KR20050094417A - 마스크 수정을 위한 전자 빔 프로세싱 - Google Patents

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KR20050094417A
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시브렌 제이. 사이브란다이
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Abstract

에칭 기체가 있는 경우 전자 빔을 기판으로 향하게 함으로써, 투과율은 갈륨 오염된 기판으로 복원된다. 주입된 갈륨 농도가 높을 경우, 기판의 두께를 줄이지 않고서 투명도는 상당히 복원될 수 있다. 주입된 갈륨이 적을 경우, 투과율은 기판의 두께가 감소되더라도 100%로 복원된다. 본 발명은 포토리소그래피 마스크의 수정 작업시 사용하기에 적합하다.

Description

마스크 수정을 위한 전자 빔 프로세싱{ELECTRON BEAM PROCESSING FOR MASK REPAIR}
본 발명은 리소그래피 마스크 상의 불량을 수정하는 대전입자 빔 프로세싱에 관한 것이다.
포토리소그래피는 집적회로 및 마이크로머신과 같은 작은 구조물을 생성하는데 사용되는 공정이다. 포토리소그래피 공정은 포토레지스트라 불리는 방사선-감지(radiation-sensitive) 물질을 빛이나 다른 방사선의 패턴에 노출시키는 것을 수반한다. 상기 패턴은 상기 방사선을 마스크를 통과시킴으로써 생성되고, 상기 마스크는 표면에 패턴이 있는 기판으로 구성된다. 상기 패턴은 방사선의 일부를 차단하거나 또는 방사선의 위상(phase)을 변화시킴으로써 방사선-감지 물질 상에 노출 및 노출되지 않은 영역을 생성한다. 바이너리 강도 마스크(binary intensity mask)에서, 상기 패턴은 다른 투명한 기판 위에 빛을 흡수하는 물질로 구성된다. 위상 이동 마스크에서, 상기 패턴은 선명한 이미지를 생성하는 포토레지스트 상의 간섭 패턴을 생성하도록 패턴을 통과하는 빛의 위상을 이동시키는 물질로 구성된다. 포토레지스트에서 생성된 이미지는 마스크의 "공간 이미지(aerial image)"로 일컬어진다. 생성될 수 있는 구조물의 사이즈는 사용되는 방사선의 파장에 의해 제한된다: 보다 짧은 파장이 보다 작은 구조물을 생성할 수 있다.
포토리소그래피 공정은 보다 작은 구조물을 생성하는데 필요하므로, 자외선 및 x-레이 방사선을 포함한 보다 작은 파장의 방사선을 이용하는 리소그래피 시스템이 개발중이다. (가시광선을 제외한 방사선을 또한 포함하기 위하여 일반적인 의미로 용어 "빛" 및 "포토리소그래피"가 사용된다.) 70nm 이하의 치수를 갖는 구조물을 생성할 수 있는 시스템이 현재 개발 중이다. 이러한 구조물은 193nm 또는 157nm의 파장을 갖는 빛을 이용한 포토리소그래피에 의하여 제작될 수 있다. 이러한 짧은 파장과 함께 사용된 일부 포토리소그래피 마스크는 마스크 위에 투과성보다는 반사성의 패턴을 이용하는데, 그 이유는 기판이 상기 작은 파장의 방사선에 충분히 투명하지 않기 때문이다. 이러한 마스크에서, 방사선은 마스크로부터 상기 포토레지스트 위로 반사된다.
포토리소그래피 마스크는 만일 상기 마스크가 원하는 노출 패턴을 정확히 생성할 경우 제조상 불완전함이 없어야 한다. 대부분의 새롭게 제작된 마스크는 패턴 물질이 누락되거나 또는 과잉 패턴 물질과 같은 불량을 가지고, 이러한 마스크가 사용되기 전에 상기 불량은 수정되어야 한다. 포토리소그래피에서 작은 웨이퍼 특징부는 포토마스크 상의 불량을 수정하는 기술을 더욱 필요로 한다.
불확실한 불량의 경우, 즉 추가 흡수기(absorber) 또는 위상 이동 물질이 있는 경우, 상기 불량은 대전 입자 빔(가령, 갈륨 이온의 포커싱된(focused) 빔)을 이용하여 추가 물질을 제거함으로써 수정될 수 있다. 불행히도, 상기 이온 빔은 또한 마스크 표면에 손상을 주고 그리고 기판에 이온을 주입시킴으로써, 기판을 통과하는 빛의 전송에 역효과를 준다. 보다 짧은 파장이 포토리소그래피에서 사용될 때, 기판에서의 불완전함은 상기 마스크의 공간 이미지에 더 큰 효과를 갖는다. 수정에 의해서 야기된 기판의 변경은 마스크 성능에 영향을 주고, 따라서 기판에 수정 효과를 줄이는 새로운 수정 기술이 필요하다.
이온 빔 마스크 수정 효과를 줄이는 방법은 크세논 디플루오라이드(xenon-difluoride)와 같은 에칭 기체(etchant gas)가 있는 경우 빛 투과율을 개선하기 위해 기판의 표면층을 제거하도록 수정된 영역을 통해 포커싱된 이온 빔을 스캔하는 것과 관련된다. 이러한 공정은 Asano 등의 미국 특허 제 6,335,129에 설명되어 있다. 유사하게 Casey,Jr 등의 미국 특허 제 6,042,738는 크세논-디플루오라이드가 있는 경우 수정된 영역을 통해 대전 입자 빔을 스캔하는 것을 설명한다. 그러나, 기판 물질을 제거하면 기판의 두께를 변화시키고, 이는 투과되는 빛의 위상을 변화시킨다. 변경된 위상은 공간 이미지를 바꾸고, 특히 위상 이동 마스크에서 마스크 성능에 역효과를 준다. 또한, 갈륨 빔을 표면으로 향하게 하는 것을 수반하는 공정에 의해 얼마나 많은 주입된 갈륨이 제거될 수 있는가에는 한계가 있다. 따라서, 본래의 성능에 가까운 마스크를 복원하는 방법이 필요하다.
도 1은 갈륨으로 짙게 주입된 수정에 적용된 전자 빔 공정에 대하여 전자 빔 도우즈의 함수로서 에칭 깊이 및 투과율의 그래프를 보여준다.
도 2는 크롬층을 제거하도록 갈륨 이온 빔을 이용하여 처리된 수정에 적용된 전자 빔 공정에 대하여 전자 빔 도우즈의 함수로서 에칭 깊이 및 투과율의 그래프를 보여준다.
도 3은 갈륨 이온 빔 도우즈의 범위에서 처리되었던 수정에 적용된 전자 빔 공정에 대하여 전자 빔 도우즈의 함수로서 193nm에서 투과율의 그래프를 보여준다.
도 4는 갈륨 이온 빔 도우즈의 범위에서 처리되었던 수정에 적용된 전자 빔 공정에 대하여 전자 빔 도우즈의 함수로서 157nm에서 투과율의 그래프를 보여준다.
도 5는 갈륨 이온 빔 도우즈의 범위에서 처리되었던 수정에 적용된 전자 빔 공정에 대하여 전자 빔 도우즈의 함수로서 에칭 깊이의 그래프를 보여준다.
도 6은 갈륨-주입된 수정에 서로 다른 전자 빔 도우즈를 적용한 공정에 대하여 갈륨 도우즈의 함수로서 193nm에서 투과율의 그래프를 보여준다.
도 7은 갈륨-주입된 수정에 서로 다른 전자 빔 도우즈를 적용한 공정에 대하여 갈륨 도우즈의 함수로서 157nm에서 투과율의 그래프를 보여준다.
도 8은 갈륨 이온 빔을 이용하여 수정 기판에서 밀링된(milled) 8개의 10㎛ ×10㎛ 트렌치(trench) 각각에 대하여 193nm에서 측정된 투명도를 보여주는 그래프이다.
도 9A-9F는 투명도 값이 도 8의 그래프에 도시된 8개의 10㎛ ×10㎛ 트렌치의 공간 이미지 측정 시스템에 의해 결정된 투명도 플롯을 보여준다.
도 10은 기판을 통한 투과율의 이미지를 보여주고, 이때 밀링되지않은(un-milled) 수정과 같은 투명 영역은 어둡게 보이고, 크롬과 같은 불투명한 영역은 밝게 보인다.
도 11A, 11C, 및 11E는 테스트 사이트의 나노프로필로미터 플롯(nanoprofilometer plots)을 보여주고, 도 11B, 11D, 및 11F는 각각의 트렌치에서 상응하는 나노프로필로미터 트레이스(trace)의 위치를 보여준다.
도 12는 본 발명의 구현에 적합한 이중 빔 시스템을 보여준다.
본 발명의 목적은 수정된 마스크를 수정하기 위하여 투명도를 복원하고 또한 불량없이 제조된 마스크의 공간 이미지와 비슷한 상기 수정된 마스크의 공간 이미지를 유지하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 예를 들어, 물질을 제거하는데 사용된 포커싱된 이온 빔에 의해 주입된 갈륨 원자로부터 감소된 빛 투과율을 갖는 기판에 전자 빔을 향하게 하는 것과 관련된다. 일부 실시예에서, 기판의 두께가 전자 빔 폭격(bombardment)에 의해 감소되지 않도록 하는 빔 에너지 및 도우즈(dose)에서 상기 전자 빔은 기판으로 향하게 되지만(특히 기체가 있는 경우), 기판의 투과도는 상당히 증가된다. 본래 마스크의 두께에 가까운 두께를 유지함으로써, 투과된 방사선의 위상에 상기 마스크 수정이 미치는 효과는 최소화된다. 다른 실시예에서, 기판의 두께는 투명도가 복원될 때 감소된다.
앞서 설명된 바와 같이, 갈륨 이온 빔을 수정으로 향하게 하는 것은 상기 표면의 투명도를 감소시키고, 따라서 수정 포토리소그래피 마스크의 성능에 역효과를 준다. 투명도에 있어서 이러한 감소는 마스크 부분을 상대적으로 불투명하게 하는데 의도적으로 사용되지만, 투명도에 있어서 우연한 감소는 갈륨 이온 빔이 불투명하도록 의도되지 않은 영역을 수정하는데 사용될 때 바람직하지 않은 부작용이 될 수 있다.
수정된 영역의 투명도는 상기 수정된 영역으로 에치-향상(etch-enhancing) 기체가 존재하는 경우에 전자 빔을 향하게 함으로써 복원될 수 있다. 이러한 공정의 효과는 주입된 갈륨의 농도에 따라 변한다.
주입된 갈륨이 비교적 높은 농도일 때, 수정된 영역의 투명도는 기판 두께에 큰 변화가 없는 경우에 복원될 수 있다. 일부 경우, 상기 기판은 약간 부풀어오르는 것으로 보여서 기판 두께는 전자 빔 폭격 이전보다 이후에 커진다. 기판 두께 및 따라서 투과된 빛의 위상이 크게 변하지 않는 반면 수정된 영역의 투명도는 90% 또는 95%까지 증가된다. 예를 들어, 도우즈 및 빔 에너지의 적절한 조합에 따라, XeF2가 존재하는 경우 전자 빔은 상기 수정의 두께를 크게 줄이지 않고서 갈륨-오염된 수정 기판의 투명도를 증가시킬 수 있다. 이는 수정을 제거하면 바람직하지않는 위상 불량을 야기하기 때문에 예상되지 않은 선호되는 발견이다.
주입된 갈륨이 비교적 작은 농도를 가질 때, 기판은 보다 빠르게 에칭하는 것으로 보이고 또한 투명도가 복원될 때 두께에서의 변화는 많게 된다. 일부 응용예에서, 두께에서의 변화는 수용할 수 있다. 다른 응용예에서, 두께의 변화를 피하는 것이 선호된다.
수정 내의 갈륨은 투명하거나 휘발성의 화합물을 형성하도록 기체와 화학적으로 결합하고 또한 상기 수정 기판으로부터 증발하는 것을 가정한다. 대안으로, 물질이 상기 프로세스에 의해 기판에 추가될 수 있거나, 또는 수정 기판은 표면의 위치가 갈륨-오염된 수정의 제거에도 불구하고 변하지 않도록 부풀어오를 수 있다. 투과율 복원에 대한 또 다른 가능한 설명으로서, 상기 프로세서는 주입된 갈륨의 원치않는 흡수 효과가 중화되는 방식으로 갈륨-오염된 수정을 변경할 수 있다. 기초가 되는 메커니즘에 관한 이론의 정확성에도 불구하고, 본 발명은 두께에서의 측정가능한 효과가 없이 투명도를 복원할 수 있음을 실험적으로 보여준다.
도 1은 대략 0.2nC/㎛2의 비교적 높은 도우즈에서 갈륨을 주입한 갈륨 이온의 포커싱된 빔을 이용하여 대략 44nm의 깊이로 에칭된 5㎛×5㎛ 정사각형 영역에 대하여 얻어진 실험 결과를 보여준다. 따라서, 도 1의 대시 라인으로 보여진 44nm의 깊이는 추가 공정에 의하여 에칭된 깊이를 측정하는 시작점이다. 갈륨이 주입된 이후, 상기 영역은 공정 챔버 내에 대략 5.5×10-6 Torr의 크세논 디플루오라이드 압력으로 0.06nC/㎛2에서 0.90nC/㎛2까지의 도우즈에서 전자 빔으로 클리닝(cleaning)되었다. 정사각형은 193nm의 파장에서 그래프의 우측에서 눈금에 대하여 읽혀진 투과율을 나타내고, 다이아몬드는 상기 그래프의 좌측에서 눈금에 대하여 읽혀진 두께를 나타낸다.
도 1은 전자 빔 도우즈가 대략 0.6nC/㎛2까지 상승될 때 투과율이 30%에서 95%까지 향상됨을 보여주고 있으며, 이후 투과율은 0.6nC/㎛2에서 0.90nC/㎛2 사이의 도우즈에 대하여 대략 95%에서 안정하게 된다. 기판의 두께는 대략 0.3nC/㎛2의 도우즈까지 상승하는 것으로 보이고, 이때 상기 0.3nC/㎛2의 도우즈에서 수정 기판은 대략 5nm만큼 팽창하는 것으로 보인다. 전자 빔 도우즈가 추가로 증가할 때, 상기 수정은 에칭을 시작하는 것처럼 보인다. 대략 0.6nC/㎛2의 도우즈에서, 상기 수정은 3 또는 4nm를 에칭하지만, 투과율은 대략 95%로 복원된다.
도 2는 미국 특허 제 6,042,738에서 설명된 바와 같이, 브롬 및 수증기가 있는 경우에 포커싱된 이온 빔을 이용하여 크롬이 제거된 5㎛×5㎛ 정사각형 영역의 실험 결과를 보여준다. 크롬이 제거된 후, 상기 정사각형은 공정 챔버 내에 대략 5.5×10-6 Torr의 크세논 디플루오라이드 압력으로 0.06nC/㎛2에서 0.90nC/㎛2까지의 전자 빔 도우즈로써 크세논 디플루오라이드가 있는 경우에 전자 빔을 이용하여 클리닝되었다. 크롬이 제거되는 동안 주입된 갈륨의 양은 도 1의 실험에서 주입된 갈륨의 양보다 상당히 적을 것이다. 정사각형은 그래프의 우측에서 눈금에 대하여 읽혀진 에칭 깊이를 나타내고, 다이아몬드는 그래프의 좌측에서 눈금에 대하여 읽혀진 193nm에서 투과율을 나타낸다. 도 2의 대시 라인은 대략 95nm가 되는 포커싱된 이온 빔 공정의 끝에서 상부 크롬 표면에 대한 깊이를 보여주고, 따라서 추가 공정에 의해 야기된 에칭은 95nm로부터 측정된다.
도 2는 전자 도우즈의 증가에 따라 투과율의 향상을 보여주고, 이때 투과율은 0.20 nC/㎛2보다 큰 전자 도우즈에서 97%보다 크다. 그러나, 대략 0.130㎛3/nC의 일정한 속도로 에칭된 수정은 투과율을 97%까지 복원하기 위해 대략 25㎛의 수정을 제거하는 것이 필요한 것으로 보인다. 따라서 낮은 갈륨 주입 농도에서 투과율은 100%로 복원될 수 있는 것으로 보이지만 수정의 두께는 변화된다.
도 3 및 4는 XeF2의 5.5×10-6 Torr 압력에서 0부터 1.0nC/㎛2까지의 전자 빔 도우즈에 대한 투과율을 보여준다. 각 라인은 서로 다른 레벨의 갈륨 주입에 대한 투과율을 보여준다. 도 3은 193nm의 방사선의 투과율을 보여주고, 도 4는 157nm에서 빛의 투과율을 보여준다. 도 3 및 4는 도 1 및 2에 보여진 투과율 행태와 유사한 투과율 행태를 보여준다.
도 3은 낮은 갈륨 도우즈에서 전자 빔이 투과율을 대략 100%까지 복원하는 것을 보여주고 그리고 높은 주입된 갈륨 도우즈에서 전자 빔이 40% 아래에서 90%이상으로 투과율을 향상시키는 것을 보여준다. 낮은 갈륨 도우즈에서, 투과율은 100%로 복원된다. 도 5는 유사한 플롯을 보여주지만, 도 5의 투과율은 157nm 파장에서의 투과율이다. 157nm에서의 투과율은 전자 빔 처리에 의해 향상되지만, 193nm 방사선에 대하여 도 3에 도시된 범위까지는 향상되지 못한다.
도 5는 에칭 깊이 대 전자 빔 도우즈를 보여주고, 이때 각 라인은 서로 다른 갈륨 주입 도우즈를 나타낸다. 도 1과 2에 이어, 도 5는 보다 낮은 갈륨 주입 도우즈에서 상기 수정 기판의 보다 많은 에칭이 이루어짐을 보여준다.
마지막으로, 도 6과 7은 도 3과 4로부터 동일한 데이터를 보여주지만, 투과율은 갈륨 주입 도우즈에 대하여 주어져 있으며, 각 그래프 라인은 서로 다른 전자 빔 도우즈를 나타낸다. 도 6 및 7은 전자 빔 도우즈가 증가하면 193nm 및 157nm 둘다의 방사선에 대하여 투명도가 증가하지만, 193nm에서의 투명도는 더 큰 범위로 복원된다.
도 8, 9A-9D, 및 표 1은 갈륨 이온 빔을 이용하여 수정 기판에서 밀링된 8개의 10㎛×10㎛ 트렌치 상에서 실시된 실험 결과를 보여준다.
트렌치 번호 투과율(193nm)
1' 32
1 32
2 93
3 90
4 94
5 92
6 93
7 90
8 93
8' 34
(표 1)
트렌치 2-7은 트렌치 8의 절반은 전자 빔 및 XeF2를 이용하여 이후 클리닝되었지만, 수정 물질의 제거는 스캐닝 프로브 프로필로미터에 의한 측정에 의하여 확인되는 바와 같이 수정 물질의 제거는 없다. 도 8 및 표 1은 클리닝되지 않았던 트렌치 1 및 트렌치 8의 부분이, 갈륨 빔에 지배받지 않았던 수정 기판 부분의 투명도에 상응하는 기준값과 비교하여, 193nm에서 각각 32% 및 34%를 보여준다. 본 발명에 따라 클리닝되었던 트렌치 2-7 및 트렌치 8의 부분은 평균 92% 투과율을 나타내고, 모든 트렌치는 상기 기준값의 90%보다 큰 투명도를 보여준다.
도 9A-9F는 포토리소그래피 마스크의 투과율을 측정하는 AIMS(Aerial Image Measurement System)으로부터 컴퓨터 스크린을 보여준다. 도 9A-9F 각각은 테스트 트렌치의 강도 프로파일 플롯을 보여준다. 각 그래프 위의 다수의 플롯 각각은 서로 다른 AIMS 초점값에서 측정된다. 각 그래프 다음에는 마스크에 의해 생성된 실제 공간 이미지의 그림이 있다.
도 9A 및 9B는 갈륨 이온 빔을 이용하여 밀링되었고 본 발명의 프로세스를 이용하여 클리닝되지 않은 트렌치 1을 통한 투과율을 보여준다. 도 9C 및 9D는 갈륨 이온 빔을 이용하여 밀링되었고 본 발명의 프로세스를 이용하여 클리닝된 트렌치 2 및 3의 투과율을 각각 보여준다. 도 9E 및 9F는 트렌치 8의 서로 다른 절반을 통한 투과율을 보여주고, 도 9E는 앞서 설명된 프로세스에 따라 클리닝된 트렌치 8의 절반을 통한 투과율을 보여주며, 도 9F는 클리닝되지 않은 트렌치 8의 절반을 통한 투과율을 보여준다.
도 10은 테스트 트렌치로써 기판의 광학 현미경 이미지를 보여준다. 광학 현미경 이미지는 기판으로부터 반사된 빛을 이용한다. 밀링되지 않은 수정과 같은 투명한 영역은 어둡게 보이고, 크롬과 같은 불투명한 영역은 밝게 보인다. 클리닝되지 않은 트렌치 1 및 클리닝되지 않은 트렌치 8의 절반은 밝게 보이고, 비교적 불투명한 것을 나타낸다.
도 11A, 11C 및 11E는 트렌치 1, 4 및 8의 토포그래피(topography)의 나노프로필로미터 플롯을 보여주고, 도 11B, 11D 및 11F는 플롯이 취해진 공간 이미지의 영역을 보여준다. 도 11A는 갈륨 이온 빔으로 밀림되었고 본 발명에 따라 처리되지 않은 트렌치 1의 나노프로필로미터 측정을 보여준다. 도 11B는 나노프로필로미터 스캔의 위치를 보여준다. 갈륨-오염된 수정의 깊이는 밀링되지 않은 순수한 수정의 깊이보다 아래의 대략 43nm이다.
도 11C는 갈륨 이온의 빔을 이용하여 에칭되었고 이후 본 발명에 따라 클리닝된 트렌치 4의 나노프로필로미터 측정을 보여준다. 상기 트렌치의 깊이는 대략 43nm이고, 이 43nm의 깊이는 본 발명에 따라 클리닝되지 않은 트렌치 1의 깊이이다. 표 1에서, 트렌치 4의 투명도는 94%인 반면, 트렌치 1의 투명도는 32%이다. 따라서, 프로세스는 기판 두께에 큰 영향을 주기 않고서 투명도를 복원하였다.
도 11E는 갈륨 이온 빔을 이용하여 에칭되었고 이후 트렌치 8의 절반이 본 발명에 따라 클리닝된 트렌치 8의 나노프로필로미터 측정을 보여준다. 본 발명에 따라 클리닝되지 않았던 갈륨-오염된 수정의 깊이는 35nm이었고, 본 발명에 따라 클리닝되었던 갈륨 오염된 수정의 깊이는 33nm이었다. 표 1에서, 본 발명에 따라 클리닝된 트렌치 8의 부분은 93%의 투명도를 갖는 반면, 본 발명에 따라 처리되지 않은 트렌치 8의 부분(트렌치 8')은 34%의 투명도를 갖는다. 따라서, 도 11E는 두께를 감소시키지 않고서 투명도를 복원함을 보여준다. 본 발명은 표면 토포그래피에 영향을 주지 않으면서 투과율을 복원할 수 있는 것으로 보인다. (측정에서는 트렌치의 바닥에서 피트(pits)를 보여준다. 상기 피트는 장비의 아티팩트(artifact)인 것으로 생각되지만, 샘플 상의 다른 곳에서의 투명도 증가와는 관련이 없는 것으로 생각된다.)
대전 입자 빔 프로세스는 적용된 도우즈 즉, 단위 면적 당 입사되는 전자 또는 이온의 전체 수에 의해 특징지어질 수 있다. 대전 입자 빔은 또한 빔 에너지라 일컬어지는 빔 내의 입자들의 에너지로 특징지어질 수 있다. 도우즈는 일반적으로 제곱 마이크론 당 나노쿨롱(nC/㎛2)으로 측정되고, 빔 에너지는 일반적으로 전자 볼트(eV)로 측정된다. 마스크 불량을 수정하는데 사용된 갈륨 이온 빔의 매개변수는 일반적으로 30keV의 입사 빔 에너지에서 크롬을 제거하기 위한 0.3nC/㎛2의 도우즈, 픽셀 간격 및 10-20nm의 동일한 스폿(spot) 사이즈, 6000㎲의 유효 기체 리프레시 시간, 및 0.2㎲의 드웰(dwell)이다.
선호되는 한 실시예에서, 본 발명의 한 실시예에 따른 전자 빔 클리닝은 1keV 전자 빔을 이용하여 0.2㎛의 픽셀 간격에서 대략 0.1nC/㎛2에서 대략 1.0 nC/㎛2의 도우즈, 동일한 스폿 사이즈, 2000-6000㎲의 리프레시 시간, 및 1-10㎲의 픽셀 드웰 시간을 적용한다. XeF2는 진공 챔버에서 2×10-6 Torr의 배경 압력을 생성하도록 인가된다. 선호되는 전자 빔 에너지 및 도우즈는 기판의 종류, 이온의 종류, 이온의 에너지, 및 다른 요인에 따라 변할 것이다. 빔 에너지는 중요하지 않기 때문에 다른 빔 에너지가 또한 사용될 수 있다. 본원에서 제공된 실시예 및 안내를 이용하면, 당업자는 다른 조건하에서 본 발명을 구현하는데 적절한 전자 도우즈 및 빔 에너지를 실험적으로 결정할 수 있다.
인가될 선호되는 전자의 도우즈는 갈륨 또는 기판에 주입되는 다른 불순물의 농도에 주로 의존할 것이다. 예를 들어, 대략 0.05-0.2 nC/㎛2의 갈륨 도우즈와 같이 짙게 주입된 영역에서, 전자 빔을 이러한 많이 주입된 수정 레짐(regime)에서 방향을 정하게 되면 수정에 거의 손상을 야기하지는 않지만, 투과율은 193nm의 방사선의 경우 거의 100%까지 복원된다. 157nm의 방사선의 경우, 투과율은 100%미만으로 복원된다.
또 다른 실시예로서, 0.005nC/㎛2와 0.02 nC/㎛2 사이의 낮은 도우즈의 갈륨으로 주입된 보다 낮은 수정의 경우, 수정된 e-빔 클린업(cleanup) 프로세스가 사용될 것이다. 보다 적게 주입된 수정은 e-빔 및 XeF2가 있는 경우보다 훨씬 빠르게 에칭하고, 따라서 클린업 이후의 나머지 수정의 손상을 줄이기 위해서는 보다 낮은 전자 빔 도우즈가 사용될 것이다. 그러나 도우즈가 낮으면, 투과율은 앞서 설명된 많이 주입된 프로세스에서보다 157nm에서 더 큰 범위로 복원된다.
선호되는 실시예에서, 클리닝 이후 투명도는 대략 80%보다 크고, 대략 85%보다 큰 것이 선호되며 대략 90%보다 큰 것이 가장 선호된다. 처리되지 않은 영역과 비교하여 투명도에서의 상대적인 증가는 100%보다 큰 것이 선호되고(2배), 200%보다 큰 것이 더욱 선호되며(3배), 그리고 250%보다 큰 것이 가장 선호된다(3.5배). 처리된 영역의 두께는 상당한 양만큼 감소되지 않는 것이 선호된다. 일부 실시예에서, 기판 두께는 적은 양만큼 감소될 수 있고, 10nm 미만이 선호되며, 5nm 미만이 더욱 선호되고, 그리고 2nm 미만이 가장 선호된다.
도 12는 본 발명의 방법들 중 일부를 구현하는데 사용될 수 있는 일반적인 이중 빔 시스템(8)을 보여준다. 이중 빔 시스템(8)은 상측 목 부분(12)을 갖는 빈 엔빌로프(evacuated envelope)를 포함하고, 상기 상측 목 부분(12) 내에는 추출기 전극 및 정전기 광학 시스템을 포함하여 액체 금속 이온 소스(14) 및 포커싱 칼럼(16)이 배치된다. 이온 빔(18)은 소스(14)로부터 칼럼(16)을 통해 그리고 소재(22) 방향으로 개략적으로 표시된 정전 편향 수단(20) 사이에서 통과하고, 이때 상기 소재(22)는 가령 하부 챔버(26) 내부의 이동가능한 X-Y 단계(24) 상에 배치된 포토리소그래피 마스크를 포함한다. 이온 펌프(28)는 목 부분(12)을 비우는데 사용된다. 챔버(26)는 진공 제어기(32)의 제어하에서 터보분자(turbomolecular) 및 기계적 펌핑 시스템(30)으로 비워진다. 상기 진공 시스템은 챔버 내부에 대략 1×10-7 Torr과 5×10-4 Torr 사이의 진공을 제공한다. 에치-보조 또는 에치-지연(etch-retarding) 기체가 사용될 때, 챔버의 배경 압력은 대략 1×10-5 Torr과 1×10-6 Torr 사이이다.
고전압 파워 서플라이(34)는 액체 금속 이온 소스(14)에 연결되고 또한 대략 1keV에서 60keV 이온 빔(18)을 형성하여 아래방향으로 향하게 하기 위하여 포커싱 칼럼(16) 내에 적절한 전극에 연결된다. 패턴 생성기(38)에 의해 제공된 패턴에 따라 동작되는 편향 제어기 및 증폭기(36)는 편향 플레이트(20)에 연결되고 따라서 빔(18)은 샘플(22)의 상부 표면 위에 상응하는 패턴을 그리도록 제어될 수 있다. 그려질 패턴은 아래에서 상세히 설명된다. 일부 시스템에서 상기 편향 플레이트는 당분야에 공지된 바와 같이 최종 렌즈 앞에 배치된다.
소스(14)는 일반적으로 갈륨의 금속 이온 빔을 제공하지만, 멀티커섭(multicusp) 또는 다른 플라즈마 이온 소스와 같은 다른 이온 소스가 사용될 수 있다. 상기 소스는 일반적으로 샘플(22)에서 서브 1/10 마이크론 폭의 빔으로 포커싱될 수 있어서, 이온 밀링, 향상된 에치, 물질 증착에 의하여 표면(22)을 수정하거나 또는 상기 표면(22)을 이미징하게 된다. 이미징(imaging)을 위하여 제 2 이온 또는 전자의 방출의 검출하는데 사용된 대전 입자 멀티플라이어(40)는 비디오 회로 및 증폭기(42)에 연결되고, 상기 증폭기(42)는 비디오 모니터(44)에 드라이브를 제공하고 또한 제어기(36)로부터 편향 신호를 수신한다. 챔버(26) 내부의 대전 입자 멀티플라이어(40)의 위치는 다른 실시예에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 선호되는 대전 입자 멀티플라이어(40)는 이온 빔과 동축이 될 수 있고 상기 이온 빔이 통과할 수 있는 구멍을 포함한다. 주사 전자 현미경(41), 파워 서플라이 및 컨트롤(45)은 본 발명을 구현하도록 FIB 칼럼이 제공된다. 단계(24)는 주사 전자 현미경(41)으로부터 전자 빔이 90도에서 상기 소재(22)와 충돌할 수 있도록 기울어진다. 다른 실시예에서, 상기 주사 전자 현미경(41)은 수직으로 조향되고 상기 FIB 칼럼(12)은 기울어진다. 역시 다른 실시예에서, 상기 두 개의 전자 및 이온 칼럼은 평행이 되거나 심지어 분리된 시스템에 있을 수 있다. 유체 전달 시스템(46)은 선택적으로 기체 상태의 증기를 도입하여 샘플(22) 방향으로 향하게 하도록 하부 챔버(26) 내부로 확장한다.
도어(60)는 가열되거나 냉각될 수 있는 샘플(22)을 단계(24)에서 삽입하도록 개방되고 또한 저장소(50)를 제공하도록 개방된다. 상기 도어는 상기 시스템이 진공일 경우 개방될 수 없도록 연결되어 있다. 고전압 파워 서플라이는 이온 빔(18)에 에너지를 제공하고 포커싱하기 위하여 적절한 가속 전압을 이온 빔 칼럼(16) 내부의 전극에 제공한다. 소재를 때릴 경우, 물질은 스퍼터링되고, 상기 샘플로부터 물리적으로 배출(ejected)된다. 이중 빔 시스템은 가령, 본 출원인의 양수인인 오레곤주, 힐스보로의 FEI 회사로부터 상업적으로 구할 수 있다. 본 발명은 하나의 또는 다중 빔 시스템에서 구현될 수 있다. 마스크를 수정할 때 전하 중화(charge neutralization)를 이용하는 것이 선호되는데, 그 이유는 절연 기판이 전기적 전하를 축적하는 경향이 있기 때문이며, 이때 상기 전기적 전하는 상기 표면 위의 빔이 놓이는 위치를 바꿀 수 있고 이후 수정할 때의 위치를 바꿀 수 있다. 예를 들어, 미국 가 특허 출원 60/411,699에 설명된 바와 같이 전자 플러드 건(flood gun) 또는 이온 발생기를 이용하여 중화될 수 있다.

Claims (22)

  1. 수정 물질의 투과율을 감소시키는 갈륨을 주입한 수정 물질의 투명도를 복원하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    - 기체를 수정 물질의 갈륨 주입된 부분으로 향하게 하고, 그리고
    - 상기 수정 물질의 갈륨 주입된 부분으로 전자 빔을 향하게 하며, 이때 전자 빔의 전자 도우즈(dose)는 상기 수정 물질의 두께가 변하지 않도록 이루어지며, 그리고 수정 물질의 투과율은 증가하게 되는
    단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 이때 기체를 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 할로겐 화합물을 포함하는 기체를 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 이때 기체를 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 크세논 디플루오라이드를 포함하는 기체를 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 주입된 갈륨이 없는 수정 물질의 투과율의 80%보다 크게 상기 투과율이 증가되도록 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 주입된 갈륨이 없는 수정 물질의 투과율의 90%보다 크게 상기 투과율이 증가되도록 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 상기 수정 물질의 두께가 2nm보다 작게 변하도록 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 상기 수정 물질의 두께가 5nm보다 작게 변하도록 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 상기 수정 물질의 두께가 10nm보다 작게 변하도록 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 주입된 갈륨이 없을 경우 상기 수정 물질의 투과율의 90%보다 크게 상기 투가율이 증가되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 2.0 nC/㎛2보다 적은 전자 도우즈를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 0.1 nC/㎛2에서 1.0 nC/㎛2 사이의 전자 도우즈를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 수정 물질의 부분으로 향하게 하는 단계는 0.4 nC/㎛2에서 0.8 nC/㎛2 사이의 전자 도우즈를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 기판의 투과율을 줄이는 주입된 물질을 갖는 투명 기판의 투명도를 복원하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    - 기체를 기판의 표면에서 제공하고, 그리고
    - 전자 빔을 상기 기판을 향하게 하고, 이때 전자 빔, 기체 및 기판은 상기 기판의 투명도를 증가시키도록 상호작용하는
    단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 이때 기체를 상기 기판의 표면에서 제공하는 단계는 상기 기판의 표면에서 할로겐을 포함하는 기체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 이때 상기 기판의 표면에서 할로겐을 포함하는 기체를 제공하는 단계는 크세논 디플루오라이드를 포함하는 기체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 기판으로 향하게 하는 단계는 빔을 수정 기판으로 향하게 하는 단계를 포함하는 기체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 기판으로 향하게 하는 단계는 빔을 리소그래피 마스크로 향하게 하는 단계를 포함하는 기체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 기판으로 향하게 하는 단계는 1.0 nC/㎛2보다 적은 전자 도우즈를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 기판으로 향하게 하는 단계는 0.5 nC/㎛2보다 적은 전자 도우즈를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 기판으로 향하게 하는 단계는 주입된 물질이 없는 경우 상기 투명도의 90%보다 큰 기판의 투명도를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 기판으로 향하게 하는 단계는 5nm보다 작게 상기 기판을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 13 항에 있어서, 이때 전자 빔을 상기 기판으로 향하게 하는 단계는 5nm보다 작게 상기 기판을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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