NL9000502A - Werkwijze voor het herstellen van een defect in een lithografisch masker. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het herstellen van een defect in een lithografisch masker.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het herstellen van een defect in een maskerpatroon van een lithografisch masker, waarbij het masker wordt voorzien van een lichtgevoelige laag, die onder belichting met straling van een zodanige golflengte dat deze door de laag wordt geabsorbeerd, in staat is uit een oplossing van een metaalion dit metaal af te scheiden en waarbij het masker in de oplossing wordt gebracht en ter plaatse van het defect met de straling wordt belicht.

Met name in de halfgeleidertechnologie worden dergelijke maskers gebruikt, maar ook op andere gebieden zoals LCD (liquid cristal display) vinden maskers van de hiervoor beschreven soort hun toepassing. Daarbij wordt overigens opgemerkt dat de uitvinding toegepast kan worden op ieder type masker, bijvoorbeeld ook op zogenaamde reticles, en dat ook de soort van lithografie waarvoor het masker is bedoeld, voor de toepasbaarheid van de uitvinding in beginsel niet van belang is. De uitvinding is zowel bruikbaar voor een masker voor lithografie met al dan niet zichtbaar licht als bijvoorbeeld voor een masker bedoeld voor elektronen- of röntgenlithografie. In alle gevallen omvat het masker een althans nagenoeg transparant substraat waarop een voor de te gebruiken straling, ondoorzichtig patroon is aangebracht, dat vaak uit metaal bestaat.

Bij de vervaardiging van het masker kunnen defecten ontstaan, bijvoorbeeld in de vorm van kleine openingen in het patroon die bijvoorbeeld het gevolg kunnen zijn van de aanwezigheid van stofdeeltjes. Gezien de hoge kosten die met de vervaardiging van een masker zijn gemoeid, verdient het in dat geval vaak de voorkeur dergelijke defecten te repareren in plaats van een nieuw masker te vervaardigen. De uitvinding voorziet in een dergelijke reparatiemethode.

Een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit een Nederlandse octrooiaanvrage die onder nummer 8702219 voor het publiek ter inzage is gelegd. Bij de daarin beschreven werkwijze wordt gedurende een betrekkelijk korte belichting ter plaatse van het defect een kiembeeld in de vorm van een aantal losse metaalkiemen afgezet. Vervolgens wordt het masker in een stroomloos werkende metalliseringsoplossing gebracht, waarin het kiembeeld zonder verdere belichting wordt versterkt. Daarbij slaat metaal uit de metalliseringsoplossing selectief alleen op de kiemen of reeds afgezet metaal neer. Door het masker uit de oplossing te halen, wordt de versterking beëindigd.

Bij de bekende werkwijze is het metaalbeeld echter niet volledig beperkt tot het belichte deel van het masker. Aan de rand van het kiembeeld zal, als gevolg van zijdelingse groei, ook buiten het belichte deel metaal neerslaan. Om dit tot een minimum te beperken, dient nadat voldoende metaal is afgezet, het masker zo snel mogelijk uit de metalliseringsoplossing te worden verwijderd. Het substraat moet echter niet te vroeg uit de oplossing worden verwijderd omdat dan de metaalafzetting niet lichtdicht en het defect niet volledig hersteld zal zijn. In het bijzonder indien tegelijkertijd meer defecten worden gerepareerd, waarbij onvermijdelijk als gevolg van processpreidingen het ene defect eerder volledig zal zijn hersteld dan het andere, is dit bezwaarlijk. Maar ook indien slechts een enkel defect wordt gerepareerd is een dergelijke overgroei nadelig doordat daardoor de resolutie van de reparatiemethode wordt verlaagd. Vooral in de hedendaagse LCD- en halfgeleidertechnologie waarin maskers worden toegepast met details van slechts enkele micrometer of zelfs kleiner, is dit nadelig.

Met de uitvinding wordt onder meer beoogd in een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort te voorzien, waarbij overgroei wordt tegengegaan zodat de uiteindelijke metaalafzetting althans nagenoeg geheel is gelokaliseerd op het belichte deel van het masker.

Een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort heeft volgens de uitvinding als kenmerk, dat onder voortgezette belichting ter plaatse van het defect zoveel metaal op de lichtgevoelige laag wordt afgezet dat de lichtgevoelige laag aldaar voor de straling althans nagenoeg onbereikbaar wordt.

In tegenstelling tot de bekende werkwijze wordt volgens de uitvinding nadat een kiembeeld is gevormd de belichting dus niet gestaakt, om vervolgens het kiembeeld in een stroomloos werkende metalliseringsoplossing verder te ontwikkelen, maar wordt de belichting voortgezet tot de bedoelde dikte is bereikt. Daarbij berust de uitvinding op het inzicht dat doordat gebruik wordt gemaakt van een fotochemisch proces waarbij metaaldepositie alleen plaats kan vinden indien de lichtgevoelige laag wordt belicht, nadat de bedoelde dikte is bereikt, een langere belichting en een langer verblijf in de oplossing noch in de dikte noch zijdelings enige verdere metaaldepositie tot gevolg zal hebben, zodat eventuele overgroei automatisch tot stilstand wordt gebracht. Daarbij is verder ingezien dat juist op het moment dat de lichtgevoelige laag voor de aangeboden straling onbereikbaar is geworden en de metaaldepositie stopt, de metaalafzetting de vereiste lichtdichtheid heeft verkregen. Een onnodige verdere metaaldepositie wordt zo tegengegaan, wat de resolutie van de werkwijze ten goede komt zodat ook kleine defecten van slechts enkele micrometer of kleiner nauwkeurig kunnen worden hersteld. De werkwijze volgens de uitvinding is daardoor ook bijzonder geschikt voor toepassing in de hedendaagse LCD- en halfgeleidertechnologie. Bovendien is de werkwijze minder gevoelig voor processpreidingen dan de bekende werkwijze, wat vooral van belang is indien simultaan een aantal defecten in het masker worden hersteld.

Om de hechting van de metaalafzetting aan het masker te verbeteren, wordt de belichting bij voorkeur aanvankelijk met een betrekkelijk hoge intensiteit uitgevoerd, waarna de belichting met een lagere intensiteit wordt voortgezet. Door de aanvankelijk hoge intensiteit worden op het oppervlak per oppervlakte-eenheid relatief veel metaalkiemen gevormd. De uiteindelijke metaalafzetting zal daardoor betrekkelijk veel hechtpunten met het oppervlak van het masker hebben. Door naderhand de belichtingsintensiteit te reduceren, worden thermische effecten, zoals kookverschijnselen en turbulenties, tegengegaan.

De lichtgevoelige laag kan zowel voor als na het maskerpa-troon worden aangebracht. Bij voorkeur wordt echter uitgegaan van een masker waarbij de lichtgevoelige laag onder het maskerpatroon is aangebracht. De lichtgevoelige laag bevindt zich in dat geval tussen het maskerpatroon en het substraat. Dit heeft als voordeel dat bij het herstel van een onderbreking in het maskerpatroon, het maskerpatroon zelf aan de rand van de onderbreking de lichtgevoelige laag afschermt. Als tijdens de reparatie het belichte deel van het maskeroppervlak zich buiten de onderbreking over het maskerpatroon uitstrekt, wordt aldus tegengegaan dat ook daar metaal wordt afgezet.

In het navolgende zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een tekening en een aantal uitvoeringsvoorbeelden. In de tekening toont figuur 1 een bovenaanzicht van een gedeelte van een foto-lithografisch masker; tonen figuur 2 en 3 een dwarsdoorsnede van het masker van figuur 1 respectievelijk voor en na reparatie volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; tonen figuur 4 en 5 een dwarsdoorsnede van een masker respectievelijk voor en na reparatie volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding;

De figuren zijn zuiver schematisch en niet op schaal getekend. In het bijzonder zijn ter wille van de duidelijkheid sommige dimensies sterk overdreven weergegeven.

In figuur 1 is een bovenaanzicht weergegeven van een fotolitho-grafisch masker. Het masker omvat een transparant substraat 1, vaak van kwarts, waarop een ondoorzichtig patroon 2 is aangebracht. In de figuur is voor de duidelijkheid van het patroon slechts één spoor 2 gedeeltelijk weergegeven. Voor het patroon 2 wordt vaak, zoals ook in dit geval waarin het patroon uit chroom bestaat, een metaal toegepast. De uitvinding is echter ook toepasbaar indien voor het maskerpatroon een ander materiaal, zoals bijvoorbeeld een (organo-metallische)verbinding wordt genomen.

Hoewel het spoor 2 ononderbroken had moeten zijn, bevat het een onderbreking 3 die bijvoorbeeld het gevolg is van een stofdeeltje dat zich tijdens het fabricageproces aan het oppervlak van het substraat heeft gehecht. De onderhavige uitvinding voorziet in een werkwijze waarmee een dergelijk transparant defect 3 doeltreffend en met een hoge resolutie kan worden verholpen.

Daartoe wordt het masker eerst goed gereinigd en ontvet met daarvoor gebruikelijke reinigingsmiddelen. Vervolgens wordt over het gehele oppervlak een dunne lichtgevoelige laag 4 van titaniumdioxyde aangebracht, zoals in figuur 2 is weergegeven. In plaats van titaniumdioxyde kan overigens ook een ander lichtgevoelig materiaal worden toegepast, zoals bijvoorbeeld indiumtinoxyde (ITO) wat in de LCD technologie een algemeen toegepast halfgeleidermateriaal is of zinkoxyde. In dit voorbeeld is de lichtgevoelige laag 4 opgesponnen, waardoor een zeer geringe dikte van slechts 5-20 nm kan worden verkregen.

Het masker wordt vervolgens in een oplossing 5 van goud(I)sulfietionen (Au(S03)V) gebracht, zie figuur 3, bevattende een deel van een galvanische goudoplossing (10 g/Ί, commercieel verkrijgbaar als ECF-60 geleverd door Engelhard) waaraan vier delen water, een half deel 0,2 M citroenzuur en een half deel isopropanol zijn toegevoegd. Het isopropanol in de oplossing zorgt voor een grotere afzetsnelheid van het goud. In plaats daarvan kan overigens ook een ander alcohol zoals bijvoorbeeld methanol of ethanol worden toegepast. Met het citroenzuur wordt de zuurgraad van de oplossing op pH«4,5 ingesteld, wat de afzetsnelheid verder verbetert.

Vervolgens wordt het masker ter plaatse van de onderbreking 3 belicht met UV-straling met een golflengte tussen 350 en 365 nm, waarvoor een argon-laser wordt gebruikt die met een continu vermogen van ongeveer 100 mW wordt bedreven. Het masker wordt daarbij bij voorkeur via een rechthoekig diafragma belicht, waarvan de lengte en breedte instelbaar zijn. Ook in dit voorbeeld is van een dergelijk diafragma gebruik gemaakt, waardoor op het masker een rechthoekige lichtvlek 6 wordt afgebeeld waarvan de lengte en breedte tussen 1 en 25 μτη kunnen worden gevarieerd.

De lichtgevoelige titaniumdioxydelaag 4 is in staat de aangeboden straling te absorberen onder vorming van vrije elektronen. Deze elektronen kunnen vervolgens aan het oppervlak aan de oplossing 5 worden afgegeven, waar ze de aanwezige disulfietgoudionen reduceren tot goud dat in de vorm van kiemen 7 neerslaat. Dit proces gaat door zolang de titaniumdioxydelaag 4 voor het laserlicht 6 bereikbaar is en elektronen worden vrijgemaakt. Zodra zoveel goud is neergeslagen dat het laserlicht niet meer tot de titaniumdioxydelaag 3 kan doordringen stopt het proces automatisch. Een langere belichting heeft dan noch in de dikte noch zijdelings enige verdere metaaldepositie tot gevolg waardoor overgroei is beperkt. De uitvinders hebben ingezien dat juist op dat moment de goudafzetting 7 de voor het masker vereiste lichtdichtheid heeft bereikt. Doordat de metaalafzeting uit zichzelf op het juiste moment stopt is de werkwijze volgens de uitvinding weinig kritisch en tevens bijzonder geschikt indien een aantal defecten tegelijkertijd worden gerepareerd.

Overigens wordt opgemerkt dat de belichting, die volgens de uitvinding gedurende het gehele reparatieproces wordt voortgezet, steeds een voldoende grote toestroom van elektronen naar de oplossing is verzekerd, waardoor het bij de uit de Nederlandse octrooiaanvrage Nr. 8702219 bekende werkwijze beschreven concurrente reductie van zuurstof hier niet of nauwelijks enige rol van betekenis speelt.

In figuur 4 is het gerepareerde masker in dwarsdoorsnede weergegeven. Ter plaatse van de vroegere onderbreking in het maskerpatroon 2 is goud 7 neergeslagen dat voldoende lichtdicht en kras/slijtvast is om het masker bruikbaar te maken. Daarmee zijn de kosten gespaard die anders aan de fabricage van een extra masker zouden zijn verbonden.

Hoewel de gevormde goudafzetting 7 bestand is gebleken tegen de meest gangbare maskerreinigingsmethoden en ook proeven op kras en slijtvastheid succesvol heeft doorstaan, kan de bestendigheid van het masker worden verbeterd door nadat het masker is gerepareerd althans de gerepareerde delen af te dekken met een beschermende toplaag 8. Hiervoor kan een laag worden genomen van hetzelfde materiaal als de lichtgevoelige laag 4, in dit geval titaniumdioxyde, wat het reparatieproces niet verder compliceert. Indien het masker bedoeld is voor UV-lithografie, heeft titaniumdioxyde echter als bezwaar dat het de daarbij gebruikte straling enigszins absorbeert. In dat geval kan het de voorkeur verdienen een ander materiaal, zoals bijvoorbeeld siliciumoxyde, toe te passen dat althans nagenoeg volledig transparant is voor UV-straling. De UV-absorptie blijft dan beperkt tot de lichtgevoelige laag 4 die zeer dun kan zijn. In dit voorbeeld is het masker over het gehele oppervlak voorzien van een ongeveer 5 nm dikke toplaag 8 van titaniumdioxyde. De toplaag 8 verbetert overigens niet alleen de kras en slijtvastheid van het masker maar verhoogd ook de chemische bestendigheid.

In een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgegaan van een masker waarbij de lichtgevoelige laag 4 tussen het substraat 1 en het maskerpatroon 2 is aangebracht, zie figuur 5. Het patroon 2 bevat een maskerfout in de vorm van een kleine opening 3, wat in figuur 6 in bovenaanzicht is weergegeven, die met behulp van de uitvinding zal worden hersteld.

Daartoe wordt het masker eerst grondig gereinigd en ontvet. Doordat de lichtgevoelige laag 4 reeds aanwezig is, kan het masker vervolgens direct in een metaalionen-oplossing 5 worden gebracht, zie figuur 7. In dit voorbeeld wordt daarvoor een oplossing toegepast die per liter 1 gram palladiumchloride (PdCl2), 10 ml geconcentreerd zoutzuur (ca. 37 gew.%) en 4 ml isopropanol bevat. In de oplossing bevinden zich dan tetrachloridepalladiumionen (PdCL,2'), die tot palladium kunnen worden gereduceerd.

Het patroon 2 wordt via een rechthoekig diafragma met een laser belicht, zodanig dat ter plaatse van de opening 3 een rechthoekige lichtvlek 6 wordt afgebeeld. Aldaar valt de laserstraling op de lichtgevoelige laag 4, die de straling absorbeert waarbij vrije elektronen worden gegenereerd. Aan het oppervlak worden de elektronen aan de oplossing 5 afgeven alwaar ze de aanwezige tetrachloridepalladiumionen reduceren tot palladium 7 dat ter plaatse van de opening 3 op het masker neerslaat. Zodra zoveel palladium is neergeslagen dat de lichtgevoelige laag 4 onbereikbaar is geworden voor de laserstraling stopt de palladiumdepositie automatisch. Juist op dat moment heeft de palladumafzetting 7 de voor het masker vereiste lichtdichtheid verkregen en is de maskerfout 3 hersteld.

Door de lengte en breedte van het diafragma te variëren, kunnen de dimensies van de lichtvlek 6 worden veranderd. Doordat in dit voorbeeld de lichtgevoelige laag 4 zich onder het maskerpatroon 2 bevindt, kunnen de dimensies van de lichtvlek 6 betrekkelijk grof worden ingesteld. Het maskerpatroon 2 zelf, schermt de lichtgevoelige laag 4 buiten de opening 3 voor de aangeboden straling af, zie figuur 7 en 8, zodat depositie van palladium buiten de opening 3 aldus op eenvoudige wijze wordt tegengegaan.

De belichting wordt ook in dit voorbeeld uitgevoerd met een argon-laser met een golflengte in het UV-gebied tussen 350 en 365 nm. In tegenstelling tot het vorige voorbeeld wordt de laser in dit geval echter niet op een continu vermogen bedreven. Aanvankelijk wordt een betrekkelijk hoog vermogen van bijvoorbeeld ongeveer 3 W toegepast. Door de hoge intensiteit van de laserbundel, worden dan in korte tijd zeer veel palladiumkiemen 7 ter plaatse van de opening 3 op de lichtgevoelige laag 4 afgezet. De uiteindelijke palladiumafzetting 7 heeft daardoor betrekkelijk veel hechtpunten met de lichtgevoelige laag 4, wat de krasen slijtvastheid verhoogd. Om kookverschijnselen tegen te gaan wordt na ongeveer 10 ms het laservermogen getemperd tot onder 300 mW, waarbij de palladiumdepositie op een laag niveau continueert totdat de afzetting 7 lichtdicht is. Figuur 8 geeft een dwarsdoorsnede van het masker nadat het volgens de uitvinding werd hersteld. De palladiumafzetting 7 is gebleken een bijzonder goede hechting aan het substraat te vertonen.

Hoewel de uitvinding aan de hand van bovenstaande voorbeelden is beschreven, is de uitvinding daartoe zeker niet beperkt. Voor de vakman zijn binnen het kader van de uitvinding nog vele variaties mogelijk. Zo is het mogelijk om tijdens de reparatie van het masker, het masker door het substraat te belichten. Als de lichtgevoelige laag na het maskerpatroon is aangebracht, kan dan op soortgelijke wijze als in het tweede uitvoeringsvoorbeeld, van de afschermende werking van het maskerpatroon worden gebruik gemaakt. Hierdoor behoeft de belichting minder kritisch te worden uitgevoerd.

Bovendien kan in plaats van met een laser, de belichting ook met een andere stralingsbron worden uitgevoerd, zoals bijvoorbeeld een hoge druk kwiklamp. Met behulp van lenzen en andere optische hulpmiddelen kan de straling op de opening worden gefocusseerd. De golflengte van de straling en de soort van straling wordt slechts bepaald door de toegepaste lichtgevoelige laag. Hoewel in de beschreven uitvoeringsvoorbeelden steeds een rechthoekige lichtvlek werd afgebeeld met variabele dimensies, is dat op zichzelf voor de uitvinding niet essentieel. Zo kan de uitvinding ook met een anders gevormde lichtvlek of met een lichtvlek met vaste afmetingen worden uitgevoerd.

Verder is de uitvinding niet beperkt tot de gegeven voorbeelden van metaalion oplossingen. In beginsel kan de uitvinding worden toegepast met iedere oplossing die ionen bevat van een voldoend edel metaal, zoals behalve goud en palladium bijvoorbeeld ook zilver rhodium, platina of koper.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het herstellen van een defect in een maskerpatroon van een lithografisch masker, waarbij het masker wordt voorzien van een lichtgevoelige laag, die onder belichting met straling van een zodanige golflengte dat deze door de laag wordt geabsorbeerd, in staat is uit een oplossing van een metaalion dit metaal af te scheiden en waarbij het masker in de oplossing wordt gebracht en ter plaatse van het defect met de straling wordt belicht, met het kenmerk, dat onder voortgezette belichting ter plaatse van het defect zoveel metaal op de lichtgevoelige laag wordt afgezet dat de lichtgevoelige laag aldaar voor de straling althans nagenoeg onbereikbaar wordt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lichtgevoelige laag een halfgeleidende verbinding bevat uit een groep gevormd door titaan-dioxyde, indiumtinoxyde en zinkoxyde.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de belichting aanvankelijk met een betrekkelijk hoge intensiteit wordt uitgevoerd, waarna de belichting met een lagere intensiteit wordt voortgezet.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3 met het kenmerk dat nadat het metaal is afgezet, het masker wordt bedekt met een beschermende toplaag.

5. Werkwijze volgens conclusie 4 met het kenmerk dat voor de toplaag een siliciumoxydelaag wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat wordt uitgegaan van een masker waarbij de lichtgevoelige laag onder het maskerpatroon is aangebracht.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het masker via een rechthoekig diafragma wordt belicht, waarvan de lengte en breedte instelbaar zijn.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat voor de oplossing wordt uigegaan van een oplossing die goud(I)sulfietionen of tetrachloridepalladiumionen bevat.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de oplossing een reduktiemiddel, in het bijzonder een alcohol zoals isopropanol, methanol, of ethanol, wordt toegevoegd om de afzetsnelheid van het metaal uit de oplossing te verhogen.