DE102020120884A1

DE102020120884A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ätzen einer Lithographiemaske

Info

Publication number: DE102020120884A1
Application number: DE102020120884.7A
Authority: DE
Inventors: Fan TU; Horst Schneider; Markus Bauer; Petra Spies; Maximilian Rumler; Christian Felix Hermanns
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-10
Also published as: US20230185180A1; JP2023537352A; KR20230044302A; WO2022029315A1; CN116057468A; TW202221413A

Abstract

Verfahren zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer Lithographiemaske (100), insbesondere einer nicht-transmissiven EUV-Lithographiemaske, mit den Schritten:a) Bereitstellen (S1) der Lithographiemaske (100) in einer Prozessatmosphäre (ATM),b) Einstrahlen (S2) eines fokussierten Teilchenstrahls (110) auf eine Zielposition (ZP) auf der Lithographiemaske (100),c) Zuführen (S3) wenigstens einer ersten gasförmigen Komponente (GK1) an die Zielposition (ZP) in der Prozessatmosphäre (ATM), wobei die erste gasförmige Komponente (GK1) durch Aktivierung in eine reaktive Form überführbar ist, wobei die reaktive Form unter Bildung einer volatilen Verbindung mit einem Material der Lithographiemaske (100) reagiert, undd) Zuführen (S4) wenigstens einer zweiten gasförmigen Komponente (GK2) an die Zielposition (ZP) in der Prozessatmosphäre (ATM), wobei die zweite gasförmige Komponente (GK2) unter vorbestimmten Prozessbedingungen unter Einwirkung des Teilchenstrahls (110) ein Deponat umfassend eine Verbindung aus Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ätzen einer Lithographiemaske.
Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Zur Erzielung kleiner Strukturgrößen und damit der Erhöhung der Integrationsdichte der mikrostrukturierten Bauelemente wird zunehmend Licht mit sehr kurzen Wellenlängen eingesetzt, das beispielsweise als tiefes Ultraviolett (DUV, von engl. „deep ultra-violet“) oder extremes Ultraviolett (EUV, von engl. „extreme ultra-violett“) bezeichnet wird. DUV weist beispielsweise eine Wellenlänge von 193 nm auf und EUV weist beispielsweise eine Wellenlänge von 13,5 nm auf. Die Lithographiemasken weisen dabei selbst Strukturgrößen auf, die im Bereich von 5 - 100 nm liegen. Die Herstellung solcher Lithographiemasken ist sehr aufwändig und daher teuer, insbesondere da die Lithographiemasken defektfrei sein müssen, da ansonsten nicht sichergestellt ist, dass eine mit der Lithographiemaske erzeugte Struktur die erwünschte Funktion aufweist. Aus diesem Grund werden Lithographiemasken beispielsweise verifiziert, das heißt, die Defektfreiheit der Lithographiemaske wird geprüft. Dabei werden Defekte erkannt und lokalisiert, was eine gezielte Reparatur der Defekte ermöglicht. Typische Defekte sind das Fehlen von vorgesehenen Strukturen, da beispielsweise ein Ätzvorgang nicht erfolgreich ablief, oder aber es sind nicht vorgesehene Strukturen vorhanden, da beispielsweise ein Ätzvorgang zu schnell vorangeschritten ist oder an einer falschen Stelle gewirkt hat. Diese Defekte lassen sich durch gezieltes Ätzen von überschüssigem Material oder gezieltes Abscheiden von zusätzlichem Material an den entsprechenden Positionen beseitigen, was beispielsweise mittels Elektronenstrahl-induzierten Prozessen (FEBIP, von engl. ''focussed electron beam induced processing) sehr gezielt möglich ist.
DE 10 2017 208 114 A1 offenbart ein Verfahren zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer photolithographischen Maske mit den Schritten: Bereitstellen eines aktivierenden Teilchenstrahls an einer zu ätzenden Stelle; und Bereitstellen eines Ätzgases an der zu ätzenden Stelle, wobei das Ätzgas eine erste gasförmige Komponente und Wasserdampf als eine zweite gasförmige Komponente umfasst, und wobei die erste gasförmige Komponente Stickstoff, Sauerstoff und Chlor in einer Verbindung umfasst.
DE 10 2013 203 995 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen eines Substrats während einer Bearbeitung mit zumindest einem Teilchenstrahl. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Anbringen einer lokal begrenzten Schutzschicht auf dem Substrat; Ätzen des Substrats und/oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Gas und/oder Abscheiden von Material auf dem Substrat durch den Teilchenstrahl und zumindest ein Präkursorgas; und Entfernen der lokal begrenzten Schutzschicht von dem Substrat.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das Bearbeiten einer Lithographiemaske zu verbessern.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer Lithographiemaske, insbesondere einer nicht-transmissiven EUV-Lithographiemaske, vorgeschlagen. In einem ersten Schritt a) wird die Lithographiemaske in einer Prozessatmosphäre bereitgestellt. In einem zweiten Schritt b) wird ein fokussierter Teilchenstrahl auf eine Zielposition auf der Lithographiemaske eingestrahlt. In einem dritten Schritt c) wird wenigstens eine erste gasförmige Komponente an die Zielposition in der Prozessatmosphäre zugeführt, wobei die erste gasförmige Komponente durch Aktivierung in eine reaktive Form überführbar ist, wobei die reaktive Form unter Bildung einer volatilen Verbindung mit einem Material der Lithographiemaske reagiert. In einem vierten Schritt d) wird wenigstens eine zweite gasförmige Komponente an die Zielposition in der Prozessatmosphäre zugeführt, wobei die zweite gasförmige Komponente bei vorbestimmten Prozessbedingungen unter Einwirkung des Teilchenstrahls ein Deponat umfassend eine Verbindung aus Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff bildet.
Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass der ablaufende Ätzprozess besser kontrolliert und damit gezielter und spezifischer durchführbar ist. Insgesamt kann damit die Prozessauflösung des Ätzprozesses erhöht werden. Damit lassen sich Lithographiemasken mit kleineren Strukturen gezielt bearbeiten und/oder es können Defekte mit einer kleineren Größe bearbeitet werden.
Die angegebene Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte, insbesondere der Schritte b) - d), muss nicht zwingend in der angegebenen Reihenfolge erfolgen, vielmehr können die Schritte zeitgleich, abwechselnd und/oder in einer anderen Kombination oder zeitlichen Abfolge durchgeführt werden.
Das Teilchenstrahl-induzierte Ätzen erfolgt vorteilhaft im Wesentlichen an der Position, an der der Teilchenstrahl auf die zu bearbeitende Oberfläche der Lithographiemaske trifft. Die räumliche Begrenzung oder Auflösung des Ätzprozesses hängt beispielsweise von der Art des Teilchenstrahls ab. Der Teilchenstrahl kann beispielsweise Photonen, Ionen, Protonen, Neutronen oder auch Elektronen umfassen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Elektronenstrahls, da dieser sich einerseits auf eine sehr kleine Auftrefffläche fokussieren lässt, andererseits die Elektronen keine wesentliche Schädigung der bestrahlten Oberfläche hervorrufen. Daher ist die erreichbare Auflösung mit einem Elektronenstrahl besonders hoch.
Prinzipiell läuft der Ätzprozess auf molekularer Ebene so ab, dass der Teilchenstrahl auf die zu bearbeitende Oberfläche trifft und dort beispielsweise Sekundärelektronen auslöst, die beispielsweise aus der Oberfläche in dem Bereich der Auftrefffläche austreten. Diese Sekundärelektronen weisen eine Energie auf, die zum Dissoziieren von Molekülen ausreichend sein kann. Trifft ein solches Sekundärelektron auf ein noch nicht aktiviertes Ätzgasmolekül, das beispielsweise auf der Oberfläche adsorbiert ist, so kann dieses dissoziieren und damit in eine reaktive Form gebracht werden. Die reaktive Form reagiert beispielsweise unter Bildung einer volatilen Verbindung mit einem Atom oder Molekül in der Oberfläche des Materials. Auf diese Weise wird daher die Oberfläche erodiert. Die genauen physikalisch-chemischen Prozesse, die hierbei ablaufen sind sehr vielfältig und komplex und Gegenstand aktueller Forschung.
Maßgebliche Parameter, die den Ätzprozess wesentlich beeinflussen und damit zu dessen Kontrolle dienen, sind beispielsweise die Temperatur, die Zusammensetzung der Prozessatmosphäre, ein lokaler Gasdruck an der Zielposition sowie die Partialdrücke der Komponenten sowie eine Intensität und Energie des Teilchenstrahls. Diese Aufzählung ist nicht erschöpfend.
Die Prozessatmosphäre ist beispielsweise eine Atmosphäre mit einer kontrollierten Zusammensetzung und einem kontrollierten Druck, der beispielsweise im Bereich von 10^-2 bis 10^-8 mBar liegt. Die Prozessatmosphäre wird beispielsweise durch ein evakuiertes Gehäuse bereitgestellt. Allerdings ist die Prozessatmosphäre räumlichen und zeitlichen Fluktuationen unterworfen. Insbesondere kann die Prozessatmosphäre in dem Bearbeitungsbereich eine größere Variation in ihrer Zusammensetzung aufweisen, da diese von der Zuführung der Prozessgase sowie der chemischen Reaktionen abhängt. Weiterhin kann der Druck der Prozessatmosphäre während des Bearbeitens der Lithographiemaske im Vergleich zu Zeiten, in denen keine Bearbeitung stattfindet, um mehrere Größenordnungen höher sein. Auch kann der Druck in dem Bearbeitungsbereich im Vergleich zu dem Druck anderswo in dem evakuierten Gehäuse um mehrere Magnituden unterschiedlich sein.
Die Lithographiemaske ist insbesondere eine EUV-Lithographiemaske. EUV steht für extremes Ultra-violett und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts in einem Bereich von 0,1 - 30 nm, insbesondere 13,5 nm. Bei diesen Wellenlängen müssen reflektive optische Elemente verwendet werden, was auch auf die Lithographiemaske zutrifft. Die Lithographiemaske weist daher eine für die EUV-Strahlung reflektive Schicht auf, die insbesondere als ein Bragg-Spiegel ausgebildet ist, sowie eine strukturierte absorbierende Schicht auf der reflektierenden Oberfläche. Man spricht hierbei auch von binären Lithographiemasken. Durch die strukturierte absorbierende Schicht wird eine räumliche Modulierung der Intensität der reflektierten Strahlung erreicht, was letztlich auf der Probe zu einer gezielten örtlichen Variation in der Belichtung führt.
Die Lithographiemaske weist daher beispielsweise Bereiche auf, die möglichst die gesamte einfallende Strahlung reflektieren und daneben andere Bereiche, die einen bestimmten Teil der Strahlung absorbieren. Die Strahlung muss in diesen Bereichen nicht völlig absorbiert werden. Wie hoch die Rest-Intensität sein darf, die noch tolerierbar ist, hängt von dem jeweiligen Lithographieprozess ab. Vorzugsweise werden weniger als 10% der einfallenden Intensität reflektiert.
Jeder Fehler oder Defekt in der Struktur der strukturierten Schicht wird zu einer unerwünschten Belichtung in dem Lithographieprozess führen, weshalb es besonders wichtig ist, dass die Lithographiemaske so wenige Defekte wie möglich aufweist. Vorhandene Defekte werden mittels bestimmter Prüfverfahren ermittelt und anschließend nach Möglichkeit gezielt repariert. Das hier vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere, um Material zu entfernen, das an Positionen verblieben ist, an denen kein Material sein sollte. Man nennt dies auch einen opaken Defekt, da das Material die EUV-Strahlung absorbiert und daher in der reflektierten Strahlung eine zu geringe Intensität vorhanden ist. Diese Defekte lassen sich durch gezieltes Ätzen des überschüssigen Materials beheben.
In einem dritten Schritt c) wird wenigstens eine erste gasförmige Komponente an die Zielposition in der Prozessatmosphäre zugeführt. Die erste gasförmige Komponente bildet vorliegend das Ätzgas. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass es sehr reaktive Bestandteile in einer vergleichsweise wenig reaktiven Verbindung enthält. Als reaktive Bestandteile sind insbesondere Halogene zu nennen, wie Fluor oder Chlor. Das Ätzgas lässt sich mittels Aktivierung zersetzen oder anderweitig in die reaktive Form überführen.
Das Ätzgas wird möglichst nahe bei der Zielposition in der Prozessatmosphäre zugeführt. Das Ätzgas selbst weist beispielsweise einen Druck im Bereich von 10^-3 bis 10^-4 mBar auf. Einzelne Moleküle des Ätzgases werden auf der Oberfläche der Lithographiemaske adsorbieren. In adsorbiertem Zustand sind diese Moleküle in einem geringen Abstand an die Oberfläche gebunden, können aber auch auf der Oberfläche diffundieren. Auf diese Weise kann sich beispielsweise eine adsorbierte Monolage der Moleküle auf der Oberfläche der Lithographiemaske, vorzugsweise im Bereich der Zielposition, ausbilden. Durch die räumliche Nähe der adsorbierten Moleküle zu den Oberflächenatomen der Lithographiemaske ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein dissoziiertes reaktives Molekül mit einem Atom der Oberfläche reagiert, stark erhöht.
Die Aktivierung des Ätzgases erfolgt mittelbar über den Teilchenstrahl. Wie bereits beschrieben wird die Aktivierung beispielsweise durch von dem Teilchenstrahl aus der Oberfläche ausgelöste sekundäre Elektronen ausgelöst. Die Aktivierung kann auch unmittelbar durch die Teilchen des Teilchenstrahls erfolgen, allerdings ist ein Wirkungsquerschnitt für eine solche Reaktion sehr gering, weshalb diese nur einen geringen Beitrag leistet. Der Wirkungsquerschnitt hängt beispielsweise von der Strahlenergie ab und kann hierüber beeinflusst werden.
Durch die Reaktion der aktiven Spezies des Ätzgases mit einem Oberflächenatom wird vorteilhaft eine flüchtige Verbindung gebildet, die sich über die Prozessatmosphäre von der Zielposition abpumpen lässt.
Obwohl der Teilchenstrahl-induzierte Ätzprozess wie vorstehend beschrieben bereits eine hohe Prozessauflösung erreicht, kann es auch zu unerwünschten Nebeneffekten, wie spontanen Reaktionen, die nicht durch den Teilchenstrahl induziert wurden, oder Ätzreaktionen an anderen Positionen als der Zielposition, kommen. Um den Ätzprozess besser zu kontrollieren, wird daher vorgeschlagen, eine zweite gasförmige Komponente an die Zielposition in der Prozessatmosphäre zuzuführen. Die zweite gasförmige Komponente umfasst dabei eine chemische Verbindung, die bei vorbestimmten Prozessbedingungen unter Einwirkung des Teilchenstrahls ein Deponat umfassend eine Verbindung aus Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff bildet. Die vorbestimmten Prozessbedingungen umfassen hierbei insbesondere einen Druck sowie einen Partialdruck der zweiten gasförmigen Komponente an der Zielposition, sowie eine weitere Zusammensetzung der Prozessatmosphäre an der Zielposition. Man kann auch sagen, dass die zweite gasförmige Komponente ein Abscheidegas oder ein Depositionsgas umfasst.
Dies ist ungewöhnlich, da das Ziel der Bearbeitung ein Abtragen von Material und nicht ein Aufbauen von Material ist. Die Anmelderin hat in Experimenten jedoch nachgewiesen, dass durch die Zufuhr eine solchen Abscheidegases der Ätzprozess mit verbesserter Kontrolle, insbesondere bezüglich einer Ätzrate, sowie mit einer deutlich reduzierten Schädigung der Lithographiemaske sowohl an der Zielposition als auch an anderen Positionen durchführbar ist.
Die zweite gasförmige Komponente wird entsprechend zu der ersten gasförmigen Komponente möglichst gezielt an der Zielposition zugeführt. Die Moleküle der zweiten gasförmigen Komponente können ebenfalls auf der Oberfläche der Lithographiemaske adsorbieren. Die beiden gasförmigen Komponenten konkurrieren hierbei um die freien Plätze auf der Oberfläche. Im Gleichgewicht wird sich beispielsweise eine Verteilung einstellen, die unter anderem von den Partialdrücken der beiden Komponenten in der Gasphase, der Neigung zu Adsorption auf der jeweiligen Oberfläche sowie individuellen Mobilitäten der Moleküle abhängt.
Wenn ein auf der Oberfläche adsorbiertes Molekül der zweiten gasförmigen Komponente aktiviert wird, was beispielsweise durch ein Sekundärelektron geschehen kann, so kann sich das Molekül zersetzen, wobei sich beispielsweise ein Molekül mit Silizium und Sauerstoff, wie SiO oder SiO₂, auf der Oberfläche anlagert. Vorzugsweise werden die Prozessbedingungen bei dem vorgeschlagenen Ätzverfahren so eingestellt, dass kein Deponat gebildet wird oder nur in unwesentlichem Ausmaß ein Deponat gebildet wird. Hierunter wird beispielsweise verstanden, dass ein Verhältnis von geätztem Material zu abgeschiedenem Material mindestens 5:1, bevorzugt von 10:1, weiter bevorzugt von 20:1, noch bevorzugt von 50:1, und noch weiter bevorzugt von 100:1, beträgt.
Um den Ätzprozess gezielt zu steuern werden vorzugsweise die individuellen Gasflüsse der ersten und zweiten gasförmigen Komponente kontrolliert. Der Gasfluss der ersten gasförmigen Komponente liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,1 sccm - 10 sccm (sccm = Standardkubikzentimeter). Der Gasfluss der zweiten gasförmigen Komponente wird vorzugsweise bezogen auf den Gasfluss der ersten Komponente eingestellt, beispielsweise wird ein Verhältnis von 100:1 bis hin zu 10 000:1 der ersten gasförmigen Komponente zu der zweiten gasförmigen Komponente eingestellt. Das Verhältnis der Gasflüsse der ersten und zweiten Komponente ist besonders relevant, da dies das stöchiometrische Verhältnis der Komponenten im Bereich der Zielposition bestimmt.
In einer Ausführungsform umfasst die zweite gasförmigen Komponente ein Silicat, ein Silan, ein Siloxan, ein Silazan und/oder ein Silizium-Isocyanat.
Silicate sind die Salze und Ester der Ortho-Kieselsäure Si(OH₄). Silane weisen ein Silizium-Grundgerüst auf, das mit Wasserstoff abgesättigt ist. Siloxane und Silazane sind von den Silanen abgeleitete Verbindungen, wobei Siloxane die allgemeine Summenformel R₃Si-[O-SiR₂]_n-O-SiR₃ aufweisen (hier steht R für ein Rest der ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest sein kann) und Silazane die allgemeine Summenformel R₃Si-[NH-SiR₂]_n-NH-SiR₃ aufweisen.
Ein Beispiel für ein Silicat ist Tetraethylorthosilicat Si(OC₂H₅)₄, ein Beispiel für ein Silan ist Cyclopentasilan H₁₀Si₅, ein Beispiel für ein Siloxan ist Pentamethyldisiloxan C₅H₁₅OSi₂, ein Beispiel für ein Silazan ist 1,1,3,3-Tetramethyldisilazan (CH₃)₂(SiH)₂O und ein Beispiel für ein Silizium-Isocyanat ist Tetraisocyanatosilan C₄N₄O₄Si. Welche Zusammensetzung ein gegebenenfalls entstehendes Deponat aufweist, hängt insbesondere auch von den weiteren Zusatzgasen, die in dem Bearbeitungsprozess zugeführt werden, ab. Beispielsweise könnte bei einem Silan in Verbindung mit Ammoniak NH₃ ein Siliziumnitirdhaltiges Deponat entstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein während des Ätzprozesses durch die zweite gasförmige Komponente gebildetes Deponat in einem nasschemischen Reinigungsschritt der Lithographiemaske entfernt.
Dies hat den Vorteil, dass das Deponat, das während dem Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess eine Schutzwirkung aufweist, restlos entfernt wird und somit in einem mit der bearbeiteten Lithographiemaske durchgeführten Lithographieprozess keinen Einfluss ausübt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste gasförmigen Komponente eines von Xenondifluorid XeF₂, Schwefelhexafluorid SF₆, Schwefeltetrafluorid SF₄, Stickstofftrifluorid NF₃, Phosphortrifluorid PF₃, Wolframhexafluorid WF₆, Wolframhexachlorid WCl₆, Molybdänhexafluorid MoF₆, Fluorwasserstoff HF, Stickstoffsauerstofffluorid NOF und/oder Triphosphortristickstoffhexafluorid P₃N₃F₆.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Zuführen der zweiten gasförmigen Komponente zeitlich vor und/oder nach dem Einstrahlen des Teilchenstrahls auf die Zielposition.
Die zweite gasförmige Komponente wird beispielsweise über ein Leitungssystem zu der Zielposition geleitet. Hierbei können Ventile oder ähnliche Steuereinrichtungen zum Einstellen eines Volumen- oder Massenstroms der zweiten gasförmigen Komponente in dem Leitungssystem vorgesehen sein, um die Zufuhr der zweiten gasförmigen Komponente genau zu steuern. Beispielsweise wird vor dem Einstrahlen der Zielposition die erste gasförmige Komponente zugeführt, indem ein entsprechendes Ventil geöffnet wird. Das Ventil wird dann geschlossen und der Teilchenstrahl eingestrahlt. Je nach Leitungslänge von dem Ventil bis zu einer Düse bei der Zielposition ergibt sich auch bei geschlossenem Ventil noch ein abnehmender Gasfluss in die Prozessatmosphäre. Zudem verbleiben auf der Oberfläche adsorbierte Gasmoleküle noch für eine Zeit auf der Oberfläche adsorbiert, weshalb die positive Wirkung erreicht wird, obwohl die zweite gasförmige Komponente während dem Einstrahlen nicht mehr zugeführt wird. Man kann auch sagen, dass ein Partialdruck oder ein stöchiometrischer Anteil der zweiten gasförmigen Komponente in der Prozessatmosphäre in dem Bereich der Zielposition auch nach dem Schließen des Ventils noch für eine bestimmte Dauer ausreichend hoch ist, um den positiven Effekt zu erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Zuführen der zweiten gasförmigen Komponente während dem Einstrahlen des Teilchenstrahls auf die Zielposition.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine dritte gasförmige Komponente, die ein Oxidationsmittel und/oder ein Reduktionsmittel umfasst, zusätzlich zugeführt.
Die dritte gasförmige Komponente kann zeitlich vor, während und/oder nach dem Einstrahlen des Teilchenstrahls auf die Zielposition erfolgen. Die dritte gasförmige Komponente kann zeitlich vor, während und/oder nach dem Zuführen der ersten und/oder der zweiten gasförmigen Komponente und/oder intermittierend zu der ersten und/oder der zweiten gasförmigen Komponente zugeführt werden. Unter intermittierend wird hierbei verstanden, dass die jeweiligen Komponenten abwechselnd zugeführt werden.
Beispiele für Oxidationsmittel sind Wasserstoffperoxid H₂O₂, Distickstoffoxid N₂O. Beispiele für Reduktionsmittel sind Stickstoffoxid NO, Stickstoffdioxid NO₂, Salpetersäure HNO₃, Wasserstoff H₂, Ammoniak NH₃, und/oder Methan CH₄. Es sei darauf hingewiesen, dass Oxidationsmittel auch als Reduktionsmittel und Reduktionsmittel auch als Oxidationsmittel wirken können, je nachdem, wie stark die oxidierende oder reduzierende Fähigkeit der jeweils anderen Komponente, die oxidiert oder reduziert wird.
Durch eine dritte gasförmige Komponente kann der Ätzprozess noch besser kontrolliert werden, indem zusätzliche Reaktionswege geschaffen werden und/oder ein chemisches Gleichgewicht einer Gleichgewichtsreaktion günstig beeinflusst wird.
In Ausführungsformen kann zusätzlich ein chemisch inertes Puffergas zugeführt werden, was insbesondere zu einer Stabilisierung des Ätzprozesses, wir einer im Wesentlichen räumlich und zeitlich homogenen Ätzrate, beitragen kann. Als Puffergas eignen sich vorzugsweise Edelgase, wie beispielsweise Argon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Zuführen der ersten gasförmigen Komponente, der zweiten gasförmigen Komponente und/oder der dritten gasförmigen Komponente ein Bereitstellen einer festen oder flüssigen Phase der jeweiligen Komponente, ein Einstellen einer Temperatur der festen oder flüssigen Phase der jeweiligen Komponente derart, dass ein vorgegebener Dampfdruck der jeweiligen Komponente über der festen oder flüssigen Phase erreicht wird, und Zuführen der jeweiligen gasförmigen Komponente in die Prozessatmosphäre über eine jeweilige Zuführleitung.
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft in Bezug auf die Kontrolle der individuellen Gasflüsse der jeweiligen Komponente. Beispielsweise wird für jede Komponente, die zugeführt wird, ein separater Behälter oder Tank vorgesehen, in dem die jeweilige feste oder flüssige Phase gespeichert ist. Jedem Tank ist ein Temperiermittel zugeordnet, mit dem die Temperatur des Tankinhalts einstellbar ist. Das Temperiermittel umfasst beispielsweise elektrothermische Elemente, wie ein Peltier-Element, das zum Kühlen oder zum Heizen verwendet werden kann. Es können auch Kühlkreisläufe vorgesehen sein, um eine Temperatur von deutlich unter 0°C zu erreichen.
Über die Temperatur ist der Dampfdruck der festen oder flüssigen Phase einer jeweiligen Komponente sehr genau kontrollierbar. Aufgrund des geringen Drucks der Prozessatmosphäre ist ein Druckgradient von einem jeweiligen Tank in die Prozessatmosphäre vorhanden, was eine Strömung der jeweiligen gasförmigen Komponente von dem Tank über die Zuführleitung in die Prozessatmosphäre verursacht.
Die separaten Gasströmungen der mehreren gasförmigen Komponenten werden beispielsweise in einer gemeinsamen Mischkammer, in die die jeweiligen Zuführleitungen enden und von der eine weitere Zuführleitung in die Prozessatmosphäre führt, miteinander vermischt, so dass eine homogene Mischung entsteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Steuern eines Massenstroms und/oder Volumenstroms der jeweiligen gasförmigen Komponente ein Leitungsquerschnitt der jeweiligen Zuführleitung eingestellt und/oder es wird ein Tastgrad eines Schließventils gesteuert.
Auf diese Weise lässt sich einerseits die Gasflussmenge noch genauer kontrollieren, andererseits lassen sich schnelle Variationen in einem Gasfluss erreichen. Beispielsweise wird vor dem Einstrahlen des Teilchenstrahl ein erstes Gasflussverhältnis der ersten und zweiten gasförmigen Komponente gewählt, während des Einstrahlens wird ein zweites Gasflussverhältnis gewählt und nach dem Einstrahlen wird ein drittes Gasflussverhältnis gewählt. Die jeweiligen Zeitdauern liegen hier im Bereich von Minuten. Die Temperatur der festen oder flüssigen Phase der jeweiligen Komponente ist nicht schnell änderbar, da die Wärmeleitprozesse selbst auf einer Zeitskala im Bereich mehrerer Minuten ablaufen.
Beispielsweise ist in der jeweiligen Zuführleitung ein jeweiliges Zuführventil zum Steuern des Massenstroms und/oder des Volumenstroms der jeweiligen gasförmigen Komponente angeordnet, wobei das jeweilige Zuführventil zum Einstellen eines vorgegebenen Leitungsquerschnitt eingerichtet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Ventil zwischen einer Schließposition und einer Offenposition gemäß einem vorgegebenen Tastgrad oder Tastverhältnis zwischen 0 und 100 geschaltet werden. Der Tastgrad gibt hierbei das Verhältnis einer Schließzeit des Zuführventils zu einer Öffnungszeit des Zuführventil an, wobei 0 = immer offen und 100 = immer geschlossen ist. Wählt man als Basisintervall beispielsweise 1 Sekunde, das heißt, die kürzest mögliche Öffnungs- oder Schließdauer ist 1 Sekunde, bedeutet ein Tastgrad von 10, dass das Zuführventil für eine Sekunde geöffnet und dann für zehn Sekunden geschlossen ist. Dieses auch als „choppen“ bezeichnete Verfahren führt nur zu einer vernachlässigbaren Schwankung des Partialdrucks der jeweiligen gasförmigen Komponente in der Prozessatmosphäre, insbesondere da das Volumen der Zuführleitung in der Art eines Puffers auch bei geschlossenem Ventil einen Gasfluss aufrechterhält.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen, insbesondere aus Elektronen.
Elektronen haben den Vorteil, dass sie einerseits keine oder nur eine sehr geringe Schädigung der bestrahlten Oberfläche verursachen, da sie nicht tief in das Material eindringen und einfach als Strom abfließen können. Andererseits lassen sich Elektronenstrahlen auf sehr kleine Einstrahlflächen fokussieren, die einen Durchmesser im Bereich von 10 nm aufweisen, so dass die Auflösung des Ätzprozesses besonders hoch ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lithographiemaske zur Verwendung in der EUV-Lithographie ausgebildet.
EUV-Lithographiemasken weisen einen grundlegend anderen Aufbau auf, als Lithographiemasken, die transmissiv genutzt werden können, wie beispielsweise Lithographiemasken für die DUV-Lithographie (DUV: deep ultra-violet, Arbeitslichtwellenlänge beispielsweise 193 nm). DUV-Lithographiemasken weisen beispielsweise ein transparentes Quarzsubstrat und eine ebenfalls transparente, aber phasenbeeinflussende strukturierte Schicht, wie beispielsweise Siliziumnitrid, auf. Die Chemie einer EUV-Lithographiemaske ist grundlegend unterschiedlich hierzu, da die optischen Eigenschaften von Materialien bei EUV-Wellenlängen grundlegend verschieden sind.
Beispielsweise weist die EUV-Lithographiemaske einen schichtartigen Aufbau auf, wobei ein Träger oder Substrat, der beispielsweise aus Quarzglas oder aus Silizium bestehen kann, die Basis bildet. Auf der Seite, die später im Betrieb mit dem Arbeitslicht bestrahlt wird, ist ein Bragg-Spiegel oder Mehrschichtspiegel angeordnet, der spezifisch für die jeweilige Wellenlänge des Arbeitslichts ausgebildet ist. Hierbei sind abwechselnd Schichten mit einem hohen und einem niedrigen Brechungsindex, bezogen auf die Wellenlänge des Arbeitslichts, und mit einer Schichtdicke von etwa der halben Wellenlänge des Arbeitslichts, übereinander angeordnet. Beispielweise weist das Arbeitslicht eine Wellenlänge von 13,5 nm auf. Dann wäre ein Mehrschichtspiegel umfassend eine Mehrzahl an Doppellagen, beispielsweise aus Molybdän und Silizium, mit jeweils einer Schichtdicke von 6,75 nm als Bragg-Spiegel geeignet (bei senkrechtem Lichteinfall). Der Mehrschichtspiegel mittels bekannter Abscheidungsprozesse, wie chemischer Gasphasenabscheidung (engl. „chemical vapor deposition“, CVD) oder dergleichen, hergestellt werden. Auf dem Mehrschichtspiegel ist eine Ätzstoppschicht angeordnet. Die Ätzstoppschicht weist zum einen die Funktion auf, bei der Strukturierung der strukturierten Lage genutzte Ätzprozesse zu stoppen, so dass der Mehrschichtspiegel nicht angegriffen wird. Andererseits ist die Ätzstoppschicht selbst Bestandteil des Mehrschichtspiegels. Die Ätzstoppschicht weist daher insbesondere eine entsprechend an das Arbeitslicht angepasste Schichtdicke auf. Die Ätzstoppschicht besteht beispielsweise aus Ruthenium oder aus einem anderen Edelmetall. Die strukturierte Schicht auf der Ätzstoppschicht absorbiert die EUV-Strahlung ist damit die Schicht, die eine Modulation in der räumlichen Beleuchtungsintensität der Strahlung hervorruft.
Die Anforderungen an die Oberflächenhomogenität sind bei EUV-Lithographiemasken besonders hoch. Insbesondere ist eine Oberflächenrauheit der reflektierenden Oberflächen im Sub-Nanometer-Bereich zu kontrollieren, da es ansonsten zu Streuverlusten kommt und damit den Lithographieprozess beeinträchtigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lithographiemaske eine Ätzstoppschicht auf, auf deren Vorderseite eine strukturierte Lage aus einem Material, das für die in einem Lithographie-Prozess eingesetzte Strahlung absorbierend wirkt, angeordnet ist, wobei eine Ätz-Rate der aktivierten ersten gasförmigen Komponente bezüglich der Ätzstoppschicht mindestens um einen Faktor 2, bevorzugt um einen Faktor 5, weiter bevorzugt einen Faktor 10, geringer ist als die Ätz-Rate bezüglich der strukturierten Lage.
Die strukturierte Lage umfasst insbesondere Tantalverbindungen, wie beispielsweise Tantalnitrid TaN, Tantaloxid TaO, Tantaloxinitrid TaNO, Tantalbornitrid TaBN und dergleichen mehr. Andere, für die im Lithographieprozess zur Belichtung verwendete Strahlung absorbierend wirkende Materialien sind hier aber ebenfalls möglich. Die Ätzstoppschicht umfasst insbesondere ein Edelmetall, wie beispielsweise Ruthenium. Durch die Ätz-Selektivität kann der Ätzprozess besser kontrolliert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lithographiemaske eine als Mehrschichtspiegel aus einer Mehrzahl an Doppelschichten ausgebildete Spiegelschicht auf, wobei eine jeweilige Doppelschicht eine erste Schicht aus einer ersten chemischen Zusammensetzung und eine zweite Schicht aus einer zweiten chemischen Zusammensetzung umfasst, wobei eine jeweilige Schichtdicke der ersten und der zweiten Schicht in einem Bereich von 3 - 50 nm, vorzugsweise 3 - 20 nm, bevorzugt 5 - 10 nm, weiter bevorzugt 5 - 8 nm, noch bevorzugt 6 - 7 nm, beträgt.
Die optischen Eigenschaften der ersten chemischen Zusammensetzung und der zweiten chemischen Zusammensetzung, insbesondere ein Brechungsindex, sind bezüglich der in einem Lithographie-Prozess eingesetzten Strahlung verschieden.
Beispielsweise umfasst der Mehrschichtspiegel eine Anzahl von 50 - 100 Doppelschichten, also 100 - 200 Einzelschichten. Der Mehrschichtspiegel kann zusätzlich weitere Zwischenschichten aufweisen, die beispielsweise eine Diffusion von Atomen von einer Schicht in die benachbarte Schicht innerhalb des Mehrschichtstapels reduzieren. Solche Zwischenschichten weisen vorzugsweise eine optisch im Wesentlichen nicht bemerkbare Schichtdicke auf, beispielsweise wenige Atomlagen.
Die jeweilige Kombination der ersten und zweiten chemische Zusammensetzung wird vorzugsweise anhand eines Brechungsindexkontrastes der beiden chemischen Zusammensetzungen ausgewählt. Die jeweilige Schichtdicke wird vorzugsweise so gewählt, dass die optisch wirksame Dicke der Schicht unter Berücksichtigung des Einfallswinkels etwa einer halben Wellenlänge entspricht. Eine leichte Abweichung hiervon, beispielsweise um Zwischenschichten zu kompensieren, kann vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Teilchenstrahl eine Energie von 1 eV - 100 keV, vorzugsweise von 3 eV - 30 keV, bevorzugt von 10 eV - 10 keV, weiter bevorzugt von 30 eV - 3 keV, noch bevorzugt von 100 eV - 1 keV, auf.
Die Strahlenergie wird vorzugsweise so gewählt, dass möglichst viele der einfallenden Teilchen des Strahls zu einer Aktivierung eines Moleküls der ersten gasförmigen Komponente führen. Hierzu ist eine eher reduzierte Strahlenergie vorteilhaft. Andererseits können Aufladungseffekte der Lithographiemaske, die durch die über den Teilchenstrahl zugeführten Ladungsträger auftreten können, zu einer Ablenkung des Teilchenstrahls und damit einer Reduzierung der Auflösung führen. Um diesen Effekt gering zu halten ist einer höhere Strahlenergie vorteilhaft.
Beispielsweise besteht der Teilchenstrahl aus Elektronen, wobei der Elektronenstrahl einen Strom von 1 - 1000 pA, vorzugsweise in einem Bereich von 1 - 100 pA, bevorzugt in einem Bereich von 10 - 70 pA, weiter bevorzugt in einem Bereich von 20 - 40 pA, aufweist. Ein höherer Strom kann zu einer höheren Reaktionsrate und damit einer Beschleunigung des Ätzprozesses führen, andererseits führt ein höherer Strom auch zu einer stärkeren Aufladung der Oberfläche.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Lithographiemaske, insbesondere eine nicht-transmissive EUV-Lithographiemaske, vorgeschlagen, die mit einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt hergestellt wurde.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer Lithographiemaske, insbesondere einer nicht-transmissiven EUV-Lithographiemaske, vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse zum Bereitstellen einer Prozessatmosphäre und ein Mittel zum fokussierten Einstrahlen eines Teilchenstrahls an einer Zielposition auf der Lithographiemaske. Weiterhin ist ein Mittel zum Bereitstellen einer ersten gasförmigen Komponente an der Zielposition in der Prozessatmosphäre vorgesehen, wobei die erste gasförmige Komponente durch Aktivierung in eine reaktive Form überführbar ist, wobei die reaktive Form unter Bildung einer volatilen Verbindung mit einem Material der Lithographiemaske reagiert. Weiterhin ist ein Mittel zum Bereitstellen einer zweiten gasförmigen Komponente an der Zielposition in der Prozessatmosphäre vorgesehen, wobei die zweite gasförmige Komponente bei vorbestimmten Prozessbedingungen unter Einwirkung des Teilchenstrahls ein Deponat umfassend eine Verbindung aus Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff bildet.
Diese Vorrichtung wird vorzugsweise gemäß dem Verfahren des ersten Aspekts betrieben. Die Vorrichtung weist die gleichen Vorteile auf wie das vorstehend beschriebene Verfahren.
Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Vorrichtung entsprechend und umgekehrt.
Beispielsweise umfasst die Vorrichtung eine in einem Vakuum-Gehäuse angeordnete Elektronensäule, die zum fokussierten Einstrahlen eines Elektronenstrahls auf eine auf einem Probehalter angeordnete Probe eingerichtet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein modifiziertes Elektronenmikroskop handeln. Das Vakuum-Gehäuse stellt vorteilhaft die Prozessatmosphäre bereit, wobei beispielsweise ein Druck im Bereich von 10^-5 - 10^-8 mBar vorgesehen ist. Der Druck in der Prozessatmosphäre kann räumlichen und zeitlichen Schwankungen unterliegen. Das jeweilige Mittel zum Bereitstellen der ersten und zweiten gasförmigen Komponente umfasst insbesondere einen Behälter oder Tank, in dem eine große Menge der jeweiligen Komponente vorgehalten wird. Wenn die jeweilige Komponente gasförmig gespeichert ist, handelt es sich vorzugsweise um einen Hochdruckbehälter, der das Gas unter einem Druck von mehreren hundert Bar bereithält. Vorteilhaft wird eine flüssige oder feste Phase der jeweiligen Komponente in dem Behälter bereitgestellt, wobei über die Temperatur der Dampfdruck der Komponente gesteuert wird. Einzelne Gasmoleküle verdampfen oder sublimieren hierbei von der flüssigen oder festen Phase direkt in die Gasphase. Das jeweilige Mittel umfasst zudem eine Zuführleitung, die in einer Düse möglichst nahe an der Zielposition endet. Auf diese Weise wird die jeweilige gasförmige Komponente sehr nahe und gezielt zu der Zielposition auf der Lithographiemaske zugeführt. Die Zuführleitung kann hierbei Ventile und/oder andere verfahrenstechnische Vorrichtungen umfassen.
„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Lithographiemaske, die einem Teilchenstrahl-induzierten Verarbeitungsprozess unterzogen wird;
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer Lithographiemaske;
3a und 3b zeigen ein Elektronenmikroskop-Bild einer Lithographiemaske vor und nach einem Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess;
4a - 4c zeigen einen bekannten Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess einer Lithographiemaske;
5a - 5c zeigen eine Folge von Elektronenmikroskop-Bildern einer Lithographiemaske vor und nach einem Ätzen mit einem bekannten Ätzprozess;
6a - 6c zeigen eine durch einen bekannten Ätzprozess hervorgerufene Schädigung eines Substrats;
7a - 7c zeigen einen erfindungsgemäßen Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess einer Lithographiemaske;
8a - 8d zeigen eine mit einem erfindungsgemäßen Ätzprozess bearbeitete Lithographiemaske; und
9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens zum Bearbeiten einer Lithographiemaske mit einem Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Lithographiemaske 100, die einem Teilchenstrahl-induzierten Verarbeitungsprozess unterzogen wird. Es handelt sich dabei insbesondere um einen lokal induzierten Ätzprozess, bei dem Material von der Lithographiemaske 100 abgetragen wird. Der Ätzprozess kann auch auf Fremdkörper, wie beispielsweise Staubpartikel, die sich auf der Oberfläche der Lithographiemaske 100 abgesetzt haben, angewendet werden (nicht dargestellt).
Bei dem dargestellten Beispiel für die Lithographiemaske 100 handelt es sich beispielsweise um eine für die EUV-Lithographie geeignete Maske, die auf reflektiver Basis betrieben wird. Das heißt, dass das Arbeitslicht im Betrieb auf die Lithographiemaske 100 einstrahlt und in den gleichen Halbraum zurückreflektiert wird. Dabei steht EUV für „extremes Ultraviolett“ (engl. „extreme ultra-violet“, EUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm.
In diesem Beispiel weist die Lithographiemaske 100 einen schichtartigen Aufbau auf, wobei ein Träger oder Substrat 102, der beispielsweise aus Quarzglas bestehen kann, die Basis bildet. Auf der Seite, die später im Betrieb mit dem Arbeitslicht bestrahlt wird, ist ein Mehrschichtspiegel 104 angeordnet, das als ein Bragg-Spiegel spezifisch für die jeweilige Wellenlänge des Arbeitslichts ausgebildet ist. Hierbei sind abwechselnd Schichten mit einem hohen und einem niedrigen Brechungsindex, bezogen auf die Wellenlänge des Arbeitslichts, und mit einer Schichtdicke von etwa der halben Wellenlänge des Arbeitslichts multipliziert mit dem Sinuswert des Einfallswinkels des Arbeitslichts auf die Lithographiemaske 100, übereinander angeordnet. Beispielweise weist das Arbeitslicht eine Wellenlänge von 13,5 nm auf. Dann wäre für einen Einfallswinkel von 90° ein Mehrschichtspiegel 104 umfassend eine Mehrzahl an Doppellagen aus Molybdän und Silizium mit jeweils einer Schichtdicke von 6,75 nm als Bragg-Spiegel geeignet. Bei schrägem Lichteinfall muss die Schichtdicke kleiner gewählt werden. Der Mehrschichtspiegel 104 umfasst beispielsweise bis zu 100 solcher Doppellagen. Der Mehrschichtspiegel 104 kann mittels bekannter Abscheidungsprozesse, wie chemischer Gasphasenabscheidung (engl. „chemical vapor deposition“, CVD) oder dergleichen, hergestellt werden. Auf dem Mehrschichtspiegel 104 ist eine Ätzstoppschicht 106 angeordnet. Diese Ätzstoppschicht 106 weist zum einen die Funktion auf, bei der Strukturierung der strukturierten Lage 108 genutzte Ätzprozesse zu stoppen, so dass der Mehrschichtspiegel 104 oder das Substrat 102 nicht angegriffen werden. Andererseits ist die Ätzstoppschicht 106 selbst Bestandteil des Mehrschichtspiegels 104 und bildet damit die erste Schicht des Mehrschichtspiegels 104. Die Ätzstoppschicht 106 weist daher insbesondere eine entsprechend an das Arbeitslicht angepasste Schichtdicke auf. Die Ätzstoppschicht 106 besteht beispielsweise aus Ruthenium oder aus einem anderen Edelmetall.
Ein solcher Schichtaufbau erzielt zum Beispiel eine Reflektivität von etwa 70% der eingestrahlten Intensität bei EUV-Beleuchtung. Um die für die Lithographie notwendige örtliche Modulation in der Beleuchtungsintensität zu erzielen, ist die strukturierte Schicht 108 auf der Ätzstoppschicht 106 angeordnet. Die strukturierte Schicht 108 umfasst beispielsweise Tantalbornitrid TaBN, Tantalnitrid TaN, Tantalboroxid TaBO und/oder Tantaloxid TaO. Um die strukturierte Schicht 108 zu erzeugen, wird beispielsweise zunächst vollflächig eine Schicht aus TaBN aufgebracht und anschließend selektiv geätzt. In Bereichen, in denen die TaBN-Schicht verbleibt, wird das einfallende Arbeitslicht stark gedämpft. Da ein reflektiertes Strahlenbündel die TaBN-Schicht doppelt durchläuft, wird in den Bereichen der TaBN-Schicht weniger als etwa 10% der einfallenden Intensität reflektiert.
Beim Herstellen der Lithographiemaske 100 können Defekte auftreten (siehe zum Beispiel 3). Bei intensitätsmodulierenden Lithographiemasken werden insbesondere klare und opake Defekte unterschieden. Ein klarer Defekt führt dazu, dass bei einer Belichtung an einer Position, an der keine oder nur eine geringe Intensität vorhanden sein sollte, eine zu hohe Intensität ist. Ein opaker Defekt bewirkt das Gegenteil, es ist also an einer jeweiligen Position keine oder eine zu geringe Intensität als erwünscht vorhanden.
In diesem Beispiel sind mögliche Fehlerquellen insbesondere Fehler beim Aufbau des Mehrschichtspiegels 104 inklusive der Ätzstoppschicht 106 sowie Fehler beim Strukturieren der strukturierten Schicht 108. Letztere lassen sich sehr gezielt reparieren, da diese Defekte auf der Oberfläche liegen und damit direkt zugänglich sind. Eine geeignete Methode hierfür sind Teilchenstrahl-induzierte Prozesse, da diese eine gezielte lokale Bearbeitung ermöglichen. Als Teilchen kommen hierbei Ionen, Elektronen sowie Photonen (Laser oder dergleichen) in Betracht. Besonders vorteilhaft sind Elektronenstrahlen, da diese einerseits auf einen sehr kleinen Zielpunkt fokussiert werden können und andererseits keinen oder nur einen sehr geringeren Schaden, wie beispielsweise eine Strukturänderung der bestrahlten Flächen, verursachen. Dies liegt insbesondere auch daran, dass Elektronen ein vergleichsweise geringe Eindringtiefe aufweisen. Im Gegensatz hierzu dringen insbesondere Ionen tiefer in das Material ein und führen dort teilweise zu einer Dotierung und damit einer Strukturveränderung des Materials, was sich negativ auswirken kann. Laserstrahlen weisen hingegen gegenüber Elektronenstrahlen den Nachteil auf, dass diese nicht auf eine so kleine Fläche fokussiert werden können, weshalb die räumliche Selektivität und damit die Auflösung des Bearbeitungsprozesses geringer ist. In diesem Beispiel handelt es sich um einen Elektronenstrahl 110
In diesem Beispiel liegt ein opaker Defekt 112 vor, wobei es sich um einen nicht entfernten Teil der TaBN-Schicht der strukturierten Schicht 108 handelt. Um den Defekt 112 zu entfernen, wird ein lokal induzierter Ätzprozess durchgeführt. Hierzu wird einerseits der aktivierende Elektronenstrahl 110 (allgemein: Teilchenstrahl 110), sowie andererseits eine erste gasförmige Komponente GK1 benötigt, die durch Aktivierung in eine reaktive Form überführbar ist.
Der fokussierte Elektronenstrahl 110 wird insbesondere über die Zielposition ZP gerastert. Beispielsweise weist die Zielposition ZP eine Ausdehnung im Bereich von 5 nm - 2 µm auf. Der fokussierte Teilchenstrahl 110 weist in dem Auftreffpunkt vorzugsweise ein etwa gaussförmiges Strahlprofil (bezogen auf die Intensität) mit einer Halbwertsbreite im Bereich von 1 - 50 nm auf. Die Fokussierung lässt sich vorteilhaft einstellen. Der Elektronenstrahl 110 wird derart abgelenkt, dass er jeweils für eine vorgegebene Verweildauer (engl. „dwell time“) einen Punkt von der Größe des Auftreffpunkts bestrahlt. Man kann hierbei auch von einem Bildpunkt oder Pixel sprechen. Die Zielposition ZP wird beispielsweise in Pixel unterteilt, die nacheinander von dem Elektronenstrahl 110 bestrahlt werden. Die Verweildauer liegt beispielsweise im Bereich einiger hundert Pikosekunden bis hin zu Mikrosekunden. Je nach Größe der Zielposition ZP und eines Pixels ergibt sich für einen kompletten Durchlauf eine bestimmte Zykluszeit. Bei 10⁶ Pixeln und einer Verweildauer von 1000 ps beträgt die Zykluszeit beispielsweise 1 ms. In einem Ätzprozess werden beispielsweise mehrere Millionen Zyklen auf eine Zielposition ZP angewendet, das heißt, dass der Elektronenstrahl 110 die Zielposition ZP mehrere Millionen Male abrastert.
Die erste gasförmige Komponente GK1, beispielsweise XeF₂, wird vorzugsweise gezielt zu der Zielposition ZP zugeführt. Dabei können einzelne XeF₂-Moleküle auf der Oberfläche der Lithographiemaske 100 adsorbieren. In adsorbiertem Zustand ist eine vergleichsweise starke Wechselwirkung zwischen den adsorbierten Molekülen und den Oberflächenatomen vorhanden. Durch den aktivierenden Elektronenstrahl 110 und/oder durch sekundäre Prozesse, die von dem Elektronenstrahl 110 in dem Zielpunkt ZP ausgelöst werden, insbesondere durch sekundäre Elektronen von oberflächennahen Atomen, werden die Moleküle der ersten gasförmigen Komponente GK1 aktiviert. In dem Beispiel von XeF₂ wird dieses beispielsweise dissoziiert, wobei die entstehenden Fluor-Atome oder Fluor-Radikale mit Oberflächenatomen der TaBN-Schicht reagieren und volatile gasförmige Verbindungen bilden, die sich über die Prozessatmosphäre ATM verflüchtigen. Auf diese Weise findet ein lokalisierter Materialabtrag statt.
Da XeF₂ eine vergleichsweise reaktive Substanz ist, kommt es teilweise auch ohne Aktivierung durch einen Teilchenstrahl 110 zu einer spontanen Reaktion mit Oberflächenatomen, was zu einem unkontrollierten Ätzen führen kann. Dies hängt stark von der verwendeten Kombination aus erster gasförmiger Komponente GK1 (Ätzgas) und der Chemie der freien Oberfläche ab. Um den Ätzprozess besser zu kontrollieren, können verschiedene Zusatzgase, die eine Pufferfunktion oder ein Passivierungsfunktion erfüllen, zugeführt werden. Bekannt ist in diesem Zusammenhang die Verwendung von Wasser in einem Ätzprozess, das eine passivierende Wirkung aufweist. Problematisch bei Wasser ist jedoch, dass die Ätzstoppschicht 106, die beispielsweise aus Ruthenium oder einem anderen Edelmetall besteht, von diesem angegriffen werden kann. Als Alternative zu Wasser wird in diesem Beispiel als zweite gasförmige Komponente GK2 Tetraethylorthosilikat (Si(OC₂H₅)₄, auch als Tetraethoxysilan bezeichnet, im Folgenden kurz TEOS) zugeführt. TEOS ist als Abscheidegas in Teilchenstrahl-induzierten Prozessen bekannt, wobei es beispielsweise zum lokalen Erzeugen einer Siliziumoxid-Schicht verwendet wird. TEOS wirkt einerseits passivierend, so dass spontane Ätzprozesse gar nicht oder nicht wesentlich auftreten, und andererseits wird die Ätzstoppschicht 106 nicht angegriffen. TEOS kann unter Einwirkung des Elektronenstrahls 110 zu einem Deponat umfassend Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumcarbid, sowie Mischphasen dieser Verbindungen, führen. Dies kann zu der Selektivität oder der Kontrolle des Ätzprozesses beitragen. Zudem sei angemerkt, dass Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumcarbid EUV-Strahlung nur relativ gering dämpfen, so dass eine hierbei möglicherweise entstehende dünne Schicht mit Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumcarbid vernachlässigbar ist.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung 200 zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer Lithographiemaske 100, beispielsweise der EUV-Lithographiemaske 100 aus der 1. Die Vorrichtung 200 weist ein Gehäuse 210 auf, das durch eine Vakuumpumpe 250 auf einen Druck im Bereich von 10^-2 - 10^-8 mBar evakuiert wird, um eine Prozessatmosphäre ATM in dem Gehäuse 210 zu schaffen. Die Vorrichtung 200 weist ein in dem Vakuumgehäuse 210 angeordnetes Mittel 220 zum Bereitstellen eines fokussierten Teilchenstrahls 110 auf. Das Mittel 220 weist eine Strahlbereitstellungseinheit 222 sowie eines oder mehrere strahlführende und/oder strahlformende Mittel 224, 225 auf, die den Teilchenstrahl 110 in der erwünschten Weise auf den Zielpunkt ZP lenken. Beispielsweise handelt es sich hierbei um eine Elektronensäule 220, die zum Bereitstellen eines fokussierten Elektronenstrahls 110 eingerichtet ist. Die strahlführenden und strahlformenden Elemente 224, 225 sind hierbei insbesondere als Multipole ausgebildet. Zudem ist vorteilhaft ein Detektor 226 vorgesehen, der zurückgestreute Elektronen und/oder Sekundärelektronen erfasst und damit zum Erfassen eines Elektronenmikroskop-Bildes der Lithographiemaske 100 eingerichtet ist. Hiermit lässt sich ein Bearbeitungsprozess der Lithographiemaske 100 in-situ mitverfolgen.
Die Vorrichtung 200 weist einen Probentisch 202 zum Halten und Positionieren der zu bearbeitenden Lithographiemaske 100 auf, der vorzugsweise in zwei, bevorzugt in drei, Raumrichtungen aktuierbar ist. Zudem kann der Probentisch 202 verkippbar und rotierbar gelagert sein, um die Lithographiemaske 100 möglichst perfekt in Bezug auf das Mittel 220, insbesondere auf den Teilchenstrahl 110, auszurichten (nicht dargestellt). Der Probentisch 220 ist vorteilhaft schwingungsgedämpft gelagert und mechanisch von dem weiteren Aufbau entkoppelt (nicht dargestellt).
Außerhalb des Gehäuses 210 sind ein Mittel 230 zum Bereitstellen einer ersten gasförmigen Komponente GK1 und ein Mittel 240 zum Bereitstellen einer zweiten gasförmigen Komponente GK2 angeordnet. Die jeweiligen Mittel 230, 240 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese eine Temperatur einer festen oder flüssigen Phase der jeweiligen Komponente kontrollieren, um einen Dampfdruck der jeweiligen gasförmigen Komponente GK1, GK2 einzustellen. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft ohne Ventile oder dergleichen ein für den jeweiligen Prozess optimierter Gasfluss der jeweiligen gasförmigen Komponente GK1, GK2 erzielen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass zusätzlich Ventile oder dergleichen vorgesehen sind, da Ventile vorteilhaft ein sehr schnelles Ändern der Gasflüsse ermöglichen. Jedes der Mittel 230, 240 weist eine Zuführleitung 232, 242 in das Gehäuse 210 hinein auf, die in eine jeweilige Düse mündet. Die Düse ist vorteilhaft auf den Zielpunkt ZP gerichtet, so dass das zugeführte Gas GK1, GK2 gezielt an dem Zielpunkt ZP mit der Oberfläche der Lithographiemaske 100 in Kontakt kommt. Dies erhöht eine Prozesskontrolle sowie eine Effizienz des Ätzprozesses. Zusätzlich zu den Mitteln 230, 240 können weitere, gelichartig ausgebildete Mittel (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um weitere gasförmige Komponenten, wie Puffergase, oxidierende oder reduzierende Gase, in die Prozessatmosphäre ATM zuzuführen.
Zusätzlich ist eine Absaugeinheit 260 dargestellt, die dazu eingerichtet ist, überschüssiges Gas sowie insbesondere volatile Reaktionsprodukte aus dem Bereich des Zielpunkts ZP abzusaugen, was beispielsweise mittels einer weiteren Vakuumpumpe 250 erfolgt. Damit lässt sich die Zusammensetzung der Prozessatmosphäre ATM besser kontrollieren, insbesondere wird verhindert, dass sich Reaktionsprodukte andernorts auf der Lithographiemaske 100 absetzen oder weitere, unvorhergesehene Prozesse mit überschüssigem Gas stattfinden.
3a und 3b zeigen ein Elektronenmikroskop-Bild einer Lithographiemaske 100 vor und nach einem Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess. Das hier dargestellte Beispiel weist parallele Strukturen auf, dies ist jedoch lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Weitere Lithographiemasken können verschiedene andere geometrische Formen aufweisen. Die dargestellte Lithographiemaske 100 ist insbesondere eine EUV-Lithographiemaske, die beispielsweise die in der 1 dargestellte Schichtstruktur aufweist.
3a zeigt die Lithographiemaske 100 mit einem Defekt in Form eines absorbierenden Bereichs, der an dieser Stelle nicht vorgesehen ist. Der weiße gestrichelte Kasten dient zur Hervorhebung des defekten Bereichs. Die EUV-Lithographiemaske 100 wird beispielsweise mit der Vorrichtung 200 der 2 dem vorgeschlagenen Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess unterzogen, wobei als Zielposition ZP (siehe 1) der Bereich der Lithographiemaske 100 festgelegt wird, dessen Material entfernt werden soll.
3b zeigt die EUV-Lithographiemaske 100 nachdem der Ätzprozess durchgeführt wurde. Es ist erkennbar, dass der Defekt erfolgreich entfernt wurde und die Linien auf der Lithographiemaske 100 nun alle voneinander getrennt sind. Der weiße Kasten dient zur Hervorhebung der Reparaturstelle. Die Lithographiemaske 100 weist nun die vorgesehene Struktur auf und kann beispielsweise in einem EUV-Lithographieprozess verwendet werden.
Die 4a - 4c zeigen schematisch einen bekannten Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess einer Lithographiemaske 100. Mit dem bekannten Prozess kommt es zu unerwünschten Nebeneffekten, wie nachfolgend erläutert wird. Die 4a zeigt die Ausgangssituation, wobei die Lithographiemaske 100 in der Prozessatmosphäre ATM1 angeordnet ist. Es wird eine strukturierte Schicht 108 geätzt, die im Wesentlichen aus einem ersten Material 108a besteht, beispielsweise aus Tantalnitrid TaN. Die Oberfläche der Schicht 108 besteht aus einem anderem Material 108b, das beispielsweise Tantaloxid Ta und/oder Tantaloxinitrid TaON umfasst. Eine solche oberflächennahe Schicht 108b kann sich spontan von selbst bilden, wobei die Schicht 108b dann eine Dicke von wenigen Nanometern aufweist, oder sie kann gezielt abgeschieden werden, wobei die Schichtdicke dann beispielsweise beliebig einstellbar ist. Die Lithographiemaske 100 kann weitere Schichten aufweisen, wie in der 1 gezeigt, auf deren Darstellung aus Gründen der Übersicht hier verzichtet wurde. Der Ätzprozess wird beispielsweise mittels der Vorrichtung 200 der 2 durchgeführt.
Der Prozess in den 4a - 4c wird mit einer Prozessatmosphäre ATM1 durchgeführt, die beispielsweise als Ätzgas XeF2 und H₂O als Passivierungsgas umfasst. Beispielsweise soll ein Defekt 112, wie in der 3a dargestellt, entfernt werden. Der Defekt 112 ist hier durch die gestrichelten Linien begrenzt. Die Zielposition ZP wird entsprechend in den Bereich des Defekts 112 gelegt.
Wie in der 4b dargestellt, wird der Ätzprozess durch den Teilchenstrahl 110 gezielt durchgeführt, wobei die Schicht 108 in der Zielposition ZP bis auf das Substrat 101 entfernt wird. Die Zielposition ZP wird beispielsweise in Pixel unterteilt, wobei ein Pixel der Auftrefffläche des fokussierten Teilchenstrahls 110 auf der Schicht 108 entspricht, und der Teilchenstrahl 110 rastert die Zielposition Pixel für Pixel ab. In jedem Zyklus werden einige Atomlagen der Schicht 108 abgetragen. Dabei wird zunächst die außenliegende Schicht 108b und dann die innenliegende Schicht 108a abschnittsweise freigelegt.
Es kann während dem Ätzprozess zu unerwünschten Schädigungen DMG1, DMG2 kommen. So kann beispielsweise das Substrat 101 der Lithographiemaske 100 geschädigt werden, wie durch die raue Oberfläche DMG1 dargestellt ist. Da der Ätzvorgang nicht an jedem Pixel der Zielposition ZP immer genau gleich schnell abläuft, kommt es vor, dass an einigen Pixeln bereits das Substrat 101 freigelegt ist, an anderen aber noch Material abzutragen ist. Der Ätzprozess wird daher noch fortgeführt, was in den Bereichen, in denen das Substrat 101 bereits offen liegt, zu Schädigungen DMG1 durch den Teilchenstrahl 110 sowie durch das aggressive Ätzgas, insbesondere in aktivierter Form, und/oder durch das als Passivierungsgas in der Prozessatmosphäre ATM1 vorhandene Wasser führen kann.
Zudem kann es an einem Rand der Zielposition ZP, wo mit fortschreitendem Ätzvorgang eine Flanke der Schicht 108 freigelegt wird, zu weiteren Schädigungen DMG2 kommen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Ätzprozesse, die die freigelegte Flanke der Schicht 108 angreifen, was zu einer Degradation der Flanke führen kann.
Nach Abschluss dieses Ätzprozesses an der dargestellten Zielposition ZP wird beispielsweise an einer anderen Position der Lithographiemaske 100 ein Ätzprozess durchgeführt (nicht gezeigt). Die Gase in der Prozessatmosphäre ATM1 sind währenddessen weiterhin in direktem Kontakt mit der freigelegten Schicht 108a. Hierbei kann es zu spontanen Reaktionen kommen, bei denen das freiliegende Material 108a angegriffen wird. Dadurch kann ein ungewollter Ätzprozess ablaufen, der zu einer weiteren Schädigung DMG3 in Form eines Unterätzen der Oberflächenschicht 108b führen kann, wie in der 4c dargestellt. Dieser unkontrolliert ablaufende Prozess kann einem gezielten Ätzprozess daher im Wege stehen. Die Schädigung DMG3 tritt beispielsweise dann auf, wenn die oberflächennahe Schicht 108b von der ersten gasförmigen Komponente GK1 nicht oder nur unwesentlich angegriffen wird, das Material 108a hingegen signifikant angegriffen wird.
5a - 5c zeigen eine Folge von Elektronenmikroskop-Bildern einer Lithographiemaske 100 vor (5a) und nach (5b und 5c) einem Teilchenstrahl-induzierten Ätzen mit dem anhand der 4a - 4c beschriebenen Ätzprozess.
Die Lithographiemaske 100 weist beispielsweise einen Aufbau wie in der 1 dargestellt auf.
In den Elektronenmikroskop-Bildern sind das Substrat 106 und die strukturierte Schicht 108 klar erkennbar. 5a zeigt die Zielposition ZP als ein gestrichelter Kasten. Die Zielposition ZP befindet sich hierbei auf dem Substrat 106. Die Zielposition ZP wird mit dem fokussierten Teilchenstrahl 110 (siehe 1 oder 2) wie anhand der 1 beschrieben abgerastert.
5b zeigt den bearbeiteten Bereich nach dem Ätzprozess, wobei das Bild mit einer Elektronenstrahl-Energie von 600 V erfasst wurde. Bei dieser Energie lassen sich vor allem topologische Strukturen erfassen. In dem Bereich, den der Teilchenstrahl 110 bestrahlt hat, ist eine leichte Verfärbung erkennbar, die darauf hindeutet, dass die Substratoberfläche in diesem Bereich geschädigt ist. Der geschädigte Bereich ist durch die gestrichelte Linie DMG1 hervorgehoben. Zudem zeigt ein Vergleich der Kanten der Schicht 108 mit der 5a, dass diese ebenfalls eine Schädigung DMG2 aufweisen und nicht mehr so scharf sind.
5c zeigt ein weiteres Bild des bearbeiteten Bereichs, wobei das Bild mit einer höheren Elektronenstrahl-Energie erfasst wurde, wodurch insbesondere Materialkontraste sichtbar werden. Die dunklen Punkte DMG1 deuten an, dass die Ätzstoppschicht 106 an diesen Stellen komplett weggeätzt wurde. An diesen Stellen können auch noch tiefergehende Schädigungen, beispielsweise des Mehrschichtspiegels 104 (siehe 1) nicht ausgeschlossen werden.
Die dargestellten Schädigungen DMG1, DMG2 führen beispielsweise zu einer verminderten Reflexion von EUV-Strahlung in einem Lithographieprozess, was zu Fehlern bei der Herstellung von mikrostrukturierten Bauteilen führen kann. An den ausgefransten Kanten wird mehr Strahlung gestreut, was einen Belichtungsprozess ebenfalls beeinträchtigen kann.
6a - 6c zeigen eine weitere durch einen bekannten Ätzprozess hervorgerufene Schädigung einer Ätzstoppschicht 106 einer EUV-Lithographiemaske 100, die beispielsweise den Aufbau der in der 1 dargestellten Lithographiemaske aufweist. Hier wurde beispielsweise ein Ätzprozess verwendet, bei dem XeF₂ als Ätzgas, H₂O als passivierendes Gas und NO₂ als Puffergas zugeführt wurde. Der Ätzprozess wurde zum Entfernen einer Materialsäule aus Tantalbornitrid TaBN verwendet, die sich im Bereich der Zielposition ZP befand.
Die 6a zeigt ein Elektronenmikroskop-Bild des bearbeiteten Bereichs der Lithographiemaske 100. Im Bereich der Zielposition ZP ist eine deutliche Aufhellung erkennbar, was auf eine Schädigung DMG1 hinweist. Es sind weiterhin vier Positionsmarkierungen DC erkennbar. Aus Gründen der Übersicht ist nur ein mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Positionsmarkierungen DC dienen dazu, eine relative Verschiebung zwischen der Lithographiemaske 100 und des Mittels 220 (siehe 2) zum Bereitstellen des fokussierten Teilchenstrahls 110 (siehe 1 oder 2) während des Einstrahlens zu erkennen und zu kompensieren. Hierbei werden die Positionsmarkierungen DC während des Ätzprozesses regelmäßig abgerastert, weshalb auch um diese herum ein aufgehellter, geschädigter Bereich erkennbar ist.
Die 6b zeigt ein mit aktinischer Strahlung erfasstes Bild der Lithographiemaske 100. Die 6b zeigt beispielsweise eine zweidimensionale Intensitätsverteilung der reflektierten Strahlung, wie sie in einem Lithographieprozess mit der Lithographiemaske 100 auf der Probe entstehen würde. Helligkeitsunterschiede entsprechen Intensitätsunterschieden. Die reflektierte Intensität liegt im Bereich der Ätzstoppschicht 106 bei etwa 70% und im Bereich der strukturierten Schicht 108 unter 10%. Der geschädigte Bereich DMG1 ist ebenfalls als Aufhellung zu erkennen. Es ist ein Interessenbereich ROI dargestellt, der durch den beschädigten Bereich DMG1 verläuft. Die Intensitätswerte des Interessenbereichs ROI sind in der 6c als Funktion der Position aufgetragen, wobei die Markierungen („z“ und „0“) mit der 6c übereinstimmen.
Das Diagramm der 6c zeigt die reflektierte Intensität R der EUV-Strahlung in dem Interessenbereich ROI als Funktion der Position. Die Positionen „z“ und „0“ stimmen mit der 6b überein. Die vertikale Achse zeigt die Intensität I, die beispielsweise auf den höchsten Wert normiert ist. Die Messung zeigt, dass bei der Position „z“ ein Minimum der reflektierten Intensität vorliegt. Dies zeigt, dass die Schädigung der Ätzstoppschicht 106 zu einer schlechteren Reflektivität von EUV-Strahlung führt, und damit zu einem schlechteren Lithographieprozess.
Die 7a - 7c zeigen analog zu den 4a - 4c einen Ätzprozess, der hier jedoch erfindungsgemäß durchgeführt wird. Die anhand der 4 - 4c erläuterten unerwünschten oder unkontrollierten Nebeneffekte werden daher im Wesentlichen unterdrückt.
In dem Beispiel der 7a - 7c umfasst die Prozessatmosphäre ATM beispielsweise XeF₂ als Ätzgas und TEOS als Zusatzgas. Der Ätzprozess läuft wie auch bei dem Beispiel der 4b gezielt ab, wie in der 7b dargestellt ist. Im Gegensatz zu der 4b führt die Gegenwart von TEOS in der Prozessatmosphäre ATM jedoch beispielsweise zu der Ausbildung einer passivierenden Schicht 109, die beispielsweise im Wesentlichen aus Siliziumoxid oder Siliziumdioxid besteht. Die passivierende Schicht 109 kann hierbei beispielsweise durch die Abscheidung der zweiten gasförmigen Komponente GK2 aus der Prozessatmosphäre ATM erzeugt werden und/oder durch chemische Reaktionen von Molekülen der zweiten gasförmigen Komponente GK2 mit dem freigelegten Material 108a. Die passivierende Schicht 109 hat den vorteilhaften Effekt, dass die freigelegte Oberfläche des Substrats 101 sowie der Schicht 108a versiegelt oder passiviert wird, so dass Schädigungen, wie anhand der 3b erläutert, nicht oder nur unwesentlich auftreten. Es sei angemerkt, dass auch die Schicht 109 durch den aktivierten Ätzprozess abgetragen werden kann. Daher bildet sich vorteilhaft keine hohe Schichtdicke der Schicht 109 aus. Die Steuerung des Prozesses erfolgt insbesondere durch die Kontrolle der Gaszuführung, was die Zusammensetzung der Prozessatmosphäre ATM im Bereich der Zielposition ZP bestimmt.
Die passivierende Schicht 109 hat damit den Vorteil, dass eine Schädigung des Substrats 101 reduziert oder ganz unterdrückt wird. Zudem werden spontane Ätzreaktionen verhindert, die die Qualität der Lithographiemaske 100 ebenfalls einschränken können. Damit ist ein sehr gezielter und sauberer Ätzprozess möglich.
8a - 8c zeigen eine mit einem erfindungsgemäßen Ätzprozess bearbeitete Lithographiemaske 100. Die Lithographiemaske 100 weist beispielsweise den anhand der 1 erläuterten Schichtaufbau auf. Auf der Oberseite ist teilweise die strukturierte Schicht 108 und teilweise die Ätzstoppschicht 106 zu sehen. Die Lithographiemaske 100 wurde einem Ätzprozess unterzogen, wobei als erste gasförmige Komponente GK1 (siehe 1 oder 2) XeF₂ und als zweite gasförmige Komponente (siehe 1 oder 2) TEOS zugeführt wurde. Es wurden keine weiteren Zusatzgase verwendet. Der Gasfluss wurde über die Temperatur der jeweiligen flüssigen oder festen Phase der Komponente gesteuert, wobei XeF₂ in diesem Beispiel bei einer Temperatur von -20°C und TEOS bei einer Temperatur von -33°C gehalten wurde. Zur Aktivierung der ersten gasförmigen Komponente GK1 wurde ein fokussierter Elektronenstrahl 110 (siehe 1 oder 2) verwendet. Der Ätzprozess wurde an zwei nebeneinanderliegenden, rechteckigen Zielpositionen ZP auf der freiliegenden Ätzstoppschicht 106 durchgeführt.
Die 8a zeigt hierbei ein Elektronenmikroskop-Bild des bearbeiteten Bereichs der Lithographiemaske 100, welches mit einer Elektronenenergie von 600 Verfasst wurde, womit sich Oberflächenstrukturen gut erkennen lassen. Im Bereich der beiden Zielpositionen ZP ist eine sehr schwache Aufhellung erkennbar, was auf eine leichte Veränderung der Oberflächenstruktur, beispielsweise der Oberflächenrauheit, schließen lässt.
Die 8b zeigt ein Elektronenmikroskop-Bild des bearbeiteten Bereichs der Lithographiemaske 100, das mit einer höheren Elektronenenergie erfasst wurde, wodurch sich starke Materialkontraste ergeben. In diesem Bild würde sich erkennen lassen, wenn sich auf der Ätzstoppschicht 106 ein Deponat gebildet hat oder wenn die Ätzstoppschicht 106 weggeätzt wäre, wie in der 5c erkennbar. Die 8b zeigt, dass sich im Wesentlichen kein Deponat gebildet hat und dass die Ätzstoppschicht 106 während des Ätzprozesses auch nicht wesentlich angegriffen wurde.
Die 8c zeigt ein mit aktinischer Strahlung aufgenommenes Bild der Lithographiemaske 100, das die reflektierten Intensitäten zeigt. Die reflektierte Intensität liegt im Bereich der Ätzstoppschicht 106 bei etwa 70% und im Bereich der strukturierten Schicht 108 unter 10%. Im Bereich der Zielpositionen ZP sind nur ganz unwesentliche Abweichungen im Vergleich zu der restlichen, nicht bestrahlten Oberfläche der Ätzstoppschicht 106 erkennbar.
Im Vergleich zu dem herkömmlichen Prozess, der zu Schädigungen führt (siehe 5a - 5c sowie 6a - 6c), wird die Ätzstoppschicht 106 hier nicht geschädigt.
9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens zum Bearbeiten einer Lithographiemaske 100 (siehe 1 - 8) mit einem Teilchenstrahl-induzierten Ätzprozess. In einem ersten Schritt S1 wird die Lithographiemaske 100 in einer Prozessatmosphäre ATM (siehe 1, 2 und 7) bereitgestellt. Beispielswiese wird die Lithographiemaske 100 auf dem Probentisch 202 der Vorrichtung 200 angeordnet und das Gehäuse 210 wird auf einen Druck von etwa 10^-6 - 10^-8 mBar evakuiert. In einem zweiten Schritt S2 wird ein fokussierter Teilchenstrahl 110 (siehe 1 oder 2) auf eine Zielposition ZP (siehe 1 - 8) auf der Lithographiemaske 100 eingestrahlt. In einem dritten Schritt S3 wird eine erste gasförmige Komponente GK1 (siehe 1 oder 2) an die Zielposition ZP in der Prozessatmosphäre ATM zugeführt. Die erste gasförmige Komponente GK1 ist durch Aktivierung in eine reaktive Form überführbar, wobei die reaktive Form unter Bildung einer volatilen Verbindung mit einem Material der Lithographiemaske 100 reagiert. Die erste gasförmige Komponente GK1 wird insbesondere durch den Teilchenstrahl 110 und/oder durch von dem Teilchenstrahl 110 ausgelöste sekundäre Effekte aktiviert. In einem vierten Schritt S4wird wenigstens eine zweite gasförmige Komponente GK2 (siehe 1 und 2) an die Zielposition ZP in der Prozessatmosphäre ATM zugeführt. Die zweite gasförmige Komponente GK2 bildet unter vorbestimmten Prozessbedingungen unter Einwirkung des Teilchenstrahls 110 ein Deponat umfassend eine Verbindung aus Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff. Die Prozessbedingungen des Ätzprozesses werden vorzugsweise so gewählt, dass keine oder nur eine sehr geringfügige Ausbildung eines Deponats erfolgt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

100: Lithographiemaske
101: Substrat
102: Substrat
104: Mehrschichtspiegel
106: Ätzstoppschicht
108: strukturierte Schicht
108a: Schicht
108b: Schicht
109: Schicht
110: Teilchenstrahl
112: Defekt
200: Vorrichtung
202: Probentisch
210: Gehäuse
220: Mittel
222: Strahlbereitstellungseinheit
224: Strahlführungsmittel
225: Strahlformungsmittel
226: Detektor
250: Vakuumpumpe
260: Absaugeinheit
ATM: Prozessatmosphäre
ATM1: Prozessatmosphäre
DC: Positionsmarkierung
DMG1: Schaden
DMG2: Schaden
DMG3: Schaden
GK1: gasförmige Komponente
GK2: gasförmige Komponente
I: Intensität
POS: Position
R: reflektierte Intensität
ROI: Interessenbereich
S1: Verfahrensschritt
S2: Verfahrensschritt
S3: Verfahrensschritt
S4: Verfahrensschritt
z: Position
ZP: Zielpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017208114 A1 [0004]
DE 102013203995 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer Lithographiemaske (100), insbesondere einer nicht-transmissiven EUV-Lithographiemaske, mit den Schritten: a) Bereitstellen (S1) der Lithographiemaske (100) in einer Prozessatmosphäre (ATM), b) Einstrahlen (S2) eines fokussierten Teilchenstrahls (110) auf eine Zielposition (ZP) auf der Lithographiemaske (100), c) Zuführen (S3) wenigstens einer ersten gasförmigen Komponente (GK1) an die Zielposition (ZP) in der Prozessatmosphäre (ATM), wobei die erste gasförmige Komponente (GK1) durch Aktivierung in eine reaktive Form überführbar ist, wobei die reaktive Form unter Bildung einer volatilen Verbindung mit einem Material der Lithographiemaske (100) reagiert, und d) Zuführen (S4) wenigstens einer zweiten gasförmigen Komponente (GK2) an die Zielposition (ZP) in der Prozessatmosphäre (ATM), wobei die zweite gasförmige Komponente (GK2) unter vorbestimmten Prozessbedingungen unter Einwirkung des Teilchenstrahls (110) ein Deponat umfassend eine Verbindung aus Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite gasförmigen Komponente (GK2) ein Silicat, ein Silan, ein Siloxan, ein Silazan und/oder ein Silizium-Isocyanat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein während des Ätzprozesses durch die zweite gasförmige Komponente (GK2) gebildetes Deponat in einem nasschemischen Reinigungsschritt der Lithographiemaske (100) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste gasförmige Komponente (GK1) eines von Xenondifluorid XeF₂, Schwefelhexafluorid SF₆, Schwefeltetrafluorid SF₄, Stickstofftrifluorid NF₃, Phosphortrifluorid PF₃, Wolframhexafluorid WF₆, Wolframhexachlorid WCI₆, Molybdänhexafluorid MoF₆, Fluorwasserstoff HF, Stickstoffsauerstofffluorid NOF, Triphosphortristickstoffhexafluorid P₃N₃F₆ umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Zuführen der zweiten gasförmigen Komponente (GK2) zeitlich vor und/oder nach dem Einstrahlen des Teilchenstrahls (110) auf die Zielposition (ZP) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Zuführen der zweiten gasförmigen Komponente (GK2) während dem Einstrahlen des Teilchenstrahls (110) auf die Zielposition (ZP) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit: Zuführen einer dritten gasförmigen Komponente, die ein Oxidationsmittel und/oder ein Reduktionsmittel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Zuführen der ersten gasförmigen Komponente (GK1), der zweiten gasförmigen Komponente (GK2) und/oder der dritten gasförmigen Komponente umfasst: Bereitstellen einer festen oder flüssigen Phase der jeweiligen Komponente, Einstellen einer Temperatur der festen oder flüssigen Phase der jeweiligen Komponente derart, dass ein vorgegebener Dampfdruck der jeweiligen Komponente über der festen oder flüssigen Phase erreicht wird, und Zuführen der jeweiligen gasförmigen Komponente (GK1, GK2) in die Prozessatmosphäre (ATM) über eine jeweilige Zuführleitung (232, 242).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei zum Steuern eines Massenstroms und/oder Volumenstroms der jeweiligen Komponente ein Leitungsquerschnitt der jeweiligen Zuführleitung (232, 242) eingestellt wird und/oder ein Tastgrad eines Schließventils gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Teilchenstrahl (110) aus geladenen Teilchen, insbesondere aus Elektronen, besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Lithographiemaske (100) zur Verwendung in der EUV-Lithographie ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, , wobei die Lithographiemaske (100) eine Ätzstoppschicht (106) aufweist, auf deren Vorderseite eine strukturierte Lage (108) aus einem Material, das für die in einem Lithographie-Prozess eingesetzte Strahlung absorbierend wirkt, angeordnet ist, wobei eine Ätz-Rate der aktivierten ersten gasförmigen Komponente (GK1) bezüglich der Ätzstoppschicht (106) mindestens um einen Faktor 2, bevorzugt um einen Faktor 5, weiter bevorzugt einen Faktor 10, geringer ist als die Ätz-Rate bezüglich der strukturierten Lage (108).
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Lithographiemaske (100) eine als Mehrschichtspiegel (104) aus einer Mehrzahl an Doppelschichten ausgebildete Spiegelschicht aufweist, wobei eine jeweilige Doppelschicht eine erste Schicht aus einer ersten chemischen Zusammensetzung und eine zweite Schicht aus einer zweiten chemischen Zusammensetzung umfasst, wobei eine jeweilige Schichtdicke der ersten und der zweiten Schicht in einem Bereich von 3 - 50 nm, vorzugsweise 3 - 20 nm, bevorzugt 5 - 10 nm, weiter bevorzugt 5 - 8 nm, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Teilchenstrahl (110) eine Energie von 1 eV - 100 keV, vorzugsweise von 3 eV - 30 keV, bevorzugt von 10 eV - 10 keV, weiter bevorzugt von 30 eV - 3 keV, noch bevorzugt von 100 - 1 keV, aufweist.
Lithographiemaske (100), insbesondere eine nicht-transmissive EUV-Lithographiemaske, die mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-14 hergestellt wurde.
Vorrichtung (200) zum Teilchenstrahl-induzierten Ätzen einer Lithographiemaske (100), insbesondere einer nicht-transmissiven EUV-Lithographiemaske, mit einem Gehäuse (210) zum Bereitstellen einer Prozessatmosphäre (ATM), einem Mittel (220) zum fokussierten Einstrahlen eines Teilchenstrahls (110) an einer Zielposition (ZP) auf der Lithographiemaske (100), einem Mittel (230) zum Bereitstellen einer ersten gasförmigen Komponente (GK1) an der Zielposition (ZP) in der Prozessatmosphäre (ATM), wobei die erste gasförmige Komponente (GK1) durch Aktivierung in eine reaktive Form überführbar ist, wobei die reaktive Form unter Bildung einer volatilen Verbindung mit einem Material der Lithographiemaske (100) reagiert, , und einem Mittel (240) zum Bereitstellen einer zweiten gasförmigen Komponente (GK2) an der Zielposition (ZP) in der Prozessatmosphäre (ATM), wobei die zweite gasförmige Komponente (GK2) bei vorbestimmten Prozessbedingungen unter Einwirkung des Teilchenstrahls (110) ein Deponat umfassend eine Verbindung aus Silizium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlenstoff bildet.