DE102013203995A1

DE102013203995A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit einem Teilchenstrahl

Info

Publication number: DE102013203995A1
Application number: DE102013203995.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Hofmann; Tristan Bret; Petra Spies; Nicole Auth; Michael Budach; Dajana Cujas
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-11
Anticipated expiration: 2033-03-09
Also published as: DE102013203995B4; TWI560744B; KR20140110747A; JP5896540B2; TW201438060A; US20140255831A1; KR101683959B1; JP2014174552A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit zumindest einem Teilchenstrahl. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: (a) Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht auf dem Substrat; (b) Ätzen des Substrats und/oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Gas; und/oder (c) Abscheiden von Material auf dem Substrat durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Präkursorgas; und (d) Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht von dem Substrat.

Description

1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit einem Teilchenstrahl.
2. Stand der Technik
Als Folge der wachsenden Integrationsdichte in der Halbleiterindustrie (Mooresches Gesetz) müssen Photolithographiemasken zunehmend kleinere Strukturen auf Wafern abbilden. Um die auf den Wafer abgebildeten kleinen Strukturabmessungen zu erzeugen, werden zunehmend komplexere Bearbeitungsprozesse benötigt. Diese müssen insbesondere gewährleisten, dass nicht bearbeitetes Halbleitermaterial durch die Bearbeitungsprozesse nicht unbeabsichtigt und/oder unkontrolliert verändert wird.
Auf der Photolithographieseite wird dem Trend wachsender Integrationsdichte dadurch Rechnung getragen, indem die Belichtungswellenlänge von Lithographiegeräten zu immer kleineren Wellenlängen verschoben wird. In Lithographiegeräten wird derzeit häufig ein ArF (Argonfluorid) Excimerlaser als Lichtquelle eingesetzt, der bei einer Wellenlänge von etwa 193 nm emittiert.
Gegenwärtig befinden sich Lithographiesysteme in der Entwicklung die elektromagnetische Strahlung im EUV (extremen ultravioletten) Wellenlängenbereich (im Bereich von 10 nm bis 15 nm) verwenden. Diese EUV Lithographiesysteme basieren auf einem völlig neuen Strahlführungskonzept, das ausnahmslos reflektive optische Elemente verwendet, da derzeit keine Materialien verfügbar sind, die im angegebenen EUV Bereich optisch transparent sind. Die technologischen Herausforderungen bei der Entwicklung von EUV Systemen sind enorm und riesige Entwicklungsanstrengungen sind notwendig, um diese System bis zum industriellen Einsatzreife zu bringen.
Es ist deshalb zwingend notwendig, herkömmliche Lithographiesysteme weiter zu entwickeln, um damit die Integrationsdichte in der nahen Zukunft weiter zu steigern.
Ein maßgeblicher Anteil an der Abbildung immer kleinerer Strukturen in den auf einem Wafer angeordneten Photolack kommt den photolithographischen Masken oder Belichtungsmasken zu. Mit jeder weiteren Steigerung der Integrationsdichte wird es zunehmend wichtiger, die minimale Strukturgröße der Belichtungsmasken zu verbessern.
Eine Möglichkeit dieser Herausforderung zu begegnen, ist der Einsatz von Molybdän-dotierten Siliziumnitrid- oder Siliziumoxinitrid-Schichten als Absorbermaterial auf dem Substrat einer photolithographischen Maske. Molybdän-dotierte Siliziumnitrid- oder Molybdän-dotierte Siliziumoxinitridschichten werden im Folgenden als MoSi-Schichten bezeichnet.
Die Verwendung einer MoSi-Schicht zur Definition der in den Photolack abzubildenden Strukturelemente ermöglicht es einzustellen, dass ein bestimmter Anteil der auf die MoSi-Schicht einfallenden elektromagnetischen Strahlung durch diese Schicht hindurchtritt. Die Absorption der MoSi-Schicht wird im Wesentlichen durch deren Molybdän-Gehalt bestimmt. Die Phasendifferenz der durch die MoSi-Schicht hindurchtretenden Strahlung relativ zu der durch das transparente Maskensubstrat transmittierten Strahlung wird durch eine Ätzung des Substrats der Maske und/oder durch eine entsprechende Schichtdicke der MoSi-Schicht auf 180° oder π eingestellt. Damit ermöglicht es eine MoSi-Absorberschicht in dem Photolack Strukturen mit größerem Kontrast als binäre Belichtungsmasken abzubilden. Dadurch können kleinere und komplexere Strukturen auf einem Maskensubstrat als mit herkömmlichen binären Absorberschichten auf der Basis von Metallen dargestellt werden. Eine MoSi-Absorberschicht leistet somit einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Auflösung einer Belichtungsmaske.
Aufgrund der winzigen Strukturgrößen der Absorberelemente und der extremen Anforderungen an Belichtungsmasken, können Fehler während des Maskenherstellungsprozesses nicht ausgeschlossen werden. Der Herstellungsprozess für photolithographische Masken ist hochkomplex und sehr zeitaufwändig und damit kostenintensiv. Deshalb werden Belichtungsmasken repariert, wann immer dies möglich ist.
Ein lokaler Materialabtrag von überschüssigem Material herkömmlicher Absorberschichten von Belichtungsmasken auf der Basis von Metallen, wie etwa Chrom oder Titan, erfolgt üblicherweise durch Ionenstrahl-induziertes (FIB) Sputtern oder Elektronenstrahl-induziertes Ätzen (E-BIE). Diese Prozesse sind beispielsweise in dem Artikel von T. Liang, et al.: „Progress in extreme ultraviolett mask repair using a focused ion beam“, J. Vac. Sci. Technol. B 18(6), 3216 (2000) und in der Patentschrift EP 1 664 924 B1 der Anmelderin beschrieben.
Mit der zunehmenden Verkleinerung der Strukturelemente photolithographischer Masken treten weitere Aspekte der Absorberstrukturelemente photolithographischer Masken in den Fokus, denen bisher nur eine untergeordnete Bedeutung zukam. Beispielsweise kommen der Haltbarkeit der Absorberschicht bzw. der Absorberschichten unter chemischer Reinigung und/oder der Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung wachsende Bedeutung zu. Der Molybdänanteil der MoSi-Schicht hat auf diese Eigenschaften maßgeblichen Einfluss. Dabei gilt allgemein, dass ein niedrigerer Molybdängehalt zu widerstandsfähigeren Schichten hinsichtlich deren Beständigkeit bezüglich chemischer Reinigung und UV-Bestrahlung führt. Es ist deshalb wünschenswert, den Molybdängehalt von MoSi-Schichten mit der Verkleinerung der Strukturelemente der Absorberschicht ebenfalls zu verringern.
Andererseits hat der Molybdängehalt drastische Auswirkungen auf die Reparatur von Maskenfehlern, die während des Herstellungsprozesses entstanden sind. Das lokale Abtragen überschüssigen MoSi-Absorbermaterials mit Hilfe eines Elektronenstrahls und der derzeit gebräuchlichen Ätzgase wird mit abnehmendem Molybdänanteil der MoSi-Schicht erheblich schwieriger. Dies wird im Folgenden beispielhaft an einem Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozess unter Einsatz von Xenondifluorid (XeF₂) als Ätzgas veranschaulicht.
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Substrat einer Maske von dem eine rechteckige MoSi-Schicht innerhalb weniger Minuten bis auf das Substrat geätzt wurde. Die MoSi-Schicht weist dabei einen derzeit gebräuchlichen Molybdängehalt im einstelligen Prozentbereich auf. Der Ätzprozess verursacht nur eine moderate Oberflächenrauigkeit des Substrats (dunkle Fläche) der photolithographischen Maske im Bereich der abgetragenen MoSi-Schicht. Die Fläche des Maskensubstrats außerhalb des Ätzprozesses weist keine merkliche Änderung auf.
Die 2 zeigt den Ausschnitt aus dem Substrat der Maske der 1 nach dem Ätzen einer MoSi-Schicht, die einen im Vergleich zur 1 in etwa halbierten Molybdänanteil aufwies. Der Ätzvorgang zum Entfernen der MoSi-Schicht mit geringem Molybdängehalt dauerte ein Vielfaches länger als für die MoSi-Schicht der 1. Der lang andauernde Ätzprozess erzeugt eine erhöhte Rauigkeit des Substrats um die MoSi-Schicht herum. Dies ist an der hellen Halo um die Grundfläche der MoSi-Schicht erkennbar. Überdies verursacht der Ätzprozess erhebliche Schäden des Maskensubstrats im Bereich der Grundfläche der MoSi-Schicht, die sich durch die dunklen Flecken in diesem Bereich zu erkennen geben. Die durch den Ätzprozess verursachten Substratschäden lassen die weitere Verwendung der Belichtungsmaske fraglich erscheinen.
Neben dem Molybdänanteil der MoSi-Schicht hängt deren Ätzverhalten auch ganz wesentlich vom Stickstoffanteil des MoSi-Materialsystems ab. Ein höherer Stickstoffgehalt der MoSi-Schicht erschwert den Abtrag überschüssigen MoSi-Materials wesentlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen eines Substrats anzugeben, während das Substrat und/oder eine auf dem Substrat angeordnete Schicht mit einem Teilchenstrahl bearbeitet wird, die die oben genannten Nachteile und Einschränkungen zumindest zum Teil vermeiden.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform weist das Verfahren zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit zumindest einem Teilchenstrahl die folgenden Schritte auf: (a) Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht auf dem Substrat; (b) Ätzen des Substrats und/oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Gas; und/oder (c) Abscheiden von Material auf dem Substrat durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Präkursorgas; und (d) Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht von dem Substrat.
Bei Teilchenstrahl-induzierten Bearbeitungsprozessen tritt häufig das bekannte Problem des Riverbedding auf, d.h. es wird unbeabsichtigt Material um den Bereich eines Ätz- oder Sputterprozesses abgetragen. Neben dem Teilchenstrahl hängt das Ausmaß des auftretenden Riverbedding auch von dem bzw. den zum Ätzen verwendeten Gasen ab.
Das Anbringen einer Schutzschicht um das abzutragende Material der MoSi-Schicht herum verhindert, dass ein Ätzprozess unabhängig von dessen Zeitdauer und unabhängig vom eingesetzten Ätzgas das Maskensubstrat lokal schädigen kann. Damit kann das in der 2 dargestellte Aufrauen der Oberfläche des Substrat zuverlässig vermieden werden. Ferner verhindert die Schutzschicht ebenfalls das oben angesprochene Riverbedding oder eine lokale Deposition von Material auf dem Substrat während eines Bearbeitungsprozesses.
In einem Aspekt umfasst das Anbringen der lokal begrenzten Schicht: Anbringen der Schutzschicht angrenzend an einen Teil des Substrats oder der Schicht, der bearbeitet werden soll und/oder Anbringen der Schutzschicht in einer Entfernung von der Schicht, innerhalb der Material auf dem Substrat abgeschieden werden soll.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst das Anbringen der Schutzschicht: Abscheiden einer Schutzschicht, die eine Ätzselektivität gegenüber dem Substrat von größer 1:1, bevorzugt größer 2:1, bevorzugter größer 3:1 und am meisten bevorzugt größer 5:1 aufweist.
In einem anderen Aspekt umfasst das Anbringen der Schutzschicht das Abscheiden einer Schicht durch einen Elektronenstrahl und zumindest eine volatile Metallverbindung auf dem Substrat.
Bevorzugt umfasst die volatile Metallverbindung zumindest ein Metallcarbonyl-Präkursorgas und ferner umfasst das zumindest eine Metallcarbonyl-Präkursorgas zumindest eine der folgenden Verbindungen: Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆), Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆), Vanadiumhexacarbonyl (V(CO)₆), Wolframhexacarbonyl (W(CO)₆), Nickeltetracarbonyl (Ni(CO)₄), Eisenpentacarbonyl (Fe₃(CO)₅), Rutheniumpentacarbonyl (Ru(CO)₅) und Osmiumpentacarbonyl (Os(CO)₅).
Ebenfalls bevorzugt umfasst die zumindest eine volatile Metallverbindung ein Metallfluorid und ferner umfasst ein Metallfluorid zumindest eine der folgenden Verbindungen: Wolframhexafluorid (WF₆), Molybdänhexafluorid (MoF₆), Vanadiumfluorid (VF₂, VF₃, VF₄, VF₅), und/oder Chromfluorid (CrF₂, CrF₃, CrF₄, CrF₅).
In einem anderen Aspekt umfasst die lokal begrenzte Schutzschicht eine Dicke von 0,2 nm–1000 nm, bevorzugt 0,5 nm–500 nm und am meisten bevorzugt von 1 nm–100 nm und/oder weist eine laterale Ausdehnung auf dem Substrat auf von 0,1 nm–5000 nm, bevorzugt 0,1 nm–2000 nm und am meisten bevorzugt von 0,1 nm–500 nm.
Eine lokal begrenzte Schutzschicht bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung eine Schutzschicht deren laterale Abmessungen an die Größe einer Bearbeitungsstelle angepasst sind. Eine Bearbeitungsstelle ist ein Defekt auf dem Substrat und/oder ein Defekt der auf dem Substrat angeordneten Schicht, der überschüssiges oder fehlendes Material aufweist. Neben der Größe der Bearbeitungsstelle hängen die lateralen Abmessungen der Schutzschicht von dem verwendeten Teilchenstrahl, dessen Parametern sowie des bzw. der für die Bearbeitung eingesetzten Gase ab.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Abscheiden von Material das Abscheiden von Material auf das Substrat angrenzend an die auf dem Substrat angeordnete Schicht.
In noch einem anderen Aspekt umfasst das zumindest eine Gas zumindest ein Ätzgas. Bevorzugt umfasst das zumindest eine Ätzgas Xenondifluorid (XeF₂), Schwefelhexafluorid (SF₆), Schwefeltetrafluorid (SF₄), Stickstofftrifluorid (NF₃), Phosphortrifluorid (PF₃), Stickstoffsauerstofffluorid (NOF), Molybdänhexafluorid (MoF₆), Fluorwasserstoff (HF), Triphosphortristickstoffhexafluorid (P₃N₃F₆) oder eine Kombination dieser Gase.
Nach einem günstigen Aspekt umfasst das Entfernen der Schutzschicht: Richten eines Elektronenstrahls und zumindest eines zweiten Ätzgases auf die Schutzschicht, wobei das zumindest eine zweite Ätzgas eine Ätzselektivität gegenüber dem Substrat von größer 1:1, bevorzugt größer 2:1, bevorzugter größer 3:1 und am meisten bevorzugt größer 5:1 aufweist.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst das Entfernen der Schutzschicht: Richten des Elektronenstrahls und zumindest eines zweiten Ätzgases auf die Schutzschicht, wobei das zumindest eine zweite Ätzgas ein Chlor enthaltendes Gas, ein Brom enthaltendes Gas, ein Jod enthaltendes Gas und/oder ein Gas umfasst, das eine Kombination dieser Halogene enthält. Bevorzugt umfasst das zumindest eine zweite Ätzgas zumindest ein Chlor enthaltenden Gas.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Entfernen der Schutzschicht von dem Substrat durch eine nasschemische Reinigung des Substrats.
Nach einem anderen Aspekt umfasst das Substrat ein Substrat einer photolithographischen Maske und/oder die auf dem Substrat angeordnete Schicht umfasst eine Absorberschicht. Bevorzugt umfasst die Absorberschicht Mo_xSiO_yN_z, wobei 0 ≤ x ≤ 0,5, o ≤ y ≤ 2 und 0 ≤ z ≤ 4/3 sind.
Das Materialsystem Mo_xSiO_yN_z umfasst als Grenzfälle vier verschiedene Verbindungen:

(a) Molybdänsilizid für y = z = 0
(b) Siliziumnitrid oder Silizium-Stickstoff Schichtsysteme für x = y = 0
(c) Molybdän-dotiertes Siliziumoxid für z = 0.
(d) Molybdän-dotiertes Siliziumnitrid für y = 0.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das oben genannte Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 18 gelöst. In einer Ausführungsform weist das Verfahren zum Entfernen von Teilen einer Absorberschicht, die auf Teilen einer Oberfläche eines Substrats einer photolithographischen Maske angeordnet ist, wobei die Absorberschicht Mo_xSiO_yN_z umfasst, und wobei 0 ≤ x ≤ 0,5, o ≤ y ≤ 2 und 0 ≤ z ≤ 4/3 sind, den Schritt auf: Richten zumindest eines Teilchenstrahls und zumindest eines Gases auf den zumindest einen Teil der Absorberschicht, der entfernt werden soll, wobei das zumindest eine Gas zumindest ein Ätzgas und zumindest ein zweites Gas umfasst oder wobei das zumindest eine Gas zumindest ein Ätzgas und zumindest ein zweites Gas in einer Verbindung umfasst.
In der oben dargestellten Alternative eines Abtragprozesses überschüssigen MoSi-Absorbermaterials wird das Entstehen von Schäden des den Defekt umgebenden Maskensubstrats dadurch verhindert, dass der Ätzprozess durch Zugabe eines zweiten Gases beschleunigt wird oder der Ätzprozess auf dem Substratmaterial verlangsamt wird. Alternativ können beide Ätzraten verlangsamt werden, wobei jedoch die Ätzrate auf dem Substrat deutlich stärker verlangsamt wird als die Ätzrate des Mo-Si-Materials, sodass insgesamt die Auswirkung von Sekundärteilchen auf das Substrat begrenzt wird. Das zweite Gas bzw. dessen Zusammensetzung kann auf die Materialzusammensetzung der jeweiligen MoSi-Schicht abgestimmt werden.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt weist das Ändern eines Verhältnisses von Gasmengenströmen des zumindest einen Ätzgases und des zumindest einen zweiten Gases auf, während einer Zeitspanne des Richtens des zumindest einen Teilchenstrahls und des zumindest einen Gases auf den zumindest einen Teil der Absorberschicht, der entfernt werden soll. Bevorzugt wird die Zusammensetzung des zumindest einen zweiten Gases vor Erreichen einer Schichtgrenze zwischen der Absorberschicht und dem Substrat geändert.
In einem anderen Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas ein Gas, das Ammoniak bereitstellt. Bevorzugt umfasst das zumindest eine Ammoniak bereitstellende Gas Ammoniak (NH₃), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Ammoniumcarbonat ((NH₄)₂CO₃), Diimin (N₂H₂), Hydrazin (N₂H₄), Hydrogennitrat (HNO₃), Ammoniumhydrogencarbonat (NH₄HCO₃), und/oder Diammoniakcarbonat ((NH₃)₂CO₃).
Gemäß einem weiteren Aspekt wird das zumindest eine Ätzgas und das zumindest eine Ammoniak bereitstellende Gas in einer Verbindung bereitgestellt und die Verbindung umfasst Trifluoracetamid (CF₂CONH₂), Triethylamintrihydrofluorid ((C₂H₅)₃N·3HF), Ammoniumfluorid (NH₄F), Ammoniumdifluorid (NH₄F₂), und/oder Tetramminkupfersulfat (CuSO₄·(NH₃)₄).
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas zumindest Wasserdampf.
In einem vorteilhaften Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas ein Ammoniak bereitstellendes Gas und Wasserdampf.
Nach einem günstigen Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas zumindest ein Metallpräkursorgas, und das zumindest eine Metallpräkursorgas umfasst eine der folgenden Verbindungen: Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆), Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆), Vanadiumhexacarbonyl (V(CO)₆), Wolframhexacarbonyl (W(CO)₆), Nickeltetracarbonyl (Ni(CO)₄), Eisenpentacarbonyl (Fe₃(CO)₅), Rutheniumpentacarbonyl (Ru(CO)₅) und/oder Osmiumpentacarbonyl (Os(CO)₅).
In einem vorteilhaften Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas zumindest ein Metallcarbonyl und Wasserdampf und/oder zumindest ein Ammoniak bereitstellendes Gas.
Nach einem bevorzugten Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas Sauerstoff, Stickstoff und/oder zumindest eine Stickstoffsauerstoffverbindung. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas Sauerstoff, Stickstoff und/oder zumindest eine Stickstoffsauerstoffverbindung und ein Ammoniak bereitstellendes Gas. Nach einem anderen Aspekt umfasst das zumindest eine zweite Gas Sauerstoff, Stickstoff und/oder zumindest eine Stickstoffsauerstoffverbindung und Wasserdampf.
In noch einem anderen Aspekt umfasst das Richten des zumindest einen zweiten Gases auf den Teil der Absorberschicht, der entfernt werden soll, das Aktivieren des Sauerstoffs, des Stickstoffs und/oder der zumindest einen Stickstoffsauerstoffverbindung mit einer Aktivierungsquelle.
Stickstoffoxid (NO) Radikale können zu einer Verstärkung der oberflächlichen Oxidation von Siliziumnitrid führen. Dadurch lässt sich die Ätzrate mit Fluor-basierten Reagenzien deutlich beschleunigen (vgl. Kastenmeier et al.: „Chemical dry etching of silicon nitride and silicon dioxide using CF4/O2/N2 gas mixtures", J. Vac. Sci. Technol. A (14(5), S. 2802–2813, Sep/Aug 1996).
Gemäß einem günstigen Aspekt weist ein Verfahren zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit zumindest einem Teilchenstrahl die folgenden Schritte auf: (a) Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht auf dem Substrat; (b) Ätzen des Substrats und/oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Gas; und/oder (c) Abscheiden von Material auf dem Substrat durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Präkursorgas; und (d) Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht von dem Substrat. Ferner umfasst dieses Verfahren das Ausführen zumindest eines Schrittes nach einem der oben angegeben Aspekte.
Die Kombination aus Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht und Einsatz eines Gases, das sich aus einem Ätzgas und einem zweiten Gas zusammensetzt, macht es möglich, durch das Einstellen von zwei unabhängigen Parametern einerseits das einen Defekt umgebende Maskensubstrat und andererseits die Fläche des Substrats unterhalb des Defekts vor Beschädigungen durch den Bearbeitungsprozess der Absorberschicht zu schützen. Dabei erlaubt das zweite Gas das Optimieren des Ätzprozesses, ohne mögliche Beschädigungen des Substrats um den Defekt in Betracht ziehen zu müssen. Somit kann das zweite Gas, ohne einen Kompromiss eingehen zu müssen, ausschließlich zur Optimierung des Ätzprozesses und zur Vermeidung von Substratschäden unterhalb des Defekts gewählt werden.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst das Substrat der photolithographischen Maske ein im ultravioletten Wellenlängenbereich transparentes Material, und/oder umfasst der Teilchenstrahl einen Elektronenstrahl. Neben einem Elektronenstrahl ist ebenfalls ein Ionenstrahl günstig., Bevorzugt sind dabei Ionenstrahlen, die mit Hilfe einer Gasfeld-Ionenquelle (gas field ion source (GFIS)) und einem Edelgas, wie etwa Helium (He), Neon (Ne) Argon (Ar), Krypton (Kr) und/oder Xenon (Xe) erzeugt wurden.
Die Anwendung der oben definierten Verfahren ist nicht auf ein Substrat einer photolithographischen Maske eingeschränkt. Vielmehr können damit alle Halbleitermaterialien während eines Bearbeitungsschritts und/oder während einer Korrektur von lokalen Defekten zuverlässig geschützt werden. Darüber hinaus kann eine lokal begrenze Schutzschutz generell zum Schützen irgendeines Materials, sei es ein Isolator, ein Halbleiter, ein Metall oder eine metallische Verbindung während eines Teilchenstrahl-induzierten lokalen Bearbeitungsprozesses des Materials eingesetzt werden. Schließlich können die oben diskutierten Verfahren auch zum Beheben von Defekten von reflektiven Masken für den extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich eingesetzt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit zumindest einem Teilchenstrahl, die aufweist: (a) Mittel zum Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht auf dem Substrat; (b) Mittel zum Ätzen des Substrats und/oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Gas; und/oder (c) Mittel zum Abscheiden von Material auf dem Substrat durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Prälursorgas; und (d) Mittel zum Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht von dem Substrat.
Nach noch einem anderen Aspekt ist die Vorrichtung ausgebildet, ein Verfahren nach einem der oben angegebenen Aspekte auszuführen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt weist die Vorrichtung ferner Mittel zum Erzeugen eines zweiten Teilchenstrahls auf zum Anregen von Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffsauerstoffverbindung.
4. Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
1 einen Ausschnitt aus einer Aufsicht auf ein Substrat einer Maske zeigt, von dem eine MoSi-Schicht abgetragen wurde, deren Molybdängehalt im einstelligen Prozentbereich lag;
2 einen Ausschnitt aus einer Aufsicht auf ein Substrat einer Belichtungsmaske darstellt, von dem eine MoSi-Schicht geätzt wurde, deren Molybdängehalt etwa halb so groß wie in der 1 war;
3 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Korrigieren von Absorberdefekten photolithographischer Masken darstellt;
4 eine schematische Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Streifenstruktur aus Absorbermaterial zeigt, bei der ein Streifen einen Defekt aufweist, bei dem überschüssiges Absorbermaterial abgelagert wurde;
5 schematisch das Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht für den Defekt der 4 darstellt;
6 schematisch das Ätzen des Defekts der 5 mit einem Elektronenstrahl und einem Ätzgas wiedergibt;
7 schematisch das Ätzen des Defekts der 5 mit einem Elektronenstrahl, einem Ätzgas und einem Ammoniak bereitstellenden Gas illustriert;
8 einen Ausschnitt einer Maske repräsentiert, von der eine rechteckige MoSi-Schicht mit niedrigem Molybdängehalt mit Hilfe eines Elektronenstrahls, XeF₂ als Ätzgas und Ammoniumhydroxid (NH₄OH) entfernt wurde;
9 schematisch das Ätzen des Defekts der 5 mit einem Elektronenstrahl, einem Ätzgas, einem Ammoniak bereitstellenden Gas und Wasserdampf veranschaulicht;
10 schematisch das Ätzen des Defekts der 5 mit einem Elektronenstrahl, einem Ätzgas, einem Ammoniak bereitstellenden Gas und Stickstoffmonoxid Radikalen repräsentiert;
11 schematisch das Ätzen des Defekts der 5 mit einem Elektronenstrahl, einem Ätzgas, einem Metallcarbonyl einem Ammoniak bereitstellendes Gas und/oder Wasser wiedergibt;
12 die 7 und 9 bis 11 nach Abschluss des Entfernens des Defekts der 5 zeigt;
13 schematisch einen Ätzprozess zum Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht der 12 wiedergibt;
14 schematisch den Ausschnitt der Maske der 13 nach dem Entfernen der Schutzschicht darstellt;
15 eine schematische Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Streifenstruktur aus Absorbermaterial zeigt, bei der ein Streifen einen Defekt fehlenden Absorbermaterials aufweist;
16 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung einer photolithographischen Maske während des Aufbringens einer lokal begrenzten Schutzschicht präsentiert;
17 den Schnitt durch die Maske der 16 während eines Abscheidevorgangs von fehlendem Absorbermaterial zeigt;
18 den Schnitt durch die Maske der 17 während des Entfernens der lokal begrenzten Schutzschicht; und
19 den Schnitt durch die Maske der 18 nach dem Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht angibt.
5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung genauer erläutert. Diese werden am Beispiel der Bearbeitung von Defekten photolithographischer Masken ausgeführt. Die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind jedoch nicht auf die Anwendung auf photolithographische Masken eingeschränkt. Vielmehr können diese zur Bearbeitung von Halbleitermaterialien während des Herstellungsprozesses und/oder eines Reparaturprozesses eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, eine lokal begrenzte Schutzschicht zum Schützen beliebiger Materialien während einer lokalen Bearbeitung mit einem Teilchenstrahl einzusetzen.
Die 3 zeigt im Schnitt eine schematische Darstellung von bevorzugten Komponenten einer Vorrichtung 1000, die verwendet werden kann, um lokale Defekte einer Absorberstruktur einer Maske zu reparieren und gleichzeitig ein Substrat der Maske vor Schäden während eines Reparaturvorgangs zu bewahren. Die beispielhafte Vorrichtung 1000 der 3 ist ein modifiziertes Rasterelektronenmikroskop (SEM). Eine Elektronenkanone 1018 erzeugt einen Elektronenstrahl 1027 und die Strahlformenden und Strahl-abbildenden Elemente 1020 und 1025 richten den fokussierten Elektronenstrahl 1027 auf entweder das Substrat 1010 einer Belichtungsmaske 1002 oder auf ein Element der auf der Oberfläche 1015 angeordneten Absorberstruktur (in 3 nicht dargestellt).
Das Substrat 1010 der Maske 1002 ist auf einem Probentisch 1005 angeordnet. Der Probentisch 1005 umfasst eine Verschiebeeinheit – die in der 3 nicht dargestellt ist – mit deren Hilfe die Maske 1002 in einer Ebene senkrecht zum Elektronenstrahl 1027 verschoben werden kann, so dass der Defekt der Absorberstruktur der Maske 1002 unter dem Elektronenstrahl 1027 zu liegen kommt. Der Probentisch 1010 kann ferner ein oder mehrere Elemente beinhalten, mittels derer die Temperatur des Substrats 1010 der Maske 1002 auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt und kontrolliert werden kann (in der 3 nicht eingezeichnet).
Die beispielhafte Vorrichtung 1000 in der 3 verwendet als Teilchenstrahl einen Elektronenstrahl 1027. Ein Elektronenstrahl 1027 kann auf einen kleinen Fleck mit einem Durchmesser < 10 nm auf der Oberfläche 1015 der Maske 1002 fokussiert werden. Die Energie der auf Oberfläche 1015 des Substrats 1010 oder ein Element der Absorberstruktur einfallenden Elektronen kann über einen großen Energiebereich (von einigen eV bis zu etwa 50 keV) variiert werden. Aufgrund ihrer geringen Masse erzeugen die Elektronen beim Auftreffen auf die Oberfläche 1015 des Substrats 1010 keine nennenswerten Schäden der Substratoberfläche 1015.
Die Anwendung der in dieser Anmeldung definierten Verfahren ist nicht auf den Einsatz eines Elektronenstrahls 1027 beschränkt. Vielmehr kann jeder Teilchenstrahl benutzt werden, der in der Lage ist, eine lokale chemische Reaktion eines Präkursorgases an der Stelle zu induzieren, an der der Teilchenstrahl auf die Maske 1002 auftrifft und ein entsprechendes Gas bereitgestellt wird. Beispiele alternativer Teilchenstrahlen sind: Ionenstrahlen, Atomstrahlen, Molekülstrahlen und/oder Photonenstrahlen.
Es ist ferner möglich, zwei oder mehrere Teilchenstrahlen parallel einzusetzen. In der in der 3 beispielhaft dargestellten Vorrichtung 1000 ist ein Lasersystem 1080 eingebaut, das einen Laserstrahl 1082 erzeugt. Damit erlaubt die Vorrichtung 1000 gleichzeitig einen Elektronenstrahl 1027 in Kombination mit einem Photonenstrahl 1082 auf die Maske 1002 anzuwenden. Beide Strahlen 1027 und 1082 können kontinuierlich oder in Form von Pulsen bereitgestellt werden. Überdies können die Pulse der beiden Strahlen 1027 und 1082 gleichzeitig, teilweise überlappend oder intermediär auf den Reaktionsort einwirken. Der Reaktionsort ist die Stelle, an der ein Elektronenstrahl 1027 alleine oder in Verbindung mit dem Laserstrahl 1082 eine lokale chemische Reaktion eines Präkursorgases induziert.
Der Elektronenstrahl 1027 kann zudem durch Scannen über die Oberfläche 1015 zum Aufnehmen eines Bildes der Oberfläche 1015 des Substrats 1010 der Maske 1002 eingesetzt werden. Ein Detektor 1030 für rückgestreute und/oder sekundäre Elektronen, die durch die Elektronen des einfallenden Elektronenstrahls 1027 und/oder des Laserstrahls 1082 erzeugt werden, stellt ein Signal bereit, das proportional zur Zusammensetzung des Materials des Substrats 1110 oder zur Zusammensetzung des Materials der Elemente der Absorberstruktur ist. Aus dem Bild der Oberfläche 1015 des Substrats 1010 können somit die Defekte der Absorberstrukturelemente der Maske 1002 bestimmt werden. Alternativ können Defekte der Absorberstruktur einer Maske 1002 durch Belichten eines Wafers und/oder aus der Aufnahme eines oder mehrerer Luftbilder ermittelt werden, beispielsweise mit Hilfe eines AIMS^TM.
Ein Computersystem 1040 kann anhand eines Signals des Detektors 1030 aus einem Scan des Elektronenstrahls 1027 und/oder des Laserstrahls 1082 ein Bild der Oberfläche 1015 des Substrats 1010 der Maske 1002 bestimmen. Das Computersystem 1040 kann Algorithmen enthalten, die in Hardware und/oder Software realisiert sind, die es ermöglichen, aus dem Datensignal des Detektors 1030 ein Bild der Oberfläche 1015 des Substrats 1010 der Maske 1002 zu ermitteln. Ein Bildschirm, der mit dem Computersystem 1040 verbunden ist, kann das berechnete Bild darstellen (in der 3 nicht gezeigt). Das Computersystem 1040 kann ferner die Signaldaten des Detektors 1030 und/oder das berechnete Bild speichern (ebenfalls in der 3 nicht angegeben). Das Computersystem 1040 kann ferner die Elektronenkanone 1018 und die Strahlformenden und Strahl-abbildenden Element 1020 und 1025 ebenso wie das Lasersystem 1080 steuern bzw. regeln. Zudem kann das Computersystem 1040 die Bewegung des Probentisches 1005 steuern (in der 3 nicht veranschaulicht).
Der auf die Oberfläche 1015 des Substrats 1010 der Maske 1002 auftreffende Elektronenstrahl 1027 kann die Substratoberfläche 1015 aufladen. Um den Effekt der Ladungsakkumulation durch den Elektronenstrahl 1027 zu verringern, kann eine Ionenkanone 1035 zum Bestrahlen der Substratoberfläche 1015 mit Ionen niedriger Energie eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Argonionenstrahl mit einer kinetischen Energie von einigen hundert Volt zum Neutralisieren der Substratoberfläche 1015 benutzt werden. Das Computersystem 1040 kann auch die Ionenstrahlquelle 1035 steuern.
Falls ein fokussierter Ionenstrahl anstelle des Elektronenstrahls 1027 zum Einsatz kommt, kann sich eine positive Ladungsverteilung auf der isolierenden Oberfläche 1015 des Substrats 1010 anhäufen. In diesem Fall kann ein Elektronenstrahl zum Bestrahlen der Substratoberfläche 1015 eingesetzt werden, um die positive Ladungsverteilung auf der Substratoberfläche 1015 zu verkleinern.
Zur Bearbeitung des bzw. der Defekte der auf der Oberfläche 1015 des Substrats 1010 angeordneten Absorberstruktur weist die beispielhafte Vorrichtung 1000 der 3 bevorzugt sechs verschiedene Vorratsbehälter für verschiedene Gase oder Präkusorgase auf. Der erste Vorratsbehälter 1050 speichert ein erstes Präkursorgas oder ein Depositionsgas, das im Zusammenwirken mit dem Elektronenstrahl 1027 zum Erzeugen einer Schutzschicht um den Defekt eines Absorberelements benutzt wird. Der zweite Vorratsbehälter 1055 beinhaltet ein Chlor enthaltendes Ätzgas, mit dessen Hilfe die Schutzschicht nach Abschluss des Reparaturprozesses des Absorberdefekts wieder von der Oberfläche 1015 des Substrats 1010 der Maske 1002 entfernt wird.
Der dritte Vorratsbehälter 1060 speichert ein Ätzgas, beispielsweise Xenondifluorid (XeF₂), das zum lokalen Entfernen von überschüssigem Absorbermaterials eingesetzt wird. Der vierte Speicherbehälter 1065 bevorratet ein Präkursorgas zum lokalen Abscheiden fehlenden Absorbermaterials auf die Oberfläche 1015 des Substrats 1010 der Belichtungsmaske 1002. Der fünfte 1070 und der sechste Vorratsbehälter 1075 enthalten zwei weitere verschiedene Gase, die bei Bedarf dem im dritten Behälter 1060 gespeicherten Ätzgases zugemischt werden können. Darüber hinaus erlaubt die Vorrichtung 1000 bei Bedarf weitere Vorratsbehälter und Gaszuführungen zu installieren.
Jeder Vorratsbehälter ist mit einem eigenen Ventil 1051, 1056, 1061, 1066, 1071, 1076 ausgestattet, um die Menge der pro Zeiteinheit bereitgestellten Gaspartikel oder den Gasmengenstrom am Ort des Auftreffens des Elektronenstrahls 1027 auf das Substrat 1010 der Maske 1002 zu kontrollieren. Außerdem hat jeder Vorratsbehälter 1050, 1055, 1060, 1065, 1070, 1075 seine eigene Gaszuführung 1052, 1057, 1062, 1067, 1072, 1077, die mit einer Düse nahe am Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 1027 auf das Substrat 1010 endet. Der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 1027 auf das Substrat 1010 der Maske 1002 und den Düsen der Gaszuführungen 1052, 1057, 1062, 1067, 1072, 1077 liegt im Bereich von einigen Millimetern. Die Vorrichtung 1000 der 3 erlaubt jedoch auch das Anbringen von Gaszuführungen deren Abstand zum Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 1027 kleiner als ein Millimeter ist.
In dem in der 3 dargestellten Beispiel sind die Ventile 1051, 1056, 1061, 1066, 1071, 1076 in der Nähe der Vorratsbehälter eingebaut. In einer alternativen Ausführungsform können alle oder ein Teil der Ventile 1051, 1056, 1061, 1066, 1071, 1076 in der Nähe der entsprechenden Düse angeordnet werden (in der 3 nicht gezeigt). Überdies können die Gase von zwei oder mehreren Vorratsbehältern mittels einer gemeinsamen Gaszuführung bereitgestellt werden; dies ist ebenfalls in der 3 nicht veranschaulicht.
Jeder der Vorratsbehälter kann sein eigenes Element zur individuellen Temperatureinstellung und Kontrolle aufweisen. Die Temperatureinstellung ermöglicht sowohl eine Kühlung als auch eine Heizung für jedes Gas. Zusätzlich kann jede Gaszuführung 1052, 1057, 1062, 1067, 1072, 1077 ebenfalls ein eigenes Element zur Einstellung und zur Überwachung der Bereitstellungstemperatur jedes Gases am Reaktionsort aufweisen (in der 3 ebenfalls nicht gezeigt).
Die Vorrichtung 1000 der 3 weist ein Pumpensystem auf, um das erforderliche Vakuum zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Der Druck in der Vakuumkammer 1007 beträgt vor Beginn eines Bearbeitungsprozesses typischerweise etwa 10^–5 Pa bis 2·10^–4 Pa. Der lokale Druck an Reaktionsort kann typischerweise bis auf einen Bereich um 10 Pa ansteigen.
Ein wichtiger Teil des Gasführungssystems ist die in 3 schematisch dargestellte Absaugvorrichtung 1085. Die Absaugvorrichtung 1085 in Kombination mit der Pumpe 1087 macht es möglich, dass die bei der Zerlegung eines Präkursorgas entstehenden Fragmente oder Bestandteile, die nicht für die lokale chemische Reaktion benötigt werden – wie beispielsweise Kohlenstoffmonooxid, das bei der Elektronenstrahlinduzierten Spaltung von Metallcarbonylen entsteht – im Wesentlichen am Ort des Entstehens aus der Vakuumkammer 1007 der Vorrichtung 1000 abzusaugen. Da die nicht benötigten Gasbestandteile lokal an der Stelle des Auftreffens des Elektronenstrahls 1027 und/oder des Laserstrahls 1082 auf das Substrat 1010 aus der Vakuumkammer 1007 der Vorrichtung 1000 abgepumpt werden, bevor sie sich in dieser verteilen und absetzen können, wird eine Kontamination der Vakuumkammer 1007 verhindert.
Zur Initialisierung der Ätzreaktion wird in der beispielhaften Vorrichtung 1000 der 3 vorzugsweise ausschließlich ein fokussierter Elektronenstrahl 1027 verwendet. Die Beschleunigungsspannung der Elektronen liegt in dem Bereich von 0,01 keV bis 50 keV Die Stromstärke des eingesetzten Elektronenstrahls variiert in einem Intervall zwischen 1 pA und 1 nA. Das Lasersystem 1082 stellt mit dem Laserstrahl 1082 einen zusätzlichen und/oder alternativen Energieübertragungsmechanismus bereit. Dieser kann beispielsweise das Präkursorgas oder nach der Zerlegung des Präkursorgases entstehende Bestandteile oder Fragmente selektiv anregen, um dadurch die lokalen Reparaturprozesse von Elementen der Absorberstruktur wirksam zu unterstützen.
Die 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Substrats 1110 einer Belichtungsmaske 1100. Auf einer Oberfläche 1115 des Substrats 1110 ist eine Streifenstruktur 1120, 1125 aus Absorbermaterial angebracht. Der linke Streifen 1325 weist einen Extension-Defekt 1130 aus überschüssigem Absorbermaterials auf. Die punktierte Linie 1135 zeigt die Schnittlinie des in der 5 dargestellten Schnitts oder des Querschnitts durch den Ausschnitt der Belichtungsmaske 1100 der 4.
In dem in der 5 dargestellten Beispiel weist der Defekt 1130 zufällig die gleiche Höhe wie das Absorberelement 1125 aus. Dies ist jedoch keine Voraussetzung für die Reparatur von Extensions-Defekten der Absorberstruktur 1120, 1125 der Maske 1100. Vielmehr kann der nachfolgend beschriebene Reparaturprozess Defekte korrigieren, die niedriger oder höher als die Absorberstrukurelemente 1120, 1125 sind.
In einem ersten Schritt wird eine Schutzschicht 1150 auf die Oberfläche 1115 des Substrats 1110 um den Defekt 1130 herum abgeschieden. Dies geschieht durch das Fokussieren eines Elektronenstrahls 1140 auf die Oberfläche 1115 des Substrats 1110 der Maske 1100. Der Elektronenstrahl 1140 wird über den Teil der Oberfläche 1115 gerastet, auf die die lokal begrenzte Schutzschicht 1150 aufgebracht werden soll. Parallel mit dem Elektronenstrahl 1140 wird lokal ein Präkursorgas bereitgestellt. Es kann grundsätzlich jedes Depositions-Präkursorgas verwendet werden. Volatile Metallverbindungen sind bevorzugt, da damit lokal begrenzte Schutzschichten 1150 abgeschieden werden können, die nach dem Bearbeitungsprozess wieder leicht und rückstandsfrei vom Substrat entfernt werden können. Aus der Vielzahl volatiler Metallverbindungen sind wiederum Metallcarbonyle günstig.
Eine Schutzschicht 1150 sollte gleichzeitig drei wesentliche Forderungen erfüllen: Sie sollte sich ohne großen apparativen Aufwand in definierter Form auf das Maskensubstrat 1110 aufbringen lassen. Sie muss den Bearbeitungsprozessen der MoSi-Absorberschicht im Wesentlichen widerstehen können. Schließlich sollte sich die Schutzschicht 1150 wiederum im Wesentlichen rückstandsfrei vom Substrat 1110 einer Belichtungsmaske 1100 entfernen lassen. Dabei bedeutet der Ausdruck im Wesentlichen hier wie auch an anderen Stellen der Beschreibung, eine die Funktionsfähigkeit der Maske nicht beeinträchtigende Änderung.
Wie bereits oben angesprochen, eignen sich Metallcarbonyle 1145 besonders gut zum Abscheiden einer Schutzschicht 1150. Bisher konnten die besten Ergebnisse mit dem Metallcarbonyl-Präkursorgas Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆) erzielt werden. Andere Metallcarbonyle wie beispielsweise Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆) wurden ebenfalls erfolgreich eingesetzt.
Am Ort der chemischen Reaktion, d.h. an der Stelle, an der der Elektronenstrahl 1140 auf die Oberfläche des Substrats auftritt, spaltet die Energie-übertragende Wirkung des Elektronenstrahls 1140 die Kohlenstoffmonoxid (CO)-Liganden vom zentralen Metallatom ab. Ein Teil der CO Moleküle wird von der Absaugvorrichtung 1085 vom Reaktionsort entfernt. Das Metallatom eines Präkurgasmoleküls scheidet ggf. mit einem oder mehreren CO Molekülen am Reaktionsort auf der Oberfläche 1115 des Substrats 1110 der Maske 1100 ein Deponat ab und baut dadurch die Schutzschicht 1150 auf.
Die Parameter des Elektronenstrahls 1140 während des Abscheidevorgangs hängen vom verwendeten Präkursorgas ab. Für das Beispiel des Präkursorgases Mo(CO)₆ werden gute Resultate mit einer kinetischen Energie der Elektronen im Bereich von 0,2 keV bis 5,0 keV und einer Stromstärke zwischen 0,5 pA und 100 pA erzielt. An den Fokus des Elektronenstrahls werden zum Aufbringen der Schutzschicht keine besonderen Anforderungen gestellt.
Molybdänhexacarbonyl wird in einem Gasmengenstrom von 0,01 sccm bis 5 sccm (standard cubic centimeter per minute), der durch das Ventil 1058 eingestellt und kontrolliert wird, durch die Gaszuführung 1052 an den Reaktionsort gebracht. Alternativ kann die am Reaktionsort bereitgestellte Gasmenge über die Temperatur von Mo(CO)₆ bzw. allgemeiner von Metallcarbonylen und damit über den Druck gesteuert bzw. geregelt werden.
Die Dicke der abzuscheidenden Schutzschicht 1150 hängt neben dem für die Schutzschicht 1150 verwendeten Material auch vom nachfolgenden Bearbeitungsprozess ab, gegen den die Schutzschicht 1150 die Oberfläche 1115 des Substrats schützen muss. In dem Beispiel einer aus Mo(CO)₆ abgeschiedenen Schutzschicht 1150 sollte für eine Bearbeitung des Defekts 1130 mittels eines Elektronenstrahls deren Dicke zum Schutz gegenüber einem nachfolgenden Abtrag- bzw. Ätzprozess zwischen 1 nm und 5 nm dick sein. Für einen Abscheidevorgang von Absorbermaterial sind die Anforderungen an die Schutzschicht geringer. Hier reicht es aus, wenn die Schicht frei von Nadellöchern (Pinholes) ist, so dass eine Schichtdicke im Bereich von 1 nm ausreichend ist.
Die Größe und Form der Schutzschicht 1150 kann aus den Prozessbedingungen des nachfolgenden Bearbeitungsvorgangs abgeleitet werden und durch das Rastern des Elektronenstrahls 1140 bei gleichzeitigem Vorhandensein des Metallcarbonyl-Präkursorgases 1145 über die bestimmte Oberfläche 1115 des Substrats 1110 aufgebaut werden.
Die Schutzschicht 1150 kann zwei oder mehrere Lagen aufweisen. Dabei kann die unterste Schicht, die mit der Oberfläche 1115 des Substrats 1110 in Verbindung steht, eine definierte Haftung an das Substrat 1110 vermitteln. Die zweite oder die weiteren höheren Schichten der lokal begrenzten Schutzschicht 1150 können einen definierten Widerstand gegenüber dem nachfolgenden benachbarten Bearbeitungsprozess vermitteln. Alternativ kann die Zusammensetzung der Schutzschicht 1150 über deren Dicke oder Tiefe verändert werden. Zu diesem Zweck kann neben dem Metallcarbonyl-Präkursorgas aus dem Vorratsbehälter ein zweites Präkursorgas aus beispielsweise dem sechsten Vorratsbehälter 1075 lokal am Reaktionsort angeliefert werden.
Die 6 illustriert einen beispielhaften Abtragvorgang 1200 überschüssigen Materials des Defekts 1130 mit Hilfe eines Elektronenstrahls 1240 und eines Ätzgases 1245. Im Beispiel der 6 sind die Elemente der Absorberstruktur 1120, 1125 ebenso wie der Defekt 1130 aus Mo_xSiO_yN_z, mit: 0 ≤ x ≤ 0,5, 0 ≤ y ≤ 2, 0 ≤ z ≤ 4/3; dieses Materialsystem wird im Folgenden mit MoSi abgekürzt. Der Einsatz eines Elektronenstrahls 1240 hat den Vorteil, dass ein Teilchenstrahl zum Anbringen der Schutzschicht 1150 und dem Abtragen des überschüssigen MoSi-Materials eingesetzt werden kann.
Als Ätzgas 1245 kann beispielsweise Xenondifluorid (XeF₂) eingesetzt werden. Andere Beispiele möglicher Ätzgase sind: Schwefelhexafluorid (SF₆), Schwefeltetrafluorid (SF₄), Stickstofftrifluorid (NF₃), Phosphortrifluorid (PF₃), Wolframhexafluorid (WF₆), Fluorwasserstoff (HF), Stickstoffsauerstofffluorid (NOF), Triphosphortristickstoffhexafluorid (P₃N₃F₆) oder eine Kombination dieser Ätzgase. Ferner ist es möglich, die Ätzchemie auf andere Halogene zu erweitern, wie etwa Chlor (Cl₂), Brom (Br₂), Jod (I₂) oder deren Verbindungen, beispielsweise Iodchlorid (ICl) oder Chlorwasserstoff (HCl).
Bei MoSi-Schichten, deren Molybdängehalt gering ist, gestaltet sich ein Elektronenstrahl-induzierter Ätzprozess schwierig. Falls zudem noch das MoSi-Material einen großen Stickstoffanteil aufweist, wird mit den oben angegebenen Ätzgasen 1245 und einem Elektronenstrahl 1240 nur eine sehr geringe Ätzrate erreicht. Die Sekundärelektronen 1260 wirken über eine lange Zeitspanne auf die Schutzschicht 1150 und können zu deren Beschädigung führen.
Ein wichtiger einen Ätzprozess kennzeichnenden Parameter ist die Ätzselektivität. Die Ätzselektivität ist definiert als das Verhältnis der Ätzrate eines ersten Materials, im Allgemeinen das Material, das geätzt werden soll, zur Ätzrate eines zweiten Materials, üblicherweise das Material, das nicht geätzt werden soll. Je größer dieses Verhältnis desto selektiver ist der Ätzprozess und umso einfacher ist es, geforderte Ätzergebnisse reproduzierbar zu erreichen. Auf den Ätzprozess der 6 übertragen bedeutet dies, eine große Ätzselektivität würde vorliegen, wenn der Ätzprozess das Material der MoSi-Schicht 1130 mit einer sehr viel größeren Rate als das Substrat 1110 der Maske 1100 ätzen würde. Dann würde die Kombination aus Elektronenstrahl 1240 und Ätzgas 1245 den Defekt 1130 mit großer Rate abtragen und der Prozess würde beim Erreichen der Schichtgrenze zur Oberfläche 1115 des Substrats 1110 sehr viel langsamer werden bzw. idealerweise sogar zum Stillstand kommen.
Im Beispiel der 6 liegt die Ätzselektivität im Bereich von 1:7. Dies bedeutet, der Elektronenstrahl 1240 und das Ätzgas 1245 ätzen das Substrat 1110 der Maske 1100 sehr viel schneller als das MoSi-Material des Defekts 1130. Daraus ergeben sich zumindest zwei Konsequenzen. Ohne die Schutzschicht 1150 würden schon der Beitrag der vorwärts gestreuten Elektronen 1260 zu einem Schaden im Substrat 1110 der Maske 1100 führen, der in der gleichen Größenordnung liegt wie die Dicke der abzutragenden Absorberschicht. Die Schutzschicht 1150 verhindert diesen Ätzprozess wirksam.
Die derzeit standardmäßig zum Abtragen von MoSi-Material eingesetzten Ätzgase bauen im Laufe des langwierigen Ätzprozesses eine Art Kraterlandschaft an der geätzten Oberfläche des Defekts auf. Dies ist in der 6 durch das Bezugszeichen 1242 angegeben. Beim Erreichen der Schichtgrenze zwischen Defekt 1130 und dem darunterliegenden Substrat bleibt entweder ein Teil des Defekts 1130 stehen, wenn der Ätzprozess gestoppt wird sobald der tiefste Krater des Defekts die Substratoberfläche 1115 erreicht hat oder der Ätzprozess bildet die Kraterlandschaft verstärkt in das Maskensubstrat 1110 ab, wenn der Ätzprozess erst nach dem vollständigen Entfernen des Defekts 1130 beendet wird.
Die 2 zeigt das Ergebnis das Ergebnis des Ätzprozesses der 6 für eine rechteckige MoSi-Schicht mit geringem Molybdängehalt. Der Ätzprozesses 1200 der 6 hat die Rauigkeit 1242 des Defekts 1130 in das Maskensubstrat 1110 unterhalb der MoSi-Schicht übertragen.
Durch Zugabe von Ammoniak bereitstellenden Gasen kann die Kraterbildung oder die Rauigkeit 1242 beim Ätzen von MoSi-Schichten signifikant verringert werden. Dies ist in der 7 veranschaulicht. Ein Ammoniak bereitstellendes Gas oder eine Kombination verschiedener Ammoniak bereitstellender Gase können beispielsweise im fünften oder sechsten Vorratsbehälter 1070 und/oder 1075 durch dessen Ventile 1071 und/oder 1076 kontrolliert mittels der Gaszuführungen 1072, 1077 an den Reaktionsort angeliefert werden.
Neben Ammoniak (NH₃) können auch Salmiakgeist (NH₄OH) und/oder Riechsalz ((NH₄)₂CO₃) oder ähnliche Substanzen wie etwa Ammoniakcarbonat ((NH₃)₂CO₃), Ammoniumhydrogencarbonat (NH₄HCO₃), Diimin (N₂H₂), Hydrazin (N₂H₄), Hydrogencarbonat (HNO₃) als Ammoniak bereitstellende Gase eingesetzt werden. Diese beschleunigen zum einen das Ätzen des MoSi-Absorbermaterials des Defekts 1130 leicht und verlangsamen andererseits den Ätzprozess des Substrats 1110 der Maske 1100. Bei typischen Prozessparametern des in der 7 dargestellten Ätzprozesses beträgt die Verlangsamung in etwa einen Faktor 2 und die Beschleunigung erreicht ungefähr 40 %. Damit verbessert sich die Ätzselektivität insgesamt von ungefähr 1:7 im Ätzprozess 1200 der 6 auf nunmehr 1:2,5. Damit liegt die Ätzselektivität aber immer noch im inversen Regime. Das bedeutet, der Elektronenstrahl 1440 und die Kombination der Präkursorgase 1445 ätzen das Substrat 1110 noch immer schneller als das MoSi-Material des Defekts 1130.
Durch das in der 7 dargestellte glatte Ätzverhalten des Defekts 1130 führt eine Kombination der Gase 1445 aus einem Ätzgas 1245 (XeF₂ im Beispiel der 6) und zumindest einem Ammoniak bereitstellenden Gases in Verbindung mit der im Kontext der 3 diskutierten Detektion rückgestreuter und/oder Sekundärelektronen zum Entfernen des beispielhaften Defekts 1130 innerhalb einer vorgegebenen Spezifikation.
Das Verhältnis der Gasmengenströme von Ätzgas 1245 und Ammoniak bereitstellendem Gas kann während des Ätzprozesses 1400 variiert werden. Damit kann zum einen einer sich mit der Tiefe des Defekts 1130 ändernden Zusammensetzung des MoSi-Materials Rechnung getragen werden. Zum anderen kann damit die Ätzrate des Defekts 1130 und die Rauigkeit der Substratoberfläche 1115 im Bereich des zu entfernenden Defekts 1130 optimiert werden.
Die 8 zeigt die Wirkung der Zugabe eines Ammoniak bereitstellenden Gases beim Abtragen einer MoSi-Schicht mit geringem Molybdänanteil. In dem in der 8 dargestellten Ergebnis eines Ätzprozesses 1400 wurde dem Ätzgas XeF₂ Ammoniumhydroxid (NH₄OH) zugemischt. In dem beispielhaften Korrekturprozess der 8 lag die Energie des Elektronenstrahls 1440 zwischen 0,1 keV und 5,0 keV. Die Gasmengenströme von XeF₂ und NH₄OH waren im Bereich von 0,05 sccm bis 1 sccm bzw. von 0,01 sccm bis 1 sccm.
In einer abgewandelten Prozessführung werden die Gase 1445, d.h. das Ätzgas 1245 und das Ammoniak bereitstellende Gas in einer chemischen Verbindung, d.h. in einem Gasmolekül an den Reaktionsort geliefert. Dafür können beispielsweise die Verbindungen Trifluoracetamin (CF₂CONH₂), Triethylamintrihydrofluorid ((C₂H₅)₃N·3HF), Ammoniumfluorid (NH₄F), Ammoniumdifluorid (NH₄F₂) und/oder Tetramminkurpfersulfat (CuSO₄·(NH₃)₄) eingesetzt werden. Durch den Einsatz eines Präkursorgas, das gleichzeitig ein Ätzgas und ein Ammoniak bereitstellendes Gas umfasst, wird dessen Bevorratung erleichtert. Darüber hinaus wird die Gaszuführung und Kontrolle erleichtert, da anstatt einer Mischung mehrerer Gase nur noch ein einziges Gas benötigt wird.
In dem in der 7 dargestellten Ätzprozess 1400 kann die Ätzselektivität gesteigert werden, wenn neben dem Ätzgas 1245 und einem Ammoniak bereitstellenden Gas zusätzlich Wasser oder Wasserdampf am Reaktionsort angeliefert wird. Der dadurch zustande kommende Ätzprozess 1600 ist schematisch in der 9 veranschaulicht. Die Zugabe von Wasser zu der Gasmischung 1645 führt einerseits zu einer schärferen Kante des MoSi-Absorberelements 1125 entlang des zu entfernenden Defekts 1130. Andererseits verbessert Wasserdampf erheblich die Ätzselektivität, von etwa 1:2,5 (dem Ätzprozess 1300 der 7) bis etwa 1,7:1. Damit verlässt der in der 9 dargestellte Ätzprozess den inversen Bereich. Die Steigerung der Ätzselektivität wird durch eine Verlangsamung der Ätzrate erreicht. Die Ätzrate der MoSi-Schicht des Defekts 1130 verringert sich um ungefähr einen Faktor 2, wohingegen die Ätzrate des Maskensubstrats 1115 um etwa eine Größenordnung bezüglich des Ätzprozesses 1400 der 7 verlangsamt wird.
Damit kann der Ätzprozess 1600 der 9, dessen zweites Gas 1645 eine Kombination aus drei Substanzen aufweist (Ätzgas 1245, Ammoniak bereitstellendes Gas und Wasser) zumindest prinzipiell auf die Schutzschicht 1150 verzichten. Aufgrund der ausgeprägten Neigung von Ammoniak unterstützter Prozesse zu Riverbedding ist es allerdings günstig, insbesondere dann, wenn das MoSi-Material des Defekts 1130 eine geringe Molybdänkonzentration und/oder einen hohen Stickstoffanteil aufweist, im Ätzprozess 1600 der 9 nicht auf die Schutzschicht 1150 zu verzichten.
In einer weiteren Abwandlung des Ätzprozesses der 7 wird anstelle von Wasser, Stickstoffmonoxid (NO) dem Ätzgas 1245 zugemischt. Der in der 11 dargestellte Ätzprozess 1700 verwendet als zweites Gas 1745 eine Mischung mit den Bestandteilen: Ätzgas 1245 und NO. Mit Hilfe des Elektronenstrahls 1740 und/oder mittels des Laserstrahls 1082 des Lasersystems 1080 werden am Reaktionsort die NO-Radikale angeregt. Wie bereits im dritten Teil der Beschreibung ausgeführt, vergrößern NO-Radikale die Ätzrate von Siliziumnitrid erheblich, ohne die Silizium-Sauerstoff-Verbindungen des Quarzsubstrats 1110 der Maske 1100 anzugreifen. Damit lässt sich die Selektivität des Ätzprozesses 1700 der 10 nochmals gegenüber dem Ätzprozess 1600 der 9 steigern. Dadurch kann beim Ätzprozess 1700 der 11 prinzipiell auf die Schutzschicht 1150 verzichtet werden.
In einem modifizierten Ätzprozess wird der Gasmischung 1745 neben dem Ätzgas 1245 und Stickstoffmonoxid zusätzlich ein Ammoniak bereitstellendes Gas zugemischt. Die NO-Radikale können wiederum, wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben, angeregt werden. Ob der modifizierte Ätzprozess ohne die Schutzschicht 1150 ausgeführt werden kann, hängt von den Details der Zusammensetzung des zu entfernenden MoSi-Materials ab.
In einer weiteren modifizierten Prozessführung des Ätzprozesses 1700 der 10 werden anstelle von Stickstoffmonoxid Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) am Reaktionsort bereitgestellt. Wiederum durch Bestrahlung mit Hilfe des Elektronenstrahls 1740 und/oder mittels des Laserstrahls 1082 des Lasersystems 1080 werden am Reaktionsort Stickstoff und Sauerstoff angeregt, so dass diese Elemente vorzugsweise zu NO reagieren. Der weitere Ablauf des Ätzprozesses erfolgt dann wie im vorhergehenden Abschnitt erläutert.
Wie bereits im Zusammenhang mit der 2 erläutert, verringert sich die Ätzrate einer MoSi-Schicht mit abnehmendem Molybdänanteil und damit die Selektivität des Ätzprozesses bezüglich des Substrats 1110 drastisch. Durch Zugabe eines Metallcarbonyls als Präkursorgas kann der Mangel an Metallatomen während eines Ätzprozesses ausgeglichen werden. Die 11 repräsentiert einen Ätzprozess 1800, bei dem die Gasmischung 1845 neben einem Ätzgas (XeF₂ im vorliegenden Fall) ein Metallcarbonyl aufweist.
Besonders gute Resultate, d.h. eine deutliche Beschleunigung der Ätzrate des Defekts 1130 und damit der Steigerung der Ätzselektivität konnten mit Hilfe der Metallcarbonyle Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆) und Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆) erzielt werden. Der Einsatz anderer Metallcarbonyle ist jedoch ebenfalls möglich. Ferner kann eine Kombination aus zwei oder mehreren Metallcarbonylen in der Gasmischung 1845 verwendet werden. Generell lässt sich die Ätzrate durch Erhöhung des Gasmengenstroms des bzw. der Metallcarbonyle steigern. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass Metallcarbonyle Depositionsgase sind. Dies bedeutet, dass ab einem bestimmten Gasmengenstrom des bzw. der Metallcarbonyle die Ätzrate zu sinken beginnt, da der Abscheideanteil den Anteil der Steigerung der Ätzrate zu überwiegen beginnt.
Das Verhältnis der Gasmengenströme des Ätzgases und des bzw. der Metallcarbonyle kann während des Ätzprozesses an die Zusammensetzung des MoSi-Materials des Defekts angepasst werden, um so die Ätzrate zu optimieren. Die aktuelle Zusammensetzung des geätzten Materials wird dabei mit dem Detektor 1030 der Vorrichtung 1000 der 3 aus der Energieverteilung der rückgestreuten und/oder sekundären Elektronen ermittelt.
Die Beschleunigung der Ätzrate durch Zugabe eines oder mehrerer Metallcarbonyle zu der Ätzgasmischung 1845 führt allerdings nicht zu einer Verringerung der Rauigkeit 1242 der geätzten Oberfläche. Durch Zumischen von Wasser bzw. Wasserdampf und/oder eines Ammoniak bereitstellenden Gases kann die Rauigkeit der geätzten Oberfläche drastisch reduziert werden.
Wie oben erläutert, geht die Verringerung der Rauigkeit mit einer Verlangsamung des Ätzprozesses einher. Somit sind die Verhältnisse der Gasmengenströme von Ätzgas und Metallcarbonyl einerseits und von Ätzgas und Wasser und/oder Ammoniak bereitstellendem Gas andererseits in Abhängigkeit der Zusammensetzung des MoSi-Materials des Defekts 1130 zu optimieren. Im Extremfall kommt bei falscher Dimensionierung der Verhältnisse der Gasmengenströme der Ätzprozess zum Erliegen. Sind die Gasmengenströme des bzw. der Metallcarbonyle und von Wasser bzw. des Ammoniak bereitstellenden Gases relativ zum Gasmengenstrom des Ätzgases zu hoch, überwiegt die Depositionswirkung des Metallcarbonyls die Ätzwirkung des Ätzgases.
Ähnlich wie bereits oben im Zusammenhang mit der Bereitstellung eines Ätzgases und eines zweiten Gases in einer Verbindung diskutiert, ist es auch möglich, eine Ätzgas und ein Metallatom zur Beschleunigung des Ätzprozesses in einer einzigen gasförmigen Verbindung bereitzustellen. Als beispielhafte Verbindungen werden genannt: Molybdänhexafluorid (MoF₆), Chromtetrafluorid (CrF₄) und Wolframhexafluorid (WF₆). Darüber hinaus können weitere Metallfluorid-Verbindungen zu diesem Zweck eingesetzt werden. Schließlich ist es auch möglich, andere Metallhalogen-Verbindungen zu nutzen, um neben einer Fluor-basierten Ätzchemie eine Ätzchemie auf der Basis der weiteren Halogene bereitzustellen.
Der vorteilhafte Aspekt der Kombination eines Ätzgases und eines Metallatoms in einer Verbindung ist die Vereinfachung der Vorrichtung 1000 der 3 hinsichtlich der Speicherung der entsprechenden Präkursorgase. Ferner ermöglicht die Kombination in einer Verbindung eine einfachere Prozessführung.
In einer modifizierten Prozessführung zur Erhöhung des Metallgehalts während eines Ätzprozesse einer MoSi-Schicht mit niedrigem Molybdänanteil wird das bzw. die Metallcarbonyle nicht der Gasmischung während des Ätzprozesses zugemischt. Vielmehr wird vor dem eigentlichen Ätzprozess eine dünne Metallschicht aus einem oder mehreren Metallcarbonylen auf dem Defekt 1130 abgeschieden. Während des Ätzprozesses liefert die Metallschicht die dem MoSi-Material fehlenden Metallatome.
Die Zugabe von Metallcarbonylen zu einer Gasmischung erhöht auch die Ätzrate des Quarzsubstrats 1110. Deshalb liegt ein wichtiger Vorteil des Abscheidens einer dünnen Metallschicht auf dem Defekt 1130 in der guten Lokalisierung der Metallatome während des Ätzprozesses, sodass ein Kompromiss in der Ätzselektivität vermieden werden kann. Aus diesem Grund kann bei dieser Prozessführung auf die Schutzfunktion der Schutzschicht verzichtet werden.
Nachteilig bei dieser Prozessführung ist hingegen, dass die lokale Bereitstellung von Metallatomen aus dem Metallvorrat der dünnen Schicht im Laufe des Ätzprozesses des Defekts 1130 und somit auch die Ätzrate abnehmen. Der Nachteil kann durch Ausführen des Prozesses in mehreren Schritten kompensiert werden, d.h. indem in regelmäßigen Abständen erneut eine dünne Metallschicht abgeschieden wird.
Nach Abschluss eines der in den 7, 9, 10 oder 11 dargestellten Ätzprozesse 1400, 1600, 1700 oder 1800 weist ein Schnitt 1900 durch die Maske 1100 eine Schutzschicht 1955 auf. Letztere kann durch die Einwirkung von Sekundärteilchen 1460, 1660, 1760 oder 1860 und/oder der Mischungen aus Ätzgas und zweitem Gas 1445, 1645, 1745 oder 1845 Schäden verglichen mit der Schutzschicht 1150 aufweisen. In der 12 ist dies schematisch durch eine teilweise abgetragene Schutzschicht 1955 veranschaulicht. Andererseits ist der Defekt 1130 durch einen der Ätzprozesse 1400, 1600, 1700, 1800 von der Maske 1100 entfernt worden, im Wesentlichen ohne die Oberfläche 1115 des Substrats 1110 an der Stelle des Defekts aufzurauen.
Die 13 zeigt schematisch das Entfernen einer nach Abschluss eines Ätzprozesses 1400, 1600, 1700, 1800 verbliebenen Schutzschicht 1955 der 13. Die Schutzschicht 1150, 1955 wird durch einen Ätzprozess 2000 mittels eines Elektronenstrahls 2040 und eines Ätzgases 2045 von der Oberfläche 1115 des Substrats 1110 entfernt. Generell sind zum Entfernen der Schutzschicht 1150, 1955 Ätzprozesse günstig, die eine hohe Selektivität zum Substrat 1110 aufweisen. Insofern sind Fluor-basierte Ätzgase nicht wünschenswert. Zum Entfernen der Schutzschicht 1150, 1955 haben sich Ätzgase auf der Basis der übrigen Halogene bewährt, d.h. Chlor-, Brom- und/oder Jod-basierte Ätzgase, insbesondere haben sich Chlor-basierte Ätzgase 2045 als günstig erwiesen. In dem Ätzprozess der 13 wird Nitrosylchlorid (NOCl) als Ätzgas 2045 verwendet. Mit Hilfe von NOCl kann die Schutzschicht 1955, die aus einem Metallcarbonyl abgeschieden wurde, selektiv gegenüber dem Substrat 1110 der Maske 1100 entfernt werden.
Die aus einem oder mehreren Metallcarbonylen abgeschiedene Schutzschicht 1150, 1955 weist überdies die günstige Eigenschaft auf, dass sie mit gängigen Maskenreinigungsprozessen rückstandsfrei von der Oberfläche 1115 des Substrats 1110 entfernt werden kann. Damit kann der in der 13 veranschaulichte Ätzprozess 2000 eingespart werden. Die Schutzschicht 1150, 1955 wird einfach im Rahmen eines der notwendigen Maskenreinigungsschritte entfernt.
Die 14 repräsentiert den Ausschnitt 2100 der Maske 1100 nach Abschluss des Entfernens der Schutzschicht 1150, 1955. Der beschriebene Reparaturprozess hat den Defekt 1130 überschüssigen MoSi-Materials abgetragen, ohne die Oberfläche 1115 des Substrats 1110 im Wesentlichen zu beschädigen.
Die 15 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Substrats 2210 einer photolithographischen Maske 2200. Auf der Oberfläche 2215 des Substrats 2210 ist eine Streifenstruktur 2220, 2225 aus MoSi-Absorbermaterial angebracht. Der rechte Streifen 2220 weist einen Defekt 2230 fehlenden Absorbermaterials auf. Die punktierte Linie 2235 zeigt die Schnittlinie des in der 16 dargestellten Schnitts durch den Ausschnitt der Belichtungsmaske 2200 der 16.
Wie in der 16 schematisch veranschaulicht, wird vor der Reparatur des Defekts 2230 eine Schutzschicht 2350 auf die Oberfläche 2215 des Substrats 2210 der Maske 2200 abgeschieden. Die Schutzschicht 2350 wird mittels eines Elektronenstrahls 2340 und eines oder mehrerer Metallcarbonyle oder anderer volatiler Metallverbindungen als Präkursorgas 2345 abgeschieden. Neben Metallcarbonylen können beispielsweise auch Wolframfluorid (WF₆), Molybdänfluorid (MoF₆) oder andere Metallfluoridverbindungen einsetzt werden.
Details des Anbringens einer Schutzschicht 2350 sind bereits bei der Beschreibung der 5 ausgeführt. Die Besonderheit der Schutzschicht 2350 im Vergleich mit der Schutzschicht 1150 der 5 liegt lediglich darin, dass die Schutzschicht 2350 im Bereich des Schnitts nicht an das Absorberelement 2220 angrenzend angeordnet ist, sondern vielmehr um die Grundfläche des Defekts 2230 von diesem entfernt angebracht wird.
Die 17 stellt schematisch den Abscheideprozess 2400 zur Korrektur des Defekts 2230 dar. Das Abscheiden des durch den Defekt 2230 fehlenden Absorbermaterials erfolgt durch das Anliefern eines oder mehrerer Metallcarbonyle 2445 am Defektort bzw. der Bearbeitungsstelle oder dem Reaktionsort sowie durch eine Elektronenstrahl-induzierte lokale chemische Reaktion des bzw. der Metallcarbonyle 2445 durch den Elektronenstrahl 2440. Der Elektronenstrahl 2440 spaltet das bzw. die Metallcarbonyle 2445. Ein Teil der abgespaltenen CO-Liganden oder allgemein der nichtmetallischen Bestandteile wird durch die Absaugvorrichtung 1085 vom Reaktionsort abgepumpt und das Metallzentralatom des Metallcarbonyl oder das Metallatom der Metallfluoridverbindung wird zusammen mit anderen Fragmenten auf die Grundfläche des Defekts 2230 abgelagert. Dadurch baut sich in wiederholten Scans des Elektronenstrahls 2440 über der Grundfläche des Defekts 2230 eine Schicht 2470 absorbierenden Materials auf.
Ähnlich wie in den Ätzprozessen der 6, 7 und 9 bis 11 erzeugt der Elektronenstrahl 2440 Sekundärelektronen oder allgemeiner Sekundärteilchen 2460. Diese werden zum Teil auf die Schutzschicht 2350 auftreffen und können die auf der Schutzschicht vorhandenen Metallcarbonylpartikel zerlegen und aus den Metallatomen und weiteren Fragmenten eine dünne Schicht 2480 auf der Schutzschicht 2350 abscheiden.
Ein bevorzugtes Metallcarbonyl zur Reparatur des Defekts 2230 ist Chromhexacarbonyl (Cr(CO₆). Eine Schicht absorbierenden Materials kann ebenfalls durch andere Metallcarbonyle oder durch volatile oder flüchtige Metallverbindungen aufgebaut werden, beispielsweise die oben erwähnten Metallfluoridverbindungen. Im Gegensatz zu der Schutzschicht 2350 soll die Absorberschicht 2470 möglichst gut auf der Oberfläche 2215 des Substrats 2210 der Maske 2200 haften, damit diese weder durch Reinigungsprozesse noch durch die Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung beschädigt wird und sich vom Substrat 2210 ablöst.
Die kinetische Energie der einfallenden Elektronen liegt während des in der 17 dargestellten Abscheideprozesses im Bereich von 0,1 keV bis 5,0 keV. Günstige Strahlströme umfassen einen Bereich von 0,5 pA bis 100 pA. Der Gasmengenstrom des bzw. Metallcarbonyle reicht von 0,01 sccm bis 5 sccm. Die Wiederholzeit sowie die Verweilzeit des Elektronenstrahls müssen geeignet gewählt werden, so dass die Ätzrate optimiert wird.
Die 19 repräsentiert schematisch die abgeschiedene Absorberschicht 2555 und die dünne Absorberschicht 2590 auf der Schutzschicht 2450 nach Beendigung des Abscheidevorgangs zur Reparatur des Defekts 2230. Im letzten Prozessschritt wird die Schutzschicht 2450 in einem Ätzprozess 2500 wieder von der Oberfläche 2215 des Substrats 2210 entfernt. Der Ätzprozess erfolgt, wie bereits im Kontext der 13 erläutert, mit einem Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozess, dessen Spezifika sind oben im Kontext der Diskussion der 13 erläutert. Ähnlich wie in der 13 wird im Ätzprozess 2500 der 18 Nitrosylchlorid (NOCl) als Ätzgas 2545 eingesetzt.
Analog zu der Schutzschicht 1150 der 5 kann die Schutzschicht 2350 der 18 rückstandsfrei mit üblichen Reinigungsprozessen für photolithographische Masken vom Substrat 2210 der Maske 2200 abgelöst werden.
Die 19 zeigt schließlich den Ausschnitt der Maske 2200 nach Abschluss des Entfernens der Schutzschicht 2350. Der erläuterte Korrekturprozess hat den Defekt 2350 fehlenden MoSi-Materials beseitigt, ohne die Oberfläche 2215 des Substrats 2210 der Maske 2200 im Wesentlichen zu beschädigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1664924 B1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kastenmeier et al.: „Chemical dry etching of silicon nitride and silicon dioxide using CF4/O2/N2 gas mixtures“, J. Vac. Sci. Technol. A (14(5), S. 2802–2813, Sep/Aug 1996 [0045]

Claims

Verfahren zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit zumindest einem Teilchenstrahl, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend: a. Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht auf dem Substrat; b. Ätzen des Substrats und/oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Gas; und/oder c. Abscheiden von Material auf dem Substrat durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Präkursorgas; und d. Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht von dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anbringen der lokal begrenzten Schicht umfasst: Anbringen der Schutzschicht angrenzend an einen Teil des Substrats oder der Schicht, der bearbeitet werden soll und/oder Anbringen der Schutzschicht in einer Entfernung von der Schicht, innerhalb der Material auf dem Substrat abgeschieden werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Anbringen der Schutzschicht umfasst: Abscheiden einer Schutzschicht, die eine Ätzselektivität gegenüber dem Substrat von größer 1:1, bevorzugt größer 2:1, bevorzugter größer 3:1 und am meisten bevorzugt größer 5:1 aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anbringen der Schutzschicht umfasst: Abscheiden zumindest einer Metall-enthaltenden Schicht durch einen Elektronenstrahl und zumindest eine volatile Metallverbindung auf das Substrat.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zumindest eine volatile Metallverbindung zumindest ein Metallcarbonyl-Präkursorgas umfasst und wobei das zumindest eine Metallcarbonyl-Präkursorgas zumindest eine der folgenden Verbindungen umfasst: Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆), Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆), Vanadiumhexacarbonyl (V(CO)₆), Wolframhexacarbonyl (W(CO)₆), Nickeltetracarbonyl (Ni(CO)₄), Eisenpentacarbonyl (Fe₃(CO)₅), Rutheniumpentacarbonyl (Ru(CO)₅) und Osmiumpentacarbonyl (Os(CO)₅).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zumindest eine volatile Metallverbindung ein Metallfluorid umfasst, und wobei ein Metallfluorid zumindest eine der folgenden Verbindungen umfasst: Wolframhexafluorid (WF₆), Molybdänhexafluorid (MoF₆), Vanadiumfluorid (VF₂, VF₃, VF₄, VF₅), und/oder Chromfluorid (CrF₂, CrF₃, CrF₄, CrF₅).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lokal begrenzte Schutzschicht eine Dicke von 0,2 nm–1000 nm, bevorzugt 0,5 nm–500 nm und am meisten bevorzugt von 1 nm–100 nm umfasst und/oder eine laterale Ausdehnung auf dem Substrat von 1 nm–5000 nm, bevorzugt 2 nm–2000 nm und am meisten bevorzugt von 5 nm–500 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abscheiden von Material auf dem Substrat umfasst: Abscheiden von Material auf das Substrat angrenzend an die auf dem Substrat angeordnete Schicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei das zumindest eine Gas zumindest ein Ätzgas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das zumindest eine Ätzgas Xenondifluorid (XeF₂), Schwefelhexafluorid (SF₆), Schwefeltetrafluorid (SF₄), Stickstofftrifluorid (NF₃), Phosphortrifluorid (PF₃), Wolframhexafluorid (WF₆), Molybdänhexafluorid (MoF₆), Fluorwasserstoff (HF), Stickstoffsauerstofffluorid (NOF), Triphosphortristickstoffhexafluorid (P₃N₃F₆) oder eine Kombination dieser Gase umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entfernen der Schutzschicht umfasst: Richten des Elektronenstrahls und zumindest eines zweiten Ätzgases auf die Schutzschicht, wobei das zumindest eine zweite Ätzgas eine Ätzselektivität gegenüber dem Substrat von größer 2:1, bevorzugt größer 3:1, bevorzugter größer 5:1 und am meisten bevorzugt größer 10:1 aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entfernen der Schutzschicht umfasst: Richten des Elektronenstrahls und zumindest eines zweiten Ätzgases auf die Schutzschicht, wobei das zumindest eine zweite Ätzgas ein Chlor enthaltendes Gas, ein Brom enthaltendes GAs, ein Jod enthaltendes Gas und/oder ein Gas umfasst, das eine Kombination dieser Halogene enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das zumindest eine zweite Ätzgas zumindest ein Chlor enthaltenden Gas umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Entfernen der Schutzschicht von dem Substrat durch eine nasschemische Reinigung des Substrats erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Substrat einer photolithographischen Maske umfasst und/oder die auf dem Substrat angeordnete Schicht eine Absorberschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Absorberschicht Mo_xSiO_yN_z umfasst, wobei 0 ≤ x ≤ 0,5, o ≤ y ≤ 2 und 0 ≤ z ≤ 4/3 sind.
Verfahren zum Entfernen von Teilen einer Absorberschicht, die auf Teilen einer Oberfläche eines Substrats einer photolithographischen Maske angeordnet ist, wobei die Absorberschicht Mo_xSiO_yN_z umfasst, und wobei 0 ≤ x ≤ 0,5, o ≤ y ≤ 2 und 0 ≤ z ≤ 4/3 sind, das Verfahren den Schritt aufweisend: Richten zumindest eines Teilchenstrahls und zumindest eines Gases auf den zumindest einen Teil der Absorberschicht, der entfernt werden soll, wobei das zumindest eine Gas zumindest ein Ätzgas und zumindest ein zweites Gas umfasst oder wobei das zumindest eine Gas zumindest ein Ätzgas und zumindest ein zweites Gas in einer Verbindung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner den Schritt aufweisend: Ändern eines Verhältnisses von Gasmengenströmen des zumindest einen Ätzgases und des zumindest einen zweiten Gases während einer Zeitspanne des Richtens des zumindest einen Teilchenstrahls auf den zumindest einen Teil der Absorberschicht, der entfernt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, ferner den Schritt aufweisend: Ändern der Zusammensetzung des zumindest einen zweiten Gases vor Erreichen einer Schichtgrenze zwischen der Absorberschicht und dem Substrat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, wobei das zumindest eine zweite Gas ein Gas umfasst, das Ammoniak bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das zumindest eine Ammoniak bereitstellende Gas Ammoniak (NH₃), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Ammoniumcarbonat ((NH₄)₂CO₃), Diimin (N₂H₂), Hydrazin (N₂H₄), Hydrogennitrat (HNO3), Ammoniumhydrogencarbonat (NH₄HCO₃), und/oder Diammoniakcarbonat ((NH₃)₂CO₃) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das zumindest eine Ätzgas und das zumindest eine Ammoniak bereitstellende Gas in einer Verbindung bereitgestellt wird und wobei die Verbindung Trifluoracetamid (CF₂CONH₂), Triethylamintrihydrofluorid ((C₂H₅)₃N·3HF), Ammoniumfluorid (NH₄F), Ammoniumdifluorid (NH₄F₂), und/oder Tetramminkupfersulfat (CuSO₄·(NH₃)₄) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das zumindest eine zweite Gas zumindest Wasserdampf umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das zumindest eine zweite Gas zumindest ein Ammoniak bereitstellendes Gas und Wasserdampf umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, wobei das zumindest eine zweite Gas ein Metallpräkursorgas umfasst, und wobei das zumindest eine Metallpräkursorgas zumindest eine der folgenden Verbindungen umfasst: Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆), Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆), Vanadiumhexacarbonyl (V(CO)₆), Wolframhexacarbonyl (W(CO)₆), Nickeltetracarbonyl (Ni(CO)₄), Eisenpentacarbonyl (Fe₃(CO)₅), Rutheniumpentacarbonyl (Ru(CO)₅) und Osmiumpentacarbonyl (Os(CO)₅).
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das zumindest eine zweite Gas zumindest ein Metallcarbonyl und Wasser und/oder zumindest ein Ammoniak bereitstellendes Gas umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, wobei das zumindest eine zweite Gas Sauerstoff, Stickstoff und/oder zumindest eine Stickstoffsauerstoffverbindung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das zumindest eine zweite Gas Sauerstoff, Stickstoff und/oder zumindest eine Stickstoffsauerstoffverbindung und ein Ammoniak bereitstellendes Gas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das zumindest eine zweite Gas Sauerstoff, Stickstoff und/oder zumindest eine Stickstoffsauerstoffverbindung und Wasserdampf umfasst.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Richten des zumindest einen zweiten Gases auf den Teil der Absorberschicht, der entfernt werden soll, umfasst: Aktivieren des Sauerstoffs, des Stickstoffs und/oder der zumindest einen Stickstoffsauerstoffverbindung mit einer Aktivierungsquelle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–16, weiterhin aufweisend Ausführen zumindest eines Schrittes nach einem der Ansprüche 17–30.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat der photolithographischen Maske ein im ultravioletten Wellenlängenbereich transparentes Material umfasst, und/oder wobei der Teilchenstrahl einen Elektronenstrahl umfasst.
Vorrichtung zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit zumindest einem Teilchenstrahl, aufweisend: a. Mittel zum Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht auf dem Substrat; b. Mittel zum Ätzen des Substrats und/oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Gas; und/oder c. Mittel zum Abscheiden von Material auf dem Substrat durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Präkursorgas; und c. Mittel zum Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht von dem Substrat.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Vorrichtung ferner ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–33 auszuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 33, ferner aufweisend Mittel zum Erzeugen eines zweiten Teilchenstrahls zum Anregen von Sauerstoff, Stickstoff und/oder einer Stickstoffsauerstoffverbindung.