(57)【要約】【課題】荷電粒子ビームを使用して微細構造を製造する電子ビーム・システムを提供すること。【解決手段】吸着物質の枯渇を制御することによって、前駆体ガスとの電子ビーム誘起化学反応を制御する。吸着物質の枯渇は、ビーム電流を、好ましくはビームを高速ブランキングすることによって制御すること、および基板を冷却することによって制御することができる。相互作用体積を小さくするため、ビームは低いエネルギーを有することが好ましい。枯渇および相互作用体積を制御することによって、ユーザは、精密な形状を生成することができる。【選択図】図１
2010212238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小構造を製造する方法であって、
基板（５４）に向かって前駆体ガスを誘導するステップと、
前記基板に向かって粒子ビーム（１２、１３）を誘導して、前記前駆体ガスとの反応を開始させるステップと
を含む方法において、
物質をエッチングしまたは付着させる吸着された前記前駆体ガスの枯渇を制御するために、前記ビームをブランキングおよびアンブランキングすることにより前記ビームのデューティ・サイクルを制御することによって、処理中にビーム電流を制御すること
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記粒子ビームが電子ビームまたはイオン・ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粒子ビームをレンズを使用して前記基板上に集束させ、前記レンズに対して前記基板をバイアスして、前記粒子ビームが前記基板に近づくにつれて前記ビームのエネルギーを１０００ｅＶ未満まで低下させる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ビームをブランキングおよびアンブランキングすることにより前記ビームのデューティ・サイクルを制御することによって、処理中にビーム電流を制御することが、ビーム電流を少なくとも１桁低減させることを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ブランキング／アンブランキング・サイクルごとの前記電子ビームがアンブランキングされる時間が１ｎｓ以下である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記電子ビームを素早くブランキングおよびアンブランキングすることが、前記微小構造を形成している最中に、ビーム電流および前記微小構造の寸法を変化させるために、デューティ・サイクルを変化させることを含み、デューティ・サイクルを変化させることが、前記微小構造の垂直成長と水平成長の比を大きくするために、デューティ・サイクルを小さくすること、または前記微小構造の垂直成長と水平成長の比を小さくするために、デューティ・サイクルを大きくすることを含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
基板表面における前記前駆体の吸着物質の滞留時間を長くするために、前記基板を冷却する、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
基板上に微細構造を形成する粒子−光学装置であって、
・粒子ビーム（１４）を生成する粒子源（１）と、
・前記粒子ビームを基板（５４）上に集束させる１つまたは複数の粒子−光学レンズ（６、５２）と、
・前記基板上で前記粒子ビームを位置決めする偏向ユニット（５０）と、
・前記粒子ビームをブランキングするビーム・ブランカと、
・少なくとも前記偏向ユニットおよび前記ビーム・ブランカを制御するプログラム可能なコントローラと
を備える粒子−光学装置において、
・前記プログラム可能なコントローラが、前記ビームが前記基板上の１つの位置に置かれている時間よりも短いサイクル時間で前記粒子ビームをブランキング／アンブランキングすることにより、前記粒子ビームの平均電流を低減させるようにプログラムされている
ことを特徴とする粒子−光学装置。
【請求項９】
前記粒子源が電子源、前記粒子ビームが電子ビームであり、または前記粒子源がイオン源、前記粒子ビームがイオン・ビームである、請求項８に記載の粒子−光学装置。
【請求項１０】
前記コントローラが、ブランキング／アンブランキング・サイクルごとの前記ビームがアンブランキングされる時間が１ｎｓ以下となるように、前記ブランカを制御する、請求項８または９に記載の粒子−光学装置。
【請求項１１】
前記ビームが前記基板上の１つの位置に置かれている時間よりも短いサイクル時間で前記粒子ビームをブランキング／アンブランキングすることにより、前記粒子ビームの平均電流を低減させるように、請求項８〜１０のいずれかに記載の装置の前記プログラム可能コントローラをプログラムするプログラム・コードを記憶しているソフトウェア記憶媒体。
【請求項１２】
少なくとも１つの荷電粒子ビームを生成する粒子源であり、
前記荷電粒子を放出する粒子放出面と、
前記粒子放出面の像を形成するレンズと、
前記粒子ビームを制限するビーム制限絞りと、
前記像の位置にあるエネルギー選択絞りと
を備え、前記ビームが前記レンズの中心を外れた位置を通過したビームとなるように、前記ビーム制限絞りが具体化されることを特徴とする粒子源と、
前記少なくとも１つのビームをサンプル上に集束させる第２のレンズと、
前記電子がサンプルに近づくにつれて電子エネルギーが低減するように、前記第２のレンズと前記サンプルの間に電圧を印加する電圧源と
を備える粒子−光学装置。
【請求項１３】
電子エネルギーが、前記サンプルにおいて１０００ｅＶ未満まで低減される、請求項１２に記載の粒子−光学装置。
【請求項１４】
電子エネルギーが、前記サンプルにおいて３００ｅＶ未満まで低減される、請求項１２に記載の粒子−光学装置。
【請求項１５】
電子エネルギーが、前記サンプルにおいて２００ｅＶ未満まで低減される、請求項１２に記載の粒子−光学装置。
【請求項１６】
電子エネルギーが、前記サンプルにおいて１５０ｅＶ未満まで低減される、請求項１２に記載の粒子−光学装置。
【請求項１７】
電子エネルギーが、前記第２のレンズの前で５００ｅＶ超、前記サンプにおいて３００ｅＶ未満である、請求項１２に記載の粒子−光学装置。
【請求項１８】
前記サンプルに向かって前駆体ガスが誘導される、請求項１２に記載の粒子−光学装置。
【請求項１９】
基板表面における前駆体吸着物質の滞留時間を長くするために、前記サンプルが冷却される、請求項１７に記載の粒子−光学装置。
【請求項２０】
前記サンプルが、前駆体ガスがサンプル上に凝縮する温度まで冷却される、請求項１７に記載の粒子−光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを使用して微細構造を製造する荷電粒子ビーム処理、および前記荷電粒子ビーム処理を実行する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡は、ビームがサンプル表面を走査したときにサンプルから放出される電子を検出することによってサンプルの像を形成する。走査型電子顕微鏡はさらに、ビームが表面を走査したときにその表面において化学反応を誘起させることによってサンプルを改変することもできる。例えば、ビーム中の電子は、分解して表面に物質を付着させることができる気体前駆体吸着物質の反応を開始させることができ、またはサンプル表面の物質と結合して、最終的に真空ポンプによって除去される揮発性化合物を形成することにより、サンプル表面をエッチングすることができる。ビームはさらに、電子ビームを使用してフォトレジストを露光するときなどのように、サンプル中において直接に反応を開始させることもできる。
【０００３】
電子ビーム処理の分解能は、画像化するか、または反応を誘起させるのかに関わらず、部分的には、ビームが表面に衝突するときのビームの直径に依存する。電子ビームの直径が小さいほど、画像化のために２次電子が放出される領域、または化学的に改変される領域は小さくなる。
【０００４】
１次ビーム中の電子がサンプル表面に衝突すると、それらの電子は、２次電子と呼ばれる他の電子の放出を引き起こすことがある。１次電子はさらに、サンプル表面から下方へ浸透し、サンプルから後方散乱される。浸透深さおよび後方散乱電子の数は、１次ビーム中の電子のエネルギーおよびサンプル物質に依存する。表面に戻った後方散乱電子は、「ＩＩ型」２次電子と呼ばれるさらなる２次電子の放出を引き起こすことがある。サンプル中で１次ビーム電子が散乱することにより、１次ビームが衝突した面積よりも広い表面積から２次電子および後方散乱電子が放出され、それにより電子ビーム処理の分解能が低下する。放出される前のサンプル内での２次電子の移動も、２次電子が表面から放出される面積を大きくする。
【０００５】
ビーム・スポットのサイズは、いくつかのタイプの収差によっても制限され、それらのうち、多くの用途において最も大きいのは色収差である。電子源から入射する全ての電子が同じエネルギーを有するわけではなく、集束カラム内のレンズは、異なるエネルギーを有する電子を異なる位置に集束させるため、色収差が起こる。色収差を低減させる１つの方法は、ビーム経路上の小さなアパーチャを使用して、あまりよく集束していない電子を遮断し、それによって平均ビーム・エネルギーからある量だけ外れたエネルギーを有する電子を排除する方法である。残念なことに、アパーチャが小さくなるにつれて、アパーチャによって引き起こされる回折効果が増大し、この回折効果によってビームが広がる。したがって、色収差を低減させると、回折によってビームの広がりが増大する。
【０００６】
１０ナノメートル未満の範囲の微細構造が製造されたとき、走査型電子顕微鏡はその有用性の限界に達したと考えられた。「Ｄｏｅｓ  ＳＥＭ  Ｈａｖｅ  ａ  Ｆｕｔｕｒｅ？」、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、２００７年１２月２７日で、上席編集者Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｅ．Ｂｒａｕｎは、数十ナノメートル以下の寸法を有する構造が形成されているときに、ＳＥＭが今後も有用であるかどうかについての疑問を述べている。この論文は、回折効果を低減させる大きな収束角と色収差を低減させる小さな収束角との間のトレードオフが、ナノメートル範囲の構造に対するＳＥＭの有用性を制限するようであることを示唆している。Ｂｒａｕｎ博士は、ＳＥＭの有用性を広げる２つの代替策、すなわち収差補正の使用またはより高いエネルギーの使用を提案している。Ｂｒａｕｎ博士によれば、収差補正装置は、４８個または６４個の能動要素および並み外れて小さな被写界深度を有する複雑な装置である。補正装置の多数の能動要素に対するセッティングの多くは、特定のビーム条件に対して特異的であることが知られており、ビーム・パラメータを小幅に変更するためには、多くの要素の時間のかかる調整が必要となる。研究環境においては、高分解能像を得るために収差補正を使用することもできるが、画像化条件の変更に多くの要素の再調整が必要となることから、日常のＳＥＭ操作に対して収差補正装置は非実用的である。
【０００７】
提案された１つの解決策は、電子の代わりにヘリウム・イオンを使用することであり、これは、ヘリウム・イオンは波長がより短く、したがって回折効果がより小さいことによる。しかしながら、ヘリウム・イオンは電子よりもはるかに重く、サンプルをより損傷する。さらに、ヘリウム・イオン顕微鏡法は未成熟な技術であり、軽イオン顕微鏡法の研究以外の用途を阻む信頼性の問題がある。
【０００８】
電子ビームの１つの用途は、サンプル表面に吸着した気体前駆体分子の化学反応を開始させて、サンプルをエッチングし、またはサンプル上に物質を付着させることである。荷電粒子ビームを使用して前駆体との化学反応を開始させることは、「ビーム・ケミストリ」と呼ばれている。多くの用途において、ビーム・ケミストリを使用して、高アスペクト比の構造、すなわち幅に比べて深さまたは高さが相対的に大きい構造を製造することができることは望ましい。荷電粒子ビーム付着プロセスには、製造される構造の幅を広げ、それによってアスペクト比を小さくする傾向がある、本質的に競合する複数の機構がある。
【０００９】
１次電子ビームが衝突すると、製造中の構造の側壁から電子が放出される。これらの電子は前駆体吸着物質を分解し、構造の側面をエッチングし、または構造の側面に物質を付着させて、穴および付着構造の幅を大きくする。文献は、ビーム・エネルギーを増大させることによってアスペクト比が改善したことを示す多く結果を示している。
【００１０】
ビーム・ケミストリによって製造された構造のアスペクト比は、前駆体吸着物質の枯渇（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）の影響も受ける。枯渇は、エッチングまたは付着を引き起こす化学反応において前駆体吸着物質が消費され、この吸着物質が、サンプル表面における局所的な前駆体到着速度によって与えられる有限の速度で補給されるために起こる。枯渇を引き起こす電子束はサンプル表面にわたって一定ではないため、枯渇は、ナノ構造のアスペクト比に影響を及ぼす。電子束は、電子ビームの軸のところが最大であり、ビーム軸からの距離が増大するにつれて低下する。具体的には、電子束は一般に側壁で比較的に小さく、ビーム・ケミストリによって成長させている構造の上面で比較的に大きい。したがって、吸着物質の枯渇は上面で最も大きく、その結果起こる垂直成長速度の抑制も上面において最も大きい。垂直成長速度が優先的に抑制されることにより、ビーム・ケミストリによって成長させた構造のアスペクト比は低下する。
【００１１】
したがって、当業界は、荷電粒子ビームを使用して微細構造を製造する実用的なシステムを求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第７，０３４，３１５号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｅ．Ｂｒａｕｎ、「Ｄｏｅｓ  ＳＥＭ  Ｈａｖｅ  ａ  Ｆｕｔｕｒｅ？」、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、２００７年１２月２７日
【非特許文献２】Ｔｏｔｈ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０１、０５４３０９、２００７年
【非特許文献３】Ｌｏｂｏ他、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９、０２５３０３、２００８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、荷電粒子ビームを使用して微細構造を製造する電子ビーム・システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、吸着物質の枯渇ならびに電子ビームのエネルギーおよび直径を制御することによって、荷電粒子ビームによる付着およびガス支援エッチングを改良する。
【００１６】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。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、本発明の同じ目的を達成する他の構造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認識すべきである。
【００１７】
次に、本発明および本発明の利点のより徹底的な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】低エネルギー、低色収差ビームを生成する記載の電子ビーム・システムを示す図である。
【図２】電子ビーム誘起付着によって成長させたピラーの基部の直径を、前駆体ガスの圧力に対して示したグラフである。
【図３】電子ビーム誘起付着によって成長させたピラーを示す図である。
【図４】図３のピラーを成長させるために使用したビーム電流よりも小さなビーム電流を使用した、電子ビーム誘起付着によって成長させたピラーを示す図である。
【図５】成長中にビーム電流を増大させることによって成長させたピラーを概略的に示す図である。
【図６】成長中にビーム電流を低減させることによって成長させたピラーを概略的に示す図である。
【図７】成長中にビーム電流を繰返し増減させることによって成長させたピラーを概略的に示す図である。
【図８】本発明の好ましい一実施形態のステップを示す流れ図である。
【図９】本発明の好ましい他の実施形態のステップを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
より微細な構造を製造するために、文献が高いビーム・エネルギーを使用することを指摘する一方、本出願の出願人らは、これらの結果は、複雑な成長機構（ｇｒｏｗｔｈ  ｋｉｎｅｔｉｃｓ）および吸着物質の枯渇効果によるものであると考えている。電子ビームによって開始させる付着では、横方向のプロセス分解能が側壁からの電子放出によって制限され、側壁からの電子放出は相互作用体積のサイズの影響を受ける。本出願の出願人らは、低いビーム・エネルギーと吸着物質の枯渇の制御とを組み合わせることによって、最終的に、ビーム誘起処理に対する優れた分解能を得ることができると考えている。
【００２０】
荷電粒子ビーム誘起成長は、２つの成分、すなわち電子ビームの近傍の電子によって駆動される垂直成分と、付着物側壁から放出された電子によって駆動される望ましくない水平成分との点から考えることができる。同様に、エッチングは、類似の垂直成分と、ピット（ｐｉｔ）の基部から放出され／反射され、エッチング・ピットの側壁に衝突する電子によって駆動される水平成分とを有する。水平成分は、製造される構造の幅を大きくし、分解能およびアスペクト比を制限する。
【００２１】
望ましくない水平成分は主に、「オーバースプレー（ｏｖｅｒｓｐｒａｙ）」としばしば呼ばれる非局所的なプロセスによって生じる。オーバースプレーの大部分は、ガス分子によって散乱した１次電子、サンプルから放出された後方散乱電子および２次電子、ならびに付着物またはエッチング・ピットの側壁を起源とする再捕集された電子の組合せによって引き起こされる。低エネルギー・ビームを使用すると、後方散乱電子、２次電子およびＩＩ型２次電子の問題は軽減するが、ガス中でのビームの散乱による影響は増大する。
【００２２】
付着プロセスおよびエッチング・プロセスの速度は、サンプル表面における前駆体吸着物質の枯渇の程度によって調節される。枯渇は、エッチングまたは付着を引き起こす化学反応において前駆体吸着物質が消費され、この吸着物質が、サンプル表面における前駆体の圧力、ならびにサンプル表面における前駆体分子の粘着係数、吸着時間および拡散係数によって与えられる有限の速度で補給されるために起こる。枯渇は、Ｄ＝Ｃ／Ｃ0によって定義することができ、Ｃ＝局所吸着物質濃度、Ｃ0＝電子照射がない場合のＣ、である。Ｄは、局所電子束に正比例し、吸着物質の到着（ガス吸着および吸着物質の拡散によって起こる）の速度に反比例する。サンプル表面の所与の点における局所プロセス（エッチングまたは付着）の速度は、サンプル表面のその点のＤに反比例する。
【００２３】
上で論じた垂直および水平成長速度成分はそれぞれ、ビームの下の局所電子束およびナノ構造の側壁の局所電子束が決定要因となる。側壁における電子束は一般にビームの下の電子束よりも小さく、そのため、Ｄは一般に、側壁よりもビームの下の方が大きい。すなわち、ビーム電流を増大させることには、ビームの下のＤを優先的に増大させる効果があり、それにより水平成長速度が優先して増大し、その結果、構造の幅がより大きくなる。ビーム電流を小さくすることによって、またはサンプル表面の近くの前駆体ガスの圧力を増大させることによって、ビームの下のＤの優先的な増大を軽減することができる。これらの方法はともに、垂直成長と水平成長の比を改善する。しかしながら、これらの両方の方法に欠点がある。圧力を増大させると、ガスによる電子ビームの散乱の程度が大きくなる。低ビーム電流の使用には、画像化目的には信号対雑音比が悪化するという欠点がある。画像化は、処理前にビームを集束させるために必要である。画像化は、処理前のナビゲーションおよびビーム・ケミストリによって成長させた構造の検査のためにも必要である。
【００２４】
好ましい一実施形態において、本出願の出願人らは、エッチングまたは付着の最中にビーム電流を変化させることによってＤを調節する。ビーム電流は一般に、ビーム経路上のアパーチャのサイズを変更することによって制御される。より小さな穴を有するアパーチャは、ビーム軸からより離れた電子を遮断することによって、より少ない量の電流を通す。アパーチャは一般に、機械的に移動させて、ビーム経路上に異なるサイズのアパーチャを置くことができるアパーチャ・ストリップ（ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｓｔｒｉｐ）の穴として形成される。一般に、アパーチャを変更するには、アパーチャを機械的に移動させ、中心に置くことが必要なため、アパーチャの変更には電子画像化が必要であり、アパーチャの変更は時間がかかる。ビーム電流は、アパーチャの平面内のビーム直径を制御する集束レンズの励起を変更することによって制御することもできる。しかしながら、集束レンズの励起を変更すると、サンプル表面における電子ビームの直径も変化し、続いて、対物レンズを調整することによって電子ビームを再集束させなければならない。電子ビームの再集束には電子画像化が必要であり、時間がかかる。本発明の好ましい一実施形態では、ビームの高速ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）およびアンブランキング（ｕｎｂｌａｎｋｉｎｇ）を使用することによって、すなわちサンプルの上方でビームを遮断して、サンプルに到達する電子の割合を調節することによって、ビーム電流を制御する。ビームを高速でブランキングおよびアンブランキングすることによって、ユーザは、ビーム電流を制御することができる。ビームをブランキングするときには、ビームがサンプルを横切って掃引することを防ぐような方法でビームをブランキングすることが好ましい。これを達成するいくつかのブランキング技法があり、それらの技法は、漠然と「コンジュゲート・ブランキング（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  ｂｌａｎｋｉｎｇ）」技法と呼ばれている。コンジュゲート・ブランキング技法は、電子ビームの交差点に静電ブランキング・プレートを配置すること、または２重偏向を使用して、サンプル平面内の電子ビームの運動を打ち消すことを含む。このような技法は完全ではなく、ブランキング・プレートを通過する電子の移動時間、プレートの周囲のフリンジ電界などの非理想的な現実世界の現象により、サンプルの平面内において、あるわずかな偏向が起こることを当業者は理解するであろう。
【００２５】
ブランキングを使用してビーム電流を制御することには、以下のようないくつかの利点がある。
【００２６】
１．サンプル表面のビーム直径とは無関係に、ビーム電流を調節することができ、
ａ．これによって、成長中のビーム直径の変更によって引き起こされる構造の歪みが排除され、
ｂ．処理中に、人間工学的な効率を考えた（ｅｒｇｏｎｏｍｉｃ）集束、画像化およびナビゲーションのための「高」ビーム電流（ブランキングをしない）と、より低い電流（高速ブランキングおよびアンブランキングを使用した）とを、再集束の必要なしに切り換えることができるようになる。
【００２７】
２．ＳＥＭの被写界深度によって制限された高アスペクト比構造の製造のために必要になることがある処理中の低速焦点補正のために、対物レンズを使用することができる。
【００２８】
ビーム・ケミストリ活性化断面積、すなわち入射電子が反応を引き起こす確率は一般に、１００ｅＶ付近で最大になる。所与のプロセスに対する「有効」断面積は、２次および後方散乱電子の収量、ならびに１次、後方散乱および２次電子のエネルギー分布の関数である。ある高効率、高分解能プロセスに対しては高度に集束した低エネルギー・ビームが望ましい。一般に、（前駆体）ガス分子による１次電子ビームの散乱は、ビーム・エネルギーの低下とともにほぼ指数関数的に増大する。超低エネルギー・ビームの散乱は、超低ビーム・エネルギー（例えば＜ｌｋｅＶ）において問題となる。
【００２９】
低色収差のビームは、参照によって本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡されたＨｅｎｓｔｒａ他の米国特許第７，０３４，３１５号（Ｈｅｎｓｔｒａ）に記載のシステムを使用して生成することができる。本出願の出願人らは、Ｈｅｎｓｔｒａのシステムを公知のビーム減速技法と組み合わせることによって、低エネルギー、低収差のビームを生成することができることを見出した。このようなビームは、ビーム・ケミストリ・プロセスを制御するのに有用である。Ｈｅｎｓｔｒａのシステムはさらに、吸着物質枯渇効果の制御を可能にする超高速ブランキングを提供する。
【００３０】
また、Ｈｅｎｓｔｒａのシステムは、低ビーム電流で利用可能な高分解能を必要としない操作に対して高ビーム電流を使用できるように、２段階のビーム電流レベルを提供する。処理中に、エッチング・ピットの深さまたは付着構造物の高さが増大し、対物レンズからサンプル表面までの距離が変化するときに、高アスペクト比構造を製造するために必要になることがある低速集束補正のために、ＳＥＭ対物レンズを使用することができる。
【００３１】
Ｈｅｎｓｔｒａのシステムでは、電子ビームが２つのビーム、すなわちレンズの中心を外れた部分を通って進む１つのビームと、レンズの中心を通って進む１つのビームとに分割される。ユーザは、どちらかのビームを選択することができ、レンズの中心を外れた部分を通るビームを選択すると、低色収差のビームが選択され、レンズの中心を通るビームを選択すると、一般により大きな電流を有するビームが選択される。
【００３２】
図１は、本発明に基づく粒子源の断面を概略的に示す。光軸２上に、電界放出電子源の電子放出面１などの粒子放出面が配置されている。電子放出面１から出現した電子ビーム１１は、円形の穴４および５の形態のビーム制限絞り開口を含む絞り３によって、中心ビーム１２と偏心ビーム１３とに分割される。ビーム１２および１３はともに、光軸２上に置かれたレンズ６によって集束される。電子放出面１は、ビーム１２によって像１４を形成し、ビーム１３によって像１５を形成するように、レンズ６によって結像される。エネルギー選択絞り開口９が絞り７に開けられており、絞り７には、中心ビーム１２が通過できる切抜き穴８も形成されている。ビーム１３が光軸を横切る位置の近くに、偏向ユニット１０が置かれており、偏向ユニット１０は、ビーム（１２、１３）の一方を、光軸２に沿って偏向させる。
【００３３】
電子放出面１は、電子を放出してビーム１１を形成する。このビーム１１は、光軸２が通る中心に位置する絞り開口４と、中心から外れて位置する絞り開口５の両方に入射する。絞り開口４および５は、絞り３の円形の切抜き穴として具体化される。電界放出源の場合、この絞り３は、電子放出面１との間に電圧差を印加する抽出電極の役目を果たすこともできる。絞り開口４および５のサイズはビーム１２および１３中の電流を決定する。絞り開口５の偏心は、偏心ビーム１３のエネルギー分散を決定する。
【００３４】
絞り開口４によって形成される中心ビーム１２は、光軸２の周りに配置されたレンズ６によって集束され、それによって電子放出面１の像１４が形成される。同様に、偏心ビーム１３も集束され、それによって電子放出面の像１５（分散線）が形成される。
【００３５】
ビームは偏向器５０を通過し、対物レンズ５２によってサンプル５４上に集束される。電圧源５６は、対物レンズ５２とサンプル５４の間に電位差を与える。電圧源は、１次ビームの電子のランディング・エネルギーを低減させる。この公知の技法は、ビームが、より高いエネルギーおよび小さな分散でカラムを通過することを可能にし、次いで、ビームがサンプルに近づくにつれてビーム・エネルギーを低減させる。これによってビーム中の電子の相互作用が低減し、したがって分解能が向上する。サンプルに近づくにつれて、電子は、比較的に低いランディング・エネルギーまで減速される。したがって、電子ビームは、低い色収差および低いランディング・エネルギーを有し、回折およびビームの相互作用によってビームが広がることを防ぐ。この低いエネルギーは、電子ビーム誘起付着など、多くのプロセスに対して有用である。電子顕微鏡が、上記の構成要素の他にも構成要素を含むことがあること、あるいは上記の構成要素のうちの１つまたは複数の構成要素を欠き、または上記の構成要素のうちの１つまたは複数の構成要素が互いに対して異なる位置に置かれることがあることを当業者は認識するであろう。
【００３６】
低ビーム・エネルギーの使用は相互作用体積を低減させ、それにより、付着またはエッチング・プロセスのより微細な制御を提供する。低エネルギー、低電流のビームは効率も向上させ、その結果、物質の単位体積をエッチングしまたは付着させるために必要な電子の数が減り、このことが、電子によって損傷する可能性がある繊細な物質の利益となることがある。
【００３７】
図２は、成長させたピラー（ｐｉｌｌａｒ）の基部の直径を、真空室内の前駆体圧力に応じて示したグラフである。この前駆体圧力は、ビーム・ケミストリ反応において消費された前駆体吸着物質の補給速度に関係する。これらのピラーは、ＷＦ6前駆体を使用し、ビーム電流１．２ｎＡ、成長時間５秒／付着で成長させた。図２は、前駆体圧力が増大すると、ピラーの基部の直径が小さくなることを示している。これは、低圧では、ビームの下のサンプルの領域で前駆体吸着物質がより激しく消費され、このことが水平成長に有利に働くためである。前駆体ガスの圧力を増大させることによって前駆体の到着速度を増大させたときには、垂直成長が優勢になる。
【００３８】
図３および４は、成長時間２秒／ピラーを使用し、ＷＦ6圧力１３ミリバール（１０ミリトル）で成長させたピラーの画像を示す。図３は、ビーム電流１．１ｎＡを使用して成長させた付着物３００の電子画像を示し、図４は、ビーム電流１２１ｐＡを使用して成長させた付着物４００の電子画像を示す。図３および４は、ピラー３００の幅がピラー２００の幅よりも大きいことを示している。図３の構造を形成するために使用したより高いビーム電流は、ビームの真下の前駆体吸着物質を、付着物側壁よりも激しく枯渇させ、そのため、ビーム電流の増大は、それによる垂直成長速度の増大よりも大幅に水平成長を増大させる。反対に、前駆体圧力の増大（Ｄを小さくするように機能する）は、図２に示すように、垂直成長速度を優先的に増大させる反対の効果を有する。
【００３９】
図５、６および７は、電子ビーム誘起反応および動的ビーム電流制御を使用して形成することができる構造の概略図を示す。これらの構造は例えば、約１３ミリバール（約１０ミリトル）のＷＦ6圧力、および例えば約１２０ｐＡと約１．２ｎＡの間で変化するビーム電流を使用して形成することができる。図５は、高さが増すにつれて直径が大きくなる構造５００を示す。構造５００は、構造を付着させている最中にビーム電流を増大させることによって構築することができる。ビーム電流を増大させると、それによる垂直成長速度の増大よりも速く水平成長速度が増大する。例えば、上記の圧力を一定に保ち、成長開始時の電流を約１２０ｐＡ、成長終了時の電流を約１．２ｎＡとすることができる。
【００４０】
同様に、高さが増すにつれて直径が小さくなる図６に示す構造６００は、構造を形成している最中に、ビーム電流を例えば１．２ｎＡから１２０ｐＡまで低下させ、それによってピラーの高さが増すにつれて垂直成長が優勢になるようにすることによって形成することができる。図７は、構造の成長につれて直径が変動する構造７００を示す。図７の構造は、構造を成長させるときにビーム電流を１２０ｐＡから１．２ｎＡまでの間で複数回変動させることによって成長させることができる。
【００４１】
図８は、本発明の好ましい一方法を示す。ステップ８０２では、電子ビーム・カラムを含む真空室に基板を入れる。ステップ８０４では、真空室にガス状の前駆体を導入する。ステップ８０６では、前駆体の存在下で基板に向かって電子ビームを誘導して、反応を開始させる。ステップ８１０では、ビーム電流または前駆体圧力を調節して、水平成長と垂直成長の比を制御する。好ましい実施形態では、ビーム電流を、高速ブランキングによって制御する。例えば、構造を形成しているときに、電流を減らして構造の幅を小さくすることができ、または電流を増やして構造の幅を大きくすることができる。ステップ８１２では、ビームを止め、真空室から上記のガスを排出する。上記の例では付着前駆体としてＷＦ6を使用しているが、既知の任意の付着前駆体またはエッチング前駆体を使用することができる。当技術分野ではそのような多くの前駆体が知られている。エッチング前駆体には例えば、ＸｅＦ2、Ｃｌ、Ｎ2ＯおよびＨ2Ｏなどがある。付着前駆体には例えば、（ＣＨ3）3ＣＨ3Ｃ5Ｈ4ＰｔおよびＰｔ（ＰＦ3）4（Ｐｔ含有物質の付着用）、Ｗ（ＣＯ）6（Ｗ含有物質の付着用）、Ｃ6Ｈ5ＣＨ＝ＣＨ2（Ｃ含有物質の付着用）、ならびに（ＨＳｉＣＨ3Ｏ）4（ＣドープＳｉＯxの付着用）などがある。
【００４２】
比較的に一定のビーム電流が、電子ビーム・カラムの電流制限開口を通過する間に、ビーム電流は、ビーム電流を高速でブランキング／アンブランキングすることによって調節される。ビーム電流は、ｄ＝ｔ／Ｔとして定義されるデューティ・サイクル（ｄ）を変更することによって制御される。Ｔは、１回のブランキング／アンブランキング・サイクルの継続時間、ｔは、１サイクルあたりのビームが有効である（すなわちアンブランキング中の）時間である。したがって、ｄは、サンプル表面に到達する電流の割合である。一般に、最大ビーム電流の少なくとも１桁の低減（すなわち１０-1のデューティ・サイクル）が可能であることが望ましい。ｔおよびＴの対応する値は、１サイクルあたりのサンプルに送達される平均ビーム電流および電子の数によって決定される。例えば、ブランキングがない場合のビーム電流が１ｎＡである場合、値［ｄ＝１０-1、ｔ＝１．６ｎｓおよびＴ＝１６ｎｓ］は、平均して、１パルスあたり１電子およびサンプル表面における１００ｐＡのビーム電流に対応する。ｔの値は、ビーム電流の連続性およびビーム電流制御の細分性（ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）を決定する。連続性および細分性は、それぞれのパルスがサンプルに（平均して）２つ以上の電子を送達するときに低下する。上記のｄおよびｔの値は、例えばＷＦ6を付着前駆体として使用し、圧力を約１３ミリバール（約１０ミリトル）、ビーム電流を１ｎＡ（ブランキングしない場合）としたときに適当である。しかしながら、サンプル表面における前駆体吸着物質の枯渇の程度は、ビーム・ケミストリに対して使用される前駆体種および圧力ならびにビーム電流に強く相関する。デューティ・サイクルは非常に小さいことが好ましい。すなわちブランキング／アンブランキング・サイクルごとの非常に小さい、高頻度の「ビームＯＮ」パルスが好ましい。非常に小さなデューティ・サイクル（それによってｄはゼロに近づく）は、ビーム電流の非常に大きな低減に対応する。非常に小さなｄを大きくしてビーム電流を増大させることは比較的に容易だが、ビーム電流をさらに低下させることはより困難である。同じ理由で、ｔの値は小さいことが望ましい。したがって、一般的なビーム・ケミストリ・システムでは、ｄの最小値が、好ましくは約１０-2、より好ましくは約１０-3、よりいっそう好ましくは約１０-4であるべきである。同様に、一般的なビーム・ケミストリ・システムでは、ｔの最小値が、好ましくは約１０-1ｎｓ、より好ましくは約１０-2ｎｓ、よりいっそう好ましくは約１０-3ｎｓであるべきである。一般に数秒程度である処理時間に比べて、ビームがオンになり次いでオフになる周期は、一般に非常に短い。言い換えると、最小デューティ・サイクルは、好ましくは約１０-2未満、より好ましくは約１０-3未満、最も好ましくは約１０-4未満であり、ｔは、好ましくは約１０-1ｎｓ未満、より好ましくは約１０-2ｎｓ未満、最も好ましくは約１０-3ｎｓ未満である。
【００４３】
図２は、吸着物質の圧力を制御することによっても、水平および垂直方向の相対的な成長速度を制御することができることを示しているが、この圧力は、ビーム電流ほどには速く変化させることはできない。さらに、ガス中での電子ビームの散乱は圧力が高いほど大きい。したがって、サンプル表面の上方での電子ガスの散乱を最小化するため、ガスの圧力を最小化することが望ましい。
【００４４】
Ｈｅｎｓｔｒａのシステムは、高ビーム電流と低ビーム電流との間の高速スイッチングを提供する。ある状況下で、高ビーム電流は、その下の物質をエッチングし、低ビーム電流は付着を引き起こす（例えばＴｏｔｈ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０１、０５４３０９、２００７年およびＬｏｂｏ他、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９、０２５３０３、２００８年を参照されたい）。したがって、ユーザは、エッチングと付着を容易に切り換えることができる。
【００４５】
本発明の他の実施形態では、室温よりも低い温度に冷却されたサンプルを用いて電子ビーム誘起付着を実行する。サンプルを冷却すると、サンプル表面における前駆体の滞留時間が長くなり、それによって処理に必要なガスの圧力が低減する。ガスの圧力を低くすると、１次ビームの散乱が低減し、より低エネルギーのビームを使用することが可能になる。電子のエネルギーが小さいほどサンプル内の相互作用体積は小さくなる。したがって、ガスによる電子の散乱が低減し、反射電子および２次電子が、サンプル表面のビーム衝突点により近い体積だけから放出されるため、オーバースプレーが低減する。サンプルを液体窒素で冷却することによって達成される温度などの非常に低い温度にサンプルを冷却する極端なケースでは、多くの前駆体がサンプル表面に凝縮し、電子ビーム処理の前にＳＥＭ室内のガスを排出することができる。こうすると、電子ビーム処理中のガス分子による１次ビームの散乱が事実上排除されるため、有利である。
【００４６】
図９は、好ましい一方法のステップを示す。ステップ９０２では、電子ビーム・カラムを含む真空室に基板を入れる。ステップ９０４では、例えば約−１０°Ｃないし約−１５０°Ｃまで基板を冷却する。ステップ９０６では、弁を開いて、少量の前駆体ガスがワークピースへ流れるようにする。ワークピースの温度が低いと、多数の分子層をワークピースに付着させることができる。次いで、基板に電子ビームを誘導して、基板上の分子と反応させる。電子ビームは、ガスを基板上に流している最中に、またはガスが基板上に凝縮した後に、基板に誘導することができる。流れ図の左枝路は、ステップ９０８Ｌで、ガスが流れているときに基板に向かって電子ビームを誘導し、ステップ９１０Ｌでガス弁を閉じることを示している。あるいは、流れ図の右枝路に示すように、ステップ９１０Ｒで弁を閉じ、次いでステップ９０８Ｒで、基板に向かって電子ビームを誘導する。弁を閉じるとガスの圧力が低下し、したがって電子ビームの散乱が低減する。任意選択のステップ９１２では、例えば抵抗加熱によって基板を短時間加熱して、ビームが処理しなかった領域から未反応の前駆体を蒸発させる。判断ブロック９１４では、処理が完了したかどうかを判断する。プロセスがまだ完了していない場合、プロセスはステップ９０４に戻って継続する。使用する温度は前駆体の蒸気圧によって決まる。既知の大部分の前駆体は、約−１０°Ｃから約−１５０°Ｃの温度で低い蒸気圧を有する。
【００４７】
本発明の他の態様は、低色収差の電子ビーム、およびさまざまな電子ビーム用途における分解能を向上させる低エネルギー電子ビームを提供することである。低い色収差は、Ｈｅｎｓｔｒａに記載されているように提供され、低エネルギーは、サンプルに電圧を印加して、対物レンズとサンプルの間で電子を減速させることによって達成され、電子カラムの大部分において高いビーム・エネルギーを維持すると、ビーム中での電子の相互反発によって引き起こされるビームの広がりが低減する。
【００４８】
１次ビームのエネルギーを小さくすると、電子の浸透深さが低減し、それにより、２次電子が表面から出現する相互作用面積が縮小し、分解能が向上する。しかしながら、一般に、ビーム・エネルギーが低いと、ビームが電子カラム内でより広がり、それにより、衝突時のビーム・スポット・サイズが増大し、分解能が低下する。これは、一つには、ビーム中の荷電粒子が互いに反発し、低ビーム・エネルギーでは、荷電粒子がカラムを横切るのにより長い時間がかかり、反発力がビームに対してより長い時間働き、それによって荷電粒子をより広い範囲に放散させることによって引き起こされる。電子が、比較的に高いエネルギーでカラムを横切り、次いでサンプルに近づくにつれてエネルギーを失うようにすることによって、低いビーム・エネルギーで高い分解能が維持される。
【００４９】
上記の例は電子ビームを使用するが、集束イオン・ビームなどの他のタイプのビームを使用することもできる。集束イオン・ビームを使用した機器、または集束イオン・ビームおよび集束電子ビームも、それら自体が当業者に公知である。
【００５０】
例えば集束イオン・ビームを使用するとき、衝突イオンは２次電子を形成する。この２次電子が、ビーム誘起付着（上記の電子ビーム誘起付着またはＥＢＩＤに対してイオン・ビーム誘起付着またはＩＢＩＤとしても知られている）またはビーム誘起エッチングの担い手であると考えられている。この場合も、横方向のプロセス分解能は側壁からの電子放出によって制限され、側壁からの電子放出は相互作用体積のサイズの影響を受ける。本出願の出願人らは、吸着物質の枯渇の制御によって、最終的に、イオン・ビーム誘起処理に対する優れた分解能を得ることができると考えている。
【００５１】
ＥＢＩＤでは、相互作用体積を最小化するために、衝突電子ビームのエネルギーが低いことが好ましいことに留意されたい。イオンに関しては、問題のイオンの範囲は電子の範囲よりもはるかに小さいので、このことが当てはまらないか、または当てはまってもその程度ははるかに小さい。さらに、上述の後方散乱電子は形成されない。したがって、ＩＢＩＤおよびエッチングに対して使用されるイオンのエネルギーは一般に、高分解能ＥＢＩＤに対して使用される電子のエネルギーよりも高い。
【００５２】
イオンを使用する装置に関しては、この場合も「コンジュゲート・ブランキング」技法が好ましく、特に、ブランカのブランキング・プレートを通過するイオンの移動時間が、そのようなブランカ（ｂｌａｎｋｅｒ）内の電子の移動時間よりもはるかに長いときには好ましい。
【００５３】
なお、走査型電子顕微鏡カラムまたは集束イオン・ビーム・カラム、あるいはその両方を備える最新の機器は一般に、サンプル上でビーム（１つまたは複数）を位置決めする偏向ユニット（１つまたは複数）を制御するコントローラを備える。その結果、このコントローラは、ビームが１つのスポットに留まる時間を制御する。本発明の一態様では、このコントローラがさらに、デューティ・サイクルを制御するために使用される１つまたは複数のビーム・ブランカを制御することによって、ビームのデューティ・サイクルを制御する。
【００５４】
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る本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に、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。
【符号の説明】
【００５５】
１  電子放出面
２  光軸
３  絞り
４  絞り開口
５  絞り開口
６  レンズ
７  絞り
８  切抜き穴
９  エネルギー選択絞り開口
１０  偏向ユニット
１１  電子ビーム
１２  中心ビーム
１３  偏心ビーム
１４  像
１５  像
５０  偏向器
５２  対物レンズ
５４  サンプル
５６  電圧源
３００  ピラー
４００  ピラー
５００  構造
６００  構造
７００  構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010212238.tif 000009
【図８】
2010212238.tif 000010
【図９】
2010212238.tif 000011
【外国語明細書】
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2010212238000002.pdf
2010212238000003.pdf
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