DE102014216114A1 - Apparatus for particle beam machining with a mass spectrometer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Teilchenstrahlbearbeitung eines Werkstücks (3), umfassend: eine Teilchenstrahlkanone (1) zur Erzeugung eines auf das Werkstück (3) gerichteten Teilchenstrahls (2), ein Massenspektrometer (7) zur Bestimmung von massenspektrometrischen Messdaten über bei der Teilchenstrahlbearbeitung mit dem Teilchenstrahl (1) vom Werkstück (3) abgetragene Sekundärteilchen, sowie ein Steuerungssystem (9, 14) zur Beeinflussung mindestens eines Parameters der Teilchenstrahlbearbeitung in Abhängigkeit von den massenspektrometrischen Messdaten.The invention relates to a device for particle beam processing of a workpiece (3), comprising: a particle beam cannon (1) for generating a particle beam (2) directed at the workpiece (3), a mass spectrometer (7) for determining mass spectrometric measurement data relating to particle beam processing Secondary particles removed from the workpiece (3) by the particle beam (1), and a control system (9, 14) for influencing at least one parameter of the particle beam processing as a function of the mass spectrometric measurement data.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Teilchenstrahlbearbeitung eines Werkstücks, umfassend: eine Teilchenstrahlkanone zur Erzeugung eines auf das Werkstück gerichteten Teilchenstrahls sowie ein Verfahren zur Teilchenstrahlbearbeitung. Insbesondere kann es sich bei diesem Werkstück um ein optisches Element für die Lithographie mit extrem ultravioletter (EUV) Strahlung handeln, bei der eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 15 nm verwendet wird.The invention relates to a device for particle beam machining of a workpiece, comprising: a particle beam gun for producing a particle beam directed onto the workpiece and a method for particle beam machining. In particular, this workpiece may be an optical element for extreme ultraviolet (EUV) lithography using a wavelength in the range between 5 nm and 15 nm.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit einem Teilchenstrahl, insbesondere einem Ionen- oder Atomstrahl, speziell bei der Bearbeitung von sehr dünnen (EUV-)Folien bzw. von dünnen Schichten eines reflektierenden Mehrlagen-Systems, wie es bei EUV-Spiegeln verwendet wird, ist die bearbeitete Folie bzw. dünne Schicht extremen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die zu unerwünschten irreversiblen Deformationen führen können. Beispielsweise hat die Ionenstrahlbearbeitung (im Folgenden auch IBF-Bearbeitung) in mehreren Versuchen zu einer plastischen Deformation geführt, die wesentlich höher war als die Dicke der Folie selbst, die in der Größenordnung der Wellenlänge der verwendeten Strahlung lag. Ebenfalls kann eine IBF-Bearbeitung mit zu hohen lonenenergien zu einer Erhöhung der Oberflächenrauigkeit der Schicht bzw. Folie führen. Eine Möglichkeit, die oben aufgezeigten Probleme zu umgehen, kann darin bestehen, die lonenenergie des Ionenstrahls (im Folgenden: IBF-Strahl) zu reduzieren und beispielsweise niedrigere Energien zu verwenden, so dass einerseits die Abtragsrate nicht zu niedrig wird und andererseits die mechanische Einwirkung auf die Folie sowie deren Oberflächenrauigkeit reduziert werden.When machining workpieces with a particle beam, in particular an ion or atom beam, especially in the processing of very thin (EUV) films or thin layers of a reflective multilayer system, as used in EUV mirrors, is the processed film or thin layer exposed to extreme mechanical stresses that can lead to undesirable irreversible deformations. For example, ion beam machining (hereafter also IBF machining) has led in several experiments to a plastic deformation which was substantially higher than the thickness of the film itself, which was of the order of the wavelength of the radiation used. Likewise, an IBF treatment with too high ion energies can lead to an increase in the surface roughness of the layer or film. One way around the problems outlined above, can be to reduce the ion energy of the ion beam (hereinafter: IBF beam) and, for example, to use lower energies, so that on the one hand, the removal rate is not too low and on the other hand, the mechanical action the film and its surface roughness are reduced.

Bis zum jetzigen Zeitpunkt konnte die oben aufgezeigte Strategie jedoch nicht realisiert werden, da sich unter anderem bei niedrigeren Ionenenergien die Abtragsraten von in Stapeln mit einer Mehrzahl von Schichten bzw. Folien eingesetzten reinen Materialien (beispielsweise Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y, Ru, Rb, Be, B, C in allen Modifikationen einschließlich Graphen, Sc, Ti, V oder Kombinationen, Verbindungen, Oxide oder Si3N4 oder ZrSi2) und von oxidierten Materialien stark voneinander unterscheiden. Jede Folie bzw. jeder Schichtstapel kann nach Herstellung, Lagerung und eventuell Transport auf der Oberfläche eine Oxidationsschicht unbekannter Dicke aufweisen. Dies wird beispielsweise belegt durch eine SIMS-Sputteranalyse einer Mehrlagen-Beschichtung mit 6nm MoSi2, (3nm Zr, 3nm ZrSi2)·8,5, 6nm MoSi2, wie sie im „ Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2011, Vol. 75, No. 1, pp. 76–79 “ beschrieben ist. Bemerkenswert ist der dort dargestellte Verlauf der Sauerstoffkonzentration über die Tiefe im Material. Ein gewünschter Abtrag kann aufgrund der Oxidationsschicht in der Regel nicht mit hoher Genauigkeit eingestellt werden, woraus eine fehlerhafte Manipulation der Foliendicke resultiert.Up to the present time, however, the above-indicated strategy could not be realized, since among other things at lower ion energies the removal rates of pure materials used in stacks with a plurality of layers or foils (for example Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y , Ru, Rb, Be, B, C in all modifications including graphene, Sc, Ti, V or combinations, compounds, oxides or Si 3 N 4 or ZrSi 2 ) and strongly different from oxidized materials. Each film or each layer stack can have an oxidation layer of unknown thickness after production, storage and possibly transport on the surface. This is evidenced, for example, by a SIMS sputter analysis of a multilayer coating with 6 nm MoSi 2 , (3 nm Zr, 3 nm ZrSi 2 ) × 8.5, 6 nm MoSi 2 , as described in US Pat. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2011, Vol. 1, pp. 76-79 "Is described. Noteworthy is the course of the oxygen concentration over the depth in the material. A desired removal can not be adjusted due to the oxidation layer usually with high accuracy, resulting in a faulty manipulation of the film thickness.

Es ist daher erforderlich, bei der Bearbeitung mit niedrigen Ionenenergien neben der Abtragsrate auch die Dicke der Oxidschicht zu kennen, um ein optimales "Maschinenprogramm" für den gewünschten Abtrag zu bestimmen. Allgemein liegt die oben beschriebene Problemstellung überall dort vor, wo ein Abtrag in einem inhomogenen Material durchgeführt werden soll, d.h. nicht nur an reflektierenden optischen Elementen (insbesondere Spiegeln), sondern auch an refraktiven optischen Elementen.It is therefore necessary, in addition to the removal rate, to know the thickness of the oxide layer during processing with low ion energies in order to determine an optimum "machine program" for the desired removal. In general, the problem described above is everywhere where a removal in an inhomogeneous material is to be carried out, i. not only on reflective optical elements (in particular mirrors), but also on refractive optical elements.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannten technologischen Probleme bei der Teilchenstrahlbearbeitung, insbesondere bei der Ionen- und Atomstrahlbearbeitung, insbesondere bei niedrigen Teilchenenergien, zu überwinden.The object of the invention is to overcome the technological problems in particle beam processing known from the prior art, in particular in ion and atom beam machining, in particular at low particle energies.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche ein Massenspektrometer aufweist zur Bestimmung von massenspektrometrischen Messdaten über Sekundärteilchen, die durch die Teilchenstrahlbearbeitung abgetragen wurden, sowie ein Steuerungssystem enthält zur Anpassung mindestens eines Parameters der Teilchenstrahlbearbeitung (beispielsweise eines Abtragsparameters) in Abhängigkeit von den massenspektrometrischen Messdaten.This object is achieved by a device of the aforementioned type, which has a mass spectrometer for determining mass spectrometric measurement data on secondary particles which have been removed by particle beam machining, and a control system for adapting at least one parameter of the particle beam processing (for example, a removal parameter) as a function of the mass spectrometric measurement data.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Vorrichtung zur Teilchenstrahlbearbeitung mit einem Massenspektrometer auszustatten, mit dem begleitend (d.h. parallel) zur Teilchenstrahlbearbeitung zeit- und ggf. ortsaufgelöst die Zusammensetzung des abgetragenen Materials (d.h. der Sekundärteilchen, d.h. Ionen, Atome und/oder Moleküle) bestimmt werden kann. Anhand der massenspektrometrischen Messdaten wird auf die Teilchenstrahlbearbeitung Einfluss genommen, um die Vorrichtung so zu steuern bzw. zu regeln, dass ein gewünschtes Abtragsprofil an dem Werkstück erzeugt wird. Die aus den massenspektrometrischen Messdaten bestimmbare Zusammensetzung des abgetragenen Materials kann insbesondere deshalb für eine Rückkopplung zur Anpassung der Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung genutzt werden, da das Werkstück typischer Weise ein Mehrschichtsystem mit mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten aus unterschiedlichen Materialien bzw. mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufweist.According to the invention, it is proposed to equip the device for particle beam machining with a mass spectrometer, with which the composition of the ablated material (ie the secondary particles, ie ions, atoms and / or molecules) can be determined concomitantly (ie parallel) for particle beam processing time-resolved and possibly spatially resolved , On the basis of the mass spectrometric measurement data, the particle beam processing is influenced in order to control the device so that a desired removal profile is produced on the workpiece. The composition of the ablated material which can be determined from the mass spectrometric measurement data can therefore be used in particular for feedback to adapt the parameters of particle beam machining, since the workpiece typically has a multilayer system with at least two superimposed layers made of different materials or with different compositions.

Die Materialanalyse mit dem Massenspektrometer entspricht für zerstörende Materialprüfung dem Stand der Technik (SIMS, SNMS, s.u.), wobei der Fachmann hierbei von „sputtern" spricht; vgl. beispielsweise einen Prospekt der Firma „Specs" zu einem kommerziell erhältlichen Analysegerät ( http://www.specs.de/cms/upload/PDFs/SPECS_Prospekte/new_design/20120823b_SPECS-Brochure_blue_INA-X_final_web.pdf ), in dem die SNMS-Analyse eines W/Si-Multilagensystems und eines Ge-auf-Si-Systems beschrieben ist. The material analysis with the mass spectrometer corresponds to the state of the art for destructive material testing (SIMS, SNMS, see below), the skilled artisan referring to "sputtering", see, for example, a brochure from "Specs" to a commercially available analyzer ( http://www.specs.de/cms/upload/PDFs/SPECS_Prospekte/new_design/20120823b_SPECS-Brochure_blue_INA-X_final_web.pdf ) describing the SNMS analysis of a W / Si multilayer system and a Ge on Si system.

Mit Hilfe eines Modells über die (momentane, ggf. ortsaufgelöst bestimmte) Abtragsrate bzw. den Schichtabtrag in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des abgetragenen Materials (d.h. der Sekundärteilchen), des Restgas-Drucks bei der Teilchenstrahlbearbeitung, der Zusammensetzung des Restgases bei der Teilchenstrahlbearbeitung und/oder der Abtragsparameter (Teilchenstrom, Teilchenenergie, Verweilzeiten, Werkzeugprofil bzw. Werkzeugfunktion, Einstrahlwinkel des Ionenstrahls auf das Werkstück, ...) lässt sich insbesondere ortsaufgelöst die Abtragsrate, d.h. das dreidimensionale Material- und Dickenprofil des „bisher“ abgetragenen Materials des Werkstücks bestimmen. Eine besonders hohe laterale Ortsauflösung kann bei Verwendung eines möglichst kleinen „Werkzeugs", d.h. eines Teilchenstrahls mit einem kleinen Strahldurchmesser, erhalten werden.With the aid of a model on the (momentary, possibly spatially resolved) removal rate or the layer removal depending on the composition of the removed material (ie the secondary particles), the residual gas pressure in the particle beam processing, the composition of the residual gas in particle beam processing and / or the Abtragsparameter (particle flow, particle energy, residence times, tool profile or tool function, angle of incidence of the ion beam to the workpiece, ...) can be particularly spatially resolved the removal rate, ie determine the three-dimensional material and thickness profile of the "previously" removed material of the workpiece. A particularly high lateral spatial resolution can be obtained by using as small a "tool" as possible, that is, a particle beam having a small beam diameter.

Mit Hilfe des Modells können die Bearbeitungsparameter (insbesondere die Teilchenenergie und/oder die Verweilzeiten des Teilchenstrahls an den jeweils zu bearbeitenden Orten der Oberfläche) während der Bearbeitung abhängig von den massenspektrometrisch bestimmten Ist-Abtragsprofilen angepasst werden, um möglichst präzise das vorgegebene Soll-Abtragsprofil am Werkstück zu realisieren.With the help of the model, the machining parameters (in particular the particle energy and / or the residence times of the particle beam at the respectively to be processed locations of the surface) during processing depending on the mass spectrometry determined actual Abtragsprofilen be adapted as precisely as possible, the predetermined target Abtragsprofil on To realize workpiece.

Hierbei sind mindestens drei Szenarien denkbar:

  • • Aufgabe: Realisierung eines geometrischen Soll-Profils. In diesem Fall wird die massenspektrometrisch bestimmte, ortsaufgelöste Ist-Abtragstiefe mit dem Soll-Profil (für die bisher erreichte Bearbeitungsdauer) verglichen. Wo für die aktuelle Bearbeitungszeit zu viel abgetragen wurde, wird die Abtragsrate reduziert, wo zu wenig abgetragen wurde, erhöht.
  • • Aufgabe: Realisierung einer optischen Weglängenänderung durch den Abtrag des Werkstücks. Die optische Weglängenänderung ist längs einer vorgegebenen Richtung zu verstehen, die abhängig vom Ort auf der Oberfläche gewählt sein kann. Diese Richtung kann beispielsweise an jedem Ort senkrecht zur Oberfläche gewählt sein, so dass die optische Weglängenänderung in Richtung der Oberflächennormalen verstanden wird.
  • • Hier wird aus dem massenspektrometrisch bestimmten, materialaufgelösten Abtragsprofil die ortsaufgelöste, bisher erreichte optische Weglängenänderung (Integral über Abtragstiefe, gemessen längs der vorgegebenen Richtung, und Brechzahl) für die gewünschte Nutzwellenlänge bestimmt und mit der Sollvorgabe verglichen. Wo für die aktuelle Bearbeitungszeit zu viel abgetragen wurde, wird die Abtragsrate reduziert, wo zu wenig abgetragen wurde, erhöht.
  • • (Vollständiger) Abtrag einer oder mehrerer Schichten. In diesem Fall wird so lange abgetragen, bis aus dem Massenspektrum erkennbar ist, dass die abzutragenden Schichten entfernt sind.
At least three scenarios are conceivable:
  • • Task: Realization of a geometric nominal profile. In this case, the mass-spectrometrically determined, spatially resolved actual removal depth is compared with the desired profile (for the machining time reached so far). Where too much has been removed for the current processing time, the removal rate is reduced, where too little has been removed, increased.
  • • Task: Realization of an optical path length change by the removal of the workpiece. The optical path length change is to be understood along a given direction, which may be selected depending on the location on the surface. This direction can be selected, for example, at any location perpendicular to the surface, so that the optical path length change is understood in the direction of the surface normal.
  • Here, the spatially resolved, previously achieved optical path length change (integral over excavation depth, measured along the given direction, and refractive index) for the desired useful wavelength is determined from the mass spectrometrically determined, material-resolved removal profile and compared with the target specification. Where too much has been removed for the current processing time, the removal rate is reduced, where too little has been removed, increased.
  • • (complete) removal of one or more layers. In this case, it is removed until it can be seen from the mass spectrum that the layers to be removed are removed.

Beim zweiten Szenario, d.h. für die direkte Kontrolle bzw. Beeinflussung der optischen Weglängenänderung bei der Bearbeitung ist es typischer Weise erforderlich, die Brechzahl bzw. die Brechzahlen der abgetragenen Materialien zu kennen bzw. zu ermitteln, um daraus in Kombination mit der geometrischen Abtragstiefe (gemessen längs der vorgegebenen Richtung, die ortsabhängig gewählt sein kann) die optische Weglängenänderung insbesondere ortsaufgelöst zu bestimmen. Die Bestimmung der optischen Weglängenänderung kann in Abhängigkeit von bzw. anhand von mindestens einem Parameter erfolgen, der ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Nutzwellenlänge des Werkstücks (z.B. einer (EUV)-Folie oder einer Linse), Teilchenenergie, Teilchenstrom, Einstrahlwinkel des Teilchenstrahls auf das Werkstück, Werkzeugfunktion bzw. Werkzeugprofil, Restgasdruck und Restgas-Zusammensetzung bei der Teilchenstrahlbearbeitung sowie Zusammensetzung der abgetragenen Sekundärteilchen.In the second scenario, i. for the direct control or influencing of the optical path length change during processing, it is typically necessary to know or to determine the refractive index or the refractive indices of the ablated materials, in order to determine in combination with the geometric ablation depth (measured along the given direction, which may be selected depending on the location) to determine the optical path length change, in particular spatially resolved. The determination of the optical path length change can be effected as a function of or based on at least one parameter which is selected from the group comprising: useful wavelength of the workpiece (eg an (EUV) film or a lens), particle energy, particle flow, angle of incidence of the particle beam the workpiece, tool function or tool profile, residual gas pressure and residual gas composition in the particle beam processing and composition of the ablated secondary particles.

Für die Anpassung der Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung sind verschiedene Abstufungen der Genauigkeit hinsichtlich Modellierung, Ortsauflösung und zeitlichem Intervall möglich, welche nachfolgend im Einzelnen dargestellt werden.For the adaptation of the parameters of the particle beam processing, different gradations of the accuracy with regard to modeling, spatial resolution and temporal interval are possible, which are described in detail below.

Zu den Abstufungen der Modellierung:

  • • Bei der Bearbeitung eines Werkstücks in Form eines Zweischichtsystems (beispielsweise eines an sich homogenen, aber mit einer Oxidschicht überzogenen Materials) ist es ggf. ausreichend, wenn das Modell nur die Parameter für zwei diskrete Materialien (z.B. Grundmaterial und Oxidschicht) ohne Abstufungen kennt. Die Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung werden in diesem Fall umgeschaltet, wenn anhand des Massenspektrums das Erreichen des Grundmaterials detektiert wird. Dieses Szenario lässt sich selbstverständlich sinngemäß auf Mehrschichtsysteme mit mehr als zwei Materialien übertragen.
  • • Sind bei Mehrschichtsystemen die Übergänge zwischen den Lagen nicht scharf getrennt, kann das Modell mehrere diskrete Materialien für den Übergangsbereich definieren, also etwa ein Zweischichtsystem als Vielschichtsystem modellieren. Alternativ kann aber auch ein Modell mit kontinuierlichen Materialparametern für Mischmaterialien verwendet werden.
To the gradations of modeling:
  • • When machining a workpiece in the form of a two-layer system (for example, a homogeneous material but coated with an oxide layer), it may be sufficient if the model only knows the parameters for two discrete materials (eg base material and oxide layer) without grading. The parameters of particle beam processing are switched in this case, when the mass spectrum is used to detect the reaching of the base material. Naturally, this scenario can be applied mutatis mutandis to multilayer systems with more than two materials.
  • • In multilayer systems, if the transitions between the layers are not sharply separated, the model can use several discrete materials for the layer Define transition region, so model as a two-layer system as a multilayer system. Alternatively, however, it is also possible to use a model with continuous material parameters for mixed materials.

Zu den Abstufungen der Ortsauflösung:

  • • Wenn angenommen werden kann, dass bei der Bearbeitung ortsunabhängig zu gleichen Zeiten der Übergang zwischen zwei Materialien erreicht wird, genügt es, die Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung global für die gesamte mit dem Teilchenstrahl bearbeitete Fläche zu steuern, beispielsweise bei Entfernung einer Schicht konstanter Dicke bei örtlich konstant gehaltenen Parametern der Teilchenstrahlbearbeitung.
  • • In allen anderen Fällen ist es sinnvoll, das Profil des abgetragenen Materials ortsabhängig zu überwachen und die Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung auch während der Bearbeitung ortsabhängig zu steuern.
To the gradations of the spatial resolution:
  • • Assuming that the transition between two materials is achieved at the same time during machining, it is sufficient to control the particle beam processing parameters globally for the entire particle beam area, for example, when removing a layer of constant thickness at a local level held constant parameters of particle beam processing.
  • • In all other cases, it makes sense to monitor the profile of the removed material in a location-dependent manner and to control the parameters of particle beam processing during processing, depending on the location.

Zum zeitlichen Intervall des Umschaltens zwischen den Parametern beim Teilchenstrahlbearbeiten: Grundsätzlich sind zwei Modi der Parameter-Updates möglich:

  • • Bei Bearbeitung in vielen, schnellen Rasterläufen und langsamer Massenspektrometer-Messung bzw. -Analyse: Anpassung der (ggf. ortsabhängigen) Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung jeweils zwischen den einzelnen Rasterläufen.
  • • Bei Bearbeitung in wenigen, langsamen Rasterläufen und schneller Massenspektrometer-Messung bzw. -Analyse: Stetiges Feedback und stetige Anpassung der Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung, insbesondere auch während eines Einzellaufs. Eine solche dynamische Parameteranpassung kann beispielsweise mit Hilfe der Theorie der Kalman-Filter realisiert werden.
At the time interval of switching between the parameters during particle beam processing: Basically two parameter update modes are possible:
  • • When processing in many, fast raster runs and slow mass spectrometer measurement or analysis: adaptation of the (possibly location-dependent) parameters of the particle beam processing in each case between the individual raster runs.
  • • When processing in a few, slow raster runs and fast mass spectrometer measurement or analysis: Continuous feedback and continuous adaptation of the parameters of the particle beam processing, especially during a single run. Such a dynamic parameter adaptation can be realized, for example, with the help of Kalman filter theory.

Besonders für die Bearbeitung nichtleitender Werkstücke wird ein Atomstrahl als Teilchenstrahl gegenüber Ionenstrahlen bevorzugt, weil sich ansonsten Raumladungen auf der Werkstückoberfläche ausbilden, welche die weitere Bearbeitung beeinträchtigen oder gar verhindern können.Especially for the processing of non-conductive workpieces, an atom beam is preferred as the particle beam to ion beams, because otherwise form space charges on the workpiece surface, which may affect the further processing or even prevent.

Bei den mittels Teilchenstrahl bearbeiteten Materialien kann es sich beispielsweise um Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y, Ru, Rb, Be, B, C in allen Modifikationen einschließlich Graphen, Sc, Ti, V und deren Kombinationen, Verbindungen, Oxide, Si3N4, ZrSi2, aber auch um andere Materialien handeln.The particle-beam processed materials may be, for example, Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y, Ru, Rb, Be, B, C in all modifications including graphene, Sc, Ti, V and combinations thereof, compounds, oxides , Si 3 N 4 , ZrSi 2 , but also to deal with other materials.

Die Beeinflussung des mindestens einen Parameters der Teilchenstrahlbearbeitung erfolgt idealer Weise in Echtzeit, d.h. mit einer Reaktionszeit von weniger als 10 Sekunden, bevorzugt von weniger als 1 Sekunde, insbesondere von weniger als 10 ms nach der Bestimmung der massenspektrometrischen Messdaten. Auch während der Bearbeitung in einem Schichtstapel (z.B. (X nm Zr / Y nm ZrSi) × N) kann eine Echtzeit-Überwachung des Materials und Anpassung der Strahl-Parameter und/oder des Rezepts bzw. der Zusammensetzung der Beschichtung vorgenommen werden.The influencing of the at least one parameter of the particle beam processing is ideally carried out in real time, i. with a reaction time of less than 10 seconds, preferably less than 1 second, in particular less than 10 ms after the determination of the mass spectrometric measurement data. Also, during processing in a layer stack (e.g., (X nm Zr / Y nm ZrSi) xN), real time monitoring of the material and adjustment of the beam parameters and / or the recipe of the coating can be made.

Bezüglich des Einstrahlwinkels des Teilchenstrahls wird üblicherweise angestrebt, den Strahl möglichst senkrecht auf die zu bearbeitende Oberfläche auftreffen zu lassen, weil in diesem Fall die Werkzeugfunktion rotationssymmetrisch gestaltet werden kann und die Werkzeuggröße (Durchmesser des Teilchenstrahls auf der Oberfläche) besonders klein ist. Um möglichst viele der (in unterschiedliche bzw. in alle Richtungen) abgetragenen Sekundärteilchen (Ionen und/oder Neutralteilchen) analysieren zu können, kann es sinnvoll sein, eine Auffangeinrichtung beispielsweise in Form einer „Haube“ vorzusehen, welche den mit dem Teilchenstrahl bearbeiteten Bereich des Werkstücks möglichst vollständig abdeckt, d.h. möglichst dicht am Werkstück anliegt und mit dem Werkstück abschließt. Die Auffangeinrichtung kann zum Massenspektrometer hin gepumpt werden, d.h. es kann eine Pumpeinrichtung vorgesehen sein, welche die Sekundärteilchen aus dem Inneren der Haube bzw. der Auffangeinrichtung zum Massenspektrometer transportiert.With respect to the angle of incidence of the particle beam is usually sought to make the beam as perpendicular to the surface to be machined because in this case the tool function can be rotationally symmetric and the tool size (diameter of the particle on the surface) is particularly small. In order to be able to analyze as many of the secondary particles (ions and / or neutral particles) removed (in different directions or in all directions), it may be useful to provide a collecting device, for example in the form of a "hood", which covers the area of the particle treated with the particle beam Covering the workpiece as completely as possible, ie as close to the workpiece rests and terminates with the workpiece. The catcher may be pumped to the mass spectrometer, i. It may be provided a pumping device which transports the secondary particles from the interior of the hood or the collecting device to the mass spectrometer.

Bei der Teilchenstrahlbearbeitung mit nicht-senkrecht auf das Werkstück bzw. auf die Werkstückoberfläche auftreffendem Teilchenstrahl werden die Sekundärteilchen in eine Vorzugsrichtung geschossen, so dass auch ohne Auffangeinrichtung in Form einer „Haube" ein Großteil davon im Massenspektrometer analysiert werden kann, sofern dieses geeignet platziert wird, d.h. wenn dieses im oder in der Nähe des Zentrums des (gerichteten) Teilchenstroms der abgetragenen Sekundärteilchen angeordnet wird. Um das Massenspektrometer geeignet anzuordnen, kann dieses ebenso wie die Teilchenkanone mit Hilfe von geeigneten Antriebseinrichtungen der Vorrichtung bewegt, insbesondere verschoben und/oder gedreht werden. Eine nichtsenkrechte Bearbeitung mit einem Teilchenstrahl ist insbesondere bei Werkstücken in Form von EUV-Folien, genauer gesagt von Substraten, an denen eine für EUV-Strahlung reflektierende Mehrlagen-Beschichtung aufgebracht ist, aus verschiedenen Gründen (Materialschonung, Abtragserhöhung, etc.) vorteilhaft.In the case of particle beam machining with a particle beam which does not strike the workpiece or the workpiece surface perpendicularly, the secondary particles are shot in a preferred direction, so that even without a collecting device in the form of a "hood", a large part thereof can be analyzed in the mass spectrometer, provided that this is suitably placed That is, when it is placed in or near the center of the (directed) particle stream of ablated secondary particles, the particle spectrometer can be moved, in particular displaced and / or rotated, by means of suitable drive means of the apparatus in order to suitably arrange the mass spectrometer A non-perpendicular treatment with a particle beam is particularly for workpieces in the form of EUV films, more specifically of substrates to which a reflecting multi-layer coating for EUV radiation is applied, for various reasons (material conservation, removal increase in height, etc.) are advantageous.

Als Spektrometertyp für das Massenspektrometer sind Sekundärionen-Massenspektrometer „SIMS" geeignet, bei denen die aus dem Werkstück herausgeschlagenen und ionisierten Teilchen analysiert werden. Vorteil dieses Spektrometertyps ist es, dass eine Mehrfachaufladung selten auftritt, nachteilig ist es, dass es sich in der Regel nur bei einem kleinen Teil der Sekundärteilchen um Ionen handelt, wodurch nur ein Teil der herausgeschlagenen Teilchen detektiert wird. Als Massenspektrometer kann auch ein Sekundär-Neutralteilchen-Spektrometer „SNMS" verwendet werden; in diesem Fall werden die aus dem Werkstück herausgeschlagenen Neutralteilchen im Spektrometer ionisiert und dann analysiert. Vorteil dieses Spektrometertyps ist ein hoher Ausnutzungsgrad, Nachteil ist eine relativ häufige Mehrfachionisierung im Spektrometer, welche das Spektrogramm verfälscht und wieder herausgerechnet werden muss.As a spectrometer type for the mass spectrometer secondary ion mass spectrometer "SIMS" are suitable, in which the ejected from the workpiece and ionized particles are analyzed.Advantage of this type of spectrometer is that a multiple charging rarely occurs, it is disadvantageous that it is usually only with a small fraction of the secondary particles around ions acts, whereby only a part of the ejected particles is detected. As a mass spectrometer, a secondary neutral particle spectrometer "SNMS" can also be used, in which case the neutral particles ejected from the workpiece are ionized in the spectrometer and then analyzed Advantage of this type of spectrometer is a high degree of utilization, disadvantage is a relatively frequent multiple ionization in the spectrometer, which falsifies the spectrogram and has to be re-calculated.

Wie weiter oben beschrieben wurde, hat es sich insbesondere für die Bearbeitung dünner (EUV)-Folien als günstig erwiesen, wenn bei einer Ionenstrahlbearbeitung die Ionenstrahlkanone ausgelegt bzw. angesteuert wird, die Ionenstrahlbearbeitung bei niedrigen Ionenenergien durchzuführen. Es hat sich herausgestellt, dass bei der Verwendung von vergleichsweise niedrigen Ionenenergien die Abtragsrate nicht zu niedrig wird, aber die mechanische Einwirkung auf die (EUV-)Folien sowie die Oberflächenrauigkeit reduziert werden.As has been described above, it has been found to be favorable in particular for the processing of thin (EUV) films when the ion beam gun is designed or controlled in ion beam processing to perform the ion beam processing at low ion energies. It has been found that when using comparatively low ion energies, the removal rate does not become too low, but the mechanical action on the (EUV) films as well as the surface roughness are reduced.

Bei EUV-Spiegeln kann das Ionenstrahlbearbeiten an der Oberseite einer Schutzschicht (Cap-Layer) bzw. eines Schutzschicht-Systems erfolgen, welches die darunter liegenden Schichten der reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung schützen soll. Das oben beschriebene Verfahren kann aber auch an EUV-Spiegeln vor dem Aufbringen des Cap-Layers angewendet werden. Hierbei wird zunächst ein Spiegel nach erfolgter Beschichtung mit alternierenden Schichten aus einem für die Nutzwellenlänge hoch brechenden Material und einem niedrig brechenden Material (bei einer Nutzwellenlänge von ca. 13,5 nm z.B. Mo und Si), aber vor dem Aufbringen der Schutzschicht aus beispielsweise Rh, Ru, Pd, Ir oder Ag hinsichtlich der Qualität der Oberflächenform vermessen. Durch die Handling-Prozesse bildet sich eine in der Dicke bzw. Zusammensetzung nicht genau vorhersagbare Oxidschicht aus. Die gebildete Oxidschicht ist typischerweise inhomogen, was in der Regel zu Inhomogenitäten im Stabilitätsverhalten führt. Die Inhomogenität der Oxidschicht und sekundären Wirkungen des inhomogenen Stabilitätsverhaltens bewirken eine typischerweise ungewollte inhomogene Änderung der optischen Wirkung des Spiegels. Die Oxidschicht muss also bei der anschließenden Teilchenbearbeitung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Oxidschicht in einem ersten Schritt der Bearbeitung vollständig abgetragen und die Dicke der Oxidschicht dann in das Abtragsprofil für einen nachfolgenden zweiten Bearbeitungsschritt eingerechnet werden, um die gewünschte Wirkung der Bearbeitung insgesamt zu erreichen. Nach erfolgter erfindungsgemäßer, d.h. auf die oben beschriebene Weise durchgeführter Teilchenbearbeitung wird der Spiegel sodann mit einer Schutzschicht mit vorgegebenem Dickenverlauf beschichtet, wobei vorzugsweise das Werkstück zwischen Teilchenbearbeitung und Aufbringen der Schutzschicht das Vakuum nicht verlässt.For EUV mirrors, ion beam machining can be done at the top of a cap layer or protective layer system, which is intended to protect the underlying layers of the multilayer reflective coating. However, the method described above can also be applied to EUV mirrors prior to applying the cap layer. Here, first, a mirror after coating with alternating layers of a high-refractive for the Nutzwellelänge material and a low-refractive material (at a Nutzwellenlänge of about 13.5 nm eg Mo and Si), but before applying the protective layer of, for example, Rh , Ru, Pd, Ir or Ag in terms of the quality of the surface shape. Due to the handling processes, an oxide layer which is not exactly predictable in thickness or composition is formed. The oxide layer formed is typically inhomogeneous, which usually leads to inhomogeneities in the stability behavior. The inhomogeneity of the oxide layer and secondary effects of the inhomogeneous stability behavior cause a typically unwanted inhomogeneous change in the optical effect of the mirror. The oxide layer must therefore be taken into account in the subsequent particle processing. For example, the oxide layer can be completely removed in a first step of the processing and then the thickness of the oxide layer can be included in the removal profile for a subsequent second processing step in order to achieve the desired effect of the processing as a whole. After the inventive, i. In the manner described above carried out particle machining, the mirror is then coated with a protective layer having a predetermined thickness profile, wherein preferably the workpiece between particle processing and applying the protective layer does not leave the vacuum.

In einer weiterführenden Ausgestaltung kann ebenso für einen DUV/VUV-Schichtstapel, d.h. für einen Schichtstapel, welcher bei Wellenlängen im DUV/VUV-Bereich reflektierend oder anti-reflektierend wird, das oben beschriebene Vorgehen zur Anwendung gebracht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Beschichtung eines optischen Elements, insbesondere einer Linse, entfernt werden soll.In a further embodiment, as well, for a DUV / VUV layer stack, i. for a layer stack which becomes reflective or anti-reflective at wavelengths in the DUV / VUV range, the above-described procedure is used. This is particularly advantageous if the coating of an optical element, in particular a lens, is to be removed.

Allgemein sind die weiter oben vorgeschlagene Vorrichtung und die mit dieser durchgeführten Verfahren zur Teilchenstrahlbearbeitung überall dort einsetzbar, wo ein Abtrag in einem inhomogenen Material durchgeführt werden soll.In general, the device proposed above and the particle beam machining methods used therewith can be used wherever removal in an inhomogeneous material is to be carried out.

Als weniger genaue und vielseitige, aber einfachere Lösung kann folgendes Verfahren zur Teilchenstrahlbearbeitung durchgeführt werden: In einem ersten Schritt werden Messdaten über die Zusammensetzung des Materials des Werkstücks an einer Probe des Werkstücks bestimmt. Zu diesem Zweck können mit jedem Werkstück bei allen Prozessen hinreichend viele Probeplättchen mitlaufen, so dass anstelle einer In-Situ-Überwachung des Werkstücks ein Probeplättchen vorab analysiert werden kann (z.B. mit SIMS/SNMS). Die so gewonnenen Messdaten können dann wie weiter oben beschrieben in die Steuerung der Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung des Werkstücks (und ggf. der restlichen Probeplättchen) eingehen. Zumindest bei der Herstellung von EUV-Folien ist jedoch eine wesentliche Streuung der Oxidschichtdicken zu erwarten, so dass das Verfahren mit In-Situ-Überwachung hier geeigneter erscheint.As a less accurate and versatile but simpler solution, the following method of particle beam machining can be performed: In a first step, measurement data about the composition of the material of the workpiece are determined on a sample of the workpiece. For this purpose, a sufficient number of sample platelets can run along with each workpiece in all processes, so that a sample platelet can be analyzed in advance (for example with SIMS / SNMS) instead of monitoring the workpiece in situ. The measurement data obtained in this way can then enter into the control of the parameters of the particle beam machining of the workpiece (and possibly of the remaining sample platelets) as described above. At least in the production of EUV films, however, a substantial scattering of the oxide layer thicknesses is to be expected, so that the method with in-situ monitoring appears to be more suitable here.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigtEmbodiments are illustrated in the schematic drawing and will be explained in the following description. It shows

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Teilchenstrahlbearbeitung in Form einer IBF-Anlage mit einem Massenspektrometer, 1 a schematic representation of a device according to the invention for particle beam machining in the form of an IBF plant with a mass spectrometer,

2 ein Detail der IBF-Bearbeitung an der Vorrichtung von 1 mit schrägem (d.h. nicht-senkrechtem) Einfall des Ionenstrahls auf das Werkstück, 2 a detail of the IBF machining on the device of 1 with oblique (ie non-perpendicular) incidence of the ion beam on the workpiece,

3 ein Flussdiagramm, welches beispielhaft einen Verfahrensablauf bei der Durchführung einer Ionenstrahlbearbeitung mit der Vorrichtung von 1 veranschaulicht, sowie 3 a flowchart, which exemplifies a process sequence in the implementation of ion beam machining with the device of 1 illustrated as well

4 eine schematische Darstellung einer IBF-Bearbeitung mit einer Absaugglocke. 4 a schematic representation of an IBF machining with a suction bell.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference numerals are used for identical or functionally identical components.

In 1 ist schematisch eine Teilchenstrahlbearbeitungsanlage gezeigt, welche eine (bewegliche, steuerbare) Teilchenstrahlkanone 1 aufweist, um einen Teilchenstrahl 2 auf ein mit dem Teilchenstrahl 2 zu bearbeitendes Werkstück 3 auszurichten. Wie in 2 zu erkennen ist, werden bei der Bearbeitung Sekundärteilchen 4 von dem Werkstück 3 abgetragen, die bei dem in 2 gezeigten nicht-senkrechten Einfall des Teilchenstrahls 2 auf die Oberfläche des Werkstücks 3 mittels eines Massenspektrometers 7 (z.B. vom SIMS oder vom SNMS-Typ) detektiert werden, welches im Wesentlichen im Zentrum eines Teilchenstroms der abgetragenen Sekundärteilchen 4 angeordnet ist. Wie in 1 gezeigt ist, werden die von dem Massenspektrometer 7 bestimmten massenspektrometrischen Messdaten über Datenleitungen 12 zu einer Rückkopplungseinheit 14 transportiert, welche gemeinsam mit einer Maschinensteuerung 9, die zur Steuerung der Teilchenstrahlbearbeitung ausgebildet ist, ein Steuerungs- und/oder Regelungssystem 9, 14 bildet.In 1 schematically shown is a particle beam processing system, which is a (movable, controllable) particle beam gun 1 to a particle beam 2 on one with the particle beam 2 workpiece to be machined 3 align. As in 2 can be seen, are in the processing of secondary particles 4 from the workpiece 3 removed, which at the in 2 shown non-perpendicular incidence of the particle beam 2 on the surface of the workpiece 3 by means of a mass spectrometer 7 (eg from the SIMS or from the SNMS type) which is essentially at the center of a particle stream of the ablated secondary particles 4 is arranged. As in 1 shown are those of the mass spectrometer 7 certain mass spectrometric measurement data over data lines 12 to a feedback unit 14 transported, which together with a machine control 9 , which is designed to control the particle beam processing, a control and / or regulating system 9 . 14 forms.

Die Teilchenstrahlbearbeitung findet typischer Weise unter Vakuum-Bedingungen statt, d.h. in einer Vakuumkammer 8 mit Infrastruktur (z.B. Vakuumpumpen, Manometer). Über Steuerleitungen 11 wird ein Rückkanal zur Maschinensteuerung 9 gebildet, um für die Teilchenstrahlbearbeitung relevante Parameter, beispielsweise Vakuumparameter, insbesondere den Restgasdruck und die Restgas-Zusammensetzung in der Restgasatmosphäre der Vakuumkammer 8 zu übermitteln.The particle beam processing typically takes place under vacuum conditions, ie in a vacuum chamber 8th with infrastructure (eg vacuum pumps, pressure gauges). Via control lines 11 becomes a return channel for machine control 9 formed to relevant parameters for particle beam processing, such as vacuum parameters, in particular the residual gas pressure and the residual gas composition in the residual gas atmosphere of the vacuum chamber 8th to convey.

Nachfolgend wird anhand von 3 (in Kombination mit 1) beispielhaft anhand einer Ionenstrahlbearbeitung erläutert, wie die mittels des Massenspektrometers 7 bestimmten massenspektrometrischen Messdaten zur Beeinflussung von Parametern der Ionenstrahlbearbeitung genutzt werden können, um einen Ist-Abtrag von Material an dem Werkstück 3 möglichst genau an einen Soll-Abtrag anzupassen, d.h. wie anhand der Rückkopplung der Messdaten die Ionenstrahlbearbeitung verbessert werden kann.The following is based on 3 (in combination with 1 ) explained by way of example with reference to an ion beam machining, as by means of the mass spectrometer 7 certain mass spectrometric measurement data can be used to influence parameters of the ion beam machining, to an actual removal of material on the workpiece 3 to adapt as accurately as possible to a target removal, ie how the ion beam processing can be improved based on the feedback of the measured data.

Wie in 1 zu erkennen ist, ist die Rückkopplungseinheit 14 mit der Maschinensteuerung 9 über Datenleitungen 13 verbunden, so dass der Rückkopplungseinheit 14 die Ist-IBF-Parameter bekannt sind, die von der Maschinensteuerung 9 verwendet werden, um die Ionenstrahlkanone 1 über Steuerleitungen 10 anzusteuern. Bei den IBF-Parametern kann es sich um die Position der Ionenstrahlkanone 1, deren Ausrichtung (d.h. den Einstrahlwinkel des Ionenstrahls 2 auf das Werkstück 3), die Verweildauer des Ionenstrahls 2 an einem Ort an der Oberseite des Werkstücks 3, den lonenstrom, die lonenenergie, Werkzeugprofil bzw. -funktion (d.h. Intensitätsverteilung über den Querschnitt des Ionenstrahls am Auftreffpunkt des Ionenstrahls auf die Oberfläche des Werkstücks 3) handeln. Der Rückkopplungseinheit 14 werden von der Maschinensteuerung 9 zudem auch die Vakuumparameter in der Vakuumkammer 8 sowie die Messdaten des Massenspektrometers 7 übermittelt.As in 1 can be seen, is the feedback unit 14 with the machine control 9 via data lines 13 connected so that the feedback unit 14 The actual IBF parameters are known by the machine control 9 used to the ion beam gun 1 via control lines 10 head for. The IBF parameters may be the position of the ion beam gun 1 whose orientation (ie the angle of incidence of the ion beam 2 on the workpiece 3 ), the residence time of the ion beam 2 in a place at the top of the workpiece 3 , the ion current, the ion energy, tool profile or function (ie intensity distribution over the cross section of the ion beam at the point of impact of the ion beam on the surface of the workpiece 3 ) act. The feedback unit 14 be from the machine control 9 also the vacuum parameters in the vacuum chamber 8th as well as the measurement data of the mass spectrometer 7 transmitted.

Die Rückkopplungseinheit 14 greift auf ein Materialmodell 16 über die zu bearbeitenden (Schicht-)Materialien des Werkstücks 3 zurück, welches auf unterschiedliche Weise d.h. mit unterschiedlicher Abstufung hinsichtlich der Genauigkeit ausgestaltet sein kann. Anhand des Materialmodells 16 wird aus den Messdaten des Massenspektrometers 7, genauer gesagt anhand des ermittelten Massenspektrums der Sekundärteilchen 4, die Zusammensetzung des abgetragenen Materials bestimmt und anhand der Ist-IBF-Parameter sowie der Vakuumparameter die momentane Abtragsrate am Werkstück 3 bestimmt. Anhand der auf diese Weise berechneten momentanen Abtragsrate wird durch zeitliche Integration der Ist-Abtrag an dem Werkstück 3, d.h. das Ist-Abtragsprofil des bisher abgetragenen Materials bestimmt. Der Ist-Abtrag wird mit einem Soll-Abtrag, d.h. mit einer Abtragsvorgabe 15 (vgl. 1) verglichen und anhand eines Vergleichs zwischen dem Soll-Abtrag und dem Ist-Abtrag werden unter Berücksichtigung des Materialmodells 16 neue Soll-IBF-Parameter bestimmt und es erfolgt eine Rückkopplung der neuen Soll-IBF-Parameter (und ggf. der Vakuumparameter) an die Maschinensteuerung 9. Die Aktualisierung der IBF-Parameter kann in unterschiedlichen zeitlichen Intervallen erfolgen, beispielsweise kann eine stetige Rückkopplung und eine stetige Anpassung der Parameter der Ionenstrahlbearbeitung quasi in Echtzeit erfolgen, bei schnellen Rasterläufen (und ggf. langsamer Messung durch das Massenspektrometer) an der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 3 kann eine Aktualisierung der (ggf. ortsabhängigen) IBF-Parameter zwischen den Einzelläufen erfolgen.The feedback unit 14 accesses a material model 16 about the (layer) materials of the workpiece to be processed 3 back, which can be configured in different ways, ie with different gradation in terms of accuracy. Based on the material model 16 becomes from the measurement data of the mass spectrometer 7 More precisely, based on the determined mass spectrum of the secondary particles 4 , Determines the composition of the removed material and based on the actual IBF parameters and the vacuum parameters, the current removal rate on the workpiece 3 certainly. On the basis of the instantaneous removal rate calculated in this way, the actual removal on the workpiece is achieved by temporal integration 3 , ie the actual removal profile of the previously removed material determined. The actual stock removal takes place with a target stock removal, ie with a stock removal specification 15 (see. 1 ) and based on a comparison between the target removal and the actual removal taking into account the material model 16 new target IBF parameters are determined and there is a feedback of the new setpoint IBF parameters (and possibly the vacuum parameters) to the machine control 9 , The updating of the IBF parameters can take place at different time intervals, for example continuous feedback and continuous adaptation of the parameters of the ion beam processing can take place virtually in real time, with fast raster runs (and possibly slow measurement by the mass spectrometer) on the surface to be processed workpiece 3 It is possible to update the (possibly location-dependent) IBF parameters between the single runs.

Zusätzlich oder alternativ zur Bestimmung der geometrischen Abtragstiefe kann auch (insbesondere ortsaufgelöst) eine Bestimmung der optischen Weglängenänderung bei der Ionenstrahlbearbeitung erfolgen, wobei die Weglängenänderung längs einer festgelegten, im allgemeinen ortsabhängig gewählten, Richtung zu verstehen ist. In diesem Fall kann aus der Abtragstiefe längs der festgelegten Richtung und anhand der aus dem Materialmodell 16 bekannten Brechzahlen der verwendeten Materialien durch eine zeitliche Integration über Abtragstiefe (bzw. die momentane Abtragsrate) und die Brechzahl die bisher erreichte optische Weglängenänderung errechnet werden und die Steuerung der IBF-Parameter kann auf die oben beschriebene Weise anhand der optischen Weglängenänderung erfolgen. Es versteht sich, dass in dem Materialmodell 16 in diesem Fall Brechzahlen für eine gewünschte Nutzwellenlänge des Werkstücks 3 verwendet werden, welches z.B. als reflektierendes optisches Element, insbesondere als Spiegel, oder als refraktives optisches Element, z.B. als Linse, ausgebildet sein kann. Ein solches optisches Element weist typischerweise eine Beschichtung mit mindestens einer Lage, in der Regel mit zwei oder mehr Lagen auf, die so aufeinander abgestimmt sind, dass die Beschichtung bei der Nutzwellenlänge ein Maximum der Reflektivität (oder im Falle einer Anti-Reflexbeschichtung ggf. ein Minimum der Reflektivität) aufweist. Das Werkstück 3 kann auch als eine (EUV)-Folie ausgebildet sein, die eine Mehrzahl von Lagen aufweisen kann, wobei die Lagen aus unterschiedlichen Materialien bestehen können.In addition or as an alternative to determining the geometric removal depth, it is also possible (in particular spatially resolved) for a determination of the optical path length change in the case of Ion beam processing done, the path length change is to be understood along a predetermined, generally location-dependent, direction. In this case, the material removal depth can be determined along the specified direction and based on the material model 16 known refractive indices of the materials used by a temporal integration over Abtragstiefe (or the current Abtragsrate) and the refractive index of the optical path length change achieved so far are calculated and the control of the IBF parameters can be carried out in the manner described above based on the optical Weglängenänderung. It is understood that in the material model 16 in this case refractive indices for a desired useful wavelength of the workpiece 3 may be used, for example, as a reflective optical element, in particular as a mirror, or as a refractive optical element, for example as a lens may be formed. Such an optical element typically has a coating with at least one layer, as a rule with two or more layers, which are coordinated with one another such that the coating has a maximum of the reflectivity at the useful wavelength (or possibly in the case of an anti-reflection coating Minimum of reflectivity). The workpiece 3 may also be formed as an (EUV) film, which may have a plurality of layers, wherein the layers may consist of different materials.

Alternativ zu der in 2 gezeigten Teilchenstrahlbearbeitung mittels eines Teilchenstrahls, der unter einem nicht-senkrechten Einstrahlwinkel auf die Oberfläche des Werkstücks 3 auftrifft, kann die Teilchenstrahlbearbeitung auch mit einem Teilchenstrahl 2 durchgeführt werden, welcher senkrecht auf die Oberseite des Werkstücks 3 ausgerichtet ist, wie in 4 dargestellt ist. Um in diesem Fall eine möglichst große Anzahl an Sekundärteilchen 4 mit dem Massenspektrometer 7 detektieren zu können, ist eine Absaugglocke 5 über dem Werkstück 3 angeordnet, welche als Auffangeinrichtung zum Auffangen der abgetragenen Sekundärteilchen 4 dient bzw. welche über eine separate (von der – nicht gezeigten – Vakuumpumpe unabhängige) Pumpeinrichtung 6 den Transport der Sekundärteilchen 4 zum Massenspektrometer 7 ermöglicht. Insbesondere eine Ionenstrahlbearbeitung kann vorteilhaft an unterschiedlichen Materialien vorgenommen werden, welche an dem Werkstück 3 vorgesehen sind, beispielsweise an Materialien, welche ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y, Ru, Rb, Be, B, C in allen Modifikationen einschließlich Graphen, Sc, Ti, V und deren Kombinationen, Verbindungen, Oxide, sowie Si3N4, ZrSi2. Insbesondere bei der Bearbeitung mehrlagiger (EUV-)Folien als Werkstück 3 hat sich die oben beschriebene Vorrichtung als günstig herausgestellt, da dort die durch die Ionenstrahlbearbeitung ungewollt erzeugten Deformationen bei hohen Ionenenergien zu groß sein können. Eine Bearbeitung mit geringeren Ionenenergien ist trotz unterschiedlicher Abtragsraten der beteiligten Materialien mittels der oben beschriebenen Vorrichtung möglich. Insbesondere kann auf die oben beschriebene Weise erkannt werden, zu welchem Zeitpunkt eine Oxidationsschicht mit unbekannter Dicke (oder eine andere Schicht oder Lage) vollständig abgetragen wurde.Alternatively to the in 2 Particle beam processing shown by means of a particle beam, at a non-perpendicular Einstrahlwinkel on the surface of the workpiece 3 incident, particle beam machining can also be done with a particle beam 2 be performed, which is perpendicular to the top of the workpiece 3 is aligned, as in 4 is shown. In this case, the largest possible number of secondary particles 4 with the mass spectrometer 7 to be able to detect is a suction bell 5 above the workpiece 3 arranged, which as a catcher for collecting the ablated secondary particles 4 serves or which via a separate (independent of the - not shown - vacuum pump) pumping device 6 the transport of the secondary particles 4 to the mass spectrometer 7 allows. In particular, an ion beam machining can be advantageously carried out on different materials, which on the workpiece 3 for example, to materials selected from the group comprising: Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y, Ru, Rb, Be, B, C in all modifications including graphene, Sc, Ti, V and combinations thereof , Compounds, oxides, and Si 3 N 4 , ZrSi 2 . Especially when processing multilayer (EUV) films as a workpiece 3 the device described above has proved to be favorable, since there the deformations unintentionally generated by the ion beam machining can be too large at high ion energies. Processing with lower ion energies is possible despite the different removal rates of the materials involved by means of the device described above. In particular, in the manner described above, it can be recognized at which point in time an oxidation layer of unknown thickness (or another layer or layer) was completely removed.

Es versteht sich, dass die oben beschriebene Vorrichtung nicht nur bei(EUV-)Folien, sondern grundsätzlich in allen Fällen, in denen ein Teilchenstrahl-Abtrag in einem inhomogenen Material erfolgen soll, vorteilhaft eingesetzt werden kann. Alternativ zur Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung, bei der eine Online-Bestimmung der Zusammensetzung des vom Werkstück abgetragenen Materials durchgeführt wird, kann das Bestimmen von Messdaten über die Zusammensetzung des Materials des Werkstücks auch vor der Teilchenstrahlbearbeitung erfolgen, und zwar an einer Probe (z.B. in Form einer ausreichenden Anzahl an Probenplättchen) des Werkstücks, welche bei allen Prozessen, die an dem Werkstück vorgenommen werden, mitgeführt werden. In diesem Fall wird die Probe des Werkstücks vorab analysiert (z.B. mit SIMS, SNMS) und die so gewonnenen Messdaten werden wie bei der oben beschriebenen Vorrichtung genutzt, um die Teilchenstrahlbearbeitungs-Parameter geeignet zu wählen (wobei dann selbstverständlich eine Rückkopplung nicht möglich ist).It is understood that the device described above can be used advantageously not only in (EUV) films, but in principle in all cases in which a particle beam removal is to take place in an inhomogeneous material. As an alternative to using the device described above, in which an on-line determination of the composition of the material removed from the workpiece is carried out, the determination of measurement data on the composition of the material of the workpiece can also be carried out before the particle beam processing, namely on a sample (for example in Form of a sufficient number of sample platelets) of the workpiece, which are carried along with all processes that are carried out on the workpiece. In this case, the sample of the workpiece is previously analyzed (e.g., with SIMS, SNMS) and the measurement data thus obtained are used as in the apparatus described above to properly select the particle beam processing parameters (in which case, of course, feedback is not possible).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2011, Vol. 75, No. 1, pp. 76–79 [0003] Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2011, Vol. 1, pp. 76-79 [0003]
  • http://www.specs.de/cms/upload/PDFs/SPECS_Prospekte/new_design/20120823b_SPECS-Brochure_blue_INA-X_final_web.pdf [0008] http://www.specs.de/cms/upload/PDFs/SPECS_Prospekte/new_design/20120823b_SPECS-Brochure_blue_INA-X_final_web.pdf [0008]

Claims (15)

Vorrichtung zur Teilchenstrahlbearbeitung eines Werkstücks (3), umfassend: eine Teilchenstrahlkanone (1) zur Erzeugung eines auf das Werkstück (3) gerichteten Teilchenstrahls (2), gekennzeichnet durch ein Massenspektrometer (7) zur Bestimmung von massenspektrometrischen Messdaten über bei der Teilchenstrahlbearbeitung mit dem Teilchenstrahl (2) vom Werkstück (3) abgetragene Sekundärteilchen (4), sowie ein Steuerungssystem (9, 14) zur Beeinflussung mindestens eines Parameters der Teilchenstrahlbearbeitung in Abhängigkeit von den massenspektrometrischen Messdaten.Apparatus for particle beam machining of a workpiece ( 3 ), comprising: a particle beam gun ( 1 ) for producing a on the workpiece ( 3 ) directed particle beam ( 2 ), characterized by a mass spectrometer ( 7 ) for the determination of mass spectrometric measurement data on during particle beam machining with the particle beam ( 2 ) of the workpiece ( 3 ) ablated secondary particles ( 4 ), as well as a control system ( 9 . 14 ) for influencing at least one parameter of the particle beam processing as a function of the mass spectrometric measurement data. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Ionen als Teilchen genutzt werden und bei welcher das Steuerungssystem (9, 14) ausgebildet ist, eine insbesondere ortsaufgelöste Abtragstiefe der Ionenstrahlbearbeitung in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter zu bestimmen, der ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: lonenenergie, lonenstrom, Einstrahlwinkel des Ionenstrahls (2) auf das Werkstück (3), Werkzeugfunktion, Restgasdruck und Restgas-Zusammensetzung sowie Zusammensetzung der abgetragenen Sekundärteilchen (4).Device according to Claim 1, in which ions are used as particles and in which the control system ( 9 . 14 ) is designed to determine an in particular spatially resolved removal depth of the ion beam processing as a function of at least one parameter which is selected from the group comprising: ion energy, ion current, angle of incidence of the ion beam ( 2 ) on the workpiece ( 3 ), Tool function, residual gas pressure and residual gas composition and composition of the ablated secondary particles ( 4 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Steuerungssystem (9, 14) ausgebildet ist, eine insbesondere ortsaufgelöste optische Weglängenänderung bei der Teilchenstrahlbearbeitung in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter zu bestimmen, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Nutzwellenlänge des Werkstücks (3), Teilchenenergie, Teilchenstrom, Einstrahlwinkel des Teilchenstrahls (2) auf das Werkstück (3), Werkzeugfunktion, Restgasdruck und Restgas-Zusammensetzung, Zusammensetzung der abgetragenen Sekundärteilchen (4). Device according to Claim 1 or 2, in which the control system ( 9 . 14 ) is adapted to determine a particularly spatially resolved optical path length change in the particle beam processing in dependence on at least one parameter which is selected from the group comprising: useful wavelength of the workpiece ( 3 ), Particle energy, particle flow, angle of incidence of the particle beam ( 2 ) on the workpiece ( 3 ), Tool function, residual gas pressure and residual gas composition, composition of the ablated secondary particles ( 4 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das zu bearbeitende Werkstück (3) mindestens ein Material aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y, Ru, Rb, Be, B, C in allen Modifikationen einschließlich Graphen, Sc, Ti, V und deren Kombinationen, Verbindungen, Oxide, sowie Si3N4, ZrSi2.Device according to one of the preceding claims, in which the workpiece to be machined ( 3 ) has at least one material selected from the group comprising: Si, Ge, Zr, Nb, Mo, Y, Ru, Rb, Be, B, C in all modifications including graphene, Sc, Ti, V and combinations thereof, Compounds, oxides, and Si 3 N 4 , ZrSi 2 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Steuerungssystem (9, 14) zur Beeinflussung mindestens eines Parameters der Teilchenstrahlbearbeitung mit einer Reaktionszeit von weniger als 10 Sekunden, bevorzugt von weniger als 1 Sekunde, insbesondere von weniger als 10 ms nach der Bestimmung der massenspektrometrischen Messdaten ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, in which the control system ( 9 . 14 ) for influencing at least one parameter of the particle beam machining with a reaction time of less than 10 seconds, preferably less than 1 second, in particular less than 10 ms after the determination of the mass spectrometric measurement data is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausgebildet ist, den Teilchenstrahl (2) unter einem senkrechten Einstrahlwinkel und/oder unter einem nicht-senkrechten Einstrahlwinkel auf das Werkstück (3) auszurichten.Device according to one of the preceding claims, which is designed to measure the particle beam ( 2 ) at a perpendicular angle of incidence and / or at a non-perpendicular angle of incidence on the workpiece ( 3 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Auffangeinrichtung (5) zum Auffangen der abgetragenen Sekundärteilchen (4).Device according to one of the preceding claims, further comprising: a collecting device ( 5 ) for collecting the ablated secondary particles ( 4 ). Vorrichtung nach Anspruch 7, weiter umfassend: eine Pumpeinrichtung (6) zum Transport der Sekundärteilchen (4) von der Auffangeinrichtung (5) zum Massenspektrometer (7).Apparatus according to claim 7, further comprising: a pumping device ( 6 ) for transporting the secondary particles ( 4 ) from the catcher ( 5 ) to the mass spectrometer ( 7 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausgebildet ist, das Massenspektrometer (7) im Bereich eines Zentrums eines Teilchenstroms der abgetragenen Sekundärteilchen (4) anzuordnen.Device according to one of the preceding claims, which is designed to provide the mass spectrometer ( 7 ) in the region of a center of a particle stream of the ablated secondary particles ( 4 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Massenspektrometer ein Sekundärionen-Massenspektrometer oder ein Sekundär-Neutralteilchen-Massenspektrometer ist. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the mass spectrometer is a secondary ion mass spectrometer or a secondary neutral particle mass spectrometer. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Teilchenstrahlkanone als Ionenstrahlkanone (1) ausgelegt ist.Device according to one of the preceding claims, in which the particle beam guns are used as ion beam guns ( 1 ) is designed. Verfahren zur Teilchenstrahlbearbeitung mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorrichtung so gesteuert wird, dass ein gewünschtes geometrisches Abtragsprofil an dem Werkstück (3) erzeugt wird.Method for particle beam machining by means of a device according to one of the preceding claims, in which the device is controlled such that a desired geometric removal profile is applied to the workpiece ( 3 ) is produced. Verfahren zur Teilchenstrahlbearbeitung mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Vorrichtung so gesteuert wird, dass eine gewünschte optische Weglängenänderung bei einer vorgegebenen Nutzwellenlänge des Werkstücks (3) erzeugt wird.A method of particle beam machining by means of a device according to any one of claims 1 to 11, wherein the device is controlled so that a desired optical path length change at a predetermined Nutzwellenlänge of the workpiece ( 3 ) is produced. Verfahren zur Teilchenstrahlbearbeitung mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Vorrichtung so gesteuert wird, dass an dem Werkstück (3) eine oder mehrere Schichten eines vorgegebenen Materials vollständig abgetragen werden.A method of particle beam machining by means of a device according to any one of claims 1 to 11, wherein the device is controlled so that on the workpiece ( 3 ) one or more layers of a given material are completely removed. Verfahren zur Teilchenstrahlbearbeitung eines Werkstücks (3), umfassend: Bestimmen von Messdaten über die Zusammensetzung des Materials des Werkstücks (3) an einer Probe des Werkstücks (3), und Erzeugen eines auf das Werkstück (3) gerichteten Teilchenstrahls (2) zur Teilchenstrahlbearbeitung des Werkstücks (3), wobei mindestens ein Parameter der Teilchenstrahlbearbeitung in Abhängigkeit von den vor der Teilchenstrahlbearbeitung bestimmten Messdaten über die Zusammensetzung des Materials des Werkstücks (3) festgelegt wird.Method for particle beam machining of a workpiece ( 3 ), comprising: determining measurement data about the composition of the material of the workpiece ( 3 ) on a sample of the workpiece ( 3 ), and producing one on the workpiece ( 3 ) directed particle beam ( 2 ) for particle beam machining of the workpiece ( 3 ), wherein at least one parameter of the particle beam processing in dependence of the before the particle beam processing measured data on the composition of the material of the workpiece ( 3 ).
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2011, Vol. 75, No. 1, pp. 76-79
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