(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面の局所領域内の着目フィーチャへ高精度でビームを配置し、ナビゲートする方法であって、
粒子ビームおよび可動試料ステージを使用する試料画像化システムに試料を装填することと、
前記試料表面の局所領域の第１の画像を第１の視野において前記試料画像化システムを使用して取得することであって、前記第１の視野は、前記試料画像化システムの精度を考慮して、着目フィーチャの位置が前記画像に含まれることを保証する十分な大きさを有し、前記第１の画像は、前記着目フィーチャの位置および前記着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント・フィーチャを含み、前記第１の画像はさらに、前記第１の画像の画素サイズが、前記アライメント・フィーチャに等しいか、または前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャよりも小さくなるような解像度を有することと、
前記第１の画像の上に、前記試料表面のフィーチャの理想化された座標を表す座標系オーバレイを重ね合わせることと、
前記第１の画像内の複数のアライメント・フィーチャおよび前記座標系オーバレイ内の対応する理想化された要素を使用して、前記第１の画像と前記座標系の位置合せを実施することと、
前記画像と前記座標系の位置合せを実施した後に、前記座標系からの既知の座標を使用して、取得した前記第１の画像内の前記着目フィーチャの位置へ前記試料画像化システムをナビゲートすることと、
前記第１の画像内にあって、前記試料表面の容易に識別できる視認可能な固有のフィーチャを含む、１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別することと、
前記１つまたは複数の移転フィデューシャルのそれぞれと前記着目フィーチャの間のオフセットを、前記第１の画像から、記録することと、
前記試料表面の第２の画像を第２の視野において前記試料画像化システムを使用して取得することであって、前記第２の視野は、前記第１の視野よりも小さく、前記着目フィーチャおよび前記１つまたは複数の移転フィデューシャルを含むことと、
前記第２の画像内の前記１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別することと、
前記１つまたは複数の移転フィデューシャルのそれぞれと前記着目フィーチャの間の、前記第１の画像から記録された前記オフセットを使用して、前記第２の画像内の前記着目フィーチャの位置へ精密に前記試料画像化システムをナビゲートすることと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の画像の前記解像度が１０〜６０ｎｍの範囲の画素サイズを与える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
半導体表面のフィーチャの位置を表し、視覚的に表示され、前記第１の画像の上に重ね合わされた理想化された幾何学的形状を、前記座標系オーバレイが含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャが、前記第１の画像内にあって、前記座標系オーバレイ内の幾何学的形状に対応する１つまたは複数の視認可能なフィーチャを含み、前記第１の画像と前記座標系の位置合せを実施することが、前記第１の画像内の前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャと前記対応する幾何学的形状とが整列するように、前記第１の画像と前記座標系オーバレイとを整合させることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の画像と前記座標系の位置合せを実施することが、コンピュータ・ポインティング・デバイスを使用して、前記第１の画像内の前記複数のアライメント・フィーチャを指し示すことによって前記アライメント・フィーチャを対話方式で選択し、さらに、前記コンピュータ・ポインティング・デバイスを使用して、前記座標系オーバレイ内の対応する位置を指し示すことを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の画像と前記座標系の位置合せを実施することが、前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャの位置を特定し、前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャと前記座標オーバレイ内の前記対応するフィーチャとの間のオフセット誤差を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の画像と前記座標系の位置合せを実施することが、前記第１の画像内の前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャと前記座標系オーバレイ内の前記対応する要素とを整合させ、前記座標系オーバレイと前記第１の画像とを整列させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記座標系オーバレイと前記第１の画像とを整列させることが、前記第１の画像と前記座標系オーバレイとを整合させるために、前記座標系オーバレイを移動させ、回転させ、または引き伸ばし、あるいは前記座標系オーバレイのサイズを変更することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の画像内の複数のアライメント・フィーチャおよび前記座標系オーバレイ内の対応する理想化されたフィーチャを使用して、前記第１の画像と前記座標系の位置合せを実施した後に、前記着目フィーチャの近くの別のアライメント・フィーチャを含む１つまたは複数の追加の位置を再画像化し、それらの異なる画像が示すオフセット誤差を平均することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の画像と前記座標系の位置合せを実施することが、コンピュータ・マシン上で実行される自動化されたコンピュータ・スクリプトによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の画像内の１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別することが、前記試料上の前記着目フィーチャの位置に近くに、１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記試料上の前記着目フィーチャの位置に近くに、１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを形成することが、フィデューシャルとして使用するトレンチを前記試料表面にミリングすることを含み、前記トレンチが、前記着目フィーチャの位置を完全に取り囲むフレームを形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の画像内の１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別することが、前記局所領域内にはあるが、前記着目フィーチャからは離隔した１つまたは複数の所望の移転フィデューシャルを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の所望の移転フィデューシャルが、イオン・ビーム・スパッタリングまたは表面ステイニング、ガス支援エッチングまたは付着、あるいは電子ビーム誘起ガス支援エッチングまたは付着によって形成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の所望の移転フィデューシャルを形成した後に、前記局所領域を再画像化して追加の画像を形成すること、および以下のステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法：
前記追加の画像の上に、前記試料表面のフィーチャの理想化された座標を表す座標系オーバレイを重ね合わせるステップ、
前記追加の画像内の複数のアライメント・フィーチャおよび前記座標系オーバレイ内の対応する理想化されたフィーチャを使用して、前記追加の画像と前記座標系の位置合せを実施するステップ、ならびに
前記追加の画像と前記座標系の位置合せを実施した後に、前記座標系からの既知の座標を使用して、前記追加の画像内の前記着目フィーチャの位置へ前記試料画像化システムをナビゲートするステップ。
【請求項１６】
前記第１の視野が少なくとも１００μｍ×１００μｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の視野の長さが、前記第１の視野の長さの１０％以下であり、前記第２の視野の幅が、前記第１の視野の幅の１０％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記オフセット誤差が、前記第２の画像を取得する前に粒子ビームを位置決めするために使用される、請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法を実行するコンピュータ命令を記憶した記憶装置を含む荷電粒子システム。
【請求項２０】
粒子ビーム・システム内において試料上の着目フィーチャの位置を正確に特定する方法であって、
前記試料のターゲット領域を粒子ビームを用いて画像化して、第１の画像を得ることであって、前記ターゲット領域は、着目フィーチャの位置および既知の座標を有する１つまたは複数の追加の視認可能なアライメント・フィーチャを含み、前記第１の画像は、前記第１の画像の画素サイズが、任意の前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャのサイズの２倍以下となるのに十分な高解像度を有することと、
前記第１の画像の上に座標系の図形表現を重ね合わせることであって、前記座標系が、理想化された幾何学的形状を使用して、前記ターゲット領域内の視認可能なフィーチャの位置を表すことと、
前記第１の画像内の既知の座標を有する前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャの位置を特定することと、
重ね合わされた前記座標系と前記第１の画像の間のオフセット誤差を決定することと、
前記座標系と前記第１の画像とを整列させることと、
前記第１の画像内において、複数の移転フィデューシャルの役目を果たす前記試料の表面の１つまたは複数の固有の視認可能な試料フィーチャの位置を特定することと、
前記複数の移転フィデューシャルのそれぞれと前記着目フィーチャの位置との間の複数のオフセットを、前記第１の画像から、記録することと、
前記着目フィーチャの位置において、前記第１の画像よりも小さな視野を有する前記試料の第２の画像を、粒子ビームを用いて取得することと、
前記第２の画像内の前記複数の移転フィデューシャルの位置を特定することと、
前記複数の移転フィデューシャルと前記着目フィーチャの間の、前記第１の画像において記録された前記複数のオフセットのそれぞれを使用して、前記第２の画像内の前記着目フィーチャの位置を特定することと、
前記着目フィーチャの位置を使用して、粒子ビームの配置を制御すること、ならびに  記粒子ビームを使用して前記試料を処理することと、
を含む方法。
【請求項２１】
前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャが、前記第１の画像内にあって、前記重ね合わされた座標系内の幾何学的形状に対応する１つまたは複数の視認可能なフィーチャを含み、前記座標系と前記第１の画像とを整列させることが、前記第１の画像内の前記１つまたは複数のアライメント・フィーチャと前記対応する幾何学的形状とが整列するように、前記第１の画像と前記重ね合わされた座標系とを整合させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記座標系と前記第１の画像とを整列させることが、前記第１の画像と前記重ね合わされた座標系とを整合させるために、前記重ね合わされた座標系を移動させ、回転させ、または引き伸ばし、あるいは前記重ね合わされた座標系のサイズを変更することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の画像内の複数のアライメント・フィーチャおよび前記重ね合わされた座標系内の対応する理想化されたフィーチャを使用して、前記座標系と前記第１の画像とを整列させた後に、前記着目フィーチャの近くの別のアライメント・フィーチャを含む１つまたは複数の追加の位置を再画像化し、それらの追加の画像が示すオフセット誤差を平均することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
重ね合わされた前記座標系と前記第１の画像の間のオフセット誤差を決定すること、および前記座標系と前記第１の画像とを整列させることが、コンピュータ・マシン上で実行される自動化されたコンピュータ・スクリプトによって実行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記移転フィデューシャルと前記着目フィーチャの間の記録された前記複数のオフセットのそれぞれを使用して、前記第２の画像内の前記着目フィーチャの位置を特定すること、および前記着目フィーチャの位置を使用して、粒子ビームの配置を制御することが、コンピュータ・マシン上で実行される自動化されたコンピュータ・スクリプトによって実行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の画像内において、移転フィデューシャルの役目を果たす前記試料の表面の１つまたは複数の固有の視認可能な試料フィーチャの位置を特定することが、前記試料上の前記着目フィーチャの位置に近くに、１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを形成することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記試料上の前記着目フィーチャの位置に近くに、１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを形成することが、フィデューシャルとして使用するトレンチを前記試料表面にミリングすることを含み、前記トレンチが、前記着目フィーチャの位置を完全に取り囲むフレームを形成する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の画像が、少なくとも１００μｍ×１００μｍの視野を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の画像が、前記第１の画像の視野のサイズの１０％以下の視野を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
請求項２０に記載の方法を実行するコンピュータ命令を記憶した記憶装置を含む荷電粒子システム。
【請求項３１】
ステージの移動に依存せずに試料をナビゲートする方法であって、前記試料が、着目フィーチャと１つまたは複数のアライメント点とを含むターゲット領域を有し、前記方法が、
前記ターゲット領域の第１の画像を取得することと、
前記画像の上に、前記ターゲット領域内のアライメント点の理想化された座標系を重ねることと、
前記画像内の前記アライメント点のうちの前記着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント点の位置を特定することと、
前記理想化された座標系と前記画像とを整列させることと、
前記ターゲット領域内にはあるが、前記着目フィーチャからは離隔した、前記試料上の１つまたは複数の固有のフィーチャの位置を特定することと、
前記第１の画像内の前記着目フィーチャと前記１つまたは複数の固有のフィーチャのそれぞれとの間のオフセットを、前記第１の画像から、記録することと、
より小さな視野を用いて、前記着目フィーチャを含む前記試料の新たな画像を取得すること、および
前記第１の画像から記録された複数の前記オフセットのそれぞれを使用して、前記新たな画像内の前記着目フィーチャの位置を特定することと、
を含む方法。
【請求項３２】
前記ターゲット領域の第１の画像を取得すること、前記画像の上に、前記ターゲット領域内のアライメント点の理想化された座標系を重ねること、前記画像内の前記アライメント点のうちの前記着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント点の位置を特定すること、前記理想化された座標系と前記画像とを整列させること、前記ターゲット領域内にはあるが、前記着目フィーチャからは離隔した、前記試料上の１つまたは複数の固有のフィーチャの位置を特定すること、前記第１の画像内の前記着目フィーチャと前記１つまたは複数の固有のフィーチャのそれぞれとの間のオフセットを記録すること、より小さな視野を用いて、前記着目フィーチャを含む前記試料の新たな画像を取得すること、および前記新たな画像内の前記着目フィーチャの位置を特定することが、コンピュータ・マシン上で実行される自動化されたコンピュータ・スクリプトによって実行され、前記コンピュータ・マシンが、粒子ビーム・システムに動作可能に接続されている、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
試料上の着目フィーチャの位置を正確に特定する装置であって、
前記試料を支持する可動試料ステージと、
前記試料を画像化するための粒子ビームを発生させる粒子ビーム・カラムと、
コンピュータ命令を記憶したコンピュータ可読記憶装置と
を備え、前記装置を制御し、前記装置に以下のステップを実行させるプログラムを、前記命令が含む装置：
（ｉ）前記試料上のターゲット領域の第１の画像を取得するステップ、
（ｉｉ）前記画像の上に、前記ターゲット領域内のアライメント点の理想化された座標系を重ねるステップ、
（ｉｉｉ）前記画像内の前記アライメント点のうちの前記着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント点の位置を精密に特定するステップ、
（ｉｖ）前記理想化された座標系と前記画像とを整列させるステップ、
（ｖ）前記ターゲット領域内にはあるが、前記着目フィーチャからは離隔した、前記試料上の１つまたは複数の固有のフィーチャの位置を特定するステップ、
（ｖｉ）前記第１の画像内の前記着目フィーチャと前記１つまたは複数の固有のフィーチャのそれぞれとの間のオフセットを、前記第１の画像から、記録するステップ、
（ｖｉｉ）より小さな視野を用いて、前記着目フィーチャを含む、前記試料の新たな画像を取得するステップ、
（ｖｉｉｉ）前記第１の画像から記録された複数の前記オフセットのそれぞれを使用して、前記新たな画像内の前記着目フィーチャの位置を特定するステップ、および
（ｉｘ）前記新たな画像および前記着目フィーチャの位置を使用して、前記試料に対する粒子ビームの配置を制御するステップ。
【請求項３４】
前記可動試料ステージの位置誤差が±５００ｎｍ以上であり、±１００ｎｍ以下の位置誤差で前記粒子ビームを前記試料に対して位置決めすることができる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
±３０ｎｍ以下の位置誤差で前記粒子ビームを前記試料に対して位置決めすることができる、請求項３３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００９年１０月１１日に出願された米国特許出願第１２／５７７，２００号および２００８年１０月１２日に出願された米国特許仮出願第６１／１０４，７３２号からの優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、粒子ビーム・システムにおけるステージ・ナビゲーション（ｓｔａｇｅ  ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）およびビーム配置（ｂｅａｍ  ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）に関し、具体的には、ＦＩＢ手段またはＳＥＭ手段による高解像度画像の取得を使用した試料表面の着目位置（ｓｉｔｅ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）への高精度局所領域ナビゲーションに関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路の製造などの半導体製造は一般に、フォトリソグラフィの使用を伴う。通常はシリコン・ウェハである半導体基板に、回路を形成中に放射に露光すると溶解性が変化するフォトレジストなどの材料を塗布する。基板のどの領域を放射に露光するのかを制御するため、放射源と半導体基板の間に配置されたマスク、レチクルなどのリソグラフィ・ツールが影をつくる。露光後、露光した領域または露光していない領域からフォトレジストを除去し、ウェハの上に、後続のエッチング・プロセスまたは拡散プロセスの間、ウェハの一部分を保護するパターン形成されたフォトレジスト層を残す。
【０００４】
このフォトリソグラフィ・プロセスによって、それぞれのウェハの上に、しばしば「チップ」と呼ばれる複数の集積回路デバイスまたはエレクトロメカニカル・デバイスを形成することができる。次いで、そのウェハを個々のダイに切断する。ダイはそれぞれ、単一の集積回路デバイスまたは単一のエレクトロメカニカル・デバイスを含む。最後に、これらのダイに更なる処理を行い、パッケージ化して、個々の集積回路チップまたは個々のエレクトロメカニカル・デバイスとする。
【０００５】
この製造プロセスの間、露光および集束は変動し、そのため、リソグラフィ・プロセスによって現像されたパターンを絶えず監視し、または測定して、パターンの寸法が許容範囲内にあるかどうかを判定する必要がある。しばしばプロセス制御と呼ばれるこのような監視の重要性は、パターン・サイズが小さくなるにつれて、特に最小フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）サイズが、そのリソグラフィ・プロセスが使用可能な解像限界に近づくにつれて、相当に増大する。より高いデバイス密度を絶えず達成し続けるためには、ますます小さなフィーチャ・サイズが必要となる。このフィーチャ・サイズには、相互接続線の幅および間隔、コンタクト・ホールの間隔および直径、ならびにさまざまなフィーチャのコーナ（ｃｏｒｎｅｒ）、エッジ（ｅｄｇｅ）などの表面幾何構造が含まれることがある。
【０００６】
その結果、表面フィーチャを注意深く監視することがますます重要になっている。設計ルールが縮小するにつれて、処理の誤差に対する余裕も小さくなる。設計寸法からの小さなずれでさえも、完成した半導体デバイスの性能に悪影響を与える可能性がある。
【０００７】
したがって、半導体業界の顧客は、メモリ・アレイ内の単一ビット不良、回路編集用の位置などのフィーチャの位置を特定するため、高精度ビーム配置を必要としている。ビーム・シフト・ナビゲーション・システムは、試料ドリフト（ｄｒｉｆｔ）、変位の非線形性などの欠点を有し、一般に視野に限界がある。粒子ビーム・システム上で使用される一般的な試料ステージの精度は±１〜２μｍでしかない。（レーザ・エンコード・ステージ（ｌａｓｅｒ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｓｔａｇｅ）のような）高精度ステージを使用せずに、１００ｎｍ以下の精度でステージを対象の位置へ直接に駆動することはできない。レーザ・ステージは、１００ｎｍの精度を与える能力を有することがあるが、高価であり、レーザ・ステージは一般に傾けることができず、それによって機能を失うため、システムの柔軟性を限定する。さらに、一般的なレーザ・ステージの能力さえも超える約３０ｎｍの精度内で試料ステージを駆動することが望ましい。
【０００８】
したがって、半導体表面の局所領域内の対象の位置へ高精度でナビゲートする改良された方法であって、試料ステージの位置精度を超える精度でビームを配置することを可能にする改良された方法が依然として求められている。さらに、このような改良された方法が、完全自動化または部分自動化に適していることも求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第１２／５７７，２００号
【特許文献２】米国特許仮出願第６１／１０４，７３２号
【特許文献３】米国特許第５，５４１，４１１号
【特許文献４】米国特許第５，８５１，４１３号
【特許文献５】米国特許第５，４３５，８５０号
【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、特にＦＩＢ、ＳＥＭなどの粒子ビーム・システム内において、半導体表面の局所領域内の対象の位置へ高精度でナビゲート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】
本発明は、ターゲット位置に対する座標関係が既知である目に見える基準マークが局所領域内にあれば、画像化／パターン形成技法を使用して、局所領域（例えば一辺が２００ｕｍの領域）内の対象の位置へ高精度でナビゲートすることが可能な方法を示す。最初に、幅約４０９６画素のターゲット領域の高解像度画像を取得する。ターゲット領域の近くの２つ以上のアライメント・フィーチャの位置を特定する。画像上の対象の領域の上にＣＡＤポリゴンを重ねる。ディジタル・ズームを利用して、アライメント点の位置を精密に特定し、２点または３点ＣＡＤポリゴン再位置合せを実行する。
【００１２】
画像と座標系とを正確に整列させた後、１つまたは複数の移転フィデューシャルを介して、そのアライメントを試料に移転することができる。試料上の着目フィーチャの近くの１つまたは複数の容易に識別可能なフィーチャを選択し、その移転フィデューシャル（１つまたは複数）と着目フィーチャの間のオフセットを記録する。次いで、座標系アライメントに基づいて、試料を、ずっと小さな視野で再画像化することができる。この第２の画像内で移転フィデューシャルを識別すれば、記録されたオフセットを使用して、着目フィーチャの位置を特定し、粒子ビームを正確に位置決めすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、この大領域高解像度走査と、ディジタル・ズームと、理想化された座標系への画像の位置合せとの組合せによって、ステージの移動に依存せずに局所領域をナビゲートすることができる。一旦画像を取得してしまえば、試料ドリフトまたはビーム・ドリフトはアライメントに一切影響を及ぼさない。
【００１４】
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、本発明の同じ目的を達成する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。
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】ステージレスナビゲーションを利用した本発明の好ましい一実施形態に基づく局所領域ナビゲーション用の高精度ビーム配置の諸ステップを示す流れ図である。
【図２】ターゲットと、本発明の好ましい一実施形態に基づく最初の画像／ＣＡＤオーバレイ位置合せで使用するアラインメントフィーチャとを含む試料の画像を示す図である。
【図３】ＣＡＤデータから準備されたＣＡＤポリゴンを示すオーバレイが上に重ね合わされた図２の画像を示す図である。
【図４】ディジタル・ズームを使用して、図３の画像およびＣＡＤオーバレイをより高い倍率で示した図である。
【図５】画像とＣＡＤオーバレイの位置合せのため、ＣＡＤオーバレイ内の第１の点および画像内の対応するフィーチャが選択された図４の画像を示す図である。
【図６】画像とＣＡＤオーバレイの位置合せのため、ＣＡＤオーバレイ内の第２の点および画像内の対応するフィーチャが選択された図４の画像を示す図である。
【図７】画像とＣＡＤオーバレイの位置合せのため、ＣＡＤオーバレイ内の第３の点および画像内の対応するフィーチャが選択された図４の画像を示す図である。
【図８】３点位置合せが完了した後の画像およびＣＡＤオーバレイを示す図である。
【図９】より小さな視野を有し、着目フィーチャの位置および移転フィデューシャルとして使用することができる少なくとも１つのフィーチャを含む、本発明に基づく第２の荷電粒子ビーム画像を示す図である。
【図１０】着目フィーチャの位置の周囲にフィデューシャル・フレームがミリングされた、本発明に基づく荷電粒子ビーム画像を示す図である。
【図１１】本発明の好ましい一実施形態に基づく局所領域ナビゲーション用の高精度ビーム配置の諸ステップを示す流れ図である。
【図１２】本発明の諸態様を実現するために使用することができる一般的なデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
これらの添付図面は、尺度が一律になることを意図して描かれたものではない。これらの添付図面では、さまざまな図に示された同一のまたはほぼ同一の構成要素がそれぞれ、同様の符号によって示されている。分かりやすくするため、全ての図面の全ての構成要素に符号が付けられてはいないことがある。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態は、半導体チップ製造分野の局所領域ナビゲーション用の高精度ビーム配置法を対象としている。本発明は、ステージ／ナビゲーション・システムが通常は高精度ナビゲーションを実施する能力を持たない場合であっても、比較的に大きな局所領域（例えば２００μｍ×２００μｍの領域）内の対象の位置へ高精度でナビゲートすることが可能な方法を示す。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、最初に、比較的に大きなターゲット領域（着目フィーチャの位置および１つまたは複数の適当なアライメント・マークを含むより大きな領域）の高解像度画像を取得する。例えば、適当な高解像度領域は２５０μｍの幅を有し、幅について約４０９６画素の解像度を有する。好ましい一実施形態によれば、対象の領域の上にＣＡＤポリゴンを重ね、２点または３点ＣＡＤポリゴン再位置合せ（ｒｅ−ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）を実行する。次いで、ディジタル・ズームを利用して、着目フィーチャを含む領域の位置を精密に特定する。追加のＣＡＤ位置合せプロセスを実行して、精度をより高めることができる。次いで、着目フィーチャの近くの１つまたは複数の適当な移転フィデューシャル（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｉｄｕｃｉａｌ）の位置を特定し、あるいは着目フィーチャの近くに１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを形成し、この大視野画像内のフィデューシャルと着目フィーチャの間のオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）を記録する。次いで、検査／調査を実行するのに適したより小さな視野の画像を取得する。この画像内で移転フィデューシャルを識別し、オフセットを使用して、着目フィーチャの位置を正確に特定する。
【００２０】
この大領域高解像度走査と、ディジタル・ズームと、理想化された座標系への画像の位置合せとの組合せによって、ステージの移動に依存せずに局所領域をナビゲートすることができる。一旦画像を取得してしまえば、試料ドリフトまたはビーム・ドリフトはアライメントに一切影響を及ぼさない。したがって、好ましい実施形態は、高精度ステージ／ナビゲーション・システムなしで、１００ｎｍ未満の精度で試料上の位置へ正確にナビゲートすることを可能にし、いくつかの好ましい実施形態は、３０ｎｍ以内のナビゲーションを可能にする。言い換えると、本発明の好ましい実施形態によれば、試料ステージは、±５００ｎｍ以上の位置決め精度または位置決め誤差を有することがあるが、±１００ｎｍまたはそれよりも良い（すなわち１００ｎｍ以下の）位置決め精度で着目フィーチャの位置を特定し、試料に対して粒子ビームを位置決めすることができる。より好ましくは、±３０ｎｍまたはそれよりも良い精度で、着目フィーチャの位置を特定すること（すなわち、粒子ビーム・システムが、試料上の着目フィーチャの位置へナビゲートすること）ができる。試料ステージが、±１００ｎｍ以上の位置決め精度または誤差を有する場合であっても、本発明の好ましい実施形態では、±３００ｎｍまたはそれよりも良い位置決め精度で、着目フィーチャの位置を特定し、試料に対して粒子ビームを位置決めすることができる。
【００２１】
本発明の好ましい方法または装置は多くの新規の態様を有し、本発明は、目的の異なるさまざまな方法または装置として具体化することができるため、全ての実施形態に全ての態様が含まれる必要はない。また、記載された実施形態の多くの態様は、別々に特許を受けることができる。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい一実施形態に基づく局所領域ナビゲーション用の高精度ビーム配置の諸ステップを示す流れ図を示す。ステップ１０で、（図１２に示した後述するＦＩＢ／ＳＥＭなどの）一般的な先行技術の荷電粒子ビーム・システムに試料を、システム・ステージ上に試料を装着することによって装填する。本発明の好ましい一実施形態に基づく荷電粒子ビーム・システムは、集束イオン・ビーム・システム、電子ビーム・システムまたはデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムとすることができる。試料は手動で装填し、または例えば自動ハンドラ・システムによって自動的に装填することができる。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態は、レーザ・ステージなどの高精度ステージの使用を必要としない。分析または処理のために試料または加工物を荷電粒子ビーム・システムに装填するときに、着目フィーチャの精密な位置までステージを駆動するのは非常に難しい操作である。一般的な試料ステージの精度は約１〜２μｍである。言い換えると、このような一般的なステージを特定の座標まで移動させたとき、位置の誤差は最大で±１〜２μｍになりうる。（この方式で表現するときには、数値が大きいほど精度の低いステージであることを意味する。）１００ｎｍ以下の精度でナビゲートすることができるレーザ干渉計ステージ（ｌａｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｓｔａｇｅ）（以後「レーザ・ステージ」）などの先進の高精度ステージは、非常に高価である。また、レーザ・ステージには、傾けることが一般にできない、現在使用されている大部分の荷電粒子ビーム・システムで使用することができないといったいくつかの重大な欠点がある。本発明は、高精度レーザ・ステージを必要とせずに１００ｎｍ未満の精度でナビゲートする方法を提供する。好ましくは、本発明の実施形態は、精度（位置誤差）±５００ｎｍの試料ステージを使用した１００ｎｍ未満ナビゲーション法またはビーム配置法を提供する。より好ましくは、本発明の実施形態は、精度（位置誤差）±１〜２μｍ以上の試料ステージを使用した１００ｎｍ未満ナビゲーション法またはビーム配置法を提供する。
【００２４】
試料を装填した後、ステップ１２で、知られている方法を使用して、例えばダイのコーナでの一般的な３点ロックによって、試料のアライメントを実施する。このアライメントは、手動で、例えばオペレータが光学顕微鏡を使用することによって、または自動的に、例えば適正な向きを決定するために試料のノッチまたはフラット・エッジの位置を特定する自動ハンドラ・ロボットを使用することによって、実施することができる。
【００２５】
ステップ１４で、着目フィーチャが、荷電粒子ビームによって走査されるターゲット領域（視野）内に位置するように、ステージを位置決めする。（例えば着目フィーチャが埋め込まれているときなど、場合によっては、画像内で着目フィーチャを実際に見ることができないこともある。）この位置決めは、位置座標またはＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）データを記憶し、それらを使用することによって実施することができる。視野は、使用するステージ／システムの精度を考慮して、着目フィーチャが、好ましくは画像と試料表面のフィーチャの位置を表す座標系との位置合せで使用するのに適した１つまたは複数の適当なアライメント・フィーチャ（後により詳細に論じる）とともに、画像化される領域内に位置することが保証されるように、十分に大きくとるべきである。より好ましくは、視野が、アライメント・フィーチャとして使用するのに適した少なくとも３つのフィーチャを含む。適当なフィーチャは、試料画像内および座標系オーバレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）内において容易に認識できなければならない。
【００２６】
ステップ１６で、荷電粒子ビームを用いて試料を高解像度で画像化する。画素サイズが必要な配置精度に匹敵するように、この画像は、十分な（十分に高い）解像度を有していなければならない。画像解像度は、画素サイズが、アライメント・マークを識別し、アライメント・マークの位置を高い精度で決定することを可能にする、十分に高いものであることが好ましい。解像度は、画素サイズが、アライメント・フィーチャのサイズに等しいか、またはアライメント・フィーチャのサイズよりも小さくなる、十分に高いものであることがより好ましい。例えば、本発明の好ましい一実施形態では、これが、幅２５０μｍの画像に対して４０９６画素（またはそれ以上）の解像度を使用することができることを意味し、その場合、画素サイズは約５０〜６０ｎｍになる。その結果、５０〜６０ｎｍよりも大きなアライメント・フィーチャを容易に識別することができる。本発明の他の好ましい実施形態は、画素サイズが１０〜１００ｎｍ、より好ましくは３０〜６０ｎｍになる画像解像度を使用する。
【００２７】
好ましいいくつかの実施形態では、着目フィーチャのサイズよりも大きな画素サイズを与える解像度を使用することもできるが、このより大きな画素サイズは位置誤差の一因となると考えられる。例えば、上の段落で説明した実施形態の画素サイズ（５０〜６０ｎｍ）を、サイズが３０ｎｍのアライメント・フィーチャとともに使用した場合、そのアライメント・フィーチャが画素内のどこに位置するのかを決定する術はない。その結果、（画素サイズだけに起因する）アライメント・フィーチャの位置誤差は、２０〜３０ｎｍ（５０〜６０ｎｍ−３０ｎｍ）にもなりうる。この精度は、一般的なレーザ・ステージによって達成できる精度よりも依然として高いため、多くの場合、この精度は許容される。
【００２８】
ターゲット（着目フィーチャ）の位置および好ましくはアライメント・フィーチャの位置も、ある形の座標系において既知であるべきである。好ましい実施形態では、これらの位置を、ＣＡＤオーバレイ（後により詳細に説明する）またはｘｙ座標、または繰り返し配列の構造から決定することができる。
【００２９】
この画像の解像度は、画素サイズが少なくとも必要な精度に匹敵する十分なものであるべきである。例えば、好ましい一実施形態では、幅２５０μｍの画像の幅が画素約４０９６個分であり、その場合、画素サイズは約６０ナノメートルになる。この解像度は、サイズが６０ナノメートル以上あるアライメント点などのフィーチャを画像化し、処理するのに適当であろう。しかしながら、６０ｎｍよりも小さなフィーチャに対しては、より高い解像度（およびその結果としてのより小さな画素サイズ）が必要となるであろう。
【００３０】
視野（水平フィールド幅（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｆｉｅｌｄ  ｗｉｄｔｈ）またはＨＦＷとも呼ばれる）画像解像度と画素間隔の間には正のバランス（ｄｉｒｅｃｔ  ｂａｌａｎｃｅ）がある：ＨＦＷ＝（画素間隔）×（画素数）。２５０μｍ×２５０μｍよりもはるかに大きな領域にわたってナビゲートするため、ここに示したものでは、パターン形成エンジンの解像度を幅８ｋまたは１６ｋの画像に増大させない限り、より大きな画素間隔および起こりうる走査歪みによって得られる精度が低減しそうな結果になるであろう。場合によっては、走査歪み／非線形性を理解するためにマッピングが必要となることがある。
【００３１】
図２は、着目フィーチャの座標および最初の画像／ＣＡＤオーバレイ位置合せ（後述）で使用する３つのアライメント・フィーチャの座標までステージを駆動することにより、前述のようにして得た試料の画像を示す。図２に示すように、（着目フィーチャを含む）ターゲット２０１および３つのアライメント・フィーチャ（２０２、２０３、２０４）は全て、表面層を貫通するミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）によって半導体表面に部分的に露出させたビア・フィールド（ｖｉａ  ｆｉｅｌｄ）である。視野は、使用するステージ／システムの精度を考慮して、着目フィーチャが、画像化される領域内に位置することが保証されるように、十分に大きくとるべきである。例えば、精度±２μｍの試料ステージを備えた粒子ビーム・システムでは、着目フィーチャおよび約２０００ｎｍ離れた３つのアライメント・フィーチャに対する視野は、着目フィーチャが画像化される視野内に位置することを保証するために少なくとも８μｍ×８μｍであるべきである。しかしながら、本発明によれば、一般に、はるかに大きな約１２５μｍ×１２５μｍの視野を使用することができる。
【００３２】
再び図１を参照する。ステップ１７で、ＣＡＤポリゴン３３０（試料または加工物上のフィーチャの位置を表す理想化された幾何学的形状）を示すオーバレイを、半導体試料上の要素／フィーチャに対するＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）データから構築し、試料の荷電粒子ビーム画像の上に重ねることができる。このような座標系オーバレイを図３に示す。必要ならば、後述するように、ＣＡＤオーバレイと画像の間の最初の位置合せを実行することができる。図３では、ＣＡＤポリゴンによって指示されたいくつかの半導体フィーチャが露出しておらず、依然として表面層の下に埋め込まれていることに留意されたい。
【００３３】
一般に、図３および４に示すように、画像に対するオーバレイの最初の位置決めは、おそらくいくぶんかは不正確である。任意選択のステップ１８で、ディジタル拡大を使用して、ターゲットおよびアライメント点にズームイン（ｚｏｏｍ  ｉｎ）することができる。一旦ターゲット領域を走査してしまえば、ユーザは、ディジタル・ズームを使用して、フィデューシャルまたは着目フィーチャの位置を特定するために、走査した画像を「ナビゲート」することができる。画像をナビゲートするのは、ステージを移動させ、試料を再画像化することによってナビゲートするよりもはるかに速く、容易である。ディジタル・ズーム（例えば図４の８：１程度のズーム）によって、ユーザは、着目フィーチャを含むおおまかな領域の位置を迅速に特定し、次いで、ズームインして、着目フィーチャ、座標オーバレイとともに使用するアライメント・フィーチャ、および／または後述する移転フィデューシャルの位置をより正確に特定することができる。図４では、拡大された画像によって、ビア３４０とＣＡＤポリゴン３３０とが正確には整列（ａｌｉｇｎ）していないことが明らかである。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態では、画像とオーバレイの間の座標系位置合せを実行して、画像とＣＡＤオーバレイとをより正確に整列させるため、オペレータが、ディジタル・ズームを使用して、画像（およびＣＡＤオーバレイ）上の着目フィーチャまたは着目フィーチャの付近にズームインすることができる。当業者なら理解するとおり、ディジタル・ズームの使用は、例えばコンピュータ・モニタ上で人間のオペレータに対して視覚的に表示することができる詳細さのレベルの固有の限界を克服するのに役立つ。しかしながら、本発明の好ましいいくつかの実施形態では、例えば画像認識／マシン・ビジョン（ｍａｃｈｉｎｅ  ｖｉｓｉｏｎ）を使用することによって、人間オペレータの代わりに、自動コンピュータ制御を使用することができる。自動実施形態に対してディジタル・ズームを使用する必要はないことは明白であろう。
【００３５】
次いで、例えばマウス、画面上のカーソルなどのコンピュータ・ポインティング・デバイスを使用することによって、アライメント点および座標系オーバレイ上の対応する要素を識別することができる。図５は、この再位置合せプロセスの最初のステップを示す。ユーザは、ディジタル拡大を使用して、画像およびＣＡＤオーバレイにズームインし、画像内のさまざまな領域に対する局所的なオフセットを指定することができる。ディジタル拡大されている領域は、サムネイル・ビュー５５１内に正方形５５０として示される。図５に示すように、この画像は、アライメント点２０２のところにディジタル・ズームされている。再び図１を参照する。ステップ２０で、オペレータは、図５に示すように、１つのＣＡＤポリゴン３３０の中心５４４を（マウスまたは他の適当なポインティング・デバイスで）クリックし、次いで試料画像内の対応するフィーチャ（ビア３４０）の中心５４２をクリックすることができる。次いで、このプロセスを、図６に示すようにアライメント・フィーチャ２０４に対して繰り返し（ステップ２２）、図７に示すようにアライメント・フィーチャ２０３のところで繰り返す（ステップ２４）ことができる。
【００３６】
アライメント・フィーチャの位置および座標系オーバレイ内の対応する要素の位置を識別した後、ステップ２６で、画像上の複数のアライメント点とＣＡＤオーバレイとの間のターゲット領域内におけるオフセットまたは重ね合せ誤差を測定することができる。図４の誤差は、ターゲット領域内で約１．４ｕｍである。この誤差を補正するため、ステップ２８で３点再位置合せを実行し、ＣＡＤオーバレイを引き伸ばし、回転させ、かつ／または移動させて、画像と整合させる。
【００３７】
当業者なら理解するとおり、ＣＡＤオーバレイと画像の間のオフセット誤差は、最初のステージ・ロックにおけるオペレータの誤り、ＦＩＢ画像の不精密な較正（拡大および／または回転）、局所的なダイの歪み、またはイオン・カラム偏向システムの非線形性など、多くの原因から生じうる。誤差の原因が何であれ、ＣＡＤオーバレイと大視野ＦＩＢ画像内の全ての点との間の完全な一致を達成することは通常不可能である。この問題を解決する１つの方法は、ＣＡＤオーバレイを必要に応じて引き伸ばし、移動させ、かつ／または回転させる３点再位置合せを実行して、状況に応じた特定のＦＩＢ画像の整合を達成することである。このタイプの画像位置合せは、本発明の譲受人でもあるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（米オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ）に譲渡された、参照によって本明細書に組み込まれているＬｉｎｄｑｕｉｓｔ他の「Ｉｍａｇｅ−ｔｏ−Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第５，５４１，４１１号において詳細に論じられている。
【００３８】
Ｌｉｎｄｑｕｉｓｔによって記述され、図５〜８によって示されているように、この位置合せ操作は、例えば粒子ビーム画像上の３点、および（本発明の好ましい実施形態によればＣＡＤオーバレイなどの）整列させるもう一方の画像上の対応する３点を選択することを含む。これらのアライメント点は、マウスを、ディスプレイからの視覚フィードバックとともに使用することによって対話方式で選択することができる。例えば、粒子ビーム画像内の視認可能なアライメント点としてアライメント点Ｒ１、Ｒ２およびＲ３を選択した場合には、位置合せを実行したい座標系オーバレイの対応する３点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を選択する。画像内および座標系内の対応する点を選択した後、プロセスは、基準画像の点（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）と前の画像（ｐｒｉｏｒ  ｉｍａｇｅ）上の点（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）との間で、Ｔ（Ｃ１）＝Ｒ１、Ｔ（Ｃ２）＝Ｒ２およびＴ（Ｃ３）＝Ｒ３となるような変換Ｔを決定する。画面の特定の座標系内のこれらの点の座標位置は既知であるため、点間の変換は、線形代数法によって容易に決定される。
【００３９】
変換演算Ｔを決定した後、新たな空の（ｅｍｐｔｙ）（すなわちブランク（ｂｌａｎｋ））画像を作成し、次いでループに入り、この新たな画像内の第１の画素を選択する。画素を選択した後、全ての画素を処理したかどうかについての判定を実施する。全ての画素を処理した場合、位置合せは完了であり、このプロセスを出る。しかしながら、処理していない画素がある場合には、座標変換Ｔを使用してプロセスを継続し、前の画像から対応する画素を選択する。次いで、前の画像から選択した画素データを、前の画像から、新たな画像の選択された画素位置へ読み込む。変換が、新たな画像の選択された位置を、前の画像の境界の外側にマップしている場合には、その新たな画像位置に空白データ（ｎｕｌｌ  ｄａｔａ）を配置する。この空白データは例えばブランク表現または黒の背景表現を含むことができる。次に、プロセスをループバックして、再び新たな画像内の次の画素を選択し、新たな画像内の全ての画素が処理されるときまでプロセスを繰り返し継続する。
【００４０】
好ましい一実施形態では、オフセットの計算および画像とＣＡＤポリゴンの位置合せが、自動化されたコンピュータ・スクリプトを介して実行される。位置合せが完了した後、オーバレイとターゲット・ビアは、図８に示すように正確に整列している。
【００４１】
この変換演算は、画像間の平行移動、回転、尺度および傾斜角の差を調整するため、新たな画像は、最初の画像に比べて多少歪んでいることがある。上記のステップによれば、画像−画像位置合せは、荷電粒子画像内および座標系内の対応する３つのアライメント点を選択することによって実施することが好ましいが、これとは異なる数のアライメント点を使用することができ、点の数が多いほどアライメントの精度は高まる。対応するアライメント点間の変換を決定し、位置合せを実施する画像に適用して、適切に位置合せされた出力画像を生成する。代替として、精度を向上させる任意選択のステップは、ターゲット位置に近い、別のアライメント・フィーチャを含む追加の位置を画像化するステップである。次いで、これらの別個の画像によって指示された位置を平均することによって、ターゲット位置を決定する。このステップは特に、１画像につき１つのアライメント・フィーチャを使用するときに良好な精度を提供するために望ましい。これらのステップは、コンピュータ・プロセッサによって適切に実行されることが好ましく、これらのさまざまな画像は、画像バッファに記憶され、適当なディスプレイ上に表示されたビット・マップ画像（ｂｉｔ  ｍａｐｐｅｄ  ｉｍａｇｅ）である。
【００４２】
画像と座標系とを正確に整列させた後、そのアライメントを試料に「移転する（ｔｒａｎｓｆｅｒ）」必要がある。本発明の好ましい実施形態によれば、これは、移転フィデューシャルを使用することによって実施することができる。システム・ドリフト、画像シフト、視野を変更したときの尺度の差などの因子は、荷電粒子ビームの位置決めをナノメートル・スケールでいくぶん可変にする。移転フィデューシャルの使用は、独立した基準点が、着目フィーチャの位置を迅速かつ精密に特定することを可能にする。移転フィデューシャルは、（画像内に見られる）試料上の容易に識別可能な既存のフィーチャ、またはアライメント・プロセスの一部としてのＦＩＢ／ＳＥＭによって形成されたフィーチャとすることができる。移転フィデューシャルとして使用するのに適した既存のフィーチャは、確実に識別することができる視野内の固有のフィーチャであるべきである。好ましいフィデューシャルはさらに、ｘ方向とｙ方向の両方においてビーム位置を正確に示すことを可能にする。例えば、適当な１つのフィデューシャルが、２本の線の交点であることがある（十字形フィデューシャル）。また、適当なフィデューシャルが、試料内の凹凸、あるいは視野内に位置する一片のほこりまたは破片であることさえある。
【００４３】
再び図１を参照する。ステップ３０で、画像内の着目フィーチャの位置へナビゲートした後に、画像内の１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを識別し、これらのフィデューシャル（１つまたは複数）と画像内の着目フィーチャの間のオフセットを記録する。この場合も、適当な移転フィデューシャルの位置を特定するのに役立つように、ディジタル・ズームを使用して、着目フィーチャの位置における領域の画像を拡大することができる。２つ以上の移転フィデューシャルを使用することが好ましい。一般に、移転フィデューシャルの数が多いほど、着目フィーチャの位置を特定する精度は高くなる。
【００４４】
試料の表面に適当な構造が存在しない場合には、ステップ３２で、視野内ではあるが着目フィーチャからは離隔したある位置、好ましくは対象の点に損傷を与えないある位置に、フィデューシャル・マークを形成することができる。例えば、ターゲット位置の近くでのＦＩＢミリングまたはＦＩＢ／ＳＥＭ付着によって、試料の上にフィデューシャル・マーカを形成することができる。フィデューシャルは、例えば集束イオン・ビーム・スパッタリング、イオン・ビームを用いた表面ステイニング（ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｔａｉｎｉｎｇ）、ガス支援（ｇａｓ−ａｓｓｉｓｔｅｄ）エッチングまたは付着、あるいは電子ビーム誘起（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｉｎｄｕｃｅｄ）ガス支援エッチングまたは付着を含む適当な任意の方法を使用して形成することができる。多くの場合、付着によるフィデューシャル形成が好ましい。これは、付着によるフィデューシャル形成が、低侵襲性であり（試料表面に損傷を与えにくく）、より良好なコントラストを提供する（異なる材料が使用されるため）ためである。確実に識別し、その位置を特定することができるように、フィデューシャルは、容易に区別できる形状とすることができる。
【００４５】
適当なフィデューシャルを形成する場合には、フィデューシャルを形成した後に、ステップ３３で、試料表面を再画像化すべきである。この新たな画像を用いて、上記のアライメント・ステップ１６〜２８を繰り返すことができる。
【００４６】
ステップ３４で、適当な移転フィデューシャルを識別した後に、移転フィデューシャルと着目フィーチャの間のオフセットを決定し、（好ましくはコンピュータの記憶装置に）記録する。図９は、上記の方法ならびにミリングされた２つのフィデューシャル１０４および１０６を使用して十字パターンのコーナ１０２の位置が特定された試料を示す。本明細書に記載の方法を使用することにより、実験では、コーナ１０２の位置が１００ｎｍ未満で決定された。
【００４７】
この場合も、形成し、使用するフィデューシャルの数が多いほど、着目フィーチャに対するビーム配置の精度は高くなる。好ましい一実施形態では、着目フィーチャの位置を完全に取り囲むフレーム（ｆｒａｍｅ）またはボックス（ｂｏｘ）を、例えばイオン・ミリングによって形成することができる（とは言うものの、図９に示すように、フレーム・フィデューシャル１０４は、着目フィーチャ１０２の周りではなくアライメント・マーク１０６の周りにミリングされた）。ミリングされたこのようなフィデューシャル・フレームを図１０に示す。フィデューシャル・フレーム４０４内には、埋め込まれた着目フィーチャが位置する（表面層があるためまだ見えていない）。図１０には、（既に露出した）アライメント・フィーチャ４０２、４０３、４０４も見えている。図１０に示すようなフレーミング・フィデューシャルを使用することによって、フレーム内の着目フィーチャを（好ましくはフレーム内の表面層をミリング／エッチングすることによって）露出させた後に、オフセットを決定することができる無限個のフィデューシャル位置を本質的に提供するフレームに沿った任意の点で、フィーチャ・オフセットを決定することができる。これによって、フィデューシャルと着目フィーチャの間のオフセットをはるかに正確に決定することができる。
【００４８】
再び図１を参照する。適当なフィデューシャルを選択し、または形成した後、ステップ３６で、着目フィーチャの位置で試料を再画像化する。この画像化ステップでは、ずっと小さな視野を使用することが好ましい。一般に、この視野は、着目フィーチャの所望の処理に対して一般的な視野、例えば１０μｍ×１０μｍの視野である。前述の位置合せステップ後は、フィーチャの位置が、フィーチャがこのより小さな視野の中にあることを保証する十分な精度で分かっているため、このより小さな視野をより大きな信頼度で使用することができる。次いで、ステップ３８で、新たな画像内の移転フィデューシャル（１つまたは複数）を容易に識別することができる。ステップ４０で、記録されたオフセット（１つまたは複数）を使用して、着目フィーチャの位置を容易かつ正確に特定する。ビームを正確に位置決めした後、ステップ４２で、その粒子ビームを使用して、例えば試料をミリングし、試料上に材料を付着させ、または試料を画像化し、試料上で計測（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）を実行することによって、試料を処理することができる。
【００４９】
図１１は、（ＣＡＤポリゴンの視覚オーバレイを使用せずに）１つまたは複数の試料を形成する本発明の好ましい他の実施形態に基づく諸ステップを示す流れ図である。好ましくは、図１１に記載されたプロセスを完全にまたは部分的に自動化することができる。
【００５０】
ステップ１１０で、粒子ビーム・システムに試料を装填する。適当な試料は例えば半導体ウェハであり、これを、精度が１〜２μｍでしかない試料ステージを有するデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭに装填することができる。次いで、着目フィーチャの既知の座標を使用して、着目フィーチャが粒子ビームの視野に入るようにステージを位置決めする。一般的な試料ステージは精度が低いため、座標だけを使用して着目フィーチャの精密な位置を十分な精度で識別することはできない。
【００５１】
ステップ１１１で、２つ以上のアライメント点（例えば２００×２００μｍの正方形領域のコーナなどの識別可能なフィーチャ）を含むターゲット領域の高解像度画像（例えば幅４０９６画素）を取得する。ステップ１１２で、これらの適当なアライメント点の位置を特定する。前述のとおり、適当なアライメント・フィーチャは試料画像内で識別することができ、対応する要素は、試料上のフィーチャの位置を指定する（特定の半導体ウェハのＣＡＤデータなどの）座標系データ内で識別することができる。
【００５２】
本発明の好ましい一実施形態によれば、画像認識ソフトウェアを使用して、適当なアライメント・フィーチャを自動的に選択することもできる。適当な画像認識ソフトウェアは例えばＣｏｇｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社（米マサチューセッツ州Ｎａｔｉｃｋ）から入手可能である。類似のフィーチャ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「訓練」して、適当なアライメント・フィーチャの位置を特定するようにすることができる。これは特に、いくつかの類似の試料（例えば同じ設計を有する多数の半導体ウェハ）を処理する場合に望ましいことがある。アライメント・フィーチャを識別し、またはアライメント・フィーチャを識別するのを容易にするために、自動化されたＦＩＢまたはＳＥＭ計測を使用することもできる。計測は、画像ベースのパターン認識、エッジ・ファインディング（ｅｄｇｅ  ｆｉｎｄｉｎｇ）、ＡＤＲ、質量中心計算、ブロッブ（ｂｌｏｂ）などからなることができる。本発明の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能なＩＣ３Ｄ（商標）ソフトウェアなど、完全にまたは部分的に自動化された本発明に基づく画像処理、計測および機械制御を実現する適当なソフトウェアは、パターン認識およびエッジ検出ツール、ならびに「ｄｏ  ｗｈｉｌｅ」ループ機能を提供することが好ましい。
【００５３】
ステップ１１４で、上でより詳細に説明したオフセットの計算に基づいて、画像とアライメント点の座標系とを整列させる。ステップ１１６で、このアライメントを使用して、画像内の所望の着目フィーチャの位置を計算する。任意選択のステップ１１８で、着目フィーチャの近傍で再位置合せを実行することができる。
【００５４】
ステップ１２０で、試料表面に適当な移転フィデューシャルが存在するかどうかを判定する。移転フィデューシャルも、画像認識ソフトウェアを使用して自動的に選択することができる。あるいは、最初はオペレータが適当な移転フィデューシャルを選択し、続いて、画像認識ソフトウェアを「訓練」して、後続の試料内の適当な移転フィデューシャルの位置を特定するようにすることもできる。
【００５５】
適当な移転フィデューシャルが存在しない場合には、ターゲットの位置を特定することを可能にするために、ステップ１２２で、物理的なフィデューシャルを形成する。フィデューシャルは、例えばＦＩＢ、ＳＥＭまたは前述の知られている他の方法によって、ターゲット領域のそばに形成することができる。このマーカがターゲット位置に損傷を与えたり、またはターゲット位置を覆い隠したりしないことを保証するため、マーカに対するオフセットは十分に大きくすべきである。ステージの精度によっては、フィデューシャルを、着目フィーチャから数μｍ離して形成する必要があることがある。形成された移転フィデューシャルの位置は、例えばマウスを使用して所望のフィデューシャル位置の周囲に仮想のボックスをドラッグすることによって、オペレータが指定することができる。次いで、自動計測ソフトウェアが、サンプル位置（例えば特定のフィーチャの右のエッジから１５ｎｍ）にある識別可能なフィーチャに対するフィデューシャルの位置を精密に測定することができる。後続の試料を処理するため、次いで、指定された精密な位置にフィデューシャルを自動的に形成することができる。ウェハ表面の特定の構造に対するフィデューシャルの位置を指定するため、ＣＡＤデータを使用してフィデューシャル位置を指定することもできる。（ステージ・ナビゲーションの精度を考慮して）着目フィーチャから十分に離して移転フィデューシャルを形成する限り、このタイプの自動プロセスによって、適当な移転フィデューシャルを安全に形成することができる。
【００５６】
移転フィデューシャルを形成する場合には、第２の高解像度画像を取得し、（移転フィデューシャルを示す）第２の画像と座標系とを正確に位置合せするため、プロセス・ステップ１１１〜１１８を繰り返すことができる。
【００５７】
次いで、ステップ１２４で、適当な移転フィデューシャル（既存の移転フィデューシャルであるのか、または形成した移転フィデューシャルであるのかは問わない）を識別し、移転フィデューシャルと着目フィーチャの間のオフセット（１つまたは複数）を記録する。
【００５８】
粒子ビームを精密に位置決めすることができるように、ステップ１２６で、記録したフィデューシャル・オフセットを使用して、着目フィーチャの位置を正確に特定する。最終的なアライメントを実行する１つの方法は、例えばパターン・ボックスを描くことによって、高解像度画像内のフィデューシャルの上にオーバレイを形成する方法であろう。ユーザがより高倍率で画像を取得する場合には、例えばビーム・シフトを使用してマーカとパターンを整列させることによって、ターゲット位置を見つけることができる。この新規のプロセスを使用することにより、着目フィーチャの位置を特定し、粒子ビームの配置を±３０ｎｍ以内に制御することができる。これによって、試料ステージだけではこのように精密にナビゲートすることができない場合であっても、ステップ１２８で、ビームを非常に正確に配置して試料を処理することができる。ステップ１３０で、処理すべき試料が他にあるかどうかを判定する。処理すべき試料が他にある場合には、粒子ビーム・システムに次の試料を装填し、ステップ１１１〜１３０を（前述のとおり、好ましくは自動的に）繰り返す。処理すべき試料がない場合、プロセスは停止する。
【００５９】
図１３は、本発明の好ましい実施形態を実現するために使用することができる一般的なデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステム２１０を示す。本発明の一実施形態は、試料表面の平面に対して垂直か、または数度傾いたイオン・ビーム、およびイオン・ビームの軸から例えば５２度傾いた軸を有する電子ビームを使用するデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステム２１０を利用する。いくつかの実施形態では、両方のビームの視野が数ミクロン以下の範囲で一致するように、イオン・ビームと電子ビームが整列することができる。イオン・ビームは一般に、加工物を画像化し、機械加工するのに使用され、電子ビームは主に画像化に使用されるが、加工物をいくらか改変する目的にも使用することができる。電子ビームは一般に、イオン・ビーム画像よりも高い解像度の画像を生成し、イオン・ビームとは違い、見ている表面を傷つけない。これらの２つのビームによって形成される画像は見た目が異なることがあり、したがって、これらの２つのビームは、単一のビームよりも多くの情報を提供することができる。
【００６０】
このようなデュアル・ビーム・システムは、個別の構成部品から製作することができ、あるいは、ＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（米オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ）から販売されているＡｌｔｕｒａ（商標）システム、Ｅｘｐｉｄａ（商標）システムなどの従来の装置を基にすることもできる。本発明は、例えばＦＩＢだけのシステム、ＳＥＭだけのシステムなどの単一ビーム・システム、または２つのＦＩＢカラムを有するデュアル・ビーム・システムを含む、他の粒子ビーム・システムを使用して実現することもできる。
【００６１】
集束イオン・ビーム・システム２１０は、上ネック部分２１２を有する排気されたエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）２１１を含み、上ネック部分２１２内にはイオン源２１４および集束カラム２１６が位置し、集束カラム２１６は引き出し電極および静電光学系を含む。イオン・ビーム２１８は、イオン源２１４から、カラム２１６内および概略的に２２０で示された静電偏向手段間を通り、試料２２２に向かって進む。試料２２２は、例えば下室２２６内の可動Ｘ−Ｙ−Ｚステージ２２４上に配置された半導体デバイスを含む。イオン・ポンプまたは他のポンピング・システム（図示せず）を使用して、ネック部分２１２から排気することができる。室２２６は、真空コントローラ２３２の制御下にあるターボ分子・機械ポンピング・システム２３０によって排気される。この真空システムは、室２２６内において、約１×１０-7トルから５×１０-4トルの真空を提供する。エッチング支援ガス、エッチング遅延ガスまたは付着前駆体ガスが使用される場合、室のバックグラウンド圧力は、一般に約１×１０-5トルまで上昇することがある。
【００６２】
イオン・ビーム２１８を形成し、それを下方へ誘導するため、高圧電源２３４は、イオン源２１４と集束カラム２１６内の適当な電極とに接続される。パターン発生器２３８によって提供される規定のパターンに従って動作する偏向コントローラ・増幅器２３６が、偏向板２２０に結合され、それによって試料２２２の上面で対応するパターンをトレースするように、ビーム２１８を制御することができる。当技術分野ではよく知られているように、いくつかのシステムでは、これらの偏向板が最後のレンズの前に置かれる。
【００６３】
イオン源２１４は一般に、ガリウムの金属イオン・ビームを提供するが、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２１４は一般に、イオン・ミリング、強化エッチングまたは材料付着によって試料２２２を改変するために、あるいは試料２２２を画像化する目的で、試料２２２において幅１／１０ミクロン未満のビームに集束することができる。画像化するための２次イオンまたは２次電子の放出を検出するために使用される荷電粒子増倍管２４０が信号プロセッサ２４２に接続され、信号プロセッサ２４２では、荷電粒子増倍管２４０からの信号が増幅され、ディジタル信号に変換され、信号処理にかけられる。その結果得られるディジタル信号は、試料２２２の画像をモニタ２４４に表示するためのものである。
【００６４】
走査型電子顕微鏡２４１および電源・制御ユニット２４５がさらに、ＦＩＢ／ＳＥＭシステム２１０に備わっている。カソード２５２とアノード２５４の間に電圧を印加することによって、カソード２５２から電子ビーム２４３が放出される。電子ビーム２４３は、コンデンサ・レンズ２５６および対物レンズ２５８によって微細なスポットに集束する。電子ビーム２４３は、偏向コイル２６０によって、試験体を２次元走査する。コンデンサ・レンズ２５６、対物レンズ２５８および偏向コイル２６０の動作は、電源・制御ユニット２４５によって制御される。
【００６５】
電子ビーム２４３を、下室２２６内の可動Ｘ−Ｙ−Ｚステージ２２４上にある試料２２２上に集束させることができる。走査型電子顕微鏡２４１は、微細集束電子ビーム２４３を発生させ、このビームは、好ましくはラスタ・パターンで構造の表面にわたって走査する。電子ビーム２４３中の電子が、加工物２２２の表面に衝突すると、２次電子および後方散乱電子が放出される。これらの電子はそれぞれ、２次電子検出器２４０または後方散乱電子検出器２６２によって検出される。２次電子検出器２４０または後方散乱電子検出器２６２によって生成されたアナログ信号は、信号プロセッサ・ユニット２４２によって増幅され、ディジタル輝度値に変換される。その結果得られたディジタル信号を、試料２２２の画像としてモニタ２４４上に表示することができる。
【００６６】
扉２７０は、加熱または冷却することができるステージ２２４上に試料２２２を挿入するため、さらには、内部ガス供給リザーバが使用される場合にそれを保守するために開かれる。システムが真空下にある場合に開けることができないように、この扉はインタロックされる。イオン・ビーム２１８にエネルギーを付与し、イオン・ビーム２１８を集束させるため、高圧電源が、イオン・ビーム・カラム２１６内の電極に適当な加速電圧をもたらす。
【００６７】
ガス状の蒸気を導入し、試料２２２に向かって誘導するガス送達システム２４６が下室２２６内へ延びる。本発明の譲受人に譲渡されたＣａｓｅｌｌａ他の「Ｇａｓ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称の米国特許第５，８５１，４１３号は適当なガス送達システム２４６を記載している。別のガス送達システムが、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎの「Ｇａｓ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」のいう名称の米国特許第５，４３５，８５０号に記載されている。例えば、ヨウ素を送達してエッチングを強化することができ、または金属有機化合物を送達して金属を付着させることができる。
【００６８】
システム・コントローラ２１９は、デュアル・ビーム・システム２０のさまざまな部分の動作を制御する。システム・コントローラ１１９を介して、ユーザは、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、イオン・ビーム２１８または電子ビーム１４３を、希望通りに走査することができる。システム・コントローラ１１９はさらに、コンピュータ可読記憶装置２２１を備えることができ、記憶装置２２１に記憶されたデータまた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１１０を制御することができる。記憶装置２２１に記憶された試料／半導体に関するＣＡＤデータを使用して、着目フィーチャおよび前述のアライメント点または移転フィデューシャルの位置を特定するために使用するＣＡＤポリゴン・オーバレイまたは他の位置データを生成することができる。
【００６９】
上記の本発明の説明は主に、局所領域ナビゲーション用の高精度ビーム配置法を対象としているが、この方法の操作を実行する装置も、本発明の範囲に含まれることを認識すべきである。さらに、本発明の実施形態を、コンピュータ・ハードウェアまたはソフトウェア、あるいはコンピュータ・ハードウェアとソフトウェアの組合せ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。これらの方法は、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面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、このようなコンピュータ・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記憶媒体が含まれ、そのように構成された記憶媒体により、コンピュータが、事前に決められた特定の方法で動作する。それぞれのプログラムは、コンピュータ・システムと通信する高水準手続き型言語またはオブジェクト指向プログラム言語で実現することができる。しかしながら、これらのプログラムは、希望する場合、アセンブリ言語または機械語で実現することもできる。いずれにせよ、その言語を、コンパイルされた言語または解釈された言語とすることができる。さらに、このプログラムは、その目的のためにプログラムされた専用集積回路上で動かすことができる。
【００７０】
さらに、方法論は、荷電粒子ツールまたは他の画像化装置と一体の、またはこれらのツールまたは装置と通信する、パーソナル・コンピュータ、ミニ・コンピュータ、メイン・フレーム、ワークステーション、ネットワークまたは分散コンピューティング環境、複数の独立したコンピュータ・プラットホーム等を含むがこれらに限定はされない任意のタイプのコンピューティング・プラットホームにおいて実現することができる。本発明の諸態様は、本明細書に記載された手順を実行するために記憶媒体または記憶装置がコンピュータによって読まれたときに、コンピュータを構成し、動作させるために、プログラム可能なコンピュータが読むことができるように、コンピューティング・プラットホームから取外し可能な、またはコンピューティング・プラットホームと一体の、ハード・ディスク、光学読取りおよび／または書込み記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶媒体または記憶装置上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その部分を、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。このような記憶媒体が、マイクロプロセッサまたは他のデータ・プロセッサと協働して上記のステップを実現するための命令またはプログラムを含むとき、本明細書に記載された発明は、これらのタイプのコンピュータ可読記憶媒体およびその他のタイプのさまざまなコンピュータ可読記憶媒体を含む。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ているとき、本発明はさらに、そのようにプログラムされたコンピュータを含む。
【００７１】
コンピュータ・プログラムを入力データに適用して、本明細書に記載された関数を実行し、それにより入力データを変換して出力データを生成することができる。出力された情報は、ディスプレイ・モニタなどの１つまたは複数の出力装置に適用される。本発明の好ましい実施形態では、変換されたデータが、物理的な有形の物体を表し、物理的な有形の物体の具体的な視覚的描写をディスプレイ上に生成することを含む。
【００７２】
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、本来的に試料と相互作用し、ある程度の物理的な変形を生じさせる。また、本明細書の全体を通じて、「計算する」、「判定する」、「測定する」、「発生させる」、「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・システム内の物理量として表現されたデータを操作し、そのコンピュータ・システム、あるいは他の情報記憶、伝送または表示装置内の物理量として同様に表現される他のデータに変換する、コンピュータ・システムまたは同種の電子デバイスの動作および処理にも当てはまる。
【００７３】
したがって、本発明の好ましい実施形態は、試料表面の局所領域内の着目フィーチャへ高精度でビームを配置し、ナビゲートする方法であって、
・粒子ビームおよび可動試料ステージを使用する試料画像化システムに試料を装填すること、ならびに
・試料表面の局所領域の第１の画像を第１の視野において試料画像化システムを使用して取得することであって、第１の視野は、試料画像化システムの精度を考慮して、着目フィーチャの位置が画像に含まれることを保証する十分な大きさを有し、第１の画像は、着目フィーチャの位置および着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント・フィーチャを含み、第１の画像はさらに、第１の画像の画素サイズが、アライメント・フィーチャに等しいか、または１つまたは複数のアライメント・フィーチャよりも小さくなるような解像度を有し、
・第１の画像の上に、試料表面のフィーチャの理想化された座標を表す座標系オーバレイを重ね合わせること、
・第１の画像内の複数のアライメント・フィーチャおよび座標系オーバレイ内の対応する理想化された要素を使用して、第１の画像と座標系の位置合せを実施すること、
・画像と座標系の位置合せを実施した後に、座標系からの既知の座標を使用して、取得した第１の画像内の着目フィーチャの位置へ試料画像化システムをナビゲートすること、
・第１の画像内にあって、試料表面の容易に識別できる視認可能な固有のフィーチャを含む、１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別すること、
・１つまたは複数の移転フィデューシャルのそれぞれと着目フィーチャの間のオフセットを、第１の画像から、記録すること、
・試料表面の第２の画像を第２の視野において試料画像化システムを使用して取得することであって、第２の視野は、第１の視野よりも小さく、着目フィーチャおよび１つまたは複数の移転フィデューシャルを含み、
・第２の画像内の１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別すること、
・１つまたは複数の移転フィデューシャルのそれぞれと着目フィーチャの間の、第１の画像から記録されたオフセットを使用して、第２の画像内の着目フィーチャの位置へ精密に試料画像化システムをナビゲートすること
を含む方法を提供する。
【００７４】
この方法はさらに、１つまたは複数の所望の移転フィデューシャルを形成した後に、局所領域を再画像化して追加の画像を形成すること、および以下のステップを繰り返すことを含む：
・追加の画像の上に、試料表面のフィーチャの理想化された座標を表す座標系オーバレイを重ね合わせるステップ、
・追加の画像内の複数のアライメント・フィーチャおよび座標系オーバレイ内の対応する理想化されたフィーチャを使用して、追加の画像と座標系の位置合せを実施するステップ、ならびに
・追加の画像と座標系の位置合せを実施した後に、座標系からの既知の座標を使用して、取得した第１の画像内の着目フィーチャの位置へナビゲートするステップ。
【００７５】
本発明の好ましい実施形態はさらに、粒子ビーム・システム内において試料上の着目フィーチャの位置を正確に特定する方法であって、
・試料のターゲット領域を粒子ビームを用いて画像化して、第１の画像を得ることであって、ターゲット領域は、着目フィーチャの位置および既知の座標を有する１つまたは複数の追加の視認可能なアライメント・フィーチャを含み、第１の画像は、第１の画像の画素サイズが、任意の１つまたは複数のアライメント・フィーチャのサイズの２倍以下となるのに十分な高度を有し、
・第１の画像の上に座標系の図形表現を重ね合わせることであって、この座標系が、理想化された幾何学的形状を使用して、ターゲット領域内の視認可能なフィーチャの位置を表し、さらに、
・第１の画像内の既知の座標を有する１つまたは複数のアライメント・フィーチャの位置を特定すること、
・重ね合わされた座標系と第１の画像の間のオフセット誤差を決定すること、
・座標系と第１の画像とを整列させること、
・第１の画像内において、複数の移転フィデューシャルの役目を果たす試料の表面の１つまたは複数の固有の視認可能な試料フィーチャの位置を特定すること、
・複数の移転フィデューシャルのそれぞれと着目フィーチャの位置との間の複数のオフセットを、第１の画像から、記録すること、
・着目フィーチャの位置において、第１の画像よりも小さな視野を有する試料の第２の画像を、粒子ビームを用いて取得すること、
・第２の画像内の複数の移転フィデューシャルの位置を特定すること、
・複数の移転フィデューシャルと着目フィーチャの間の、第１の画像において記録された複数のオフセットのそれぞれを使用して、第２の画像内の着目フィーチャの位置を特定すること、
・着目フィーチャの位置を使用して、粒子ビームの配置を制御すること、ならびに
・粒子ビームを使用して試料を処理すること
を含む方法を提供する。
【００７６】
本発明の好ましい実施形態はさらに、ステージの移動に依存せずに試料をナビゲートする方法であって、この試料が、着目フィーチャと１つまたは複数のアライメント点とを含むターゲット領域を有する方法を提供し、この方法は、
・ターゲット領域の第１の画像を取得すること、
・画像の上に、ターゲット領域内のアライメント点の理想化された座標系を重ねること、
・画像内のアライメント点のうちの着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント点の位置を特定すること、
・理想化された座標系と画像とを整列させること、
・ターゲット領域内にはあるが、着目フィーチャからは離隔した、試料上の１つまたは複数の固有のフィーチャの位置を特定すること、
・第１の画像内の着目フィーチャと１つまたは複数の固有のフィーチャのそれぞれとの間のオフセットを、第１の画像から、記録すること、
・より小さな視野を用いて、着目フィーチャを含む試料の新たな画像を取得すること、および
・第１の画像から記録された複数のオフセットのそれぞれを使用して、新たな画像内の着目フィーチャの位置を特定すること
を含む。
【００７７】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の画像の解像度が１０〜６０ｎｍの範囲の画素サイズを与える。さらに、好ましくは、半導体表面のフィーチャの位置を表し、視覚的に表示され、第１の画像の上に重ね合わされた理想化された幾何学的形状を、座標系オーバレイが含む。好ましくは、１つまたは複数のアライメント・フィーチャが、第１の画像内にあって、座標系オーバレイ内の幾何学的形状に対応する１つまたは複数の視認可能なフィーチャを含み、第１の画像と座標系の位置合せを実施することが、第１の画像内の１つまたは複数のアライメント・フィーチャと対応する幾何学的形状とが整列するように、第１の画像と座標系オーバレイとを整合させることを含む。好ましくは、第１の画像と座標系の位置合せを実施することが、コンピュータ・ポインティング・デバイスを使用して、第１の画像内の複数のアライメント・フィーチャを指し示すことによってアライメント・フィーチャを対話方式で選択し、さらに、コンピュータ・ポインティング・デバイスを使用して、座標系オーバレイ内の対応する位置を指し示すことを含む。
【００７８】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の画像と座標系の位置合せを実施することが、１つまたは複数のアライメント・フィーチャの位置を特定し、１つまたは複数のアライメント・フィーチャと座標オーバレイ内の対応するフィーチャとの間のオフセット誤差を決定することを含む。好ましくは、第１の画像と座標系の位置合せを実施することが、第１の画像内の１つまたは複数のアライメント・フィーチャと座標系オーバレイ内の対応する要素とを整合させ、座標系オーバレイと第１の画像とを整列させることを含む。好ましくは、座標系オーバレイと第１の画像とを整列させることが、第１の画像と座標系オーバレイとを整合させるために、座標系オーバレイを移動させ、回転させ、または引き伸ばし、あるいは座標系オーバレイのサイズを変更することを含む。
【００７９】
本発明の好ましい実施形態はさらに、第１の画像内の複数のアライメント・フィーチャおよび座標系オーバレイ内の対応する理想化されたフィーチャを使用して、第１の画像と座標系の位置合せを実施した後に、着目フィーチャの近くの別のアライメント・フィーチャを含む１つまたは複数の追加の位置を再画像化し、それらの異なる画像が示すオフセット誤差を平均することを含む。
【００８０】
ターゲット領域の第１の画像を取得すること、画像の上に、ターゲット領域内のアライメント点の理想化された座標系を重ねること、画像内のアライメント点のうちの着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント点の位置を特定すること、理想化された座標系と画像とを整列させること、ターゲット領域内にはあるが、着目フィーチャからは離隔した、試料上の１つまたは複数の固有のフィーチャの位置を特定すること、第１の画像内の着目フィーチャと１つまたは複数の固有のフィーチャのそれぞれとの間のオフセットを記録すること、より小さな視野を用いて、着目フィーチャを含む試料の新たな画像を取得すること、および新たな画像内の着目フィーチャの位置を特定することを、コンピュータ・マシン上で実行される自動化されたコンピュータ・スクリプトによって実行することができ、コンピュータ・マシンは、粒子ビーム・システムに動作可能に接続されている。さらに、本発明の好ましい一実施形態は、上述の方法を実行するコンピュータ命令を記憶した記憶装置を含む荷電粒子システムを含むことができる。
【００８１】
好ましくは、第１の画像内の１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別することが、試料上の着目フィーチャの位置に近くに、１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを形成することを含む。試料上の着目フィーチャの位置に近くに、１つまたは複数の適当な移転フィデューシャルを形成することは、フィデューシャルとして使用するトレンチを試料表面にミリングすることを含むことができ、トレンチは、着目フィーチャの位置を完全に取り囲むフレームを形成する。第２の画像内の１つまたは複数の移転フィデューシャルを識別することは、局所領域内にはあるが、着目フィーチャからは離隔した１つまたは複数の所望の移転フィデューシャルを形成することを含むことができる。
【００８２】
本発明の好ましい実施形態によれば、１つまたは複数の所望の移転フィデューシャルは、イオン・ビーム・スパッタリングまたは表面ステイニング、ガス支援エッチングまたは付着、あるいは電子ビーム誘起ガス支援エッチングまたは付着によって形成することができる。
【００８３】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の画像は、少なくとも１００μｍ×１００μｍの視野を有し、かつ／または第２の画像は、第１の視野のサイズの１０％以下の視野を有する。
【００８４】
本発明の好ましい実施形態はさらに、上述の方法を実行するコンピュータ命令を記憶した記憶装置を含む荷電粒子システムを含むことができる。
【００８５】
さらに、本発明の好ましい実施形態は、試料上の着目フィーチャの位置を正確に特定する装置であって、
・試料を支持する可動試料ステージと、
・試料を画像化するための粒子ビームを発生させる粒子ビーム・カラムと、
・コンピュータ命令を記憶したコンピュータ可読記憶装置と
を備え、この装置を制御し、この装置に以下のステップを実行させるプログラムを、命令が含む装置を提供する：
（ｉ）試料上のターゲット領域の第１の画像を取得するステップ、
（ｉｉ）画像の上に、ターゲット領域内のアライメント点の理想化された座標系を重ねるステップ、
（ｉｉｉ）画像内のアライメント点のうちの着目フィーチャの近くの１つまたは複数のアライメント点の位置を精密に特定するステップ、
（ｉｖ）理想化された座標系と画像とを整列させるステップ、
（ｖ）ターゲット領域内にはあるが、着目フィーチャからは離隔した、試料上の１つまたは複数の固有のフィーチャの位置を特定するステップ、
（ｖｉ）第１の画像内の着目フィーチャと１つまたは複数の固有のフィーチャのそれぞれとの間のオフセットを、第１の画像から、記録するステップ、
（ｖｉｉ）より小さな視野を用いて、着目フィーチャを含む、試料の新たな画像を取得するステップ、
（ｖｉｉｉ）第１の画像から記録されたオフセットのそれぞれを使用して、新たな画像内の着目フィーチャの位置を特定するステップ、および
（ｉｘ）新たな画像および着目フィーチャの位置を使用して、試料に対する粒子ビームの配置を制御するステップ。
【００８６】
本発明の好ましい実施形態によれば、可動試料ステージは、±５００ｎｍ以上の位置誤差を有することができ、同時に、着目フィーチャの位置を特定することができ、±１００ｎｍまたはそれよりも良い位置誤差で粒子ビームを試料に対して位置決めすることができる。より好ましくは、±３０ｎｍまたはそれよりも良い位置精度で粒子ビームを試料に対して位置決めすることができる。本発明の好ましい実施形態によれば、可動試料ステージは、±１００ｎｍ以上の位置誤差を有することができ、同時に、着目フィーチャの位置を特定することができ、±３０ｎｍまたはそれよりも良い位置精度で粒子ビームを試料に対して位置決めすることができる。
【００８７】
本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例で説明し、示した多くの利点を提供することができる。それらの実施形態は用途によって大きく異なり、全ての実施形態が全ての利点を提供するというわけではなく、全ての実施形態が、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけでもない。本発明を実施するのに適した荷電粒子ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から市販されている。しかしながら、上記の説明の多く部分が、ＦＩＢミリングおよび画像化の使用を対象とはしているが、所望の試料を処理するために使用されるビームは、例えば液体金属イオン源またはプラズマ・イオン源からの例えば電子ビーム、レーザ・ビームまたは集束もしくは成形イオン・ビーム、あるいは他の任意の荷電粒子ビームを含むことができる。また、上記の説明の多く部分が粒子ビーム・システムを対象としているが、可動試料ステージを使用して試料フィーチャの位置へナビゲートする適当な任意の試料画像化システムに、本発明を適用することができる。
【００８８】
上記の説明の多く部分が半導体ウェハを対象としているが、適当な任意の基板または表面に本発明を適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、自動プロセスまたは自動ステップあるいは自動化されたプロセスまた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。以下の議論および特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、オープン・エンド（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）型の用語として使用され、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」ことを意味すると解釈されるべきである。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（集合的に内部電気回路要素）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、集積回路（ＩＣ）は、半導体ウェハに集積され、単一片としてウェハから切り出され、または回路板上で使用するためにパッケージ化されていることがある。本明細書では、用語「ＦＩＢ」ないし「集束イオン・ビーム」が、イオン光学系によって集束させたビームおよび成形イオン・ビームを含む任意の平行イオン・ビームを指すために使用される。
【００８９】
本明細書において、システム・ステージの位置誤差または精度、あるいはビーム配置またはナビゲーションの位置誤差または精度について論じるとき、用語±１００ｎｍ（または±３０ｎｍもしくは±Ｘｎｍ）は、最大誤差１００ｎｍ（または３０ｎｍもしくはＸｎｍ）で、試料上のある位置にビームを誘導することができることを意味する。用語「±Ｘｎｍの精度」または「Ｘｎｍまたはそれよりも良い位置決め精度」は、精度が少なくともＸｎｍであり、Ｘｎｍよりも小さな全ての値を含むことを意味する。用語「Ｘｎｍ以上の精度」は、精度が最良でＸｎｍであり、Ｘｎｍよりも大きな全ての値を含むことを意味する。
【００９０】
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、特に明記しない限り、一律の尺度では描かれていない。
【００９１】
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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