(57)【要約】      （修正有）【課題】集束イオン・ビームによるミリングで穴を形成する際、所望の層を超えてミリングしてしまうことを防ぐために、２次粒子を使用してそのミリング・プロセスを観察し、ミリングを停止すべきときを正確に決定しなければならない。軸上２次粒子検出器の補集効率を向上させ高アスペクト比の穴の底についても良好な画像を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム・システム用の分割格子マルチチャンネル２次粒子検出器３２０は、第１の格子部分３３０ａおよび第２の格子部分３３０ｂを含み、これらの格子部分はそれぞれ、ターゲットから放出された軸上２次粒子３１６が一方の格子に導かれるような電場３０３を生み出す独立したバイアス電圧を有する。バイアス電圧は変更しまたは逆にすることができ、それぞれの格子を使用して２次粒子を検出することができ、マルチチャンネル粒子検出器の寿命を延ばすこともできる。【選択図】図６
2014013754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを形成する荷電粒子源と、
前記荷電粒子ビームをターゲットの表面に集束させる集束カラムと、
前記ターゲットを保持するターゲット・ステージを含む真空室と、
前記１次ビームを通すための軸上の穴および検出部分を有する軸上２次粒子検出器と、
前記２次粒子検出器の前記軸上の穴から前記検出部分上へ２次粒子を偏向させる場を提供する、前記ターゲット・ステージと前記粒子検出器の間に配置された場の源と
を備える荷電粒子ビーム・システム。
【請求項２】
前記場の源が、
第１のバイアス電圧に維持される第１の格子部分と、
第２のバイアス電圧に維持される第２の格子部分と
を備え、前記第１の格子部分と前記第２の格子部分の間の電圧差が、前記ターゲット・ステージの上方に電場を生み出す、
請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項３】
前記第１の格子部分と前記第２の格子部分とが分離された、請求項２に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項４】
前記第１の格子部分が正のバイアス電圧を有し、前記第２の格子部分が、実質的にゼロであるバイアス電圧を有する、請求項２または３に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項５】
前記第１の格子部分が、−５００Ｖから０Ｖの間のバイアスを有し、前記第２の格子部分が、０Ｖから＋５００Ｖのバイアスを有する、請求項２から４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項６】
前記２次粒子検出器がイオン−電子変換器を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項７】
前記第１の格子部分のバイアス電圧と前記第２の格子部分のバイアス電圧を逆にすることができる、請求項２から６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項８】
前記第１の格子部分のバイアス電圧および前記第２の格子部分のバイアス電圧を、−５００Ｖから＋５００Ｖの範囲で独立に変更することができる、請求項２から７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項９】
前記第１の格子部分および前記第２の格子部分が半円形または長方形である、請求項２から８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１０】
前記場の源が磁石を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１１】
前記場の源が、第３のバイアス電圧に維持される第３の格子部分を含み、前記第１の格子部分、前記第２の格子部分および前記第３の格子部分の間の電圧差が、前記ターゲット・ステージの上方に電場を生み出す、請求項２から１０のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１２】
前記第１の格子部分、前記第２の格子部分および前記第３の格子部分が、１２０°の円弧形の形状を有する、請求項１１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１３】
逆偏向システムをさらに備え、前記場によって引き起こされる一切の偏向が逆偏向される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１４】
２次粒子を検出する方法であって、
ターゲット真空室内のターゲットの表面に向かって１次荷電粒子ビームを導くステップと、
前記１次荷電粒子ビームが衝突したときに前記ターゲットの表面から放出される２次荷電粒子を捕集するように２次粒子検出器を構成するステップであり、前記検出器を前記ターゲットの上方に配置し、前記１次ビームを通過させる中心穴を有するように前記検出器を構成するステップと、
前記ターゲットと前記２次粒子検出器の間に複数の格子を配置するステップと、
前記複数の格子のそれぞれの格子にバイアス電圧を印加して、前記ターゲット真空室内の前記ターゲットの上方に電場を生み出し、それによって前記複数の格子のうちの１つまたは複数の格子に向かって前記２次粒子を導くステップと、
前記複数の格子のうちの前記１つまたは複数の格子を通過した２次粒子を検出するステップと
を含む方法。
【請求項１５】
前記ターゲット真空室内の前記ターゲットの表面に向かって前記１次荷電粒子ビームを導くステップが、イオン・ビームまたは電子ビームを導くステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記２次粒子検出器によって捕集される前記２次粒子が２次電子である、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記２次粒子が、前記真空室内に電場が存在しないときには前記２次粒子検出器によって検出されない軸上の電子を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の格子のうちのそれぞれの格子の前記バイアス電圧が、前記真空室内の前記電場が変化するような−５００Ｖから＋５００Ｖの間の電圧である、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の格子のうちのそれぞれの格子の前記バイアス電圧を変化させて、前記複数の格子のうちの任意の１つまたは複数の格子に向かって前記２次粒子を導くことができる、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記真空室内に生み出された前記電場によって前記１次荷電粒子ビームが偏向し、前記１次荷電粒子ビームの前記偏向を逆偏向機構が補償する、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記２次粒子検出器によって捕集される前記２次粒子が２次イオンである、請求項１４、１５または１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記２次粒子が、前記真空室内に電場が存在しないときには前記２次粒子検出器によって検出されない軸上のイオンを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の格子のうちのそれぞれの格子の前記バイアス電圧が、前記真空室内の前記電場が変化するような−２０００Ｖから＋２０００Ｖの間の電圧である、請求項１４から２２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に荷電粒子システムに関し、詳細には、軸上の（ｏｎ−ａｘｉｓ）２次粒子の検出効率を増大させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビーム・システムでは一般に、集束カラムを使用して、荷電粒子ビームを、そのビームを使用して画像化しまたは処理しようとするターゲットの表面に集束させる。荷電粒子ビーム・システムは例えば電子顕微鏡または集束イオン・ビーム・システムとすることができる。走査イオン顕微鏡法または走査電子顕微鏡法を使用してターゲットの画像を形成するためには、ターゲットの表面にわたって、通常はあるラスタ・パターンに従って、ビームを偏向させる。荷電粒子ビームがターゲットと衝突することにより２次粒子が放出され、この２次粒子を捕集して画像化信号を形成することができる。１次荷電粒子ビーム、すなわちターゲットに衝突するビームは電子ビームまたは集束イオン・ビームとすることができる。
【０００３】
電子ビームは一般に、ターゲットからの２次電子の放出を刺激する。集束イオン・ビームは、ターゲットからの２次電子と２次イオンの両方の放出を刺激する。２次イオンは主に正に帯電したイオンである。２次粒子は、２次電子、２次イオンまたは２次電子と２次イオンの混合物からなる。２次粒子は、「マルチチャンネル・プレート」と呼ばれることもあるマイクロチャンネル・プレート（「ＭＣＰ」）、（エバーハート−ソーンリー（Ｅｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）検出器または「ＥＴ」検出器としても知られている）シンチレータ−光電子増倍管、半導体検出器などの検出器によって検出される。
【０００４】
ＭＣＰ検出器は、ターゲットからの２次電子が衝突する多数の小さなチャンネルを有する。それらのチャンネルはそれぞれ、他のチャンネルから独立して動作し、２次粒子の増倍をカスケード式に引き起こすそれぞれのチャンネル内でのある過程によって、入来２次粒子を増幅する。この増幅された電流は次いで、ＭＣＰの遠い方の側（すなわち入力信号電流を受け取る側とは反対の側）に配置された１つまたは複数の陽極で捕集される。「イオン・フィードバック」を防ぐために、すなわち電子によってイオン化されたＭＣＰ内のガス分子がターゲットに衝突することを防ぐために、しばしば、最初の段のチャンネルの角度が２番目の段のチャネルの角度とは異なり、それによってＭＣＰの出口から入口への陽イオンの「見通し線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）」移動を防ぐ２段構造（いわゆる「シェブロン（ｃｈｅｖｒｏｎ）」構成）が使用される。
【０００５】
シンチレータ−光電子増倍管検出器では、２次電子がシンチレータに衝突し、シンチレータが光子を放出する。次いで、光電子増倍管がこの光子を再び電子に変換し、次いでこの電子があるカスケード過程で増幅される。固体捕集器では、半導体内で多数の電子−正孔対が生成されることによってそれぞれの２次電子が増幅される。
【０００６】
検出器は、荷電粒子ビームの光軸と同心の環の形状を有し、中心に、粒子ビームを通す穴を有する。あるいは、検出器を「軸外（ｏｆｆ  ａｘｉｓ）」に配置することもできる。電子検出器は、捕集効率、すなわちターゲットから放出された２次粒子のうちその検出器によって捕集される２次粒子の割合によって特徴づけられる。
【０００７】
図１は、先行技術の荷電粒子ビーム・カラム１００の一部分を概略的に示す。荷電粒子カラム１００は、荷電粒子ビーム１０６をターゲット１０８の表面に集束させるレンズ１０４を含む。荷電粒子ビーム１０６がターゲット１０８と衝突することにより、ターゲット１０８から２次粒子１１６が放出される。荷電粒子ビーム１０６が電子ビームである場合には、それらの２次粒子が２次電子である。荷電粒子ビーム１０６が集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）である場合には、２次電子と２次イオン（主に陽イオン）の両方がターゲット１０８から放出される可能性がある。一般に、（１次荷電粒子ビーム１０６が垂直に入射する場合の）２次粒子放出の角強度は、ランバート（Ｌａｍｂｅｒｔ）分布または余弦分布に従う傾向がある。粒子の角分布は、ターゲット１０８の表面に垂直なある軸の付近に集中する。
【０００８】
マイクロチャンネル・プレート検出器１２０は一般に、２枚の環状プレート１２２ａおよび１２２ｂを備え、これらの２枚のプレートの内部通路１２４は互いに反対方向に傾斜している。一部の検出器はプレートを１枚だけ含み、別の検出器は３枚以上のプレートを含む。ターゲットからの電子を引き寄せるため、ならびに２次陽イオンがプレート１２２ａおよび１２２ｂに入りプレートを傷つけることを防ぐために、プレート１２２ａとターゲット１０８の間に配置された格子１２６は一定の正電圧に維持される。増幅された電子信号を捕集するため、プレート１２２ｂの後方に捕集陽極１３０が配置される。
【０００９】
「回路編集」と呼ばれる１つの用途では、荷電粒子システムによって、製品設計者は、集積回路の導電経路の変更および変更した回路の試験を、新たなマスクを製作し新たなウェーハを処理するのに必要となるであろう数週間または数箇月ではなしに、数時間のうちに達成することができる。より少数のより短時間の変更および試験サイクルは、製造業者が、新しいプロセスを、より迅速で利益が大きい大量生産にまで発展させ、新製品を、プレミアムの付いた価格で最初に市場に出すことを可能にする。
【００１０】
回路編集は、埋設された導体を切断するため、または導電材料を付着させて構成要素を接続する新たな導体を形成するために、集束イオン・ビームを使用して、ミリングにより穴を形成することを含むことができる。回路編集ではしばしば、高アスペクト比の穴、すなわち幅よりも深さの方が大きい穴を形成することが必要となる。２つの回路層を接続するためまたは埋設された導体を切断するためにミリングにより穴を形成するときには、所望の層を超えてミリングしてしまうことを防ぐために、ミリングを停止すべきときを正確に決定しなければならない。「終点決定」と呼ばれるこのミリングを停止すべきときの決定はしばしば、２次粒子を使用してそのミリング・プロセスを観察することに依存する。穴の外に出る少数の２次粒子は検出器に衝突しないため、高アスペクト比の穴の底の画像を形成することは難しく、そのため、所望の深さの穴が形成されたときにそれと判定することは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、軸上２次粒子検出器の捕集効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
２次粒子が、軸上検出器の環状の穴を通過するのではなしに軸上検出器に衝突し、それによって検出効率が増大するような態様で２次粒子の軌道を変化させる電場または磁場を提供する。いくつかの実施形態では、この場がさらに、２次粒子の分布を検出器の一部分にわたってより均一に広げて、粒子が検出器の軸の近くに集中する程度を低下させ、それによって検出器の寿命を延ばすことができる。いくつかの実施形態では、検出器の異なる領域に２次粒子を衝突させることによって検出器の寿命を延ばすために、この電場または磁場を変更しまたは逆にすることができる。
【００１３】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、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ために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、特許請求の趣旨および範囲に記載された本発明の範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１４】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、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】
【００１５】
【図１】ＭＣＰ２次電子検出器を使用する先行技術の荷電粒子ビーム・システムを概略的に示す図である。
【図２】多数の粒子がＭＣＰの軸上の穴を通って上昇することによる捕集効率の大幅な損失を示す、側面から見た先行技術のＭＣＰ環状検出器の電子軌道のシミュレーションを示す図である。
【図３】下方から見た同じ先行技術のＭＣＰ環状検出器の電子衝突のシミュレーションを示す図である。
【図４】０°から９０°までの放出角について、図２および３の先行技術のＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。
【図５】０°から３０°までの放出角について、図２および３の先行技術のＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。
【図６】分割格子ＭＣＰ検出器を使用する本発明の荷電粒子ビーム・カラムを概略的に示す図である。
【図７】マイクロチャンネル・プレート検出器用の分割格子を概略的に示す図である。
【図８】下方から見た、図６および７に示した分割格子ＭＣＰ検出器の格子の電子衝突のシミュレーションを示す図である。
【図９】側面から見た、図６および７に示した分割格子ＭＣＰ検出器の格子の電子軌道のシミュレーションを示す図である。
【図１０】０°から９０°までの放出角について、図６および７の分割格子ＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。
【図１１】０°から３０°の放出角について、図６および７の分割格子ＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。
【図１２】類似の長方形の形状の２つの格子からなるＭＣＰ検出器用の分割格子を概略的に示す図である。
【図１３】３つの格子からなるＭＣＰ検出器用の分割格子を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、ターゲットから来る２次荷電粒子の軌道を変化させて、それらの２次粒子が、軸上検出器の中心の穴に入らずに検出器に衝突するようにするシステムを含む。一実施形態では、ターゲットと検出器の間に、分割された格子が配置される。格子の分割された部分間の電位差が、荷電粒子ビーム集束カラムの光軸に垂直な成分を有する電場を生み出す。この電場は、粒子の軌道を、検出器の穴から遠ざかる方向へ移動させて、２次粒子が、検出器の軸上の穴に入らず、検出されるようにする。他の実施形態では、磁場を使用して、２次粒子を、検出器の穴から遠ざかる方向へ偏向させることができる。この検出器は例えば、ＭＣＰ検出器、半導体検出器またはシンチレータ−光電子増倍管とすることができる。この検出器は、２次イオンおよび２次電子を検出する能力を有する。
【００１７】
２次粒子の放出の角分布は余弦分布に従い、ターゲットから上方へ放出される２次粒子が最も多い。中心の穴から遠ざかる方向へ２次荷電粒子を偏向させることによって、２次粒子の捕集効率は劇的に増大する。高アスペクト比の穴からの２次粒子の放出はしばしば、１次ビームの軸の周囲により集中する。これは、穴の底から大きな角度で放出された粒子は穴の壁に衝突し、検出器に到達しないためである。比較的に少数の粒子が、高アスペクト比（ｈｉｇｈ  ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）（ＨＡＲ）の穴の外に出、穴の外に出た粒子は検出器の軸上の穴を通り抜ける。このことは、高アスペクト比の穴の底の画像化を困難にする。この問題は、２次粒子の放出をさらに低減させる低い１次ビーム電流で悪化する。検出器の穴から遠ざかる方向へ粒子を偏向させると、全体の捕集効率をほぼ１００％まで最適化することができる。これにより、特に１ｐＡ未満のビーム電流において、終点の検出を著しく改善することができる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、格子の分割された部分に印加する電圧を独立にセットし、変更することができるように、格子の分割されたそれぞれの部分が独立した電圧源を有する。いくつかの実施形態では格子が分割されるが、検出器自体を分割する必要はない。すなわち、検出器を例えば、環のどこに粒子が衝突したのかを識別しない単一の環とすることができる。他の実施形態では、検出器自体を分割し、分割された部分に電気的なバイアスをかけて、２次粒子を偏向させるための場を提供することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム・システムが真空室を備え、この真空室は、荷電粒子源と、荷電粒子ビームを集束させる集束カラムと、荷電粒子ビームを当てることができるターゲットを保持するターゲット・ステージと、軸上検出器と、２次粒子を、検出器の中心の穴を通過させずに検出器に衝突させるための場の源とを含む。この荷電粒子ビーム・システムは、ターゲット真空室内のターゲット表面に向かって１次荷電粒子ビームを導き、ターゲット表面は２次荷電粒子を放出する。
【００２０】
本発明の実施形態は、検出される粒子の分布を検出器の一部分にわたってより均一に広げることによって、検出器の寿命を延ばすことができる。検出器の使用されていない半分を利用するために、格子に印加するバイアスの極性を逆にすることができる。これによって、使用することができる検出器の表面積を２倍にすることができる。
【００２１】
図１は、先行技術の検出器の問題を示す。回路編集で使用される高アスペクト比の穴１１４から生成された２次粒子１１６は一般に、上方へまっすぐに導かれる。これらの２次粒子１１６のうちの多くの粒子の経路は一般に、荷電粒子カラム１００に向かって上方へ延び、軸上の穴１１３を通り抜け、それにより環状ＭＣＰ検出器１２０に入射しない。
【００２２】
捕集効率が低いというこの問題は、より少数の２次粒子が生成される低ビーム電流で悪化する。ＭＣＰ検出器を使用し非常に低いビーム電流で動作するマスク・リペア（Ｍａｓｋ  Ｒｅｐａｉｒ）システムなどの他の用途も、分割格子ＭＣＰ検出器を使用するのに理想的である。低ビーム電流のため、２次粒子の捕集効率の増大は、マスク・リペア・システムの全体性能の向上に資する。
【００２３】
図２は、側面から見た先行技術のＭＣＰ環状検出器の電子軌道のシミュレーションである。格子１２６は、環状リングの全体を通して一定の１５０Ｖの電圧バイアスを有する。ターゲット１０６から放出された大部分の２次粒子１１６は、軸上の穴１１３を通して軸上を上方へ導かれる。これらの２次粒子１１６は実質的に失われ、これらの２次粒子１１６を検出することはできない。
【００２４】
図３は、下方から見た同じ先行技術のＭＣＰ環状検出器の電子衝突のシミュレーションである。ＭＣＰ検出器の環状格子１２６は一般に、円周方向に均一な一般に約１５０Ｖの電圧バイアスを含み、この電圧バイアスは、２次粒子１１６の軌道の放射対称性を変化させない。この図に示されているように、電子線量５０２は、ＭＣＰ検出器の軸上の穴１１３の周囲に集中する。また、図から分かるように、かなりの数の２次粒子１１８が軸上の穴１１３を通って上昇する。ＭＣＰ検出器の外縁５０３に衝突する軌道は実質的に存在しない。
【００２５】
図４は、０°から９０°までの放出角について、図２および３の先行技術のＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。０°から９０°までの２次電子の全ての放出角に対する総捕集効率は４４％である。総捕集効率は、１から２０ｅＶまでのエネルギーごとに２次電子の捕集効率と２次電子の収率とを掛け合わせ、次いでそれらの積を足し合わせて第１の和を得、次いで１から２０ｅＶまでの各エネルギーにおける２次電子の収率を足し合わせて第２の和を得、次いで第１の和を第２の和で割ることによって計算される。
【００２６】
図５は、０°から３０°までの放出角について、図２および３の先行技術のＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。０°から３０°までの２次電子の全ての放出角に対する総捕集効率はわずか３．６％である。これは、小さな角度で放出された２次電子だけが穴の外に出る、回路編集で見られるような高アスペクト比の穴の底の非常に不良な画像化に対応する。
【００２７】
図６は、分割格子ＭＣＰ検出器３２０を使用する本発明の荷電粒子ビーム・カラム３００を概略的に示し、分割格子ＭＣＰ検出器３２０は、入口格子３３０ａ、３３０ｂ、マルチチャンネル・プレート１２２ａ、１２２ｂおよび捕集プレート３５０を備える。分割格子ＭＣＰ検出器３２０は格子３３０ａおよび格子３３０ｂを含み、ターゲット３０８の高アスペクト比の穴３１４の中に位置するターゲット３０６に、軸上の穴３１３を通して荷電粒子ビーム３０２が送られる。格子３３０ａおよび格子３３０ｂの異なる電圧バイアスによって電場３０３が生み出される。高アスペクト比の穴３１４から放出された２次粒子３１６は電場３０３によって偏向し、これによって、２次粒子３１６は、軸上の穴３１３を通り抜ける軌道に従わずに、プレート１２２ａに当たることができる。プレート１２２ａ上での２次粒子３１６の検出は、それらの２次粒子３１６が失われないため、より高い検出効率が可能になる。下方へ進む荷電粒子ビーム３０２が比較的に偏向せずにターゲット３０６に到達するのは、ビーム３０２のエネルギーが一般に数千ｅＶであり、それに対して２次電子３１６のエネルギーが５０ｅＶ未満であるためである。検出器を使用して２次電子を捕集するとき、電子をはね返す格子３３０ａ上の電圧は一般に−５００Ｖから０Ｖ、最適には−７５Ｖとすることができ、検出器を使用して２次電子を捕集するとき、電子を引き寄せる格子３３０ｂ上の電圧は一般に０Ｖから＋５００Ｖ、最適には約＋１５０Ｖとすることができる。検出器を使用して２次イオンを捕集するときには一般に、より高い荷電粒子に対応するために、イオンをはね返す格子３３０ａおよび３３０ｂ上の電圧をより高くする。格子３３０ａ上の電圧は−２０００Ｖから０Ｖとすることができ、格子３３０ｂは、０Ｖから＋２０００Ｖの電圧を有することができる。マルチチャンネル・プレート１２２ａへの入口のバイアス電圧は＋８０Ｖから＋４００Ｖ、最適には約＋２００Ｖとすることができる。マルチチャンネル・プレート１２２ｂからの出口の電圧は＋１５００から＋２５００Ｖ、最適には約＋２０００Ｖとすることができる。捕集プレート３５０上の電圧は＋１５５０から＋２５５０Ｖ、最適には約＋２１００Ｖとすることができる。
【００２８】
電場３０３のため、荷電粒子ビーム３０２の経路はわずかに変化するが、その変位は一般に、ターゲット３０８の表面で数十ミクロン以下である。本発明の他の実施形態では、荷電粒子ビーム３０２の経路の方向を変えるために偏向補償器３７１が組み込まれる。偏向補償器３７１は、水平な電場３０３による荷電粒子ビーム３０２の偏向を相殺するために使用される。偏向補償器３７１は、経路を逆偏向させることができる静電偏向器または磁石からなることができる。
【００２９】
図７は、本発明の１つまたは複数の実施形態に基づく検出器分割格子３３０ａおよび３３０ｂを示す。格子３３０ａおよび格子３３０ｂの面は、電場３０３を生み出し、２次電子３１６を格子３３０ｂに向かって偏向させるために使用される。格子３３０ａおよび格子３３０ｂに、−５００Ｖから＋５００Ｖの間の独立した電圧バイアスを印加することができる。電場３０３は、ＭＣＰ検出器の半分、この実施形態では２つの格子のうちの一方の格子に全ての２次粒子を誘導する働きをする。
【００３０】
格子３３０ａおよび３３０ｂの電圧バイアスは独立しており、２次電子３１６の経路軌道を変化させるのに十分な強さを電場３０３が有するように、格子３３０ａおよび３３０ｂの電圧バイアスを変化させる。電圧の差はさまざまな方法で達成することができる。一方の格子は、ターゲットに対して＋１から＋５００Ｖの範囲の正電圧を有することができ、もう一方の格子は、−１から−５００Ｖの範囲の負電圧を有することができる。電圧の差が、２次電子の経路軌道を変化させるであろう電場３０３を生み出すのに十分な大きさである限りにおいて、それぞれの格子の電圧バイアスはともに正でもまたは負でもよい。他の実施形態では、格子３３０ａおよび３３０ｂが、格子の異なる領域において異なる電圧バイアスを維持する能力を有する１つの格子からなることができる。他の実施形態では、１つまたは複数の格子電圧を実質的に０Ｖにすることが可能である（ターゲット・バイアス電圧も０Ｖである場合）。正または負のバイアス電圧を有する１つの格子だけを有する用途も、２次粒子３１６の誘導を可能にする電場を生み出すことができる。分割格子の１つの格子以外の異なる位置に２次粒子を導くこともできることにも留意すべきである。偏向場の源が、検出器の構成要素に印加された電位である必要はなく、穴３１３から遠ざかる方向へ２次粒子を偏向させる磁場または電場の任意の源を使用することができる。
【００３１】
本発明の他の実施形態では、電場３０３の方向を逆にすることができるような態様で、格子３３０ａ上の電圧バイアスと格子３３０ｂ上の電圧バイアスとを逆にすることができる。電場３０３の方向を逆にすることによって、通常なら検出器３２０の一方の側で検出されたであろう２次粒子３１６を、検出器３２０のもう一方の側に導き、そこで検出することができる。別個の格子の使用は、検出器の使用面積を２倍にすることを可能にし、このことは、全体として、検出器の寿命を延ばすことを可能にする。
【００３２】
図８は、下方から見た、図６および７に示した分割格子ＭＣＰ検出器の格子の電子軌道のシミュレーションである。分割格子３３０ａと３３０ｂの間の電圧バイアスの差によって生み出された電場のため、ほぼ全ての２次粒子軌道が、右側の格子３３０ｂの後ろのＭＣＰの半分に衝突する。２次電子の軌道は一方向に向かって誘導されるため、検出器の半分を検出に使用し、第２の格子３３０ａの後ろの検出器部分を検出に使用せずに残すことができる。比較すると、先行技術の単一格子ＭＣＰ検出器の２次電子の軌道は、中心の穴の付近に環状に集中して衝突し、一方、この実施形態の２次粒子は、はるかに幅の広い半径にわたって衝突し、これによってＭＣＰ検出器の寿命をより長くすることができる。
【００３３】
図９は、図６および７に示した分割格子検出器の図８の電子軌道のシミュレーションを側面から見た図である。前述の先行技術の環状検出器１２０とは違い、軸上の穴３１３を通って上昇する２次粒子は、全くとは言えないまでもほとんどない。このシミュレーションは、半格子３３０ｂの電圧バイアスを＋１５０Ｖ、第２の格子３３０ａの電圧バイアスを−７５Ｖにして実行したものである。このシミュレーションでは、水平電場が、低エネルギーの２次粒子の軌道を右へ変化させるのに十分な強さを有する。
【００３４】
図１０は、０°から９０°までの放出角について、図６および７の分割格子ＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。０°から９０°までの２次電子の全ての放出角に対する総捕集効率は９７．８％である。総捕集効率の計算は図４に関して上で説明したとおりである。
【００３５】
図１１は、０°から３０°までの放出角について、図６および７の分割格子ＭＣＰ検出器の２次電子の捕集効率と２次電子の収率の両方を、２次電子の初期エネルギーに対して示したグラフである。０°から３０°までの２次電子の全ての放出角に対する総捕集効率は１００％である。これは、回路編集で見られるような高アスペクト比の穴の底の可能な最良の画像化に対応する。
【００３６】
図１２は、分割格子が長方形の形状からなる分割格子システム８００の他の実施形態を示す。この例では、長方形の第１の格子８０１のサイズおよび形状が、長方形の第２の格子８０２のサイズおよび形状と実質的に同じである。格子８０１および８０２はともに、さまざまな電圧バイアスにセットすることができ、このことは、格子の分割構成が、２次粒子の軌道を一方の側へ変化させるのに必要な電場を生み出すことを可能にする。円形以外の他の形状およびサイズも可能であり、現在、そのような形状は企図されている。さらに、格子８０１および８０２の電圧バイアスを変更することにより、２次粒子を反対側の格子へ導くことができるような態様で、格子の極性を変化させることができる。これによって、格子８０１と８０２を逆にして使用することができ、それによって検出器の寿命は実質的に２倍になる。
【００３７】
図１３は、３つの格子９０１、９０２および９０３からなる分割格子検出器の格子システム９００の略図を示す。それらの格子は全て、それぞれが１２０°の円弧に対応する、サイズの等しい扇形とすることができる。それらの格子のサイズは等しくなければならないわけではない。それらの格子は全て、１１０°、１１０°および１４０°の円弧に対応する形状など、異なる角度の形状を有することができる。角度の合計は実質的に３６０°であることが好ましい。４つ以上の格子を配置することも可能である。Ｎ＝４、５、６．．．であるＮ個の格子を有する他の構成も可能である。それぞれの扇形格子９０１、９０２および９０３は、上で論じた独立した異なるバイアス電圧を維持する潜在能力を有し、このことは、異なる電磁場の生成を可能にする。異なる電場の生成は２次粒子の経路の変更を可能にし、このことは、２次粒子を誘導する使用者の能力の変動も許容し、異なる捕集効率を可能にする。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビーム・システムは、荷電粒子ビームを形成する荷電粒子源と、荷電粒子ビームをターゲットの表面に集束させる集束カラムと、ターゲットを保持するターゲット・ステージを含む真空室と、荷電粒子ビームを通すための軸上の穴および検出部分を有する軸上２次粒子検出器と、２次粒子検出器の軸上の穴から検出部分上へ２次粒子を偏向させる場を提供する、ターゲット・ステージと粒子検出器の間に配置された場の源とを備える。
【００３９】
いくつかの実施形態では、場の源が、第１のバイアス電圧に維持される第１の格子部分と、第２のバイアス電圧に維持される第２の格子部分とを備え、第１の格子部分と第２の格子部分の間の電圧差が、ターゲット・ステージの上方に電場を生み出す。
【００４０】
いくつかの実施形態では、第１の格子部分と第２の格子部分とが分離されている。いくつかの実施形態では、第１の格子部分が正のバイアス電圧を有し、第２の格子部分が、実質的にゼロであるバイアス電圧を有する。いくつかの実施形態では、第１の格子部分が、−５００Ｖから０Ｖの間のバイアスを有し、第２の格子部分が、０Ｖから＋５００Ｖのバイアスを有する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、２次粒子検出器がイオン−電子検出器を含む。いくつかの実施形態では、第１の格子部分のバイアス電圧と第２の格子部分のバイアス電圧を逆にすることができる。いくつかの実施形態では、第１の格子部分のバイアス電圧および第２の格子部分のバイアス電圧を、−５００Ｖから＋５００Ｖの範囲で独立に変更することができる。いくつかの実施形態では、第１の格子部分および第２の格子部分が半円形または長方形である。いくつかの実施形態では、場の源が磁石を含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、場の源が、第３のバイアス電圧に維持される第３の格子部分を含み、第１の格子部分、第２の格子部分および第３の格子部分の間の電圧差が、ターゲット・ステージの上方に電場を生み出す。いくつかの実施形態では、第１の格子部分、第２の格子部分および第３の格子部分が、１２０°の円弧形の形状を有する。いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム・システムが逆偏向システムをさらに備え、場によって引き起こされる一切の偏向が逆偏向される。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、２次粒子を検出する方法は、ターゲット真空室内のターゲットの表面に向かって１次荷電粒子ビームを導くステップと、１次荷電粒子ビームが衝突したときにターゲットの表面から放出される２次荷電粒子を捕集するように２次粒子検出器を構成するステップであり、検出器をターゲットの上方に配置し、１次ビームを通過させる中心穴を有するように検出器を構成するステップと、ターゲットと２次粒子検出器の間に複数の格子を配置するステップと、前記複数の格子のそれぞれの格子にバイアス電圧を印加して、ターゲット真空室内のターゲットの上方に電場を生み出し、それによって前記複数の格子のうちの１つまたは複数の格子に向かって２次粒子を導くステップと、前記複数の格子のうちの前記１つまたは複数の格子を通過した２次粒子を検出するステップとを含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ターゲット真空室内のターゲットの表面に向かって１次荷電粒子ビームを導くステップが、イオン・ビームまたは電子ビームを導くステップを含む。いくつかの実施形態では、２次粒子検出器によって捕集される２次粒子が２次電子である。いくつかの実施形態では、２次粒子が、真空室内に電場が存在しないときには２次粒子検出器によって検出されない軸上の電子を含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、前記複数の格子のうちのそれぞれの格子のバイアス電圧が、真空室内の電場が変化するような−５００Ｖから＋５００Ｖの間の電圧である。いくつかの実施形態では、前記複数の格子のうちのそれぞれの格子のバイアス電圧を変化させて、前記複数の格子のうちの任意の１つまたは複数の格子に向かって２次粒子を導くことができる。いくつかの実施形態では、真空室内に生み出された電場によって１次荷電粒子ビームが偏向し、１次荷電粒子ビームの偏向を逆偏向機構が補償する。
【００４６】
いくつかの実施形態では、２次粒子検出器によって捕集される２次粒子が２次イオンである。いくつかの実施形態では、２次粒子が、真空室内に電場が存在しないときには２次粒子検出器によって検出されない軸上のイオンを含む。いくつかの実施形態では、前記複数の格子のうちのそれぞれの格子のバイアス電圧が、真空室内の電場が変化するような−２０００Ｖから＋２０００Ｖの間の電圧である。
【００４７】
本発明の実施形態および本発明の実施形態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た本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に、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。マスク・リペア・システムなど、検出器を使用し非常に低いビーム電流で動作する他のシステムも企図される。格子に対する電圧源は単一の電源から得、分圧器を使用することができるが、それぞれの格子に対して別個の電源を使用すること、または電圧ドライバと電源のある組合せを使用することもできる。前述のバイアス電圧は一般にＤＣバイアス電圧である。記載した例は、２次粒子の軌道を変化させるために電場を提供するが、磁場を使用することもできる。ただし、その場合には１次ビームに対する磁場の影響を考慮しなければならない。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】
【００４８】
１０４  レンズ
１２２ａ  環状プレート
１２２ｂ  環状プレート
３００  荷電粒子ビーム・カラム
３０６  ターゲット
３２０  分割格子ＭＣＰ検出器
３５０  捕集プレート
【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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【図１３】
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【外国語明細書】
2014013754000001.pdf
2014013754000002.pdf
2014013754000003.pdf
2014013754000004.pdf