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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Reduzieren der elektronenstrahlinduzierten Abscheidung von Kontaminationsprodukten
an einem Objekt nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung
zum Reduzieren der elektronenstrahl-induzierten Abscheidung von
Kontaminationsprodukten an einem Objekt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
10.
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Bei der mikroskopischen Untersuchung
von Objekten werden Mikroskope unterschiedlicher Art eingesetzt,
die für
den jeweiligen Anwendungszweck geeignet sind. Für hohe Vergrößerungen
und kontrastreiche Darstellungen eignen sich insbesondere Elektronenstrahl-Mikroskope,
wie etwa ein Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM), ein Rasterelektronen-Mikroskop
(REM) oder ein konfokales Elektronen-Scan-Mikroskop, (SEM) mit dem
eine Probe mit dem Fokus eines Elektronenstrahls in drei Dimensionen
abgetastet wird.
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Bei der Untersuchung von Proben mittels Elektronenstrahlen,
sei es nun mit einem TEM, REM oder SEM oder der Elektronen-Lithografie,
kommt es häufig
zu unerwünschten
Abscheidungen von Kohlenwasserstoffverbindungen oder Wasser auf
der Oberfläche
des zu untersuchenden Objektes. Hierzu können häufig drei Ursachen und deren
Kombinationen identifiziert werden, nämlich:
- – das Vakuumsystem
- – Gerätekomponenten,
wie ein beweglicher Probenhalter, Schmierstoffe, O-Ringe u. a.
- – Und
bereits vor der Durchführung
der Untersuchung an dem Objekt vorhandene Verunreinigungen.
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Die Kontaminationen stören zum
Einen das Bild und können
zum Anderen Objektstrukturen vortäuschen, die zu einer Fehlinterpretation
führen.
Bei der Messung kritischer Dimensionen (CD-Messung), die bei hoher
Vergrößerung und
damit bei hoher Strahlintensität
je Flächeneinheit
vorgenommen werden, bedeutet Kontamination auf der zu messenden Struktur
eine Veränderung
der eigentlichen Strukturbreite. Sie führt somit leicht zu Fehlmessungen.
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Wird eine CD-Messung mit Hilfe eines
SEMs auf Masken durchgeführt,
kann es aufgrund der entstandenen lichtabsorbierenden Kontamination
zur Zerstörung
der Maske kommen. Weiterhin ist für den Fall des sogenannten
Defect Review SEM die Herabsetzung der Leitfähigkeit von Materialien in
den Kontaktlöchern
nach einer Bestrahlung mit Elektronen als Problem bekannt. Die abgelagerten
Kohlenwasserstoffe wirken elektrisch isolierend.
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Zur Verhinderung bzw. Behebung der
beschriebenen Nachteile ist bereits eine Reihe von Möglichkeiten
bekannt. So wird in der
US 6,077,017 vorgeschlagen,
zur Verbesserung des Elektronenbeleuchtungssystems sog. Mikrolinsenstapel
einzusetzen. Zur Reinigung des Mikrolinsenstapels von Kontaminationen
wird vorgeschlagen, die einzelnen Mikrolinsen des Stapels individuell
durch Stromzufuhr zu erhitzen. Dies wird typischerweise bei einer
Temperatur von etwa 200 Grad Celsius zur Vermeidung von Ablagerungen
durchgeführt.
Mit einer gelegentlich durchgeführten
Erhitzung der Mikrolinsen auf 600 Grad bis 700 Grad Celsius können bereits
angelagerte Verschmutzungen entfernt werden.
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Aus der
US 6,105,589 ist ein Verfahren zum Reinigen
der Objektoberfläche
bekannt. Hierbei wird die Objektoberfläche mit Hilfe einer Plasmaentladung gereinigt.
An der Objektkammer wird hierzu eine Plasmaentladungseinrichtung
vorgesehen. Diese kann Luft oder ein anderes Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch enthalten.
Mit Hilfe der Plasmaentladung werden freie Sauerstoffradikale erzeugt.
Durch Konvektion dispergieren diese freien Sauerstoffradikale innerhalb
der Probenkammer und gelangen somit auch auf die Oberfläche des
Objektes. Dort sind diese freien Radikale in der Lage, die Oberfläche des
Objektes von Hydrocarbonaten zu reinigen, wobei diese in CO-Gas
oder Wasserdampf gewandelt werden.
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Aus der
US 6,038,015 ist weiterhin ein Verfahren
zum Befreien einer Maske von Kontaminationen bekannt, die beim Bestrahlen
mit Elektronenstrahlen störend
wirken. Dabei wird die Maskierung gescannt, wobei ein Detektor die
Elektronen erfasst, die am Punkt einer Kontamination emitiert werden. Nachdem
die Verschmutzung so detektiert worden ist, wird sie anschließend durch
ein Maskenreinigungssystem entfernt. Zum Entfernen der Kontamination
wird dabei ein Laserstrahl oder ein lokal zugeführtes, reaktives Gas verwendet.
Nachdem die Kontaminierung so entfernt worden ist, wird die Maskierung
auf das zu untersuchende Objekt gesetzt.
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Zum Reinigen der Oberfläche eines
Halbleiterwafers ist aus der
US
4,752,668 ein Verfahren bekannt, das mit Hilfe eines Excimerlasers
arbeitet. Hierzu wird der Wafer auf einem in einer Ebene verschiebbaren
Tisch positioniert und der Excimerlaser auf solche Punkte fokussiert,
an denen Material, insbesondere Verschmutzungen entfernt werden
sollen. Der Laserstrahl wird dabei durch ein Vakuum geführt und
die Verschmutzung über
die Pumpen der Vakuumpumpen abgeführt.
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Um die Bedingungen während des
Mikroskopierens zu verbessern und somit auch während des Mikroskopierens bei
höheren
Vergrößerungen
eine gute Möglichkeit
zu verwirklichen, Kontaminationen zu verringern, wird oftmals auch
eine sogenannte Kühlfalle
eingesetzt. Hierzu ist beispielsweise aus der
US 6,046,457 bekannt, einen Metallring,
insbesondere einen Kupferring, in der Nähe des zu untersuchenden Objektes
anzubringen. Durch dieses Verfahren wird die Kondensation von Kontaminationsprodukten
an der Kältefalle
begünstigt.
Bei SGM-Mikroskopen, die in der Halbleiter-Massen-Industrie eingesetzt
werden, ist diese Methode jedoch wenig verbreitet, da sie einen
hohen Wartungsaufwand mit sich bringt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der elektronenstrahl-induzierten
Abscheidung von Kontaminationsprodukten bei Bestrahlung eines Objektes
mit einem Elektronenstrahl vorzuschlagen, das wartungsfreundlich
ist und in einem weiten Bereich der Elektronenoptik anwendbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein
Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Im Hinblick auf die Vorrichtung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachgeordneten
Ansprüche.
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Die Erfindung macht sich demgemäß die überraschende
Erkenntnis zunutze, dass bei der Untersuchung eines Objektes mit
Hilfe eines Elektronenstrahles die Kontamination auf dem Objekt
dadurch reduziert werden kann, dass gleichzeitig mit dem Elektronenstrahl
auf das Objekt Licht einer geeigneten Wellenlänge geführt wird. Als besonders vorteilhaft
hat sich die Verwendung von ultraviolettem Licht insbesondere in
einem Wellenlängenbereich von
190nm bis 400nm erwiesen. Dieser Wellenlängenbereich kann sehr leicht
mit einer Deuterium-Lampe erzeugt werden, deren Licht auf die Oberfläche des
Objektes gerichtet wird. Vorteilhafterweise wird die Lichtquelle
hierzu außerhalb
der Untersuchungseinrichtung, d.h. z. B. außerhalb des REM, TEM oder SEM
angeordnet. Das Licht der Lampe kann dann beispielsweise durch ein
für die
Wellenlänge
transparentes Fenster in das Innere der Untersuchungseinrichtung
gerichtet werden. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da im
Inneren der Untersuchungseinrichtung ein Vakuum erzeugt werden muss,
um eine fehlerfreie Richtung des Elektronenstrahls auf das Objekt
zu gewährleisten.
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In einer alternativen Ausführungsform
ist es auch möglich,
das Licht mit Hilfe eines Wellenleiters in das Innere der Untersuchungseinrichtung
auf die Probe zu leiten. Dabei wird der Wellenleiter durch eine
Vakuumdurchführung
in das Innere der Untersuchungseinrichtung verlegt. Somit ist gewährleistet, dass
im Inneren der Untersuchungseinrichtung das Vakuum aufrecht erhalten
werden kann. Gleichzeitig ist es möglich, außerhalb der Untersuchungseinrichtung
jede beliebige Lichtquelle zu verwenden, mit deren Hilfe die Kontamination
reduziert werden kann.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Figuren sowie der zugehörigen
Beschreibungsteile.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1.
eine schematische Darstellung einer durch Bestrahlung mit einem
Elektronenstrahl entstandene Kontamination
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2 eine
qualitative Darstellung der zeitabhängigen Entwicklung einer Kontaminationsschichtdicke
bei Bestrahlung mit UV-Licht
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3 ein
qualitative Darstellung der Langzeitentwicklung der Kontaminationsschichtdicke
bei Bestrahlung mit UV-Licht
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4 eine
schematische Darstellung einer Elektronenstrahl-Untersuchungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zum Reduzieren von Kontaminationen.
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Eine elektronenstrahlinduzierte Abscheidung von
Kohlenwasserstoffverbindungen, Wasser oder anderem auf Probenoberflächen bei
der sogenannten CD-SEM Messung ist schematisch in 1 dargestellt. Bei dieser CD-Messung (Messung
kritischer Dimensionen), die mit einem SEM-Mikroskop durchgeführt wird,
sind hohe Vergrößerungen
und damit hohe Elektronenstrahlbelastungen je Flächeneinheit erforderlich. Typischerweise
entstehen bei der Bestrahlung des Objektes 12 dabei annähernd rechteckige
Kontaminationen 10. Die Kontamination 10 absorbiert
die Elektronenstrahlung und stört
damit die Messung in erheblichem Maße. Außerdem kann die Kontamination 10 zur
Zerstörung
der Maske führen, die
im vorliegenden Fall das Untersuchungsobjekt 12 bildet.
Entsprechend ist es auch erforderlich, die Bildung von Kontaminationen 10 bereits
während
der Bestrahlung des Objektes 12 mit dem Elektronenstrahl
zu verhindern oder zumindest so weit als möglich zu reduzieren.
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Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass die Bildung von Kontaminationen 10 bei der
Bestrahlung eines Objektes 10 mit Elektronenstrahlen dadurch
reduziert werden kann, dass gleichzeitig mit dem Elektronenstrahl
Licht einer geeigneten Wellenlänge
auf die Oberfläche
des Objektes 10 geführt
wird.
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Die Schichtdicke der Kontaminationen 10 lässt sich
mit Hilfe von Ellispometermessungen bestimmen, da diese Messung
sehr sensitiv im Falle dünner
Schichten ist. Wird gleichzeitig mit der Ellipsometermessung eine
Bestrahlung des Messfleckes mit einer DUV-Lampe (Deuterium-Lampe
mit 190 nm – 400
nm Wellenlängenbereich)
so kann ein deutlicher Abfall der Gesamtdicke mit der Zeit festgestellt werden.
In 2 ist die Abnahme
der Schichtdicke für
einen Zeitraum von zehn Minuten wiedergegeben. Dabei fällt die
Schichtdicke bei der Bestrahlung des Messfleckes mit einer DUV-Lampe
innerhalb des dargestellten Zeitbereichs 14 bis 18,
also von zehn Minuten, um etwa 0,6 Angström ab. Dieser Abfall der Schichtdicke
kann auf eine DUV-induzierte Abtragung der Kontaminationsschicht
zurückgeführt werden.
Die nur schwache chemische Bindung der Objektoberfläche zu den
Kontaminationen 10 besteht im wesentlichen in van-der-Waals-Bindungen.
Diese wird durch die DUV-Bestrahlung aufgehoben. Die Kohlenwasserstoffe,
das Wasser oder die übrigen Kontamiantionsverbindungen
an der Oberfläche
des Objektes 12 werden somit durch die Bestrahlung mit einer
geeigneten Lichtquelle, insbesondere mit energiereicher DUV-Strahlung
aufgespalten. Damit werden sie auch von der Oberfläche des
Objektes 12 entfernt.
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Wie weitere Untersuchungen gezeigt
haben, ist die Abtragrate und der Gesamtbetrag der abgetragenen
Kontaminationsschicht von der Intensität des verwendeten Lichtes,
insbesondere des DUV-Lichtstrahles abhängig.
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In 3 ist
eine Schichtdickenmessung dargestellt, bei der wiederum der Einfluss
einer DUV-Bestrahlung auf die Schichtdicke der Kontaminationsschicht
als Funktion der Zeit dargestellt ist. Zum Zeitpunkt T = 0 liegt
eine Schichtdicke der Kontaminationsschicht von ca. 25,900 nm vor.
Mit zunehmender Zeit fällt
die Dicke der Schicht, wie qualitativ in 3 dargestellt, entsprechend der Kurve 22 ab
und erreicht zum Zeitpunkt T = 3 Stunden, der in 3 durch das Bezugszeichen 20 wiedergegeben
ist, einen Wert von etwa 25,548 nm. Wie 3 ebenfalls zu entnehmen ist, stellt
sich bei der Belichtung mit der DUV-Lampe zum Zeitpunkt T = 1 Stunde, der
mit dem Bezugszeichen 24 markiert ist, bis zum Zeitpunkt
des Endes der Messung 20 nahezu ein Gleichgewichtszustand
ein. Dies bedeutet, dass in diesem Zeitfenster zwischen den Zeitpunkten 24 und 20 keine
wesentlichen Abtragung der Schicht mehr erfolgt. Die Gleichgewichtsschichtdicke
ist entsprechend geringer, wenn eine DUV-Lampe verwendet wird, die eine größere Lichtintensität aufweist.
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In den den 2 und 3 zugrunde
liegenden Messungen wurde jeweils eine Kontaminationsschicht SiO2 auf einem Siliziumsubstrat bei gleichzeitiger
DUV-Bestrahlung gemessen. Beide Figuren zeigen deutlich, dass die
Lichtenergie einer DUV-Lampe in einem Wellenlängenbereich von 190 – 400 nm ausreicht,
um die Bindung einer Kontamination 10 an die Oberfläche eines
Objektes 12 aufzubrechen. Dabei ist die Abtragrate jedoch
sehr klein. Eine bereits verunreinigte Oberfläche eines Objektes 12 kann
somit bei kurzzeitiger Bestrahlung, d. h. bei kurzzeitiger Messung,
wie sie insbesondere bei CD-Messungen typisch
sind, nicht vollständig
entfernt werden. Wird jedoch die Bestrahlung mit der DUV-Lame bereits
vor Beleuchtung des Objektes 12 mit dem Elektronenstrahl
begonnen, so kann die Ausbildung weiterer Kohlenwasserstoffanlagerungen
an das Objekt 12 verhindert oder zumindest in gewissen
Grenzen herabgesetzt werden.
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In 4 ist
eine Vorrichtung gezeigt, die zur Reduzierung der elektronenstrahl-induzierten
Abscheidung von Kontaminationen 10 in vielen Mikroskopen
eingesetzt werden kann. Als Beispiel hierzu ist in 4 ein SEM zugrundegelegt.
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Typischerweise ist zunächst eine
schwingungsisolierende Schicht 26 vorgesehen. Auf dieser wird
eine Positioniereinrichtung 28 aufgebracht, auf der ein
Objekt 30, beispielsweise ein Wafer, positioniert werden
kann. Mit Hilfe einer Elektronenstrahlquelle 42 wird ein
Elektronenstrahl 44 durch eine Fokussiereinheit 50 auf
die Oberfläche
des Objektes 30 geführt.
Die bei SEM Untersuchungen erforderliche x-y-Abtastung wird durch
eine x-y-Ablenkeinrichtung 54 erzeugt. Die beim Abtasten
des Objektes 30 gewonnenen Signale werden von Detektoren 52 erfasst und
einer Signalerfassungseinheit 46 zugeführt. Die Signalerfassungseinheit 46 steht
mit einer Datenverarbeitungs- und Datenzeigeeinrichtung 48 in
Verbindung. So können
die gewonnen Daten weiterverarbeitet und angezeigt werden.
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Da das Elektronenstrahl-Untersuchungssystem 11 in
einem Vakuum untergebracht sein muss, hat es sich als günstig herausgestellt,
die zusätzliche Beleuchtungsquelle,
also etwa die Deuterium-Lampe 34 außerhalb des Vakuums in einem
Lampengehäuse
unterzubringen. Der von der Deuterium-Lampe 34 ausgehende
Lichtstrahl 32 wird auf eine Vakuumdurchführung 36 geleitet.
Vorteilhafterweise wird der Lichtstrahl aus der Deuterium-Lampe 34 unmittelbar in
einen Lichtleiter 38 eingespeist. Der Lichtleiter 38 wird
dann durch die Vakuumdurchführung 36 geführt und
in der Nähe
der Oberfläche
des zu untersuchenden Objektes 30 so positioniert, dass
an seinem Ende die Lichtstrahlung auf die zu untersuchende Objektoberfläche austreten
kann. Zusätzlich
kann am Ende des Lichtleiters eine Fokussiereinrichtung 40 vorgesehen
werden, um den Lichtstrahl exakt auf der Oberfläche des Objektes 30 fokussieren
zu können.
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Obwohl der Lichtstrahl 32 der
Deuterium-Lampe mit Hilfe eines Lichtleiters 38 auf die
Probe geführt
werden kann, ist es selbstverständlich auch
möglich,
ein für
das verwendete Licht transparentes Fenster einzusetzen. Damit kann
der Lichtstrahl in das Innere der Elektronenstrahl-Untersuchungseinrichtung 11 gelangen.
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Sofern nur Teile des von der Lampe 34 ausgesendeten
Lichtes 32, etwa ein bestimmter Spektralbereich, verwendet
werden soll, können
geeignete Lichtfilter eingesetzt werden.
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Die Lichtquelle 34 kann
auch im Inneren der Elektronenstrahl-Untersuchungseinrichtung 11 zur Untersuchung
des Objektes 30 angeordnet werden. Voraussetzung hierzu
ist allerdings, dass dies der Bauraum im Inneren der Elektronenstrahl-Untersuchungseinrichtung 11 und
die Art der Lichtquelle 34 zulassen. Die Sensoren 52 zum
Detektieren von Signalen, die aus der Bestrahlung des Objektes 30 mit dem
Elektronenstrahl 44 herrühren, sind bevorzugt so angeordnet,
dass sie durch den Lichtstrahl 32 nicht beeinflusst werden.
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- 10
- Kontamination
- 11
- Elektronenstrahl-Untersuchungseinrichtung
- 12
- untersuchtes
Objekt
- 14
- Startzeitpunkt
Messung
- 16
- Kurve
- 18
- Endzeitpunkt
Messung
- 20
- Endzeitpunkt
Langzeitmessung
- 22
- Messkurve
- 24
- Zeitpunkt
T = 1h
- 26
- Vibartionsisolierende
Schicht
- 28
- Positionierungstisch
- 30
- Objekt
- 32
- Lichtstrahl
- 34
- Lampe
im Gehäuse
- 32
- Lichtstrahl
- 36
- Vakuumdurchführung
- 38
- Lichtleiter
- 40
- Fokussiereinrichtung
- 42
- Elektronenstrahlquelle
- 44
- Elektronenstrahl
- 46
- Signalerfassungseinheit
- 48
- Daten
Prozessor und Anzeigeeinheit
- 50
- Elektronenlinse
- 52
- Detektoren
- 54
- x-y-Ablenkeinheit