JP2002503870A - 傾斜コラムを用いた集束粒子線システム及び方法 - Google Patents
傾斜コラムを用いた集束粒子線システム及び方法Info
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Abstract
Description
像する)ための集束粒子線システム及び方法に関わる。
オンビームコラムと、傾動式ワークステージとを一般に含む。こうしたシステム
は、ワークに対する直角線からオフセットした電子コラムを含むこともできる。
イオンコラムを用いてワークの断面を結像するには、現在のシステムでは、ワー
クにキャビティをエッチングして、更に、イオンビームがこのキャビティの側壁
に衝突できるようにワークステージを傾動する。
傾動式ワークステージは、FIBシステムのその他の多くの構成要素に比べるて
大きく、システム全体が比較的嵩張るものになってしまう。このように嵩張るこ
とは、クリーンルーム製作空間が高価なことから不利である。更に、傾動式ワー
クステージによりFIBシステムが不安定になるが、その理由は、傾動式ワーク
ステージにより、FIBシステムが以下に詳しく述べるように低周波振動及び重
力たるみを被りやすくなるからである。好ましくないことに、傾動式ワークステ
ージの振動及び変化する形状が、レーザー干渉計などのシステムの構成部品の動
作と干渉することがある。ワークの位置を正確に観測する補助に、レーザー干渉
法を用いることができる。
ように挙動する機構によって安定的に保持されている時に、低周波振動が起こる
可能性がある。低周波振動は、目標点の位置(例えば、イオンビームがワークと
相互作用する箇所)を特定する際の不確定さを増すことになって、集束粒子線シ
ステムの解像度を低下させる。
ジアッセンブリの構成部品及びワークを曲げることがある。こうした曲がりを重
力たるみと称するが、重力たるみを監視するのは容易でない。よって、重力たる
みはワークステージの位置及びワークの位置の決定における不正確さの原因とな
りうる。こうした不正確さは集束粒子線システムの解像度を低下させる。
アクセスを制限するものである。更に、既存のシステムは、特定のイオンコラム
及び電子コラムの作動距離の最適化を考慮に入れていない。ワークに対して垂直
に配向された集束イオンビームと、ワークに対する直角線からオフセットした電
子ビームとを特徴とする既存の構成においては、イオンビーム及び電子ビームの
特性(例えば、解像度及び流動密度)を最適化する作動距離が得られない。その
理由は、ワークステージと、イオンコラムの先端と、電子コラムの先端とが互い
に物理的に干渉するからである。
エッチング及び結像する)ための改良型集束粒子線システム及び方法を提供する
ことである。
に一致するようにコラムが配向されている集束粒子線システムを提供することで
ある。
スするのを促進する集束粒子線システムを提供することである。
ている。
と、そのハウジングに収容されたワークを処理する要素とを具備する。この処理
要素は、ワークステージアッセンブリと、第一粒子線源とを含む。このワークス
テージアッセンブリは、a)ワークを支持し、b)ワークを第一軸に沿って平行
移動し、c)第一軸に直交する第二軸に沿ってワークを平行移動し、d)第一軸
と第二軸との双方に直交する第三軸を中心にワークを回動しうる。ワークステー
ジアッセンブリは、第三軸に概ね平行なワークステージ軸を具備している。
する。第一粒子線源は、ワークステージアッセンブリの上方に位置すると共に、
第一粒子線軸を具備する。第一粒子線源は、第一粒子線軸が上述の第三軸と鋭角
をなすように配向されている。よって、この粒子線システムは、ワークステージ
軸を第三軸からオフセットしないで、ワークの垂直断面をエッチング及び結像で
きる。
1のアスペクト比を備えてたフィーチャー又は構造体を含むことができる。よっ
て、こうしたフィーチャー又は構造体を含んだワークの断面を形成及び結像する
際には、この断面は、個々のフィーチャーのアスペクト比がその断面に正確に反
映されるように、十分に垂直であるべきである。
の一本の軸はこの別の一本の軸に対してオフセットされていると定義されている
。
述の第一軸及び第二軸は水平面を規定し、更に、上述の第三軸が垂直軸であって
良い。この場合は、ワークステージアッセンブリは、a)ワークを水平面におい
て支持し、b)ワークを前後方向に沿って平行移動し、c)横方向、即ち左右方
向に沿ってワークを平行移動し、d)上記の垂直軸を中心にワークを回動しうる
。ワークステージアッセンブリは、この垂直軸に実質的に平行なワークステージ
軸を備えている。第一粒子線源は、垂直軸と鋭角をなすように配向された第一粒
子線源軸を具備している。よって、この粒子線システムは、ワークステージ軸を
垂直軸からオフセットしないで、ワークの垂直断面をエッチング及び結像できる
。
軸は、第三軸に対して約45度の角度をなすことができる。更に、このシステム
は、ワークと相互作用する第二粒子線源を、ワークステージアッセンブリの上方
に備えていても良い。第二粒子線源は第二粒子線軸を備えていても良い。一実施
例においては、第二粒子線源は、第二粒子線軸が第三軸に対して実質的に平行と
なるように配向されている。別の実施例では、第二粒子線源は、第二粒子線軸が
第三軸に対してオフセットされるように配向されている。
ていても良い。この電子ビーム源は、ワークステージアッセンブリの上方に位置
すると共に、電子ビーム軸を備えている。この電子ビーム源は、電子ビーム軸が
第三軸に対して選択的にオフセットされるように配向されている。
子線軸と電子ビーム軸とのそれぞれが、第三軸に対して約45度の角度をなすよ
うに、このシステムが構成されていても良い。更に、第一粒子線軸と第三軸とが
第一平面を形成し、電子ビーム軸と第三軸とが、この第一平面に実質的に直交す
る第二平面を形成するように、このシステムが構成されていても良い。このシス
テム構成は、ワークを回動させずに第一粒子線源を用いてワークの垂直断面をエ
ッチングできる且つ、電子ビームを用いてこの垂直断面を結像できるので有利で
ある。
ザー干渉計要素を含むように、このシステムを構成することもできる。このレー
ザー干渉計は、レーザー源と、ビームスプリッターと、少なくとも一つの基準ミ
ラーと、少なくとも一つのテストミラーとを含むことができる。レーザー源が、
レーザ放射をある通路に沿って第一方向に向ける。ビームスプリッターは、レー
ザー源からのレーザ放射の上記の通路上に位置しており、レーザ放射の第一部分
を上記第一方向に沿って透過させ、レーザ放射の第二部分を第二方向に沿って反
射する。基準ミラーは、レーザ放射の第一部分をビームスプリッターに反射して
返す。テストミラーは、レーザ放射の第二部分をビームスプリッターに反射して
返す。テストミラーは、ワークステージアッセンブリ上に位置している。よって
、ビームスプリッターは、レーザ放射の第一の透過部分と第二の反射部分とを結
合して、ワークの位置の測定の補助となる干渉縞を形成する。
構成しても良い。一般的に、ガス注入源は、ワークの上方で且つワークの選択し
た近傍に位置したガス注入ノズルを具備する。光学顕微鏡は、光学顕微鏡軸を備
えると共に、光学顕微鏡軸が第三軸と実質的に平行となるように配向されている
。光学顕微鏡は、いわゆるウェーハ上下ナビゲーション(原語:top-down wafer
navigation)を実行するために使用できる。
最も好適には少なくとも90度回動するワークステージアッセンブリを含むよう
に構成しても良い。
ら第二位置へ傾動可能であって、この第一位置では、第一粒子線軸は第三軸に実
質的に平行であって、第二位置では、第一粒子線軸は第三軸と角度をなす。この
構成によれば、この粒子線システムは、ワークステージ軸を第三軸からオフセッ
トすることなく、ワークの垂直断面をエッチング及び結像できる。
子線システムを提供する段階と、b)ワークステージアッセンブリにワークを載
置する段階と、c)集束粒子線源を用いてワークにキャビティをエッチングして
、ワークの垂直断面に含まれた少なくとも一つの構造体の少なくとも一部を露出
させる段階と、を含む。
第一軸に沿って平行移動し、c)第一軸に直交する第二軸に沿ってワークを平行
移動し、d)第一軸と第二軸との双方に直交する第三軸を中心にワークを回動し
うるワークステージアッセンブリを提供することを含んでいて良い。このワーク
ステージアッセンブリは、第三軸に概ね平行なワークステージ軸を具備している
。
することを更に含んでいても良い。この第一粒子線源は、ワークステージアッセ
ンブリの上方に位置する。また、第一粒子線源は第一粒子線軸を具備する。第一
粒子線源は、第一粒子線軸が上述の第三軸と鋭角をなすように配向されている。
ないで、ワークの垂直断面をエッチング及び結像できる。
する段階を含んでいても良い。この実施例では、この電子ビーム源は、ワークス
テージアッセンブリの上方に位置すると共に、電子ビーム軸を備えている。この
電子ビーム源は、電子ビーム軸が第三軸に対して選択的にオフセットされるよう
に配向されている。
に、第三軸に対して約45度の角度をなす第一粒子線軸と電子ビーム軸を具備さ
せる段階を更に含んでも良い。更に、第一粒子線軸と第三軸とが第一平面を形成
し、電子ビーム軸と第三軸とが、この第一平面が実質的に直交する第二平面を形
成しても良い。
を更に含むことができる。
チングして、これら二つのキャビティを分離する透過電子顕微鏡(TEM)サン
プル壁又はラメラを形成する段階を、更に含んでいてもよい。このTEMラメラ
は対向する第一及び第二側面を含んでいて良い。第一側面は第一キャビティに面
する一方、第二側面は第二キャビティに面する。更に、上述の方法は、電子銃か
らの電子でもってTEMラメラの第二側面を衝撃する段階と、第二キャビティを
エッチングする一方ラメラからの二次粒子放出の変化を監視することで、ラメラ
の厚みを監視する段階とを含んでも良い。
させて垂直断面を第一粒子線源に曝す段階を更に含んでいてもよい。この回動さ
せて曝す段階に続いて、この粒子線システムは、この集束粒子線を用いてワーク
の垂直断面を結像できる。
持すると共に、ワークを平面上に配向するワークステージアッセンブリを含んで
いる。このワークステージアッセンブリは、ワークを第一軸に沿って平行移動し
、ワークを第一軸に直交する第二軸に沿って平行移動し得る支持要素を具備して
いる。この支持要素は、a)第一面及び第二面と、b)支持要素の第一面に結合
された位置決めアッセンブリであって、支持要素とワークとを第一軸及び第二軸
の双方に直交する第三軸を中心に回動させて、ワークが支持要素の第二面に設置
され、平面上を平行移動され、且つその平面に垂直な第三軸を中心として回動さ
れうる、位置決めアッセンブリと、を含む。
ークステージアッセンブリに支持される。第一粒子線源は、ワークステージアッ
センブリの上方に位置すると共に、第一粒子線軸を備える。第一粒子線源は、第
一位置から第二位置へ傾動可能であって、この第一位置では、第一粒子線軸は第
三軸に実質的に平行であって、第二位置では、第一粒子線軸は第三軸と鋭角をな
す。よって、この粒子線システムは、ワークステージ軸を第三軸に対してオフセ
ットすることなく、ワークの垂直断面をエッチング及び結像できる。
て、更に詳細に記載する。
キャビティをエッチングして、ワークステージアッセンブリ25を傾動すること
なく垂直方向の断面を形成し、且つその垂直方向の断面を結像できる。図1は、
ワーク30と相互作用を行うための本発明による集束粒子線システム10の一実
施例を示す。図1のシステム10は、傾斜イオンコラム12と、真空室22と、
ワークステージアッセンブリ25とを含む。システム10は、サンプルつまりワ
ーク30(例えば、半導体デバイスを含んだウェーハ)の断面を正確にエッチン
グ及び結像することが可能な集束粒子線システムである。サンプルは真空室22
内部に設置され、また、傾斜イオンコラム12が発生した、断面像を形成するた
めの粒子ビームによって加工される。これら像は、ウェーハ内に発見された材料
欠陥を分析するのに用いられると共に、ウェーハを生産ラインから取り除くこと
なく時宜を得たデータをプロセス工学技術者に提供できる。
ステージアッセンブリ25と、サンプルつまりワーク30と、二次粒子検出器2
8とを収容する。このシステムは、プロセッサ52と電子銃31とを具備したユ
ーザ制御ステーション50を更に含む。
al, Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 1989, Vol. 28, No. 10,
pp.2095-2098)(言及して本明細書に編入する)は、ワークチャンバの排気を することなく、手動で7度まで傾動可能なイオン工学システムを備えたFIBイ
ンプランタについて説明している。この刊行物には、このシステムが軸方向及び
平面のチャネリング効果を最小にすると記載されている。平面のチャネリング効
果を制御にするために、このシステムは、サンプル回動機能付きのウェーハ支持
体を備えている。ウェーハの回動角度は15度から25度まで10段階で調節可
能である。しかし、ワークステージを傾動することなく断面を形成し、且つその
断面を結像可能なシステムに対する必要性がなお存在する。
センブリ24とを含む。支持要素26は、第一軸13に沿って(例えば、水平面
上において前後方向へ)、更に第二軸15に沿って(例えば、第一軸13に対し
て直角で、水平面上において左右方向へ)平行移動可能である。回動アッセンブ
リ24は、第一軸13及び第二軸15に対して垂直な第三軸17を中心として支
持アッセンブリを回動させることができる。回動アッセンブリ24は、360度
手動調節可能な回動要素23と、高速180度ハードストップ・ステージ回動要
素27とを含むこともできる。イオンコラム12と、ワークステージアッセンブ
リ25と、二次粒子検出器28と、任意の電子銃31の動作は、制御ステーショ
ン50によって制御できる。
ように垂直状態から傾斜している。言い換えれば、イオンコラム軸11は、第三
軸17(この場合は、垂直軸)に対して鋭角35をなす。図示した実施例では、
この角度35は45度である。電子銃31も、その軸21が第三軸17に対して
鋭角36をなすように、垂直状態から傾斜させてもよい。図示した実施例では、
この電子銃と第三軸との角度36は45度である。更に、イオンコラム軸11は
第三軸17と共に第一垂直平面を形成し、電子銃軸21は第三軸17と共に第二
垂直平面を形成する。好適な一実施例においては、第一平面は第二平面に対して
実質的に垂直である。この構成は有利であり、その理由は、ワークを第三軸17
を中心に回動させることなく、ワークをエッチングでき且つその垂直断面を結像
できるからであり、更に、イオンコラム12及び電子銃31の目標点が実質的に
一致する場合は、ワークを第一軸13と第二軸15とによって規定される平面上
で平行移動させることなく、ワークをエッチングでき、且つその垂直断面を結像
できるからである。
1のアスペクト比を備えてたフィーチャーを含むことができる。図7を参照する
と、構造体又はフィーチャーの少なくとも一部71が、ワーク30の垂直断面7
2に含まれている。構造体の露出部分71の高さ73は、その構造体の深さ又は
幅の15倍であって良い。もしこの断面が十分に垂直(即ち、ワークが規定する
平面に垂直)でなければ、問題の構造体は断面上に正確に反映されないことがあ
る。よって、構造体の寸法を正確に推定するには、個々の構造体のアスペクト比
が断面に正確に反映されるように、断面は十分に垂直であるべきである。ワーク
ステージを傾動することなくワークの断面をエッチングし、且つその断面を結像
する能力を以下に説明する。
は、ワークステージアッセンブリ25を傾動することなくサンプルにキャビティ
をエッチングして、垂直方向の断面を形成し、且つその垂直方向の断面を結像で
きる。ワークステージを傾動することなく断面をエッチングし且つ結像するには
、図1に示したシステムを用いて、図3A乃至3Eに示すと共に以下に説明する
ようにワーク30を第三軸17を中心に回動させる。傾斜ビームコラム12を備
えた集束イオンビームシステムは、図3A乃至3Bに示すように、傾斜壁74及
び垂直壁72を備えたキャビティ70をエッチングする。垂直壁とは、第三軸1
7に実質的に平行な壁である。
ワーク30を第三軸17を中心に回動させる。仮にワークステージアッセンブリ
25が、ワーク30を180度回動させると、集束イオンビームは、実質的に垂
直の入射角で傾斜壁74に衝突する。即ち、図3C及び3Dに示したように、ビ
ーム20は傾斜壁74に対して垂直である。しかし、図3E及び3Fに示したよ
うに、ワークステージアッセンブリ25が、ワーク30を第三軸17を中心に9
0度回動させると、イオンビーム20は垂直壁72(即ち、ワーク30の垂直断
面)に衝突する。よって、ワークステージアッセンブリの軸は第三軸17から傾
斜しており、傾斜集束イオンビーム20は、ワークステージアッセンブリ25を
傾動することなくワークの垂直方向の断面をエッチングし且つ結像できる。更に
、電子コラム及びイオンコラムが、上述したように実質的に垂直平面に位置して
いれば、イオンビームは図3Aに示したようにワークをエッチングし、更に、ワ
ークを第三軸17を中心に回動させることなく、電子ビームがキャビティ70の
垂直壁72を結像できる。本発明のシステム及び方法には、以下に説明するよう
に、多くの利点がある。
小型となる。ステージアッセンブリが小型になれば、図5に粒子線システムに関
して略図で示したようにフットプリントが小さくなる。クリーンルーム製作空間
は高価なことから、フットプリントが小型になれば費用の節約につながる。
ームがこの垂線からオフセットされているような以前の構成においては、イオン
ビームと電子ビームとの特性(例えば、解像度及び流動密度)を最適化する同時
作動距離を達成できなかった理由は、ワークステージと、イオンコラムの先端と
、電子コラムの先端とが互いに物理的に干渉するからである。しかし、図4に示
したように、垂直、即ち第三軸17からイオンコラム12をオフセットしたこと
で、イオンコラム及び電子コラム31の双方はワーク30に接近できる。例えば
、5nm、50KeVの集束イオンビームコラム及び、アムレイ社製の電子コラ
ムであるモデル3800は、どちらも45度ウェーハ視野を備えており、それぞ
れが約10mm及び約5mm多くの最適作動距離を同時に得られる。こうした同
時最適化作動距離は、傾動ステージを備えたマイクリオン9500IL集束イオ
ンビームシステムにおける、FIBコラムの垂直ウェーハ視野の16mmと、電
子コラムの60度ウェーハ視野の20mmという最適化されていない同時作動距
離とは対照をなすものである。
イオン集束光学素子79を第三軸17からオフセットできる。
ため、安定度が増す。ステージ傾動機構を取り除くことによってシステムの低周
波振動に対する耐性が増すと共に、重力たるみも除去されるので、このシステム
は安定性が増す。
バネのように挙動する物体によって安定的に保持されている時に、低周波振動が
起こる可能性がある。よって、ステージは傾動しないように固定されていれば、
低周波振動の潜在的な根源を取り除くこととなる。低周波振動が減少されれば、
結像解像度の向上が見込める。
ワークステージアッセンブリの構成部品の幾つかとワークが曲がることがある。
こうした曲がりは重力たるみと称する。本ワークステージアッセンブリの安定性
は高いので、製造業者はレーザー干渉計を付加して、ワークの位置決定の補助が
可能となる。レーザー干渉法では、干渉法を実行するのに用いられる複数のレー
ザービームがそれらの空間的関係を維持する必要がある。その結果、干渉計で用
いられる、レーザービームを方向付ける構成部品も、正確にそれらの空間的関係
を維持する必要がある。干渉法を実行するのに用いられる複数のレーザービーム
を方向付ける構成部品の内の少なくとも一つは、ワークステージ上に位置してい
るので、レーザー干渉計の動作が、ワークステージの振動の減少及び重力たるみ
の減少に伴って向上する。
アクセス可能となっている。こうした要素には、例えば、ウェーハ上下ナビゲー
ション用の光学顕微鏡、大容量「ビーハイブ」ガス集中装置(後に詳しく述べる
)を含むガス注入ノズル群一式、又は第二のFIBコラムなどがある。ウェーハ
上下ナビゲーション用の光学顕微鏡を採用する一つの利点は、集束粒子線システ
ムが、第三軸17に沿ってワーク30の表面の位置を制御可能となることである
。このシステムは、第三軸17に沿ってワークステージ25の位置を調節する事
で、こうした制御を継続して、光学顕微鏡を介して観察する際にワークの表面に
焦点を合わせておくことができる。第三軸に沿ってワーク30の表面の位置を制
御することによって、このシステムは、集束粒子線12をワーク30の表面の所
望の位置と確実に相互作用させる。
顕微鏡(TEM)サンプル又はラメラを形成できる。図1乃至6を参照すると、
こうしたラメラを形成するには、システムは第一キャビティ90をエッチングし
、ワーク30を平行移動および/又は粒子線を偏向させ、且つ、第二キャビティ
92を第一キャビティ90の選択した近傍にエッチングして、二つのキャビティ
を分離するTEMサンプル壁つまりラメラ86を形成する。このラメラは、第一
キャビティに面した第一側面91と、第二キャビティに面した第二側面93とを
備えていても良い。電子源31からの電子でもってTEMラメラの第二側面を衝
撃し、且つ第二キャビティ92をエッチングする一方ラメラからの二次粒子放出
の変化を監視することで、このシステムはラメラ86の厚みを監視できる。
発見された材料欠陥の分析を容易にする断面像を生成するシステムを提供し、更
に、そのウェーハを生産ラインから取り除くことなく時宜を得たデータをプロセ
ス工学技術者に提供できる。
別の実施例を示したものである。図2のシステム10は、イオンコラム12と、
真空室22と、任意の反応物質送出システム34と、ユーザ制御ステーション5
0と、を含む。システム10は、サンプル30(例えば、半導体デバイスを含ん
だウェーハ)を正確にミリング及び結像可能な集束粒子線システムである。サン
プル30は真空室22内部に設置され、且つコラム12が発生した粒子線によっ
て加工されて、断面像を形成すると共にウェーハ内に発見された材料欠陥を分析
するのに用いられる。
向要素19と、集束イオンビーム20とを含む。イオンコラム12は真空室22
の上方に設置される一方、真空室22は、ワークステージアッセンブリ25と、
プラットホーム26と、サンプル30と、二次粒子検出器28と、電荷中和要素
32とを収容する。図2に更に示したように、任意の反応物質送出システム34
には、タンク36と、圧力計40と、電動式のバルブ要素42と、送出導管44
とが含まれる。ユーザ制御ステーション50には、プロセッサ52と、パターン
認識要素54と、メモリ要素56と、表示要素60と、走査生成要素62と、ド
ウェルレジスタ64とが含まれる。
ンコラム12が真空室22の上方に設置されると共に、反応物質を真空室22に
供給する任意の反応物質送出システム34を含んだ従来の集束イオンビーム(F
IB)システムを含む。通常の技能を備えた当業者には理解されるだろうが、図
示したイオンコラム12は、本発明を実施するのに適した一つのイオンコラムを
模式的に表したものである。図示したイオンコラム12は、ガリウムイオン源の
ような液体金属イオン源(LMIS)又はヘリウムイオン源のようなガスフィー
ルド・イオン源(GFIS)でよいイオン源14を含む。イオン源14は引出し
電極16の上方に位置している。引出し電極16は、イオン源14からイオン流
を引き出すのに十分な電界を生成する。このイオン流は、集束要素18(イオン
流を細く集束されたビーム20に集束する従来の電気光学レンズでよい)を越え
て進む。更に図示されているように、イオンコラム12は、イオンビーム20を
偏向してサンプル30の表面を走査する偏向要素19を含んでいる。
5を含んだ従来の排気室でよい。ワークステージアッセンブリ25は、支持要素
26と支持要素回動アッセンブリ24とを含む。支持要素26は、第一軸と、第
一軸に対して直角をなす第二軸とに沿って平行移動可能である。回動アッセンブ
リ24は、第一軸及び第二軸の両方に対して直角をなす第三軸を中心に支持要素
26を回動させ得る。よって、ワークステージアッセンブリ25は、システム1
0に加工されているワークの変位を制御可能である。
、イオン、又はワークの像を生成するのに適したその他の粒子などの二次粒子を
検出する二次粒子検出器28を更に含む。模式的に図示したように、マサチュー
セッツ州ピーボディー所在のマイクリオン・コーポレーションが販売するイオン
ビーム・ワークステーションと共に販売されている真空室などの、如何なる真空
室22でも本発明の実施に使用できる。
には真空室22内部でワークの表面近傍に、先駆ガスなどの反応物質を送出する
のに適したものなら如何なる従来の反応物質送出システムでも良い。反応物質送
出システム34は、ワークの表面に反応物質を送出して、表面からの物質のエッ
チングを向上させるか、又は、サンプルの表面に物質を被覆可能である。
タンク36を含む。送出導管44は、反応物質をワークの表面に送出するための
ノズルとして形成した遠位部分を備える。図示した反応物質送出システム34は
、導管44と接続した圧力計40を含む。この圧力計40は、ワーク30の表面
に送出中の反応物質の導管44の中での送出圧を測定するためのものである。圧
力計40は、電動式バルブ要素42に更に結合されている。電動式バルブ要素4
4を選択的に制御して、流体送出導管44を通過するタンク36の反応物質の流
量を増加又は減少させ得る。図2に示した圧力計40と電動式バルブ42とを組
合せた構成は、フィードバック制御システムを形成するが、このフィードバック
制御システムでは、圧力計40が導管44内部の送出圧を測定し且つ電動式バル
ブ要素42を選択的に制御して反応物質の流量を増加又は減少させ、よって選択
した送出圧を維持するものである。
するとガス送出システムが改良される。このガスノズルは、上記通路を介して反
応物質を流動させる。同時に、粒子線が同じ通路を介して加工中の基板表面に到
達できる。この集中装置は、「ビーハイブ」ガス集中装置と称する。
ーク位置までの移行を実現すると考えられる部分的にフレアした形状を備える。
一実施例によるフレアさせた通路は円錐台形状を含み、且つこの通路の上部開口
においては面積が最小となりる一方、軸方向に対向した下部開口においては面積
が最大となる。この「ビーハイブ」ガス集中装置は、ここに言及して編入する現
在係属中の米国特許出願第08/667,966号に更に詳細に記載されている
。
御ステーション50によって制御される。図示した制御ステーション50には、
ドウェルレジスタ64を含む走査生成要素62を具備したプロセッサ要素52を
含む。プロセッサ要素52は、イオンビームコラム12に結合された制御要素5
8に送信通路を介して接続されている。図示したプロセッサ要素52は、CPU
要素と、プログラムメモリと、データメモリと、入出力装置とを含んだ従来のコ
ンピュータプロセッサ要素でよい。好適なプロセッサ要素の一例は、ユニックス
・オペレーティングシステムを用いたIBMのRSCワークステーションがある
。
成要素62に接続している。一実施例では、この走査生成要素は、入出力装置を
介してプロセッサ52に接続した回路カードアッセンブリである。図2に示した
、この回路カードアッセンブリの走査生成要素62は、システム10によって実
施されうる走査パターンを表すデータを記憶する走査メモリを含む。この走査パ
ターンは、ワーク30の表面をイオンビーム20で走査して、ワーク30の表面
を選択的にミリング、エッチング、又は結像するためのものである。
プルのフィーチャーの位置を表すデジタルデータ情報を格納するのに十分なメモ
リを備えた従来のコンピュータメモリ回路カードでよい。一般的には、本発明と
共に実施するのに適した走査生成ボード要素は一連の記憶場所を含み、各記憶場
所がワークの表面上の位置に対応している。各記憶場所は、サンプルのX、Yの
位置を示すデータを格納し、更に好適には、各X、Yの位置に関して、そのXと
Yの対によって表される場所におけるサンプル表面上に粒子線を保持しておく時
間を表すデジタルデータを格納するドウェルレジスタを具備する。よって、ドウ
ェルレジスタは、集束粒子線をサンプル表面上に照射して、ワークに送出される
照射線量の制御を可能にする、ドウェル時間を格納する記憶場所となる。
あろうが、ワーク表面に送出される照射線量が、ワークのその箇所から除去され
た後の材料の深さを概ね決定すると考えられる。よって、ドウェルレジスタに格
納されたドウェル時間信号は、その粒子線ミリング工程に関する深さ、即ちZ寸
法を表すと理解できる。そのため、走査生成ボード要素62に接続したプロセッ
サ52は、集束粒子線システムのエッチング又は結像工程を三次元制御するミリ
ング信号を生成する多次元ミリング要素を提供する。
を用いて、送信通路66を介してイオンコラム12の制御要素58に送信される
ミリング信号を生成する。図示した実施例においては、ミリング信号は、偏向要
素19を操作し集束粒子線を偏向する情報を制御要素58に供給する。この際に
、偏向された集束粒子線をワーク表面上で走査又はラスター化する。更に、ミリ
ング信号は、選択した深さまでミリングするための特定のドウェル時間の間は、
集束粒子線を選択した場所に保持するために、偏向要素19を操作する情報を制
御要素58に供給する。一般的にワーク30の表面は、X及びY軸の垂直な軸の
対によって規定可能な二次元平面に対応する。集束イオンビーム20の通路に平
行に延在すると一般的に考えられるZ軸は、ワーク30の表面のX及びY軸によ
って規定される平面に概ね垂直である。粒子線20の位置を制御することにより
、更に、ビーム20がワーク30の表面に衝突する時間を制御することにより、
ワーク30の選択した場所において材料を除去できる。従って、システム10は
、ミリング工程を多次元制御し、よって、粒子線20がワーク表面の選択した部
分を除去すると共にワークに正確な幾何学的形態を形成できる。
束イオンビームをワーク30の表面の選択した場所に向ける、偏向要素19を含
むイオンコラム12が示されているが、集束粒子線プロセス及びシステム分野の
通常の技能を備えた当業者には明白であろうが、集束イオンビームをワークの表
面の選択した場所に向けるのに適していれば、如何なるシステムでも本発明の実
施に用いられる。例えば、別の実施例では、プラットホーム24は、ミリング工
程のX、Y空間に対応したX、Y空間中を移動可能であり、更に、プロセッサ5
2が生成するミリング信号を、ステージ制御システムに提供できる。そして、ス
テージ制御システムは、ワーク30を支持するステージを移動して、ワークの選
択した部分を集束粒子線の通路に直接配置して、ワーク30をミリング又は結像
するものである。粒子線を配向するこれ以外のシステム及び方法も、本発明の精
神から逸脱することなく、本発明と共に実施可能である。
あろうが、読取り書込みコンピュータメモリの回路カードアッセンブリとして示
されている図示した走査生成要素62は、ソフトウェアプログラムコードとして
実現してもよいが、その場合、このプログラムコードは、ドウェル時間を表すデ
ータと、X、Y位置を表すデータを格納する記憶場所を提供するようこのプログ
ラムコードによって構成されているアクセス可能なデータメモリを備えたコンピ
ュータプラットフォームでランする。こうした変更は当業者の技術範囲であり、
本発明の範囲から逸脱するものではない。
像を生成し、その像を処理してフィーチャーの正確な位置を測定する。ワークの
幾何学的形態は、一実施例においては、予め規定した登録点に対するそのフィー
チャーのフットプリントの周囲の座標を定義できる座標信号によって表される。
境界標識として機能する予め規定した登録点を用いることは、集束イオンビーム
プロセスの予備工程においてワークを手動で位置決めするためのものとしてイオ
ンビームプロセスの分野では周知である。パターン認識要素54によって用いら
れる、座標システムを初期化するその他のシステム及び方法も、本発明の範囲か
ら逸脱することなく、本発明と共に実施可能である。
12に接続すると共に、送信通路68を介して二次粒子検出器28にも接続する
パターン認識要素54を含む。ここでは、送信通路68はデータをパターン認識
要素54に伝達する。更に、パターン認識要素54は、送信通路46を介して電
荷中和要素32にも接続されており、ここでは、送信通路46は、制御信号を電
荷中和要素32に伝達して、電荷中和要素32を作動したり停止したりする。図
示した実施例では、パターン認識要素54は、既知のフィーチャープレゼンテー
ションを表すデータを格納するコンピュータメモリ要素として機能するメモリ要
素56にも、双方向バスを介して接続している。
12と二次粒子検出器28とを用いて、ワーク30の表面の像を生成する。具体
的には、パターン認識要素54は、送信通路48を介してイオンコラム12の制
御要素58に送信される一連の走査制御信号を生成する。この走査制御信号は、
制御要素58を方向付けて、ワーク30の表面を規定するXY平面上を集束イオ
ンビームで走査させ、とりわけ、対象となるフィーチャーを含んだワーク30部
分を集束イオンビームで走査させる。ワーク30の表面を集束イオンビームで走
査することで、二次電子及び二次イオンを含む二次粒子の放出が起こる。二次粒
子検出器28が、放出された二次粒子を検出して、画像信号68をパターン認識
要素54に提供する。パターン認識要素54は、この画像信号を、偏向要素19
に印加される偏向信号を生成する走査信号と連携させる。そして、パターン認識
要素54は、この画像信号をこの偏向信号と相関させて、検出信号の変化が、ワ
ーク30表面上の特定の場所に対応する特定の偏向信号振幅と関連づけられる。
出するための、電子増倍管、マイクロチャネルプレート、二次イオン質量分析器
、光子検出器、又はエネルギー分散検出器のような様々な種類の装置の何れかで
あればよい。本明細書に記載された技術は、イオンビーム処理の分野では周知で
あり、ここに記載された結像手法に対する如何なる代替、偏向、付加、削除も本
発明の範囲内にあると考えられる。結像処理中に、パターン認識要素54は、送
信通路46を介して電荷中和要素32に伝達される制御信号を生成することが好
ましい。図2に示した電荷中和要素32は、電子ビームをワーク30の表面に向
けて発する電子銃要素である。この電子ビームは、結像処理中にワーク30の表
面上に発生して増加する静電荷を中和する。増加する静電荷を中和することで、
電荷中和要素は、ワーク30表面上を走査する正電荷イオンビーム20の焦点を
ぼかし且つ偏向させるワーク30表面上の正電荷に起因する、イオンビームの焦
点はずれ及び偏向を減少させる。よって、電荷中和要素32により、システム1
0はワークフィーチャーのより正確な像を生成することが可能となる。
4の一部をなすコンピュータメモリとを格納する。パターン認識要素54には、
マサチューセッツ州ニーダム所在のコグネックス・コーポレーション社が製造販
売しているような、パターン認識プロセッサが含まれる。更に、パターン認識シ
ステム54は、ワークの表面の画像信号を、システムユーザに対してワークのフ
ィーチャーを表示する表示装置60に送信できる。
号を分析する。パターン認識要素54が行うこの分析は、ここに言及して編入す
る現在係属中の米国特許出願第08/635,063号に記載されている。
のフィーチャーをミリングし、且つ結像するシステムを提供する。システム10
は、ワークのフィーチャーの位置及び幾何学的形態を自動的に認識し、更に、こ
の位置及び幾何学的形態から、集束イオンビームを配向してワークをミリングす
る一組のミリング信号を自動的に生成する。よって、システム10は、結像及び
プロセス分析に適した正確な幾何学的形態を備えたワークのフィーチャーを形成
できる。こうした作業の一つ(ワークの断面のエッチングと結像)が、図3A乃
至3Fに関連して既に説明されている。
いるのが理解されるであろう。本発明の範囲を逸脱することなく上記の構成にあ
る種の変更を加えることは可能であるから、上記の記載に含まれ、又添付の図面
に示された全ての事項は、例示的であって、何ら限定するものではないと理解さ
れるべきである。
徴を網羅することは理解されるべきである。また、以下の請求項は、言葉上の問
題で、請求の範囲の外にあると主張されかねない本発明の範囲に関する記載も、
網羅することは理解されるべきである。
保することを望むものは特許請求の範囲に記載された通りである。
の断面図である。図3Bは図3Aのワークを上方から見た斜視図である。図3C
はステージが、ワークを図3Aの配向から180度回動した後の、図3Aワーク
の断面図である。図3Dは図3Cのワークを上方から見た斜視図である。図3E
はステージが、ワークを図3Aの配向から90度回動した後の、図3Aワークの
断面図である。図3Fは図3Eのワークを上方から見た斜視図である。
傾動ステージの略図である。
過電子顕微鏡(TEM)ラメラの斜視図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 ワークと相互作用する粒子線システムであって、 前記ワークを収容するハウジングと、 前記ハウジングに収容された前記ワークを処理する手段とを包含し、この手段
が、 a)前記ワークを支持し、b)前記ワークを第一軸に沿って平行移動し、c)
前記第一軸に直交する第二軸に沿って前記ワークを平行移動し、d)前記第一軸
と前記第二軸との双方に直交する第三軸を中心に前記ワークを回転しうるワーク
ステージアッセンブリであって、前記第三軸に概ね平行なワークステージ軸を具
備したワークステージアッセンブリと、 前記ワークと相互作用する第一粒子線源であって、前記第三軸と鋭角をなすよ
うに配向された第一粒子線源軸をそなえた第一粒子線源とを含み、 よって、前記ワークステージ軸を前記第三軸からオフセットしないで、前記ワ
ークの垂直断面をエッチング及び結像可能な、粒子線システム。 - 【請求項2】 前記第一粒子線源軸が前記第三軸に対して7度より大きく90
度より小さい角度を形成するように、前記第一粒子線源が配向されている、請求
項1に記載の粒子線システム。 - 【請求項3】 前記第一粒子線軸が前記第三軸に対して約45度の角度を形成
するように、前記第一粒子線源が配向されている、請求項1に記載の粒子線シス
テム。 - 【請求項4】 前記ワークと相互作用すると共に、前記第一粒子線源の選択さ
れた近傍に位置する第二粒子線源であって、前記第三軸に対して実質的に平行に
配向された第二粒子線軸を具備した第二粒子線源を更に包含する、請求項1に記
載の粒子線システム。 - 【請求項5】 前記ワークと相互作用すると共に、前記第一粒子線源の選択さ
れた近傍に位置する第二粒子線源であって、前記第三軸に対してオフセットされ
る第二粒子線軸を具備した第二粒子線源を更に包含する、請求項1に記載の粒子
線システム。 - 【請求項6】 前記ワークと相互作用すると共に、前記第一粒子線源の選択さ
れた近傍に位置する電子ビーム源であって、前記第三軸に対して選択的にオフセ
ットされた電子ビーム軸を具備した電子ビーム源を更に包含する、 請求項1に記載の粒子線システム。 - 【請求項7】 前記第一粒子線軸と前記電子ビーム軸とのそれぞれが、前記第
三軸に対して約45度の角度をなし、 前記第一粒子線軸と前記第三軸とが第一平面を形成し、前記電子ビーム軸と前
記第三軸とが、前記第一平面に実質的に直角に配向した第二平面を形成する、請
求項6に記載の粒子線システム。 - 【請求項8】 前記ワークの位置の測定の補助となるレーザー干渉計手段であ
って、前記ハウジング内で前記ワークステージアッセンブリの選択した近傍に位
置したレーザー干渉計手段を更に包含し、前記レーザー干渉計手段が、 レーザ放射をある通路に沿って第一方向に向ける、レーザー源と、 前記レーザー源からの前記レーザ放射の前記通路上に位置しており、前記レー
ザ放射の第一部分を前記第一方向に沿って透過させ、前記レーザ放射の第二部分
を第二方向に沿って反射する、ビームスプリッターと、 前記レーザ放射の前記第一の透過部分を前記ビームスプリッターに反射して返
す、少なくとも一つの基準ミラーと、 前記レーザ放射の前記第二の反射部分を前記ビームスプリッターに反射して返
す、少なくとも一つのテストミラーと、を含み、 よって、前記ビームスプリッターが、前記レーザ放射の前記第一の透過部分と
前記第二の反射部分とを結合して、前記ワークの位置の測定の補助となる干渉縞
を形成する、請求項1に記載の粒子線システム。 - 【請求項9】 前記ワークの選択した近傍に位置したガス注入ノズルを具備し
たガス注入源を更に包含する、請求項1に記載の粒子線システム。 - 【請求項10】 前記ワークステージアッセンブリが、前記第三軸を中心とし
て25度より大きい角度で回転する、請求項1に記載の粒子線システム。 - 【請求項11】 前記ワークと相互作用する光学顕微鏡であって、前記第三軸
と実質的に平行に配向されている光学顕微鏡軸を備えた光学顕微鏡を更に包含す
る、請求項1に記載の粒子線システム。 - 【請求項12】 ワークと相互に作用する粒子線システムであって、 前記ワークを収容するハウジングと、 前記ハウジングに収容された前記ワークを処理する手段であって、この手段が
、 a)前記ワークを支持し、b)前記ワークを第一軸に沿って平行移動し、c)
前記第一軸に直交する第二軸に沿って前記ワークを平行移動し、d)前記第一軸
と前記第二軸との双方に直交する第三軸を中心に前記ワークを回転しうるワーク
ステージアッセンブリであって、前記第三軸に概ね平行なワークステージ軸を具
備したワークステージアッセンブリと、 前記ワークステージアッセンブリに支持された前記ワークと相互作用する第一
粒子線源であって、第一粒子線軸を具備すると共に、前記第一粒子線軸が前記第
三軸に実質的に平行である第一位置から、前記第一粒子線軸が前記第三軸と鋭角
をなす第二位置へ傾動可能な、第一粒子線源とを含み、 よって、この粒子線システムは、前記ワークステージ軸を前記第三軸からオフ
セットすることなく、前記ワークの垂直断面をエッチング及び結像可能な、粒子
線システム。 - 【請求項13】 粒子線システムを用いてワークを処理するする方法であって
、 粒子線システムを提供する段階であって、この段階が、 a)前記ワークを支持し、b)前記ワークを第一軸に沿って平行移動し、c)
前記第一軸に直交する第二軸に沿って前記ワークを平行移動し、d)前記第一軸
と前記第二軸との双方に直交する第三軸を中心に前記ワークを回転しうるワーク
ステージアッセンブリであって、前記第三軸に概ね平行なワークステージ軸を具
備したワークステージアッセンブリを提供する段階と、 前記ワークと相互作用する第一粒子線源であって、前記第三軸と鋭角をなすよ
うに配向されている第一粒子線軸を備えた第一粒子線源を提供する段階と、を含
み、 よって、この粒子線システムは、前記ワークステージ軸を前記第三軸からオフ
セットしないで、前記ワークの垂直断面をエッチング及び結像できる、粒子線シ
ステムを提供する段階と、 前記ワークステージアッセンブリ上にワークを載置する段階と、 前記第一粒子線源を用いて前記ワークに第一キャビティをエッチングして、前
記ワークの垂直断面に含まれた少なくとも一つの構造体の少なくとも一部を曝す
段階と、を包含したワークを処理するする方法。 - 【請求項14】 前記の粒子線システムを提供する段階が、 前記ワークと相互作用すると共に、前記第一粒子線源の選択された近傍に位置
した電子ビーム源を提供する段階を含み、前記電子ビーム源は、電子ビーム軸を
備えると共に、この電子ビーム軸が第三軸に対して選択的にオフセットされるよ
うに配向されている、請求項13に記載のワークを処理するする方法。 - 【請求項15】 前記の粒子線システムを提供する段階が、 前記第一粒子線軸及び前記電子ビーム軸が、前記第三軸に対して約45度の角
度をなす前記電子ビーム源と前記第一粒子線源を提供する段階を更に含み、 前記第一粒子線軸及び前記第三軸が第一平面を形成し、更に、前記電子ビーム
軸及び前記第三軸が、前記第一平面に対して実質的に直交する第二平面を形成す
る、請求項14に記載のワークを処理するする方法。 - 【請求項16】 前記エッチング段階に続いて、前記電子ビーム源を用いて前
記ワークの前記垂直断面を結蔵する段階を含む、請求項15に記載のワークを処
理するする方法。 - 【請求項17】 第二キャビティを前記第一キャビティの選択した近傍にエッ
チングして、これら二つのキャビティを分離する透過電子顕微鏡ラメラであって
、前記第一キャビティに面した第一側面と前記第二キャビティに面した第二側面
とを備えた透過電子顕微鏡ラメラを形成する段階と、 前記電子銃からの電子でもって前記透過電子顕微鏡ラメラの前記第二側面を衝
撃する段階と、 前記第二キャビティをエッチングする一方前記ラメラからの二次粒子放出の変
化を監視することで、前記ラメラの厚みを監視する段階とを更に包含する、請求
項15に記載のワークを処理するする方法。 - 【請求項18】 前記のエッチングして曝す段階に続いて、前記第三軸を中心
に前記ワークを回転させて、前記第一粒子線源に前記垂直断面を曝す段階を更に
包含する、請求項13に記載のワークを処理するする方法。 - 【請求項19】 前記の回転させて曝す段階に続いて、前記第一粒子線源を用
いて前記ワークの前記垂直断面を結像する段階を更に包含する、請求項18に記
載のワークを処理するする方法。 - 【請求項20】 ワークと相互に作用する粒子線システムであって、 (A)前記ワークを収容するハウジングと、 (B)前記ハウジングに収容された前記ワークを処理するよう構成された集束
粒子線処理装置とを包含し、前記集束粒子線処理装置が、 (1)前記ワークを支持すると共に、前記ワークを平面上に配向するワークス
テージアッセンブリであって、 (a)前記ワークを第一軸に沿って平行移動し、前記ワークを前記第一軸に直
交する第二軸に沿って平行移動し得る支持要素であって、第一面及び第二面を備
えた支持要素と、 (b)前記支持要素の前記第一面に結合された位置決めアッセンブリであって
、前記支持要素と前記ワークとを前記第一軸及び前記第二軸の双方に直交する第
三軸を中心に回動させて、前記ワークが前記支持要素の前記第二面に設置され、
平面上を平行移動され、且つその平面に垂直な前記第三軸を中心として回動され
うる、位置決めアッセンブリとを含むワークステージアッセンブリと、 (2)前記ワークステージアッセンブリに支持された前記ワークと相互作用す
ると共に、第一粒子線軸を備えた第一粒子線源であって、前記第一粒子線軸が前
記第三軸に実質的に平行となる第一位置から、前記第一粒子線軸はが前記第三軸
と鋭角をなす第二位置へ傾動可能な第一粒子線源を含み、 よって、前記ワークステージ軸を前記第三軸に対してオフセットすることなく
、前記ワークの垂直断面をエッチング及び結像可能な、粒子線システム。
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