(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームシステムのビームカラムが角変位する期間を通じて該ビームカラムを傾動する方法であって、
真空チャンバに固設された第１のサブアセンブリであって、第１の開口を有するものを提供する工程と、
前記ビームカラムが固設された第２のサブアセンブリであって、第２の開口を有し、前記ビームカラムの角度が角変位するときの円弧状の前記ビームカラムの経路に従って、第１のサブアセンブリに対して電気機械的に少なくとも５度駆動可能であるものを提供する工程と、
ビームを集束する集束部材を有する前記ビームカラムであって、該ビームカラムは前記第２のサブアセンブリに固設されているが前記集束部材は前記第２の開口には延在していないものを提供する工程と、
前記第１の開口と第２の開口の間に真空シールドを作り出す蛇腹装置であって、内部に円筒形の穴を有しており、前記ビームカラムによって生成されたビームが前記円筒形の穴を通過して前記真空チャンバに至り、前記ビームが真空チャンバ内でワークピース上に集束できるようにするものを提供する工程と、
前記ビームシステムの動作中角変位の区間を通して前記ビームカラムを傾動する工程とからなり、
前記ビームカラムの角度が角変位するその全範囲に亘り、前記ビームカラムのビームが前記ワークピース上の同一の点に集束する方法。
【請求項２】
前記ビームカラムの角度が角変位している最中、真空シールドが維持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
更に、
前記二つのサブアセンブリの一方に取り付けられたモーターに該モーターの回転軸に取り付けられた第１のギアを装着する工程と、
前記第１のギアに噛み合わされた第２のギアであって、前記モーターが取り付けられているサブアセンブリに対向する他方のサブアセンブリに取り付けられたものを提供する工程を設け、
前記モーターの回転軸が回転して前記両サブアセンブリ間の相対的な運動を引き起こすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ビームカラムが固設された前記第２のサブアセンブリが前記第１のサブアセンブリに対する一連の増加ステップを通じて電気機械的に駆動可能であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
更に、
前記ビームカラムの角変位の範囲を制限する機構を設ける工程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査ビームシステムの分野に関連するが、特には、ビームカラムを傾動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  電子ビームシステムや集束イオンビーム（ＦＩＢ）システムのような荷電粒子ビームシステムを含む、走査ビーム顕微鏡システムは、顕微鏡規模での材料の特徴付与加工若しくは材料処理に広く用いられている。例えば、集束イオンビームシステムは、高精度で映像表示やエッチングやミリングや堆積や分析を行えることから、製造業務に使用されている。例えば、ガリウムの液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）を用いたＦＩＢシステムのイオンカラムは、５乃至７ナノメータの側方映像表示分解能を提供することができる。【０００３】  走査ビームシステムのビームは、主に、ラスタパターン内においてターゲット試料表面を走査する。このラスタパターンは、ターゲット表面の画像を生成するために使用される。走査ビームがターゲットに衝突すると、粒子又はフォトンがビームの衝突箇所の近傍から放出される。これらの放出の一部が適切な検出器若しくは収集機器を用いて計測又は収集されるが、その検出器若しくは収集機器はその放出強度を示す出力信号を生成する。そして、その出力信号は処理されて、従来のビデオモニター上に表示されるべき観察可能な映像を生み出す。【０００４】  走査ビームシステムの代表的な用途は、集積回路（ＩＣ）の分析と処置用である。この場合、集束イオンビームが使用されて回路イメージを生成する。このイメージは、そして、回路レイアウト情報と一緒に使用され、回路表面上にイオンビームを移動させ特定の素子又は関連のある回路機構の箇所を探し当てる。ビームが走査されて関連のある箇所に至ったとき、ビーム電流が増加されて回路ダイに切り込みを入れて各層に隠れている回路機構を露出させる。そして、ＦＩＢシステムは、導線を切断して電気的な接続を遮断するか、又は、導電材料を堆積して新たな電気的な接続を作り出すことによって露出された回路を変更することができる。このエッチング又は堆積は、試料に対するビームイオンの物理的又は化学的な反応によって生じるが、ビームを構成するイオン及びエッチング強化ガス又は堆積前駆ガスの存在やそれらのタイプ並びにビーム電流に多くを依存する速度で生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  代表的な集束イオンビームシステムの構成は基板に対して垂直に衝突するビームを提供するものであるが、集束イオンビームシステムは傾斜させて使用されることもあり、そこでは、基板面に対して垂直ではない入射角度でビームが衝突して、特定の角度でイオンビームミリングを行うか、又は、電子ビーム表示を行う。このことは、表示又はエッチングをすべきワークピースを有するステージを傾けることによって達成されるかもしれないが、全ての所望の入射角度に対してビーム衝突の中心点とステージ回転軸の間の一致を維持することが難しい。【０００６】
それとは別に、入射角度の変更は、所望のビーム衝突中心点でワークピースを通過する回転軸の軸回りにおいてビームカラムを傾けることによって達成される。従来の技術の方法においては、システム走査の中断を経ることなくカラムの傾斜角度の変更をする満足のいく方法を提供することはなかった。カラムを傾斜して垂直ではない入射角度を生み出す先行技術には、真空シールド装置と共にテーパー面を有する固定スペーサーを使用してビームの入射角度を設定することが含まれている。連続する入射角度にワークピースを置くためには、カラムの傾斜角度を設定するために使用されているスペーサーを反復的に変更しなければならない。テーパー面を有するスペーサーを変えることは、サンプルチャンバを露出する必要があり、それによって、傾斜角度を変更した後にそのチャンバを真空にし放射源を再起動してそれを安定にするための別の時間を必要とする。別の先行技術の方法は、蛇腹を採用して、カラムが機械的に傾けられている間も意図的にシステムがシールされたままにするが、しかし、傾斜角度の変更は手動でしなければならず、正確な傾斜角度にカラムを迅速に設定することは困難である。
【０００７】  カラム傾斜角度の全範囲に亘ってワークピース上の同一ポイントにビームを集束させたままにすることが望ましい。このことは、ビームが集束されるポイントの回りにおいてビームを傾動して一定の「ユーセントリックポイント（ｅｕｃｅｎｔｒｉｃ  ｐｏｉｎｔ）」を維持することによって達成される。「ユーセントリックポイント」は、偏向されていないときにビームが通過する任意のポイントであって、ビーム偏向軸から特定の距離にあるものとして定義される。このユーセントリックポイントは、ビーム衝突中心点に合致するように好適には選択され、そして、ユーセントリックポイントは、好適には、全てのカラム傾斜角度に対して空間内の同じ箇所にとどまる。先行技術の方法は、この一定のユーセントリックポイントを得る満足のいく方法を提供するものではない。更に、先行技術の方法は、システム操作を中断することなく、傾斜角度を変える満足のいく方法を提供するものでもない。【０００８】  したがって、先行技術の限界を克服する、一定のユーセントリックポイントを維持しつつシステム操作中にカラム傾斜角度の範囲に亘ってカラムを傾斜できるシステムと方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記先行技術の課題を解決したものであって、その発明に係わる、ビームシステムのビームカラムが角変位する期間を通じて該ビームカラムを傾動する方法は、真空チャンバに固設された第１のサブアセンブリであって、第１の開口を有するものを提供する工程と、前記ビームカラムが固設された第２のサブアセンブリであって、第２の開口を有し、前記ビームカラムの角度が角変位するときの円弧状の前記ビームカラムの経路に従って、第１のサブアセンブリに対して電気機械的に少なくとも５度駆動可能であるものを提供する工程と、ビームを集束する集束部材を有する前記ビームカラムであって、該ビームカラムは前記第２のサブアセンブリに固設されているが前記集束部材は前記第２の開口には延在していないものを提供する工程と、前記第１の開口と第２の開口の間に真空シールドを作り出す蛇腹装置であって、内部に円筒形の穴を有しており、前記ビームカラムによって生成されたビームが前記円筒形の穴を通過して前記真空チャンバに至り、前記ビームが真空チャンバ内でワークピース上に集束できるようにするものを提供する工程と、前記ビームシステムの動作中角変位の区間を通して前記ビームカラムを傾動する工程とからなり、
前記ビームカラムの角度が角変位するその全範囲に亘り、前記ビームカラムのビームが前記ワークピース上の同一の点に集束する。
【００１２】  これらの発明は、走査ビームシステムの作動中において、一定のユーセントリックなポイントを維持し、カラムとワークチャンバの真空程度を維持しつつ、著しい振動を持ち込むこともなく連続的な角度区間に亘ってビームカラムの傾斜角度を自動的に調整するものである。【００１３】  これらの発明によれば、ビームカラムは角変位の全範囲に亘って電気機械的に駆動可能であり、一定のユーセントリックポイントを維持しつつ傾斜角度の正確な制御を可能にする。電気機械的駆動システムは、コンピュータによって制御されて、ビームシステムの稼働中においてカラムが傾斜される所望の連続角変位を提供する。空気ベアリングの支持が提供されてシステム内の摩擦や振動を最小にする。固有の蛇腹が用いられてカラムが傾斜しているときの真空又は低圧環境を保持する。【００１４】  上記説明は、以下に記載する詳細な発明の説明がよりよく理解できるようにするために、本発明の特徴と技術的な利点をできるだけ広範囲に概説したものである。本発明の別の特徴や利点も以下に説明する。ここに提供された開示事項が本発明と同じ目的を実現するために他の構造に改作するか又はそのような構造を設計するための基礎として容易に利用可能であることは、業界において通常の知識を有する者であれば容易に理解されることである。業界において通常の知識を有する者は、上記特許請求の範囲に記載された発明の精神と範囲を逸脱しない範囲でそのような均等構造物が存在することと、本発明によって達成され得るあらゆる目的が上記特許請求の範囲に記載されたそれぞれの実施の形態の全てにおいて必ずしも達成される必要がないことを理解する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  集束イオンビームシステムの略図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係わるカラム傾動装置の斜視図である。
【図３】  図３Ａは、図２に図示されたカラム傾動装置の側面図であり、図３Ｂは、本発明の実施の形態において採用された噛み合わされたギアの詳細図面である。
【図４】  本発明の実施の形態において採用されたギアユニットの側断面図である。
【図５】  本発明の他の実施の形態に係わるカラム傾動装置の斜視図である。
【図６】  蛇腹アセンブリの斜視図である。
【図７】  蛇腹アセンブリの断面図である。
【図８】  図８Ａは、集束イオンビームの不均一な電流強度分布を示し、図８Ｂは、ワークピース表面に垂直に配向された集束イオンビームであって図８Ａに示された電流分布を有するものによってエッチングされた壁部の断面を示し、図８Ｃは、垂直から約５度程傾いた集束イオンビームであって図８Ａに示された電流強度分布を有するものによってエッチングされた壁部の断面を示している。
【図９】  傾斜運行の幾何学的構成の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明は、走査ビームシステムの作動中において、一定のユーセントリックなポイントを維持し、カラムとワークチャンバの真空程度を維持しつつ、著しい振動を持ち込むこともなく連続的な角度区間に亘ってビームカラムの傾斜角度を自動的に調整する方法とそれを用いる装置を提供するものである。
【００１７】  本発明は、これから、例示目的で、集束イオンビームシステムにおける使用状態に基づいて説明される。しかしながら、本発明の方法は、走査電子顕微鏡や透過型走査電子顕微鏡を含む電子ビームシステムのような他の走査システムにおいても使用され得ることは明らかである。
【００１８】
図１において、集束イオンビームシステム８は、液体金属イオン源１４と、引き出し電極及び静電光学系を内蔵した集束カラム１６がその内部に配置されている上部ネック部１２を装備した真空容器１０を有する。イオンビーム１８は、イオン源１４から集束カラム１６を通り、２０で略示された静電偏向機構の間を通過して、下部チャンバ２６内で移動自在のＸ−Ｙステージ２４上に配置された、例えば、半導体デバイスからなる試料２２に至る。イオンポンプ２８は、ネック部１２を排気するために用いられている。前記下部チャンバ２６は、真空制御器３２の制御の基に、ターボ分子及び機械的ポンプシステム３０によって排気される。真空系は、下部チャンバ２６内部に、約１×１０-7Ｔｏｒｒから５×１０-4Ｔｏｒｒ（約１３３．３２×１０-7Ｐａから６６６．６×１０-4Ｐａ）の間の真空度の真空を提供する。エッチングアシストガス又はエッチング抑制ガスが用いられる場合には、チャンババックグラウンド圧力は、概して、１×１０-5Ｔｏｒｒ（約１３３．３２×１０-５Ｐａ）である。
【００１９】
高圧電源３４は、液体金属イオン源１４に接続されると共に、集束カラム１６内の適切な電極に接続されて約１ｋｅＶ乃至６０ｋｅＶのイオンビーム１８を生成しそれを下側に配向する。パターン発生器３８によって提供された所定のパターンに関連して作動される偏向制御器及び増幅器３６は偏向プレート２０と連結され、それによって、ビーム１８が制御されて試料２２の上面に対応するパターンを描くことが可能となる。ある種のシステムにおいては、業界において周知であるように、偏向プレートが最終レンズの前に配置される。
【００２０】
イオン源１４は、マルチカスプ（multi-cusp）又は他のプラズマイオン源のような別のイオン源も使用できるが、主に、ガリウムの金属イオンビームを提供する。このイオン源１４は、主に、試料２２において０．１ミクロン未満の幅のビームに集束可能であり、イオンミリングによって試料２２を改作し強化エッチングを行い材料堆積を行うか、又は、試料２２の表面を映像化する。二次イオン又は二次電子放出を検出し映像化するために使用される荷電粒子倍増器４０は、ビデオ回路及び増幅器４２に接続されるが、該ビデオ回路及び増幅器４２は制御器３６から偏向信号を受信すると共にビデオモニター４４にドライブ信号を供給する。下部チャンバ２６内の荷電粒子倍増器４０の配置は、様々な実施の形態において変動する。例えば、好適な荷電粒子倍増器４０は、イオンビームと同軸上におかれると共に、イオンビームを通過させるための穴を有する。走査電子顕微鏡４１は、その電源及び制御器４５と共に、ＦＩＢシステム８に任意に装備される。
【００２１】  流体噴射システム４６は、任意に、下部チャンバ２６に延出し試料２２に向かってガス蒸気を導入噴射する。「粒子ビーム処理のためのガス噴射システム」と題し、Ｃａｓｅｌｌａ他に付与されて本願出願人に譲渡された米国特許第５，８５１，４１３号には、適切な流体噴射システム４６が記載されている。
【００２２】
ドア６０は、試料２２を入れて、加熱又は冷却されるステージ２４上にそれを配置するために、そして、図示しない貯蔵器を点検するために開扉される。そのドアは、システムが真空状態にある場合には開扉することができないようにしっかりと締め切られている。高圧電源３４は、適当な加速電圧をイオンビームカラム１６内部の電極に印加してイオンビーム１８を励振し集束する。それが試料２２に衝突したとき、試料から材料がスパッタされる、すなわち、それが物理的に放出される。集束イオンビームシステムは、例えば、本出願の出願人である米国オレゴン州ヒルズボロのＦＥＩカンパニーから商業的に入手可能である。偏向制御器及び増幅器３６に加えられる信号は、パターン発生器３８によって制御されるパターンに従って集束イオンビームを映像化若しくはミリングされるべきターゲット領域内で移動させる。
【００２３】  本発明の好適な実施の形態が図２に斜視図として示されている。そのカラム傾動装置２０００は、第１のサブアセンブリ２１００と第２のサブアセンブリ２２００を装備する。該第１のサブアセンブリ２１００は据え置きにされるが、一方、第２のサブアセンブリ２２００は第１のサブアセンブリ２１００に対して移動する。ビームカラムは、両サブアセンブリを通過する円筒形の穴２８００に挿入されて、前記ビームカラムによって発生されたビームが前記カラム傾動装置２０００の直下に配置された基板にまで到達できるようにする。ビームカラムは、それが第２のサブアセンブリ２２００と共に動くように、そのサブアセンブリ２２００に取り付けられる。図１は、第１のサブアセンブリ２１００と下部チャンバ２６とＦＩＢカラムハウジング１２と第２のサブアセンブリ２２００の関係を略式に図示している。以下に詳述するように、円筒形の穴２８００は、移動可能なサブアセンブリ２２００に取り付けられた上部と据え置きされた下部を有する蛇腹組み立て体の内部にある。
【００２４】
モーター２２２０とギアユニット２２４０が第２のサブアセンブリ２２００に装着されている。図３Ａは、カラム傾動装置２０００の側面図である。モーター２２２０はギア２２１２を装着している。ギア２２１２は、他のギア２２１５と噛み合わされている。図３Ｂに示すように、そのギア２２１５は小ギア２２１６を装備し、ギアユニット２２４０も装備している。図３Ｂに示すように、ギア２２１６は据え置きの第１のサブアセンブリ２１００に装着されたギアセグメント２２１１と噛み合わされている。
【００２５】
図４は、ギアユニット２２４０の側断面図である。ギアユニットハウジング２２４２は、第２のサブアセンブリ２２００に装着されて、それと共に移動する。ギア２２１５と２２１６がその一端に取り付けられているシャフト２２４６は、ギアユニットハウジング２２４２を通過して延在し、その内部でボールベアリング２２４４に対して回動自在である。モーター２２２０が回動すると、ギア２２１２が回動する。ギア２２１２の回動がギア２２１５と２２１６を回動させる。ギア２２１６が据え置きの第１のサブアセンブリ２１００に装備されたギアセグメント２２１１と噛み合わされているので、第２のサブアセンブリ２２００が強制的に移動させられる。
【００２６】
再び、図２に関連して、サブアセンブリ２１００と２２００は、それぞれ、仕上げ面２１５０と２２５０を有するが、それらは図３Ｂに図示されたギアセグメント２２１１によって示された曲率半径と同じ曲率半径を示しており、ギア２２１６の角回転が第２のサブアセンブリ２２００の角変位を決定する。ビームカラムが第２のサブアセンブリ２２００に装着されているので、それは第２のサブアセンブリ２２００と共に移動し、したがって、ギア２２１６に伝えられたモーターの角回転がビームカラムの角変位を制御し決定する。仕上げ面２１５０と２２５０の曲率半径は、第２のサブアセンブリ２２００の角変位がビームシステムのユーセントリックポイントを通過する軸の軸回りにビームを回転させるようにすることが好ましい。
【００２７】
モーター２２２０は、所望のビームカラムの角変位に対応する電気信号によって制御される。このように、ビームシステムが稼働中であるにもかかわらず、ビームカラムの角変位はモーター２２２０を駆動する電気信号の制御された変動によって調整される。ギア２２１５と２２１６が回動させられると、シャフト２２４６も、それによって回動させられる。ギア２２１５と２２１６が取り付けられている一端とは反対側のシャフト２２４６の端部には、図４に示すように、フラグ２２４８が取り付けられている。このフラグ２２４８は、シャフト２２４６と共に回動する。図２に関連して、第２のサブアセンブリ２２００が時計回り若しくは反時計回りに極端な角変位にまで回動したときには、フラグ２２４８が、好ましくは赤外線センサーである光学センサー２２３０の光路を遮断するような位置に両光学センサー２２３０、２２３０が取り付けられている。光路遮断が生じたとき、センサー２２３０はモーター２２２０に回転停止を命令する電気信号を発生し、それによって、第２のサブアセンブリ２２００、そして、その結果ビームカラムもその角変位を停止するようにする。更に、光学格子とステップモーターとエンコーダとを組み合わせて、そのステップモーターは制御され、加工精度限界にまで最小にすることができる機械的な許容誤差を条件にして、１／３００００度以上の精度で角変位を生成することができる。
【００２８】  仕上げ面２１５０と２２５０の間の摩擦は、空気ベアリングによって好ましくは解消されるか、若しくは、少なくとも最小にされる。すなわち、圧縮空気が供給されて第２のサブアセンブリ２２００が第１のサブアセンブリ２１００の上に、若干、例えば、１０ミクロン（又は、２ミクロン以下の場合すらある）にまで浮揚するようにして、仕上げ面２１５０と２２５０の間の摩擦接触を阻止し、振動を最小にする。ここに開示された事項に基づいて、仕上げ面２１５０と２２５０の間の振動と摩擦を抑制する他の方法は色々あるが、業界において通常の知識を有する者であればそれを容易に理解する。
【００２９】
図５は、他のカラム傾動装置２０００の斜視図であり、ギア２２１５と噛み合わされたギア２２１２に接続されたモーター２２２０を図示する。ギアユニット２２４０は、電子部品組み立て体２２７０との電気的接続の支持体となるカバープレート２２９０の背後に配置されている。電子部品組み立て体２２７０は、制御信号がモーター２２２０に伝わるようにし、更に、センサー信号をセンサー２２３０から受信できるようにする。
【００３０】  集束ビームシステムにおいて真空を維持しながら、サブアセンブリ２１００と２２００の間での動きを可能にするために蛇腹アセンブリ２３００が円筒形の穴２８００内に挿入され取り付けられる。図６は、蛇腹アセンブリ２３００の斜視図である。第１の取り付けフランジ２３２０が、蛇腹アセンブリ２３００を第２のサブアセンブリ２２００に取り付けるために提供されるが、孔２３２２が図５に示された孔２２２２と整列されて、ボルト又は他の適切な機構で第２のサブアセンブリ２２００に蛇腹アセンブリ２３００を固着する。第２の取り付けフランジ２３４０は、また、第１のサブアセンブリ２１００が取り付けられる固定構造支持組み立て体に蛇腹アセンブリ２３００を取り付けるために提供される。このようにして、蛇腹アセンブリ２３００の上部は第２のサブアセンブリ２２００と共に動くが、蛇腹アセンブリ２３００の下部は固定されたままである。
【００３１】
第１の蛇腹サブアセンブリ２３５０と第２の蛇腹サブアセンブリ２３６０が、また、図６に部分的に図示されている。蛇腹アセンブリ２３００の断面図である図７に、これらのサブアセンブリが詳細に示されている。第１の蛇腹サブアセンブリ２３５０と第２の蛇腹サブアセンブリ２３６０は、好ましくは、複数の低円筒形のリング状部材で構成されるが、それぞれは約３．２インチ（０．０８１８ｍ）の内径と約４．２インチ（０．１０６６８ｍ）の外径を有し、０．０５インチ（０．００１２７ｍ）の定格厚みを有するステンレススチールでできている。蛇腹を構成するために、第１と第２の隣接リングがそれらの内径に溶着されている。第２と第３の隣接リングがそれらの外径に溶着されている。図７に示されているように、アコーデオン構造の蛇腹サブアセンブリ２３５０，２３６０を構成するために、第３と第４の隣接リングがそれらの内径等に溶着されている。
【００３２】  蛇腹サブアセンブリ２３５０の上端は、フランジ状の構造物２３２０に溶着され、蛇腹サブアセンブリ２３５０の下端は、円筒形の構造物２３７０に溶着されている。同様に、蛇腹サブアセンブリ２３６０の下端は、フランジ状の構造物２３４０に溶着され、蛇腹サブアセンブリ２３６０の上端は、円筒形の構造物２３７０に溶着されている。第２のサブアセンブリ２２００が第１のサブアセンブリ２１００に対して移動された場合、蛇腹サブアセンブリ２３５０，２３６０はアコーデオンのように伸縮される。薄い鋼材でできた円筒形の構造物２３７０は、その内部にいかなる粒子状物質をも入れないようにして、その系内の汚染を阻止する。
【００３３】  複数のＯリングが用いられて、一側で蛇腹アセンブリとビームカラムの間の真空シールドを、他側で蛇腹アセンブリとシステム真空チャンバの間の真空シールドを保持する。特に、図６に示すようにＯリング溝２３８０が設けられて、図６に示すフランジ２３９０の係合面と（図示しない）ビームカラムの係合フランジにおいて圧力シールを形成する。これによって、蛇腹アセンブリ２３００の低圧内部領域と傾動装置の外部環境の間における漏洩が無くなる。（図示しない）同様のＯリング溝が、フランジ２３４０とシステム真空チャンバとの間にシールドを形成する。前記のように、ビームがそこを通過して放出されるビームカラムの端部が、蛇腹アセンブリの中央穴に挿入され、蛇腹アセンブリによって真空シールドされて、ビームが真空内を移動してワークピースに至ることを可能にする。そして、ビームカラムは、真空シールドを維持しながら、角変位を通じて傾動される。ここに説明された蛇腹アセンブリは、実際にフルストロークサイクルが行われていなくても、１００００回のフルストロークに耐えられる。このように、蛇腹アセンブリはそれが使用されているビームシステムの寿命を引き延ばすことができる。それとは別に、蛇腹アセンブリは、２時間以内に保守要員によって交換することも可能である。
【００３４】
蛇腹アセンブリ２３００は、第２のサブアセンブリ２２００に少なくとも５度好ましくは１０度の角変位を提供するように構成される。基板にエッチングされる回路特性の輪郭が重要であるときに、このことは有利である。例えば、集積回路の製造時に、集束イオンビームシステムを使用して、回路の一部をエッチングし回路の各層の断面を露出することはよくあることである。エッチングされた壁部が湾曲している、即ち、基板表面に垂直でない場合、露呈された表面の歪んだ断面を見ることとなる。映像化された断面の解像度を最高にするためには、集積回路が形成されるウェーハ表面に対してエッチングが垂直に下側に直線的に行われることが好ましい。
【００３５】
集束イオンビームの電流分布が一様ではないので、垂直の集束イオンビームは、表面に垂直な縁をエッチングするものではない。図８Ａは、集束イオンビームの電流強度３４分布のグラフであり、イオン電流がゼロに瞬時に落ちずにビームの縁で徐々に消え去ることを示している。図８Ｂは、図８Ａに示された電流強度分布を有する集束イオンビームによってエッチングされた代表的な壁部２７１０の断面を示す。この壁部２７１０はウェーハ表面２７２０に対して垂直ではない。好適には垂直から約４度傾いた傾斜集束イオンビームを用いたエッチングによって、壁が垂直にエッチングされる。図８Ｃは、傾斜集束イオンビームを用いてエッチングされた代表的な壁部２７３０を示す。壁部２７３０は、ウェーハ表面２７４０に対してほとんど垂直である。
【００３６】
このように、荷電粒子ビームカラムを傾動することで、ワークピース表面にほとんど垂直なエッチングされた壁部を生成して露呈された壁部の高解像度の映像を得る方法を提供することができる。同様の効果はステージを傾けることによっても達成されるけれども、ステージを傾けることは本願出願人の「傾動カラムを使用した集束粒子ビームシステムと方法」と題する米国特許第６，０３９，０００号に記載されたいくつかの不都合を有する。
【００３７】  上記システムによって提供された傾斜運行の幾何学的構成が図９に示されている。基準軸Ａはその基準軸に対して固定されている第１のサブアセンブリ２８１０を通過する。傾斜軸Ｂは、ビームカラムが取り付けられた第２のサブアセンブリ２８２０を通過するとともに、カラムのビーム軸と共軸関係にある。第２のサブアセンブリ２８２０は、傾斜軸Ｂに対して固定されてはいるが、空間的な変位経路Ｓに従って、第１のサブアセンブリ２８１０に対しては移動可能である。傾斜軸Ｂは、基準軸Ａと共軸であってもよいし、又は、軸ＡとＢに対して垂直な回転軸Ｃの回りを回動して、変位角θを形成するようにしてもよい。曲率半径Ｒが角θに対して一定である限り、空間変位の経路Ｓは円弧である。このことは、ビームカラムの空間変位中に第１のサブアセンブリ２８１０に対して実質的に不変更なままのポイントをビームが通過することとなり、それによって、システムは全ての傾斜角度において実質的に一定のユーセントリックなポイントを維持することができるようになる。このような角変位は、上記本発明の好適実施の形態によって達成される。更に、そのことは、システム操作を中断することなく一定範囲の連続傾斜角度において最小の振動を伴って実現される。
【００３８】  上記のように、モータ２２２０は、ビームカラムの所望の角変位に対応する電気信号によって制御される。このように、ビームシステムが稼働中においても、ビームカラムの角変位はモータ２２２０を駆動する電気信号の制御された変動によって調整される。モータ２２２０とそれに関連する電気信号は履行されて、連続的に、ステッピングモータの場合には段階的に、現在の位置から所望の角変位に従って又は特定の所望の傾斜角度に、移動自在のサブアセンブリを電気機械的に駆動する。
【００３９】  ある時間間隔中においてカラムが傾斜される所望の一連の角変位は、マイクロプロセッサ又は他のプログラム可能な機械をプログラムするソフトウェアによって実現され、モーター制御サブシステム内の電子回路が前記所望の一連の角変位に従ってカラムを駆動するのに必要な電気信号を発生することを可能にする。このシステムの利用者は、例えば、ビデオモニターとキーボードのような情報表示装置と情報入力装置によって一連の角変位をプログラムすることができる。
【００４０】  このシステムの利用者は、ビデオモニターに表示され、そして、コンピュータに送られる情報をキーボードを通じて入力することによってカラムの傾斜を制御する。コンピュータは、そこに送られてきた情報によって起動して、モーター制御サブシステムが所望の一連の角変位を通じて第２のサブアセンブリ２２００を駆動する信号を発生する一連の出力を開始する。
【００４１】
このシステムのビームカラムは、第２のサブアセンブリ２２００の傾斜軸を有するビームカラムによって発射されたビームの軸と整列する方向になるように第２のサブアセンブリ２２００に取り付けられる。発射されたビームは、したがって、チャンバの内部領域を通過して所望の現状の入射角においてチャンバ内のワークステーションに固着されたワークピースに衝突する。傾斜角度だけではなく角変位の起きる速度も制御可能なソフトウェアプログラムはコンピュータ内に組み込み可能である。コンピュータは、傾斜角度における連続する変更の間において決められた傾斜角度における一時停止時間を制御するようにプログラムされている。
【００４２】  更に、コンピュータは、ワークステーションの移動と移動速度を制御するようにプログラムされている。このように、ワークステーションとビームカラムのビームの間の相対的な向きと相対的な運行速度の制御が提供される。次いで、ビーム発射が、制御可能及び指定可能な時間間隔の間停止される。したがって、例えば、ビームカラムとワークステーションの間の相対的な運行が生じたとき、ビームは所望の場合「消される」。
【００４３】  本発明のシステムは、更に、映像化ビーム源と検出器からなる映像化サブシステムを装備することもできる。この映像化ビーム源と検出器はビームカラムによって発射されたビームと干渉せずにワークステーションに対してワークピースの映像化が可能なような角度と距離に配設される。別の実施の形態において、映像化ビーム源は第２のサブアセンブリ２２００に取り付けられたビームカラムで選択可能な傾斜角度で映像化を可能にするものにすることもできる。検出器は、ワークピースから受け取った輻射物に応じて信号を発生する。これらの信号は、そして、処理されてビデオモニターに送られてワークピースの映像を表示する。
【００４４】  このように、本願発明は、予め決めておくことができる一連の変位を通してビームカラムを駆動する自動操縦可能な電気機械式駆動装置を提供する。本発明とその利点を詳細に説明してきたが、特許請求の範囲に記載された発明の精神とその範囲を逸脱することなく、様々な変更、置換、改変が行われ得ることが理解されるべきである。例えば、業界において通常の知識を有する者は、無制限に、ここに記載する電気機械駆動システムが液動部材を装備することを容易に理解する。上記回転モーターの代わりに、リニアモーターを使用することもできる。装置の変位範囲を制限するために利用されたセンサーの代わりに、若しくは、それに追加して機械的に作動する遮断スイッチが使用可能である。
【００４５】  本発明は、複数の目的を達成するものであるが、本発明は異なる目的のための異なる用途に使用され得るので、特許請求の範囲内のあらゆる実施の形態が必ずしも全ての目的を達成するものではない。更に、本願の範囲は、明細書に記載された方法、機械、製造物、組成物、手段、手順、又は工程の特定の実施の形態に制限されることを意図するものではない。業界において通常の知識を有する者は本発明の開示から容易に分かるように、ここに記載された対応実施の形態と実質的に同じ機能を行い、又は実質的に同じ結果を招来する、現存する若しくは今後開発されるであろう方法、機械、製造物、組成物、手段、手順、又は工程は本発明に従って利用され得る。したがって、特許請求の範囲は、そのような方法、機械、製造物、組成物、手段、手順、又は工程をその権利範囲内に包摂することを意図している。
【００４６】  本願発明に係わるビームシステムのビームカラムを傾動する方法は、一定のユーセントリックなポイントを維持し、カラムとワークチャンバの真空程度を維持しつつ、著しい振動を持ち込むこともなく連続的な角度区間に亘ってビームカラムの傾斜角度を自動的に調整する効果を奏する。
【００４７】  本発明に係わるビームシステムのビームカラムを傾動する装置は、一定のユーセントリックなポイントを維持しつつ、カラムとワークチャンバの真空シールを維持した状態で、正確な傾斜角度をカラムに付与するように迅速に設定される効果を奏する。
【００４８】  本発明に係わるビームシステムは、一定のユーセントリックなポイントを維持しつつ、カラムとワークチャンバの真空シールを維持した状態で、連続する入射角度に対してワークピースを置くことができ、例えば、優れたエッチングや堆積などを実行できる効果を奏する。
【符号の説明】
【００４９】８  ビームシステム
１８  ビーム
２０００  傾動装置
２１００  第１のサブアセンブリ
２２００  第２のサブアセンブリ
２２２０  モーター
２２１２，２２１５，２２１６  ギア
２２４０  ギアユニット
２２５０  光学センサー
【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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