利用等离子体的基板处理装置和方法

技术领域

本发明涉及利用等离子体的基板处理装置和方法。

背景技术

当制造半导体装置或显示装置时，可以使用利用等离子体的基板处理工艺。根据生成等离子体的方式，利用等离子体的基板处理工艺包括CCP(Capacitively CoupledPlasma，电容耦合等离子体)方式、ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体)方式以及将两者混合而得到的方式等。此外，可以利用等离子体执行干式清洗(drycleaning)或干法蚀刻。

发明内容

发明所要解决的课题

另一方面，光刻胶可以根据所使用的光源类型进行分类。光刻胶例如可以分为i-line(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、EUV(Extreme Ultraviole t，极远紫外线)(13.5nm)。然而，ArF用、EUV用光刻胶在图案化后，边缘粗糙度(LER，line edge roughness)可能较差或可能出现浮渣(scum)。

本发明要解决的课题为，提供能够改善线边缘粗糙度(LER)的基板处理装置。

本发明要解决的另一课题为，提供能够改善线边缘粗糙度(LER)的基板处理方法。

本发明的课题不限于以上提及的课题，本领域技术人员可以通过下面的描述清楚地理解未提及的其它课题。

课题的解决手段

用于解决上述课题的本发明的基板处理装置的一个方面(aspect)包括：等离子体生成空间，其配置在电极与离子阻滞件之间；处理空间，其配置在离子阻滞件的下方，并用于处理基板；第一气体供给模块，其向所述等离子体生成空间提供用于生成等离子体的第一气体；以及第二气体供给模块，其向所述处理空间提供未被激发的第二气体，所述第一气体是含氢气体，所述第二气体包括含氮气体，所述基板包括含碳的光刻胶图案。

用于解决上述课题的本发明的基板处理装置的另一方面包括：第一空间，其配置在与高频电源连接的电极和与所述电极隔开的离子阻滞件之间，并基于氢气来生成等离子体；第二空间，其配置在所述离子阻滞件与喷淋头之间；处理空间，其配置在喷淋头的下方，并用于处理基板；第一气体供给模块，其通过所述电极向所述第一空间提供所述氢气；以及第二气体供给模块，其通过所述离子阻滞件的中心区域和所述喷淋头的边缘区域来提供氨气，包括含碳的光刻胶图案的基板位于所述处理空间中，在所述处理空间中未被激发的氨和由所述等离子体形成的氢自由基对所述光刻胶图案进行各向同性蚀刻，从而能够降低所述光刻胶图案的边缘粗糙度(edge roughness)。

用于解决上述另一课题的本发明的基板处理方法的一个方面包括：提供基板处理装置，所述基板处理装置包括：第一空间，其配置在电极与离子阻滞件之间；第二空间，其配置在所述离子阻滞件与喷淋头之间；以及处理空间，其配置在所述喷淋头的下方，并用于处理基板；使包括含碳的光刻胶图案的基板位于处理空间中；在第一区间中向所述处理空间提供含氮气体，来形成所述处理空间的气氛；在第二区间中一边向所述处理空间提供含氮气体一边向所述第一空间提供含氢气体，在所述第一空间中形成等离子体；利用在所述等离子体的流出物中穿过所述离子阻滞件后的自由基和所述含氮气体，来处理所述基板。

其它实施例的具体事项包括在详细说明和附图中。

附图说明

图1是用于说明本发明的一些实施例的基板处理装置的概念图。

图2是用于说明形成在图1的基板上的光刻胶图案的俯视图。

图3可以是沿图2的III-III切割的截面图。

图4是用于说明对图3的光刻胶图案进行干式清洗后的产物的截面图。

图5是用于说明本发明的一个实施例的基板处理装置的概念图。

图6是用于说明本发明的一些实施例的基板处理方法的图。

图7是用于说明本发明的一些实施例的基板处理方法的流程图。

图8是用于说明图5的喷淋头的一个例子的图。

图9是用于说明图5的离子阻滞件和喷淋头的一个例子的图。

图10是用于说明图5的基板处理装置的支承模块的概念图。

具体实施方式

下面参考附图详细说明本发明的优选实施例。本发明的优点、特征以及实现它们的方法通过参考附图及后述的详细实施例将会变得清楚。然而，本发明不限于以下公开的实施例，还可以实现为彼此不同的各种方式，提供本实施例仅仅是为了完整地公开本发明，并向本发明所属领域的普通技术人员完整地告知发明的范畴，本发明仅由权利要求的范畴来定义。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的构成要素。

作为空间上相对性术语的“下面(below)”、“下方(beneath)”、“下部(1ower)”、“上面(above)”、“上部(upper)”等可以用于更容易地记载如图所示的一个元件或构成要素与其他元件或构成要素之间的相关关系。空间上相对性术语应理解为除了图中所示的方向以外还包括使用时或操作时元件的彼此不同的方向的术语。例如，在将图中所示的元件翻转的情况下，被描述为另一个元件的“下面(below)”或“下方(beneath)”的元件可以被放置在另一个元件的“上面(above)”。因此，示例性术语“下方”可以包括下方和上方中的全部。元件还可以沿其他方向配向，由此可以根据配向方向来解释空间上相对性术语。

应当理解，尽管术语第一、第二等在本文中用于描述各种元件、构成要素和/或部分，但是这些元件、构成要素和/或部分当然不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、构成要素或部分与另一元件、构成要素或部分区分开。因此，理所当然的是，下面所提及的第一元件、第一构成要素或第一部分在本发明的技术思想内还可以是第二元件、第二构成要素或第二部分。

本说明书中使用的术语用于说明实施例，而不旨在限制本发明。本说明书中，只要没有在文中特别提及，则单数型也包括复数型。说明书中使用的“包括(comprises)”和/或“包含有(comprising)”并不排除所提及的构成要素、步骤、步骤和/或元件之外还存在或附加有一个以上的其他构成要素、步骤、步骤和/或元件的情形。

图1是用于说明本发明的一些实施例的基板处理装置的概念图。图2是用于说明形成于图1的基板上的光刻胶图案的俯视图，图3可以是沿图2的III-III切割的截面图。图4是用于说明对图3的光刻胶图案进行干式清洗(dry cleaning)后的产物的截面图。

参照图1，根据本发明的一些实施例的基板处理装置1包括彼此分离的等离子体生成空间10和处理空间20。

在等离子体生成空间10中，利用含氢气体(例如H

向处理空间20提供含氮气体(例如，NH

另一方面，基板W可以位于处理空间20内。基板W可以包括含碳的光刻胶图案210。光刻胶图案210可以是通过ArF(193nm)或EUV(13.5nm)光源而被曝光过的光刻胶图案。

其中，参照图2和图3，沿一个方向(以图中的上下方向)长长地伸延的光刻胶图案210位于基板W上。在这里示例性的示出了线状的图案，但不限于此。用于利用光刻胶图案210来蚀刻的被蚀刻层(或目标层)220可以位于光刻胶图案210的下方。

图2和图3中所示的光刻胶图案210示出了进行干式清洗(dry cleaning)之前的情况。光刻胶图案210包括上表面210H和侧面210S。在进行干式清洗之前，上表面210H和侧面210S的边缘粗糙度较差。

再次参照图1至图3，在处理空间20中，氢自由基(H*)和未被激发的状态的含氮气体(例如，NH

H

H

NH

即，氢自由基(H

特别是，由于氢自由基(H

另外，当利用氢自由基(H

另外，在改善光刻胶图案210的边缘粗糙度的期间，处理空间20内的温度可以保持为低温(例如，0℃至50℃)。这是由于如果在高温下对ArF用或EUV用光刻胶图案210进行干式清洗，则可能对光刻胶图案210发生损伤。特别是，进行干式清洗期间的温度被维持得低于烘烤光刻胶的温度(即，固化温度)(例如，110℃以上)。

另一方面，不仅是含氢气体(例如，H

F

即，氟自由基(H

另外，即使浮渣(scum)位于在光刻胶图案210中的相邻图案之间，也能够利用氢自由基(H

图5是用于说明本发明的一个实施例的基板处理装置的概念图。图5所示的基板处理装置可以是参照图1至图4说明的基板处理装置的实现例。

参照图5，根据本发明的第一实施例的基板处理装置包括工艺腔室100、支承模块200、电极模块300、气体供给模块500、控制模块600等。

工艺腔室100提供在内部处理基板W的处理空间101(对应于图1的处理空间20)。工艺腔室100可以是圆形的筒形状。工艺腔室100由金属材料提供。例如，工艺腔室100可以由铝材料提供。在工艺腔室100的一个侧壁形成有开口130。开口130用作能够搬入搬出基板W的出入口。出入口能够通过门来开闭。在工艺腔室100的底面设置有排气口(未图示)。排气口能够用作向工艺腔室100的外部排出在处理空间101中产生的副产物的排出口150。通过泵来实现排气动作。

支承模块200设置在处理空间101内，并支承基板W。支承模块200可以是使用静电力来支承基板W的静电吸盘，但不限于此。静电吸盘可以包括在上表面放置基板W的电介质板、设置在电介质板内并提供静电力以使得将基板W吸附于电介质板的电极、设置于电介质板并为了基板W的温度控制而加热基板W的加热器等。

电极模块300包括电极(或上部电极)330、离子阻滞件340、喷淋头350等，并起到电容耦合型离子体源的作用。气体供给模块500包括第一气体供给模块510和第二气体供给模块520。控制模块600控制气体供给模块510、520的气体供给。关于由气体供给模块500和控制模块600实现的气体供给方法，将利用图6、图8和图9等详细后述。

第一空间301(对应于图1的等离子体生成空间10)配置在电极330与离子阻滞件340之间，第二空间302配置在离子阻滞件340与喷淋头350之间。处理空间101位于喷淋头350的下方。

可以是，电极330连接高频电源311，离子阻滞件340连接于恒定电压(例如，接地电压)。在电极330中包括多个第一供给孔。第一气体供给模块510通过电极330(即，电极330的第一供给孔)向第一空间301提供第一气体G1。在电极330和离子阻滞件340之间产生的电磁场将第一气体G1激发成等离子体状态。被激发成等离子体状态的第一气体(即，等离子体流出物)包括自由基、离子和/或电子。第一气体G1可以是含氢气体(例如，H

离子阻滞件340由导电性材料形成，例如，可以是像圆盘那样的盘状。离子阻滞件340可以连接至恒定电压，但不限于此。离子阻滞件340包括在上下方向上形成的多个第一通孔。等离子体流出物中的自由基或不带电的中性物质(uncharged neutral species)可以穿过离子阻滞件340的第一通孔。另一方面，带电物质(即，离子)难以穿过离子阻滞件340的第一通孔。即，如果利用氢气形成等离子体，则氢自由基H

喷淋头350由导电性材料形成，例如，可以是像圆盘那样的盘状。喷淋头350可以连接至恒定电压，但不限于此。喷淋头350包括在上下方向上形成的多个第二通孔。穿过离子阻滞件340后的等离子体流出物(即，氢自由基H

喷淋头350还可以包括多个供给孔。第二气体供给模块520通过喷淋头350(即，喷淋头350的第二供给孔)向处理空间101提供第二气体G2。第二气体G2可以是含氮气体，例如可以是氨气(NH

如上所述，基板W位于处理空间101内的支承模块200上。基板W可以包括含碳的光刻胶图案(参照图3的210)。光刻胶图案210可以是通过ArF(193nm)或EUV(13.5nm)光源曝光过的光刻胶图案。

为了对光刻胶图案210进行干式清洗，可以使用含氢气体(例如，氢(H

如上所述，可以利用氨气、氢自由基(H

另一方面，在降低光刻胶图案210的边缘粗糙度的干式清洗工艺中，处理空间20内的压力可以为0.1～9Torr(托)，支承模块200的温度可以大于0℃且小于5℃。即，由于干式清洗工艺在低温下进行，因此可以将降低光刻胶图案210的损伤最小化。

参照图6和图7来更详细地说明根据本发明的一些实施例的基板处理方法。图6是用于说明本发明的一些实施例的基板处理方法的图，图7是用于说明本发明的一些实施例的基板处理方法的流程图。

首先，参照图5和图6，在时间t0形成等离子体之前，向工艺腔室100的处理空间101内提供第二气体G2(氨气)以形成工艺气氛。

在时间t1与时间t2之间，向第一空间301提供第一气体G1(氢气)。然后，将高频电源311供给至电极330，以在第一空间301中将第一气体G1激发为等离子体形态。形成诸如自由基、离子和/或电子的等离子体流出物。离子可以由离子阻滞件340过滤，剩余的等离子体流出物可以穿过离子阻滞件340。穿过离子阻滞件340后的等离子体流出物经由第二空间302以及喷淋头350提供至处理空间101。在处理空间101中穿过离子阻滞件340后的等离子体流出物与第二气体G2(氨气)相互反应并混合，形成蚀刻剂。作为等离子体流出物的氢自由基(H

从时间t2到时间t3，使泵动作而去除副产品。由于副产品的CH

在此参照图7，在第一腔室中，在基板上涂覆光刻胶(S310)。例如，可以在旋转基板的同时，将光刻胶喷涂到基板上来进行涂覆。然后，在第二腔室中烘烤(或软烘烤(softbake))基板而去除光刻胶的溶剂(solvent)，使光刻胶固化(S320)。然后，在第三腔室中执行将光刻胶曝露于光(ArF或EUV)下的曝光工艺(S330)。然后，在第四腔室中对曝光后的光刻胶进行显影(S340)。然后，在第五腔室中，为了改善光刻胶的边缘粗糙度，执行利用图1至图6说明的干式清洗(S350)。

在步骤S320中，对基板上的光刻胶进行烘烤的温度(即，支承基板的支承模块的温度)例如可以是110℃以上。另一方面，在步骤S350中对基板进行干式清洗的温度(即，支承基板的支承模块的温度)可以低于烘烤光刻胶的温度。例如，干式清洗时，支承模块的温度可以高于0℃且低于50℃。

图8是用于说明图5的喷淋头的一个例子的图。

参考图8，喷淋头350包括第一喷淋区域350S和配置在第一喷淋区域350S的外侧的第二喷淋区域350E。第一喷淋区域350S可以配置在喷淋头350的中心区域，第二喷淋区域350E可以配置在喷淋头350的边缘区域。

喷淋头350包括多个供给孔3511a、3511b以及多个供给孔3512a、3512b。供给孔3511a、3512a设置在第一喷淋区域350S，供给孔3511b、3512b设置在第二喷淋区域350E。第二气体供给模块520通过喷淋头350(即，喷淋头350的供给孔3511a、3511b和供给孔3512a、3512b)，来将第二气体G2提供至处理空间101。在喷淋头351的前表面形成有通孔3513。

在一个实施例中，通过供给孔3511a、3512a以及供给孔3511b、3512b而提供至处理空间101的第二气体G2的流量可以彼此相同。

在另一实施例中，通过供给孔3511a、3512a提供的第二气体G2的流量和通过供给孔3511b、3512b提供的第二气体G2的流量可以彼此不同。

例如，在基板W上，特定区域(例如，中心区域)的干式清洗量和其他区域(例如，边缘区域)的干式清洗量可以彼此不同。在这种情况下，可以将通过供给孔3511a、3512a、3511b、3512b提供的第二气体G2的流量调节得彼此不同，以使整个基板W上的干式清洗量一定(即，提高均匀度(uniformity))。

图9是用于说明图5的离子阻滞件和喷淋头的一个例子的图。

虽然在图5中已经说明了第二气体G2通过喷淋头(图5中的350)而被提供至处理空间20，但在图9中，第二气体G2可以通过离子阻滞件341和喷淋头351来供给。

具体地，参照图9，离子阻滞件341包括第一过滤区域341S和配置在第一过滤区域341S的外侧的第二过滤区域341E。第一过滤区域341S可以配置在离子阻滞件341的中心区域，第二过滤区域341E可以配置在离子阻滞件341的边缘区域。

喷淋头351包括第一喷淋区域351S和配置在第一喷淋区域351S的外侧的第二喷淋区域351E。第一喷淋区域351S可以配置在喷淋头351的中心区域，第二喷淋区域351E可以配置在喷淋头351的边缘区域。

特别是，可以在离子阻滞件341的第一过滤区域341S形成有供给孔3411a，在第二过滤区域341E中不形成供给孔。另一方面，在喷淋头351的第一喷淋区域351S中不形成供给孔，在第二喷淋区域351E形成有供给孔3511b。在离子阻滞件341的前表面形成有通孔3413(即，用于等离子体的氢自由基H

在这种结构中，第二气体G2可以通过第一过滤区域341S和第二喷淋区域351E而被供给。第二气体G2通过第一过滤区域341S的供给孔3411a和第二喷淋区域351E的供给孔3511b而被供给。

图10是用于说明图5的基板处理装置的支承模块的概念图。参照图10，支承模块200可以区分为多个区域200S、200M和200E，并且可以单独控制多个区域200S、200M和200E的温度。如果基板W中存在需要提高干式清洗率的区域(例如，基板W的中心区域)，则可以提高对应区域(例如，200S)的温度。

尽管已经参照以上和附图描述了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员应当认识到，可以在不改变其技术思想或必须性特征的情况下以其他特定方式来实施本发明。因此，应当理解，上述描述的实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。