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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines
Objekts mit miniaturisierten Strukturen, insbesondere zur Reparatur
von Masken, die in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden oder
zum Bearbeiten von Halbleiterschaltkreisen.
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Elektronenmikroskopie
ist ein seit langem etabliertes Verfahren zum Inspizieren einer
Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts. Bei der Rasterelektronenmikroskopie
wird dabei insbesondere die Oberfläche des zu untersuchenden
Objekts mittels eines feinen Elektronenstrahls abgescannt bzw. gerastert.
Die infolge des Auftreffens des Elektronenstrahls aus der Objektoberfläche
austretenden bzw. an dieser rückgestreuten Elektronen werden
detektiert, um ein Elektronenbild des abgescannten Bereichs erstellen
zu können.
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Elektronenmikroskope
weisen üblicherweise folgende Komponenten auf: eine Elektronenstrahlquelle
zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, eine Elektronenoptik zum
Fokussieren des Elektronenstrahls auf das zu untersuchende Objekt,
eine Ablenkoptik zum Abscannen der Oberfläche des Objekts mit
dem Elektronenstrahl sowie mindestens einen Detektor zum Detektieren
von an der Objektoberfläche rückgestreuten bzw.
aus dieser austretenden Elektronen.
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Neben
der reinen Inspektion werden Elektronenmikroskope vermehrt auch
zur Bearbeitung miniaturisierter Strukturen auf einem Objekt bzw.
Herstellung eines Objekts mit miniaturisierten Strukturen eingesetzt.
Dabei wird selektiv und mit hoher Präzision Material abgeschieden
oder abgetragen, indem einer zu bearbeitenden Stelle des Objekts
ein Reaktionsgas zugeführt wird, welches durch den auf
die zu bearbeitende Stelle des Objekts auftreffenden Elektronenstrahl
angeregt und chemisch reaktiv wird und so selektiv am Ort der Anregung
an der Objektoberfläche Material abgeschieden oder Material
vom Objekt abgetragen werden kann. Dabei wird das Reaktionsgas geeignet
in Abhängigkeit vom abzutragenden Material einer miniaturisierten
Struktur auf einer Oberfläche des Objekts bzw. dem aufzubringenden Material
gewählt.
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Ein
besonderer Anwendungsbereich dieser Technik liegt im Bereich der
Maskenreparatur für die Lithographie. Masken spielen nach
wie vor eine herausragende Rolle bei der Herstellung miniaturisierter Strukturen
im Bereich der Halbleiterindustrie. Im Rahmen der Lithographie wird
dabei die (Photo-)Maske mit Licht durchstrahlt, und auf einem Wafer
eine verkleinerte Abbildung der Maske erzeugt, die einen auf dem
Wafer aufgebrachten Fotoresist belichtet und so auf dem Wafer in
nachfolgenden Bearbeitungsschritten zu erzeugende Strukturen definiert.
Fehler der Maske können sich folglich ausgesprochen nachteilig
auf die Qualität der mit ihrer Hilfe erzeugten miniaturisierten
Strukturen auswirken. Da die Maskenherstellung nach wie vor zeit-
und kostenaufwendig ist, finden Maskenreparaturverfahren vermehrt
Anwendung. Dabei können mittels der beschriebenen, durch
den Elektronenstrahl induzierten chemischen Reaktion sehr gezielt
und mit hoher Präzision Maskendefekte repariert werden.
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Bei
einem Maskenreparaturverfahren, wie auch bei anderen Verfahren zur
Erzeugung miniaturisierter Strukturen ist es erforderlich, einen
Endpunkt des Materialauf- bzw. -abtrags zu detektieren, an dem genügend
Material abgeschieden bzw. abgetragen wurde. Zu dessen Detektion
können verschiedene Parameter herangezogen werden, beispielsweise Signale
von Sekundär- oder Rückstreuelektronen, Röntgenstrahlen,
Gaskomponenten sowie ein im Objekt erzeugter Strom.
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Bei
der Reparatur von Photomasken wird der zu reparierende Defekt identifiziert
und seine Form bestimmt. Diese Form (Shape) wird mit dem Elektronenstrahl
abgerastert und durch Zugabe geeigneter Gase die gewünschte
chemische Reaktion unterhalten. Diese chemische Reaktion führt
dazu, dass entweder überflüssiges Material entfernt
wird (weggeätzt wird) oder fehlendes Material abgeschieden
wird (deponiert wird), je nachdem welcher Art der Defekt ist und
welche Variante deshalb zur Reparatur des Defekts notwendig ist.
Eine Aufgabe besteht bei diesen Operationen darin, den korrekten
Endpunkt der chemischen Reaktion zu erkennen, der dadurch bestimmt
ist, dass ausreichend Material deponiert wurde oder ausreichend
Material entfernt wurde, da bei zu langem Ätzen das Substrat
angegriffen wird bzw. bei Abscheiden von zu viel Material die Materialschicht
an der reparierten Stelle zu dick wird, was sich dann später
im Lithographieprozess wieder als Defekt der Maske bemerkbar machen
würde.
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Zum
Bestimmen des korrekten Endpunkts der chemischen Reaktion werden üblicher
Weise die während des Prozesses vom Objekt emittierten Wechselwirkungsprodukte
wie Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen
detektiert und die detektierten Signale ausgewertet. Die Detektion
von Rückstreuelektronen ist grundsätzlich besonders
geeignet bei Ätzprozessen und bei Depositionsprozessen,
da die Rückstreueffizienz stark von der Massezahl des streuenden
Objekts abhängig ist und das detektierte Signal daher stark
materialabhängig ist. Ist das überflüssige
Material, bei einer Photomaske üblicherweise Chrom oder
MoSi, vollständig entfernt, wird der Elektronenstrahl nachfolgend
statt am Chrom oder MoSi an dem Substrat gestreut, was dann zu einer Signaländerung
führt.
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Unglücklicher
Weise sind allerdings bei den Bearbeitungsprozessen die meisten
Detektorsignale so schwach, dass sie schon aus statistischen Gründen
stark verrauscht sind, weshalb eine Rauschunterdrückung
erforderlich ist.
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Aus
der
WO 1997001153
A ist zur Rauschunterdrückung eine Raumfrequenzfilterung
bekannt. Eine Raumfrequenzfilterung ist allerdings bei der Reparatur
von Defekten nicht anwendbar, da Defekte in der Regel keine räumliche
Struktur aufweisen.
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In
der
Wo 2006050613-A wird
allgemein vorgeschlagen, zur Detektion des Bearbeitungsendpunkts
eine „Region of Interest” auszuwerten, die im Allgemeinen
eine Teilmenge des zu reparierenden Bereichs ist.
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Aus
der
US 20070278180
A1 ist ein Mehrschrittverfahren zum elektronenstrahlinduzierten Ätzen
bekannt. Aus der
US
7220685 B2 ist weiterhin ein Mehrschrittverfahren für
ein CVD-Verfahren bekannt.
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Aus
der
US 6608305 ist ein
Depositionsverfahren bakannt, das unterschiedliche Scan-Geschwindigkeiten
einsetzt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bearbeitung
eines Objekts mittels einer strahlinduzierten chemischen Reaktion anzugeben
bei dem die Endpunktdetektion für den Bearbeitungsschritt
verbessert ist.
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Gemäß eines
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, dass der zu bearbeitende Objektbereich in mehrere Flächensegmente
mit ähnlichen Flächeninhalten aufgeteilt wird
und die jeweils beim Auftreffen des Strahls auf Bereiche desselben
Flächensegments detektierten Signale der Wechselwirkungsprodukte zwischen
dem einfallenden Strahl und dem Objekt zu einem Gesamtsignal integriert
werden.
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Dieser
erste Aspekt der vorliegenden Erfindung kann sowohl angewendet werden,
wenn die Wechselwirkungsprodukte während des Bearbeitungsschritts
detektiert werden, als auch wenn die Detektion der Wechselwirkungsprodukte
in einem vom Bearbeitungsschritt zeitlich getrennten Messschritt
erfolgt.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts der Erfindung erfolgt die Detektion der Wechselwirkungsprodukte für
die Endpunktsbestimmung in einem separaten Schritt, in dem ein oder
mehrere Strahlparameter des einfallenden Strahls gegenüber
den Strahlparametern beim Bearbeitungsschritt verändert
sind.
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Es
ist natürlich auch möglich, beide Aspekte der
Erfindung gleichzeitig anzuwenden.
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Ein
Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann folgende Schritte
umfassen:
- – Zuführen eines
Reaktionsgases an eine Oberfläche des Objekts;
- – Bearbeiten des Objekts durch Richten eines energetischen
Strahls auf eine Bearbeitungsstelle in einem zu bearbeitenden Bereich
an der Oberfläche des Objekts, um Material an dem Objekt
abzuscheiden oder Material vom Objekt zu entfernen,
- – Detektion von Wechselwirkungsprodukten des energetischen
Strahls mit dem Objekt, und
- – Entscheiden, ob die Bearbeitung des Objekts fortgesetzt
werden muss oder beendet werden kann anhand von Informationen, die
aus den detektierten Wechselwirkungsprodukten des energetischen
Strahls mit dem Objekt gewonnen werden.
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Der
energetische Strahl kann ein Lichtstrahl, z. B ein Laserstrahl mit
ultrakurzen Lichtimpulsen mit Impulsdauern von 10 ps oder weniger,
oder ein Strahl geladener Teilchen, insbesondere ein Elektronenstrahl
sein.
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Bei
der Entscheidung, ob die Bearbeitung des Objekts fortgesetzt werden
muss oder beendet werden kann, kann der zu bearbeitende Bereich
in mehrere Flächensegmente unterteilt werden und die beim
Auftreffen des Strahls auf Bereiche desselben Flächensegments
detektierten Wechselwirkungsprodukte können zu einem Gesamtsignal
integriert werden.
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Die
Flächeninhalte der Flächensegmente können
alle einen ähnlichen Flächeninhalt aufweisen,
damit der Rauschanteil in allen Flächensegmenten einiger
Maßen gleich ist.
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Die
Größe der Flächensegmente kann empirisch
je nach der zu bearbeitenden Maskenart und der Art des zu reparierenden
Defekts so ausgelegt werden, das Regionen des Defekts, die unterschiedliche
Materialdicken aufweisen, zu verschiedenen Flächensegmenten
gehören. Dadurch kann trotz der flächenmäßigen
Integration typischen Dickenvariationen des zu entfernenden Materials,
die wiederum unterschiedliche Ätzdauern erfordern, angemessen Rechnung
getragen werden
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Bei
der Bildung des Gesamtsignals sollten nur solche Signale berücksichtigt
werden, bei denen der auf das Objekt einfallende Strahl einen Mindestabstand
vom Rand des zu bearbeitenden Bereichs aufweist. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass das detektierte Signal nicht von Signalartefakten,
die besonders am Rand eines zu reparierenden Defekts auftreten,
dominiert wird. Ein solcher Signalartefakt kann beispielsweise dann
vorliegen, wenn die detektierten Signale stark von der Objekttopographie
beeinflusst sind. Insbesondere kann der Mindestabstand so gewählt
werden, dass das von den Wechselwirkungsprodukten verursachte Signal
nahezu ausschließlich Materialkontrast aufweist.
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Die
einzelnen Flächensegmente können so geformt sein,
dass der Quotient aus dem Quadrat des Umfangs des Flächensegments
und der Fläche des Flächensegments für
mindest 50% aller Flächensegmente kleiner als 20 und für
mindestens 90% aller Flächensegmente kleiner als 30 ist.
Idealer Weise sollten die Flächensegmente nahezu Kreisform
oder Quadratform aufweisen, damit die räumliche Auflösung
des ausgewerteten Signals in den beiden zu einander senkrechten
Raumrichtungen einiger Maßen ähnlich ist. Das
ist aber in der Regel nicht möglich, da mit kreisrunden
Flächensegmenten (Shapes) keine Flächenfüllung
ohne Überlapp möglich ist und der Rand des zu
reparierenden Defekts oder zu bearbeitenden Bereichs in der Regel
keine ideal runde oder gerade Form aufweist. Wenn der obige Quotient für
mindest 50% aller Flächensegmente kleiner als 20 und für
mindestens 90% aller Flächensegmente kleiner als 30 ist,
ist die Abweichung von der Kreisform oder Quadratform noch akzeptabel
gering, so dass sich noch keine nennenswerten richtungsabhängigen
Unterschiede in der Auflösung ergeben.
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Alle
Flächensegmente zusammen sollten die Fläche des
gesamten zu bearbeitenden Bereichs genau abdecken, es sollten also
keine Punkte des zu bearbeitenden Bereichs verbleiben, die nicht
genau einem Flächensegment zugeordnet sind. Andererseits
sollten die Flächensegmente sich auch nicht gegenseitig überlappen
(so dass ein Punkt des zu bearbeitenden Bereichs mehr als einem
Flächensegment zugeordnet ist), da andernfalls beim Maskieren
eines Flächensegments ein anderes Flächensegment
mit verändert würde.
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Ein
Verfahren gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung
weist folgende Verfahrensschritte auf.
- – Zuführen
eines Reaktionsgases an eine Oberfläche des Objekts;
- – Bearbeiten des Objekts durch Richten eines energetischen
Strahls auf eine Bearbeitungsstelle in einem zu bearbeitenden Bereich
an der Oberfläche des Objekts, um Material an dem Objekt
abzuscheiden oder Material vom Objekt zu entfernen,
- – Abscannen der Oberfläche des Objekts mit
dem energetischen Strahl und Detektion von Wechselwirkungsprodukten
des energetischen Strahls mit dem Objekt, und
- – Entscheiden, ob die Bearbeitung des Objekts fortgesetzt
werden muss oder beendet werden kann anhand von Informationen, die
aus den detektierten Wechselwirkungsprodukten des energetischen
Strahls mit dem Objekt gewonnen werden.
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Der
energetische Strahl kann ein Lichtstrahl, z. B ein Laserstrahl mit
ultrakurzen Lichtimpulsen mit Impulsdauern von 10 ps oder weniger,
oder ein Strahl geladener Teilchen, insbesondere ein Elektronenstrahl
sein.
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Das
Bearbeiten des Objekts im zweiten Schritt kann mit einem ersten
Satz an Strahlparametern für den Strahl erfolgen und das
Abscannen der Oberfläche im dritten Schritt kann mit einem
zweiten Satz an Strahlparametern für den Strahl erfolgen
und der zweite Satz an Strahlparametern kann vom ersten Satz an
Strahlparametern abweichen.
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Der
erste Satz an Strahlparametern kann dabei auf den Bearbeitungsprozess
optimiert sein, während der zweite Satz an Strahlparametern
für die Detektion der Wechselwirkungsprodukte optimiert
sein kann. Insbesondere können sich der erste Satz an Strahlparametern
und der zweite Satz an Strahlparametern so unterscheiden, dass beim
zweiten Satz an Strahlparametern die Bearbeitungsrate kleiner als beim
ersten Satz an Strahlparametern ist.
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Der
erste und der zweite Satz an Strahlparametern können sich
hinsichtlich der Verweilzeit (Pixel-Dwelltime) des Stahls an einem
Ort auf der Oberfläche des Objekts unterscheiden, wobei
die Verweilzeit beim zweiten Satz an Strahlparametern größer als
beim ersten Satz an Strahlparametern ist. Durch die verlängerte
Verweilzeit des Strahls an einem Ort tritt an diesem Ort nach kurzer
Zeit eine Verarmung des Prozessgases auf, die dazu führt,
dass trotz des einfallenden Strahls geladener Teilchen der chemische
Prozess gestoppt wird oder zumindest verlangsamt wird.
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Der
erste und zweite Satz an Strahlparametern können sich hinsichtlich
der Reihenfolge unterscheiden, in der der Strahl auf unterschiedliche
Orte auf der Oberfläche der Probe auftrifft. Insbesondere bei
einer mäanderförmigen Scanstrategie sowohl beim
Bearbeitungsschritt als auch bei der Detektion des Endpunktsignals
können die Abstände der Mäander bei der
Detektion des Endpunktsignals geringer gewählt sein als
beim Bearbeitungsschritt. Auch hierdurch wird eine Reduzierung oder
Verlangsamung des chemischen Prozesses erreicht.
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Beim
Abscannen der Oberfläche des Objekts im dritten Schritt
kann die Zuführung des Prozessgases zum Objekt gegenüber
der Zuführung des Prozessgases zum Objekt beim Bearbeitungsschritt reduziert
sein. Auch hierdurch wird eine Reduzierung oder Verlangsamung des
chemischen Prozesses erreicht.
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Die
vorgenannten Maßnahmen zur Reduzierung oder Verlangsamung
des chemischen Prozesses können einzeln oder in Kombination
miteinander angewendet werden.
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Nach
dem Entscheiden im vierten Prozessschritt kann die Bearbeitung des
Objekts durch Richten eines Strahls auf die Bearbeitungsstelle an
der Oberfläche des Objekts unter Zuführen des
Reaktionsgases in den und nur den Bereichen auf der Oberfläche
des Objekts fortgesetzt werden, in denen im Entscheidungsschritt
noch keine ausreichende Bearbeitung festgestellt wurde. Dadurch
kann räumlich unterschiedlichen Bearbeitungsdicken oder
Bearbeitungsgeschwindigkeiten Rechnung getragen werden, so dass
an jedem Ort die Bearbeitung genau so lange fortgesetzt wird, wie
es aufgrund der lokalen Eigenschaften erforderlich ist.
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Nachfolgend
werden Einzelheiten der Erfindung anhand der Figuren näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1:
Eine Prinzipskizze eines Bearbeitungsgeräts zur Bearbeitung
eines Objekts im Schnitt,
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2a bis 2d:
Aufsichten auf eine Struktur mit einem Defekt,
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3:
Ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, bei dem der zu reparierende
Bereich in Flächensegmente zerlegt wird, und
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4:
Ein Ablaufdiagramm zur Segmentierung des zu reparierenden Bereichs.
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Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
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Das
Bearbeitungssystem 100 umfasst ein Elektronenmikroskop 1,
eine Gaszuführungsanordnung 8 zum Zuführen
von Reaktionsgas an eine zu bearbeitende Stelle eines auf einem
Objekthalter 81 gehaltenen Objekts O sowie eine Elektrodenanordnung 9.
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Das
Elektronenmikroskop 1 umfasst in einer Richtung des Elektronenstrahls
eine Elektronenstrahlquelle 3, erste Fokussier-/Ablenkelemente 48, einen
Rückstreuelektronendetektor 6, einen Energieselektor 7,
einen Sekundärelektronendetektor 5 und eine Fokussierlinse 4.
Innerhalb der Fokussierlinse sind zweite Fokussier-/Ablenkelemente 47 angeordnet.
Die Fokussierlinse 4 ist eine Kombination aus einer magnetischen
Linse und einer elektrostatischen Immersionslinse. Die magnetische
Linse umfasst einen inneren Polschuh 42, einen äußeren
Polschuh 41, eine dazwischen angeordnete Spule 43,
wobei ein unteres Ende des inneren Polschuhs 42 und ein unteres
Ende des äußeren Polschuhs 41 einen im wesentlichen
axialen Spalt 44 ausbilden, in welchem bei Induktion eines
magnetischen Flusses durch die Polschuhe 41,42 durch
Stromfluss in der Spule 43 ein Magnetfeld erzeugt wird,
welches im wesentlichen im Bereich des axialen Spaltes 44 austritt.
Dieses Magnetfeld führt zu einer Fokussierung des Elektronenstrahls,
welcher von der Elektronenstrahlquelle 3 zum Objekt O hin
beschleunigt wird. Die elektrostatische Immersionslinse umfasst
ein Strahlrohr 45, welches sich durch einen durch den inneren
Polschuh 42 und den äußeren Polschuh 41 gebildeten Innenraum
der magnetischen Linse 4 erstreckt. Die elektrostatische
Immersionslinse umfasst ferner eine mit Abstand von einem unteren
Ende des Strahlrohrs 45 angeordnete Abschlusselektrode 46.
Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes zwischen dem
Strahlrohr 45 und der Abschlußelektrode 46 durch
eine Spannungsquelle (schematisch angedeutet, ohne Bezugszeichen)
ist es möglich, die Primärelektronen auf eine
zur Inspektion von Photomasken geeignete Primärenergie
von etwa 1 keV abzubremsen. In der dargestellten Ausführungsform
kann das Strahlrohr beispielsweise auf + 8 keV liegen, während
die Abschlusselektrode 46 geerdet ist.
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Das
Elektronenmikroskop 1 ist in vier verschiedene Vakuumräume 21, 22, 23, 24 unterteilt,
die durch Druckstufen 25, 26, 27 voneinander
teilweise separiert sind. Ein erster Vakuumraum 21 enthält
die Elektronenstrahlquelle 3. Der erste Vakuumraum 21 ist
durch einen ersten Anschluss 29 mit einer Ionengetter-Pumpe 37 verbunden.
Im ersten Vakuumraum 21 herrscht bei Betrieb des Elektronenmikroskops zum
Beispiel ein Druck im Bereich von etwa 10–9 bis 10–10 mbar. Eine erste Druckstufe 25 wird
durch eine den Elektronenstrahlgang symmetrisch umgebene Öffnung 25 gebildet.
Ein zweiter Vakuumraum 22 ist über einen zweiten
Anschluss 30 mit einer zweiten Vakuumpumpe 38,
einer Iongetter-Pumpe verbunden. Eine zweite Druckstufe separiert
den zweiten Vakuumraum 22 teilweise von einem dritten Vakuumraum 23.
Der Druck im zweiten Vakuumraum 22 kann bei Betrieb des
Elektronenmikroskops beispielsweise im Bereich von etwa 10–7 mbar betragen. Im dritten Vakuumraum 23 sind
der Rückstreuelektronendetektor 6 und der Energieselektor 7 angeordnet.
Der dritte Vakuumraum 23 ist vom zweiten und von einem
vierten Vakuumraum 22, 24 jeweils durch Druckstufen 26 und 27 teilweise
separiert und weist einen Anschluss 31 auf, der den dritten
Vakuumraum mit einer dritten Vakuumpumpe 39 verbindet.
Der Druck im dritten Vakuumraum kann bei Betrieb beispielsweise
im Bereich von etwa 10–5 mbar betragen.
Der vierte Vakuumraum 24 wird durch die dritte Druckstufe 27 vom dritten
Vakuumraum 23 teilweise separiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
umfasst die dritte Druckstufe 27 den Sekundärelektronendetektor 5.
Dabei wird eine Öffnung der dritten Druckstufe 27 durch
die vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung des Sekundärelektronendetektors 5 gebildet.
Der Sekundärelektronendetektor 5 ist dabei derart
im Inneren des Elektronenmikroskops 1 gehalten, dass ein
Druckausgleich zwischen den teilweise separierten Vakuumräumen 23, 24 nur
durch die Öffnung im Sekundärelektronendetektor
erfolgen kann. Der vierte Vakuumraum 24 weist ferner eine
gasleitende Verbindung 28 zum Inneren der Vakuumkammer 2 auf.
Die gasleitende Verbindung 28 wird hier durch ein einfaches
Metallrohr bereitgestellt. Durch das Metallrohr, welches einen recht
großen Durchmesser aufweist, um dem Transport von Gas ins
Innere der Vakuumkammer 2 möglichst wenig Widerstand
entgegenzusetzen, wird das von der Gaszuführung zugeführte Reaktivgas
aus dem vierten Vakuumraum 24 zur Vakuumkammer 2 abgeführt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Strahlrohr 45 einen
in Strahlrichtung unteren zylinderförmigen Bereich auf,
welcher sich in Richtung auf den Sekundärelektronendetektor 5 konisch
erweitert und sich dann in Form eines Zylinders mit größerem
Durchmesser nach oben bis durch den zweiten Vakuumraum 22 hindurch
erstreckt. Das Strahlrohr 45 umgibt somit sowohl Sekundärelektronendetektor 5,
Energieselektor 7 als auch Rückstreuelektronendetektor 6.
Das Strahlrohr 45 ist mit Abstand unterhalb vom Sekundärelektronendetektor 5 durch
eine vakuumdichte Halterung 49, beispielsweise aus Keramik,
gehalten und ist mit dem unteren Polschuh 41 derart vakuumdicht
verbunden, dass der vierte Vakuumraum 24 im Wesentlichen
einen Innenraum des Strahlrohrs und einen Zwischenraum zwischen
Isolierung 49 und dem sich in Richtung Elektronenstrahlquelle 3 anschließenden dritten
Vakuumraum 23 umfasst. Im Inneren des vierten Vakuumraums 24 herrscht
bei Betrieb im Bereich, d. h. in Nachbarschaft zu, der dritten Druckstufe 27 beispielsweise
ein Druck im Bereich von etwa einigen 10–4 mbar,
während im Inneren der Vakuumkammer 2 beispielsweise
ein Vakuum im Bereich von etwa einigen 10–5 mbar
erreicht wird. Die Vakuumkammer 2 weist einen Anschluss 32 auf,
der das Innere der Vakuumkammer 2 mit einer vierten Vakuumpumpe 40 verbindet.
Somit lassen sich der erste, der zweite, der dritte und die Kombination
aus viertem Vakuumraum und Vakuumkammer jeweils individuell evakuieren, so
dass ein guter Betrieb des Elektronenmikroskops auch bei Gaszufuhr
in der Vakuumkammer ermöglicht wird.
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Eine
Detektionsfläche 51 des Sekundärelektronendetektors
ist mithin im vierten Vakuumraum 24 angeordnet, während
der Rückstreuelektronendetektor 6 im dritten Vakuumraum 23,
in welchem ein besseres Vakuum erreicht wird, angeordnet ist. Der
Energieselektor 7 ist derart vor dem Rückstreuelektronendetektor 6 angeordnet,
dass alle vom Objekt O emittierten oder an diesem rückgestreuten
Elektronen den Energieselektor 7 passieren müssen,
um zu einer Detektionsfläche des Rückstreuelektronendetektors 6 gelangen
zu können. Der Energieselektor 7 umfasst in der
dargestellten Ausführungsform ein erstes Gitter 71,
ein zweites Gitter 72 und eine Spannungsquelle 73 zum
Erzeugen eines geeigneten elektrischen Feldes zwischen dem ersten
und dem zweiten Gitter, um das Reflektieren von aus der Objektoberfläche
austretenden Sekundärelektronen zu ermöglichen.
Die Gitter sind parallel zueinander angeordnet und umschließen
den Elektronenstrahlgang des von der Elektronenstrahlquelle 3 erzeugten
Primärelektronenstrahls ringförmig. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das erste Gitter 71 mit
der Spannungsquelle 73 verbunden, während das
zweite Gitter 72 an das Strahlrohr 45 gekoppelt
ist und somit auf dem gleichen Potential liegt wie dieses. Es ist möglich,
ein isolierendes Rohr in die durch die Gitter 71, 72 gebildete,
vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung einzubringen,
um den Primärelektronenstrahl vor dem Einfluss des zwischen
den beiden Gittern 71, 72 angelegten elektrischen
Feldes zu schützen. Das mittels Spannungsquelle 73 angelegte
elektrische Feld wird derart auf die Primärelektronenenergie
und die Besonderheiten der inspizierten und bearbeitenden Probe
angepasst, dass die Rückstreuelektronen durch das elektrische
Feld hindurch passieren und am Rückstreuelektronendetektor
detektiert werden, während die Sekundärelektronen aufgrund
ihrer geringeren kinetischen Energie reflektiert und mithin nicht
detektiert werden. Durch Einstellung der an die Gitter angelegten
Potentialdifferenz lässt sich die Stärke des elektrischen
Feldes und somit die Höhe des Detektionssignals verbessern.
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Die
dargestellte Ausführungsform umfasst weiterhin eine Elektrodenanordnung 9,
die eine ringförmig um den Elektronenstrahlgang angeordnete Abschirmelektrode 91 umfasst,
welche eine zentrale Öffnung 92 aufweist, die
einen ungestörten Durchtritt des Primärelektronenstrahls
und einen weitgehend ungehinderten Durchtritt von Sekundär-
und Rückstreuelektronen ermöglicht. An die Elektrode 91 kann mittels
einer geeigneten Spannungsquelle (schematisch dargestellt, ohne
Bezugszeichen) eine geeignete Spannung angelegt werden, um den Primärelektronenstrahl
wirksam vor einem durch Aufladung des Objekts O erzeugten elektrischen
Feld abzuschirmen.
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Zwischen
der Abschlusselektrode 46 und der Elektrodenanordnung 9 ist
ein schnelles Ablenkelement 49 angeordnet. Mithilfe des
Ablenkelements, das als elektrostatisches Multipolelement ausgebildet
ist, kann der Elektronenstrahl in der Ebene des Objekts ausgelenkt
werden, um den Elektronenstrahl mit der gewünschten Scanstrategie über
den zu bearbeitenden oder zu analysierenden Probenbereich zu bewegen.
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In
einem Verfahren zur automatischen Endpunktselektion erfolgt in einem
ersten Schritt ein Inspizieren des Objekts, welches bei der Maskenreparatur
eine Photomaske ist, in welcher etwa miniaturisierte Molybdänstrukturen
auf einem Quarzsubstrat aufgebracht sind. Beim Inspizieren werden
Fehler in der Maske identifiziert und Bearbeitungsschritte zum Beheben
bzw. Ausbessern des Fehlers gewählt. Dann wird in einem
Bearbeitungsschritt eine zu bearbeitende Stelle auf dem Objekt O
in den Bereich des Primärelektronenstrahls gebracht und
mittels der Gaszuführungsanordnung 8 ein Reaktionsgas
zugeführt, welches durch die Elektronen des Elektronenstrahls
angeregt und so chemisch reaktiv wird. Damit kann beispielsweise
Material abgetragen werden. Nach einer gewissen Zeitspanne des Materialabtrags wird
die bearbeitete Stelle erneut inspiziert. Das Inspizieren erfolgt
dabei durch Detektion von Rückstreuelektronen, von welchen
Sekundärelektronen mittels des Energieselektors 7 separiert
wurden. Aus der Oberfläche des Objekts O austretende Sekundärelektronen
treten in das Innere des Elektronenmikroskops 1 ein und
treffen im vierten Vakuumraum auf die Detektionsfläche 51 des
Sekundärelektronendetektors 5. Diejenigen Sekundärelektronen,
die durch die Öffnung des Sekundärelektronendetektors in
die dritte Vakuumkammer vordringen, werden durch Anlegen einer geeigneten
Spannung zwischen dem ersten Gitter 71 und dem zweiten
Gitter 72 des Energieselektors 7 reflektiert.
Nur die höher energetischen Rückstreuelektronen
passieren den Energieselektor 7 und gelangen zum Rückstreuelektronendetektor 6.
Das Elektronenbild, auf Basis dessen über das Erreichen
eines Endpunkts entscheiden wird, wird auf Basis der detektierten
Rückstreuelektronen erzeugt. Entspricht das erzeugte Elektronenbild
einem Sollbild, kann das Bearbeiten des Objekts eingestellt werden.
Andernfalls erfolgt ein erneuter Bearbeitungsschritt unter Zufuhr
von Reaktionsgas. Diese Verfahrensweise ermöglicht in besonders
vorteilhafter Weise eine automatische Endpunktselektion insbesondere
bei der Reparatur von Photomasken.
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2a zeigt
schematisch ein SEM Bild einer Maskenstruktur zur Erzeugung zweier
paralleler Leiterbahnen. Die Maskenstruktur hat dazu zwei Licht des
später eingesetzten Waferscanners absorbierende Streifen 101, 102,
zwischen denen sich ein transparenter Steifen 103 befindet
und die seitlich in einer transparenten Umgebungen eingebettet sind.
In einem durch Detektion von Rückstreuelektronen erzeugten
SEM Bild erscheinen die absorbierenden Streifen 101, 102 heller,
da sie aus Chrom oder MoSi bestehen und diese Materialien einen
größeren Rückstreukoeffizienten aufweisen,
als die Umgebung 104, 103, 105, in der
die Elektronen an dem Substrat aus Quarz gestreut werden.
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In 2b ist
derselbe Bereich der Maske dargestellt, wenn die Maskenstruktur
einen sogenannten opaken Defekt hat. In einem Bereich 106 sind
die beiden opaken Streifen 101, 102 unerwünscht
miteinander verbunden. Wenn diese Maskenstruktur in einem Waferscanner
verwendet würde, würde im Bereich 106 ein
unerwünschter elektrischer Kurzschluss entstehen. Deshalb
ist in diesem Bereich 106 in einem Reparaturprozess das überschüssige
Material zu entfernen.
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In
der 2c ist der durch Bildanalyse aus dem Maskenbild
extrahierte zu reparierende Bereich dargestellt. In einem nachfolgenden
Schritt wird der zu reparierende Bereich 107, der in 2d vergrößert
dargestellt ist, in eine Vielzahl Flächensegmente 108, 109 zerlegt,
die alle einen etwa gleich großen Flächeninhalt
aufweisen und die zusammengesetzt den zu reparierenden Bereich ergeben.
Die Zerlegung des zu reparierenden Bereichs in Flächensegmente 108, 109 dient
zur Endpunktdetektion, also um den Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem
in den einzelnen Flächensegmenten die Bearbeitung der Maske
gestoppt wird. Dazu wird entweder bei der Reparatur der Maske oder
in einem separaten Messschritt mit dem Rückstreuelektronendetektor
die Intensität der Rückstreuelektronen detektiert.
Um das aufgrund der Poissonstatistik der detektierten Rückstreuelektronen
unvermeidliche Signalrauschen zu reduzieren, werden jeweils die
Signale, die zu einem einzigen Flächensegment 108, 109 gehören,
aufintegriert. Als Folge davon ergibt sich für jedes Flächensegment
ein einziger Messwert. Unterschreitet oder Überschreitet dieser
Messwert einen vorgegebenen Sollwert, dann wird an diesem Flächensegment
die Bearbeitung gestoppt. Für die weitere Bearbeitung wird
dementsprechend die Scanstrategie, mit der der Elektronenstrahl über
das Objekt geführt wird, geändert, so dass nachfolgend
nur noch in den Flächensegmente die Bearbeitung fortgesetzt
wird, in denen das über das Flächensegment integrierte
Signal der Rückstreuelektronen den vorgegebenen Grenzwert
noch nicht erreicht hat.
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Bei
der Festlegung der einzelnen Flächensegmente werden folgende
Gesichtpunkte berücksichtigt. Alle Flächensegmente
müssen eine Mindestgröße haben, damit
die Mitteleng über jedes der Flächensegmente das
erforderliche Signal zu Rausch Verhältnis aufweist. Anderseits
hat jedes der Flächensegmente auch eine Maximalgröße,
damit typische Variationen im Defekt, wie unterschiedliche Defekthöhen,
Inhomogenitäten in der Ätz- oder Depositionsrate,
bei der Endpunktsdetektion mit ausreichender räumlicher
Auflösung bestimmt werden. Um das Signal zu Rausch Verhältnis
zu optimieren, sollten die Flächeninhalte aller Flächensegmente
annähernd gleich groß sein. Dabei werden zur Größe
der Flächensegmente jeweils nur solche Pixel oder Gegenstandspunkte
gezählt, die von dem Rand des zu reparierenden Bereichs 107 einen
bestimmten Mindestabstand aufweisen. Grund dafür ist, dass
am Rand des zu reparierenden Bereichs häufig eine Verfälschung
des Rückstreuelektronensignals durch Effekte auftritt,
die von der Oberflächentopographie des Objekts bzw. der
Maske bestimmt sind. Weiterhin sollten alle Flächensegmente
eine annähred runde oder quadratische Form aufweisen, damit
trotz der durch die Mitteleng über alle Punkte desselben
Flächensegments sich zwangsläufig ergebenden Raumfilterung
die Ortsauflösung in den zu einander senkrechten Raumrichtungen
einigermaßen homogen bleibt. Dazu sollte der Quotient aus
dem Quadrat des Umfangs des Flächensegments und dem Flächeninhalt
des Flächensegments für jedes Flächensegment kleiner
als 30, vorzugsweise kleiner als 23 sein.
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Da
die konkreten Parameter sowohl vom jeweiligen Maskentyp als auch
vom jeweiligen Defekttyp abhängen, werden die Parameter
für die einzelnen Flächensegmente empirisch bei
entsprechenden Probeläufen ermittelt und dann in die Steuerungssoftware
eingegeben. Dazu können in Testläufen fehlerbehaftete
Masken geätzt oder repariert werden. Pixel für
Pixel wird dann der Signalverlauf des Endpunktsignals als Funktion
der Bearbeitungszyklen (Loops) bestimmt. Aus dem Signalverlauf wird
dann ermittelt, wie bis in welche Entfernung vom Defektrand das
Endpunktsignal noch vom Defektrand beeinflusst ist und welcher Mindestabstand vom
Defektrand demzufolge für ein gutes Endpunktsignal einzuhalten
ist. Beim späteren Einsatz des Geräts werden dann
nach Auswahl des Maskentyps und des Defekttyps die entsprechenden
Werte vom System ausgewählt und dann mittels eines Softwareprogamms
die Aufteilung in die Flächensegmente vorgenommen.
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Der
Prozess selbst ist in der 3 schematisch
wiedergegeben. In einem ersten Schritt 121 wird ein rasterelektronenmikroskopisches
Bild des Defekt – oder genauer gesagt der Maske mit dem
zu reparierende Defekt angezeigt. Unter Berücksichtigung
des Defekttyps und des Maskentyps, die in einem Schritt 120 entweder
vorher bestimmt wurden oder vom Benutzer eingegeben werden, wird
dann durch Bildanalyse in einem Schritt 122 zunächst
der zu reparierende Bereich ermittelt und anschließend die
geeignete Zerlegung des zu reparierenden Bereichs in Flächensegmente
annährend gleicher Größe in einem Schritt 123 vorgenommen.
Der zu reparierende Bereich legt dann gleichzeitig räumlich
auch die Scanstrategie fest, mit der später der Elektronenstrahl über
das Objekt geführt wird. Danach beginnt dann in einem Schritt 124 die
Reparatur des Defekts durch einen strahlinduzierten chemischen Prozess. Dazu
wird dem Objekt über ein Gaseinlasssystem ein geeignetes
Gas oder Gasgemisch zugeführt und der Elektronenstahl über
die einzelnen Punkte des zu reparierenden Bereichs geführt.
Die Verweilzeit, die der Elektronenstrahl an jedem Ort bleibt (die
sogenannte Dwell-Time) und die Zeit, zu der der Elektronenstrahl das
nächste mal wieder einen früher schon bestrahlten
Bereich wieder bestrahlt (die sogenannte Refresh-Time), sind durch
den erforderlichen gaschemischen Prozess bestimmt und sind ebenfalls
Teil der Scanstrategie.
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Entweder
während des Reparaturprozesses oder in einem separaten
Messschritt, in dem durch geeignete Maßnahmen wie Änderung
der Verweilzeit, der Refresh-Time und/oder Reduzierung des Gaszuflusses
der chemische Bearbeitungsprozess gegenüber der Situation
im Bearbeitungsschritt 124 verlangsamt oder gestoppt wird,
wird in einem Schritt 125 das Endpunktsignal detektiert.
Im konkret beschriebenen Fall werden für das Endpunktsignal
die am Objekt zurückgestreuten Elektronen detektiert. Das
Endpunktsignal wird dann jeweils in einem Schritt 126 über
jedes Flächensegment aufintegriert, d. h der Schritt 126 liefert
für jedes Flächensegment genau einen Messwert.
In einem nachfolgenden Schritt 127 wird für jedes
Flächensegment der im Schritt 126 gewonnene Messwert
mit einem zuvor festgelegten Grenzwert verglichen. Ist der Grenzwert für
keines der Flächensegmente erreicht, kehrt das System zum
Schritt 124 zurück und setzt die Reparatur des
Defekts in allen Flächensegmenten fort. Ist hingegen in
einem oder mehreren Flächensegmenten der Grenzwert erreicht,
erfolgt in einem nachfolgenden Schritt 128 eine Änderung
der Scanstrategie. Diese Änderung der Scanstrategie läuft
darauf hinaus, dass die Ortskoordinaten aller Objektpunkte in denjenigen
Flächensegmenten, in denen der Grenzwert erreicht ist,
aus der Scanstrategie entfernt werden, d. h. die zu diesen Flächensegmenten
gehörenden Punkte oder Pixel werden später nicht
mehr mit dem Elektronenstrahl angefahren.
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In
einem nachfolgenden Schritt 129 wird noch überprüft,
ob nach Änderung der Scanstrategie noch mindestes ein Flächensegment
vorhanden ist, das eine weitere Bearbeitung erfordert. Ist das der Fall,
kehr das System mit einer geänderten Scanstrategie zum
Bearbeitungsschritt 124 zurück. Ansonsten, wenn
in allen Flächensegmenten der Grenzwert erreicht wurde,
in das Ende 130 des Prozesses erreicht.
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Soweit
im zuvor anhand der 3 beschriebenen Verfahren das
Endpunktsignal in einem separaten Messschritt gewonnen wird, sollte
dafür gesorgt werden, dass in dem Messschritt keine oder
nur eine reduzierte strahlinduzierte Chemie stattfindet. Das lässt
sich allgemein dadurch erreichen, dass in dem Messschritt eine Verarmung
des Prozessgases auftritt. Eine Möglichkeit dazu ist es
natürlich, den Gaszufluss während des Messschritts
zu reduzieren oder ganz zu stoppen. Da jedoch die Geschwindigkeit,
mit der der Gasfluss geändert werden kann, relativ gering
ist, ist es sinnvoller, die Scanstrategie im Messschritt gegenüber
der Scanstrategie im Bearbeitungsschritt zu ändern. Dazu
kann im Messschritt die Zeit, die der Elektronenstrahl am selben
Ort verweilt, also die sogenannte Pixel-Dwell-Time verlängert
werden und/oder die Zeitdauer, die mindestens zwischen dem Anfahren
desselben Orts auf dem Objekt liegt, die Refresh-Zeit, verkürzt
werden. Beide Maßnahmen führen dazu, dass an dem
jeweiligen Ort das lokal verfügbare Prozessgas nach relativ
kurzer Zeit verarmt und demzufolge der gaschemische Prozess verlangsamt
wird und mehr oder weniger zum Erliegen kommt. Auf diesem Weg kann
ein Überätzen oder eine Überdeposition
während des Messschritts ausgeschlossen werden.
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In
der 4 ist ein Algorithmus zur Unterteilung des zu
bearbeitenden Bereichs in Flächensegmente dargestellt.
Er setzt ein, nachdem im Schritt 122 in 3 der
zu bearbeitende Bereich nach Lage und Form ermittelt ist. Außerdem
setzt er voraus, dass eine Mindestzahl an Pixel, die jedes Flächensegment
aufweisen muss, vorgegeben ist. In einem nachfolgenden Schritt 133 werden
dann zunächst alle Randpunkte maskiert, also alle Punkte
bzw. Pixel, die nicht vom Rand des zu reparierenden Bereichs einen
empirisch ermittelten Mindestabstand aufweisen. In einem weiteren
Schritt 134 wird dann ein unmaskiertes Pixel ausgewählt
und mit Pixel in der Umgebung zu einem Flächensegment zusammengefasst.
Es werden dabei so lange Pixel hinzugefügt, bis das gebildete
Flächensegment die geforderte Mindestgröße,
also die geforderte Mindestanzahl an Pixel hat. Dabei kann man entweder
versuchen, ausgehende von einem Kreis um das Pixel herum den Kreis
weiter auszudehnen oder man startet von einer im wesentlichen quadratischen
Fläche und dehnt diese aus.
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Wenn
ein Segment die geforderte Größe erreicht hat,
werden die zu diesem Segment gehörigen Pixel in einem Folgeschritt 135 maskiert
und es wird in einem Schritt 136 überprüft,
ob noch weitere unmaskierte Pixel vorhanden sind, die noch nicht
einem Flächensegment zugeordnet sind. Wenn das der Fall ist,
kehrt das System zum Schritt 134 zurück und wählt
ein neues unmaskierte Pixel aus, um ein neues Flächensegment
zu bilden.
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Im
Allgemeinen kann es vorkommen, dass am Ende des Algorithmus noch
einzelne unmaskierte Pixel übrig bleiben, die noch keinem
Flächensegment zugeordnet sind. Diese werden dann einem
bereits existierenden benachbarten Flächensegment zugefügt.
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Versuche
haben gezeigt, dass bei Zugrundelegen einer Zielzahl von 400 Pixel
pro Flächensegment und bei Zugrundelegen einer quadratischen Grundfläche
als Sollform, der vorstehend beschriebenen Algorithmus zu einer
Aufteilung des zu reparierenden Bereichs führt, bei der
für 50% der Flächensegmente gilt, dass der Quotient
aus dem Quadrat des Umfangs um das Flächensegment und der Fläche
des Flächensegments kleiner als 18 ist und dass für
90% der Flächensegmente gilt, dass der Quotient aus dem
Quadrat des Umfangs um das Flächensegment und der Fläche
des Flächensegments kleiner als 23 ist. Die Größenverteilung
der Flächensegmente ist dabei nahezu konstant, d. h. bis
auf wenige Ausnahmen haben fast alle Flächensegmente die
vorgegebene Größe und es gibt nur wenige Flächensegmente
am Rand des zu bearbeitenden Bereichs, die größer
sind.
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Führt
man denselben Algorithmus in der Form durch, dass Kreisflächen
die Grundform bilden, die dann durch Hinzufügen von Pixel
ausgedehnt werden, zeigt sich, dass dann für 50% der Flächensegmente
gilt, dass der Quotient aus dem Quadrat des Umfangs um das Flächensegment
und der Fläche des Flächensegments kleiner als
15 ist und dass für 90% der Flächensegmente gilt,
dass der Quotient aus dem Quadrat des Umfangs um das Flächensegment
und der Fläche des Flächensegments kleiner als
18 ist. Allerdings entsteht eine relativ große Anzahl an
Flächensegmenten, die größer als die
geforderte Pixelzahl sind. Dieser Algorithmus liefert demzufolge
Vorteile dahingehend, dass die räumliche Messauflösung
in zueinander senkrechten Richtungen relativ homogen ist, allerdings
zu Lasten im Mittel größerer Flächensegmente
und damit zu Lasten einer geringeren Ortsauflösung insgesamt
bzw. einer größeren Inhomogenität der
Ortsauflösung der Endpunktdetektion. Der andere Algorithmus
liefert dem hingegen relativ gleichmäßig große
Flächensegmente, allerdings mit dem Nachteil, dass die
Abweichungen von den idealen Kreis- oder Quadratformen stärker
sind, so dass die räumliche Messauflösung in zueinander
senkrechten Richtungen etwas inhomogener ist. Weitere Versuche haben
gezeigt, dass beide Algorithmen zu einer vollständigen
und ein-eindeutigen Aufteilung des zu bearbeitenden Bereichs in
Flächensegmente führen, von denen das größte
Flächensegment bei der Forderung, dass jedes mindesten
400 Pixel umfasst, weniger als 800 Pixel aufweist, das größte
sich ergebende Flächensegment also eine höchstens
doppelt so große Fläche aufweist wie das kleinste
Flächensegment.
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Der
Effekt, der durch die Auswertung der Flächensegmente bei
der Endpunksdetektion erreicht wird, lässt sich am einfachsten
anhand der nachfolgenden Zahlenbeispiele zeigen: Typische bei elektronenstrahl-induzierten
chemischen Prozessen eingesetzte Dwell-Zeiten liegen im Bereich
zwischen 30 und 200 ns und typische Ströme liegen im Bereich von
10 bis 100 pA. Typische Refreshzeiten, also Zeiten, die mindestens
vergehen müssen, bis dasselbe Pixel erneut mit dem Elektronenstrahl
bestrahlt wird, liegen zwischen 50 μs und 10 ms. Bei einem
Strom von 50 pA und einer Bestrahlungsdauer von 100 ns lässt
sich ausrechnen, dass pro Pixel und pro Zyklus (Loop) etwa 30 Primärelektronen
auf jedes Pixel einfallen. Wird das Signal über 100 Zyklen
integriert, kommt man auf 3000 in den 100 Zyklen pro Pixel eingefallenen
Primärelektronen.
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Typische
Rückstreukoeffizienten, also die Anzahl der pro einfallendem
Primärelektron zurückgestreuten Elektronen, sind
materialabhängig und liegen für Chrom bei etwa
0,29, für MoSi bei etwa 0,21 und für Quarz bei
etwa 0,15. Daraus ergibt sich, dass bei Chrom auf Quarz das Rückstreuelektronensignal
um etwa 50% nachlässt, wenn das Chrom an einer Stelle vollständig
entfernt ist. Bei MoSi auf Quarz ist der Unterschied deutlich geringer,
bei dieser Materialkombination tritt nur ein Unterschied im Rückstreuelektronensignal
von etwa 20% auf.
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Nun
wird aber auch nicht jedes zurückgestreute Elektron detektiert,
da die Elektronen ja in den gesamten Halbraum gestreut werden und
nur ein Teil davon auf den Detektor einfällt. Typische
Detektoreffizienzen für Rückstreuelektronen liegen
bei etwa 5·10–4.
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Multipliziert
man die vorgenannten Effizienzen mit der genannten Anzahl an Elektronen
pro 100 Zyklen, so ergeben sich 0,3 zu erwartende detektierte Elektronen
pro 100 Zyklen. Aufgrund der Poisson-Verteilung ist mit einer Streuung
der Ereignisse von etwa +– 0,55 zu rechnen, d. h. das Signalrauschen
ist etwa doppelt so groß wie das zu erwartende Signal,
wenn die Elektronen am Chrom bzw. am MoSi gestreut werden. Als Folge
davon ist die zu erwartende Signaländerung von 20% bzw.
50% bezogen auf das Gesamtsignal aufgrund des statistischen Rauschens
nicht nachzuweisen.
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Integriert
man aber über Flächensegmente, die 100 bis 1000
Pixel umfassen, ändert sich die Situation erheblich: Bei
Integration über 400 Pixel ergeben sich statt der 0,3 zu
erwartenden Elektronen etwa 120 Elektronen pro Flächensegment
und 100 Zyklen. Die aufgrund der Poisson-Statistik zu erwartende
Streuung liegt dann bei 11 Ereignissen, d. h. das Rauschen beträgt
noch etwa 10% vom Signalwert. Bei diesen Verhältnissen
ist der zu erwartende Signalunterschied von 50% für Chrom
auf Quarz bzw. 20% für MoSi auf Quarz nachweisbar, da der
Signalunterschied jetzt mindestens so groß wie das Rauschen
ist bzw. das Rauschen kleiner als der zu erwartende Signalunterschied
ist. Eine Alternative zu der räumlichen Integration durch
Zusammenfassen von Pixel zu Flächensegmenten wäre
eine entsprechende Verlängerung der zeitlichen Integration. Dann
müsste man aber um das selbe Signal zu Rauschverhältnis
zu erreichen statt über 100 Zyklen über 100·400
= 40000 Zyklen integrieren, was nur dann zulässig ist,
wenn während der Signalerfassung für die Endpunktdetektion
keine Gaschemie ablauft, da eine derart große Anzahl an
Zyklen bei aktivierter Gaschemie durchaus Ätztiefen oder
Depositionsdicken von mehreren 100 nm entsprechen können.
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Wie
man sieht, liefert das erfindungsgemäße Verfahren
die Freiheit, das Signal zu Rauschverhältnis der detektierten
Wechselwirkungsprodukte über zwei Parameter einzustellen,
nämlich über die Anzahl der Zyklen, über
die das Signal erfasst wird, sowie über die Größe
der Flächensegmente, über die das Signal räumlich
integriert wird. Sinnvoller Weise stellt man diese Parameter so
ein, dass das statistische Rauschen der detektierten Wechselwirkungsprodukte
kleiner ist als der bei der Bearbeitung zu erwartende Signalunterschied
der detektierten Wechselwirkungsprodukte aufgrund des sich während
der Bearbeitung ändernden Materials, an dem die Wechselwirkungsprodukte
erzeugt werden. Die Zahl der Zyklen, über die das Signal
zeitlich integriert wird, wählt man wiederum so, dass ohne
eine zu große Vergrößerung der gesamten
Bearbeitungsdauer das Erreichen des Bearbeitungsendpunkts hinreichend häufig überprüft
wird. Die Wahl der entsprechenden Parameter hängt natürlich
vom jeweiligen Einzelfall ab. Als zweckmäßig hat
es sich herausgestellt, über 50 bis 1000 Zyklen zeitlich
zu integrieren. Dann erreicht man, dass bei üblichen Bearbeitungsraten
von 1000 bis 100000 Zyklen pro 100 nm Bearbeitungsdicke die Endpunktstiberprüfung
statistisch nach maximal jeweils 2 nm Bearbeitungsdicke, vorzugsweise nach
jeweils 1 nm Bearbeitungsdicke durchgeführt wird, ohne
die Gesamtbearbeitungsdauer übergebührlich zu
verlängern. Dabei versteht sich, dass die kürzere
zeitliche Integrationsdauer von 50 Zyklen bei Prozessen mit hoher
Bearbeitungsgeschwindigkeit angewendet wird, also bei solchen, bei
denen Bearbeitungsraten von etwa 1000 Zyklen pro 100 nm Abtrag oder
Deposition auftreten, und längere zeitliche Integrationsdauern
von etwa 1000 Zyklen bei Prozessen mit geringer Bearbeitungsgeschwindigkeit angewendet
werden, bei denen etwa 100000 Zyklen pro 100 nm Bearbeitungsdicke
erforderlich sind.
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Vorstehend
wurde die Erfindung am Beispiel beschrieben, bei dem der gaschemische
Prozess durch einen Elektronenstrahl induziert wird. Die Erfindung
ist jedoch ebenso anwendbar, wenn der gaschemische Prozess durch
einen Ionenstrahl oder durch ultrakurze Lichtimpulse ausgelöst
wird. Soll der strahlinduzierte gaschemische Prozess durch einen Ionenstrahl
ausgelöst werden, wäre entweder das in der 1 dargestellte
elektronenoptische System durch ein ionenoptisches System zu ersetzen
oder zusätzlich zu dem elektronenoptischen System ein ionenoptisches
System – also ein sogenanntes Cross-Beam System oder Dual
Beam System – vorzusehen. Ionenoptische Systeme unterscheiden
sich von elektronenoptischen Systemen dadurch, dass statt der Elektronenquelle
eine Ionenquelle eingesetzt wird und für die Linsen ausschließlich
elektrostatische Linsen verwendet werden. Außerdem haben
bei ionenoptischen Systemen in der Regel wegen der geänderten
Polarität der Teilchen die jeweils angelegten elektrostatischen
Potentiale ein umgekehrtes Vorzeichen als bei elektronenoptischen
Systemen.
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Soll
der strahlinduzierte gaschemische Prozess durch einen hochenergetischen
Laserstahl induziert werden, wäre das in 1 dargestellte
elektronenoptische System durch einen Aufbau entsprechend einem
Laser-Scan Mikroskop zu ersetzen oder zusätzlich die einem
Laser-Scan Mikroskop entsprechende Optik vorzusehen. Ein solches
Laser-Scan Mikroskop sollte dann als Lichtquelle einen hochenergetischen
Laser aufweisen, der zeitlich ultrakurze Lichtimpulse, also Lichtimpulse
mit Impulsdauern unter 10 ps, aussendet.
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Auch
wurde die Bearbeitung vorstehend hauptsächlich am Beispiel
des Ätzens, also der Reparatur von sogenannten opaken Defekten
veranschaulicht. Dieselben umgekehrten Prinzipien gelten aber auch,
wenn zur Reparatur Material deponiert wird. In dem Fall tritt dann,
wenn das Flächensegment vollständig repariert
ist, eine Signalerhöhung gegenüber dem Signal
der Wechselwirkungsprodukte vor der Reparatur auf, wobei sich die
Signalerhöhung ebenso wie im oben diskutierten Fall aus
den unterschiedlichen Rückstreukoeffizienten der verschiedenen
Materialien ergibt und sich die analogen Verhältnisse hinsichtlich
des Signal zu Rauschverhältnisses ergeben.
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Schließlich
wurde die Erfindung am Beispiel der Maskenreparatur erläutert.
Sie ist jedoch genau so einsetzbar, wenn für andere Zwecke
strahlinduzierte chemische Prozesse eingesetzt werden, z. B. bei
sogenannten Via-Ätzen und bei der Herstellung von Leiterbahnen
in Halbleiterbauelementen, um diese für Untersuchungen
und Tests zu modifizieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 1997001153
A [0010]
- - WO 2006050613 A [0011]
- - US 20070278180 A1 [0012]
- - US 7220685 B2 [0012]
- - US 6608305 [0013]