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    • 专利摘要:

    公开号:WO1987001865A1
    申请号:PCT/T1986/000053
    申请日:1986-09-10
    公开日:1987-03-26
    发明作者:Gerhard Stengl；Hans LÖSCHNER
    申请人:Gerhard Stengl；Loeschner Hans；
    IPC主号:G03F1-00
    专利说明:
    [0001] lonenstrahl Gerät und -Verfahren zum Ändern von Substraten.
    [0002] Technisches Gebiet
    [0003] Die Erfindung betrifft ein Ionenstrahlgerät mit einer Ionenquelle, einer dieser nachgeschalteten im Strahlengang angeordneten Linse zur Ionenbeschleunigung und einer der Linse nachgeschalteten Ablenkeinrichtung für die Ionen, die z.B. als Multipol, insbesondere Oktopol, ausgebildet ist, wobei im Bereich zwischen der Ionenquelle und der nachgeschalteten Linse eine mit einer gegebenenfalls va¬ riablen Öffnung versehene Maske angeordnet ist und diese Öffnung durch eine ionenoptische Einrichtung verkleinert auf ein Substrat abbildbar ist.
    [0004] Bei der Fertigung von integrierten Schaltungen werden Strukturen, die in einer Maske enthalten sind, nach den Methoden der Lithographie auf ein beschichtetes Halblei- tersubstrat übertragen. Geht man nun davon aus, daß im Be¬ reich von SubmikrometerStrukturen, und hier insbesondere im Bereich 0,2 μm bis 0,7 μ , die Röntgenstrahllithogra- phie mit Synchrotronstrahlung als die aussichtsreichste Übertragungstechnik-erscheint, so ist es aufgrund der Übertragungstechnik, die im Maßstab 1 : 1 arbeitet, erfor¬ derlich, Masken mit besonders hoher Stabilität und Maßhal¬ tigkeit zur Verfügung zu haben. Durch spezielle Herstel¬ lungstechniken erscheinen die hohen Anforderungen auch be¬ züglich der Einhaltung von Toleranzen der Linienbreite er- füllbar. Die Herstellung von Masken ist allerdings nicht völlig defektfrei möglich und auch bei der Lagerung und dem Einsatz der Masken können Defekte auf die Röntgen- strahlmaske gelangen. Bei Röntgenstrahlmasken treten vor allem drei Arten von Defekten auf, nämlich a) Pinholes, bzw. Fehlen von Absorbermaterial in Struktur¬ elementen, b) röntgenlichtundurchlässige Oberflächendefekte, bzw. Überschuß von Absorbermaterial an oder zwischen Struk¬ turelementen, c) Defekte in der Trägerfolie (z.B. bei BN-Folien restli¬ ches Si) . Stand der Technik
    [0005] Der derzeitige Entwicklungsstand erlaubt durch Kombi- nation von laserinduzierter Abscheidung, Defekte (a) ab¬ zudecken und Defekte (b) durch egsputtern zu entfernen, welche Methode auch für das Nacharbeiten von Defekten (a) anwendbar ist. Defekte (c) sind von geringer Bedeutung für den Übertragungsprozeß mit Röntgenstrahlen, vor allem wenn als Trägermaterial für die Folie Silizium verwendet wird. Vor Ausführung der Reparaturen müssen die zu repa¬ rierenden Stellen aufgefunden werden, wobei auch die Art des Defektes zu charakterisieren ist. Hiefür existieren bereits geeignete, auf optischer Mikroskopie bzw. Elektro¬ nenmikroskopie beruhende Inspektionsgeräte, die als Ergeb¬ nis der vorgenannten Inspektion, bei der die zu prüfende Maske mit einem Original oder einer Datenbasis verglichen wird, Ortskoordinaten der Defekte liefern, und auch die Art der an diesen Orten eruierten Defekte angeben.
    [0006] Um nun einen Defekt der Maske reparieren zu können, ist es erforderlich, zunächst den Ort des Defektes, der vom Inspektionsgerät festgestellt wurde, wieder aufzufin¬ den und dann den Defekt zu behandeln. Zu diesem Zweck wur- den schon Ionenstrahlgeräte, etwa wie in EP-OS 075 949 (H. Yamaguchi et al) beschrieben, eingesetzt.
    [0007] Bei den bekannten Geräten werden Flüssigmetallionen- quellen verwendet, wobei die Ionenquelle z.B. im Maßstab 1 : 1 ionenoptisch auf das Substrat abgebildet wird. Mit solchen Geräten kann eine für eine Reparatur ausreichende Ionenstromdichte von etwa 1 A/cm2 am Substrat erreicht werden. Die Intensität eines Ionenstrahls ist allerdings kurzzeitig unregulierbar. Nachteilig ist dabei, daß das Auffinden des zu reparierenden Defektes sehr rasch erfol- gen muß, widrigenfalls der zum Orten des Defektes dienen¬ de Ionenstrahl defektfreie Zonen zerstört oder zumindest beschädigt. Die Notwendigkeit, das Orten der zu reparie¬ renden Stelle möglichst rasch auszuführen, geht dabei auf Kosten der Genauigkeit, die insbesondere bei der Reparatur von Röntgenstrahlmasken besonders hohe Anforderungen er¬ reicht.
    [0008] Ionenstrahlgeräte, welche Maskenstrukturen verklei¬ nert abbilden können, sind z.B. aus der DE-PS 1 615 187 bekannt, bzw. auch in J.Vac.Sci & Technol. 1_6 (6) 1883 (1979, G.Stengl et al) beschrieben. Ein derartiges Ionen¬ strahlgerät kann vor der nachgeschalteten Linse mit einer Maske versehen sein, welche eine gegebenenfalls variable Öffnung aufweist, die durch eine ionenoptische Einrich¬ tung verkleinert auf ein Substrat abbildbar ist. Darstellung der Erfindung
    [0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ionen¬ strahlgerät der eingangs erwähnten Art, das einen insbes. fokussierten Ionenstrahl liefert, so auszugestalten, daß ein Mikroskopiebetrieb zum Auffinden der Defekte ermög¬ licht wird, bei dem der Ionenstrahl über praktisch belie¬ big lange Zeit auf das Substrat einwirken kann, ohne Ge¬ fahr, daß das Ionenstrahlgerät zusätzliche Defekte gene- riert, oder Strukturen in unzulässigem Ausmaß durch Erwär- mung oder lonensputterwirkung verändert werden und hernach den Defekt zu beheben.
    [0010] Erreicht wird dies mit einem Ionenstrahlgerät der ein¬ gangs erwähnten Art,wenn erfindungsgemäß zwischen der ins- besondere als Duoplasmatronionenquelle ausgebildeten Io¬ nenquelle und der mit einer bevorzugt kreisförmigen Öff¬ nung versehenen Maske eine steuerbare Linse zur Verkleine¬ rung des Winkels (£) ,unter dem die Ionen aus der Ionenquel¬ le austreten,angeordnet ist.Bei Anwendung des erfindungs- gemäß ausgestalteten Gerätes wird in der Arbeitsweise als Mikroskop, also beim Aufsuchen des Ortes eines Defektes, die Öffnung der Maske auf das Substrat durch eine ionenop¬ tische Einrichtung verkleinert abgebildet. Veränderungen der Ionenquelle bzw. Schwankungen des Ortes der Ionenquel- le haben auf die Abbildung lediglich einen vernachlässig¬ bar kleinen Einfluß, da nicht die Ionenquelle, sondern die Öffnung der Maske verkleinert auf das Substrat abgebildet wird. Die Ionenquelle ist daher vom weiteren Geschehen weitgehend entkoppelt. Dadurch wird es möglich, bei dem hier interessierenden Submikrometerbereich (wie er für ei¬ ne Betrachtung von Röntgenstrahlmasken etwa erforderlich ist) , in dem die Defekte liegen, die Öffnung in der Maske trotzdem relativ groß auszubilden (z.B. 1 μm Durchmesser), da bei einem Abbildungsmaßstab 1 : n ein n-fach kleinerer Ionenstrahl auf das Substrat trifft. Als Ionenquelle wird bevorzugt eine Duoplamatronionenquelle eingesetzt, die eine Stromdichte an der Maske von etwa 10 μA/cm2 erlaubt. Die Ionen können Wasserstoff-, Helium-, Argon- oder Xe¬ nonionen sein. Vorzugsweise besitzt die Anode einer Duo¬ plasmatronionenquelle eine Öffnung von 250 μm Durchmes¬ ser, wobei die Saugelektrode 0,5 mm unter der Anode ange¬ ordnet ist und eine etwas größere Öffnung als die Anode aufweist. Der Winkel des Ionenstrahles beträgt 4° und der Ionenstrom ist je nach Art der Ionen mehr als 200 μA. Durch die besondere Ausgestaltung der Ionenquelle ist es möglich, einen weitgehend laminaren Ionenstrom durch die Anodenöffnung zu erzeugen, wodurch eine Größe der virtuel- len Ionenquelle unter 50 μm erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil der Duopiaanatronionenquelle besteht darin, daß der Ionenstrom etwa um einen Faktor 5 vermindert werden kann, ohne die Größe der virtuellen lonenquelle wesent¬ lich zu ändern. Dadurch kann die Mikroskopie zur Auffin- düng der Defektbereiche mit einem Ionenstrahl besonders niedriger Intensität ausgeführt werden, so daß keine Ge¬ fahr besteht, Defekte zusätzlich zu generieren. Die Ionen¬ energie an der Maske beträgt bevorzugt 5 - 10 keV. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene steuerbare (zu- und ab- schaltbare) Linse ist es möglich, in einfacher Weise die Intensität des Ionenstrahles zu verändern. Durch Verklei¬ nern des Winkels wird hiebei eine IntensitätsSteigerung in Höhe des Quadrates des Verkleinerungsfaktors des Win¬ kels erzielt. So bringt eine - durchaus mögliche - Ver- kleinerung auf 1/6, eine Intensitätssteigerung auf das
    [0011] 36-fache. Solcherart kann daher der Anwendungsbereich des lonenstrahlgerates vom Mikroskopiebetrieb auf Reparaturbe¬ trieb - einfach durch IntensitätsSteigerung des Ionen¬ strahles - erweitert werden. Das Zu- und Abschalten der Linse kann dabei ausreichend schnell erfolgen. Schaltzei¬ ten im μsec-Bereich sind möglich. Somit kann das Gerät als fokussierte Ionen-Reparatureinrichtung eingesetzt werden. Basis für diesen Einsatz ist ein in der Intensität über mehrere Größenordnungen durchstimmbarer fokussierter Ionenstrahl, wobei mit niedriger Intensität in der Mikro¬ skopie-Mode das Auffinden von (durch eine Inspektionsein¬ richtung) registrierten Defekten erfolgt und mit hoher fn- tensität die Defekte exakt repariert werden können, da zwischen Mikroskopie-Mode und Reparatur-Mode die Ortsin¬ formation des Ionenstrahls am Substrat erhalten bleibt. Je enger jedoch der Strahl wird, umso größer wird der Durchmesser der virtuellen Ionenquelle. Die Winkeländerung ist daher in einem solchen Ausmaß zu halten, daß sich der Ionenstrahl am Substrat in seinem Durchmesser nur um einen tolerierbaren Wert ändert. Für die Mikroskopie-Mode wird man dabei den größten Winkel (typisch 4°) nehmen.
    [0012] Veränderungen, insbes. Reparaturen an Substraten, kön- nen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen lonenstrahl¬ gerates so ausgeführt werden, daß erfindüngsgemäß nach Feststellung des zu reparierenden Bereiches des Substra¬ tes, in der Mikroskopie-Mode, innerhalb eines Arbeitsbe¬ reiches ein Reparaturbereich festgelegt wird, und der Ar- beitsbereich mit dem Ionenstrahl abgescannt wird, wobei jedoch bei Eintritt des Ionenstrahls in den Reparaturbe¬ reich die Intensität des Ionenstrahles (durch Aktivieren der steuerbaren Linse) erhöht und bei Austritt aus dem Re¬ paraturbereich wieder vermindert wird und das Scannen mit- tels des nunmehr geringere Intensität aufweisenden Ionen¬ strahls über den Arb-eitsbereich fortgesetzt wird. Zur Ef¬ fektivitätssteigerung des erfindungsgemäßen lonenstrahlge¬ rates kann der Mikroskopie-Betrieb mit leichten Ionen (H oder He ) und der Reparatur-Betrieb mit schwereren Ionen
    [0013] + + (Ar oder Xe ) durchgeführt werden. Das Umschalten zwi¬ schen den Ionen-Arten erfolgt entweder durch Wechsel der Gassorte, oder aber es wird die Ionenquelle mit einem Gas¬ gemisch (z.B. Wasserstoff und Argon) gespeist, aus welchem durch einen nachgeschalteten Massenanalysator die gewünsch- te Ionenart herausgefiltert wird.
    [0014] Die Zustellgenauigkeit des Ionenstrahls ist unter dem Blickwinkel festzusetzen, daß der Ionenstrahl selbst keine Defekte auf dem zu reparierenden Substrat (Röntgenstrahl- I |
    [0015] - 6 -
    [0016] maske) verursachen darf. Die Zustellgenauigkeit muß an der kleinsten Linienbreite der zu reparierenden Maske gemessen werden und sollte besser als die zulässige maximale Varia¬ tion dieser Linienbreite sein. Beträgt diese-maximale Va- riation der Linienbreite 20 %, so ist eine Zustellgenauig¬ keit von 0,1 μm für die Reparatur von Masken mit 0,5 μm Design notwendig, bzw. von 0,04 μm für Masken mit 0,2 μm Design. Somit ist der zulässige Wert der zeitlichen Drift des Ionenstrahles gering zu halten und ist auch an die Re- paraturzeit gekoppelt. Eine zeitliche Drift des Ionenstrah¬ les unter 0,1 μm für eine Reparaturzeit von 100 sec kann für das erfindungsgemäße Verfahren eingehalten werden.
    [0017] Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Reparaturverfah¬ rens ist eine Überlagerung von Reparatur und Mikroskopie möglich, d.h. es wird eine Echtzeitreparatur der Defekte ausgeführt. Auch während der Reparatur kann die Reparatur¬ arbeit beobachtet werden, so daß laufend feststellbar ist, ob die Reparatur an der richtigen Stelle erfolgt und aus¬ reichend ist. Kurze Beschreibung der Zeichnung
    [0018] Die Erfindung wird nachstehend aufgrund der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
    [0019] Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ionenstrahlgerät im Schema, und die Fig. 2 bis 4 ein Substrat in vergrößertem Maßstab mit einem Defekt, der mittels eines erfindungsgemäß ausgestat¬ teten lonenstrahlgerates repariert werden kann.
    [0020] In der Zeichnung ist mit 1 eine Ionenquelle bezeich¬ net, der - im Strahlengang liegend - eine Immersionslinse 2 nachgeschaltet ist. Dieser Immersionslinse nachgeschal¬ tet ist eine Ablenkeinrichtung für die Ionen, die im dar¬ gestellten Ausführungsbeispiel von einem Oktopol gebildet ist, d.s. 8 Stäbe, die zur Ablenkung des Strahles an Span¬ nung gelegt werden können. Auch auf magnetischer Basis ar- beitende Ablenkeinrichtungen kommen in Frage. Im Bereich zwischen der Ionenquelle 1 und der Immersionsquelle 2 ist eine Maske 4 angeordnet, die zumindest eine Öffnung 5 auf¬ weist. Bevorzugt wird die Öffnung 5 kreisrund ausgeführt. i
    [0021] Die Größe der Öffnung kann auch (ähnlich wie bei einer Ka¬ mera) variabel gestaltet werden. Der aus der Ionenquelle 1, die bevorzugt als Duopl≤anatronionenquelle ausgebildet ist, kommende Ionenstrahl beleuchtet divergent (Winkel£ z.B. 4°) die Maske 4 mit einer Ionenenergie von 5 - 10 keV. Die Immersionslinse 2 beschleunigt die durch die Öffnung 5 tretenden Ionen auf eine Endenergie von bei¬ spielsweise 60 - 90 keV am Substrat S, das z.B. eine zu reparierende Rδntgenstrahlmaske sein kann. Als Ionen wer- den bevorzugt Wasserstoff- oder Helium- oder Argon- oder Xenonionen eingesetzt. Zwischen der Ablenkeinrichtung 3 und dem Substrat S ist ein verkleinerndes Projektionslin¬ sensystem 7 angeordnet. Die Anordnung im Ionenstrahlgerät ist so getroffen, daß auf das Substrat S ein Ei zelstrahl 8 auftrifft. Das Projektionslinsensysstem 7 dient zur Er¬ zeugung eines Bildes der Maske 4 bzw. von deren Durchbre¬ chung 5 in einer Verkleinerung 1 : n. Bevorzugt wird n mit 10 gewählt, jedoch kann n auch bis 30 ansteigen. Um die Intensität des Ionenstrahles steuern zu können, ist zwi- sehen der Maske 4 und der Ionenquelle 1 eine steuerbare
    [0022] Linse 6 angeordnet, welche, wie in der Zeichnung angedeu¬ tet, als Einzel-Linse ausgeführt sein kann. Durch Verengen des Strahles wird eine Intensitätssteigerung im Ausmaß des Quadrates des VerringerungsVerhältnisses erreicht. Wird z.B. der Strahl auf 1/6 seines ursprünglichen Winkels zu¬ sammengedrückt, was bei einem ursprünglichen Strahldurch¬ messer von ausführbaren 3 cm eine Verengung auf ca. 5 mm Durchmesser bedeutet, so steigt die Intensität des Strah¬ les, der das Loch in der Maske durchsetzt, auf das 36-fa- ehe des ursprünglichen Wertes. Ein derart intensiver
    [0023] Strahl kann zu Reparaturzwecken eingesetzt werden. Das Substrat S liegt auf einem Tisch 9, der in zwei zueinander senkrechten Richtungen x, y verschoben und gegebenenfalls auch gedreht werden kann. Mit einem Ionenstrahlgerät, das mit einer Maske 4 und einer steuerbaren Linse 6 ausgestat¬ tet ist, kann bei ausgeschalteter Linse in Mikroskopie- Mode gearbeitet und dabei ein Defekt auf dem Substrat an¬ nähernd in den Bereich der ionenoptischen Achse durch ent- sprechende Bewegung des Tisches gebracht werden, worauf dann das Abtasten des Defektbereiches durch entsprechen¬ des Ablenken des Ionenstrahles durch Aktivieren der Ab¬ lenkeinrichtung 3 erfolgt. Mit .Hilfe des über die Detek- toreinheit 10 gewonnenen Sekundärelektronen- oder Sekun- därionensignals, kann der mit Hilfe der Ablenkeinrichtung 3 durch den Ionenstrahl 8 abgescannte Substratbereich S (Fig. 2) am Bildschirm sichtbar gemacht werden. Durch Be¬ wegung des Tisches 9 wird der Defektbereich D ungefähr in die ionenoptische Achse geschoben, so daß mit zusätzli¬ cher Vergrößerung des Bildes ein Arbeitsbereich A (Fig.3) sichtbar wird. Dieser kann so groß gemacht werden, daß der Einzelionenstrahl in diesem Bereich eine bestimmte Größe nicht überschreitet, während zum Aufsuchen des Defektbe- reiches D ein stärker abgelenkter Strahl möglich ist (grö¬ ßerer Scannbereich) . Durch Operationseingabe (z.B. Leucht¬ griffel) kann dann ein entsprechender Reparaturbereich R (x, y) z.B. Trapez in Fig. 3 festgelegt werden. Der Io¬ nenstrahl wird dann Zeile für Zeile (Strich-Punkt Linien) über den Arbeitsbereich A geführt (Fig. 4) und zwar so, daß er in jeder Richtung den Reparaturbereich R über¬ schreitet. Der Arbeitsbereich bleibt während des Scannens auf dem Bildschirm sichtbar. Sobald der Strahl bei Bewe¬ gung in den Reparaturbereich R eintritt (Punkt E) , wird • die steuerbare Linse 6 aktiviert. Sobald der Strahl den Reparaturbereich verläßt (Punkt V) , wird die Linse 6 in den inaktiven Zustand versetzt, der Strahl wird mit gerin¬ ger Intensität weitergescannt, wobei das Bild des Arbeits¬ bereiches A (und des Reparaturbereiches R) sichtbar bleibt. Solcherart hat man auch während das Gerät in der Reparatur-Mode arbeitet, das Bild vor sich und damit so¬ fortige Kontrolle der Reparatur. Es wird auf diese Weise eine "Real-time" Verarbeitung erzielt, wobei lediglich in der Zeit, in der der Strahl den Reparaturbereich R über- streicht, das Bild entsprechend der erhöhten Intensität des Strahles heller ist. Es ist jedoch auch möglich, wäh¬ rend der Arbeit des Gerätes in der Reparatur-Mode, das Detektorsignal, während sich der Strahl im Reparaturbe- reich R befindet, so abzuschwächen, daß über- den gescann¬ ten Arbeitsbereich eine weitgehend einheitliche Bildhel¬ ligkeit erzielt wird. Schließlich kann die geleistete Re¬ paraturarbeit kontrolliert werden, indem das Gerät wieder in der Mikroskopiemode betrieben wird. Erforderlichen¬ falls kann dann wieder erneut in der vorstehend beschrie¬ benen Weise repariert werden.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche:
    1. Ionenstrahlgerät mit einer Ionenquelle, einer die¬ ser nachgeschalteten im Strahlengang angeordneten Linse zur Ionenbeschleunigung und einer der Linse nachgeschalte¬ ten Ablenkeinrichtung für die Ionen, die z.B. als Multi- pol, insbesondere Oktopol, ausgebildet ist, wobei im Be¬ reich zwischen der Ionenquelle und der nachgeschalteten Linse eine mit einer gegebenenfalls variablen Öffnung ver¬ sehene Maske angeordnet ist und diese Öffnung durch eine ionenoptische Einrichtung verkleinert auf ein Substrat ab- bildbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ins¬ besondere als Duopla_natronionenquelle ausgebildeten Ionen¬ quelle (1) und der mit einer bevorzugt kreisförmigen Öff¬ nung versehenen Maske (4) eine steuerbare Linse (6) zur Verkleinerung des Winkels (£) , unter dem die Ionen aus der Ionenquelle (1) austreten, angeordnet ist.
    2. Verfahren zur Ausführung von Veränderungen Z.B.Re¬ paraturen an Substraten, wie Masken, insbesondere Röntgen- strahlmasken, Chips, Schaltkreisen auf Wafern u.dgl., un¬ ter Verwendung eines lonenstrahlgerates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Feststellung des zu repa¬ rierenden Bereiches des Substrates (S) , innerhalb eines Arbeitsbereiches (A) , ein Reparaturbereich (R) festgelegt wird, daß der Arbeitsbereich (A) mit dem Ionenstrahl abge¬ scannt wird, wobei jeweils bei Eintritt des Ionenstrahls in den Reparaturbereich (R) , die Intensität des Ionen¬ strahles (durch Aktivieren der steuerbaren Linse) erhöht und bei Austritt aus dem Reparaturbereich (R) wieder ver¬ mindert wird und das Scannen mittels des nunmehr geringere Intensität aufweisenden Ionenstrahls über den Arbeitsbe- reich (A) fortgesetzt wird.
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    引用文献:
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    法律状态:
    1987-03-26| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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