TW393589B - Observing / forming method with focused ion beam and apparatus therefor - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 _B7___五、發明說明d ) 發明之背景 1 .發明之領域 本發明係有關於一種方法與設備，用以於使用一聚焦 離子束（F I B ).以獲致一樣本觀測影像時，防止由於離 子束照射所造成之該樣本之表面的損壞，更特別的，係有 關於適用以修理一半導體光掩模之觀測方法與處理方法及 其設備。 2 .習知技術之說明 掃瞄離子顯微鏡（S I M)係廣泛已知的，其與電子 顯微鏡均爲具有高倍率之顯微鏡。雖然原理上相似於一掃 瞄電子顯微鏡（SEM)，但SIM與SEM仍有極大之 差異，即爲，S I Μ使用離子束而非電子束來照射至樣本 之表面上，且，自該樣本之表面上逸出之二次帶電微粒， 係不限制於電子而亦包含有離子。由於逸出之二次帶電離 子之差異，依據所偵測到之微粒所形成之掃瞄影像（ SEM影像與SIM影像），依據該樣本材料而在解像度 靈敏性上產生差異。依此，當一材料種類之S I Μ影像比 S ΕΜ影像更淸楚時，應選擇一離子束顯微鏡。爲使可對 二種掃瞄影像加以比較與考量，而獲致更詳細之觀測，經 常的獲致該二種顯微鏡影像。 聚焦離子束設備已在半導體相關領域中使用十數年， 且其歷史並不久。但是，近年來在離子光學系統基礎功能 < ϋ I ϋ·α— I ϋ .1 ϋ ϋ ϋ ϋ t · a— I (請先«讀背面之注意夢項再1^本頁> ii. 線· -J * 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 A7 ____B7 ___ 五、發明說明έ ) 之進步係卓越的，且已可能獲致供使用爲觀測顯微鏡之高 亮度及高解像功率之設備，及做爲處理設備之高準確性設 備。首先，掃瞄離子顯微鏡設備之本質係供本發明所用之 必要技術，將使用圖4加以說明參考。1代表一離子源（ 例如G a液態金屬），2代表一離子束，3代表由一電容 器透鏡31，射束斷開器32，校準器33，可移動節流 器，共點器/校準器3 5，物鏡3 6及偏轉器3 7所形成 之一靜電光學系統，5代表一氣體噴射器，6代表一二次 帶電微粒偵測器，及7代表一樣本。 當一聚焦離子束設備被使用以高準確性進行處理時， 在處理之前必須指示出該處理之點或取得一 S I Μ影像， 以使準確地界定出處理區域。.如此，需要由一離子束照射 該樣本。離子束照射會導致非故意的損壞該樣本之問題。 慣例的，爲防止該種損壞，僅能以最大限度來抑制離子束 照射之數量。沒有採用任何方法來解決該問題之要點。 如前所述，在一掃瞄離子顯微鏡之情況中，爲了獲致 一顯微影像而進行之離子束掃瞄會損壞該樣本表面已成爲 一種問題。即爲，與一電子顯微鏡之電子束相反的，該離 子顯微鏡使用較大質量之帶電微粒以產生被導至該樣本表 面之一離子束，且因而，於撞擊時，比電子之情況產生非 常大之動量。因爲此一動量，會由於濺散現象而損壞樣本 表面，由於離子內植入該樣本導致樣本材料之變化，以及 其他類似情況。本發明之目的係提供一種方法，以使當以 一離子束照射而獲致一 S I Μ影像時，不會損壞該樣本， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- — — — — —fi! · I I — II ! — — — · — ! (請先閱讀背面之注意事項再1^本頁> Α7 Β7 五、發明說明ί ) 以及用以執行該方法之一設備。 特別的，提供一校正方法及其之設備，當使用一離子 束進行一半導體光掩模之瑕疵校正時，由於在處理之前已 進行用以獲取一 S I Μ影像之離子束照射，因而使得不會 導致損壞到下置之基底或圖案。 發明之槪要說明 當經由掃瞄一聚焦離子束且偵測自一樣本之表面放出 之二次帶電微粒，以獲致該樣本之表面的一觀測影像時， 該樣本係被置於一水蒸汽大氣環境中，以在該樣本之表面 的觀測區域中形成一水蒸汽吸附層，該離子束掃瞄係於該 水蒸汽吸附層上執行。特別的，當以離子束照射校正一光 掩模之瑕疵時，爲使經由在處理之前的用以獲致一樣本觀 測影像之離子束掃瞄來防止下置之基底或圖案之損壞，當 以離子束照射以獲致一 S I Μ影像時，將被處理之該部份 的周邊置入一水蒸汽大氣環境中。 本發明係針對經由將用以獲致一 S I Μ影像之樣本的 周邊置入一水蒸汽大氣環境中，而防止於離子束掃瞄中造 成該樣本之表面被離子束蝕刻。被置於一水蒸汽大氣中之 樣本，會在其表面上形成一水蒸汽吸附層之現象，該吸附 層作用爲一保護層，因而防止由於使用離子束照射所造成 之損壞。 而且，如果應用此一方法於由離子束照射來校正一光 掩模之情況中，不只可在初始觀測時防止由於離子束照射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -ΙΊ lull — — — — — — ^ ·11 <請先明讀背面之注—項再一^本買) 訂· L!線. 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 • 6 - A7 __ B7_ 五、發明說明ί ) 造成該樣本之損壞，亦可防止改變該光掩模之基本光學特 徵。此係因爲在本發明中形成一水蒸汽吸附層於該樣本之 表面上，因此，可阳絕內植或蝕刻.，允許在光學特徵上不 會產生任何效應，因而可解決由於一光掩模一般具有由鉻 、鉬矽化物、或類似物形成之圖案於一玻璃基底上，如果 —離子束照射至一玻璃基底，使用爲離子之G a會內植於 基底內而劣化圖案之光學特徵之問題，例如，劣化玻璃之 透明性，增加圖案之反射率，或改變其之相位。 圖形之簡要說明 圖1顯示本發明之一裝置之範例° 圖2顯示本發明之一裝置之修正範例。 圖3顯示本發明之一裝置之另一修正範例。 圖4顯示一聚焦離子束裝置之結構。 ΙΊΙΓΙ — t 1!— — _ ·!1 — — <請先閨讀背面之注意事項再t本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 元件對照表 1 離子源 2 離子束 3 靜電光學系統 5 氣體噴射器 6 二次帶電微粒偵測器 7 樣本 8 氣體排出口 9 台 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明纟) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 0 .真 空 泵 1 1 A / D 轉 換 器 1 2 顯 示 裝 置 1 3 容 器 ( 容 納 水合 1 4 溫 度 控 制 器 1 5 溫 度 感 測 器 1 6 加 熱 器 1 7 閥 1 r 閥 1 7 " 閥 Sw 1 8 容 器 ( 容 納 水） 1 9 壓 力 控 制 器 2 0 氣 體 容 器 2 1 真 空 計 2 2 控 制 閥 3 1 電 容 器 透 鏡 3 2 射束 tar. m 開 器 3 3 校 準 器 3 4 可 移 動 節 流 器 3 5 共 點 器 / 校 準器 3 6 物 鏡 3 7 偏 轉 器 4 0 水 蒸 汽 源 4 1 輔 助 氣 體 源 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） t 閔 讀 背 面 之 注 |Qk

頁I 訂 -8- A7 __B7______ 五、發明說明(ί ) 較佳實施例之詳細說明 圖1顯示本發明之一實施例。1代表一 GA (鎵）液 態金屬離子源，2代表一離子束，3代表一靜電離子光學 系統’ 7代表一樣本’ 9代表供放置一樣本用之一台，及 1 0代表供抽空一樣本室用的一真空泵。6代表用以偵測 經由離子束照射而自一樣本表面放出之二次帶電微粒， 1 1代表供該偵測信號用的A/D轉換器，及1 2代表用 以依據被偵測之信號而顯示一影像之一顯示器單元。此一 實施例係供使用一水合鹽爲一水蒸汽源之情況的裝置，其 中，13代表容納一水合鹽之容器，14代表一用以依據 由一溫度感測器1 5所偵測之容器內的溫度來控制一加熱 器1 6之溫度控制器’ 1 7代表在該水蒸汽供應線上之一 閥，及8代表用以放出水蒸汽之一氣體放出口。 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 爲使經由一掃瞄離子顯微鏡獲致一觀測影像，在樣本 室內之空氣被泵出以產生一真空環境，且溫度控制器1 4 被驅動以加熱該容器1 3，因此，自被容納於容器內之水 合鹽（例如鐵碘化物等）分離且蒸發所含之水成份。一閥 1 7被開啓，以將汽化水蒸汽經由一氣體排出口 8吹至該 樣本之表面。於此情況下完成之吹風，使得全體之觀測區 域均被水蒸汽大氣所包覆，而非局部地將氣體吹至該樣本 ’例如，於處理時吹出輔助氣體。依此，排出口 8不需要 一氣體噴射器’‘而僅需要一開口即可。當一水蒸汽吸附層 被形成在樣本表面上時，照射一離子束。G Α離子均通過 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) 經濟部智慧財產局興工消费合作社印製 A7 B7__ 五、發明說明γ ) 光學系統3而進入一離子束2，該離子束2係由未示於圖 1中之一轉向裝置所偏轉驅動，且以光柵掃瞄該樣本7之 表面》由離子束照射的結果，二次帶電微粒均自樣本的表 面逸出。該微粒均被二次帶電微粒偵測器6所捕捉且偵測 。被偵測到之二次帶電微粒之電荷信號，由A /D轉換器 1 1轉換爲數位値，且以S I Μ影像顯示在CRT顯示器 單元1 2上。 依據本發明，因爲於此時之離子束係通過該水蒸汽# 吸附層而照射至樣本之表面，該吸附層作用爲一保護層， 因此，較不可能對樣本之表面造成損壞。而且，由於此一 吸附層，可防止離子內植入該樣本之現象。當使用一離子 束執行一半導體光掩模之瑕疵校正時，由於在處理之前已 執行供一觀測S I Μ影像所用之離子束掃瞄，故可防止 G a內植或蝕刻情況。被置於基體下方之玻璃的透明性不 會受損且不會劣化圖案之光學特徵。 圖2顯示一水蒸汽供應系統部份之改良。於前一實施 例中顯示一種經由加熱水合鹽而獲致水蒸汽之方法，因而 完成水之分離與蒸發，於本實施例中則使用經由導致水之 蒸發來獲致水蒸汽之方法。來自基本上類似於一鍋爐之容 器1 8之水蒸汽，經由一被一壓力控制器1 9所控制之控 制閥2 2而聚積在一氣體容器2 0內，且經由閥1 7而送 至一氣體放射口。在氣體容器2 0內之壓力係由一真空計 2 1的監視，且此一資訊被傳送至前述之壓力控制器1 9 。在樣本室內之空氣被抽出至一低的壓力，而在容器1 8 {請先《讀背面之注$項再 .¼. ! 象本ί 訂· --線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -10- 393589 A7 B7 五、發明說明 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 內之壓力係於 地排出至樣本 因此，壓力係 計算與傳送一 據前述之控制 控制水蒸汽供 器內可具有合 接下來， 噴射器之實施 代表一氣體噴 之樣本的一部 5經由一閥1 體源4 1亦並 5。在初始觀 閥1 7 /開啓 樣本提供水蒸 影像用之離子 輔助氣體源4 樣本處理。因 相同之氣體噴 予高的可見度 本發明在 圍置入一水蒸 水蒸汽吸附層 高壓，因此，容器 室之內側。依此， 由真空計2 1所偵 驅動信號以控制該 信號，由控制閥2 應至氣體容器2 0 適之壓力。 參照圖3說明用以 例1以供應在處理 射器，用以局部地 份。如示於前述實 7 <而連接至一水 1 8內之水蒸汽不 建構出一回授控制 測，在壓力控制器 控制閥2 2之開啓 2之開啓的定時與 內之數量，因此， 取代一氣體排出口 時所使用之輔助氣 吹出輔助氣體至將 施例的，此一氣體 蒸汽供應源4 0。 聯地經由一閥1 7〃連接至此一氣體 測中照射離子束時，類似於前述實施 以經由氣體排出口 8供應水蒸汽，而 汽大氣環境。如果在處理之前的供一 束掃瞄已終止，於此時，閥17'開 1供應輔助氣體至氣體噴射器5，因 爲水蒸汽與輔助氣體之供應，可被製 射器，故可以簡化該小樣本室之內側 能直接 系統， 1 9內 ，且依 程度來 氣體容 之氣體 體。5 被處理 噴射器 輔助氣 噴射器 例的， 環繞該 S I Μ 啓以自 而執行 成共用 ，且給 獲致一掃瞄離子顯微影像之前，將樣本之周 汽大氣環境中，以在全體觀測表面上形成一 ，而於該水蒸汽吸附層上執行離子束掃瞄。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） -11 - 請 先 閱 讀 背 面 之 注

I 業( 39358¾ 气 ____B7______ 五、發明說明4 ) 依此，水蒸汽吸附層作用爲供一材料用之樣本保護層，該 材料對蝕刻之敏感性並未被水蒸汽所強化（玻璃、鉻、鉬 等）。可防止在該樣本之表面上的非故意蝕刻，或防止在 樣本表面中之離子內植，此種可防止在一樣本上產生物理 /化學變化之方法，對產業而言係一極大的進步。而且， 如果本發明係應用以在使用離子束之半導體光掩模中校正 瑕疵時，已觀察到幾乎不會因爲在S I Μ影像觀察中使用 離子束而造成樣本之損壞，例如，由於離子內植所造成之 玻璃基底之透明度降低，改變圖案之光學特徵，或其他。 此外，在設有一氣體噴射器之離子束成型裝置中，經由將 一水蒸汽源與輔助氣體源並聯地經由閥而連接至該氣體噴 射器，可將該裝置製成更簡單之結構。 -J. _ <請先閲讀背面之注意事項再 訂. -線· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .12-

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 393589 六、申請專利範圍 1 .—種觀測方法’其特徵在於，當經由掃瞄—聚焦 離子束且偵測自一樣本之表面放出之二次帶電微粒以獲致 該樣本之表面的觀測影像時，該樣本係被置於一水蒸汽大 氣環境中，以在該樣本之表面的觀測區域中成一水蒸汽吸 附層’該離子束掃瞄係於該水蒸汽吸附層上執行， 2 . —種方法’用以修理一光掩模，其特徵在於，照 射一離子束，而吹出一輔助氣體至該光掩模內之瑕疵部份 ’其中，由於已執行申請專利範圍第1項中所述之觀測方 法的預處理，因而該方法可做爲用以觀測與校正二者之用 的方法。 3 . —種聚焦離子束設備，其特徵在於，一氣體排出 口以一釋放狀態被導至將被處理之該樣本的位置，且連接 至一水蒸汽源，因此，該掃瞄離子顯微樣本之全體觀測區 域，可被一水蒸汽大氣環境所完全包覆》 4 · 一種聚焦離子束設備，其特徵在於，可將一氣體 局部地吹至一樣本之一特定部份處之一氣體噴射器，係被 導至將被處理之該樣本的位置，且該氣體噴射器係並聯地 經由開啓與關閉閥而與個別之一水蒸汽源及一輔助氣體源 連接。 本紙張尺度逍用中國國家揉率（CNS ) Α4规格（2丨0X297公釐） ------訂------βΊ (請先Μ讀背面之注$項再填寫本·)() 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13 -