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Affiliations
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English to German: Arrangement for vibration damping in a steering column
Source text - English CLAIMS
1. A vehicle steering column vibration damping arrangement for damping vibrations in a vehicle steering wheel mounted on a steering main shaft connected to a pair of steered wheels via a steering linkage, characterized in that the steering main shaft comprises a hollow portion along its longitudi-nal axis, which portion is filled with a granular material to a predetermined level.
2. The arrangement as claimed in claim 1, characterized in that the level is proportional to the cross-sectional area of the hollow portion and the frequency range of the vibra-tions, it being possible for the volume of the granular ma-terial with a given density which is required in order to damp vibrations in a frequency range applying for the vehi-cle to be calculated.
3. The arrangement as claimed in claim 2, characterized in that the hollow portion is filled to a predetermined level with a material with a given grain size and a given den-sity, the hollow portion being arranged to damp vibrations with a frequency exceeding 20 Hz.
4. The arrangement as claimed in claim 3, characterized in that the hollow portion is filled to a predetermined level with a material with a given grain size and a given den-sity, the hollow portion being arranged to damp vibrations with a frequency in the range 20-150 Hz.
5. The arrangement as claimed in claim 3, characterized in that the hollow portion is filled to a predetermined level with a material with a given grain size and a given den-sity, the hollow portion being arranged to damp resonant vibrations with frequencies within a range corresponding to the engine speed register of the vehicle.
6. The arrangement as claimed in claim 1, characterized in that the hollow portion of the steering main shaft has a circular cross section.
7. The arrangement as claimed in claim 1, characterized in that the hollow portion of the steering main shaft has an annular cross section.
8. The arrangement as claimed in claim 1, characterized in that the hollow portion of the steering main shaft has a cylindrical basic shape.
9. The arrangement as claimed in claim 1, characterized in that the hollow portion of the steering main shaft has a conical basic shape.
10. The arrangement as claimed in claim 1, characterized in that the hollow portion of the steering main shaft com-prises a closed cylinder mounted detachably in the steering main shaft.
11. The arrangement as claimed in claim 1, characterized in that the granular material is abrasion-resistant. (10)
12. The arrangement as claimed in claim 11, characterized in that the granular material has an average diameter within the range 0.1-5 mm.
13. The arrangement as claimed in claim 11, characterized in that the granular material has a density exceeding 3000 kg/m3.
14. The arrangement as claimed in claim 11, characterized in that the granular material consists of spherical metal balls.
15. The arrangement as claimed in claim 14, characterized in that the granular material consists of steel balls.
16. The arrangement as claimed in claim 11, characterized in that the granular material consists of a ceramic material.
17. The arrangement as claimed in claim 11, characterized in that the granular material consists of silicon or glass.
Translation - German Patentansprüche
1. Fahrzeuglenksäulen-Vibrationsdämpfungsanordnung zur Dämp-fung von Vibrationen in einem Fahrzeuglenkrad, das an einer Hauptlenkwelle angebracht ist, die über ein Lenkgestänge mit einem Paar gelenkter Räder verbunden ist, dadurch ge-kennzeichnet, daß die Hauptlenkwelle einen hohlen Abschnitt längs ihrer Längsachse aufweist, wobei dieser Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem körnigen Material gefüllt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau zur Querschnittsfläche des hohlen Abschnitts und dem Frequenzbereich der Vibrationen proportional ist, wobei es möglich ist, das Volumen des körnigen Materials mit einer gegebenen Dichte, das erforderlich ist, um Vibrationen in einem Frequenzbereich zu dämpfen, der für das Fahrzeug zu-trifft, zu berechnen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem Material mit einer gegebenen Korngröße und einer gegebenen Dichte gefüllt ist, wobei der hohle Abschnitt eingerichtet ist, Vibrationen mit einer Frequenz zu dämpfen, die 20 Hz überschreitet.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem Material mit einer gegebenen Korngröße und einer gegebenen Dichte gefüllt ist, wobei der hohle Abschnitt eingerichtet ist, Vibrationen mit einer Frequenz im Bereich 20-150 Hz zu dämpfen.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem Material mit einer gegebenen Korngröße und einer gegebenen Dichte gefüllt ist, wobei der hohle Abschnitt eingerichtet ist, Vibrationen mit Frequenzen in einem Bereich zu dämp-fen, der dem Motordrehzahlregister des Fahrzeugs ent-spricht.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle einen ringförmigen Quer-schnitt aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle eine zylindrische Grund-form aufweist.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle eine konische Grundform aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle einen geschlossenen Zy-linder aufweist, der lösbar in der Hauptlenkwelle ange-bracht ist.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material abriebfest ist. (10)
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich 0,1-5 mm aufweist.
13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material eine Dichte aufweist, die 3000 kg/m3 über-schreitet.
14. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus kugelförmigen Metallkugeln besteht.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus Stahlkugeln besteht.
16. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus einem Keramikmaterial besteht.
17. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus Silizium oder Glas besteht.
English to German: METHOD FOR REPAIRING LITHOGRAPHY MASKS USING A CHARGED PARTICLE BEAM SYSTEM
Source text - English METHOD FOR REPAIRING LITHOGRAPHY MASKS USING A CHARGED PARTICLE BEAM SYSTEM
Technical Field of the Invention
The present invention relates to the field of charged par-ticle beam processing and, in particular, to a method and appa-ratus for removing material from a semiconductor lithography mask.
Background and Summary of the Invention
Focused ion beam (FIB) systems are widely used in micro-scopic-scale manufacturing operations because of their ability to image, etch, mill, deposit, and analyze with great preci-sion. Ion columns on FIB systems using gallium liquid metal ion sources (LMIS), for example, can provide five to seven nanome-ter lateral imaging resolution. Because of their versatility and precision, FIB systems have gained universal acceptance in the integrated circuit (IC) industry as necessary analytical tools for use in process development, lithography mask repair, failure analysis, and defect characterization.
One step in the fabrication of integrated circuits entails the use of lithography. A semiconductor substrate on which cir-cuits are being formed is typically coated with a material, such as a photoresist, that changes solubility when exposed to radiation. A lithography tool, such as a mask or reticle, posi-tioned between the radiation source and the semiconductor sub-strate casts a shadow to control which areas of the substrate are exposed to the radiation. After the exposure, the photore-sist is removed from either the exposed or the unexposed areas, leaving a patterned layer of photoresist on the wafer that pro-tects parts of the wafer during a subsequent etching or diffu-sion process.
The term mask is used generically herein to refer to any lithography tool, regardless of the type of exposing radiation and regardless of whether the image of the mask is printed once or stepped across the substrate. A mask typically comprises a patterned layer of an absorber material, such as chromium or molybdenum silicide, on a substrate, such as quartz. When the pattern is formed on the mask, it is not unusual for the mask to have defects, such as having absorber material deposited in areas that should be clear, or having absorber missing from ar-eas that should be opaque. The high resolution of FIB systems make them ideal for removing absorber from areas of a mask that should be clear.
The use of a FIB system for removing opaque material from a mask is described, for example, in U.S. Pat. No. 6,042 738 to Casey et al. for "Pattern Film Repair Using a Focused Particle Beam System," which is assigned to FEE Company, Hillsboro, Ore-gon the assignee of the present invention. FEI Company manufac-tures focused ion beam systems, such as the Model 800 Series FIB Systems, that have software specifically for facilitating mask repair.
When using a FIB system to remove opaque material from a mask, the mask is positioned on a stage that is maneuvered, for example, using positional information from a previous inspec-tion, so that the defect is within the area scanned by the ion beam. The beam then scans the surface of the area around the defect to produce an image. The defect area is identified and the ion beam current is increased to remove the opaque mate-rial.
Ideally, after removal of inadvertently deposited absorber material, the substrate area from which the defect material was removed should have the same characteristics as the area would have had if the area had been manufactured without the defect. Unfortunately, the removal process incidentally and unavoidably changes the properties of the substrate. For example, in a pho-tolithography mask that uses a chromium absorber on a quartz substrate, the quartz at the location where the defect was re-moved typically loses some of its transparency. This loss is particularly severe for the very short exposing light wave-lengths used in modern photolithography tools, with the loss of transparency, typically being between 3 percent and 10 percent.
Overetching, particularly at the edges of the repair, is a primary factor in the loss of transparency. This phenomenon is known as "riverbedding" because the etched edges resemble riv-erbeds when viewed with an electron microscope.
In "Advancements in Focused Ion Beam Repair of MoSiON Phase Shifting Masks", J. Lessing et al., Proceedings of the SPIE Symposium on Photomask and X-ray Mask Technology VI, Yokohama Japan, SPIE Vol. 3748, p.609-622, more specifically at page 610 under the section 'Experimental" an approach to minimizing the riverbed effect is described. The method described first re-moves the center portion of the opaque defect, and then applies a lower ion dose to the outside edges to complete the repair. This technique is known as a "framed repair". The 800 Series FIB System from FEI Company can perform a framed repair to the operator's specification. Even when using a framed repair, riv-erbeds are still present. Depths under 4 nm are reported at page 611 of Advancements in Focused Ion Beam Repair of MoSiON Phase Shifting Masks" (under "Discussion of results", "Minimum riverbeds"), although the inventor found that depths of 20 nm are more typical.
Other factors thought to contribute to loss of transparency include the implantation of gallium from the ion beam into the quartz substrate and damage to the quartz itself, due to etch-ing past the chromium or due to crystalline damage cause by im-pact of the heavy gallium ions. U.S. Pat. No. 6,042,738 de-scribes the use of a clean-up gas with the focused ion beam to improve the transparency of the substrate after removing an opaque defect.
Summary of the Invention
An object of the invention, therefore, is to remove mate-rial from a substrate while minimizing or eliminating changes in characteristics of the substrate.
Applicants have discovered that the effects on a substrate of the focused ion beam removal of material on the substrate is minimized if the ion beam moves initially in a pattern that produces a uneven surface. For example, the beam could move in a pattern in which the sample is milled at a series of non-contiguous points to produce a series of holes, rather than moving in a conventional pattern of overlapping pixels. In a subsequent milling step, the beam moves in a pattern, such as a pattern of overlapping or nearly overlapping pixels, to produce a relatively uniform, planar surface. During the subsequent milling step, an etch enhancing gas is preferably used.
The present invention decreases the size of riverbeds and provides increased substrate transparency at the repaired area compared to prior art repair methods. In some embodiments, the invention reduced the amount of time that the mask needed to be under the ion beam, thereby improving production rates.
The invention is not limited to any particular type of mask or substrate materials, although the benefits of the invention are particularly apparent in milling chromium on a quartz sub-strate.
Brief Description of the Drawings
For a more complete understanding of the present invention, and the advantages thereof, reference is now made to the fol-lowing descriptions taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows schematically a typical focused ion beam system used in a preferred embodiment of the invention.
FIG. 2 is a flow chart showing a preferred method of the pre-sent invention.
FIG. 3 shows a portion of a mask, greatly enlarged, having an opaque defect.
Detailed Description of Preferred Embodiments
In FIG. 1, a focused ion beam system 8 includes an evacu-ated envelope 10 having an upper neck portion 12 within which are located a liquid metal ion source 14 and a focusing column 16 including extractor electrodes and an electrostatic optical system. Ion beam 18 passes from source 14 through column 16 and between electrostatic deflection means schematically indicated at 20 toward sample 22, which comprises, for example, a photo-lithography mask positioned on movable X-Y stage 24 within lower chamber 26. An ion pump 28 is employed for evacuating neck portion 12.
The chamber 26 is evacuated with turbomolecular and me-chanical pumping system 30 under the control of vacuum control-ler 32. The vacuum system provides within chamber 26 a vacuum of between approximately 1 x 10-7 Torr and 5x10-4 Torr. When an etch-assisting or an etch retarding gas is used, the chamber background pressure is typically about 1x10-5 Torr.
High voltage power supply 34 is connected to liquid metal ion source 14 as well as to appropriate electrodes in focusing column 16 for forming an approximately 1 keV to 60 keV ion beam 18 and directing the same downwardly. Deflection controller and amplifier 36, operated in accordance with a prescribed pattern provided by pattern generator 38, is coupled to deflection plates 20 whereby beam 18 may be controlled to trace out a cor-responding pattern on the upper surface of sample 22. The pat-tern to be traced is described in detail below. In some systems the deflection plates are placed before the final lens, as is well known in the art.
The source 14 typically provides a metal ion beam of gal-lium, although other ion sources, such as a multicusp or other plasma ion source, can be used. The source typically is capable of being focused into a sub one-tenth micron wide beam at sam-ple 22 for either modifying the surface 22 by ion milling, en-hanced etch, material deposition, or for the purpose of imaging the surface 22. An charged particle multiplier 40 used for de-tecting secondary ion or electron emission for imaging is con-nected to video circuit and amplifier 42, the latter supplying drive for video monitor 44 also receiving deflection signals from controller 36. The location of charged particle multiplier 40 within chamber 26 can vary in different embodiments. For ex-ample, a preferred charged particle multiplier 40 can be coax-ial with the ion beam and include a hole for allowing the ion beam to pass. A scanning electron microscope 41, along with its power supply and controls 45, are optionally provided with the FIB system 8.
A fluid delivery system 46 optionally extends into lower chamber 26 for introducing and directing a gaseous vapor toward sample 22. U.S. Pat. No. 5,851,413 to Casella et al. for "Gas Delivery Systems For Particle Beam Processing," assigned to the assignee of the present invention, describes a suitable fluid delivery system 46.
A door 60 is opened for inserting sample 22 on stage 24 which may be heated or cooled, and also for servicing the res-ervoir 50. The door is interlocked so that it cannot be opened if the system is under vacuum. The high voltage power supply provides an appropriate acceleration voltage to electrodes in ion beam column 16 for energizing and focusing ion beam 18. When it strikes the sample, material is sputtered, that is physically ejected, from the sample. Focused ion beam systems are commercially available, for example, from FE1 Company, Hillsboro, Oregon, the assignee of the present application.
In a preferred embodiment of the present invention, signals applied to deflection controller and amplifier 36 cause the fo-cused ion beam to move within a defect area on a mask in a man-ner that reduces the effect of the repair on the mask.
FIG. 2 is a flow chart showing steps of a preferred embodi-ment of the present invention. Step 212 shows that the stage is moved or navigated so that the defect is under the ion beam. In step 214, a defect area is designated. Various techniques can be used to designate the defect area. For example, in an FEI Accura Series FIB system using the lntuitlON™ software, the de-fect area is designated by first drawing a box on the display that includes both the opaque defect and clear, non-defect ar-eas. The opaque areas appear brighter on the display screen, because the secondary electron current coming from the chromium area is greater than the secondary electron current coming from the quartz areas. To designate the defect area, the system automatically identifies the defective, opaque area by the lar-ger secondary electron current. If necessary, the system opera-tor can adjust the threshold used by the system to differenti-ate between defect and clear areas, and can also manually ad-just the designated defect area. The IntuitION™ software in-cludes an "Edge Lock" feature that will automatically align an edge of the designated defect area with a reference edge of opaque material, so that the repair will remove material up to, but not past the reference edge.
In step 216, a "frame" or border is designated within the defect area. The frame preferably has a width of about two pix-els, although the preferred width of the frame may vary with the mask construction. FIG. 3 shows an enlarged portion of a mask 310 having an opaque region 314, a clear region 316, and an opaque defect region 318, with a frame area 320 designated within opaque defect region 318. The IntuitiON™ software allows the operator to set a frame width. If the Edge Lock feature was used, a Edge Lock Factor of, for example, -0.1, can be used to provide a similar border area 321 adjacent to a reference edge 322.
In step 220, the ion beam is directed to the defect region 318, excluding the frame area 320 and 321, to begin removing the defect and to produce an uneven surface. In a preferred em-bodiment, the pixel or dwell point spacing in step 220 is greater than the beam spot size to produce a series of holes in defect region 318. The pixel spacing is preferably between about 2 and 15 times the beam diameter or spot size, measured as the diameter at which the beam intensity falls to fifty per-cent of the maximum intensity. For example, pixel spacings of between 75 nm and 175 nm were used successfully with a pre-ferred 35 nm beam diameter, although the preferred spacing will depend upon the application.
The pixel spacing should preferably be such as to provide a hilly texture to the milled surface, that is, not so great that large flat areas remain and not so small that the milled area is flat after step 220. Experimental results show the transpar-ency of the repaired area is not particularly sensitive to the exact pixel spacing used. Because the ion beam intensity typi-cally has a Gaussian or "bell-shaped" current density distribu-tion, the holes are also Gaussian shaped, and the peaks of the regions between the holes may also be milled so that they are lower than their height before step 220.
Step 220 produces an uneven surface, that is, a surface with topography variations significant enough to enhance ion beam milling. The minimum level of unevenness can vary with the thickness and type of the material being milled. The preferred variation in surface topography is greater than 50 nm and more preferably greater than 70 nm.
The ion beam spot size can be increased to about 0.15 pm for some implementations, and beams as large as 0.8 pm or lar-ger can be achieved if desired. If the Framed Repair option in the IntuitlON™ software was used, it is necessary to cancel the repair after milling the interior of defect 318 so that the frame 320 is not milled in step 220.
The milling in step 220 is preferably performed without the use of an etch-assisting gas. By not using a gas in step 220, the time interval at which the ion beam can return to each pixel, that is, the refresh time, can be decreased because it is unnecessary to wait for additional gas molecules to be ad-sorbed onto the substrate surface. The ion beam dwell time can also be increased, because it is not limited by the amount of adsorbed gas available at the dwell point. The repair time can therefore be significantly reduced. In one test, repair time was reduced by fifteen percent.
In step 220, the holes in the chromium were milled to be-tween about seventy percent and about ninety percent of the chromium thickness. It is desirable to mill a large portion of the chromium depth in step 220 because milling is relatively rapid, but the depth of milling should not be so great that the chromium is thinned to a point at which a significant amount of gallium is implanted in the substrate. A value in the of 50% to 95% of the depth may be useful in many applications, and a value outside this range may be useful in some applications. The optimum pixel spacing and depth of milling in step 220 will depend on the beam size and properties of the mask, such as the absorber and substrate materials and the thickness of the ab-sorber.
In step 224, the ion beam is directed to pixels within the entire defect area, including frame area 320 and 321 using a pixel spacing sufficiently small to produce a smooth floor on the milled area. If the Edge Lock feature is used, the Edge Lock Factor is now set to zero so that the milling extends to the reference edge 322. While the ion beam is applied in step 224, an etch-enhancing gas is preferably directed to the impact area of the ion beam to assist in milling. Etch enhancing gases may include halogens and are typically specific to the particu-lar material being etched. A preferred etch enhancing gas for etching chromium comprises molecular bromine. Xenon-difluoride would be suitable for etching MoSiON and other attenuating ma-terials well. Water vapor can be added to the bromine or other etchant, preferably at a 10: I molar ratio of bromine to water, to reduce quartz etching.
One or more additional intermediate milling steps can be used between step 220 and step 224. The intermediate steps typically use a pixel spacing between that of step 220 and that of step 224. If multiple intermediate steps are used, the pixel spacing typically decreases with each subsequent step. Some of the holes milled in the various steps will typically overlap previously milled holes. Upon finishing the multiple steps, however, the amount of material removed from each point in the sample is approximately equal to produce a relatively uniform, planar floor over the entire area milled.
In both steps 220 and 224, the ion beam moves between pixel locations, dwelling at each pixel location for a predetermined dwell time, and returning to each location periodically until a prescribed ion dose has been delivered. The same pixel spacing and dosages are typically used for defects of various sizes, although these parameters, as well as other beam settings, can be changed for different applications. Both steps preferably employ a 75 p.m aperture in the ion optical column and use a 35 pA beam current. In both steps, the beam preferably moves in a serpentine pattern, that is, the scanning direction is reversed at the end of each row scanned.
In one preferred embodiment, the beam dwells at each pixel location for approximately 500 µsec during step 220, and the minimum refresh time, that is, the minimum time permitted for the beam to return to a given pixel location in a subsequent scan, is set to about 10 µsec thereby minimizing the delay be-tween rasters. In step 224, the pixel spacing is about 0.04 and the dwell time is about 0.35 µsec. The refresh time is in-creased to about 6000 µsec to allow time for gas molecules to adsorb between successive rasters. In step 224, the operation can be programmed to pause after specified percentages, such as 40%, 60%, 80% or 90%, of the ion dose is delivered. This pause allows the system operator to view the progress of the repair and to ensure that the repair operation does not etch signifi-cantly into the substrate after the defect material is removed. In some embodiments, SIMS can be used to analyze the material being sputtered from the mask to determine when the absorber material has been removed.
Applicants used the technique for several repairs on typi-cal photolithography masks comprising a quartz substrate and a chromium layer 100 nm thick as the absorber.
Table 1 shows the FIB system parameters used for step 220. Table 2 shows the FIB system parameters used for step 224. Ta-ble 3 shows the different pixel spacings and the depth of mill-ing in step 220 relative to the total chromium thickness and the measured transparency and depth of the overetching at the edge of the repair, that is, "riverbedding."
Parameter Setting
Aperture 75 µm
Beam Current 35 pA
Dwell time 500 µsec
Retrace 10 µsec
Min. Refresh 10 µsec
Gas None
Technique Frames– Dose to Frame = 0.0
Frame width = 2x Pixel Spacing
Edge Lock Factor = -0.1
Table 1. Constants for Step 220
Parameter Setting
Aperture 75 µm
Beam Current 35 pA
Pixel Spacing 0.04 µm
Dwell time 0.35 µsec
Retrace 10 µsec
Min. Refresh 6000 µsec
Gas Br Only - HCIG 1.8 e-5
Technique Intervals - 0.40, 0.60, 0.80, 0.90
Edge Lock = 0.0
Table 2. Constants for Step 224
Pixel Spacing (nm) Depth (% Cr) Actual Ion Dose (nC/µm2) Edge (nm) Through Transparency (%) AIMS Transverse Transparency (%) AIMS Riverbed Min Depth (nm) Riverbed Max Depth (nm)
1 175 0.8 0.106 3.3 99.3 99 10 -2
2 175 0.9 0.119 4.5 96.7 96.7 -2 -10
3 125 0.9 0.14 9.9 98.8 96.9 -13 -25
4 100 0.8 0.246 28.3 97.6 95.1 -7 -30
5 150 0.8 0.114 17.7 98.6 95.9 -5 -12
6 150 0.9 0.129 12 98.1 95.5 -8 -17
7 100 0.9 0.277 4.2 98.4 95.4 -1 -20
8 75 0.7 0.328 -5.7 97.8 95.5 -7 -17
9 100 0.7 0.216 19.2 97.8 96.1 4 -4
10 75 0.9 0.422 15 98 93.8 -13 -14,
11 125 0.8 0.124 24.2 97.7 94.9 -2 -7
12 75 0.8 0.375 3 98.8 95.7 -2 -2
13 175 0.7 0.092 34 96.7 95.2 9 11
14 150 0.7 0.1 5.4 97 93.4 1 1
15 125 0.7 0.109 -22.2 99 93.6 2 -8
TABLE 3
The transparencies were measured using light having a wave-length of 248 nm in an Aerial Image Measurement System (AIMS), and riverbed depths were measured using an atomic force micro-scope (AFM). "Through transparencies" were measured through the repaired region along a line perpendicular to the adjacent, non-defect, chromium line (e.g., line 322 of FIG. 3), and "transverse transparencies" were measured along a line parallel to the adjacent, non-defect, chromium line, through the re-paired region. Positive values for riverbedding indicate resid-ual material on the substrate, whereas negative values indicate a true riverbed or depressed area.
Riverbeds well under 20 nm were achieved, with riverbeds below 15 nm, below 10 nm, and even below 5 nm in many cases. Through transparencies were all greater than 95%, with most greater than 96% or 97%, and several greater than 98%. The "Edge" column of Table 3 indicates how closely the edge of the clear repaired region aligns with its intended edge, for exam-ple, line 322 of FIG. 3. The edge value is positive if the chromium line adjacent to the repaired area is thicker that the same line away from repaired area and negative if the chromium line adjacent to the repaired area is thinner. In step 224, the chamber pressure was measured with a Hot Cathode Ionization Gauge (HGIG) to be I.8 x 10-5 Torr. Applicants believe that the increase in transparency derives primarily from the reduction of riverbeds, rather than from reduced gallium implantation.
Applicants have also found that the milling specifications, that is, the pixel spacing, dose, ion energy, beam size, and other parameters, of each milling step box, as well as the num-ber of steps used, may be varied to optimize milling depending on the mask characteristics, including the absorber material and thickness. The specification of each milling box and the number of boxes can be determined experimentally using the ex-ample and information provided above as a guide.
Although in the patterns described above, the milling is being performed in rectangular arrays of fixed pixel spacings within each box, the invention is not limited to that embodi-ment. For example, the pixel spacing can be gradually reduced, rather than being reduced in discrete steps, and the milling locations do not need to be distributed in a rectangular or regular pattern, so long as the pixels are spaced widely enough to preserve transparency and the amount of material eventually removed from each point is about the same to produce a flat, smooth, planar floor. The pixel spacing could even remain un-changed, with the pixel locations changing in subsequent scans to produce a flat, smooth, planar floor.
Although the invention has been described with respect to mask repair, it could be used in any application in which it is desired to remove material with minimal effect on the underly-ing material.
Where this application refers to removal of opaque mate-rial, it is intended to include other materials, such as phase-shifting materials, used on a mask.
Although the present invention and its advantages have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and alterations can be made to the em-bodiments described herein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Moreover, the scope of the present application is not intended to be limited to the particular embodiments of the process, the invention being defined by the appended claims.
We claim as follows:
Claims
1. A method of removing material from an area of a substrate (22) using a focused ion beam (18), said focused ion beam having a beam diameter, the area comprises an interior re-gion (318) and a boundary region (320), the method compris-ing:
• removing material from the area by directing the fo-cused ion beam (18) toward a first set of pixel loca-tions in the area, the pixel locations of the first set separated by a distance sufficiently small to produce a substantially flat surface, the beam directed to both the interior region (318) and the boundary region (320),
characterized in that, prior to directing the focused ion beam toward the first set of pixel locations,
• directing the beam to an initial set of pixel locations solely located in the interior region (318), the pixels in said initial set separated by a distance that is greater than the beam diameter and greater than the distance separating the pixels in the first set of pix-els, the thickness of the material removed amounting to between 50% and 95% of the thickness removed after com-pletion of the method,
thereby producing a rough surface in the interior re-gion (318).
2. The method of claim 1 in which the substrate (22) is a li-thography mask and the area is a defect area on the mask.
3. The method of any of the preceding claims further compris-ing directing gas toward the area while directing the fo-cused ion beam toward the first set of pixel locations.
4. The method of claim 3 in which directing a gas toward the area includes directing a gas comprising bromine.
5. The method according to any of the preceding claims in which the distance between the pixel locations of the said initial set of pixel locations is greater than 1.5 times the beam diameter and less than fifteen times the beam di-ameter.
6. The method according to any of the preceding claims in which the thickness of material removed prior to directing the focused ion beam toward the first set of pixel loca-tions amounts to between 70% and 90% of the thickness to be removed.
7. The method according to any of the preceding claims in which the boundary region has an average width of less than five times the distance separating the pixel locations of the initial set of pixel locations.
8. The method according to any of the preceding claims further comprising directing the focused ion beam toward additional pixel locations in the defect area, the additional pixel locations being spaced apart by a distances less than the distance between the pixel locations of the said initial set of pixel locations and greater than the distance be-tween the pixel locations of the said first set of pixel locations.
9. The method according to any of the preceding claims in which the area comprises chromium.
10. The method according to any of the preceding claims in which the substrate (22) comprises quartz.
11. A computer readable media comprising computer instructions for carrying out the steps of claim 1.
Translation - German Verfahren zur Reparatur von lithographischen Masken unter Ver-wendung eines Strahls geladener Teilchen
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Bearbei-tung mit einem Strahl geladener Teilchen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Material von einer Halbleiter-Lithographiemaske.
Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
Systeme mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) werden aufgrund ihrer Fähigkeit, mit großer Präzision abzubilden, zu ätzen, zu fräsen, abzuscheiden und zu analysieren, verbreitet in Ferti-gungsvorgängen im mikroskopischen Maßstab verwendet. Ionensäu-len an FIB-Systemen, die zum Beispiel Galliumflüssigmetall-Ionenquellen (LMIS) verwenden, können eine laterale Abbildungs-auflösung von fünf bis sieben Nanometern Abbildungsauflösung liefern. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Präzision haben FIB-Systeme in der Industrie integrierter Schaltungen (IC) als not-wendige Werkzeuge zur Verwendung in der Verfahrensentwicklung, Lithographiemaskenreparatur, Ausfallsanalyse und Fehlercharak-terisierung universelle Akzeptanz erlangt.
Ein Schritt in der Fertigung integrierter Schaltungen um-faßt die Verwendung der Lithographie. Ein Halbleitersubstrat, auf dem Schaltungen gebildet werden, wird typischerweise mit einem Material, wie einem Photoresist überzogen, das seine Lös-lichkeit ändert, wenn es Strahlung ausgesetzt wird. Ein Litho-graphiewerkzeug, wie eine Maske oder ein Retikel, das zwischen der Strahlungsquelle und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wirft einen Schatten, um zu steuern, welche Bereiche des Sub-strats der Strahlung ausgesetzt werden. Nach der Belichtung wird das Photoresist entweder von den belichteten oder den un-belichteten Bereichen entfernt, wobei eine gemusterte Schicht des Photoresists auf dem Wafer zurückbleibt, die Teile des Wa-fers während eines anschließenden Ätz- oder Diffusionsprozesses schützt.
Der Ausdruck Maske wird hierin allgemein verwendet, um je-des Lithographiewerkzeug zu bezeichnen, unabhängig vom Typ der Belichtungsstrahlung und unabhängig davon, ob das Bild der Mas-ke einmal gedruckt wird oder über das Substrat abgestuft wird. Eine Maske weist typischerweise eine gemusterte Schicht aus ei-nem Absorbermaterial, wie Chrom oder Molybdänsilicid, auf einem Substrat wie Quarz auf. Wenn das Muster auf der Maske gebildet wird, ist es nicht ungewöhnlich, daß die Maske Fehler aufweist, wie daß Absorbermaterial in Bereichen abgeschieden ist, die durchsichtig sein sollten, oder daß Absorber in Bereichen fehlt, die undurchsichtig sein sollten. Die hohe Auflösung der FIB-Systeme macht sie zur Entfernung des Absorbers aus Berei-chen einer Maske ideal, die durchsichtig sein sollten.
Die Verwendung eines FIB-Systems zur Entfernung von un-durchsichtigem Material von einer Maske wird zum Beispiel in US-Pat.-Nr. 6,042 738 von Casey u.a. zur „Pattern Film Repair Using a Focused Particle Beam System“ beschrieben, das an FEI Company, Hillsboro, Oregon, dem Rechtsnachfolger der vorliegen-den Erfindung übertragen ist. Die FEI Company stellt Systeme mit fokussiertem Ionenstrahl her, wie die FIB-Systeme der Mo-dellreihe 800, die Software spezifisch zur Erleichterung der Maskenreparatur aufweisen.
Wenn ein FIB-System verwendet wird, um undurchsichtiges Ma-terial von einer Maske zu entfernen, wird die Maske auf einem Objekttisch angeordnet, der zum Beispiel unter Verwendung von Positionsinformationen aus einer vorhergehenden Untersuchung verfahren wird, so daß der Fehler innerhalb des Bereichs liegt, der durch den Ionenstrahl abgetastet wird. Der Strahl tastet dann die Oberfläche des Bereichs um den Fehler ab, um ein Bild zu erzeugen. Der Fehlerbereich wird gekennzeichnet, und der Io-nenstrahlstrom wird erhöht, um das undurchsichtige Material zu beseitigen.
Idealerweise sollte nach der Entfernung von versehentlich abgeschiedenen Absorbermaterial der Substratbereich, von dem das Fehlermaterial entfernt wurde, dieselben Eigenschaften auf-weisen, wie sie der Bereich gehabt hätte, wenn der Bereich ohne Fehler hergestellt worden wäre. Leider ändert der Entfernungs-prozeß zufällig und unvermeidbar die Eigenschaften des Sub-strats. Zum Beispiel verliert in einer Photolithographiemaske, die einen Chromabsorber auf einem Quarzsubstrat verwendet, der Quarz an der Stelle, wo der Fehler entfernt wurde, typischer-weise etwas seiner Transparenz. Dieser Verlust ist insbesondere für sehr kurze Belichtungslichtwellenlängen ernst, die in mo-dernen Photolithographiewerkzeugen verwendet werden, wobei der Verlust der Transparenz typischerweise zwischen 3 Prozent und 10 Prozent liegt.
Überätzung, insbesondere an den Kanten der Reparatur ist ein Hauptfaktor beim Verlust der Transparenz. Diese Erscheinung ist als „Flußbettbildung“ bekannt, da die geätzten Kanten Fluß-betten ähneln, wenn sie mit einem Elektronenmikroskop betrach-tet werden.
In „Advancements in Focused Ion Beam Repair of MoSiON Phase Shifting Masks“, J. Lessing et al., Proceedings of the SPIE Symposium on Photomask and X-ray Mask Technology VI, Yokohama Japan, SPIE B. 3748, S. 609-622, wird insbesondere auf Seite 610 unter dem Abschnitt „Experimental“ ein Ansatz zum Minimie-ren des Flußbetteffekts beschrieben. Das beschriebene Verfahren entfernt zuerst den Mittenabschnitt des undurchsichtigen Feh-lers, und wendet dann eine niedrige Ionendosis auf die Außen-kanten an, um die Reparatur zu vollenden. Diese Technik ist als eine „eingerahmte Reparatur“ bekannt. Das FIB-System der Mo-dellreihe 800 von FEI Company kann eine eingerahmte Reparatur nach Spezifikation des Bedieners durchführen. Selbst wenn eine eingerahmte Reparatur verwendet wird, sind immer noch Flußbet-ten vorhanden. Es werden auf Seite 611 von „Advancements in Fo-cused Ion Beam Repair of MoSiON Phase Shifting Masks“ (unter „Discussion of results“ „Minimum riverbeds“) Tiefen unter 4 nm berichtet, obwohl der Erfinder feststellte, daß Tiefen von 20 nm typischer sind.
Andere Faktoren, von denen angenommen wird, daß sie zum Verlust der Transparenz beitragen, umfassen die Implantation von Gallium aus dem Ionenstrahl in das Quarzsubstrat und eine Schädigung am Quarz selbst, infolge einer Ätzung am Chrom vor-bei oder infolge einer kristallinen Schädigung, die durch den Aufprall der schweren Galliumionen verursacht wird. US-Pat. Nr. 6,042,738 beschreibt die Verwendung eines Reinigungsgases mit dem fokussierten Ionenstrahl, um die Transparenz des Substrats nach der Entfernung eines undurchsichtigen Fehlers zu verbes-sern.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, Material von einem Substrat zu entfernen, während Änderungen der Eigenschaften des Substrats minimiert oder beseitigt werden.
Die Anmelder haben entdeckt, daß die Auswirkungen der Mate-rialentfernung auf dem Substrat durch einen fokussierten Ionen-strahl auf ein Substrat minimiert werden, wenn sich der Ionen-strahl anfänglich in einem Muster bewegt, das eine unebene Oberfläche erzeugt. Zum Beispiel könnte sich der Strahl in ei-nem Muster bewegen, in dem die Probe an einer Reihe nicht-zusammenhängender Punkte gefräst wird, um eine Reihe von Lö-chern zu erzeugen, statt sich in einem herkömmlichen Muster von überlappenden Pixeln zu bewegen. In einem anschließenden Fräs-schritt bewegt sich der Strahl in einem Muster, wie einem Mu-ster aus überlappenden oder nahezu überlappenden Pixeln, um ei-ne verhältnismäßig einheitliche, planare Oberfläche zu erzeu-gen. Während des anschließenden Frässchritts wird vorzugsweise ein Ätzverstärkungsgas verwendet.
Die vorliegende Erfindung vermindert die Größe der Flußbet-ten und liefert verglichen mit Reparaturverfahren des Stands der Technik eine erhöhte Substrattransparenz am reparierten Be-reich. In einigen Ausführungsformen reduzierte die Erfindung die Dauer, während derer sich die Maske unter dem Ionenstrahl befinden mußte, wodurch die Produktionsraten erhöht wurden.
Die Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Typ von Mas-ken- oder Substratmaterialien beschränkt, obwohl die Vorteile der Erfindung beim Fräsen von Chrom auf einem Quarzsubstrat be-sonders deutlich sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfin-dung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibun-gen Bezug genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen werden. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein typisches System mit einem fokussier-ten Ionenstrahl, das in einer bevorzugten Ausfüh-rungsform der Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 einen Ablaufplan, der ein bevorzugtes Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 einen stark vergrößerten Abschnitt einer Maske, mit einem undurchsichtigen Fehler.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In Fig. 1 umfaßt ein System 8 mit einem fokussierten Ionen-strahl eine evakuierte Hülle 10 mit einem oberen Halsabschnitt 12, in dem sich eine Flüssigmetallionenquelle 14 und eine Fo-kussiersäule 16 befinden, die Extraktionselektroden und ein elektrostatisches optisches System enthält. Ein Ionenstrahl 18 geht von der Quelle 14 durch die Säule 16 und zwischen elektro-statischen Ablenkeinrichtungen, die schematisch bei 20 ange-zeigt werden, zu einer Probe 22, die zum Beispiel eine Photo¬lithographiemaske aufweist, die auf einem beweglichen X-Y-Objekttisch 24 in einer unteren Kammer 26 angeordnet ist. Es wird eine Ionenpumpe 28 zum Evakuieren des Halsabschnitts 12 eingesetzt.
Die Kammer 26 wird mit einem Turbomolekular- und mechani-schen Pumpsystem 30 unter der Kontrolle einer Vakuumsteuerein-richtung 32 evakuiert. Das Vakuumsystem stellt in der Kammer 26 ein Vakuum zwischen annähernd 1x10-7 Torr und 5x10-4 Torr be-reit. Wenn ein Ätzhilfs- oder ein Ätzverzögerungsgas verwendet wird, beträgt der Kammerrestdruck typischerweise etwa 1x10-5 Torr.
Es ist eine Hochspannungsstromversorgung 34 mit der Flüs-sigmetallionenquelle 14 sowie mit geeigneten Elektroden in der Fokussiersäule 16 verbunden, um einen Ionenstrahl 18 mit annä-hernd 1 keV bis 60 keV zu bilden und ihn nach unten zu richten. Es ist eine Ablenksteuereinrichtung und -Verstärker 36, der ge-mäß eines vorgeschriebenen Musters betrieben wird, das durch einen Mustergenerator 38 bereitgestellt wird, mit Ablenkplatten 20 gekoppelt, wodurch der Strahl 18 so gesteuert werden kann, daß er entsprechendes Muster auf der Oberseite der Probe 22 zeichnet. Das zu zeichnende Muster wird unten im Detail be-schrieben. In einigen Systemen sind die Ablenkplatten vor der letzten Linse angeordnet, was in der Technik wohlbekannt ist.
Die Quelle 14 liefert typischerweise einen Metallionen-strahl aus Gallium, obwohl andere Ionenquellen, wie eine Multi-cusp- oder eine andere Plasmaionenquelle verwendet werden kön-nen. Die Quelle kann typischerweise in einem, unter einem Zehn-tel Mikrometer breiten Strahl auf die Probe 22 fokussiert wer-den, um entweder die Oberfläche 22 durch Ionenfräsen, verstärk-tes Ätzen, Materialabscheidung, oder zum Zwecke der Abbildung auf der Oberfläche 22 zu modifizieren. Ein Vervielfacher 40 für geladene Teilchen, der zur Detektion einer Sekundärionen- oder Elektronenemission zur Abbildung verwendet wird, ist mit einer Videoschaltung und einem Verstärker 42 verbunden, wobei der letztgenannte, der Treibersignale für einen Videomonitor 44 liefert, außerdem Ablenksignale von der Steuereinrichtung 36 empfängt. Die Stelle des Vervielfachers 40 für geladene Teil-chen in der Kammer 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen variieren. Zum Beispiel kann ein bevorzugter Vervielfacher 40 für geladene Teilchen koaxial mit dem Ionenstrahl sein und ein Loch aufweisen, um den Ionenstrahl durchgehen zu lassen. Das FIB-System 8 ist optional mit einem Rasterelektronenmikroskop 41, zusammen mit seiner Stromversorgung und Steuerungen 45 ver-sehen.
Es erstreckt sich optional ein Fluidzufuhrsystem 46 in die untere Kammer 26, um gasförmigen Dampf einzuleiten und zur Pro-be 22 zu richten. US-Pat. Nr. 5,851,413 von Casella u.a. für „Gas Delivery Systems For Particle Beam Processing“, das an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen ist, be-schreibt ein geeignetes Fluidzufuhrsystem 46.
Es wird eine Tür 60 geöffnet, um die Probe 22 auf dem Ob-jekttisch 24 einzusetzen, der geheizt oder gekühlt werden kann, und um außerdem das Reservoir 50 zu bedienen. Die Tür wird ver-riegelt, so daß sie nicht geöffnet werden kann, wenn sich das System unter Vakuum befindet. Die Hochspannungsstromversorgung liefert zur Erregung und Fokussierung des Ionenstrahls 18 eine geeignete Beschleunigungsspannung an die Elektroden in der Io-nenstrahlsäule 16. Wenn er die Probe trifft, wird Material zer-stäubt, das physikalisch aus der Probe ausgestoßen wird. Syste-me mit einem fokussierten Ionenstrahl sind zum Beispiel von FEI Company, Hillsboro, Oregon, dem Rechtsnachfolger der vorliegen-den Anmeldung kommerziell erhältlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er-findung bewirken Signale, die an den Ablenksteuereinrichtung und -Verstärker 36 angelegt werden, daß sich der fokussierte Ionenstrahl innerhalb eines Fehlerbereichs auf einer Maske in einer Weise bewegt, die die Auswirkung der Reparatur auf die Maske reduziert.
Fig. 2 ist ein Ablaufplan, der die Schritte einer bevorzug-ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Schritt 212 zeigt, daß der Objekttisch so bewegt oder gelenkt wird, daß sich der Fehler unter dem Ionenstrahl befindet. Im Schritt 214 wird ein Fehlerbereich gekennzeichnet. Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um den Fehlerbereich zu bestimmen. Zum Beispiel wird in einem FIB-System der FEI-Accura-Reihe, das die IntuitION™-Software verwendet, der Fehlerbereich gekenn-zeichnet, indem zuerst eine Box auf der Anzeige gezeichnet wird, die die Bereiche der undurchsichtigen Fehler und durch-sichtigen Nicht-Fehler umfaßt. Die undurchsichtigen Bereiche erscheinen auf dem Anzeigeschirm heller, da der Sekundärelek-tronenstrom, der aus dem Chrombereich kommt, größer als der Se-kundärelektronenstrom ist, der aus den Quarzbereichen kommt. Um den Fehlerbereich zu kennzeichnen, identifiziert das System au-tomatisch den fehlerhaften, undurchsichtigen Bereich durch den größeren Sekundärelektronenstrom. Falls notwendig, kann der Sy-stembediener den Schwellenwert einstellen, der durch das System verwendet wird, um zwischen Fehler- und durchsichtigen Berei-chen zu differenzieren, und kann außerdem manuell den gekenn-zeichneten Fehlerbereich einstellen. Die IntuitION™-Software enthält ein „Kantenverriegelungs-“ Merkmal, das eine Kante des gekennzeichneten Fehlerbereichs automatisch mit einer Bezugs-kante des undurchsichtigen Materials ausrichten wird, so daß die Reparatur Material bis zur Bezugskante entfernen wird, je-doch nicht darüber hinaus.
In Schritt 216 wird ein „Rahmen“ oder eine Begrenzung im Fehlerbereich gekennzeichnet. Der Rahmen weist vorzugsweise ei-ne Breite von etwa zwei Pixeln auf, obwohl die bevorzugte Brei-te des Rahmens mit dem Maskenaufbau variieren kann. Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Abschnitt einer Maske 310 mit einer undurchsichtigen Region 314, einer durchsichtigen Region 316, und einer undurchsichtigen Fehlerregion 318, mit einem Rahmen-bereich 320, der in der undurchsichtigen Fehlerregion 318 ge-kennzeichnet ist. Die IntuitION™-Software ermöglicht es dem Be-diener, eine Rahmenbreite einzustellen. Wenn das Kantenverrie-gelungsmerkmal verwendet wird, kann ein Kantenverriegelungsfak-tor von zum Beispiel -0,1 verwendet werden, um einen ähnlichen Begrenzungsbereich 321 angrenzend an eine Bezugskante 322 be-reitzustellen.
In Schritt 220 wird der Ionenstrahl auf die Fehlerregion 318 mit der Ausnahme des Rahmenbereichs 320 und 321 gerichtet, um zu beginnen, den Fehler zu entfernen und eine unebene Ober-fläche zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Pixel- oder Verweilpunktabstand im Schritt 220 größer als die Strahlfleckgröße, um eine Reihe von Löchern in der Fehler-region 318 zu erzeugen. Der Pixelabstand liegt vorzugsweise zwischen etwa dem 2 und 15 fachen des Strahldurchmessers oder der Fleckgröße, gemessen als der Durchmesser, bei dem die Strahlintensität auf fünfzig Prozent der maximalen Intensität fällt. Zum Beispiel wurden Pixelabstände von zwischen 75 nm und 175 nm erfolgreich mit einem bevorzugten Strahldurchmesser von 35 nm verwendet, obwohl der bevorzugte Abstand von der Anwen-dung abhängen wird.
Der Pixelabstand sollte vorzugsweise so gestaltet sein, daß er der gefrästen Oberfläche eine hügelige Textur verleiht, das heißt, nicht so groß, daß große ebene Bereiche zurückbleiben und nicht so klein, daß der gefräste Bereich nach dem Schritt 220 eben ist. Experimentelle Ergebnisse zeigen, daß die Trans-parenz des reparierten Bereichs hinsichtlich des genauen ver-wendeten Pixelabstands nicht besonders empfindlich ist. Da die Ionenstrahlintensität typischerweise eine Gaußsche oder „glok-kenförmige“ Stromdichteverteilung aufweist, sind die Löcher ebenfalls Gauß-förmig, und die Spitzen der Regionen zwischen den Löchern können außerdem so gefräst werden, daß sie niedri-ger als ihre Höhe vor dem Schritt 220 sind.
Der Schritt 220 erzeugt eine unebene Oberfläche, das heißt, eine Oberfläche mit Topographievariationen, die bedeutend genug sind, um das Ionenstrahlfräsen zu steigern. Der Minimalpegel der Unebenheit kann mit der Dicke und dem Typ des Materials va-riieren, das gefräst wird. Die bevorzugte Variation der Ober-flächentopographie ist größer als 50 nm und bevorzugter größer als 70 nm.
Die Ionenstrahlfleckgröße kann für einige Anwendungen auf etwa 0,15 µm erhöht werden, und es können Strahlen von nicht weniger als 0,8 µm oder größer erzielt werden, falls erwünscht. Wenn die Option der eingerahmten Reparatur in der IntuitION™-Software verwendet wird, ist es notwendig, die Reparatur nach dem Fräsen des Inneren des Fehlers 318 zu streichen, so daß der Rahmen 320 im Schritt 220 nicht gefräst wird.
Das Fräsen wird im Schritt 220 vorzugsweise ohne die Ver-wendung eines Ätzhilfsgases durchgeführt. Indem kein Gas im Schritt 220 verwendet wird, kann die Zeitspanne, in der der Io-nenstrahl zu jedem Pixel zurückkehren kann, das heißt, die Auf-frischzeit gesenkt werden, da es überflüssig ist, darauf zu warten, daß zusätzliche Gasmoleküle auf der Substratoberfläche absorbiert werden. Die Ionenstrahlverweilzeit kann ebenfalls erhöht werden, da sie nicht durch die Menge des absorbierten Gases beschränkt ist, das am Verweilpunkt verfügbar ist. Die Reparaturzeit kann daher erheblich reduziert werden. In einem Test wurde die Reparaturzeit um fünfzehn Prozent reduziert.
In Schritt 220 wurden die Löcher im Chrom bis zu zwischen etwa siebzig Prozent und etwa neunzig Prozent der Chromdicke gefräst. Es ist wünschenswert, einen großen Anteil der Chrom-tiefe im Schritt 220 zu fräsen, da das Fräsen verhältnismäßig schnell geht, jedoch sollte die Tiefe des Fräsens nicht so groß sein, daß das Chrom bis zu einem Punkt verdünnt wird, an dem eine bedeutende Menge Gallium in das Substrat implantiert wird. Ein Wert im Bereich von 50% bis 95% der Tiefe kann in vielen Anwendungen nützlich sein, und ein Wert außerhalb dieses Be-reichs kann in einigen Anwendungen nützlich sein. Der optimale Pixelabstand und Tiefe des Fräsens in Schritt 220 wird von der Strahlgröße und Eigenschaften der Maske, wie dem Absorber- und Substratmaterialien und der Dicke des Absorbers abhängen.
Im Schritt 224 wird der Ionenstrahl auf Pixel im gesamten Fehlerbereich einschließlich des Rahmenbereichs 320 und 321 ge-richtet, wobei ein Pixelabstand verwendet wird, der ausreichend klein ist, um einen glatten Boden auf dem gefrästen Bereich zu erzeugen. Wenn das Kantenverriegelungsmerkmal verwendet wird, wird der Kantenverriegelungsfaktor nun auf null gesetzt, so daß sich das Fräsen auf die Bezugskante 322 erstreckt. Während der Ionenstrahl im Schritt 224 angewendet wird, wird vorzugsweise ein Ätzverstärkungsgas auf den Auftreffbereich des Ionenstrahls gerichtet, um das Fräsen zu unterstützen. Ätzverstärkungsgase können Halogene enthalten und sind typischerweise für das be-stimmte Material spezifisch, das geätzt wird. Ein bevorzugtes Ätzverstärkungsgas zum Ätzen von Chrom weist molekulares Brom auf. Xenondifluorid wäre gut zum Ätzen von MoSiON und anderen Dämpfungsmaterialien geeignet. Es kann zum Brom oder einem an-deren Ätzmittel Wasserdampf hinzugefügt werden, vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 10:1 von Brom zu Wasser, um die Ätzung von Quarz zu reduzieren.
Es können ein oder mehrere zusätzliche Zwischenfrässchritte zwischen dem Schritt 220 und dem Schritt 224 verwendet werden. Die Zwischenschritte verwenden typischerweise einen Pixelab-stand zwischen jenem des Schrittes 220 und jenem des Schrittes 224. Wenn mehrere Zwischenschritte verwendet werden, vermindert sich der Pixelabstand typischerweise mit jedem anschließenden Schritt. Einige der in den verschiedenen Schritten gefrästen Löcher werden typischerweise vorher gefräste Löcher überlappen. Bei der Beendigung der mehreren Schritte ist jedoch die Menge des von jedem Punkt in der Probe entfernten Materials annähernd gleich, um einen verhältnismäßig einheitlichen, planaren Boden über den gesamten gefrästen Bereich zu erzeugen.
In beiden Schritten 220 und 224 bewegt sich der Ionenstrahl zwischen Pixelorten, wobei er an jedem Pixelort für einen vor-gegebene Verweilzeit verweilt, und zu jedem Ort periodisch zu-rückkehrt, bis eine vorgeschrieben Ionendosis abgegeben worden ist. Es werden typischerweise derselbe Pixelabstand und diesel-ben Dosen für Fehler verschiedener Größen verwendet, obwohl diese Parameter ebenso wie andere Strahleinstellungen für un-terschiedliche Anwendungen geändert werden können. Beide Schritte setzen vorzugsweise eine Blende von 75 µm in der io-nen¬optischen Säule ein und verwenden einen Strahlstrom von 35 pA. In beiden Schritten bewegt sich der Strahl vorzugsweise in einem Schlangenmuster, das heißt, die Abtastrichtung wird an jedem Ende jeder abgetasteten Reihe umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform verweilt der Strahl während des Schritts 220 an jedem Pixelort für annähernd 500 µs, und die minimale Auffrischzeit, das heißt, die minimale Zeit, die zugelassen wird, damit der Strahl zu einem gegebenen Pixel¬ort in einer anschließenden Abtastung zurückkehrt, wird auf 10 µs eingestellt, wodurch die Verzögerung zwischen Rastern minimiert wird. Im Schritt 224 beträgt der Pixelabstand etwa 0,04 µm, und die Verweilzeit beträgt etwa 0,35 µs. Die Auf-frischzeit wird von etwa 6000 µs erhöht, um Zeit zuzulassen, damit Gasmoleküle zwischen aufeinanderfolgenden Rastern absor-biert werden. In Schritt 224 kann der Ablauf so programmiert werden, daß pausiert wird, nachdem festgelegte Prozentanteile, wie 40%, 60%, 80% oder 90%, der Ionendosis abgegeben sind. Die-se Pause ermöglicht es dem Systembediener, den Fortschritt der Reparatur zu betrachten und sicherzustellen, daß der Reparatur-vorgang nicht erheblich in das Substrat ätzt, nachdem das Feh-lermaterial entfernt ist. In einigen Ausführungsformen kann SIMS verwendet werden, um das Material zu analysieren, das von der Maske zerstäubt wird, um festzustellen, ob das Absorberma-terial entfernt worden ist.
Die Anmelder verwendeten die Technik für mehrere Reparatu-ren an typischen Photolithographiemasken, die ein Quarzsubstrat und eine 100 nm dicke Chromschicht als den Absorber aufwiesen.
Tabelle 1 zeigt die für Schritt 220 verwendeten FIB-Systemparameter. Tabelle 2 zeigt die für Schritt 224 verwende-ten FIB-Systemparameter. Tabelle 3 zeigt die unterschiedlichen Pixelabstände und die Frästiefe im Schritt 220 im Verhältnis zur Gesamtchromdicke und die gemessene Transparenz und Tiefe der Überätzung an der Kante der Reparatur, das heißt die „Fluß-bettbildung“.
Parameter Einstellung
Blende 75 µm
Strahlstrom 35 pA
Verweilzeit 500 µs
Rücklauf 10 µs
Min. Auffrischung 10 µs
Gas Keins
Technik Rahmen – Dosis auf Rahmen = 0,0
Rahmenbreite = 2x Pixelabstand
Kantenverriegelungsfaktor = -0,1
Tabelle 1. Konstanten für Schritt 220
Parameter
Einstellung
Blende 75 µm
Strahlstrom 35 pA
Pixelabstand 0,04 µm
Verweilzeit 0,35 µs
Rücklauf 10 µs
Min. Auffrischung 6000 µs
Gas Nur Br - HCIG 1,8 e-5
Technik Intervalle - 0,40, 0,60, 0,80, 0,90
Kantenverriegelung = 0,0
Tabelle 2. Konstanten für Schritt 224
Pixel¬abstand (nm) Tiefe (% Cr) Ist-Ionendosis (nC/µm2) Kante (nm) Durch-Transparenz (%) AIMS Quer-Transparenz (%) AIMS Min. Fluß-bett-Tiefe (nm) Max. Fluß-bett-Tiefe (nm)
1 175 0,8 0,106 3,3 99,3 99 10 -2
2 175 0,9 0,119 4,5 96,7 96,7 -2 -10
3 125 0,9 0,14 9,9 98,8 96,9 -13 -25
4 100 0,8 0,246 28,3 97,6 95,1 -7 -30
5 150 0,8 0,114 17,7 98,6 95,9 -5 -12
6 150 0,9 0,129 12 98,1 95,5 -8 -17
7 100 0,9 0,277 4,2 98,4 95,4 -1 -20
8 75 0,7 0,328 -5,7 97,8 95,5 -7 -17
9 100 0,7 0,216 19,2 97,8 96,1 4 -4
10 75 0,9 0,422 15 98 93,8 -13 -14
11 125 0,8 0,124 24,2 97,7 94,9 -2 -7
12 75 0,8 0,375 3 98,8 95,7 -2 -2
13 175 0,7 0,092 34 96,7 95,2 9 11
14 150 0,7 0,1 5,4 97 93,4 1 1
15 125 0,7 0,109 -22,2 99 93,6 2 -8
Tabelle 3
Die Transparenzen wurden unter Verwendung von Licht mit ei-ner Wellenlänge von 248 nm in einem Aerial Image Measurement System (AIMS) gemessen, und Flußbett-Tiefen wurden unter Ver-wendung eines Rasterkraftmikroskops (AFM) gemessen. „Durch-Transparenzen“ wurden durch die reparierte Region längs einer Linie senkrecht zur benachbarten, fehlerfreien Chromlinie ge-messen (z.B. Linie 322 der Fig. 3), und „Quer-Transparenzen“ wurden längs einer Linie parallel zur benachbarten, fehlerfrei-en Chromlinie durch die reparierte Region gemessen. Positive Werte für die Flußbettbildung zeigen Restmaterial auf dem Sub-strat an, wohingegen negative Werte ein wirkliches Flußbett oder einen abgesenkten Bereich anzeigen.
Es wurden Flußbetten weit unter 20 nm erreicht, mit in vie-len Fällen Flußbetten unter 15 nm, unter 10 nm und sogar unter 5 nm. Die Durch-Transparenzen waren alle größer als 95%, wobei die meisten größer als 96% oder 97%, und etliche größer als 98% waren. Die „Kanten“-Säule der Tabelle 3 zeigt an, wie eng die Kante der durchsichtigen reparierten Region mit ihrer beabsich-tigten Kante ausgerichtet ist, zum Beispiel die Linie 322 der Fig. 3. Der Kantenwert ist positiv, wenn die Chromlinie, die dem reparierten Bereich benachbart ist, dicker als dieselbe Li-nie ist, die vom reparierten Bereich entfernt ist, und negativ, wenn die Chromlinie, die dem reparierten Bereich benachbart ist, dünn ist. Im Schritt 224 wurde der Kammerdruck mit einem Glühkathodenionisationsvakuummeter (HGIG) als 1,8 x 10-5 Torr gemessen. Die Anmelder glauben, daß sich die Zunahme der Trans-parenz hauptsächlich von der Reduzierung der Flußbetten ablei-tet, statt von der reduzierten Galliumimplantation.
Die Anmelder haben außerdem festgestellt, daß die Frässpe-zifikationen, das heißt der Pixelabstand, Dosis, Ionenenergie, Strahlgröße und andere Parameter jeder Frässchrittbox sowie die Anzahl der verwendeten Schritte variiert werden können, um das Fräsen abhängig von den Maskeneigenschaften zu optimieren, die das Absorbermaterial und die Dicke umfassen. Die Spezifikation jeder Fräsbox und die Anzahl der Boxen können experimentell be-stimmt werden, wobei das oben bereitgestellte Beispiel und die Information als ein Leitfaden dienen.
Obwohl in den oben beschriebenen Mustern das Fräsen in rechteckigen Anordnungen mit festen Pixelabständen in jeder Box durchgeführt wird, ist die Erfindung nicht auf diese Ausfüh-rungsform beschränkt. Zum Beispiel kann der Pixelabstand all-mählich reduziert werden, anstatt in diskreten Schritten redu-ziert zu werden, und die Fräsorte müssen nicht in einem recht-eckigen oder regelmäßigen Muster verteilt sein, solange die Pi-xel weit genug beabstandet sind, um die Transparenz zu erhalten und die Materialmenge, die schließlich von jedem Punkt entfernt wird, etwa dieselbe ist, um einen ebenen, glatten, planaren Bo-den zu erzeugen. Der Pixelabstand könnte sogar unverändert bleiben, wobei sich die Pixelorte in anschließenden Abtastungen ändern, um einen ebenen, glatten, planaren Boden zu erzeugen.
Obwohl die Erfindung bezüglich der Maskenreparatur be-schrieben worden ist, könnte sie in jeder Anwendung verwendet werden, in der es erwünscht ist, Material mit einer minimalen Auswirkung auf das darunterliegende Material zu entfernen.
Wo sich diese Anmeldung auf die Entfernung von undurchsich-tigem Material bezieht, ist es beabsichtigt, andere Materialien einzuschließen, wie Phasenverschiebungsmaterialien, die auf ei-ner Maske verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im De-tail beschrieben worden sind, sollte es sich verstehen, daß verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen an den hierin beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden kön-nen, ohne den Geist und Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Überdies ist es nicht beabsichtigt, daß der Rahmen der vorliegenden Anmeldung auf die besonderen Ausführungsformen des Verfahrens beschränkt ist, wobei die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche defi-niert ist.
Wir beanspruchen wie folgt:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Entfernen von Material von einem Bereich ei-nes Substrats (22) unter Verwendung eines fokussierten Io-nenstrahls (18), wobei der fokussierte Ionenstrahl einen Strahldurchmesser aufweist und der Bereich eine innere Re-gion (318) und eine Grenzregion (320) aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
• Entfernen von Material aus dem Bereich durch Richten des fokussierten Ionenstrahls (18) auf eine erste Grup-pe von Pixelorten in dem Bereich, wobei die Pixelorte der ersten Gruppe durch einen Abstand getrennt sind, der ausreichend klein ist, um eine im wesentlichen ebe-ne Oberfläche zu erzeugen, wobei der Strahl sowohl auf die innere Region (318) als auch auf die Grenzregion (320) gerichtet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Richten des fokussier-ten Ionenstrahls auf die erste Gruppe von Pixelorten,
• der Strahl auf eine Anfangsgruppe von Pixelorten ge-richtet wird, die sich nur in der inneren Region (318) befinden, wobei die Pixel in der Anfangsgruppe durch einen Abstand getrennt sind, der größer als der Strahl-durchmesser ist und größer als der Abstand ist, der die Pixel in der erste Gruppe von Pixeln trennt, wobei die Dicke des entfernten Materials zwischen 50% und 95% der Dicke beträgt, die nach der Vollendung des Verfahrens entfernt ist,
wodurch eine rauhe Oberfläche in der inneren Region (318) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Substrat (22) eine Lithographiemaske ist und der Bereich ein Fehlerbereich auf der Maske ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das fer-ner das Leiten eines Gases zu dem Bereich aufweist, während der fokussierte Ionenstrahl auf die erste Gruppe von Pixel-orten gerichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem das Leiten eines Gases zu dem Bereich das Leiten eines Gases aufweist, das Brom auf-weist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Abstand zwischen den Pixelorten der Anfangsgruppe von Pixelorten größer als das 1,5-fache des Strahldurchmessers ist und kleiner als das fünfzehnfache des Strahldurchmes-sers ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in die Dicke des Materials, das vor dem Richten des fokussierten Ionenstrahls auf die erste Gruppe von Pixelorten entfernt wird, zwischen 70% und 90% der zu entfernenden Dicke be-trägt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Grenzregion eine durchschnittliche Breite von weniger als dem fünffachen des Abstands aufweist, der die Pixelorte der Anfangsgruppe von Pixelorten trennt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das fer-ner das Richten des fokussierten Ionenstrahls auf zusätzli-che Pixelorte im Fehlerbereich aufweist, wobei die zusätz-lichen Pixelorte durch einen Abstand voneinander beabstan-det sind, der kleiner als der Abstand zwischen den Pixelor-ten der Anfangsgruppe von Pixelorten und größer als der Ab-stand zwischen den Pixelorten der ersten Gruppe von Pixel-orten ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Bereich Chrom aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Substrat (22) Quarz aufweist.
11. Computerlesbare Medien, die Computerbefehle zum Ausführen der Schritte nach Anspruch 1 aufweisen.
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Experience
Years of experience: 30. Registered at ProZ.com: Feb 2008.
I studied physics at the University of Stuttgart, and completed his Doctorate at the Max Planck Institute for Metallurgy-Research in Stuttgart.
After working together with a number of patent attorneys, I established myself as an independent patent translator in 1994.
I soon started using and developing software utilities to improve the precision of my translations, which now extend into additional fields besides patents.
Expertise