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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Bearbeitung mit einem
Strahl geladener Teilchen und insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Entfernung von Material von einer Halbleiter-Lithographiemaske.
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Hintergrund und Zusammenfassung
der Erfindung
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Systeme
mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) werden aufgrund ihrer Fähigkeit,
mit großer
Präzision
abzubilden, zu ätzen,
zu fräsen,
abzuscheiden und zu analysieren, verbreitet in Fertigungsvorgängen im
mikroskopischen Maßstab
verwendet. Ionensäulen
an FIB-Systemen, die zum Beispiel Galliumflüssigmetall-Ionenquellen (LMIS) verwenden, können eine
laterale Abbildungsauflösung
von fünf
bis sieben Nanometern Abbildungsauflösung liefern. Aufgrund ihrer
Vielseitigkeit und Präzision
haben FIB-Systeme
in der Industrie integrierter Schaltungen (IC) als notwendige Werkzeuge
zur Verwendung in der Verfahrensentwicklung, Lithographiemaskenreparatur,
Ausfallsanalyse und Fehlercharakterisierung universelle Akzeptanz
erlangt.
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Ein
Schritt in der Fertigung integrierter Schaltungen umfaßt die Verwendung
der Lithographie. Ein Halbleitersubstrat, auf dem Schaltungen gebildet
werden, wird typischerweise mit einem Material, wie einem Photoresist überzogen,
das seine Löslichkeit ändert, wenn
es Strahlung ausgesetzt wird. Ein Lithographiewerkzeug, wie eine
Maske oder ein Retikel, das zwischen der Strahlungsquelle und dem
Halbleitersubstrat angeordnet ist, wirft einen Schatten, um zu steuern,
welche Bereiche des Substrats der Strahlung ausgesetzt werden. Nach
der Belichtung wird das Photoresist entweder von den belichteten
oder den un belichteten Bereichen entfernt, wobei eine gemusterte
Schicht des Photoresists auf dem Wafer zurückbleibt, die Teile des Wafers
während
eines anschließenden Ätz- oder
Diffusionsprozesses schützt.
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Der
Ausdruck Maske wird hierin allgemein verwendet, um jedes Lithographiewerkzeug
zu bezeichnen, unabhängig
vom Typ der Belichtungsstrahlung und unabhängig davon, ob das Bild der
Maske einmal gedruckt wird oder über
das Substrat abgestuft wird. Eine Maske weist typischerweise eine
gemusterte Schicht aus einem Absorbermaterial, wie Chrom oder Molybdänsilicid,
auf einem Substrat wie Quarz auf. Wenn das Muster auf der Maske
gebildet wird, ist es nicht ungewöhnlich, daß die Maske Fehler aufweist,
wie daß Absorbermaterial
in Bereichen abgeschieden ist, die durchsichtig sein sollten, oder
daß Absorber
in Bereichen fehlt, die undurchsichtig sein sollten. Die hohe Auflösung der
FIB-Systeme macht sie zur Entfernung des Absorbers aus Bereichen
einer Maske ideal, die durchsichtig sein sollten.
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Die
Verwendung eines FIB-Systems zur Entfernung von undurchsichtigem
Material von einer Maske wird zum Beispiel in
US-Pat.-Nr. 6,042 738 von Casey u.a.
zur „Pattern
Film Repair Using a Focused Particle Beam System" beschrieben, das an FEI Company, Hillsboro,
Oregon, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen
ist. Die FEI Company stellt Systeme mit fokussiertem Ionenstrahl
her, wie die FIB-Systeme der Modellreihe 800, die Software spezifisch
zur Erleichterung der Maskenreparatur aufweisen.
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Wenn
ein FIB-System verwendet wird, um undurchsichtiges Material von
einer Maske zu entfernen, wird die Maske auf einem Objekttisch angeordnet,
der zum Beispiel unter Verwendung von Positionsinformationen aus
einer vorhergehenden Untersuchung verfahren wird, so daß der Fehler
innerhalb des Bereichs liegt, der durch den Ionenstrahl abgetastet
wird. Der Strahl tastet dann die Oberfläche des Bereichs um den Fehler ab,
um ein Bild zu erzeugen. Der Fehlerbereich wird gekennzeichnet,
und der Ionenstrahlstrom wird erhöht, um das undurchsichtige
Material zu beseitigen.
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Idealerweise
sollte nach der Entfernung von versehentlich abgeschiedenen Absorbermaterial
der Substratbereich, von dem das Fehlermaterial entfernt wurde,
dieselben Eigenschaften aufweisen, wie sie der Bereich gehabt hätte, wenn
der Bereich ohne Fehler hergestellt worden wäre. Leider ändert der Entfernungsprozeß zufällig und
unvermeidbar die Eigenschaften des Substrats. Zum Beispiel verliert
in einer Photolithographiemaske, die einen Chromabsorber auf einem
Quarzsubstrat verwendet, der Quarz an der Stelle, wo der Fehler
entfernt wurde, typischerweise etwas seiner Transparenz. Dieser
Verlust ist insbesondere für
sehr kurze Belichtungslichtwellenlängen bedeutsam, die in modernen
Photolithographiewerkzeugen verwendet werden, wobei der Verlust
der Transparenz typischerweise zwischen 3 Prozent und 10 Prozent
liegt.
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Überätzung, insbesondere
an den Kanten der Reparatur ist ein Hauptfaktor beim Verlust der
Transparenz. Diese Erscheinung ist als „Flußbettbildung" bekannt, da die
geätzten
Kanten Flußbetten ähneln, wenn sie
mit einem Elektronenmikroskop betrachtet werden.
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In „Advancements
in Focused Ion Beam Repair of MoSiON Phase Shifting Masks", J. Lessing et al., Proceedings
of the SPIE Symposium an Photomask and X-ray Mask Technology VI,
Yokohama Japan, SPIE B. 3748, S. 609-622, wird insbesondere auf
Seite 610 unter dem Abschnitt „Experimental" ein Ansatz zum Minimieren
des Flußbetteffekts
beschrieben. Das beschriebene Verfahren entfernt zuerst den Mittenabschnitt des
undurchsichtigen Fehlers, und wendet dann eine niedrige Ionendosis
auf die Außenkanten
an, um die Reparatur zu vollenden. Diese Technik ist als eine „eingerahmte
Reparatur" bekannt.
Das FIB-System der Modellreihe 800 von FEI Company kann eine eingerahmte
Reparatur nach Spezifikation des Bedieners durchführen. Selbst
wenn eine eingerahmte Reparatur verwendet wird, sind immer noch
Flußbetten
vorhanden. Es werden auf Seite 611 von „Advancements in Focused Ion
Beam Repair of MoSiON Phase Shifting Masks" (unter „Discussion of results" „Minimum riverbeds") Tiefen unter 4
nm berichtet, obwohl der Erfinder feststellte, daß Tiefen
von 20 nm typischer sind.
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Andere
Faktoren, von denen angenommen wird, daß sie zum Verlust der Transparenz
beitragen, umfassen die Implantation von Gallium aus dem Ionenstrahl
in das Quarzsubstrat und eine Schädigung am Quarz selbst, infolge
einer Ätzung
am Chrom vorbei oder infolge einer kristallinen Schädigung,
die durch den Aufprall der schweren Galliumionen verursacht wird.
US-Pat. Nr. 6,042,738 beschreibt
die Verwendung eines Reinigungsgases mit dem fokussierten Ionenstrahl,
um die Transparenz des Substrats nach der Entfernung eines undurchsichtigen
Fehlers zu verbessern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Material von einem Substrat
zu entfernen, während Änderungen
der Eigenschaften des Substrats minimiert oder beseitigt werden.
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Die
Anmelder haben entdeckt, daß die
Auswirkungen der Materialentfernung auf dem Substrat durch einen
fokussierten Ionenstrahl auf ein Substrat minimiert werden, wenn
sich der Ionenstrahl anfänglich
in einem Muster bewegt, das eine unebene Oberfläche erzeugt. Zum Beispiel könnte sich
der Strahl in einem Muster bewegen, in dem die Probe an einer Reihe
nichtzusammenhängender
Punkte gefräst
wird, um eine Reihe von Löchern
zu erzeugen, statt sich in einem herkömmlichen Muster von überlappenden
Pixeln zu bewegen. In einem anschließenden Frässchritt bewegt sich der Strahl
in einem Muster, wie einem Muster aus überlappenden oder nahezu überlappenden
Pixeln, um eine verhältnismäßig einheitliche,
planare Oberfläche
zu erzeugen. Während
des anschließenden
Frässchritts
wird vorzugsweise ein Ätzverstärkungsgas
verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung vermindert die Größe der Flußbetten und liefert verglichen
mit Reparaturverfahren des Stands der Technik eine erhöhte Substrattransparenz
am reparierten Bereich. In einigen Ausführungsformen reduzierte die
Erfindung die Dauer, während
derer sich die Maske unter dem Ionenstrahl befinden mußte, wodurch
die Produktionsraten erhöht
wurden.
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Die
Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Typ von Masken- oder Substratmaterialien
beschränkt, obwohl
die Vorteile der Erfindung beim Fräsen von Chrom auf einem Quarzsubstrat
besonders deutlich sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden
Beschreibungen Bezug genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
vorgenommen werden. Es zeigen:
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1 schematisch
ein typisches System mit einem fokussierten Ionenstrahl, das in
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird.
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2 einen
Ablaufplan, der ein bevorzugtes Verfahren der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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3 einen
stark vergrößerten Abschnitt
einer Maske, mit einem undurchsichtigen Fehler.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
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In 1 umfaßt ein System 8 mit
einem fokussierten Ionenstrahl eine evakuierte Hülle 10 mit einem oberen
Halsabschnitt 12, in dem sich eine Flüssigmetallionenquelle 14 und
eine Fokussiersäule 16 befinden, die
Extraktionselektroden und ein elektrostatisches optisches System
enthält.
Ein Ionenstrahl 18 geht von der Quelle 14 durch
die Säule 16 und
zwischen elektrostatischen Ablenkeinrichtungen, die schematisch
bei 20 angezeigt werden, zu einer Probe 22, die
zum Beispiel eine Photolithographiemaske aufweist, die auf einem
beweglichen X-Y-Objekttisch 24 in
einer unteren Kammer 26 angeordnet ist. Es wird eine Ionenpumpe 28 zum Evakuieren
des Halsabschnitts 12 eingesetzt.
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Die
Kammer 26 wird mit einem Turbomolekular- und mechanischen
Pumpsystem 30 unter der Kontrolle einer Vakuumsteuereinrichtung 32 evakuiert.
Das Vakuumsystem stellt in der Kammer 26 ein Vakuum zwischen
annähernd
1 × 10–7 Torr
und 5 × 10–4 Torr
bereit. Wenn ein Ätzhilfs-
oder ein Ätzverzögerungsgas verwendet
wird, beträgt
der Kammerrestdruck typischerweise etwa 1 × 10–5 Torr.
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Es
ist eine Hochspannungsstromversorgung 34 mit der Flüssigmetallionenquelle 14 sowie
mit geeigneten Elektroden in der Fokussiersäule 16 verbunden,
um einen Ionenstrahl 18 mit annähernd 1 keV bis 60 keV zu bilden
und ihn nach unten zu richten. Es ist eine Ablenksteuereinrichtung
und -Verstärker 36,
der gemäß eines
vorgeschriebenen Musters betrieben wird, das durch einen Mustergenerator 38 bereitgestellt
wird, mit Ablenkplatten 20 gekoppelt, wodurch der Strahl 18 so
gesteuert werden kann, daß er
entsprechendes Muster auf der Oberseite der Probe 22 zeichnet.
Das zu zeichnende Muster wird unten im Detail beschrieben. In einigen
Systemen sind die Ablenkplatten vor der letzten Linse angeordnet,
was in der Technik wohlbekannt ist.
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Die
Quelle 14 liefert typischerweise einen Metallionenstrahl
aus Gallium, obwohl andere Ionenquellen, wie eine Multicusp- oder
eine andere Plasmaionenquelle verwendet werden können. Die Quelle kann typischerweise
in einem, unter einem Zehntel Mikrometer breiten Strahl auf die
Probe 22 fokussiert werden, um entweder die Oberfläche 22 durch
Ionenfräsen,
verstärktes Ätzen, Materialabscheidung,
oder zum Zwecke der Abbildung auf der Oberfläche 22 zu modifizieren.
Ein Vervielfacher 40 für
geladene Teilchen, der zur Detektion einer Sekundärionen-
oder Elektronenemission zur Abbildung verwendet wird, ist mit einer
Videoschaltung und einem Verstärker 42 verbunden,
wobei der letztgenannte, der Treibersignale für einen Videomonitor 44 liefert, außerdem Ablenksignale
von der Steuereinrichtung 36 empfängt. Die Stelle des Vervielfachers 40 für geladene
Teilchen in der Kammer 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen
variieren. Zum Beispiel kann ein bevorzugter Vervielfacher 40 für geladene
Teilchen koaxial mit dem Ionenstrahl sein und ein Loch aufweisen,
um den Ionenstrahl durchgehen zu lassen. Das FIB-System 8 ist
optional mit einem Rasterelektronenmikroskop 41, zusammen
mit seiner Stromversorgung und Steuerungen 45 versehen.
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Es
erstreckt sich optional ein Fluidzufuhrsystem
46 in die
untere Kammer
26, um gasförmigen Dampf einzuleiten und
zur Probe
22 zu richten.
US-Pat.
Nr. 5,851,413 von Casella u.a. für „Gas Delivery Systems For Particle
Beam Processing",
das an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen
ist, beschreibt ein geeignetes Fluidzufuhrsystem
46.
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Es
wird eine Tür 60 geöffnet, um
die Probe 22 auf dem Objekttisch 24 einzusetzen,
der geheizt oder gekühlt
werden kann, und um außerdem
das Reservoir 50 zu bedienen. Die Tür wird verriegelt, so daß sie nicht geöffnet werden
kann, wenn sich das System unter Vakuum befindet. Die Hochspannungsstromversorgung
liefert zur Erregung und Fokussierung des Ionenstrahls 18 eine
geeignete Beschleunigungsspannung an die Elektroden in der Ionenstrahlsäule 16.
Wenn er die Probe trifft, wird Material zerstäubt, das physikalisch aus der
Probe ausgestoßen
wird. Systeme mit einem fokussierten Ionenstrahl sind zum Beispiel
von FEI Company, Hillsboro, Oregon, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden
Anmeldung kommerziell erhältlich.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bewirken Signale, die an den Ablenksteuereinrichtung
und -Verstärker 36 angelegt
werden, daß sich
der fokussierte Ionenstrahl innerhalb eines Fehlerbereichs auf einer
Maske in einer Weise bewegt, die die Auswirkung der Reparatur auf
die Maske reduziert.
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2 ist
ein Ablaufplan, der die Schritte einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Schritt 212 zeigt, daß der Objekttisch
so bewegt oder gelenkt wird, daß sich
der Fehler unter dem Ionenstrahl befindet. Im Schritt 214 wird
ein Fehlerbereich gekennzeichnet. Es können verschiedene Techniken
verwendet werden, um den Fehlerbereich zu bestimmen. Zum Beispiel
wird in einem FIB-System der FEI-Accura-Reihe, das die IntuitIONTM-Software verwendet, der Fehlerbereich
gekennzeichnet, indem zuerst eine Box auf der Anzeige gezeichnet
wird, die die Bereiche der undurchsichtigen Fehler und durchsichtigen Nicht-Fehler
umfaßt.
Die undurchsichtigen Bereiche erscheinen auf dem Anzeigeschirm heller,
da der Sekundärelektronenstrom,
der aus dem Chrombereich kommt, größer als der Sekundärelektronenstrom
ist, der aus den Quarzbereichen kommt. Um den Fehlerbereich zu kennzeichnen,
identifiziert das System au tomatisch den fehlerhaften, undurchsichtigen
Bereich durch den größeren Sekundärelektronenstrom.
Falls notwendig, kann der Systembediener den Schwellenwert einstellen,
der durch das System verwendet wird, um zwischen Fehler- und durchsichtigen
Bereichen zu differenzieren, und kann außerdem manuell den gekennzeichneten
Fehlerbereich einstellen. Die IntuitIONTM-Software
enthält
ein „Kantenverriegelungs-"Merkmal, das eine
Kante des gekennzeichneten Fehlerbereichs automatisch mit einer
Bezugskante des undurchsichtigen Materials ausrichten wird, so daß die Reparatur
Material bis zur Bezugskante entfernen wird, jedoch nicht darüber hinaus.
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In
Schritt 216 wird ein „Rahmen" oder eine Begrenzung
im Fehlerbereich gekennzeichnet. Der Rahmen weist vorzugsweise eine
Breite von etwa zwei Pixeln auf, obwohl die bevorzugte Breite des
Rahmens mit dem Maskenaufbau variieren kann. 3 zeigt
einen vergrößerten Abschnitt
einer Maske 310 mit einer undurchsichtigen Region 314,
einer durchsichtigen Region 316, und einer undurchsichtigen
Fehlerregion 318, mit einem Rahmenbereich 320,
der in der undurchsichtigen Fehlerregion 318 gekennzeichnet
ist. Die IntuitIONTM-Software ermöglicht es
dem Bediener, eine Rahmenbreite einzustellen. Wenn das Kantenverriegelungsmerkmal
verwendet wird, kann ein Kantenverriegelungsfaktor von zum Beispiel –0,1 verwendet
werden, um einen ähnlichen
Begrenzungsbereich 321 angrenzend an eine Bezugskante 322 bereitzustellen.
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In
Schritt 220 wird der Ionenstrahl auf die Fehlerregion 318 mit
der Ausnahme des Rahmenbereichs 320 und 321 gerichtet,
um zu beginnen, den Fehler zu entfernen und eine unebene Oberfläche zu erzeugen. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Pixel- oder Verweilpunktabstand im Schritt 220 größer als
die Strahlfleckgröße, um eine
Reihe von Löchern
in der Fehlerregion 318 zu erzeugen. Der Pixelabstand liegt
vorzugsweise zwischen etwa dem 2 und 15 fachen des Strahldurchmessers
oder der Fleckgröße, gemessen
als der Durchmesser, bei dem die Strahlintensität auf fünfzig Prozent der maximalen
Intensität
fällt.
Zum Beispiel wurden Pixelabstände
von zwischen 75 nm und 175 nm erfolgreich mit einem bevorzugten
Strahldurchmesser von 35 nm verwendet, obwohl der bevorzugte Abstand
von der Anwendung abhängen
wird.
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Der
Pixelabstand sollte vorzugsweise so gestaltet sein, daß er der
gefrästen
Oberfläche
eine hügelige Textur
verleiht, das heißt,
nicht so groß,
daß große ebene
Bereiche zurückbleiben
und nicht so klein, daß der gefräste Bereich
nach dem Schritt 220 eben ist. Experimentelle Ergebnisse
zeigen, daß die
Transparenz des reparierten Bereichs hinsichtlich des genauen verwendeten
Pixelabstands nicht besonders empfindlich ist. Da die Ionenstrahlintensität typischerweise
eine Gaußsche
oder „glockenförmige" Stromdichteverteilung
aufweist, sind die Löcher
ebenfalls Gauß-förmig, und
die Spitzen der Regionen zwischen den Löchern können außerdem so gefräst werden,
daß sie
niedriger als ihre Höhe
vor dem Schritt 220 sind.
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Der
Schritt 220 erzeugt eine unebene Oberfläche, das heißt, eine
Oberfläche
mit Topographievariationen, die bedeutend genug sind, um das Ionenstrahlfräsen zu steigern.
Der Minimalpegel der Unebenheit kann mit der Dicke und dem Typ des
Materials variieren, das gefräst
wird. Die bevorzugte Variation der Oberflächentopographie ist größer als
50 nm und bevorzugter größer als
70 nm.
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Die
Ionenstrahlfleckgröße kann
für einige
Anwendungen auf etwa 0,15 μm
erhöht
werden, und es können
Strahlen von nicht weniger als 0,8 μm oder größer erzielt werden, falls erwünscht. Wenn
die Option der eingerahmten Reparatur in der IntuitIONTM-Software verwendet
wird, ist es notwendig, die Reparatur nach dem Fräsen des
Inneren des Fehlers 318 zu streichen, so daß der Rahmen 320 im
Schritt 220 nicht gefräst
wird.
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Das
Fräsen
wird im Schritt 220 vorzugsweise ohne die Verwendung eines Ätzhilfsgases
durchgeführt. Indem
kein Gas im Schritt 220 verwendet wird, kann die Zeitspanne,
in der der Ionenstrahl zu jedem Pixel zurückkehren kann, das heißt, die
Auffrischzeit gesenkt werden, da es überflüssig ist, darauf zu warten,
daß zusätzliche
Gasmoleküle
auf der Substratoberfläche
absorbiert werden. Die Ionenstrahlverweilzeit kann ebenfalls erhöht werden,
da sie nicht durch die Menge des absorbierten Gases beschränkt ist,
das am Verweilpunkt verfügbar
ist. Die Reparaturzeit kann daher erheblich reduziert werden. In
einem Test wurde die Reparaturzeit um fünfzehn Prozent reduziert.
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In
Schritt 220 wurden die Löcher im Chrom bis zu zwischen
etwa siebzig Prozent und etwa neunzig Prozent der Chromdicke gefräst. Es ist
wünschenswert,
einen großen
Anteil der Chromtiefe im Schritt 220 zu fräsen, da
das Fräsen
verhältnismäßig schnell
geht, jedoch sollte die Tiefe des Fräsens nicht so groß sein,
daß das
Chrom bis zu einem Punkt verdünnt
wird, an dem eine bedeutende Menge Gallium in das Substrat implantiert
wird. Ein Wert im Bereich von 50% bis 95% der Tiefe kann in vielen
Anwendungen nützlich
sein, und ein Wert außerhalb
dieses Bereichs kann in einigen Anwendungen nützlich sein. Der optimale Pixelabstand und
Tiefe des Fräsens
in Schritt 220 wird von der Strahlgröße und Eigenschaften der Maske,
wie dem Absorber- und Substratmaterialien und der Dicke des Absorbers
abhängen.
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Im
Schritt 224 wird der Ionenstrahl auf Pixel im gesamten
Fehlerbereich einschließlich
des Rahmenbereichs 320 und 321 gerichtet, wobei
ein Pixelabstand verwendet wird, der ausreichend klein ist, um einen glatten
Boden auf dem gefrästen
Bereich zu erzeugen. Wenn das Kantenverriegelungsmerkmal verwendet wird,
wird der Kantenverriegelungsfaktor nun auf null gesetzt, so daß sich das
Fräsen
auf die Bezugskante 322 erstreckt. Während der Ionenstrahl im Schritt 224 angewendet
wird, wird vorzugsweise ein Ätzverstärkungsgas auf
den Auftreffbereich des Ionenstrahls gerichtet, um das Fräsen zu unterstützen. Ätzverstärkungsgase
können
Halogene enthalten und sind typischerweise für das bestimmte Material spezifisch,
das geätzt
wird. Ein bevorzugtes Ätzverstärkungsgas
zum Ätzen
von Chrom weist molekulares Brom auf. Xenondifluorid wäre gut zum Ätzen von
MoSiON und anderen Dämpfungsmaterialien
geeignet. Es kann zum Brom oder einem anderen Ätzmittel Wasserdampf hinzugefügt werden,
vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 10:1 von Brom zu Wasser,
um die Ätzung
von Quarz zu reduzieren.
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Es
können
ein oder mehrere zusätzliche
Zwischenfrässchritte
zwischen dem Schritt 220 und dem Schritt 224 verwendet
werden. Die Zwischenschritte verwenden typischerweise einen Pixelabstand
zwischen jenem des Schrittes 220 und jenem des Schrittes 224.
Wenn mehrere Zwischenschritte verwendet werden, vermindert sich
der Pixelabstand typischerweise mit jedem anschließenden Schritt.
Einige der in den verschiedenen Schritten gefrästen Löcher werden typischerweise
vorher gefräste
Löcher überlappen.
Bei der Beendigung der mehreren Schritte ist jedoch die Menge des
von jedem Punkt in der Probe entfernten Materials annähernd gleich,
um einen verhältnismäßig einheitlichen,
planaren Boden über
den gesamten gefrästen
Bereich zu erzeugen.
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In
beiden Schritten 220 und 224 bewegt sich der Ionenstrahl
zwischen Pixelorten, wobei er an jedem Pixelort für einen
vorgegebene Verweilzeit verweilt, und zu jedem Ort periodisch zurückkehrt,
bis eine vorgeschrieben Ionendosis abgegeben worden ist. Es werden
typischerweise derselbe Pixelabstand und dieselben Dosen für Fehler
verschiedener Größen verwendet,
obwohl diese Parameter ebenso wie andere Strahleinstellungen für unterschiedliche
Anwendungen geändert
werden können.
Beide Schritte setzen vorzugsweise eine Blende von 75 μm in der
ionenoptischen Säule
ein und verwenden einen Strahlstrom von 35 pA. In beiden Schritten
bewegt sich der Strahl vorzugsweise in einem Schlangenmuster, das
heißt,
die Abtastrichtung wird an jedem Ende jeder abgetasteten Reihe umgekehrt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
verweilt der Strahl während
des Schritts 220 an jedem Pixelort für annähernd 500 μs, und die minimale Auffrischzeit,
das heißt,
die minimale Zeit, die zugelassen wird, damit der Strahl zu einem
gegebenen Pixelort in einer anschließenden Abtastung zurückkehrt,
wird auf 10 μs
eingestellt, wodurch die Verzögerung
zwischen Rastern minimiert wird. Im Schritt 224 beträgt der Pixelabstand
etwa 0,04 μm,
und die Verweilzeit beträgt
etwa 0,35 μs.
Die Auffrischzeit wird von etwa 6000 μs erhöht, um Zeit zuzulassen, damit
Gasmoleküle
zwischen aufeinanderfolgenden Rastern absorbiert werden. In Schritt 224 kann der
Ablauf so programmiert werden, daß pausiert wird, nachdem festgelegte
Prozentanteile, wie 40%, 60%, 80% oder 90%, der Ionendosis abgegeben
sind. Diese Pause ermöglicht
es dem Systembediener, den Fortschritt der Reparatur zu betrachten
und sicherzustellen, daß der
Reparaturvorgang nicht erheblich in das Substrat ätzt, nachdem
das Fehlermaterial entfernt ist. In einigen Ausführungsformen kann SIMS verwendet
werden, um das Material zu analysieren, das von der Maske zerstäubt wird,
um festzustellen, ob das Absorbermaterial entfernt worden ist.
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Die
Anmelder verwendeten die Technik für mehrere Reparaturen an typischen
Photolithographiemasken, die ein Quarzsubstrat und eine 100 nm dicke
Chromschicht als den Absorber aufwiesen.
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Tabelle
1 zeigt die für
Schritt
220 verwendeten FIB-Systemparameter. Tabelle 2 zeigt die
für Schritt
224 verwendeten
FIB-Systemparameter. Tabelle 3 zeigt die unterschiedlichen Pixelabstände und
die Frästiefe
im Schritt
220 im Verhältnis
zur Gesamtchromdicke und die gemessene Transparenz und Tiefe der Überätzung an
der Kante der Reparatur, das heißt die „Flußbettbildung".
| Parameter | Einstellung |
| Blende | 75 μm |
| Strahlstrom | 35
pA |
| Verweilzeit | 500 μs |
| Rücklauf | 10 μs |
| Min.
Auffrischung | 10 μs |
| Gas | Keins |
| Technik | Rahmen – Dosis
auf Rahmen = 0,0
Rahmenbreite = 2 × Pixelabstand
Kantenverriegelungsfaktor
= –0,1 |
Tabelle 1. Konstanten für Schritt
220
| Parameter | Einstellung |
| Blende | 75 μm |
| Strahlstrom | 35
pA |
| Pixelabstand | 0,04 μm |
| Verweilzeit | 0,35 μs |
| Rücklauf | 10 μs |
| Min.
Auffrischung | 6000 μs |
| Gas | Nur
Br – HCIG
1,8 e–5 |
| Technik | Intervalle – 0,40,
0,60, 0,80, 0,90
Kantenverriegelung = 0,0 |
Tabelle 2. Konstanten für Schritt
224
| | Pixelabstand (nm) | Tiefe
(% Cr) | Ist- Ionendosis (nC/μm2) | Kante (nm) | Durch- Transparenz (%) AIMS | Quer- Transparenz (%) AIMS | Min. Fluß bett-Tiefe
(nm) | Max. Fluß bett-Tiefe
(nm) |
| 1 | 175 | 0,8 | 0,106 | 3,3 | 99,3 | 99 | 10 | –2 |
| 2 | 175 | 0,9 | 0,119 | 4,5 | 96,7 | 96,7 | –2 | –10 |
| 3 | 125 | 0,9 | 0,14 | 9,9 | 98,8 | 96,9 | –13 | –25 |
| 4 | 100 | 0,8 | 0,246 | 28,3 | 97,6 | 95,1 | –7 | –30 |
| 5 | 150 | 0,8 | 0,114 | 17,7 | 98,6 | 95,9 | –5 | –12 |
| 6 | 150 | 0,9 | 0,129 | 12 | 98,1 | 95,5 | –8 | –17 |
| 7 | 100 | 0,9 | 0,277 | 4,2 | 98,4 | 95,4 | –1 | –20 |
| 8 | 75 | 0,7 | 0,328 | –5,7 | 97,8 | 95,5 | –7 | –17 |
| 9 | 100 | 0,7 | 0,216 | 19,2 | 97,8 | 96,1 | 4 | –4 |
| 10 | 75 | 0,9 | 0,422 | 15 | 98 | 93,8 | –13 | –14 |
| 11 | 125 | 0,8 | 0,124 | 24,2 | 97,7 | 94,9 | –2 | –7 |
| 12 | 75 | 0,8 | 0,375 | 3 | 98,8 | 95,7 | –2 | –2 |
| 13 | 175 | 0,7 | 0,092 | 34 | 96,7 | 95,2 | 9 | 11 |
| 14 | 150 | 0,7 | 0,1 | 5,4 | 97 | 93,4 | 1 | 1 |
| 15 | 125 | 0,7 | 0,109 | –22,2 | 99 | 93,6 | 2 | –8 |
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Tabelle 3
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Die
Transparenzen wurden unter Verwendung von Licht mit einer Wellenlänge von
248 nm in einem Aerial Image Measurement System (AIMS) gemessen,
und Flußbett-Tiefen
wurden unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops (AFM) gemessen. „Durch-Transparenzen" wurden durch die
reparierte Region längs
einer Linie senkrecht zur benachbarten, fehlerfreien Chromlinie
gemessen (z.B. Linie 322 der 3), und „Quer-Transparenzen" wurden längs einer
Linie parallel zur benachbarten, fehlerfreien Chromlinie durch die reparierte
Region gemessen. Positive Werte für die Flußbettbildung zeigen Restmaterial
auf dem Substrat an, wohingegen negative Werte ein wirkliches Flußbett oder
einen abgesenkten Bereich anzeigen.
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Es
wurden Flußbetten
weit unter 20 nm erreicht, mit in vielen Fällen Flußbetten unter 15 nm, unter
10 nm und sogar unter 5 nm. Die Durch-Transparenzen waren alle größer als
95%, wobei die meisten größer als 96%
oder 97%, und etliche größer als
98% waren. Die „Kanten"-Säule der
Tabelle 3 zeigt an, wie eng die Kante der durchsichtigen reparierten
Region mit ihrer beabsichtigten Kante ausgerichtet ist, zum Beispiel
die Linie 322 der 3. Der Kantenwert
ist positiv, wenn die Chromlinie, die dem reparierten Bereich benachbart
ist, dicker als dieselbe Linie ist, die vom reparierten Bereich
entfernt ist, und negativ, wenn die Chromlinie, die dem reparierten
Bereich benachbart ist, dünn
ist. Im Schritt 224 wurde der Kammerdruck mit einem Glühkathodenionisationsvakuummeter
(HGIG) als 1,8 × 10–5 Torr
gemessen. Die Anmelder glauben, daß sich die Zunahme der Transparenz
hauptsächlich
von der Reduzierung der Flußbetten
ableitet, statt von der reduzierten Galliumimplantation.
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Die
Anmelder haben außerdem
festgestellt, daß die
Frässpezifikationen,
das heißt
der Pixelabstand, Dosis, Ionenenergie, Strahlgröße und andere Parameter jeder
Frässchrittbox
sowie die Anzahl der verwendeten Schritte variiert werden können, um
das Fräsen
abhängig
von den Maskeneigenschaften zu optimieren, die das Absorbermaterial
und die Dicke umfassen. Die Spezifikation jeder Fräsbox und
die Anzahl der Boxen können
experimentell bestimmt werden, wobei das oben bereitgestellte Beispiel
und die Information als ein Leitfaden dienen.
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Obwohl
in den oben beschriebenen Mustern das Fräsen in rechteckigen Anordnungen
mit festen Pixelabständen
in jeder Box durchgeführt
wird, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Zum
Beispiel kann der Pixelabstand allmählich reduziert werden, anstatt
in diskreten Schritten reduziert zu werden, und die Fräsorte müssen nicht
in einem rechteckigen oder regelmäßigen Muster verteilt sein,
solange die Pixel weit genug beabstandet sind, um die Transparenz
zu erhalten und die Materialmenge, die schließlich von jedem Punkt entfernt
wird, etwa dieselbe ist, um einen ebenen, glatten, planaren Boden
zu erzeugen. Der Pixelabstand könnte
sogar unverändert
bleiben, wobei sich die Pixelorte in anschließenden Abtastungen ändern, um
einen ebenen, glatten, planaren Boden zu erzeugen.
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Obwohl
die Erfindung bezüglich
der Maskenreparatur beschrieben worden ist, könnte sie in jeder Anwendung
verwendet werden, in der es erwünscht
ist, Material mit einer minimalen Auswirkung auf das darunterliegende
Material zu entfernen.
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Wo
sich diese Anmeldung auf die Entfernung von undurchsichtigem Material
bezieht, ist es beabsichtigt, andere Materialien einzuschließen, wie
Phasenverschiebungsmaterialien, die auf einer Maske verwendet werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben
worden sind, sollte es sich verstehen, daß verschiedene Änderungen,
Ersetzungen und Abänderungen
an den hierin beschriebenen Ausführungsformen
vorgenommen werden können,
ohne den Geist und Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert ist. Überdies
ist es nicht beabsichtigt, daß der
Rahmen der vorliegenden Anmeldung auf die besonderen Ausführungsformen
des Verfahrens beschränkt
ist, wobei die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.