JP2023089965A - 改善されたミリング精度のための顕微鏡的フィードバック - Google Patents
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Abstract
【課題】画像ベースの計測をミリングワークフローに統合するための、方法及び装置が開示される。【解決手段】第1のイオンビームミリング動作は、サンプル上の最終標的位置からある距離にあるエッジに対して実行される。サンプルのSEM画像を使用して、サンプル上の、ミリングされたエッジと参照構造との間の距離を判定する。判定された距離に基づいて、ミリングされたエッジを最終標的位置にシフトするために、第2のミリング動作を実行するように、イオンビームが調整される。反復手順の拡張が開示される。様々な幾何構成及び補正が開示される。読み書きヘッドの製造及びTEMサンプル調製を含む、様々な分野での製造用途及び分析用途が開示される。撮像ツール及びミリングツールの他の組み合わせを使用することができる。【選択図】図1
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2021年12月16日に出願された米国仮出願第63/290,438号、及び2022年7月26日に出願された米国実用出願第17/873,532号に対する優先権を主張する。
本出願は、2021年12月16日に出願された米国仮出願第63/290,438号、及び2022年7月26日に出願された米国実用出願第17/873,532号に対する優先権を主張する。
本開示は、ミリング精度の改善に関する。
イオンビームミリングは、マイクロスケールデバイス及びナノスケールデバイスの機械加工に、ますます使用されている。しかしながら、イオンビームミルは、位置決め誤差の固有の原因を有し、デバイス規模が縮小し続けるにつれて、目標の公差を満たすことが難しくなる可能性がある。したがって、マイクロスケールデバイス及びナノスケールデバイスの精密なミリングのための、改善された技術が依然として必要とされている。
簡潔に述べると、開示された技術は、撮像とミリングを組み合わせている。フィードバックを通じて、撮像ツール特有のより高い精度を、より低い固有の精度を有するミリングツールで達成することができる。実施例では、画像上で測定された距離を使用して、ミリングツールのみで達成可能な精度よりも高い精度で、予備ミリングされたエッジを、標的位置にシフトする。
第1の態様では、開示された技術は、ミリングツール、撮像ツール、及びコントローラを組み込んだ装置として実施することができる。ミリングツールは、第1の粒子ビームを使用して、サンプルをミリングするように構成される。撮像ツールは、第2の粒子ビームを使用して、サンプルの1つ以上の画像を生成するように構成される。コントローラは、制御パラメータの第1の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第1のエッジまでミリングさせ、更に、第1のエッジと標的位置との間の距離に基づいた量だけ第1の値から変更された、制御パラメータの第2の値を判定するように構成される。距離は、撮像ツールによって取得された、サンプルの表面の画像から判定される。コントローラは、制御パラメータの第2の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第2のエッジまでミリングさせるように更に構成される。
いくつかの実施例では、第1の粒子ビーム及び第2の粒子ビームは、異なるそれぞれの種を組み込むことができる。第1の粒子ビームは集束イオンビーム(FIB)とすることができ、撮像ツールは走査型電子顕微鏡(SEM)を組み込むことができる。画像は第1の画像とすることができ、第2のエッジまでのミリングは、サンプルの切断面を露出させることができ、コントローラは、撮像ツールに、サンプルの切断面の第2の画像を取得させるように更に構成され得る。第1の画像及び第2の画像を取り込むための撮像ツールにより、視軸の共通の配向を使用することができる。コントローラは、第1の画像の取得と第2の画像の取得との間で、撮像ツールの視軸を、サンプルに対して回転させるように構成され得る。撮像ツールの視軸は、第1の画像を取得するための表面の法線の10°以内であり得、かつ、第2の画像を取得するための表面の法線から40°~60°の範囲内にあり得る。制御パラメータは、表面に沿い、かつ、第1のエッジに垂直な方向における、ミリングツールのスイープ位置を判定することができる。
第2の態様では、開示された技術は、方法として実施することができる。サンプル表面の画像は、走査型電子顕微鏡(SEM)から取得される。ミリング位置をシフトする距離は、画像内のミリングされたエッジの相対位置、及び参照構造の相対位置に基づいて判定される。距離は記憶される。記憶された距離は、後続のミリング動作中に、ミリングされたエッジを、参照構造との所定の空間関係にシフトするために使用可能である。
いくつかの実施例では、距離は、第1の距離とすることができ、所定の空間関係は、第2の距離の公差範囲とすることができる。第2の距離は、(i)参照構造によって定義されたデータムから、(ii)シフトされてミリングされたエッジを含む線までの距離とすることができる。他の実施例では、距離は第1の距離とすることができ、第1の距離を判定することは、参照構造の中心座標から、ミリングされたエッジを含む線までの、第2の距離を判定することを更に含むことができる。線形スケーリングを第2の距離に適用して、第1の距離を取得することができる。
特定の実施例では、画像は、第1の画像であり得、本方法は、SEMから、後続のミリング動作によって露出された切断面の、第2の画像を取得することを含み得る。参照構造は、2つの別個のマーキングを含み得る。参照構造の重心は、後続のミリング動作によって露出される、サンプル内の標的デバイスの位置を特定することができる。所定の空間関係は、参照構造の重心に関する公差域であり得る。
更なる実施例では、終了条件が満たされるまで、後続のミリング動作を含む、それぞれのミリング動作の後で、取得する動作及び判定する動作を繰り返すことができる。繰り返される動作は、サンプル上の所与の標的位置への収束を提供することができる。代替的に又は追加的に、繰り返される動作は、サンプル上の一連の標的位置を連続的に標的にすることができる。
本方法は、第1のエッジにおけるエッジ効果に対して、距離を補正することを含むことができる。後続のミリング動作は、最初にミリングエッジを作成するために使用したのと同じミリングツールを使用して、実行することができる。後続のミリング動作は、集束イオンビーム(FIB)を使用して実行することができる。本方法を使用して、サンプルから、透過電子顕微鏡法用の読み書きトランスデューサ又はラメラを作り出すことができる。
別の態様では、開示された技術は、1つ以上のハードウェアプロセッサによって実行可能プログラム命令を記憶する、コンピュータ可読媒体として実施することができる。命令を実行すると、プロセッサが作動され、(a)制御パラメータの第1の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第1のエッジまでミリングさせ、(b)走査型電子顕微鏡(SEM)から、サンプルの表面上の、第1のエッジ及び参照構造を描画する画像を取得し、(c)第1の値に基づいて、並びに、画像内の、第1のエッジの相対位置及び参照構造の相対位置に基づいて、制御パラメータの第2の値を判定し、(d)制御パラメータの第2の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第2のエッジまでミリングさせる。
いくつかの実施例では、制御パラメータの第2の値を判定することは、SEMの視軸と、サンプルの表面の法線との間の角度の補正を適用することを含むことができる。表面は、サンプルの主表面であり得、第1のエッジは、主表面と、第1のエッジまでのミリングによって露出された切断面との間の境界であり得、切断面と主表面との間の二面角は、60°~120°の範囲であり得る。
追加の実施例では、サンプルを第1のエッジ及び第2のエッジまでミリングすることは、サンプルの第1の切断面及び第2の切断面をそれぞれ露出させることができ、命令は更にプロセッサを作動させて、第1のエッジまでミリングすることの前に、ミリングツールと、サンプルが載置されるステージとの間に、補償傾斜を適用させ得る。補償傾斜が、(i)第2の切断面と、(ii)サンプルの表面の残りの部分との間の二面角を、所定の範囲内であるように制御することができる。サンプルは、第1のサンプルであり得、画像は、第1の画像であり得、SEMは第1のSEMであり得る。命令は更にプロセッサを作動させて、(e)ミリングツールに第2のサンプルを第3のエッジまでミリングさせて、第2のサンプルの第3の切断面を露出させ、(f)ミリングツールに第2のサンプルを第4のエッジまでミリングさせて、それによって、第2のサンプルの第4の切断面を露出させ得る。第3のエッジ及び第4のエッジは、第2のサンプルの主表面上で60°~120°(両端値を含む)の角度をなすことができる。第3の切断面及び第4の切断面は、第5のエッジで交差することができる。命令は更にプロセッサを作動させて、(g)第2のSEMから、第4の切断面の第2の画像を取得し、(h)第2の画像の第4のエッジの相対位置及び第5のエッジの相対位置から、補償傾斜角を判定することができる。
本開示の前述及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照した、以下の詳細な説明より明らかになるであろう。
導入及び概説
技術が進化し、微細加工用途が増加するにつれて、集束イオンビーム(FIB)ミリングが最適な技術になっている。FIBミリングは、任意の形状のエッチングを、様々な材料にわたって、良質な仕上げ面で提供することができる。FIBは、マスク又は特注のツーリングを使用せずに、プログラム制御下で実行することができる。FIBは用途が広く、単一のFIBツールを、機械加工、撮像、及びイオン注入に使用可能であり、様々なプロセスワークフローとFIBを効果的に統合させることができる。FIBは、数十ナノメートル程度の精度を必要とする、微細加工タスクによく適していることが証明されている。(10nm未満の精度は、低ビーム電流条件下で達成できるが、そのような条件は、いくつかの微細加工用途には実用的ではない場合があるが)撮像装置として、現在のいくつかのFIBミルは約20nmの解像度を提供することができる。FIBミルの精度は、ビーム源の時間的変動及び空間的変動、ビーム光学系、及びイオンビーム自体の不安定性を含む、多くの要因によって制限される。
技術が進化し、微細加工用途が増加するにつれて、集束イオンビーム(FIB)ミリングが最適な技術になっている。FIBミリングは、任意の形状のエッチングを、様々な材料にわたって、良質な仕上げ面で提供することができる。FIBは、マスク又は特注のツーリングを使用せずに、プログラム制御下で実行することができる。FIBは用途が広く、単一のFIBツールを、機械加工、撮像、及びイオン注入に使用可能であり、様々なプロセスワークフローとFIBを効果的に統合させることができる。FIBは、数十ナノメートル程度の精度を必要とする、微細加工タスクによく適していることが証明されている。(10nm未満の精度は、低ビーム電流条件下で達成できるが、そのような条件は、いくつかの微細加工用途には実用的ではない場合があるが)撮像装置として、現在のいくつかのFIBミルは約20nmの解像度を提供することができる。FIBミルの精度は、ビーム源の時間的変動及び空間的変動、ビーム光学系、及びイオンビーム自体の不安定性を含む、多くの要因によって制限される。
いくつかの微細加工用途では、現在のFIBミルで達成可能な精度よりも、高い精度が要求される。2つの非限定的な例には、磁気記憶デバイス用の読み書きヘッドの製造、及び20nm以下のTEMサンプル調製が含まれる。
開示された技術の実施例は、より高い解像度を有する撮像ツールを使用して、より低い固有解像度(例えば、FIBでは約10nm~約50nm)を有するミリングツールをガイドする。例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)は、約2nmの解像度を有することができる。FIBに関しては、SEM撮像解像度の値は、正確な動作条件に依存する可能性があり、本明細書で関心対象のいくつかの用途では約2nm、又は、他の構成ではわずか0.6nmである。特に、高解像度SEM画像の測定値を、FIBミリングプロセスへのフィードバックとして使用して、ミリングツールのみでは達成不可能なミリング精度を達成することができる。
試験では、自力式のFIBミリングツールが、約±9nm(3つの標準偏差)の切断配列の再現性を有することが分かった。変動性のいくつかの重要な原因を低減又は除去することにより、開示された技術は、約±5nm(3つの標準偏差)の切断配列の再現性を達成することができた。
いくつかの実施例は、FIB及びSEMを組み合わせて使用して説明されているが、開示された技術は、これらの特定のツールに限定されない。むしろ、開示された技術は、任意の低解像度の機械加工ツール又は微細加工ツールの性能を改善するために、任意の高解像度の撮像ツールを使用して適用され得る。
開示された技術を使用することにより、製造されたデバイス、調製されたサンプル、又は、切断面の分析の品質及び再現性を、幅広い用途で改善することができる。
用語
本節で引用されている全ての用語の使用法と意味は、別段の明確な指示がない限り、又は、文脈に反するものでない限り、この開示全体に適用する。以下の用語は、関連する語形に拡張される。
本節で引用されている全ての用語の使用法と意味は、別段の明確な指示がない限り、又は、文脈に反するものでない限り、この開示全体に適用する。以下の用語は、関連する語形に拡張される。
「分析」とは、サンプルを特徴付けるために使用される動作を指す。分析には、様々な形式の撮像、電気特性のプローブ測定、又は粒子若しくは放射線散乱の非接触測定が含まれ得る。分析動作には、ディレイヤリング、電子後方散乱分析、電子顕微鏡法、エッチング、撮像、質量分析、材料分析、計測法、ナノプロービング、分光法、又は表面処理が含まれ得る。ミリング手順中、又はミリング手順後に、ミリングによって露出した1つ以上の層で、分析を実行することができる。一部の分析では、分析を実行する前に、(例えば、研磨による)露出面の処理が必要になる場合がある。一部の分析では、実行する分析のために、ミリング動作を一時停止する必要がある場合があるが、他の分析技法は、ミリング中にオンザフライで実施し得る。このような動作を実行するための機器又は器具類は、「分析機器」又は単に「分析装置」と称される。本明細書で関心対象のいくつかの分析機器は、走査型電子顕微鏡(SEM)を組み込んでいる。
「方位角」は、軸を含む基準平面から、軸の周りで画定又は測定された符号付き角度である。軸は、回転軸でもよく、方位角は、軸を中心に回転させることによって変化させることができる。いくつかの開示された実施例では、軸は、サンプルステージの回転軸に平行であり得、ステージに載置されるサンプルの表面に垂直であり得る。したがって、入射粒子ビームの方位角は、ステージをそのサンプル軸を中心に回転させることによって変化させることができる。基準平面は、サンプルの作業面に垂直であり得、サンプルが載置されるステージの回転軸を含み得る。方位座標は、地球上の位置の経度に類似している。
「ビーム」は、粒子又はエネルギーの指向流である。本開示で関心対象の一般的なビームは、電子ビーム又はイオンビームなどの粒子ビームである。ビームは、流れの主な縦方向に対して横方向に有限の範囲を有し得る。ビームの2つ以上の横断面の重心を結ぶ線が、ビームの「軸」である。
「コントローラ」は、物理パラメータに変更をもたらすための1つ以上のアクチュエータに結合された、又は、物理パラメータを監視するための1つ以上のセンサに結合された、電子デバイスである。コントローラには、機械可読命令を実行するようにプログラムできる、マイクロプロセッサを含むことができるものがある。本明細書におけるコンピューティングデバイスの説明は、概して、そのようなコントローラに適用可能である。このようなコントローラは、フィルタ及び増幅器などの、追加の電子回路を含むことができる。コントローラには、マイクロプロセッサを使用せずに、フィルタ及び増幅器などの、アナログ回路を含むことができるものもある。
「座標」は、空間内の点又は物体の位置又は配向を示す、任意選択的に単位を有する、数値である。一般的な座標は、線形(例えば、ビーム軸方向の縦座標)、又は角度(例えば、球面座標の角度)であり得る。記載されたいくつかの実施例では、ミリングされたエッジの位置を示す座標は、ミリングされたエッジに垂直な、Y軸に沿って測定することができる。
「データム」は、サンプル、関連機器、又は関連座標系に対して定義された基準線又は基準点であり、そこから、他の特徴又は物体の測定を行うことができる。本明細書のいくつかの実施例では、データムは、参照構造の重心又は中心線であり得る。
エッジで交差する2つの平面間の「二面角」は、エッジに直交する平面で測定された範囲(0°、180°)の正の角度である。
「距離」は、サンプル上の、又は、サンプルの画像内の2つの特徴間の長さの尺度である。両方の特徴が、所与の時間に存在する場合(例えば、ミリングされたエッジ、及び参照構造)があり、又は、特徴のうちの1つが、標的位置(例えば、既存のミリングされたエッジから、所望のミリングされたエッジの位置までの距離)である場合がある。2点間の距離は、点間のデカルト距離である場合がある。点と線との間の距離は、点から線までの垂線の長さである場合がある。有限の範囲を有する特徴までの距離は、特徴の中心位置(例えば、重心)に対して測定することができる。測定された距離は、撮像幾何(例えば、撮像された表面に対する視軸の傾き)に対して補正することができ、又は、撮像アーティファクト(例えば、フレア)に対して補正することができる。
「エッジ」は、面法線が不連続である、2つの表面の交差部に沿った線である。いくつかの開示された実施例では、サンプルの主表面と、ミリングによって露出された切断面との間に、エッジを形成することができる。連続するミリング動作により、このようなエッジが移動する可能性がある。
「エッジ効果」は、撮像されたサンプル上のエッジから生じた、画像内のアーティファクトである。SEM画像では、エッジが、隣接する交差面よりも明るく見えることがある(「フレア」と呼ばれることもある)。
「電子ビーム」は、電子の指向流である。
「電子顕微鏡」は、サンプルに電子ビームを照射し、その結果生じる粒子又は電磁放射を使用して、空間分解された画像を形成する、分析機器の一種である。走査型電子顕微鏡(SEM)は、サンプルの1つ以上の表面からの反射粒子、二次粒子、若しくは後方散乱粒子、又は放射に基づいて、サンプル表面を撮像する。SEMによって検出されたビーム相互作用は、この表面で、又はその近くで発生するため、SEMは、任意の厚さのサンプルで動作できる。対照的に、透過型電子顕微鏡(TEM)は、透過電子(散乱電子を含む)に基づいて、サンプル体積を撮像する。TEMは、厚さ約10~150nmのサンプルで動作する。サンプルは、機械的支持及び熱伝導性のために、グリッドに載置することができ、次に、グリッドは、サンプルホルダーに保持できる。TEMは5000万倍以上の倍率を提供することができるが、SEMの倍率は、通常約200万倍に制限される。本開示では、透過電子の撮像を行う走査型透過電子顕微鏡(STEM)は、SEM及びTEMの両方であるとみなされる。電子顕微鏡の電子ビームは、電子銃で生成され、一連のステージを通して、サンプルチャンバに向かって、加速、集束、又は操作され得る。
「露出」という用語は、例えば、サンプルの、予め埋め込まれた特徴と、先面との間の材料を除去することによって、サンプルの内部の特徴を、サンプルの表面にもたらす動作を指す。
「集束イオンビーム」(「FIB」)は、ビームを表面上のスポットに方向付けるために、焦点を制御できる、又はスイープパターンでサンプル上をスイープすることができる、イオンビームである。FIBは、入射スポットでの材料の分析、堆積、又は除去に使用することができる。いくつかのFIBは、ミリングに使用される。通常、FIBはXe+又はGa+などの正の元素イオンを含むが、これらは要件ではない。Ga+などのイオンビーム種は、例えば、液体金属イオン源(LMIS)から供給することができるが、Xe+などの他のイオンビーム種は、プラズマで生成することができる。プラズマ源で生成されたFIBは、プラズマ集束イオンビーム(PFIB)と呼ぶことができる。
「撮像」という用語は、サンプルの関心対象領域にわたるパラメータ値の二次元表現(「画像」と呼ばれる)を取得するためのプロセスを指す。いくつかの実施例では、撮像されたパラメータは、(例えば、SEMによる)入射粒子ビームの反射率である場合があるが、これは要件ではなく、可視光、又は他のパラメータも撮像することができる。開示された実施例では、画像は、サンプル上のエッジ、又は参照構造などの特徴を示すことができる。更なる実施例では、関心対象領域は、サンプルの1つ以上の表面の、少なくとも一部を含むことができる。
「撮像ツール」は、撮像が可能な装置である。開示された実施例では、SEMを撮像ツールとして使用することができる。しかしながら、これは要件ではなく、(例えば、時間変化又は蛍光技術を使用する)原子間力顕微鏡又は超解像光学顕微鏡などの、他の高解像度撮像ツールを使用することもできる。FIBツールは撮像を実行できるが、SEM又は他の技術により、より優れた空間解像度を達成できる。「視軸」は、撮像ツールが、撮像された関心対象領域を視認する直線である。具体的には、撮像された関心対象領域上にビームを方向付ける撮像ツールの場合、視軸は、撮像された関心対象領域の中心点(例えば重心)を通る、ビーム軸とすることができる。
「反復」という用語は、所与の動作、又は一連の動作が実行される、複数回のそれぞれを指す。一連の反復は、「ループ」と呼ばれる。複数回反復できるループは、1回だけの反復を実行することができる場合がある。ループの反復では、ループ内の全ての動作を実行する必要はないが、終了条件が満たされた場合は、早期に終了する又は抜け出ることができる。
「ラメラ」は、透過型電子顕微鏡(TEM)で撮像された、薄サンプルである。ラメラは、10~50nm又は20~30nmの範囲の厚さを有することができる。
「線形スケーリング」という用語は、出力yを取得するために、入力xに対して実行される、演算y=A・x+Bを指す。このとき、A及びBは定数である。
「ミリング」は、ミリングされているサンプルに対する、ミリングツールの移動(「スイープ」と呼ばれることもある)によってガイドされる、経路上の材料除去プロセスである。ミリング動作は、切断面の片側まで材料を除去することにより、サンプルの1つ以上の「切断面」を露出させることができる。概して、切断面は、サンプルの主表面と交差する。長方形又は台形の断面を有するトレンチの底部は、切断面とは呼ばれない。実施例では、集束イオンビーム(FIB)を使用して、ミリングを行うことができる。ミリングは、「エッチング」の一形態であり、より一般的には、サンプルから材料を除去するための、削除プロセスを指す。拡散化学エッチングは、ミリングとはみなされない場合がある。しかしながら、イオンビームアシスト化学エッチングは、イオンビームの位置で部位特異的である可能性があり、ミリングとみなすことができる。「ミリングツール」は、ミリングが可能な装置である。
「パラメータ」は、特定の「値」を有することができる量である。多くの場合、パラメータは数値を有するが、これは要件ではなく、いくつかのパラメータ値は、論理値、文字列、又はデータ構造であり得る。パラメータには、制御パラメータであり得るものがあり、例えば、物理デバイス又は物理的動作に影響を与えるために、コントローラによって設定される。パラメータには、感知パラメータであり得るものもあり、例えば、物理的環境によって判定され、コントローラ又は測定装置によって(例えば、画像から)評価される。本明細書で関心対象のいくつかの制御パラメータは、サンプルに対するミリング動作用の、1つ以上の座標を定義するパラメータが含まれ、ビームステアリング制御、ステージ位置決め制御などを含むことができる。
「粒子ビーム」は、粒子の指向流を含む、ビームである。「粒子」は、物質の流れの、細分されない別個の単位である。本開示において共通関心対象の粒子には、(Ga、Xe、又は陽子などの)電子又はイオンなどの荷電粒子が含まれるが、粒子は、これらに限定されない。電子ビーム内の電子は、束縛電子を含む、いくつかのイオンにもかかわらず、イオンビーム内のイオンとは異なる種とみなされる。いくつかの実施例では、関心対象の粒子は、電子又はイオンなどの質量を有する種に限定される。他の例では、関心対象の粒子は、質量ゼロの光子を含むことができる。例解すると、パルスレーザビーム(例えば、1ピコ秒未満のパルス持続時間を有する「フェムト秒レーザ」)は、開示された技術の用途におけるミリングに使用することができる。
「極角」は、軸から離れるように画定又は測定された、符号なしの角度である。軸は、装置軸、ビーム軸、又は、サンプル表面の法線であり得る。極角は、地球上の位置の緯度の補数に類似している。つまり、極角は、北極(緯度が90°N)では0°に等しく、赤道(緯度は0°)では90°に等しい。本明細書で関心対象のいくつかの極角は、約0°、又は約45°~52°である。本明細書で関心対象のいくつかの極角は、サンプル表面の法線(この法線は、サンプルを支持するステージの回転軸に平行であり得る)と、サンプルに入射する粒子ビームの軸との間である。
「読み書きトランスデューサ」(又は「読み書きヘッド」)は、磁気記憶媒体上で、磁気的に符号化されたデータを読み書きできるデバイスである。データは、トランスデューサを通して、電流を駆動したときに発生する磁場を使用して、書き込むことができる。データは、磁気記憶媒体の磁化ドメインによって提供される磁場により、トランスデューサに誘導された電圧を使用して、読み取ることができる。開示された技術のいくつかの実施例は、計測又は製造のために、読み書きトランスデューサの切断面を正確にミリングするために使用することができる。
「参照構造」(「基準」と呼ばれることもある)は、サンプル内の、別の構造又はデバイスの位置の判定に使用するために、サンプルに製造された構造である。いくつかの参照構造は、複数の別個の要素(「マーキング」と呼ばれる)を、例えば、標的デバイスの反対側に含むことができる。参照構造は、構造の画像で見ることができ、画像内の他の特徴の座標、距離、又は角度を測定するための、参照として使用できる。参照構造は、サンプル表面上の二次元的な特徴であり得るか、又は、サンプルの深さまで三次元的な広がりを有し得るため、表面の連続する層がエッチング除去されても、参照構造が見える状態のままである。
「関心対象領域」(ROI)は、電子ビームが走査される、サンプル表面の一部であり、及び/又は、特徴若しくは構造、例えば、標的、つまり、その後の分析対象を含む、サンプルの領域である。ROIという用語は、いかなる人間的興味も指すものではない。
「回転」は、別の物体又は固定座標系に対する、物体の角度配向の変化である。いくつかの実施例では、ツール軸(例えば、プロセスツールの視軸又はビーム軸)をサンプルに対して回転させることができる。回転は、プロセスツールの全部又は一部を回転させること、ビームを操作すること、サンプルを回転させること、又は、上記の任意の組み合わせによって、行うことができる。極角を変更する回転は、その極角に対する「傾斜」と呼ばれる。
「サンプル」は、撮像、ミリング、又は、他の分析手順若しくは製造手順が実行される、物理的対象である。一般的なサンプルは、多層の電気的若しくは電子的構造、又は、他の材料構造を組み込むことができ、撮像又は別の分析手順のために、製造又は調整されている。サンプルの「主表面」は、その面積を、サンプルの他のどの表面も実質的に超えることのない、サンプルの表面である。説明の便宜上、サンプルは、上部の主表面及び底部の主表面を有するとみなされ、底面はステージ上に支持され、上面は、1つ以上のツール又はビームに露出する。
「空間関係」は、2つ以上の物体の位置の間、又は配向の間の任意の関係であり得る。空間的に関連する物体のうちの1つ以上は、サンプル、サンプルの特徴、プロセスツール、若しくはそのビーム若しくは構成要素、サンプルが載置されるステージ、軸若しくはそのような物理的対象の法線、又は、1つ以上のそのような物理的対象によって定義される、仮想の幾何学的本質(例えば、サンプル特徴の重心、又は、2つの特徴を結ぶ線)であり得る。場合によっては、空間関係を定義する量の許容範囲を示す「公差」を使用して、空間関係を指定することができる。公差は、所定の範囲内の、距離又は角度などの一次元(「公差範囲」と呼ばれる)、又は多次元(「公差域」と呼ばれる)である場合がある。公差域の非限定的な例は、1つ以上の他の特徴に対する、二次元エリア若しくは三次元体積内の特徴、又は、別方向に関して二次元の角錐内にある、視軸若しくはビーム軸を含む。
「ステージ」は、サンプルを取り付けることができ、サンプルの位置又は配向を調整するためのアクチュエータを有する、装置である。「多軸ステージ」は複数の自由度を有し、並進又は回転の様々な組み合わせで、サンプルの空間調整を提供する。
「スイープ」という用語は、空間トラバーサルを指す。本開示における一般的なスイープは、サンプルの関心対象領域上の、FIB(又は他のミリングツール)の一次元又は二次元スイープである。スイープは、関心対象領域上の、1つ以上のパスで実行できる。
「標的」という用語は、サンプルに対する分析、調製、又は製造手順の、所望の対象を指す。標的の非限定的な例は、サンプルをミリングすることによって露出される特徴又はデバイス、サンプルをミリングすることによって到達する座標、撮像される関心対象領域、サンプルに対してプロセスツールを設定する配向を含む。場合によっては、標的が正確に達成されないことがあるが、所定の公差内でうまく達成され得る。
「終了条件」は、反復プロセスが、更なる反復の実行を停止する基準である。
「上部」、「底部」、「上へ」、「下へ」、「上方」、「下方」、「水平」、「垂直」などの用語は、水平なサンプルの露出された主表面が、上向きの外向き法線を有する、例えば、サンプルが、プロセスツールにとって上からアクセスしやすい、一般的な構成に対して便宜上使用される。プロセスツールの軸(例えば、撮像ツールの視軸、又はFIBミルのビーム軸)は、表面に対して下向きにほぼ垂直になり得るか、又は、法線に対して、ある角度(40°~60°の範囲の場合もある)で傾き得る。当業者は、本開示から、開示された技術の範囲から逸脱することなく、実際の配向の選択を変更することができることを理解するであろう。
例示的な装置
図1は、例示的な装置の図100であり、装置を展開できる環境の、いくつかの特徴とともに示されている。コントローラ110と通信して、ミリングツール120及び撮像ツール130は、サンプル150に対して、それぞれの動作を実行することができる。サンプル150は、ステージ160に載置することができる。いくつかの実施例では、サンプル150及びステージ160は、装置の構成要素110、120、130のための環境の一部であり得、他の実施例では、ステージ160は、装置の一部として含まれ得る。
図1は、例示的な装置の図100であり、装置を展開できる環境の、いくつかの特徴とともに示されている。コントローラ110と通信して、ミリングツール120及び撮像ツール130は、サンプル150に対して、それぞれの動作を実行することができる。サンプル150は、ステージ160に載置することができる。いくつかの実施例では、サンプル150及びステージ160は、装置の構成要素110、120、130のための環境の一部であり得、他の実施例では、ステージ160は、装置の一部として含まれ得る。
説明を容易にするために、サンプル150の主上面152上に、デカルトXYZ軸141~143及び原点140(「O」)を有する、座標系が示されている。例解されるように、Z軸143は、表面152の外向き法線であり、X軸141は、スロット154の長手方向に平行であり、Y軸142は、軸141、143とともに直交トライアド(XYZ)を形成する。方位角φは、Z軸周りに定義され、X軸及びY軸は、それぞれφ=0°及びφ=90°である。極角θは、Z軸(θ=0°)から下向きに定義され、XY平面はθ=90°である。説明の目的で、座標系は、サンプル150の参照フレームに固定できるため、例えば、ビームの極角、又はミリングされたエッジの座標位置は、回転又は並進が、ビーム(125、135)、又はステージ(160)及びサンプル(150)に加えられるかどうかに関係なく、同等に変化する。
ミリングツール120は、粒子ビーム125を使用してサンプル150をミリングするように、構成され得る。例解図では、ツール120は、表面152の上方から、方向θM123、φM121から入り、構造158の断面を識別できる切断面156を露出させる、ミリングされたスロット154を有する。いくつかの実施例では、ビーム125は、集束イオンビーム(FIB)であり得るが、これは要件ではなく、他のビームを使用することができる。ミリングは、ビーム125とサンプル150との間の相対運動を達成するために、サンプル150を横切ってビーム125を走査することにより、ステージ160を並進させることにより、又は、これらの運動、若しくは、他の運動の任意の組み合わせにより、行うことができる。
撮像ツール130は、粒子ビーム135を使用して、サンプル150の1つ以上の画像を生成するように、構成され得る。例解図では、撮像ツール130は、サンプル150(θI=0°)の真上から見た画像を生成できるが、これは要件ではなく、撮像は他の角度から実行できる。具体的には、いくつかの実施例では、破線矢印137によって示されるように、斜角θI133、φI131から別の画像を取得するために、撮像ツール130を、サンプル150に対して回転させることができる。
コントローラ110は、ミリングツール120及び撮像ツール130の動作を、監視することができる。ミリングは、ミリングが進行するにつれて、連続する値を取ることができる制御パラメータを使用して、制御され得る。いくつかの実施例では、制御パラメータは、ビーム125をX方向にスイープすることによって形成される、ミリングされた表面のY座標を制御することができる。したがって、制御パラメータは、ミリングツール120又はステージ160のいずれかの、座標尺度であり得る。代替的に、制御パラメータは、ビーム125の経路内の、ステアリング構成要素に印加された電圧、又は、ステージ160の並進を実行するように結合された、アクチュエータに印加された電圧などの、間接的な位置制御であり得る。制御パラメータの第1の値を使用して、コントローラ110は、ミリングツール120にサンプル150を第1のエッジまでミリングさせることができる。例解すると、主表面152と切断面156との交差部が、エッジ148を画定する。ビーム125がサンプル150を徐々にミリングするにつれて、スロット154の範囲は、エッジ148の第1の位置(「第1のエッジ」と呼ばれる)に到達することができる。
コントローラ110は、撮像ツール130によって取得された表面152の画像を使用して、第1の値とは異なる、制御パラメータの第2の値を判定することもできる。つまり、エッジ148と標的位置との間の距離を、画像から判定することができ、制御パラメータの第2の値を得るために、この距離に基づいた量だけ、制御パラメータを変更することができる。最終的に、制御パラメータの第2の値を使用して、コントローラ110は、ミリングツール120に追加のミリングを実行させて、エッジ148の第2の位置(「第2のエッジ」と呼ばれる)に到達させ、例えば、第1のエッジと第2のエッジとの間の、追加のサンプル体積をミリング除去させて、第2のエッジを含む切断面を露出させることができる。
例解として、エッジ及び標的位置は、それぞれY座標-55nm及び+10nmにある可能性があり、したがって、65nmの距離を判定することができる。10nm/ボルトのY方向感度を有する、ビームステアリング制御パラメータは、所望の第2のエッジをもたらすために、65/10=6.5ボルトだけ変化させることができる。いくつかの実施例では、制御パラメータへの変更を徐々に適用する、例えば、追加のミリング動作の26回のスイープのそれぞれに、0.25Vを適用することができる。
開示された技術の範囲内で、多数の変形及び拡張を実施することができる。いくつかの実施例では、粒子ビーム125、135は、異なるタイプのビームであり得、異なる種の粒子を含み得る。例解すると、ミリングは、Ga+、Xe+、又は別のイオン種を含む、集束イオンビーム125で行うことができ、撮像は、電子を含む、走査電子ビーム135で行うことができる。実施例では、撮像ツール130は走査型電子顕微鏡であり得るが、これは要件ではない。
第2のエッジ148までのミリングの後で、コントローラは、撮像ツール130に切断面148の画像を取得させることができる。いくつかの実施例では、取得された上面152の画像及び切断面148の画像は、ビーム135の単一の視軸から、例えば、137などの斜角で、取得することができる。他の実施例では、コントローラ110は、撮像ツール120の視軸を、2つの画像取得の間で回転させることができる。例解すると、(距離を測定するための)第1の画像は、サンプル150を真上から見ながら、図に示すように、ビーム135に沿った視軸で取得することができ、(例えば、切断面148計測のための)第2の画像は、図に示すように、矢印137に沿った視軸で取得することができる。いくつかの実施例では、第1の画像の視軸は、極角θI≦10°を有することができ、第2の画像の視軸は、極角40°≦θI≦60°を有することができる。
図1の追加の変形は、特定の特徴を省略できるか、又は、図3~5、若しくは、本明細書の他の箇所との関連で説明された特徴を採用することができる。
例示的なジオメトリ
図2A~2Bは、開示された技術を展開できる、例示的なジオメトリを示す図表201~202である。図2は、サンプルの主(上)表面252に対する座標系を例解する図であり、図1の座標系とほぼ同様である。直交するX軸241及びY軸242は、表面252の平面内にあり、Z軸243は、表面252に垂直な外面である。粒子ビーム軸237(SEMの視軸、又はFIBミリングツールのビーム軸であり得る)は、Z軸273に対して極角θから表面252に接近する。ビーム軸237は、XY平面内に、X軸から反時計回りに角度φで位置する投影238を有する。したがって、φは、ビーム軸237の方位座標である。本明細書では慣例として、ビーム粒子の進行方向が反対方向であり、サンプル表面に向かっているにもかかわらず、ビーム軸は、サンプル表面上の原点から外側に(例えば、図2Aに示すように、0°≦θ<90°)延びると説明される。
図2A~2Bは、開示された技術を展開できる、例示的なジオメトリを示す図表201~202である。図2は、サンプルの主(上)表面252に対する座標系を例解する図であり、図1の座標系とほぼ同様である。直交するX軸241及びY軸242は、表面252の平面内にあり、Z軸243は、表面252に垂直な外面である。粒子ビーム軸237(SEMの視軸、又はFIBミリングツールのビーム軸であり得る)は、Z軸273に対して極角θから表面252に接近する。ビーム軸237は、XY平面内に、X軸から反時計回りに角度φで位置する投影238を有する。したがって、φは、ビーム軸237の方位座標である。本明細書では慣例として、ビーム粒子の進行方向が反対方向であり、サンプル表面に向かっているにもかかわらず、ビーム軸は、サンプル表面上の原点から外側に(例えば、図2Aに示すように、0°≦θ<90°)延びると説明される。
図2Bを参照すると、表202は、各行が、開示された技術を使用することができる例示的な機器構成を示す、表である。表202の角座標は、図2Aを参照して示される。第1の行281では、撮像ツールは、図1のビーム135と同様に、サンプル表面252を真下に見る。視軸の配向は、φIが不定であるθI=0°に沿っている。ミリングツールのビーム軸は、任意の方位角φMで、配向θM=45°~52°を有する。第2の行282では、撮像ツールの視軸、及びミリングツールのビーム軸の両方が、45°~52°の範囲の極角θI、θMにあるが、90°離れた方位配向を有することができる。第3の行283は、第1の行281の逆とみなすことができる。ミリングビーム軸は、θM=0°、かつ、φMが不定になるように、面法線(Z軸243)と位置合わせされる。撮像の視軸は、極角θI=45°~52°にあり、任意の方位角φIにあり得る。第4の行は、表面252上に真下に配向された、撮像ツール及びミリングツールの両方のビームを有する。いくつかの実施例では、撮像ツール及びミリングツールは、X方向又はY方向に、互いに空間的にオフセットすることができ、撮像ツールとミリングツールとの間のステージ上で、それぞれの動作用に、サンプルを並進させることができる。他の実施例では、ビーム光学系を使用して、空間的に分離されたビーム源からのビーム経路を、サンプル表面の共通軸に統合することができる。
いくつかの実施例では、異なる構成を組み合わせることができる。例えば、表面252上の参照構造に対するミリングの進展を測定又は制御するために、垂直視軸を使用して、表面252を撮像することができる。続いて、ミリングによって露出した切断面に対して、撮像又は他の分析を実行するために、撮像の視軸を傾けることができる。つまり、行281と同様の構成は、ミリングの進展を測定するために使用することができ、行282と同様の構成は、得られた切断面の計測、撮像、又は他の分析に使用することができる。
第1の例示的な方法
図3は、サンプルをミリングするための画像ベースのフィードバックを行う第1の例示的な方法の、フローチャート300である。この方法では、後続のミリング動作が標的位置基準を満たすことができる、距離が判定される。
図3は、サンプルをミリングするための画像ベースのフィードバックを行う第1の例示的な方法の、フローチャート300である。この方法では、後続のミリング動作が標的位置基準を満たすことができる、距離が判定される。
ブロック310で、サンプルの表面の画像が、SEMから取得される。ブロック320で、SEM画像内のミリングされたエッジの相対位置、及び参照構造の相対位置に基づいて、ミリングされた位置をシフトする距離を判定することができる。ブロック330で、判定された距離が記憶され得る。参照構造との所定の空間関係に到達するために、この距離を使用して、後続のミリング動作中に、ミリングされたエッジをシフトすることができる。
例解すると、ミリングされたエッジ及び参照構造は、SEM画像から、Y座標がそれぞれ-55nmと+10nmであると判定できる。この場合、判定された距離は65nmであり得る。本明細書で更に説明するように、他の技法を使用して距離を判定する、例えば、短縮若しくはエッジ効果を補正する、又は、後続のミリング動作を優先的に、標的座標の手前に向けてずらすこともできる。ミリング位置は、更にミリングすることでシフトされ得、追加の材料を除去する。例解すると、ミリングされたエッジが、Y座標-55nmでX軸に平行である場合、ミルの連続スイープの各々が、材料をY方向に最大3nm除去し、ミリングされたエッジをY=-52、-49、-46nmなどに徐々にシフトすることができる。いくつかの実施例では、連続するミリング動作が実行されるときに、ミリング位置をシフトさせるために、ステージに対するミリングビーム軸の相対Y座標を変更することができる。
開示された技術の範囲内で、多数の変形及び拡張を実施することができる。いくつかの実施例では、後続のミリング動作が、切断面を露出させることができ、この方法は、SEMから切断面の画像を取得することにまで拡張することができる。つまり、単一のSEMを使用して、計測を行い、サンプルの上面を撮像し、続いて、参照構造に対して所定の空間関係にミリングが到達した後に、サンプルの切断面を撮像することができる。
更なる実施例では、参照構造は、データムを定義することができる。所定の空間関係は、データムに対する(後続のミリング動作に続いて)シフトされたエッジ間の距離の、公差範囲を指定することができる。例解すると、データムは、Y=100μmにある参照構造の重心とすることができる。所定の空間関係は、シフトされてミリングされたエッジが、90μm~95μm、95μm~100μm、又は95μm~102μmのシフトされたY座標を有することを指定することができる。これらの例解図では、データムは、シフトされてミリングされたエッジの公差域の外側にあり得るか、公差域の限界値(端点)であり得るか、又は、公差域内にあり得る。
いくつかの実施例では、ブロック320での距離判定は、線形スケーリングの適用を伴うことができる。例えば、SEMの視軸の非ゼロ極角は、撮像された上面上の距離が短縮されるという結果になる可能性がある。例解すると、SEMが(図2Aを参照して)θ=45°、φ=90°に沿った視軸を有する場合、Y軸に沿った距離は、係数1/sqrt(2)=0.7071だけ短縮できる。したがって、ミリングされたエッジがシフトされるべき、真の距離を判定するために、ブロック320でSEM画像から判定されたY距離は、係数sqrt(2)=1.4142で乗算され得る。更なる実施例では、オフセットは、線形スケーリング(例えば、y=A・x+Bの形式の線形スケーリング)に含めることができる。いくつかのシナリオでは、標的位置をアンダーシュートすることが望ましく、標的位置をオーバーシュートすることは望ましくない場合がある。単純に言えば、アンダーシュートは、指定された公差を満たす別の機会を与えるが、オーバーシュートは、サンプルが破棄される結果となる可能性がある。したがって、負のオフセットBを組み込むと、必要に応じて、第3のミリング動作が、公差域のアンダーシュートを修正できる可能性が増加し、オーバーシュートによるサンプルの廃棄の可能性が低減する。このような負のオフセットは、短縮がない(A=1)場合にも有益であり得る。具体的には、処理ブロック310、ブロック320、ブロック330は、所定の空間関係が達成されるまで、後続のミリング動作を含む、連続するミリング動作の後に、繰り返すことができる。更に、所定の空間関係は、ブロック310、ブロック320、ブロック330の連続する反復を通じて、改良することができる。例解すると、第1の反復では、空間関係は、標的デバイスに対する公差域[0,+100nm]であり得、第2の反復では[0,+10nm]に、及び、第3の反復では[-3nm,+3nm]に狭めることができる。ブロック310、ブロック320、ブロック330の反復は、終了条件が満たされたときに、終了することもできる。前の例解を続けると、終了条件は[-3nm,+3nm]になり得る。第1の反復で(例えば、第2の反復のブロック310で取得した画像から)+2nmの位置を達成すると判定された場合、これ以上のミリング又は反復は、必要ない。
参照構造は、2つのマーキングを組み込むことができる。例えば、サンプル内の標的デバイスの両側にある2つの「+」マーキング、及び、参照構造の重心(例えば、2つの「+」マーキングの間の中間点)は、後続のミリング動作によって露出される、サンプル内の標的デバイスの位置を特定することができる。いくつかの実施例では、重心は、標的構造の位置(例えば、横位置)にあり得、他の実施例では、重心は、標的構造、又は、標的構造上のデータムから、既知のオフセット距離だけ離れた位置にあり得る。既知のオフセット距離は、所定の距離であり得、又は、実行時に分析動作若しくは計測動作によって判定され得る。所定の空間関係は、参照構造の重心に関する公差域であり得る。
本明細書で説明するように、SEM画像は、エッジ効果を受けることになり得る。エッジは、有限幅を有する輝線として現れ得る。実際のエッジ位置は、輝線の中心線からオフセットされ得る。オフセットは、幾何学的因子(例えば、撮像の視軸の極角、又は、切断面とサンプルの上面との間の二面角)、又はサンプル材料に依存する可能性がある。したがって、ブロック320で距離を判定することは、エッジ効果を補正することを含むことができる。いくつかの用途では、エッジ効果の補正量は、例えば、同様の条件下で同様のサンプルに対して実行されるテストによって、経験的に判定できる。
図3の方法は、デバイス製造又はサンプル調製を含む、様々な用途に適用することができる。製造の例として、本方法は、読み書きトランスデューサの製造に適用することができ、所定の空間関係は、サンプル内の読み書きトランスデューサの位置を示す、参照構造に対する公差範囲とすることができる。サンプル調製の例として、本方法は、TEM分析用のラメラの調製に適用することができ、参照構造が、ラメラの中心平面を画定することができ、本方法を、中心面の反対側にあるラメラの2つの切断面をミリングする手順に、組み込むことができる。例解すると、一方の切断面をY座標範囲[+8nm、+12nm]までミリングし、他方の面を(反対側からアプローチして)Y座標範囲[-12nm、-8nm]までミリングし、厚さ20±4nmを有するラメラを調製することができる。本方法は、例えば、FIBを使用して、後続のミリング動作を実行することにまで拡張することができる。
図3の追加の変形は、特定の特徴を省略することができるか、又は、図1、若しくは図4~5、又は本明細書の他の箇所との関連で説明された特徴を採用することができる。
第2の例示的な方法
図4は、画像ベースのフィードバックを用いてミリングする、第2の例示的な方法のフローチャート400である。この方法では、2つのミリング動作がサンプルに対して実行される。サンプルの画像を使用して、第1のミリング動作の後にエッジを測定し、それによって、第2のミリング動作の制御設定を判定する。制御設定は、ミリング動作の位置を制御するために使用される、パラメータの値である。パラメータは、ミリングを実行するために使用されるビームのステアリング、サンプルが載置されるステージの位置、又はビーム及びサンプルの位置決めの組み合わせを制御することができる。
図4は、画像ベースのフィードバックを用いてミリングする、第2の例示的な方法のフローチャート400である。この方法では、2つのミリング動作がサンプルに対して実行される。サンプルの画像を使用して、第1のミリング動作の後にエッジを測定し、それによって、第2のミリング動作の制御設定を判定する。制御設定は、ミリング動作の位置を制御するために使用される、パラメータの値である。パラメータは、ミリングを実行するために使用されるビームのステアリング、サンプルが載置されるステージの位置、又はビーム及びサンプルの位置決めの組み合わせを制御することができる。
処理ブロック410で、プロセッサは、制御パラメータの第1の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第1のエッジまでミリングさせることができる。続いて、ブロック420で、サンプルの表面の画像をSEMから取得することができ、この画像は、第1のエッジ及び参照構造を描写する。ブロック430で、プロセッサは、第1の値、並びに、(画像内の)第1のエッジの相対位置及び参照構造の相対位置に基づいて、制御パラメータの第2の値を判定することができる。例解すると、画像が、第1のエッジと参照構造との間のY方向に25nmのオフセットを示している場合、第2の値はC2=C1+Δに設定することができ、ここで、C1は、制御パラメータの第1の値であり、Δは、Y方向の25nmのシフトに対応する、制御パラメータの調整量である。次に、ブロック440で、プロセッサは、制御パラメータの第2の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第2のエッジまでミリングさせることができる。
開示された技術の範囲内で、多数の変形及び拡張を実施することができる。ブロック420で撮像された表面は、サンプルの主表面であり得る。第1のエッジは、主表面と、ブロック410でミリングによって露出された切断面との間の境界であり得る。撮像された表面と切断面との間の二面角は、60°~120°、又は85°~95°の範囲であり得る。いくつかの実施例では、ブロック430での第2の値の判定は、SEMの視軸と、サンプルの表面の法線との間の角度の補正を適用することを含むことができる。
側壁傾斜の補償
いくつかのシナリオでは、切断面の平面は、ミリングツールのビーム軸に対して傾斜している場合があり、この現象は「側壁傾斜」と呼ばれることもある。これは、ビーム広がり、サンプル不均一性、イオンビーム軸の配向によるエッチング速度の変動、異方性エッチング、又は幾何学的ミスアライメントを含む様々な理由で、発生する可能性がある。FIBミリングの場合、垂直な切断面(例えば、サンプルの上面の残りの部分と切断面との間の90°の二面角)を生成することを目的とした制御プログラムは、通常、90°を超える二面角をもたらす可能性がある。しかし、これは常に当てはまるわけではなく、他の場合では、二面角が90°未満のアンダーカットが発生する場合もある。
いくつかのシナリオでは、切断面の平面は、ミリングツールのビーム軸に対して傾斜している場合があり、この現象は「側壁傾斜」と呼ばれることもある。これは、ビーム広がり、サンプル不均一性、イオンビーム軸の配向によるエッチング速度の変動、異方性エッチング、又は幾何学的ミスアライメントを含む様々な理由で、発生する可能性がある。FIBミリングの場合、垂直な切断面(例えば、サンプルの上面の残りの部分と切断面との間の90°の二面角)を生成することを目的とした制御プログラムは、通常、90°を超える二面角をもたらす可能性がある。しかし、これは常に当てはまるわけではなく、他の場合では、二面角が90°未満のアンダーカットが発生する場合もある。
したがって、いくつかの実施例では、プロセッサは、処理ブロック410の前に、ミリングツールと、サンプルが載置されるステージとの間に、補償傾斜を適用させることもできる。補償傾斜は、第2の切断面と、サンプルの表面の残りの部分との間の二面角を、所定の範囲内であるように制御することができる。例解すると、補償傾斜により、二面角が90°±0.2°、90°±0.5°、90°±1°、又は90°±2°の範囲になる可能性がある。つまり、補償傾斜は、第2の切断面の配向について公差要件を満たすことを可能にすることができる。
更なる実施例では、補償傾斜は、テストサンプルを使用する手順によって判定することができる。同じ又は異なるプロセッサは、第3のエッジ及び第4のエッジまでテストサンプルがミリングされるようにすることができる。第3のエッジは、ブロック410~440で処理された(メイン)サンプル上の第1のエッジの配向と同様に、テストサンプル上で配向することができる。第3のエッジまでのミリングは、テストサンプル上に第3の切断面を露出させることができる。第3のエッジ及び第4のエッジは、サンプルの主(上)表面上で60°~120°の範囲の角度で交差することができる。第4のエッジまでのミリングは、第3の切断面及び第4の切断面が第5のエッジで交差した状態で、テストサンプル上に第4の切断面を露出させることができる。したがって、第4の切断面を見ることにより、側壁傾斜を識別することができる。したがって、第4の切断面の第2のSEM画像を取得することができる。補償傾斜角は、第2の画像における第4のエッジの相対位置及び第5のエッジの相対位置から判定することができる。様々な実施例では、補償傾斜の判定は、ブロック410~440に使用されるのと同じ、又は異なるミリングツール及び撮像ツールを使用して行うことができる。いくつかの実施例では、テストサンプルは、メインサンプルとは別個の物理的対象である可能性があり、他の実施例では、テストサンプル動作及びメインサンプル動作は、共通のウェーハ上の別個の場所で実行することができる。
図4の説明は、単一のプロセッサについて述べることもあるが、図4の様々な動作、及びそのいくつかの拡張又は変形は、任意の組み合わせで、複数のプロセッサを使用して実行することができる。例えば、別個のプロセッサが、ミリングツールの制御、撮像ツールの制御、及び/又はSEM画像の計測を実行することができる。
図4の追加の変形は、特定の特徴を省略することができるか、又は、図1、3、若しくは5、又は本明細書の他の箇所との関連で説明された特徴を採用することができる。
サンプル処理の第3の例示的な方法及び例示的な段階
図5は、第3の例示的な方法のフローチャート500である。この方法では、サンプルへのミリング動作が反復的に実行され、標的位置に対する現在のミリング状態を示す、サンプルの画像からのフィードバックによって導かれる。第3の方法は、一連の動作が行われるサンプルの図を示す、図601~604である図6A~6Dを参照して、説明される。
図5は、第3の例示的な方法のフローチャート500である。この方法では、サンプルへのミリング動作が反復的に実行され、標的位置に対する現在のミリング状態を示す、サンプルの画像からのフィードバックによって導かれる。第3の方法は、一連の動作が行われるサンプルの図を示す、図601~604である図6A~6Dを参照して、説明される。
図6Aは、サンプル605の最初の上面図601を示す。マーキング606A、マーキング606B(まとめて、参照構造606)は、上面図601で見ることができる。例解された実施例では、デバイス608がサンプル内に埋め込まれており、上面図では見えないことがあるため、ちょうネクタイ型のデバイス608はサンプル内で製造され、破線の輪郭線で示される。この例解的な実施例の目的は、デバイス608のくびれに対する(Y軸612に沿った)公差範囲内で、ミルエッジを生成することであり得る。くびれは、マーキング606A、マーキング606Bを結ぶ(X軸611と一致する)中心線と同じ高さである。各マーキングは、当技術分野で一般的であるように、十字の形状を有するように示されているが、他の形状を使用することもできる。
本方法はブロック501で開始し、そこから処理ブロック510で反復ループに入ることができる。ブロック510で、ミリング位置を設定することができる。例解すると、ミリング位置は、図1の軸141、軸142と同様であり得る、図6Aの軸611、軸612に対するY座標であり得る。
ブロック520で、サンプルを上からミリングすることができ、これは、60°以下の極角(図1の123と同様)を有するミリングビーム軸として、理解することができる。図6Bでは、ミリングされたトレンチ624が(スロット154と同様に)、本明細書の特定の例で説明される「第1のエッジ」、又は図1のエッジ148に対応する、エッジ628とともに、上面図に現れる。図6Bの他の特徴は、図6Aとの関連で説明された特徴に対応する。様々な実施例では、ミリングは、FIB又は別の種類のミリングツールを使用して行うことができる。
ブロック530で、例えば、60°以下の極角(図1の133と同様)を有する視軸に沿って、サンプルを上から撮像することができる。画像は、図6Bに例解されるものと同様の特徴を描写することができる。しかしながら、いくつかの実施例では、破線の輪郭を有するデバイス608は、撮像された表面の下に埋め込まれているため、見えない場合がある。他の実施例では、対応する表面高さの変動により、埋め込まれたデバイス608の輪郭が見える場合がある。更なる実施例では、デバイス608を露出させるために、上面が予めエッチングされているため、デバイス608が見える場合がある。
ブロック540で、図6Cを参照すると、エッジ628から、参照構造606の中心線631のY座標とすることができる標的位置までの、距離635を測定することができる。いくつかの実施例では、距離635は、中心線631の中点630からエッジ628までの垂線632に沿って、測定することができる。他の実施例では、距離631は、マーキング606Aの重心から、エッジ628の延長部638までの、垂線636に沿って測定することができる。代替的に、他の測定技術を使用することもできる。本明細書で説明するように、画像の短縮又はエッジ効果に対して、1つ以上の補正を適用することができる。
決定ブロック550で、反復ミリング手順が完了したかどうかをチェックすることができる。いくつかの実施例では、終了基準は、距離635が公差範囲内にあるかどうかであり得、他の実施例では、終了基準は、所定の反復回数に達したかどうかであり得る。複合終了基準を使用することができる。例解すると、距離631が[-2nm、+5nm]以内であるか、又は、3回の反復の後か、いずれか早い方が成立すると、反復ループを終了することができる。
ループ反復が完了していないと判定されると、本方法は、決定ブロック550から処理ブロック560へのN分岐をたどることができ、ここで新しいミリング位置を判定することができる。例えば、新しいミリング位置は、直前の(例えば、ブロック510での)ミリング位置、及び測定距離635に基づくことができる。様々な例では、本明細書で説明するように、線形スケーリング、又はエッジ効果の補正を適用することができる。本方法は、ブロック510に戻って、例えば、ミリングツールの制御パラメータ、又は、サンプルを支持する並進ステージの制御パラメータを設定することによって、新しいミリング位置を設定することができる。
決定ブロック550はまた、ループ反復が完了したという判定をもたらすこともできる。場合によっては、ブロック510~540を1回通過した後に反復を完了することができるが、他の場合には、ループ反復の完了前に、2回、3回、4回、又はそれ以上の反復を実行する可能性がある。最終的に終了基準を満たすと、本方法は、ブロック550から、ブロック560又はブロック570のいずれかへのY分岐をたどることができる。
図6Dは、ブロック550からのY分岐を介して反復ループから出たときの、サンプル605の上面図651、(切断線662を通る)正面断面図652、及び(切断線663を通る)側面断面図653を示す。例解されるように、トレンチ644は、図6Bのトレンチ624に対して拡大されており、エッジ648は、参照構造606の中心線(図6Dに図示せず、図6Cの631を参照)と位置合わせされている。正面断面図652は、(158と同様の)デバイス608が露出された、(156と同様の)切断面646を示す。これらの特徴は、側面断面図653でも見ることができる。
いくつかの実施例では、ブロック530で使用される撮像装置は、任意選択的な処理ブロック560(破線の輪郭線で示される)で回転させることができる。例解すると、ブロック530の視軸は、視軸135と同様に、0°に近い(例えば、5°未満、又は10°未満の)極角を有することができ、視軸は、ブロック570では、視軸137と同様に、45°~52°の範囲の極角に回転することができる。他の実施例では、ブロック530で、137と同様の視軸を使用することができ、ブロック570で、撮像ツールの視軸を、切断面(例えば、156)の法線(例えば、軸142)に近づけるために、方位角回転を実行することができる。本明細書で説明するように、視軸の回転は、撮像ツール130を回転させるか、サンプルが載置されるステージ150を回転させるか、又は、複数の回転の組み合わせかの、いずれかによって、サンプルに対して行うことができる。任意選択的に、ブロック570で相対的な並進も実行することができる。しかしながら、他の実施例では、40°~60°の範囲の極角(例えば、133)を有する視軸は、ブロック530での上面撮像、及び、その後の切断面の撮像の両方に対して、十分な撮像精度及び解像度を提供することができる。そのような実施例では、ブロック570を省略することができる。
好適な撮像の視軸(ブロック570の有無に関わらず)が得られれば、処理ブロック580で、サンプルの切断面を撮像することができる。具体的には、ブロック530、ブロック580で、同じ撮像ツールを使用することができる。しかしながら、これは要件ではなく、いくつかの実施例では、ブロック530、ブロック580に、異なる撮像ツールを使用することができる。特定の実施例では、ブロック580での撮像は、処理ブロック520でミリングに使用される、FIBツールによって実行することができる。撮像に対して追加的又は代替的に、ブロック580で、他の分析動作又はプロセス動作を切断面に実行することができる。
開示された技術の範囲内で、第3の方法の多数の変形及び拡張を実施することができる。いくつかの実施例では、固定標的値に収束するために、ブロック510~540を2回(又は、それより少ない回数、若しくは多い回数)実行することができる。そのような反復は、デバイス608の製造又は分析のために実行することができる。
他の実施例では、ブロック510~540を反復的に実行して、一連の標的位置をステップ実行することができる。例えば、分析は、デバイス608に対し、デバイス608のY方向に沿った一連の切断面で実行することができる。例解として、20nm間隔であるY={-60nm、-40nm、-20nm、0nm、…、+60nm}で、デバイス608の断面を分析することが所望され得、予備ミリング動作が、Y=-75nm(例えば、第1のパス、ブロック510、ブロック520)に到達することができる。第1の標的位置までの距離は、-60nm-(-75nm)=+15nm(第1のパス、ブロック530、ブロック540)として測定することができ、ループはブロック560、ブロック510、ブロック520を反復して、Y=-62nmに到達できる。この例解図では、これは第1の標的位置Y=-60nmの公差範囲内にある。次に、第2のパスで、ブロック530とブロック560との間で、次の標的位置(-40nm)までの距離を測定することができ、これは、+22nmである。加えて、ブロック580と同様の撮像又は他の動作は、第3のパス、ブロック520で、更なるミリングを続ける前に実行することができる。例解的には、第3のパスは、第2の標的(-40nm)の公差域内に留まりながら、Y=-39nmまでオーバーシュートすることができる。したがって、第3のパスでは、第3の標的(-20nm)までの距離+19nmを判定することができ(第3のパス、ブロック530、ブロック540)、第2の標的位置(-40nm)に対する撮像又は他の動作を、次のミリング動作(第4のパス、ブロック520)が、第3の標的位置(-20nm)に到達しようとする前に、実行することができる。したがって、連続する反復では、Y={-60nm,…+60nm}(所定の公差内まで)で、所望の一連の断面をステップ実行し、各断面で画像を取得するか、又は、他の分析を実行することができる。様々な実施例では、ブロック520、及び、連続する切断面の撮像の両方に、固定された視軸配向を使用することができる。各断面で実行される撮像又は分析は、ブロック520で使用される撮像装置とは異なるツールを使用でき、又は、上面の撮像及び切断面の撮像に最適な視軸間で、撮像ツールを正逆回転させることができる。
更なる実施例では、ブロック510~540の追加の反復を、所望の断面のうちの1つ以上の位置で収束させるために、実行することができる。
図5~6の追加の変形は、特定の特徴を省略することができるか、又は、図1若しくは図3~4、又は本明細書の他の箇所との関連で説明された特徴を採用することができる。
用途例
図7は、開示された技術の第1の用途の上面図701及び立面図702を示す。この用途では、標的位置、又は標的位置からの公差域内のエッジを取得するために、1つの側面からミリングが実行される。サンプル750は、参照構造706の2つのマーキングが見える、上面752を有する。スロット754はエッジ748までミリングされており、切断面756を露出させている。開示された技術により、エッジ748は、参照構造706に対して正確に配置することができる。
図7は、開示された技術の第1の用途の上面図701及び立面図702を示す。この用途では、標的位置、又は標的位置からの公差域内のエッジを取得するために、1つの側面からミリングが実行される。サンプル750は、参照構造706の2つのマーキングが見える、上面752を有する。スロット754はエッジ748までミリングされており、切断面756を露出させている。開示された技術により、エッジ748は、参照構造706に対して正確に配置することができる。
図7の用途は、製造ワークフロー及び分析ワークフローの両方に好適であり得る。いくつかの実施例では、製造されたデバイスは、標的位置の所定の公差内までミリングすることができる。つまり、開示された技術によるミリングは、製品で使用するための正確に製造されたデバイスを生成することができる。このような製品は、磁気記憶装置、半導体レーザ、又は、同調発振器などのマイクロ電気機械構造(MEMS)用の、読み書きトランスデューサを含み得る。他の実施例では、撮像手順、計測手順、又は他の分析手順用に、デバイスの内部を露出させるために、ミリングを破壊的に適用することができる。例えば、ドーピングプロファイルは、デバイスの正確に位置付けされたスライス(切断面)にわたって測定することができる。分析は、読み書きトランスデューサ、レーザモジュール、半導体チップ、MEMSデバイス、センサ、又はナノ構造を含む、能動電子デバイス又は受動電子デバイスで、実行することができる。
図8は、開示された技術の第2の用途の上面図801及び立面図802を示す。この用途では、参照構造に対してそれぞれの公差域内にエッジを配置するために、2つの側面からミリングが実行される。サンプル850は、参照構造806が見える、上面852を有する。スロット854、スロット855は、エッジ848、エッジ849までミリングされ、2つの切断面を露出させており、そのうちの一方856を立面図802で見ることができる。開示された技術により、エッジ848、エッジ849は、参照構造806に対して正確に配置することができ、所望の厚さのラメラを正確に生成することができる。
図8の用途は、製造ワークフロー及び分析ワークフローの両方に好適であり得る。いくつかの実施例では、製造されたデバイスは、サンプル850内の特定の位置で、所定の厚さに正確にミリングすることができる。このような製品は、MEMS共振器、薄膜センサ、又はサンプリングプローブ用の、ラメラ又は他の膜を含み得る。他の実施例では、TEM手順、又は他の分析手順用に、ラメラを露出させ発達させるために、ミリングを破壊的に適用することができる。開示された技術を使用したラメラ調製に好適なサンプルは、MEMS製造技術、フォトリソグラフィ製造技術、又はエピタキシャル製造技術を使用する多くの分野で発生し得る。サンプルは、半導体材料、光学材料、オプトエレクトロニクス材料、MEMS材料、又は先端材料を含み得る。
一般化されたコンピュータ環境
図9は、例えば、ミリング位置をシフトする量を判定することにより、顕微鏡的フィードバックをミリング手順に統合するために、説明された実施例、技法、及び技術を実施することができる、好適なコンピューティングシステム900の一般化された例を例解する。コンピューティングシステム900は、多様な汎用コンピューティングシステム又は専用コンピューティングシステムで本技術革新を実施することができるため、本開示の使用範囲又は機能範囲に関するいかなる制限を示唆することを意図したものではない。コンピューティングシステム900は、SEM撮像ツール、FIBミリングツール、ステージ、分析機器、若しくは他の同様の機器を制御することができ、サンプルを表す画像若しくは他の取得データに対する、計測若しくは他の分析を実行することができ、ステージに載置されたサンプルと、電子ビーム若しくはイオンビームとの間に、傾斜若しくは方位角回転を適用するための、ステージ、イオンビームカラム、若しくは電子ビームカラムを制御することができ、又は、測定データの取得、処理、出力、若しくは記憶、を行うことができる。
図9は、例えば、ミリング位置をシフトする量を判定することにより、顕微鏡的フィードバックをミリング手順に統合するために、説明された実施例、技法、及び技術を実施することができる、好適なコンピューティングシステム900の一般化された例を例解する。コンピューティングシステム900は、多様な汎用コンピューティングシステム又は専用コンピューティングシステムで本技術革新を実施することができるため、本開示の使用範囲又は機能範囲に関するいかなる制限を示唆することを意図したものではない。コンピューティングシステム900は、SEM撮像ツール、FIBミリングツール、ステージ、分析機器、若しくは他の同様の機器を制御することができ、サンプルを表す画像若しくは他の取得データに対する、計測若しくは他の分析を実行することができ、ステージに載置されたサンプルと、電子ビーム若しくはイオンビームとの間に、傾斜若しくは方位角回転を適用するための、ステージ、イオンビームカラム、若しくは電子ビームカラムを制御することができ、又は、測定データの取得、処理、出力、若しくは記憶、を行うことができる。
図9を参照すると、コンピューティング環境910は、1つ以上の処理装置922及びメモリ924を含む。図9では、この基本構成920が破線内に含まれる。処理装置922は、制御、計測、又は、本明細書に記載の他の機能などのための、コンピュータ実行可能命令を実行することができる。処理装置922は、汎用中央処理装置(CPU)、特定用途向け集積回路(ASIC)内のプロセッサ、又は任意の他の種類のプロセッサであり得る。マルチ処理システムでは、処理能力を増加させるために、複数の処理装置がコンピュータ実行可能命令を実行する。コンピューティング環境910はまた、グラフィックス処理装置又は共処理装置930を含むことができる。有形メモリ924は、処理装置922、処理装置930によってアクセス可能な、揮発性メモリ(例えば、レジスタ、キャッシュ、又はRAM)、不揮発性メモリ(例えば、ROM、EEPROM、又はフラッシュメモリ)、又はそれらのいくつかの組み合わせであり得る。メモリ924は、処理装置922、処理装置930による実行に好適なコンピュータ実行可能命令の形式で、本明細書に記載の1つ以上の技術革新を実施するソフトウェア980を記憶する。例えば、ソフトウェア980は、SEM若しくは他の撮像ツールを制御するためのソフトウェア981、FIB若しくは他のミリングツールを制御するためのソフトウェア982、サンプルが支持されるステージを制御するためのソフトウェア983、サンプルデータの計測若しくは他の分析を実行するためのソフトウェア984、又は、他のソフトウェア985(ユーザインタフェース、ホストインタフェース、若しくは障害検出を含む)を含むことができる。記憶装置940内のソフトウェア980について示される挿入図は、図9の他の場所のソフトウェア980にも同様に適用可能である。メモリ924はまた、制御パラメータ、較正データ、測定データ、他のデータベースデータ、構成データ、又は動作データを記憶することができる。
コンピューティングシステム910は、記憶装置940、入力デバイス950、出力デバイス960、又は通信ポート970のうちの1つ以上などの、追加機能を有することができる。バス、コントローラ、又はネットワークなどの相互接続メカニズム(図示せず)は、コンピューティング環境910の構成要素を相互接続する。典型的には、オペレーティングシステムソフトウェア(図示せず)は、コンピューティング環境910で実行する他のソフトウェア980に、オペレーティング環境を提供し、コンピューティング環境910の構成要素の動作を調整する。
有形記憶装置940は、取り外し可能又は取り外し不可能であり得、磁気ディスク、磁気テープ若しくはカセット、CD-ROM、DVD、又は、非一時的な方法で情報を記憶するために使用でき、かつ、コンピューティング環境内910でアクセス可能な、任意の他の媒体を含む。記憶装置940は、本明細書に記載の1つ以上の技術革新を実施するソフトウェア980の命令(命令及び/又はデータを含む)を記憶する。記憶装置940はまた、画像データ、測定データ、ワークフロープログラム、参照データ、較正データ、構成データ、サンプルデータ、又は、本明細書に記載の他のデータベース若しくは他のデータ構造を記憶することができる。
入力デバイス950は、キーボード、マウス、ペン、タッチスクリーン、若しくはトラックボールなどの、機械式、タッチ感知式、若しくは近接感知式の入力デバイス、音声入力デバイス、スキャンデバイス、又は、コンピューティング環境910への入力を提供する別のデバイス、であり得る。出力デバイス960は、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ、光ディスク書き込み装置、又は、コンピューティング環境910からの出力を提供する別のデバイス、であり得る。入力又は出力は、通信ポート970を介して、ネットワーク接続で、遠隔デバイスとの間で通信することもできる。
通信ポート970は、通信媒体を介した、別のコンピューティングエンティティへの通信を可能にする。通信媒体は、コンピュータ実行可能命令、オーディオ入力/出力若しくはビデオ入力/出力、又は、変調データ信号内の他のデータなどの情報を伝達する。変調データ信号は、信号内の情報を符号化するような方法で設定又は変更された、特性のうちの1つ以上を有する信号である。限定ではなく一例として、通信媒体は、電気搬送波、光搬送波、RF搬送波、音響搬送波、又は他の搬送波を使用することができる。
データ取得システムは、入力デバイス950として、又は、通信ポート970に結合されてのいずれかで、コンピューティング環境910に統合されることができ、アナログデジタル変換器、又は計装バスへの接続を含むことができる。計装制御システムは、出力デバイス960として、又は、通信ポート970に結合されてのいずれかで、コンピューティング環境910に統合されることができ、デジタルアナログ変換器、スイッチ、又は、計装バスへの接続を含むことができる。
いくつかの実施例では、コンピュータシステム900はまた、開示された技術の全部又は一部を実行する命令が実装される、コンピューティングクラウド990を含むことができる。メモリ924、記憶装置940、及びコンピューティングクラウド990の任意の組み合わせを使用して、開示された技術のソフトウェア命令及びデータを記憶することができる。
本技術革新は、プログラムモジュールに含まれる命令などの、標的の実プロセッサ又は仮想プロセッサ上のコンピューティングシステムで実行される、コンピュータ実行可能命令の一般的な状況で説明することができる。一般に、プログラムモジュール又はプログラムコンポーネントは、特定のタスクを実行するか、又は、特定のデータ型を実装する、ルーチン、プログラム、ライブラリ、オブジェクト、クラス、コンポーネント、データ構造などを含む。プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態で所望通りに、プログラムモジュール間で組み合わせ又は分割することができる。プログラムモジュールのコンピュータ実行可能命令は、ローカルコンピューティングシステム又は分散コンピューティングシステム内で実行できる。
「コンピューティングシステム」、「コンピューティング環境」、及び「コンピューティングデバイス」という用語は、本明細書では交換可能に使用される。文脈上明確に別段の指示がない限り、いずれの用語もコンピューティングシステム、コンピューティング環境、又はコンピューティングデバイスの種類を限定するものではない。一般に、コンピューティングシステム、コンピューティング環境、又はコンピューティングデバイスは、ローカル型又は分散型であり得、専用ハードウェア及び/又は汎用ハードウェア及び/又は仮想化ハードウェアの任意の組み合わせを、本明細書で説明する機能を実装するソフトウェアとともに、含むことができる。
一般的な考慮事項
本出願及び特許請求の範囲において使用される、「a」、「an」、及び「the」という単数形は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形も含む。加えて、「含む」という用語は、「備える」を意味する。更に、「結合された」という用語は、結合された項目間の中間要素の存在を排除するものではない。更に、本明細書で使用される「又は」及び「及び/又は」という用語は、句中の任意の1つの項目、又は項目の組み合わせを意味する。
本出願及び特許請求の範囲において使用される、「a」、「an」、及び「the」という単数形は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形も含む。加えて、「含む」という用語は、「備える」を意味する。更に、「結合された」という用語は、結合された項目間の中間要素の存在を排除するものではない。更に、本明細書で使用される「又は」及び「及び/又は」という用語は、句中の任意の1つの項目、又は項目の組み合わせを意味する。
本明細書に記載のシステム、装置、及び方法は、いかなる方法によっても制限的なものとして解釈されるべきではない。代わりに、本開示は、単独で、並びに相互の様々な組み合わせ及び部分的な組み合わせにおいて、様々な開示された実施形態の全ての新規かつ非自明な特徴及び態様を対象とする。開示されたシステム、方法、及び装置は、任意の特定の態様若しくは特徴又はそれらの組み合わせに限定されるものではなく、開示されたシステム、方法、及び装置は、任意の1つ以上の特定の利点が存在すべきである、又は問題が解決されるべきであることも必要としない。任意の実施例の技術は、他の実施例のうちの任意の1つ以上で記載された技術と組み合わせることができる。いずれの動作理論も説明を容易にするためであるが、開示されたシステム、方法、及び装置は、そのような動作理論に限定されない。
開示された方法のいくつかの動作は、便宜的な提示のため、特定の順番で記載されているが、以下に記載される具体的な用語によって特定の順序が要求されない限り、この説明様式が並び替えを包含することを理解されたい。例えば、順次記載される動作は、場合によっては、並び替えられ得るか、又は同時に実行され得る。更に、単純化のために、添付の図は、開示されたシステム、方法、及び装置を、他のシステム、方法、及び装置とともに使用することができる様々な方式を示していない場合がある。更に、説明では、開示された方法を説明するために、「取得する」、「適用する」、「補正する」、「判定する」、又は「生成する」などの用語を使用することがある。これらの用語は、実行される実際の動作の高レベルの抽象化である。これらの用語に対応する実際の動作は、特定の実施態様に応じて、様々であり、当業者には容易に認識可能である。
いくつかの実施例では、値、手順、又は装置は、「最低」、「最良」、「最大」、「最適」、「極値」などと形容される。そのような記述は、少数の又は多くの代替物からの選択が可能であることを示すことを意図しており、そのような選択は、より低い、より良い、より少ない、又は、他の点で他の選択肢よりも好ましい必要はないことが理解されよう。
本開示の装置又は方法を参照して本明細書に提示される動作理論、科学的原理、又は他の理論的説明は、理解を深めるために提供されたものであり、範囲を限定することを意図するものではない。別記の特許請求の範囲における装置及び方法は、そのような動作理論によって説明される方法で機能する装置及び方法に限定されない。
開示された方法のいずれも、有形の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体などの1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピューティングデバイス(例えば、タブレット、スマートフォン、又は、コンピューティングハードウェアを含んだ他のモバイルデバイスを含む、任意の利用可能なコンピューティングデバイス)上で実行される、コンピュータ実行可能命令又はコンピュータプログラム製品によって制御され得るか、又は、コンピュータ実行可能命令又はコンピュータプログラム製品として実施され得る。有形のコンピュータ可読記憶媒体は、コンピューティング環境内でアクセスされ得る利用可能な有形の媒体である(例えば、DVD若しくはCDなどの1つ以上の光メディアディスク、(DRAM若しくはSRAMなどの)揮発性メモリコンポーネント、又は、(フラッシュメモリ若しくはハードドライブなどの)不揮発性メモリコンポーネント))。例として、図9を参照すると、コンピュータ可読記憶媒体は、メモリ924及び記憶装置940を含む。コンピュータ可読媒体又はコンピュータ可読記憶媒体という用語は、信号及び搬送波を含まない。更に、コンピュータ可読媒体又はコンピュータ可読記憶媒体という用語は、通信ポート(例えば、970)を含まない。
開示された実施形態の実施中に作成及び使用されるいずれかのデータだけでなく、開示された技術を実施するためのコンピュータ実行可能命令のいずれも、1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体に記憶することができる。コンピュータ実行可能命令は、例えば、専用ソフトウェアアプリケーション、又は、ウェブブラウザ、若しくは(遠隔コンピューティングアプリケーションなどの)他のソフトウェアアプリケーションを介してアクセス若しくはダウンロードされる、ソフトウェアアプリケーションの一部であり得る。そのようなソフトウェアは、例えば、単一のローカルコンピュータ(例えば、任意の好適な市販のコンピュータ)上で、又は、1つ以上のネットワークコンピュータを使用するネットワーク環境(例えば、インターネット、広域ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、クライアントサーバネットワーク、クラウドコンピューティングネットワーク、若しくは他のそのようなネットワークを介して)で実行することができる。
明確にするために、ソフトウェアベースの実施のうちの、特定の選択された態様だけが説明される。当技術分野で周知の他の詳細は、省略される。例えば、開示された技術は、特定のコンピュータ言語又はプログラムに限定されないことを理解されたい。例えば、開示された技術は、Adobe Flash、C、C++、C#、Curl、Dart、Fortran、Java、JavaScript、Julia、Lisp、Matlab、Octave、Perl、Python、Qt、R、Ruby、SAS、SPSS、SQL、WebAssembly、それらの任意の派生物、若しくは任意の他の好適なプログラミング言語で、又は、いくつかの実施例では、HTML若しくはXMLなどのマークアップ言語、又は、好適な言語、ライブラリ、及びパッケージの任意の組み合わせで書かれたソフトウェアによって実施され得る。同様に、開示された技術は、特定のコンピュータ、又はハードウェアの種類に限定されない。好適なコンピュータ及びハードウェアの特定の詳細はよく知られており、本開示で詳細に説明する必要はない。
更に、ソフトウェアベースの実施形態のいずれか(例えば、開示された方法のいずれかをコンピュータに実行させるための、コンピュータ実行可能命令を含む)は、好適な通信手段を通して、アップロード、ダウンロード、サイドロード、又は遠隔アクセスされ得る。このような好適な通信手段は、例えば、インターネット、ワールドワイドウェブ、イントラネット、ソフトウェアアプリケーション、ケーブル(光ファイバケーブルを含む)、磁気通信、電磁通信(RF通信、マイクロ波通信、赤外線通信、及び光通信を含む)、電子通信、又は、他のそのような通信手段を含む。
本開示の主題の原理が適用され得る、多数の可能な実施形態を考慮すると、例解された実施形態は、好ましい実施例であるにすぎず、本特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないと認識すべきである。むしろ、特許請求される主題の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。したがって、本出願人は、これらの特許請求の範囲に含まれる全てのものを特許請求する。
追加の実施例
以下の番号付きの段落は、開示された技術の追加の実施例を説明している。いかなる段落に属する利点も、それらに従属するいかなる段落にも同様に適用可能である。
以下の番号付きの段落は、開示された技術の追加の実施例を説明している。いかなる段落に属する利点も、それらに従属するいかなる段落にも同様に適用可能である。
A1.装置であって、第1の粒子ビームを使用して、サンプルをミリングするように構成された、ミリングツールと、第2の粒子ビームを使用して、サンプルの1つ以上の画像を生成するように構成された、撮像ツールと、コントローラであって、制御パラメータの第1の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第1のエッジまでミリングさせることと、第1のエッジと標的位置との間の距離に基づいた量だけ第1の値から変更された、制御パラメータの第2の値を判定することであって、距離が、撮像ツールによって取得された、サンプルの表面の画像から判定される、判定することと、制御パラメータの第2の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第2のエッジまでミリングさせることと、を行うように構成された、コントローラと、を備える、装置。この装置は、撮像ツールからのフィードバックがない場合よりも、より正確に第2のエッジを有利に配置することができる。
A2.第1の粒子ビーム及び第2の粒子ビームが、異なるそれぞれの種を含む、段落A1に記載の装置。この装置は、第2の粒子ビームの粒子種の優れた撮像解像度を有利に使用して、第1の粒子ビームによるミリングの精度を改善させることができる。
A3.第1の粒子ビームが、集束イオンビーム(FIB)であり、撮像ツールが、走査型電子顕微鏡(SEM)を備える、段落A1又はA2に記載の装置。この装置は、SEMの優れた撮像解像度を有利に使用して、FIBによるミリングの精度を改善させることができる。
A4.画像が、第1の画像であり、第2のエッジまでのミリングが、サンプルの切断面を露出させ、コントローラが、撮像ツールに、サンプルの切断面の第2の画像を取得させるように更に構成されている、段落A1~A3のいずれか1つに記載の装置。この装置は、撮像ツールからのフィードバックがない場合よりも正確に配置された切断面で、第2の画像を有利に取得することができる。
A5.撮像ツールの視軸の配向が、第1の画像及び第2の画像に共通である、段落A4に記載の装置。この装置は、ミリング手順にフィードバックを有利に提供することができ、視軸を変更する余分な動作なしに、第2の画像を取得することができる。
A6.コントローラが、第1の画像の取得と第2の画像の取得との間で、撮像ツールの視軸を、サンプルに対して回転させるように構成されている、段落A4に記載の装置。この装置は、各画像に対して最適化された視軸を有する、第1の画像及び第2の画像を有利に取得することができる。
A7.撮像ツールの視軸が、第1の画像を取得するための表面の法線の10°以内であり、かつ、第2の画像を取得するための表面の法線から40°~60°の範囲内にある、段落A6に記載の装置。この装置構成は、各ツールに必要な立体角を有利に低減させるため、より多くのツールが、それぞれのポートを通してサンプル又はサンプルチャンバにアクセスすることができるようになる。
A8.制御パラメータが、表面に沿い、かつ、第1のエッジに垂直な方向における、ミリングツールのスイープ位置を判定する、段落A1~A7のいずれか1つに記載の装置。この装置構成は、垂直方向のミルエッジ座標の精度を有利に改善させる。
B1.方法であって、走査型電子顕微鏡(SEM)から、サンプルの表面の画像を取得することと、画像内のミリングされたエッジの相対位置、及び参照構造の相対位置に基づいて、ミリング位置をシフトする距離を判定することと、距離を記憶することと、を含み、記憶された距離は、後続のミリング動作中に、ミリングされたエッジを、参照構造との所定の空間関係にシフトするために使用可能である、方法。この方法は、SEM画像からのフィードバックがない場合よりも正確に第2のエッジを、有利に配置することを可能にすることができる。
B2.画像が、第1の画像であり、方法が、SEMから、後続のミリング動作によって露出された切断面の、第2の画像を取得することを更に含む、段落B1に記載の方法。この方法は、第1のSEM画像を使用して、フィードバックなしよりも正確に配置された切断面で、第2の画像を有利に取得することができる。
B3.距離が第1の距離であり、(i)参照構造によって定義されたデータムから、(ii)シフトされてミリングされたエッジを含む線までの、第2の距離について、所定の空間関係が、第2の距離の公差範囲である、段落B1又はB2に記載の方法。この方法は、SEM画像からのフィードバックがない場合よりも、より厳しい公差範囲を有利に満たすことができるか、又は、公差範囲を満たす可能性を増加させることができる。
B4.距離が、第1の距離であり、第1の距離を判定することが、参照構造の中心座標から、ミリングされたエッジを含む線までの、第2の距離を判定することと、線形スケーリングを第2の距離に適用して、第1の距離を取得することと、を更に含む、段落B1~B3のいずれか1つに記載の方法。この方法は、画像の短縮又はエッジ効果を有利に補正することができ、アンダーシュートの可能性を増加させることができ、又はオーバーシュートの可能性を減少させることができる。
B5.参照構造が2つの別個のマーキングを含み、参照構造の重心が、後続のミリング動作によって露出される、サンプル内の標的デバイスの位置を特定する、段落B1~B4のいずれか1つに記載の方法。この方法は、単一の参照マーキングを使用する場合と比較して、標的デバイスを識別する精度を有利に改善させることができる。
B6.所定の空間関係が、参照構造の重心に関する公差域である、段落B5に記載の方法。この方法は、SEM画像からのフィードバックがない場合よりも、より小さな公差域を有利に達成することができるか、又は、公差域を達成する可能性を増加させることができる。
B7.終了条件が満たされるまで、後続のミリング動作を含む、それぞれのミリング動作の後で、取得する動作及び判定する動作を繰り返すことを更に含む、段落B1~B6のいずれか1つに記載の方法。この方法は、固定された標的位置への反復収束を有利に提供することができ、又は、一連の標的位置を有利にステップ実行することができる。
B8.繰り返される動作が、サンプル上の所与の標的位置への収束を提供する、段落B7に記載の方法。この方法は、標的位置に正確に到達する際のオーバーシュートの可能性を有利に低減することができる。
B9.繰り返される動作が、サンプル上の一連の標的位置を連続的に標的にする、段落B7に記載の方法。この方法は、例えば、分析のために、サンプル内の一連の切断面を露出する精度を有利に改善させることができる。
B10.方法が、第1のエッジにおけるエッジ効果に対して、距離を補正することを更に含む、段落B1~B9のいずれか1つに記載の方法。この方法は、距離判定の改善された精度を有利に提供することができる。
B11.サンプルが、読み書きトランスデューサを含む、段落B1~B10のいずれか1つに記載の方法。この方法は、製造された読み書きトランスデューサの改善された寸法制御を有利に提供することができる。
B12.サンプルが、透過電子顕微鏡法用のラメラを含む、段落B1~B11のいずれか1つに記載の方法。この方法は、TEMラメラの改善された厚さ制御を有利に提供することができる。
B13.集束イオンビーム(FIB)を使用して、後続のミリング動作を実行することを更に含む、段落B1~B12のいずれか1つに記載の方法。この方法は、その後のFIBミリング動作の精度を有利に改善させることができる。
C1.内部に定義された実行可能命令を有する、1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体であって、実行可能命令が、1つ以上のプロセッサによって実行されるときに、1つ以上のプロセッサを作動させて、制御パラメータの第1の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第1のエッジまでミリングさせることと、走査型電子顕微鏡(SEM)から、サンプルの表面上の、第1のエッジ及び参照構造を描画する画像を取得することと、第1の値、並びに、画像内の、第1のエッジの相対位置及び参照構造の相対位置に基づいて、制御パラメータの第2の値を判定することと、制御パラメータの第2の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第2のエッジまでミリングさせることと、を行う、1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体。この技術は、SEMから取得された画像を使用しない場合よりも正確に、第2のエッジを有利に配置することができる。
C2.制御パラメータの第2の値を判定することが、SEMの視軸と、サンプルの表面の法線との間の角度の補正を適用することを含む、段落C1に記載の1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体。この方法は、画像の短縮を有利に補正することができる。
C3.表面が、サンプルの主表面であり、第1のエッジが、主表面と、第1のエッジまでのミリングによって露出された切断面との間の境界であり、切断面と主表面との間の二面角が、60°~120°の範囲である、段落C1又はC2に記載の1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体。この技術は、サンプルの上面に直交するか、又はそのような直交の30°以内にある切断面の配置を有利に改善することができる。
C4.サンプルを第1のエッジ及び第2のエッジまでミリングすることが、サンプルの第1の切断面及び第2の切断面をそれぞれ露出させ、命令が、更にプロセッサを作動させて、第1のエッジまでミリングすることの前に、ミリングツールと、サンプルが載置されるステージとの間に、補償傾斜を適用させ、補償傾斜が、(i)第2の切断面と、(ii)サンプルの表面の残りの部分との間の二面角を、所定の範囲内であるように制御する、段落C1~C3のいずれか1つに記載の1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体。この技術は、側壁傾斜を有利に補償して、切断面の配向の精度を改善させることができる。
C5.サンプルが、第1のサンプルであり、画像が、第1の画像であり、SEMが、第1のSEMであり、命令が、更にプロセッサを作動させて、ミリングツールに第2のサンプルを第3のエッジまでミリングさせて、第2のサンプルの第3の切断面を露出させることと、ミリングツールに第2のサンプルを第4のエッジまでミリングさせて、それによって、第2のサンプルの第4の切断面を露出させることであって、第3のエッジ及び第4のエッジが、第2のサンプルの主表面上で60°~120°(両端値を含む)の角度をなし、第3の切断面及び第4の切断面が、第5のエッジで交差する、露出させることと、第2のSEMから、第4の切断面の第2の画像を取得することと、第2の画像の第4のエッジの相対位置及び第5のエッジの相対位置から、補償傾斜角を判定することと、を行う、段落C4に記載の1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体。この技術は、第2のサンプルを有利に使用して、切断面の配向の精度を改善させることができる。
Claims (26)
- 装置であって、
第1の粒子ビームを使用して、サンプルをミリングするように構成された、ミリングツールと、
第2の粒子ビームを使用して、前記サンプルの1つ以上の画像を生成するように構成された、撮像ツールと、
コントローラであって、
制御パラメータの第1の値を使用して、前記ミリングツールに前記サンプルを第1のエッジまでミリングさせることと、
前記第1のエッジと標的位置との間の距離に基づいた量だけ前記第1の値から変更された、前記制御パラメータの第2の値を判定することであって、前記距離が、前記撮像ツールによって取得された、前記サンプルの表面の画像から判定される、判定することと、
前記制御パラメータの前記第2の値を使用して、前記ミリングツールに前記サンプルを第2のエッジまでミリングさせることと、を行うように構成された、コントローラと、を備える、装置。 - 前記第1の粒子ビーム及び前記第2の粒子ビームが、異なるそれぞれの種を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の粒子ビームが、集束イオンビーム(FIB)であり、前記撮像ツールが、走査型電子顕微鏡(SEM)を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記画像が、第1の画像であり、前記第2のエッジまでの前記ミリングが、前記サンプルの切断面を露出させ、前記コントローラが、
前記撮像ツールに、前記サンプルの前記切断面の第2の画像を取得させるように更に構成されている、請求項1に記載の装置。 - 前記撮像ツールの視軸の配向が、前記第1の画像及び前記第2の画像に共通である、請求項4に記載の装置。
- 前記コントローラが、前記第1の画像の取得と前記第2の画像の取得との間で、前記撮像ツールの視軸を、前記サンプルに対して回転させるように構成されている、請求項4に記載の装置。
- 前記撮像ツールの前記視軸が、前記第1の画像を取得するための前記表面の法線の10°以内であり、かつ、前記第2の画像を取得するための前記表面の前記法線から40°~60°の範囲内にある、請求項6に記載の装置。
- 前記制御パラメータが、前記表面に沿い、かつ、前記第1のエッジに垂直な方向における、前記ミリングツールのスイープ位置を判定する、請求項1に記載の装置。
- 方法であって、
走査型電子顕微鏡(SEM)から、サンプルの表面の画像を取得することと、
前記画像内のミリングされたエッジの相対位置、及び参照構造の相対位置に基づいて、ミリング位置をシフトする距離を判定することと、
前記距離を記憶することと、を含み、
前記記憶された距離は、後続のミリング動作中に、前記ミリングされたエッジを、前記参照構造との所定の空間関係にシフトするために使用可能である、方法。 - 前記画像が、第1の画像であり、前記方法が、
前記SEMから、前記後続のミリング動作によって露出された切断面の、第2の画像を取得することを更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記距離が第1の距離であり、(i)前記参照構造によって定義されたデータムから、(ii)前記シフトされてミリングされたエッジを含む線までの、第2の距離について、前記所定の空間関係が、前記第2の距離の公差範囲である、請求項9に記載の方法。
- 前記距離が、第1の距離であり、前記第1の距離を前記判定することが、
前記参照構造の中心座標から、前記ミリングされたエッジを含む線までの、第2の距離を判定することと、
線形スケーリングを前記第2の距離に適用して、前記第1の距離を取得することと、を更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記参照構造が2つの別個のマーキングを含み、前記参照構造の重心が、前記後続のミリング動作によって露出される、前記サンプル内の標的デバイスの位置を特定する、請求項9に記載の方法。
- 前記所定の空間関係が、前記参照構造の前記重心に関する公差域である、請求項13に記載の方法。
- 終了条件が満たされるまで、前記後続のミリング動作を含む、それぞれのミリング動作の後で、前記取得する動作及び前記判定する動作を繰り返すことを更に含む、請求項9に記載の方法。
- 前記繰り返される動作が、前記サンプル上の所与の標的位置への収束を提供する、請求項15に記載の方法。
- 前記繰り返される動作が、前記サンプル上の一連の標的位置を連続的に標的にする、請求項15に記載の方法。
- 前記方法が、
第1のエッジにおけるエッジ効果に対して、前記距離を補正することを更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記サンプルが、読み書きトランスデューサを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記サンプルが、透過電子顕微鏡法用のラメラを含む、請求項9に記載の方法。
- 集束イオンビーム(FIB)を使用して、前記後続のミリング動作を実行することを更に含む、請求項9に記載の方法。
- 内部に定義された実行可能命令を有する、1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体であって、前記実行可能命令が、1つ以上のプロセッサによって実行されるときに、前記1つ以上のプロセッサを作動させて、
制御パラメータの第1の値を使用して、ミリングツールにサンプルを第1のエッジまでミリングさせることと、
走査型電子顕微鏡(SEM)から、前記サンプルの表面上の、前記第1のエッジ及び参照構造を描画する画像を取得することと、
前記第1の値、並びに、前記画像内の、前記第1のエッジの相対位置及び前記参照構造の相対位置に基づいて、前記制御パラメータの第2の値を判定することと、
前記制御パラメータの前記第2の値を使用して、前記ミリングツールに前記サンプルを第2のエッジまでミリングさせることと、を行う、コンピュータ可読記憶媒体。 - 前記制御パラメータの前記第2の値を前記判定することが、前記SEMの視軸と、前記サンプルの前記表面の法線との間の角度の補正を適用することを含む、請求項22に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記表面が、前記サンプルの主表面であり、前記第1のエッジが、前記主表面と、前記第1のエッジまでの前記ミリングによって露出された切断面との間の境界であり、前記切断面と前記主表面との間の二面角が、60°~120°の範囲である、請求項22に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記サンプルを前記第1のエッジ及び前記第2のエッジまで前記ミリングすることが、前記サンプルの第1の切断面及び第2の切断面をそれぞれ露出させ、前記命令が、更に前記プロセッサを作動させて、
前記第1のエッジまで前記ミリングすることの前に、前記ミリングツールと、前記サンプルが載置されるステージとの間に、補償傾斜を適用させ、
前記補償傾斜が、(i)前記第2の切断面と、(ii)前記サンプルの前記表面の残りの部分との間の二面角を、所定の範囲内であるように制御する、請求項22に記載のコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記サンプルが、第1のサンプルであり、前記画像が、第1の画像であり、前記SEMが、第1のSEMであり、前記命令が、更に前記プロセッサを作動させて、
前記ミリングツールに第2のサンプルを第3のエッジまでミリングさせて、前記第2のサンプルの第3の切断面を露出させることと、
前記ミリングツールに前記第2のサンプルを第4のエッジまでミリングさせて、それによって、前記第2のサンプルの第4の切断面を露出させることであって、前記第3のエッジ及び前記第4のエッジが、前記第2のサンプルの主表面上で60°~120°(両端値を含む)の角度をなし、前記第3の切断面及び前記第4の切断面が、第5のエッジで交差する、露出させることと、
第2のSEMから、前記第4の切断面の第2の画像を取得することと、
前記第2の画像の前記第4のエッジの相対位置及び前記第5のエッジの相対位置から、前記補償傾斜角を判定することと、を行う、請求項25に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
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