CN103620730B - 用于控制抗蚀剂特征中的临界尺寸和粗糙度的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种处理具有初始线粗糙度和初始临界尺寸的光致抗蚀剂凸纹特征(402)的方法。所述方法可包含在第一暴露中以第一角范围和第一剂量率朝向光致抗蚀剂引导离子(404)，所述第一剂量率用以将初始线粗糙度减小到第二线粗糙度。所述方法还可包含在第二暴露中以大于第一剂量率的第二离子剂量率朝向光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，其中所述第二离子剂量率用以使光致抗蚀剂凸纹特征膨胀。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及装置制造的领域。更特定来说，本发明涉及用于控制图案化抗蚀剂特征(patternedresistfeature)中的粗糙度(roughness)和临界尺寸(criticaldimension)的方法、系统和结构。
背景技术
制造电子装置时常常会用到光刻(opticallithography)技术。这种工艺可用来将衬底图案化，从而可根据图案，在衬底上形成电路。参见图1a到1e，图中显示了光刻工艺的简化说明。大体上，衬底112涂覆有可光固化的聚合光致抗蚀剂114，如图1a所示。随后，将具有所需孔口图案(aperturepattern)的掩模(mask)142安置于衬底112与光源(未图示)之间。来自光源的光10经由掩模142的孔口照射到衬底112上，且透射经过掩模的孔口的光(或图案的图像)投影到光致抗蚀剂114上。光致抗蚀剂的一部分114a暴露于光10且固化，而光致抗蚀剂的其余部分114b保持未固化，如图1b中说明。因此，掩模的孔口的图像由光致抗蚀剂的固化部分114a形成。
如图1c说明，光致抗蚀剂的未固化部分114b剥落，且对应于掩模的孔口图案的三维(3D)光致抗蚀剂凸纹特征114a可保留在衬底112上。随后，蚀刻衬底，且可形成对应于掩模的孔口图案的负图像(negativeimage)的沟槽(trench)116(图1d)。在移除剩余光致抗蚀剂114a之后，形成经图案化衬底112，如图1e中说明。如果在沟槽上沉积金属层，那么可在衬底112上形成具有所需图案的电路。
虽然光刻是具有高处理量的有效工艺，但所述工艺也有缺点。一个缺点可包含线宽粗糙度(linewidthroughness，LWR)或线边缘粗糙度(LER)。如所属领域中已知，LWR是在光致抗蚀剂的未固化部分114b从衬底剥落之后形成的光致抗蚀剂凸纹特征的宽度的过量变化。如果变化发生在光致抗蚀剂凸纹或特征的侧表面上，那么所述变化称为LER。由于LWR或LER所致的粗糙度或变化可为不利的，因为所述变化可能会在蚀刻期间转移到沟槽上且最终转移到电路。所述变化随着光致抗蚀剂凸纹或沟槽的特征大小的减小会变得更加显著。对于32nm装置，已观察到4nm或更大的变化。因为经图案化抗蚀剂特征的几何形状(包含例如LWR和LER等线粗糙度作用)在下伏层(underlyinglayer)的图案化期间从抗蚀剂层转移到装置的下伏永久层，所以LWR和LER可限制针对低于约100nh的尺寸形成具有可接受质量的装置的能力。这些变化可导致电路不均匀，最终导致装置劣化或故障。另外，取决于设计准则，短程、中程或长程粗糙度中的一个可能对装置性能影响较多。
已尝试若干方法来解决LWR和LER效应(LWR、LER中的任一个或LWR和LER两者的组合可在下文统称为“线粗糙度”)。可能会减小线粗糙度的一种技术是离子束平滑(ionbeamsmoothening)，其中朝向经图案化光致抗蚀剂凸纹特征，在某一范围的角度上引导离子。此技术已成功地修改了临界尺寸小于约100nm的窄光致抗蚀剂凸纹特征中的线粗糙度。在使用在经图案化光致抗蚀剂上在某一范围的角度上引导的离子的典型离子束平滑工艺中，LWR／LER可减小高达约50％。然而，在执行离子束平滑工艺之后，临界尺寸(CD)也可能减小高达约10nm，根据所需的装置特性，这种减小程度过大，可能无法接受。
我们观察到，如果增加在离子束平滑过程期间使用的等离子源的功率，则可减少或消除CD减小，但也观察到增加功率在减小线粗糙度方面成效不大(举例来说，在300W下执行离子束平滑过程可导致LWR减小～25％，但也可能使CD减小～20％。在500W功率下，CD的损失可接近零，然而，LWR的减小可仅为约15％，这可能无法满足设计者规格)。因此，当今的离子束平滑工艺呈现了改善的粗糙度与临界尺寸损失之间的折中。鉴于上述内容将了解，需要针对需要极小特征大小(例如，亚100nmCD装置)的技术改善光致抗蚀剂处理技术。
发明内容
本发明的实施例是针对改善图案化衬底的方法和系统，尤其通过改善光致抗蚀剂凸纹特征的粗糙度且控制所述光致抗蚀剂凸纹特征中的临界尺寸来改善图案化衬底的方法和系统，所述光致抗蚀剂凸纹特征是用以图案化下伏衬底。在一个实施例中，一种处理具有初始线粗糙度和初始临界尺寸的光致抗蚀剂凸纹特征的方法包含在第一暴露中以第一角范围和第一剂量率朝向光致抗蚀剂引导离子，所述第一剂量率用以将初始线粗糙度减小到第二线粗糙度。所述方法进一步包含在第二暴露中以大于第一剂量率的第二离子剂量率朝向光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，所述第二离子剂量率用以使光致抗蚀剂凸纹特征膨胀。
在另一实施例中，一种用于处理安置于衬底上的光致抗蚀剂凸纹特征的系统包含：等离子源，其用以产生具有等离子壳层的等离子；以及提取板，其安置于所述等离子与所述衬底之间，且用以在一角范围上朝向所述衬底引导离子。所述系统进一步包含控制器，其可用以改变衬底对等离子的暴露条件，其中在第一暴露期间以第一离子剂量率和第一角展度朝向光致抗蚀剂引导离子，其中在第二暴露期间以大于所述第一剂量率的第二离子剂量率朝向光致抗蚀剂引导离子。所述第一暴露可经配置以将初始线粗糙度减小到第二线边缘粗糙度，且所述第二暴露使所述光致抗蚀剂凸纹特征膨胀，其中在所述第一暴露和第二暴露之后，所述光致抗蚀剂凸纹特征的第三边缘粗糙度小于初始线粗糙度，且第三临界尺寸大于第二临界尺寸。
附图说明
图1a到图1e是说明常规光刻工艺的步骤的衬底的示意性横截面。
图2a是根据本发明一个实施例的衬底处理系统的示意性显示。
图2b说明由本发明的实施例提供的衬底上的入射微粒的示范性角分布。
图3显示说明本发明的示范性特征的等离子壳层修改器和光致抗蚀剂凸纹特征的示意性横截面。
图4a到图4d和图4e到图4g显示经图案化光致抗蚀剂凸纹特征的侧视横截面图和俯视平面图，其显示用于处理光致抗蚀剂凸纹特征的示范性工艺。
图5a显示示范性等离子功率曲线。
图5b显示另一示范性等离子功率曲线。
图6a到图6c显示脉冲等离子处理的替代实施例，其中平均离子剂量率在相对较低值与较高值之间变化。
具体实施方式
现在将参看附图在下文更全面地描述本发明，附图中显示本发明的优选实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来体现，且不应解释为限于本文所陈述的实施例。实际上，提供这些实施例以使得本发明将为详尽和完整的，且将把本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在图中，相同标号始终指代相同元件。
为了解决与上文提到的方法相关联的缺陷，介绍用于图案化衬底的新颖且具发明性的技术和系统。特定来说，本发明着重于与离子植入工艺相关的技术，以改善光致抗蚀剂凸纹特征的质量，例如改善线粗糙度和控制光致抗蚀剂凸纹特征中的临界尺寸(CD)。本文揭示的工艺可结合用于形成窄特征的工艺来使用，包含并入间距(pitch)极小的阵列中的特征，例如小于约250nm的间距。这些工艺包含常规的DUV光刻、双图案化光刻、自对准双图案化光刻，以及其它光刻工艺。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文揭示的技术不限于结合任一特定光刻或任一范围的光致抗蚀剂凸纹特征尺寸来使用。
本发明的一些实施例采用等离子类离子植入工艺来处理具有极小尺寸的抗蚀剂特征。参见图2a，显示根据本发明一个实施例的用于处理光致抗蚀剂凸纹特征的衬底处理系统300。图2b说明处理光致抗蚀剂的粒子的角分布(angulardistribution)的一个实例。图式不一定按比例绘制。
如图2a中说明，系统300可包含工艺腔室(processchamber)302，其中衬底固持器(holder)304支撑衬底112。衬底112可为基于金属、半导电或绝缘材料的衬底。在一些实施例中，衬底固持器可具备主动冷却装置，其使用耦合到例如流体源(未图示)等冷却源的冷却线336。经图案化光致抗蚀剂(图2a中未图示)安置于衬底上，其可为光致抗蚀剂在未固化部分剥落之后保留在衬底上的固化部分。
系统300还可包含用于产生等离子306的等离子源，其包含在工艺腔室302中。在各种实施例中，等离子源可为原位(insitu)或远程(remote)的、DC或RF等离子源、电感性耦合的等离子源、电容性耦合的等离子源、螺旋波(helicon)源、微波源或任一其它类型的等离子源。
如图2a中显示，在采用RF等离子源的一些实施例中，RF电源330提供RF信号，所述RF信号可驱动天线332以产生等离子306。RF电源330可改变供应到天线332的所产生信号的振幅，且进而改变等离子306内的等离子功率。如下文所述，这可用来控制朝向衬底112引导的离子剂量率(doserate)。
一个或一个以上等离子壳层(plasmasheath)修改器312可安置于等离子306与衬底112之间。在本实施例中，等离子壳层修改器312可包括一对修改器零件312a和312b，其通过间隙“y”彼此间隔开。在另一实施例中，等离子壳层修改器312可包括单个修改器零件。但在其它实施例中，等离子壳层修改器312可包括彼此间隔开而界定间隙的三个或三个以上修改器零件。
等离子壳层修改器312能够调整等离子壳层的电场。在一些实施例中，等离子壳层修改器312可带正电或带负电。等离子壳层修改器312可由电绝缘(例如，玻璃)或导电(例如，金属)材料或其组合制成。如果系统300包含一个以上修改器零件，那么所述零件可由相同或不同材料制成。举例来说，系统300可包含等离子壳层修改器312，且等离子壳层修改器312可包括两个修改器零件312a和312b。修改器零件312a和312b可由相同或不同材料制成。
如果等离子壳层修改器312包括两个或两个以上零件，那么所述零件可安置于同一平面或不同平面上。举例来说，处理系统300中包含的等离子壳层修改器312可包括两个修改器零件312a和312b。零件312a和312b可安置于同一平面中，使得衬底112与每一修改器零件之间的垂直间距“z”相同。在另一实施例中，等离子壳层修改器312可包括两个修改器零件312a和312b，且每一零件312a和312b可通过不同的垂直间距“z”与衬底112间隔开。具有等离子壳层修改器的处理系统的额外描述可参见审查中的第12／418,120号美国专利申请案；2009年4月3日申请且作为第7,767,977号美国专利颁发的第12／417929号美国专利申请案；以及审查中的第12／644103号美国专利申请案，以上每一个以全文引用方式并入本文。
在操作中，原位(insitu)或远程产生的等离子可包含于工艺腔室302中。等离子306可含有若干部分，其包含电子、质子以及原子或分子离子、中子以及所需物质的自由基。如图3a中说明，等离子306还可包含在外围附近的等离子壳层308。在本实施例中，等离子壳层308可包括带正电的离子。如图中显示，等离子壳层308由壳层与等离子306的边界表示。然而将了解，等离子壳层308可从等离子306的边缘延伸有限距离，到达等离子306周围的物件的表面，例如，工艺腔室302的壁，和衬底112的表面。
等离子壳层308或等离子306中的离子310可朝向衬底112引导，因为衬底112由DC或RF偏压供应源(未图示)施以偏压。施加到衬底112的偏压信号(无论是DC还是RF)可为连续的或脉冲的。
等离子壳层修改器312可修改等离子壳层308的形状以便控制离子310的入射角分布。举例来说，等离子壳层修改器312可修改等离子壳层242中的电场且修改等离子壳层308的形状。在本实施例中，等离子壳层修改器312可将等离子壳层308的至少一部分修改为相对于等离子306呈凹入形状的等离子壳层308b(经修改壳层308b)，或相对于等离子主体(bulkplasma)呈圆顶(dome)形状(凸出)的等离子。当衬底112经偏压时，朝向衬底112吸引的离子310可以一大范围的入射角行进经过修改器零件312a与312b之间的具有宽度“y”的间隙322。在常规的等离子类处理系统中，最靠近衬底的等离子壳层平行于衬底。当衬底经偏压时，离子在实质上垂直于等离子壳层、因此实质上垂直于衬底的路径中行进。因此，常规等离子处理系统中的离子具有范围在-3°-+3°之间的入射角。然而在本实施例中，离子310的入射角可通过经修改壳层308b来修改。如图2a中说明，经修改壳层308b相对于衬底为多角度的。因此，垂直于经修改壳层308b行进的离子310可在多个角度中行进。从经修改壳层308b的不同部分朝向衬底112行进的离子310可从一大范围的不同角度离开等离子306，使得离子310因此在衬底112上具有一大范围的入射角。如图2b中说明，离子310的入射角的范围可在约+60°到约-60°之间，以相对于垂直方向约0°为中心。在一些实施例中，离子310的入射角可另外由等离子壳层修改器312所产生的电场来修改，且离子310的入射角的范围可通过控制其它系统参数来调整，如下文论述。
取决于若干因素，包含(但不限于)等离子壳层修改器312的配置和性质，可另外修改离子的入射角。这些因素的实例可包含修改器零件312a与312b之间的水平间距(y)、修改器312与衬底112之间的垂直间距(z)、衬底112与每一修改器零件312a和312b(未图示)之间的垂直间距，以及等离子壳层修改器312的电性质。也可调整其它等离子工艺参数以调整离子的入射角和／或入射角分布。额外的描述可参见审查中的第12／418,120号、第12／417929号、第12／644103号美国专利申请案，以上申请案中的每一个如上所述以全文引用方式并入本文中。
通过修改等离子壳层308，可共形地(conformally)或各向同性地(isotropically)处理具有以不同角度定向的表面的三维结构。参见图3，显示根据本发明一个实施例的用于处理3D结构的技术。在本实施例中，所述技术可用以减小3D光致抗蚀剂凸纹特征114a中含有的LER和LWR。如上所述，LER和LWR可在光刻期间在移除光致抗蚀剂的未固化部分之后获得的3D光致抗蚀剂凸纹特征114a中发生。在本实施例中，光致抗蚀剂凸纹特征114a中含有的LER和LWR可通过使光致抗蚀剂凸纹特征暴露于离子310来减小。
如图3中说明，具有侧表面114a-1和顶表面114a-2的3D光致抗蚀剂凸纹特征114a可安置于衬底112上。衬底112和光致抗蚀剂凸纹特征114a安置于含有等离子壳层修改器312的等离子处理系统中，且等离子安置于衬底112附近。随后，等离子中的离子310可被引导穿过等离子壳层修改器零件312a和312b之间的间隙，并被引导朝向光致抗蚀剂凸纹特征114a的表面。如图中说明，可以多个入射角引导离子310。
在各种实施例中，离子310可植入到光致抗蚀剂凸纹特征114a的侧表面114a-1和顶表面114a-2中。虽然可植入各种离子物质，但在一些实施例中可植入氦(He)或氩(Ar)离子。虽然光致抗蚀剂暴露于离子的持续时间可涵盖较广范围，但在一些实施例中，总暴露时间可从约十分之几秒变化到几分钟。
进行实验以研究LWR／LER和CD对根据本发明布置的等离子处理系统(PSM系统)的影响。如下文中使用，术语“PSM系统”或“PSM等离子系统”指代采用等离子壳层修改器来朝向邻近于等离子的一部分定位的衬底提供广范围的离子角分布的等离子处理系统。结合离子入射角使用的术语“广”、“广范围”或“广角范围”指代总范围跨越约5度或更大的角的集合。等离子壳层修改器用以提供具有广角范围分布的离子剂量的离子暴露，如图2b中说明。等离子壳层修改器可包括具有一个或一个以上孔口的板，其引起经修改等离子壳层(见元件308b)的形成且进而从等离子提取离子，使得离子以一广角范围撞击衬底。在一些实施例中，等离子壳层修改器的孔口可具有约0.1mm到10mm的宽度。为了暴露衬底的较大区域，可相对于等离子壳层修改器的孔口来扫描衬底，通过扫描长度来控制衬底的暴露于离子的区的大小。
再次参见图3，在一系列单独实验中，具有约40nm的标称(nominal)CD的一组光致抗蚀剂线暴露于4kVAr等离子，其使用对应一系列不同等离子功率位准的示范性提取板(extractionplate)。当光致抗蚀剂线暴露于功率为300W的等离子时，观察到约26％的LWR减小，同时还发现光致抗蚀剂线的CD的约20％的减小。当光致抗蚀剂线改为暴露于处于500W的等离子功率位准的等离子时，观察到CD的极少(如果存在)减小。然而，LWR的减小仅为约11％。因此，较高等离子功率的使用可有效地避免不希望的CD减小，但在平滑光致抗蚀剂凸纹特征方面可能较低效。
为了克服减小LWR与保留CD之间的折中情形，本发明的实施例采用新颖的技术，其中光致抗蚀剂凸纹特征经受处于第一离子剂量率的一个或一个以上离子暴露，且经受处于高于第一离子剂量率的第二离子剂量率的一个或一个以上暴露。在一些实施例中，暴露可为一次或一次以上扫描，其中相对于含有经图案化光致抗蚀剂凸纹特征114a的衬底，沿着方向320扫描等离子壳层修改器312。因为等离子壳层修改器312可为具有经由其提取离子310的孔口322的板，所以等离子壳层修改器的一些实施例在本文称为“提取板”。提取板可具有一个或一个以上孔口，其如上所述修改等离子壳层的形状。在各种实施例中，可相对于提取板的孔口沿着方向320扫描衬底112。因此，无论孔口322的宽度如何，整个衬底或其所需部分(其可包含许多光致抗蚀剂凸纹特征114a)均可在扫描期间暴露于离子310。在各种实施例中，等离子306可为连续的或脉冲等离子，且衬底固持器304与等离子306之间的偏压可为连续的或脉冲的。
根据一些实施例，使用氩等离子和约750eV的离子能量在经图案化光致抗蚀剂凸纹特征上执行对提取板的一系列扫描。扫描可作为多设定点RF等离子(multi-setpointRFplasma，MSPRF)工艺的一部分来执行，其中等离子的功率设定点可改变。因此，第一暴露可为在经图案化光致抗蚀剂凸纹特征上对提取板的一次或一次以上扫描，其中RF功率设定于第一位准，且第二暴露可为对提取板的一次或一次以上扫描，其中RF功率设定于高于第一位准的第二位准。在一些实施例中，包含一次或一次以上扫描的第一暴露是在相对较低等离子功率下进行。所述相对较低等离子功率导致朝向经图案化光致抗蚀剂凸纹特征引导的离子具有相对较低的离子剂量率。在此较低离子剂量率下，在暴露之后可观察到线LWR／LER和CD两者从初始值到相应第二值的减小。随后，在相对较高等离子功率下进行一次或一次以上扫描，其产生相对较高的离子剂量率。在第二组扫描之后，可观察到CD从第二值增加到第三值。在一组实例中，在此多离子剂量率处理执行之后，LWR／LER减小高达50％，而CD变化取决于第二暴露中的离子剂量率而在从-2nm到+5nm的范围内变动。
图4a到图4d以及图4e到图4g显示经图案化光致抗蚀剂凸纹特征的侧视横截面和俯视平面图，其提供用于处理光致抗蚀剂凸纹特征的示范性工艺的细节。所述工艺组合了较低离子剂量率与较高离子剂量率暴露。在图4a和图4e中，具有初始宽度(CD)W1的一组光致抗蚀剂凸纹特征402经受使用第一离子剂量率在第一角范围上的离子404的暴露。离子404可影响侧壁406，从而导致侧壁粗糙度(例如LWR／LER)的减小。在各种实施例中，离子404可由例如系统300等系统提供，且离子剂量率可通过调整参数来控制，所述参数包含等离子功率、工艺腔室中的压力、工艺腔室中的气体流量。离子剂量率也可取决于离子能量。根据各种实施例，在暴露于离子404之后，离子暴露的光致抗蚀剂凸纹特征408展现较小CD(W2)和较少的线粗糙度，如侧壁410说明。在图4c和图4f显示的后续暴露中，离子412以第二角范围(可类似于或不同于第一角范围)上以及第二离子剂量率朝向光致抗蚀剂凸纹特征408引导，所述第二离子剂量率高于在离子404的暴露中使用的第一离子剂量率。在第二较高离子剂量率下的暴露之后，所得光致抗蚀剂凸纹特征414展现比光致抗蚀剂凸纹特征408的CD大的CD(W3)。在各种实施例中，在离子412的暴露期间，离子剂量率和总离子剂量可经修整以将CD恢复到所需值。举例来说，离子剂量率可经修整以将CD恢复到原始CDW1，或可经修整以将CD恢复到原始CDW1的预定容限内。
在暴露于离子412之后，所得光致抗蚀剂凸纹特征414的侧壁416可保持比在暴露于离子404和离子412之前的侧壁406更平滑。
如上所述，在一些实施例中，较低与较高离子剂量率暴露的组合可经设计，使初始CDW1与最终CDW3之间彼此匹配。因此，图4中显示的多离子暴露处理的作用可为平滑光致抗蚀剂侧壁而不会显着地改变CD。
在其它实施例中，离子412的剂量率和剂量可经设计以产生大于初始CDW3的最终CD。举例来说，在光刻工艺之后，所关注的光致抗蚀剂凸纹特征的所测得CD(对应于W1)可小于所述工艺的标称或目标CD。因此，在暴露于离子404以改善线粗糙度之后，可期望将光致抗蚀剂特征的CD恢复到标称值。因此，暴露于离子412的步骤可经布置以产生大于W1且反映目标CD的对应于W3的CD。
在其它实施例中，对离子404和412的暴露次序可颠倒，使得高离子剂量率暴露在低离子剂量率暴露之前发生。以此方式，初始光致抗蚀剂凸纹特征CDW1可在应用第二较低离子剂量率暴露之前增加到值W4(未图示)。在较低离子剂量率暴露之后，可减小线粗糙度，且CD可从W4减小到W3，W3可接近于W1或与W1相同。然而，在光致抗蚀剂凸纹特征间距很小的情况下，首先执行低离子剂量率暴露可能较方便，因为具有大于W1的宽度W4的相邻光致抗蚀剂凸纹特征可能会挤在一起，在后续的低离子剂量率暴露期间会阻碍其侧壁的部分接收离子通量。
在各种实施例中，如先前所述，可通过改变引导离子的系统的等离子功率来控制离子剂量率，所述系统在某一范围的角上引导离子朝向经图案化光致抗蚀剂凸纹特征。再次参见图2a，在RF等离子的情况下，可通过改变从RF产生器330发送到天线332的信号振幅来改变等离子功率。等离子功率位准较高时，等离子中的离子密度可较高，这可提供以较高离子剂量率从等离子306提取离子的能力。
图5a显示示范性等离子功率曲线502，其中等离子功率在曲线的第一部分504上的位准P1与等离子功率曲线502的第二部分506上的位准P2之间变化。在各种实施例中，位准P1可对应于可初始施加到衬底的较低离子剂量率，而位准P2对应于可在较低离子剂量率之后施加的较高离子剂量率。还参见图3，第一功率位准P1可在衬底112相对于提取板(例如，等离子壳层修改器312，其朝向光致抗蚀剂凸纹特征114a引导离子)沿着方向320的三次连续通过(扫描1到扫描3)的持续时间期间施加。第二功率位准P2可在又一组扫描(扫描4、5)期间施加。将了解，扫描的总数目和持续时间以及等离子功率位准P1和P2可经调整，以修整光致抗蚀剂凸纹特征114a的所需平滑度和最终CD。如所述，可在将衬底暴露于离子的同时，以连续方式施加等离子功率，或者可以脉冲施加等离子功率。
图5b显示其中一系列高离子剂量率与一系列低离子剂量率扫描交替的另一实施例。在此实施例中，这是通过在连续扫描(扫描1到扫描6)期间在P1与P2之间交替等离子功率位准来实现。每一扫描可对应于衬底相对于提取板的单个扫描。曲线512呈现等离子功率曲线，其在部分514(等离子功率维持于P1)与部分516(等离子功率维持于P2)之间交替。如所说明，可在一次扫描的持续时间中施加单个功率位准。在扫描1之后，光致抗蚀剂凸纹特征的侧壁粗糙度可递增地改善，且伴随着CD的递增减小。在扫描2之后，由扫描1产生的CD的递增损失可部分地或完全地恢复(或增加超过扫描1之前的初始值)。在扫描1和2期间的暴露过程在后续扫描中重复，使得光致抗蚀剂凸纹特征线粗糙度在一系列步骤(对应于奇数编号的扫描)中减小，所述步骤与其中可通过相对较高离子剂量率来递增地恢复CD的一系列步骤交替。
图5b还显示根据等离子功率曲线512在抗蚀剂线的处理期间在各个点处的示范性光致抗蚀剂测量值。在暴露之前的初始线粗糙度和CD测量值分别由LWR1和CD1表示。在功率位准P1和P2处各包括一次扫描的第一暴露循环之后，LWR可减小到值LWR2。CD可与暴露之前相同，即CD1。在第二循环之后，LWR可减小到值LWR3，而CD可再次维持于CD1。在第三循环之后，LWR可减小到值LWR4，而CD可再次维持于CD1。因此，结合等离子壳层修改器施加等离子功率曲线512以处理光致抗蚀剂凸纹特征的作用可为将粗糙度从LWR1减小到LWR4而不影响CD。应注意，光致抗蚀剂侧壁平滑，例如线粗糙度的减小，也可在扫描2、扫描4和扫描6期间发生。
除了改变连续等离子的等离子功率外，还可通过以脉冲方式将功率施加到等离子来控制离子剂量率。可对等离子脉冲中的一部分(例如每10个脉冲中的1个脉冲)设定高等离子功率以产生第一离子剂量率，其余部分产生第二较低离子剂量率。在这些情况下，离子剂量率的特征在于如下文进一步详述的平均离子剂量率。
脉冲等离子的使用可提供对最终光致抗蚀剂凸纹特征线粗糙度和CD的另一程度的控制，如下文所述。举例来说，等离子脉冲可通过调整基线(baseline)工艺的等离子脉冲的配方(recipe)，来提供按需要修改离子剂量率的灵活性。在一个实例中，使用对脉冲等离子中的每个脉冲施加的300WRF等离子功率设定点的基线工艺配方，可产生线粗糙度的目标减小。使用在脉冲等离子的每个脉冲处施加的500WRF等离子功率设定点的配方，可发现使CD增加约10nm。对于第一组衬底，300W等离子功率与500W等离子功率工艺配方的组合可因此产生光致抗蚀剂凸纹特征的所需线粗糙度和CD。
然而，可确定，对于另一组衬底，在执行300W和500WRF等离子功率暴露之后，光致抗蚀剂凸纹特征的最终CD为5nm，这个CD过大。因此，可期望更改较高离子剂量率(500W)过程以减少光致抗蚀剂膨胀。在此情况下，在第二暴露中，可每隔一个脉冲施加高等离子功率设定点(500W)，同时每隔一个脉冲施加较低等离子功率设定点(例如300W)，这可产生在基线300W等离子功率配方与均匀500W等离子功率配方之间的中间的离子剂量率。此中间的离子剂量率可带来第二组衬底的CD的所需增加。
图6a到图6c显示脉冲等离子处理的替代实施例，其中平均离子剂量率在相对较低值与较高值之间变化。在图6a中，曲线602显示等离子功率曲线，其中在第一部分604期间施加一系列较低功率脉冲608，随后在第二部分606期间施加一系列较高功率脉冲610。在等离子接通时的功率位准，对较低功率脉冲608来说是P3，对较高功率脉冲610来说是P4。
在一些实施例中，可在大约一百微秒直到几毫秒的脉冲持续时间中施加脉冲608和610。在各种实施例中，部分604和／或606可延伸历时许多毫秒直到许多秒，且可对应于例如图5中显示的一个或一个以上扫描的持续时间。因此，在单个部分604或606期间，可施加许多脉冲，例如数十个、数百个或数千个脉冲。因此，在单个部分604或606期间的离子剂量率可以在所述部分的持续时间中的平均离子剂量率来表征。特定来说，所述离子剂量率可由曲线640表示，其中可算出一段时间中的平均离子剂量率以考虑等离子的“接通”和“断开”时间。举例来说，可计算一段脉冲时间的平均离子剂量率，此段脉冲时间等于脉冲的接通和断开的持续时间的总和。因此，曲线640表示在一个或一个以上脉冲周期上的时间平均离子剂量率(通量)。
如图6b和图6c中显示，同一平均离子剂量曲线640可得自不同的脉冲组合。在图6b中，等离子功率曲线612的第一部分604对应于如图6a的部分604表示的低离子剂量率暴露，其中针对一系列较低功率脉冲608在位准P3下施加功率。第二部分616对应于较高离子剂量率暴露，其是藉由以高于P4的等离子功率P5提供脉冲620(每两个脉冲有一个脉冲630)而产生。脉冲620与可对应于功率位准P3的较低功率脉冲618交错。在功率位准P3和P5下的交替脉冲的组合可带来与图6a相同的平均离子剂量率640b。在图6c中，等离子功率曲线622的第一部分604与图6a中一样，其中针对一系列较低功率脉冲608在功率位准P3下施加功率。通过在高于P4和P5的功率P6下提供脉冲630(每四个脉冲有一个脉冲630)而带来第二部分626，同时在功率位准P3下提供另外三个较低功率脉冲628。每四个脉冲提供一个功率位准P6的脉冲，并在P3下提供另外三个脉冲的组合可带来与图6a和图6b相同的平均离子剂量率640b。
在一些实施例中，相对较低离子剂量率处理可与用于衬底的较高背侧冷却组合，而相对较高离子剂量率与相对较低背侧冷却组合。在一些实施例中，可通过控制冷却线路336中的流体的类型或流体的流动速率来改变衬底背侧冷去F进而改变衬底温度。然而，背侧冷却控制可由其它设备提供，例如已知的珀耳帖(Peltier)冷却器(未图示)。通过在较高离子剂量率暴露期间提供相对较少的背侧冷却且进而产生较高的衬底温度，可放大CD膨胀，因为在较高温度下可能会发生较大的膨胀。
如先前所述，在一些实施例中，在较低离子剂量率暴露中离子的第一角范围可不同于较高离子剂量率下的离子的第二离子角范围。
可例如通过在计算机可读存储媒体上有形地体现指令程序来使本文描述的方法自动化，所述计算机可读存储媒体能够由能够执行所述指令的机器读取。通用计算机是此机器的一个实例。此项技术中众所周知的适当存储媒体的非限制性的示范性列表包含例如可读或可写CD、快闪存储器芯片(例如，拇指型驱动器(thumbdrive))、各种磁性存储媒体和类似物的装置。。
总之，本发明提供用于减少经图案化特征(例如光致抗蚀剂凸纹特征等)中的线粗糙度且同时独立地控制这些特征的所得CD的新颖且具创造性的方法和系统。
本发明不限于本文所述具体实施例的范围。实际上，所属领域的一般技术人员根据以上描述和附图将了解(除本文所描述的那些实施例和修改外)本发明的其它各种实施例和对本发明的修改。举例来说，虽然上文详述的实施例是相对于光致抗蚀剂处理来描述，但其它实施例可涉及对例如电子束抗蚀剂、x射线抗蚀剂或纳米压印(nano-imprint)光刻抗蚀剂等抗蚀剂的处理。
因此，此类其它实施例和修改既定属于本发明的范围内。此外，尽管已出于特定目的而在本文中在特定环境中的特定实施方案的情境中描述了本发明，但所属领域的一般技术人员将认识到，本发明的效用不限于此，且可为了任何数目的用途在任何数目的环境中有利地实施本发明。因此，本发明的主题(subjectmatter)应在如本文描述的本发明的完整宽度和精神的方面来解释。
Claims (16)
1.一种处理衬底上的光致抗蚀剂凸纹特征的方法，所述光致抗蚀剂凸纹特征具有初始线粗糙度和初始临界尺寸，所述方法包括：
在第一暴露中以第一角范围且以第一离子剂量率朝向所述光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，所述第一离子剂量率用以将所述初始线粗糙度减小到第二线粗糙度；以及
在第二暴露中以大于所述第一离子剂量率的第二离子剂量率朝向所述光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，所述第二离子剂量率用以使所述光致抗蚀剂凸纹特征膨胀以及使所述光致抗蚀剂凸纹特征平滑到第三线粗糙度，所述第三线粗糙度等于或小于所述第二线粗糙度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一暴露之后，所述初始临界尺寸减小到第二临界尺寸，且其中在所述第二暴露之后，所述第二临界尺寸增加到第三临界尺寸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一和第二暴露之后，所述光致抗蚀剂凸纹特征具有等于所述初始临界尺寸的第三临界尺寸。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一和第二暴露之后，所述光致抗蚀剂凸纹特征具有第三临界尺寸。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第三临界尺寸为所述初始临界尺寸的+/-5纳米。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述第二暴露期间在第二角范围上提供离子，所述第二角范围不同于所述第一角范围。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在所述第一暴露期间将具有所述光致抗蚀剂凸纹特征的所述衬底冷却到第一温度；以及
在所述第二暴露期间将所述衬底冷却到大于所述第一温度的第二温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一和第二暴露中引导所述离子的步骤包括：
产生等离子，所述等离子中具有等离子壳层和离子；
提供界定孔口的提取板，所述提取板用以修改界定于所述等离子与所述等离子壳层之间的边界的形状；以及
在含有所述光致抗蚀剂凸纹特征的所述衬底与所述等离子之间提供偏压，所述偏压用以跨越具有经修改形状的所述边界朝向所述光致抗蚀剂凸纹特征吸引离子。
9.根据权利要求8所述的方法，其包括：
以第一等离子功率位准执行所述第一暴露；以及
以较高的第二等离子功率位准执行所述第二暴露。
10.根据权利要求8所述的方法，其包括：
在所述第一暴露期间相对于含有所述光致抗蚀剂凸纹特征的所述衬底执行所述提取板的一次或一次以上扫描，所述提取板用以在一角范围上提供离子；以及
在所述第二暴露期间相对于所述衬底执行所述提取板的一次或一次以上扫描。
11.根据权利要求8所述的方法，其包括：
在所述第一暴露期间在第一功率位准下提供所述等离子的第一组脉冲；以及
在所述第二暴露期间在第二功率位准下提供所述等离子的第二组脉冲，其中在所述第二暴露的持续时间中的平均等离子功率大于在第一暴露的持续时间中的平均等离子功率。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述第二暴露期间提供第三组脉冲，其中所述第二和第三组脉冲对应于不同的等离子功率位准。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一暴露在所述第二暴露之后发生。
14.一种用于处理安置于衬底上的光致抗蚀剂凸纹特征的系统，其包括：
等离子源，用以产生具有等离子壳层的等离子；
提取板，其安置于所述等离子与所述衬底之间，且用以在一角范围上将离子引导到所述衬底；以及
控制器，其用以改变所述衬底对所述等离子的暴露条件，
其中在第一暴露期间以第一离子剂量率和第一角展度朝向所述光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，使所述光致抗蚀剂凸纹特征从初始临界尺寸修整到第二临界尺寸，且在第二暴露期间以大于所述第一离子剂量率的第二离子剂量率朝向所述光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，使所述光致抗蚀剂凸纹特征从所述第二临界尺寸修整到第三临界尺寸，所述第一暴露将初始线粗糙度减小到第二线粗糙度，且所述第二暴露使所述光致抗蚀剂凸纹特征膨胀以及平滑，其中在所述第一和第二暴露之后，所述光致抗蚀剂凸纹特征的第三线粗糙度等于或小于所述第二线粗糙度，且所述第三临界尺寸大于所述第二临界尺寸。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第三临界尺寸为所述初始临界尺寸的+/-5纳米。
16.一种处理具有初始线边缘粗糙度和初始临界尺寸的衬底上的光致抗蚀剂凸纹特征的方法，所述方法包括：
在第一暴露中以第一剂量率和第二角展度朝向所述光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，直到所述光致抗蚀剂凸纹特征展现小于所述初始线粗糙度的第二线粗糙度为止，所述光致抗蚀剂凸纹特征在所述第一暴露之后展现小于所述初始临界尺寸的第二临界尺寸；以及
在第二暴露中以大于所述第一剂量率的第二剂量率朝向所述光致抗蚀剂凸纹特征引导离子，直到所述光致抗蚀剂凸纹特征膨胀到大于所述第二临界尺寸的第三临界尺寸为止以及使所述光致抗蚀剂凸纹特征平滑到第三线粗糙度，所述第三线粗糙度等于或小于所述第二线粗糙度。
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