DE69838211T2 - Reparatur von mikrostruckturen durch gasunterstütztes ätzen mit fokussierten ionenstrahlen - Google Patents

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Description

  • Hintergrund
  • Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Verarbeitung mit einem fokussierten Ionenstrahl und konkreter auf die Reparatur eines Werkstücks, das über eine mit einem Muster versehene lichtundurchlässige Schicht auf einem Substrat, wie etwa eine Photomaske, Röntgenmaske oder Belichtungsmaske, verfügt.
  • Hersteller solcher Werkstücke wenden Verfahren mit dem fokussierten Ionenstrahl (FIB) weitgehend zur selektiven Beseitigung von Material ohne die Verwendung einer mit einem Muster versehenen Maske an. Vorteilhafterweise kann ein FIB-System sowohl als ein Rasterionenmikroskop (SIM) als auch als ein Präzisionsfrässystem arbeiten. So können Hersteller unter Verwendung von FIB-Verfahren auf einem Werkstück ein Bild zu erzeugen (wobei die Bilderzeugung von durch die von Ionenstrahlen eingeführten Teilchen, z. B. Sekundärelektronen oder Sekundärionen, herrührt), einen Defekt auf einer mit einem Muster versehenen undurchsichtigen Schicht auf dem Werkstück lokalisieren und dann in Mikrometer- oder Submikrometergrößenordnung Merkmale am Ort des Defekts fräsen. Der Begriff Hersteller, wie er hierin verwendet wird, schließt sowohl jene, welche anfertigen, als auch jene, welche die oben genannten Werkstücke reparieren.
  • Die primäre Anwendung der FIB-Systeme in der Mikrobearbeitung ist also die Reparatur von Masken und Belichtungsmasken. In vielen Anwendungen setzen Hersteller reines Sputtern ein, d. h. nicht mit Gas unterstütztes Sputtern, um die gewünschten Strukturen zu fräsen. Das Scannen eines fokussierten Strahls von Ionen über eine Substratoberfläche sputtert physikalisch Substratteilchen, einschließlich Atome, Ionen und Moleküle, weg. Nichtflüchtiges gesputtertes Material setzt sich auf jeder Fläche, auf das es trifft, ab. Dieser Effekt, bekannt als Wiederablagerung, schränkt die Präzision der Fertigung von Mikrostrukturen ein. Der Wiederablagerungseffekt macht sich besonders an den Seitenwänden einer geätzten Vertiefung bemerkbar, besonders wenn die Vertiefung ein hohes Seitenverhältnis, d. h. eine enge, tiefe Kerbe, aufweist.
  • Einige Nachteile, die man momentan in der FIB-Reparatur von Defekten auf einem mit einem Muster versehenen Film auf einem Substrat findet, sind:
    • • Unvollständige Beseitigung des undurchsichtigen Materials
    • • ein Rückgang in der Aussendung von elektromagnetischer Strahlung aufgrund von Absorption durch Ionen, die in das Substrat (üblicherweise Quarz) eingesetzt worden sind. Dieses Phänomen des „Färbens" ist stärker ausgebildet, während die lithographische Bestrahlung sich von nahe ultravioletten, d. h. UV (365 nm), zu tiefultravioletten, d. h. UV (248 nm und 193 nm), Wellenlängen bewegt.
    • • Überschussbeseitigung des Substrats unter und um (Flussbetteffekt) den undurchsichtigen Defekt.
  • Während der Teilchenstrahlprozesse, wie etwa Teilchenstrahlablagerung und Teilchenstrahlätzen mit einem fokussierten Strahl, ist das Werkstück, das verarbeitet werden soll, innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet und unter einer Säule positioniert, die einen Teilchenstrahl erzeugt. Die Teilchenstrahlsäule wird in Betrieb gesetzt und erzeugt Teilchen, welche auf die Oberfläche des Werkstücks treffen. Um die Verarbeitung des Werkstücks zu vereinfachen, können reaktive Materialien, üblich sind Flüssigkeiten und üblicher Gase, auf die Oberfläche des Werkstücks, das verarbeitet wird, gelenkt werden. Die reaktiven Materialien arbeiten mit dem Teilchenstrahl zusammen, um die Ablagerung oder den Ätzprozess, die durchgeführt werden, zu verbessern oder zu modifizieren. Wenn ein Gas auf die Oberfläche des Werkstücks während des FIB-Ätzens gelenkt wird, wird der Prozess üblicherweise als Gas unterstütztes Ätzen (GAB) bezeichnet.
  • U.S. Patent Nr. 4,951,097 von Hattori et al., hierin durch Bezugnahme aufgenommen, offenbart eine Vorrichtung zum Reparieren einer Musterschicht unter Verwendung eines Chlorätzgases. Ein GAB-System, dass Chlor verwendet, hat allerdings Nachteile. Ein effektives GAE-System erfordert eine Vakuumpumpe, die dazu neigt, kein Verunreinigungsgas zu erzeugen. Auch ist das GAB-System selbst der korrosiven Wirkung des Chlors unterworfen. Ferner kann Chlor nicht selektives Ätzen oder verbessertes Ätzen zu diesem Grad bieten, wie es von augenblicklichen Herstellern gefordert wird.
  • Japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 6-129260 , hierin durch Bezugnahme aufgenommen, offenbart die Verwendung von Jodgas während des GAB. Allerdings weist auch Jod Nachteile auf. Jod erfordert oft Erhitzen, um ausreichend Dampf einzurichten, um den Ätzprozess zu unterstützen. Erhitzte Elemente innerhalb einer Kammer tragen zu einem thermisch verursachten mechanischen Abwandern der Anordnung bei, welche die Maske hält, was das Vermögen der Bedienungsperson senkt, den Standort der Maske bezüglich des FIB über einen Zeitraum beizubehalten. Dieses Erhitzen kann auch die thermische Ausweitung der Maske hervorrufen. So eine thermische Ausweitung der Maske während der Mikrobearbeitung ist unerwünscht, da die Maße der Mikrostrukturen der Maske entscheidend sind. Es kann auch schwer sein, Jod vom Werkstück abzupumpen. So kann Jod weiter ätzen, wenn das Werkstück aus der Vakuumkammer beseitigt ist. Ferner kann es schwer sein, Jod aufgrund seines Geruches zu verwenden.
  • GAE wird im Allgemeinen in „Characteristics of gas-assisted focused ion beam etching" von R. J. Young, J. R. A. Cleaver und H. Ahmen. J. Vac. Sci. Technol. B., 11(2), S. 234 (1992), hierin durch Bezugnahme aufgenommen, beschrieben.
  • M. Abramo et al., „Gas Assisted Etching: An Advanced Technique for Focused Ion Beam Device Modification", Sitzungen des 20. Internationalen Symposiums des Testens und der Fehleranalyse, S. 439–446 (1994) lehrt GAE unter Verwendung von Halogen enthaltenden Gasen, einschließlich XeF2, Cl2 und Br2, um verschiedene Materialien zu ätzen, wie etwa Aluminium, Wolfram, Silikon und Silikondioxid. Jedes dieser Ätzmittel verbesserte das Ätzen einiger Materialien, aber nicht anderer Materialien.
  • Entsprechenderweise ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren des GAE bereitzustellen, die eine verbesserte Reparatur von Defekten auf einer mit einem Muster versehenen undurchsichtigen Schicht auf einem Substrat zur Verfügung stellen.
  • Entsprechenderweise ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren des GAE bereitzustellen, die eine verbesserte Reparatur von Defekten auf einer mit einem Muster versehenen undurchsichtigen Schicht auf einem Substrat zur Verfügung stellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein wie in Anspruch 1 spezifiziertes Verfahren bereitgestellt.
  • Der Begriff Brom, wie er hierin verwendet wird, umfasst jede Verbindung, die ein Bromatom innerhalb ihres Gestells beinhaltet. Vorzugsweise ist die oben genannte Verbindung eine Verbindung, die molekulares Brom unter den beim Gas unterstützten Ätzen verwendeten Bedingungen hervorbringen kann.
  • Der Begriff Chromschicht, wie er hierin verwendet wird, umfasst Chromschicht und Chromoxidschicht.
  • Der Begriff Molybdänsilicidschicht, wie er hierin verwendet wird, umfasst die Molybdänsilicidschicht und Molybdänsilicid-Stickstoffoxidschicht.
  • Der Begriff Teilchenstrahl, wie er hierin verwendet wird, umfasst Ionenstrahlen, Elektronenstrahlen, neutrale Teilchenstrahlen, Röntgenstrahlen und jeder andere ausgerichtete Strahlung, die zur Bilderzeugung oder zum Ätzen eines Werkstücks geeignet ist. Ferner, wie hiernach detailreicher erklärt, umfasst der Begriff Teilchenstrahl Ionenstrahlen, einschließlich Gallium-Ionenstrahlen, die durch kommerziell erhältliche Systeme fokussierter Ionenstrahlen (FIB) erzeugt werden, und Edelgas-Ionenstrahlen (das Gas ist beispielsweise Helium und Argon), die durch eine Gasfeldionenquelle (GFIS) erzeugt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Schemadarstellung eines Systems fokussierter Teilchenstrahlen zur Anwendung der Erfindung;
  • 2 ist eine Schemadarstellung einer Ausführungsform eines Gaszufuhrsystems zum Gebrauch mit dem System fokussierter Teilchenstrahlen der 1;
  • 3 veranschaulicht die Abfolge einer Art des Rasterscans des Systems fokussierter Teilchenstrahlen der 1, verwendet bei Anwendung der Erfindung.
  • 4A–4C zeigen Querschnittsdarstellungen des Werkstücks der 1, welche die Änderungen auf dem Werkstück veranschaulichen, während es einer Ausführungsform eines Reparaturvorgangs einer auf einem Substrat mit einem Muster versehenen Schicht unterworfen wird;
  • 5 ist eine schematische Draufsicht eines reparierten Defekts und eines zugehörigen Flussbetts zu der mit einem Muster versehenen Schicht der 4A–4C;
  • 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung des reparierten Defekts und eines zugehörigen Flussbetts der 5; und
  • 7 ist ein Flussdiagramm des Vorgangs des Reparieren einer undurchsichtigen auf einem Substrat mit einem Muster versehenen Schicht.
  • Detaillierte Beschreibung der Veranschaulichten Ausführungsformen
  • Die folgende Beschreibung enthält Beispiele von Reparaturvorgängen, die nicht Ausführungsformen der Erfindung, wie beansprucht, sind, sondern zum Verständnis der beanspruchten Erfindung nützlich sind.
  • Das Scannen eines fokussierten Strahls von Teilchen über eine Substratoberfläche sputtert physikalisch Substratteilchen, d. h. Atome, Ionen und Moleküle, weg. Dieser Sputtervorgang kann durch Einsetzen von Dampfphasenätzmittel verbessert werden, die unter dem Einfluss des Teilchenstrahls mit dem Substratmaterial reagiert, um Reaktanten-Spezien zu bilden; diese Spezien sind flüchtiger als die Teilchen, die durch den Strahl allein hervorgebracht werden. Diese flüchtigen Reaktionsprodukte werden leichter von der Substratoberfläche beseitigt, wodurch die Effizienz des Sputtervorgangs verbessert wird. Selektives Ätzen kann erfolgen, was bei Tätigkeiten wie dem Reparieren von undurchsichtigen Defekten vorteilhaft sein kann. Selektives Ätzen erfolgt, wenn das Einsetzen von Dampfphasenätzmittel die Beseitigung eines Materials, z. B. einer Chromschicht, mit dem fokussierten Teilchenstrahl verbessert, während sie die Beseitigung eines anderen Materials, z. B. eines Quarzsubstrats, hemmt. Beispielsweise würde ein Ätzmittel, das gegenüber einer undurchsichtigen Chromschicht selektiv ist, bezüglich eines Quarzsubstrats ermöglichen, dass eine Dicke der Chromschicht durch eine geringere Strahlendosis beseitigt wird als es für die gleiche Dicke von Quarz nötig wäre. Dieses selektive Ätzen ermöglicht schnellere, mehr umfassende Beseitigung eines Überschussteilbereichs einer undurchsichtigen Schicht, die auf einem Substrat mit einem Muster versehen ist, mit einer geringeren Teilchenstrahldosis, geringeren Beseitigung des Substrats nahe des Umfangs des Überschussteilbereichs (Flussbettbildung) und geringerer Verfärbung des Substrats.
  • 1 stellt eine Ausführungsform eines fokussierten Teilchenstrahls dar, d. h. eines Systems 10 fokussierter Ionenstrahlen (FIB) zum Reparieren von undurchsichtigen Schichten, die auf einem Substrat mit einem Muster versehenen sind. Das System 10 der 1 umfasst eine Ionensäule 12, eine Vakuumkammer 22, ein Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material und ein Nutzersteuerstation 50. Das System 10 stellt ein System fokussierter Teilchenstrahlen zur Verfügung, das ein Werkstück, welches auf einem Substrat eine mit einem Muster versehene undurchsichtige Schicht aufweist, genau fräsen kann. Das Werkstück wird innerhalb der Vakuumkammer 22 gelagert und durch einen Ionenstrahl, der durch die Säule 12 erzeugt wird, bearbeitet, um auf dem Werkstück ein Bild zu erzeugen und es zu fräsen. Zur Klarheit stellen 4 und 5 einen Teilbereich einer Art von Werkstück dar, das Hersteller innerhalb der Kammer 22 lagern und mit dem System 10 verarbeiten können. Hersteller können die Erfindung unter Verwendung eines Systems fokussierter Teilchenstrahlen, wie hierin schematisch dargestellt, anwenden. Zwei Beispiele für FIB-Systeme zur Anwendung der Erfindung sind modifizierte Micrion FIB-Systemmodelle 9100 und 8000, die von der Micrion Corporation aus Peabody, Massachusetts, verkauft werden.
  • Modell 9100 weist ein Multiachsenneigungsgestell und eine Ga+-Ionensäule von 30 keV mit einer Bildauflösung von 10 nm. Modell 9100 kann modifiziert werden, um zwei Gase zur gleichen Zeit der Vakuumkammer 22 zuzuführen. Modell 8000 weist eine durch ein Interferometer geführtes x-y-Gestell und eine Ga+-Ionensäule von 30 keV mit einer Bildauflösung von 25 nm auf. Modell 8000 ist weiter der Mulitplex-Bilderzeugung und der adaptiven Strahlenaustastung im Stande. Modell 8000 kann auch modifiziert werden, um zwei Gase zur gleichen Zeit der Vakuumkammer 22 zuzuführen.
  • Wiederum auf die veranschaulichte Ausführungsform der 1 Bezug nehmend, umfasst die Ionensäule 12 eine Ionenquelle 14, eine Absaugelektrode 16, ein Fokussierelement 18, Ablenkungselemente 19 und einen fokussierten Ionenstrahl 20. Die Ionensäule 12 befindet sich über der Vakuumkammer 22, und die Vakuumkammer 22 behaust ein Gestell 24, ein Podest 26, ein Werkstück 30, einen sekundären Teilchendetektor 28 und ein Ladungsneutralisierungselement 32. Wie weiter durch 1 dargestellt, umfasst das Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material ein Reservoir 36, ein Manometer 40, ein motorisiertes Ventilelement 42 und eine Zufuhrleitung 44. Die Nutzersteuerstation 50 kann einen Prozessor 52, ein Mustererkennungselement 54, ein Speicherelement 56, ein Anzeigenelement 60, ein Scan-Generatorelement 62 und Haltezeitregister 64 umfassen. Zur Bequemlichkeit der Beschreibung legt die Achse des FIB eine Z-Achse fest. So wird die X-Y-Ebene als senkrecht zu der Achse des FIB, d. h. der Z-Achse, definiert.
  • Es wird für den durchschnittlichen Fachmann klar sein, dass das in 1 gezeigte System 10 ein herkömmliches FIB-System mit einer Ionensäule 12 umfasst, die über der Vakuumkammer 22 angeordnet ist, welche das Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material zum Bereitstellen des Reaktanten-Materials für das Innere der Kammer 22 beinhaltet. Es versteht sich für den durchschnittlichen Fachmann, dass die dargestellte Ionensäule 12 eine schematische Darstellung einer Ionensäule ist, die zur Anwendung mit der Erfindung geeignet ist. Die dargestellte Ionensäule 12 umfasst eine Ionenquelle 14, die beispielsweise eine flüssige Metallionenquelle (LMIS), wie zum Beispiel eine Galliumionenquelle, oder eine Gasfeldionenquelle (GFIS), wie zum Beispiel eine Heliumionenquelle, sein kann. Die Ionenquelle 14 befindet sich über der Absaugelektrode 16. Die Absaugelektrode 16 erzeugt ein ausreichendes elektrisches Feld, um einen Ionenstrom aus der Ionenquelle 14 anzuziehen. Der Ionenstrom zieht am Fokussierelement 18 vorbei, das aus herkömmlichen elektrooptischen Linsen bestehen kann, die den Ionenstrom zu dem fein fokussierten Strahl 20 fokussieren. Wie weiter dargestellt, umfasst die Ionensäule 12 die Ablenkungselemente 19, welche den Ionenstrahl 20 ablenken können, um quer über die Oberfläche des Werkstücks 30 zu scannen.
  • Ähnlich kann die Unterdruckkammer 22 eine herkömmliche Unterdruckkammer sein, die ein Gestellelement 24 zum Tragen des Werkstücks beinhaltet, zum Beispiel eine Ablegewanne 36, welches das Werkstück hält. Vorzugsweise ist der Podest 24 ein bewegbares Arbeitsgestell, dass dreidimensionale Steuerung der Verschiebung des Werkstücks, das von dem System 10 bearbeitet wird, bietet. Ähnlich umfasst die Unterdruckkammer 22 ein Ladungsneutralisierungselement 32, wie eine Elektronenkanone, und umfasst ferner einen sekundären Teilchendetektor 28 zum Erfassen von sekundären Teilchen wie Elektronen, Ionen oder jedes anderen Teilchens, das zum Erzeugen eines Bildes auf dem Werkstück geeignet ist. Jede hierin schematisch dargestellte Vakuumkammer 22 kann mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden, einschließlich der Vakuumkammer, die in den oben genannten FIB-Systemen, die von der Micrion Corporation aus Peabody, Massachusetts, verkauft werden, enthalten sind.
  • Ähnlich kann das Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material jedes herkömmliche Zufuhrsystem für Reaktanten-Material sein, dass zum Zuführen von Reaktanten-Material wie Bromgas in das Innere der Vakuumkammer 22, konkreter in die Kammer 22 und unmittelbar an die Oberfläche des Werkstücks, geeignet ist. Das Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material kann Materialien an die Oberfläche des Werkstücks 20 bringen, um das Ätzen von oder die Bilderzeugung auf der Oberfläche des Werkstücks zu verbessern.
  • Das dargestellte Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material umfasst ein Reservoir 36, das in flüssiger Kommunikation mit der Fluidzufuhrleitung 44 koppelt, die einen distalen Teilbereich aufweist, der als eine Düse zum Zuführen von Reaktanten-Materialien an die Oberfläche des Werksstücks geformt ist. Das dargestellte Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material umfasst ein Manometer 40, das mit der Leitung 44 zum Messen des Zufuhrdrucks innerhalb der Leitung 44 jedes Reaktanten-Materials, das an die Oberfläche der Werkstücks gebracht wird, gekoppelt ist. Manometer 40 koppelt des Weiteren an das motorisierte Ventilelement 42. Das motorisierte Ventilelement 42 ist selektiv zum Erhöhen oder Senken des Flusses der Reaktanten-Materialien aus Reservoir 36 durch die Fluidzufuhrleitung 44 steuerbar. Die Anordnung des Manometers 40 und des motorisierte Ventilelements 44, dargestellt in 1, bildet ein Feedbacksteuersystem, worin das Manometer 40 den Zufuhrdruck innerhalb der Leitung 44 misst und selektiv das motorisierte Ventilelement 42 steuert, um den Fluss des Reaktanten-Materials zu erhöhen oder zu senken, um dadurch ein ausgewählten Zufuhrdruck zu erhalten.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Zufuhrsystems 34 für Reaktanten-Material wird in 2 dargestellt. Diese Ausführungsform umfasst ein doppeltes Düsensystem zum Zuführen von zwei Ätzmitteln 70 und 71 gleichzeitig in ausgewählter Nähe zum Werkstück. Ätzmittelströmungsgeschwindigkeiten werden durch eine Feedbackschleife zwischen einer motorisierten regulierbaren Ausflussöffnung 72 und 73 und einem Druckwandler 74 und 75 gesteuert.
  • Hersteller können die Düsenspitze oder -spitzen gemäß der Erfindung in ausgewählter Nähe zum Zielpunkt anordnen, wo der FIB mit dem Werkstück interagiert. Ein bevorzugter Bereich für die Beseitigung zwischen dem Zielpunkt und der Düsenspitze oder -spitzen ist 100 bis 600 Mikrometer auf der X-Y-Ebene und 100 bis 400 Mikrometer in die Z-Richtung. Vorzugsweise ist der innere Durchmesser der Düse oder Düsen zwischen 100 bis 400 Mikrometer.
  • 3 zeigt den Vorgang eines Rasterscans des fokussierten Teilchenstrahls der 1. Der Prozessor 52, der auf den X- und Y-Koordinaten eines Zielobjekts basiert, richtet den Teilchenstrahl 20 aus, um die Oberfläche des Werkstücks 30 in Übereinstimmung mit den Koordinaten zu fräsen. Es ist wichtig, anzumerken, dass der Rastermusterumriss 83 nicht, wie gezeigt, rechteckig zu sein braucht. Der Umriss kann eine Vielzahl von geometrischen Formen aufweisen, einschließlich einer runden oder quadratischen. In einer Ausführungsform erzeugt der Prozessor 112 eine Reihe von Fräsbefehlen zum Betreiben der Ionensäule 12, um ein digitales Rastermuster, wie in 3 dargestellt, auszuführen. 3 veranschaulicht ein digitales Rastermuster 82, dass aus eine Reihe von Bildpunktpositionen 84 mit einem entsprechenden Abstand 86 besteht. Das gezeigte digitale Rastermuster ist ein Serpentinenratermuster. Allerdings können Hersteller eine Vielzahl von Rastermustern anwenden, einschließlich eines Spiralmusters. Ferner ist der Abstand üblicherweise geringer als die Strahlenpunktgröße. Eine typische Strahlenpunktgröße liegt zwischen 0.7 Mikrometer und 0.2 Mikrometer. Wie in 3 gezeigt, erzeugt das Prozessorelement 52 einen Satz von Fräsbefehlen, welche die X- und Y-Positionen zum Ausrichten des Teilchenstrahls 20 darstellen, um die Oberfläche des Werkstücks 30 zu fräsen. Wesentlicherweise ist der Prozessor programmierbar.
  • 4A bis 4C veranschaulichen eine Ausführungsform des Reparaturvorgangs einer auf einem Substrat mit einem Muster versehenen Schicht unter Verwendung des Systems fokussierter Teilchenstrahlen aus 1. Die Figuren zeigen Querschnittsdarstellungen einen Teilbereichs 30a des Werkstücks 30. 4A zeigt den Teilbereich 30a des Werkstücks, das eine Schicht 90 mit einem Überschussteilbereich 92 aufweist, die auf einem Substrat 88 mit einem Muster versehen ist.
  • Der Vorgang zum Entfernen eines Überschussteilbereichs 92 von einer Schicht 90, die auf einem Substrat 88 mit einem Muster versehen ist, wird in 4A und 5 gezeigt. Ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Vorgangs gemäß der Erfindung wird in 7 bereitgestellt. Mit Bezugnahme auf 4A–4C, 5 und 7 umfasst diese Ausführungsform die folgenden Schritte: Schritt 100 der Befestigung des Werkstücks 30 an ein bewegbares Gestell, das einer Bewegung in die X- und Y-Richtung fähig ist; Schritt 102 des Scans eines ausgewählten Oberflächenbereichs 98 des Werkstücks (wichtigerweise ist der dargestellte Oberflächenbereich 98 nur ein Beispiel für so einen Oberflächenbereich ist, d. h. der gescannte Oberflächenbereich kann von einer anderen Form und Größe sein), das eine undurchsichtige Schicht aufweist, die auf einem Substrat mit einem Muster versehen ist, mit einem fokussierten Teilchenstrahl 20; gleichzeitig ablaufend zum Scan-Schritt 102, Schritt 104 des Einsetzens eines Ätzgases, einschließlich Broms, in ausgewählter Nähe zum ausgewählten Oberflächenbereich; Schritt 106 des Erfassen der Intensitäten von Teilchen, die vom Werkstück durch Scannen mit dem fokussierten Ionenstrahl emittiert werden; Schritt 108 des Ermitteln einer Form der mit einem Muster versehenen Schicht, auf den erfassten Teilchenintensitäten basierend; Schritt 110 des Ermitteln eines Überschussteilbereichs 92 der mit einem Muster versehenen Schicht; Schritt 112 des Ätzens des Überschussteilbereichs mit dem fokussierten Ionenstrahl; und Schritt 114 des Einsetzens eines Ätzgases in ausgewählter Nähe zum Überschussteilbereich, gleichzeitig ablaufend zum Scan-Schritt 114.
  • Das Ätzgas kann weiterhin Wasserdampf beinhalten. Ein bevorzugtes Verhältnis von Wasserdampf zu Brom ist 1 Mol Wasser zu zwischen 1 und 100 Mol Brom. Mehr bevorzugt ist das Verhältnis 1 Mol Wasser zu zwischen 5 und 30 Mol Brom und noch mehr bevorzugt ist das Verhältnis 1 Mol Wasser zu etwa 10 Mol Brom.
  • Vorzugsweise sollte der Basisdruck für das Vakuum in der Ordnung von 10 Torr oder weniger liegen. Vorzugsweise wird die maximale Strömungsgeschwindigkeit von der Gasdüse oder -düsen durch der erlaubten Gasdruckanstieg in der Musterkammer eingeschränkt. So sollte die Strömungsgeschwindigkeit auf den Wert beschränkt werden, der den Basisdruck für das Vakuum im Wesentlichen nicht über 10–5 Torr steigert.
  • Hersteller können eine Vielzahl von undurchsichtigen Schichten auf das Substrat mit einem Muster versehen, einschließlich einer Chromschicht und Molybdänsiliziumschicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die undurchsichtige Schicht eine Chromschicht. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat Quarz.
  • 4B zeigt einen Teilbereich des Werkstücks 30a nach der Beendigung von Schritt 114 der 7. Das System fokussierter Teilchenstrahlen hat das Werkstück durch Beseitigen des Überschussteilbereichs 92 der mit einem Muster versehenen Schicht 90 mit einem fokussierten Teilchenstrahl 20 repariert.
  • Das oben beschriebene Verfahren kann weiter die Schritte des (i) Scannen eines ausgewählten Teilbereichs des Substrats mit dem fokussierten Teilchenstrahl und (ii) des Anwendens eines Säuberungsgases, gleichzeitig ablaufend zum Substrat-Scanschritt, umfassen, um eine Oberflächenchicht des ausgewählten Teilbereichs des Substrats zum Sichern von hoher Aussendung elektromagnetischer Strahlung durch den ausgewählten Teilbereich des Substrats zu beseitigen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Säuberungsgas ein auf Fluor basierendes Säuberungsgas, mehr bevorzugt ist Xenondifluorid.
  • 4C zeigt einen Teilbereich des Werkstücks 30a nach der Anwendung des Säuberungsgases. Der Bereich 96 wird in 4C mit einer Lage gezeigt, die bezüglich des gleichen Bereichs in 4B beseitigt ist. Hersteller verwenden diesen Säuberungsschritt, um Verfärbungen des Substrats zu beseitigen und eine hohe Aussendung von elektromagnetischer Strahlung durch das Substrat sicher zu stellen.
  • 5 ist eine Draufsicht eines Teilbereichs 30a des Werkstücks, das in 4A–4C gezeigt wird. 5 zeigt eine undurchsichtige Schicht 90, die auf einem Substrat mit einem Muster versehen ist, mit einem beseitigten Überschussteilbereich 92. 5 veranschaulicht des Weiteren das zugehörige Rasenstück oder Flussbett 97, welches ein fokussierter Teilchenstrahl als Folge des Ätzen des Überschussteilbereichs 92 erzeugen kann.
  • Mit Bezugnahme auf 6 wird das Flussbett 97 im Querschnitt gezeigt. Hersteller versuchen die Flussbetttiefe 100 minimal zu halten, insbesondere, wenn sie Masken und Belichtungsmasken herstellen, da Flussbette eine ungewollte Wirkung auf die Aussendung elektromagnetischer Strahlung haben können. GAE-Ätzen kann Teilbereiche des Substrats unter dem Überschussteilbereich, der gerade beseitigt wird, beseitigen. Die Beseitigung des Substrats unter einem Überschussteilbereich wird als Tiefätzung 99 bezeichnet. Hersteller versuchen die Tiefätzungstiefe minimal zu halten. Ferner versuchen Hersteller die Substratoberfläche 102 über dem Überschussteilbereich 92 glatt und eben zu halten, d. h. so, dass die Oberfläche 102 im Wesentlichen parallel zu der X-Y-Ebene ist und dass der Hauptteil der Oberfläche 102 Z-Koordinaten aufweist, die im Wesentlichen ähnlich sind.
  • Wieder auf 1 Bezug nehmend, wird der Betrieb der Ionensäule 12, des Ladungsneutralisierungselements 32 und des sekundären Teilchendetektors 28 durch die Steuerstation 50 gesteuert. Die dargestellte Steuerstation 50 umfasst ein Prozessorelement 52, das ein Scan-Generatorelement 62 aufweist, das ein Haltezeitregister 64 umfasst. Das Prozessorelement 52 koppelt über einen Aussendungsweg an ein Steuerelement 58 an, das mit der Ionenstrahlsäule 12 gekoppelt ist. Das dargestellte Prozessorelement 52 kann ein herkömmliches Computerprozessorelement sein, das ein CPU-Element, einen Programmspeicher, einen Datenspeicher und eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung umfasst. Ein geeignetes Prozessorelement 52 ist eine Sun Workstation, die ein Unix-Betriebssystem betreibt.
  • Wie weiter durch 1 dargestellt, kann das Prozessorelement 52 über die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung mit dem Scan-Generatorelement 62 in Verbindung stehen. In einer Ausführungsform ist das Scan-Generatorelement 62 eine Schaltungskartenanordnung, die mit dem Prozessorelement 52 über die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung in Verbindung steht. Das Schaltungskartenanordnungs-Scan-Generatorelement 62, das in 1 dargestellt wird, umfasst einen Scan-Speicher zum Speichern von Daten, die stellvertretend für ein Scan-Muster stehen, das durch das System 10 zum Scannen des Ionenstrahls 20 quer über die Oberfläche des Werkstücks 30 ausgeführt werden kann, um selektiv zu fräsen oder die Oberfläche des Werkstücks 30 zu ätzen.
  • Das in 1 dargestellte Scan-Generator-Plattenelement 62 kann eine herkömmliche Computerspeicherschaltungskarte sein, die ausreichend Speicherplatz zum Speichern von digitalen Dateninformationen aufweist, die stellvertretend für Positionen des Werkstücks stehen, die durch das Teilchenstrahlsystem 10 verarbeitet werden sollen. Üblicherweise umfasst eine Scan-Generator-Platte, die zur Anwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, eine Reihe von Speicherpositionen, von denen jede einer Position auf der Werkstücksfläche entspricht. Jede Speicherposition speichert Daten, die stellvertretend für eine X- und Y-Position auf der Werkstückoberfläche stehen und weist vorzugsweise ferner für jede X- und Y-Position ein Haltezeitregister zum Speichern von digitalen Daten auf, die stellvertretend für eine Zeitdauer zum Halten des Teilchenstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks an der Position stehen, die durch das zugehörige X-, Y-Paar repräsentiert werden. Entsprechenderweise bietet das Halteregister eine Speicherposition zum Speichern einer Haltezeitdauer zum Anwenden des fokussierten Teilchenstrahls auf die Oberfläche des Werkstücks, um dadurch die Steuerung der Dosis, die auf das Werkstück abgegeben wird, zu ermöglichen.
  • Es wird für den durchschnittlichen Fachmann für die Vorgänge und Systeme des fokussierten Teilchenstrahls klar sein, dass die Dosis, die auf eine Position auf dem Werkstück abgegeben wird, im Allgemeinen als die Festlegung der Tiefe aufgefasst werden kann, bis zu der Material von der Position auf dem Werkstück beseitigt wird. Entsprechenderweise kann das Haltezeitdauersignal, das in dem Haltezeitregister gespeichert ist, als Stellvertreter einer Tiefe oder Z-Dimension für den Teilchenstrahlfräsvorgang aufgefasst werden. Folglich bietet der Prozessor 52, der an so eine Scan-Generator-Platte 62 koppelt, ein multidimensionales Fräselement zum Erzeugen von Frässignalen, das in drei Dimensionen den Fräs- oder Ätzvorgang des Systems fokussierter Teilchenstrahlen steuern kann.
  • Entsprechenderweise wendet der Prozessor 52 die X-, Y- und Z-Daten, die von der Scan-Generator-Platte 62 in Stand gehalten werden, um Frässignale zu erzeugen, die über den Aussendungsweg 66 zu dem Steuerelement 58 der Ionensäule 12 ausgesendet werden. In der dargestellten Ausführungsform versorgen die Frässignale Steuerelement 58 mit Informationen zum Betreiben der Ablenkungselemente 19, um den fokussierten Teilchenstrahl zum Scannen oder Raster des fokussierten Teilchenstrahls quer über die Oberfläche des Werkstücks 30 abzulenken und um den Teilchenstrahl an der ausgewählten Position für eine spezifizierte Haltezeitdauer zu halten, um Fräsen bis zu einer ausgewählten Tiefe bereitzustellen. Die Oberfläche des Werkstücks 30 entspricht im Allgemeinen einer zweidimensionalen Ebene, die durch ein rechtwinkliges Paar von X- und Y-Achsen festgelegt werden kann. Eine Z-Achse, von der im Allgemeinen angenommen wird, dass sie sich parallel zum Weg des fokussierten Ionenstrahls 20 erstreckt, verläuft im Allgemeinen auch rechtwinklig zu der Ebene, die von der X- und Y-Achse der Oberfläche des Werkstücks 30 definiert wird. Durch Steuern der Position des Teilchenstrahls 20 und des Zeitraums, in dem der Strahl 20 mit der Oberfläche des Werkstücks 30 zusammentrifft, kann Material an ausgewählten Positionen des Werkstücks 30 beseitigt werden. Entsprechenderweise bietet das System 10 eine mulidimensionale Steuerung des Fräsvorgangs, um dadurch zu ermöglichen, dass der Teilchenstrahl 20 ausgewählte Teilbereiche des Werkstücks beseitigt.
  • Obwohl 1 eine Ionensäule 12 darstellt, die Ablenkungselemente 19 zum Ablenken eines Ionenstrahls 20 umfasst, um quer über die Oberfläche des Werkstücks 30 zu scannen und dadurch direkt den fokussierten Ionenstrahl auf eine ausgewählte Position auf der Oberfläche des Werkstücks 30 zu richten, wird für einen durchschnittlichen Fachmann für die Vorgänge des fokussierten Teilchenstrahls klar sein, dass jedes System, das zum Ausrichten des fokussierten Teilchenstrahls, um Positionen der Werkstückoberfläche auszuwählen, geeignet ist, mit der Erfindung angewendet werden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann beispielsweise das Podest 24 in einem X-, Y- oder Z-Raum bewegt werden, der dem X-, Y- oder Z-Raum des Fräsprozesses entspricht, und die Frässignale, die durch den Prozessor 52 erzeugt werden, können einem Gestellsteuerungssystem bereitgestellt werden, das sich entlang des Gestells bewegt und dabei das Werkstück 30 trägt, um dadurch einen ausgewählten Teilbereich des Werkstücks direkt in den Weg des fokussierten Teilchenstrahls anzuordnen, um das Werkstück 30 zu fräsen. Andere Systeme und Verfahren zum Ausrichten des Teilchenstrahls können mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden, ohne von dem Geltungsbereich davon abzuweichen.
  • Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, stellt das in 1 dargestellte System 10 ein System zum Reparieren von undurchsichtigen auf einem Substrat mit einem Muster versehenen Schichten bereit, das automatisch die Position und Geometrie eines Überschussteilbereichs erkennt und aus den Informationen zur Position und Geometrie einen Satz von Ätzsignalen erzeugt, die den fokussierten Teilchenstrahl ausrichten, um das Werkstück zu ätzen und dadurch einen Überschussteilbereich zu entfernen und eine mit einem Muster versehene Schicht mit einer präzisen Form bereitzustellen.
  • BEISPIEL
  • Der folgende Arbeitsablauf wurde durchgeführt: Micrion FIB-Systeme 9100 und 8000 wurden zu GAE-Experimenten verwendet. Der Anmelder führte einen Arbeitsablauf durch, bei dem die undurchsichtigen Materialien eine auf Chrom basierende Schicht und eine auf Molybdänsilicid basierende Schicht waren und das transparente Substratmaterial Quarz war. Der Basisdruck in der Vakuumkammer was etwa 10–6 Torr. Die Komponenten des Ätzgases wurden durch zwei Düsen zugeführt. Eine bevorzugte Entfernung zwischen der Düsenspitze und der Position der Interaktion des fokussierten Teilchenstrahls mit dem Werkstück war etwa 100 bis 600 Mikrometer auf der X-Y-Ebene und etwa 100 bis 400 Mikrometer in der Z-Richtung. Der innere Durchmesser der Düsen betrug zwischen 100 bis 400 Mikrometer.
  • Rasterelektronenmikroskop
  • Ein JEOL-Modell eines 6400 Feldemission-Rasterelektronenmikroskops wurde bei niedriger Beschleunigungsspannung verwendet, um die undurchsichtigen Reparaturen zu bewerten.
  • Optisches Mikroskop
  • Optische Mikroskope mit reflektierenden Aussendungs- und Interferenz-Bilderzeugungs-Einsetzmöglichkeiten wurden zur einleitenden Bewertung der Beseitigung der auf Chrom basierenden Schicht und der auf Molybdänsilicid basierenden Schicht, der Quarzflussbetten und Ga-Verfärbung (im sichtbaren Wellenlängenbereich) verwendet.
  • Rasterkraftmikroskop
  • Undurchsichtige Reparaturen wurden mittels eines Rasterkraftmikroskops (Laboratorium für Materialwissenschaften, Concord, MA) bewertet. Dreidimensionale Reparaturprofile kennzeichneten die Vollständigkeit der Absorptionsmittelbeseitigung, die Reparaturglätte und Flussbettdimensionen.
  • Dektak Tastschnittgerät
  • Ätzverbesserungen der auf Chrom basierenden Schicht, der auf Molybdänsilicid basierenden Schicht und des Quarzes wurden mit einem Dektak IIA Tastschnittgerät mit einem Fühler von 2 μm ermittelt. Details, die Flussbetten und Oberflächenrauheit betreffen, erforderten AFM (Rasterkraftmikroskop)-Analyse.
  • Auf Brom basierende Ätzmittelmischung für Cr
  • Eine Gasmischung, einschließlich Brom und Wasserdampf, wurde entwickelt, welche die Beseitigung des Cr zweifach bezüglich des geradlinigen Sputterns verbessert, während sie die Beseitigung von Quarz 30–70% bezüglich des geradlinigen Sputterns hemmt. Das Verhältnis von Wasserdampf zu Brom war 1 Mol Wasser zu von etwa 5 mol bis zu etwa 30 Mol Brom. Das am meisten bevorzugte Verhältnis war etwa 1 Mol Wasser zu etwa 10 Mol Brom. AFM-Bewertungen von Cr-Reparaturen mit dieser auf Brom basierenden Ätzmittelmischung weisen daraufhin, dass Flussbette < 35 nm erreichbar sind.
  • Auf Brom basierende Ätzmittelmischung für Molybdänsilicid
  • Eine Gasmischung, einschließlich Brom und Wasserdampf, ähnlich der, die für Cr-Masken genannt worden ist, wurde entwickelt, welche die Beseitigung des Molybdänsilicid zweifach bezüglich geradlinigen Sputterns verbessert, während sie die Beseitigung von Quarz 30–70% bezüglich des geradlinigen Sputterns hemmt.
  • Die Vorteile des Ätzens unter Zuhilfenahme von Brom und Wasserdampf zur Reparatur von undurchsichtigen Defekten umfassten:
    • • die Ga-Strahlendosis, die zur Beseitigung der auf Chrom basierenden Schicht erforderlich war, ist 2.0 bis 2.2 Mal geringer als beim Sputterätzen ohne Zuhilfenahme von Gasen;
    • • der Schaden an dem Grundsubstrat ist minimal; die Quarzoberfläche wird glatt und eben hinterlassen; die Tiefätzung ist 1–5 nm;
    • • die Tiefe der Flussbetten am Umfang des undurchsichtigen Defekts sind auffallend geringer als man beim Sputterätzen ohne Zuhilfenahme von Gasen feststellen kann; Ätzen unter Zuhilfenahme von Brom bringt Flussbetten von zwischen 5–25 nm hervor, eine große Verbesserung zu Flussbetten von 80–100 nm beim reinen Sputterätzen;
    • • die Reduzierung von eingesetzten Ga und somit die Reduzierung von Verfärbung (Verlust von % Aussendung) in dem transparenten Quarzsubstrat;
    • • die % A (Aussendung) in und um den reparierten Bereich war bei einer Wellenlänge von 365 nm größer als 97%.
  • Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, werden verbesserte Verfahren zum Reparieren von Werkstücken, die eine undurchsichtige auf einem Substrat mit einem Muster versehene Schicht aufweisen, unter Verwendung von GAE offenbart. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf bestimmte hierin offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie gedacht ist, um Modifikationen innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, zu decken.

Claims (13)

  1. Ein Verfahren zur Anwendung eines fokussierten Teilchenstrahlsystems in der Beseitigung eines Überschussteilbereichs aus einem Werkstück, das über eine mit einem Muster versehene Chromschicht auf einem Substrat verfügt, und dieses Verfahren die Schritte des Bestrahlens des besagten Überschussteilbereichs auf besagtem Werkstück, das über eine mit einem Muster versehene Chromschicht auf einem Substrat verfügt, mit einem fokussierten Teilchenstrahl umfasst, und, mit dem Bestrahlungsschritt gleichzeitig ablaufend, des Einsetzens eines Brom beinhaltenden ätzenden Gases in ausgewählter Nähe zu dem besagten Überschussteilbereich, sowie des Unterbrechens des Bestrahlungsschrittes nach der Beseitigung eines ausgewählten Teilbereich aus besagter Chromschicht umfasst.
  2. Ein wie in Anspruch 1 beanspruchtes Verfahren, in dem besagtes ätzendes Gas weiter Wasserdampf beinhaltet.
  3. Ein wie in Anspruch 1 beanspruchtes Verfahren, wobei besagter Einsetzschritt, mit dem Ätzschritt gleichzeitig ablaufend, für die Beseitigung des besagten Überschussteilbereichs sorgt und eine glatte und ebene Substratoberfläche hinterlässt.
  4. Ein wie in jedem der Ansprüche 1 bis 3 beanspruchtes Verfahren, in dem besagtes Substrat Quarz ist.
  5. Ein wie in jedem der Ansprüche 1 bis 4 beanspruchtes Verfahren, das weiter die Schritte des Bestrahlens eines ausgewählten Teilbereichs des besagten Substrats mit besagtem fokussierten Teilchenstrahl nach besagtem Unterbrechungsschritt umfasst und, mit dem besagten Substratbestrahlungsschritt ablaufend, den Schritt des Verwendens eines Säuberungsgases umfasst, um eine Oberflächenlage des besagten ausgewählten Teilbereichs des besagten Substrats zur Sicherung hoher Übertragung elektromagnetischer Strahlung durch besagten ausgewählten Teilbereich des besagten Substrats zu beseitigen.
  6. Ein wie in jedem der Ansprüche 1 bis 5 beanspruchtes Verfahren, das weiter vor dem besagtem Bestrahlungsschritt den Schritt des Montierens des besagten Werkstücks auf einem beweglichen Gestell umfasst, das in x- und in y-Richtung bewegbar ist, und dabei besagte Schicht auf besagtem Substrat mit einem Muster versehen wird und besagte Schicht über einen Überschussteilbereich verfügt.
  7. Ein wie in jedem der Ansprüche 1 bis 6 beanspruchtes Verfahren, in dem besagtes Werkstück aus der Gruppe der Werkstücke ausgewählt wird, die Fotomasken, Röntgenmasken und Belichtungsmasken beinhaltet.
  8. Ein wie in jedem der Ansprüche 1 bis 7 beanspruchtes Verfahren, in dem der Schritt des Bestrahlens des besagten Überschussteilbereichs auf besagtem Werkstück mit einem fokussierten Teilchenstrahl das Scannen eines ausgewählten Oberflächenbereichs auf einem Werkstück, das über eine undurchsichtige mit einem Muster versehene Schicht auf einem Substrat verfügt, beinhaltet und weiter das Ermitteln von Teilchenintensitäten, die vom besagten Werkstück als ein Folge des besagten Scannens des besagten Werkstücks mit besagtem fokussierten Teilchenstrahl ausgestrahlt werden, umfasst, eine Gestaltung der besagten mit einem Muster versehenen Schicht auf der Basis der besagten Teilchenintensitäten dabei bestimmt wird, ein Überschussteilbereich der besagten mit einem Muster versehenen Schicht dabei bestimmt wird und besagter Überschussteilbereich mit besagtem fokussierten Teilchenstrahl dabei geätzt wird.
  9. Ein wie in Anspruch 8 beanspruchtes Verfahren, das weiter die Schritte des Scannens eines ausgewählten Teilbereichs des besagten Substrats mit besagtem fokussierten Teilchenstrahl und, mit dem Schritt des besagten Substratscannens gleichzeitig ablaufend, des Verwendens eines Säuberungsgases umfasst, um eine Oberflächenlage des besagten ausgewählten Teilbereichs des besagten Substrats zur Sicherung hoher Übertragung elektromagnetischer Strahlung durch besagten ausgewählten Teilbereich des besagten Substrats zu beseitigen.
  10. Ein wie in Anspruch 5 oder Anspruch 9 beanspruchtes Verfahren, in dem besagtes Säuberungsgas auf Fluor basiert und vorzugsweise Xenondifluorid ist.
  11. Ein wie in jedem der Ansprüche 8 bis 10 beanspruchtes Verfahren, das weiter vor dem Schritt des besagten Werkstückscannens den Schritt des Montierens des besagten Werkstücks auf einem beweglichen Gestell umfasst, das in x- und in y-Richtung bewegbar ist, und dabei besagte Schicht auf besagtem Substrat mit einem Muster versehen wird und besagte Schicht über ein Überschussteilbereich verfügt.
  12. Ein wie in jedem der Ansprüche 1 bis 11 beanspruchtes Verfahren, in dem besagter Schritt des Richtens weiter den Schritt der Schadenbeschränkung an anderen Elementen des fokussierten Teilchenstrahlsystems aufgrund des Vorhandenseins einer übermäßigen Menge des besagten ätzenden Gases durch Kontrollieren der Menge des ätzenden Gases, das in ausgewählter Nähe zu dem besagten Überschussteilbereich eingesetzt wird, umfasst.
  13. Ein wie in jedem der Ansprüche 1 bis 12 beanspruchtes Verfahren, das weiter, mit dem Schritt des besagten Werkstückscannens ablaufend, den Schritt des Einsetzens eins zweiten ätzenden Gases in ausgewählter Nähe zum ausgewählten Oberflächenbereich umfasst und dabei das zweite ätzende Gas Brom enthält.
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