DE102016002883B4

DE102016002883B4 - Verfahren zum Struktuieren eines Objekts und Partikelstrahlsystem hierzu

Info

Publication number: DE102016002883B4
Application number: DE102016002883.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Biberger; Roland Salzer
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: CZ2017115A3; NL2018477A; CZ309996B6; JP2017162811A; US20170263416A1; JP6961367B2; US9960012B2; NL2018477B1; DE102016002883A1

Abstract

Verfahren zum Strukturieren eines Objekts, wobei das Verfahren umfasst:Anordnen eines Substrats (13) in einem Arbeitsbereich einer ersten Partikelstrahlsäule (7) und einer zweiten Partikelstrahlsäule (3);Erzeugen einer gewünschten Zielstruktur an dem Substrat (13) durch Richten eines durch die erste Partikelstrahlsäule (7) erzeugten ersten Partikelstrahls an eine Vielzahl von Orten des Substrats (13), um an diesem Material abzuscheiden oder von diesem Material zu entfernen;mehrmaliges Durchführen einer Sequenz, bestehend aus: Unterbrechen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur, Erzeugen einer Markierung (911bis 916) an dem Substrat (13) durch Richten des ersten Partikelstrahls auf das Substrat (13) nach dem Unterbrechen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur, und Fortsetzen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur nach dem Erzeugen der Markierung (911bis 916) an dem Substrat (13); undwobei das Fortsetzen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur umfasst:Erfassen von Positionen der Markierungen (911bis 916) an dem Substrat (13) durch Richten eines durch die zweite Partikelstrahlsäule (3) erzeugten zweiten Partikelstrahls auf die Markierungen (911bis 916) auf dem Substrat (13) und Detektieren von Partikeln oder Strahlung, welche durch den zweiten Partikelstrahl an dem Substrat dabei erzeugt werden;wobei von der ersten Partikelstrahlsäule (7) zu erzeugende Strahlablenkungen des ersten Partikelstrahls derart, dass dieser auf die Vielzahl von Orten des Substrats (13) gerichtet wird, in Abhängigkeit von den erfassten Positionen der Markierungen bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Strukturieren eines Objekts mithilfe eines Partikelstrahlsystems, welches zwei Partikelstrahlsäulen, wie beispielsweise eine Ionenstrahlsäule und eine Elektronenstrahlsäule umfasst, sowie ein Partikelstrahlsystem hierzu.
Ein Partikelstrahlsystem, welches zwei Partikelstrahlsäulen umfasst, deren Partikelstrahlen auf einen gemeinsamen Arbeitsbereich an einem Objekt gerichtet werden können, wird herkömmlicherweise zum Strukturieren des Objekts verwendet. Hierbei wird ein Partikelstrahl, beispielsweise ein Ionenstrahl oder ein Elektronenstrahl, dazu verwendet, die Strukturen an dem Objekt auszubilden, während der andere Partikelstrahl, beispielsweise ein Elektronenstrahl eines Elektronenstrahlmikroskops, dazu verwendet wird, den Prozess des Strukturierens des Objekts zu überwachen. Das Strukturieren des Objekts erfolgt durch Abscheiden von Material an dem Objekt oder durch Entfernen von Material von dem Objekt, indem der hierfür verwendete Partikelstrahl an eine Vielzahl von Orten des Objekts gerichtet wird. Das Abscheiden von Material an dem Objekt und das Entfernen von Material von dem Objekt kann durch ein Zuführen von einem Prozessgas unterstützt werden. Ein Beispiel für einen Prozess, bei welchem ein Ionenstrahl zum Strukturieren eines Objekts verwendet wird, ist die Herstellung einer so genannten TEM-Lamelle, d. h. das Herausschneiden einer zur Untersuchung mit einem Transmissionselektronenmikroskop geeigneten Probe aus einem Substrat, wie beispielsweise einem in der Herstellung befindlichen Halbleiter-Wafer.
Derartige Prozesse zum Strukturieren eines Objekts mit einem Partikelstrahl können einige Minuten, einige zehn Minuten oder gar Stunden dauern. Während dieser Zeit können Driften hinsichtlich der Orte, an denen der Partikelstrahl auf das Objekt trifft, auftreten, welche die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der hergestellten Strukturen nachteilig beeinflussen. Die Driften können durch Temperaturänderungen und Änderungen der zum Betrieb der Partikelstrahlsäule verwendeten Hochspannung oder dergleichen hervorgerufen sein.
Selbst wenn der Vorgang des Strukturierens des Objekts mit einer Partikelstrahlsäule durch die andere Partikelstrahlsäule überwacht wird und der Vorgang des Strukturierens in Abhängigkeit von dieser Überwachung durchgeführt wird, wie beispielsweise in der US 2009/0218488 A1 oder auch in der US 2013/0344292 A1 beschrieben, kann eine höchste möglich erscheinende Präzision nicht erreicht werden, da auch die Lage der beiden Partikelstrahlsäulen relativ zueinander einer mechanischen Drift unterliegt und nicht sämtliche mit der einen Partikelstrahlsäule erzeugten Strukturen durch die andere Partikelstrahlsäule optimal beobachtet werden können, da die durch die beiden Partikelstrahlsäulen erzeugten Partikelstrahlen unter unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt treffen.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Strukturieren eines Objekts vorzuschlagen, welches eine höhere Präzision erlaubt.
Ausführungsformen der Erfindung schlagen ein Verfahren zum Strukturieren eines Objekts mithilfe eines Partikelstrahlsystems vor, welches zwei Partikelstrahlsäulen umfasst, wobei die eine Partikelstrahlsäule dazu verwendet wird, eine gewünschte Zielstruktur durch Abscheiden von Material oder Entfernen von Material zu erzeugen und während diesem Erzeugen der gewünschten Zielstruktur wiederholt eine Markierung an dem Substrat zu erzeugen, und die andere Partikelstrahlsäule dazu verwendet wird, die Position einer neu erzeugten Markierung und/oder die Positionen vorangehend erzeugter Markierungen zu erfassen. Basierend auf diesen erfassten Positionen kann dann das weitere Erzeugen der gewünschten Zielstruktur durchgeführt werden.
Da die Markierungen durch den gleichen Partikelstrahl erzeugt werden, mit dem auch die gewünschte Zielstruktur erzeugt wird, können in dieser Partikelstrahlsäule auftretende Driften während dem gegebenenfalls langdauernden Prozess des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur erkannt und korrigiert werden. Eine Drift in der zum Beobachten verwendeten Partikelstrahlsäule oder eine Drift in der mechanischen Positionierung der beiden Partikelstrahlsäulen relativ zueinander beeinträchtigt dieses Verfahren in lediglich geringem Maße, da die Positionen der Markierungen in sehr kurzer Zeit erfasst werden können und deren Positionen relativ zueinander unabhängig von derartigen Driften präzise bestimmt werden können.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Strukturieren eines Objekts: Anordnen eines Substrats in einem Arbeitsbereich einer ersten Partikelstrahlsäule und einer zweiten Partikelstrahlsäule; Erzeugen einer gewünschten Zielstruktur an dem Substrat durch Richten eines durch die erste Partikelstrahlsäule erzeugten ersten Partikelstrahls an eine Vielzahl von Orten des Substrats, um an diesem Material abzuscheiden oder von diesem Material zu entfernen; mehrmaliges Durchführen einer Sequenz, bestehend aus: Unterbrechen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur, Erzeugen einer Markierung an dem Substrat durch Richten des ersten Partikelstrahls auf das Substrat nach dem Unterbrechen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur, und Fortsetzen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur nach dem Erzeugen der Markierung an dem Substrat; und wobei das Fortsetzen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur umfasst: Erfassen von Positionen der Markierungen an dem Substrat durch Richten eines durch die zweite Partikelstrahlsäule erzeugten zweiten Partikelstrahls auf die Markierungen auf dem Substrat und Detektieren von Partikeln oder Strahlung, welche durch den zweiten Partikelstrahl an dem Substrat dabei erzeugt werden; wobei von der ersten Partikelstrahlsäule zu erzeugende Strahlablenkungen des ersten Partikelstrahls in Abhängigkeit von den erfassten Positionen der Markierungen derart, bestimmt werden, dass der erste Partikelstrahl auf die Vielzahl von Orten des Substrats gerichtet wird.
Das Abscheiden von Material an dem Objekt bzw. das Entfernen von Material von dem Objekt findet zu jedem Zeitpunkt an dem Ort des Substrats statt, auf welchen der erste Partikelstrahl gerade gerichtet ist. Diese Orte und deren zeitliche Abfolge sind durch die Geometrie der gewünschten Zielstruktur gegeben und können beispielsweise vorab festgelegt sein. Um auf einen gewünschten Ort an dem Substrat zu treffen, muss der erste Partikelstrahl durch die erste Partikelstrahlsäule geeignet abgelenkt werden. Der Partikelstrahl kann hierbei an einem jeden gewünschten Ort für eine gewisse Zeitdauer verweilen und von jedem gewünschten Ort zu dem jeweils nächsten gewünschten Ort sich schnell bewegen bzw. springen. Ferner kann der Partikelstrahl durch kontinuierliches Ablenken über die gewünschten Orte bewegt werden. Beispielsweise kann eine Steuerung der Partikelstrahlsäule eine Tabelle oder eine Rechenvorschrift umfassen, welche eine Beziehung zwischen Koordinaten von Orten des Substrats in Beziehung zu Strahlauslenkungen setzt, welche erzeugt werden müssen, um den ersten Partikelstrahl auf die jeweiligen Orte zu richten. Die Strahlauslenkungen können hierbei durch beispielsweise Steuerspannungen oder Steuerströme oder andere Steuersignale repräsentiert sein, welche Strahlablenkern der ersten Partikelstrahlsäule zugeführt werden. Eine in der ersten Partikelstrahlsäule oder der Positionierung des Substrats relativ zu der ersten Partikelstrahlsäule auftretende Drift führt dazu, dass die Strahlablenkungen, welche zu erzeugen sind, damit der erste Partikelstrahl auf gewünschte Orte des Objekts trifft, korrigiert werden müssen, um die Drift zu kompensieren. Derartige Korrekturen von bereits bestimmten gewünschten Strahlablenkungen oder direkt bestimmten Strahlablenkungen können unter Berücksichtigung der erfassten Positionen der Markierungen bestimmt werden, um beispielsweise Driften zu kompensieren.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen weist die gewünschte Zielstruktur eine dreidimensionale Struktur auf. Dies bedeutet, dass sich die Zielstruktur nicht lediglich zweidimensional in einer Fläche sondern im dreidimensionalen Raum erstreckt. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin weist die gewünschte Zielstruktur zwei Oberflächenbereiche auf, deren Oberflächennormalen Orientierungen aufweisen, welche sich um mehr als 5°, insbesondere um mehr als 10° und insbesondere um mehr als 15° unterscheiden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen einer Markierung an dem Substrat vor Beginn des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur. Hierdurch können Driften, die zwischen dem Beginn des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur und dem ersten Unterbrechen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur und Erzeugen der Markierung an dem Substrat auftreten, erfasst werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen werden die Markierungen in einem Oberflächenbereich des Substrats nebeneinander erzeugt, wobei Orientierungen von Oberflächennormalen dieses Oberflächenbereichs sich um weniger als 5°, insbesondere weniger als 1° und insbesondere weniger als 0,1°, unterscheiden. Dies bedeutet, dass die Markierungen als Gesamtheit an dem Substrat eine zweidimensionale Struktur aufweisen, so dass Abstände zwischen einzelnen Markierungen und damit deren Positionen durch den zweiten Partikelstrahl mit relativ hoher Genauigkeit bestimmt werden können, selbst wenn dieser unter einem Winkel auf das Substrat trifft, der verschieden ist von dem Winkel, unter dem der erste Partikelstrahl auf das Substrat trifft.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Abscheiden einer metallischen Schicht in einem Oberflächenbereich des Substrats, wobei die Markierungen in der metallischen Schicht erzeugt werden. Eine insbesondere dünne metallische Schicht kann durch den ersten Partikelstrahl schnell entfernt werden, um die Markierung zu erzeugen, welche dann einen hohen Kontrast bei der Erfassung von deren Position mit der zweiten Partikelstrahlsäule bereitstellt.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfassen die Markierungen jeweils eine gerade Linie oder zwei sich schneidende gerade Linien. Hierdurch ist es möglich, Abstände zwischen verschiedenen Markierungen durch Abtasten derselben mit dem zweiten Partikelstrahl einfach zu erfassen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen sind eine Hauptachse der ersten Partikelstrahlsäule und eine Hauptachse der zweiten Partikelstrahlsäule um mehr als 10°, insbesondere mehr als 20° und insbesondere mehr als 30°, zueinander orientiert. Der erste Partikelstrahl kann ein Ionenstrahl, insbesondere ein Gallium-Ionenstrahl sein, und der zweite Partikelstrahl kann ein Elektronenstrahl sein, wobei die zweite Partikelstrahlsäule die Partikelstrahlsäule eines Elektronenmikroskops sein kann.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Erfassen einer momentanen Gestalt der in Erzeugung befindlichen Zielstruktur durch Richten des zweiten Partikelstrahls auf einen Bereich des Substrats, in dem die Zielstruktur erzeugt wird, und das Detektieren von Partikeln oder Strahlung, welche durch den zweiten Partikelstrahl an dem Substrat dabei erzeugt werden, wobei die von der ersten Partikelstrahlsäule zu erzeugenden Strahlablenkungen des ersten Partikelstrahls derart, dass dieser auf die Vielzahl von Orten des Substrats gerichtet wird, ferner in Abhängigkeit von der erfassten momentanen Gestalt der in Erzeugung befindlichen Zielstruktur bestimmt werden.
Hierdurch ist es möglich, das Entstehen der gewünschten Zielstruktur zu überwachen und beispielsweise Driften der Rate, mit der Material an dem Substrat abgeschieden wird, oder der Rate, mit der Material von dem Substrat entfernt wird, zu kompensieren, welche beispielsweise durch eine Änderung des Strahlstroms des ersten Partikelstrahls oder eine Änderung des Drucks eines verwendeten Prozessgases bedingt sein können.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Hierbei zeigt:

1 ein Partikelstrahlsystem mit zwei Partikelstrahlsäulen;
2 einen Zustand eines Substrats während des Erzeugens einer gewünschten Zielstruktur an dem Substrat zur Erläuterung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Strukturieren eines Objekts; und
3 eine Anordnung von Markierungen, welche bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Strukturieren des Objekts zur Anwendung kommen können.

1 zeigt in perspektivischer und schematisch vereinfachter Darstellung ein Partikelstrahlsystem 1 mit zwei Partikelstrahlsäulen, wobei eine erste Partikelstrahlsäule 7 die Partikelstrahlsäule eines Ionenstrahlsystems mit einer Hauptachse 9 ist und eine zweite Partikelstrahlsäule 3 die Partikelstrahlsäule eines Elektronenmikroskopiesystems mit einer Hauptachse 5 ist.
Die Hauptachsen 5 und 9 des Elektronenmikroskopiesystems 3 bzw. des Ionenstrahlsystems 7 schneiden sich an einem Ort 11 innerhalb eines gemeinsamen Arbeitsbereichs der beiden Partikelstrahlsäulen 3, 7 unter einem Winkel α, welcher Werte von beispielsweise 45° bis 55° aufweisen kann, so dass ein zu strukturierendes Objekt 13 mit einer Oberfläche 15 in einem Bereich des Ortes 11 sowohl mit einem entlang der Hauptachse 9 des Ionenstrahlsystems 7 emittierten Ionenstrahl 17 bearbeitet als auch mit einem entlang der Hauptachse 5 des Elektronenmikroskopiesystems 3 emittierten Elektronenstrahl 19 untersucht werden kann. Zur Halterung des Objekts ist eine schematisch angedeutete Halterung 16, vorgesehen, welche das Objekt 13 im Hinblick auf Abstand von und Orientierung zu dem Elektronenmikroskopiesystem bzw. dem Ionenstrahlsystem einstellen kann.
Hierzu umfasst das Elektronenmikroskopiesystem 3 zur Erzeugung des Primärelektronenstrahls 19 eine Elektronenquelle 21, welche schematisch durch eine Kathode 23 und eine Anode 27 sowie eine hierzwischen angeordnete Suppressorelektrode 25 und eine mit Abstand hiervon angeordnete Extraktorelektrode 26 dargestellt ist. Weiter umfasst das Elektronenmikroskopiesystem 3 eine Beschleunigungselektrode 27, welche in ein Strahlrohr 29 übergeht und eine Kollimatoranordnung 31 durchsetzt, welche schematisch durch eine Ringspule 33 und ein Joch 35 dargestellt ist. Nach dem Durchlaufen der Kollimatoranordnung 31 durchsetzt der Primärelektronenstrahl eine Lochblende 37 und ein zentrales Loch 39 in einem Sekundärelektronendetektor 41, woraufhin der Primärelektronenstrahl 19 in eine Objektivlinse 43 des Elektronenmikroskopiesystems 3 eintritt. Die Objektivlinse 43 umfasst zur Fokussierung des Primärelektronenstrahls 19 eine Magnetlinse 45 und eine elektrostatische Linse 47. Die Magnetlinse 45 umfasst in der schematischen Darstellung der 1 eine Ringspule 49, einen inneren Polschuh 51 und einen äußeren Polschuh 53. Die elektrostatische Linse 47 ist durch ein unteres Ende 55 des Strahlrohrs 29, das innere untere Ende des äußeren Polschuhs 53 sowie eine konisch sich hin zur Position 11 an der Probe sich verjüngende Ringelektrode 59 gebildet. Die Objektivlinse 43, welche in 1 schematisch dargestellt ist, kann einen Aufbau aufweisen, wie er in US 6,855,938 detaillierter dargestellt ist.
Das Ionenstrahlsystem 7 umfasst eine Ionenquelle 63 mit Extraktionselektrode 65, einen Kollimator 67, eine Blende 69, Ablenkelektroden 71 und Fokussierlinsen 73 zur Erzeugung des aus einem Gehäuse 75 des Ionenstrahlsystems 7 austretenden Ionenstrahls 17. Die Längsachse 9' der Halterung 16 ist um einen Winkel zur Vertikalen 5' geneigt, der in diesem Beispiel dem Winkel α zwischen den Richtungen 5 und 9 der Partikelstrahlen entspricht. Die Richtungen 5' und 9' müssen aber nicht mit den Richtungen 5 und 9 der Partikelstrahlen koinzidieren, und auch der von ihnen eingeschlossene Winkel muss nicht mit dem Winkel α zwischen den Partikelstrahlen übereinstimmen.
Das Partikelstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Steuerung 77, welche den Betrieb des Partikelstrahlsystems 1 steuert. Insbesondere kontrolliert die Steuerung 77 das An- und Ausschalten des Elektronenstrahls 19 und des Ionenstrahls 17 und Strahlablenker 71 der Ionenstrahlsäule 7 und Strahlablenker (in 1 nicht gezeigt) der Elektronenstrahlsäule 3, um die Partikelstrahlen relativ zu den Hauptachsen 9, 5 der Ionenstrahlsäule 7 bzw. der Elektronenstrahlsäule 3 abzulenken, um die Strahlen auf auswählbare Orte innerhalb des gemeinsamen Arbeitsbereichs an dem Objekt 13 zu richten. Die Steuerung ist programmierbar und kann ein nachfolgend anhand der 2 erläutertes Verfahren zum Strukturieren des Objekts 13 ausführen.
Das Objekt 13 ist beispielsweise ein Halbleitersubstrat, in welchem während der Fertigung durch lithographische Schritte Strukturen eingebracht wurden, welche Komponenten von elektronischen Schaltungen bilden. Es sei angenommen, dass diese Strukturen mithilfe eines Transmissionselektronenmikroskops untersucht werden sollen. Hierzu ist es notwendig, an einer gewünschten Stelle des Substrats eine Materialprobe zu entnehmen, welche für die Untersuchung mit einem Transmissionselektronenmikroskop geeignet ist. Eine derartige Probe, welche auch als TEM-Lamelle bezeichnet wird, wird hergestellt, indem eine dünne, quaderförmige Platte mit einer Dicke von beispielsweise 100 nm oder weniger aus dem Volumen des Substrats herausgeschnitten und nachfolgend durch Abtragen von Material an den Flachseiten der Platte beispielsweise mit einem weiteren Partikelstrahl noch dünner ausgebildet wird. Die hierzu notwendigen Arbeitsschritte, welche im Wesentlichen das Entfernen von Material des Substrats 13 umfassen, werden durch Ionenstrahlätzen ausgeführt, indem der durch die Ionenstrahlsäule 7 erzeugte Ionenstrahl 17 derart an auswählbare Orte des Substrats 13 gerichtet wird, dass die dünne Platte 81 aus dem Substrat 13 freigeschnitten wird. Ein Mikromanipulator kann dann dazu verwendet werden, die dünne Platte 81 von dem Substrat zu entfernen, weiteren Arbeitsschritten zuzuführen und schließlich an einem Probenhalter des Transmissionselektronenmikroskops anzubringen.
2 zeigt ein Zwischenstadium während des Herausschneidens der dünnen Platte 81 aus dem Substrat 13 mit dem Ionenstrahl 17. Die dünne Platte 81 ist in diesem Zwischenstadium teilweise freigeschnitten, indem ausgehend von einer Oberfläche 83 des Substrats 13 beidseits der dünnen Platte 81 Gräben 85 durch Entfernen von Material des Substrats 13 mithilfe des Ionenstrahls 17 erzeugt werden. In dem in 2 gezeigten Zwischenstadium ist die dünne Platte 81 an ihren Enden und am Boden der Gräben 85 noch mit dem Rest des Substrats 13 verbunden. Diese Materialverbindungen können später mit dem Ionenstrahl durchtrennt werden, so dass die dünne Platte 81 vollständig frei geschnitten ist und mit dem Mikromanipulator ergriffen und von dem Substrat 13 entfernt werden kann. In dem in 2 gezeigten Zwischenstadium bilden die Gräben 85 und die zwischen diesen stehende und mit ihren Stirnenden und am Boden der Gräben mit dem Substrat 13 verbundene dünne Platte 81 eine gewünschte Zielstruktur in dem Verfahren zum Strukturieren des Objekts 13. Diese Zielstruktur weist eine dreidimensionale Ausdehnung aus, indem die Ausdehnung der dünnen Platte 81 in einer x-Richtung beispielsweise 10 µm beträgt, die Tiefe der Gräben 85 in einer z-Richtung beispielsweise 5 µm beträgt und jeder der Gräben 85 an der Oberfläche 83 des Substrats 13 in einer y-Richtung eine Breite von beispielsweise 8 µm aufweist. Die dreidimensionale Struktur der Zielstruktur ist auch daran ersichtlich, dass Normalenvektoren 87 an Oberflächen der Zielstruktur, wie beispielsweise an den Wänden der Gräben 85 und den Oberflächen der dünnen Platte 81 relativ zueinander Winkel von mehr als 5°, insbesondere mehr als 10° und insbesondere mehr als 15° einschließen.
Das Herstellen der in 2 gezeigten gewünschten Zielstruktur durch Entfernen von Material des Substrats 13 durch den Ionenstrahl nimmt eine beträchtliche Zeitdauer, wie beispielsweise 30 Minuten, in Anspruch. Da die Dicke der dünnen Platte 81 mit beispielsweise 100 nm oder weniger sehr gering ist, muss gewährleistet sein, dass der Ionenstrahl mit einer entsprechenden Genauigkeit auf die geplanten Orte an dem Substrat gerichtet werden kann, um nicht zum Beispiel versehentlich Material von der dünnen Platte 81 zu entfernen und diese dadurch unbrauchbar zu machen. Unvermeidbar auftretende Driften beim Betrieb der Ionenstrahlsäule 7 und der das Substrat 13 relativ zu der Ionenstrahlsäule 7 halternden Halterung erschweren es, diese verlangte Präzision einzuhalten. Beispielsweise können derartige unvermeidbar auftretende Driften den Ort des Auftreffens des Ionenstrahls auf das Objekt in einem Zeitraum von 5 Minuten um 100 nm verändern.
Aus diesem Grund sieht das Verfahren zum Strukturieren des Substrats 13 vor, den Prozess des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur immer wieder zu unterbrechen und in einem Oberflächenbereich 89 neben der Zielstruktur Markierungen mit dem Ionenstrahl 17 zu erzeugen. Diese Markierungen werden dann mit dem Elektronenstrahlmikroskop 3 untersucht, indem das Elektronenstrahlmikroskop 3 beispielsweise ein elektronenmikroskopisches Bild des Oberflächenbereichs 89 gewinnt. Aus diesem elektronenmikroskopischen Bild können Positionen der Markierungen relativ zueinander erfasst werden, und basierend auf den erfassten Positionen der Markierungen kann dann der weitergehende Prozess des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur gesteuert werden.
Vor dem Beginn des Prozesses zum Erzeugen der gewünschten Zielstruktur kann in dem Oberflächenbereich 89 eine dünne Metallisierungsschicht auf der Oberfläche 83 des Substrats 13 abgeschieden werden. Die Abscheidung des Metalls für die Metallisierungsschicht in dem Oberflächenbereich 89 kann wiederum durch den Ionenstrahl 17 erzeugt werden, indem dieser systematisch auf Orte innerhalb des Oberflächenbereichs 89 bei gleichzeitiger Zuführung eines geeigneten Prozessgases gerichtet wird. Das Prozessgas kann beispielsweise C₉H₁₆Pt sein, welches durch den Ionenstrahl angeregt wird und am momentanen Ort des Auftreffens des Ionenstrahls auf das Substrat 13 zur Abscheidung des Metalls Platin (Pt)führt. Die Metallisierungsschicht kann beispielsweise eine Dicke von 50 nm haben.
Nach dem Fertigstellen der Metallisierungsschicht in dem Oberflächenbereich 89 wird in die Metallisierungsschicht eine erste Markierung 91₀ eingebracht, welche die Gestalt einer langgestreckten sich in der x-Richtung erstreckenden Linie aufweist. Die Markierung 91₀ wird mithilfe des Ionenstrahls erzeugt.
Daraufhin wird der Prozess zum Erzeugen der gewünschten Zielstruktur an dem Substrat 13 begonnen. Nach einer Zeitdauer von beispielsweise 2 Minuten, welche kurz ist im Vergleich zur Gesamtdauer des Prozesses zum Erzeugen der gewünschten Zielstruktur, wird der Prozess zum Erzeugen der gewünschten Zielstruktur unterbrochen, und es wird mit dem Ionenstrahl in dem Oberflächenbereich 89 eine Markierung 91₁ erzeugt, welche in dem in 2 gezeigten Beispiel, eine kurze sich in der x-Richtung erstreckende Linie ist, welche von der Markierung 91₀ einen Abstand 11 aufweist. Zu diesem Zeitpunkt sind in dem Oberflächenbereich 89 die zwei Markierungen 91₀ und 91₁ angebracht. Mit dem Elektronenmikroskop 3 wird daraufhin ein elektronenmikroskopisches Bild des Oberflächenbereichs 89 gewonnen, und es werden die Positionen der beiden Markierungen 91₀ und 91₁ in dem Bild bestimmt. Insbesondere kann der tatsächliche Abstand 11 in y-Richtung zwischen den beiden Markierungen 91₀ und 91₁ bestimmt werden. Dieser Abstand wird in dem Koordinatensystem des Elektronenstrahlmikroskops 3 bestimmt. Erzeugt wurden die Markierungen 91₀ und 91₁ allerdings durch Auslenken des Ionenstrahls in dem Koordinatensystem der Ionenstrahlsäule 7. Durch Auswertung des elektronenmikroskopischen Bildes ist es somit möglich, die Positionen der Markierungen 91₀ und 91₁ relativ zueinander mit einem System zu überprüfen, welches unabhängig ist von dem System, mit welchem die Markierungen erzeugt werden. Ist der gemessene Abstand 11 der beiden Markierungen 91₀ und 91₁ voneinander somit verschieden von einem gewünschten Abstand, der sich aus den Strahlablenkungen des Ionenstrahls 17 beim Bilden der Markierungen ergibt, so können die beim weiteren Prozess des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur verwendenden Auslenkungen des Ionenstrahls 17 entsprechend korrigiert werden.
Bei der Auswertung des elektronenmikroskopischen Bilds werden dabei nur die Lagen der Markierungen relativ zu einander ausgewertet, nicht dagegen die Lagen der Markierungen relativ zu einem jeweiligen Bezugspunkt in dem Bild, wie beispielsweise dem jeweiligen Mittelpunkt der elektronenmikroskopischen Bilder. Da sich Driften innerhalb des Elektronenstrahlmikroskops nur auf die Lagen fester Bezugspunkte, wie beispielsweise der Mittelpunkte, der elektronenmikroskopischen Bilder auswirken, nicht aber zu einer unbestimmten Veränderung der Vergrößerung des elektronenmikroskopischen Bilds führen, können durch Auswertung der Relativlagen der Markierungen innerhalb des elektronenmikroskopischen Bilds auftretende Driften in der Ionenstrahlsäule zuverlässig ermittelt werden, ohne dass die so ermittelten Messwerte durch Driften des Elektronenstrahlmikroskops verfälscht sind.
Unter Berücksichtigung einer derartigen Korrektur wird das Verfahren zum Erzeugen der gewünschten Zielstruktur dann fortgesetzt, indem mit dem Ionenstrahl 17 weiteres Material im Bereich der Gräben 85 von dem Substrat entfernt wird. Nach beispielsweise weiteren 2 Minuten wird der Prozess des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur erneut unterbrochen, und es wird in dem Oberflächenbereich 89 eine weitere Markierung 91₂ angebracht, welche der Markierung 91₁ ähnlich ist und sich als kurze Linie in der x-Richtung erstreckt, von der Markierung 91₀ allerdings einen Abstand 12 aufweist. Erneut wird ein elektronenmikroskopisches Bild des Oberflächenbereichs 89 gewonnen, daraus werden die Positionen der Markierungen 91₀ und 91₂ bestimmt, wobei aus dem Abstand 12 zwischen der zuletzt angebrachten Markierung 91₂ und der zu allererst angebrachten Markierung 91₀ eine aktuelle Korrektur für Strahlablenkungen des Ionenstrahls für den weiteren Prozess des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur gewonnen werden kann. Dieser Prozess des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur wird sodann fortgesetzt und mehrmals wiederholt unterbrochen, um jeweils eine neue Markierung in dem Oberflächenbereich 89 anzubringen und aus deren Position eine wiederum aktualisierte Korrektur für Ablenkungen des Ionenstrahls im weiteren Prozess zu bestimmen.
In dem in 2 gezeigten Zwischenstadium wurden weitere Markierungen 91₃, 91₄, 91₅ und 91₆ in dem Oberflächenbereich 89 angebracht, wobei die Markierung 91₆ die zuletzt angebrachte Markierung ist.
In 2 ist die herzustellende gewünschte Zielstruktur die dünne Platte 81, welche später eine TEM-Lamelle werden soll und welche sich in x-Richtung erstreckt, wobei sie in y-Richtung sehr dünn sein soll. Deshalb ist es insbesondere wichtig, die Positionierung des Ionenstrahls in y-Richtung sehr genau vornehmen zu können. Aus diesem Grund sind die Markierungen 91₀, 91₁, ..., jeweils Geraden, welche sich in x-Richtung strecken, so dass die Positionen der Markierungen relativ zueinander in y-Richtung sehr genau bestimmt werden können. Es ist jedoch möglich, andere Gestalten von Markierungen zu verwenden. Ein Beispiel hierfür ist in 3 gezeigt, wo die Gestalt einer jeden Markierung die eines Kreuzes ist, welche es erleichtert, Positionen der Markierungen relativ zueinander in zwei unabhängigen Richtungen (x, y), zu bestimmen. Andere Gestalten können für die Markierung verwendet werden.
In dem anhand der 2 erläuterten Beispiel nimmt der Abstand 11, 12, ..., mit welchem Markierungen 91₁, 91₂, ..., von der zu allererst angebrachten Markierung 91₀ angebracht sind, gleichmäßig zu. Dies ist allerdings nicht notwendig. Bei einer jeden Unterbrechung des Prozesses zum Erzeugen der gewünschten Zielstruktur kann die neu erzeugte Markierung prinzipiell an einer beliebigen Stelle des Oberflächenbereichs 89 erzeugt werden, sofern sichergestellt ist, dass die zuletzt angebrachte Markierung unter den bereits bestehenden Markierungen identifizierbar ist.
In dem vorangehend erläuterten Ausführungsbeispiel werden die beiden Gräben 85 beidseits der Platte 81 in dem Sinne gleichzeitig hergestellt, als dass diese in mehreren Zyklen hergestellt werden, wobei ein jeder Zyklus das Entfernen von Material aus einem jeden der beiden Gräben und das Anbringen einer weiteren Markierung 91 umfasst. Die beiden Gräben können allerdings auch nacheinander hergestellt werden, indem zuerst der eine Gaben hergestellt wird, indem in mehreren Zyklen jeweils Material aus diesem Graben entfernt und eine weitere Markierung erzeugt wird, bis der erste Graben im Wesentlichen vollständig hergestellt ist, woraufhin der zweite Graben auf ebensolche Weise hergestellt wird. Hierbei können zwei separate, räumlich voneinander getrennte Metallisierungsschichten vorgesehen werden, wobei einer jeden Metallisierungsschicht ein Graben zugeordnet ist, während dessen Herstellung in dieser Metallisierungsschicht Markierungen angebracht werden.

Claims

Verfahren zum Strukturieren eines Objekts, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Substrats (13) in einem Arbeitsbereich einer ersten Partikelstrahlsäule (7) und einer zweiten Partikelstrahlsäule (3); Erzeugen einer gewünschten Zielstruktur an dem Substrat (13) durch Richten eines durch die erste Partikelstrahlsäule (7) erzeugten ersten Partikelstrahls an eine Vielzahl von Orten des Substrats (13), um an diesem Material abzuscheiden oder von diesem Material zu entfernen; mehrmaliges Durchführen einer Sequenz, bestehend aus: Unterbrechen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur, Erzeugen einer Markierung (91₁ bis 91₆) an dem Substrat (13) durch Richten des ersten Partikelstrahls auf das Substrat (13) nach dem Unterbrechen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur, und Fortsetzen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur nach dem Erzeugen der Markierung (91₁ bis 91₆) an dem Substrat (13); und wobei das Fortsetzen des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur umfasst: Erfassen von Positionen der Markierungen (91₁ bis 91₆) an dem Substrat (13) durch Richten eines durch die zweite Partikelstrahlsäule (3) erzeugten zweiten Partikelstrahls auf die Markierungen (91₁ bis 91₆) auf dem Substrat (13) und Detektieren von Partikeln oder Strahlung, welche durch den zweiten Partikelstrahl an dem Substrat dabei erzeugt werden; wobei von der ersten Partikelstrahlsäule (7) zu erzeugende Strahlablenkungen des ersten Partikelstrahls derart, dass dieser auf die Vielzahl von Orten des Substrats (13) gerichtet wird, in Abhängigkeit von den erfassten Positionen der Markierungen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gewünschte Zielstruktur zwei Oberflächenbereiche (85) aufweist, deren Oberflächennormalen (87) Orientierungen aufweisen, welche sich um mehr als 5°, insbesondere um mehr als 10° und insbesondere um mehr als 15° unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend Erzeugen einer Markierung (91₀) an dem Substrat vor Beginn des Erzeugens der gewünschten Zielstruktur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Markierungen (91₁ bis 91₆) in einem Oberflächenbereich (89) des Substrats (13) nebeneinander erzeugt werden, wobei Orientierungen von Oberflächennormalen dieses Oberflächenbereichs sich um weniger als 5°, insbesondere weniger als 1° und insbesondere weniger als 0,1° unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend Abscheiden einer metallischen Schicht in einem Oberflächenbereich des Substrats (13), wobei die Markierungen (91₁ bis 91₆) in der metallischen Schicht erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Markierungen (91₁ bis 91₆) jeweils eine gerade Linie oder zwei sich schneidende gerade Linien umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Hauptachse (9) der ersten Partikelstrahlsäule (7) und eine Hauptachse (5) der zweiten Partikelstrahlsäule (3) unter einem Winkel von mehr als 10°, insbesondere mehr als 20° und insbesondere mehr als 30° zueinander orientiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Erfassen von Positionen der Markierungen (91₁ bis 91₆) an dem Substrat (13) ein Bestimmen eines Abstands (1₁ bis 1₆) wenigstens eines Paars von Markierungen (91₀ bis 91₆) voneinander umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend Erfassen einer momentanen Gestalt der in Erzeugung befindlichen Zielstruktur durch Richten des zweiten Partikelstrahls auf einen Bereich des Substrats (13), in dem die Zielstruktur erzeugt wird, und Detektieren von Partikeln oder Strahlung, welche dabei durch den zweiten Partikelstrahl an dem Substrat (13) erzeugt werden, wobei die von der ersten Partikelstrahlsäule (7) zu erzeugenden Strahlablenkungen des ersten Partikelstrahls derart, dass dieser auf die Vielzahl von Orten des Substrats (13) gerichtet wird, ferner in Abhängigkeit von der erfassten momentanen Gestalt der in Erzeugung befindlichen Zielstruktur bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der von der ersten Partikelstrahlsäule (7) erzeugte erste Partikelstrahl ein Ionenstrahl, insbesondere ein Gallium-Ionenstrahl, ist und der von der zweiten Partikelstrahlsäule (3) erzeugte zweite Partikelstrahl ein Elektronenstrahl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Objekt eine TEM-Lamelle ist.
Partikelstrahlsystem (1) umfassend eine erste Partikelstrahlsäule (7), eine zweite Partikelstrahlsäule (3) und eine Steuerung (77), wobei die Steuerung (77) dazu konfiguriert ist, das Partikelstrahlsystem (1) so zu steuern, dass es das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführt.