(57)【要約】【解決手段】  半導体ドライエッチングプロセスの際に終点を検出するための技術が開示されている。本発明のドライエッチングプロセスは、反応性物質と電子ビームとを組み合わせて用いる。別の実施形態では、エッチングプロセスを円滑にするために、光子ビームが用いられる。終点検出技術は、二次電子および後方散乱電子の放射レベルと、サンプル内の電流とを監視する工程を備える。これらのパラメータの各々に与えられる重みに応じて、これらのパラメータの値が、初期値に対して、特定の割合を超えて変化した時に、終点と判定される。
2005537683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体サンプルをエッチングする方法であって、
前記半導体サンプルの対象領域に反応剤を導入し、
荷電粒子ビームが、前記対象領域に衝突し、前記反応剤を分解して前記対象領域をエッチングする反応性分子を生成するように、前記荷電粒子ビームを前記対象領域に向かって方向付け、
二次電子と後方散乱電子との少なくとも一方の放射レベルについて、前記半導体サンプルを監視し、
前記監視された放射レベルの内の１つまたは複数または重み付けされた組み合わせが、所定の量だけ変化した時に、前記対象領域の前記エッチングを終了させることを備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法はさらに、
Ｘ線放射レベルについて、前記半導体サンプルを監視することを備える方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記Ｘ線放射レベルも、前記対象領域の前記エッチングを終了する時点を判定するために用いられる、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法はさらに、
前記半導体サンプルの前記対象領域のほぼ内部を流れる電流量を監視することを備える方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記電流量も、前記対象領域の前記エッチングを終了する時点を判定するために用いられる、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法はさらに、
前記半導体サンプルの前記対象領域の概ね内部を流れる電流量を監視することを備える方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記電流量も、前記対象領域の前記エッチングを終了する時点を判定するために用いられる、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法はさらに、
エッチングされている前記対象領域の結果として前記サンプルから生じるガスの組成を監視することを備える方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記ガスの組成も、前記対象領域の前記エッチングを終了する時点を判定するために用いられる、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、前記荷電粒子ビームは、収束イオンビームである方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法はさらに、
前記荷電粒子ビームの電流レベルを監視し、
前記荷電粒子ビームの前記電流レベルに従って、前記半導体サンプルからの前記監視された放射レベルを調整して、正規化された放射レベルを決定することを備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記エッチングを終了する工程は、前記正規化された放射レベルに基づく、方法。
【請求項１３】
サンプルをエッチングする方法であって、
二次電子および後方散乱電子が前記サンプル上の対象領域から放射されるように、荷電粒子ビームで前記サンプル上の前記対象領域を走査し、
前記サンプル上の前記対象領域から放射される二次電子と後方散乱電子とのレベルを測定し、
前記二次電子レベルおよび第１の重み係数の積と、前記後方散乱電子レベルおよび第２の重み係数の積とを加算することにより、第１の監視値を算出し、
前記荷電粒子ビームと反応して分解することで、前記対象領域の少なくとも一部をエッチングする反応性分子になる反応性物質を、前記対象領域に導入し、
前記二次電子レベルと前記後方散乱電子レベルとを監視しつつ、前記対象領域をエッチングし、
前記対象領域をエッチングするプロセスの間、一定の時間間隔で第２の監視値を算出し、
前記第１の監視値と前記第２の監視値との間の差が前記第１の監視値の所定の割合よりも概ね大きくなった時点を、前記エッチングの終点として決定し、
前記終点に達した時点で、前記対象領域の前記エッチングを終了させることを備える方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法はさらに、
前記サンプルの前記対象領域内の電流レベルを測定し、
前記対象領域内の前記電流レベルを監視しつつ、前記対象領域内の材料をエッチングすることを備えることを備える方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記第１および第２の監視値の算出はさらに、前記対象領域内の前記電流レベルと第３の重み係数との積を加算することを備える方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のサンプルをエッチングする方法であって、前記対象領域は、第２の導電層の上に配置された第１の導電層を有し、前記方法は、さらに、
前記第３の重み係数を０に設定することを備える方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法はさらに、
前記対象領域から放射されるＸ線のＸ線カウント数を測定し、
前記Ｘ線カウント数を監視しつつ、前記対象領域内の材料をエッチングすることを備える方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記第１および第２の監視値の算出はさらに、前記Ｘ線カウント数と第４の重み係数との積を加算することを備える方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法はさらに、
前記サンプルの前記対象領域内の電流レベルを測定し、
前記対象領域内の前記電流レベルを監視しつつ、前記対象領域内の材料をエッチングすることを備える方法。
【請求項２０】
請求項２１に記載の方法であって、前記第１および第２の監視値の算出はさらに、前記対象領域内の前記電流レベルと第３の重み係数との積を加算することを備える方法。
【請求項２１】
請求項１３に記載の方法はさらに、
エッチングされている前記対象領域の結果として前記対象領域から生じる残留ガスの組成値を測定し、
前記組成値を監視しつつ、前記対象領域内の材料をエッチングすることを備える、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記第１および第２の監視値の算出はさらに、前記組成値と第５の重み係数との積を加算することを備える方法。
【請求項２３】
請求項１３に記載のサンプルをエッチングする方法はさらに、
前記荷電粒子ビームの電流を監視し、
前記荷電粒子ビームの前記監視された電流に対して比例するように、前記二次電子と前記後方散乱電子との前記監視されたレベルを調整して、正規化された二次および後方散乱電子レベルを維持することを備える方法。
【請求項２４】
請求項１３に記載のサンプルをエッチングする方法はさらに、
光子ビームが、前記反応性物質と相互作用して、前記対象領域内の材料のエッチングをさらに円滑にするように、前記光子ビームで前記サンプル上の前記対象領域を走査することを備える方法。
【請求項２５】
請求項１３に記載のサンプルをエッチングする方法はさらに、
前記第１および第２の重み係数の一方を０に設定することを備える方法。
【請求項２６】
請求項１３に記載のサンプルをエッチングする方法であって、前記第１の監視値の前記所定の割合を５０％として、前記終点への到達が決定される、方法。
【請求項２７】
請求項１３に記載のサンプルをエッチングする方法はさらに、
前記第１の監視値が算出された後で、エッチングのために前記荷電粒子ビームを波長調整し直すことを備える方法。
【請求項２８】
請求項１３に記載のサンプルをエッチングする方法であって、前記対象領域のエッチングは、残留成分を生成し、前記方法はさらに、
真空ポンプを用いて前記残留成分を除去することを備える方法。
【請求項２９】
請求項１２に記載のサンプルをエッチングする方法であって、前記反応性物質は、塩素系のガス、フッ素系のガス、臭化物系のガス、ハロゲン系のガス、ハロゲン含有ガス、および、ハロゲン含有ガスと他のガスとの混合ガスの中から選択される方法。
【請求項３０】
請求項１３に記載のサンプルをエッチングする方法であって、前記反応性物質は、ＣＣｌ4、ＣＨＣｌ3、ＣＨ2Ｃｌ2、ＣＨ3Ｃｌの中から選択される方法。
【請求項３１】
サンプルをエッチングするための装置であって、
前記サンプル上の対象領域の近傍に反応性物質を導入するよう機能する反応剤注入部と、
荷電粒子ビームで前記対象領域を走査するよう機能する荷電粒子ビーム生成部であって、前記荷電粒子ビームは、前記反応性物質と前記荷電粒子ビームとが、前記走査される対象領域内に配置された前記サンプルの材料をエッチングするよう作用するように、前記反応性物質と相互作用する、荷電粒子ビーム生成部と、
前記サンプルから生じる二次電子放射レベルを検出するよう構成された二次電子検出部と、
前記サンプルから生じる後方散乱電子放射レベルを検出するよう構成された後方散乱電子検出部と、
前記サンプルを流れる電流量を測定するよう構成された電流計と、
前記二次電子検出部および前記後方散乱電子検出部によってそれぞれ検出された前記二次および後方散乱放射レベルと、前記電流計によって測定された前記電流量とを監視することにより、前記サンプルの前記材料の前記エッチングの終点を決定するよう構成された終点検出部とを備える装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載のサンプルをエッチングするための装置であって、前記終点検出部はさらに、前記二次電子レベルおよび第１の重み係数の積と、前記後方散乱電子レベルおよび第２の重み係数の積と、前記電流レベルおよび第３の重み係数の積とを加算することにより、監視値を算出するよう構成されており、前記終点検出部は、前記監視値の値が監視値の所定の割合よりも概ね大きい値だけ変化した時点を、前記エッチングの終点として特定する装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載のサンプルをエッチングするための装置はさらに、
前記荷電粒子ビームの電流を監視し、
前記荷電粒子ビームの前記測定された電流に比例するように、前記二次電子と前記後方散乱電子との前記検出されたレベルを調整して、正規化された二次および後方散乱電子レベルを維持することを備える装置。
【請求項３４】
請求項３１に記載のサンプルをエッチングするための装置はさらに、
光子ビームで前記サンプル上の前記対象領域を走査するよう機能する光子ビームを備え、前記光子ビームは、前記反応性物質と相互作用して、前記対象領域内の前記材料のエッチングをさらに円滑にする装置。
【請求項３５】
請求項３１に記載のサンプルをエッチングするための装置であって、前記対象領域のエッチングは、残留成分を生成し、前記装置はさらに、
前記残留成分を除去するよう機能する真空ポンプを備える装置。
【請求項３６】
試験サンプルを検査するための方法であって、
第１の衝突エネルギで粒子を放射するよう構成された電子ビーム生成部を用いて、試験サンプルの第１の走査対象を走査し、前記第１の衝突エネルギは前記第１の走査対象からの二次電子放射を引き起こし、
第１の期間中に、前記第１の走査対象において反応性物質を導入すると共に残留成分を除去し、
第２の期間中に、二次電子放射の強度を測定することを備える方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、前記第１の期間中における前記反応性物質の導入は、炭素汚染を除去する方法。
【請求項３８】
請求項３６に記載の方法であって、前記第２の期間中における前記二次電子放射の強度の測定は、ほぼ炭素汚染のない測定を可能にする方法。
【請求項３９】
請求項３６に記載の方法であって、前記第１の期間は１走査フレームである方法。
【請求項４０】
請求項３６に記載の方法であって、前記第２の期間は１走査フレームである方法。
【請求項４１】
試験サンプルを検査するための方法であって、
第１の衝突エネルギを有する電子で試験サンプルの第１の走査対象を走査し、前記第１の衝突エネルギは、前記第１の走査対象からの二次電子放射を引き起こし、
測定される二次電子放射の強度において実質的な変化が測定されるまで、前記第１の走査対象において反応性物質を導入すると共に残留成分を除去する動作を繰り返すことを備える方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の方法であって、前記衝突エネルギは、二次電子放射を最大化すると共に前記反応性または準反応性（near reactive）のガスに対する前記電子ビームの分解作用を最大化するように調整される、方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法であって、前記残留成分の除去は、前記反応性物質、前記電子、および、前記第１の走査対象の間の相互作用による残留物質を除去することを備える方法。
【請求項４４】
請求項４２に記載の方法であって、前記残留成分は、前記第１の走査対象をレーザに曝すことにより除去される方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法であって、前記ビームは、走査されると同時に、基板の結晶構造に対する入射角を変更可能にするよう切り換えられる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体製造プロセスに関し、特に、エッチングプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスのための検査技術には、反応性イオンエッチング、収束イオンビームエッチング、および、化学エッチングなどのエッチングが含まれる。従来、マスクされたフィルム／層を除去するために、半導体ウエハ試料のエッチングが用いられてきた。しかしながら、エッチングは、ウエハを形成する材料の積層体を検査することによる欠陥の解析および測定に用いることもできる。反応性イオンエッチングでは、イオンは、サンプルの表面の材料と反応することにより、サンプルから蒸発する蒸発物質を形成する。この技術では、銅などの材料をドライエッチングする際に問題が生じる。銅が、Ｃｌを含む反応性ガスに曝されると、銅の表面にわたって、塩化銅物質ＣｕＣｌXが形成される。この塩化物は、常温では良好に蒸発できない。したがって、ＣｕＣｌX物質の蒸発を円滑にするために、常温よりもかなり高い温度まで、サンプルを加熱する必要がある。例えば、Ｃｕフィルムをエッチングするために、２００℃を超える温度までサンプルの基板を加熱する必要がある。多くの場合、従来のドライエッチングプロセスでは、高温によってサンプルが損傷する傾向があるため、サンプルを製品に用いることはできない。
【０００３】
エッチングプロセスで生じる別の問題は、各エッチングプロセスの終点を判定することである。終点とは、特定の金属、酸化物、または、フォトレジストが、完全に除去されたためにエッチングプロセスが終了される点を意味する。
【０００４】
したがって、Ｃｕなどの材料をエッチングして、低温で良好なパターンを生成するための改良された技術およびシステムが求められている。さらに、サンプルを破壊しないようなサンプルのエッチングのための技術およびシステムが求められている。好ましくは、従来技術では常温でドライエッチングできない材料に対して、常温で機能するドライエッチング機構が必要とされている。また、かかるエッチング技術の終点を正確に判定するための技術が望まれている。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、半導体ドライエッチングプロセスの際に終点を検出するための技術に関する。本発明のドライエッチングプロセスは、反応性物質と電子ビームとを組み合わせて用いる。別の実施形態では、エッチングプロセスを円滑にするために、光子ビームが用いられる。終点検出技術は、二次電子と後方散乱電子の放射レベル、基板のＸ線放射、基板からの残留ガスの放出、および、サンプル内の電流を少なくとも監視する工程を備える。これらのパラメータの各々に与えられる重みに応じて、これらのパラメータの値が、初期値に対して、特定の割合を超えて変化した時に、終点と判定される。
【０００６】
方法として、本発明の一実施形態は、二次電子および後方散乱電子がサンプルの第１の領域から放射されるように、荷電粒子ビームでサンプルの第１の領域を走査する工程と、サンプル上に反応性物質を導入する工程と、荷電粒子ビームと反応性物質とを組み合わせて用いることによりサンプルをエッチングする工程と、二次電子および後方散乱電子の放射レベルを監視する工程と、サンプル内の電流量を監視する工程と、後方散乱電子、二次電子、および、電流の内の少なくとも１つが、特定の割合だけ変化した時点を終点と判定する工程とを少なくとも備える。別の実施形態では、荷電粒子ビームの電流レベルが監視され、その測定値は、二次電子および後方散乱電子の放射の測定値を正規化するために用いられる。
【０００７】
装置として、本発明の一実施形態は、サンプル上に反応性物質を導入するよう機能する反応剤注入部と、荷電粒子ビームで第１の領域を走査するよう機能する荷電粒子ビーム生成部であって、荷電粒子ビームは、反応性物質と荷電粒子ビームとが、走査される第１の領域内に配置されたサンプルの材料をエッチングするよう作用するように、反応性物質と相互作用する、荷電粒子ビーム生成部と、二次電子検出部と、後方散乱電子検出部と、電流計と、終点検出部とを少なくとも備える。終点検出部は、二次および後方散乱電子の放射レベルと、測定された電流量とを監視することにより、サンプルの材料のエッチングの終点を判定する。
【０００８】
以下では、本発明の原理を例示した添付の図面を参照しつつ、本発明の明細事項を説明することで、本発明の上述の特徴およびその他の特徴と、本発明の利点とを詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで、添付の図面に示したいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下では、本発明を十分に理解できるよう、多くの具体的な詳細を説明する。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細の一部または全部がなくとも実施可能である。また、本発明を不必要に分かりにくくしないために、周知の動作については、詳細に説明していない。
【００１０】
本発明は、半導体ドライエッチングプロセスの際に終点を検出するための技術に関する。終点とは、エッチングプロセスが層の境界（すなわち、端）に到達した点、ひいては、エッチングプロセスが終了されるべき時点を意味する。本発明のドライエッチングプロセスは、反応性物質と電子ビームとを組み合わせて用いる。別の実施形態では、電子ビームと共に光子ビームを用いて、エッチングプロセスを円滑にする。終点検出技術は、二次電子および後方散乱電子の放射レベル、残留ガス、Ｘ線放射（一様な材料組成を有する基板の領域がエッチングされている場合）、および、サンプル内の電流を監視する工程を備える。これらのパラメータの各々に与えられる重みに応じて、これらのパラメータの値が初期値に対して特定の割合を超えて変化した時に、終点と判定される。
【００１１】
本発明のドライエッチング技術は、半導体ウエハにおける欠陥形状の非破壊検査など、様々な目的に有効である。一実施形態では、試験サンプルは、複数の集積回路を有するウエハである。材料の走査およびエッチング除去、欠陥の断面化、走査対象における堆積物の除去、および、十分な材料がエッチングすなわち除去された時点の判定を行うために、電子ビーム（および、光子ビーム）と共に様々な技術が用いられる。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態は、半導体構造とその上に重なるメタライゼーションまたはその他の相互接続とを含むと共に、誘電体層によって他の導体および基板から分離された様々なレベルの導体を用いる多層の集積回路構造を例として説明されている。しかしながら、他の半導体加工方法を用いて形成された構造も、本発明の範囲内に含まれる。本発明の技術は、特定の層の内外の表面すべてに適用される。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に従って、電子および光子ビームを利用したエッチングシステム１００を示す概略図である。図に示すように、エッチングシステム１００は、サンプル１５７上の位置すなわち走査領域に電子ビーム１２２を導くための電子ビーム生成部１２０と、サンプル１５７上の同じ位置すなわち走査領域の上または近傍に反応性ガス１８８を導入するための反応剤注入部１８４と、サンプル１５７上の同じ位置すなわち走査領域に光子ビーム１８６を導くための光子ビーム生成部１８２とを備える。後に説明するように、電子ビーム生成部１２０、反応剤注入部１８４、および、光子ビーム生成部１８２は、サンプル１５７から材料をエッチングするよう連携する。別の実施形態では、電子ビーム生成部１２０と反応剤注入部１８４との組み合わせを用いて、材料のエッチングを行うことも可能である。かかる別の実施形態では、光子ビーム生成部１８２は必要ない。
【００１４】
様々な実施形態によると、サンプル１５７は、電子ビーム生成部１２０の下方に自動的に固定される。図に示した実施形態では、サンプルハンドラ１３４が、ステージ１２４上にサンプルを自動配置するよう機能する。一実施形態では、ステージ１２４は、ｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸に沿った移動および回転を含む６の自由度を有するよう構成されている。一実施形態では、ステージ１２４は、ステージのｘ方向の移動が、エッチングの対象のサイズによって定まる軸に対応するように、電子ビーム生成部１２０に対して位置調整される。例えば、サンプル１５７は、ステージのｘ方向の移動が、サンプルの上方から見た場合に対象の長さに対応するように位置調整されうる。さらに、サンプルは、対象の長さによって定まる軸に沿って電子ビーム１２２に対して傾けられることも可能である。同様に、サンプル１５７は、ステージのｘ方向の移動が、対象のサイズに対応するように位置調整されることも可能である。サンプルは、対象のサイズによって定まる軸に沿って電子ビーム１２２に対して傾けられることが可能である。
【００１５】
一例では、ステージは、ｘ−ｙ平面上に存在し、図１に示すように角度αを変化させることによって傾けられる。電子ビーム生成部１２０に対してサンプルを傾ける工程は、ステージを傾ける工程、カラムを移動させる工程、レンズでビームを偏向させる工程などを含みうることに注意されたい。また、ステージを傾ける工程は、角度αを変更する工程と、ステージを角度θに沿って回転させる工程とを含んでよいことに注意されたい。サンプルを傾ける工程は、様々な方向から走査を行うことを可能にする１つの方法である。電子ビーム生成部１２０が、電子ビーム１２２を生成する際に、例えば、アスペクト比の高いビアやトレンチの内部を走査するために、電子が様々な異なる角度から走査対象に衝突するように、サンプルを位置調整することができる。あるいは、電子ビームが所望の入射角でサンプルに衝突するように、電子ビームが走査型電子顕微鏡の電子ビームカラムを通過する際に、電子ビームを偏向させることも可能である。
【００１６】
サンプルの位置の微調整は、プロセッサ１３６によって、自動的に、あるいは、システム操作者の援助を通して実現可能である。サンプル１５７を分析する際のステージ１２４の位置および移動は、ステージサーボ１２６によって制御可能である。ステージ１２４がｘ方向に連続的に移動している間に、電子ビーム１２２は、ｙ方向に往復するよう繰り返し偏向されることが可能である。様々な実施形態によると、電子ビーム１２２は、用いられる特定の化学的性質に基づいて広範囲の周波数で往復移動することができる。あるいは、サンプルに対してビームを走査（ラスタリング）することなく、サンプルの特定の領域をエッチングするために、比較的広い電子ビームを用いてもよい。
【００１７】
反応剤注入部１８４は、電子ビーム（および光子ビーム）が衝突する位置においてサンプル上に反応性ガスを注入するための任意の適切な形態をとってよい。一部の実施例では、反応剤注入部１８４は、貯蔵容器や、注入管すなわち注入チューブと連結された針すなわち微細なノズルの形態である。チャンバは、（例えば、真空ポンプによって）真空圧の状態に維持されるため、反応性物質は、貯蔵容器から注入チューブの第１の端部へと流れ、注入チューブの第２の端部からサンプル上へ流れ出る。別の実施例では、反応剤注入部１８４は、異なるガス搬送管からの様々なガスを混合するよう構成される。反応剤注入部は、サンプルにおける選択された位置すなわち対象領域の上に反応性物質を効果的に注入できるよう配置されている。一実施形態では、反応剤注入部１８４は、サンプル表面に反応性ガス１８８を導入するために、サンプル１５７から約２ｍｍ未満の距離に配置される。サンプル１５７の近傍に注入部１８４を移動させるために、移動機構１８５が用いられてよい。移動機構は、注入部１８４を移動させてサンプル１５７に近づけたり離したりするための任意の適切な形態をとってよい。例えば、移動機構１８５は、特に、回転駆動およびステッピングモータの形態、を用いる構成、フィードバック位置を備えた直線駆動の構成、または、バンドアクチュエータとステッピングモータとを用いる構成といったアクチュエータおよび並進運動モータにより実現される。移動機構１８５は、注入部１８４が使用されていない時に、注入部１８４をサンプルから遠ざけてもよい。
【００１８】
反応性物質と荷電粒子ビームとの存在下で、荷電粒子１２２は、走査対象において材料をエッチング除去することができる。反応性ガス１８８は、荷電粒子ビームの支援により特定の対象材料をエッチング除去するよう作用する任意の適切なガスまたは流体であってよい。例えば、反応剤すなわちガス１８８は、サンプルと相互作用する高反応性の元素ガスに分解するように、電子ビームに対する高い親和性を有するものを選択されてよい。別の実施形態では、高反応性の元素ガスは、光子ビームと反応するコーラスガール／フッ素基の「塩」を生成するよう構成される。様々な半導体の用途において、反応性ガスは、塩素系のガス、フッ素系のガス、臭化物系のガス、ハロゲン系のガス、ハロゲン含有ガス、または、ハロゲン含有ガスと他のガスとの混合ガスであってよい。例えば、反応性ガスは、ＣＣｌ4、ＣＨＣｌ3、ＣＨ2Ｃｌ2、ＣＨ3Ｃｌなどのハロゲン含有ガスである。ハロゲン含有化合物は、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、ＮＨ3など他のガスまたは物質と混合されてもよい。相互作用により、１または複数の残留成分が残る。一実施形態では、反応性ガスは、ＣＣｌ4を含有するＣＦ4であり、炭素およびフッ素の原子、ラジカル、および、イオンに分解して、サンプルと相互作用し、ポンプシステムによる排出に適切な圧力を有する一つの化学物質（複数の化学物質）を生成する。
【００１９】
要するに、反応性物質（例えば、ガス）は、電子および光子ビームと共に、サンプル上の材料と相互作用して、１または複数の残留成分を生成する。様々な実施形態によると、残留成分は、注入された反応性物質をも含んでおり、残留成分除去機構１８０を用いて除去される。一実施形態では、例えば、残留成分除去機構１８０は、チャンバ内の第１の端部およびチャンバ外の第２の端部を備える導管と、チャンバから導管を通して貯蔵容器に残留成分を排出するために導管に接続されたポンプとを備える。
【００２０】
光子ビーム生成部１８２は、電子ビーム１２２、反応性ガス１８８、および、サンプル１５７の表面材料の間の相互作用を促進することによって、光子ビーム生成部を用いない荷電粒子ビームエッチングプロセスに比べて、表面材料を高速にエッチング除去するために、光子ビーム１２２を生成する。一般的に、光子ビーム生成部１８２は、電子ビーム１２２、反応性ガス１８８、および、サンプル１５７の表面材料の間の相互作用に関する化学的および／または物理的な効果を引き起こしうる。光子ビーム１８６は、表面を加熱し、対象領域の表面における光化学反応を引き起こすことが可能である。光子ビーム生成部１８２は、荷電粒子によるエッチングを支援するために、任意の適切な種類の光ビームを生成してよい。用いられる光の種類は、エッチングされる材料の種類、用いられる荷電粒子ビームの特性、および、導入される反応剤の種類によって決まる。銅材料をエッチングする用途では、赤外線領域（例えば、約１０６４ｎｍ）または２５０から５５０ｎｍの間の領域の波長を有するレーザビームが良好に機能する。他の用途では、１０ｕｍの波長範囲の複数のレーザが用いられる。例えば、光子ビーム生成部は、３０８ｎｍレーザなどのレーザ源、または、赤外線（ＩＲ）ランプなどの広帯域光源の形態であってよい。
【００２１】
図１のシステム１００は、反応性イオンエッチングなどの従来のエッチング技術では常温でエッチングできない材料のエッチングを常温で行うことを可能にする。例えば、５０℃未満の周囲温度で銅を効果的にドライエッチングするために図１のシステム１００を用いることができる。換言すると、従来のエッチングシステムと異なり、２００℃を超える温度にサンプルを加熱することによりエッチングを促進する必要がない。もちろん、システムの周囲温度が５０℃未満のままで、局所的に材料の温度が２００℃を超えてもよい。サンプルの対象領域のみが、反応性物質、荷電粒子ビーム、および、光子ビームによって、常温でエッチングされ、収束イオンビーム断面化で生じるＧａの汚染が存在しないため、サンプルの他の領域は、エッチングプロセスの際に破壊されず、製品に用いられてもよい。
【００２２】
エッチングプロセスの終点を特定するために、システム１００は、電子ビーム生成部１２０と平行に並べられた１組の検出部１３２と、電流計１９０とを備える。検出部１３２は、入射ビーム１２２に反応してサンプルから放射される二次および後方散乱電子１３０を検出する。検出部１３２は、サンプルからのＸ線放射を検出するよう構成可能である。あるいは、Ｘ線放射を検出するために、さらなる検出部を備えることもできる。
【００２３】
二次電子を画像化するために用いられる検出部１３２は、通例、（サンプルに対する）−１００から＋１１００ボルトのバイアスによって電子をコレクタスクリーンに引き寄せることによって機能する。次いで、電子は、シンチレータ電圧によってシンチレータに向かって加速される。電子は、シンチレータに衝突すると、光子に変換され、その結果生じた光子は、光導体に入って横窓型の光電子倍増管に到達する。次いで、光電子倍増管は、光を増幅する。二次および後方散乱電子の放射率は、走査される材料の特性によって決まる。これらの特性は、一次ビームのエネルギの関数として、基板の二次および後方散乱電子の収率を含む。結果としての二次および後方散乱電子の収率によって、電子ビームで基板を走査する際の画像の光度が変化する。
【００２４】
サンプル１５７を流れる電流を測定するために、電流計１９０がサンプル１５７に接続される。通例、電流計１９０は、ステージ１２４内に取り付けられる。別の実施形態では、電流計１９０は、ステージ１２４から離れていてもよい。電流は、対象となる場所に応じて、サンプル１５７の特定の領域で測定されてよい。例えば、エッチングプロセスの終点を判定する際には、対象となる領域を流れる電流の量が、対象となる領域における材料の特性によって決まることから、エッチング領域を流れる電流が、対象となる領域である。かかる特性は、材料の種類、材料層の厚さ、および、対象となる領域の長さと幅を含む。
【００２５】
この技術の別の実施形態では、サンプルのＸ線放射率は、Ｘ線のカウント数を測定することによって監視される。多層のサンプルにおいては、サンプルのＸ線ピークおよびカウント数は、ビームのエネルギとエッチングされるサンプルの深さとに正比例する。エッチングプロセスが、一定の電子エネルギを用いて、層の厚さを除去する場合には、結果としてのＸ線のカウント数は、電子ビームの透過する深さが、除去されている材料の厚さよりも小さい限り、一定のままである。エッチングされる材料の深さが、電子ビームの透過する深さよりも小さくなると、電子ビームは、下層に照射されることになる。結果として生じるスペクトルは、下層からのＸ線カウント数を増大させ始め、同時に、上層におけるＸ線カウント数は、減少し始める。最初の層（エッチングされる層）と下層（終点の層）との間のＸ線カウント数の差によって、システムは、下層のＸ線カウント数の増加と、エッチング層のカウント数の減少とを検出および監視できる。エッチングされている基板の領域が一様な材料組成を有する場合には、通例、Ｘ線放射の測定は、より正確になることに注意されたい。
【００２６】
別の実施形態では、サンプルから生じる残留ガスは、エッチングされた材料の組成を示す指標として監視される。
【００２７】
二次電子放射、後方散乱電子放射、Ｘ線放射、残留ガス分析、および、サンプル１５７内の電流の各々を測定することにより、エッチングプロセスの進度を記録するための計算を実行できる。進度を追跡することにより、エッチングプロセスの終点を判定することができる。これらの計算は、手計算で実行されてもよいし、プロセッサ１３６などのコンピュータプロセッサによって実行されてもよい。プロセッサ１３６は、電子ビーム生成部１２０によって生成された電子ビームの電流レベルを監視することもできる。これは、二次および後方散乱電子の放射が、電子ビームの電流の強さに比例するため重要である。測定された電子の放射レベルを電子ビームの電流に対して正規化することにより、より重要な情報を提供することができる。このように、放射レベルの変化を、検査対象のサンプルの変化によって引き起こされるものとして認識できる。電子の放射レベルの測定値を正規化しなければ、検査者は、電子放射レベルの変化が、検査されている材料における変化によって引き起こされたのか、電子ビームの強さの変化によって引き起こされたのか判断することができない。
【００２８】
電子ビーム生成部１２０および検出部１３２と、光子ビーム生成部１８２、残留成分除去機構１８０、および、反応剤注入部１８４などの他の構成要素とは、様々なプロセッサ（例えば、プロセッサ１３６）、格納構成要素、および、入出力装置を用いて制御可能である。
【００２９】
図に示すように、サンプル１５７、ステージ１２４、電子ビーム生成部１２０、電流計１９０、および、光子生成部１８２は、真空チャンバ１３８内に収納される。注入部１８４および除去機構１８０は、部分的に真空チャンバ１３８の内側と外側に配置されている。光子生成部１８２は、完全または部分的にチャンバ１３８の外に配置されてもよく、その場合には、光ファイバケーブルなどの光搬送手段が、光子ビーム１８６をチャンバ１３８内ひいてはサンプル１５７上に導く。注入部１８４および除去機構１８０は、完全に真空チャンバ１３８の中に配置されてもよい。例えば、注入機構は、完全に真空チャンバ１３８の中に配置された導管および貯蔵容器を備えてよい。
【００３０】
当業者にとって明らかなように、図１に示したシステム１００の変形物も本発明の範囲に含まれる。例えば、図１は、連続的に動くステージと電子ビームとを利用する場合を示している。しかしながら、任意の適切な種類の荷電粒子ビームが用いられてよい。電子ビームに対してステージを移動させる代わりに、電磁レンズで視野を偏向させることによって電子ビームを動かしてもよい。あるいは、ステージに対してビームカラムを移動してもよい。
【００３１】
図２は、試験のサンプルとなりうるウエハを示す概略図である。ウエハ２０１は、複数のダイ２０５、２０７、および、２１１を備える。様々な実施形態によると、ウエハ上にメタライゼーションすなわち薄膜層が蒸着された後に、サンプルがエッチングされる。ウエハにおいてメタライゼーションプロセスが施される側を、ウエハの上面と呼ぶこととする。
【００３２】
図３は、試験サンプル断面を示す概略図である。本発明の技術は、様々な目的でサンプルの任意の適切な層をエッチングするために用いることができる。一例では、レジスト層の下の材料を検査するために、レジスト層をエッチングしてよい。別の例では、基板の下の構造を検査するために、基板をエッチングしてよい。さらに別の例では、バリア層３０５の上のメタライゼーションすなわち薄膜層３０９が、下層であるバリア層に至るまでエッチングされる。様々な実施形態によると、薄膜層３０９は、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの材料からなり、バリア層は、タンタル（Ｔａ）や窒化タンタル（ＴａＮ）などの材料からなる。本発明の電子ビームおよび光子ビームを用いるエッチングシステムおよび技術は、Ｃｕなど、常温では効果的にドライエッチングできない材料に対して、特に有効である。
【００３３】
荷電粒子（および光子ビーム）を利用したエッチングプロセスを実現するために、任意の適切なエッチング技術が用いられてよい。図４は、本発明の一実施形態に従って、電子ビームと反応剤とを用いてサンプルから表面材料をエッチングして、エッチングの終点を判定するための手順４００を示すフロ―チャートである。まず、動作４０２において、エッチングシステムの真空チャンバ（例えば、１３８）内にサンプルが配置される。動作４０４において、エッチングシステムが特定の欠陥を位置特定することを可能にする情報が、システムにロードされる。具体的には、この情報は、プロセッサ１３６にロードされてよい。半導体ウエハを検査する場合には、この情報は、層の製法の情報を含みうる。層の製法の情報は、半導体ウエハを形成する様々な層の構造上の配置に関する情報を含む。具体的には、この情報は、各層の厚さ、各ウェルおよび各ビアの位置、および、各層内における異なる材料の位置（例えば、ドープ領域の位置など）を含みうる。この情報は、検査者またはソフトウェアモジュールが、検査およびエッチングプロセスのためのエッチングシステムの設定を適切に調整することを可能にする。例えば、エッチング速度の過不足を避けるために、電子ビームの電流を適切なレベルに設定することが可能である。また、ロードされた情報は、必要に応じて、検査およびエッチングシステムが、検査の必要な欠陥や形状の各々を位置特定することを可能にする欠陥および形状の情報を含むこともできる。一部の実施形態では、この情報は、光エッチングシステムなどの別のエッチングシステムによって生成される。
【００３４】
動作４０６において、サンプルの走査に用いられるように、荷電粒子ビームが作動される。プロセスフローにおけるこの時点で、荷電粒子ビームは、走査動作のために収束および波長調整される必要があってもよい。荷電粒子ビームは、通例、焦点でサンプルに当たるように収束される。次いで、動作４０８において、荷電粒子ビームは、対象となる領域に移動される。この動作は、対象となる領域に荷電粒子ビームを方向付けることができるように荷電粒子ビーム生成部を調整することによって実行される。これは、例えば、荷電粒子ビームを方向付けるよう機能する磁石を調節する工程を含みうる。対象の領域は、（例えば、断面化によって）検査される必要のある欠陥、検査の必要な集積回路の形状、または、対象となる領域全体であってよい。あるいは、サンプルは、一様にエッチングされる必要があってもよい。この場合、サンプルの表面領域全体が、順次エッチングされるように、サンプル上の位置が順次選択されてよい。
【００３５】
次に、動作４１０において、荷電粒子ビームは、対象となる領域を走査するために用いられる。対象の領域を走査することにより、エッチングシステムは、対象となる領域の画像を収集することと、サンプル内の層に関する初期情報を収集することが可能になる。収集された情報の一部は、エッチングの終点に到達する時点を監視するために用いられる。プロセスのこの段階では、エッチングは始まっていないため、以下に示すものの一部またはすべての初期測定値を取得することができる。すなわち、二次電子放射レベル、後方散乱電子放射レベル、Ｘ線カウント数、残留ガスの組成、および、サンプルを流れる電流である。
【００３６】
エッチングプロセスは、上層の材料を除去して、下の材料層を露出させる。エッチングが進んで、荷電粒子ビームが、異なる組成を有する複数の材料を透過すると、様々な要素の測定値が変化しうる。例えば、材料が除去されると、サンプルの材料組成と、対象となる領域の寸法とが変化するため、サンプル内の電流が変化する。二次電子放射レベル、後方散乱電子放射レベル、Ｘ線放射、残留ガスの組成、および、サンプル内の複数の材料層に関する電流測定値の間の関係を理解することにより、エッチングプロセスの進度を決定することができる。例えば、電流測定技術は、絶縁層の上の金属層のエッチングプロセスの終点を判定するために用いることができる。したがって、これらの放射および電流のレベルを追跡して、それらの値の変化（初期値に対する変化）を監視することにより、エッチングの操作者は、エッチングの終点を判定することができる。
【００３７】
各放射レベルと電流の変化は、サンプルの材料層の種類および寸法によって決まる。したがって、検査者が適切な計算を行ったり、ソフトウェアモジュールがプログラムされたりすることにより、特定のエッチングプロセスに対して最も鋭敏で正確な測定値を取得できるように、各放射レベルおよび電流測定値に個別の重み付けを施すことができる。例えば、最上部の導電層をエッチング除去して、その下に存在する別の導電層を露出させる場合には、電流の変化が大きくないため、電流測定値には、小さいまたはごくわずかな重み付けが施されてよい。この場合、重みは、二次および後方散乱電子放射の測定値を強調するように分配される。しかしながら、誘電材料の最上層をエッチングして、金属層を露出する場合（または、その逆の場合）には、電流の変化が大きいため、電流測定値の重み付けが大きくてよい。その結果、これらの場合には、二次および後方散乱電子の放射に対する重み付けは小さくなる。
【００３８】
ここで、荷電粒子ビームの強度は、二次および後方散乱電子の放射のレベルに比例するため、荷電粒子ビームの電流レベルの監視を始めることが重要である。荷電粒子ビームの強度が強いほど、放射のレベルが高くなる（逆もまた同様である）。したがって、二次電子および後方散乱電子の放射の測定値は、荷電粒子ビームの強度レベルに対して正規化されることが好ましい。そうしなければ、放射レベルの測定値の変化が、エッチングされている材料の変化によって引き起こされたのか、荷電粒子ビームの強度の変化によって引き起こされたのかを特定することができない。
【００３９】
動作４１２において、荷電粒子ビームは、反応性物質と相互作用するように用いられるエッチング段階のために、波長を再調整される。通例、ビームは、反応性物質との反応を引き起こすのに十分なエネルギを有することが好ましいため、荷電粒子ビームは、より高い強度のビームを生成するように波長を再調整される。光子ビームを用いてエッチングをさらに支援する一実施形態では、この動作段階の間に、光子ビームも準備されてよい。
【００４０】
動作ブロック４１４において、荷電粒子ビーム生成部が作動され、荷電粒子ビームが、エッチングの対象となる領域に向かって方向付けられる。一実施形態では、荷電粒子ビーム（および光子ビーム）は両方とも、対象位置にわったってｙ方向に移動するよう構成され、ステージは、サンプルとその対象位置をビームの下でｘ方向に移動させるよう構成されており、その逆の構成であってもよい。これら２つの動きの組み合わせにより、ラスタ走査パターンが実現される。しかしながら、サンプル上の位置すなわち領域をエッチングするために、任意の適切な走査パターンが用いられてよい。この時、必要に応じて用いる光子ビーム生成部も、対象の領域にわたって光子を導いて走査するために作動されてもよい。本実施形態では、電子ビームなどの荷電粒子ビームと、レーザビームなどの光子ビームとは両方とも、選択された位置にわたって、ほぼ同時に走査される。換言すると、２つのビームの両方ともが、選択された位置にわたって走査を行っている期間が存在する。別の実施例では、電子ビームは、（例えば、プロセッサ１３６によって）光子ビームと交互に走査されてもよい。すなわち、サンプルが光子ビームに曝されて、電子ビームに曝されない状態と、その逆の状態とが存在することになる。
【００４１】
動作４１６では、対象となる領域上に反応性物質を注入することにより、エッチングプロセスが開始される。荷電粒子ビームが、同じ対象領域全体を走査する間に、反応剤がチャンバ（例えば、１３８）内に導入される。次いで、走査された対象位置内に位置する材料が、反応剤、荷電粒子ビーム、および、基板によって放射される二次電子の組み合わせによってエッチングされる。荷電粒子ビームおよび放射された二次電子が、反応剤を分解して、サンプルをエッチングできる反応性分子を生成するため、この組み合わせによって対象位置のエッチングが実現する。さらに、光子ビームを用いる実施形態では、光子ビームは、反応性分子と反応して局所的な加熱を引き起こし、その結果生じる化学構造の真空圧を上昇させることによって、エッチングプロセスを促進する。
【００４２】
荷電粒子ビームおよび光子ビームは、表面材料のエッチングを実現できる限りは任意の適切な方法で構成されてよい。一実施形態では、試験サンプル上の特定の表面材料に対して、荷電粒子ビーム生成部および光子ビーム生成部に関する動作条件が選択されてよい。換言すると、動作条件は、特定の材料を所望の厚さまでエッチングするように調整される。特定の材料に対する動作条件は、既知の材料を有する試験サンプルを用いて実験的に決定されてもよいし、シミュレーションによって決定されてもよい。実験的な技術では、まず、動作条件が初期値に設定され、試験サンプルがエッチングされ、次に、材料が所望の厚さにエッチングされたか否かを判定するためにサンプルが検査され、その検査に従って、動作条件が調整される。シミュレーション技術では、特定の材料と動作条件に関するモデルが生成される。このシミュレーションは、モデル材料に対して所望のシミュレーション厚さが実現されるまで、動作条件を漸進的に調節する工程を含む。
【００４３】
動作条件は、荷電粒子ビームの衝突エネルギ（landing energy）および強度、荷電粒子ビームの走査パターンおよび周波数、光子ビーム（レーザまたは広帯域光源。レーザについては、連続的なレーザまたはパルスレーザであってよく、パルスレーザについては、パルスの持続時間およびパルス繰り返し数が最適化されてもよい）の周波数および出力、光子ビームの入射角、光子ビームの走査パターン、エッチング時間、反応性物質の注入速度、荷電粒子および光子ビームのビーム位置のサイズなど、様々なシステムパラメータを含む。
【００４４】
動作４１６において、エッチングプロセスが始まると、エッチングの終点を検出するための動作段階が開始される。これらの動作段階は、ブロック４１８、４１９、４２０、および、４２１によって示されている。エッチングされるサンプルの種類に応じて、これらの動作の一部またはすべてが用いられる。ブロック４１８、４１９、４２０、および、４２１は、並行して実行されることに注意されたい。ブロック４１８では、二次および後方散乱電子の放射レベルが監視されると共に、サンプル内の電流レベルが測定される。ブロック４１９では、サンプル上でエッチングされた材料からの残留ガスの組成が監視される。ブロック４２０では、サンプルからのＸ線放射が監視される。ブロック４２１では、二次および後方散乱電子の放射レベルの正規化された値を決定できるように、荷電粒子ビームの電流レベルが監視される。荷電粒子ビームが電子ビームである典型的なエッチングシステムでは、±２０％の範囲の電流の変動が生じうる。
【００４５】
エッチングプロセスの目標は、検査の要件によって異なる。一部の用途では、表面材料は、所定の厚さまでエッチングされる必要があってよく、他の用途では、表面材料は、完全にエッチング除去される必要があってよい。したがって、終点検出のアルゴリズムは、エッチングプロセスの目標に応じて決まる。エッチングプロセスを監視することにより、エッチングの操作者またはソフトウェアモジュールは、所望のエッチングを実現するためにエッチングプロセスを制御することができる。例えば、最終的なエッチング結果が近付いた時に、過剰なエッチングが起きないように、エッチングプロセスを減速することも可能である。
【００４６】
ブロック４２２では、特定のサンプルおよびエッチングの目標に対して調整されたアルゴリズムを用いて、終点の検出が実行される。一実施例では、要素（すなわち、電子の放射および電流レベル）の内の１、２、または、３つの値が、初期測定値に対して基準となる割合だけ変化した場合に、アルゴリズムは、終点に到達したと判定する。例えば、二次電子の放射レベルが、特定の割合だけ増大または減少した際に、終点に到達する場合がある。終点の信号化に必要な要素の割合の変化は、エッチングされる材料およびエッチングの目標によって決まる。例えば、２つの材料層が、非常に異なるレベルの二次電子を放射する場合には、一方の材料がエッチング除去されて下層の材料が露出された時点を示すのに、二次電子のレベルの小さな割合の変化で十分である。エッチングの目標が、上側の材料の薄層を除去するだけである場合には、二次電子放射レベルのさらに小さい割合の変化によって、終点が示される。
【００４７】
一部の実施例では、二次電子放射レベル、後方散乱電子放射レベル、および、電流レベルのそれぞれに対して重み係数を割り当てて、各々の値を特定のエッチングプロセスに対する関与度に応じて考慮できるようにすることができる。例えば、特定の用途に対して比較的感度の高い種類の測定値に、大きな重み係数を割り当てて、比較的感度の低い種類の測定値に、小さい重みを割り当てることが可能である。特定の測定値の種類の内の１または複数がエッチングプロセスに対して非常に鈍感である場合には、それぞれの重み係数を０に設定することもできる。ブロック４２２で用いられるアルゴリズムは、手動またはコンピュータシステムによって評価されてよい。
【００４８】
ブロック４２２の終点検出アルゴリズムが、終点に到達したことを示すと、プロセスは、エッチングプロセスが終了されるブロック４２４に進む。エッチングは、チャンバから反応剤を排出することによって停止される。光子ビーム生成部が用いられている場合、光子ビームは停止される。荷電粒子ビームは、サンプルを走査し続けてもよいし、停止されてもよい。
【００４９】
次に、動作４２６において、他の位置がエッチングされる必要があるか否かが判断される。他の位置がエッチングを必要とする場合には、荷電粒子ビームは、ブロック４０６における走査を実行するために、再び調整される。次いで、プロセスフローは、説明の通りに繰り返される。エッチングを必要とする位置が存在しない場合には、エッチング手順４００は終了する。
【００５０】
本発明の別の実施形態では、終点検出手順の精度をさらに改善するために、さらなる測定値を取得して監視してもよい。例えば、電子の放射および電流レベルに加えて、サンプルからのＸ線の放射を監視するために、Ｘ線検出器を追加することも可能である。Ｘ線の測定値は、個々のエッチングプロセスに応じて重み係数を与えられるさらなる測定値として扱われてよい。サンプルからＸ線を放射させるには、比較的エネルギの高い荷電粒子ビームが必要になることを理解されたい。
【００５１】
個々のサンプルに対して、個々のアルゴリズムが開発および調整されることが可能である。特に、各測定値の重み係数は、特定のサンプルが検査される際にはいつでも特定の組の重み係数を用いることができるように決定されることが可能である。そうすれば、所定の組の重み係数を用いることが可能となり、製造および試験の手順において時間を節約できるため、半導体ウエハを検査する場合には、特に有利である。
【００５２】
この用途における特定の１つの構成要素への言及は、特に明示しない場合には、複数の構成要素を含むことに注意されたい。本明細書においては、例えば、複数の残留成分が残って、ポンプシステムによって排出されてよい。反応性物質、電子ビーム、および、走査対象の間の相互作用による残留物はすべて、残留成分と呼ぶこととする。また、上述の例は、銅材料のエッチングに関連して説明されているが、本発明の技術を用いて、様々な材料および層を除去することが可能である。一例では、異なる反応性材料を用いて、レジスト層が除去される。
【００５３】
図１の荷電粒子ビーム生成部１２０は、荷電粒子ビームによるエッチングを実現する任意の形態を取ってよい。一実施形態では、荷電粒子ビーム生成部１２０は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の一部を形成する。図５は、本発明の一実施形態に従った走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）５００を示す概略図である。図に示すように、ＳＥＭシステム５００は、電子ビーム５０１を生成して実質的に試料５２４上の対象領域の方向に向ける電子ビーム生成部（５０２〜５１６）を備える。さらに、ＳＥＭシステム５００は、サンプル５２４から放射された荷電粒子２０５（二次電子および／または後方散乱電子）を検出するように構成された検出部５２６を備える。ＳＥＭは、放射された粒子から画像を形成するための画像生成部（図示せず）をさらに備えてもよい。
【００５４】
電子ビーム生成部は、サンプル５２４からの二次電子の放射を引き起こす電子ビームを生成するための任意の適切な構成を有してよい。一実施形態では、電子ビーム生成部は、電子源ユニット５０２と、アライメント八極子５０６と、静電事前偏向器５０８と、可動絞り５１０と、ウィーンフィルタ５１４と、対物磁界レンズ５１６とを備える。電子源ユニット５０２は、電子を生成および放射するための任意の適切な形態で実装されてよい。例えば、電子源ユニット５０２は、フィラメント内の電子が励起されてフィラメントから放射されるように加熱されたフィラメントの形態を取ってよい。八極子５０６は、特定の電子銃−レンズ間電圧が選択された後にビームを軸合わせするよう構成されている。換言すると、ビームは、絞り５１０に対して再び軸合わせされるように移動される必要があってもよい。
【００５５】
絞り５１０は、ビームを通過させて方向付けるための穴を形成する。機械的な軸合わせのずれを補正するために、下部四極子５０８を備えてもよい。すなわち、下部四極子５０８は、ビームが通らなければならないＳＥＭの通り穴のうち位置のずれた任意の穴に対してビームを軸合わせするために使用される。
【００５６】
ウィーンフィルタ５１４は、電子ビームの軌道に対して垂直なＢ×Ｅ界（例えば、磁界の方向が、電界の方向と直交して離れる方向に向けられる）を提供する。ウィーンフィルタ５１４は、ビームに加えられる磁気力（B force）と反対方向の電気力（E force）をビームに加える。このため、ウィーンフィルタは、ビームを軸から逸脱させることがほとんどない。しかしながら、ウィーンフィルタ５１４は、サンプルから放射された二次電子に対しては、検出器５２６に向かう同一方向に電気力と磁気力とを加える。このため、ウィーンフィルタ５１４は、検出部５２６に向かって二次電子を偏向させる。ウィーンフィルタ５１４および／または八極子５０６および／または四極子５０８は、サンプルの１領域を横切るようにビームを方向付けるよう構成されてもよい。Ｘ方向とＹ方向の走査電圧を設定することにより、特定のビームパターンが選択されてよい。偏向システムは、入射ビーム位置の関数として、走査電圧だけでなく電極に関する電圧設定を制御するようにさらに構成されたプロセッサを備えてもよい。
【００５７】
対物磁界レンズ５１６は、サンプル上にビームを高精度に収束させるための機構を提供する。複数の静電レンズ（図示せず）を用いて、ビームをサンプルの表面上に迅速に収束させてもよい。ＳＥＭシステム５００は、サンプル５２４を支えるための支持体すなわちステージ（図示せず）を備えてよい。
【００５８】
ＳＥＭシステム５００は、検出された二次および／または後方散乱電子、あるいは、電子ビームに反応してサンプルから放射されたＸ線から、検出信号を生成するための検出部５２６を備えてよい。検出部は、マイクロチャネルプレート、マイクロスフィアプレート、半導体ダイオード、シンチレータおよび光電子倍増管（ＰＭＴ）の組み合わせ、エネルギ分散型システム（ＥＤＳ）、または、波長分散型システム（ＷＤＳ）検出器の形態を取ってよい。
【００５９】
ＳＥＭシステム５００は、さらに、検出信号を受信して画像を生成および／または格納するよう構成された画像生成部（図示せず）を備えてもよい。画像生成部は、検出信号に基づいて画像を生成するよう機能する。このため、ＳＥＭシステム５００は、さらに、検出信号をデジタル信号に変換するためのアナログ・デジタル変換器を備えてもよい。ＳＥＭシステム５００は、さらに、画像フレームデータを処理してサンプルの画像を生成するためのコンピュータシステムを備えてもよい。例えば、連続した画像フレームデータを平均化して、画像を生成してよい。
【００６０】
ＳＥＭシステム５００は、さらに、基板の幾何形状、または、特定の幾何形状をエッチングするという操作者の意図に従って、特定の幾何学的なエッチングパターンを生成するよう構成されたパターン生成部（図示せず）を備えてもよい。
【００６１】
以上では、図５のＳＥＭシステム５００で実施するものとして本発明を説明したが、もちろん、他のＳＥＭシステムを用いてもよい。例えば、電子源は、最終的な衝突エネルギの値とほぼ等しい電子ボルトで電子を放射してよく、電子は、高い正電位に設定された一連のレンズを通って加速される。電子は、一連のレンズから放射されると減速し、最終的な衝突エネルギでサンプルに衝突する。一連のレンズは、大きい引き出し電界（extraction field）を対物レンズから放出してよい。この引き出し電界は、電子ビームを減速させつつ、サンプルから放射された二次電子を加速するよう機能する。
【００６２】
以上、いくつかの好ましい実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲に含まれる変更、置換、等価物が存在する。また、本発明の方法および装置の別の実施方法が数多く存在することにも注意されたい。したがって、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるこのような全ての変更、置換、および、等価物を含むものとして解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に従って、電子および光子ビームを利用したエッチングシステムを示す概略図。
【図２】試験のサンプルとなりうるウエハを示す概略図。
【図３】試験サンプル断面を示す概略図。
【図４】本発明の一実施形態に従って、サンプルから表面材料をエッチングして、エッチングの終点を判定するための手順を示すフロ―チャート。
【図５】本発明の一実施形態に従った走査型電子顕微鏡を示す概略図。
【図１】
2005537683.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005537683.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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