減小光刻膠圖形線寬粗糙度的方法
【專利摘要】本發明提供了一種減小光刻膠圖形線寬粗糙度的方法，包括：將表面設有光刻膠圖形的基底置于真空室中；用帶狀離子束對光刻膠圖形進行離子注入，以減小光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度。進行離子注入之后，光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度會顯著地減小。
【專利說明】減小光刻膠圖形線寬粗糙度的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，特別是涉及一種減小光刻膠圖形線寬粗糙度的方法。

【背景技術】
[0002]半導體制造工藝中的缺陷是影響半導體器件的良率以及器件性能的一個主要因素。特別對于如今的半導體制造業，當器件尺寸減小到lOOnm以下時，對于光刻工藝的要求尤為嚴格。例如，在光刻工藝中，線寬粗糙度(Line Width Roughness，簡稱LWR)就是較為關注的重要指標。當光刻膠圖形的線寬粗糙度越小時，越能夠將圖形精確地轉移至基底上，因而越有助于提高器件的性能。因此，減小光刻膠圖形的線寬粗糙度具有非常重要的意義。
[0003]雖然現有技術研究出了多種方法來減小光刻膠圖形的線寬粗糙度，但是，目前卻沒有一種有效地辦法來減小光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度。


【發明內容】

[0004]本發明要解決的問題是:減小光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度。
[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種減小光刻膠圖形線寬粗糙度的方法，包括:
[0006]將表面設有光刻膠圖形的基底置于真空室中；
[0007]用帶狀離子束對光刻膠圖形進行離子注入，以減小光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度。
[0008]可選地，將氦氣等離子體化形成所述帶狀離子束。
[0009]可選地，離子注入能量為nkeV至2nkeV,所述η為離子所帶電荷的數量。
[0010]可選地，將氬氣等離子體化形成所述帶狀離子束。
[0011]可選地，離子注入能量為0.25nkeV至1.25nkeV,所述η為離子所帶電荷的數量。
[0012]可選地，將硅烷等離子體化形成所述帶狀離子束。
[0013]可選地，離子注入能量為1.5nkeV至2.5nkeV,所述η為離子所帶電荷的數量。
[0014]可選地，離子注入之后，還包括:進行化學氣相沉積，以在所述光刻膠圖形表面形成聚合物層。
[0015]可選地，所述化學氣相沉積所采用的氣體包括:CH4。
[0016]可選地，所述化學氣相沉積所采用的氣體還包括:CH3F、N2中的一種或兩種。
[0017]可選地，離子注入之后還包括:將所述基底暴露于用含HBr的氣體所形成的第一等離子體環境中，以對所述光刻膠圖形進行第一等離子體處理。
[0018]可選地，離子注入之后、化學氣相沉積之前，還包括:將所述基底暴露于用含HBr的氣體所形成的第一等離子體環境中，以對所述光刻膠圖形進行第一等離子體處理。
[0019]可選地，所述第一等離子體處理步驟中，用于形成所述第一等離子體的第一射頻電源斷續地打開。
[0020]可選地，所述第一射頻電源周期性地打開和關閉。
[0021]可選地，所述第一等離子體處理步驟中，等離子產生設備的電極被施加第一偏置電壓。
[0022]可選地，所述第一等離子體處理的工藝參數包括:壓力為2至lOOmtorr，第一射頻電源的功率為50至1000W，第一偏置電壓為10至200V，HBr的流量為50至lOOOsccm，所述第一射頻電源打開的頻率為10至1000Hz，所述第一射頻電源打開的時間，與第一射頻電源打開和關閉的時間之和的比為10%至90%，處理時間為5至600s。
[0023]可選地，離子注入之后還包括:將所述基底暴露于用含H2的氣體所形成的第二等離子體環境中，以對所述光刻膠圖形進行第二等離子體處理；
[0024]所述第二等離子體處理在第一等離子體處理之前或之后進行。
[0025]可選地，所述離子注入之后至少包括兩次第一等離子體處理和第二等離子體處理，所述第一等離子體處理和第二等離子體處理交替進行。
[0026]可選地，所述第二等離子體處理步驟中，等離子產生設備的電極被施加第二偏置電壓。
[0027]可選地，所述含HBr的氣體還包括:02、C02、N2中的一種或多種。
[0028]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
[0029]利用帶狀離子束對表面形成有光刻膠圖形的基底進行離子注入之后，光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度會顯著地減小。
[0030]進一步地，在離子注入之后還包括:將基底暴露于用含HBr的氣體所形成的第一等離子體環境中，以對光刻膠圖形進行第一等離子體處理。第一等離子體處理之后，光刻膠圖形的線寬粗糙度得到了進一步地減小，尤其是光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度顯著地減小了。
[0031]進一步地，在第一等離子體處理步驟中，用于形成第一等離子體的第一射頻電源斷續地打開，減小了形成在光刻膠圖形表面的石墨狀層的厚度，使得光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度能夠得到更大程度地減小。
[0032]進一步地，離子注入之后除了包括第一等離子體處理之外，還包括:將基底暴露于用含H2的氣體所形成的第二等離子體環境中，以對光刻膠圖形進行第二等離子體處理，第二等離子體處理能夠使得光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度得到更大程度地減小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發明的第一實施例中利用帶狀離子束對基底進行離子注入的示意圖；
[0034]圖2是第一實施例中離子注入之后光刻膠圖形線寬粗糙度的功率譜密度(PSD)分析圖。

【具體實施方式】
[0035]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
[0036]第一實施例
[0037]本發明所提供減小光刻膠圖形線寬粗糙度的方法包括:如圖1所示，將表面設有光刻膠圖形(未圖示)的基底10置于真空室(未圖示)中；用帶狀離子束20對光刻膠圖形進行離子注入，以減小光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度。
[0038]所謂帶狀離子束20是指:離子束20的橫截面(垂直于Z軸方向上的截面)為矩形，且離子束20在X軸方向上的尺寸比Y軸方向上的尺寸大得多，或者，離子束20在X軸方向上的尺寸比Y軸方向上的尺寸小得多，其中，Z軸垂直于基底10，X軸和Y軸均垂直于Z軸，X軸垂直于Y軸。換言之，帶狀離子束20呈長方體狀，該長方體平行于基底10表面的橫截面為矩形，該矩形的長比寬大得多。
[0039]在本實施例中，帶狀離子束20的入射方向垂直于基底10表面，即帶狀離子束20的入射方向平行于Z軸。
[0040]在本實施例中，將氬氣(Ar)等離子體化形成帶狀離子束20。
[0041]經測量發現，離子注入之后，光刻膠圖形的線寬粗糙度(例如中頻線寬粗糙度、高頻線寬粗糙度)會減小，但是，光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度的減小程度最為顯著。
[0042]經研究發現，光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度的減小程度與離子注入能量有緊密關聯。在本實施例中，離子注入能量為0.25nkeV至1.25nkeV，所述η為離子所帶電荷的數量。舉例來講，若離子帶一個電荷，則離子注入能量為0.25keV至1.25keV ;若離子帶兩個電荷，則離子注入能量為0.5keV至2.5keV。利用本實施例的離子注入條件對光刻膠圖形進行離子注入之后，對光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度進行了檢測，檢測結果發現，光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度的減小幅度大于30%。
[0043]圖2是第一實施例中離子注入之后光刻膠圖形線寬粗糙度的功率譜密度(PSD)分析圖，該圖的橫坐標為空間頻率(spacial frequency)、縱坐標為線寬粗糙度的功率譜密度(PSD)，離子注入能量為0.75nkeV，所述η為離子所帶電荷的數量，光刻膠圖形為193i光刻膠圖形(利用193nm浸沒式光刻技術所獲得的光刻膠圖形)，曲線S1是未進行離子注入時光刻膠圖形線寬粗糙度的功率譜密度與空間頻率之間的關系曲線，曲線S2是進行離子注入后光刻膠圖形線寬粗糙度的功率譜密度與空間頻率之間的關系曲線。由圖2可知，進行離子注入之后，光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度(虛線圓圈P所示區域)發生了較大幅度的減小，且減小的幅度不小于30%。
[0044]在本實施例中，在瓦里安半導體設備公司(Varian Semiconductor EquipmentInc.)所生產的帶狀離子束植入裝置中進行所述離子注入步驟。
[0045]離子注入之后還包括:將基底暴露于用含HBr的氣體所形成的第一等離子體環境中，以對光刻膠圖形進行第一等離子體處理。
[0046]經測量發現，第一等離子體處理之后，光刻膠圖形的線寬粗糙度得到了進一步地減小，但是，光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度的減小程度最為顯著。
[0047]經研究發現，第一等離子體處理之后，光刻膠圖形高頻線寬粗糙度減小的原因如下:將HBr等離子體化之后，會產生Br基團、離子和VUV (Vacuum Ultra V1let,真空紫外線)光子，光刻膠圖形表面一定厚度的光刻膠會與離子及VUV光子發生反應，因而在離子和VUV光子的協同作用下，使得光刻膠圖形的玻璃轉化溫度(glass transit1ntemperature)減小，或者，光刻膠圖形表面一定厚度的光刻膠會與Br基團及VUV光子發生反應，因而在Br基團和VUV光子的協同作用下，使得光刻膠圖形的玻璃轉化溫度減小，或者，光刻膠圖形表面一定厚度的光刻膠會與Br基團、離子及VUV光子發生反應，因而在Br基團、離子和VUV光子的協同作用下，使得光刻膠圖形的玻璃轉化溫度減小，光刻膠圖形的玻璃轉化溫度減小會使得光刻膠圖形的聚合物鏈發生重組，而聚合物鏈重組能夠驅使光刻膠圖形發生回流(reflow)，進而減小了光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度。
[0048]所述第一等離子體的形成方法包括:提供等離子體產生設備，等離子體產生設備包括用于產生等離子體的兩個電極，一個電極與第一射頻電源電連接，另一個電極接地；向等離子體產生設備的腔室中通入含HBr的氣體，將含HBr的氣體等離子體化。
[0049]在本實施例中，所述含HBr的氣體還包括:02、C02、N2中的一種或多種，以作為稀釋氣體。
[0050]在具體實施例中，所述第一等離子體處理的工藝參數包括:壓力為2至lOOmtorr，第一射頻電源的功率為50至1000W，HBr的流量為50至lOOOsccm，處理時間為5至600s。
[0051]研究發現，基底暴露在所述第一等離子體環境中時，光刻膠圖形的表面會形成一層石墨狀層(graphite-like layer),基底暴露在第一等離子體環境中的時間越長,光刻膠圖形的表面所形成的石墨狀層厚度越大較大。而當該石墨狀層的厚度較大時，會增加光刻膠圖形的線寬粗糙度。鑒于此，應該合理控制第一等離子體處理的時間。
[0052]研究發現，對所述基底進行離子注入和第一等離子體處理之后，可能會導致光刻膠圖形的關鍵尺寸有所減小。若光刻膠圖形的關鍵尺寸證實有所減小，可以對光刻膠圖形的關鍵尺寸進行修復，使得后續在以光刻膠圖形為掩模進行圖形轉印的工藝中能夠得到關鍵尺寸符合要求的圖形。所述修復的方法包括:進行化學氣相沉積，以在光刻膠圖形表面形成聚合物層，所述聚合物層覆蓋在光刻膠圖形的頂部和側壁上。
[0053]在進行化學氣相沉積之前，測量光刻膠圖形的實際關鍵尺寸，根據光刻膠圖形的目標關鍵尺寸與實際關鍵尺寸之差，即可確定欲形成聚合物層的厚度。
[0054]在本實施例中，所述化學氣相沉積所采用的氣體包括:CH4。所述氣體還可包括ch3f、n2中的一種或兩種，以作為稀釋氣體。
[0055]在具體實施例中，所述化學氣相沉積的工藝參數包括:壓力為2至lOOmTorr,電源功率為50至1000W (用于產生等離子體的功率)，CH4的流量為5至200SCCm，反應時間為5s 至 600s。
[0056]第二實施例
[0057]第二實施例與第一實施例之間的區別在于:在第二實施例的所述第一等離子體處理步驟中，用于形成所述第一等離子體的第一射頻電源斷續地打開；而在第一實施例的所述第一等離子體處理步驟中，用于形成所述第一等離子體的第一射頻電源持續打開。
[0058]研究發現，第二實施例在第一實施例的基礎上能夠帶來以下進一步地有益效果:如前所述，基底暴露在所述第一等離子體環境中時，光刻膠圖形的表面會形成一層石墨狀層，且當該石墨狀層的厚度較大時，會增加光刻膠圖形的線寬粗糙度，當用于形成所述第一等離子體的第一射頻電源斷續地打開時，能夠減小該石墨狀層的厚度，使得光刻膠圖形的線寬粗糙度能夠得到更大程度地減小，特別是光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度能夠得到更大程度地減小。
[0059]進一步地，在本實施例中，所述第一等離子體處理時，等離子產生設備的電極有被施加第一偏置電壓，使得第一等離子體能夠沿著垂直于基底表面的方向運動，使得第一等離子體能夠沿著垂直于基底表面的方向對光刻膠圖形進行轟擊，在第一等離子體的轟擊作用下，能夠對光刻膠圖形進行修整，使得光刻膠圖形的線寬粗糙度減小，尤其是有助于減小光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度。
[0060]在具體實施例中，用于形成所述第一等離子體的第一射頻電源周期性地打開和關閉。換句話講，在第二實施例的第一等離子體處理中，第一射頻電源打開，持續時間為ti ；然后，第一射頻電源關閉，持續時間為t2 ;然后，第一射頻電源打開，持續時間為tl ;然后，第一射頻電源關閉，持續時間為t2，……，如此周期性地打開和關閉第一射頻電源，周期為tl與t2之和。
[0061]在具體實施例中，所述第一等離子體處理的工藝參數包括:壓力為2至lOOmtorr，第一射頻電源的功率為50至1000W，第一偏置電壓為10至200V，HBr的流量為50至lOOOsccm，所述第一射頻電源打開的頻率為10至1000Hz，所述第一射頻電源打開的時間，與第一射頻電源打開和關閉的時間之和的比為10%至90% (S卩duty cycle為10%至90%)，處理時間為5至600s。
[0062]在其他實施例中，所述第一偏置電壓也可以設置為其他值。
[0063]第三實施例
[0064]第三實施例與第一實施例之間的區別在于:在第三實施例中，離子注入之后除了包括第一等離子體處理之外，還包括:將基底暴露于用含H2的氣體所形成的第二等離子體環境中，以對所述光刻膠圖形進行第二等離子體處理。在本實施例中，可以先進行第一等離子體處理、再進行第二等離子體處理、再進行化學氣相沉積，也可以先進行第二等離子體處理、再進行第一等離子體處理、再進行化學氣相沉積。
[0065]研究發現，第三實施例在第一實施例的基礎上能夠帶來以下進一步地有益效果:光刻膠圖形中的C-ο鍵與光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度有緊密關聯，當光刻膠圖形中的C-0鍵越少時，光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度越小，而第二等離子體處理能夠減少光刻膠圖形中的c-ο鍵，因而能夠使得光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度得到更大程度地減小；另外，第二等離子體處理可以減小光刻膠圖形表面所形成石墨狀層的厚度，使得光刻膠圖形的線寬粗糙度能夠得到更大程度地減小，特別是光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度能夠得到更大程度地減小。
[0066]所述離子注入之后，可以僅進行一次第一等離子體處理及第二等離子體處理；也可以進行至少兩次第一等離子體處理及第二等離子體處理，在這種情況下，第一等離子體處理和第二等離子體處理交替進行。在具體實施例中，離子注入之后進行兩至三次第一等離子體處理及第二等離子體處理。
[0067]進一步地，在本實施例中，所述第二等離子體處理時，等離子產生設備的電極有被施加第二偏置電壓，使得第二等離子體能夠沿著垂直于基底表面的方向運動，使得第二等離子體能夠沿著垂直于基底表面的方向對光刻膠圖形進行轟擊，在第二等離子體的轟擊作用下，能夠對光刻膠圖形進行修整，使得光刻膠圖形的線寬粗糙度減小，尤其是有助于減小光刻膠圖形的高頻線寬粗糙度。
[0068]在本實施例中，用于產生第二等離子體的第二射頻電源一直是打開的。
[0069]在具體實施例中，所述第二等離子體處理的工藝參數包括:壓力為2至lOOmtorr，第二射頻電源的功率為50至1000W，第二偏置電壓為10至200V，H2的流量為50至500sccm，處理時間為5至600s。
[0070]在其他實施例中，第二偏置電壓也可以設置為其他值。
[0071]在本實施例中，所述第一等離子體處理的工藝參數可以參考第一實施例，只不過在這種情況下，本實施例的第一等離子體處理的處理時間要比第一實施例的第一等離子體處理的處理時間少。
[0072]第四實施例
[0073]第四實施例與上述第一至第三實施例任一實施例之間的區別在于:在第四實施例中，離子注入時，將氦氣(He)等離子體化形成所述帶狀離子束。
[0074]在具體實施例中，離子注入能量為nkeV至2nkeV,所述η為離子所帶電荷的數量。例如，離子注入能量可以為1.5nkeV，所述η為離子所帶電荷的數量。
[0075]第五實施例
[0076]第五實施例與上述第一至第三實施例任一實施例之間的區別在于:在第五實施例中，離子注入時，將硅烷(SiH4)等離子體化形成所述帶狀離子束。
[0077]在具體實施例中，離子注入能量為1.5nkeV至2.5nkeV，所述η為離子所帶電荷的數量。例如，離子注入能量可以為2nkeV，所述η為離子所帶電荷的數量。
[0078]分別對第一實施例、第四實施例及第五實施例中離子注入之后光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度進行檢測發現，在第五實施例的離子注入之后光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度減小幅度最大。
[0079]在本發明中，所述離子注入步驟中所采用的氣體并不僅僅局限于所給實施例，只要可以利用該氣體所產生的等離子體進行離子注入，即可達到減小光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度的目的。
[0080]本發明中，各實施例采用遞進式寫法，重點描述與前述實施例的不同之處，與前述實施例的相同部分可以參照前述實施例。
[0081 ] 雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種減小光刻膠圖形線寬粗糙度的方法，其特征在于，包括: 將表面設有光刻膠圖形的基底置于真空室中； 用帶狀離子束對光刻膠圖形進行離子注入，以減小光刻膠圖形的低頻線寬粗糙度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將氦氣等離子體化形成所述帶狀離子束。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，離子注入能量為nkeV至2nkeV，所述η為離子所帶電荷的數量。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將氬氣等離子體化形成所述帶狀離子束。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，離子注入能量為0.25nkeV至1.25nkeV,所述η為離子所帶電荷的數量。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將硅烷等離子體化形成所述帶狀離子束。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，離子注入能量為1.5nkeV至2.5nkeV，所述η為離子所帶電荷的數量。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，離子注入之后，還包括:進行化學氣相沉積，以在所述光刻膠圖形表面形成聚合物層。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述化學氣相沉積所采用的氣體包括:CH4。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述化學氣相沉積所采用的氣體還包括:CH3F、N2中的一種或兩種。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，離子注入之后還包括:將所述基底暴露于用含HBr的氣體所形成的第一等離子體環境中，以對所述光刻膠圖形進行第一等離子體處理。
12.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，離子注入之后、化學氣相沉積之前，還包括:將所述基底暴露于用含HBr的氣體所形成的第一等離子體環境中，以對所述光刻膠圖形進行第一等離子體處理。
13.根據權利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述第一等離子體處理步驟中，用于形成所述第一等離子體的第一射頻電源斷續地打開。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一射頻電源周期性地打開和關閉。
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一等離子體處理步驟中，等離子產生設備的電極被施加第一偏置電壓。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一等離子體處理的工藝參數包括:壓力為2至lOOmtorr，第一射頻電源的功率為50至1000W，第一偏置電壓為10至200V，HBr的流量為50至lOOOsccm，所述第一射頻電源打開的頻率為10至1000Hz，所述第一射頻電源打開的時間與第一射頻電源打開和關閉的時間之和的比為10%至90%，處理時間為5至 600s。
17.根據權利要求11或12所述的方法，其特征在于，離子注入之后還包括:將所述基底暴露于用含H2的氣體所形成的第二等離子體環境中，以對所述光刻膠圖形進行第二等離子體處理； 所述第二等離子體處理在第一等離子體處理之前或之后進行。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，所述離子注入之后至少包括兩次第一等離子體處理和第二等離子體處理，所述第一等離子體處理和第二等離子體處理交替進行。
19.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二等離子體處理步驟中，等離子產生設備的電極被施加第二偏置電壓。
20.根據權利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述含HBr的氣體還包括:02、C02、N2中的一種或多種。
【文檔編號】G03F7/16GK104345568SQ201310342919
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2013年8月7日
【發明者】張海洋, 張城龍 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司