DE102008020145B4

DE102008020145B4 - Ionenstrahlbearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten und Betrachten einer Probe

Info

Publication number: DE102008020145B4
Application number: DE102008020145A
Authority: DE
Inventors: Hiroyasu Shichi; Satoshi Tomimatsu; Kaoru Umemura; Noriyuki Kaneoka; Koji Ishiguro
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: US20130284593A1; DE102008020145A1; US8481980B2; DE102008064781B3; US8779400B2; US20090230299A1

Abstract

Ionenstrahlbearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einer Ionenquelle (1) mit einer Vakuumkammer und einem Gaszuführmechanismus zum Einführen von Gas in die Vakuumkammer, um in der Vakuumkammer Gasionen zu erzeugen; mit einer Probenkammer (23) für die Aufnahme einer Probe (11); und mit einer Ionenstrahl-Bestrahlungssäule (21), die mit der Vakuumkammer verbunden ist, um aus der Ionenquelle (1) einen Ionenstrahl (75) zu extrahieren und den Ionenstrahl auf die Probe (11) einzustrahlen, wobei der Gaszuführmechanismus wenigstens zwei Gaszuführsysteme umfasst, die jeweils eine Gasflasche (53; 559; 60) und ein Absperrventil (57; 58) aufweisen, wobei das Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) jedes Systems in der Lage ist, die Gasdruckbedingungen in der Vakuumkammer festzulegen, wobei das Absperrventil (57; 58) jedes Systems in der Lage ist, zwischen den Arten des in die Vakuumkammer eingeführten Gases umzuschalten und das Umschalten zwischen einer Gasart für einen Ionenstrahl zum Bearbeiten der Probe (11) und...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Untersuchungs- und Analysetechnik für die Verwendung bei elektronischen Komponenten wie Halbleiterelementen, etwa Halbleiterspeichern, Mikroprozessoren, Halbleiterlasern usw. oder Magnetköpfen; und insbesondere eine Technik zum Bearbeiten (oder Behandeln) und Betrachten des Querschnitts einer Probe mit einem Ionenstrahl.
Eine hohe Fabrikationsausbeute ist bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Halbleiterelementen, zum Beispiel Halbleiterspeichern, von denen ein typischer Repräsentant ein dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM) ist, Mikroprozessoren und Halbleiterlasern sowie Magnetköpfen sehr wichtig. Ein Absinken der Produktausbeute ist direkt mit einem geringeren Unternehmenseinkommen verbunden. Die frühe Erfassung von Defekten, Fremdkörpern und einer fehlerhaften Bearbeitung und das frühe Einleiten von Gegenmaßnahmen sind daher wichtige Punkte.
Zum Beispiel treiben Hersteller von elektrischen Komponenten einen großen Aufwand, Defekte durch sorgfältige Untersuchungen und eine Analyse ihres Auftretens zu erfassen. In Herstellungsprozessen für elektronische Komponenten, bei denen Wafer verwendet werden, werden die Wafer im Verlauf der Bearbeitung überprüft, das Auftreten von Anomalien wie Defekten und Fremdkörpern in Leitungsmustern wird untersucht, und es werden Gegenmaßnahmen überlegt.
Zur Betrachtung von nicht normalen Punkten auf einer Probe wird in der Regel ein Rasterelektronenmikroskop (abgekürzt REM) verwendet. Zur Zeit wird auch eine Kombination aus einem REM mit einem FIS (Fokussierter Ionenstrahl) verwendet. Eine FIS-REM-Vorrichtung strahlt einen fokussierten Ionenstrahl ein, um an der gewünschten Stelle ein quadratisches Loch auszubilden, dessen Querschnitt dann mit dem REM untersucht wird.
Zum Beispiel beschreibt die japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2002-150990 A eine quadratische Öffnung für die Betrachtung und Analyse eines Defekts oder eines Fremdkörpers, wobei die Öffnung mittels eines FIS in der Nähe eines unnormalen Punktes in einer Probe erzeugt wird und der Querschnitt der quadratischen Öffnung mit einem REM untersucht wird.
Die Veröffentlichung einer internationalen Patentanmeldung Nr. WO 99/05506 A1 beschreibt eine Technik zum Extrahieren einer Mikroprobe für eine TEM-Untersuchung aus einem Probenkörper unter Verwendung eines FIS und einer Sonde.
Bezüglich Techniken für einen Ionenstrahlprozessor beschreibt die japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2-062039 A ein Beispiel, bei dem Gasflaschen mit mehreren Arten von reaktiven Gasen über Ventile mit einer Ionisationskammer verbunden sind, so dass entsprechend dem Material der zu bearbeitenden Schicht einer Probe jeweils das passende reaktive Gas zugeschaltet und zugeführt werden kann, wenn in einer Ionenstrahl-Bestrahlungseinheit lokal ein reaktiver Ätzvorgang auszuführen ist.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2004-40129 A beschreibt ein Verfahren zum Auffüllen eines in einem Wafer erzeugten Lochs, aus dem eine Mikroprobe entnommen wurde, und zum Zurückgeben des Wafers in die Produktionslinie.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2004 052 580 A1 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Zuführen von Vorstufengasen zu einer Implantationsanlage, bei denen ein Puffervolumen zur Verbesserung der Stabilität der Gasströmung verwendet wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Technik zum Bearbeiten einer Probe mittels eines Ionenstrahls zum Ausbilden einer Schnittfläche und zum Betrachten der Schnittfläche mit einem REM (oder TEM) setzt notwendigerweise sowohl ein FIS-Bestrahlungssystem als auch ein REM-Bestrahlungssystem (oder TEM-Bestrahlungssystem) voraus. Die entsprechende Vorrichtung hat daher einen komplizierten Aufbau und ist schwierig zu steuern. Dadurch steigt der Preis dafür an. Räumliche Interferenzen zwischen nahe beieinanderliegenden Linsen sind ein anderes Problem, da die Linsen so angeordnet sein müssen, dass der Ionenstrahl und der Elektronenstrahl den gleichen Punkt auf der Probe treffen. Dieses Problem lässt sich nicht ohne Leistungseinbuße für jeden Strahl lösen.
Es ist sicherlich möglich, zur Betrachtung der Probe nur einen der Strahlen zu verwenden. Zum Beispiel kann zur Betrachtung auch der Ionenstrahl und nicht der Elektronenstrahl auf die Probe eingestrahlt werden. Wenn jedoch für die Betrachtung die gleiche Ionenart verwendet wird wie für die Bearbeitung, wird die Probenoberfläche abgetragen, so dass es schwierig ist, den gewünschten Querschnitt der Probe zu betrachten. Bisher wurde keine neue Technik zum Bearbeiten und Betrachten einer Probe mit einem Ionenstrahl entwickelt.
Außerdem muss die Ebenheit an einem wieder aufgefüllten Loch mindesten im Submikrometerbereich liegen. Das Auffüllvolumen des Lochs entspricht dem abgetragenen Volumen, so dass viel Zeit erforderlich ist (von einigen Minuten bis zu einigen zehn Minuten), das Loch wieder aufzufüllen, und die Zeit, die vergeht, bis der Wafer wieder in die Produktionslinie zurückgebracht werden kann, entspricht einer großen Anzahl von Prozessen.
Angesichts dieser Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsverfahren für eine Schnittflächenbetrachtung einer elektronischen Komponente zu schaffen, bei dem die Probe mit einem Ionenstrahl bearbeitet und dann mit einem Ionenstrahl aus der gleichen Ionenquelle betrachtet wird.
Um diese Aufgaben zu lösen, wird eine Schnittflächen-Betrachtungsvorrichtung geschaffen, bei der für die Betrachtung kein Elektronenstrahl verwendet wird, sondern wenigstens zwei Arten von Gasionen mit verschiedenen Massenzahlen auf die Probe eingestrahlt werden, wobei es möglich ist, zwischen der Gasart für den Ionenstrahl zum Bearbeiten einer Probe und der Gasart für den Ionenstrahl zum Betrachten der Probe umzuschalten.
Die Ionenquelle, bei der zwischen den Arten des Gases für den Ionenstrahl zum Bearbeiten einer Probe und für den Ionenstrahl zum Betrachten der Probe umgeschaltet werden kann, enthält wenigstens zwei Gaszuführsysteme mit jeweils einer Gasflasche, einer Gasleitung, einem Gasvolumen-Steuerventil und einem Absperrventil. Das Gasvolumen-Steuerventil in jedem der Systeme legt die Gasdruckbedingungen in einer Vakuumkammer fest. Das Absperrventil in jedem der Systeme dient dazu, zwischen den Gasarten umzuschalten, die in die Vakuumkammer eingeführt werden.
Wenn die erfindungsgemäße Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung einen Gas-Ionenstrahl zum Bearbeiten einer Probe einstrahlt, wird die Lochform einer Lochmaske in einer Ionenstrahl-Bestrahlungssäule auf die Probe projiziert, so dass eine schnelle Bearbeitung möglich ist.
Das Verfahren zum Bearbeiten und Betrachten von Querschnitten einer Probe umfasst die Schritte des Einstrahlens eines Ions mit einer relativ großen Massenzahl, um eine im wesentlichen vertikale Schnittfläche an der Oberfläche der Probe auszubilden; und des Einstrahlens eines Ions mit einer relativ kleinen Massenzahl auf die Schnittfläche, um diese zu betrachten.
Mit der vorliegenden Erfindung werden damit die Nachteile des Standes der Technik dadurch aufgehoben, dass eine Vorrichtung für die Betrachtung einer Schnittfläche geschaffen wird, bei der nicht wie beim Stand der Technik ein Elektronenstrahl verwendet wird, sondern bei der ein Ionenstrahl mit einer Massenzahl verwendet wird, die kleiner ist als bei dem Ionenstrahl, der zum Ausarbeiten der Schnittfläche eingestrahlt wird.
Es folgt eine Liste von charakteristischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den unabhängigen Patentansprüchen definiert ist.

(1) Eine erfindungsgemäße Ionenquelle umfasst eine Vakuumkammer und einen Gaszuführmechanismus zum Einführen von Gas in die Vakuumkammer, wobei in der Vakuumkammer Gasionen erzeugt werden und der Gaszuführmechanismus wenigstens zwei Gaszuführsysteme umfasst, die jeweils eine Gasflasche, eine Gasleitung, ein Gasvolumen-Steuerventil und ein Absperrventil enthalten. Mit dem Gasvolumen-Steuerventil in jedem System können die Gasdruckbedingungen in der Vakuumkammer eingestellt werden, und mit dem Absperrventil in jedem System kann die Art des Gases bestimmt werden, das in die Vakuumkammer eingeführt wird.

Vorzugsweise erzeugt die Ionenquelle bei dem obigen Aufbau durch eine Gasentladung Gasionen und enthält eine Steuervorrichtung mit einer Funktion zum Speichern von zwei oder mehr Gasentladungsspannungen, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Die Art des Gases wird dabei mit Hilfe des Absperrventils und der Einstellung der Entladungsspannung bestimmt.
Bei dieser Ionenquelle führt das eine der Gaszuführsysteme eines der Gase Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff oder Stickstoff zu, und das andere Gaszuführsystem führt entweder Wasserstoffgas oder Heliumgas zu.

(2) Eine erfindungsgemäße Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung enthält eine Ionenquelle mit einer Vakuumkammer und einem Gaszuführmechanismus zum Einführen von Gas in die Vakuumkammer und zum Erzeugen von Gasionen in der Vakuumkammer; eine Probenkammer für die Aufnahme einer Probe; und eine mit der Vakuumkammer verbundene Ionenstrahl-Bestrahlungssäule zum Extrahieren eines Ionenstrahls aus der Ionenquelle und zum Einstrahlen des Ionenstrahls auf die Probe, wobei der Gaszuführmechanismus wenigstens zwei Gaszuführsysteme mit jeweils einer Gasflasche, einer Gasleitung, einem Gasvolumen-Steuerventil und einem Absperrventil umfasst. Mit dem Gasvolumen-Steuerventil in jedem System können die Gasdruckbedingungen in der Vakuumkammer eingestellt werden, und mit dem Absperrventil in jedem System kann die Art des Gases bestimmt werden, das in die Vakuumkammer eingeführt wird, und es kann zwischen der Gasart für den Ionenstrahl, der zum Bearbeiten der Probe verwendet wird, und der Gasart für den Ionenstrahl, der zum Betrachten der Probe verwendet wird, umgeschaltet werden.

Bei der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau erzeugt die Ionenquelle durch eine Gasentladung Gasionen und enthält eine Steuervorrichtung mit einer Funktion zum Speichern von zwei oder mehr Gasentladungsspannungen, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Die Art des Gases wird dabei mit Hilfe des Absperrventils bestimmt und die Entladungsspannung entsprechend eingestellt.
Vorzugsweise wird, wenn die Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau einen Gas- Ionenstrahl zum Bearbeiten einer Probe einstrahlt, die Lochform einer Maske, die in der Ionenstrahl-Bestrahlungssäule angeordnet ist, auf die Probe projiziert.
Vorzugsweise wird, wenn die Ionenstrahl-Bearbeitungs-und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau einen Gas-Ionenstrahl zum Betrachten einer Probe einstrahlt, der von der Ionenquelle emittierte Ionenstrahl in einem punktartigen Muster auf die Probe fokussiert.
Eine andere, der Erfindung ähnliche Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung enthält eine Ionenquelle, die wenigstens zwei Arten von Gasionen mit unterschiedlichen Massenzahlen erzeugen kann, und eine Ionenstrahl-Bestrahlungssäule zum Emittieren eines Gas-Ionenstrahls aus der Ionenquelle und Einstrahlen des Gas-Ionenstrahls auf eine Probe, wobei die Ionenstrahl-Bestrahlungssäule einen Mechanismus zur Massenseparation des von der Ionenquelle emittierten Gas-Ionenstrahls aufweist, wobei von den massenseparierten Gasionen die Ionen mit einer relativ großen Massenzahl zum Ausarbeiten einer Schnittfläche der Probe verwendet werden und die Ionen mit einer relativ kleinen Massenzahl zum Betrachten der Schnittfläche der Probe. Die Ionen mit einer relativ großen Massenzahl werden so gesteuert, dass sie die Probe nicht erreichen, wenn die Ionen mit einer relativ kleinen Massenzahl auf die Probe eingestrahlt werden.
Bei der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau können der Ionenquelle gleichzeitig zwei oder mehr Gasarten zugeführt werden.
Bei der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau enthält die Ionenstrahl-Bestrahlungssäule wenigstens zwei Arten von Masken mit einer Öffnung zum Festlegen der Form des Gas-Ionenstrahls, wobei die Platte mit der Öffnung, die zum Einstrahlen des Gases mit der relativ großen Massenzahl verwendet wird, dicker ist als die Platte mit der Öffnung, die zum Einstrahlen des Gases mit der relativ kleinen Massenzahl verwendet wird.
Bei der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau ist das Ion mit der relativ großen Massenzahl ein Gasion aus wenigstens einer der Arten Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff und Stickstoff, und das Ion mit einer relativ kleinen Massenzahl ist entweder ein Wasserstoffgasion oder ein Heliumgasion oder ein Mischgasion.

(3) Eine weitere erfindungsgemäße Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung enthält eine Ionenquelle mit einer Vakuumkammer und einem Gaszuführmechanismus zum Einführen von Gas in die Vakuumkammer und zum Erzeugen von Gasionen in der Vakuumkammer durch eine Gasentladung und eine Ionenstrahl-Bestrahlungssäule zum Extrahieren eines Gas-Ionenstrahls aus der Ionenquelle und zum Einstrahlen des Gas-Ionenstrahls auf die Probe, wobei der Gaszuführmechanismus wenigstens zwei Gaszuführsysteme umfasst, ein Gaszuführsystem zum Zuführen eines ersten Gases und ein anderes Gaszuführsystem zum Zuführen eines zweiten Gases, wobei jedes Gaszuführsystem eine Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen den Gasarten aufweist, die vom jeweiligen Gaszuführsystem der Vakuumkammer zugeführt werden, wobei das Umschalten in Abhängigkeit davon erfolgt, ob der Gas-Ionenstrahl für die Bearbeitung der Probe oder das Betrachten der Probe verwendet wird.

Bei der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau enthält die Schalteinrichtung eine Steuervorrichtung mit einer Funktion zum Speichern von wenigstens zwei oder mehr Gasentladungsspannungen, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Die Art des Gases wird dabei von den Schaltoperationen für die Entladungsspannung bestimmt.
Bei der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit diesem Aufbau enthält das erste Gas wenigstens eines der Gase Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff und/oder Stickstoff, und das zweite Gas ist entweder Wasserstoffgas oder Heliumgas oder ein Mischgas.

(4) Ein erfindungsgemäßes Bearbeitungs- und Betrachtungsverfahren für einen Probenquerschnitt, bei dem ein Gas-Ionenstrahl, der von einer Ionenquelle emittiert wird, die wenigstens zwei oder mehr Arten von Gasionen mit unterschiedlichen Massenzahlen erzeugen kann, auf eine Probe eingestrahlt wird, umfasst die Schritte des Einstrahlens eines Gasions, das von den wenigstens zwei oder mehr Arten von Gasionen eine relativ große Massenzahl aufweist, um eine im wesentlichen vertikale Schnittfläche an der Oberfläche der Probe zu erzeugen; und das Einstrahlen eines Gasions mit einer relativ kleinen Massenzahl auf die zu betrachtende Schnittfläche.

Bei diesem Probenquerschnitt-Betrachtungsverfahren wird zum Betrachten der Schnittfläche das Ion mit der relativ kleinen Massenzahl mit einem Strom eingestrahlt, der kleiner ist als der Maximalstrom, der zum Einstrahlen des Ions mit der relativ großen Massenzahl verwendet wird.
Das genannte Probenquerschnitt-Betrachtungsverfahren umfasst die Schritte des gleichzeitigen Erzeugens von wenigstens zwei Arten von Gasionen durch die Ionenquelle; der Massenseparation der wenigstens zwei Arten von Gasionen mit verschiedenen Massenzahlen voneinander und des Einstrahlens eines Gas-Ionenstrahls mit einer relativ großen Massenzahl auf die Probe, um an der Probenoberfläche eine im wesentlichen vertikale Schnittfläche zu erzeugen; und des Änderns der Massenseparationsbedingungen, um einen Gas-Ionenstrahl mit einer relativ kleinen Massenzahl auf die zu betrachtende Schnittfläche einzustrahlen.
Bei dem genannten Probenquerschnitt-Betrachtungsverfahren ist das Ion mit der relativ großen Massenzahl ein Gasion aus wenigstens einer der Arten Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff und Stickstoff, und das Ion mit der relativ kleinen Massenzahl ist entweder ein Wasserstoffgasion oder ein Heliumgasion oder ein Mischgasion.
Ein anderer, der vorliegenden Erfindung ähnlicher Aspekt umfasst eine Vorrichtung für einen geladenen Teilchenstrahl mit einer Quelle zum Erzeugen eines geladenen Teilchenstrahls; einem optischen System für den geladenen Teilchenstrahl zum Fokussieren und Einstrahlen des geladenen Teilchenstrahls auf eine Probe; einen Halter zum Festhalten der Probe; und eine Gaskanone, bei der von einem Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl, der zum Extrahieren eines Mikroprobenstücks verwendet wird, auf ein Materialgas umgeschaltet wird, das zum Abscheiden einer Schicht in einem Lochfüllprozess nach der Extraktion des Mikroprobenstücks verwendet wird.
Diese Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungstechnik kann damit vorteilhaft zum Betrachten des Querschnitts einer elektronischen Komponente wie einem Halbleiterelement, etwa einem Halbleiterspeicher, einem Mikroprozessor, einem Halbleiterlaser usw. oder einem Magnetkopf verwendet werden, wobei zum Bearbeiten einer Probe und zum Betrachten des bearbeiteten Abschnitts der Probe Ionenstrahlen angewendet werden, die aus der gleichen Ionenquelle stammen. Mit dieser Technik kann darüberhinaus die zum Auffüllen eines erzeugten Lochs erforderliche Zeit verringert werden, wobei ein hoher Grad an Ebenheit im aufgefüllten Lochbereich sichergestellt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung, wenn sie zum Bearbeiten verwendet wird;
2 eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer Ionenquelle bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung, wenn sie zum Betrachten verwendet wird;
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform einer Ionenstrahl-Bearbeitungs-und Betrachtungsvorrichtung, die keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus der Ionenquelle bei der zweiten Ausführungsform;
6 eine Darstellung zur Erläuterung der Betrachtung einer Schnittfläche mittels einer Tischdrehung bei der zweiten Ausführungsform;
7A den Ablauf von (a) bis (d) beim Entnehmen einer Mikroprobe von einer Probe bei der zweiten Ausführungsform;
7B den Ablauf von (e) bis (h) beim Entnehmen einer Mikroprobe von einer Probe bei der zweiten Ausführungsform;
8 zeigt die Formen von Öffnungen in einer Lochmaske;
9 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer Gas-Feld-Ionenquelle bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 eine Darstellung zur Erläuterung der Emitterspitze der Gas-Feld-Ionenquelle bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine kurze schematische Ansicht eines Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt den inneren Aufbau der Ionenquellenabdeckung in der 11.
13 zeigt den inneren Aufbau der Ionenstrahlsäule.
14 zeigt die verschiedenen Öffnungen, die in der Projektionsmaske ausgebildet sind.
15 zeigt das Profil des Ionenstrahls, der auf die Projektionsmaske eingestrahlt wird.
16 zeigt schematisch die beiden Arten von Strahlmoden, die das optische Bearbeitungssystem erzeugt. Die 16(a) zeigt den Ionenstrahl im Projektionsmodus und die 16(b) den Ionenstrahl im Betrachtungsmodus.
17 und 18 zeigen eine FIS-REM-Vorrichtung.
19A und 19B zeigen jeweils ein Flussdiagramm für die Vorgänge zwischen dem Extrahieren eines Defekts in einer Probe unter Verwendung des Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl der 18 bis zum Zurückgeben der Probe, aus der der Defekt extrahiert wurde, in die Produktionslinie.
20 ist eine perspektivische Ansicht eines Halters.
21 zeigt ein REM-Bild eines Defektbereichs.
22 zeigt den Bildschirm einer Konsole.
23 zeigt den Bearbeitungsmanipulationsbildschirmbereich beim Bezeichnen eines Schutzschicht-Ausbildungsbereichs.
24 zeigt ein RIM-Bild nach dem Ausbilden der Abscheidungsschicht.
25 zeigt einen Teil des optischen Bearbeitungssystems der 13.
26 zeigt das Bild auf dem Monitorschirm nach der Ausarbeitung eines gewinkelt U-förmigen Lochs.
27 zeigt einen Teil des optischen Bearbeitungssystems der 13.
28 zeigt den Zustand, in dem eine Mikroprobe extrahiert und bearbeitet wird. 28(a) zeigt dabei die projizierten Abbildungen des Ionenstrahls, der durch die Öffnung gelaufen ist, und die 28(b) den Schnitt A-A in der 28(a).
29 zeigt den Zustand, in dem die Mikroprobe auf die Kassette gesetzt wird.
30 zeigt eine Probe mit fünf Löchern als Ergebnis der Entnahme von Mikroproben.
31 ist ein Zeitdiagramm der wesentlichen Schritte beim Arbeitsablauf der 19A und 19B.
32 zeigt den Bearbeitungsmanipulationsbildschirmabschnitt, der zur Angabe des Lochauffüllprozessbereiches verwendet wird.
33 ist eine schematische Darstellung des Projektionsstrahles beim Lochauffüllprozess.
34 zeigt den Zustand, dass ein O-500-Ionenstrahl in Abtastintervallen auf das ausgearbeitete Loch eingestrahlt wird, nachdem die Mikroprobe der 28(b) entnommen wurde.
35 zeigt ein anderes Beispiel für ein Bestrahlungsverfahren mit dem Ionenstrahl im Verlauf des Lochauffüllprozesses.
36 zeigt das Fortschreiten der Abscheidung mit der Zeit.
37 zeigt ein Beispiel für eine Technik zum Messen der Höhe der Oberflächenrauhigkeit des mit der Abscheidungsschicht gefüllten ausgearbeiteten Lochs.
38 ist eine schematische Ansicht eines ausgearbeiteten Lochs, das mittels eines Sauerstoff-Ionenstrahls aufgefüllt wird.
39 stellt graphisch die Ergebnisse der Auger-Elektronenspektroskopie für eine mit einem Sauerstoff-Ionenstrahl abgeschiedene Schicht und eine mit einem Argon-Ionenstrahl abgeschiedene Schicht gegenüber.
40 ist eine schematische Ansicht eines Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl bei einer weiteren Ausführungsform, die keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
41 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Inline-Defektanalyse mit dem beschriebenen Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl.
BESCHREIBUNG VON BESTIMMTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie für das Verständnis der Erfindung nützliche Ausführungsformen, die keine Ausführungsformen der Erfindung sind, mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen genauer erläutert, so dass der Fachmann die Erfindung leicht ausführen kann.
(Ausführungsform 1 – Ausführungsform der Erfindung)
Die 1 zeigt eine Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform können durch die Verwendung eines Duoplasmatrons 1 als Plasma-Ionenquelle zwei Arten von Gasionen auf eine Probe eingestrahlt werden. Im allgemeinem ist die Leuchtstärke einer Plasma-Ionenquelle um wenigstens 2 oder 3 Größenordnungen geringer als die einer Flüssigmetall-Ionenquelle wie Ga. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist daher in der Mitte des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems einer Ionenstrahlsäule 21 eine Lochmaske 5 mit einer Öffnung mit vorgegebener Form eingefügt, und die Form der Öffnung wird mit dem verwendeten Projektionsstrahl auf die Probe projiziert. Vorzugsweise werden für die Ionen der Ionenquelle Inertgase oder Gase eines Elements wie Sauerstoff und Stickstoff gewählt, damit die elektrischen Eigenschaften eines Elements davon nicht beeinflusst werden und weniger Defekte auftreten, auch wenn ein mit einem Ionenstrahl stark bearbeiteter Wafer in die Produktionslinie zurückgeführt wird.
Im unteren Teil der Ionenstrahlsäule 21 befindet sich eine Vakuum-Probenkammer 23, in der sich ein erster Probentisch 13, auf dem eine Probe 11 plaziert wird, ein Sekundärpartikeldetektor 12 und ein Vorläufergasdispenser 18 befinden. Die Vorrichtung dieser Ausführungsform enthält auch eine Sonde 15 für die Abgabe eines Probenstücks, das mittels Ionenstrahlbearbeitung von der Probe 11 auf dem ersten Probentisch extrahiert wird, einen Manipulator 16 zum Betätigen der Sonde 15 und einen zweiten Probentisch 24, auf den eine Mikroprobe 303 aufgesetzt wird. Es erübrigt sich zu bemerken, dass das Innere der Ionenstrahlsäule 21 evakuiert ist.
Der Steuerabschnitt für die Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung besteht aus einer Duoplasmatronsteuerung 91, einer Linsensteuerung 94, einer Lochmaskensteuerung 95, einer Steuerung 14 für den ersten Probentisch, einer Manipulatorsteuerung 17, einer Steuerung 19 für den Vorläufergasdispenser, Steuerungen 27 und 28 für den Sekundärpartikeldetektor und einer Zentraleinheit 98. Die Zentraleinheit 98 weist ein Display auf, um ein auf der Basis der Signale vom Sekundärpartikeldetektor 12 erzeugtes Bild oder über eine Informationseingabeeinrichtung eingegebene Informationen anzuzeigen.
Der erste Probentisch 13 enthält einen linearen Verschiebungsmechanismus, der ihn in der Ebene der Probenbefestigung in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschiebt, einen linearen Verschiebungsmechanismus, der ihn in der zur Probenbefestigungsebene vertikalen Richtung verschiebt, einen Rotationsmechanismus, der ihn in der Probenbefestigungsebene dreht, und eine Neigungsfunktion zum Verändern des Einstrahlungswinkels eines Ionenstrahls auf die Probe durch Drehen um eine geneigte Achse. Diese Elemente werden unter der Kontrolle der Zentraleinheit 98 alle von der Steuerung 14 für den ersten Probentisch gesteuert. Da sich der zweite Probentisch 24 auf dem ersten Probentisch 13 befindet, sind durch Bewegen, Drehen und Neigen des ersten Probentisches 13 eine lineare Bewegung in den beiden zueinander senkrechten Richtungen in der Probenbefestigungsebene, eine lineare Bewegung in der zur Probenbefestigungsebene vertikalen Richtung, eine Drehung in der Probenbefestigungsebene und eine Neigung aufgrund einer Drehung um die geneigte Achse möglich.
Die 2 ist eine Detailansicht einer Ionenquelle mit einem Gaszuführmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Gaszuführmechanismus umfasst zwei Systeme. Jedes System wird von einer Gasflasche 53 bzw. 54 mit einem Flaschenventil 51 bzw. 52, einem Druckregelventil 55 bzw. 56, einem Absperrventil 57 bzw. 58 und einem Nadelventil 59 bzw. 60 zum Regeln von kleinen Gasmengen gebildet. Die erste Gasflasche 53 des einen Systems ist unter hohem Druck mit einem der Gase Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff oder Stickstoff gefüllt. Die zweite Gasflasche 54 auf der anderen Seite ist unter hohem Druck mit Helium oder Wasserstoff gefüllt. Das Duoplasmatron besteht aus einer Kathode 71, einer Zwischenelektrode 72, einer Anode 73, einem Magnet 74 usw. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die erste Gasflasche Xenon enthält und die zweite Gasflasche Wasserstoff.
Es wird nun die Arbeitsweise der Ionenquelle beschrieben. Ein Bediener öffnet das Flaschenventil 51 der Xenon-Gasflasche und stellt mit dem Druckregelventil 55 den Innendruck in der Gasleitung ein. Dann öffnet der Bediener das Absperrventil 57, das für die Ionenquelle als Gaszufuhr-Öffnungs- und Schließventil dient. Zuletzt stellt der Bediener die Gasvolumen-Durchflussrate zur Ionenquelle mit dem Nadelventil 59 ein. Die Einstellung erfolgt dabei zum Beispiel so, dass der Vakuumpegel der Ionenquelle einige Pa beträgt, so dass eine Gasentladung entsteht, wenn zwischen der Kathode 71 und der Anode 73 eine Spannung von etwa 1 kV angelegt wird. Durch eine Anodenöffnung werden dann Xenonionen aus dem Entladungsplasma abgezogen. Das heißt, dass in Richtung einer Extraktorelektrode 76, die auf Erdpotential ist, durch Anlegen einer Hochspannung von 20 kV an die Ionenquelle ein Ionenstrahl 75 emittiert wird. Außerdem wird eine Spannung von 20 kV (die Ionenquellenspannung) an den Block angelegt, der in der 2 von der gestrichelten Linie 85 umgeben ist. Um die Stärke des Xenon-Ionenstrahls zu maximieren, stellt der Bediener die Gasvolumen-Durchflussrate mit dem Nadelventil 59 geeignet ein, und er stellt auch die Entladungsspannung geeignet ein. Bei feststehendem Nadelventil-Einstellknopf 61 wird die Entladungsspannung in der (Duoplasmatron-)Steuerung 91 gespeichert.
Dann schließt der Bediener das Absperrventil und schaltet die Entladungsspannung ab, um die Xenonentladung zu beenden. Der Bediener öffnet daraufhin ein Bypassventil 81, um das Xenon in der Ionenquelle durch eine Vakuumpumpe 82 abzusaugen. Die Ionenquellensäule wird von einer Vakuumpumpe 83 evakuiert.
Für Wasserstoffgas öffnet der Bediener das Wasserstoff-Flaschenventil 52, stellt den Innendruck in der Gasleitung mit dem Druckregelventil 56 ein und öffnet das Absperrventil 58. Zuletzt betätigt der Bediener das Nadelventil 60, um die Gasvolumen-Durchflussrate zu der Ionenquelle einzustellen und eine Gasentladung zu erzeugen. Wie im Falle von Xenon maximiert der Bediener den Wasserstoff-Ionenstrahl durch Einstellen der Gasvolumen-Durchflussrate mit dem Nadelventil 60 und Einstellen der Entladungsspannung. Bei feststehendem Nadelventil-Einstellknopf 62 wird die Entladungsspannung in der Steuerung 91 für das Duoplasmatron gespeichert.
Um vom Wasserstoffstrahl auf den Xenonstrahl umzuschalten, schließt der Bediener das Absperrventil 58 und schaltet die Entladungsspannung ab, um die Wasserstoffentladung zu beenden. Dann öffnet der Bediener das Bypassventil 81, um den Wasserstoff aus der Ionenquelle zu entfernen. Um Xenonionen zu erzeugen, öffnet der Bediener das Absperrventil 57 für Xenon und schaltet die gespeicherte Entladungsspannung zu. Das Umschalten zwischen den Gasen erfolgt somit durch Betätigen der Absperrventile und Umschalten der Entladung, wobei die beiden Nadelventile in ihren Stellungen bleiben.
Im allgemeinen sind bei Xenon und Wasserstoff die Gasmengen verschieden, die in der Ionenquelle vorhanden sein sollen, damit der maximale Ionenstrahl emittiert wird. Es ist bekannt, dass Nadelventile für die Einstellung einer sehr kleinen Gasvolumen-Durchflussrate eine schlechte Reproduzierbarkeit aufweisen. Wenn beim Umschalten der Gasart nur ein Nadelventil zur Verfügung steht, muss der Bediener das Nadelventil bei jedem Umschaltvorgang neu einstellen, so dass es nicht leicht ist, schnell zwischen den Gasen umzuschalten. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch ein schnelles Umschalten zwischen den Gasen möglich, da zwei unabhängige, separate Gaszuführsysteme vorgesehen sind, die vorab optimal eingestellt werden können.
Diese Gasumschaltoperationen können auch von der Zentraleinheit 98 ausgeführt werden. Die Zentraleinheit 98 zeigt dabei auf ihrem Display die Gasarten, ein Bild der Schalter, Knöpfe usw. für das Gas an. Wenn der Bediener auf dem Display die Art des gewünschten Gases oder den gewünschten Schalter auswählt, erfolgt die Gasumschaltoperation automatisch.
Es folgt eine Erläuterung der Arbeitsweise des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems. Der Betrieb des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems wird durch Befehle von der Zentraleinheit 98 gesteuert. Eine Kondensorlinse 2 konzentriert den vom Duoplasmatron 1 (d.h. der Ionenquelle) emittierten Xenon-Ionenstrahl in der Nähe des Mittelpunktes einer Objektivlinse 3. Das heißt, dass die an die Elektrode der Kondensorlinse 2 angelegte Spannung auf einen vorher berechneten Wert eingestellt wird, der von der Zentraleinheit 98 so bestimmt wurde, dass diese Bedingung erfüllt ist. Der Xenon-Ionenstrahl läuft durch die Lochmaske 5, die eine rechteckige Öffnung aufweist. Die Objektivlinse 3 wird so gesteuert, dass die Lochmaske 5 auf eine Probe projiziert wird. Dazu wird wieder die an die Elektrode der Objektivlinse 3 angelegte Spannung auf einen vorher berechneten Wert eingestellt, der von der Zentraleinheit 98 so bestimmt wurde, dass diese Bedingung erfüllt ist. Im Ergebnis wird ein rechteckiger Ionenstrahl auf die Probe eingestrahlt. Da ein geformter Strahl verwendet wird, ist es möglich, einen hohen Strahlstrom von etwa 100 nA auf die Probe einzustrahlen. Der geformte Ionenstrahl wird kontinuierlich eingestrahlt, um in der Probe ein rechteckiges Loch auszubilden. Die Ausbildung des rechteckigen Loches wird dann beendet, wenn das Loch eine ausreichende Tiefe hat, d.h. tiefer ist als die für die Betrachtung vorgesehene Tiefe. Das Loch wird im wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche ausgebildet.
Dann neigt die Probentisch-Steuerung den ersten Probentisch 13 wie in der 3 gezeigt, so dass der Bediener die Querschnittfläche betrachten kann, die mit dem Ionenstrahl vom Ionenstrahl-Bestrahlungssystem erzeugt wurde. Dazu wird die Ionenquelle wie oben beschrieben von Xenon auf Wasserstoff umgeschaltet. Auch die Spannungen für die Kondensorlinse 2 und die Objektivlinse 3 werden geändert, und die Anodenöffnung der Ionenquelle wird als Lichtquelle verwendet. Auf diese Weise wird ein Ionenstrahl mit einer kleineren Größe auf die Probe eingestrahlt. Auf der Probe kann ein Strahl in der Form eines Mikropunktes erhalten werden, der einige Millionstel des Durchmessers der Anodenöffnung groß ist. Der dabei verwendete Strom beträgt nur einige pA und der Strahldurchmesser einige zehn Nanometer. Mit diesem Mikro-Ionenstrahl kann, wenn er über die Probenoberfläche geführt wird, ein genaues Abbild erhalten werden. Mit anderen Worten kann die Probe durch die Verwendung eines konvergierten Ionenstrahls mit einem Strom, der kleiner ist als bei dem geformten Ionenstrahl, mit einer höheren Auflösung betrachtet werden.
Wenn der Xenon-Ionenstrahl, der zum Bearbeiten der Probe verwendet wird, auch für die Betrachtung verwendet wird, besteht die Gefahr, dass erneut in die Probe eingeschnitten wird, so dass es schwieriger ist, ein gutes Bild von der Probe zu erhalten. Bei der vorliegenden Erfindung wird daher ein Wasserstoff-Ionenstrahl verwendet, um das Ausmaß des Einschneidens in die Probe zu verringern, so dass eine genaue Betrachtung möglich ist.
Die Verwendung des Wasserstoff-Ionenstrahls bei der Betrachtung erleichtert es dem Bediener, nicht nur den Querschnitt der Probe zu betrachten, sondern er kann auch die Struktur der Probenoberfläche untersuchen und Fremdkörper und Defekte besser feststellen.
Um ein Bild von der Probe zu erhalten, wird bei der vorliegenden Ausführungsform vorgeschlagen, eine Ionenquelle so auf die Probe zu projizieren, dass ein punktförmiger Wasserstoff-Ionenstrahl mit geringer Größe entsteht, der über die Probe geführt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Größe der Öffnung in der Lochmaske zu begrenzen und den geformten (oder projizierten) Strahl, der durch die Öffnung projiziert wird, über die Probe zu führen. In diesem Fall brauchen die Linsenspannungen für die Bearbeitung und für die Betrachtung nicht verändert zu werden, die Einstrahlachse des Strahls ändert sich nicht, und die Steuerung der Vorrichtung wird recht einfach.
Für die Begrenzung der Öffnung in der Maske kann eine Lochmaske mit einem Loch mit kleinem Durchmesser verwendet werden oder ein Aufbau, bei dem eine feine Öffnung auf die Lochmaske gelegt wird. Wenn ein Ionenstrahl auf die Lochmaske fällt, kann durch Absputtern die Maskenöffnung größer werden oder die Plattendicke abnehmen, wodurch sich möglicherweise die Form der Öffnung ändert. Vorzugsweise wird daher eine Lochmaske aus einer dicken Platte verwendet. Ein Mikroloch in eine dicke Platte zu bohren ist schwierig. Wenn zum Bearbeiten ein Ion mit einer relativ großen Massenzahl, z.B. Xenon, verwendet wird, wird daher eine Maske aus einer relativ dicken Platte verwendet, während für Wasserstoff, das im Vergleich zu Xenon eine kleine Absputterrate aufweist, eine Öffnung mit einer kleineren Plattendicke verwendet wird. Es ist dann möglich, das Loch an der Öffnung kleiner auszugestalten, so dass der damit erhaltene Mikrostrahl eine Betrachtung mit hoher Auflösung ermöglicht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Ionenquelle ein Duoplasmatron verwendet. Es können statt dessen jedoch auch eine Mikrowellen-Plasma-Ionenquelle, eine induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle, eine Ionenquelle vom Multispitzentyp, eine Gas-Feld-Ionenquelle und dergleichen verwendet werden.
Der Sekundärelektronendetektor kann nicht nur Sekundärelektronen erfassen, sondern auch reflektierte Elektronen und Sekundärionen. Die Sekundärelektronendetektorsteuerung umfasst zwei Systeme 27 und 28. Die Sekundärelektronendetektorsteuerung 27 auf der einen Seite verstärkt das Signal vom Detektor mit einer Gleichstromverstärkung. Die Sekundärelektronendetektorsteuerung 28 auf der anderen Seite zählt die Impulse des Signals vom Detektor, um die Stärke des Signals festzustellen. Da in diesem Fall die erfassten Teilchen direkt gezählt werden, ist es möglich, das Detektorrauschen zu entfernen und die Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen. Herkömmlich wird ein genügend starker Ionenstrahl oder Elektronenstrahl auf die Probe eingestrahlt, so dass es nicht erforderlich war, die Signalimpulse zu zählen. Beim Einstrahlen eines feinen (Mikro-)Wasserstoff-Ionenstrahls ist der Ionenstrom klein, so dass in diesem Fall die Detektorsteuerung 28, die die Signalstärke durch das Zählen von Impulsen bestimmt, wirkungsvoller ist. Entsprechend ist der Bediener in der Lage, die Probe mit einer höheren Auflösung zu betrachten als mit der herkömmlichen Methode. Es gibt jedoch eine Zählgrenze von einer Million Impulse pro Sekunde, und unter Hochstrombedingungen über dem Pikoampere-Strompegel ist keine Impulszählung mehr möglich. Entsprechend der Größe des Stroms des eingestrahlten Ionenstrahls kann daher zwischen den beiden Steuerungen umgeschaltet werden. Eine andere Möglichkeit ist, den Strom der auf die Probe eingestrahlten geladenen Teilchen zu überwachen und eine automatische Umschaltung zwischen den beiden Steuerungen durch die Zentraleinheit 98 zu bewirken.
Bei der Bearbeitung durch einen Ionenstrahl kann die Sonde 15 am vorderen Ende des Manipulators 16 und eine ionenstrahlunterstützte Schichtabscheidung dazu verwendet werden, von einer Probe 11 eine Mikroprobe 303 zu gewinnen und sie auf den zweiten Tisch 24 zu setzen. Die Mikroprobe kann als Membran vorbereitet werden, die für eine TEM-Untersuchung geeignet ist. Bei der Ausführungsform 2 wird die damit verbundene Prozedur später noch der Reihe nach erläutert.
Wie beschrieben ist es mit der Ionenstrahl-Bearbeitungs-und Betrachtungsvorrichtung und dem Bearbeitungs/Betrachtungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Probenquerschnitt mit einem projizierten Xenon-Ionenstrahl zu bearbeiten und den Querschnitt mit einem Wasserstoff-Mikro-Ionenstrahl zu betrachten. Nachdem ein nicht normaler Punkt wie ein Defekt oder ein Fremdkörper in einem Halbleiter-Schaltungsmuster als Schnittprobe vorbereitet wurde, kann dieser Querschnitt mit dem Defekt oder Fremdkörper untersucht und die Ursache dafür festgestellt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt durch die Verwendung eines projizierten Ionenstrahls eine sehr genaue Bearbeitung. Auch wenn die Ionenquelle eine geringe Leuchtstärke hat, kann die Ausarbeitung eines Querschnitts innerhalb kurzer Zeit erfolgen, da der Strahlstrom erhöht und die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert werden kann. Es kann anstelle von Ga, das sehr leicht Defekte im Herstellungsprozess für ein Halbleiterelement auslöst, ein Ionenstrahl aus einem gasförmigen Element wie einem Inertgas, Sauerstoff oder Stickstoff verwendet werden, das die Probeneigenschaften nicht wesentlich beeinflusst. Zum Verbessern der Produktionsausbeute bei der Herstellung von Halbleiterelementen wird somit ein neues Untersuchungs- und Analyseverfahren vorgeschlagen, bei dem mit einem Ionenstrahl ein Querschnitt ausgebildet werden kann, ohne einen Wafer mit einem Metall wie Ga zu verunreinigen, um den Bediener in die Lage zu versetzen, eine Schnittfläche zu betrachten, ohne den Wafer zu zerteilen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren brauchen die Wafer nach der Untersuchung nicht weggeworfen werden, und es werden keine Defekte erzeugt, auch wenn Wafer, von denen zur Untersuchung Proben entnommen wurden, in den Herstellungsprozess zurückgegeben werden. Wafer können untersucht werden, ohne zerteilt zu werden, ohne neue Defekte zu erzeugen und ohne dass teure Wafer weggeworfen werden müssen. Folglich kann die Produktionsausbeute für Halbleiterelemente verbessert werden.
(Ausführungsform 2 – keine Ausführungsform der Erfindung)
Im Gegensatz zu der Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung der Ausführungsform 1, bei der das Ionenstrahl-Bestrahlungssystem senkrecht angeordnet ist, weist die Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung der gegenwärtigen Ausführungsform ein Ionenstrahl-Bestrahlungssystem auf, das in einer aus der Senkrechten geneigten Richtung angeordnet ist. Die Tischebene steht in der horizontalen Richtung fest.
Darüberhinaus enthält die Vorrichtung dieser Ausführungsform einen Massenteiler im Weg des Ionenstrahls, um Ionen mit einer großen Massenzahl zu entfernen, wenn Ionen mit einer relativ kleinen Massenzahl eingestrahlt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird auch die Vorbereitung einer Probe für ein TEM (Transmissionselektronenmikroskop) durch Extrahieren einer Mikroprobe von einer Probe erläutert.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine durch eine Maskenöffnung geformter Ionenstrahl verwendet, der auf eine Probe eingestrahlt wird.
Die 4 zeigt die Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung dieser Ausführungsform. Die Vorrichtung enthält ein Duoplasmatron 1 als Ionenquelle, die Gasionen wie Argon, Neon, Xenon, Krypton, Sauerstoff, Stickstoff, Helium und Wasserstoff emittiert, ein Massenspektrometer 300, eine Ionenquellen-Begrenzungsöffnung 26, eine Kondensorlinse 2, eine Objektivlinse 3, einen Ionenstrahl-Abtastdeflektor 4, eine Lochmaske 5 und eine Elektronenstrahlsäule 21 für die Aufnahme dieser Elemente. Das Massenspektrometer 300 dieser Ausführungsform ist ein sogenannter ExB-Massenseparator mit einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld senkrecht zum Ionenstrahl, wobei das elektrische Feld und das magnetische Feld senkrecht aufeinander stehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Permanentmagnet verwendet, es kann jedoch auch ein Elektromagnet verwendet werden. Zur Massentrennung kann auch nur das magnetische Feld herangezogen werden.
Die Vorrichtung ist mit einem Elektronenstrahl-Bestrahlungssystem mit einer Elektronenkanone 7, einer Elektronenlinse 9 zum Bündeln des von der Elektronenkanone 7 emittierten Elektronenstrahls 8, einem Elektronenstrahl-Abtastdeflektor 10 und einer Elektronenstrahlsäule (REM-Säule) 22 für die Aufnahme dieser Elemente versehen. Im unteren Teil der Ionenstrahlsäule 21 und der REM-Säule 22 befindet sich die Vakuum-Probenkammer 23, in der sich der erste Probentisch 13 für die Probe 11, der Sekundärpartikeldetektor 12 und der Vorläufergasdispenser 18 befinden. Darüberhinaus enthält die Vorrichtung eine Sonde 15 für die Abgabe eines Probenstücks, das mittels Ionenstrahlbearbeitung von der Probe auf dem ersten Probentisch entnommen wurde, einen Manipulator 16 zum Betätigen der Sonde 15 und einen zweiten Probentisch 24, auf dem die Mikroprobe 303 angeordnet wird. Das Innere der Ionenstrahlsäule 21 befindet sich natürlich unter Vakuum. Sowohl der Knoten (Bestrahlungspunkt) des Ionenstrahls auf der Probe als auch der Knoten des Elektronenstrahls auf der Probe liegen nicht im Mittelpunkt der Probenanordnungsfläche, sondern an verschiedenen Positionen. Das heißt, dass sich die Ionenstrahl-Einstrahlungsachse 301 und die Elektronstrahl-Einstrahlungsachse 302 nicht schneiden.
Der Steuerabschnitt für die Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung besteht aus einer Duoplasmatronsteuerung 91, einer Massenseparatorsteuerung 62, einer Ionenquellenblendensteuerung 93, einer Linsensteuerung 94, einer Lochmaskensteuerung 95, einer Ionenstrahlabtastdeflektorsteuerung 96, einer Steuerung 14 für den ersten Probentisch, einer Steuerung 25 für den zweiten Probentisch, einer Manipulatorsteuerung 17, einer Steuerung 18 für den Vorläufergasdispenser, Sekundärelektronendetektorsteuerungen 27 und 28, einer Elektronenstrahl-Bestrahlungssteuerung 97 und einer Zentraleinheit 98. Die Zentraleinheit 98 enthält ein Display zum Darstellen eines auf der Basis der Signale vom Sekundärpartikeldetektor 12 erzeugten Bildes oder von Informationen, die an einer Informationseingabeeinrichtung eingegeben wurden. Das Bezugszeichen 30 in der Zeichnung bezeichnet eine Probenhöhensensorsteuerung 30 zum Steuern eines Probenhöhensensors 29.
Die 5 zeigt eine Ionenquelle mit dem Gaszuführmechanismus dieser Ausführungsform. Der Gaszuführmechanismus umfasst zwei Gasflaschen 53 und 54 mit jeweils einem Flaschenventil 51 bzw. 52, ein Druckregelventil 55 bzw. 56 an jeder der Gasflaschen und ein Absperrventil 57 bzw. 58 für das jeweilige Gassystem sowie ein Nadelventil 59 zum Regeln von kleinen Gasvolumenmengen. Die erste Gasflasche 53 ist unter hohem Druck mit einem der Gase Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff oder Stickstoff gefüllt. Die zweite Gasflasche 54 auf der anderen Seite ist unter hohem Druck mit Helium oder Wasserstoff gefüllt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, das die erste Gasflasche mit Argon gefüllt ist und die zweite Gasflasche mit Helium.
Es wird nun die Arbeitsweise der Ionenquelle beschrieben. Der Bediener öffnet das Flaschenventil 51 der Argon-Gasflasche und stellt den Innendruck in der Gasleitung mit dem Druckregelventil 55 ein. Dann öffnet der Bediener das Absperrventil 57, das hinsichtlich der Ionenquelle als Gaszufuhr-Öffnungs- und Schließventil dient. Zuletzt stellt der Bediener die Gasvolumen-Durchflussrate zu der Ionenquelle mittels des Nadelventils 59 ein. Zum Beispiel erfolgt die Einstellung so, dass der Vakuumpegel in der Ionenquelle mehrere Pa beträgt, so dass eine Gasentladung entsteht, wenn eine Spannung von etwa 1 kV zwischen der Kathode 71 und der Anode 73 angelegt wird. Durch eine Anodenöffnung werden dann Argonionen aus dieser Entladung abgezogen. An den in der 5 von einer gestrichelten Linie 85 umgebenen Block wird außerdem eine Spannung von 20 kV (die Ionenquellenspannung) angelegt. Um die Stärke des Ionenstrahls 75 zu maximieren, stellt der Bediener die Gasvolumen-Durchflussrate mit dem Nadelventil 59 und auch die Entladungsspannung geeignet ein. Bei feststehendem Nadelventil-Einstellknopf 61 wird die Entladungsspannung in der Steuerung 91 für das Duoplasmatron gespeichert.
Dann schließt der Bediener das Absperrventil 57 und schaltet die Entladungsspannung ab, um die Argonentladung zu beenden. Daraufhin öffnet der Bediener ein Bypassventil 81, um das Argon in der Ionenquelle durch eine Vakuumpumpe 82 abzusaugen. Die Ionenquellensäule wird durch eine Vakuumpumpe 83 evakuiert.
Um Heliumgas einzuführen, öffnet der Bediener das Helium-Flaschenventil 52, stellt den Innendruck in der Gasleitung mit dem Druckregelventil 56 ein und öffnet das Absperrventil 58. Das Nadelventil 59 sollte dabei nicht verändert werden. Der Gasvolumenstrom in die Ionenquelle wird durch den Sekundärdruck des Druckregelventils 56 so eingestellt, dass eine Gasentladung entsteht. Auch für das Helium maximiert der Bediener die Stärke des Helium-Ionenstrahls durch Einstellen der Gasvolumen-Durchflussrate und der Entladungsspannung. Die Entladungsspannung wird in der (Duoplasmatron-)Steuerung 91 gespeichert.
Um vom Heliumstrahl auf einen Argonstrahl umzuschalten, schließt der Bediener das Absperrventil 58 und schaltet die Entladungsspannung ab, um die Heliumentladung zu beenden. Der Bediener öffnet das Bypassventil 81, um das Helium aus der Ionenquelle zu entfernen. Um Argonionen zu erzeugen, öffnet der Bediener das Absperrventil 57 für das Argon und schaltet die gespeicherte Entladungsspannung wieder zu. Das Umschalten der Gase erfolgt somit durch Betätigen der Absperrventile und Umschalten der Entladungsspannung, wobei das Nadelventil 59 in seiner einmal eingestellten Stellung bleibt.
Argon und Helium unterscheiden sich im allgemeinen in der Gasmenge, die in der Ionenquelle vorhanden sein sollte, damit die Emissionsstärke des Ionenstrahls maximal wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der beim Umschalten der Gase ein einziges Nadelventil verwendet wird, erscheint die Genauigkeit beim Regeln der Gasvolumen-Durchflussrate im Vergleich zu der Vorrichtung der Ausführungsform 1 mit einem dualen Gaszuführmechanismus gering. Der Vorteil der Verwendung nur eines Nadelventils ist jedoch, dass der Gesamtaufbau einfach ist.
Es wird nun die Arbeitsweise des Ionenstrahl-Bestrahlungssystems erläutert. Zuerst wird aus dem Duoplasmatron 1 ein Argon-Ionenstrahl abgezogen, der durch den aktivierten Massenseparator 300 geleitet wird. Der Massenseparator wird von der Massenseparatorsteuerung gesteuert, die wiederum von der Zentraleinheit gesteuert wird. Der Argon-Ionenstrahl, der den Massenseparator (oder Massenanalysator) 300 durchlaufen hat, wird von der Kondensorlinse 2 in der Nähe des Mittelpunktes der Objektivlinse 3 gebündelt. Das heißt, dass die an die Elektrode der Kondensorlinse 2 angelegte Spannung auf einen vorher berechneten Wert eingestellt wird, der von der Zentraleinheit 98 so bestimmt wurde, dass diese Bedingung erfüllt ist. Der Argon-Ionenstrahl läuft durch die Lochmaske 5, die eine rechteckige Öffnung aufweist. Die Objektivlinse 3 wird so gesteuert, dass die Lochmaske 5 auf eine Probe projiziert wird. Dazu wird wieder die an die Elektrode der Objektivlinse 3 angelegte Spannung auf einen vorher berechneten Wert eingestellt, der von der Zentraleinheit 98 so bestimmt wurde, dass diese Bedingung erfüllt ist. Im Ergebnis wird ein rechteckiger Ionenstrahl auf die Probe eingestrahlt. Da ein geformter Strahl verwendet wird, ist es möglich, einen hohen Strahlstrom von etwa 100 nA auf die Probe einzustrahlen. Der geformte Ionenstrahl wird kontinuierlich eingestrahlt, um in der Probe ein rechteckiges Loch auszubilden. Die Ausbildung des rechteckigen Loches wird dann beendet, wenn das Loch eine ausreichende Tiefe hat, d.h. tiefer ist als die für die Betrachtung vorgesehene Tiefe. Das Loch wird etwa senkrecht zur Probenoberfläche ausgebildet.
Wie in der 6 gezeigt dreht dann die Probentischsteuerung den ersten Probentisch 13 um 90 Grad, so dass der Bediener den Querschnitt der Probe betrachten kann, der mit dem Ionenstrahl vom Ionenstrahl-Bestrahlungssystem erzeugt wurde. Die 6 zeigt eine Seitenansicht und eine Aufsicht des Querschnitts der Probe, die mit einem Ionenstrahl bearbeitet und betrachtet wird. Die linke Seite der 6 zeigt dabei das rechteckige Loch 202, das durch Einstrahlen des Argon-Ionenstrahls 201 auf die Probe 11 in einer schrägen Richtung ausgebildet wurde, während die rechte Seite der 6 den Probenquerschnitt nach einer Drehung um 90 Grad zeigt.
Die Ionenquelle wird wie oben beschrieben betrieben, um von Argon auf Helium umzuschalten, wobei der Helium-Ionenstrahl durch den aktivierten Massenanalysator (oder Massenseparator) 300 geleitet wird. Es werden dabei auch die Spannungsbedingungen an der Kondensorlinse 2 und der Objektivlinse 3 für den Ionenstrahl verändert, und die Anodenöffnung der Ionenquelle wird als Lichtquelle verwendet. Auf diese Weise wird ein Ionenstrahl mit einer kleinen Größe von der Kondensorlinse 2 und der Objektivlinse 3 auf die Probe projiziert. Es lässt sich somit auf der Probe ein Strahl in der Form eines Mikropunktes mit einer Größe erhalten, die einigen Millionstel des Durchmessers der Anodenöffnung entspricht. Bei dem in diesem Fall verwendeten geringen Strom von einigen pA beträgt der Strahldurchmesser einige zehn Nanometer. Durch Einstrahlen dieses Mikro-Helium-Ionenstrahls 203 und Abtasten eines vertikalen Querschnitts der Probe wie auf der rechten Seite der 6 gezeigt lässt sich ein genaues Bild des Querschnitts erhalten. Mit anderen Worten lässt sich die Probe durch die Verwendung des kleinen gebündelten Ionenstrahls mit einem geringen Strahlstrom mit einer höheren Auflösung betrachten als mit dem geformten (projizierten) Ionenstrahl, der für die Bearbeitung verwendet wird.
Ohne Massenanalysator können in der Ionenquelle verbleibende Argonionen ionisiert und auf die Probe eingestrahlt werden. Diese Argonionen schneiden in die Probenoberfläche ein, so dass es schwieriger wird, die Probe zu betrachten. Bei der vorliegenden Erfindung werden für die Betrachtung aufgrund des Massenanalysators nur Heliumionen verwendet, so dass das Ausmaß des Einschneidens in die Probe geringer ist und der Bediener die Probe genau betrachten kann.
Mit einem Helium-Ionenstrahl kann der Bediener nicht nur den Querschnitt der Probe leichter betrachten, sondern auch die Struktur der Probenoberfläche, Fremdkörper und Defekte.
Es erübrigt sich zu bemerken, dass die Ionenquelle mit dem dualen Gaszuführmechanismus der 2 den gleichen Effekt ergibt, wenn sie in erfindungsgemäßer Weise in die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform integriert wird. Im Rahmen einer weiteren, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform können Argon- und Heliumgas gleichzeitig in die Ionenquelle eingeführt werden, oder es wird ein Mischgas aus Argon und Helium, das vorher hergestellt wurde, eingeführt, um gleichzeitig Argon- und Heliumatome zu erzeugen. Auch in diesem Fall wird, während ein Helium-Ionenstrahl eingestrahlt wird, kein Argon-Ionenstrahl auf die Probe eingestrahlt. Es ist nicht unbedingt einfach, dabei den Ionenstrom für jede der beiden Ionenarten zu maximieren, durch den Massenanalysator kann jedoch ausschließlich auf eine Art der Ionen umgeschaltet werden.
Es wird nun die Arbeitsweise des Elektronenstrahl-Bestrahlungssystems erläutert. Der von der Elektronenkanone 7 emittierte Elektronenstrahl 8 wird von der Elektronenlinse 9 gebündelt und auf die Probe 11 eingestrahlt. Der Elektronenstrahl-Abtastdeflektor 10 tastet mit dem Elektronenstrahl 8 die Probenoberfläche ab, und der Sekundärpartikeldetektor 12 erfasst die von der Probenoberfläche emittierten Sekundärelektronen und wandelt deren Intensität in ein Helligkeitsbild um, damit der Bediener die Probe besser betrachten kann. Mit dieser Probenbetrachtungsfunktion durch einen Elektronenstrahl kann der Bediener unnormale Punkte wie Defekte und Fremdkörper in Leitungsmustern auf der Probe betrachten. Besonders das Merkmal dieser Vorrichtung, dass der Elektronenstrahl senkrecht zur Probe eingestrahlt wird, ist zum Erhalten von Informationen über Unnormalitäten in einem tiefen Loch mit einem großen Verhältnis der Tiefe zum Durchmesser vorteilhaft.
Obwohl die Betrachtungsfunktion durch einen Elektronenstrahl bei dieser Vorrichtung ursprünglich dem Betrachten eines Querschnitts bei der Suche nach Defekten oder Fremdkörpern auf oder in der Probe dient, kann sie auch dazu verwendet werden, durch Betrachten des Querschnitts einer Membranprobe für ein Elektronenmikroskop den Bearbeitungs-Endpunkt festzustellen. Mit der Vorrichtung kann somit der Bediener den Probenquerschnitt sowohl mit einem Ionenstrahl als auch mit einem Elektronenstrahl betrachten. Das mit einem Ionenstrahl erhaltene Bild zeichnet sich durch einen hohen Elementkontrast aus, während das mit einem Elektronenstrahl erhaltene Bild durch eine hohe räumliche Auflösung charakterisiert ist. Bei der Betrachtung einer Probe mit der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform können damit die Vorteile von beiden Methoden ausgenutzt werden.
Wie erwähnt weichen sowohl der Knoten (Bestrahlungspunkt) des Ionenstrahls auf der Probe als auch der Knoten des Elektronenstrahls auf der Probe von der Mitte der Probenanbringungsfläche ab und befinden sich an unterschiedlichen Stellen. Dadurch ist genug Platz, um die Objektivlinsen in der Nähe der Probe anzuordnen, ohne dass sich diese räumlich gegenseitig beeinflussen. Der Arbeitsabstand der jeweiligen Objektivlinse kann damit kürzer gemacht werden. Mit anderen Worten weisen sowohl der Ionenstrahl als auch der Elektronenstrahl hervorragende Mikrobearbeitungseigenschaften und einen hohen Strom auf.
Die 7A und die 7B zeigen den Ablauf der Vorgänge beim Extrahieren einer Mikroprobe von einer Probe auf dem ersten Probentisch unter Verwendung eines projizierten Ionenstrahls. Die Darstellungen auf der linken Seite in den 7A und 7B sind Aufsichten auf die Probe, während die Darstellungen auf der rechten Seite der 7A und 7B Seitenansichten der Probe sind. Da bei der Vorrichtung für diesen Vorgang ein projizierter Ionenstrahl in Mikrometergröße verwendet wird, ist es nicht unbedingt erforderlich, die Bearbeitungsposition mit einem Ionenstrahl zu markieren. Aus diesem Grund wird ein Elektronenstrahl in Nanometergröße verwendet.
Zuerst wird der erste Probentisch 13 so angeordnet, dass auf den Probenbereich, von dem eine Mikroprobe zu entnehmen ist, ein Elektronenstrahl eingestrahlt werden kann. Wie in der 7A bei (a) gezeigt, wird vom Vorläufergasdispenser 18 ein Abscheidungsgas zugeführt und ein Elektronenstrahl 8 eingestrahlt. Auf der Oberfläche der Probe 11 wird so zur Ausbildung von zwei Endmarken 130, die den Betrachtungs-Querschnitt anzeigen, eine Schicht abgeschieden. Das heißt, dass der Bediener die Betrachtungspositionen mit Markierungen bezeichnet, während er das Abbild davon auf dem Schirm des Displays der Zentraleinheit 85 beobachtet. Da zusammen mit einem Elektronenstrahl ein mikrometergroßer projizierter Ionenstrahl verwendet wird, sind Markierungen im Nanometerbereich möglich.
Dann wird der erste Probentisch 13 so angeordnet, dass ein erster projizierter Argon-Ionenstrahl 131 in der Nähe der Markierungen eingestrahlt werden kann. Dabei wird eine Lochmaske mit einer Öffnung wie in der 8(a) gezeigt verwendet. Der Strahlstrom beträgt dabei etwa 200 nA. Wie bei (b) in der 7A gezeigt, wird der erste projizierte Argon-Ionenstrahl 131 so eingestrahlt, dass sich die beiden Markierungen innerhalb des Strahls befinden, und es wird ein erstes Projektionsloch 132 (Projektionsloch A) mit etwa 15 µm Tiefe ausgebildet.
Dann wird der Ionenstrahl von Argon auf Helium umgeschaltet und eine Lochmaske mit einer kreisförmigen Öffnung wie in der 8(b) gezeigt verwendet. Der Querschnitt des Strahls wird dadurch etwa kreisförmig. Der Querschnitt des einfallenden Strahls ist jedoch elliptisch, da der Ionenstrahl schräg auf die Probe einfällt. Wenn der Ionenstrahl über die Probe geführt wird, kann der Bediener die Probe betrachten. Der Umschaltvorgang wird auf einen Umschaltbefehl hin ausgeführt, den der Bediener durch eine Informationseingabeeinrichtung eingibt, oder in Reaktion auf ein Umschaltsignal, das von der zentralen Bearbeitungsvorrichtung zum Maskensteuermechanismus gegeben wird.
Wie in der 7A bei (c) gezeigt, dreht die Probentischsteuerung die Probe um etwa 180 Grad, wobei als Rotationsachse die zur Probenoberfläche vertikale Achse verwendet wird. Wenn auf die Probe ein elliptischer Heliumstrahl eingestrahlt wird, werden an der Probe Sekundärelektronen erzeugt und dadurch ein Sekundärelektronenbild ausgebildet. Dieses Sekundärelektronenbild durchläuft eine Bildverarbeitung, um das anfänglich ausgebildete Loch erkennen zu können. Wie in der 7a bei (d) gezeigt, ordnet der Bediener der Vorrichtung durch Betätigen einer Sondensteuerung unter Beobachtung des durch die Einstrahlung des Helium-Ionenstrahl 133 erhaltenen Sekundärelektronenbildes die Sonde 15 derart an, dass das Ende der zu entnehmenden Probe mit der Sonde an der Spitze einer Transporteinrichtung in Kontakt kommt.
Durch die Verwendung des Helium-Ionenstrahles anstelle des Argon-Ionenstrahles ist die Beschädigung der Sonde durch die Ionenbestrahlung sehr gering. Um die Sonde an der zu entnehmenden Probe zu befestigen, wird der Ionenstrahl darüber geführt, während ein Abscheidungsgas in den Bereich an der Spitze der Sonde strömt. Dabei wird im Bestrahlungsbereich des Ionenstrahls eine Schicht 134 abgeschieden, die die Sonde und die zu entnehmende Probe verbindet.
Dann wird der Ionenstrahl von Helium auf Argon umgeschaltet und auch die Lochmaske so eingestellt, dass der kreisförmige eingestrahlte Ionenstrahl an der Probenbestrahlungsposition des projizierten Strahls 135 die in der 8(c) gezeigte Form hat. Bei (e) in der 7B steuert die Ionenstrahlsteuerung die Ionenstrahl-Bestrahlungsposition auf der Basis der Informationen über die Probenform, die durch Einstrahlen des elliptischen Strahls erhalten wurden, so, dass sich die beiden Markierungen innerhalb des ersten projizierten Ionenstrahls und des zweiten projizierten Ionenstrahls befinden, und es wird der zweite projizierte Ionenstrahl 135 eingestrahlt, bis sich ein zweites Projektionsloch 136 (Projektionsloch B) mit etwa 15 µm Tiefe ergibt. Dieses Projektionsloch B schneidet das erste Projektionsloch A, das mit dem ersten projizierten Ionenstrahl ausgebildet wurde. Durch die Schritte von (a) in der 7A bis zu (e) in der 7B wird eine keilförmige Mikroprobe 137 mit einem dreieckigen Querschnitt, die die Markierungen enthält, von der Sonde festgehalten.
Dann wird der Ionenstrahl wieder von Argon auf Helium umgeschaltet, und es wird die Lochmaske mit der in der 8(b) gezeigten kreisförmigen Öffnung verwendet. Wie in (f) der 7B gezeigt, manipuliert der Bediener der Vorrichtung die Sondensteuerung unter Beobachtung des durch Einstrahlen des Ionenstrahls erhaltenen Sekundärelektronenbildes so, dass die Sonde mit der entnommenen Mikroprobe 137, die mit der Spitze der Sonde in Kontakt steht, zu einem Probenhalter 140 am zweiten Probentisch gebracht wird. Bei (g) in der 7B wird unter Vorhandensein eines eingeführten Abscheidungsgases der Helium-Ionenstrahl auf die Kontaktfläche zwischen der Mikroprobe 137 und dem Probenhalter 140 eingestrahlt. In dem mit dem Ionenstrahl bestrahlten Bereich wird dadurch eine Abscheidungsschicht 138 ausgebildet, die die Mikroprobe 137 mit der Probenhalterung 140 verbindet.
In (h) der 7B wird der Ionenstrahl von Helium auf Argon umgeschaltet, der Argon-Ionenstrahl eingestrahlt und die abgeschiedene Schicht abgesputtert, die die Sonde mit der Mikroprobe verbindet. Dadurch wird die Sonde 15 von der Mikroprobe 137 getrennt.
Eines der strukturellen Merkmale der Ionenstrahlvorrichtung dieser Ausführungsform ist, dass die Ionenstrahlsäule gegen die Probe geneigt ist. Durch diesen Aufbau braucht der Probentisch nicht geneigt zu werden, um eine Mikroprobe mit dem Ionenstrahl zu extrahieren, sondern er braucht dazu nur gedreht zu werden.
Außerdem enthält die Vorrichtung die Sonde 15 zum Befördern der durch die Ionenstrahlbearbeitung aus der Probe 11 auf dem ersten Probentisch 13 extrahierten Mikroprobe 137 sowie den zweiten Probentisch 24, auf den die Mikroprobe gesetzt wird und der eine Neigungsfunktion derart aufweist, dass der Bediener der Vorrichtung den Einstrahlungswinkel eines Ionenstrahls auf die Mikroprobe ändern kann, wenn sich der zweite Probentisch um die Neigungsachse dreht.
Mittels der Neigungsfunktion des zweiten Probentisches kann der Bediener die Schnittfläche der Probe so anordnen, dass sie senkrecht zum Helium-Ionenstrahl liegt. Damit kann der Bediener die Schnittfläche in der vertikalen Richtung genau betrachten. Die Vorrichtung wird dabei so betrieben, dass die Schneidarbeiten zum Ausarbeiten des Querschnitts durch einen Argon-Ionenstrahl erfolgen und die Betrachtung mit einem Helium-Ionenstrahl erfolgt, so dass der Bediener der Vorrichtung dadurch aus der Probe dreidimensionale Informationen erhalten kann, dass er die Schneidarbeiten für einen Querschnitt und die Betrachtung wiederholt. Aus einer Anzahl von zweidimensionalen Abbildungen lässt sich dann eine dreidimensionale Abbildung erhalten.
Für die Herstellung einer Elektronenmikroskopprobe werden nacheinander zum Verringern der Probendicke drei Arten von Lochmaskenöffnungen verwendet, die den Strahlstrom in der Reihenfolge Grobbearbeitung, Zwischenbearbeitung und Feinbearbeitung heruntersetzen. Zum Schluss erfolgt eine Endbearbeitung, um eine Membran zu erzeugen, deren Beobachtungsfläche eine Dicke von etwa 100 nm oder weniger aufweist, die für eine Elektronenmikroskopprobe geeignet ist. Als Ergebnis dieser Bearbeitung entsteht ein TEM-Beobachtungsbereich. Bisher wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem der Bediener die Vorrichtung mittels der Eingabeeinheit der Zentraleinheit steuert. Es ist jedoch auch möglich, eine Speichereinrichtung wie einen Speicher in der Zentraleinheit vorzusehen und alle Prozesssteuerbedingungen als Steuerbefehlsfolge derart abzuspeichern, dass die Probennahme vollständig automatisch erfolgt.
Nach der beschriebenen Membranausarbeitung wird die Mikroprobe in die TEM-Probenkammer gegeben. Bei einer TEM-Betrachtung kann man die Querschnitte mit einer höheren Auflösung als mit einer REM-Untersuchung nach Defekten und Fremd- körpern absuchen und die Ursache für die Defekte genauer aus den Beobachtungsergebnissen ableiten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Argon-Ionenstrahl zur Bearbeitung verwendet. Es ist jedoch klar, dass zu dem gleichen Zweck auch Stickstoff, Sauerstoff, Neon, Xenon, Krypton usw. verwendet werden können. Im Falle eines Argon-Strahls beträgt der Anteil des Isotops mit der Massenzahl 40 bis zu 99,6 %, so dass der Strom nach der Massenseparation nur wenig herabgesetzt ist. Außerdem wurde bei der vorliegenden Ausführungsform für die Betrachtung ein Helium-Ionenstrahl verwendet. Es ist jedoch klar, dass zu dem gleichen Zweck auch Wasserstoff verwendet werden kann. Im Falle eines Helium-Strahls ist dessen molekulares Ion klein und der Anteil von Ionen mit der Massenzahl 4 (4He) groß, so dass der Strom nach der Massenseparation nur wenig herabgesetzt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde als Ionenquelle ein Duoplasmatron verwendet. Statt dessen kann jedoch auch eine Mikrowellen-Plasma-Ionenquelle, eine induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle, eine Ionenquelle vom Multispitzentyp, eine Gas-Feld-Ionenquelle und dergleichen verwendet werden.
Die Vorrichtung dieser Ausführungsform weist einen Detektor 1201 für transmittierte Ionen auf, um die Wasserstoffionen zu erfassen, die die Probe durchsetzt haben, so dass der Bediener ein sogenanntes Raster-Transmissionsionenmikroskopbild erhält, das die Probe mit einer hohen räumlichen Auflösung abbildet.
Zusätzlich zu den Auswirkungen und Vorteilen der Ausführungsform 1 hat die Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung und das entsprechende Verfahren sowie das Mikroproben-Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform weitere Vorteile und Auswirkungen. Beim Einstrahlen des Helium-Ionenstrahls wird vermieden, dass ein Ion mit einer relativ großen Massenzahl einfällt, und da das Argon-Ion schnell abgeschaltet und durch einen Helium-Ionenstrahl ersetzt werden kann, ist die Gesamtzeit für das Umschalten zwischen den Ionenstrahlen kurz. Ionen von Verunreinigungen wie Metallionen, die von der Ionenquelle erzeugt werden, werden vom Massenseparator entfernt und erreichen die Probe nicht. Auf diese Weise wird die Probe nicht mit Verunreinigungen kontaminiert, und die Produktionsausbeute fällt nicht ab.
(Ausführungsform 3 – Ausführungsform der Erfindung)
Die 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Gas-Feld-Ionenquelle als Ionenquelle verwendet wird. Der Aufbau des Gaszuführmechanismusses ist bei dieser Ausführungsform identisch mit dem bei der Ausführungsform 1 beschriebenen System. Die Arbeitsweise davon wird deshalb hier nicht erneut beschrieben.
Bei der vorliegenden Ionenquelle ist das Ende einer Ionenemitterspitze 402 aus Wolfram sehr scharf ausgebildet und wird von einem Kühler 401 auf einige zehn Kelvin abgekühlt. Auch ein Gas wird abgekühlt und an die Ionenemitterspitze 402 ein starkes elektrisches Feld angelegt, um damit aus der Umgebung der Emitterspitze einen Ionenstrahl zu extrahieren.
Um Heliumionen oder Wasserstoffionen zu extrahieren, wird wie in der 10 gezeigt eine atomare Nanopyramidenstruktur 404 am Ionenemitterspitzenende 403 ausgebildet. Da nur in der Umgebung von einem bis drei Atomen Ionen erzeugt werden, weist die Ionenquelle eine sehr hohe Leuchtstärke auf. Auf der Probe hat daher der Ionenstrahl 405 einen Durchmesser von 1 nm oder weniger, so dass die Probe mit sehr hoher räumlicher Auflösung betrachtet werden kann.
Für eine Bearbeitung ist dies jedoch nicht sehr geeignet, da sowohl Heliumionen als auch Wasserstoffionen eine kleine Masse und einen kleinen Ionenstrahlstrom aufweisen. Zum Bearbeiten wird daher das der Ionenquelle zugeführte Gas von Helium auf Argon umgeschaltet, und die Nanopyramidenstruktur am Ionenemitterspitzenende wird durch eine elektrolytische Verdampfung entfernt. Dadurch werden die Ionen in einem vergleichsweise breiten Bereich in der Nähe des Ionen- emitterspitzenendes erzeugt, und es entsteht ein Argon-Ionenstrahl 406 mit einigen Nanoampere, der eine Bearbeitung möglich macht. Danach wird wieder eine atomare Nanopyramidenstruktur ausgebildet, um einen Mikro-Helium-Ionenstrahl zu extrahieren. Die Nanopyramidenstruktur kann durch das Abscheiden von Palladium oder Platin auf Wolfram und Ausheizen bei einer hohen Temperatur erzeugt werden.
Zusätzlich zu den Auswirkungen und Vorteilen der Ausführungsform 1 hat die Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung und das entsprechende Verfahren sowie das Mikroproben-Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform weitere Vorteile und Auswirkungen. Der ultrafeine Mikro-Helium-oder Wasserstoff-Ionenstrahl und der Bearbeitungs-Argon- oder Xenon-Ionenstrahl machen es möglich, eine ultrafeine Bearbeitung und eine ultrahohe Auflösung zu erhalten.
Wie beschrieben umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Betrachten des Querschnitts einer elektronischen Komponente, die mit geringeren Kosten als beim Stand der Technik hergestellt werden kann. Das Probenquerschnitt-Betrachtungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann zu einem geringeren Preis erhalten werden als beim Stand der Technik. Bei der erfindungsgemäßen Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung ist die Zeit zum Erhalten eines Querschnitts durch einen Ionenstrahl verkürzt.
Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung ein neues Untersuchungs- und Analyseverfahren, bei dem aufgrund einer Untersuchung mittels eines Ionenstrahles aus Inertgasionen, Sauerstoffionen oder Stickstoffionen keine Wafer mehr weggeworfen werden müssen, da keine Defekte erzeugt werden, auch wenn die Wafer, von denen für die Untersuchung Proben entnommen wurden, in den Prozess zurückgegeben werden. Durch die Verwendung des Herstellungsverfahrens für elektronische Komponenten der vorliegenden Erfindung können die Wafer untersucht werden, ohne dass sie geteilt werden müssen, es werden keine neuen Defekte erzeugt, und es werden keine teuren Wafer verschwendet. Im Ergebnis steigt die Herstellungsausbeute bei den elektronischen Komponenten an.
Die erfindungsgemäße Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung und das erfindungsgemäße Probenquerschnitt-Betrachtungsverfahren umfassen die folgenden Konfigurationsbeispiele.

(1) Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einem Probentisch zum Festhalten einer Probe; einer Ionenquelle zum Erzeugen von Ionenstrahlen aus wenigstens zwei verschiedenen Arten von Gasen; und mit einem optischen Bestrahlungssystem zum Einstrahlen eines Ionenstrahles auf die Probe auf dem Probentisch, wobei das optische Ionenstrahl-Bestrahlungssystem ein Transmissions-Ionenstrahl-Bestrahlungssystem ist, bei dem ein Ionenstrahl durch eine Maske mit einer Öffnung mit einer gewünschten Form auf die Probe gestrahlt wird und das zwei oder mehr Ionenstrahllinsen aufweist sowie einen Maskenantriebsmechanismus mit einer variablen Öffnung oder einen Öffnungsantriebsmechanismus.
(2) Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einem Probentisch zum Festhalten einer Probe; einer Gas-Feld-Ionenquelle zum Erzeugen von Ionenstrahlen aus wenigstens zwei verschiedenen Arten von Gasen; und mit einem optischen Bestrahlungssystem zum Einstrahlen eines Ionenstrahles auf die Probe auf dem Probentisch, wobei die Ionenstrahlbearbeitung unter Verwendung eines Neon-Ionenstrahls, Argon-Ionenstrahls, Krypton-Ionenstrahls oder Xenon-Ionenstrahls erfolgt und die Betrachtung unter Verwendung von entweder Heliumionen oder Wasserstoffionen.
(3) Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einem ersten Probentisch zum Festhalten einer Probe; einer Ionenquelle zum Erzeugen von Ionenstrahlen aus wenigstens zwei verschiedenen Arten von Gasen; und mit einem optischen Bestrahlungssystem zum Einstrahlen eines Ionenstrahles auf die Probe auf dem Probentisch, mit einer Sonde zum Befördern einer Mikroprobe, die unter Verwendung eines Bearbeitungsvorgangs mit einem Ionenstrahl aus einer ersten Gasart aus der Probe extrahiert wird, und mit einem zweiten Probentisch für die Aufnahme eines Probenstücks, wobei die Sonde und die Mikroprobe mit einem Ionenstrahl aus einer zweiten Gasart betrachtet werden.
(4) Probenquerschnitt-Betrachtungsverfahren unter Verwendung einer Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einem Probentisch zum Festhalten einer Probe etwa in horizontaler Richtung; einer Ionenquelle zum Erzeugen von wenigstens zwei Arten von Gasionen mit unterschiedlichen Massenzahlen; und mit einem optischen Bestrahlungssystem zum Einstrahlen eines Ionenstrahls auf die Probe auf dem Probentisch, wobei das Verfahren die Schritte des Bestrahlens der Probe mit Ionen mit einer relativ großen Massenzahl zum Ausbilden eines Querschnitts etwa senkrecht zur Probenoberfläche; das Neigen des Probentisches um eine horizontale Achse und das Einstrahlen von Gasionen mit einer relativ kleinen Massenzahl auf den Querschnitt zu dessen Betrachtung umfasst.
(5) Probenquerschnitt-Betrachtungsverfahren unter Verwendung einer Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einem Probentisch zum Festhalten einer Probe etwa in horizontaler Richtung; einer Ionenquelle zum Erzeugen von wenigstens zwei Arten von Gasionen mit unterschiedlichen Massenzahlen; und mit einem optischen Bestrahlungssystem zum Einstrahlen eines Ionenstrahls auf die Probe auf dem Probentisch unter einer Neigung gegen die vertikale Achse, wobei das Verfahren die Schritte des Bestrahlens der Probe mit Ionen mit einer relativ großen Massenzahl zum Ausbilden eines Querschnitts etwa senkrecht zur Probenoberfläche; das Drehen des Probentisches um einen horizontalen axialen Mittelpunkt und das Einstrahlen von Gasionen mit einer relativ kleinen Massenzahl auf den Querschnitt zu dessen Betrachtung umfasst.
(6) Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsverfahren zum Betrachten einer Probe unter Verwendung einer Ionenstrahl-Bearbeitungsvorrichtung mit einem Probentisch zum Festhalten einer Probe; einer Gas-Feld-Ionenquelle zum Erzeugen von wenigstens zwei Arten von Gasionen mit unterschiedlichen Massenzahlen; und mit einem optischen Bestrahlungssystem zum Einstrahlen eines Ionenstrahls auf die Probe auf dem Probentisch, wobei das Verfahren die Schritte des Ausführens eines Bearbeitungsprozesses unter Verwendung eines Neon-Ionenstrahls, eines Argon-Ionenstrahls, eines Krypton-Ionenstrahls oder eines Xenon-Ionenstrahls und das Betrachten der Probe mit entweder Heliumionen oder Wasserstoffionen umfasst.
(7) Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsverfahren zum Betrachten einer Probe unter Verwendung einer Ionenstrahl-Bearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einem Probentisch zum Festhalten einer Probe; einer Gas-Feld-Ionenquelle zum Erzeugen von wenigstens zwei Arten von Gasionen mit unterschiedlichen Massenzahlen; und mit einem optischen Bestrahlungssystem zum Einstrahlen eines Ionenstrahls auf die Probe auf dem Probentisch, wobei das Verfahren die Schritte des Ausführens eines Bearbeitungsprozesses unter Verwendung eines Neon-Ionenstrahls, eines Argon-Ionenstrahls, eines Krypton-Ionenstrahls oder eines Xenon-Ionenstrahls; das Ausbilden einer atomaren Nanopyramidenstruktur an einem Ionenemitterspitzenende, das Betrachten der Probe mit entweder Heliumionen oder Wasserstoffionen und das Entfernen der atomaren Nanopyramidenstruktur umfasst.

(Ausführungsform 4 – Ausführungsform der Erfindung)
Die 11 zeigt eine kurze schematische Ansicht eines Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl der 11 umfasst einen Halter 504, auf dem eine Probe 13 angeordnet und gehalten wird; eine Ionenquelle (Quelle zum Erzeugen eines geladenen Teilchenstrahls) 501 zum Erzeugen eines Ionenstrahls (Strahls geladener Teilchen) 502; eine Ionenstrahlsäule 503 mit einem optischen Bearbeitungssystem (optischen System für einen Strahl geladener Teilchen), um einen von der Ionenquelle 501 emittierten Ionenstrahl 502 zu einem Bearbeitungspunkt zu führen; einen Tisch 505 zum Bewegen des Halters 504 entlang fünf Achsen; eine Probenkammer 506; ein Evakuiersystem (nicht gezeigt) zum Evakuieren eines FOUP (gemeinsamer Front-Öffnungs-Block), einer Atmosphären-Transporteinheit (nicht gezeigt), einer Transportkammer (nicht gezeigt), der Probenkammer 506 usw.; ein Gaszuführsystem 507 zum Zuführen von Gas als Ionenquelle (Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl, wird noch beschrieben) zu der Ionenstrahlsäule 503; einen Sekundärelektronendetektor (SED) 508 zum Erfassen der Sekundärelektronen, die an der Oberfläche der Probe 513 beim Bestrahlen mit dem Ionenstrahl 502 entstehen; eine Mikroproben-Entnahmeeinheit 509 zum Entnehmen einer Mikroprobe (eines Mikroprobenstück) von der Probe 513; mehrere Steuersysteme (nicht gezeigt) zum Steuern der einzelnen Elemente des Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl; eine zentrale Steuereinheit 510 zum Steuern des ganzen Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl; eine Konsole 514 mit einem Bildschirm wie einem GUI (graphisches Nutzerinterface); und eine Gaskanone 511 zum Zuführen von GAD-Gas (GAD: Gas Assisted Deposition) zum Strahlpunkt (Bearbeitungspunkt) des Ionenstrahls 501 und Bereiche in der Nähe. Es kann auch eine GAE-Gaskanone (GAE: Gas Assisted Etching) zum Durchführen einer schnellen Lochausarbeitung hinzugefügt werden. Die erwähnte Probe 513 ist in der Regel ein Wafer, die Probe kann jedoch auch ein Magnetkopf oder ein Flüssigkristall sein. Im folgenden werden die einzelnen Einheiten eine nach der anderen erläutert.
Die Probenkammer 506 ist mit dem (nicht gezeigten) Evakuiersystem aus einer Turbomolekularpumpe, einer Trockenpumpe und einem Evakuierventil (nichts davon ist dargestellt) verbunden, so dass, wenn kein Gas zugeführt wird, ein Hochvakuum von 10 bis 5 Pa erhalten wird. Die Probenkammer 506 kann eine Beladungsschleuse, einen Atmosphären-Transportroboter (nicht gezeigt) usw. enthalten, um die Probe 513 einzuführen und herauszunehmen.
Der Tisch 505 kann in der Richtung der X- und Y-Achse (horizontale Richtungen) und der Richtung der Z-Achse (vertikale Richtung) verschoben werden und in der R-Richtung (Rotationsrichtung) gedreht sowie in der T-Richtung (Kipprichtung) geneigt werden. Der Tisch 505 wird gewöhnlich geneigt, wenn der Bediener einen Querschnitt der Probe 513 betrachtet, nachdem diese durch Sputtern mit dem Ionenstrahl 502 bearbeitet wurde, oder wenn eine Mikroprobe von der Probe 513 entnommen wird. Die Fehlausrichtung durch das Kippen ist kalibriert, um eine Fehlanpassung des Sichtfelds zu vermeiden. Der Tisch 505 kann in den Richtungen der X- und Y-Achse von einer Kugelumlaufspindel, einem Gleichstrommotor oder einem Codierer bewegt werden. Wenn zum Beispiel als Probe 513 ein φ300-Wafer verwendet wird, wird dieser für einige Sekunden in den Richtungen der X- und Y-Achse um einen bestimmten Weg (etwa 320 mm) verschoben. Die Probe 513 wird mittels eines Lasers auf eine Genauigkeit im Submikrometerbereich positioniert. Um den Tisch 505 in der Richtung der Z-Achse zu bewegen, wird eine Keilstruktur verwendet, die Positionierung weist auch dabei eine Genauigkeit im Submikrometerbereich auf.
Die Konsole 514 besteht aus einer Anzeigeeinheit mit einem GUI-Schirm, einem REM-Bild, einem RIM-Bild usw. und einer Eingabeeinheit wie einer Tastatur oder einer Maus.
Der Sekundärelektronendetektor 508 weist einen eingebauten Szintillator (nicht gezeigt) auf, an den eine positive Spannung angelegt wird. Von der Oberfläche der Probe 513 bei der Einstrahlung des Ionenstrahls 502 emittierte Sekundärelektronen oder reflektierte Elektronen werden vom elektrischen Feld des Szintillators angezogen und beschleunigt und bringen den Szintillator zum Aufleuchten. Das vom Szintillator erzeugte Licht wird dann von einem Lichtleiter (nicht gezeigt) zu einem Photomultiplier (nicht gezeigt) geführt und dort in ein elektrisches Signal verwandelt. Das elektrische Signal wird mittels des optischen Bearbeitungssystems mit der Abtastung durch den Ionenstrahl 502 synchronisiert, um so ein Sekundärelektronenbild des bestrahlten Punktes zu erzeugen.
Die Mikroproben-Entnahmeeinheit 509 hat einen Aufbau, der in drei Richtungen (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse) verschoben werden kann. Der Verschiebungsbereich längs jeder der Achsen umfasst einige Millimeter, um einen Bereich mit einem Defekt von der Probe 513 entnehmen und auf ein Gitter 589 (wird in Verbindung mit der 19 beschrieben) legen zu können. Die Mikroproben-Entnahmeeinheit 509 kann von einem linearen Aktuator oder einem piezoelektrischen Element angetrieben werden und die Sonde 515 mit einer Positioniergenauigkeit im Submikrometerbereich manipulieren. Die Sonde 515 besteht zum Beispiel aus Wolfram und weist einen zugespitzten Endabschnitt mit einem Krümmungsradius von 1 µm oder weniger auf. Wenn eine Kontamination mit dem Metall Wolfram ein Problem ist, kann die Sonde 515 statt dessen auch aus Silizium, Kohlenstoff oder Germanium bestehen.
Die Gaskanone 511 weist eine Gasdüse 512 auf. Bei einer GAD-Gaszuführung bewegt sich die Gasdüse 512 aus ihrer zurückgezogenen Stellung in die Nähe des bearbeiteten Punkts auf der Probe 513 (einige hundert µm über den bearbeiteten Punkt). Die Gasdüse 512 braucht nur einige Sekunden, um sich aus ihrer zurückgezogenen Position in die Nähe des bearbeiteten Punktes zu begeben. Als Abscheidungsgas, das von der Gasdüse 512 abgegeben wird, wird vorzugsweise Wolframkarbonyl (W(CO)6) verwendet. Das Wolframkarbonyl wird über die Temperatur der Sublimation vom Festkörper in Dampf aufgeheizt, zersetzt sich bei der Bestrahlung mit dem fokussierten Ionenstrahl (im folgenden FIS abgekürzt) und bildet eine Wolframschicht. Wenn eine Kontamination mit dem Metall Wolfram ein Problem ist, kann ein Gas auf Kohlenstoffbasis wie Phenanthren oder Ortho-Tetraethylsilikat, das eine Siliziumoxidschicht ausbildet, eine andere Möglichkeit sein.
Das Gaszuführsystem 507 umfasst eine Anzahl (zwei in diesem Beispiel) Gasflaschen 522A und 522B, die mit verschiedenen Materialgasen (X) für die geladenen Teilchen (Materialgase für den Strahl geladener Teilchen) gefüllt sind, das der Ionenquelle 501 zugeführt wird; eine Gaszuführleitung 530, über die die Materialgase für den geladenen Teilchenstrahl von den Gasflaschen 522A und 522B der Ionenquelle 501 zugeführt werden; Absperrventile 523A und 523B zum Durchlassen/Absperren der Materialgase für den geladenen Teilchenstrahl aus den Gasflaschen 522A und 522B; Durchflusssteuerventile 524A und 524B zum Steuern der Durchflussvolumenrate der Materialgase für den geladenen Teilchenstrahl aus den Gasflaschen 522A und 522B; und eine Ventilsteuerung 523A und 523B, die das Öffnen/Schließen der Absperrventile 523A und 523B und die Öffnung der Durchflusssteuerventile 524A und 524B steuert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Gasflaschen 522A und 522B mit Sauerstoffgas bzw. Argongas gefüllt. Das Gaszuführsystem 507 führt hier zwei Arten von Materialgasen für den geladenen Teilchenstrahl der Ionenquelle 501 zu, der Ionenquelle können jedoch auch drei und mehr Arten von Materialgasen für den geladenen Teilchenstrahl zugeführt werden. Neben Sauerstoffgas oder Argongas können Stickstoffgas, Kryptongas, Xenongas und Neongas verwendet werden.
Der Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl enthält einen nicht gezeigten Z-Sensor zum Messen der Höhe der Probe 513. Mit diesem Z-Sensor kann die Höhe der Probe 513 mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich gemessen werden und der Abstand zwischen der Probe 513 und der Ionenstrahlsäule 503 konstant gehalten werden, wozu das Sensorsignal verwendet wird, um den Tisch 505 in der Z-Richtung zu bewegen. Der Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl enthält darüberhinaus ein optisches Mikroskop (nicht gezeigt), das zum Ausrichten der Probe 513 verwendet wird.
Die 12 zeigt den inneren Aufbau der Ionenquellenabdeckung 519 der 11.
Da bezüglich der Ionenquellenabdeckung 519, die auf Erdpotential liegt, an die Ionenquelle 501 eine Beschleunigungsspannung von etwa 30 kV angelegt wird, haben die Ionenquellenabdeckung 519 und die Ionenquelle 501 zur Luftisolierung mindestens 40 mm Abstand. Das Gaszuführsystem 507 ist mit der Ionenquelle 501 verbunden, und das Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl, das in die Gaszuführleitung 503 strömt, wird der Ionenquelle 501 zugeführt. Da das Gaszuführsystem 507 auf Erdpotential gehalten wird, befindet sich zwischen dem System und der Ionenquelle 501 ein Isolator 517A, der die Ionenquelle 501 isoliert. Um die Ionenstrahlsäule 503 zu isolieren, befindet sich ein Isolator 517B zwischen dem System und der Ionenstrahlsäule 503. Als Ionenquelle 501 wird vorzugsweise ein Duoplasmatron verwendet. Statt einem Duoplasmatron kann auch eine Gas-Feld-Ionenquelle mit Helium oder Argongas, eine induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle, eine Elektronenzyklotronresonanz-Plasma-Ionenquelle usw. verwendet werden.
Wenn die Bediener die Ventile 523A, 523B, 524A und 524B so steuert, dass die Materialgase für den geladenen Teilchenstrahl vom Gaszuführsystem 507 zur Ionenquelle 501 strömen, und zwischen einer Hohlkathode 531 und einer Anode 532 eine Gleichspannung anlegt, während der Gasdruck innerhalb der Ionenquelle 501 einige Torr beträgt, tritt zwischen der Hohlkathode 531 und der Anode 532 eine Glimmentladung auf. Die Ionen werden zur Hohlkathode 531 beschleunigt und die Elektronen zur Anode 532, wo sie mit der Elektrode kollidieren und Sekundärelektronen erzeugen. Vor der Kollision mit der Anode 532 werden die Elektronen ionisiert, wenn die Materialgase für den geladenen Teilchenstrahl elektrolytisch dissoziieren. Die Elektronen und die Ionen werden von dem elektrischen Feld, das ein Magnet 535 erzeugt, festgehalten und lassen ein hochdichtes Plasma entstehen. Durch ein elektrisches Feld um eine Extraktorelektrode 533, die auf Erdpotential gehalten wird, wird aus diesem Plasma ein Ionenstrahl 502 abgezogen. Eine Zwischenelektrode 534 ist über einem Megaohmwiderstand mit einer Beschleunigungs-Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden, und der Stromwert des Ionenstrahls wird hauptsächlich durch Ändern der Vorspannung (eine negative Spannung, die zu der Beschleunigungsspannung addiert wird) an der Vorspannungselektrode 529 eingestellt.
Die Öffnung in der Anode 532 zum Durchlassen des Ionenstrahls 502 ist nur einige hundert Mikrometer groß und wenig durchlässig. Dadurch dauert es lange, bis das Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl aus der Ionenquelle 501 durch die Öffnung in der Anode 532 in die Ionenstrahlsäule 503 gelangt. Deshalb wird zwischen der Ionenquelle 501 und der Ionenstrahlsäule 503 (unterhalb der Extraktorelektrode 533) ein Bypassflussweg mit einer größeren Durchlässigkeit und ein Bypassventil 518 zum Öffnen und Schließen des Bypassflussweges in der Mitte des Bypassflussweges vorgesehen. Beim Umschalten des vom Gaszuführsystem 507 zugeführten Gases von dem Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl aus der Gasflasche 522A auf das Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl aus der Gasflasche 522B (oder umgekehrt) öffnet daher der Bediener das Bypassventil 518, das vorher geschlossen war, und lässt das Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl von der Ionenquelle 501 zur Ionenstrahlsäule 503 strömen, so dass die Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl in der Ionenquelle 501 schnell ersetzt werden kann. Ein Vakuummessgerät 536 misst den Vakuumpegel in der Ionenquelle 501 mit oder ohne dass Gas eingeführt wird. Das Vakuumessgerät 536 ist durch seine Art gegen das Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl, das in die Ionenquelle 501 eingeführt wird, unempfindlich.
Die 13 zeigt den inneren Aufbau der Ionenstrahlsäule 503.
Die Ionenstrahlsäule 503 enthält ein optisches Bearbeitungssystem aus einem Massenseparator 540, einem Deflektor 541, einer Iris 542, einer Bestrahlungslinse 543, einer Projektionsmaske 544, einem Aberrationskorrektor 545, einer Projektionslinse 547, einer Ausrichtspule (nicht gezeigt), einem Austaster (nicht gezeigt) und einem Faradaybecher (nicht gezeigt).
Wie in der 13 gezeigt ist die Ionenstrahlsäule 503 um einige Grade abgebogen, so dass neutrale Teilchen aus abgesputtertem Metall in der Ionenquelle 501 die Probe 513 nicht direkt erreichen. Die neutralen Teilchen fallen auf einem Dämpfer (nicht gezeigt). Dieser Dämpfer besteht aus Silizium, Kohlenstoff und dergleichen, um eine Metallkontamination mit abgesputterten Teilchen zu verhindern.
Der Massenseparator nimmt aus dem aus der Ionenquelle 501 extrahierten Ionenstrahl 502 nur den erforderlichen Ionenstrahl heraus, und der Deflektor 541 krümmt den Ionenstrahl um einige Grad. Darüberhinaus ist ein Ventil (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Probenkammer 506 mit der Probe 513 vom Rest der Ionenstrahlsäule 531 zu trennen. Dieses Ventil wird zum Beispiel benutzt, wenn bei einer Wartung der Probenkammer 506 nur die Probenkammer undicht wird. Ein bevorzugtes Beispiel für den Deflektor 546 ist ein Deflektor mit acht Polen zum Abtasten der Probe 513 mit dem Ionenstrahl, der durch die Projektionsmaske 544 einfällt und zum Betrachten einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Die 14 zeigt die verschiedenen Öffnungen, die in der Projektionsmaske 544 ausgebildet sind.
Wie in der 14 gezeigt, weist die Projektionsmaske 544 eine rechtwinklig U-förmige Öffnung 550A zum Extrahieren einer Mikroprobe, eine langgestreckte Öffnung 550B, eine rechteckige Öffnung 550C hauptsächlich zur Abscheidung, eine relativ große kreisförmige Öffnung 550D hauptsächlich für die Befestigung der Sonde, eine relativ kleine Öffnung 550E hauptsächlich für die Betrachtung und eine (nicht gezeigte) Öffnung mit einem vergleichsweise großen Seitenverhältnis von Höhe zu Breite für die Herstellung einer Membran auf. Ein Strahl, der eine dieser Öffnungen durchlaufen hat, wird durch die Projektionslinse 547 auf die Probe 513 eingestrahlt. Die Projektionsmaske 544 besteht aus Silizium, um eine Metallkontamination zu verhindern. Ionenstrahlen, die die Öffnungen 550A bis 550E passiert haben, werden im folgenden O-700, O-500, O-200, O-100 und O-20 genannt.
Die 15 zeigt das Profil des Ionenstrahls 502, der auf die Projektionsmaske 544 eingestrahlt wird.
Wenn der Querschnitt des Ionenstrahls 502 mit der Projektionsmaske 544 geformt wird, ist es wichtig, den Strahlstrom nach dem Passieren der Projektionsmaske 544 auf das Maximum zu bringen, um eine Strahlauslöschung zu verhindern. Dazu werden die Größe und Position des Ionenstrahls 502 so eingestellt, dass der Ionenstrahl die jeweilige Öffnung der Projektionsmaske 544 umschreibt. Die 15 zeigt den Fall, dass die Projektionsmaske 544 jeweils eine Art von Öffnungen enthält, es kann jedoch auf der Projektionsmaske 544 auch eine Anzahl von Öffnungen mit jeweils der gleichen Form ausgebildet sein, um die Lebensdauer der Maske zu erhöhen.
Die 16 zeigt schematisch die beiden Arten von Strahlmoden, die das optische Bearbeitungssystem erzeugt. Die 16(a) zeigt den Ionenstrahl im Projektionsmodus und die 16(b) den Ionenstrahl im Betrachtungsmodus.
Im Projektionsmodus der 16(a) wird die Bestrahlungslinse 543 so eingestellt, dass durch eine Verringerung der Aberration eine scharfe Bearbeitungsform erzeugt wird, wozu ein Bild der Öffnung der Anode 532 auf die Projektionslinse 547 abgebildet wird. Die Bestrahlungslinse 543 und die Projektionslinse 547 bestehen zum Beispiel jeweils aus drei Sätzen von Butler-Linsen, und die Projektionslinse 547 bildet die Projektionsmaske 544 auf die Probe 513 ab. Dabei werden zum Beispiel Spannungen von etwa 9 kV und etwa 20 kV an die Bestrahlungslinse 543 bzw. die Projektionslinse 547 angelegt, das Vergrößerungsverhältnis beträgt etwa 1/16.
Im Betrachtungsmodus der 16(b) erfolgt die Bilderzeugung auf der Seite der Projektionsmaske 544 der Ionenquelle 501, und dieses Bild wird von der Projektionslinse 547 auf die Probe 513 abgebildet. Das Vergrößerungsverhältnis des Bildes im Projektionsmodus kann damit auf zum Beispiel 1/30 verringert werden, und der Durchmesser des Strahlflecks wird minimal, zum Beispiel einige zehn Nanometer groß. Wenn dieser Strahl von der Ablenkspule 546 abgelenkt wird, wird im Vergleich zum Projektionsmodus ein Sekundärelektronenbild mit hoher Auflösung erhalten. Im Betrachtungsmodus werden an die Bestrahlungslinse 543 und die Projektionslinse 547 zum Beispiel Spannungen von etwa 23 kV bzw. etwa 20 kV angelegt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die FIS-Vorrichtung der 11 beschränkt, sondern kann auch auf die FIS-REM-Vorrichtung der 17 oder 18 angewendet werden. Der erfindungsgemäße Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl kann durch Anbringen des Gaszuführsystems 507 an der FIS-REM-Vorrichtung der 17 oder 18 ausgebildet werden. Das Gaszuführsystem 507 ist in den 17 und 18 nicht gezeigt, alle ähnlichen Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktion wie in der 11 und in anderen Figuren haben das gleiche Bezugszeichen, und die Beschreibung davon wird hier weggelassen.
Die FIS-REM-Vorrichtung der 17 ist im wesentlichen identisch mit dem Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl der 11, mit der Ausnahme, dass ein REM (Rasterelektronenmikroskop) 533 hinzugefügt wurde, dessen Beobachtungspunkt der Bearbeitungspunkt der Ionenstrahlsäule 503 ist. Der Vorteil davon ist, dass der Bediener der Vorrichtung die Probe 513 mit einem Ionenstrahl bearbeiten und die bearbeitete Ebene der Probe 513 in Echtzeit betrachten kann. Im Falle der FIS-REM-Vorrichtung der 18 sind der Beobachtungspunkt des REM 553 und der Bearbeitungspunkt der Ionenstrahlsäule 503 nicht identisch, und der Tisch 505 bewegt sich zwischen dem Beobachtungspunkt des REM 553 und dem Bearbeitungspunkt der Ionenstrahlsäule 503 hin und her. Da in diesem Fall die Installationsräume für beide Seiten feststehen und keine Störungen zwischen dem REM 553 und der Ionenstrahlsäule 503 zu befürchten sind, kann mit dem REM 553 und der Ionenstrahlsäule 503 leichter als bei der Ausbildung der 17 auf die Probe 513 zugegriffen werden, und es wird ein Beobachtungsbild mit hoher Auflösung erhalten.
Die folgenden 19 bis 41 beschreiben Probenverarbeitungsverfahren, die Merkmale aufweisen, die nicht mehr zur Erfindung gehören, zu deren Durchführung jedoch erfindungsgemäße Vorrichtungen verwendet werden können.
Die 19A und 19B zeigen jeweils ein Flussdiagramm für die Vorgänge zwischen dem Extrahieren eines Defekts in einer Probe unter Verwendung des Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl der 18 bis zum Zurückgeben der Probe, aus der der Defekt extrahiert wurde, in die Produktionslinie. Insbesondere beschreiben die 19A und 19B die Vorgänge, wenn ein Defekt wie ein Kontaktfehler an einer Anschlussstelle eines Chips mit dem REM festgestellt wird, eine Mikroprobe mit dem Defekt von einem Ionenstrahl bearbeitet und extrahiert wird und das ausgearbeitete Loch in der Probe nach der Probenentnahme aufgefüllt wird, um die Probe in die Produktionslinie zurückzugeben. Im Folgenden werden nun die Hauptprozesse der 19A und 19B erläutert.
(1) Koordinatenverbindung mit der Erfassungsvorrichtung
Vor diesem Prozess werden Defekte auf der Probe 513 mit einer elektronischen Untersuchungsvorrichtung, einer BF-Untersuchungsvorrichtung (BF: Breitfeld), einer DF-Untersuchungsvorrichtung (DF: Dunkelfeld) und ähnlichem festgestellt und vom Betrachtungs-REM in Klassen eingeteilt. Dabei führt das Betrachtungs-REM zuerst eine ADR-Suche (ADR: Automatic Defect Review) mit geringer Auflösung (Suchmodus) und dann eine ADC-Einteilung (ADC: Automatic Defect Classification) aus. Das Betrachtungs-REM teilt die Defekte in verschiedene Arten ein, z.B. Ablösung, Fremdkörper, Herstellungsfehler und Staub und des weiteren in kurze, offene, konvexe und konkave Defekte und VC-Defekte (VC: Voltage Contrast). Die Defektinformationen enthalten Koordinatenwerte für den Ort des Defekts, die Art des Defekts, ein REM-Bild des Defekts und so weiter.
Auf der Basis der Defektinformationen vom Betrachtungs-REM führt der Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl der 18 eine Mikro-Probenentnahme aus, untersucht und analysiert den Defekt. Im Schritt S101 sollte daher der Defektbereich der Probe 513 genau mit dem vom Ionenstrahl 502 bearbeiteten Punkt übereinstimmen, und das andere Gerät (das Betrachtungs-REM), mit dem die Defektinformationen erhalten wurden, sollte genau mit dem Ursprung der Koordinaten abgeglichen werden. Dazu wird eine Koordinatenverbindung genannte Operation ausgeführt, so dass als Ergebnis davon eine Übereinstimmung der Koordinatenpositionen mit einem Fehler von einigen Mikrometern möglich ist.
(2) Probe, Trägerkassette
Als Probe 513 wird φ300-Silizium verwendet, und die Trägerkassette dient zum Befördern der von der Probe 513 extrahierten Mikroprobe außerhalb des Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl.
Die 20 ist eine perspektivische Ansicht des Halters 504.
Wie in der 20 gezeigt, ist am Halter 504 ein Kassettenhalter 555 angebracht, und eine Kassette 554 ist abnehmbar am Kassettenhalter 555 angebracht. Der Kassettenhalter 555 kann durch einen Rotationsmechanismus (nicht gezeigt) um die axiale Richtung gedreht werden. Die Probe 513 und die Kassette 554 werden durch eine Probenanbringungseinheit (nicht gezeigt) und eine Kassettenanbringungseinheit (nicht gezeigt) in einer Ladeschleusenkammer auf dem bzw. am Halter 504 angebracht. Die Ladeschleusenkammer wird von einem Vakuum-Evakuierungssystem (nicht gezeigt) evakuiert. Nachdem die Probe 513 und die Kassette 554 angebracht sind, wird der Halter 504 aus der Ladeschleusenkammer vom Tisch 505 zum Betrachtungspunkt des REM 553 in der Probenkammer 506 befördert (S102).
(3) Defektsuche mit dem REM
Im Schritt S103 wird der Defektbereich durch die Koordinatenverbindung mit dem Betrachtungs-REM in das Sichtfeld des REM 553 geschoben, wobei der Positionierfehler im Bereich von einigen Mikrometern liegt. Eine genaue Positionsbestimmung kann durch Feststellen eines Markierungspunkts für den Ort des Defektbereichs mit dem bloßen Auge erfolgen.
(4) Elektronenstrahlabscheidung
Die 21 zeigt ein REM-Bild 557 des Defektbereichs.
Im REM-Bild 557 der 21 sieht der Defektbereich, etwa die Anschlussstelle 558, im Vergleich zu einem normalen Bereich im Spannungskontrast VC (Voltage Contrast) relativ dunkel aus (Defektbereich 559).
Im allgemeinen ist die Leuchtkraft der Plasmaquelle eines Gas-Ionenstrahls im Vergleich zu einer Gallium-Ionenquelle, eine Flüssigmetall-Ionenquelle, die in FIS-Vorrichtungen oft verwendet wird, erheblich geringer. Um ein klares Bild mit einem ausreichenden Rauschabstand zu erhalten, ist eine ausreichende Menge an Sekundärelektronen erforderlich, so dass der minimale Strahldurchmesser für den Gas-Ionenstrahl relativ groß gemacht werden muss, wodurch die Auflösung sinkt. Normalerweise hat einen Gas-Ionenstrahl einen Durchmesser von wenigstens einigen zehn Nanometern, so dass es sehr schwer ist, ein klares, stark vergrößertes Bild der Anschlussstelle 558 mit einem Durchmesser von höchstens einigen Nanometern zu erhalten.
Im Schritt S104 wird daher nach der Identifikation des Defektbereichs durch das REM 553 mittels einer Elektronenstrahlabscheidung in der Nähe des Defektbereichs eine Markierung 560 mit einigen Mikrometern Größe aufgebracht, so dass die Position des Defektbereichs auch mit einem Gas-Ionenstrahl leicht festgestellt werden kann. Die 21 zeigt den Zustand, nachdem die Markierung 560 auf beiden Seiten des Defektbereichs 559 aufgebracht wurde. Um die Abscheidungsgeschwindigkeit auf ein Maximum zu bringen, wird die Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung auf eine relativ kleine Beschleunigungsspannung (etwa 1 kV) eingestellt und ein Elektronenstrahl mit einigen zehn pA für mehrere Minuten eingestrahlt, um eine rechteckige Markierung mit einer Seitenlänge von einigen Mikrometern auszubilden. Nach diesem Schritt betätigt der Bediener den Tisch 505 und bewegt den Halter 504 zum Ionenstrahl-Bearbeitungspunkt (S105).
(5) Einführung des Gases A
Im Schritt S106 wird der Ionenquelle 501 das Materialgas A für einen geladenen Teilchenstrahl (Sauerstoffgas) aus der Gasflasche 522A zugeführt. Die Öffnung des Durchflusssteuerventils 524A wurde dazu vorab so eingestellt, dass der Sauerstoff-Ionenstrahl mit einer hohen Stabilität des Stromes herausgeführt werden kann. Wenn der Bediener das geschlossene Absperrventil 523 öffnet, strömt durch die Gaszuführleitung 530 Sauerstoffgas in die Ionenquelle 501.
Nach dem Einbringen des Gases A wird eine Beschleunigungsspannung von 30 kV angelegt, und an die Hohlkathode 531 sowie die Vorspannungselektrode 529 wird jeweils eine vorgegebene Spannung angelegt. Die Spannung an der Anode 532 ist gleich der Beschleunigungsspannung. Die Extraktorelektrode 533 wird auf Erdpotential gehalten, und der Ionenstrahl 502 wird durch das elektrische Feld mit der Beschleunigungsspannung herausgezogen. Die Projektionsmaske 544 ist so angeordnet, dass die Öffnung 550E innerhalb des Strahls (Strahldurchmessers) des Ionenstrahls 502 liegt (S107). Der Ionenstrahl 502 hat an der Oberfläche der Probe 513 einen Durchmesser von etwa 100 nm. Die Ablenkspule 546 lässt diesen Strahl über die Probe laufen, um ein RIM-Bild zu erhalten.
(6) Ausbildung einer Schutzschicht
Im Schritt S108 wird auf der Oberseite jedes Defektbereichs 559 der Probe 513 eine Schutzschicht ausgebildet, um zu verhindern, dass der/die Defektbereich(e) bei der Betrachtung mittels RIM-Abbildung durch Sputtern ausgeschnitten werden.
Die 22 zeigt den Bildschirm der Konsole 514. Der Bildschirm 536 der 22 weist einen Alarmanzeigebereich 564, eine Strahlparameteranzeigebereich 565, in dem der Strom des Bearbeitungsstrahls, dessen Strahlfokuskontrastleuchtkraft bearbeitet wird, die Bearbeitungszeit und dergleichen angezeigt wird, einen Navigationsbildschirmbereich 566, mit dem der Bediener eine Operation wie einen Jobsystemaufnahmedialog auswählt, und einen Bearbeitungsmanipulationsbildschirmbereich 567 zum Bezeichnen eines Bearbeitungsprozesses auf.
Die 23 zeigt den Bearbeitungsmanipulationsbildschirmbereich 567 beim Bezeichnen eines Schutzschicht-Ausbildungsbereichs.
Wie in der 23 gezeigt, weist der Bearbeitungsmanipulationsbildschirmbereich 567 einen Bearbeitungsstartknopf 570, eine Gasartanzeigelampe 571 zur Information über die gegenwärtig verwendete Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl, einen Prozessauswahlbereich 561 für die Auswahl eines Prozesses, einen Monitorschirm 568 für die Anzeige eines Probenbildes, einen Knopf 569 für die Angabe der Art des Strahls, einen Anzeigeauswahlabschnitt 562 zum Umschalten der Anzeige auf dem Monitorschirm 568 und eine Bearbeitungsbedingungeneingabeeinheit 573 auf, mit der der Bediener die gewünschten Bearbeitungsbedingungen eingibt.
Der Prozessauswahlbereich 561 enthält einen Lochbearbeitungsknopf 561a, mit dem das Ausarbeiten eines Lochs befohlen wird, einen Schutzschicht/Kleberknopf 561b, mit dem die Ausbildung einer Schutzschicht/eines Klebers befohlen wird, und einen Lochfüllknopf 561c, mit dem eine Lochfülloperation befohlen wird. Der Anzeigeauswahlbereich 562 enthält einen Knopf 562a für ein optisches Mikroskop zum Umschalten der Anzeige auf dem Monitorschirm 568 auf das Bild eines optischen Mikroskops, einen REM-Knopf 562b zum Umschalten der Anzeige auf ein REM-Bild, einen RIM-Knopf 562c zum Umschalten der Anzeige auf ein RIM-Bild und einen Editierknopf 562d. Die Bearbeitungsbedingungeneingabeeinheit 573 zeigt einen Lochbearbeitungsstrahlabtastbreitenbezeichnungsaustastabschnitt 573a, einen Abtastungsrichtungsbezeichnungsaustastabschnitt 573b und einen Bearbeitungszeitbezeichnungsaustastabschnitt 573c an. Der Bediener kann auch Zahlen für den Lochbearbeitungsprozess, zum Beispiel die Bezeichnungsaustastabschnitte 73a bis 73c, angeben.
Die 23 zeigt den Fall, dass der Bediener für die Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl A (Sauerstoffgas) ausgewählt hat und für den Prozess "Schutzschicht/Kleber", und dass er die Anzeige auf dem Monitorschirm 568 auf den Editierschirm umgeschaltet hat. Der Monitorschirm 568 zeigt ein Rechteck an, das einen perspektivische Schutzschichtausbildungsbereich 572 angibt. Dieser Schutzschichtausbildungsbereich 572 erscheint auf dem Monitorschirm 568, wenn der Bediener in dem Prozess den Schutzschicht/Kleberknopf 561b drückt. Im Ergebnis kann der Bediener eine Schutzschicht ausbilden, wofür er die Position des angezeigten Schutzschichtausbildungsbereichs 572 einstellt.
Damit der Schutzschichtausbildungsbereich 572 auf dem Monitorschirm 568 mit dem tatsächlichen Abscheidungsbereich übereinstimmt, wird vorab die Position des durch die Öffnung 550E und die Öffnung 550C der Projektionsmaske 44 einfallenden Ionenstrahls mittels der Ablenkspule 546 eingestellt. Auf die gleiche Weise werden die Positionen der durch die anderen Öffnungen einfallenden Ionenstrahlen vorab bezüglich der Position des Ionenstrahls 502 durch die Öffnung 550E eingestellt.
Als GAD-Gas zum Ausbilden einer Schutzschicht wird vorzugsweise Wolframkarbonyl (W(CO)6) verwendet. Um eine Metallkontaminierung zu verhindern, kann wahlweise auch TEOS, das eine Siliziumoxidschicht erzeugt, oder ein Gas auf Kohlenstoffbasis wie Phenanthren verwendet werden.
Wenn der Bediener den Knopf 570 drückt, nähert sich die Gasdüse 512 der Gaskanone 511 aus ihrer zurückgezogenen Stellung dem zu bearbeitenden Punkt und versprüht das GAD-Gas. Die Projektionsmaske 544 wird von der Öffnung 550E auf die Öffnung 550C umgeschaltet, und der Ionenstrahl (Projektionsstrahl) 502, der die Öffnung 550C durchlaufen hat, wird auf die Probe 513 projiziert, auf der im Schutzschichtausbildungsbereich 572 durch die Reaktion mit dem GAS-Gas eine Abscheidungsschicht entsteht. Der Ionenstrahl 502 wird während der Abscheidung nicht über die Probe geführt, sondern bleibt immer an der gleichen Stelle stehen. Zum Beispiel entsteht jede Minute eine 1 µm dicke Abscheidungsschicht. Die 24 zeigt ein RIM-Bild nach dem Ausbilden der Abscheidungsschicht. Das Bezugszeichen 575 in der 24 bezeichnet die Schutzschicht.
Statt die Probe mit einem Projektionsstrahl zu bearbeiten, der einen von der Projektionsmaske 504 bestimmten Querschnitt hat, kann der Ionenstrahl 502 auch den Schutzschichtausbildungsbereich 572 abrastern, um die Schutzschicht auszubilden.
(7) Lochausarbeitung 1 durch den Strahl A
Wenn der Bediener den Lochausarbeitungsknopf 561a im Prozessauswahlbereich 561 drückt, erscheint wie in der 24 gezeigt ein rechtwinklig-U-förmiger Bearbeitungsbereich 576. Der Bediener bestimmt dann die Bearbeitungsposition (S109) durch Verschieben des Bearbeitungsbereichs 576 auf dem Monitorschirm 568 in eine vorgegebene Position und lässt das gewinkelt U-förmige Loch durch den Ionenstrahl 502 (Strahl A) aus dem Materialgas A für den geladenen Teilchenstrahl ausarbeiten (S110). Während der Ausarbeitung des gewinkelt U-förmigen Lochs ist die Projektionsmaske 544 so angeordnet, dass die Öffnung 550A innerhalb des Strahldurchmessers des Ionenstrahls 502 liegt.
Die 25 zeigt den Zustand, dass die Probe 513 mit dem gewinkelt U-förmigen Projektionsstrahl bearbeitet wird, der durch die Öffnung 550A der Projektionsmaske 544 tritt. Die 25 zeigt einen Teil des optischen Bearbeitungssystems der 13.
Zum Beispiel erfolgt die Ausarbeitung des gewinkelt U-förmigen Lochs bei einem Strahlstrom von 100 nA und einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 1 µm/min für mehrere Minuten. Der Ionenstrahl 502 wird von der Bestrahlungslinse 543 gebündelt und auf die Projektionsmaske 544 eingestrahlt. Der Teil des Ionenstrahls, der durch die Öffnung 550A der Projektionsmaske 544 gelaufen ist, wird von der Projektionslinse 547 auf die Probe 513 abgebildet. Dabei ist der Ionenstrahl 502 um etwa 45 Grad gegen die horizontale Richtung geneigt (der Tisch 505 wird so gegen die T-Achse gekippt, dass die Probe 513 bezüglich der Ionenstrahlsäule 503 um 45 Grad geneigt ist).
Nach dieser Bearbeitung wird die Projektionsmaske 544 so angeordnet, dass die Öffnung 550E innerhalb des Strahldurchmessers des Ionenstrahls 502 liegt (S111), und die Probe 513 wird um 180 Grad gedreht (S112).
Die 26 zeigt das Bild auf dem Monitorschirm 568 nach der Ausarbeitung des gewinkelt U-förmigen Lochs. Die 26 ist der Bildschirm, der erscheint, wenn der Bediener den Editierknopf 562d im Anzeigeauswahlbereich 562 drückt. Wenn die Ausarbeitung des gewinkelt U-förmigen Lochs beendet ist, wird der Tisch 505 gedreht, und der Bediener bewegt die Sonde 515 unter Betrachtung des Schirms der 26 in das Sichtfeld, um es mit den inneren Bereich (der Mikroprobe 581) des ausgearbeiteten U-förmigen Lochs 579 der Probe 513 in Kontakt zu bringen (S113), und definiert den Kontaktbereich als Abscheidungsbereich durch den Strahl A (S114). Mit anderen Worten bringt der Bediener die Sonde 515 an einer geeigneten Stelle mit dem Abscheidungsbereich in Kontakt. Während die Gaskanone 511 in der Nähe des Kontaktbereichs zwischen der Sonde 515 und der Probe 513 GAD-Gas abgibt, wird der Ionenstrahl 502 (Strahl A) eingestrahlt, um eine Abscheidungsschicht 578 auszubilden (S115) und die Sonde 515 und die Mikroprobe 581 durch die Abscheidungsschicht 578 zu verbinden (S116). Zum Ausbilden der Abscheidungsschicht 578 wird der Ionenstrahl 502 nach Durchlaufen der Öffnung 550D der Projektionsmaske 544 verwendet. Im vorliegenden Beispiel besteht die Sonde 515 aus einem Siliziummaterial, um eine Metallkontamination zu verhindern.
Nach dem Anbringen der Sonde 515 führt der Bediener eine Positionsanpassung (S117) der Projektionsmaske 544 aus, damit die Öffnung 550E im Strahldurchmesser des Ionenstrahls 502 liegt. Dann betätigt der Bediener den Lochausarbeitungsknopf 561a im Prozessauswahlbereich 561, um den langgestreckten Bearbeitungsbereich 576 auf dem Monitorschirm 568 anzuzeigen. Unter Betrachtung des RIM-Bildes des Ionenstrahls 502, der durch die Öffnung 550E gelaufen ist, verschiebt der Bediener den Bearbeitungsbereich 576 auf dem Monitorschirm 568 in eine Position, die zusammen mit dem gewinkelt U-förmig ausgearbeiteten Loch 579 den Anbringungsabschnitt der Sonde 515 umgibt, und legt so die Bearbeitungsposition fest (S118). Die Projektionsmaske 544 ist dabei so angeordnet, dass die Öffnung 550B innerhalb des Strahldurchmessers des Ionenstrahls 502 liegt.
(8) Lochausarbeitung 2 mit dem Strahl A
Die 27 zeigt den Zustand, in dem mittels der Öffnung 550B in der Projektionsmaske 544 ein linearer Projektionsstrahl erzeugt und die Probe 513 damit bearbeitet wird. Die 27 zeigt einen Teil des optischen Bearbeitungssystems der 13.
In diesem Prozess wird durch Ausarbeiten eines Lochs mit dem linearen Ionenstrahl 502 (Strahl A) eine Mikroprobe 581 ausgeschnitten (S102) und extrahiert (S119). Bei einem Strahlstrom von etwa 60 nA dauert die Ausarbeitung des linearen Loches einige Minuten.
Die 28 zeigt den Zustand, in dem die Mikroprobe bei dieser Ausführungsform extrahiert und bearbeitet wird. Die 28(a) zeigt dabei die projizierten Abbildungen 577 und 584 des Ionenstrahls 502, der durch die Öffnung 550A bzw. 550B gelaufen ist, und die 28(b) den Schnitt A-A in der 28(a).
Das von dem Projektionsstrahl, der durch die Öffnungen 550A und 550B gelaufen ist, ausgearbeitete Loch wird in der Tiefenrichtung allmählich schmaler. Wie in der 18(b) gezeigt, haben die ausgearbeiteten Gräben 585 und 586 eine dreieckige Form. Die Abmessungen der extrahierten Mikroprobe 581 betragen in der Breite × Länge × Höhe etwa 10 × 10 × 11 Mikrometer.
Im Verlauf der Ausarbeitung des Lochs durch den Projektionsstrahl durch die Öffnungen 550A und 550B nimmt der Kontrast der Mikroprobe 581 ab. Dadurch kann festgestellt werden, wann sich die Mikroprobe 581 von der Probe 513 löst. Diese Änderung des Kontrastes beruht darauf, dass die von der Probe 513 getrennte Mikroprobe 581 potentialfrei ist und sich damit das Ausmaß der an der Mikroprobe 581 bei der Ionenstrahlbestrahlung erzeugten Sekundärelektronen verringert. Wenn es schwierig ist, die Veränderung des betrachteten Bildes mit dem bloßen Auge festzustellen, kann für eine getrennte Erfassung ein Kontaktsensor verwendet werden.
(9) Aufsetzen auf eine Unterlage
Die 29 zeigt den Zustand, in dem die Mikroprobe 581 auf die Kassette 554 gesetzt wird.
Wenn die Mikroprobe 581 von der Probe 513 getrennt ist, betätigt der Bediener den Tisch 505 und bringt ihn in eine Position, in der eine Unterlage 589 der Kassette 554 in der Nähe des mit dem Ionenstrahl bearbeiteten Punktes liegt (S121). Dann bringt der Bediener die Mikroprobe 581 mittels der Sonde 515 mit der Unterlage 589 in Kontakt (S122) und bestimmt den Abscheidungsbereich (S123), in dem eine Abscheidungsschicht ausgebildet wird, mit der die Unterlage 589 und die Mikroprobe 581 verbunden werden. Während die Gaskanone 511 GAD-Gas abgibt, wird der Ionenstrahl 502 eingestrahlt, um eine Abscheidungsschicht auszubilden, wodurch die Mikroprobe 581 an der Unterlage 589 befestigt wird (S124). Dann wird die Spitze der Sonde 515 mit dem Ionenstrahl 502 abgeschnitten (S125). Zum Abschneiden der Sonde 515 wird der Ionenstrahl 502 verwendet, der durch die Öffnung 550D gelaufen ist.
Nachdem die Sonde 515 abgeschnitten wurde, wird auf der Basis der vorher mit dem Betrachtungs-REM erhaltenen Untersuchungsinformationen festgelegt, ob die extrahierte Mikroprobe 581 die einzige Probe von der vorliegenden Probe 513 ist (S126). Das heißt es wird festgelegt, ob es auf der Probe 513, von der gerade eine Mikroprobe entnommen wurde, noch mehr Defektbereiche gibt, die zu extrahieren sind. Wenn es noch einen zu entnehmenden Defektbereich gibt, betätigt der Bediener den Tisch 505, schiebt den nächsten Probenentnahmepunkt zum Ionenstrahl-Bearbeitungspunkt und wiederholt die Schritte in "Lochausarbeitung 1 mit dem Strahl A" (S109). Wenn es keine weiteren Defektbereiche gibt, endet die Probenentnahmeabfolge der 19A, und es wird der Auffüllschritt für das ausgearbeitete Loch der 19B ausgeführt (S201). Die 30 zeigt eine Probe 513 mit fünf Löchern 592 als Ergebnis der Entnahme von Mikroproben.
Bei der Probenentnahme der 19A wurde ein Defektbereich zur Untersuchung und Analyse des Defekts entnommen. Die gleiche Abfolge der 19A kann jedoch auch auf ein Verfahren mit dem Namen "Fixpunktbetrachtung" angewendet werden, bei dem von einem vorgegebenen Untersuchungspunkt auf der Probe 513 eine Mikroprobe entnommen und damit die Qualität der Probe 513 geprüft wird.
Die extrahierte Mikroprobe 581 wird dabei aus dem Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl genommen und mit einem RTEM (Raster-Transmissions-Elektronenmikroskop) mit hoher Auflösung oder einem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) untersucht und analysiert. Auf diese Weise kann die Ursache von Defekten schneller und genauer festgestellt werden, und es können sofort Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Zum Betrachten einer Probe mit einem TEM oder einem RTEM, die beide vom Transmissionstyp sind, sollte die Mikroprobe 581 zu einer Membran umgestaltet werden. Es ist zwar nicht eigens dargestellt, der Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl kann jedoch aus der Mikroprobe 581 eine Membran machen. Diese Membranausarbeitung (oder Verarbeitung) der Mikroprobe 581 erfolgt ohne Rastern des Strahls, sondern im Projektionsmodus der 16(a). Um aus dem Querschnitt, aus dem eine Membran zu machen ist, eine glatte Ebene zu erhalten, muss die Projektionsmaske 544 so angeordnet werden, dass die Hauptachsenrichtung des Membranausarbeitungsschlitzes und die Membranausarbeitungsrichtung der Mikroprobe 581 unter einem rechten Winkel (etwa 90 Grad) zueinander stehen. Der Grund dafür ist, dass die Aberration, etwa die sphärische Aberration, zum Strahlmittelpunkt hin abnimmt, so dass die ausgearbeitete Ebene glatter wird.
Im Projektionsmodus ist die Auflösung jedoch nicht groß genug, um den Bereich bezeichnen zu können, in dem die Membranausarbeitung der 16 erfolgt. Die Membranausarbeitungsposition wird daher im Betrachtungsmodus der 16(b) festgelegt, in dem die Auflösung hoch genug ist. Die optischen Bedingungen sind für den Strahl im Betrachtungsmodus und den Strahl im Projektionsmodus verschieden, so dass durch eine axiale Fehlausrichtung Positionsfehler auftreten. Wenn im Betrachtungsmodus eine Bearbeitungsposition bezeichnet wird, sollte das Ausmaß der Fehlausrichtung vorab festgestellt und der Versatz bei der Bezeichnung eines Bearbeitungsbereichs kalibriert werden. Der Kassettenhalter 555 weist ein Zahnrad 590 auf. Da der Kassettenhalter 555 durch einen mit dem Zahnrad 590 in Eingriff stehenden Motor gedreht werden kann, kann der Bediener die Betrachtungsrichtung der Mikroprobe 581 oder die Membran-Bearbeitungsrichtung beliebig verändern.
Die Mikroproben-Entnahmeprozedur endet hier. Anhand der 19B wird im Folgenden der Arbeitsablauf beim Auffüllen von Löchern beschrieben.
(10) Zuführen des Gases B durch Schließen des offenen Bypassventils
Die 31 ist ein Zeitdiagramm der wesentlichen Schritte beim Arbeitsablauf der 19A und 19B.
Wie in der 31 gezeigt, wird bei dem Probenentnahmevorgang der 19A das Materialgas A (Sauerstoffgas) für den geladenen Teilchenstrahl in die Ionenquelle 501 eingeführt, um einen Sauerstoff-Ionenstrahl zu extrahieren, woraufhin dann nacheinander die Schritte des Lochausarbeitens in einem Defektbereich, der Mikroprobenentnahme und der Aufbringung auf eine Unterlage ausgeführt werden. Dann öffnet der Bediener das Bypassventil 518 (S201), um das Materialgas A (Sauerstoffgas) für den geladenen Teilchenstrahl schnell aus der Ionenquelle 501 zu entfernen. Bei einem bestimmten Vakuumpegel (wenn der Vakuumpegel unter einen festgelegten Schwellenwert fällt) schließt der Bediener der Bypassventil 518 wieder (S202), um ein Materialgas B (Argongas) für den geladenen Teilchenstrahl zuzuführen (S203). Die Lochauffüllarbeiten erfolgen somit mit dem Argon-Ionenstrahl.
Zum Ausführen der Lochauffüllarbeiten wird die Art des der Ionenquelle 501 zugeführten Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl auf die Gasart B (Argongas) umgeschaltet. Vor dem Umschalten auf das Materialgas B (Argongas) müssen die Reste des Materialgases A (Sauerstoffgas) aus der Ionenquelle 501 entfernt werden. Dazu öffnet der Bediener das mit der Ionenquelle 501 verbundene, vorher geschlossene Bypassventil 519, wodurch das Materialgas A schnell aus der Ionenquelle 501 abgesaugt wird. Genau gesagt veranlasst der Bediener die Ventilsteuerung 525, das offene Absperrventil 523A zu schließen, um die Zufuhr des Materialgases A (Sauerstoffgas) zu beenden, und öffnet gleichzeitig das geschlossene Bypassventil 518. Im Ergebnis nimmt der Vakuumpegel in der Ionenquelle 501, der während der Einführung des Gases A (Sauerstoffgas) einige hundert Pa betrug, allmählich ab, bis ein vorher eingestellter Schwellenwert (z.B. um 1E-3 Pa) erreicht oder unterschritten ist, woraufhin der Bediener das offene Bypassventil 518 wieder schließt. Dann öffnet der Bediener das bisher geschlossene Absperrventil 523B und führt der Ionenquelle 501 das Materialgas B (Argongas) für den geladenen Teilchenstrahl zu. Das Durchflusssteuerventil 524B wurde vorher so eingestellt, dass der erforderliche Strahlstrom und die Stabilität des Ionenstrahls erhalten werden, um eine schnelle Lochbearbeitung zu erhalten.
(11) Abscheidung mit dem Strahl B
Nach der Einführung des Materialgases B (Argongas) für den geladenen Teilchenstrahl in die Ionenquelle 501 mit dem gleichen Verfahren wie bei der Einführung des Materialgases A (Sauerstoffgas) wird das Plasma gezündet (S204), eine Beschleunigungsspannung angelegt und ein Argon-Ionenstrahl (Strahl B) extrahiert. Da die Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl und der Strahlstrom für die Lochausarbeitung sich vom Materialgas und dem Strahlstrom für das Auffüllen des Lochs unterscheiden, unterscheiden sich auch die Bedingungen zum Erzeugen des Ionenstrahls, wie die Beschleunigungsspannung, die an der Kathode anliegende Spannung, die Vorspannung und die Gasvolumen-Durchflussrate. Die Zentraleinheit 510 kann die Bedingungen zum Erzeugen des Ionenstrahls automatisch gemäß der Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl an vorher eingestellte Bedingungen anpassen. Die Projektionsmaske 544 wird so angeordnet, dass die Öffnung 550E innerhalb des Strahldurchmessers des Ionenstrahls 502 liegt (S205).
Die 32 zeigt den Bearbeitungsmanipulationsbildschirmabschnitt 567, der zur Angabe des Lochauffüllprozessbereiches verwendet wird.
Die 32 zeigt den Lochauffüllprozess, wenn Gas B (Argongas) als Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl verwendet und für die Art des Strahls O-500 ausgewählt wird. Wenn das in der Probe 513 ausgearbeitete Loch 592 so tief wie im unteren Abschnitt des Monitorbildes 568 ausgebildet wurde, ist das Abbild im unteren Abschnitt dunkel. Der Bediener gibt die Abtastrichtung und die Abtastbreite durch die Eingabe der entsprechenden Informationen in die freien Bezeichnungsbereiche 573a und 573b derart ein, dass der O-500-Ionenstrahl 93, der die Öffnung 550B der Projektionsmaske 544 durchlaufen hat, die ganze Fläche des ausgearbeiteten Lochs 592 abrastert. Zum Beispiel ist die Abtastrichtung in der Zeichnung die vertikale Richtung, und die Abtastbreite beträgt einige zehn Mikrometer. Unter Beobachtung des RIM-Bildes vom Ionenstrahl, der durch die Öffnung 550E gelaufen ist, verschiebt der Bediener den Tisch 505 (S206), um das ausgearbeitete Loch 592 zum Bearbeitungspunkt des Ionenstrahls zu bringen, und bestimmt den Abscheidungsbereich (S207). Später wird die Projektionsmaske 544 so angeordnet (S208), dass die lineare Öffnung 550B innerhalb des Strahldurchmessers des Ionenstrahls 502 liegt.
Die 33 ist eine schematische Darstellung des Projektionsstrahles beim Lochauffüllprozess.
In der 33 ist die Projektionsmaske 544 in einer Stellung, in der die lineare Öffnung 550B innerhalb des Strahldurchmessers des Ionenstrahls 502 liegt. Es wird somit ein Ionenstrahl 502 mit einem rechteckigen Querschnitt auf die Probe 513 eingestrahlt. Der Ionenstrahl 502 reagiert mit dem GAD-Gas 595 aus der Gasdüse 512, und in dem ausgearbeiteten Loch 592 bildet sich eine Abscheidungsschicht, wenn der Ionenstrahl 502 drüber geführt wird (S209). Die Abscheidungsgeschwindigkeit und der Strahlstrom des Ionenstrahls werden entsprechend der Beschleunigungsspannung auf vorgegebene passende Werte eingestellt.
Die 34 zeigt den Zustand, dass der O-500-Ionenstrahl 599 in Abtastintervallen 604 auf das ausgearbeitete Loch 592 eingestrahlt wird, nachdem die Mikroprobe der 28(b) entnommen wurde. Die 35 zeigt ein anderes Beispiel für ein Bestrahlungsverfahren mit dem Ionenstrahl 502 im Verlauf des Lochauffüllprozesses. Bei dem in der 35(a) beispielhaft dargestellten Verfahren wird die Abscheidungsschicht aufeinanderfolgend ausgebildet, wozu der Ionenstrahl 599 für eine bestimmte Zeitspanne stehenbleibt, dann über eine Strahlbreite verschoben wird und wieder stehen bleibt und so weiter. Dieses Verfahren wird Standstrahlverfahren genannt. Bei dem in der 35(b) beispielhaft dargestellten Verfahren wird die Abscheidungsschicht gleichmäßig im ausgearbeiteten Loch 592 ausgebildet, wozu der Ionenstrahl 599 gescannt wird. Dieses Verfahren wird Rasterverfahren genannt.
Die 36 zeigt das Fortschreiten der Abscheidung mit der Zeit, wobei die Abscheidungsschicht in der Reihenfolge der 36(a) → 36(b) → 36(c) dicker wird.
Die 36(a) zeigt den Zustand, wenn der O-500-Ionenstrahl, der im Schritt S209 durch die Öffnung 550B gelaufen ist, über das Loch geführt wird (Abscheidung 1 mit Strahl B), wobei im ausgearbeiteten Loch 592 eine Abscheidungsschicht 601 entsteht. Dabei ist der Mittelpunkt des ausgearbeiteten Lochs 592 vertieft. Die 36(b) zeigt den Zustand, wenn der Ionenstrahl, der in den Schritten S210 bis S213 durch die Öffnung 550C gelaufen ist, für einige Minuten stillsteht (Abscheidung 2 mit Strahl B), um die Abscheidungsschicht 602 im vertieften Teil auszubilden. Der tief eingeschnittene Teil ist nun aufgefüllt, es bleibt jedoch noch eine flache Vertiefung. Die 36(c) zeigt den Zustand, wenn der kreisförmige Ionenstrahl, der in den Schritten S214 bis S217 durch die Öffnung 550D gelaufen ist, über den vertieften Bereich geführt wird (Abscheidung 3 mit Strahl B), wobei im vertieften Teil eine Abscheidungsschicht 603 entsteht. Bei dieser Ausführungsform werden somit immer wieder andere Öffnungen der Projektionsmaske 544 verwendet, um die Form des Ionenstrahls geeignet zu verändern, wenn die Abscheidungsschicht dicker wird. Die Abscheidungsschicht 603 weist eine hohe Ebenheit im Subnanometerbereich auf. Vor den Abscheidungen 1, 2 und 3 mit dem Ionenstrahl B wird die Projektionsmaske 544 so angeordnet (S205, S210 und S214), dass die Öffnung 550E innerhalb des Strahldurchmessers des Ionenstrahls 502 liegt. Unter Beobachtung des RIM-Bildes des Ionenstrahls 502, der durch die Öffnung 550E gelaufen ist, bestimmt der Bediener den Abscheidungsbereich auf dem Monitorbild 568 (S207, S211, S215).
(12) Messung der Ebenheit der Abscheidungsschicht
Die 37 zeigt ein Beispiel für eine Technik zum Messen der Höhe der Oberflächenrauhigkeit des mit der Abscheidungsschicht gefüllten ausgearbeiteten Lochs 592, die im Schritt S218 ausgeführt wird. Die 37(a) ist dabei eine Aufsicht auf den Zustand, nachdem das ausgearbeitete Loch 592 durch die Abscheidung aufgefüllt wurde. Die 37(b) zeigt den Zustand, wenn ein kreisförmiger Strahl 502, der hinsichtlich des ausgearbeiteten Lochs 592 ausreichend dünn ist, von der linken Seite der Darstellung unter einem Einfallswinkel von etwa 45 Grad zur Oberfläche der Probe 513 auf das ausgearbeitete Loch 592 eingestrahlt und in der Richtung des Pfeiles 591 darüber geführt wird. Die 37(c) zeigt den Zustand, dass die Scanlinie 596 des Ionenstrahls 502 an die 37(a) angepasst und der Aufsicht des ausgearbeiteten Lochs 592 überlagert wird. Die 37(d) zeigt den Zustand, wenn der Aufsicht des ausgearbeiteten Lochs 592 nach dem Lochauffüllprozess eine weitere Bearbeitungslinie 597 überlagert wird.
Wie in der 37(a) zu sehen, ist der Mittelpunkt des ausgearbeiteten Lochs 592 mit der abgeschiedenen Membran angeschwollen, und die Abbildungsschicht bildet eine kleine Höhenstufe. Wie in der 37(b) gezeigt, wird hier angenommen, dass die Abscheidungsschicht einen Buckel der Höhe H bildet. Wenn in diesem Fall der Ionenstrahl 502 unter einem Einfallswinkel von 45 Grad eingestrahlt wird, entsteht an der Bearbeitungslinie 597 eine Fehlausrichtung (h) in etwa der gleichen Größe wie die Höhe H des Buckels. Mit anderen Worten kann, wenn eine Fehlausrichtung h zwischen der Bearbeitungslinie 597 und der Scanlinie 596 entdeckt wird, aus dem Einfallswinkel des Ionenstrahls 502 auf die Probenoberfläche die Höhe H der Stufe berechnet werden. Die Fehlausrichtung h ergibt sich bei der Bildbearbeitung in der Bilderzeugungsvorrichtung automatisch. Durch die Feststellung der Fehlausrichtung h können der vertiefte Bereich, der Ort der Vertiefung und die Tiefe der Abscheidungsschicht erfasst werden. Mit diesen Informationen bestimmt der Bediener anhand einer vorher in der Zentraleinheit 510 gespeicherten Datenbank die richtigen Abscheidungsbedingungen und führt die Abscheidung aus. Die Abscheidungsbedingungen umfassen die Art des Ionenstrahls, die Form oder Größe des Ionenstrahls (Art der Öffnung in der Maske 544), den Wert des Strahlstroms des Ionenstrahls (Beschleunigungsspannung, Vorspannung usw.), die Abtastrichtung, den Abtastbereich, die Bearbeitungszeit, die Verweilzeit des Strahls, das Abtastintervall und so weiter.
Es kann auch die Anbringung eines Messinstruments zum Messen der Oberflächenrauhigkeit der Abscheidungsschicht in Betracht gezogen werden. Beispiele für solche Messinstrumente sind Lasermikroskope mit einer Submikrometerauflösung, Atomkraftmikroskope mit einer Auflösung von einigen Nanometern und so weiter. Diese Mikroskope führen einen Laserstrahl bzw. einen Hebel über die Probe, um eine dreidimensionale Messung der Oberflächenrauhigkeit der Abscheidungsschicht zu erhalten.
Nach der Messung der Ebenheit der Abscheidungsschicht wird festgestellt, ob die gemessene Ebenheit unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt (S219). Wenn sie über dem Schwellenwert liegt, wird der Schritt S214 wiederholt, um die "Abscheidung 3 mit dem Strahl B" auszuführen (Ablauf B in der 19B). Wenn sie unter dem Schwellenwert liegt, wird anhand des Ablaufs der Probenextraktionsarbeiten festgestellt, ob es der letzte Lochauffüllprozess war (S220). Das heißt, es wird festgestellt, ob die Probe 513, bei der gerade der Lochauffüllprozess ausgeführt wird, noch weitere Löcher enthält, die aufzufüllen sind. Wenn es noch mehr aufzufüllende Löcher gibt, wird der Schritt des Lochauffüllens wiederholt (Ablauf C in der 19B) In diesem Fall beginnt der Vorgang mit dem Schritt S205, um die "Abscheidung 1 mit dem Strahl B" auszuführen. Wenn dagegen keine Löcher mehr aufzufüllen sind, endet der Lochauffüllprozessvorgang der 19B.
Im Folgenden werden die Auswirkungen der Anwendung dieser Ausführungsform erläutert.
Die 38 ist eine schematische Ansicht eines ausgearbeiteten Lochs, das mittels eines Sauerstoff-Ionenstrahls (Strahl A) aufgefüllt wird. Die 38(a) zeigt dabei das ausgearbeitete Loch 592 vor dem Lochauffüllprozess, die 38(b) ein aufgefülltes Loch, das mit einem Standionenstrahl aufgefüllt wurde, und die 38(c) ein aufgefülltes Loch, das mittels Abrastern aufgefüllt wurde.
Der Standionenstrahl erzeugt Abscheidungsklumpen 606 mit einigen Mikrometern Durchmesser auf der Probenoberfläche (38(b)), und das Abrastern erzeugt Abscheidungskügelchen 607 mit einigen Mikrometern Durchmesser auf der Probenoberfläche (38(c)). Mit keinem dieser Verfahren wird eine Ebenheit im Submikrometerbereich erzielt. Daraus haben die Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung den Schluss gezogen, dass die Ebenheit der Abscheidungsschicht von der Art des Strahls und nicht vom Abscheidungsverfahren (Standionenstrahlverfahren oder Rasterverfahren) abhängt. Sie erzeugten daher Abscheidungsschichten mit verschiedenen Strahlarten und führten mit einer Auger-Elektronenspektroskopie eine Zusammensetzungsanalyse aus.
In der 39 sind graphisch die Ergebnisse der Auger-Elektronenspektroskopie für eine mit einem Sauerstoff-Ionenstrahl abgeschiedene Schicht und eine mit einem Argon-Ionenstrahl abgeschiedene Schicht gegenübergestellt.
Für die Analyse wurde als GAD-Gas Ortho-Tetraethylsilikat (TEOS) verwendet und der Sauerstoff-Ionenstrahl mit dem Argon-Ionenstrahl verglichen. Es zeigte sich, dass die mit dem Sauerstoff-Ionenstrahl abgeschiedene Schicht eine Ebenheit im Bereich von einigen Mikrometern aufwies, kein gutes Ergebnis. Die mit dem Argon-Ionenstrahl abgeschiedene Schicht wies demgegenüber eine bessere Ebenheit auf einem zufriedenstellenden Niveau auf. Wie in der 39 gezeigt, hatten die beiden Abscheidungsschichten eine ähnliche Zusammensetzung, Kohlenstoff wurde jedoch nur in der Abscheidungsschicht mit guter Ebenheit festgestellt, die mit dem Argon-Ionenstrahl erzeugt wurde.
Daraus haben die Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung den Schluss gezogen, dass es zwischen der Zusammensetzung und der Form der Abscheidungsschicht einen Zusammenhang gibt, und dass eine Abscheidungsschicht mit einer gewünschten Ebenheit erhalten werden kann, wenn die Abscheidungsschicht mit dem richtigen Ionenstrahl erzeugt wird.
Die Analyse der Zusammensetzung hat gezeigt, dass die Abscheidung mit dem Sauerstoff-Ionenstrahl schnell erfolgt, und dass die Ebenheit der Abscheidungsschicht nicht gut war. Demgegenüber ist bei der Abscheidung mit dem Argon-Ionenstrahl der Strahlstrom kleiner, so dass die Geschwindigkeit der Abscheidung kleiner ist wie bei dem Sauerstoff-Ionenstrahl. Wenn die Ebenheit der Abscheidungsschicht wichtig ist, ist daher zum Lochauffüllen der Argon-Ionenstrahl vorzuziehen. Wenn dagegen die Geschwindigkeit wichtiger ist als die Ebenheit, ist der Sauerstoff-Ionenstrahl besser.
Auf der Basis dieser Feststellung haben die Erfinder das Gaszuführsystem 507 mit den Absperrventilen 523A und 523B als Umschalteinrichtung für die Materialgase für den geladenen Teilchenstrahl eingeführt, um die verwendete Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl, das der Ionenquelle 501 bei der Bearbeitung der Löcher auf einer Probe 513 einschließlich der Entnahme einer Mikroprobe 581 zugeführt wird, bei der Abscheidung von Schichten einschließlich dem Lochauffüllprozess umschalten zu können. Mit der vorliegenden Ausführungsform kann daher in der Abfolge des Entnehmens eines Defektbereichs von einer Probe und Rückgabe der Probe in die Produktionslinie die Produktionsausbeute erhöht werden, da eine schnelle Bearbeitung mit einer guten Ebenheit der Oberfläche der Abscheidungsschicht im Lochauffüllprozess kompatibel ist.
Das Bypassventil 518 erleichtert die Gasabfuhr aus der Ionenquelle 501, so dass die Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl schnell geändert werden kann. Durch das Vakuum-Messgerät 536, das den Druck im Inneren der Ionenquelle 501 misst, kann der Bediener sehen, wenn das Messergebnis unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, und das Ende der Gasentladung in der Ionenquelle 501 prüfen. Dadurch kann bei dem als nächstes in die Ionenquelle 501 einzuführenden Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl eine Beeinflussung der Prozesse (oder Bearbeitungsvorgänge) durch Reste des vorher zugeführten Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl vermieden werden.
In einer Datenbank werden die geeigneten Bedingungen für die Plasmaerzeugung (z.B. Beschleunigungsspannung, Entladungsspannung, Vorspannung, Vakuumpegel usw.) für die jeweilige Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl und die geeigneten optischen Bearbeitungsbedingungen (z.B. die an die einzelnen Linsen angelegten Spannungen usw.) vorab gespeichert, und die Zentraleinheit 510 schaltet die Bedingungen automatisch um, wenn die Art des Gases geändert wird. Die Arbeitseffektivität ist damit erhöht, da es nicht erforderlich ist, bei jedem Wechsel des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl die Bedingungen für die Plasmaerzeugung oder die Bearbeitung neu festzulegen.
Mit der Einrichtung zur Messung der Oberflächenrauhigkeit (Höhe) der Abscheidungsschicht beim Auffüllen des ausgearbeiteten Lochs kann die Oberflächenrauhigkeit der Abscheidungsschicht während des Lochfüllprozesses gemessen und festgestellt werden, ob es Bereiche gibt, die nicht die vorgegebene Abscheidungshöhe aufweisen (nicht ausreichend aufgefüllte Bereiche). Wenn ja, wird die Höhe gemessen, und auf der Basis des Ergebnisses der Höhenmessung wählt die Zentraleinheit 510 aus der vorher abgespeicherten Datenbank die geeigneten Abscheidungsbedingungen aus (zum Beispiel die Strahlform, das Abtastverfahren, die Bedingungen für den Strahlquerschnitt usw.), um mit den richtigen Bedingungen über den nicht ausreichend aufgefüllten Bereich eine Abscheidungsschicht zu legen. Dadurch wird im Vergleich zu dem Fall, dass der Bediener über die Ablagerung der Abscheidungsschicht anhand der Betrachtung einer Abbildung mit dem bloßen Auge entscheidet, eine gute Ebenheit der Abscheidungsschicht sichergestellt, die unabhängig ist von den Fähigkeiten des Bedieners.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird für die Bearbeitung mit dem Ionenstrahl 502 die Projektionsmaske 544 verwendet, so dass eine schnelle Ausarbeitung des Loches und ein schnelles Auffüllen des Lochs möglich sind. Wenn dagegen ein Probenquerschnitt mit der herkömmlichen FIS-Vorrichtung bearbeitet wird, wird ein auf den Submikronbereich fokussierter Ionenstrahl elektrostatisch abgelenkt und über den vorgesehenen Bereich auf der Probe geführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dagegen zum Bearbeiten ein projizierter Ionenstrahl auf die Probe eingestrahlt, der durch eine Maskenöffnung mit geeigneter Form läuft.
Die Bearbeitungsgeschwindigkeit durch den Ionenstrahl wird grob durch die auf den zu bearbeitenden Zielbereich eingestrahlten Ladungen des Strahls bestimmt. Auch wenn der zu bearbeitende Zielbereich groß ist, lässt sich mit dem vorliegenden Verfahren im Vergleich zum FIS-Verfahren eine schnelle Bearbeitung erreichen. Im Allgemeinen ist das auszuarbeitende Loch einige Mikrometer groß, so dass, wenn der projizierte Ionenstrahl eine gewisse Leuchtkraft hat, eine schnelle Bearbeitung möglich ist.
Es ist jedoch auch möglich, den fokussierten Ionenstrahl über die Probe zu führen und die Lochausarbeitung und das Lochauffüllen bei zurückgezogener Projektionsmaske 544 auszuführen.
(Ausführungsform 5 – keine Ausführungsform der Erfindung)
Die 40 ist eine schematische Ansicht eines Prozessors für einen geladenen Teilchenstrahl bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der 40 haben gleiche Komponenten oder Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in den früheren Darstellungen das gleiche Bezugszeichen und werden hier nicht nochmals erläutert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Art des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl nicht in Abhängigkeit von der auszuführenden Arbeit umgeschaltet, sondern es werden gleichzeitig die Materialgase der verschiedenen Arten, die den auszuführenden Arbeiten entsprechen, in die Ionenquelle 501 eingeführt. Das heißt, dass eine Materialgasart für einen geladenen Teilchenstrahl (z.B. Sauerstoffgas), die für eine Lochausarbeitung in einer Probe 513 einschließlich der Entnahme einer Mikroprobe 581 geeignet ist, und eine Materialgasart (z.B. Argongas), die für die Abscheidung einer Schicht einschließlich dem Auffüllen von Löchern in der der Probe 513 geeignet ist, sowohl zum Zeitpunkt der Lochausarbeitung als auch der Schichtabscheidung durch die Gaszuführleitung 530 der Ionenquelle 501 zugeführt werden, so dass auf der Basis der mehreren Arten von Materialgasen für geladene Teilchenstrahlen Ionenstrahlen 502 erzeugt werden. Zum Beispiel werden der Ionenquelle 501 gleichzeitig Sauerstoffgas und Argongas zugeführt, und das Mischgas aus den beiden Gasen wird dazu verwendet, um den Ionenstrahl zu erzeugen. Es ergibt sich ein Ionenstrahl, dessen Eigenschaften zwischen denen des Sauerstoff-Ionenstrahls und des Argon-Ionenstrahls liegen.
Es können mehrere Gasflaschen verwendet werden, die jeweils mit den verschiedenen Arten von Materialgasen für den geladenen Teilchenstrahl gefüllt sind, um die verschiedenen Arten von Materialgasen der Ionenquelle 501 gleichzeitig zuzuführen. Es kann aber auch eine Gasflasche verwendet werden, die mit einem Mischgas gefüllt ist, das durch Mischen der verschiedenen Arten von Materialgasen für den geladenen Teilchenstrahl hergestellt wird, und das Mischgas der Ionenquelle 501 zugeführt werden. Die 40 zeigt den Fall, dass der Ionenquelle 501 von einer Gasflasche 522C ein Mischgas zugeführt wird, die mit einem Gas für eine schnelle Bearbeitung (z.B. Sauerstoffgas usw.) und einem homogenen Gas für die Abscheidungsschicht (z.B. Argongas usw.), das in einem bestimmten Mischungsverhältnis dazugemischt ist, gefüllt ist. Das Mischgas aus der Gasflasche 522C wird durch ein Absperrventil 523C entweder abgestellt oder zugeführt. Die Durchflussvolumenrate davon wird von einem Durchflusssteuerventil 524C gesteuert. Das Absperrventil 523C und das Durchflusssteuerventil 524C haben hier die gleichen Aufgaben oder Steuerfunktionen wie die Absperrventile 523A und 523B und die Durchflusssteuerventile 524A und 524B der vorherigen Ausführungsformen.
Das Mischverhältnis der verschiedenen Arten von Materialgasen für den geladenen Teilchenstrahl wird anhand von Experimenten zum Optimieren (Ausgleichen) der Ionenstrahlstabilität, der Leistungsfähigkeit beim Ausarbeiten des Lochs, der Leistungsfähigkeit beim Auffüllen des Lochs und dergleichen ermittelt.
Bei den vorherigen Ausführungsformen muss, wenn zum Beispiel von der Lochausarbeitung zum Lochauffüllprozess umgeschaltet wird, das Materialgas für den geladenen Teilchenstrahl in der Ionenquelle 501 ausgetauscht und ersetzt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird für beide Aufgaben das gleiche Mischgas verwendet, so dass keine Zeit zum Austauschen des Materialgases für den geladenen Teilchenstrahl erforderlich ist.
Die 41 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Inline-Defektanalyse mit dem beschriebenen Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl.
In der 41 bezeichnet das Bezugszeichen 613 den erfindungsgemäßen Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl, die Prozesse 110A, 110B und 110C sind Teil der Halbleiter-Produktionslinie. Zum Beispiel wird im Prozess 110A ein Teil der Probe 513 herausgenommen, und eine optische oder Elektronenstrahl-Untersuchungsvorrichtung (Betrachtungs-REM) 611 sucht nach Defekten und klassifiziert entdeckte Defekte. Dann wird die Probe 612 mit einem Defektbereich in den Prozessor 613 für einen geladenen Teilchenstrahl gegeben. Wie beschrieben lokalisiert das in den Prozessor 613 für einen geladenen Teilchenstrahl eingebaute REM den Defektbereich mittels Koordinatenverbindung mit der Untersuchungsvorrichtung 611, und eine Mikroprobe 581, die den Defektbereich enthält, wird mit der Sonde 515 entnommen. Die Mikroprobe 581 wird mittels FIS zu einer Membran gemacht und in einer Kassette aus dem Prozessor für einen geladenen Teilchenstrahl genommen. Diese Mikroprobe 581 wird dann mit einer anderen Untersuchungsvorrichtung (RTEM oder TEM) 614 betrachtet und analysiert, und das Ergebnis der Analyse (d.h. die vermutliche Ursache des Defekts) wird zu der Halbleiter-Produktionslinie zurückgegeben (siehe den Pfeil 616). Inzwischen wird die Probe 620, die ein Loch aufweist, aus dem die Mikroprobe 518 entnommen wurde, dem Lochauffüllprozess unterworfen. Die Probe 617 mit dem gefüllten Loch wird nach dem Entnahmeprozess 110A in 110B wieder der Weiterverarbeitung zugeführt. Durch die Rückführung der Probe nach dem Lochfüllprozess in die Produktionslinie wird eine Verschwendung von Ressourcen vermieden.

Claims

Ionenstrahlbearbeitungs- und Betrachtungsvorrichtung mit einer Ionenquelle (1) mit einer Vakuumkammer und einem Gaszuführmechanismus zum Einführen von Gas in die Vakuumkammer, um in der Vakuumkammer Gasionen zu erzeugen; mit einer Probenkammer (23) für die Aufnahme einer Probe (11); und mit einer Ionenstrahl-Bestrahlungssäule (21), die mit der Vakuumkammer verbunden ist, um aus der Ionenquelle (1) einen Ionenstrahl (75) zu extrahieren und den Ionenstrahl auf die Probe (11) einzustrahlen, wobei der Gaszuführmechanismus wenigstens zwei Gaszuführsysteme umfasst, die jeweils eine Gasflasche (53; 54), eine Gasleitung, ein Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) und ein Absperrventil (57; 58) aufweisen, wobei das Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) jedes Systems in der Lage ist, die Gasdruckbedingungen in der Vakuumkammer festzulegen, wobei das Absperrventil (57; 58) jedes Systems in der Lage ist, zwischen den Arten des in die Vakuumkammer eingeführten Gases umzuschalten und das Umschalten zwischen einer Gasart für einen Ionenstrahl zum Bearbeiten der Probe (11) und einer Gasart für einen Ionenstrahl zum Betrachten der Probe (11) erfolgt, und wobei das Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) jedes Systems im voraus eingestellt und festgestellt wird, bevor zwischen den Arten des in die Vakuumkammer eingeführten Gases umgeschaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ionenquelle (1) die Gasionen durch eine Gasentladung erzeugt und eine Steuervorrichtung (91) mit einer Funktion zum Speichern von wenigstens zwei oder mehr Gasentladungsspannungen aufweist, die in der Lage ist, die Gasentladungsspannungen umzuschalten, und wobei zwischen den Gasarten mit Hilfe der Absperrventile (57; 58) und des Umschaltvorgangs für die Entladungsspannungen umgeschaltet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zum Einstrahlen eines Gasionenstrahls (75) zum Bearbeiten der Probe (11) die Form einer Öffnung einer Maske (5) in der Ionenstrahl-Bestrahlungssäule (21) auf die Probe (11) projiziert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei zum Einstrahlen eines Gasionenstrahls (75) zum Betrachten der Probe (11) der von der Ionenquelle (1) emittierte Ionenstrahl in einem punktförmigen Muster auf der Probe zusammengeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Gas wenigstens eines der Gase Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff und Stickstoff enthält, und wobei das zweite Gas entweder Wasserstoffgas oder Heliumgas oder ein Mischgas ist.
Bearbeitungs- und Betrachtungsverfahren für einen Probenquerschnitt, wobei ein Gasionenstrahl (75), der von einer Ionenquelle (1) emittiert wird, auf eine Probe (11) eingestrahlt wird, wobei die Ionenquelle (1) eine Vakuumkammer und einen Gaszuführmechanismus zum Einführen von Gas in die Vakuumkammer aufweist, um in der Vakuumkammer Gasionen zu erzeugen, wobei der Gaszuführmechanismus wenigstens zwei Gaszuführsysteme umfasst, die jeweils eine Gasflasche (53; 54), eine Gasleitung, ein Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) und ein Absperrventil (57; 58) aufweisen, wobei das Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) jedes Systems in der Lage ist, die Gasdruckbedingungen in der Vakuumkammer festzulegen, und wobei das Absperrventil (57; 58) jedes Systems in der Lage ist, zwischen den Arten des in die Vakuumkammer eingeführten Gases umzuschalten, wodurch die Ionenquelle (1) in der Lage ist, wenigsten zwei Arten von Gasionen mit unterschiedlichen Massenzahlen zu erzeugen, wobei das Bearbeitungs- und Betrachtungsverfahren die folgenden Schritte umfasst: Einstellen und Feststellen der Gasvolumen-Steuerventile (59; 60) der Gaszuführsysteme im voraus; Einstrahlen, aus den zwei oder mehr Gasionenarten, eines Gasions mit einer relativ großen Massenzahl bei geöffnetem Absperrventil (57; 58) und feststehendem Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) des entsprechenden einen Gaszuführsystems, um eine im Wesentlichen vertikale Schnittfläche an der Oberfläche der Probe zu erzeugen; und Einstrahlen eines Gasions mit einer relativ kleinen Massenzahl auf die Schnittfläche bei geöffnetem Absperrventil (57; 58) und feststehendem Gasvolumen-Steuerventil (59; 60) des entsprechenden anderen Gaszuführsystems, um die Schnittfläche zu betrachten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei zur Betrachtung der Schnittfläche das Ion mit einer relativ kleinen Massenzahl mit einem kleineren Strom eingestrahlt wird als der Maximalstrom, der zum Einstrahlen des Ions mit einer relativ großen Massenzahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Ion mit einer relativ großen Massenzahl ein Gasion ist, das wenigstens eines der Gase Argon, Xenon, Krypton, Neon, Sauerstoff und Stickstoff enthält, und wobei das Ion mit der relativ kleinen Massenzahl entweder ein Wasserstoffgasion oder ein Heliumgasion oder ein Mischgasion ist.