DE10316713A1

DE10316713A1 - Verfahren zur Herstellung von Fotomasken mittels gepulsten Plasmen

Info

Publication number: DE10316713A1
Application number: DE2003116713
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. Ruhl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fotomasken (3), bei dem eine auf einem Quarzsubstrat aufgebrachte Chrom-Absorberschicht durch Ätzen von durch eine Fotolackmaske nicht abgedeckten Bereichen mittels eines Plasmaätzprozesses strukturiert wird, wobei der Plasmaätzprozess aufweist: Erzeugen eines gepulsten Plasmas (8), das wenigstens Sauerstoff- und Chlorionen und deren entsprechende Radikale enthält; Beschuss der Oberfläche wenigstens einer in das Plasma eingebrachten Fotomaske (3) mit den so erzeugten energetischen Sauerstoff- und Chlorionen und deren entsprechenden Radikalen, wobei durch eine Einstellung einer geeigneten Pulsdauer und/oder -frequenz des gepulsten Plasmas (8) das Verhältnis des Chromabtrags bei der Chromätzreaktion zum Lackabtrag eingestellt und optimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fotomasken, bei dem eine auf einem Quarzglassubstrat aufgebrachte Chrom-Absorberschicht durch Ätzen von durch eine Fotolackmaske nicht abgedeckten Bereichen mittels eines Plasmaätzprozesses strukturiert wird.
2A und 2B zeigen einen schematischen Querschnitt durch eine derartige Fotomaske 3, jeweils vor und nach dem Chromätzschritt.
Zur Herstellung von derartigen Fotomasken wird üblicherweise eine Chrom-Absorberschicht 11 auf einem Quarzglassubstrat 10 durch Ätzen strukturiert. Dies kann nasschemisch oder durch Plasmaätzen, üblicherweise in ICP-Plasmaätzreaktoren geschehen. Die Maskierung der Ätzung geschieht durch eine Fotolackschicht 12, z.B. aus e-beam-, i-line- und chemisch verstärkten Resistlacken. Die standardmäßig zum Plasmaätzen eingesetzte Chemie enthält Chlor, Sauerstoff und häufig Helium. Mittels einer chemischen Ätzreaktion der im Plasma vorliegenden Sauerstoff- und Chlorradikale mit der Chromschicht wird als Ätzprodukt das flüchtige Chromylchlorid (CrO₂Cl₂) gebildet. Ein Nachteil dieses Prozesses ist der durch den Sauerstoffanteil verursachte hohe Fotolackabtrag. Durch den lateralen Fotolackabtrag tritt eine Aufweitung der zu ätzenden Gräben 13 auf, der so genannte Ätzbias, der einen Maßverlust bei der kritischen Abmessung CD verursacht. Mit der oben genannten Ätzchemie sind dabei Ätzbiaswerte von minimal ca. 50 bis 100 nm (je nach Chromanteil auf der Maske) möglich. Der Ätzbias zeigt eine lineare Korrelation mit der Chrom/Fotolack-Ätzselektivität, das heißt je höher diese Selektivität, desto geringer der Ätzbias. Bei dieser Ätzchemie liegt die Chrom/Fotolack-Ätzselektivität typischerweise bei 1 : 1 bis 1,5 : 1.
Zur Erzeugung immer kleinerer Strukturgrößen (< 0,11 μm bei den kleinsten für OPC(Optical Proximity Correction) dienenden Strukturen) ist jedoch eine Verringerung dieses Ätzbias unbedingt notwendig, da er hier nicht mehr wie bisher durch einen Datenvorhalt kompensierbar ist.
Derzeit wird das Problem durch die Verringerung der Sauerstoffkonzentration oder durch die Erhöhung des Prozessdrucks im Plasma gelöst. Da jedoch bei Änderung dieser Parameter gleichzeitig die Homogenität der Verteilung speziell der Sauerstoff-Radikale beeinflusst wird, ist dies nur bis zu einem bestimmten Maße möglich, ohne die Ätzratenhomogenität zu verschlechtern. Der mit dieser Maßnahme bei einem typischen Ätzprozess erreichte minimale Ätzbias liegt im Bereich von ca. 50 – 100 nm.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren so zu ermöglichen, dass bei guter Ätzratenhomogenität der Ätzbias weiter verringerbar ist.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Demnach ist ein die obige Aufgabe lösendes Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaätzprozess aufweist:

– Erzeugen eines gepulsten Plasmas, das wenigstens Sauerstoff- und Chlorionen enthält;
– Beschuss der Oberfläche wenigstens einer in das Plasma eingebrachten Fotomaske mit den so erzeugten energetischen Sauerstoff- und Chlorionen mit den entsprechenden Radikalen, wobei
– durch eine Einstellung einer geeigneten Pulsdauer und/oder -frequenz des gepulsten Plasmas das Verhältnis des Chromab trags bei der Chromätzreaktion zum Lackabtrag eingestellt und optimiert wird.

Bei diesem Verfahren wird der Ätzabtrag der Fotolackmaske hauptsächlich durch den Beschuss mit energetischen Sauerstoff- und Chlorionen und den entsprechenden Radikalen bestimmt. Dies geschieht sowohl durch direkte Reaktion mit den Ionen als auch durch ioneninduzierte Reaktion mit Sauerstoff- und Chlorradikalen. Der Ionenbeschuss wirkt sowohl direkt auf die Lackmaskenoberfläche als auch über reflektierte Ionen auf die Seitenwände der Strukturen der Lackmaske. Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einsatz eines gepulsten Plasmas wird der Anteil der für die Chromätzreaktion notwendigen Radikalen im Verhältnis zu den den Lackabtrag erzeugenden und damit den Ätzbias verursachenden Ionen signifikant erhöht. Damit kann der Ätzbias auf weit unter 50 nm verringert werden. Durch Variation der Pulslänge bzw. -frequenz des gepulsten Plasmas kann das Verhältnis von Radikalen zu Ionen eingestellt und optimiert werden.
Bevorzugt werden die Dichte und Energie der Sauerstoff- und Chlorionen und der entsprechenden Radikalen unabhängig voneinander durch jeweils eine Hochfrequenzplasmaquelle in einen Plasmaätzreaktor, vorzugsweise in einen so genannten ICP-Reaktor (ICP: Inductively Coupled Plasma) eingestellt.
Vorteilhafterweise wird für die eine Hochfrequenzplasmaquelle eine induktive Einkopplung (source power) und für die andere Hochfrequenzplasmaquelle eine kapazitive Einkopplung (bias power) verwendet. Durch diese Konfiguration ist es möglich, die Plasmadichte und die Kathodenvorspannung nahezu unabhängig voneinander zu steuern.
In dieser Weise ist es zu bevorzugen, dass beide Hochfrequenzplasmaquellen als gepulste Plasmaquellen mit einer Einstellbarkeit wenigstens ihrer jeweiligen Pulsdauer betrieben werden. Diese Ausführung beider Plasmaquellen als gepulste Quellen bietet die Möglichkeit einer weiten Variation des Verhältnisses der Radikalen zu den Ionen.
Wie üblich kann das gepulste Plasma außerdem ein Inertgas, insbesondere Helium enthalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Ätzprozess in einem ICP-Ätzreaktor, bei dem beide Plasmaquellen als gepulste Quellen ausgeführt sind, mit folgendem Parametersatz durchgeführt werden:
Verhältnis CL2 : 02 im Bereich 10 : 1 – 1 : 1;
Verhältnis Reaktivgas : Inertgas (zum Beispiel Helium) im Bereich 1 : 0 – 1 : 2;
Kathodenleistung (bias power) im Bereich 0 – 100 Watt, Pulsdauer 0,1 – 100 ms;
ICP-Leistung (source power) im Bereich 100 – 1000 Watt, Pulsdauer im Bereich 0,1 – 100 ms;
Druck im ICP-Ätzreaktor während der Ätzreaktion im Bereich 1 – 25 mTorr;
Plasmagrundfrequenz im Bereich von 1 – 100 MHz z.B. bei 13,56 MHz.
Nachstehend werden die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens unter Verwendung eines für dieses Verfahren eingerichteten ICP-Reaktors in einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert.
1 zeigt schematisch einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eingerichteten Plasmareaktors im Schnitt und
2A und 2B zeigen die bereits beschriebenen Ätzschritte bei der Herstellung einer Fotomaske.
In dem in 1 schematisch gezeigten Plasmareaktor 1 befindet sich eine durch das erfindungsgemäße Verfahren herzustellende Fotomaske 3 auf einer als Träger desselben dienenden Elektrode 2. Wie erwähnt weist dieser Plasmareaktor (ICP-Reaktor) 1 eine erste gepulste Plasmaquelle mit einer induktiven Einkopplung auf, an der ein Generator 7 das gepulste Hochfrequenzfeld induktiv einkoppelt. Der Hochfrequenzgenerator 7 ist dazu mit einer Hochfrequenzerregerspule verbunden. Ferner weist der Plasmareaktor 1 eine zweite gepulste Plasmaquelle für eine kapazitive Einkopplung eines Hochfrequenzfeldes auf. Mit der kapazitiven Einkopplung ist ein zweiter Hochfrequenzgenerator 6 verbunden. Eine Vakuumpumpe 5 dient zur Evakuierung des Plasmareaktors 1. Ein Gaseinlass 4 führt dem Plasmareaktor 1 die für die gewünschte Ätzreaktion erforderlichen Gase (Sauerstoff, Chlor und Inertgas) zu.
Mit diesem ICP-Reaktor 1 wird das der Durchführung des Verfahrens dienende gepulste Plasma 8 im Inneren erzeugt.
Bei dem oben beschriebenen und in 1 schematisch dargestellten Plasmareaktor 1 können selbstverständlich die einzelnen Gase auch getrennt zugeführt werden. Mit dem so erzeugten gepulsten Plasma 8, das wenigstens Cl₂ und O₂ in einem Verhältnisbereich von 10 : 1 bis 1 : 1 und bevorzugt auch ein Inertgas enthält und zwar im Verhältnis Reaktivgas zu Inertgas im Bereich von 1 : 0 bis 1 : 2 wird mit einer Kathodenleistung im Bereich von 0 bis 100 Watt und einer Pulsdauer von 0,1 bis 100 ms und einer ICP-Leistung (Source Power) im Bereich von 100 bis 1000 Watt und einer Pulsdauer im Bereich von 0,1 bis 100 ms die Oberfläche der in das Plasma 8 gebrachten Fotomaske 3 mit den energetischen Sauerstoff- und Chlorionen und den entsprechenden Radikalen des gepulsten Plasmas 8 beschossen. Dabei wird durch eine Einstellung einer geeigneten Pulsdauer und/oder -frequenz des gepulsten Plasmas 8 das Verhältnis des Chromabtrags der Chromätzreaktion (vergleiche 2A) zum Lackabtrag eingestellt und optimiert.
Der Druck im Plasmareaktor während der Ätzreaktion kann im Bereich 1 bis 25 mTorr und die Plasmagrundfrequenz im Bereich zwischen 1 und 100 MHz, zum Beispiel bei 13,56 MHz liegen.
Da bei diesem Verfahren der Ätzabtrag der Fotolackmaske hauptsächlich durch den Beschuss mit energetischem Sauerstoff und Chlorionen und den entsprechenden Radikalen bestimmt ist, kann durch Einsatz des gepulsten Plasmas 8 der Anteil der für die Chromätzreaktion notwendigen Radikalen im Verhältnis zu den den Abtrag des Lacks 12 erzeugenden und damit den Ätzbias verursachenden Ionen signifikant erhöht werden.

1: Plasmareaktor
2: Elektrode
3: Fotomaske
4: Gaseinlass
5: Vakuumpumpe
6: Generator für kapazitiv eingekoppeltes Hochfre
: quenzfeld (gepulst)
7: Generator für induktiv eingekoppeltes Hochfre
: quenzfeld (gepulst)
8: Plasma
9: Hochfrequenzerregerspule
10: Quarzglassubstrat
11: Chrom/Chromoxidschicht
12: Fotolack
13: kritisches Maß CD

Claims

Verfahren zur Herstellung von Fotomasken, bei dem eine auf einem Quarzsubstrat aufgebrachte Chrom-Absorberschicht durch Ätzen von durch eine Fotolackmaske nicht abgedeckten Bereichen mittels eines Plasmaätzprozesses strukturiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaätzprozess aufweist: – Erzeugen eines gepulsten Plasmas, das wenigstens Sauerstoff- und Chlorionen sowie deren entsprechende Radikale enthält; – Beschuss der Oberfläche wenigstens einer in das Plasma eingebrachten Fotomaske mit den so erzeugten energetischen Sauerstoff- und Chlorionen sowie neutralen Radikalen, wobei – durch eine Einstellung einer geeigneten Pulsdauer und/oder -frequenz des gepulsten Plasmas das Verhältnis des Chromabtrags bei der Chromätzreaktion zum Lackabtrag eingestellt und optimiert wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte und Energie der Sauerstoffionen und Chlorionen und der entsprechenden Radikalen durch jeweils eine Hochfrequenzplasmaquelle unabhängig voneinander in einen Plasmaätzreaktor eingestellt werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die eine Hochfrequenzplasmaquelle eine induktive Einkopplung und für die andere Hochfrequenzplasmaquelle eine kapazitive Einkopplung verwendet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Hochfrequenzplasmaquellen als gepulste Plasmaquellen mit einer separaten Einstellbarkeit wenigstens ihrer jeweiligen Pulsdauer betrieben werden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gepulste Plasma außerdem ein Inertgas, insbesondere Helium enthält.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis von dem Plasma durch die Hochfrequenzplasmaquelle(n) zugeführtem Chlorgas zu Sauerstoffgas ein Bereich von 10 : 1 bis 1 : 1 gewählt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis von Reaktivgas zu Inertgas ein Bereich von 1 : 0 bis 1 : 2 gewählt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kathodenleistung (bias power) ein Bereich von 0 bis 100 Watt gewählt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Hochfrequenzleistung der Hochfrequenzplasmaquelle(n) ein Bereich von 100 bis 1000 Watt gewählt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plasmafrequenz ein Bereich von 1 bis 100 MHz gewählt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulsdauer der gepulsten Hochfrequenzplasmaquelle(n) ein Bereich von 0,1 bis 100 ms gewählt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Druck im Plasmaätzreaktor während des Plasmaätzprozesses ein Bereich von 1 bis 25 mTorr gewählt wird.
Hochfrequenzplasmaätzreaktor, der zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er ein ICP-Reaktor ist.