DE10297658B4

DE10297658B4 - Verfahren und System zum Reparieren defekter Photomasken

Info

Publication number: DE10297658B4
Application number: DE10297658T
Authority: DE
Inventors: Eitan Zait; Vladimir J. Dmitriev; Sergey V. Oshemkov; Nikolay N. Guletskiy; Guy Ben-Zvi
Original assignee: Carl Zeiss SMS Ltd
Current assignee: Carl Zeiss SMS Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP2005517996A; US20050084767A1; DE10297658T5; JP4711251B2; WO2003071358A1; AU2002358960A1; US7459242B2

Abstract

Verfahren zur Änderung der optischen Eigenschaften einer Photomaske (52), die in einem Photolithographie-Prozess verwendet wird, wobei die Photomaske (52) aus einer Substratschicht (38) und einer über der Substratschicht (38) angeordneten Chromschicht (36) besteht, umfassend: Bereitstellen einer gepulsten Laserquelle (1) zum Erzeugen eines ultra-kurzen gepulsten Laserstrahls; Bereitstellen von optischen Elementen (34) zum Scannen, Führen und Fokussieren des gepulsten Laserstrahls auf eine gewünschte Zielposition; Führen des gepulsten Laserstrahls durch das Substrat und Fokussieren des Strahls auf eine zu der Chromschicht (36) benachbarte Zielposition innerhalb des Substrats; Schreiben eines diffraktiven optischen Elements (34) an der Zielposition innerhalb des Substrats, wodurch die Streueigenschaften des Substrats an der Zielposition verändert werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Reparatur von Photomasken und insbesondere auf ein Verfahren und ein System zum Reparieren defekter Photomasken unter Verwendung eines gepulsten Lasers.
Stand der Technik
Heutzutage sind wir umgeben von integrierten Schaltkreisen (IC), die in nahezu jedem Gerät, Apparat oder Zubehör enthalten sind. Im Allgemeinen bestehen ICs aus einer Vielzahl elektronischer Komponenten, die aus einem einzigen Stück Halbleitermaterial gebildet werden, aus Schichten aufgebaut sind und in einem mit dem Begriff „Photolithographie” bezeichneten Verfahren hergestellt werden.
In der Photolithographie wird ein Halbleiter-Wafer (üblicherweise aus Silizium hergestellt) zunächst mit einer (lichtempfindlichen) Photolack-Schicht belegt. Dann wird der beschichtete Wafer einem vorbestimmten Lichtmuster ausgesetzt, das durch Hindurchleiten von Licht (Laser- oder Lampenlicht) durch ein Retikel (manchmal als „Maske” bezeichnet) erhalten wird – einem Blank, üblicherweise aus Quarzglas (Quarz) oder Siliziumdioxid gefertigt, mit einem eingeätzten Muster darauf. Zuletzt wird der bestrahlte Wafer einem chemischen Entwickeln ausgesetzt – Abwaschen des Wafers, um, abhängig davon ob ein positiver oder ein negativer Photolack verwendet wurde, die belichtete (oder unbelichtete) Beschichtung zu entfernen, und Einätzen von Gräben durch die unbeschichteten Bereiche des Wafers.
Photomasken, die zur Herstellung integrierter Schaltkreise (IC) verwendet werden, sind üblicherweise aus einer Chromschicht aufgebaut, die auf Quarz oder Quarzglasplatten abgeschieden vorliegt, welche nachfolgend für einen photolithographischen Prozess strukturiert werden.
In einem photolithographischen Prozess wird ultraviolettes (UV) Licht durch das strukturierte Chrom gestrahlt und in der Photolackschicht oben auf dem Siliziumwafer ein Bild erzeugt.
Es ist essentiell, dass die Chromschicht der Maske defektfrei vorliegt, also ohne Hohlräume, kleine Lücken und ohne Kratzer, so dass im photolithographischen Prozess keine parasitären Defekte auf die Photolackschicht des Wafers gedruckt werden, weil Defekte in der Chromschicht der Photomaske schlussendlich unvermeidlich in Defekten des produzierten IC-Wafers resultieren.
Die Chromschicht liegt manchmal zusammen mit anderen Schichten vor wie z. B. Schutzschichten, Antireflexionsschichten, usw.
Die IC-Herstellung umfasst zwei verschiedene Hauptabschnitte – Front Line oder Front-End und Back-End. Der erste Abschnitt umfasst alle Druckschritte auf den Silizium-Wafern, der zweite Abschnitt umfasst die endgültige Integration in das Chip-Gehäuse insbesondere bei der „flip-chip” Technologie.
Front-End Verfahren benötigen eine Auflösung im Sub-Mikrometer-Bereich, typischerweise mit einem optischen Verkleinerungsfaktor von 1:4, wobei die Auflösung der Back-End-Masken für das Drucken von leitfähigen „bumps” bei einer optischen Vergrößerung von 1:1 normalerweise 10-mal geringer ist (oberhalb einigen Mikrometern).
Weitere, der Verwendung als IC Back-End Maske ähnliche Anwendungen, sind die lithographischen Verfahren für LCD (Flüssigkristallbildschirme) oder FPD (Flachbildschirme) sowie die dünnen magnetischen Lese-/Schreibköpfe in Diskettenlaufwerken von PC's.
Die Inhomogenität einiger Maskenschritte, wie z. B. der Durchmesser von Kontaktlöchern, stellt ebenfalls einen weit verbreiteten Defekt dar, der durch einen Reparaturmechanismus behoben werden muss.
Eine Pixelstruktur innerhalb der transparenten Quarzmaske kann, bei einem korrekten Design, schlussendlich die Menge an UV-Energie, die durch Kontaktlöcher der Masken und Bohrungen übertragen werden, auf das erforderliche Niveau regeln.
Eine bekannte Masken-Reparatur-Technologie, die für Front-End Masken verwendet wird, ist die Ionenstrahlabscheidung (meistens unter Verwendung von Gallium- oder Kohlenstoffionen-Quellen).
Allerdings handelt es sich dabei um ein hochkomplexes System, die Ausstattungskosten sind hoch und Probleme mit Färbungen durch die Galliumionen und Beschädigungen des Quarzes sind unvermeidlich.
Aus diesen Gründen ist es nicht zur Reparatur von Back-End Masken geeignet und das Kosten/Nutzen-Verhältnis für Front-End Masken ist fraglich.
Eine zweite Reparaturmethode, die zuerst 1998 (R. Haight et al.: SPIE 3546, 477 (1998)) und 1999 (Haight et al.: MARS: Femtosecond laser mask advanced repair system in manufacturing. Journal of vacuum science & technology B, Nov/Dec 1999, Seite 3137) veröffentlicht wurde, verwendet ein im Ablationsmodus betriebenes Femtosekunden-Laser-System ausschließlich zur direkten Chrom-Abtragung.
In einem solchen System wird der Laserstrahl auf die mit Chrom beschichtete Seite gerichtet, wobei das Glassubstrat nicht bearbeitet wird. Es wird kein Scanning-System für den Laserstrahl bereitgestellt. Außerdem ist das System in seiner Geschwindigkeit limitiert, folglich kann es keine komplexen 3D-Strukturen generieren, weil es nur aus einem 3-achsigen Verschiebetisch zur Positionierung besteht. Es wird ausschließlich eine Ablation von Chrom durchgeführt.
Ökonomische Maskenreparaturtechnologien für Back-End Masken sind derzeit nicht verfügbar bzw. sind für eine Implementierung zu komplex.
Für die Reparatur von Front-End Masken wird manchmal ein Ionenstrahl verwendet. Allerdings existieren keine einfachen, billigen Systeme, die Hohlräume, Pinholes usw. im Chrom beheben können.
Die US 4,340,654 A beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer defektfreien Photomaske, welche aus einem für die Strahlungsenergie transparenten Substrat und einer opaken Deckschicht besteht. Bei dem Verfahren der US 4,340,654 A wird zunächst ein Beschichtungsmaterial, das die Strahlungsenergie absorbiert, über dem zu reparierenden Defekt auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. Dann wird der Strahl, beispielsweise einer Laserquelle, durch das Substrat hindurch auf die Beschichtung gerichtet, um das Beschichtungsmaterial an der Grenzschicht mit dem Substrat zu verschmelzen. Das nicht verschmolzene Material wird entfernt. Insgesamt entsteht so auf der Substratoberfläche eine opake Schicht, die die Fehlerstelle verdeckt.
Die US 5,441,836 A betrifft ein Verfahren zur Reparatur von Laserablationsmasken, bei dem die Defekte durch Löcher in einer dielektrischen Schicht gebildet werden. Zur Reparatur wird die Oberfläche des Substrats mit einem CO₂-Laser aufgeschmolzen und eine Vertiefung in der Oberfläche gebildet. Die Vertiefung bildet eine Zerstreuungslinse, die die einfallende Strahlungsenergie bei einer späteren Laserablation zerstreut, so dass die durch den Defekt noch hindurchtretende Strahlungsenergie nicht mehr zur Ablation der unter der Maske liegenden Polymersicht ausreicht. Neben der Reparatur eignet sich das Verfahren der US 5,441,836 A auch zur Vornahme von technischen Änderungen an solchen Laserablationsmasken.
Die EP 0 627 664 A1 offenbart ein Verfahren zur Reparatur von Hohlraumdefekten in phasenschiebenden optischen Lithographiemasken. Dabei wird auf dem Defekt durch UV-induzierte Abscheidung aus einem gasförmigen Precursor transparentes Material abgeschieden.
In der US 6,028,953 A ist ein Reparatursystem für Maskendefekte offenbart, das durch Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl einen Defekt auf einer Maske repariert, die aus einem transparenten Substrat und einem auf dem Substrat aufgebrachten Maskenmaterial gebildet ist. Das System enthält eine abbildende Bestrahlungseinheit zum zweidimensionalen Abrastern und Bestrahlen der Oberfläche der Maske, einen Detektor zum Aufnehmen einer ersten Intensitätsverteilung sekundärer Teilchen, die aus der Oberfläche der Maske aufgrund der Bestrahlung durch den Abbildungsstrahl austreten, eine Bildverarbeitungseinheit zur Durchführung einer Bildverarbeitung an zumindest einem Teil der ersten Intensitätsverteilung der sekundären Teilchen um eine zweite Intensitätsverteilung zu erzeugen, eine Bilddarstellungseinheit zur Darstellung der ersten und zweiten Intensitätsverteilung als Bild, eine externe Eingabeeinheit zum Einstellen eines gewünschten, mit dem Strahl zu bearbeitenden Bereichs auf dem Bild, eine Bestrahlungsbereichbestimmungseinheit zum Bestimmen eines Bestrahlungsbereichs in dem zu bearbeitenden Bereich auf Grundlage der zweiten Intensitätsverteilung, eine Reparaturstrahlbestrahlungseinheit zum Bestrahlen des Bestrahlungsbereichs zur Reparatur eines Defekts und eine Gaszuführungseinheit zur Zuführung von Ätzgas oder Depositionsgas zur Oberfläche der Maske.
Die DE 196 22 037 A1 betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Defekten in einer auf einer Photomaske ausgebildeten Struktur, bei dem die Lichtintensitätsverteilung aufgrund des durch die Photomaske transmittierten Lichts mit einer auf Basis der Strukturdaten berechneten Lichtintensitätsverteilung verglichen, so dass jeder Defekt in der auf der Photomaske ausgebildeten Struktur erfasst wird.
In Y. Morishige, ”High-accuracy laser mask repair technology using ps UV solid state laser” in RIKEN Review, January 2002, No. 43, S. 70–75, wird ein Reparatursystem für ausschließlich für opake Defekte beschrieben.
Darstellung der Erfindung
Daher wird in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Reparatur einer Photomaske zur Verwendung in einem Photolithographie-Prozess bereitgestellt, wobei die Photomaske aus einer Substratschicht und einer über der Substratschicht angeordneten Chromschicht besteht und die Chromschicht einen Defekt aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Bereitstellen einer gepulsten Laserquelle zum Erzeugen eines ultra-kurzen gepulsten Laserstrahls;
Bereitstellen von optischen Elementen zum Scannen, Führen und Fokussieren des gepulsten Laserstrahls auf eine gewünschte Zielposition;
Führen des gepulsten Laserstrahls durch das Substrat und Fokussieren des Strahls auf eine zu dem Defekt benachbarte Zielposition innerhalb des Substrats zum Schreiben eines diffraktiven optischen Elements, wodurch die Streueigenschaften des Substrats an der Zielposition verändert werden.
Bei dem diffraktiven optischen Element handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um ein Abschattungselement.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem diffraktiven optischen Element um ein phasenverschiebendes Element.
Daneben weist das diffraktive optische Element in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Mikrorisse in dem Substrat auf.
Daneben wird das diffraktive optische Element in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine lokale Änderung des Brechungsindex des Substrats an der Zielposition erzeugt.
Daneben handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der gepulsten Laserquelle um eine ultra-kurz gepulste Laserquelle.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der ultra-kurz gepulsten Laserquelle um eine Femtosekunden-Laserquelle.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das diffraktive optische Element in einer sich verjüngenden Form hergestellt, wobei sich das schmälere Ende der sich verjüngenden Form näher an der Chrom-Schicht befindet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das diffraktive optische Element eine konische Form auf.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das diffraktive optische Element eine pyramidale Form auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das diffraktive optische Element in der sich verjüngenden Form aus Schichten von Pixel aufgebaut, wobei jede Schicht aus einem Array von Pixel besteht, die ein Muster aus vorbestimmter Energie, Dichte und Geometrie aufweisen.
Daneben wird in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein System für die Reparatur einer Photomaske zur Verwendung in einem Photolithographie-Prozess bereitgestellt, wobei die Photomaske aus einer Substratschicht und einer über der Substratschicht angeordneten Chromschicht besteht und die Chromschicht einen Defekt aufweist, wobei das System umfasst:
eine gepulste Laserquelle zum Erzeugen eines ultra-kurzen gepulsten Laserstrahls;
optische Elemente zum Scannen, Führen und Fokussieren des gepulsten Laserstrahls auf eine gewünschte Zielposition innerhalb des Substrats;
ein in-situ Maschinenbetrachtungssystem zur Betrachtung eines Sichtfeldes, wobei das Sichtfeld die Zielposition umfasst;
eine Steuerungseinheit zur Steuerung und Aufzeichnung der Funktionen des Systems,
wobei das System in der Lage ist ein diffraktives optisches Element an einer zu dem Defekt benachbarten Zielposition innerhalb des Substrats zu schreiben, wodurch die Streueigenschaften des Substrats an der Zielposition verändert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der gepulsten Laserquelle um eine ultra-kurz gepulste Laserquelle.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der ultra-kurz gepulsten Laserquelle um eine Femtosekunden-Laserquelle.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt die gepulste Laserquelle einen Laserstrahl, dessen Frequenz zwischen 190 und 900 nm liegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt das in-situ Maschinenbetrachtungssystem einige der optischen Elemente mit, sodass das Schreiben von dem in-situ Maschinenbetrachtungssystem direkt beobachtet werden kann.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das System zusätzlich eine Optik mit geringer Vergrößerung, die dem Auffinden und Lokalisieren von Defekten in der Photomaske vor dem gepulsten Laserstrahl dient.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das System zusätzlich mit einem Frequenzvervielfacher und mit einem variablen Dämpfer für die Regelung der Ausgangsleistung des gepulsten Laserstrahls ausgestattet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das System zusätzlich mit einem Scanner zum Scannen des gepulsten Laserstrahls ausgestattet.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Scanner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Galvo-Scanner, Piezo-elektrisch betätigter Scanner, Akusto-optische Ablenkeinheit.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich ein Verschiebetisch zum Verschieben der Photomaske unter dem gepulsten Laserstrahl vorgesehen.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Verschiebetisch um einen 3-achsigen Verschiebetisch.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich eine Lichtquelle zum Beleuchten der Photomaske vorgesehen.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Lichtquelle mit einem Lichtleiter und einer variablen Öffnungsblende vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die optischen Elemente Strahlteiler, Objektiv, Vorsatztubus und Sammellinse.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich eine CCD-Kamera vorgesehen, wobei ein von der CCD-Kamera aufgenommenes Bild von einer Bildfangeinrichtung ausgelesen und von der Steuerungseinheit zur Auswertung des Defekts verarbeitet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich ein Computerprogramm zur Bestimmung der Position, Orientierung und Dimension des Defekts vorgesehen.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung überträgt das Computerprogramm den Defekt optional in eine Anordnung von Pixel.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berücksichtigt das Computerprogramm die Dimension und Orientierung des Defekts, die Fresnel-Diffraktion und die Streuung des Pixelmusters, das von der gepulsten Laserquelle geschrieben wurde, um die Gestalt, Orientierung und Position des diffraktiven optischen Elements zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Verdeutlichung ihrer praktischen Anwendungen werden nachfolgend die beiliegenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind ausschließlich beispielhaft zu verstehen und sollen in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken. Ähnliche Bestandteile sind mit ähnlichen Referenznummern bezeichnet.
1a zeigt einen Schnitt durch eine Photomaske mit einem Defekt in Form eines Hohlraums in der Chromschicht der Photomaske.
1b zeigt die in 1a dargestellte Photomaske, nachdem diese einer Behandlung gemäß einem Verfahren zur Reparatur einer Photomaske unterzogen wurde, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein diffraktives optisches Element oder ein Abschattungselement (DOE/SE) sehr nahe vor dem Hohlraum (wie z. B. einem Kratzer) in der Chromschicht in das Substrat geschrieben wird.
2 zeigt ein System zum Reparieren einer Photomaske gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in dem Reparieren einer beschädigten Photomaske – einer Maske mit einem unerwünschten Defekt in der Chromschicht (abweichend von der gewünschten Struktur), wobei es sich um einen Kratzer, ein Loch, ein Fehlen von Material, um einen Überschuss an Material oder um einen anderen unerwünschten Grund handeln kann, durch Schreiben eines diffraktiven optischen Elements (DOE) oder eines Abschattungselements (SE) vor den unerwünschten Defekt. Dieses Vorgehen dient dem wirksamen Blockieren, Beugen oder Zerstreuen von Lichtstrahlung, wenn die Maske während des IC-Herstellungsprozesses belichtet wird. Auf diese Weise wird das während des IC-Herstellungsprozesses eingestrahlte Licht neu verteilt, wodurch der Defekt ausgeschaltet und das gewünschte Muster korrekt auf den Wafer gedruckt wird. Die Ausgestaltung des DOE/SE-Systems zielt darauf ab, einen Schatten auf einen Hohlraum, auf Pinhole Kratzer oder jeden anderen Defekt in der Chromschicht von Photomasken zu werfen oder die Streueigenschaften des Substrats an Stellen zu ändern, die sich benachbart zu den genannten Defekten befinden. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck ”DOE” (diffraktives optisches Element) alle Arten von diffraktiven Elementen und umfasst auch wirksame Abschirmelemente, die nachfolgend als Abschattungselemente (SE) bezeichnet werden. Unter dem Begriff ”schreiben” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Laserenergie zur Veränderung der Streueigenschaften eines Materials verstanden, wie zum Beispiel die Änderung des Brechungsindex, die Schaffung eines gewissen Grades an Absorption oder die Herstellung von Mikro-Rissen in dem Material, usw.
Der gepulste Laserstrahl wird auf die Substrat-Seite der Photomaske gestrahlt (also nicht durch die Chromschicht) und auf die dem Defekt benachbarte Zielposition, die sich innerhalb des Substrats befindet, fokussiert.
Für ein besseres Verständnis der bevorzugten Ausführungsformen und der Hauptaspekte der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnungen Bezug genommen. Der Bezug auf die Zeichnungen soll aber in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken.
Ein für allgemeine Anwendungen vorgesehener Laser-Aufbau wird mit einem schnellen Femtosekunden-Laser ausgestattet, der kurze Laserpulse zur Verfügung stellen kann, wobei die Pulse typischerweise eine Länge von ungefähr 100 Femtosekunden (fs), aber unter 10 Pikosekunden aufweisen. Die Energie der Pulse ist groß genug, um eine lokale Änderung des Brechungsindex hervorzurufen oder lokal die Streueigenschaften des Substrats der Maske zu ändern und/oder beschädigte Abschnitte zu schaffen, die einen Grad an Streuung und Absorption aufweisen, der groß genug ist, eine passende Ausgestaltung eines diffraktiven optischen Elements (DOE) und/oder eines Abschattungselements (SE) zu ermöglichen.
Die Gestalt von DOE oder SE wird durch die wirksame optische Dichte bestimmt, die erforderlich ist, um zu verhindern, dass die Defekte in dem photolithographischen Prozess auf den Wafer gedruckt werden.
Die in nächster Nachbarschaft zu der Chromschicht fokussierten Femtosekunden-Laserpulse sind ein zusätzlicher Faktor, der die Gestaltung des DOE beeinflusst.
Die Pulse werden bevorzugt durch das Substrat hindurch und vor die Chromschicht fokussiert. Die DOE/SE-Struktur über dem Chrom weist bevorzugt eine sich verjüngende Form auf, wie zum Beispiel eine konische oder pyramidale Gestalt (es sind aber auch andere sich verjüngende Formen möglich), wobei sich das schmälere Ende näher bei der Chromschicht befindet. Auf diese Weise können Beschädigungen der Chromschicht durch die Femtosekunden-Laserpulse verhindert werden. Daneben wird bei der Verwendung der Maske ein korrektes Verfolgen der UV-Strahlung durch die Maske hindurch sicher gestellt.
1a zeigt einen Schnitt durch eine Photomaske mit einem Defekt in Form eines Hohlraums in der Chromschicht der Photomaske. Die Photomaske 52 umfasst eine Substratschicht 38 (üblicherweise aus Quarz bestehend) über der die Chromschicht 36 angeordnet ist. In dem Herstellungsprozess der Photomaske werden Teile der Chromschicht in einem vorbestimmten Muster 40 entfernt. Dadurch wird die Verwendung der Photomaske als ”Negativ” (oder ”Positiv”) ermöglicht, durch das während des photolithographischen Prozesses Licht auf einen Wafer gestrahlt wird. Während des Herstellungsprozesses oder während einer späteren Stufe kann die Photomaske beschädigt werden, indem unbeabsichtigt Chrom entfernt wird (an Stellen, an denen dies unerwünscht ist), wodurch ein Hohlraum 42 in Form eines Kratzers oder eines Pinholes in der Chromschicht vorliegt.
Als Folge davon kann während des photolithographischen Prozesses, wenn die Photomaske beleuchtet wird, Licht auf dieselbe Weise durch den Defekt hindurchdringen, wie es durch das vorbestimmte Muster hindurchdringt, wodurch das Erscheinen eines parasitären Signals 46 verursacht wird, das neben dem gewünschten Drucksignal 44 auftritt.
1b zeigt die in 1a dargestellte Photomaske, nachdem diese einem Verfahren zur Reparatur einer Photomaske entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterzogen wurde, wobei ein diffraktives optisches Element oder ein Abschattungselement (DOE/SE) sehr nahe vor dem sich in der Chromschicht befindenden Hohlraum (wie z. B. einem Kratzer) in das Substrat geschrieben wird. Ein diffraktives optisches Element (DOE) 34 wird in das Quarz-Substrat 38 über dem Hohlraum 42 in der Chromschicht 36 eingefügt. Wird nun die Photomaske in einem photolithographischen Prozess mit einem Lichtstrahl 50 beleuchtet, so stellt das DOE 34 ein wirksames Hindernis für den Strahl dar und verhindert auf diese Weise das Drucken des Hohlraums auf den IC.
In 1b ist die DOE-Struktur, wie sie durch die Laserpixel definiert wird, in einer sich verjüngenden Form gestaltet, wobei sich das schmälere Ende näher bei der Chromschicht befindet. Die Struktur wird hergestellt durch Hinzufügen von Pixel-Lagen, wobei jede Lage mehr Pixel umfasst als die darunter liegende Lage. Dieser Vorgang schreitet über mehrere Lagen hinweg fort, sodass Licht bis auf das erforderliche Abschattungsmaß gestreut und absorbiert wird. Dadurch wird die Transmission von UV-Licht durch das DOE/SE blockiert oder bis auf das erforderliche Maß abgeschwächt – unter die Schwelle der Photolackschicht (die Schwelle der Photolackschicht, unterhalb derer sie durch die Strahlung in dem photolithographischen Prozess nicht verändert wird).
Die SE/DOE Elemente sind aus Schichten von Pixel gebildet. Jede Schicht entspricht einem Array von Pixel mit einer vorbestimmten Energie, Dichte und Geometrie. Die Schichten weisen eine zunehmende Größe auf, sodass dreidimensional sich verjüngende Formen gebildet werden wie beispielsweise eine konische Form oder eine Pyramide (die Formen sind aber nicht ausschließlich auf diese Gestaltungen beschränkt). Die SE-Formen werden sowohl durch die Größe des Hohlraums als auch durch das Muster der Fresnel-Beugung in der Nähe des Hohlraums bestimmt.
2 zeigt ein System zum Reparieren einer Photomaske gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Allgemeinen umfasst das System für die Reparatur einer Photomaske in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine ultra-kurz gepulste Femtosekunden-Laserquelle und optische Elemente zum Führen und Fokussieren des durch die Laserquelle erzeugten Strahls, ein in-situ Maschinenbetrachtungssystem, das optional wenigstens einige der optischen Elemente des Lasersystems mitbenutzt, sodass das Schreiben des Lasersystems von dem in-situ Maschinenbetrachtungssystem direkt beobachtet und aufgezeichnet werden kann, optional eine Optik mit geringer Vergrößerung für das Auffinden und Lokalisieren von Defekten in der bearbeiteten Photomaske vor dem gepulsten Laserstrahl und eine Steuerungseinheit, die die Funktionen des gesamten Systems steuert und aufzeichnet.
Mit Bezug auf 2 umfasst das System einen ultra-kurz gepulsten Femtosekunden-Laser 1, wobei eine zentrale Computer-Steuerungseinheit 21 die Zeiten der Pulse steuert.
Die Grundfrequenz der Laserpulse wird bevorzugt durch einen Frequenzvervielfacher 2 zu höheren Harmonischen vervielfacht, wonach ein variabler Dämpfer 3 folgt, durch den die Ausgangsleistung gesteuert wird.
Der abgeschwächte Laserstrahl wird in einen Scanner, wie beispielsweise einen Galvo-Scanner, einen Piezo-elektrisch betätigten Scanner oder einen Akustooptischen Deflektor, geführt, der durch die zentrale Computer-Steuereinheit 21 mit den Laserpulsen synchronisiert und mit einem 3-achsigen Verschiebetisch ausgestattet ist.
Anschließend wird der Strahl durch das Hauptobjektiv 6 in die Glas-Substrat-Seite 7 fokussiert.
Das gleiche Hauptobjektiv 6 wird für ein in-situ Maschinenbetrachtungssystem verwendet, das als Mikroskop mit hoher Vergrößerung wirkt.
Die Maske wird durch die Lichtquelle 9 über einen Lichtleiter 10 und eine variable Öffnungsblende 11 beleuchtet.
Form und Durchmesser der Öffnungsblende werden so gewählt, dass sie mit der numerischen Apertur und dem Beleuchtungsmodus des lithographischen Prozesses übereinstimmen, in dem schlussendlich die reparierten Maskenabschattungselemente verwendet werden.
Das Licht wird durch eine Sammellinse auf der mit einem Muster versehenen Chromschicht der Maske 8 gesammelt.
Schließlich wird durch das Objektiv 6, den Strahlteiler 4 und einen Vorsatztubus, der das Licht in die CCD-Kamera 19 leitet, ein Bild erzeugt.
Das Bild wird durch eine kontinuierlich betriebene Bildfangeinrichtung 20 ausgelesen und durch die zentrale Computer-Steuerungseinheit 21 verarbeitet.
Ein Reflexionslichtsystem 16 für hohe Vergrößerung unterstützt die bessere Ausleuchtung für das Fokussieren und fügt zusätzliche Bildinformation über die zu reparierenden Defekte hinzu.
Jedes Bild eines Defekts wird durch das optische System ausgelesen, das identisch ist mit dem optischen System zum Leiten des Laserstrahls.
Das ausgelesene Bild des Defekts wird in eine Abbildungssoftware eingegeben, die die Position, Orientierung und Dimension des Defekts bestimmt und optional den Defekt in eine Karte von Pixel umwandelt.
Zur Bestimmung der Gestalt, Orientierung und Position der erforderlichen Beschattung (DOE/SE) wird bevorzugt ein Algorithmus verwendet, der die Größe des Hohlraums, die Fresnel-Diffraktion und die streuende Natur der durch den Laser erzeugten Pixelanordnung bezüglich aller Arten von Geometrien und Positionen der Hohlräume berücksichtigt. Ein solcher Algorithmus ist in der WO 02/16969 A2 , PCT/IL01/00789, veröffentlicht, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Das Maschinenbetrachtungssystem verwendet ebenfalls die optische Achse des Laserstrahls, welche durch den Strahlteiler 4 aufgespalten wird, sodass Positionierung und Abschattungsgrad während des ganzen Prozesses durch die CCD-Kamera 19 aufgezeichnet und gesteuert werden können, wobei die CCD-Kamera mit der zentralen Computer-Steuerungseinheit 21 (über die Bildfangeinrichtung 20) in Verbindung steht.
Das Maschinenbetrachtungssystem umfasst bevorzugt zwei optische Vergrößerungen. Die hohe Vergrößerung ist durch den Strahlteiler 4 von der Laser-Spur abgetrennt und das Bild wird durch den Vorsatztubus auf der CCD-Kamera 19 erzeugt.
Das Bild mit niedriger Vergrößerung mit seiner Umlenkoptik 13, 14 ist für ein weites Sichtfeld zur Positionierung und Ausrichtung der Maske auf einem X.Y.Z Verschiebetisch 29 eingestellt.
Beide Vergrößerungen sind mit einem Beleuchtungssystem 9 im Transmissionsmodus ausgestattet.
Bei einer Wiederholrate der Laserpulse von 1 KHz dauert es einige 10 Sekunden pro Defekt zur Herstellung eines Abschattungselements mit ein paar tausend Pixel.
Aus diesem Grund ermöglichen das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung eine schnelle und einfache Methode zum Reparieren von Defekten einer Photomaske sowohl für Back-End als auch für Front-End Anwendungen.
Das Design der SE-Struktur stellt einen Schatten über dem Hohlraum, dem Pinhole, den Kratzern oder jeder anderen Art von Defekt der Chromschicht der Photomasken bereit.
Das Design des DOE oder des Abschattungselements wird durch die erforderliche wirksame optische Dichte bestimmt, welche benötigt wird, um das eingestrahlte Licht wirksam zu blockieren oder abzuschwächen, wodurch dann in dem IC-Herstellungsprozess das Drucken der Defekte auf den Wafer verhindert wird.
Allerdings muss das diffraktive optische Element gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise ein Abschattungselement aufweisen. Für die Korrektur kleiner Defekte, wie sie beispielsweise fehlendes Chrom oder ein Überschuss an Chrom darstellen, kann das DOE zum Beispiel ein Phasenverschiebungselement sein. Bezüglich des Schreibens mit Phasenverschiebungselementen wird beispielsweise auf die PCT/IL02/00407 verwiesen. Optional und alternativ kann die Änderung des Brechungsindex an der Zielposition oder die Konzentration einer Laserenergie an der Zielposition, welche ausreicht, Mikro-Risse in dem Substrat zu erzeugen, ein für die Anwendung geeignetes diffraktives optisches Element darstellen.
Laserwellenlängen von 190–900 Nanometer werden empfohlen, aber das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sind nicht auf diesen Bereich beschränkt.
Hochenergie Femtosekunden-Laser mit Rückkopplungsverstärker (wie z. B. CPA-2001 von Clark-MXR, Mi, USA) strahlen bei 775 nm. Allerdings werden, wenn durch einen Frequenzvervielfacher die zweite (SHG) oder höhere Harmonische erzeugt werden, Wellenlängen von 385 nm beziehungsweise weniger erreicht.
Kürzere Wellenlängen können den Vorteil einer niedrigeren Schwellenenergie für den Prozess und eine kleinere Pixel-Größe für eine verbesserte Auflösung hinzufügen. Bei einer Wiederholrate von 1000 Hz und einem schnellen Galvo-Scanner kann üblicherweise eine Linie von 1000 Mikrometer Länge innerhalb einer Sekunde geschrieben werden.
Der Laserstrahl wird bevorzugt durch ein optisches System mit einem hohen NA von wenigstens 0,3 fokussiert. Bevorzugt liegt er über 0,5, wodurch lokalisierte kleine Pixel mit einer Fokustiefe erhalten werden, die gering genug ist, innen transparente Schichten zu schreiben.
Für einen schnellen Betrieb und für die Erzeugung drei-dimensionaler Muster erfolgt die Steuerung des Laserstrahls durch einen Hochgeschwindigkeits-Galvo-Scanner, der mit einem sich schnell bewegenden X,Y-Verschiebetisch und den Laserpuls-Zeiten synchronisiert ist.
Der gesamte Prozess wird durch ein kontinuierliches Betrachtungssystem mit hoher Auflösung gesteuert, das sich auf der gleichen Achse wie der Laserstrahl befindet.
Das Betrachtungssystem deckt bevorzugt ein Sichtfeld von 120 Mikrometer ab, was lediglich eine Empfehlung ist, aber keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung darstellt. Wenn Defekte auftreten, die größer sind als das oben erwähnte Sichtfeld, werden Cluster von Pixel mit Hilfe von X,Y-Verschiebebewegungen kombiniert. Bei der Anwendung ultra-kurzer Laserpulse mit einer Dauer von Pico- oder Femtosekunden können drei Hauptphänomene auftreten, nämlich Streuzentren um die beschädigten Gebiete, Absorption und Phasenmodulation.
Picosekundenpulse mit einer Länge im Bereich von 10 bis 100 Picosekunden erzeugen Zonen mit Beschädigungen, deren laterale Richtung in der Größenordnung von 5 bis 50 Mikrometer liegt, wobei Licht gestreut und teilweise absorbiert wird. Daraus ergibt sich, dass die meisten der Chrom-Defekte nicht genau genug repariert werden können.
Femtosekundenpulse mit einer Energie von ein paar Mikrojoule und weniger können Pixelgrößen von weniger als 0,5 Mikrometer erreichen.
Unter Verwendung einer Pulsdauer von 150 Femtosekunden bei einer Schwellenenergie von weniger als 1,0 Mikrojoule haben wir klar geschnittene Bilder im Größenbereich unter einem Mikrometer erreicht, die mit einem Phasenkontrast-Mikroskop vermessen wurden.
Durch das dritte Phänomen, nämlich die Phasenmodulation, welche das Ergebnis von Femtosekunden-Pulsen mit Energien unter ~ 0,5 Mikrojoule und einer hohen NA Optik ist, wird der Beugungsindex der transparenten Schicht modifiziert.
Durch nichtlineare Absorption der Strahlung erzeugen die Laserpulse in ihrem Fokus ein lokales Plasma.
Daraus resultieren Dichteänderungen und strukturelle Änderungen innerhalb des transparenten Mediums, die zu einer Veränderung des SiO₂-Brechungsindex führen und folglich zu einer Phasenmodulation des durch die Struktur transmittierten Lichts.

Claims

Verfahren zur Änderung der optischen Eigenschaften einer Photomaske (52), die in einem Photolithographie-Prozess verwendet wird, wobei die Photomaske (52) aus einer Substratschicht (38) und einer über der Substratschicht (38) angeordneten Chromschicht (36) besteht, umfassend: Bereitstellen einer gepulsten Laserquelle (1) zum Erzeugen eines ultra-kurzen gepulsten Laserstrahls; Bereitstellen von optischen Elementen (34) zum Scannen, Führen und Fokussieren des gepulsten Laserstrahls auf eine gewünschte Zielposition; Führen des gepulsten Laserstrahls durch das Substrat und Fokussieren des Strahls auf eine zu der Chromschicht (36) benachbarte Zielposition innerhalb des Substrats; Schreiben eines diffraktiven optischen Elements (34) an der Zielposition innerhalb des Substrats, wodurch die Streueigenschaften des Substrats an der Zielposition verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem diffraktiven optischen Element (34) um ein Abschattungselement handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem diffraktiven optischen Element (34) um ein phasenverschiebendes Element handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das diffraktive optische Element (34) Mikrorisse in dem Substrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das diffraktive optische Element (34) durch eine lokale Änderung des Brechungsindex des Substrats an der Zielposition erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der gepulsten Laserquelle (1) um eine ultra-kurz gepulste Laserquelle handelt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei es sich bei der ultra-kurz gepulsten Laserquelle um eine Femtosekunden-Laserquelle handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das diffraktive optische Element (34) in einer sich verjüngenden Form hergestellt wird, wobei sich das schmälere Ende der sich verjüngenden Form näher an der Chromschicht (36) befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das diffraktive optische Element (34) eine konische Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das diffraktive optische Element (34) eine pyramidale Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das diffraktive optische Element (34) mit der sich verjüngenden Form aus Schichten von Pixel aufgebaut ist, wobei jede Schicht aus einem Array von Pixel besteht, die ein Muster aus vorbestimmter Energie, Dichte und Geometrie aufweisen.
System für die Änderung der optischen Eigenschaften einer Photomaske (52) zur Verwendung in einem Photolithographie-Prozess, wobei die Photomaske (52) aus einer Substratschicht (38) und einer über der Substratschicht (38) angeordneten Chromschicht (36) besteht, umfassend: eine gepulste Laserquelle (1) zum Erzeugen eines ultra-kurzen gepulsten Laserstrahls; optische Elemente (34) zum Scannen, Führen und Fokussieren des gepulsten Laserstrahls auf eine gewünschte Zielposition innerhalb des Substrats; ein in-situ Maschinenbetrachtungssystem zur Betrachtung eines Sichtfeldes, wobei das Sichtfeld die Zielposition umfasst; eine Steuerungseinheit (21) zur Steuerung und Aufzeichnung der Funktionen des Systems, wobei das System in der Lage ist, ein diffraktives optisches Element (34) an einer zu der Chromschicht (36) benachbarten Zielposition innerhalb des Substrats zu schreiben, wodurch die Streueigenschaften des Substrats an der Zielposition verändert werden.
System nach Anspruch 12, wobei es sich bei der gepulsten Laserquelle (1) um eine ultra-kurz gepulste Laserquelle handelt.
System nach Anspruch 13, wobei es sich bei der ultra-kurz gepulsten Laserquelle um eine Femtosekunden-Laserquelle handelt.
System nach Anspruch 12, wobei die gepulste Laserquelle (1) einen Laserstrahl bereitstellt, dessen Wellenlänge zwischen 190 und 900 nm liegt.
System nach Anspruch 12, wobei das in-situ Maschinenbetrachtungssystem einige der optischen Elemente (34) mitbenutzt, so dass das Schreiben von dem in-situ Maschinenbetrachtungssystem direkt beobachtet werden kann.
System nach Anspruch 12, wobei das System für das Auffinden und Lokalisieren der vorbestimmten Zielposition in der Photomaske (52) vor dem gepulsten Laserstrahl zusätzlich eine Optik mit geringer Vergrößerung umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei das System zusätzlich mit einem Frequenzvervielfacher und mit einem variablen Dämpfer für die Regelung der Ausgangsleistung des gepulsten Laserstrahls ausgestattet ist.
System nach Anspruch 12, wobei das System zusätzlich mit einem Scanner zum Scannen des gepulsten Laserstrahls ausgestattet ist.
System nach Anspruch 19, wobei der Scanner ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Galvo-Scanner, Piezo-elektrisch betätigter Scanner, Akustooptische Ablenkeinheit.
System nach Anspruch 12, wobei zusätzlich ein Verschiebetisch (29) zum Verschieben der Photomaske (52) unter dem gepulsten Laserstrahl vorgesehen ist.
System nach Anspruch 21, wobei es sich bei dem Verschiebetisch um einen 3-achsigen Verschiebetisch (29) handelt.
System nach Anspruch 12, wobei zusätzlich eine Lichtquelle (9) zum Beleuchten der Photomaske (52) vorgesehen ist.
System nach Anspruch 23, wobei die Lichtquelle (9) mit einem Lichtleiter (10) und einer variablen Öffnungsblende (11) vorgesehen ist.
System nach Anspruch 12, wobei die optischen Elemente (34) Strahlteiler, Objektiv, Vorsatztubus und Sammellinse umfassen.
System nach Anspruch 12, wobei zusätzlich eine CCD-Kamera (19) vorgesehen ist und wobei ein von der CCD-Kamera (19) aufgenommenes Bild von einer Bildfangeinrichtung ausgelesen und von der Steuerungseinheit (21) zur Auswertung der optischen Eigenschaften der Photomaske (52) verarbeitet wird.
System nach Anspruch 26, wobei zusätzlich ein Computerprogramm zur Bestimmung der Position, Orientierung und Dimension eines Defekts (42) in der Photomaske (52) vorgesehen ist.
System nach Anspruch 27, wobei das Computerprogramm den Defekt (42) optional in eine Anordnung von Pixel überträgt.
System nach Anspruch 27, wobei das Computerprogramm die Dimension und Orientierung des Defekts (42), die Fresnel-Diffraktion und die Streuung des Pixelmusters, das von der gepulsten Laserquelle (1) geschrieben wurde, berücksichtigt, um die Gestalt, Orientierung und Position des diffraktiven optischen Elements (34) zu bestimmen.