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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Reparatur einer photolithographische Maske nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine photolithographische Maske nach Anspruch
7.
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Photolithographische Masken zur Herstellung
von Halbleiterbauelementen weisen lichtbeeinflussende Strukturen
auf einem Maskensubstrat (z.B. einem Quarzsubstrat) auf.
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Unter einer lichtbeeinflussenden
Struktur wird hier jede Struktur auf dem Maskensubstrat verstanden,
die Licht des photolithographischen Prozesses in einer bestimmten
Weise beeinflusst, um eine Struktur z.B. auf einem Wafer abzubilden.
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Eine solche lichtbeeinflussende Struktur kann
in hohem Maße
absorbierend sein, kann aber auch Teil einer Halbtonphasenmaske
sein, deren lichtbeeinflussende Struktur Licht in zum Teil (ca.
6%) transmittiert, aber gleichzeitig eine Phasenverschiebung des
Lichtes um 180° hervorruft.
Grundsätzlich kann
aber auch eine reflektierende Schicht als lichtbeeinflussend angesehen
werden.
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Als lichtbeeinflussendes Material
wird bei Halbtonphasenmasken z.B. eine Molybdän-Silizium-Verbindung (MoSi)
verwendet. Durch das Ausnutzen von Interferenzeffekten bei der Phasenverschiebung
lässt sich
ein größeres Prozessfenster
bei der Waferbelichtung und -prozessierung erreichen, als dies bei
Verwendung eines Absorbers möglich wäre, der
das Licht zu 100% absorbiert.
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Aufgrund der geforderten Kostenersparnis und
dem bestehenden Technologiewettbewerb besteht der stetige Trend
zum Schrumpfen von Strukturen auf einem Chip. Dies erfordert eine
Verringerung der Detailgrößen der
lichtbeeinflussenden Strukturen auf der Photomaske, mit der die
Strukturen auf dem Chip erzeugt werden.
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Bei den immer kleiner werdenden Strukturen muss
verhindert werden, dass die lichtbeeinflussenden Strukturen der
Maske Defekte aufweist. Wird an einer Stelle z.B. zu wenig lichtabsorbierendes
Material auf dem Quarzsubstrat der Maske aufgebracht oder zuviel
Absorbermaterial bei der Strukturierung der Maske entfernt, so wird
zuviel Licht transmittiert und es entsteht ein Hell-Defekt auf dem
Wafer.
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Die Defektproblematik besteht zwar
bei photolithographischen Verfahren grundsätzlich, wobei aber bei den
stets kleiner werdenden Strukturen auch die Toleranzen für Defekte
im kleiner werden. Aus diesem Grund werden immer feiner arbeitende
Reperaturverfahren benötigt.
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Verfahren zur Reparatur von Defekten
lichtbeeinflussender Strukturen sind grundsätzlich bekannt. So wird ein
gasunterstütztes
Abscheiden eines Kohlenstofffilms auf einen Defekt mit Hilfe einer Ionenstrahlanlage
verwendet.
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Dabei werden übliche Ionenstrahlanlagen mit
Gallium als Ionenstrahlen verwendet. Damit lassen sich gute Strahlformen
und die erforderliche Strahlintensität erreichen. Mit Hilfe der
Gallium-Ionen wird durch gasunterstützte Prozesse entweder überschüssiges Absorber-Material
auf einer photolithographischen Maske entfernt ("gas assisted etching") oder durch Aufbringen eines Kohlenstofffilms
fehlendes Absorber-Material ersetzt.
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Die Gallium-Ionen haben dabei unterstützende Funktion,
indem sie vorhandene Prozessgase anregen, damit entweder eine chemische
Reaktion mit dem Absorbermaterial der Photomaske (gasunterstütztes Ätzen) stattfinden
kann oder dass Kohlenstoffatome aus der Gasphase auf die Maske als
Kohlenstoffschicht abgeschieden werden können.
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Die Gallium-Ionen haben die Eigenschaft, verstärkt Licht
zu absorbieren je kürzer
die Belichtungswellenlänge
ist, mit der die photolithographische Maske belichtet wird. Diese
Eigenschaft wurde bislang nicht für die Reparatur von Masken,
insbesondere Halbtonphasenmasken verwendet und wurde eher als ein
störender
Nebeneffekt angesehen.
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Weil sich die dielektrischen Eigenschaften des
aufgebrachten Kohlenstofffilms und der lichtbeeinflussenden MoSi-Schicht
unterscheiden, zeigt sich folgender Nachteil, der sich hin zu kleineren Strukturbreiten
und großflächigen Defekten
verstärkt bemerkbar
macht: die Lichttransmission an der Defektsteile unterscheidet sich
trotz Reparatur von der an unbeschädigten Vergleichsstellen. Dieser
Unterschied der Lichttransmission ist bei kleinen Linienbreiten
am Rande der erlaubten Spezifikation (Linienbreiten auf der Photomaske
von kleiner als 440 nm).
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer photolithographischen
Maske und eine photolithographische Maske zu schaffen, bei denen
auch kleine Defekte in einer lichtbeeinflussenden Struktur sicher
repariert werden können
bzw, repariert sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass im Bereich mindestens
eines Defektes einer lichtbeeinflussenden Struktur gezielt Gallium-Ionen
zur Implantation in das Maskensubstrat und/oder zum Wegsputtern
von Material aus dem Maskensubstrat gestrahlt werden, werden die
dielektrischen Eigenschaften des Maskensubstrates geändert, so
dass ein Reparatureffekt eintritt. Bei einer Belichtung z.B. eines
Wafers mit der erfindungsgemäß reparierten
Maske wird die abzubildende Struktur innerhalb der Spezifikationen
korrekt geprinted.
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Diese Verfahren ist grundsätzlich für die Reparatur
von Defekten lichtbeeinflussender Strukturen (z.B. absorbierende,
phasenverschiebende und/oder reflektierende Strukturen) auf Masken
geeignet.
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Da kein Kohlenstofffilm auf den Defekt
aufgebracht wird, wird ein erfindungsgemäß reparierter Defekt auch bei
einer Reinigung der Maske nicht beeinträchtigt. Photolithographische
Masken werden während
des Herstellungsprozesses mehrmals gereinigt, um Verunreinigungen
von der Oberfläche
zu entfernen. Verunreinigungen durch Partikel stellen ein großes Problem
dar und erfordern trotz Reinraumbedingungen auch im Bereich Inspektion/Reparatur
eine Reinigung nach bestimmten Arbeitsschritten. Manchmal muss ein
Arbeitsschritt wiederholt durchlaufen werden, was die Zahl der durchgeführten Reinigungen
erhöht.
Es hat sich gezeigt, dass die eingesetzte Reinigungschemie abgeschiedene
Kohlenstoffschichten beeinflusst: Je nach der Zahl und Art der Reinigungen
wird die Schicht angegriffen oder völlig entfernt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird kein Material abgeschieden, sondern Material durch Absputtern
entfernt. Da auch die implantierten Gallium-Ionen nicht von der
Reinigung angegriffen werden, wird die Reparaturstelle nicht durch
einen Reinigungsschritt negativ beeinflusst.
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Vorteilhafterweise wird die Bestrahlung
mit einem Ionenstrahl einer Ionenstrahlanlage vorgenommen. Durch
die Verwendung einer üblichen
Anlage kann eine besonders wirtschaftliche Vorgehensweise erreicht
werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Bestrahlung der Defektstelle mit Gallium-Ionen ohne Gasunterstützung erfolgt.
Es ist bekannt, dass Maske und Ionenstrahl fluktuierende Driftbewegungen ausführen. Bei
gasunterstützten
Prozessen, wie beim Abscheiden der Kohlenstoffschicht, wird das entsprechende
Gas in die Vakuumkammer der Anlage eingelassen und tritt in Wechselwirkung
mit dem Ionenstrahl. Eine der Wechselwirkungen ist der gewünschte Effekt
der Kohlenstoffabscheidung auf die Oberfläche der Maske. Unerwünschte Wechselwirkungen
sind Stoßprozesse
der Gasmoleküle
mit den Gallium-Ionen und Coulombwechselwirkungen, die zur Aufweitung
und unkontrollierten Ablenkung des Ionenstrahls und damit zur weiteren
Verschlechterung der Positioniergenauigkeit zusätzlich zu den Drifteffekten
führen.
Auch werden Halo-Effekte
vermieden, die von mit Kohlenstofffilm reparierten Stellen bekannt
sind. Unter einem Halo wird in diesem Zusammenhang ein Schleier
oder eine Art Hof um den reparierten Defekt verstanden.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Reparaturergebnis
des Defektes durch Wahl der Gallium-Ionen-Dosis und/oder die Größe der Reparaturfläche gesteuert
wird. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Reparaturergebnis des Defektes
durch Wahl der Beschleunigungsspannung der Gallium-Ionen, die Anzahl
der Rasterpunkte beim Abrastern des Defektes und/oder der Verweildauer
des Gallium-Ionenstrahls auf einem Rasterpuntk steuerbar ist.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahren
wird als Defekt ein Hell-Defekt einer Molybdän-Silizium Struktur auf dem
Maskensubstrat repariert.
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Die Aufgabe wird auch durch photolithographische
Maske gemäß Anspruch
7 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Maske
weist mindestens einen Bereich auf, in dem Gallium-Ionen gezielt
zur Reparatur eines Defektes in einer lichtbeeinflussenden Struktur
im Maskensubstrat implantiert sind und/oder einen Bereich, in dem
mittels Gallium-Ionen gezielte Absputterungen im Maskensubstrat
vorliegen.
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Vorteilhafterweise ist die photolithographische
Maske für
eine Belichtungswellenlänge
von 193 nm, 157 nm oder 13 nm ausgebildet.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die
lichtbeeinflussende Struktur, insbesondere eine Molybdän-Silizium
Struktur, als Teil einer Halbtonphasenmaske ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme
eines Defektes in einer lichtabsorbierenden Struktur;
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2 Messergebnis
(AIMS) der Lichttransmission im Bereich der lichtabsorbierenden
Struktur gemäß 1;
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3a Messung
der Lichttransmission eines mit einem Kohlenstofffilm reparierten
Defektes;
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3b Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme
eines abgeschiedenen Kohlenstofffilms;
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4a Messergebnis
(AIMS) der Lichttransmission eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
reparierten Defektes;
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4b Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme
eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens reparierten
Defektes;
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5 Messergebnis
(AIMS) der Lichttransmission eines weiteren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
reparierten Defektes;
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6a AIMS-Messung
eines Defektes, der über
mehrere Linien geht;
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6b AIMS-Messung
des erfindungsgemäß reparierten
Defektes im Vergleich zu einem nicht spezifikationsgerecht reparierten
Defekt.
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Im folgenden wird zunächst anhand
der 1 bis 3 dargestellt, wie herkömmliche
Reparaturverfahren arbeiten und welche Resultate sich dabei erzielen
lassen. Anhand der 4 und 5 wird dann dargestellt,
welche vorteilhaften Wirkungen das erfindungsgemäße Verfahren aufweist. Alle
Versuche wurden bei Belichtungswellenlängen von 193 nm durchgeführt.
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1 zeigt
eine Durchzeichnung einer Rasterelektronenmikroskop Aufnahme einer
lichtbeeinflussenden Struktur 1 auf einer Maske mit einem Quarzsubstrat 2.
Hier und den anderen Beispielen wird hier eine MoSi-Struktur als
lichtbeeinflussende Struktur 1 verwendet, wobei grundsätzliche
auch zusätzlich
oder alternativ absorbierende und/oder reflektierende Strukturen 1 verwendbar
sind.
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Deutlich ist in 1 der Defekt A als Einschnürung der
Strukturbreite zu erkennen. Es ist das Ziel der Maskenreparaturverfahren,
solche Defekte A zu beheben. Im Bereich des Defektes wird zu viel Licht
transmittiert, d.h. des kommt zu einer Überbelichtung des zu belichtenden
Substrates, z.B. einem Wafer.
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In 2 ist
diese partielle Überbelichtung, die
jenseits der zulässigen
Toleranz liegt, in Form eines Messergebnisses mit dem AIMS-Mikroskop
(Aerial Image Measurement System-Mikroskop)
dargestellt. Dieses Mikroskop simuliert die Intensitätsverteilung
auf dem Wafer, d.h. den Effekt des Defektes.
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Auf der x-Achse ist eine Messstrecke
auf der Maske in Mikrometer aufgetragen, auf der y-Achse die Messwerte
für die
Intensität.
Das Quarzsubstrat ohne ein absorbierendes Material weist eine Intensität von 1
auf. Es ist deutlich erkennbar, dass im Bereich der Defektstelle
die Intensität
(0,46) fast doppelt so hoch ist, wie im Bereich
der intakten Struktur (0,29).
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In 3a und 3b wird eine Reparatur dargestellt,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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3a zeigt
das AIMS-Messergebnis einer Struktur mit einem Hell-Defekt, der
mit einem Kohlenstofffilm repariert wurde.
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Der Querschnitt zeigt eine erhöhte Transmission
an einem Minimum. Die zulässige
Spezifikation für
die photolithographische Maske beträgt 10% der Amplitude von Minimum
zu Maximum.
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Im dargestellten Beispiel liegt die
Abweichung B aber bei +15%. Die Abweichung B ist hier so groß, dass
die Spezifikation nicht erfüllt
ist.
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Eine Abscheidung einer flächenmäßig größeren Kohlenstoffschicht
oder einer Änderung
ihrer Lage relativ zum Defekt A kann zu einer geringeren Transmission
im Minimum führen,
aber hat auch gleichzeitig eine Änderung
der Transmission der benachbarten Maxima zur Folge.
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In 3b ist
eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines abgeschiedenen Kohlenstofffilms
C dargestellt (entspricht nicht dem Beispiel aus 3a), der einen Defekt in einer lichtbeeinflussenden
Struktur 1 beheben soll. Die lichtbeeinflussende Struktur 1 ist
auf einem Quarzsubstrat 2 angeordnet.
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Deutlich ist bei dem Kohlenstofffilm
C eine rechteckförmige
Erhebung mit Rundungen an den Ecken erkennbar. Oberhalb der Kohlenstofffilms
ist ein Bereich H erkennbar, der durch einen Kreisbogen begrenzt
ist, der den sog. Halo darstellt, der die Transmission des Lichtes
zusätzlich
negativ beeinflusst, da aus diesem Grund der Kohlenstofffilm C keine
scharfe Kante besitzt.
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In 4a ist
ein AIMS-Messergebnis dargestellt, das an einer Stelle gewonnen
wurde, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
repariert wurde. Die unreparierte Stelle entsprach dem Defekt, wie
er in 1 dargestellt
ist, nur um 90° gedreht.
Die Defektstelle wurde mit einem Gallium-Ionenstrom gezielt bestrahlt,
so dass gasfrei Gallium-Ionen in das Maskensubstrat implantiert
werden. Es werden am Ort des Hell-Defekts (d.h. dort wo MoSi-Material fehlt)
gezielt Gallium-Ionen
in das Quarzsubstrat der Photomaske implantiert. Dies geschieht
mit der in der Produktion eingesetzten Ionenstrahlanlage, die an sich
bekannt ist und hier nicht näher
beschrieben werden braucht.
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Durch Wahl der Gallium-Ionen Dosis
und der Größe der Reparaturfläche lässt sich
das Reparaturergebnis beeinflussen.
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Die Gallium-Ionen weisen bei einer
Wellenlänge
von 193 nm und auch bei eine Wellenlänge von 157 nm eine hohe Lichtabsorption
auf, was durch Absorptionsspektren nachweisbar ist.
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Zusammen mit der Implantation der
Gallium-Ionen wird auch ein Wegsputtern von Quarz des Maskensubstrates
erreicht. Dem Maskensubstratmaterial wird dadurch an der Reparatursteile
ein zusätzlicher
Phaseneffekt für
das elektrische Licht aufgeprägt.
Die Verringerung der Substratdicke durch das Wegsputtern ruft eine
veränderte
Phasenverschiebung hervor.
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Beides, die Lichtabsorption der implantierten Gallium-Ionen
und der Phaseneffekt im teilweise weggesputterten Quarz, führen zu
besseren Interferenzeigenschaften des Lichtes an der Reparatursteile
als der bislang verwendete Kohlenstofffilm. Die erfindungsgemäß reparierten
Defekte weisen dielelektrische Eigenschaften auf, die näher an den
Eigenschaften des MoSi-Materials liegen als denen des Kohlenstofffilms.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ein größeres Prozessfenster
bei der Wahl der Reparaturparameter und zeigt daher auch das Potenzial
bei kleineren Strukturbreiten und flächenmäßig großen Defekten auf der Maske
einsetzbar zu sein. Eng damit verbunden ist die größere Lagegenauigkeit
des hier vorgestellten gasfreien Prozesses.
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Das Reparaturergebnis lässt sich
beispielsweise durch folgende Parameter flexibel beeinflussen: Ionen-Dosis,
Größe der ausgewählten Reparaturfläche, Beschleunigungsspannung
der Gallium-Ionen, Zahl der Rasterpunkte beim Abrastern der Reperaturstelle
und/oder der Verweildauer auf den Rasterpunkten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt daher eine
Verbesserung gegenüber
der Kohlenstoffdeposition zur Reparatur von hellen Defekten dar.
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In 4a ist
erkennbar, dass die Intensität durchweg
gleichförmig
ist, d.h. der reparierte Defekt ist nicht erkennbar; die Spezifikationen
werden durchweg erfüllt.
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4b zeigt
eine Rasterelektronenmikroskop-Abbildung dieses reparierten Defektes,
wobei insbesondere die fast vollkommene Rechteckform erkennbar ist.
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Ein Vergleich der 3b und 4 zeigt
die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 3b weist, obwohl
in der Benutzeroberfläche
der Ionenstrahlanlage eine Rechteckfläche als Reparaturbereich ausgewählt wurde,
weist der mit einer Kohlenstoffabscheidung reparierte Bereich weiche Kanten
und abgrundete Ecken auf. Bei einer Reparatur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
(4) wird ein sauberes
Rechteck mit scharfen Kanten und spitzen Ecken erzielt.
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Dies verdeutlicht die erhöhte Positioniergenauigkeit
des neues Prozesses.
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Eine abgeschiedene Kohlenstoffschicht
ist außerdem
durch eine mehrere Nanometer grosse Halo (siehe 3b) in der Umgebung der Reparatursteile
gekennzeichnet, der durch Wechselwirkung der Gasmoleküle mit dem
Rand des Ionenstrahls entsteht.
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Dadurch wird der Rand des Kohlenstofffilms zusätzlich verwischt.
Ein reiner Gallium-Ionenstrahl gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt keinen Halo.
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Eine dermaßen reparierte photolithographische
Maske stellt eine erfindungsgemäße Maske
dar.
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5 zeigt
das Messergebnis einer erfindungsgemäßen Reparatur eines anderen
Defekts als in 4a dargestellt.
Auch hier ist die Abweichung der Intensität geringer als bei der Reparatur
mit Kohlenstofffilmen. Die Spezifikationen sind erfüllt .
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6a und 6b zeigen, dass auch verhältnismäßig große Defekte,
die über
eine Linie hinausgehen, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgreich repariert
werden können.
Dies war auf Halbtonphasenmasken für 193 nm mit Hilfe einer Kohlenstoffschicht
bislang nicht möglich.
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In 6a ist
ein großer
heller Defekt A vor der Reparatur dargestellt. In 6b ist innerhalb des großen schwarzen
Rechtecks der reparierte Defekt D dargestellt. In beiden Fällen handelt
es sich um AIMS-Messungen. Eine genaue Analyse der Querschnitte
ergab, dass der reparierte Defekt D im gesamten Bereich die Spezifikationen
erfüllt.
Zum Vergleich befindet sich im oberen kleinen Rechteck ein Defekt
A' mit 15% Abweichung
in der Lichttransmission, der mit einer herkömmlichen Reparatur erzeugt worden
war. Dies zeigt, dass die erfindungsgemäße Reparatur mittels der Bestrahlung
mit Gallium-Ionen gleichmäßigere und
großflächigere
Ergebnisse erzielt werden kann.
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Die hier beschriebenen Versuche wurden
an Photomasken mit Linienstrukturen durchgeführt. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch auf Halbtonphasenmasken mit anderer Strukturierung angewandt
werden. Auch lässt
sich das erfindungsgemäße Verfahren
auch auf helle Defekte auf Photomasken der 157 nm- Technologie übertragen.
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Die Erfindung beschränkt sich
in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Photolithographiemaske
auch bei grundsätzlich anders
gearteten Ausführungen
Gebrauch machen.
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- A
- Defekt
- B
- Abweichung
- C
- Kohlenstoffschicht
- D
- reparierter
Defekt
- H
- Halo
- 1
- lichtbeeinflussende
Struktur
- 2
- Quarzsubstrat