DE102016119791A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates mittels eines Teilchenstrahls - Google Patents

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Abstract

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates mittels eines Teilchenstrahls. Das Verfahren weist ein Bestrahlen der Oberfläche (302) des Substrates (114) auf, wobei in einem ersten Bereich (308) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der ungepulst (306) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft; und wobei in einem zweiten Bereich (310) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der gepulst (304) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates mittels eines Teilchenstrahls.
  • In der Industrie werden Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines beschichteten Halbleiters oder einer anderen Bauteiloberfläche angewendet, beispielsweise wenn die Oberfläche eines Bauelements Unebenheiten aufweist und die Oberfläche von einer Zielform (target), d.h. von einer Ziel-Oberfläche, abweicht, beispielsweise zu viel oder zu wenig Material aufweist.
  • Ein Materialüberschuss kann beispielsweise mittels Ionenstrahlätzens entfernt werden. Beim ortsselektiven Ionenstrahlätzen wird ein Ionenstrahl gegenüber einer zu behandelnden Oberfläche bewegt. Die zu behandelnde Oberfläche kann in mehrere Oberflächensegmente unterteilt werden. Der Ionenstrahl verbleibt beim Rastern jeweils in einem Oberflächensegment für eine vorgegebene Zeit.
  • In 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Substrats 400 mit einer Oberfläche 406 gezeigt, die auf eine vorgegebene Homogenität bzw. Rauheit 402 mittels eines Ionenstrahls bearbeitet werden soll. Beim Ionenstrahlätzen wird in jedem Oberflächensegment einer zu behandelnden Oberfläche 406 Material entfernt. Der Ionenstrahl wird dazu mehrfach, d.h. in mehreren Bestrahlungsdurchgängen, sogenannte Scans S1, S2, S3; über die Oberfläche gefahren und trägt bei jedem Scan eine Menge an Material ab.
  • Derzeit werden bei der Oberflächenmodifizierung Ionenstrahlen mit hoher zeitlicher Konstanz der Stromdichteverteilung über die gesamte Prozessdauer genutzt, um einen vorgegebenen präzisen lokalen Substrat-Abtrag oder eine Substrat-Deposition zu erreichen.
  • Bei jedem Scan kann dies eine Mindestmenge an Material sein, die auch als Basis- oder Sockel-Ätzung 408 (base etch) bezeichnet wird. Die Sockel-Ätzung 406 ist abhängig von dem Strahlprofil des Ionenstrahls, der Energie der Ionen, der technisch maximal möglichen Verfahr-Geschwindigkeit und dem Zeilenvorschub (line feed). Die Menge abtragbaren Materials je Scan ist auf Grund der thermischen Belastung des Substrats auf einen Maximalwert 404 begrenzt. Bei jedem Scan kann mittels der Ionenbestrahlung beispielsweise eine Materialschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 5 nm bis 30 nm entfernt werden. Zum Erreichen größerer Abträge wird daher mehrfach über das Substrat gescannt.
  • Die Sockelätzung führt jedoch zu einem unnötigen Entfernen von Material über die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Bauelements, wodurch unnötig Prozesszeit anfällt und die Homogenität in der Zielebene 402 reduziert wird.
  • Alternativ wird ein elektrisch geschalteter Ionenstrahl verwendet, dessen Pulsdauer auf das jeweilige Oberflächensegment abgestimmt ist. Diejenigen Stellen des Substrats, für die eine geringere Änderung vorgesehen ist, werden mit geringerer Verweilzeit und gleichzeitig kürzerer Pulsdauer des Ionenstrahls bearbeitet, während diejenigen Stellen des Substrats, für die ein größerer Materialabtrag vorgesehen ist, mit entsprechend größerer Verweilzeit und längerer Pulsdauer des Ionenstrahls bearbeitet werden. Dabei wird die insgesamt aufzuwendende Verweilzeit gleichmäßig auf die Anzahl der Scans S1, S2, S3 aufgeteilt.
  • Mit jedem Puls ist auf dem Oberflächensegment jedoch ein Ein- und Ausschalten des Ionenstrahls verbunden. Der Materialabtrag weist durch den Ein- und Ausschaltvorgang ein zeitliches Flankenprofil auf. Das Flankenprofil als auch der Ort, an dem der Schaltvorgan stattfindet kann zeitlich und/oder räumlich Fluktuationen aufweisen. Das Flankenprofil bewirkt einen systematischen Fehler beim Ionenstrahlätzen. Dadurch weist jeder Bestrahlungs-Zeitraum Flankenprofile vom Ein- und Ausschalten des Ionenstrahls auf, so dass sich der systematische Fehler der einzelnen Zeiträume aufsummiert. Dies reduziert die Präzision der Ionenstrahlbearbeitung.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates mittels eines Teilchenstrahls bereitgestellt, welche zumindest einige der oben genannten Nachteile mildert oder sogar gänzlich vermeidet.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates mittels eines Teilchenstrahls bereitgestellt. Das Verfahren weist ein Bestrahlen der Oberfläche des Substrats mit einem Teilchenstrahl auf. Beim Bestrahlen wird in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der ungepulst auf die Oberfläche des Substrats trifft. In mindestens einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats wird die Oberfläche des Substrats beim Bestrahlen mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der gepulst auf die Oberfläche des Substrats trifft.
  • Das gepulste und ungepulste Bestrahlen der Oberfläche des Substrates kann in einem Scan-Vorgang, d.h. einem Bearbeitungsdurchgang der Oberfläche des Substrates erfolgen.
  • Durch Kombination des ungepulsten Bestrahlens beim ersten Bearbeiten und des gepulsten Bestrahlens beim zweiten Bearbeiten kann die Anzahl an Pulsen zum Bearbeiten der Oberfläche reduziert oder minimiert werden.
  • Dadurch kann der Fehler, der durch die Flanken der Pulse in der Bearbeitung des Substrates erzeugt wird, im Vergleich zu einer rein gepulsten Bearbeitung reduziert oder minimiert werden. Andernfalls würde sich der Fehler jedes Pulses über alle Bestrahlungsdurchgänge (Scans) aufsummieren. Der Fehler, der durch die Flanken der Pulse erzeugt wird, wird beispielsweise durch das stetige Teilchenstrahlprofil beim Ein- und Ausschalten des Auftreffens des Teilchenstrahls auf der Oberfläche erzeugt.
  • Im Vergleich zu einer ungepulsten Bearbeitung der Oberfläche, d.h. einer Dauerstrichbearbeitung, kann eine unnötige oder unzureichende Bearbeitung der Oberflächen vermieden oder reduziert werden. Dadurch kann die Bearbeitung der Oberfläche präziser sein und die Oberfläche eine geringere Rauheit bzw. eine höhere Homogenität oder Konformität mit einer vorgegebenen Oberflächenbeschaffenheit aufweisen.
  • In weiteren, verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ein Bestrahlen der Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl auf, wobei beim Bestrahlen in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet wird, der, mit einem ersten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats trifft. In mindestens einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats wird die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der mit einem zweiten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats trifft. Das zweite Tastverhältnis ist unterschiedlich zu dem ersten Tastverhältnis.
  • Das Tastverhältnis kann auch als Tastgrad, Tastrate oder Tastverhältnis bezeichnet werden. Zur Ermittlung des Tastverhältnisses kann die Oberfläche in mehrere, gleichgroße Segmente oder Bereiche unterteilt werden, die mittels des Teilchenstrahls bearbeitet, d.h. bestrahlt, werden. Für die Ermittlung des Tastverhältnisses wird ferner angenommen, dass die Segmente mit gleicher bzw. konstanter Energiedichte des Teilchenstrahls je Segment bearbeitet werden. Das Tastverhältnis ergibt sich damit aus dem Verhältnis aus Zeit mit zugeschaltetem Strahl im Segment zur gesamten Verweilzeit des Strahls im Segment. Das Tastverhältnis bezieht sich in verschiedenen Ausgestaltungen somit auf die Verweilzeit je Flächensegment.
  • Die Größe eines Segments, d.h. deren Kantenlänge, ergibt sich beispielsweise aus dem Strahlprofil des Teilchenstrahls, beispielsweise der Halbwertsbreite bei einem Gauß-förmigen Strahl und/oder der Schrittweite, d.h. der minimalen, mechanischen Änderung der Position des Teilchenstrahls auf der Oberfläche des Substrates.
  • Anschaulich weist das nicht-Bearbeiten der Oberfläche des Substrates ein Tastverhältnis von 0,0 auf. Das ungepulste Bearbeiten weist ein Tastverhältnis von 1,0 auf. Das gepulste Bearbeiten weist ein Tastverhältnis größer 0,0 und kleiner 1,0 auf.
  • Das erste Tastverhältnis kann beispielsweise einen Wert in einem Bereich von 0,0 bis 1,0 aufweisen. Das zweite Tastverhältnis weist beispielsweise einen Wert größer als 0,0 und kleiner als 1,0 auf.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ein ungepulstes Bestrahlen auf, bei dem die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet wird, der ungepulst auf die Oberfläche des Substrats trifft.
  • In verschiedenen Ausgestaltungen können eine gepulste Bestrahlung und eine ungepulste Bestrahlung in einem Bereich bzw. Segment der Oberfläche überlagert sein. Eine ungepulste Bestrahlung kann auch als eine Dauerstrich-Bestrahlung bezeichnet werden. Die gepulste Bestrahlung kann bei konstanter Energiedichte beispielsweise eine geringere Abtragungs- oder Abscheiderate aufweisen als die ungepulste Bestrahlung. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Pulsbreite und Ein-/Ausschaltvorgänge des Teilchenstrahls (und damit verbunden weniger oder geringere Flanken der Teilchenstrahlsteuerung). Dadurch kann eine verlässlichere Bearbeitung der Oberfläche bewirkt werden.
  • In verschiedenen Ausgestaltungen können jedoch die Verweilzeit je Segment und die Abtragungs- bzw. Abscheidungsrate zwischen den einzelnen Segmenten variiert werden, beispielsweise um eine Pulsamplitudenmodulation oder eine Pulsfrequenzmodulation zu realisieren. Beispielsweise wird die Verweilzeit je Flächensegment bzw. je Puls reduziert oder erhöht bezüglich einer ungepulsten Bearbeitung, beispielsweise bei konstanter Energiedichte des Teilchenstrahls. Dadurch kann die Abtragungs- bzw. Abscheidungsrate variiert werden und anschaulich die Amplitude des Pulses erhöht bzw. reduziert werden. Die Abtragungs- bzw. Abscheidungsrate der gepulsten Bearbeitung kann jedoch gemittelt über das jeweilige Flächensegment auch der Abtragungs- bzw. Abscheidungsrate der ungepulsten Bearbeitung entsprechen. Beispielsweise kann die gepulste Bearbeitung ein Bearbeiten der Oberfläche des Substrates mit relativ schmalen Pulsen, d.h. geringer Vorschubgeschwindigkeit des Teilchenstrahls, mit hoher Verweilzeit aufweisen. Die Vorschubgeschwindigkeit ist der Vorschub des Teilchenstrahls innerhalb einer Scanzeile zur Steuerung der Verweilzeit in den Bereichen der Oberfläche in der Scanzeile. Der Zeilenvorschub ist die Zustellung des Teilchenstrahls von einer Scanzeile auf die darauffolgende Scanzeile. Der Zeilenvorschub kann keinen direkten Einfluss auf die Verweilzeit des Teilchenstrahls in jeweils einem Bereich der Oberfläche haben.
  • In einer Ausgestaltung erfolgt das gepulste Bestrahlen der Oberfläche ohne oder im Wesentlichen ohne Pulspause und mit erhöhter oder reduzierter Pulsamplitude, beispielsweise bezogen auf ein ungepulstes Bestrahlen des gleichen Bereichs der Oberfläche, d.h. mittels Pulsamplitudenmodulation.
  • In einer Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein Ermitteln einer Anzahl an gepulsten Bearbeitungen und ungepulsten Bearbeitungen für jeden zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche auf. Indem anschaulich die Bearbeitung des Substrates vor dem Bearbeitungsbeginn festgelegt wird, wird eine Optimierung der Bearbeitung der Oberfläche ermöglicht.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Ermitteln der Anzahl an gepulsten Bearbeitungen ein Ermitteln von Pulsbreiten, Pulsamplituden, Pulsformen, Pulsposition und/oder einer Pulsverteilung aufweisen. Beispielsweise ergibt sich aus der Menge an abzutragendem bzw. abzuscheidendem Material ein Tastverhältnis für die gepulste Bearbeitung der Oberfläche des Substrates mit dem Teilchenstrahl. Daraus kann die erforderliche Anzahl an Pulsen, deren Breite, (Flanken-)Form und Position ermittelt, beispielsweise optimiert werden, so dass ein systematischer Fehler des Verfahrens reduziert wird.
  • Die Pulsverteilung kann beispielsweise die Position von Pulsen aufweisen, beispielsweise bezüglich eines oder mehrere Bezugspunkte. Ein Bezugspunkt ist beispielsweise der Rand oder die Mitte eines zu bearbeitenden Bereichs. Eine Pulsverteilung kann beispielsweise eine spiegelsymmetrische Verteilung der Pulse bezüglich der Mitte eines zu bearbeitenden Bereichs sein.
  • In noch einer weiteren Ausgestaltung kann der Teilchenstrahl derart gepulst auf die Oberfläche des Substrats treffen, dass die Pulse symmetrisch zur Mitte des gepulst bearbeiteten Bereichs angeordnet sind. Dies ermöglicht eine homogenere Oberfläche des gepulst bearbeiteten Bereichs.
  • In noch einer Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein Festlegen einer Basisebene über oder unterhalb einer Oberfläche in mindestens einem Bereich des Substrates auf. Das Substrat wird in dem Bereich gepulst bearbeitet, wenn die Oberfläche des Bereichs mittels der Bearbeitung ein vorgegebenes Verhältnis zu der Basisebene aufweist.
  • Der Bereich kann ansonsten ungepulst bearbeitet werden oder nicht mittels des Teilchenstrahls bearbeitet werden.
  • Mit anderen Worten: die Basisebene kann über oder unterhalb einer Oberfläche in mindestens einem Bereich des Substrates festgelegt werden. Das Substrat wird in dem Bereich gepulst bearbeitet, wenn die Oberfläche des Bereichs ein vorgegebenes Verhältnis zu der Basisebene aufweist, und der Bereich ansonsten ungepulst oder nicht bearbeitet wird.
  • Beispielsweise ist die Basisebene die Ebene, die mittels eines groben Bearbeitungsverfahrens, beispielsweise einem chemisch mechanischen Polieren, im Mittel ausgebildet wird. Eine gepulste, materialabtragende Bestrahlung kann beispielsweise erfolgen für den Fall, dass die Oberfläche eines Segments der Oberfläche unterhalb der Basisebene angeordnet ist. Eine ungepulste, materialabtragende Bestrahlung kann beispielsweise erfolgen für den Fall, dass die Oberfläche eines Segments der Oberfläche oberhalb der Basisebene oder in der Nähe der Basisebene angeordnet ist. Die Oberfläche befindet sich beispielsweise in der Nähe der Basisebene, wenn mittels eines ungepulsten Bestrahlens eine vorgegebene Zielebene noch nicht erreicht wird.
  • Beispielsweise wird in einem Bereich des Substrates Material ungepulst von der Oberfläche des Substrates entfernt. Ist die Oberfläche in diesem Bereich in der Basisebene, kann für diesen Bereich die Bestrahlungsart, d.h. der Modus, geändert werden, beispielsweise auf einen gepulsten Materialabtrag umgeschaltet werden. Der Materialabtrag kann in diesem Bereich beispielsweise gepulst erfolgen, beispielsweise bis die Oberfläche dieses Bereiches in einer vorgegebenen Zielebene angeordnet ist. Anschließend kann das Bearbeiten dieses Bereiches ein nicht-Bestrahlen sein, d.h. der Teilchenstrahl kann für folgende Scan-Durchgänge der Oberfläche des Substrates in diesem Bereich blockiert werden. Mit anderen Worten: mindestens ein Bereich der Oberfläche des Substrates wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen gepulst bearbeitet und ungepulst bearbeitet. Das gepulste Bearbeiten und das ungepulste bearbeiten kann gleichzeitig oder zeitlich versetzt, beispielsweise in unterschiedlichen Scan-Durchgängen, erfolgen. Sollte die Oberfläche geringfügig oberhalb der Basisebene angeordnet sein, kann ein gepulstes Bearbeiten beispielsweise eine Überlagerung von gepulster und ungepulster Bearbeitung aufweisen. Dadurch kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Anzahl an Scanvorgängen reduziert werden und/oder die Präzision der Bearbeitung erhöht werden, beispielsweise die Rauheit oder Welligkeit der Oberfläche des Substrates nach dem Bearbeiten reduziert sein.
  • In noch einer Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein Ermitteln des ersten Tastverhältnisses und des zweiten Tastverhältnisses für jeden zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche auf.
  • In noch einer Ausgestaltung erfolgt das gepulste Bestrahlen in einem Bereich der Oberfläche nach dem ungepulsten Bestrahlen in dem gleichen Bereich der Oberfläche.
  • In noch einer Ausgestaltung erfolgt das ungepulste Bestrahlen eines Bereichs der Oberfläche nach dem gepulsten Bestrahlen des gleichen Bereichs der Oberfläche.
  • In noch einer Ausgestaltung erfolgt das gepulste und ungepulste Bestrahlen in einem Bereich der Oberfläche nach dem ungepulsten Bestrahlen der gesamten Oberfläche des Substrates. Alternativ erfolgt das ungepulste Bestrahlen der gesamten Oberfläche des Substrates nach dem gepulsten und ungepulsten Bestrahlen in einem Bereich der Oberfläche.
  • In verschiedenen Ausgestaltungen ist der Teilchenstrahl ein Strahl neutraler Teilchen, ein Ionenstrahl, ein Strahl von Teilchenbündel, ein Strahl von Neutralteilchenkonglomeraten (Neutralteilchencluster, sogenannte Gascluster), ein Strahl von ionisierten Teilchenkonglomeraten (sogenannte Gasclusterionen) oder ein Elektronenstrahl. Als neutrale Teilchen werden dabei als nach außen, ungeladene Teilchen verstanden, beispielsweise Atome, Moleküle oder Konglomerate von einem der beiden. Neutrale Teilchen können jedoch beispielsweise Partialladungen oder Dipole oder ähnliches aufweisen. Ionen oder Elektronen sind in diesem Sinne keine neutralen Teilchen.
  • In verschiedenen Ausgestaltungen kann beim Bearbeiten der Oberfläche mit dem Teilchenstrahl Material von der Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des Substrates entfernt werden. Beispielsweise ist das Bearbeiten ein Ionenstrahlätzen.
  • Alternativ oder zusätzlich wird beim Bearbeiten der Oberfläche mit dem Teilchenstrahl Material auf der Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des Substrates abgeschieden. Beispielsweise ist das Bearbeiten ein Magnetronsputtern. Beim Magnetronsputtern werden in der Strahlungsquelle ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld überlagert, so dass die Elektronen eines Anregungsplasmas auf eine gewendelte Bahn, beispielsweise eine Schraubenlinie, abgelenkt werden und über der Oberfläche des Zerstäubungsmaterials der Strahlungsquellekreisen. Dadurch wird die Weglänge der Elektronen im Anregungsgas verlängert und die Zahl der Stöße pro Ladungsträger erhöht sich. Es entsteht ein intensives Niederdruckplasma, ein sogenanntes Magentronplasma. Die positiven Ladungsträger dieses Magnetronplasmas werden durch ein elektrisches Potential auf die Oberfläche des Zerstäubungsmaterials beschleunigt und lösen über Stoßprozesse Neutralteilchen aus dieser Oberfläche des Zerstäubungsmaterials aus. Diese ausgelösten Neutralteilchen wiederum bilden einen Teilchenstrom in Richtung des Substrates, einen Neutralteilchenstrahl. In besonderen Ausführungsformen kann der Strahl auch teilionisiert auftreten.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist das Magnetronsputtern ein Hochenergieimpulsmagnetronsputtern (high-power impulse magnetron sputtering HiPIMS). Beispielsweise wird ein Pulser, d.h. ein Leistungsschalter, zur Leistungsregelung verwendet. Durch pulsartige Entladungen mit Leistungen größer 1 MW kann beim Magnetronsputtern ein höherer Ionisierungsgrad des Teilchenstrahls erreicht werden, was beispielsweise zu einer Änderung der Eigenschaften einer aufgewachsenen Schicht führen kann, beispielsweise einer höheren Haftfestigkeit der aufgewachsenen Schicht.
  • In einer Ausgestaltung kann der erste Bereich unterschiedlich zu dem zweiten Bereich sein. Der zweite Bereich kann zeitlich und/oder räumlich unterschiedlich sein. Beispielsweise ist der zweite Bereich neben dem ersten Bereich angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Bereich zu einem anderen Zeitpunkt, d.h. einem anderen Bestrahlen, gepulst bearbeitet werden als der erste Bereich.
  • In einer Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein Erfassen einer Oberflächenbeschaffenheit mindestens eines Teils der Oberfläche des Substrates auf. Die Oberflächenbeschaffenheit kann beispielsweise vor dem Bestrahlen erfasst werden. Basierend auf der Oberflächenbeschaffenheit können eine Basisebene, eine Zielebene, die Größe der Segmente der Oberfläche sowie die Tastverhältnisse der Bestrahlung in den einzelnen Bestrahlungsdurchgängen (Scans) je Segment ermittelt werden.
  • Mittels der mehreren Scans je Oberflächensegment kann die in das Substrat eingetragene Wärmeleistung reduziert werden, da ein Teil der Wärmemenge zwischen den Scans durch Wärmeableitung und Wärmeabstrahlung abgeführt wird. Dadurch kann die thermische Verspannung in dem ersten Bereich reduziert werden, so dass das Substrat einer geringeren Bruchgefahr unterliegt oder andere nachteilige thermische Beeinflussungen des Substrats vermieden werden.
  • In noch einer Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein Ermitteln einer Zielebene über oder unterhalb der Oberfläche des Substrates auf. Das Substrat wird in mindestens einem Bereich der Oberfläche des Substrates bis zum Erreichen der Zielebene bearbeitet.
  • In noch einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren ferner ein weiteres Bestrahlen der Oberfläche des Substrats auf. Beim weiteren Bestrahlen wird in einem Bereich der Oberfläche des Substrats, in dem beispielsweise die Zielebene erreicht wurde, der Teilchenstrahl blockiert, so dass die Oberfläche in diesem Bereich nicht von dem Teilchenstrahl bearbeitet wird. Das blockieren des Teilchenstrahls kann beispielsweise mittels einer Blende (Shutter) und/oder einem Abschalten des Teilchenstrahls erfolgen.
  • In noch einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren mindestens ein anderes, weiteres Bestrahlen auf. Der erste Bereich der Oberfläche des Substrates des ungepulsten Bestrahlens wird beim anderen, weiteren Bestrahlen mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der gepulst auf die Oberfläche des Substrates trifft. Mit anderen Worten: ein zuvor ungepulst bearbeiteter Bereich kann zu einem anderen Zeitpunkt, beispielsweise in einem späteren Scan, gepulst bearbeitet werden.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates mittels eines Teilchenstrahls bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Teilchenstrahlquelle auf, die eingerichtet ist, die Oberfläche des Substrates mit einem Teilchenstrahl zu bearbeiten. Die Vorrichtung weist ferner eine Quellensteuerung zum Steuern des Teilchenstrahls auf. Die Quellensteuerung ist zum Bestrahlen der Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl eingerichtet, wobei in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet wird, der ungepulst auf die Oberfläche des Substrats trifft; und wobei in einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet wird, der gepulst auf die Oberfläche des Substrats trifft.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates mittels eines Teilchenstrahls bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Teilchenstrahlquelle auf, die eingerichtet ist, die Oberfläche des Substrates mit einem Teilchenstrahl zu bearbeiten. Die Vorrichtung weist ferner eine Quellensteuerung zum Steuern des Teilchenstrahls auf. Die Quellensteuerung ist zum Bestrahlen der Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl eingerichtet, wobei in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet wird, der, mit einem ersten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats trifft; und wobei in einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet wird, mit einem zweiten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats trifft, wobei das zweite Tastverhältnis unterschiedlich zu dem ersten Tastverhältnis ist.
  • In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Prozesskammer auf. Wenigstens ein Teil der Strahlungsquelle und das Substrat sind in der Prozesskammer angeordnet, beispielsweise während des Bestrahlens.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 eine Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
    • 2 ein Blockdiagramm zur Quellensteuerung einer Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
    • 3 ein Diagramm zum Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
    • 4 ein Diagramm zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • 1 stellt schematisch eine Vorrichtung 100 dar. Eine solche Vorrichtung 100 ist beispielsweise geeignet, um die Oberfläche eines Substrats 114 mittels eines Teilchenstrahls 104 zu bearbeiten.
  • Die Vorrichtung 100 weist eine Teilchenstrahlquelle 102 auf, die eingerichtet ist, einen Teilchenstrahl 104 zu emittieren, welcher in einem Gebiet 106 (auch Auftreffgebiet genannt) auf einen Bereich der Oberfläche des Substrats 114 auftrifft.
  • Die Teilchenstrahlquelle 102 ist eingerichtet, die Oberfläche des Substrates mit einem Teilchenstrahl zu bearbeiten, beispielsweise ein Material des Substrats abzutragen oder ein Material auf der Oberfläche abzuscheiden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Strahlungsquelle 102 eine Ionenstrahlquelle und der Teilchenstrahl 104 beispielsweise ein fokussierender Ionenstrahl mit einer Gauß-förmigen Ladungs-Stromverteilungsdichte. Der Ionenstrahl wird in diesem Beispiel dafür benutzt, eine dünne Schicht von einem Substrat abzutragen. Die Ionenstrahlquelle kann als eine Breitstrahl-Ionenstrahlquelle eingerichtet sein.
  • Die Vorrichtung 100 weist ferner eine Quellensteuerung 112 zum Steuern des Teilchenstrahls 104 auf. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine solche Quellensteuerung 112 die Parameter und Eigenschaften des Teilchenstrahls automatisch oder manuell oder mit einer entsprechenden Kombination verändern, steuern, pausieren, abbrechen und/oder nachregeln. Dies kann beispielsweise die Position oder die elektrischen Betriebsströme für verschiedene Bauteile der Teilchenstrahlquelle 102 betreffen. Ebenso kann diese Quellensteuerung 112 direkte oder indirekte Parameter des Teilchenstrahls 104 betreffen, beispielsweise Eigenschaften einer Strahlneutralisierungseinrichtung, Zusammensetzung und Dosis für Ausgangsgase für die Teilchenstrahlquelle und/oder Temperaturen von verschiedenen Bauteilen.
  • Außerdem kann die Quellensteuerung 112 die Parameter der Teilchenstrahlquelle 102 und damit des Teilchenstrahls 104 verändern. Beispielsweise kann eine Beschleunigungsspannung verändert werden, welche sich auf die kinetische Energie der geladenen Teilchen im Teilchenstrahl auswirkt. Die Quellensteuerung 112 kann außerdem eine Gaszufuhr (nicht dargestellt) oder eine Plasmaanregung (nicht dargestellt) zur Teilchenstrahlquelle 102 enthalten und steuern oder regeln, so dass die Anzahl der Teilchen im Teilchenstrahl 104 geregelt werden kann. Eine Gaszufuhr kann allgemein für Teilchenstrahlquellen benötigt werden, um einen Teilchenstrahl 104 aufrecht zu erhalten. Eine Plasmaanregung wird allgemein für Teilchenstrahlquellen benötigt, die mit geladenen Teilchen betrieben werden, um aus dem zugeführten Gas die notwendigen Ladungsträger (z.B. Ionen) für einen geladenen bzw. nicht-neutralen Teilchenstrahl 104 zu erzeugen.
  • Die Quellensteuerung 112 ist mit der Teilchenquelle 102 zum Bestrahlen der Oberfläche des Substrats 114 eingerichtet, wobei in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats 114 die Oberfläche des Substrats 114 mit dem Teilchenstrahl 104 bearbeitet wird, der ungepulst auf die Oberfläche des Substrats 114 trifft und wobei in einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats 114 die Oberfläche des Substrats 114 mit dem Teilchenstrahl 104 bearbeitet wird, der gepulst auf die Oberfläche des Substrats 114 trifft.
  • Alternativ oder zusätzlich ist die Quellensteuerung 112 zum Bestrahlen derart eingerichtet, dass in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats 114 die Oberfläche des Substrats 114 mit dem Teilchenstrahl 104 bearbeitet wird, der, mit einem ersten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats 114 trifft und in einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats 114 die Oberfläche des Substrats 114 mit dem Teilchenstrahl 104 bearbeitet wird, mit einem zweiten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats 114 trifft, wobei das zweite Tastverhältnis unterschiedlich zu dem ersten Tastverhältnis ist.
  • Die Quellensteuerung 112 ist weiterhin mit der Teilchenquelle 102 zum ungepulsten Bestrahlen der Oberfläche des Substrats eingerichtet, wobei beim ungepulsten Bestrahlen die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl 104 bearbeitet wird, der ungepulst auf die Oberfläche des Substrats 114 trifft.
  • In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung 100 eine Prozesskammer 122 auf. Wenigstens ein Teil der Strahlungsquelle 102 und das Substrat 114 sind in der Prozesskammer 122 angeordnet, beispielsweise während des Bestrahlens. Mit anderen Worten: Die Vorrichtung 100 weist eine im Schnitt dargestellte Prozesskammer 122 auf, in deren Innerem eine Teilchenstrahlquelle 102 angeordnet ist, welche eingerichtet ist, einen Teilchenstrahl 104 zu emittieren.
  • Die Teilchenstrahlquelle 102 kann in einer Wand der Prozesskammer 122 montiert sein (bewegbar oder fest) oder innerhalb der Prozesskammer 122 montiert sein (beispielsweise auf dem Boden einer Tür der Prozesskammer 122, beispielsweise auf einem Schlitten, auf dem die Teilchenstrahlquelle 102 befestigt ist und entlang dessen die Teilchenstrahlquelle 102 bewegt werden kann).
  • Die Prozesskammer 122 kann ferner einen Temperaturregler aufweisen, welcher die Temperatur der Prozesskammerwände und angrenzenden Vorrichtungen regelt. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Temperaturregler sinnvoll sein, da das Ergebnis einer Bearbeitung des Substrats 114 mit dem Teilchenstrahl 104 temperaturabhängig sein kann. Eine elektrische Verbindung, beispielsweise zu einer Erdung, kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen sinnvoll sein, um einer elektrischen Aufladung des Substrats 114 während einer Bearbeitung mit dem Teilchenstrahl entgegenzuwirken.
  • Die Prozesskammer 122 kann ferner eine Strahlneutralisierungseinrichtung aufweisen mittels der die Aufladung des Substrats 114 während einer Bearbeitung mit dem Teilchenstrahl entgegenwirkt werden kann. Beispielsweise ist das Substrat mit einem Bezugspotential, beispielsweise einem Erdungspotential, elektrisch verbunden, um eine Aufladung zu verhindern.
  • Die Prozesskammer 122 kann außerdem eine geeignete Vakuumanlage aufweisen, durch welche der Druck im Inneren der Prozesskammer 122 geregelt werden kann, womit ein Vakuum in gewünschter Weise innerhalb der Prozesskammer 122 erzeugt werden kann.
  • Die Position der Teilchenstrahlquelle 102 kann mittels einer Halterung (nicht dargestellt) und mittels der Quellensteuerung 112 verändert werden.
  • Die Halterung kann eingerichtet sein, eine translatorische Bewegung in eine, in zwei oder in alle drei Raumrichtungen und/oder eine rotatorische Bewegung um eine, zwei oder um alle drei Raumachsen herum zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat entsprechend bewegt werden.
  • Der Teilchenstrahl 104 kann in einem Auftreffgebiet 106 auf der Oberfläche des Substrats auftreffen. Mittels der Halterung kann das Auftreffgebiet 106 auf jede Position bzw. jeden Bereich auf der Oberfläche des Substrates 114 verschoben werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats 114 folgendes aufweisen:
    • Ein Substrat 114 kann vorgemessen werden, beispielsweise kann die Oberflächenbeschaffenheit, beispielsweise die Oberflächenunebenheit, interferometrisch ermittelt werden.
    • Die Information der Oberflächenunebenheit kann in einem Speicher einer Ermittlungseinrichtung 122 (beispielsweise einem Prozessor, beispielsweise einem programmierbaren Prozessor und/oder einer festverdrahteten Logik) als Ausgangszustand des Substrats 114 gespeichert werden.
  • Das Substrat 114 kann anschließend in dem Substrathalter gehaltert und die Prozesskammer 122 mittels einer Vakuumanlage auf einen geeigneten Prozessdruck evakuiert werden. Die Halterung kann so positioniert sein, dass der Teilchenstrahl 104 bei Einschalten der Teilchenstrahlquelle 102 auf eine Abschirmung, beispielsweise eine Blende, auftrifft.
  • Anschließend kann mittels der Quellensteuerung 112 die Teilchenstrahlquelle 102 eingeschalten werden. Je nach Ausführungsform kann gewartet werden, bis die Teilchenstrahlquelle 102 einen stabilen Teilchenstrahl 104 aufweist, d.h. beispielsweise dass der Teilchenstrahl 104 nur noch geringe Intensitätsschwankungen aufweist.
  • Mittels der Quellensteuerung 112 und der Halterung kann das Auftreffgebiet 106 des Teilchenstrahls 104 verändert werden. Je nach gewünschter Anwendung kann es von Vorteil sein, dass das Substrat 114 in der Ebene des Fokus des Teilchenstrahls 104 ist. Dadurch ist das Auftreffgebiet 106 in seiner räumlichen Ausdehnung minimiert und damit die Ortsauflösung einer gewünschten Bearbeitung eines Substrats 114 maximal. Alternativ kann das Substrat 114 außerhalb der Ebene des Fokus angeordnet sein. Dadurch kann die Wärmeleistungsdichte reduziert werden.
  • Durch Vermessung der Oberflächeneigenschaften des Substrats 114, beispielsweise der Oberflächenunebenheit, mittels beispielsweise interferometrischer Methoden und Vergleich mit den zuvor ermittelten Daten des Substrats 114, kann die zweidimensionale Abtragsrate des Teilchenstrahls 104 auf dem Substrat 114 ermittelt werden. Diese zweidimensionale Abtragsrate kann der Gauß-förmigen zweidimensionalen Abtragsrate entsprechen.
  • Anschließend kann das Substrat 114 auf den Substrathalter in die Prozesskammer 122 gebracht werden und die Prozesskammer 122 mittels einer Vakuumanlage auf einen geeigneten Prozessdruck evakuiert werden. Wie oben beschrieben, kann anschließend die Teilchenstrahlquelle 102 mit einem stabilen Teilchenstrahl 104 in Betrieb genommen werden.
  • Anschließend kann eine Ermittlung der zweidimensionalen Verteilungsdichtefunktion des Teilchenstrahls durchgeführt werden. Dies kann dazu führen, dass eine zweidimensionale Verteilungsdichtefunktion in den entsprechenden Parametern derart angepasst wird, so dass eine zweidimensionale korrelierte Verteilungsdichtefunktion erzeugt wird, welche die zweidimensionale Abtragsrate des Strahlauftreffgebietes (des sogenannten Fußpunktes) hinreichend genau modelliert. Die entsprechende Genauigkeit richtet sich nach dem gewünschten Ergebnis für ein bearbeitetes Substrat 114.
  • Anschließend kann eine Berechnung mittels der Ermittlungseinrichtung 122 stattfinden. Diese Berechnung kann die zweidimensionale korrelierte Verteilungsdichtefunktion benutzen, um ein Bewegungsprofil für den Teilchenstrahl 104 relativ zu dem Substrat 114 zu ermitteln. Alternativ kann die zweidimensionale Abtragsrate des Fußpunktes genutzt werden, um dieses Bewegungsprofil zu erstellen und beispielsweise in einem Speicher der Quellensteuerung 112 zu speichern.
  • Dieses Bewegungsprofil kann Positionen, jeweilige Verweildauern, Tastverhältnisse und Pulsformen des Auftreffgebiets 106 des Teilchenstrahls 104 auf dem Substrat beinhalten. Alternativ kann das Bewegungsprofil Daten für Geschwindigkeiten beinhalten, wobei diese Geschwindigkeiten die Geschwindigkeit der Bewegung des Teilchenstrahls 104 relativ zur Oberfläche des Substrats 114 beschreiben.
  • Das Bewegungsprofil kann einen, zwei oder mehr Scan-Durchgänge aufweisen. In einem Scan-Durchgang wird die Teilchenstrahlquelle über jeden Bereich der Oberflächen geführt. Dabei kann ein Teilchenstrahl gepulst, ungepulst oder nicht (beispielsweise in dem der Strahl mittels einer Blende geblockt wird) auf die Oberfläche des Substrates auftreffen.
  • Die Ermittlungseinrichtung 122 kann mit der Quellensteuerung 112 und/oder der Halterung elektrisch verbunden sein (nicht dargestellt), so dass das Bewegungsprofil ausgeführt werden kann. Anschließend kann mittels der Quellensteuerung 112 und der Halterung das Auftreffgebiet 106 des Teilchenstrahls 104 entsprechend dem Bewegungsprofils über die Oberfläche des Substrats 114 geführt werden, was einer Bearbeitung der Oberfläche des Substrats 114 entspricht. Das bearbeitete Substrat 114 kann anschließend aus der Prozesskammer 122 entfernt werden.
  • Ein in der Ermittlungseinrichtung 122 implementiertes Verfahren kann das Bewegungsprofil beispielsweise derart berechnen, dass die Oberfläche des Substrats nach der Bearbeitung ein gewünschtes Muster oder eine möglichst ebene Oberfläche aufweist.
  • Zur Erzeugung eines lokal unterschiedlichen Abtrages, oder einer lokal unterschiedlichen Deposition, wird das Substrat und/oder der Teilchenstrahl mit mechanischen Positioniersystemen bewegt und/oder der Teilchenstrahl gepulst, beispielsweise mit unterschiedlichen Tastverhältnissen.
  • Aufgrund der technisch begrenzten Dynamik mechanischer Systeme beträgt die minimale Verweilzeit pro Oberflächensegment typischerweise mindestens einige Zehntel Millisekunden.
  • Durch die Verwendung eines gepulsten Teilchenstrahls kann die zeitlich gemittelte Strahlintensität in einem Oberflächensegment verringert werden. Dadurch kann die minimale lokale Verweilzeit verringert werden.
  • Das Bewegungsprofil ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil eines Verfahrens zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates 114 mittels des Teilchenstrahls 104.
  • Das Verfahren weist ein Bestrahlen der Oberfläche des Substrats 104 mit dem Teilchenstrahl 104 auf. Beim Bestrahlen wird in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der ungepulst auf die Oberfläche des Substrats trifft. In einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats wird die Oberfläche des Substrats beim Bestrahlen mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der gepulst auf die Oberfläche des Substrats trifft.
  • Alternativ oder zusätzlich wird beim Bestrahlen in einem ersten Bereich der Oberfläche des Substrats die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der, mit einem ersten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats trifft. In einem zweiten Bereich der Oberfläche des Substrats wird die Oberfläche des Substrats mit dem Teilchenstrahl bearbeitet, der mit einem zweiten Tastverhältnis gepulst, auf die Oberfläche des Substrats trifft. Das zweite Tastverhältnis ist unterschiedlich zu dem ersten Tastverhältnis.
  • Das gepulste Bestrahlen erfolgt beispielsweise nach einem ungepulsten Bestrahlen der Oberfläche des Substrates und/oder eines Bereiches der Oberfläche des Substrates. Alternativ erfolgt das ungepulste Bestrahlen der Oberfläche des Substrates und/oder eines Bereiches der Oberfläche des Substrates nach dem gepulsten Bestrahlen.
  • Der Teilchenstrahl ist beispielsweise ein Strahl neutraler Teilchen, ein Clusterstrahl, ein Clusterionenstrahl, ein Ionenstrahl oder ein Elektronenstrahl. Beispielsweise ist das Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Substrates ein Magnetronsputtern.
  • Beim Bearbeiten der Oberfläche mit dem Teilchenstrahl kann Material von der Oberfläche des Substrates entfernt werden und/oder Material auf der Oberfläche des Substrates abgeschieden werden.
  • Der erste Bereich, d.h. der ungepulst bearbeitete Bereich, kann unterschiedlich zu dem zweiten Bereich, d.h. dem gepulst bearbeiteten Bereich sein. Der ungepulst bearbeitete Bereich kann bei einem späteren Bearbeitungen, beispielsweise ein weiteren Scan, gepulst bearbeitet werden.
  • Alle Bauteile der Vorrichtung, beispielsweise Strom-Messeinrichtung, Halterung oder Stromsonde können an die jeweilige Umgebung angepasst sein. Beispielsweise können im Falle des Betriebs der Vorrichtung in einem Vakuum Stromführungen, Schmierfette und Bauteilmaterialien angepasst sein.
  • Das Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird noch ausführlicher im Zusammenhang mit 3 dargestellt.
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm zur Quellensteuerung einer Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Quellensteuerung 112 weist einen oder mehrere Anschlüsse 202 auf mittels deren die Vorrichtung in einer Vorrichtungexternen Umgebung verbunden bzw. integriert sein kann, beispielweise einer Sicherheitssteuerung oder einer Fernüberwachung.
  • Die Quellensteuerung 112 kann einen Prozessor 204, einen Computer 204 oder eine sonstige Datenverarbeitungsvorrichtung 204 aufweisen (nachfolgend als Prozess-Modul-Computer PMC bezeichnet), welche die einzelnen Signale der Komponenten und Module der Vorrichtung empfängt und auswertet und dieselben steuert oder regelt.
  • Der PMC 204 kann ein frei programmierbarer Prozessor (beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein Nanoprozessor) sein oder eine hartverdrahtete Logik, oder eine Firmware oder beispielsweise ein applikationsspezifischer Schaltkreis (application specific integrated circuit, ASIC) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (field-programmable gate array, FPGA) sein.
  • Mit dem PMC 204 ist unter anderem ein Achsensystem 206 verbunden, dass mit einem Teilchenstrahl-Schaltkreis 208 (beam) und einem Beschleunigung-Schaltkreis 210 (auch bezeichnet als Accelerator-Schaltkreis 210) mittels eines Schalterschaltkreises 212 verbundenen ist, um den Teilchenstrahl 104 der Strahlquelle 102 und dessen Strahlprofil zu steuern.
  • Der Teilchenstrahl-Schaltkreis 208 und der Beschleunigung-Schaltkreis 210 können jeweils eine Spannungsversorgung aufweisen, die zueinander grundsätzlich technisch gleich ausgeprägt sein können.
  • Der Schalterschaltkreis 212 kann jeweils einen elektrisch schaltbaren Schalter, beispielsweise einen Leistungstransistor, zwischen der Strahlungsquelle 102 und dem Teilchenstrahl-Schaltkreis 208 und/oder zwischen der Strahlungsquelle 102 und dem Accelerator-Schaltkreis 210 aufweisen. Der Schalterschaltkreis 212 kann derart eingerichtet sein, dass das elektrische Potential des Teilchenstrahl-Schaltkreises 208 bzw. des Accelerator-Schaltkreises 210 elektrisch auf die Strahlungsquelle 102 aufgeschaltet werden kann bzw. alternativ kann ein Massepotential oder ein anderes, elektrisches Potential auf die Strahlungsquelle 102 aufgeschaltet werden. Dadurch kann der Teilchenstrahl auf einfache Weise gepulst werden und die Position der Pulse auf der Oberfläche und deren Energie auf einfache Weise eingestellt werden.
  • 3 zeigt ein Diagramm zum Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • Das oben beschriebene Bewegungsprofil kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Verfahren 300 zum Bearbeiten einer Oberfläche 302 eines Substrates mittels eines Teilchenstrahles 104 sein.
  • Im oberen Teil der 3 ist ein Querschnittsprofil einer mittels eines Teilchenstrahls 104 zu bearbeitenden Oberfläche 302 eines Substrates gezeigt. Der Teilchenstrahl wird in mehreren Durchgängen (Scans) S1, S2, S3 über die Oberfläche gefahren bzw. geführt. Währenddessen kann Material von der Oberfläche des Substrates gepulst 310, d.h. mittels Teilchenstrahlpulsen 304 oder ungepulst 308, d.h. im Dauerstrichbetrieb 306 entfernt werden, oder die Oberfläche unbearbeitet verbleiben. Bei nicht-Bearbeiten der Oberfläche wird der Teilchenstrahl beispielsweise ausgeschaltet oder blockiert, so dass kein Material von der Oberfläche abgetragen wird.
  • Das nicht-Bearbeiten weist ein Tastverhältnis von 0,0 auf. Das ungepulste Bearbeiten weist ein Tastverhältnis von 1,0 auf. Das gepulste Bearbeiten weist ein Tastverhältnis größer 0,0 und kleiner 1,0 auf.
  • Unterhalb des Querschnittsprofils sind jeweils die lokale Abtragungsrate 332 für die Segmente der Oberfläche und das Geschwindigkeitsprofil 334 und die unterschiedlichen Scans S1, S2, S3 zu dem Querschnittsprofil gezeigt. Die Abtragungsrate 332 kann bei konstanter Energiedichte des Teilchenstrahls mittels der Verweilzeit je Position eingestellt werden. Die Verweilzeit kann beispielsweise mittels der Vorschubgeschwindigkeit des Teilchenstrahls eingestellt werden. Durch lokale Variation der Vorschubgeschwindigkeit und somit der Verweilzeit kann eine Modulation der Energiedosis erreicht werden. Eine Änderung der Vorschubgeschwindigkeit und somit der Verweilzeit ist/wäre aus dem Geschwindigkeitsprofil 334 des Teilchenstrahls ersichtlich. Beispielsweise kann der Teilchenstrahl mit einer geringeren Geschwindigkeit über einen ersten Bereich 336 geführt werden als über einen zweiten Bereich 338.
  • Die Summe des in mehreren Scans S1, S2, S3 abgetragenen Materials entspricht ungefähr dem im Querschnittsprofil dargestellten Material oberhalb der - unten noch ausführlicher beschriebenen - Zielebene 330, falls die Oberfläche 302 des Substrates unterhalb einer - unten noch ausführlicher beschriebenen - Basisebene 320 angeordnet ist.
  • Die zu bearbeitende Oberfläche kann bei Segmenten mit einer Oberfläche im Wesentlichen unterhalb einer Basisebene 320 mit maximaler Geschwindigkeit bestrahlt werden und im Randbereich mit geringerer Geschwindigkeit (veranschaulicht im Diagramm 334 für die jeweiligen Scans).
  • Die in dem jeweiligen Scan der mehreren Scans S1, S2, S3 freiliegende Oberfläche des Substrates wird derart mittels des Teilchenstrahls 104 bearbeitet, das ein möglichst großer Anteil 318 des Materials in einem Segment ungepulst abgetragen wird, beispielsweise bei einer vorrichtungsspezifischen, minimalen Abtragungszeit und Verweilzeit für jeweils ein Segment. Ein verbleibender Rest 314 wird in einem Scan mittels eines möglichst minimalen Tastverhältnisses gepulst abgetragen. Das Tastverhältnis kann dabei mittels eines Pulses oder mittels mehrerer Pulse, die beispielsweise symmetrisch zur Mitte eines Segments in dem Segment appliziert werden, realisiert werden.
  • Durch Kombination des ungepulsten Bearbeitens 308 mit dem gepulsten Bearbeiten 310 kann die Anzahl an Pulsen reduziert oder minimiert werden. Dadurch kann der Fehler, der durch die Flanken der Pulse in der Bearbeitung des Substrates erzeugt wird, im Vergleich zu einer rein gepulsten Bearbeitung reduziert werden.
  • Der Fehler, der durch die Flanken und die Positionszuordnung der Pulse verursacht wird, wird beispielsweise durch das stetige Teilchenstrahlprofil beim Ein- und Ausschalten des Auftreffens des Teilchenstrahls auf der Oberfläche abgebildet.
  • Im Vergleich zu einer ungepulsten Bearbeitung der Oberfläche, d.h. einer Dauerstrichbearbeitung, kann eine unnötige oder unzureichende Bearbeitung der Oberflächen vermieden oder reduziert werden. Dadurch kann die Bearbeitung der Oberfläche präziser sein und die Oberfläche eine geringere Rauheit bzw. eine höhere Homogenität oder Konformität mit einer vorgegebenen Oberflächenbeschaffenheit aufweisen.
  • Das Verfahren weist beispielsweise ein Erfassen einer Oberflächenbeschaffenheit mindestens eines Teils der Oberfläche des Substrates auf. Beispielsweise kann der Materialüberschuss oder der Materialmangel ausgehend von der Oberfläche 302 des Substrates bezüglich einer vorgegebenen Zielebene 330 ermittelt werden. Die Zielebene 330 ist beispielsweise eine zu erreichende Schichtdicke und/oder Homogenität der Oberfläche des Substrates.
  • Mit anderen Worten: das Verfahren kann ein Ermitteln einer Zielebene 330 über oder unterhalb der Oberfläche 302 des Substrates aufweisen. Das Substrat kann mindestens in einem Bereich der Oberfläche des Substrates bis zum Erreichen der Zielebene bearbeitet werden.
  • Die Oberfläche 302 kann in mehrere Segmente unterteilt werden. Die Segmente sind beispielsweise flächige, zweidimensionale Bereiche, die der Oberfläche des Substrates zugeordnet sind.
  • Das Verfahren kann ferner ein Festlegen einer Basisebene 320 über oder unterhalb einer Oberfläche 302 in mindestens einem Bereich des Substrates aufweisen. Das Substrat kann beispielsweise in Segmenten gepulst bearbeitet werden, wenn die Oberfläche des jeweiligen Segments bezüglich der Basisebene 320 eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Beispielsweise kann bei einem materialabtragenden Verfahren ein gepulstes Bearbeiten erfolgen, sollte die Oberfläche 302 des jeweiligen Segments unterhalb der Basisebene 320 angeordnet sein. Segmente mit einer Oberfläche oberhalb der Basisebene können beispielsweise ungepulst bearbeitet werden, wodurch ein schneller Materialabtrag erfolgt.
  • Die Basisebene 320 kann unterhalb und/oder oberhalb der Oberfläche 302 der Segmente des Substrates angeordnet sein.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Basisebene 320 eine Ebene, die mittels eines groben Bearbeitens der Oberfläche des Substrates erhalten wird, beispielsweise mittels eines (chemisch-)mechanischen Polierens.
  • Alternativ oder zusätzlich ist die Basisebene 320 eine Ebene, bis zu deren Erreichen alleinig die Vorschubgeschwindigkeit zur Variation der Verweilzeit genutzt wird.
  • Für die einzelnen Segmente kann eine Anzahl an gepulsten Bearbeitungen 310 und ungepulsten Bearbeitungen 308 ermittelt werden, um von der Oberfläche 302 vor dem Beginn der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl 104 zu der Zielebene zu gelangen.
  • Das Ermitteln der Anzahl an gepulsten Bearbeitungen 308 kann beispielsweise ein Ermitteln von Pulsbreiten, Pulsamplituden, Pulsformen und/oder einer Pulsverteilung aufweisen.
  • Das Verfahren weist beispielsweise ein Ermitteln des Tastverhältnisses für jeden zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche auf. Durch die Regelung des Tastverhältnisses können weiterhin Leistungs- und Stromdichteschwankungen der Strahlquelle innerhalb eines vorgesehenen Fehlerbereiches kompensiert werden, wie sie zum Beispiel durch thermische Driften auftreten können. Dazu kann der zeitlich gemittelte Quellen-Emissionsstrom als Messgröße verwendet und das Tastverhältnis so eingeregelt werden, dass der Quellen - Emissionsstrom und damit die zeitlich gemittelte Ionenstromdichte unter Beibehaltung der sonstigen Prozessparameter konstant gehalten wird.
  • Der Teilchenstrahl kann beispielsweise derart gepulst auf die Oberfläche des Substrats treffen, dass die Pulse symmetrisch zur Mitte des gepulst bearbeiteten Bereichs, d.h. des Segments, angeordnet sind. Der Teilchenstrahl weist beispielsweise ein Gauß-förmiges Strahlprofil auf. Die symmetrisch, gepulst bestrahlten Segmente weisen dadurch, beispielsweise gegenüber einer zum Mittelpunkt des Segments punktsymmetrischen Bearbeitung und/oder bezüglich einer asymmetrischen Bearbeitung, eine höhere Homogenität auf.
  • Die gepulste Bearbeitung weist beispielsweise mehrere Pulse 304 auf, die am Rand oder zwischen dem Rand und der Mitte eines Segments angeordnet sein können.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ein weiteres Bestrahlen 312 der Oberfläche des Substrats auf. Beim weiteren Bestrahlen 312 wird in einem Bereich der Oberfläche des Substrats, in dem die Zielebene 330 erreicht wurde, der Teilchenstrahl 104 blockiert, beispielsweise mittels einer Blende oder mittels eines Schalterschaltkreises der Quellensteuerung 112. Mittels des Blockierens kann verhindert werden, dass die Oberfläche in diesem Bereich von dem Teilchenstrahl bearbeitet wird. Mit anderen Worten: beim weiteren Bearbeiten kann die Strahlquelle, beispielsweise die Ionenquelle, komplett abgeschaltet werden, d.h. das Tastverhältnis beträgt 0,0. Beispielsweise für den Fall, dass der Ionenstrahl ohne Ausführung einer Bearbeitung von einer Position auf eine andere Position des Substrats geführt wird, ohne Oberflächensegmente zu beschichten oder zu ätzen.
  • Durch die aufeinander angepasste gleichzeitige Verwendung von Verweilzeit und Pulsdauer als Prozessparameter kann die Geschwindigkeit des Substrats oder des Ionenstrahles gleichmäßiger gestaltet werden und der gesamte Prozess verläuft moderater, so dass sich eine längere Lebensdauer der Komponenten des Positionierungssystemes ergibt.

Claims (20)

  1. Verfahren (300) zum Bearbeiten einer Oberfläche (302) eines Substrates (114) mittels eines Teilchenstrahls (104), wobei das Verfahren (300) ein Bestrahlen der Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl aufweist, o wobei in einem ersten Bereich (308) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der ungepulst (306) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft; und o wobei in mindestens einem zweiten Bereich (310) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der gepulst (304) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft.
  2. Verfahren (300) zum Bearbeiten einer Oberfläche (302) eines Substrates (114) mittels eines Teilchenstrahls (104), wobei das Verfahren (300) ein Bestrahlen der Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl aufweist o wobei in einem ersten Bereich (308) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der, mit einem ersten Tastverhältnis gepulst (304), auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft; und o wobei in mindestens einem zweiten Bereich (310) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) mit einem zweiten Tastverhältnis gepulst (304) bearbeitet wird, wobei das zweite Tastverhältnis unterschiedlich zu dem ersten Tastverhältnis ist.
  3. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1 oder 2, das Verfahren (300) ferner aufweisend: Ermitteln einer Anzahl an gepulsten Bearbeitungen und ungepulsten Bearbeitungen für jeden zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche.
  4. Verfahren (300) gemäß Anspruch 3, das Verfahren (300) ferner aufweisend: wobei das Ermitteln der Anzahl an gepulsten Bearbeitungen ein Ermitteln von Pulsbreiten, Pulsamplituden, Pulsformen, Pulsposition und/oder einer Pulsverteilung aufweist.
  5. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Teilchenstrahl (104) derart gepulst (304) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft, dass die Pulse symmetrisch zur Mitte des gepulst (304) bearbeiteten Bereichs angeordnet sind.
  6. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das Verfahren (300) ferner aufweisend: Festlegen einer Basisebene (320) über oder unterhalb einer Oberfläche (302) in mindestens einem Bereich des Substrates (114), wobei das Substrat (114) in dem Bereich gepulst (304) bearbeitet wird, wenn die Oberfläche (302) des Bereichs ein vorgegebenes Verhältnis zu der Basisebene (320) aufweist, und der Bereich ansonsten ungepulst oder nicht bearbeitet wird.
  7. Verfahren (300) gemäß Anspruch 2, das Verfahren (300) ferner aufweisend: Ermitteln des ersten Tastverhältnisses und des zweiten Tastverhältnisses für jeden zu bearbeitenden Bereich der Oberfläche.
  8. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das gepulste Bestrahlen in einem Bereich der Oberfläche nach dem ungepulsten Bestrahlen Oberfläche in dem gleichen Bereich der Oberfläche erfolgt.
  9. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das ungepulste Bestrahlen eines Bereichs der Oberfläche nach dem gepulsten Bestrahlen des gleichen Bereichs der Oberfläche erfolgt.
  10. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Teilchenstrahl (104) ein Strahl neutraler Teilchen, ein Strahl von Teilchenbündel, ein Ionenstrahl oder ein Elektronenstrahl ist.
  11. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei beim Bearbeiten der Oberfläche (302) mit dem Teilchenstrahl (104) Material von der Oberfläche (302) oder einem Teil der Oberfläche des Substrates (114) entfernt wird.
  12. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei beim Bearbeiten der Oberfläche (302) mit dem Teilchenstrahl (104) Material auf der Oberfläche (302) oder einem Teil der Oberfläche des Substrates (114) abgeschieden wird.
  13. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der erste Bereich unterschiedlich zu dem zweiten Bereich ist.
  14. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, das Verfahren (300) aufweisend: Erfassen einer Oberflächenbeschaffenheit mindestens eines Teils der Oberfläche (302) des Substrates.
  15. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, das Verfahren (300) aufweisend: Ermitteln einer Zielebene über oder unterhalb der Oberfläche (302) des Substrates, wobei das Substrat in einem Bereich der Oberfläche (302) des Substrates (114) bis zum Erreichen der Zielebene bearbeitet wird.
  16. Verfahren (300) gemäß Anspruch 15, das Verfahren (300) aufweisend: ein weiteres Bestrahlen der Oberfläche (302) des Substrates (114), wobei in einem Bereich (312) der Oberfläche (302) des Substrates (114), in dem die Zielebene erreicht wurde, der Teilchenstrahl (104) blockiert wird, so dass die Oberfläche (302) in diesem Bereich (312) nicht von dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird.
  17. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren mindestens ein anderes, weiteres Bestrahlen aufweist, wobei der erste Bereich der Oberfläche des Substrates des ungepulsten Bestrahlens beim anderen, weiteren Bestrahlen mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der gepulst (306) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft.
  18. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche (302) eines Substrates (114) mittels eines Teilchenstrahls (104), wobei die Vorrichtung aufweisend: eine Teilchenstrahlquelle eingerichtet, die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit einem Teilchenstrahl (104) zu bearbeiten; und • eine Quellensteuerung (112) eingerichtet zum Steuern des Teilchenstrahls (104), wobei die Quellensteuerung (112) eingerichtet ist zum Bestrahlen der Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl, o wobei in einem ersten Bereich (308) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der ungepulst (306) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft; und o wobei in einem zweiten Bereich (310) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der gepulst (304) auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft.
  19. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche (302) eines Substrates (114) mittels eines Teilchenstrahls (104), wobei die Vorrichtung aufweisend: eine Teilchenstrahlquelle eingerichtet, eine Oberfläche (302) eines Substrates (114) mit einem Teilchenstrahl (104) zu bearbeiten; und eine Quellensteuerung (112) eingerichtet zum Steuern des Teilchenstrahls (104), wobei die Quellensteuerung (112) eingerichtet ist zum Bestrahlen der Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl, ■ wobei in einem ersten Bereich (308) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, der, mit einem ersten Tastverhältnis gepulst (304), auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft; und ■ wobei in einem zweiten Bereich (310) der Oberfläche (302) des Substrates (114) die Oberfläche (302) des Substrates (114) mit dem Teilchenstrahl (104) bearbeitet wird, mit einem zweiten Tastverhältnis gepulst (304), auf die Oberfläche (302) des Substrates (114) trifft, wobei das zweite Tastverhältnis unterschiedlich zu dem ersten Tastverhältnis ist.
  20. Vorrichtung gemäß Anspruch 18 oder 19, ferner aufweisend eine Prozesskammer (122), wobei wenigstens ein Teil der Strahlungsquelle (102) und das Substrat (114) in der Prozesskammer (122) angeordnet sind.
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