使用電磁輻射及離子植入進行光阻改質的方法與系統的制作方法

專利名稱：使用電磁輻射及離子植入進行光阻改質的方法與系統的制作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及元件制造的領域。更具體地說，本發明涉及用來使基板圖案化及對基板進行以制造元件的方法，系統和結構。
背景技術：
光學微影技術時常被使用于電子元件的制造。它是一個使基板圖案化的過程，使得電路可在基板上根據該圖案而形成。參照圖la-le，該圖簡述說明光學微影的過程。一般來說，基板112涂布有可光致硬化、可聚合化的光阻114(圖la)。之后，于基板114和光源之間(未顯示)放置具有所欲的開口圖案的光罩142。從光源發出的光線10經由光罩142的開口照射著基板112，而且經由光罩開口的光線(或是圖案的影像)投影在光阻114上。光阻的一部份114a曝光在光線10之下且硬化，而光阻的其他部份114b仍保持未硬化狀態(圖lb)。所以，由光阻114a的已硬化部分形成光罩開口的圖像。如圖1c所述，光阻上未硬化的部份114b被剝除而且對應于光罩開口圖案的3D光阻特征或凸紋114a仍可維持在基板112上。之后，經過蝕刻的基板，對應于光罩開口圖案的負型圖案的凹槽116可在基板上形成(圖1d)。在剩余的光阻114b被移除后，圖形化的基板112便可形成(圖1e)。若將金屬層沉積在凹槽上，基板112上便可形成具有所欲圖案的電路。參照圖2，顯示一個把光罩開口圖案投影于基板的傳統式光學微影系統200。該光學微影系統200包含了光源222，光學積分器232及聚光(焦)透鏡234。除此之外，此光學微影系統200還包含了擁有所欲開口圖案的光罩142和投影鏡片252。如圖所述，具有所欲波長光線從光源222發射至光學積分器232和聚光(焦)透鏡234,光學積分器232和聚光(焦)透鏡234整體稱作照明器230。在照明器230中，光線10被擴張，等均勻化，聚焦或經其他處理。光線10照射在具有所欲的開口圖案的光罩142以致被投影于基板112。經過光罩142的開口的光線10可攜有光罩開口圖案的信息。接著，投影鏡片252搜集光線10，并將光線10或光罩開口圖案的影像投影到沉積在基板112的光阻上。于投影影像過程中，投影鏡片10可將影像縮小4倍或5倍。為了使用較小的特征尺寸(例如，凹槽的寬度)產生電路圖案，不少改良的方式已經應用在制程中。如現有技術所知，投影出微小特征的清晰影像的能力可能有賴于制程中所使用光線的波長。依目前而言，波長365nm，248nm，193nm的紫外光在使用中。雖然光學微影是有高生產量的有效制程，但并非沒有缺點。缺點之一是線寬粗糙度(LWR)或線邊緣粗糙度(LER)，如現有技術所知，線寬粗糙度(LWR)是未硬化的光阻114b的部分從基板被剝離后，光阻特征寬度上的過量偏差。由LWR或LER所產生的粗糙度或偏差可能是不利的，因為此偏差可能在蝕刻期間轉移至凹槽，最終轉移至電路。隨著光阻凸紋或凹槽的特征尺寸逐漸遞減，偏差變得越來越大。已在32nm的元件上觀察到4nm或更大的偏差。因為包含線粗糙效應(例如LWR或LER)的圖案化光阻特征的幾何形狀，在對下層進行圖案化期間，會從光阻層轉換到下方的永久層，在尺寸低于IOOnm時，LWR和LER會限制形成可接受品質的元件的能力。如此的偏差會造成非均勻的電路，最終造成元件的衰退或故障。除此之外，依賴于設計的準則，元件效能還會被短程、中程或長程范圍粗糙度其中之一所沖擊影響。已提出好幾個方法，嘗試去處理LWR和LER的效應。其中一個例子，干式化學蝕刻制程具有移除光阻的能力，但一般都會遭受到圖案依賴性負載效應的影響，當相對于隔離特征時，在密集圖案化的區域有著不同的移除方式。如此的干式化學蝕刻制程也可能會在在光阻圖案里帶來不想要的缺陷，而且可能造成良率的損失。除此之外，為了維持對下層將被圖案化的特征的關鍵尺寸(CD)的控制，重要的是，任何用來處理光阻的LWR/LER效應的制程需留下原有的光阻特征，如光阻的高度，寬度和外觀，完整度。另一方式是藉由曝光粗糙圖案于紫外線燈，使用深紫外光(DUV)硬化，其中，透過輻射曝光的加熱來平坦化粗糙線段。這方式在線段轉角處會出現造成圖案后退的不想要的負效應，使得線段變形，造成元件無用。為了處理光阻的UV微影制程的繞射極限，即線段或其他圖案的CD特征尺寸低于照明輻射的繞射極限，于是發展出雙倍圖案化微影技術(DPL)。已經發展出很多種方式，嘗試去保證DPL的成功率，包括了自我對準雙倍圖案化微影技術及化學式冷凍微影技術。然而，從成本和/或良率的觀點，這些制程中每一個各有其優缺點。如上所述，對于需要很小的特征尺寸的技術(如次IOOnm⑶的元件)來說，有一個改善光阻微影制程的需求。

發明內容
本發明的實施例是針對改善基板的圖案化的方法與系統，特別的是，藉由改善被用來圖案化下層基板的光阻特征的粗糙度，來改善基板的圖案化。在一示范實施例中，減少配置在基板上光阻特征的表面粗糙度的方法，包括了產生有等離子體鞘和在該等離子體鞘內的離子的等離子體。利用等離子體鞘調整器調整位于等離子體和等離子體鞘之間的邊界形狀，使得面向基板的邊界的一部份不平行于基板所定義的平面。于第一次曝光期間，光阻特征暴露于擁有所欲波長的電磁輻射，且離子穿越已調整過外形的邊界，在一角度范圍內朝向光阻特征加速。在另一實施例中，提供一種方法以調整基板上的圖案化光阻特征的粗糙度，該圖案化光阻特征具有第一粗糙度。此方法包含了產生有等離子體鞘和位于該等離子體鞘內離子的等離子體；提供等離子體鞘調節器，其定義開口，且可調整在等離子體鞘和等離子體之間的邊界的外形；以及在第一次的曝光期間加速著離子，使其穿越已調整外形過的邊界，朝圖案化光阻特征前進。此方法還包含在至少第一次的曝光的部分期間，用等離子體發射而出于第一波長范圍內的電磁輻射來曝光圖案化光阻特征，其中圖案化光阻特征曝光于離子及擁有第一波長范圍內的電磁輻射后，表現出比第一粗糙度還少的第二粗糙度。在另一實施例中，用來處理安置在基板上的光阻特征的系統包含等離子體源，用來產生等離子體，該等離子體有等離子體鞘；和放置在等離子體和基板間的等離子體鞘調節器。等離子體鞘調節器用來控制定義在等離子體和等離子體鞘之間的邊界的外形，以致邊界外形的一部份不平行于由在等離子體前方的基板定義的平面，且用來傳送所欲特定波長范圍的電磁輻射，該電磁輻射是從等離子體發射而出。
再更進一步的實施例中，減少光阻特征的粗糙度的方法包括產生含有等離子體鞘的等離子體；利用等離子體鞘調節器調節定義在等離子體和等離子體鞘之間的邊界的外形，使得邊界的外形的一部份不平行于由面向等離子體的基板定義的平面；且于第一次曝光期間維持基板溫度大約從30度c至300度C，及于第一次曝光期間在一個角度范圍內，使自等離子體而來的離子沖撞光阻特征，以降低光阻特征的粗糙度。


圖1a-1e是一種基板剖面圖，用來說明傳統光學微影制程的步驟。圖2是一種傳統光學微影系統的圖像說明，該光學微影系統用來投影光罩開口圖案的影像于基板上。圖3a是基板處理系統的圖像說明，其根據本發明的其中一個實施例。圖3b是本發明的一實施例中基板上入射粒子的角度分布的圖例說明。圖4是說明本發明示范性特征的等離子體鞘調節器和光阻特征的剖面圖。圖5圖示光阻線受離子曝光前后的示范性LER資料，根據本發明，該離子是從使用等離子體鞘調節器的等離子體系統所抽取出來。圖6圖示光阻線受離子曝光前后粗糙度的頻率差異的示范性資料，根據本發明，該離子是從使用等離子體鞘調節器的等離子體系統所抽取出來。圖7是說明根據本發明組態其中之一而安置的等離子體系統。圖7a是說明一示范性的系統組態，其中PSM用來傳送由等離子體發射出來的紫外線光子。圖7b是說明一示范性的系統組態，其中PSM用來阻擋由等離子體發射出來的紫外線光子。圖7c是說明一示范性的系統組態，其中PSM用來選擇性傳送由等離子體發射出來的紫外線光子。圖8是說明根據本發明的組態，在不同基板溫度下的LWR和⑶的資料圖9圖示出本發明的方法涉及的示范性步驟的摘要。圖1Oa和圖1Ob是各自從剖面和平面的觀點，圖示說明根據本發明的另一實施例，其用來處理3D結構的技術。
具體實施例方式本發明將參照已完成的圖示作更完整的描述，其中呈現本發明較佳的實施例。然本發明能在許多不同形式中實施且不受限于后面所述的有限實施例。而這些實施例用來使本揭示能徹底及完全，且完全地向本領域技術人員傳達本發明的范圍。在圖中的各處，相同的編號數字參照至相同的元件。為解決上述方法中的缺陷，提出了用來圖案化基板的新穎且具進步性的技術和系統。尤其，本揭示集中在用來改善光阻特征品質的離子植入制程技術，如改良光阻特征的LWR和LER。在此揭示的制程能與形成窄特征的制程相結合，包含了集合成為間距很小的陣列的特征，例如，小于大約250nm的間距。這樣的制程包括傳統DUV光學微影、雙倍圖案化光學微影、自我對準雙倍圖案化光學微影，而且還有其它光學微影制程。然而，本領域技術人員將認知到在此揭示的技術并不受限于與任何特別的光學微影或光阻特征尺寸相結合的使用。有些發明的實施例中使用等離子體浸潤(plasma immersion)植入制程來處理尺寸非常小的光阻特征。揭示了包含處理三維結構制程技術的多個實施例。為達清楚與簡化的目的，實施例中描述了處理面向多個角度的光阻的制程。然而，本領域技術人員將認知到本揭示并不受限。該結構能是平面朝向任何不同角度的結構。實施例亦描述了使用等離子體類基板處理系統的技術。然而，本領域技術人員將認知到其他種類的基板處理系統(次原子類、原子類或分子粒子類)，包含了等離子體濺射和射束線離子植入系統，都在本發明揭示的范圍內。參照圖3a，圖示出根據本發明其中一實施例用來處理3D結構的基板處理系統300。圖3b則說明使用粒子處理光阻的角度分布。圖式并未按照比例繪示。如圖3a所示，系統300包括制程反應室302，該反應室放置著基板112和支稱基板112的平臺304。在本揭示中，該基板112可為金屬、半導體、絕緣體材料類基板。在本揭示中，圖案化光阻可以配置在基板上。圖案化光阻可以是未硬化光阻部分剝除后，保留在基板上的光阻的硬化部份。系統300亦包括用來產生等離子體306的等離子體源(未顯示出來)，該等離子體306包含于制程反應室302。而等離子體源可為原生(in situ)或遠端感應式耦合等離子體源、電容式耦合等離子體源、螺旋波源、微波波源，或其他任何型態的等離子體源。本領域的技術人員將認知到在某些例子中，平臺304亦可作為等離子體源。一或多個等離子體鞘調節器312放置在等離子體306和基板112之間。在本實施例中，等離子體鞘312包含了彼此間隔距離”y”的一對調節器部分312a，312b。在另一實施例中，調節器312可含有單一調節器部分。而在其他實施例中，調節器312包含有三或更多個調節器，彼此見隔開，而定義一間隙。等離子體鞘調節器312能調節等離子體鞘的電場。在某些實施例中，等離子體鞘312能夠正向或負向的充電。等離子體鞘調節器312可由電性絕緣(例如，石英)材料，導電(例如，金屬)材料或綜合兩者所制造。另一方面，等離子體鞘調節器312亦可使用半導體材料(例如，硅)來制造。若系統300含有超過一個的調節器部分，該部分可由相同或不同的材料所制作。例如，系統300可包括了含有兩個調節器部份312a和312b的等離子體鞘調節器312。而調節器部份312a和312b可由相同的材料或不同的材料制作。若等離子體鞘調節器312包括了二個或更多個部份，該部分會放置在相同或不同的水平面。例如，處理系統300內的等離子體鞘調節器312可包括了 2個調節器部分312a和312b，且該些部份放置在相同的平面使得位于基板112和每一個調節器部分312a的垂直間隔”z”都是一樣的。在另一實施例中，調節器312可包括了 2個調節器部分312a和312b，且每一個部份312a及312b離基板112有不同的垂直間隔“z”。對使用等離子體鞘調節器的制程系統的額外描述可在以下共同審查案中找到:美國專利申請號12/417，929，申請日2009年4月3號，已獲準美國專利(專利號7，767，967);美國專利申請號12/644, 103，申請日2009年12月22號；及美國專利申請號12/848，354，申請日2010年8月2號，在此提及的每一案均以引用的方式并入本說明書。在操作過程中，原生或遠端產生的等離子體包含于制程反應室302。而等離子體可含有多個片段，包含電子、質子、原子或分子離子、中子以及所要物種的自由基。在本揭示中，等離子體片段可用來在基板112上摻雜、蝕刻或沉積材料。在等離子體306里的物種并不受限于I或多個特定的物種。該物種可包含I或多個元素表里族I和3A到8A的元素。包含于等離子體里的物種例子可包括氫(H)、氦(He)、和其他稀有氣體，以及碳(C)、氧(O)、氮(N)、砷(As)、硼(B)、磷(P)、銻、鎵(Ga)、銦(In)、碳硼烷(C2B10H12)或其他分子化合物。如圖3a所述，等離子體306亦包含在周圍的等離子體鞘308。在本實施例中，等離子體鞘308可包含正電荷尚子310。如圖所描述，等離子體鞘308為等離子體306的邊界所表現出來。然而，應理解，鞘308可從等離子體306的邊緣延伸一段距離，至等離子體306周圍的物體表面，例如，等離子體鞘308可延伸至基板112的表面。當基板112被直流電壓(DC)或射頻電源(RF supply)(未顯示于圖上)所偏壓，等離子體鞘308內或等離子體306內的離子310會直接朝向基板112移動。不論直流電壓(DC)或是射頻電源(RF supply)的偏壓，施加于基板112的偏壓訊號可以是連續的或是脈波(pulse) ο等離子體鞘調節器312可調整等離子體鞘308的外形，以控制離子310的入射角分布。例如，等離子體鞘調節器312可調整等離子體鞘242內的電場及調整等離子體鞘308的外形。在本實施例中，等離子體鞘調節器312至少可以將鞘308的一部分調整為相對于等離子體306的主體為凹形的鞘308b (已調整的鞘308b)，或相對于等離子體306的主體為圓頂形(凸形)。與基板112比較起來，已調整過的鞘308b外形并不平行于基板112所定義的平面。當基板112受到偏壓，被基板112吸引過去的離子310，以大范圍的入射角穿越過調節器312a和312b之間的間隙“y”。在傳統的等離子體類處理系統中，最接近基板的等離子體鞘平行于基板。當基板受偏壓后，離子在實質上垂直于等離子體鞘的路徑上移動著，于是垂直于基板。因此，離子在傳統等離子體處理系統的入射角分布范圍為-5°至+5°，且基本上會接近于O度。然而，在本實施例中，離子310的入射角可用已調節過的鞘308b來調整。如圖3a所述，相較于基板而言，已調節過的鞘308b是多個角度的。基此，垂直于已調節過的鞘308b移動的離子310可在多重角度下移動。自已調節過的鞘308b的不同部分朝向基板112移動的離子310可具有不同的入射角，所以離子310有大范圍的入射角。如圖3b所述，離子310的入射角范圍大約在于+60°至-60°之間，以O度為中心。在一些實施例中，離子310的入射角額外地被等離子體鞘調節器312產生的電場所調整。有賴于一些因素(但不受限于此)，包括等離子體鞘調節器312的組態和特質，離子的入射角可額外地被調整。這些因素的例子包括調節器部分312a和312b之間的水平間隔(Y)，調節器312和基板112之間垂直間隔(Z)，基板112和每一個調節器部分312b和312b (未顯示)的垂直間隔(z)，和調節器312的電氣特質。亦可調整其它等離子體制程參數來調整離子的入射角且/或入射角分布。其它額外的描述可以在共同待審的美國專利申請案(申請號12/418，120，12/417929，12/644103，和12/848，354)中找到，在此提及的每一個申請案皆以引用方式并入本文。藉由調節等離子體鞘312，表面朝向不同角度的3維結構可被共形地或等向地處理。如下所載，已調節過的等離子體鞘312能同時等向地處理3D結構(例如，3D光阻)的
多重表面。
參照圖4，說明了根據本發明的一實施例處理3D結構的技術。在本實施例中，使用該技術來減少在3D光阻凸紋114a內的LER和LWR。如上所述，在光阻的未硬化部分被移除后，LER和LWR發生于在光學微影期間產生的光阻凸紋內。在本實施例中，光阻凸紋114a內的LER和LWR可藉由使用上表面的等離子體鞘調節器312，對凸紋114a的不同表面執行等離子體摻雜(plasma doping, P LAD)或等離子體浸潤離子植入(plasma immersion ionimplantation,PIII)處理來降低。本領域的技術人員將認知到圖式并不一定按比例繪示。如圖4所示，有著側表面114a_l和上表面114a_2的3D光阻凸紋114a能沉積在基板112上。基板112和光阻凸紋114a放置在包含等離子體鞘調節器312的等離子體處理系統中，等離子體放置在靠近基板112的附近。之后，在等離子體內的離子310可直接穿越等離子體鞘調節器部份312a和312b之間的間隙，朝向光阻凸紋114a的表面前進。如圖所述，離子310得以多個入射角度前進。在本實施例中，離子310可植入進光阻凸紋114a的上表面114a_l和側表面114a-2。雖然現在各式各樣的離子物種得植入，但在本發明中可植入氦或氬。即使光阻曝露于離子的期間能有很大的范圍，但其曝光時間可以在I秒至好幾分鐘內變動著。執行一個實驗，研究根據本發明而放置的等離子體處理系統(PSM)對LER的效應。如下所使用方式，所謂“PSM系統”或“PSM等離子體系統”是指一種等離子體處理系統，利用等離子體鞘調節器去達成朝向鄰近于一部份等離子體的基板的寬范圍離子角度分布。與離子入射角度結合使用的用詞，“寬”、“寬范圍”、“寬角度范圍”，是指總范圍達到5度或更大的角度組合。如圖3b所示，等離子體鞘調節器用來提供離子劑量的角度范圍很寬的曝光。再次參照圖4，一些標稱約40nm⑶的光阻線曝光于3KV He等離子體。藉由以3_4kV的能量植入He離子310進入光阻凸紋114a的上表面114a_2和側表面114a_l，LER從5.6nm改善至3.2nm，且可觀察到LER和LWR有40%的改善。藉由等離子體鞘調節器312植入He離子，光阻凸紋114a的多個表面114a-2和114a_l會等向地且同時地改善。除此之外，只觀察到光阻凸紋114a發生輕微的關鍵尺寸收縮。特別地是，已量測過的⑶從制程開始前的39.1nm減少到制程結束后的37.6nm，顯示出用氦離子310以不同入射角度植入光阻凸紋114a后只會產生4%的收縮。而且亦觀察到輕微的皺化或濺射。因為PLAD或稱PIII是低能量制程，離子310植入的深度會很低。因此，光阻凸紋114a由離子植入形成的任何改變，例如光阻收縮且/或濺射都是輕微的。進一步言，亦觀測到光阻凸紋114a的多個表面同時等向地硬化。若利用額外的光學微影制程來達到雙倍圖案化微影(DPL)或自我對準雙倍圖案化微影(SADPL)制程，光阻凸紋114a的同時等向硬化會是一個優點。在DPL或SADPL下，執行第二次微影制程，在2個第一次光學微影產生的原始光阻凸紋之間產生額外的光阻凸紋。形成額外的光阻凸紋會降低光阻凸紋之間的距離且會造成具有更小寬度的凹槽的基板112。第二次微影制程期間可能會執行化學處理。執行時，于第一次微影制程中形成的光阻凸紋可能會受到不利的影響。在本實施例中，等向硬化的光阻凸紋能抵擋得住第二次微影制程中的化學式處理過程。基此，利用額外的光學微影制程來達成DPL或SADPL是有可能的。如圖4所示，根據本發明的其他實施例，選擇離子的能量和形態來最佳化遭遇多角度離子轟擊的圖案化光阻特征的LER或LWR。圖5和圖6描述離子能量和型態在光阻特征粗糙度上的效應。圖5描述光阻受到離子曝光前后的LER，該離子是由使用傳統式等離子體配置的等離子體系統所取出。而且根據本發明使用等離子體鞘調節器。于曝光之前，觀察到的LER約4.4nm。針對一系列的等離子體，包括硅、氬和氦等離子體，呈現曝露于等離子體對所得的LER的效果。圖5亦描述了利用同樣物種(氬或硅)但改變離子能量對LER的效應。在圖5所示的所有等離子體條件都觀察到LER顯著的減少。按所謂“顯著的”，是相對于粗糙的參數(如LER和LWR)而言，且一般指的是所給予的數值有約5%的降低。對2kV和SkV的硅離子而言，利用傳統等離子體組態，LER在等離子體曝光后會分別地降低到3.9nm和4.0nm,而對2kV和8kV的IS離子，LER會分別地降低到3.8nm和3.7nm。然而,利用本發明的PSM系統，在4kV的氬等離子體和3kV的氦等離子體曝光下LER能有更大的降低，LER分別地降低到2.5nm和2.3nm，相當于各自有43%和48%的降低。如圖6所示,除了能改善LER和LWR,本發明亦能改善低頻和中頻的粗糙度。對于改善元件效能，低頻和中頻的改善可說是特別有用，因為兩者都會影響到場效電晶體的通道長度Leff。眾所周知地，圖案化后基板的實體閘極尺寸的變化，直接地相關于用來圖案化下層閘極結構的光阻特征的LWR。對于閘極和主動區域內之間的重疊相對較小的元件，中頻粗糙度的成份能主控元件的效能，而對于閘極和主動區之間的重疊相對較大的元件，低頻和中頻粗糙度成份兩者皆會影響到元件的效能。自上揭所述以觀，圖案化光阻特征的最佳化線粗糙度可能取決于用圖案化光阻形成的下層基板中待制作的元件的本質。因此，在本發明的實施例中，一群參數需要經調整以在所欲粗糙度特征上達到最佳化減少。這些參數可能包括離子型態、離子能量、光阻型態、光阻的特征尺寸和與等離子體鞘調節器有關的幾何特征。再一次參照圖3a，前述的特征包含了水平間隙Y，垂直間隙Z和其他因素，這些更細節的信息都在共同待審的美國專利案(申請號 12/418120，12/417929 和 12/644103)中揭示。根據本發明中進一步的實施例，圖案化光阻特征除了得到由等離子體鞘調節器312產生的寬角度范圍的離子劑量以外，還經歷電磁輻射的曝光。按此所謂”電磁輻射”，除非另有說明，否則是指紫外線至可見紅外線(IR)頻譜范圍。發明人認知到離子撞擊與電磁輻射的結合，可以附加的或協同的方式移除光阻特征的粗糙度。在一實施例中，用來對一組圖案化光阻特征提供離子劑量的等離子體也被用來作為UV輻射源，提供輻射給相同的光阻特征。除了發射出可見光輻射，在等離子體內游離化的氣體基本上會發射出在紫外線頻譜范圍內的高能輻射。已經知道的是，從等離子體(如本發明的實施例所提供者)發射而出的輻射，是當激發物種從激發態返回低階能量區而釋放能量過程的特征。基本上在等離子體里有許多這種釋放能量過程，包括惰性氣體等離子體，例如氬或氦等離子體。這些產生紅外線(IR)，可見光或UV輻射線的過程可使得適當能量的光子去沖撞光阻特征且會造成光阻的改變。使用已知的微影技術制程的UV輻射來曝光，造成之前未曝光過的正光阻經歷化學變化，可使已曝光部份在顯影液中易于溶解。在本發明中，在使用IR、可見光或紫外線輻射曝光的圖案化光阻特征(意即原始光阻在被用來形成圖案化光阻特征期間的微影制程期間未曝光的部份，其在顯影過后仍存在于基板上)，會產生化性或物性上的改變。雖然圖案化光阻特征在微影制程后可能經過烘烤，然而曝露于電磁波輻射可能已足以軟化圖案化光阻，或以其他方式使圖案化光阻更易受來自于等離子體的離子沖擊的影響。在這種方式下，離子碰撞可被用來結合電磁輻射來改善圖案化光阻特征的粗糙度。
在以下的討論，為達說明的目的，所描述的本發明的實施例集中于使用來自等離子體的紫外線輻射來改良圖案化光阻特征。在曝露于來自PSM等離子體的寬角度離子流的期間，圖案化光阻受UV光子的原生曝光，可提高曝露于寬角度離子流所造成的光阻粗糙度效應。依此方式，LER和LWR的降低會比不使用UV輻射劑量有效率。然而本發明亦涵蓋了使用寬角度離子流結合其他波長的電磁輻射的方法與系統，例如波長在可見光-1R頻譜范圍內的光線。因此，本發明涵蓋了對圖案化光阻使用UV-可見光-1R此光譜波長范圍內的福射方法與系統。在本發明的實施例中，等離子體特質和/或等離子體系統的組態能調整以同時提供寬角度范圍的離子劑量和UV輻射劑量兩者，皆能有效加強由離子對光阻曝光過程所造成的粗糙度降低。在一示范實施例過程中，光阻系統、等離子體氣體組成及運作條件經設定在PSM等離子體系統內使用，以致形成于其中的等離子體以一系列頻率提供UV輻射，使所選的光阻系統產生變化。而等離子體氣體組成可以基于單一氣體，如氬、氦，或可以包含一些氣體的混合，如惰性氣體的混合(氬/氦，氬/氖，諸如此類)，氟碳化合物/惰性氣體混合物，含氧的氣體組成，或其他氣體組成。光阻系統可以是習知光阻，例如以193nm或248nm光學微影系統使用的光阻。在一示范性實施例方法中，氣體組成及等離子體運作條件可被選定來產生IOOnm至300nm范圍的UV輻射。該UV波長的范圍于改變光阻系統內的化學鍵是有效的，特別是在光阻的表面區域。例如，氬/氟碳化合物等離子體在放電過程中會產生UV輻射。在一示范性實施例中，UV光阻系統，如所知的甲基丙烯酸酯類系統可用來形成圖案化光阻系統。這些高分子化合物的型態可以建構為含有氧的懸掛群，其在曝露于適當波長的U V輻射之后易移除。因此，這會造成斷鏈或影響高分子化合物結構及/或合成物的其他反應。借著利用自PSM等離子體產生的UV輻射來改變圖案化光阻的高分子化合物結構及/或合成物，從PSM等離子體抽取而出的寬角度的離子流可更有效地減少光阻特征的粗糙度。例如，至少光阻特征的一部份可藉由UV輻射的曝光造成化學性/物理性的改變來軟化。該軟化有助于由離子撞擊光阻特征所引起的平滑制程。然而，過量的UV輻射會造成不想要的光阻特征分解或光阻的過量移除，導致CD的過度損失或改善表面粗糙度的失敗。因此，本發明的實施例是針對適當劑量的UV輻射，其可以附加式或協同式與自等離子體抽取而來離子一起作用，改善圖案化光阻特征上的LWR及 LER。圖7描述了根據發明的其中一組態而安置的PSM等離子體系統700的細節。系統700包括等離子體706，離子710及UV光子714從等離子體706射到基板112。系統700可包括了反應室墻及基板支撐裝置(皆未顯示于圖中)。含有部分712a及部分712b的PSM712產生了等離子體鞘邊界708a，以在部分712b和部分712a之間的開口區域上形成凹形區域。如圖3a-6的探討，離子710在所示寬角度范圍下撞擊基板112，能夠改善光阻特征的LER及LWR。此外，由等離子體706發射而出UV光子714的一部份能用在基板710。例如，當等離子體706被激發時，包括IR、可見光和UV光子的電磁輻射在一寬角度范圍發射出來。為了簡便，只有顯不出一些垂直朝向基板112的光子。根據本發明及如下的詳細描述，等離子體706和等離子體鞘調節器712作為基板112的UV輻射源。藉由選擇等離子體氣體組成、PSM材料和PSM712的幾何結構，UV輻射對基板112的曝光是能夠調整的。圖7a描述了 PSM716傳遞UV光子714的系統組態702，自等離子體706發射而出的光子沖撞基板112的整個表面。PSM716可包含了在所欲的頻率范圍內對UV輻射具有高度透射性的物種。如上所述，例如基板112上圖案化光阻特征可包含對波長在180nm至250nm范圍內的UV輻射敏感的光阻。換言之，當受到波長在180nm至250nm范圍的輻射，光阻可易于進行化學性/物理性變化。因此，如圖7a所示，為傳遞UV光子714到整個基板112平面，PSM716可含有對波長在180nm至250nm范圍內的輻射有高度透射性的物種。例如，PSM716可含有在約180nm以下有截止頻率(cutoff frequency)的熔融石英(fused silica)材料。另一方面，為了與對波長130nm至150nm范圍內的輻射敏感的光阻一起使用，PSM716可含有對波長低至130nm的輻射具高度透射性的氟化鈣(CaF2)物種。PSM716可含有多于一種的材料，包括含不同的絕緣體的堆迭層，其中PSM的主體部分的一側或多側上涂布有薄膜。如鋁氧化物、硅氧化物，寬能帶隙半導體的材料和其他材料，能用來形成PSM716的一部份。利用能傳遞UV輻射的PSM，當等離子體706存在時，這實施例促使基板112同時曝露于UV福射和離子沖撞。例如,PSM716可設置一個機構(未顯不出來)，在PSM716和基板112之間提供相對橫向平移運動。此機構于由L所定義的+/-方向的整個基板上可啟動來移動PSM716的開口，基于此機構，于掃描期間能使全部基板曝露于離子710。顯然地,在一個掃描或一系列掃描期間的任一個時間點，基板112只有其由橫向尺寸w定義的一部分曝露于離子710，而整個基板112可以在整個掃描期間曝露于UV輻射714。因此，圖7a的組態對于特定光阻系統來說(亦即，相對于產生所欲的化性或物性變化以降低LWR或LER的離子流，需要更大量的UV流的光阻系統)是有用的。圖7b描述PSM718阻擋UV光子714的示范性系統組態704，自等離子體706發射出來的UV光子被阻擋下來以免沖擊到基板112，只有在部分718a和718b之間所形成的開口的下方區域除外。PSM718含有任何可阻擋住UV光子714的材料。若在此組態的任何時間點應用了掃描機構，接收到離子流的基板112的區域(如區域w所示)會相當或有點大于接收UV光子的區域(見區域y)。因此，圖7a的組態對于特定光阻系統來說(亦即，相對于產生所欲的化性或物性變化的離子流，需要少量的UV流(與大角度范圍的離子流一起作用以降低LWR或LER)的光阻系統)是有用的。圖7c描述PSM720部分地阻擋UV光子714的系統組態705，自等離子體706發射出來的UV光子能被PSM720選擇性(根據光子波長)透射。例如，PSM720能選擇性透射在第一 UV范圍內的輻射，而在第二 UV范圍內能阻擋輻射。這種選擇性可藉由習知的用于制作PSM720的材料來達成。眾所周知，添加摻質至氧化物，如基于二氧化硅的物種，能改變二氧化娃在UV范圍內的透射率(transmissivity)。然而,PSM720可包含了只能透射UV光譜的一部分的UV輻射的主體物種。另一方面，PSM720可包含層結構，其作為濾材，僅使具有特定波長范圍或UV波長范圍的輻射能通過。例如，PSM720能夠使得兩個不同波長范圍的輻射通過，且這兩個不同波長范圍的輻射由阻擋波長范圍(亦即此波長范圍內的輻射不會通過PSM)所分離。這樣的濾材可包括多重氧化層，半導體和氧化層及其他組合。例如，多層結構可含有多個厚度相當的層或含有一個主體層，且在主體層的一個或多個表面上涂布薄膜。因此，在圖7c的組態中，于任一時間點，就區域”y”來看，從等離子體706發出的所有UV光子(由光子714a、714b表示)都可以到達基板112，而就較大的區域L來看，只有波長未被過濾的光子714b可以穿過PSM720到達基板112。因此，圖7c的PSM組態對于特定光阻系統而言是有用的，即在該光阻系統中，特定的波長范圍(714b)對離子710降低LWR的效應有所幫助，但其他波長范圍(714a)對于降低LWR并無幫助且/或對LWR或其他光阻性質(例如承受進一步微影制程的能力(光阻”硬度”))有不利效果。在本發明更進一步的實施例里，當圖案化光阻結構曝光于使用PSM產生的寬角度離子流，基板溫度可被調整，如圖3a，及圖7-7c所述的結構。圖8提供了光阻特征在不同的基板溫度下遭受到4kV氬離子的撞擊實驗量測結果，利用根據本發明的結構使用PSM的等離子體系統。從室溫增加基板溫度到75度C，可降低由氬離子處理所產生的⑶損失數量，而且實質上會增加LWR的改善。并可察知基板溫度的大量上升會對LWR/LER產生更進一步的改善。然而，基板溫度可以上升的程度受限于升高溫度時分解、軟化、融解過程的開始點。一般來說，上述所提及的示范性系統、方法、合成物，可以任何組合形式使用，來改善粗糙度結果，如在LWR/LER的減少，在高頻、低頻、中頻粗糙度變異的減少，及類似的圖案化光阻特征。根據本發明的實施例，圖9提供了步驟摘要，其說明涉及減少圖案化光阻特征的粗糙度的方法的示范性步驟。對有些步驟而言，提供了標題式選擇準則，此可能包含了該方法的示范性子步驟。在步驟902中，決定光阻制程的條件。例如，制程條件可能涉及被用來形成圖案化光阻特征的光阻型態。例如，這是標準工業用光阻或是發展來特定應用的光阻。此光阻制程條件亦涉及用來產生圖案化光阻特征的微影制程的型態。例如，制程為標準微影制程或涉及雙倍圖案化制程，此需要更堅固的光阻以在本發明使用的等離子體處理之后承受附加的微影制程步驟。在步驟904提供適當的等離子體離子的條件。按此所謂”等離子體離子條件”，是指用來處理圖案化光阻的等離子體的參數，包含用在基板的離子能量和形態。如圖5、圖6所示，這些參數對LWR/LER的降低及在短和中等長度的粗糙度有強烈的影響。等離子體離子條件可提供給控制系統，在等離子體浸潤植入系統里操作PSM等離子體，以在具有圖案化光阻層的基板放入系統中時啟動等離子體。適當的等離子體離子條件亦包含關于適當離子劑量的信息。此劑量信息可取決于設計準則(例如，標的LWR)和制程參數(例如，更一步的對圖案化光阻執行的制程步驟)。例如，標的元件設計可能需要擁有標的LWR及/或低頻粗糙度的光阻特征，因此對用來制作光阻特征的第一次微影制程有所要求。第一次微影制程可以是待執行第二次微影制程的雙倍圖案化制程流程的一部份。對于給定的離子能量和角度分布而言，可以知道，或可以透過實驗決定的是，在第一微影制程之后，第一離子劑量可以有效導致最大的LWR下降量，而再更高的劑量已不會顯著影響粗糙度。更一步的可得知或從經驗中獲知，對于硬化圖案化光阻而言，比第一次劑量還多的第二次劑量會比第一次劑量來得更有效果。因此，將圖案化光阻曝露于第二離子劑量，可以使光阻在經歷第二次微影制程以后，有較少的CD損失或減少其他有害效果。所以，適當的離子劑量會是以下這種第二離子劑量，該劑量可達到所需要的LffR和所需的光阻硬化，以形成為第二次微影制程作準備的光阻。在另一例子中，若第一離子劑量可使LWR達到最低值，但比第一劑量還多的離子劑量會增加LWR，此時就比較不會想要使用較高劑量。因此，要在第一劑量和第二劑量間取得最佳的劑量，表示在最佳化LWR和改善硬度抵抗因第二次微影制程間產生的有害效應之間以取得平衡。在步驟906，提供適當的等離子體輻射條件給處理系統，例如有著本發明的等離子體鞘調節器的等離子體離子植入系統。按此所謂”等離子體輻射條件”，是指來自等離子體的電磁輻射特征，其受下列因素影響，包括氣體物種的選擇，如前文所述。此等離子體輻射條件能被挑選來提升來自同一等離子體所產生的離子造成的光阻平滑效應。因此，提供適當的等離子體輻射條件可能包含挑選氣體物種及等離子體操作條件，以在等離子體啟動時，產生具有所欲波長范圍的輻射。在一例子中，提供離子物種的步驟904及提供等離子體輻射條件的步驟906可能涉及選擇既能有益于離子沖擊的平滑效應又能有益于以UV輻射提高前述效應的氣體物種。例如，低能量的氬制程被視為可以對圖案化光阻特征提供平滑效應，且平滑效應可歸因于暴露在從等離子體提取出來的高能氬離子。低能量的氬制程亦可發射出某一頻率的UV光子，在所給予的光阻系統下可提升平滑效應。在另一例子中，步驟904的離子物種及步驟906的等離子體輻射條件的選擇涉及選擇一些氣體種類，其中一種氣體物種提供平滑效應(至少部分歸因于離子轟擊)，而第二種氣體物種提升平滑效應(至少部分歸因于UV輻射)。例如，基于氬離子的制程被視為能達到圖案化光阻特征的平滑效應，該平滑效應可歸因于暴露在從等離子體提取出來的高能IS離子。除此之外，可得知或從實驗中獲知，氟碳化合物(fluorocarbon)物種能發射福射(如UV光子)，其能量可以有效提升平滑效應。因此，可設計出一種等離子體氣體組成，包含氬/氟碳化合物的混合物，可達到有效的離子撞擊和對圖案化光阻特征的電磁輻射，且亦可提高平滑效應。在步驟908，提供了適當的PSM結構，這可包含提供適當的PSM幾何結構，及適當的制作PSM的材料的特質。這些適當的特質可包含對目標波長范圍的電磁輻射的透射率(透射條件)。在一例子中，有UV透射條件的PSM使得波長范圍能有效調整光阻的UV輻射穿過。如前所述，本發明的等離子體鞘調節器可以提供大角度范圍的離子流(以垂直于基板的方向為中心，約+/-60度范圍)。然而，此分布根據特定光阻系統與幾何可以作適當調整，以達到更少或更多的入射離子范圍，例如，在如前所述的垂直(Z)及水平(y)間隙作相對的調整。除此之外，如上詳述，用于PSM的材料的選擇可以改變，以調整到達圖案化光阻的UV福射的波長及量。例如，在步驟910，于受PSM等離子體曝光過程中對支撐圖案化光阻的基板提供適當的溫度，這可能涉及提高基板溫度于室溫之上進而導致LWR或LER更大幅度的降低。在此所述的方法，如圖9所述的步驟，可以自動化，例如，依據可執行指令的機器讀取儲存于電腦里的可讀儲存媒體內的清楚的程式指令來自動執行。而一般用途的電腦可為此所述的機器的例子之一。就現有技術所知的適當儲存媒體的非限制性示范例，包含可讀寫的CD，快閃記憶體晶片(例如姆指碟)，各式各樣不同的磁性儲存媒體，諸如此類。即使先前所述中本發明的實施例是針對于利用離子沖擊來減少表面特征的粗糙度及減少于發生在平滑制程中關鍵尺寸的耗損的系統與制程，其他的實施例提供了利用離子沖擊來增加表面圖案化特征中的物種的機制。參照圖1Oa及10b，簡述了根據本揭示中的另一實施例，用來處理3D結構的技術。在此實施例中顯示了減少洞口區域的技術。而在此實施例中，基板500可為金屬基板、半導體基板、或是介電質基板。基板500包含了洞512。雖然本實施例將以處理具有第一半徑R1的洞的基板的制程來作說明，然其并非用以限定本揭示。類似先前實施例的光阻，本實施例中的基板500可以是含有一或多個垂直延伸表面的簡單結構。在本實施例中，離子310是以多重入射角度指向洞512的側壁。雖然離子是較佳的，然本發明并未排除其他粒子，包括自由基或中性粒子。指向洞512的離子310可能沉積在洞512的表面，形成有第二半徑R2的邊界層522。藉由等離子體鞘調節器522，離子310以多重入射角度指向洞512的表面。因此,會發生共形(conformal)且等向地(isotropic)的沉積，且會形成均勻厚度的邊界層522。再者，基板500的原始洞口的半徑會共形地且均勻地的從R1減少至R2。縱上所述，本發明提供了具新穎性且具創造性的用來降低圖案化特征(例如，光阻)的粗糙度的方法與系統。本發明可運用在使用相對低的離子能量(例如，等離子體浸潤式系統)的系統里，由此系統提供的離子和其他物種對圖案化特征的穿透深度很小。這有助于在不實質地沖擊光阻圖案(例如，輪廓及CD)的前提下即有表面平滑的能力。藉由在遠離垂直方向的方向提供大量的離子流，本發明的PSM架構對于攻擊受表面粗糙度影響最大的光阻特征區域(意即，側壁)特別有效。在本發明的實施例中，例如使用惰性氣體等離子體，較不易受到圖案控制效應的影響(這種影響在干式化學制程中是常見的)。再者，借著利用等離子體鞘調節器和等離子體處理系統的結合(例如，浸潤式植入系統)，本發明對調節光阻處理制程提供更大的彈性。這是由于各種實驗參數可被方便地且獨立地調整，例如氣體組成，離子能量，離子入射角度范圍，等離子體輻射條件，PSM透射條件，及基板溫度。本發明并不受限于在此已揭示的特定實施例的范圍。事實上，根據前述說明和附圖，除了本文說明的以外，本揭示的其他變化實施例與修改，對本技術領域的技術人員是顯而易見的。雖然本發明運用在使用低能量離子的等離子體浸潤式離子植入系統，除了離子植入以外的離子沖擊效應，也可能有助于光阻平滑，且本發明可運用于能提供低能量離子的其他等離子體系統。再者，本發明涵蓋了從PSM等離子體發射出的紅外線/可見光輻射能有效降低表面粗糙度的系統和方法。在此實施例中，可至少部分基于紅外線/可見光發射特性，選擇相關的等離子體輻射條件，而且根據PSM對紅外線/可見光光譜的一或多個范圍的阻擋或透射特性，可選擇PSM的組態。再者，除了植入或沉積，本揭示所揭示的技術能在光阻結構或除光阻結構以外的結構上執行蝕刻。例如，本揭示所揭示的技術能用于執行光阻修整制程以減少電晶體閘極的關鍵尺寸。相對于傳統修整制程(利用02+HBr等離子體同時在一個表面上執行，本揭示的技術能用來以多個角度導引蝕刻劑(例如離子)，且在同一時間對多個表面等向地執行修整制程。基此，修整制程能更有效率且均勻地執行。因此，這樣的其它的實施例和修改都意欲落入本揭示的范圍內。再者，雖然在本文中，是以為達特殊目的而在特殊環境下的特殊執行來描述本揭示，然而本領域的技術人員將理解其用途不僅限于此，且本揭示于任何目的下任何中環境中皆可有益的執行。因此，本揭示的主題應該要根據本文所述的本揭示的完整寬度和精神來加以理解。
權利要求
1.一種減少配置在基板上的光阻特征的表面粗糙度的方法，包括: 產生含有等離子體鞘和在其中的多個離子的等離子體； 利用等離子體鞘調節器調整定義在該等離子體與該等離子體鞘之間的邊界的外形，以致面向于該基板的該邊界的一部份不平行于由該基板所定義的平面； 于第一次曝光期間將該光阻特征曝光于具有所欲波長范圍的電磁輻射；且在該第一次曝光期間加速所述離子，使其穿越具有經調整的外形的該邊界，在一個角度范圍內朝向該光阻特征前進。
2.根據權利要求1所述的方法，其中調整該邊界的該外形的方法包括: 提供擁有一對調節器部分的等離子體鞘調節器，且該等離子體鞘調節器定義了該對調節器部分之間的一間隙，且在該間隙附近的該邊界的該外形相對于該平面是凸起的。
3.根據權利要求 2所述的方法，其中該角度范圍是以垂直于由該基板所定義的該平面的軸為中心的約正負60度之間。
4.根據權利要求1所述的方法，其中該曝光與該加速是發生于同一時間。
5.根據權利要求1所述的方法，其中該些離子劑量的能量大約在IkeV至IOkeV之間。
6.根據權利要求1所述的方法，還包括在該第一次曝光期間維持該基板的溫度在約30度c或更高。
7.根據權利要求1所述的方法，其中該等離子體鞘調節器包含一或多個半導體膜層。
8.根據權利要求1所述的方法，其中該等離子體鞘調節器用來傳遞該具有所欲波長范圍的該電磁輻射，且阻擋波長在該所欲波長范圍外的電磁輻射。
9.根據權利要求8所述的方法，其中該所欲波長范圍包括紫外線波長范圍。
10.根據權利要求1所述的方法，其中該等離子體鞘調節器實質上對UV輻射是可穿透的。
11.一種調整基板上的圖案化光阻特征的粗糙度的方法，該光阻特征具有第一粗糙度，該方法包括: 產生含有等離子體鞘和在其中的多個離子的等離子體； 提供定義一個開口的等離子體鞘調節器(PSM)，用來調整該等離子體與該等離子體鞘之間的邊界外形； 于第一次曝光期間加速該些離子穿越已調整過外形的該邊界朝向該圖案化光阻前進；以及 在至少該第一次曝光的一部份期間，將圖案化光阻曝光于具有第一波長范圍的電磁福射，該電磁輻射是由該等離子體發射而出，其中曝光于該些離子及該具有該第一波長范圍的該電磁輻射的該圖案化光阻展現出比該第一粗糙度還少的第二粗糙度。
12.根據權利要求11所述的方法，其中該第一波長范圍是UV波長范圍。
13.根據權利要求11所述的方法，其中該第一波長范圍是指紅外線(IR)波長范圍。
14.根據權利要求11所述的方法，其中該等離子體包含第一物種及第二物種，該第一物種產生的離子用來藉由撞擊該光阻特征以減少該第一粗糙度，而該第二物種用來發射出在UV波長范圍內的該電磁輻射。
15.根據權利要求11所述的方法，還包含在該第一曝光期間提高該基板的溫度于大約30度c至300度Co
16.根據權利要求11所述的方法，其中該等離子體鞘調節器包含阻擋波長在該第一波長范圍外的第二波長范圍內的電磁輻射的材料。
17.根據權利要求11所述的方法，其中該等離子體鞘調節器包含石英。
18.根據權利要求11所述的方法，其中該等離子體鞘調節器包含一或多個硅薄膜。
19.根據權利要求11所述的方法，其中于該第一次曝光期間該些離子以一個角度范圍沖擊該圖案化光阻特征。
20.—種系統，用來處理配置于基板上的光阻特征，包含: 等離子體源，用來產生含有等離子體鞘的等離子體 '及 等離子體鞘調節器，配置在該等離子體和該基板之間，該等離子體鞘調節器用來控制由該等離子體和該等離子體鞘所定義的邊界的外形，使得該邊界的該外形的一部份不平行于在該等離子體前由該基板所定義的平面，該等離子體鞘調節器用來傳遞具有所欲波長范圍的電磁輻射，該電磁輻射由該等離子體所發射而出。
21.根據權利要求20所述的等離子體處理系統，其中該等離子體鞘調節器用來阻擋該所欲波長范圍以外的電磁輻射范圍。
22.根據權利要求21所述的等離子體處理系統，其中該所欲波長范圍是紫外線波長范圍。
23.根據權利要求21所述的等離子體處理系統，其中該所欲波長范圍是紅外線波長范圍。
24.一種減少光阻特征粗糙度的方法，包含: 產生擁有等離子體鞘的等離子體； 利用等離子體鞘調節器調整由該等離子體和該等離子體鞘所定義的邊界的外形，使得該邊界的該外形的一部份不平行于由面向該等離子體的該基板所定義的平面； 于第一次曝光期間維持該基板溫度在大約30度c至300度c ;及于該第一次曝光期間使自該等離子體而來的離子以一角度范圍沖擊該光阻特征，以減少該光阻特征的粗糙度。
全文摘要
減少配置于基板上的光阻特征的表面粗糙度的方法包含產生有等離子體鞘和該等離子體鞘內的離子的等離子體。而在等離子體鞘和等離子體之間的邊界外形可通過等離子體鞘調節器調整，使得面向于基板的部份邊界不平行于基板所定義的平面。于第一次曝光期間，光阻特征曝露于擁有所欲波長的電磁輻射，而且離子穿越已調整過的邊界外形在一角度范圍內朝向光阻特征加速。
文檔編號H01J37/32GK103155099SQ201180047420
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月23日 優先權日2010年10月1日
發明者盧多維克·葛特, 派崔克·M·馬汀 申請人:瓦里安半導體設備公司