NL1024366C2 - Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoonfasemasker. - Google Patents

Description

Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoonfasemasker

De uitvinding heeft betrekking op een productiewerk-wijze voor een halftoonfasemasker.

In J. Electrochem. Soc. 135 (1988), pagina's 2373-2378, wordt een anisotroop reactief proces geopenbaard voor 5 het ionen-etsen van MoSi2 dat gebruik maakt van Cl2 en BC13, waarbij wordt opgemerkt dat fluorbevattende gassen en/of zuurstof kunnen worden toegevoegd aan het etsgas.

In J. Electrochem. Soc. 131 (1984), pagina's 375-380, wordt eveneens het etsen beschreven van MoSi2 door mid-10 del van verschillende chloorverbindingen die selectief werken.

Om halftoonfasemaskers te produceren wordt in de fa-severschuivingslaag, die is vervaardigd uit SixNy met een do-tering van typisch 0-20 atoomprocenten van vuurvaste metalen 15 (bijvoorbeeld Mo, Ta, ...), bijvoorbeeld een Mo-SixNy-fasever-schuivingslaag, een patroon aangebracht door middel van plasma -et sen met gebruikmaking van een masker uit chroom of chroomoxide (meestal een dubbele laag van chroom/chroomdioxi-de) of een masker van chroom of chroomoxide gecoat met resist 20 (fotoresist, röntgenstralenresist, elektronenresist of ionenlithograf ieresist ) (DE 196 32 845 Al; B.W. Smith, J. Vac.

Sci. Technol. B15 (6) (1997), pagina's 2259-2262; B.W. Smith, J. Vak. Sci. Technol. B14 (6) (1996), pagina's 3719-3723).

In dit geval is hetgeen wat van cruciaal belang is 25 voor de eigenschappen van de faseverschuiver van het masker dat het daaronder gelegen substraat uit Si02-glas bij de aanvang in slechts zeer kleine mate wordt geëtst. Dit maakt een hoge selectiviteit nodig van het plasma-etsproces. Verder moet geen dimensioneel verlies optreden tijdens de steeds 30 verder afnemende afmetingen van de kleinste details. Met andere woorden moet geen ondersnijding plaatsvinden van de fa-severschuivingslaag onder de maskerlaag uit chroom. Verder mag geen aanvangende etsing plaatsvinden van het masker uit chroom of chroomoxide.

35 Tot op heden is het slechts mogelijk geweest om of een geringe etsselectiviteit te bereiken, of om een dimensioneel verlies te accepteren. Algemeen wordt gebruik gemaakt 1024366 - 2 - van fluorbevattende gassen voor het produceren van ets-plasma’s voor deze materialen. Een hoge selectiviteit (> 3:1) wordt bereikt door het gebruik van etschemicaliën met weinig polymeer, zoals bijvoorbeeld SF6, waarbij de kathode-energie 5 (RF-voorinstelspanning) van de plasma-etser laag is.

Deze etsprocessen zijn evenwel overwegend isotroop en vertonen derhalve een geprononceerd ondersnijdingsgedrag van het masker van chroom of chroomoxide en derhalve een hoog dimensioneel verlies.

10 Ondersnijding wordt vermeden door het gebruik van etschemicaliën met een hoog polymeergehalte zoals bijvoorbeeld CHF3/02 of CF4/02 bij een hogere kathode-energie van typisch > 50 W.

Als resultaat evenwel vertonen deze processen een 15 slechte etsselectiviteit (< 2:1) met betrekking tot het Si02-substraat, waardoor het proces moeilijk is te besturen. In het geval van een excessief grote etsverwijdering van het Si02-substraat, beweegt de resulterende fasehoek van de over-gang van het Si02 naar het vuurvaste metalen SixNy zich tot 20 buiten de vereiste toleranties (C. Constantine, SFIE Vol.

3546 (1988), 88-96; J. Flumhoff, SPIE Band 4562 (2002) 694-703) .

Experimenten die gebruik maken van CF4/02/He met bijmenging van kleine hoeveelheden chloor (Cl2) hebben geresul-25 teerd in een nadelig gedrag gezien de etsaantasting van het masker van chroomoxide of chroom en een resulterende verbreding van de structuurbreedte (S.J. Choi, SPIE Band 4562 (2002), pagina's 561-570).

De combinatie van etschemicaliën met een hoog poly-30 meergehalte en etschemicaliën met een laag polymeergehalte verschaft eveneens geen adequate remedie met betrekking tot de ondersnijdingen van de chroomlaag.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een werkwijze aan te geven die kan worden gebruikt voor het pro-35 duceren van een halftoonfasemasker met een metalen fasever-schuivingslaag uit vuurvast SixNy met een hoge etsselectiviteit en zonder dimensioneel verlies.

Dit doel wordt bereikt in overeenstemming met de uitvinding door de middelen van de werkwijze volgens conclu-40 sie 1.

1024366 - 3 -

De oplossing volgens de uitvinding is gebaseerd op het gebruik van een plasma-etsmiddel dat is gebaseerd op chloor en/of waterstofchloride als het hoofdgas bij een verhoogde kathode-energie.

5 Als resultaat hiervan wordt bij een hoge etsselecti- viteit met betrekking tot Si02 ondersnijding van het masker uit chroomoxide of chroom [lacuna] een dimensioneel verlies vermeden. In tegenstelling tot plasma's die fluor bevatten reageren plasma's met chloor of waterstofchloride niet spon-10 taan met de metalen faseverschuivingslaag uit vuurvast SixNy maar in plaats daarvan uitsluitend bij toepassing van een specifieke kathode-energie groter dan 20 W, dat wil zeggen bij een specifieke minimale energie van de ionen. Een anisotropische etseigenschap wordt als resultaat hiervan be-15 reikt.

Op hetzelfde moment is hier een polymeervrij plasma aanwezig of, in het geval van maskers uit chroomoxide of chroom gecoat met een fotoresist, een plasma met laag poly-meergehalte zodat de etssnelheid van het Si02 wordt verlaagd 20 waardoor het voordeel wordt verschaft van een hoge etsselec-tiviteit (> 3:1). Bovendien wordt het masker uit chroomoxide of chroom niet aanvangend lateraal geëtst zodat dimensioneel verlies wordt vermeden. Een daaropvolgende verwijdering van de resist wordt bovendien vereenvoudigd, anders als bij poly-25 meerbevattende fluorplasma's.

Om de selectiviteit te verbeteren, alsmede de rand-vorm en de uniformiteit van het etsen, kunnen verdere gassen worden toegevoegd aan het chloorplasma, of aan het waterstof-chlorideplasma, of aan het plasma met een mengsel van chloor 30 en waterstofchoride.

De genoemde gassen bestaan primair uit inerte gassen, zoals bijvoorbeeld de edele gassen He en Ar of stikstof of bestaan uit polymeerbevattende gassen zoals bijvoorbeeld CH4 en fluorbevattende gassen zoals bijvoorbeeld SFe en water-35 stof in kleine hoeveelheden. Bovendien kan 02 in kleine hoeveelheden worden toegevoegd (ongeveer 1 volumeprocent).

Zonder of met slechts kleine toevoegingen van 02 worden bij het etsen met gebruikmaking van chloorverbindingen geen vluchtige chroomoxychlorides gevormd en chroom kan die-40 nen als een masker (hard masker) voor het etsen van de meta- 0 24366 - 4 - len faseverschuivingslaag uit vuurvast Si^Ny. De selectiviteit met betrekking tot het masker uit chroomoxide of chroom wordt zo hoog door het grotendeels weglaten van 02 dat de fotoresist ook eventueel na het etsen kan worden verwijderd van het 5 chroomoxide of het chroom, het chroomoxide of het chroom dient dan alleen als het masker.

Een verder voordeel van het proces volgens de uitvinding is dat het etsproces voor het patroneren van de metalen faseverschuivingslaag uit vuurvast SixNy kan worden uitge-10 voerd in dezelfde etsreactor als het etsproces voor het patroneren van het masker uit chroom of chroomoxide.

De volgconclusies hebben betrekking op voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding.

In overeenstemming met de voorkeursontwikkeling 15 wordt de eerste etsstap uitgevoerd in een plasma in dezelfde kamer.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling wordt zuurstof gedurende het selectief etsen toegevoegd aan het plasma, in kleine hoeveelheden van bij voorkeur 20 een volumeprocent.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling wordt ten minste een inert gas toegevoegd aan het plasma.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwik-25 keling omvat het ten minste ene inerte gas ten minste een van de edele gassen He en Ar.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling omvat het ten minste ene inerte gas stikstof.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwik-30 keling worden polymeerbevattende gassen toegevoegd aan het plasma.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling omvatten de polymeerbevattende gassen CH4.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwik-35 keling worden fluorbevattende gassen in kleine hoeveelheden toegevoegd aan het plasma.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling omvatten de fluorbevattende gassen SF6.

1024366 - 5 -

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling worden polymeerbevattende en fluorbevattende gassen in kleine hoeveelheden toegevoegd aan het plasma.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwik-5 keling omvatten de polymeerbevattende en fluorbevattende gassen CHF3.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling bestaat het masker uit een fotoresistmasker en wordt dit op het harde masker gelaten gedurende het selectief et-10 sen.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling wordt het etsen in de eerst etsstap uitgevoerd bij een tevoren bepaalde kathode-energie tussen 50 W en 300 W en bij de tweede etsstap bij een tevoren bepaalde kathode-energie 15 tussen 20 W en 100 W.

In overeenstemming met een verdere voorkeursontwikkeling wordt het etsen in de eerste etsstap uitgevoerd bij een tevoren bepaalde druk tussen 0,2 Pa en 1 Pa en in de tweede etsstap bij een tevoren bepaalde druk tussen 0,2 Pa en 20 2 Pa.

Verdere eigenschappen en voordelen van de uitvinding blijken uit de nu volgende beschrijving van een voorbeeld van een voorkeursuitvoeringsvorm waarin wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen.

25 Figuur IA toont een doorsnede door het halftoonfase- masker na belichting en ontwikkeling.

Figuur 1B toont de doorsnede door het halftoonfase-masker na het etsen van het chroom.

Figuur 1C toont de doorsnede door het halftoonfase-30 masker na het etsen van de Mo-SixNy-faseverschuivingslaag.

Figuur 1D toont een doorsnede door het halftoonfase-masker na het conventionele overetsen met SF6 van een Mo-SixNy-faseverschuivingslaag.

De Figuren IA tot 1D tonen in ieder van de gevallen 35 de doorsnede door de lagen van een maskeruitgangsproduct met een Si02-substraat 1, een Mo-SixNy-faseverschuivingslaag 2 en een dubbele laag van chroom/chroomoxide die eenvoudigheids-halve wordt aangeduid als de chroomlaag 3. Een gewenst patroon voor de productie van een halftoonfasemasker (een dun 40 gemaakt fasemasker of iets dergelijks) voor het gebruik bij 1024366 - 6 - de belichting van plakken wordt geproduceerd in de Mo-SixNy-faseverschuivingslaag 2 en de chroomlaag 3. Het patroon wordt zijnerzijds geproduceerd door belichting van het maskeruit-gangsproduct.

5 Hiertoe wordt een laag 4 bestaande uit fotoresist aangebracht op de chroomlaag 3 (bijvoorbeeld door spin-on-coating) en wordt deze in volgorde belicht, ontwikkeld en gespoeld nadat de chroomlaag 3 is geëtst teneinde de dan blootliggende gebieden van de Mo-SixNy-faseverschuivingslaag 2 te 10 verwijderen in een chloorplasma.

Figuur 1D toont het resultaat van een dergelijke werkwijze met gebruikmaking van conventionele etsgassen van laag polymeergehalte zoals SF6. Door middel van deze etsmidde-len met laag polymeergehalte wordt een hoge selectiviteit met 15 betrekking tot Si02 van meer dan 3:1 bereikt met een lage ka-thode-energie (RF-voorinstelspanning) van de plasma-etser.

Het nadeel evenwel van deze etsprocessen is dat het etsen ten minste gedeeltelijk isotropisch wordt uitgevoerd en dat uitgesproken ondersnijdingen daarom optreden in het chroommas-20 ker. Een dergelijke ondersnijding 5 wordt getoond in Figuur 1D. Deze ondersnijdingen 5 betekenen een groot dimensioneel verlies met als gevolg dat de structuur die later wordt afgeheeld op de plak met gebruikmaking van het halftoonfasemasker niet langer goed gedefinieerd is en dat daarom fouten kunnen 25 optreden op de plak: het halftoonfasemasker dat aldus wordt geproduceerd kan alleen tot op beperkte hoogte worden gebruikt .

In het geval van de plasma-etswerkwijze volgens de uitvinding voor de productie van een halftoonfasemasker, 30 wordt daarom het patroon geëtst in de Mo-SixNy-faseverschuivingslaag 2 met gebruikmaking van een chloorverbinding met een tevoren bepaalde kathode-energie van ten minste 20 W. Het plasma-etsmiddel dat is gebaseerd op chloor als hoofdgas is voldoende anisotroop, zodat ondersnijding van de chroomlaag 3 35 en dus een dimensioneel verlies wordt vermeden gedurende het etsen van de Mo-Si^-faseverschuivingslaag 2. Aangezien, in tegenstelling tot de tot op heden gebruikte fluorplasma's, de chloorplasma's niet spontaan reageren met de Mo-Si^y-faseverschuivingslaag 2, wordt in overeenstemming met de uit- 0 vinding een kathode-energie van meer dan 20 W bij de plasma- 1024366 - 7 - etsreactor ingekoppeld, dat wil zeggen dat dus de ionen op een minimale energie worden gebracht.

Het anisotrope plasma-etsen met gebruikmaking van chloorverbindingen volgens de werkwijze van de uitvinding 5 zonder polymeren stopt bij de Si02-laag 1, zodat een hoge selectiviteit (afhankelijk van de ionenenergie) wordt bereikt, aangezien het plasma een gering polymeergehalte bezit ondanks het masker 3 uit chroom dat bij dit voorbeeld nog steeds met resist 4 is gecoat.

10 Als een voorbeeld van de werkwijze volgens de uit vinding in een ICP-etsreactor wordt een aantal parameters voor het etsproces hieronder in Tabel 1 gespecificeerd.

Tabel 1

Etsgas 1 - 100 sccm* Cl2 __0 - 200 sccm He_

Kathode-energie (in- 20 - 300 W

stelenergie) _

ICP-vermogen (bron- 0 - 1000 W

vermogen)__

Druk Ongeveer 0,15 - 15 Pa __(1 - 100 mTorr)_ 15 * cmVminuut onder standaardcondities

Het etsen wordt bij het onderhavige voorbeeld uitgevoerd in twee stappen.

In een eerste stap van de plasma-etswerkwijze, voor 20 het etsen van het chroom, wordt de kathode-energie (instel-energie) ingesteld op een waarde tussen 50 en 300 W en de druk in de etskamer bedraagt bijvoorbeeld tussen 0,2 en 1 Pa.

Bij de daaropvolgende tweede stap van de plasma-etswerkwijze, voor het etsen van de Mo-SixNy-25 faseverschuivingslaag, wordt dan de kathode-energie ingesteld op een waarde tussen 20 en 100 W en de druk in de etskamer bedraagt bijvoorbeeld tussen 0,2 en 2 Pa.

Bij de eerste stap, vanwege de hogere kathode-energie, wordt een hogere anisotropie gewaarborgd gedurende 30 het etsen (de randen van de geëtste chroomstructuren worden stijler), terwijl bij de tweede stap met de lagere kathode-energie een goede selectiviteit wordt gewaarborgd gedurende 10 24366 ) - 8 - het etsen (het substraat uit kwarts wordt aanvangend slechts in minimale mate geëtst).

Zoals kan worden gezien in de Figuren IA tot 1C wordt de resist gedurende iedere etsstap dunner. Het chroom 3 5 dient dus als het eigenlijke masker voor het etsen van de Mo-SixNy-faseverschuivingslaag 2, zelfs wanneer achterblijvende resist 4 vanwege het etsen van het chroom 3 nog aanwezig is.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt aldus het anisotroop etsen mogelijk van een metalen faseverschui- 10 vingslaag uit vuurvast SixNy, zonder dimensioneel verlies, in combinatie met een hoge etsselectiviteit met betrekking tot het Si02-substraat door het gebruik van een etsmiddel op basis van chloor met een verhoogde kathode-energie.

15 1024366

Claims (15)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon-fasemasker voorzien van een Si02-substraat, een daarop liggen- 5 de vuurvaste metalen SixNy-faseverschuivingslaag (2) en een daarop liggende maskerlaag (3) uit chroomoxide of chroom, omvattende de volgende stappen: het verschaffen van een masker (4) op de laag (3) van chroomoxide of chroom; 10 het etsen in een eerste etsstap van de maskerlaag (3) uit chroomoxide of chroom met als doel het vormen van een hard masker uit de laag (3) van chroomoxide of chroom; het selectief etsen in een tweede etsstap van de vuurvaste metalen SixNy-faseverschuivingslaag (2) met gebruik- 15 making van het harde masker in een plasma met een hoofdgas dat chloor en/of waterstofchloride bevat, met een tevoren bepaalde kathode-energie van ten minste 20 W.

2. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon-fasemasker volgens conclusie 1, waarbij de eerste stap wordt 20 uitgevoerd in een plasma in dezelfde kamer.

3. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon-fasemasker volgens conclusie 1 of 2, waarbij gedurende het selectief etsen zuurstof wordt toegevoegd aan het plasma in kleine hoeveelheden van bij voorkeur 1 volumeprocent.

4. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon- fasemasker volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij ten minste een inert gas wordt toegevoegd aan het plasma.

5. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon-fasemasker volgens conclusie 1, waarbij het ten minste ene 30 inerte gas ten minste bestaat uit een van de edele gassen He en Ar.

6. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon-fasemasker volgens conclusie 4, waarbij het ten minste ene inerte gas bestaat uit stikstof.

7. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon- fasemasker volgens conclusie 1, waarbij polymeerbevattende gassen worden toegevoegd aan het plasma. 10 24366 t - 10 -

8. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon-fasemasker volgens conclusie 7, waarbij de polymeerbevattende gassen CH4 bevatten.

9. Werkwijze voor de vervaardiging van een halftoon-5 fasemasker volgens conclusie 1, waarbij fluorbevattende gassen worden toegevoegd aan het plasma in kleine hoeveelheden.

10. Werkwijze voor de vervaardiging van een half-toonfasemasker volgens conclusie 9, waarbij de fluorbevattende gassen SF6 bevatten.

11. Werkwijze voor de vervaardiging van een half- toonfasemasker volgens conclusie 1, waarbij polymeerbevattende en fluorbevattende gassen in kleine hoeveelheden worden toegevoegd aan het plasma.

12. Werkwijze voor de vervaardiging van een half- 15 toonfasemasker volgens conclusie 11, waarbij de polymeerbevattende en fluorbevattende gassen CHF3 bevatten.

13. Werkwijze voor de vervaardiging van een half-toonfasemasker volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het masker (4) bestaat uit een fotoresistmasker en 20 gedurende het selectief etsen wordt achtergelaten op het harde masker.

14. Werkwijze voor de vervaardiging van een half-toonfasemasker volgens een der voorgaande conclusies 2 tot 13, waarbij het etsen in de eerste etsstap wordt uitgevoerd 25 bij een tevoren bepaalde kathode-energie tussen 50 W en 300 W en in de tweede etsstap bij een tevoren bepaalde kathode-energie tussen 20 W en 100 W.

15. Werkwijze voor de vervaardiging van een half-toonfasemasker volgens conclusie 11, waarbij in de eerste 30 etsstap het etsen wordt uitgevoerd bij een tevoren bepaalde druk tussen 0,2 Pa en 1 Pa en in de tweede etsstap bij een tevoren bepaalde druk tussen 0,2 Pa en 2 Pa. 35 1024366