(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス電界電離型イオン源(120)を用いて希ガスの同位体イオンビームを形成するステップ、および
前記同位体イオンビーム中の前記希ガスの同位体イオンを用いて試料(140)を精査又は改変するステップ、を含む方法であって、
前記同位体イオンは、Ｎｅ−２１、Ｎｅ−２２、Ａｒ−３６、Ａｒ−３８、Ｋｒ−７８、Ｋｒ−８０、Ｋｒ−８２、Ｋｒ−８３、Ｘｅ−１２４、Ｘｅ−１２６、Ｘｅ−１２８、Ｘｅ−１２９、Ｘｅ−１３０、Ｘｅ−１３１、Ｘｅ−１３２、Ｘｅ−１３４、およびＸｅ−１３６からなる群から選択され、
前記同位体イオンの存在比は該同位体の天然存在比よりも大きい、方法。
【請求項２】
前記同位体イオンの少なくとも０．０１％は、Ｎｅ−２１、Ｎｅ−２２、Ａｒ−３６、Ａｒ−３８、Ｋｒ−７８、Ｋｒ−８０、Ｋｒ−８２、Ｋｒ−８３、Ｘｅ−１２４、Ｘｅ−１２６、Ｘｅ−１２８、Ｘｅ−１２９、Ｘｅ−１３０、Ｘｅ−１３１、Ｘｅ−１３２、Ｘｅ−１３４、又はＸｅ−１３６イオンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記同位体イオンビームは、希ガスの同位体イオンを第１パーセンテージで含む第１のイオンビームであり、
磁界又は電界を用いて前記第１のイオンビームを改変し、前記希ガスの同位体イオンを第２パーセンテージで含む第２のイオンビームを形成するステップ、を含み、
前記第１パーセンテージは前記第２パーセンテージとは異なり、
前記同位体イオンは、Ｎｅ−２１、Ｎｅ−２２、Ａｒ−３６、Ａｒ−３８、Ｋｒ−７８、Ｋｒ−８０、Ｋｒ−８２、Ｋｒ−８３、Ｘｅ−１２４、Ｘｅ−１２６、Ｘｅ−１２８、Ｘｅ−１２９、Ｘｅ−１３０、Ｘｅ−１３１、Ｘｅ−１３２、Ｘｅ−１３４、およびＸｅ−１３６からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２パーセンテージは前記第１パーセンテージよりも大きいことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のイオンビームを形成するステップは、複数の磁界又は電界を用いて前記第１のイオンビームを改変することを含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記同位体イオンの存在比は、該同位体の天然存在比の少なくとも２倍であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記同位体イオンの存在比は、該同位体の天然存在比の少なくとも１０倍であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記同位体イオンの存在比は、該同位体の天然存在比の少なくとも１０００倍であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記同位体イオンビームはＮｅイオンを少なくとも０．１％含み、該Ｎｅイオンの９０％未満はＮｅ−２０イオンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記同位体イオンビームはＡｒイオンを少なくとも０．１％含み、該Ａｒイオンの９９．５％未満はＡｒ−４０イオンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記同位体イオンビームはＫｒイオンを少なくとも０．１％含み、該Ｋｒイオンの５５％未満はＫｒ−８４イオンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記同位体イオンビームはＸｅイオンを少なくとも０．１％含み、該Ｘｅイオンの２５％未満はＸｅ−１３２イオンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
イオン源にガスを作用させて前記同位体イオンを生成するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記試料は、半導体製品、生物学的試料、薬剤試料、凍結水、リード／ライトヘッド、金属試料類、および合金試料類を含む群から選択される試料を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記同位体イオンを前記試料に作用させて該試料から粒子を離脱させ、前記粒子を検出して該試料に関する情報を測定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記同位体イオンを用いてガス支援化学処理を行い前記試料を改変するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記同位体イオンは前記試料をスパッタすることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記試料はマスクを備え、前記方法は前記マスクを修復することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記試料は半導体製品を含み、前記方法は前記試料に対して材料を添加するステップ、又は前記試料から材料を除去するステップにより、回路を修復することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記希ガス中における前記同位体イオンの存在比を調整して前記同位体イオンの存在比を前記同位体の天然存在比よりも高くするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する本発明は、イオン顕微鏡方法およびシステムに関し、特に、比較的軽い同位体、少数同位体、またはその両方に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオンを用いて、試料を精査および／または改変することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の一実施態様により包括的に開示する方法は、希ガスの同位体イオンを用いて試料を精査および／または改変することに関する。その同位体は、比較的軽い同位体、少数同位体、またはその両方とすることができる。そのような同位体の例としては、Ｈｅ−３が挙げられる。
【０００４】
いくつかの実施形態において、試料を形成する原子よりも重量の小さいイオンを用いて試料を精査／改変する場合、比較的重い同位体（例えば、Ｈｅ−４）のイオンを用いたときに試料に生じる損傷と比較して、比較的軽い同位体（例えば、Ｈｅ−３）のイオンを用いる方が、そのイオンと試料との相互作用により生じる試料への損傷の可能性を減少することができると考えられている。なぜなら、比較的軽いイオンから試料原子へのエネルギー伝達の効率は、比較的重いイオンから試料原子へのエネルギー伝達効率よりも低いからである。
【０００５】
一般に、イオンはイオン光学系を通過した後、試料と相互作用する。多くの場合、イオン光学系は１つまたはそれ以上のビーム形成開口を備える。いくつかの実施形態において、この（これらの）ビーム形成開口を形成する原子よりも重量の小さいイオンを用いて試料を精査／改変する場合、比較的重い同位体（例えば、Ｈｅ−４）のイオンを用いたときにこの（これらの）ビーム形成開口に生じる損傷と比較して、比較的軽い同位体（例えば、Ｈｅ−３）のイオンを用いる方が、そのイオンとこの（これらの）ビーム形成開口との相互作用により生じるこの（これらの）ビーム形成開口への損傷の可能性を減少することができると考えられている。なぜなら、比較的軽いイオンからこの（これらの）ビーム形成開口原子へのエネルギー伝達の効率は、比較的重いイオンからこの（これらの）ビーム形成開口原子へのエネルギー伝達効率よりも低いからである。
【０００６】
いくつかの実施形態において、イオン源先端部を形成する原子よりも重量の小さいイオンを用いて試料を精査／改変する場合、比較的重い同位体（例えば、Ｈｅ−４）のイオンを用いたときにイオン源先端部に生じる損傷と比較して、比較的軽い同位体（例えば、Ｈｅ−３）のイオンを用いる方が、そのイオンとイオン源先端部との相互作用により生じるイオン源先端部への損傷の可能性を減少することができると考えられている。なぜなら、比較的軽いイオンからイオン源先端部の原子へのエネルギー伝達の効率は、比較的重いイオンからイオン源先端部の原子へのエネルギー伝達効率よりも低いからである。
【０００７】
いくつかの実施形態において、例えば、著しく高い線量および／または著しく高いビーム電圧を用いるような場合、イオンが試料の表面下またはバルク領域に侵入することがあり、それにより表面下またはバルク領域でガスが発生する可能性がある。所与の温度において、試料から拡散するより軽いガス（例えば、Ｈｅ−３）の拡散率は、試料から拡散するより重いガス（例えば、Ｈｅ−４）の拡散率よりも高いことがある。代案として、または、付加的に、より軽いガス（例えば、Ｈｅ−３）は、より重いガス（例えば、Ｈｅ−４）よりも低い温度で試料から拡散することがある。
【０００８】
イオン源先端部と試料との間の電位が一定に保たれると仮定すると、より軽い同位体のイオンおよびより重い同位体のイオンは、通常、イオン光学系を通過する際は同程度のエネルギーを持つことになる。しかし、イオン光学系内の各イオンの速度はそのイオンの質量の平方根に反比例するため、一般に、軽いイオンは重いイオンよりも速い速度で移動する。結果として、通常、イオン光学系内における軽いイオンの密集度は、重いイオンと比べ、低いことになる。重いイオンのイオンビームと比べ、軽いイオンの密集度が低いことにより、イオン光学系内の各イオン間の空間電荷効果が減少し、結果として、試料表面の面において測定されるビーム幅よりもビーム幅が拡大するのを抑制することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施態様により開示する方法は、イオンを用いて試料を精査するステップを含む方法であって、このイオンの少なくとも０．０１％はＨｅ−３イオンである。
【００１０】
本発明の他の実施態様により開示する方法は、イオンを用いて試料を精査することを含む方法であって、このイオンの少なくとも０．１％はＨｅイオンであり、そのイオンの少なくとも９９．９％はＨｅ−４イオンである。
【００１１】
本発明のさらなる実施態様により開示する方法は、ガス電界電離型イオン源を使用してイオンを生成するステップを含む方法であって、このイオンの少なくとも０．０１％はＨｅ−３イオンである。
【００１２】
本発明の付加的な実施態様により開示する方法は、希ガスの同位体イオンを用いて試料を精査するステップを含む方法である。この同位体は、Ｈｅ−３、Ｎｅ−２１、Ｎｅ−２２、Ａｒ−３６、Ａｒ−３８、Ｋｒ−７８、Ｋｒ−８０、Ｋｒ−８２、Ｋｒ−８３、Ｘｅ−１２４、Ｘｅ−１２６、Ｘｅ−１２８、Ｘｅ−１２９、Ｘｅ−１３０、Ｘｅ−１３１、Ｘｅ−１３２、Ｘｅ−１３４、および／またはＸｅ−１３６から選択される。このイオンのパーセンテージは、その同位体の天然存在比より大きい。
【００１３】
本発明の一実施態様により開示する方法は、イオンを用いて試料を改変するステップを含む方法であって、このイオンの少なくとも０．０１％はＨｅ−３イオンである。
【００１４】
本発明の他の実施態様により開示する方法は、イオンを用いて試料を改変するステップを含む方法であって、このイオンの少なくとも０．１％はＨｅイオンであり、このイオンの少なくとも９９．９％はＨｅ−４イオンである。
【００１５】
本発明のさらなる実施態様により開示する方法は、希ガスの同位体イオンを用いて試料を改変するステップを含む方法である。この同位体は、Ｈｅ−３、Ｎｅ−２１、Ｎｅ−２２、Ａｒ−３６、Ａｒ−３８、Ｋｒ−７８、Ｋｒ−８０、Ｋｒ−８２、Ｋｒ−８３、Ｘｅ−１２４、Ｘｅ−１２６、Ｘｅ−１２８、Ｘｅ−１２９、Ｘｅ−１３０、Ｘｅ−１３１、Ｘｅ−１３２、Ｘｅ−１３４、および／またはＸｅ−１３６から選択される。このイオンのパーセンテージは、その同位体の天然存在比より大きい。
【００１６】
本発明の付加的な実施態様により開示する方法は、イオンを用いて試料を精査するステップを含む方法である。このイオンの少なくとも０．０１％は、Ｎｅ−２１イオン、Ｎｅ−２２イオン、Ａｒ−３６イオン、Ａｒ−３８イオン、Ｋｒ−７８イオン、Ｋｒ−８０イオン、Ｋｒ−８２イオン、Ｋｒ−８３イオン、Ｘｅ−１２４イオン、Ｘｅ−１２６イオン、Ｘｅ−１２８イオン、Ｘｅ−１２９イオン、Ｘｅ−１３０イオン、Ｘｅ−１３１イオン、Ｘｅ−１３２イオン、Ｘｅ−１３４イオン、および／またはＸｅ−１３６イオンである。
【００１７】
本発明の一実施態様により開示する方法は、ガス電界電離型イオン源を使用してイオンを含有するイオンビームを生成するステップを含む方法である。このイオンビーム中のイオンの少なくとも０．０１％はＮｅ−２１イオン、Ｎｅ−２２イオン、Ａｒ−３６イオン、Ａｒ−３８イオン、Ｋｒ−７８イオン、Ｋｒ−８０イオン、Ｋｒ−８２イオン、Ｋｒ−８３イオン、Ｘｅ−１２４イオン、Ｘｅ−１２６イオン、Ｘｅ−１２８イオン、Ｘｅ−１２９イオン、Ｘｅ−１３０イオン、Ｘｅ−１３１イオン、Ｘｅ−１３２イオン、Ｘｅ−１３４イオン、および／またはＸｅ−１３６イオンである。
【００１８】
本発明の他の実施態様により開示する方法は、イオンを用いて試料を改変するステップを含む方法である。このイオンの少なくとも０．０１％は、Ｎｅ−２１イオン、Ｎｅ−２２イオン、Ａｒ−３６イオン、Ａｒ−３８イオン、Ｋｒ−７８イオン、Ｋｒ−８０イオン、Ｋｒ−８２イオン、Ｋｒ−８３イオン、Ｘｅ−１２４イオン、Ｘｅ−１２６イオン、Ｘｅ−１２８イオン、Ｘｅ−１２９イオン、Ｘｅ−１３０イオン、Ｘｅ−１３１イオン、Ｘｅ−１３２イオン、Ｘｅ−１３４イオン、および／またはＸｅ−１３６イオンである。
【００１９】
本発明のさらなる実施態様により開示する方法は、Ｈｅ−３イオンであるイオンを第１パーセンテージで有する第１のイオンビームを形成するステップ、および界を用いて第１のイオンビームを改変し、Ｈｅ−３イオンであるイオンを第２パーセンテージで有する第２のイオンビームを形成するステップ、を含む方法である。第１パーセンテージは第２パーセンテージとは異なる。
【００２０】
本発明の付加的な実施態様により開示する方法は、希ガスの同位体を第１パーセンテージで有する第１のイオンビームを形成するステップ、および界を用いて第１のイオンビームを改変し、希ガスの同位体を第２パーセンテージで有する第２のイオンビームを形成するステップ、を含む方法である。第１パーセンテージは第２パーセンテージとは異なる。同位体はＮｅ−２１、Ｎｅ−２２、Ａｒ−３６、Ａｒ−３８、Ｋｒ−７８、Ｋｒ−８０、Ｋｒ−８２、Ｋｒ−８３、Ｘｅ−１２４、Ｘｅ−１２６、Ｘｅ−１２８、Ｘｅ−１２９、Ｘｅ−１３０、Ｘｅ−１３１、Ｘｅ−１３２、Ｘｅ−１３４、および／またはＸｅ−１３６から選択される。
【００２１】
本発明の一実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を精査するステップを含む方法である。イオンビームは、Ｈｅイオンを少なくとも０．１％含み、このＨｅイオンの９９．９％未満はＨｅ−４イオンである。
【００２２】
本発明の他の実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を改変するステップを含む方法である。イオンビームはＨｅイオンを少なくとも０．１％含み、このＨｅイオンの９９．９％未満はＨｅ−４イオンである。
【００２３】
本発明のさらなる実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を精査するステップを含む方法である。イオンビームはＮｅイオンを少なくとも０．１％含み、このＮｅイオンの９０％未満はＮｅ−２０イオンである。
【００２４】
本発明の付加的な実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を精査するステップを含む方法である。イオンビームはＡｒイオンを少なくとも０．１％含み、該Ａｒイオンの９９．５％未満はＡｒ−４０イオンである。
【００２５】
本発明の一実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を精査するステップを含む方法である。イオンビームはＫｒイオンを少なくとも０．１％含み、このＫｒイオンの５５％未満はＫｒ−８４イオンである。
【００２６】
本発明の他の実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を精査するステップを含む方法である。イオンビームはＸｅイオンを少なくとも０．１％含み、このＸｅイオンの２５％未満はＸｅ−１３２イオンである。
【００２７】
本発明のさらなる実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を改変するステップを含む方法である。イオンビームはＮｅイオンを少なくとも０．１％含み、このＮｅイオンの９０％未満はＮｅ−２０イオンである。
【００２８】
本発明の付加的な実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を改変するステップを含む方法である。イオンビームはＡｒイオンを少なくとも０．１％含み、このＡｒイオンの９９．５％未満はＡｒ−４０イオンである。
【００２９】
本発明の一実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を精査するステップを含む方法である。イオンビームはＫｒイオンを少なくとも０．１％含み、このＫｒイオンの５５％未満はＫｒ−８４イオンである。
【００３０】
本発明の他の実施態様により開示する方法は、イオンビームを用いて試料を改変するステップを含む方法である。イオンビームはＸｅイオンを少なくとも０．１％含み、このＸｅイオンの２５％未満はＸｅ−１３２イオンである。
【００３１】
その他の特徴および利点は以下の説明、図面、および請求の範囲により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】イオン顕微鏡の概略を示す図である。
【図２Ａ】試料の平面図である。
【図２Ｂ】試料の断面図である。
【００３３】
異なる図面における同一参照符号は同一要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［イオン顕微鏡］
図１は、試料の精査および／または改変に使用することのできるイオン顕微鏡１００の概略を示す図である。イオン顕微鏡１００は、筐体１１０、ガス電界電離型イオン源１２０、イオン光学系１３０、試料１４０、および検出器１５０を備える。使用の際は、気体（例えば、Ｈｅ−３）を筐体１１０内に注入し、イオン源１２０の一部である先端部（例えば、導電性の先端部）に比較的高い陽電位を印加する。その気体（例えば、Ｈｅ−３）がイオン化して、イオンがイオン光学系１３０に入射する。イオン光学系により、そのイオンを試料１３０に向ける。そのイオン（例えば、Ｈｅ−３イオン）は試料１４０と相互作用して、電子および／または散乱イオン等の粒子を生成し、その粒子を検出器１５０により検出する。この検出情報に基づいて、試料１４０の１つまたはそれ以上の特徴、例えば、試料１４０のトポグラフィおよび／または試料１４０の構成材料情報等を測定する。代案として、または、付加的に、イオン（例えば、Ｈｅ−３イオン）を用いて試料を改変することができる。例えば、イオン（例えば、Ｈｅ−３イオン）を用いてガスアシスト化学処理を行い、試料１４０の表面に材料形成することができる。
【００３５】
イオン顕微鏡は、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に開示され、その開示を参照することにより本明細書に完全に援用される。
【００３６】
［同位体］
いくつかの実施形態において、同位体はＨｅ−３である。通常、Ｈｅ−３のイオン源として任意のものを使用することができる。いくつかの実施形態において、市販のＨｅ−３ガスを使用することができる。あるいくつかの実施形態において、市販の（例えば、Ｈｅ−３を天然存在比で含有する）Ｈｅガスを使用することができる。そのような実施形態においては、一つまたはそれ以上の工程を用いて、そのガスおよび／またはそのガスにより生成されたイオンを改変し、Ｈｅ−３含有率がその天然存在比より大きいガスおよび／またはイオンを生成することができる。一例として、１つまたはそれ以上の界（例えば、１つまたはそれ以上の電界、１つまたはそれ以上の磁界、１つまたはそれ以上の電界および１つまたはそれ以上の磁界の組み合わせ）を用いて、Ｈｅ−３の存在比を変更することができる。それら界は、例えば、イオン光学系内の１つまたはそれ以上の部品を使用して生成することができる。いくつかの実施形態においては、本発明の方法は、Ｈｅ−３イオンを含有する第１のイオンビームを形成し、１つまたはそれ以上の界を用いてその第１のイオンビームを改変して、Ｈｅ−３イオンを含有する第２のイオンビームを形成することに関する。第１のイオンビームのＨｅ−３イオン含有率は、第２のイオンビームのＨｅ−３イオン含有率とは異なる。必要に応じて、第２のイオンビームを用いて試料を精査および／または改変することができる。第２のイオンビームのイオンすなわちＨｅ−３イオン含有率は、例えば、第１のイオンビームのＨｅ−３イオン含有率の少なくとも２倍（例えば、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも２５倍、少なくとも５０倍、少なくとも７５倍、少なくとも９０倍、少なくとも９５倍）とすることができる。第２イオンビームのイオンすなわちＨｅ−３イオン含有率は、例えば、第１イオンビームのＨｅ−３イオン含有率の少なくとも０．０１％（例えば、少なくとも０．１％、少なくとも１％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％）とすることができる。
【００３７】
同位体の例として、Ｈｅ−３を挙げたが、より一般的には、任意の同位体を使用することができる。一般に、この同位体として、比較的軽い同位体、少数同位体、またはその両方を用いることができる。通常、この同位体は希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）の同位体である。同位体の例としては、Ｎｅ−２１、Ｎｅ−２２、Ａｒ−３６、Ａｒ−３８、Ｋｒ−７８、Ｋｒ−８０、Ｋｒ−８２、Ｋｒ−８３、Ｘｅ−１２４、Ｘｅ−１２６、Ｘｅ−１２８、Ｘｅ−１２９、Ｘｅ−１３０、Ｘｅ−１３１、Ｘｅ−１３２、Ｘｅ−１３４、およびＸｅ−１３６が挙げられる。表１に、いくつかの同位体とそれぞれに対応する天然存在比（丸めによる近似値）を示す。
【００３８】
【表１】
0005634396.tif 000002
【００３９】
あるいくつかの実施形態において、同位体から形成されるイオンビーム中のイオン含有率（例えば、同位体から形成されるイオンビーム中のイオン含有率として測定される）は、その同位体の天然存在比よりも大きい。例えば、いくつかの実施形態において、同位体から形成されるイオンビーム中のイオン含有率は、その同位体の天然存在比の少なくとも２倍（例えば、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも２５倍、少なくとも５０倍、少なくとも１００倍、少なくとも１０００倍）である。
【００４０】
いくつかの実施形態において、イオンビーム中に含まれるイオンの少なくとも０．０１％（例えば、少なくとも０．１％、少なくとも１％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％）は同位体イオンである。
【００４１】
あるいくつかの実施形態において、イオンビームを生成するのに用いたガスの少なくとも０．０１％（例えば、少なくとも０．１％、少なくとも１％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％）は同位体である。
【００４２】
いくつかの実施形態において、イオンビームを生成するのに用いたガスの少なくとも０．１％（例えば、少なくとも１％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％）は同位体であり、および／またはイオンビームを生成するのに用いたガスの多くとも９９．９％（例えば、多くとも９９％、多くとも９０％、多くとも８５％、多くとも８０％、多くとも７５％、多くとも７０％、多くとも６５％、多くとも６０％、多くとも５５％、多くとも５０％、多くとも４５％、多くとも４０％、多くとも３５％、多くとも３０％、多くとも２５％、多くとも２０％、多くとも１５％、多くとも１０％、多くとも５％、多くとも１％）は同位体である。例として、いくつかの実施形態において、同位体の１つはＨｅ−３であり、もう一方の同位体はＨｅ−４である。
【００４３】
あるいくつかの実施形態において、イオンビーム中のイオンの少なくとも０．１％（例えば、少なくとも１％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％）は同位体イオンであり、および／またはイオンビーム中のイオンの多くとも９９．９％（例えば、多くとも９９％、多くとも９０％、多くとも８５％、多くとも８０％、多くとも７５％、多くとも７０％、多くとも６５％、多くとも６０％、多くとも５５％、多くとも５０％、多くとも４５％、多くとも４０％、多くとも３５％、多くとも３０％、多くとも２５％、多くとも２０％、多くとも１５％、多くとも１０％、多くとも５％、多くとも１％）は同位体である。一例として、いくつかの実施形態において、同位体の１つはＨｅ−３であり、もう一方の同位体はＨｅ−４である。
【００４４】
［粒子および粒子検出］
検出器１５０により様々な種類の粒子を検出することができる。粒子の例としては、二次電子、オージェ電子、二次イオン、二次中性粒子、一次中性粒子、散乱イオン、および光子等が挙げられる。本明細書中において、イオンビームから発生したイオン（例えば、Ｈｅイオン）が試料と相互作用し、その試料に当たってイオン（例えば、Ｈｅイオン）状態のまま散乱した際に、散乱イオンが発生する。散乱イオンが試料の表面下領域から試料の表面に伝播してその試料から出射する可能性は極めて低いため、通常、散乱イオンからはその試料の表面の情報を得ることができる。以下に詳述するが、散乱イオンを検出する際には、通常、入手したい情報の種類により、１つまたはそれ以上の検出器の特定の配置を決定する。本明細書中において、二次電子とは、試料種等から出射した電子であり、５０電子ボルト（ｅＶ）未満のエネルギーを持つ電子である。通常、二次電子は一定範囲の角度とエネルギーで試料表面から出射する。しかしながら、最も重要な情報は、（エネルギー分解された二次電子情報または角度分解された二次電子の情報ではなく）二次電子の全存在量である。なぜなら、後述するように、試料表面の情報は、二次電子の全存在量に基づいて得ることができるからである。
【００４５】
いくつかの実施形態において、二次電子の全存在量を検出することにより、試料のトポグラフィに関する情報を得ることができる。試料上の所与の位置における二次電子の全存在量は、その地点のイオンビームに対する表面傾斜により決定される。一般に、イオンビームに対する表面傾斜が大きくなる（すなわち、表面法線から測定されるイオンビームの入射角が増加する）と、二次電子の全存在量が増加する。したがって、試料の表面上のイオンビームの位置に応じた二次電子の全存在量の変化を、その表面傾斜の変化と相関させることにより、その試料表面のトポグラフィに関する情報を得ることができる。
【００４６】
二次電子の全存在量を検出することにより、試料の材料構成情報（例えば、元素情報、化学環境情報）を得ることもできる。そのような実施形態において、材料構成情報は主に試料表面に関連付けられる。通常、所与の化学環境における各元素または材料は、それぞれ固有の二次電子収率を有することになる。その結果、表面上の所与の位置における二次電子の全存在量は、概して、その位置に存在する材料によって決まる。したがって、試料の表面上のイオンビームの位置に応じた二次電子の全存在量の変化を、その試料の表面上に存在する元素および／または材料の変化と相関させることにより、その試料表面の材料構成情報を得ることができる。
【００４７】
あるいくつかの実施形態においては、散乱イオンの全存在量を用いて定性的材料構成情報を測定することができる。なぜなら、一般に、Ｈｅイオン等のイオンの散乱確率（すなわち、試料表面の局所的変化等その他の因子は影響しないと仮定した場合の散乱イオンの全存在量）は、そのイオンを散乱させる表面原子の原子番号（Ｚ値）の二乗にほぼ比例する。したがって、一例として、Ｈｅイオンを用いて、半導体製品内でケイ素（原子番号１４）と銅線（原子番号２９）とを識別する場合、その半導体製品表面において銅原子から散乱したＨｅイオンの全存在量は、その半導体製品表面においてケイ素原子から散乱したイオンの全存在量の約４倍となる。別の例として、Ｈｅイオンを用いて、半導体製品内でタングステン（原子番号７４）とケイ素（原子番号１４）とを識別する場合、その半導体製品表面においてタングステン原子から散乱したＨｅイオンの全存在量は、その半導体製品表面においてケイ素原子から散乱したイオンの全存在量の約２５倍となる。さらなる例として、Ｈｅイオンを用いて、半導体製品内で金（原子番号７９）領域とケイ素（原子番号１４）とを識別する場合、その半導体製品表面において金原子から散乱したＨｅイオンの全存在量は、その半導体製品表面においてケイ素原子から散乱したイオンの全存在量の約２５倍となる。付加的な例として、半導体製品内でインジウム（原子番号４９）領域とケイ素（原子番号１４）とを識別する場合、その半導体製品表面においてインジウム原子から散乱したＨｅイオンの全存在量は、その半導体製品表面においてケイ素原子から散乱したイオンの全存在量の約１０倍となる。
【００４８】
散乱イオンの全存在量の検出には、単独の検出器（例えば、半球型検出器）を使用して試料の表面から出射した散乱イオンを検出するように構成することができる。または、複数の検出器（例えば、試料の表面に対し、様々な立体角をなして配置した検出器）を使用して試料の表面から出射した散乱イオンを検出するように構成することができる。
【００４９】
いくつかの実施形態において、エネルギー分解検出および角度分解検出を使用して、試料表面の定量的材料組成情報の測定を行うことができる。検出器は、検出器の取り込み角範囲内のそれぞれの角度について検出散乱イオンそれぞれの角度およびエネルギーがわかるように構成する。Ｈｅイオンを例にとると、散乱Ｈｅイオンのエネルギーと散乱角を測定することにより、試料表面においてその散乱Ｈｅイオンを散乱させる原子の質量は、以下の関係式に基づき計算することができる。
【数１】
0005634396.tif 000003
ここで、Ｅｓは散乱Ｈｅイオンのエネルギー、ＥｉはそのＨｅイオンの入射エネルギー、ＭＨｅはＨｅイオンの質量、θｓは散乱角、およびＭａはＨｅイオンを散乱させる原子の質量を表す。
【００５０】
検出器は、例えば、エネルギー分解リン系検出器、エネルギー分解シンチレータ系検出器、ソリッドステート（半導体）検出器、エネルギー分解静電プリズム系検出器、静電プリズム、エネルギー分解ＥＴ検出器、またはエネルギー分解マイクロチャネルとして構成することができる。一般に、検出器の取り込み角は十分に広いほうが望ましい。あるいくつかの実施形態において、検出器を固定型（例えば、環状検出器）とする。あるいくつかの実施形態において、検出器は、立体角の全範囲にわたり動かすことができるようにする。以上、単独の検出器を使用してエネルギー分解散乱イオンおよび角度分解散乱イオンを検出するシステムを説明したが、そのようなシステムにおいて、検出器を複数（例えば、２、３、４、５、６、７、８）設けることができる。多くの場合、複数の検出器を使用することが望ましい。なぜなら、散乱イオン検出の取り込み角を大きくすることができるからである。
【００５１】
粒子および粒子検出については、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に記載されている。
【００５２】
［検出器］
検出器の例としては、エバーハート−ソーンリー（ＥＴ）（Ｅｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）検出器、マイクロチャネルプレート検出器、コンバージョンプレート、チャネトロン検出器、リン検出器、およびソリッドステート検出器が挙げられる。これら検出器を使用して、１つまたはそれ以上の上記の粒子を検出することができる。いくつかの実施形態において、検出器（例えば、プリズム検出器、ソリッドステート検出器）を使用して、粒子（例えば、電子、散乱イオン）のエネルギーを検出することができる。
【００５３】
検出器については、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に記載されている。
【００５４】
［試料、試料検査、および試料改変］
試料の例としては、半導体製品が挙げられる。半導体を製造する際には、一般に、複数の材料を順に堆積および処理することで製品（半導体製品）を作成し、集積電子回路、集積回路素子、および／またはその他のマイクロ電子デバイスとして構成する。そのような製品は、一般に、様々な構成（例えば、導電性材料で形成した回路線、非導電性材料を充填したウエル、半導体材料で形成した領域等）を有し、それらの構成は互いに正確に（例えば、通常、数ナノメータ単位で）位置決めされる。所与の構成の位置、サイズ（長さ、幅、奥行き）、組成（化学組成）、および関連特性（導電性、結晶の配向性、磁気特性）は、その製品の性能に重要な影響を及ぼすことがある。例えば、あるいくつかの例において、それらのパラメータうち１つまたはそれ以上が適切な範囲を逸脱すると、その製品は所望の機能を果たすことができないとして廃棄されることがある。結果として、一般に、半導体の各製造工程全てを良好に制御できることが望ましいとされ、また、半導体の様々な製造工程においてその製造を監視できる手段を使用することが有用であり、そうすれば、その半導体製造工程の様々なステージにおける１つまたはそれ以上の構成の位置、サイズ、組成、および関連特性についての検査を行うことが可能である。本明細書中で用いられる用語「半導体製品」として、集積電子回路、集積回路素子、集積電子回路、マイクロ電子デバイス、または、集積電子回路、集積回路素子、およびマイクロ電子デバイスの製造過程で形成される製品が挙げられる。いくつかの実施形態においては、半導体製品は平面ディスプレイまたは太陽電池の一部を構成することができる。半導体製品の各領域は、異なるタイプ（導電性、非導電性、半導電性）の材料で形成する。導電性材料の例としては、例えば、アルミニウム、クロミウム、ニッケル、タンタル、チタン、タングステン、および１つまたはそれ以上のそれらの金属を含む合金（例えば、アルミニウム・銅合金類）等が挙げられる。金属シリサイド類（例えば、ニッケルシリサイド類、タンタルシリサイド類）も導電性とすることができる。非導電性材料の例としては、例えば、１つまたはそれ以上の上記金属類のホウ化物類、炭化物類、窒化物類、酸化物類、リン化物類、および硫化物類（例えば、ホウ化タンタル類、ゲルマニウムタンタル合金、窒化タンタル類、窒化ケイ素タンタル類、および窒化チタン類）等が挙げられる。半導電性材料の例としては、ケイ素、ゲルマニウム、およびヒ化ガリウム等が挙げられる。必要に応じて、半導体材料をドープ（リン（Ｐ）ドープ、窒素（Ｎ）ドープ）して、その材料の導電性を向上させることができる。所与の材料からなる層を堆積／加工する一般的なステップとしては、その製品を画像化する（それにより、例えば、所望の構造を形成する位置を決定する）ステップ、適切な材料（例えば、導電性材料、半導電性材料、非導電性材料）を堆積するステップ、およびエッチングにより不要な材料をその製品内の所定の箇所から除去するステップ、がある。多くの場合、例えばフォトレジスト高分子等のフォトレジストを堆積し、適切な照射を施し、選択的にエッチングして、所与の構造の形成位置とサイズの制御を支援する。一般に、それ以降の１つまたはそれ以上の工程段階にてフォトレジストを除去し、通常、最終的な半導体製品はフォトレジストをほとんど含まないことが望ましい。
【００５５】
図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、半導体製品２００の部分頂面図および部分断面図である。図２Ｂに示すように、製品２００を切断し、側壁２１０Ａ、２１０Ｂおよび底壁２１０Ｃを有する断面２１０を露出する。図２Ａおよび図２Ｂには図示していないが、半導体製品２００は異なる材料で形成した多数の層を有し、また、いくつかの例においては、同じ層の中に複数の異なる層を有する。
【００５６】
上述した検査の一例としては、ボイドを検出することが挙げられる。半導体製品の製造過程において、あるいくつかの構造または層にボイドが不用意に発生してしまうことがある。いくつかの実施形態においては、ボイドがデバイスの構造および／またはデバイス全体の性能（例えば、電気的性能、機械的性能）に望ましくない影響を及ぼすことがある。後続の加工段階で、そのボイドが開放されることがあり、例えば、液体および／またはガス状成分によりボイドが充填されてしまうことがある。そうすると、下部層の腐食、および／または粒子欠陥および／または残渣欠陥の原因となることがある。最終的に、ボイドの存在により、電気的および／または機械的特性が所望の値（例えば、設計値）から逸脱してしまうことがある。
【００５７】
半導体製品の欠陥検出の別の例として、オーバーレイシフトレジストレーションが挙げられる。用語「オーバーレイシフトレジストレーション」とは、一般に、半導体製品の所与の層内の構造と別の層内の構造の位置を合わせる（アラインメントする）ことである。上述したように、半導体製品の製造においては、多くの層を適切に形成することが必要である。一般に、１つの半導体製品が含む層の数は２０を大幅に上回る。多くの場合、各層は複数の異なる構造を含むことがあり、それぞれの構造を高精度で配置し、半導体製品が適切に機能するようにすることが望ましい。一例として、半導体製品は、例えば導電配線（ワイヤ）等の平面構造を複数備え、それらの構造は異なる層に配置され、ビアにて互いに接続される。通常、半導体製品内の構造は互いに適切に位置合わせされていることが望ましい。
【００５８】
半導体製品の欠陥検出の付加的な例として、限界寸法計測が挙げられる。用語「限界寸法計測」とは、半導体製品内の構造であって、デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす可能性のある構造の線寸法を計測することである。そのような構造の例としては、例えばライン（例えば、導電性材料のライン、半導電性材料のライン、非導電性材料のライン）が挙げられる。１つの半導体製品は、１つまたは複数の構造を備え、その規模寸法は２０ｎｍ以下（例えば、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下）である。いくつかの実施形態において、構造の寸法を複数回計測して、構造のサイズに関する統計情報を得る。限界寸法計測においては、多くの場合、例えば、ウエハ上のパターン化構造の長さを測定することを必要とする。複数のウエハ（複数のダイスを含み、各ダイスが半導体製品を形成するウエハ）を製造ラインからランダムに選択して検査すること、またはラインの全てのウエハを検査することができる。選択した限界寸法の計測には、画像化器機を用いると比較的ハイスループット率で計測を行うことができる。計測した限界寸法が許容範囲外であれば、そのウエハを廃棄する。ある特定の製造機により製造される試料のうち複数が限界寸法の許容範囲外であった場合、その製造機の稼動を停止する、または、その製造機の稼動パラメータを変更する。
【００５９】
欠陥検出のさらなる例として、ラインエッジラフネスおよび／またはライン幅ラフネスの計測が挙げられる。用語「ラインエッジラフネス」は、一般に、半導体製品内の材料のラインエッジ粗さのことであり、用語「ライン幅ラフネス」は、一般に、半導体製品内の材料のライン幅粗さのことである。望ましくは、これらの値を検出して、所与の半導体製品に実際にまたは潜在的に問題が内在するかを究明する。例えば、導電性材料からなる隣接するラインのエッジが互いに外側へ突出していると、そのラインが互いに接触し、短絡することがある。望ましくは、ラインエッジラフネスおよび／またはライン幅ラフネスが５ｎｍ以下（例えば、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、０．５ｎｍ以下）の範囲にあることを確かめる。試料検査の例については、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に開示される。
【００６０】
いくつかの実施形態において、上記のシステムおよび方法を用いて、試料を改変（例えば、修復）する（例えば、断面を露出した製品した部分またはその周辺のある領域を修復する）ことができる。そのような改変としては、ガスアシスト化学処理を用いるものがあり、それにより材料を試料（試料の所与の層）に対して追加および／または回収することができる。一例として、ガスアシスト化学処理により、半導体回路編集を行うことができ、それにより半導製品内の損傷回路または誤って製造した回路を修理する。一般に、回路編集とは、回路に材料を追加する（例えば、開いている回路を閉じる）こと、および／または回路から材料を回収する（例えば、閉じている回路を開く）ことを含む。ガスアシスト化学処理により、フォトリソグラフィーマスクの修復をすることもできる。マスクの欠陥としては、通常、マスク材料が存在すべきでない領域にマスク材料が余剰して付着すること、および／またはマスク材料が存在すべき領域で材料が欠如することが挙げられる。したがって、ガスアシスト化学処理によりマスク修復を行い、所望により、マスクに対し材料を追加および／または回収することができる。一般に、ガスアシスト化学処理においては、荷電粒子ビーム（例えば、イオンビーム、電子ビーム、またはその両方）を用い、荷電粒子ビームを適切なガス（例えば、Ｃｌ２、Ｏ２、Ｉ２、ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、Ｈ２Ｏ、ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、ＷＦ６）と相互作用させる。別の例として、試料の改変としては、スパッタリングがある。いくつかの例において、製品を製造する際、いくつかの段階（例えば、回路から不要な材料を除去してその回路を編集する際、マスクを改変する際）において材料を除去するのが望ましいことがある。材料を除去するにはイオンビームを使用することができ、それにより試料から材料をスパッタする。特に、本明細書に記載のように、ガス原子とガス電界電離型イオン源との相互作用により生成されたイオンビームを用いて試料をスパッタすることができる。Ｈｅガスイオンを用いることもできるが、一般に、好ましくは、より重いイオン類（例えば、Ｎｅガスイオン類、Ａｒガスイオン類、Ｋｒガスイオン類、Ｘｅガスイオン類）を用いて材料を除去する。材料を除去する間は、試料上の除去対象の材料が位置する領域にイオンビームを合焦する。そのような検査の例については、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に開示される。
【００６１】
以上、半導体製品を試料として構成した実施形態について説明したが、より一般的には、任意のタイプの試料を用いることができる。試料の例としては、生物学的試料（例えば、組織、核酸、タンパク質、炭水化物、脂質、および細胞膜）、薬剤試料（例えば、小分子薬）、凍結水（例えば、氷）、磁気記憶デバイスに用いるリード／ライトヘッド、ならびに金属試料類および合金試料類が挙げられる。
【００６２】
試料、試料の検査、および試料の改変については、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に開示される。
【００６３】
［その他の実施例］
いくつかの実施形態について説明したが、その他の実施形態も可能である。
【００６４】
１つの例として、上記の実施形態では一つの同位体（少数同位体、軽同位体）を用いたが、いくつかの実施形態においては、複数の同位体（例えば、２つの同位体、３つの同位体、４つの同位体、５つの同位体等）を用いることができる。
【００６５】
別の例として、上記の実施形態では用いる検出器の数を１つとしたが、必要に応じ、検出器の数を複数（例えば、２、３、４、５、６等）とすることができる。
【００６６】
さらなる例として、上記の実施形態では検出器と荷電粒子源を試料に対し同じ側に配置したが、いくつかのある実施形態においては、検出器と荷電粒子源を試料をはさんで互いに反対側に配置することもできる。そのような実施形態は、例えば、試料から発信された（例えば、試料を通じて伝播した）Ｈｅイオンにより発生した電子を検出するのに利することができる。そのような電子は通常試料の背面から発生する。必要に応じ、システムに１つまたはそれ以上の検出器と、荷電粒子源を試料に対し同じ側に設けること、および、１つまたはそれ以上の検出器を、荷電粒子源に対し、試料の反対側に配置することもできる。
【００６７】
付加的な例として、いくつかの実施形態において、検出した電子はイオン光学系の少なくとも一部を通過（例えば、最終レンズを通過）する。イオン光学系は通常１つまたはそれ以上のレンズを有するため、そのような検出構成は多くの場合ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）検出器と呼ばれる。
【００６８】
上述した実施形態の様々な態様は、概して、所望により組み合わせることができる。
【００６９】
その他の実施形態は特許請求の範囲に包含される。
【図１】
0005634396.tif 000004
【図２Ａ】
0005634396.tif 000005
【図２Ｂ】
0005634396.tif 000006