JP2003520409A - 成形され、低密度な集束イオンビーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ターゲットに供給された作業物質と材料を堆積させるための若しくは除去するためのターゲットとの間の反応を促すための低電流密度及び成形されたエッジを有する成形されたイオンビームを提供する方法及び装置。低電流密度及び成形されたエッジは、急速なイオンビーム加工を可能にしつつ、過加工の問題を除去する。成形ビームを生成する一方法は、２つのレンズ系を用いるものである。第一のレンズはソースを第二のレンズの面上に画像化し、第二のレンズはアパーチャの画像をターゲット面上に形成する。別の方法は、色収差制限ビームを大幅に不足焦点化することである。均一な電流密度とシャープなエッジとを有する大きなビームが生成され得る。シャープなエッジを有するナイフエッジ・ビームも生成され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、表面をミリングし、エッチングし、表面上に材料をデポジットさせ
る集束イオンビーム（ＦＩＢ）システムに関する。

【０００２】 高度な精度で材料をデポジットさせ、又は微小な地形をエッチングする能力の
ために、ＦＩＢシステムは、集積回路の加工、ディスク・ドライブ用の薄膜ヘッ
ドのトリミング、超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）の加工、透過型電子顕微
鏡（ＴＥＭ）において閲覧するためのサンプルの準備、などの多様な用途に用い
られる。これらの用途及び他の継続的な需要が、より小さく、より精巧な固体面
上の微小な地形を作成する速度及び精度を向上させた。多くの用途において、数
多くのミクロン立方単位の材料が秒若しくは分単位で除去若しくは追加されなけ
ればならない。

【０００３】 微小な地形を作成する標準的な方法は、材料をミリングし、エッチングし、又
は、デポジットさせるために、ターゲット面上のパターンを精巧に集束されたイ
オンビームで走査することを含む。ミリングには、スパッタリングと呼ばれる処
理において、イオン衝突によって、表面材料が直接的に除去されることを含む。
ＦＩＢデポジッションにおいて、通常は有機金属化合物を含むガスが、ターゲッ
ト面上のＦＩＢ衝突点に向けて導かれる。このガスは、イオンビームのあるとこ
ろで、材料をターゲット面へ加えるために、分解する。イオンビームによるデポ
ジッション処理は、当業者には良く知られている。ＦＩＢ強化エッチングは、各
衝突イオンによって除去される表面原子の数を増やすために、ＦＩＢと共に反応
性ガスを用いる。このような処理は、当業者には良く知られている。デポジッシ
ョン及びエッチングにおいて、反応性ガスは、試料面上へ吸収され、イオンビー
ムのあるところで反応する。材料除去若しくは堆積の速度は、ターゲット面に衝
突するイオン数、気体分子が表面によって吸収される速度、及び各イオンによっ
て除去若しくは堆積された原子数、に依存する。

【０００４】 より小さい地形を生成するために、ユーザはより高い解像度のＦＩＢシステム
を要求している。より高い解像度は、より小さい直径のイオンビームを意味し、
それはしばしば１／１０マイクロかそれ以下のオーダである。小さい直径のイオ
ンビームは、通常、イオンソースの画像をターゲット表面上に形成することによ
って生成されるガウス形状ビームである。イオンビーム・リソグラフィにおいて
用いられる、小さい直径のビームを形成する別の方法は、アパーチャの画像をタ
ーゲット上に形成することを含む。このようなアパーチャ画像化技術は、当業者
には良く知られている。このような小さい直径のビームは、通常、イオンがほと
んど含まれていない。すなわち、より大きい直径のビームよりも、よりビーム電
流が低い。このようなビームによる材料のエッチング若しくはデポジッションの
速度は、ビームにおけるイオン総数が減るために、減少する。

【０００５】 イオンビーム生成技術における改善によって、ビーム電流密度、すなわち単位
エリア当たりの電流、は向上されている。イオンビームがその走査パターンにお
けるそれぞれの表面サイト若しくはピクセル上に滞在するとき、吸収された気体
分子が反応し、幅広く目的化されたガスジェットよって補充され得るよりも素早
く、高電流密度によって除去される。この現象は、「オーバーミリング」として
知られており、ガス・フラックスがイオン・フラックスを支持するのに不十分な
ときに、ＦＩＢエッチング及びデポジッティングの両方に対して当てはまる。こ
の大規模なガス除去は、イオンビームによって生じるエッチング若しくはデポジ
ッティングを、より高密度の吸収分子が表面上に存在する場合よりも効率悪くす
る。デポジッションにおいて、低密度な吸収気体は、堆積速度を低下させるだけ
でなく、既に堆積された材料の一部がイオンビームによってエッチングされ得る
。

【０００６】 ＦＩＢデポジッション速度若しくはＦＩＢ強化エッチング速度は、要求された
解像度におけるビーム電流若しくは気体分子の供給のいずれかによって、制限さ
れ得る。白金のデポジッションは、特に難しいケースであり、吸収された白金有
機物質のオーバーミリングを防ぐために、ビーム電流及び対応する電流密度が制
限されなければならない。

【０００７】 ガスジェットはサブミクロンのイオンビームよりもかなり幅広いため、単に、
試料へ向けられたガス流を増やしても、イオンビームの衝突点近くで吸収される
ガスの十分な供給を提供するには多くの場合不十分である。更に、真空室内へ噴
射されたガスのほとんどは反応しない。ＦＩＢエッチング及びデポジッションに
おいて用いられるガスは、腐食性であることが多く、流束が増加されると増える
未反応気体分子は真空システムにおける成分を低下させ得る。ガスの流速を大幅
に増やすことも、イオンビームを維持するために要求される真空に不利に影響を
与え得る。

【０００８】 オーバーミリング問題への１つの解決策は、ビーム電流を下げることである。
この解決策は、デポジッション若しくはエッチングの速度を下げ、特に大量の材
料がデポジット若しくはエッチングされなければならないときに、許容し得ない
長い加工時間をもたらす。オーバーミリング問題への別の解決策は、走査速度を
上げること、すなわち、接着ガスが使い果たされる前にビームを新しい位置へ動
かすように、走査パターンにおける各表面ピクセルにおけるイオンビームの滞在
時間を減らすこと、である。しかし、ビームがどのくらい素早く正確に走査され
得るかには、物理的限界がある。ビームのガリウムイオンは、通常、ナノ秒当た
り０．３ミリメートル移動し、イオンカラム偏向板は数十ミリメートルの長さが
あるため、イオンが偏向板を横断するのに掛かる時間は、短い滞在時間において
重大であり、走査速度を制限する。現在用いられる最小ピクセル滞在時間は、約
１００ナノ秒である。このように、いくつかのガスでは、イオンビームは、接着
気体分子が大規模に反応する前に場所を変えるように十分に素早く走査されるこ
とができない。

【０００９】 別の解決策は、より幅広く、より低電流密度のビームを生成するやや非集束化
されたイオンビーム・システムを用いることである。しかし、このようなビーム
は、シャープなエッジや現代的用途において要求される高解像度を生成できない
。最も集束されたイオンビームの一次元電流密度プロファイル（ビームの中心を
通る単一軸に沿った電流密度）は、ほぼガウス形状若しくはベル形状である。イ
オンのほとんどは、ビームの中心部分にあり、イオン数はビーム端へ向かうほど
徐々に減る。この非均一なビーム分布は、不均等なエッチング及びデポジッショ
ンを生じさせる。幅広いビームは、エッチングされた若しくはデポジットされた
地形上にシャープで垂直なエッジの代わりに、許容し得ない傾斜をもたらすおお
まかに先細りしたエッジを有する。

【００１０】 このように、高解像度及び高処理速度を提供するオーバーミリング問題への解
決策が必要とされる。

【００１１】 本発明の目的は、集束イオンビーム・デポジッション及びエッチングの速度を
向上させることである。

【００１２】 本発明の別の目的は、エッジ解像度を低下させることなく、集束イオンビーム
・デポジッション及びエッチングの速度を向上させることである。

【００１３】 本発明の更に別の目的は、均一で且つオーバーミリングを減らすのに十分に低
い電流密度と、効果的な加工のために十分に高い電流と、を有するイオンビーム
を提供することである。

【００１４】 本発明の更に別の目的は、中〜大規模のエリアにわたるデポジッション若しく
はエッチングの速度を向上させることである。

【００１５】 本発明の更に別の目的は、高いビーム電流、低いビーム電流密度、及び高いエ
ッジ解像度を有する大きいサイズのイオンビームを提供することである。

【００１６】 本発明の更に別の目的は、特定用途向けにカスタマイズされた、長方形などの
特定の形状を有するイオンビームを提供することである。

【００１７】 本発明によれば、比較的低い電流密度とシャープなエッジ解像度とを有する成
形されたイオンビームが生成される。ビームの「形状」とは、その横断面エリア
上の電流密度を指す。例えば、我々が我々の参照として半最大電流密度を選択す
る場合、ビーム形状は、２次元電流密度分布若しくは輪郭における半分の電流密
度輪郭線の形状である。このように、ビームの形状は、そのパスに沿って、場所
毎に異なる。「成形されたイオンビーム」は、非円形で、２次元電流密度輪郭を
有するビームを意味する。集束イオンビームの形状は、シリコン・ウェハなどの
表面を非走査ビームでミリングし、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いてスポッ
ト・パターンの形状を観測することによって、決定され得る。

【００１８】 成形されたイオンビームの電流密度は、エッチング若しくはデポジッション速
度が吸収気体分子の枯渇によって制限されないほど十分に低く作られ得る。成形
イオンビームの全体的なビーム電流は、従来の成形されていないビームのものと
比べて、エッチング及びデポジッション速度を十分に増やすのに十分なほど高く
作られ得る。加えて、成形ビームの一部の幾何学的地形態様のエッジ解像度は、
従来の成形されていない高解像度ビームによって生成されたものと比べて、地形
を生成するために十分にシャープである。一部の実施形態において、成形ビーム
は、成形されていないビームよりかなり大きいサイズ若しくは直径を有し、シャ
ープなエッジ解像度を伴うほぼ均一な電流密度を有する。このようなビームは、
ターゲット表面を越えて進められ、大きなエリアにわたって均一なエッチング若
しくはデポジッションを生成し得る。

【００１９】 本発明を具体化する集束イオンビーム・システムは、真空システムに配置され
、ターゲットに衝突するようにイオンビームを方向付けるイオンビーム・カラム
を有する。このイオンビーム・カラムは、電子を加速させ、電子を走査し、更に
、通常は、二次電子若しくはイオン検知及び画像化システムと、ターゲット上に
材料をデポジットさせるか若しくはエッチングするために気体を供給する気体噴
射システムと、を有する。

【００２０】 「アパーチャ画像化」実施形態と呼ばれる好ましい実施形態の一において、イ
オン・カラムは、ターゲットにおいて、アパーチャの縮小画像を提供する。この
実施形態において、色収差及び球面収差は非常に低く、有限なソース・サイズは
、成形ビームのエッジ解像度を大幅に低下させない。ビーム・エッジ解像度に対
する主な残った寄与要因は、アパーチャのエッジ粗さ及びビーム相互作用である
。更に、この実施形態において、成形ビーム・サイズは、ビーム・エッジ解像度
が焦点に依存するにもかかわらず、集束条件から比較的独立している。

【００２１】 非集束化実施形態と呼ばれる別の好ましい実施形態は、大きくて、強力な、非
集束化された、好ましくは長方形若しくは正方形で、ほぼ均一なビーム密度を有
する、成形ビームを生成する。強い非集束化は、全体のビーム電流が劇的に増加
されても、電流密度を大幅に減らし得る。非集束化方法は、最終レンズ前若しく
は後に、長方形若しくは正方形に成形されたアパーチャを用いることが好ましい
。これらの状況下で、ミクロン・オーダーの辺を有する大きな長方形ビームが、
比較的シャープなエッジと共に生成され得る。長方形ビームのサイズは、ビーム
非集束化量に依存し、非集束の度合を大きくするほど、ビームは大きくなる。こ
の成形ビーム用の非集束化方法は、短いカラムにおいて成形アパーチャによって
より大幅に縮小化されたビームが形成されることを可能にするため、より小さい
直径のビームにより適したものとなる。しかし、それはビーム・サイズに対する
より大きな収差寄与を有し、成形ビーム・サイズはビーム非集束化量に依存する
。

【００２２】 ここまでは、以下の本発明の詳細な説明がより良く理解されるために、本発明
の特徴及び技術的利点について幅広く概略を述べた。本発明の請求項の主題を形
成する本発明の追加的特長及び利点は、以下に説明される。開示された概念及び
特定の実施形態は、本発明と同じ目的を実行するための他の構成を修正・設計す
る基礎として容易に用いられ得ることは当業者には明らかである。このような等
化な構成は、付属の請求項で説明される本発明の意図及び範囲を逸脱しないこと
も当業者には明らかである。本発明の態様な実施形態は、用途毎にカスタマイズ
することが可能であり、本発明の全目的がそれぞれの実施形態において達成され
るわけではない、ことも当業者には明らかである。

【００２３】 本発明及びその利点のより完全な理解のために、ここで、添付図面と共に、以
下の説明が参照される。

【００２４】 本発明の好ましい実施形態によれば、集束イオンビーム・システムにおけるイ
オン光カラムが、シャープなエッジ解像度を有する真っ直ぐなエッジなどの１以
上の望ましい幾何学的地形を有する成形イオンビームを生成する。イオン光カラ
ムは、図１に示すような集束イオンビーム・システムにおいて、実施される。

【００２５】 図１において、真空エンベロープ１０は、内部に配置された上部ネック部分１
２と、液体金属イオンソース１４と、搾出電極手段及び静電光学系を有する集束
カラム１６と、を有する。イオンビーム１８は、ソース１４から、カラム１６及
び符号２０で示される静電偏向手段間を通り、サンプル２２へ向かう。サンプル
２２は、例えば、より下部のチャンバ２６内の移動可能なＸ−Ｙステージ２４上
に配置された半導体装置を有する。イオン・ポンプ２８は、ネック部分１２を真
空にするために採用される。チャンバ２６は、ターボ分子と真空制御器３２の制
御下にある機械式ポンピング・システム３０とを用いて、真空にされる。

【００２６】 高電圧電源３４は、約３０ｋｅＶのイオンビーム１８を形成し、下方へ方向付
ける集束カラム１６における適切な電極と同様に、液体金属イオンソース１４へ
も接続される。偏向制御器及び増幅器３６は、パターン生成器３８によって提供
されたラスター・パターンなどの命令されたパターンに従って作動されると共に
、偏向板２０へ接続されるため、ビーム１８は対応するパターンをサンプル２２
の上部表面上に対応するパターンをトレースするように制御され得る。本分野で
は良く知られているように、システムによっては、偏向板が最終レンズの前に配
置される場合もある。

【００２７】 ソース１４は、通常、ガリウムの金属イオンビームを提供するが、マルチカス
プなどの他のイオンソースやその他のプラズマ・イオンソースも用いられ得る。
このソースは、通常、イオン・ミリング、強化エッチング、材料デポジッション
によって表面２２を改良するためか、又は、表面２２を画像化するために、サン
プル２２において１／１０サブミクロン幅のビームへと集束され得る。画像化の
ために二次放出を検知するのに用いられる電子乗算器４０は、映像モニタ４４に
原動力を供給すると共に、制御器３６から偏向信号を受信するビデオ回路及び増
幅器４２へ、接続される。

【００２８】 ガスソース４６は、ベローズ５２内の支持手段を経由して前記ソースを位置決
めするように適応された移行装置４８によって、チャンバ２６の側面内に置かれ
る。ガス蒸気を導入し、サンプルへ導く装置は、当業者には良く知られている。
ソース４６は、リザーバ５０と、ヒータ５４と、を有する。ヒータ５４は、膜型
ヒータを有してもよく、以下により完全に説明するように、適切な蒸気圧を提供
する温度まで、リザーバ５０内の化合物の温度を上げるのに用いられ得る。皮下
注射針によって提供される毛細管を有する移送チューブ若しくはノズル５６は、
リザーバ５０から伸び、ガス蒸気を放すように適応された制御弁５８を経由して
、そこに接続される。このノズルは、気体蒸気がサンプル２２の頂面上の領域に
直接的に向けられ得るように、移行装置４８を採用したその軸に対してほぼ垂直
な直交方向へ伸ばされ、移行される。

【００２９】 ドア６０は、加熱され得るステージ２４上にサンプルを挿入し、リザーバ５０
を取り付けるために、開かれる。このドアは、リザーバ５０における温度が室温
を実質的に上回ると開くことができないように連動されている。符号６２で示さ
れるゲート弁は、イオンソースを密閉し、カラム装置を集束させるために、ドア
６０が開かれる前に、閉じられる。

【００３０】 リザーバ５０が、リザーバ５０内の化合物を蒸発させるために望ましい温度ま
で上げられると、ノズル５６がサンプルの所望エリアへ向けて方向付けられてい
る間、弁プランジャを開け、その位置を調整するために、装置外から駆動ロッド
を引くことによって、弁５８は開けられ得る。ベローズ５２は、チャンバ２６内
の真空に影響を与えることなく、ノズル・アッセンブリ及びリザーバのサンプル
に対する動きに順応する。

【００３１】 ガス蒸気ソース４６のヒータを伴う真空制御システムは、材料をエッチング若
しくはデポジッティングするために、チャンバにおけるガス蒸気フラックスを基
板２２へ向けられるように確立するための適切な蒸気圧状態を提供するように操
作される。所定のガス・フラックスが確立されると、リザーバは所定の温度まで
加熱される。

【００３２】 高電圧電源は、イオンビーム１８にエネルギを与え、集束させるために、イオ
ンビーム・カラム１６における電極に適切な加速電圧を提供する。イオンビーム
が凝縮されたガス蒸気がその上に付着したサンプルに衝突すると、イオンビーム
はガス化合物と基板との間の反応を開始させ、サンプル上に強化エッチング若し
くは材料のデポジッションのいずれかを行うためのエネルギを提供する。

【００３３】 偏向制御器及び増幅器３６は、イオンビームをサンプル２２をエッチングする
ための所望パターンへ偏向させる。偏向速度、ループ時間などに対する考慮は、
当業者には明らかである。

【００３４】 前述のように、真空システムは、チャンバ２６内に、約１×１０^−７Ｔｏｒｒ
〜５×１０^−４Ｔｏｒｒの真空を提供する。ガス蒸気の排出を伴う場合、チャン
バ背圧は約１×１０^−５Ｔｏｒｒとなるのが適切である。例示的実施形態におい
て、ガスソース４６は、金属イオンソース及び集束カラムが対応する適切なイオ
ン・フラックスを生成するように適切に制御されている間、皮下注射針の毛細管
を経由して、適切な気体フラックスを提供する温度まで加熱される。当業者は、
あらゆる用途に対して、適切な圧力及び気体流を容易に決定し得る。

【００３５】 本発明に係るイオンビーム光カラム１６の２つの好ましい実施形態が以下に説
明される。

【００３６】 第一の好ましい実施形態は、「アパーチャ画像化」実施形態と呼ばれる。アパ
ーチャ画像化実施形態は、二レンズ式イオン集束カラムを用いる。ここで、第一
のレンズは、第二のレンズ面上若しくは付近にイオンソースの画像を形成し、第
二のレンズは、第一のレンズと第二のレンズとの間に置かれた成形アパーチャの
ターゲット面上に画像を形成する。集束されたイオンビームと共に用いられる上
記レンズ及び他の「光学的」要素は、ビーム内のイオンを制御するために静電界
若しくは磁界を用い、光学的要素は光ではなく、イオン流を制御していることは
当業者には明らかである。更に、上記設計には、レンズを１つだけ用いる場合か
ら、複数個用いる場合まで含まれ得る。

【００３７】 図２Ａ及び２Ｂは、本発明のアパーチャ画像化実施形態に係る集束イオンビー
ム・カラム１０２の光線図である。イオン・カラム１０２は、ソース面１０６上
に配置されたソース１０４を有する。焦点距離Ｆ_１を有する第一のイオン・レン
ズ１１２は、ソース面１０６から距離Ｆ_１のところに配置される。成形アパーチ
ャ１１４は、第一のレンズ１１２の面から距離Ｌ_１のところに配置され、焦点距
離Ｆ_２を有する第二のイオン・レンズ１１６は、成形アパーチャ１１４から距離
Ｌ_２のところに配置される。よって、第一のレンズ１１２によるソースの倍率Ｍ _１ は、（Ｌ_１＋Ｌ_２）／Ｆ_１であり、第二のレンズによる成形アパーチャの倍率
は、Ｆ_２／Ｌ_２である。一実施形態において、Ｌ_１は３５ｍｍ、Ｌ_２は４００ｍ
ｍ、Ｆ_１は２５ｍｍ、Ｆ_２は１０ｍｍ、であり、Ｍ_１は１７、Ｍ_２は０．０２５
、となる。

【００３８】 上記説明したイオン・カラムは、ターゲット面において、均一な電流密度を有
する拡大されたイオンビームを提供する。このビームは、ターゲット表面にアパ
ーチャの低減された画像、すなわち縮小画像、を形成する。この画像は、高いエ
ッジ解像度値、すなわちシャープ若しくは小さいエッジ幅、を有する。換言すれ
ば、イオンの衝突スポットはアパーチャの形状となり、イオン衝突率は、該スポ
ットを通じてほぼ均一であり、該スポットの端においてシャープに零へ落ちる。
シャープな若しくはシャープでないビームのエッジ解像度は、様々な方法で特徴
付けられ得る。１つの方法は、ビーム電流密度がその最大値の８５％から１５％
まで落ちる距離である。高いエッジ解像度とは、多くの用途に対して、コンマ数
ミクロンのオーダかそれ以下のエッジ解像度であり、１／１０ミクロンより小さ
いと好ましく、５０ナノメートルより小さいとより好ましい。我々は、以下に、
アパーチャ画像化実施形態においてエッジ解像度を決定する要因を説明する。ビ
ーム・エッジのシャープさは、該ビームによって形成される画像のエッジ幅Ｗに
対応する。小さいエッジ幅は、シャープなエッジ及び高解像度に対応する。エッ
ジ幅Ｗに寄与する６つの主要因は、成形アパーチャ１１４のエッジ粗さ、第二の
レンズ１１６の球面収差、第二のレンズ１１６の色収差、第二のレンズ１１６の
回折、ビーム内のイオンの相互作用、及び拡張ソースによる幾何学収差、である
。これら各要因からのエッジ幅に対する寄与を、それぞれ、Ｗ_Ａ、Ｗ_Ｓ、Ｗ_Ｃ、
Ｗ_Ｄ、Ｗ_Ｂ、及び、Ｗ_Ｇ、と呼ぶ。以下に示すように、拡張ソースの寄与は、上
記述べた二レンズ式カラムにおいては原則として零であるため、画像エッジ幅は
Ｗ＝（Ｗ_Ｃ ^２＋Ｗ_Ｓ ^２＋Ｗ_Ｄ ^２＋Ｗ_Ａ ^２＋Ｗ_Ｂ ^２）^０．５に等しくなる。これら
各要因は、異なる用途に対して適切となる本発明の他の実施形態を作り、利用す
るためには光学要素をいかに変えるべきかを当業者に教えるために、説明される
。

【００３９】 第二のレンズ１１６を離れるイオンの半値角拡がりＡ_２は、エッジ幅の球面収
差（Ｗ_Ｓ）、色収差（Ｗ_Ｃ）、及び回折（Ｗ_Ｄ）に対する寄与を決定する因子で
ある。角拡がりＡ_２は、倍率Ｍ_２によって除算された入射角拡がりＢに等しい。
図２Ａ及び２Ｂは、角拡がりＢに寄与する因子を示す。

【００４０】 図２Ａの右側は、イオンソース１０４の真ん中の点から発せられ、異なる方向
に伝搬する光線１１８が、レンズ収差が存在しなければ、第二のレンズ１１６の
真ん中における同一点に画像化されることを示す。図２Ａの左側は、ソース１０
４に沿った異なる点から発せられ、成形アパーチャ１１４を擦する光線１２０が
、異なる点で第二のレンズ１１６を通過し、よって第二のレンズ１１６において
ビームを広げることを示す。第二のレンズ１１６がアパーチャ１１４の画像をタ
ーゲット面１２２上に形成するように配置されているため、光線１２０は、単一
点に集束され（第二のレンズからの収差がないものと仮定する）、拡張ソースか
らのエッジ幅に対する直接的寄与（Ｗ_Ｇ）は零である。しかし、拡張ソースは、
第二のレンズ１１６へ入射するイオンの角拡がりＢに寄与する。

【００４１】 図２Ｂは、ソースの中心から発せられた光線の色収差及び球面収差の影響を示
す。図２Ｂの左側の光線１２８ａ、１２８ｂ、及び１２８ｃは、色収差の影響を
示すものであり、光線１２８ａは公称ビーム・エネルギＥを有し、光線１２８ｂ
はエネルギＥ＋ｄＥを有し、光線１２８ｃはエネルギＥ−ｄＥを有する。一実施
形態において、Ｅは３０，０００Ｖであり、ｄＥは５Ｖである。図２Ｂの右側の
光線１３０ａ及び１３０ｂは、球面収差の影響を示すものであり、光線１３０ａ
は１次光線のパスを示し、光線１３０ｂは球面収差を有する光線の実際のパスを
示す。量的に、角拡がりＢは、下記式（１）によって決定される。

【００４２】

【数１】 ここで、Ｂ_Ｇはソース・サイズによる角拡がりであり、Ｂ_Ｃは色収差による角拡
がりであり、Ｂ_Ｓは球面収差による角拡がりであり、それぞれ、

【００４３】

【数２】

【００４４】

【数３】

【００４５】

【数４】 となる。ここで、ｒ_Ｇはソース半径であり、ｒ_Ｃは色半径であり、Ｃ_Ｃ１は第一
のレンズ１１２の色収差係数であり、Ｃ_Ｓ１は第一のレンズ１１２の球面収差係
数である。Ｂを決定するために用いられるこれらパラメータの通常の値を、下記
表１に示す。

【００４６】

【表１】 このように、第一のレンズ１１２の色収差及び球面収差はいずれも、角拡がりＢ
に寄与する。角拡がりＢは、通常は小さく、Ａ_１が０．０２ラジアン（ｒａｄ）
より小さく、ｄＥ／Ｅ＝５／３０，０００であるとき、１０^−４ラジアン以下の
オーダである。

【００４７】 第二のレンズ１１６の球面収差及び色収差も、ビーム・エッジ幅に直接的に寄
与する。色収差からの寄与Ｗ_ＣはＣ_Ｃ２Ａ_２ｄＥ／Ｅであり、球面収差からの寄
与Ｗ_ＳはＣ_Ｓ２Ａ_２ ^３である。表１によれば、一実施形態において、Ｃ_Ｃ２は１
００ｍｍであり、Ｃ_Ｓ２は５００ｍｍである。

【００４８】 回折による画像エッジ幅への寄与Ｗ_Ｄは、波長と、第二のレンズ１１６への入
射角Ａ_２とに依存する。イオンの波長も、角拡がりＢに依存する角度Ａ_２も小さ
いため、Ｗ_Ｄは、通常、５つの因子の中で最も小さい。例えば、Ｌ_２が２００ｍ
ｍで、Ｂが１０_−４ラジアンの場合、第二のレンズ１１６におけるビーム直径は
２０μｍであり、小さい角度Ａ_２に対応し、１０^−３ラジアンより小さいＡ_１に
対する１０^−３ラジアンのオーダである。

【００４９】 縮小アパーチャ・エッジ粗さによる画像エッジ幅への寄与Ｗ_Ａは、主要な寄与
である。電気エッチングされたアパーチャを用いる場合、容易に達成できる最良
のエッジ粗さは約２マイクロンである。Ｍ_２＝１／１０の場合、Ｗ_Ａ＝０．２と
なる。これは、ビーム相互作用による寄与を除いた他のすべてのエッジ幅への寄
与よりも大きいオーダである。シリコン若しくは他の半導体組立材料がアパーチ
ャに用いられることができ、よりスムースなエッジを提供するため、より良いエ
ッジ解像度を提供する。しかし、このようなアパーチャのエッジは、イオンビー
ムによって容易に削り取られ、頻繁なアパーチャの交換が必要となる。

【００５０】 ビーム相互作用からのエッジ幅への寄与Ｗ_Ｂは、別の大きな寄与である。ビー
ム相互作用による寄与は、特にビームがその距離を伸ばしながら細められる点に
おいて、ビーム内で互いに反発するイオンによって生じる。第二のレンズ１１６
の中心をクロスオーバーする光線とビーム角Ｂとは非常に奥行きがないため、こ
のカラム設計においてビーム相互作用は１つの心配事である。幸いにも、エッジ
幅に対するビーム相互作用の影響は、上記クロスオーバーがカラムの末端である
ため、低減される。

【００５１】 第一のレンズ１１２によって第二のレンズ１１６の面へ集束させられるビーム
に対するビーム相互作用の分析は、ビーム相互作用を含む最小ＲＭＳ（二条平均
）ブラー（ｂｌｕｒ）は３．１２μｍであり、ビーム相互作用を考慮しない最小
ＲＭＳブラーは２．７４μｍである。ビーム相互作用ブラーが４乗根で加わると
考えられ得る場合、ビーム相互作用部分は、第一のレンズによって第二のレンズ
の面へ集束させられるビームに対して、

【００５２】

【数５】 となる。最終的なビーム・エッジ幅へのビーム相互作用の寄与を決定する１つの
方法は、アパーチャへ戻るように挿入されるときにこれら光線が有する偏差を推
定することである。個々の粒子の直線からの偏差が、

【００５３】

【数６】 と表されるカラム長への依存性を有するものと仮定する。ここで、Ｚはビーム相
互作用長さであり、Ｋ及びＮはパラメータである。距離Ｚにおける光線の傾きを
得るための微分は、

【００５４】

【数７】 を与える。次いで、Ｚ＝０へ戻され挿入される光線偏差は、

【００５５】

【数８】 となる。Ｗ．Ｓｔｉｃｋｅｌは、第４２回「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｉｏｎ、 ａｎ
ｄ Ｐｈｏｔｏｎ Ｂｅａｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｎａｎｏｆａｂ
ｒｉｃａｔｉｏｎ」に関する国際会議（イリノイ州シカゴ、１９９８年５月２６
〜２８日）での論文：「Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｕｌｏｍｂ Ｉｎｔ
ｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐ
ｈｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ − Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｔｈｅｏｒｅｔ
ｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌ」において、この場合、Ｎ＝１．４であれば、

【００５６】

【数９】 となる、と提案している。

【００５７】 このように、ビーム相互作用からエッジ幅への０．６μｍの寄与は、アパーチ
ャ・エッジ粗さからの２μｍより小さい。しかし、この推定は低い。なぜなら、
ビームが第二のレンズ１１６の近くに集束する時、ビームの相互作用はより強く
、アパーチャへ戻る軌道を外挿することはより大きな寄与を有するからである。
加えて、ここで開発された近似は、イオンの軌道が該軌道の全体にわたって一方
向のみから外乱を受けること仮定されているため、おおざっぱなものである。

【００５８】 成形ビーム・モデルにおけるビーム相互作用による寄与は、第一のレンズ１１
２からのビームを第二のレンズ１１６の面をやや超えて集束させることによって
、低減され得る。これは、第二のレンズ１１６におけるビームの直径を増やすた
め、ビームの相互作用を減らす。第二のレンズ１１６の収差は増えるが、これは
、カラムが非常に低い球面収差及び色収差から始まっているため、許容され得る
。レンズ２からのこれら小さい収差は、第二のレンズ１１６の面における小さい
ビーム・サイズをもたらす。

【００５９】 説明したように、得られるエッジ解像度は、アパーチャ画像化実施形態を用い
て、最高のエッジ解像度を有するＦＩＢを生成するのに十分なほど小さくされ得
る。この実施形態は、更に、均一な電流密度を提供する。表２は、上記述べた多
様なパラメータを、第一のレンズ１１２の半角Ａ_１の関数として与える。この表
は、表１のパラメータを用いて計算された。表２の最後の列におけるビーム電流
は、ステラジアンあたり２０マイクロアンペアのソース角強度を用いて計算され
る。

【００６０】

【表２】 Ｂは非常に小さいことに注意。すなわち、ビームは、第二のレンズ１１６を非
常に小さいビーム直径（Ｌ_２＝２００ｍｍ及びＢ＝１０^−４に対して、第二のレ
ンズ１１６におけるビーム直径は２０ミクロンでしかない）で満たし、したがっ
てＡ_２も非常に小さい。第二のレンズ１１６の収差を扱う際、回折は成形ビーム
のエッジ幅Ｗについての我々の計算の一部として考慮される。しかし、回折は、
依然として、５つの寄与項目の中で最小の寄与である。

【００６１】 上記説明した実施形態は、成形ビーム・サイズが焦点から比較的独立している
という利点を有する。しかし、成形ビームのサイズは、比較的柔軟でない。なぜ
なら、成形ビームは、ターゲット面上にアパーチャの画像を形成するため、ター
ゲット面上でのビームのサイズはアパーチャのサイズ及びアパーチャからターゲ
ット面までの縮尺によって決定されるからである。この実施形態は、大きなサイ
ズのビーム、すなわち数十ミクロンのビーム、に対して最も適する。これは、よ
り密度の濃いビームにおいて置かれなければならない小さいアパーチャは、該ビ
ームによってすぐに破壊され、より大きな縮尺を生成するより長いカラムはビー
ム相互作用効果を増やすことによってエッジ解像度に不利に影響するからである
。更に、有益なアパーチャ・サイズの範囲は、電気エッチングされたアパーチャ
によるエッジ幅への寄与（約２ミクロン）のために、制限される。正方形のアパ
ーチャが２００ミクロン四方である場合、エッジ粗さはたった１％である。しか
し、２０ミクロンのアパーチャは、１０％のエッジ粗さを有し、一アパーチャを
通る電流は１００倍も少ない。２０ミクロンのアパーチャは、シリコンから作ら
れ得るが、より小さく、より密度の低いビームに置かれなければならず、非常に
容易に破壊される。用途要求に応じて、多様な形状のアパーチャが用いられ得る
。

【００６２】 上記実施形態及び上記実施形態の基礎を成す理論の上記説明に基づいて、当業
者は、レンズの特性、要素間の距離、及びアパーチャ・サイズを変え、特定の用
途に適した成形ビームを生成するために成形する、ことができるであろう。

【００６３】 本発明の第二の実施形態は、「非集束化」実施形態と呼ばれる。出願人は、色
収差が球面収差を大幅に上回る場合、大幅に不足焦点化されたイオンビームは比
較的均一な電流密度を有し、このようなビームのビーム・パスにおける真っ直ぐ
な辺のアパーチャは、真っ直ぐな側面とシャープなエッジとを有するビームをも
たらすことを発見した。換言すれば、ビーム・パスに、好ましくは最終レンズの
近くで且つ大幅な不足焦点化と共に、置かれた正方形若しくは長方形のアパーチ
ャは、正方形若しくは長方形のビームを生成する。

【００６４】 非集束化実施形態は、成形アパーチャを有する２つのレンズ・カラムを用い、
イオンビームを不足焦点化させる。一例を図３に示す。図３は、イオンソース１
４０、第一のレンズ１４２、第二のレンズ１４４、及び、ビーム成形アパーチャ
１４６を示す。ターゲットは、ターゲット面１４８に置かれる。図３は、更に、
第二のレンズ１４４がイオンをターゲット面１４８より下の交点１５２上へ集束
させることを示す。カラムが実質的な球面収差寄与を有し得るにもかかわらず、
この大幅な不足焦点化状態において、ビームは、依然として、電流密度について
比較的均一である。収差を有するビームの電流密度がその横断面全体にわたって
比較的均一である場合、ビームは「大幅に」不足焦点化される。すべての特定の
カラムにおける「大幅な」不足焦点化の度合は、イオン・カラムの設計に依存す
る。通常のイオン・カラムにおいて、大幅に不足焦点化されたビームは、多くの
場合、ターゲット面を少なくとも１００μｍ超えて集束する。ターゲット面を少
なくとも５００μｍ超えて集束することが好ましい。図４Ａ及び４Ｂは、元々は
ポイント・ソースから発せられ、最終レンズからターゲットへ向けて現れる光線
を示す光線図である。図４Ａは、収差がなく、交差面上の一点へ集束する光線１
６０を示す。図４Ｂは、実質的な球面収差を有する光線１６０を示す。光線１６
０は、単一点には集束しない。なぜなら、光線１６０のほとんどはターゲット面
に達する前に光軸を横切るからである。図４Ａの場合、ソースが均一な角度分布
で荷電粒子を発し、Ｚ＝０がビーム・クロスオーバー面と定義される場合、クロ
スオーバー面から距離Ｚに置かれた面はビーム上に均一な電流密度を有する。換
言すれば、ターゲットが正の若しくは負のＺ位置に置かれる場合、ビームはその
全直径にわたって均一となる。他方、図４Ｂにおいて球面収差を有するビームは
均一でない電流密度を有し、大きな負のＺに対して、光線はビーム端において丸
まりがちとなる。より小さい負のＺにおいて、球面収差がビーム全体にわたって
不均一性を生成する、最小混乱のディスクと呼ばれる最小ビーム直径位置１６２
が存在する。

【００６５】 図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃは、本発明の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙに
よって製造されたマグナム型ＦＩＢカラムからの非成形（円形）イオンビーム全
体にわたる計算された電流密度を示す。図５Ａは、Ｚ＝０に置かれたターゲット
におけるイオンビーム電流密度を示す。図５Ｂは、Ｚ＝−２０μｍにおける最小
混乱のディスクに置かれたターゲットにおける電流密度を示す。電流密度は、当
業者には良く知られた方法に従って決定される。図５Ａ及び５Ｂは、電流密度に
強いピークと、ガウス形ようなピーク形状若しくはビーム・プロファイルとを有
する。これら種類のビームは、従来から、ＦＩＢシステムにおいて採用されてい
る。

【００６６】 図５Ｃは、ビームの電流密度が比較的均一となる、大幅な不足焦点若しくは大
きな負のＺ（−１，０００μｍ）を有するターゲット位置における電流密度を有
する。大幅な不足焦点状態に対する図５Ｃは、大きなビーム直径にわたって比較
的均一で、エッジにおいて幾分増加された、電流密度を示す。カラムが実質的な
球面収差寄与を有するにもかかわらず、この大幅な不足焦点状態において、ビー
ムは、依然として、電流密度について均一である。図５Ｃは、大幅な不足焦点化
と共に最終レンズ近くに置かれた正方形若しくは長方形のアパーチャは、正方形
若しくは長方形のビームを生成することを示す。

【００６７】 他の収差源が色収差と比べて小さい場合、すなわち色収差がイオンビームが理
想的な１次画像に集束することを妨げる最も重大な因子である場合、ビームは色
収差によって制限される。以下に示すように、ビームが色収差によって制限され
ると、成形ビームは高エッジ解像度、すなわちシャープなエッジ若しくは小さい
エッジ幅、を有する。色収差はレンズ角度Ａに比例してビームを広げるため、拡
大ソース寄与はＡから独立している。幾何学的光近似において、色収差及び不足
焦点若しくは過焦点を有するビーム半径は、

【００６８】

【数１０】 となる。ここで、Ｒ_Ｃは色半径であり、Ｃ_Ｃは色収差係数であり、ｄＥ／Ｅは正
規化されたエネルギー拡散であり、Ｚは１次焦点面からの画像面距離（最終レン
ズから離れる方向が正のＺ）である。図６は、ビームを２つの光軸に沿って切る
真っ直ぐで、紙面に垂直なアパーチャ・エッジを示す。図６に示すように、

【００６９】

【数１１】

【００７０】

【数１２】

【００７１】

【数１３】 である。ここで、Ｙ_０は真っ直ぐで平行なアパーチャ・エッジの光軸からの距離
であり、ｋは一定値であり、Ｔ及びｒはアパーチャ・エッジに沿った異なる位置
を説明するために用いられる変数であり、Ａ_０はアパーチャ幅によって決定され
るレンズ角である。

【００７２】 次いで、平行なエッジに垂直なＹ方向の色寄与は、

【００７３】

【数１４】 によって与えられる。

【００７４】 コサインがキャンセルされるため、Ｒ_ＣＹはＴ（若しくはＸ）から独立であり
、よって、真っ直ぐで平行なアパーチャ側面は、真っ直ぐなアパーチャ・エッジ
によって制限されたビームに対してＹ方向における一定の色寄与を与える。この
色収差は、図６におけるアパーチャ・サイズＹ_０に比例する。拡大ソースはＴに
おいて円筒型に対称であるため、その寄与はＹ方向にＸの依存性を加えず、式（
１４）は、Ｙ方向に対する修正されたソース半径を含むように、

【００７５】

【数１５】 及び

【００７６】

【数１６】 と書き直され得る。ここで、Ｗ_ＹはビームのＹ方向における半幅であり、ｄＷ_Ｙ はＹ方向におけるビーム・エッジ幅であり、このビームは大幅に不足焦点化され
ている（Ｚ＜＜０）ものと仮定する。式（１６）のソース寄与は、エッジにおい
て色収差を有する平らなビーム密度で屈曲されたソースから生じる。故に半径に
対するソース寄与は、その半径の２乗となる。このように、真っ直ぐで平行なア
パーチャ側面は、Ｙ方向において、Ｘに対して、零から無限大まで、一定の色及
びソース寄与を有する真っ直ぐなビーム・エッジをもたらす。

【００７７】 再び図３を参照する。図示されたビーム成形アパーチャは、第一のレンズの前
やその他の場所に置かれ得るにもかかわらず、最終レンズの前に置かれている。
Ｘ方向に真っ直ぐなアパーチャ・エッジが、Ｙ方向においてビーム光軸から距離
Ｙ_０のところに置かれる場合、Ｙ方向にビームの角Ａ_０が存在し、これはＸから
独立した成形ビームのＸ方向に沿った色収差を規定する。換言すると、真っ直ぐ
なアパーチャによって切られたビームは、一定のエッジ解像度を有する。長方形
のアパーチャが採用される場合、各辺はそれぞれ異なる一定エッジ幅を有し、こ
の各幅はそのＹ_０及び対応するＡ_０の値によって規定される。正方形のアパーチ
ャがビーム軸に対して対称的に置かれた特殊なケースでは、すべての辺が同じエ
ッジ解像度を有する。長方形のアパーチャについて有益なケースは、スロットが
イオンビームで切られなければならず、長く薄い長方形のアパーチャが、短い辺
よりも長い辺の方がよりシャープなエッジを有する長く薄いビームを形成し得る
。

【００７８】 カラムにおける重大な球面収差に対する式（１５）及び（１６）と同様の計算
式は、当業者によって導かれ得る。この場合のアパーチャは、そのエッジに沿っ
て成形され、真っ直ぐなエッジのビームを与える。

【００７９】 式（１５）は、成形ビームのサイズがＡ_０及びデフォーカス距離Ｚに比例する
ことを示す。このように、最終レンズに対してターゲット面を正確に設定するこ
とが重要である。通常、この設定は、Ｚについて、数ミクロン以内に収めなけれ
ばならない。これは、例えば、ＡＤＥ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（マサチューセッ
ツ州ニュートン）などによって製造される静電容量距離測定装置を用いて、実現
され得る。

【００８０】 非集束化実施形態の中心カット・アパーチャ変動と呼ばれる特殊なケースは、
真っ直ぐなアパーチャ・エッジがカラム光軸を通るように置かれるときに生じる
。式（１６）を参照すると、この場合、Ａ_０＝０であり、且つ、エッジ幅におけ
る色項目が零となることがわかる。これも球面収差について示され得る。このよ
うに中心がカットされた真っ直ぐなアパーチャは、球面収差及び色収差がビーム
のエッジ解像度に寄与しないという特性を有する。このエッジに沿ったビーム解
像度への残る寄与は、拡大ソース（式（１６）参照）及びビーム相互作用を含む
。このように、この方法は、ビーム電流を減らすという代償を払うものの、ビー
ム・エッジをシャープにするために採用され得る。

【００８１】 低密度イオンビームは、イオンビーム及びガスジェットが表面上で一致し、表
面上でのエッチング若しくは材料のデポジッションのいずれかを促進する場合に
、ＦＩＢ加工に対して有益となり得る。これら用途の一部において、従来のイオ
ンビームは、吸収気体を素早く使い果たしてしまうため、化学反応が効果的でな
い。これら成形ビーム方法のいずれかは、これら用途において用いられ、該加工
の効率を向上させることができる。実験例を図７に示す。この例において、白金
デポジッション速度は、より低密度で成形されたビームを精製する非集束化方法
を用いることによって、大幅に向上された。８ｎＡのイオンビーム電流を採用し
たこの特定の例において、デポジッションは、実際に、負（表面を削る）から正
（堆積）へ行く。この向上された効率は、より低密度でより低電流のビームを用
いた通常のデポジッション状態において、デポジッションの処理能力を約５０倍
に向上させることができる。

【００８２】 成形ビームを適用する他の方法は、正方形若しくは長方形のビームがより大き
なパターンを形成するために「縫合」され得る、電子ビーム・リソグラフィと同
様である。電子ビーム・リソグラフィの場合、エッジ若しくはアパーチャの列は
、ビームの飛行計画を混合及び一致させるために、機械的若しくは電気的（ビー
ム・ステアリング）な手段によって、容易に切り替えられ得る。

【００８３】 本発明及びその利点は詳細に説明されたが、様々な変更、置換、及び代替が、
付属の請求項によって定義される本発明の意図及び範囲を逸脱することなく、こ
こに為され得る。更に、本願の範囲は、明細書に説明されたプロセスや、機械や
、製造や、物、手段、方法、及び工程の構成の特定の実施形態に制限される意図
ではない。当業者が本発明の開示から容易に理解するように、現在存在するプロ
セスや、機械や、製造や、物、手段、方法、若しくは工程の構成、又は、同じ機
能を実行する若しくはここに説明された対応する実施形態とほぼ同じ結果を実現
する後から開発されたプロセスや、機械や、製造や、物、手段、方法、若しくは
工程の構成、は、本発明に従って利用され得る。従って、付属請求項は、このよ
うなプロセスや、機械や、製造や、物、手段、方法、若しくは工程の構成などを
その範囲内に含むことが意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 成形イオンビームが生成され、適用されることが可能な集束イオンビーム・シ
ステムを示す図である。

【図２Ａ】 本発明のアパーチャ画像化実施形態に係る集束イオンビーム・カラムの光線図
であって、右側に第二のレンズの中心へ画像化されるポイント・ソースからの光
線を示し、左側に成形アパーチャを擦り、第二のレンズを通過する拡張ソースか
らの光線を示す図である。

【図２Ｂ】 本発明のアパーチャ画像化実施形態に係る集束イオンビーム・カラムの光線図
であって、左側及び右側の光線について、それぞれの色収差及び球面収差の効果
を示す図である。

【図３】 成形ビームを形成する非集束化実施形態の光線図である。

【図４Ａ】 最終レンズからターゲットに向けて発せられた、収差を持たない光線の図であ
る。

【図４Ｂ】 最終レンズからターゲットに向けて発せられた、かなりの収差を有する光線の
図である。

【図５Ａ】 ターゲットがＺ＝０のポイントに置かれたときの集束イオンビームを横切る電
流密度プロファイルを示すグラフである。

【図５Ｂ】 ディスクが最小混乱となるターゲット配置における集束イオンビームを横切る
電流密度プロファイルを示すグラフである。

【図５Ｃ】 ビームが電流密度において比較的均一となる大きな負のＺにおける集束イオン
ビームを横切る電流密度プロファイルを示すグラフである。

【図６】 光軸の側面に沿ってビームをカットする直進アパーチャ・エッジを示す図であ
る。

【図７】 本発明及び従来技術による白金デポジッションを比較するグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テッシュ，ポール ピー アメリカ合衆国，97124−5830 オレゴン ヒルズボロ エヌ・ダブリュ・エヴァグ リーン・パークウェイ 7451 (72)発明者 ヤング，リチャード ジェイ アメリカ合衆国，97124−5830 オレゴン ヒルズボロ エヌ・ダブリュ・エヴァグ リーン・パークウェイ 7451 (72)発明者 チャンドラー，クライヴ ディー アメリカ合衆国，97124−5830 オレゴン ヒルズボロ エヌ・ダブリュ・エヴァグ リーン・パークウェイ 7451 (72)発明者 ヴァン ダー マスト，カール ディー アメリカ合衆国，97124−5830 オレゴン ヒルズボロ エヌ・ダブリュ・エヴァグ リーン・パークウェイ 7451 Ｆターム(参考） 4K029 CA03 DE02 5C034 AB02 BB02 BB05 BB08 BB09 DD03 DD06 DD07

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲット上に材料を堆積させるために又はターゲットから
   材料を除去するために集束イオンビームを用いる方法において、 イオンソースからイオンを抽出する工程と、 該イオンを、ターゲット面において、成形されていない同様のビームより低い
   平均電流密度を有する非ガウス形状の成形イオンビームへ成形する工程と、 ターゲットを備える工程と、 作動物質のジェットを該ターゲットへ向けて方向付ける工程と、 ビーム内のイオンが該ターゲット上に材料を堆積させるための又は該ターゲッ
   トから材料を除去するための該作動物質の反応を誘発するように、該イオンビー
   ムを該ターゲットへ向けて方向付ける工程と、を有することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 請求項０記載の方法であって、該イオンを非ガウス形状の成
   形ビームへ成形する工程は、 該イオンにアパーチャを通過させる工程と、 該アパーチャの画像を該ターゲット上に形成する工程と、を有することを特徴
   とする方法。
3. 【請求項３】 請求項０記載の方法であって、該イオンを非ガウス形状の成
   形ビームへ成形する工程は、 該イオンにアパーチャを通過させる工程と、 該イオンビームを該ターゲット表面において均一な電流密度を生成するように
   強く不足焦点化させる工程と、を有することを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項０記載の方法であって、該イオンを非ガウス形状の成
   形イオンビームへ成形する工程は、 該イオンを非成形ビームより大きい電流を有するビームへ成形するため、該作
   動物質を使い果たすことなく、非成形ビームより素早く材料を堆積若しくは除去
   する、ことを含むことを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項０記載の方法であって、 前記非ガウス形状の成形イオンビームは、電流密度プロファイルによるターゲ
   ット面が、非成形ビームと同様のエッジ解像度を有する幾何学的地形を有するた
   め、非成形ビームによって生成されたと同等に上質の地形をターゲット上に生成
   する、ことを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項０記載の方法であって、 該イオンビームを該ターゲットへ向けて方向付ける工程は、該イオンビームの
   形に対応したパターンをターゲットにおいてエッチング若しくはデポジッティン
   グし、次いで、該イオンビームに該パターンを段階的に繰り返させる、ことを含
   むことを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項０記載の方法であって、 前記集束イオンビームを成形する工程は、真っ直ぐなエッジをイオンのパスに
   おけるビーム中心近くに配置するため、ターゲット面において高エッジ解像度を
   有する真っ直ぐなエッジを有する成形イオンビームを成形し、ターゲット上に真
   っ直ぐなエッジを有する地形を生成する、ことを含むことを特徴とする方法。
8. 【請求項８】 請求項０記載の方法であって、 前記作動物質のジェットを該ターゲットへ向けて方向付ける工程は、前駆気体
   を方向付けることを含み、 該イオンビームによって誘発された前記反応は、導電性物質若しくは絶縁物質
   の堆積を含む、ことを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 ターゲット面に配置されたターゲットを照射する集束イオン
   ビーム・システムにおいて、 真空システムと、 該真空システムに配置され、ビームを削除及び走査する高電圧電極を有し、非
   成形ビームより低い平均電流密度を有する非ガウス形状の成形イオンビームを生
   成する、ターゲット上に衝突するためのイオンビームを生成するためのイオンビ
   ーム・カラムと、 二次電子若しくはイオン検知及び画像化システムと、 気体ジェットを該成形イオンビームのターゲット上の衝突点へ向けて方向付け
   る気体噴射システムと、 該ターゲット上のエリアをエッチングする又は該エリア上へ材料をデポジット
   させる反応が該ターゲットへ接着した気体によって開始させられるように、該エ
   リアを照射するように該成形イオンビームを制御するコントローラと、を有する
   ことを特徴とするシステム。
10. 【請求項１０】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 低電流密度は、該ターゲット面において、該成形ビーム全体にわたりほぼ均一
    であることを特徴とするシステム。
11. 【請求項１１】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 該成形ビームは、該ターゲット面における電流密度プロファイルによって特徴
    付けられ、 該電流密度プロファイルは、高エッジ解像度を有する少なくとも１つの幾何学
    的地形を表す、ことを特徴とするシステム。
12. 【請求項１２】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 前記イオンビーム・カラムは、アパーチャと、該アパーチャを該ターゲット上
    に画像化するレンズと、を有することを特徴とするシステム。
13. 【請求項１３】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 前記気体噴射システムは、導電性物質若しくは絶縁物質を堆積させる前駆気体
    を有することを特徴とするシステム。
14. 【請求項１４】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 該ビームのパスの中心近くに配置された真っ直ぐなエッジを更に有するため、
    ターゲット面において色収差及び球面収差による影響を実質的に受けない高解像
    度を有する真っ直ぐなエッジを有するイオンビームを形成する、ことを特徴とす
    るシステム。
15. 【請求項１５】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 前記イオンビーム・カラムは、該ターゲットを十分に超えたところに該イオン
    ビームを集束させ、該ターゲットにおいて均一な電流密度の成形イオンビームを
    提供する、ことを特徴とするシステム。
16. 【請求項１６】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 前記イオンビーム・カラムは、実質的にわずかな色収差であることを特徴とす
    るシステム。
17. 【請求項１７】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 前記イオンビーム・カラムは、１以上の真っ直ぐなエッジを有し、少なくとも
    １つのシャープに規定されたエッジを有するビームを生成するアパーチャを含む
    ことを特徴とするシステム。
18. 【請求項１８】 請求項０記載の集束イオンビーム・システムであって、 前記アパーチャは、真っ直ぐなエッジを有し、 該ターゲット上の該画像のエッジ解像度の色収差部分は、該真っ直ぐなアパー
    チャ・エッジの該ビーム光軸からの最短距離に反比例する、ことを特徴とするシ
    ステム。
19. 【請求項１９】 成形イオンビームを生成する方法において、 イオンソースからイオンを発する工程と、 第二のレンズの面において実質的に形成される該イオンソースの画像を第一の
    レンズを用いて形成する工程と、 該イオンビームに該第一のレンズと該第二のレンズとの間のアパーチャを通過
    させる工程と、 該第二のレンズを用いて、該アパーチャの画像をターゲット表面上に形成し、
    よって該ターゲット表面上に該アパーチャの形状を有するイオン衝突エリアを生
    成する工程と、を有することを特徴とする方法。
20. 【請求項２０】 請求項０記載の方法であって、 該アパーチャの画像を形成する工程は、該ターゲット面においてほぼ均一な電
    流密度を有する画像を形成することを含むことを特徴とするシステム。
21. 【請求項２１】 請求項０記載の方法であって、 前記ほぼ均一な電流密度は、類似のイオン・カラムからの非成形イオンビーム
    の最大電流密度より低いことを特徴とする方法。
22. 【請求項２２】 成形イオンビームを生成する装置でおいて、 イオンソースと、 第一のレンズと、 第二のレンズ面を規定する第二のレンズと、 アパーチャと、を有し、 前記第一のレンズは前記イオンソースの画像を前記第二のレンズ面に形成する
    ように設計され、 前記アパーチャは、前記第一のレンズと前記第二のレンズとの間に配置され、 前記第二のレンズは前記アパーチャの画像をターゲット面上に形成するように
    設計される、ことを特徴とする装置。
23. 【請求項２３】 成形イオンビームを生成する方法において、 イオンソースからイオンを発する工程と、 発せられたイオンからイオンビームを形成する工程と、 該イオンビームにアパーチャを通過させる工程と、 ターゲット面において、該ビームが該焦点面において有する直径よりも大幅に
    大きい直径と、非成形ビームから大幅に低下していないエッジ解像度と、を有す
    るビームを生成するために、該イオンビームを該ターゲット面を大幅に越えた焦
    点面上に集束させる工程と、を有することを特徴とする方法。
24. 【請求項２４】 請求項０記載の方法であって、 前記アパーチャは、ほぼ長方形であることを特徴とする方法。
25. 【請求項２５】 請求項０記載の方法であって、 前記アパーチャは、 該ビームの中心近くに配置されたナイフ・エッジを有し、 よって、色収差及び球面収差による影響をほぼ受けない高解像度を有する真っ
    直ぐなエッジを該ターゲット面において有するイオンビームを形成する、ことを
    特徴とする方法。
26. 【請求項２６】 請求項０記載の方法であって、 前記イオンビームは、対応する非成形ビームより大幅に低い電流密度を該ター
    ゲット面において有することを特徴とする方法。
27. 【請求項２７】 請求項０記載の方法であって、 前記イオンビームは、該ターゲット面において、ほぼ均一な電流密度を有する
    ことを特徴とする方法。
28. 【請求項２８】 請求項０記載の方法であって、 前記成形イオンビームを集束させる工程は、該イオン・カラムの色収差によっ
    て実質的に制限されることを特徴とする方法。
29. 【請求項２９】 成形イオンビームを生成する装置において、 光軸に沿ったイオンビームを形成するためのイオンを提供するイオンソースと
    、 該イオンソースの後に配置され、該イオンビームを制限するアパーチャと、 該イオンビームのターゲット面における電流密度がほぼ均一となるように、該
    イオンビームを該ターゲット面を実質的に超えた交点へ集光させるレンズと、を
    有することを特徴とする装置。
30. 【請求項３０】 請求項０記載の装置であって、 前記アパーチャは、前記光軸近くにおいて真っ直ぐなエッジを有し、収差を実
    質的に低減することを特徴とする装置。