CN1739066B - 用于掩模修复的电子束处理技术 - Google Patents

Abstract

通过在刻蚀气体存在情况下将电子束入射到衬底而使镓污染衬底恢复透射率。对于较高的镓注入浓度，透明度可以基本恢复而不减少衬底厚度。对于较低的镓注入剂量，透射率恢复到100％，虽然衬底厚度减少了。本发明适用于光刻掩模的修复。

Description

用于掩模修复的电子束处理技术

技术领域

本发明涉及到用于修复平版印刷掩模上的缺陷的带电粒子束处理技术。

背景技术

光刻是用于产生小结构如集成电路和微电机的技术。光刻技术需要通过光或其它辐射的图案使被称为光致抗蚀剂的辐射敏感物质曝光。典型地，图案是使辐射通过掩模而产生的，掩模由其表面上具有图案的衬底构成。图案阻挡了部分辐射或使辐射改变其相位，从而在辐射敏感材料上产生曝光和未曝光区域。在一个二进制强度(binary intensity)掩模中，图案由相反透明衬底上的光吸收材料构成。在相移掩模中，图案由一种材料构成，该材料使通过它的光发生相位移，从而在光致抗蚀剂上形成产生清晰图象的干涉图案。在光致抗蚀剂上产生的图象称为掩模的“空间象(aerial image)”。所能产生的结构的尺寸受所使用的辐射波长的限制；越小的波长能够产生越小的结构。

由于光刻技术要求产生更小的结构，因此使用较小辐射波长包括紫外线和X-射线辐射的平版印刷系统正在得到发展。(术语“光”和“光刻”两个词通常意义上也包括可见光以外的辐射)。能够生产尺寸为70nm或更小的结构的系统正在研发。这样的结构可以通过光刻制造，光刻使用的光波长为193nm或157nm。使用这样短的波长的一些光刻掩模使用掩模上的反射图案而不是透射图案，因为衬底对这样小的辐射波长没有足够的透明。在这样的掩模中，辐射从掩模反射到光致抗蚀剂上。

如果掩模要精确产生所需要的曝光图案，光刻掩模必须没有制造缺陷。最新制造的一些掩模具有一些缺陷，如图案材料丢失或图案材料过量，这样的掩模使用前必须对缺陷进行修复。光刻技术中对更小晶片特征的需求使得用于修复光掩模上的缺陷的技术的需求日益增加。

在不透明缺陷的情况下，即存在多余的吸收剂或相移材料的情况下，可以利用带电粒子束，例如聚焦镓离子束，去除多余的材料来修复缺陷。不幸的是，离子束也会损伤掩模表面并且将离子注入到衬底中，这对光通过衬底的透射性有不利影响。由于光刻中使用较短的波长，因此衬底中的缺点对掩模空间象有较大影响。掩模修复所引起的衬底的任何改变都影响掩模的性能，因此需要新的能够减少修复对衬底的影响的掩模修复技术。

减少离子束掩模修复的影响的一个方法是在刻蚀气体，如二氟化氙存在的情况下，用聚焦离子束扫描整个被修复区域，从而去除衬底表面层以提高光透射率。例如，在Asano等的美国专利No.6,335,129中描述了这样的技术。类似地，Casey，Jr.等的美国专利No.6,042,738描述了在二氟化氙存在的情况下用带电粒子束扫描整个被修复区域。但是，衬底材料的去除改变了衬底的厚度，这反过来改变了透射光的相位。改变的相位改变了空间象，对掩模性能特别是相移掩模产生不利影响。而且，对通过将镓束入射到表面的工艺能去除多少注入的镓是有限制的。因此，需要一种将掩模恢复到接近其原始性能的方法。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种恢复透明度以修复被修复掩模的技术，同时保持被修复掩模的空间象近似于没有制造缺陷掩模的空间象。

本发明将电子束入射到光透射率减少的衬底，例如，由用于去除材料的聚焦离子束附带注入的镓原子造成的光透射率减少。在一些实施例中，优选在有气体存在的情况下，以不使衬底厚度由于电子束轰击而显著减少的束能量和束剂量，使电子束入射到衬底上，而衬底的透射率是基本上增加的。通过保持厚度接近于原始掩模的厚度，使掩模修复对透射辐射相位的影响最小化。在其它实施例中，随透明度恢复衬底厚度减少。

前面很宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，从而使下面有关本发明的详细描述更好理解。下文中将描述本发明的其它特征和优点。本领域技术人员应该理解所公开的概念和特定实施例可以轻易用作修改或设计其它用于实现和本发明相同目的的结构的基础。本领域技术人员也应该认识到这种等价的结构并不偏离所附权利要求中所提出的本发明的宗旨和范围。

附图说明

为了更彻底地理解本发明及其优点，现在结合附图进行如下说明，其中，

图1示出对于应用于用镓重度注入的石英的电子束工艺，刻蚀深度和透射率与电子束剂量的关系图。

图2示出对于应用到已经用镓离子束处理过从而去除铬层的石英的电子束工艺，刻蚀深度和透射率与电子束剂量的关系图。

图3示出对于应用到已经用一系列镓离子束剂量处理过的石英的电子束工艺，193nm的透射率和电子束剂量的关系图。

图4示出对于应用到已经用一系列镓离子束剂量处理过的石英的电子束工艺，157nm的透射率和电子束剂量的关系图。

图5示出对于应用到已经用一系列镓离子束剂量处理过的石英的电子束工艺，刻蚀深度和电子束剂量的关系图。

图6示出对于不同电子束剂量施加到注入镓的石英的工艺，193nm的透射率和镓剂量的关系图。

图7示出对于施加不同电子束剂量到注入镓的石英的工艺，157nm的透射率和镓剂量的关系图。

图8是示出在193nm测得的八个10μm×10μm沟槽中的每一个的透明度图，在石英衬底中用镓离子束研磨的沟槽。

图9A-9F示出用空间象测量系统测得的八个10μm×10μm沟槽的透明度图，沟槽的透明度值示于图8的图中。

图10示出通过衬底的透射图象，其中透明区域如未被研磨石英呈现暗色，而不透明区域如铬层呈现亮色。

图11A、11C和11E示出测试位置的扫描纳米轮廓测定仪测绘图，而11B、11D和11F示出相应的纳米轮廓测定仪痕迹在各个沟槽中的位置。

图12示出用于实践本发明的双光束系统。

优选实施例详述

如上所述，将镓离子束入射到石英表面降低了表面透明度，因而对石英光刻掩模的性能有不利影响。虽然透明度的降低可以有目的地用来使掩模的一部分相对不透明，但是当用镓离子束修复不想要不透明的区域时，附带产生的透明度降低也可能产生不希望得到的副作用。

申请人发现，可以在刻蚀增强气体存在情况下通过将电子束入射到被修复区域而恢复被修复区域的透明度。申请人已发现该工艺的效果随被注入镓浓度的改变而改变。

当注入镓处于相对高的浓度时，申请人已发现可以在衬底厚度没有明显变化的情况下恢复被修复区域的透明度。在有些情况下，衬底实际上略显膨胀，即电子束轰击后的衬底厚度大于电子束轰击前的厚度。当衬底厚度没有很大改变以及由此导致透射光的相位没有很大改变时，典型地，被修复区域的透明度增加到大于90％或95％。例如，利用电子束能量和电子束束剂量适当组合，电子束在XeF₂存在情况下可以充分增加镓污染(gallium-stained)石英衬底的透明度，同时不显著减少石英的厚度。这是一个意想不到且有利的发现，因为石英去除本身会引起不希望得到的相缺陷。

当被注入的镓具有相对低的浓度时，衬底呈现更迅速刻蚀，并且当透明度恢复时厚度有更大变化。对于一些应用，厚度变化是可以接受的。对于另一些应用，则希望避免厚度的变化。

申请人假定石英中的镓可能与气体化学结合形成化合物，化合物或者是透明的或者从石英衬底挥发和蒸发。或者，可以通过处理工艺将材料添加到衬底，或石英衬底可能膨胀，从而尽管去除了镓污染石英却使表面位置保持不变。透射率恢复的另一种可能的解释是处理工艺以这样一种方式改变了镓污染石英，即不希望有的注入镓的吸收效果被中和。不管关于潜在机理的任何理论的精确性，申请者根据经验说明本发明可以在对厚度不产生可测量得到的影响的情况下恢复透明度。

图1表示相对于使用聚焦镓离子束被刻蚀到约44nm深度的石英中的5μm×5μm见方区域所得到的实验结果，其中镓以约0.2nC/μm²的相对高的剂量注入。这样，如图1中虚线所示的44nm的深度，是用于测量进一步处理所刻蚀深度的开始点。镓注入后，用0.06～0.90nC/μm²剂量范围内的电子束清洗该区域，处理室中二氟化氙的压力约为5.5×10^-6乇。正方形代表波长在193nm时的透射率，按照图右侧的刻度读取；菱形代表厚度，按照图左侧刻度读取。

图1表示随着电子束剂量增加到约0.6nC/μm²，透射率从约30％稳定提高到约95％，随后当剂量在0.6～0.90nC/μm²之间时透射率稳定在约95％。衬底厚度呈现增加直到电子束剂量达到约0.3nC/μm²，石英衬底在此剂量下呈现约5nm的膨胀。当电子束剂量进一步增加时，石英呈现出开始刻蚀。在剂量约0.6nC/μm²时，石英刻蚀约3或4nm，但是透射率恢复到约95％。

在透射辐射的相位很重要的应用中，操作者可能在，例如，约0.55nC/μm²剂量下实现修复，而且，虽然透射率不完全象在较高电子剂量下一样高，但厚度基本不变。在其它应用中，操作者可能想在约0.6nC/μm²剂量下实现修复，在此剂量下厚度改变约4nm，但是透明度恢复到约95％。

图2表示5μm×5μm见方区域的实验结果，如美国专利No.6,042,738中所描述的，该区域的铬利用聚焦离子束在溴和水蒸气存在的情况下被剥去。铬去除后，在二氟化氙存在情况下用电子束清洗该正方形区域，处理室中电子束剂量在0.06～0.90nC/μm²范围内，二氟化氙的压力约为5.5×10^-6乇。去除铬过程中注入的镓量显著少于图1实验中注入的镓量。菱形代表刻蚀深度，按照图左侧的刻度读取；正方形代表193nm时的透射率，按照图右侧刻度读取。图2中的虚线表示在聚焦离子束处理结束时相对于顶部铬表面的深度约为95nm，因此任何附加处理引起的刻蚀从95nm开始测量。

图2表示随电子剂量增加透射率提高，电子剂量大于约0.20nC/μm²时，透射率大于约97％。但是，石英以约0.130μm³/nC的稳定速率刻蚀，并且表现为为了使透射率恢复到约97％，必须去除约25μm的石英。因而，在低镓注入浓度下，可以发现透射率能够恢复到100％，但是石英厚度被改变。

图3和4表示在XeF₂的压力为5.5×10^-6乇，电子束剂量从0～1.0nC/μm²时的透射率。每条线代表不同镓注入水平下的透射率。图3表示193nm辐射的透射率；而图4表示157nm时光的透射率。图3和4表示透射特性，和图1和2中所示类似。

图3表示对于低镓剂量，电子束将透射率恢复到约100％；对于高的镓注入剂量，将透射率从低于40％提高到高于90％。对于更低的镓剂量，透射率恢复到100％。图4表示类似的图，但是图中的透射率是波长157nm下的透射率。电子束处理使157nm下的透射率提高，但是没有达到图3中所示的193nm辐射的程度。

图5表示刻蚀深度对电子束剂量关系曲线，每条线代表不同的镓注入剂量。与图1和2一致，图5表明在更低镓注入剂量下，出现石英衬底被更大量刻蚀的情况。

最后，图6和7表示和图3和4相同的数据，但是图中绘制的是透射率和镓注入剂量的关系曲线，而且每条绘制曲线代表不同的电子束剂量。图6和7表明电子束剂量增加导致对193nm和157nm两种辐射的透明度增加，虽然193nm的透明度得到更大程度恢复。

图8、9A～9D和表1表示在八个10μm×10μm沟槽上所进行的实验的结果，沟槽在石英衬底中用镓离子束研磨。

表1

沟槽号	百分比透射率(193nm)
		1’	32
1	32
		2	93
3	90
		4	94
5	92
		6	93

沟槽号	百分比透射率(193nm)
		7	90
8	93
		8’	34

随后用电子束和XeF₂清洗沟槽2-7和沟槽8的一半，通过扫描探针轮廓测定仪的测量证实石英材料没有大量去除。图8和表1表明，与相对于石英衬底没有经过镓束处理部分的透明度的参考值相比，沟槽1和沟槽8的未清洗部分在193nm波长下分别呈现32％和34％的透射率。根据本发明清洗的沟槽2-7和沟槽8的一部分的透射率平均为92％，并且所有沟槽呈现大于参考值的90％的透明度。

图9A～9F表示用于测量光刻掩模的透射率的空间象测量系统(AIMS)的计算机屏幕。图9A～9F中的每一条曲线表示测试沟槽的强度分布图。每条曲线表示沿X轴不同点的透射率。每个图中多条曲线中的每一条是在不同的AIMS“焦距”值下测得的。每个图旁边的是通过掩模产生的实际空间象。

图9A和9B表示通过沟槽1的透射率，沟槽用镓离子束研磨并且随后不用本发明的工艺清洗。图9C和9D分别表示通过沟槽2和3的透射率，沟槽2和3用镓离子束研磨并且随后用本发明的工艺清洗。图9E和9F表示通过沟槽8不同半边的透射率。图9E表示通过沟槽8的根据上述工艺清洗的半边的透射率；而图9F表示通过沟槽8未清洗半边的透射率。

图10表示带有测试沟槽的衬底的光学显微图象。光学显微图象利用从衬底反射来的光。透明区域如未研磨石英呈现暗色，不透明区域如铬呈现亮色。可以看到未清洗的沟槽1和沟槽8的未清洗半边呈现亮色，这表明它们是相对不透明的。

图11A、11C和11E分别表示沟槽1、4和8形貌的扫描纳米轮廓测定仪测绘图，而图11B、11D和11F表示被测绘的空间象区域。图11A表示沟槽1的纳米轮廓测定仪测量结果，沟槽1用镓离子束研磨并且没有根据本发明进行处理。图11B表示纳米轮廓测定仪扫描位置。镓污染石英的深度约在未研磨原始石英深度下43nm。

图11C表示沟槽4的纳米轮廓测定仪测量结果，其中，沟槽4用镓离子束刻蚀，然后按照本发明进行清洗。沟槽的深度约43nm，该深度与未按照本发明清洗的沟槽1的深度一样。如表1所示，沟槽4的透明度是94％，而沟槽1的透明度是32％。结果，处理使透明度恢复而没有明显影响衬底厚度。

图11E表示沟槽8的纳米轮廓测定仪测量结果，其中，沟槽8用镓离子束刻蚀，然后沟槽8只有一半按照本发明进行清洗。未按照本发明清洗的镓污染石英的深度为35nm，而按照本发明清洗的镓污染石英的深度为33nm。如表1所示，沟槽8的按照本发明清洗过的部分具有93％的透明度，而沟槽8的没有按照本发明处理的部分(沟槽8’)具有34％的透明度。因此，图11E表明本发明在没有减少厚度的情况下恢复了透明度。这表明本发明能够恢复透明度而不影响表面形貌。(测量表明在沟槽底部确实有凹坑。凹坑被认为是由设备因素造成的，与样品上其它地方透明度的增加没有关系)。

带电粒子束工艺可以按所施加的电子束剂量，即入射到单位面积的电子或离子总量来表征。带电粒子束也可以按束中粒子的能量，称为束能量来表征。剂量典型的计量单位是每平方微米毫微库仑(nC/μm²)，而束能量典型计量单位是电子伏特(eV)。用于修复掩模缺陷的镓离子束的典型参数是在30keV入射束能量、10-20nm的像素间距和等效点尺寸、6000μs的有效气体更新时间，以及0.2μs的停留时间下，束剂量为0.3nC/μm²，从而去除铬。

在一个优选实施例中，根据本发明的一个实施例的电子束清洗施加约0.1nC/μm²～约1.0nC/μm²的剂量，使用1keV电子束，像素间距为0.2μm，等效点尺寸更新时间为2000-6000μs，以及像素停留时间1-10μs。在真空室中施加XeF₂以产生2×10^-6乇的本底压力。优选电子束能量和剂量随衬底类型、离子类型、离子能量以及其它因素的变化而变化。申请人不认为束能量是严格要求的，也可使用其它束能量。利用此处提供的实例和指导，技术人员可以通过实验确定合适的电子剂量和束能量以在不同条件下实施本发明。

要施加的优选电子剂量将主要取决于镓或其它注入到衬底中的杂质的浓度。例如，在重注入区域，如镓剂量约为0.05-0.2nC/μm²，用电子束照射这种高度注入的石英区域(regime)几乎不造成石英损伤。但是在193nm辐射情况下，透射率恢复到几乎100％。在157nm辐射情况下，透射率恢复到略低于100％。

作为另一个实例，在用较低镓剂量的较低注入石英区，如镓注入量在0.005～0.02nC/μm²之间，将使用改性的电子束清洗工艺。在电子束和XeF₂存在情况下，较低注入石英刻蚀得更快，因此使用较低电子束剂量以减少清洗后残留的石英损伤。然而，甚至在较低剂量下，在157nm的透射率的恢复程度也要比前面描述的高度注入工艺中的高。

在一个优选实施例中，清洗后的透明度大于约80％，更优选大于约85％，最优选大于约90％。和未处理区域相比相对增加的透明度优选大于100％(双倍)，更优选大于200％(三倍)，最优选大于250％(3¹/₂倍)。最优选被处理区域的厚度不显著减少。在一些实施例中，衬底厚度可能略微减少，优选小于10nm，更优选小于5nm，最优选小于2nm。

图12表示典型的双束系统8，它可用来实施本发明的一些方法。双束系统8包括被抽真空的封闭室10，该封闭室具有其中放置液态金属离子源14的上部颈部分12和包含析取器电极及静电光学系统的聚焦柱16。来自源14的离子束18通过柱16和图中20所示意的静电偏转装置之间到达工件22，工件22包含，例如，位于下部室26中的可动X-Y台24上的光刻掩模。利用离子泵28为真空颈部分12抽真空。室26在真空控制器32的控制下用涡轮分子泵和机械泵系统30抽真空。真空系统为室26提供约1×10^-7～5×10^-4乇的真空度。当使用辅助刻蚀或刻蚀阻滞气体时，室内本底压力典型地约在1×10^-5～1×10^-6乇之间。

高电压电源34连接到液态金属离子源14以及聚焦柱16中的适当电极，用来形成约1keV～60keV的离子束18并向下照射。按照图案发生器38提供的规定图案操作的偏转控制器和放大器36耦合到偏转片20，由此可以控制束18描绘出样品22的上表面上的相应图案。下面详细描述被描绘的图案。在一些系统中，偏转片放置在末级透镜前，这是本领域所熟知的。

典型地，源14提供镓金属离子束，虽然也可使用其它离子源，如多端(multicusp)或其它等离子体离子源。典型地，源能够在样22上聚焦成亚十分之一微米宽的束，该束或者用于通过离子研磨、增强刻蚀、材料淀积对表面22进行改性，或者用于表面22的成像。用于探测用来成像的二次离子或电子发射的带电粒子倍增器40连接到视频电路和放大器42，后者为视频监视器44提供驱动，同时也接收来自控制器36的偏转信号。在不同实施例中带电粒子倍增器40在室26中的位置可能不同。例如，优选的带电粒子倍增器40可以与离子束同轴，并且包含允许离子束通过的孔。为扫描电子显微镜41及其电源和控制系统45配备FIB柱，以实施本发明。优选台24倾斜，从而使来自扫描电子显微镜41的电子束能够以90度角撞击工件22。在其它实施例中，扫描电子显微镜41垂直取向，而FIB柱12倾斜。在另外的实施例中，电子和离子柱两个柱可能平行，或甚至位于不同的系统中。流体输送系统46任意延伸到下部室26，用于将气态蒸汽引入并导向样品22。

打开门60以将样品22插入可加热或冷却的台22上，或者用于为贮藏池50供料。门是互锁的，从而在系统处于真空状态时它不能被打开。高压电源提供适当的加速电压给离子束柱16中的电极，用于激励并聚焦离子束18。当离子束撞击工件时，材料从样品溅射出来，这属于物理喷射。双束系统可以在市场上买到，例如，可从FEI company、Hillsboro、Oregon、本申请的受让人处购买。本发明可以在单或多束系统中实施。修复掩模时，优选使用电荷中和，因为绝缘衬底趋向于积聚电荷，这可能使束在表面的着陆位置偏移，并因此改变修复位置。例如，可使用如US临时专利申请No.60/411,699所描述的电子喷枪或离子发生器中和电荷。

虽然已经详细描述了本发明及其优点，但是应该明白此处可以做各种改变、替代和变更，而不偏离所附权利要求所定义的本发明的宗旨和范围。此外，本申请的范围并非意在限于本说明书描述的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤的特殊实施例中。因为本领域的普通技术人员很容易受到本发明公开内容的启发，因此可以根据本发明使用现有的或日后研制的可以实施相应实施例的基本相同的功能或基本相同效果的工艺、机器、制造方法、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求在其权利范围内被认为包含这些工艺、机器、制造方法、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (4)

1.一种恢复具有减少石英材料透射率的注入镓的石英材料透明度的方法，该方法包含：

将气体导向石英材料的镓注入部分；以及

将剂量小于2.0nC/μm²的电子束导向到石英材料的镓注入部分，电子束中的电子剂量使得石英材料厚度基本不变并且石英材料透射率显著增加。

2.权利要求1的方法，其中将气体导向石英材料的镓注入部分包括导入含卤素化合物的气体。

3.权利要求2的方法，其中将气体导向石英材料的镓注入部分包括导入含二氟化氙的气体。

4.权利要求1的方法，其中将电子束导向到石英材料的镓注入部分包括提供0.4nC/μm²～0.8nC/μm²的电子束剂量。

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