JP2008520066A - 集束イオンビームのデータ解析システムおよび方法 - Google Patents

集束イオンビームのデータ解析システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ＦＩＢ加工エンドポインティングオペレーションを向上させるシステムおよび方法に関する。この方法は、加工されているエリアのリアルタイム画像と、ピクセル強度のリアルタイム図形プロットとを生成することを含み、既存のＦＩＢシステムによって生成された画像およびプロットに対して検出感度を向上させるものである。画像およびプロットは既存のＦＩＢシステムから得られた生の信号データを用いて生成される。より具体的には、生の信号データは、画像を生成するための特別なアルゴリズムに従って処理される。このアルゴリズムは、画像と、対応する強度グラフを生成するためのものであり、これら画像およびグラフは信頼性の高い正確なエンドポイント検出に使用される。

Description

本発明は、一般に荷電粒子ビームシステムに関するものである。特に、本発明は、集束イオンビームＦＩＢシステムからの信号データを処理するための装置およびシステムに関するものである。
集束イオンビーム（ＦＩＢ）顕微鏡システムは、１９８０年代半ばから商業的に生産されており、今では半導体デバイスを市場に速やかに送るために欠かせない一部となっている。ＦＩＢシステムは、細く、集束された荷電粒子のビームを生成し、このビームをブラウン管のようにラスタ方式で試料に走査させる。荷電粒子が負に帯電した電子からなる走査電子顕微鏡とは違って、ＦＩＢシステムは荷電した原子を用いてビームを生成する。以下、荷電した原子をイオンという。これらのイオンは、一般に、正に帯電している。
これらのイオンビームは、半導体サンプルに当たったときに、サンプルの露出した表面から、二次電子、二次イオン（ｉ＋またはｉ−）、中性分子、および原子を放出する。ビームを試料を横切るように移動させ、いくつかのビームパラメータ、例えばビーム電流、スポットサイズ、ピクセル間隔、ドゥエル時間などを制御することにより、材料のビームが当たった箇所を選択的に除去することができる「原子スケールのフライス盤」としてＦＩＢシステムを機能させることができる。線量、すなわちサンプルの表面に当たるイオンの量は、一般に、ビーム電流、走査期間、および走査面積の役割を持つ。放射された粒子は、検出器により検知することができる。そして、検知されたデータを、入射ビームがサンプルと相互に影響しあうときの既知のビームポジションに関連付けることにより、画像を生成し、オペレータに表示することができる。
図１は典型的なＦＩＢシステムを示す模式図である。ＦＩＢシステム１０は、真空排気された容器１１を具備している。この容器１１は上首部１２を有する。この上首部１２の中には、液体金属イオンソース１４と集束カラム１６を有している。集束カラム１６は、引き出し電極と静電光学システムを具備している。イオンビーム１８はソース１４からカラム１６を通り、符号２０で模式的に示す静電偏向手段の間を通ってサンプル２２に向かう。サンプル２２は、例えば、下チャンバ２６内の可動Ｘ−Ｙステージ２４上の半導体デバイスである。イオンポンプ２８は首部１２を真空排気するために使用される。チャンバ２６は、真空コントローラ３２のコントロールのもと、ターボ分子ポンプおよびメカニカルポンプシステム３０により真空排気される。真空システムはチャンバ２６内を約１×１０−７Ｔｏｒｒから５×１０−４Ｔｏｒｒの間で真空を形成する。エッチング促進ガス、エッチング抑制ガス、成膜先駆ガス、または他の反応性または非反応性ガスが用いられる場合は、チャンバのバックグランド圧力は、通常約１×１０−５Ｔｏｒｒに上げられる。
高圧電源３４は、液体金属イオンソース１４と、集束カラム１６内の適切な電極とに接続されており、イオンビームを方向付ける。偏向コントローラおよび増幅器３６は、パターン生成器３８により予め定められたパターンに従って操作され、偏向プレート２０に連結されている。荷電粒子増倍管検出器４０は、画像化のために二次イオンまたは電子の放出を検知する。この検出器４０はビデオ回路および増幅器４２に接続されている。増幅器４２はビデオモニタ４４に駆動力を供給し、またコントローラ３６からの偏向信号を受信する。ドア４８はサンプル２２を挿入してステージ２４上に置くために設けられている。ステージ２４は加熱または冷却されていてもよい。集束イオンビームシステムは、さまざまなメーカーから購入可能であるが、図１に示すシステムがＦＩＢシステムの１つの典型的な形態である。
ＦＩＢシステム１０によって実行されるビームラスタ動作には、画像化、破砕、ガスにアシストされたエッチングまたは成膜が含まれる。このビームラスタ動作の間、ＦＩＢビーム偏向ソフトウェアおよびハードウェアは、表面を横切るように所定のパターンに沿ってビームを偏向させる。これは一般にラスタリングと呼ばれる。各プリセット位置では、ビームは、ラスタの次のポイントに移る前に、所定の時間その場に停滞する。最もシンプルには、ラスタのパスはスタートポイントからエンドポイントまで第１の軸に沿って、定められたインクレメントでビームを偏向させ、固定されたドゥエル時間だけ各ポイントで停滞させることから構成される。ラインの端部では、あるインクレメントだけ第２の軸を移動する前に、ビームは定められた逆戻り時間だけ待機する。ビームは第１の軸のスタートポイントに戻って再度スタートしてもよく、ちょうど到着したポイントから第１の軸を「カウントダウン」してもよい（これは、ラスタタイプがラスタ（前者）であるかＳ字型（後者）であるかに依存する）。このプロセスは、両方の軸のすべてのインクレメントが起こるまで続けられ、ビームは走査の際、すべてのポイントで停滞する。
設計検証のためのマイクロサージェリーオペレーションにＦＩＢシステムが用いられること、または不具合のある設計を修正するために用いられることは、この技術分野に属する通常の知識を有する者にとって十分理解されることである。これは、物理的に金属線を「切る」こと、または導電体を短絡させるために金属線を選択的に堆積させることを含むことができる。従って、ＦＩＢシステムテクノロジーは、プロトタイピングや設計検証を、再製作に要する数週間または数ヶ月間というより、数日または数時間で可能とする。このＦＩＢ「ラピッドプロトタイピング」は、しばしば「ＦＩＢデバイスモディフィケーション」、「サーキットエディティング」、または「マイクロサージェリー」と呼ばれている。そのスピードおよび実用性から、ＦＩＢマイクロサージェリーは、競争が激しい半導体産業において、製品化に要する時間を短くするために不可欠なものとなりつつある。
ＦＩＢマイクロサージェリーが半導体回路の設計検証に有益である一方、この装置の有効な使い方は、加工プロセスの正確なコントロールにある。現在の集積回路は、導電性金属と層間絶縁膜とが交互に積層される多層構造を有しており、パターンが形成されたエリアを有する多くの層を有する。従って、加工レートおよびイオンビーム加工の効果は、デバイスの領域ごとに大きく異なる。
残念ながら、ＦＩＢオペレータは、対象となる金属線が十分に露出したか、または完全に切断されたときに、加工プロセスを停止させる責任を負う。このプロセスは「エンドポインティング」として知られている。エンドポインティングは、ＦＩＢシステムのユーザーインターフェースディスプレイに表示される画像または図形情報をオペレータが調べることより行われる。多くのデバイスモディフィケーション作業では、ある特定の層が露出したときにできるだけ速やかに加工プロセスを停止させることが好ましい。エンドポインティングが不正確であると、加工されたデバイスの誤った分析を招いてしまう。古いＦＩＢシステムを用いて最先端の半導体デバイスの製造すると、オペレータが識別することができる画像や図形情報を提供することができない。この理由の一つは、古いＦＩＢシステムは、古い世代の半導体デバイスに最適化されたイメージングシステムを持っているからである。
特に、半導体デバイスの構成がサブミクロンから１００ｎｍを下回るサイズに微細化されるにつれて、より少ないイオンビーム電流を用いて、より小さい孔を高いアスペクト比で形成することが必要となっている。少ないイオンビーム電流は、エンドポイント検出およびイメージングに使用可能な二次電子およびイオンの数を大幅に減じる。これに加え、ＦＩＢガスにアシストされたエッチングは、導電性材料から構成されるガス供給ノズルを導入する。この部品は、イオンビームイメージングまたはイオンビーム加工中に荷電されてしまうことを防ぐために接地される。ノズルとサンプル表面との近さはシールド効果を生み、これが二次電子検出レベルを低下させる。
ＦＩＢオペレータは、典型的には、加工されているエリアのリアルタイム画像、およびリアルタイムの図形データプロットを頼りに正しいエンドポイントを判断する。通常、ＦＩＢオペレータは、加工されたエリアの明るさの変化を視覚的に探ってエンドポイントを判断する。このような変化は、金属／酸化物の境界などの、異なる材料間を加工が移行していることを示している場合もある。
図２は、現在のＦＩＢシステムによるリアルタイムイメージングの問題点の一例について説明する。ＦＩＢシステムは、各ドゥエルポイントでデータを生成するが、既存のマイクロサージェリーソフトウェアがこのデータを表示するかどうかは、多くのファクターに依存する。このファクターには、ＦＩＢが動作する特定の視角（ＦＯＶ，顕微鏡の選択された倍率に直接関係する）、各軸に沿った望ましいインクレメントの間隔、ポイントごとのドゥエル時間などが含まれる。ここで、０．１μｍ×０．１μｍの寸法を有する正方形の加工ボックス６０を１０μｍＦＯＶ（符号６２で示す）で加工する例を挙げる。ボックス６２は、ＦＩＢシステム１０のモニター上の見えるエリアを表す。ただし、エリア６０，６２は縮尺通りではない。オペレータは、サンプルの表面上の加工ボックス６０の位置を正しく判断するために、典型的には、そのような視角を用いることを選択する。ユーザーインターフェースモニターに表示されたイメージングエリアは、１０２４ピクセル×１０２４ピクセルをやや下回るが、ＦＯＶは、ｘ軸およびｙ軸では正確に１０２４ピクセルに分割される。このＦＯＶでは、各スクリーンピクセルは１０ｎｍ×１０ｎｍ未満であり、スクリーン上の１０ピクセル×１０ピクセルを占める０．１μｍの正方形のボックス（１００ｎｍ×１００ｎｍ）は、ユーザーに見える総数１００ピクセルの「データポイント」となる。加工用のボックスのパラメータが０．００５μｍ×０．００５μｍ（５ｎｍ）の間隔に設定されている場合には、１本のパスでは、ＦＩＢは各ボックスの軸の（１００ｎｍ／５ｎｍ）＋１＝２１ポイントに正確に停滞し、４４１個のドゥエルポイントの情報を生成する。この条件下では、ＦＩＢは、そのディスプレイエリア（０．１μｍボックス幅／１０μｍＦＯＶ）の幅のわずか１％の領域において、前記生成した情報を表示する。
イメージエリアが小さいこと、および電子検出のレベルが低いことから、リアルタイム画像は、ＦＩＢオペレータにとってエンドポイント検出のためには有効ではない。なぜならば、イメージの変化が視覚的に極めて検知しづらいからである。さらに、ディザリングなどのデータ前処理を実行するＦＩＢシステムもあるが、この前処理のために、最先端の半導体デバイスの正しいエンドポイントを判断する際に、実際にオペレータが確信を持って判断することができなくなってしまう。
リアルタイムイメージングを補うために、線量／深さに対するピクセルの強度のグラフは、加工操作中にリアルタイムでプロットされる。加工された画像とグラフは、いずれも同時にユーザーモニターに表示される。図３はＦＩＢオペレータによる正しいエンドポイント検出に用いられる典型的な図形的なプロットである。この例では、図形的なプロットは、図２に示す小さな加工ボックス６２から生成される。最先端の半導体デバイスをマイクロサージェリーする間、グラフは８ビットのピクセル強度（０−２５５）を線量／深さに対してプロットする。プロットはエンドポイント検出の経験的な指標をオペレータに提示することを意図している。オペレータが正確にエンドポイントを判断するためには、典型的には、金属と酸化物との間の移行は鮮明にプロットに表されていなければならない。このような現在の手法にある問題点の１つは、多くの機器で見られる８ビット（０−２５５）スケールなどの固定スケールでデータをプロットすることから生じている。このような機器では、より微妙な変化を示すために大きくリスケーリングすることは行われていない。より大きな問題は、実際のドゥエルポイントが２１×２１＝４４１であるにもかかわらず、現在のシステムは、１０ピクセル×１０ピクセルエリア上に表示されたデータから得られた上述の１００ピクセルデータポイントに基づいて分析を行っていることから生じる。このため、現在のシステムでは、使用可能なデータの４分の１未満のものが処理され、強度の小さい移行をさらに小さくしてしまう。これら２つのファクターが組み合わさって現在のシステムの検出感度を低下させる。
従って、ＦＩＢオペレータによるエンドポイント検出の成功の可能性は低く、正常な設計検証の可能性も低くい。このため、新しい設計の好ましいデータが得られなく、より間違った結果を招き、これが最終デバイスに誤った設計変更を伝播させる原因となる。最先端の半導体デバイス用に調整された新たなＦＩＢシステムを導入することもできる。しかし、古いＦＩＢシステムを交換するコストは極めて高い。ＦＩＢシステムのファームウェハまたはハードウェアを改造することは、一般に禁止されている。これは、ＦＩＢシステムの改造は、システム検証および製造メーカーの保障を無効とするからである。
半導体材料に含まれる化学物質を分析または検出するためのＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）システムにおいては、ソフトウェハはある特定の化学物質が検出されるエリアを強調表示することで画像を強化する開発が進められている。しかしながら、ＳＩＭＳ操作はエンドポインティングを必要としない。実際に、ＳＩＭＳオペレータは、イオンビームがどの材料の層を破壊するかを気にすることなく、プロセスをストップするタイミングを任意に決定することができる。マイクロサージェリーでは、サーキットエディティングが行われた後、デバイスが電気的に動作することが一般に必要とされている。ＳＩＭＳでは、そのような要請はなく、実際には、完全でない（典型的には、導電層が形成されていないむき出しのシリコンだけの）デバイスであって動作しないものに対してＳＩＭＳを行うことがしばしば要請される。事実、半導体デバイスにとって、破壊された構造からのパーティクルの放出は、その化学成分を判断するために必要とされることである。これに対し、例えば、ＦＩＢエンドポイント操作では、ある特定の構造を破壊しないようにいつ加工を止めるべきかを正確にコントロールすることが必要である。
これに加えて、デバイスがより複雑になるに従い、マイクロサージェリーを正しく実行するために必要な操作数は、通常増加し、これらの操作も複雑となる。マイクロサージェリーのすべての要素（すなわち、ある配線の切断や他の配線間の接続）が正しく機能することが通常要求される。マイクロサージェリーが行われた後は、マイクロサージェリーによって実行された設計変更が所望の結果をもたらしているかどうかを判断するために、デバイスのテストをする必要がある。このテストプログラムおよびテストシステムの開発方法はその技術分野では広く知られている。もし、デバイスが期待通りに機能しない場合には、どの部分が正しく機能していないかを分析して判断するためのデータを生成することは、このテストシステムにとって共通することである。
サーキットエディティングのタスクがより複雑になると、予期していた機能が得られえなかった原因が設計の欠陥にあるのか、またはマイクロサージェリーを通じて実行された設計のエラーによるものなのかが判断できないという問題が生じる。現在では、マイクロサージェリーのオペレータは、サーキットエディティング過程の間に取得された少数のデジタルイメージに頼らなければならず、何がうまくいかなかったために観察された結果が得られたのかはオペレータの記憶に頼らなければならない。時間が経過し、他のマイクロサージェリータスクが行われていくに従い、オペレータがある特定のサージェリーのすべての要素を思い出すことは難しい。サージェリー終了後に、テスト結果が極めて早く得られたとしても、すべてのオペレータがタスクのすべての点を思い出すことは不可能である。
従って、ＦＩＢシステムにおいては、エンドポイント検出を向上させる方法を提供することが望まれている。
本発明は、従来のエンドポイント検出手法の少なくとも１つの欠点を取り除く、または軽減することを目的とする。特に、本発明は、変化に対する検出感度を向上させる画像およびエンドポイント図形を生成することを目的とする。
第１の態様では、本発明は、材料の加工などの荷電粒子ビームシステム操作におけるエンドポイント検出を向上させる方法を提供する。この方法は、ドゥエルポイントの強度値を受け取り、ドゥエルポイントの強度値を処理し、ドゥエルポイントの強度値の合計をプロットする。より具体的には、前記受け取るステップは、ＣＰＢシステムにより生成された各フレームからのドゥエルポイント情報を受けることを含む。この場合、前記情報には、ドゥエルポイントの強度値が含まれる。前記処理のステップは、フレームの第１の番号の第１の対象領域のドゥエルポイントの強度値を処理してラスタデータを取り出すことを含み、さらに前記第１の領域が定義されるときに、ラスタデータをイメージパレットにマッピングし、得られたラスタ画像を表示することを含む。前記プロットするステップは、フレームの第２の番号の第２の対象領域が定義されたときに、この第２の領域のドゥエルポイントの強度値の合計を、荷電粒子線量またはラスタリング時間に対するエンドポイントグラフ上にプロットすることを含む。
この態様の実施形態によれば、所定の時間間隔、または所定の線量増加、またはフレームの所定の番号のいずれかの後にマッピングされ、表示される。ドゥエルポイントの強度値の合計は、所定の時間間隔、または所定の線量増加、またはフレームの所定の番号のいずれかの後にマッピングされる。第１の番号は自動的に計算され、ラスタ画像が得られる。このラスタ画像は、変化に対するリアルタイム反応の外観を有し、またライブラスタ画像全体のノイズ比に対して改善された信号を有する。各ラスタデータは、フレームの第１の番号のドゥエルポイントの強度値を合計し、選択された最小値から選択された最大値までのラスタデータを所定のスケールでリスケーリングすることによって処理できる。選択された最小値以下のラスタデータの値は新たな最小値となり、選択された最大値以上の値は新たな最大値となり、新たな最小値から新たな最大値まで及ぶ他のイメージパレットがマッピングされる。好ましくは、所定の時間間隔が経過するか、または所定の線量増加を受けるか、またはフレームの所定の番号が経過するまでは、イメージパレットにマッピングされたラスタデータは変化しないままである。
更なる実施形態では、前記方法は、現在のラスタデータと所定の数だけ前のラスタデータとの差異から差異表示イメージを生成するステップを含む。前記所定の数だけ前のラスタデータは、それぞれパーセンテージを減少させることによって重み付けられる。イメージパレットは、複数の色を含む。これにより、グレースケールのパレットに比べて、得られたラスタ画像の変化をより効果的に認識することができる。
さらに他の実施形態によれば、前記方法は、荷電粒子ビームシステムがイメージモードにあるか否かを判断し、視角またはサブセット視角をイメージングするためのイメージングモードオペレーションに対応するものとしてフレーム情報を分類するステップを含む。イメージングモードオペレーションのためのフレーム情報に対応するイメージは、イメージングモードウインドウに表示され、ラスタ画像はラスタモードウインドウに表示される。本実施形態の好ましい態様は、イメージングモードウインドウは、フレーム情報がイメージングモードオペレーションとして分類された場合には、最前面にくるようになっており、ラスタモードウインドウは、フレーム情報がラスタオペレーションとして分類された場合には、最前面にくるようになっている。または、前記ラスタ画像はスケーリングされ、イメージモードウインドウ上の正しい位置に置かれる。
更なる実施形態によれば、前記処理およびプロットするステップは、複数の対象領域およびフレームの可変番号用に２回以上繰り返される。または、前記処理およびプロットするステップは、第１の対象領域およびフレームの可変番号およびイメージパレット用に２回以上繰り返される。または、前記プロットするステップは、最も小さい面積を持つ対象領域のみについて実施されてもよい。
この態様の他の実施形態では、前記方法は、次の保存のために、ラスタデータからサムネイルデータを生成することを含む。このサムネイルデータの生成は、所定の時間間隔、または所定の線量増加、またはフレームの所定の番号のいずれかの後にラスタデータをスケーリングすることによって行われる。前記方法は、１以上のイメージパレット、荷電粒子ビーム電流、移送された荷電粒子線量、ラスタリング時間、およびサムネイルデータに対応するエンドポイントグラフデータの１つ以上を保存することができる。エンドポイントグラフおよび少なくとも１つのサムネイルイメージは、イメージパレットを少なくとも１つのサムネイルデータに適用することで構築され、表示可能となる。各サムネイルイメージは、エンドポイントグラフ上の１つの対応する強度値と相互参照される。この相互参照は、エンドポイントグラフ上の値を選択することで最も近い相互参照されたサムネイルを表示させるように行われる。前記方法は、サムネイルデータの平面内の線分を定義することで、断面イメージを構築し、そして断面イメージの列を生成するステップを含むことができる。この列の生成は、各サムネイルデータの線分に沿った強度値を分析し、各列を上から下まで連続的に積み重ね、断面イメージの水平軸がスペースに対応し、垂直軸が時間又は線分に対応するようにする。好ましい態様では、前記分析するステップは、線分のいずれかの端部上のベクトルであって、所定長さを持ち、該線分に垂直なベクトルに沿って強度値を平均化するか、または積分することを含む。前記方法は、エンドポイントグラフと、所定のイメージパレットを少なくとも１つのサムネイルデータに適用することによって構築される少なくとも１つのサムネイルイメージと、断面イメージとを表示するステップを含むことができる。この場合、各サムネイルイメージは、エンドポイントグラフ上の対応する１つの強度値、および断面イメージの１つの列と相互参照される。エンドポイントグラフ上のポイントを選択することで、最も近い相互参照されたサムネイルイメージを表示させ、断面イメージの相互参照された列を示させる。または、断面イメージ上の列を選択することで、相互参照されたサムネイルイメージを表示させ、エンドポイントグラフ上の相互参照されたポイントを示させる。
更なる態様では、前記第１の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアに設定される。または、前記第１の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアのサブセットに設定される。サブセットは、少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントを排除するように選択されることができる。前記少なくとも１つのラスタ形状は、少なくとも１つの内部境界線を持つことができ、この場合、サブセットは、少なくとも１つのラスタ形状の内部境界線から他の所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることができる。前記第１の対象領域は、フレーム内でオーバーラップする少なくとも２つのラスタ形状によって占められるエリアの結合に設定されることができる。または、前記第１の対象領域は、少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることができる。
さらに他の態様では、前記第２の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアに設定される。または、前記第２の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアのサブセットに設定される。サブセットは、少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントを排除するように選択されることができる。前記少なくとも１つのラスタ形状は、少なくとも１つの内部境界線を持つことができ、この場合、サブセットは、少なくとも１つのラスタ形状の内部境界線から他の所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることができる。前記第２の対象領域は、フレーム内でオーバーラップする少なくとも２つのラスタ形状によって占められるエリアの結合に設定されることができる。または、前記第２の対象領域は、少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることができる。
本態様の他の実施形態では、ＣＰＢシステムにより生成された各フレームからの情報、およびＣＰＢシステム操作パラメータは、処理およびプロットのステップに従い、次の復旧および処理のために保存することができる。プロットステップは、ｙ軸を新たな範囲にリスケーリングすることを含んでもよい。この新たな範囲はエンドポイントグラフ上に表示されるｘ軸の範囲に亘って合計されたドゥエルポイントの強度値の全てを含むものである。前記リスケーリングは、合計されたドゥエルポイントの強度値が変化したことを判断するための識別を容易にするためである。
第２の態様は、本発明は、材料の加工などの荷電粒子ビームシステム操作におけるイメージング方法を提供する。この方法は、ドゥエルポイントの強度値を受け取り、ドゥエルポイントの強度値を処理する。より具体的には、前記受け取るステップは、ＣＰＢシステムにより生成された各フレームからのドゥエルポイント情報を受けることを含む。前記情報には、ドゥエルポイントの強度値が含まれる。前記処理のステップは、フレームの番号の対象領域のドゥエルポイントの強度値を処理してラスタデータを取り出し、前記ラスタデータをイメージパレットにマッピングし、そして得られたラスタ画像を引き伸ばして表示することを含む。前記ラスタ画像の引き伸ばしは、第１の軸においては、ゼロよりも大きい第１の所定の因数だけ、第２の軸においては、ゼロよりも大きい第２の所定の因数だけ引き伸ばすことで行われる。
本態様の実施形態では、前記第１の所定の因数および第２の所定の因数は等しくてもよく、または第２の所定の因数は第１の所定の因数よりも大きくてもよい。
本発明の他の態様および特徴は、添付する図面を参照して以下に説明する本発明の具体的な実施形態の記載から、本技術分野における通常の知識を有する者にとって明らかになるであろう。
本発明は、一般に、ＦＩＢ加工エンドポイント検出オペレーションを向上させるための方法を提供する。この方法は、加工されているエリアのリアルタイム画像と、ピクセル強度のリアルタイム図形プロットとを生成することを含み、既存のＦＩＢシステムによって生成された画像およびプロットに対して検出感度を向上させるものである。画像およびプロットは既存のＦＩＢシステムから得られた生の信号データを用いて生成される。より具体的には、生の信号データは、画像を生成するための特別なアルゴリズムに従って処理される。このアルゴリズムは、画像と、対応する強度グラフを生成するためのものであり、これら画像およびグラフは信頼性の高い正確なエンドポイント検出に使用される。特に、表示される画像は、加工された材料の変化に関するより視覚的な情報を含み、一方で、強度グラフはピクセル強度データを、動的に調整するスケールにプロットし、加工された材料の相対変化を動的に強調する。同様に、現在のシステムと同じように、サブセットではなく、システムによって生成されたすべてのドゥエルポイントデータを解釈する。この補完的な情報は、既存のＦＩＢシステムに連結されたＦＩＢ分析ステーションのモニタに表示される。
次に、明細書に用いられる特別な用語および表現の定義を示す。
ラスタ形状とは、荷電粒子ビームによってラスタ処理された形状であり、典型的には、ただし限定されないが、矩形状のエリアであって幅Ｗおよび高さＨを有し、始点（ｕ０，ｖ０）と、ラスタステップサイズｄｕおよびｄｖとを有する（ｕ，ｖ）座標内に定義される。ラスタ形状は、各ドゥエルポイント用のドゥエル時間の固定された、または可変のコレクションを含み、さらにドゥエルポイントがラスタ処理されたか否かを判断するのに用いられる「マスク」を含むことができる。ラスタ形状は、また、例えば、多角形および線分から構成され、これらは始点（ｕ０，ｖ０）とラスタステップサイズｄｕおよびｄｖとを有する（ｕ，ｖ）座標内に、対応するドゥエルおよびマスク情報とともに定義される。最も一般的には、ラスタ形状は、各離間位置においてビームがどれだけの時間停滞したかを示す情報を伴う、単にラスタ処理された座標のリストである。より高いレベルでは、ラスタ形状は、Ｗ，Ｈ，ｕ０，ｖ０，ｄｕ，ｄｖのようなパラメータ化された情報や、ドゥエルマスクおよびドゥエル時間の情報から構成される。これら情報は、強度値の数列の中のある強度値のインデックスが既知であるときに、ビームの予想される位置を再構築するのに必要である。
フレームは、既知の始点および終点を伴うドゥエルポイントデータの集合である。この始点および終点は、強度値およびビーム位置の情報を１以上のラスタ形状の形式で有する。１つのフレームの終了と他のフレームの開始は、次の３つの観点が引き金となって起こる。すなわち、形状、時間、線量である。形状の観点からは、ビームがラスタ形状の集合の最初のｎ番目のパスのラスタ処理を開始したときにフレームは開始され、ビームがラスタ形状の集合の最後のｎ番目のパスのラスタ処理を終了したときにフレームは終了する。時間の観点からは、１つのフレームが終わって、所定の時間が経過した後に新たなフレームが始まる。線量の観点からは、１つのフレームが終わって、所定の数の荷電粒子がターゲットのあるエリアに導かれた後に、新たなフレームが始まる。
対象領域（ＲＯＩ）は、エリアまたは形状ベースで定義可能なフレーム内のデータの選択されたサブセットである。ＲＯＩは任意に構築されてもよく、またはフレーム内のラスタ形状の一部またはすべてに選択基準を適用することによって構築されてもよい。選択基準の一例は、「ラスタ形状内にあるすべてのドゥエルポイント。ただし、ラスタ形状の境界線上にあるものを除く。」である。対象領域の内部にあるドゥエルポイントは処理され、対象領域の外部にあるドゥエルポイントは無視される。対象領域が定義されていない場合は、すべてのドゥエルポイントが無視され、ゼロのデータがその操作のために処理される結果となる。初期設定では、対象領域はフレーム内の全てのラスタ形状によって占められるエリアである。
図４は、図１に示すＦＩＢシステム１０と本発明の実施形態に係るＦＩＢ分析ステーション１００との一般的な関係を示すブロックダイアグラムである。ＦＩＢ分析ステーション１００は、ＦＩＢシステム１０とは独立した処理アルゴリズムで画像およびデータを処理する独立のシステムとしてもよく、またはホストＦＩＢシステムに統合されたシステムであってもよい。ＦＩＢ分析ステーション１００は、古いＦＩＢシステムを「改良」するのに用いることができ、さらにＦＩＢ分析ステーション１００の機能は新しいＦＩＢシステムの組み立て／設計の間に統合することができる。多くのＦＩＢシステムは、ＦＩＢシステム１０の特定の機能をコントロールするためのアクセス可能なコンソールと、該コンソールに挿入される着脱可能なボードとを有する。１つ以上のこれらのボードを通じてピクセルデータの流れが送られる。一旦、適切な信号ラインが特定されると、適切なハードウェアインターフェースがボードと結合され、信号を「傍受」する。これら信号は、動作の間、ＦＩＢシステム１０の他の部分に送られる一方で、ＦＩＢ分析ステーション１００にも受信される。ＦＩＢ分析ステーション１００に取得された信号データは、偏向値、処理されていないｘ−ｙ座標およびピクセル強度データを含み、これらは既存のＦＩＢコンピュータに送られる。ＦＩＢコンピュータは、ＡＩＸ（Advanced Interactive eXecutive by IBM）操作システムおよびＦＩＢ供給メーカーから供給されるマイクロサージェリーソフトウェアを実行するシステムである。ＦＩＢ操作パラメータはＦＩＢシステムＡＩＸコンピュータからビームコントロール回路に送られる。
好ましくは、ＦＩＢ分析ステーション１００は、マイクロプロセッサ、メモリ、大容量記憶装置を含む。典型的には、これらはモニタとＦＩＢシステムハードウェアインターフェース１０２を有するコンピュータワークステーションとして具現化される。図４に示す実施形態では、ケーブルはワークステーションにデータを送る手段である。しかしながら、いかなる送信手段を用いてもよい。ＦＩＢシステムの既存のイメージ処理およびＦＩＢ分析ステーション１００は並列にかつ独立に運転される。ＦＩＢ分析ステーション１００は受動的であり、ＦＩＢシステムの操作機能をコントロールしない。従って、必要な信号が特定され補足しさえすれば、あらゆるＦＩＢシステムを改良することができる。ＦＩＢ分析ステーションはＦＩＢシステムと交流しあって操作機能を提供することが好ましいが、必須ではない。
ＦＩＢ分析ステーション１００は、多くのＦＩＢシステムがほとんどすべての加工モードでは「連続的なピクセル生成器」として動作することを利用する。これは、ＦＩＢシステム１０などのＦＩＢシステムは行列データの矩形状のストリームを各ラスタパス用に生成ことを意味する。この場合、列または行に隣接するドゥエルポイントは互いに「近所」関係を有することができる。この「近所」関係はユーザーによって知覚される画像を向上させるために、有効利用することができる。すなわち、画像を拡大する（つまり、加工ボックス内のドゥエルポイントよりも多くのピクセルをディスプレイ内に生成する）ために、隣接するドゥエルポイントの間に挿入する、または境界線のドゥエルポイントを削除して、深い孔を加工するときに誤ったエッジ効果を低減することにより有効利用する。
より具体的には、ＦＩＢシステム１０は、加工ボックスが（ｕ，ｖ）スペース内に定義されているモードで運転され、ビームはｄｕ，ｄｖずつ進む。ここで、（ｕ，ｖ）は直交するベクトルであり、現実世界（試料）のスペース（ｘ，ｙ）に対してある角度を有する。典型的な加工は矩形状または多角形状であり、ビームはｄｕ及び／又はｄｖずつ進み、各ポイントで所定の時間留まる。あるドゥエルポイントだけ「スキップ」するようにＦＩＢに指示することもできる。例えば、ＦＩＢは（ｕ０，ｖ０）、（ｕ１，ｖ０）、（ｕ２，ｖ０）をスキャンし、次に１つのドゥエルポイントをスキップして（ｕ４，ｖ０）に飛ぶこともできる。従って、ほとんどの時間、ＦＩＢは、（ｕ０，ｖ０）から（Ｗ＊ｄｕ，Ｈ＊ｄｖ）で定義される矩形状のスペース内をｄｕ及び／又はｄｖずつラスタ処理し、いくつかのドゥエルポイントを指示に従ってスキップする。デジタルスキャンシステムにより生成される実際のビーム位置は整数の近似値であってもよい。
ビームのスキャニングの他の手法は、ポイントの（ｘ，ｙ）位置とそのポイント（または一続きの（ｘ，ｙ）ポイントであって、それぞれが均一のドゥエル時間を有する）で停滞する時間とからなるポイントの「偏向リスト」を特定する。このリストは、一続きの線分であってもよく、または完全に自由曲線のポイントであってもよい。このような状況下では、リストの要素がスペース内の連続ポイントにマッピングされることを想定することはできない。この種のデータの問題は、ユーザーに対していかにこれを表示するかである。
１つの手法としては、ＦＩＢのすべてのスキャン可能なエリアをマッピングする要素の配列（例えば４０９６×４０９６）を定義し、ビームの「スポットサイズ」を決定し、そしてＦＩＢ（または他の荷電粒子顕微鏡）のある視角でのスポットの径に対応する要素がどのくらいあるかという観点からそのスポットサイズを補正する。従って、ビームが１０ｎｍのサイズであり、視角が４０９６ｎｍ×４０９６ｎｍであるとすると、配列の各要素は試料のスペースでは１×１ｎｍに対応し、スポットサイズは１０要素分の直径である。さらに、１０要素分の直径の円（または四角形、または適当な形状）であって、要素配列中の各ドゥエルポイント（ｘ，ｙ）の位置の中心の円を、信号を生成する検出器からの強度値で満たすことを選択することもできる。この手法下でのフレームは、既知の状態（ブランク、または何らかのデータが既に取得された状態）で始まり、どんなに多くのドゥエルポイントからどんなに多くのデータの円が所定のフレーム間隔で起こったかについて付加および操作によって修正される。このフレームが組み立てられると、その（またはそのいくつかのサブセット）がＦＩＢ分析ステーション１００に操作のために移り、あたかも典型的な（ｕ０，ｖ０）から（Ｗ＊ｄｕ，Ｈ＊ｄｖ）のフレームであるかのようにふるまう。
「偏向リスト」が連続するものと想定できないとき、得られる画像はスケーリングされたときに視覚的に見えない「ギャップ」を持つことがある。同じデータをビームとほぼ同じ径（またはその直径の機能、例えばビームの周りの相互作用の量を考慮に入れる）の円形の領域に導入するように各ドゥエルポイントを扱っても、なお視覚的に画像に表れるものを生成しない。しかしながら、それはサンプル上で何が起こっているかを示す少なくとも現実的な描写であり、データが通常の間隔（ｄｕ，ｄｖ）に当てはまると想定できないときにはベストの選択である。
通常のオペレーションでは、ＦＩＢ分析ステーション１００は、ドゥエル時間やラスタごとの時間にかかわらず、各ドゥエルポイントにおいて各ラスタパス用に強度を取得する。これは、毎秒１０００を超えるＦＩＢラスタ処理（または加工ボックスフレーム）が起こることを意味する。一般に、２４ｆｐｓ（１秒あたりのフレーム数）のレートは、人間の眼にとってスムーズな動きを示すのに十分なレートと考えられている。２０ｆｐｓでも、各連続するフレームがかなりスムーズに変化する細部を含んでいるときにはスムーズに見え、これはＦＩＢ加工中によくあるケースである。従って、ＦＩＢラスタレートの毎秒１０００ラスタ処理では、表示のために、５０ＦＩＢラスタ処理を１つのフレームにまとめ、なお２０ｆｐｓの表示レートを実現することが可能である。各ドゥエルポイントが８ビットの強度値を生成するに従い、各ドゥエルポイントは０−２５５の範囲の強度値を持つことができる。もちろん、異なるシステムでは８ビットを上回る強度値であってもよい。平均化された画像はこのデータの範囲を保存する。しかし、積分された画像はドゥエルポイントあたり何千もの総数に達し、これによりユーザーはＦＩＢ分析ステーション１００から提供された画像を調整することができる。従って、平均化された画像やＦＩＢシステム１０のスクリーン上でも解像できない、信号強度のある特定のサブセットを向上することができる。既知のグラフィック処理アルゴリズムは画像を最適化することに用いることができ、例えば、ＦＩＢコントラスト（二次粒子検出器のゲインに効果的）や明るさベースのセッティングを含む。これはどのようにＦＩＢ分析ステーション１００がこのデータを表示するかを調整するのと同様である。
ＦＩＢシステム１０により提供された本来の画像より優れた、ライブの、または平均化された、または積分された画像を表示することに加え、ＦＩＢ分析ステーション１００は、ラスタパスからの強度データを計算し、平均強度（０−２５５）および積分された強度の両方のエンドポイントグラフプロットを、従前の間隔の間に受け取った全てのラスタから２５０ｍｓのデフォルト間隔で表示する。
図５は本発明の実施形態に係るＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上に表示される拡大された加工エリアの例を示す。矩形状のエリア２００はＦＩＢ分析ステーション１００のモニタの可視スクリーンエリアを示す。ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタは図２に示すものと同じに見える。しかしながら、図２の加工ボックスエリア６２を表示するために用いられるデータを画像処理した後、ユーザーはその可視加工エリアをボックス２０２に拡張することができる。この付加的なピクセル情報の表示により、加工ボックスエリア６２では知覚できないわずかな視覚的な変化を加工ボックスエリア２０２では容易に視認することができ、より多くのイオンビームドゥエルポイント情報がより多くのピクセルを通じて表示される。この実施形態では、「加工ボックス」との用語は、矩形状のボックスまたはエリアのことをいうが、いかなる任意の形状でもよい。後述するように、ボックス２０２内の視認可能な加工エリアを生成するのに用いられるデータは処理され、オペレータによる視覚的なエンドポインティングを向上させる。
図６は本発明の実施形態に係るＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上に表示されるエンドポイントグラフの例を示す。示されているプロットは、既存のＦＩＢシステム１０が図３に示すプロットを生成するのに使用される同一のデータから生成されている。図６のエンドポイントグラフは各軸に対して２つのプロットを含む。左側の縦軸は積分された強度値であり、右側の縦軸は平均化された強度値を表す。線２０４は積分された強度値の軸に対してプロットされたものであり、線２０６は平均化された強度値の軸に対してプロットされたものである。この技術分野における通常の知識を有する者にとって明白であるように、図６のプロットは、既存の画像またはＦＩＢシステム１０によって提供される図３のエンドポイントグラフよりもエンドポイントをよく表している。積分された強度プロット２０４の略垂直なスロープと、平均化された強度プロット２０６の略垂直なスロープは、図３のエリア７０に対応する材料の移行を示唆しているものである。
以下の記載は、本発明の実施形態に係るＦＩＢ分析ステーション１００の機能ブロックである。
図７は、本発明の実施形態に係るＦＩＢ分析ステーション１００によって実行されるデータ分析エンジン３００の機能ブロックである。本実施形態では、データ分析エンジン３００は、コンピュータワークステーションのハードドライブ上のアプリケーションプログラムとして格納可能なものである。データ分析エンジン３００は、ハードウェアインターフェース１０２を介してＦＩＢシステム１０からデータを受け取るデータ取得ブロック３０２と、データ処理ブロック３０４と、ラインバッファリスト３０６と、画像処理ブロック３０８と、ディスプレイエンジン３１０とを含んでいる。
データ取得ブロック３０２は、ＦＩＢシステム１０から２つのタイプのデータを集める。第１のタイプのデータは、ＦＩＢシステムパラメータデータであり、ＡＩＸコンピュータからハードウェアに送られるものである。このハードウェハは、サンプルに対するイオンビームを操作するものである。このデータは、加工ボックスの予定位置、加工ボックスの形状およびサイズ、ドゥエル時間、ピクセル間の変位などに関する情報を含む。イメージングおよび加工オペレーション（破砕、堆積、またはガスにアシストされたエッチングなど）は、多くの異なるラスタアルゴリズムを用いて行われ、これらを総称して「加工」という。この「加工」はデータ取得ブロック３０２により検出され、またはＦＩＢシステム１０のＡＩＸコンピュータ上のサーバープログラムによって提供される。
情報の第２のタイプは、ドゥエルポイントのｘ−ｙ座標情報と各ドゥエルポイントの強度値に関するデータである。通常、ＡＩＸコンピュータから移送されたデータは、データ分析エンジン３００に必要とされない情報を含んでいる。従って、データ取得ブロック３０２は、データ分析エンジン３００の機能を有効にするのに必要と考えられるデータを選択的に取得するように構成される。
データ処理ブロック３０４は、２つのタイプのデータをデータ取得ブロック３０２から受け取り、それに応答して異なる機能を実行する。例えば、加工オペレーションが始まることを示すラスタデータを受け取ると、データ処理ブロック３０４は、画像処理ブロック３０８にメッセージを送り、フレーム／秒の数をブロック３０８に連絡する。ブロック３０８はそれを受け取り、毎秒２０フレーム（ｆｐｓ）のビューモードが得られるようにする。加工ボックスの寸法（加工される面積を決定するための）やその位置などの付加的な情報も提供され、これにより、受け取ったドゥエル強度データが正しく整理され、正しい画像が生成される。
一方、強度データが受け取られた場合には、画像ライン処理が実行される。本実施形態では、画像処理ブロック３０８はｘ−ｙドゥエルデータと強度を受け取り、データからなる１つの水平ラインを一回ごとに組み立てる。各水平ラインが組み立てられた後は、ラインはラインのバッファードリストに加えられる。各ラインは各ドゥエルポイントの強度やラインが対応すべき加工ボックスなどの付加的な情報を含んでもよい。この技術分野に属する通常の知識を有する者であれば、複数の加工ボックスを並列加工オペレーション用にセットすることは可能であること、および加工データが矩形状に限定される必要がないことは理解されよう。
データ処理ブロック３０４は、ユーザーインターフェース３１０に、ＦＩＢシステム１０のＡＩＸコンピュータにより指示されたスクリーンディスプレイ中に変化に関する情報を提供する。例えば、データ処理ブロック３０４が受け取ったＦＯＶ指示の変化は、ユーザーインターフェース３１０のスクリーンを必要に応じてアップデートする。好ましくは、ＦＩＢシステム１０のモニタ上のいかなる変化は、それらがユーザーまたはＡＩＸコンピュータが起こしたものかどうかにかかわらず、ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタに反映される。
画像処理ブロック３０８は、ラインバッファ３０６内に存在するラインを取り出し、画像に挿入するための対応するビジュアルラインを生成する。ラインの強度の平均化、明るさの計算、およびその他の好ましい図形上の変形はラインのピクセルに対して実施される。画像処理ブロック１１０は画像データに対して変形アルゴリズムを実行するためのものであり、特定の用途に合わせて画像を向上させるための画像処理を実行する。画像や図形を処理するさまざまな技術は従来から知られている。次に、実施可能な画像処理機能について簡単に説明する。
画像のコントラストは、加工中に僅かなコントラスト変化が検知されるように調整される。ビームの焦点、画像コントラストレベルは、最適な二次電子画像を得る上で重要である。画像コントラストレベルは、さらなる最適化のためのヒストグラムを参照することによって調整可能である。例えば、図８（ａ）はＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上に表示可能な低コントラストの画像のヒストグラムを示す。このヒストグラムは強度範囲が０から１６４であり、ほとんどのピクセルの強度は１００以下である。図８（ｂ）は同じエリアを示し、ＦＩＢ明るさとコントラストの最適化を行い、０から２５４までのすべてのダイナミックレンジをカバーした例である。この範囲に亘って、あらゆる強度に適度な数のピクセルが存在する。
画像はスケーリングされ、「賢い」補間を用いて、または用いないでウインドウにフィットすることができる。補間を用いない場合は、各ドゥエルポイントは、画像上の均一な強度を持つ特徴のある矩形となる。「賢い」補間が有効となると、よりスムーズな画像が得られる。この補間は、ディスプレイ上のピクセルに値を挿入することによって行われる。挿入される値は表示された画像の中のドゥエルポイントの正確な位置の間にあるものである。挿入は補間ステップが最大値になるまで行われ、その後画像は均一にスケーリングされる。この「賢い」補間は滑らかな画像をもたらし、どこに実際のドゥエルポイントがあるかについてユーザーはなお知覚することができる。
ユーザーは、加工されているエリアまたは画像として単に現れているエリアの画像を拡大することを選択することができる。あらゆる所定の倍率、例えば２倍、３倍、４倍、または１０倍などの倍率が選択できる。画像を拡大するときは、拡大された画像はマウスのカーソルに追随する。必要であれば、画像を特定の位置にロックすることができる。
表示された画像は加工の短軸の方向に伸張することができる。加工エッジに垂直にピクセルを伸張することは有益である。特に、高偏心ボックス（例えば極めて幅広であるが高さは低い）を加工するときに有益である。このような加工は、試料の準備や不具合の分析などで透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてＦＩＢで切断するときに起こる。図８（ａ）は、ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上のビューエリア２００内の高偏心比のイメージングボックス４００を示す。オペレータが丸い接点構造体４０２の端部を正確に加工しようとするとき、図８（ａ）では正確に切断をストップするポイントを判断することは難しい。なぜならば、最新のデバイス上の頂部から観察される細部は、正確な断面切断のための十分な情報を与えないからである。
切断をストップさせるポイントを正確に判断するための１つの手法は、切断ビームから逸れた位置に二次荷電粒子ビームを設け、リアルタイムで断面を観察することである。しかしながら、そのようなカラムを単一ビーム機器に後付けすることは通常不可能であり、そのような「二重ビーム」装置は、付加された二次カラムの複雑さのために単一ビーム装置に比べて高価である。
イメージングボックス４００はＦＩＢのディスプレイスクリーン上のわずか数ピクセルの高さしかないことがあるが、そのスペースには情報が活用されていない多くのドゥエルポイントがある。従って、イメージングボックス４００を異方性的に伸張して、図８（ｂ）に示すように拡大したイメージングボックス４０２を得ることにより、より多くのドゥエルポイント情報を用いて、イメージングボックス４００では見ることが難しかった形状を表示することができる。加工プロセスで得られた断面は、対象物の表面に対して正確に垂直でなく、断面には僅かな角度、通常は数度の角度の傾きがある。例えば、傾斜が２．８６°である場合、断面が２０：１の傾斜を持つことになる。ドゥエルポイントの間隔は比較的小さく、例えば短軸については２ｎｍである。加工ボックスからのデータの表示は、本例のように、加工ボックスの短軸のディスプレイ内において、因数２０で異方性的に伸張される。伸張された表示画像は、２０：１の断面傾斜の補正がされ、ディスプレイを大体１：１のアスペクト比にする。イメージングボックス４０４のエッジ内のコンタクト４０２の部分は、対応して伸張される。これにより、軸から逸れた二次ビームを用いて断面を調べることで得られる効果と大きく違わない効果が得られる。従って、オペレータはより正確にイメージングボックス４０４のエッジを位置決めすることができ、切断を停止する最適なポイントと位置を判断することができる。実際には、オペレータは、ＦＩＢシステム１０上のイメージングボックス４０２を位置決めし、ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上の伸張されたイメージングボックス４０２を対応して位置決めする。または、加工画像の異方性的に伸張された表示を調べることにより、加工中に極めて細かい調整をボックスの位置に対して行う。
反対に、表示された画像を縮小させてもよい。すなわち、１未満の因数を用いて伸張することにより、そのフルサイズの一部分にまでスケールダウンさせてもよい。このことは、補間をやめ、ごく少数のドゥエルポイントのボックスを加工するときに、ピクセル化を減らすのに有効である。これにより、人間の眼は、表示された情報の中の変化をより速やかに識別することができる。
上述したように、画像処理ブロック３０８はイメージングまたは加工データを表示するための計算を実行することができる。これは、画像の、ライブモード、ＴＶモード、積分モード、平均化モード、スナップショットモード、および差異モードを含む。これらの各イメージングモードについて以下簡単に説明する。
ライブイメージングモードは、ある固定されたレンジ内のデータの個々のフレームを表示する。固定されたレンジは、検出器によって提供された強度データのビット数に対応し、典型的には、８ビットで、０−２５５のレンジである。
ＴＶモードは、データの平均化されたフレームを表示する。ここで、平均化されたフレームの数は、平均化されたフレームのレートが２０ｆｐｓ（スムーズな「ＴＶ」のような画像を生成するのに必要なｆｐｓ）となるように計算される。この数値は、ラスタリング情報から自動的に計算され、変更することはできない。通常、このモードは、良好な信号／ノイズ比を提供しつつ、イメージデータ内の素早い変化に対しても良好な応答性を保持するベストなイメージングを提供する。
積分モードは、データの積分されたフレームを表示する。どの時間においても、表示された画像は、前のＮ個のフレームの合計に相当する。ここで、Ｎはユーザーが選択可能である。
平均化モードは、積分モードに似ているが、ヒストグラム機能を用いてその限界を０−２５５スケールにする。なお、検査中の信号を提供する検出器のフルレンジに基づいたものであれば、いかなるスケールであってもよい。これにより、チャンネル選択の正確性を限定しつつ、ライブまたはＴＶモードと同じレンジで表示することができる。
スナップショットモードは、４分の１秒の間隔でデータの積分されたフレームを表示する。エンドポイント強度グラフ内に表示されたデータは、これらの画像から取得される。それらは、ラスタリング時間とは独立に、４分の１秒ごとに更新されるのみである。これはなだらかな平均ではないため、各画像は３２フレームを上回る合計となることもある。ヒストグラムのリミットは、適切なレンジにスケールダウンされる。
差異モードは、１／４秒の積分画像として得られたスナップショット画像に基づいた合成画像を表示する。差異画像は、直近のスナップショットと前の４つのスナップショットとの間の差異として計算されることができる。前記前の４つのスナップショットは、それぞれ０．５０，０．２５，０．１５，および０．１０の因数を用いて、直近のものから最も古いスナップショット画像まで、重み付けされる。この技術分野における通常の知識を有する者であれば、これらの比率は、検査対象物の持続性と、持続から減衰までの減衰時間の両方の尺度を提供することは理解されよう。しかしながら、他の比率を用いて、持続性と減衰性を表現してもよく、ＣＲＴレーダーディスプレイのリン光体の振る舞いのように似せてもよい。４つのスナップショットが用いられているが、いかなる数およびそれに対応する重み付けを用いることができる。
この手法を用いて、すべてのスナップショットデータを８ビット強度に標準化したとき、計算された差異データは、−２５５から＋２５５までに伸びる。そこで、それを再び２で割り、１２７だけオフセットして、０−２５５レンジを作る。このレンジには、通常のパレットを表示のために使用することができる。前の画像の成分の重み付けは、約１秒を超える持続性を生成する。これはＣＲＴレーダーディスプレイのリン光体の持続性効果に似ている。これにより、イメージングにおけるジッターを低減させ、さらに、単に２つのスナップショット間での単純な相違が起こったときよりも、よりなだらかに変化が起こったときでも、ユーザーはその変化を視覚的に捉えることができる。加工画像の中のより明るくなった領域は、差異画像で明るく見え、加工画像の中のより暗くなった領域は、差異画像で暗く見える。変化がない場合は、データは中央に寄り、０−２５５レンジの１２７チャンネルの周りに集まる。このビューは、特に、最近現れた、または消えた加工ボックスの領域を判断するのに役立つ。
図９は、連続するスナップショット画像と、それから得られた対応する差異画像を示す図である。４分の１秒ごと（左から右へ）に撮られた加工エリアのスナップショット画像４２０，４２２，４２４，４２６では、正方形が現れる様子が連続的に示され、各スナップショット画像の底部において水平に延びる金属線構造が表されている。各スナップショットの背景は薄いグレー色であり、加工されたエリアは、最初は薄い円として画像４２２に現れる。加工が進むに従い、円は画像４２４に示すように暗くなり、ついには画像４２６に示すように、完全に暗い四角形が現れる。差異モードのオペレーションでは、画像４２０（およびその前の予め選択された数の画像）は画像４２２から差し引かれ、差異画像４２８が生成される。また、画像４２４は画像４２６から差し引かれ、差異画像４３０が生成される。グレーの背景は変化せず、これにより黒の背景が得られるが、画像４２２に現れる黒い円は差異画像４２８には明るい円として現れる。同様に、画像４２４と４２６との間の変化は四角形のボックスのみであるので、差異画像４３０では明るい四角形のボックスのみが現れる。水平の金属線はどのスナップショットでも変化しないのであるから、差異画像には現れない。本実施形態では、４つの遡る画像を対象画像から差し引いているが、いかなる数を選択してもよく、遡る画像のそれぞれに重み付けをしてもよい。
本発明の実施形態によれば、ユーザーが選択できるカラーパレットは差異画像に適用することができ、これにより変化のタイプを示すことができる。例えば、黒は変化が現れないことを示すことができる。従って、ユーザーは、加工中にどのような変化が起こっているのかを速やかに識別することができる。選択可能なカラーパレットのさらなる説明は後述する。
ユーザーインターフェース３１０は、画像を表示させるためのものであり、ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上にエンドポイントグラフをプロットするためのものである。さらに、前記モニタは、ユーザーがさまざまな機能を選択する、またはビューを切り替えることを可能とする。
このユーザーインターフェース３１０は、一般に、ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上に表示させるための、図形データおよび画像データの視覚的なレイアウト／プレゼンテーションを担う。この図形データは図６に示すようなエンドポイントグラフ、画像、サムネイル、ＦＩＢパラメータ情報、および表示のための情報のタイプをコントロールするためにユーザーが選択可能な機能などを含むことができる。例えば、ユーザーは、必要であれば、差異イメージングモードを選択することができ、または複数のモードで画像を見るために複数の窓枠を選択することができる。さらに、異なる加工ボックスからの複数の画像を見るために複数の窓枠を選択することができる。この場合は、それぞれの加工ボックスは個別のモードで個別のカラーパレットを適用することができる。
上述したように、ユーザーは、カラーパレットを選択することで、測定された強度にどの色を割り当てるかを特定することができる。デフォルトのグレースケールパレットは、強度０を示す黒と最大強度を示す白との間のグレーのリニアスケールを提供する。いくつかの他のパレットは、加工画像の疑似色レンダリングのために使用することができる。この疑似色レンダリングは強度の小さな変化をより識別しやすいようにすることができる。いくつかの特定のパレットは、黒から白までの範囲を赤から黄色の範囲を通じて表示させる温度パレットであってもよく、また、赤−緑−シアンブルーのパレットであってもよい。この赤−緑−シアンブルーのパレットでは、低い信号は深い赤、中程度の信号は緑、そして高い信号は明るいシアンブルーで表される。パレットの順序は逆にしてもよい。例えば、白が強度０を示し、黒が最大強度を示すようにしてもよい。ユーザーインターフェース３１０はユーザーによって選択されたカラーパレットを強度に割り当てることができ、それに対応して強度をモニタ上に選択されたカラーパレットとともに表示することができる。
人間の眼は、６４と２５６の間の不連続なグレーレベルのみを識別することができるので、ほとんどのパレットは２５６の入力に制限されている。しかしながら、２５６を超える異なるレベルを表示することは有益である。この場合、異なる色を含む、より大きなパレットを用いることができる。この場合の異なる色は、温度パレットの場合のようにトーンが連続的に変化するものであってもよく、または不連続な色の選択であってもよい。不連続な色についていえば、１つのパレットの入力と次のパレットの入力との差、または入力されたパレットのある領域とそれに隣接する領域との差は、かなり大きいものである。このような疑似色パレットは、現在の技術分野におけるグレースケールパレットに比較して、表示される加工画像内の変化の識別のしやすさを向上させるのに効果的であることが分かっている。疑似色パレットは、また、２５６またはそれ未満の入力に制限されている場合であっても有効である。
ガンマ補正は、選択されたパレットに適用することができる。ガンマ補正は、実際の信号強度とそれを表示させる方法との関係を非直線的にするために使用され、信号範囲の低い側または高い側の強度端部での小さな変化を画像上でより強調することができる。ガンマ０．０では直線的な関係となる。正のγは低い強度を速やかにより明るくし、一方で高い強度は比較的変化しないままである。負のγは高い強度を速やかにより明るくし、一方で低い強度は比較的変化しないままである。
ユーザーインターフェース３１０の独自の特徴は、図６に示すように、感度の高いエンドポイントグラフを生成することである。図６に示すエンドポイントグラフは、ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上にリアルタイムでプロットされ、そのスケーリングは画像処理ブロックから受け取った強度値に従ってエンドポイントグラフを動的に調整できるものである。本実施形態では、ユーザーインターフェース３１０は画像処理ブロック３０８に４分の１秒ごとに指示を出して、強度値を最後のフレームの平均化されたまたは積分された値にする。４分の１秒は単に好ましい間隔であり、発明の範囲から逸れることなく所定の間隔を使用することができる。明るさの値は、フレームの終点で計算することができる。または、ラスタ処理が遅い場合には、所定の時間が経過した後に計算することができる。例えば、ラスタフレームが完了までに比較的長い時間を要する場合には、画像処理ブロック３０８は、フレームのラスタリングが始まってから所定の時間が経過した後に、集められたデータを用いて明るさの値を生成するようにしてもよい。従って、フレームは、ＦＩＢがサンプルをラスタリングしている間の特定の時間の間に集められたドゥエルポイント強度データを含むものとして定義することができる。この特定の時間は、１つのフルフレームをラスタリングするのに要する時間に対応させることができる。
特に、０−２５５の強度値を持つ平均化された画像データ、ドゥエルポイントごとに数千の数を持つ積分された画像データは、ユーザーインターフェース３１０によりリアルタイムでエンドポイントグラフをプロットするのに使われる。エンドポイントグラフは、「ｙ」軸を最小値から最大値まで、「ｘ」軸上にディスプレイされたデータをリスケーリングすることによって動的に自動的にスケーリングされる。フルスケーリングオペレーションは、積分されたデータを最小値から最大値まで、現在加工している領域の全てのデータポイントの「ｙ」軸の値を、それらが表示されているか否かにかかわらず再プロットする。一方、リスケーリングオペレーションは、同じ再プロットを実施するが、表示されている「ｙ」軸の値の範囲に対してのみ行われる。すべての場合において、積分された強度グラフが「ｙ」軸の上限または下限を超えようとすると、グラフはリスケーリングされる。グラフに表示されている「ｘ」軸の範囲に対して「ｙ」軸のデータの変化が小さいときは、「ｙ」軸のデータをリスケーリングすることを選択することによって、いつ強度値の変化が起こったかを識別しやすいようにすることができる。このアクションがマウスクリックなどのユーザーの１つの動作で実行できるのであれば、有益である。このリスケーリングの後、「ｙ」軸のデータの小さな変化は直ちにはっきりと現れる。これは、現在の技術に比べてエンドポイント条件を判断する際に有利である。この技術分野における通常の知識を有する者であれば、グラフィカルリスケーリングは簡単な数学の機能であることが理解されよう。
さらに、既存のＦＩＢシステム１０に対して、ユーザーインターフェース３１０から提供されたエンドポイントグラフは、ＦＩＢシステム１０で設定された視界とは独立な感度を有している。
画像処理ブロック３０８からのデータを用い、ユーザーインターフェース３１０はサンプルの加工されたエリアの断面画像をリアルタイムで生成することができ、提供されるエンドポイントグラフと平面画像を補完することができる。この特徴のさらなる説明については、図１０を参照して後述する。
従って、ＦＩＢ分析ステーション１００によって生成された上述したイメージングおよびエンドポイントグラフはＦＩＢシステムのエンドポインティングオペレーションに有効に使用される。これは、第１に、すべてのドゥエルポイント強度情報が画像および高感度のエンドポイントグラフの生成に用いられるからである。このエンドポイントグラフは、画像フレームの平均化および積分された明るさの値をプロットするものである。このＦＩＢ分析ステーション１００により生成された画像およびエンドポイントグラフは、明らかに既存のＦＩＢシステム１０により生成された画像およびエンドポイントグラフよりも優れている。このため、オペレータは、正しいエンドポイントをより確実に判断することができる。従って、本発明の実施形態に係るＦＩＢによりアシストされたマイクロサージェリーは高い成功率を達成することができる。
上述したように、オペレータの記憶に頼って次のエンドポインティング分析を行うことは実用的でなく、また信頼性がない。必要とされるのは、得られた全ての画像や、生成された全てのエンドポイントグラフ、および全ての加工操作の簡潔な視覚的な記録を保存する包括的なジョブ記録システムである。このジョブ記録システムは、後で見直すために、過去に行われたマイクロサージェリーから得られた情報を全て提供することができる。このように、ＦＩＢサーキットエディティングが正しく行われたことの信頼性を大きく向上させることができる。例えば、テストシステムが生成した結果を分析することにより、マイクロサージェリーの際に、不注意で隣接する信号線と短絡させてしまったことが原因で予期しない結果が得られたと判断することができる。このような短絡はその時はオペレータは観察することはできないが、後で調べることができる包括的なジョブ記録システムによれば、短絡を特定することができ、これにより間違った結果がＦＩＢエラーに起因することを検証することができる。このようなジョブを後で調べる機能は、分解して短絡の起こった箇所を探す破壊的な不具合分析のような時間のかかる作業の必要性を減らすことができる点で有利である。これに加えて、このシステムがこの技術分野において通常の知識を有するマイクロサージェリーオペレータに使用されれば、「欠点のない」ように見えるジョブを見直し、マイクロサージェリーが成功したことや提案された設計変更では問題が起こりそうであることについて確信をもってコメントすることができる。
データ分析エンジン３００は好ましくはコンピュータワークステーション上で実行されることから、加工の履歴、エンドポイントグラフ、および全ての得られた画像はハードディスクに保存することができる。これにより、将来的な参照やトレーニングのためのプレイバックや加工の「検視」に用いることができる。データはネットワークを通じてあらゆるコンピュータシステムに移送してプレイバックすることができる。事実上、データ分析エンジン３００によって集められ、または生成されたあらゆるタイプの情報が保存可能である。例えば、各画像パスを順序通りに記録することができ、同様に、各加工オペレーション（粉砕、ガスにアシストされたエッチング、堆積）を、加工およびエンドポイントグラフ信号（強度および、取得可能であればステージ電流の両方）のために生成された全てのサムネイルとともに記録することができる。加工を通じての絞り設定、ビーム電流、累積線量や、ｘｙ間隔、ドゥエル時間、ボックスサイズ、位置およびラスタスタイル（ラスタ、曲線、多角形など）、ステージ位置、その他の機器パラメータなどを記録してもよい。スクリーンインターフェースを、ＦＩＢ分析ステーション１００のモニタに設けてもよく、これによりユーザーは記録された加工を見直すことができる。加工情報が記録されるに従い、このスクリーンを用いて加工をリアルタイムで追うこともできる。一つの実施形態として、これら情報を密封してネットワークを通じて他の場所に送信し、離れたところでそれを見ることも可能である。
図１０はプロジェクトの見直しをするためのユーザーインターフェーススクリーンの例を示す。ユーザーインターフェーススクリーンは、加工のサムネイル画像を時系列的に表示するための加工履歴リスト５００、エンドポイントグラフ５０２、および断面パネル５０４を示す。エンドポイントグラフ５０２は対話式である。つまり、グラフの任意の点をクリックすると、関連するサムネイルが立ち上がり、断面パネル５０４では対応した深さが示される。このような強化機能は、エンドポイントグラフ５０２上のプロットされたデータポイントを、サムネイル画像と、断面画像の水平ラインとに相互に結合することで実現可能である。従って、ユーザーはある特定のサムネイル上をクリックすることで、それに対応するエンドポイントグラフ上および断面画像内の位置を見ることができる。また、ユーザーは、エンドポイントグラフ上のある特定のポイントを選択することにより、対応するサムネイル画像と断面画像上の深さ情報を見ることができる。もちろん、断面画像上のある特定の深さを選択すると、対応するサムネイルが立ち上がり、エンドポイントグラフ上の対応するポイントが立ち上がる。エンドポイントグラフ５０２のどのポイントからも、加工を順方向および逆方向に見直す（「再生する」）ことができる。
パネル５０４内の断面画像は、図１１に示す連続する画像を組み立てることにより生成される。図１１は画像と断面画像との相互関係を図形的に示す。最上部のサムネイル画像５５０は加工中に最初に生成される画像であり、次に、サムネイル画像５５２，５５４，５５６が連続して続く。断面スタック５５８はサムネイル画像が生成されるに従って構築されてもよい。断面ビュー５５８の頂部で始まる線は、サムネイルが生成されるごとに追加され、典型的には、サムネイルの垂直または水平のスライスに対応する。ただし、いかなる角度のスライスとしてもよい。図１１に示すように、断面線５６０，５６２，５６４，５６６は、それぞれサムネイル５５０，５５２，５５４，５５６に対応する。
このように、断面の水平軸（図示のｘ軸）は空間に対応し、垂直軸（図示のｚ軸）は時間（または均等的に線量、従ってある程度深さに関係する）に対応する。ユーザーは断面がサムネイル画像の水平、垂直、または任意のスライスから生成されるかを選択することができる。線および幅のパラメータは、サムネイルのどのエリアが断面を形成するのに使用されるかを指示するために、ユーザーが選択可能なものである。例えば、サムネイルが２００×２００であると、線のパラメータを１００に設定することは、断面はサムネイルの中央部から形成されることを意味する。幅のパラメータは、どれだけの数のサムネイルの線（断面ラインの周りに寄った線）が平均化されて各断面ラインを生成するのかを指示するものである。強度は、断面ラインに垂直なベクトルに沿って積分され、または平均化される。この断面ラインの長さは幅のパラメータによって特定される。ユーザーは、「線」のパラメータを特定する代わりに、グラフィカルユーザーインターフェースを用い断面ラインの位置を選択することもできる。
上述した断面画像の生成の優れた利点は、デバイスの再構築をアシストすることである。より具体的には、不具合が予想されるチップ上のある箇所は加工されて、立方形の容積（ｘ×ｙ×ｚ）が除去される。そして、上述のようにして生成された断面画像を用いて分析され、２つの素子の間で電気的接触が欠如しているかどうかが判断される。加工オペレーションが保存されているので、不具合のあった特定の領域を、立方形に金属を堆積することにより再構築することができる。特に、保存されている断面画像は、２つの素子の相対空間位置を示すことができる。そして、正しい機能が得られているかどうかチップを電気的にテストすることができる。
加工のサムネイル、画像、およびエンドポイントグラフを記録することに加えて、または代えて、データ処理ブロック３０４は生成されたラインを持つことができる。このラインはラインバッファ３０６に供給されると保存される。この保存されたデータは、後で実行または再実行することができ、これによりオペレータは実験的に最適な画像セッティングをプリセットし、その後の同様な加工に用いることができる。データ分析エンジン３００を実行するスタンドアローンのコンピュータまたはラップトップコンピュータに大量伝達媒体からデータをロードすることができるので、このような特徴はＦＩＢシステム１０なしで実行できるトレーニングツールとして機能する。
ＦＩＢ加工の物理的な事実として、異なる材料は異なるレートで加工されるということである。これは、加工される材料の成分および結晶性質が異なるので、加工レートはしばしば異なるからである。従って、加工対象物の周囲の材料よりも加工レートが遅い材料に当たった場合には、その構造（例えば、基板）の下の材料のデータは、オフセットされ、周囲の材料に対して時間的に遅れて現れる。図１２は均一な酸化絶縁材料５７４の中に埋め込まれた金属構造５７２と、基板の生成された描写線５７６とを示す断面図５７０である。金属構造５７２では加工レートが遅いため、金属構造５７２の下の加工が実際に基板に到達する時間は、金属構造５７２の周囲の加工が基板に到達した時間よりも遅くなる。従って、金属構造５７２の下の基板の描写線５７６には「Ｕ」字型のくぼみが形成される。
「Ｕ」字型のくぼみは、線の他の部分に対して不正確な「深さ」または線分として知られているので、修正アルゴリズムを実施することが好ましい。例えば、単純なアルゴリズムとして挙げられるのは、サンプルの表面から正しい参照ポイントまで「Ｕ」字型くぼみのデータポイントを再標準化することである。ここで正しい参照ポイントとは、基板の描写線の他の部分である。より具体的には、より正確な断面を再構築するための一手段は、既知の表面（例えば、集積回路やＩＣが形成されたシリコン基板上の配線層と絶縁層との界面）の計測された変化を投影し、この表面の既知の位置と観察された位置との偏差を数学的に修正し、そしてこの修正を前記層に適用する。より複雑なアルゴリズムの例として挙げられるのは、加工中に信号の強度を分析し、加工が遅いエリアを検出するものである。従って、修正キャリブレーションを動的に適用して、加工レートの違いを較正することができる。
その他の手法を、加工の遅いレートの検出に用いることもできる。例えば、電子とイオンをと組み合わせた信号を正にバイアスした検出器と負にバイアスした検出器を用いて検出し、これによりスパッタされた材料を分類し、計算されたまたは予め設定されたスパッタレートを適用する。一旦スパッタレートが決定されれば、計算により画像を修正することができる。
例えば、二次電子およびイオン信号（おそらく一方または両方の信号をフィルタリングしてより多くの情報を取得する、例えば、後方散乱した電子などの二次的に放出された電子（これらを総称して本明細書では「二次粒子」という）の異なるエネルギーレンジを調べる、及び／又は二次イオンをまとめてフィルタリングする）を観察し、これらの信号に基づいて異なる材料の相対的なスパッタレートを見積もるための式を構築し、それを用いて、各加工パスで除去された材料の深さを較正してもよい。例えば、式は、放出される二次イオンの総量および二次電子の総量を各ポイントで観察することに基づいて構築される（これらの信号は代替の主ビームスキャンまたはスキャンのライン／ピクセルに対する検出器の特性を変化させることによって順次集められ、または複数の検出器を用いることによって同時に集められる）。前記式は、材料内の結晶のばらつきから生じるあいまいさをある程度取り除くことができ、既知のまたは予想される材料（既知の集積回路にはどのような材料が存在するかが基本的な予想となる）のリストから材料を判断することの助けとなる。このデータから、どの材料がどの位置にあるかを分類し、材料の結晶特性にあるばらつきから生じるスパッタレートのばらつきを標準化することにより、前に決定されたスパッタレートを三次元データに適用することができ、これにより観察されたばらつきの較正および修正することができる。従って、既知の表面から外挿法に頼ることなく、表示されたデータ内の本当の対象位置を正確に示すことができる。
上述した本発明の実施形態に示すように、データ分析エンジン３００に用いることができるドゥエルポイント情報を全て持つことは、ＦＩＢエンドポインティングオペレーションを向上させることになる。これは、特に、図形的および数学的な標準的な計算を実行して画像およびエンドポイントグラフの感度を向上することができるからである。
ドゥエルポイント情報は既知の問題、すなわちＦＩＢエンドポイントオペレーションの特定のタイプの困難さを克服するのに使用できる。
例えば、マッハバンド効果は人間の眼の知覚の現象として知られている。この現象は、低強度（より暗い）ストライプの近くにある高強度の（より明るい）ストライプの端部は、そのストライプ全体が物理的に均一の明るさを持っているにもかかわらず、他の部分よりも明るく見える現象である。同じように、より明るいストライプに隣接する、全体に均一な明るさを持つ暗いストライプの端部はより暗く見える。このような鋭い明るさと暗さの変移は、ＦＩＢ加工オペレーションにおいて共通に起こることである。図１３はこの効果を説明するための加工されているサンプルを示す断面画像である。また、材料６０２をラスタリングしている荷電粒子６００のビームは、溝構造を加工する際に傾斜する側壁を形成し、これが他の効果が生じる。残念なことに、形成される側壁の角度は比較的大きな信号強度を周辺のビーム６０４，６０６から引き起こす。これは、加工ビームが当たる表面が、入射ビームに垂直なときよりも、平行に近いときのほうが二次粒子がより多く放出されることに起因する。イメージングするとき、これらのドゥエルポイントからの大きな信号強度は、加工中に線に衝突したと誤ってオペレータに示すか、または少なくともこの領域からの高い信号が、対象となる信号が最も起こる場所であると予想される加工の中央領域からの信号を圧倒してしまう。得られた画像は明るい端部によって支配され、コントラストや明るさの調整はかろうじて画像を改善させるに過ぎない。
本発明の実施形態によれば、データ分析エンジン３００は、周辺のドゥエルポイントからの、すなわち周辺のビーム６０４，６０６からのデータを選択的に無視することができ、その他のドゥエルポイントからのデータのみを使用することができる。加工ボックスの位置やサイズなど、ラスタ環境のすべてのパラメータが既知であるため、画像処理ブロック３０８は加工ボックスの端部に近いドゥエルポイントデータを選択的に無視することができる。加工ボックスの境界線に近いドゥエルポイントのいかなる数も無視することができる。従って、画像コントラストおよび明るさのレベルは、最も感度のよいドゥエルポイントエリアに基づいているので、コントラスト及び明るさをより広い範囲で調整することができる。たとえ、エンドポイントグラフに使用できる数が少なくなったとしても、検出感度は実際に向上する。
パッケージ内の半導体チップの「フリップチップ」マウントの出現は、ある課題を提供する。ＦＩＢマイクロサージェリーは、デバイスの裏側から行わなければならなく、最初の探索的な加工は、通常、デバイスの広いエリアに亘って行われ、これにより基板とデバイスの動的機器との間の距離、すなわち加工時間が判断される。図１４（ａ）は、チップ７００の基板と、ネスト化された加工ボックス７０２，７０４を示す平面図である。加工ボックス７０４はボックス７０２内にあるので、ボックス７０４内のエリアはボックス７０２内のエリアの２倍の線量を受け、より高いレートで加工される。図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。目的は、加工ボックス７０４を通じて既知の構造に到達するまで加工することであり、したがって、プロセスを停止するための正確なエンドポイント検出が必要となる。しかしながら、ボックス７０４から受ける信号は、加工ボックス７０２のエリアからの信号に対して事実上減少している。例えば、加工ボックス７０４の面積をＡとすると、対象構造の存在を示す明るさのレベルは、加工ボックス７０２の面積を１０Ａとすれば、その信号の総計の１０％である。このように、加工ボックス７０２からの信号は加工ボックス７０４からの信号を洗い流すノイズのようにふるまうために、加工ボックス７０４のエリアでの小さな変化は、人間の眼にとってより識別しにくい。
両方の加工ボックスのドゥエルポイント情報はデータ分析エンジン３００には既知であるので、ユーザーは対象の加工ボックスである加工ボックス７０４のエンドポイントおよび画像データのみを選択的に見ることができる。従って、加工ボックス７０４のエンドポインティングのために、加工ボックス７０２からのドゥエルポイント情報は無視される。これに代えて、システムは、例えば、加工ボックス７０４のすべてのエリアと、該加工ボックス７０４に重複する加工ボックス７０２の一部とを含むデバイスの対象領域を選択し、この選択された領域からの信号のみを処理および表示することを選択することもできる。この処理の後、分析された領域の境界線に近い加工ポイントの廃棄またはマスキングなどの処理を行ってもよい。同様に、ユーザーは、同一の分析された領域からの情報を複数のやり方で同時に表示するように選択することができる。この場合、例えば、複数の画像パレットを使用し、及び／又は、積分パラメータの変更や、ＴＶ、スナップショット、差異モードを同時に選択してイメージングすること選択することなどの複数の条件を使用することができる。このような異なる分析条件のもとで同じデータを比較し、対比する機能は、現在の技術に比べてエンドポイント条件を正しく判断するのにとても有効である。
１以上の加工ボックスをスクリーン上に置く場合、アンカーポイント、すなわち参照マーカーが通常はスクリーンに付加され、加工ボックスの正しい配置や方向を確保する。例えば、加工ボックスを、サンプル上に見える構造物に対して特定の位置に置くことができる。しかしながら、ドリフトにより加工ボックスがわずかに移動することがあり、加工ボックスの元の位置が得られない場合がある。既存のＦＩＢシステム１０では、可視構造物の輪郭を描くためにダミー加工ボックスが用いられている。しかしながら、サンプルはダミー加工ボックス内で最小線量で加工されてもよい。本発明の他の実施形態によれば、ユーザーはＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上に真の参照マーカーを描くことができる。この参照マーカーはＦＩＢシステム１０の加工ボックスにロックされることができる（これらの加工ボックスはＦＩＢ分析ステーション１００のモニタ上に再描写される）。ドリフトが起こったときは、オペレータは、ＦＩＢシステム１０の制御を介して加工ボックスを移動させることにより、参照マーカーをその本来あるべき位置に戻すことができる。
上述した本発明の実施形態は、ドゥエルポイント強度データを用いてエンドポイントグラフおよび画像を生成しているが、他のデータであって、サンプル上のドゥエルポイント位置と相互参照できるデータを用いることもできる。例えば、吸収された電流の計測値、超音波アコースティック信号、サンプルからの光の放射などをドゥエルポイントごとに取得し、それらを単独で、または強度値と組み合わせて使用して、エンドポイントグラフおよび画像をさらに向上させてオペレータに提示することができる。これらの他のタイプのデータは、ビームの各ドゥエルポイントに対応した強度値を有していてもよい。
上述した本発明の実施形態はＦＩＢシステムに限定されるものではなく、他の荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）顕微鏡のような、検査されている材料を改造する装置にも適用することができる。そのような荷電粒子ビームシステムの例としては、反応ガスを供給するガス供給システムを有する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が挙げられる。この技術分野に属する通常の知識を有する者であれば、上述した実施形態をある特定の荷電粒子ビームシステムとともに機能するように適合させることは容易に理解できよう。
上述した本発明の実施形態は例示を目的として説明されたものである。この技術分野に属する通常の知識を有する者が、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から離間することなく、これらの実施形態について種々の変更を加えることができる。
従来のＦＩＢシステムの模式図である。 図１に示すＦＩＢシステムの視角を説明する図である。 図１に示すＦＩＢシステムにおけるピクセル強度と線量／深さとの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るＦＩＢステーションを備えた図１に示すＦＩＢシステムの模式図である。 図４に示すＦＩＢステーションにおける視角を説明する図である。 図４に示す本発明の実施形態に係るＦＩＢステーションによって生成された、平均化され積分されたピクセル強度と線量／深さとの関係を示すグラフである。 図４に示す本発明の実施形態に係るＦＩＢステーションによって実行されるデータ分析エンジンのブロックダイアグラムである。 図８（ａ）は短軸よりもはるかに長い長軸を有する高偏心加工ボックスを説明する図であり、図８（ｂ）は１つの軸に沿って伸張させた図８（ａ）に示す元の高偏心加工ボックスを説明する図である。 本発明の実施形態に係る差異イメージングモードを説明する図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクト・レヴュー・ユーザーインターフェース・スクリーンである。 平面イメージデータから生成された断面イメージを説明する図である。 加工レートを変えることで影響される生成後の断面イメージを説明する図である。 加工されたサンプルの断面図である。 図１４（ａ）はネスト化された加工ボックスを有するチップの平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿ったチップの断面図である。

Claims (42)

  1. 材料の加工を含む荷電粒子ビームシステム操作におけるエンドポイント検出を向上させる方法であって、
    ａ）ＣＰＢシステムにより生成された各フレームからのドゥエルポイント情報を受け取り、前記情報はドゥエルポイントの強度値を含み、
    ｂ）フレームの第１の番号の第１の対象領域のドゥエルポイントの強度値を処理してラスタデータを取り出し、さらに前記第１の領域が定義されるときに、前記ラスタデータをイメージパレットにマッピングし、得られたラスタ画像を表示し、
    ｃ）フレームの第２の番号の第２の対象領域が定義されたときに、この第２の領域のドゥエルポイントの強度値の合計を、荷電粒子線量またはラスタリング時間に対するエンドポイントグラフ上にプロットすることを特徴とする方法。
  2. 所定の時間間隔が経過するか、または所定の線量増加を受けるか、またはフレームの所定の番号が経過した後に、ラスタ画像はマッピングされ表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 所定の時間間隔が経過するか、または所定の線量増加を受けるか、またはフレームの所定の番号が経過した後に、前記合計されたドゥエルポイントの強度値がプロットされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１の番号は自動的に計算されてラスタ画像を取得し、前記ラスタ画像は、変化に対するリアルタイム反応の外観を有し、かつライブラスタ画像全体のノイズ比に対して改善された信号を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. フレームの前記第１の番号のドゥエルポイントの強度値を合計し、選択された最小値から選択された最大値までのラスタデータを所定のスケールでリスケーリングし、前記選択された最小値以下のラスタデータの値は新たな最小値となり、前記選択された最大値以上の値は新たな最大値となり、前記新たな最小値から前記新たな最大値までの範囲をマッピングした他のイメージパレットを使用し、スケーリングされたラスタ画像を表示することによって、各ラスタデータが処理されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 所定の時間間隔が経過するか、または所定の線量増加を受けるか、またはフレームの所定の番号が経過するまでは、前記イメージパレットにマッピングされたラスタデータは変化しないままであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 現在のラスタデータと所定の数だけ前のラスタデータとの差異から差異表示イメージを生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記所定の数だけ前のラスタデータは、それぞれパーセンテージを減少させることによって重み付けられることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. イメージパレットは、複数の色を含み、グレースケールのパレットに比べて、得られたラスタ画像の変化をより効果的に認識させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 荷電粒子ビームシステムがイメージモードにあるか否かを判断し、視角またはサブセット視角をイメージングするためのイメージングモードオペレーションに対応するものとしてフレーム情報を分類するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. イメージングモードオペレーションのためのフレーム情報に対応する画像は、イメージングモードウインドウに表示されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. ラスタ画像はラスタモードウインドウに表示されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 前記イメージングモードウインドウは、前記フレーム情報がイメージングモードオペレーションとして分類された場合には、最前面にくるようになっており、前記ラスタモードウインドウは、前記フレーム情報がラスタオペレーションとして分類された場合には、最前面にくるようになっていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 前記ラスタ画像はスケーリングされ、前記イメージモードウインドウ上の正しい位置に置かれることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  15. ステップｂ）およびｃ）は、複数の対象領域およびフレームの可変番号用に２回以上繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  16. ステップｂ）は、前記第１の対象領域およびフレームの可変番号およびイメージパレット用に２回以上繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  17. ステップｃ）は、最も小さい面積を持つ対象領域のみについて実施されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  18. 次の保存のために、ラスタデータからサムネイルデータを生成することをさらに含み、前記サムネイルデータの生成は、所定の時間間隔、または所定の線量増加、またはフレームの所定の番号のいずれかの後にラスタデータをスケーリングすることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  19. １以上のイメージパレット、荷電粒子ビーム電流、移送された荷電粒子線量、ラスタリング時間、およびサムネイルデータに対応するエンドポイントグラフデータの１つ以上を保存することをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  20. エンドポイントグラフおよび少なくとも１つのサムネイルイメージを表示することをさらに含み、前記サムネイルイメージは、前記イメージパレットを少なくとも１つのサムネイルデータに適用することで構築され、各サムネイルイメージは、エンドポイントグラフ上の１つの対応する強度値と相互参照され、この相互参照は、エンドポイントグラフ上の値を選択することで最も近い相互参照されたサムネイルを表示させるように行われることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 前記サムネイルデータの平面内の線分を定義することで、断面イメージを構築し、そして前記断面イメージの列を生成するステップをさらに含み、前記列の生成は、各サムネイルデータの線分に沿った強度値を分析し、各列を上から下まで連続的に積み重ね、前記断面イメージの水平軸が空間に対応し、垂直軸が時間又は線分に対応するようにすることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  22. 前記分析するステップは、線分のいずれかの端部上のベクトルであって、所定長さを持ち、該線分に垂直なベクトルに沿って強度値を平均化するか、または積分することを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. 前記エンドポイントグラフと、所定のイメージパレットを少なくとも１つのサムネイルデータに適用することによって構築される少なくとも１つのサムネイルイメージと、前記断面イメージとを表示するステップを含み、各サムネイルイメージは、エンドポイントグラフ上の対応する１つの強度値、および前記断面イメージの１つの列と相互参照されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  24. 前記エンドポイントグラフ上のポイントを選択することで、最も近い相互参照されたサムネイルイメージを表示させ、前記断面イメージの相互参照された列を示させることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  25. 前記断面イメージ上の列を選択することで、相互参照されたサムネイルイメージを表示させ、前記エンドポイントグラフ上の相互参照されたポイントを示させることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  26. 前記第１の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアに設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  27. 前記第１の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアのサブセットに設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  28. 前記サブセットは、前記少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントを排除するように選択されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
  29. 前記少なくとも１つのラスタ形状は、少なくとも１つの内部境界線を持ち、前記サブセットは、前記少なくとも１つのラスタ形状の前記内部境界線から他の所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
  30. 前記第１の対象領域は、前記フレーム内でオーバーラップする少なくとも２つのラスタ形状によって占められるエリアの結合として設定されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
  31. 前記第１の対象領域は、少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  32. 前記第２の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアに設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  33. 前記第２の対象領域は、フレーム内の少なくとも１つのラスタ形状によって占められるエリアのサブセットに設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  34. 前記サブセットは、前記少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントを排除するように選択されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
  35. 前記少なくとも１つのラスタ形状は、少なくとも１つの内部境界線を持ち、前記サブセットは、前記少なくとも１つのラスタ形状の前記内部境界線から他の所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
  36. 前記第２の対象領域は、前記フレーム内でオーバーラップする少なくとも２つのラスタ形状によって占められるエリアの結合として設定されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
  37. 前記第２の対象領域は、少なくとも１つのラスタ形状の境界線から所定の距離内にあるすべてのドゥエルポイントをさらに排除するように選択されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
  38. 前記ＣＰＢシステムにより生成された各フレームからの情報、およびＣＰＢシステム操作パラメータは、ステップｂ）およびｃ）に従い、次の復旧および処理のために保存されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  39. 前記プロットするステップは、ｙ軸を新たな範囲にリスケーリングすることを含み、前記新たな範囲はエンドポイントグラフ上に表示されるｘ軸の範囲に亘って合計されたドゥエルポイントの強度値の全てを含み、これにより前記合計されたドゥエルポイントの強度値が変化したことを判断するための識別を容易にすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  40. 材料の加工を含む荷電粒子ビームシステム操作におけるエンドポイント検出を向上させる方法であって、
    ａ）ＣＰＢシステムにより生成された各フレームからのドゥエルポイント情報を受け取り、前記情報はドゥエルポイントの強度値を含み、
    ｂ）フレームの番号の対象領域のドゥエルポイントの強度値を処理してラスタデータを取り出し、前記ラスタデータをイメージパレットにマッピングし、得られたラスタ画像を引き伸ばして表示し、前記ラスタ画像の引き伸ばしは、第１の軸においては、ゼロよりも大きい第１の所定の因数だけ、第２の軸においては、ゼロよりも大きい第２の所定の因数だけ引き伸ばすことで行われる特徴とする方法。
  41. 前記第１の所定の因数および前記第２の所定の因数は等しいことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
  42. 前記第２の所定の因数は前記第１の所定の因数よりも大きいことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
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