TWI779415B - 處理微結構部件的裝置和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種處理特別是用於微影的微結構部件的裝置和方法。一種處理微結構部件的裝置包括：離子束源（130、230），用於將離子束（135、235）施加到所述部件（100、200）的至少一些區域，其中，所述離子束的離子能量不大於5 keV；以及檢測器（150、250），用於檢測在所述部件（100）處反向散射的粒子。

Description

處理微結構部件的裝置和方法
本發明涉及一種處理微結構部件的裝置和方法，特別是用於微影。
例如，微影用於製造諸如積體電路或LCD的微結構部件。在包括照明裝置和投射鏡頭的稱為投射曝光設備中進行微影製程(process)。在這種情況下，將通過照明裝置照明的光罩（=遮罩）的像通過投射鏡頭投射至塗覆有感光層（光阻）且佈置在投射鏡頭的像平面中的基板（例如矽晶圓）上，以便將光罩結構轉印至基板的感光塗層。
隨著微影製程中使用的光罩和微影結構化晶圓兩者的結構尺寸變得越來越小，在實踐中，這些部件的相應處理或修復變成了越來越嚴峻的挑戰。在使用電子或離子束來處理或修復諸如光罩或晶圓的對應部件的已知方法的情況下出現的問題是，通過相應的“工具”或粒子束可獲得的解析度必須足夠高，以便滿足要處理的微結構部件上相應結構尺寸的要求。
實際上，要實現對應的高解析度（特別是結構尺寸為在10 nm或更小量級的情況下）由以下事實而變得更加困難：不僅需要考慮橫向解析度（即，在與要處理的部件的表面平行的平面內所獲得的解析度），而且需要考慮垂直獲得的解析度（即，在與要處理的部件的表面垂直的方向上延伸的解析度），所以需要限制粒子束進入要處理的部件的穿透深度以便避免不期望的過量材料燒蝕。尤其是，在這種情況下，需要聚焦相應粒子束表示了實際上嚴峻的挑戰。
關於現有技術，作為示例僅參考以下出版物：L. Reimer等人於1980年在《掃描（Scanning）》的第3卷的第35-39頁的《在掃描電子顯微鏡內測量反向散射係數和二次電子產率 （Measuring the Backscattering Coefficient and Secondary Electron Yield Inside a Scanning Electron Microscope ）》；AV Steele等人於2014年在《測試和故障分析的國際會議論文集》的《高精度 FIB 奈米加工和電路編輯的新離子源（ New Ion Source for High Precision FIB Nanomachining and Circuit Edit ）》；以及K. A. Twedt等人於2014年在《超顯微術》的第142期的第24-31頁的《具有低能量鋰離子的掃描離子顯微術（ Scanning Ion Microscopy with Low Energy Lithium Ions ）》。
本發明的目的是提供一種處理微結構部件的裝置和方法，特別是用於微影，即使在結構尺寸為奈米範圍內的情況下，該裝置和方法也有助於盡可能精確的處理。
該目的由根據下文所述的特徵的裝置以及根據下文所述的特徵的方法來實現。
一種處理微結構部件的設備，特別是用於微影，所述設備包括： -           離子束源，用於將離子束施加到部件的至少一些區域，其中，該離子束的離子能量不大於5 keV；以及 -           檢測器，用於檢測在部件處反向散射的粒子。
根據一個實施例，檢測器被設計為檢測在部件處反向散射的帶電粒子，特別是離子或電子。
特別地，本發明基於以下構思：首先，在處理微結構部件（諸如微影光罩或晶圓）時，通過使用相對較低能量的離子束——由於離子束與要處理的部件的材料之間的相互作用的體積相對較小，實現可獲得的解析度的增加。其次，可以通過檢測在要處理的部件處反向散射的離子，精確定義處理的結束（在位置和/或時間方面）——如下面將解釋的。
在此，本發明特別是從以下發現出發：當離子束代替電子束用於材料處理，相應粒子束（即，離子或電子束）向較低能量的過渡不會伴隨著在處理期間發生“材料對比度(material contrast)”的降低。當然，本發明利用以下情況——如下面更詳細描述的——根據本發明用於材料處理的低能量離子首先具有反向散射係數對相應目標材料的期望相關性並且其次還具有總體上足夠高的反向散射率（因此也具有足夠強的信號用於定義處理的結束）。
總體上，根據本發明，提供對諸如光罩或晶圓的微結構部件的處理或修復，其兩者提供對10 nm或更小量級的結構尺寸的當前和未來要求所需的解析度，而且——出於精確地結束相應的處理(processing)或修復製程的目的——對相應處理的材料足夠敏感（借助於處理期間不同目標材料之間的過渡處出現足夠的材料對比度）。
根據一個實施例，離子束的離子能量不大於3 keV，特別是不大於2 keV。
根據一個實施例，離子束的離子能量的值的範圍為（0.1-5）keV，特別是範圍為（0.5-3）keV，進一步特別是範圍為（1-2）keV。
根據一個實施例，該設備被配置為基於由檢測器供應的檢測器信號來定義處理的結束。
根據一個實施例，離子束包括的離子來自含有以下的組：氫（H）離子、鋰（Li）離子、鈉（Na）離子、鉀（K）離子、銣（Rb）離子、銫（Cs）離子、氮（N）離子、氦（He）離子、氖（Ne）離子、氬（Ar）離子、氪（Kr）離子和氙（Xe）離子。
根據一個實施例，離子束的焦點直徑小於10 nm，特別是小於5 nm，進一步優選地小於2 nm。
根據一個實施例，該設備還包括用於將製程氣體附加地施加到部件的氣體供應。因此，由離子束生成的流入到處理的部件的相應材料中的能量可以用於製程氣體與材料之間的反應，生成揮發性化合物，並且因此可以用於材料燒蝕的附加機制，該附加機制補充由離子直接引起的物理（“濺射”）燒蝕。
根據一個實施例，微結構部件上存在的結構具有小於10 nm的結構尺寸。
根據一個實施例，對微結構部件的處理包括對位於微結構部件上存在的結構之間的材料的燒蝕(ablation)。
根據一個實施例，部件是微影光罩。
根據一個實施例，部件是微影結構化的晶圓。
本發明還涉及一種微結構部件的處理方法，其中，所述方法包括以下步驟： -        將離子束施加到部件，其中，該離子束的離子能量不大於5 keV；以及 -        使用檢測器來檢測在部件處反向散射的粒子。
根據一個實施例，粒子是帶電粒子，特別是離子或電子。
根據一個實施例，該方法還包括以下步驟：基於由檢測器供應的檢測器信號來定義處理的結束。
根據一個實施例，使用具有上述特徵的裝置來實行該方法。關於方法的優點和優選實施例，參考與根據本發明的裝置相關聯的上述解釋。
可以從說明書和從屬請求項獲得本發明的其他配置。
下面基於附圖中所示的示例性實施例更詳細地解釋本發明。
圖1示出了用於解釋根據本發明的處理微結構部件的裝置的結構和功能的純示意圖。
在此，在圖1的示例性實施例中要處理的微結構部件100是微影光罩，該微影光罩再次以示例性方式被設計為用於EUV範圍中（即，在小於30 nm、特別是小於15nm的操作波長處）使用的反射光罩。
部件100包括——在本發明不限制於此的情況下——基板105、多層系統110（例如由鉬（Mo）和矽（Si）層的交替序列製成），以及結構化層120，其可以僅作為示例由氮化鉭（TaN）形成。
如圖1中示意性地並且以極簡化的方式指示的，由結構化層120形成的光罩結構具有過量材料聚集的形式的缺陷160，該缺陷160應該通過處理來移除。
為了處理部件100，根據本發明的裝置包括離子束源130，通過該離子束源130，能夠將具有相對較低能量（特別是不大於5 keV）的離子束135施加到部件100上。在特定的示例性實施例中，僅作為示例，離子可以是具有1 keV的離子能量的鋰（Li）離子。
用於附加地施加製程氣體到部件100的可選氣體供應由“140”表示，僅作為示例，所述製程氣體可以是二氟化氙（XeF2 ）。如果使用這樣的製程氣體，則由離子束135生成的流入到部件100的相應材料中的能量可以用於製程氣體與該材料之間的反應，以生成揮發性化合物（例如，氟化合物）。
此外，根據圖1的根據本發明的裝置包括檢測器150，用於檢測在部件100處反向散射的粒子。特別地，粒子可以是帶電粒子，更特別是離子或電子。此外，假設（在本發明不限於此的情況下）後向散射的粒子是離子。通過檢測器150，可以——如下面參照圖4a-4c更詳細解釋的——基於關於反向散射係數的材料對比度，基於通過確定離子的反向散射率（其繼而取決於相應的目標材料）而相應供應的檢測器信號，來定義處理製程的結束。
圖2示出了根據本發明的處理微結構部件的裝置的結構和功能的其他示意圖，在這種情況下，要處理的微結構部件200是微影結構化的晶圓，其中該晶圓的微影製造的結構是由“220”表示。另外，與圖1相比較類似地或實質上功能相同的部件由增加了“100”的附圖標記來指定。
本發明利用以下情況：根據本發明的相對較低能量的離子（具有5keV或更小的能量）的使用供應了足以定義處理製程的結束的材料對比度，如下面將參考圖3a-3b解釋的。
為此，圖3a示出了後向散射係數作為相應目標材料的原子序數（即，在處理期間由離子束撞擊的材料的原子序數）的函數的類比結果，明確地說是針對能量為1 keV的鋰離子和能量為5 keV的鋰離子兩者。圖3b示出了對應的示意圖，其中針對選擇的目標材料（碳（C）、矽（Si）、銅（Cu）和金（Au））繪製了反向散射係數作為離子能量的函數。
從圖3a和圖3b可以明顯看出，當離子能量從值5 keV減小到值1 keV時，首先，反向散射係數增加，並且其次，反向散射係數在二個離子能量時都具有對相應目標材料的明確的相關性，它的方式有利於基於材料對比度結束處理製程。因此，根據本發明還提供了足以在處理期間定義處理或修復製程的結束的材料對比度，並因此提供了處理製程的精確可控性。
圖5示出類似於圖3a的示意圖，為使用電子束代替根據本發明使用的離子束的情況。與如上面基於圖3a-3b圖示的根據本發明獲得的效果相比，圖5的使用電子束的示意圖首先示出了反向散射係數隨著電子束的能量減小而減小，並且其次示出了由於目標材料的Z≥30的原子序數在電子能量為1 keV時的反向散射係數的分佈很大程度上恒定，因此材料對比度相對較低（即，抑制反向散射係數對目標材料的原子序數(atomic number)Z的相關性，這不利於基於材料對比度來結束處理製程）。
圖4a-4c僅示出用於解釋處理或修復製程的結束的定義潛在的原理的示意圖。在此，根據圖4a要處理的微結構部件具有在第二材料的平面連續層405上由第一材料的區域410、420製成的線結構，其中，最初經由過量第一材料的形式（根據本發明的處理或修復製程期間要移除）的缺陷430連接根據圖4a的區域410、420。在處理或修復製程期間對反向散射的離子的檢測供應了測量結果，該結果根據圖4b可以繪製為取決於引入要處理的部件的全部劑量的灰度值(greyscale value)，該要處理的部件在處理或修復製程期間典型地使用離子束重複地“掃描”。因此，可以從根據圖4b的曲線確定所實現的缺陷燒蝕，並且因此可以定義處理或修復製程的結束（當達到圖4c所指示的狀態時）。
通過將圖1的示意圖與圖6a和6b的示意圖進行比較來闡明根據本發明獲得的其他優點（其中，在圖6a-6b中，與圖1類似或實質上功能相同的部件由增加“500”的附圖標記表示）：
根據本發明，通過以下來實現對微結構部件的精確處理或修復，特別是具有10 nm或更小量級的結構尺寸的微結構部件：確保在橫向方向（即，與要處理的部件的表面平行的平面內延伸的方向）的解析度和垂直方向（即，與要處理的部件的表面垂直延伸的方向））的解析度兩者都是足夠的。
根據圖6a，如果出於處理目的所使用的離子束630的離子能量選擇得太低，則可獲得的橫向解析度太低，因此不僅在實際缺陷660方面而且在相鄰（使用的）結構方面都存在材料燒蝕。然而，以增加橫向解析度為目標而過度增加離子能量導致的是，因為進入要處理的部件600的材料中的穿透深度增加——如圖6b所指示，對於對應的離子束635——很大的能量流入超出缺陷661，而且流入到微結構部件600的下層中（例如，根據圖6b進入到反射層系統610的層中），因此導致部件600的非期望修改及其光學性質的損傷。
相比之下，如圖1和圖2所指示，根據本發明使用的離子束135或235的離子能量不超過5 keV，特別是在1 keV – 2 keV範圍內，這有助於在橫向和垂直兩個方向上都獲得足夠的解析度。
為了獲得對高橫向解析度所需的離子束135、235的聚焦，特別是，所謂的低溫離子源（LoTIS）可以用為離子束源130、230，由此與常規的FIB（聚焦的離子束）技術相比較，可以獲得減小的橫向速度分佈，並且在實際聚焦的上游已經獲得事實上完美的束准直(beam collimation)。
在如以下出版物所描述的低溫離子源的情況下，例如，KA Twedt等人於2014年在《超顯微術》的第142期的第24-31頁的《具有低能量鋰離子的掃描離子顯微術（Scanning Ion Microscopy with Low Energy Lithium Ions）》，中性鋰原子在磁光阱中被鐳射冷卻到約600 µK。。在鋰-7（7 Li）原子的情況下，這對應於小於1 ms-1 的速度並且還定義了最小橫向速度變化。借助於其他鐳射，鋰原子可以在適度的電場中被光電離，並且可以在加速管中被加速到期望的能量。對於鋰-7（7 Li）原子的情況下，2 keV的能量對應於大約2✽105 ms-1 的縱向速度。因此，上面描述的技術允許實現具有清晰能量分佈（100 meV）的平行或准直離子束，然後，在進一步的步驟中，即使在低能量時，也允許該離子束聚焦到較小的斑尺寸。出於比較目的，取決於發射器類型，電子顯微鏡中的典型能量寬度被限制為至少500 meV。
圖7示出了僅用於解釋為EUV範圍中操作所設計的微影投射曝光設備的可能構造的示意圖。在此，可以將根據本發明處理的光罩插入圖7的投射曝光設備中，或者可以使用根據本發明的裝置或根據本發明的方法來處理由圖7的投射曝光設備結構化的晶圓。
根據圖7，為EUV所設計的投射曝光設備700中的照明裝置包括場分面反射鏡(field facet mirror)703和光瞳分面反射鏡704。來自包括等電漿光源701和集光器反射鏡702的光源單元的光被指向場分面反射鏡703。第一望遠鏡反射鏡(telescope mirror)705和第二望遠鏡反射鏡706佈置在光瞳分面反射鏡704下游的光路徑中。偏轉反射鏡707佈置在光路徑的下游，所述偏轉反射鏡將入射其上的輻射指向包括六個反射鏡751-756的投射鏡頭的物平面中的物場。在物場的一位置處，反射結構承載的光罩721佈置在光罩台720上，借助於投射鏡頭將所述光罩成像到像平面中，其中塗覆有感光層（光阻）的基板761位於晶圓台760上。
雖然已經基於特定實施例描述本發明，但是例如通過組合和/或交換單獨實施例的特徵，許多的變型和替代性實施例對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，對於本領域技術人員而言更不用說，本發明附隨地涵蓋這樣的變型和替代性實施例，並且本發明的範圍僅受限於所附的申請專利範圍及其等同物的含義內。
100、200、600:部件 105:基板 110、610:多層系統 120:結構化層 130、230:離子束源 135、235、630、635:離子束 140:氣體供應 150:檢測器 160、430、660、661:缺陷 200:結構 700:投射曝光設備 701:電漿光源 702:集光器反射鏡 703:反射鏡 704:光瞳分面反射鏡 705、706:望遠鏡反射鏡 707:偏轉反射鏡 720:光罩台 721:光罩 751-756:反射鏡 760:晶圓台 761:基板
附圖中：
圖1示出了用於解釋根據本發明的處理微影光罩形式的微結構部件的裝置的結構和功能的示意圖；
圖2示出了用於解釋根據本發明的處理微影結構化的晶圓形式的微結構部件的裝置的結構和功能的示意圖；
圖3a-3b示出了用於解釋本發明的其他方面的示意圖；
圖4a-4c示出了用於解釋對微結構部件的處理或修復的結束的定義的可能實現方式的示意圖；
圖5示出了解釋在常規裝置中發生的問題的示意圖；
圖6a-6b示出了用於解釋在出常規裝置中發生的其他問題的示意圖；以及
圖7示出了用於解釋為EUV範圍中操作所設計的微影投射曝光設備的可能構造的示意圖。
100:部件
105:基板
110:多層系統
120:結構化層
130:離子束源
135:離子束
140:氣體供應
150:檢測器
160:缺陷

Claims (17)

  1. 一種處理微結構部件的裝置，包括：離子束源，用於將離子束施加到所述部件的至少一些區域，其中，所述離子束的離子能量不大於5keV；以及檢測器，用於檢測在所述部件處反向散射的粒子，其中，所述檢測器被設計為檢測在所述部件處反向散射的離子；其中，所述離子束的焦點直徑小於10nm。
  2. 根據請求項1所述的裝置，其中，所述裝置配置為基於由所述檢測器供應的檢測器信號來定義所述處理的結束。
  3. 一種處理微結構部件的裝置，包括：離子束源，用於將離子束施加到所述部件的至少一些區域，其中，所述離子束的離子能量不大於5keV；以及檢測器，用於檢測在所述部件處反向散射的粒子，其中，所述裝置配置為基於由所述檢測器供應的檢測器信號來定義所述處理的結束；其中，所述離子束的焦點直徑小於10nm。
  4. 根據請求項3所述的裝置，其中，所述檢測器被設計為檢測在所述部件處反向散射的帶電粒子。
  5. 根據請求項1至4中任一項所述的裝置，其中，所述離子束的離子能量不大於3keV。
  6. 根據請求項1至4中任一項所述的裝置，其中，所述離子束的離子能量的值的範圍為(0.1-5)keV。
  7. 根據請求項1至4中任一項所述的裝置，其中，所述離子束包括的離子來自含有以下的組：氫(H)離子、鋰(Li)離子、鈉(Na)離子、鉀(K)離子、銣(Rb)離子、銫(Cs)離子、氮(N)離子、氦(He)離子、氖(Ne)離子、氬(Ar)離子、氪(Kr)離子和氙(Xe)離子。
  8. 根據請求項1至4中的任一項所述的裝置，其中，所述離子束的所述焦點直徑小於5nm。
  9. 根據請求項1至4中的任一項所述的裝置，其中，所述裝置還包括用於將製程氣體附加地施加到所述部件的氣體供應。
  10. 根據請求項1至4中的任一項所述的裝置，其中，所述微結構部件上存在的結構具有小於10nm的結構尺寸。
  11. 根據請求項1至4中的任一項所述的裝置，其中，所述微結構部件的處理包括對位於所述微結構部件上存在的結構之間的材料的燒蝕。
  12. 根據請求項1至4中任一項所述的裝置，其中，所述部件是微影光罩。
  13. 根據請求項1至4中任一項所述的裝置，其中，所述部件是微影結構化的晶圓。
  14. 一種微結構部件的處理方法，其中，所述方法包括以下步驟：將離子束施加到所述部件，其中，所述離子束的離子能量不大於5keV；以及使用檢測器來檢測在所述部件處反向散射的粒子，其中，所述粒子是離子，其中，所述離子束的焦點直徑小於10nm。
  15. 根據請求項14所述的方法，其中，所述方法還包括以下步驟：基於由所述檢測器供應的檢測器信號來定義所述處理的結束。
  16. 一種微結構部件的處理方法，其中，所述方法包括以下步驟：將離子束施加到所述部件，其中，所述離子束的離子能量不大於5keV，其中，所述離子束的焦點直徑小於10nm；使用檢測器來檢測在所述部件處反向散射的粒子；以及基於由所述檢測器供應的檢測器信號來定義所述處理的結束。
  17. 根據請求項16所述的方法，其中，所述粒子是帶電粒子。
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