用于含金属光致抗蚀剂沉积的表面改性的制作方法

用于含金属光致抗蚀剂沉积的表面改性
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1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


背景技术：

2.随着半导体制造的持续进步，特征尺寸持续缩小并且需要新的处理方法。正在发展的一个领域是关于图案化，例如使用含金属的光致抗蚀剂材料，包括但不限于对euv辐射敏感的那些。
3.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

4.本文中的多种实施方案涉及用于处理半导体衬底的方法、装置及系统。这样的方法、装置及系统可促进衬底与含金属光致抗蚀剂之间的粘附性。
5.在所公开的实施方案的一个方面，提拱了一种促进衬底与含金属光致抗蚀剂之间的粘附性的方法，该方法包括：(a)提供所述衬底，所述衬底具有包含第一材料的表面，所述第一材料包含基于硅的材料和/或基于碳的材料；(b)由等离子体产生气体源产生等离子体，其中所述等离子体产生气体源基本上不含硅，以及其中所述等离子体包含化学官能团；(c)使所述衬底暴露于所述等离子体，以通过在所述第一材料与来自所述等离子体的所述化学官能团之间形成键而对所述衬底的所述表面进行改性；以及(d)在(c)之后，在所述衬底的所述改性表面上沉积所述含金属光致抗蚀剂，其中在所述第一材料与来自所述等离子体的所述化学官能团之间的所述键促进在所述衬底与所述含金属光致抗蚀剂之间的粘附性。
6.在多种实施方案中，可使用一个或更多特定的等离子体产生气体源。在许多情况下，所述等离子体产生气体源可以包含至少一种有机的物质。在一些实施方案中，所述等离子体产生气体源可以包含二氧化碳。在一些实施方案中，所述等离子体产生气体源可以包含一氧化碳。在这些或其它实施方案中，所述等离子体产生气体源可以包含水蒸气。在这些或其它实施方案中，所述等离子体产生气体源可以包含醇类蒸气。在这些或其它实施方案中，所述等离子体产生气体源可以包含卤素气体。在这些或其它实施方案中，所述等离子体产生气体源可以包含双原子氧(o2)和/或臭氧(o3)。在这些或其它实施方案中，所述等离子体产生气体源可以包含过氧化氢(h2o2)。在这些或其它实施方案中，所述等离子体可以包含选自由以下项组成的群组的一个或更多个化学官能团：o自由基、oh自由基、co自由基、cl自由基、br自由基、i自由基及其组合。
7.在多种实施方案中，所述等离子体产生气体源基本上不含反应性氮。在这些或其
它实施方案中，所述等离子体产生气体源还包含惰性气体和/或氢(h2)。
8.可使用各种不同的等离子体配置。在一些情况下，所述等离子体可以被远程地产生并且输送至反应室，在所述反应室中使所述衬底暴露于所述等离子体。在其他情况下，所述等离子体可以在反应室中原位地产生，在所述反应室中使所述衬底暴露于所述等离子体。
9.在衬底上的第一材料可具有特定组成。例如，在一些情况下，所述第一材料可以包含非晶形碳、旋涂碳、旋涂玻璃、硅碳化物或硅碳氧化物。在一些情况下，所述第一材料包含非晶硅、硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。
10.本文中的方法可用于促进特定键合结构的形成。在多种实施方案中，在所述第一材料与来自所述等离子体的所述化学官能团之间的所述键通过当在(d)中沉积所述含金属光致抗蚀剂时促进在所述衬底的所述表面上的金属-氧键的形成来促进在所述衬底与所述含金属光致抗蚀剂之间的粘附性。在某些实现方案中，使所述衬底暴露于所述等离子体可以形成c＝o键、c-oh键、c-cl键、c-br键、c-i键、si-o键、si-oh键、si-cl键、si-br键、si-i键或其组合。在多种实现方案中，沉积所述含金属光致抗蚀剂在所述衬底的所述改性表面上形成c-o-金属键和/或si-o-金属键。
11.本文中所述的方法可使用一个或更多反应室来执行。所述一个或更多反应室也可用于沉积、蚀刻、衬底处理等。例如，在一些情况下，(c)可以在沉积所述第一材料在所述衬底上之后、在使所述第一材料沉积在所述衬底上的反应室中进行。在这些或其它实施方案中，(c)和(d)在同一反应室中进行。
12.在一些实施方案中，所述方法还可以包括：在(d)之前，使所述衬底暴露于第二等离子体，所述第二等离子体包含惰性气体，其中使所述衬底暴露于所述第二等离子体增加所述衬底的表面积。这样的表面积增加可进一步促进在所述第一材料与所述含金属光致抗蚀剂之间的粘附性。
13.在一些实现方案中，第一材料可以是硬掩模材料。在一些实现方案中，所述第一材料可以是多孔性界面层。在各种实现方案中，所述等离子体产生气体源可以包含二氧化碳，并且所述方法还可以包括：在(c)中使所述衬底暴露于所述等离子体与在(d)中沉积所述含金属光致抗蚀剂之间，等待至少约3小时。在一些实施方案中，在(c)中使所述衬底暴露于所述等离子体仅仅对所述第一材料的最上面或更少进行改性。在多种实施方案中，在(c)中使所述衬底暴露于所述等离子体不会在所述含金属光致抗蚀剂进行显影时造成光致抗蚀剂残渣形成的增加。
14.在一些情况下，可使用特定处理条件。例如，在一些情况下，所述等离子体产生气体源包含二氧化碳，并且所述等离子体可以在介于约5-100mtorr之间的压强以及介于约50-1,000w之间的rf功率下产生。在一些情况下，所述等离子体产生气体源包含水，并且所述等离子体可以在介于约5-300mtorr之间的压强以及介于约100-2,000w之间的rf功率下产生。在多种实现方案中，在(b)和(c)期间，所述等离子体产生气体源可以以介于约100-5000sccm之间的速率流动。在这些或其它实施方案中，(c)可以在介于约20-100℃之间的温度下进行。在一些实施方案中，所述方法还可以包括：当在(c)中使所述衬底暴露于所述等离子体时、或当在(c)之前使所述衬底暴露于第二等离子体时，施加高达约100v的偏压在所述衬底上，其中施加所述偏压在所述衬底上将离子吸引至所述衬底的所述表面，因而使所
述衬底的所述表面粗糙化。在一些这样的情况下吗，施加至所述衬底的所述偏压可以介于约0-50v之间。
15.在所公开的实施方案的另一方面，提供了一种促进衬底与含金属光致抗蚀剂之间的粘附性的系统，其包括：至少一个反应室；至少一个等离子体产生器；至少一个入口，其用于提供气体和/或等离子体至所述至少一个反应室；以及控制器，其具有至少一个处理器，其中所述至少一个处理器被配置成控制所述至少一个反应室、所述至少一个等离子体产生器以及所述至少一个入口，以引起根据要求保护的所述的方法中的任一者或本文所述的任何其他。
16.在所公开的实施方案的另一方面，一种促进衬底与含金属光致抗蚀剂之间的粘附性的系统，该系统包括：至少一个反应室；至少一个等离子体产生器；至少一个入口，其用于提供气体和/或等离子体至所述至少一个反应室；以及控制器，其具有至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置成控制所述至少一个反应室、所述至少一个等离子体产生器以及所述至少一个入口，以引起：(a)在所述至少一个反应室中接收所述衬底，所述衬底具有包含第一材料的表面，其中所述第一材料包含基于硅的材料和/或基于碳的材料；(b)由等离子体产生气体源产生包含化学官能团的等离子体；(c)将所述等离子体提供至所述至少一个反应室，其中通过在所述第一材料与来自所述等离子体的所述化学官能团之间所形成的键，对所述衬底的所述表面进行改性；以及(d)在(c)之后，提供所述含金属光致抗蚀剂至所述至少一个反应室，其中所述含金属光致抗蚀剂沉积在所述衬底的所述改性表面上，以及其中在所述第一材料与来自所述等离子体的所述化学官能团之间的所述键促进在所述衬底与所述含金属光致抗蚀剂之间的粘附性。
17.在一些这样的实施方案中，所述至少一个处理器控制所述至少一个入口，以将所述等离子体和所述含金属光致抗蚀剂提供至所述至少一个反应室中的一个给定反应室。在一些这样的实施方案中，所述至少一个处理器控制所述至少一个入口，以将所述等离子体以及所述含金属光致抗蚀剂提供至所述至少一个反应室中的两个不同的室。
18.在所公开的实施方案的又一方面，提供了一种结构，该结构包括：衬底；第一材料，其沉积在所述衬底上，所述第一材料是基于硅的或基于碳的并且包括改性表面，所述改性表面包括羟基基团；含金属光致抗蚀剂，其沉积在所述第一材料的所述改性表面上，其中所述含金属光致抗蚀剂和所述改性表面形成金属-氧-硅键和/或金属-氧-碳键。
附图说明
19.图1a-1f显示出进行图案化操作的半导体衬底，特别显示出可能发生的缺陷问题。
20.图2a-2f描绘出根据本文中的多种实施方案的进行图案化操作的半导体衬底。
21.图3a-3c显示出根据一实施方案的当衬底进行图案化操作时、可能存在于衬底表面上及附近的各种化学物质，在该实施方案中衬底被暴露于由水所产生的等离子体。
22.图4a-4d显示出根据一实施方案的当衬底进行图案化操作时、可能存在于衬底表面上及附近的各种化学物质，在此实施方案中衬底被暴露于由二氧化碳所产生的等离子体。
23.图5显示出处理站，其可用于根据多种实施方案而沉积材料和/或使衬底暴露于等离子体。
24.图6和7描绘出多站式处理工具，其可用于沉积材料、使衬底暴露于等离子体和/或实施本文中所述的其它操作。
25.图8描绘出感应耦合式等离子体处理装置，其可用于使衬底暴露于等离子体和/或实施本文中所述的其它操作。
26.图9描绘出具有各种模块的半导体处理集群架构，其可用于使衬底暴露于等离子体和/或实施本文中所述的其它操作。
27.图10显示出检测不同等离子体处理对水接触角的影响的实验结果。
28.图11显示出在基于二氧化碳的等离子体处理之后、检测时间对水接触角的影响的实验结果。
29.图12显示出在基于二氧化碳的等离子体处理之后、检测时间对于剂量比尺寸的影响的实验结果。
具体实施方式
30.在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对所呈现的实施方案的透彻理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所公开的实施方案。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地使所公开的实施方案难以理解。尽管将结合具体实施方案来描述所公开的实施方案，但应当理解，其并非意在限制所公开的实施方案。在本文中，术语抗蚀剂和光致抗蚀剂是可交换使用的。
31.薄膜的图案化通常是半导体制造中的重要步骤。图案化涉及光刻技术。在传统的光刻中，例如193nm光刻，图案的打印是通过将光子从光子源发射至掩模上并且将图案打印至光敏感的光致抗蚀剂上，从而在光致抗蚀剂中引起化学反应，在显影后去除光致抗蚀剂的某些部分以形成图案。
32.先进技术节点(如国际半导体技术蓝图(international technology roadmap for semiconductors)所定义)包括22nm、16nm及更小的节点。例如，在16nm节点中，镶嵌结构中的典型通孔或线的宽度通常不大于约30nm。先进半导体集成电路(ic)及其它设备上的特征缩放正在驱使光刻技术提高分辨率。
33.极紫外(euv)光刻可通过移动至比传统光刻方法可实现的更小的成像源波长来扩展光刻技术。大约10-20nm波长或11-14nm波长(例如13.5nm波长)的euv光源可用于前沿光刻工具，也称为扫瞄机。euv辐射被广泛的固体和流体材料(包括石英和水蒸气)强烈吸收，因此在真空中操作。
34.euv光刻利用euv光致抗蚀剂，euv光致抗蚀剂可使用euv光进行图案化，以形成用于蚀刻下伏层的掩模。在某些示例中，euv光致抗蚀剂是通过基于液体的旋涂技术所产生的基于聚合物的化学放大光致抗蚀剂(car)。car的替代物是可直接光图案化的含金属euv光致抗蚀剂膜。此类光致抗蚀剂膜可通过(湿式)旋涂技术而产生，例如可从inpria,corvallis,or获得的以及如美国专利公开案us 2017/0102612及us 2016/0116839中所述的，其通过引用而并入本文中，至少对于其公开的可光图案化的含金属氧化物膜、或干式蒸气沉积，如2019年5月9日所提出且名称为methods for making euv patternable hard masks的申请pct/us19/31618中所述的，其至少关于可直接光图案化的金属氧化物膜的组成及图案化以形成euv光致抗蚀剂掩模的公开内容通过引用而并入本文中。这些可直接光
图案化的euv光致抗蚀剂可由高euv吸收金属及其有机金属氧化物/氢氧化物及其它衍生物所构成或包含它们。在euv暴露时，euv光子以及所产生的二次电子可引发化学反应，例如在基于sno
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的光致抗蚀剂(以及在其它含金属光致抗蚀剂)中的β-h去除反应，并提供化学功能以促进交联及在光致抗蚀剂膜中的其它变化。接着可在显影步骤中利用这些化学变化，以选择性地移除光致抗蚀剂膜的暴露或未暴露区域，并且产生用于图案转移的蚀刻掩模。这些有机金属光致抗蚀剂是非常有前途的，因为它们可增强euv光子吸附并产生二次电子和/或显示出对下伏膜堆叠件和设备层的蚀刻选择性增加。
35.尽管本文中的技术是以使用对euv辐射敏感的含金属光致抗蚀剂的图案化应用而呈现，但实施方案不限于此。通常，本文中的技术可广泛适用于使用含金属光致抗蚀剂的各种图案化应用。换言之，在多种实施方案中，除了euv辐射，所沉积的含金属光致抗蚀剂材料可能对其它辐射(例如，任何常规的光刻波长的辐射)是敏感的。
36.目前的含金属光致抗蚀剂材料(以及其它光致抗蚀剂材料)经常苦于与下伏层的粘附性不佳。下伏层可为各种材料，例如非晶形碳、旋涂碳、旋涂玻璃、非晶硅、硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、硅碳化物、硅碳氧化物等。在许多示例中，下伏层为硬掩模层。在各种示例下，下伏层为基于硅的材料或基于碳的材料。可能存在的其它元素包括，例如，氧、氮及氢。
37.为了克服粘附性不佳的问题，经常在下伏层与光致抗蚀剂层之间提供相当厚的粘附层(有时称为底层)。粘附层促进在下伏层与光致抗蚀剂层之间的高质量粘附，从而降低了这些层在后续处理期间脱层的风险。替代地或另外地，在一些示例中，可沉积光致抗蚀剂层，以包括粘附促进剂在光致抗蚀剂材料内。在用于传统化学放大光致抗蚀剂的另一种方法中，可在沉积光致抗蚀剂之前将下伏层暴露于六甲基二硅氮烷(hmds)的蒸气形式，以促进下伏层与光致抗蚀剂之间的粘附性。
38.然而，这些技术在图案转移期间可能导致大量问题，如图1a-1f所示，其描绘出在若干图案化操作过程中的部分制造的半导体衬底。图1a显示其上形成有下伏层102的半导体衬底101。下伏层102可包括上述下伏层材料中的任一者。在衬底101上形成下伏层102之后，在下伏层102上形成粘附层103，如图1b所示。在一示例中，粘附层103为旋涂碳或旋涂玻璃，其沉积厚度为约5-10nm。接着，如图1c所示，在粘附层103上沉积光致抗蚀剂层104。在沉积光致抗蚀剂层104之后，在光刻操作中将其暴露于辐射以形成暴露区域104a及未暴露区域104b，如图1d所示。接着，使光致抗蚀剂层104进行显影，从而移除未暴露区域104b，而暴露区域104a保留在衬底101上，如图1e所示。接着，使用光致抗蚀剂层104的暴露区域104a作为掩模，以蚀刻凹陷特征穿过粘附层103并进入下伏层102，如图1f所示。在其它示例中，根据所使用的材料，可移除暴露区域104a，而可保留未暴露区域104b。
39.在许多情况下，粘附层103的存在导致形成缺陷，例如足部缺陷105和桥接缺陷106，两者都显示在图1f中。当粘附层103及下伏层102被蚀刻但被蚀刻的特征不满足足够的尺寸或均匀性要求时，可能发生足部缺陷105。例如，图1f中所示的足部缺陷105在粘附层103中具有不均匀的宽度，导致在粘附层103及下伏层102的某些深度中的宽度不足，从而造成蚀刻中特征的关键尺寸减小。在这样的示例中，被蚀刻特征的底部具有比被蚀刻特征的顶部更小的关键尺寸，这是非期望的(例如，因为特征的底部太窄)。当粘附层103没有被蚀刻穿过粘附层103的整个厚度时，可能发生桥接缺陷106。当这发生时，会妨碍凹陷特征在下
伏层102中形成。这些足部及桥接缺陷105及106可能造成特征缺少(例如，通孔和孔缺少)、以及不完整的开口及不完整的电气连接。
40.在多种情况下，可能由于粘附层的蚀刻不足而形成足部和桥接缺陷，这可能是光致抗蚀剂残渣(scum)的结果。光致抗蚀剂残渣可能是由光致抗蚀剂与光致抗蚀剂的下层之间的元素相互扩散所引起。在使用常规的化学放大光致抗蚀剂的一些情况下，粘附层可以是通过将下伏层暴露于六甲基二硅氮烷(hmds)蒸气打底处理(prime treatment)所形成的相当薄的层。由于hmds所提供的硅和/或氮的存在，hmds蒸气打底处理会改善在下伏层与光致抗蚀剂层之间的粘附力。然而，来自hmds(和/或来自其它粘附层材料)的硅和/或氮可能在光致抗蚀剂层进行显影之后造成大量的光致抗蚀剂残渣。光致抗蚀剂残渣通常是指在光致抗蚀剂层显影之后、非期望地留在衬底上的材料(例如，光致抗蚀剂材料及与光致抗蚀剂材料发生反应的任何物质)。这样的材料经常留在凹陷特征的底部附近，尤其是底部角落附近。光致抗蚀剂残渣经常导致足部和桥接缺陷的形成，例如因为光致抗蚀剂残渣表现出比同时被蚀刻的其它材料更慢的蚀刻速率。在下伏材料包括碳或被基于o2的化学品(其对于去除硅和氮是无效的)所蚀刻的其它材料的示例中，这尤其成问题。
41.为了避免与图1a-1f所示的方法相关的缺陷问题，可实施替代的表面处理，以促进在下伏层与光致抗蚀剂层之间的粘附，而不增加光致抗蚀剂残渣的形成。如以下所进一步讨论的，表面处理也可以具有降低剂量比尺寸(dose-to-size)的好处。图2a-2f描绘出示例性处理。图2a显示其上形成有下伏层202的衬底201。下伏层202可包括以上所讨论的任何下伏层材料。在沉积下伏层202之后，将衬底201暴露于由等离子体产生气体源所产生的等离子体，从而在下伏层202的上表面上形成薄层的改性材料203，如图2b所示。改性材料203通常非常薄，例如约1-5个单层厚、或约1-2单层厚。这可对应于在约之间的改性材料厚度。为了说明的目的，改性材料203的厚度在图2b-2f中被大大地夸大了。在各种情况下，将衬底暴露于等离子体仅仅改变下伏层202的最上面或更少。
42.等离子体包括化学官能团，其将下伏层202的表面改性。可使用各种不同类型的化学官能团。
43.在一些实施方案中，等离子体产生气体源包括氧或其它含氧物质，且等离子体包括氧自由基和/或含氧自由基(例如，o自由基、oh自由基、co自由基等)，其可与下伏层202进行反应。在一些实施方案中，等离子体产生气体源包括一或更多种卤素气体，例如氯(cl2)、溴(br2)、碘(i2)等，且等离子体包括氯自由基、溴自由基、碘自由基或其组合。形成改性材料203的反应可以是自限性的。
44.将衬底暴露于等离子体可导致在下伏层202与等离子体中的化学官能团之间形成键。例如，在下伏层202包括硅和/或碳且等离子体产生气体包括氧或其它含氧物质的一些示例中，将下伏层202暴露于等离子体可导致在(1)来自下伏层202的碳和/或硅和(2)来自等离子体中的化学官能团的氧之间形成键。换言之，将下伏层202暴露于等离子体可导致c-o键(在某些示例中，c-oh键)、si-o键(在某些示例中，si-oh键)或其组合的形成，具体取决于下伏层202的材料和等离子体的成分。类似地，在下伏层202包括硅和/或碳且等离子体产生气体包括卤素气体的一些示例中，将下伏层202暴露于等离子体可导致在(1)来自下伏层202的碳和/或硅和(2)来自等离子体中的化学官能团的卤素之间形成键。在该示例中，将下伏层202暴露于等离子体可导致c-卤素键(例如，c-cl键、c-br键、c-i键等)、si-卤素键(例
如，si-cl键、si-br键、si-i键等)或其组合的形成。等离子体处理在下伏层202与改性材料203之间产生非常稳定的键。在一些示例中，改性材料203包括-oh末端、-o末端、-cl末端、-br末端和/或-i末端。
45.在一些实施方案中，改性材料203在其初始形成之后被进一步改性，如以下关于图4c的进一步描述的。此进一步改性可能涉及将一些或全部的-o末端(或存在于衬底表面上的其它末端)转换为-oh末端。可通过将衬底暴露于水气(例如，h2o)和/或另一含羟基物质以实现进一步改性。在一特定示例中，进一步改性仅仅涉及，确保在将下伏材料202暴露于等离子体之后且在沉积光致抗蚀剂层204之前存在等待期间(例如，3小时或更长，在某些情况下为3-24小时)，其中在等待期间衬底被暴露于大气(或其它含水/羟基的环境)。
46.在形成改性材料203之后，沉积光致抗蚀剂层204，如图2c所示。光致抗蚀剂层204为例如上述的含金属光致抗蚀剂材料。在光致抗蚀剂层204的沉积期间，在下伏层202与来自等离子体的化学官能团(例如，氧、卤素等)之间的键促进了在衬底(例如，在下伏层202中的碳和/或硅)与光致抗蚀剂层204(例如，在光致抗蚀剂层204中的金属原子)之间的粘附。例如，在改性材料203包括-oh末端的示例中，一般认为来自光致抗蚀剂层204(或来自用于形成光致抗蚀剂层204的含金属前体)的金属与改性材料203中的-oh末端进行反应，从而形成o-金属键。例如，当下伏层202包括硅时，光致抗蚀剂层204的沉积可能导致si-o-金属键的形成。类似地，当下伏材料202包括碳时，光致抗蚀剂层的沉积可能导致c-o-金属键的形成。在改性材料203包括-卤素末端的另一示例中，一般认为高反应性的-卤素末端容易被来自光致抗蚀剂层204的金属(或被用于形成光致抗蚀剂层204的含金属前体)所替代，从而形成c-金属键和/或si-金属键。所形成的键结构在下伏层202与光致抗蚀剂层204之间提供了优异的粘附性。此外，实现了优异的粘附性，而没有引入额外的硅或氮，否则其可能造成显著的光致抗蚀剂残渣问题并且导致显著缺陷。
47.接着，在光刻操作中使衬底201暴露于辐射，以形成光致抗蚀剂层204的暴露部分204a和未暴露部分204b，如图2d中所示。接着，使光致抗蚀剂层204进行显影，以去除未暴露部分204b，而使暴露部分204a保留在衬底201上，如图2e所示。可使用湿式显影方法或干式显影方法。在显影之后，使由光致抗蚀剂层204的暴露部分204a所限定的凹陷特征延伸穿过改性材料203并且进入下伏材料202，如图2f所示。因为改性材料203非常薄且基本上不含硅和氮，所以它不会引起关于图1f所述的缺陷问题。这表示显著的改善。
48.除了防止关于图1a-f和图2a-f所述的缺陷外，本文中所述的技术还可提供降低剂量比尺寸的进一步的优点。通常希望在光致抗蚀剂层内产生目标交联量，以实现可接受的光刻和蚀刻结果。可通过将光致抗蚀剂暴露于euv辐射以实现这种交联中的一些。然而，通常还希望使传递至衬底的euv辐射量最小化，例如，以降低剂量比尺寸。已经显示，本文中所述的技术有利地减少了在光致抗蚀剂层内实现目标交联度所需的euv辐射量。这些结果将在以下的实验部分做进一步讨论。
49.图3a-3c描绘了一实施方案，其中通过将下伏层暴露于由水所产生的等离子体而对其进行改性。图3a显示出在改性之前存在于下伏层302上的材料。在该特定示例中，下伏层302为含碳且可灰化的硬掩模材料，但应当理解，在其它示例中可使用其它基于碳和硅的材料而具有类似效果。
50.图3b显示出在改性期间当衬底暴露于等离子体310时存在于下伏层302上且在等
500sccm。衬底可放置在温度受控的衬底支撑件上。当衬底暴露于等离子体时，衬底支撑件可维持在介于约20-100℃之间的温度，在一些示例中介于约20-30℃之间。在等离子体处理期间，可施加偏压(例如上达约50v)至衬底。在以下的实验部分中，将讨论与这些实施方案相关的实验结果。
58.虽然已经提供了关于图3a-3c和图4a-4d的示例性处理条件，但应当理解，在其它实施方案中可使用类似或不同的处理条件，其中等离子体由替代的或额外的物质(例如，卤素或其它物质)所产生。一般而言，不管等离子体的组成为何，在多种实施方案中可使用以下处理条件中的一个或更多个。反应室中的压强可介于约5-500mtorr之间、或介于约5-300mtorr之间、或介于约5-100mtorr之间、或介于约10-30mtorr之间、或介于约100-200mtorr之间。用于产生等离子体的rf功率可介于约50-3000w之间、或介于约50-2000w之间、或介于约50-1000w之间、或介于约500-1000w之间、或介于约100-2000w之间、或介于约100-200w之间。可施加任选的偏压至衬底。当使用时，偏压可介于约0-500v之间、或介于约0-100v之间、或介于约0-50v之间。偏压可为至少约1v。可以介于约20％-100％之间的占空比而产生等离子体。用于产生等离子体的气体可以介于约100-6000sccm之间、或介于约100-5000sccm之间、或介于约100-1000sccm之间、或介于约100-500sccm之间的流率流动。衬底支撑件可维持在介于约10-120℃之间、或介于约20-100℃之间、或介于约20-50℃之间、或介于约20-30℃之间的温度。衬底可以在单一连续时间或多个不连续时间内暴露于等离子体。在一些示例中，衬底暴露于等离子体的总持续时间可介于约5-60秒之间、或介于约10-20秒之间。在衬底在多个不连续时间内暴露于等离子体的示例中，每一等离子体暴露的持续时间可以介于约1-10秒之间。暴露时间的次数可介于约1-50之间。
59.可控制处理条件，以实现在改性材料/下伏层上的-o、-oh、-cl、-br和/或-i末端的期望浓度。例如，可控制压强、气体流率和组成比、rf功率、温度以及上述其它处理条件，以实现此目的。
60.等离子体可以多种不同的方式而产生。在一些示例中，等离子体远程地产生、接着被输送至室/处理空间，在该处衬底暴露于等离子体。在一些示例中，等离子体直接原位(in-situ)产生在室/处理空间中，在此处衬底暴露于等离子体。可使用各种不同类型的等离子体。在一些示例中，等离子体为电容耦合式等离子体。在一些示例中，等离子体为感应耦合式等离子体。
61.等离子体可以由许多不同的等离子体产生气体源(例如，产生等离子体的气体/汽化的液体)而产生。图3a-3c涉及等离子体产生气体源为水的实施方案，图4a-4d涉及等离子体产生气体源为二氧化碳的实施方案。在另一实施方案中，等离子体产生气体源可包括水和二氧化碳两者。也可使用各种其它的等离子体产生气体源，以产生由期望的化学官能团所组成的等离子体。例如，在一些实施方案中，等离子体产生气体源可包括下列一者或多者：水(h2o)、二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)、醇(c
xhy
oh，及其取代形式，具体示例包括经取代及未经取代形式的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等)、双原子氧(o2)、臭氧(o3)、过氧化氢(h2o2)、氯(cl2)、溴(br2)、碘(i2)等。
62.在一些实施方案中，等离子体产生气体源包括仅包含氧(例如，o2、o3等)的至少一种反应性物质。在一些实施方案中，等离子体产生气体源包括仅包含氧和氢(例如，h2o、h2o2等)的至少一种反应性物质。在一些实施方案中，等离子体产生气体源包括仅包含碳及氧
(例如，co、co2等)的至少一种反应性物质。在一些实施方案中，等离子体产生气体源包括仅包含碳、氢和氧(例如，c
xhy
oh等)的至少一种反应性物质。在许多情况下，等离子体产生气体源包括至少一种有机物质。在一些情况下，等离子体产生气体源包括属于双原子卤素的至少一种物质。
63.在许多示例中，等离子体产生气体源还可以包括h2和/或惰性物质，例如ar、he、ne、kr、xe和/或n2。在等离子体中，惰性物质可被离子化，且离子可轰击衬底表面以增加下伏层的表面积和粗糙度。这种表面积/粗糙度的增加提供了额外的位置，在此处光致抗蚀剂层的金属可粘附至下伏层的碳和/或硅，例如通过如上所述的c-o-金属、si-o-金属、c-金属和/或si-金属键来实现。因此，离子轰击的作用为，增加在下伏层与光致抗蚀剂层之间的界面处的这些键的密度，从而增强在这些层之间的粘附。在一些情况下，在等离子体产生气体源中的惰性气体和反应性物质可同时在等离子体中提供。在其它情况下，可将衬底暴露于包含惰性气体的第一等离子体，接着暴露于包含在等离子体产生气体源中的反应性化学官能团的第二等离子体，两种等离子体是在不同的时间提供。在这种情况下，暴露于惰性气体以增加表面积/粗糙度可能发生(1)在下伏材料的沉积期间(例如，在该沉积的影响下伏材料的上表面的至少最后部分期间)、或(2)在沉积下伏材料之后且在使衬底暴露于等离子体之前。
64.可用于增加表面积以提供额外键合机会的另一技术为，在下伏层与光致抗蚀剂层之间沉积薄的多孔性界面层。在这样的示例中，薄的多孔性界面层是被等离子体改性的层。因此，本文中所提供的关于下伏层改性的任何细节亦可适用于薄的多孔性界面层的改性。在多种实施方案中，薄的多孔性界面层可以是低密度的非晶形碳材料。在使用它的示例中，薄的多孔性界面层可具有约2-10nm之间的厚度和/或约1.0-1.3g/cm3之间的密度。薄的多孔性界面层可通过pecvd而形成。
65.等离子体产生气体源可以基本上不含已知会造成光致抗蚀剂残渣和相关缺陷的某些元素。例如，等离子体产生气体源可以基本上不含硅及含硅物质。在这些或其它示例中，等离子体产生气体源可基本上不含反应性含氮物质。当使用在本文中，术语“基本上不含”是指相关物质(如果有的话)仅以痕量存在，而不是有意提供。因为等离子体产生气体基本上不含这些物质，所以使衬底暴露于等离子体不会在含金属光致抗蚀剂进行显影时造成光致抗蚀剂残渣形成的增加。例如，这与涉及暴露于hmds的其它表面改性非常不同。因为hmds包括硅和氮，其造成光致抗蚀剂残渣的大量形成，导致图1f中所示的缺陷。
66.本文中的技术的一个好处是，打破了在下列两者之间的权衡：(1)实现在下伏层与含金属光致抗蚀剂之间的充分粘附、和(2)防止光致抗蚀剂残渣以及相关的足部和桥接缺陷的形成。用于促进在相关层之间的粘附的现有技术取决于含硅材料(在某些情况下，含硅和含氮材料)，其经常造成光致抗蚀剂残渣及相关的缺陷。本文中所述的等离子体处理促进在下伏层与含金属光致抗蚀剂之间的高质量粘附，并且实现该粘附而不会造成光致抗蚀剂残渣或相关缺陷的形成。此外，等离子体促进在含金属光致抗蚀剂内的交联度的增加，其降低了实现期望的交联量所需的euv辐射量。换言之，将衬底暴露于等离子体所造成的交联增加有利地降低了剂量比尺寸。
67.还应该理解，虽然本公开涉及光刻图案化技术和以euv光刻为例的材料，但它也适用于其他下一代光刻技术。除了包括目前使用和研发的标准13.5nm euv波长在内的euv之
外，与此类光刻最相关的辐射源是duv(深紫外)，它通常是指使用248nm或193nm准分子激光源，即x射线，正式包括x射线范围的较低能量范围下的euv，以及可以覆盖很宽能量范围的电子束。特定方法可以取决于在半导体衬底及最终半导体设备中所使用的特定材料和应用。因此，本技术中所述的方法仅仅是可用于本技术的方法和材料的示例。装置
68.本文中所述的技术可在多种装置上执行。装置通常包括至少一个反应室；等离子体产生器；一个或多个入口以及一个或多个出口，分别用于将材料输送至反应室以及从反应室移除材料；衬底支撑件，其用于在处理期间支撑衬底；以及控制器，其被配置为引起本文中所述的方法。
69.在一些实施方案中，反应室可设置在专用于将衬底暴露于等离子体的独立工具中。在其它实施方案中，反应室可设置在用于其它目的(例如，沉积、蚀刻和/或其它衬底处理)的另一工具中。在这样的示例中，反应室可以是用于执行沉积、蚀刻或其它衬底处理的同一反应室，或者反应室可以是通过合适硬件而实际连接至工具的其余部分的不同室。在一些示例中，反应室一次可处理单一衬底。在其它示例中，反应室一次可处理多个衬底。在某些实施方案中，反应室可具有多个站，每一站被配置为与其它站同时处理衬底。有很多可能性可供使用。
70.在一示例中，用于将衬底暴露于等离子体的反应室与用于沉积下伏层的反应室相同。在一示例中，反应室可以被配置成执行基于气相的沉积技术(例如，化学气相沉积和/或原子层沉积)的室。在另一示例中，用于将衬底暴露于等离子体的反应室与用于沉积含金属光致抗蚀剂的反应室相同，含金属光致抗蚀剂可类似地通过基于气相的沉积技术(例如化学气相沉积和/或原子层沉积)、或通过湿式技术(例如，旋涂膜)来沉积。在一些示例中，下伏层的沉积、下伏层的暴露于等离子体以及含金属光致抗蚀剂的沉积都可以在同一反应室中进行。
71.图5-9显示出可用于执行本文中所述的技术的各种不同装置。图5示意性地显示出处理站500的实施方案，其可用于将衬底暴露于等离子体和/或使用原子层沉积(ald)和/或化学气相沉积(cvd)而沉积材料(例如，下伏材料和/或含金属光致抗蚀剂)，其中任一者可以是等离子体增强的。为了简化起见，为简单起见，将处理站500描绘为独立的处理站，其具有用于维持低压环境的处理室体502。然而应理解，多个处理站500可被包含在共同的处理装置环境中。还应理解，在一些实施方案中，可以通过一或多个计算机控制器以程序方式调整处理站500的一或多个硬件参数(包含本文中详细讨论的那些参数)。
72.处理站500与反应物输送系统501流体连通，反应物输送系统501用于将工艺气体输送至分配喷头506。反应物输送系统501包含用于混合和/或调整待输送至喷头506的工艺气体的混合容器504。一或多个混合容器入口阀520可控制工艺气体至混合容器504的引入。类似地，喷头入口阀505可控制工艺气体至喷头506的引入。
73.某些反应物(如btbas)在蒸发并接着被输送至处理站之前可以以液态储存。例如，图5的实施方案包含用于蒸发待供给至混合容器504的液体反应物的蒸发点503。在一些实施方案中，蒸发点503可以是经加热的蒸发器。从这种蒸发器所产生的反应物蒸气会在下游输送管线中凝结。不相容的气体暴露于已凝结的反应物可能会产生小颗粒。这些小颗粒会阻塞管线、阻碍阀操作、污染衬底等。解决这些问题的某些方法涉及扫除和/或排空输送管
线以去除剩余的反应物。然而，扫除输送管线会增加处理站循环时间，降低处理站的产量。因此，在一些实施方案中，可热追踪蒸发点503下游的输送管线。在某些示例中，也可热追踪混合容器504。在非限制性的示例中，蒸发点503下游的管线具有较高温度的分布，其从约100℃延伸至混合容器504处的约150℃。
74.在一些实施方案中，蒸发点503可以是经加热的液体注入器。例如，液体注入器可将液体反应物的脉冲注入至混合容器上游的载气流中。在一种情况下，液体注入器可通过瞬间使液体从较高压力变为较低压力来蒸发反应物。在另一情况下，液体注入器可将液体雾化为分散微滴，这些分散微滴接着在经加热的输送管线中蒸发。应明白，较小的液滴比较大的液滴更快蒸发，因此可降低液体注入与完成蒸发之间的延迟。较快蒸发可减少蒸发点503下游的管线的长度。在一情况下，液体注入器可直接安装至混合容器504。在另一情况下，液体注入器可直接安装至喷头506上。
75.在一些实施方案中，可提供蒸发点503上游的液流控制器以控制蒸发以及输送至处理站500的液体的质量流量。例如，液流控制器(lfc)可包含位于lfc下游的热质量流量计(mfm)。接着可调整lfc的柱塞阀以响应与mfm电通信的比例-积分-微分(pid)控制器所提供的反馈控制信号。然而，利用反馈控制可能要花一秒或更长时间才能稳定液流。这可能会延长液态反应物的配料时间。因此，在一些实施方案中，lfc可动态地在反馈控制模式与直接控制模式之间切换。在一些实施方案中，lfc可通过停用lfc与pid控制器的感测管来动态地从反馈控制模式切换至直接控制模式。
76.喷头506向衬底512分配工艺气体。在图5所示的实施方案中，衬底512位于喷头506下方，并且显示为搁置在基座508上。应当理解，喷头506可以具有任何合适的形状，并且可以具有用于将工艺气体分配到衬底512的任何合适数量和布置的端口。
77.在一些实施方案中，微体积507位于喷头506下方。在处理站中的微体积中进行等离子体暴露、ald和/或cvd工艺会比在整个体积中进行ald和/或cvd工艺能减少反应物暴露与扫除时间、可降低转换处理条件(如压力、温度等)所需的时间、可限制处理站机械手被暴露于工艺气体等。微体积尺寸的示例可包含但不限于介于0.1升至2升之间的体积。该微体积也会影响生产产量。虽然每一循环的沉积率减少，但循环时间也同时减少。在某些情况下，后者的效应大到足以改善针对特定目标膜厚度的模块的整体产量。
78.在一些实施方案中，可升高或降低基座508以将衬底512暴露于微体积507和/或改变微体积507的体积。例如，在衬底传送阶段中，可降低基座508以使衬底512能加载到基座508上。在沉积工艺阶段或等离子体暴露工艺阶段中，可升高基座508以将衬底512置于微体积507中。在一些实施方案中，微体积507可完全围绕衬底512以及基座508的一部分以在衬底处理操作期间产生高流动阻抗区域。
79.任选地，可在部分工艺期间降低和/或升高基座508以调节微体积507内的工艺压力、反应物浓度等。在工艺期间处理室体502被维持在一基础压力的情况下，降低基座508可使微体积507被排空。微体积的体积对处理室的体积的示例性比例可包含但不限于介于1:500至1:10之间的比例。应理解，在一些实施方案中，可通过合适的计算机控制器以编程方式调整基座高度。
80.在另一情况下，调整基座508的高度可改变工艺中所包含的等离子体活化期间和/或处理操作期间的等离子体密度。在完成相关工艺阶段时，可在另一衬底传送阶段期间降
低基座508以使得能从基座508去除衬底512。
81.虽然本文中所述的示例性微体积变化是指高度可调整的基座，但应理解，在一些实施方案中，可调整喷头506相对于基座508的位置以改变微体积507的体积。另外，应理解，在本发明的范围内可通过任何适当的机构来改变基座508和/或喷头506的竖直位置。在一些实施方案中，基座508可包含用于旋转衬底512的方位的旋转轴。应当明白，在一些实施方案中，可通过一或多个合适的计算机控制器以编程方式执行这些示例性调整的一或多种。
82.回到图5所示的实施方案，喷头506与基座508是与用于对等离子体(例如，用于对下伏材料进行改性的等离子体、以及在同一室中在其它处理步骤期间所使用的任何等离子体)供给功率的rf电源514与匹配网络516电连通。在一些实施方案中，可通过控制处理站压力、气体浓度、rf源功率、rf源频率以及等离子体功率脉冲时点中的一或多者来控制等离子体能量。例如，可在任何适当的功率下操作rf电源514与匹配网络516以产生具有期望的自由基物质组成的等离子体。适当功率的示例已包含在上面的段落。类似地，rf电源514可提供具有任何适当频率的rf功率。在一些实施方案中，rf电源514可用于彼此独立地控制高频与低频rf电源。低频rf频率的示例可包含但不限于介于50khz和500khz之间的频率。高频rf频率的示例可包含但不限于介于1.8mhz和2.45ghz之间的频率。应明白，可以离散地或连续地调节任何适当的参数以提供用于表面反应的等离子体能量。在一非限制性的示例中，相对于被连续供电的等离子体，可间歇地给等离子体功率施以脉冲以降低对衬底表面的离子轰击。
83.在一些实施方案中，可通过一或多个等离子体监测器原位监测等离子体。在一情况下，可通过一或多个电压、电流传感器(如vi探针)监测等离子体功率。在另一情况下，可通过一或多个光发射光谱(oes)传感器测量等离子体密度和/或工艺气体的浓度。在一些实施方案中，可基于来自这种原位监测器的测量值以编程方式调整一或多个等离子体参数。例如，可在提供等离子体功率的程序化控制的反馈回路中使用oes传感器。应理解，在一些实施方案中，可使用其他监测器监测等离子体与其他处理特性。这种监测器可包含但不限于红外线(ir)监测器、声学监测器以及压力传感器。
84.在一些实施方案中，可通过输入/输出控制(ioc)序列指令控制等离子体。在一示例中，设定用于等离子体工艺阶段的等离子体条件的指令可被包含在沉积工艺配方的对应等离子体活化配方阶段中。在某些情况下，工艺配方阶段可按顺序配置，使得用于沉积工艺阶段的所有指令与该工艺阶段同步执行。在一些实施方案中，可将用于设定一或多个等离子体参数的指令包含在等离子体工艺阶段之前的配方阶段中。例如，第一配方阶段可包含用于设定惰性气体和/或反应物气体的流率的指令、用于将等离子体产生器设定至功率设定点的指令以及用于第一配方阶段的时间延迟指令。后续的第二配方阶段可包含用于启用等离子体产生器的指令以及用于第二配方阶段的时间延迟指令。第三配方阶段可包含用于使等离子体产生器停用的指令以及用于第三配方阶段的时间延迟指令。应理解，在本发明的范围内这些配方阶段可以任何合适的方式被更进一步地细分和/或重复。
85.在某些沉积工艺中，等离子体激励持续数秒或更长的数量级的时间。在一些实施方案中，可施用较短的等离子体激励。这些等离子体激励可持续10毫秒至1秒数量级的时间，约20至80毫秒，其中50毫秒是特定示例性时间。这种极短的rf等离子体激励需要等离子体的极快速稳定。为了达到此目的，可配置等离子体产生器以使阻抗匹配被设定预设在特
定电压，同时允许频率浮动。在传统上，高频等离子体是在约13.56mhz的rf频率下产生。在本文所述的多种实施方案中，允许频率浮动至不同于该标准值的值。通过允许频率浮动但将阻抗匹配固定在预定电压，可更加快速地稳定等离子体，当使用与某些沉积或其他处理循环类型相关的极短等离子体激励时，该结果可能是重要的。
86.在一些实施方案中，基座508可通过加热器510控制温度。另外，在一些实施方案中，可通过蝶阀518提供沉积工艺站500的压力控制。如图5的实施方案中所示，蝶阀能调节下游真空泵(未显示)提供的真空。然而在一些实施方案中，可通过改变被导入处理站500的一或多种气体的流率而调整处理站500的压力控制。
87.应当理解，在多站式处理工具环境中可包括多个处理站，例如图6中所示，图6描绘了多站式处理工具的实施方案的示意图。处理装置600采用集成电路制造室663，其包括多个制造处理站，每一制造处理站可用于在保持在特定处理站的晶片保持器(例如，基座)的衬底上执行处理操作。在图6的实施方案中，集成电路制造室663被显示为具有四个处理站651、652、653以及654。其它类似的多站式处理装置可具有更多或更少的处理站，具体取决于实施方案以及例如并行晶片处理的期望水平、尺寸/空间限制、成本限制等。图6还显示了衬底搬运机械手675，其可在系统控制器690的控制下操作、被配置成将来自晶片盒(图6中未显示)的衬底从装载端口680移动至集成电路制造室663中以及处理站651、652、653和654中的一者上。
88.图6还描绘了用于控制处理装置600的工艺条件以及硬件状态的系统控制器690的实施方案。系统控制器690可包括一或更多存储器设备、一个或更多个大容量储存设备以及一个或更多个处理器，如本文中所述的。
89.rf子系统695可产生rf功率并将rf功率通过射频输入端口667而传送至集成电路制造室663。在特定实施方案中，集成电路制造室663可包括射频输入端口667之外的输入端口(额外的输入端口未显示在图6中)。因此，集成电路制造室663可使用8个rf输入端口。在特定实施方案中，集成电路制造室663的处理站651-654可各自使用第一及第二输入端口，其中第一输输入端口可以传送具有第一频率的信号，第二输入端口可传送具有第二频率的信号。双频率的使用可带来增强的等离子体特性。
90.如上所述，在多站式处理工具中可包括一个或更多处理站。图7显示了多站式处理工具700的实施方案的示意图，其具有入站装载锁702以及出站装载锁704，入站装载锁702以及出站装载锁704中的任一者或两者可包括远程等离子体源。在大气压力下的机械手706用于将衬底或晶片从盒(通过晶舟708装载)经由大气端口710移动至入站装载锁702中。将衬底通过机械手706而放置在入站装载锁702中的基座712上，关闭大气端口710，且抽空装载锁。在入站装载锁702包括远程等离子体源的情况中，可使衬底在被导入处理室714之前、在装载锁中暴露于远程等离子体处理。此外，也可以在入站装载锁702中将衬底加热，例如，以移除湿气和吸附的气体。接着，打开往处理室714的室传送端口716，另一机械手(未显示)将晶片放置在反应器中的第一站(显示在反应器中)的基座上，以进行处理。虽然图7中所显示的实施方案包括装载锁，但应当了解，在一些实施方案中，晶片可直接进入处理站中。在多种实施方案中，当衬底通过机械手706而放置在基座712上时，将浸泡气体引入该站。
91.在图7所示的实施方案中，所描绘的处理室714包括四个处理站，编号为1到4。每一站具有加热的基座(显示于站1的718)、以及气体管线入口。应理解，在一些实施方案中，每
一处理站可具有不同或多个目的。例如，在一些实施方案中，处理站可在ald与peald工艺模式之间、或在等离子体处理模式与沉积模式之间进行切换。附加地或替代地，在一些实施方案中，处理室714可包括一或更多匹配成对的等离子体处理站和沉积站。尽管所描绘的处理室714包括四站，但应当理解，根据本公开内容的处理室可具有任何适当数目的站。例如，在一些实施方案中，处理室可具有五个或更多站，然而在其它实施方案中，处理室可具有三或更少站。
92.图7描绘晶片搬运系统790的实施方案，其用于在处理室714内转移晶片。在一些实施方案中，晶片搬运系统790可以在各种处理站之间和/或在处理站与装载锁之间转移衬底。应理解，可采用任何适当的晶片搬运系统。非限制性示例包括晶片旋转盘及晶片搬运机械手。图7还描绘了系统控制器750的实施方案，其用于控制处理工具700的工艺条件和硬件状态。系统控制器750可包括一个或更多存储器设备756、一个或更多大容量储存设备754、以及一或更多处理器752。处理器752可以包括cpu或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进马达控制器板等。在一些实施方案中，系统控制器750包括机器可读指令，其用于执行操作，例如本文中所述的那些操作。
93.在一些实施方案中，系统控制器750控制处理工具700的活动。系统控制器750执行系统控制软件758，系统控制软件758被储存于大容量储存设备754中、加载至存储器设备756中、以及在处理器752上执行。替代地，可以将控制逻辑硬编码于控制器750中。为了这些目的，可使用特殊应用集成电路、可编程逻辑装置(例如，场域可编程门阵列、或fpga)及类似者。在以下讨论中，在使用“软件”或“编码”的任何情况中，可适当地使用功能上可比较的硬编码逻辑。系统控制软件758可包括用于控制以下项的指令：时序、气体的混合、气体流量、室和/或站压力、室和/或站温度、衬底温度、目标功率电平、rf功率电平、衬底基座、卡盘和/或托座位置、以及通过处理工具700而执行的特定工艺的其它参数。系统控制软件758可以任何适当的方式进行配置。例如，可撰写各种处理工具部件子程序或控制对象，以控制用于实行各种处理工具工艺的处理工具部件的操作。系统控制软件758可以任何适当的计算机可读程序语言进行编码。
94.图8示意地显示了根据本文中的某些实施方案的感应耦合式等离子体处理装置800的横截面图。由lam research corp.(fremont,ca)所生产的kiyo
tm
反应器为可用于实行本文中所述的技术的合适反应器的示例。感应耦合式等离子体处理装置800包括整体处理室，其在结构上由室壁801和窗811所限定。室壁801可以由不锈钢或铝制成。窗811可以由石英或其他介电材料制成。可选的内部等离子体栅格850将整个处理室划分为上副室802和下副室803。等离子体栅格850可以包括单个栅格或多个单独的栅格。在许多实施方案中，可以去除等离子体栅格850，从而利用由副室802和803构成的室空间。
95.卡盘817定位在下副室803中在底部内表面附近。卡盘817被配置成接收和保持半导体晶片819。卡盘817可以是当晶片819存在时用于支撑晶片819的静电卡盘。在一些实施方案中，边缘环(未示出)围绕卡盘817，并具有大致与晶片819(当晶片存在于卡盘817上方时)的顶面在同一平面的上表面。卡盘817还包括用于夹紧和松开晶片819的静电电极。可设置过滤器和dc夹持功率源(在图中未示出)用于此目的。也可以提供其他的控制系统用于提升晶片819使其离开卡盘817。卡盘817可以用rf电源823充电。rf电源823通过连接件827被连接到匹配电路821。匹配电路821通过连接件825连接到卡盘817。以这种方式，rf电源823
被连接到卡盘817上。
96.线圈833位于窗811上方。线圈833由导电材料制成，并包括至少一整匝。在图8中所示的示例性线圈833包括三匝。线圈833的横截面用符号示出，具有“x”符号的线圈表示线圈旋转地延伸到页面内，相反，具有
“●”
符号的线圈表示线圈旋转地延伸出页面。rf电源841被配置为提供rf功率至线圈833。一般地，rf电源841通过连接件845被连接到匹配电路839。匹配电路839通过连接件843连接到线圈833。以这种方式，rf电源841被连接到线圈833。任选的法拉第屏蔽件849被定位在线圈833和窗811之间。法拉第屏蔽件849以相对于线圈833成隔开的关系被保持。法拉第屏蔽件849被设置在窗811的正上方。线圈833、法拉第屏蔽件849和窗811各自被配置为基本上彼此平行。法拉第屏蔽件可以防止金属或其它物质沉积在处理室的介电窗上。
97.工艺气体可以通过位于上室中的主注入口860和/或通过侧注入口870(有时称为stg)供应。在操作等离子体处理期间，真空泵(例如，一级或二级机械干泵和/或涡轮分子泵840)可用于将工艺气体抽出处理室并通过使用闭环-受控流量限制设备(例如节流阀(未显示)或摆阀(未显示))保持等离子体处理装置800内的压强。
98.在装置的操作期间，可以通过注入口860和/或870供应一种或多种反应气体。在某些实施方案中，可以仅通过主注入口860或仅通过侧注入口870供应气体。在某些情况下，注入口可能会被喷头取代。法拉第屏蔽849和/或可选的栅格850可以包括允许将工艺气体输送到室的内部通道和孔。法拉第屏蔽849和可选栅格850中的任何一者或两者都可以用作用于输送工艺气体的喷头。
99.射频功率从rf电源841供给到线圈833以使rf电流流过线圈833。流过线圈833的rf电流产生围绕线圈833的电磁场。该电磁场产生在上副室802内的感应电流。所生成的各种离子和自由基与晶片819的物理和化学相互作用选择性蚀刻或以其他方式处理晶片的特征。
100.如果使用等离子体栅格850使得存在上副室802和下副室803二者，则感应电流作用于存在于上副室802中的气体上以在上副室802中产生电子-离子等离子体。任选的内部等离子体栅格850(如果存在)可以用于限制下副室803中的热电子的数量。在一些实施方案中，设计和操作所述装置使得存在于下副室803中的等离子体是离子-离子等离子体。在其他实施方案中，该装置可以被设计和操作使得存在于下副室803中的等离子体是电子-离子等离子体。内部等离子体栅格和离子
–
离子等离子体在以下文献中进一步讨论：美国专利申请no.14/082,009(申请日为2013年11月15日，发明名称为“internal plasma grid for semiconductor fabrication”)以及美国专利no.9,245,761，其每一者的整体内容通过引用合并于此。
101.挥发性的副产物可通过端口822从下副室803去除。本文所公开的卡盘817可在约30℃和约250℃之间的升高的温度范围内操作。在一些情况下，卡盘817也可以在较低温度下操作，例如当卡盘817被主动冷却时。在这种情况下，卡盘817可以根据需要在显著较低的温度下操作。温度将取决于工艺操作和具体配方。在一些实施方案中，室801可以在约1毫托和约95毫托之间的范围内的压强下操作。在某些实施方案中，压强可能更高。
102.室801当安装在清洁室或制造厂中时可耦合到设施(未示出)。设施包括管道，管道提供工艺气体、真空、温度控制和环境微粒控制。这些设施当安装在目标制造厂时耦合到室
801。此外，室801可耦合在传送室上，从而允许使用典型的自动化由机械手传送半导体晶片进出室801。
103.在一些实施方案中，系统控制器830(其可以包括一个或多个物理或逻辑控制器)控制处理室的一些或全部操作。系统控制器830可以包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。处理器可以包括中央处理单元(cpu)或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板和其他类似部件。用于实现适当控制操作的指令在处理器上执行。这些指令可以存储在与系统控制器830相关联的存储器设备上，或者它们可以通过网络提供。在某些实施方案中，系统控制器830执行系统控制软件。
104.在某些情况下，系统控制器830控制气体浓度、晶片移动和/或提供给线圈833和/或静电卡盘817的功率。系统控制器830可以通过例如打开和关闭相关阀以产生提供适当浓度的必要反应物的一种或多种入口气流来控制。可以通过例如引导晶片定位系统根据需要移动来控制晶片移动。可以控制提供给线圈833和/或卡盘817的功率以提供特定的rf功率电平。类似地，如果使用内部栅格850，则施加到栅格的任何rf功率都可以由系统控制器830调整。
105.系统控制器830可以基于传感器输出(例如，当功率、电势、压强等达到某个阈值时)、操作的时序(例如，在处理中，在特定时间打开阀门)、或基于从用户收到的指令来控制这些和其他方面。下面进一步讨论示例性的控制器。
106.图9描绘了具有各种与真空传送模块938(vtm)界面的模块的半导体处理群集架构。在多个存储设备和处理模块之间“传送”晶片的传送模块装置可以被称为“集群工具架构”系统。气锁930(也被称为装载锁或传送模块)在vtm 938示出具有四个处理模块920a-920d，其可以被单独优化以执行各种制造处理。例如，处理模块920a-920d可以被实现以执行衬底暴露于等离子体、蚀刻、沉积、离子注入、晶片清洁、溅射和/或其它半导体处理。处理模块中的一个或多个(920a-920d中的任意一个)可以如本文所公开的被实施，并且可如本文中所述用于将衬底暴露于等离子体、沉积材料、和/或蚀刻材料。气锁930和处理模块920a-920d可以被称为“站”。每个站具有将站与vtm 938连接的小面936(facet 936)。在每个小面内部，传感器1-18被用于在晶片926在各站之间移动通过时检测衬底926。
107.机械手922将晶片926在站之间传输。在一实施方案中，机械手922具有一个臂，而在另一实施方案中，机械手922具有两个臂，其中每个臂具有端部执行器924以拾取例如晶片926之类的晶片用于运输。在大气传送模块(atm)940中，前端机械手932用于从在装载端口模块(lpm)942中的晶片盒或前开式标准晶舟(foup)934传送衬底到气锁930。处理模块920内的模块中心928是用于放置晶片926的一个位置。在atm 940中的对准器944用于对齐晶片。
108.在一示例性的处理方法中，晶片被放置在lpm 942中的多个foup 934中的一个中。前端机械手932将晶片从foup 934传送到对准器944，其允许晶片926在被蚀刻或处理之前适当地居中。对准后，晶片由前端机械手932移动到气锁930。由于气锁模块具有匹配atm和vtm之间的环境的能力，因此晶片926能够在两个压强环境之间移动而不被破坏。从气锁模块930，晶片926通过机械手922移动通过vtm 938并进入处理模块920a-920d中的一个。为了实现这种晶片移动，机械手922在其每一个臂上使用端部执行器1024。一旦晶片926已经被处理，它就被机械手922从处理模块920a-920d移动到气锁模块930。从这里，晶片926可以被
前端机械手932移动到foup 934中的一者或对准器944。
109.应当注意的是，控制衬底运动的计算机对于集群架构可以是本地的，或者它可以位于在制造工厂中的群集架构的外部，或在远程位置并通过网络连接到群集架构。
110.在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
111.从广义上讲，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器或微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
112.在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的工艺。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
113.示例系统可以包括但不限于等离子体处理室或模块、等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片
的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
114.如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。实验
115.图10呈现出关于将衬底暴露于不同等离子体处理的影响的实验结果。具体而言，图10描述了不同等离子体处理对水接触角的影响。水接触角是有关表面的亲水性的度量，其也象征存在于衬底表面上的羟基的相对浓度。较低的水接触角表示较大的亲水性以及在衬底表面上较大的羟基浓度。在这些示例中，透过暴露于等离子体而改性的下伏层是基于碳且可灰化的硬掩模材料。
116.在将衬底暴露于等离子体之前，衬底表现出约70
°
的水接触角，其表示高度疏水的表面。该数据被显示在图10的“之前”结果中。“co2之后”结果是将衬底暴露于由二氧化碳所产生的等离子体之后的水接触角。在该示例中，水接触角从约70
°
减少到约22
°
。“h2o之后”结果是将衬底暴露于由水所产生的等离子体之后的水接触角。在该示例中，水接触角从约70
°
减少到0
°
。两种等离子体处理都导致水接触角的显著降低，表示由于在等离子体暴露期间的衬底表面的改性，所以表面明显地变得更具亲水性。
117.图11呈现出在等离子体处理之后检测等候时间对于水接触角的影响的实验数据，在等离子体处理中将衬底暴露于由二氧化碳所产生的等离子体。在该示例中，水接触角在大约前35分钟的等候时间的过程期间下降，然后开始增加。不受限于理论或作用机制，据信，在衬底暴露于基于二氧化碳的等离子体之后，由于环境中的水气吸附至衬底表面的改性材料上的增加，导致水接触角的初始减少，如关于图4c所描述。水气有效地将衬底表面上的许多co基团转换为更具反应性的co-oh基团。co-oh基团提供比co基团更大的亲水性，从而导致在等候时间的初始部分期间的水接触角减少。如上所述，在某些实施方案中，可在衬底暴露于等离子体与沉积含金属光致抗蚀剂之间引入等待期间，使得在衬底表面基本上被羟基充满时进行含金属光致抗蚀剂的沉积。在其它实施方案中，在暴露于等离子体后，可将衬底暴露于水蒸气，以使衬底表面被羟基所饱和。
118.图12显示出在等离子体处理之后检测等候时间对于剂量比尺寸的影响的实验数据，在等离子体处理中将衬底暴露于由二氧化碳所产生的等离子体。显示出两个不同衬底的结果。在各示例中，在暴露于基于二氧化碳的等离子体之后，剂量比尺寸会随时间推移而降低。如关于图11所解释的，据信，在等候时间期间衬底所暴露于的大气中存在的水气会吸附至衬底表面上，从而将许多co基团转换为更具反应性的co-oh基团。因为这些基团更具反应性，所以它们促进与含金属光致抗蚀剂的交联增加，且因此减少了实现期望的交联度所需的euv辐射剂量。预期，基于水的等离子体处理将具有如图11和12所示的相同效果，在等离子体处理与含金属光致抗蚀剂的沉积之间无需等待，因为基于水的等离子体处理将具有使衬底表面被期望的co-oh基团充满的效果。还预期，在基于硅的下伏层材料上(例如，在适当的情况下，用硅取代碳)，将会看到相同的效果。结论
119.虽然已为了清楚理解的目的而对前述实施方案进行了一些详细的说明，但显而易
见，可以在随附权利要求的范围内实施某些改变和修饰。应注意可以有许多实施本文实施方案的处理、系统和装置的替代方式。因此，本文的实施方案应视为示例性且非限制性的，且实施方案不应限制在此处提出的细节。