TW202223985A - 硬遮罩及藉由電漿輔助化學氣相沉積形成硬遮罩的製程 - Google Patents

硬遮罩及藉由電漿輔助化學氣相沉積形成硬遮罩的製程 Download PDF

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Abstract

本公開內容的實施例一般涉及到硬遮罩和藉由電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)形成硬遮罩的製程。在實施例中，提供用於在基板上形成硬遮罩層的製程。製程包括將基板引入PECVD腔室的處理空間，基板在基板支撐件上，基板支撐件包括靜電夾盤；及流動處理氣體進入PECVD腔室中的處理空間中，處理氣體包括含碳氣體。製程還包括在電漿條件下從處理空間中的處理氣體形成通電的處理氣體，靜電夾持基板到基板支撐件，在靜電夾持基板時將第一含碳層沉積在基板上，並藉由將第二含碳層沉積在基板上而形成硬遮罩層。

Description

硬遮罩及藉由電漿輔助化學氣相沉積形成硬遮罩的製程
本公開內容的實施例一般涉及到硬遮罩和藉由電漿輔助化學氣相沉積形成硬遮罩的製程。
由於碳基硬遮罩的機械性質等原因，碳基硬遮罩通常被用於圖案化和線寬修整應用中的抗蝕遮罩。碳基硬遮罩通常是藉由電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）製造的。傳統上，形成上述硬遮罩的電漿條件只採用氬和/或氦。然而，在電漿條件下，例如氬和/或氦的高能量轟擊會損壞上方形成硬遮罩的底層介電材料，特別是在基板夾持期間。對底層介電材料的損壞會導致設備效能的惡化。
需要有新的和改進的製程，例如在硬遮罩形成過程中減輕底層的損害。
本公開內容的實施例一般涉及到硬遮罩和藉由PECVD形成硬遮罩的製程。本文所述的實施例在硬遮罩形成過程中減少或消除底層損傷，並改善硬遮罩和基板之間的黏合力。
在實施例中，提供用於在基板上形成硬遮罩層的製程。製程包括將基板引入PECVD腔室的處理空間，基板在基板支撐件上，基板支撐件包括靜電夾盤；及流動處理氣體進入PECVD腔室中的處理空間中，處理氣體包括含碳氣體。製程還包括在電漿條件下從處理空間中的處理氣體形成通電的處理氣體，靜電夾持基板到基板支撐件，在靜電夾持基板時將第一含碳層沉積在基板上，並藉由將第二含碳層沉積在基板上而形成硬遮罩層。
在另一實施例中，提供用於在基板上形成硬遮罩層的製程。製程包括將基板引入PECVD腔室的處理空間，基板在基板支撐件上，基板支撐件包括靜電夾盤；及流動處理氣體進入PECVD腔室中的處理空間中。處理氣體包括含碳氣體，其中含碳氣體包括含碳化合物或者含碳氣體由含碳化合物形成，且其中含碳化合物是取代或未取代的C 1-C 40烴，取代或未取代的C 6-C 20芳香烴，C 1-C 40鹵化烴，或上述之組合。製程進一步包括在電漿條件下從處理空間中的處理氣體形成通電的處理氣體，將基板靜電地夾持在基板支撐件，在靜電夾持基板的同時，在基板上沉積第一含碳層，並藉由在基板上沉積第二含碳層來形成硬遮罩層。第一含碳層、第二含碳層，或兩者都是在基板保持在約-40℃至約40℃的溫度，處理空間內的壓力為約1 mTorr至約20 mTorr，或上述之組合的情況下沉積的。
在另一實施例中，提供用於在基板上形成硬遮罩層的製程。製程包括將基板引入PECVD腔室的處理空間，基板在基板支撐件上，基板支撐件包括靜電夾盤；及流動處理氣體進入PECVD腔室中的處理空間中。處理氣體包括含碳氣體，其中含碳氣體包括含碳化合物或者含碳氣體由含碳化合物形成，含碳化合物包括C 1-C 20取代或未取代的烴。製程進一步包括在電漿條件下從處理空間中的處理氣體形成通電的處理氣體，電漿條件包括對基板支撐件施加約200 W至約5000 W的RF偏壓功率，將基板靜電地夾持到基板支撐件上，在靜電夾持基板的同時在基板上沉積第一含碳層，並藉由在基板上沉積第二含碳層來形成硬遮罩層。第一含碳層、第二含碳層，或兩者都是在基板保持在約-40℃至約40℃的溫度，處理空間內的壓力為約1 mTorr至約20 mTorr，或上述之組合的情況下沉積的。
本公開內容的實施例一般涉及到硬遮罩和藉由PECVD形成硬遮罩的製程。發明人已經發現了新的和改進的製程和結果的硬遮罩結構，克服了形成硬遮罩的傳統方法的一個或多個不足之處。例如，本文描述的實施例減少了硬遮罩形成過程中的基板損傷，並改善了硬遮罩和硬遮罩所處表面之間的黏附性。簡而言之，在一些實例中，在含碳氣體的存在下，將基板靜電地夾持在基板支撐件上。在靜電夾持基板的同時形成第一含碳層。然後，藉由在基板上沉積第二含碳層(例如，類金剛石碳(DLC)膜或具有大於60%的sp 3分數的膜)，形成硬遮罩層。得到的含碳層可以防止或至少減輕由高能離子轟擊造成的底層損傷，並減少對晶圓的撞擊。
傳統的電漿點燃方法(如點火)通常只利用非反應性氣體(如氬或氦)，而主要的沉積操作是利用前驅物/載體(如乙炔/氦)混合物。因此，在碳硬遮罩形成之前，高能轟擊的離子會衝擊到碳硬遮罩下的介電層。相反地，本文所述的實施例利用含碳氣體(含或不含非反應性氣體)來點燃電漿，並在靜電夾持基板的同時形成起始層。在沉積操作過程中，含碳氣體(含或不含非反應性氣體)可被用來形成碳硬遮罩。在去除碳基硬遮罩後，可以觀察到所形成的介電材料的波浪形形態。與此相反，本文所述的實施例消除或至少減輕了對底層介電材料的損害。因此，本文所述的實施例能夠實現，例如，改善設備效能。
圖1是根據至少一實施例適合進行沉積製程的示例製程腔室100的示意性側截面圖。合適的腔室可以從位於加州聖克拉拉的應用材料公司獲得。應該理解的是，下面描述的系統是示範性製程腔室，而其他腔室(包括來自其他製造商的腔室)可以與本公開內容的實施例一起使用或修改以完成本公開內容的實施例(例如，下面描述的製程300)。在一些實施例中，製程腔室100可以被配置為將先進的圖案化膜沉積到基板上，例如硬遮罩膜，例如非晶碳硬遮罩膜。
製程腔室100包括蓋組件105、設置在腔室主體192上的間隔件110、基板支撐件115、和可變壓力系統120。蓋組件105包括蓋板125和熱交換器130。在所示的實施例中，蓋組件105還包括噴頭135。然而，在其他實施例中，蓋組件105包括凹形或圓頂形的氣體導入板。
蓋組件105耦接至第一處理氣體源140。第一處理氣體源140包含前驅物氣體，用於在支撐在基板支撐件115上的基板145上形成膜。作為實例，第一處理氣體源140包括諸如含碳氣體、含氫氣體、非反應性氣體(如氦)等等的前驅物氣體。在特定實例中，含碳氣體包括乙炔(C 2H 2)。第一處理氣體源140向設置在蓋組件105中的氣室190提供前驅物氣體。蓋組件包括一個或多個通道，用以將前驅物氣體從第一處理氣體源140導入氣室190。從氣室，前驅物氣體流經噴頭135進入處理空間160。在一些實施例中，第二處理氣體源142藉由設置在間隔件110的入口144與處理空間160流體耦合。作為實例，第二處理氣體源142包括諸如含碳氣體、含氫氣體、非反應性氣體(如氦)等等的前驅物氣體，例如C 2H 2。在一些實施例中，進入處理空間160的前驅物氣體的總流動速率約為100 sccm至約2 slm。藉由第二處理氣體源142在處理空間160中的前驅物氣體的流動調節了通過噴頭135的前驅物氣體的流動，從而使前驅物氣體均勻地分佈在處理空間160中。在一個實例中，複數個入口144可以在徑向上圍繞間隔件110分佈。在這樣的實例中，流向每個入口144的氣體可以被單獨控制，以進一步促進氣體在處理空間160內的均勻性。
蓋組件105亦可與可選的遠端電漿源150耦接。可選的遠端電漿源150與清洗氣體源155耦接，以將清洗氣體提供給在蓋組件105和基板145之間且在間隔件110內的處理空間160。在一個實例中，藉由在軸向形成的中央管道191提供清洗氣體通過蓋組件105。在另一實例中，藉由引導前驅物氣體的相同通道提供清洗氣體。示例清洗氣體包括含氧氣體(如氧和/或臭氧)以及含氟氣體(如NF 3)或上述之組合。
除了可選的遠端電漿源150或作為其替代，蓋組件105亦可與第一或上射頻(RF)功率源165耦接。第一RF功率源165便於維護或生成電漿，例如由清洗氣體生成的電漿。在一個實例中，可選的遠端電漿源150被省略，而清洗氣體藉由第一RF功率源165被原位電離成電漿。基板支撐件115耦合到第二或下RF功率源170。第一RF功率源165可以是高頻RF功率源(例如，約13.56 MHz至約120 MHz)，而第二RF功率源170可以是低頻RF功率源(例如，約2 MHz至約13.56 MHz)。需要指出的是，其他頻率也是可以考慮的。在一些實施方案中，第二RF功率源170是混合頻率RF功率源，同時提供高頻和低頻功率。利用雙頻RF功率源，特別是第二RF功率源170，可以改善膜沉積。在一些實例中，利用第二RF功率源170提供雙頻功率。在一些實施例中，第一頻率(例如約2 MHz至約13.56 MHz)改善了物種植入沉積膜的情況，而第二頻率(例如約13.56 MHz至約120 MHz)增加了電離和膜的沉積速率。
第一RF功率源165和第二RF功率源170中的一個或兩個可被用於在處理空間160中產生或維持電漿。例如，第二RF功率源170可在沉積製程中使用，而第一RF功率源165可在清洗製程中使用(單獨或與可選的遠端電漿源150一起使用)。在一些沉積製程中，第一RF功率源165與第二RF功率源170一起使用。在沉積或蝕刻製程中，第一RF功率源165和第二RF功率源170中的一個或兩個可在處理空間160中提供例如約100瓦特(W)至約20,000 W的功率，以促進前驅物氣體的電離。在一些實施例中，第一RF功率源165和第二RF功率源170中的至少一個是脈衝式的。在至少一個實施例中，RF功率被施加到蓋板125上。
基板支撐件115與致動器175(即，升降致動器)耦合，使其在Z方向上移動。基板支撐件115亦與設施電纜178耦合，設施電纜是撓性的，允許基板支撐件115的垂直移動，同時保持與第二RF功率源170以及其他功率和流體連接的連通。間隔件110被放置在腔室主體192上。間隔件110的高度允許基板支撐件115在處理空間160內垂直移動。間隔件110的高度約為0.5吋至約20吋。在一個實例中，基板支撐件115可從相對於蓋組件105(例如，相對於噴頭135的下表面)的第一距離180A移動到第二距離180B。在一些實施例中，第二距離180B約為第一距離180A的2/3。例如，第一距離180A和第二距離之間的差異是約5吋至約6吋。因此，從圖1所示的位置開始，基板支撐件115相對於噴頭135的下表面可移動約5吋至約6吋。在另一個實例中，基板支撐件115被固定在第一距離180A和第二距離180B中的一個。與傳統的電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)製程相比，間隔件110大大地增加了基板支撐件115和蓋組件105之間的距離(以及因此而增加的體積)。基板支撐件115和蓋組件105之間的距離增加，減少了處理空間160中電離物種的碰撞，導致膜的沉積具有較少的中性應力，例如小於2.5千兆帕(GPa)。以較少的中性應力沉積的膜有利於改善形成膜的基板的平面性(例如，較少的弓形)。減少基板的弓形導致下游圖案操作的精度提高。
可變壓力系統120包括第一幫浦182和第二幫浦184。第一幫浦182是粗加工幫浦，可以在清洗製程和/或基板轉移製程中使用。粗加工幫浦通常被配置為移動較高的體積流量和/或操作相對較高的(雖然仍然是次大氣壓)壓力。在非限制性實例中，第一幫浦182在清洗製程中維持製程腔室內的壓力小於500 mTorr，例如小於約50 mTorr。在另一個實例中，第一幫浦182在製程腔室100內維持的壓力例如低於約500 mTorr，如低於約50 mTorr，如約0.5 mTorr到約10 Torr或約5 mTorr到約15 mTorr。在清洗操作過程中使用粗加工幫浦有利於提高清洗氣體的壓力和/或體積流量(與沉積操作相比)。在清洗操作過程中，相對較高的壓力和/或容積流量可以改善腔室表面的清洗。
第二幫浦184可以是一個渦輪幫浦和低溫幫浦。第二幫浦184可以在沉積製程中使用。第二幫浦184通常被配置為以相對較低的體積流動率和/或壓力運行。在非限制性實例中，第二幫浦184被配置為將製程腔室的處理空間160維持在小於500 mTorr的壓力，例如小於50 mTorr。在另一個實例中，第二幫浦184將製程腔室100內的壓力維持在例如低於約500 mTorr，如低於約50 mTorr，如從約0.5 mTorr到約10 Torr或從約5 mTorr到約15 mTorr。在沉積碳基硬遮罩時，在沉積過程中維持處理空間160的較低壓力有助於沉積具有降低中性應力和/或增加sp 2-sp 3轉換的膜。因此，製程腔室100被配置為既能利用相對較低的壓力來改善沉積，又能利用相對較高的壓力來改善清洗。
在一些實施例中，第一幫浦182和第二幫浦184在沉積製程中都被利用，以維持製程腔室的處理空間160在小於約500 mTorr的壓力，例如，低於約50 mTorr。在其他實施例中，第一幫浦182和第二幫浦184將處理空間160維持的壓力例如從約0.5 mTorr到約10 Torr或從約5 mTorr到約15 mTorr。閥186被用來控制通往第一幫浦182和第二幫浦184中的一個或兩個的傳導路徑。閥186亦提供處理空間160的對稱抽氣。
製程腔室100亦包括基板傳送口185。基板傳送口185由內部門186A和外部門186B選擇性地密封。每個門186A和186B都與致動器188(即，門致動器)耦合。門186A和186B有利於處理空間160的真空密封。門186A和186B還提供對稱的RF應用和/或處理空間160內的電漿對稱性。在一個實例中，至少門186A是由有利於RF功率傳導的材料形成，如不銹鋼、鋁或上述之合金。設置在間隔件110和腔室主體192的介面處的密封件116(例如，O形環)可進一步密封處理空間160。耦合到製程腔室100的控制器194被配置為在處理期間控制製程腔室100的各個態樣。
圖2A是基板支撐件115的一個實施例的示意性剖面圖。圖2B是圖2A中所示的基板支撐件115的一部分的放大剖視圖。如上所述，基板支撐件115可包括靜電夾盤230。靜電夾盤230包括圓盤260。圓盤260包括一個或多個嵌入其中的電極205(第一電極205A和第二電極205B顯示在圖2B中)。第一電極205A被用作夾持電極，而第二電極205B被用作RF偏壓電極。可以藉由向第二電極205B提供頻率為例如約300 kHz至約120 MHz，例如約300 kHz至約60MHz的RF功率而偏壓基板支撐件115。提供給第二電極205B的頻率可以是脈衝式的。圓盤260通常由介電質材料形成，如陶瓷材料，例如氮化鋁(AlN)。
圓盤260由介電板210和底板215支撐。介電板210可由電絕緣材料(如石英)或熱塑性材料(如以REXOLITE ®商標出售的高效能塑膠)形成。底板215可由金屬材料(如鋁)製成。在操作過程中，當圓盤260處於RF熱狀態時，底板215耦合到地面或處於電浮動狀態。至少圓盤260和介電板210被絕緣環220所包圍。絕緣環220可以由介電質材料(如石英、矽或陶瓷材料)製成。底板215和絕緣環220的一部分被由鋁製成的接地環225包圍。絕緣環220防止或最小化操作期間圓盤260和底板215之間的電弧。設施電纜178的一端顯示在圓盤260、介電板210和底板215中形成的開口中。圓盤260的電極的功率以及從氣體供應器(未顯示)到基板支撐件115的液體由設施電纜178所提供。
邊緣環(未顯示)與絕緣環220的內周相鄰。邊緣環可包括介電質材料，如石英、矽、交聯聚苯乙烯和二乙烯基苯(如REXOLITE ®)、PEEK、Al 2O 3、AIN等等。使用包括上述介電質材料的邊緣環有助於調節電漿耦合、調節電漿特性(如基板支撐件上的電壓(V dc))而不需要改變電漿功率，從而改善沉積在基板上的硬遮罩膜的性質。藉由邊緣環的材料調節對晶圓或基板的RF耦合，而使膜的模量可與膜的應力解耦。
圓盤260、介電板210和底板215中的每一個都包括分別在其中形成的或貫穿的軸向對齊開口，用於容納設施電纜178。圓盤260包括開口295，開口295的形狀與設施電纜178嚙合。例如，開口295可被配置成用於接收設施電纜178的母座。介電板210包括與開口295軸向對齊的開口296。開口296包括上部分296a、中間部分296b與下部分296c，上部分296a的直徑約等於開口295的直徑，中間部分296b的直徑大於上部分的直徑，下部分296c的直徑大於中間部分296b的直徑。底板215包括開口297，開口297具有上部分297a和下部分297b，上部分297a具有第一直徑而下部分297b具有小於第一直徑的第二直徑。開口296和297的多個直徑可有助於將設施電纜178固定在其中。
圓盤260包括在其中形成的複數個流體通道231。每個流體通道231都與入口通道232流體連通。入口通道232與入口管道234流體耦合。入口管道234與冷卻劑源221耦合。每個流體通道231和入口通道232都由蓋板236密封。蓋板236可由與圓盤260相同的材料或鋁製成，並可以焊接或以其他方式結合在圓盤260上，以密封流體通道231和入口管道234。雖然沒有顯示，但在基板支撐件115中提供了類似於入口管道234的出口管道，以便冷卻流體可以在其中再循環。
入口管道234的一部分由管狀部件238形成。管狀部件238由介電質材料(如陶瓷材料)形成。管狀部件238與蓋板236和底板215相鄰的端部設有密封件240。管狀部件238可防止在其中流動的冷卻流體造成的電弧。管狀部件238亦可使介電板210與流經其間的相對較冷的冷卻流體進行熱絕緣，以防止介電板210的裂紋。
基板支撐件115亦包括複數個升舉銷242(圖2A中只顯示一個)。每個升舉銷242可移動地設置在介電襯套244中。每個升舉銷242可由陶瓷材料(如AlN、藍寶石、石英或類似材料)形成。介電襯套244被提供給圓盤260、介電板210和底板215中的每一個或通過它們。介電襯套244由聚合物材料(例如聚四氟乙烯(PTFE)材料)製成。介電襯套244包括沿其長度方向的開口246，在這個開口中，升舉銷242被引導。開口246的尺寸略大於升舉銷242的尺寸(直徑)，以便在介電襯套244中形成導電路徑。例如，開口246與可變壓力系統120耦合，從而在處理空間160之間並通過介電襯套244向可變壓力系統120提供真空傳導。由開口246提供的傳導路徑可防止升舉銷的電弧。介電襯套244包括複數個臺階248，這些臺階是不同直徑部分。臺階248藉由增加電的路徑長度，以及沿路徑引入角度轉彎，而減少圓盤260和底板215之間的電弧。
基板支撐件115亦包括複數個緊固件裝置250(圖中只有一個)。緊固件裝置250被用來將圓盤260附接到介電板210。每個緊固件裝置250包括緊固件252、墊圈254和緊固件帽256(墊圈254和緊固件帽256在圖2B中顯示)。當緊固器252被擰緊時，墊圈254被壓在介電板210中形成的開口268的表面258上。墊圈254和緊固件252由金屬材料(如不銹鋼)製成。墊圈254包括圓滑上角262。圓滑上角262防止緊固件252擰緊時介電板210的材料出現裂紋。
緊固件帽256被用來填充介電板210的開口268的剩餘部分。緊固件帽256包括口袋264，口袋264大小可接收緊固件252的頭部。緊固件帽256由介電質材料(如聚合物，例如聚醚醚酮(PEEK))形成。緊固件帽256的外表面包括臺階266。臺階266藉由增加電的移動路徑長度來減少圓盤260和底板215之間的電弧。
基板支撐件115亦包括其層間的複數個間隙。在圓盤260和介電板210之間有第一間隙270。在介電板210和底板215之間有第二間隙272。第一間隙270和第二間隙272與氣體供應器(未顯示)流體聯通。來自氣體供應器的流體可在第一間隙270和第二間隙272中流動，以防止相鄰層之間出現凝結。第一間隙270和第二間隙272中的流體在基板支撐件115的端部被邊緣環密封。邊緣環的大小可提供第一間隙270和第二間隙272的流體的可控洩漏。 方法
本公開內容的實施例一般涉及處理基板的方法，例如在基板上形成硬遮蔽層的製程。傳統方法通常在電漿點燃過程中使用氬和/或氦的氣體混合物，而這會導致底層損壞。與此相反，本文所述的實施例利用含碳氣體(含或不含非反應性氣體)點燃電漿，以在靜電夾持基板的同時，在基板上形成中間層/起始層。這種使用低RF偏壓功率的中間層形成操作防止Ar離子在預夾持期間轟擊到底層，並作為阻擋(中間/初始)層，以防止在沉積過程中CH 2+離子的高能轟擊，這是由透射電子顯微鏡圖像所決定的。由於例如在中間層形成過程中使用的RF偏壓功率相對於主要沉積操作來說較低，CH 2+離子也不會對底層產生負面影響。在主要沉積操作中，含碳氣體(含或不含非反應性氣體)亦可被用來形成碳硬遮罩。此外，所產生的硬遮罩膜性質不受這種薄的含碳起始層(在電漿點燃中形成)的影響。通常情況下，含碳起始層的sp 3含量比主要沉積操作形成的層低，且厚度小於100Å。此外，使用含碳氣體的電漿點燃，無論是否有非反應性氣體，都有助於減輕對底層的破壞。如下所述，夾持/啟動層是在比主要沉積操作更低的RF偏壓功率下形成的。
圖3是顯示根據本公開內容的至少一個實施例用於在基板上形成硬遮蓋層的示例製程300的選定操作的流程圖。製程消除了(或至少減輕了)在形成碳硬遮罩過程中對底層的損害，並改善了硬遮罩層與上方形成硬遮罩層的底層之間的黏合力。
製程300包括在操作310處將基板引入(例如，轉移、輸送等)到基板製程腔室的處理區域。作為實例，基板(例如基板145)藉由任何合適的方式(例如藉由基板轉移口185)被轉移到製程腔室100中和基板支撐件115上。基板支撐件115可如圖1中描述般藉由致動器175調整到處理位置。基板支撐件115包括靜電夾頭，如靜電夾頭230。基板可以包括一種或多種材料，諸如氮化物、氧化物、矽和/或金屬(如鎢、鉬、鈦等)。
製程300進一步包括在操作320將一種或多種製程氣體流入PECVD腔室中的處理空間中。作為實例，來自一個或多個來源的一種或多種製程氣體藉由例如噴頭135被提供給處理空間160，從而使一種或多種製程氣體均勻地分佈在處理空間160中。在一個實例中，複數個入口144可以圍繞間隔件110徑向分佈，而流向複數個入口144的各個入口的氣體可以單獨控制，以進一步促進處理空間160內氣體的均勻性。
處理氣體包括一種或多種含碳化合物。額外或替代地，處理氣體是由一種或多種含碳化合物形成的。例如，在標準溫度和壓力下不處於氣體狀態的化合物可以被轉化為含碳氣體。因此，在一些實例中，含碳氣體包括含碳化合物，或者含碳氣體是由含碳化合物形成的，或者上述之組合。
含碳化合物的非限制性實例包括烴、芳香烴和鹵化化合物等。在一些實施例中，含碳化合物的碳數為例如C 1-C 100，如C 1-C 40，如C 1-C 20，如C 1-C 10。含碳化合物可以是直鏈的或支鏈的、環狀的或非環狀的、和/或被取代的或未被取代的。取代的是指含碳化合物中至少有一個氫原子被至少一個雜原子(如鹵素，如氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和/或碘(I))或含雜原子基團(如官能團，如-NR * 2、-OR *、-SiR * 3、-GeR * 3，其中每個R *獨立為氫或直鏈或支鏈、環狀或非環狀、被取代或未被取代的烴)取代的含碳化合物。
烴的非限制性實例包括但不限於具有實驗式C nH 2n+2的烷烴、具有實驗式C nH 2n的烯烴和具有實驗式C nH 2n-2的炔烴。每種烷烴、烯烴和炔烴都可以是直鏈或支鏈、環狀或非環狀、芳香族或非芳香族、被取代或未被取代。烷烴的非限制性實例包括例如甲烷、乙烷以及丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷和二十烷的異構體。烯烴的非限制性實例包括例如乙烯，以及丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、壬烯、癸烯、十一烯、十二烯、十三烯、十四烯、十五烯、十六烯、十七烯、十八烯、十九烯和二十烯的異構體。炔烴的非限制性實例子包括例如乙炔，以及丙炔、丁炔、戊炔、己炔、庚炔、辛炔、壬炔、癸炔、十一炔、十二炔、十三炔、十四炔、十五炔、十六炔、十七炔、十八炔、十九炔和二十炔的異構體。
芳香烴的非限制性實例包括但不限於C 4-C 30芳香烴，如C 6-C 20芳香烴，如苯、甲苯、二甲苯和萘。芳香烴可以是未取代的，也可以是取代的，其中芳香烴的至少一個氫原子被至少一個雜原子(如鹵素，例如F、Cl、Br和/或I)或含雜原子基團(如官能團，如-NR * 2、-OR *、-SiR * 3、-GeR * 3，其中每個R *獨立為氫或直鏈或支鏈、環狀或非環狀、被取代或未被取代的烴)取代。
鹵化化合物的非限制性實例包括但不限於具有實驗式C nH xX' (2n+2-x)的化合物，其中X'＝F、Cl、Br和/或I，且n＝1-100(例如1-40，例如1-30，例如1-20，例如1-10，例如1-6)。鹵化化合物的說明性但非限制性實例包括CF 4、CH 2F 2、C 4F 6、或上述之組合。
在一些實施例中，處理氣體進一步包括一種或多種非反應性氣體。非反應性氣體的說明性但非限制性實例包括氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)或上述之組合。
製程300進一步包括在操作330從處理氣體形成通電的處理氣體。通電的處理氣體是在電漿條件下由電漿產生。在這裡，例如RF功率源165和/或RF功率源170可在任何合適的頻率或功率位凖下提供RF功率用於電漿生成。RF功率產生電磁場，使處理空間160內的處理氣體通電。以下是產生電漿的製程條件的非限制性實例。
製程300進一步包括在操作340將基板靜電夾持到基板支撐件上，並在操作350在靜電夾持基板時將第一含碳層沉積到基板上。然後在操作360藉由在基板上沉積第二含碳層來形成硬遮罩層。第一含碳層可以作為阻擋(中間/啟動)層，以防止操作360的主要沉積步驟過程的C 2H+離子的高能量轟擊。
本文描述的示例製程(例如，製程300)的各種操作包括一個或多個如下所述的製程參數。
基板的溫度可以是約100℃或更低，例如從約-40℃到約100℃，例如從約-30℃到約50℃或從約-40℃到約10℃。在至少一個實施例中，基板的溫度範圍為T 1至T 2(以℃為單位)，其中T 1和T 2中的每一個獨立地為約-40、約-35、約-30、約-25、約-20、約-15、約-10、約-5、約0、約5、約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60、約65、約70、約75、約80、約85、約90、約95、或約100，只要T 1＜T 2。
處理空間內的壓力可以是約500毫托(mTorr)或更少，如約400 mTorr或更少，如約300 mTorr或更少，如約200 mTorr或更少，如約100 mTorr或更少，如約50 mTorr或更少，如約20 mTorr或更少，如從約1 mTorr到約10 mTorr，從約4 mTorr到約10 mTorr，或從約5 mTorr到約15 mTorr。在至少一個實施例中，處理空間內的壓力範圍從P 1到P 2(以mTorr為單位)，其中P 1和P 2中的每一個獨立地是約0. 5 mTorr、約1、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10、約11、約12、約13、約14、約15、約16、約17、約18、約19、約20、約25、約50、約100、約200、約300、約400、或約500，只要P 1＜P 2。
進入處理空間的一種或多種含碳氣體的流動速率可以是每分鐘約5000標準立方釐米(sccm)或更少，例如對於300毫米大小的基板，從約20 sccm到約5000 sccm，如從約50 sccm到約200 sccm，如從約80 sccm到約160 sccm。在至少一個實施例中，對於300毫米大小的基板，一種或多種含碳氣體的流動速率範圍為流動速率 1至流動速率 2(以sccm為單位)，其中流動速率 1和流動速率 2中的每一個都獨立地是約20、約30、約40、約50、約60、約70、約80、約90、約100、約110、約120、約130、約140、約150、約160、約170、約180、約190、約200、約210、約220、約230、約240、約250、約500、約1,000、約1,500、約2,000、約2,500、約3,000、約3,500、約4,000、約4,500、或約5,000，只要流動速率 1＜流動速率 2。
在使用一種或多種非反應性氣體的實施例中，對於300毫米大小的基板，一種或多種非反應性氣體進入處理空間的流動速率可以是約3,000 sccm或更少，例如約500 sccm或更少，例如約250 sccm或更少，例如從約0 sccm到約100 sccm，例如從約1到約50 sccm。在至少一個實施例中，對於300毫米大小的基板，一個或多個非反應性氣體的流動速率範圍從流動速率 3到流動速率 4(以sccm為單位)，其中流動速率 3和流動速率 4中的每一個都獨立地是約0、約1、約5、約10、約20、約30、約40、約50、約60、約70、約80、約90、約100、約110、約120、約130、約140、約150、約160、約170、約180、約190、約200、約210、約220、約230、約240、約250、約500、約1,000、約1,500、約2,000、約2,500或約3,000，只要流動速率 3＜流動速率 4。
在使用一種或多種非反應性氣體的實施例中，對於300毫米大小的基板，含碳氣體與非反應性氣體的流動速率比可以是約0.05或更大，例如從約0.1到約100，例如從約0.5到約50，例如從約1到約10。在至少一個實施例中，對於300毫米大小的基板，含碳氣體與非反應性氣體的流動速率比範圍從比率 1到比率 2，其中比率 1和比率 2中的每一個都獨立地是約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約1、約2、約5、約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60、約65、約70、約75、約80、約85、約90、約95、或約100，只要比率 1＜比率 2。
施加至蓋板(例如，蓋板125)的RF源功率可為從約100瓦(W)到約10,000 W，例如從約500 W到約5,000 W，例如從約1,000 W到約2,000 W或從約2,500 W到約4,000 W。在至少一個實施例中，RF功率範圍從功率 1到功率 2(以W為單位)，其中功率 1和功率 2中的每一個都獨立地是約100、約200、約300、約400、約500、約600、約700、約800、約900、約1,000、約1,500、約2,000、約2,500、約2,600、約2,700、約2,800、約2,900、約3,000、約3,100、約3,200、約3,300、約3,400、約3,500、約3,600、約3,700、約3,800、約3,900、約4,000、約4,500、約5,000、約5,500、約6,000、約6,500、約7,000、約7,500、約8,000、約8,500、約9,000、約9,500或約10,000 W，只要功率 1＜ 功率 2。
沉積過程中施加至基板支撐件的RF偏壓功率可為從約100瓦(W)到約10,000 W，例如從約500 W到約5,000 W，例如從約1,000 W到約2,000 W或從約2,500 W到約4,000 W。在至少一個實施例中，沉積過程中RF偏壓功率範圍從功率 3到功率 4(以W為單位)，其中功率 3和功率 4中的每一個都獨立地是約100、約200、約300、約400、約500、約600、約700、約800、約900、約1,000、約1,500、約2,000、約2,500、約2,600、約2,700、約2,800、約2,900、約3,000、約3,100、約3,200、約3,300、約3,400、約3,500、約3,600、約3,700、約3,800、約3,900、約4,000、約4,500、約5,000、約5,500、約6,000、約6,500、約7,000、約7,500、約8,000、約8,500、約9,000、約9,500或約10,000，只要功率 3＜ 功率 4。
電漿點燃過程的RF偏壓功率可從約100瓦(W)到約1,000 W，例如從約100 W到約800 W，例如從約200 W到約500 W。在至少一個實施例中，電漿點燃過程的RF偏壓功率範圍從功率 5到功率 6(以W為單位)，其中功率 5和功率 6中的每一個都獨立地是約10、約50、約100、約150、約200、約250、約300、約350、約400、約450、約500、約550、約600、約650、約700、約750、約800、約850、約900、約850或約1,000，只要功率 5＜ 功率 6。
基板支撐件可以藉由提供頻率至少約300 kHz的RF功率進行偏置，例如從約400 kHz到約120 MHz或從約300 kHz到約60 MHz，例如從約1 MHz，例如從約10 MHz。頻率可以是脈衝式的。
電漿採用的電漿密度數量級可為約10離子/cm 3或以上，例如從約100離子/cm 3到約1x10 15離子/cm 3，例如從約1x10 7離子/cm 3到約1x10 15離子/cm 3，例如從約1x10 8離子/cm 3到約1x10 14離子/cm 3，例如從約1x10 9離子/cm 3到約1x10 13離子/cm 3，例如從約1x10 10離子/cm 3到約1x10 12離子/cm 3。在至少一個實施例中，電漿密度(PD)範圍從PD 1到PD 2(以離子/cm 3為單位)，其中PD 1和PD 2中的每一個都獨立地是約1離子/cm 3、約10離子/cm 3、約100離子/cm 3、約1x10 3離子/cm 3、約1x10 4離子/cm 3、約1x10 5離子/cm 3、約1x10 6離子/cm 3、約1x10 7離子/cm 3、約1x10 8離子/cm 3、約1x10 9離子/cm 3、約1x10 10離子/cm 3、約1x10 11離子/cm 3、約1x10 12離子/cm 3、約1x10 13離子/cm 3、約1x10 14離子/cm 3或約1x10 15離子/cm 3，只要PD 1＜ PD 2。可在基板製程腔室的處理區域中測量電漿密度。
含碳層的沉積時間可以是約1秒或更多，例如從約1秒到約2000秒，如從約1秒到約1000秒，或從約1000秒到約1500秒。在至少一個實施例中，沉積時間範圍從時間 1到時間 2(以秒為單位)，其中時間 1和時間 2中的每一個都獨立地是約1、約10、約30、約60、約90、約120、約150、約200、約240、約300、約360、約420、約480、約540、約600、660、約720、約780、約840、約900、約960、約1000、約1020、約1080、約1140、約1200、約1260、約1320、約1380、約1440、約1500、約1560、約1620、約1680、約1740、約1800、約1860、約1920、約1980或約2000，只要時間 1＜ 時間 2。
形成的含碳層厚度可為約25埃(Å)或更大，例如從約50 Å到約50,000 Å，例如從約100 Å到約25,000 Å。在至少一個實施例中，含碳層厚度範圍從厚度 1到厚度 2(以Å為單位)，其中厚度 1和厚度 2中的每一個都獨立地是約50、約100、約200、約300、約500、約1,000、約2,000、約3,000、約4,000、約5,000、約6,000、約7,000、約8,000、約9,000、約10,000、約10,000、約11,000、約12,000、約13,000、約14,000、約15,000、約16,000、約17,000、約18,000、約19,000、約20,000、約21,000、約22,000、約23,000、約24,000、約25,000、約26,000、約27,000、約28,000、約29,000、約30,000、約31,000、約32,000、約33,000、約34,000、約35,000、約36,000、約37,000、約38,000、約39,000、約40,000、約41,000、約42,000、約43,000、約44,000、約45,000、約46,000、約47,000、約48,000、約49,000或約50,000，只要厚度 1＜ 厚度 2。
含碳層的沉積速率可以是每分鐘約1埃(Å/分)或更高，例如從約1 Å/分到約5,000 Å/分，如從約10 Å/分到約3,000 Å/分，如從約100 Å/分到約2,000 Å/分。在至少一個實施例中，含碳層的沉積速率範圍從DR 1到DR 2(以Å/分為單位)，其中DR 1和DR 2中的每一個都獨立地是約1、約10、約50、約100、約200、約300、約400、約500、約600、約700、約800、約900、約1,000、約1,100、約1,200、約1,300、約1,400、約1,500、約1,600、約1,700、約1,800、約1,900、約2,000、約2,100、約2,200、約2,300、約2,400、約2,500、約2,600、約2,700、約2,800、約2,900、約3,000、約3,100、約3,200、約3,300、約3,400、約3,500、約3,600、約3,700、約3,800、約3,900、約4,000、約4,100、約4,200、約4,300、約4,400、約4,500、約4,600、約4,700、約4,800、約4,900或約5,000，只要DR 1＜ DR 2。
在一些實施例中，經拉曼光譜測定，沉積的含碳層具有至少10%的sp 3-混成原子。也就是說，含碳層的sp 3-混成含量可以是至少10%。sp 3-混成含量可以從約1%到約100%，如從約5%到約90%，如從約10%到約75%，如從約25%到約50%或至少約60%。在至少一個實施例中，含碳層的sp 3-混成含量範圍從含量 1到含量 2(以%為單位)，其中含量 1和含量 2中的每一個都獨立地是約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60、約65、約70、約75、約80、約85、約90、約95或約100，只要含量 1＜含量 2。
本文描述了新的和改善的製程和結構，這些製程和結構克服了用於形成硬遮罩的傳統方法的一個或多個不足之處。本文描述的實施例能夠實現例如在硬遮罩形成過程中減少底層的損壞，以及改善硬遮罩和基板之間的黏合力。因此，本文所描述的實施例能夠實現例如改善設備效能。
從上述一般描述和具體實施例中可以看出，雖然已經說明和描述了本公開內容的形式，但在不背離本公開內容的精神和範圍的情況下可以進行各種修改。因此，並不打算因此而限制本公開內容。同樣，術語「包括」被認為與術語「包含」同義。同樣，當組合物、元素或一組元素前面有過渡性短語「包括」時，可以理解為我們也考慮在敘述組合物、元素或一組元素之前有過渡性短語「基本由……組成」、「由……組成」、「選自由……組成的群組」或「是」，反之亦然。
就本公開內容而言，除非另有規定，本文詳細描述和申請專利範圍中的所有數值均以「約」或「大致」標定數值表示，並考慮本領域普通技術人員所預期的實驗誤差和變化。
某些實施例和特徵已經使用一組數字上限和一組數字下限進行了描述。應該理解的是，除非另有說明，否則考慮了包括任何兩個值的組合的範圍，例如，任何低值與任何高值的組合，任何兩個低值的組合，和/或任何兩個高值的組合。某些下限、上限和範圍出現在以下一項或多項請求項中。
雖然上述內容針對的是本公開內容的實施例，但在不脫離其基本範圍的情況下，可以設計出本公開內容的其他和進一步的實施例，其範圍由後面的申請專利範圍決定。
100:製程腔室 105:蓋組件 110,240:間隔件 115:基板支撐件 116:密封件 120:可變壓力系統 125:蓋板 130:熱交換器 135:噴頭 140:第一處理氣體源 142:第二處理氣體源 144:入口 145:基板 150:可選的遠端電漿源 155:清洗氣體源 160:處理空間 165:第一RF功率源 170:第二RF功率源 175,188:致動器 178:設施電纜 180A:第一距離 180B:第二距離 182:第一幫浦 184:第二幫浦 186:閥 186A:內部門 186B:外部門 190:氣室 191:中央管道 192:腔室主體 194:控制器 205:電極 205A:第一電極 205B:第二電極 210:介電板 215:底板 220:絕緣環 221:冷卻劑源 225:接地環 230:靜電夾盤 231:流體通道 232:入口通道 234:入口管道 236:蓋板 238:管狀部件 242:升舉銷 244:介電襯套 246,268,295,296,297:開口 248,266:臺階 250:緊固件裝置 252:緊固件 254:墊圈 256:緊固件帽 258:表面 260:圓盤 262:圓滑上角 264:口袋 270:第一間隙 272:第二間隙 296a:上部分 296b:中間部分 296c:下部分 297a:上部分 297b:下部分 300:製程 310,320,330,340,350,360:操作
為了能夠詳細理解本公開內容的上述特徵的方式，可以藉由參考實施例對上文簡要概述的本公開內容進行更具體的描述，其中一些實施例在附圖中得到說明。然而，需要注意的是，附圖只說明了示範性實施例，因此不應視為對其範圍的限制，而且可以接受其他等效實施例。
圖1是根據本公開內容的至少一實施例的示例製程腔室的示意性側面剖面圖。
圖2A是根據本公開內容的至少一實施例的示例基板支撐件的示意性剖面圖。
圖2B是根據本公開內容的至少一實施例圖示於圖2A中的示例基板支撐件的一部分放大剖面圖。
圖3是顯示根據本公開內容的至少一實施例的處理基板的示例方法的選定操作的流程圖。
為了便於理解，在可能的情況下，使用了相同的元件符號來指定圖中共同的相同元件。可以設想，一個實施例的元件和特徵可以有益地併入其他實施例，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
300:製程
310,320,330,340,350,360:操作

Claims (20)

  1. 一種用於在一基板上形成一硬遮罩層的製程，包括： 將一基板引入一電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)腔室的一處理空間，該基板在一基板支撐件上，該基板支撐件包括一靜電夾盤； 將一處理氣體流入該PECVD腔室中的該處理空間中，該處理氣體包括一含碳氣體； 在多個電漿條件下，自該處理空間中的該處理氣體形成一通電的處理氣體； 靜電夾持該基板至該基板支撐件； 在靜電夾持該基板時沉積一第一含碳層於該基板上；及 藉由沉積一第二含碳層於該基板上來形成該硬遮罩層。
  2. 如請求項1所述之製程，其中該含碳氣體包括一含碳化合物，或者該含碳氣體係由一含碳化合物所形成，且其中該含碳化合物係一取代或未取代的C 1-C 40烴、一取代或未取代的C 6-C 20芳香烴、一C 1-C 40鹵化烴、或上述之一組合。
  3. 如請求項2所述之製程，其中該含碳化合物包括一炔烴。
  4. 如請求項3所述之製程，其中該含碳氣體包括乙炔。
  5. 如請求項2所述之製程，其中該通電的處理氣體進一步包括一非反應性氣體。
  6. 如請求項5所述之製程，其中該含碳化合物包括乙炔而該非反應性氣體包括氦。
  7. 如請求項1所述之製程，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者沉積時： 該基板維持在一約–40°C到約40°C的溫度下； 該處理空間中的一壓力係從約1 mTorr到約20 mTorr；或 上述之一組合。
  8. 如請求項1所述之製程，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者包括經拉曼光譜測定約60%或更多的sp 3-混成原子。
  9. 如請求項1所述之製程，其中該些電漿條件包括： 施加一約200 W到約5,000 W的射頻(RF)偏壓功率； 施加一約1,000 W到約5,000 W的RF源功率；或 上述之一組合。
  10. 如請求項1所述之製程，其中該些電漿條件包括施加一約2,500 W到約4,000 W的RF偏壓功率至該靜電夾盤。
  11. 一種用於在一基板上形成一硬遮罩層的製程，包括： 將一基板引入一電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)腔室的一處理空間，該基板在一基板支撐件上，該基板支撐件包括一靜電夾盤； 將一處理氣體流入該PECVD腔室中的該處理空間中，該處理氣體包括一含碳氣體，其中該含碳氣體包括一含碳化合物，或者該含碳氣體係由一含碳化合物所形成，且其中該含碳化合物係一取代或未取代的C 1-C 40烴、一取代或未取代的C 6-C 20芳香烴、一C 1-C 40鹵化烴、或上述之一組合； 在多個電漿條件下，自該處理空間中的該處理氣體形成一通電的處理氣體； 靜電夾持該基板至該基板支撐件； 在靜電夾持該基板時沉積一第一含碳層於該基板上；及 藉由沉積一第二含碳層於該基板上來形成該硬遮罩層，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者沉積時： 該基板維持在一約–40°C到約40°C的溫度下； 該處理空間中的一壓力係從約1 mTorr到約20 mTorr；或 上述之一組合。
  12. 如請求項11所述之製程，其中該含碳化合物包括一炔烴。
  13. 如請求項11所述之製程，其中該處理氣體進一步包括一種或多種非反應性氣體。
  14. 如請求項11所述之製程，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者沉積時： 該基板維持在一約–40°C到約10°C的溫度下； 該處理空間中的該壓力係從約5 mTorr到約15 mTorr；或 上述之一組合。
  15. 如請求項11所述之製程，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者包括經拉曼光譜測定約60%或更多的sp 3-混成原子。
  16. 如請求項11所述之製程，其中該些電漿條件包括： 施加一約200 W到約5,000 W的射頻(RF)偏壓功率； 施加一約1,000 W到約5,000 W的RF源功率；或 上述之一組合。
  17. 一種用於在一基板上形成一硬遮罩層的製程，包括： 將一基板引入一電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)腔室的一處理空間，該基板在一基板支撐件上，該基板支撐件包括一靜電夾盤； 將一處理氣體流入該PECVD腔室中的該處理空間中，該處理氣體包括一含碳氣體，其中該含碳氣體包括一含碳化合物，或者該含碳氣體係由一含碳化合物所形成，該含碳化合物包括一取代或未取代的C 1-C 20烴； 在多個電漿條件下，自該處理空間中的該處理氣體形成一通電的處理氣體，該些電漿條件包括施加一約200 W到約5,000 W的RF偏壓功率至該基板支撐件； 靜電夾持該基板至該基板支撐件； 在靜電夾持該基板時沉積一第一含碳層於該基板上；及 藉由沉積一第二含碳層於該基板上來形成該硬遮罩層，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者沉積時： 該基板維持在一約–40°C到約40°C的溫度下； 該處理空間中的一壓力係從約1 mTorr到約20 mTorr；或 上述之一組合。
  18. 如請求項17所述之製程，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者沉積時： 該基板維持在一約–40°C到約10°C的溫度下； 該處理空間中的該壓力係從約5 mTorr到約15 mTorr；或 上述之一組合。
  19. 如請求項17所述之製程，其中該第一含碳層、該第二含碳層、或兩者包括經拉曼光譜測定約60%或更多的sp 3-混成原子。
  20. 如請求項17所述之製程，其中該含碳化合物係一炔烴。
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