(57)【要約】      （修正有）【課題】集束イオン・ビームを用いるＴＥＭ試料調製において、改良された方法を提供する。【解決手段】加工物から試料を抜き取り、プローブに取り付けて試料ホルダまで運ぶ。荷電粒子ビーム付着を使用して試料を試料ホルダに取り付ける。その後、試料とプローブとの接続を荷電粒子ビームにより切断するのではなく、プローブおよび試料ホルダを互いに対して移動させることによって、試料をプローブから機械的に切り離す。【選択図】図１
2015038477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＥＭ分析用の試料を調製する方法であって、
イオン・ビーム・システムに基板を装填するステップと、
イオン・ビーム・ミリングによって前記基板から試料を切り離すステップと、
前記試料をプローブに取り付けるステップと、
前記試料を試料ホルダまで運ぶステップと、
荷電粒子ビーム誘起付着を使用して前記試料を前記試料ホルダに取り付けるステップと、
前記プローブまたは前記試料を互いに対して移動させることによって前記試料ホルダから前記プローブを切り離すステップであり、移動させる前に前記プローブから前記試料を切断しない、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記試料を前記プローブに取り付けるステップが、荷電粒子ビーム誘起付着を使用して前記試料を前記プローブに結合するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プローブまたは前記試料を互いに対して移動させることによって前記試料ホルダから前記プローブを切り離すステップが、前記試料と前記プローブの相対運動によって前記試料と前記プローブの間の前記結合を切り、前記試料を前記試料ホルダに取り付けられたままにするステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記試料をプローブに取り付けるステップが、ビーム誘起付着を使用して前記プローブを前記試料に取り付けて第１の結合を形成するステップを含み、前記試料を前記試料ホルダに取り付けるステップが、荷電粒子ビーム誘起付着を使用して第２の結合を形成するステップを含み、前記第１の結合が前記第２の結合よりも小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の結合が点結合であり、前記第２の結合が線結合である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記プローブまたは前記試料を互いに対して移動させることによって前記試料ホルダから前記プローブを切り離すステップが、前記プローブを移動させることによって前記試料ホルダから前記プローブを切り離すステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記プローブまたは前記試料を互いに対して移動させることによって前記試料ホルダから前記プローブを切り離すステップが、前記試料ホルダを移動させることによって前記試料ホルダから前記プローブを切り離すステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記試料を前記試料ホルダに取り付けるステップが、前記試料を、歯の付いたＴＥＭ試料ホルダに取り付けるステップを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
イオン・ビーム・ミリングによって前記基板から試料を切り離すステップが、薄片を切り離すステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
イオン・ビーム・ミリングによって前記基板から試料を切り離すステップが、塊を切り離すステップを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
イオン・ビーム・ミリングによって前記基板から試料を切り離すステップが、平面視試料を切り離すステップを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
イオン・ビーム・ミリングによって前記基板から試料を切り離すステップが、断面視試料を切り離すステップを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
イオン・ビーム・ミリングによって前記基板から試料を切り離すステップが、観察領域の厚さが５０ｎｍ未満の試料を切り離すステップを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
イオン・ビーム・ミリングによって前記基板から試料を切り離すステップが、シリコンを含む試料を切り離すステップを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
ＴＥＭ試料を調製するシステムであって、
荷電粒子の供給源と、
前記荷電粒子を加工物の表面に焦束させるレンズと、
前記加工物を保持する加工物ホルダであり、少なくとも２次元内で移動することができる加工物ホルダと、
前記加工物から切り離された試料を保持する試料ホルダと、
前記加工物から切り離された前記試料を前記試料ホルダまで移動させる可動プローブと、
前記加工物から切り離された前記試料を前記試料ホルダに取り付けるための荷電粒子ビーム付着用の前駆体ガスの供給源と、
前記システムを制御するコンピュータであり、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法を実行するようにプログラムされたコンピュータと
を備えるシステム。
【請求項１６】
前記プローブを移動させることによって前記プローブを前記試料ホルダから切り離すように、前記コンピュータがプログラムされた、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法を実行するためのコンピュータ命令を記憶したコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型電子顕微鏡用の試料の調製に関し、詳細には、集束イオン・ビームを使用した真空室内での試料の調製に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の幾何形状が縮小し続けるにつれて、製造業者は、プロセスを監視し、欠陥を分析し、界面層の形態を調べるのに、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にますます依存する。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、数ナノメートル程度のサイズを有する特徴部分を見ることができる。材料の表面だけを画像化するＳＥＭとは対照的に、ＴＥＭでは、試料の内部構造をも分析することができる。ＴＥＭでは、幅の広いビームが試料に衝突し、試料を透過した電子を集束させて試料の画像を形成する。１次ビーム中の電子の多くが試料を透過し、反対側へ出ることができるように、試料は十分に薄くなければならない。
【０００３】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭかＳＴＥＭかは問わない）で観察するためには試料が非常に薄くなければならないため、試料の調製は、繊細で時間のかかる作業となる。本明細書で使用する用語「ＴＥＭ」はＴＥＭまたはＳＴＥＭを指し、ＴＥＭ用の試料を調製すると言うときには、ＳＴＥＭで観察するための試料を調製することも含まれると理解されたい。本明細書で使用する用語「ＳＴＥＭ」はＴＥＭとＳＴＥＭの両方をも指す。
【０００４】
ＴＥＭ試料の観察領域（ｖｉｅｗｉｎｇ  ａｒｅａ）の厚さは一般に１００ｎｍ未満であるが、用途によっては、試料をそれよりもかなり薄くしなければならない。３０ｎｍ以下の先進のプロセスでは、小規模な構造体の重なりを回避するために、試料の厚さを２０ｎｍ未満にする必要がある。
【０００５】
たとえＴＥＭ分析によって得ることができる情報の価値が非常に高いといっても、ＴＥＭ試料を製作し測定する工程全体は、従来、労働集約的かつ時間のかかる工程であるため、製造工程の制御に対してこのタイプの分析を使用することはこれまで実際的でなかった。ＦＩＢ法を使用して試料を調製することで、ＴＥＭ分析用の試料を調製するのに必要な時間はわずか数時間にまで短縮されたが、所与のウェハからの１５ないし５０のＴＥＭ試料を分析することは珍しいことではない。その結果、ＴＥＭ分析の使用において、特に半導体プロセスの制御のためにＴＥＭ分析を使用することにおいて、試料を調製する速度は非常に重要な要素である。
【０００６】
集束イオン・ビームを使用してＴＥＭ試料を調製する従来の方法は、Ｔｏｍｉｍａｔｓｕ他の「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｐｅｃｉｍｅｎ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第６，５３８，２５４号明細書に記載されている。荷電粒子ビーム・ミリングを使用して加工物から試料を切り離す。切り離す前に、荷電粒子ビーム付着またはスパッタ付着を使用して試料にプローブを取り付ける。次いで、加工物から試料を取り出し、プローブに取り付けた状態で試料ホルダまで運ぶ。イオン・ビーム付着によって試料を試料ホルダに取り付け、次いで試料を試料ホルダまで運ぶ。イオン・ビーム付着を使用して試料を試料ホルダに取り付け、次いで、イオン・ビーム・ミリングによってプローブを試料から分離する。イオン・ビーム付着ステップおよびイオン・ビーム・ミリング・ステップはそれぞれに時間のかかるステップである。
【０００７】
したがって、ＴＥＭで観察するための試料を調製する改良されたより効率的な方法が依然として求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，５３８，２５４号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｌ．Ａ．ＧｉａｎｎｕｚｚｉおよびＦ．Ａ．Ｓｔｅｖｅｎｓ、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍｓ：Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｔｈｅｏｒｙ，Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｐｒｅｓｓ（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ＴＥＭ試料を調製する改良された方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
好ましい一実施形態では、イオン・ビーム・エッチングを使用して加工物から試料を分離する。荷電粒子ビーム付着を使用して試料をプローブに取り付ける。試料を試料ホルダまで移動させ、試料を試料ホルダに取り付ける。次いで、プローブを試料ホルダに対して移動させ、接続を断つことによって、試料からプローブを分離する。この切断を断つのにイオン・ビームは使用しない。
【００１２】
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体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なら理解されたい。さらに、このような等価の構造体は、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なら理解されたい。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の諸ステップの流れ図である。
【図２】本発明の一実施形態で使用することができるデュアル・ビーム・システムを概略的に示す図である。
【図３】抜き取るＴＥＭ試料の、より大きな基板内における位置を示す簡略化された略図である。
【図４Ａ】塊（ｃｈｕｎｋ）型のＴＥＭの一般的な原位置リフトアウト（ｉｎ−ｓｉｔｕ  ｌｉｆｔ  ｏｕｔ）のシーケンスを示す顕微鏡像である。
【図４Ｂ】塊型のＴＥＭの一般的な原位置リフトアウトのシーケンスを示す顕微鏡像である。
【図４Ｃ】塊型のＴＥＭの一般的な原位置リフトアウトのシーケンスを示す顕微鏡像である。
【図４Ｄ】塊型のＴＥＭの一般的な原位置リフトアウトのシーケンスを示す顕微鏡像である。
【図５Ａ】ＴＥＭ試料グリッドにＴＥＭ試料を装着するシーケンスを示す顕微鏡像である。
【図５Ｂ】ＴＥＭ試料グリッドにＴＥＭ試料を装着するシーケンスを示す顕微鏡像である。
【図５Ｃ】ＴＥＭ試料グリッドにＴＥＭ試料を装着するシーケンスを示す顕微鏡像である。
【図５Ｄ】ＴＥＭ試料グリッドにＴＥＭ試料を装着するシーケンスを示す顕微鏡像である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付図面を原寸に比例して示すことは意図されていない。これらの図面では、さまざまな図に示されている同一の構成要素またはほぼ同一の構成要素が、同様の符号によって示されている。見やすくするため、すべての図面のすべての構成要素に符号が付けられているわけではない。
【００１６】
本発明の実施形態は、ＴＥＭ試料を調製する新規の方法を対象とする。図１は、ＴＥＭ試料を製作するステップを示す本発明の一実施形態に基づく流れ図である。この方法のさまざまなステップが図２から図５Ｄに示されている。本発明は、試料をプローブに取り付けて試料ホルダまで運び、次いで試料ホルダに取り付け、プローブから切り離す、任意のタイプの試料の調製に対して使用することができる。
【００１７】
最初に、ステップ１０２で、ＦＩＢカラムとＳＥＭカラムの両方を有するデュアル・ビーム・システムに、半導体ウェハなどの基板を装填する。図２も参照すると、デュアル・ビーム・システム２０２の一般的な構成は、垂直軸を有する電子カラム２０４と、この垂直軸に対して（通常は約５２度）傾いた軸を有するイオン・カラム２０６とを含む。ウェハは、当技術分野ではよく知られているように、多ウェハ搬送および自動装填ロボット（図示せず）によって移送することが好ましいが、手動でウェハを移動させることもできる。図２については後により詳細に説明する。
【００１８】
ステップ１０４で、加工物基板から抜き取る（関心の特徴部分を含む）試料の位置を決定する。基板は例えば、半導体ウェハまたは半導体ウェハの一部分であり、抜き取る部分は例えば、ＴＥＭを使用して観察する集積回路の一部分を含む。試料の位置は、先行技術で知られているさまざまな方法を使用して決定することができる。試料の位置は例えば、その半導体ウェハのＣＡＤデータに基づく座標を使用して決定することができる。画像認識ソフトウェアを使用して、ウェハの表面の薄片（ｌａｍｅｌｌａ）部位の位置を自動的に決定することもできる。適当な画像認識ソフトウェアは例えば、米マサチューセッツ州ＮａｔｉｃｋのＣｏｇｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。類似した特徴部分のサンプル画像を使用することによって、またはＣＡＤデータからの幾何学的情報を使用することによって、画像認識ソフトウェアを、所望の薄片位置を決定するように「学習させる」ことができる。
【００１９】
図３は、イオン・ビーム・カラム３０６からの集束イオン・ビーム３０８を使用して抜き取る試料３００の、より大きな基板３０２内における位置を示す略図である。この工程を、電子カラム３０４からの電子ビームを使用して観察することができる。いくつかの実施形態では、調製した試料を、電子カラム３０４を使用した透過型走査電子顕微鏡法を使用して観察することができる。図４Ａ〜４Ｄおよび図５Ａ〜５Ｄは、この工程を示す顕微鏡写真である。ステップ１０６で、集束イオン・ビーム３０８を使用したミリングにより、基板３０２から試料３００を部分的に切り離す。用語イオン・ビーム・ミリングは、ガスによって支援されないスパッタリングと、ガスによって支援されたイオン・ビーム・エッチングの両方を指すために使用される。
【００２０】
図４Ａは、部分的にミリングされた基板３０２内の試料３００を示す。このステップは、本発明の譲受人である米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＨｅｌｉｏｓ１２００  Ｅｘｐｉｄａ（商標）  １２５５  ＤｕａｌＢｅａｍ（商標）  Ｓｙｓｔｅｍなどのデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムからのイオン・ビームを使用して実行することができる。次に、ステップ１０８で、図４Ｂに示すように、マイクロプローブの先端４０２を試料３００に、イオン・ビーム誘起付着によって取り付ける。図４Ｂには、プローブ先端４０２に試料３００を取り付けた付着材料４０４が示されている。イオン・ビーム誘起付着では、加工物表面に、タングステンヘキサカルボニルなどの前駆体ガスが供給される。この前駆体ガスは、イオン・ビームの存在下で分解されて、表面に付着する不揮発性部分と、真空ポンプによって真空室から除去される揮発性部分とを形成する。多くの前駆体ガスが知られており、それらの前駆体ガスは例えばＬ．Ａ．ＧｉａｎｎｕｚｚｉおよびＦ．Ａ．Ｓｔｅｖｅｎｓ、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍｓ：Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｔｈｅｏｒｙ，Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｐｒｅｓｓ（２００４）に記載されている。部品を一体に接合する目的にイオン・ビーム誘起付着が使用されるとき、そのような付着はイオン・ビーム溶接（ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｗｅｌｄｉｎｇ）と呼ばれる。
【００２１】
次いで、ステップ１１０で、図４Ｃに示すように、追加のＦＩＢミリングによって試料を完全に分離し、プローブによって支持する。この工程によって一般に、大きさ約１０μｍ×５μｍ×５μｍの楔形の試料３００を得る。他の実施形態では、試料を薄片の形態にすることができる。本発明は、試料の特定の形状に限定されない。次いで、ステップ１１２で、図４Ｄに示すように、取り付けたマイクロプローブ４０２を使用して試料３００を持ち上げて、試料３００を基板３０２から取り出す。
【００２２】
次いで、ステップ１１４で、図５Ａに示すように、取り付けたマイクロプローブによって試料をＴＥＭ試料ホルダ５０４まで運ぶ。図５Ｃおよび５Ｄは、図５Ａおよび５Ｂの試料とは別の試料を示す。マイクロプローブは、プローブ先端を真空室内で移動させる複数の自由度を有するマイクロマニピュレータに取り付けられていることが好ましい。試料ホルダ５０４は例えば、試料が取り付けられる「フィンガ（ｆｉｎｇｅｒ）」またはワイヤを有する一般に直径３ミリメートルのＴＥＭフィンガ・グリッド（ｆｉｎｇｅｒ  ｇｒｉｄ）を備えることができる。いくつかの実施形態では、ＴＥＭ試料ホルダが、ＴＥＭ試料ホルダ５０４の垂直軸が試料ステージ面の平面に対して垂直になるように、試料ステージ上に垂直に装着されていることが好ましい。図４Ａに示す実施形態では、試料の垂直軸が、ＴＥＭ試料ホルダ５０４の垂直軸に対して実質的に平行である。他の向きも可能だが、分かりやすくするため本明細書ではこの向きで説明する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、次いで、任意選択のステップ１１６で、試料の基板側（バックサイドとも呼ぶ）が上を向くようにマイクロプローブを回転させることによって、試料を逆さにする。言い換えると、試料の頂面と底面とを逆にするために、試料の垂直軸に対して垂直な軸を軸に試料を回転させる。図５Ｂは、ＴＥＭ試料ホルダの直ぐ近くに運ばれた試料を上から見た図である。ステップ１１８で、イオン・ビーム誘起付着を使用して、一般に、試料ホルダに近い試料の縁の長さの大部分に沿った付着によって試料３００を試料ホルダ５０４に取り付ける。
【００２４】
ステップ１２０で、プローブと試料の間の相対運動によってプローブを試料から分離する。例えば、ＴＥＭ試料ホルダに取り付けられた試料から遠ざかる方向へプローブを移動させること、またはグリッドが静止した状態に維持されているときにステージ・ホルダＴＥＭ試料ホルダを移動させることができる。プローブ先端と試料の間の結合は一般に、試料と試料ホルダの間の結合よりも小さい。プローブ先端は試料に点で溶接されるのに対して、試料は一般に試料ホルダに線に沿って溶接される。試料ホルダとプローブとを別々に移動させると、試料を損傷することなくプローブと試料の間の結合が切れ、試料は、試料ホルダに取り付けられたままの状態を維持することを本出願の出願人は見出した。
【００２５】
イオン・ビーム・ミリングを使用して試料とプローブ先端の間の結合を断つことはしない。イオン・ビーム・ミリングの代わりに機械的に接続を断つことによって、プローブ先端は鈍くならず、イオン・ビームによって先端を切り離すのに必要な処理時間が除かれる。この相対運動の方向は、プローブと試料の間の結合が弱く、試料と試料ホルダの間の結合がそれよりも強い方向であることが好ましい。図５Ｄは、プローブを試料から遠ざかる方向へ移動させ、試料を試料ホルダ５０４に取り付けられたままにしておくことによって試料から分離されたプローブを示す。ステップ１２２で、調製された試料を、ＴＥＭまたはＳＴＥＭで観察する。
【００２６】
以上に説明した方法は、部分的にまたは完全に自動化することができる。
【００２７】
図２は、本発明に基づく方法を実行するように機器が装備された典型的なデュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステム２０２の一実施形態を示す。適当なデュアル・ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人である米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。適当なハードウェアの一例を以下に示すが、本発明は、特定のタイプのハードウェアで実現することに限定されない。
【００２８】
デュアル・ビーム・システム２０２は、垂直に取り付けられた電子ビーム・カラム２０４と、垂直から約５２度の角度に取り付けられた集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラム２０６とを、排気可能な試料室２０８上に有する。試料室は、ポンプ・システム２０９によって排気することができる。ポンプ・システム２０９は一般に、ターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ、イオン・ゲッタ・ポンプ、スクロール・ポンプおよび既知の他のポンピング手段のうちの１つもしくは複数のポンピング手段、またはこれらのポンピング手段の組合せを含む。
【００２９】
電子ビーム・カラム２０４は、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）放出器、冷陰極電界放出器などの電子を発生させる電子源２１０、ならびに微細集束電子ビーム２１６を形成する電子−光学レンズ２１２および２１４を含む。一般に電子源２１０は、一般にグランド電位に維持される加工物２１８の電位よりも５００Ｖから３０ｋＶ高い電位に維持される。
【００３０】
したがって、電子は、約５００ｅＶから３０ｋｅＶの入射エネルギー（ｌａｎｄｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ）で加工物２１８に衝突する。電子の入射エネルギーを低減させ、それによって電子と加工物表面との相互作用体積を小さくし、それによって核生成部位のサイズを小さくするために、加工物に負の電位を印加することができる。加工物２１８は例えば、半導体デバイス、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）またはリソグラフィ・マスクを含むことができる。加工物２１８の表面に電子ビーム２１６の衝突点を配置することができ、偏向コイル２２０によって電子ビーム２１６の衝突点で加工物２１８の表面全体を走査することができる。レンズ２１２および２１４ならびに偏向コイル２２０の動作は、走査電子顕微鏡電源および制御ユニット２２２によって制御される。レンズおよび偏向ユニットは、電場、磁場またはこれらの組合せを使用することができる。
【００３１】
加工物２１８は、試料室２０８内の可動ステージ２２４上にある。ステージ２２４は、水平面（ＸおよびＹ軸）内で移動し、垂直に（Ｚ軸）移動し、約６０度傾き、Ｚ軸を軸に回転することができることが好ましい。ＸＹＺステージ２２４上に加工物２１８を挿入するため、および内部ガス供給リザーバ（図示せず）が使用される場合には内部ガス供給リザーバの整備作業のために、扉２２７を開くことができる。試料室２０８を排気する場合に開かないように、この扉はインタロックされる。
【００３２】
真空室には、複数（示されているのは２つ）のガス注入システム（ｇａｓ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）（ＧＩＳ）２３０が取り付けられる。ＧＩＳはそれぞれ、前駆体材料または活性化材料を保持するためのリザーバ（図示せず）、および加工物の表面にガスを導くための針２３２を備える。ＧＩＳはそれぞれさらに、加工物への前駆体材料の供給を調節する手段２３４を備える。この例では、この調節手段が調整可能な弁として示されているが、調節手段は例えば、前駆体材料を加熱して前駆体材料の蒸気圧を制御する調節された加熱器を含むこともできる。
【００３３】
電子ビーム２１６中の電子が加工物２１８に当たると、２次電子、後方散乱電子およびオージェ電子が放出される。これらの電子を検出して、画像を形成し、または加工物についての情報を決定することができる。例えば２次電子は、エバーハート−ソーンリー（Ｅｖｅｒｈａｒｄ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）検出器、低エネルギーの電子を検出することができる半導体検出デバイスなどの２次電子検出器２３６によって検出される。ＴＥＭ試料ホルダおよびステージ２２４の下に位置するＳＴＥＭ検出器２６２は、ＴＥＭ試料ホルダ上に取り付けられた試料を透過した電子を集めることができる。検出器２３６、２６２からの信号はシステム・コントローラ２３８へ送られる。前記コントローラ２３８はさらに、偏向器信号、レンズ、電子源、ＧＩＳ、ステージおよびポンプ、ならびにこの機器の他の構成要素を制御する。モニタ２４０は、ユーザ制御を表示するため、および検出器からの信号を使用して加工物の画像を表示するために使用される。
【００３４】
室２０８は、真空コントローラ２４１の制御の下、ポンプ・システム２０９によって排気される。この真空システムは、室２０８に約３×１０-6ミリバールの真空を提供する。適当な前駆体ガスまたは活性化剤ガスを試料表面に導入すると、室のバックグラウンド圧力が典型的には約５×１０-5ミリバールまで上昇することがある。
【００３５】
集束イオン・ビーム・カラム２０６は、イオン源２４６および集束カラム２４８がその内部に位置する上ネック部分２４４を備え、集束カラム２４８は、引出し電極２５０および静電光学系を含み、静電光学系は対物レンズ２５１を含む。イオン源２４６は、液体金属ガリウム・イオン源、プラズマ・イオン源、液体金属合金源または他の任意のタイプのイオン源を含むことができる。集束カラム２４８の軸は、電子カラムの軸から５２度傾いている。イオン・ビーム２５２は、イオン源２４６から、集束カラム２４８を通り、静電偏向器２５４間を通過して、加工物２１８に向かって進む。
【００３６】
ＦＩＢ電源および制御ユニット２５６は、イオン源２４６の電位を供給する。イオン源２４６は一般に、一般にグランド電位に維持される加工物の電位よりも１ｋＶから６０ｋＶ、より好ましくは２０ｋＶから４０ｋＶ、最も好ましくは約３０ｋＶ高い電位に維持される。したがって、イオンは、約１ｅｋＶから６０ｋｅＶ、より好ましくは２０ｋｅＶから４０ｋｅＶ、最も好ましくは約３０ｋｅＶの入射エネルギーで加工物に衝突する。ＦＩＢ電源および制御ユニット２５６は偏向板２５４に結合される。偏向板２５４は、イオン・ビームが、加工物の上面に、対応するパターンを描くことを可能にする。
【００３７】
当技術分野ではよく知られている通り、システムによっては、最後のレンズよりも前に偏向板が置かれる。イオン・ビーム集束カラム２４８内のビーム・ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）電極（図示せず）は、ＦＩＢ電源および制御ユニット２５６がブランキング電極にブランキング電圧を印加したときに、イオン・ビーム２５２を、加工物２１８ではなくブランキング絞り（図示せず）に衝突させる。
【００３８】
イオン源２４６は一般に、一価の正のガリウム・イオンのビームを発生させる。このビームを、イオン・ミリング、強化エッチング、材料付着によって加工物２１８を変更するため、または加工物２１８を画像化するために、加工物２１８の位置において幅１／１０マイクロメートル以下のビームに集束させることができる。
【００３９】
米テキサス州ＤａｌｌａｓのＯｍｎｉｐｒｏｂｅ，Ｉｎｃ．のＡｕｔｏＰｒｏｂｅ  ２００（商標）、ドイツＲｅｕｔｌｉｎｇｅｎのＫｌｅｉｎｄｉｅｋ  ＮａｎｏｔｅｃｈｎｉｋのＭｏｄｅｌ  ＭＭ３Ａなどのマイクロマニピュレータ２５７は、真空室内の物体を正確に移動させることができる。真空室内に配置された部分２５９のＸ、Ｙ、Ｚおよびθ制御を提供するため、マイクロマニピュレータ２５７は、真空室の外側に配置された精密電動機２５８を備えることができる。小さな物体を操作するため、マイクロマニピュレータ２５７に別のエンド・エフェクタを取り付けることができる。本明細書に記載した実施形態では、このエンド・エフェクタが細いプローブ２６０である。先行技術では知られているように、分析のため、マイクロマニピュレータ（またはマイクロプローブ）を使用して、（一般にイオン・ビームによって基板から分離された）ＴＥＭ試料をＴＥＭ試料ホルダに移すことができる。
【００４０】
システム・コントローラ２３８は、デュアル・ビーム・システム２０２のさまざまな部分の動作を制御する。従来のユーザ・インタフェース（図示せず）にコマンドを入力することにより、ユーザは、システム・コントローラ２３８を介して、イオン・ビーム２５２または電子ビーム２１６で所望の通りに走査することができる。あるいは、システム・コントローラ２３８は、プログラムされた命令に従って、デュアル・ビーム・システム２０２を制御することができる。図２は略図であり、一般的なデュアル・ビーム・システムの要素のすべては含んでおらず、また、それらのすべて要素の実際の外観およびサイズまたはそれらの要素間の関係を反映していない。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、ＴＥＭ分析用の試料を調製する方法であって、イオン・ビーム・システムに基板を装填するステップと、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップと、試料をプローブに取り付けるステップと、試料を試料ホルダまで運ぶステップと、荷電粒子ビーム誘起付着を使用して試料を試料ホルダに取り付けるステップと、プローブまたは試料を互いに対して移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップであり、移動させる前にプローブから試料を切断しない、ステップとを含む方法が提供される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、試料をプローブに取り付けるステップが、イオン・ビーム誘起付着を使用して試料をプローブに結合するステップを含み、プローブまたは試料を互いに対して移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップが、試料とプローブの相対運動によって試料とプローブの間の結合を切り、試料を試料ホルダに取り付けられたままにするステップを含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、試料を試料ホルダに取り付けるステップが、イオン・ビーム誘起付着を使用して試料を試料ホルダに取り付けるステップを含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、プローブまたは試料を互いに対して移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップが、プローブを移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップを含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、プローブまたは試料を互いに対して移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップが、試料ホルダを移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップを含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、試料を試料ホルダに取り付けるステップが、試料を、歯の付いた（ｔｏｏｔｈｅｄ）３ｍｍのＴＥＭ試料ホルダに取り付けるステップを含む。
【００４７】
いくつかの実施形態では、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップが、薄片を切り離すステップを含む。
【００４８】
いくつかの実施形態では、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップが、塊を切り離すステップを含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップが、平面視（ｐｌａｎａｒ  ｖｉｅｗ）試料を切り離すステップを含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップが、断面視（ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎａｌ  ｖｉｅｗ）試料を切り離すステップを含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップが、観察領域の厚さが５０ｎｍ未満の試料を切り離すステップを含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップが、シリコンを含む試料を切り離すステップを含む。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、ＴＥＭ試料を調製するシステムであって、荷電粒子の供給源と、荷電粒子を加工物の表面に焦束させるレンズと、加工物を保持する加工物ホルダであり、少なくとも２次元内で移動することができる加工物ホルダと、加工物から切り離された試料を保持する試料ホルダと、加工物から切り離された試料を保持する試料ホルダと、加工から切り離された試料を試料ホルダまで移動させる可動プローブと、加工物から切り離された試料を試料ホルダに取り付けるための荷電粒子ビーム付着用の前駆体ガスの供給源と、このシステムを制御するコンピュータとを備え、このコンピュータが、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップと、試料をプローブに取り付けるステップと、試料を試料ホルダまで運ぶステップと、荷電粒子ビーム誘起付着を使用して試料を試料ホルダに取り付けるステップと、プローブまたは試料を互いに対して移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップであり、移動させる前にプローブから試料を切断しない、ステップとを実行するようにプログラムされたシステムが提供される。
【００５４】
いくつかの実施形態では、プローブを移動させることによってプローブを試料ホルダから切り離すように、コンピュータがプログラムされている。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態の他の態様は、イオン・ビーム・ミリングによって基板から試料を切り離すステップと、試料をプローブに取り付けるステップと、試料を試料ホルダまで運ぶステップと、荷電粒子ビーム誘起付着を使用して試料を試料ホルダに取り付けるステップと、プローブまたは試料を互いに対して移動させることによって試料ホルダからプローブを切り離すステップであり、移動させる前にプローブから試料を切断しない、ステップとを実行するためのコンピュータ命令を記憶したコンピュータ可読媒体を含む。
【００５６】
本発明の実施形態は、コンピュータ・ハードウェアもしくはハードウェアとソフトウェアの組合せによって、またはコンピュータ可読の非一時的記憶装置に記憶されたコンピュータ命令によって実現することができることも認識すべきである。本発明の方法は、標準プログラミング技法を使用した、本明細書に記載された方法および図に基づくコンピュータ・プログラムとして実現することができる。ここで言うコンピュータ・プログラムには、コンピュータ・プログラムを含むように構成されたコンピュータ可読の非一時的記憶媒体が含まれ、そのように構成された記憶媒体は、コンピュータを、事前に決定された特定の方式で動作させる。
【００５７】
本発明の諸態様は、取外し可能であるか、またはコンピューティング・プラットホームと一体であるかを問わない、ハードディスク、光学式読取りおよび／または書込み記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶媒体上または記憶装置上に記憶された機械可読コードであって、プログラム可能なコンピュータが、本明細書に記載された手順を実行するために、その記憶媒体または記憶装置を読み取ったときに、そのコンピュータを構成し、動作させるために、そのコンピュータが読み取ることができるように記憶された機械可読コードとして実現することができる。さらに、機械可読コードまたは機械可読コードの一部を、有線または無線ネットワークを介して伝送することができる。本明細書に記載された発明は、マイクロプロセッサまたは他のデータ処理装置と連携して上述の諸ステップを実現する命令またはプログラムを含む、これらのさまざまなタイプのコンピュータ可読記憶媒体、およびその他のさまざまなタイプのコンピュータ可読記憶媒体を含む。本発明はさらに、本明細書に記載された方法および技法に従ってプログラムされたコンピュータを含む。
【００５８】
本発明の好ましい実施形態はさらに、粒子ビームを使用して試料を画像化するために、ＦＩＢ、ＳＥＭなどの粒子ビーム装置を利用する。試料を画像化するために使用されるこのような粒子は試料と本来的に相互作用し、その結果、試料はある程度、物理的に変形する。さらに、本明細書の全体を通じて、「計算する」、「決定する」、「測定する」、「生成する」、「検出する」、「形成する」などの用語を利用した議論は、コンピュータ・システムまたは同様の電子装置の動作および処理に関し、そのコンピュータ・システムまたは同様の電子装置は、コンピュータ・システム内の物理量として表されたデータを操作し、そのデータを、その同じコンピュータ・システム内または他の情報記憶装置、伝送装置もしくは表示装置内の、物理量として同様に表された他のデータに変換する。
【００５９】
以上の説明の多くは半導体ウェハを対象としているが、本発明は、適当な任意の基板または表面に対して使用することができる。また、本明細書において、用語「自動」、「自動化された」または類似の用語が使用されるとき、これらの用語は、自動プロセスもしくは自動ステップまたは自動化されたプロセスもしくは自動化されたステップの手動による開始を含むものと理解される。上記の議論および特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、オープン・エンド（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）型の用語として使用されており、したがって、これらの用語は、「．．．を含むが、それらだけに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味すると解釈すべきである。用語「集積回路」は、マイクロチップの表面にパターン形成された一組の電子構成部品およびそれらの相互接続（ひとまとめにして内部電気回路要素）を指す。用語「半導体デバイス」は、総称的に集積回路（ＩＣ）を指し、この集積回路（ＩＣ）は、半導体ウェハと一体でも、またはウェハから切り離されていても、または回路板上で使用するためにパッケージングされていてもよい。本明細書では用語「ＦＩＢ」または「集束イオン・ビーム」が、イオン光学部品によって集束させたビームおよび整形されたイオン・ビームを含む、平行イオン・ビームを指すために使用される。
【００６０】
ある用語が本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、別段示さない限り、原寸に比例して示されていない。
【００６１】
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されたい。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】
【００６２】
２０２  デュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステム
２０４  電子ビーム・カラム
２０６  集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラム
２０８  試料室
２０９  ポンプ・システム
２１０  電子源
２１６  電子ビーム
２１８  加工物
２２４  可動ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【外国語明細書】
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