JP2015525959A - 集束イオン・ビーム処理の終点決定 - Google Patents

Abstract

所望の特徴部分を露出させるため、断面からの薄いスライスの集束イオン・ビーム・ミリングと、新たに露出したそれぞれの断面の走査電子画像の形成とを交互に実施する。所定の判定基準が満たされていることを、新たに露出した断面の電子ビーム画像の自動解析が示しているときに、ミリングを停止させる。

Description

本発明は、荷電粒子処理に関し、詳細には、荷電粒子ビーム・プロセスを自動化する技法に関する。

ナノテクノロジが、ますます小さな回路およびますます小さな他の要素を生み出すにつれて、ナノメートル規模の物体を製作し、それを操作することはより困難になる。ナノプロセスを自動化することが望ましいことは知られているが、ナノプロセスの精密性のため、自動化は、多くのプロセスについて、不可能とまでは言えないが困難である。

半導体処理において達成可能な特徴部分（ｆｅａｔｕｒｅ）の線幅は１００ｎｍよりもかなり細い。製造中における重要プロセスを制御するためには、それらのプロセスの結果を観察し測定する必要がある。微小な特徴部分を観察する目的には走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が使用されるが、製造される構造体の特徴部分・サイズが小さくなるとＳＥＭの分解能では不十分となり、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で欠陥を観察することが必要となる。ＳＥＭは、厚い加工物上の特徴部分を観察することができるが、ＴＥＭで試料を観察するためには、試料を１００ｎｍよりも薄くして、電子が試料を通り抜けるようにする必要がある。試料を１００ｎｍよりも薄くし、同時に、観察を必要とする特徴部分がその薄化プロセスでも試料内に残り、ミリングによって除去されないことを保証することは非常に困難である。

試料が薄化されているときには一般に、オペレータが試料を観察し、定期的に薄化を停止して試料を観察し、観察する特徴部分が露出したか否かを見る。観察する特徴部分が表面に露出したら薄化は停止される。この工程は、非常に時間のかかる労働集約的な工程となることがある。さらに、いつ停止するかの判断が主観的であるため、オペレータ間で結果が一致しない。

Ｆａｒｂｅｒ他の米国特許出願公開第２０１０２４３８８９号明細書は、透過型電子顕微鏡で見るための薄片（ｌａｍｅｌｌａ）を形成するときの終点決定法を記載している。Ｆａｒｂｅｒによれば、イオン・ビームが薄片を薄くしているときに２次粒子を集め、その２次粒子から形成された画像を使用して、断面の粗い画像を形成する。画像が粗くなるのは、イオン・ビームが薄片に視射角で衝突すること、およびトレンチの深部からの２次粒子は、トレンチのより上方からの２次粒子ほどにはよく検出されないことが原因である。

米国特許出願公開第２０１０２４３８８９号 米国特許第５，８５１，４１３号明細書 米国特許第５，４３５，８５０号明細書 米国特許第８，０９５，２３１号明細書

本発明の目的は、ナノ規模荷電粒子ビーム・プロセスの自動化を容易にすることにある。

予め定められた判定基準を満たす特徴部分を示す表面を、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）ミリングで露出させるため、試料の薄い部分をミリングし、露出した表面の電子ビーム画像を解析する。露出した特徴部分がこの判定基準を満たしていない場合には、表面から別のスライスをミリングし、新たに露出した表面を解析して、露出した特徴部分が判定基準を満たしているか否かを判定する。所望の面が露出するか、または所定の数のスライスが実行されるまで、このプロセスを繰り返す。

この予め定められた判定基準は、線間の距離、角度、線間の関係、角度間の関係など、露出した特徴部分間の幾何学的関係によって定めることができる。いくつかの実施形態では、画像を自動的に解析して、画像内のエッジ（ｅｄｇｅ）を識別する。それらのエッジは、ミリングが完了したかどうかを判定するために測定される特徴部分を画定する。

以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり大まかに概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の目的と同じ目的を達成するために他の構造体を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造体は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。

次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。

本発明を実施するために使用することができる荷電粒子ビーム・システムを示す図である。 本発明の一実施形態の諸ステップを示す流れ図である。 図２の実施形態に従って調製されている、断面が形成された書込み極（ｗｒｉｔｅｒ ｐｏｌｅ）を示す図である。 断面形成前すなわちＴＥＭ調製前の書込み極の上面図である。 図２の実施形態に従って図３の書込み極のミリングを何回か繰り返した様子を示す図である。 図２の実施形態に従って図３の書込み極のミリングを何回か繰り返した様子を示す図である。 図２の実施形態に従って図３の書込み極のミリングを何回か繰り返した様子を示す図である。 図２の実施形態に従って図３の書込み極のミリングを何回か繰り返した様子を示す図である。 図２の実施形態に従って図３の書込み極のミリングを何回か繰り返した様子を示す図である。 コンタクト特徴部分を示す図である。 コンタクト特徴部分の一連の断面を示す図である。 コンタクト特徴部分の一連の断面を示す図である。 コンタクト特徴部分の一連の断面を示す図である。 コンタクト特徴部分の一連の断面を示す図である。 本発明の一実施形態を実施するために使用されるシステムのメニューを示す図である。

本発明の好ましい一実施形態によれば、判定基準が満たされているかどうかを判定することにより、ミリングをいつ停止するかをシステムが決定する。この判定基準は、エッジ認識ソフトウェアによって決定されたエッジの測定に基づく。

いくつかの用途では、従来の画像認識ソフトウェアが、ＦＩＢミリングの終点決定に対して不十分であることを本出願の出願人らは見出した。従来の画像認識は、２つの１次条件、すなわち画像の一意性（ｉｍａｇｅ ｕｎｉｑｕｅｎｅｓｓ）およびコントラストについて、その時点の画像を、記憶された基準画像に対して点数付け（ｓｃｏｒｉｎｇ）する。点数が最も良い基準画像が「認識された」画像として選択され、そのように扱われる。

好ましい一実施形態は、画像認識ソフトウェアを、終点の大まかな決定に使用し、次いで、エッジ認識を使用して決定された寸法を、細かな終点決定に使用する。エッジ認識は、画像認識よりも単純であり、画像内の画素のコントラストを調べ、コントラストの変化によってエッジを決定する。エッジに対応する滑らかな曲線を生み出すために平滑化関数が一般に適用される。エッジが認識された後、距離、角度などのエッジ間の幾何学的関係を決定し、それらの関係を使用して画像を評価して、ミリングをいつ停止するかを決定することができる。このプロセスは、１回または数回の微細ミリング・ステップの後に、寸法を調査して、ミリングを止めるのかまたは止めないのかを判定する閉ループ・フィードバックを提供する。

いくつかの用途では、本発明を使用して、透過型電子顕微鏡で見るために調製されている薄片の薄化をいつ停止するかを決定する。薄片を形成するプロセスは例えば、本発明の譲受人に譲渡された、参照により本明細書に組み込まれている、２０１２年５月２１日に出願された「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｍｅｌｌａｅ ｆｏｒ ＴＥＭ Ｖｉｅｗｉｎｇ」という名称の米国特許仮出願第６１／６４９，９１７号明細書に記載されている。米国特許仮出願第６１／６４９，９１７号明細書に記載された先行技術のプロセスでは、薄化が、基準マーク（ｆｉｄｕｃｉａｌ）または薄片自体のエッジを、最終切削用のビームの配置を決定する基準として使用して、イオン・ビームによって実行される。いくつかのケースでは、所望の位置でミリングを停止するのに、このビーム配置の正確さが十分ではない。ミリングの停止は、断面の厚さによってではなく、断面における特徴部分の露出によって決定することができる。

図１は、本発明を実施するのに適した一般的なイオン・ビーム・システムである集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システム１０を示す。ＦＩＢシステム１０は、上部ネック部分１２を有する排気された囲い１１を含み、上部ネック部分１２内には、液体金属イオン源１４および集束カラム１６が位置し、集束カラム１６は、引出し電極および静電光学系を含む。マルチカスプ（ｍｕｌｔｉｃｕｓｐ）源、または他のプラズマ源などの他のタイプのイオン源および成形ビーム・カラムなどの他の光学カラム、ならびに電子ビームおよびレーザ・システムを使用することもできる。

液体金属イオン源１４を出たイオン・ビーム１８は、イオン・ビーム集束カラム１６を通過し、偏向板２０のところに概略的に示された静電偏向板手段間を通り抜けて、下室２６内の可動Ｘ−Ｙステージ２４上に配置された例えば半導体デバイスを含む試料２２に向かって進む。システム・コントローラ１９が、ＦＩＢシステム１０のさまざまな部分の動作を制御する。従来のユーザ・インタフェース（図示せず）にコマンドを入力することにより、ユーザは、システム・コントローラ１９を介して、イオン・ビーム１８を制御して所望の通りに走査することができる。あるいは、システム・コントローラ１９は、プログラムされた命令に従って、ＦＩＢシステム１０を制御することができる。

例えば、ユーザは、ポインティング・デバイスを使用して表示画面上で関心の領域の輪郭を描くことができ、次いでシステムは、後述するステップを自動的に実行して試料を抜き取ることができる。いくつかの実施形態では、ＦＩＢシステム１０が、関心の領域を自動的に識別する米マサチューセッツ州ＮａｔｉｃｋのＣｏｇｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているソフトウェアなどの画像認識ソフトウェアを含み、システムは、本発明に従って試料を手動でまたは自動的に抜き取ることができる。例えば、システムは、複数のデバイスを含む半導体ウェーハ上の類似した特徴部分の位置を自動的に検出し、異なる（または同じ）デバイス上のそれらの特徴部分の試料を採取することができる。

上部ネック部分１２を排気するためにイオン・ポンプ２８が採用される。下室２６は、真空コントローラ３２の制御の下、ターボ分子および機械ポンピング・システム３０によって排気される。この真空システムは、下室２６に、約１×１０−７トル（１．３×１０−７ミリバール）から５×１０−４トル（６．７×１０−４ミリバール）の間の真空を提供する。エッチング支援ガス、エッチング遅延ガスまたは付着前駆体ガスを使用する場合、室のバックグラウンド圧力は典型的には約１×１０−５トル（１．３×１０−５ミリバール）まで上昇することがある。

液体金属イオン源１４と、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶのイオン・ビーム１８を形成しそれを試料に向かって導くイオン・ビーム集束カラム１６内の適当な電極とに高電圧電源３４が接続されている。パターン発生器３８によって提供される決められたパターンに従って動作する偏向コントローラおよび増幅器３６が偏向板２０に結合されており、それによって、対応するパターンを試料２２の上面に描くようにイオン・ビーム１８を手動または自動で制御することができる。いくつかのシステムでは、当技術分野ではよく知られているように、偏向板が、最後のレンズの前に配置される。イオン・ビーム集束カラム１６内のビーム・ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）電極（図示せず）は、ブランキング・コントローラ（図示せず）がブランキング電極にブランキング電圧を印加したときに、イオン・ビーム１８を、ターゲット２２ではなくブランキング絞り（図示せず）に衝突させる。

液体金属イオン源１４は一般にガリウムの金属イオン・ビームを提供する。イオン・ミリング、強化されたエッチングもしくは材料付着によって試料２２を改変するため、または試料２２を画像化するために、源を一般に、試料２２の位置における幅が１／１０マイクロメートル未満のビームに集束させることができる。２次イオンまたは２次電子の放出を検出する目的に使用されるエバーハート・ソーンリー（Ｅｖｅｒｈａｒｔ Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）検出器、連続ダイノード電子増倍検出器、マルチチャンネル・プレート検出器、固体検出器などの荷電粒子検出器４０がビデオ回路４２に接続されており、ビデオ回路４２は、ビデオ・モニタ４４に駆動信号を供給し、システム・コントローラ１９から偏向信号を受け取る。いくつかの実施形態では、試料からの２次電子を１次電子レンズを通して上方へ引き寄せ、次いで偏向させて光軸から外し、検出する。

下室２６内における荷電粒子検出器４０の位置は異なる実施形態によって変動し得る。例えば、荷電粒子検出器４０はイオン・ビームと同軸とすることができ、イオン・ビームが通り抜けることを可能にする穴を含むことができる。他の実施形態では、最終レンズを通過させ、次いで集めるために軸から逸らした２次粒子を集めることができる。任意選択で、ＦＩＢシステム１０は、走査電子顕微鏡４１およびその電源および制御装置４５を備える。

ガス蒸気を導入し試料２２に向かって導くためにガス送達システム４６が下室２６内へ延びている。本発明の譲受人に譲渡されたＣａｓｅｌｌａ他の「Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称の米国特許第５，８５１，４１３号明細書は適切なガス送達システム４６を記載している。別のガス送達システムが、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎの「Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第５，４３５，８５０号明細書に記載されている。例えば、エッチングを強化するためにヨウ素を送達することができ、または金属を付着させるために金属有機化合物を送達することができる。

米テキサス州ＤａｌｌａｓのＯｍｎｉｐｒｏｂｅ，Ｉｎｃ．のＡｕｔｏＰｒｏｂｅ ２００（商標）、ドイツＲｅｕｔｌｉｎｇｅｎのＫｌｅｉｎｄｉｅｋ ＮａｎｏｔｅｃｈｎｉｋのＭｏｄｅｌ ＭＭ３Ａなどのマイクロマニピュレータ４７は、真空室内の物体を正確に移動させることができる。真空室内に位置決めされた部分４９のＸ、Ｙ、Ｚおよびθ制御を提供するため、マイクロマニピュレータ４７は、真空室の外側に配置された精密電動機４８を備えることができる。小さな物体を操作するため、マイクロマニピュレータ４７に異なるエンド・エフェクタを取り付けることができる。以下に記載した実施形態では、このエンド・エフェクタが、次第に細くなる端部を有する細いプローブ５０である。この細いプローブ５０を、システム・コントローラ１９に電気的に接続して、試料とプローブの間の引力を制御するための電荷をプローブ５０に印加することができる。

Ｘ−Ｙステージ２４上に試料２２を挿入するため、および内部ガス供給リザーバが使用される場合には内部ガス供給リザーバの整備作業のために、扉６０が開かれる。Ｘ−Ｙステージ２４は加熱または冷却されていることがある。システムが真空状態にある場合に開かないように、この扉はインタロックされる。イオン・ビーム１８にエネルギーを与え集束させるため、高電圧電源は、イオン・ビーム集束カラム１６内の電極に適当な加速電圧を印加する。イオン・ビーム１８が試料２２に当たると、材料がスパッタリングされる。すなわち試料から材料が物理的に追い出される。あるいは、イオン・ビーム１８が前駆体ガスを分解して、材料を付着させることもできる。集束イオン・ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人である米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。適当なハードウェアの一例を以上に示したが、本発明は、任意の特定のタイプのハードウェアで実施されることだけに限定されない。

図２は、所定の条件が満たされるまで薄片を自動的に薄くする本発明の一例の流れ図である。ステップ２００で、ユーザが、ミリングを終了させる判定基準を、ユーザが観察しようとしているものに基づいて定める。例えば、特定の寸法が最大になったときに、またはエッジが所定の角度をなしたときに、ミリングを終了させることができる。ユーザは、本発明の譲受人に譲渡された、参照により本明細書に組み込まれているＴａｓｋｅｒ他の「Ｇｒａｐｈｉｃａｌ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ」という名称の米国特許第８，０９５，２３１号明細書に記載されたシステムなどのシステムを使用して、検出するエッジおよび測定する寸法を明示することができる。Ｔａｓｋｅｒは、拡大縮小された（ｓｃａｌｅｄ）画像上にユーザが幾何学的形状を配置することができるグラフィカル・プログラミング・システムを記載している。この形状は、その画像上またはその画像がそれから形成された物体上で機能する関連した振る舞いを有する。それらの形状は、ステンシル（ｓｔｅｎｃｉｌ）から、イオン・ビームまたは電子顕微鏡によって提供された画像上へドラッグされる。その形状は、ソフトウェアまたはハードウェアを呼び出して、その画像上の特徴部分の位置を突き止め、それらの特徴部分を測定し、または画像化された物体上でイオン・ビーム・ミリングなどの操作を実行する。このシステムは、断面形成が完了したときに見つけるとユーザが予想する画像に類似の画像上で「学習する」。例えば、図３Ａは、ハード・ディスクなどの磁気媒体に書き込むための書込み極３０２の予想される画像、ならびにユーザがステンシルから画像上にドラッグした角度形状（ａｎｇｌｅ ｓｈａｐｅ）３０４Ａおよび３０４Ｂを示す。角度形状３０４Ａは、システムが線３０６を検出し、その線と上面の間の角度を測定しなければならないことを示している。角度形状３０４Ｂは、システムが線３１０を検出し、その線と上面の間の角度を測定しなければならないことを示している。寸法形状３１６は、システムが、線３１０と線３１８が上面と交差する位置との間の長さを測定しなければならないことを示している。電子ビーム画像またはイオン・ビーム画像の拡大倍率は既知であり、そのため、それらの寸法は、画像上におけるそれらのサイズによって計算することができる。

線３１０と表面の間の角度３０４Ｂは、書込み極の全体にわたって一定ではない。図３Ｂは、書込み極の上面図を示し、点線は、書込み極にＦＩＢで切削されるスライスを示す。図３Ｂの書込み極の断面または薄片面を４５度の傾斜で画像化すると、図３Ａの画像が観察される。この断面または薄片面を基板内で（点線に対して直角に）前進させると、角度３０４Ｂが変化する。一例では、ミリングを停止させる判定基準が、露出した断面内において角度３０４Ａと角度３０４Ｂが等しくなったときである。図４Ａ〜４Ｅは、断面から後続のスライスがミリングされたときの角度３０４Ｂの推移を示す。角度３０４Ｂは次第に角度３０４Ａに近づき、ついには、図４Ｅの最終画像で、線３１０と線３０６が互いに平行になる。線３１０と線３０６が互いに平行になることが指定された判定基準である場合には、この時点でミリングを止める。

図２のステップ２０２は、光学顕微鏡および／または走査電子顕微鏡で試料の表面を画像化することにより、試料の表面の目に見える兆候（ｉｎｄｉｃｉａ）を使用して、関心の特徴部分を含む領域の位置を突き止めることを示す。ステップ２０４で、その特徴部分が粗い上下方向の測定要件（ｃｏａｒｓｅ，ｔｏｐ ｄｏｗｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）を満たしていること、すなわち、特徴部分の上下の高さおよび幅が、その製法（ｒｅｃｉｐｅ）を継続するのに有効であるとみなされること、をユーザが確認する。ステップ２０６で、関心領域の上面を覆う保護層を付着させる。

ステップ２０８で、関心領域の両側にトレンチを大量ミリングし、厚さが例えば約５００ｎｍの領域を残すことにより、薄片を形成する。通常は閉ループ・フィードバックなしで基準マークに適用されるパターン認識およびキャリパ（ｃａｌｉｐｅｒ）を使用して、ミリングを正確に配置する。パターン認識およびキャリパ・ソフトウェアの正確さは、大量ミリングを配置するのには十分だが、最終的な薄化を実行するときの切削配置位置を決定するのには不十分である。

大量ミリングが完了した後、ステップ２０９で、逐次的に小さくなるＦＩＢビーム電流で薄片を薄くする。薄片の両側の最終的な薄化は一般に、ステップ２１０に示されているように「ボックス・ミル（ｂｏｘ ｍｉｌｌ）」を使用して実行される。「ボックス・ミル」の間、左から右へ線を形成するようにイオン・ビームでラスタ走査または蛇行走査し、次いでイオン・ビームを前進させる。そのエリア（ボックス）が完成した後、ビームをパターンの出発点（左下隅）に戻し、ミリング・パターンを繰り返す。パターンのこの再走査を何回も繰り返す。この再走査では、薄片の面を清浄にすること、およびミリングのアーチファクト（例えば再堆積物）を最小化することが決定的に重要である。ミリングが完了した後、ステップ２１２で、断面の画像を、電子ビーム、典型的には断面に対して４５度の角度に向けられた電子ビームによって形成する。ステップ２１４で、エッジ認識ソフトウェアが、この電子ビーム画像内でエッジを見つけ出す。ステップ２１６で、認識されたエッジを使用して、１つまたは複数の寸法を計算によって決定する。

判断ブロック２１８で、寸法がステップ２００の判定基準を満たしているか否かをシステムが判定する。寸法判定基準が満たされていない場合、ステップ２１０でミリングを継続する。その後のそれぞれのミリングは、断面から少量の材料を除去し、次第に試料内のより深くに移動する。いくつかの実施形態では、好ましくは５０ｎｍ未満、より好ましくは１０ｎｍ未満、より好ましくは５ｎｍ未満、よりいっそう好ましくは３ｎｍ未満または１ｎｍ未満だけ、断面内へビームを移動させる。それぞれのミリングの後に、電子ビームで断面を画像化する。寸法判定基準が満たされているときにはミリングを停止する。いくつかの実施形態では、この画像から、その後のスライスの厚さが決定される。すなわち、その画像が、断面が所望の位置に近いことを示している場合には、より小さなスライスをミリングする。次いで、ステップ２２０で、断面をより詳細に解析することができる。例えば、ＳＥＭまたはＴＥＭで見るための試料を調製している場合には、試料を見ることができる。

図５Ａ〜５Ｅは、本発明の使用の別の例を示す。図５Ａは、半導体回路５０６内のコンタクト特徴部分５０２および導体５０４を示す。この例では、コンタクト特徴部分５０２の直径が断面に露出したときにミリングを停止することが望ましい。図５Ｂでは、断面が、円形のパッドのエッジの近くでパッドを切断し、コンタクト特徴部分５０２の小部分を露出させている。その後のミリングが特徴部分をさらに切削すると、図５Ｃに示されているように特徴部分のより多くの部分が露出し、ついには、図５Ｄに示されているように、断面が特徴部分の中心を通る。その後のミリングは、特徴部分のより少ない部分を露出させる。図５Ｅに示された深さでミリングを停止させることが理想的である。実際には、いつ特徴部分の最大露出に達するかを決定するためには、特徴部分の最大露出をわずかに超えてミリングする必要がある。例えば、特徴部分の露出部分がその後のミリングで数パーセントだけ小さくなったときにミリングを停止させることができる。

図６は、本発明の一実施形態に従ってミリングを実行するためにデュアル・ビーム・システム上で使用されるメニュー６０２を示す。このメニューは、「ａｕｔｏｍａｔｅｄ」が選択されていることを示しており、「ａｕｔｏｍａｔｅｄ」が選択されていることは、その後の操作を決定するために評価される式をユーザが指定していることを意味する。この式はボックス６０４内に示されており、このメニューは、手順の後で、すなわちＦＩＢでミリングし、ＳＥＭで画像化した後で、この式が評価されることを示している。図３の実施形態ではこの式が例えば、角度３０４Ａおよび３０４Ｂの差が指定された値よりも小さいかどうかを判定する。この式が「真」と評価された場合、すなわちこれらの角度がほぼ等しい場合、システムは、ミリングを止めることに対応する「ｃｈａｐｔｅｒ．２」を実行する。この式が「偽」と評価された場合、すなわちこれらの角度がほぼ等しいとは言えない場合、システムは、ミリング、画像化および式の評価をもう一度繰り返すことに対応する「ｃｈａｐｔｅｒ．３」を実行する。メニュー６０２は、この式が依然として「偽」と評価されている場合であっても、７回繰り返した後にこのシーケンスが停止することを示している。

本発明の実施形態は、ユーザが、人間による制御なしで、小さなデバイスの断面を形成することを可能にする。人間によって制御されないことにより、ヒューマン・エラーが最小化される。この方法のいくつかの実施形態は、閉ループ・フィードバックを使用してＦＩＢミリングを制御することによって歩留りおよびスループットを向上させる。一般に、この方法はさらに、ＳＥＭで限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）（ＣＤ）を監視することによって、ＦＩＢミリング切削の配置をユーザが制御することを可能にする。所望のＣＤが得られたときにＦＩＢミリングを停止させる。ＣＤを使用することに加えて、いくつかの実施形態は、ミリングの配置を制御する、ＳＥＭ画像パターン認識を介したＦＩＢ制御を可能にする。このＳＥＭ画像を、基準ＳＥＭ画像とリアル・タイムで比較することができる。この画像が、基準画像に関連した指定された論理判定基準（例えばコントラストおよび／または画素数）と整合している（またはこのような指定された論理判定基準を満たしている）と、点数付けアルゴリズムによって判定されると、ＦＩＢミリングは停止し、そうでなければＦＩＢミリングは継続する。

ＴＥＭで見るための薄片の製作には一般に、３０分から２時間の間の時間がかかる。イオン・ビームが薄片をあまりに深くまでミリングした場合には、関心の特徴部分が破壊されることがある。これによって調製時間が無駄になるだけでなく、試料も破壊される。このことが、線歩留り製造問題（ｌｉｎｅ ｙｉｅｌｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ）を解決するのに決定的に重要であることがある。

上記の例は、本発明が、ＴＥＭ試料調製中の終点決定に使用されることを示しているが、本発明は、ＳＥＭまたは他の機器で観察するための断面を調製する際にも有用である。用語「断面」は、例えばＳＥＭで見るための試料の一部分に露出した断面または例えばＴＥＭで見るための薄い試料の一部分に露出した断面を含むように広く使用される。これらの試料が断面視試料であるのかまたは平面視試料であるのかは問わない。

以上の説明は、設計された構造体を観察するためのプロセス制御用の断面／薄片の調製に関する実施形態を説明するが、他の実施形態は、観察用の欠陥の断面／薄片を調製する目的に使用される。通常、欠陥のサイズ、形状および位置は正確には分からないため、終点決定は、断面／薄片面のＳＥＭ画像を既知の良好な断面／薄片面と比較すること、およびその画像が基準画像から逸脱しているとき、またはその画像が特定の画素／コントラストの特徴（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を満たしているときにミリングを止めることからなることができる。

本明細書で使用される場合、用語「特徴部分」は、構造体を意味するだけでなく、断面内における構造体の配列をも意味することができる。

本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義されたような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。

Claims (17)

1. 荷電粒子ビームで加工物を自動的に処理する方法であって、
   ミリングがいつ完了するかを指定する判定基準を定めるステップと、
   断面を露出させるために、前記加工物に向かってイオン・ビームを導くステップと、
   前記断面の電子ビーム画像を形成するために、前記断面に向かって電子ビームを導くステップと、
   前記判定基準が満たされているかどうかを判定するために、前記電子ビーム画像を自動的に評価するステップと、
   前記判定基準が満たされていない場合に、前記判定基準が満たされるまで繰り返し、新たな断面を露出させるために前記イオン・ビームを導くステップと、前記断面の画像を形成するために前記電子ビームを導くステップと
   を含む方法。
2. 前記電子ビーム画像を自動的に評価するステップが、前記画像中の特徴部分によって画定された寸法を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記電子ビーム画像を自動的に評価するステップが、前記画像中の特徴部分によって画定された寸法を決定することを含み、２本の線間の角度がいつ指定された値よりも小さくなるかを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記電子ビーム画像を自動的に評価するステップが、前記画像中の特徴部分によって画定された寸法を決定することを含み、２つの特徴部分間の距離がいつ指定された値に等しくなるかを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記電子ビーム画像を自動的に評価するステップが、前記電子ビーム画像内においてエッジを自動的に見つけ出すこと、および前記エッジ間の寸法関係を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
6. エッジを見つけ出すことが、画像内の画素間のコントラストの変化を使用してエッジを見つけ出すことを使用することを含む、請求項２に記載の方法。
7. エッジを見つけ出すことが、エッジの検出を改善するために平滑化アルゴリズムを適用することを含む、請求項６に記載の方法。
8. ミリングがいつ完了するかを指定する判定基準を定めるステップが、２つの特徴部分間の距離を指定することを含む、請求項１に記載の方法。
9. ミリングがいつ完了をするかを指定する判定基準を定めるステップが、２つの特徴部分間の角度を指定することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 新たな断面を露出させるために前記イオン・ビームを繰り返し導くステップが、前記繰返しのうちの少なくとも１回の繰返しにおいて、前記断面から１０ｎｍ未満の材料を除去するために前記イオン・ビームを導くことを含む、請求項１に記載の方法。
11. 新たな断面を露出させるために前記イオン・ビームを繰り返し導くステップが、前記繰返しのうちの少なくとも１回の繰返しにおいて、前記断面から５ｎｍ未満の材料を除去するために前記イオン・ビームを導くことを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記電子ビーム画像を自動的に評価するステップが、前記電子ビーム画像を１つまたは複数の基準画像と比較することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 断面を露出させるためにイオン・ビームを導くステップが、構造的特徴部分を含む断面を露出させるためにイオン・ビームを導くことを含む、請求項１に記載の方法。
14. 断面を露出させるためにイオン・ビームを導くステップが、欠陥を含む断面を露出させるためにイオン・ビームを導くことを含む、請求項１に記載の方法。
15. 断面を露出させるために、前記加工物に向かってイオン・ビームを導くステップが、ＴＥＭで見るための１００ｎｍ未満の厚さを有する薄片の片側を薄くするためにイオン・ビームを導くことを含む、請求項１に記載の方法。
16. 断面を露出させるために、前記加工物に向かってイオン・ビームを導くステップが、加工物に垂直壁を形成するためにイオン・ビームを導くことを含み、前記断面に向かって電子ビームを導くステップが、前記垂直壁のＳＥＭ画像を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
17. 加工物を収容する加工物真空室と、
    イオン・ビームを生成し、前記イオン・ビームを前記加工物に導くイオン・ビーム・カラムと、
    電子ビームを生成し、前記電子ビームを前記加工物に導く電子ビーム・カラムと、２次粒子を検出し、前記加工物の一部分の画像を形成する２次粒子検出器と、
    コンピュータ命令を実行する処理装置と、
    請求項１の各ステップを実行するコンピュータ命令を含むコンピュータ記憶装置と
    を備える荷電粒子ビーム・システム。

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