JP5254613B2 - 被加工物の有向多偏向イオンビームミリングならびにその程度の決定および制御 - Google Patents
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Description
ここで、非限定的に、被加工物とは一般的に、半導体材料、セラミック材、純金属材料、金属合金材料、ポリマ材料、それらの複合材料、またはそれらに由来する材料のような多種多様な種類の材料のいずれかを指す。
被加工物のイオンビームミリングとは一般的に、被加工物の表面にイオンビームを衝突させ、それによってイオンビームと表面との相互作用で表面から、およびしたがって被加工物からの材料の除去を導くことを指す。様々な分野で、集束イオンビーム(FIB)ミリングおよび幅広イオンビーム(BIB)ミリングは、周知であり、よく教示され、かつ使用されている被加工物のイオンビームミリングの技術である。一般的に、集束イオンビーム(FIB)ミリングとは、液体ガリウムのような液体金属源に由来する高エネルギで集中的な集束性の良いイオンビームが、被加工物の表面に入射かつ衝突してそれをミリングし、それによって集束イオンビームと表面との相互作用で被加工物の表面からの材料の除去を導くことを指す。一般的に、幅広イオンビーム(BIB)ミリングとは、アルゴンまたはキセノンのような不活性ガス源に由来する低エネルギで集束性の低い幅広イオンビームが、被加工物の表面に入射かつ衝突してそれをミリングし、それによって幅広イオンビームと表面との相互作用で被加工物の表面からの材料の除去を導くことを指す。
語句「イオンビームを方向付ける」において、用語「方向付ける」は一般的に、同義語の案内する、調整する、制御すること、およびそれらの関連する様々な文法的形態と同等である。したがって、イオンビームを方向付けることは一般的に、イオンビームを案内し、調整し、または制御することと同等である。一般的に、方向付けられ、案内され、調整され、または制御されるイオンビームは、方向、軸、経路、または軌道に沿って、本書では一般的に被加工物と呼ばれる目標物、エンティティ、または標的に向かって方向付けられ、案内され、調整され、または制御される。イオンビームのそのような方向付け、案内、調整、または制御は、イオンビームおよび関連技術の先行技術で周知であり、よく教示され、かつ使用されている多種多様な種類の手段によって達成される。
語句「イオンビームを偏向させる」において、用語「偏向させる」は一般的に、同義語の急に逸らす、脇に逸らす、曲げる、変位させる、または代替的に類句のそれぞれ急に逸れさせる、脇に逸れさせる、曲げさせる、変位せしめること、およびそれらの関連する様々な文法的形態と同等である。したがって、イオンビームを偏向させることは一般的に、イオンビームをそれぞれ急に逸らし、脇に逸らし、曲げ、もしくは変位させること、またはイオンビームをそれぞれ急に逸れさせ、脇に逸れさせ、曲げさせ、もしくは変位せしめ、結果的にイオンビームの急な逸れ、脇への逸れ、曲げ、または変位をそれぞれ生じさせることと同等である。一般的に、イオンビームは偏向されて、第1の方向、経路、軸、または軌道から第2の方向、経路、軸、または軌道にそれぞれ急に逸らされ、脇に逸らされ、曲げられ、または変位させられる。イオンビームのそのような偏向、急な逸れ、脇への逸れ、曲げ、または変位は、イオンビームおよび関連技術の先行技術で周知であり、よく教示され、かつ使用されている多種多様な種類の手段によって達成される。
語句「イオンビームを回転させる」において、用語「回転させる」は一般的に、同義語の軸を中心にもしくは軸に対して旋回もしくは転回させること、または代替的に類句のそれぞれ軸を中心にもしくは軸に対して旋回もしくは転回せしめること、およびそれらの関連する様々な文法的形態と同等である。したがって、イオンビームを回転させることは一般的に、軸を中心にもしくは軸に対してイオンビームを旋回もしくは転回させること、または代替的に軸を中心にもしくは軸に対してイオンビームをそれぞれ旋回もしくは転回せしめること、または代替的に軸を中心にもしくは軸に対してイオンビームに旋回もしくは転回をそれぞれ生ぜしめ、結果的に軸を中心にもしくは軸に対してイオンビームの旋回もしくは転回を引き起こすことと同等である。
本発明は表面のイオンビームミリングに関し、さらに詳しくは、被加工物の有向多偏向イオンビームミリングならびにその程度の決定および制御のための方法、装置、およびシステムに関する。本発明は一般的に、半導体製造、マイクロ分析試験、材料科学、計測学、リソグラフィ、マイクロマシニング、およびナノファブリケーションのような、多種多様な分野に適用可能である。本発明は一般的に、多種多様な種類の被加工物のイオンビームミリングの多種多様な用途に実現可能である。本発明は特に、上述した例示的分野で幅広く使用される半導体ウェハまたはチップに由来するような、特に試料または材料の形の多種多様な種類の被加工物を作成しまたは/かつ分析する多種多様な用途に実現可能である。
本明細書では本発明を単に例示し図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の好ましい実施態様を例示考察することだけを目的としており、本発明の原理や概念の側面の最も有用でかつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示していることを強調するものである。この点について、本発明を基本的に理解するのに必要である以上に詳細に本発明の構造の詳細は示さないが、図面について行う説明によって本発明のいくつもの形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
図1は、試料ホルダ要素によって保持された、表面(マスキング要素付き)ならびにその選択された特徴およびパラメータを有する半導体ウェハまたはチップの一部分の典型的な事前作成試料である、例示的被加工物の斜視図を示す略図であり、そこで試料は、例えばマイクロ分析用の試料を作成する一環として、または/かつ試料を分析する一環として、例えば本発明を実現することによってイオンビームミリングを受ける。
図2は、本発明に係る、被加工物の有向多偏向イオンビームミリングならびにその程度の決定および制御の例示的な好ましい実施形態の側面図を示す略図であり、特に、被加工物撮像兼ミリング検出ユニットならびに真空ユニットの真空チャンバ組立体に関連してイオンビームユニットを示し、かつこれら全てを被加工物およびその表面に関連して示す。
図3は、本発明に係る、図2に示した例示的な好ましい実施形態のより詳細なバージョンの側面図を示す略図であり、特に、イオンビームを2回偏向させるためのイオンビーム方向付け兼多偏向組立体を含むイオンビームユニットである装置の例示的な特定の好ましい実施形態を示し、かつ被加工物撮像兼ミリング検出ユニットの例示的な特定の好ましい実施形態を示す。
図4は、本発明に係る、図2および3に示した被加工物の有向多偏向イオンビームミリングならびにその程度の決定および制御の側面図を示す略図であり、特に、イオンビームを2回偏向させるために構成されかつ機能するイオンビーム方向付け兼多偏向組立体を含むイオンビームユニットである装置のより詳細なコンポーネントレベルのバージョンの断面側面図を示す。
図5は、本発明に係る、図2、3、および4に示した被加工物の有向多偏向イオンビームミリングの斜視図を示す略図であり、特に、イオンビームを2回偏向させるために構成されかつ機能するイオンビームユニットのイオンビーム方向付け兼多偏向組立体に含まれるイオンビーム第1偏向組立体およびイオンビーム第2偏向組立体の各々の例示的な特定の好ましい実施形態を示す。
図6A〜6Eは、本発明に係る、長手軸の周りを0°から360°の間の範囲で回転し、被加工物の表面に向かって方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングする有向2回偏向イオンビーム型の有向多偏向イオンビームに対応する、第1イオンビーム偏向組立体および第2イオンビーム偏向組立体によって、被加工物と同軸の任意に割り当てられた長手軸に関連して方向付けられかつ多偏向されるイオンビームの回転(角)シーケンスの斜視図を一緒に示す略図である。
図7Aは、本発明に係る、第1タイプの例示的被加工物(略矩形スラブ)の表面に向かって方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングする有向多偏向(2回または3回偏向)イオンビームの拡大斜視図を示す略図であり、特に、イオンビーム、表面、および被加工物の相対的形状および寸法を示す。
図7Bは、本発明に係る、第2タイプの例示的被加工物(例えば図1に示したものと同様の試料ホルダ要素によって表面(マスク付き)が保持された、半導体ウェハまたはチップの一部分の典型的試料)の表面に向かって方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングする有向多偏向(2回または3回偏向)イオンビームの拡大斜視図を示す略図であり、特に、イオンビーム、表面、および被加工物の相対的形状および寸法を示す。
図8は、本発明に係る、図2に示した例示的な好ましい実施形態のより詳細なバージョンの側面図を示す略図であり、特に、イオンビームを3回偏向させるためのイオンビーム方向付け兼多偏向組立体を含むイオンビームユニットの例示的な特定の好ましい実施形態、および被加工物撮像兼ミリング検出ユニットの例示的な特定の好ましい実施形態を示す。
図9は、本発明に係る、図2および8に示した被加工物の有向多偏向イオンビームミリングならびにその程度の決定および制御の側面図を示す略図であり、特に、イオンビームを2回偏向させるために構成されかつ機能するイオンビーム方向付け兼多偏向組立体を含むイオンビームユニットのより詳細なコンポーネントレベルのバージョンの断面側面図を示す。
図10は、図2、8、および9に示した被加工物の有向多偏向イオンビームミリングの斜視図を示す略図であり、特に、本発明に従って、イオンビームを3回偏向させるために構成されかつ機能するイオンビームユニットのイオンビーム方向付け兼多偏向組立体に含まれるイオンビーム第1偏向組立体、イオンビーム第2偏向組立体、およびイオンビーム第3偏向組立体の各々の例示的な特定の好ましい実施形態を示す。
図11は、本発明に係る、イオンビームユニットおよび真空ユニットを含む被加工物の有向多偏向イオンビームミリングのためのシステムの例示的な好ましい実施形態、ならびに被加工物撮像兼ミリング検出ユニット、被加工物操作兼位置決めユニット、防振ユニット、コンポーネント撮像ユニット、および被加工物分析ユニットから成る群から選択された少なくとも1つの追加ユニットをさらに含むことによって可能なその様々な特定の例示的な好ましい実施形態を示すブロック図である。
図12は、本発明に係る、図11に示した被加工物の有向多偏向イオンビームミリングのためのシステム、およびその追加ユニットの斜視図を示す(等角)略図である。
図13は、本発明に係る、図11および12に示したシステムの上面図を示す(等角)略図である。
図14は、本発明に係る、図12および13に示すシステムの一部として、イオンビームユニット、被加工物操作兼位置決めユニット、コンポーネント撮像ユニットに関連し、かつこれら全てを被加工物に関連して、被加工物撮像兼ミリング検出ユニットおよびその主要コンポーネントの例示的な特定の好ましい実施形態の斜視図を示す(等角)略図である。
図15は、本発明に係る、被加工物操作兼位置決めユニットおよびその主要コンポーネントの例示的な特定の好ましい実施形態の斜視図を示す(等角)略図であり、特に、図12および13に示したシステムの一部として、被加工物の無い状態(a)および被加工物のある状態(b)の被加工物ホルダ組立体の拡大図を示す。
図16は、被加工物のイオンビームミリングの程度を決定かつ制御するために、被加工物撮像兼ミリング検出ユニットおよびその主要コンポーネントの例示的な特定の好ましい実施形態を、図14に示した被加工物に関連して、図11、12、および13に示したシステムの一部として、イオンビームユニットおよび被加工物操作兼位置決めユニットと共に使用する、組み合わされた断面図(上部(a))および上面図(下部(b))を示す略図である。
図17Aおよび17Bは、本発明に係る、図14および16に示した被加工物撮像兼ミリング検出ユニットに含まれる透過電子検出器組立体を使用して、被加工物のイオンビームミリングの程度を決定し、かつ制御する一環として、ミリングされる被加工物内の標的の深さを決定する断面図を示す略図である。
図2に関連して、発生したイオンビーム10は直線的に方向付けられ、長手軸40[つまりx軸(z=0ドメイン)]の方向に、かつそれに沿って延びる。次いで、直線的に方向付けられた発生したイオンビーム10は少なくとも2回偏向され(多偏向され)、かつ直線的に方向付けられ、変換または変形されて直線有向多偏向イオンビーム20a、20b、または20cになり、それはそれぞれ長手軸40より上[つまりx軸(正のz軸ドメイン)]、または長手軸40より下[つまりx軸(負のz軸ドメイン)]の方向から、または長手軸40[つまりx軸(z=0ドメイン)]の方向に、被加工物に向かって直線的に方向付けられて延び、続いて被加工物の表面に入射して衝突し、ミリングする。
図2に関連して、発生したイオンビーム10は直線的に方向付けられ、長手軸40[つまりx軸(z=0ドメイン)]の方向に、かつそれに沿って延びる。次いで、直線的に方向付けられた発生したイオンビーム10は少なくとも2回偏向され(多偏向され)、かつ回転して方向付けられ、変換または変形されて回転有向多偏向イオンビーム20a、20b、または20cになり、それは回転して方向付けられ、それぞれ長手軸40を中心に、被加工物に向かって「円錐状に」または「略円錐状に」(図2では、大きい破線の透視図的に描かれた円52によって示される)、または「筒状に」(図2では、小さい破線の透視図的に描かれた円54によって示される)延び、続いて被加工物の表面に入射して衝突し、ミリングする。
図2に関連して、発生したイオンビーム10を多偏向し、かつ方向付ける特定の直線または回転空間(方向、向き、構成)モードまたは様式に応じ、かつ特定の連続または不連続時間(タイミング)モードまたは様式に応じて、有向多偏向イオンビーム20a、20b、または20cが被加工物の表面に向かって方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングして成る、被加工物の有向多偏向イオンビームミリングのための方法の分かり易く上述した様々な例示的な特定の好ましい実施形態について、以下の主要なパラメータは、被加工物の表面に向かって方向付け、入射し、かつ衝突させる間の有向多偏向イオンビーム20a、20b、または20cを特徴付けるために適用可能である。
次の主要ステップならびにそのコンポーネントおよび機能性を含む被加工物の有向多偏向イオンビームミリングのための方法、すなわちイオンビームを発生させるステップと、発生したイオンビームを方向付けかつ少なくとも2回偏向させ、有向多偏向イオンビームを形成させるステップとを含み、有向多偏向イオンビームが被加工物の表面に向かって方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングする方法を使用して被加工物の有向多偏向イオンビームミリングを実行すること;
被加工物の少なくとも1つのパラメータをその場で実時間測定し、前記少なくとも1つのパラメータの測定値の組を形成させること;
前記測定値の組を、前記予め定められた値の前記提供された組と比較し、前記比較に関連する値差の組を形成させること;および
前記値差が予め定められた範囲内になるまで被加工物の有向多偏向イオンビームミリングの前記実行を続けるために、前記値差の前記組をフィードバックすること
を含む、方法を提供することである。
Claims (8)
- 被加工物をミリングするためにイオンビームを方向付けかつ多数回偏向させるための方法であって、前記方法が、
イオンビームを発生させること;および
イオンビーム第1偏向組立体によって前記発生したイオンビームを偏向させかつ方向付け、有向1回偏向イオンビームを形成させ、そしてイオンビーム第2偏向組立体によって前記有向1回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付け、前記有向1回偏向イオンビームの一種である有向2回偏向イオンビームを形成させ、そしてイオンビーム第3偏向組立体によって前記有向2回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付け、前記有向2回偏向イオンビームの別の種類である有向3回偏向イオンビームを形成させることを含み、
前記有向3回偏向イオンビームが、回転有向3回偏向イオンビームとして被加工物の表面に向かって回転されながら方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングし、
前記イオンビーム第2偏向組立体が、前記有向1回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付けるための静電板または電極を含み、前記静電板または電極は、内側および外側に対称的にかつ同心上に配置され、分離され、球状または楕円体状に形成されており、
被加工物が、真空ユニットの真空チャンバ組立体内にあり、前記真空ユニットの真空チャンバ組立体に対して静止(静的または固定)構成であること、およびイオンビームミリングの種類が幅広イオンビーム(BIB)ミリングであり、
前記回転有向3回偏向イオンビームが、30ミクロンから2000ミクロン(2ミリメートル)の範囲の直径または幅を有する
ことを特徴とする方法。 - 前記回転有向3回偏向イオンビームの直径または幅は、200ミクロンから1000ミクロン(1ミリメートル)の範囲にある請求項1に記載の方法。
- イオンビームを発生させるためのイオンビーム源組立体と、前記発生したイオンビームを方向付けかつ少なくとも2回偏向させ、有向多偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム方向付け兼多偏向組立体とを備え、前記有向多偏向イオンビームが被加工物の表面に向かって方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングする、被加工物をミリングするためにイオンビームを方向付けかつ多数回偏向させるのに好適な装置であって、前記イオンビーム方向付け兼多偏向組立体は、前記発生したイオンビームを偏向させかつ方向付け、有向1回偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム第1偏向組立体と、前記有向1回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付け、前記有向多偏向イオンビームの一種である有向2回偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム第2偏向組立体とを含み、前記イオンビーム第2偏向組立体が、前記有向1回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付けるための静電板または電極を含み、前記静電板または電極は、内側および外側に対称的にかつ同心上に配置され、分離され、球状または楕円体状に形成されており、被加工物が、真空ユニットの真空チャンバ組立体内にあり、前記真空ユニットの真空チャンバ組立体に対して静止(静的または固定)構成であること、およびイオンビームミリングの種類が幅広イオンビーム(BIB)ミリングであり、また前記有向多偏向イオンビームが、30ミクロンから2000ミクロン(2ミリメートル)の範囲の直径または幅を有する有向多偏向幅広イオンビームであり、前記イオンビーム方向付け兼多偏向組立体は、前記有向2回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付け、前記有向2回偏向イオンビームの別の種類である有向3回偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム第3偏向組立体を含み、前記イオンビーム第3偏向組立体は、被加工物の表面に向かって回転しながら方向付けられ、被加工物の表面に入射して衝突し、被加工物の表面をミリングする回転有向3回偏向イオンビームを形成する
ことを特徴とする装置。 - 前記回転有向3回偏向イオンビームの直径または幅は、200ミクロンから1000ミクロン(1ミリメートル)の範囲にある請求項3に記載の装置。
- イオンビームを発生させるためのイオンビーム源組立体と、前記発生したイオンビームを方向付けかつ少なくとも2回偏向させ、有向多偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム方向付け兼多偏向組立体とを含み、前記有向多偏向イオンビームが被加工物の表面に向かって方向付けられ、入射し、衝突し、かつミリングするイオンビームユニットと;
前記イオンビームユニットおよび被加工物のために真空環境を提供し、かつ維持するために、前記イオンビームユニットに作動的に接続された真空ユニットとを備え、前記真空ユニットが被加工物を含む、被加工物をミリングするためにイオンビームを方向付けかつ多数回偏向させるのに好適なシステムであって、前記イオンビーム方向付け兼多偏向組立体は、前記発生したイオンビームを偏向させかつ方向付け、有向1回偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム第1偏向組立体と、前記有向1回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付け、前記有向多偏向イオンビームの一種である有向2回偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム第2偏向組立体とを含み、前記イオンビーム第2偏向組立体が、前記有向1回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付けるための静電板または電極を含み、前記静電板または電極は、内側および外側に対称的にかつ同心上に配置され、分離され、球状または楕円体状に形成されており、被加工物が、真空ユニットの真空チャンバ組立体内にあり、前記真空ユニットの真空チャンバ組立体に対して静止(静的または固定)構成であること、およびイオンビームミリングの種類が幅広イオンビーム(BIB)ミリングであり、また前記有向多偏向イオンビームが、30ミクロンから2000ミクロン(2ミリメートル)の範囲の直径または幅を有する有向多偏向幅広イオンビームであり、前記イオンビーム方向付け兼多偏向組立体は、前記有向2回偏向イオンビームを偏向させかつ方向付け、前記有向2回偏向イオンビームの別の種類である有向3回偏向イオンビームを形成させるためのイオンビーム第3偏向組立体を含み、前記イオンビーム第3偏向組立体は、被加工物の表面に向かって回転しながら方向付けられ、被加工物の表面に入射して衝突し、被加工物の表面をミリングする回転有向3回偏向イオンビームを形成する
ことを特徴とするシステム。 - 前記イオンビームユニットおよび前記真空ユニットにエレクトロニクスを提供し、かつそのプロセス制御を行なうために、前記イオンビームユニットおよび前記真空ユニットに作動的に接続されたエレクトロニクスおよびプロセス制御ユーティリティをさらに含む請求項5に記載のシステム。
- 被加工物撮像兼ミリング検出ユニット、被加工物操作兼位置決めユニット、防振ユニット、コンポーネント撮像ユニット、ならびに少なくとも1つの被加工物分析ユニットから成る群から選択された少なくとも1つの追加ユニットをさらに含み、前記追加ユニットの各々は前記真空ユニットに作動的に接続される請求項5に記載のシステム。
- 前記回転有向3回偏向イオンビームの直径または幅は、200ミクロンから1000ミクロン(1ミリメートル)の範囲にある請求項5に記載のシステム。
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