DE102011080100A1

DE102011080100A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Defekten eines optischen Elements für den EUV Bereich

Info

Publication number: DE102011080100A1
Application number: DE102011080100A
Authority: DE
Inventors: Dr. Waiblinger Markus; Dr. Scherübl Thomas
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-30
Also published as: DE102011080100B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von zumindest einem Defekt eines optischen Elements für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, das zumindest ein Substrat und zumindest eine Mehrschichtstruktur aufweist, umfassend lokales Verändern der Reflektion der Mehrschichtstruktur im Bereich des zumindest einen Defekts mit einem Elektronenstrahl.

Description

1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Bearbeiten von Defekten eines optischen Elements für den EUV Bereich.
2. Stand der Technik
Als Folge der wachsenden Integrationsdichte in der Halbleiterindustrie müssen Photolithographiemasken zunehmend kleinere Strukturen auf Wafern abbilden. Um diesem Trend Rechnung zu tragen, wird die Belichtungswellenlänge von Lithographiegeräten zu immer kleineren Wellenlängen verschoben. Zukünftige Lithographiesysteme werden mit Wellenlängen im extremen ultravioletten (EUV) Bereich arbeiten (vorzugsweise aber nicht notwendigerweise im Bereich von 6 nm bis 14 nm). Der EUV Wellenlängenbereich stellt enorme Anforderungen an die Präzision optischer Elemente im Strahlengang der zukünftigen Lithographiesysteme. Diese werden voraussichtlich reflektive optische Elemente sein, da der Brechungsindex der derzeit bekannten Materialien im EUV Bereich im Wesentlichen gleich eins ist.
EUV Spiegel weisen ein Substrat mit geringer thermischer Ausdehnung auf. Auf das Substrat wird eine Mehrschichtstruktur (englisch Multilayer) aus beispielsweise etwa 40 bis etwa 60 Doppelschichten aus Silizium (Si) und Molybdän (Mo) oder anderen geeigneten Materialien aufgebracht, die als dielektrischer Spiegel wirken. Die europäische Patentschrift EP 1 829 052 B1 offenbart ein mögliches Ausführungsbeispiel eines solchen reflektiven Mehrschichtspiegels für den EUV Wellenlängenbereich.
EUV Photolithographiemasken oder einfach EUV Masken weisen auf der Mehrschichtstruktur zusätzlich eine Absorberstruktur auf. In den Bereichen der EUV Maske, die mit Elementen der Absorberstruktur bedeckt sind, werden einfallende EUV Photonen absorbiert oder zumindest nicht so reflektiert wie in anderen Bereichen.
EUV Masken – oder allgemein Photomasken – sind Projektionsvorlagen deren wichtigste Anwendung die Photolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von integrierten Schaltungen ist. Photomasken – ebenso wie EUV Spiegel – müssen weitestgehend fehlerfrei sein, da sich ein Fehler der optischen Elemente bei jeder Belichtung auf jedem Wafer reproduzieren würde. Deshalb werden an die Materialien der optischen Elemente für den EUV Bereich, insbesondere die Photomasken höchste Anforderungen hinsichtlich der Planarität, der Reinheit, der Temperaturstabilität, der Reflektionskonstanz und der Fehlerfreiheit gestellt.
Bei einer Photomaske ist es wichtig, dass die Elemente der Absorberstruktur auf der Photomaske exakt die vom Design des Halbleiterbauelements vorgegebenen Strukturen in dem Photoresist auf dem Wafer abbilden. Die Sollgröße der von der Absorberstruktur in dem Photoresist erzeugten Strukturelemente wird Kritische Dimension (CD, Critical Dimension) genannt. Diese Größe bzw. deren Variation ist eine zentrale Kenngröße für die Qualität einer Photomaske. Die Ursachen einer Schwankung bzw. einer Variation der CD werden in drei Klassen unterteilt: (a) Lokale Rauhigkeit der Strukturelemente oder LER (Line Edge Roughness), (b) lokale CD Variation oder LCD (Local Critical Dimenison) und (c) globale CD Variation oder GCD (Global Critical Dimension).
Die PCT Anmeldung PCT/EP 2011/056 869 der Anmelderin beschreibt ein Verfahren zum Analysieren und Kompensieren lokaler Defekte mit Hilfe eines Elektronenstrahls und/oder zumindest eines Ätzgases bzw. eines Präkursorgases. Zum Kompensieren eines analysierten lokalen Defekts werden die Elemente der Absorberstruktur in der Umgebung des Defekts durch Abtragen oder Hinzufügen von Absorbermaterial gezielt modifiziert („Compensational Repair“) und dadurch das durch den lokalen Defekt lokal veränderte Reflektionsvermögen kompensiert.
Die globale CD Variation (GCD) wird üblicherweise auf der Photomaske in einem geeigneten Raster mit einem Metrologietool gemessen. Beispielsweise kann für diesen Zweck ein PROVE^TM und/oder ein EUV AIMS^® System der Firma Carl Zeiss eingesetzt werden, das sich derzeit noch in der Entwicklung befindet. Die Abweichung der globalen CD oder der GCD von der vorgegebenen Soll-CD wird als Critical Dimension Off (CDO) bezeichnet und als dreidimensionale Kontur oder CDO Karte dargestellt. Die 1 zeigt ein Beispiel einer GCD Messung einer Photomaske. In der Darstellung der 1 ist die Abweichung der Soll- zur Ist-Strukturgröße (CDO) der Elemente der Absorberstruktur dargestellt. Dabei bedeutet Null, dass die Strukturelemente in dem Photoresist exakt so groß sind, wie sie nach dem Design sein sollten. Bei einer positiven CDO erzeugt die Absorberstruktur bei der Beleuchtung eines Wafers zu große Strukturelemente und bei einer negativen CDO entsprechend zu kleine Strukturelemente.
Es gibt bereits Möglichkeiten bestimmte Typen einer zu großen Variation der CD von Photomasken zu korrigieren. Handelt es sich bei der CD Variation über die Photomaske hinweg beispielsweise um eine Prozesssignatur, so kann diese vorzugsweise mit einem entsprechenden Vorhalt der Maskendaten korrigiert werden.
Wenn der EUV Maskenherstellungsprozess abgeschlossen ist, kann die Signatur auf der Photomaske durch eine Änderung der Prozessparameter des Fertigungsprozesses nicht mehr verändert werden. Falls die CD eine vorgegebene Anforderung nicht erfüllt, kann es deshalb notwendig werden die Maske erneut zu fertigen. Bei der Wahl dieser Option sinkt naturgemäß die Ausbeute (yield) des Fertigungsprozesses und die Zeit, die zur Herstellung der Photomaske (time cycle) benötigt wird, steigt an.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten zumindest eines Defekts eines optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich anzugeben, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zumindest zum Teil vermeiden.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Bearbeiten von zumindest einem Defekt eines optischen Elements für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, das zumindest ein Substrat und zumindest eine Mehrschichtstruktur aufweist, das lokale Verändern der Reflektion der Mehrschichtstruktur im Bereich des zumindest einen Defekts mit einem Elektronenstrahl.
Im Gegensatz zu Licht kann ein Elektronenstrahl durch die Schichten der Mehrschichtstruktur eines optischen Elements für den EUV Bereich dringen. Damit wird es möglich Defekte, die eine globale Variation der CD bewirken, unmittelbar am Ort ihres Entstehens zu bearbeiten und dadurch die GCD einer Photomaske direkt zu verbessern, d.h. die globale CD Variation zu verringern.
Ein Elektronenstrahl kann auch zum Bestimmen der globalen Variation der CD und damit zum Ermitteln einer CDO Karte oder Kontur eingesetzt werden. Der Elektronenstrahl des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit gleichzeitig zum Analysieren und zum Bearbeiten der Defekte einer GCD verwendet werden.
Ein Elektronenstrahl verursacht insbesondere bei geringer Energie der auftreffenden Elektronen im Wesentlichen außerhalb eines lokalen Modifikationsbereichs keine Schäden in der Mehrschichtstruktur bzw. des gesamten optischen Elements. Dabei bedeutet der Ausdruck „in Wesentlichen“ hier wie auch an anderen Stellen der Beschreibung die Angabe einer Größe innerhalb ihrer messtechnischen Grenzen.
Nach einem anderen Aspekt umfasst der zumindest eine Defekt einen oder eine Anzahl isolierter lokaler Defekte und/oder eine Schwankung eines Parameters des optischen Elements über zumindest einen Teilbereich des optischen Elements, die eine Variation einer kritischen Dimension des optischen Elements verursacht.
Im Gegensatz zu einzelnen lokalen Defekten bewirken Prozessschwankungen im Herstellungsprozess von Photomasken globale Variationen der CD. Diese können von dem Maskenschreiber, dem Post Exposure Delay, dem Post Exposure Bake, dem Entwickler, dem Ätzer, dem Stripper und/oder dem Reinigungsprozessschritt verursacht werden. Darüber hinaus können Inhomogenitäten des oder der Spiegel ebenfalls Ursache einer globalen CD Variation sein. Wie in der 1 veranschaulicht, kann die Abweichung des Mittelwerts der globalen CD zu einer vorgegebenen Soll-CD durch eine dreidimensionale Kontur oder durch eine CDO Karte dargestellt werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt übersteigt die Variation der kritischen Dimension eine vorgegebene Schwelle.
In diesem Fall ist es notwendig, die Photomaske zu reparieren. Gelingt es bei der Reparatur die CD soweit zu verbessern, dass sie eine vorgegebene Schwelle einhält, kann die Maske in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden. Gelingt dies nicht, muss eine neue Maske hergestellt werden.
In noch einem anderen Aspekt umfasst das lokale Verändern der Reflektion der Mehrschichtstruktur das Erzeugen einer Vielzahl lokaler Veränderungen in der Mehrschichtstruktur, die die globale Variation der kritischen Dimension des optischen Elements verringern.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht das Korrigieren der GCD eines bereits fertig prozessierten optischen Elements. Obwohl das vorgestellte Verfahren bevorzugt zur Verbesserung der GCD eingesetzt wird, ist seine Anwendung nicht auf die Verringerung der globalen CD begrenzt. Vielmehr kann das oben definierte Verfahren auch zum Bearbeiten bzw. zum Korrigieren lokaler Defekte der Absorberstruktur, der Mehrschichtstruktur und/oder des Substrats einer EUV Photomaske oder eines EUV Spiegels eingesetzt werden.
Nach einem weiteren Aspekt ändern die lokalen Modifikationen in der Mehrschichtstruktur zumindest eine Grenzschicht in der Mehrschichtstruktur.
Indem eine oder mehrere Grenzschichten in der Mehrschichtstruktur verändert werden, ändert dies lokal die Bragg’sche Reflexionsbedingung und damit das lokale Reflexionsvermögen der Mehrschichtstruktur. Dies geschieht vorwiegend durch Verschmieren einer oder mehrerer Grenzschichten der Mehrschichtstruktur. Die Wirkung einer lokalen Modifikation ist damit ähnlich einer kleinen lokalen Linse.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der zumindest eine Defekt einen Defekt der Mehrschichtstruktur.
Die Mehrschichtstruktur ist so auszulegen, dass die Schichtdicken beispielsweise einer Molybdän- und einer Silizium-Schicht für die auf die Mehrschichtstruktur einfallenden EUV Photonen unter dem vorgegebenen Einfallswinkel einer optischen Dicke von λ/2 der aktinischen Wellenlänge entsprechen. Eine Abweichung von dieser Bedingung führt zu einer lokalen Verletzung der Bragg’schen Reflexionsbedingung und damit einer Änderung der lokal reflektierten EUV Strahlung. Aufgrund der sehr kleinen Wellenlängen stellt der EUV Bereich extreme Anforderungen an die Homogenität der einzelnen Schichten der Mehrschichtstruktur sowie an deren Oberflächenrauhigkeit über die Fläche des optischen Elements hinweg. Während des Herstellungsprozesses der Mehrschichtstruktur kann es deshalb – wie bereits oben angesprochen – zu Abweichungen der realen Schichtdicken einzelner Schichten von einer vorgegebenen Schichtdicke kommen.
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht das Bearbeiten der Mehrschichtstruktur eines fertig gestellten optischen Elements, durch Verringern der lokalen Reflektion über das optische Element hinweg. Dadurch kann die Variation der CD soweit verbessert werden, dass die CDO eine vorgegebene CDO Schwelle des optischen Elements erfüllt.
In einem weiteren Aspekt umfasst der zumindest eine Defekt einen Defekt der Absorberstruktur.
Elemente der Absorberstruktur einer EUV Maske, die nur geringfügig zu groß sind, werden bei einer Wafer-Belichtung mit zu geringer Strahlungsdosis belichtet und führen deshalb zu großen Strukturelementen auf herzustellenden Halbleiter-Bauelementen. Die Größe einzelner Absorberstrukturelemente kann in einem aufwändigen Bearbeitungsprozess, insbesondere mittels eines Ätzprozesses korrigiert werden. Es ist jedoch zeitlich kaum möglich, auch nur die Größe eines Bruchteils der Elemente einer Absorberstruktur durch den beschriebenen Bearbeitungsprozess zu korrigieren. Das beschriebene Verfahren ermöglicht hingegen durch lokales Verändern der Reflektion der Mehrschichtstruktur die Korrektur zu großer Absorberstrukturelemente auf einer fertig prozessierten EUV Maske.
Nach einem anderen Aspekt führt der zumindest eine Defekt lokal zu einer höheren Reflektion der Mehrschichtstruktur.
Wie in der 1 dargestellt, führt in der Regel die CD Variation für einen Teil des optischen Elements zu einer positiven und für einen anderen Teil des optischen Elements zu einer negativen CDO, d.h. eine Maske bildet in den jeweiligen Bereichen ein vorgegebenes Muster größer oder kleiner ab, als im Design vorgesehen. Durch die lokalen Modifikationen der Mehrschichtstruktur in diesem Bereich wird ein Teil der einfallenden EUV Photonen in andere Richtungen gestreut und damit die aus diesem Bereich reflektierte Strahlung verringert, wodurch lokal die CD der Absorberstruktur verringert wird. Weisen die lokalen Modifikationen eine eher sammelnde Wirkung auf einfallende EUV Photonen auf, führt dies zu einer lokal erhöhten Reflektion der Mehrschichtstruktur.
In einem anderen Aspekt verringert das lokale Verändern die Reflektion der Mehrschichtstruktur lokal.
Die Einwirkung eines Elektronenstrahls kann zu einzelnen lokalen Modifikationen in der Mehrschichtstruktur führen. Jede einzelne dieser lokalen Modifikationen kann, hervorgerufen durch zumindest eine lokalen Änderung einer Grenzschicht der Mehrschichtstruktur, die Wirkung eines Streuzentrums haben, d.h. sie kann zu einer Ablenkung eines EUV Photons durch eine Wechselwirkung zwischen Photon und lokaler Modifikation führen. Allerdings sind auch andere physikalische Wechselwirkungen zwischen dem Elektronenstrahl und der Mehrschichtstruktur möglich. Im Ergebnis führt die Existenz lokaler Modifikationen in Teilbereichen der Mehrschichtstruktur vorzugsweise zu einer Verringerung der aus diesen Teilbereichen reflektierten Photonen. Bereiche der CDO Karte, deren Abweichungen größer als Null sind, können somit korrigiert werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, auf einen Wert der CDO unterhalb der Nulllinie zu korrigieren, indem der Elektronenstrahl die Mehrschichtstruktur lokal stärker modifiziert. Bei der Belichtung eines Wafers wird dies dann durch eine generelle Erhöhung der Belichtungsdosis kompensiert.
Ein weiterer Aspekt weist ferner den Schritt des Einstellens einer Wechselwirkungstiefe des Elektronenstrahls in der Mehrschichtstruktur durch die Auswahl einer geeigneten Energie des Elektronenstrahls auf.
Mit der Energie des Elektronenstrahls kann kontrolliert werden, in welche Schichten der Mehrschichtstruktur die lokale Modifikation durch den Elektronenstrahl erzeugt wird. Gleich große lokale Modifikationen nahe der Oberfläche der Mehrschichtstruktur weisen eine größere Streuwirkung auf als lokale Modifikationen in tieferen Schichten der Mehrschichtstruktur. In einer Mehrschichtstruktur des EUV Bereichs sind die obersten Schichten der Mehrschichtstruktur für den Großteil des Reflexionsvermögens verantwortlich.
In einem anderen bevorzugten Aspekt umfasst die Mehrschichtstruktur Schichten aus Molybdän und Silizium und die Energie des Elektronenstrahls umfasst bevorzugt einen Bereich von 1 keV bis 100 keV, besonders bevorzugt 1,5 keV bis 20 keV und am meisten bevorzugt 2 keV und 10 keV.
Der angegebene Energiebereich des Elektronenstrahls ist für eine Mehrschichtstruktur aus Molybdän- und Silizium-Schichten charakteristisch. Werden anstelle des Molybdäns andere Übergangsmetalle, wie etwa Kobalt, Nickel, Wolfram, Rhenium und/oder Iridium in der Mehrschichtstruktur eingesetzt, so ist das bevorzugte Energieintervall des Elektronenstrahls entsprechend anzupassen.
Nach noch einem weiteren günstigen Aspekt weist die Stromdichte des Elektronenstrahls für einen Durchmesser des Elektronenstrahls von < 1 µm² einen Bereich von 20 A/cm² bis 1500 A/cm², bevorzugt 40 A/cm² bis 600 A/cm² und am meisten bevorzugt 50 A/cm² bis 200 A/cm² auf.
Durch Einstellen des Durchmessers des Elektronenstrahls kann der Durchmesser der erzeugten lokalen Modifikation beeinflusst werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Stromdichte des Elektronenstrahls eine Abhängigkeit von dessen Strahldurchmesser aufweist. Mit dem Ansteigen des Strahldurchmessers steigt die bevorzugte Stromdichte ebenfalls an. Um einen großen Durchsatz bei der Korrektur der globalen CD sicherzustellen, sind somit Elektronenstrahlgeräte bevorzugt, die eine große Stromdichte bereitstellen können.
Ein anderer Aspekt weist ferner den Schritt des Bestimmens des zumindest einen Defekts mittels einer Metrologievorrichtung auf.
Mit einer der beispielhaft im zweiten Abschnitt genannten Metrologievorrichtungen wird zum Bestimmen der globalen CD Variation das optische Element vorzugsweise an regelmäßig angeordneten Rasterpunkten gemessen. Aus diesen Daten wird sodann eine dreidimensionale Kontur oder eine CDO Karte erstellt. Diese CDO Karte dient als Ausgangsbasis für das Bearbeiten der GCD durch Erzeugen lokaler Modifikationen in der Mehrschichtstruktur mittels eines Elektronenstrahls.
In noch einem weiteren bevorzugten Aspekt weist eine Vorrichtung zum Bearbeiten von zumindest einem Defekt eines optischen Elements für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich auf: (a) zumindest eine Anordnung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und (b) eine Steuerung, wobei die Steuerung ausgebildet ist, eine Energie und eine durch den Elektronenstrahl in eine Mehrschichtstruktur applizierte Dosis so zu steuern, dass damit die Reflektion der Mehrschichtstruktur auf einem Substrat des optischen Elements im Bereich des zumindest einen Defekts lokal veränderbar ist.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Steuerung ferner ausgebildet, den Elektronenstrahl zu fokussieren und/oder zu rastern.
Ein anderer Aspekt weist ferner eine Detektionsvorrichtung zum Nachweisen von durch das optische Element rückgestreuter Elektronen und/oder zum im optischen Element erzeugter Sekundärelektronen auf.
Schließlich ist nach einem anderen Aspekt die Vorrichtung ferner zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der oben angegebenen Aspekte ausgebildet.
4. Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
1 ein Beispiel einer GCD (global critical dimension) Messung einer Photomaske zeigt, wobei die Höhe der Kontur die Abweichung der Soll- zur Ist-Strukturgröße als CDO (Critical Dimension Off) angibt;
2 schematisch einen Schnitt durch eine EUV Photomaske wiedergibt;
3 schematisch das Einbringen lokaler Modifikationen in eine der oberen Schichten eines Mehrschichtsystems mit einem Elektronenstrahl darstellt;
4 schematisch das Einbringen lokaler Modifikationen in eine der mittleren Schichten des Mehrschichtsystems mit einem Elektronenstrahl veranschaulicht;
5 schematisch das Einbringen lokaler Modifikationen in eine der unteren Schichten des Mehrschichtsystems mit einem Elektronenstrahl illustriert;
6 schematisch die Wirkung einer einzelnen lokalen Modifikation in der Mehrschichtstruktur auf einfallende EUV Photonen wiedergibt; und
7 ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Verbessern einer GCD zeigt.
5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung genauer erläutert.
Die 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Photomaske 200 für eine Belichtungswellenlänge von 13,5 nm. Im Gegensatz zu den derzeit eingesetzten Photomasken ist die EUV Maske 200 ein reflektives optisches Element basierend auf einer Mehrschichtstruktur 205. Die Mehrschichtstruktur wirkt als ein Spiegel, der selektiv (gemäß der Bragg’schen Reflektionsbedingung) auftreffende EUV Photonen reflektiert. Die Mehrschichtstruktur 205 der EUV Maske 400 wird auf der frontseitigen Oberfläche 215 eines geeigneten Substrats 215 abgeschieden. Das Substrat kann beispielsweise hochreines Quarzglas oder Calciumfluorid (CaF₂) umfassen. Andere Dielektrika, Glasmaterialien oder halbleitende Materialien können ebenfalls als Substrat 210 für die EUV Maske 200 eingesetzt werden, wie beispielsweise ZERODUR^®, ULE^® oder CLEARCERAM^®. Wie bereits erwähnt, ist es bevorzugt, wenn das Substratmaterial einen sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
Der Mehrschichtfilm oder die Mehrschichtstruktur 205 umfasst 40 bis 60 Paare alternativer Molybdän-(Mo) 220 und Silizium-(Si)Schichten 225 (die im Folgenden als Mo-Si Schichten bezeichnet werden). Die Dicke jeder Mo-Schicht beträgt etwa 4,15 nm und Si-Schichten weisen eine Schichtdicke im Bereich von 2,80 nm auf. Um die Mehrschichtstruktur 205 zu schützen, wird auf deren Oberfläche eine Deckschicht 230 angeordnet. Die Deckschicht 230 kann beispielsweise ein natürliches Oxid einer Siliziumschicht sein und eine Schichtdicke von etwa 7 nm umfassen. Ein alternatives Material, das zum Aufbringen einer Deckschicht 230 verwendet werden kann, ist zum Beispiel Ruthenium.
In der Mehrschichtstruktur 205 wirken die Mo-Schichten 220 als Reflexionsschichten, wohingegen die Si-Schichten 225 als Trennschichten fungieren. Für die Reflexionsschichten können anstelle von Molybdän andere Elemente mit großer Kernladungszahl, insbesondere Übergangselemente wie etwa Kobalt (Co), Nickel (Ni), Wolfram (W), Rhenium (Re) und Iridium (Ir) verwendet werden.
Die auf dem Substrat 210 angebrachte Mehrschichtstruktur 205 wirkt als Spiegel für die elektromagnetische Strahlung im EUV Bereich. Um aus dem EUV Spiegel eine EUV Maske 200 zu machen, wird zusätzlich ein Muster absorbierender Strukturelemente 240 oder eine Absorberstruktur 240 auf der Deckschicht 230 abgeschieden. Ferner kann eine Pufferschicht 235 auf der Deckschicht 230 angebracht werden, um die Mehrschichtstruktur 205 während des Bearbeitungsprozesses der Absorberstruktur 240 zu schützen, beispielsweise während eines Ätz- oder Reparaturprozesses in Form beispielsweise des Abscheidenes von absorbierendem Material. Mögliche Materialien für eine Pufferschicht 235 sind vorzugsweise Quarzglas (SiO₂), Siliziumsauerstoffnitrid (SiON), Ruthenium (Ru), Chrom (Cr), und/oder Chromnitrid (CrN). Die Absorberstruktur 240 umfasst vorzugsweise ein Material, das eine große Absorptionskonstante für Photonen des EUV Wellenlängenbereichs aufweist. Beispiele solcher Materialien sind Chrom (Cr), Titannitrid (TiN) und/oder Tantalnitrid (TaN).
Zusätzlich kann eine Antireflektionsschicht (AR-Schicht) 245 auf der Absorberstruktur 240 angeordnet sein, um sicherzustellen, dass keine EUV Photonen von der Oberfläche des Absorbermusters reflektiert werden. Eine AR-Schicht 240 kann beispielsweise aus Tantaloxynitrid (TaON) hergestellt werden. Eine Schichtdicke von ungefähr 50 nm ist in der Regel für die Dicke der Absorberstruktur 240 ausreichend, um im Wesentlichen alle auftreffenden EUV Photonen 250 zu absorbieren.
Das Substrat 210 der EUV Maske 200 weist normalerweise eine laterale Abmessung von 152 mm × 152 mm und eine Dicke von 6,35 nm auf. Die rückseitige Oberfläche 270 des Substrats 210 oder die rückseitige Substratoberfläche 270 weist eine dünne metallische Vergütung 275 auf. Die metallische Vergütung 275 wird zum Fixieren der EUV Maske 200 während ihres Einsatzes mittels elektrostatischer Kräfte verwendet.
Wie bereits im dritten Abschnitt erläutert, kann ein Elektronenstrahl – im Gegensatz zu einem Lichtstrahl sichtbaren Lichts – in die Mehrschichtstruktur 205 der EUV Maske 200 oder allgemein eines optischen Elements für den EUV Bereich eindringen. Die EUV Maske 300 der 3 stellt nochmals die wesentlichen Elemente der EUV Maske 200 dar. Dabei tritt ein Elektronenstrahl 310 durch die Deckschicht 230 in die oberen Schichten der Mehrschichtstruktur 205 der EUV Maske 300 ein. Beim Eintritt in die Deckschicht 230 beginnt sich der Elektronenstrahl 310 aufgrund der Wechselwirkung mit Atomen der Deckschicht 230 aufzuweiten. Die birnenförmige Aufweitung 320 des Elektronenstrahls 310 setzt sich in den oberen Schichten der Mehrschichtstruktur 205 fort. Der Bereich der Mehrschichtstruktur 205 und der Deckschicht 230 in dem der auftreffende Elektronenstrahl 310 mit der EUV Maske 300 in Wechselwirkung tritt, wird im Folgenden als Wechselwirkungsvolumen 320 bezeichnet.
Die Elektronen eines Elektronenstrahls 310, die mit einer Energie im Bereich einiger hundert Elektronenvolt (eV) bis zu einigen zehn Kiloelektronenvolt (keV) auf die Deckschicht 230 auf der Mehrschichtstruktur 205 auftreffen, wechselwirken mit den Elektronen und Atomkernen der Materialien der Deckschicht 230 bzw. der Mehrschichtstruktur 205. Die Elektronen des Elektronenstrahls 310 oder die Primärelektronen 310 werden durch die Schichten 230, 205 innerhalb des Wechselwirkungsvolumens 320 gestreut. Durch die Streuung übertragen die Primärelektronen 310 ihre kinetische Energie in einer Kaskade von Streuprozessen an die Elektronen und Atome der Deckschicht 230 und der Schichten der Mehrschichtstruktur 205.
Die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen den Primärelektronen 310 und den Gitteratomen der Schichten 230 und 205 skaliert mit der Kernladungszahl des Materials der jeweiligen Schicht. Dies bedeutet, dass die auftreffenden Primärelektronen 310 in den Mo-Schichten 220, die eine Kernladungszahl (Z) von 42 aufweisen, wesentlich stärker gestreut und damit gebremst werden als in den Si-Schichten (Z = 14). Aus Einfachheitsgründen werden diese Unterschiede in den schematischen Darstellungen der Wechselwirkungsvolumina 320, 420, 520 der 3 bis 5 unterdrückt.
Die Atome der Schichten 230 und 205 geben einen Teil der von den gestreuten Primärelektronen 310 übernommenen Energie durch die Abgabe von Sekundärelektronen wieder ab. Ferner wird ein zweiter Teil der kinetischen Energie der Primärelektronen 310 bei der Wechselwirkung mit den Gitteratomen der Schichten 230 und 205 in Form von elektromagnetischer Strahlung abgestrahlt. Ein dritter wesentlicher Teil der bei dem Streu- bzw. Bremsprozess übertragenen Energie wird in Gitterschwingungen (Phononen) der Atome der Schichten 230 und 205 transformiert und damit letztlich in Wärme verwandelt. Zu diesem Prozess tragen auch die Streuprozesse der Sekundärelektronen bei.
Der Energieübertrag der Primärelektronen 310 an die Gitter der Schichten der Mehrschichtstruktur 205 erfolgt besonders wirksam, wenn die Energie der Primärelektronen 310 innerhalb eines bestimmten Energieintervalls liegt. In diesem Teil des Wechselwirkungsvolumens 320 wird deshalb das Material der entsprechenden Schicht der Mehrschichtstruktur 205 besondern stark erwärmt. Diese lokale Erwärmung führt zu einer lokalen Modifikation der optischen Eigenschaften des Materials der entsprechenden Schicht der Mehrschichtstruktur 205. Insbesondere werden eine oder mehrere der Mo-Si Grenzschichten der Mehrschichtstruktur 205 lokal durch die von dem Elektronenstrahl hervorgerufene Erwärmung verändert. Die lokale Modifikation der Mo-Si Grenzschichten in der Mehrschichtstruktur 205 ist in der 3 schematisch durch die Symbole 330 dargestellt.
In dem in der 3 dargestellten Beispiel beträgt die Energie des Teilchenstrahls 310 ungefähr 1 keV. Der Strahldurchmesser liegt im Bereich einiger Nanometer. Die Stromdichte beträgt etwa 200 A/cm². Die Verweilzeit des Elektronenstrahls 310 (dwell time) zum Erzeugen einer lokalen Modifikation liegt im Bereich einiger Millisekunden.
Wie bereits erwähnt, liegt die Energie des Teilchenstrahls 310 der 3 im Bereich von 1 keV. Deshalb erstreckt sich die Wechselwirkungszone 330 (die „Strahlbirne“) nur über einige wenige obere Schichten der Mehrschichtstruktur 205. Die 4 repräsentiert schematisch den Effekt einer Erhöhung der Energie des Elektronenstrahls 410. Die EUV Maske 400 der 4 zeigt wiederum die wesentlichen Elemente der EUV Maske 200 der 2. Die Energie des Elektronenstrahls liegt in dem in der 4 dargestellten Beispiel im Bereich von etwa 3 keV. Aufgrund der höheren Energie weist der Elektronenstrahl 410 ein größeres Wechselwirkungsvolumen 420 auf. Der Raumbereich innerhalb der Mehrschichtstruktur 205, in dem die Primärelektronen 410 den Energiebereich durchlaufen, der zu einer wirksamen lokalen Aufheizung führt, hat sich verglichen mit der 3 zu tieferen Schichten der Mehrschichtstruktur 205 verschoben.
Darüber hinaus hat sich infolge einer Verlängerung der Bestrahlungszeit das lokale Reflexionsvermögen der Mehrschichtstruktur 205 weiter verringert. Der Pfeil 440 symbolisiert die von der Oberfläche der Deckschicht 230 rückgestreuten Elektronen und die Sekundärelektronen, die die Deckschicht 230 in der Nähe des einfallenden Elektronenstrahls 410 verlassen.
Die EUV Maske 500 der 5 zeigt nochmals einen Schnitt durch die wesentlichen Elemente der EUV Maske 200 der 2. Gegenüber der 4 ist die Energie des Elektronenstrahls 510 nochmals vergrößert. Sie beträgt in dem in der 5 dargestellten Beispiel in etwa 5 keV. Die höhere Elektronenenergie bewirkt wiederum eine entsprechende Vergrößerung des Wechselwirkungsvolumens oder der „Strahlbirne“ 520. Damit verbunden ist eine Verschiebung des Raumbereichs, in dem die Primärelektronen 510 eine Energie aufweisen, die in dem Energiebereich liegt, der zu einer wirksamen lokalen Aufheizung führt, zu noch tieferen Schichten der Mehrschichtstruktur 205.
Die Größe der durch den Elektronenstrahl 310, 410, 510 verursachten der lokalen Modifikationen 330, 430, 5300 variiert kaum als Funktion der Energie des Elektronenstrahls 310, 410, 510. Was sich jedoch deutlich mit der Energie des Elektronenstrahls 310, 410, 510 ändert, ist das Streuverhalten der lokalen Modifikationen 330, 430, 530. Die Symbole der lokalen Modifikationen 330, 430, 530 der 3 bis 5 stellen nicht die Größe der lokalen Modifikationen dar, sondern geben schematisch die Stärke der durch die lokalen Modifikationen hervorgerufenen Änderungen des lokalen Streuverhaltens wieder.
Die Größe der lokalen Modifikationen wird durch den Durchmesser des Elektronenstrahls 310, 410, 510 beeinflusst. Die lateralen Abmessungen der lokalen Modifikationen umfassen einen Bereich von etwa 10 nm bis zu einigen Mikrometern.
Die 6 veranschaulicht die Wirkung einer durch einen Elektronenstrahl 510 induzierten lokalen Modifikation 630 für das reflektive optische Element 600. Das reflektive optische Element 600 weist eine Mehrschichtstruktur 605 auf, die im Wesentlichen mit der Mehrschichtstruktur 205 der EUV Maske 200 identisch ist. Dem optischen Element 600 fehlt jedoch die Absorberstruktur 240, so dass die 6 schematisch einen EUV Spiegel darstellt. Auf der rechten Seite der 6 treffen EUV Photonen 250 auf einen ungestörten Teil der Mehrschichtstruktur 605 und werden unter dem Einfallswinkel als reflektierte Photonen 255 gespiegelt.
Die Stärke der Pfeile ist in der 6 ein Anhaltspunkt für die Anzahl der der EUV Photonen des entsprechenden Strahls. Im rechten Teil deuten die gleich dicken Pfeile an, dass die Anzahl der auf die Mehrschichtstruktur 605 auftreffenden 250 und der rückgestreuten EUV Photonen 255 im Wesentlichen gleich groß ist, was für eine ideale Mehrschichtstruktur 605 tatsächlich der Fall ist. Aufgrund der sehr kleinen Wellenlänge der EUV Photonen 255 und der damit verbundenen extremen Anforderungen an die Homogenität und die Rauhigkeit der Schichten des Mehrschichtsystems 205, 605 erreichen EUV Spiegel 600, die ein Mehrschichtsystem 205, 605 umfassen, für Wellenlängen um 13,5 nm derzeit ein Reflektionsvermögen im Bereich von 70 %.
Die Mitte der 6 zeigt schematisch die Wirkung einer einzelnen induzierten lokalen Modifikation 630 in der Mehrschichtstruktur 605. Ähnlich wie die 5 ist die lokale Modifikation 630 in der Nähe des Substrats 610 des EUV Spiegels 600 angeordnet. Ein Teil der unter dem Einfallswinkel auf die lokale Modifikation 630 auftreffenden EUV Photonen 250 wird weiterhin unter dem Einfallswinkel als Photonen 255 reflektiert. Ein zweiter Teil, der Photonen, der von der lokalen Modifikation 630 reflektiert wird, wird jedoch unter verschiedenen Winkeln von der Mehrschichtstruktur 605 zurückgestreut. Die Streuung einzelner EUV Photonen 250 ist ein statistischer Prozess, so dass für die verschiedenen Reflektionswinkel nur Wahrscheinlichkeitsaussagen gemacht werden können.
Die lokale Modifikation 630 – wie auch die lokalen Modifikationen 330, 430, 530 – wirken somit als Streuzentren, die durch Wechselwirkung mit den EUV Photonen eine Ablenkung der Lichtpartikel bewirken. In den in den 3 bis 6 dargestellten Beispielen fungieren die lokalen Modifikationen wie mikroskopische konvexe Linsen, die einen Strahl auftreffender EUV Photonen zerstreuen.
Neben den hier diskutierten lokalen Modifikationen, die eine zerstreuende Wirkung auf auftreffende EUV Photonen haben, ist es bei Wahl entsprechender Parameter des Elektronenstrahls 310, 410, 510 möglich, lokale Modifikationen zu generieren, die eine sammelnde Wirkung auf einfallende EUV Photonen aufweisen. Damit ist es möglich, durch Einbringen einer entsprechenden Anordnung lokaler Modifikationen in die Mehrschichtstruktur 205, 605 auch eine negative CDO, d.h. die Auswirkung zu kleiner Absorberelemente bei einer Wafer-Belichtung direkt zu korrigieren.
Wie in den 3 bis 5 illustriert, kontrolliert die Energie des Elektronenstrahls 310, 410, 510 den Abstand der in der Mehrschichtstruktur 205 induzierten lokalen Modifikationen 330, 430, 530, 630 von der Deckschicht 230 bzw. der Oberfläche der Mehrschichtstruktur 205. Je näher die lokalen Modifikationen an der Oberfläche der Mehrschichtstruktur 205 liegen desto größer ist ihre Streuwirkung. In der Regel tragen die obersten Schichten der Mehrschichtstruktur den Großteil der Reflektion der Mehrschichtstruktur 205.
Ein zweiter unabhängiger Parameter mit dem die Streuwirkung der induzierten lokalen Modifikationen 330, 430, 530, 630 eingestellt werden kann, ist der Effekt der einzelnen erzeugten lokalen Modifikationen. Dieser kann durch die Stromdichte des Elektronenstrahls 310, 410, 510 und seine Verweilzeit (dwell time) an einer Stelle der Mehrschichtstruktur 205, 605 gesteuert werden. Je größer bei konstanter Stromdichte die Verweilzeit des Elektronenstrahls 310, 410, 510 an einer Stelle der Mehrschichtstruktur 205, 605 desto stärker ist der Effekt der erzeugten lokalen Modifikation und folglich auch ihre Streuwirkung.
Alternativ zu einem Elektronenstrahl 310, 410, 510 kann auch ein Ionenstrahl zum Verändern der Reflektion einer Mehrschichtstruktur 205, 605 eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es denkbar, das Reflektionsvermögen der Mehrschichtstruktur 205, 605 mit Hilfe eines Photonenstrahls gezielt lokal zu verändern. Vorzugsweise ist für diesen Prozess die Wellenlänge der eingesetzten Strahlung ungleich der Wellenlänge der EUV Photonen. Schließlich ist es ferner denkbar, zum lokalen Verändern der Reflektion der Mehrschichtstruktur 205, 605 verschiedene der angesprochenen Teilchenstrahlen zu kombinieren.
Das Flussdiagramm 700 der 7 beschreibt den Ablauf einer beispielhaften Korrektur einer globalen CD Variation, die eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Nach dem Beginn bei 710 wird bei Schritt 720 die globale CD Variation einer EUV Maske gemessen. Dazu wird vorzugsweise ein festes Raster über ein optisches Element, insbesondere eine EUV Maske gelegt. An den Rasterpunkten wird sodann mittels einer geeigneten Metrologievorrichtung oder eines Metrologietools die CD über die Oberfläche der EUV Maske bestimmt. Wie bereits erwähnt kann für diesen Zweck ein PROVE^TM und/oder ein EUV AIMS^® System der Firma Carl Zeiss eingesetzt werden.
In nächsten Schritt 730 wird aus der im Schritt 720 bestimmten CD Variation eine dreidimensionale Kontur der globalen CD Variation berechnet. Vorzugsweise wird die ermittelte globale CD Variation – wie in 1 dargestellt – in Form einer CDO Karte dargestellt. Aus der globalen CD wird anschließend die Auswirkung und die Verteilung der lokalen Modifikationen 330, 430, 530, 630 ermittelt, die die globale CD Variation so weit wie möglich verringern.
Schließlich werden bei Schritt 740 die zuvor bestimmten lokalen Modifikationen 330, 430, 530, 630 mit Hilfe eines Elektronenstrahls in der Mehrschichtstruktur 205, 605 erzeugt und das Verfahren endet bei Schritt 750.
In einem weiteren Schritt (in 7 nicht dargestellt) kann die globale CD Variation erneut bestimmt werden, um zu überprüfen, ob die lokalen Veränderungen der Reflektion tatsächlich die GCD in dem beabsichtigten Ausmaß reduziert haben. Bei Bedarf kann das Verfahren der 7 wiederholt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1829052 B1 [0003]
EP 2011/056869 [0007]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten von zumindest einem Defekt eines optischen Elements für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, aufweisend zumindest ein Substrat und zumindest eine Mehrschichtstruktur, das Verfahren umfassend: Lokales Verändern der Reflektion der Mehrschichtstruktur im Bereich des zumindest einen Defekts mit einem Elektronenstrahl.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Defekt einen oder eine Anzahl isolierter lokaler Defekte umfasst und/oder eine Schwankung eines Parameters des optischen Elements über zumindest einen Teilbereich des optischen Elements umfasst, die eine Variation einer kritischen Dimension des optischen Elements verursacht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Variation der kritischen Dimension eine vorgegebene Schwelle übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das lokale Verändern der Reflektion der Mehrschichtstruktur das Erzeugen einer Vielzahl lokaler Modifikationen in der Mehrschichtstruktur umfasst, die die Variation der kritischen Dimension des optischen Elements verringern.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die lokalen Modifikationen in der Mehrschichtstruktur zumindest eine Grenzschicht in der Mehrschichtstruktur ändern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Defekt einen Defekt der Mehrschichtstruktur umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Defekt einen Defekt einer Absorberstruktur umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Defekt lokal zu einer höheren Reflektion der Mehrschichtstruktur führt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lokale Verändern die Reflektion der Mehrschichtstruktur lokal verringert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt des Einstellens einer Wechselwirkungstiefe des Elektronenstrahls in der Mehrschichtstruktur durch Auswahl einer geeigneten Energie des Elektronenstrahls.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrschichtstruktur Schichten aus Molybdän und Silizium umfasst und wobei die Energie des Elektronenstrahls bevorzugt einen Bereich von 1 keV bis 100 keV, besondere bevorzugt 1,5 keV bis 20 keV und am meisten bevorzugt 2 keV und 10 keV umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromdichte des Elektronenstrahls für einen Strahldurchmesser < 1 µm² einen Bereich von 20 A/cm² bis 1500 A/cm², bevorzugt 40 A/cm² bis 600 A/cm² und am meisten bevorzugt 50 A/cm² bis 200 A/cm² aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt des Bestimmens des zumindest einen Defekts mittels einer Metrologievorrichtung.
Vorrichtung zum Bearbeiten von zumindest einem Defekt eines optischen Elements für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, aufweisend: a. zumindest eine Anordnung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls; und b. eine Steuerung, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die Energie und eine mit dem Elektronenstrahl in eine Mehrschichtstruktur applizierte Dosis so zu steuern, dass damit die Reflektion einer Mehrschichtstruktur auf einem Substrat des optischen Elements im Bereich des zumindest einen Defekts lokal veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung ferner ausgebildet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–13.