(57)【要約】      （修正有）【課題】液体金属イオン・ビームのミリングに対するビーム品質を向上させる。【解決手段】イオン源からのイオンの非対称エネルギー分布によって、処理時間をあまり短縮することなく、低エネルギー・ビーム・テール中のイオンをフィルタによって除去することによって色収差を低減させることが可能になる。一実施形態は、イオン・ビーム・カラム内に、低エネルギー・イオンをビームから除去するフィルタを含む。【選択図】図６
2011009215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を処理する集束イオン・ビーム・システムであって、
イオン源と、
前記源からイオンを抽出し、前記イオンをビームに形成する抽出電極と、
指定されたエネルギーよりも小さいエネルギーを有する前記ビーム中のイオンの通過を阻止し、前記指定されたエネルギーよりも大きなエネルギーを有する実質的に全てのイオンを通過させる高域フィルタであり、前記指定された値が、イオン・ビームのピーク・エネルギー値よりも小さい、高域フィルタと、
前記イオン・ビームを前記試料上に位置決めする偏向器と、
前記試料上のサブミクロン・スポット上に前記イオンを集束させる集束レンズと、
を備える集束イオン・ビーム・システム。
【請求項２】
前記高域フィルタが、前記ビームのエネルギー・ピークから４ｅＶを差し引いたエネルギー値よりも小さいエネルギーを有するイオンを除去する、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項３】
前記高域フィルタが、前記ビームのエネルギー・ピークから６ｅＶを差し引いたエネルギー値よりも小さいエネルギーを有するイオンを除去する、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項４】
前記高域フィルタが、前記ビームのエネルギー・ピークから１０ｅＶを差し引いたエネルギー値よりも小さいエネルギーを有するイオンを除去する、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項５】
前記高域フィルタが静電偏向器を備える、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項６】
前記高域フィルタが、少なくとも４つの静電偏向器を備える、請求項５に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項７】
前記高域フィルタが半球フィルタを備える、請求項５に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項８】
前記高域フィルタが磁気偏向器を備える、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項９】
前記高域フィルタが帯域フィルタを備え、通過帯域が、前記ビームのエネルギー・ピークよりも大きなエネルギーを有する実質的に全てのイオンを通過させる、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１０】
前記高域フィルタが、前記ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンのうちの２％超のイオン、および前記ピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンのうちの１％未満のイオンの通過を阻止する、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１１】
前記高域フィルタが、前記ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンのうちの３％超のイオン、および前記ピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンのうちの２％未満のイオンの通過を阻止する、請求項１に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１２】
試料を処理する集束イオン・ビーム・システムであって、
異なるエネルギーを有するイオンを生成し、前記イオンをビームに形成するイオン源であり、前記エネルギーが、ピーク・エネルギー付近を中心に分布し、低エネルギー・テールを有する、イオン源と、
前記エネルギー・ピークよりも小さい指定されたエネルギー値よりも小さいエネルギーを有するイオンの通過を阻止するエネルギー・フィルタであり、前記低エネルギー・イオン・テール中のイオンの通過を優先的に阻止し、前記エネルギー・ピークよりも大きなエネルギーを有するイオンを通過させるエネルギー・フィルタと、
イオン・ビームを前記試料上に位置決めする偏向器と、
前記試上のサブミクロン・スポット上に前記イオンを集束させる集束レンズと、
を備える集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１３】
前記エネルギー・フィルタが、前記ビーム・ピーク・エネルギーよりも小さいイオンのうちの２％超のイオン、および前記ビーム・ピークよりも大きいイオンのうちの１％未満のイオンの通過を阻止する、請求項１２に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１４】
前記エネルギー・フィルタが、前記ビーム・ピーク・エネルギーよりも小さいイオンのうちの１．５％超のイオン、および前記ビーム・ピークよりも大きいイオンのうちの０．５％未満のイオンの通過を阻止する、請求項１２に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１５】
前記エネルギー・フィルタが、前記ビームの前記ピーク・エネルギーに関して対称でないエネルギー範囲内のエネルギーを有するイオンを通過させ、前記エネルギー範囲が、前記エネルギー・ピークの下側よりも、前記エネルギー・ピークの上側へより長く延びる、請求項１２に記載の集束イオン・ビーム・システム。
【請求項１６】
集束イオン・ビーム・システムのビーム品質を改善する方法であって、
イオン源からイオンを放出し、前記イオンをビームに形成するステップであり、前記ビーム中のイオン・エネルギー分布が、ピーク値に関して非対称であり、前記分布が、前記ピーク・エネルギー値よりも小さいエネルギー値を有するイオンを、前記ピーク・エネルギー値より大きなエネルギーを有するイオンよりも多く含む、ステップと、
前記ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンを、前記ピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンよりも多くフィルタによって除去するステップと、
残ったイオンを試料上に集束させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
イオンをフィルタによって除去するステップが、前記ピーク値よりも大きなエネルギーを有する前記ビーム中の実質的に全てのイオンを通過させ、前記ピーク・エネルギー値よりも指定された量以上小さいエネルギーを有するイオンの通過を阻止するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
イオンをフィルタによって除去するステップが、前記イオンを複数回偏向させるステップを含み、前記エネルギー・ピークよりも前記指定された偏差以上小さいエネルギーを有するイオンが、バリヤを通過するほど十分には偏向されない、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
イオンをフィルタによって除去するステップが、前記ピーク・エネルギーから４ｅＶを差し引いた値よりも小さいエネルギーを有するイオンをフィルタによって除去するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
イオンをフィルタによって除去するステップが、前記ピーク・エネルギーから６ｅＶを差し引いた値よりも小さいエネルギーを有するイオンをフィルタによって除去するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）などの改良された粒子ビーム装置に関し、より具体的には、そのような装置のビーム品質およびミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）品質を向上させるエネルギー・フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システムでは、イオンを源から抽出し、ビームに形成し、集束させ、基板を横切って走査して、フィーチャの像を形成し、フィーチャをミリングし、またはガス環境から材料を付着させる。フィーチャがますます小さくなるにつれて、より高品質のビームを提供するように、すなわち、電流分布ができるだけコンパクトであるべき、より小さな、より集束したビーム・スポットを提供するように、ＦＩＢシステムを最適化しなければならない。
【０００３】
いくつかの因子が、ＦＩＢの電流分布の品質を低下させる。液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）を使用するイオン・カラムにおいて、低ないし中程度のビーム電流での低いビーム品質の主な原因は、色収差である。液体金属イオン源から放出されるガリウム・イオンは、固有相互作用と粒子相互作用との組合せであるエネルギー分布を有し、後者の成分は普通、ベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果と呼ばれる。イオンを形成する異なるいくつかの機構が存在するため、前者は非常に複雑である。色収差は、イオン・カラム内のレンズによって、異なるエネルギーの粒子が異なる位置に集束した結果である。この色収差により、ビームの電流分布は、イオンのエネルギーの広がり（ΔＥ）とともに変化する。イオン・ビーム中のイオンのエネルギーを、それぞれのエネルギー値におけるイオンの出現度数を表すヒストグラム上にプロットした場合、このグラフは、「公称」エネルギー値にピークを有し、そのピークの上下のエネルギーでは急速に低下し、その後、より緩やかに低下する。グラフが緩やかに低下するこの領域は、ビームの「テール（ｔａｉｌ）」として知られている。エネルギーの広がりΔＥは一般に、「半値幅」、すなわちピークの両側の最大ピーク値の半値点間のエネルギーとして測定される。一般的なガリウム液体金属イオン源において、１ｐＡから数百ｎＡの電流を有するビームのエネルギーの広がりは一般に、源からの１．５から２．５μＡの放出電流で、約５ｅＶである。
【０００４】
図１Ａ〜１Ｃは、フォトレジストのイオン・ビーム・ミリングに対するビーム・エネルギー・テールの影響を示す顕微鏡写真である。図１Ａ〜１Ｃに示すフィーチャは、金−シリコン・イオン源を使用し、ビーム電流０．２ｎＡでミリングしたものである。図１Ａでは、ビームを２秒間当てて、４×１０14イオン／ｃｍ2のドーズを与えた。ビームを正方形のパターン内で移動させて、中央の正方形１００をミリングした。ピークから離れたエネルギーを有するエネルギー・テール中のイオンは、イオン・カラム内で、ピークのイオンとは異なって偏向され、正方形のパターンの外側に当たり、フォトレジストを円１０２の形に軽くミリングした。
【０００５】
図１Ｂでは、ビームを１０秒間当てて、総イオン・ドーズ２×１０15イオン／ｃｍ2を与えた。特定のエネルギー値を有するイオンの相対数は、その特定のエネルギー値が公称ビーム値から離れるにつれて減少する。すなわち、エネルギー値が公称値から離れるにつれて、イオン数は減る。しかしながら、イオンの総数が増加するにつれて、公称値から離れたエネルギーを有するイオンの数も増加する。ミリング操作が長いほど、観察されるエネルギー・テール中のイオンの影響も大きくなる。公称値から離れたテール中のイオンの数が多いことによりそれらのイオンの影響も大きいため、図１Ｂの円１０２は、図１Ａのそれよりも大きい。図１Ｃでは、ビームを１００秒間当てて、総イオン・ドーズ２×１０16イオン／ｃｍ2を与えた。公称エネルギー値から離れたイオンの数が増えたため、円１０２はよりいっそう大きく、それらのイオンの影響はより明白である。
【０００６】
電子ビームのエネルギーの広がりを低減させるため、時おりモノクロメータが使用される。モノクロメータは、指定された量を超えて平均エネルギーから外れたエネルギーを有する電子を除去することにより、ビーム中の電子の対称ガウス形エネルギー分布の一部を切り捨てるように設計されている。モノクロメータは複雑であり、一般にビーム電流を大幅に低減させる。したがって、商業用途の荷電粒子ビーム・ミリングおよび荷電粒子ビーム付着に使用されるＦＩＢシステムでは、モノクロメータは使用されない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｒｅｔａｒｄｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄｓ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｎａｌｙｚｅｒｓ」、Ｔｈｅ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、３２巻、１２号（１９６１年、１２８３〜９３ページ）
【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、液体金属イオン・ビームのミリングに対するビーム品質を、ビームの低エネルギー・テールを排除することによって向上させるシステムおよび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】
本出願の出願人らは、公称ビーム・エネルギーよりもかなり低いエネルギーを有する少数のイオンが、イオン・ビームの品質の劣化に不釣合いに寄与することに気づいた。本出願の出願人らは、比較的に単純な高域エネルギー・フィルタを使用することによって、ビームの品質を向上させるが、ビーム電流の減少は予想外に小さい。
【００１０】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより理解できるように、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、本発明と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認識すべきである。
【００１１】
次に、本発明および本発明の利点のより徹底的な理解のため、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１Ａ】ビーム・エネルギー・テールの影響を示す顕微鏡写真である。
【図１Ｂ】ビーム・エネルギー・テールの影響を示す顕微鏡写真である。
【図１Ｃ】ビーム・エネルギー・テールの影響を示す顕微鏡写真である。
【図２】液体金属イオン源からのイオンのエネルギー分布を示すグラフである。
【図３】図２のデータを使用し、ｘ軸を、任意のゼロ位置を有するエネルギー・スケールに変換したグラフであり、曲線の下側に累積面積も示されている。
【図４】図２および３に示したエネルギーの広がりを使用した色収差計算に基づいて計算したビーム・スポット・サイズを示す図である。
【図５】高域エネルギー・フィルタをイオン・ビーム・カラム内に含むデュアル・ビーム・システムを示す図である。
【図６】好ましい高域エネルギー・フィルタの一実施形態を示す図である。
【図７】高域エネルギー・フィルタの代替実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本出願の出願人らは、イオン・ビーム中のイオンのエネルギー分布を求めるため、それらのイオンのエネルギー値を測定した。図２は、２μＡイオン・ビーム中の単一の同位体（ｍｏｎｏｉｓｏｔｏｐｉｃ）からなる一価のガリウム・イオンのビームのイオン・エネルギーに対する検出器信号のグラフを示す。イオンのエネルギーは、質量分析計を使用して測定した。単一の同位体からなるガリウム・イオンの質量および電荷は既知のため、質量分析計システムを使用して、イオンのエネルギーを決定することができた。灰色の点は、源に抽出電圧が印加されていないときの検出器の背景雑音を示す。図２は、約２７５Ｖのピーク・エネルギー値よりも約１５０ｅＶ下まで、ガリウム・テールが延びているようであることを示している。図３は、図２と同じデータを示すが、ゼロ・エネルギーがｘ軸上の任意の位置に配置されており、エネルギーの広がりの別の視覚的表現を提供するため、このエネルギー曲線の下側に累積面積を示す別の曲線も示されている。図３から、エネルギー・テールは、低エネルギー側に少なくとも約１００ｅＶ延びているようである。
【００１４】
イオン・エネルギーのこの広がりは、ビーム、特に低エネルギー・ビーム・テールを集束させるカラム光学部品の能力に影響を及ぼす。図４は、図２および３に示したイオン・エネルギー分布を使用した色収差計算に基づいて計算したビーム・スポット・サイズを示す。破線４０２は、ガウス・エネルギー分布を仮定した中心ビームのスポット径を示し、実線４０４は、長い低エネルギー・テールによるスポット・サイズを示す。線４０４は、スポット・サイズが１５０ｎｍまで増大することを示している。
【００１５】
低エネルギー・ビーム・テールを排除すれば、ビーム品質は向上し、例えば図１Ａ〜１Ｃに示した円などの望ましくない要素は低減すると考えられる。ビーム品質が向上すれば、ミリングしたフィーチャおよび付着させたフィーチャの品質も向上するであろう。ビーム・テールを排除すれば、クリーンアップ（ｃｌｅａｎ−ｕｐ）ステップが排除されることによってイオン・ビーム処理が単純になり、より小さな構造のミリングおよび付着が可能になり、一般に、ＦＩＢシステムの使いやすさが向上すると考えられる。
【００１６】
ビーム・テールが、低エネルギー方向にそのように長く延びることを発見したことにより、本出願の出願人らは、低エネルギー・ビーム・テールを排除することにより、エネルギーの広がりをかなり低減させることができる。この低エネルギー・ビーム・テールの排除による有用なビーム電流の低減は最小限に留まる。低エネルギー・ビーム・テール中のイオンは、公称エネルギー値付近のエネルギーを有するイオンに影響を与えないため、低エネルギー・ビーム・テール中のイオンは、処理速度に寄与せず、そのため、いくつかの実施形態では、テールの低減が、ミリング速度または画像化の信号対雑音比に対して最小限の影響を有する。一般的なガリウム液体金属イオン源では、低エネルギー・テール中に、わずかに約２％から３．３％の電流しか存在しないことを、本出願の出願人らは見出した。
【００１７】
単純な高域フィルタを使用することにより低エネルギー・ビーム・テールを排除して、ビーム品質を相当程度に向上させ、同時にビーム電流の低減を最小限に抑えることができる。用語「高域フィルタ」は、低エネルギー・ビーム・テール中のイオンを優先的に除去する任意のエネルギー・フィルタを含むように使用される。本発明の文脈において、高域フィルタは、特定のエネルギーよりも大きい全てのイオンを通過させることができ、高域フィルタは、中心がピーク・エネルギー値よりも上にある通過帯域を有し、そのため、ピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンを通過させ、エネルギー・テールの通過を阻止する帯域フィルタとすることができ、高域フィルタは、中心がピーク値上にあるが、十分に広い通過帯域を有し、そのため、イオン・エネルギー分布の非対称性に基づいて、主に低エネルギー・ビーム・テール中のイオンの通過を阻止し、ピーク値よりも大きいエネルギーを有する実質的に全てのイオンを通過させる帯域フィルタとすることができる。
【００１８】
図５は、走査型電子顕微鏡カラム５０２と、低エネルギー・ビーム・テールを排除する高域エネルギー・フィルタ５０６を含むイオン・ビーム・カラム５０４とを含むデュアル・ビーム・システム５００を示す。知られている任意のタイプの高域エネルギー・フィルタを使用することができる。イオン・ビーム・カラム５０４は、排気されたエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）５１０を含み、その中には、イオン源５１４、抽出光学部品（ｅｘｔｒａｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃｓ）５１６、第１のレンズ５１８、ビーム・ブランカ（ｂｅａｍｂ  ｌａｎｋｅｒ）５２０、可変開口５２２、高域エネルギー・フィルタ５０６、ビーム走査偏向器５２６および最終レンズ５２８が位置する。源５１４からのイオンは、抽出光学部品５１６によって抽出され、ビームに形成され、第１のレンズ５１８によって集束する。可変開口５２２は、ビームの直径および電流を画定し、高域エネルギー・フィルタ５０６は、ビーム・テール中の低エネルギー・イオンを除去する。ビーム偏向器５２６は、ビームを走査し、ビームは、最終レンズ５２８によって、ワークピース５３０上に、ワークピース５３０の表面の所望のパターンとして集束する。ワークピース５３０は例えば、下部真空室５３４内の可動Ｘ−Ｙステージ５３２上に配置された半導体デバイスを含む。ガス噴射器５４０が、ビーム支援エッチングまたはビーム支援付着のための処理ガスを供給する処理ガスの供給源５４２に接続され、２次粒子検出器５４４が、２次粒子を検出して、ビデオ・モニタ５４６上に画像を形成する。コンピュータなどのコントローラ５５０が、デュアル・ビーム・システム５００の動作を制御する。
【００１９】
イオン源５１４は一般に、ガリウム・イオン・ビームを供給する液体金属イオン源だが、イオン用に例えば酸素、アルゴンまたは他の貴ガスを使用する、マルチカスプ（ｍｕｌｔｉｃｕｓｐ）または他のプラズ・マイオン源などの他のイオン源を使用することもできる。イオン源５１４は一般に、イオン・ミリング、化学強化エッチング、材料付着によってワークピース５３０を改変するため、またはワークピース５３０を画像化するために、ワークピース５３０における幅が１／１０ミクロン以下のビームに集束させることができる。ビームを一点に集束させるのではなく、このイオン・カラムは成形ビームを提供することもできる。成形ビームは、より大きなビーム電流を供給して、スパッタリング時間を短縮することができる。
【００２０】
集束イオン・ビーム・システムには可能な多くの構成があること、および、本発明は、特定の集束イオン・ビーム・システムに限定されないことを当業者は理解するであろう。例えば、単一の集束レンズを使用することもでき、または偏向器５２６を最終レンズ５２８の下流に配置することもできる。
【００２１】
高域エネルギー・フィルタ５０６は静電フィルタであることが好ましい。これは、非相対論的極限においては、静電偏向が質量に依存しないためである。ガリウムは自然界において２つの同位体、ガリウム６９およびガリウム７１として存在し、静電偏向器は、これらの両方の同位体を同じ量だけ偏向させる。磁気フィルタを使用することもできるが、ガリウムの異なる同位体に対して異なる軌道を与えるため、静電フィルタほどには好ましくない。磁気高域フィルタを使用する場合には、単一の同位体からなるガリウムを使用するか、または異なる質量のガリウムのビームを再結合するために磁気偏向器を追加すべきである。磁気フィルタではさらに、磁場が、集束カラムの他の部品内でのイオンの軌道に影響を及ぼさないように、遮蔽が必要となることもある。どのタイプのフィルタを使用するにせよ、フィルタがさらに、ビーム中の中性ガリウム原子を排除し、それによって性能をさらに向上させることが好ましい。
【００２２】
図６は、好ましい静電フィルタを示す。フィルタ６００は、４組の偏向器、すなわち偏向器６０２、偏向器６０４、偏向器６０６および偏向器６０８を含む。偏向器６０２には、その光軸に沿って、全てのエネルギー・レベルのイオンが入る。高エネルギーのイオンほど高速に移動し、偏向器間の偏向フィールドに留まる時間は短く、そのため、高エネルギーのイオンは、より低エネルギーのイオンに比べてわずかにしか偏向されない。図６は、以下の３つの代表的エネルギー・レベルを有するイオンの軌道を示す：公称エネルギーｑＶを有するイオンに対する第１の軌道６１０、エネルギーｑ（Ｖ＋ｄＶ）を有するイオンに対する第２の軌道６１２、およびエネルギーｑ（Ｖ−ｄＶ）を有するイオンに対する第３の軌道６１４である。
【００２３】
偏向器６０４は、エネルギーｑＶを有するイオンを、軌道６１０によって示すように、最初の軌道に実質的に平行な軌道上に偏向させる。エネルギーｑ（Ｖ＋ｄＶ）を有する、より少なく偏向されるイオンは、最初の軌道に対して完全には平行でない軌道６１２に偏向される。ｑ（Ｖ−ｄＶ）未満のエネルギーを有する、より多く偏向されるイオンは、最初の軌道に対して完全には平行でない軌道６１４に偏向され、バリヤ６１６をちょうど回避するように偏向される。ｑ（Ｖ−ｄＶ）未満のエネルギーを有するイオンは、バリヤ６１６を回避するほど十分には偏向されず、そのため、これらのイオンはバリヤに衝突し、フィルタを通過しない。
【００２４】
ｑ（Ｖ−ｄＶ）よりも大きなエネルギーを有するイオンは通過することができるが、ｑ（Ｖ−ｄＶ）よりも小さいエネルギーを有するイオンは通過しないため、フィルタ６００は「高域」フィルタである。通過させるイオンのエネルギーは、バリヤ６１６を光軸に近づけまたは遠ざけることによって、あるいは偏向電圧を変化させることによって、調整することができる。
【００２５】
イオンの衝突によってバリヤ６１６は傷つき、そのため、イオン・エネルギーが比較的に小さい源の近くにフィルタを配置して、スパッタリングを低減させることが好ましく、バリヤ６１６は、スパッタリングに対して抵抗性の炭素、タングステンなどの材料からなることが好ましい。
【００２６】
偏向器６０６は、偏向器６０８に向かってイオンを偏向させ、偏向器６０８は、フィルタ６００に入る前のイオンの軌道に実質的に平行な軌道上にイオンを偏向させる。ｑＶとはわずかに異なるエネルギーを有するイオンは、最終的に、最初の軌道に対して完全には平行でない軌道に偏向され、フィルタ６００は、ビームの非点収差を引き起こす可能性があり、この非点収差は、必要ならば、８極レンズなどの知られている技法を使用して補正することができる。偏向器６０２、６０４、６０６および６０８は単純な平行なプレートとして示されているが、４極、６極または８極など任意のタイプの偏向器を使用することができる。
【００２７】
例えば、好ましい一実施形態では、公称イオン・エネルギーが３０ｋｅＶであり、偏向器６０２、６０４、６０６および６０８上のイオン電圧は一般に、それぞれ０〜２５０Ｖの範囲である。特定の用途に対するバリヤ６１６の最適な位置は、バリヤ６１６の位置を光軸に近づけ、または光軸から遠ざけながら、イオン電流の変化を観察し、表面上のミリング結果を観察することによって、実験的に容易に決定することができる。ビーム・エネルギー・テールの影響を低減させまたは排除し、一方で全体電流の低減を最小限に抑えるように、バリヤ６１６は、光軸の十分に近くに配置することが好ましい。
【００２８】
図７は、高域フィルタ７００の他の設計を示す。図７の高域フィルタは、例えば「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｒｅｔａｒｄｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄｓ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｎａｌｙｚｅｒｓ」、Ｔｈｅ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、３２巻、１２号（１９６１年、１２８３〜９３ページ）に記載されている半球キャパシタを使用することに基づく。高域フィルタ７００は、内側半球導体７０４と外側半球導体７０６とを有する第１の半球フィルタ７０２を含む。内側半球導体と外側半球導体との間には、ある電位差が維持される。これらの導体間の電場によって、荷電粒子は、フィルタ内でカーブを描き、あるエネルギー帯内の粒子だけがフィルタを通過する。
【００２９】
通過帯域内のエネルギーを有する荷電粒子は、軌道７０８などの軌道をたどる。エネルギー通過帯域の上限よりも大きなエネルギーを有する荷電粒子は、軌道７１０などの軌道をたどり、螺旋を描いて外側半球導体７０６に衝突することになる。エネルギー通過帯域よりも小さいエネルギーを有する荷電粒子は、軌道７１２などの軌道をたどり、螺旋を描いて内側半球導体７０４に衝突する。第１の半球フィルタ７０２内には、粒子阻止器（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｂｌｏｃｋｅｒ）７１４があり、これを使用して、それがなければ半球フィルタ７０２を通過するであろう粒子の通過を阻止し、それによって通過帯域を非対称に変化させて、ピーク・エネルギー値よりも小さい指定された量であるエネルギーを有するイオンの通過を優先的に阻止することができる。軌道７１６は、粒子阻止器７１４によって阻止されなかった場合にはフィルタ７０２を通過したであろうイオンの経路を示す。
【００３０】
あるイオン・ビームのエネルギー・ピーク付近に中心を有するある広いエネルギー範囲内のエネルギーを有するイオンがフィルタを通過するように、第１の半球フィルタ７０２を調整することができる。したがって、粒子阻止器７１４がない場合、フィルタは、そのビーム中の実質的に全てのイオンを通過させることになる。このようにすると、粒子阻止器７１４は、指定された値よりも小さいエネルギーを有するイオンの通過を阻止して、低エネルギー・イオン・テールを排除する。すなわち、半球フィルタ７０２の通過帯域は非常に広く、阻止器７１４は、低エネルギー・イオンの通過を優先的に阻止することによって、半球フィルタ７０２を高域フィルタに変える。粒子阻止器７１４を必要としない代替実施形態では、通過帯域の中心が、ビームのエネルギー・ピークよりもかなり上になるように、半球フィルタ７０２を調整することができる。このフィルタはしたがって、通過帯域の外側にある低エネルギー・イオンのテールの通過を阻止し、同時に、ビームのエネルギー・ピークよりも大きい実質的に全てのイオンを通過させることができる。他の実施形態では、フィルタのエネルギー通過帯域の中心が実質的にビームのピーク・エネルギー値上にあり、この通過帯域が、ビームのピーク・エネルギーよりも大きい実質的に全てのイオンを通過させる十分な幅を有し、通過帯域よりも低エネルギー側に長く延びたビーム・テールの通過だけを阻止する。そのようなフィルタは技術的には高域フィルタではないが、低エネルギー・イオンを高エネルギー・イオンよりも多く阻止し、好ましくは、エネルギー・ピーク値よりも大きいビーム中の実質的に全てのイオンを通過させ、低エネルギー・テールの通過を阻止するため、本明細書で使用する高域フィルタの定義に含まれる。
【００３１】
第１の半球フィルタ７０２を出るとき、荷電粒子は、それらがフィルタ７０２に入った方向とは反対方向に移動している。これらの荷電粒子の方向を最初に移動していた方向に戻すため、第２の半球キャパシタ７２０を使用することができる。この第２の半球フィルタをフィルタとして使用することもできる。当業者は、特定の公称ビーム・エネルギーに対して、これらの半球フィルタに印加する電圧を容易に決定することができる。
【００３２】
本発明のさまざまな実施形態においてフィルタが通過させる好ましいイオン・エネルギーは、用途に依存する。例えば、粗い機械加工に対しては、より多くのイオンを通過させることが望ましく、色収差はあまり重要ではない。細かいマイクロ機械加工に対しては、通過エネルギーを、公称値のより近くに設定することができる。例えば、いくつかの実施形態では、通過エネルギーを、公称ビーム・エネルギーよりも２．５ｅＶ、３ｅＶ、４ｅＶ、５ｅＶ、６ｅＶ、１０ｅＶ、２５ｅＶ、５０ｅＶまたは７５ｅＶ小さい値に設定することができる。すなわち、このフィルタは、ピーク値から２．５ｅＶ、３ｅＶ、４ｅＶ、５ｅＶ、６ｅＶ、１０ｅＶ、２５ｅＶ、５０ｅＶまたは７５ｅＶを差し引いた値よりも小さいエネルギーを有するイオンの通過を阻止するように設定されることが好ましい。
【００３３】
低エネルギー・ビーム・テールのため、高域フィルタは、ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンを、ピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンよりも多く阻止することが好ましい。いくつかの実施形態では、高域フィルタが、ビーム・エネルギー・ピークよりも小さいイオンのうち１％超、２％超または３％超のイオンを除去し、ピーク値よりも大きいエネルギーを有するイオンのうちの２％未満、１％未満、０．５％未満または０．２５％未満のイオンの通過を阻止することができる。さまざまな実施形態が、上に挙げた値の任意の組合せを使用して、低エネルギー・イオンの通過を阻止し、高エネルギー・イオンを通過させることができる。例えば、フィルタは、公称値よりも小さいエネルギーを有するイオンのうちの１％超のイオン、および公称値よりも大きなエネルギーを有するイオンのうちの０．５％未満のイオンの通過を阻止することができる。いくつかの実施形態では、高域フィルタが、指定されたエネルギーよりも小さいエネルギーを有するビーム中のイオンの通過を阻止し、指定されたエネルギーよりも大きなエネルギーを有する実質的に全てのイオンを通過させることができ、この指定された値は、イオン・ビームのピーク・エネルギー値よりも小さい。好ましいいくつかの実施形態では、高域フィルタが、ビーム中のイオンの総数の１％超、２％超または３％超のイオンの通過を阻止する。
【００３４】
本発明の集束イオン・ビーム・システムの好ましい実施形態は、イオン源と、源からイオンを抽出し、それらのイオンをビームに形成する抽出電極と、指定されたエネルギーよりも小さいエネルギーを有するビーム中のイオンの通過を阻止し、指定されたエネルギー値よりも大きなエネルギーを有する実質的に全てのイオンを通過させる高域フィルタであり、指定された値が、イオン・ビームのピーク・エネルギー値よりも小さい、高域フィルタと、イオン・ビームを試料上に位置決めする偏向器と、試料上のサブミクロン・スポット上にイオンを集束させる集束レンズとを含む。高域フィルタの好ましい実施形態は、ビームのエネルギー・ピークから４ｅＶ、６ｅＶまたはより好ましくは１０ｅＶを差し引いたエネルギー値よりも小さいエネルギーを有するイオンを除去する。
【００３５】
本発明の高域フィルタの好ましい実施形態は、静電偏向器を含み、この高域フィルタは、少なくとも４つの静電偏向器を含むことが好ましい。他の好ましい実施形態では、高域フィルタが、半球フィルタ、磁気偏向器、または帯域フィルタを含み、帯域フィルタの通過帯域は、ビームのエネルギー・ピークよりも大きなエネルギーを有する実質的に全てのイオンを通過させることが好ましい。高域フィルタの好ましい実施形態は、ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンのうちの２％超のイオン、およびピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンのうちの１％未満のイオンの通過を阻止し、より好ましくは、ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンのうちの３％超のイオン、およびピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンのうちの２％未満のイオン通過を阻止する。
【００３６】
本発明の集束イオン・ビーム・システムの好ましい実施形態は、異なるエネルギーを有するイオンを生成し、それらのイオンをビームに形成するイオン源であり、前記エネルギーが、ピーク・エネルギー付近を中心に分布し、低エネルギー・テールを有する、イオン源と、エネルギー・ピークよりも小さい指定されたエネルギー値よりも小さいエネルギーを有するイオンの通過を阻止するエネルギー・フィルタであり、低エネルギー・イオン・テール中のイオンの通過を優先的に阻止し、エネルギー・ピークよりも大きなエネルギーを有するイオンを通過させるエネルギー・フィルタと、イオン・ビームを試料上に位置決めする偏向器と、試料上のサブミクロン・スポット上にイオンを集束させる集束レンズとを含むことができる。集束イオン・ビーム・システムの好ましい実施形態は、ビーム・ピーク・エネルギーよりも小さいイオンのうちの２％超のイオン、およびビーム・ピークよりも大きいイオンのうちの１％未満のイオンの通過を阻止し、より好ましくは、ビーム・ピーク・エネルギーよりも小さいイオンのうちの１．５％超のイオン、およびビーム・ピークよりも大きいイオンのうちの０．５％未満のイオンの通過を阻止するエネルギー・フィルタを含む。エネルギー・フィルタの好ましい実施形態は、ビームのピーク・エネルギーに関して対称でないエネルギー範囲内のエネルギーを有するイオンを通過させ、このエネルギー範囲は、エネルギー・ピークの下側よりも、エネルギー・ピークの上側へより長く延びる。
【００３７】
集束イオン・ビーム・システムのビーム品質を向上させる本発明の好ましい実施形態は、イオン源からイオンを放出し、それらのイオンをビームに形成するステップであり、ビーム中のイオン・エネルギー分布が、ピーク値に関して非対称であり、この分布が、ピーク・エネルギー値よりも小さいエネルギー値を有するイオンを、ピーク・エネルギー値より大きなエネルギーを有するイオンよりも多く含む、ステップと、ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンを、ピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンよりも多くフィルタによって除去するステップと、残ったイオンを試料上に集束させるステップとを含む。イオンをフィルタによって除去する好ましい実施形態は、ピーク値よりも大きなエネルギーを有するイオンよりも、ピーク値よりも小さいエネルギーを有するイオンの方が多いビームのイオンをフィルタによって除去するステップと、ピーク値よりも大きなエネルギーを有する実質的に全てのイオンを通過させ、ピーク・エネルギー値よりも指定された量以上小さいエネルギーを有するイオンの通過を阻止するステップとを含む。イオンをフィルタによって除去する好ましい実施形態は、イオンを複数回偏向させるステップを含み、エネルギー・ピークよりも指定された偏差以上小さいエネルギーを有するイオンが、バリヤを通過するほど十分には偏向されない。イオンをフィルタによって除去する好ましい実施形態は、ピーク・エネルギーから４ｅＶ、より好ましくは６ｅＶを差し引いた値よりも小さいエネルギーを有するイオンをフィルタによって除去するステップを含む。
【００３８】
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る本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、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。
【符号の説明】
【００３９】
１００  正方形
１０２  円
４０２  ガウス・エネルギー分布を仮定した中心ビームのスポット径
４０４  長い低エネルギー・テールによるスポット・サイズ
５００  デュアル・ビーム・システム
５０２  走査型電子顕微鏡カラム
５０４  イオン・ビーム・カラム
５０６  高域エネルギー・フィルタ
５１０  排気されたエンベロープ
５１４  イオン源
５１６  抽出光学部品
５１８  第１のレンズ
５２０  ビーム・ブランカ
５２２  可変開口
５２６  ビーム走査偏向器
５２８  最終レンズ
５３０  ワークピース
５３２  可動Ｘ−Ｙステージ
５３４  下部真空室
５４０  ガス噴射器
５４２  処理ガス源
５４４  ２次粒子検出器
５４６  ビデオ・モニタ
５５０  コントローラ
６００  高域フィルタ
６０２  偏向器
６０４  偏向器
６０６  偏向器
６０８  偏向器
６１０  第１の軌道
６１２  第２の軌道
６１４  第３の軌道
６１６  バリヤ
７００  高域フィルタ
７０２  第１の半球フィルタ
７０４  内側半球導体
７０６  外側半球導体
７０８  軌道
７１０  軌道
７１２  軌道
７１４  粒子阻止器
７１６  軌道
７２０  第２の半球キャパシタ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【外国語明細書】
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2011009215000002.pdf
2011009215000003.pdf
2011009215000004.pdf