(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する荷電粒子ビーム・システムであって、
前記基板の表面に集束させることができる荷電粒子のビームを生成するように構成された荷電粒子カラムと、
前記基板の表面および前記基板の表面に近い領域から散乱した赤外放射および可視光を集めるように構成された真空内光学サブシステムと、
前記真空内光学サブシステムの下の位置と前記荷電粒子カラムの下の位置の間で前記基板を交互に移送するように構成された精密ステージと、
前記基板の表面に赤外放射および可視光を両方同時に供給するように構成された照明サブシステムと、
赤外画像と可視光画像が同時に得られるように、集められた前記赤外放射を赤外線検出器上へ集束させ、集められた前記可視光を可視光検出器上へ集束させるように構成された画像化サブシステムと
を備える荷電粒子ビーム・システム。
【請求項２】
前記照明サブシステムが、前記基板の表面に近赤外放射および可視光を両方同時に供給するように構成されており、
前記真空内光学サブシステムが、前記基板の表面および前記基板の表面に近い領域から散乱した近赤外放射および可視光を集めるように構成されており、
前記画像化サブシステムが、近赤外画像と可視光画像が同時に得られるように、集められた前記近赤外放射を近赤外線検出器上へ集束させ、集められた前記可視光を可視光検出器上へ集束させるように構成されている、
請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項３】
前記荷電粒子カラムが集束イオン・ビーム・カラムであり、前記基板の前記処理が集束イオン・ビーム・ミリングである、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項４】
前記荷電粒子カラムが電子ビーム・カラムである、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項５】
電子ビームと前記基板との交点の近傍にエッチング剤ガスを供給するように構成されたガス供給アセンブリをさらに備え、前記基板の前記処理が電子ビーム誘起エッチングである、請求項４に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項６】
電子ビームと前記基板との交点の近傍に堆積前駆体ガスを供給するように構成されたガス供給アセンブリをさらに備え、前記基板の前記処理が電子ビーム誘起堆積である、請求項４に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項７】
前記照明サブシステムが、赤外放射と可視光の両方を供給するように構成された単一の光源を備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項８】
前記照明サブシステムが、
主として赤外放射を供給するように構成された第１の光源と、
主として可視光放射を供給するように構成された第２の光源と、
前記第１および前記第２の光源からの放射を結合して平行なビームにする光学系と
を備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項９】
前記照明サブシステムからの前記赤外放射および前記可視光をある視射角で前記基板の表面に導いて、前記基板の暗視野画像化を可能にする光学系をさらに備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１０】
前記真空内光学サブシステムを下向きに通過した照明からの前記赤外放射および前記可視光を前記基板の表面にほぼ垂直な入射角で導いて、前記基板の明視野画像化を可能にする光学系をさらに備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１１】
前記検出器のうちの少なくとも１つの検出器に入る反射された放射の量を低減させる傾斜真空ビュー・ポートをさらに備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１２】
前記画像化サブシステムが、赤外放射を使用して画像を形成することができる前記赤外線検出器と、可視光を使用して画像を形成することができる前記可視光検出器とを有する単一のカメラを備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１３】
近赤外画像と可視光画像が同時に得られるように、集められた前記赤外放射の大部分を前記赤外線検出器上に導き、集められた前記可視光の大部分を前記可視光検出器上に導くように構成されたビーム分割プリズムを前記カメラが備える請求項１２に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１４】
前記画像化サブシステムが、散乱した赤外放射を使用して画像を形成する第１のカメラであって、前記赤外線検出器を備える第１のカメラと、可視光を使用して画像を形成する第２のカメラであって、前記可視光検出器を備える第２のカメラとを備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【請求項１５】
前記画像化サブシステムが、部分反射ミラーおよび完全反射ミラーを有するビーム・スプリッタを備え、
近赤外画像と可視光画像が同時に得られるように、集められた前記赤外放射の一部が前記第１のカメラへと通過し、集められた前記可視光の一部が前記完全反射ミラーに反射するように、前記部分反射ミラーが構成され、集められた前記可視光の一部が前記第２のカメラへと通過するように、前記完全反射ミラーが構成される、請求項１４に記載の荷電粒子ビーム・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集束荷電粒子ビームによる基板の処理は、広範囲の技術分野、特に半導体製造分野において十分に確立された技法である。可視光を透過させない厚さ数ミクロンの材料（例えばシリコン）の下に埋め込まれた半導体デバイス上の構造の処理を実行することがしばしば求められる。近赤外（ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ）（ＮＩＲ）画像化は、それらの材料層を通り抜けることができるという利点を有するが、ＮＩＲ光の波長はより長いため、ＮＩＲ画像化の空間分解能は低い。可視光も、それらの層をある程度は通り抜けることができる。
【０００３】
バックサイド回路編集は荷電粒子ビーム・プロセスの一例であり、このバックサイド回路編集は、回路上のデバイスの内部領域にアクセスする唯一の方法が、チップの裏面から一般に集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）ミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）によって材料を除去することによる方法であるフリップチップ・デバイスに対して使用可能である。十分な量の材料をミリングによって除去した後、相互接続部の切断や相互接続部の追加などの荷電粒子ビーム処理を実行するために、可視光を使用して回路層を画像化してデバイスの正確な位置を特定することができる。
【０００４】
フロントサイド回路編集は荷電粒子ビーム・プロセスの別の例である。処理する対象の層が、可視光（λ＜１．１μｍ。この値はシリコンのバンドギャップ・エネルギーに対応する）の大部分を透過させない厚さ１〜５μｍのシリコンの下にあることがしばしばある。（照明が基板表面に対して垂直である）明視野（ｂｒｉｇｈｔ−ｆｉｅｌｄ）画像化を可視光を使用して試みると、一般に吸収が大きすぎて、埋め込まれた構造を画像化することができず、加えて、基板表面からの反射光がデバイスの内部からの散乱光と干渉し、その結果、画像のコントラストが低下する。（デバイスの可視光照明が基板に対するある視射角（ｇｌａｎｃｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）で基板を照らす）暗視野（ｄａｒｋ−ｆｉｅｌｄ）画像化を使用したときには、基板表面からの反射光が全体の画像に寄与しないため、画像化が可能である。
【０００５】
したがって、荷電粒子ビームで処理する半導体デバイス内の構造の位置を特定する際に、（シリコンを透過する深さの点で優れている）近赤外画像化と（波長がより短いため空間分解能の点で優れている）可視光画像化の両方を使用する必要性がある。
【０００６】
ナビゲーション（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）用の（すなわちビーム処理するエリアの位置を特定するための）光学画像化と荷電粒子ビーム処理カラムとを組み合わせたいくつかのシステムでは、基板を移動させる必要なしに画像化と処理の両方を実行することができる小さな容積内に、画像化サブシステムと処理サブシステムとが一緒に組み込まれる。それらの実施態様全般に言える重大な限界は、画像化サブシステムと処理サブシステムが、それらのそれぞれの直径のために互いに物理的に干渉することである。さらに、画像化と処理の両方を基板表面に対して垂直に実行することも不可能である。これらの欠点はともに、画像化ステップと後続のビーム処理ステップの両方について達成可能な空間分解能を制限する傾向を有する。したがって、画像化サブシステムの軸と荷電粒子カラムの軸とが分離されており、これらの２つのサブシステム間で基板を移動させて、画像化し次いで処理することを交互に、しばしば何回も繰り返す代替システム設計が使用されている。この場合、画像化プロセスは、処理が始まる前に最初に領域の位置を特定する働きと、次いで処理中に終点を検出する働きの両方の働きをする。画像化サブシステムと処理サブシステムとが物理的に分離されたこの実施態様では、これらの２つのサブシステムの分離距離を非常に精確に知っている必要があることは明らかである。
【０００７】
微小回路などの基板の表面付近または基板表面の構造を荷電粒子ビームを使用して画像化することが容易でないことがある。荷電粒子ビーム画像化におけるこの困難は、画像コントラストが十分でないことによって生じることがあり、または画像化プロセスの結果として荷電粒子ビームがミリング、汚染などの損傷を引き起こす可能性があることによって生じることがある。したがって、処理前の基板に損傷を与えない画像化プロセスを提供することは有用である。いくつかの荷電粒子ビーム処理システムでは、そのシステムの荷電粒子ビームと同じ物理領域に光学画像化機能が組み込まれている。しかしながら、それらのシステムでは一般に、画像化サブシステムと処理サブシステムの間の物理的な干渉のため、画像化またはビーム処理を最適化することが難しい。その結果、しばしば、画像化サブシステムと処理サブシステムの両方のサブシステムの作動距離（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）が大きくなり、その結果、画像化と処理の両方について空間分解能が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、組み合わされた近赤外／可視光画像化機能を荷電粒子ビーム処理システムに組み込む方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、画像化サブシステムを荷電粒子ビーム処理サブシステムから物理的に分離し、次いで、処理対象の基板を、全体システムの画像化領域と処理領域の間で移送する。この移送には一般に、基板を支持し移送する精密ステージが必要である。そのようなステージがある程度の位置の誤差を有することは避けられない。この誤差は、基板上の荷電粒子ビーム処理位置を特定する際に、画像化サブシステムによって決定された所望の位置に対する誤差の潜在的な原因になる。本発明のいくつかの実施形態は、（開ループの）位置決め誤差を非常に正確に決定し、次いで、基板位置を変更することによってまたは処理ビームを偏向させることによってこの誤差を補正する（ループを閉じる）方法を提供する。
【００１０】
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、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理解すべきである。
【００１１】
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】
【００１２】
【図１】近赤外および可視光画像化モードで動作している本発明の第１の実施形態の概略側断面図である。
【図２】荷電粒子ビーム処理モードで動作している図１に示した第１の実施形態を示す図である。
【図３】真空内光学系（ｉｎ−ｖａｃｕｕｍ  ｏｐｔｉｃｓ）の軸と荷電粒子カラムの軸との間のオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）を較正する手順の最初のステップであり、近赤外光または可視光を使用して不要特徴部分（ｅｘｐｅｎｄａｂｌｅ  ｆｅａｔｕｒｅ）を画像化するステップの略図である。
【図４】荷電粒子カラムの下に基板を移動させる、図３の手順の２番目のステップの略図である。
【図５】荷電粒子カラムによって基板表面に特徴部分が形成された、図３〜４の手順の３番目のステップの略図である。
【図６】図５で形成した特徴部分の位置を近赤外および可視光画像化によって特定する、図３〜５の手順の４番目のステップの略図である。
【図７】第２の特徴部分を形成するために荷電粒子ビームの下に基板を配置する、図３〜６の手順の５番目のステップの略図である。
【図８】基板上の不要特徴部分の真上に荷電粒子カラムによって特徴部分が形成された、図３〜７の手順の６番目のステップの略図である。
【図９】図８で形成した第２の特徴部分の位置を近赤外および可視光画像化によって特定する、図３〜８の手順の７番目のステップの略図である。
【図１０】荷電粒子処理のために重要特徴部分（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｅａｔｕｒｅ）を位置決めする、図３〜９の手順の８番目のステップの略図である。
【図１１】正確に重要特徴部分の位置のところの基板が荷電粒子カラムによって処理された、図３〜１０の手順の最後のステップの略図である。
【図１２】真空内光学系の軸と荷電粒子カラムの軸との間のオフセットを較正する図３〜１１に示した手順の代替手順の最初のステップであり、近赤外光または可視光を使用して複数の不要特徴部分を画像化するステップの略図である。
【図１３】図１２の代替ビーム較正手順の最後のステップの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
近赤外（ＮＩＲ）顕微鏡法は、ＮＩＲ波長（λ＞７００ｎｍ）を透過させる材料によって埋没した構造、例えばシリコン中の微小回路の位置を特定し、そのような構造を画像化するのに非常に有用である。しかしながら、ＮＩＲは、その比較的に長い波長のため、限定された空間分解能を有する。可視（ｖｉｓｉｂｌｅ）（ＶＩＳ）波長はそれよりもかなり短く（７００＞λ＞４００ｎｍ）、したがって、可視波長カメラは、それよりもかなり高い空間分解能を有することがある。しかしながら、可視波長でのシリコンの光学的な透過率は非常に低い。ＮＩＲ画像化は、埋没した構造の位置を特定する目的に使用することができ、ＶＩＳ画像化は、表面特徴部分に対して使用することができ、または材料（例えばシリコン）の比較的に薄い層を通して見る目的に使用することができる。荷電粒子カラムは普通、パターンに従って基板を処理するさまざまなタイプの処理に対して使用される。集束イオン・ビーム・カラムは、メタライゼーション、バイア、コンタクト、ゲートなどの半導体デバイス構造の画像化を可能にするために半導体デバイスをミリングする目的に使用される。電子ビーム・カラムは、前駆体ガス供給システムと組み合わされて、基板の電子ビーム誘起エッチングまたは基板への電子ビーム誘起堆積を実行することができる。これらの荷電粒子カラムは全て本発明に含まれ、それらのカラムには用語「ＣＰカラム」が使用される。
【００１４】
全ての画像化光学システムにおいて、集束したスポットのサイズ、すなわち光学分解能は、作動距離が大きくなると不利な影響を受ける傾向を有する。作動距離を小さくするためには一般に、基板表面に非常に近い位置にＣＰカラムを配置する必要がある。ＣＰカラムをそのように配置すると、光学画像化システムの作動距離を十分に小さくすることが困難になるかまたは不可能になる。したがって、本発明のいくつかの実施形態の荷電粒子処理システムは、光学画像化システムと荷電粒子カラムを小さな領域に組み込む際の困難を回避するため、光学画像化システムを荷電粒子カラムから物理的に分離する。基板の画像化と基板の処理の両方を実行するため、ＮＩＲ／ＶＩＳ画像化システムとＣＰカラムの間で基板を交互に移送する精密ステージ機構が提供される。したがって、光学画像化システムの光軸とＣＰカラムの光軸は、ＣＰカラムの走査野または光学システムの画像化視野よりもはるかに大きな距離（例えば５４ｍｍ）だけ分離される。軸を分離するこの方法の１つの困難は、２本の軸の位置を互いに対して精確に較正することである。このような較正は、特徴部分の位置を光学的に特定し、次いでＣＰカラムでその特徴部分を処理するために必要である。
【００１５】
本発明の実施形態は、ＮＩＲ波長とＶＩＳ波長の両方で画像化する手段であって、荷電粒子処理システム内のいくつかのタイプのＣＰカラムと組み合わされた手段を備える。いくつかの実施形態では、別個のＮＩＲ画像化検出器およびＶＩＳ画像化検出器を使用して、ＮＩＲとＶＩＳ両方での画像化を同時に実行することができる。他の実施形態では、単一の検出器が、ＮＩＲ画像化とＶＩＳ画像化との間で交互に切り替わる。垂直（明視野）照明システムおよび斜入射（ｇｒａｚｉｎｇ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）（暗視野）照明システムに加えて、本発明は複数のタイプの照明器を含む。真空システム内で顕微鏡を使用するため、本発明は、傾斜した真空ビュー・ポート（ｔｉｌｔｅｄ  ｖａｃｕｕｍ  ｖｉｅｗｐｏｒｔ）の使用を含む。この傾斜ビュー・ポートは、反射防止コーティングを必要とすることなく（上から下へ注ぐ明視野照明からの）反射を排除する。波長要件の幅が広い（０．３から＞２ミクロン）ことにより、コーティングされた光学系で低反射を達成することは困難であるため、傾斜ビュー・ポートは好ましい解決策である。
【００１６】
荷電粒子処理システムの主要なサブシステム
本発明の荷電粒子処理システムの全ての実施形態は、好ましい５つのサブシステムを備える。以下の項では、それらのそれぞれのサブシステムの特徴を簡単に説明し、４つの実施形態の説明ではそれぞれのサブシステムの特徴をより詳細に説明する。
【００１７】
光学照明サブシステム
光学照明サブシステムは、処理対象の基板に近赤外（ＮＩＲ）光および可視（ＶＩＳ）光を供給する光源を提供する。本発明の範囲内においてさまざまな可能な照明源が可能であり、それらには、限定はされないが、以下のものが含まれる。
【００１８】
ａ）ハロゲン・ランプなどの単一の広スペクトル（ｂｒｏａｄ−ｓｐｅｃｔｒｕｍ）光源。
【００１９】
ｂ）第１の光源が主にＮＩＲ放射を供給し、第２の光源が主にＶＩＳ放射を供給し、両方の光源が並行して動作する２重光源。
【００２０】
ｃ）第１の光源が主にＮＩＲ放射を供給し、第２の光源が主にＶＩＳ放射を供給し、２つの光源が互いに独立に動作する２重光源。この照明構成において、光学照明サブシステムは、一度に、ＮＩＲ光だけを供給し、もしくはＶＩＳ光だけを供給し、またはＮＩＲとＶＩＳの両方の光を結合したものを供給することができる。ＮＩＲ源とＶＩＳ源の相対的な強度を調整して、ＮＩＲ検出器とＶＩＳ検出器の間の相対的な検出感度の差を補償することもできる。
【００２１】
さらに、照明サブシステム内に、１つまたは複数の拡散器、レンズおよびビーム分割ミラーを含めることができる。これらについては後に図１、２および１６〜１８で論じる。明視野画像化を可能にするために、照明サブシステムは、真空内光学系を通してＮＩＲ光およびＶＩＳ光を供給することができる。暗視野画像化を可能にするために、照明サブシステムは、斜入射表面照明用の１つまたは複数の光透過手段にＮＩＲ光およびＶＩＳ光を供給することもできる。一般に、一度に明視野画像化だけ、または暗視野画像化だけを使用することができるが、当業者にはよく知られているとおり、明視野画像化と暗視野画像化とを高速で交番させることが可能であり、その速度は、照明源の位置を変更することができる速度に依存する。
【００２２】
光学画像化サブシステム
光学画像化サブシステムは、主真空エンクロージャ（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）上の傾斜ビュー・ポートを通して真空内光学系から空気中へ透過したＮＩＲ光およびＶＩＳ光を受け取る。光学画像化システムは、基板表面付近からおよび基板表面からのこの光を使用して、基板内の特徴部分の画像を形成する。それらの画像は、基板上の既存の特徴部分の位置特定および特性評価と、ＣＰカラムによる基板の処理（ミリング、電子ビーム誘起エッチング、電子ビーム誘起堆積など）の結果の位置特定および特性評価の両方を可能にする。本明細書に記載した本発明の４つの実施形態は、３つの異なる例示的な光学画像化サブシステムを備えるが、本発明の範囲内において他の光学画像化サブシステムも可能である。
【００２３】
ａ）光分離用のビーム・スプリッタを備える別個のＮＩＲカメラおよびＶＩＳカメラ。図１、２および１６に示す第１および第２の実施形態はこのカメラ構成を含み、このカメラ構成は、ＮＩＲ画像とＶＩＳ画像の同時取得を可能にする。真空内光学サブシステムから空気中へ透過した光は、部分的に反射性のミラーによって分割され、２つの別個のカメラへ送られる。光学画像化サブシステムのこれらの実施形態には、追加の拡散器、レンズおよびミラーを含めることができる。
【００２４】
ｂ）図１７の第３の実施形態には、ＮＩＲ光とＶＩＳ光の両方の光に対する感度を有する単一のカメラが含まれている。この例に関しては、ＮＩＲ光だけによる基板の照明またはＶＩＳ光だけによる基板の照明を可能にし、それによりＮＩＲ光学範囲のみの画像またはＶＩＳ光学範囲のみの画像を取得することを可能にするため、独立した光源制御を有する２重光源が好ましい。ＮＩＲ照明モードとＶＩＳ照明モードとを高速で切り替えることによって、基板上の同じ領域のＮＩＲ画像とＶＩＳ画像とを交互に取得することができる。この方法の１つの利点は、ＮＩＲ画像とＶＩＳ画像の両方が同じ画像化光学系を通して取得され、同じＣＣＤ検出器アレイを使用するため、ＮＩＲ画像とＶＩＳ画像の非常に精確なオーバレイが可能なことである。
【００２５】
ｃ）２重のＣＣＤ検出器アレイを有する単一のカメラ。一例は、ＪＡＩによって製造されているＡＤ−０８０  ＣＬマルチ・スペクトル・カメラであり、この例は図１８の第４の実施形態に示されている。このカメラは、別個の２つのＣＣＤアレイを利用する。一方はＮＩＲ用であり、もう一方はＶＩＳ光用である。カメラに入った結合されたＮＩＲおよびＶＩＳ光は、後により詳細に説明するダイクロイック・コーティング（ｄｉｃｈｒｏｉｃ  ｃｏａｔｉｎｇ）を有するプリズムによって分離される。この方法の１つの利点は、２重カメラ法よりも一層単純でありながら、ＮＩＲ光とＶＩＳ光の両方で同時に画像化する能力を維持している点である。ＮＩＲ  ＣＣＤアレイとＶＩＳ  ＣＣＤアレイの間のピクセル相関は１／４画素以内である。
【００２６】
真空内光学系
真空内光学系は以下の２つの好ましい機能を実行する。
【００２７】
ａ）明視野画像化を可能にするため、光学照明サブシステムからのＮＩＲ光およびＶＩＳ光を基板表面まで導くこと。
【００２８】
ｂ）基板表面からおよび基板表面付近からの散乱したＮＩＲ光およびＶＩＳ光を集め、主真空エンクロージャ上の傾斜ビュー・ポートまで透過させること。真空内光学系の動作要件および設計要件の詳細については、本明細書に記載した本発明の４つの実施形態に関して後にさらに論じる。
【００２９】
荷電粒子カラム
上で論じたとおり、イオン・ビーム・ミリング用に構成された集束イオン・ビーム・カラム、電子ビーム誘起エッチング用に構成された電子ビーム・カラム、および電子ビーム誘起堆積用に構成される電子ビーム・カラムを含む、少なくとも３つのタイプの荷電粒子カラムを、本発明の範囲内において利用することができる。これらの全てのタイプのＣＰカラムの好ましい要件は以下のとおりである。
【００３０】
ａ）高真空または超高真空。これは一般に、以下のポンプのうちの１つまたは複数のポンプの組合せによって提供される：ターボ・ポンプ、クライオポンプ、拡散ポンプ、ターボ・ポンプまたは拡散ポンプのラフ・ダウン（ｒｏｕｇｈ  ｄｏｗｎ）およびバッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）用のスクロール・ポンプなど。ポンピング・システムは当業者によく知られており、本発明の部分ではない。
【００３１】
ｂ）電気フィードスルー（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）。一般に、さまざまな荷電粒子ビーム・レンズ、偏向器、ブランカ（ｂｌａｎｋｅｒ）などを制御するための電圧および電流を供給するために必要である。場合によってはさらに、流体（液体または気体）を冷却するためのフィードスルーが必要なことがある。
【００３２】
ｃ）エッチング剤ガスまたは堆積前駆体ガスを必要とする電子ビーム誘起エッチング・プロセスおよび電子ビーム誘起堆積プロセスに対しては、これらのガス用のフィードスルーが必要なことがある。ＣＰカラム、ポンピング・システムおよびフィードスルーの設計の詳細は当業者によく知られている。
【００３３】
主真空室および精密ステージ
主真空室は、真空内光学系と、精密基板ステージと、ＣＰカラムの全部または一部とを含む。このサブアセンブリに含めることができる他の要素には、上の光学照明サブシステムの項で論じたとおりにＮＩＲ光およびＶＩＳ光を基板表面へ導くための１つまたは複数の光ファイバが含まれる。さらに、電子ビーム誘起エッチング・プロセスおよび電子ビーム誘起堆積プロセスを可能にするために、ガス供給サブシステムを含めることもできる。精密ステージは一般に、少なくとも２つの移動軸および駆動機構、ならびにエンコーダ、レーザ干渉計などの位置測定手段を備える。真空室、精密ステージおよびＣＰカラムの設計は当業者によく知られている。
【００３４】
主真空エンクロージャの好ましい要素は傾斜ビュー・ポートであり、明視野画像化に関しては、この傾斜ビュー・ポートを通して、光学照明サブシステムからのＮＩＲ光およびＶＩＳ光が基板表面へ導かれる。このビュー・ポートはさらに、真空内光学系によって集められた散乱光を外部の空気中へ、したがって光学画像化サブシステムへ導くことができる。このビュー・ポートの設計の詳細については後に図１で論じる。
【００３５】
本発明の第１の実施形態
図１および２は、本発明の第１の実施形態１００の概略側断面図である。図１には、ＮＩＲ／ＶＩＳ画像化モードで動作している第１の実施形態が示されている。図２には、ＣＰカラムによる処理中の第１の実施形態が示されている。
【００３６】
主真空エンクロージャ１２２内には精密ステージ１３４があり、主真空エンクロージャ１２２はさらに、ＣＰカラム１４０、対物レンズ１２８、光学シールド１２６、およびステージ１３４によって支持された基板１３２を含む。基板１３２の表面に、暗視野画像化を可能にするある視射角で照明１３６が当たる。暗視野画像化については後に図１５で論じる。双方向矢印１２７は、基板表面に垂直に入射して明視野画像化を可能にするＮＩＲ／ＶＩＳ照明（下向きの矢印）と、基板の表面付近および基板表面から上方へ伝わっている、画像化に使用されるＮＩＲ／ＶＩＳ光の両方を示している。ＮＩＲ光とＶＩＳ光の両方を導く必要があることは、このような幅広い波長範囲にわたる光学的な透過率に関して厳しい要求を対物レンズに課す。光学シールド１２６の目的は、主真空エンクロージャの内壁から反射された、光学画像化サブシステムに入りうる迷光を最小化することである。シールド１２６は、ゴム製のＯリングもしくは他の光吸収リングによって、またはそこから散乱した迷光が傾斜ビュー・ポート１２０へ入りうると考えられる全ての表面を光吸収コーティングで覆うことによって、実現することができる。真空内光学系の光軸１８６は、ＣＰカラムの光軸１４２から距離１４４だけ分離されている。図３〜１３に示す方法は、距離１４４を１マイクロメートル未満に較正し、それにより基板表面の処理を実行する全ての領域で荷電粒子処理ビームの精密位置決めを可能にするために使用される。基板処理時間よりも長い時間にわたって分離距離１４４を本質的に不変のままに（＜１μｍの寸法に）維持するため、真空内光学系およびＣＰカラムの取付けを含む主真空エンクロージャの機械的設計は、熱膨張を最小化するための手段を含め、長期にわたる機械的安定性を保証すべきである。
【００３７】
光学照明サブシステム１０２は、単一の広スペクトル光源１０４を備える。光収集効率を最大にするため、一般に、光源１０４を反射器（図示せず）によって囲うことができる。照明サブシステム１０２の軸１８４上には、（任意選択の）拡散器１０６、コリメーティング・レンズ１０８、部分反射ミラー１１２などの他の要素があることがある。双方向矢印１１４は、傾斜ビュー・ポート１２０と部分反射ミラー１１２との間の光の双方向性を示している。光源１０４からの光１１０は（任意選択の）拡散器１０６を通過し、レンズ１０８によって平行にされる。光１１０のうちミラー１１２によって反射された部分は矢印１１４の下向き部分によって表されており、この部分は、傾斜ビュー・ポート１２０を通過して真空内光学サブシステムに入る。傾斜ビュー・ポート１２０を上へ向かって通過する基板からの散乱光は矢印１１４の上向き部分によって表されている。下方へ導かれた光学照明サブシステムからの光の一部は、矢印１３０によって示されているように、ビュー・ポート１２０の外面および内面から反射される。次に、ビュー・ポート１２０を傾ける理由を説明する。ビュー・ポート１２０が傾いていない場合（典型的には光軸１６２に対する角度１２４は約８３°であり、すなわち表面に対する垂線は光軸１１０から約７°傾いている）、反射光１３０は直接に光学画像化システムに入り、基板から散乱した光１２７と結合することになる。この散乱光１３０は本質的に「雑音」であり、基板についての情報を含んでいないため、光１３０と上方へ導かれた光１２７とが結合すると、信号対雑音比および画像のコントラストが低下し、望ましくない。
【００３８】
試料１３２からの光１５０は部分反射ミラー１１２を通過し、軸１８６と平行に進み、光学画像化サブシステムに入る。光学画像化サブシステムは、ミラー・エンクロージャ１５２、ＮＩＲ光学管１６６、ＮＩＲカメラ１６８、ＶＩＳ光学管１７８およびＶＩＳカメラ１８２を備える。部分反射ミラー１５４は一般に、ＮＩＲおよびＶＩＳ光１５０の一部分１５８を、軸１７０に沿って、完全に反射性のミラー１７２に向かって反射するように構成される。ミラー１７２から反射された光１７４は軸１７６に沿って進み、レンズ１８０を通過し、ＶＩＳカメラ１８２に入る。ＮＩＲおよびＶＩＳ光１５０の別の部分１５６は、軸１６２に沿って部分反射ミラー１５４を通過し、次いで（任意選択の）拡散器１６０およびレンズ１６４を通過してＮＩＲカメラ１６８に入る。部分反射ミラー１５４の反射率の程度を調整して、ＮＩＲカメラとＶＩＳカメラの相対的な検出効率を補償することができる。例えば、ＮＩＲ光およびＶＩＳ光に対するＣＣＤ検出器アレイの一般的な感度を考慮して８０：２０の反射−透過比を使用することができる。ＮＩＲカメラに比べて部分反射ミラー１５４からＶＩＳカメラまでの経路長が長いことなど、いくつかの因子によって、矢印１９０によって示されているように、２つのカメラ１６８および１８２を異なる高さに配置する必要があることがある。
【００３９】
図２は、荷電粒子ビーム処理モードで動作している図１の第１の実施形態を示す。基板１３２は、光軸１８６とＣＰカラム１４０の軸１４２との間の公称分離距離に対応する距離１４４だけ右へ移動している。このステップの間、光源１０４をオンにしておく必要はないが、荷電粒子ビーム処理を実行するのに光源１０４をオフにする必要もないことに留意されたい。当業者にはよく知られているとおり、長期間オンにしておいた場合には、多くのＮＩＲ光源およびＶＩＳ光源が延長された寿命を示す。光学画像化と処理の間の基板の相対的な位置の誤差を補償するため、図３〜１１および１２〜１３に示す２つの方法が使用される。
【００４０】
画像化システムの軸と荷電粒子カラムの軸との間の距離を較正する第１の方法
図３〜１１は、図１、２および１６〜１８に示されている真空内光学系の軸１８６とＣＰカラムの軸１４２との間の距離１４４を較正する第１の方法を示す。図３〜１１には、分りやすくするためにＸ−Ｙ座標系が示されており、４つの全ての実施形態について、Ｘ軸３８１は、精密ステージ１３４の主移動方向である。Ｙ軸３８２は、光軸１８６と光軸１４２の間の、ステージ１３４の主移動軸３０４に対して垂直な方向の小さなオフセットを表す。
【００４１】
図３は、この方法の最初のステップを示す。この方法では、ＣＰカラムによって生成される荷電粒子ビームを使用しても検出されないであろう基板上の特徴部分の位置をＮＩＲおよびＶＩＳ画像化を使用して光学的に特定する。以後、それらの特徴部分を「ＣＰ不可視の」特徴部分と呼ぶ。基板部分３０８（図１、２および１６〜１８の基板１３２の部分に対応する）上には、ＣＰ不可視の以下の２つのタイプの特徴部分が存在する。
【００４２】
ａ）「不要」。この特徴部分は、機能上重要でない基板上ので特徴部分ある。「重要」特徴部分に対するこの特徴部分の位置は、コンピュータ−エイデッド・デザイン（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）（ＣＡＤ）パターニング・データから既知である。
【００４３】
ｂ）「重要」。荷電粒子ビーム処理は、「重要」特徴部分の位置で実行することが求められている。このような処理は典型的には、層の欠陥を画像化するため、または回路編集のため、または回路編集用の追加の金属接続部を堆積させるために、（金属相互接続部などの）デバイス構造の層を下方へ掘り進む集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）ミリングである。
【００４４】
真空内光学系は、図３〜１１の左側に軸３０２（図１、２および１６〜１８の軸１８６に対応する）を有し、ＣＰカラム１４０は、図３〜１１の右側に軸３１８（図１、２および１６〜１８の軸１４２に対応する）を有する。精密ステージ１３４の主移動軸は（Ｘ方向に沿った）軸３０４である。（Ｘ方向に沿った）軸３２６および（Ｙ方向に沿った）軸３２２はＣＰカラム１４０の軸３１８と交差する。同様に、（Ｘ方向に沿った）軸３０４および（Ｙ方向に沿った）軸３０６は真空内光学系の軸３０２と交差する。図３〜１１に示す方法により、軸３０２と軸３１８の間のＸオフセット３２０およびＹオフセット３２４を、１ミクロン未満の正確さで決定することができる。ステージ１３４を使用して、ＣＰ不可視の不要特徴部分３１０の中心３１７を軸３０２上に配置する。不要特徴部分３１０の左下に重要特徴部分３１６がある。重要特徴部分３１６の中心３１５は、不要特徴部分３１０の中心からＸ方向に沿って距離３１２だけずれており、Ｙ方向に沿って距離３１４だけずれている。これらのオフセットはともにＣＡＤデータベースから演繹的に既知である。真空内光学系の軸３０２上に特徴部分３１０を配置した後、精密ステージ１３４が、図４に示すように、基板部分３０８を（基板１３２の全体と一緒に）ＣＰカラム１４０の下の位置まで移動させる。
【００４５】
図４では、基板部分３０８が、ＣＰカラム１４０の軸３１８のおおよその位置まで移動している。この位置決めプロセスは、軸３１８を中心とする半径４０２の円によって示された予測される誤差４０４を有する。軸３０２と軸３１８の間の正確なオフセット３０４および３２４を演繹的に知ることができる場合には、図３〜１１に示す方法は必要ないことになる。しかしながら、機械的な不正確さのため、および荷電粒子ビーム処理では極めて精確な位置決めが必要であるため、一般に、図１、２および１６〜１８のカラム軸１８６とカラム軸１４２の間のオフセット１４４を較正することが必要である。ステージの不正確さのため、不要特徴部分３１０の中心３１７は、軸３１８に対してＸオフセット４０３およびＹオフセット４０６を有する。予想されるとおり、図４における不要特徴部分３１０に対する重要特徴部分３１５のオフセットは図３におけるオフセットと同じであることに留意されたい。
【００４６】
次に、図５で、ＣＰカラム１４０が処理動作（ミリング、エッチング、堆積など）を実行して、ＣＰカラム１４０の軸３１８と一致した中心５０３を有する光学的に検出可能な特徴部分５０２を生成する。特徴部分５０２が重要特徴部分３１６の上にないことが重要であることに留意されたい。この状況を回避するために、特徴部分３１０と特徴部分３１５の間のオフセットが下式の要件を満たすことが必要であることがある。
【００４７】
【数１】
0005860044.tif 000002
【００４８】
上式で、Ｘオフセット３１２およびＹオフセット３１４は基板のＣＡＤパターニング・データから得られる。２つ以上の重要特徴部分がある場合には、全ての重要特徴部分についてこの基準を同時に満たす不要特徴部分３１０を見つけ出す必要があることがある。
【００４９】
光学的に見ることができる特徴部分５０２をＣＰカラム１４０によって形成した後、基板部分３０８を、図６に示すように、精密ステージ１３４によって、真空内光学系の下の位置へ再び移動させる。図３と同様に、不要特徴部分３１０の中心３１７が再び真空内光学系の軸３０２上に配置されるが、ここでは、ＮＩＲ画像化もしくはＶＩＳ画像化またはＮＩＲ画像化とＶＩＳ画像化の両方によって、新しい特徴部分５０２を見ることができる。そのためには、図４の誤差円４０４の半径４０２が真空内光学系の視野より小さくなければならないことが必要であることに留意されたい。適切に設計された光学システムであればそうなっているはずである。ここで、軸３０２に対する特徴部分５０２のＸオフセット４０３およびＹオフセット４０６を、光学系の（既知の）倍率を使用して精確に決定することができる。次いで、オフセット４０３および４０６を、手動でまたはシステム・コントローラによって自動的に記録する。
【００５０】
図７は、基板部分３０８がＣＰカラム１４０へ移動したところを示しているが、ここでは、オフセット４０３および４０６によって補正された位置に移動している。したがって、このとき、不要特徴部分３１０の中心３１７は、図示されているように、ＣＰカラム１４０の軸３１８にはるかに近い位置に位置している。次に、図５の荷電粒子ビーム処理動作と同様のまたは図５の荷電粒子ビーム処理動作と全く同じ第２の荷電粒子ビーム処理動作を実行する。
【００５１】
図８は、この第２の処理動作の結果を示している。基板部分３０８上に特徴部分８０２が形成されており、新しい特徴部分８０２の中心８０４は不要特徴部分３１０の中心３１７と一致しており、新しい特徴部分８０２の中心８０４はＣＰカラム１４０の軸３１８とも一致している。しかしながら、不要特徴部分３１０はＣＰ不可視であるため、特徴部分８０２が不要特徴部分３１０の中心にあることを確認するために図９に示すステップが必要であることに留意されたい。
【００５２】
図９では、基板部分３０８が再び真空内光学系の下に移動している。示されているように、ＮＩＲ画像化もしくはＶＩＳ画像化またはＮＩＲ画像化とＶＩＳ画像化の両方を使用して、新しい特徴部分８０２が不要特徴部分３１０の真上に位置していることを確かめることができる。
【００５３】
次に、図１０で、基板部分３０８の実際の荷電粒子処理が始まる。基板１３２の部分３０８を再びＣＰカラム１４０の下に配置するため、精密ステージ１３４によって基板部分３０８が移動されている。Ｘオフセット４０３およびＹオフセット４０６を、不要特徴部分３１０と重要特徴部分３１６の間のＸオフセット３１２およびＹオフセット３１４と組み合わせて使用することによって、ＣＰ不可視の重要特徴部分３１６の中心３１５がＣＰカラム１４０の軸３１８上に配置されている。最後に、図１１は、ＣＰ不可視の重要特徴部分３１６の上にＣＰカラム１４０によって希望どおりに正確に形成された特徴部分１１０２を示している。
【００５４】
画像化システムの軸と荷電粒子カラムの軸との間の距離を較正する第２の方法
カラム間の距離を較正する図３〜１１に示した第１の方法は、真空内光学系とＣＰカラムの間のＸ−Ｙオフセットを精確に較正するのにＣＰ不可視の不要特徴部分３１０を１つだけ使用する。場合によっては、具体的には荷電粒子処理ビームを極めて精確に位置決めする必要がある場合には、ＣＰ不可視の複数の不要特徴部分を使用する、図１２〜１３に示すような第２の方法を利用する必要がある。
【００５５】
図１２は、第１の方法の図３に対応する。最初に、ＮＩＲ画像化もしくはＶＩＳ画像化またはＮＩＲ画像化とＶＩＳ画像化の両方を使用して、対応するそれぞれの中心１２０２、１２２２および１２３２を有する３つのＣＰ不可視の不要特徴部分１２０４、１２２４および１２３４を光学的に画像化する。３つの不要特徴部分１２０４、１２２４および１２３４によって形成された三角形の内側に、中心１２１５を有する重要特徴部分１２１６が位置している。不要特徴部分１２０４は、重要特徴部分１２１６に対するＸオフセット１２０６およびＹオフセット１２０８を有する。同様に、不要特徴部分１２２４は、重要特徴部分１２１６に対するＸオフセット１２２６およびＹオフセット１２２８を有し、不要特徴部分１２３４は、重要特徴部分１２１６に対するＸオフセット１２３６およびＹオフセット１２３８を有する。全てのオフセット１２０６、１２０８、１２２６、１２２８、１２３６および１２３８はＣＡＤパターニング・データから既知である。
【００５６】
次いで、３つの荷電粒子処理ステップによって、図１３に示すように、ＣＰ不可視の不要特徴部分１２０４、１２２４および１２３４の中心に３つの特徴部分１３０６、１３０２および１３０４をそれぞれ形成する。このステップは図８に示したステップに相当する。最後に、３つのマーク１３０６、１３０２および１３０４間の三角測量（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）を使用することによって、ＣＰ不可視の重要特徴部分１２１６の位置をより精確に決定することができることがある。最終的な荷電粒子処理ステップを実行して、重要特徴部分１２１６の上に特徴部分１３０８を形成する。
【００５７】
明視野照明と暗視野照明の比較
図１、２および１６〜１８に示すように、本発明の荷電粒子処理システムの全ての実施形態では、相補的な２つの照明モードが可能である。図１４は、明視野画像化モードを示す。矢印１４１８は、真空内光学系の対物レンズ１２８を下へ向かって通過し、点１４１２のところで基板１４０５の表面から反射されるＮＩＲおよびＶＩＳ照明を表している。矢印１４１６は、真空内光学系の対物レンズ１２８を下へ向かって通過し、基板１４０５内へ入り込み、点１４１４のところでデバイス層１４０８内の不要特徴部分および重要特徴部分から散乱するＮＩＲおよびＶＩＳ照明を表している。対物レンズ１２８の下端１４０２は、点１４１２および１４１４を含む基板１４０５の小さなエリアに向かってＮＩＲおよびＶＩＳ照明を導く画像化レンズ１４０４を含む。特に、λ＞１．１μｍ（バンドギャップよりも低い光子エネルギー）でシリコンが比較的に透過性であるＮＩＲ光では、その照明のかなりの部分が、基板１４０５のさまざまな層１４０６、１４０８および１４１０に入り込み、例えばデバイス層１４０８内の点１４１４に達する。層１４０６は、不要特徴部分と重要特徴部分の両方を含むデバイス層の上の表面コーティングであり、層１４１０は、その上に回路が形成されたバルク・シリコン・ウェーハを表す。
【００５８】
点１４１２のところで基板１４０５の表面から反射されたＮＩＲおよびＶＩＳ光１４２０は、デバイス層１４０８内の特徴部分についての有用な情報を含んでおらず、したがって不必要な背景信号であり、明視野モードでは、この不必要な背景信号が、点１４１４のところでデバイス層１４０８から散乱した光子から生じた所望の信号１４２２に追加される。したがって、明視野画像化は、基板表面から反射された反射光が真空内光学系のレンズ１４０４に入ることができることにより、低いコントラストおよび低い信号対雑音比を有することがある。
【００５９】
図１５は、暗視野画像化モード１５００における照明を示す。矢印１５１８は、図示された視射角で基板１４０５に向かって導かれ、次いで点１５１２のところで基板１４０５の表面から反射されるＮＩＲおよびＶＩＳ照明を表している。矢印１５１６は、基板１４０５内へ入り込み、点１５１４のところでデバイス層１４０８内の不要特徴部分および重要特徴部分から散乱するＮＩＲおよびＶＩＳ照明を表している。図１４と図１５を比較すると、暗視野照明では、点１５１２のところで表面から反射されるＮＩＲ照明またはＶＩＳ照明がレンズ１４０４に入らず、したがってコントラストまたは信号対雑音比を低下させないことが分る。基板１４０５内から散乱したＮＩＲおよびＶＩＳ光は、図１４の明視野モードと同じ方式で集められる。
【００６０】
本発明の第２の実施形態
図１６は、本発明の第２の実施形態１６００の概略側断面図であり、この実施形態において、ＣＰカラム１４０、光学画像化サブシステム（ミラー・エンクロージャ１５２、ＮＩＲ光学管１６６、ＮＩＲカメラ１６８、ＶＩＳ光学管１７８およびＶＩＳカメラ１８２を備える）、主真空エンクロージャ１２２、精密ステージ１３４および真空内光学系１２８は全て前述の図１のものと同じである。図１および２で論じた第１の実施形態からの好ましい変更点は光学照明サブシステム１６０２である。
【００６１】
光学照明サブシステム１６０２は２重光源、すなわちＮＩＲ発光用に最適化された１つの光源１６０４およびＶＩＳ発光用に最適化された別の光源１６４８を使用する。上で論じた２つの光源に対する２つの動作モードのうちのどちらの動作モードもこの実施形態に対して適用可能である。すなわち、ＮＩＲ源１６０４およびＶＩＳ源１６４８を同時に動作するように構成することができ、または独立して制御できるように構成することができる。それらの光源のそれぞれの光収集効率を最大にするため、一般に、両方の光源１６０４および１６４８を反射器（図示せず）によって囲うことができる。ＮＩＲ源１６０４からのＮＩＲ光１６４０は軸１６８４に沿って進み、光１６４０の一部分が部分反射ミラー１６４２を通過する。ＶＩＳ源１６４８からのＶＩＳ光１６４６は軸１６４４に沿って進み、光１６４６の一部分が部分反射ミラー１６４２によって反射される。ミラー１６４２を通過したＮＩＲ光およびミラー１６４２によって反射されたＶＩＳ光はともに軸１６８４に沿って進み、光ビーム１６１０を形成する。光ビーム１６１０は、（任意選択の）拡散器１６０６およびコリメーティング・レンズ１６０８を通過することができる。光ビーム１６１０の一部分は部分反射ミラー１６１２から下向きに反射し、図１の双方向矢印１１４に対応する双方向光ビーム１０１４の下向き部分を形成する。図１の第１の実施形態に対して適用した考慮事項と同じ考慮事項が、図１６の第２の実施形態のビュー・ポート１２０の内面と外面の間の角度に対しても適用される。すなわち、ビュー・ポート１２０の前面および後面からの反射光１６３０が光学画像化サブシステムに入ることがないことを保証する必要がある。真空内光学系１２８によって集められた基板からの散乱光は、ビュー・ポート１２０および部分反射ミラー１６１２を部分的に透過し、次いで光学画像化サブシステムに入る。これらのことは軸１６２に沿った矢印１５０に対応する。
【００６２】
本発明の第３の実施形態
図１７は、本発明の第３の実施形態１７００の概略側断面図である。この実施形態は、図１６に示した第２の実施形態と同じ光学照明システムを使用するが、ＮＩＲ画像化とＶＩＳ画像化の両方が可能な広スペクトル検出器を実現する単一のカメラを備える。このシステムのその他の態様は全て第２の実施形態と同じである。
【００６３】
軸１７２４に平行に部分反射ミラー１６１２を通過した光１７１２は、光管１７０２と、コリメーティング・レンズ（このレンズはＮＩＲ光とＶＩＳ光の両方を透過させなければならない）１７０４と、広スペクトル・カメラ１７０８とを備える光学画像化サブシステムに入る。ＮＩＲ画像を得るためには、ＮＩＲ源１６０４だけをオンにし、ＶＩＳ源１６４８をオフにすることになり、したがって上で論じた光学照明サブシステムに対する第３の構成が必要となる。反対に、ＶＩＳ画像を得るためには、ＶＩＳ源１６４８だけをオンにし、ＮＩＲ源１６０４をオフにすることになる。２つの光源１６０４および１６４８を同時にオンにした場合には、（おそらくは望ましくない）合成ＮＩＲ＋ＶＩＳ画像が得られるであろうことは明らかである。両方の光源１６０４および１６４８を高速でオン／オフすることができる場合には、この実施形態を使用して、ＮＩＲ画像化モードとＶＩＳ画像化モードとを高速で切り替えることが可能である。ＮＩＲ源１６０４とＶＩＳ源１６４８の相対的な照明強度を調整して、広スペクトル・カメラ１７０８の検出器アレイ（図示せず）におけるＮＩＲ光とＶＩＳ光の間の感度の差を補償することができる。
【００６４】
本発明の第４の実施形態
図１８は、本発明の第４の実施形態１８００の概略側断面図である。この実施形態では、２重のカメラを備える図１および２の光学画像化システムが、２重のＣＣＤ検出器アレイ１８０８（ＶＩＳ光用）および１８１０（ＮＩＲ光用）とビーム分割プリズム１８０６とを備える単一のカメラ・アセンブリ１８０２に置き換えられている。上で論じたとおり、このタイプのカメラの一例は、ＪＡＩによって製造されているモデルＡＤ−０８０  ＣＬマルチ・スペクトル・カメラである。
【００６５】
部分反射ミラー１１２を通過した、軸１８２９に平行な光１８１２は、光学画像化サブシステムに入り、入口レンズ１８０４を通過する。ＶＩＳ光の大部分は、プリズム１８０６上の点１８１８のところでダイクロイック層を通過し、ＶＩＳ光ビーム１８１４を形成する。ＶＩＳ光ビーム１８１４は軸１８２４に沿って進み、ＶＩＳ光ＣＣＤアレイ１８０８に入射する。プリズム１８０６による屈折のため、軸１８２９と軸１８２４は平行でないことに留意されたい。ＮＩＲ光の大部分は、点１８１８でダイクロイック層から反射し、鏡面反射されたビーム１８１６を形成する。ビーム１８１６はプリズム１８０６の幅を横切って進む。ビーム１８１６は次いで点１８２０のところで鏡面反射し、反射ビーム１８２２を形成する。ビーム１８２２は、ＮＩＲ  ＣＣＤアレイ１８１０に最も近いプリズム１８０６の面にほぼ垂直に入射する。したがって、２つの画像を同時に取得することができる。画像はそれぞれ、マルチ・スペクトル・カメラ内で並行して動作している２つのＣＣＤ検出器アレイのうちの一方のＣＣＤ検出器アレイから取得される。
【００６６】
前述のとおり、前述のさまざまな照明システムおよび画像化システムを組み合わせることができる。例えば、単一の広スペクトル源および２重源結合動作照明システムはともに、ビーム・スプリッタを有する２重カメラと一緒に使用することができ、または統合された２重の検出器を有する単一のカメラ・アセンブリと一緒に使用することができる。独立動作型の２重源照明システムは、ビーム・スプリッタを有する２重カメラと一緒に使用することができ、または広スペクトル・カメラもしくは統合された２重の検出器を有するカメラである単一のカメラ・アセンブリと一緒に使用することができる。
【００６７】
上記の実施形態は近赤外放射を使用する。本発明は近赤外放射だけに限定されないが、波長が長くなるにつれて分解能は低下すること、そのため波長は短い方が好ましいことを当業者は理解するであろう。
【００６８】
本発明の一態様によれば、基板を処理する荷電粒子ビーム・システムは、
基板の表面に集束させることができる荷電粒子のビームを生成するように構成された荷電粒子カラムと、
基板の表面および基板の表面に近い領域から散乱した赤外放射および可視光を集めるように構成された真空内光学サブシステムと、
真空内光学サブシステムの下の位置と荷電粒子カラムの下の位置の間で基板を交互に移送するように構成された精密ステージと、
基板の表面に赤外放射および可視光を供給するように構成された照明サブシステムと、
真空内光学サブシステムによって集められた散乱した赤外放射および可視光を１つまたは複数の検出器上へ集束させるように構成された画像化サブシステムと
を備える。
【００６９】
いくつかの実施形態では、照明サブシステムが、基板の表面に近赤外放射および可視光を供給するように構成されており、真空内光学サブシステムが、基板の表面および基板の表面に近い領域から散乱した近赤外放射および可視光を集めるように構成されており、画像化サブシステムが、真空内光学サブシステムによって集められた散乱した近赤外放射および可視光を１つまたは複数の検出器上へ集束させるように構成されている。
【００７０】
いくつかの実施形態では、荷電粒子カラムが集束イオン・ビーム・カラムを含み、基板の前記処理が集束イオン・ビーム・ミリングである。いくつかの実施形態では、荷電粒子カラムが電子ビーム・カラムを含む。
【００７１】
いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム・システムが、電子ビームまたはイオン・ビームと基板との交点の近傍にエッチング剤ガスを供給するように構成されたガス供給アセンブリを備え、基板の前記処理が電子ビーム誘起エッチングである。
【００７２】
いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム・システムが、電子ビームと基板との交点の近傍に堆積前駆体ガスを供給するように構成されたガス供給アセンブリをさらに備え、基板の前記処理が電子ビーム誘起堆積である。
【００７３】
いくつかの実施形態では、照明サブシステムが、赤外放射と可視光の両方を供給するように構成された単一の光源を備え、いくつかの実施形態では、照明サブシステムが、主として赤外放射を供給するように構成された第１の光源と、主として可視光放射を供給するように構成された第２の光源と、第１および第２の放射源からの放射を結合して平行なビームにする光学系とを備える。
【００７４】
いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム・システムが、照明サブシステムからの赤外放射および可視光をある視射角で基板の表面に導いて、基板の暗視野画像化を可能にする光学系をさらに備える。
【００７５】
いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム・システムが、真空内光学サブシステムを下向きに通過した照明からの赤外放射および可視光を基板の表面にほぼ垂直な入射角で導いて、基板の明視野画像化を可能にする光学系をさらに備える。
【００７６】
いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム・システムが、前記検出器のうちの少なくとも１つの検出器に入る反射された放射の量を低減させる傾斜真空ビュー・ポートをさらに備える。
【００７７】
いくつかの実施形態では、画像化サブシステムが、赤外放射または可視光を使用して画像を形成することができる単一の検出器を有する広スペクトル・カメラを備える。いくつかの実施形態では、画像化サブシステムが、２つの検出器、すなわち赤外放射を使用して画像を形成することができる１つの検出器と可視光を使用して画像を形成することができる１つの検出器とを有する単一のカメラを備える。いくつかの実施形態では、画像化サブシステムが、散乱した赤外放射を使用して画像を形成する第１のカメラと、可視光を使用して画像を形成する第２のカメラとを備える。
【００７８】
本発明はさらに、光学画像化サブシステムの軸と荷電粒子カラムの軸との間の距離を較正する方法であって、
基板表面に集束荷電粒子ビームを生成するように荷電粒子カラムを構成するステップと、
基板表面の画像を形成するように光学画像化システムを構成するステップと、
光学画像化サブシステムの下の位置と荷電粒子カラムの下の位置の間で基板を交互に移送するようにステージを構成するステップと、
荷電粒子カラムおよび光学画像化システムを、固定された相対的なオフセット距離で取り付けるステップと、
最初に、ステージを使用して、画像化システムの下に基板を配置し、画像化サブシステムの軸上に不要特徴部分の中心を配置するステップと、
荷電粒子カラムの下の位置へ基板を移送するステップであり、その移送距離が、画像化サブシステムと荷電粒子カラムの間の予想されるオフセットに対応するステップと、
荷電粒子ビーム処理を使用して基板の表面に第１の構造を形成するステップと、
画像化サブシステムの下の位置へ基板を移送するステップであり、その移送距離が、画像化サブシステムと荷電粒子カラムの間の予想されるオフセットとは正反対であるステップと、
荷電粒子ビーム処理によって形成された第１の構造を画像化し、不要特徴部分に対する第１の構造のオフセットを決定するステップであり、そのオフセットが、画像化サブシステムと荷電粒子カラムの間の実際のオフセットと予想されるオフセットとの差に対応するステップと、
荷電粒子カラムの下の位置へ基板を移送するステップであり、その移送距離が、直前に決定したオフセットを使用して較正され、それにより、ステージが、不要特徴部分を荷電粒子カラムの下にはるかに精確に配置することができるステップと、
荷電粒子ビーム処理を使用して基板の表面に第２の構造を形成するステップと、
画像化サブシステムの下の位置へ基板を移送するステップであり、その移送距離が、画像化サブシステムと荷電粒子カラムの間の較正されたオフセットとは正反対であるステップと、
荷電粒子ビーム処理によって形成された第２の構造を画像化し、それによりオフセット較正の正確さを確認するステップと、
荷電粒子カラムの下の位置へ基板を移送するステップであり、その移送距離が、処理対象の重要特徴部分と不要特徴部分との間のオフセットの分だけ変更され、それにより荷電粒子カラムの真下に重要特徴部分を配置するステップと、
荷電粒子ビーム処理を使用して基板の表面に第３の構造を形成するステップであり、第３の構造が、所望の処理に必要なサイズ、形状を有し、第３の構造が、重要特徴部分の真上に位置するステップと
を含む方法を含む。
【００７９】
この方法は、
基板上の追加の複数の不要特徴部分であり、前記複数の不要特徴部分のうちのそれぞれの不要特徴部分の、処理対象の重要特徴部分に対するオフセットが既知である追加の複数の不要特徴部分と、
基板上の前記複数の不要特徴部分の上に複数の構造を形成するステップと、
前記複数の構造を画像化し、それにより画像化サブシステムと荷電粒子カラムの間の正確な間隔の正確な較正を確認するステップと
をさらに含むことができる。
【００８０】
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。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。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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