TWI465837B

TWI465837B - 處理具有微型化結構之物件的方法

Info

Publication number: TWI465837B
Application number: TW098106089A
Authority: TW
Inventors: Michael Budach; Tristan Bret; Klaus Edinger; Thorsten Hofmann
Original assignee: Zeiss Carl Sms Gmbh
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2014-12-21
Also published as: US20100297362A1; JP2011513775A; TW201001056A; KR101640264B1; EP2257853B1; EP2257853A2; CN101971091A; WO2009106288A3; JP5693241B2; EP2511764B1; CN101971091B; KR20100124288A; EP2511764A1; WO2009106288A2

Description

處理具有微型化結構之物件的方法

本發明係關於處理具有微型化結構之物件之方法，尤其用以修復用於半導體製造之光罩或用以處理半導體電路。

電子顯微技術是一種長久以來建立用以檢測欲測試物件表面之方法。於掃描電子顯微術中，利用細微電子束掃描欲測試物件表面。偵測因電子束撞擊物件而使物件發射之電子及/或物件回散射之電子，以組成掃描區域之電子影像。

電子顯微鏡通常具有以下組件：產生電子束之電子束源、將電子束聚焦於欲測試物件之電子光學、以電子束掃描物件表面之偏轉光學、以及用以偵測於物件表面回散射或發射之電子之至少一偵測器。

除了單純檢測外，電子顯微鏡亦逐漸用以處理物件上的微型化結構，以及/或用以製造具有微型化結構之物件。於此情況下，藉由提供反應氣體到物件上欲處理部位而高精確性地選擇性沉積或移除材料，其中反應氣體因電子束撞擊物件之欲處理部位而被激發並變為化學反應性。以此方式，可沉積材料於所選位置，或自物件之所選位置移除材料。於此程序中，適當地選擇反應氣體作為欲自物件表面微型化結構移除之材料的函數，或為欲沉積材料之函數。

此技術之特定應用領域為微影光罩修復領域。光罩持續在半導體工業製造微型化結構上扮演重要的角色。於微影程序中，跨幅照射光罩，而曝光塗佈於晶圓之光阻以於晶圓上產生光罩的縮影，因而界定於後續製程步驟欲製造之晶圓結構。因此，光罩缺陷對於用其所製造之微型化結構品質有決定性的不利影響。由於光罩生產一直是耗時又高成本，因此越來應用越多的光罩修復方法。於此情況下，利用電子束所引致及描述的化學反應，可非常明確又高精確地修復光罩的缺陷。

於光罩修復方法中以及於製造微型化結構之其他方法中，需要偵測已沉積或移除足夠材料之沉積或移除終點。為達此偵測目的，可使用各種參數，例如次級或回散射電子之訊號、X射線、氣體組成、以及物件中產生的電流。

當修復光罩時，辨識出欲修復的缺陷並決定其形狀。以電子束掃描此形狀，並由添加適當的氣體來支援所需的化學反應。根據缺陷的類型以及修復缺陷所需的變化，化學反應的結果不是移除(蝕刻掉)多餘的材料，就是沉積缺乏的材料。於偵測化學反應之正確終點之操作中的其中一個任務為，根據已沉積足夠的材料或已移除足夠的材料之事實來決定，因為若蝕刻持續太長使基板受損及/或若沉積太多材料使修復部位的材料層變得太厚，如此在之後的微影製程中將變得顯著而成為光罩缺陷。

為了決定化學反應的正確終點，習慣上是偵測於製程期間由物件發射之互動產物，例如次級電子或回散射電子，並評估所偵測的訊號。基本上偵測回散射電子尤其適合用於蝕刻製程以及沉積製程，因為回散射效率強烈地與散射物件之原子質量數有關，因此所偵測訊號強烈地與材料有關。若已完全地移除多餘的材料，於光罩的案例中通常為鉻或MoSi，則之後電子束是散射於基板而非鉻或MoSi，因此導致訊號改變。

然而，可惜的是，處理大部分偵測器訊號時常因太弱而在統計上已是非常高雜訊，因此需要雜訊抑制。

由WO 1997001153 A可知雜訊抑制之空間頻率過濾。然而空間頻率過濾不能用於修復缺陷，因為缺陷通常不具有特定的空間結構。

一般於WO 2006050613-A提出評估通常為欲修復區域之子區域之「關注區域」，來偵測處理終點。

US 20070278180 A1揭露電子束引致蝕刻之多步驟方法。再者，CVD方法之多步驟方法揭露於US 7220685 B2。

US 6608305揭露利用不同掃瞄速度之沉積方法。

本發明目的在於指明一種利用電子束引致化學反應來處理物件之方法，其中改善了處理步驟之終點偵測。

根據本發明之第一觀點，根據欲處理物件區域分成數個類似表面片段之事實來達到此目的。整合反應物的訊號而形成總訊號，反應物的訊號乃因入射能量束與物件於相同表面片段中的相互作用而造成。

本發明之第一觀點可應用於在處理步驟期間偵測互動產物時，以及在與處理步驟暫時分開進行互動產物偵測之量測步驟時。

根據本發明第二觀點，偵測互動產物而決定終點是執行於分開的步驟，其中相較於處理步驟之能量束參數，已改變入射能量束之一或更多的能量束參數。

當然亦可同時應用本發明上述兩個觀點。

根據本發明第一觀點之方法可包含以下步驟：

-提供反應氣體至物件之表面；

-將能量束導到物件之表面上欲處理區域之處理部位來處理物件，以沉積材料於物件上或自物件移除材料；

-偵測能量束與物件之互動產物；以及

-利用從能量束與物件偵測的互動產物所得之資訊，決定是否必須繼續或可終止處理物件。

能量束可為光束，例如具有脈衝期10ps或更低之超短光脈衝之雷射光束，或荷電粒子束，尤其是電子束。

當決定是否必須繼續或可終止處理物件時，欲處理區域可次分為若干表面片段，以及可整合能量束撞擊相同表面片段之區域所偵測到的互動產物，以形成總訊號。

表面片段之面積可全部具有類似的面積，使得於所有表面片段中之雜訊分量在某程度下為相同的。於一具體實施例中，表面片段之面積可彼此不同最多達300%。

於一具體實施例中，於形成總訊號時，可僅考慮當能量束入射至物件時與欲處理區域之邊緣相距有大於預定最小間距之距離而偵測到的訊號。於更具體實施例中，選擇最小間距使互動產物所造成之訊號實質獨獨呈現材料對比。

於另一具體實施例中，表面片段可各具有最小尺寸，使得基於表面片段之空間整合以及若干輻照週期之平行時間整合(temporal integration)，互動產物之偵測的訊號之統計雜訊小於基於處理期間發生的材料改變所預期的互動產物之偵測的訊號之改變。

於另一具體實施例中，可決定表面片段使得至少90%的該等表面片段，其環繞表面片段之周長平方與表面片段之面積的商小於30。

於另一具體實施例，於b)步驟中物件之處理可以能量束之第一組能量束參數執行，以及於c)步驟中物件之掃描可以能量束之第二組能量束參數執行，且第二組能量束參數不同於第一組能量束參數。於更具體實施例中，第一組能量束參數及第二組能量束參數可彼此不同，而使第二組能量束參數之處理速率小於第一組能量束參數。

於另一更具體實施例中，第一組能量束參數及第二組能量束參數的彼此不同可以是至少在於能量束在物件之表面之位置的(像素)停駐時間，而使第二組能量束參數之停駐時間大於第一組能量束參數。

於另一更具體實施例中，第一組能量束參數及第二組能量束參數的彼此不同可以是至少在於能量束撞擊物件之表面之不同位置的順序。

於另一具體實施例中，相較於處理物件期間提供之製程氣體，可減少於c)步驟掃描物件之表面之期間提供之製程氣體。

於另一具體實施例中，在d)步驟決定後，僅在d)步驟決定物件之表面沒有適當處理之區域，提供反應氣體並將能量束導到物件之表面之處理部位而繼續對物件之處理。

根據欲處理光罩的類型以及欲修復的缺陷類型，可實驗設計表面片段的尺寸，使得具有不同材料厚度之缺陷區域屬於不同的表面片段。儘管表面整合，藉此可考慮到欲移除材料的典型厚度變異需要不同蝕刻期間。

於形成總訊號時應考慮的訊號為那些能量束入射至物件時與欲處理區域之邊緣相距至少最小間距之訊號。換言之，於形成總訊號時，僅考慮能量束入射至物件時與欲處理區域之邊緣相距有大於預定最小間距之距離而偵測到的訊號。藉此可確保偵測到的訊號不受發生訊號環境主宰，尤其是在欲修復缺陷的邊緣。舉例而言，此類的訊號環境可呈現於當偵測到的訊號強烈地受物件形貌影響時。具體而言，可選擇最小間距使互動產物所造成之訊號實質獨獨呈現材料對比。

可塑形個別表面片段，使至少50%的所有表面片段，其表面片段周長的平方與表面片段面積的商小於20，以及使至少90%的所有表面片段，其表面片段周長的平方與表面片段面積的商小於30。理想上，表面片段應具有近似圓形或方形，而使所評估訊號之空間解析於某程度類似於兩個互相垂直的空間方向。然而，這規則是不可能的，因為圓形表面片段(形狀)的表面填充不可能沒有重疊，且欲修復缺陷的邊緣或欲處理區域的邊緣一般不是呈現理想化的圓形或直線形。當至少50%的所有表面片段上述的商小於20以及至少50%的所有表面片段上述的商小於30時，與圓形或方形的差異仍為可接受的，因此對解析度沒有造成顯著或明顯的方向相依差異。

所有採用的表面片段應精確地覆蓋整個欲處理區域。在欲處理區域中不應剩下有任何未指派給表面片段的點。另一方面，表面片段亦不應互相重疊(使得欲處理區域上的點被指派給比一個還多的表面片段)，因為另一表面片段亦可於遮罩一表面片段時變化。

根據本發明第二觀點之方法具有以下步驟：

-提供反應氣體至物件之表面；

-以能量束掃描物件之表面以及偵測能量束與物件之互動產物；以及

於第二步驟中，物件之處理可以能量束之第一組能量束參數執行，以及於第三步驟中，物件之掃描可以能量束之第二組能量束參數執行，且第二組能量束參數可不同於第一組能量束參數。

第一組能量束參數可為製造程序來最佳化，而第二組能量束參數可為偵測互動產物來最佳化。具體而言，第一組能量束參數與第二組能量束參數可彼此不同，而使第二組能量束參數之處理速率小於第一組能量束參數。

第一組能量束參數及第二組能量束參數的彼此不同可以是關於能量束在物件之表面之位置的(像素)停駐時間，而使第二組能量束參數之停駐時間大於第一組能量束參數。由於能量束於位置的停駐時間加長，短時間後，製程氣體在此位置發生空乏，造成化學反應停止，或至少是減慢下來，儘管是有入射荷電粒子束。

第一組能量束參數及第二組能量束參數的彼此不同可以是關於能量束撞擊物件之表面之不同位置的順序。尤其是在處理步驟及偵測終點訊號之蜿蜒掃描策略狀況下，可在偵測終點訊號中選擇比在處理步驟還小的蜿蜒間距。藉此可達到降低或減慢化學製程。

於第三步驟掃描物件之表面之期間，相較於處理物件期間提供之製程氣體，可減少或甚至停止提供製程氣體。藉此可達到降低或減慢化學製程。

上述降低或減慢化學製程的方式可單獨或彼此結合應用。

在第四步驟決定後，僅在第四驟決定物件之表面沒有適當處理之區域，提供反應氣體並將能量束導到物件之表面之處理部位而繼續對物件處理。藉此可考慮空間差異處理厚度或處理速度，而使製程因局部特性所需精確地在各位置繼續。

相同參考符號表示相同元件。

處理系統100包含電子顯微鏡1、提供反應氣體至物件支托器81所支托之物件0之欲處理部位之氣體提供裝置8、以及電極裝置9。

於電子束傳播之方向上，電子顯微鏡1包含電子束源3、第一聚焦/偏轉元件48、回散射電子偵測器6、能量選擇器7、次級電子偵測器5、以及聚焦透鏡4。第二聚焦/偏轉元件47配置於聚焦透鏡內。聚焦透鏡4為磁透鏡與靜電浸潤透鏡所構成的組合。磁透鏡包含內極件42、外極件41、以及配置於其間之線圈43，內極件42之下端與外極件41之下端形成實質軸間隙44，藉由電流流入線圈43而透過極件41、42導入磁通量期間，產生實質於軸間隙44區域出現之磁場。磁場導致聚焦電子束，並自電子束源3加速電子束朝向物件0。靜電浸潤透鏡包含輻射管45，其延伸過由內極件42與外極件41形成之磁透鏡4之內部空間。靜電浸潤透鏡又包含終端電極46，配置於與輻射管45之下端相距一間距。利用電壓源(示意地顯示並無參考符號)，施加適當電場於輻射管45與終端電極46之間，可減速初級電子至約1ke之初級能量，適用於檢測光罩。於所示實施例中，輻射管可例如為+8keV，而終端電極46為接地。

電子顯微鏡1次分為四個不同的真空空間21、22、23、24，其藉由壓力階25、26、27彼此部分分隔。第一真空空間21含有電子束源3。第一真空空間21藉由第一連接29連接到離子吸氣泵37。於操作電子顯微鏡1期間，第一真空空間21處在範圍例如約10^-9 至10^-10 mbar之壓力。第一壓力階25由對稱環繞電子束路徑之開口25所形成。第二真空空間22藉由第二連接30連接到第二真空泵38，其為離子吸氣泵。第二壓力階部分分隔第二真空空間22與第三真空空間23。於操作電子顯微鏡期間，第二真空空間22可處在範圍例如約10^-7 mbar之壓力。回散射電子偵測器6以及能量選擇器7設置於第三真空空間23內。第三真空空間23藉由壓力階26及27分別與第二真空空間22及第四真空空間24部分分隔，並具有連接第三真空空間至第三真空泵39之連接31。於操作期間，第三真空空間23可處在範圍例如約10^-5 mbar之壓力。第四真空空間24藉由壓力階27與第三真空空間23部分分隔。於所示實施例中，第三壓力階27包含次級電子偵測器5。於此狀況下，第三壓力階27之開口由次級電子偵測器5讓電子束穿過之開口形成。次級電子偵測器5固定於電子顯微鏡1內部，而使部分分隔的真空空間23、24間之壓力補償可僅透過次級電子偵測器之開口執行。第四真空空間24更具有連接真空腔2內部之氣體導引連接28。氣體導引連接28於此為簡易的金屬管。由氣體供應提供之反應氣體透過金屬管自第四真空空間24排出到真空腔2，金屬管具有相當大的直徑以提供儘可能少的阻抗將氣體傳送到真空腔2內部。於所示之例示實施例中，輻射管45於能量束方向具有較低筒形部分，此區域其在次級電子偵測器5之方向錐形地延展然後向上延伸遠過第二真空空間22，有相對大直徑之圓筒形狀。因此輻射管45包圍次級電子偵測器5與能量選擇器7以及回散射電子偵測器6。輻射管45藉由例如陶瓷製成的真空緊密支托器固定於次級電子偵測器5下方一段間距，並以真空緊密的方式連接到下極件41，而使第四真空空間24實質包含輻射管之內部空間以及絕緣與第三真空空間23間連接於電子束源3方向之中間空間。於操作期間，在第三壓力階27之此區域中，即附近，於第四真空空間24內部之壓力範圍例如約幾個10^-4 mbar，而於真空腔2內部之壓力範圍約幾個10^-5 mbar。真空腔2具有連接真空腔2內部到第四真空泵40之連接32。因此第一、第二、第三、以及第四真空空間與真空腔之組合可各獨立地評估，因此即使當氣體提供入真空腔，電子顯微鏡能有效率操作。

因此次級電子偵測器之偵測表面51配置於第四真空空間24，而回散射電子偵測器6配置於達成較佳真空的第三真空空間23。能量選擇器7配置於回散射電子偵測器6前方，而使物件0發射或回散射的所有電子必須通過能量選擇器7，而可達到回散射電子偵測器6的偵測表面。於所示實施例中，能量選擇器7包含第一網柵71、第二網柵72、以及在第一網柵及第二網柵間產生適當電壓之電壓源73，而反射從物件表面出來的次級電子。網柵配製成彼此平行並以環形方式包圍由電子束源3所產生之初級電子束之電子束路徑。於所示例示實施例中，第一網柵71連接電壓源73，而第二網柵72連接輻射管45使其處於相同電位。可導入絕緣管進入網柵71、72所形成並讓電子束穿過之開口，以保護初級電子束不受施加於兩網柵71、72間的電場影響。利用電壓源73施加的電場配合初級電子能量以及所檢測及處理之樣本之特性，而使回散射電子通過電場並於回散射電子偵測器偵測，而次級電子因動能低被反射而沒被偵測。電場強度以及偵測訊號大小可藉由設定施加於網柵的電位差來改善。

所示實施例更包含電極裝置9，其包含屏蔽電極91，配置成環形環繞電子束路徑並具有中央開口92，而使初級電子束能有無干擾通道以及次級電子與回散射電子能有大大的無阻礙通道。適當的電壓源(示意地顯示並無參考符號)可用以施加適當的電壓到電極91，以有效地屏蔽初級電子束不受充電物件0所產生之電場影響。

快速偏轉元件49配置在終端電極46與電子裝置9之間。偏轉元件形成為靜電多極元件，可用以於物件平面偏轉電子束，而利用所需的掃描策略移動電子束於欲處理或欲分析的樣本區域。

於自動終點選擇之方法中，於第一步驟檢測物件，於光罩修復案例中之物件為光罩，其中例如微型化之鉬結構塗佈於石英基板。於檢測期間，辨識出光罩的缺陷，並選擇處理步驟以消除或修復缺陷。然後於處理步驟中，將物件0上欲處理部位置於初級電子束區域，且氣體提供裝置8用以提供反應氣體，其由電子束之電子激發而變成化學反應性。藉此可例如移除材料。移除材料一段時間後，再次檢測處理部位。檢測的執行是藉由偵測回散射電子，其中利用能量選擇器7將次級電子分開。從物件0表面出來的次級電子進入電子顯微鏡1的內部，並撞擊在第四真空空間中之次級電子偵測器5的偵測表面。藉由施加適當電壓於能量選擇器之第一網柵71與第二網柵72之間，將透過次級電子偵測器開口穿過第三真空腔的次級電子反射。僅高度能量回散射電子通過能量選擇器7，並到達回散射電子偵測器6。基於所偵測的回散射電子，產生基於決定達到終點之電子影像。若產生的電子影像對應所需的影像，則可停止處理物件。不然伴隨著提供反應氣體，執行另一處理步驟。尤其是對於修復光罩而言，以尤其有利的方式，程序模式達到自動終點選擇。

圖2a為產生兩平行導體軌跡之光罩結構之SEM影像示意圖。為此目的，光罩結構具有兩條帶101、102，其吸收後續使用且在透明帶103間之晶圓掃描機的光，且其側向嵌入透明環境。於偵測回散射電子產生的SEM影像中，吸收帶101、102因為由鉻或MoSi構成而呈現較亮，而這些材料具有比電子散射於石英基板之環境104、103、105有較大的回散射係數。

圖2b顯示當光罩結構具有所謂不透明缺陷之相同光罩區域。於區域106中，兩個不透明帶101、102不希望地彼此連接。當光罩用於晶圓掃描機時，會於區域106造成不希望發生的電短路電路。結果，於修復製程中，要移除區域106中多餘的材料。

圖2c顯示利用影像分析從光罩影像擷取出的欲修復區域。於後續步驟中，欲修復區域107(於圖2d中以放大方式顯示)分成多個具有約相等大小之表面片段108、109，當組合時則組成欲修復區域。將欲修復區域分成表面片段108、109促進終點偵測，換言之，其用以決定於個別表面片段停止處理光罩之即刻。為此目的，於修復光罩時或於分開的量測步驟中，利用回散射電子偵測器偵測回散射電子的強度。為了降低因所偵測回散射電子之卜瓦松(Poisson)統計而無可避免的訊號雜訊，分別整合屬於單一表面片段108、109之訊號。各表面片段之單一量測值為其結果。若量測值低於或高於預定所需值，則停止對表面片段的處理。結果，改變後續處理中將電子束導引至物件上方的掃描策略，而僅在表面片段上整合之回散射電子訊號並未達到預定極限值之表面片段繼續後續處理。

當界定個別表面片段時考慮以下幾點。所有表面片段必須具有最小尺寸，而使各表面片段平均具有所需的訊雜比。另一方面，各表面片段亦必須具有最大尺寸，而使典型的缺陷變異(例如不同的缺陷高度)，蝕刻或沉積速率的不均勻性，於終點偵測期間可以足夠的空間解析度來決定。為了最佳化訊雜比，所有的表面片段應具有大約相同的尺寸。於此程序中，分別僅將與欲處理區域107之邊緣相距特定最小間距之像素或物件點納入計算表面片段之尺寸。此原因在於回散射電子訊號通常在欲修復區域的邊緣受到物件及/或光罩的表面形貌影響而受到破壞。再者，所有表面片段應呈現近似圓形或方形，而使在互相垂直方向之空間解析度在某程度上保持均勻，而不管因相同表面片段所有點平均必然造成的空間過濾。為此目的，就各表面片段而言，環繞表面片段之周長平方與表面片段面積之商應小於30，較佳小於23。

由於具體參數是根據個別光罩類型以及根據個別缺陷類型而定，個別表面片段的參數於對應測試演練實驗地決定，然後輸入控制軟體。為此目的，缺陷光罩可於測試合格中蝕刻或修復。然後像素接著像素，決定終點訊號的訊號特性為處理循環(迴圈)的函數。然後可自訊號特性決定從缺陷邊緣多大距離之終點訊號仍受缺陷邊緣影響，因此可從缺陷邊緣多小的間距觀察到良好的終點訊號。然後當後續使用裝置時，在選擇光罩類型及缺陷類型後，系統可選擇適當的值，然後利用軟體程式著手劃分表面片段。

製程本身示意地再現於圖3。於第一步驟121，顯示缺陷或更精確地說是具有欲修復缺陷的光罩之掃描電子顯微影像。考慮先前於步驟120由使用者決定或輸入之缺陷類型及光罩類型，於步驟122利用影像分析先決定欲修復區域，並於後續步驟123將欲修復區域適當地分成大約具有相同尺寸的表面片段。然後欲修復區域同時界定空間條件，其為之後要用於掃描策略以將電子束導引到物件上。之後，於步驟124開始輻射引致化學程序修復缺陷。為此目的，經由氣體進入系統提供適當氣體或氣體混合物到物件，並將電子束導引到欲修復區域的個別點上。電子束維持在各位置的停駐時間，以及電子束於下一次機會再次射到之前已射到的區域的時間(所謂刷新時間)，由所需的氣體化學程序來決定，且亦為掃描策略的一部分。

在修復程序期間或分開的量測步驟，利用適當的手段例如改變停駐時間、改變刷新時間、及/或降低氣體流量，於步驟125偵測終點訊號，相較於處理步驟124的狀況此化學處理程序減慢或停止。於所述案例中，偵測物件上之電子回散射以得到終點訊號。然後於步驟126整合各表面片段之終點訊號，換言之，步驟126精確地提供各表面片段一個量測值。於後續步驟127，將各表面片段於步驟126所得之量測值與先前界定之極限值比較。若任何表面片段並未達到極限值，系統回到步驟124，並繼續在所有表面片段修復缺陷。然而，若一或更多的表面片段達到極限值，於後續步驟128改變掃描策略。掃描策略的改變結果是將達到極限值之表面片段中所有物件點的空間座標自掃瞄策略中移除，換言之。屬於這些表面片段的點或像素不再用電子束處理。

於後續步驟129，進一步檢查在改變掃描策略後，使是否仍至少有一個需要進一步處理之表面片段。若有的話，系統利用改變的掃描策略回到處理步驟124。不然，當所有表面片段已達到極限值，就達到程序終點130。

若終點訊號利用先前圖3所述的方法，於分開的量測步驟中得到，應確保量測步驟中沒有發生或僅發生少量的輻射引致化學。一般而言，此可藉由量測步驟中製程氣體空乏的事實來達到。當然達此目的之一方法是，於量測步驟期間降低或完全停止氣體流量。然而，由於可改變氣體流動的速度是相當低的，相較於處理步驟之掃描策略，更可行的是改變量測步驟中的掃描策略。為此目的，可加長量測步驟中電子束停駐在相同位置的時間(即所謂像素停駐時間)，及/或可縮短至少在處理物件上相同位置間的期間(即刷新時間)。兩種手段的效應是，在相當短的時間後，個別位置上的局部可用製程氣體空乏，結果減慢以及或多或少停止了氣體化學程序。以此方式可避免在量測步驟中過度蝕刻或過度沉積。

圖4顯示將欲處理區域分成表面片段的演算法。在圖3的步驟122後開始，決定欲處理區域的位置及形狀。亦預先假設各表面片段規定具有的最小數目像素。於後續步驟133，然後先遮罩所有邊緣點，即所有不符合實驗決定與欲修復區域邊緣相距最小間距的點及/或像素。於後續步驟134，然後選擇未遮罩的點並與環境中的像素結合，以形成表面片段。於此程序中，加入像素直到所形成的表面片段具有所需的最小尺寸，即所需的最小數目的像素。於此程序中，可試圖從環繞像素的圓形開始，然後擴展此圓形，或從實質方形開始然後擴展。

若片段達到所需尺寸，則於步驟135遮罩屬於此片段之像素，並於步驟136檢查是否仍有未指派到表面片段之未遮罩像素存在。若有的話，系統回到步驟134，並選擇新的未遮罩點以形成新的表面片段。

一般而言，在演算最後可能留下並未指派到表面片段的個別未遮罩像素。然後將這些未遮罩像素加到附近已存在的表面片段。

實驗顯示基於每表面片段有400個像素以及方形表面為所需的形狀，上述的演算法劃分預修復區域，而就50%的表面片段而言，其環繞表面片段的周長平方與表面片段面積的商小於18，又就90%的表面片段而言，其環繞表面片段的周長平方與表面片段面積的商小於23。表面片段的尺寸分布實際上為固定的，亦即除了一些例外，實質上所有表面片段具有預定的尺寸，而僅有在欲修復區域邊緣的一些表面片段會大一點。

若實施相同的演算法來形成圓形表面作為基本形狀，則圓形表面藉由加入像素來擴展，而得到就50%的表面片段而言，其環繞表面片段的周長平方與表面片段面積的商小於15，又就90%的表面片段而言，其環繞表面片段的周長平方與表面片段面積的商小於18。然而，造成比所需像素數目還大的多的較大表面片段數目。因此，此演算法產生的優點在於，空間量測解析度在互相垂直的方向是相當均勻，但代價卻是有較多的較大表面片段，因此整體上的空間解析度較低，或終點偵測的空間解析度的不均勻性較大。相對而言，其他的演算法產生相對均勻的大表面片段，雖然有著與理想圓形或方形偏離的缺點，而使空間量測解析度在互相垂直的方向有點不均勻。進一步實驗顯示，兩種演算法導致完整又明確的將欲修復區域劃分成最大表面片段之表面片段，其條件為各包含至少400個像素並少於800個畫素，因此造成的最大表面片段具有比最小表面片段最多兩倍大的面積。

於終點偵測期間藉由評估表面片段達到的效應可利用以下的數值範例簡易的顯示：典型用於電子束引致化學程序之停駐時間在30至200ms範圍，典型電流在10至100pA範圍。典型刷新時間，即直到電子束再次輻照相同像素至少必須經過的時間，是在50μs與10ns之間。以電流為50pA以及輻照期間為100ns而言，可計算出每個循環(迴圈)約30個初級電子入射至各像素。若整合100次循環的訊號，結果每個像素在100次循環中有3000個初級電子。

典型回散射係數(即每入射電子之電子回散射的數目)根據材料而異，對鉻而言約為0.29，對MoSi而言約為0.21，而對石英而言約為0.15。因此對石英上的鉻而言，當於部位完全移除鉻時，回散射訊號掉下約50%。對石英上的MoSi而言，差異實質較少：以此材料組合而言，僅約20%的回散射訊號差異。

然而，並非偵測每個回散射電子，因為畢竟電子是散射到整個一半的空間，而僅有部分入射到偵測器。典型偵測器之回散射係數約為5*10^-4 。

將上述所謂係數乘以所謂每100次循環的電子數目，得到每100次循環預期有0.3個偵測電子。卜瓦松分布結果，此結果的統計分布預計為±0.55，亦即當電子散射於鉻及/或MoSi時，訊號雜訊約為預期訊號大小的兩倍。結果，總訊號中分別有20%及50%的預期訊號改變因統計雜訊而不能偵測到。

然而，若整合包含100至1000個像素之表面片段，則有顯著的改變：整合超過400個像素而不是預期的0.3電子，造成100次循環每表面片段約有120個電子。基於卜瓦松分布之預期的統計分布為11事件，亦即雜訊僅約訊號值的10%。於這些狀況下，可偵測到石英上的鉻有50%的預期訊號差異，或石英上的MoSi有20%的預期訊號差異，因為這些訊號差異至少和雜訊一樣大，或雜訊小於預期的訊號差異。結合像素形成表面片段之選替的空間整合，將會適當地加長時間整合。然而，會需要整合100*400=40000個循環而非100個循環，以達到相同訊雜比，且僅當於終點偵測取得訊號時沒有氣體化學進行才容許，因為大量的循環數結合積極地氣體化學確定可對應幾100nm的蝕刻深度或沉積厚度。

如可知的，本發明方法提供經由兩個參數設定偵測互動產物之訊雜比的自由度，具體而言是經由取得訊號的循環數目，以及經由空間整合訊號之表面片段之尺寸。基於處理中改變的材料而產生互動產物之偵測的互動產物，設定這些參數而使所偵測互動產物之統計雜訊低於處理時的預期訊號差異。再次選擇時間整合訊號之循環的次數，而足夠頻繁地但沒有太大地放大整個處理週期來檢查得到的處理產物。當然，適當參數的選擇根據個案而異。已證實執行50至1000次循環之時間整合是有利的。對預定習慣上每100nm處理厚度有1000至100000次循環之處理速率而言，結果是最多每2nm處理厚度或較佳每1nm處理深度後統計地執行終點檢查，而不會過度地加長總處理週期。於此應了解，50次循環之較短時間整合週期應用於高處理速度之程序中，亦即處理速率為每移除100nm約要1000次循環，而約1000次循環之較長時間整合週期應用於低處理速度之程序中，其中每處理厚度100nm約要100000次循環。

以上利用電子束引致之氣體化學程序範例說明本發明。然而，本發明亦可應用於當氣體化學是由離子束或超短光脈衝來起始。若輻射引致的氣體化學是由離子起始，則需要利用離子光學系統取代圖1之電子光學系統，或除了電子光學系統外，提供離子光學系統，亦即所謂十字束或雙束系統。離子光學系統與電子光學系統的差異在於利用離子源而非電子源，以及所用透鏡為專門的靜電透鏡。再者，改變離子光學系統中粒子極性的結果，使一般分別應用的靜電電位相較於電子光學系統具有逆符號。

若輻射引致的氣體化學程序是由高能量雷射束所引致，圖1所示的電子光學系統將由對應雷射掃瞄顯微鏡之設備取代，或將額外提供對應雷射掃瞄顯微鏡之光學。然後此類雷射掃瞄顯微鏡應具有高能量雷射之光源，其暫時地發射超短光脈衝，亦即具有脈衝期低於10ps之光脈衝。

再者，處理主要已藉由蝕刻範例描述，亦即所謂修復不透明缺陷範例。然而，當要沉積修復材料時，亦可應用相同的反向原理。於此狀況下，無論完全地修復表面片段的任何時候，比較修復前互動產物之訊號而發生訊號上升，如上述情況，此訊號上升導因於各種材料有不同的回散射係數，而使訊雜比有類似的情況。

最後，本發明參考光罩修復範例來解釋。然而，亦可應用於用於其他目的之輻射引致化學程序，例如所謂介層蝕刻以及於半導體元件中產生導體軌跡，以檢查及測試來修正半導體元件。

本發明已解釋於綜合系統範圍。然而，本發明不僅包含綜合系統所有特徵的組合，亦可包含所揭露的所有個別特徵以及所有揭露特徵的次組合。

1．．．電子顯微鏡

2．．．真空腔

3．．．電子束源

4．．．聚焦透鏡

5．．．次級電子偵測器

6．．．回散射電子偵測器

7．．．能量選擇器

8．．．氣體提供裝置

9．．．電極裝置

21．．．真空空間

22．．．真空空間

23．．．真空空間

24．．．真空空間

25．．．開口

26．．．壓力階

27．．．壓力階

28．．．氣體導引連接

29．．．第一連接

30．．．第二連接

31．．．連接

32．．．連接

37．．．離子吸氣泵

38．．．第二真空泵

39．．．第三真空泵

40．．．第四真空泵

41．．．外極件

42．．．內極件

43．．．線圈

44．．．軸間隙

45．．．輻射管

46．．．終端電極

47．．．第二聚焦/偏轉元件

48．．．第一聚焦/偏轉元件

49．．．快速偏轉元件

51．．．偵測表面

71．．．第一網柵

72．．．第二網柵

73．．．電壓源

81．．．物件支托器

91．．．屏蔽電極

92．．．中央開口

100．．．處理系統

101．．．帶

102．．．帶

103．．．環境

104．．．環境

105．．．環境

106．．．區域

107．．．欲修復區域

108．．．表面片段

109．．．表面片段

參考所附圖式，詳細說明本發明細節，其中：

圖1顯示處理物件之處理裝置之示意圖；

圖2a至圖2d顯示具有缺陷之結構之平面圖；

圖3顯示方法流程圖，其中欲修復區域分成表面片段；以及

圖4顯示劃分欲修復區域之流程圖。

Claims

一種處理具有微型化結構之一物件之方法，包含：a)提供一反應氣體至該物件之一表面；b)將一能量束導到該物件之該表面上一欲處理區域之一處理部位來處理該物件，以沉積材料於該物件上或自該物件移除材料；c)偵測該能量束與該物件之互動產物；以及d)利用從該能量束與該物件之該偵測的互動產物所得之資訊，決定是否必須繼續或可終止處理該物件；e)該欲處理區域次分為若干表面片段，以及整合該能量束撞擊該相同表面片段之區域所偵測到的互動產物，以形成一總訊號，來決定是否必須繼續或可終止處理該物件；其中如果該相同表面片段的該總訊號低於或高於一預定的數值，則終止在該表面片段上的加工。
如請求項1所述之方法，其中該表面片段之面積彼此不同最多達300%。
如請求項1或2所述之方法，其中於形成該總訊號時，僅考慮當該能量束入射至該物件時與該欲處理區域之邊緣相距有大於一預定最小間距之一距離而偵測到的訊號。
如請求項3所述之方法，其中選擇該最小間距使該互動產物所造成之該訊號實質獨獨呈現材料對比。
如請求項1所述之方法，其中該表面片段各具有一最小尺寸，使得基於該表面片段之空間整合以及若干輻照週期之一平行時間整合，該互動產物之該偵測的訊號之統計雜訊小於基於該處理期間發生的材料改變所預期的該互動產物之該偵測的訊號之改變。
如請求項1所述之方法，其中決定該表面片段使得至少90%的該等表面片段，其環繞該表面片段之周長平方與該表面片段之面積的商小於30。
如請求項1所述之方法，其中於該b)步驟中該物件之處理是以該能量束之第一組能量束參數執行，以及於該c)步驟中該表面之掃描是以該能量束之第二組能量束參數執行，且該第二組能量束參數不同於該第一組能量束參數。
如請求項7所述之方法，其中該第一組能量束參數及該第二組能量束參數彼此不同，而使該第二組能量束參數之處理速率小於該第一組能量束參數。
如請求項7或8所述之方法，其中該第一組能量束參數及該第二組能量束參數的彼此不同是至少在於能量束在該物件之該表面之一位置的(像素)停駐時間，而使該第二組能量束參數之停駐時間大於該第一組能量束參數。
如請求項7或8所述之方法，其中該第一組能量束參數及該第二組能量束參數的彼此不同是至少在於能量束撞擊該物件之該表面之不同位置的順序。
如請求項1所述之方法，其中相較於處理該物件期間提供之製程氣體，減少於c)步驟掃描該物件之該表面之期間提供之製程氣體。
如請求項1所述之方法，其中在d)步驟決定後，僅在d)步驟決定該物件之該表面沒有適當處理之區域，提供反應氣體將該能量束導到該物件之該表面之該處理部位而繼續對該物件之處理。
一種處理具有微型化結構之一物件之方法，包含：a)提供反應氣體至該物件之一表面；b)將一能量束導到該物件之該表面上一欲處理區域之一處理部位來處理該物件，以沉積材料於該物件上或自該物件移除材料；c)以該能量束掃描該物件之該表面以及偵測該能量束與該物件之互動產物；以及d)利用從該能量束與該物件之該偵測的互動產物所得之資訊，決定是否必須繼續或可終止處理該物件；e)其中於該b)步驟中該物件之處理是以該能量束之第一組能量束參數執行，以及於該c)步驟中該物件之掃描是以該能量束之第二組能量束參數執行，且該第二組能量束參數不同於該第一組能量束參數；其中該物件之該欲處理區域次分為若干表面片段，以及整合該能量束撞擊該相同表面片段之區域所偵測到的互動產物，以形成一總訊號，來決定是否必須繼續或可終止處理該物件；及其中於形成該總訊號時，僅考慮當該能量束入射至該物件時與該欲處理區域之邊緣相距有大於一預定最小間距之一距離而偵測到的訊號。
如請求項13所述之方法，其中該第一組能量束參數及該第二組能量束參數彼此不同，而使該b)步驟之處理速率大於該c)步驟。
如請求項13或14所述之方法，其中該第一組能量束參數及該第二組能量束參數的彼此不同是至少在於能量束在該物件之該表面之一位置的(像素)停駐時間，而使該b)步驟之停駐時間小於該c)步驟。
如請求項13所述之方法，其中該第一組能量束參數及該第二組能量束參數的彼此不同是至少在於能量束撞擊該物件之該表面之不同位置的順序。
如請求項13所述之方法，其中於該c)步驟掃描該物件之該表面之期間，減少或停止提供製程氣體。
如請求項13所述之方法，其中在d)步驟決定後，僅在d)步驟決定該物件之該表面沒有適當處理之區域，提供反應氣體將該能量束導到該物件之該表面之該處理部位而繼續對該物件之處理。
如請求項13所述之方法，其中該表面片段之面積彼此不同最多達300%。
如請求項13所述之方法，其中選擇該最小間距使該互動產物所造成之該訊號實質獨獨呈現材料對比。
如請求項13所述之方法，其中該表面片段各具有一最小尺寸，使得基於該表面片段之空間整合以及若干輻照週期之一平行時間整合，該互動產物之該偵測的訊號之統計雜訊小於基於該處理期間發生的材料改變所預期的該互動產物之該偵測的訊號之改變。
如請求項13所述之方法，其中決定該表面片段使得至少90%的該等表面片段，其環繞該表面片段之周長平方與該表面片段之面積的商小於30。
如請求項1或13所述之方法，其中該能量束為一荷電粒子束。
如請求項23所述之方法，其中該荷電粒子束為一電子束。