DE102018217025A1

DE102018217025A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Analysieren eines Substrats

Info

Publication number: DE102018217025A1
Application number: DE102018217025.8A
Authority: DE
Inventors: Nicole Auth; Daniel RHINOW
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren (1000) zum Analysieren eines Substrats (105) mit den Schritten: (a) Abscheiden (1020) zumindest einer Opferschicht (220) auf dem Substrat (105) und Erzeugen (1020) zumindest einer Referenzmarkierung (230) auf der Opferschicht (220) mittels zumindest eines fokussierten Teilchenstrahls (127) und zumindest eines Präkursor-Gases; (b) Bestimmen (1030) einer Referenzposition (240) der zumindest einen Referenzmarkierung (230); und (c) Entfernen (1040) der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht (220); (d) wobei die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht (220) eine Größe aufweist, so dass eine Position der zumindest einen Referenzmarkierung (230) bestimmt werden kann, ohne das Substrat (105) wesentlich zu beschädigen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Analysieren eines Substrats.
Stand der Technik
Als Folge der ständig steigenden Integrationsdichte in der Mikroelektronik müssen photolithographische Masken immer kleiner werdende Strukturelemente in eine Photolackschicht eines Wafers abbilden. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wird die Belichtungswellenlänge zu immer kleineren Wellenlängen verschoben. Derzeit werden für Belichtungszwecke hauptsächlich Argonfluorid (ArF) Excimer-Laser eingesetzt, die bei einer Wellenlänge von 193 nm strahlen. An Lithographiesystemen, die Wellenlängen im extrem ultravioletten (EUV) Spektralbereich (10 nm bis 15 nm) nutzen, wird intensiv gearbeitet. Zur Erhöhung des Auflösungsvermögens von Wafer-Belichtungsprozessen werden gleichzeitig mehrere Varianten herkömmlicher binärer photolithographischer Masken entwickelt. Beispiele hierfür sind Phasenmasken oder phasenschiebende Masken und Masken für Mehrfachbelichtung.
Photolithographische Masken, Photomasken oder einfach Masken können aufgrund der immer kleiner werdenden Abmessungen der Strukturelemente nicht immer ohne auf einem Wafer sichtbare oder druckbare Defekte hergestellt werden. Wegen der kostspieligen Herstellung von Photomasken werden defekte Photomasken, wann immer möglich, repariert. Zwei wichtige Gruppen von Defekten photolithographischer Masken sind zum einen dunkle Defekte (dark defects). Dies sind Stellen, an denen Absorber- oder phasenschiebendes Material vorhanden ist, die frei von diesem Material sein sollten. Diese Defekte werden repariert, indem das überschüssige Material vorzugsweise mit Hilfe eines lokalen Ätzprozesses entfernt wird.
Zum anderen gibt es sogenannte klare Defekte (clear defects). Dies sind lokale Defekte auf der Photomaske, die bei optischer Belichtung in einem Wafer-Stepper oder Wafer-Scanner eine größere Lichtdurchlässigkeit aufweisen als eine identische defektfreie Referenzposition. Bei Maskenreparaturprozessen können diese Defekte durch Abscheiden eines Materials mit geeigneten optischen Eigenschaften behoben werden.
Typischerweise werden die Maskenfehler durch Teilchenstrahl-induzierte lokale Ätzprozesse oder lokale Abscheideprozesse korrigiert. Während der lokalen Bearbeitungsprozesse kann sich die zu korrigierende Maske infolge eines lokalen Energieeintrags erwärmen. Ferner weisen die zum Ausrichten des Defekts auf den zur Reparatur eingesetzten Teilchenstrahl verwendeten Mikromanipulatoren als Funktion der Zeit eine Drift auf. Falls die Reparaturprozesse mit geladenen Teilchenstrahlen ausgeführt werden, sind die Teilchenstrahl-induzierten Bearbeitungsprozesse mit dem Eintrag von Ladungen in Masken oder allgemeiner in Proben verbunden. Dies führt zu Verzerrungen bei der Abbildung einer zu bearbeitenden Stelle durch den geladenen Teilchenstrahl und verschlechtert dadurch die Qualität der Reparaturprozesse.
Um diese Effekte zu minieren, werden Referenzstrukturen oder Referenzmarkierungen in der Nähe der Bearbeitungsstelle einer Probe angebracht und in regelmäßigen Abständen abgetastet. Die gemessenen Abweichungen der Positionen der Referenzmarkierungen bezüglich einer Referenzposition werden zur Korrektur der Strahlposition des Teilchenstrahls während eines Bearbeitungsvorgangs der Probe verwendet. Der englische Ausdruck hierfür ist „drift correction“. Die hierfür verwendeten Referenzmarkierungen werden im Fachgebiet als „DC marks“ bezeichnet.
Die nachfolgend aufgeführten Dokumente beschäftigen sich mit der Thematik von Referenzmarkierungen: US 7 018 683 , EP 1 662 538 A2 , JP 2003-007247 A , US 2007 / 0 023 689 , US 2007 / 0 073 580 , US 6 740 456 B2 , US 2010 / 0 092 876 A1 und US 5 504 339 .
Häufig werden Referenzstrukturen oder Referenzmarkierungen erzeugt, indem Material in der Nähe der zu bearbeitenden Stelle der Probe abgeschieden wird. Falls möglich, werden die Referenzmarkierungen an Stellen auf einer Photomaske angebracht, an der diese den Betrieb einer Maske nicht stören. Bei binären Photomasken sind dies beispielsweise Elemente des Absorber-Patterns. Durch die abnehmenden Abmessungen der Pattern-Elemente weisen die Referenzmarkierungen Abmessungen auf, die die Abmessungen des Absorber-Patterns erreichen oder zum Teil überschreiten. Zum anderen ist bei bestimmten Lithographie-Verfahren oder Maskentypen immer eine Entfernung der Referenzmarkierungen nach einem erfolgten Bearbeitungsprozess notwendig. Dies gilt beispielsweise beim Einsatz EUV-Lithographie aufgrund der reflektiven Abbildungsoptik mit nicht senkrechtem Lichteinfall auf die EUV-Maske oder auch für Nanoimprint-Lithographie-Verfahren.
Die Patentschrift US 9 721 754 B2 der Anmelderin beschreibt Referenzmarkierungen, zu deren Herstellung Material verwendet wird, das mittels eines Standardmaskenreinigungsprozesses von der Maske entfernt werden kann. Die für diesen Prozess geeigneten Materialien weisen jedoch zumeist eine geringe Resistenz gegenüber den lokalen Ätzprozessen eines Bearbeitungsprozesses auf. Aufgrund dieses Mangels verändern sich die abgeschiedenen Referenzmarkierungen während eines Bearbeitungsprozesses der Maske so stark, dass sich die Genauigkeit, mit der die Position der jeweiligen Referenzmarkierung bestimmt werden kann, drastisch verschlechtert.
Bearbeitungsprozesse, die in Form von lokalen Depositionsprozessen ausgeführt werden, weisen zudem die Schwierigkeit auf, dass die Referenzmarkierungen während eines Abscheidevorgangs ganz oder teilweise von dem Material umschlossen wird, das zur Korrektur von klaren Defekten verwendet wird. Dieses Korrekturmaterial ist nur sehr schlecht von einer Photomaske entfernbar. Das um eine Referenzmarkierung abgeschiedene Korrekturmaterial erschwert das Entfernen der Referenzmarkierung nach einem Bearbeitungsprozess des Substrats erheblich, so dass deren Entfernbarkeit nicht mehr zuverlässig gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit deren die oben beschriebenen Schwierigkeiten beim Analysieren eines Substrats zumindest zum Teil vermieden werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 15 gelöst. In einer Ausführungsform weist das Verfahren zum Analysieren eines Substrats die Schritte auf: (a) Abscheiden zumindest einer Opferschicht auf dem Substrat und Erzeugen zumindest einer Referenzmarkierung auf der Opferschicht mittels zumindest eines fokussierten Teilchenstrahls und zumindest eines Präkursor-Gases; (b) Bestimmen einer Referenzposition der zumindest einen Referenzmarkierung; und (c) Entfernen der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht; (d) wobei die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht eine Größe aufweist, so dass eine Position der zumindest einen Referenzmarkierung bestimmt werden kann, ohne das Substrat wesentlich zu beschädigen.
Das Abtasten eines Substrats mit einem fokussierten Teilchenstrahl kann Schäden in dem abgetasteten oder gescannten Bereich des Substrats verursachen. Das Ausmaß der auftretenden Schäden hängt von der Art des Teilchenstrahls ab. So bewirkt etwa ein Ionenstrahl, ein Atomstrahl oder ein Molekülstrahl eine massive Beschädigung des gescannten Bereichs durch den großen Impulsübertrag der massiven Teilchen auf das Gitter des Substrats. Zudem wird ein Teil der Teilchen eines Ionen-, Atom- oder Molekülstrahls in das Gitter des Substrats eingebaut.
Ein Elektronenstrahl hinterlässt - aufgrund der geringen Elektronenmasse - hingegen typischerweise nur sehr geringe Schäden in dem abgetasteten Bereich des Substrats. Ein mehrfaches oder gar ein vielfaches Scannen eines Bereichs des Substrats zum Bestimmen der Position einer Referenzmarkierung hinterlässt häufig jedoch eine wenn auch geringe Beschädigung des abgetasteten Bereichs des Substrats. Eine lokale Beschädigung eines Substrats etwa einer photolithographischen Maske während eines Defektkorrekturprozesses verändert jedoch lokal die Eigenschaften des Maskensubstrats und führt so zu Abbildungsfehlern beim Einsatz der korrigierten Photomaske.
Indem die Größe der Opferschicht so gewählt wird, dass der fokussierte Teilchenstrahl zum Bestimmen der Position einer Referenzmarkierung zum überwiegenden Teil über der Abtastzeitdauer über die Opferschicht scannt, kann eine Beschädigung des Substrats zuverlässig vermieden werden.
Durch das Anbringen einer Referenzmarkierung auf einer Opferschicht - anstelle eines direkten Abscheidens auf dem Substrat - wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad gewonnen. So kann die Opferschicht so ausgelegt werden, dass diese am Ende eines Bearbeitungsprozesses eines Substrats in einfacher Weise und im Wesentlichen vollständig vom Substrat entfernt werden kann. Von diesem Zwang unberührt, kann die Referenzmarkierung so designt werden, dass diese sowohl ein vielfaches Bestimmen der Position der Referenzmarkierung als auch einen oder mehrere ausgedehnte Bearbeitungsprozesse des Substrats im Wesentlichen unverändert übersteht.
Die Ausdrücke „wesentlich“ und „im Wesentlichen“ bedeuten hier wie an anderen Stellen dieser Beschreibung eine Angabe einer gemessenen Größe innerhalb der üblichen Fehlergrenzen beim Verwenden von Messtechnik nach dem Stand der Technik.
Zumindest eine Mehrheit der Teilchen des zumindest einen fokussierten Teilchenstrahls kann während des Bestimmens der Position der zumindest einen Referenzmarkierung auf die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht auftreffen.
Die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht und die zumindest eine Referenzmarkierung können eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen.
Dadurch ergibt sich beim Scannen der Referenzmarkierung neben dem Topologiekontrast der Referenzmarkierung zusätzlich ein Materialkontrast zwischen der Opferschicht und der Referenzmarkierung.
Eine Fläche der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht kann um einen Faktor 1,2, bevorzugt einen Faktor 1,5, mehr bevorzugt einen Faktor 2, und am meisten bevorzugt einen Faktor 3 größer sein als ein Scan-Bereich des zumindest fokussierten Teilchenstrahls zum Bestimmen der Position der zu zumindest einen Referenzmarkierung.
Die Fläche der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht kann laterale Abmessungen in einen Bereich von 30 nm bis 100 µm, bevorzugt 50 nm bis 50 µm, mehr bevorzugt 100 nm bis 20 µm, und am meisten bevorzugt 200 nm bis 10 µm aufweisen, und/oder eine Dicke der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht kann einen Bereich von 1 nm bis 10 µm, bevorzugt 2 nm bis 1 µm, mehr bevorzugt 3 nm bis 300 nm, und am meisten bevorzugt 5 nm bis 100 nm aufweisen.
Die Fläche einer abgeschiedenen Opferschicht kann beispielsweise quadratisch oder rechteckig sein. Die laterale Abmessung bezieht sich auf die kürzere der Seiten eines Rechtecks. Die Fläche einer abzuscheidenden Opferschicht kann an die Fläche des Scan-Bereichs des zumindest einen fokussierten Teilchenstrahls angepasst werden.
Die zumindest eine Referenzmarkierung kann laterale Abmessungen in einem Bereich von 1 nm bis 1000 nm, bevorzugt 3 nm bis 500 nm, mehr bevorzugt 10 nm bis 300 nm, und am meisten bevorzugt 20 nm bis 100 nm aufweisen und/oder die zumindest eine Referenzmarkierung kann eine Dicke im Bereich 5 nm bis 10 µm, bevorzugt 10 nm bis 2 µm, mehr bevorzugt 20 nm bis 500 nm, und am meisten bevorzugt 50 nm bis 200 nm aufweisen.
Das zumindest eine Präkursor-Gas kann ein erstes Abscheidegas zum Abscheiden der zumindest einen Opferschicht umfassen, und das zumindest eine erste Abscheidegas kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: ein Metallalkyl, ein Übergangselementalkyl, ein Hauptgruppenalkyl, ein Metallcarbonyl, ein Übergangselementcarbonyl, ein Hauptgruppencarbonyl, ein Metallalkoxyd, ein Übergangselementalkoxyd, ein Hauptgruppenalkoxyd, ein Metallkomplex, ein Übergangselementkomplex, ein Hauptgruppenkomplex, und eine organische Verbindung.
Die Metallalkyle, Übergangselementalkyle und Hauptgruppenalkyle können zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Cyclopentadienyl- (Cp) Trimethyl-Platin (CpPtMe₃), Mehtylcylopentadienyl- (MeCp) Trimethyl-Platin (MeCpPtMe₃), Tetramethylzinn (SnMe₄), Trimethylgallium (GaMe₂), Ferrocen (Cp₂Fe), und Bis-Aryl-Chrom (Ar₂Cr). Die Metallcarbonyle, Übergangselementcarbonyle und die Hauptgruppencarbonyle können zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆), Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆), Wolframhexacarbonyl (W(CO)₆), Dikobaltoctacarbonyl (Co₂(CO)₈), Trirutheniumdodecadecarbonyl (Ru₃(CO)₁₂), und Eisenpentacarbonyl (Fe(CO)₅). Die Metallalkoxyde, Übergangselementalkoxyde und Hauptgruppenalkoxyde können zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Tetraethylorthosilicat (TEOS, Si(OC₂H₅)₄) und Tetraisopropoxytitan (Ti(OC₃H₇)₄). Die Metallhalogenide, Übergangselementhalogenide und Hauptgruppenhalogenide können zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Wolframhexafluorid (WF₆), Wolframhexachlorid (WCl₆), Titanhexachlorid (TiCl₆), Bortrichlorid (BCl₃) und Siliziumtetrachlorid (SiCl₄). Die Metallkomplexe, Übergangselementkomplexe und Hauptgruppenkomplexe können zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Kupfer-Bis-Hexafluoroacetylacetonat (Cu(C₅F₆HO₂)₂) und Dimethyl-Gold-Trifluoroacetylacetonat (Me₂Au(C₅F₃H₄O₂)). Die organischen Verbindungen können zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO₂), aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Bestandteile von Vakuum-Pumpenölen, und volatile organische Verbindungen.
Das zumindest eine Präkursor-Gas kann ein zweites Abscheidegas zum Erzeugen der zumindest einen Referenzmarkierung umfassen, das zumindest eine zweite Abscheidegas kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Tetraethylorthosilicat (Si(OC₂H₅)₄), ein Metallcarbonyl, ein Übergangselementcarbonyl, und ein Hauptgruppencarbonyl. Die Metallcarbonyle, Übergangselementcarbonyle und die Hauptgruppencarbonyle können zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆), Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆), Wolframhexacarbonyl (W(CO)₆), Dikobaltoctacarbonyl (Co₂(CO)₈), Trirutheniumdodecadecarbonyl (Ru₃(CO)₁₂), und Eisenpentacarbonyl (Fe(CO)₅).
Das zumindest eine Präkursor-Gas kann zumindest ein additives Gas aus der Gruppe umfassen: ein Oxidationsmittel, ein Halogenid, und ein Reduktionsmittel.
Das Oxidationsmittel kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Sauerstoff (O₂), Ozon (O₃), Wasserdampf (H₂O), Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Distickstoffoxid (N₂O), Stickstoffoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂), und Salpetersäure (HNO₃), und/oder das Halogenid kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Chlor (Cl2), Salzsäure (HCl), Xenondifluorid (XeF2), Flusssäure (HF), Jod (I2), Hydrogenjodid (HI), Brom (Br2), Hydrogenbromid (HBr), Nitrosylchlorid (NOC1), Phosphortrichlorid (PCl₃), Phosphorpentachlorid (PCl₅), und Phosphortrifluorid (PF₃), und/oder das Reduktionsmittel kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: Wasserstoff (H₂), Ammoniak (NH₃), und Methan (CH₄).
Das erste Abscheidegas kann Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆) umfassen, das zumindest eine additive Gas kann Stickstoffdioxid (NO₂) umfassen, und das zweite Abscheidegas kann Tetraethylorthosilicat (Si(OC₂H₅)₄) oder Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆) umfassen. Stickstoffdioxid kann als additives Gas zum Abscheiden der zumindest einen Opferschicht eingesetzt werden.
Es ist ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens, dass sowohl die Opferschicht(en) als auch die Referenzmarkierung(en) mit einer einzigen Vorrichtung generiert werden können.
Das Entfernen der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht und der zumindest einen Referenzmarkierung kann im Schritt c. gemeinsam erfolgen.
Das Entfernen der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht kann in einem nasschemischen Reinigungsprozess erfolgen.
Es ist ein Vorteil des definierten Verfahrens, dass Opferschichten und Referenzmarkierungen in einem üblichen Reinigungsprozess im Wesentlichen vollständig vom Substrat entfernt werden können.
Der nasschemische Reinigungsprozess kann mit Wasser und/oder einer wässrigen Lösung mit zumindest einem darin gelösten Zusatzstoff ausgeführt werden. Der Zusatzstoff kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: eine Säure, eine Base, ein gelöstes oxidierendes Gas, und ein gelöstes reduzierendes Gas. Ferner können ein oder mehrere Reinigungsschritte unter Ultraschall- oder Megaschallanregung ausgeführt werden. Zudem ist es möglich, einen oder mehrere Reinigungsschritte unter Einwirkung von ultraviolettem (UV) und/oder infrarotem (IR) Licht auszuführen.
Das Substrat kann zumindest einen Defekt aufweisen und das Verfahren kann den weiteren Schritt umfassen: Abscheiden einer zweiten Opferschicht um zumindest einen Teil des zumindest einen Defekts.
Das Teilchenstrahl-induzierte Bearbeiten eines Defekts mit Hilfe eines lokalen Ätzprozesses und/oder Abscheideprozesses kann zu lokalen Veränderungen der Eigenschaften um die Bearbeitungsstelle herum führen. Durch ein gezieltes Abdecken der betroffenen lokalen Bereiche des Substrats mit einer zweiten Opferschicht kann ein Absetzen von Resten des bzw. der zur Bearbeitung des Defekts eingesetzten Präkursor-Gase auf das Substrat in der Nähe der Bearbeitungsstelle weitgehend vermieden werden. Die zweite Opferschicht wird nach Abschluss des Bearbeitungsvorgangs zusammen mit der ersten Opferschicht in einem gemeinsamen Reinigungsprozess von dem Substrat entfernt.
Der zumindest eine fokussierte Teilchenstrahl kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: ein Elektronenstrahl, ein Ionenstrahl, ein Atomstrahl, ein Molekülstrahl und ein Photonenstrahl.
Das Abscheiden der zumindest einen Opferschicht kann mit einem ersten Teilchenstrahl und das Erzeugen der zumindest einen Referenzmarkierung kann mit einem zweiten Teilchenstrahl ausgeführt werden. Der erste Teilchenstrahl und der zweite Teilchenstrahl können gleich oder verschieden sein.
Das Substrat kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: eine integrierte Schaltung, ein Halbleiter-Bauelement, ein mikro-elektromechanisches System (MEMS), ein optisches Element, eine photonische integrierte Schaltung (PIC), eine photolithographische Maske, ein Template für die Nanoimprint-Lithographie, und eine Leiterplatte. Eine photolithographische Maske kann eine transmissive oder eine reflektierende photolithographische Maske umfassen.
Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen: Bearbeiten des Substrats nach dem Bestimmen der Referenzposition der zumindest einen Referenzmarkierung. Das Bearbeiten des Substrats kann das Bearbeiten eines Defekts des Substrats umfassen. Der Defekt kann einen Defekt fehlenden Materials oder einen Defekt überschüssigen Materials umfassen.
Das Bearbeiten des Defekts kann mittels des fokussierten Teilchenstrahls und zumindest einem zweiten Präkursor-Gas ausgeführt werden. Das zweite Präkursor-Gas kann zumindest ein Element aus der Gruppe umfassen: ein Ätzgas, ein Abscheidegas und ein zweites additives Gas. Alternativ ist es auch möglich, überschüssiges Material durch Ausführen eines Sputter-Prozesses mit einem fokussierten Teilchenstrahl, vorzugsweise eines Ionenstrahls von dem Substrat zu entfernen. Überdies ist es möglich, einen ersten Teil des überschüssigen Materials mittels eines Sputter-Prozesses und einen zweiten Teil mittels eines Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozesses vom Substrat zu entfernen.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Analysieren eines Substrats auf: (a) Mittel zum Abscheiden zumindest einer Opferschicht auf dem Substrat und Mittel zum Erzeugen zumindest einer Referenzmarkierung auf der Opferschicht mittels zumindest eines fokussierten Teilchenstrahls und zumindest eines Präkursor-Gases; (b) Mittel zum Bestimmen einer Referenzposition der zumindest einen Referenzmarkierung; und (c) wobei die Mittel zum Abscheiden ausgebildet sind, die zumindest eine Opferschicht in einer Größe abzuscheiden, so dass die Mittel zum Bestimmen einer Position der zumindest einen Referenzmarkierung das Substrat im Wesentlichen nicht beschädigen.
Die Mittel zum Abscheiden können ausgebildet sein, die zumindest eine Opferschicht mit einer Größe abzuscheiden, die um einen Faktor 1,2, bevorzugt einen Faktor 1,5, mehr bevorzugt einen Faktor 2, und am meisten bevorzugt einen Faktor 3 größer ist als ein Scan-Bereich, den das Mittel zum Bestimmen der Position der zumindest einen Referenzmarkierung verwendet.
Die Mittel zum Erzeugen können ausgebildet sein, die zumindest eine Referenzmarkierung mit lateralen Abmessungen in einem Bereich von 1 nm bis 1000 nm, bevorzugt 3 nm bis 500 nm, mehr bevorzugt 10 nm bis 300 nm, und am meisten bevorzugt 20 nm bis 100 nm zu erzeugen, und/oder können ausgebildet sein, die zumindest eine Referenzmarkierung mit einer Dicke im Bereich 1 nm bis 10 µnm, bevorzugt 5 nm bis 2 µm, mehr bevorzugt 10 nm bis 500 nm, und am meisten bevorzugt 50 nm bis 200 nm zu erzeugen.
Die Mittel zum Abscheiden und/oder die Mittel zum Erzeugen können ausgebildet sein, die Größe der Opferschicht und/oder eine Größe der Referenzmarkierung nach dem Festlegen einer Platzierungsstelle der zumindest einen Referenzmarkierung automatisch zu bestimmen.
Nach dem Identifizieren eines Defekts eines Substrats wird eine oder mehrere Stellen auf dem Substrat bestimmt, an denen Referenzmarkierungen erzeugt werden sollen. Aus der Kenntnis des Fokusdurchmessers des fokussierten Teilchenstrahls ermittelt eine Recheneinheit der Vorrichtung eine Größe der Referenzmarkierung(en). Die Größe der Referenzmarkierungen umfasst zum einen die Fläche der Referenzmarkierung(en) und zum anderen deren Höhe.
Auf der Basis des zum Bestimmen der Position(en) der Referenzmarkierung(en) verwendeten Scan-Bereiches des fokussierten Teilchenstrahls bestimmt die Recheneinheit der Vorrichtung die Größe der Opferschicht(en). Dabei bedeutet die Größe wiederum zum einen eine Fläche der Opferschicht(en) auf dem Substrat und zum anderen eine Dicke der abzuscheidenden Opferschicht(en).
Das Mittel zum Bestimmen der Referenzposition der zumindest eine Referenzmarkierung kann den zumindest einen fokussierten Teilchenstrahl umfassen.
Die Vorrichtung zum Analysieren eines Substrats kann ferner Mittel aufweisen, die ausgebildet sind, das Substrat zu analysieren. Die Mittel zum Analysieren des Substrats können den zumindest einen Teilchenstrahl umfassen. Ferner kann die Vorrichtung zum Analysieren eines Substrats Mittel aufweisen, die ausgebildet sind, das Substrat zu bearbeiten. Die Mittel zum Bearbeiten des Substrats können den zumindest einen Teilchenstrahl alleine oder in Kombination mit zumindest einem zweiten Präkursor-Gas umfassen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Analysieren eines Substrats, zum Abscheiden einer Opferschicht, zum Erzeugen einer Referenzmarkierung und zum Bearbeiten des Substrats eingesetzt werden. Es ist ein Vorteil der definierten Vorrichtung, dass diese das kontrollierte Ausführen verschiedener lokaler Prozesse an einem Substrat ermöglicht. Dadurch wird es möglich, Drift-Prozesse und/oder elektrostatische Aufladungsprozesse während des Analysierens und insbesondere während des Reparierens des Substrats weitgehend zu kompensieren.
Die Vorrichtung zum Analysieren eines Substrats kann ausgebildet sein, um die Verfahrensschritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Schließlich kann ein Computerprogramm Anweisungen umfassen, die ein Computersystem der oben beschriebenen Vorrichtung veranlassen, die Verfahrensschritte des oben erläuterten Verfahrens auszuführen.
Figurenliste
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei

1 schematisch ein Blockdiagramm einiger wichtiger Komponenten einer Vorrichtung darstellt, die zum Analysieren eines Substrats eingesetzt werden kann;
2 schematisch eine Aufsicht auf einen Ausschnitt aus einem Substrat darstellt, der einen Defekt, eine Opferschicht, eine Referenzmarkierung, eine Referenzposition und einen Scan-Bereich eines Teilchenstrahls zum Bestimmen der Referenzposition der Referenzmarkierung wiedergibt;
3 den Ausschnitt der 2 wiedergibt, der nach Ausführen eines Teils eines Reparaturprozesses des Defekts eine Drift zwischen dem Substrat und einer Position des Teilchenstrahls anzeigt;
4 ein Rasterelektronenbild eines Ausschnitts eines Substrats nach dem Ausführen eines Reparaturprozesses eines Defekts fehlenden Materials zeigt, der mit Hilfe eines Teilchenstrahl-induzierten Abscheideprozesses repariert wurde, wobei neun Referenzmarkierungen zum Kompensieren einer Drift während des Reparaturprozesses eingesetzt wurden, die äußeren vier Referenzmarkierungen wurden direkt auf das Substrat abgeschieden, wohingegen die fünf inneren Referenzmarkierungen auf Opferschichten abgeschieden wurden;
5 den Ausschnitt der 4 nach Ausführen eines Reinigungsprozesses des Substrats präsentiert;
6 ein Rasterelektronenbild eines Ausschnitts eines Substrats nach dem Ausführen eines Reparaturprozesses eines Defekts überschüssigen Materials darstellt, der mit Hilfe eines Teilchenstrahl-induzierten Abscheideprozesses repariert wurde, wobei neun Referenzmarkierungen zum Kompensieren einer Drift während des Reparaturprozesses eingesetzt wurden, die äußeren vier Referenzmarkierungen wurden direkt auf das Substrat abgeschieden, wohingegen die fünf inneren Referenzmarkierungen auf Opferschichten erzeugt wurden;
7 den Ausschnitt der 6 nach Ausführen eines Reinigungsprozesses des Substrats präsentiert;
8 eine AIMS™-Messung eines reparierten Ausschnitts einer Photomaske zeigt, zu deren Reparatur Referenzmarkierungen auf Opferschichten eingesetzt wurden;
9 ein SEM-Bild eines Ausschnitts der reparierten Photomaske der 8 präsentiert; und
10 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Analysieren eines Substrats mit Hilfe von Referenzmarkierungen wiedergibt.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Analysieren von Substraten am Beispiel eines modifizierten Rasterelektronenmikroskops genauer erläutert, das eingesetzt werden kann, Defekte photolihtographischer Masken zu reparieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren sind jedoch nicht auf die nachfolgend beschriebenen Beispiele beschränkt. Wie ein Fachmann unschwer erkennen wird, kann anstelle des diskutierten Rasterelektronenmikroskops ein beliebiges Rasterteilchenmikroskop eingesetzt werden, das beispielsweise einen fokussierten Ionenstrahl und/oder einen fokussierten Photonenstrahl als Energiequelle benutzt. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf den Einsatz der im Folgenden beispielhaft diskutierten Substrate in Form von Photomasken beschränkt. Vielmehr kann dieses zur Analyse der oben beispielhaft angegebenen Ausführungsformen von Substraten eingesetzt werden.
Die 1 zeigt schematisch wesentliche Komponenten einer Vorrichtung 100, die zum Analysieren und/oder Reparieren von Proben 105 eingesetzt werden kann. Die Probe 105 kann beispielsweise in Form eines Substrats 105 vorliegen. Die Probe 105 kann eine beliebige mikrostrukturierte Komponente oder Bauteil sein. Beispielsweise kann die Probe 105 eine transmissive, eine reflektive Photomaske oder ein Template für die Nanoimprint-Technik umfassen. Ferner kann die Vorrichtung 100 zum Analysieren und/oder Reparieren beispielsweise einer integrierten Schaltung, eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) und/oder einer photonischen integrierten Schaltung (PIC) einsetzt werden. In den nachfolgend erläuterten Beispielen ist die Probe 105 ein Substrat 105 einer photolithographischen Maske.
Die beispielhafte Vorrichtung 100 der 1 ist ein modifiziertes Rasterelektronenmikroskop (SEM für Scanning Electron Microscope). Eine Elektronenkanone 115 erzeugt einen Elektronenstrahl 127, der von den Strahl-formenden und Strahl-ablenkenden Elementen 120 und 125 als fokussierter Elektronenstrahl 127 auf das Substrat 105 gerichtet wird, das auf einem Probentisch 110 (oder Stage) angeordnet ist.
Der Probentisch 110 weist Mikromanipulatoren auf (in der 1 nicht gezeigt), mit deren Hilfe eine defekte Stelle 260 des Substrats 105 unter den Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 127 auf das Substrat 105 gebracht werden kann. Zudem kann der Probentisch 110 in der Höhe, d.h. in Strahlrichtung des Elektronenstrahls 127 verschoben werden, so dass der Fokus des Elektronenstrahls 127 auf der Oberfläche des Substrats 105 zu liegen kommt (in der 1 ebenfalls nicht dargestellt). Ferner kann der Probentisch 110 eine Vorrichtung zum Einstellen und Kontrollieren der Temperatur beinhalten, die es ermöglicht, das Substrat 105 auf eine vorgegebene Temperatur zu bringen und bei dieser Temperatur zu halten (in der 1 nicht angegeben).
Die Vorrichtung 100 der 1 verwendet einen Elektronenstrahl 127 als Energiequelle 115 zum Initiieren einer lokalen chemischen Reaktion auf dem Substrat 105. Ein Elektronenstrahl 127 kann auf einen kleinen Brennfleck mit einem Durchmesser < 10 nm fokussiert werden. Zudem verursachen Elektronen, die auf die Oberfläche des Substrats 105 auftreffen, sehr viel weniger Schäden an dem Substrat 105 verglichen beispielsweise mit einem Ionenstrahl, selbst wenn deren kinetische Energie über einen großen Energiebereich variiert. Die Vorrichtung 100 und das hier vorgestellte Verfahren sind jedoch nicht auf den Einsatz eines Elektronenstrahls 127 beschränkt. Vielmehr kann ein beliebiger Teilchenstrahl 127 benutzt werden, der in der Lage ist, lokal eine chemische Reaktion eines Präkursor-Gases am Auftreffpunkt des Teilchenstrahls 127 auf der Oberfläche des Substrats 105 zu bewirken. Beispiele alternativer Teilchenstrahlen sind ein Ionenstrahl, ein Atomstrahl, ein Molekularstrahl und/oder ein Photonenstrahl. Ferner ist es möglich, zwei oder mehrere Teilchenstrahlen parallel zu verwenden. Insbesondere ist es möglich, gleichzeitig einen Elektronenstrahl 127 und einen Photonenstrahl als Energiequelle 115 einzusetzen (in der 1 nicht gezeigt).
Der Elektronenstrahl 127 kann zum Aufnehmen eines Bildes des Substrats 105, etwa einer Photomaske, insbesondere einer defekten Stelle des Substrats 105 bzw. einer Photomaske benutzt werden. Ein Detektor 130 zum Detektieren rückgestreuter Elektronen und/oder von Sekundärelektronen liefert ein Signal, das proportional zur Oberflächenkontur und/oder zur Zusammensetzung des Substrats 105 ist.
Durch Scannen oder Rastern des Elektronenstrahls 127 über das Substrat 105 mit Hilfe einer Steuerungseinheit 145 kann ein Computersystem 140 der Vorrichtung 100 ein Bild des Substrats 105 erzeugen. Die Steuerungseinheit 145 kann Teil des Computersystems 140 sein, wie in der 1 veranschaulicht oder kann als eine separate Einheit ausgeführt sein (in der 1 nicht dargestellt). Das Computersystem 140 kann Algorithmen beinhalten, die in Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination hiervon realisiert sind und die es ermöglichen, ein Bild aus den Messdaten des Detektors 130 zu extrahieren. Ein Bildschirm des Computersystems 140 (in der 1 nicht gezeigt) kann das berechnete Bild darstellen. Darüber hinaus kann das Computersystem 140 die Messdaten des Detektors 130 und/oder das berechnete Bild speichern. Ferner kann die Steuerungseinheit 145 des Computersystems 140 die Elektronenkanone 115 und die Strahl-abbildenden und Strahl-formenden Elemente 120 und 125 kontrollieren. Steuersignale der Steuerungseinheit 145 können ferner die Bewegung des Probentisches 110 durch die Mikromanipulatoren kontrollieren (in der 1 nicht angegeben).
Der auf das Substrat 105 einfallende Elektronenstrahl 127 kann das Substrat 105 elektrostatisch aufladen. Dadurch kann der Elektronenstrahl 127 abgelenkt werden und die Ortsauflösung beim Aufnehmen eines Defekts und/oder bei dessen Reparatur kann verringert werden. Überdies können die Mikromanipulatoren, die zum Ausrichten des Substrats 105 bezüglich eines zu analysierenden und/oder zu reparierenden Bereichs des Substrats 105 mit dem Elektronenstrahl 127 verwendet werden, einer Drift unterliegen. Zur Verringerung der Auswirkung einer elektrostatischen Aufladung des Substrats 105 und/oder einer thermischen Drift weist die Vorrichtung Vorratsbehälter auf, um Opferschichten und Referenzmarkierungen auf das Substrat 105 anzubringen, die es ermöglichen, während des Analysierens, d.h. des Untersuchens und des Reparierens des Substrats 105 die oben beschriebenen nachteiligen Wirkungen zum großen Teil zu vermeiden.
Zum Abscheiden einer Opferschicht weist die Vorrichtung 100 einen ersten Behälter 150 auf, der ein erstes Abscheidegas speichert. Der erste Behälter kann hierfür ein Metallcarbonyl wie etwa Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆) speichern. Der zweite Vorratsbehälter 155 kann ein zweites Abscheidegas bevorraten, das zur Erzeugung von Referenzmarkierungen eingesetzt wird. Das zweite Abscheidegas kann beispielsweise Tetraethylorthosilicat (TEOS, Si(OC₂H₅)₄) oder Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆) speichern. Ein dritter Speicherbehälter 160 kann ein additives Gas, beispielsweise ein Oxidationsmittel, wie etwa Stickstoffdioxid (NO₂) speichern. Ein additives Gas kann zum Unterstützen des Abscheidens einer Opferschicht und/oder zum Unterstützen beim Generieren von Referenzmarkierungen eingesetzt werden. Es ist bevorzugt, das additive Gas Stickstoffdioxid zum Abscheiden von Opferschichten zu verwenden.
Um das auf dem Probentisch 110 angeordnete Substrat 105 zu bearbeiten, d.h. dessen Defekt(e) zu reparieren, weist die Vorrichtung 100 zumindest drei Vorratsbehälter für zumindest ein zweites Präkursor-Gas auf. Das zweite Präkursor-Gas umfasst in der beispielhaften Vorrichtung 100 der 1 drei verschiedene Bearbeitungsgase. Der vierte Vorratsbehälter 165 speichert ein zweites Präkursor-Gas in Form eines dritten Abscheidegases. Letztes wird zum Abscheiden von fehlendem Material auf das Substrat 105 mit Hilfe eines Elektronenstrahl-induzierten Abscheideprozesses (EBID, Electron Beam Induced Deposition) verwendet. Anders als etwa das Material der Opferschicht soll das aus dem vierten Vorratsbehälter abgeschiedene Material sehr gut auf dem Substrat 105 haften und dessen physikalische und optische Eigenschaften soweit wie möglich nachbilden. In dem vierten Vorratsbehälter 165 kann beispielsweise ein Hauptgruppenelementalkoxd gespeichert werden, wie etwa TEOS.
Der fünfte Vorratsbehälter 170 speichert ein zweites Präkursor-Gas in Form eines Ätzgases. Das Ätzgas des fünften Speicherbehälters 170 wird benutzt, um überschüssiges Material von dem Substrat 105 mit Hilfe eines lokalen Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozesses (EBIE, Electron Beam Induced Etching) von dem Substrat zu entfernen. Ein häufig verwendetes Ätzgas ist Xenondifluorid (XeF₂). In einer alternativen Ausführungsform weist die Vorrichtung 100 einen Teilchenstrahl auf, der einen Sputter-Prozess ausführen kann, beispielsweise einen Ionenstrahl (in der 1 nicht dargestellt). Ein Ätzgas zum Entfernen von überschüssigem Material wird in dieser Ausführungsform nicht benötigt.
Der sechste Vorratsbehälter 175 speichert zweites additives Gas. Dieses kann ein Halogenid sein, wie etwa Chlor (Cl₂) oder ein Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniak (NH₃).
Jeder Vorratsbehälter 150, 155, 160, 165, 170, 175 hat in der beispielhaften Vorrichtung 100 der 1 sein eigenes Steuerventil 151, 156, 161, 166, 171, 176, um den pro Zeiteinheit bereitgestellten Betrag des entsprechenden Gases, d.h. den Gasmengenstrom an der Stelle des Auftreffens des Elektronenstrahls 127 zu kontrollieren bzw. zu steuern. Die Steuerventile 151, 156, 161, 166, 171 und 176 werden durch die Steuerungseinheit 145 des Computersystems 140 gesteuert und kontrolliert. Damit lassen sich die Partialdruckverhältnisse der am Bearbeitungsort bereitgestellten Gase in einem weiten Bereich einstellen.
Ferner hat in der beispielhaften Vorrichtung 100 jeder Vorratsbehälter 150, 155, 160, 165, 170, 175 sein eigenen Gaszuleitungssystem 152, 157, 162, 167, 172, 177, das mit einer Düse in der Nähe des Auftreffpunkts des Elektronenstrahls 127 auf dem Substrat 105 endet. In einer alternativen Ausführungsform (in der 1 nicht repräsentiert) wird ein Gaszuleitungssystem eingesetzt, um mehrere oder alle Bearbeitungsgase in einem gemeinsamen Strom auf die Oberfläche der Probe 105 zu bringen.
In dem in der 1 dargestellten Beispiel sind die Ventile 151, 156, 161, 166, 171, 176 in der Nähe der entsprechenden Behälter 150, 155, 160, 165, 170, 175 angeordnet. In einer alternativen Anordnung können die Steuerventile, 151, 156, 161, 166, 171, 176 in der Nähe der entsprechenden Düsen eingebaut werden (in der 1 nicht gezeigt). Anders als in der 1 dargestellt und gegenwärtig nicht bevorzugt, ist es auch möglich, ein oder mehrere der in den Behältern 150, 155, 160, 165, 170, 175 gespeicherten Gase ungerichtet im unteren Teil der Vakuumkammer 102 der Vorrichtung 100 bereitzustellen. In diesem Fall ist es notwendig, dass die Vorrichtung 100 eine Blende (in der 1 nicht dargestellt) zwischen dem unteren Reaktionsraum und dem oberen Teil der Vorrichtung 100 einzubauen, der den Elektronenstrahl 127 bereitstellt, um ein zu geringes Vakuum in dem oberen Teil der Vorrichtung 100 zu verhindern.
Jeder der Vorratsbehälter 150, 155, 160, 165, 170 und 175 kann sein eigenes Temperatureinstellelement und Kontrollelement haben, das sowohl ein Kühlen wie auch ein Heizen der entsprechenden Vorratsbehälter ermöglicht. Dies ermöglicht das Speichern und das Bereitstellen der Abscheidegase, der additiven Gase und des Ätzgases bei der jeweils optimalen Temperatur (in der 1 nicht gezeigt). Darüber hinaus kann jedes Zuführungssystem 152, 157, 162, 167, 172 und 177 sein eigenes Temperatureinstellelement und Temperaturkontrollelement umfassen, um alle Prozessgase bei ihrer optimalen Bearbeitungstemperatur an dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 127 auf dem Substrat 105 bereitzustellen (in der 1 ebenfalls nicht angegeben). Die Steuerungseinheit 145 des Computersystems 140 kann die Temperatureinstellelemente und die Temperaturkontrollelemente sowohl der Vorratsbehälter 150, 155, 160, 165, 170, 175 als auch der Gaszuleitungssysteme 152, 157, 162, 167, 172, 177 steuern.
Die Vorrichtung 100 der 1 weist ein Pumpensystem zum Erzeugen und zum Aufrechterhalten eines in der Vakuumkammer 102 geforderten Vakuums auf (in der 1 nicht gezeigt). Bei geschlossenen Steuerventilen 151, 156, 161, 166, 171, 176 wird in der Vakuumkammer 102 der Vorrichtung 100 ein Restgasdruck ≤ 10^-7 mbar erreicht. Das Pumpensystem kann separate Pumpensysteme für den oberen Teil der Vorrichtung 100 zum Bereitstellen des Elektronenstrahls 127 und des unteren Teils, der den Probentisch 110 mit dem Substrat 105 beinhaltet, umfassen. Ferner kann die Vorrichtung 100 in der Nähe des Bearbeitungspunktes des Elektronenstrahls 127 eine Absaugvorrichtung umfassen, um eine definierte lokale Druckbedingung an der Oberfläche der Probe bzw. des Substrats 105 zu definieren (in der 1 nicht dargestellt). Der Einsatz einer zusätzlichen Absaugvorrichtung kann weitgehend verhindern, dass ein oder mehrere volatile Reaktionsprodukte der Abscheidegase, des oder der additiven Gase und des Ätzgases, die nicht in den lokalen Teilchenstrahl-induzierten Prozessen gebraucht werden, sich auf das Substrat 105 und/oder in der Vakuumkammer 102 abscheiden. Die Funktionen des bzw. der Pumpensysteme und der zusätzlichen Absaugvorrichtung können ebenfalls von der Steuerungseinheit 145 des Computersystems 140 gesteuert und/oder überwacht werden.
Die Steuerungseinheit 145, das Computersystem 140 oder eine dedizierte Komponente des Computersystems 140 können für einen identifizierten Defekt die Größe einer oder mehrerer Referenzmarkierungen automatisch ermitteln. Die Größe einer Referenzmarkierung umfasst sowohl das Bestimmen von deren Grundfläche als auch von deren Höhe. Ferner können die Steuerungseinheit 145, das Computersystem 140 oder eine spezielle Komponente des Computersystems 140 automatisch einen Scan-Bereich des Elektronenstrahls 127 ermitteln, der eingesetzt wird, um die Position der Referenzmarkierung(en) abzutasten. Auf Basis dieser Kenntnis kann die Steuerungseinheit 145 und/oder das Computersystem 140 eine Größe der Opferschicht(en) bestimmen. Die Fläche der Opferschicht wählt die Steuerungseinheit 145 typischerweise zweimal so groß wie die Fläche des Scan-Bereichs, um eine Drift zwischen dem Substrat 105 und dem Teilchenstrahl 127 während eines Analyse- oder eines Reparaturprozesses zu berücksichtigen.
Ähnlich wie für die Referenzmarkierung umfasst die Größe einer Opferschicht neben deren lateralen Abmessungen auch die Dicke der Opferschicht. Diese wird so ausgelegt, dass sie einer vorgegebenen Anzahl von Scan-Vorgängen des Teilchenstrahls 127 widersteht. Ferner wird die Dicke der Opferschicht so designt, dass sich Komponenten eines in unmittelbarer Nachbarschaft ausgeführten Reparaturprozesses auf der Opferschicht absetzen können, ohne diese zu zerstören. Schließlich wird die Materialzusammensetzung der Opferschicht so gewählt, dass diese mittels eines Reinigungsprozesses von dem Substrat 105 entfernt werden kann.
Das untere Teilbild der 1 zeigt eine Reinigungsvorrichtung 190, die eine Reinigungsflüssigkeit 195 aufweist, die eingesetzt werden kann, um das Substrat 105 vor, während und/oder nach Abschluss eines Bearbeitungsvorgangs in der Vorrichtung 100, in dessen Verlauf eine oder mehrere Opferschichten und eine oder mehrere Referenzmarkierungen abgeschieden werden, zu reinigen. Die Opferschicht(en) und die Referenzmarkierung(en) werden gemeinsam in einem üblichen Reinigungsprozess von dem Substrat 105 entfernt. Die Reinigungsvorrichtung 190 kann eine oder mehrere Ultraschall-Quellen und/oder mehrere Megaschall-Quellen aufweisen (in der 1 nicht dargestellt), die eine Ultraschall- und/oder eine Megaschall-Anregung der Reinigungsflüssigkeit 195 erzeugen können. Darüber hinaus kann die Reinigungsvorrichtung 190 eine oder mehrere Lichtquellen umfassen, die im ultravioletten (UV) und/oder im infraroten (IR) Spektralbereich emittieren und eingesetzt werden können, einen Reinigungsprozess zu unterstützen.
Die 2 veranschaulicht eine Aufsicht auf einen Ausschnitt 200 auf das Substrat 105. Der Ausschnitt 200 zeigt einen Defekt 260 des Substrats 105, der mit einem Teilchenstrahl-induzierten Bearbeitungsprozess repariert werden soll. Der Defekt 260 kann ein Defekt fehlenden Materials oder ein Defekt überschüssigen Materials sein. Um eine Drift des Teilchenstrahls bzw. des Elektronenstrahls 127 während des Bearbeitungsvorgangs kompensieren zu können, weist der Ausschnitt 200 eine Referenzmarkierung 230 auf. In dem in der 2 dargestellten Beispiel weist die Referenzmarkierung eine zylinderförmige Form auf.
Um Beschädigungen beim mehrfachen oder vielfachen Scannen der Referenzmarkierung 230 zum Bestimmen der Position der Referenzmarkierung 230 zu vermeiden, ist die Referenzmarkierung 230 auf einer Opferschicht 220 des Substrats 105 abgeschieden. Der Doppelpfeil symbolisiert die Referenzposition 240 der Referenzmarkierung 220 bezüglich des Defekts 260. In der beispielhaften Ausführungsform der 2 weist die Opferschicht eine rechteckige Form auf.
Durch das gestrichelte Rechteck 250 ist in der 2 die Fläche angedeutet, die der fokussierte Elektronenstrahl 127 abtastet, um die Referenzposition 240 der Referenzmarkierung 220 vor Beginn des Bearbeitungsprozesses des Defekts 260 zu bestimmen. Im Beispiel der 2 liegt der Scan-Bereich des Elektronenstrahls 127 vollständig auf der Opferschicht 220.
Die 3 präsentiert den Ausschnitt des Substrats 105 nach Ausführen eines Teils des Bearbeitungsprozesses des Defekts 260. Der Bearbeitungsprozess wird unterbrochen und der fokussierte Elektronenstrahl 127 scannt erneut über die Referenzmarkierung 220, um deren Drift zu detektieren. Wie durch den verschobenen Scan-Bereich 350 des Teilchenstrahls 127 in 3 angedeutet, haben sich der Teilchenstrahl 127 und die Referenzmarkierung 230 relativ zueinander bewegt. Diese relative Bewegung zwischen dem Teilchenstrahl 127 und der Referenzmarkierung 230 kann mit Hilfe der Mikromanipulatoren der Vorrichtung 100 kompensiert werden. Wie aus der 3 ersichtlich ist, liegt der verschobene Scan-Bereich 350 noch immer vollständig auf der Fläche der Opferschicht 220.
In den 2 bis 14 und der zugehörigen Beschreibung sind in der Patentschrift US 9 721 754 B2 der Anmelderin im Detail Reparaturprozesse fehlenden und überschüssigen Materials mit Hilfe von Referenzmarkierungen am Beispiel von transmissiven photolithographischen Masken erläutert.
Die 4 zeigt einen Ausschnitt 400 aus einem Substrat 105, der durch Scannen des Ausschnitts 400 mit einem fokussierten Elektronenstrahl 127 aufgenommen wurde (SEM-Bild), nachdem im zentralen Bereich des Ausschnitts 400 ein Defekt fehlenden Materials 460 mit Hilfe eines lokalen Teilchenstrahl-induzierter Abscheideprozesses (EBID) korrigiert wurde.
Um während des EBIE-Prozesses eine Drift zwischen dem defekten Bereich 460 des Substrats 105 und dem fokussierten Elektronenstrahl 127 kompensieren zu können, wurde vor Beginn des lokalen Abscheideprozesses an neun verschiedenen Positionen Referenzmarkierungen 230, 430 auf dem Substrat 105 angebracht. An jeder der neun verschiedenen Positionen wurden jeweils drei einzelne Referenzmarkierungen oder Referenzpunkte 230a, 230b und 230c bzw. 430a, 430b und, 430c generiert. An den vier äußeren Positionen des Ausschnitts 400 des Substrats 105 wurden, die Referenzmarkierungen 430 jeweils direkt auf das Substrat 105 aufgebracht.
An den fünf inneren Positionen der Referenzmarkierungen 230 wurde jeweils eine Opferschicht 220 vor dem Erzeugen der Referenzmarkierungen 230 auf das Substrat 105 abgeschieden. Die Fläche der jeweiligen Opferschicht 220 wurde so gewählt, dass der Scan-Bereich 250, 350 des Elektronenstrahls 127 zum Bestimmen der Position der Referenzmarkierungen 230 vollständig auf der jeweiligen Opferschicht 220 zu liegen kommt. Der in der 4 dargestellte Ausschnitt 300 repräsentiert, die Situation am Ende des Bearbeitungsprozesses zum Korrigieren des Defekts fehlenden Materials 460 durch Abscheiden von Substrat-Material auf das Substrat 105. Wie der 4 zu entnehmen ist, haben die Referenzmarkierungen 230 und 430 den Scan-Vorgängen zum Bestimmen der Position der Referenzmarkierungen 230 und 430 während des EBID Prozesses im Wesentlichen in unveränderter Form widerstanden. Ferner sind die Referenzmarkierungen 230 und 430 von dem EBID Prozess zur Beseitigung des Defekts 460 im Wesentlichen nicht in Mitleidenschaft gezogen worden. Dies gilt in besonderer Weise für die inneren Referenzmarkierungen 230 die in unmittelbarer Nähe zur defekten Stelle 460 angebracht wurden.
Die 5 präsentiert den Ausschnitt 400 der 4 nach dem Ausführen eines Reinigungsprozesses. Der Reinigungsprozess kann von der Reinigungsvorrichtung 190 der 1 ausgeführt werden. Die Opferschichten 220 und die darauf angebrachten Referenzmarkierungen 230 sind durch den Reinigungsprozess im Wesentlichen rückstandsfrei vom Substrat 105 entfernt worden. Hingegen wurden die direkt auf dem Substrat 105 deponierten Referenzmarkierungen 430 durch den Reinigungsprozess kaum angegriffen.
Die 6 präsentiert erneut die Ausgangssituation der 4. Allerdings wurde in dem Ausschnitt 600 der 6 ein Defekt überschüssigen Materials 660 durch Ausführen eines EBIE-Prozesses repariert. Ähnlich wie im Fall des Ausführens eines lokalen Abscheideprozesses haben die Referenzmarkierungen 230 und 430 den Scan-Vorgängen zum Bestimmen der Position der Referenzmarkierungen 230 und 430 während des Ausführens des EBIE Prozesses im Wesentlichen unverändert widerstanden. Ferner sind die Referenzmarkierungen 230 und 430 durch das Ausführen des lokalen Ätzprozesses zum Korrigieren des Defekts 660 im Wesentlichen nicht verändert worden.
Die 7 präsentiert eine SEM-Aufnahme des Ausschnitts 600 der 6 nach Ausführen eines Reinigungsprozesses. Ähnlich wie in der 5 wurden durch den Reinigungsprozess die Opferschichten 220 zusammen mit den darauf befindlichen Referenzmarkierungen 230 im Wesentlichen vollständig vom Substrat 105 entfernt. Dieses Ergebnis ist deshalb bemerkenswert, da die inneren Referenzmarkierungen 230 durch das Ausführen des lokalen Ätzprozesses zum Reparieren des Defekts 660 in deren unmittelbarer Nachbarschaft mit großer Wahrscheinlichkeit Veränderungen erfahren haben. Die äußeren direkt auf dem Substrat deponierten Referenzmarkierungen 430 wurden hingegen durch den Reinigungsprozess nur wenig verändert.
Die 8 präsentiert eine Aufnahme eines Ausschnitts einer photolithographischen Maske 800, der ein Line-Space-Pattern aufweist, nach Ausführen eines Defektreparaturprozesses und einer Maskenreinigung. Zur Drift-Korrektur während des Reparaturprozesses wurden vor dem Ausführen der Defektreparatur Referenzmarkierungen 230 auf Opferschichten 220 angebracht. Die Opferschichten 220 und die Referenzmarkierungen 230 wurden auf das Line-Space-Pattern der photolithographischen Maske 800 abgeschieden. Der Ausschnitt der Maske 800 wurde mittels einer AIMS™- (Aerial Image Measurement System) Messung aufgenommen. Die vier Strukturen außerhalb des Line-Space-Patterns sind Marker zur Justierung des AIMS™. Dem Ausschnitt der Maske 800 ist zu entnehmen, dass die optischen Eigenschaften der Photomaske 800 durch das Deponieren von Opferschichten 220 und darauf angeordneten Referenzmarkierungen 230 im Wesentlichen keine Änderungen erfahren haben.
Die 9 gibt ein SEM-Bild eines Ausschnitts 900 der photlithographischen Maske 800 der 8 nach dem Entfernen der Opferschichten 220 samt zugehöriger Referenzmarkierungen 230 wieder. Rückstände der Opferschichten 220 und/oder der Referenzmarkierungen 230 sind in dem Ausschnitt 900 der 9 nicht zu erkennen.
Schließlich zeigt die 10 ein Flussdiagramm 1000 eines in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrens zum Analysieren eines Substrats 105. Das Verfahren beginnt bei Schritt 1010. In einem ersten Schritt 1020 wird zumindest eine Opferschicht 220 auf dem Substrat 105 abgeschieden und eine Referenzmarkierung 230 wird auf der Opferschicht 220 erzeugt. Beide Prozesse werden mittels eines fokussierten Teilchenstrahls 127 und zumindest eines Präkursor-Gases ausgeführt. Der fokussierte Teilchenstrahl 127 und das zumindest eine Präkursor-Gas können von der Vorrichtung 100 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein erstes Abscheidegas zum Erzeugen einer Opferschicht 220 in dem ersten Vorratsbehälter 150 der 1 gespeichert werden. Ein zweites Abscheidegas zum Abscheiden einer oder mehrerer Referenzmarkierungen 230 kann in dem zweiten Vorratsbehälter 155 der Vorrichtung 100 gespeichert werden.
Im nächsten Schritt 1030 wird eine Referenzposition 240 der zumindest einen Referenzmarkierung 230 bestimmt. Dieser Prozessschritt kann mit Hilfe des fokussierten Teilchenstrahls 127 der Vorrichtung ausgeführt werden.
Bei Schritt 1040 wird die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht 220 entfernt. Dies kann mit der Reinigungsvorrichtung 190 der 1 erfolgen. Die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht 220 weist eine Größe auf, so dass eine Position der zumindest einen Referenzmarkierung 230 bestimmt werden kann, ohne das Substrat 105 wesentlich zu beschädigen. Das Verfahren endet bei Schritt 1050.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7018683 [0007]
EP 1662538 A2 [0007]
JP 2003007247 A [0007]
US 2007/0023689 [0007]
US 2007/0073580 [0007]
US 6740456 B2 [0007]
US 2010/0092876 A1 [0007]
US 5504339 [0007]
US 9721754 B2 [0009, 0079]

Claims

Verfahren (1000) zum Analysieren eines Substrats (105) mit den Schritten: a. Abscheiden (1020) zumindest einer Opferschicht (220) auf dem Substrat (105) und Erzeugen (1020) zumindest einer Referenzmarkierung (230) auf der Opferschicht (220) mittels zumindest eines fokussierten Teilchenstrahls (127) und zumindest eines Präkursor-Gases; b. Bestimmen (1030) einer Referenzposition (240) der zumindest einen Referenzmarkierung (230); und c. Entfernen (1040) der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht (220); d. wobei die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht (220) eine Größe aufweist, so dass eine Position der zumindest einen Referenzmarkierung (230) bestimmt werden kann, ohne das Substrat (105) wesentlich zu beschädigen.
Verfahren (1000) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eine Mehrheit der Teilchen des zumindest einen fokussierten Teilchenstrahls (127) während des Bestimmens der Position der zumindest einen Referenzmarkierung (230) auf die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht (220) auftrifft.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine abgeschiedene Opferschicht (220) und die zumindest eine Referenzmarkierung (230) eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fläche der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht (220) um einen Faktor 1,2, bevorzugt einen Faktor 1,5, mehr bevorzugt einen Faktor 2, und am meisten bevorzugt einen Faktor 3 größer ist als ein Scan-Bereich des zumindest fokussierten Teilchenstrahls (127) zum Bestimmen der Position der zu zumindest einen Referenzmarkierung (230).
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fläche der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht (220) laterale Abmessungen in einen Bereich von 30 nm bis 100 µm, bevorzugt 50 nm bis 50 µm, mehr bevorzugt 100 nm bis 20 µm, und am meisten bevorzugt 200 nm bis 10 µm aufweist, und/oder wobei eine Dicke der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht (220) einen Bereich 1 nm bis 10 µm, bevorzugt 2 nm bis 1 µm, mehr bevorzugt 3 nm bis 100 nm, und am meisten bevorzugt 10 nm bis 100 nm aufweist.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Referenzmarkierung (230) laterale Abmessungen in einem Bereich von 1 nm bis 1000 nm, bevorzugt 3 nm bis 500 nm, mehr bevorzugt 10 nm bis 300 nm, und am meisten bevorzugt 20 nm bis 100 nm aufweist und/oder wobei die zumindest eine Referenzmarkierung (230) eine Dicke im Bereich 5 nm bis 10 µm, bevorzugt 10 nm bis 2 µm, mehr bevorzugt 20 nm bis 500 nm, und am meisten bevorzugt 50 nm bis 200 nm aufweist.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Präkursor-Gas ein erstes Abscheidegas zum Abscheiden der zumindest einen Opferschicht (220) umfasst, und wobei das zumindest eine erste Abscheidegas zumindest ein Element aus der Gruppe umfasst: ein Metallalkyl, ein Übergangselementalkyl, ein Hauptgruppenalkyl, ein Metallcarbonyl, ein Übergangselementcarbonyl, ein Hauptgruppencarbonyl, ein Metallalkoxyd, ein Übergangselementalkoxyd, ein Hauptgruppenalkoxyd, ein Metallkomplex, ein Übergangselementkomplex, ein Hauptgruppenkomplex, und eine organische Verbindung.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Präkursor-Gas ein zweites Abscheidegas zum Erzeugen der zumindest einen Referenzmarkierung (230) umfasst, wobei das zumindest eine zweite Abscheidegas zumindest ein Element aus der Gruppe umfasst: Tetraethylorthosilicat (Si(OC2H₅)₄), ein Metallcarbonyl, ein Übergangselementcarbonyl, und ein Hauptgruppencarbonyl.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Präkursor-Gas zumindest ein additives Gas aus der Gruppe umfasst: ein Oxidationsmittel, ein Halogenid, und ein Reduktionsmittel.
Verfahren (1000) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Oxidationsmittel zumindest ein Element aus der Gruppe umfasst: Sauerstoff (O₂), Ozon (O₃), Wasserdampf (H₂O), Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Distickstoffoxid (N₂O), Stickstoffoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂), und Salpetersäure (HNO₃), und/oder wobei das Halogenid zumindest ein Element aus der Gruppe umfasst: Chlor (Cl2), Salzsäure (HCl), Xenondifluorid (XeF2), Flusssäure (HF), Jod (I2), Hydrogenjodid (HI), Brom (Br₂), Hydrogenbromid (HBr), Nitrosylchlorid (NOC1), Phosphortrichlorid (PCl₃), Phosphorpentachlorid (PCl₅), und Phosphortrifluorid (PF₃), und/oder wobei das Reduktionsmittel zumindest ein Element aus der Gruppe umfasst: Wasserstoff (H₂), Ammoniak (NH₃), und Methan (CH₄).
Verfahren (1000) nach einem der Ansprüche 7-10, wobei das erste Abscheidegas Molybdänhexacarbonyl (Mo(CO)₆) umfasst, das zumindest eine additive Gas Stickstoffdioxid (NO₂) umfasst, und das zweite Abscheidegas Tetraethylorthosilicat (Si(OC2H₅)₄) oder Chromhexacarbonyl (Cr(CO)₆) umfasst.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entfernen (1040) der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht (220) und der zumindest einen Referenzmarkierung (230) im Schritt c. gemeinsam erfolgt.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entfernen (1040) der zumindest einen abgeschiedenen Opferschicht (220) in einem nasschemischen Reinigungsprozess erfolgt.
Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (105) zumindest einen Defekt (260, 460, 660) aufweist und das Verfahren (1000) den weiteren Schritt umfasst: Abscheiden einer zweiten Opferschicht um zumindest einen Teil des zumindest einen Defekts (360, 460, 660).
Vorrichtung (100) zum Analysieren eines Substrats (105) aufweisend: a. Mittel zum Abscheiden zumindest einer Opferschicht (220) auf dem Substrat (105) und Mittel zum Erzeugen zumindest einer Referenzmarkierung (230) auf der Opferschicht (220) mittels zumindest eines fokussierten Teilchenstrahls (127) und zumindest eines Präkursor-Gases; b. Mittel zum Bestimmen einer Referenzposition (240) der zumindest einen Referenzmarkierung (230); und c. wobei die Mittel zum Abscheiden ausgebildet sind, die zumindest eine Opferschicht (220) in einer Größe abzuscheiden, so dass die Mittel zum Bestimmen einer Position der zumindest einen Referenzmarkierung (230) das Substrat (105) im Wesentlichen nicht beschädigen.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mittel zum Abscheiden ausgebildet sind, die zumindest eine Opferschicht (220) mit einer Größe abzuscheiden, die um einen Faktor 1,2, bevorzugt einen Faktor 1,5, mehr bevorzugt einen Faktor 2, und am meisten bevorzugt einen Faktor 3 größer ist als ein Scan-Bereich (250, 350), den das Mittel zum Bestimmen der Position der zumindest einen Referenzmarkierung (230) verwendet.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Mittel zum Erzeugen ausgebildet sind, die zumindest eine Referenzmarkierung (230) mit lateralen Abmessungen in einem Bereich von 1 nm bis 1000 nm, bevorzugt 3 nm bis 500 nm, mehr bevorzugt 10 nm bis 100 nm, und am meisten bevorzugt 20 nm bis 100 nm zu erzeugen, und/oder die zumindest eine Referenzmarkierung mit einer Dicke im Bereich 5 nm bis 10 µm, bevorzugt 10 nm bis 2 µm, mehr bevorzugt 20 nm bis 500 nm, und am meisten bevorzugt 50 nm bis 200 nm zu erzeugen.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 15-17, wobei die Mittel zum Abscheiden und/oder die Mittel zum Erzeugen ausgebildet sind, die Größe der Opferschicht (220) und/oder eine Größe der Referenzmarkierung (230) nach dem Festlegen einer Platzierungsstelle der zumindest einen Referenzmarkierung (230) automatisch zu bestimmen.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 15-18, wobei die Vorrichtung (100) ausgebildet ist, um die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, die ein Computersystem (140) der Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 19 veranlassen, die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.