(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電粒子ビーム・システムにおいて帯電粒子ビームを向ける方法であって、
第１ステージ偏向器信号を第１ステージ偏向器に加え、前記帯電粒子ビームが対物レンズを通過して、第１ドエル点に対応することと、
第２ステージ偏向器信号を第２ステージ偏向器に加え、前記ビームが対物レンズを通過して、前記第１ドエル点に対応し、かつ前記第２ステージ偏向器信号が前記第１ステージ偏向器信号に対して遅延していることとを備え、
前記遅延が、前記帯電粒子ビーム・システムの異なる部分間におけるビームの粒子の飛行時間によって少なくとも部分的に決定され、前記ビームが前記レンズの中央を通過するように、システムが設定されている方法。
【請求項２】
前記遅延が、帯電粒子が前記第１ステージ偏向器の始まりから前記第２ステージ偏向器の始まりまで進行するのに必要な時間を電子機器の遷移時間に足したものにほぼ等しい請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記遅延が、帯電粒子が前記第１ステージ偏向器の出口から前記第２ステージ偏向器の出口まで進行するのに必要な時間を電子機器の遷移時間に足したものにほぼ等しい請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記遅延が、帯電粒子が前記第１ステージ偏向器の中心から前記第２ステージ偏向器の中心まで進行するのに必要な時間を電子機器の遷移時間に足したものにほぼ等しい請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記遅延が、ビームが向けられる画素にビームが当たる最中の実際の時間を増大するように決定される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記遅延が、０と画素時間の３倍との間の値にプログラムされる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記遅延が、画素率の半分と４分の３との間である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記遅延が、各画素における実際のドエル時間を最大にするように決定される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第３ステージ偏向器信号を第３ステージ偏向器に加えることをさらに備え、前記ビームが、前記第１ドエル点に対応し、かつ前記第３ステージ偏向器信号が前記第２ステージ偏向器信号に対して遅延している請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
１つまたは複数の追加のステージ偏向器信号を１つまたは複数の追加のステージ偏向器に加えることをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記帯電粒子ビームが、集束イオン・ビームである請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記帯電粒子ビームが、電子ビームである請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ブランキング信号をブランカのブランキング電極に加えることをさらに備え、前記遅延が、前記ブランカから前記第２ステージ偏向器へとイオンが進行する時間である請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
粒子源と、
第１ステージ帯電粒子偏向器と、
第２ステージ帯電粒子偏向器と、
前記第１および第２ステージ帯電粒子偏向器の下方のレンズと、
第１ステージ偏向器信号を前記第１ステージ帯電粒子偏向器に加え、前記第２ステージ偏向器信号を前記第２ステージ帯電粒子偏向器に加えるための電圧源とを備え、
前記レンズの中央を通過する帯電粒子ビームを前記粒子源が生成し、
第１ドエル点に対応する前記第２ステージ偏向器信号を、同じドエル点についての前記第１ステージ偏向器信号とは異なる時間に加えるようにプログラムされる帯電粒子ビーム・システム。
【請求項１５】
コンピュータの命令を記憶するメモリをさらに備え、前記命令が、前記電圧源を制御するプログラムを含む請求項１４に記載の帯電粒子ビーム・システム。
【請求項１６】
前記メモリが、システムの一部を通る帯電粒子の飛行時間に対応する量だけ、前記第２ステージ帯電粒子偏向器に対する前記第２ステージ偏向器信号の印加を、前記第１ステージ帯電粒子偏向器に対する前記第１ステージ偏向器信号の印加に対して遅延させるコンピュータの命令を記憶する請求項１５に記載の帯電粒子ビーム・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によって本明細書に組み込まれている米国仮出願６０／６８０，６６０号、２００５年５月１４日出願の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、集束イオン・ビーム・システムおよび電子ビーム・システムなど、帯電粒子ビーム・システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
集束イオン・ビーム・システムおよび電子ビーム・システムなどの帯電粒子ビームは、加工品（work piece）を処理するために、または加工品の像を形成するために、帯電粒子を加工品の上に向ける。帯電粒子ビーム・システムは、たとえば、集積回路の製造および他のナノテクノロジ処理において使用される。帯電粒子ビーム・システムは、通常、粒子源、ビーム・ブランカ、加速レンズ、集束光学機器、および偏向光学機器を含む。
【０００４】
帯電粒子源は、たとえば、液体金属イオン源、プラズマ・イオン源、またはショットキー・エミッタなどの熱場電子エミッタとすることが可能である。ビームブランカが加工品へ向かうビームを固体ストッピング材料に向かわせることによって遮断する。
【０００５】
集束光学機器は、サンプルの表面上のスポットまたは事前に画定された形状にビームを集束させる。集束光学機器は、通常、コンデンサ・レンズおよび対物レンズの組合せを含む。レンズは、静電的、磁気的、またはその２つの様々な組合せとすることができる。光レンズのような帯電粒子レンズは、粒子が形状像に集束されるのを防止する収差を有する。収差は、レンズの中心を通過する帯電粒子について最小であり、収差は、レンズの中心からの距離が増大するにつれて大きくなる。したがって、帯電粒子ビームは、レンズの中心のごく近傍を通過することが望ましい。「ビーム相互作用」と呼ばれる１つのタイプの収差が生じるが、その理由は、すべてが同じ電荷を有するビームの粒子は、互いに反発するからである。粒子が互いに接近すると、反発力は大きくなる。粒子は、通常、対物レンズを通過した後に集束するので、粒子が密ビームに集束される時間を短縮するために、可能な限り加工品の近くに対物レンズを配置することが望ましい。対物レンズと加工品との距離は、「作業距離」と呼ばれる。
【０００６】
偏向光学機器は、加工品の表面上の「ドエル点」または「画素」と呼ばれる点にビームを向ける。たとえば、ビームは、ラスタ・パターンにおいて、蛇行パターンにおいて、または個々の点の任意の配列に向かって、向けられることが可能である。ビームは、通常、指定「投与量」の帯電粒子を照射するために、「ドエル期間」と呼ばれる指定期間、ある点に滞在し、次いで、次のドエル点に偏向される。ドエル期間の持続時間は、「ドエル時間」または「画素率」と呼ばれる（画素「率」は、より適切には、１秒あたりに走査される画素数を指すが、この用語は、ビームが各画素に留まる時間を指すためにも使用される）。
【０００７】
偏向光学機器は、磁気的または静電的とすることができる。集束イオン・ビーム・システムでは、偏向光学機器は、通常、静電的である。集束イオン・ビームの静電偏向器は、通常、８極子である。すなわち、各偏向器は、円の周上に分散した８つのプレートを含む。異なる電圧が、光学軸から異なる方向にビームを偏向させるために、８つのプレートに印加される。
【０００８】
偏向器が対物レンズより下に配置される場合、ビームは、収差を最小限に抑えるように、対物レンズの中心を通過することができる。そのような構成は、たとえば、本発明の譲受人であるＦＥＩカンパニー（ＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ）によって販売されるＶｉｓＩＯＮシステムにおいて使用される。しかし、偏向器を対物レンズより下に配置することにより、作業距離は増大し、それによりビームの収差は増大する。
【０００９】
作業距離を最小限に抑えるために、偏向器を対物レンズより上に配置することができる。しかし、偏向器がレンズより上にある状態では、ビームが偏向されるとき、ビームはレンズの中心から移動し、それにより、ある程度収差が増大する。この問題を解決するために、多くの集束イオン・ビーム・システムは、ビーム１０２を光学軸１０４から偏向させるために、図１に示されるような２ステージ偏向器１００を使用する。第１ステージ１１０が、ビーム１０２を光学軸１０４の一方の側に偏向させ、第２偏向器１１４が、ビームを光学軸１０４の他の側に再び偏向させ、それにより、ビーム１０２は、対物レンズ１２０の中心を通過するが、加工品１２２に当たる際に、ビームが適切な位置に偏向されるような角度において通過する。通常、同じ大きさの電圧が、望ましい偏向を達成するために、偏向器の両ステージに印加される。
【００１０】
帯電粒子ビームは、計算された粒子数を加工品上の精確な位置に照射することによって、加工品を処理または撮像する。各粒子により、加工品において変化が生じ、２次粒子が放出される。処理を精確に制御するために、表面上の各点に当たる粒子数を制御しなければならない。帯電粒子ビームによって処理される加工品の特徴がさらにより小さくなると、帯電粒子ビームは、制御されたイオン数を加工品表面上の各小さい点により精確に照射することができなければならない。この精確な制御は、画素から画素にビームを迅速に移動させることができ、一方、適切な投与量の粒子を各画素に照射することができる偏向器を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、粒子を加工品に精確に向けるために、帯電粒子ビーム・システムの能力を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
帯電粒子ビーム処理の精度に対する要求が高まるにつれ、帯電粒子が帯電粒子ビーム・システムを通って移動するのに必要な時間は、ビームの精確な制御において重大なファクタとなる。たとえば、偏向器システムに加えられる信号が、第１ドエル点から第２ドエル点にビームを向けるように変更されるとき、電圧が変更されるときに偏向システムの一部をすでに通過している帯電粒子は、帯電粒子を第１ドエル点または第２ドエル点に偏向させるのに適切な力を受け取らない。ドエル期間が短くなると、電圧の変化はより頻繁になり、電圧の変化中に偏向システムを横断している粒子数は増大し、したがって、より多くの粒子が誤った方向に向けられ、加工品を精密に処理することが不可能になる。
【００１３】
本発明は、偏向器信号の１つまたは複数を変更することによって、帯電粒子がシステムを横断するのに必要な時間を補償する。本発明の一実施形態によれば、複数ステージ偏向器システムのステージに加えられる信号は、偏向信号と偏向システムを通る粒子の飛行経路とをより密接に位置合わせし、それにより、誤って向けられる粒子をより少なくするために、たとえば、異なる時間に独立に加えられる。たとえば、２ステージ偏向システムでは、第２ステージ偏向器電圧に対する変更が、第１ステージ偏向器電圧に対する変更に関して遅延させることが可能である。遅延は、改善されたビーム制御を提供し、短縮ドエル時間においてさえ、精確な処理を見込む。
【００１４】
本発明およびその利点をより完全に理解するために、ここで、添付の図面と関連して取り入れられる以下の記述を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、方向付け可能ビームを有する帯電粒子ビーム・システムにおける帯電粒子の精確な照射を容易にし、システムがビーム位置を迅速に変更しているとき、すなわち、短いドエル時間を使用するとき、特に有用である。
【００１６】
通常の高性能帯電粒子ビーム光学カラムでは、２重ステージ偏向システムが、加工品上の粒子ビームの位置を制御するために使用される。偏向システムの各ステージが、ビームが通過する際に、適切な偏向をビームに付与する。２つのステージは、ビームがカラムを通る適切な経路に従い、粒子が望ましい点において加工品に当たることを保証するように、共に作用する。各ステージの偏向の量は、そのステージの偏向器プレートに電圧を印加する電気信号によって決定される。プレートに対する電圧を変化させることによって、帯電粒子が通過する電場は変化し、それにより、粒子に対する力、したがって加工品上の到達位置が変化する。
【００１７】
従来の技術の偏向システムでは、ビームは、両偏向ステージに対する電圧を同時に変化させることによって、異なる画素に移動させている。しかし、粒子が偏向システムを通過するのに有限の時間量がかかるので、電圧の変化が行われている間、システム内に粒子が存在する。それらの粒子は、１つの画素に適切な偏向力の一部、および次の画素に適切な偏向の一部を受け取る。２ステージ変換器の十文字設計のために、遷移中に偏向システムを通過する粒子は、通常、２つの画素間の点ではなく、ある他の点に当たる。
【００１８】
たとえば、電圧が変化するとき、第１偏向器ステージをすでに通過している粒子は、変更後の第１偏向器ステージの電圧によって影響を受けない。むしろ、第２ステージの電圧の変化によってのみ影響を受ける。これらの粒子は、当初の点でも最終点でもない未定の点において加工品に到達する。加工品上のいくつかの点は、意図された粒子投与量を充分に受け取らず、一方、他の点が、過剰な粒子を受け取る可能性がある。この現象の影響は、ドエル時間が、粒子が偏向システムを通過するのにかかる時間に近くなるほど顕著になるが、その理由は、ドエル時間が短くなると、高いパーセンテージの帯電粒子が、遷移によって影響を受けるからである。ドエル期間が、粒子が偏向システムを横断するのに必要な時間より短いとき、帯電粒子は、意図した偏向力を受け取らない。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、信号変化中のシステムにおいて帯電粒子が誤って向けられる影響は、偏向器信号を変化させることによって緩和される。任意の偏向器ステージの偏向器信号は、変更することができる。たとえば、２ステージ偏向器では、変更は、第２偏向器ステージに進む電気信号において遅延を導入することを含むことができる。信号は、まず、第１ステージについて変更され、次いで後の時間に、信号は、第２ステージについて変更される。この時間遅延は、異なる実施態様について変更することができるが、遅延の量は、通常、帯電粒子が偏向器システムの異なる部分を進行するのにどの程度かかるかに関係する。
【００２０】
システムの粒子到達位置に対する飛行時間および異なる信号遅延の影響を決定するために、集束イオン・ビーム・システムがモデリングされ、様々なシミュレーションが実施された。
【００２１】
イオン・ビーム・システムの一実施形態では、本出願人は、各偏向器８極子の中心間において飛行時間（「ＴＯＦ」）だけ各ドエル点について第２ステージ信号を遅延させた。たとえば、８極子の中心間の距離が１００ｍｍであり、イオンの速度が０．２５ｍｍ／ｎｓであるとき、下方８極子への信号は、信号が上方８極子に加えられる時間から４００ｎｓ遅延する。最適な信号遅延は、ＴＯＦに依存し、ＴＯＦは、粒子の速度に依存し、したがってビームのエネルギーに対応する加速電圧に依存する。信号遅延は、ビームのエネルギーが変更される際に調節することができるようにプログラム可能であることが好ましい。
【００２２】
また、システムの電子機器が８極子のプレートに対する電圧を変更するのに必要なある遷移時間も存在し、ビームは、システム電子機器の遷移時間中に非線形に移動する。好ましい実施形態では、遷移は、可能な限り短くされる。以下において記述されるシミュレーションは、短い時間期間の非線形行動を示すが、行動は、実際には、現実のシステムではそれほど悪くない。
【００２３】
シミュレーション・モデル
イオン・ビーム・システムについて、偏向システムの簡略化された２次元平面モデルが、サイエンティフィック・インストゥルメント・サービス・インク（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．）ニュージャージー州、リンゴーズ在の帯電粒子シミュレーション・ソフトウエア・シミオン（Ｓｉｍｉｏｎ）７．０（イオン・ソース・ソフトウエア）を使用して創出された。図２は、モデリングされた偏向システム２００を示す。偏向システム２００は、スペーサ２０６によって分離された上方８極子２０２および下方８極子２０４を含む。図２は、第２イオン・レンズの上方８極子終端プレート２１０および第１要素２１２をも示す。第２イオン・レンズ２１２の第１要素は、より現実的な軸偏向場を提供するように、下方８極子２０４の場終端要素として作用する（第１イオン・レンズは、偏向システム２００より上の位置にあり、図示またはモデリングされていない）。すべての構成要素は、光学軸２２０を中心とする。
【００２４】
図３は、図２においてモデリングされたイオン・ビーム・カラムの概略図を示す。ブランキング・プレート３１２が、上方８極子２０２より上に配置される。終端面３０８が、レンズ２１２より１５ｍｍ下の通常の作業距離３１０において追加される。このレンズ構成により、偏向イオンの位置を時間の関数として比較することが可能になる。４００から１０００のシミュレーションされたグループは、光学軸２２０の上において放出され、各イオンは、１ｎｓ遅延だけ分離される。これにより、連続ビームと同様のイオン・ストリームが提供される。異なる時間に放出されるイオンは、偏向電圧が変化するとき、カラムの異なる部分にある。イオンがモデルを通って飛行する際に、８極子プレートに対する電圧を即時に変調するように、ユーザ・プログラムがシミオンのプログラミング言語で書かれた。シミオンの記録特徴が、「サンプル面」におけるイオンの時間および径方向位置、ならびにモデルにおける各イオンのナノ秒ごとの位置および局所静電場に関するより詳細な情報を記録するために使用された。次いで、このデータは、より自動的な分析のためにデータをインポートし、パースし、プロットするように設計されたノートブックを使用して、ウォルフラム・リサーチ（Ｗｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ）イリノイ州シャンペーン在のマスマティカ（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ）４．１にインポートされた。
【００２５】
モデルは、約０．２９ｍｍ／ｎｓにおいて進行した３０ｋｅＶガリウム・イオンをシミュレーションした。図３の右側のスケールは、カラムの寸法を示し、左側のスケールは、ガリウム・イオンがそれらの寸法を進行した対応する時間を示す。図３は、ブランキング・プレート３１２が約１０ｍｍの長さ３４０を有することを示す。ブランキング・プレート３１２の上部から上方８極子２０２の上部までの距離３４２は、４９ｍｍである。上方８極子２０２の長さ３４４は１６ｍｍであり、下方８極子２０４の長さ３４６は３６ｍｍである。上方８極子２０２と下方８極子２０２との間隔３４８は、１５ｍｍである。上方８極子２０２の上部から下方８極子３４６の底部までの距離３５０は、約６８ｍｍである。
【００２６】
３０ｋｅＶのガリウム・イオン・ビームでは、イオンがブランキング・プレートの底部から上方８極子まで進行するのに必要な時間ｔｂは、１３４ｎｓである。ガリウム・イオンが上方８極子を通って進行するのに必要な時間ｔｕは、５６ｎｓである。ガリウム・イオンが８極子間の距離を横断するのに必要な時間ｔｇは、５３ｎｓであり、イオンが下方８極子を横断するのに必要な時間ｔｌは、１２５ｎｓである。イオンが上方８極子の中心から下方８極子の中心まで進む時間ｔｆは、約１４３ｎｓである。イオンが偏向器アセンブリを横断する全時間は、ｔｕ＋ｔｇ＋ｔｌ、または約２３４ｎｓである。飛行遅延の時間に加えて、偏向器に対する電圧を変化させるために、約１０ｎｓのシステム電子機器遷移時間をも考慮しなければならず、したがって、ビームを向け直すのに必要な全時間を考慮し、望ましい新しいスポットにイオンが着陸するのを約２４５ｎｓとすることができる。
【００２７】
８極子の寸法および位置は、ビームがレンズ２１２の中心を通過し、下方８極子が、最大視野を創出し、たとえば、１ｍｍの視野を達成するためにビームを余分に５００μｍ偏向させるように設定された。より低いエネルギー・ビームが使用される場合、ＴＯＦは増大する。たとえば、５ｋｖのビームが、ＴＯＦを２．４５だけ増大させ、８極子の中心間の遅延は、３１８ｎｓとなる。
【００２８】
シミュレーションの結果
シミュレーションの結果は、以下の３つのセクション：遅延のない偏向、遅延のある偏向（最適遅延設定および迅速偏向を含む）、ならびにブランキングにおいて議論される。すべてのシミュレーションは、６９．７ＡＭＵの原子質量および３０ｋｅＶの運動エネルギーを有するＧａ＋イオンを使用した。一般的に使用されるガリウム液体金属イオン源は、２つ以上の同位元素の混合物であり、異なる同位元素の偏向および飛行時間は、わずかに異なる。このファクタを排除するために、単一同位元素ガリウム源を使用することができる。プレートに対する偏向電圧は、１０Ｖの増分で段階的とされ、各遷移を完了するために１０ｎｓを必要とする。
【００２９】
このシミュレーションは、４つの画素間においてイオン・ビームを移動させた。４つの電圧における目標の偏向は、表１に示されるように計算された。
【００３０】
【表１】
0005431634.tif 000002
【００３１】
同じ大きさの電圧が、偏向の両ステージに印加され、プレートの極性は、第１ステージと第２ステージとにおいて反対とされる。光学軸２２０から０．８５５ｍｍにある第１画素にイオン・ビームを位置決めするために、＋／−１８５Ｖの電圧が、上方８極子および下方８極子に印加される。光学軸から０．８０８ｍｍにある第２画素にビームを偏向させるために、＋／−１７５Ｖが、上方８極子および下方８極子に印加される。上方８極子は、偏向が負のｙ方向にあるように配向される。下方８極子は、偏向が正のｙ方向にあるように反対に配向される。
【００３２】
先に記述されたように、イオンは、単一グループとして「飛行」し、グループの各イオンは、先行イオンに対して１ｎｓの遅延を有する。図４〜７のグラフでは、ｘ軸は、第１イオンの開始時間に対するイオンの遅延時間を表す。
【００３３】
遅延のない偏向（従来の技術）
シミュレーションは、上方および下方８極子のプレートに対する電圧が同時に変化する変更モードでのカラム操作は、８極子に対する電圧が変化する間に遅延がある操作よりもビームの位置決めが精確でないことを示している。イオンは、上方８極子および下方８極子において完全な偏向場を経験した場合のみ、望ましい偏向を有してサンプル面に到達する。偏向電圧が変化するときに上方８極子のはじめから下方８極子の終わりまでの変更システムの内部にあるあらゆるイオンは誤った方向へ向けられるが、その理由は、上方８極子および下方８極子において不整合な場の影響を受けるからである。
【００３４】
３０ｋｅＶのガリウム・イオン・ビームが、１つの画素から他の画素に完全に遷移するのに、図３に示されるように偏向器を通って飛行する時間２３５ｎｓと偏向器の電圧を変更する１０ｎｓとを含めて、約２４５ｎｓかかる。例えば３００ｎｓのドエル時間では、イオンが適正な電圧を受けるのは５５ｎｓの間だけであり、２４５ｎｓの間は不整合遷移電圧である。システム電子機器の遅延が排除される場合でも、サンプル面上において画素から画素へ遷移する最短時間は、２４５ｎｓよりわずかに短いだけである。
【００３５】
図４は、３００ｎｓの画素時間を有し、かつ信号が両偏向ステージにおいて同時に変更される非遅延偏向システムにおいてシミュレーションされたイオンのプロットを示す。ｘ軸は、イオンが放出されたシミュレータの開始からの時間を表し、ｙ軸は、イオンの計算された偏向を示す。両８極子において完全な＋／−１８５Ｖの偏向電圧を認める第１セットのイオンの目標偏向は、表１に示されるように０．８５５ｍｍである。第２セットのイオンの目標偏向は、０．８０８ｍｍであり、＋／−１７５Ｖが８極子に印加される。このシミュレーションでは、イオンは、８極子に印加された＋／−１８５Ｖの偏向電圧で開始され、次いで、偏向電圧は、３００ｎｓの間＋／−７５Ｖに変更される。８極子の電圧は、この画素率において周期的に変更される。ほとんどのドエル期間中、イオンは、第１目標画素位置または第２目標画素位置に到達しない。図４のプロットは、分析のために５つの領域に分割することができる。
【００３６】
領域Ａ。これらのイオンは、最初に放出され、電圧が変更される前に、アセンブリ全体を通って進行した。これらのイオンは、両８極子を通って正確に＋／−１８５Ｖの影響を受け、必要とされるように０．８５５ｍｍ偏向される。
【００３７】
領域Ｂ。プロットのこの領域において表されるイオンは、電圧が変更されたとき、下方８極子の内部にあった。イオンは、シミュレーションにおいてより遅い時間に放出された。すなわち、電圧が変更されるとき、下方８極子においてより高い位置にあるイオンは、下方８極子においてより長い期間の低減偏向電位（１７５Ｖ対１８５Ｖ）を受けた。
【００３８】
領域Ｃ。このグループのイオンは、電圧が変更されたとき、上方８極子と下方８極子との間の間隔またはギャップにあった。これらのイオンは、不均衡偏向電圧の影響を受けたが、すべてが、上方８極子および下方８極子において同じ偏向を受けた。
【００３９】
領域Ｄ。これらのイオンは、電圧変更時に上方８極子にあった。これらは、より遅く放出されて８極子のより高い位置にあるため、適切な電圧を受ける時間がより長く、したがって目標の偏向により近い偏向を受ける。
【００４０】
領域Ｅ。これらのイオンは、電圧変更時に上方８極子の上にあり、したがって、上方８極子および下方８極子において＋／−１７５Ｖの安定な変更電圧の影響のみを受けた。これらのイオンは、光学軸から０．８０８ｍｍに適切に偏向される。
【００４１】
図４では、不安定な偏向遷移期間は、シミュレーションの開始から約５５ｎｓにおいてイオンが放出されることで始まり、約３００ｎｓにおいてイオンが放出されることで終了する。したがって、１つの画素から次の画素にビームを再配置するのに必要な全時間は、約３００ｎｓ−５５ｎｓ＝２４５ｎｓかかり、これは、偏向システムの全遷移時間である。したがって、偏向電子機器の速度に関係なく、下方８極子信号遅延のないイオン・カラムでは、３０ｋｅＶにおける最速の画素間遷移は、約２４５ｎｓである。より一般的には、同様の偏向サブシステムを使用し、かつ偏向遅延のない任意のイオン・カラムにおいて達成することができる最速画素間遷移は、偏向サブシステムを通るイオンの遷移時間に等しい。
【００４２】
実際の画素ドエル時間（Ｔactual）、すなわち、ビームが加工品上の意図した位置にビームを送達している最中の時間は、プログラムされた意図したドエル時間（Ｔprogrammed dwell time）から偏向システムの画素遷移時間（Ｔpixel transition）を引いたものに等しい。
【００４３】
Ｔactual＝Ｔprogrammed dwell time−Ｔpixel transition
したがって、上記のイオン・カラム偏向システムが、３０ｋｅＶ  Ｇａ＋イオンで画素率３００ｎｓにおいて駆動される場合、画素あたりの実際のドエル時間は、３００ｎｓ−２４５ｎｓ＝５５ｎｓである。実際のドエル時間とプログラムされたドエル時間とのこの差は、走査イオン・ビームの画素あたりの投与量の計算を試行するとき、重要である。各画素が受けるイオンは、プログラムされた時間内で意図していたより少なく、ビームを他所に配置しようとするとき、未知数の方向違いのイオンを受ける可能性がある。
【００４４】
遅延のある偏向
上方８極子信号が変更された後まで、信号を下方８極子に加えるのを遅延させることによって、誤って方向付けられたイオンの数を低減することができる。いくつかの実施形態では、信号変更後、後続のイオンが適切に方向付けられるまでに、偏向システム内の全てのイオンが偏向器を通り抜けるのを待つ必要はなく、後続のイオンが適切に方向付けられるまでに、システムの約半分のイオンが脱出すればよい。
【００４５】
イオン・カラムにおいて偏向遅延を実施する可能性のある多くの手法が存在し、２つの例が以下において提供される。特定の実施態様について好ましい方法は、システム・ユーザ・インタフェースおよびビーム走査ソフトウエアがどのように構造化されるかに依存する。本発明は、どのような特定の信号にも限定されず、当業者なら、例およびガイダンスとして本明細書において提供される情報を使用して、適切な信号を決定することができる。構成要素の物理的寸法および位置など、偏向システムの他の態様を特定の実施態様について最適化することができる。
【００４６】
図３のイオン・カラム・モデルの基づく第１例では、上方８極子の電圧は、ｔ＝０ｎｓにおいて変更を開始し、ｔ＝１０ｎｓにおいて変更を終了する。上方８極子を通る全経路にわたって変更後の上方８極子の偏向場を受ける第１イオンは、ｔ＝１０ｎｓ＋５６ｎｓ＋５３ｎｓ＝１１９ｎｓにおいて下方８極子に到達する。これは、上方８極子が変調を完了するのに必要な時間、イオンが上方８極子を通って進行するのに必要な時間、およびイオンが８極子ギャップを通って進行するのに必要な時間を表す。この持続時間は、「上方８極子遷移時間」と呼ばれる。１１９ｎｓは、「場のない」領域の異なる部分に場が漏れるので、近似値である。
【００４７】
第１例では、下方８極子への画素信号印加の遅延は、新しい画素の第１イオンを、電位を偏向する前に下方８極子に到達することを可能とする、上方８極子遷移時間に等しい。これにより、先行画素の最終イオンのすべてではないが、いくつかが、電圧が変更される前に、下方８極子によって適切に偏向されることを可能にする。したがってこの実施形態は、新しい画素が時間通りに開始されること、すなわち、新しい画素に向けられた第一イオンが適切に方向付けられることを保証して、先行する画素の最終イオンを犠牲にする。第１例では、下方８極子に対する電圧は、上方８極子に対して電圧を変更した約１１９ｎｓ後に変更される。遅延時間を計算した後、遅延は、ほぼ遅延時間、すなわち、計算値の約＋／−３０％内に設定され、遅延時間は、実験により最適化することができる。
【００４８】
第２例では、下方８極子に対する遅延は、先行画素からのすべてのイオンが、電圧を変調する前に、下方８極子を出ることが可能であるように設定される。先行画素を終了させる間、次の画素の第１のイオンは誤偏向される（ｍｉｓ−ｄｅｆｌｅｃｔｅｄ）。この例を図３のカラム・モデルに適用すると、イオンが上方８極子の出口から下方８極子の出口まで進行する時間は、５３ｎｓ＋１２５ｎｓ＝１７８ｎｓである。この時間は、「下方８極子遅延時間」と呼ばれる。
【００４９】
２例の正味の影響は同じであり、遅延のない場合の遷移時間２４５ｎｓとは対照的に、約１３０ｎｓの画素遷移時間である。上記で記述された実施形態の相違は、イオンが偏向システム内の異なる位置にあるときに画素の遷移が行われる、すなわち、１つの画素の終了時または次の開始時に遷移が行われることである。
【００５０】
計算された遅延は、誤って方向付けられたイオン数を最適化するように調整することができる。本出願人は、上方８極子信号と下方８極子信号との間の約１０５ｎｓの遅延が、最小数の誤って方向付けられたイオンを提供することを認識した。このモデルでは、遷移時間は、図５に示される画素偏向においてわずかなシフトを生じさせた画素率の一部としては考慮されなかった。
【００５１】
図５の各画素における下降立下がり遷移および目標偏向に向かうその後の上方移動は、イオンが、遷移の一部の間に十分には偏向されず、したがって、偏向が適切になるまで、イオンがさらに偏向されることを示す。下降立下がり領域は、遷移の時に依然として下方８極子にあった先行画素からのイオンを表し、上方向きの領域は、変調中に上方８極子の部分遷移にあったイオンを表す。
【００５２】
図５の例では、下方８極子の電圧の変更が１０５ｎｓの遅延、およびプログラムされた画素持続時間が３００ｎｓの状態で、約１３０ｎｓが、画素の遷移に必要であり、約１７０ｎｓの実際の画素ドエル時間が残される。画素遷移時間は、画素率に関係なく存在する。特定の応用分野について偏向遅延を実施するかどうかの決定において、画素率、および画素の遷移において誤って方向付けられた画素投与量の相対パーセンテージの両方が考慮される。
【００５３】
シミュレーションの結果は、非常に速い偏向率でイオン・カラムを動作することに関係する。画素率を増大させることは、各画素においてプラトー（ｐｌａｔｅａｕｓ）の幅を低減する効果を有する。画素遷移時間に等しい画素率において、各画素における電流は、せいぜい、遷移中の電流であるが、その理由は、ビームは運動を停止しないからである。遷移中の投与量に対して画素に送達されるイオン投与量は減少し、これにより、帯電粒子ビーム像の信号対雑音比が減少する。本質的に、像はより不鮮明になるが、その理由は、対象画素から放出される２次電子の数が減少し、加工品の他の領域から放出される２次電子が増大するからである。したがって、像上の点の輝度とサンプル上の点の特性との対応は、悪くなる。
【００５４】
図６は、画素プラトーが失われていることを示す。図６のプロットは、１０５ｎｓ遅延を使用する画素遷移時間でもある１３０ｎｓに等しい画素に対応する。画素率が画素遷移時間を超えて増大する際に、イオン偏向パターンはより複雑になるが、依然として規則的である。これは、偏向が９０ｎｓの画素率および１０５ｎｓの遅延において動作された図７において見ることができる。
【００５５】
ブランカ
図３のイオン・カラムのブランキング・プレート３１２は、上方８極子の上部より３９ミリメートル上に位置する。実際には、これは、ビームの残りがブランクされた後、カラムを自由に出るブランキング・プレートより下に比較的長いイオンの線が存在することを意味する。８極子の電流の２４５ｎｓおよび８極子とサンプルとの間のレンズ２１２の電流の１４８ｎｓに加えて、カラムのイオン電流の追加の１３４ｎｓが存在する。これは、ブランキング変調の完了から、ビームが３０ｋｅＶにおいてサンプル面において終端する時間まで、正味５２８ｎｓ程度となる。
【００５６】
パイプラインのイオンを望ましい投与量およびドエル時間まで追加し、走査の開始時における余分な時間がブランキング遅延に対応するのを可能にすることによって、ブランキング遅延を補償することが知られている。ドリフト空間を補償し、すべてのドエル点が指定に近い投与量を受け取るように、ビームが最適な時間にブランクされることを保証するために、事前ブランキング・ソフトウエア・ルーチンを使用することができる。しかし、ドエル時間１００ｎｓにおいて動作するとき、ブランキング補償の決定はいくらか複雑になり、ブランキング遅延は５００ｎｓである。
【００５７】
試験結果
図８〜１１は、ＦＥＩカンパニーのＶｉｓＩＯＮａｒｙ（登録商標）イオン・カラムを使用して集束イオン・ビーム処理を受けたサンプルの図を示す。ビームは、サンプル上において蛇行パターンに従うようにプログラムされた。このイオン・カラムについて、本出願人は、２８５ｎｓの遅延が、第１ステージ偏向器信号の変更と第２ステージ偏向器信号の変更との間において適切であると計算した。上記で記述されたように、遅延は、偏向器の中間点間の飛行時間に電子機器遷移時間を足したものに対応するように決定された。
【００５８】
図８および９のパターンは、２００ｎｓの画素率を使用して形成された。図８の構造は、カラム遅延のない状態で動作するイオン・ビームによって形成された。すなわち、第２ステージ偏向器信号は、第１ステージ偏向器信号と同じ時間に変更された。図９のパターンは、２７５ｎｓの遅延を有して形成された。すなわち、第２ステージ偏向器信号は、第１ステージ偏向器が変更された２７５ｎｓ後に変更された。図８は、ビームが、プログラムされたパターンから著しく逸脱したことを示す。図９は、遅延がある場合、ビーム経路は、望ましい蛇行経路をはるかにより忠実に近似することを示す。
【００５９】
図１０および１１に示される構造は、１００ｎｓの画素率を有して形成された。図１０の構造は、カラム遅延のない状態で動作するイオン・ビームによって形成された。図１１の構造は、２７５ｎｓの遅延を有して形成された。画素率は、約５５０ｎｓである遷移時間よりはるかに短かったので、遷移時間の影響はより大きい。
【００６０】
図１０は、正方形縁蛇行パターンからのビームの逸脱が、図８の逸脱より大きいことを示す。図１１は、２７５ｎｓの遅延を加えることにより、図１０と比較してビーム・パターンが大きく改善されることを示すが、画素率が短いために、遅延がある場合でも、ビーム・パターンは、プログラムされた正方形縁蛇行パターンからいくらか逸脱する。
【００６１】
図１２は、本発明の一実施形態を実施する好ましい手順を示す。ステップ１２０２において、ブランカおよび偏向器を含めて、カラム構成要素間の距離が決定される。ステップ１２０４において、カラムの粒子の速度が決定される。速度は、粒子の質量および加速電圧に依存し、速度は、粒子のエネルギーに対応する。粒子の速度および距離が決定された後、ステップ１２０６において飛行時間を決定することができる。飛行時間から、たとえば上記で記述された方法の１つを使用して、ステップ１２０８において近似的遅延が決定される。たとえば、遅延は、電子遅延、上方８極子のＴＯＦ、および８極子間のギャップの合計に基づくことが可能である。他の例として、遅延は、ギャップおよび下方８極子のＴＯＦに基づくことが可能である。随意選択のステップ１２１０において、遅延は、試験により最適化される。遅延が決定された後、加工品は、ステップ１２１２において処理される。当業者なら、帯電粒子は、ブランカと偏向器との間において加速を受けることが可能であり、飛行時間は、偏向器を通る速度に基づいて決定されることを理解するであろう。
【００６２】
上方８極子と下方８極子との間において遅延を有さずに偏向システムを動作することにより、偏向サブシステム全体を通るイオンの遷移時間に等しい「画素遷移時間」が得られる。この画素遷移時間は、帯電粒子の速度およびタイプ、ならびに偏向システムの長さに依存し、それにより、画素遷移時間は、所与の粒子の種およびエネルギーについて帯電粒子システムにおいて一定となる。偏向遅延の実施態様により、その画素遷移時間は、偏向システムのほぼ半分を通るイオンの遷移時間に短縮することができる。
【００６３】
飛行時間は、帯電粒子の質量およびエネルギーに依存するので、本発明を実施するために使用される好ましい帯電粒子ビーム・システムは、帯電粒子ビームの種およびエネルギーに応じて、信号遅延を変更することができるように、調節可能な信号遅延を提供する。たとえば、ガリウム集束イオン・ビーム・システムでは、ガリウム同位元素の混合物を含むイオン源を使用することができ、または、単一のガリウム同位元素から主になる源を使用することができる。単一イオン源と共に使用されるビーム・エネルギーは、変更することができ、より高いエネルギーがミリングに使用され、より低いエネルギーが撮像に使用される。本発明は、微細機械加工の精度および帯電粒子ビームに補助された付着の両方を改善し、ならびに撮像を改善することができる。
【００６４】
そのような偏向遅延を実施するいくつかの方式が存在する。好ましい実施態様は、カラム電子機器の他のファクタおよびオペレーティング・ソフトウエアに依存する。
【００６５】
上記で記述されたモデルおよび実施形態は、ガリウム集束イオン・ビーム・システムに適用される本発明の例を提供する。本発明は、任意の帯電粒子ビーム・システムに適用可能である。本発明は、２ステージ偏向器に限定されるものではない。たとえば、ブランカ遅延は、単一ステージ偏向器において補償することができる。本発明は、電子信号に応答してビームを制御する構成要素の分離が、構成要素間の飛行時間のためにビームの制御に影響を与える帯電粒子ビーム・システムの任意の構成要素について有用である。
【００６６】
本発明は、電子ビーム・システムにおいても有用とすることができる。電子は、通常、集束イオン・システムのイオンの速度よりはるかに速い速度において電子ビーム・システムを通って横断するので、偏向に基づくビーム制御の問題は、現在の電子ビーム・システムでは限定ではなく、具体的には低エネルギー・ビームについて、仕様がより厳格になると、本発明は、電子ビーム・システムにおいて有用とすることができる。
【００６７】
本発明およびその利点が、詳細に記述されたが、添付の請求項によって確定される本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な変更、代用、および修正を実施することができることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書において記述されたプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップの具体的な実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者なら、本発明の開示から、既存のあるいは後に開発される、ほぼ同等の機能を実施する、あるいはほぼ同等の結果を達成する、プロセス、機械、製造物、物質の組成、手段、方法、あるいはステップが、本発明に基づいて利用されるかもしれないことを容易に理解するであろう。したがって、添付の請求項は、そのようなプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップを範囲内に含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】集束イオン・ビーム・システムの通常の２ステージ偏向器を示す図である。
【図２】偏向器を通るイオンの飛行時間の偏向に対する影響をモデリングするために使用される２ステージ偏向器を示す図である。
【図３】ブランキング・プレートから加工品に集束された通常の集束イオン・ビームの距離および時間遅延を示す図である。
【図４】画素率が３００ｎｓであり、かつ偏向信号を２つのステージに加えるのに遅延がないシミュレーションによって決定される実際の帯電粒子の偏向を示す図である。
【図５】画素率が３００ｎｓであり、かつ第２ステージ偏向信号が、本発明の一実施形態により１０５ｎｓ遅延されるシミュレーションによって決定される実際の帯電粒子の偏向を示す図である。
【図６】画素率が１３０ｎｓであり、かつ第２ステージ偏向信号が、本発明の一実施形態により１０５ｎｓ遅延されるシミュレーションによって決定される実際の帯電粒子の偏向を示す図である。
【図７】画素率が９０ｎｓであり、かつ第２ステージ偏向信号が、本発明の一実施形態により１０５ｎｓ遅延されるシミュレーションによって決定される実際の帯電粒子の偏向を示す図である。
【図８】２００ｎｓの画素率、および第１ステージ偏向信号と第２ステージ偏向信号との間において遅延なしを使用する集束イオン・ビーム・エッチングの結果を示す図である。
【図９】第１ステージ偏向信号と第２ステージ偏向信号との間に遅延が加えられた状態で、２００ｎｓの画素率を使用する集束イオン・ビーム・エッチングの結果を示す図である。
【図１０】１００ｎｓの画素率、および第１ステージ偏向信号と第２ステージ偏向信号との間において遅延なしを使用する集束イオン・ビーム・エッチングの結果を示す図である。
【図１１】第１ステージ偏向信号と第２ステージ偏向信号との間に遅延が加えられた状態で、１００ｎｓの画素率を使用する集束イオン・ビーム・エッチングの結果を示す図である。
【図１２】本発明による好ましい方法を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  ２ステージ偏向器
１０２  ビーム
１０４  光学軸
１１０  第１ステージ
１１４  第２偏向器
１２０  対物レンズ
１２２  加工品
２００  偏向システム
２０２  上方８極子
２０４  下方８極子
２０６  スペーサ
２１０  上方８極子終端プレート
２１２  第１要素
２２０  光学軸
３０８  終端面
３１０  作業距離
３１２  ブランキング・プレート
３４０  長さ
３４２  距離
３４４  長さ
３４６  長さ
３４８  間隔
３５０  距離
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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