JP2012501448A - イオンビーム安定化方法 - Google Patents
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【選択図】図1
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図1に、ガス電界イオン顕微鏡システム100を示す。ガス電界イオン顕微鏡システムは、ガス源110、ガス電界イオン源120、イオン光学系130、試料マニピュレータ140、前方検出器150、後方検出器160、および電子制御システム170(例えば、コンピュータ等の電子プロセッサ)を備える。電子制御システムは、通信線172a〜172fを介してシステム100内の各コンポーネントに接続される。試料180は、イオン光学系130と検出器150,160との間において試料マニピュレータ140内または試料マニピュレータ上に載置する。使用時は、イオン光学系130を介してイオンビーム192を試料180の面181に導き、このイオンビーム192が試料180と相互作用することにより発生する粒子194を検出器150および/または検出器160により測定する。一般に、システム100内のある特定の不要な化学種をシステムから除去して、その存在を減少させることが望ましい。図2に示すように、ガス源110は、1種類またはそれ以上の種類のガス(例えば、He,Ne,Ar,Kr,またはXe等)182をガス電界イオン源120に供給するように構成する。ガス電界イオン源120は、ガス源110からの1種類またはそれ以上の種類のガス182を受け入れ、これらの(1種類またはそれ以上の種類の)ガス182からガスイオンを生成するように構成する。ガス電界イオン源120は、チップ頂端部187を有するチップ186、抽出器190、および、任意選択の抑制器188を備える。使用時は、チップ186を抽出器190に対して正にバイアスし、抽出器190を外部接地に対して正または負にバイアスし、任意選択の抑制器188をチップ186に対して正または負にバイアスする。このような構成により、ガス源110から供給されたガス182の非イオン化ガス原子がイオン化され、チップ頂端部187近傍において正電荷を持つイオンとなる。この正電荷を持つイオンは、同時に、正に帯電したチップ186からはじかれて、負に帯電した抽出器190に引き寄せられ、正電荷を持つイオンがイオンビーム192としてチップ186からイオン光学系130に導かれる。抑制器188の支援の下、チップ186と抽出器190との間の電界全体を制御し、その結果として、チップ186からイオン光学系130に至る、正電荷を持つイオンの軌道を制御する。一般に、チップ186と抽出器190との間の電界全体を調整することにより、チップ頂端部187における正電荷を持つイオンの生成速度および、正電荷を持つイオンがチップ186からイオン光学系130まで移動する際の効率を制御することができる。一般に、イオン光学系130は、イオンビーム192を試料180の面181に導くように構成する。イオン光学系130は、例えば、ビーム192中のイオンを集束、コリメート、偏向、加速、および/または減速することができる。イオン光学系130は、また、イオンビーム192中の一部のイオンのみがイオン光学系130を通過するようにすることもできる。一般に、イオン光学系130は、所望に応じて構成した種々の静電イオン光学素子、静磁イオン光学素子、およびその他のイオン光学素子を備える。イオン光学系130内の1つまたはそれ以上のコンポーネント(例えば、静電偏向器)の電界強度および磁界強度を操作することにより、試料180の面181にわたりHeイオンビーム192を走査することができる。例えば、イオン光学系130には、イオンビーム192を2つの直交する方向に偏向する2つの偏向器を設けることができる。これらの偏向器はさまざまな電界強度を有することができ、イオンビーム192を面181の領域の端から端までラスタ走査(raster)する。イオンビーム192を試料180上に作用させて、さまざまな異なる種類の粒子194を生成することができる。これらの粒子は、例えば、二次電子、オージェ電子、二次イオン、二次中性粒子、一次中性粒子、散乱イオン、および光子(例えば、X線光子、赤外(IR)光子、可視光子、紫外(UV)光子)等を含む。検出器150および検出器160は、それぞれ、Heイオンビーム192と試料180の相互作用により発生する1種類またはそれ以上の種類の粒子を測定するように配置および構成する。図1に示すように、検出器150は、試料180の面181から主に発生する粒子194を検出する位置に配置し、検出器160は、試料180の面183から主に発生する粒子194(例えば、通過粒子)を検出する位置に配置する。一般に、顕微鏡システム100において、さまざまな異なる検出器を用いて種々の粒子を検出することができ、顕微鏡システム100において用いることのできる検出器の数は通常任意とすることができる。各検出器の構成は、測定対象の粒子および測定条件により選択することができる。一般に、検出器により測定した情報を用いて、試料180に関する情報を決定する。通常、この情報は、試料180の1つまたはそれ以上の画像を取得することにより決定する。顕微鏡システム100の動作は、通常、電子制御システム170により制御する。例えば、電子制御システム170は、ガス源110から供給された(1種類または複数の種類の)ガス、チップ186の温度、チップ186の電位、抽出器190の電位、抑制器188の電位、イオン光学系130のコンポーネントの設置、試料マニピュレータ140の位置、および/または検出器150ならびに160の位置と設定を制御するように、構成することができる。制御システム170は、試料180についても、上述したように用いることができる。選択肢として、1つまたはそれ以上のこれらのパラメータを手作業で(例えば、電子制御システム170と一体化したユーザインターフェースを介して)制御することができる。追加または代案として、電子制御システム170を(例えば、コンピュータ等の電子プロセッサを介して)用いて、検出器150および160により収集した情報を分析し、試料180に関する情報を提供することができる。これらの情報は、選択肢として、画像、グラフ、表、集計表(スプレッドシート)等として提供されうる。通常、電子制御システム170は、ディスプレイまたはその他の種類の出力装置、入力装置、記憶媒体として構成した、ユーザインターフェースを含む。
場合により、ガス電界イオン源からの放出電流を安定させることおよび/またはその安定を維持することが困難な場合がある。これは、一般に、放出特性が経時的に変動することに起因するものである。放出特性とは、多くの場合、(1)各発光位置の移動、および(2)1つの発光位置における全発光量の変動、を含むことができる。
一般に、ガス電界イオン顕微鏡システムは、1種類のガスを用いて動作させる。通常、結像用途では、顕微鏡をできるだけ軽い希ガス原子であるヘリウムで動作させる。その他、スパッタリング、ビームアシスト化学蒸着、ビームアシスト化学エッチング、またはイオン注入等の用途では、その他のガスを用いることができる。これらの用途では、一般的にネオンを選択する。
場合により、異なる種類のガスでそれぞれ生成した各イオンビームを切り替えることが望ましい。例えば、試料の検査にはヘリウムイオンビームを用い、試料の改変にはネオンイオンビームを用いることが望ましい場合がある。多くの場合、ガス電界イオン顕微鏡システムへのガス供給を即座に調整することは不可能である。流量制御系は、ガスが最終的にチップ頂端部へ供給される位置から離れている場合が多い。流量制御系と供給位置との間には、ある程度の容量(例えば、タービンから計器まで)があり、また、(ノズルまたは浄化フィルター等から)流量の制約をある程度受けることがある。したがって、ガス供給は、流量制御系における変更に迅速に対応することができない場合が多い。このような対応の遅れは、所与のガスをオンするとき、および所与のガスをオフするときのどちらの場合にも現れる。状態の遷移中に、ガスの供給が不安定になる期間(例えば、数秒間、さらには数分間)があり、対象のイオンビーム電流の不要な変動につながる可能性がある。
場合により、ガス電界イオン顕微鏡の性能は、ガス電界イオン源の輝度および/またはエネルギー拡散によって制約を受けることがある。輝度は、一般に、単位発光領域ごとの単位立体角あたりの電流量として測定される。一般に、輝度を高くしてビームを小プローブサイズに集束できるようにすることが望ましい。多くの場合、エネルギー拡散を小さくして、イオン光学素子の色収差を抑制することが望ましい。さらに、場合により、ガス電界イオン源の耐用年数は、ガス電界イオン源の実用化に大きく影響することがある。例えば、ガス電界イオン顕微鏡システムで使用するガスとしてヘリウムを用いた場合、これらの制約が生じることがある。
上述したように、いくつかの実施形態において、システム100に導入されたガスは、少なくとも2つの異なる種類の希ガス(He,Ne,Ar,Kr,Xe)を含む。これらのガスは、さまざまに組み合わせる(He/Ne,He/Ar,He/Kr,He/Xe,Ne/Ar,Ne/Kr,Ne/Xe,Ax/Kr,Ar/Xe,Kr/Xe)ことが可能である。一般に、これらの希ガスのうちの1種類が混合気体の大部分を構成し、その他の希ガスを用いて、生成するイオンビームの安定性を高める。例として、いくつかの実施形態において、対象となるイオンビームはNeイオンビームであり、一定量のHeを筐体110内に故意に導入してNeイオンビームの安定性を高める。そのような実施形態において、一般に、混合気体はHeよりもNeを多く含むものである。選択肢として、1種類またはそれ以上の種類のガスを、非希ガスとすることができる。例として、いくつかの実施形態において,これらのガスのうちの1種類を分子水素ガス(H2)とすることができる。
試料の例としては、半導体製品が挙げられる。半導体を製造する際には、一般に、複数の材料を順に堆積および処理することで製品(半導体製品)を作成し、集積電子回路、集積回路素子、および/またはその他のマイクロ電子デバイスとして構成する。そのような製品は、一般に、様々な構成(例えば、導電性材料で形成した回路線、非導電性材料を充填したウエル、半導体材料で形成した領域等)を有し、それらの構成は互いに正確に(例えば、通常、数ナノメータ単位で)位置決めされる。所与の構成の位置、サイズ(長さ、幅、奥行き)、組成(化学組成)、および関連特性(導電性、結晶の配向性、磁気特性)は、その製品の性能に重要な影響を及ぼすことがある。例えば、あるいくつかの例において、それらのパラメータうち1つまたはそれ以上が適切な範囲を逸脱すると、その製品は所望の機能を果たすことができないとして廃棄されることがある。結果として、一般に、半導体の各製造工程全てを良好に制御できることが望ましいとされ、また、半導体の様々な製造工程においてその製造をモニタできる手段を使用することが有用であり、そうすれば、その半導体製造工程の様々なステージにおける1つまたはそれ以上の構成の位置、サイズ、組成、および関連特性についての検査を行うことが可能である。本明細書中で用いられる用語「半導体製品」として、集積電子回路、集積回路素子、集積電子回路、マイクロ電子デバイス、または、集積電子回路、集積回路素子、およびマイクロ電子デバイスの製造過程で形成される製品が挙げられる。いくつかの実施形態においては、半導体製品は平面ディスプレイまたは太陽電池の一部を構成することができる。半導体製品の各領域は、異なるタイプ(導電性、非導電性、半導電性)の材料で形成する。導電性材料の例としては、例えば、アルミニウム、クロミウム、ニッケル、タンタル、チタン、タングステン、および1つまたはそれ以上のそれらの金属を含む合金(例えば、アルミニウム・銅合金類)等が挙げられる。金属シリサイド類(例えば、ニッケルシリサイド類、タンタルシリサイド類)も導電性とすることができる。非導電性材料の例としては、例えば、1つまたはそれ以上の上記金属類のホウ化物類、炭化物類、窒化物類、酸化物類、リン化物類、および硫化物類(例えば、ホウ化タンタル類、ゲルマニウムタンタル類、窒化タンタル類、窒化ケイ素タンタル類、および窒化チタン類)等が挙げられる。半導電性材料の例としては、ケイ素、ゲルマニウム、およびヒ化ガリウム等が挙げられる。必要に応じて、半導体材料をドープ(リン(P)ドープ、窒素(N)ドープ)して、その材料の導電性を向上させることができる。所与の材料からなる層を堆積/加工する一般的なステップとしては、その製品を画像化する(それにより、例えば、所望の構成を形成する位置を決定する)ステップ、適切な材料(例えば、導電性材料、半導電性材料、非導電性材料)を堆積するステップ、およびエッチングにより不要な材料をその製品内の所定の箇所から除去するステップ、がある。多くの場合、例えばフォトレジスト高分子等のフォトレジストを堆積し、適切な照射を施し、選択的にエッチングして、所与の構成の形成位置とサイズの制御を支援する。一般に、それ以降の1つまたはそれ以上の工程段階にてフォトレジストを除去し、通常、最終的な半導体製品はフォトレジストをほとんど含まないことが望ましい。
Claims (24)
- ガスの最良結像電圧よりも少なくとも5%高い電圧で動作するチップを有するガス電界イオン源を用いてイオンビームを生成する、イオンビーム生成ステップ、および
前記イオンビームを用いて試料を検査/または改変するステップ、を含む方法であって、
前記試料は前記チップとは異なることを特徴とする、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記ガス電界イオン源の前記チップの電圧は、前記ガスの前記最良結像電圧よりも10%〜20%高いことを特徴とする、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記ガスは希ガスであることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記ガスはネオンであることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記ガス電界イオン源はガス電界イオン顕微鏡の一部であることを特徴とする、方法。
- (a)第1ガスを用いて、ガス電界イオン源からイオンビームを生成し、試料を検査および/または改変するステップ、および
(b)ステップ(a)の後、前記ガス電界イオン源のチップの再形成中に、前記第1ガスとは異なる第2ガスを用いて前記ガス電界イオン源の前記チップの端子棚の原子構造をモニタして、前記ガス電界イオン源の前記チップの前記端子棚の発光パターンを生成するステップ、
を含む方法。 - 請求項6に記載の方法であって、前記第2電圧は前記第1電圧よりも高いことを特徴とする、方法。
- 請求項6に記載の方法であって、前記第2ガスはヘリウムであることを特徴とする、方法。
- ガス電界イオン源を用いて、第1ガスのイオンおよび該第1ガスとは異なる第2ガスのイオンを含む第1イオンビームを生成するステップ、および、
前記第1イオンビームを、第2ビームおよび第3ビームに分離する、分離ステップであって、該第1イオンビームは前記第1ガスのイオンを少なくとも10%および前記第2ガスのイオンを多くとも1%含み、該第2イオンビームは前記第2ガスのイオンを少なくとも10%および前記第1ガスのイオンを多くとも1%含むことを特徴とする、分離ステップ、
を含む方法。 - 請求項9に記載の方法であって、前記第2ガスは第2希ガスであることを特徴とする、方法。
- 請求項9に記載の方法であって、前記分離ステップは、磁界源を用いて前記第1イオンビームを前記第2イオンビームおよび前記第3ビームに分離するステップを含むことを特徴とする、方法。
- 請求項9に記載の方法であって、前記第1イオンビームは、原子の種々の同位体のイオンを含み、前記第2イオンビームは原子の第1同位体のイオンを含み、前記第3イオンビームは、原子の第2同位体のイオンを含むことを特徴とする、方法。
- システムであって、
質量のそれぞれ異なるイオンからなる第1イオンビームを生成可能なガス電界イオン源、および
該システムの使用中に、前記第1イオンビーム中のイオンを第2イオンビームおよび第3イオンビームに分離するように構成したイオンビーム分離器であって、該第2イオンビームは、第1質量のイオンを少なくとも10%および該第1質量とは異なる第2質量のイオンを多くとも1%含み、該第3イオンビームは、前記第2質量のイオンを少なくとも10%および前記第1質量のイオンを多くとも1%含むことを特徴とする、イオンビーム分離器、
を備えるシステム。 - 請求項13に記載のシステムであって、前記システムの使用中に、前記第3イオンビームは絞りを通過しないことを特徴とする、システム。
- 請求項13に記載のシステムであって、前記イオンビーム分離器は磁界源を含むことを特徴とする、システム。
- 第1ガスを少なくとも80%含み該第1ガスとは異なる第2ガスを多くとも20%含む混合気体にガス電界イオン源を露出すると同時に該ガス電界イオン源を用いてイオンビームを生成するイオンビーム生成ステップ、を含む方法。
- 請求項16に記載の方法であって、前記第1ガスはヘリウムであり、前記第2ガスはネオンであることを特徴とする、方法。
- 請求項16に記載の方法であって、前記第2ガスが存在することにより、前記システムは、電流角密度が少なくとも20%増加したイオンビームを生成することができることを特徴とする、方法。
- 請求項16に記載の方法であって、前記第2ガスが存在することにより、前記システムは、エネルギー拡散が少なくとも20%減少したイオンビームを生成することができることを特徴とする、方法。
- 請求項16に記載の方法であって、前記第2ガスが存在することにより、放出電流の変動を50%低減することができることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、
前記イオンビーム生成ステップは、
種々のガスを含む混合気体に前記ガス電界イオン源を露出して、該種々のガスのイオンからなる前記イオンビームを生成するようにするステップ、および
前記イオンビーム中のイオンの所望の相対存在比に基づいて、前記ガス電界イオン源の前記チップにおける電界を選択するステップ、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項21に記載の方法であって、前記混合気体はヘリウムおよび重質ガスを含む、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、前記混合気体はヘリウムおよびネオンを含む、方法。
- 請求項23に記載の方法であって、
前記電界は、第1値と該第1値とは異なる第2値との間で切り替え可能であり、
前記電界を前記第1値として生成した前記イオンビームは、ヘリウムを80%よりも多く含み、
前記電界を前記第2値として生成した前記イオンビームは、ネオンを少なくとも20%含むことを特徴とする、方法。
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