DE102008011531B4 - Method for processing an object with miniaturized structures - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bearbeiten eines Objekts mit miniaturisierten Strukturen, mit den Schritten: a) Zuführen eines Reaktionsgases an eine Oberfläche des Objekts; b) Bearbeiten des Objekts durch Führen eines energetischen Strahls über Bearbeitungsstellen eines zu bearbeitenden Bereichs an der Oberfläche des Objekts, um Material an dem Objekt abzuscheiden oder Material vom Objekt zu entfernen, c) Abscannen der Oberfläche des Objekts mit dem energetischen Strahl und Detektion von Wechselwirkungsprodukten des energetischen Strahls mit dem Objekt, und d) 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, e) wobei das Bearbeiten des Objekts im Schritt b) mit einem ersten Satz an Strahlparametern für den energetischen Strahl erfolgt und das Abscannen der Oberfläche im Schritt c) mit einem zweiten Satz an Strahlparametern für den energetischen Strahl erfolgt und der zweite...A method for processing an object with miniaturized structures, comprising the steps of: a) supplying a reaction gas to a surface of the object; b) processing the object by passing an energetic beam over processing locations of an area to be machined on the surface of the object in order to deposit material on the object or to remove material from the object, c) scanning the surface of the object with the energetic beam and detecting interaction products of the energetic beam with the object, and d) deciding whether the processing of the object has to be continued or can be ended on the basis of information which is obtained from the detected interaction products of the energetic beam with the object, e) wherein the processing of the object in Step b) is carried out with a first set of beam parameters for the energetic beam and the surface is scanned in step c) with a second set of beam parameters for the energetic beam and the second ...
Description
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.The present invention relates to a method for processing an object with miniaturized structures, in particular for repairing masks used in semiconductor manufacturing or for processing semiconductor circuits.
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.Electron microscopy is a long-established method for inspecting a surface of an object to be examined. In scanning electron microscopy, in particular the surface of the object to be examined is scanned or rastered by means of a fine electron beam. The electrons emerging from the object surface as a result of the impact of the electron beam or scattered back therefrom are detected in order to be able to produce an electron image of the scanned region.
In der
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 zurück gestreuten bzw. aus dieser austretenden Elektronen.Electron microscopes usually have the following components: an electron beam source for generating an electron beam, an electron optics for focusing the electron beam on the object to be examined, a deflection optics for scanning the surface of the object with the electron beam and at least one detector for detecting backscattered on the object surface or from these escaping electrons.
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.In addition to pure inspection, electron microscopes are increasingly used for processing miniaturized structures on an object or producing an object with miniaturized structures. In this case, selectively or with high precision, material is deposited or removed by supplying a reaction gas to a site of the object to be processed, which is excited and chemically reactive by the electron beam impinging on the object to be processed, and thus selectively at the location of the excitation at the Object surface material deposited or material can be removed from the object.
Dabei wird das Reaktionsgas geeignet in Abhängigkeit vom abzutragenden Material einer miniaturisierten Struktur auf einer Oberfläche des Objekts bzw. dem aufzubringenden Material gewählt.In this case, the reaction gas is suitably selected depending on the material to be removed from a miniaturized structure on a surface of the object or the material to be applied.
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.A special field of application of this technique is in the field of mask repair for lithography. Masks continue to play a prominent role in the production of miniaturized structures in the semiconductor industry. In the context of lithography, the (photo) mask is irradiated with light, and a reduced image of the mask is produced on a wafer, which exposes a photoresist applied to the wafer and thus defines structures to be produced on the wafer in subsequent processing steps. Errors of the mask can therefore have a pronounced adverse effect on the quality of the miniaturized structures generated with their help. Mask making is still time-consuming and costly, and mask repair techniques are finding increasing use. In this case, by means of the described chemical reaction induced by the electron beam, mask defects can be repaired in a very targeted manner and with high precision.
Ein Elektronenstrahlgerät, das sowohl zur elektronenstrahlinduzierten Bearbeitung von Proben als auch zur Bildaufnahme, und insbesondere zur Maskenreparatur geeignet ist, ist in der
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.In a mask repair process, as with other methods of fabricating miniaturized structures, it is necessary to detect an endpoint of material removal at which sufficient material has been deposited. For its detection, various parameters can be used, for example signals from secondary or backscattered electrons, X-rays, gas components and a current generated in the object.
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.When repairing photomasks, the defect to be repaired is identified and its shape determined. This shape (Shape) is scanned with the electron beam and maintain the desired chemical reaction by adding suitable gases. This chemical reaction results in either removing excess material (being etched away) or depositing missing material (depositing), depending on the nature of the defect and which variant is therefore necessary to repair the defect. One objective of these operations is to identify the correct endpoint of the chemical reaction, which is determined by having sufficient material deposited or sufficient material removed, since too long etching attacks the substrate or deposits too much material the material layer becomes too thick at the repaired site, which would then later become noticeable as a defect of the mask in the lithographic process.
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.In order to determine the correct end point of the chemical reaction, the interaction products emitted by the object during the process, such as secondary electrons or backscattered electrons, are usually detected and the detected signals are evaluated. The detection of backscattered electrons is in principle particularly suitable in etching processes and in deposition processes, since the backscattering efficiency is highly dependent on the mass number of the scattering object and the detected signal is therefore strongly dependent on the material. If the superfluous material, usually chromium or MoSi in the case of a photomask, is completely removed, the electron beam is subsequently scattered on the substrate instead of on chromium or MoSi, which then leads to a signal change.
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.Unfortunately, in machining processes, most detector signals are so weak that they are very noisy for statistical reasons, which is why noise suppression is required.
Aus der
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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.It is the object of the present invention to provide a method for processing an object by means of a beam-induced chemical reaction in which the endpoint detection for the processing step is improved.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung weist folgende Verfahrensschritte auf.
- – Zuführen eines Reaktionsgases an eine Oberfläche des Objekts;
- – Bearbeiten des Objekts durch Führen eines energetischen Strahls über Bearbeitungsstellen eines zu bearbeitenden Bereichs 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.
- - supplying a reaction gas to a surface of the object;
- Processing the object by passing an energetic beam over processing points of a region to be processed on the surface of the object to deposit material on the object or to remove material from the object,
- Scanning the surface of the object with the energetic beam and detecting interaction products of the energetic beam with the object, and
- Decide whether the processing of the object must be continued or can be terminated by information obtained from the detected interaction products of the energetic beam with the object.
Gemäß 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.According to the invention, the detection of the interaction products for the endpoint determination is performed in a separate step in which one or more beam parameters of the incident beam are changed with respect to the beam parameters during the processing step.
Das Bearbeiten des Objekts im zweiten Schritt erfolgt mit einem ersten Satz an Strahlparametern für den Strahl und das Abscannen der Oberfläche im dritten Schritt erfolgt mit einem zweiten Satz an Strahlparametern für den Strahl, und der zweite Satz an Strahlparametern weicht vom ersten Satz an Strahlparametern ab.The processing of the object in the second step is done with a first set of beam parameters for the beam and the scanning of the surface in the third step is done with a second set of beam parameters for the beam and the second set of beam parameters deviates from the first set of beam parameters.
Der erste und der zweite Satz an Strahlparametern unterscheiden sich hinsichtlich der Verweilzeit (Pixel-Dwelltime) des Strahls an einem Ort auf der Oberfläche des Objekts, wobei die Verweilzeit beim zweiten Satz an Strahlparametern größer als beim ersten Satz an Strahlparametern ist.The first and second set of beam parameters differ in the dwell time (pixel-dwell time) of the beam at a location on the surface of the object, wherein the dwell time at the second set of beam parameters is greater than the first set of beam parameters.
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.Due to the extended residence time of the jet in one place, a depletion of the process gas occurs after a short time at this location, which leads to the chemical process being stopped or at least slowed down despite the incident beam of charged particles.
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 unterscheiden sich der erste Satz an Strahlparametern und der zweite Satz an Strahlparametern so, dass beim zweiten Satz an Strahlparametern die Bearbeitungsrate kleiner als beim ersten Satz an Strahlparametern ist.The first set of beam parameters can be optimized for the machining process, while the second set of beam parameters can be optimized for the detection of the interaction products. In particular, the first set of beam parameters and the second set of beam parameters differ so that, in the second set of beam parameters, the processing rate is less than the first set of beam parameters.
Der erste und zweite Satz an Strahlparametern können sich weiterhin 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.The first and second sets of beam parameters may further differ in the order in which the beam impinges on different locations on the surface of the sample. Particularly in the case of a meander-shaped scanning strategy both during the processing step and during the detection of the end point signal, the distances of the meander in the detection of the end point signal may be selected to be lower than in the processing step. This also achieves a reduction or slowdown of the chemical process.
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.When scanning the surface of the object in the third step, the supply of the Process gas to the object relative to the supply of the process gas to the object during the processing step to be reduced. This also achieves a reduction or slowdown of the chemical process.
Die vorgenannten Maßnahmen zur Reduzierung oder Verlangsamung des chemischen Prozesses können einzeln oder in Kombination miteinander angewendet werden.The aforementioned measures for reducing or slowing the chemical process may be used alone or in combination with each other.
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.After the decision in the fourth process step, the processing of the object can be continued by directing a beam to the processing point on the surface of the object by supplying the reaction gas in and only those areas on the surface of the object where sufficient processing has not yet been determined in the decision step has been. As a result, spatially different processing thicknesses or processing speeds can be taken into account, so that processing is continued at each location for exactly as long as required by the local properties.
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.The energetic beam can be a light beam, z. Example, a laser beam with ultrashort light pulses with pulse durations of 10 ps or less, or a charged particle beam, in particular an electron beam.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei der Entscheidung, ob die Bearbeitung des Objekts fortgesetzt werden muss oder beendet werden kann, 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 werden zu einem Gesamtsignal integriert.According to a further embodiment of the invention, when deciding whether to continue the processing of the object or to terminate, the object area to be processed is divided into a plurality of area segments having similar area contents and the signals respectively detected when the beam strikes areas of the same area segment Interaction products between the incident beam and the object are integrated into a total signal.
Die Flächeninhalte der Flächensegmente können alle einen ähnlichen Flächeninhalt aufweisen, damit der Rauschanteil in allen Flächensegmenten einiger Maßen gleich ist.The surface areas of the surface segments can all have a similar surface area, so that the noise component is the same in all surface segments of some dimensions.
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.The size of the surface segments may be empirically designed according to the mask type to be processed and the type of defect to be repaired, such that regions of the defect that have different material thicknesses belong to different surface segments. As a result, in spite of the areal integration, typical thickness variations of the material to be removed, which in turn require different etch times, are adequately taken into account.
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.When forming the overall signal, only those signals should be taken into account in which the beam incident on the object has a minimum distance from the edge of the area to be processed. This can ensure that the detected signal is not dominated by signal artifacts, which occur especially at the edge of a defect to be repaired. Such a signal artifact can be present, for example, if the detected signals are heavily influenced by the object topography. In particular, the minimum distance can be selected so that the signal caused by the interaction products has almost exclusively material contrast.
Die einzelnen Flächensegmente können so geformt sein, dass der Quotient aus dem Quadrat des Umfangs des Flächensegments und der Fläche des Flächensegments für mindestens 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 mindestens 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.The individual surface segments may be shaped such that the quotient of the square of the circumference of the surface segment and the surface of the surface segment is smaller than 20 for at least 50% of all surface segments and smaller than 30 for at least 90% of all surface segments. Ideally, the surface segments should be nearly circular or square in shape so that the spatial resolution of the evaluated signal in the two mutually perpendicular directions of space is somewhat similar. However, this is usually not possible because with circular surface segments (shapes) no area filling without overlap is possible and the edge of the defect to be repaired or area to be processed usually has no ideal round or straight shape. If the above quotient is less than 20 for at least 50% of all surface segments and less than 30 for at least 90% of all surface segments, the deviation from the circular or square shape is still acceptably low, so that there are no significant differences in the resolution depending on the direction.
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.All surface segments together should cover exactly the area of the entire area to be processed, so there should not be any points of the area to be processed that are not assigned to exactly one area segment. On the other hand, the surface segments should also not overlap each other (so that one point of the region to be processed is assigned to more than one surface segment), since otherwise a different surface segment would also be changed when a surface segment is masked.
Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:Details of the invention with reference to the figures will be explained in more detail. Showing:
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.Like reference numerals designate like components.
Das Bearbeitungssystem
Das Elektronenmikroskop
Das Elektronenmikroskop
Eine Detektionsfläche
Die dargestellte Ausführungsform umfasst weiterhin eine Elektrodenanordnung
Zwischen der Abschlusselektrode
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
In
In der
Bei der Festlegung der einzelnen Flächensegmente werden folgende Gesichtspunkte berücksichtigt. Alle Flächensegmente müssen eine Mindestgröße haben, damit die Mittelung 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
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.Since the specific parameters depend both on the particular type of mask and on the type of defect, the parameters for the individual surface segments are determined empirically during corresponding test runs and then entered into the control software. In test runs, faulty masks can be etched or repaired for this purpose. Pixel by pixel, the waveform of the endpoint signal is then determined as a function of the processing cycles (loops). From the signal curve it is then determined how far into which distance from the defect edge the end point signal is still influenced by the defect edge and which minimum distance from the defect edge is therefore to be observed for a good end point signal. Later use of the device will then Select the mask type and the defect type, select the appropriate values from the system and then divide them into the area segments using a software program.
Der Prozess selbst ist in der
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
In einem nachfolgenden Schritt
Soweit im zuvor anhand der
In der
Wenn ein Segment die geforderte Größe erreicht hat, werden die zu diesem Segment gehörigen Pixel in einem Folgeschritt
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.In general, it may happen that at the end of the algorithm, there are still individual unmasked pixels left, which are not yet assigned to a surface segment. These are then added to an already existing adjacent area segment.
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.Experiments have shown that, assuming a target number of 400 pixels per area segment and based on a square base area as the desired shape, the algorithm described above leads to a division of the area to be repaired, in which for 50% of the area segments, the quotient of Square of the circumference around the surface segment and the surface of the surface segment is smaller than 18 and that for 90% of the surface segments, the quotient of the square of the circumference around the surface segment and the surface of the surface segment is smaller than 23. The size distribution of the surface segments is almost constant, d. H. With a few exceptions, almost all surface segments have the specified size and there are only a few surface segments at the edge of the area to be processed, which are larger.
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 mindestens 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.If one carries out the same algorithm in the form that circular areas form the basic form, which are then extended by adding pixels, it turns out that for 50% of the area segments the quotient consists of the square of the circumference around the area segment and the area of the area segment is less than 15, and that for 90% of the area segments, the quotient of the square of the perimeter about the area segment and the area of the area segment is less than 18. However, a relatively large number of surface segments, which are larger than the required number of pixels, is produced. This algorithm therefore provides advantages in that the spatial measurement resolution in directions perpendicular to each other is relatively homogeneous, but at the expense of larger surface segments and thus at a lower overall spatial resolution or a greater inhomogeneity of the spatial resolution of the endpoint detection. The other algorithm, on the other hand, provides relatively evenly large area segments, but with the disadvantage that the deviations from the ideal circular or square shapes are stronger, so that the spatial measurement resolution in mutually perpendicular directions is somewhat inhomogeneous. Further experiments have shown that both algorithms result in a complete and one-to-one division of the area to be processed into area segments of which the largest area segment in the requirement that each comprises at least 400 pixels is less than 800 pixels, the largest resulting Area segment thus has a maximum of twice as large area as the smallest area segment.
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.The effect achieved by the evaluation of the surface segments in endpoint detection is most easily demonstrated by the following numerical examples: Typical dwell times used in electron beam-induced chemical processes are in the range between 30 and 200 ns and typical currents are in the range from 10 to 100 pA. Typical refresh times, ie times that must at least pass until the same pixel is irradiated again with the electron beam, lie between 50 μs and 10 ms. With a current of 50 pA and an irradiation time of 100 ns, it can be calculated that per pixel and per cycle (loop) about 30 primary electrons are incident on each pixel. If the signal is integrated over 100 cycles, it comes to 3000 in the 100 cycles per pixel sunken primary electrons.
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.Typical backscatter coefficients, ie the number of backscattered electrons per incident primary electron, are material dependent and are about 0.29 for chromium, about 0.21 for MoSi and about 0.15 for quartz. As a result, for chromium on quartz, the backscatter electron signal decreases by about 50% when the chromium is completely removed at one point. For MoSi on quartz, the difference is much smaller, with this material combination only a difference in the backscatter electron signal of about 20% occurs.
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.Now, however, not every backscattered electron is detected, since the electrons are scattered into the entire half space and only a part of it is incident on the detector. Typical detector efficiencies for backscattered electrons are about 5 × 10 -4 .
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.Multiplying the aforementioned efficiencies with the stated number of electrons per 100 cycles, so there are 0.3 expected detected electrons per 100 cycles. Due to the Poisson distribution is to be expected with a dispersion of the events of about + -0.55, that is the signal noise about twice as large as the expected signal when the electrons are scattered at the chromium or MoSi. As a consequence, the expected signal change of 20% or 50% of the total signal due to statistical noise can not be demonstrated.
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 abläuft, da eine derart große Anzahl an Zyklen bei aktivierter Gaschemie durchaus Ätztiefen oder Depositionsdicken von mehreren 100 nm entsprechen können.However, if one integrates over surface segments that comprise 100 to 1000 pixels, the situation changes considerably: With integration over 400 pixels, instead of the 0.3 electrons to be expected, about 120 electrons per surface segment and 100 cycles result. The expected variance based on the Poisson statistic is then 11 events, i. H. the noise is still about 10% of the signal value. At these ratios, the expected signal difference of 50% for chrome on quartz and 20% for MoSi on quartz is detectable, since the signal difference is now at least as large as the noise or the noise is smaller than the expected signal difference. An alternative to spatial integration by combining pixels into surface segments would be a corresponding extension of temporal integration. Then, to achieve the same signal-to-noise ratio, one would have to integrate over 100 x 400 = 40000 cycles instead of 100 cycles, which is only allowed if no gas chemistry expires during signal acquisition for endpoint detection because of such a large number of cycles activated gas chemistry may well correspond to etch depths or deposition thicknesses of several 100 nm.
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 Endpunktsüberprüfung 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.As can be seen, the method according to the invention provides the freedom to set the signal-to-noise ratio of the detected interaction products via two parameters, namely the number of cycles over which the signal is detected and the size of the surface segments over which the signal is spatially integrated becomes. It makes sense to set these parameters such that the statistical noise of the detected interaction products is less than the expected signal difference of the detected interaction products due to the changing material during processing on which the interaction products are generated. The number of cycles over which the signal is integrated in time, one chooses in turn so that without too great increase in the total processing time reaching the processing end point is checked sufficiently frequently. The choice of the appropriate parameters depends of course on the individual case. As it has been found useful to integrate over 50 to 1000 cycles in time. Then it is achieved that at usual processing rates of 1000 to 100,000 cycles per 100 nm processing thickness, the endpoint verification is carried out statistically after a maximum of 2 nm processing thickness, preferably after each 1 nm processing thickness, without extending the overall processing time excessively. It is understood that the shorter time integration period of 50 cycles is used in processes with high processing speed, ie those where processing rates of about 1000 cycles per 100 nm erosion or deposition occur, and longer time integration periods of about 1000 cycles in processes with low machining speed, requiring about 100,000 cycles per 100 nm machining thickness.
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
Soll der strahlinduzierte gaschemische Prozess durch einen hochenergetischen Laserstahl induziert werden, wäre das in
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.Also, the processing has been mainly illustrated by the example of etching, ie the repair of so-called opaque defects. The same reverse principles apply, however, if material is deposited for repair. In that case, when the patch is completely repaired, a signal increase occurs over the signal of the interaction products before repair, the signal increase, as in the case discussed above, results from the different backscatter coefficients of the different materials, and the analogous ratios in terms of Signal to noise ratio.
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. beim sogenannten Via-Ätzen und bei der Herstellung von Leiterbahnen in Halbleiterbauelementen, um diese für Untersuchungen und Tests zu modifizieren.Finally, the invention was explained using the example of mask repair. However, it is just as applicable when used for other purposes, beam-induced chemical processes, eg. As in the so-called via-etching and in the production of printed conductors in semiconductor devices in order to modify them for studies and tests.
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