CN1692472A - 双层光刻胶干法显影的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种在等离子体处理体系内蚀刻在基片上的抗反射涂层(ARC)的方法，该方法包括：引入含氮(N)、氢(H)和氧(O)的处理气体；由该处理气体形成等离子体；和暴露该基片于等离子体下。该处理气体可例如包括NH3/O2、N2/H2/O2、N2/H2/CO、NH3/CO或NH3/CO/O2基化学。另外，工艺化学可进一步包括添加氦气。本发明进一步提出了形成双层掩模用以蚀刻在基片上的薄膜的方法，其中该方法包括在基片上形成薄膜，在薄膜上形成ARC层，在ARC层上形成光刻胶图案；和采用该蚀刻方法，使用含氮(N)、氢(H)和氧(O)的处理气体，将光刻胶图案转印到ARC层上。
Description
相关申请的交叉引证
[0001]本非临时申请要求美国临时申请第60/435286号(2002年12月23日申请)、美国临时申请第60/483235号(2003年6月30日申请)和美国临时申请第60/483234号(2003年6月30日申请)的权益；其内容全部在此通过参考引入。
发明领域
[0002]本发明涉及等离子体处理基片的方法与装置，和更特别地涉及双层光刻胶干法显影的方法。
发明背景
[0003]在半导体处理过程中，可采用(干法)等离子体蚀刻工艺，沿细线或在硅基片上构图的通路或接触点内除去或蚀刻材料。等离子体蚀刻工艺通常包括在处理腔室内，用覆盖式构图的保护层，例如光刻胶层定位半导体基片。一旦基片在腔室内被定位，则将可电离、解离的气体混合物以预定的流速引入到腔室内，同时调节真空泵，以实现周围的工艺压力。之后，当藉助或者感应或者电容式射频(RF)功率(power)，或使用例如电子回旋谐振(ECR)的微波功率的转移而加热的电子电离所存在的部分气体物质时，形成等离子体。此外，加热的电子起到解离周围气体物质中的一些物质的作用并生成适合于暴露表面蚀刻化学的反应物。一旦形成等离子体，基片的所选表面被等离子体蚀刻。调节该工艺以实现合适的条件，其中包括所需反应物和在基片的所需区域内蚀刻各种部件(feature)(例如，沟槽、通路、接触点等)的离子群的合适浓度。其中要求蚀刻的合适基片材料包括二氧化硅(SiO2)、低-k介电材料、多晶硅和氮化硅。
发明概述
[0004]本发明涉及等离子体处理基片的方法与装置，和涉及双层光刻胶层干法显影的方法与装置。
[0005]在本发明的一方面中，公开了在等离子体处理体系中，蚀刻在基片上的抗反射涂层(ARC)的方法与装置。引入处理气体，所述处理气体包括一种或多种共同(collectively)含有氮(N)、氢(H)和氧(O)的气体。在等离子体处理体系内由该处理气体形成等离子体。基片暴露于该等离子体下。
[0006]另外，公开了形成双层掩模用以蚀刻在基片上的薄膜的方法与装置。在基片上形成薄膜。在薄膜上形成抗反射涂层(ARC)。在ARC层上形成光刻胶图案。通过使用处理气体蚀刻ARC层，将光刻胶图案转印到ARC层上，所述处理气体包括一种或多种共同含有氮(N)、氢(H)和氧(O)的气体。
附图的简要说明
[0007]在附图中：
[0008]图1A、1B和1C示出了图案蚀刻薄膜的典型工序的示意图；
[0009]图2示出了根据本发明一个实施方案的等离子体处理体系的简化的示意方框图；
[0010]图3示出了根据本发明另一实施方案的等离子体处理体系的示意方框图；
[0011]图4示出了根据本发明另一实施方案的等离子体处理体系的示意方框图；
[0012]图5示出了根据本发明另一实施方案的等离子体处理体系的示意方框图；
[0013]图6示出了根据本发明另一实施方案的等离子体处理体系的示意方框图；
[0014]图7示出了根据本发明一个实施方案，在等离子体处理体系中，蚀刻在基片上的抗反射涂层(ARC)的方法；
[0015]图8列出了根据本发明另一实施方案，形成双层掩模用以蚀刻在基片上的薄膜的方法。
数个实施方案的详细说明
[0016]在材料处理方法中，图案蚀刻包括施加光敏材料，如光刻胶的薄层，到基片的上表面上，随后构图该薄层，以便在蚀刻过程中提供将该图案转印到下部薄膜上的掩模。光敏材料的构图通常包括使用例如微型平版印刷体系，通过辐射源经光敏材料的网版(和相关镜片)曝光，接着使用显影溶剂，除去光敏材料的辐照过的区域(如同正性光刻胶的情况一样)或未辐照过的区域(如同负性光刻胶的情况一样)。可实现多层掩模用于蚀刻在薄膜内的部件。例如，如图1A-C所示，双层掩模6可用作蚀刻薄膜4的掩模，所述双层掩模6包括具有使用常规平版印刷技术形成的图案2的光敏层3和有机抗反射涂层(ARC)7，其中在薄膜4的主要蚀刻步骤之前，使用独立的蚀刻步骤，将在光敏层3内的掩模图案2转印到ARC层7上。
[0017]在一个实施方案中，处理气体用作双层光刻胶干法显影的方法，所述处理气体包括含氮(N)的气体、含氢(H)的气体和含氧(O)的气体。或者，两种或多种氮(N)、氢(H)和氧(O)可包括在单一的气体内。例如，可作为双层光刻胶干法显影方法引入氨气-氧气(NH3/O2)基化学。在可供替代的实施方案中，可使用氮气-氢气-氧气(N2/H2/O2)基化学促进有机ARC层的蚀刻。或者，在前面的两种化学中，可添加一氧化碳(CO)，或使用它替代O2。或者，处理气体可包括氨气(NH3)、一氧化碳(CO)和氧气(O2)。或者，处理气体可进一步包括氦气(He)。可使用这种化学产生长宽比大于或等于约3/1(3-to-1)，或甚至大于或等于约4/1的高长宽比部件。
[0018]根据一个实施方案，图2描述了等离子体处理体系1，它包括等离子体处理腔室10、连接到等离子体处理腔室10上的诊断(diagnostic)系统12，以及连接到诊断系统12和等离子体处理腔室10上的控制器14。控制器14被构造为使含至少一种以上所述化学的工艺配方(process recipe)(即NH3/O2，N2/H2/O2，NH3/CO，N2/H2/CO，NH3/O2/CO等)实现蚀刻有机ARC层。另外，构造控制器14，以接收来自诊断系统12的至少一个终点信号和后处理至少一个终点信号，以便准确测定该工艺的终点。在所示的实施方案中，图2所示的等离子体处理体系1利用等离子体供材料处理。等离子体处理体系1可包括一个蚀刻腔室。
[0019]根据图3描述的实施方案，等离子体处理体系1a可包括等离子体处理腔室10、基片支架20，其中待处理的基片25固定在所述基片支架20上，和真空泵体系30。基片25可以例如是半导体基片、晶片或液晶显示器。可以例如构造等离子体处理腔室10，以促进在与基片25表面相邻的处理区域15内生成等离子体。将可电离气体或气体混合物经气体注入体系(未示出)引入并调节工艺压力。例如，可使用控制装置(未示出)调节真空泵体系30。可利用等离子体产生对预定材料处理特异的材料，和/或辅助从基片25的暴露表面上除去材料。可构造等离子体处理体系1a处理200mm基片、300mm基片，或任何尺寸的基片。
[0020]基片25可以例如藉助静电吸附体系固定到基片支架25上。此外，基片支架20可以例如进一步包括含循环冷却剂流的冷却体系，所述冷却体系接收来自基片支架20的热量并将热量传递到换热器体系(未示出)中，或当加热时，传递来自换热器体系的热量。此外，可例如经背侧气体体系将气体传输到基片25的背侧，以改进在基片25和基片支架20之间的气体-间隙传热。当在升高或降低的温度下要求基片的温度控制时可使用这种体系。例如，背侧气体体系可包括两个区的气体分布体系，其中可在基片25的中心和边缘之间独立地变化氦气间隙压力。在其它实施方案中，加热/冷却元件，如耐热元件，或热电加热器/冷却器可包括在基片支架20内，以及等离子体处理腔室10的腔室壁上和在等离子体处理体系1a内的任何其它组件上。
[0021]在图3所示的实施方案中，在处理空间15内，基片支架20可包括RF电源经其连接到处理等离子体上的电极。例如，可将来自RF发生器40的RF电源经阻抗匹配网络50传输到基片支架20上，在RF电压下，使基片支架20电偏移。RF偏压可起到加热电子以形成并维持等离子体的作用。在这种结构中，体系可作为反应性离子蚀刻(RIE)反应器操作，其中腔室和上部气体注入电极起到接地表面的作用。RF偏压的典型频率范围可以是约0.1MHz-约100MHz。用于等离子体处理的RF体系是本领域技术人员公知的。
[0022]或者，在多种频率下，施加RF电源到基片支架的电极上。此外，在等离子体处理腔室10内，阻抗匹配网络50通过降低反射能量起到改进RF电源转移到等离子体上的作用。匹配网络的形貌(例如L-型、π-型、T-型等)是本领域技术人员公知的。
[0023]真空泵体系30可例如包括泵送速度能达到5000升/秒(和更大)的涡轮分子真空泵(TMP)和调节腔室压力的闸阀。在干法等离子体蚀刻所使用的常规等离子体处理器件中，通常使用1000-3000L/s的TMP。TMP用于低压处理，典型地小于50mTorr。对于高压处理(即大于约100mTorr)，可使用机械增压泵和干燥低真空泵。此外，监控腔室压力的器件(未示出)可连接到等离子体处理腔室10上。压力测量器件可以是例如商购于MKS Instruments，Inc.(Andover，MA)的628B型Baratron绝对容量压力计。
[0024]控制器14包括微处理器、存储器和数字I/O端口，所述数字I/O端口能生成足以传递并激活到达等离子体处理体系1a内的输入信号以及监控来自等离子体处理体系1a的输出信号的控制电压。此外，控制器14可连接到RF发生器40、阻抗匹配网络50、气体注入体系(未示出)、真空泵体系30以及背侧气体传输体系(未示出)、基片/基片支架温度测量体系(未示出)、和/或静电吸附体系(未示出)上并可以与之交换信息。例如，根据一种工艺方法，可利用储存在存储器内的程序激活到达等离子体处理体系1a的前述组件上的输入信号，以便进行蚀刻有机ARC层的方法。控制器14的一个实例是获自于Dell Corporation，Austin，Texas的DELL PRECISION WORKSTATION 610TM。
[0025]诊断体系12可包括光学诊断子体系(未示出)。光学诊断子体系可包括检测器如(硅)光电二极管或光电倍增管(PMT)，用以测量从等离子体中发射的光强度。诊断体系12可进一步包括滤光器如窄波段干扰滤波器。在可供替代的实施方案中，诊断体系12可包括至少一个线性CCD(电荷耦合器件)、CID(电荷注入器件)阵列，和光色散器件如光栅或棱镜。另外，诊断体系12可包括测量在给定波长下的光的单色仪(例如光栅/检测器体系)，或测量光谱的(例如具有旋转光栅的)分光仪，例如在美国专利No.5888337中所述的器件。
[0026]诊断体系12可包括高分辨率发光光谱(OES)传感器如获自Peak Sensor Systems或获自Verity Instruments，Inc.的OES传感器。这种OES传感器具有横跨紫外(UV)、可见光(VIS)和近红外(NIR)光谱的宽谱带。分辨率为约1.4埃，也就是说，传感器能收集从240-1000nm间的5550种波长。例如，OES传感器可配有高敏感度的小型光纤UV-VIS-NIR分光仪，所述分光仪反过来与2048像素的线性CCD阵列整合。
[0027]分光仪接收经单光纤和成束光纤传输的光，其中使用固定光栅，来自光纤的光输出在横跨线性CCD阵列上分散。类似于以上所述的结构，经光学真空出口发射的光经凸球面透镜聚焦在光纤的输入端上。三种分光仪(各自特别地被调节用于固定的光谱范围(UV、VIS和NIR))形成处理腔室用传感器。各种分光仪包括独立的A/D变频器。和最近，取决于传感器的用途，每0.1-1.0秒可记录全部发射光谱。
[0028]在图4所示的实施方案中，等离子体处理腔室1b可以例如类似于图2或3的实施方案，和除了包括在参考图2和图3所述的那些组件以外，还进一步包括或者静态，或者机械或电旋转的磁场体系60，以便潜在地/或改进等离子体处理的均匀度。此外，可将控制器14连接到磁场体系60上，以便调节旋转速度和磁场强度。旋转磁场的设计与装置是本领域技术人员公知的。
[0029]在图5所示的实施方案中，等离子体处理腔室1c可以例如类似于图2或3的实施方案，和可进一步包括上部电极70，其中RF电源可从RF发生器72经阻抗匹配网络74连接到所述上部电极70上。施加RF电源到上部电极上的典型频率范围可以是约0.1MHz-约200MHz。另外，施加电源到下部电极上的典型频率范围可以是约0.1MHz-约100MHz。此外，控制器14被连接到RF发生器72和阻抗匹配网络74上，以便控制施加RF电源到上部电极70上。上部电极的设计与装置是本领域技术人员公知的。
[0030]在图6所示的实施方案中，等离子体处理腔室1d可以例如类似于图2和3的实施方案，和可进一步包括感应线圈80，其中RF电源从RF发生器82经阻抗匹配网络84连接到所述感应线圈80上。RF电源从感应线圈80经介电窗(未示出)感应耦合到等离子体处理区45上。施加RF电源到感应线圈80上的典型频率范围可以是约10MHz-约100MHz。类似地，施加电源到吸盘电极上的典型频率范围可以是约0.1MHz-约100MHz。另外，可使用开槽式法拉第屏蔽(未示出)，以降低感应线圈80与等离子体之间的电容耦合。此外，控制器14可被连接到RF发生器82和阻抗匹配网络84上，以便控制施加电源到感应线圈80上。在可供替代的实施方案中，感应线圈80可以是与以上的等离子体处理区15互连的“螺旋”线圈或“扁平线圈”，如同在变压器耦合的等离子体(TCP)反应器中一样。感应耦合的等离子体(ICP)源或变压器耦合的等离子体(TCP)源的设计与装置是本领域技术人员公知的。
[0031]或者，可使用电子回旋谐振(ECR)来形成等离子体。在又一实施方案中，由Helicon波的发射形成等离子体。在又一实施方案中，由表面波的传播形成等离子体。以上所述的每一等离子体源是本领域技术人员公知的。
[0032]在以下讨论中，提出了使用等离子体处理器件，蚀刻有机ARC层的方法。例如，等离子体处理器件可包括各种元件，如在图2-6中所述的那些及其组合。
[0033]在一个实施方案中，蚀刻有机ARC层的方法包括NH3/O2基化学。例如，处理参数空间可包括约20-约1000mTorr的腔室压力，NH3处理气体流速范围为约50-约1000sccm，O2处理气体流速范围为约5-约100sccm，上部电极(例如图5中的元件70)的RF偏压范围为约500-约2000W，和下部电极(例如图5中的元件20)的RF偏压范围为约10-约500W。此外，上部电极的偏磁频率范围可以是约0.1MHz-约200MHz，例如60MHz。另外，下部电极的偏磁频率范围可以是约0.1MHz-约100MHz，例如2MHz。
[0034]在第一个实例中，提出了使用等离子体处理器件，如图5所示的那种，蚀刻有机ARC层的方法。然而，所述方法并不限于这一例举的说明。表I列出了使用下述例举的工艺配方，在有机ARC层中蚀刻的部件的临界尺寸：腔室压力＝100mTorr；上部电极的RF功率＝1200W；下部电极的RF功率＝100W；处理气体NH3/O2流速＝360/36sccm；电极70下表面(参见图5)和基片支架20上的基片25的上表面之间的电极间隔为60mm；下部电极温度(在图5中的基片支架20)＝20C；上部电极温度(在图5中的电极70)＝60C；腔室壁温度＝50C；背侧的氦气压力中心/边缘＝10/35Torr；和蚀刻时间为184秒(使用例如诊断体系12，根据检测终点，相当于20％的过蚀刻)。
表I
| NH3/O2 | 中心 | 边缘 |
| 顶部PR残留 | 155nm | 164nm |
| 顶部CD | 212nm | 202nm |
| 底部CD | 200nm | 286nm |
| CD偏移 | +1nm | +0nm |
[0035]在表1和下述表中，PR是指光刻胶和CD是指临界尺寸(critical dimension)。该表报道了诸如在ARC层蚀刻之后残留的光刻胶厚度、对于ARC部件来说顶部与底部的临界尺寸和临界尺寸的偏移之类的结果。另外，报道了在中心与边缘处的数据。该数据证明在维持CD方面该工艺的成功。
[0036]在可供替代的实施方案中，工艺化学可进一步包括氦气(He)。引入氦气到该工艺中可降低部件的侧壁粗糙度。
[0037]在第二个实例中，表II列出了使用下述例举的工艺配方，在有机ARC层中蚀刻的部件的临界尺寸：腔室压力＝100mTorr；上部电极的RF功率＝1200W；下部电极的RF功率＝100W；处理气体NH3/O2/He流速＝360/36/100sccm；电极70下表面(参见图5)和基片支架20上的基片25的上表面之间的电极间隔为60mm；下部电极温度(在图5中的基片支架20)＝20C；上部电极温度(在图5中的电极70)＝60C；腔室壁温度＝50C；背侧的氦气压力中心/边缘＝10/35Torr；和蚀刻时间为184秒(使用例如诊断体系12，根据检测终点，相当于18％的过蚀刻)。
表II
| NH3/O2/He | 中心 | 边缘 |
| 顶部PR残留 | 168nm | 171nm |
| 顶部CD | 213nm | 208nm |
| 底部CD | 202nm | 201nm |
| CD偏移 | +7nm | +6nm |
[0038]表II报道了诸如在ARC层蚀刻之后残留的光刻胶厚度、对于ARC部件来说顶部与底部的临界尺寸和临界尺寸的偏移之类的结果。另外，报道了在中心与边缘处的数据。该数据证明该工艺的成功。此外，与表II相关的工艺报道了与表I报道相类似的结果。然而，SEM数据表明添加He倾向于在CD微小损失的情况下降低部件的侧壁粗糙度(未示出)。
[0039]在可供替代的实施方案中，蚀刻有机ARC层的方法可包括N2/H2/O2基化学。处理参数空间可包括约20-约1000mTorr的腔室压力，N2处理气体流速范围为约50-约1000sccm，H2处理气体流速范围为约50-约1000sccm，O2处理气体流速范围为约5-约100sccm，上部电极(例如图5中的元件70)的RF偏压范围为约500-约2000W，和下部电极(例如图5中的元件20)的RF偏压范围为约10-约500W。
[0040]在第三个实例中，提出了使用等离子体处理器件，如图5所示的那种，蚀刻有机ARC层的方法。然而，所述方法并不限于这一例举的说明。表III列出了使用下述例举的工艺配方，在有机ARC层中蚀刻的部件的临界尺寸：腔室压力＝100mTorr；上部电极的RF功率＝1200W；下部电极的RF功率＝100W；处理气体N2/H2/O2流速＝100/300/36sccm；电极70下表面(参见图5)和基片支架20上的基片25的上表面之间的电极间隔为60mm；下部电极温度(在图5中的基片支架20)＝20C；上部电极温度(在图5中的电极70)＝60C；腔室壁温度＝50C；背侧的氦气压力中心/边缘＝10/35Torr；和蚀刻时间为150秒(使用例如诊断体系12，根据检测终点，相当于21％的过蚀刻)。
表III
| N2/H2/O2 | 中心 | 边缘 |
| 顶部PR残留 | 177nm | 163nm |
| 顶部CD | 273nm | 295nm |
| 底部CD | 289nm | 295nm |
| CD偏移 | 94nm | 100nm |
[0041]表III也证明了该方法的成功。
[0042]在可供替代的实施方案中，N2/H2/O2工艺化学可进一步包括氦气(He)。引入氦气到该工艺中可降低部件的侧壁粗糙度。
[0043]在可供替代的实施方案中，蚀刻有机ARC层的方法包括NH3/CO或NH3/CO/O2基化学。该处理气体也可包括氦气。例如，处理参数空间可包括约20-约1000mTorr的腔室压力，NH3处理气体流速范围为约50-约1000sccm，和CO处理气体流速范围为约5-约300sccm。当O2包括在处理气体内时，它的流速范围可以是约5-约100sccm。当He包括在该处理气体或这一应用的任何实施方案内时，它的流速范围可以是约5-约300sccm。上部电极(例如图5中的元件70)的RF偏压范围为约500-约2000W，和下部电极(例如图5中的元件20)的RF偏压范围为约10-约500W，上部电极的偏磁频率范围可以是约0.1MHz-约200MHz，例如60MHz，和下部电极的偏磁频率范围可以是约0.1MHz-约100MHz，例如2MHz。
[0044]在第四个实例中，提出了使用等离子体处理器件，如图5所示的那种，蚀刻有机ARC层的方法。然而，所述方法并不限于这一例举的说明。表IV列出了使用下述例举的工艺配方，在有机ARC层中蚀刻的部件的临界尺寸：腔室压力＝200mTorr；上部电极的RF功率＝1200W；下部电极的RF功率＝200W；处理气体NH3/CO流速＝300/100sccm；电极70下表面(参见图5)和基片支架20上的基片25的上表面之间的电极间隔为60mm；下部电极温度(在图5中的基片支架20)＝20C；上部电极温度(在图5中的电极70)＝60C；腔室壁温度＝50C；背侧的氦气压力中心/边缘＝10/35Torr；和蚀刻时间为180秒。
表IV
| NH3/CO | 孤立 | 嵌套(nested) |
| IL厚度 | 68nm | 68nm |
| PR深度 | 598nm | 589nm |
| 底部CD | 161nm | 154nm |
| CD偏移 | -2nm | -10nm |
[0045]在表IV中，IL厚度是指双层掩模的上层厚度(即在图1A-1C中光敏层3的厚度)，PR深度是指双层掩模的底层厚度(即抗反射涂层(ARC)7的厚度)，底部CD是指在光敏上层内的图像藉助蚀刻转印到底部ARC层之后在部件底部处的临界尺寸，和CD偏移是指在蚀刻ARC层之前在光敏层内的部件底部处的临界尺寸与在蚀刻ARC层之后在ARC层内的部件底部处的临界尺寸之差。另外，对于孤立部件(即宽间距的部件)和嵌套(nested)部件(即紧密间距的部件)二者报道了数据。该数据证明特别地对于大于或等于约3/1或大于或等于约4/1的部件长宽比来说，该工艺在维持CD方面的成功。
[0046]在第五个实例中，提出了使用等离子体处理器件，如图5所示的那种，蚀刻有机ARC层的方法。然而，所述方法并不限于这一例举的说明。表V列出了使用下述例举的工艺配方，在有机ARC层中蚀刻的部件的临界尺寸：腔室压力＝200mTorr；上部电极的RF功率＝1200W；下部电极的RF功率＝200W；处理气体NH3/CO流速＝250/150sccm；电极70下表面(参见图5)和基片支架20上的基片25的上表面之间的电极间隔为60mm；下部电极温度(在图5中的基片支架20)＝20C；上部电极温度(在图5中的电极70)＝60C；腔室壁温度＝50C；背侧的氦气压力中心/边缘＝10/35Torr；和蚀刻时间为240秒。
表V
| NH3/CO | 孤立 | 嵌套 |
| IL厚度 | 93nm | 100nm |
| PR深度 | 696nm | 643nm |
| 底部CD | 171nm | 171nm |
| CD偏移 | 7nm | 6nm |
[0047]在表V中，IL厚度是指双层掩模的上层厚度(即在图1A-1C中光敏层3的厚度)，PR深度是指双层掩模的底层厚度(即抗反射涂层(ARC)7的厚度)，底部CD是指在光敏上层内的图像藉助蚀刻转印到底部ARC层之后在部件底部处的临界尺寸，和CD偏移是指在蚀刻ARC层之前在光敏层内的部件底部处的临界尺寸与在蚀刻ARC层之后在ARC层内的部件底部处的临界尺寸之差。另外，对于孤立部件(即宽间距的部件)和嵌套部件(即紧密间距的部件)二者报道了数据。该数据进一步证明特别地对于超过4.5-1的部件长宽比来说，该工艺在维持CD方面的成功。
[0048]在第六个实例中，提出了使用等离子体处理器件，如图4所示的那种，蚀刻有机ARC层的方法。然而，所述方法并不限于这一例举的说明。表VI列出了使用下述例举的工艺配方，在有机ARC层中蚀刻的部件的临界尺寸：腔室压力＝100mTorr；下部电极的RF功率＝300W；处理气体NH3/O2/CO流速＝200/10/50sccm；腔室10的顶壁的下表面(参见图4)和基片支架20上的基片25的上表面之间的电极间隔为47mm；下部电极温度(在图4中的基片支架20)＝40C；腔室10的顶壁温度＝60C；腔室壁温度＝40C；背侧的氦气压力中心/边缘＝10/40Torr；和蚀刻时间为140秒(包括15％的过蚀刻)。
表VI
| NH3w/OE | 1∶5 | 1∶3 | 1∶1.5 |
| 底部CDC/E | 158/158nm | 156/158nm | 162/165nm |
| CD偏移C/E | -5/-5nm | -3/-1nm | +2/-5nm |
| 顶部PR残留C/E | 79/88nm | ||
| 顶部PR损失C/E | -71/-62nm | ||
| NH3/O2 | 1∶5 | 1∶3 | 1∶1.5 |
| 底部CDC/E | 176/158nm | 173/169nm | 178/170nm |
| CD偏移C/E | +16/+12nm | +14/+10nm | +16/+10nm |
| 顶部PR残留C/E | 96/110nm | ||
| 顶部PR损失C/E | -54/-40nm | ||
| NH3/CO/O2 | 1∶5 | 1∶3 | 1∶1.5 |
| 底部CDC/E | 164/160nm | 164/159nm | 165/159nm |
| CD偏移C/E | +4/-3nm | +5/0nm | +3/-1nm |
| 顶部PR残留C/E | 103/110nm | ||
| 顶部PR损失C/E | -47/-40nm |
[0049]在表VI中，对于三种不同的部件间距(或节距)，即1∶5、1∶3和1∶1.5的部件宽度比间距，列出了上述化学(即NH3/CO/O2)的结果。对于基片中心和边缘(C/E)，列出了结果，其中底部CD是指在一旦通过蚀刻将光敏的上部层内的图案转印到下部的ARC层之后，在部件底部处的临界尺寸，CD偏移是指在蚀刻ARC层之前在光敏层内的部件底部处的临界尺寸与在蚀刻ARC层之后在ARC层内的部件底部处的临界尺寸之差。顶部PR残留是指在蚀刻ARC层之后上部的光敏层的厚度，和顶部PR损失是指在蚀刻ARC层之后残留的上部光敏层的厚度。
[0050]在表VI中还示出了两种其它化学的结果，亦即纯氨(NH3)化学，其过蚀刻为35％，和NH3/O2化学，其过蚀刻为15％。在前一化学中，工艺配方类似于NH3/CO/O2化学，所不同的是下部电极的RF功率＝500W；处理气体NH3流速＝400sccm(无CO和O2流速)；和蚀刻时间为90秒(包括35％的过蚀刻)。此外，在后一化学中，工艺配方类似于NH3/CO/O2化学，所不同的是处理气体O2流速＝20sccm(无CO流速)；和蚀刻时间为135秒(包括20％的过蚀刻)。如表VI所示，对于纯氨情况，CD偏移低，这例如是所需的；然而，在ARC层的蚀刻过程中在部件的底部形成大量残渣。相反，当添加O2到工艺化学中时，在部件底部的残渣形成被除去；然而CD偏移较大。然而，当添加O2和CO到工艺化学中时，在部件底部的残渣形成被除去，且CD偏移较低(如同在纯氨中的情况一样)。
[0051]一般地，可使用实验技术的设计(DOE)决定蚀刻时间，但也可使用终点检测来决定。终点检测的一种可能方法是监控表明当由于基本上接近完成ARC层的蚀刻并与底部材料膜接触导致发生等离子体化学的变化时来自等离子体区的发光光谱部分。例如，表明这种变化的光谱部分包括387.2nm(CN)的波长，和可使用发光光谱(OES)来测量。在相当于跨过特定阈值的那些频率的发射程度(例如下降到基本上为0或者增加到高于特定程度)之后，可认为终点完成。也可使用提供终点信息的其它波长。此外，可延伸蚀刻时间到包括过蚀刻的时间段，其中过蚀刻时间段构成了蚀刻工艺开始和与终点检测相关时间之间的部分时间(即1-100％)。
[0052]图7列出了根据本发明一个实施方案，在等离子体处理体系内，蚀刻在基片上的抗反射涂层(ARC)的方法的流程图。在其中处理气体引入到等离子体处理体系内的410中开始工序400，其中处理气体包括含氮(N)的气体、含氢(H)的气体和含氧(O)的气体。例如，处理气体可包括氨(NH3)和双原子氧气(O2)。或者，处理气体可包括双原子氮气(N2)、双原子氢气(H2)和双原子氧气(O2)。或者，处理气体可包括氨(NH3)和一氧化碳(CO)。或者，处理气体可包括氨(NH3)、一氧化碳(CO)和氧气(O2)。或者，处理气体可包括双原子氮气(N2)、双原子氢气(H2)和一氧化碳(CO)。或者，处理气体可进一步包括氦气(He)。
[0053]在420中，使用例如图2-6所述的任何体系之一及其组合，在等离子体处理体系内，由处理气体形成等离子体。
[0054]在430中，将含ARC层的基片暴露于在420内形成的等离子体下。在第一时间段之后，终止工序400。例如，通常通过蚀刻ARC层所要求的时间，或通过将光刻胶图案转印到ARC层上所要求的时间来决定其中具有ARC层的基片暴露于等离子体下所经的第一时间段。一般地，预先确定经ARC层的厚度转印光刻胶图案所要求的第一时间段。或者，可通过第二时间段或过蚀刻时间段来进一步增加第一时间段。如上所述，过蚀刻时间可包括第一时间段的一部分，如1-100％，和这一过蚀刻时间段可包括超出终点检测的蚀刻延长时间。
[0055]图8列出了根据本发明另一实施方案，在等离子体处理体系内，形成上层掩模用以蚀刻在基片上的薄膜的方法。在流程图500中说明了该方法，其中以在510中在基片上形成薄膜作为开始。薄膜可包括氧化物层，如(SiO2)，和它可通过各种方法，其中包括化学气相沉积(CVD)形成。
[0056]在520中，在覆盖薄膜的基片上形成抗反射涂层(ARC)。ARC层可以是例如使用常规技术如旋涂体系形成的有机ARC层。
[0057]在530中，在覆盖ARC层的基片上形成光刻胶图案。可使用常规技术，如光刻胶旋涂体系形成光刻胶膜。可通过使用常规技术，如分段微型平版印刷体系和显影溶剂，在光刻胶膜内形成图案。
[0058]在540中，为了形成上层掩模，将光刻胶图案转印到ARC层上。使用干法蚀刻技术完成图案的转印，其中在等离子体处理体系内进行蚀刻工艺，所述蚀刻工艺利用处理气体，所述处理气体包括含氮(N)的气体、含氢(H)的气体和含氧(O)的气体。例如，处理气体可包括氨(NH3)和双原子氧气(O2)。或者，处理气体可包括双原子氮气(N2)、双原子氢气(H2)和双原子氧气(O2)。或者，处理气体可包括氨(NH3)和一氧化碳(CO)。或者，处理气体可包括氨(NH3)、一氧化碳(CO)和氧气(O2)。或者，处理气体可包括双原子氮气(N2)、双原子氢气(H2)和氧气(O2)。或者，如上所述的处理气体可进一步包括氦气(He)。使用例如图2-6所述的任何体系之一，在等离子体处理体系内，由处理气体形成等离子体，和将含ARC层的基片暴露于所形成的等离子体下。通常通过蚀刻ARC层所要求的时间，或通过将光刻胶图案转印到ARC层上所要求的时间来决定其中具有ARC层的基片暴露于等离子体下所经的第一时间段。一般地，预先确定经ARC层的厚度转印光刻胶图案所要求的第一时间段。然而，典型地，通过第二时间段或过蚀刻时间段来进一步增加第一时间段。如上所述，过蚀刻时间可包括第一时间段的一部分，如1-100％，和这一过蚀刻时间段可包括超出终点检测的蚀刻延长时间。
[0059]尽管以上详细地描述了本发明的仅仅一些实施方案，但本领域的技术人员容易地意识到在实质上没有背离本发明的新型教导和优点的情况下，在实施方案内的许多改性是可能的。因此，所有这种改性拟包括在本发明的范围内。
Claims (91)
1.一种在等离子体处理体系内蚀刻在基片上的抗反射涂层(ARC)的方法，该方法包括：
引入处理气体，所述处理气体包括一种或多种共同含有氮(N)、氢(H)和氧(O)的气体；
在所述等离子体处理体系内由该处理气体形成等离子体；和
将具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体。
2.权利要求1的方法，其中所述处理气体包括NH3。
3.权利要求1的方法，其中所述处理气体包括N2和H2。
4.权利要求1、2或3的方法，其中所述处理气体包括O2和CO中的至少一种。
5.权利要求1、2或3的方法，其中所述处理气体进一步包括氦气。
6.权利要求1的方法，其中进行第一时间段的所述将具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体。
7.权利要求6的方法，其中通过终点检测测定所述第一时间段。
8.权利要求7的方法，其中所述终点检测包括发光光谱法。
9.权利要求6的方法，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
10.权利要求9的方法，其中所述第二时间段是所述第一时间段的一部分。
11.一种形成双层掩模用以蚀刻在基片上的薄膜的方法，该方法包括：
在所述基片上形成所述薄膜；
在所述薄膜上形成抗反射涂层(ARC)；
在所述ARC层上形成光刻胶图案；和
使用处理气体，通过等离子体蚀刻，将所述光刻胶图案转印到所述ARC层上，其中所述处理气体包括一种或多种共同含有氮(N)、氢(H)和氧(O)的气体。
12.权利要求11的方法，其中所述处理气体包括NH3。
13.权利要求11的方法，其中所述处理气体包括N2和H2。
14.权利要求11、12或13的方法，其中所述处理气体包括O2和CO中的至少一种。
15.权利要求11、12或13的方法，其中所述处理气体进一步包括氦气。
16.权利要求11的方法，其中进行第一时间段的所述ARC层的所述蚀刻。
17.权利要求16的方法，其中通过终点检测测定所述第一时间段。
18.权利要求17的方法，其中所述终点检测包括发光光谱法。
19.权利要求16的方法，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
20.权利要求19的方法，其中所述第二时间段是所述第一时间段的一部分。
21.用以蚀刻在基片上的抗反射涂层(ARC)的等离子体处理体系，该体系包括：
用于促进由处理气体形成等离子体的等离子体处理腔室；和
连接到所述等离子体处理腔室并构造为使用所述处理气体实现工艺配方的控制器，其中所述处理气体包括一种或多种共同含有氮(N)、氢(H)和氧(O)的气体。
22.权利要求21的体系，其中所述体系进一步包括连接到所述等离子体处理腔室并连接到所述控制器上的诊断体系。
23.权利要求22的体系，其中所述诊断体系被构造为接收与从所述等离子体中发射的光相关的信号。
24.权利要求21的体系，其中所述处理气体包括NH3。
25.权利要求21的体系，其中所述处理气体包括N2和H2。
26.权利要求21、24或25的体系，其中所述处理气体包括O2和CO中的至少一种。
27.权利要求21、24或25的体系，其中所述处理气体进一步包括氦气。
28.权利要求22的体系，其中所述控制器引起具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体下第一时间段。
29.权利要求28的体系，其中通过由所述诊断体系测定的终点检测来测定所述第一时间段。
30.权利要求29的体系，其中所述诊断体系包括发光光谱器件。
31.权利要求28的体系，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
32.权利要求31的体系，其中所述第二时间段是所述第一时间段的一部分。
33.在等离子体处理体系中，在基片上的抗反射涂层(ARC)内蚀刻高长宽比部件的方法，该方法包括：
引入含氨(NH3)和一氧化碳(CO)的处理气体；
在所述等离子体处理体系内由该处理气体形成等离子体；和
将具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体，
其中所述高长宽比部件包括大于或等于约3/1的长宽比。
34.权利要求33的方法，其中所述处理气体进一步包括氦气。
35.权利要求34的方法，其中氦气的流速范围为约5-约300sccm。
36.权利要求33的方法，其中进行第一时间段的将具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体。
37.权利要求36的方法，其中通过终点检测测定所述第一时间段。
38.权利要求37的方法，其中所述终点检测包括发光光谱法。
39.权利要求36的方法，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
40.权利要求39的方法，其中所述第二时间段是所述第一时间段的一部分。
41.权利要求33的方法，其中NH3的流速为约50-约1000sccm。
42.权利要求41的方法，其中CO的流速为约5-约300sccm。
43.一种形成双层掩模用以蚀刻在基片上的薄膜的方法，该方法包括：
在所述基片上形成所述薄膜；
在所述薄膜上形成抗反射涂层(ARC)；
在所述ARC层上形成光刻胶图案；和
使用处理气体，通过等离子体蚀刻高长宽比部件，将所述光刻胶图案转印到所述ARC层上，其中所述处理气体包括氨(NH3)和一氧化碳(CO)，其中所述高长宽比部件包括大于或等于约3/1的长宽比。
44.权利要求43的方法，其中所述处理气体进一步包括氦气。
45.权利要求44的方法，其中氦气的流速范围为约5-约300sccm。
46.权利要求43的方法，其中进行第一时间段的所述ARC层的所述蚀刻。
47.权利要求46的方法，其中通过终点检测测定所述第一时间段。
48.权利要求47的方法，其中所述终点检测包括发光光谱法。
49.权利要求46的方法，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
50.权利要求49的方法，其中所述第二时间段是所述第一时间段的一部分。
51.权利要求43的方法，其中NH3的流速为约50-约1000sccm。
52.权利要求51的方法，其中CO的流速为约5-约300sccm。
53.用以在基片上的抗反射涂层(ARC)内蚀刻高长宽比部件的等离子体处理体系，该体系包括：
用于促进由处理气体形成等离子体的等离子体处理腔室；和
连接到所述等离子体处理腔室并构造为使用所述处理气体实现工艺配方的控制器，其中所述处理气体包括氨(NH3)和一氧化碳(CO)，其中所述高长宽比部件包括大于或等于约3/1的长宽比。
54.权利要求53的体系，其中所述体系进一步包括连接到所述等离子体处理腔室并连接到所述控制器上的诊断体系。
55.权利要求54的体系，其中所述诊断体系被构造为接收与从所述等离子体中发射的光相关的信号。
56.权利要求53的体系，其中所述处理气体进一步包括氦气。
57.权利要求56的体系，其中氦气的流速范围为约5-约300sccm。
58.权利要求53的体系，其中所述控制器引起具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体下第一时间段。
59.权利要求58的体系，其中通过由所述诊断体系测定的终点检测来测定所述第一时间段。
60.权利要求59的体系，其中所述诊断体系包括发光光谱器件。
61.权利要求58的体系，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
62.权利要求53的体系，其中NH3的流速为约50-约1000sccm。
63.权利要求62的方法，其中CO的流速为约5-约300sccm。
64.在等离子体处理体系中，在基片上的抗反射涂层(ARC)内蚀刻部件的方法，该方法包括：
引入含氨(NH3)、一氧化碳(CO)和氧气(O2)的处理气体；
在所述等离子体处理体系内由该处理气体形成等离子体；和
将具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体，
65.权利要求64的方法，其中所述处理气体进一步包括氦气。
66.权利要求64的方法，其中NH3的流速范围为约50-约1000sccm，O2的流速范围为约5-约100sccm，和CO的流速范围为约5-约300sccm。
67.权利要求65的方法，其中氦气的流速范围为约5-约300sccm。
68.权利要求64的方法，其中进行第一时间段的所述将具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体。
69.权利要求68的方法，其中通过终点检测测定所述第一时间段。
70.权利要求69的方法，其中所述终点检测包括发光光谱法。
71.权利要求68的方法，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
72.权利要求71的方法，其中所述第二时间段是所述第一时间段的一部分。
73.一种形成双层掩模用以蚀刻在基片上的薄膜的方法，该方法包括：
在所述基片上形成所述薄膜；
在所述薄膜上形成抗反射涂层(ARC)；
在所述ARC层上形成光刻胶图案；和
使用处理气体，通过等离子体蚀刻在所述ARC层内的部件，将所述光刻胶图案转印到所述ARC层上，其中所述处理气体包括氨(NH3)、一氧化碳(CO)和氧气(O2)。
74.权利要求73的方法，其中所述处理气体进一步包括氦气。
75.权利要求73的方法，其中NH3的流速范围为约50-约1000sccm，O2的流速范围为约5-约100sccm，和CO的流速范围为约5-约300sccm。
76.权利要求74的方法，其中氦气的流速范围为约5-约300sccm。
77.权利要求73的方法，其中进行第一时间段的所述ARC层的所述蚀刻。
78.权利要求77的方法，其中通过终点检测测定所述第一时间段。
79.权利要求78的方法，其中所述终点检测包括发光光谱法。
80.权利要求77的方法，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
81.权利要求80的方法，其中所述第二时间段是所述第一时间段的一部分。
82.用以在基片上的抗反射涂层(ARC)内蚀刻部件的等离子体处理体系，该体系包括：
促进由处理气体形成等离子体的等离子体处理腔室；和
连接到所述等离子体处理腔室并构造为使用所述处理气体实现工艺配方的控制器，其中所述处理气体包括氨(NH3)、一氧化碳(CO)和氧气(O2)。
83.权利要求82的体系，其中所述体系进一步包括连接到所述等离子体处理腔室并连接到所述控制器上的诊断体系。
84.权利要求83的体系，其中所述诊断体系被构造为接收与从所述等离子体中发射的光相关的信号。
85.权利要求82的体系，其中所述处理气体进一步包括氦气。
86.权利要求82的体系，其中NH3的流速范围为约50-约1000sccm，O2的流速范围为约5-约100sccm，和CO的流速范围为约5-约300sccm。
87.权利要求85的体系，其中氦气的流速范围为约5-约300sccm。
88.权利要求82的体系，其中所述控制器引起具有所述ARC层的所述基片暴露于所述等离子体下第一时间段。
89.权利要求88的体系，其中通过由所述诊断体系测定的终点检测来测定所述第一时间段。
90.权利要求89的体系，其中所述诊断体系包括发光光谱器件。
91.权利要求88的体系，其中所述第一时间段相当于蚀刻所述ARC层的时间和通过第二时间段来延长。
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