DE3788678T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat. - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden eines Films auf einem Substrat und betrifft insbesondere die zusätzliche Bildung eines gemusterten Metallfilms auf einem Halbleiterbauelement zur Verdrahtung oder zur Bildung eines derartigen Films auf einer Belichtungsfotomaske (und Röntgenstrahlmaske) zur Lichtabschirmung, obwohl sich die Erfindung darauf nicht beschränkt. Das Verfahren kann dazu verwendet werden, auf einem Bauelement eine Verdrahtung zu ändern oder eine fehlerhafte Verdrahtung zu erfassen oder auf einer Fotomaske Fehler zu reparieren oder Muster zu verändern.
  • In "Semiconductor World" (Januar 1986, Seiten 97-100 von M. Yamamoto) sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reparatur einer Fotomaske unter Verwendung eines konvergierenden Ionenstrahls offenbart. Das Verfahren und die Vorrichtung erzeugen einen Kohlenstoffilm, welcher als ein lichtabschirmender Film einer optischen Lithographiemaske verwendet wird. Der Ionenstrahl wird auch dazu benutzt, einen gemusterten Metallfilm zu erzeugen. In "The 17th Symposium on Ion implantation and Submicron Fabrication" von D. Takehara et al., März 1986, Seiten 153-156 wird über das Ergebnis einer Untersuchung auf diesem Gebiet berichtet. Diesem Bericht zufolge wird der konvergierende Ionenstrahl durch einen breiten Edelgasionenstrahl ersetzt und WF&sub6; oder Ta(OC&sub2;H&sub5;)&sub5; wird als ein Ausgangsgas verwendet, wodurch ein Film aus W oder Ta gebildet wird. Der derart erzeugte Film jedoch enthält eine beträchtliche Menge Sauerstoff und hat einen so hohen spezifischen Widerstand von ungefähr 1 Ω·cm, daß er zur Verdrahtung nicht geeignet ist.
  • Der Stand der Technik ist zur maskenlosen Ablagerung mit einem Ionenstrahl fähig, ist aber nicht zum Bilden eines dünnen gemusterten Metallfilms fähig, welcher geeignet ist, zu einem Halbleiterbauelement eine Verdrahtung hinzuzufügen oder Fehler in einem Metallmuster für eine Röntgenstrahlmaske zu reparieren.
  • Im Journal of Applied Physics, Vol. 35, No. 7, Juli 1964, Seite 2272 ist ein Verfahren zum Bilden eines Films auf einem Substrat offenbart, welches das Leiten von Wolframhexacarbonyldampf auf eine Oberfläche des Substrats umfaßt, während die Temperatur des letzteren von der Raumtemperatur um nicht mehr als wenige Grade abweicht und die Oberfläche gleichzeitig mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird.
  • Aus den Patent Abstracts of Japan, Vol. 10, No. 245 (C-368) [2301], 22. August 1986 ist es auch bekannt, bei der Bildung eines Metallfilms im Gegensatz zu einem Elektronenstrahl einen konvergierten Ionenstrahl zu verwenden. Darüber hinaus wird in Patent Abstracts of Japan, Vol. 9, No. 244 (E-346) [1967], 30. September 1985 vorgeschlagen, einen Stahl geladener Teilchen bei einem Verfahren zur Ablagerung von Material auf einem fehlerhaften Abschnitt einer Maske zu verwenden. Zusätzlich wird in der EP-A-0,097,819 ein Verfahren zur Ablagerung von feuerfestem Metall auf einem Substrat vorgeschlagen, bei welchem ein Dampf einer Carbonylverbindung des Metalls durch Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen kleiner als 200 nm photolysiert wird.
  • Erfindungsgemäß wird deshalb ein Verfahren zum Bilden eines Films auf einem Substrat vorgeschlagen, umfassend Leiten von Metallhexacarbonyldampf auf eine Oberfläche des Substrats und Bestrahlen der Oberfläche mit einem Strahl, wobei die Oberfläche auf einer Temperatur gehalten wird, welche 25ºC nicht wesentlich überschreitet, wodurch ein Metallfilm auf der Oberfläche erzeugt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl ein aus Ga-Ionen, Au-Ionen, Bi-Ionen oder Pb-Ionen bestehender Ionenstrahl ist.
  • Der Metallhexacarbonyldampf kann aus W(CO)&sub6;, Mo(CO)&sub6; oder Cr(CO)&sub6; sein.
  • Die Oberfläche wird bevorzugterweise von dem Ionenstrahl abgetastet, wobei die Anzahl der Abtastungen vorbestimmt ist.
  • Der Ionenstrahl kann aus einer Ionenquelle mit geschmolzenem Metall entnommen werden.
  • Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Bilden eines Metallfilms auf einem Substrat umfassend: einen Träger zum Tragen eines Substrats; Material-Leitmittel zum Leiten von Metallhexacarbonyldampf auf eine Oberfläche des auf dem Träger angebrachten Substrats; Bestrahlungsmittel zum Bestrahlen der Oberfläche mit einem aus Ga-Ionen, Au- Ionen, Bi-Ionen oder Pb-Ionen bestehenden Ionenstrahl; wobei Kühlmittel vorgesehen sind, um die Oberfläche auf einer Temperatur zu halten, welche 25ºC nicht wesentlich überschreitet.
  • Das Bestrahlungsmittel kann einen Ionenstrahlgenerator mit einer Ionenquelle mit geschmolzenem Metall umfassen, aus welcher der Ionenstrahl gezogen wird.
  • Ein fokussierendes Linsensystem ist bevorzugterweise zum Konvergieren des aus der Ionenquelle gezogenen Ionenstrahls vorgesehen.
  • Eine Ausblendelektrode kann vorgesehen sein, welche zum Ermöglichen und zum Verhindern, daß der Ionenstrahl auf die Oberfläche geleitet wird, betreibbar ist.
  • Abtastmittel können bevorzugterweise zum Ablenken des Ionenstrahls vorgesehen sein, um mit diesem einen vorbestimmten Bereich des Substrats abzutasten.
  • Der Träger umfaßt bevorzugterweise eine X-Y Plattform zum Bewegen des Substrats in X und Y Richtung.
  • Das Material-Leitmittel kann eine Gasquelle umfassen, um verdampfbares Material zu halten und zu erwärmen, und eine Gaskanone, um Gas aus der Gasquelle auf die Oberfläche zu blasen.
  • Bevorzugterweise ist ein zum Erfassen von durch die Bestrahlung der Oberfläche mit dem Ionenstrahl erzeugten, sekundären, geladenen Teilchen angeordneter Detektor vorgesehen.
  • In ihrer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Generator für einen konvergierenden Ionenstrahl, eine Ablenkelektrode zum Ablenken des konvergierenden Ionenstrahls zum Abtasten, eine X-Y Plattform, auf der ein mit dem konvergierenden Ionenstrahl zu bestrahlendes Substrat angeordnet wird, eine Gaskanone, um Metallhexacarbonyldampf auf das Substrat bereichsweise in der Nähe der mit dem konvergierenden Ionenstrahl bestrahlten Fläche zu blasen und Mittel, um das Substrat zu kühlen.
  • Das Ausgangsgas der Gaskanone kann auf +40 bis +60ºC erwärmt werden.
  • Die oben beschriebene Vorrichtung kann in der folgenden Art und Weise funktionieren. Die Gaskanone bläst effektiv Metallhexacarbonyldampf bereichsweise gegen das Substrat in einem Bereich oder in der Nähe des von dem Ionenstrahl bestrahlten Bereichs. Der Metallhexacarbonyldampf wird an der Substratoberfläche absorbiert, da das Substrat durch die Kühlmittel gekühlt wird. Die Substratoberfläche, welche den Metallhexacarbonyldampf absorbiert hat, wird dann mit dem konvergierenden Ionenstrahl bestrahlt, welcher von dem Generator für den konvergierenden Ionenstrahl erzeugt wird und von einer Ablenkelektrode, einer Abtast- Steuereinheit und einer Abtastbereicheinstelleinrichtung konvergiert und zum Abtasten gesteuert wird. Während der Metallhexacarbonyldampf kontinuierlich geblasen wird, wird das Abtasten des Substrats durch den konvergierenden Ionenstrahl wiederholt. Dieses Verfahren erzeugt einen gemusterten Metallfilm auf dem Substrat mit einer Filmdicke, die der Anzahl der durchgeführten Abtastungen proportional ist.
  • Das Verfahren der Erfindung ist deshalb dazu geeignet, ein dünnes Metallmuster auf einem Substrat für eine Röntgenstrahlmaske oder einem Halbleiterbauelement zu erzeugen.
  • Die Erfindung ist lediglich beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen
  • Fig. 1 ein schematisches Diagramm ist, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bilden eines gemusterten Metallfilms darstellt, und
  • Fig. 2 ein Diagramm ist, welches einen einen Teil der Vorrichtung von Fig. 1 bildenden Generator für einen konvergierenden Ionenstrahl zeigt.
  • In Fig. 2 ist ein Generator 1 für einen konvergierenden Ionenstrahl gezeigt. Eine zu ionisierende Substanz 30 (Fig. 2) ist Ga-Metall, wobei die Substanz 30 von einer Heizeinrichtung 31 umgeben ist, um nur die Oberfläche des Substrats 30 zu erwärmen und zu schmelzen. Das geschmolzene Ga-Metall wird von einer Ziehelektrode 32 derart herausgezogen, daß es in Ga-Ionen umgewandelt wird. Die Ga- Ionen werden durch eine Heizelektrode 33 weiter erwärmt. Die erwärmten Ga-Ionen werden durch ein konvergierendes Linsensystem 34 in einen Ionenstrahl 3 umgewandelt. Der Ionenstrahl 3, der auf ein Substrat 4 geworfen wird, kann durch eine Ausblendelektrode 35 ein- und ausgeschaltet werden. Der Generator 1 für einen konvergierenden Ionenstrahl ist in einer mit einer Vakuumpumpe 10 verbundenen Vakuumkammer 21 angeordnet.
  • Der wie im vorhergehenden erwähnt erzeugte und gesteuerte Ionenstrahl 3 wird auf das Substrat 4 geleitet, welches auf einer von einer X-Y Plattform 5 mittels eines Isolators 17 getragenen Kühlplatte 16 angeordnet ist, wobei die X-Y Plattform 5 durch nicht dargestellte Mittel in X und Y Richtung bewegbar ist. Der Ionenstrahl 3 wird durch eine Ablenkelektrode 2 (für die X und Y Richtung) dazu gebracht, das Substrat 4 abzutasten.
  • Die von der Oberfläche des Substrats 4 freigesetzten sekundären geladenen Teilchen werden von einem Detektor 6 für sekundäre geladene Teilchen erfaßt. Das Erfassungssignal wird nach Verstärkung und Verarbeitung durch einen Signalverstärkungsprozessor 14 in Helligkeitssignale umgewandelt. Die Helligkeitssignale gelangen zusammen mit einem Abtastsignal von einer Abtast-Steuereinheit 12 zu einer Anzeigeeinrichtung 15, welche ein Bild der sekundären geladenen Teilchen anzeigt. Das Bild der sekundären geladenen Teilchen wird dazu verwendet, die Position auf dem Substrat 4 zu lokalisieren, an der der gemusterte Metallfilm zu bilden ist, und der Bereich des gemusterten Metallfilms wird durch eine Abtastbereichfestsetzungseinheit 13 festgesetzt. Bei Empfang eines Signals für den Beginn der Ablagerung wird ein Ventil 8 einer Gaskanone 7 geöffnet und der Metallhexacarbonyldampf gegen die Oberfläche des Substrats 4 geblasen. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Gasquelle 9 durch ein Heizelement (nicht dargestellt) auf eine vorgeschriebene Temperatur erwärmt und das Substrat 4 durch die mit einer Kühleinheit 19 verbundene Kühlplatte 16 auf eine vorgeschriebene Temperatur gekühlt, welche Raumtemperatur nicht überschreitet und bevorzugterweise in dem Bereich von +25 bis -50ºC liegt. Dann wird die Oberfläche des Substrats 4, welche den Metallhexacarbonyldampf absorbiert hat, mit dem konvergierenden Strahl 3 bestrahlt, welcher von der Abtastbereichfestsetzungseinheit 13 zum Steuern des Abtastbereichs und der Abtastfrequenz gesteuert wird. In dem mit dem konvergierenden Ionenstrahl 3 bestrahlten Bereich wird der Metallhexacarbonyldampf zersetzt, so daß CO-Gas in das Vakuum abgegeben wird und Metall an der Oberfläche des Substrats abgelagert wird. Wenn das Abtasten des konvergierenden Ionenstrahls 3 wiederholt wird, während der Metallhexacarbonyldampf kontinuierlich geblasen wird, wird ein gemusterter Metallfilm mit einer Dicke erzeugt, welche der Anzahl der durchgeführten Abtastungen proportional ist.
  • Wie im vorhergehenden beschrieben, ist das Ausgangsgas für die Filmerzeugung Metallhexacarbonyldampf statt des herkömmlichen Metallhalogeniddampfs. Der Metallhexacarbonyldampf kann von der Oberfläche des Substrats bei einer Temperatur effektiv absorbiert werden, welche etwas geringer ist als Raumtemperatur, ohne auf die Temperatur von verflüssigtem Stickstoff gekühlt zu werden. Dies führt zu schnellerem Filmwachstum und zur Bildung eines Films mit höherer Leitfähigkeit und höherer Filmadhäsion. In einem Beispiel, in dem das Ausgangsgas W(CO)&sub6; ist und der konvergierende Ionenstrahl von Ga-Ionen gebildet wird, weist der resultierende Film einen spezifischen Widerstand von ca. 10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup5; Ω·cm auf, wobei Submikrometerlinien erzielt werden können. Der Film besteht hauptsächlich aus W und enthält sehr wenig an Ga und C gebundenen Sauerstoff. Darüber hinaus weist der Film eine ausreichend hohe Härte und Adhäsion auf. Deshalb ist der durch das Verfahren dieser Erfindung erzeugte Film zur zusätzlichen Verdrahtung eines Halbleiterbauelements und zur Reparatur eines fehlerhaften Metallmusters auf einer Röntgenstrahlmaske geeignet. Zur Reparatur einer Röntgenstrahlmaske wird der konvergierende Ionenstrahl bevorzugterweise von Schwermetallionen (z. B. Au-Ionen, Bi-Ionen und Pb-Ionen) gebildet und das Ausgangsgas ist bevorzugterweise W(CO)&sub6;, so daß ein Film mit einem größeren Röntgenabsorptionskoeffizienten erzeugt wird.

Claims (12)

1. Verfahren zum Bilden eines Films auf einem Substrat (4) umfassend: Leiten von Metallhexacarbonyldampf auf eine Oberfläche des Substrats (4) und Bestrahlen der Oberfläche mit einem Strahl (3), wobei die Oberfläche auf einer Temperatur gehalten wird, welche 25ºC nicht wesentlich überschreitet, wodurch ein Metallfilm auf der Oberfläche erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl ein aus Ga-Ionen, Au-Ionen, Bi-Ionen oder Pb- Ionen bestehender Ionenstrahl ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallhexacarbonyldampf ein Dampf aus W(CO)&sub6;, Mo(CO)&sub6; oder Cr(CO)&sub6; ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche von dem Ionenstrahl (3) abgetastet wird, wobei die Anzahl der Abtastungen vorbestimmt ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl von einer Ionenquelle mit geschmolzenem Metall entnommen ist.
5. Vorrichtung zum Bilden eines Metallfilms auf einem Substrat (4), gemäß dem Verfahren von Anspruch 1, umfassend: einen Träger (5, 16, 17) zum Tragen eines Substrats (4); Material-Leitmittel (7-9) zum Leiten von Metallhexacarbonyldampf auf eine Oberfläche des auf dem Träger (5, 16, 17) angebrachten Substrats (4);
Bestrahlungsmittel (1) zum Bestrahlen der Oberfläche mit einem aus Ga-Ionen, Au-Ionen, Bi-Ionen oder Pb-Ionen bestehenden Ionenstrahl (3);
wobei Kühlmittel vorgesehen sind, um die Oberfläche auf einer Temperatur zu halten, welche 25ºC nicht wesentlich überschreitet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestrahlungsmittel (1) einen Ionenstrahlgenerator (1) mit einer Ionenquelle (30) mit geschmolzenem Metall umfaßt, aus welcher der Ionenstrahl (3) gezogen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein fokussierendes Linsensystem (34) zum Konvergieren des aus der Ionenquelle (30) gezogenen Ionenstrahls (3) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausblendelektrode (35) vorgesehen ist, welche zum Ermöglichen und zum Verhindern, daß der Ionenstrahl (3) auf die Oberfläche geleitet wird, betreibbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Abtastmittel (2, 12) zum Ablenken des Ionenstrahls (3) vorgesehen sind, um mit diesem einen vorbestimmten Bereich des Substrats (4) abzutasten.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5, 16, 17) eine X-Y Plattform (5) zum Bewegen des Substrats (4) in X und Y Richtung umfaßt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material-Leitmittel (7-9) eine Gasquelle (9) umfaßt, um verdampfbares Material zu halten und zu erwärmen, und eine Gaskanone (7), um Gas aus der Gasquelle (9) auf die Oberfläche zu blasen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, gekennzeichnet durch einen zum Erfassen von durch die Bestrahlung der Oberfläche mit dem Ionenstrahl (3) erzeugten, sekundären, geladenen Teilchen angeordneten Detektor (6).
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