DE102018200118A1 - Vorrichtung und Verfahren zur ldentifikation von Verunreinigungen - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren einer Verunreinigung auf einem Substrat. Die Identifikation einer von einem Substrat entfernten Verunreinigung kann beim Identifizieren und Eliminieren oder Vermindern der Quelle der Verunreinigung und Zuschneiden des Entfernungsverfahrens, um das Potential für Substratschäden zu minimieren, verwendet werden. Die Verfahren und Vorrichtungen zum Identifizieren der Verunreinigung sorgen für die Freisetzung von Molekülen der Verunreinigung von der Oberfläche des Substrats, was für unterschiedliche Geometrien und Substratmaterialien, Probenvorbereitung und chemische Analyse der Verunreinigung von Belang ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Patentanmeldung ist eine „continuation-in-part“ der US-Patentanmeldung Nr. 15/048,774 , eingereicht am 16. Juni 2016, die eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 14/656,206 , eingereicht am 12. März 2015, ist, die eine „continuation-in-part“ der US-Patentanmeldung Nr. 14/294,728 , eingereicht am 3. Juni 2014 (nunmehr US-Patent Nr. 8,986,460 ), ist, die eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 14/077,028 , eingereicht am 11. November 2013 (nunmehr US-Patent Nr. 8,741,067 ), ist, die eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 13/657,847 , eingereicht am 22. Oktober 2012 (nunmehr US-Patent Nr. 8,613,803 ), ist, die eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 12/277,106 , eingereicht am 24. November 2008 (nunmehr US-Patent Nr. 8,293,019 ), ist, die eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 12/055,178 , eingereicht am 25. März 2008 (nunmehr US-Patent Nr. 7,993,464 ), ist, die die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/954,989 , eingereicht am 9. August 2007, beansprucht, deren Offenbarungen hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Verfahren, die bei der Reinigung von Oberflächen verwendbar sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen und Verfahren, die bei der Reinigung von Oberflächen von Komponenten verwendbar sind, die typischerweise in der Halbleiterindustrie, Optik, usw. verwendet werden. Die offenbarten Vorrichtungen und Verfahren können zur Verlängerung der Nutzungsdauer von Fotomaskenretikeln angewandt werden.
  • HINTERGRUND
  • Elektromagnetische Strahlung wird seit langem für die Oberflächenreinigung verwendet. Beispiele für diese Prozesse umfassen die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen, die Entfernung dünner Materialbeschichtungen wie Anstriche oder die Entfernung von ölen von Metallarbeitsplatten. Einige der frühesten Beispiele nutzen Blitzlampenstrahlungsquellen. Die Anwendung dieser Systeme ist aufgrund der erreichbaren Spitzenleistungen beschränkt.
  • Für diese Art von Prozessen wurden aufgrund der hohen erreichbaren Spitzenleistungen, hohen Energiestabilität und Wellenlängenselektivität zunehmend Laser verwendet. Diese Eigenschaften gestatten eine hohe Lokalisierung, verbesserte Materialselektivität und Tiefensteuerung der Reinigungswirkung. Laseroberflächenreinigungsprozesse können grob in die Entfernung von Oberflächenverunreinigungsschichten und die Partikelentfernung eingeteilt werden. Die Entfernung von Oberflächenverunreinigungsschichten wird gewöhnlich durch Laserablation erreicht. Die Partikelentfernung umfasst das Entfernen der Verunreinigungen als Ganzes.
  • Reinigungsprozesse unter beiden Kategorien können von der Nutzung gepulster Laserstrahlung profitieren, um höhere Spitzenleistungen bereitzustellen. Kurzpulsstrahlung kann insbesondere für eine verbesserte Bearbeitung sorgen. Es hat sich gezeigt, dass Kurzpulsstrahlung die wärmebeeinflusste Zone bei der Laserablationsbearbeitung verringert. Dadurch sind eine verbesserte Lokalisierung der ablativen Entfernung sowie bessere Regulierung der Entfernungstiefe möglich. Kurzpulsstrahlung kann außerdem die Partikelentfernung durch Erhöhen der Rate der Wärmeerhöhung innerhalb der Partikel und/oder des Substrats verbessern, wodurch sich die Beschleunigungskräfte erhöhen, die für die Partikelentfernung sorgen.
  • Substratschäden können ein Problem für sowohl ablative als auch Partikelentfernungsprozesse sein, und es wurden verschiedene Techniken zum Minimieren dieser Effekte entwickelt. Für ablative Prozesse kann die Wahl einer Wellenlänge, die die Absorption der Verunreinigung erhöht, die Fluenzanforderung und daher Substratschäden verringern. Außerdem kann die Nutzung von Mehrfachpulsen für die vollständige Entfernung von Verunreinigungen die erforderliche Fluenz senken. Substrate mit hoher Absorption bei den ausgewählten Wellenlängen werden jedoch wahrscheinlich zusammen mit der Verunreinigung abgetragen, sogar bei Wellenlängenwahl und Mehrfachpulsentfernungsprozessen. Die Fähigkeit, den Entfernungsprozess an der Substratgrenzfläche zu beenden, ist in diesen Fällen eingeschränkt. Dieses Problem erhöht sich bei kleinen Verunreinigungen signifikant, da der Absorptionsquerschnitt für die Verunreinigung in Bezug auf das Substrat verringert wird.
  • Wie bei ablativen Entfernungsprozessen können auch Partikelentfernungsprozesse Substratschäden bei empfindlichen Substraten und Substraten mit hoher Absorption bei der Bearbeitungswellenlänge verursachen. Dieses Problem erhöht sich bei der Entfernung kleiner Partikel aufgrund erhöhter Adhäsionskräfte zwischen den Partikeln und dem Substrat und der Selbstfokussierung des Lasers unter den Partikeln. Für Partikelreinigungsprozesse umfassen die entwickelten Vorrichtungen und Verfahren zur Verringerung der Gefahr von Substratschäden die Regulierung der Umgebung über der verunreinigten Oberfläche. Beispiele für Partikellaserprozesse, die verringerte Fluenzgrade gestatten, umfassen Nasslaserreinigung, Dampflaserreinigung und Reinigung bei erhöhter Feuchtigkeit. Es hat sich gezeigt, dass Kombinationen von Laser- und anderen Reinigungsprozessen (einschließlich Ätzen, organische Lösungsmittel und Ultraschall) die Reinigungseffizienz erhöhen und die Gefahr für Substratschäden verringern können. Jedoch erfordern, mit Ausnahme von Trockenlaserreinigungsprozessen, alle der beschriebenen Partikelentfernungsprozesse Zugang zur Umgebung über der Substratoberfläche. Dies kann bei einigen Systemen nicht praktikabel sein.
  • Alternativ wurden Trockenlaserpartikelreinigungsprozesse entwickelt. Laserschallwellenreinigung und Laserstoßwellenreinigung sind Trockenlaserreinigungsverfahren, die auch in Bezug auf Partikelreinigung bewertet wurden. Laserschallwellenreinigung umfasst Direkterregung an dem Substrat und birgt daher ein hohes Risiko für Substratschäden, insbesondere für kleine Partikel, wie erörtert. Es hat sich gezeigt, dass Laserstoßwellenreinigung die Partikelentfernung verbessert und das Risiko für Substratschäden verringern kann, indem man den Laser über der Substratoberfläche fokussiert und auf die Stoßwelleninteraktion mit den Partikeln vertraut. Diese Technik wird ebenfalls erschwert, wenn sie auf die Entfernung kleiner Partikel angewandt wird. Außerdem kann die Stoßwelle andere empfindliche Strukturelemente auf oder nahe der Oberfläche des Substrats schädigen. Dies trifft insbesondere zu, wenn sich ein empfindliches Material über der Substratoberfläche befindet, da das Erzeugen der Stoßwelle relativ hohe über dem Substrat fokussierte Laserintensität erfordert.
  • Selbst die neuesten Trockenlasertechniken können in Fällen, in denen der Zugang zur Umgebung über der Oberfläche nicht praktikabel ist (z. B. in abgeschlossenen Systemen), Beschränkungen unterliegen. Der Entfernungsprozess wird, bei einem abgeschlossenen System, die Partikel lediglich zu einer anderen Stelle auf dem Substrat bewegen, da die Partikel von der Oberfläche als Ganzes entfernt werden. Typischerweise nutzen diese Techniken zusätzliche Steuervorrichtungen und -verfahren, um die Partikel vollständig von dem zu reinigenden Substrat zu entfernen. Diese Verfahren umfassen einen gerichteten Luftstrom, die Verwendung von reduziertem Druck (Vakuum) oder Schwerkraft, von denen die meisten offenen Zugang zu der Umgebung über der Substratoberfläche erfordern.
  • Halbleiterfertigung ist einer der wichtigsten Industriezweige, der Oberflächenreinigungsprozesse nutzt, Laserreinigungsverfahren eingeschlossen. Viele der erforderlichen Reinigungsprozesse haben eine strenge Toleranz was den zulässigen Grad von Substratschäden anbelangt. Außerdem erfordern die Eigenschaften kleiner Produkte die Entfernung sehr kleiner Partikel, um Produktfehler zu vermeiden. Die Reinigung ist ein Problem bei Mehrfachwaferbearbeitungsschritten und umfasst erweiterte Verunreinigungsschicht- (z. B. Resistentfernung) und Partikelverunreinigungsentfernung.
  • Oberflächenreinigung ist auch eine Voraussetzung für die Optik (z. B. Fotomasken), die in dem Waferfertigungsprozess verwendet wird. Für Fotomasken ist insbesondere eine Entstehung von Verunreinigungen während der normalen Nutzung der Masken in den Waferdruckprozessen zu beobachten. Diese Masken werden Deep-UV- (DUV-) -Strahlung währen der normalen Bearbeitung, die beim Drucken der Maskenvorlage auf den Wafer verwendet wird, ausgesetzt. Das Ausgesetztsein dieser Strahlung erzeugt eine Zunahme der Verunreinigungen in Form kleiner Partikel, die die Beleuchtungsstrahlung absorbieren. Diese Zunahme wird üblicherweise als Trübung bezeichnet.
  • Trübungsbildung ist ein Problem für den Waferdruckprozess, da, wenn die Partikel größer werden, sie mehr von dem Licht blockieren, das durch die Fotomaske übertragen wird. Schließlich absorbiert die Trübungsverunreinigung genug von dem Licht, dass Defekte in dem gedruckten Bild der Fotomaske auf dem Wafer verursacht werden. Bevor die Trübungsverunreinigung diesen Grad erreicht, muss die Oberfläche der Fotomaske gereinigt werden. Diese Reinigungsanforderung hat den Effekt, dass sich die Nutzungsdauer einer Fotomaske verringert, da die derzeit zum Entfernen von Trübungen verwendeten Prozesse die Absorptionsschicht auf der Maske verschlechtern. Bei partiell absorbierenden Schichten verringern die derzeitigen Reinigungsverfahren die Schichtdicke und beeinflussen daher die Schichtdurchlässigkeit und Phaseneigenschaften. Veränderungen in Bezug auf die Phase und/oder Durchlässigkeit verringern die Retikelnutzungsdauer, indem die Größe und Form der gedruckten Strukturelemente auf dem Wafer über akzeptable Toleranzen hinaus verändert werden. Doppelte Fotomaskensätze müssen erstellt werden, um die Fertigung fortzusetzen, sobald die Nutzungsdauer einer Fotomaske überschritten ist. Die Verwendung doppelter Sätze ist auch erforderlich, während verunreinigte Fotomasken gereinigt werden. Es kann mehrere Tage dauern, bis die Maske gereinigt und verifiziert ist, da die Reinigungsprozesse typischerweise in einer anderen Einrichtung durchgeführt werden. Da die erforderliche Strukturgröße für die Halbleiterfertigung abnimmt, wird das Ausmaß der Trübungszunahme, die Druckfehler erzeugt, ebenfalls verringert. Diese erhöhte Empfindlichkeit für die Trübungszunahme bedeutet, dass die neuesten Fotomasken häufiger gereinigt werden müssen und eine kürzere Nutzungsdauer haben werden.
  • Außerdem sind die Zusammensetzung und Quelle der Trübung sowie die meisten Verunreinigungen auf Halbleitersubstraten häufig schwer zu identifizieren. Zu diesem Zweck wäre die Entwicklung eines Tools und Verfahrens nützlich, mit denen nicht nur die Verunreinigungen entfernt werden, sondern der Nutzer auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Verunreinigungen identifizieren kann. Dies könnte durch Sammeln der Verunreinigung für die Analyse, wenn sie von dem Substrat entfernt wird, erreicht werden. Die Sammlung und anschließende Analyse der Verunreinigung würde bei der Angabe der Quelle der Verunreinigung helfen. Diese Information kann dann dazu genutzt werden, das Kontaminationsproblem in dem Halbleiterfertigungsprozess abzuschwächen oder sogar zu eliminieren, was sowohl Prozesszeit als auch Fertigungskosten spart.
  • Das Identifizieren der chemischen oder Elementarzusammensetzung der Partikel auf einer Oberfläche eines Substrats ist durch die Technik und Auflösung des für die Analyse verwendeten Instruments eingeschränkt. Verunreinigungen können so klein wie einzelne Partikel oder so fein wie ein Film entlang einer Oberfläche verteilt sein, dass viele chemische Analysetechniken nicht die Auflösung haben, die chemische Zusammensetzung zu detektieren oder zu identifizieren. Beispielsweise sind auf einem in der Fotolithografie verwendeten Retikel, das Mehrfachwäschen variierender chemischer Zusammensetzungen ausgesetzt ist, die Verunreinigungen, die nach jeder Wäsche zurückbleiben, möglicherweise nicht detektierbar, chemisch oder durch Partikelprüfung. Über die Zeit und durch beständiges Aussetzen sowohl Energie als auch umgebender molekularer Verunreinigung durch die Luft neigen diese verbleibenden Moleküle zum Binden und Wachsen an der Oberfläche. Solche Moleküle liegen in der Größenordnung von Nanometern, manchmal Mikrometern, und sind mit Standardtools für die chemische Analyse nicht detektierbar. Sie sind jedoch vorhanden und sind zu einer mit Partikelprüfungsausrüstung bis zum zweistelligen Nanometerbereich wahrnehmbaren Größe angewachsen. Da diese Moleküle wachsen, behindern sie die Fähigkeit zur Fertigung von Wafern, insbesondere wenn die Moleküle zu so großen Defekten heranwachsen, dass sie auf dem Wafer aufgelöst werden können. In solchen Fällen würde das Identifizieren der Zusammensetzung der Moleküle auf dem Retikel dem Hersteller die Bestimmung der Quelle ermöglichen.
  • Die Anwendung alternativer Reinigungsverfahren zur Entfernung von Trübungsverunreinigungen auf der Oberfläche der Fotomaske wird durch die Verwendung von Pellikeln, die auf die Oberfläche(n) der Fotomaske aufgebracht sind, behindert. Ein Pellikel besteht aus einem Rahmen, der haftend an die Fotomaskenoberfläche gebunden ist, und einer dünnen Membran, die über den Pellikelrahmen gespannt ist. Pellikel werden verwendet, um zu verhindern, dass sich extern erzeugte Partikel auf der Oberfläche der Fotomaske absetzen, wo sie den Druckprozess beeinflussen könnten. Extern erzeugte Partikel setzen sich auf der Membran über der Maskenoberfläche ab, wo sie einen deutlich geringeren Einfluss auf den Druckprozess haben. Abgesehen von einem kleinen Filterventil am Pellikelrahmen für den Druckausgleich wird die obere Fläche der Fotomaske durch die Pellikelaufbringung wirksam vor der lokalen Umgebung abgedichtet.
  • Das derzeit akzeptierte Verfahren für die Entfernung von Trübung erfordert, dass der Waferhersteller die verunreinigte Fotomaske zum Maskenhersteller oder einem Dritten zurückschickt. Hier wird der Pellikelrahmen von der Fotomaske entfernt, die Maske wird gereinigt, in Bezug auf Defekte untersucht, und ein neues Pellikel wird auf die Fotomaske aufgebracht, und in vielen Fällen wird die Maske erneut nach Partikeldefekten untersucht, bevor sie zum Waferhersteller zurückgesandt wird. Dies dauert typischerweise Tage, steigert die Kosten der Fotomaske aufgrund der zusätzlichen Bearbeitung und verschlechtert die Qualität der Fotomaske aufgrund des Reinigungsprozesses. Außerdem besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, gewöhnlich aufgrund dessen, dass das Haftmittel von dem Pellikel entfernt wird und auf bedruckbare Bereiche der Fotomaske fällt, dass die Maske durch den Prozess zur Entfernung der Trübung so beschädigt wird, dass sie nicht mehr verwendbar ist.
  • Gegenwärtige Bemühungen zur Verbesserung der Problematik in Bezug auf die Trübungszunahme auf Fotomasken haben sich auf Prozesse konzentriert, die implementiert werden können, bevor das Pellikel hinzugefügt wird, aufgrund der Schwierigkeiten, die sich auf die Reinigung durch das Pellikel beziehen. Diese Bemühungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Oberflächenbehandlung und Verwendung alternativer Chemikalien in den Reinigungsprozessen. Es hat sich gezeigt, dass letzteres die Trübungsverunreinigungsspezies verändert, deren Zunahme jedoch nicht eliminiert. Beide Bereiche zeigen bestenfalls eine Verringerung der Zunahmerate und eliminieren die Reinigungsanforderung nicht. In jüngster Zeit wurde gezeigt, dass die Verwendung einer inerten Umgebung die Zunahmerate der Trübungsbildung auf Fotomasken senkt. Die Anwendung dieses Verfahrens erfordert die Regulierung aller Umgebungen, denen die Fotomaske ausgesetzt ist, die gesamte Prozessausrüstung eingeschlossen. Wie bei anderen Verfahren, die entwickelt werden, hat dieser Prozess das Potential, die Zunahmerate zu verringern, jedoch nicht, die erforderliche Reinigung und deren schädliche Effekte zu eliminieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Substrats vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Richten eines Lasers auf ein Substrat mit darauf befindlichen verunreinigenden Partikeln, das Erzeugen einer Temperaturerhöhung in dem Substrat und das Übertragen thermischer Energie von dem Substrat auf das Partikel, um das Partikel zu zersetzen. Der Laser hat eine Wellenlänge, die im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums des Substrats ist.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erhöhen der Nutzungsdauer eines Fotomaskensubstrats vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Richten elektromagnetischer Strahlung durch ein schützendes Material auf ein Substrat mit darauf befindlichen verunreinigenden Partikeln, das Erzeugen einer Temperaturerhöhung in dem Substrat und das Übertragen thermischer Energie von dem Substrat auf das Partikel, um das Partikel zu zersetzen. Die Strahlung hat eine Wellenlänge, die im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums des Substrats ist.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Substrats, das wenigstens teilweise in einem Pellikel eingeschlossen ist, vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Richten eines Lasers durch eine Pellikelschicht auf ein Substrat mit einer darauf befindlichen verunreinigenden Partikelschicht, das Erzeugen einer Temperaturerhöhung in dem Substrat und das Übertragen thermischer Energie von dem Substrat auf die Partikelschicht, um wenigstens einen Teil der Partikelschicht zu zersetzen. Der Laser hat eine Wellenlänge, die im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums des Substrats ist.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zerstörungsfreies Verfahren für die Freisetzung und Analyse einer Oberflächenverunreinigung vorgesehen. Das Verfahren kann an dem Substrat unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt werden, was die In-situ-Detektion und Analyse von Substraten mit einem oder mehreren Abschnitten, die mit Vakuum nicht kompatibel sind, ermöglicht. Das Verfahren dreht sich um die Freisetzung von Molekülen aus einem Substrat unter Bildung von molekularen Verunreinigungen aus der Luft (AMC), die dann sensibler detektiert oder analysiert werden. Das Verfahren besteht aus einer Quelle elektromagnetischer Strahlung, die auf das Substrat auftrifft, um die Oberflächenverunreinigung freizusetzen. Die freigesetzten AMCs werden dann einem Metrologiesystem für die Detektion oder Analyse zugeführt. Alternativ kann die freigesetzte Verunreinigung auf einem sekundären Sammelsubstrat angesammelt werden, um die Verunreinigung für die interne Analyse oder für die Zufuhr zu einem externen Metrologiesystem zu konzentrieren. Ein partielles lokales Vakuum kann verwendet werden, um das Sammeln von Molekülen oder Partikeln, die von der Oberfläche freigesetzt werden, zu unterstützen.
  • Es wurden daher, eher breit, bestimmte Ausführungsformen der Erfindung umrissen, damit deren ausführliche Beschreibung hierin besser verstanden wird und damit der vorliegende Beitrag zum Stand der Technik besser gewürdigt wird. Es gibt selbstverständlich weitere Ausführungsformen der Erfindung, die nachstehend beschrieben werden und die den Gegenstand der anhängenden Ansprüche bilden.
  • Diesbezüglich versteht sich, bevor wenigstens eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich erläutert wird, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und auf die Anordnungen der Komponenten, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen veranschaulicht ist, beschränkt ist. Die Erfindung kann Ausführungsformen neben den beschriebenen haben und auf verschiedene Art und Weise praktiziert und durchgeführt werden. Außerdem versteht sich, dass die hierin sowie in der Zusammenfassung eingesetzte Ausdrucksweise und Terminologie dem Zwecke der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend betrachtet werden sollten.
  • Daher werden Fachleute verstehen, dass das Konzept, auf dem diese Offenbarung basiert, ohne Weiteres als Basis für die Gestaltung anderer Strukturen, Verfahren und Systeme zur Durchführung der verschiedenen Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Es ist daher wichtig, dass die Ansprüche so betrachtet werden, als dass sie solche äquivalenten Konstruktionen insoweit einschließen, als sie nicht vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
  • Figurenliste
  • Beigefügt ist eine Mehrzahl von Figuren, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
    • 1a veranschaulicht eine schematische Darstellung der Laseranregung und Oberflächenverunreinigung.
    • 1 b veranschaulicht eine schematische Darstellung der Substratoberfläche, welche die Entfernung von Verunreinigungen veranschaulicht. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mehrere Spezies von der Maske entfernt werden, und diese Spezies können gasförmig, flüssig, fest, usw. sein.
    • 2 veranschaulicht eine grafische Darstellung einer Fotomaskenoberfläche mit einem Dünnschichtabsorber auf der Oberseite, enthaltend Verunreinigungen auf der Schicht und auf dem Substrat.
    • 3 veranschaulicht ein Diagramm eines Quarz-Absorptionsspektrums vom Deep-UV- zum fernen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums.
    • 4 veranschaulicht eine Darstellung einer Fotomaskenoberfläche mit Dünnschichtabsorber, einschließlich auf die Oberfläche aufgebrachtem Pellikel. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können sich Verunreinigungen auf der Schicht und/oder auf dem Substrat befinden.
    • 5a veranschaulicht eine schematische Darstellung einer Fotomaske mit einem Pellikel, das einen durch das Pellikel und auf die Oberfläche fokussierten Laserstrahl zeigt.
    • 5b veranschaulicht eine schematische Darstellung der Strahlfleckgröße auf dem Pellikel im Vergleich zu auf der Maske, erzeugt durch Fokussierung.
    • 5c veranschaulicht eine schematische Darstellung einer Fotomaske mit einem Pellikel, das einen durch das Pellikel und auf die Oberfläche fokussieren Laserstrahl und eine Seitenansicht des Strahlflecks auf dem Pellikel zeigt.
    • 6a veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Gauß‘schen Strahlenenergieverteilung und das entsprechende erzeugte Temperaturprofil.
    • 6b veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Top-Hat-Strahlenenergieverteilung und das entsprechende erzeugte Temperaturprofil. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann Gauß‘sche, abgeflachte und/oder Top-Hat-Energieverteilung verwendet werden.
    • 7 veranschaulicht eine Darstellung einer Fotomaske mit einer Kälteplatte, die den Boden der Maske kontaktiert. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Kontaktpunkt beispielsweise entweder ein Wasser- (oder ein anderer Flüssigkeits- oder Gas-) -strom durch die Kälteplatte oder ein elektrischer Kontakt für thermoelektrische Kühlung sein.
    • 8 veranschaulicht eine Darstellung, die die erzwungene Luftkühlung von Bereichen auf der Fotomaske zeigt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Luftstrom auf den Pellikelrahmen gerichtet.
    • 9a veranschaulicht eine Darstellung, die einen Durchlauf des Laserstrahls über eine Oberfläche zur Minimierung der lokalen thermischen Entwicklung zeigt. Es ist eine Reihe oder Säule mit einem großen Seitenabstand zwischen den Flecken veranschaulicht.
    • 9b veranschaulicht eine Darstellung, die zwei Durchläufe des Laserstrahls über die Oberfläche zur Minimierung der lokalen thermischen Entwicklung zeigt. Es ist eine Reihe mit zwei Sätzen überlagerter Strahlflecken mit einem großen Anstand zwischen Pulsfolgen veranschaulicht.
    • 9c veranschaulicht eine Darstellung mehrerer Laserdurchläufe über einen Bereich des Substrats, um eine vollständige Reinigung des Abschnitts des Substrats zu erreichen.
    • 9d veranschaulicht eine Darstellung, die eine zweite Dimension der Oberflächenreinigung veranschaulicht.
    • 9e veranschaulicht eine Darstellung, die die Nutzung nicht angrenzender Pulse auf der Oberfläche veranschaulicht.
    • 10 veranschaulicht eine Darstellung, die die Nutzung einer Laserpulsstruktur zur Regulierung der Position der verbleibenden Materialien veranschaulicht.
    • 11a veranschaulicht eine Darstellung, die die Nutzung von Schwerkraft zur Regulierung der Position der verbleibenden Materialien veranschaulicht.
    • 11b veranschaulicht eine Darstellung, die die Nutzung von Schwerkraft zur Regulierung der Position der verbleibenden Materialien veranschaulicht.
    • 12 veranschaulicht eine schematische Darstellung der verunreinigten Substratoberfläche mit einem Thermoelement oder Infrarot-Temperatur-Überwachungsvorrichtungen.
    • 13 veranschaulicht eine schematische Darstellung der verunreinigten Substratoberfläche mit Bildgebungs-, Mikroskopie-, Spektroskopie- oder einem Kombinationssystem für die Analyse der Verunreinigung.
    • 14 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer verunreinigten Substratoberfläche mit Bildgebungssystem, wobei das Bildgebungssystem und die Laserstrahlabgabe einen gemeinsamen Pfad haben.
    • 15 veranschaulicht eine Darstellung eines Systems, das einen Laderoboter und die X/Y/Z-Tischbewegung eines Substrats bezogen auf einen Laserstrahl zeigt.
    • 16a veranschaulicht ein Kastendiagramm eines typischen Waferfertigungsprozesses unter Nutzung von Fotomaskennassreinigungsbearbeitung.
    • 16b veranschaulicht ein Kastendiagramm des Verfahrensablaufs der Waferfertigung unter Nutzung der Laserfotomaskenreinigung ohne Pellikelentfernung.
    • 16c veranschaulicht ein Kastendiagramm des Verfahrensablaufs der Waferfertigung unter Nutzung der Laserfotomaskenreinigung ohne die Verwendung zusätzlicher Maskensätze während des Reinigungsprozesses.
    • 17 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Identifizieren von Verunreinigungen auf der Oberfläche einer Fotomaske.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen sich gleiche Bezugszeichen stets auf gleiche Teile beziehen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Laseroberflächenreinigung mit einem verringerten Risiko für Substratschäden vorgesehen.
  • 1A veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Anregungsenergie 2 aus einer Energiequelle wie einem Laser 1 stammt und auf die verunreinigte Oberfläche des Substrats 4 gerichtet wird, was zu einer Wärmeübertragung von der Oberfläche des Substrats 4 zum verunreinigenden Partikel 3 oder der Verunreinigungsschicht (z. B. durch Konvektion oder Leitung) führt. Es können jedoch auch andere Energiequellen als Laser verwendet werden (z. B. können Lampen und andere Vorrichtungen, die Energie entlang des gesamten elektromagnetischen Spektrums abstrahlen können, verwendet werden, einschließlich Generatoren oder Röntgenstrahlen, Mikrowellen, Infrarotstrahlung, nahe UV-Strahlung, usw.). Auch kann die Oberfläche aus einem beliebigen Material sein (z. B. die Oberfläche eines Siliciumwafers). Die resultierende Temperaturerhöhung in der Verunreinigung erzeugt typischerweise eine Wärme-basierte Entfernung, und deren Wirkungen sind in 1B gezeigt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Sublimations- oder Verdampfungsmaterialien 6 und Zersetzungsmaterialien 5. Außerdem sind verunreinigende Partikel 3 auf der in 2 veranschaulichten Fotomaske zu finden, welche verunreinigende Partikel 3 auf dem Substrat 4 und auf einem Dünnschichtabsorber 7 zeigt.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht bei dem Verfahren ein verringertes Risiko für Substratschäden, da die Temperatur, die typischerweise zum Bewirken der Oberflächenreinigung verwendet wird, unter dem Niveau der thermischen Schädigung der Substratmaterial(ien) 4 liegt. Das Risiko für Substratschäden ist gegenüber anderen Techniken typischerweise ebenfalls verringert, da in einigen Fällen vergleichsweise lange Pulsbreiten verwendet werden können, die häufig das Potential für Multiphotonenabsorptionsprozesse verringern.
  • Das oben erörterte exemplarische Verfahren sorgt allgemein für eine verbesserte Entfernung kleiner Verunreinigungen/Partikel, da es nur minimal von der Partikelgröße abhängig ist. Das Verfahren kann insbesondere für Anwendungen von Vorteil sein, wo die Umgebung über dem verunreinigten Substrat im Wesentlichen oder vollständig abgeschlossen ist. In diesen Fällen kann das Verfahren auch das Richten des Strahls durch ein Material umfassen, das bezogen auf die Oberfläche, die Teil der abgeschlossenen Umgebung des Substrats ist, angeordnet ist. Beispielsweise könnte das erfinderische Verfahren zum Reinigen von Trübungsverunreinigung von der Oberfläche einer mit einem Pellikel versehenen Fotomaske verwendet werden.
  • Es wurde angeregt, dass die Zersetzung einer Verunreinigungsspezies in einem Laseroberflächenreinigungsprozess von Vorteil sein könnte. Bevor jedoch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entwickelt wurden, gab es keine Offenbarung eines Prozesses, der Lasererhitzen eines Substrats zum Bewirken Wärme-basierter Oberflächenreinigung nutzt.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren das Wählen einer Laserwellenlänge, die im Wesentlichen mit einer starken Absorption des Substrats zusammenfällt, und das Einstellen der Laserenergie und Pulsbreite, um die gewünschte Reinigungswirkung zu bewirken. Eine erhöhte Absorption in dem Substrat ermöglicht in einigen Fällen niedrigere Laserenergien für den Reinigungsprozess. Daher verringert sich das Potential für Schäden an benachbarten Materialien, die mit dem Laser in Wechselwirkung stehen können, wenn dieser auf die Oberfläche gerichtet oder von dieser reflektiert wird. Obgleich dies nicht erforderlich ist, wird gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Wellenlänge gewählt, die von der Verunreinigung oder den Verunreinigungen ebenfalls stark absorbiert wird, da dies die gewünschte Wirkung der thermischen Entfernung verbessern kann. In dem Reinigungsprozess können mehrerer Laserwellenlängen und/oder Laserenergien verwendet werden, insbesondere wenn das Substrat aus mehr als einem Material besteht. Es können auch mehrere Laserenergien für dieselbe Komponente verwendet werden, typischerweise wenn sie während eines ersten Schrittes des gewünschten Reinigungsprozesses einer Veränderung des Materials oder der Materialeigenschaften unterzogen wird. Mehrere Wellenlängen können beispielsweise durch die Nutzung mehrerer Laserquellen oder einer einzelnen durchstimmbaren Laserquelle oder beidem erzeugt werden. Mehrere Energien können durch die Regulierung der Ausgangsenergie der Laserquelle(n) unter Verwendung von Reglern, die sich innerhalb oder außerhalb des/der Laser(s) befinden, genutzt werden.
  • Praktische Beispiele
  • Das Folgende ist ein Beispiel für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das zur Oberflächenreinigung von Trübungsverunreinigungen von Fotomaskensubstraten, die in Waferfertigungsprozessen verwendet werden, angewandt wird. Dieses Beispiel kann durch alle zusätzlichen Ausführungsformen des erörterten erfinderischen Verfahrens hinweg verwendet werden.
  • Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf die Oberflächenreinigung von Wafern (z. B. Siliciumwafern) anwendbar. Es wurde ebenfalls eine Art Trübungszunahme für diese Substrate beobachtet und kann in einigen Fällen zu einem Problem werden, wenn sie nicht vor dem Bedrucken des Wafers entfernt wird. Der Einsatz der Regulierung der Umgebung wurde angeregt, um die Trübungszunahme auf Siliciumwafern zu regulieren. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen jedoch der Verminderung der Trübung oder anderen Arten der Entfernung von Verunreinigungen auf Oberflächen, beispielsweise Siliciumwafern. Spezieller kann, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, mittels Laser, der die Siliciumwafersubstrate unterhalb des schädigenden Hitzeschwellenwertes anregt, die Trübung entfernt werden.
  • Mit den Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Präkursormaterialien der Verunreinigung gereinigt werden, da solche Verfahren typischerweise nicht auf einer direkten Absorption des auf dem Substrat befindlichen Materials beruhen. Auf diese Weise kann ein Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als eine Oberflächenbehandlungstechnik fungieren, mit der die Rate der Bildung von Verunreinigungen verringert wird. Die Trübungszunahme der Fotomaske kann beispielsweise verringert werden, indem vor der Verwendung in dem Waferfertigungsprozess ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt und Präkursormaterialien für eine Trübungszunahme (z. B. Säurerest, Wasser, usw.) oder Kristallisationszentren entfernt oder verlagert werden. Andere Techniken könnten zusammen mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die erneute Zunahme oder Bildung der Trübung nach der Bearbeitung des Retikels gemäß der vorliegenden Erfindung abzuschwächen. Beispielsweise könnten Oberflächenbehandlung vor der Pellikelbildung oder Regulierung der Umgebung vor, während oder nach der Bearbeitung die Retikelnutzungsdauer erhöhen, indem die Rate der erneuten Zunahme oder Bildung der Trübung verringert wird.
  • Die Anwendung von Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat, das aus mehreren Materialien besteht, kann die Berücksichtigung der Materialparameter sowie der Strahlparameter, einschließlich Wahl der Anregungswellenlänge, erfordern. Aufgrund der Basis des Reinigungsprozesses ist es besonderes wünschenswert, dass alle verunreinigten Bereiche eines Substrats eine Temperatur erreichen, die im Wesentlichen nahe derer liegt, die typischerweise für die Entfernung notwendig ist, ohne dass der schädigende Hitzeschwellenwert des Substrats überschritten wird. Es kann passieren, dass die Laserenergie, die typischerweise erforderlich ist, um eines der Materialien auf die Prozesstemperatur zu bringen, eine thermische Schädigung in einem anderen Material erzeugt, insbesondere wenn es eine signifikante Diskrepanz zwischen den Materialabsorptionen gibt. Die lokale Fluenz des Strahls kann basierend auf den freigelegten Materialien geregelt werden.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden längere Laserpulsbreiten, bis zu und einschließlich Dauerstrich- (CW-) -Laser, zur Verbesserung des thermischen Gleichgewichts zwischen Materialien mit signifikant unterschiedlichen Absorptionskonstanten verwendet. Die Verwendung solcher längeren Laserpulsbreiten erzeugt jedoch den höchsten thermischen Anstieg in dem System und ist möglicherweise nicht nutzbar, wenn ein Material, das an die Substratoberfläche angrenzt, einen schädigenden Hitzeschwellenwert unterhalb der Prozesstemperatur aufweist.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Laserwellenlänge mit signifikanter Absorption in all den Materialien auf dem Substrat gewählt. Dieselbe Laserenergie kann dann beispielsweise zur Erzeugung der gewünschten Prozesstemperatur unter den schädigenden Schwellenwerten der Materialien des Substrats genutzt werden. Unter Berücksichtigung der thermischen Eigenschaften (einschließlich des Diffusionsvermögens) kann ebenso der Vorteil der Wärmeübertragung zwischen den unterschiedlichen Materialien genutzt werden. Dies ermöglicht in einigen Fällen die Nutzung einer verringerten Prozessfluenz, um die Entfernung auf dem gesamten Substrat zu erreichen, insbesondere wenn der thermische Energiefluss von einem stärker absorbierenden Material gegenüber dem schlechter absorbierenden Material bevorzugt ist.
  • Die Regulierung der Strahlparameter ist insbesondere in den Ausführungsformen der Erfindung wünschenswert, die die Fotomaskenoberflächenreinigung von Trübungsverunreinigungen betreffen. Beispielsweise ist die Wahl der Wellenlänge aufgrund der physikalischen Struktur der typischen Fotomaske sehr wünschenswert. Bezogen auf 2 besteht die Fotomaske gewöhnlich aus einem Quarzsubstrat 4 mit einer dünnen Absorptionsschicht 7 auf der kritischen Oberfläche. Im Falle einer Metallschicht wird typischerweise ein signifikanter Absorptionskoeffizient für den Großteil der erzeugbaren Laserwellenlängen vorliegen. Für das Quarzsubstrat wird es jedoch im Allgemeinen einen eingeschränkten Wellenlängenbereich geben, in dem das Substrat signifikant absorbiert und Laserquellen normalerweise verfügbar sind. Unter Berücksichtigung der thermischen Eigenschaften von Quarz gegenüber der Metallschicht würden bestimmte Prozesse gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Wellenlänge nutzen, die von dem Quarzsubstratmaterial stark absorbiert wird, da die Wärmeübertragung zwischen den Materialien vorzugsweise vom Quarz zur Metallschicht stattfinden wird.
  • Die obige Erörterung gilt im Allgemeinen auch für den Fall partiell absorbierender Schichten einer Fotomaske. Im Allgemeinen wird der Wärmestrom bei Fotomasken mit partiell absorbierenden Schichten vorzugsweise vom Quarz zur Schicht erfolgen, da die Schichten typischerweise eine Metallkomponente enthalten und Quarz ein vergleichsweise geringes thermisches Diffusionsvermögen hat. Es kann jedoch Wellenlängenregionen geben, in denen diese Schichten nicht signifikant absorbieren, anders als reine Metallschichten. Darin liegt das Potential, den Bereich von Wellenlängen, die vorzugsweise zum Anregen der Quarzabschnitte des Substrats verwendet werden könnten, zu erhöhen. Neben dem Wärmestrom müssen thermisch induzierte Materialveränderungen (z. B. Oxidation, Tempern, usw.) bei partiell absorbierenden Schichten berücksichtigt werden. Die Phasen- und Transmissionscharakteristiken dieser Materialien sind hinsichtlich ihrer Funktion kritisch und können durch thermische Bearbeitung verändert werden. Erzeugt eine thermische Materialveränderung einen nachteiligen Effekt hinsichtlich der Leistung der Schicht, kann es notwendig sein, die maximale Temperatur des Entfernungsprozesses zu beschränken. Erzeugt eine thermische Materialveränderung einen vorteilhaften Effekt, kann es notwendig sein, die Einheitlichkeit des Prozesses durch Pulsformung oder Pulsüberlagerung zu regeln.
  • Ein spezielles Beispiel eines repräsentativen Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Entfernung einer Ammoniumsulfattrübung von der Oberfläche einer Fotomaske. Temperaturen und andere Regionen - es wird davon ausgegangen, dass sich Ammoniumsulfat bei Temperaturen über 280 °C zersetzt. Der niedrigste Punkt der thermischen Schädigung für eine typische Fotomaske wird typischerweise der Schmelz-/Wiederaufschmelzpunkt für das Quarz-Basissubstrat sein (d. h. etwa 1600 °C). Somit gibt es einen potentiellen Prozess, bei dem die Temperatur für die Entfernung/Reinigung einer Verunreinigung unter dem Schädigungsniveau der Substratmaterialien liegen kann.
  • Es versteht sich, dass die exakte von der Fotomaske zu entfernende Spezies typischerweise nur die Anforderungen an die Prozesstemperatur bestimmt. Obgleich es von Vorteil sein kann, dass die Verunreinigung signifikant absorbiert, ist dies nicht erforderlich. Wie oben erörtert, wird die relative Absorption der Substratmaterialien in der Regel aufgrund potentieller Unterschiede bei der Materialabsorptionscharakteristik berücksichtigt. Insbesondere wäre es wünschenswert, dass das Quarzsubstrat bei der Prozesswellenlänge signifikant absorbiert, hauptsächlich, da der Wärmestrom für die Absorptionsschichten bevorzugt sein wird.
  • Quarzsubstrate, die für Fotomasken verwendet werden, sind typischerweise speziell so gestaltet, dass sie im Deep-UV- (DUV-) -Wellenlängenbereich stark durchlässig sind, wie im Quarz-Absorptionsspektrum in 3 gezeigt ist. Dies wird typischerweise durch die Verwendung synthetisch gebildeter Substrate erreicht, die einen extrem niedrigen Grad an Verunreinigungen aufweisen. Abgesehen von einer vergleichsweise schwachen Absorption einer Wellenlänge nahe 3 µm sind diese Materialien in der Infrarotregion typischerweise ebenfalls sehr durchlässig. Die Hauptabsorption für diese Substrate findet entweder bei einer Wellenlänge unter 0,2 µm oder einer Wellenlänge über 8 µm statt. Die kürzeren Wellenlängen liegen nicht in einem besonders wünschenswerten Wellenlängenbereich, da sie gewöhnlich signifikant von der Luft absorbiert werden und weil sie über eine höhere Photonenenergie verfügen und wahrscheinlicher Multiphotonenprozesse erzeugen.
  • Die Auswahl einer Wellenlänge über 8 µm, beispielsweise nahe der Quarzabsorption von 9 µm, ist gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besonders wünschenswert. Dadurch kommt es typischerweise zu einer starken Absorption in dem Quarzsubstrat ohne starke Absorption durch die Umgebung. Insbesondere wenn die Fotomaske eine Metallschicht (z. B. Chrom) aufweist, hat diese Wellenlänge einen weiteren Vorteil, da sich das Reflexionsvermögen der Metallschicht mit zunehmender Wellenlänge in dieser Region erhöht. Dadurch ist typischerweise weniger Licht für die Absorption durch die Schicht verfügbar und wird im Allgemeinen die Tendenz der thermischen Anregung für den Quarz verbessert. Diese Wellenlänge kann auch Fotomasken mit einem partiell absorbierenden Schichtüberzug (d. h. MoSi) aufgrund des vergleichsweise hohen Absorptionskoeffizienten für Quarz vorteilhaft sein. In der Regel sollte die Schichtmaterialtemperatur, die bei einer konstanten Fluenz erreicht wird, aufgrund der starken Quarzabsorption und der höheren Temperaturleitfähigkeit des partiellen Absorbers im Vergleich zu Quarz der für den Quarz ähneln. Man nimmt an, dass dies auch gilt, auch wenn die partiell absorbierende Schicht über einen relativ hohen Absorptionskoeffizienten in diesem Wellenlängenbereich verfügt.
  • Der soeben zur Verwendung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebene Prozess erhöht typischerweise die Nutzungsdauer einer Fotomaske, indem die derzeitigen Reinigungsprozesse, die zum Entfernen von Trübung von den Fotomaskenoberflächen verwendet werden, ersetzt werden. Anders als die typischen chemischen Reinigungsprozesse, die für die Trübungsreinigung verwendet werden, verringert der Laserentfernungsprozess gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht generell die Absorberdicke und/oder Linienbreiten der Absorberschicht. Es gibt eine Beschränkung bezüglich der Anzahl herkömmlicher „Reinigungsprozesse“, die durchgeführt werden können, bevor die Fotomaske nicht mehr verwendbar ist, da Materialverlust eine Folge dieser Prozesse ist. Dies gilt insbesondere für Fotomasken mit partiell absorbierenden Schichten, da der Materialverlust zu einem Phasenverlust und einem Anstieg der Durchlässigkeit durch die Schicht führt. Aufgrund der Gestaltung hängt die Leistung der Fotomasken mit partiell absorbierender Schicht entscheidend von der Phase und Durchlässigkeit der Schicht ab. Möglicherweise kann eine unbegrenzte Zahl von Reinigungszyklen mit dem Laserreinigungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • Es wurde bestimmt, dass der Einsatz von Temperaturen unterhalb eines kritischen Bereichs eine Materialveränderung in einer partiell absorbierenden Schicht erzeugen kann. Beispielsweise wird eine partiell absorbierende MoSi-Schicht bei einer ersten Temperatur getempert, und das Tempern der Schicht führt zu einer Verringerung der Phasenverzögerung des durch die Schicht durchgelassenen Lichts oder einem signifikanten Verlust der Durchlässigkeit, so dass der Reinigungsprozess unterhalb dieser ersten Temperatur betrieben werden muss. Anderenfalls verringert sich die Haltbarkeit der Fotomaske mit partiell absorbierender Schicht, wie es bei dem derzeit für die Trübungsentfernung verwendeten nominalen Nass-„Reinigungsprozess“ der Fall ist. Die Temperatur des Prozesses der gegenwärtigen Erfindung kann genau reguliert werden, indem die auf der Oberfläche bereitgestellte Energie eingestellt wird, (z. B. Regulieren der Pulsdauer, Pulsamplitude, CW-Energie, usw.) und dadurch die kritischen Temperaturtoleranzen der Schicht umgangen werden.
  • Führt das Tempern der Schicht jedoch zu einem Anstieg der Phasenverzögerung des durch die Schicht durchgelassenen Lichts und einem minimalen oder keinem Verlust der Durchlässigkeit, könnte das Betreiben des Reinigungsprozesses über der Tempertemperatur von Vorteil sein. Standard-Nass-„Reinigungsprozesse“ sind Bestandteil der Herstellung von Fotomasken und können eine unerwünscht niedrige Phasenverzögerung für partiell absorbierende Schichten erzeugen, selbst vor deren Verwendung. Außerdem kann Nassreinigungsbearbeitung zusätzlich zu der Verwendung der derzeitigen Erfindung erforderlich sein. Beispielsweise kann ein Nassreinigungsprozess erforderlich sein, wenn nicht mit Trübung in Verbindung stehende Defekte vorliegen oder an der Fotomaske auftreten. Das Erzeugen einer Materialveränderung in einer partiell absorbierenden Schicht während des erfindungsgemäßen Reinigungsprozesses könnte die Haltbarkeit der Fotomaske verlängern, indem die Phasenverzögerung, die bei der Nassreinigungsbearbeitung verloren gegangen ist, wiederhergestellt wird. Es ist auch möglich, dass thermische Modifikation an einer partiell absorbierenden Schicht, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, selbst (ohne dass eine Reinigung der Trübung erforderlich ist) die Haltbarkeit eines Fotomaskenretikels verlängert, in dem die Phasenverzögerung, die bei der Nassreinigungsbearbeitung verloren gegangen ist, wiederhergestellt wird.
  • Einer der Gründe für die Verwendung aggressiver Nassreinigungsprozesse ist die Tatsache, dass bei der Entfernung des Pellikelrahmens von der Fotomaske ein Haftmittelrückstand zurückbleibt. Nassreinigungsprozesse allgemein werden den Haftmittelrückstand beeinflussen, wodurch das Haftmittel die Arbeitsflächen auf der Maske verunreinigt, da sie im Allgemeinen schwer zu lokalisieren sind. Einige der hierin offenbarten Laserreinigungsprozesse können jedoch von den Haftmittelrückständen entfernt stattfinden, wodurch diese unbeeinflusst bleiben. Eine regulierte Entfernung des Pellikelrahmens und des Großteils des Haftmittels, gefolgt von einem Laserreinigungsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine anschließende Pellikelaufbringung ohne das Erfordernis einer Nassreinigung (aggressive oder anderweitig). Dies ist insbesondere zutreffend, wenn der Laserreinigungsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Nutzung eines mehrteiligen Pellikels kombiniert wird, das ein alternatives Bindeverfahren nutzen würde oder nicht erfordern würde, dass das Haftmittel einem Pellikelaustausch ausgesetzt wird.
  • Die Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auf die Reinigung der Trübung von Fotomasken angewandt werden und erfordern nicht die Entfernung des Pellikels. Diese Laserreinigungsverfahren werden typischerweise durch das Pellikelschichtmaterial hindurch ohne Beeinflussung der Pellikelschichtcharakteristik durchgeführt, wie in 4 veranschaulicht ist, die ein Pellikel 8, einen Pellikelrahmen 9 und Substrat-Pellikel-Haftmittel 10 zeigt.
  • In diesem Fall werden typischerweise die Absorption der Pellikelschicht 8 bei der Prozesswellenlänge und die Energiedichte (Fluenz) an der Oberfläche des Substrats 4 berücksichtigt. Wie bei dem Substrat 4 und dem Substratschichtüberzug 7 erzeugt der Reinigungsprozess in der Regel keine Temperaturerhöhung in der Pellikelschicht, die über dem schädigenden Schwellenwert liegt. In Abhängigkeit der Pellikelschicht kann es jedoch zu einer signifikanten Absorption in der Pellikelschicht nahe den Absorptionspeaks von 9 µm für das Quarzsubstrat kommen. Es kann jedoch noch immer in einer Region signifikanter Pellikelschichtabsorption gearbeitet werden, da die Pellikelschicht über der Substratoberfläche positioniert ist.
  • 5A veranschaulicht die Bündelung der Anregungsenergie 2 durch die Fokussierlinse 11, wodurch ein Konvergenzstrahl 12 durch die Pellikelschicht auf den Substratschichtüberzug 7, der sich auf der Oberfläche des Substrats 4 befindet, erzeugt wird, um verunreinigende Partikel 3 zu entfernen. Wellenlänge und Konvergenzeigenschaften gestatten das Fokussieren bei unterschiedlichen Steigerungen und können die relative Temperaturerhöhung in der Pellikelschicht 8 verringern. Die Temperaturerhöhung in einer Substanz ist proportional zur auf die Oberfläche angewandten Fluenz; Δ T ∼ F
    Figure DE102018200118A1_0001
    wo ΔT die Temperaturänderung in dem Material ist und F die absorbierende Laserfluenz ist.
  • Für eine konstante Intensität oder Strahlpulsenergie ist die Fluenz umgekehrt proportional zum Quadrat des Strahlfleckradius. F ∼ E/r2
    Figure DE102018200118A1_0002
    wo F die Fluenz ist, E die Energie ist und r der Radius des Strahls auf der Substratoberfläche ist.
  • 5B veranschaulicht die Punktstrahlgröße auf einem Pellikel. Das Verhältnis des Strahlradius an dem Pellikel (Pellikelstrahl 14) zum Strahlradius auf der Maskenoberfläche 4 (Maskenstrahl 13) wird typischerweise durch das Bündeln des Strahls durch das Pellikel erhöht, und daher kann die relative Fluenz auf der Pellikelschicht im Vergleich zur Substratoberfläche der Fotomaske verringert werden. 5C ist eine Seitenansicht, die die Konvergenz an der Oberfläche 4 an dem Punkt des Maskenstrahls 13 versus nicht-konvergente Energie am Eintrittspunkt des Pellikels 9 (Pellikelstrahl 14) zeigt.
  • Neben den Wellenlängen-Überlegungen kann die Nutzung von Prozessen, die eine starke Temperaturerhöhung in dem System erzeugen, (z. B. lange Pulslänge oder hohe Wiederholungsrate) durch den schädigenden Schwellenwert der Pellikelschicht eingeschränkt werden. Dieser liegt typischerweise unter der Prozesstemperaturanforderung für viele Trübungskomponenten der Fotomaske.
  • Pulsformung
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Pulsbreite, die zeitliche Pulsform und die räumliche Verteilung des Lasers zur Verbesserung des Reinigungsprozesses oder Erweiterung des sicheren Betriebsbereiches für die Bearbeitung genutzt werden. Kürzere Pulsbreiten können zur Minimierung der Wärmezufuhr in das System insgesamt (Substrat und Verunreinigung) genutzt werden. Längere Pulsbreiten können zur Aufrechterhaltung der Prozesstemperatur für einen längeren Zeitraum genutzt werden, wodurch die Beendigung des thermischen Entfernungsprozesses verbessert wird. Die zeitliche Pulsform kann zur Regulierung der Temperatursteigerung in der verunreinigenden Spezies genutzt werden. Eine lange Temperatursteigerung kann zur Erzeugung eines ersten Effekts (z. B. Schmelzen) genutzt werden, dem ein zweiter Effekt (z. B. Zersetzung) folgt. Eine kürzere Steigerungszeit verbessert in einigen Fällen die Verdampfung der Verunreinigung, während die Zersetzungsprozesse eingeschränkt werden. Kombinationen der kurzen und langen zeitlichen Pulsform können zur Optimierung des Entfernungsprozesses verwendet werden. Die Nutzung mehrerer Pulse kann auch dazu genutzt werden, die Strahlenergie, die für die vollständige Reinigung wünschenswert ist, zu verringern, wodurch das Risiko für Substratschäden weiter verringert wird.
  • Die räumliche Verteilung des Laserstrahls kann zu einer Erweiterung des Prozessfensters genutzt werden. Beispielsweise zeigt 6A eine typische räumliche Gauß‘sche Verteilung 15, die einen Temperaturgradienten in dem Substrat 16 erzeugt, während 6B eine räumlich abgeflachte oder räumliche Top-Hat-Verteilung 17 aufweist, die eine einheitlichere Temperatursteigerung in dem Substrat 4 ermöglicht. Die räumliche Verteilung kann zur Erweiterung des Prozessfensters genutzt werden. Beispielsweise ermöglicht eine räumlich abgeflachte oder räumliche Top-Hat-Verteilung eine einheitliche Temperatursteigerung in dem Strahlfleck, wohingegen eine Gauß‘sche Verteilung typischerweise einen Temperaturgradienten in dem Strahlfleck erzeugt. Um das Risiko einer Substratschädigung zu vermeiden, wird die maximale Energie in dem Strahl typischerweise durch den Peak einer Gauß‘schen Verteilung beschränkt. Wie oben beschrieben, können, wenn mehr als ein Material auf dem Substrat vorliegt, längere Pulsbreiten genutzt werden, um ein thermisches Gleichgewicht zwischen den Substratmaterialien zu ermöglichen.
  • Wärmemanagement
  • Da bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Wärme-basierten Prozess umfassen, ist es mitunter wünschenswert, die Temperatur des Systems insgesamt zu regulieren, um so eine Schädigung wärmeempfindlicher oder leicht zu verunreinigender Materialien zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für den Fall einer Fotomasken-Trübungsreinigung ohne die Entfernung des Pellikels. Die Pellikelschichten weisen typischerweise einen niedrigen Schwellenwert für eine Wärmeschädigung auf. Daher ist es mitunter förderlich, die Temperaturentwicklung des Systems insgesamt zu vermeiden, die auf das Pellikelmaterial übertragen werden und/oder dieses schädigen könnte. Dies umfasst den Pellikelrahmen und die zwischen der Maskenoberfläche und der Pellikelschicht eingeschlossene Umgebung.
  • Die Regulierung der Systemtemperatur kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Die folgenden Beispiele veranschaulichen mehrere repräsentative Verfahren der Probenabkühlung, und es versteht sich, dass auch andere Verfahren existieren können. Ein Weg zur Regulierung der Systemtemperatur ist das Kontaktkühlen. Die Fotomaske kann beispielsweise mit einer Platte 17 in Kontakt gebracht werden, die als eine Wärmesenke zum Abziehen der auf der Vorderseite der Maske erzeugten Wärme auf die Rückseite der Maske dient, wie in 7 veranschaulicht, und Wärmeaustauschrohre 18 und 19 umfasst. Dies verringert die Wärmeübertragung auf die Umgebung über der Maskenoberfläche, der Pellikelschicht und dem Haftmittel zwischen dem Pellikelrahmen und der Maskenoberfläche. Das Abkühlen kann auf verschiedene Weise erreicht werden, einschließlich durch Strömenlassen von Wasser oder anderen Kühlflüssigkeiten oder -gasen über die Maske und/oder das Pellikel, thermoelektrisches Abkühlen oder laserinduziertes Abkühlen eines Teils oder der gesamten Maske und/oder des Pellikels.
  • Ein anderer möglicher Weg zur Regulierung der Temperatur ist durch erzwungene Konvektionskühlung. Eine filtrierte und/oder gekühlte Gas- oder Flüssigkeitsströmung wird typischerweise auf Teile der Maske, auf die Pellikelschicht, den Rahmen und/oder Haftmittelbereiche gerichtet, um so die Wärmeentwicklung in diesen Materialien direkt zu reduzieren, gezeigt in 8. Eine Kühlmittelströmung von oben 20, der Seite 21 oder von unten 22 kann zur Regulierung der Temperatur genutzt werden. Dies verringert typischerweise nicht nur das Risiko einer Schädigung der Pellikelschicht, sondern verringert typischerweise auch das Risiko der Erzeugung einer verunreinigenden Ausgasung aus dem Pellikelrahmen und den Pellikelschicht-Haftmitteln. Neben der Hardware-Regulierung der Wärmeentwicklung des Systems kann die Wärmeentwicklung auch dadurch verringert werden, dass eine längere Prozesszeit ermöglicht wird. Das Anlegen langsamerer Pulsfrequenzen an das System oder das Ermöglichen einer Verzögerung zwischen einer Reihe von Pulsapplikationen kann es ermöglichen, dass die eingespeiste Wärme entfernt werden kann, ohne dass die Temperatur des Systems insgesamt über einen kritischen Grad ansteigt.
  • Auch die Wärmeentwicklung von Puls zu Puls kann vorteilhaft reguliert werden und kann von den thermischen Eigenschaften der Verunreinigung, des Substrats und/oder benachbarten Materialien abhängen. In der Regel kann die Wärmeentwicklung von Puls zu Puls durch eine Verringerung der Anzahl an Laserpulsen, die pro Zeiteinheit auf die Oberfläche auftreffen, reguliert werden. Diese Wärmeentwicklung kann ebenso durch eine Vergrößerung des Abstandes zwischen angrenzenden Laserpulsen reguliert werden. Besonders wünschenswert kann eine große seitliche Verschiebung zwischen angrenzenden Pulsen sein, bei der das Material besonders empfindlich gegenüber einer Wärmeentwicklung von Puls zu Puls ist (z. B. Pellikelschichtmaterialien). In diesem Fall umfasst der Prozess typischerweise das Positionieren des Laserstrahls mehrere Male nahezu an denselben Stellen, um so die vollständige Reinigung der angestrebten Oberfläche zu erhalten. Beispielsweise wird eine erste Reihe von Laserpulsen 13 mit einem relativ großen Seitenabstand auf die Oberfläche 4 gestrahlt, wie in 9A gezeigt. Ein zweiter Durchgang über denselben Bereich platziert eine weitere Reihe von Laserpulsen 13, die bezogen auf den ersten Satz von Flecken leicht verschoben sind, wie in 9B gezeigt. Dieser Prozess läuft weiter, bis der gesamte Bereich den Laserpulsen 13 ausgesetzt worden ist, wie in 9C gezeigt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Überlagerung in einer zweiten Richtung dazu genutzt werden, die Substratoberfläche 4 vollständig zu exponieren, wie in 9D veranschaulicht. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der gesamte Prozess wiederholt, und/oder die Überlagerung zwischen den Durchgängen wird, insbesondere wenn der Reinigungsprozess vorzugsweise Mehrfachpulse für eine vollständige Entfernung umfassen soll, erhöht. Die veranschaulichte Veränderung der Position des Strahls bezogen auf die Oberfläche kann durch Bewegen des Strahls und/oder Bewegen des Substrats erreicht werden. Überdies kann das systematischer verteilte Anlegen der Pulse über die Maske die Wahrscheinlichkeit für die Wärmeentwicklung auf der Maske weiter verringern, wie in 9E veranschaulicht.
  • Regulierung von Rückständen
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Laserreinigungsverfahren Restmaterialien auf der Fotomaskenoberfläche in Abhängigkeit der Zersetzungsprodukte der Verunreinigung erzeugen. Selbst wenn die Rückstände die Nutzung des Substratmaterials nicht länger beeinflussen (d. h., selbst wenn das Substrat wirksam gereinigt wird), kann es noch immer einen Grund geben, deren Lage oder Konzentrationen zu regulieren. Herkömmliche Verfahren zur Regulierung der Bildung von Rückständen wie beispielsweise die Anwendung eines gerichteten Luftstroms, Wasserstroms oder die Erzeugung von vermindertem Druck über dem zu reinigenden Substrat können gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Im Falle eines abgeschlossenen Systems, wie beispielsweise einer mit einem Pellikel versehenen Fotomaske, ist die Nutzung dieser Regulierung der Umgebung typischerweise nicht wünschenswert. Daher werden alternative Verfahren zur Regulierung der Lage restlicher Materialien für ein geschlossenes System gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genutzt. Beispielsweise wird gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Strukturierung durch Laserpulse reguliert. Beispielsweise zeigt 10 Ausführungsformen, in denen die Strukturierung durch Laserpulse 13 in der Mitte der Oberfläche des Substrats 4 beginnt und zu einem kreisförmigen Muster mit zunehmendem Durchmesser oder einem quadratischen Muster mit zunehmendem Durchmesser 23 führt, wobei verbleibendes Material vorzugsweise in Richtung der Ränder des Substrats bewegt wird, wie in 10 gezeigt. Ein anderes Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Regulierung von Rückständen ist die Nutzung von Schwerkraft. Das Platzieren der Fotomaske mit der Oberfläche nach unten, wie in 11A gezeigt, oder in geneigter Position 24, wie in 11B veranschaulicht, gestattet die bevorzugte Abscheidung verbleibender Materialien auf der Pellikelschicht bzw. der Seite der Fotomaske. In einem anderen Verfahren kann das Retikel in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gedreht (d. h. geschleudert) werden, wodurch sich die verbleibenden Materialien weg von der Mitte der Maske und/oder zu nicht aktiven Bereichen auf dem Retikel bewegen. Außerdem sorgt das Verringern der Temperatur eines Bereiches der Fotomaske, des Pellikels, des Pellikelrahmens gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise für ein Abscheiden von verbleibendem Material auf diesen Flächen, da dieses Material wahrscheinlich aus einem Dampfphasenübergang zu flüssig oder fest erzeugt wird, wie in 8 gezeigt. Beispielsweise können diese Kühlungsverfahren das Strömenlassen von Wasser, anderen Flüssigkeiten oder Gasen, thermoelektrisches Abkühlen oder laserinduziertes Abkühlen in den und/oder um die bevorzugten Abscheidungsbereiche(n) umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Verringerung der Trübungszunahme und erneuten Bildung
  • Die gegenwärtige Erfindung kann in Verbindung mit Oberflächenbehandlungs- oder Techniken zur Regulierung der Umgebung genutzt werden, um die Retikelnutzungsdauer zu verlängern. Einige dieser Techniken werden die Bearbeitung vor dem Aufbringen des Pellikels erfordern, während andere nach dem versehen mit Pellikel durchgeführt werden können. Beispielsweise kann ein Oberflächenbehandlungsverfahren in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung vor dem Versehen mit Pellikel die Zeit zwischen den Reinigungen verlängern. Dies könnte bei einer begrenzten Zahl der Reinigungen gemäß dem erfinderischen Verfahren, die möglich sind, bevor eine weitere Reinigung (z. B. Nassreinigung) erforderlich ist, wichtig sein. Eine Ausführungsform dieses erfinderischen Verfahrens ist das Platzieren von Impfkristallen oder anderen keimbildenden Materialien unter dem Pellikel in nicht aktiven Bereichen des Retikels. Diese Impfkristalle können als bevorzugte Stellen für die Zunahme der Trübung fungieren. Dadurch können die Konzentration von Rückständen und Präkursormaterialien, die für die aktiven Bereiche der Fotomaske verfügbar sind, effektiv verringert und die Zunahmeraten in diesen Bereichen verringert werden. Eine andere Ausführungsform dieses Verfahrens ist das Überziehen der Oberfläche der Maske mit einem Material, das mit den Rückständen und Präkursormaterialien, die von dem erfinderischen Reinigungsprozess freigesetzt werden, reagiert und/oder diese neutralisiert. Dadurch können auch die Raten der Trübungszunahme in den aktiven Bereichen auf der Maske verringert werden, indem die verfügbaren reaktiven Spezies beschränkt werden.
  • Techniken nach dem Versehen mit Pellikel können ebenfalls in Kombination mit der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Beispielsweise könnte die Regulierung der Umgebung oder Manipulation sowohl innerhalb als auch außerhalb des Pellikels in Kombination mit dem Reinigungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Eine Ausführungsform würde den Austausch der Umgebung unter dem Pellikel gegen ein nicht reaktives Gas nach dem Reinigungsprozess umfassen. Dies könnte ohne Entfernung des Pellikels durch Gasaustausch durch eine Filteröffnung des Pellikelrahmens erfolgen. Außerdem kann es von Vorteil sein, eine inerte Umgebung außerhalb des Pellikels in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung aufrechtzuerhalten, um die erneute Trübungszunahme oder deren erneute Bildung abzuschwächen. Diese Kombinationsprozesse könnten die Dauer zwischen Reinigungsprozessen mit dem erfinderischen Verfahren verlängern und können wichtig sein, wenn eine begrenzte Anzahl an Reinigungsprozessen genutzt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung nach dem Versehen mit Pellikel und unter Regulierung der Umgebung würde die Umgebung unter dem Pellikel evakuiert und in die Umgebung ein Material, das mit den Trübungsrückständen und/oder -präkursoren reagiert oder diese neutralisiert, eingeführt oder gegen dieses ausgetauscht werden. Dieser Prozess könnte vor, während oder nach der Reinigungsbearbeitung durchgeführt werden. In allen Fällen würden die Trübungsrückstands- und/oder -präkursorspezies, die während des Reinigungsprozesses freigesetzt werden, mit dem eingeführten/ausgetauschten Material reagieren, so dass eine Spezies erzeugt wird, die keine Trübung bildet.
  • Weitere Techniken nach dem Versehen mit Pellikel könnten in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung genutzt werden, um die erneute Trübungszunahme oder deren erneute Bildung abzuschwächen. Diese Techniken würden die thermischen Effekte der vorliegenden Erfindung nutzen, um die Oberflächenmorphologie und/oder Substratzusammensetzung zu verändern, um die Trübungszunahme und deren erneute Bildung zu unterdrücken. Beispielsweise kann das Arbeiten bei oder nahe der Wiederaufschmelztemperatur von Quarz eine Veränderung des Materialzustandes oder der Morphologie des Quarzsubstrats erzeugen. Dadurch können die Aktivierungsstellen, von denen angenommen wird, dass sie die Keimbildung der kristallinen Trübungszunahme verursachen, vermindert oder eliminiert und dadurch die Rate der Trübungszunahme oder deren erneute Bildung verringert werden. Eine alternative Ausführungsform würde das Verfahren der Oberflächenbehandlung oder Regulierung der Umgebung in Kombination mit dem thermischen Effekt des erfinderischen Verfahrens kombinieren, um die Aktivierungs-/Kristallisationszentren zu modifizieren oder eliminieren. Die Präkursormaterialien könnten durch thermische Bearbeitung aktiviert werden oder mit der Oberfläche unter thermischer Anregung reagieren, um die Trübungszunahme und deren erneute Bildung zu verringern.
  • Metrologie
  • Die Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ebenso in Kombination mit Metrologie zur Überwachung der kritischen Prozessparameter und/oder zur Bewertung des Fortschreitens oder der Beendigung des Reinigungsprozesses genutzt werden. Die Messung der lokal erzeugten Temperatur der Substratmaterialien kann beispielsweise in Kombination mit dem Reinigungsprozess genutzt werden. Die Temperaturmessung kann vor der Anwendung des Reinigungsprozesses bewertet werden, um so das Risiko einer Temperatur-bedingten Schädigung zu überprüfen. Außerdem können diese Temperaturen während des Reinigungsprozesses zur Überprüfung der Prozesssteuerung und/oder zur Verringerung des Risikos einer Materialschädigung überwacht werden. Beispielsweise wird gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Substrats und/oder der Absorberschicht während des Prozesses überwacht, und die Regulierung der zur Aufrechterhaltung des gewünschten Prozesses eingesetzten Energie kann rückgemeldet oder der Reinigungsprozess abgestellt werden, wenn eine zu starke Wärmeentwicklung erfasst wird. Es existieren viele Verfahren für die Temperaturüberwachung, wie in 12 gezeigt, und sie umfassen Techniken mit Kontakt, beispielsweise Thermoelement 26, und ohne Kontakt, beispielsweise Infrarotkamera 25.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird Metrologie auch zum Analysieren der Verunreinigung hinsichtlich der Materialeigenschaften vor, während und/oder nach dem Entfernungsprozess genutzt, gezeigt in 13. Die Identifikation der Verunreinigung vor der Durchführung des Reinigungsprozesses kann zur Einstellung der idealen Bearbeitungsparameter genutzt werden. Dadurch kann die minimale Prozesstemperatur genutzt werden, wodurch das Risiko für Substratschäden verringert wird. Die Überwachung der Verunreinigung während des Prozesses kann auch dazu genutzt werden, die Beendigung des Reinigungsprozesses basierend auf der Stärke des Messsignals hinsichtlich des Fortschreitens des Reinigungsprozesses zu bewerten. Außerdem kann das Überwachen bezüglich alternativer Materialien während des Prozesses dazu genutzt werden, zu signalisieren, wenn der Prozess eine andere Verunreinigung erzeugt und/oder eine unerwünschte Veränderung des Substratmaterials verursacht. Diese Information kann dazu genutzt werden, den Prozess zu regulieren und/oder das Risiko für Substratschäden und/oder ein schlechtes Reinigungsergebnis zu verringern.
  • Es sind viele Verfahren zur Bestimmung der chemischen oder elementaren Zusammensetzung von Partikeln auf einer Oberfläche verfügbar. Die Verfahren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Spektroskopie, Massenspektrometrie, elektrochemische Analyse, thermische Analyse, Trennung, Hybridtechniken (umfasst mehr als eine Technik), Mikroskopie. In einer Ausführungsform der hierin erörterten Vorrichtung wird Spektroskopie, Massenspektrometrie oder ein Hybridverfahren der beiden verwendet. Es versteht sich, dass ein Verweis auf Metrologietechniken hierin allgemein die verschiedenen Teilmengen dieser Techniken umfassen soll. Beispielsweise sind Techniken, die in dem Spektroskopieverfahren enthalten sind, Fourier-Transforms-Infrarot-Spektroskopie (FTIR), Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, laserinduzierte Plasmaspektroskopie, paramagnetische Resonanzspektroskopie (EPR), kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR), AUGER-Elektronenspektroskopie, röntgenstrahlangeregte Photoelektronenspektroskopie, energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS oder EDX), Schwingungs-Elektronenenergieverlust-Spektrometrie (EELS), abgeschwächte Totalreflexion (ATR) und Fluoreszenzspektroskopie. Übliche Techniken, die in der Fotolithografie zum Identifizieren der chemischen Zusammensetzung von Partikeln auf einem Substrat verwendet werden, sind EDX, Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (TOF-SIMS), RAMAN-Spektroskopie, FTIR und Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS).
  • Flüssigkeitschromatographie ist ein Trennverfahren, das ein Absorbermaterial zum Trennen von Partikeln von einem Lösungsmittel, enthaltend ein Probengemisch, nutzt. Das Lösungsmittel und Probengemisch werden über das Absorbermaterial bei unterschiedlichen Raten in Abhängigkeit der Verbindung dispergiert. Dadurch können Verbindungen in unterschiedlichen Regionen des Absorbermaterials isoliert werden. Flüssigkeitschromatographie kann in Verbindung mit Massenspektrometrie verwendet werden, um die Moleküle genauer zu identifizieren.
  • Massenspektrometrie ist eine chemische Analysetechnik, mit der die exakte chemische Zusammensetzung bestimmt werden kann durch Ionisieren von Partikeln und Sortieren nach Masse zum Erstellen eines Spektrums basierend auf der Masse und Ionenladung. Massenspektrometrietechniken sind destruktiv. Herkömmliche Techniken umfassen Quadrupolmassenfilter und TOF-SIMS.
  • Ein Quadrupolmassenfilter (QMF) nutzt eine Ionenquelle zum Ionisieren von Partikeln und nutzt dann einen Ionenbeschleuniger zum Beschleunigen der Ionen in einem Strahl. Der Ionenweg ist mittig zu und verläuft entlang vier paralleler Stangen, die zum Erzeugen pulsierender elektromagnetischer Wellen verwendet werden. Die Stangen fungieren als zwei Sätze, die 180° phasenverschoben sind. Dadurch werden Ionen radial entlang des Strahls in einer oszillierenden Weise verschoben, wenn sie axial entlang der Stangen wandern. Die Ionen werden axial entlang des Strahls nicht beschleunigt. Am Ende der Stangen befindet sich ein Detektor, der die radiale Position der Ionen identifiziert. Die radiale Position der Ionen auf dem Detektor basiert auf dem Verhältnis von Masse zu Ladung, wenn sie den Quadrupol passieren. Ein Vorteil der QMF ist, dass sie im Vergleich zu anderen Massenspektrometrie-Tools relativ günstig sind. Die Verwendung eines Quadrupolmassenfilters birgt einige Nachteile. Quadrupolmassenfilter haben eine begrenzte Auflösung, die Peak-versus-Masse-Reaktion muss abgestimmt werden, und sie sind für die gepulste Ionisierung nicht gut geeignet.
  • Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (TOF-SIMS) ist eine Technik, bei der die Oberfläche eines Substrats mit Primärstrahlionen beschossen wird. Ein Sekundärion wird freigesetzt und von einem Detektor aufgefangen. Basierend auf dem Zeitpunkt des Auftreffens des Primärionenstrahls und dem Zeitpunkt der Detektion des Sekundärions kann das Massenspektrum der vorliegenden Verbindungen identifiziert werden. Dies ist das empfindlichste Verfahren, das derzeit verfügbar ist, mit einer Auflösung von Teilen pro Milliarde. Es gibt jedoch einige Einschränkungen. TOF-SIMS muss im Vakuum durchgeführt werden, um Verunreinigung aus der umgebenden Atmosphäre zu vermeiden. Dieses Verfahren ist ebenfalls destruktiv, die freigesetzten Ionen sind häufig Teil des Ausgangsmaterials des Substrats, nicht nur Partikel, die auf der Oberseite des Substrats sitzen. Für einige Anwendungen wie Fotolithografie würde dadurch die Struktur auf einem Retikel beschädigt und das Retikel nutzlos gemacht. Dieses Verfahren ist in erster Linie qualitativ, und häufig können die Ergebnisse in Abhängigkeit des Bedieners der Ausrüstung variieren.
  • Raman-Spektroskopie nutzt monochromatisches Licht (eine Wellenlänge) zum Beschießen von Molekülen mit Photonen. Zwischen den einfallenden Photonen und dem Molekül erfolgt ein Energieaustausch, was zu einer Veränderung der Energie und Wellenlänge der ausgehenden Photonen führt. Das Phänomen ist als Streuung bekannt. Unterschiedliche Moleküle zeigen einen unterschiedlichen Energieaustausch mit den Photonen und führen zur variierenden Wellenlängen und einem Spektrum, das zum Identifizieren der Moleküle verwendet wird. Die neueste und fortschrittlichste Technik für Raman ist die oberflächenverstärkte Laser-Raman-Spektroskopie (SERS). Mit der Technik können einzelne Moleküle detektiert werden. Diese Technik erfordert typischerweise ein Silber- oder Goldkolloid oder -substrat. Häufig wird die Probe als eine plasmonische Oberfläche hergestellt, die aus Nanostrukturen konstruiert ist, die aus Silber/Gold auf einem porösen Siliciumwafer bestehen. Die Herstellung der Proben ist teuer und zeitaufwendig.
  • Die Verwendung von Standard-Raman-Spektroskopie birgt viele Vorteile. Raman kann an Feststoffen und Flüssigkeiten verwendet werden, die Probenvorbereitung ist nicht notwendig, kein Wasser stört die Analyse, und es ist nicht destruktiv. Mit dieser Technik können Chemikalien mit einem sehr hohen Konfidenzgrad identifiziert werden, und die Analyse für dieses Verfahren erfolgt sehr schnell. Ramananalyse kann bei einer relativ kleinen Probengröße (< 1 µm) verwendet werden, und anorganische Bestandteile werden mit Raman wesentlich leichter detektiert als mit IR-Spektroskopie. Einer der größten Vorteile von Raman ist, dass diese Art der Analyse unter atmosphärischen Normalbedingungen durchgeführt werden kann.
  • Fourier-Transformations-Infrarot- (FTIR-) -Spektroskopie ist eine Technik, die sich auf die Schwingungsreaktion chemischer Bindungen, wenn eine Verbindung einem Bereich des IR-Spektrums ausgesetzt wird, stützt. In Abhängigkeit der Technik wird das Infrarotspektrum, das während der Bestrahlung im IR-Spektrum emittiert oder absorbiert wird, für Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gas beobachtet und zum Identifizieren der Verbindung genutzt. FTIR hat dahingehend einen Vorteil gegenüber Raman, dass es weniger Interferenzprobleme wie Fluoreszenz hat. FTIR erfordert jedoch gewöhnlich eine Mindestdicke, Einheitlichkeit und Verdünnung.
  • Metrologie wird gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch dazu genutzt, die Materialeigenschaften des Substrats 4 und/oder der Materialien auf dem oder neben dem Substrat vor, während und/oder nach dem Entfernungsprozess zu analysieren oder zu überwachen, wie in 13 gezeigt. Beispielsweise kann die Messung der Materialeigenschaften einer partiell absorbierenden Schicht auf dem Substrat dazu genutzt werden, die Phasenverzögerung des Materials vor der Bearbeitung zu berechnen. Diese könnte zur Bestimmung der Prozesstemperatur für die Reinigung genutzt werden, um eine geeignete Phasenverzögerung in der Absorberschicht zu induzieren. Diese Metrologie könnte ebenso dazu genutzt werden, die Phase während der Bearbeitung zu überwachen und Informationen an den Prozess zurückzuführen oder den Prozess zu stoppen, wenn er außerhalb einer Prozessgrenze liegt. Die Analyse der Materialeigenschaften des Substrats könnte zur Bestimmung der korrekten Energie zum Induzieren einer gewünschten Veränderung des Oberflächenmaterials oder der Morphologie genutzt werden. Außerdem könnten die Materialeigenschaften der Pellikelschicht überwacht werden, um zu bestimmen, ob ein nachteiliger Effekt an dem Pellikelmaterial auftritt. Diese Information könnte vor der Bearbeitung genutzt werden, um die Prozesstemperatur zu beschränken, oder während der Bearbeitung, um den Prozess zu stoppen, wenn Schäden beobachtet werden. Beispielsweise könnten ein oder mehrere Ellipsometer oder Kameras 31 zum Messen der Materialantwort der Pellikelschicht, Absorberschicht und Substratoberfläche genutzt werden. Diese Daten können dann zur Berechnung der gewünschten Materialeigenschaften, einschließlich Schichtdicke, Durchlässigkeit und Phase, genutzt werden.
  • Alternative Metrologien zum Überwachen der Gegenwart und des Ausmaßes der Oberflächenverunreinigung können vor, während und/oder nach dem Reinigungsprozess gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Beispielsweise kann eine Metrologie, die zum Detektieren der Gegenwart einer Verunreinigung genutzt wird, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genutzt werden, um zu bestimmen, ob Laserpulse auf die Region des Substrats, die gemessen wurde, angewandt werden sollen oder nicht. Diese Informationen können dann dazu verwendet werden, die Anzahl an Pulsen, die auf das Substrat insgesamt angewandt werden, zu minimieren, wodurch die auf das System angewandte thermische Energie insgesamt sowie die Gesamtzeit für den Reinigungsprozess verringert werden.
  • Es kann auch eine Metrologie zum Messen der lateralen Größe/Dimensionen, Lage, Anzahl, Dichte und/oder Höhe (Dicke) der Verunreinigung oder verunreinigenden Partikel gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Kombination mit dem Reinigungsprozess verwendet werde. Diese Messungen können beispielsweise dazu verwendet werden, die Effizienz und Beendigung des Prozesses durch Messung vor und/oder nach dem Reinigungsprozess zu charakterisieren. Während des Prozesses können diese Messungen zur Bewertung der In-situ-Effizienz der Prozesse genutzt werden. Beispielsweise kann, wenn mehrere Laserpulse für die vollständige Entfernung verwendet werden, die Detektion verbleibender Verunreinigungen zur Bestimmung der Anzahl an Pulsen, die für die Entfernung erforderlich sind, und, ob weitere Pulse notwendig sind, verwendet werden. In diesem Fall ist die Metrologie gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, dass der Bereich, der gerade gereinigt wird, sichtbar ist, während der Reinigungsprozess stattfindet. Dies erfolgt typischerweise mittels Abbilden des Bereiches, der von dem Laser freigelegt wird, und kann die Verwendung derselben Optik umfassen, die für die Laserabgabe verwendet wird, wie in 14 gezeigt. Eine Abbildungslinse 32 ermöglicht die detaillierte Überwachung des verunreinigenden Partikels 3 durch einen teilweise reflektierenden Spiegel 29, was die gleichzeitige Überwachung und Reinigung gestattet.
  • Es existieren viele Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Detektion von Partikeln und zur Bewertung der Partikeldimensionen. Diese Verfahren umfassen beispielsweise die Messung der Stärke von reflektiertem und durchgelassenem Licht, Bildgebung, Kleinwinkelstreulichtdetektion, Interferometrie, Elektronenabtaststrahl, Rastertunnelmikroskopie, Nahfeldmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie, usw. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zur Bereitstellung weiterer Informationen viele Verfahren kombiniert werden.
  • Im Falle einer Fotomaske können beispielsweise mehrere Metrologien in den Laserreinigungsprozess gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgenommen werden. Beispielsweise definiert das Identifizieren der Gegenwart einer speziellen Verunreinigung (z. B. Ammoniumsulfat) auf einer Fotomaske die Anforderung bezüglich der Zersetzungstemperatur und gestattet manchmal die Wahl von Laserenergie, die gerade hoch genug ist, um den Reinigungsprozess durchzuführen.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Intensität von durchgelassenem Licht gemessen, und das Ergebnis wird mit der programmierten Struktur für die Absorptionsschicht auf der Fotomaskenoberfläche verglichen. Diskrepanzen zwischen programmierten Merkmalen und detektierten Merkmalen werden dann zum Identifizieren der Verunreinigung verwendet. Außerdem wird gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Luftbildmessung zur Bewertung der Druckcharakteristik der Fotomaske verwendet. Dieses Verfahren wird typischerweise zur Bewertung der Wirkung der Verunreinigung auf die Leistung der Fotomaske verwendet. Diese Messung kann ebenfalls in-situ zum Detektieren von Schäden an der Absorberschicht, die aus dem Reinigungsprozess resultieren, verwendet werden. Dies ist insbesondere für partiell absorbierende Schichten relevant, bei denen die Dicke der Schicht direkt mit der Leistung der Fotomaske in Zusammenhang steht. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessert die Kombination aus der Detektion des gestreuten Lichts mit der Detektion des durchgelassenen Lichts die Identifikation von Verunreinigungen durch Detektion einer unregelmäßigen Oberflächentopographie, die sich von der typischerweise glatten Oberfläche der Fotomaske und Fotomaskenschicht unterscheiden würde.
  • Metrologie wird gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch zur Überwachung der Charakteristik der Materialien neben der Oberfläche, die gereinigt wird, verwendet. Beispielsweise kann die Temperatur einer Pellikelschicht über einer Fotomaske überwacht werden, um das Risiko einer Schädigung der Pellikelschicht zu verringern. Die Durchlässigkeitscharakteristik der Pellikelschicht kann ebenfalls dazu verwendet werden, um die Effekte des Reinigungsprozesses während oder nach dem Reinigungsprozess zu charakterisieren. Außerdem kann die Detektion von Partikeln auf der Innenseite der Pellikelschicht vor der Durchführung des Reinigungsprozesses erfolgen und/oder zum Detektieren des Verlustes dieser Partikel während des Prozesses und/oder, ob es vorzugsweise eine Beschränkung hinsichtlich der für den Prozess verwendeten Energie geben sollte oder nicht, verwendet werden, um dem Risiko einer Schädigung des Pellikels und/oder Substratmaterials vorzubeugen.
  • Wie der Fachmann bei der Praktizierung einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erkennen wird, sollen die ober erörterten Metrologiebeispiele nicht alle als in der vorliegenden Erfindung inbegriffen angesehen werden. Vielmehr veranschaulichen diese Beispiele lediglich die Nutzung von Metrologie in einigen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Identifikation der Verunreinigung
  • Wie zuvor beschrieben, bestehen Fotomaskensubstrate typischerweise aus einem Basissubstrat, das für die Strahlung, die in dem lithographischen Belichtungsprozess verwendet wird, durchlässig ist, und einer dünnen optischen Schicht, die die Strahlung teilweise oder vollständig absorbiert. Da die optischen Eigenschaften dieser Substrate hinsichtlich ihrer Leistung kritisch sind, ist es wichtig, dass ihre Oberflächen möglichst frei von chemischen Verunreinigungen sind. Es ist für diese Oberflächen aufgrund der Energie und Wellenlänge der Strahlung ebenfalls kritisch, dass sie frei von Verunreinigungen sind. Diese Strahlung kann eine Zersetzung der verbleibenden Oberflächenverunreinigung und in einigen Fällen die Bildung progressiver Defekte (Trübung) verursachen, was die Leistung der Fotomaske beeinträchtigt.
  • Große Bemühungen werden auf Fotomaskenreinigungsprozesse verwandt, um die Oberflächenverunreinigungen zu minimieren, es gibt jedoch immer einen gewissen Grad an verbleibenden Verunreinigungen, und der Grad kann von Fotomaske zu Fotomaske variieren. Abgesehen von den verbleibenden Oberflächenverunreinigungen können sich außerdem Verunreinigungen aus der Umgebung ansammeln. Die Schwankung in Bezug auf die Oberflächenverunreinigung von Fotomasken, die bei der Waferfertigung verwendet werden, kann zu Schwankungen in Bezug auf die Leistung und Langlebigkeit der Fotomaske bei der Herstellung führen. Daher wäre es von Vorteil, wenn man die Gegenwart und den Grad von Oberflächenverunreinigungen detektieren sowie deren chemische Zusammensetzung analysieren könnte.
  • Die Identifikation einer Verunreinigung, die von einer Fotomaske oder einem anderen verunreinigten Substrat entfernt wurde, kann beim Identifizieren und Eliminieren oder Verringern der Quelle der Verunreinigung und Zuschneiden des Entfernungsverfahrens verwendet werden, um das Potential für Substratschäden zu minimieren. Die Identifikation einer Verunreinigung umfasst die Freisetzung von Molekülen von der Oberfläche des verunreinigten Substrats, was für unterschiedliche Geometrien und Substratmaterialien, Probenvorbereitung und chemische Analyse der Verunreinigung von Belang ist.
  • Nun wird eine Vielzahl von Verfahren zur Durchführung einer solchen Identifikation in Verbindung mit 17 beschrieben, wo in jedem Verfahren die Oberfläche des verunreinigten Substrats 4 aktiviert wird, beispielsweise mit einem Laser 31, um die verunreinigte Substratoberfläche mit Photonen zu beschießen, was zu Molekülen führt, die durch entweder Impulsübertragung von Photonen zu Molekülen, durch Photo- oder thermische Spaltung der Bindung zwischen der Verunreinigung und der Substratoberfläche, durch Photonen-induzierte chemische Reaktion, bei der Moleküle zerlegt oder erzeugt werden, oder durch Wärmedurchschlag oder Erzeugung aufgrund der von dem Substrat erzeugten Wärme freigesetzt werden. In einer Ausführungsform wird bei der Freisetzung der Verunreinigungen die Temperatur der Fotomaske unterhalb einer Schwellwerttemperatur gehalten, um Schäden an der Fotomaske zu verhindern. In allen Verfahren werden die Moleküle in die Gasphase nahe der Substratoberfläche gebracht. Ein Druckdifferential kann nahe der Oberfläche des Substrats 4 erzeugt werden, um die freigesetzten Moleküle von dem Substrat wegzubewegen, wo die Moleküle dann gesammelt oder für die Analyse eingefangen werden. Ein Fachmann kann erkennen, dass es von Vorteil ist, das Druckdifferential in einem lokalen Bereich des Substrats, speziell in dem Bereich, in dem der Laser das Substrat bestrahlt, zu erzeugen. In einer Ausführungsform ist ein zylindrisches Rohr 38 vorgesehen, das die Anregungsquelle 31 umgibt und zur Oberfläche des Substrats 4 verläuft. Ein Sensor 39 über dem Substrat kann eingesetzt werden, um einen Zugang zu einem Gasanalysetool 40 bereitzustellen, um die Verunreinigung zu identifizieren. Alternativ kann ein Druckdifferential, wie beispielsweise mit einer Vakuumpumpe 41, in dem zylindrischen Rohr 38 erzeugt und zum Ziehen jeglicher freier schwebender Moleküle in das Analysetool oder zu einer Sammelvorrichtung 43 verwendet werden. Das Detektions- oder chemische Analyseverfahren kann in Abhängigkeit der zu identifizierenden Moleküle und davon, ob die Verunreinigungen 3 direkt in das Analysetool 40 gezogen oder von der Sammelvorrichtung 43 gesammelt werden, variieren.
  • Die Freisetzung der Moleküle von der Oberfläche des verunreinigten Substrats kann unter Verwendung einer Vielzahl von Verfahren durchgeführt werden, einschließlich: thermischer Verdampfung, thermischer Zersetzung oder physikalischer Impulsübertragung, photolytischer Bindungsspaltung oder anderer photolytischer Mittel der Freisetzung von Oberflächenverunreinigungen. Die bevorzugte Ausführungsform nutzt einen Laser. Die Laserwellenlänge kann basierend auf dem Material des Substrats und der zu analysierenden Verunreinigung variieren. Bei bestimmten Wellenlängen kann ein Material transparent sein, was bedeutet, dass es keinen großen Effekt auf das Substrat hat, wenn die Photonen das Substrat passieren. Bei anderen Wellenlängen kann das Substrat und/oder die Verunreinigung als ein teilweise oder vollständig schwarzer Körper agieren, der einen Teil oder alle Photonen und Energie aus der Anregungsquelle absorbiert. Dies wird zu einem Anstieg der Temperatur des Substrats und/oder der Verunreinigung führen. Bei ausreichend hohen Energien, Photonendichten und richtiger Wellenlänge kann so eine Freisetzung von Verunreinigungen von der Substratoberfläche verursacht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die elektromagnetischen Wellen eine Wellenlänge, die im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums der Fotomaske ist.
  • Mit den hierin beschriebenen Verfahren zur Identifikation von Verunreinigungen können die in der Luft vorhandenen molekularen Verunreinigungen (AMCs) analysiert werden, wenn sie direkt von dem verunreinigten Substrat freigesetzt werden oder nachdem sie in einer Sammelvorrichtung 43 gesammelt wurden. Bezüglich AMCs, die in die Atmosphäre über dem verunreinigten Substrat freigesetzt werden, kann die Vorrichtung jede beliebige Art von Sensor 39 und Gasanalysetool 40 einsetzen. Alternativ können die von dem verunreinigten Substrat freigesetzten AMCs in einem Sammelbehälter 44 oder auf einem Sammelsubstrat 45 gesammelt werden. Die von dem verunreinigten Substrat freigesetzten AMCs können in dem Behälter 44 aufgefangen oder in einem konzentrierten Zustand auf einer Oberfläche eines Sammelsubstrats 45 kondensiert werden. Mit dieser Sammelvorrichtung 43 können AMCs von einem einzelnen verunreinigten Substrat oder von mehreren verunreinigten Substratproben vor der Durchführung der Analyse gesammelt und im Falle des Sammelsubstrats 45 unter Verwendung von Mehrfachoberflächenanalyseverfahren analysiert werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Sammelsubstrat 45 eine Kälteplatte mit weniger als 0 °C sein, um die Wahrscheinlichkeit der Kondensation der Gasphasen-Verunreinigungen zu erhöhen. Beispielsweise könnte das Sammelsubstrat mit flüssigem N2 auf -195 °C oder mit einer Peltier-Kühlvorrichtung auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden. Ein Druckdifferential kann erzeugt werden, um die AMCs von der Umgebung über dem verunreinigten Substrat 4 in Richtung des kalten Sammelsubstrats zu ziehen, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit der Kondensation und Akkumulation der AMCs erhöht.
  • In einer anderen Ausführungsform kann der Sammelbehälter 44 ein abgeschlossenes Volumen mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung sein. Die Innenseite dieses Volumens könnte auf unter 0 °C abgekühlt werden, um die Wahrscheinlichkeit der Kondensation der Gasphasen-Verunreinigungen zu erhöhen. Ein Druckdifferential kann erzeugt werden, um die AMCs von der Umgebung über dem verunreinigten Substrat 4 in das abgeschlossene Volumen durch die Eintrittsöffnung zu ziehen, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit der Kondensation und Akkumulation der AMCs erhöht.
  • Beim Kühlen der Sammelvorrichtung ist zu beachten, dass alle kondensierbaren Gase in dem von dem Druckdifferential erzeugten Abzug auf dem Sammelsubstrat 45 oder in dem Sammelbehälter 44 kondensiert werden. Dies umfasst sämtliches Wasser in der Atmosphäre aufgrund der Feuchtigkeit in der Umgebung um die Sammelvorrichtung 43. Aus diesem Grund ist es ratsam, dass sich die verunreinigte Substratoberfläche und die Sammelvorrichtung 43 in einer Umgebung befinden, in der die Feuchtigkeit verringert wurde, was von nun an als trockene Umgebung bezeichnet wird.
  • Die trockene Umgebung kann erreicht werden, indem die Luft um das verunreinigte Substrat und die Sammelvorrichtung durch ein trockenes Gas, vorzugsweise durch ein trockenes inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, Argon oder Helium, ersetzt wird. Die Trockenheit der Umgebung kann durch Messen des Taupunktes überwacht werden, der unter -10 °C gehalten werden sollte. Dadurch wird die Menge an Wasser aus der Atmosphäre, das auf dem Sammelsubstrat oder in dem Sammelbehälter kondensiert, minimiert und das Signal-Rausch-Verhältnis der an der Verunreinigung durchgeführten Metrologie während der Identifikation und Quantifizierung verbessert.
  • Für einen Fachmann sollte auch erkennbar sein, dass die Nähe der gekühlten Sammelvorrichtung zur verunreinigten Substratoberfläche signifikant ist. Je näher die Sammelvorrichtung an der verunreinigten Substratoberfläche liegt, desto mehr AMCs werden von der Sammelvorrichtung gesammelt. Dies ist wichtig, wenn man sich mit kleinen Mengen von Verunreinigungen befasst.
  • Nachdem sich die AMC in der Sammelvorrichtung angesammelt haben, können sie unter Verwendung einer Metrologie wie Massenspektrometrie analysiert werden. Die AMCs können auch erneut verflüchtigt und in der Gasphase sowie unter Verwendung verschiedener Gasphasenspektroskopien analysiert werden.
  • Die für die Analyse verwendeten Verfahren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Spektroskopie, Massenspektrometrie, elektrochemische Analyse, thermische Analyse, Trennung, Hybridtechniken (umfasst mehr als eine Technik) und Mikroskopie. Für Fotomaskensubstrate sind einige Analysetechniken vorteilhafter, wie Spektroskopie, Massenspektrometrie, Trennung und Hybridtechniken.
  • Die Gestaltung einer Vorrichtung zur Identifikation von Verunreinigungen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann in Abhängigkeit der Geometrie ebenfalls variieren. Einige Anwendungen können auf einer flachen Substratoberfläche stattfinden. Bei dieser Anwendung können eine fixierte Anregungsquelle und Sammelrohr, das die angeregte Oberfläche und Anregungsquelle umgibt, eingesetzt werden. Andere Anwendungen können geometrische Behinderungen aufweisen, und die Vorrichtung kann einstellbare Fokussieroptik und ein Teleskopsammelrohr nutzen. Für den Fall, dass das verunreinigte Substrat verschiedene Materialien enthält, kann die Vorrichtung eine Anregungsquelle variierender Wellenlängen nutzen. Die bevorzugte Ausführungsform würde variierende Geometrien und Substrate aus mehreren Materialien berücksichtigen.
  • Die Anwendung des erfinderischen Verfahrens für die Analyse der Oberflächenverunreinigung einer Fotomaske wird dabei von der Herstellung der Fotomaske abhängen. Bei der ersten Herstellung einer Fotomaske ist die gesamte Substratoberfläche der Atmosphäre ausgesetzt. In diesem Schritt bei der Herstellung einer Fotomaske kann die elektromagnetische Strahlungsquelle auf die gesamte Fotomaske angewandt werden. Die gesamte Fotomaske kann der Strahlung auf einmal ausgesetzt sein, oder die Strahlungsquelle kann in Richtung der Substratoberfläche gebündelt und die Oberfläche und Quelle in Bezug aufeinander abgetastet werden. Freigesetzte AMC-Verunreinigung kann von der Atmosphäre direkt über das verunreinigte Substrat gezogen und direkt von einem Metrologietool, beispielsweise mit einem Massenspektrometer, analysiert werden. Alternativ können die AMCs mit einer Sammelvorrichtung für die spätere Analyse gesammelt werden.
  • Das Analysieren der AMCs, wenn sie direkt über dem Fotomaskensubstrat erzeugt werden, ist für bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Vorteil. Beispielsweise werden in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die Gegenwart, relative Menge und Identifikation einer Verunreinigung bestimmt, wenn der Laser das erste Mal an das Substrat angewandt wird. Der Grad der Verunreinigung kann dann mit dem durchschnittlichen Grad einer Sammlung von Fotomasken oder mit einem Nennwert, der hinsichtlich der Verunreinigung zulässig ist, verglichen werden. Der Grad der Verunreinigung und die Art der Verunreinigung können dazu genutzt werden, zu bestimmen, ob das Retikel rein genug für die Verwendung in der Produktion ist. Die Fotomaske kann für die Verwendung verworfen oder zu einem weiteren Reinigungsprozess geschickt werden, um die Oberflächenverunreinigung weiter zu verringern. Durch Identifizieren der Verunreinigung kann der gesamte Herstellungsprozess für die Fotomaske so eingestellt werden, dass die Verunreinigungen entfernt werden, wodurch die Produktionsqualität insgesamt verbessert wird. Die offenbarten Prozesse können ein zweites Mal auf die Fotomaske angewandt und dadurch der Grad der Verunreinigung bestimmt und diese identifiziert werden. Diese Messung kann mit dem vorherigen Grad verglichen und in diesem erfinderischen Prozess dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob die Oberflächenverunreinigung mit dem Reinigungsprozess verringert wird. Der Reinigungsprozess und die Prozesse zur Identifikation der Verunreinigung können wiederholt genutzt werden, bis ein gewünschter Grad der Oberflächenverunreinigung erreicht ist.
  • Dieses Verfahren hat Vorteile gegenüber anderen direkten Metrologietechniken. Die offenbarten Prozesse sind nicht auf eine einzelne Analysetechnik beschränkt. Gas- und Substratproben können ohne Weiteres hergestellt werden, was die Nutzung vieler leistungsfähiger Analysetools ermöglicht. Das Verfahren zur Freisetzung der AMCs ist nicht destruktiv und macht das Produkt, wie beispielsweise eine Fotomaske, nicht unbrauchbar. Die offenbarten Verfahren erfordern keine Vakuumkammer für die Durchführung der Analyse. Die meisten Analysetechniken sind durch die Probengröße eingeschränkt. Der erfinderische Prozess ist ein lokaler Prozess mittels Anregungspuls, der durch die Prozessfläche beschränkt ist. Bei aufeinanderfolgenden Pulsen und sich bewegendem verunreinigtem Probensubstrat ist die Probengröße jedoch nicht besonders eingeschränkt, wenn eine hohe Präzisionsstufe eingesetzt wird.
  • In einem anderen Aspekt der Offenbarung kann die elektromagnetische Strahlung, die zur Detektion der Gegenwart, des Grades und der Identifikation von AMCs verwendet wird, bei der Reinigung der Oberfläche der Fotomaske behilflich sein. In diesem Fall wird erwartet, dass sich der Grad der Oberflächenverunreinigung verringert, wenn die Oberfläche bestrahlt wird. Das wiederholte Aussetzen einiger Teile oder der gesamten Fotomaskenoberfläche in Kombination mit der Überwachung des Grades der freigesetzten Verunreinigung kann bei der Bestimmung verwendet werden, wann die Fotomaske rein genug für die Verwendung in der Produktion ist.
  • Im letzten Teil der Produktion einer Fotomaske wird ein Pellikel zur oberen Fläche des Fotomaskensubstrats hinzugefügt. Das Pellikel besteht aus einem hohlen rechteckigen Rahmen, der an eine Fläche des Substrats gebunden ist und eine dünne Fluorpolymerschicht (Pellikel) über der Oberseite aufweist. Aufgrund der Gegenwart des Pellikels ist die Fotomaske nicht mit Vakuumsystemen kompatibel. Beispielsweise werden durch Anlegen von Vakuum an die Fotomaske flüchtige Bestandteile aus dem Pellikelrahmen und dem Klebstoff freigesetzt, die die Fotomaskenoberfläche zusätzlich verunreinigen. Der erfinderische Prozess kann auf Bereiche auf der oberen Fläche der Fotomaske, die sich außerhalb des Pellikelrahmens befinden, oder auf die Rückseite der Fotomaske, die kein Pellikel enthält, angewandt werden. Alternativ kann die elektromagnetische Strahlung durch das Pellikel hindurch angewandt werden. Wahrscheinlich werden jedoch nur die Spezies von AMCs, die die Pellikelmembran durchdringen können, detektiert und identifiziert. Das erfinderische Verfahren kann auf Fotomasken direkt nach deren Herstellung angewandt werden, oder nachdem sie für einige Zeit in der Produktion genutzt wurden. Das Messen des Grades und die Identifikation von AMCs direkt nach dem Aufbringen des Pellikels gestatten die Bestimmung des Grades der Oberflächenverunreinigung vor der Nutzung in der Produktion. Die Analyse des Grades der Oberflächenverunreinigung, nachdem die Fotomaske in der Produktion verwendet wurde, gestattet die Bestimmung des Grades und der Art der Verunreinigung aus der Umgebung, der die Fotomaske während der Verwendung in der Produktion ausgesetzt war. Dadurch kann die Entstehung von Oberflächenverunreinigungen frühzeitig detektiert und identifiziert werden, bevor das Retikel in der Produktion versagt, während der Hersteller die Prozesse anpassen kann, um weitere Verunreinigung zu verhindern.
  • Aufgrund der niedrigen Grade der Verunreinigung, typischerweise auf einer Fotomaske, kann es von Vorteil sein, die von einer einzelnen Fotomaske freigesetzte Verunreinigung zu sammeln. Die Akkumulation des von der Fotomaske freigesetzten Materials kann die Fähigkeit zur Messung der Gegenwart, Grade und Identifikation von Verunreinigungen verbessern. Außerdem erfordert die chemische Analyse der Oberflächenverunreinigung typischerweise ein größeres Probenvolumen als die Detektion allein. In Abhängigkeit des Grades der Verunreinigung kann das Sammeln der freigesetzten AMCs von mehreren Fotomaskensubstraten auf einem einzelnen Sammelsubstrat, um eine große Menge der verbleibenden Oberflächenverunreinigung anzusammeln, beim Identifizieren der Verunreinigungen und Lokalisieren der Quelle sehr hilfreich sein.
  • Ein Fachmann wird erkennen, dass die hierin offenbarten Vorrichtungen und Verfahren zur Identifikation von Verunreinigungen die In-situ- oder Fernanalyse von Verunreinigungen auf einem Substrat gestatten. Diese Analyse kann entweder destruktiv oder nicht destruktiv sein und kann für die chemische Analyse, Gas- oder Oberflächenanalyseverfahren verwendet werden. Es können gleichzeitig mehrere Analysearten für eine genauere Identifikation oder Eigenkalibrierung verwendet werden. Ein Fachmann wird ebenso erkennen, dass die gesammelte Probe wesentlich höher konzentriert sein kann als die verunreinigte Substratoberfläche, was die Detektion niedrigerer Grade der Verunreinigungen ermöglicht. Chemische Analyse kann über mehreren verunreinigten Substratoberflächen durchgeführt und über die Zeit überwacht werden, und chemische Analyse kann an mehreren verunreinigten Substraten bei variierendem Material und Geometrie durchgeführt werden.
  • Vorrichtung
  • Bestimmte Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in Vorrichtungen, die zur Durchführung des Laseroberflächenreinigungsprozesses verwendet werden, enthalten. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung, das in 15 gezeigt ist, umfasst zusätzlich einen Roboter 35 für die Handhabung des Substratmaterials mit einem Roboter-Endeffektor für die präzise Positionierung des Substratmaterials und eine Plattform 34 für eine oder mehrere Bewegungsachsen zur Positionierung der Substratprobe in Bezug auf den Laserstrahl. Die Vorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere der oben beschriebenen Metrologien enthalten und/oder kann Möglichkeiten zur Regulierung der Temperatur des Substrats und/oder angrenzender Materialien während des Reinigungsprozesses umfassen. Außerdem kann die Vorrichtung Metrologie, die zur Erfassung des Substrats genutzt wird, für das Staging-System und daher den Laserstrahl umfassen. Diese Metrologie kann ebenso computergesteuerte Bilderkennungssysteme umfassen. Ferner kann die Vorrichtung ebenso eine Computersteuerung des Lasers, der Bewegung und/oder Metrologie nutzen und für eine Software-basierte vorgeschriebene Steuerung des Reinigungsprozesses sorgen. Die Lasersteuerung kann beispielsweise die Steuerung der Laserpulse sowie der Energiemenge während des Prozesses beinhalten.
  • Waferfertigungsprozess
  • Ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann als Teil eines neuen Waferfertigungsprozesses genutzt werden, der die Entfernung gebildeter Trübung von einer mit einem Pellikel versehenen Fotomaskenoberfläche umfasst. Typischerweise werden Fotomasken aus dem Waferdruckprozess entfernt, wenn der Trübungsgrad ausreichend hoch ist, dass der Waferdruckprozess beeinträchtigt wird. Die Zeit, bevor Fotomasken entfernt werden, wird typischerweise entweder durch direkte Detektion eines hohen Grades einer Trübungsverunreinigung bestimmt oder basiert auf einer im Voraus bestimmten Nutzungsdauer und/oder -grad in dem Waferprozess. Typischerweise wird die Fotomaske zu einer anderen Einrichtung befördert, um das Pellikel zu entfernen, die Fotomaske zu reinigen und ein anderes Pellikel auf die Fotomaske aufzubringen. Diese anderen Einrichtungen (z. B. Maskenbetriebe) haben die Ausrüstung, die erforderlich ist, um diese Aufgaben zu bewältigen sowie Fotomaskenreparaturen und zusätzlich Untersuchungen durchzuführen, die in einer Einrichtung zur Waferfertigung nicht notwendig sind. Während des Zeitraums, der für die Reinigung der Fotomasken und das Aufbringen eines neuen Pellikels notwendig ist, werden typischerweise doppelte Sätze der Fotomasken verwendet. Diese zusätzlichen Fotomasken tragen signifikant zu den Kosten des Waferdruckprozesses insgesamt bei, aufgrund der hohen erforderlichen Kosten bezüglich Material und Vorbereitung und Bewertung.
  • Ein neues Verfahren für die Waferfertigung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung, die eines oder mehrere der oben erörterten Verfahren zum Reinigen einer Fotomaskenoberfläche von Trübung nutzt. Ein typischer Waferfertigungsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht die Nutzung der Nassreinigungsbearbeitung zur Entfernung der Verunreinigungen von der Fotomaske, wie in 16A gezeigt. Ein alternatives Verfahren, das ebenfalls in den Umfang bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fällt, nutzt eines oder mehrere der oben beschriebenen Laserreinigungsverfahren zur Durchführung des Reinigungsvorgangs in der Waferfertigungseinrichtung und ohne Pellikelentfernung, wie in dem Ablaufdiagramm in 16B gezeigt. Dadurch können die Kosten für das zusätzliche Pellikel und/oder die Verschlechterung der Fotomaskenschicht, die durch die derzeitige Nassreinigungsbearbeitung erzeugt wird, minimiert oder eliminiert werden.
  • Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eliminiert der neue Waferfertigungsprozess die Verwendung zusätzlicher Masken oder Maskensätze für die Produktherstellung, während der ursprüngliche Satz gereinigt wird. Bei diesem Fertigungsprozess werden die ursprüngliche(n) Fotomaske(en) nach dem Reinigungsprozess direkt in die Produktion zurückgeführt, wie in dem Ablaufdiagramm in 16C gezeigt ist. Dadurch können doppelte Maskensätze eliminiert sowie die erforderlichen Vorbereitungszeiten für die Verwendung doppelter Maskensätze verringert werden. Die Verwendung einer Untersuchungsmetrologie zum Verifizieren des Reinigungsprozesses kann vorteilhafterweise vor dem Rückführen der Fotomaske in die Produktion genutzt werden. Diese Maßnahme kann beispielsweise in die Vorrichtung aufgenommen oder von einer zusätzlichen Vorrichtung an der Waferfertigungs- oder einer anderen Einrichtung vorgesehen sein. Ungeachtet der Metrologie wird die Prozesszeit für die Entfernung der Trübung der Fotomaske insgesamt verringert.
  • Die vielen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung ersichtlich, und daher sollen die anhängenden Ansprüche alle Merkmale und Vorteile der Erfindung, die dem wahren Sinn und Umfang der Erfindung entsprechen, abdecken. Ferner soll, da dem Fachmann ohne Weiteres zahlreiche Modifikationen und Variationen gegenwärtig werden, die Erfindung nicht auf die veranschaulichte und beschriebene exakte Konstruktion und Betriebsweise beschränkt sein, und demgemäß kann auf alle geeigneten Modifikationen und Äquivalente zurückgegriffen werden, die in den Umfang der Erfindung fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (37)

  1. Verfahren zum Identifizieren von Verunreinigungen auf der Oberfläche einer Fotomaske, umfassend die Schritte: Richten elektromagnetischer Wellen auf eine Fotomaske mit darauf befindlichen verunreinigenden Partikeln, wobei die elektromagnetischen Wellen eine Wellenlänge haben, die im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrum der Fotomaske ist; Erzeugen einer Temperaturerhöhung in der Fotomaske; Übertragen thermischer Energie von der Fotomaske auf die Verunreinigung, um Moleküle der Verunreinigung von der Oberfläche der Fotomaske freizusetzen; Erzeugen eines Druckdifferentials über der Fotomaske, um die freigesetzten Verunreinigungsmoleküle von der Fotomaske wegzubewegen; Einfangen der freigesetzten Moleküle der Verunreinigung und Analysieren der Zusammensetzung der Verunreinigung.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die elektromagnetischen Wellen Laserlicht sind.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Laserwellenlänge über 8 Mikrometer liegt.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Fotomaske wenigstens eine Dünnfilmschicht enthält.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Dünnfilmschicht strukturiert ist und hohle Bereiche enthält, unter denen jeweilige Abschnitte der Fotomaske freiliegen.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend das Aufrechterhalten einer Temperatur der Fotomaske unter einer Schwellwerttemperatur, um Schäden daran vorzubeugen.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Fotomaske wenigstens zwei Materialien enthält und die Laserwellenlänge im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums des Substrats ist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Druckdifferential über weniger als die gesamte Fotomaske lokalisiert wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Druckdifferential auf den Bereich lokalisiert wird, in dem der Laser auf die Fotomaske angewandt wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Druckdifferential innerhalb eines Sammelröhrchens erzeugt wird, das die Quelle der elektromagnetischen Wellen für die Fotomaske umgibt.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Einfangens der freigesetzten Verunreinigungsmoleküle die Schritte des Abkühlens des Sammelsubstrats auf unter 0 °C und das Verwenden des Druckdifferentials, um die freigesetzten Verunreinigungsmoleküle zu dem Sammelsubstrat zu leiten, umfasst.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Fotomaske und das Sammelsubstrat in einer trockenen Umgebung bei atmosphärischem Druck vorliegen.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Analysierens der Zusammensetzung der Verunreinigung Spektroskopie nutzt.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Analysierens der Zusammensetzung der Verunreinigung Massenspektroskopie nutzt.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Analysierens der Zusammensetzung der Verunreinigung den Grad und die Art der Verunreinigung bestimmt.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Analysierens der Zusammensetzung der Verunreinigung ferner den Schritt des Vergleichens des Grades und der Art der Verunreinigung mit einer Bezugsgröße für die Fotomaske umfasst.
  17. Verfahren zum Identifizieren von Verunreinigungen auf der Oberfläche eines Substrats, umfassend die Schritte: Richten elektromagnetischer Wellen auf ein Substrat in einer trockenen Umgebung bei atmosphärischem Druck mit darauf befindlichen verunreinigenden Partikeln, wobei die elektromagnetischen Wellen eine Wellenlänge haben, die im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums des Substrats ist; Erzeugen einer Temperaturerhöhung in dem Substrat; Übertragen thermischer Energie von dem Substrat auf die Verunreinigung, um Moleküle der Verunreinigung von der Oberfläche des Substrats freizusetzen; und Einfangen der freigesetzten Verunreinigungsmoleküle in einer gekühlten Sammelvorrichtung.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, ferner umfassend das Aufrechterhalten der Temperatur des Substrats unter einer Schwellwerttemperatur, um Schäden daran vorzubeugen.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die gekühlte Sammelvorrichtung eine Kälteplatte ist.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die gekühlte Sammelvorrichtung auf unter 0 °C abgekühlt wird.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei sich die gekühlte Sammelvorrichtung in unmittelbarer Nähe zu der Substratoberfläche befindet.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die gekühlte Sammelvorrichtung ein gekühltes abgeschlossenes Volumen mit einer Eintritts- und Austrittsöffnung ist.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei ein Druckdifferential zwischen dem gekühlten abgeschlossenen Volumen und der trockenen Umgebung erzeugt wird, so dass sich die freigesetzten Verunreinigungsmoleküle in das gekühlte abgeschlossene Volumen durch die Eintrittsöffnung bewegen.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die trockene Umgebung einen Taupunkt kleiner -10 °C hat.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die trockene Umgebung eine Inertgasumgebung ist.
  26. Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei das Inertgas Stickstoff ist.
  27. Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines Substrats, umfassend: das Richten elektromagnetischer Wellen auf das Substrat in einer trockenen Umgebung bei atmosphärischem Druck mit einer darauf befindlichen Verunreinigung, wobei die elektromagnetischen Wellen eine Wellenlänge haben, die im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums des Substrats ist; das Erzeugen einer Temperaturerhöhung in dem Substrat und das Übertragen thermischer Energie von dem Substrat auf die Verunreinigung, um die Verunreinigung zu zersetzen.
  28. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die elektromagnetischen Wellen Laserlicht sind.
  29. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die Laserwellenlänge über 8 Mikrometer liegt.
  30. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei das Substrat wenigstens eine Dünnfilmschicht enthält.
  31. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die Dünnfilmschicht strukturiert ist und hohle Bereiche enthält, unter denen jeweilige Abschnitte des Substrats freiliegen.
  32. Verfahren gemäß Anspruch 27, ferner umfassend das Aufrechterhalten einer Temperatur des Substrats unter einer Schwellwerttemperatur, um Schäden daran vorzubeugen.
  33. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei das Substrat wenigstens zwei Materialien enthält und die Laserwellenlänge im Wesentlichen dieselbe wie ein lokales Maximum des Absorptionsspektrums des Substrats ist.
  34. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die trockene Umgebung einen Taupunkt kleiner -10 °C hat.
  35. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die trockene Umgebung eine Inertgasumgebung ist.
  36. Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei das Inertgas Stickstoff ist.
  37. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei das Substrat in einer trockenen Umgebung bei atmosphärischem Druck platziert wird, bevor die Oberflächenreinigung beginnt.
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