專利名稱：蝕刻光刻基片的改進的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導體工藝，尤其是涉及一種用于蝕刻光刻基片 的改進的方法。
背景技術(shù)：
為了改善器件性能，半導體器件的電路密度不斷增加。電路密度 的增加是通過減小特征尺寸(feature size)來實現(xiàn)的。當前技術(shù)的目標 特征尺寸為0.15微米和0.13微米，期望在不久的將來特征尺寸進一步 減小。器件內(nèi)各特征確切的尺寸是通過制造工藝中所有的步驟來控制 的。垂直尺寸(vertical dimension)由摻雜和成層工藝控制，而水平尺 寸主要由光刻工藝決定。常常將構(gòu)成電路圖案的線和間距的水平寬度 稱為關(guān)健尺寸(CD)。光刻術(shù)是一種在基片表面形成精細電路圖案的技術(shù)。這些圖案通 過隨后的蝕刻或者沉積工藝被轉(zhuǎn)移到晶片結(jié)構(gòu)中。理想地，光刻步驟 在所設(shè)計的位置處，產(chǎn)生與設(shè)計尺寸(正確的CD)精確匹配的圖案(稱 為對準或者配準)。光刻術(shù)是一種多步驟處理，其中首先在光掩模(或者制版片(reticle))上形成所希望的圖案。該圖案通過光掩蔽操作而轉(zhuǎn)移到基 片上，在該操作中，輻射(例如UV光)透過該圖案化的光掩模，使基 片上的輻射敏感涂層暴露。該涂層(光致抗蝕劑)在曝光于輻射后產(chǎn) 生化學變化，導致暴露區(qū)域或多或少地可溶于隨后的顯影化學。光刻 技術(shù)屬于現(xiàn)有技術(shù)。對這些技術(shù)的綜述可以從Thompson等人的"Introduction to Microlithography"版本中獲悉。由于光掩模對于在大量的基片上產(chǎn)生電路圖案起到主導作用，因 此在光掩模制造期間帶入的任何缺陷都將被復(fù)制到所有的用該光掩模 成像的晶片上。因而，制造一個忠實地反映所設(shè)計的圖案的高質(zhì)量的 光掩模對建立高產(chǎn)量器件制造工藝至關(guān)重要。在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知，有兩種主要類型的光掩模吸收型和相 移型。吸收型光掩模通常由涂有不透明膜(例如Cr)的光透過基片(例 如熔融石英，CaF2等)組成。該不透明膜可以由單層或者多種材料(例 如在下層的鉻層之上的抗反射層(AR鉻))組成。對于二元鉻光掩模 來說，常用的不透明膜(以商品名列出)的實例包括但不限于AR8、 NTAR7、 NTAR5、 TFll、 TF21。在制造光掩模的期間，將不透明膜沉 積在透明基片上。然后，將光致抗蝕劑層沉積在該不透明層之上并且 將其圖案化(例如曝光于激光或者電子束)。在曝光之后，將該光致抗蝕劑層顯影，使要被除去的下層的不透明膜區(qū)域暴露。隨后的蝕刻 操作將暴露著的膜除去，從而形成吸收型光掩模。在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知，相移掩模有兩個子類交替型和嵌入式 衰減掩模。交替型相移掩模通常由涂有不透明膜(例如Cr和抗反射性 Cr)的光透過基片(例如熔融石英、CaF2等)組成。在制造光掩模期 間，將不透明膜沉積在透明基片上。然后將光致抗蝕劑層沉積在該不 透明層之上并且使用激光或者電子束將其圖案化。在曝光之后，將該 光致抗蝕劑層顯影，使要被除去的下層的不透明膜區(qū)域暴露。蝕刻處理將暴露著的不透明膜除去，這樣暴露出下層的基片。使用第二處理 將下層的基片蝕刻出精確的深度。如現(xiàn)有技術(shù)一樣，在第二蝕刻處理 之前，可使該基片可選地經(jīng)受第二光致抗蝕劑涂覆和顯影處理。嵌入式衰減相移掩模(EAPSM)通常由涂覆有膜或者膜疊層的透光性基片(例如熔融石英、CaF2等)組成，該膜或者膜疊層使透過的 光衰減同時在想要的波長上改變相位180度。然后將不透明膜或者膜 疊層(例如Cr和抗反射Cr)沉積在該相移材料上。然后將光致抗蝕劑 層沉積在該不透明層之上并且將其圖案化(例如，使用激光或者電子 束)。在曝光之后，將該光致抗蝕劑層顯影，使要被除去的下層的不 透明膜區(qū)域暴露。然后使用蝕刻處理除去暴露著的不透明膜，這樣暴 露出下層的相移/衰減膜或者膜疊層。在將該不透明膜蝕刻之后，使用 第二蝕刻處理來蝕刻該相移層，使之停止于下層的基片。或者，可以 使蝕刻停止層存在于相移層和基片之間，在這種情況下，第二蝕刻處 理將會選擇性地停止于該蝕刻停止層。理想地，在形成具有流暢的垂直側(cè)墻、精確地復(fù)制原始掩模(例 如光致抗蝕劑)圖案的CD的特征的時候，蝕刻處理對最上面的抗蝕刻 (etch-resistant)掩模(例如光致抗蝕劑、e束抗蝕劑)和下層的材料 (基片或者蝕刻停止層)這兩者都具有高的蝕刻選擇性。濕蝕刻處理 (例如用于AR Cr/Cr蝕刻的氯酸和硝酸鈰銨(ceric ammonium nitrite)水溶液)對所述蝕刻掩模和下層的基片表現(xiàn)出良好的蝕刻選擇性，但是 其是各向同性的，并且導致掩模出現(xiàn)明顯的底切(undercut)，且產(chǎn)生 傾斜的特征輪廓。底切和傾斜的特征輪廓導致該蝕刻的特征CD發(fā)生改 變。CD和/或傾斜的特征輪廓的不希望的改變劣化了所完成的光掩模的 光學性能。干蝕刻(等離子體)處理相對濕蝕刻處理是一種已知的可供選擇 的處理。等離子體蝕刻相對濕處理提供更為各向異性的蝕刻結(jié)果。干 蝕刻常用于全部三種掩模類型的制造中。對于二元Cr光掩模來說，通常使用含氯的氣體和含氧的氣體的混合物。另外的氣體成分包括惰性 氣體和鈍化劑，它們一直被用來改善處理性能。早期的基于光掩模的干蝕刻利用的是電容耦合(二極管)反應(yīng)器內(nèi)的低密度( 109ion/cm3)等離子體，而當前多數(shù)干蝕刻光掩模處理 利用高密度(109-1012ions/cm3)配置(例如，感應(yīng)耦合等離子體(ICP)、 變壓耦合等離子體(TCP)、電子回旋共振(ECR)等)。對于二元Cr光掩模的干蝕刻處理來說，該處理通常包括三個主要 步驟。第一步驟使用含氯的等離子體(例如Cl2、 HC1、 CC14、 BC13) 除去抗反射涂層(例如氧化鉻、氮化鉻、氧氮化鉻)?？蛇x地，ARCr 蝕刻步驟可以包括含氧的氣體(例如02、 CO、 C02、 N20、 N02、 S02 等)以及惰性氣體(例如He、 Ar、 Ne、 Xe、 Kr等)。第一步驟可以 基于時間來進行，或者通過使用終點(endpoint)技術(shù)(例如，激光反 射光譜法、光學發(fā)射光譜法)終止于ARCr/Cr界面。第二步驟蝕刻大塊的Cr材料，該蝕刻在下層的膜或者基片上停 止。用于第二步驟的處理氣體混合物通常包含氯源和氧源。如第一步 驟一樣，處理氣體化合物也可以包含惰性氣體。此外，第一和第二步 驟可以具有同樣的處理條件?？蛇x地，第二步驟可以通過使用終點技 術(shù)來終止。第三步驟是過蝕刻步驟，以保證不同的Cr負載(loading)的區(qū)域 完全清晰(clear)。該過蝕刻步驟也用來改善在低Cr密度區(qū)域看到的傾 斜輪廓。在較長的過蝕刻時間保證了高密度Cr區(qū)域以改善的(更多的 垂直)特征輪廓而完全清晰的同時，較長的過蝕刻時間也導致了更多 的側(cè)向蝕刻和較高的CD偏差(CD bias)。該過蝕刻步驟的參數(shù)可以 與第一和第二步驟的配方之一(或者二者)相同。該過蝕刻步驟的持續(xù)時 間通常以先前步驟的持續(xù)時間的百分比為基礎(chǔ)?？蛇x地，為了改善蝕刻掩模(例如光致抗蝕劑)的輪廓，可以在 蝕刻AR鉻層之前進行清除浮渣或者修整的步驟。盡管等離子體蝕刻處理比濕蝕刻處理有更多的各向異性，但是它 們在圖案化的材料中仍然能夠引入尺寸的改變。在蝕刻處理中引入的CD增減的程度稱為"CD偏差"。蝕刻處理中的CD偏差能夠通過獲 得蝕刻處理后最終的特征CD以及減去蝕刻前初始的特征CD來計算。 希望能使對CD偏差起作用的側(cè)向蝕刻的程度最小化。對于處理CD偏差是非零的情況來說，必須要考慮該CD偏差的 均勻性。CD偏差的均勻性是圍繞平均CD偏差值的值的分布情況。CD 偏差均勻性可以具有系統(tǒng)和隨機這兩個分量。在光掩模蝕刻中觀察到 的 一 個系統(tǒng)非均勻性對應(yīng)于局部蝕刻負載效應(yīng)(例如微負載 (micro-loading)或者負載效應(yīng))。通常被稱為"負載相關(guān)性"的現(xiàn)象在干蝕刻處理領(lǐng)域是已知的。 負載相關(guān)性指的是要蝕刻的暴露材料的區(qū)域與材料蝕刻率之間的關(guān) 系。例如，在二元Cr光掩模蝕刻處理中，垂直Cr蝕刻率比具有較高 Cr密度的區(qū)域要低。假定側(cè)向蝕刻率也是負載相關(guān)的，那么，有理由 期望較高的Cr密度會具有較低的側(cè)向蝕刻率，且產(chǎn)生較低的CD偏差。 然而，在實際中，觀察的情況與此相反-與較低Cr密度(較低的負載) 的區(qū)域相比，較高Cr密度的特征(具有較低的垂直蝕刻率)通常具有 較高的CD偏差。為了評價處理的CD性能，需要考慮兩個因素Cr膜疊層的側(cè)向 蝕刻率，和被蝕刻特征的最終輪廓。對于Cr蝕刻來說，在圖案包含不 同的Cr負載的區(qū)域，在較高Cr密度(高的光致抗蝕劑密度或者清晰) 的區(qū)域內(nèi)的特征通常以較慢的蝕刻率蝕刻(如預(yù)期的一樣)，但是與 低的負載區(qū)域相比表現(xiàn)出較大的CD偏差(未預(yù)期的)。需要一種改進的方法來制造出具有改善的特征輪廓和CD性能的 光掩模?，F(xiàn)有技術(shù)中沒有提供本發(fā)明所具有的有益效果。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的方法，其克服了現(xiàn)有 技術(shù)器件的不足并且對于半導體工藝領(lǐng)域的發(fā)展具有重大的意義。本發(fā)明的另一個目的是提供一種處理光刻基片的方法，包括將光 刻基片裝載到真空室內(nèi)；將該光刻基片冷卻到目標溫度；將至少一種 處理氣體引入所述真空室；在所述冷卻步驟之后從所述處理氣體中激 發(fā)(ignite)等離子體；使用所述等離子體處理光刻基片；以及從所述真 空室卸載光刻基片。本發(fā)明的又一個目的是提供一種處理光刻基片的方法，包括將光 刻基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上；通過流體控制光刻基片的溫 度；將至少一種處理氣體引入所述真空室內(nèi)；從所述處理氣體激發(fā)等離子體；使用所述等離子體處理光刻基片；以及從所述真空室卸載光 刻基片。本發(fā)明的再一個目的是提供一種蝕刻光刻基片的方法，包括將光 刻基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上；將至少一種處理氣體引入所 述真空室內(nèi)；從所述處理氣體激發(fā)第一等離子體；使用所述第一等離 子體處理用于第一組處理條件的光刻基片；將光刻基片冷卻到目標溫 度；在所述冷卻步驟之后從所述處理氣體激發(fā)第二等離子體；使用所 述第二等離子體處理用于第二組處理條件的光刻基片；以及從所述真空室卸載光刻基片。本發(fā)明的另一個目的是提供一種在等離子體處理期間控制具有高 熱質(zhì)量(high thermal mass)的基片的溫度的方法，包括將基片的溫度調(diào)節(jié)到目標溫度；將基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上；將至少一 種處理氣體引入所述真空室；從所述處理氣體激發(fā)等離子體；使用所述等離子體處理基片；以及從所述真空室卸載基片。本發(fā)明的又一個目的是提供一種蝕刻光刻基片的方法，包括將光 刻基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上；將至少一種處理氣體引入所 述的真空室；從所述處理氣體激發(fā)等離子體；使用所述等離子體在第 一組處理條件下以第一目標溫度蝕刻光刻基片；使用所述等離子體在 第二組處理條件下以第二目標溫度蝕刻光刻基片；以及從所述真空室 卸載光刻基片。前面已經(jīng)概述了本發(fā)明的一些有關(guān)的目的。應(yīng)該認為，這些目的 僅僅是解釋本發(fā)明的多個顯著特征和應(yīng)用中的一部分。通過以不同的 方式應(yīng)用所公開的發(fā)明或者在所公開內(nèi)容的范圍內(nèi)對本發(fā)明進行修 改，可以獲得其它許多有益的結(jié)果。因而，除了結(jié)合附圖獲得權(quán)利要 求書所限定的發(fā)明范圍之外，通過參考本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容和優(yōu)選進行 方式，可以獲得本發(fā)明的其它目的和對本發(fā)明的充分理解。發(fā)明內(nèi)容為了概述本發(fā)明，本發(fā)明包括一種使用等離子體系統(tǒng)蝕刻光刻基 片的改善的方法。本發(fā)明的特征是提供一種處理真空室內(nèi)的基片支撐件上的光刻基 片，例如二元Cr光掩?；蛘咔度胧剿p相移掩模的方法。該方法包括 在使用真空室內(nèi)的等離子體處理(例如蝕刻)該光刻基片之前，將該 光刻基片冷卻到目標溫度，例如近似小于負30攝氏度的步驟。該光刻 基片的冷卻能在處理該光刻基片的該真空室內(nèi)進行，也能在不一定為 真空的單獨的室內(nèi)進行。將至少一種處理氣體，例如含氯氣體和含氧 氣體，引入該真空室。能夠?qū)⒑葰怏w以大于大約15: 1的比引入到 含氧氣體中。在光刻基片處于目標溫度之后，從所述處理氣體激發(fā)等離子體，其中光刻基片是使用該等離子體處理的。此外，對光刻基片 的處理能夠基于時間進行調(diào)制，例如振幅調(diào)制或者脈沖調(diào)制。在完成 處理之后，將光刻基片從真空室內(nèi)卸載。本發(fā)明的另一個特征是提供一種處理光刻基片，例如二元Cr光掩?；蛘咔度胧剿p相移掩模的方法。該方法包括在處理，例如蝕刻真 空室內(nèi)的光刻基片的期間，通過一種流體，例如壓力小于大約1托的 惰性氣體控制光刻基片的溫度的步驟。該流體可以是溫度受控的，并 且該流體能夠連續(xù)流過真空室。此外，真空室的至少一個室表面能夠是溫度受控的，其中能夠?qū)⒃撌冶砻嬖O(shè)在離光刻基片表面大約5厘米處。真空室內(nèi)用于支撐光刻基片的基片支撐件能夠包括至少三個點， 以使與光刻基片有最少的接觸。在處理完成之后，從真空室將光刻基 片卸載。本發(fā)明的又一個特征是提供一種蝕刻真空室內(nèi)的光刻基片，例如二元Cr光掩模的方法。該方法包括將至少一種處理氣體引入真空室的 步驟。從該處理氣體激發(fā)第一等離子體，然后使用第一等離子體蝕刻 用于第一組處理條件的光刻基片。第一組處理條件能夠被設(shè)計為蝕刻 光刻基片的抗反射層。此外，在蝕刻光刻基片上任何殘留的Cr之前將 光刻基片上的光致抗蝕劑層剝離。在對光刻基片進行任何進一步的處 理之前，將該光刻基片冷卻到目標溫度。對光刻基片的冷卻能夠在處 理該光刻基片的真空室內(nèi)進行，也能夠在不一定是真空的單獨的室內(nèi) 進行。在光刻基片的目標溫度實現(xiàn)之后，從處理氣體中激發(fā)第二等離 子體，并且使用第二等離子體在第二組處理條件下蝕刻光刻基片。在 處理完成之后，從真空室卸載該光刻基片。本發(fā)明的又一個特征是提供一種在等離子體處理期間，控制具有 高熱質(zhì)量的基片的溫度的方法。該方法包括將基片支撐件上的基片的 溫度調(diào)節(jié)到真空室內(nèi)的目標溫度。將至少一種處理氣體引入該真空室 內(nèi)。從使用等離子體處理基片的處理氣體激發(fā)第一等離子體。基片能15夠與基片支撐件熱隔離。此外，等離子體處理能夠設(shè)計成將小于0.5瓦/厘米2(per centimeter squared)引入到所述基片中。在處理完成之后，從 真空室卸載該光刻基片。本發(fā)明的另一個特征是提供一種處理真空室內(nèi)的基片支撐件上的 光刻基片，例如二元光掩?；蛘進oSiON相移光掩模的方法。該方法 包括將至少一種處理氣體引入真空室的步驟。從處理氣體中激發(fā)等離 子體，其中使用該等離子體在第一組處理條件下以第一目標溫度蝕刻 該光刻基片。然后，使用所述等離子體在第二組處理條件下以第二目 標溫度蝕刻該光刻基片。根據(jù)要從光刻基片上蝕刻的材料，第二目標 溫度能夠高于或低于第一目標溫度。光刻基片的冷卻或者加熱能夠在 處理光刻基片的真空室內(nèi)進行，或在不一定為真空的單獨的室內(nèi)進行。 此外，第一組處理條件能夠被設(shè)計為蝕刻光刻基片的抗反射層，并且 能夠在蝕刻光刻基片上任何殘留的Cr之前剝離光刻基片上的光致抗蝕 劑層?；蛘?，第一組處理條件能夠被設(shè)計為蝕刻MoSiON相移光掩模 的MoSiON層，并且能夠?qū)⒃撐g刻停止于MoSiON層到MoSiON相移 光掩模表面的交界處。在處理完成之后，從真空室卸載該光刻基片。為了更好地理解后面的對本發(fā)明詳細的描述，從而能夠更完全地 理解到本發(fā)明對本領(lǐng)域技術(shù)的貢獻，前面對本發(fā)明的更有關(guān)且重要的 特征進行了泛泛地概述。以下將要描述本發(fā)明的另外的特征，它們構(gòu) 成本發(fā)明權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該，容易以所公開的概 念和特定的實施例為基礎(chǔ)，修改或者設(shè)計出用于實現(xiàn)本發(fā)明同樣目的 的其他的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該認識到，這樣的等效構(gòu)造沒有 背離闡述于所附權(quán)利要求中的本發(fā)明的精神和范圍。


圖1是典型的ICP等離子體系統(tǒng)的示意圖；圖2是基片支撐件的示意圖；圖3是本發(fā)明的處理流程的框圖；圖4a是示出蝕刻前的掩模結(jié)構(gòu)的典型的光掩模蝕刻處理的示意圖；圖4b是示出除去AR涂層的蝕刻步驟的典型的光掩模蝕刻處理的 示意圖；圖4c是示出除去不透明層的蝕刻步驟的典型的光掩模蝕刻處理的 示意圖；圖4d是示出除去光致抗蝕劑層的蝕刻步驟的典型的光掩模蝕刻 處理的示意圖；圖5a是示出應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)蝕刻的結(jié)果的掃描電子照片； 圖5b是示出應(yīng)用本發(fā)明蝕刻的結(jié)果的掃描電子照片； 圖5a是示出應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)蝕刻的結(jié)果的掃描電子照片；以及 圖5b是示出應(yīng)用本發(fā)明蝕刻的結(jié)果的掃描電子照片； 在附圖的若干視圖中，類似的附圖標記表示類似的部件。
具體實施方式
本發(fā)明的各方面將參照感應(yīng)耦合等離子體室來進行描述。合適的 蝕刻室包括可從Oerlikon USA of St. Petersburg, FL.獲得的掩模蝕刻機 IV (Mask Etcher IV)平臺?？墒褂闷渌姆磻?yīng)器配置來進行本發(fā)明的 處理，包括電容耦合反應(yīng)器(例如反應(yīng)離子蝕刻機(RIE))、等離子 體增強(PE)反應(yīng)器、三極管反應(yīng)器等)、高密度反應(yīng)器(例如ICP、 TCP等)和磁增強反應(yīng)器(例如ECR、磁增強反應(yīng)離子蝕刻機(MERIE) 等)。圖1是ICP反應(yīng)器的示意圖。通過氣體入口 120將處理氣體引入 室150。處理氣體混合物的流動通常由質(zhì)量流量控制器(未示出)來管 理。處理室150包括室壁IOO和能量透明室表面110。室壁100通常是 金屬(例如鋁、不銹鋼等)，而能量透明表面通常是電介質(zhì)(例如陶 瓷)。等離子體區(qū)145由室壁100、基片支撐件135和能量透明表面 110限定。來自發(fā)生器115的RF能量可以按時間進行調(diào)制(例如振幅、 頻率等)。通過能量透明表面IIO將RF能量耦合到等離子體區(qū)145。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(未示出)允許RF能量從RF發(fā)生器115有效地傳遞到 等離子體145。基片支撐件135設(shè)在該室內(nèi)，用以在處理期間支撐光刻基片130。 基片支撐件135與電壓源140相連。對于提供給基片支撐件的電壓為 RF電壓的情況，在偏置電源140和基片支撐件135之間插入一個阻抗 匹配網(wǎng)絡(luò)(未示出)。RF偏置可以是電壓受控或者功率受控的。RF 偏置電源140可以按時間進行調(diào)制(例如振幅、頻率等)。在常規(guī)的干蝕刻處理中，基片的溫度是通過保持基片與溫度受控 的基片支撐件熱接觸來進行有效控制的。這通常是通過本領(lǐng)域已知的 氦背面冷卻來實現(xiàn)的。其通過將基片以機械方式或者靜電方式夾持在 基片支撐件上來進行。對于機械夾持的情況，夾子物理地接觸基片的 側(cè)面或者頂面，使得基片與基片支撐件保持接觸。 一旦保持好，就將 氣體(例如氦氣)引入基片支撐件和晶片之間的空間內(nèi)，從而增加基 片和基片支撐件間的熱傳遞。為了實現(xiàn)有效的基片溫度控制，通常使 晶片和基片支撐件間的氣壓高于3托?；蛘?，可將基片以靜電方式夾 持到基片支撐件上，并進行類似的背面氣體引入。然而靜電夾持僅僅 接觸基片的背面，難以靜電夾持電介質(zhì)材料。當前的光掩模基片都是 電介質(zhì)。如果靜電夾持電壓足夠高，那么就可以"通過基片"夾持到 設(shè)在基片之上的導電或者半導電層。由于光掩模基片對缺陷的敏感性，對光掩模的可允許的接觸一直 以來限制在基片背面的外10mm。另外的基片接觸限制使得在干蝕刻處 理中對光刻基片進行夾持是不可能的。注意，由于典型的光刻基片的 質(zhì)量之故，在低壓下無需夾持，就可將熱傳遞氣體引入基片和陰極之 間(對于當前150mm的光掩模基片來說近似小于l托)。然而低壓氣 體給基片提供的熱傳遞有限，小于1托的背面氣壓通常不足以對基片 進行有效的溫度控制，因而，光掩模基片在曝光于等離子體的期間其 溫度將會升高。圖2示出將基片130放在支撐蓋板(support cover plate) 205上這 種可選方式。蓋板205可以與基片支撐件135熱接觸或者熱隔離。支 撐蓋板205擱在基片支撐件135上。蓋板通常包含容納基片130的凹 進處，以使基片和蓋板的頂面大致共面。蓋板僅僅在制版片215背面 的外邊緣接觸掩模。制版片背部的接觸區(qū)域通常位于制版片背面的外 10mm的范圍內(nèi)。制版片和蓋板間的接觸可以是連續(xù)的突出物(ledge)、 點接觸、或者其中的某些組合。由于蓋板205僅僅接觸制版片130的 后面的外邊緣，因此在基片130的背面和基片支撐件135之間通常存 在一個窄的間隙210。雖然基片支撐件的溫度在處理過程中通過與熱傳遞流體(未示出) 接觸來進行控制，但是基片130和蓋板205逐漸的熱傳遞仍然是有限 的。因此，如果沒有氦背面冷卻，光刻基片在干蝕刻處理中就會遭受 到等離子體的加熱。處理過程中的加熱速率是處理參數(shù)，包括RF功率、 室壁溫度等的函數(shù)。光刻基片在干蝕刻處理中得不到有效的冷卻。因 而，基片的溫度在基片暴露于等離子體的時間內(nèi)將會增加。對于典型的用于光刻基片的ICP干蝕刻處理來說，基片上的熱負 荷近似小于0.5W/cm2。由于光刻基片具有相對高的熱質(zhì)量，因此沒有 有效冷卻的干蝕刻處理在處理期間產(chǎn)生最小的升溫(通常近似小于2 'C/分鐘)。對于典型的用于蝕刻光刻基片的等離子體處理來說，總的 升溫近似小于4(TC?？蛇x地，可將一個擴散阻擋物(未示出)放在蓋板上，用以改善 處理蝕刻的均勻性。通過真空出口 125將處理氣體和反應(yīng)產(chǎn)物從室內(nèi)除去。為了控制 干蝕刻處理期間的室壓，將節(jié)流閥(未示出)設(shè)在出口內(nèi)。圖3示出處理流程的框圖。該處理開始于具有要被干蝕刻的膜的 光刻基片。將抗蝕刻掩模沉積在基片上，并且通過本領(lǐng)域已知的方法將其圖案化。然后將基片冷卻到小于大約-3(TC的溫度。冷卻之后，使基片經(jīng)受等離子體處理，以除去因抗蝕刻掩模暴露而留下的材料。 可選地， 一旦干蝕刻完成，可將基片在暴露于大氣條件之前加熱到大約20°C。在大氣曝光之前加熱基片避免了可能對掩模性能有不利 影響的冷凝。加熱步驟可以在等離子體反應(yīng)器內(nèi)進行。等離子體加熱 步驟可以由反應(yīng)性氣體混合物(例如用以剝離殘留的蝕刻光致抗蝕劑 的含氧的氣體混合物)、或者非反應(yīng)性氣體(例如He、 Ar等)。蝕刻前的冷卻步驟可以發(fā)生在等離子體蝕刻室內(nèi)，或者發(fā)生在單 獨的室內(nèi)。在冷卻處理中，可將該室的壓力保持在大氣壓力之上或左 右，或者小于大氣壓力。就一切情況而論，該大氣應(yīng)該潔凈而且干燥， 以防止因外部材料或者冷凝而在板上形成缺陷。對于在蝕刻過程中不能充分地冷卻基片而將其保持在足夠低的溫 度下的情形來說，可將該處理分離為多個區(qū)段(例如停止蝕刻并且在 繼續(xù)該蝕刻處理之前再次冷卻基片)。必要的話，可將其重復(fù)多次。在利用多于一個處理步驟(例如二元Cr光刻制版片)的處理中， 能夠在該處理的每一個步驟中對該基片的溫度進行冷卻?；叵胍幌?， 由于在等離子體處理期間基片沒有得到有效的冷卻，因此基片的溫度 在等離子體處理步驟的過程中將會增加。對于希望在步驟之間加熱基 片的情形來說，可以使用非反應(yīng)性等離子體來加熱基片。還一直觀察到，在小于大約-90'C的溫度下Cr: ARCr的選擇性增 加。在-4(TC下，Cr: AR Cr的蝕刻選擇性大約為1: 1。在大約-140'C 下的相似的處理使得Cr: ARCr的蝕刻選擇性大約為3: 1?；谶@些 觀察，在低的基片溫度下，可以使用AR鉻層作為下層的鉻的蝕刻掩模。20圖4a-d示出典型的光掩模蝕刻處理的示意圖。對于光掩模是二元 Cr掩模的情形來說，圖4a示出蝕刻前的掩模結(jié)構(gòu)的實例。該結(jié)構(gòu)由光 透過基片415組成。泛泛而論，光透過基片包括但不限于對波長為 300nm或者更小(例如248nm、 193nm、 157nm)的光透明的材料。不 透明層410設(shè)在基片415上。不透明層可以由金屬(例如絡(luò))或者其 它合適的材料組成?？狗瓷?AR)層405設(shè)在不透明層410上。AR層405被認為改 善了掩模的光刻性能。AR層可以由金屬衍生物(例如金屬氧化物、氮 化物、碳化物、氧氮化物等)組成。層400代表用來將下層的不透明 層和AR層圖案化的抗蝕刻掩模?？刮g刻掩模可以是基于的聚合物(例 如光致抗蝕劑或者e束抗蝕劑)或者在先前的處理步驟中被圖案化的硬 質(zhì)掩模材料(例如Si02、 SiN、 DLC等)。圖4b示出除去AR涂層405的蝕刻步驟。對于AR層是含鉻的膜 的情形，使用基于氯的蝕刻處理。通常，含氯的氣流速率在大約50sccm 到大約400sccm之間的范圍內(nèi)?？蛇x地，AR層蝕刻處理可以包括含氧 的處理氣體，其中含氧氣體包括總氣流的0%到大約50%。在處理氣 體混合物中還可以具有惰性氣體。惰性氣體通常包括總氣流的0%到大 約20%。在ICP配置中，AR蝕刻步驟中的電源功率通常在大約100W到大 約IOOOW之間。RF偏置功率通常在大約1W到大約30W之間。RF偏 置電源可以是電壓受控的。處理壓力通常在大約1毫托到大約20毫托 之間。圖4c示出除去不透明層410的蝕刻步驟(過蝕刻步驟)。對于不 透明層是含鉻的膜的情形，使用含氯和含氧的蝕刻處理。通常，含氯 的氣流速率在大約50sccm到大約400sccm之間的范圍內(nèi)。含氧氣體包括總氣流的2%到大約50%。惰性氣體也可存在處理氣體混合物中。 惰性氣體通常包括總氣流的0%到大約20%。用于過蝕刻步驟的處理 參數(shù)可以與不透明層蝕刻步驟相同，或者不同。例如，在不透明層過 蝕刻步驟期間增加氧氣成分來改善特征輪廓，這是不常見的。圖4d是示出除去光致抗蝕劑層400的典型的光掩模蝕刻處理的示 意圖。在ICP配置中，不透明層蝕刻步驟中的電源功率通常在大約100W 到大約IOOOW之間。RF偏置功率通常在大約1W到大約30W之間。 RF偏置電源可以是電壓受控的。處理壓力通常在大約1毫托到大約20 毫托之間。雖然能夠?qū)⒊Ｒ?guī)的基片夾持并且冷卻以便在室溫下進行處理，但 是由于處理約束(handling restriction)，因此在等離子體處理期間夾持 光刻基片進行背面冷卻是不現(xiàn)實的。與常規(guī)基片相比，光刻基片具有 相對大的熱質(zhì)量(例如對6英寸見方(inch square)的熔融石英光掩?；?片為大約221J/K，而對6英寸的硅晶片為大約17J/K)。采用相對大熱 質(zhì)量的光刻基片，就能通過在蝕刻前冷卻基片實現(xiàn)低溫處理，而無需 在處理期間有效地冷卻基片。由于基片具有高熱質(zhì)量、相對低的RF功 率、以及短的處理時間，因此，光刻基片的溫度從處理開始時的溫度 起通常升高近似小于40°C。在等離子體存在的時期，基片的溫度將單 調(diào)增加。圖5a和5c示出現(xiàn)有技術(shù)中在室溫下(2(TC)在低的Cr密度圖案 中02/02干蝕刻的結(jié)果的實例。這兩個實例在蝕刻的特征輪廓方面都 顯示出急劇的傾斜，這對光掩模的光學性能是有害的。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，降低基片溫度大大改變了蝕刻的Cr輪廓。圖5b和 5d示出在-9(TC的基片溫度下在低的Cr密度圖案中CV02干蝕刻的結(jié)果的實例。在圖5b中，注意到蝕刻輪廓基本上得到改善，而在圖5d中，正的傾斜已經(jīng)變成負的底切輪廓。盡管前面的描述討論的是將本發(fā)明應(yīng)用于蝕刻二元鉻光掩模，但是還可以預(yù)期的是，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其他光刻基片諸如EAPSM和 交變孔徑PSM掩模的干蝕刻處理之中。在制造EASPM光掩模中，使用含氟的等離子體來蝕刻硅化鉬 (MoSi)和氧氮硅化鉬(MoSixNyOz)膜在本領(lǐng)域是已知的。在制造 EAPSM掩模期間，希望在相移材料和下層的基片之間實現(xiàn)高的蝕刻選 擇性。為了實現(xiàn)這個選擇性，要使用較低的離子能量(較低施加的RF 偏置)處理。雖然降低RF偏置提高了選擇性，但是它是以損害蝕刻各 向異性為代價的一一較低的RF偏置處理導致更多的各向同性的特征 輪廓。在蝕刻前冷卻光刻基片提供了在較低的RF偏置功率下改善的蝕 刻各向異性。實例這些實驗是在可購買的掩模蝕刻機4系統(tǒng)(Mask Etcher 4 system) 中進行的，該系統(tǒng)可通過OerlikonUSA,St. Petersburg，F(xiàn)L.獲得。在二元 Cr光掩模蝕刻中，希望除了要保證從光致抗蝕劑到Cr的高逼真度的圖 案轉(zhuǎn)移，還要實現(xiàn)對光致抗蝕劑的高選擇性。當基片處于室溫時，實 現(xiàn)Cr:光致抗蝕劑選擇性》:l的較高的ICP功率(〉200W)和較低的氧 氣濃度處理條件往往產(chǎn)生非垂直的Cr輪廓和/或得到不足的圖案轉(zhuǎn)移 逼真度。當將基片冷卻到較低的溫度時，先前的不可用的處理空間能 夠變得有用。在一個實驗中，使用Oerlikon掩模蝕刻機4系統(tǒng)來蝕刻四個光掩 模。使用兩個不同的蝕刻處理在室溫下將第一個兩個掩模(Mask 2983 和2982)蝕刻掩模ID掩模2983掩模2982處理"室溫/低02""室溫/適中0ci2195sccm180sccm025sccm20sccm壓力4.5mT4.5mTRIE訓Vpp800VppICP600W600W時間(蝕刻+OE)484+242s218+219s選擇性2.83.0注兩個掩模在蝕刻到終點(由激光反射比終點決定)之后，應(yīng) 用同樣的處理條件過蝕刻50%。掩模2984和2981在等離子體蝕刻之前都冷卻到大約-90。C 。在該處理模塊中，冷卻的掩模使用在室溫掩模上所使用的同樣的 處理條件進行蝕刻。掩模ID掩模2984掩模2981處理"低溫/低02""低溫/適中02ci2195sccm180sccm5sccm20sccm壓力4.5mT4.5mTRIE800Vpp謂VppICP600W600W時間(蝕刻+OE)466+233s268+134s選擇性3.32.9蝕刻率根據(jù)溫度和氧氣濃度這兩者改變。在低的氧氣條件下，蝕刻率在低溫下快了 4%。在高的氧氣條件下，蝕刻率慢了大約23%。在高的氧氣條件下，對光致抗蝕劑的選擇性在兩種溫度下近似相同。 在低的氧氣中，當在低溫下操作時，存在顯著的選擇性優(yōu)勢。對光致 抗蝕劑、ARC層、和大塊CR層的蝕刻率的密切檢査表明在每個蝕刻 層之間的選擇性也隨著溫度和氧氣濃度而改變。圖5示出每個掩模的蝕刻的Cr輪廓。從這些輪廓中，清楚表明氧 氣和原始基片溫度這兩者對輪廓具有實質(zhì)性的影響。低溫實驗更易顯 示出更多的垂直或者底切輪廓，而室溫實驗更易顯示出更傾斜的輪廓。 氧氣扮演這樣的角色低氧氣實驗比較高氧氣實驗易于更為傾斜(或者更少的底切)。這里公開的內(nèi)容包括所附權(quán)利要求包含的內(nèi)容，以及前面的說明 書的內(nèi)容。盡管本發(fā)明是以具有一定程度的特定性的優(yōu)選形式來描述 的，但是要理解，這里公開的優(yōu)選形式的內(nèi)容僅僅是以實例的方式進 行的，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以對結(jié)構(gòu)的細節(jié)以及 對各部件的組合和布置進行許多改變。本發(fā)明已經(jīng)進行了描述。
權(quán)利要求
1.一種用于處理光刻基片的方法，包括將該光刻基片裝載到真空室內(nèi)；將該光刻基片冷卻到目標溫度；將至少一種處理氣體引入所述真空室；在所述冷卻步驟之后，從所述處理氣體激發(fā)等離子體；使用所述等離子體處理該光刻基片；以及從所述真空室卸載該光刻基片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述光刻基片是二元Cr光掩 模。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述目標溫度在小于大約負 30攝氏度的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光刻基片是相移光掩模。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述相移光掩模是嵌入式衰 減相移掩模。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述處理是等離子體蝕刻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述處理氣體進一步包括含 氯的氣體和含氧的氣體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述含氯的氣體和所述含氧 的氣體以大于約15: l的比引入該真空室。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括基于時間對該光刻基片的處理進行調(diào)制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述調(diào)制是振幅調(diào)制。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述調(diào)制是脈沖調(diào)制。
12. —種用于處理光刻基片的方法，包括將該光刻基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上；通過流體控制該光刻基片的溫度； 將至少一種處理氣體引入所述真空室；從所述處理氣體激發(fā)等離子體； 使用所述等離子體處理該光刻基片；以及 從所述真空室卸載該光刻基片。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述基片支撐件進一步包 括用于支撐該光刻基片的至少三個點。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述流體是氣體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述氣體是惰性氣體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括在所述真空室內(nèi)保 持氣壓小于大約l托。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述流體連續(xù)流過所述真 空室。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述流體是溫度受控的。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中至少一個室表面是溫度受控的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述室表面設(shè)在離該光刻 基片的表面大約5厘米處。
21. —種蝕刻光刻基片的方法，包括將該光刻基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上； 將至少一種處理氣體引入所述真空室；從所述處理氣體激發(fā)第一等離子體；使用所述第一等離子體蝕刻用于第一組處理條件的光刻基片； 將該光刻基片冷卻到目標溫度；在所述冷卻之后，從所述處理氣體激發(fā)第二等離子體； 使用所述第二等離子體蝕刻用于第二組處理條件的光刻基片；以及從所述真空室卸載該光刻基片。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述冷卻步驟發(fā)生在第二 室內(nèi)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述冷卻步驟發(fā)生在所述 真空室內(nèi)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述光刻基片是二元Cr 光掩模。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述第一組處理條件使用 所述第一等離子體蝕刻所述光刻基片的抗反射層。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括在蝕刻所述光刻基 片上殘留的Cr之前，剝離光致抗蝕劑層。
27. —種在等離子體處理期間控制具有高熱質(zhì)量的基片的溫度的 方法，包括-將該基片的溫度調(diào)節(jié)到目標溫度；將該基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上； 將至少一種處理氣體引入所述真空室；從所述處理氣體激發(fā)等離子體； 使用所述等離子體處理該基片；以及 從所述真空室卸載該基片。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述基片與所述基片支撐 件是熱隔離的。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述等離子體處理將小于 0.5瓦/厘米2引入到所述基片。
30. —種蝕刻光刻基片的方法，包括將該光刻基片裝載到真空室內(nèi)的基片支撐件上； 將至少一種處理氣體引入所述真空室；從所述處理氣體激發(fā)等離子體；使用所述等離子體在第一組處理條件下以第一目標溫度蝕刻該光 刻基片；使用所述等離子體在第二組處理條件下以第二目標溫度蝕刻該光 刻基片；以及從所述真空室卸載該光刻基片。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述光刻基片是二元Cr 光掩模。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述第一組處理條件使用 所述等離子體蝕刻所述光刻基片的抗反射層。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進一步包括在蝕刻所述光刻基 片上殘留的Cr之前，剝離光致抗蝕劑層。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述光刻基片是MoSiON 相移光掩模。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第一組處理條件使用 所述等離子體蝕刻所述MoSiON相移光掩模的MoSiON層。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進一步包括在MoSiON層到該 MoSiON相移光掩模表面的交界處近似停止該MoSiON層的蝕刻步驟。
37. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第二目標溫度小于所 述第一目標溫度。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，進一步包括在使用所述等離子 體對第二組處理條件的光刻基片進行所述蝕刻之前，在第二室內(nèi)冷卻 所述光刻基片。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，進一步包括在使用所述等離子 體對第二組處理條件的光刻基片進行所述蝕刻之前，在所述真空室內(nèi) 冷卻所述光刻基片。
40. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第二目標溫度高于所 述第一目標溫度。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，進一步包括在使用所述等離子 體對第二組處理條件的光刻基片進行所述蝕刻之前，在第二室內(nèi)加熱 所述光刻基片。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，進一步包括在使用所述等離子 體對第二組處理條件的光刻基片進行所述蝕刻之前，在所述真空室內(nèi) 加熱所述光刻基片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在真空室內(nèi)處理光刻基片的方法。該方法包括在對該光刻基片在該真空室內(nèi)進行處理之前將該光刻基片冷卻到目標溫度的步驟。將至少一種處理氣體引入該真空室。在該光刻基片達到該目標溫度后，從該處理氣體中激發(fā)等離子體，其中使用該等離子體對該光刻基片進行處理。在處理完成后，將該光刻基片從該真空室中卸載。
文檔編號G03F1/08GK101331431SQ200680047345
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者賈森·普盧姆霍夫 申請人:奧立孔美國公司