(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、
イオンカラムと、
前記イオン源の先端部の画像を獲得するように構成された検出器と、
前記イオンカラム内の第１位置および前記イオンカラム外の第２位置を有する可動光学反射素子とを備えるシステムにおいて、
前記可動光学反射素子が、前記第１位置で、前記イオン源からの光を前記検出器に反射し、これにより前記画像を獲得するように構成され、さらに前記システムは、前記先端部の電界蒸発の間に前記先端部の画像を生成すると共に、検出された光に基づいて前記イオン源の先端部の温度を推定するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第２位置で、前記光学反射素子が、前記イオンカラムを通過する光を前記検出器に反射することができないように構成されているシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１位置と前記第２位置との間で前記光学反射素子を移動するように構成された位置決め装置をさらに備えるシステム。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記イオン源が、イオン源によって生成された少なくとも一部のイオンが使用時に前記イオンカラムを通過するように構成されており、前記イオン源が、光を放出する場合に、当該光が前記カラムに進入し、前記第１位置で前記光学反射素子によって前記光を反射することができるように構成されているシステム。
【請求項５】
イオン源と、
イオンカラムと、
光学反射部分および開口部を有する光学反射素子とを備えるシステムにおいて、
前記光学反射素子が、イオンカラム内に位置し、光学反射素子の前記光学反射部分が、前記イオンカラムを通過する光を検出器に反射することができ、前記検出器が、反射された光に基づいて前記イオン源の先端部の画像を獲得するように構成されており、前記イオン源によって放出された前記イオンが前記光学反射素子の前記開口部を通過することができ、さらに前記システムは、前記先端部の電界蒸発の間に前記先端部の画像を生成すると共に、検出された光に基づいて前記イオン源の先端部の温度を推定するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、
前記イオン源が、イオン源によって生成された少なくとも一部のイオンが、前記光学反射素子の前記開口部を通過するように構成されているシステム。
【請求項７】
請求項５または６に記載のシステムにおいて、
前記イオン源が、光を放出する場合に、光がカラムに進入し、前記光学反射素子の前記光学反射部分によって前記光を反射することができるように構成されているシステム。
【請求項８】
請求項５から７までのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記イオンカラムが軸線を有し、前記光学反射素子が、前記イオンカラムの前記軸線に沿って位置決めされているシステム。
【請求項９】
イオン源と、
軸線を有するイオンカラムと、
前記イオン源の先端部の画像を獲得するように構成された検出器と、
前記イオンカラム内に位置決めされ、該イオンカラムの軸線に対して軸外に変位された光学反射素子であって、前記イオンカラムに結合されており、前記イオン源から前記検出器に光を反射するように構成された光学反射素子と、
前記先端部の電界蒸発の間に前記先端部の画像を生成すると共に、検出された光に基づいて前記イオン源の先端部の温度を推定するように構成された手段とを備えるシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記イオン源が、該イオン源によって生成された少なくとも一部のイオンが使用時に前記光学反射素子と相互作用することなしに前記イオンカラムを通過するように構成されており、
前記イオン源が、光を放出する場合に、当該光が前記カラムに進入し、前記光学反射素子によって前記光を反射することができるように構成されているシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記イオンカラムがイオンビームカラムであるシステム。
【請求項１２】
イオン源の先端部を形成する方法であって、
イオン源と、イオンカラムと、前記イオン源の先端部の画像を獲得するように構成された検出器とを準備するステップと、
前記イオン源の先端部から光を放出するステップと、
前記先端部の画像を獲得するために検出器で前記光を検出するステップと、
検出した光を使用して前記イオン源の先端部の温度を推定するステップと、
前記検出した光を使用して前記先端部の温度を推定しながら前記先端部の電界蒸発により前記イオン源の先端部を準備するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
検出した光を使用して前記イオン源の先端部を準備するための１つ以上のパラメータを決定するステップをさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記１つ以上のパラメータは、前記イオン源の前記先端部の温度、前記イオン源を収容するチャンバのガス圧、または前記イオン源によって放出された光の強度を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
検出した光に基づいて、前記イオン源の温度、前記イオン源を収容する前記チャンバのガス圧を含むグループから選択した少なくとも１つのパラメータを増大させるステップをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン源およびシステムは、サンプルを検査および／または変更するために用いるイオンビームを生成することができる。
【発明の概要】
【０００３】
開示内容は、イオン源、システムおよび方法に関係している。幾つかの実施形態では、イオン源、システムおよび方法は、不都合な振動を比較的わずかにしか示さず、および／または不都合な振動を十分に減衰することができる。これにより、性能を向上させることができる（例えば、確実性、安定性などを増大することができる）。
【０００４】
幾つかの実施形態では、イオン源、システムおよび方法は、所望の物理的特性（例えば、先端部の頂部における原子数など）を有する先端部を形成する能力を高めることができる。
【０００５】
一態様では、開示内容は、一般に、荷電粒子カラムと、検出器と、第１位置および第２位置を有する光学反射素子とを含むシステムを特徴とする。第１位置では、光学反射素子は、荷電粒子カラムを通過する光を検出器に反射することができる。第２位置では、光学反射素子は、荷電粒子カラムを通過する光を検出器に反射することができない。幾つかの実施形態では、システムは、第１位置と第２位置との間で光学反射素子を移動するように構成された位置決め装置をさらに含む。幾つかの実施形態では、荷電粒子カラムはイオンカラムである。幾つかの実施形態では、システムは荷電粒子源をさらに含む。荷電粒子源は、荷電粒子源によって生成された少なくとも一部の荷電粒子が使用時に荷電粒子カラムを通過するように構成してもよい。荷電粒子源は、光を放出する場合に、光がカラムに進入し、第１位置で光学反射素子によって光を反射できるように構成してもよい。幾つかの実施形態では、検出器は、光学反射素子によって反射された光を検出するように構成されている。
【０００６】
別の態様では、開示内容は、一般に、荷電粒子カラムと、光学反射部分および開口部を有する光学反射素子とを含むシステムを特徴とする。光学反射素子は荷電粒子カラム内に位置する。光学反射素子の光学反射部分は、荷電粒子カラムを通過する光を反射することができる。荷電粒子源によって放出された荷電粒子は光学反射素子の開口部を通過することができる。幾つかの実施形態では、光学反射素子は荷電粒子カラムに対して固定されている。幾つかの実施形態では、荷電粒子カラムはイオンカラムである。幾つかの実施形態では、システムは荷電粒子源をさらに含む。荷電粒子源は、荷電粒子源によって生成された少なくとも一部の荷電粒子が、使用時に光学反射素子の開口部を通過するように構成してもよい。荷電粒子源は、光を放出する場合に、光がカラムに進入し、光学反射素子の光学反射部分によって光を反射できるように構成してもよい。荷電粒子カラムは軸線を有し、荷電粒子カラムの軸線に沿って光学反射素子を位置決めしてもよい。幾つかの実施形態では、システムは、光学反射素子によって反射された光を検出するように構成された検出器をさらに含む。
【０００７】
別の態様では、開示内容は、一般に、軸線を有する荷電粒子カラムと、荷電粒子カラム内に位置決めされ、荷電粒子カラムの軸線に対して軸外に変位された光学反射素子とを含むシステムを特徴とする。光学反射素子は荷電粒子カラムに結合されている。幾つかの実施形態では、光学反射素子は荷電粒子カラムに対して固定されている。幾つかの実施形態では、システムは、光学反射素子を取り付ける支持部をさらに含む。支持部は、荷電粒子カラムに対して固定してもよい。幾つかの実施形態では、荷電粒子カラムはイオンカラムである。幾つかの実施形態では、システムは荷電粒子源をさらに含む。幾つかの実施形態では、荷電粒子源は、荷電粒子源によって生成された少なくとも一部の荷電粒子が、使用時に光学反射素子と相互作用することなしに荷電粒子カラムを通過するように構成してもよい。荷電粒子源は、光を放出する場合に、光がカラムに進入し、光学反射素子によって光を反射できるように構成してもよい。幾つかの実施形態では、システムは、光学反射素子によって反射された光を検出するように構成された検出器をさらに含む。
【０００８】
付加的な態様では、開示内容は、一般に、荷電粒子カラムと、可動光学反射素子とを含むシステムを特徴とし、光学反射素子は、荷電粒子カラム内の第１位置および荷電粒子カラム外の第２位置を有する。
【０００９】
一態様では、開示内容は、一般に、上記システムのいずれかを含む荷電粒子システムを特徴とする。幾つかの実施形態では、荷電粒子システムは、ガス電界電離型イオン顕微鏡であってもよい。
【００１０】
別の態様では、開示内容は、一般に、荷電粒子源から光を放出し、光を荷電粒子カラムに進入させるステップと、荷電粒子カラム内の光の少なくとも一部を検出器に反射させるステップとを含む方法を特徴とする。幾つかの実施形態では、方法は、検出した光を使用して荷電粒子源の先端部を準備するための１つ以上のパラメータを決定するステップも含む。パラメータの例は、荷電粒子源の先端部の温度と、荷電粒子源を収容するチャンバのガス圧と、荷電粒子源によって放出された光の強度とを含む。幾つかの実施形態では、方法は、検出された光に基づいて、荷電粒子源の温度、荷電粒子源を収容するチャンバのガス圧を含むグループから選択した少なくとも１つのパラメータを増大させるステップをさらに含む。幾つかの実施形態では、荷電粒子源は、ガス電界電離型イオン源などのイオン源である。
【００１１】
別の態様では、開示内容は、荷電粒子源の先端部を形成するために上記システムのいずれかを用いることを含む方法を特徴とする。
【００１２】
付加的な態様では、開示内容は、一般に、ドアを有する真空ハウジングとステージアセンブリとを含むシステムを特徴とする。ステージアセンブリは、サンプルを支持するように構成されたステージと、ドアに結合された支持部材とを含む。ステージは、摩擦機構によって支持部に結合されている。幾つかの実施形態では、摩擦機構は、少なくとも１つの摩擦軸受けを含む。幾つかの実施形態では、摩擦機構は、開口部内に摩擦により嵌め込まれたチューブを含む。幾つかの実施形態では、ステージはドアに対して傾動可能である。幾つかの実施形態では、ドアに対してステージを傾動させるために摩擦機構を用いることができる。幾つかの実施形態では、システムは、イオン源（例えば、ガス電界電離型イオン源）などの荷電粒子源をさらに含む。幾つかの実施形態では、システムは、ガス電界電離型顕微鏡である。
【００１３】
別の態様では、開示内容は、一般に、第１表面および第１表面に対向する第２表面を有するサンプルホルダを含むシステムを特徴とする。第２表面は複数の孔を有する。システムはステージを含み、ステージは支持位置を設けた表面を有する。サンプルホルダの第２表面の孔は、ステージの支持位置に係合するように構成されている。システムは、サンプルホルダをステージに固定するように構成された少なくとも１つの磁石をさらに含む。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの磁石は複数の磁石である。いくつかの実施形態では、磁石の少なくとも一つの露光された表面はサンプルホルダの第２表面に一致する。幾つかの実施形態では、システムは、イオン源（例えばガス電界電離型イオン源）などの荷電粒子源をさらに含む。幾つかの実施形態では、システムはガス電界電離型イオン顕微鏡である。
【００１４】
他の特徴および利点が、発明を実施するための形態、図面および請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】イオン顕微鏡システムの概略図である。
【図２】ガス電界電離型イオン源の概略図である。
【図３】サンプルホルダアセンブリの概略図である。
【図４】磁気式サンプルホルダの概略図である。
【図５】格納可能な位置決め装置を含むサンプルチャンバの概略図である。
【図６】位置決め装置の概略図である。
【図７】軸外のミラーを含むチャンバの概略図である。
【図８】開口部を有する軸線上のミラーを含むチャンバの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記様々な図面における同様の参照符号は同様の素子を示す。
【００１７】
様々なサンプルの特性を検査するために使用する場合、イオンビームは、原子分解能に対して精密で正確な質的および／または量的測定を提供することができる。イオンビームによって測定したサンプル像（例えば、二次電子および／または散乱イオンおよび／または散乱中性原子の測定により得られた画像）は、極めて高い解像度を有することができ、他の結像技術を用いて観察することが困難なサンプルの特徴を露呈する。随意に、サンプルについての質的および／または量的な材料組成情報を提供するためにイオンビームを用いることもできる。
【００１８】
サンプルの例は半導体素子である。半導体の加工は、概して、集積電子回路、集積回路素子および／または異なる微小電子装置を形成するために、連続的に被覆され、処理された多層材料を含む素子（半導体素子）の準備を伴う。このような素子は、概して、様々な構造（例えば、導電性材料により形成された回路線、非導電性材料を充填したウェル、半導電性の材料により形成された部分）を含み、これらは相互に正確に（例えば、概して数ナノメートル以内の規模で）位置決めされている。所定の特徴部分の位置、寸法（長さ、幅、深さ）、組成（化学組成）および関連特性（導電性、結晶配向、磁気特性）は素子の性能に重要な影響を及ぼす場合がある。例えば、幾つかの例では１つ以上のパラメータが適切な範囲外である場合、素子は所望のように機能しない恐れがあるので除外してもよい。したがって、半導体の加工時にそれぞれのステップで極めて良好な制御を行うことが概して望ましい。また製造プロセスのそれぞれのステップで半導体素子の加工を監視することができる手段を設け、これにより、半導体加工プロセスの様々な段階で１つ以上の構造の位置、寸法、組成および関連した特性を検査することが有利である。本明細書では、「半導体素子」という用語は、集積電子回路、集積回路素子、微小電子装置または集積電子回路の加工プロセスで形成された素子である。幾つかの実施形態では、半導体素子は、フラットパネルディスプレイまたは太陽電池の一部であってもよい。半導体素子の部分は、異なる種類の材料（導電性、非導電性、半導電性の材料）によって構成してもよい。例示的な導電性材料は、アルミニウム、クロム、ニッケル、タンタル、チタン、タングステンおよびこれらの金属を１つ以上含む合金（例えば、銅−アルミニウム合金など）などの金属を含む。金属シリサイド（例えば、ニッケルシリサイド、タンタルシリサイド）も導電性である場合もある。例示的な非導電性材料は、１つ以上の金属のホウ化物、窒化物、酸化物、リン化物、硫化物（例えば、タンタルホウ化物、タンタルゲルマニウム、タンタル窒化物、タンタル窒化ケイ素およびチタン窒化物）を含む。例示的な導電性材料は、ケイ素、ゲルマニウムおよびガリウムヒ素を含む。随意に、半導電性の材料は、材料の電気伝導性を向上させるためにドーピング（ｐ型ドーピング、ｎ型ドーピング）してもよい。材料の所定層の蒸着／処理における一般的なステップは、（例えば、所望の特徴が配置されるべき場所を決定するために）素子を結像するステップ、適宜な材料（例えば、導電性材料、半導電性の材料、非導電性材料）を蒸着するステップ、および素子の所定箇所から不要な材料を除去するためにエッチング処理するステップを含む。しばしば、フォトレジスト、例えばポリマーのフォトレジストが適宜な光線に対して蒸着／露光され、所定の構造の位置および寸法の制御を支援するために選択的にエッチング処理される。一般に、フォトレジストは１つ以上の後続の処理ステップで除去され、概して、最終的な半導体素子は、好ましくは感知可能な量のフォトレジストを含まない。
【００１９】
図１は、ガス電界電離型イオン顕微鏡システム１００の概略図を示す。システム１００は、ガス源１１０、ガス電界電離型イオン源１２０、イオン光学系１３０、サンプルマニピュレータ１４０、前面検出器１５０、後面検出器１６０、および電子制御システム１７０（例えば、コンピュータなどの電子プロセッサ）を含み、電子制御システム１７０は、通信ライン１７２ａ〜１７２ｆによってシステム１００の様々な素子に電気接続されている。サンプル１８０は、イオン光学系１３０と検出器１５０，１６０との間のサンプルマニピュレータ１４０の内部またはサンプルマニピュレータ１４０に位置決めされている。使用時に、イオンビーム１９２がイオン光学系１３０を介してサンプル１８０の表面１８１に向けられ、イオンビーム１９２とサンプル１８０との相互作用によって生じた粒子１９４が検出器１５０および／または検出器１６０によって測定される。
【００２０】
図２に示すように、ガス源１１０は、１種以上のガス１８２をガス電界電離型イオン源１２０に供給するように構成されている。ガス源１１０は、様々な純度、流量、圧力および温度でガスを供給するように構成してもよい。概して、ガス源１１０によって供給される少なくとも１種のガスは、希ガス（ヘリウムＨｅ、ネオンＮｅ、アルゴンＡｒ、クリプトンＫｒ、キセノンＸｅ）であり、希ガスのイオンは、好ましくはイオンビーム１９２において主成分である。概して、サンプル１８０の表面１８１で測定した場合、イオンビーム１９２におけるイオンの電流は、システム１００における希ガスの圧力の上昇に伴い単調に増大する。幾つかの実施形態では、この関係は、所定範囲の希ガス圧について、電流が概してガス圧に比例して増大する「べき法則」によって記述することができる。
【００２１】
随意に、ガス源１１０は、希ガスに付加的に１種以上のガスを供給することができる。このようなガスの例は窒素である。一般に、付加的なガスは希ガスの不純度を超えた度合いで存在していてもよい。付加的なガスは、ガス源１１０によって導入された全ガス混合物のうちの少数の成分を構成する。
【００２２】
ガス電界電離型イオン源１２０は、ガス源１１０から１種以上のガス１８２を受け取り、ガス１８２からガスイオンを生成するように構成されている。ガス電界電離型イオン源１２０は、先端部頂部１８７と、抽出装置１９０と、随意に抑制器１８８とを有する導電性先端部１８６を含む。
【００２３】
導電性先端部１８６は、様々な材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、先端部１８６は金属（例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｈ）、ニオブ（Ｎｂ）、プラチナ（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ））から形成されている。幾つかの実施形態では、導電性先端部１８６は、合金により形成してもよい。幾つかの実施形態では、導電性先端部１８６は、異なる材料（例えば、カーボン（Ｃ））から形成してもよい。
【００２４】
使用時に、先端部１８６は抽出装置１９０に対して正に（例えば、約２０ｋＶなど）バイアスをかけられ、抽出装置１９０は、外部接地に対して負または正に（例えば、−２０ｋＶ〜＋５０ｋＶ）バイアスをかけられ、随意の抑制器１８８は、先端部１８６に対して正または負に（例えば、−５ｋＶ〜＋５ｋＶ）にバイアスをかけられる。先端部１８６は、導電性材料によって形成されているので、先端部１８６の電界は先端部頂部１８７で、先端部頂部１８７の表面から外方に向けられる。先端部１８６の形状により、電界は、先端部頂部１８７の近傍で最強となる。先端部１８６の電界強度は、例えば、先端部１８６に印可される正電圧を変更することにより調整することができる。このような構成により、ガス源１１０によって供給されたイオン化していないガス原子１８２は、先端部頂部１８７の近傍でイオン化され、正電荷イオンとなる。正電荷を持つイオンは、同時に正電荷を持つ先端部１８６と反発し合い、負電荷を持つ抽出装置１９０に引きつけられ、正電荷を持つイオンは、イオンビーム１９２として先端部１８６からイオン光学系１９２に向けられる。抑制器１８８は、先端部１８６と抽出装置１９０との間の全般的な電界、ひいては先端部１８６からイオン光学系１３０への正電荷を持つイオンの軌道の制御を支援する。概して、先端部１８６と抽出装置１９０との間の全般的な電界を調整し、先端部頂部１８７で生成される正電荷イオンの割合、および正電荷イオンを先端部１８６からイオン光学系１３０に搬送する効率を制御することができる。
【００２５】
概して、イオン光学系１３０は、イオンビーム１９２をサンプル１８０の表面１８１に向けるように構成されている。イオン光学系１３０は、例えば、ビーム１９２のイオンを集束、コリメート、偏向、加速および／または減速することができる。イオン光学系１３０は、イオンビーム１９２のイオンの一部のみがイオン光学系１３０を通過することを可能にする。概して、イオン光学系１３０は、所望のように構成された様々な静電型イオン光学素子および他のイオン光学素子を含む。イオン光学系１３０の１つ以上の素子（例えば、静電型偏光器）の電界強度を操作することによって、サンプル１８０の表面１８１を横断してＨｅイオンビーム１９２を走査することができる。例えば、イオン光学系１３０は、直交する２方向にイオンビーム１９２を偏向する２つの偏光器を含んでいてもよい。偏光器は、表面１８１の一部を横断してイオンビーム１９２が走査されるように、変化する電界強度を有していてもよい。
【００２６】
イオンビーム１９２がサンプル１８０に入射した場合、様々に異なる種類の粒子１９４が生成され得る。これらの粒子は、例えば、二次電子、オージェ電子、二次イオン、二次中性粒子、一次中性粒子、散乱イオン、光子（例えば、Ｘ線光子、ＩＲ光子、可視光子、ＵＶ光子など）を含む。検出器１５０および１６０は、Ｈｅイオンビーム１９２とサンプル１８０との間の相互作用により生じる１つ以上の異なる種類の粒子を測定するようにそれぞれ位置決めおよび構成されている。図１に示すように、検出器１５０は、サンプル１８０の表面１８１から一次的に生じる粒子１９４を検出するように位置決めされており、検出器１６０は、サンプル１８０の表面１８３から一次的に生じる粒子１９４（例えば透過粒子）を検出するように位置決めされている。以下により詳細に示すように、概して、本明細書に開示した顕微鏡システムでは検出器は幾つ用いてもよいし、どのような構成としてもよい。幾つかの実施形態では、複数の検出器が用いられ、これらのうち幾つかの検出器は、異なる種類の粒子を測定するように構成されている。幾つかの実施形態では、検出器は、同じ種類の粒子に関する異なる情報（例えば、粒子のエネルギー、所定粒子の角度分布、所定粒子の総量など）を提供するように構成されている。随意に、上述のような検出器の配置を組み合わせて用いることができる。
【００２７】
概して、検出器によって測定した情報は、サンプル１８０に関する情報を決定するために用いられる。一般に、この情報は、サンプル１８０の１つ以上の画像によって決定される。表面１８１を横断してイオンビーム１９２をラスター走査することによって、個別のステップでサンプル１８０に関する画素毎の情報を得ることができる。検出器１５０および／検出器１６０は、それぞれの画素で１つ以上の異なる種類の粒子１９４を検出するように構成してもよい。
【００２８】
顕微鏡システム１００の操作は、一般に電子制御システム１７０によって制御される。例えば、電子制御システム１７０は、ガス源１１０によって供給されたガス、先端部１８６の温度、先端部１８６の電位、抽出装置１９０の電位、抑制器１８８の電位、イオン光学系１３０の構成素子の設定、サンプルマニピュレータ１４０の位置および／または検出器１５０，１６０の設定を制御するように構成してもよい。随意に、これらのパラメータのうち１つ以上を手動で（例えば、電子制御システム１７０と一体的なユーザインタフェースによって）制御してもよい。付加的または代替的に、（例えば、コンピュータなどの電子プロセッサを介して）電子制御システム１７０を使用して検出器１５０および１６０によって収集した情報を分析し、サンプル１８０に関する情報（例えばトポグラフィ情報、材料組成情報、結晶情報、電圧コントラスト情報、光学特性情報、磁気情報など）を提供することもでき、これらの情報は、随意に画像、グラフ、表、スプレッドシートなどの形態であってもよい。概して、電子制御システム１７０は、ディスプレイまたは他の種類の出力装置、入力装置、および記憶媒体などのユーザインタフェースを含む。
【００２９】
幾つかの実施形態では、電子制御システム１７０は、イオンビーム１９２の様々な特徴を制御するように構成してもよい。例えば、制御システム１７０は、ガス電界電離型イオン源１２０へのガスの流量を制御することによってイオンビーム１９２の組成を制御することもできる。イオン源１２０およびイオン光学系１３０の様々な電位を調整することにより、制御システム１７０は、ビーム１９２の他の特性、例えば、サンプル１８０におけるビームの位置および入射イオンの平均エネルギーなどを制御することができる。幾つかの実施形態では、電子制御システム１７０は、１つ以上の付加的な粒子ビームを制御するように構成してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、１つ以上の種類のイオンビーム源および／または電子ビーム源を設けてもよい。制御システム１７０は、それぞれの粒子ビーム源および関連した光学素子および電子素子を制御してもよい。検出器１５０および１６０は図１に概略的に示されており、検出器１５０は、サンプル１８０の表面１８１（イオンビームが入射する表面）からの粒子を検出するように位置決めされており、検出器１６０は、サンプル１８０の表面１８３からの粒子を検出するように位置決めされている。概して、顕微鏡システム２００では異なった粒子を検出するために多様な検出器を使用することができ、顕微鏡システム２００は、概して所望の数の検出器を含んでいてよい。様々な検出器の構成は、測定すべき粒子および測定条件に応じて選択することができる。幾つかの実施形態では、スペクトル解像型検出器を用いてもよい。このような検出器は、異なったエネルギーおよび／または波長の粒子を検出し、それぞれの検出粒子のエネルギーおよび／または波長に基づいて粒子を解像することができる。
【００３０】
検出システムおよび方法は一般に開示されており、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１５８５５８号明細書に記載されており、その全開示内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００３１】
概して、ビーム測定の精度は、部分的には、測定時のイオンビームの安定性に関係している。例えば、測定時のサンプルの表面におけるイオンビームの位置の変動は、空間解像式の測定時に誤差をもたらす場合がある。
【００３２】
イオンビームの位置にこのような変動が生じる一因は、測定中にイオンビームに対するサンプルの変位をもたらす機械的振動である。イオンビーム源では、一般に作動時に低周波数振動を発生するポンプおよび駆動機構など様々な構成素子を用いる。このような低周波数振動は中間素子を介して伝達する場合もあり、イオンビームに対してサンプルを動かしてしまう。例えば、このような低周波数振動は、比較的堅固な材料（例えばステンレススチール）から形成された素子を介してサンプルホルダに伝達する。
【００３３】
安定性を改善し、サンプルに対して振動伝達を減衰するサンプルホルダアセンブリ１５１０が図３に示されている。アセンブリ１５１０は、サンプルを挿入する開口部１５１２を有する本体１５１１に取り付けられる。幾つかの実施形態では、本体１５１１は開口部を含まず、サンプルチャンバのドアに対応した堅固な部材である。サンプルを挿入するには、側部に取り付けたヒンジで本体１５１１が開放され、サンプルを取り付けるためにサンプルホルダアセンブリを露出する。
【００３４】
本体１５１１は、調整コネクタ１５２２によってサンプルホルダアセンブリのアーム１５１８に結合される。アーム１５１８は、摩擦軸受け１５２０によってサンプルステージ１５１４を支持する。サンプルステージ１５１４は、開口部１５２４を有する取付け表面１５１６を含む。
【００３５】
サンプルホルダアセンブリ１５１０は、イオンビームを発生する先端部がサンプルステージ１５１４上の開口部１５２４に向いているようにイオン顕微鏡に結合してもよい。本体１５１１は、硬化鋼、ステンレス鋼、リン青銅およびチタンなどの適宜な堅固な材料から形成してもよい。一般的に、例えば、本体１５１１はサンプルチャンバのドアに相当し、０．２５インチ〜２インチ又はそれ以の厚さを有する正方形又は長方形に構成されている。本体１５１１を比較的厚い金属から形成することにより、本体１５１１は変形に対して比較的高い耐性を有し、したがって、機械的振動を効率的に伝達しない。
【００３６】
サンプルステージ１５１４は、調整可能なコネクタ１５２２に沿って本体１５１１に結合されたアーム１５１８によって支持される。調整可能なコネクタ１５２２はレールを備え、レールは、アーム１５１８のフランジ１５２１に係合する凹部を有する。アーム１５１８は、調整可能なコネクタ１５２２の凹部内でフランジ１５２１をスライドさせることによって本体１５１１に対して図３の鉛直方向に可動である。図３では、鉛直方向はイオンビームシステムの光軸１５１３に平行である。換言すれば、アーム１５１８はイオンビームシステムの光軸１５１３に平行な方向に可動である。
【００３７】
鉛直方向の移動に続いて、アーム１５１８（およびアーム１５１８に結合されたステージ１５１４）を特定位置でロックすることができる。ステージアセンブリ１５１０は、本体１５１１のアーム１５１８とは反対側に位置決めした空気圧または真空クランプ（図３に示していない）を含む。本体１５１１に対して相対位置でアーム１５１８をロックするために、空気圧クランプまたは真空クランプはアーム１５１８を本体１５１１に対して強く引き寄せて本体に係合し、本体１５１１とアーム１５１８との間のさらなる相対移動を防止する。
【００３８】
アセンブリ１５１１の操作時に、サンプルチャンバのドアに対応する本体１５１１は開放され、ステージ１５１４を露出する。サンプルがステージ１５１４に取り付けられ、次いで本体１５１１は閉鎖され、サンプルチャンバをシールする。取り付けたサンプルの適切な高さは、本体１５１１に対してアーム１５１８の位置を固定する空気圧（または真空）クランプを解除することによって選択される。次いで図３の鉛直方向に沿ってアーム１５１８を並進させる。アーム１５１８のフランジ１５２１は、アーム１５１８の鉛直方向の並進移動時にコネクタ１５２２に対して移動する。望ましい鉛直方向位置にサンプルが位置決めされた場合、空気圧（または真空）クランプは、アーム１５１８に再度係合され、本体１５１１に対して所定位置でアーム１５１８を堅固にロックし、アーム１５１８と本体１５１１との間におけるさらなる鉛直方向の相対移動を防止する。本体１５１１に対するアーム１５１８の堅固なロックは、振動が（例えばポンプまたは他の振動源から）本体１５１１に伝達された場合に曲げ変形に対する本体１５１１の抵抗を増大させるという付加的な利点を有する。
【００３９】
サンプルステージ１５１４は、摩擦軸受け１５２０によってアーム１５１８に結合される。摩擦軸受け１５２０は、アーム１５１８からステージ１５１４の係合開口内に延在する中空円筒シャフトを含む。ステージ１５１４は、図３に示すように、２つのこのような摩擦軸受けを含む。円筒シャフトは、ステージ１５１４の係合開口部との締まりばめをもたらすように寸法決めされている。その結果、２つの摩擦ベアリング１５２０は、油を塗布した転がり軸受けなどサンプルチャンバ内に汚物を持ち込む恐れがある可動部を用いることなしにステージ１５１４をアーム１５１８に対して傾斜させることができる。図３に示すように、傾斜軸線（例えば、この軸線を中心としてステージ１５１４が回動可能である）は、イオンビームシステムの光軸（例えば光軸１５１３）に対して垂直に位置している。
【００４０】
幾つかの実施形態では、摩擦軸受け１５２０は、ステージ１５１４からアーム１５１８の係合開口部内まで延在する中空円筒シャフトを含む。図３に示すように、このような摩擦軸受け１５２０を２つ、ステージ１５１４の両側に１つずつ設けることもできる。円筒シャフトは、アーム１５１８の係合開口部との締まりばめをもたらすように寸法決めされている。その結果、摩擦軸受け１５２０は、アーム１５１８に対してステージ１５１４を傾動させることができる。図３に示すように、傾斜軸線（例えば、この軸線を中心としてステージ１５１４が回動可能である）は、イオンビームシステムの光軸（例えば、光軸１５１３）に対して垂直に位置している。
【００４１】
それぞれの摩擦軸受け１５２０における締まりばめは、アーム１５１８に対して滑ることなしにステージ１５１４を４５°以上の角度で傾斜させることができるように、十分な拘束性がある。一般に、モータを使用してステージ１５１４の傾斜角を調整する。摩擦軸受けを利用するため、概して、ステージは連続的に傾動せず、少しずつ段階的（jump）に傾動する。一つの段階は、約０．２５°未満（例えば、０．２０°未満、０．１５°未満、０．１０未満、０．０５°未満など）の角度変位に相当する。換言すれば、円筒シャフトおよびの摩擦軸受け１５２０の係合孔の直径は、アーム１５１８に対するステージ１５１４の角度変位の小さい飛躍が約０．２５°未満となるように選択される。
【００４２】
サンプルステージ１５１４は、開口部１５２４を有していてもよい取付け面１５１６をさらに含む。サンプルを取付け面１５１６に配置することができ、表面１５１６の平面でサンプルを移動させるためにサンプル位置制御システムを使用することもできる。幾つかの実施形態では、表面１５１６（または表面の一部）を表面の中心部で回動させ、サンプルを回動させることもできる。図３に示すように、幾つかの実施形態では、ステージ１５１４の傾斜角はゼロである。したがって、表面１５１６の回転軸線（例えば、この軸線を中心として表面１５１６を回動させる）は、図３の鉛直方向に、イオンビームシステムの光軸１５１３の方向に平行に向けられている。ステンレス鋼、セラミック、ガラスおよびポリマーなどの表面１５１６は、様々な種類の堅固な材料によって形成することができる。
【００４３】
表面１５１６の水平方向平面（例えば図３の鉛直方向に対して垂直方向）の移動は、概して圧電素子によって制御される。圧電素子の比較的高い剛性により、表面１５１６が図３の水平方向平面（例えば、光軸１５１３に対して垂直方向の平面）で所定位置に堅固に固定された状態で保持され、外部振動は、図３の水平方向平面に沿って平面１５１６に効率的に伝達されない。
【００４４】
上述のように、ステージアセンブリ１５１０の特別な利点は、アセンブリに、一般に炭化水素ベースの潤滑剤を塗布した転がり軸受けが設けられていないことである。このような潤滑剤は、サンプルチャンバ内部の不純物として作用し、イオンビームによる露光時にチャンバ表面に堆積し、サンプルの表面にさえも堆積する。このような軸受けの使用を除外することにより、汚染物質の潜在的な源もイオンビームシステムから除去される。
【００４５】
安定していて、しかも取外し可能な取付けを確保するために、サンプルは、磁気式サンプルホルダを用いてステージ１５１４に取り付けられる。磁気式サンプルホルダ１６００の実施形態が図４に示されている。図４は、サンプルホルダ１６００の下面を示しており、この下面はアセンブリ１５１０の取付け面１５１６に係合する。サンプルホルダ１６００は３つの支持構造部１６１０と３つの磁気接触部１６２０とを含む。
【００４６】
３つの支持構造部１６１０はそれぞれ２つの孔１６３０を含む。これらの孔１６３０は、表面１５１６から上方に延在する２つの対応した円錐ピンを収容するように寸法決めされている。表面１５１６から上方に延在する６つのピンそれぞれを用いてサンプルホルダ１６００を位置決めすることによって、１ミクロン未満の許容差でサンプルホルダ１６００を表面１５１６に対して再現可能に位置決めすることができる。
【００４７】
表面１５１６にサンプルホルダ１６００を堅固に固定するために、３つの磁気接触部１６２０は、表面１５１６に取り付けた対応する磁気鋼片の近傍にそれぞれ位置決めされる。磁気接触部１６２０の正確な位置決めは、孔１６３０と表面１５１６の円錐ピンとを係合させることにより自動的に得られる。接触部１６２０と、表面１５１６の対応する鋼磁石との間の強磁界相互作用は、サンプルホルダ１６００が著しい力で表面１５１６に固定されることを確保する。
【００４８】
それぞれの磁気接触部は、ミューメタルの５面エンクロージャに収容された２つの強力な永久磁石１６３５を含む。ミューメタルのエンクロージャの底面のみが開放されている（例えば、表面１５１６の鋼磁石に隣接した表面）。ミューメタルのエンクロージャの他の表面は閉鎖されており、磁石１６３５から放出される磁界の空間的広がりを制限している。
【００４９】
それぞれの接触部１６２０の２つの永久磁石１６３５は、極性が反対となるように配向されている。結果として、２つの磁石から延びる磁力線は空間的に比較的限定されている。これにより、またミューメタルのエンクロージャにより、接触部１６２０によって生成される磁界は、サンプル露光時にイオンビームを乱さない。
【００５０】
サンプルを取付け表面１５１６に移動するために、サンプルは、まず図４に示すサンプルホルダ１６００の下面に取り付けられる。次いでサンプルホルダ１６００は取付けアームに配置され、取付けアームはホルダ１６００の凹んだリップ１６４０に係合する。取付けアーム（図４には図示しない）は表面１５１６に向けて延伸され、回動されて円錐ピンと孔１６３０との整列を確保する。取付けアームが表面１５１６に向けて降下されると、接触部１６２０と表面１５１６の対応した磁石とが表面１５１６から延在する６つの円錐ピンによって支持された状態でホルダ１６００を表面１５１６の上部に固定する。この固定位置で、接触部１６２０は表面１５１６で磁石から５００ミクロン以内に位置決めされる。取付けアームは、次いで慎重に引き離され、サンプルホルダ１６００（およびサンプルホルダに取り付けられたサンプル）は表面１５１６に固定された状態で保持される。
【００５１】
幾つかの実施形態では、表面１５１６に位置決めされた磁石は永久磁石である。幾つかの実施形態では、（例えば、回動によって表面１５１６における磁石の位置を変更することによって、および／または表面１５１６における磁石の磁界を調整する１つ以上の磁気コイルによって電磁界に反作用を加えることによって）表面１５１６に位置決めされた磁石をスイッチオン・オフすることができる。表面１５１６に対してサンプルホルダ１６００を位置決めする場合、切換可能な磁石は特に有利であり得る。例えば、磁石がスイッチオフされた状態で、表面１５１６から延在する支持円錐ピンの上部にサンプルホルダ１６００を位置決めすることができる。サンプルホルダ１６００が正確な位置に位置している場合、磁石をスイッチオンし、表面１５１６に対して所定位置にサンプルホルダ１６００をロックすることができる。概して、接触部１６２０と表面１５１６の磁石との間の磁力は、４５°以上の傾斜角度でサンプルホルダ１６００の相対移動を防止するために十分な強さを有する。
【００５２】
上述のように、イオンビーム源のための先端部は、例えばタングステンなどの材料によりまず先端部を形成することによって作製することができる。幾つかの実施形態では、先端部の形成は、ロッド（例えば、タングステンロッド）を研磨し、先鋭な先端部を形成するステップと、先鋭化した先端部を電界蒸発し、先端部頂部の所望の末端棚（terminal shelf)を生成するステップとを含む。幾つかの実施形態では、先端部頂部の末端棚が小数の原子のみを含むことが望ましい（例えば１〜２０原子）。電界蒸発時に、一般に先端部を加熱し、先端部から放出した光を光学的に（例えば眼によって、または光検出器を用いて）観察することができる。幾つかの例では、観察した先端部の色に基づいて先端部の温度を推定することができる。先端部の電界蒸発時に、（電界蒸発時に熱および電位を用いて）適宜に印可された電位のもとで先端部からの電界放出パターンを観察することによって先端部頂部の幾何学形状を監視することができる。
【００５３】
先鋭化ステップおよび電界蒸発ステップは、サンプルチャンバにおいて一般に真空状態で行われるので、加工時の先端部観察が困難な場合もある。さらに先端部は、一般に、光の少なくとも一部がイオン光学系（イオンカラム）を通過するように配向されており、このことにより光を観察することが困難となる。（例えば、先端部を形成する場合の電界蒸発時に）イオン源の観察を容易にするために、サンプルチャンバは、格納可能な位置決め装置に固定された１つ以上のイオン源観察用の光学系を含んでいてもよい。図５は、イオンビームシステムのサンプルチャンバで使用するように構成された格納可能な位置決め装置１７００を示す。図５に示すように、格納可能な位置決め装置はサンプルチャンバ１７０２のフランジ１７０４の内部に取り付けられている。位置決め装置１７００は、軸線方向に位置決め装置１７００を移動するための第１アクチュエータ１７０６、および位置決め装置の軸線方向に対して垂直方向の平面で位置決め装置１７００を移動させるための第２アクチュエータ１７０８を含む。同様にチャンバ１７０２のフランジには、測定装置１７１０（例えば、カメラ、ボロメータ、線形センサまたは他の装置）が取り付けられている。
【００５４】
位置決め装置１７００は多様な光学素子を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、位置決め装置１７００は、（例えば、図５の平面に対して垂直方向に）チャンバ１７０２の中心軸線に対して所定角度で傾斜したミラーを含む。図６に示すように、傾斜したミラー１７１２は、輝いている（glowing)先端部によって放出された光１７１４を測定装置１７１０に向けるように構成されている。測定装置１７１０によって捕獲された光は、加工時に先端部を監視するために使用することもできる。例えば、幾つかの実施形態では、測定装置１７１０はカメラであってもよく、先鋭化に際して輝いている先端部によって生成された光子をカメラによって検出し、輝いている先端部の画像を生成することができる。先端部の色を観察することによって、例えば先端部の温度を推定することもできる。
【００５５】
幾つかの実施形態では、位置決め装置１７００は、上述のように角度付きミラー１７１、およびシンチレータ材料１７１８を含んでいてもよい。シンチレータ材料は、先端部の電界蒸発時に生成されたイオンを光子に変換するように配置することができる。次いで光子は、角度付きミラー１７１６によって、カメラまたは他の測定装置（例えば測定装置１７１０）に向けられる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、位置決め装置１７００は、ファラデーカップ１７２０などイオン電流を測定するための装置を含んでいてもよい。ファラデーカップ１７２０は、先端部の電界蒸発時に先端部からのイオンを捕捉するためにビーム経路に移動させることができる。次いで捕捉したイオンに基づくイオン電流を測定することができ、情報は、先端部形成過程を評価するために用いられる。
【００５７】
幾つかの実形態では、位置決め装置１７００は１つ以上の開口部１７２２を含んでいてもよい。開口部１７２２は、先端部から発生したイオンビームのための空間フィルタ処理を提供し、所定の特性を有するイオンビームを生成するために用いることができる。複数の開口部が位置決め装置１７００に設けられている場合、特定の開口部を選択することにより所望のイオンビーム特性を選択することができる。
【００５８】
幾つかの実施形態では、チャンバ１７０２は位置決め装置１７００を含まない。代わりに、チャンバ１７０２は、図７に示すように、チャンバ１７０２の内部で軸外で固定されたマウント１７２６に取り付けられた角度付きミラー１７２４を含む。ミラー１７２４は、観察のために、先端部から放出した斜光線１７２８を測定装置１７１０に向けるように位置決めされている。角度付きミラー１７２４の位置は、イオンビームシステムの使用時にミラーとイオンビームとが干渉しないように選択される。
【００５９】
幾つかの実施形態では、チャンバ１７０２は、図８に示すように、（固定マウント１７３２によって）イオンビームの経路に取り付けた角度付きミラー１７３０を含む。角度付きミラー１７３０は、イオンビームがミラーを通過することを可能にする中央開口部１７３４を含む。しかしながら、開口部１７３４を包囲するミラー表面部分は、観察のために、輝いている先端部からの光線を測定装置１７１０に向けるように位置決めされている。
【００６０】
位置決め装置１７００（および固定マウント１７２６および／または１７３２）の実施形態は、様々なビームのフィルタ処理および先端部観察機能を果たすために様々な他の素子を含んでいてもよい。例えば、位置決め装置１７００（およびマウント１７２６および／または１７３２）は、光学フィルタ、調整可能な開口部、リン青銅ベースの装置、光線の周波数を変換するための材料、および様々な種類の電子測定装置（例えば、カメラ、線形センサ、フォトダイオード、ボロメータ）、および、一般的には、位置決め装置１７００（および／またはマウント１７２６および／または１７３２）に取り付けることができ、チャンバ１７０２の周辺環境で使用するために適した任意の種類の装置を含んでいてもよい。
【００６１】
他の実施形態
ガス電界電離型イオン源を使用する実施形態を例として説明したが、他の種類のイオン源を使用してもよい。幾つかの実施形態では、液体金属イオン源を使用することもできる。液体金属イオン源の例は、Ｇａイオン源（例えば、Ｇａ集束イオンビームカラム）である。
【００６２】
イオン源を使用する実施形態を例として説明したが、一般に任意の荷電粒子源を使用することができる。幾つかの実施形態では、電子顕微鏡（例えば、走査型電子顕微鏡）などの電子源を使用することもできる。
【００６３】
サンプルが半導体素子である実施形態を例として説明したが、幾つかの実施形態では、他の種類のサンプルを使用することもできる。例は、生体学的サンプル（例えば、組織、核酸、タンパク質、炭水化物、脂質および細胞膜）、薬学的サンプル（例えば、小分子薬剤）、凍結水（例えば、氷）、磁気記憶装置で使用される読取り／書込みヘッドならびに金属および合金サンプルを含む。例示的なサンプルは、例えば、米国特許出願公開第２００７−０１５８５５８号明細書に開示されている。
【００６４】
代替的または付加的にサンプルを検査する実施形態を付加的な例として説明したが、サンプルを変更（例えば、修繕）するために（例えば、断面図で露出される素子部分または素子部分の近傍素子の一部を修繕するために）システムおよび方法を使用することもできる。このような変更は、サンプルに材料を付加するためおよび／またはサンプルから材料（例えば、サンプルの所定層）を除去するために用いることができるガスアシスト化学を含んでいてもよい。例として、半導体素子に不正確に加工された回路または損傷された回路を修繕する半導体回路編集のためにガスアシスト化学を用いることもできる。一般に、回路編集は、（例えば、開いた回路を閉じるために）材料を回路に付加するステップおよび／または（例えば閉じた回路を開くために）材料を回路から除去するステップを含む。ガスアシスト化学は、フォトリソグラフィにおけるマスク修繕に用いることもできる。マスク欠陥は、一般に材料が不要なマスク部分におけるマスク材料の余剰および／または材料が設けられているべき場所におけるマスク材料の欠如を含む。よって、ガスアシスト化学は、マスク修繕に用いられ、所望にマスクに材料を追加し、および／または、所望にマスクから材料を除去する。このように、ガスアシスト化学は、適宜なガス（例えば、ＣＩ２、Ｏ２、Ｉ２、ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、Ｈ２Ｏ，ＸｅＦ２、Ｆ２、ＣＦ４、ＷＦ６）と相互作用する荷電粒子ビーム（例えば、イオンビーム、電子ビームまたはこれら両方）の使用を含む。別の例として、サンプルの変更はスパッタリングを含む。幾つかの例では、素子を加工する場合に、所定のステップ（例えば回路を編集するために回路から所望の材料を除去するステップ、マスクを修繕するステップなど）で材料を取り除くことが望ましい場合もある。このためにイオンビームによりサンプルから材料をスパッタする場合にイオンビームを使用することもできる。特に、ガス原子と本明細書に記載のガス電界電離イオン源との相互作用によって発生するイオンビームは、サンプルをスパッタ処理するために使用することができる。Ｈｅガスイオンを使用してもよいが、より重いイオン（例えば、Ｎｅガスイオン、Ａｒガスイオン、Ｋｒガスイオン、Ｘｅガスイオン）を使用して材料を取り除くことが一般に好ましい。材料を除去する場合に、除去すべき材料が位置するサンプル部分にイオンビームを集束する。このような検査の例は、例えば米国特許出願公開第２００７−０１５８５５８号公報に開示されている。
【００６５】
様々な実施形態で様々な特徴の組合せを使用することができる。他の実施形態が特許請求の範囲に含まれている。
【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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