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TWI489521B - 用於執行多光阻層顯影與蝕刻製程的方法與設備 - Google Patents

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TWI489521B
TWI489521B TW101114962A TW101114962A TWI489521B TW I489521 B TWI489521 B TW I489521B TW 101114962 A TW101114962 A TW 101114962A TW 101114962 A TW101114962 A TW 101114962A TW I489521 B TWI489521 B TW I489521B
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photosensitive layer
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Banqiu Wu
Ajay Kumar
Kartik Ramaswamy
Omkaram Nalamasu
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Applied Materials Inc
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Description

用於執行多光阻層顯影與蝕刻製程的方法與設備
本發明大體關於用於執行光阻顯影製程、光阻線寬粗糙度製程、缺陷控制製程以及蝕刻製程的方法與設備，且，更特定而言之，本發明關於在半導體處理技術的單一腔室中執行光阻顯影製程、光阻線寬粗糙度製程、缺陷控制製程以及蝕刻製程的方法與設備。
積體電路已發展為可在單一晶片上包含數百萬個組件(例如，電晶體、電容以及電阻)的複雜元件。晶片設計的發展不斷需要更快的電路以及更高的電路密度。更高電路密度的需求必須要縮小積體電路組件的尺寸。
由於積體電路組件的尺寸被縮小(例如，縮小至次微米尺寸)，因此需要在半導體積體電路的特定區域中放置更多的元件。因此，微影製程變的更具挑戰性，以在基板上精確並準確地轉印更小的特徵而不會造成損壞。為了轉印精確以及準確的特徵於基板上，期望的高解析度微影製程需具有適合的光源，該光源可提供期望波長範圍的照射，用於進行曝光。此外，微影製程需轉印具有最小光阻線寬粗糙度(LWR)的特徵於光阻層上。總而言之，需要無缺陷的光罩來轉印期望的特徵於光阻層上。目前，已使用極紫外光(EUV)輻射源來提供短的曝光波 長，以在基板上提供更小的最小化打印尺寸。然而，在如此小的尺寸上，光阻層的邊緣粗糙度變的更難控制。
在傳統微影製程中，將設置在基板上的光阻層的一些部分曝露至入射輻射，以進行化學轉印。傳統正型曝光製程中，在顯影製程期間，利用鹼性水溶液將經歷化學轉印的光阻層的曝露部分移除。當形成在微電子裝置上的特徵尺寸持續縮小時，由於水的毛細力以及表面張力所造成的影像破裂將導致鹼性水溶液顯影劑變成是個問題。此外，在顯影製程後，溶液狀的顯影劑傾向於在基板上遺留非期望的污染物，因而不利地影響基板潔淨度。
此外，在顯影製程後，當特徵尺寸變的更小時，經顯影的特徵的非平滑邊緣也會是個問題。第1圖繪示基板100的示例性頂部等距截面視圖，該基板100具有設置在靶材材料102上的圖案化光阻層104，該靶材材料102在顯影製程後被蝕刻。開口106界定在圖案化光阻層104之間，準備曝露下層的靶材材料102以進行蝕刻，而轉印特徵於靶材材料102上。然而，微影曝光製程的不準確控制與低解析度可能導致光阻層104的較差臨界尺寸控制，因而造成無法接受的LWR 108。光阻層104的較大LWR 108可造成不準確的特徵轉印至靶材材料102，因此，最後導致元件的故障以及產率損失。
因此，需要一種方法與設備，用於在顯影製程期間控制製程缺陷，並在顯影製程後最小化LWR，以獲得具有期望臨界尺寸的圖案化光阻層。
本發明提供一種方法與設備，用於在顯影製程中控制並最小化製程缺陷，且在顯影製程後修飾光阻層的LWR。在一實施例中，用於在基板上形成多個特徵的方法包含：在處理腔室中產生電場，該處理腔室中設置有基板，其中該基板具有光敏層，該光敏層具有曝露區域以及非曝露區域；供應第一氣體混合物至處理腔室中，以顯影光敏層中的曝露區域；產生磁場，使該磁場與處理腔室中的電場交互作用，而由第一氣體混合物形成以圓形模式移動的第一電漿；供應第二氣體混合物至處理腔室中；以及由第二氣體混合物產生電子束於磁場與電場中，以修整經顯影的光敏層的邊緣輪廓，該經顯影的光敏層設置在處理腔室的基板上。
在另一實施例中，用於在基板上形成多個特徵的方法包含：傳送基板至處理腔室中，其中該基板具有光敏層，該光敏層具有曝露區域與非曝露區域。該方法更包含：由第一氣體混合物所形成的電漿中擷取電子；使用由形成在第一氣體混合物中的電漿所擷取的電子來顯影光敏層中的曝露區域；由供應至處理腔室的第二氣體混合物所形成的電漿中擷取電子；以及使用由第二氣體混合物所形成的電漿中所擷取的電子來修整經顯影的光敏層的邊緣輪廓，該經顯影的光敏層係設置在基板上。
在另一實施例中，用於顯影設置在基板上的光敏層的方法包含：提供具有光敏層的基板至電子處理腔室中，該光敏層具有曝露區域與未曝露區域；以及乾式顯影該光敏層，以由基板移除光敏層的曝露區域。
在又另一實施例中，用於在基板上形成多個特徵的方法包含：提供基板至電子處理腔室中，其中該基板具有設置在非光敏聚合物層上的光敏層，該光敏層具有曝露區域與非曝露區域；供應第一氣體混合物至電子處理腔室中，以顯影並移除光敏層中的曝露區域；供應第二氣體混合物至電子處理腔室中，以修整經顯影的光敏層的邊緣輪廓，該經顯影的光敏層係設置在電子處理腔室中的基板上；供應第三氣體混合物至電子處理腔室中，以執行污染物移除製程；以及供應第四氣體混合物至電子處理腔室中，以在電子處理腔室中蝕刻非光敏聚合物層，該非光敏聚合物層係由經顯影的光敏層所曝露出來。
在另一實施例中，用於在基板上形成多個特徵的方法包含：藉由主要使用電子來顯影並移除光敏層中的曝露區域；藉由主要使用電子來修整經顯影的光敏層的邊緣輪廓，該經顯影的光敏層係設置在電子處理腔室的基板上；藉由主要使用電子，而由基板移除污染物；以及在電子處理腔室中，藉由主要使用電子來蝕刻非光敏聚合物層，該非光敏聚合物層係由經顯影的光敏層所曝露出來。
本發明實施例包含方法與設備，用於控制與最小化顯影製程中的製程缺陷、在顯影製程後，修飾光阻層的LWR以及在後續蝕刻製程期間維持良好的輪廓控制。可在感應耦合電漿(ICP)反應器中執行該顯影製程，用以在曝光製程後，乾式電漿顯影該光阻層。接著，可在設置於基板上的經顯影光阻層上執行LWR控制製程，以最小化形成在光阻層邊緣接線上的粗糙度。可在與用於執行顯影製程相同的ICP腔室中執行LWR控制製程。執行ICP製程可提供奈米尺度的化學與電子研磨製程，用以在曝光製程後顯影光阻層，且接著平滑化經顯影的光阻層圖案的邊緣，因而提供光阻層的平滑圖案邊緣，該光阻層的平滑圖案邊緣具有最小化的圖案邊緣粗糙度，用於進行後續蝕刻製程。此外，在LWR控制製程之後，亦可在相同的ICP腔室中執行缺陷移除製程，以確保基板的清潔度，且在缺陷移除製程之後，視需要接著執行蝕刻製程，以蝕刻靶材材料，該靶材材料設置在基板上的光阻層下方。
第2圖繪示ICP反應器200的一實施例的截面視圖，該ICP反應器200適用於以根據本發明的增強電子自旋控制來執行ICP製程。可用於執行本發明的此一蝕刻反應器可購自位於加州聖大克勞拉市的應用材料公司。應考慮到，在此亦可採用來自其他製造商的其他適合電漿 處理腔室。
電漿反應器200包含具有腔室主體210的處理腔室248。處理腔室248為高真空槽，具有與處理腔室248耦接的真空幫浦228。處理腔室248的腔室主體210包含頂部壁面222、側壁224與底部壁面226，該些壁面定義腔室主體210中的內部處理區域212。使用包含液體的導管(未圖示)來控制側壁224的溫度，該包含液體的導管位在及/或環繞該側壁224。底部壁面226與電氣接地230連接。
處理腔室248包含支撐底座214。該支撐底座214延伸穿過處理腔室248的底部側壁226進入內部處理區域212。支撐底座214可接收基板250，將基板250設置在支撐底座214上方以進行處理。
電漿來源202設置在腔室主體210的頂部，且配置該電漿來源202供應電子至內部處理區域212中。可將複數個線圈208設置在接近電漿來源202處，用以在電漿來源202中輔助產生ICP。利用RF電源與匹配電路(未圖示)來控制施加至線圈208的電漿功率。線圈208可包含分開設置的內部與外部同心線圈，以控制電漿來源202與處理腔室248中的電漿密度的徑向分佈。電漿來源202可選擇為微波電源、電子束產生器或其他適合的電源。
氣源206可耦接至電漿來源202，以輸送處理氣體至處理腔室248中。當電漿功率激發電子而使電子運行的同時，磁場導致電子沿著磁場線249運行。電場與磁場 之間的交互作用導致由氣源206所供應的氣體被解離並形成ICP。該ICP可包含磁場自由電荷，例如，電子與離子、自由基或中性原子或物種，該些磁場自由電荷可自旋並移動前進朝向支撐基座214。可加速該些自旋電子以圓形模式朝向基板表面，以研磨形成在基板表面上的結構。首先參照第3圖，第3圖繪示磁場中的電子軌跡302。由於磁場可導致電子的軌跡302自旋並沿著磁場接線304旋轉，所以當該些電子向下移動穿過內部處理區域212朝向基板250時，該些電子可以界定電子軌跡302的渦旋及/或螺旋運動的方式移動。
可將處理氣體由耦接至處理腔室248的氣源206導入內部處理區域212中。可透過電漿來源202將來自氣源206的處理氣體供應至內部處理區域212。由電源施加電流至線圈208，該電流產生解離氣體的電場。由線圈208所解離的處理氣體形成電漿於遮蔽板262上方，並由該遮蔽板262擷取並傳送電子至內部處理區域212中，用於處理基板250。
沿著與內部處理區域212相鄰的腔室主體210的下部211的外部周圍設置一組一或多個線圈片段或電磁線圈221(圖示為221A與221B)。藉由直流(DC)電源或低頻交流(AC)電源(未圖示)來控制施加至線圈片段或磁鐵221的功率。電磁線圈221在與基板表面垂直的方向中產生磁場。當來自電漿的電子未具有足夠的動量向下移動穿過內部處理區域212到達基板250的上表面253時，可 在腔室主體210的下部(例如，接近內部處理區域212處)設置該組線圈片段或電磁線圈221，以促進電子自旋及/或旋轉向下到達基板250的上表面253。電場產生電子束(e-beam)來源，該電子束來源提供具有經增強的電子自旋及/或旋轉動量的電子向下到達該基板250的表面。
在一實施例中，遮蔽板262設置在支撐基座214上方的處理腔室248中。遮蔽板262為實質平坦的板材，具有實質平行於支撐基座214的定向以及實質垂直於處理腔室248的中線的定向。遮蔽板262可由一或多種符合處理需求的不同材料所形成。在一實施例中，遮蔽板262可由選自由銅或塗佈銅的陶瓷所組成的群組的材料所製成。
遮蔽板262包含一或多個形成穿過遮蔽板262的孔270，孔270界定遮蔽板262的開放區域。遮蔽板262的開放區域(亦即，孔270的尺寸、數量與密度)輔助控制電子的數量，該些電子由電漿來源202所形成的電漿傳送至基板250的上表面253上方的內部處理區域212中。因此，遮蔽板262作為離子/電子過濾器(或電子控制器)，可控制在通過遮蔽板262至基板250的上表面253的體積中的電子密度及/或離子密度。在一實施例中，孔270具有介於約1至約10 nm的直徑。在另一實施例中，孔270界定介於約1至約5%的開放區域遮蔽板262。
在處理期間，可將來自電源260的電壓供應至遮蔽板262。施加在遮蔽板262上的電壓電位吸引並過濾出來自 電漿的離子，因而有效地僅允許中性物種，例如，自由基與電子，穿過遮蔽板262的孔270至遮蔽板262下方的內部處理區域212的區域中，基板250與支撐基座214存在於該區域中。換句話說，由於出現在電漿中的離子已被遮蔽板262過濾掉，所以遮蔽板262由電漿擷取電子，接著使用該些電子以最少離子存在的方式來處理基板250。因此，藉由降低/過濾穿過遮蔽板262的離子數量，可使用中性物種，例如，自由基與電子(亦即，下文表示為輕度反應物種)，主要執行形成在基板上的結構研磨及/或平滑化，該中性物種可輕易通過遮蔽板262並允許以更受控制的方式來處理基板。因此，由於輕度反應物種主要包含具有少量離子或不具有離子的自由基與電子，所以離子的缺少可降低損壞基板表面的非期望侵蝕濺鍍或過於激烈的離子轟擊的可能性，因而產生精確的平滑化性能與臨界尺寸的均勻性。可以足以吸引或維持來自電漿的離子的範圍來供應施加至遮蔽板262的電壓，因而使輕度反應物種排斥產生在電漿中的離子。在一實施例中，由介於約5 volt至約50 volt的DC功率(或AC功率)260供應電壓至遮蔽板262。
將控制板264設置在遮蔽板262的下方與支撐基座214的上方。控制板264具有一定向，該定向實質平行於支撐基座214與遮蔽板262的定向以及實質垂直於處理腔室248的中線。控制板264以預定的距離266與遮蔽板262分隔設置。在另一實施例中，控制板264與遮蔽板 262接觸，該控制板264與該遮蔽板262之間具有最小空間。在一實施例中，介於遮蔽板262與控制板之間的距離266小於約5 mm。
控制板264具有複數個孔268，該些孔268允許透過遮蔽板262所過濾的輕度反應物種穿過該控制板264進入內部處理區域212。控制板264的孔268可與遮蔽板262的孔270對準。在一實施例中，孔268的直徑介於約1至約10 mm。在另一實施例中，孔268界定介於約1至約5%的開放區域控制板264。
可將來自電源251的電壓供應至控制板264，以產生電壓電位(例如，電位)，該電壓電位與該組線圈片段或電磁線圈221A、221B所產生的磁場交互作用。控制板264所產生的電位與該組線圈片段或電磁線圈221所產生的磁場輔助並促進維持足夠的動量與能量以維持輕度反應物種，特別是自旋向下至基板250的上表面253的該些電子。此外，可將穿過控制板264的孔268的輕度反應物種導向預定路徑中，因而侷限輕度反應物種的軌跡於預定路徑中而到達基板250的上表面253的期望區域。當輕度反應物種穿過控制板264時，磁場可導致穿過的輕度反應物種維持圓形模式的移動並自旋朝向基板250的上表面253。自旋的輕度反應物種具有足夠的水平與垂直動量，以允許該些電子可由頂部至底部研磨形成在基板250的上表面253上的結構，而不會失去臨界尺寸。
在一實施例中，控制板264可具有不同的材料或不同的特徵。控制板264可包含超過一個區域或該些片段，該區域或該片段具有至少一個彼此不同的特徵。舉例來說，控制板264可具有多個區域，該些區域具有包含各種幾何形狀(例如，尺寸、形狀以及開放區域)的不同配置，且該些區域可由相同或不同材料所形成或該些區域可適以具有不同的電位偏壓。藉由提供區域配置、材料及/或電位偏壓的組合，可以定位的方式來改良電漿中的輕度反應物種的空間分佈，允許製程特徵的客製化，例如，平滑均勻性或局部增加或降低的平滑速率(例如，調整基板不同部分中的不同圖案密度)等等。此多區域控制板264可適用於主動控制中性物種、自由基以及電子分佈，因而允許增強的製程控制。
在基板處理期間，可控制處理腔室248內部的氣體壓力於預定範圍中。在一實施例中，處理腔室248的內部處理區域212的氣體壓力可維持在約0.1 mTorr至999 mTorr之間。基板250的溫度可維持在介於約10℃至約500℃之間。
此外，處理腔室248可包含移動機構272，該移動機構272配置以相對於該控制板264徑向移動該支撐基座241。在一實施例中，移動機構272係耦接至支撐基座214以徑向相對於控制板264徑向移動支撐基座214。在另一實施例中，移動機構272係耦接至電漿來源202及/或控制板264及/或遮蔽板262，以徑向相對於該支撐基 座214徑向移動電漿來源202及/或控制板264及/或遮蔽板262。在又另一實施例中，該移動機構272相對於支撐基座214徑向移動電漿來源202、控制板264與遮蔽板262的一或多者。可使用任何適合的徑向移動機構，例如，輸送帶系統、齒條與小齒輪系統、x/y致動器、機器人、電子電動機、氣壓致動器、油壓致動器或其他適合的機構。
移動機構272可耦接至控制器240，以控制支撐基座214與電漿來源202及/或控制板264及/或遮蔽板262相對於彼此徑向移動的掃描速率。此外，支撐基座214與電漿來源202及/或控制板264及/或遮蔽板262相對於彼此的移動可沿著一路徑，該路徑與由控制板264至基板250的上表面253的輕度反應物種的軌跡274垂直。在一實施例中，移動機構272以大約1 mm/s的固定速度移動。在另一實施例中，支撐基座214與電漿來源202及/或控制板264及/或遮蔽板262相對於彼此的移動可以其他運行的方式移動。
控制器240包含中央處理器(CPU)244、記憶體242、支撐電路246，該控制器240耦接至反應器200的各種組件，幫助控制本發明的製程。記憶體242可為任何電腦可讀取媒體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟性磁碟、硬碟或任何其他形式位於反應器200或CPU 244本端或遠端的數位儲存。支撐電路246耦接至CPU 244，以傳統方法來支持CPU 244。該些電 路包含快取記憶體、電源、時脈電路、輸入/輸出電路以及次系統等等。當藉由CPU 244來執行時，儲存在記憶體242中的軟體常式或一系列的程式指令使反應器200執行本發明的電漿製程。
第2圖僅說明可用於實施本發明的電漿反應器200的一示例性配置。舉例來說，其他種類的反應器可使用不同種類的電漿功率與磁功率，該電漿功率與磁功率藉由使用不同的耦接機構耦接至電漿腔室中。在一些應用中，可在與設置基板的腔室不同的腔室中，例如，遠端電漿源，產生不同種類的電漿，且接著使用在此技術領域中所習知的技術將該電漿引導至腔室中。
第4圖說明特徵形成製程400的一實施例的流程圖，該特徵形成製程400包含顯影製程、光阻LWR控制製程與缺陷移除製程以及蝕刻製程，該些製程皆於一ICP處理腔室中進行。第5A至5F圖係關於製程400的各種階段中一部分基板的橫截面圖。當藉由控制器240執行時，可將製程400儲存在記憶體242中作為指令，導致製程400於ICP處理腔室中執行，該ICP處理腔室例如為描繪在第2圖中的電漿反應器200，或其他適合的反應器。應注意的是可視需要以任何順序來移除、增加、重複、消除在ICP處理腔室中所執行用以在基板上執行特徵形成製程的製程數量，該些製程包含顯影製程、光阻LWR控制製程、缺陷移除製程以及蝕刻製程。
在方塊402中，製程400開始於提供基板至處理腔室 248中以進行處理，該基板例如為第2圖與第5A至5F圖所繪示的基板250。如第5A圖所示，基板250可具有被蝕刻的靶材材料502設置於基板250上，靶材材料502被光阻層503所覆蓋。在一實施例中，被蝕刻的靶材材料502可為介電層、金屬層、陶瓷材料或其他適合的材料。在一實施例中，被蝕刻的靶材材料502可為介電質材料，該介電質材料成為用於半導體積體電路元件中的閘極結構、觸點結構或內層介電質結構(ILD)的其中一者。介電質材料的適合實例包含二氧化矽(SiO2 )、氮氧化矽(SiON)、氮化矽(SiN)、碳氧化矽(SiOC)、氮碳氧化矽(SiOCN)、非晶碳(a-C)等等。在另一實施例中，被蝕刻的靶材材料502可為金屬材料，該金屬材料成為內金屬介電質結構(IMD)或其他適合的結構。金屬層的適合實例包含銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、鎳(Ni)、鎘(Cr)等等。
在一實施例中，光阻層503可具有雙層結構，該雙層結構具有設置在非光敏聚合物層504上的光敏層507。光敏層507可為用於248-nm微影術、193-nm微影術、157-nm微影術、電子束微影術的光化學活性光阻劑，以及由極紫外光(EUV)系微影術所顯影的該些光阻劑。可由溶劑藉由旋轉塗佈或其他適合的技術將光阻層503置於基板上。或者，可視需要，利用硬光罩層置換非光敏聚合物層504，該硬光罩層例如氮氧化矽(SiON)、氮化矽(SiN)、二氧化矽(SiO2 )、非晶碳、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)或其他適合的材料。
將光敏層507的一些區域(亦即，曝露區域505)曝露至x光、電子束或紫外輻射/紫外光(包含深紫外光與極紫外(EUV)光，以及其他輻射能量的來源，例如電子束能量)。該輻射足以啟動在光敏層507的經選擇曝露區域505中的化學反應，以增加/減少經選擇曝露區域505的極性及/或增加/減少經選擇曝露區域505的分子量，以幫助在光敏層507上所執行的選擇性顯影製程。在第5A圖所繪示的實施例中，光敏層507的曝露區域505已被選擇性轉換在後續顯影製程期間可容易被移除的狀態，同時在後續顯影製程期間該非曝露區域506保留在基板250上。
在方塊404中，在如第2圖所繪示的ICP反應器200中，於設置在基板250的光敏層507上執行電漿光阻顯影製程。如上所述，由於傳統濕式顯影製程對於形成在基板上具有較小尺寸的特徵是有問題的，因此在本文中所描述的乾式顯影製程(例如，電漿顯影製程)可以最少缺陷/污染物殘留在基板250上的方式由基板250有效移除光敏層507的曝露區域505，如第5B圖所示。電漿顯影製程平緩地由基板移除光阻層507的曝露區域505，在光敏層507中形成具有期望尺度的多個開口520，並使基板250上的光阻層507的殘留非曝露區域506不受損壞。用於執行乾式顯影製程的ICP反應器使用輕度反應物種(輕度電子束來源)來移除光阻層507的曝露區域505。相對於在傳統蝕刻製程中所使用具有高轟擊能量的侵蝕性離子轟擊而言，該高轟擊能量不利地損壞形成在 基板250上的結構500，在乾式顯影製程期間，離子與高能量的大量缺乏允許輕度電子碰撞與平緩的化學反應，而平緩的移除材料。在由基板移除光阻層507的曝露區域505之後，光阻層507的殘留非曝露區域506可作為遮罩層，該遮罩層用於轉印特徵於下層的非光敏聚合物層504上，且更進一步轉印特徵至靶材材料502上。
在乾式顯影處理期間，在方塊404中，可控制多個製程參數，以在期望的製程視窗中維持輕度乾式顯影電漿。在一實施例中，可供應介於約200 Watt至約1000 Watt範圍之間的電漿功率至線圈208。可供應介於約50 Volt至約200 Volt之間的DC及/或AC電壓至遮蔽板262，以由電漿來源202所產生的電漿中過濾離子。可供應介於約100 Watt至約2000 Watt之間的DC及/或AC功率至控制板264，以產生用於處理腔室的電場。由控制板246所產生的電場亦輔助控制輕度反應物種的速度，該輕度反應物種導向設置在支撐基座214上的基板250。線圈221A、221B所產生的磁場可被控制在介於約500 Gauss(G)至約2000 G之間，該磁場用於維持並限制在支撐基座214正上方的內部處理區域212的較低部分中的輕度反應物種的自旋運動。將處理腔室的壓力控制在介於約0.5 millTorr至約500 millTorr之間。可供應處理氣體至處理腔室，以輔助移除光阻層507的曝露區域505。由於選擇用於光敏層507的曝露區域505的材料通常為有機材料，因此可選擇含氧氣體作為供應至處理腔室中 的處理氣體，以輔助乾式電漿顯影該光敏層507的曝露區域505。含氧氣體的適合實例包含氧氣(O2 )、一氧化二氮(N2 O)、二氧化氮(NO2 )、臭氧(O3 )、水(H2 O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )等等。亦可同時或個別供應其他種類的處理氣體至處理腔室中，以輔助乾式電漿顯影該光敏層507。處理氣體的適合實例包含氮氣(N2 )或惰性氣體，例如，氬氣(Ar)或氦氣(He)。可以介於約50 sccm至約400 sccm的流動速率供應處理氣體至處理腔室中，例如介於約100 sccm至約150 sccm之間。可執行製程介於約100秒至約500秒之間。在一特定實施例中，供應氧氣作為處理腔室中的處理氣體，以反應並顯影光敏層507的曝露區域505。
在方塊406中，在方塊404的乾式電漿顯影製程後，可在基板250上執行光阻LWR控制製程400，以研磨、修飾並修整光敏層507的殘留區域506的邊緣508、510，導致實質平坦化或平滑化邊緣512、514的粗糙度，如第5C圖所示。藉由在處理腔室248中產生ICP以提供電子來源，而執行光阻LWR控制製程。或者，可由其他來源提供電子。由耦接至處理腔室248的電漿來源202產生ICP。如上所述，所產生的電漿可包含帶著正電荷或負電荷的不同種類反應物種，例如，電子、電荷、離子、中性物種等等。將被激發的ICP中的離子過濾出來，且接著該被擷取出的電子以圓形運動的方式移動並加速朝向基板250的上表面253，以研磨、修整並修飾光敏層507 的殘留非曝露區域506(例如，以下表示為圖案化光敏層507)的LWR。可使用上述的控制板262與遮蔽板264來控制由ICP所擷取出的電子及/或其他輕度物種的數量，以較少侵蝕性蝕刻與損壞降低(較少離子)來平衡蝕刻速率(較多離子)。
可在ICP製程期間控制圖案化光敏層507的LWR。首先參照第6圖，電子的圓形移動604可平緩地研磨、碰撞以及拋光圖案化光敏層507的不均勻邊緣508。圓形移動604包含實質水平運動分量，該分量允許沿著邊緣508的完全垂直高度同時平滑化不均勻邊緣508，因此不會像使用傳統等向蝕刻一樣主要蝕刻邊緣508的頂部部分，該傳統等向蝕刻可造成錐形特徵並失去較佳的臨界尺寸控制。可連續執行該製程直到達到該圖案化光敏層507的期望粗糙度程度，例如，真直度(straightness)或平坦度(例如以虛線610所示)。藉由電子動量的良好控制，可大幅修平圖案化光敏層507的邊緣508的不均勻表面與突出部分，因而有效控制光阻LWR在期望最小化範圍中。可藉由磁場與電場間的交互作用所產生的功率以及供應至磁場與電場的氣體來控制電子動量或中性物種濃度。在一實施例中，藉由調整供應以產生電場(施加至線圈208及/或控制板264的功率)與磁場(施加至線圈221A與221B的功率)的功率，可獲得不同的電子動量或移動。
在處理期間，於方塊406中，可控制多個製程參數以維持圖案化光敏層507的LWR在期望範圍中。在一實施 例中，可將介於約50 watt至約2000 watt範圍中的電漿功率供應至線圈208。可將介於約100 watt至約2000 watt的DC及/或AC功率施加至控制板264，用於在處理腔室中產生磁場。可將由線圈221A、221B所產生的磁場控制在介於約500 Gauss(G)至約1000 G之間。可將處理腔室的壓力控制在介於約0.5 milliTorr至約500 miliTorr之間。將處理氣體供應至處理腔室中以輔助修飾、修整與控制圖案化光敏層507的邊緣粗糙度。由於選擇用於圖案化光敏層507的材料通常為有機材料，因此可選擇含氧氣體作為供應至處理腔室的處理氣體，以輔助研磨與修飾圖案化光敏層507的粗糙度與輪廓。含氧氣體的適當實例可包含氧氣(O2 )、一氧化二氮(N2 O)、二氧化氮(NO2 )、臭氧(O3 )、水(H2 O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )等等。亦可同時或個別供應其他種類的處理氣體至處理腔室中，以輔助修飾圖案化光敏層507的粗糙度。處理氣體的適當實例包含氮氣(N2 )、氨氣(NH3 )、氯氣(Cl2 )或惰性氣體，例如，氬氣(Ar)或氦氣(He)。可以介於約10 sccm至約500 sccm的流動速率將處理氣體供應至處理腔室中，例如，介於約100 sccm至約200 sccm。可執行製程約30秒至約200秒之間。在一特定實施例中，供應氧氣至處理腔室中作為處理氣體，使氧氣與圖案化光敏層507反應而修整與修飾設置在基板250上的圖案化光敏層507的LWR。
可連續執行光阻LWR控制製程直到達到圖案化敏層 507的期望最小化粗糙度。在一實施例中，可將圖案化光敏層507的LWR控制在少於約3.0 nm的範圍中，例如介於約1.0 nm至約1.5 nm。在達到表示實現圖案化光敏層507的期望最小化粗糙度的終點訊號之後，可終止光阻LWR控制製程。或者，可以預定時間模式來終止光阻LWR控制製程。在一實施例中，可執行光阻LWR控制製程約100秒至約500秒。
在方塊406中執行光阻LWR控制製程之後，一些殘留物或污染物516會遺留並保持在基板表面上，如第5C圖所示。在方塊408中，可執行污染物移除製程(亦即，預處理(descum)製程)，由基板表面移除殘留物或污染物516，產生乾淨的基板表面，如第5D圖所示，而為後續蝕刻製程作準備。可藉由供應至少包含含氧氣體的氣體混合物至處理腔室中，使該氣體混合物與殘留物或污染物516反應而由基板表面移除殘留物或污染物516的方式來執行污染物移除製程。在一實施例中，在方塊408中所供應的含氧氣體為氧氣(O2 )或二氧化碳(CO2 )氣體。可與在方塊404與406中所控制用於執行乾式顯影製程與LWR控制製程的製程類似的方式來控制製程參數。
在方塊410中，在由基板250移除殘留物或污染物516之後，執行輕度電子蝕刻製程，以蝕刻由圖案化光敏層507所曝露出的非光敏聚合物層504，如第5E圖所示。代替使用傳統離子電漿蝕刻，在處理腔室248中執行輕度電子蝕刻製程，以使用輕度反應物種來平緩地由基板 移除非光敏聚合物層504，而不會損壞基板或使圖案化光敏層507所界定的臨界尺寸退化。出現在傳統離子電漿蝕刻製程中的高激發態的侵蝕性離子、反應物種、電荷與電子係被加速朝向基板表面以進行蝕刻，且所產生的高能量離子轟擊會導致基板的損壞，因而造成臨界尺寸的失去或特徵崩塌。因此，使用設定在圓形運動的輕度反應物種平緩地修整與蝕刻非光敏聚合物層504，以曝露出下層的靶材材料502，用於以實質消除損壞風險的更受控制的方式來進行進一步蝕刻。在不使用非光敏聚合物層504而使用硬光罩層來取代的實施例中，亦可視需要使用輕度反應物種蝕刻製程來蝕刻硬光罩層。
在一實施例中，可藉由供應至少包含含氧氣體的氣體混合物至處理腔室中，使該氣體混合物與非光敏聚合物層504反應的方式來執行輕度反應物種蝕刻製程。如第5F圖所示，在蝕刻非光敏聚合物層504之後，可在相同腔室或在整合在LWR處理腔室所併入的群集系統中的任何其他不同的適合蝕刻腔室中使用經蝕刻的非光敏聚合物層504來蝕刻下層的靶材材料502，以曝露出基板250的上表面526。在蝕刻靶材材料502期間，所使用的氣體混合物可與用於執行上述製程，例如，乾式顯影製程、LWR製程、污染物移除製程與非光敏聚合物移除製程，的氣體混合物不同。在一實施例中，用於蝕刻下層靶材材料502的氣體混合物包含含鹵氣體，例如，氟碳氣體、含氯氣體、含溴氣體、含氟氣體等等。在另一實 施例中，用於蝕刻下層靶材材料502的氣體混合物可包含氬氣(Ar)或氦氣(He)，以在蝕刻期間促進下層靶材材料502的蝕刻。
因此，本發明提供一種方法與設備用於控制與縮小顯影製程中的製程缺陷，並在顯影製程後修飾光阻層的LWR，以及在後續蝕刻製程期間維持良好的輪廓控制。該方法與設備可在光阻曝光製程後有利地控制、修飾並修整設置在基板上的光阻層的輪廓、LWR與尺寸，因而提供在光阻層中的開口的精確臨界尺寸控制，因此後續的蝕刻製程可透過開口精確地轉印臨界尺寸至被蝕刻的下層。
儘管前述係關於本發明實施例，但可實施本發明的其他以及進一步的實施例而不會偏離本發明的基本範疇，並藉由後附申請專利範圍來界定本發明的範疇。
100‧‧‧基板
102‧‧‧靶材材料
104‧‧‧光阻層
106‧‧‧開口
108‧‧‧線寬粗糙度(LWR)
200‧‧‧感應耦合電漿(ICP)反應器
202‧‧‧電漿來源
206‧‧‧氣源
208‧‧‧線圈
210‧‧‧腔室主體
211‧‧‧下部
212‧‧‧內部處理區域
214‧‧‧支撐底座
221‧‧‧線圈片段或電磁線圈
221A‧‧‧線圈片段或電磁線圈
221B‧‧‧線圈片段或電磁線圈
222‧‧‧頂部壁面
224‧‧‧側壁
226‧‧‧底部壁面
228‧‧‧真空幫浦
230‧‧‧電氣接地
240‧‧‧控制器
242‧‧‧記憶體
244‧‧‧中央處理器
246‧‧‧支撐電路
248‧‧‧處理腔室
249‧‧‧磁場線
250‧‧‧基板
251‧‧‧電源
253‧‧‧上表面
260‧‧‧電源
262‧‧‧遮蔽板
264‧‧‧控制板
266‧‧‧距離
268‧‧‧孔
270‧‧‧孔
272‧‧‧移動機構
274‧‧‧軌跡
302‧‧‧電子軌跡
304‧‧‧磁場接線
400‧‧‧特徵形成製程
402‧‧‧方塊
404‧‧‧方塊
406‧‧‧方塊
408‧‧‧方塊
410‧‧‧方塊
500‧‧‧結構
502‧‧‧靶材材料
503‧‧‧光阻層
504‧‧‧非光敏層/非光敏聚合物層
505‧‧‧曝露區域
506‧‧‧非曝露區域
507‧‧‧光敏層
508‧‧‧邊緣
510‧‧‧邊緣
512‧‧‧邊緣
514‧‧‧邊緣
516‧‧‧殘留物/污染物
520‧‧‧開口
526‧‧‧上表面
604‧‧‧圓形移動
610‧‧‧虛線
本發明的更特定描述、以上簡單概述，可藉由參考附圖中所敘述的一些實施例來瞭解，因此可更詳細瞭解本發明的上述特徵。
第1圖描繪在此領域中傳統設置在基板上的圖案化光阻層的示例性結構的頂部等距截面視圖。
第2圖描繪感應耦合電漿(ICP)反應器的橫截面示意圖，該感應耦合電漿(ICP)反應器具有根據本發明的一實 施例所使用的增強電子自旋控制。
第3圖描繪根據本發明一實施例的電子軌跡圖。
第4圖描繪一實施例的流程圖，用於在第2圖所描繪的電漿反應器中執行根據本發明的一實施例的多步驟製程。
第5A圖至第5F圖描繪在根據第4圖所繪示的實施例的不同製造階段中，設置在基板上的互連結構的一實施例的截面視圖；以及第6圖描繪根據本發明的一實施例設置在基板上的光阻層的LWR輪廓。
為了幫助理解，盡可能使用相同的元件符號來描述圖式中所共有的相同元件。應理解到，不需額外說明，一個實施例中的元件與特徵結構可有利地併入其他實施例中。
然而，須注意附圖僅說明本發明的示例性實施例，故不因此被視為本發明範疇的限制，對於本發明而言，可容許其他相同效果的實施例。
200‧‧‧感應耦合電漿(ICP)反應器
202‧‧‧電漿來源
206‧‧‧氣源
208‧‧‧線圈
210‧‧‧腔室主體
211‧‧‧下部
212‧‧‧內部處理區域
214‧‧‧支撐底座
221‧‧‧線圈片段或電磁線圈
221A‧‧‧線圈片段或電磁線圈
221B‧‧‧線圈片段或電磁線圈
222‧‧‧頂部壁面
224‧‧‧側壁
226‧‧‧底部壁面
228‧‧‧真空幫浦
230‧‧‧電氣接地
240‧‧‧控制器
242‧‧‧記憶體
244‧‧‧中央處理器
246‧‧‧支撐電路
248‧‧‧處理腔室
249‧‧‧磁場線
250‧‧‧基板
251‧‧‧電源
253‧‧‧上表面
260‧‧‧電源
262‧‧‧遮蔽板
264‧‧‧控制板
266‧‧‧距離
268‧‧‧孔
270‧‧‧孔
272‧‧‧移動機構
274‧‧‧軌跡

Claims (19)

  1. 一種用於在一基板上形成多個特徵的方法，該方法包含：傳送一基板至一處理腔室中，其中該基板具有一光敏層，該光敏層具有多個曝露區域與多個非曝露區域；由一第一氣體混合物所形成的一電漿中擷取出多個電子；利用由形成在該第一氣體混合物中的該電漿所擷取出的該些電子來顯影該光敏層中的該些曝露區域；由供應至該處理腔室中的一第二氣體混合物所形成的一電漿中擷取出多個電子；以及利用由該第二氣體混合物所形成的該電漿中所擷取出的該些電子來修整設置在該基板上的該經顯影的光敏層的一邊緣輪廓。
  2. 如請求項1所述的方法，該方法更包含：供應一第三氣體混合物至該處理腔室中；由該第三氣體混合物產生一第三電漿；將具有由該第三電漿所濾出的多個離子的多個輕度反應物種導向該基板；以及使用由該第三電漿所濾出的該些輕度反應物種，將多個污染物由該基板移除，該些污染物係由該第一與該第二電漿所產生。
  3. 如請求項2所述的方法，其中該基板更包含一非光敏聚合物層，該非光敏聚合物層設置在該光敏層下方。
  4. 如請求項3所述的方法，該方法更包含：供應一第四氣體混合物至該處理腔室中；在一磁場與一電場中由該第四氣體混合物產生一第四電漿；以及使用具有由該第四電漿所濾出的多個離子的多個輕度反應物種來蝕刻該非光敏聚合物層，該非光敏聚合物層係由該經顯影的光敏層所曝露出來。
  5. 如請求項3所述的方法，其中該基板更包含一靶材材料，該靶材材料設置在該基板與該非光敏聚合物層之間。
  6. 如請求項5所述的方法，該方法更包含：供應一第五氣體混合物至該處理腔室中；以及由該第五氣體混合物產生一第五電漿，以利用該經蝕刻的非光敏聚合物層作為一遮罩來蝕刻該靶材材料。
  7. 如請求項6所述的方法，其中該第五氣體混合物包含一含鹵氣體。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該第一與該第二氣體混 合物包含一含氧氣體。
  9. 如請求項2所述的方法，其中該第三氣體混合物包含一含氧氣體。
  10. 如請求項4所述的方法，其中該第四氣體混合物包含一含氧氣體。
  11. 如請求項2所述的方法，其中當產生在該處理腔室中的一磁場與一電場維持在該電漿的多個電子以一圓形模式移動朝向該基板表面的同時，供應該第三氣體混合物。
  12. 如請求項4所述的方法，其中當產生在該處理腔室中的該磁場與該電場維持在該電漿的多個電子以一圓形模式移動朝向該基板表面的同時，供應該第四氣體混合物。
  13. 一種用於顯影設置在一基板上的一光敏層的方法，該方法包含：傳送一基板至一電子處理腔室中，該基板具有一光敏層，該光敏層具有多個曝露區域與多個非曝露區域；由供應至該電子處理腔室的一氣體混合物所形成的一電漿中擷取出多個電子；以及 使用由該電漿所擷取出的該些電子來乾式顯影該光敏層，以由該基板移除該光敏層的該些曝露區域或移除該些非曝露區域。
  14. 如請求項13所述的方法，其中由該電漿擷取出該些電子的該步驟更包含：由該電漿過濾出多個離子。
  15. 如請求項14所述的方法，該方法更包含：由該電漿擷取出多個中性物種。
  16. 如請求項13所述的方法，其中該氣體混合物包含一含氧氣體。
  17. 一種在一基板上形成多個特徵的方法，該方法包含：傳送一基板至一電子處理腔室中，其中該基板具有設置在一非光敏聚合物層上的一光敏層，該光敏層具有多個曝露區域與多個非曝露區域；由一電漿中擷取出多個電子；藉由使用由該電漿所擷取出的該些電子來顯影並移除該光敏層中的該些曝露區域；藉由使用由該電漿所擷取出的該些電子來修整該經顯影的光敏層的一邊緣輪廓，該經顯影的光敏層設置在該電子處理腔室中的該基板上； 藉由使用由該電漿所擷取出的該些電子來移除該基板上的多個污染物；以及在該電子處理腔室中藉由使用由該電漿所擷取出的該些電子來蝕刻該非光敏聚合物層，該非光敏聚合物層係由該經顯影的光敏層所曝露出來。
  18. 如請求項17所述的方法，該方法更包含：在多個離子存在之下，蝕刻一靶材材料，該靶材材料設置在該經蝕刻的非光敏聚合物層與該基板之間。
  19. 如請求項17所述的方法，其中該電漿係由一含氧氣體所形成。
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