DE102023203825A1

DE102023203825A1 - Method for determining, in particular for correcting, a beam positioning error

Info

Publication number: DE102023203825A1
Application number: DE102023203825.0A
Authority: DE
Inventors: Pavel Alexeev; Philipp Scheiderer; Matthias KAES; Lutz Schimpf; Daniel Leicht
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2023-04-25
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen, insbesondere zum Korrigieren, eines Strahlpositionierfehlers (K), beim Bearbeiten eines Targets (6, 7) mit einem Elektronenstrahl (5), umfassend: Bewegen des Elektronstrahls (5) über das Target (6, 7) insbesondere durch Ablenken des Elektronenstrahls (5), Detektieren von beim Bewegen des Elektronenstrahls (5) an dem Target (6, 7) gestreuten Elektronen (8), Erzeugen eines elektronenoptischen Bildes (11') des Targets (6, 7) mit Hilfe der detektierten Elektronen, sowie Vergleichen des elektronenoptischen Bildes (11') mit einem Referenzbild (11) zum Bestimmen des Strahlpositionierfehlers (K).The invention relates to a method for determining, in particular for correcting, a beam positioning error (K) when processing a target (6, 7) with an electron beam (5), comprising: moving the electron beam (5) over the target (6, 7), in particular by deflecting the electron beam (5), detecting electrons (8) scattered on the target (6, 7) when the electron beam (5) is moved, generating an electron-optical image (11') of the target (6, 7) with the aid of the detected electrons, and comparing the electron-optical image (11') with a reference image (11) to determine the beam positioning error (K).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen, insbesondere zum Korrigieren, eines Strahlpositionierfehlers beim Bearbeiten eines Targets mit einem Elektronenstrahl.The invention relates to a method for determining, in particular for correcting, a beam positioning error when processing a target with an electron beam.

Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem Target ein Bauteil oder eine Gruppe von Bauteilen verstanden, auf die der Elektronenstrahl beim Bearbeiten auftrifft. Für den Fall, dass das Target aus zwei oder mehr Bauteilen besteht, ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Bearbeitung an allen Bauteilen des Targets durchgeführt wird. Beispielsweise können vor einem zu bearbeitenden Bauteil, das nachfolgend als Werkstück bezeichnet wird, Bauteile z.B. in Form von Blenden oder dergleichen angeordnet sein, auf die der Elektronenstrahl ebenfalls auftrifft, die aber nicht bearbeitet werden sollen.For the purposes of this application, a target is understood to be a component or a group of components that the electron beam hits during processing. If the target consists of two or more components, it is not absolutely necessary for the processing to be carried out on all components of the target. For example, components in the form of apertures or the like can be arranged in front of a component to be processed, which is referred to below as the workpiece, which the electron beam also hits but which are not to be processed.

Für die Durchführung einer Elektronenstrahlbearbeitung an einem Werkstück, genauer gesagt an einer Oberfläche des Werkstücks, mit einem Elektronenstrahl ist es typischerweise erforderlich, dass das Werkstück als Ganzes oder zumindest die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks elektrisch leitfähig ist. Bei dem mittels des Elektronenstrahls bearbeiteten Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Optik oder um einen Teil einer Optik für ein EUV-Lithographiesystem oder für ein DUV-Lithographiesystem handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Werkstück um einen Spiegel handeln, der ein Substrat aufweist, an dessen Oberfläche eine reflektierende Beschichtung aufgebracht ist.In order to carry out electron beam machining on a workpiece, more precisely on a surface of the workpiece, with an electron beam, it is typically necessary for the workpiece as a whole or at least the surface of the workpiece to be machined to be electrically conductive. The workpiece machined using the electron beam can be, for example, an optic or part of an optic for an EUV lithography system or for a DUV lithography system. For example, the workpiece can be a mirror that has a substrate on the surface of which a reflective coating is applied.

Aufgrund von immer schärfer werdenden Wellenfrontanforderungen an die Optiken von EUV-Lithographiesystemen nehmen die Positionieranforderungen an die Endbearbeitung beschichteter Optikteile, z.B. in Form von beschichteten Substraten, z.B. in Form von Spiegeln, mit Hilfe einer Elektronenstrahlbearbeitung zu. Gleichzeitig sorgen ein zunehmender Automatisierungsgrad sowie größere Bauteile, die für Handlingprozesse benötigt werden, für ein größeres Risiko in Bezug auf die Exposition durch Störfelder, typischerweise durch Magnetfelder, während der Bearbeitung. Die Störfelder können eine komplexe räumliche Verteilung aufweisen und zeitlich variabel sein. Ebenfalls können große magnetisch suszeptible Massen eine räumliche und zeitliche Änderung eines bestehenden Magnetfeldes wie des Erdmagnetfeldes hervorrufen. Eine resultierende Feldverteilung der Störfelder ist aufgrund der Komplexität von deren Entstehung in der Regel nicht vorhersagbar.Due to increasingly strict wavefront requirements for the optics of EUV lithography systems, the positioning requirements for the finishing of coated optical parts, e.g. in the form of coated substrates, e.g. in the form of mirrors, using electron beam processing are increasing. At the same time, an increasing degree of automation and larger components required for handling processes mean a greater risk in terms of exposure to interference fields, typically magnetic fields, during processing. The interference fields can have a complex spatial distribution and be variable over time. Large magnetically susceptible masses can also cause a spatial and temporal change in an existing magnetic field such as the earth's magnetic field. The resulting field distribution of the interference fields is generally unpredictable due to the complexity of their formation.

Die weiter oben beschriebenen Störfelder können sowohl in bestehenden Elektronenstrahlbearbeitungsanlagen als auch in neu zu konzipierenden Elektronenstrahlbearbeitungsanlagen schwierig abzuschirmen sein. Bei der Elektronenstrahlbearbeitung können Magnetfelder aufgrund der Lorentz-Kraft für eine ungewollte Ablenkung des Elektronenstrahls sorgen. Trifft der Elektronenstrahl an einer falschen Position auf das Werkstück, beispielsweise auf einen Spiegel, so verringert sich die Konvergenz der Bearbeitung und führt zu einem größeren Oberflächenfehler des Spiegels. Ein größerer Oberflächenfehler auf einem oder auf mehreren Spiegeln führt zu einem Projektionsobjektiv mit schlechteren Abbildungseigenschaften. Für den Fall, dass die Oberflächenfehler so groß sind, dass die Abnahmespezifikation des Spiegels verletzt wird, ist es erforderlich, vorherige Bearbeitungsschritte für den Spiegel zu wiederholen, wobei der Spiegel bei großen Oberflächenfehlern entschichtet und sehr aufwändig neu prozessiert werden würde. Die oben beschriebenen Strahlpositionierfehler führen somit zu einem Spiegel mit einer schlechteren Oberflächenqualität und/oder zu einem höheren Aufwand bei der Prozessierung, da die Prozesskonvergenz beeinträchtigt wird.The interference fields described above can be difficult to shield in both existing electron beam processing systems and in newly designed electron beam processing systems. In electron beam processing, magnetic fields can cause unwanted deflection of the electron beam due to the Lorentz force. If the electron beam hits the workpiece in the wrong position, for example a mirror, the convergence of the processing is reduced and leads to a larger surface defect in the mirror. A larger surface defect on one or more mirrors leads to a projection lens with poorer imaging properties. If the surface defects are so large that the acceptance specification of the mirror is violated, it is necessary to repeat previous processing steps for the mirror. In the case of large surface defects, the mirror would be stripped and reprocessed at great expense. The beam positioning errors described above therefore lead to a mirror with a poorer surface quality and/or to greater processing effort because the process convergence is impaired.

Es ist günstig, die Korrektur der weiter oben beschriebenen Strahlpositionierfehler bereits während der Bearbeitung des Werkstücks vorzunehmen, um den Aufwand für die Nacharbeit zu minimieren. Bei einer solchen Korrektur treten aber die folgenden Schwierigkeiten auf: Wie weiter oben beschrieben wurde, sind die den Elektronenstrahl ablenkenden Magnetfelder zeitlich variabel und ihr Auftreten ist im Allgemeinen nicht vorhersagbar. Die Strahlpositionierfehler können daher nicht vor der Bearbeitung korrigiert werden. Die Trajektorien von gestreuten, langsamen Elektronen werden ebenfalls von den Störfeldern beeinflusst, was einen weiteren Einflussfaktor darstellt.It is advisable to correct the beam positioning errors described above while the workpiece is being machined in order to minimize the amount of rework required. However, the following difficulties arise with such a correction: As described above, the magnetic fields that deflect the electron beam vary over time and their occurrence is generally unpredictable. The beam positioning errors cannot therefore be corrected before machining. The trajectories of scattered, slow electrons are also influenced by the interference fields, which is another influencing factor.

Es ist grundsätzlich möglich, Magnetfelder, die sich außerhalb der Bearbeitungskammer der Elektronenstrahlbearbeitungsanlage befinden, zu vermessen und mit Gegenmagnetfeldern zu kompensieren. Diese Lösung benötigt jedoch zusätzliche Hardware in Form einer Sensorik, in Form von Reglern und von Aktuatoren, die das System bzw. die Bearbeitung mit dem Elektronenstrahl verkomplizieren. Die Sensorik muss zudem an geeigneten Messstellen im Raum positioniert werden. Das Auffinden von geeigneten Messstellen ist für jeden Aufstellort und für jede Elektronenstrahlbearbeitungsanlage nur experimentell möglich und mit zeitlichem Aufwand verbunden.It is fundamentally possible to measure magnetic fields that are located outside the processing chamber of the electron beam processing system and to compensate for them with counter magnetic fields. However, this solution requires additional hardware in the form of sensors, controllers and actuators, which complicate the system and the processing with the electron beam. The sensors must also be positioned at suitable measuring points in the room. Finding suitable measuring points for each installation location and for each electron beam processing system is only possible experimentally and involves a lot of time.

In der US2007069154 A ist beschrieben, zur Ausrichtung eine Substrats mit einem nicht belichteten Photoresist zu einer Strahlachse eines Partikelstrahls Positionsmarken zu verwenden, die an einer stationären Position relativ zu dem Substrat angeordnet sind. Mit Hilfe der Positionsmarken kann beim Erzeugen eines Musters in dem Photoresist eine Ausrichtung in Echtzeit erfolgen, beispielsweise um eine Drift des Partikelstrahls zu korrigieren. Für die Ausrichtung wird zusätzlich eine optische Achse eines optischen Mikroskops verwendet.In the US2007069154 A It is described to use position marks which are placed at a stationary position relative to the substrate for aligning a substrate with an unexposed photoresist to a beam axis of a particle beam. are arranged. With the help of the position marks, real-time alignment can be carried out when creating a pattern in the photoresist, for example to correct a drift of the particle beam. An optical axis of an optical microscope is also used for the alignment.

In der WO2021249189 A1 werden konkav-konvexe Strukturen, die beim Belichten eines Fotoresists erzeugt werden, zur in-situ Identifikation von Ausrichtungskoordinaten verwendet, um eine Langzeit-Drift eines Elektronenstrahls zu bestimmen. Die US 2009/218488 A1 beschreibt ein Verfahren zum Korrigieren der Drift der Position eines Strahls mit Hilfe einer Positionsmarke. Die US2010/092070 A1 beschreibt das Positionieren eines Strahls mit hoher Genauigkeit unter Verwendung von Positionsmarken, die mit Hilfe einer Bilderkennungssoftware ermittelt werden.In the WO2021249189 A1 Concave-convex structures, which are created during the exposure of a photoresist, are used for the in-situ identification of alignment coordinates in order to determine a long-term drift of an electron beam. The US 2009/218488 A1 describes a method for correcting the drift of the position of a beam using a position mark. The US2010/092070 A1 describes the positioning of a beam with high accuracy using position marks determined using image recognition software.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen insbesondere zeitlich veränderlichen Stahlpositionierfehler beim der Elektronenstrahlbearbeitung zu bestimmen und den Strahlpositionierfehler erforderlichenfalls zu korrigieren.The object of the invention is to determine a beam positioning error, in particular a beam positioning error which varies over time, during electron beam processing and to correct the beam positioning error if necessary.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Bewegen des Elektronstrahls über ein Target, insbesondere durch Ablenken des Elektronenstrahls, Detektieren von beim Bewegen des Elektronenstrahls an dem Target gestreuten Elektronen, Erzeugen eines elektronenoptischen Bildes des Targets mit Hilfe der detektierten Elektronen, sowie Vergleichen des elektronenoptischen Bildes mit einer Referenz, insbesondere mit einem Referenzbild, zum Bestimmen des Strahlpositionierfehlers. Als Referenz können sowohl taktil gemessene Ortskoordinaten, z.B. x/y-Koordinaten, als auch ein elektronenoptisches Referenzbild des Targets verwendet werden.This object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, comprising: moving the electron beam over a target, in particular by deflecting the electron beam, detecting electrons scattered on the target when the electron beam is moved, generating an electron-optical image of the target using the detected electrons, and comparing the electron-optical image with a reference, in particular with a reference image, to determine the beam positioning error. Both tactilely measured location coordinates, e.g. x/y coordinates, and an electron-optical reference image of the target can be used as a reference.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die bei der Bestrahlung des Targets mit dem Elektronenstrahl entstehenden, kontinuierlich rückgestreuten Elektronen als Sonde für die räumlich und zeitlich veränderlichen magnetischen Störfelder zu nutzen. Zu diesem Zweck werden die an dem Target zurückgestreuten Elektronen mit Hilfe eines Rückstreudetektors detektiert. Genauer gesagt wird die Intensität der gestreuten Elektronen erfasst und mit der X-, Y-Sollposition des einfallenden Elektronenstrahls korreliert, so dass ein elektronenoptisches Bild ähnlich wie in einem Rasterelektronenmikroskop entsteht. Das elektronenoptische Bild wird mit einer Referenz verglichen, um den Strahlpositionierfehler zu bestimmen, der durch ggf. vorhandene magnetische Störfelder hervorgerufen wird. Der Strahlpositionierfehler variiert typischerweise abhängig von der Position des Elektronenstrahls bei der Bewegung über das Target.According to the invention, it is proposed to use the continuously backscattered electrons that arise when the target is irradiated with the electron beam as a probe for the spatially and temporally changing magnetic interference fields. For this purpose, the electrons backscattered at the target are detected with the aid of a backscatter detector. More precisely, the intensity of the scattered electrons is recorded and correlated with the X, Y target position of the incident electron beam, so that an electron-optical image is created similar to that in a scanning electron microscope. The electron-optical image is compared with a reference in order to determine the beam positioning error that is caused by any magnetic interference fields that may be present. The beam positioning error typically varies depending on the position of the electron beam as it moves over the target.

Bevorzugt erfolgt das Korrigieren des Strahlpositionierfehlers während des Bearbeitens des Targets mit dem Elektronenstrahl, d.h. es erfolgt eine automatische Korrektur der Strahlposition des Elektronenstrahls ohne eine Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses, d.h. ohne dass der Elektronenstrahl abgeschaltet wird. Alternativ zum unterbrechungsfreien Korrigieren des Strahlpositionierfehlers ist es grundsätzlich auch möglich, die Bearbeitung zu pausieren oder ggf. die Bearbeitung zur Korrektur der Strahlpositionierung ganz abzubrechen, beides ist aber im Hinblick auf die Prozessökonomie ungünstig. Es ist möglich, mit dem hier beschriebenen Verfahren eine Genauigkeit und eine Reproduzierbarkeit der Strahlpositionierung von unter 200 µm zu erfüllen, die für die Optimierung der Prozesskonvergenz günstig bzw. erforderlich sind.Preferably, the beam positioning error is corrected while the target is being processed with the electron beam, i.e. the beam position of the electron beam is automatically corrected without interrupting the processing process, i.e. without the electron beam being switched off. As an alternative to correcting the beam positioning error without interruption, it is also possible to pause processing or, if necessary, to stop processing completely to correct the beam positioning, but both are unfavorable in terms of process economy. With the method described here, it is possible to achieve an accuracy and reproducibility of the beam positioning of less than 200 µm, which are favorable or necessary for optimizing process convergence.

Bei einer Weiterbildung dieser Variante wird zum Korrigieren des Strahlpositionierfehlers ein Kompensationssignal erzeugt, das zum Ablenken des Elektronenstrahls verwendet wird. Bei dieser Weiterbildung wird ausgehend von dem Strahlpositionierfehler ein Kompensationssignal bzw. ein Gegensignal erzeugt, das der Ablenksteuerung des Elektronenstrahls beigemischt wird bzw. einem Steuersignal der Ablenksteuerung überlagert wird. Auf diese Weise wird die Strahlposition des Elektronenstrahls bei der Bewegung über das Target korrigiert. Für die in-situ und in-operando-Korrektur des Strahlpositionierfehlers ist es typischerweise erforderlich, dass die Erfassungselektronik für die zurückgestreuten Elektronen und die Steuerung der Elektronenstrahlbearbeitungsanlage kurze Reaktions- und Programmausführungszeiten von in der Regel weniger als einigen Sekunden gewährleisten. Typischerweise wird nicht nach jedem Abrastern des Targets bzw. nach der Erzeugung jedes elektronenoptischen Bildes der Strahlpositionierfehler korrigiert, sodass die oben angegebene Zeitdauer für die Durchführung der in-operando-Korrektur ausreichend ist.In a further development of this variant, a compensation signal is generated to correct the beam positioning error, which is used to deflect the electron beam. In this further development, a compensation signal or a counter signal is generated based on the beam positioning error, which is mixed into the deflection control of the electron beam or is superimposed on a control signal of the deflection control. In this way, the beam position of the electron beam is corrected as it moves over the target. For the in-situ and in-operando correction of the beam positioning error, it is typically necessary for the detection electronics for the backscattered electrons and the control of the electron beam processing system to ensure short reaction and program execution times of generally less than a few seconds. Typically, the beam positioning error is not corrected after each scanning of the target or after the generation of each electron-optical image, so that the time period specified above is sufficient for carrying out the in-operando correction.

Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Vergleichen anhand von Bildmerkmalen, insbesondere anhand von Geometriemerkmalen, die aus dem elektronenoptischen Bild und ggf. aus dem Referenzbild extrahiert werden. Aus dem elektronenoptischen Bild können als Geometriemerkmale beispielsweise die Lage von Bauteilen des Targets, von Fugen oder dergleichen extrahiert werden. Bei den Bauteilen kann es sich beispielsweise um ortsfeste Bauteile mit bekannter Lage bzw. Position handeln, wie beispielsweise um die Ränder von Blenden oder ähnlichen Strukturen auf dem Target. Diese können aufgrund des Kontrasts der Intensität und/oder der räumlichen Verteilung von Sekundärelektronen bzw. von an den Strukturen gestreuten Elektronen in dem elektronenoptischen Bild identifiziert bzw. extrahiert werden. Die Geometriemerkmale, beispielsweise die gemessene scheinbare Lage von Bauteilen, etc. verändern sich, wenn sich die Störfelder verändern. Anhand eines Vergleichs mit den taktil gemessenen Ortskoordinaten von ortsfesten Bauteilen oder mit der Lage der ortsfesten Bauteile in einem vorab aufgenommenen Referenzbild kann der Strahlpositionierungsfehler bestimmt werden. Bei dem vorab aufgenommenen Referenzbild handelt es sich typischerweise ebenfalls um ein elektronenoptisches Bild, das unter störungsfreien Bedingungen oder bei stationären Störungen aufgenommen wurde.In a further embodiment, the comparison is carried out using image features, in particular using geometric features that are extracted from the electron-optical image and, if applicable, from the reference image. Geometric features that can be extracted from the electron-optical image include, for example, the position of components of the target, joints or the like. The components can be, for example, stationary components with a known position, such as the edges of apertures or similar structures on the target. These can be identified or extracted in the electron-optical image based on the contrast of the intensity and/or the spatial distribution of secondary electrons or electrons scattered by the structures. The geometric features, for example the measured apparent position of components, etc. change when the interference fields change. The beam positioning error can be determined by comparing it with the tactilely measured location coordinates of stationary components or with the position of the stationary components in a previously recorded reference image. The previously recorded reference image is typically also an electron-optical image that was recorded under interference-free conditions or with stationary interference.

Bei einer Weiterbildung dieser Variante werden die Bildmerkmale mittels mindestens eines Bildverarbeitungsalgorithmus bestimmt. Für die Erkennung von Bildmerkmalen, z.B. der Fugen-/Form- und Lageerkennung, können übliche Algorithmen wie Hough-Transformationen, Bildmomente, Bildableitungen (1. und 2. Ordnung), Sobel-, Canny-, Prewitt-Algorithmen, Skeletonisations-Techniken, etc. angewandt werden, vgl. auch das Buch von M.S. Nixon, A.S. Aguado „Feature extraction and image processing for computer vision“, 3^rd ed., Elsevier Ltd. 2012.In a further development of this variant, the image features are determined using at least one image processing algorithm. For the recognition of image features, e.g. joint/shape and position recognition, common algorithms such as Hough transformations, image moments, image derivatives (1st and 2nd order), Sobel, Canny, Prewitt algorithms, skeletonization techniques, etc. can be used, see also the book by MS Nixon, AS Aguado "Feature extraction and image processing for computer vision", ^3rd ed., Elsevier Ltd. 2012.

Mit Hilfe des Bildverarbeitungsalgorithmus können insbesondere Bildmerkmale in Form von Bildmomenten und/oder Eigenvektoren des elektronenoptischen Bildes extrahiert und mit entsprechenden Bildmomenten und/oder Eigenvektoren des Referenzbildes verglichen werden. Die Eigenvektoren können beispielsweise mit Hilfe einer Singulärwertzerlegung der Intensitäten der Punkte des elektronenoptischen Bildes bestimmt werden. Der Unterschied in den Bildmomenten bzw. der Orientierung der Eigenvektoren stellt eine Transformation der Sollpositionen auf die gemessenen Positionen dar und entspricht dem Strahlpositionierfehler. Die Transformation mit umgekehrtem Vorzeichen, d.h. von den gemessenen Positionen auf die Sollpositionen, kann als Kompensationssignal verwendet werden.With the help of the image processing algorithm, image features in the form of image moments and/or eigenvectors of the electron-optical image can be extracted and compared with corresponding image moments and/or eigenvectors of the reference image. The eigenvectors can be determined, for example, using a singular value decomposition of the intensities of the points of the electron-optical image. The difference in the image moments or the orientation of the eigenvectors represents a transformation of the target positions to the measured positions and corresponds to the beam positioning error. The transformation with the opposite sign, i.e. from the measured positions to the target positions, can be used as a compensation signal.

Bei einer weiteren Variante wird beim Vergleichen durch maschinelles Lernen eine Abweichung der Bildmerkmale des elektronenoptischen Bildes von der Referenz bestimmt. In diesem Fall wird eine Abweichung der Bildmerkmale, insbesondere der Geometriemerkmale, von der Referenz durch maschinelles Lernen, beispielsweise durch stochastisches Lernen, bestimmt.In another variant, a deviation of the image features of the electron-optical image from the reference is determined during comparison by machine learning. In this case, a deviation of the image features, in particular the geometric features, from the reference is determined by machine learning, for example by stochastic learning.

Bei einer weiteren Variante wird das elektronenoptische Bild bzw. die elektronenoptische Abbildung vor dem Vergleichen nachbearbeitet. Für die Nachbearbeitung können beispielsweise Filter und/oder Binning-Algorithmen verwendet werden. Auf diese Weise wird das Signal-zu-Rauschverhältnis der elektronenoptischen Abbildung erhöht und die Geometriemerkmale, d.h. die - ggf. scheinbare - Lage der Bauteile, wird genauer bestimmt. Der Elektronenstrahl kann bei der Bewegung über das Target auch länger an Positionsmarken oder an anderen ortsfesten Bauteilen verweilen, um das Signal-zu-Rauschverhältnis der elektronenoptischen Abbildung zu erhöhen und auf diese Weise die scheinbare Lage der ortsfesten Bauteile genauer zu bestimmen.In another variant, the electron-optical image or the electron-optical image is post-processed before comparison. Filters and/or binning algorithms can be used for post-processing, for example. In this way, the signal-to-noise ratio of the electron-optical image is increased and the geometric features, i.e. the - possibly apparent - position of the components, are determined more precisely. When moving over the target, the electron beam can also linger longer on position marks or other stationary components in order to increase the signal-to-noise ratio of the electron-optical image and thus determine the apparent position of the stationary components more precisely.

Bei einer weiteren Variante wird der Strahlpositionierfehler durch ein Vektorfeld beschrieben. Das Vektorfeld beschreibt die Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert an einer jeweiligen Position des Targets. Das Vektorfeld wird typischerweise durch eine Zerlegung auf definierte Muster-Vektorfelder mit einer jeweiligen Amplitude modelliert. Die Muster-Vektorfelder werden durch orthogonale Polynome beschrieben. Beispielsweise kann es sich bei den orthogonalen Polynomen um Legendre-Polynome handeln, wobei aus dem Produkt von zwei Legendre-Polynomen, die jeweils von einer Ortskoordinate abhängig sind, die Komponenten der orthogonalen Muster-Vektorfelder gebildet werden. An Stelle von Legendre-Polynomen können auch andere orthogonale Polynome, beispielsweise Laguerre-Polynome oder Tschebyschew-Polynome, verwendet werden, um die Muster-Vektorfelder zu bilden.In another variant, the beam positioning error is described by a vector field. The vector field describes the difference between the actual value and the target value at a particular position of the target. The vector field is typically modeled by decomposing it into defined pattern vector fields with a respective amplitude. The pattern vector fields are described by orthogonal polynomials. For example, the orthogonal polynomials can be Legendre polynomials, whereby the components of the orthogonal pattern vector fields are formed from the product of two Legendre polynomials, each of which depends on a location coordinate. Instead of Legendre polynomials, other orthogonal polynomials, such as Laguerre polynomials or Chebyshev polynomials, can also be used to form the pattern vector fields.

Bei einer weiteren Weiterbildung bildet der Strahlpositionierfehler eine Transformation, die aus dem Vergleich der Lage der Geometriemerkmale, die aus dem elektronenoptischen Bild extrahiert werden, mit der Lage der Geometriemerkmale der Referenz ermittelt wird. Bei der Referenz kann es sich wie weiter oben beschrieben um eine taktil gemessene Referenz, z.B. in Form einer Punkt-Wolke, oder um ein Referenzbild handeln.In a further development, the beam positioning error forms a transformation that is determined from the comparison of the position of the geometric features extracted from the electron-optical image with the position of the geometric features of the reference. As described above, the reference can be a tactilely measured reference, e.g. in the form of a point cloud, or a reference image.

Bei dieser Variante werden Algorithmen zur Lösung des orthogonalen Procrustes-Problems wie der iterative Algorithmus der nächsten Punkte (ICP, iterative closest point algorithm) oder die iterative Minimierung des Unterschieds zwischen der Ist-Matrix, die eine Transformation zwischen Ist- und Sollpositionen beschreibt, und der Modell-Matrix, die durch eine Eigenwertzerlegung der Ist-Matrix definiert wird (sog. „Kabsch-Algoritmus“ und seine Variationen) verwendet, vgl. z.B. D. Holz, A.E. Ichim, F. Tombari; R.B. Rusu, S. Behnke, „Registration with the Point Cloud Library: A Modular Framework for Aligning in 3-D“, IEEE Robotics Automation Magazine 22 (2015).In this variant, algorithms are used to solve the orthogonal Procrustes problem, such as the iterative closest point algorithm (ICP) or the iterative minimization of the difference between the actual matrix, which describes a transformation between actual and target positions, and the model matrix, which is defined by an eigenvalue decomposition of the actual matrix (so-called “Kabsch algorithm” and its variations), see e.g. D. Holz, A.E. Ichim, F. Tombari; R.B. Rusu, S. Behnke, “Registration with the Point Cloud Library: A Modular Framework for Aligning in 3-D”, IEEE Robotics Automation Magazine 22 (2015).

Bei einer weiteren Variante wird ein Maß für den Strahlpositionierfehler bestimmt und der Strahlpositionierfehler wird nur korrigiert, wenn das Maß für den Strahlpositionierfehler einen Schwellwert überschreitet. Bei dem Maß für den Strahlpositionierfehler kann es sich beispielsweise um eine maximale Verschiebung handeln, die zwischen Geometriemerkmalen des elektronenoptischen Bildes und des Referenzbildes anhand des vektoriellen Modells des Strahlpositionierfehlers ermittelt wird. Beispielsweise kann der Schwellwert für die maximale Verschiebung bei 100 µm liegen. Wird dieser Wert überschritten, wird der Strahlpositionierfehler korrigiert, typischerweise indem das weiter oben beschriebene Kompensationssignal für die Ablenksteuerung des Elektronenstrahls berechnet wird. Das Kompensationssignal stellt typischerweise das Inverse des Strahlpositionierfehlers dar.In another variant, a measure of the beam positioning error is determined and the beam positioning error is only corrected if the measure of the beam positioning error exceeds a threshold value. The measure of the beam positioning error can, for example, be a maximum displacement that is determined between geometric features of the electron optical image and the reference image using the vectorial model of the beam positioning error. For example, the threshold value for the maximum displacement can be 100 µm. If this value is exceeded, the beam positioning error is corrected, typically by calculating the compensation signal for the deflection control of the electron beam described above. The compensation signal typically represents the inverse of the beam positioning error.

Bei einer weiteren Variante wird das elektronenoptische Bild als neues Referenzbild verwendet, wenn das Maß für den Strahlpositionierfehler den Schwellwert nicht überschreitet. Für den Fall, dass der Strahlpositionierfehler hinreichend klein ist, kann das aufgenommene elektronenoptische Bild als neues Referenzbild verwendet werden.In a further variant, the electron-optical image is used as a new reference image if the beam positioning error does not exceed the threshold value. In the event that the beam positioning error is sufficiently small, the recorded electron-optical image can be used as a new reference image.

Typischerweise wird das weiter oben beschriebene Verfahren zum Bestimmen und ggf. zum Korrigieren des Strahlpositionierfehlers während der Bearbeitung des Targets mehrmals durchgeführt, d.h. es wird jeweils ein elektronenoptisches Bild aufgenommen, der Strahlpositionierfehler bestimmt und erforderlichenfalls korrigiert, um den Einfluss von Strahlpositionierfehlern während der gesamten Bearbeitung zu verringern. Das weiter oben beschriebene Verfahren kann insbesondere in großen Elektronenstrahlbearbeitungsanlagen zur Bearbeitung großer Werkstücke bzw. Targets eingesetzt werden, in denen die zu bearbeitenden Targets bzw. Werkstücke im Vakuum angeordnet sind.Typically, the method described above for determining and, if necessary, correcting the beam positioning error is carried out several times during the processing of the target, i.e. an electron-optical image is recorded each time, the beam positioning error is determined and, if necessary, corrected in order to reduce the influence of beam positioning errors during the entire processing. The method described above can be used in particular in large electron beam processing systems for processing large workpieces or targets in which the targets or workpieces to be processed are arranged in a vacuum.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of embodiments of the invention, based on the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be implemented individually or in groups in any combination in a variant of the invention.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1a eine Darstellung einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage bei der Bearbeitung eines Targets mit einem Elektronenstrahl zu einem ersten Zeitpunkt,
1b eine Darstellung analog zu 1a zu einem zweiten Zeitpunkt, bei dem ein magnetisches Störfeld einen Strahlpositionierfehler des Elektronenstrahls erzeugt, sowie
2 eine schematische Darstellung analog zu 1 b, bei welcher der durch das magnetische Störfeld erzeugte Strahlpositionierfehler korrigiert wurde.

Examples of embodiments are shown in the schematic drawing and are explained in the following description. It shows

1a a representation of an electron beam processing system during the processing of a target with an electron beam at a first point in time,
1b a representation analogous to 1a at a second time, when a magnetic interference field generates a beam positioning error of the electron beam, and
2 a schematic representation analogous to 1 b , in which the beam positioning error caused by the magnetic interference field was corrected.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference symbols are used for identical or functionally identical components.

1a zeigt eine Elektronenstrahlbearbeitungsanlage 1, die eine Elektronenquelle 2 zur Emission eines Elektronenstrahls 5 aufweist. Der Elektronenstrahl 5 bzw. die von der Elektronenquelle 2 emittierten Elektronen werden durch Konditionierungsspulen 3 vorbereitet und durch Ablenkspulen 4 als Primärstrahl auf ein ortsfestes Bauteil 6 und ein Werkstück 7 ausgerichtet, die gemeinsam ein Target 6, 7 bilden. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem ortsfesten Bauteil 6 um eine Blende, die eine kreisrunde Blendenöffnung aufweist. Bei dem Werkstück 7 handelt es sich im gezeigten Beispiel um ein beschichtetes Substrat in Form eines EUV-Spiegels, an dessen Oberfläche mit Hilfe des Elektronenstrahls 5 eine Endbearbeitung stattfindet. Bei dem Werkstück 7 muss es sich nicht zwingend um einen EUV-Spiegel handeln, vielmehr kann es sich um ein beliebiges elektrisch leitendes Werkstück handeln. 1a shows an electron beam processing system 1 which has an electron source 2 for emitting an electron beam 5. The electron beam 5 or the electrons emitted by the electron source 2 are prepared by conditioning coils 3 and directed by deflection coils 4 as a primary beam onto a stationary component 6 and a workpiece 7, which together form a target 6, 7. In the example shown, the stationary component 6 is an aperture having a circular aperture opening. In the example shown, the workpiece 7 is a coated substrate in the form of an EUV mirror, on the surface of which a finishing process takes place with the aid of the electron beam 5. The workpiece 7 does not necessarily have to be an EUV mirror; rather, it can be any electrically conductive workpiece.

Trifft der Elektronenstrahl 5 auf das Target 6, 7, werden die auftreffenden Elektronen gestreut. Ein Teil der gestreuten Elektronen 8 wird von einem elektronenoptischen Detektor 9 erfasst und durch eine Steuereinheit 10 mit einer Sollposition des Elektronenstrahls 5 auf dem Target 6, 7 assoziiert. Aufgrund der unterschiedlichen Streuquerschnitte des Bauteils 6 und des Werkstücks 7 bildet sich ein Kontrast auf einem elektronenoptischen Bild 11, das von der Steuereinheit 10 auf Grundlage der gestreuten Elektronen 8 erzeugt wird.If the electron beam 5 hits the target 6, 7, the incident electrons are scattered. A portion of the scattered electrons 8 is detected by an electron-optical detector 9 and associated by a control unit 10 with a target position of the electron beam 5 on the target 6, 7. Due to the different scattering cross sections of the component 6 and the workpiece 7, a contrast is formed on an electron-optical image 11, which is generated by the control unit 10 on the basis of the scattered electrons 8.

Das in 1a gezeigte elektronenoptische Bild 11 ist im Hinblick auf magnetische Störfelder 12 außerhalb der Elektronenstrahlbearbeitungsanlage 1 sensitiv, wie sich durch einen Vergleich zwischen 1a und 1b ergibt: Bei dem in 1a gezeigten elektronenoptischen Bild 11 ist kein magnetisches Störfeld 12 vorhanden, weshalb Geometriemerkmale in Form einer Kante 13 bzw. in Form einer kreisförmigen Öffnung 14 des Bauteils 6 in dem elektronenoptischen Bild 11 ihrer physikalischen Lage und Form entsprechen.This in 1a The electron-optical image 11 shown is sensitive to magnetic interference fields 12 outside the electron beam processing system 1, as can be seen by a comparison between 1a and 1b results: In the 1a In the electron-optical image 11 shown, no magnetic interference field 12 is present, which is why geometric features in the form of an edge 13 or in the form of a circular opening 14 of the component 6 in the electron-optical image 11 correspond to their physical position and shape.

Bei dem in 1b gezeigten elektronenoptischen Bild 11', das unter Einfluss des schlecht abgeschirmten magnetischen Störfelds 12 zu einem späteren Zeitpunkt erzeugt wird, ist dies hingegen nicht der Fall: Die Kante 13 ist nach links verschoben und die Öffnung 14 erscheint in dem elektronenoptischen Bild 11' oval. Die Kante 13 weicht somit von ihrer physikalischen Lage ab und die Öffnung 14 weicht von ihrer physikalischen Geometrie ab.In the 1b shown electron-optical image 11', which under the influence of the poorly shielded magnetic interference field 12 leads to a late However, if the beam is generated at a later point in time, this is not the case: the edge 13 is shifted to the left and the opening 14 appears oval in the electron-optical image 11'. The edge 13 thus deviates from its physical position and the opening 14 deviates from its physical geometry.

Die Geometriemerkmale 13, 14 werden aus dem elektronenoptischen Bild 11' bzw. aus dem Referenzbild 11 von der Steuerungseinrichtung 10 mit Hilfe mindestens eines Bildverarbeitungsalgorithmus extrahiert, beispielsweise mit Hilfe eines Algorithmus zur Kantendetektion. Ein Strahlpositionierfehler K bei der Positionierung des Elektronenstahls 5 wird anhand eines Vergleichs zwischen dem elektronenoptischen Bild 11' und dem Referenzbild 11 bestimmt. Der Vergleich erfolgt anhand der extrahierten Geometriemerkmale, beispielsweise anhand der Kante 13 bzw. der Geometrie der Öffnung 14. Im gezeigten Beispiel wird das elektronenoptische Bild 11' vor dem Vergleichen mit Hilfe mindestens einer Filterfunktion nachbearbeitet, um das Signal-zu-Rauschverhältnis der elektronenoptischen Abbildung zu erhöhen, bevor der Vergleich durchgeführt wird.The geometric features 13, 14 are extracted from the electron-optical image 11' or from the reference image 11 by the control device 10 using at least one image processing algorithm, for example using an algorithm for edge detection. A beam positioning error K in the positioning of the electron beam 5 is determined based on a comparison between the electron-optical image 11' and the reference image 11. The comparison is made based on the extracted geometric features, for example based on the edge 13 or the geometry of the opening 14. In the example shown, the electron-optical image 11' is post-processed before the comparison using at least one filter function in order to increase the signal-to-noise ratio of the electron-optical image before the comparison is carried out.

Die Störungen des in 1b gezeigten elektronenoptischen Bildes 11', genauer gesagt die Abweichungen der Geometriemerkmale 13, 14 können durch einen Strahlpositionierfehler K modelliert werden, der durch ein Vektorfeld beschrieben wird. Bei der Anwendung des Strahlpositionierfehlers K auf das in 1a gezeigte Referenzbild 11 ergibt sich das in 1b gezeigte gestörte elektronenoptische Bild 11', wie dies in 2 zu erkennen ist. Der Strahlpositionierfehler K setzt sich im gezeigten Beispiel aus einer Mehrzahl von orthogonalen Muster-Vektorfeldern zusammen, von denen in 2 beispielhaft vier Muster-Vektorfelder gezeigt sind, die mit einem Operator A multipliziert werden, um den Strahlpositionierfehler K zu bilden.The disturbances in 1b shown electron-optical image 11', more precisely the deviations of the geometric features 13, 14 can be modelled by a beam positioning error K, which is described by a vector field. When applying the beam positioning error K to the 1a The reference image 11 shown in 1b shown distorted electron optical image 11', as shown in 2 can be seen. The beam positioning error K in the example shown is composed of a plurality of orthogonal pattern vector fields, of which 2 Four sample vector fields are shown as examples, which are multiplied by an operator A to form the beam positioning error K.

Der Strahlpositionierfehler K kann korrigiert werden, indem von der Steuereinheit 10 ein zu dem Strahlpositionierfehler K inverses Korrektursignal K^-1 erzeugt wird. Das Korrektursignal K^-1 wird einem von der Steuereinheit 10 den Ablenkspulen 4 zugeführten Steuersignal überlagert bzw. zugemischt, um die Strahlposition des Elektronenstrahls 5 zu korrigieren, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Strahllage des Elektronenstrahls 5 entspricht daher der Strahllage ohne das Vorhandensein des magnetischen Störfelds 12.The beam positioning error K can be corrected by the control unit 10 generating a correction signal K ^-1 that is inverse to the beam positioning error K. The correction signal K ^-1 is superimposed or mixed with a control signal supplied by the control unit 10 to the deflection coils 4 in order to correct the beam position of the electron beam 5, as shown in 2 The beam position of the electron beam 5 therefore corresponds to the beam position without the presence of the magnetic interference field 12.

Es ist grundsätzlich möglich, bei jeder Aufnahme eines elektronenoptischen Bildes 11' den Strahlpositionierfehler K mittels des Korrektursignals K^-1 zu korrigieren. Typischerweise ist es jedoch günstig, wenn der Strahlpositionierfehler K, genauer gesagt ein Maß für dessen Größe, bestimmt wird, und die Korrektur nur erfolgt, wenn der Strahlpositionierfehler K einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Bei dem Maß für den Strahlpositionierfehler K kann es sich beispielsweise um eine maximale Verschiebung der Geometriemerkmale 13, 14 in dem elektronenoptischen Bild 11` und dem Referenzbild 11 handeln, die z.B. bei ca. 100 µm liegen kann. Erst wenn der Schwellwert überschritten wird, wird das weiter oben beschriebene Korrektursignal K^-1 berechnet und als Gegensignal der Steuerung der Ablenkspulen 4 zugeführt. Die Bearbeitung wird mit angepasster Positionierung des Elektronenstahls 5 fortgesetzt. Für den Fall, dass der Strahlpositionierfehler K den Schwellwert nicht überschreitet, kann das elektronenoptische Bild 11' als neues Referenzbild 11 festgelegt werden.It is fundamentally possible to correct the beam positioning error K using the correction signal K ^-1 each time an electron-optical image 11' is recorded. Typically, however, it is advantageous if the beam positioning error K, or more precisely a measure of its size, is determined, and the correction is only made if the beam positioning error K exceeds a predetermined threshold value. The measure of the beam positioning error K can, for example, be a maximum displacement of the geometric features 13, 14 in the electron-optical image 11` and the reference image 11, which can be, for example, approximately 100 µm. Only when the threshold value is exceeded is the correction signal K ^-1 described above calculated and fed as a counter signal to the control of the deflection coils 4. Processing is continued with the positioning of the electron beam 5 adjusted. In case the beam positioning error K does not exceed the threshold value, the electron optical image 11' can be set as the new reference image 11.

Die weiter oben beschriebenen Schritte können bei der Bearbeitung mehrmals durchgeführt werden, um den Einfluss von Strahlpositionierfehlern bei der Bearbeitung mit dem Elektronenstrahl 5 zu verringern. Auf diese Weise kann eine unterbrechungsfreie Korrektur der Strahlpositionierfehler bei der Bearbeitung mit dem Elektronenstahl 5 erfolgen.The steps described above can be performed several times during machining in order to reduce the influence of beam positioning errors during machining with the electron beam 5. In this way, the beam positioning errors during machining with the electron beam 5 can be corrected without interruption.

An Stelle von Geometriemerkmalen 13, 14 können auch andere Bildmerkmale, beispielsweise Bildmomente oder Eigenwerte, aus dem elektronenoptischen Bild 11' extrahiert werden, die mit dem elektronenoptischen Referenzbild 11 verglichen werden, um den Strahlpositionierfehler K zu bestimmen. An Stelle eines elektronenoptischen Referenzbildes 11 können als Referenz auch taktil gemessene Koordinaten der Geometriemerkmale 13, 14 verwendet werden. Hierbei kann beispielweise der ICP-Algorithmus verwendet werden, um anhand eines Vergleichs der Lage der Geometriemerkmale, die aus dem elektronenoptischen Bild extrahiert werden, mit der Lage der Geometriemerkmale der Referenz, insbesondere der Lage der Geometriemerkmale in dem Referenzbild, eine Transformation zu bestimmen, die dem Strahlpositionierfehler K entspricht. In beiden Fällen kann bei der Justage des Elektronenstrahls 5 eine Genauigkeit der Stahlpositionierung von weniger als 0,1 mm erreicht werden.Instead of geometric features 13, 14, other image features, for example image moments or eigenvalues, can also be extracted from the electron-optical image 11', which are compared with the electron-optical reference image 11 in order to determine the beam positioning error K. Instead of an electron-optical reference image 11, tactilely measured coordinates of the geometric features 13, 14 can also be used as a reference. For example, the ICP algorithm can be used here to determine a transformation that corresponds to the beam positioning error K based on a comparison of the position of the geometric features extracted from the electron-optical image with the position of the geometric features of the reference, in particular the position of the geometric features in the reference image. In both cases, an accuracy of beam positioning of less than 0.1 mm can be achieved when adjusting the electron beam 5.

Bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren werden Merkmale des Targets 6, 7 - wie der Kontrast an Kanten, die Orientierung der Eigenvektoren und/oder statistische Momente des Rückstreubildes - zur Bestimmung des Strahlpositionierfehlers K bzw. zur Korrektur genutzt. Darüber hinaus kann die unterschiedliche Ausbeute der zurückgestreuten Elektronen 8 an unterschiedlichen Materialien zur Referenzierung der Elektronenstahlpositionierung genutzt werden, so dass kein zusätzliches Messmittel benötigt wird.In the method described above, characteristics of the target 6, 7 - such as the contrast at edges, the orientation of the eigenvectors and/or statistical moments of the backscatter image - are used to determine the beam positioning error K or to correct it. In addition, the different yield of the backscattered electrons 8 on different materials can be used to reference the electron beam positioning, so that no additional measuring device is required.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2007069154 A [0008]
WO 2021249189 A1 [0009]
US 2009218488 A1 [0009]
US 2010092070 A1 [0009]

Claims

Method for determining, in particular for correcting, a beam positioning error (K) when processing a target (6, 7), comprising: moving an electron beam (5) over the target (6, 7), in particular by deflecting the electron beam (5), detecting electrons (8) scattered on the target (6, 7) when the electron beam (5) is moved, generating an electron-optical image (11`) of the target (6, 7) with the aid of the detected electrons, and comparing the electron-optical image (11`) with a reference, in particular with a reference image (11), to determine the beam positioning error (K).

Procedure according to Claim 1 , in which the correction of the beam positioning error (K) takes place during the processing of the target (6, 7) with the electron beam (5).

Procedure according to Claim 2 , in which a compensation signal (K ^-1 ) is generated to correct the beam positioning error (K), which is used to deflect the electron beam (5).

Method according to one of the preceding claims, in which the comparison is carried out on the basis of image features, in particular on the basis of geometric features (13, 14), which are extracted from the electron-optical image (11`).

Procedure according to Claim 4 , in which the image features (13, 14) are determined by means of at least one image processing algorithm.

Procedure according to Claim 4 or 5 , in which a deviation of the image features (13, 14) of the electron-optical image (11`) from the reference (11) is determined during comparison by machine learning.

Method according to one of the preceding claims, in which the electron-optical image (11') is post-processed before the comparison.

Method according to one of the preceding claims, wherein the beam positioning error (K) is described by a vector field.

Method according to one of the Claims 4 until 8th , in which the beam positioning error (K) forms a transformation which is determined by comparing the position of the geometric features (13, 14) extracted from the electron-optical image (11') with the position of the geometric features (13, 14) of the reference.

Method according to one of the preceding claims, in which a measure for the beam positioning error (K) is determined and the beam positioning error (K) is only corrected if the measure for the beam positioning error (K) exceeds a threshold value.

Procedure according to Claim 10 , in which the electron-optical image (11') is used as a new reference image (11) if the measure of the beam positioning error (K) does not exceed the threshold value.