專利名稱：在基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理中監(jiān)測(cè)氧和/或氮物種的水平的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及從襯底表面選擇性去除光致抗蝕 劑、有機(jī)覆蓋層及聚合物殘留物的等離子體灰化處理，具 體而言，涉及用于監(jiān)測(cè)在基本無(wú)氧和氮的等離子體中的氧 和/或氮物種的方法。
背景技術(shù)：
灰化是一種等離子體介導(dǎo)的剝除方法，根據(jù)該方法， 通過(guò)暴露于等離子體中從襯底上剝除或去除光致抗蝕劑、 有機(jī)覆蓋層和/或聚合物殘留物?；一ǔ０l(fā)生在蝕刻處理 進(jìn)行后，在所述蝕刻處理中使用光致抗蝕劑材料作為用于 在襯底中蝕刻出圖案的掩模。灰化處理也用于去除存在的其它有機(jī)層，如抗反射涂層(ARC)。另外，可以進(jìn)行灰化 處理以去除未對(duì)準(zhǔn)的抗蝕劑圖案("返工晶片")以及用于剝 離處理。熟知的是，發(fā)生在灰化前的處理步驟可以改變光 致抗蝕劑及ARC的表面，和/或形成聚合物/殘留物。在灰 化時(shí)非常適宜的是，在不損失任何材料，包括下層和/或形 成襯底的材料的情況下，盡可能快地進(jìn)行光致抗蝕劑及其 它有機(jī)覆蓋層、聚合物/殘留物的完全去除。重要的是注意到灰化處理明顯不同于蝕刻處理。盡管 兩種處理都可以是等離子體介導(dǎo)的，但是蝕刻處理的顯著 不同之處在于等離子體化學(xué)物質(zhì)(chemistry)是有意選擇 的，以通過(guò)經(jīng)由光致抗蝕劑掩模中的開(kāi)口去除襯底表面的 一部分，將圖像永久地轉(zhuǎn)印到襯底中。此類型的等離子體 通常包括在低溫下的高能離子轟擊以去除襯底的所選擇部 分。此外，暴露于高能離子中的襯底的部分通常是以等于或大于光致抗蝕劑掩模的去除速率的速率去除的。相反，灰化處理通常指在不去除下面的襯底的部分的 情況下，選擇性去除光致抗蝕劑掩模及在蝕刻過(guò)程中所形 成的任何聚合物或殘留物。灰化等離子體化學(xué)物質(zhì)遠(yuǎn)不及 蝕刻化學(xué)物質(zhì)更具侵蝕性，且通常被選擇成以遠(yuǎn)大于下面 襯底的去除速率的速率去除光致抗蝕劑掩模層。此外，大 部分灰化處理將襯底加熱至大于200°C的溫度以提高等離 子體反應(yīng)性。因此，蝕刻及灰化處理針對(duì)明顯不同的材料 的去除，由此需要完全不同的等離子體化學(xué)物質(zhì)及方法。 成功的灰化處理不是用來(lái)將圖像永久地轉(zhuǎn)印到襯底中。相 反，成功的灰化處理被不影響和/或去除包括下面的襯底的 層的光致抗蝕劑、聚合物及殘留物去除速率限定。灰化選擇性被定義為相對(duì)于下面的層的光致抗蝕劑及其它有機(jī)覆蓋層的相對(duì)去除速率。通常優(yōu)選具有至少20:1 的灰化選擇性，其中去除多達(dá)下面的襯底的至少20倍的光 致抗蝕劑。更優(yōu)選地，灰化選擇性遠(yuǎn)大于100:1。在等離子體灰化處理過(guò)程中，重要的是將各種特征的 臨界尺寸(CD)保持在嚴(yán)格控制的規(guī)格以內(nèi)，以及提升對(duì)在 光致抗蝕劑禾n /或聚合物/殘留物去除后進(jìn)行的處理步驟中 的成功金屬填充適合的下層表面狀態(tài)。在下層中形成的圖 案化輪廓中的小偏差可能不利地影響最終的集成電路的器 件性能、產(chǎn)量和可靠性。常規(guī)上，灰化等離子體由基本上 含氧禾口/或氮的氣體產(chǎn)生。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些含氧禾口/或 氮的等離子體容易損害在高級(jí)集成電路制造中所用的某些 材料。例如，已知含氧等離子體在等離子體處理過(guò)程中增 加低k電介質(zhì)下層的介電常數(shù)。介電常數(shù)的增加影響互連 電容等，從而直接影響器件性能。此外，因?yàn)殂~可以被氧 化，因此采用銅金屬層的高級(jí)器件制造通常不太優(yōu)選使用 含氧等離子體。為了克服這些問(wèn)題，已經(jīng)研究出基本無(wú)氧以及基本無(wú)氮的灰化等離子體化學(xué)物質(zhì)。基本無(wú)氧通常指等離子體化 學(xué)物質(zhì)具有在限定等離子體的氣體混合物中少于約百萬(wàn)分 之50(ppm)的氧，并且基本無(wú)氮通常指等離子體化學(xué)物質(zhì) 具有在限定等離子體的氣體混合物中少于約1 Oppm的氮。 盡管無(wú)氧的等離子體可以用于去除光致抗蝕劑，但是適宜 的是使用基本無(wú)氧的等離子體以更有效地從包含低k電介 質(zhì)材料的襯底上去除光致抗蝕劑、有機(jī)覆蓋層及聚合物/ 殘留物，而不在物理上損害低k電介質(zhì)層。基本無(wú)氧及基本無(wú)氮的等離子體可以由氫和氦的氣體混合物產(chǎn)生，但是 趨向于含有殘留氮，原因是通常所用的氣體的純度水平以 及在等離子體灰化器中通常所需的真空系統(tǒng)的整體泄漏性 的標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格。通常不太優(yōu)選具有以任何基本量存在的氮， 原因是在某些情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)含氮等離子體的使用可以 改變禾B/或影響下面的襯底的化學(xué)、機(jī)械及電性能。例如， 使含碳禾n /或氫的低k電介質(zhì)材料暴露在由氫、氦的氣體混 合物(含有基本量的氧和/或氮)產(chǎn)生的等離子體中，可能對(duì) 下面的襯底造成顯著的損害。有時(shí)，在等離子體處理后的 襯底的外觀檢查如計(jì)量檢查過(guò)程中沒(méi)有檢測(cè)到損害。然而， 在等離子體灰化后，通過(guò)通?？梢栽诩呻娐分圃旃に囍?使用的后續(xù)濕法清洗處理，可能不宜地容易顯示出損害， 其中去除了含碳禾B /或氫的低k電介質(zhì)材料的部分。所去除 的電介質(zhì)材料的部分是改變襯底特征的臨界尺寸(CD)的起 因，并且常常是不可接受的，因而影響總的器件性會(huì)巨/產(chǎn)量。 此外，即使不包括濕法清洗處理，電介質(zhì)材料的電和機(jī)械 性能可能由于暴露在含有基本量的氧和/或氮的等離子體 中而改變，從而影響工作性能。據(jù)認(rèn)為在暴露于等離子體 過(guò)程中碳從電介質(zhì)材料中被耗盡，并且在其中所含的氧和/ 或氮物種以這樣的方式損害電介質(zhì)，以致在后續(xù)金屬填充 處理過(guò)程中導(dǎo)致問(wèn)題，如在溝道結(jié)構(gòu)的底部產(chǎn)生空隙。由于發(fā)現(xiàn)了如上所述的在用于形成基本無(wú)氧及基本無(wú)氮的等離子體的氣體混合物中發(fā)現(xiàn)的氮的非預(yù)期性存在，以及低k材料對(duì)氮自由基禾B/或氧自由基的存在的敏感性所引起的問(wèn)題，因此在等離子體處理過(guò)程中精確地監(jiān)測(cè)這 些物種是重要的。光發(fā)射光譜學(xué)是用于痕量元素檢測(cè)的熟知方法。然而， 使用目前工業(yè)上所用的較簡(jiǎn)單的光譜儀以經(jīng)濟(jì)地監(jiān)測(cè)與這些物種的主要發(fā)射信號(hào)相關(guān)的特定波長(zhǎng)，例如N2在 335-337納米(nm)以及O在777nm，難以精確地檢測(cè)在等 離子體中的氮和/或氧物種的水平。由于這些占地面積 (footprint)小的類型的光譜儀所固有的差分辨率以及靈敏 度的缺乏，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員目前所用的低成本、簡(jiǎn)單 的光發(fā)射光譜儀對(duì)檢測(cè)較低水平的氮和/或氧通常是不可 接受的。例如，使用這些光譜儀，非常難以區(qū)分并且量化 濃度小于百萬(wàn)分之50(ppm)的氧物種的濃度。更復(fù)雜的光 譜儀通常不實(shí)用，原因是給等離子體灰化設(shè)備增加成本、 占地面積更大、操作復(fù)雜以及與這些類型的設(shè)備相關(guān)的維 護(hù)、校準(zhǔn)和集成問(wèn)題。圖1說(shuō)明了在不同水平的氧的存在下，氫-氦(He-H2) 等離子體在750nm至800nm的范圍內(nèi)的光發(fā)射光譜。 O.Olppm的氧水平是基于曲線擬合估算的，而10-100ppm 的氧水平是使用"低流量"質(zhì)量流量控制器，通過(guò)氣體混合 制定的。如從圖中可以看出，在大于20ppm的量，可以容 易地區(qū)分在777nm的氧發(fā)射信號(hào)。然而，在小于20ppm的 量，不同量之間的分辨率及鑒別性差。圖2以圖說(shuō)明了另一個(gè)實(shí)例，其中范圍從300nm至 350nm的氫-氦(He-H"等離子體的光發(fā)射光譜是在不同水 平的氮的存在下監(jiān)測(cè)的。如從該圖可以看出，在小于 10-20ppm的氮水平下，不同量之間的分辨率及鑒別性差且 不可靠。因此，在提供 一 種用于去除光致抗蝕劑及任何聚合物或殘留物的穩(wěn)健方法的同時(shí)，需要有一種通過(guò)商業(yè)可行方法，如使用可商購(gòu)的低成本、簡(jiǎn)單的光發(fā)射光譜儀，監(jiān)測(cè)基本無(wú)氧和/或氮的等離子體中的氮和/或氧的量的精確方法，使得可以監(jiān)測(cè)等離子體灰化處理以防止對(duì)下面的低k結(jié)構(gòu)的損害。適宜地，該方法應(yīng)能夠精確地檢測(cè)小于5 0ppm的氧水平及小于10ppm的氮水平。發(fā)明內(nèi)容在此公開(kāi)的是用于在襯底的基本無(wú)氧和氮的等離子體 灰化處理中監(jiān)測(cè)氧和/或氮物種的方法。在 一 個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括通過(guò)使等離子體氣體組合物暴露于能 量源中形成反應(yīng)性物種，以形成基本沒(méi)有氮物種和氧物種 的等離子體；監(jiān)測(cè)與所述等離子體氣體組合物的一或多種 一種或多種主要組分特別相關(guān)的光發(fā)射信號(hào)；和將所監(jiān)測(cè) 的光發(fā)射信號(hào)的干擾與所述等離子體中的所述氧和/或氮 物種的特定量關(guān)聯(lián)，所述干擾是受到所述等離子體氣體組 合物中的所述氧禾口/或氮物種的存在影響的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于在襯底的基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理中監(jiān)測(cè)氧和/或氮物種的方法包括在固定量的氧的存在下，以及在沒(méi)有固定量的氧的情況下，監(jiān) 測(cè)與等離子體氣體組合物的主要組分的比例特別相關(guān)的光發(fā)射信號(hào)的比值；和計(jì)算所述基本無(wú)氧和氮的等離子體灰 化處理過(guò)程中的所述比例的比值，并且由采用所述比例的 所述比值的模型曲線關(guān)聯(lián)出所述等離子體中的氧和氮物種 的量。在又一個(gè)實(shí)施方案中，用于監(jiān)測(cè)在基本無(wú)氧和氮的等 離子體中水平小于1 OOppm的氮和/或氧物種的方法包括 對(duì)限定所述等離子體的主要組分的其它物種測(cè)量光譜干 擾，所述光譜干擾是由所述基本無(wú)氧禾口/或氮的等離子體中 以小于100ppm的水平存在的所述氧和/或氮物種產(chǎn)生的；和將受到等離子體氣體組合物中的所述氧和/或氮物種的 存在影響的所述光譜干擾與所述等離子體中的氧和氮的特 定量關(guān)聯(lián)。在又一個(gè)實(shí)施方案中，用于檢測(cè)包含氦和氫的氣體混 合物中的氮和氧的污染水平的方法包括使用所述氣體混 合物產(chǎn)生等離子體；監(jiān)測(cè)與所述等離子體中的氫和氦物種 特別相關(guān)的光發(fā)射信號(hào)；和將所監(jiān)測(cè)的光發(fā)射信號(hào)的干擾 與所述等離子體中的所述氧禾n/或氮物種的特定量關(guān)聯(lián)，所 述干擾是受到等離子體氣體組合物中的所述氧和/或氮物 種的存在影響的。從結(jié)合附圖描述的本公開(kāi)的詳細(xì)描述中，本公開(kāi)的這 些和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將得到更好的理解。


圖1以圖說(shuō)明了在不同的氧水平下的氫-氦等離子體從750nm至800nm的發(fā)射光譜，該光譜包括在約777nm 與氧特別相關(guān)的發(fā)射信號(hào)。圖2以圖說(shuō)明了在不同的氮水平下的氫-氦等離子體 從 300nm至 350nm的發(fā)射光譜，該光譜包括在約 335-337nm與氮特別相關(guān)的發(fā)射信號(hào)。圖3以圖說(shuō)明了在不同的氧水平下的氫-氦等離子體 從400nm至450nm的發(fā)射光譜，該光譜包括在約410nm 與氫特別相關(guān)的發(fā)射信號(hào)。圖4以圖說(shuō)明了所測(cè)得的加入氫/氦等離子體中的壓 縮干燥空氣(CDA)的濃度與以下比例的函數(shù)關(guān)系在 410nm的氫與在403nm的氦的發(fā)射信號(hào)的比例；以及 H2(463nm)與He(403nm)的發(fā)射信號(hào)的比例；圖5以圖說(shuō)明了所述比例的比值(ratio of ratios)與 CDA濃度的函數(shù)關(guān)系圖能夠通過(guò)由曲線擬合得到的方程 預(yù)測(cè)雜質(zhì)(泄漏或CDA)的水平；圖6以圖說(shuō)明了在不同的氧水平下的氫-氦等離子體 從325nm至375nm的發(fā)射光譜；及
圖7示意性說(shuō)明了包括根據(jù)本公開(kāi)適合監(jiān)測(cè)發(fā)射信號(hào) 的光發(fā)射光譜儀的等離子體灰化設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
用于監(jiān)測(cè)在基本無(wú)氧和/或氮的等離子體中水平小于 100ppm的氮和/或氧物種的方法通常包括對(duì)等離子體中 通常富含的其它物種監(jiān)測(cè)存在于等離子體中的低水平氧和
/或氮物種所產(chǎn)生的效應(yīng)。這種所謂"效應(yīng)檢測(cè)"方法監(jiān)測(cè)與
不同于氮和/或氧的物種特別相關(guān)的光譜干擾，所述光譜干
擾是由痕量氧和/或氮物種的存在造成的。
典型的基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理包括由等
離子體氣體混合物產(chǎn)生基本無(wú)氧和/或氮物種的反應(yīng)性物 種；以及使襯底暴露于反應(yīng)性物種中。在美國(guó)專利 6,95 1,823中描述了示例性的基本無(wú)氧和氮的等離子體灰 化處理，該美國(guó)專利的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此。在共 同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)10/249,962中描述了用于進(jìn)行基本 無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理的示例性設(shè)備，該美國(guó)專利 申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此?；緹o(wú)氧和氮的等離 子體灰化處理的有利之處在于提高了光致抗蝕劑和/或 其它有機(jī)覆蓋層的灰化速率、提供了提高的穩(wěn)定性并提高 了選擇性，同時(shí)有效地防止和/或最小化對(duì)下面的銅金屬層 和/或低k電介質(zhì)層的損害。襯底的基本無(wú)氧和氮的等離子 體灰化處理提供了 一種比完全沒(méi)有任何氧和氮物種的等離 子體灰化處理更經(jīng)濟(jì)的解決方案。例如，等離子體室可以 容許較低的泄漏速率的規(guī)格，并且所用氣體可以具有對(duì)氧 和氮雜質(zhì)而言較低的純度規(guī)格，從而給最終用戶提供用于 降低成本的手段。
在基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理中，對(duì)于典型的灰化溫度，例如大于約20(TC的灰化溫度，通常優(yōu)選保持
氧水平小于15ppm， 更具體在約5ppm和15ppm之間。對(duì) 于典型的灰化溫度，氮量被保持小于lppm。如本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解，更低的灰化溫度(如小于約20(TC)容許(是 更少損害性的)更大的氧和氮水平。由于背景部分中所述的 理由，以前的監(jiān)測(cè)與氧(如777nm)和/或氮(如335nm)特別 相關(guān)的主要發(fā)射信號(hào)的方法不適用于監(jiān)測(cè)小于20ppm的氧 水平和/或小于10ppm的氮水平。
現(xiàn)在參考圖3，提供了說(shuō)明在不同水平的氧的存在下， 氫-氦(He-H2)等離子體在400nm至45 0nm的范圍內(nèi)的光發(fā) 射光譜(與圖1的750nm至800nm的光發(fā)射光譜相反)的圖。 與氫特別相關(guān)的主要發(fā)射信號(hào)中的 一 個(gè)出現(xiàn)在約4 10nm， 而氦的主要發(fā)射信號(hào)中的一個(gè)出現(xiàn)在約403nm。與對(duì)圖1 描述的監(jiān)測(cè)與氧特別相關(guān)的發(fā)射信號(hào)的方法相反，我們已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)低水平的氧和/或氮顯著影響與等離子體中通常富 含的物種(即主要組分)特別相關(guān)的主要發(fā)射信號(hào)，并可以 用于提供一種用于監(jiān)測(cè)等離子體中的氧和/或氮的精確方 法。由于這個(gè)原因，光譜的變化可以與等離子體中的氧禾口/ 或氮的特定量關(guān)聯(lián)。
如圖3所說(shuō)明，通過(guò)簡(jiǎn)單地監(jiān)測(cè)在4 1 Onm的氫發(fā)射信 號(hào)，容易分辨出在10ppm和20ppm的氧濃度之間的差別， 這在以前通過(guò)監(jiān)測(cè)與例如特別低水平的氧特別相關(guān)的主要 發(fā)射信號(hào)是不可能的。如所預(yù)期的，在410nm的氫發(fā)射信 號(hào)的峰最大值/面積隨氧水平的增加而增加，且處在ppm 級(jí)的靈敏度。同樣，在約403nm與氦特別相關(guān)的峰最大值 /面積隨氧水平的增加而降低，且也處在ppm級(jí)的靈敏度。 因此，監(jiān)測(cè)與等離子體中富含的物種相關(guān)的信號(hào)中的任何 一種可以用于更好地監(jiān)測(cè)等離子體中的氧水平及在現(xiàn)有技 術(shù)光發(fā)射光譜學(xué)方法中不能分辨的水平。
在圖3中還觀察到在O.Olppm(基于曲線擬合的濃度)下扣除背景的氫峰的量級(jí)是約5 10計(jì)數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)低得多 的計(jì)數(shù)水平足以提供有效的分辨率。例如，僅為50計(jì)數(shù)的 扣除背景的信號(hào)通常足以區(qū)分線形峰，從而表明至少對(duì)于 氧，可以獲得至少 一 個(gè)數(shù)量級(jí)的檢測(cè)極限的擴(kuò)大。換言之， 使用這種用于檢測(cè)氫/氦等離子體中的氧物種的方法的實(shí)
際檢測(cè)極限是在混合物中的氧的約lppb。因此，所述監(jiān)測(cè)
方法允許本領(lǐng)域技術(shù)人員仔細(xì)地調(diào)節(jié)并控制等離子體中的 氧量。例如，可以在等離子體灰化過(guò)程中將可控量(以添加 劑的形式)加入純氣體混合物(沒(méi)有任何氧)中。以此方式， 可以將等離子體灰化處理最佳化，以去除光致抗蝕劑禾口 /
或殘留物，而沒(méi)有有害地影響所暴露的低k結(jié)構(gòu)，即沒(méi)有
超過(guò)損害閾值。
盡管不希望受理論限制，但是據(jù)認(rèn)為痕量氧(在ppb級(jí)) 和/或氮(在ppm級(jí))的引入和/或存在，可以通過(guò)改變混合 物的等離子體溫度而顯著地干擾最初的氣體混合物的發(fā)射 光譜，從而改變能量轉(zhuǎn)移模式、解離、離子化或激發(fā)混合 物中的其它物種，因此改變等離子體的最初熱平衡并且根 本上改變等離子體化學(xué)物質(zhì)。
通過(guò)監(jiān)測(cè)與富含的物種相關(guān)的主要發(fā)射信號(hào)，例如對(duì) 于氦和氫氣體混合物，與氫和氦相關(guān)的峰的比例，注意到 方法靈敏度的進(jìn) 一 步提高。這些峰比例允許清楚地檢測(cè)由 等離子體中的氧和/或氮的存在所造成的量級(jí)的變化，而與 收集和傳遞光學(xué)裝置(optics)或窗口 "霧化(fogging)"效應(yīng)的 差別無(wú)關(guān)。優(yōu)選地，被選擇用于計(jì)算所述比例的發(fā)射峰是 接近的。用氫與氦的氣體混合物作為實(shí)例，可以監(jiān)測(cè)到在 410nm與氫(H)相關(guān)以及在403nm與氦(He)相關(guān)的發(fā)射峰； 差值是約7nm。作為選擇，所述比例可以通過(guò)監(jiān)測(cè)在434nm 的氫峰及在447nm的氦峰確定；峰差值是約13nm。 463nm 的氫(HO的發(fā)射信號(hào)以與氦峰類似的方式表現(xiàn)，因此可以 與氫(H)—起用于該比例。由于這個(gè)原因，可利用H/H2的確地檢測(cè)氧水平。還應(yīng)注意，此技術(shù)完全不同于光 法，其利用對(duì)應(yīng)于有意引入的己知痕量的非反應(yīng)性、 性氣體的波長(zhǎng)以將所關(guān)注的物種的量歸 一 化。在我 況下，所關(guān)注的物種己是痕量，并且存在于混合物 物種的量不是演繹知道的。在添加痕量氮的情況下， 類似的趨勢(shì)，但是"效應(yīng)"響應(yīng)不比用氧觀察到的響 敏。之前所述，在大于約20(TC的標(biāo)準(zhǔn)等離子體灰化溫 在不損害低k材料的情況下有效地剝除光致抗蝕劑 和/或蝕刻后殘留物的基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理 使用約5至約15ppm的氧和小于lppm的氮。氮/氧疏忽地 被引入等離子體混合物中通常在犧牲整體泄漏性時(shí)或由于 被污染的供氣而發(fā)生。為校準(zhǔn)對(duì)H/He比例的"效應(yīng)檢測(cè)"， 例如可以使用低流量-低質(zhì)量流量控制器將已知量的壓縮 干燥空氣(CDA)力B入系統(tǒng)中以模擬泄漏或被污染的供氣。圖4顯示了在0-20ppm范圍中H/He，即對(duì)于提高CDA 濃度的"效應(yīng)檢測(cè)"參數(shù)的快速增加。在H/He氣體混合物中 的氧的唯一來(lái)源是CDA。類似地，對(duì)H2/He比例的效應(yīng)也 被繪制在圖中，顯示出相反的關(guān)系。盡管該比例是判斷系 統(tǒng)中的氮/氧的存在的合理途徑，但是難于以大的精度這樣 進(jìn)行，原因是該大的靈敏度在低于10ppm的范圍內(nèi)，以及 其它因素，如不同光譜儀的光譜響應(yīng)的差另U (特別是在使用 低成本類型時(shí))、等離子體管上的表面復(fù)合效應(yīng)、及在初始 校準(zhǔn)和裝配過(guò)程中將這么少量的CDA引入混合物中的不 精確性。判斷污染物存在的改進(jìn)是在將已知量的氧添加劑加入 混合物中時(shí)和在沒(méi)有氧添加劑的情況下，測(cè)定例如H/H2 比例的變化。然后，通過(guò)獲得在存在和沒(méi)有固定量的氧的 情況下的H/He，可以計(jì)算出這個(gè)所謂的"比例的比值"，例 如，在混合物中的氧的1 Oppm和Oppm下的比例的比值。通過(guò)得到在不同的CDA濃度下的比例的比值，進(jìn) 一 步放大 了在低濃度下的"效應(yīng)"，同時(shí)使其對(duì)表面效應(yīng)、檢測(cè)器的 光譜響應(yīng)差別等的敏感性更小，并且僅取決于殘留雜質(zhì)的水平。圖5說(shuō)明了 "比例的比值"的技術(shù)，其中比例的比值 與CDA濃度的函數(shù)關(guān)系的圖允許通過(guò)由曲線擬合產(chǎn)生的 方程預(yù)測(cè)雜質(zhì)/污染物(泄漏或CDA)的水平。以此方式，可 以對(duì)由例如泄漏所造成的氧和氮雜質(zhì)的水平進(jìn)行預(yù)測(cè)。"效應(yīng)檢測(cè)"的另 一 個(gè)選擇是監(jiān)測(cè)電荷耦合裝置(CCD) 檢測(cè)器的高積分時(shí)間的寬波段連續(xù)譜。如圖6所示，監(jiān)測(cè) 相同等離子體的寬波段連續(xù)譜的相對(duì)無(wú)特征部分(小峰)。 觀察到取決于氧濃度的基線的顯著變化。再次，據(jù)認(rèn)為(而 不受限制)此變化的原因是受等離子體溫度及能量轉(zhuǎn)移通 道(channel)的變化影響的等離子體中的自由電子碰撞的變 化。通過(guò)將光譜的仔細(xì)選擇的無(wú)特征部分平均(和/或取不 同平均值的比例)，可以定量檢測(cè)基本無(wú)氧和氮的等離子體 中的氧和/或氮的量。此技術(shù)也特別適合區(qū)分濃度小于50ppm的雜質(zhì)水平。如上所述，本公開(kāi)的監(jiān)測(cè)方法適用于精確地測(cè)基本無(wú)氮和氧的等離子體中的低水平氮和/或氧?；緹o(wú)氧和氮的等離子體氣體混合物的具體組分通常是根據(jù)它們?cè)诘入x子體形成條件下形成氣體及等離子體的能力選擇的所選的氣體混合物基本上沒(méi)有在等離子體形成條件下產(chǎn)生反應(yīng)性氧物種及反應(yīng)性氮物種的組分。更優(yōu)選地，氣體混合物基本上沒(méi)有含氧化合物及含氮化合物。所述氣體混合物可以包含反應(yīng)性氣體，如含氟氣體、含氫氣體、惰性氣體以及它們的混合物。然而，對(duì)于某些低k材料，氟的存在可 能對(duì)低k材料的物理和化學(xué)性能有害。適合的惰性氣體包 括氬、氦、氖等。在這些之中，優(yōu)選氦。由氣體混合物產(chǎn) 生的基本無(wú)氧和氮的等離子體主要與光致抗蝕劑、聚合物/ 殘留物中的碳及其它原子反應(yīng)，以形成揮發(fā)性化合物和/或可漂洗去除的化合物。適用于基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理的含氫氣體 包括含氫的那些化合物。含氫氣體包括烴、氫氟烷、氫氣 或它們的混合物。優(yōu)選的含氫氣體在等離子體形成條件下 以氣態(tài)存在，并在等離子體形成條件下釋放氫以形成反應(yīng) 性氫，如原子氫物種。烴或氫氟垸通常是未取代的，或可 以被鹵素，如溴、氯或氟部分地取代。含氫的烴氣體的實(shí) 例包括甲垸、乙烷及丙烷。優(yōu)選的含氫氣體是氫氣與稀有氣體的混合物。適用于 所述方法的稀有氣體的實(shí)例包括氦。可以的是，周期表第 VIII族中的其它氣體如氬、氖、氦等也可用于該目的。盡 管現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)氧等離子體通常使用包含氫與氮的氣體混 合物的形成氣體組合物，但是在所述方法中使用基本量的 氮?dú)獗幻鞔_地排除在外。因此，由于在下文中將形成氣體 限定為含有氫氣和氮?dú)獾幕旌衔锏臍怏w(在形成氣體混合 物中，氮通常多于約70體積％或更多)，因此在所述方法 中的該形成氣體的使用被明確地排除在外。特別適用于本 公開(kāi)的是包含氫氣和氦氣的氣體混合物。氦原子是輕原子 并容易擴(kuò)散至襯底，從而導(dǎo)致對(duì)于等離子體產(chǎn)生的反應(yīng)性 氫物種而言優(yōu)異的載體特性。由于安全原因，在氣體混合物中的氫氣的百分比通常不超過(guò)所述氣體混合物的約影然而，較高量的氫是可接受的，有時(shí)是優(yōu)選的，以提高光致抗蝕劑和有機(jī)覆蓋層的去除速率和選擇性。優(yōu)選地，在氣體混合物中的氫量為總體積的約1至約99%。更優(yōu)選地，在氣體混合物中的氫量為總體積的約3至約3 0%。如果存在的話，在等離子體中的含氟化合物少于等離子體氣體混合物的總體積的約10%以將選擇性最大化已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氟化合物多于約1 0體積％時(shí)，光致抗蝕劑副產(chǎn)物的聚合可能發(fā)生，使得聚合的光致抗蝕劑更難以去除優(yōu)選的氟化合物包括在被等離子體激發(fā)時(shí)產(chǎn)生氟反應(yīng)性物 種的那些化合物。優(yōu)選地，氟化合物是在等離子體形成條件下的氣體，并且選自通式為CxHyFz的化合物，其中x 在1至4的范圍內(nèi)，y在0至9的范圍內(nèi)，并且z在l至 IO的范圍內(nèi)；HF; F2;以及SF"不產(chǎn)生反應(yīng)性氮或氧物 種的其它含氟化合物對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。 更優(yōu)選地，含氟化合物為CF4、 C2F6或它們的混合物。如之前所述，使用基本無(wú)氧和氮的等離子體去除光致 抗蝕劑、蝕刻后殘留物等，同時(shí)不去除禾B/或有害地影響下 面的材料的性能。光致抗蝕劑通常是用于將圖像轉(zhuǎn)印至下 面的襯底上的有機(jī)光敏膜。本公開(kāi)通?？捎糜诒O(jiān)測(cè)適合去 除用于g-線、i-線、DUV、 193nm禾卩15 7nm的應(yīng)用等的那 些光致抗蝕劑的等離子體灰化處理。這包括但不限于酚 醛清漆、聚乙烯基酚類、丙烯酸酯類、縮醛類、聚酰亞胺 類、縮酮類、環(huán)狀烯烴等。鑒于本公開(kāi)，在本公開(kāi)中適用 于監(jiān)測(cè)的其它光致抗蝕劑配方對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而 易見(jiàn)的。根據(jù)所選擇的光致抗蝕劑化學(xué)物質(zhì)和顯影劑，光 致抗蝕劑可以是正性的或負(fù)性的。有機(jī)覆蓋層的實(shí)例包括 但不限于ARC、底部抗反射涂層(BARC)以及通常為掩模 整體的 一 部分的其它專屬犧牲材料。高級(jí)集成電路中所用的絕緣層通常包括使用介電常數(shù) 小于約3 .0的低k材料?？梢詫⒌蚹電介質(zhì)材料以溶液形 式旋涂(spin)于襯底上，或通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法沉積。重 要的低k膜性能包括厚度及均勻性、介電常數(shù)、折射率、 粘附性、耐化學(xué)性、熱穩(wěn)定性、孔徑及分布、熱膨脹系數(shù)、 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、膜應(yīng)力和銅擴(kuò)散系數(shù)。低k電介質(zhì)通常 可分為致密的和多孔的。多孔性低k電介質(zhì)材料的實(shí)例包 括Nanoglass⑧(可獲自Honeywell Electronic Materials)及氣 凝膠、多孔性MSQ及其它SiCOH基的多孔性材料。致密 的低k材料的實(shí)例包括CORAL、 AURORA、 FlowFill及Black Diamond。鑒于本公開(kāi)，其它適合的低k電介質(zhì)材料 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。有利地，通過(guò)仔細(xì)監(jiān) 測(cè)等離子體使得在典型的灰化溫度下，氧濃度在約 5-15ppm之間間并且氮水平低于lppm，保持上述低k材料 的有利性能。所述方法可以在常規(guī)的等離子體灰化器中實(shí)施。本公 開(kāi)不意在限于任何特定的等離子體灰化器。例如，可以使 用采用電感耦合等離子體反應(yīng)器的等離子體灰化器，或使 用下游等離子體灰化器。優(yōu)選地，等離子體灰化器為下游 等離子體灰化器，例如以商品名RadiantStrip ES311^商購(gòu) 自馬里蘭州Rockville的Axcelis Technologies Inc.的微波 等離子體灰化器。更優(yōu)選地，等離子體灰化器適合將襯底 選擇性暴露于反應(yīng)性原子物種中。圖7說(shuō)明了總體上以10表示的示例性等離子體灰化器 設(shè)備。所說(shuō)明的等離子體灰化設(shè)備是下游等離子體灰化器， 并且通常包括等離子體產(chǎn)生部分12，所述等離子體產(chǎn)生部 分12在一端流體連接到使用等離子體處理襯底的處理室 14上，并且在另一端流體連接到質(zhì)量流量控制器16上， 所述質(zhì)量流量控制器16用于提供產(chǎn)生等離子體用的氣體 混合物。等離子體產(chǎn)生部分還包括光學(xué)端口 18，該光學(xué)端 口 18是以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)方式連接到光發(fā)射 光譜儀上的。光譜儀20本身可以是以所述方式收集光譜的 電荷耦合裝置。然后計(jì)算機(jī)22接收并且處理數(shù)據(jù)。在更簡(jiǎn) 單的形式中，還可以通過(guò)使用兩個(gè)檢測(cè)器和適合的濾光器 完成兩種不同波長(zhǎng)的檢測(cè)。鑒于本公開(kāi)，特定的等離子體灰化器的設(shè)置和最佳化 完全在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)之內(nèi)。等離子體灰化器通常 由等離子體產(chǎn)生室和等離子體反應(yīng)室組成。僅僅為了示例 性目的，在300mm Fusion ES3下游等離子體灰化器中，優(yōu) 選將晶片在反應(yīng)室中加熱至在室溫和450°C之間的溫度。更優(yōu)選地，將晶片加熱至約250°C至約350°C的范圍內(nèi)的溫度。在處理過(guò)程中所用的溫度可以是恒定的，或作為選擇， 在處理過(guò)程中是勻變的或階梯式的。提高溫度被本領(lǐng)域技 術(shù)人員公認(rèn)是 一 種提高灰化速率的方法。在反應(yīng)室內(nèi)的處理壓力優(yōu)選為約l托以上。更優(yōu)選地，在約0.5托至約4托的范圍內(nèi)操作所述壓力。通過(guò)氣體入 口將可激發(fā)氣體混合物供給到等離子體產(chǎn)生室中。將氣體 混合物暴露于等離子體產(chǎn)生室內(nèi)的能量源，例如微波能量， 優(yōu)選在約500W和5,000W之間的能量中，以由氣體混合物 產(chǎn)生受激或高能的原子。所產(chǎn)生的等離子體由在等離子體 氣體混合物中所用的氣體形成的電中性粒子和帶電粒子組 成。在等離子體到達(dá)晶片之前，選擇性去除帶電粒子。在 一個(gè)實(shí)施方案中，用于形成等離子體的氣體混合物包括氫 與氦的氣體混合物。在其它實(shí)施方案中，氣體混合物包括 氫、氦和氟的氣體的混合物。用于形成基本無(wú)氧和氮的等 離子體的氣體可以包括根據(jù)氣體純度、處理室，或在氧的 情況下有意加入的充足氧禾卩/或氮。氧可以以與稀有氣體的 預(yù)混合物的形式加入。對(duì)于300mm下游等離子體灰化器， 總氣體流量?jī)?yōu)選為約500至 12,000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘 (sccm)。通過(guò)與由等離子體產(chǎn)生的受激或高能原子的反應(yīng)， 從晶片上選擇性去除光致抗蝕劑、有機(jī)覆蓋層及聚合物/ 殘留物。如本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)的，可以在光學(xué)上監(jiān)測(cè)該 反應(yīng)以進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)。本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方案的上述描述是為7說(shuō)明和描述的目的而提供的。不思在是窮舉的，或者將本公開(kāi)限制為所公開(kāi)的準(zhǔn)確形式根據(jù)上述教導(dǎo)，顯而易見(jiàn)的變型或變化是可以的。所述實(shí)施方案是為T提供本公開(kāi)及其實(shí)際應(yīng)用的原理的最佳說(shuō)明而被選擇和描述的，因此允許本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員以各種實(shí)施方案和適合所考慮的具體應(yīng)用的 各種變型的形式使用本公開(kāi)。在根據(jù)公正、合法和合理地授權(quán)的范圍解釋時(shí)，所有這些變型和變化均在由后附權(quán)利 要求所確定的本公開(kāi)的范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在襯底的基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理中監(jiān)測(cè)氧和/或氮物種的方法，所述方法包括通過(guò)使等離子體氣體組合物暴露于能量源中形成反應(yīng)性物種，以形成基本沒(méi)有氮物種和氧物種的等離子體；監(jiān)測(cè)與所述等離子體氣體組合物的一種或多種主要組分特別相關(guān)的光發(fā)射信號(hào)；和將所監(jiān)測(cè)的光發(fā)射信號(hào)的干擾與所述等離子體中的所述氧和/或氮物種的特定量關(guān)聯(lián)，所述干擾是受到所述等離子體氣體組合物中的所述氧和/或氮物種的存在影響的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的方法，其中所述等離子體氣 體組合物的所述 一 種或多種主要組分基本上由含氫氣體和 稀有氣體組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述稀有氣體是氦°
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中關(guān)聯(lián)所述發(fā)射信 號(hào)的所述干擾包括監(jiān)測(cè)氫(H或HO發(fā)射信號(hào)與氦發(fā)射信 號(hào)的比例的變化，所述變化是受到所述等離子體中的所述 氧禾口 /或氮物種的不同量影響的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中關(guān)聯(lián)所述發(fā)射信 號(hào)的所述干擾包括監(jiān)測(cè)氫自由基(H)發(fā)射信號(hào)與分子氫 (H2)發(fā)射信號(hào)或氦(He)發(fā)射信號(hào)的比例的變化，所述變化 是受到所述等離子體中的所述氧和/或氮物種的不同量影 響的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底包括介 電常數(shù)小于3.0的含碳絕緣層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中關(guān)聯(lián)所述發(fā)射信 號(hào)的所述干擾包括監(jiān)測(cè)作為所述等離子體中的氧和/或氮 的函數(shù)的無(wú)任何主要發(fā)射信號(hào)峰的寬波段光譜的變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括除 在切斷所述氧物種的來(lái)源時(shí)以外，將在所述基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理中的所述氧物種的量保持在約5ppm 至約15ppm，并且保持所述氮物種的量小于約lppm。
9. 一種用于在襯底的基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處 理中監(jiān)測(cè)氧和/或氮物種的方法，所述方法包括在固定量的氧的存在下，以及在沒(méi)有固定量的氧的情 況下，監(jiān)測(cè)與等離子體氣體組合物的主要組分的比例特別 相關(guān)的光發(fā)射信號(hào)的比值；和計(jì)算所述基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理過(guò)程中的 所述比例的比值，并且由采用所述比例的所述比值的模型 曲線關(guān)聯(lián)出所述等離子體中的氧和氮物種的量。
10. 權(quán)利要求9所述的方法，其中所述等離子體氣體組 合物的所述主要組分是氦和氫。
11 .根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述等離子體 中的主要組分的比例是H/He。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述等離子體 中的主要組分的比例是H2/He。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述等離子體 中的主要組分的比例是H/H2。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括除 在切斷所述氧物種的來(lái)源時(shí)以外，將在所述基本無(wú)氧和氮 的等離子體灰化處理中的所述氧物種的量保持在約5ppm 至約15ppm，并且保持所述氮物種的量小于約lppm。
15. —種用于監(jiān)測(cè)在基本無(wú)氧和氮的等離子體中水平 小于1 OOppm的氮和/或氧物種的方法，所述方法包括對(duì)限定所述等離子體的主要組分的其它物種測(cè)量光譜 干擾，所述光譜干擾是由所述基本無(wú)氧和/或氮的等離子體 中以小于1 OOppm的水平存在的所述氧和/或氮物種產(chǎn)生 的；禾口將受到等離子體氣體組合物中的所述氧和/或氮物種 的存在影響的所述光譜干擾與所述等離子體中的氧和氮的 特定量關(guān)聯(lián)。
16. 權(quán)利要求15所述的方法，其中所述基本無(wú)氧和氮的等離子體由包含氫和氦的氣體混合物形成。
17. 權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括除在 切斷所述氧物種的來(lái)源時(shí)以外，將在所述基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理中的所述氧的量保持在約5ppm至約 15ppm，并且保持所述氮的量小于約lppm。
18. —種用于檢測(cè)包含氦和氫的氣體混合物中的氮和 氧的污染水平的方法，所述方法包括使用所述氣體混合物產(chǎn)生等離子體；監(jiān)測(cè)與所述等離子體中的氫和氦物種特別相關(guān)的光發(fā) 射信號(hào)；和將所監(jiān)測(cè)的光發(fā)射信號(hào)的干擾與所述等離子體中的所 述氧和/或氮物種的特定量關(guān)聯(lián)，所述干擾是受到等離子體 氣體組合物中的所述氧禾Q/或氮物種的存在影響的。
19. 權(quán)利要求18所述的方法，其中關(guān)聯(lián)所述光發(fā)射信 號(hào)的所述干擾包括監(jiān)測(cè)氫(H或H2)發(fā)射信號(hào)與氦發(fā)射信 號(hào)的比例的變化，所述變化是受到所述等離子體中的所述 氧禾口 /或氮物種的不同量影響的。
全文摘要
用于在基本無(wú)氧和氮的等離子體灰化處理中監(jiān)測(cè)氧和/或氮的水平的方法通常包括使用光發(fā)射監(jiān)測(cè)所述等離子體。監(jiān)測(cè)所存在的低水平的氧和/或氮物種對(duì)所述等離子體中通常富含的其它物種所產(chǎn)生的效應(yīng)，并且使其與所述等離子體中存在的氧和氮的量關(guān)聯(lián)。這種所謂”效應(yīng)檢測(cè)”方法監(jiān)測(cè)由痕量氧和/或氮物種的存在所造成的與不同于氮和/或氧的物種特別相關(guān)的光譜干擾，并且用于以1ppm和大概1ppb的等級(jí)的靈敏度定量測(cè)定氧和/或氮的量。
文檔編號(hào)G03F7/42GK101405660SQ200780010216
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者帕拉尼庫(kù)瑪朗·薩克希維爾, 托馬斯·巴克利, 艾倫·貝克內(nèi)爾 申請(qǐng)人:艾克塞利斯科技公司