TWI746728B - 半導體處理裝置 - Google Patents

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羅 大衛 庫爾特 狄
維爾納 科納本
克日什托夫 卡赫爾
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荷蘭商Ａｓｍ智慧財產控股公司
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Abstract

揭示一種用於在一半導體處理裝置內形成一結構之裝置及方法。該裝置包括一第一反應腔室，該第一反應腔室經組構以固持具有一第一層之至少一個基板。該裝置亦包括一前驅體遞送系統，該前驅體遞送系統經組構以藉由將一第一前驅體及一第二前驅體依序脈衝至該基板上而執行浸潤。該裝置亦可包括一第一移除系統，該第一移除系統經組構以用於移除設置於該基板上之該第一層之至少一部分，同時留下一浸潤材料，其中浸潤及移除該第一層之至少一部分發生於同一個半導體處理裝置內。亦揭示一種在一半導體處理裝置內形成一結構之方法，該方法包括在一反應腔室中提供用於處理之一基板，該基板具有設置於該基板上之一第一層。該方法亦可包括藉由將一第一前驅體及一第二前驅體依序脈衝至該基板上而執行一第一層浸潤，其中一浸潤材料自該第一前驅體及該第二前驅體的反應而形成於該第一層中。該方法亦可包括在執行浸潤之後移除設置於該基板上之該第一層之至少一部分，其中浸潤及移除該第一層之至少一部分發生於同一個半導體處理裝置內。

Description

半導體處理裝置 相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2016年12月15日申請之美國臨時申請案第61/434,955號之權益，該申請案之揭示內容在此以引用之方式併入本文中。
本發明大體上係關於用於製造電子器件之裝置。更特定而言，本發明係關於經組構以形成結構之半導體處理裝置。
隨著趨勢已將半導體器件推向愈來愈小的尺寸，已出現不同的圖案化技術。此等技術包括自對準多重圖案化、間隔物定義四倍圖案化、深紫外線微影(DUV)、極紫外線微影(EUV)，以及DUV、EUV與間隔物定義雙倍圖案化相結合。另外，定向自組裝(DSA)已被視為將來微影應用之選擇方案。DSA涉及使用嵌段共聚物以界定用於自組裝之圖案。所使用之嵌段共聚物可包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯或聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)。其他嵌段共聚物可包括新興「高Chi」聚合物，該聚合物可潛在地使小維度成為可能。此等方法已允許產生7nm範圍內之節點。
上文所描述之圖案化技術可利用至少一種裝設於基板上之聚合物抗蝕劑以實現基板之高解析度圖案化。為了滿足較高解析度及線邊緣粗糙度兩者之需求，聚合物抗蝕劑通常可為薄層。然而，此類薄聚合物抗蝕劑可能具 有若干缺點。特定而言，高解析度聚合物抗蝕劑(諸如PMMA或聚苯乙烯)可具有低抗蝕刻性。此較低的抗蝕刻性使得圖案化抗蝕劑轉移至底層更加困難。當需要進一步縮減半導體器件之尺寸規模之先進的高解析度聚合物抗蝕劑具有甚至更低的抗蝕刻性及蝕刻選擇性時，較低抗蝕刻性的問題變大。另外，較高解析度聚合物抗蝕劑可在所獲得之圖案中產生較高邊緣粗糙度。
在一些應用中，將聚合物抗蝕劑之圖案轉移至硬式光罩可能為有利的。硬式光罩為在半導體處理中用作蝕刻遮罩之材料，而非具有較高抗蝕刻性及蝕刻選擇率之聚合物或其他有機「軟質」抗蝕劑材料。然而，甚至硬式光罩可具有需要調整之蝕刻速率、線邊緣粗糙度或線寬。
因此，可期望具有高級特性之聚合物抗蝕劑及硬式光罩系統。
根據本發明之至少一個具體例，揭示經組構以形成結構之半導體處理裝置。半導體處理裝置可包含：第一反應腔室，該第一反應腔室經組構以固持具有第一層之至少一個基板。該裝置亦可包含前驅體遞送系統，該前驅體遞送系統經組構以藉由將第一前驅體及第二前驅體依序脈衝至至少一個基板上而執行浸潤，以使得至少該第一前驅體及該第二前驅體能夠由第一前驅體與第二前驅體的反應而浸潤至第一層中，藉此形成浸潤材料。半導體處理裝置亦可包含經組構以用於將設置於基板之第一層之至少一部分移除同時留下浸潤材料之第一移除系統，其中浸潤及移除第一層之至少一部分發生於同一個半導體處理裝置內。
根據本發明之至少一個具體例，揭示在半導體處理裝置內形成結構之方法。該方法可包含：在反應腔室中提供用於處理之基板，該基板具有設置於該基板上之第一層。該方法亦可包含：藉由將第一前驅體及第二前驅體依 序脈衝至基板上而執行第一層浸潤，該第一層浸潤經組構以使得能夠將至少該第一前驅體及該第二前驅體浸潤至第一層中，其中過量的第一前驅體及第二前驅體自反應腔室沖洗掉，且其中浸潤材料自第一前驅體與第二前驅體的反應而形成於第一層中。該方法亦可包含：在執行浸潤之後將設置於基板上之第一層之至少一部分移除同時留下浸潤材料，其中浸潤及移除第一層之至少一部分發生於同一個半導體處理裝置內。
出於概述本發明及所達成的優於先前技術之優點的目的，已在上文中對本發明之某些目標及優點加以描述。當然，應理解，根據本發明之任何特定具體例可不一定要達成所有此等目標或優點。因此，舉例而言，熟悉本技藝者當認知本發明可按照本文所教示或提出達成或最佳化一優點或一組優點而無須達成本文中可能教示或提出之其他目的或優點的方式來具體化或實施。
所有此等具體例意欲在本文所揭示之本發明之範疇內。此等及其他具體例將自以下參考附圖的某些具體例之詳細描述而對熟悉本技藝者變得顯而易見，但本發明並不受限於所揭示之任何特定具體例。
100:方法
110:將包括第一層之基板提供至反應腔室中
120:執行浸潤程序
130:移除第一層之至少一部分
200:裝置
202:反應器
203:反應腔室
203A:第一反應腔室
203B:第二反應腔室
204:基板固持器
205:元件
206:氣體分佈系統
207:第一前驅體源
208:第二前驅體源
210:載體或沖洗氣體源
211:閥門
212:閥門
214:閥門
216:蝕刻劑氣體源
218:閥門
219:供應線
220:供應線
222:供應線
224:供應線
226:真空泵
300:裝置
302:反應器
304:傳送系統
本文所揭示的本發明之此等及其他特徵、態樣及優勢在下文參考某些具體例之圖式來描述，該等具體例意欲說明且不限制本發明。
圖1為根據本發明之至少一個具體例之流程圖。
圖2說明根據本揭示之各種例示性具體例之例示性半導體處理裝置。
圖3說明根據本揭示之各種例示性具體例之額外例示性半導體處理裝置。
應瞭解圖中之元件係為簡單及清楚起見之說明而未必按比例繪製。舉例而言，圖式中某些元件的維度可相對於其他元件放大以幫助進一步理解本揭示所說明之具體例。
儘管在下文中揭示某些具體例及實施例，但彼等熟悉本技藝者將理解，本發明延伸超出本發明所具體揭示之具體例及/或用途及其明顯修改及等效物。因此，所揭示之本發明的範圍不應被意欲受限於下文所描述之特定揭示具體例。
另外，雖然多個實施例材料在整個本發明之具體例中給出，但應注意針對實施例材料中之各者給出之化學式不應被認作限制性且所給出之非限制性實施例材料不應被給定實施例化學計量所限制。
如本文所使用，術語「結構」可包含一或多種材料之經圖案化及非經圖案化(亦即平面)層兩者。
根據本發明之具體例涉及高解析度聚合物抗蝕劑及硬式光罩材料與浸潤製程將相結合。聚合物抗蝕劑及硬式光罩材料與浸潤製程之此結合可明顯增大聚合物抗蝕劑及硬式光罩材料之抗蝕刻性。浸潤技術允許高解析度聚合物抗蝕劑及硬式光罩與前驅體氣體反應以改良抗蝕刻性，且後續製程可利用蝕刻劑氣體移除高解析度聚合物抗蝕劑及硬式光罩材料之非想要部分。
浸潤製程與高解析度聚合物及硬式光罩圖案化之結合可提供先前使用先前方法所未見之益處，諸如描述於美國專利公開案第US20140273514A1號中之一個益處。舉例而言，氧化鋁(Al2O3)在90℃下之浸潤可允許與高解析度聚合物抗蝕劑反應。氧化鋁將不僅形成於高解析度聚合物抗蝕劑頂部上，且還可灌注至聚合物中以提高聚合物之硬度。
圖1說明根據本發明之至少一個具體例之方法100。方法100包括將基板提供至半導體處理裝置中之第一步驟110，該基板具有設置於基板上之第一層。
在本發明之一些具體例中，第一層可包含高解析度聚合物抗蝕劑或硬式光罩材料中之至少一者。更詳細地，在一些具體例中，第一層可包含高解析度聚合物抗蝕劑，該高解析度聚合物抗蝕劑包含聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯、聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)、深UV光阻、193nm光阻(浸潤(193i)及非浸潤(193)兩者)及極UV光阻中之至少一者。在本發明之一些具體例中，第一層可包含第一分量及第二分量，其中該第一分量可具有至少第一DSA聚合物且該第二分量可具有第二DSA聚合物，其中該第一DSA聚合物及該第二DSA聚合物可由PMMA、聚苯乙烯(PS)以及其他聚合物組成。在本發明之一些具體例中，第一層可包含硬式光罩材料，該硬式光罩材料進一步包含旋塗式玻璃、旋塗式碳層、氮化矽層、抗反射塗層或非晶碳層中之至少一者。旋塗式玻璃或旋塗式碳層可通過在該基板上旋塗玻璃或碳層以提供硬式光罩材料來提供。
在一些具體例中，半導體處理裝置可為批式反應器(例如單個反應腔室)或具有兩個批式反應器(例如兩個或多於兩個反應腔室)之群集工具。可能的半導體處理裝置之一個實施例可包括處理腔室，該處理腔室可在兩個反應腔室中運行相同製程或獨立地或依序地運行兩個不同製程。在一些具體例中，半導體處理裝置可為單晶圓反應器(例如單反應腔室)或具有兩個單晶圓反應器(例如兩個或多於兩個反應腔室)之群集工具。可能的處理腔室之一個實例可包括處理腔室，該處理腔室可在兩個或多於兩個單晶圓反應腔室中運行相同製程或獨立地或依序地運行兩種不同製程。
在其中設置於基板上之第一層包含嵌段共聚物之一些具體例中，方法100亦可包括對DSA聚合物執行自組裝退火。退火程序之目的是引起DSA聚合物或嵌段共聚物中之自組裝或自組織。換言之，聚合物中之孔洞/導柱/支柱之平行線或網格可經形成為由基板上之引導結構引導。根據本發明之至少 一個具體例，此可意謂PMMA域及PS域可以交替方式形成。由自組裝退火實現之益處可包括改良自組裝製程，減少缺陷，改良之線寬粗糙度及改良之臨界尺寸(CD)均勻度。
在替代性具體例中，第一層可包含高解析度聚合物抗蝕劑，該高解析度聚合物抗蝕劑可不包含嵌段共聚物，且退火步驟可具有將濕度或其他污染物自聚合物去除，硬化聚合物或選擇性地將聚合物部分自基板表面燃燒掉之目的。
在執行DSA聚合物之自組裝退火以便在所獲得圖案中達到較低缺陷密度之具體例中，程序參數(諸如退火程序之時間、溫度及環境條件及壓力)可為關鍵的。可能需要較長退火時間以獲得較低缺陷密度。該退火可在介於100℃與400℃之間，或200℃與300℃之間的範圍內，在約250°之溫度下發生持續約60分鐘。視所需退火量而定，其他溫度及持續時間為可能的。然而，自組裝退火之溫度不應提高過高，否則聚合物可能開始分解。
退火進行之周圍環境可包含氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、氧氣、臭氧、水蒸氣、溶劑蒸氣或此等氣體之混合物。退火周圍環境之壓力可為超高真空至大氣壓或甚至高於大氣壓範圍內之任何壓力。
根據本發明之一個具體例，退火程序可在單晶圓熱板上進行。根據本發明之另一具體例，可證明批式反應器有益於需要較長退火時間之程序。批式反應器可固持2個與250個之間的基板，較佳5個與150個之間的基板，或最佳約100個基板。舉例而言，可操作包含兩個或多於兩個反應腔室之群集工具使得一個反應腔室可用於退火程序。此可使得能夠以具成本效益的方式進行約1至2小時之長時間退火之效能。
在一些具體例中，第一步驟亦可包括可選擇修整程序，其中可執行該修整程序以在本發明之後續程序之前移除第一層之部分。在本發明之一些 具體例中，修整程序可包含將第一層暴露於激發之電漿下，諸如包含氧氣(O2)、氮氣(N2)、臭氧(O3)及氫氣(H2)中之至少一者之激發物質之電漿。在本發明之一些具體例中，修整程序可包含將第一層暴露於沒有電漿之臭氧下。作為非限制性實施例具體例，修整程序可包含將第一層暴露於包含氧氣及氮氣之激發物質之電漿下。作為非限制性實施例具體例，修整程序可包含將第一層暴露於包含氧氣之激發物質之電漿下。在一些具體例中，電漿亦可包含額外物質，例如諸如Ar之惰性氣體。在額外非限制性實施例具體例中，修整程序可包含將第一層暴露於包含氫氣及氮氣之激發物質的電漿下。在修整程序利用激發之電漿移除第一層之一部分的具體例中，第一層可加熱至大於約20℃或在一些具體例中大於約50℃之溫度，或在本發明之一些具體例中，修整程序可包含將第一層加熱至大於約100℃之溫度，或至大於約200℃之溫度，或至大於約300℃之溫度，或甚至大於約400℃之溫度。
除此之外及/或可替代地，修整程序可包含熱程序，使得可由將第一層加熱至所要製程溫度而促進第一層之一部分之分解從而移除第一層之一部分。在本發明之一些具體例中，修整程序可包含將第一層加熱至大於約100℃之溫度，或大於約200℃之溫度，或大於約300℃之溫度，或甚至大於約400℃之溫度。
方法100亦可包括執行浸潤程序之第二步驟120，諸如將金屬或介電膜中之至少一者浸潤至第一層中。在一些具體例中，第一層可包含可進一步包含第一DSA聚合物或第二DSA聚合物之至少一個聚合物層。由此，可以採浸潤程序可選擇性地與兩種聚合物其中僅一者反應之方式進行浸潤程序。舉例而言，浸潤程序可發生使得所沉積膜可與PMMA聚合物反應而不與PS聚合物反應。
根據本發明之至少一個具體例，第二步驟120可包含金屬或介電膜之原子層沉積。
此外，浸潤程序可進行使得沉積金屬或介電膜可浸潤第一層，藉此形成浸潤材料，同時亦將第二薄膜沉積於第一層之整個體積上。根據本發明之至少一個具體例，第二步驟120可發生於群集工具之一個反應腔室中，使得退火步驟發生於群集工具之另一反應腔室中。根據本發明之至少一個具體例，第二步驟120可發生於群集工具之一個反應腔室中，使得修整程序發生於群集工具之另一反應腔室中。退火步驟及修整程序及第二步驟120發生於批式反應器或群集工具之一個單反應腔室中亦為可能的。另外，基板可與多個基板固持器中之至少第二基板一起自第一反應腔室傳送至第二反應腔室。多個基板固持器可能夠固持達25個基板或更多，50個基板或更多，75個基板或更多，或100個基板或更多。
在第二步驟120中浸潤至第一層中之金屬或介電質可包含氧化鋁(Al2O3)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、碳氧化矽(SiOC)、碳氮化矽(SiCN)、矽(Si)、氮化鋁(AlN)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、鈷(Co)、二氧化鈦(TiO2)、碳化鈦(TiC)、氧化鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或二氧化鉿(HfO2)。為了執行浸潤程序，可使用用以獲得金屬之前驅體，諸如用於形成氧化鋁(Al2O3)之三甲基鋁(TMA)及水(H2O)。
第二步驟120中之浸潤程序可發生於用於形成Al2O3之介於25℃與400℃之間範圍的溫度下，或介於60℃與90℃之間範圍的溫度下。第二步驟120期間之溫度可小於可選擇退火階段期間之溫度，因此也許需要冷卻步驟以自實施例退火溫度250℃變成第二步驟120之溫度70℃。根據本發明之至少一個具體例，可選擇退火程序之溫度等於或超過第二步驟120之溫度，或在高於第二步驟120之溫度25℃至300℃之間，或甚至在高於第二步驟120之溫度100℃至250℃之間。
第二步驟120可包含第一前驅體(諸如TMA)之介於自0.5秒至10 分鐘之範圍之持續時間的第一脈衝。第二步驟120亦可接著包含自10秒至60秒範圍之持續時間的沖洗。第二步驟120可隨後包含第二前驅體(諸如水)之介於10秒至60秒範圍之持續時間的脈衝。第二步驟120可隨後包含具有介於10秒至2分鐘範圍之持續時間的第二沖洗。另外，第二步驟120可按需要重複以便獲得將金屬或介電質充分浸潤至設置在基板上之第一層中。
根據本發明之至少一個具體例，浸潤之第二步驟120可先於可選擇退火步驟。在此情況下，金屬或介電膜可首先浸潤第一層，且隨後可進行退火程序。由於退火程序，在第二步驟120期間確實不與金屬或介電膜反應之第一層之部分可在退火步驟中燃燒掉。在本發明之至少一個具體例中，可選擇退火步驟及浸潤之第二步驟120在不暴露於任何環境空氣下發生。不暴露於環境空氣避免暴露於大量氧氣或水。暴露於環境空氣會不利地影響經退火之圖案或聚合物之浸潤之對準，聚合物之浸潤可被聚合物可能吸收水而影響。若聚合物吸收水，則可能導致非所需材料之沉積。
方法100亦可包括沖洗該前驅體之額外步驟。該額外沖洗步驟可涉及引入沖洗氣體，諸如氮氣、氦氣、氬氣及其他惰性氣體。該沖洗氣體將自反應腔室移除過量前驅體。沖洗步驟可發生於類似於第二步驟120之彼等溫度之溫度下。
根據本發明之至少一個具體例，第二步驟120可視需要或所要而重複以便使前驅體浸潤至第一層中。可重複約1次或多於1次、2次或多於2次、3次或多於3次、4次或多於4次、5次或多於5次以確保第一層中有足夠量之金屬或介電膜。在各循環中，第二步驟120之持續時間可約為幾分鐘。在此等持續時間下，批式反應器可用於藉由每次處理達100個晶圓或更多個而實現高生產力及低製程成本。
根據本發明之至少一個具體例，可操作方法100以使得第二步驟 120可以脈衝-沖洗-脈衝-沖洗之方式重複。此等步驟之條件可經設定在較高壓力及較長時間下，以便允許前驅體浸潤第一層。以此方式之單個循環之持續時間可介於0.5秒與120分鐘範圍之間，在一些具體例中，單個循環之持續時間可介於1秒與60分鐘範圍之間，或甚至在一些具體例中，單個循環之持續時間可介於2秒與20分鐘範圍之間。循環可重複若干次，例如在一些具體例中，循環可重複1次或多於1次、2次或多於2次、3次或多於3次、4次或多於4次或甚至5次或多於5次，以便獲得第一層內部之材料之充分浸潤。因為第一層內部之材料之浸潤會花費較長時間量，所以經組合之退火及浸潤程序提供以分批方式執行步驟之機會。
方法100亦可包括在執行浸潤程序之後移除設置於基板上之第一層之一部分之第三步驟130。舉例而言，在一些具體例中，在浸潤第一層之後，可存在保持不受浸潤程序影響之第一層之剩餘部分。保持不受浸潤程序影響之第一層之部分可為非所要的，因為此等不受影響之第一層之部分可並不適用於對基板進行之後續程序，例如後續沉積或蝕刻程序。因此本發明之具體例可在浸潤之後但在基板之後續處理之前移除非想要之第一層之剩餘部分。
在本發明之一些具體例中，移除設置於基板上之第一層之一部分之第三步驟130可包含將第一層暴露於蝕刻劑氣體，且在其他具體例中，將第一層暴露於蝕刻劑氣體可包含將第一層暴露於含氧反應物。舉例而言，移除設置於基板上之第一層之一部分之第三步驟130可包含將第一層暴露於含氧電漿或含臭氧反應物中之至少一者。
在利用含氧電漿移除第一層之一部分之具體例中，方法可包含利用電漿產生器激勵用於有效移除第一層之部分之氧氣物質，程序有時被稱作「灰化」。電漿產生器可供應有氧氣(O2)或替代地氧氣(O2)與氮氣(N2)之混合氣體。用於移除第一層之一部分之蝕刻劑可因此包含氧氣激勵物質及氮氣激勵物質中之 至少一者。在利用含氧電漿移除第一層之一部分之具體例中，可加熱第一層至大於約20℃之溫度，或大於約50℃之溫度，或大於約100℃之溫度，或大於約200℃之溫度，或大於約300℃之溫度，或甚至大於約400℃之溫度。
在一些利用含臭氧反應物移除第一層之一部分之具體例中，方法可包含將第一層暴露於包含臭氧(O3)之混合氣體。在一些具體例中，包含臭氧之混合氣體可由純臭氧組成，而在替代性具體例中，包含臭氧之混合氣體可包含臭氧及水蒸氣、氧氣或惰性運載氣體中之至少一者。
在一些具體例中，移除第一層之至少一部分可包含將第一層加熱至大於約100℃之溫度，或大於約150℃之溫度，或大於約200℃之溫度，或大於約250℃之溫度，或大於約300℃之溫度，或大於約350℃之溫度，或甚至大於約400℃之溫度。舉例而言，作為非限制性實施例，在第一層包含含碳材料(諸如聚合物抗蝕劑或旋塗式碳層)之具體例中，不受前一浸潤程序影響之第一層之部分可在大於約300℃溫度下分解且因此可在不需要額外蝕刻劑之情況下移除。在額外具體例中，可加熱第一層至大於約300℃之溫度，同時暴露於溶劑或臭氧蝕刻劑。
在一些具體例中，在執行浸潤程序之後移除設置於基板上之第一層之至少一部分進一步包含選擇性地移除第一層之至少一部分。更詳細地，第一層之一部分可在浸潤程序期間浸潤有至少第一前驅體及第二前驅體，藉此形成浸潤材料。不受浸潤程序影響之第一層之部分為本文前述之非所要的；本發明之具體例之方法可因此選擇性地移除不受浸潤程序影響之第一層之彼等部分。
根據本發明之具體例，浸潤程序及移除第一層之至少一部分可發生於同一個反應腔室內。在本發明之替代性具體例中，浸潤程序及移除第一層之至少一部分可發生於位在同一個群集工具(亦即同一個半導體處理裝置)上之 不同的反應腔室內，使得浸潤程序及移除第一層之至少一部分在不暴露於環境空氣下發生。在本發明之額外具體例中，修整程序、浸潤程序及移除第一層之至少一部分可發生於同一個反應腔室內。在本發明之替代性具體例中，修整程序、浸潤程序及移除第一層之至少一部分可發生於位在同一個群集工具(亦即同一個半導體處理裝置)上之不同的反應腔室內，使得修整程序、浸潤程序及移除第一層之至少一部分在不暴露於環境空氣下發生。
方法100亦可包括在移除第一層之至少一部分之第三步驟130之後的額外程序。舉例而言，在一些具體例中，方法100可進一步包含在移除設置於基板上之第一層之至少一部分之後在基板上之沉積程序或蝕刻程序中之至少一者。更詳細地，已經經歷浸潤製程之第一層之剩餘部分可用作用於例如藉由將基板暴露於電漿蝕刻程序而蝕刻基板之一部分之遮蔽層。可替代地，已經經歷浸潤程序之第一層之剩餘部分(亦即浸潤材料)可用於後續沉積程序，例如，沉積程序可用以將間隔材料沉積至浸潤材料上方。
根據本發明之具體例，可選擇修整程序、浸潤程序、移除第一層之至少一部分及沉積程序或蝕刻程序中之至少一者可發生於同一個反應腔室內。在本發明之替代性具體例中，可選擇修整程序、浸潤程序、移除第一層之至少一部分及沉積程序或蝕刻程序中之至少一者可發生於位在同一個群集工具上之不同的反應腔室內，使得可選擇修整程序、浸潤、移除第一層之至少一部分，及沉積程序或蝕刻程序中之至少一者發生於同一個半導體處理裝置內，亦即不暴露於環境空氣。
在本發明之一些具體例中，修整程序及浸潤程序可發生於同一個反應腔室內，其中用於移除第一層之至少一部分之程序為可選擇的。在本發明之替代性具體例中，修整程序及浸潤程序可發生於位在同一個群集工具上之不同的反應腔室內，其中用於移除第一層之至少一部分之程序為可選擇的。因此 應理解，修整程序及浸潤程序兩者可在同一個半導體處理裝置內執行，亦即不暴露於環境空氣。
現在轉而參看圖2，說明用於浸潤及移除第一層之至少一部分之半導體處理裝置200。裝置200可包含反應器202，該反應器可進一步包含第一反應腔室203、基板固持器204及氣體分佈系統206。裝置200亦可包含前驅體遞送系統，該前驅體遞送系統可進一步包含第一前驅體源207；第二前驅體源208；載體或沖洗氣體源210。裝置200可包含第一移除系統，該第一移除系統經組構以用於可選擇修整程序及移除設置於基板上之第一層之至少一部分，且該第一移除系統可進一步包含蝕刻劑氣體源216。裝置200可進一步包含插入於源207、208、210、216與反應器202之間的閥門211、212、214及218。
反應腔室203可為獨立式反應腔室或群集工具之一部分。此外，反應腔室203可專用於如本文中所描述之浸潤程序，或反應腔室203可用於其他程序，例如薄膜沉積、修整程序、移除第一層之一部分及一或多個額外層沉積及/或蝕刻處理。舉例而言，反應腔室203可包含典型地用於化學氣相沉積(CVD)及/或原子層沉積(ALD)處理之反應腔室，且可亦包含直流電漿及/或遠端電漿裝置。其他反應腔室203可在真空或近大氣壓下操作。藉助於一個實施例，反應腔室203可包含適於藉由將第一前驅體及第二前驅體依序脈衝於至少一個基板上之膜之ALD沉積之反應腔室，該膜經組構以使得至少第一前驅體能夠浸潤於第一層中。適用於半導體處理裝置200之例示性ALD反應腔室描述於美國專利第8,152,922號中，其內容在此以此類內容與本發明不相衝突的程度，以引用之方式併入本文中。
基板固持器204可經組構以在處理期間固持在適當位置上安置有第一層之至少一個基板，諸如基板216。根據各種例示性具體例，基板固持器204可形成直流電漿電路之一部分。或者或另外，基板固持器204可在處理期間經加 熱(例如藉由加熱元件205)、經冷卻或處於環境處理溫度下。在一些具體例中，加熱元件205可經組構以對至少一個基板216進行退火步驟。在其他具體例中，加熱元件205可經組構以移除第一層之一部分。
雖然氣體分佈系統206以方塊形式說明，但氣體分佈系統206可相對複雜且被設計成在將混合氣體分佈至反應腔室203之剩餘物之前將來自第一前驅體源207、第二前驅體源208之蒸汽(氣體)，來自氣體源210及蝕刻劑氣體源216之載體/沖洗氣體混合。此外，氣體分佈系統206可經組構以將垂直(如所說明)或水平氣體流提供至半導體表面。例示性氣體分佈系統描述於美國專利第8,152,922號中。
第一前驅體源207可為含有適合用於薄膜沉積程序中之材料的液體、固體或氣體金屬源。若第一前驅體源207為液體或固體，則源材料可在進入反應腔室203之前汽化。在本發明之一些具體例中，第一氣體前驅體可包含三甲基鋁(TMA)、三乙基鋁(TEA)、二甲基氫化鋁(DMAH)、四氯化鈦(TiCl4)、五氯化鉭(TaCl5)或五氯化鈮(NbCl5)。
第二前驅體源208可為適合用於薄膜沉積程序中之液體、固體或氣體源。若第二前驅體源208為液體或固體，則源材料可在進入反應腔室203之前汽化。在本發明之一些具體例中，第二前驅體源可包含水蒸氣、臭氧、過氧化氫、氨氣及肼中之至少一者。
第一前驅體源及第二前驅體源可一起利用以將經組構以使得能夠浸潤至少第一前驅體源及第二前驅體源之薄膜沉積至設置於基板上之第一層中。舉例而言，在一些具體例中，裝置200可經組構以浸潤包含以下中之至少一者的結構：氧化鋁(Al2O3)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、矽(Si)、氮氧化矽(SiON)、碳氮化矽(SiCN)、氮化鋁(AlN)、氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、鈷(Co)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或二 氧化鉿(HfO2)。
載體或沖洗氣體源210可包括適用於與第一前驅體源207及/或第二前驅體源208混合之任何合適的氣體。載體或沖洗氣體源210亦可包括適用於在浸潤程序及移除第一層之至少一部分之前、之後或期間沖洗反應腔室203之任何合適的氣體。根據本發明之例示性具體例，沖洗氣體可為氮氣、氬氣、氦氣或其組合。運載氣體亦可包含氮氣、氬氣、氦氣或其組合。
半導體處理裝置200亦可包括第一移除系統，該第一移除系統可進一步包含蝕刻劑氣體源216，該蝕刻劑氣體源包括固體、液體或氣相化學物質以啟用修整程序並且移除安置於基板上之第一層之至少一部分。舉例而言，蝕刻劑氣體源216可包括在進入反應腔室203時為氣相之化學物質以移除設置於基板上之第一層之至少一部分。作為非限制性實施例具體例，蝕刻劑源216可包括氧氣(O2)、臭氧(O3)、氮氣(N2)及氫氣(H2)。在一些具體例中，反應腔室203及第一移除系統包括經組構以自從第一移除系統供應之蝕刻劑氣體產生用於形成激勵物質(例如氧氣及氮氣)之電漿活性物質的電漿產生器。
如圖2中所示出，源207、208、210及216經由閥門211、212、214及218與反應腔室203進行流體連通，該等閥門可用於使用供應線219、220、222及224控制相應源材料至反應腔室203之流動、混合及分佈。
在額外具體例中，裝置200可包括一或多個額外前驅體源，該一或多個額外前驅體源可用於在移除第一層之一部分之後材料薄膜在基板上之後續沉積。在其他額外具體例中，裝置200可包括一或多個額外蝕刻劑氣體源，該一或多個額外蝕刻劑氣體源可用於在移除第一層之一部分之後對基板之後續蝕刻。因此，在一些具體例中，裝置200可經組構以沉積薄膜，該薄膜經組構以使得能夠將至少第一前驅體及第二前驅體浸潤至設置於基板上之第一層，及移除第一層之至少一部分，其中浸潤及移除第一層之至少一部分發生於同一個半導 體處理裝置內，亦即不將基板暴露於環境空氣。
在本發明之額外具體例中，參看圖3說明用於執行可選擇修整程序、浸潤程序及移除第一層之至少一部分之半導體處理裝置300。裝置300可類似於裝置200，但可包含可進一步包含第一反應腔室203A及第二反應腔室203B之反應器302。在一些具體例中，反應器302包含群集工具，且雖然圖3說明包含兩個反應腔室之反應器302，但應瞭解，在一些具體例中，反應器302可包含複數個反應腔室，其中各反應腔室包含本文前述之基板固持器204及氣體分佈系統206。裝置300亦可包含第一前驅體源207、第二前驅體源208、載體或沖洗氣體源210。裝置300亦可包含第一移除系統，該第一移除系統進一步包含蝕刻劑氣體源216。裝置300亦可包含插入於源207、208、210、216與反應器302之間的閥門211、212、214及218。
裝置300亦可包含用於在第一反應腔室203A與第二反應腔室203B之間傳送基板(例如半導體)之傳送系統304。傳送系統304可包含受控環境使得基板自第一反應腔室203A至第二反應腔室203B之傳送(且反之亦然)可在不將基板暴露於環境空氣下發生。
在一些具體例中，反應腔室203A可專用於整個半導體程序中之單個程序。舉例而言，反應腔室203A可專用於藉由將第一前驅體及第二前驅體依序脈衝至基板上而執行浸潤程序，而第二反應腔室203B可專用於移除設置於基板上之第一層之至少一部分及/或修整程序。應瞭解，在一些具體例中，反應腔室203A及203B中之專用單個程序可顛倒。單個反應腔室至整個半導體程序中之一或多個程序之專用可允許用於包含整個半導體程序之各程序之獨立程序參數，亦即用於第一反應腔室203A及第二反應腔室203B之獨立程序參數。舉例而言，第一反應腔室203A可控制於第一溫度及第一壓力下，而第二反應腔室203B可控制於第二溫度及第二壓力下，其中該第一溫度及該第二溫度可彼此相等或不同，且第一壓力及第二壓力可彼此相等或不同。
在一些具體例中，反應腔室203A及203B可專用於如本文所描述之浸潤程序，或反應腔室203A及203B亦可用於其他程序，例如用於層沉積及/或蝕刻程序。舉例而言，反應腔室203A及203B可包含典型地用於如本文所描述之化學氣相沉積(CVD)及/或原子層沉積程序之反應腔室。在額外具體例中，裝置300可包含用於進行額外專用程序(諸如修整、沉積及蝕刻程序)之額外反應腔室。
如圖3中所示出，源207、208、210及216經由閥門211、212、214及218與反應器302進行流體連通，該等閥門可用於使用供應線219、220、222及224控制相應源材料至反應器腔室203A及203B之流動、混合及分佈。
供用於經組合之退火、浸潤程序及移除第一層之至少一部分之可能應用可用於極紫外線(EUV)光阻。用於EUV應用之退火可不用於聚合物之自組裝，但可用於固化或穩定目的。舉例而言，根據本發明之至少一個具體例的經組合之退火及浸潤程序可輔助依序浸潤合成(SIS)步驟作為可能防止羧基之轉換，或藉由除去來自聚合物薄膜之水分或穩定或硬化光阻。
所展示及所描述之特定實施係對本發明及其最佳模式之說明且並不意欲以任何方式另外限制態樣及實施之範圍。實際上，出於簡潔起見，系統之習知製造、連接、製備及其他功能性態樣可不進行詳細描述。此外，各種圖式中所示之連線意欲表示不同要素之間的例示性功能關係及/或實體耦合。許多替代或額外功能關係或實體連接可存在於實際系統中，及/或在一些具體例中可不存在。
應理解，本文中所述之組構及/或方法本質上為例示性的，且此等特定具體例或實施例不視為具有限制意義，原因在於可能存在諸多變化。本文所述之特定例程或方法可表示任何數目個處理策略中之一或多者。由此，所 說明之各種動作可以所說明之順序、以其他順序進行，或在一些狀況下被省去。
本發明之標的物包括本文中所揭示之各種製程、系統及組構以及其他特徵、功能、動作及/或特性，以及其任何及所有等效物的所有新穎但非顯而易見之組合及子組合。
100‧‧‧方法
110‧‧‧將包括第一層之基板提供至反應腔室中
120‧‧‧執行浸潤程序
130‧‧‧移除第一層之至少一部分

Claims (30)

  1. 一種半導體處理裝置，其經組構以形成一結構，該裝置包含：一第一反應腔室，該第一反應腔室經組構以固持具有一第一層之至少一個基板；一前驅體遞送系統，該前驅體遞送系統經組構以藉由將一第一前驅體及一第二前驅體依序脈衝至該第一層上而執行浸潤，使該第一層中之至少該第一前驅體與該第二前驅體浸潤並反應，藉此形成一浸潤材料；及一第一移除系統，其經組構以用於移除設置於該基板上之該第一層之至少一部分，同時留下該浸潤材料；其中，浸潤及移除該第一層之至少一部分發生於同一個半導體處理裝置內；且其中該第一反應腔室執行浸潤且一第二反應腔室執行移除該第一層之至少一部分。
  2. 如請求項1之裝置，其進一步包含一電漿產生器，該電漿產生器經組構以自一蝕刻劑氣體產生電漿活性物種，該蝕刻劑氣體自該第一移除系統供應。
  3. 如請求項1之裝置，其中，該第一移除系統進一步包含一加熱元件，該加熱元件經組構以將該至少一個基板加熱至大於450℃之溫度。
  4. 如請求項1之裝置，其中，該第一反應腔室經組構以用於移除該第一層之至少一部分。
  5. 如請求項4之裝置，其中，該第一反應腔室經組構以執行退火步驟。
  6. 如請求項1之裝置，其中，該第一反應腔室經組構以處理多個基板。
  7. 如請求項1之裝置，其中，該前驅體遞送系統進一步經組構以藉由將一第一前驅體及一第二前驅體依序脈衝至該浸潤材料上而執行薄膜沉積。
  8. 如請求項1之裝置，其中，該裝置進一步經組構以執行蝕刻程序而移除該基板之至少一部分。
  9. 如請求項8之裝置，其進一步包含一電漿產生器，該電漿產生器經組構以自一蝕刻劑氣體產生電漿活性蝕刻劑物種，該蝕刻劑氣體自一蝕刻劑氣體源供應。
  10. 如請求項1之裝置，其中，該結構包含以下中之至少一者：氧化鋁(Al2O3)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiON)、碳氮化矽(SiCN)、矽(Si)、氮化鋁(AlN)、氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、鈷(Co)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或二氧化鉿(HfO2)。
  11. 如請求項1之裝置，其中，該至少一個基板與一多基板固持器中之至少一第二基板一起自該第一反應腔室經傳送至該第二反應腔室。
  12. 如請求項1之裝置，其中，該第一反應腔室包含一單晶圓反應器。
  13. 如請求項1之裝置，其中，該第一移除系統進一步經組構以用於執行一修整程序。
  14. 一種半導體處理裝置，其經組構以形成一結構，該裝置包含：一第一反應腔室，該第一反應腔室經組構以固持具有一第一層之至少一個基板；一前驅體遞送系統，該前驅體遞送系統經組構以藉由將一第一前驅體及一第二前驅體依序脈衝至該第一層上而執行浸潤，使該第一層中之至少該第一前驅體與該第二前驅體浸潤並反應，藉此形成一浸潤材料；及一第一移除系統，其經組構以用於移除設置於該基板上之該第一層之至少一部分，同時留下該浸潤材料； 其中，浸潤及移除該第一層之至少一部分發生於同一個半導體處理裝置內；且其中該第一反應腔室包含一批式反應器。
  15. 一種半導體處理裝置，其經組構以形成一結構，該裝置包含：一第一反應腔室，其設有一第一基板固持器且經組構及配置以執行定位於該第一基板固持器上之一基板上之一第一層的浸潤，從而將一浸潤材料浸潤至該第一層中；一第二反應腔室，其設有一第二基板固持器且經組構及配置以移除定位於該第二基板固持器上的該基板上之該第一層之至少一部分，同時將該浸潤材料留在該基板上；一基板處置器，其經建構及配置以將該基板提供至該第一基板固持器，將該基板自該第一基板固持器傳送至該第二基板固持器，及將該基板自該第二基板固持器移除；及一外殼，其遮蓋該基板處置器及該第一反應腔室與該第二反應腔室，以在該基板自該第一基板固持器傳送至該第二基板固持器期間保護該基板免受該裝置外部之環境影響。
  16. 一種在根據請求項1之半導體處理裝置內形成一結構之方法，該方法包含：在該反應腔室中提供用於處理之一基板，該基板具有設置於該基板上之一第一層；藉由將該第一前驅體及該第二前驅體依序脈衝至該基板上而執行第一層浸潤，該第一層浸潤經組構以使得能夠將至少該第一前驅體及該第二前驅體浸潤至該第一層中，其中過量之該第一前驅體及該第二前驅體自該反應腔室被沖洗掉；且 其中，一浸潤材料自該第一前驅體及該第二前驅體的反應而形成於該第一層中；及在執行浸潤之後移除設置於該基板上之該第一層之至少一部分，同時留下該浸潤材料；其中，浸潤及移除該第一層之至少一部分發生於同一個半導體處理裝置內。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含對該基板執行一退火步驟。
  18. 如請求項16之方法，其進一步包含在移除設置於該基板上之該第一層之至少一部分之後對該基板執行沉積程序或蝕刻程序中之至少一者。
  19. 如請求項16之方法，其中，移除該第一層之至少一部分進一步包含將該第一層暴露於一含氧反應物。
  20. 如請求項16之方法，其中，該結構包含以下中之至少一者：氧化鋁(Al2O3)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、矽(Si)、氮氧化矽(SiON)、碳氮化矽(SiCN)、氮化鋁(AlN)、氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、鈷(Co)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或二氧化鉿(HfO2)。
  21. 如請求項17之方法，其中，在退火步驟期間，該反應腔室之溫度的範圍在100℃與450℃之間。
  22. 如請求項16之方法，其中，在浸潤期間，該反應腔室之溫度的範圍在25℃與450℃之間。
  23. 如請求項16之方法，其中，該第一層包含以下中之至少一者：一旋塗式玻璃、一旋塗式碳層、一氮化矽層、一抗反射塗層或一非晶碳層。
  24. 如請求項16之方法，其中，該第一層包含以下中之至少一者：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯、聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)、一深UV光阻、193光阻、193i光阻或一極UV光阻。
  25. 如請求項16之方法，其中，重複執行浸潤以便形成一所要厚度之 該結構。
  26. 如請求項16之方法，其中，該浸潤包含：將該第一前驅體脈衝至該基板上；將該第一前驅體自該反應腔室沖洗掉；將該第二前驅體脈衝至該基板上；及將該第二前驅體自該反應腔室沖洗掉。
  27. 如請求項17之方法，其中，退火步驟及浸潤發生於一單一反應腔室內。
  28. 如請求項17之方法，其中，退火步驟及浸潤發生於位在該半導體處理裝置上之不同反應腔室內。
  29. 如請求項17之方法，其進一步包含在執行該第一層浸潤之前執行一修整程序。
  30. 一種在根據請求項15之半導體處理裝置內形成一結構之方法，其中，該方法包含：在該第一反應腔室中提供用於處理之一基板，該基板具有設置於該基板上之一第一層；使用藉由氣相浸潤形成之一無機材料浸潤該第一層；將該基板自該第一反應腔室傳送至該第二反應腔室，而不使包含一無機材料之該第一層暴露於該裝置外部之環境；及移除該半導體處理裝置之該第二反應腔室中之該第一層之至少一部分，同時將該無機材料留在該基板上。
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