TW202240668A - 使用一或更多個無定形碳硬遮罩層來處理基板的方法、系統和裝置 - Google Patents

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莎拉蜜雪兒 博貝克
光德道格拉斯 李
洛珊米 琳道佩本
迪米崔 凱爾西斯
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Abstract

各態樣一般涉及用於使用一或更多個無定形碳硬遮罩層處理基板的方法、系統和裝置。在一態樣中，改變膜應力同時促進增強的蝕刻選擇性。在一種實施方式中，一種處理基板的方法包括在基板上沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層，以及在沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層之後在基板上進行快速熱退火操作。快速熱退火操作持續60秒或更短的退火時間。快速熱退火操作包括將基板加熱到在600度(攝氏)至1,000度(攝氏)的一範圍內的退火溫度。該方法包括在進行快速熱退火操作之後蝕刻基板。

Description

使用一或更多個無定形碳硬遮罩層來處理基板的方法、系統和裝置
各態樣總體上涉及用於使用一或更多個無定形碳硬遮罩層處理基板的方法、系統和裝置。在一態樣中，改變膜應力同時促進增強的蝕刻選擇性。
基板的硬遮罩層可能具有高壓縮應力，這可能不適合於操作。例如，高壓縮應力會導致分層並阻礙元件效能。減少壓縮應力的努力可能涉及更長的操作時間、更大的資源支出、降低的產量和硬遮罩層的損失。降低壓縮應力的努力可能另涉及蝕刻選擇性的損失。
因此，需要改進的方法、系統和裝置，以促進增強的蝕刻選擇性和改變膜應力以促進減少操作時間、減少資源消耗、增加產量和減少硬遮罩層的損失。
各態樣總體上涉及用於使用一或更多個無定形碳硬遮罩層處理基板的方法、系統和裝置。在一態樣中，改變膜應力同時促進增強的蝕刻選擇性。
在一種實施方式中，一種處理基板的方法包括在基板上沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層，以及在沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層之後在基板上進行快速熱退火操作。快速熱退火操作持續60秒或更短的退火時間。快速熱退火操作包括將基板加熱到在600度(攝氏)至1,000度(攝氏)的一範圍內的退火溫度。該方法包括在進行快速熱退火操作之後蝕刻基板。
在一種實施方式中，一種用於處理基板的非暫時性電腦可讀媒體包括指令，所述指令在被執行時導致進行複數個操作。複數個操作包括在基板上沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層，以及在沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層之後在基板上進行快速熱退火操作。快速熱退火操作持續60秒或更短的退火時間。快速熱退火操作包括將基板加熱到在600度(攝氏)至1,000度(攝氏)的一範圍內的退火溫度。複數個操作包括在進行快速熱退火操作之後蝕刻基板。
在一種實施方式中，用於處理基板的系統包括沉積、退火腔室、耦合到沉積腔室和退火腔室的轉移腔室以及低溫蝕刻腔室。該系統包括控制器，該控制器包括指令，當執行該指令時，使沉積腔室將一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積到基板上。指令在執行時使退火腔室在將一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積到基板上之後對基板進行快速熱退火操作。快速熱退火操作持續60秒或更短的退火時間。快速熱退火操作包括將基板加熱到在600度(攝氏)至1,000度(攝氏)的一範圍內的退火溫度。指令在執行時使低溫蝕刻腔室在進行快速熱退火操作之後蝕刻基板。
各態樣總體上涉及用於使用一或更多個無定形碳硬遮罩層處理基板的方法、系統和裝置。在一態樣中，改變膜應力同時促進增強的蝕刻選擇性。
圖1是根據一種實施方式的用於處理基板的系統100的示意性局部視圖。系統100包括具有複數個處理腔室101、102的集群工具103。雖然圖示了處理腔室101、102，但是可以設想系統100可以包括多於或少於五個設置在轉移腔室112周圍並連接到轉移腔室112的處理腔室。集群工具103可以通訊地、電力地、機械地或以其他方式耦合到一或更多個額外的集群工具和/或一或更多個其他系統，其在圖1中共同示出作為第二集群工具122。基板係使用轉移系統在集群工具103和第二集群工具122之間轉移並且可以暴露於環境條件。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，基板從集群工具103的工廠界面114轉移到第二集群工具122或從第二集群工具122轉移進入到集群工具103的工廠界面114中。從工廠界面114，可以將基板轉移到轉移腔室112。轉移腔室112的轉移容積118可以是環境受控的環境，例如可以設置和維持和/或調節溫度和/或壓力的環境。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，轉移腔室112保持在真空壓力下。中央轉移機器人116被配置為在處理腔室101、102之間轉移基板。預期系統100可包括複數個處理腔室101、102的重複腔室。
集群工具103包括沉積腔室101和耦合到轉移腔室112的退火腔室102。本發明設想其他處理腔室(例如被配置為對基板進行清潔操作的清潔腔室)可以設置在轉移腔室112周圍並連接到轉移腔室112。第二集群工具122包括微影腔室123和蝕刻腔室124。沉積腔室101被配置為將一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積到基板上。退火腔室102被配置為在基板上進行快速熱退火操作。蝕刻腔室124被配置為在基板上進行蝕刻操作，例如低溫蝕刻操作。微影腔室123被配置為在基板上進行圖案化操作，例如微影圖案化操作。沉積腔室101、退火腔室102和轉移腔室112會被安裝到集群工具103的框架104。
控制器120耦合到系統100的集群工具103和第二集群工具122以控制沉積腔室101、退火腔室102、微影腔室123和蝕刻腔室124的操作。控制器120包括中央處理單元(CPU)131、包含指令的記憶體132和用於CPU 131的支援電路133。控制器120直接或透過耦合到集群工具103和第二集群工具122的其他電腦和/或控制器(未示出)來控制系統100。控制器120是在工業環境中用於控制各種腔室和裝置的任何形式的通用電腦處理器，以及其上或其中的子處理器。
記憶體132或非暫時性電腦可讀媒體是諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、閃存驅動器或任何其他形式的本端或遠端數位儲存。支援電路133耦接CPU 131，用以支援CPU 131(處理器)。支援電路133包括高速緩存、電源、時脈電路、輸入/輸出電路和子系統等。基板處理參數和操作作為軟體例程儲存在記憶體132中，該軟體例程被執行或調用以將控制器120變成特定用途的控制器以控制系統100的操作。控制器120被配置為進行本文所述的任何方法。儲存在記憶體132上的指令在被執行時會導致方法500的操作501-508中的一或更多個被執行。
系統100包括一或更多個計量感測器，其監測系統100的一或更多個態樣的條件和/或特性，例如轉移腔室112的轉移容積118、沉積腔室101的處理容積、退火腔室102的處理容積、微影腔室123的處理容積和/或蝕刻腔室124的處理容積。系統100包括具有一或更多個感測器191a-191d(示出了四個)的一或更多個模組190(示出了一個)。具有感測器191a-191d的模組190設置在轉移腔室112的轉移容積118中。本公開發明設想具有一或更多個感測器的一或更多個模組可以設置在沉積腔室101、退火腔室102、微影腔室123和/或蝕刻腔室124中的一或更多個中。
具有感測器191a-191d的模組190可附接到腔室101、102、112、123和124中的一或更多個，例如附接到相應腔室101、102、112、123或124的內表面。感測器191a-191d中的至少一個被配置為偵測、監測和/或測量轉移容積118中的污染物及其濃度，例如在中央轉移機器人116轉移基板時。在一個示例中，一或更多個感測器191a-191d包括一或更多個原位計量感測器。
感測器191a-191d中的至少一個被配置為偵測、監控和/或測量在系統100中處理的基板的條件和/或特性，例如當基板正由中央轉移機器人116轉移時或在處理腔室101、102、123、124中處理基板時。在一個示例中，一或更多個感測器191a-191d包括一或更多個晶圓上光譜感測器，和/或一或更多個污染物感測器。在一個示例中，一或更多個感測器191a-191d包括一或更多個氧感測器、一或更多個水蒸氣感測器、一或更多個X射線熒光光譜(XRF)感測器和/或一或更多個X射線光電子光譜(XPS)感測器。在可以與其他實施例組合的一個實施例中，感測器191a-191d被配置為測量：基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層的一或更多個厚度（例如在快速熱退火操作之前和/或之後)、基板的彎曲和/或基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層的膜應力。
由控制器120執行的複數個指令包括指示一或更多個感測器191a-191d偵測、監測和/或測量污染物、條件和/或特性的指令。控制器120的記憶體132中的指令可以包括一種或多種機器學習/人工智慧算法，這些算法除了在此描述的操作之外還可以被執行。作為示例，由控制器120執行的機器學習/人工智慧算法可以基於一或更多個感測器191a-191d進行的一或更多個感測器測量來優化和改變操作參數。操作參數可以包括例如退火時間、退火溫度、退火壓力、退火氣體組成、退火流速、沉積溫度、沉積壓力、第一流速、第二流速、總流速速率、反應性前驅物氣體組成、惰性氣體組成、蝕刻溫度、硬遮罩厚度、膜應力、基板彎曲度、氫含量、蝕刻選擇性、楊氏模量和/或膜密度——以下分別描述之。
一種或多種機器學習/人工智慧算法可以考慮基板的彎曲、在快速熱退火操作之後測量的膜厚度和/或在快速熱退火操作之後測量的膜應力以優化操作退火溫度等參數。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，一種或多種機器學習/人工智慧算法可以在快速熱退火操作之後測量膜厚度（例如硬遮罩厚度）和膜應力以決定沉積操作和/或快速熱退火操作將再重複一次或多次。在可以與其他實施例組合的一個實施例中，一種或多種機器學習/人工智慧算法可以決定一或更多個無定形碳硬遮罩層實現中性膜應力所需的優化退火時間，例如拉伸膜應力或100MPa(或以下)的膜應力。在可以與其他示例結合的一個示例中，會測量進入基板的彎曲並且一種或多種機器學習/人工智慧算法會決定優化的退火時間。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，由控制器120執行的一種或多種機器學習/人工智慧算法會決定優化的退火時間、優化的退火溫度、優化的退火壓力、優化的退火氣體組成、優化的退火流速，和/或用於快速熱退火操作的多次重複迭代。
圖2是根據一種實施方式的基板處理腔室200的示意性截面視圖。基板處理腔室200例如可以是化學氣相沉積(CVD)腔室或電漿增強CVD(PECVD)腔室。本公開發明設想可以使用其他腔室，例如原子層沉積(ALD)腔室或物理氣相沉積(PVD)腔室。基板處理腔室200是可用作圖1所示系統100的沉積腔室101的沉積腔室。
基板處理腔室200具有腔室主體202和設置在腔室主體202上的腔室蓋204。腔室主體202在其中包括內部容積206。本公開發明設想腔室主體202可以由單個主體或兩個或更多個主體製成。腔室主體202包括一或更多個側壁和一個基底。基板處理腔室200包括氣體分配組件216，其耦合到腔室蓋204或設置在腔室蓋204中，以透過噴頭201將一種或多種處理氣體209的流輸送到處理區域210中。一種或多種處理氣體可以包括氬氣和/或C 3H 6中的一種或多種，以及其他氣體。在一個示例中，一種或多種處理氣體包括一種或多種反應性前驅物氣體和一種或多種惰性氣體（以產生電漿）。噴頭201包括背板226和面板230。氣體分配組件216包括氣體歧管218，該氣體歧管218耦接到形成在腔室蓋204中的氣體入口通道220。氣體歧管218接收來自一或更多個氣體源222(顯示兩個)的一種或多種處理氣體的流。從一或更多個氣體源222接收的處理氣體的流分佈在氣箱224上，流過背板226的複數個開口291，並且進一步分佈在由背板226和面板230限定的整個氣室228上。處理氣體209的流然後透過形成在噴頭201的面板230的下表面219中的一或更多個氣體開口232流入內部容積206的處理區域210。
內部容積206包括設置在腔室主體202中的基座238。基座238支撐基板處理腔室200內的基板236。基座238將基板236支撐在基座238的支撐表面239上。基座238包括加熱器和設置在其中的電極。電極可接收直流(DC)電壓、射頻(RF)能量或交流(AC)能量以促進處理。基座238透過升降系統295可移動地設置在內部容積206中。基座238的移動有利於基板236透過形成於腔室主體202的狹縫閥進出內部容積206。基座238也可以移動到不同的處理位置以處理基板236。
在基板處理期間，隨著處理氣體（例如處理氣體209)流入處理區域210，加熱器加熱基座238和支撐表面239。同樣在基板處理期間，基座238中的電極傳播射頻(RF)能量、交流(AC)或直流(DC)電壓以促進處理區域210中的電漿的產生和/或促進基板236夾緊到基座238。本公開發明還設想電源可以耦合到噴頭201以提供RF能量、AC或DC電壓以促進產生電漿。來自基座238中的電極的熱量、氣體和能量有助於在基板處理期間以一或更多個無定形碳硬遮罩層的形式將膜沉積到基板236上。面板230透過耦合到腔室主體202而接地，以及基座238的電極有利於電容電漿耦合的形成。當向基座238中的電極供電時，在面板230和基座238之間產生電場，使得存在於基座238和面板230之間的處理區域210中的氣體原子被離子化並釋放電子。經離子化原子加速到基座238以促進在基板236上形成一或更多個無定形碳硬遮罩層。
泵送元件203設置在基板處理腔室200中。泵送元件203有助於從內部容積206和處理區域210去除氣體。泵送元件203排出的氣體包括處理氣體和處理殘留物中的一種或多種。處理殘留物可能來自將膜沉積到基板236上的處理。泵送元件203包括設置在腔室主體202的階梯表面293上的泵送襯套260和設置在基座238和泵送襯套260之間的隔離環259。
基板處理腔室200包括設置在腔室主體202底部的淨化氣體入口213。淨化氣體入口213是形成在腔室主體202的底面上的開口。淨化氣體入口213流體連接到淨化氣體源214，淨化氣體源214將一種或多種淨化氣體279供應到淨化氣體入口213。一種或多種淨化氣體279包括一種或多種惰性氣體，例如Ar和/或N 2中的一種或多種。一種或多種淨化氣體279沿淨化氣體流動路徑211流動。缽212設置在內部容積206中。缽212限定淨化氣體容積215。一或更多個波紋管217可以設置在淨化氣體容積215中。一或更多個波紋管221設置在缽212的水平部分212b上方和基座238的底表面298下方。一或更多個波紋管221將死容積(dead volume)263與位於一或更多個波紋管221和缽212的垂直部分212a之間的淨化氣體流動路徑211的一部分分隔開。在基板處理操作期間，當處理氣體209從噴頭201流入處理區域210時，淨化氣體入口213將一種或多種淨化氣體279流入淨化氣體容積215。缽212的水平部分212b包括一或更多個淨化氣體開口297，其中淨化氣體279從淨化氣體容積215流入淨化氣體流動路徑211。處理氣體209和淨化氣體279在支撐表面239處或附近相遇和/或混合。處理氣體209和淨化氣體279混合以形成由泵送元件203排出的氣體混合物。泵送元件203包括泵送襯套260和隔離環259。氣體混合物透過第一導管276和第二導管278、透過前級管線272並排至真空泵233。真空泵233控制處理區域210內的壓力並從處理區域110排出氣體和殘留物。
圖3是根據一種實施方式的退火腔室300的局部示意性截面視圖。退火腔室300是快速熱退火腔室。退火腔室300可用作圖1中系統100的退火腔室102。將要在退火腔室300中處理的基板236透過閥(例如狹縫閥)或進出端口313提供到退火腔室300的處理容積318中。基板236由環形邊緣環314支撐在其周邊上。邊緣環314具有與基板236的拐角接觸的環形傾斜架315。基板236被定向成使得已經形成在基板236的頂表面上的處理特徵316面向上朝向輻射加熱裝置324。基板236是在上述沉積腔室200中處理的基板。經處理的特徵316包括一或更多個無定形碳硬遮罩層。
退火腔室300包括腔室主體302和設置在腔室主體302內的處理容積318。腔室主體302包括一或更多個側壁303。處理容積318在其上側由透明石英窗320限定。退火腔室300在基板236上進行快速熱退火操作。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，快速熱退火操作能夠以每秒約10度(攝氏)或更高的速率均勻加熱基板236，例如以每秒約10度至每秒約250度的速率或更高的速率。快速熱退火操作的下降（冷卻）速率在每秒約80度(攝氏)至每秒約150度(攝氏)的範圍內。本公開發明的態樣也可以應用於快速退火，例如在5秒以下(例如小於1秒，或在複數個毫秒內)對基板進行退火。
當基板236由諸如機器人的基板轉移裝置搬運時，三個升降銷322被升高和降低以接合和支撐基板236的底表面（諸如背面）。機器人的機器人刀片和/或機器人的機器人臂延伸穿過閥或進出端口313以將基板236提供到退火腔室300中並提供到升降銷322上。然後將基板236降低到邊緣環314上。為了加熱處理容積318中的基板236，輻射加熱裝置324位於窗320上方以將輻射能導向基板236。在退火腔室300中，輻射加熱裝置包括複數個加熱燈326，這些加熱燈326位於相應的反射管327中，反射管327在窗320上方以六邊形密排陣列排列。複數個加熱燈326包括高強度鹵鎢燈。複數個加熱燈326位於邊緣環314上方。
加熱燈326涉及電阻加熱以快速升高或斜升輻射源的溫度以斜升處理容積318和基板236的溫度。加熱燈326可以包括白熾燈和鹵鎢白熾燈，其具有圍繞燈絲的玻璃或二氧化矽外殼(envelope)，且包括圍繞諸如氙氣的氣體的玻璃或二氧化矽外殼的閃光燈。加熱燈326可以包括弧光燈，該弧光燈包括圍繞氣體或蒸汽的玻璃、陶瓷或二氧化矽的外殼。這種燈在氣體通電時提供輻射熱。如本文所提供的，術語燈旨在包括具有包圍熱源的外殼的燈。燈的「熱源」是指可以增加基板236的溫度的材料或元件，例如，可以通電的燈絲或氣體。本公開發明設想可以使用一或更多個退火雷射和/或一或更多個嵌入在基座（基板236將被支撐在其上）中的電阻加熱元件來代替複數個加熱燈326或除了複數個加熱燈326之外使用，以加熱基板236。
反射器328平行於基板236並在大於基板236的區域上延伸並面向基板236的底表面，從而有效地將基板236發射的熱輻射反射回基板236。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，包括反射板以增強基板236的表觀(apparent)發射率。可以具有金鍍膜或多層介電干涉鏡的反射器328在基板236的背面有效地形成黑體腔，其用於將熱量從基板236的較熱部分分配到較冷部分。腔室主體302包括上壁321和下壁353。反射器328設置在形成於下壁353中的水冷基底上，該水冷基底由諸如金屬之類的材料製成，所述材料之選擇係為了能夠例如在冷卻期間從基板236散熱過量輻射。上壁321包括石英窗320，下壁353基本上平行於上壁321。下壁353可以由明顯不透明的材料製成，例如金屬。
邊緣環314設置並支撐在支撐筒331上，並且在邊緣環314熱膨脹和/或收縮時可相對於支撐筒331和轉子330移動。邊緣環314也可以使用支撐筒331和轉子330移動。支撐筒331可以包括絕熱材料。支撐筒331支撐在轉子330上，並且可以連接到轉子330或形成轉子330的一部分。轉子330和支撐筒331是可旋轉的。轉子330是圓柱形的。轉子330磁懸浮在腔室主體302中。轉子330磁性耦合到位於腔室主體302的一或更多個側壁303外部的驅動環332。重力和從邊緣環315的下表面向下延伸的下肩部有助於將邊緣環314保持在支撐筒331和轉子330上。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，驅動環332是可旋轉的法蘭(flange)並且磁耦合到轉子330，使得轉子330隨著驅動環332的旋轉而旋轉。在這樣的實施例中，馬達轉動驅動環332以轉動轉子330。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，驅動環332相對於腔室主體302固定並且包括電線圈，當通電時，該電線圈產生磁力以磁性地旋轉和/或懸浮轉子330。當轉子330旋轉時，邊緣環314和支撐在邊緣環314上的基板236圍繞基板236的中心軸334旋轉。
加熱燈326可以被劃分為若干加熱區，該若干加熱區圍繞中心軸線334而以大致環狀形式佈置。控制電路改變輸送到不同區域中的加熱燈326的電壓，從而調整輻射能量的徑向分佈。一或更多個高溫計340透過一或更多個光管342耦合，該光管342被定位成透過反射器328中的孔而面向基板236的底表面。一或更多個高溫計340測量橫跨整個靜止或旋轉基板236的半徑的溫度。光管342可以由包括藍寶石、金屬和二氧化矽纖維的各種結構形成。高溫計340設置在邊緣環314下方，邊緣環314設置在高溫計340和複數個加熱燈326之間。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，反射鍍膜350的膜可以設置在窗320面向加熱燈326的一側。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，反射鍍膜351設置在窗320面向基板236的一側。在圖1所示的實施方式中，反射鍍膜350和351設置在窗320的兩側。反射鍍膜350和351有助於阻擋高溫計帶寬中的輻射傳播通過反射鍍膜350和351，從而有助於高溫計340的精確測量。
圖4是根據一種實施方式的蝕刻腔室400的截面局部示意視圖。蝕刻腔室400包括基板支撐組件401，其支撐如上所述在退火腔室300中退火的基板236。蝕刻腔室400可用作圖1中系統100的蝕刻腔室124。蝕刻腔室400可以是電漿處理腔室。蝕刻腔室400是被配置為進行低溫蝕刻操作的低溫蝕刻腔室。對保持在低溫蝕刻溫度的基板236進行乾式反應離子蝕刻使得離子能夠轟擊設置在基板236上的材料的朝上表面，同時減少自發蝕刻，從而形成具有平滑、垂直側壁的溝槽。例如，在該均勻地保持在低溫蝕刻溫度的基板236上的低k介電材料的孔隙中的離子擴散減少，同時離子繼續轟擊低k介電材料的朝上表面以形成具有光滑的溝槽，垂直側壁。此外，可以在低溫處理溫度下提高蝕刻一種材料相對於另一種材料的選擇性。例如，矽(Si)和二氧化矽(SiO 2)之間的選擇性隨著溫度的降低呈指數增長。
蝕刻腔室400包括腔室主體402，其具有包圍處理區域410的側壁404、底部406和蓋408。注入裝置412耦合到腔室主體402的側壁404和/或蓋408。氣體面板414耦合到注入裝置412以允許將處理氣體提供到處理區域410中。注入裝置412可以是一或更多個噴嘴或入口端口，或者可選地是噴頭。處理氣體連同任何處理副產物透過形成在腔室主體402的側壁404或底部406中的排氣口416而從處理區域410去除。排氣口416與泵送系統440相連，該泵送系統包括節流閥和泵，其用於控制處理區域410內的真空度。
處理氣體可以被激發以在處理區域410內形成電漿。可以透過將RF功率電容或電感耦合到處理氣體來激發處理氣體。在所示的可以與其他實施例組合的實施例中，複數個線圈418設置在蝕刻腔室400的蓋408上方並且透過匹配電路420耦合到RF電源422。基板支撐組件401設置在注入裝置412下方的處理區域410中。基板支撐組件401包括靜電卡盤(ESC)403和ESC基底組件405。ESC基底組件405耦合到ESC 403和設施板407。由接地板411支撐的設施板407被配置為便於與基板支撐組件401的電、冷卻、加熱和氣體連接。接地板411由蝕刻腔室400的底部406支撐。絕緣板409使設施板407與接地板411絕緣。
ESC基底組件405包括連接到低溫冷卻器417的基底通道450。在一個可以與其他實施例組合的實施例中，低溫冷卻器417透過連接到基底通道450的入口的基底入口導管423和透過連接到基底通道450的出口的基底出口導管425與基底通道450流體連通，使得ESC基底組件405保持在低溫蝕刻溫度。在可與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，低溫冷卻器417連接到界面箱以控制基底流體的流速。基底流體可以包括能夠維持低溫蝕刻溫度例如低於0度(攝氏)的材料。低溫冷卻器417提供基底流體，其透過ESC基底組件405的基底通道450進行循環。流過基底通道450的基底流體使ESC基底組件405能夠保持在低溫蝕刻溫度，這有助於控制ESC 403的橫向溫度分佈，使得設置在ESC 403上的基板236均勻地保持在低溫蝕刻溫度。在可與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，低溫冷卻器417是一個單級冷卻器，其可操作以將低溫溫度保持在低溫蝕刻溫度。在另一個實施例中，低溫冷卻器417可以結合在本文所述的其他實施例中，它是兩級冷卻器，其利用兩級冷卻器內部的製冷劑，使得基底流體保持在低溫蝕刻溫度。
設施板407包括連接到冷卻器419的設施通道451。冷卻器419透過連接到設施通道451的入口的設施入口導管427和經由連接到設施通道451的出口的設施出口導管429與設施通道451流體連通，使得設施板407是保持在預定的環境溫度。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，低溫冷卻器417連接到界面箱以控制設施流體的流速。設施流體可以包括能夠將環境溫度保持在約0度(攝氏)至約60度(攝氏)之間的材料。冷卻器419提供設施流體，其透過設施板407的設施通道451進行循環。流經設施通道451的設施流體使設施板407能夠保持在預定環境溫度，這有助於將絕緣板409保持在環境溫度。
ESC 403具有支撐表面430和與支撐表面430相對的底表面432。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，ESC 403由陶瓷材料製成，例如氧化鋁(Al 2O 3)、氮化鋁(AlN)或其他合適的材料。ESC 403可由聚合物製成，例如聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮等。ESC 403包括設置在其中的卡盤電極426。卡盤電極426透過RF濾波器和設施板407耦合到卡盤電源434，其提供DC電源以將基板236靜電地固定到ESC 403的支撐表面430。RF過濾器防止用於在蝕刻腔室400內形成電漿(未示出)的RF功率損壞電力裝置或在腔室外出現電力危險。
ESC 403包括嵌入其中的一或更多個電阻加熱器428。電阻加熱器428用於將ESC 403的溫度升高到適合處理設置在支撐表面430上的基板236的低溫處理溫度。電阻加熱器428透過設施板407和RF濾波器耦合到加熱器電源436。RF過濾器防止用於在蝕刻腔室400內形成電漿(未示出)的RF功率損壞電力裝置或在腔室外出現電力危險。加熱器電源436可以向電阻加熱器428提供500瓦或更多的功率。控制器120耦合到加熱器電源436以控制加熱器電源436的操作，加熱器電源436通常被設置為將基板236加熱到低溫蝕刻溫度。在可以與其他實施例組合的一個實施例中，電阻加熱器428包括複數個橫向分離的加熱區，其中控制器120使得電阻加熱器428的至少一個區域相對於位於一個或多個其他區域中的電阻加熱器428被優先加熱。例如，電阻加熱器428可以同心地佈置在複數個分開的加熱區中。電阻加熱器428將基板236維持在適合處理的低溫蝕刻溫度。
基板支撐組件401可以包括一或更多個設置在其中的探針以決定ESC 403和/或ESC基底組件405的溫度。在可與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，一或更多個低溫光學探針組件與控制器120耦合。在可以與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，每個低溫光學探針組件對應於電阻加熱器428的複數個橫向分離的加熱區中的一個區域，其中低溫光學探針測量ESC 403的每個區域的溫度。控制器120耦合到加熱器電源436，使得電阻加熱器428的每個區域被獨立地加熱，以使ESC 403的橫向溫度分佈基於溫度測量是基本均勻的，使得設置在ESC 403上的基板236均勻地保持在低溫蝕刻溫度。
圖5是根據一種實施方式的處理基板的方法500的示意視圖。方法500的操作501包括將基板(例如基板236)轉移到沉積腔室中，該沉積腔室可以是用作如上文關於圖1和圖2所述的沉積腔室101的基板處理腔室200。
該方法的操作502包括在沉積腔室中將一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積到基板上。將一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積在形成於基板前側表面上的複數個基底層上。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，複數個基底層包括以交替佈置來設置的複數個氧化物層和複數個氮(例如氮化物)層。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，複數個基底層包括以交替佈置來設置的複數個氧化物層和複數個矽(例如多晶矽)層。一或更多個無定形碳硬遮罩層和複數個基底層用於在基板的前側表面上形成複數個膜疊層。沉積的一或更多個無定形碳硬遮罩層具有sp 2基質或sp 3基質(matrix)。與需要sp 3基質的操作相比，sp 2基質等態樣有助於降低成本並增加裝置功能的模組化。
在操作502的沉積操作期間沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層。一或更多個無定形碳硬遮罩層在300度(攝氏)至750度(攝氏)的一範圍內的沉積溫度下沉積到基板的複數個基底層上。在一個可與其他實施例結合的實施例中，沉積溫度在600度(攝氏)至700度(攝氏)的範圍內。
一或更多個無定形碳硬遮罩層以12托或更小的沉積壓力沉積到基板的複數個基底層上，例如在0.5托至12托的範圍內。將一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積到7微米或更小的硬遮罩厚度，例如在0.1微米至7微米的範圍內。本公開發明設想可以使用其他硬遮罩厚度值。本發明設想基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層可用於形成儲存元件或邏輯元件。沉積在複數個基底層上的一或更多個無定形碳硬遮罩層包括硬遮罩組成。硬遮罩組成包括碳並且可以包括一種或多種摻雜劑，例如硼、鎢和/或氮。
在將基板轉移到沉積腔室之後，沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層發生在沉積腔室中。沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層包括使一種或多種反應性前驅物氣體流入沉積腔室並在沉積腔室中產生電漿以將反應物沉積在複數個基底膜上以形成一或更多個無定形碳硬遮罩層。一種或多種反應性前驅物氣體包括碳、氫和/或氮中的一種或多種，例如N 2、H 2、C 2H 2和/或C 3H 6。產生電漿包括將一種或多種惰性氣體流入沉積腔室，同時施加電力(例如射頻功率)以產生電漿。一種或多種惰性氣體包括氦氣和/或氬氣中的一種或多種。電漿是惰性穩定電漿。一種或多種反應性前驅物氣體以在每分鐘100標準立方厘米(SCCM)至2,000 SCCM範圍內的第一流速流動。一種或多種惰性氣體以在0 SCCM至11,900 SCCM範圍內的第二流速流動。總流速將第一流速和第二流速相加。總流速在1,000 SCCM到12,000 SCCM的範圍內。
在操作503，基板被轉移出沉積腔室並進入退火腔室(例如用作退火腔室102的退火腔室300)。在環境溫度(例如室溫下)將基板轉移到退火腔室中。
方法500的操作504包括在基板上進行快速熱退火操作。快速熱退火操作在退火腔室中進行。快速熱退火操作持續一段退火時間。退火時間為60秒或更短，例如在2秒至30秒的範圍內。在可以與其他實施例組合的一個實施例中，退火時間在8秒至12秒的範圍內，例如10秒。
快速熱退火操作包括將基板加熱到在600度(攝氏)至1,000度(攝氏)的一範圍內的退火溫度，並且保持退火時間的剩餘部分的退火溫度。在一個可與其他實施例結合的實施例中，退火溫度在880度(攝氏)至920度(攝氏)的範圍內，例如900度(攝氏)。可以在基板的背面、基板的正面、一或更多個無定形碳硬遮罩層的表面和/或複數個基底層的表面上測量退火溫度。使用複數個加熱燈中的一或更多個、一或更多個退火雷射和/或一或更多個嵌入在其上支撐基板的基座中的電阻加熱元件來加熱基板。可以從基板上方和/或從基板下方加熱基板。
快速熱退火操作包括使退火氣體組成流入退火腔室並且在加熱基板的同時將基板暴露於退火氣體組成。退火氣體組成包括一種或多種惰性氣體。退火氣體組成包括氬氣、氮氣、氦氣和/或氫氣中的一種或多種。退火氣體組成以在14,000 SCCM至16,000 SCCM範圍內的退火流速流動，例如大約15,000 SCCM。快速熱退火操作在退火壓力下進行。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，退火壓力是環境壓力，例如室壓（例如，約760托）。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，退火壓力在250毫托至760托的範圍內。
在快速熱退火操作之後，基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層具有透過快速熱退火操作改變的膜應力。在一個可以與其他實施例結合的實施例中（例如當進入退火腔室的基板具有高於100 MPa的膜應力時），快速熱退火操作降低了一或更多個無定形碳硬遮罩層的膜應力而為100 MPa或更低。在一個可以與其他實施例結合的實施例中（例如當進入退火腔室的基板具有壓縮的膜應力時），快速熱退火操作將一或更多個無定形碳硬遮罩層的膜應力改變為拉伸。快速熱退火操作減少了基板的彎曲。
在快速熱退火操作之後，基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層的氫含量為14%或更少，例如在5%至12%的範圍內，或在5%至10%的範圍內。例如，可以透過使用氫前向散射光譜法(HFS)來決定氫含量。在快速熱退火操作之後，基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層具有40 GPa或更大的楊氏模量，例如在45 GPa至60 GPa的範圍內。在快速熱退火操作之後，基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層具有1.75g/cm 3或更大的膜密度，例如在1.81g/cm 3至1.90g/cm 3的範圍內。與其他退火操作相比，膜密度有助於在快速熱退火操作期間減少膜損失。在快速熱退火操作之後，基板的一或更多個無定形碳硬遮罩層在低溫蝕刻操作（例如關於操作508描述的蝕刻）期間相對於複數個基底層具有蝕刻選擇性。蝕刻選擇性為1.0或更大，例如在1.01至1.10的範圍內。蝕刻選擇性有助於低溫蝕刻操作的高蝕刻選擇性。
在操作505，基板被轉移出退火腔室並進入微影腔室(例如微影腔室123)。
方法500的操作506包括圖案化基板。圖案化可以包括在基板上進行微影操作，例如光微影操作。在微影腔室中進行基板的圖案化。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，一或更多個光發射器(例如空間光調制器的那些)將光投射到基板上以圖案化基板。
在操作507，基板被轉移出微影腔室並進入蝕刻腔室(例如用作蝕刻腔室124的蝕刻腔室400)。
方法500的操作508包括蝕刻基板。蝕刻在蝕刻腔室中進行。蝕刻基板包括在蝕刻溫度下對基板進行蝕刻操作。蝕刻溫度是0度(攝氏)或更低的低溫蝕刻溫度。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，低溫蝕刻溫度為-20度(攝氏)或更低，或-50度(攝氏)或更低。在可以與其他實施例結合的一個實施例中，低溫蝕刻溫度在-120度(攝氏)至0度(攝氏)的範圍內。蝕刻包括將基板暴露於蝕刻氣體，例如原矽酸四乙酯(TEOS)。
操作504的快速熱退火操作在操作502的沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層之後和在操作506的基板圖案化之前進行。操作504的快速熱退火操作在操作508的蝕刻基板之前進行。在可以與其他實施例組合的一個實施例中，在操作508的基板的蝕刻之前進行操作506的基板的圖案化。
可以重複操作501-508中的一或更多者。在可以與其他實施例組合的一個實施例中，進行操作502以沉積1.5微米的第一硬遮罩厚度，並且進行操作504以使第一硬遮罩厚度退火。重複操作502以沉積1.5微米的第二硬遮罩厚度並且進行操作504以對第二硬遮罩厚度進行退火。重複操作502、504有助於形成3微米的總硬遮罩厚度並具有中性膜應力，例如拉伸膜應力和/或100 MPa或更小的膜應力。
本公開發明的益處包括改變無定形碳硬遮罩層的壓應力（例如透過減小壓應力或將壓應力改變為拉伸應力）；提高無定形碳硬遮罩層的蝕刻選擇性，例如用於低溫蝕刻操作；減少氫含量；減少退火時間；減少無定形碳硬遮罩層的損失；和增強的性質，例如楊氏模量等機械性質。本公開發明的好處還包括減少基板的彎曲；減少對基板背面表面的沉積需求；減少對高沉積溫度的需求；減少使用sp 3碳的需求；減少操作時間；增強的裝置效能；減少資源支出；增加產量；並減少硬遮罩層的損失。預期可以組合本文公開的一或更多個態樣。作為示例，系統100、基板處理腔室200(沉積腔室)、退火腔室300、蝕刻腔室400和/或方法500的一或更多個態樣、特徵、部件和/或特性可以是結合。此外，預期本文公開的一或更多個態樣可包括上述益處中的一些或全部。
本文所述的態樣實現了上述益處，係由於涉及了提高沉積溫度（這可以降低使用沉積腔室的模組化）的其他操作、需要使用sp 3碳硬遮罩的操作以及涉及在基板上進行背面沉積以解決基板彎曲的操作。
本文所述的操作參數有助於非晶碳硬遮罩層的低溫蝕刻的中性膜應力、高楊氏模量和高蝕刻選擇性，同時有助於高膜密度（以有助於減少膜損失）。這樣的操作參數包括例如退火時間、退火溫度、退火壓力、退火氣體組成和退火流速。本文公開的操作參數有助於產生無法預期的結果，因為其他操作可能導致顯著低的蝕刻選擇性、顯著的膜損失或壓縮和/或超過100 MPa的膜應力。例如，當使用本文公開的退火溫度和退火時間時，人們可能會發現無法預期的膜密度（和膜損失）。作為另一個示例，人們可能會發現使用本文公開的操作參數獲得諸如楊氏模量之類的機械特性是無法預期的。據信，例如，所用的退火溫度、所用的退火時間和快速熱退火操作後的氫含量會促進無法預期的結果。
雖然前述內容針對本公開發明的實施例，但是可以設計本公開發明的其他和進一步的實施例而不背離其基本範圍。本公開發明還設想本文描述的實施例的一或更多個態樣可以替代所描述的其他態樣中的一或更多個。本公開發明的範圍由所附申請專利範圍決定。
100:系統 101、102:處理腔室 103:集群工具 112:轉移腔室 122:集群工具 114:工廠界面 118:轉移容積 116:中央轉移機器人 102:退火腔室 123:微影腔室 124:蝕刻腔室 101:沉積腔室 104:框架 120:控制器 131:中央處理單元(CPU) 132:記憶體 133:支援電路 500:方法 501-508:操作 191a-191d:感測器 190:模組 200:處理腔室 202:腔室主體 204:腔室蓋 206:內部容積 216:氣體分配組件 201:噴頭 209:處理氣體 210:處理區域 226:背板 230:面板 218:氣體歧管 220:氣體入口通道 222:氣體源 224:氣箱 291:開口 228:氣室 219:下表面 238:基座 236:基板 239:支撐表面 295:升降系統 238:基座 203:泵送元件 260:泵送襯套 293:階梯表面 259:隔離環 213:淨化氣體入口 214:淨化氣體源 279:淨化氣體 211:淨化氣體流動路徑 212:缽 215:淨化氣體容積 217:波紋管 221:波紋管 212b:水平部分 298:底表面 263:死容積(dead volume) 212a:垂直部分 297:淨化氣體開口 276:導管 278:導管 272:前級管線 233:真空泵 300:退火腔室 313:進出端口 318:處理容積 314:邊緣環 315:傾斜架 316:特徵 324:加熱裝置 302:腔室主體 303:側壁 320:窗 322:升降銷 326:加熱燈 327:反射管 328:反射器 321:上壁 353:下壁 331:支撐筒 330:轉子 332:驅動環 315:邊緣環 334:中心軸線 340:高溫計 342:光管 350:反射鍍膜 351:反射鍍膜 400:蝕刻腔室 401:基板支撐組件 402:腔室主體 410:處理區域 404:側壁 406:底部 408:蓋 412:注入裝置 414:氣體面板 416:排氣口 440:泵送系統 418:線圈 420:匹配電路 422:RF電源 403:靜電卡盤(ESC) 405:ESC基底組件 407:設施板 411:接地板 409:絕緣板 417:低溫冷卻器 450:基底通道 423:基底入口導管 425:基底出口導管 451:設施通道 427:設施入口導管 429:設施出口導管 419:冷卻器 430:支撐表面 432:底表面 426:卡盤電極 434:卡盤電源 428:電阻加熱器 436:加熱器電源
為了能夠詳細理解本公開發明的上述特徵的方式，可以透過參考實施例來獲得上文簡要概括的本公開發明的更具體的描述，其中一些實施例繪示在附圖。然而，要注意，附圖僅示出示例性實施例，因此不應被認為是對範圍的限制，因為本公開發明可以承認其他同樣有效的實施例。
圖1是根據一種實施方式的用於處理基板的系統的示意性局部視圖。
圖2是根據一種實施方式的基板處理腔室的示意性截面視圖。
圖3是根據一種實施方式的退火腔室的局部示意性截面視圖。
圖4是根據一種實施方式的蝕刻腔室的截面局部示意視圖。
圖5是根據一種實施方式的處理基板的方法的示意視圖。
為了便於理解，在可能的情況下，使用相同的元件符號來表示附圖共有的相同元件。預期一個實施例的元件和特徵可以有益地結合到其他實施例中而無需進一步敘述。
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500:方法
501-508:操作

Claims (20)

  1. 一種處理一基板的方法，包括以下步驟： 在該基板上沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層； 在沉積該一或更多個無定形碳硬遮罩層之後在該基板上進行一快速熱退火操作，該快速熱退火操作持續60秒或更短的一退火時間，並且該快速熱退火操作包括以下步驟： 將該基板加熱至600度(攝氏)至1000度(攝氏)的一範圍內的一退火溫度；和 在進行該快速熱退火操作後蝕刻該基板。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中蝕刻該基板之步驟包括以下步驟：在0度(攝氏)或更低的一蝕刻溫度下在該基板上進行一蝕刻操作。
  3. 根據請求項1所述的方法，其中該一或更多個無定形碳硬遮罩層具有一sp 2基質或一sp 3基質。
  4. 根據請求項1所述的方法，其中，該退火時間在8秒至12秒的一範圍內，該退火溫度在880度(攝氏)至920度(攝氏)的一範圍內，並且該快速熱退火操作在壓力在250mTorr至760Torr的一範圍內的一退火壓力下進行。
  5. 根據請求項4所述的方法，其中該快速熱退火操作進一步包括以下步驟：將該基板暴露於一退火氣體組成，該退火氣體組成包括氬氣、氮氣、氦氣或氫氣中的一種或多種。
  6. 根據請求項5所述的方法，其中該一或更多個無定形碳硬遮罩層在300度(攝氏)至750度(攝氏)的一範圍內的一沉積溫度和12托或更小的一沉積壓力下被沉積到該基板上。
  7. 根據請求項6所述的方法，還包括以下步驟：在進行該快速熱退火操作之後圖案化該基板。
  8. 根據請求項1所述的方法，其中該一或更多個無定形碳硬遮罩層包括7微米或更小的一硬遮罩厚度。
  9. 根據請求項1所述的方法，其中該快速熱退火操作將該一或更多個無定形碳硬遮罩層的一膜應力改變為100MPa或更小。
  10. 根據請求項1所述的方法，其中該快速熱退火操作將該一或更多個無定形碳硬遮罩層的一膜應力改變為可拉伸的。
  11. 一種用於處理基板的非暫時性電腦可讀媒體，包括指令，當執行該指令時，會導致進行複數個操作，該複數個操作包括： 在該基板上沉積一或更多個無定形碳硬遮罩層； 在沉積該一或更多個無定形碳硬遮罩層之後在該基板上進行一快速熱退火操作，該快速熱退火操作持續60秒或更短的一退火時間，並且快該速熱退火操作包括： 將該基板加熱至600度(攝氏)至1000度(攝氏)的一範圍內的一退火溫度；和 在進行該快速熱退火操作後蝕刻該基板。
  12. 根據請求項11所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中蝕刻該基板包括在0度(攝氏)或更低的一蝕刻溫度下在該基板上進行一蝕刻操作。
  13. 根據請求項11所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中該一或更多個無定形碳硬遮罩層具有一sp 2基質或一sp 3基質。
  14. 根據請求項11所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中，該退火時間在8秒到12秒的一範圍內，並且該退火溫度在880度(攝氏)到920度(攝氏)的一範圍內。
  15. 根據請求項14所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中該快速熱退火操作進一步包括將該基板暴露於一退火氣體組成，該退火氣體組成包括氬氣、氮氣、氦氣或氫氣中的一種或多種。
  16. 根據請求項15所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中該一或更多個無定形碳硬遮罩層在300度(攝氏)至750度(攝氏)的一範圍內的一沉積溫度和在12Torr或更低的一沉積壓力下被沉積在該基板上。
  17. 根據請求項16所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中該複數個操作進一步包括在該快速熱退火操作之後圖案化該基板。
  18. 根據請求項11所述的非暫時性電腦可讀媒體，其中該快速熱退火操作將該一或更多個無定形碳硬遮罩層的一膜應力改變為100MPa或更小。
  19. 一種用於處理基板的系統，包括： 一沉積腔室； 一退火腔室； 一轉移腔室，該轉移腔室連接到該沉積腔室和該退火腔室； 一低溫蝕刻腔室； 一控制器，該控制器包含指令，當執行時，會導致： 該沉積腔室將一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積到該基板上， 該退火腔室在將該一或更多個無定形碳硬遮罩層沉積到該基板上之後對該基板進行一快速熱退火操作，該快速熱退火操作持續60秒或更短的一退火時間，以及該快速熱退火操作包括： 將該基板加熱至600度(攝氏)至1000度(攝氏)的一範圍內的一退火溫度；和 在進行該快速熱退火操作之後，該低溫蝕刻腔室蝕刻該基板。
  20. 根據請求項19所述的系統，其中，該沉積腔室、該退火腔室和該轉移腔室被安裝到一集群工具的一框架上。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6440878B1 (en) 2000-04-03 2002-08-27 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method to enhance the adhesion of silicon nitride to low-k fluorinated amorphous carbon using a silicon carbide adhesion promoter layer
US6900002B1 (en) * 2002-11-19 2005-05-31 Advanced Micro Devices, Inc. Antireflective bi-layer hardmask including a densified amorphous carbon layer
US7981810B1 (en) 2006-06-08 2011-07-19 Novellus Systems, Inc. Methods of depositing highly selective transparent ashable hardmask films
KR100880326B1 (ko) 2006-09-29 2009-01-28 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 제조 방법
KR20090016857A (ko) 2007-08-13 2009-02-18 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자 제조 방법
KR101130065B1 (ko) 2008-01-30 2012-03-29 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 어모퍼스 하이드로 카본막의 후처리 방법 및 그의 방법을 사용한 전자 디바이스의 제조 방법, 및 관련 기억 매체 및 관련 처리 시스템
US20140263173A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Applied Materials, Inc. Methods for improving etching resistance for an amorphous carbon film
US9589799B2 (en) 2013-09-30 2017-03-07 Lam Research Corporation High selectivity and low stress carbon hardmask by pulsed low frequency RF power
KR102311036B1 (ko) 2014-01-08 2021-10-07 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 비정질 탄소 막들 내로의 이온 주입에 의한 고 에칭 선택성 하드마스크 재료의 개발
US9583358B2 (en) * 2014-05-30 2017-02-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Hardmask composition and method of forming pattern by using the hardmask composition
US9741581B2 (en) * 2016-01-11 2017-08-22 Globalfoundries Inc. Using tensile mask to minimize buckling in substrate
US20180286707A1 (en) 2017-03-30 2018-10-04 Lam Research Corporation Gas additives for sidewall passivation during high aspect ratio cryogenic etch

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