TWI550707B - The processing method of the object to be processed, and the computer-readable memory medium - Google Patents
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Description
本發明是有關被處理體的處理方法及電腦可讀取的記憶媒體。
在對蝕刻對象層進行電漿蝕刻時，是使用光阻劑等的阻劑遮罩。特別是最近因應微細加工的要求，常使用適於形成約0.13μm以下的開口圖案之ArF光阻劑或F2光阻劑，亦即使用以ArF氣體或F2氣體作為發光源的雷射光來曝光的光阻劑。
但，由於ArF光阻劑層或F2光阻劑層的耐電漿性低，因此會有在蝕刻途中光阻劑層的表面粗糙的情事。因為光阻劑層的表面粗糙，隨著蝕刻的進行，開口部的形狀會變化，而使得無法形成所設計形狀的蝕刻孔或蝕刻溝。
使光阻劑層的耐電漿性提升的方法，有在光阻劑層表面照射紫外線、電子線或離子束的方法(專利文獻1～3)，加熱硬化光阻劑的方法(專利文獻4)或對有機Si化合物賦予熱或光的能量，而於光阻劑層表面塗層薄的硬化層的方法(專利文獻5)為人所知。
但，使上述光阻劑層的耐電漿性提升的方法，必須在與之後的蝕刻工程所使用的容器不同的容器內進行耐電漿性的提升處理。從進行光阻劑層的耐電漿性的提升處理的容器往蝕刻容器搬送被處理體，會在搬送工程導致良品率降低，或搬送時間造成生產量降低。而且，有別於蝕刻容器，另外設置進行耐電漿性的提升處理，不僅需要額外的空間，更會導致成本增加。
另一方面，若直接以光阻劑層來覆蓋蝕刻對象層，則在將之後的光阻劑層予以曝光‧現像而形成開口圖案的工程中，開口圖案的設計尺寸精度會降低。因此，進行在蝕刻對象層與光阻劑遮罩層之間插入反射防止層。提案以包含具有C及F的物質之氣體，例如C4F8與O2的混合氣體，HBr與CF4和He的混合氣體，CH2F2與CF4和He的混合氣體的電漿來蝕刻此反射防止層(專利文獻6)。蝕刻反射防止層的蝕刻氣體，例如也有CF4與O2的混合氣體為人所知(專利文獻7)。
然而，以C4F8與O2的混合氣體或CF4與O2的混合氣體的電漿來蝕刻反射防止層時，光阻劑層的表面會粗糙，或在光阻劑層中形成經向條紋，或亦有連遮罩層的光阻劑層也被蝕刻相當量，無法達成作為遮罩的功能之情形。
於是，在專利文獻8中記載有一邊使光阻劑層的耐電漿性提升，一邊蝕刻反射防止層的方法(特別是參照第3實施形態)。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]特開昭60-110124號公報
[專利文獻2]特開平2-252233號公報
[專利文獻3]特開昭57-157523號公報
[專利文獻4]特開平4-23425號公報
[專利文獻5]特開平2-40914號公報
[專利文獻6]特開平10-261627號公報
[專利文獻7]特開平7-307328號公報
[專利文獻8]國際公開第2004/003988號小冊子
專利文獻8是在對蝕刻容器內進行排氣後，將作為處理氣體的H2氣體、或H2氣體及Ar氣體供給至蝕刻容器內，在使處理氣體電漿化下，一邊使光阻劑層的耐電漿性提升，一邊蝕刻反射防止層。
像專利文獻8那樣使光阻劑層的耐電漿性提升下，相較於在光阻劑層未實施耐電漿性的提升處理時，光阻劑層的耐電漿性會提升，正在蝕刻反射防止膜時光阻劑層的高度減少的程度會被改善。
然而，光阻劑層的高度減少的情形不變，依情況，對於以後的蝕刻，會有光阻劑層的高度不足的情形。
本發明是有鑑於上述情事而研發者，提供一種可更強力地抑制光阻劑層的高度減少之被處理體的處理方法及儲存有執行該處理方法的程式之電腦可讀取的記憶媒體。
為了解決上述課題，本發明的第1態樣的被處理體的處理方法，係於處理容器內，使第1電極及支撐被處理體的第2電極對向配置，對前述處理容器內供給處理氣體，且在前述第1電極及前述第2電極間施加高頻電力，而使前述處理氣體的電漿生成於前述第1電極及前述第2電極間，對被前述第2電極支撐的前述被處理體實施電漿處理之被處理體的處理方法，其特徵為：前述被處理體係具備有機膜、及形成於此有機膜上的光阻劑層，使用含氫的處理氣體作為前述處理氣體，一邊對前述第1電極施加直流負電壓，一邊將前述光阻劑層使用於遮罩，藉由含氫的電漿來蝕刻前述有機膜的途中，一邊使前述光阻劑層硬化，一邊蝕刻。
本發明的第2態樣的電腦可讀取的記憶媒體，係記憶有動作於電腦上，控制被處理體處理裝置的控制程式之電腦可讀取的記憶媒體，其特徵為：前述控制程式係於執行時，控制前述被處理體處理裝置，而使能進行第1態樣的被處理體的處理方法。
若根據此發明，則可提供一種可更強力抑制光阻劑層的高度減少之被處理體的處理方法及儲存有執行該處理方法的程式之電腦可讀取的記憶媒體。
以下，參照圖面來說明本發明的實施形態。另外，全圖中，共通的部分是附上共通的參照符號。
(第1實施形態)
圖1是概略顯示可執行本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法之處理裝置的一例剖面圖。在本例中是舉電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置作為處理裝置的一例，其係處理作為被處理體的半導體晶圓(以下稱為晶圓)，蝕刻此晶圓上的有機膜。
電漿蝕刻裝置1是構成氣密，具有搬入晶圓W的大致圓筒狀的腔室2。
在腔室2內的底部隔著由陶瓷等所構成的電質板3設置一用以載置晶圓W的平台4，其係具有作為下部電極的功能。平台4是鋁等的金屬製，在上面設有用以靜電吸附晶圓W的靜電吸盤(未圖示)，且在內部設有用以流通冷卻媒體來冷卻晶圓W的冷卻媒體流路(未圖示)。
在腔室2內的上部，與平台4對向設置一具有作為上部電極的功能之淋浴頭5。藉此，以具有作為上部電極的功能之淋浴頭5及具有作為下部電極的功能之平台4來構成平行平板電極。本例的淋浴頭5是以能在往平台4的對向面含矽或碳化矽的方式構成，且被連接至直流的負電源6。淋浴頭5是在上部具有氣體導入口7，在內部具有氣體擴散空間8，在底部具有複数的氣體吐出孔9。在氣體導入口7連接氣體供給配管10。在氣體供給配管10的另一端連接一供給蝕刻用的處理氣體之處理氣體供給系11。蝕刻用的處理氣體是從處理氣體供給系11經由氣體供給配管10及淋浴頭5來供給至腔室2內。在本例中，蝕刻用的處理氣體是使用在H2氣體中加上Ar氣體的氣體。
在腔室2的底部連接一排氣管12。在排氣管連接包含真空泵或壓力調整閥等的排氣機構13。藉由排氣機構13來對腔室2內進行，而使腔室2內維持於所定的真空度。
本例是在具有作為下部電極的功能之平台4供給兩個的高頻。一個是具有適於電漿生成的高頻率之第1高頻，剩下的一個是適於離子引入之比第1高頻更低的頻率之第2高頻。第1高頻的頻率是例如10MHz以上100MHz以下，第2高頻的頻率是例如15MHz以下0.1MHz以上。在本例中是舉一40MHz及13MHz為例，分別作為第1高頻的頻率及第2高頻的頻率。第1高頻是從第1高頻電源14a經由整合器15a來供給至平台4。第2高頻是從第2高頻電源14b經由整合器15b來供給至平台4。另外，供給至平台4的高頻並非限於供給二個的高頻，亦可為一個的高頻，亦即供給單頻。
控制部50是控制電漿蝕刻裝置1。控制部50的構成是包含製程控制器51、使用者介面52、及記憶部53。製程控制器51是由微處理器(電腦)所構成。使用者介面52是包含：操作者為了管理電漿蝕刻裝置1而進行指令的輸出操作等之鍵盤、及使電漿蝕刻裝置1的運轉狀況可視化顯示的顯示器等。該記憶部53是儲存有用以在製程控制器51的控制下實現在電漿蝕刻裝置1所被實施的處理的控制程式、各種資料、及按照處理條件來使處理執行於電漿蝕刻裝置1的處方。處方等是被記憶於記憶部53中的記憶媒體。記憶媒體為電腦可讀取者，例如可為硬碟，或CD-ROM、DVD、快閃記憶體等的可攜帶者。又，亦可由其他的裝置，例如經由專線來使處方適當傳送。任意的處方是以來自使用者介面52的指示等，從記憶部53叫出，在製程控制器51執行下，根據製程控制器51的控制，於電漿蝕刻裝置1中，對形成於晶圓W上的有機膜實施蝕刻。
其次，說明本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法之一例。
圖2是表示使用於本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法之一例的樣品的剖面圖。圖3是表示本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法之一例的流程圖。
首先，如圖2所示，樣品100是在未圖示的晶圓上形成含矽膜101，在含矽膜101上形成有機膜102，在有機膜102上形成光阻劑層103者。將此光阻劑層103使用於遮罩，蝕刻有機膜102。本例是將含矽膜101設為矽氧化膜(SiO2)，將有機膜102設為BARC，將光阻劑層103設為ArF用光阻劑層。
以其次那樣的流程來對如此的樣品100亦即晶圓W進行處理。
如圖3所示，首先，將晶圓W搬送至腔室2內，載置於平台4上(步驟1)。其次，對腔室2內進行排氣，將腔室2內的壓力減壓至例如未滿100mT(步驟2)。其次，將作為處理氣體之含H2氣體的氣體，例如H2氣體與Ar氣體供給至腔室2內(步驟3)。流量的一例是“H2/Ar=450sccm/450sccm”。又，處理氣體供給後的腔室2內的壓力的一例是100mT。
其次，將高頻供給至平台4，在平台4與淋浴頭5之間供給高頻，且將直流負電壓供給至淋浴頭5(步驟4)。高頻的一例是第1高頻為40MHz，第2高頻為13MHz。高頻的功率的一例是第1高頻為500W，第2高頻為0W。又，直流負電壓的一例是-450V。藉此，將光阻劑層103使用於遮罩，蝕刻有機膜102。蝕刻時間的一例是25sec。將此蝕刻的機構顯示於圖4A、圖4B、圖5A、及圖5B。
如圖4A所示，在將處理氣體供給至腔室2內的時間點，於平台4與淋浴頭5之間所規定的處理空間104，為漂浮氫氣(H2)與氬氣(Ar)的狀態。
一旦在如此的狀態下，於平台4與淋浴頭5之間供給高頻，則如圖4B所示，會生成電漿，漂浮於處理空間104的氫氣，其氫分子會分開，而成為氫自由基(H*)，氬氣是形成氬離子(Ar+)。若在此狀態下對淋浴頭5供給直流負電壓，則正電荷的氬離子(Ar+)會飛向淋浴頭5。氬離子(Ar+)碰撞淋浴頭5，淋浴頭5之往平台4的對向面中所含的矽(Si)會被濺射，矽(Si)會被趕出至處理空間104。同時電子(e-)會被放出。
若在如此的狀態下進行將光阻劑層103使用於遮罩之有機膜102的蝕刻，則如圖5A所示，Si會被反應於光阻劑層103，藉此可推測能一邊使光阻劑層103的表面SiC化，一邊進行有機膜102的蝕刻。更藉由電子線照射於光阻劑層103，會增進交聯等的反應，一邊將光阻劑層103改質，一邊進行有機膜102的蝕刻。另外，藉由氫自由基(H*)反應於光阻劑層103，也可增進光阻劑層103的改質，進行有機膜102的蝕刻。此結果，如圖5B所示，可一邊抑制光阻劑層103的高度減少，一邊蝕刻有機膜102。
若如此利用本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法，則可推測能一邊隨著光阻劑層103的SiC化、及電子線和氫自由基所產生的光阻劑層103的改質雙方，一邊將光阻劑層103使用於遮罩來蝕刻有機膜102。藉此，可取得能夠更強力地抑制光阻劑層103的高度減少之被處理體的處理方法。
在圖6A中顯示樣品100之蝕刻前的實際剖面照片，在圖6B中顯示按照第1實施形態的被處理體的處理方法來蝕刻後的實際剖面照片，作為本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法的效果。並且，在圖6C中顯示維持將淋浴頭5接地下蝕刻後的實際剖面照片，作為比較例。
如圖6B所示，若根據第1實施形態的被處理體的處理方法，則相較於圖6C所示的比較例，可知蝕刻有機膜102時的光阻劑層103的高度減少會被抑制。另外，比較例的蝕刻條件是僅對淋浴頭5不供給直流負電壓來接地有所不同，其他，壓力、處理氣體、處理氣體流量、蝕刻時間是與第1實施形態的被處理體的處理方法相同。
若根據本發明的第1實施形態，則亦可使光阻劑層103硬化。圖7A～圖7C是顯示光阻劑層103的硬化例。確認光阻劑層103的硬化之試驗是如其次般進行。
(處方1)
處方1是硬化光阻劑層的條件。處理條件是如以下所示般。
腔室內壓力：100mT
處理氣體：H2氣體+Ar氣體
處理氣體流量：H2/Ar=450sccm/450sccm
高頻功率：500W(40MHz)
上部電極直流電壓：-450V
處理時間：20sec
(處方2)
處方2是蝕刻光阻劑層的條件。處理條件是如以下所示般。
腔室內壓力：10mT
處理氣體：CO氣體+O2氣體
處理氣體流量：CO/O2=120sccm/120sccm
高頻功率：100W(40MHz)
上部電極直流電壓：無
處理時間：20sec
圖7A是表示樣品的實際剖面照片。樣品是在未圖示的晶圓上形成底層膜，在底層膜上形成光阻劑層103者。本例是將底層膜設為SiON，將光阻劑層103設為ArF用光阻劑層。
將處方1之後，進行處方2後的剖面照片顯示於圖7B。若按照處方1來使光阻劑層103硬化後，按照處方2來蝕刻光阻劑層103，則即使在20sec的蝕刻後，還是會留下充分的高度的光阻劑層103。
相對的，若不進行處方1，直接進行處方2，則如圖7C所示，光阻劑層103的高度相較於圖7B所示的情況，大幅度減少。
根據此試驗，可確認藉由進行處方1，光阻劑層103會硬化，氧電漿耐性會提升。
(第2實施形態)
圖8A～圖8D是表示本發明的第2實施形態的被處理體的處理方法之一例的剖面圖。
如根據第1實施形態所說明那樣，因為被確認光阻劑層103會硬化，所以對於光阻劑層103的修整(Trimming)(尺寸的微小(Slim)化)也有用。
如圖8A所示，在晶圓W上形成含矽膜101，在含矽膜101上形成有機膜102，在有機膜102上形成光阻劑層103。
其次，如圖8B所示，按照根據第1實施形態所說明的處理方法來蝕刻有機膜102。
其次，如圖8C所示，以含氧的氣體作為處理氣體，在未圖示的平台4與淋浴頭5之間施加高頻而生成電漿。有機膜102及光阻劑層103是藉由含氧氣體電漿中所含的氧自由基(O*)來蝕刻，使有機膜102及光阻劑層103的尺寸微小化。
其次，如圖8D所示，將被微小化的有機膜102及光阻劑層103使用於遮罩，而來蝕刻下層的含矽膜101。藉此，形成小尺寸，例如比最小曝光尺寸更小的尺寸的含矽膜101之圖案。
若如此利用本發明的被處理體的處理方法，則因為光阻劑層103會硬化，電漿耐性會提升，所以亦可同時修整有機膜102及光阻劑層103。因此，本發明的被處理體的處理方法有利於形成小尺寸，例如比最小曝光尺寸更小尺寸的含矽膜101。
另外，若為不適用本發明之至今的處理條件，則在修整時因為有機膜102及光阻劑層103會消失，或圖案傾倒，所以如此的修整處理不可能。
(第3實施形態)
如根據第2實施形態所說明那樣，若藉由本發明的被處理體的處理方法，則正在蝕刻有機膜102時，可使光阻劑層103硬化。
但，在更具備以下說明之使光阻劑層103硬化的硬化工程下，可使光阻劑層103更硬硬化。以下，說明如此的例子作為第3實施形態。
圖9是表示本發明的第3實施形態的被處理體的處理方法之一例的流程圖。
如圖9所示，執行參照圖3來說明的步驟1～步驟4，將光阻劑層103使用於遮罩來蝕刻有機膜102。另外，在本例中，有機膜蝕刻用的處理氣體、處理氣體的流量、腔室2內的壓力是與參照圖3來說明的步驟3、4相同，但步驟4的直流負電壓是-250V，蝕刻時間是20sec。藉此蝕刻有機膜102。
其次，對腔室2內進行排氣，將腔室2內的壓力減壓至例如未滿50mT(步驟5)。其次，將作為硬化處理用的處理氣體之含氫氣的處理氣體，例如H2氣體、CF4氣體及Ar氣體供給至腔室2內(步驟6)。流量的一例是“H2/CF4/Ar=100sccm/40sccm/800sccm”。又，處理氣體供給後的腔室2內的壓力的一例是50mT。
其次，將高頻供給至平台4，在平台4與淋浴頭5之間供給高頻，且將直流負電壓供給至淋浴頭5(步驟7)。高頻的一例是第1高頻為40MHz，第2高頻為13MHz。高頻的功率的一例是第1高頻為300W，第2高頻為0W。並且，直流負電壓的一例是-900V。藉此，光阻劑層103會被硬化。處理時間的一例是30sec。
其次，對腔室2內進行排氣，將腔室2內的壓力減壓至例如未滿30mT(步驟8)。其次，將含矽膜蝕刻用處理氣體之CF4氣體、CHF3氣體及Ar氣體供給腔室2內(步驟9)。流量的一例是“CF4/CHF3/Ar=125sccm/20sccm/900sccm”。並且，處理氣體供給後的腔室2內的壓力的一例是30mT。
其次，將高頻供給至平台4，在平台4與淋浴頭5之間供給高頻，且將直流負電壓供給至淋浴頭5(步驟10)。高頻的一例是第1高頻為40MHz，第2高頻為13MHz。高頻的功率的一例是第1高頻為0W，第2高頻為800W。又，直流負電壓的一例是-300V。藉此，蝕刻含矽膜101，例如矽氧化膜(SiO2)。處理時間的一例是45sec。
在圖10A中顯示以圖9所示的流程來蝕刻含矽膜101後的實際平面照片。
如圖10A所示，一旦以圖9所示的流程來蝕刻含矽膜101，則可形成線邊緣粗糙度(LER；Line Edge Roughness)為2.8nm之取得均整的含矽膜101的圖案。
在圖10B中顯示比較例1，以從前的有機膜蝕刻的條件來進行有機膜102的蝕刻，在有機膜蝕刻後，進行含矽膜101的蝕刻時的平面照片。另外，從前的有機膜蝕刻的條件是如以下所示般。
腔室內壓力：30mT
有機膜蝕刻用處理氣體：CF4氣體/O2氣體
處理氣體流量：CF4/O2=250sccm/5sccm
高頻功率：400W(40MHz)
上部電極直流電壓：無
處理時間：18sec
並且，含矽膜蝕刻條件是與第3實施形態同樣。
此情況，LER為8.7nm。
而且，在圖10C中顯示比較例2，有機膜蝕刻後，進行第3實施形態的硬化處理，硬化處理後，進行含矽膜蝕刻時的平面照片。
在比較例2中，有機膜蝕刻的條件是與比較例1相同，硬化處理的條件、及含矽膜的蝕刻條件是與第3實施形態相同。
此情況，LER會被改善至6.4nm。
若如此利用第3實施形態，則可取得一邊將直流負電壓供給至淋浴頭5，一邊使用含氫及氬的氣體之電漿來進行有機膜蝕刻，且一邊將直流負電壓供給至淋浴頭5，一邊使用含氫、碳、氟及氬的氣體之電漿來進行光阻劑層103的硬化處理，藉此改善LER的優點。
而且，如圖10A的平面照片所示，若根據第3實施形態，則可取得相較於比較例1(圖10B)、及比較例2(圖10C)，波紋(圖案的起伏)也會被改善的優點。
若根據第3實施形態，則可取得能夠改善LER、波紋(wiggling)之被處理體的處理方法。
以上，按照幾個實施形態來說明本發明，但本發明並非限於上述實施形態，可在不脫離其主旨的範圍內實施各種的變形。
例如，在上述實施形態中，是將含矽膜101設為SiO2，但含矽膜並非限於SiO2，亦可為Si、SiN、SiON、SiOC等，只要是含矽的膜即可。
其他，本發明可在不脫離其主旨的範圍內實施各種的變形。
101‧‧‧含矽膜
102‧‧‧有機膜
103‧‧‧光阻劑層
104‧‧‧處理空間
圖1是概略顯示可執行本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法之處理裝置的一例剖面圖。
圖2是表示使用於本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法之一例的樣品的剖面圖。
圖3是表示本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法之一例的流程圖。
圖4是表示蝕刻的機構的剖面圖。
圖5是表示蝕刻的機構的剖面圖。
圖6是表示本發明的第1實施形態的被處理體的處理方法的效果之圖面代用照片。
圖7是表示光阻劑層的硬化例的圖面代用照片。
圖8是表示本發明的第2實施形態的被處理體的處理方法之一例的剖面圖。
圖9是表示本發明的第3實施形態的被處理體的處理方法之一例的流程圖。
圖10是表示本發明的第3實施形態的被處理體的處理方法的效果之圖面代用照片。
4．．．平台
5．．．淋浴頭
6．．．負電源
104．．．處理空間
W．．．晶圓
Claims (2)
- 一種被處理體的處理方法，係於處理容器內，使第1電極及支撐被處理體的第2電極對向配置，對前述處理容器內供給處理氣體，且在前述第1電極及前述第2電極間施加高頻電力，而使前述處理氣體的電漿生成於前述第1電極及前述第2電極間，對被前述第2電極支撐的前述被處理體實施電漿處理之被處理體的處理方法，其特徵為：前述被處理體係具備含矽膜、形成於前述含矽膜上的有機膜、及形成於前述有機膜上的光阻劑層，使用由氫及氬所成的第1處理氣體作為前述處理氣體，具備：一邊對前述第1電極施加第1直流負電壓，一邊將前述光阻劑層使用於遮罩，藉由前述第1處理氣體的電漿來蝕刻前述有機膜的途中，一邊使前述光阻劑層硬化，一邊蝕刻之第1工程；前述第1工程之後，使用含氫、四氟化碳及氬的第2處理氣體作為前述處理氣體，一邊對前述第1電極施加具有比前述第1直流負電壓更大的絕對值的第2直流負電壓，一邊藉由前述第2處理氣體的電漿來使在前述第1工程中被硬化的前述光阻劑層更硬化之第2工程；及前述第2工程之後，將在前述第2工程中更被硬化的前述光阻劑層使用於遮罩，蝕刻前述有機膜下的前述含矽 膜之第3工程，在同一處理容器內連續進行前述第1工程、前述第2工程及前述第3工程。
- 如申請專利範圍第1項之被處理體的處理方法，其中，以含矽的材料來構成前述第1電極，在對前述第1電極施加直流負電壓下，濺射前述第1電極，一邊藉由前述被濺射的矽、前述氫、及電子來使前述光阻劑層硬化，一邊將前述光阻劑層使用於遮罩來蝕刻前述有機膜。
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