(57)【要約】  電子顕微鏡用の平面断面図を形成する方法およびシステム。この方法は、試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導くこと、およびイオン・ビームを使用して第１の表面をミリングして第２の表面を露出させることを含み、第２の表面では、イオン源から見た第２の表面の遠位端が、イオン源から見た第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、この方法はさらに、第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成することを含む。実施形態はさらに、断面を形成する前に試料の第１の表面を平坦化することを含む。
2014530346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡用の平面断面図を形成する方法であって、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導くこと、および
前記イオン・ビームを使用して前記第１の表面をミリングして第２の表面を露出させること
を含み、前記第２の表面では、前記イオン源から見た前記第２の表面の遠位端が、前記イオン源から見た前記第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、前記方法がさらに、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成すること
を含む方法。
【請求項２】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記イオン・ビームが集束イオン・ビームを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
電子顕微鏡用の断面図を形成する方法であって、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導くこと、
前記イオン・ビームを使用して、前記第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、前記第１の表面の少なくとも前記対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにすること、
前記第１の表面をミリングした後に、前記試料をミリングして、前記対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させること、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成すること
を含む方法。
【請求項１０】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオン・ビームが集束イオン・ビームを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
電子顕微鏡用の平面断面図を形成するシステムであって、
集束イオン・ビーム・カラムと、
電子顕微鏡と、
試料を保持する試料ステージと、
コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラと
を備え、前記コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、前記システムが、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導き、
前記イオン・ビームを使用して前記第１の表面をミリングして第２の表面を露出させ、
前記第２の表面では、前記イオン源から見た前記第２の表面の遠位端が、前記イオン源から見た前記第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、前記システムがさらに、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成する
システム。
【請求項１８】
前記コンピュータ可読媒体がさらに、前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定するためのコンピュータ命令によってコード化されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記試料が上に搭載された前記試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
電子顕微鏡用の断面図を形成するシステムであって、
集束イオン・ビーム・カラムと、
電子顕微鏡と、
試料を保持する試料ステージと、
コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラと
を備え、前記コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、前記システムが、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導き、
前記イオン・ビームを使用して、前記第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、前記第１の表面の少なくとも前記対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにし、
前記第１の表面をミリングした後に、前記試料をミリングして、前記対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させ、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成する
システム。
【請求項２５】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記イオン・ビームが集束イオン・ビームを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム・ミリングに関し、詳細には、走査電子顕微鏡用の平面断面図を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビーム・システムは、集積回路、磁気記録ヘッド、フォトリソグラフィ・マスクなど、マイクロファブリケーション技法によって製造されるデバイスの製造、修復および検査を含むさまざまな用途で使用されている。本発明の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙから販売されているＤｕａｌＢｅａｍ機器などのデュアル・ビーム・システムは一般に、ターゲットに対する最小限の損傷で高分解能画像を提供することができる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、基板を改変する目的および画像を形成する目的に使用することができる集束または成形ビーム・システム（ＦＩＢ）などのイオン・ビーム・システムとを含む。このようなデュアル・ビームス・システムは例えば、参照によってその全体が本出願に組み込まれるＨｉｌｌ他の米国特許第７，１６１，１５９号明細書に記載されている。いくつかのデュアル・ビーム・システムでは、ＦＩＢが、垂直から、５２度などのある角度だけ傾けられており、電子ビーム・カラムが垂直に向けられている。他のシステムでは、電子ビーム・カラムが傾けられており、ＦＩＢが垂直に向けられているかまたはやはり傾けられている。試料が上に搭載されたステージは一般に傾けることができ、いくつかのシステムではステージを最大約６０度まで傾けることができる。
【０００３】
デュアル・ビーム・システムの一般的な用途は、マイクロファブリケーション・プロセスのトラブルシューティング、調整および改良のために、マイクロファブリケーション中の欠陥および他の不良を解析することである。欠陥解析は、設計検証診断、製造診断および微小回路の研究開発の他の局面を含む、半導体製造の全ての局面において有用である。デバイスの形状寸法が縮小し続け、新たな材料が導入されると、現在の半導体の構造的複雑さは指数関数的に増大する。これらの新たな材料によって生み出される構造の多くはリエントラント（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ）であり、以前の層に貫入する。したがって、欠陥およびデバイス故障の構造的原因はしばしば、表面よりもかなり下に隠れている。
【０００４】
したがって、欠陥解析では、断面を形成し、欠陥を３次元的に見ることがしばしば必要となる。半導体ウェーハ上での銅導体デバイスの使用はますます増大しており、３次元欠陥解析を実行することができる優れたシステムは、これまでにも増して重要である。これは、埋もれた欠陥、および／またはより小さな欠陥の数が増えるためであり、さらに、多くの場合に化学分析が必要となるためである。さらに、欠陥の特性を評価し、不良を解析する構造診断の解決策は、より信頼性の高い結果をより短い時間で提供する必要があり、このことは、設計者および製造業者が、複雑な構造不良を確信をもって解析し、材料の組成および欠陥の原因を理解し、歩留りを高めることを可能にする。
【０００５】
例えば、デュアル・ビーム・システムを使用して、ダマシン・プロセスによって製造された銅相互接続トレンチ内の空洞（ボイド（ｖｏｉｄ））を検出することができる。一般的なダマシン・プロセスでは、基底をなす基板の酸化シリコン絶縁層に、銅導体を付着させる充填されていないトレンチのパターンを形成する。この絶縁層の表面に、トレンチからかなり溢れる銅の厚いコーティングを付着させ、次いでこの銅を、化学機械平坦化を使用して絶縁層の上面の高さまで除去する。絶縁層のトレンチの中に付着した銅は除去されず、パターン形成された導体となる。トレンチ内の銅の内部の空洞は開路欠陥の原因となりうる。トレンチ内の充填の質を評価するため、デュアル・ビーム・システムを使用してトレンチの断面を露出させ、その断面を画像化することができる。
【０００６】
図１は、デュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステムを使用して断面を露出させる、先行技術において知られている方法を示している。試料１０２内の特徴部分を解析するためには一般に、見ようとする隠れた特徴部分を有する試料材料の表面１１２の上面に対して垂直な断面すなわち面１０８を、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）によって露出させる。ＳＥＭビーム軸１０６の角度は一般にＦＩＢビーム軸１０４に対して鋭角であるため、この面の前にある試料の一部を除去して、ＳＥＭビームがこの面に到達してこの面を画像化することができるようにすることが好ましい。この先行技術の方法の１つの問題は、トレンチの特性を適正に評価するのに十分なサイズの一組の試料を形成するためには一般に、トレンチの長さに沿って多数の断面を露出させなければならないことである。
【０００７】
ＦＩＢがあけている開口に対して相対的に深い特徴部分に関して、この先行技術の方法は、信号対雑音比が低いという欠点を有する。この状況は、深い穴の中へフラッシュを当てて穴の側面の画像を形成しようとしている状況に似ている。例えば、一般的な銅相互接続トレンチの幅は５〜８ナノメートル（ｎｍ）、深さは１２ナノメートルである。ＳＥＭからの電子の多くはトレンチ内に留まり、検出器までは後方散乱しない。
【０００８】
デュアル・ビーム・システムの一般的な用途は生物科学分野における用途である。例えば、電子顕微鏡法は、病気の分子機構の観察、フレキシブルなタンパク質構造の組織の観察、ならびに自然生物学的文脈における個々のウイルスおよびタンパク質の振る舞いの観察を可能にする。例えば生体材料を解析する目的で電子顕微鏡法と一緒に使用される１つの技法は、「スライス−アンド−ビュー（Ｓｌｉｃｅ−ａｎｄ−Ｖｉｅｗ）」と呼ばれている。この技法は一般に、デュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステムを用いて実行される。
【０００９】
このスライス・アンド・ビュー技法では、ＦＩＢによって試料を高精度で切削およびスライスして、その試料の３Ｄ内部構造または特徴部分を露出させる。ＳＥＭによってその面の画像を得た後、その面の別の基材層をＦＩＢを使用して除去して、より深い新たな面、したがってその特徴部分のより深い断面を露出させることができる。その面のまさしく表面にある特徴部分の部分だけがＳＥＭには見えるため、切削および画像化、すなわちスライシングおよびビューイングを順次繰り返すと、スライスされた試料を再構築して特徴部分の３Ｄ表現とするのに必要なデータが得られる。次いで、この３Ｄ表現を使用して試料特徴部分を解析することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７，１６１，１５９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８５１，４１３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４３５，８５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
試料の大きな切片を処理する場合には、スライス・アンド・ビュー手順による試料の処理が長時間に及ぶことがある。対象とする特徴部分の大きさが試料に比べて相対的に小さい場合にも同じことが言える。これは、一般に、対象とする特徴部分を含む試料の領域にＦＩＢおよびＳＥＭのビームを導くことができるほど正確には特徴部分の位置が分かっていないためである。したがって、特徴部分の位置を突き止めるため、特徴部分を含むと思われる試料の大きな切片が処理される。ＳＥＭの一般的な最大視野は約１５０ミクロンであるため、このサイズのエリアをスライス・ミリングし画像化することは、かなりの時間の投入につながることがあり、ＳＥＭに対して高分解能設定を使用する場合には特にそうである。あるいは、そのエリアのより小さな多くの部分を画像化することもできるが、そうすると膨大な量の画像データが生じ、一般に、その結果得られた画像を１つにつなぎ合わせてより大きな合成画像を形成することが必要になる。このような工程は現在、数時間から数日かかることがある。
【００１２】
先行技術の方法では、スライス・アンド・ビュー手順を繰り返すごとに比較的に大きな切片を処理する必要がある。これは、試料内の特徴部分の形状または方向が正確には予測されていないためである。血管または神経の場合などのように、試料内において長い曲がりくねった形状を有するある種の特徴部分の場合、この問題は特に悪化する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態は、電子顕微鏡用の平面断面図を形成する方法を対象とする。この方法は、試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導くことを含む。この方法はさらに、イオン・ビームを使用して第１の表面をミリングして第２の表面を露出させることを含み、この第２の表面では、イオン源から見た第２の表面の遠位端が、イオン源から見た第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされている。この方法はさらに、第２の表面に電子源から電子ビームを導くことを含む。この方法はさらに、電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成することを含む。
【００１４】
本発明の他の実施形態は、電子顕微鏡用の断面図を形成する方法を対象とする。この方法は、試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導くこと、イオン・ビームを使用して、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにすること、第１の表面をミリングした後に、試料をミリングして、対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させること、第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成することを含む。
【００１５】
本発明の他の実施形態は、電子顕微鏡用の平面断面図を形成するシステムであって、集束イオン・ビーム・カラムと、電子顕微鏡と、試料を保持する試料ステージと、コンピュータ・コントローラとを備えるシステムを対象とする。このコンピュータ・コントローラは、コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含み、コンピュータ・コントローラによってこのコンピュータ命令が実行されたときに、このコンピュータ命令によって、システムは、試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導き、イオン・ビームを使用して第１の表面をミリングして第２の表面を露出させ、この第２の表面では、イオン源から見た第２の表面の遠位端が、イオン源から見た第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、システムはさらに、第２の表面に電子源から電子ビームを導き、電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成する。
【００１６】
本発明の他の実施形態は、電子顕微鏡用の断面図を形成するシステムであって、集束イオン・ビーム・カラムと、電子顕微鏡と、試料を保持する試料ステージと、コンピュータ・コントローラとを備えるシステムを対象とする。このコンピュータ・コントローラは、コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含み、コンピュータ・コントローラによってこのコンピュータ命令が実行されたときに、このコンピュータ命令によって、システムは、試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導き、イオン・ビームを使用して、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにし、第１の表面をミリングした後に、試料をミリングして、対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させ、第２の表面に電子源から電子ビームを導き、電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成する。
【００１７】
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】
【００１８】
【図１】デュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステムを使用して断面を露出させる、先行技術において知られている方法を示す図である。
【図２】走査電子顕微鏡用の平面断面図を形成する本発明の１つまたは複数の実施形態に基づくデュアル・ビーム・システム内における試料の向きを示す図である。
【図３】複数の特徴部分３０２〜３０８を含む試料２２２のターゲット・エリア３００を示す図であり、このエリアについて、ターゲット・エリア３００内の特徴部分に沿ったさまざまな長さのところで特徴部分のＳＥＭ画像を形成することが望まれている。
【図４】図３に示された切断線Ａ−Ａ’に沿って切った試料２２２の断面を示す図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態に従って試料２２２の上面をある視射角（ｇｌａｎｃｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）でミリングしているイオン・ビームを示す図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態に基づく視射角ミリングの後の試料ターゲット・エリアの斜視図である。
【図７】ミリング後の特徴部分３０２の斜視図である。
【図８】本発明の１つまたは複数の実施形態を実現する目的に使用することができる典型的なデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムを示す図である。
【図９】試料解析を実行する、本発明の１つまたは複数の実施形態に基づく諸ステップを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施形態は、半導体製造で使用するのに適した新規の欠陥解析方法を対象としているが、本発明は、後述する他のタイプの試料の解析でも使用することができる。半導体チップ、例えば金属ミリングされたトレンチを含むチップを解析するのに、本発明の好ましい一実施形態に基づく試料解析は、先行技術の場合のように直角に向けられたＦＩＢを使用して一連の断面を露出させるのではなしに、ＦＩＢを、試料表面に対して非常に小さな角度、好ましくは試料表面に対して１０°以下の角度に向ける視射角ミル（ｍｉｌｌ）を利用する。
【００２０】
後に論じる図２に示されているような試料表面に対する小さな角度でイオン・ビームが導かれるため、ミリングによって除去される試料材料の量は、イオン源の反対側の方が多い。すなわち、イオン源から遠い方の試料の端では、イオン源に近い方の端よりも、露出した表面が深くミリングされる。これにより、露出した表面は、元の試料表面に比べて下方へ傾斜する。金属が充填されたトレンチ列などの試料の特徴部分について言うと、イオン源に近い方のトレンチではトレンチの上部が露出し、イオン源から離れたトレンチではより深い部分が露出する。傾斜した試料表面を露出させた後、露出した面を、上方から、例えば電子ビームを用いて画像化することができる。提供される構造情報に関して、この露出した斜面の画像は本質的に、平面図と複数の断面図とを結合したものになる。
【００２１】
図２は、本発明の１つまたは複数の実施形態に従って試料２２２の上面をある視射角でミリングしているイオン・ビームを示す。図２の実施形態では、デュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢなどのイオン・ビーム・システム内の傾斜した試料ステージ２２４上に取り付けられた予め４５°に傾斜した標準試料台（スタブ（ｓｔｕｂ））３０２上に、試料２２２が取り付けられている。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ＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ（米オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ）から販売されている。適当なハードウェアの一例を後に示すが、本発明は、特定のタイプのハードウェアで実現されることだけに限定されない。図２の実施形態では、電子ビームおよびイオン・ビームが、電子ビーム２５０が、傾いていない試料ステージに対して垂直、イオン・ビーム２１８の角度が約５２°になるように向けられている。別の実施形態では、予め傾斜した試料台３０２が使用されず、試料の傾斜が、試料ステージの傾斜および／またはカラムの傾斜によって調節される。
【００２２】
図２に示されているように、ステージは、イオン・ビームが試料表面に対してごく小さな視射角で入射するように傾けられる。この視射角は１０°以下であることが好ましく、５°以下であることがより好ましく、１°以下であることがよりいっそう好ましい。本明細書で使用されるとき、視射角ミルは、イオン・ビームと試料の上面との間の角度を１０°以下にして試料をミリングすることを指す。図２に示された実施形態では、４５°の試料台および８°〜１０°のステージ傾斜の使用によって適当な視射角が得られる。このようにすると、イオン・ビーム２１８は、ごく小さな１〜３度の視射角で試料２２２の上面に導かれる。
【００２３】
使用する実際の角度は、使用するシステムおよび実施する測定の深さに依存する。例えば、一般的な銅相互接続トレンチの深さは１２ナノメートル（ｎｍ）である。試料ステージ２２４の傾斜は、イオン・ビーム２１８と試料２２２の間の角度が、ターゲット領域３００の遠位端を深さ１２ｎｍまで切削するような角度になるように調整される。図２の実施形態では、イオン・ビームが、試料の上面としか言えない部分に導かれるが、好ましいいくつかの実施形態では、試料内のより深いところへビームを導いて、より深いところに埋め込まれた特徴部分をほぼ同じ方式で露出させることができることを当業者は理解するであろう。
【００２４】
図３は、複数の特徴部分３０２〜３０８を含む試料２２２のターゲット・エリア３００を示しており、このエリアについて、ターゲット・エリア３００内の特徴部分に沿ったさまざまな長さのところで特徴部分のＳＥＭ画像を形成することが望まれている。例えば、試料２２２を、ダマシン・プロセスで形成された銅相互接続トレンチを含むウェーハとすることができる。ターゲット・エリア３００は、トレンチ３０２〜３０８を含む試料２２２の一部分であって、ダマシン・プロセス中にトレンチ３０２〜３０８内に形成された可能性がある銅の空洞を検出することが望まれている部分である。本明細書の説明の多くは、解析対象の試料が半導体チップである好ましい実施形態を対象としているが、本発明の実施形態は、生体試料、地質試料など、同様の解析が望まれている他のタイプの試料を対象とすることもできる。
【００２５】
図４は、図３に示された切断線Ａ−Ａ’に沿って切った試料２２２の断面を示す。特徴部分３０２〜３０８は、試料２２２の上面から試料２２２の内部へ所与の深さ（ｄ）だけ延びている。例えば、一般的な銅相互接続トレンチの幅（ｗ）は５〜８ナノメートル（ｎｍ）、深さ（ｄ）は１２ｎｍである。先行技術の方法を使用して欠陥を調べるためには、ターゲット・エリア３００の長さに沿って、時間のかかる一連の断面切削を実施しなければならない。次いで、それぞれの断面をＳＥＭによって別々に画像化する。図５に示されているように、本発明の１つまたは複数の実施形態は、改良されたサイクル・タイムおよび改良された信号対雑音比で特徴部分欠陥を検出することを可能にする。
【００２６】
図５は、本発明の１つまたは複数の実施形態に従って試料２２２の上面をある視射角でミリングしているイオン・ビームを示す。本発明の好ましい実施形態によれば、この視射角が、トップダウン（ｔｏｐ−ｄｏｗｎ）ミリング角度ではなく、縁に導かれるミリング角度である。すなわち、一連の垂直な切削によって垂直な面を露出させるために試料２２２の上面に対してほぼ垂直な角度で導く代わりに、ミリングの前に、試料の縁から、イオン・ビームと上面の間の非常に鋭角な「視射」角で、イオン・ビーム２１８を試料２２２に導く。この角度は、ターゲット・エリア３００の全長にわたって、イオン・ビーム２１８が、試料２２２の上面をミリングし、イオン源２１４から見たターゲット・エリア３００の遠位端では所定の深さ（ｄ0）までミリングするように選択される。ミリング後、ターゲット・エリア３００内において試料のある表面が露出し、この表面では、ターゲット・エリアの遠位端５０２が、ターゲット・エリア内の試料２２２の上面の近位端５０４がミリングされる深さよりも、試料２２２の底面に対してより深い深さまでミリングされている。
【００２７】
視射角でミリングする効果は、イオン・ビーム２１８による１回の切削で、特徴部分３０２〜３０８（特徴部分３０２だけが示されている）が、少なくともターゲット・エリア３００内の特徴部分３０２の長さに沿ってさまざまな深さで露出することである。次いで、ＳＥＭによって、ターゲット・エリア３００の長さに沿ったさまざまな位置で特徴部分３０２〜３０８を画像化して、それらの位置における特徴部分の特性を評価する。それぞれの位置は異なる深さに対応し、その深さは、試料２２２がミリングされた角度および切削部の近位縁からその位置までの距離に基づく。これが、図６および７に示されている。
【００２８】
図６は、本発明の１つまたは複数の実施形態に基づく視射角ミリング後の試料のターゲット・エリアの斜視図を示す。試料２２２の遠位端５０２は近位端５０４よりも深くミリングされ、試料の表面は、これらの２つの端部間で直線的に傾斜する。図７は、ミリング後の特徴部分３０２の斜視図を示す。特徴部分３０２は、特徴部分の遠位端５０２のところで所定の深さｄ0までミリングされる。特徴部分３０２の近位端５０４はほとんどまたは全くミリングされない。ＳＥＭを使用して、特徴部分３０２の長さに沿った画像化を実施する。この視射角ミルによって、特徴部分３０２の表面は、深さ０ｎｍからｄ0ｎｍまで徐々に傾斜するため、ＳＥＭは、特徴部分３０２の長さに沿った対応する位置で画像を形成することによって、特徴部分の特性をさまざまな深さで評価することができる。個々の断面形成切削部をそれぞれの位置でミリングする必要はなく、これにより、欠陥解析のためのサイクル・タイムが向上する。
【００２９】
さらに、本発明の実施形態は、一般的な断面切削に比べて改良された試料面の画像化を提供することもできる。試料内の断面を逐次的に露出させる先行技術の方法を使用するときには一般に、試料面を露出させるため、および露出させた面を例えば電子ビームによって画像化するのに十分な空間を提供するために、ミリングによって試料にくさび形の穴があけられる。この断面を画像化すると、さもなければ画像化に役立てるために使用されたであろう一部の２次電子が失われる。これは、くさび形の穴の側面に２次電子が衝突するためである。その結果、信号強度が失われ、信号対雑音比が悪化する。しかしながら、本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、断面を露出させるのに、ミリングによって試料に穴があけられない。その代わりに、視射角ミルは、より容易に画像化され、先行技術に比べて改良された信号対雑音比を与える傾斜した表面を生み出す。
【００３０】
図８は、本発明の１つまたは複数の実施形態を実現する目的に使用される一般的なデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステム８００を示す。集束イオン・ビーム・システム８００は、上部ネック部分８１２を有する排気された囲い８１１を含み、上部ネック部分８１２内にはイオン源８１４および集束カラム８１６が位置し、集束カラム８１６は、引出し電極および静電光学系を含む。イオン源８１４を出たイオン・ビーム８１８は、カラム８１６を通過し、８２０に概略的に示されている静電偏向手段間を通り抜けて、下室８２６内の可動試料ステージ８２４上に配置された試料８２２、例えば半導体デバイスを含む試料８２２に向かって進む。イオン・ポンプ８２８を使用してネック部分８１２を排気することができる。室８２６は、真空コントローラ８３２の制御の下、ターボ分子および機械ポンピング・システム８３０によって排気される。この真空システムは、室８２６に、約１×１０-7トルから５×１０-4トルの間の真空を提供する。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を使用する場合、室のバックグラウンド圧力は典型的には約１×１０-5トルまで上昇することがある。
【００３１】
イオン源８１４と、イオン・ビーム８１８を形成し下方へ導く集束カラム８１６内の適当な電極とに高圧電源８３４が接続される。パターン発生器８３８によって提供される決められたパターンに従って動作する偏向コントローラおよび増幅器８３６が偏向板８２０に結合され、それによって、対応するパターンを試料８２２の上面に描くようにビーム８１８を制御することができる。いくつかのシステムでは、当技術分野ではよく知られているように、偏向板が、最後のレンズの前に配置される。
【００３２】
イオン源８１４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）イオン源、他のプラズマ・イオン源など、他のイオン源を使用することもできる。イオン・ミリング、強化されたエッチングもしくは材料付着によって試料８２２を改変するため、または試料８２２を画像化するために、イオン源８１４を一般に、試料８２２の位置における幅が１／１０ミクロン未満のビームに集束させることができる。画像化のために２次イオンまたは２次電子の放出を検出する目的に使用される荷電粒子増倍器８４０が増幅器８４２に接続されている。増幅された信号は、信号処理ユニット８４３によってディジタル信号に変換され、信号処理にかけられる。その結果生成されるディジタル信号は、加工物８２２の画像をモニタ８４４に表示する。
【００３３】
ＦＩＢシステム８００はさらに、走査電子顕微鏡８４１および電源および制御ユニット８４５を備える。陰極８５２と陽極８５４の間に電圧を印加することによって、陰極８５２から電子ビーム８５０が放出される。電子ビーム８５０は、集光レンズ８５６および対物レンズ８５８によって微細なスポットに集束する。電子ビーム８５０は、偏向コイル８６０によって試料の表面を２次元的に走査する。集光レンズ８５６、対物レンズ８５８および偏向コイル８６０の動作は電源および制御ユニット８４５によって制御される。
【００３４】
電子ビーム８５０を、下室８２６内の試料ステージ８２４上にある加工物８２２の表面に集束させることができる。電子ビーム中の電子が加工物８２２の表面に衝突すると、２次電子が放出される。この２次電子は、増幅器８４２に接続された２次電子検出器８４０または後方散乱電子検出器８６２によって検出される。増幅された信号は、信号処理ユニット８４３によってディジタル信号に変換され、信号処理にかけられる。その結果生成されるディジタル信号は、加工物８２２の画像をモニタ８４４に表示する。
【００３５】
ガス蒸気を導入し試料８２２に向かって導くためにガス送達システム８４６が下室８２６内へ延びている。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号明細書は適当な液体送達システム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」という名称の米国特許第５，４３５，８５０号明細書に記載されている。
【００３６】
試料ステージ８２４上に試料８２２を挿入するため、および内部ガス供給リザーバが使用される場合にはそれを使用するために、扉８７０が開かれる。試料ステージ８２４は加熱または冷却されていることがある。システムが真空状態にある場合に開かないように、この扉はインタロックされる。イオン・ビーム８１８にエネルギーを与え集束させるため、高電圧電源は、イオン・ビーム・カラム８１６内の電極に適当な加速電圧を印加する。デュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ（米オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ）から販売されている。
【００３７】
図９は、試料解析を実行する、本発明の１つまたは複数の実施形態に基づく諸ステップを示す流れ図９００である。この方法はターミネータ（ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ）９０２から始まる。ステップ９０４で、試料２２２の少なくとも一部分をミリングするために試料２２２の第１の表面にイオン・ビーム２１８を導く。好ましい一実施形態では、この第１の表面が試料２２２の上面であり、イオン・ビーム２１８が、上面に対してほぼ垂直な角度で導かれるのではなしに、ある視射角で上面の縁の近くに導かれる。ステップ９０６で、イオン・ビーム２１８が第１の表面をミリングして試料２２２の第２の表面を露出させる。この第２の表面では、イオン源２１４から見た第２の表面の遠位端が、イオン源２１４から見た第１の表面の近位端よりも、基準深さに関してより深い深さまでミリングされる。すなわち、露出した第２の表面の長さに沿って、ビーム源から遠い方の第２の表面の端が、ビーム源に近い方の第２の表面の端よりも深くミリングされる。この深さの差は、第１の表面に対するビームの角度によって生じる。この角度は視射角であるため、第２の表面全体に沿ったこの深さの差は、解析対象の特徴部分の深さと同じでありさえすればよい。ステップ９０８で、第２の表面の画像を形成するために第２の表面にＳＥＭ２４１から電子ビーム２５０を導く。ステップ９１０で、電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって、第２の表面の少なくとも一部分の画像を形成する。例えば、２次電子検出器２４０または後方散乱電子検出器２６２を使用して、試料２２２の第２の表面に電子ビーム２５０が導かれたときに放出された２次電子から画像を形成することができる。ステップ９１２で、ステップ９１０で形成した画像を解析して、第２の表面の特徴部分が欠陥を有するかどうかを判定する。例えば、試料が、銅相互接続トレンチを有する半導体ウェーハである場合、図９の方法に従って形成した画像を解析して、トレンチの充填の質を判定すること、すなわちめっき中にトレンチ内の空洞を検出することができる。スライス・アンド・ビュー用途では、この画像を、特徴部分の３次元構造を構築するのに使用する複数のスライスのうちの１つのスライスとして使用することができる。
【００３８】
視射角ミリングを使用して、試料表面の限局されたエリアを平坦化することができる。試料２２２の上面の全長をミリングする必要はない。本発明のいくつかの実施形態では、試料２２２の上面の長さの一部分だけをミリングする。後続の断面のミリング操作中のカーテニング（ｃｕｒｔａｉｎｉｎｇ）を低減させまたは防ぐために、視射角ミルを実行して、凹凸のある表面を有する試料の対象とする特徴部分の近くの局所エリアを平坦化することができる。カーテニングは、異なるミリング速度で材料が除去されたときに起こる。カーテニングは、同じビームによって異なる速度で除去される複数の材料を含む特徴部分をミリングしたときに生じることがある。カーテニングは、凹凸のある形状を有する表面をミリングしたときにも生じることがある。例えば、対象とする特徴部分がシリコン貫通バイア（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ）（ＴＳＶ）であることがある。ＴＳＶの断面形成は、空洞および表面の界面の特性を評価するために半導体研究施設において一般的に実施されている作業である。ＴＳＶの深さ（一般に５０〜３００ｎｍ）が原因で、イオン・ビームでＴＳＶの断面をミリングすると、かなりのカーテニングが生じることがある。ＴＳＶの断面のミリングを実行する前に試料表面のＴＳＶの局所エリアを視射角ミルで平坦化することによって、断面のミリング中のカーテニングを低減させまたは防ぐことができる。
【００３９】
図１０は、試料の上面平坦化およびシリコン貫通バイアの断面を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。顕微鏡写真１０００は、上面１００２、側面１００４、上面平坦化切削部１０１０、断面切削部１００６およびシリコン貫通バイア１００８を有する試料を示す。試料の上面１００２は凹凸のある形状を有し、そのため、トップダウン断面形成切削部にはカーテニングが生じやすい。上面１００２は例えば、断面形成の前に試料の表面に付着させた白金保護層などの保護層である。上面１００２のＴＳＶ１００８の上方に位置する部分に視射角ミルが実施される。この視射角ミルは、上面１００２のＴＳＶ１００８の上方の局所エリアを平坦化して、表面の凹凸を低減させまたは除去する。視射角ミルを実行して、上面１００２のＴＳＶ１００８の上方の局所エリアを平坦化した後、断面形成ミルを実行してＴＳＶ１００８の断面を露出させる。上面１００２のＴＳＶ１００８の上方の局所エリアが平坦化されているため、断面切削部１００６におけるカーテニングは低減または排除され、後続の解析に対してより都合の良いＴＳＶ１００８の断面が提供される。
【００４０】
図１１は、図１０の試料の断面図を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。この断面は、視射角ミルによって上面を平坦化した後にミリングしたものである。上面平坦化切削部１０１０が、試料表面のＴＳＶ１００８の上方の局所エリアを実質的に平らにしている。その結果、続いてミリングされた断面切削部１００６におけるカーテニングは大幅に低減または排除され、後続の解析に対してより都合の良いＴＳＶ１００８の断面が提供される。
【００４１】
したがって、本発明の好ましい実施形態は、電子顕微鏡用の平面断面図を形成する方法であって、試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導くこと、およびイオン・ビームを使用して第１の表面をミリングして第２の表面を露出させることを含み、この第２の表面では、イオン源から見た第２の表面の遠位端が、イオン源から見た第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、この方法がさらに、第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成することを含む方法を提供する。この方法はさらに、第２の表面の画像を解析して、第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することを含むことができる。
【００４２】
本発明の実施形態は、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１０度以下である方法、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が５度以下である方法、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１度以下である方法、イオン・ビームが集束イオン・ビームを含む方法、試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、ミリング・ステップと画像形成ステップの間で変化させる方法、および試料ステージと試料の間に４５度の台が配置される方法を含む。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態はさらに、電子顕微鏡用の断面図を形成する方法であって、試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導くこと、イオン・ビームを使用して、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにすること、第１の表面をミリングした後に、試料をミリングして、対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させること、第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成することを含む方法を提供する。この方法はさらに、第２の表面の画像を解析して、第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することを含むことができる。
【００４４】
本発明の実施形態は、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１０度以下である方法、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が５度以下である方法、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１度以下である方法、イオン・ビームが集束イオン・ビームを含む方法、試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、ミリング・ステップと画像形成ステップの間で変化させる方法、試料ステージと試料の間に４５度の台が配置される方法を含む。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態はさらに、電子顕微鏡用の平面断面図を形成するシステムであって、集束イオン・ビーム・カラムと、電子顕微鏡と、試料を保持する試料ステージと、コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラとを備え、コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、システムが、
・試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導き、
・イオン・ビームを使用して第１の表面をミリングして第２の表面を露出させ、
この第２の表面では、イオン源から見た第２の表面の遠位端が、イオン源から見た第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、システムがさらに、
・第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
・電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成する
システムを提供する。
【００４６】
コンピュータ可読媒体をさらに、第２の表面の画像を解析して、第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定するためのコンピュータ命令によってコード化することができる。
【００４７】
本発明の実施形態は、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１０度以下であるシステム、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が５度以下であるシステム、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１度以下であるシステム、試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、ミリング・ステップと画像形成ステップの間で変化させるシステム、および試料ステージと試料の間に４５度の台が配置されるシステムを含む。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態はさらに、電子顕微鏡用の断面図を形成するシステムであって、集束イオン・ビーム・カラムと、電子顕微鏡と、試料を保持する試料ステージと、コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラとを備え、コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、システムが、
・試料の少なくとも一部分をミリングするために、試料の第１の表面に向かってイオン源からイオン・ビームを導き、
・イオン・ビームを使用して、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにし、
・第１の表面をミリングした後に、試料をミリングして、対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させ、
・第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
・電子ビームと第２の表面との間の相互作用を検出することによって第２の表面の画像を形成する
システムを提供する。
【００４９】
コンピュータ可読媒体をさらに、第２の表面の画像を解析して、第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定するためのコンピュータ命令によってコード化することができる。
【００５０】
本発明の実施形態は、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１０度以下であるシステム、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が５度以下であるシステム、第１の粒子ビームと第１の表面の間の角度が１度以下であるシステム、イオン・ビームが集束イオン・ビームを含むシステム、試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、ミリング・ステップと画像形成ステップの間で変化させるシステム、および試料ステージと試料の間に４５度の台が配置されるシステムを含む。
【００５１】
以上の本発明の説明は主に、試料解析の方法を対象としているが、このような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、本発明の実施形態は、コンピュータ・ハードウェアもしくはソフトウェア、または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。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。コンピュータ・システムと通信するため、それぞれのプログラムは、高水準手続き型プログラミング言語またはオブジェクト指向プログラミング言語で実現することができる。しかしながら、所望ならば、それらのプログラムを、アセンブラ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、その言語は、コンパイルまたは解釈される言語とすることができる。さらに、そのプログラムは、そのプログラムを実行するようにプログラムされた専用集積回路上で実行することができる。
【００５２】
さらに、方法論は、限定はされないが、荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置とは別個の、荷電粒子ツールもしくは他の画像化装置と一体の、または荷電粒子ツールもしくは他の画像化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、ネットワーク化されたコンピューティング環境または分散コンピューティング環境、コンピュータ・プラットホームなどを含む、任意のタイプのコンピューティング・プラットホームで実現することができる。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んだときに、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む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。
【００５３】
入力データに対してコンピュータ・プログラムを使用して、本明細書に記載された機能を実行し、それによって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。この出力情報は、表示モニタなどの１つまたは複数の出力装置に出力される。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実在する物体を表し、これには、その物理的な実在する物体の特定の視覚的描写を表示画面上に生成することが含まれる。
【００５４】
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、「解析する」、「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。
【００５５】
本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し、示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なる。全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、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から市販されている。
【００５６】
以上の説明の多くは半導体ウェー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。さらに、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。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「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、半導体ウェーハと一体でも、またはウェー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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、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】
2014530346.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡用の平面断面図を形成する方法であって、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導くこと、および
前記集束イオン・ビームを使用して前記第１の表面をミリングして第２の表面を露出させること
を含み、前記第２の表面では、前記イオン源から見た前記第２の表面の遠位端が、前記イオン源から見た前記第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、前記方法がさらに、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成すること
を含む方法。
【請求項２】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
電子顕微鏡用の断面図を形成する方法であって、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導くこと、
前記集束イオン・ビームを使用して、前記第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、前記第１の表面の少なくとも前記対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにすること、
前記第１の表面をミリングした後に、前記試料をミリングして、前記対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させること、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成すること
を含む方法。
【請求項１０】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
電子顕微鏡用の平面断面図を形成するシステムであって、
集束イオン・ビーム・カラムと、
電子顕微鏡と、
試料を保持する試料ステージと、
コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラと
を備え、前記コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、前記システムが、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導き、
前記集束イオン・ビームを使用して前記第１の表面をミリングして第２の表面を露出させ、
前記第２の表面では、前記イオン源から見た前記第２の表面の遠位端が、前記イオン源から見た前記第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、前記システムがさらに、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成する
システム。
【請求項１８】
前記コンピュータ可読媒体がさらに、前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定するためのコンピュータ命令によってコード化されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記試料が上に搭載された前記試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
電子顕微鏡用の断面図を形成するシステムであって、
集束イオン・ビーム・カラムと、
電子顕微鏡と、
試料を保持する試料ステージと、
コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラと
を備え、前記コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、前記システムが、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導き、
前記集束イオン・ビームを使用して、前記第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、前記第１の表面の少なくとも前記対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにし、
前記第１の表面をミリングした後に、前記試料をミリングして、前記対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させ、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成する
システム。
【請求項２５】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
（削除）
【請求項３０】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項２４に記載のシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月8日(2014.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【図１】デュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステムを使用して断面を露出させる、先行技術において知られている方法を示す図である。
【図２】走査電子顕微鏡用の平面断面図を形成する本発明の１つまたは複数の実施形態に基づくデュアル・ビーム・システム内における試料の向きを示す図である。
【図３】複数の特徴部分３０２〜３０８を含む試料２２２のターゲット・エリア３００を示す図であり、このエリアについて、ターゲット・エリア３００内の特徴部分に沿ったさまざまな長さのところで特徴部分のＳＥＭ画像を形成することが望まれている。
【図４】図３に示された切断線Ａ−Ａ’に沿って切った試料２２２の断面を示す図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態に従って試料２２２の上面をある視射角（ｇｌａｎｃｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）でミリングしているイオン・ビームを示す図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態に基づく視射角ミリングの後の試料ターゲット・エリアの斜視図である。
【図７】ミリング後の特徴部分３０２の斜視図である。
【図８】本発明の１つまたは複数の実施形態を実現する目的に使用することができる典型的なデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムを示す図である。
【図９】試料解析を実行する、本発明の１つまたは複数の実施形態に基づく諸ステップを示す流れ図である。
【図１０】試料の上面平坦化およびシリコン貫通バイアの断面を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１１】図１０の試料の断面図を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡用の平面断面図を形成する方法であって、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導くこと、および
前記集束イオン・ビームを使用して前記第１の表面をミリングして第２の表面を露出させること
を含み、前記第２の表面では、前記イオン源から見た前記第２の表面の遠位端が、前記イオン源から見た前記第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、前記方法がさらに、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成すること
を含む方法。
【請求項２】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、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の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
電子顕微鏡用の断面図を形成する方法であって、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導くこと、
前記集束イオン・ビームを使用して、前記第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、前記第１の表面の少なくとも前記対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにすること、
前記第１の表面をミリングした後に、前記試料をミリングして、前記対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させること、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導くこと、および
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成すること
を含む方法。
【請求項９】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
電子顕微鏡用の平面断面図を形成するシステムであって、
集束イオン・ビーム・カラムと、
電子顕微鏡と、
試料を保持する試料ステージと、
コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラと
を備え、前記コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、前記システムが、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導き、
前記集束イオン・ビームを使用して前記第１の表面をミリングして第２の表面を露出させ、
前記第２の表面では、前記イオン源から見た前記第２の表面の遠位端が、前記イオン源から見た前記第１の表面の近位端よりも、基準深さに対してより深い深さまでミリングされており、前記システムがさらに、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成する
システム。
【請求項１６】
前記コンピュータ可読媒体がさらに、前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定するためのコンピュータ命令によってコード化されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項１５または１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項１５から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記試料が上に搭載された前記試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項１５から２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
電子顕微鏡用の断面図を形成するシステムであって、
集束イオン・ビーム・カラムと、
電子顕微鏡と、
試料を保持する試料ステージと、
コンピュータ命令がコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータ・コントローラと
を備え、前記コンピュータ・コントローラによって前記コンピュータ命令が実行されたときに、前記コンピュータ命令によって、前記システムが、
試料の少なくとも一部分をミリングするために、前記試料の第１の表面に向かってイオン源から集束イオン・ビームを導き、
前記集束イオン・ビームを使用して、前記第１の表面の少なくとも対象とする特徴部分の局所エリアをミリングして、前記第１の表面の少なくとも前記対象とする特徴部分の局所エリアを実質的に平らにし、
前記第１の表面をミリングした後に、前記試料をミリングして、前記対象とする特徴部分の断面を含む第２の表面を露出させ、
前記第２の表面に電子源から電子ビームを導き、
前記電子ビームと前記第２の表面との間の相互作用を検出することによって前記第２の表面の画像を形成する
システム。
【請求項２３】
前記第２の表面の前記画像を解析して、前記第２の表面の特徴部分が欠陥を含むかどうかを判定することをさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１０度以下である、請求項２２または２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が５度以下である、請求項２２から２４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１の粒子ビームと前記第１の表面の間の角度が１度以下である、請求項２２から２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記試料が上に搭載された試料ステージの傾斜を、前記ミリング・ステップと前記画像形成ステップの間で変化させる、請求項２２から２６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記試料ステージと前記試料の間に４５度の台が配置される、請求項２２から２７のいずれか一項に記載のシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2014530346.tif 000014
【国際調査報告】
2014530346.tif 000015
2014530346.tif 000016
2014530346.tif 000017