KR20060045785A - 소형구조체를 수정하기 위한 스타일러스장치 - Google Patents

소형구조체를 수정하기 위한 스타일러스장치 Download PDF

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KR20060045785A KR1020050031614A KR20050031614A KR20060045785A KR 20060045785 A KR20060045785 A KR 20060045785A KR 1020050031614 A KR1020050031614 A KR 1020050031614A KR 20050031614 A KR20050031614 A KR 20050031614A KR 20060045785 A KR20060045785 A KR 20060045785A
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Abstract

따라서 본 발명에 의하면, 반도체 및 마스크들내부의 결함을 확인하고 수리하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법에 의해 결함들이 수정되면, 고정에 의해 에칭되어 떨어지는 조각들 및 결함들이 종래기술의 화학적 후처리방법에 의해 제거된다. 미세구조내부의 결함들을 수리하기 위해 상기 방법이 가장 양호하지만 상대적으로 거칠고 큰 구조에 대한 수리가 고려될 수 있다. 크기가 큰 결함에 대하여, 대부분의 결함을 밀링가공하기 위하여 초점맞춰진 이온빔(FIB)가 이용되고, 미세한 결함을 수리하기 위하여 본 발명이 이용된다. 본 발명이 가지는 장점에 의하면, 불순물을 이식하지 않고도 매우 미세한 구조들을 수리하기 위해 본 발명이 이용된다. 본 발명은 리소그라피 마스크들내부의 결함들을 수리하는 것에 국한되지 않고 나노 또는 마이크로 스케일의 구조를 수정하기 위해서 이용될 수 있다.

Description

소형구조체를 수정하기 위한 스타일러스장치{Stylus System for Modifying Small Structures}
도 1은 스타일러스 나노 프로파일러미터(SNP)의 프로브(probe)를 도시한 도면.
도 2는 SNP의 개략도.
도 3 및 도 4는 SNP의 프로브헤드를 구성하는 주요부분들을 도시한 도면들.
도 5는 결함을 가진 영역의 영상을 도시한 도면.
도 6은 트렌치주위 및 내부에서 결함을 도시한 단면도.
도 7은 압력의 함수로서 마모율을 도시한 곡선.
도 8은 파편을 제거하기 위한 채널을 가진 프로브팁을 도시한 도면.
*부호설명*
20.....프로브 30....샘플표면
60.....평형빔 500...목표영역
본 발명은 반도체내부의 결함들 및 리소그라피내부의 마스크결함을 수리하기 위한 분야에 관한 것이다.
장치밀도가 높은 반도체들을 제조하기 위하여 반도체 웨이퍼들위에서 밀착되고 소형인 특징구조를 가지며 높은 해상도를 가진 리소그라피가 필요하다. 상기 특징구조가 임시적인 포토레지스트내에서 포토리소그라피과정에 의해 형성되고, 포토레지스트 특징부가 웨이퍼위에서 영구적인 구조체를 형성하기 위해 이용된다. 예를 들어, 구멍들이 절연층들내에 형성되고 다음에 회로내부에서 층들사이의 연결부를 형성하기 위해 전도성재료로 충진된다. 트렌치(trench)들이 절연층내에 형성되고 다음에 커패시터를 형성하기 위하여 전도성재료로 충진된다. 칩(chip)을 형성하는 한 개의 영역으로부터 다른 영역으로 신호를 전달하기 위한 버스(bus)들을 구성하기 위하여 얇은 전도라인들의 그룹들이 형성된다. 전도체 그룹들이 각 전도체의 폭 및 피치(pitch) 즉 전도체들사이의 거리에 의해 구분된다.
장치밀도가 증가함에 따라 결함없이 리소그라피과정을 위한 포토 마스크를 형성하기 위한 어려움이 증가한다. 포토마스크 층들위에 형성되는 결함들은 패턴발생과정동안 형성되는 결함 또는 포토레지스트내부의 이물질의 작은 입자들, 거품들에 의해 형성된다. 계속해서 생산되는 마스크는 교체되어야 하는 마스크로서 결함을 가지는 경향을 가지기 때문에 결함을 가진 마스크를 교체하는 것은 비실용적이다. 따라서 결함을 가진 마스크를 수리하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 목적을 위하여 결함을 확인하고 수리하기 위하여 조립과정을 계속해서 감시하는 것이 필요하다. 일부 경우에 있어서, 조립라인을 통과하는 모든 웨이퍼들은 소위 인라인(in-line) 측정장비내에서 측정된다.
엔지니어들은 웨이퍼위에 형성된 영구적인 특징부 및 임시적인 포토레지스트 층위에 형성된 특징부들을 감시한다. 상기 특징부들은 삼차원구조체이고 완전한 특징화는 전도체 또는 구멍의 상부폭과 같은 표면크기가 아니라 특징부의 완전한 삼차원 프로파일을 표시한다. 예를 들어, 이상적인 특징부는 전형적으로 수직의 측벽들을 가지더라도, 실제의 측벽들은 상부표면아래에서 특징부를 확대하거나 감소시키는 과도한 기울기를 가진다. 공정엔지니어는 결함을 수정하기 위하여 정밀하게 결함들을 감시할 수 있어야 한다.
종래기술에서 감시방법이 설명된다. 예를 들어, 스캐닝프로브 마이크로스코피에 의해 서브-나노미터의 해상도를 가지고 표면들이 삼차원으로 이미지형성한다. 스캐닝 프로브 마이크로스코프(SPM)은 기질의 표면을 가로질러 완만한 속도로 스캐닝되는 소형의 프로브 팁(tip)을 이용한다. 여러 가지 형태의 원자 인력 마이크로스코프(AFM)을 포함한 다수 형태의 SPM들이 제공된다. SPM은 두가지 모드들 즉 접촉모드 또는 비접촉모드로서 작동할 수 있다. 접촉모드에서, 프로브 팁(probe tip)은 샘플표면과 물리적으로 접촉한다. 비접촉모드에서, 프로브팁은 샘플표면과 실제로 접촉하지 못한다. 대신에 프로브팁은 샘플표면과 근접하게 배열되고 프로브팁 및 표면사이의 상호작용력이 측정된다.
반도체공정에서 이용되는 AFM의 형태에서, 피에조전기 작동기에 부착된 캔틸레버에 프로브팁이 부착된다. 캔틸레버에 의해 형성된 공명주파수의 진동크기가 캔틸레버의 후방표면으로 레이저빔을 포토다이오드 센서에 반사시켜 감시된다. 캔틸레버의 진동크기변화에 의해 동일주파수에서 광학센서의 판독신호가 변화한다. 상기 크기는 팁샘플상호작용의 변화 일반적으로 팁 및 샘플사이의 거리변화에 민감하다. 작동기는 팁샘플 상호작용의 크기를 유지한다. 샘플표면위에 피크(peak) 및 밸리(valley)에 응답하여 프로브팁은 상하로 운동한다. 접촉에 근접한 위치에서 수직위치가 표로 작성되고 표면의 프로파일을 제공한다.
전형적으로 (극미세 운동이 가능한 )피에조전기 스캐너가 샘플위에서 프로브를 정확히 위치설정하기 위한 위치설정 스테이지로서 이용된다. 스캐너가 스캔의 제 1 라인을 가로질러 후방으로 프로브팁을 이동시킨다. 다음에 스캐너가 수직방향으로 제 2 스캐너라인으로 이동하고 제 2 스캐너라인을 가로질러 제 3 라인 등으로 이동한다. 교대로 배열된 데이터의 라인들이 마주보는 방향으로 제공되지 않기 때문에 상기 경로는 종래기술의 래스터(raster) 패턴과 상이하다. 스캐너 히스테리시스로부터 발생하는 라인 대 라인 일치에러를 최소화하기 위하여 AFM데이타는 일반적으로 단지 한방향으로 수집된다.
스캐너가 스캐너라인을 따라 프로브팁을 이동시킬 때, 상기 AFM은 동일하게 이격된 구간에서 샘플의 표면에 관한 데이터를 수집한다. 상기 데이터 위치들사이의 이격거리가 스텝 사이즈 또는 픽셀사이즈로서 설명된다. 스캔의 정밀도가 상대적으로 작은 픽셀 크기(상대적으로 많은 개수의 데이터위치들 또는 픽셀밀도)를 이용하여 증가된다. 그러나 상대적으로 큰 픽셀밀도를 이용하는 스캔은 저장 및 처리를 위해 상대적으로 많은 리소스(resource)를 요구하고 완성하기 위해 더 많은 시간을 요구한다.
캔틸레버에 기초한 AFM기구들은 대량생산용 CD 측정장치 적용예를 위한 유용 성을 제한하는 문제점들을 가진다. 프로브팁이 샘플표면과 계속해서 접촉하는 접촉식 AFM들은 팁이 마모되고 샘플로부터 프로브팁까지 오염물이 서서히 증가하는 경향을 가진다. 비접촉식 AFM들은 팁이 마모되는 문제점을 가지지 않지만, 국소적인 전하, 습도 또는 입자오염에 의해 야기되는 에러를 가질 수 있다. 팁이 샘플표면과 근접한 위치에 유지되어야 하기 때문에 모든 형태의 캔틸레버 기초 AFM들은 또한 팁 또는 샘플손상의 가능성을 가진다. 모든 형태의 캔틸레버 기초 AFM들은 낮은 처리량을 가진다. 현재의 임계크기를 정확히 측정하기 위하여 충분한 해상도로 작동될 때, 한 개의 특징부를 가로질러 측정하기 위해 수 분의 시간이 소요되고 50 μm 제공영역을 측정하기 위해 여러 시간이 소요된다. 따라서 생산작업에서 종래기술의 AFM들은 단지 반도체칩의 제한된 영역을 프로파일처리한다.
흔히 이용되는 형태의 스타일러스(stylus)장치는 본 출원의 양수인이고 오레곤주 힐스보로에 소재한 FEI 사로부터 구입할 수 있는 스타일러스 나노프로파일로미터(SNP)이다. 전형적인 AFM에 의해 이용되는 캔틸레버 장치와 대조적으로, " 하중감지 장치, 자기장착된 록킹 요소" 에 관해 그리피스 씨등에게 허여된 미국특허 제 5,307,693에 공개되고 " 스캐닝 프로브 마이크로스코프내에서 프로브 평형빔을 위한 기구" 에 관해 브라이슨 씨 등에게 허여된 미국특허 제 5, 756,887호에 공개된 것과 같이 록킹평형빔에 부착된 프로브팁이 SNP에서 이용된다. 표면위에서 프로브를 스캐닝하는 동안 감지하는 다른 장치와 상이하게, 표에 하강하여 서로 다른 위치들에서 표면과 접촉하여 표면의 기하학적 형상이 SNP에 의해 측정된다. 따라서 스캐닝장치와 상이하게 SNP는 표면을 향해 신속하게 하강하고 표면과 접촉하며 다음에 새로운 위치로 이동한다. 최근에 개발된 프로브팁들은 0.2μm 이하의 대략 정사각형 또는 원통형의 구조를 가진다. 상기 소형의 프로브팁은 일반적으로 미크론미터크기로서 상대적으로 짧고 더욱 무거운 팁지지부에 의해 근접한 단부위에 지지된다.
전형적인 프로브가 도 1에서 개략도시된다. SNP가 작동하는 동안 프로브(20)는 라인을 따라 수평으로 불연속적으로 스캐닝된다. 전형적으로 주기적으로 이격되는 여러위치들에서 프로브(20)의 수평스캔이 정지되고, 프로브(20)가 기판표면(12)에 의해 정지될 때까지 프로브(20)가 하강된다. 하기 설명되는 회로가 프로브팁이 정지하는 높이를 측정한다. SNP프로브(20)는 다음에 수직특징들을 제거하기 위해 표면(12)으로부터 충분한 거리까지 이동하고 수평으로 정해진 거리까지 이동하며 수직으로 표면(12)을 향해 이동한다. 예를 들어, 트렌치(10)내부 및 측벽(14)위에서 조사되는 특징부주위의 일련의 측정값들이 샘플의 형상 또는 프로파일을 제공한다.
SNP는 도 2의 측면도에서 개략도시된다. 연속적으로 경사스테이지(34), x-슬라이드(slide)(36) 및 y-슬라이드(38)위에서 지지되는 지지표면(32)위에서 검사된 샘플표면(30)이 지지되고, 샘플표면(30)에 관한 수평의 이차원 및 경사제어를 제공하기 위하여 각각의 축들을 따라 상기 슬라이드들 및 스테이지가 이동할 수 있다. 경사스테이지는 수직의 Z 운동으로 10nm 이상이동할 수 있다. 상기 기계적인 스테이지들이 상대적으로 큰 범위의 운동을 제공하더라도, 스테이지의 해상도는 조사시 요구되는 해상도와 비교하여 상대적으로 거칠다. 진동안정성을 제공하고 무 거운 그래니트(granite) 슬래브(40)위에 하부의 y-슬라이드(38)가 배열된다. 갠트리(42)가 상기 그래니트슬래브(40)위에서 지지된다. 밀폐 루프(loop)내에서 선형화된 커패시터들에 으해 제어되는 피에조구동식 3축고정장치(46)에 의해 x 및 y축으로 약 30μm 및 z축으로 125μm를 제공하는 중간의 피에조전기 작동기(45)를 통해 프로브 헤드(44)가 갠트리(42)로부터 수직의 z 방향으로 매달린다. 프로브(20)가 선택적으로 샘플표면(30)의 상부면과 연결되어 수평 및 수직의 크기를 결정하도록 프로브헤드(44)로부터 하부로 돌출하는 소형의 프로브(20)가 상기 프로브헤드(44)에 포함된다.
도 2에 도시된 프로브헤드(44)의 주요부분들이 도 3 및 도 4의 측면도들에 도시된다. 피에조전기 작동기(45)의 하부에 고정된 절연지지부(50)가 도 2에 대하여 상부에서 자석(52)을 포함한다. 절연지지부(50)의 하부에 두 개의 고립된 커패시터 판(54,56) 및 두 개의 상호연결된 접촉패드(58)들이 배열된다. 전도성 빔(60)이 두 개의 횡방향측부들위에서 중간에 배열되고 금속성인 두 개의 강자성 볼베어링(62,64)들에 전기연결된다. 볼베어링(62,64)들이 접촉패드(58)위에 배열되고, 일반적으로 커패시터 판(54,56)들사이에 배열되며 자석(52)에 의해 제위치에 고정된다.
약 25μm의 평형 수직간격(66)이 커패시터판(54,56) 및 빔(60)사이에 있을 때 절연지지체(50)와 평행한 위치에 빔(60)이 고정된다. 각각의 커패시터패드(54, 56) 및 전도성 빔(60)사이에 두 개의 커패시터가 형성된다. 커패시터판(54,56) 및 접촉패드(58)은 모두 전도성 빔(60)과 전기연결되고 또한 외부측정을 위한 세 개의 터미널 및 제어회로들에 연결된다. 빔(60)은 외측단부에서 유리탭(70)을 고정하고, 조사되는 샘플(30)의 상부와 선택적으로 연결되기 위하여 하향으로 돌출하는 프로브(20)를 가진 스타일러스(72)가 상기 탭에 고정된다. 도시되지 않은 더미(dummy) 스타일러스 또는 빔(60)의 다른 단부위에서 대체중량이 중립위치에서 빔의 대략적인 기계적 발란싱을 제공한다.
전형적인 SNP가 하중 발란스 장치의 이용을 통해 작동하여, 외부에서 작용하는 하중( 즉 프로브팁이 특징부분을 만날 때 발생되는 하중)이 감지장치위에 작용하고, 센서출력을 영으로 구동하기 위하여 국소적으로 발생되는 대응하중이 상기 감지장치의 출력에 의해 발생된다. 도면에 도시되지 않은 전기선들에 의해 커패시터판(54,56) 및 두 개의 접촉패드(58)들이 별도로 외부측정부의 세 개의 단자들 및 제어회로에 연결된다. 상기 서보장치는 두 개의 커패시터판(54,56)들을 평형위치에 유지하기 위하여 서로 다른 전압을 상기 커패시터판(54,56)에 제공하고 두 개의 커패시터들을 측정한다. 조사되는 특징부의 표면과 프로브(20)가 접촉하는 위치까지 피에조전기 작동기(45)가 스타일러스(72)를 하강시킬 때, 샘플표면(30)과 프로브(20)가 접촉할 때 빔(60)이 흔들린다. 커패시터판(54,56)들사이의 커패시턴스의 차이가 감지되고 서보회로는 두 개의 커패시터들을 가로 질러 서로 다른 전기회로를 적용하여 빔(60)의 평형을 다시 제공하려 한다.
SNP가 작동할 때, 두 개의 서로 다른 피드백루프가 작동한다. 프로브(20)가 샘플표면(30)과 접촉할 때까지 프로브헤드(44)가 하강될 때, 전형적으로 상기 평형빔(60)은 평형으로부터 조금 벗어난다. 이중의 피드백 시스템은 피에조전기 작동 기(45)에 의해 프로브(20)의 수직위치를 조정하고 두 개의 커패시터들을 가로 질러 서로 다른 전업을 적용하여 빔이 평형상태로 돌아가게 한다. (빔의 평형을 형성하기 위해 전압에 의해 측정된)프로브(20)에 작용하는 하중이 하중설정점이하일 때마다, 피에조전기 작동기(45)가 프로브헤드를 하강시킨다. 프로브(20)위에 작용하는 하중이 하중설정점이상이면, 피에조전기 작동기(45)는 프로브헤드(44)를 상승시킨다. 두 개의 피드백 루프들이 평형에 도달할 때, 프로브(20)위에 작용하는 하중은 하중설정점에 위치하고 빔(60)은 평형위치로 귀환한다. 상기 상태가 제공될 때, 측정된 특정데이타에서 특징부의 깊이 또는 높이의 표시로서 피에조전기 작동기(45)의 수직위치가 이용된다.
일부적용예에 있어서, SNP는 약 1 미크론내에서 해당 특징부의 위치설정을 위하여 광학패턴 인식을 이용한다. 따라서 광학장치 및 팁사이의 오프셋을 설정하는 것이 필요하다. 광학장치에 의해 팁핑거(tipfinger)위에 기준위치를 위치설절한 후에 팁핑거라고 설명되는 패턴을 스캐닝하여 상기 설정이 이루어진다. 상기 팁핑거가 미국특허 제 6,178,653호에 설명된다. 패턴의 구성영역위에 배열된 스캔라인이 패턴의 X,Y 좌표계에 대해 수직으로 약간 코딩되어, 광학장치에 대해 팁이 배열되는 위치를 형성한다.
초점맞춰진 이온빔 밀링 및 레이저 제거를 포함한 종래기술에서 수리방법이 공개된다. 그러나 상기 방법을 이용하여 작은 결함을 수리하는 것은 매우 어렵다. 선택적으로 특징부들을 관찰하고 마스크 또는 웨이퍼로부터 과도한 재료를 긁고 재료가 부족한 재료를 증착시키기 위해 스캐닝 터널링 마이크로스코프 프로브를 이용 하여 작은 결함을 수리할 수 있다. 상기 방법이 미국특허 제 6,197,455호에 공개된다. 그러나 상기 방법은 수리되어야하는 특징부분의 관찰을 위하여 프로브 및 전도성 표면사이의 상호작용을 요구한다.
스캐닝 프로브 마이크로스코피를 이용한 수리가 일반적으로 미국특허 제 6,353,219호에 공개되고, 캔틸레버장착식 프로브가 표면에 대해 가압되고 절삭을 위해 표면을 가로질러 이동된다. 표면위에서 스캐닝되는 캔틸레버시스템들은 프로브팁의 손상을 방지하기 위해 서서히 표면에 접근해야 한다. 프로브가 조정구조체 및 공작물사이에서 프로브가 이동될 때 또는 측정 및 공정이 변환될 때 공정은 서서히 진행된다. 또한 상기 시스템에서, 표면에 대해 프로브에 의해 가해지는 압력 및 하중이 서로 다른 형상에 대해 스캐닝된다. 마모는 하중에 대해 비선형적으로 관련되기 때문에 마모는 시간에 대해 예견될 수 없다.
전도성 또는 비전도성을 가진 마스크 또는 웨이퍼의 특징부분들내에 결함을 수리하기 위한 방법이 요구된다. 단일기구에 의해 수행되는 관찰방법에 의해 상기 방법이 조합되는 것이 요구된다. 또한 공지된 높은 적용압력에서 정해진 패턴에서 신속한 행정을 이용하여 결함을 수리하기 위한 방법이 요구된다.
따라서 본 발명에 의하면, 반도체 및 마스크들내부의 결함을 확인하고 수리하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법에 의해 결함들이 수정되면, 고정에 의해 에칭되어 떨어지는 조각들 및 결함들이 종래기술의 화학적 후처리방법에 의해 제거된다. 미세구조내부의 결함들을 수리하기 위해 상기 방법이 가장 양호하지만 상대적으로 거칠고 큰 구조에 대한 수리가 고려될 수 있다. 크기가 큰 결함에 대하여, 대부분의 결함을 밀링가공하기 위하여 초점맞춰진 이온빔(FIB)가 이용되고, 미세한 결함을 수리하기 위하여 본 발명이 이용된다. 본 발명이 가지는 장점에 의하면, 불순물을 이식하지 않고도 매우 미세한 구조를 수리하기 위해 본 발명이 이용된다. 본 발명은 리소그라피 마스크들내부의 결함들을 수리하는 것에 국한되지 않고 나노 또는 마이크로 스케일의 구조를 수정하기 위해서 이용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 마이크로 또는 나노미터 스케일의 구조체를 포함하여 소형구조를 신속하고 정밀하게 수정하기 위한 방법을 제공하고 상기 방법이 나노스코프 정도에서 반도체 및 리소그라피 포포마스크내에 결함을 수리하기에 적합하다. 본 발명에 의하면, 전도성 또는 비전도성인 특징부분내에서 결함을 수리하기 하기 위한 방법이 제공된다. 또한 마스크 또는 웨이퍼의 표면을 관찰하고 마스크 또는 웨이퍼위에서 전도성 및 비전도성 특징부분들의 수리를 수행하기 위한 단일 기구가 이용될 수 있다.
선호되는 실시예에 의하면, 결함수리를 위하여 공지의 고압력에서 정해진 패턴으로 신속한 횡방향행정을 수행하기 위한 방법이 제공된다. 본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, 저하중에서 결함을 위치설정하고 특징화하기 위하여 스타일러스나노 프로파일로미터(SNP)가 이용된다. 결함을 포함한 연마영역이 형성된다. 프로브가 연마영역에 걸쳐서 위치마다 이동한다. 프로브가 이동할 때 프로브는 표면과 연속적으로 하중제어상태로 접촉한다. 일부 실시예에서 프로브의 팁이 패턴내에서 신속하게 디더된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 수리경계 또는 " 매니폴드 " 가 구체화된다. SNP프로브의 팁이 매니폴드를 통과하지 못한다. 매니폴드가 도달하는 위치에서 연마를 효과적으로 중지하기 위하여 프로브팁이 위치피드백된다. 상기 방법에 의해 수리의 기하학적 형상은 자동제한되고 수리가 정해진 한도내에서 완성된다. 단순히 매니폴드는 표면으로 특정거리에 위치한다. 수직구조위에서 결함의 수리를 위한 수직성분이 매니폴드에 의해 표시된다. 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 수리공정동안 프로브팁의 정확한 위치설정 및 팁마모를 평가하기 위하여 규칙적이거나 불규칙적인 간격에서 기준위치 또는구조가 관찰될 수 있다. 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 프로브팁은 조각의 제거를 용이하게 하고 하중을 집중시키도록 형성된다.
본 발명의 상세한 설명이 이해되도록 본 발명의 기술적 장점들 및 특징들이 설명되었다. 본 발명의 다른 특징들이 하기에 설명된다. 당업자들은 본 발명의 목적들을 수행하기 위해 다른 구조들을 수정하고 제공하기 위해 상기 구성 및 설명을 이용할 수 있다. 당업자는 청구범위에 첨부된 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 동등한 구성을 제공할 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, 포토 마스크 및 반도체내에서 결함들을 수리하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 선호되는 실시예에 의하면, 관시영역내부의 결함들이 확인된다. 따라서 각 결함에 대해 "매니폴드(manifold)" 즉 재료를 제거하기 위해 프로브팁이 이동하는 공간영역위에서 경계구속부가 결함의 수리 를 위해 형성된다. 감시를 위해 이용되는 동일한 프로브가 바람직한 프로브가 수리를 위해 선택된다. 결함이 알고리듬의 제어에 의해 수리되고 선택적으로 수리영역이 다시 검사되고 수리공정이 반복된다. 상기 단계들이 완전히 작동화되거나 사용자는 각 단계를 연속적으로 개시해야 한다. 단계들의 프로그래가능한 시퀀스 및 다른 시퀀스사이에서 사용자가 선택한다.
따라서 예비적인 단계에서 수리되어야 하는 마스크 또는 반도체가 본 발명의 장치내에 장착된다. 상기 마스크/반도체( 이하 "대상물"이라 함)이 스타일러스 나노 프로파일로미터(SNP)의 스테이지위에 배열되어, 상기 스테이지의 x축 및 y축은 대상물의 직교축에 대해 정해진 관계를 형성한다. 상기 목적을 위하여, 대상물위에 배열된 세 개의 미지 기준위치들의 기능은 대상물좌표계내에서 한 개의 위치를 결정하는 것이다. 따라서 프로브가 각각의 기준위치로 이동하고, 위치의 정밀한 x-y 좌표계를 결정하기 위하여 광학패턴인식이 이용된다. 대상물좌표계, 모든 위치의 u-v가 기준위치들의 x-y 좌표계에 관해 표현되고, 선형 또는 원형운동이 상기 위치를 따르고 상기 운동에 의해 스테이지가 이동한다.
별도의 검사장비를 이용하여 대상물의 결함들이 미리 검사되거나 상기 스타일러스 나노 프로파일로미터(SNP)에 의해 수리를 위해 검사된다. 결함들이 확인될 때, 발견된 결함의 형태 및 결함위치에 관한 정보를 포함한 파일로서 설명되는 공지의 포맷의 파일이 제공된다. 수리과정이전에 결함정보파일이 판독된다. 각 결함을 위해 파일은 수리를 위한 매개변수 및 결함의 형태를 확인하고 작업자간섭없이 결함이 수행되어야 하는 지를 확인한다.
수리되어야 하는 결함에 대하여, 정보결함파일은 프로브를 수리영역까지 안내한다. 그 결과 프로브는 2미크론내의 결함내에 배열된다. 결함에 관한 토포그라픽 데이터를 구하기 위해 결함영역의 영상이 구해지고 결함 영상의 영역이 형성된다. 결함영상영역이 사용자에 의해 구체화되거나 예를 들어, 결함영역의 피치에 해당하는 크기의 직사각형으로 디폴트(default)될 수 있다. 상기 SNP에 의해 접촉하중(샘플위에서 프로브에 의해 가해지는 하향의 하중)이 구체화되고 상기 SNP가 실시간의 하중피드백 및 제어를 제공한다. 상기 영상은 사용자에 의해 정해질 수 있는 약 0.2마이크로 뉴튼이하의 작은 하중에서 발생한다. SNP는 높이를 측정하기 위한 위치에서 표면과 접촉하도록 하강하고 상승하며 다음위치로 이동하며 다른 위치를 측정하기 위해 다시 하강하여 영상을 형성한다. 사용자에 의해 지정되거나 미리 프로그램되는 해상도(샘플밀도)에서 영상이 형성된다. 선택된 해상도는 마스크형태 및 목표정밀도 대 속도에 의존한다. 영상은 두 개의 단계들에서 수행된다. 제 1 영상은 대략 결함을 영상으로 표시하기 위해 낮은 해상도로 형성되고, 다음에 결함을 정확하게 표시하기 위해 높은 해상도로 제 1 영상이 제공된다. 예를 들어, 4x 4미크론 제곱의 영역에 대하여 100나노미터(nm)의 저해상도인 영상단계가 이용되고 다음에 1x 1 미크론 제곱의 영역에 대하여 10nm의 고해상영상단계가 이용된다.
결함영역이 영상으로 표시된 후에 정확한 결함이 지정된다. 관찰된 구조를 목표 구조와 비교할 때, 목표구조가 결함을 구체화한다. 목표구조가 이상적으로 결함없이 존재하는 구조일 수 있다. 결함없는 구조가 기준구조로부터 결정된다. 예를 들어, 라인전도체에 있어서, 기준구조는 단순히 라인전도체의 기하학적 구조이고 기구에 의해 관찰되는 것과 같이 결함을 포함하지 않지만 결함에 근접한다. 도 5를 참고할 때, x 및 y 방향으로 동일단계를 가진 4x 4 미크론의 표본선택된 영역의 일부분이 도시된다. 결함을 포함한 목표영역(500)( 또는 제거되어야 하는 재료)을 고립시키기 위해 패턴인식 알고리듬이 이용된다. 매니폴드라고 설명되는 삼차원 수리경계를 구하기 위해 결함없는 영역(510)이 또한 영상으로 표시된다. 결함이 매니폴드와 일치할 때까지 결함이 에칭된다. 이미지로 표시된 결함을 수리하기 전에 결함을 포함하지 않고 결함으로부터 떨어진 구조를 관찰하여 결함이 측정되는 기준이 제공된다. 또는 목표 또는 기대하는 기하학적 형상으로부터 형성된 이미지 파일로서 기준구조가 제공될 수 있다.
예를 들어, 도 6을 참고할 때, 하부표면(660)을 가진 라인트로우(trough)내부 또는 주위에서 결함(600)의 단면이 도시된다. 결함의 일부분이 대상물의 상부표면(670)위에 배열된다. 결함의 제 2 부분이 하부표면(660)의 상부와 하부에서 트로우(650)내부의 표면(670)아래에 배열된다. 다중샘플링위치들에서 결함을 표시하는 영역을 관찰하여 결함의 삼차원영상 및 주위영역이 구해진다.
매니폴드는 프로브팁이 통과하는 영역 즉 처리되는 영역을 제한한다. 복합구조내에서 결함을 수리하기 위하여, 매니폴드는 결합없는 영역 및 수리되어야 하는 영역사이에서 점 대 점으로 정의된다. 라인과 같이 상대적으로 간단한 구조에 대하여, 매니폴드를 형성하기 위하여 단지 라인의 변부를 위한 원하는 좌표계를 정의하는 것이 필요하다. 라인과 근접한 여분의 재료와 같은 전형적인 결함을 위하 여, 매니폴드는 라인위에서 기준영역에 의해 형성되고 라인의 방향으로 오프셋된다. 작동모드에 따라 결함이 일단 영상으로 표시되면, 결함의 외측주변부를 둘러싸는 x- y의 평면내에 직사각형이 도시된다. 다음에 SNP프로브가 결함을 조각난 부분들로 연마하여 제거하기 위해 직사각형내부의 영역을 이동하여 직사각형에 의해 둘러싸이는 결함이 제거된다. 도 6의 실시예를 참고할 때, 기준영상으로 결정된 것과 같이 상부표면(670)과 일치하는 평면에 의해 프로브팁의 수직위치에 위치한 하부한계가 형성된다. 대상물의 상부표면(670)위에서 장치가 결함을 연마한다. 상기 목적을 위하여 SNP의 프로브가 사용자에 의해 구체화될 수 있는 (기판재료의 가압임계점보다 크지만 프로브팁재료의 가압임계점보다 작은 압력에 해당되는 ) 높은 하중에서 결함의 표면과 접촉한다. 프로브가 한점에서 표면과 접촉하고 다음에 다음위치로 이동하기 위해 표면으로부터 들어올려지는 영상표시와 상이하게, 프로브는 래스터 패턴과 같은 정해진 운동경로를 이동할 때 정해진 하중에서 표면과 접촉상태를 유지한다. 프로브는 다음에 x-y 평면에서 선택적으로 디더링(dithering)된다. 궤도의 궤도운동이 작동자에 의해 샌더(sander)운동의 운도에 중첩되는 것과 유사하게 상기 디더링은 래스터우에 중첩되는 운동이다. 결함들이 조각들로 파괴되는 재료내에서 작은 균열들이 상기 디더링에 의해 형성된다. 디더링 및 하중 및 매니폴드구속상태에서, 프로브는 직사각형내에서 이동된다. 결함영역내부의 모든 위치들에서 프로브의 수직위치에서 하부한계를 형성하는 평면에 프로브팁이 도달할 때까지 상기 작용이 계속된다. 다음에 프로브는 표면으로부터 떨어져 이동하여 결함수리공정을 계속하기 위해 다른 결함으로 이동한다. 여러개의 결함들이 수 리된 후에 조각들을 제거하기 위해 기판이 청소되고 수리결과 가 적합한지를 결정하기 위하여 측정된다. 그렇지 않으면, 수리가 계속된다. SNP가 전형적으로 약 1000Hz의 응답주파수를 가진다. 빠른 응답시간에 의해 높은 제거율로 상대적으로 신속하게 디더링이 제공된다.
유사하게 트로우(650)내에서 결함을 가진 재료를 제거하기 위하여, 프로브팁의 수직위치에서 하부의 수직한계가 기준영상으로부터 결정되듯이 하부표면(600)과 일치하는 평면에 의해 형성된다. 장치가 표면(660)위에서 결함을 연마하거나 절단한다. 프로브가 제어되는 하중에서 결함과 접촉하고 결함을 가압하고 파괴하기 위한 높은 속도로 디더링된다. 상기 설명과 같이, SNP의 하중균형장치에 의해 균형빔센서에 의해 계속적으로 측정되고 제어되어야 하는 하중이 표면 형상 또는 팁마모와 무관하게 원하는 하중을 유지할 수 있다. 상기 하중이 커패시터를 이용하여 측정되고, 균형빔이 정전기적으로 균형상태로 제공된다. 균형빔은 평균적으로 연마과정동안 균형위치를 유지하도록 서보제어된다. SNJP는 약 0.1내지 0.5 마이크로 뉴튼내에서 40마이크로 뉴튼의 하중을 정밀하게 적용하도록 제어한다.
일부 적용예에서, 결함을 에칭제거하고 기판의 일부를 에칭제거되어야 한다. 예를 들어, 본 발명에 의하면, 노치형성을 위해 트렌치의 벽을 에칭제거하고 트렌치를 더욱 넓게 만든다. 이 경우 결함없는 기준영역의 정확한 복제본으로부터 매니폴드가 "편향"될 수 있다. 상기 편향작용은 모든 방향으로 지정될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 결함제거공정은 정규기판처리공정과 다른 표면특성을 남긴다. 예를 들어, 거칠기 또는 다른 재료특성에 의해 기하학적 형상이 정확하게 저장될 지라도 수리위치에서 포토마스크는 서로 다른 광학특성을 가질 수 있다. 편향은 상기 효과들을 보상할 수 있다.
제 2 작동모드에서, 결함영역의 영상이 제시된다. 상기 SNP 프로브팁은 결함을 둘러싸는 전체직사각형보다는 윤곽내에서 결함을 J도록 배열된다. 따라서 상기 모드에서 프로브팁은 효율적으로 결함을 향한다. 대상물에 대해 프로브를 가압하여 유지하는 동시에 윤곽내에서 X-Y 평면내에서 프로브가 디더링된다. 디더링되고 하중 및 매니폴드구속상태일 때, 윤곽내에서 새로운 래스터 위치로 프로브가 스캔닝된다. 윤곽내에서 모든 위치들에서 프로브의 수직위치에서 하부한계를 형성하는 평면에 프로브팁이 도달할 때까지 상기 작용이 계속된다. 다음에 결함수리공정을 계속하기 위하여 프로브가 표면으로부터 이동하고 새로운 결함까지 스캐닝된다.
프로브팁이 매니폴드에 도달할 때까지, 디더링이 계속된다. 원형 또는 타원형과 같이 연속적인 곡선내에서 또는 라인내에서 킬로헤르츠의 높은 속도로 상기 디더링이 발생한다. 매니폴드가 도달되면, 하중 (따라서 압력)이 감소되고, 무시할 정도의 속도로 연마속도가 감소되며, 프로브를 결함영상영역내에서 다른 위치까지 또는 새로운 결함영역까지 래스터(raster)된다. 위치정밀도를 확보하고 팁의 마모를 평가하기 위하여 사용자의 선택 또는 미리 프로그램된 것 같이 조정작업이 주기적으로 수행된다. 수리영역내에서 위치들사이의 스캔속도가 헤르츠단위를 가진다. 따라서 장치는 디더속도 보다 훨씬더 느린 속도로 스캔닝된다.
밀링속도가 직접적으로 디더속도에 관련된다. 디더링작업에 의해 예를 들 어, 급한 특징부와 접촉하여 불필요한 팁손상을 발생시키지 않고 훨씬 더 높은 프로브 속도가 구해진다. 스캐너/팁장치의 응답에 대해 디더링주파수가 최적화된다. 상대적으로 높은 주파수들은 일반적으로 재료제거속도를 증가시키지만, 스캐너의 기계적 응답은 상부의 디더링주파수를 제한한다. 디더링 주파수는 300Hz이상 또는 500Hz 이상이고 800Hz이상 또는 약 1000Hz이상이다. 스캐너의 응답에 기인하여 실제 디더링크기는 정해진 스캐너운동크기보다 작다. 스캐너의 실제 크기 응답을 결정하기 위하여 위치센서가 이용된다. 포토플렉스가 프로브팁의 운동크기를 감소시키기 때문에, 디더의 크기를 구체화할 때 프로브 플렉스를 고려할 수 있다. 예를 들어, 프로브가 5 나노미터(nm)까지 구부러지면, 스캐너의 디더크기로부터 팁의 운동이 10nm만큼 감소된다. 래스터링 및 디더링이 효과적으로 표면을 가로 질러 이동해야 하고, 프로브는 요구된 운동보다 작게 구부러진다. 마찰하중은 수직으로 가해지는 하중의 약 25%만큼 구부러지는 원인이 된다. 예를 들어, 15μN의 수평하중에 대해 250x 250x 800 나노미터의 다이아몬드 팁은 9nm만큰 구부러진다. 프로브 구부러짐은 균형빔 조립체 및 프로브팁사이에서 지지구조내에서 구부러짐을 포함한다.
디더링패턴이 구체화된다. 디더링은 x성분, y성분을 가진 신호 또는 프로브팁을 이동시키는 신호위에 중첩되는 양자신호를 적용하여 제어된다. 디더링패턴의 형상은 x성분 및 y성분의 상대적인 크기 및 상대적인 위상에 의존한다. 디더(dither)의 선호되는 형상은 적용예에 의존한다. 변부이동은 디더방향으로 양호하게 형성되지 못하고, 변부이동이 중요하지 않은 방향으로 디더화하는 것이 양호하 다. 예를 들어, 트렌치를 가로지르지 않고 트렌치의 방향을 따라 디더링하여 긴 트렌치내부의 결함을 가진 범프(bump)가 양호하게 제거된다. 원형 또는 타원형 또는 다른 임의 패턴으로 디더링하여 대상물의 평면영역위에서 고립상태의 범프가 제거될 수 있다.
밀링가공속도는 프로브팁 및 기판사이의 압력에 직접적으로 관련된다. 본 발명에 의하면, 조정가능한 가압에서 표면에 대해 적용되는 프로브팁이 제공된다. 압력은 접촉표면에 대한 가압하중의 비율이다. 상기 스타일러스 나노 프로파일로미터의 평형 빔하중 피드백시스템에 의해 하중이 제어된다. 특징부분이라고 하는 특수 기판의 일련의 프로파일을 수행하여 프로브의 표면적이 결정된다. 각각의 특징부분 프로파일은 프로브형상에 대해 특수부분을 제공한다. 따라서 적용된 하중을 제어하고 프로브형상을 알면, 일정압력이 적용될 수 있다. SNP가 용이하게 서로 다른 위치들을 건너뛰기 때문에, 정확한 압력정보를 제공하기 위해 팁이 마모될 때, 팁은 특징화된다. 프로브형상을 알면, 측정된 데이터를 수집하고 측정된 데이터로부터 프로브형상을 수학적으로 차감하여 상기 SNP형상이 영역을 영상표시한다. 따라서 압력을 결정하고 대상물을 영상표시하기 위해 프로브특징화가 이용된다.
도 7을 참고할 때, 압축강도의 약 1/3에서 일부임계압력을 초과할 때 압력의 함수로서 마모속도가 급하게 증가한다. 따라서 감소된 팁마모에 의해 신속한 에칭작업을 제공하기 위하여, 에칭되는 재료의 임계압력이상이지만 팁재료의 임계압력이하인 압력에서 작동하는 것이 유리하다. 따라서 팁위에 과도한 마모를 부과하지 않고도 기판재료를 신속하게 제거하는 허용압력의 좁은 범위가 존재한다. 상기 SNP의 능력이 구체적인 압력을 제공하기 때문에 본 발명의 SNP는 상기 목적에 적합하다. 가해진 압력을 결정하기 위하여 상기 목적을 위하여 가 정확하게 구체적인 하중을 적용하고 신속하게 팁의 형상을 결정할 수 있다. 압력이 조정될 수 있기 때문에, 팁재료의 임계압력이하의 작업이 보장될 수 있다. 예를 들어, 다이아몬드의 압축강도는 5내지 10기가 파스칼(gPa)이다. 수정에 대해 압축강도가 약 1gPa 이고 크롬은 약 2gPa이다. 따라서 수정 또는 크롬과 같이 재료를 절삭하기위해 다이아몬드 프로브팁을 이용하면, 재료의 압축강도이상이지만 다이아몬드의 임계압력이하이어야 한다. 예를 들어, 다이아몬드를 이용하여 수정을 에칭하기 위한 적합한 압력은 약 1 gPa이다. 다수의 재료가 제거되어야 하는 경우들이 있다. 작업자는 상대적으로 높은 압력 ( 6gPa )을 선택하고 신속한 수리를 위해 일부 팁수명을 희생할 수 있다.
상기 디더링에 의해 결함을 에칭가공하는 것이외에, 프로브의 팁을 결함과 높은 하중으로 신속하게 접촉시켜서 결함을 밀링가공하기 위해 본 발명이 제공된다. 그 결과 잭해머(jackhammer)효과를 형성하기 위해 SNP의 평형빔이 가지는 공명주파수에서 연속적으로 짧게 상기 작업이 수행된다. 상기 잭해머 방법은 강한 결함을 파괴시켜서 연속적인 에칭이 더욱 효과적으로 적용된다.
본 발명에 따라 더욱 양호한 품질의 수리를 위하여, 더 큰 정밀도를 형성하도록 수리공정의 마지막을 향해 압력이 감소된다. 하중이 주어진 크기로 유지될 때, 접촉표면적이 증가할 때 압력은 당연히 감소한다. 예를 들어, 도 6을 참고할 때, 트로우(650)내부의 결함이 마모될 때 트렌치가 깊어진다. 측벽들을 따라 팁 및 측벽사이의 접촉표면적이 크고 압력은 감소한다. 그 결과 밀링속도가 감소한다. 상기 환경에서 가해진 압력이 증가하여, 상대적으로 높은 압력이 복원된다. 다시 한번, 상기 설명과 같이 특징부분으로부터 결정된 것과 같이 프로브형상을 알 때 압력이 산출된다.
수리의 정밀도는 프로브를 정확히 위치설정하고 프로브형상이 특징을 가지는 능력을 요구한다. 나노미터의 위치설정 정밀도를 구하기 위하여, 스캐너는 엄격한 공차로 설계된다. 본 발명에 의하면, 프로브형상이 특징을 가지도록 특징부분에 대해 프로브를 스캐닝하여 간헌적인 레퍼런싱(referencing)이 제공된다. 상기 방법에 의해 팁마모는 기지의 수학적계산을 위해 적어도 부분적으로 보상되고, 팁접촉표면적이 감시되어, 압력이 제어될 수 있다. 또한 다수의 알려진 기준위치들에 대해 간헐적으로 스캐닝하면, 장치는 2내지 10 나노미터(nm)범위내에서 스테이지 드리프트를 보상할 수 있다.
예를 들어, 스테이지 드리프트를 보상하기 위하여 기준위치주위에서 국소적으로 평평한 기판표면의 z 위치에 관한 주기적인 측정이 이용된다. 상기 측정은 두 개의 단계들로 이루어진다. 우선 표면위의 높이에서 기준점의 x-y 좌표에 대해 프로브가 신속하게 10밀리초(ms)내 예를 들어, 약 20내지 200(nm)내에 이동한다. 다음에 팁이 표면과 접촉하고, 높이가 측정된다. 이것은 10ms이내에 이루어진다. 상기 측정은 이격된 위치들에서 형성된 측정값들이 정밀도향상을 위해 평균화된다. 표면을 서서히 하강ㅇ하고 표면을 따라 스캐닝하는 대신에 표면을 신속하게 하강하고 접촉하여 SNP의 평형빔기구가 측정하기 때문에, 캔틸레버형태의 스캔닝프로장치 보다 더욱 신속하게 이격되는 위치들을 상기 SNP가 측정할 수 있다. 이것은 스테이지 드리프트와 같은 시스템드리프트를 보상하기 위해 더욱 흔하게 재조정을 허용한다.
예를 들어, 스테이지 드리프트를 보상하기 위해 직선의 트렌치의 샘플위치트랙킹 벽위치에 관한 주기적인 측정이 이용될 수 있다. 측벽 기준구조에 있어서, 대각선의 이동경로에서 벽을 접근하여 1 내지 5 nm 내에-벽의 위치에 관한 더욱 양호한 결정이 구해질 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 팁마모를 감시하고 스테이지 리프트를 감시하기 위해 한 개이상의 기준위치들에 대해 신속하고 간헐적이거나 주기적인 스캐닝이 제공된다. 기준위치가 스캐닝될 수 있고, 기준위치가 밀링영역으로부터 수 미크론 떨어져 있으면 SNP을 이용하여 20msso에 측정될 수 있다.
대신에 하드웨어내에 변화없이 스캐닝 및 밀링가공사이에서 장치의 전환이 용이하게 이루어질 수 있다. 프로브의 스캐닝, 디더링 및 잭해머링이 조정된 하중에서 사용자작업 및 상기 공정의 제어를 허용하기 위해 사용자 인터페이스에 의해 소프트웨어의 제어에 따라 이루어진다. 따라서 상대적으로 높은 하중 밀링공정은 높거나 낮은 스캔 또는 다른 측정에 의해 산재될 수 있다. 하중이 SNP에 의해 제어도고 평형빔에 가해지고 전압을 변경하여 용이하게 변화될 수 있는 정전하중에 의해 결정되며, 적용된 하중의 소프트웨어제어가 이용될 수 있다. 종래기술의 일부장치는 하중을 변화시키기 위해 캔틸레버의 위치를 변화시키는 것이 요구된다.
본 발명의 공정에 의해 떨어져 조각난 결함문제를 제거하기 위하여, 도 8에 도시된 것과 같이 채널 또는 요홈을 나타내는 프로브팁이 이용될 수 있다. 도 8을 참고할 때, 채널(8000)은 프로브팁(8500)위에 제공되고, 샘플과 접촉하는 부분 및 다누에 프로브의 일부분이 배열된다. 채널(800)에 의해 결함문제 및 조각이 팁이 디더링됨에 따라 채널을 통해 이탈될 수 있다. 상기 팁이 다이아몬드로 제조되고, 요홈들이 초점맞춰진 이온빔(FIB)을 이용하여 팁의 단부내부로 새김눈을 형성한다. 마모된 팁들을 원하는 방향의 연마 다이아몬드표면위에서 폴리싱가공하여 상기 마모된 팁들이 수리된다. 프로브는 주기적으로 조정을 위한 기준구조에 스캐닝된다. 팁내부에서 결함을 감지하고 일부교정하는 공지의 기준구조를 스캐닝하여 조정작업이 수행된다. 서로 다른 형태의 수리 및 단일 수리작업의 서로 다른 특징들을 위해 서로 다른 밀링 프로브들이 이용될 수 있다. 따라서 특수용도를 위한 가장 양호한 팁형태가 선택될 수 있다. 예를 들어, " 핀-도트(pin-dots)"들에 대하여, 신속하게 거친구조들을 제거하기 위하여 넓고 급한 구조를 가진 팁이 이용된다. APSM 브리지들에 대하여 특징벽들을 특징화하고 결함을 절삭가공하기 위해 높은 애스펙트(aspect)의 팁이 이용된다. 초점맞춰진 이온빔(FIB)에 의해 프로브팁을 밀링가공하여 프로브팁은 실제로 유용한 형태로 형성된다. 또한 밀링가공을 위해 한 개의 프로브가 이용되고 영상표시를 위해 다른 한 개의 프로브가 이용될 수 있다. SNP의 프로브들이 1내지 5분동안 교체될수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 반도체 및 마스크들내부의 결함을 확인하고 수리하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법에 의해 결함들이 수정되면, 고정에 의해 에칭되어 떨어지는 조각들 및 결함들이 종래기술의 화학적 후처리방법에 의해 제거된다. 미세구조내부의 결함들을 수리하기 위해 상기 방법이 가장 양호하지만 상대 적으로 거칠고 큰 구조에 대한 수리가 고려될 수 있다. 크기가 큰 결함에 대하여, 대부분의 결함을 밀링가공하기 위하여 초점맞춰진 이온빔(FIB)가 이용되고, 미세한 결함을 수리하기 위하여 본 발명이 이용된다. 본 발명이 가지는 장점에 의하면, 불순물을 이식하지 않고도 매우 미세한 구조를 수리하기 위해 본 발명이 이용된다. 본 발명은 리소그라피 마스크들내부의 결함들을 수리하는 것에 국한되지 않고 나노 또는 마이크로 스케일의 구조를 수정하기 위해서 이용될 수 있다.
선호되는 실시예의 SNP는 평형 빔을 이용한다. 프로브는 특정 높이로 붜 표면을 향해 고속의 일정한 속도로 하강하고 표면이 접촉함에 따라 평형빔이 평형상태로부터 벗어날 때 하강운동을 정지한다. 취성을 가진 팁에 대한 타격을 완충하여 평형빔은 접촉시 후방으로 기울어진다. AFM은 캔틸레버의 진동주파수를 변화하여 작은 범위의 하중내에서 반데어 발스 힘과같은 작은 하중들을 감지하도록 구성되고, 따라서 팁의 손상을 회피하기 위해 AFM이 표면에 접근할 때 감지작용을 위해 매우 서서히 하강해야 한다. AFM은 표면근처에서 라인내에서 스캔하도록 구성되고 표면으로 분리되지 않고 연속적으로 판독하며 매 측정작업시 상승 및 하강을 요구하지 않는다. SNP은 단일 위치를 측정하기 위하여 표면에 접근하여 접촉하고 표면으로부터 상승되며 위치를 변경하고 다음에 다시 다른 위치에서 표면에 접근한다. 측정할 때, 측정위치들사이에서 SNP는 건너 뛰고 즉 각 위치에서 측정위치 및 접촉점들사이에서 상승한다. 재료를 제거하기 위해 밀링가공할 때, SNP은 표면과 접촉하고 전형적으로 정전기에 의해 측정되고 제어되는 특정 하중을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 분당 약 0.08입방 미크론이상 또는 분당 약 0.1미크론이상의 크롬제거속도가 제공된다. 상기 제거속도는 이온빔 수리의 제거속도에 해당한다. 적용되는 하중은 40미크론 뉴튼이상 또는 50미크론 뉴튼이상 또는 75미크론 뉴튼이상 또는 약 100 미크론 뉴튼이상이다. 적용될 수 있는 최대하중은 장치의 물리적 제한 특히 기저판위에서 빔의 횡방향안정성에 의해 제한된다.
전형적으로 현대적인 리소그라피 마스크들의 수리는 마스크표면을 변경할 때 약 10nm의 정밀도를 요구한다. SNP에 대해 이용되는 하중 피드백에 의해 2내지 10nm의 정밀도로 마스크로부터 재료를 제거할 수 있다. SNP월드 클래스 Z 높이의 정밀도를 가지고 사양은 나노미터의 1/4이고 3시그마, 8라인평균을 가진다. 원리적으로 에칭은 대략 상기 정도로 제어된다. 오늘날 허용되는 10nm의 정밀도와 비교하여 실제로 1-2nm의 작업정밀도가 예상된다.
수정 범프(bump)의 결함이 기판과 동일한 재료로 제조되기 때문에 초점맞춰진 이온빔 장치에 대해 수리하기 곤란하고 빔의 중지시기를 결정하기 곤란한 위상전이 마스크들의 수리를 위해 본 발명이 이용된다. 본 발명에 있어서, 매니폴드는 결함없는 영역을 참고하여 형성되고 수리된 영역이 기준영역과 일치할 때까지 수정결함이 제거된다. 적용된 하중을 제어하고 매니폴드내에 팁을 유지하면 기판에 대해 결함은 작은 손상을 가지거 손상없이 제거된다.
결함파일이 마스크검사장치로부터 제공될 때, 공정이 자동화될 수 있다. 마스크위에서 기준위치들을 이용하여 마스크가 자동으로 배열되고 위치결정된다. 각 결함이 자동으로 위치설정되고 설계데이타 또는 해당 비결함영역과 비교하여 매니폴드가 형성되며 수리작업이 자동으로 수행된다.
본 발명 및 본 발명의 장점이 상세히 설명될 지라도, 다양한 변화, 대체예 및 변형예들이 청구범위에 제공된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 본 발명이 서로 다른 목적들을 위해 서로 다른 적용예에서 이용될 수 있기 때문에, 첨부된 청구범위내에서 모든 실시예가 모든 목적을 달설하지 못한다. 또한 본 출원의 범위가 공정, 기계의 특정실시예들, 제조, 재료의 성분, 수단, 방법 및 단계들에 한정되지 않는다. 당업자가 용이하게 본 발명의 공개내용으로부터 본 발명의 실시예와 동일한 결과를 달성하고 동일한 기능을 수행하는 공정, 기계, 제조, 재료성분, 수단, 방법 또는 단계들이 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서 첨부된 청구범위가 청구범위내에서 공정, 기계, 제조, 재료성분, 수단, 방법 또는 단계를 포함한다.

Claims (21)

  1. 평형빔(60)에 부착된 프로브(20)를 가진 프로파일로미터를 제공하고,
    목표영역(500)위에서 형상데이타를 구하며,
    목표영역(500)의 목표구조와 목표영역(500)의 관찰된 구조를 비교하고,
    목표영역(500)내에서 샘플표면(30)과 프로브(20)를 접촉시키는 스캐닝 프로브마이크로스코프 브레이크에 의해 샘플재료를 제거하여 샘플을 수정하기 위한 방법에 있어서,
    샘플(30)위에서 프로브(20)에 의해 가해지는 접촉하중을 제어하여, 샘플표면(30)으로부터 재료를 제거하기 위한 충분한 정해진 하중이 작용되고,
    목표영역(500)의 관찰된 구조가 목표영역(500)의 목표구조와 더욱 근접하게 일치하도록 샘플표면(30)으로부터 충분한 재료를 제거하기 위하여 연속적으로 감지되고 제어되는 정해진 접촉하중에서 정해진 운동경로내에서 샘플표면(30)을 가로 질러 프로브(20)를 이동시켜 샘플(30)을 처리하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 목표영역위에서 형상데이타를 구하기 위해 프로파일로미터 장치의 프로브(20)를 이용하여 목표영역을 영상표시하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 추가로 목표영역위에서 형상데이타를 구하기 위해
    샘플표면(30)으로부터 제거되어야 하는 목표재료를 확인하고,
    목표재료주위에서 수평의 수리경계를 결정하며,
    프로파일로미터 장치의 프로브(20)를 이용하여 수리경계내에서 영역을 영상표시하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 프로파일로미터 장치의 프로브(20)를 이용하여 수리경계내에서 영역을 영상표시하기 위하여,
    저해상도에서 수리경계내에서 상대적으로 큰 영역을 영상표시하고,
    고해상도에서 상대적으로 작은 관심영역을 영상표시하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 추가로 수리경계내에서 각 위치를 위해 처리하기 위한 하부의 수직경계를 결정하고,
    처리공정동안 프로브팁(8500)이 통과하는 삼차원 매니폴드를 형성하기 위해 하부의 수직한계 및 수평의 수리경계를 결합하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 추가로 목표영역의 목표구조에 대해 목표영역의 관찰구조를 비교하는 단계후에, 기준영역의 상부표면과 일치하는 평면으로서 재료제거를 위 한 하부의 수직한계를 형성하기 위하여 샘플의 결함없는 기준영역을 영상표시하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 샘플표면(30)을 가로질러 프로브(20)를 이동시키기 위해 프로브팁(8500)이 형성된 하부의 수직한계에 도달할때까지 수리경계내에서 샘플표면(30)에 대해 프로브(20)를 이동시키는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉하중은 샘플재료의 가압임계값이상이지만 프로브재료의 가압임계값이하의 압력인 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 샘플표면(30)의 형상변화 또는 프로브(20)의 부식과 무관하게 정해진 하중을 유지하기 위해 상기 접촉하중이 계속해서 유지되고 제어되는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 정해진 이동경로내에서 샘플표면(30)을 가로질러 프로브(20)를 이동시키기 위해 x-y 평면내에서 프로브(20)를 디더링하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 정해진 이동경로내에서 샘플표면(30)을 가로질러 프로브(20)를 이동시키기 x성분 및 y성분을 가진 신호 또는 샘플표면(30)을 가로질러 프로브(20)를 이동시키는 신호위에 중첩되는 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, x-y평면내에서 프로브(20)를 디더링하기 위하여 제 1 수평방향과 평행한 라인을 따라 샘플표면(30)을 가로질러 프로브(20)를 이동시키고 동시에 상기 제 1 방향에 수직인 라인을 따라 전후로 프로브(20)를 이동시키는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, x-y평면내에서 프로브(20)를 디더링하기 위하여 원형, 타원형 또는 임의패턴으로 샘플표면을 가로질러 프로브(20)를 이동시키는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 디더링은 300Hz이상의 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 디더링은 1000Hz이상의 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 제 1 수평방향과 평행한 라인을 따라 프로브의 운동속도가 상기 제 1 방향과 수직인 라인을 따라 프로브의 전후운동의 속도보다 작은 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 접촉하중을 제어하기 위해,
    프로브(20) 및 샘플사이의 접촉표면적에 대해 샘플위에서 프로브(20)에 의해 가해지는 하향하중의 목표비율을 결정하고,
    프로파일로미터 장치에 구성되고 평형상태인 빔하중 피드백자치에 의해 가해진 하중을 제어하며,
    실제 프로브 형상을 특징화하기 위하여 프로브(20)에 의해 공지된 기준구조를 스캐닝하여 프로브(20) 및 샘플사이에서 접촉표면적을 결정하고,
    표면에 대해 가해진 하중의 원하는 비율이 유지되도록 가해진 하중을 조정하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 프로브의 마모 또는 손상을 고려하고 현재의 프로브 형상을 특징화하기 위하여 프로브(20)에 의해 공지의 기준구조를 스캔닝하기 위해 샘플표면(30)을 가로질러 프로브(20)의 운동을 주기적으로 해석하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 샘플표면(30)으로부터 충분한 재료가 제거된 후에 조각을 제거하기 위해 샘플표면(30)을 청소하고,
    재료제거가 적정한지를 결정하기 위하여 목표영역의 목표구조에 대해 목표영역의 관찰구조를 다시 비교하고,
    재료제거가 부적정하면, 목표영역의 관찰구조가 목표영역의 목표구조와 근사하게 일치하도록 샘플표면(30)으로부터 충분한 재료를 제거하기 위하여 정해진 접촉하중에서 정해진 이동경로내에서 샘플표면(30)을 가로 질러 프로브(20)를 이동시켜 재료를 계속해서 제거하는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  20. 제 1 항에 있어서, 또한
    프로브(20)가 제거되어야 하는 재료의 일부분위에 배열되도록 프로브(20)를 이동시키고,
    프로브(20)가 높은 접촉하중에서 샘플과 접촉할 때까지 프로브(20)를 신속하게 하강시키며,
    상기 샘플위로 상기 프로브(20)를 상승시키고,
    잭해머효과를 형성하는 프로파일로미터장치의 평형빔의 공명주파수에서 짧게 계속해서 프로브(20)를 반복하여 하강하고 상승시키는 것을 특징으로 하는 샘플을 수정하기 위한 방법.
  21. 샘플과 접촉하기 위한 팁(8500)을 가진 프로브(20)포함하고 제 1 항을 수행하기 위한 프로브(20)에 있어서,
    상기 팁(8500)의 접촉면내에 형성된 한 개이상의 채널(8000) 및
    팁(8500)이 샘플표면(30)을 가로 질러 이동할 때 샘플표면(30)으로부터 제거된 재료가 채널로 빠져나갈 수 있도록 형성된 한 개이상의 채널(8000)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
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