DE10353591A1

DE10353591A1 - Verfahren zum lokal begrenzten Ätzen einer Chromschicht

Info

Publication number: DE10353591A1
Application number: DE10353591A
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. Ruhl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-06-02
Also published as: US20050103747A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Ätzen eines Abschnittes (3) einer auf einem Substrat (1) aufgebrachten Chromschicht (2) wird auf den Abschnitt (3) ein Elektronenstrahl (6) gerichtet und der Abschnitt (3) einer Halogen und Sauerstoff jeweils in Verbindungen enthaltenen Gasatmosphäre ausgesetzt. Die Verbindungen werden im Elektronenstrahl (6) dissoziiert, wobei reaktive den Ätzabtrag bewirkende Halogen- und Sauerstoffradikale gebildet werden. Die Verbindungen werden so gewählt, dass die Rate, mit der die jeweiligen Radikale erzeugt werden, dem Chromätzmechanismus angepasst ist. Das Elektronenstrahl (6) unterstützte Chromätzverfahren lässt sich für die Reparatur von fotolithografischen Masken anwenden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen eines Abschnittes einer auf einem Substrat aufgebrachten Chromschicht. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reparatur von fotolithographischen Masken.

Bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen wird eine Struktur mittels einer lithographischen Abbildung von einer Maske auf einen Halbleiterwafer übertragen. Die abzubildende Struktur kann durch opake und transparente Bereiche in der Maske repräsentiert werden. Häufig werden bei der Herstellung der Maske als ein Maskenmaterial ein transparentes Substrat, beispielsweise Siliziumdioxid-Glas und auf dem Substrat eine lichtabsorbierende Schicht, wie Chrom, vorgesehen. Durch eine gezielte partielle Entfernung des absorbierenden Materials der Schicht wird in die Maske die Struktur eingeschrieben, so dass die Struktur durch transparente und opake Bereiche in der Maske ausgebildet wird.

Bei dem partiellen Entfernen des absorbierenden Materials der Schicht kann es zu Defekten auf der Maske in Form von überschüssigen Resten des absorbierenden Materials auf den transparenten Bereichen der Maske kommen. Solche Defekte auf der Maske werden ebenfalls mit auf den Halbleiterwafer abgebildet und können unter Umständen den Herstellungsprozess eines mikroelektronischen Bauelementes stören oder unmöglich machen. Besonders nachteilig sind Defekte auf Masken auch deshalb, da ein durch den Defekt verursachter Fehler bei jeder erneuten Abbildung auf den Halbleiterwafer wiederholt und damit vervielfältigt wird.

Damit defekte Masken verwendet werden können, sollten die durch die überschüssigen Reste des absorbierenden Materials hervorgerufenen Defekte lokal begrenzt und mit hoher Ortsauflösung selektiv zum darunter liegenden Substrat entfernt werden. Üblicherweise wird zur Entfernung von überschüssigen Resten des absorbierenden Materials aus Chrom ein chemisch unterstützter Sputterätzschritt mit Hilfe eines fokussierten Galliumionenstrahls in einer Bromatmosphäre durchgeführt. Der eigentliche Ätzabtrag erfolgt bei der Methode durch eine Übertragung des Impulses von energiereichen Galliumionen auf das zu ätzende Material und ist deshalb physikalischer Natur.

Ein Nachteil beim überwiegend physikalischen Ätzen mit der Sputterätzmethode ist die relativ geringe Substratselektivität, die ein Anätzen des darunter liegenden Substrats wahrscheinlich macht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass energiereiche Galliumionen in das transparente Substrat implantiert werden. Sowohl ein Anätzen des Substrates, als auch die Implantation der Galliumionen in das Substrat, verändern eine Lichtdurchlässigkeit einer defekten Stelle, so dass für kurze Belichtungswellenlängen, wie zum Beispiel 157 Nanometer, ein Reparaturerfolg nicht mehr gegeben ist.

Eine weiteres Verfahren zum Entfernen von überschüssigen Resten des absorbierenden Materials auf der Maske ist das Ätzen mittels fokussierter Elektronenstrahlen. Bei dem Verfahren wird in einer Gasatmosphäre auf die defekte Stelle in der Maske ein Elektronenstrahl gerichtet. Die Gasmoleküle in der Gasatmosphäre werden im Elektronenstrahl dissoziiert, wobei reaktive Radikale und Ionen entstehen, die mit dem absorbierenden Material reagieren und einen Ätzabtrag bewirken. Da das elektronenstrahlunterstützte Ätzverfahren so gut wie keinen Sputteranteil aufweist ist der Ätzabtrag im wesentlichen chemischer Natur, wodurch sich eine hohe Substratselektivität erreichen lässt. Außerdem tritt bei diesem Ätzverfahren keine Implantation von Fremdatomen in das Substrat auf. Aufgrund der besseren Fokussierbarkeit von Elektronenstrahlen gegenüber Ionenstrahlen wird mit Hilfe fokussierter Elektronenstrahlen auch eine höhere Ortsauflösung erreicht, was gerade im Hinblick auf die sich immer weiter verkleinernden Strukturen ein Vorteil ist.

Das elektronenstrahlunterstützte Ätzverfahren ist zur Zeit jedoch nur für das Ätzen von lichtabsorbierenden Materialien wie MoSiN und TaN einsetzbar. Versuche, mit diesem Verfahren ein häufig verwendetes absorbierendes Material wie Chrom zu ätzen sind bislang nicht erfolgreich gewesen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren mit dem ein elektronenstrahlunterstütztes Ätzen von Chrom ermöglicht wird, zur Verfügung zu stellen. Von der Aufgabe wird ein Verfahren zur Reparatur einer Maske für lithographische Abbildungen umfasst.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patenanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Es wird ein Verfahren zum Ätzen eines Abschnittes einer auf einem Substrat aufgebrachten Chromschicht zur Verfügung gestellt. Bei dem Verfahren wird das die Chromschicht tragende Substrat einer ein Halogen und Sauerstoff jeweils in Verbindungen enthaltenen Gasatmosphäre ausgesetzt. Die Verbindungen werden erfindungsgemäß so gewählt, dass durch Elektronenstoß induzierte Dissoziation Halogen- und Sauerstoffradikale jeweils mit einer an einen Chromätzmechanismus angepassten Rate erzeugt werden. Ein Elektronenstrahl wird auf den zu ätzenden Abschnitt gerichtet. Halogen- und Sauerstoffradikale werden durch elektronenstoßinduzierte Dissoziation der Verbindungen im Elektronenstrahl erfindungsgemäß mit der jeweils vorgegebenen Rate erzeugt und durch die jeweils an den Chromätzmechanismus angepassten Raten wird Chrom mit Sauerstoff- und Chlorradikalen zu einer flüchtigen Verbindung umgesetzt.

Der Chromätzmechanismus besteht in der Umsetzung von Chrom mit Sauerstoff und Halogenradikalen zu einer flüchtigen Chrom, Sauerstoff und das Halogen enthaltenen Verbindung. Der herkömmliche Ansatz mit einer Cl₂/O₂-Gasathmosphäre scheiterte wahrscheinlich an der im Vergleich zu Chlor signifikant niedrigeren elektronenstoßinduzierten Dissoziationsrate des Sauerstoffmoleküls. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Einsatz von Verbindungen gelöst, bei denen Halogen- und Sauerstoffradikale durch elektronenstoßinduzierte Dissoziation jeweils mit einer an den Chromätzmechanismus angepassten Rate erzeugt werden. Durch den Einsatz von geeigneten Halogen- und sauerstoffhaltigen Verbindungen lässt sich in vorteilhafter Wiese das elektronenstrahlunterstützte Ätzverfahren auch für ein lokal begrenztes Entfernen von Chrom einsetzen.

Vorzugsweise werden für die Verbindungen molekulares Chlor Cl₂ und eine sauerstoffhaltige Verbindung mit einer der elektronenstoßinduzierten Dissoziationsrate des Cl₂ angepassten elektronenstoßinduzierten Dissoziationsrate vorgesehen. Damit Chrom zu der flüchtigen Verbindung Chromylchlorid CrO₂Cl₂ umgewandelt werden kann, sollten Sauerstoff- und Chlorradikale in einem ähnlichen Maße, oder aber mehr Sauerstoff- als Chlorradikale vorhanden sein. Dies wird erreicht durch die Wahl einer sauerstoffhaltigen Verbindung mit einer an die Dissoziationsrate des Cl₂ nach unten angepassten Dissoziationsrate.

Vorzugsweise werden für die sauerstoffhaltige Verbindung Wasser H₂O oder Stickstoffoxide N_xO_yeingesetzt.

In vorteilhafter Weise wird für die sauerstoffhaltige Verbindung Di-Stickstoffoxid N₂O eingesetzt. N₂O ist im Vergleich zu molekularem Sauerstoff leichter dissoziierbar.

In der Gasatmosphäre werden Cl₂ und N₂O vorzugsweise in einem Verhältnis in einem Bereich zwischen 10:1 bis 1:10 vorgesehen. Der Gasdruck wird dabei in einem Bereich zwischen 10^–4 bis 10^–8 mbar vorgesehen.

Vorzugsweise werden für die Verbindungen Cl₂ und Chloroxide Cl_xO_y, oder Cl₂ und Chlorsäuren HClO_X vorgesehen.

Vorzugsweise wird in der Gasatmosphäre eine chlor- und sauerstoffhaltige Verbindung vorgesehen.

Vorzugsweise wird für die Verbindung ein Chloroxid Cl_xO_y oder eine Chlorsäure HClO_x vorgesehen.

Es wird ein Verfahren zur Reparatur von durch lokal begrenzte Chromreste auf transparenten Bereichen verursachten Defekten auf Masken zur Verfügung gestellt. Die Masken für eine lithographische Abbildung einer Struktur von der Maske auf einen Halbleiterwafer sind mit den die Struktur ausbildenden transparenten und aus Chrom vorgesehenen opaken Bereichen vorgesehen. Erfindungsgemäß entsprechen die lokal begrenzten Chromreste dem bereits genannten Abschnitt und die transparenten Bereiche der Maske dem bereits genannten Substrat. Eine Reparatur des durch den Chromrest verursachten Defektes auf der Maske wird mittels des beschriebenen Verfahrens zum Ätzen des Abschnittes einer Chromschicht durchgeführt. Der Vorteil bei diesem Verfahren zur Reparatur von Masken besteht darin, dass mikroskopisch kleine Chromreste lokal streng begrenzt und selektiv zum darunter liegenden transparenten Bereich der Maske entfernt werden können. Außerdem werden bei diesem Verfahren Schädigungen, die durch Implantation von energiereichen Ionen im transparenten Bereich verursacht werden, vermieden. Im Vergleich zu herkömmlichen Reparaturverfahren mittels eines Galliumionenstrahles wird die Reparaturausbeute mit Hilfe des elektronenstrahlunterstützten Ätzverfahrens deutlich erhöht. Da die Herstellung von Masken technisch sehr aufwändig vund kostenintensiv ist, bedeutet der Einsatz des elektronenstrahlunterstützten Ätzverfahrens bei der Maskenreparatur im Hinblick auf durch Chromreste verursachte Defekte eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figur erläutert. Es zeigt:
1 ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum erfindungsgemäßen Ätzen einer Chromschicht.
In der 1 ist ein Substrat 1 auf dem eine Chromschicht 2 mit einem zu entfernenden Abschnitt 3 angeordnet ist, dargestellt. Auf den Abschnitt 3 wird ein Elektronenstrahl 6, der in einer Elektronenstrahlkanone 5 mittels elektromagnetischer Felder fokussiert wird, gerichtet. In der Nähe des Elektronenstrahls 6 befindet sich ein Gaseinlass 4. Durch den Gaseinlass 4 wird ein eine Gasatmosphäre erzeugendes Gas eingelassen. Das Gas enthält chlor- und sauerstoffhaltige Verbindungen, die im Elektronenstrahl 6 dissoziiert werden. Die chlor- und sauerstoffhaltigen Verbindungen sind so gewählt, dass Chlorradikale und Sauerstoffradikale durch elektronenstoßinduzierte Dissoziation der Verbindungen im Elektronenstrahl 6 mit einer für einen Chromätzmechanismus angepassten Rate erzeugt werden. Die durch den fokussierten Elektronen strahl 6 erzeugten Radikale reagieren mit dem Chrom des Abschnittes 3 und bilden ein flüchtiges Chromylchlorid CrO₂Cl₂. Die chemische Umsetzung von Chrom zu flüchtigem Chromylchlorid bewirkt dabei den Ätzabtrag.
Das beschriebene Verfahren zum Ätzen des Abschnittes 3 der Chromschicht 2, die auf einem Substrat 1 angeordnet ist, lässt sich besonders vorteilhaft auch zur Reparatur von photolithographischen Masken anwenden. In der Maske ist eine mittels eines photolithographischen Prozesses abzubildende Struktur durch opake und transparente Bereiche der Maske repräsentiert. Zur Herstellung der Maske wird auf ein transparentes Trägermaterial das dem Substrat 1 entspricht und ein Siliziumdioxid sein kann, eine opake Chromschicht aufgebracht und in der Weise strukturiert, dass die Maske transparente und opake Bereiche aufweist. Bei der Herstellung von Masken entstandene Defekte können unter anderem durch übrig gebliebene Chromreste auf transparenten Bereichen verursacht werden. Zum Entfernen dieser Chromreste, die dem Abschnitt 3 in der 1 entsprechen, auf den transparenten Bereichen, die dem Substrat 1 in der 1 entsprechen, eignet sich in besonderer Weise das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren. In vorteilhafter Weise wird durch den fokussierten Elektronenstrahl 6 ein Ätzangriff hoch ortsaufgelöst durchgeführt. Dies ist besonders im Zuge der sich immer weiter verkleinernden Strukturabmessungen von Bedeutung. Da der eigentliche Ätzabtrag außerdem rein chemischer Natur ist, lässt sich eine gute Selektivität zum darunter liegenden Material erreichen, was besonders bei einer Maskenreparatur, bei der die transparenten Bereiche keine Schädigung erfahren dürfen, vorteilhaft ist.

1: Substrat
2: Chromschicht
3: Abschnitt
4: Gaseinlass
5: Elektronenstrahlkanone
6: Elektronenstrahl

Claims

Verfahren zum Ätzen eines Abschnittes (3) einer auf einem Substrat (1) aufgebrachten Chromschicht (2), bei dem: – das die Chromschicht (2) tragende Substrat (1) einer ein Halogen und Sauerstoff jeweils in Verbindungen enthaltenen Gasatmosphäre ausgesetzt wird, wobei die Verbindungen so gewählt werden, dass durch elektronenstoßinduzierte Dissoziation Halogen- und Sauerstoffradikale jeweils mit einer an einen Chromätzmechanismus angepassten Rate erzeugt werden, – ein Elektronenstrahl (5) auf den zu ätzenden Abschnitt (3) gerichtet wird, – Halogenradikale und Sauerstoffradikale durch die elektronenstoßinduzierte Dissoziation der Verbindungen im Elektronenstrahl (5) mit der jeweils vorgegebenen Rate erzeugt werden und – durch die jeweils an den Chromätzmechanismus angepassten Raten Chrom mit Sauerstoff- und Halogenradikalen zu einer flüchtigen Verbindung umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – für die Verbindungen molekulares Chlor Cl₂ und eine Sauerstoffhaltige Verbindung mit einer der elektronenstoßinduzierten Dissoziationsrate des Cl₂ angepassten elektronenstoßinduzierten Dissoziationsrate vorgesehen werden und – Chrom mit Sauerstoff- und Chlorradikalen zu flüchtigem Chromylchlorid CrO₂Cl₂umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sauerstoff-haltige Verbindung Wasser H₂O, oder Stickstoffoxide N_xO_y eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sauerstoff-haltige Verbindung Distickstoffoxid N₂O eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Gasatmosphäre Cl₂ und N₂O in einem Verhältnis in einem Bereich zwischen 10:1 bis 1:10 vorgesehen werden und – der Gasdruck in einem Bereich zwischen 10^–4 bis 10^–8 mbar vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verbindungen Cl₂ und Chloroxide Cl_xO_y, oder Cl₂ und Chlorsäuren HClO_x vorgesehen werden.
Verfahren nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasatmosphäre eine Chlor- und Sauerstoff-haltige Verbindung vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dass als die Verbindung ein Chloroxid Cl_xO_y oder eine Chlorsäure HClO_x vorgesehen wird.
Verfahren zur Reparatur von durch lokal begrenzte Chromreste auf transparenten Bereichen verursachten Defekten auf Masken mit den eine Struktur ausbildenden transparenten und aus Chrom vorgesehenen opaken Bereichen für eine lithographische Abbildung der Struktur von der Maske auf einen Halbleiterwafer, dadurch gekennzeichnet, dass – der lokal begrenzte Chromrest dem Abschnitt (3) und die transparenten Bereiche dem Substrat (1) gemäß Anspruch 1 entsprechen und – der Defekt auf der Maske durch den lokal begrenzten Chromrest auf dem transparenten Bereich verursacht wird und eine Reparatur des Defektes auf der Maske mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchgeführt wird.