中，可僅經由主氣流入口560、或僅經由側氣流入口570而供應處理氣體。在一些情況下，圖中所示之氣流入口可以例如更多錯縱的氣流入口、一或更多噴淋頭取代。法拉第屏蔽549a及/或可選的柵部550可包含容許處理氣體輸送至處理腔室524的內部通道及孔洞。法拉第屏蔽549a及可選的柵部550之兩者或任一者可作為用於處理氣體輸送的噴淋頭。在一些實施例中，液體汽化及輸送系統可位於處理腔室524的上游，使得一旦液體反應物或前驅物汽化時，經汽化之該反應物或前驅物係經由氣流入口560及/或570而被導入處理腔室524。

射頻功率係自RF電源供應器541供應至線圈533，俾致使RF電流流過線圈533。流過線圈533的RF電流產生線圈533周圍的電磁場。電磁場在上子腔室502內產生感應電流。所產生的各種離子及自由基與晶圓519之物理和化學交互作用蝕刻晶圓519的特徵部、並在晶圓519上選擇性地沉積膜層。

若使用電漿柵550以使上子腔室502及下子腔室503兩者存在，則感應電流作用於存在上子腔室502中的氣體上，俾在上子腔室502中產生電子-離子電漿。可選的內部電漿柵550限制下子腔室503中的熱電子數量。在一些實施例中，設計並操作設備500以使存在於下子腔室503中的電漿為離子-離子電漿。

上部的電子-離子電漿與下部的離子-離子電漿兩者皆可含有正及負離子，然而離子-離子電漿會有較大的負離子對正離子比率。可透過埠522將揮發性蝕刻及/或沉積副產物自下子腔室503移除。可在約10°C至約250°C之範圍間的升高之溫度下操作本文所揭示之夾頭517。溫度會取決於處理操作及特定配方。

當於無塵室或製造設施中裝設設備500時，可將其耦接至設施(未顯示)。設施包含提供處理氣體、真空、溫度控制、以及環境粒子控制的管路。當該等設施被裝設於標的製造設施中時，其係耦接至設備500。此外，可將設備500耦接至傳送腔室，該傳送腔室容許機械臂利用典型自動化系統將晶圓傳送進出設備500。

在一些實施例中，系統控制器530(其可包含一或更多實體或邏輯控制器)控制處理腔室524的一些或所有的操作。系統控制器530可包含一或更多記憶裝置及一或更多處理器。在一些實施例中，設備500包含用以在執行揭示實施例時控制流動速率及持續時間的切換系統。在一些實施例中，設備500可具有至多約500 ms、或至多約750 ms的切換時間。切換時間可取決於流動化學物、所選的配方、反應器架構、以及其他因素。

在一些實施例中，系統控制器530為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此類系統可包含半導體處理設備，含一或複數處理工具、一或複數腔室、用於處理的一或複數工作台、及/或特定處理元件(晶圓底座、氣流系統等)。該等系統可與電子裝置整合，以於半導體晶圓或基板之處理前、處理期間、及處理後控制其操作。可將該等電子裝置稱為「控制器」，其可控制一或複數系統的各種元件或子部件。依據處理之條件及/或系統之類型，可將系統控制器530程式化以控制本文中所揭示之處理的任一者，包含處理氣體之輸送、溫度設定(如：加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、射頻(RF)匹配電路設定、頻率設定、流動速率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、進出工具及連接至特定系統或與特定系統介面接合的其他傳送工具及/或負載閘之晶圓傳送。

廣泛而言，可將系統控制器530定義為具有接收指令、發送指令、控制操作、允許清潔操作、允許端點量測等之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。該積體電路可包含儲存程式指令的韌體形式之晶片、數位信號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)之晶片、及/或執行程式指令(如軟體)之一或更多的微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)之形式傳送到控制器的指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施中，該等操作參數可為由製程工程師所定義之配方的部分，該配方係用以在基板之一或更多的膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間，完成一或更多的處理步驟。

在一些實施中，系統控制器530可為電腦的部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或透過網路連接至系統、或上述之組合。例如，系統控制器530係可位於「雲端」、或為晶圓廠主機電腦系統的全部或部分，其可允許基板處理之遠端存取。該電腦能達成對該系統之遠端存取，以監視製造操作之目前進度、查看過去製造操作之歷史、查看來自多個製造操作之趨勢或性能指標，俾改變目前處理之參數，以設定處理步驟而接續目前的處理、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含可達成參數及/或設定之輸入或編程的使用者介面，該等參數或設定接著自該遠端電腦傳送至該系統。在一些範例中，系統控制器530接收資料形式之指令，在一或更多的操作期間，其針對該待執行的處理步驟之各者而指定參數。應理解，該等參數可特定於待執行之處理的類型、及工具(控制器係配置成與該工具介面接合或控制該工具)的類型。因此，如上所述，系統控制器530可分散，例如藉由包含一或更多的分離的控制器，其透過網路連接在一起並朝共同的目標而作業，例如本文中所敘述之處理及控制。用於此類目的之分開的控制器之範例可為腔室上之一或更多的積體電路，其與位於遠端(例如為平台等級、或為遠端電腦的部分)之一或更多的積體電路連通，其結合以控制該腔室上的處理。

範例系統可包含(但不限於)電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、潔淨腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、ALD腔室或模組、ALE腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、及可與半導體晶圓之製造及/或生產有關或用於其中的任何其他半導體處理系統。

如上所述，依據將藉由工具執行之(複數)處理步驟，控制器可與半導體製造工廠中之下列一或更多者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰接之工具、鄰近之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。

可利用任何合適工具以實施EUVL圖案化，該工具常被稱為掃描器，例如由Veldhoven, NL的ASML所供應的TWINSCAN NXE: 3300B®平台。EUVL圖案化工具可為獨立裝置，基板被移入其中或自其移出以用於本文所述之沉積與蝕刻。或者，如以下所述，EUVL圖案化工具可為較大的多元件工具上的模組。圖6描繪具有真空整合沉積與圖案化模組的半導體處理群集工具架構，其與真空傳送模組接合、並適合執行本文所述處理。雖然可在缺少此類真空整合設備的情況下實施該等處理，但此類設備在一些實施方式中可為有利的。

圖6描繪具有真空整合沉積與圖案化模組的半導體處理群集工具架構，其與真空傳送模組接合、並適合執行本文所述處理。用以在多儲存設施與處理模組間「傳送」晶圓的傳送模組之配置可稱為「群集工具架構」系統。依據特定處理的需求，沉積及圖案化模組為真空整合。該群集上亦可包含其他模組(例如針對蝕刻)。

真空傳送模組(VTM)638與四個處理模組620a-620d接合，其可個別最佳化以執行各種製造處理。作為範例，可實行處理模組620a至620d以執行沉積、蒸發、ELD、蝕刻、剝除、及/或其他半導體處理。例如，模組620a可為ALD反應器，其可加以操作以在本文所述的非電漿、熱原子層沉積中執行，例如可自Lam Research Corporation, Fremont, CA取得的Vector工具。且模組620b可為PEALD工具(如Lam Vector®)。應理解，圖式未必按比例繪製。

氣室642與646(亦稱為負載閘或傳送模組)與VTM 638及圖案化模組640接合。例如，如上所述，合適的圖案化模組可為TWINSCAN NXE: 3300B®平台(由Veldhoven, NL的ASML提供)。此工具架構容許工件(如半導體基板或晶圓)在真空下移轉，以不在曝光前反應。將微影工具與沉積模組整合藉由以下事實促成：在環境氣體(如H₂ O、O₂ 等)造成入射光子之強光學吸收性的條件下，EUVL亦需要大幅降低的壓力。

如上所述，此整合架構僅為用於所述處理之實施方式的工具的一個可能實施例。亦可以更為習知的獨立EUVL掃描器與沉積反應器(例如Lam Vector工具)作為模組來實施該等處理，無論係獨立或與其他工具(如蝕刻、剝除等(例如Lam Kiyo或Gamma工具))一同整合於群集架構中，例如參照圖6所述(但無整合之圖案化模組)。

氣室642可為「輸出」負載閘，代表將基板自輔助沉積模組620a的VTM 638傳送至圖案化模組640，而氣室646可為「輸入」負載閘，表示將基板自圖案化模組640傳送回VTM 638。為了基板的進入與外出，輸入負載閘646亦可提供至工具外部的接口。每一處理模組具有將模組接合至VTM 638的平面。例如，沉積處理模組620a具有平面636。在每一平面內，感測器(例如所示的感測器1-18)用以偵測當晶圓626在相對應站之間移動時的通過。圖案化模組640及氣室642與646可類似地裝配額外的平面與感測器(未顯示)。

主要VTM機器人622在模組(包括氣室642與646)之間傳送晶圓626。在一實施例中，機器人622具有一手臂，而在另一實施例中，機器人622具有兩手臂，其中每一手臂具有末端效應器624以拾取輸送用的晶圓(如晶圓626)。前端機器人644用以將晶圓626自輸出氣室642傳送至圖案化模組640中、自圖案化模組640傳送至輸入氣室646。為了基板的進入與外出，前端機器人644亦可在輸入負載閘與工具外部之間輸送晶圓626。由於輸入氣室模組646具有匹配大氣與真空之間環境的能力，故晶圓626能在兩壓力環境之間移動而不受損。

應注意，EUVL工具通常在比沉積工具更高的真空下操作。若為此情況，則期望在自沉積傳送至EUVL工具期間增加基板的真空環境，以容許基板在進入圖案化工具之前脫氣。輸出氣室642可藉由將所傳送之晶圓維持在較低壓力(不高於圖案化模組640中的壓力)一段時間並排出任何脫氣而提供此功能，因此圖案化工具640的光學元件不受來自基板的脫氣污染。合適的輸出脫氣氣室壓力不超過1E-8 Torr。

在一些實施例中，系統控制器650(其可包括一或更多實體或邏輯控制器)控制一些或所有群集工具及/或其單獨模組的操作。應注意，控制器可在集群架構本地、或可位在製造樓層中之集群架構的外部、或位在遠端位置並經由網路連接至集群架構。系統控制器650可包括一或更多記憶裝置與一或更多處理器。處理器可包含中央處理單元(CPU)或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進馬達控制板、與其他類似元件。在處理器上執行用以執行適當的控制操作之指令。該等指令可在與控制器相關的記憶裝置上儲存，或可透過網路提供該等指令。在某些實施例中，系統控制器執行系統控制軟體。

系統控制軟體可包含用以控制任何工具或模組操作之實施態樣的應用與大小之時序的指令。系統控制軟體可以任何適當的方式配置。例如，可寫入各種處理工具元件子程序或控制物件以控制執行各種處理工具處理所需之處理工具元件的操作。系統控制軟體可以任何合適的計算可讀編程語言編碼。在一些實施例中，系統控制軟體包含用以控制上述各種參數之輸入/輸出控制(IOC)次序指令。例如，半導體製造處理之每一階段可包含以系統控制器執行的一或更多指令。例如，用以設定凝結、沉積、蒸發、圖案化及/或蝕刻階段之處理條件的指令可包含在相對應的配方階段中。

在各種實施例中，提供用以形成負型圖案遮罩的設備。該設備可包含用於圖案化、沉積和蝕刻的處理腔室、以及包含用於形成負型圖案遮罩之指令的控制器。指令可包含用於下列各者之程式碼：在處理腔室中，藉由EUV曝光以在半導體基板上的化學放大光阻(CAR)中圖案化特徵部俾使基板表面暴露；在特徵部中選擇性地沉積金屬氧化物或金屬氮化物以使沉積選擇性將沉積限制於基板表面而非光阻；以及將光阻移除以藉由在基板表面上留下金屬氧化物或金屬氮化物特徵部作為負型圖案遮罩塊而將圖案反轉。

指令可進一步包含程式碼，其中依據指令，光阻之移除跟隨於特徵部中的選擇性沉積，而無介於其間的處理操作(例如回蝕)。指令可進一步包含用於利用負型圖案遮罩塊以蝕刻基板的程式碼。指令可進一步包含程式碼，其中依據指令，選擇性沉積係藉由非電漿熱ALD處理而實施。

應注意，控制晶圓運動的電腦可在集群架構本地、或可位在製造樓層中之集群架構的外部、或位在遠端位置並經由網路連接至集群架構。對於圖3、4或5而描述的上述控制器之任一者可與圖6中的工具一同實行。 [結論]

用於在EUV圖案化之背景下形成負型圖案遮罩的處理及設備利用選擇性沉積處理，以在EUV光阻中所界定的特徵部中沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，俾製備用於圖案化的負型圖像。用以產生「負型」圖像之方法並不涉及回蝕步驟，因而能配合小的光阻預算。形成「負型」圖像的材料係比光阻更為顯著地抗蝕刻，其消除了附加硬遮罩轉移層之需求。

應理解，本文所述範例與實施例僅為說明性目的，並向熟習本技藝者建議各種變更或改變。雖各種細節為清楚之目的予以省略，然可實施各種設計替代例。因此，本範例應視為說明性而非限制性，且本揭示內容不受限於本文所提出之細節，而是可在隨附請求項之範圍中進行變更。

100‧‧‧基板

100a‧‧‧未暴露基板區域

100b‧‧‧暴露基板區域

102‧‧‧光阻

104‧‧‧光阻

106‧‧‧圖案特徵部

108‧‧‧金屬氧化物或金屬氮化物薄膜

110‧‧‧負型圖案遮罩塊

200‧‧‧基板

202‧‧‧光阻

204‧‧‧中間層

206‧‧‧底層/硬遮罩

208‧‧‧標的層

210‧‧‧特徵部

212‧‧‧金屬氧化物或金屬氮化物薄膜/負型圖案遮罩塊

300‧‧‧ALD處理站

301a‧‧‧輸送系統

302‧‧‧處理腔室本體

303‧‧‧汽化點

304‧‧‧混合容器

306‧‧‧噴淋頭

308‧‧‧底座

310‧‧‧加熱器

312‧‧‧基板

314‧‧‧RF電源供應器

316‧‧‧匹配網路

318‧‧‧蝶形閥

320‧‧‧混合容器入口閥

350‧‧‧系統控制器

400‧‧‧多站處理工具

402‧‧‧入站負載閘

404‧‧‧出站負載閘

406‧‧‧機械臂

408‧‧‧晶圓傳送盒

410‧‧‧大氣埠

412‧‧‧底座

414‧‧‧處理腔室

416‧‧‧腔室輸送埠

418‧‧‧底座

450‧‧‧系統控制器

452‧‧‧處理器

454‧‧‧大量儲存裝置

456‧‧‧記憶裝置

458‧‧‧系統控制軟體

500‧‧‧感應耦合式電漿設備

501‧‧‧腔室壁

502‧‧‧上子腔室

503‧‧‧下子腔室

511‧‧‧窗部

517‧‧‧夾頭

519‧‧‧晶圓

521‧‧‧匹配電路

522‧‧‧埠

523‧‧‧RF電源供應器

524‧‧‧處理腔室

525‧‧‧連接部

527‧‧‧連接部

530‧‧‧系統控制器

533‧‧‧線圈

539‧‧‧匹配電路

540‧‧‧一或二級機械乾式泵浦及/或渦輪分子泵浦

541‧‧‧RF電源供應器

543‧‧‧連接部

545‧‧‧連接部

549a‧‧‧法拉第屏蔽

549b‧‧‧法拉第屏蔽

550‧‧‧電漿柵

560‧‧‧氣流入口

570‧‧‧側氣流入口

620a‧‧‧處理模組

620b‧‧‧處理模組

620c‧‧‧處理模組

620d‧‧‧處理模組

622‧‧‧機器人

624‧‧‧末端效應器

626‧‧‧晶圓

636‧‧‧平面

638‧‧‧真空傳送模組(VTM)

640‧‧‧圖案化模組

642‧‧‧氣室

644‧‧‧前端機器人

646‧‧‧氣室

650‧‧‧系統控制器

依據本揭示內容，圖2A-G顯示負型圖案遮罩形成處理之特定實施例。

圖3為用於執行揭示實施例之範例處理腔室的示意圖。

圖4為用於執行揭示實施例之範例處理工具的示意圖。

圖5為用於執行揭示實施例之範例設備的示意圖。

圖6描繪具有沉積、蝕刻及圖案化模組的半導體處理群集工具架構，其與真空傳送模組接合、並適用於本文所述處理之實施方式。

(無)

Claims

一種在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其包含： (a)在半導體基板上的EUV圖案化光阻之一或更多特徵部中選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，該圖案化光阻使得該圖案化光阻底下的基板層之表面暴露，以使沉積作用係被選擇性地限制於該基板層之暴露表面而非該光阻；以及 (b)將該圖案化EUV光阻移除，以藉由在該基板層之表面上留下該金屬氧化物或金屬氮化物薄膜作為負型圖案遮罩塊而將該圖案反轉。
如申請專利範圍第1項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中(b)係在(a)之後，而無介於其間的處理操作。
如申請專利範圍第2項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，更包含利用該負型圖案遮罩塊以蝕刻該圖案化光阻底下的該基板層。
如申請專利範圍第3項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中該負型圖案遮罩塊之材料係比該光阻對於該蝕刻處理更具選擇性。
如申請專利範圍第4項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中該選擇性沉積係藉由非電漿熱ALD處理而實行。
如申請專利範圍第5項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中該光阻為化學放大光阻(CAR)，該基板包含Si，且暴露的基板表面具有Si-O或Si-OH基。
如申請專利範圍第6項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中該CAR的表面不具有-O或-OH基。
如申請專利範圍第7項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中在該特徵部中選擇性地沉積選自由Si、Hf、Sn、Ti、Al、Y及Zr所組成之群組的金屬之氧化物或氮化物。
如申請專利範圍第7項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中在該特徵部中選擇性地沉積SiO₂ 。
如申請專利範圍第9項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中該熱ALD使用單胺基矽烷前驅物、且O₃ 作為氧化劑。
如申請專利範圍第7項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中在該特徵部中選擇性地沉積HfO₂ 。
如申請專利範圍第11項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中該熱ALD使用鉿醯胺、且水作為氧化劑。
如申請專利範圍第6項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中暴露的該半導體基板為Si。
如申請專利範圍第6項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中暴露的該半導體基板為SiO。
如申請專利範圍第6項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中暴露的該半導體基板為硬遮罩。
如申請專利範圍第1項之在半導體基板上形成負型圖案遮罩之方法，其中該一或更多特徵部具有不大於30nm的寬度。
一種用以形成負型圖案遮罩之設備，該設備包含：一或更多處理腔室；一控制器，其包含用以形成負型圖案遮罩之指令，該等指令包含用於下列各者的程式碼：在該一或更多處理腔室中： (a)在半導體基板上的圖案化EUV光阻之一或更多特徵部中選擇性沉積金屬氧化物或金屬氮化物薄膜，以使該沉積操作之選擇性將沉積限制於該圖案化光阻底下、暴露於在該光阻中所圖案化的該一或更多特徵部中的該基板之膜層，而非沉積於光阻；以及 (b)將該光阻移除，以藉由在該基板之表面上留下該金屬氧化物或金屬氮化物之特徵部作為負型圖案遮罩塊而將該圖案反轉。
如申請專利範圍第17項之用以形成負型圖案遮罩之設備，其中依據該等指令，(b)係在(a)之後，而無介於其間的處理操作。
如申請專利範圍第18項之用以形成負型圖案遮罩之設備，其中該等指令更包含利用該負型圖案遮罩塊以蝕刻該基板的程式碼。
如申請專利範圍第18項之用以形成負型圖案遮罩之設備，其中依據該等指令，該選擇性沉積係藉由非電漿熱ALD處理而實行。