(57)【要約】      （修正有）【課題】荷電粒子システムにおいて異なるビーム電流を有する動作モードを高速に切り替える方法を提供する。【解決手段】実施しようとする加工に応じてＦＩＢカラム内の電極電圧の設定を行い（２６０８，２６２４）、小径のビーム画定絞り（ＢＤＡ）を選択し（２６１０、２６２６）、小電流で整列マークを画像化し（２６１２，２６２８）、前記マークの位置を決定する。次いで、ミリング用のＢＤＡ（大または中間の径）を選択し（２６１４、２６３０）、前記位置情報に基づいて大または中の電流でミリングを行う（２６１６，２６３２）。前記画像化からミリングへの切換えの際には、ＢＤＡだけを変更し、ＦＩＢカラム内の電極電圧は変更せず、ビームの位置変更もしない。これにより、電源設定時間に起因する遅延を回避する。【選択図】図２６
2012178347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン・カラムおよび複数のビーム画定絞りを備える集束イオン・ビーム・システムを使用して、１つまたは複数の基準マークを関心領域の近くに含むターゲット内の構造をミリングする方法であって、
第１の電流を有するイオン・ビームを生成するための第１のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記第１の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ集束させるように、前記イオン・カラム内の電極電圧を設定するステップと、
前記第１の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を決定するために、前記第１の電流を有する前記イオン・ビームを前記基準マークに亘って走査するステップと、
前記第１の電流よりも大きい第２の電流を有するイオン・ビームを生成するための第２のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記イオン・カラム内の前記電極電圧を再設定せずに、前記第２の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記第２の電流を有する前記イオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、前記関心領域においてミリング工程を実行するステップであり、このビーム偏向が、前記第１の電流を有する前記イオン・ビームによって決定した前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を考慮して行われるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第２の電流を有する前記イオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて前記関心領域においてミリング工程を実行した後に、前記第１の電流を有する前記イオン・ビームを生成するための前記第１のビーム画定絞りを再び選択して、前記ターゲットを画像化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のビーム電流よりも小さい第３の電流を有するイオン・ビームを生成するための第３のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記第３の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ集束させるように、前記イオン・カラム内の前記電極電圧を設定するステップと、
前記第３の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を決定するために、前記第３の電流を有する前記イオン・ビームを前記基準マークに亘って走査するステップであり、前記第３の電流を有する前記イオン・ビームの前記位置決定が、前記第１の電流を有する前記イオン・ビームの前記位置決定よりも正確なステップと、
前記第３の電流よりも大きく、前記第１の電流よりも小さい第４の電流を有するイオン・ビームを生成するための第４のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記イオン・カラム内の前記電極電圧を再設定せずに、前記第４の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記第４の電流を有する前記イオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、前記関心領域において微細ミリング工程を実行するステップであり、このビーム偏向が、前記第３の電流を有する前記イオン・ビームによって決定した前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を考慮して行われるステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第４の電流を有する前記イオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて前記関心領域において前記微細ミリング工程を実行した後に、前記第３の電流を有する前記イオン・ビームを生成するための前記第３のビーム画定絞りを再び選択して、前記ターゲットを画像化するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第１の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、
第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第２の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第１の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、
第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第２の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、
第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第３の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、
第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第４の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含む、
請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のビーム画定絞りの上方に第１の偏向器を配置するステップと、
前記複数のビーム画定絞りの下方に第２の偏向器を配置するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第１の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含み、
第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第２の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のビーム画定絞りの上方に第１の偏向器を配置するステップと、
前記複数のビーム画定絞りの下方に第２の偏向器を配置するステップと
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第１の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含み、
第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第２の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含み、
第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第３の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含み、
第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第４の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ミリング工程の後に実行されるイオン・ビーム研磨工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記微細ミリング工程の後に実行されるイオン・ビーム研磨工程をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
イオン・カラムおよび複数のビーム画定絞りを備える集束イオン・ビーム・システムを使用して、１つまたは複数の基準マークを関心領域の近くに含むターゲット内の構造をバルク・ミリングし、微細ミリングする方法であって、
第１の電流を有するイオン・ビームを生成するための第１のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記第１の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ集束させるように、前記イオン・カラム内の電極電圧を設定するステップと、
前記第１の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を決定するために、前記第１の電流を有する前記イオン・ビームを前記基準マークに亘って走査するステップと、
前記第１の電流よりも大きい第２の電流を有するイオン・ビームを生成するための第２のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記イオン・カラム内の前記電極電圧を再設定せずに、前記第２の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記第２の電流を有する前記イオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、前記関心領域においてバルク・ミリング工程を実行するステップであり、このビーム偏向が、前記第１の電流を有する前記イオン・ビームによって決定した前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を考慮して行われるステップと、
前記バルク・ミリング工程が完了したかどうかを判断し、前記バルク・ミリング工程が完了していない場合に、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップに戻るステップと、
前記第１のビーム電流よりも小さい第３の電流を有するイオン・ビームを生成するための第３のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記第３の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ集束させるように、前記イオン・カラム内の前記電極電圧を設定するステップと、
前記第３の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を決定するために、前記第３の電流を有する前記イオン・ビームを前記基準マークに亘って走査するステップであり、前記第３の電流を有する前記イオン・ビームの前記位置決定が、前記第１の電流を有する前記イオン・ビームの前記位置決定よりも正確なステップと、
前記第３の電流よりも大きく、前記第１の電流よりも小さい第４の電流を有するイオン・ビームを生成するための第４のビーム画定絞りを選択するステップと、
前記イオン・カラム内の前記電極電圧を再設定せずに、前記第４の電流を有する前記イオン・ビームを前記ターゲット上へ導くステップと、
前記第４の電流を有する前記イオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、前記関心領域において微細ミリング工程を実行するステップであり、このビーム偏向が、前記第３の電流を有する前記イオン・ビームによって決定した前記イオン・カラムの軸に対する前記基準マークの位置を考慮して行われるステップと、
前記微細ミリング工程が完了したかどうかを判断し、前記微細ミリング工程が完了していない場合に、前記第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップに戻るステップと
を含む方法。
【請求項１４】
第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第１の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、
第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第２の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、
第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第３の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、
第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第４の絞りを前記イオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のビーム画定絞りの上方に第１の偏向器を配置するステップと、
前記複数のビーム画定絞りの下方に第２の偏向器を配置するステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第１の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含み、
第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第２の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含み、
第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第３の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含み、
第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、
前記イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第４の絞り上へ偏向させるように、前記第１の偏向器を作動させるステップと、
前記イオン・ビームを、前記イオン・カラムの軸上へ、かつ、前記イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、前記第２の偏向器を作動させるステップと
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記微細ミリング工程の後に実行されるイオン・ビーム研磨工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
保護層の付着ステップをさらに含み、前記付着ステップが前記ミリング工程の前に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
保護層の付着ステップをさらに含み、前記付着ステップが前記バルク・ミリング工程の前に実行される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
粒子源と、複数のビーム画定絞りと、少なくとも１つの集束レンズとを有する荷電粒子ビーム・システムを動作させる方法であって、
前記荷電粒子源から荷電粒子を引き出すステップと、
前記荷電粒子をビームに形成するステップと、
第１の直径を有する第１のビーム画定絞りを通過するように前記荷電粒子ビームを導くステップであり、前記第１のビーム画定絞りを出た前記荷電粒子ビームが第１の電流を有するステップと、
ターゲット表面のスポットに前記荷電粒子を収束させるように、前記集束レンズを調整するステップと、
前記第１の直径とは異なる第２の直径を有する第２のビーム画定絞りを通過するように前記荷電粒子ビームを導くステップであり、前記第２のビーム画定絞りを出た前記荷電粒子ビームが第２の電流を有するステップと、
前記集束レンズの集束強度を変更せずに、前記荷電粒子を、前記集束レンズを通過するように導くステップと
を含む方法。
【請求項２１】
前記集束レンズの集束強度を変更せずに、前記荷電粒子を、前記集束レンズを通過するように導くステップが、前記ビームを再整列させることなく、前記荷電粒子を、前記集束レンズを通過するように導くステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に荷電粒子ビーム・システムに関し、具体的には、異なるビーム電流を有する動作モード間の高速切替えに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システムなどの荷電粒子ビーム・システムでは一般に、画像化し、かつ／または処理するターゲットの表面に荷電粒子ビームを集束させるためにカラムが使用される。ＦＩＢカラムでは、イオン源（一般に液体金属イオン源すなわちＬＭＩＳ）が初期イオン・ビームを発生させ、発生した初期イオン・ビームは次いで「銃」に入り、銃は一般に、これらのイオンを集束させて概ね平行なビームとし、この概ね平行なビームはカラムの本体部分に入る。このカラムでは、このビームをブランキングし（すなわちオンおよびオフにし）、偏向させ（ターゲット表面のさまざまな位置に移動させ）、ターゲットの表面に集束させることができる。いくつかのケースでは、このイオン・ビームを使用して、ターゲットの表面から、制御されたパターンに従って、材料をミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）する（スパッタリングする）。これらの用途ではミリング速度がビーム電流にほぼ比例し、したがって、工程スループットを向上させるためには一般に、ビーム電流が大きいことが好ましい。他のケースでは、このイオン・ビームを使用してターゲットを画像化する。この場合には、イオン・ビームの衝突が２次電子の放出を引き起こし、この２次電子を検出、使用して画像を形成することができる。大まかに言って、これらの用途では、ビームの直径によって画像分解能が決まる。より小さいビーム電流を有するビームは一般に、より大きな電流を有するビームよりも小さな直径に集束させることができ、より小さなビーム電流を有するビームは、ターゲットに与える損傷も小さい。全てのイオンが所望のビーム直径内に均一に分布しているのが理想的なビームであろうが、実際には、ビーム電流の分布は多少なりとも釣鐘形であり、ビームの中心から離れるにつれて漸減する。集束イオン・ビームが長い「尾（ｔａｉｌ）」を有する場合には、画像コントラストが低下することがある。
【０００３】
いくつかの用途は、画像化とミリングの両方を必要とする。具体的には、ターゲット上の既存のフィーチャに対して、ミリングされたパターンが正確に配置されている必要があるときには、最初に、より小電流のＦＩＢを用いてターゲットを画像化し、次いで、より大電流の（一般により大きな直径の）ＦＩＢに切り替えて、ミリングを実行する必要がある。このような画像化／ミリング工程の１つの重要な例が、半導体デバイス、低温凍結生体試料などのさまざまなタイプの試料の薄い「ラメラ」（ｌａｍｅｌｌａ）の作製である。半導体デバイスの故障解析の場合には、通常は解析する欠陥のあるデバイス（以後、欠陥デバイス）を含む集積回路内の特定の関心領域（ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）（ＲｏＩ）を、両側をＦＩＢミリングすることによって露出させ、欠陥デバイスを含む残りの材料の薄い切片（ラメラ）を残す。このラメラは、原則として原子分解能が利用可能な高電圧透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）または走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で十分に使用できる薄さを有する。ラメラの厚さは数十ナノメートルでしかなく、観察している欠陥は数ナノメートル程度であるため、ラメラを作製するためのミリングは極めて正確である。
【０００４】
ラメラの作製時には、高速ミリングに適した大電流の大径のビームの使用と、微細なミリングまたは画像化に適したより小電流のより小径のビームの使用とを切り替える必要がある。この切替えは一般に、ビームが通過するビーム画定絞り（ｂｅａｍ−ｄｅｆｉｎｉｎｇ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）（ＢＤＡ）を変更することによって実施される。ＢＤＡは一般に、金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）の穴であり、その穴を通過した荷電粒子だけがビームを形成することができる。金属ストリップには一般にいくつかのＢＤＡ、すなわち穴があり、絞りの切替えは一般に、異なる直径を有する穴がビームの経路上に配置されるようにストリップを動かすことを含む。絞りストリップの機械的な移動の正確さは一般にせいぜい数ミクロンであり、そのため、絞りを変更した後にはビームを再整列させる必要があると考えられている。
【０００５】
絞りを変更すると、ビームを再整列させることが必要となるだけでなく、レンズの調整も必要となる。大電流の大径のビームを形成するのに必要な光学的条件と、より小電流のより小径のビームを形成するのに必要な光学的条件は同じではない。図２８は、試料上のビームのスポット・サイズの対数２８１０を、ビーム収束角の対数２８１２に対して示したグラフである。収束角は、ビームを形成するイオンの、ターゲット位置における広がりの角度である。ビーム収束角は、ビーム経路上の絞りによって決定される。より大きな絞りは、より広い角度から荷電粒子を受け入れる。
【０００６】
絞りのサイズは、ビームのいくつかの特性に影響を及ぼす。より大きな絞りは、光軸からより離れた荷電粒子を通過させ、それにより、ビーム内の球面収差（収束角の３乗に比例する）を増大させ、直線２８０２に示されているように、ビーム・スポット・サイズ、すなわち試料位置におけるビームの直径を増大させる。より大きな絞りは、直線２８０４によって示されているように、（収束角に比例する）色収差も増大させる。
【０００７】
多くの荷電粒子システムは、源の縮小された像を形成することによって試料上にスポットを形成し、スポット・サイズは、直線２８０６によって示されているように、倍率の低下（縮小の増大）とともに小さくなる。光学システムの倍率は、収束角の増大とともに低下する。したがって、収束角の増大は、収差および源の縮小に影響を与え、収差は、収束の増大とともにスポット・サイズを増大させる傾向を有し、源の縮小は、収束角の増大とともにスポット・サイズを小さくする傾向を有する。
【０００８】
図２８は、収束角が変化したときの、球面収差、色収差および源縮小のスポット・サイズに対する合併効果２８０８を示す。図２８のグラフのビーム設定では、曲線２８０８の最下点における最も小さなスポット・サイズＡが、ビーム収束角Ｂで生成される。より大きな絞りまたはより小さな絞りを使用して、収束角を大きくし、または小さくした場合、スポット・サイズは大きくなり、曲線２８０８の最下点から離れることを、図２８は示している。より理想的なスポット・サイズに戻すために、ＦＩＢのユーザは、絞りを変更するときにレンズ電圧を変更して、倍率を変化させ、ビームのスポット・サイズを、変更後の曲線上の新たな最下点に戻すであろう。
【０００９】
したがって、先行技術の大電流モードと小電流モードの切替えでは、これらの２つのモードのそれぞれのモードに対してカラムのイオン光学部品を別々に最適化するために、ビーム画定絞りを切り替える必要があるだけでなく、ビームを再整列させ、多数のレンズ電圧を変更する必要もある。残念なことに、いくつかのカラム電圧は、大幅に（＞１００Ｖ）変化させる必要があることがあるため、モードを変更するとき、例えばミリングと画像化とを切り替えるときには、カラムが機能する準備が整うまでに、長い電源整定時間（ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｅｔｔｌｉｎｇ  ｔｉｍｅ）が必要となることがある。したがって、薄いラメラを作製する際のスループットを向上させるためには、ミリング・モードと画像化モードとを切り替える切替え時間を短縮することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、荷電粒子ビーム・システムにおいて大電流モードと小電流モードとをより高速に切り替えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
いくつかの実施形態において、本発明は、大電流モードと小電流モードとの切替えの際にビーム画定絞りを変更するときに、かなりの整定時間を要する十分に大きなレンズ電圧の変更を回避することによって、処理速度を向上させる。いくつかの実施形態において、本発明は、ビーム画定絞りを変更した後のビームの再配置を回避する。
【００１２】
例えば、電源電圧を変化させず、初期設定のビーム位置を変更することなしに、大電流集束イオン・ビーム・ミリング・モードおよび小電流集束イオン・ビーム画像化モードから変更することができる。透過型電子顕微鏡で観察するためのラメラの作製では、集束イオン・ビームの複数のビーム電流レベルを使用することができ、それぞれのラメラを作製するのに要する時間を短縮することが望ましいため、本発明は、そのようなラメラを作製するのに特に有用である。
【００１３】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造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。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】キャッシュ・メモリおよび欠陥セルを含む集積回路の概略図である。
【図２】欠陥セルを含む図１のキャッシュ・メモリの詳細図である。
【図３Ａ】図２のキャッシュ・メモリの欠陥セルの詳細上面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの欠陥セルの詳細な等角投影図である。
【図４】先行技術の場合のように厚い保護付着を形成する、図３Ａおよび３Ｂの欠陥セル位置におけるＦＩＢ支援付着工程の等角投影概略図である。
【図５】図４に示した工程による厚い付着の上面Ｘ線概略図である。
【図６】図４で形成した先行技術の厚い付着に２つの基準マーク（ｆｉｄｕｃｉａｌ  ｍａｒｋ）を形成するＦＩＢミリング工程の等角投影概略図である。
【図７】本発明のいくつかの実施形態の場合のように薄い保護付着を形成する、図３Ａの欠陥セル位置におけるＦＩＢ支援付着工程の等角投影概略図である。
【図８】図７で形成した本発明の一実施形態のための薄い付着に２つの基準マークを形成するＦＩＢミリング工程の等角投影概略図である。
【図９】図７で形成した本発明の一実施形態のための薄い付着にＦＩＢによってミリングした基準マークのＦＩＢ画像化工程を示す図である。
【図１０】ＦＩＢボックス・ミリング（ｂｏｘ  ｍｉｌｌｉｎｇ）工程の開始を示す図である。
【図１１】ＦＩＢボックス・ミリング工程の完了を示す図である。
【図１２】ＦＩＢクリーニング工程を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態の画像化およびミリング工程を実現することができる例示的なＦＩＢカラムの側断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態のバルク・ミリング工程Ａおよび粗画像化工程Ｂのイオン軌道の側面図である。
【図１５】先行技術のバルク・ミリング工程Ａおよび微細画像化工程Ｄのイオン軌道の側面図である。
【図１６】本発明の一実施形態の微細ミリング工程Ｄおよび微細画像化工程Ｅのイオン軌道の側面図である。
【図１７】先行技術の微細ミリング工程Ｄおよび微細画像化工程Ｆのイオン軌道の側面図である。
【図１８】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、放出器先端（ｔｉｐ）におけるビーム半角を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図１９】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、ビーム画定絞り（ＢＤＡ）の直径を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図２０】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、銃レンズの集束電圧を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図２１】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、主レンズの集束電圧を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図２２】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、半値全幅（ＦＷＨＭ）ビーム直径を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図２３】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、全ビーム電流の５０％を含むビーム直径（ｄ５０）を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図２４】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、源−ターゲット倍率を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図２５】６つの動作モードＡ〜Ｆについて、ビーム画定絞り（ＢＤＡ）の不整列感度（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を、ビーム電流に対して示したグラフである。
【図２６】本発明の一実施形態の２ステップ画像化およびミリング工程の流れ図である。
【図２７】図２６の画像化およびＦＩＢミリング工程を実行する前に、関心領域（ＲｏＩ）を集束イオン・ビームの下に配置する、「ビット・ウォーキング工程（ｂｉｔ  ｗａｌｋｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）」の流れ図である。
【図２８】試料上のビームのスポット・サイズの対数を、ビーム収束角の対数に対して示したグラフである。
【図２９】理想的なシステム内における異なる絞り位置のビーム位置に対する影響を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
荷電粒子ビームの大電流と小電流をより高速に切り替えることによって、処理動作と画像化動作の間の交互使用を容易にすることができ、したがって、ターゲットをより高いスループットで正確に処理することを可能にすることができる。
【００１７】
このような工程の１つの用途は、ＴＥＭまたはＳＴＥＭでの高空間分解能画像化を可能にする試料からのラメラの製造である。具体的には、ムーアの法則に従ってよりいっそう小さなデバイス・ジオメトリを求めている半導体産業における最近の進歩は、デバイス故障解析に対する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の使用から、より高分解能のＴＥＭおよびＳＴＥＭの使用への切替えを必要としている。そのため、ＴＥＭまたはＳＴＥＭ解析用に半導体デバイスを準備する手段を改良することが必要になっている。これは、しばしばデバイス故障のために解析することとなったデバイスを含む半導体デバイスの関心領域（ＲｏＩ）の両側を下方へ切削するミリング工程によりＦＩＢを使用して製造するラメラの作製を含む。
【００１８】
集束イオン・ビーム・システムは一般に、イオン源（通常は液体金属イオン源、すなわちＬＭＩＳ）から放出されたイオンをターゲットの表面に集束させるカラムを備える。集束カラムの制御は、いくつかの電極電圧を設定し、それによってイオン・ビームを集束させ、オン／オフし、集束させたイオン・ビームを偏向させてターゲットへ導く、レンズ、ブランカおよび偏向器の強度を制御することを含む。さらに、ターゲットに到達する電流の量は一般に、ビーム画定絞り（ＢＤＡ）を（機械的にまたは電気的に）選択することによって制御される。先行技術では、カラムが一般に、最適なＢＤＡを選択し、さまざまな電圧を変化させ、ビームを再配置することによって、ミリング工程および画像化工程に対して別々に最適化される。ミリングまたは画像化を実行する前にレンズ電圧を安定させる必要があるため、この最適化工程にはかなりの時間がかかることがある。ＢＤＡ選択工程にかかる時間はしばしば、電源設定時間よりも短い。
【００１９】
その上、ＢＤＡの位置が少しずれても、ビーム位置が同じだけずれるわけではないことを本出願の出願人は理解した。これは、理論上、ＢＤＡの位置がずれても、レンズは依然として、同じ点に荷電粒子を集束させる傾向を有するためである。図２９は、基板２９１６上にビームを集束させている荷電粒子カラムの３つの図２９００である。図（Ａ）では、軸２９０２を有するカラム（図示せず）が、オンアクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）の荷電粒子ビーム２９０４を生成し、このオンアクシスの荷電粒子ビーム２９０４が、オンアクシスの（整列した）絞り２９０６に照射し、絞りを通過したオンアクシスのビーム２９０８を生成している。ビーム２９０８は、集束ビーム２９１２を形成するレンズ２９１０によって、ターゲット２９１６の表面の位置２９１４に集束している。図（Ａ）では、絞り２９０６の中心がカラム軸２９０２上にあるため、絞り２９０６の照射は軸２９０２の両側で対称である。
【００２０】
図２９の図（Ｂ）には、オフセット矢印２９２７によって示されているオフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）の（整列していない）絞り２９２６を有する図（Ａ）のカラムと同じカラムが示されている。絞り２９２６は、図（Ａ）のビームと同じビーム２９０４によって照射されて、カラム軸２９０２の左側へずれた、絞りを通過したオフアクシスのビーム２９２８を生成している。カラム軸２９０２に対する絞り２９２６のこの不整列の結果、ビーム２９２８は、図（Ａ）の設定と同じ設定を有するレンズ２９１０にオフアクシスで入射している。ビーム２９２８がオフアクシスである結果、集束ビーム２９３２は、図示されているように、ターゲット２９１６の表面に対して傾いている。レンズ２９１０に収差がない場合、位置２９３４は、図（Ａ）の位置２９１４と同じである。レンズ２９１０の収差のレベルが一般的な荷電粒子カラムのそれであり、絞り２９２６の不整列が一般的な５から１０μｍの範囲にあるとき、位置２９１４に対する位置２９３４の変位は一般に数ｎｍを超えない可能性があり、この値は、多くのビーム処理用途に対して許容される位置の誤差である。
【００２１】
図２９の図（Ｃ）は、図（Ｂ）の変位ベクトル２９２７とは反対向きの変位ベクトル２９４７を有する整列していない絞り２９４６を示す。図（Ｂ）と比較すると、同じ要件が全て図（Ｃ）にもあてはまる。図（Ｂ）の集束ビーム２８３２とは反対の方向に集束ビーム２９５２が傾くような態様で、オフアクシスのビーム２９４８がレンズ２９１０を照射している。絞り２９４６の不整列が一般的な５から１０μｍの範囲にあると仮定すると、位置２９５４も、位置２９１４から数ｎｍ以内にあるはずである。予測されるこれらのビームのずれは、多くの用途に対して無視できることを、本出願の出願人は確かめた。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態は、ＦＩＢミリングとＦＩＢ画像化の切替えの際にＢＤＡだけを変更し、電源電圧は一切変更せず、ビームの再整列も実施しないことによって、電源設定時間に起因する遅延を回避する。本発明のさまざまな実施形態のこの簡略化された方法の利点および欠点については後に論じる。より低速の先行技術の十分に最適化された工程と、本発明のいくつかの実施形態のより高速な最適化されていない工程の両方について、一般的なＦＩＢカラムのイオン光学性能の特徴を詳細に説明する。ラメラ作製手順の全体的な説明とともに、２ステップＦＩＢミリング／画像化法の流れ図を提供する。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態は、集束イオン・ビームを使用する集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システムを使用して、ターゲットを画像化し、ミリングする。これらのシステムは一般に、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）を使用して初期イオン・ビームを形成し、この初期イオン・ビームは次いで、レンズ、ブランカ、偏向器などのＦＩＢカラム内の静電要素によって加速され、集束し、ブランキングされ、偏向される。レンズ電圧および位置は、例えば大きな絞り、小さな絞り、またはその工程で使用される実際の複数の絞りの間の任意の場所に対して最適化することができる。最後のケースでは、ビームは、実際のどの動作に対しても最適化されず、全ての動作に対して最適化されているのに近い。最適化の選択は用途に依存する。
【００２４】
ターゲット上の関心領域（ＲｏＩ）の位置決定
図１は、キャッシュ・メモリ１０６内に欠陥セル１１０を含む集積回路（ＩＣ）１００の概略図である。欠陥デバイス（この例ではセル）を含むＩＣのエリアはしばしば「関心領域」（ＲｏＩ）と呼ばれる。ＩＣ１００の周囲には一般に多数の接続パッド１０２がある。ＩＣ１００の別のエリアが論理回路１０４または入力／出力回路を含むことがある。製造業者はしばしば、ＲｏＩ内の欠陥デバイス、この例ではキャッシュ・メモリのセル１１０を調査することによって、ＩＣの機能不良の原因を突き止めることが必要となる。ＩＣデバイスは、パターニングされた複数の導体層、半導体層および絶縁層を含む３次元構造であるため、この調査工程では、デバイスをミリングして、下にある層を露出させることが必要となることがあり、このミリングではしばしば、図１３に示した集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラムによって生み出すことができる、Ｇａ+イオン・ビームなどのＦＩＢが使用される。先行技術では、ＲｏＩの片側をＦＩＢでミリングし、続いて、露出したデバイス構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で調査して、コンタクトとトランジスタ・ゲートの間の汚染、相互接続メタライゼーション層間の不完全なバイア接続など、デバイスの欠陥動作の原因を決定する。ＩＣの寸法は、ムーアの法則の進行に伴って２、３年で約４０％ずつ小さくなり続けているため、欠陥デバイスを観察するのに必要な画像化分解能を、ＳＥＭを使用して達成することはますます困難になっている。そのため、ＩＣ内のＲｏＩを画像化する目的に関して、半導体業界は、ＳＥＭよりも空間分解能が高い透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にますます注目している。ＳＥＭは一般に、２次電子および後方散乱電子を使用して表面を画像化する。そのため、ＲｏＩの片側を１回切削することによってデバイス構造を可視化することができる。一方、ＴＥＭは、試料を透過した電子を画像化する。そのため、欠陥デバイスのＴＥＭ調査では、ＲｏＩの両側をミリングして、試料内を下方へ延びる一般に深さ５から１５μｍ、厚さ１００ｎｍ未満の「ラメラ」すなわち薄い切片を形成する必要がある。
【００２５】
図２は、欠陥セル１１０を含む図１のＩＣ１００のキャッシュ・メモリ１０６の詳細図、ならびにメモリ１０６内のセルのＸ−Ｙ配向に対応するＸ軸２０２およびＹ軸２０４を有する座標系を示す。本質的に全てのメモリと同様に、キャッシュ・メモリ１０６も多数（＞１０5）のセルを含むことがあり、セルはそれぞれ、少数（しばしば６つ）のトランジスタを含むフリップ−フロップ回路に単一のビットを格納する。この多数のメモリ・セルは通常、Ｘ−Ｙアレイとして配置され、ＩＣ１００の上面から見たときには一般に、これらのセルは同一である（普通は、鏡像関係にある４つの向きに配列されている）。デバイス欠陥によって表面に特徴的なパターンが生じることは通常ないため、欠陥セル１１０を含むＲｏＩがメモリ１０６の中のどこかにある場合には、ＲｏＩの位置を決定することが難しいことがある。例えば、トランジスタ・ゲート用の不完全なコンタクト・プラグは、誘電絶縁層と互層をなすいくつかの相互接続金属層の下に完全に埋まっていると考えられる。そのため、デバイス欠陥の原因を突き止める際には通常、これらの埋込み層を露出させるために、下方へ垂直にミリングすることが必要となる。その結果、ミリング用のＦＩＢの下にＲｏＩを配置する唯一の方法は、図２に示し、図２７の流れ図２７００に概要を示す「ビット・ウォーキング」と呼ばれる先行技術の工程を実行することである。
【００２６】
ビット・ウォーキングを実行するためには最初に、ＩＣ１００を画像化するように、ラメラ作製システムを設定する。これは、試料表面を高い空間分解能で画像化することを可能にするためにより小さなビーム電流およびより小さなビーム直径を有するように構成された内部ＳＥＭカラムまたはＦＩＢカラムの使用を含むことがある。画像化信号は通常、電子ビームまたはイオン・ビームが試料表面に衝突することによって生成された２次電子または後方散乱電子を使用する。この電子ビームまたはイオン・ビームは「画像化ビーム」と呼ばれることがある。図２７の流れ図２７００のブロック２７０２で、ターゲットをラメラ作製システムに挿入し、次いでロードロック内で真空排気し、続いてブロック２７０４でステージに載せた後、ブロック２７０６で、ＦＩＢカラムの下に試料を配置する。ブロック２７０８で、画像化用にＦＩＢカラムを設定する。この設定は、図１３に示した電極などのＦＩＢカラムのさまざまな電極に印加するさまざまな加速電圧、集束電圧、ブランキング電圧および偏向電圧を設定することを含むことがある。放出器先端において集束イオン・ビームが形成する半角を小さな半角に制限するため、したがって全ビーム電流をより小さくするため、ブロック２７１０で、小径のビーム画定絞り（ＢＤＡ）を、機械的にまたは電気的に選択する。可動「絞りストリップ」内にいくつかのＢＤＡが取り付けられたシステムでは、ＢＤＡを機械的に選択することができる。このストリップは、カラム軸に対して移動して、ストリップに含まれるＢＤＡのうちの任意の１つのＢＤＡを、カラム軸上に、一般に５から２０μｍ以内の正確さで配置することができる。あるいは、一組がＢＤＡアレイの上、もう一組がＢＤＡの下に配置された２組の絞り整列偏向器を有するシステムでは、ＢＤＡを電気的に選択することもできる（ＢＤＡアレイは直線アレイである必要は必ずしもない。ＢＤＡは任意の配置とすることができる）。この電気式選択方式では、上偏向器によってビームを移動させてオフアクシスとして、ＢＤＡのうちの１つのＢＤＡを通過させ、次いで下偏向器によってオンアクシスに戻すことができる。ＢＤＡの機械式選択は、偏向収差が回避されるため、カラム光学部品に対する影響がより小さいという利点を有する。ＢＤＡの電気式選択は、より高速であるという利点を有し、機械的故障の可能性がなく、粒子発生の可能性が相対的に低い。
【００２７】
次に、ブロック２７１２で、キャッシュ・メモリ１０６の右上隅（「起点」）１０８で、この小電流画像化ビームを図２の２０６においてラスタ走査して、画像を形成する。事前に実施したＩＣ１００の電気的試験から、キャッシュ・メモリ１０６内の欠陥メモリ・セル１１０の正確なＸ−Ｙ座標は分かっていると仮定する。一般に、メモリ１０６内には非常に多くのセルがあるため、セル１１０のＸ座標およびＹ座標はともに非常に大きい可能性がある（ほとんどの場合に＞１００）。起点１０８とＲｏＩ１１０の両方を含む単一の画像を得ることができるほど、欠陥セル１１０が、キャッシュ・メモリ座標系の起点１０８に近いことはほとんどない。したがって、最初にブロック２７１４まで進んだときに、ＦＩＢはＲｏＩの上にはなく、そのため、経路２７１６を辿ってブロック２７１８へ進み、ステージによってＩＣ１００をＲｏＩの方向へ移動させる。このビット・ウォーキング手順は、先行技術において、起点１０８を画像化する最初のラスタ２０６を含む、図２に示すようなキャッシュ・メモリ１０６上の部分的に重なり合った一連の画像を利用するために開発された。ラスタ走査２０７は、ブロック２７１８から経路２７２０を辿った後のブロック２７１２におけるメモリ１０６の後続の画像化を示す。分かりやすくするためにこの例では、これらのラスタ走査２０７が、最初のラスタ２０８から下方へまっすぐに延びているが、必ずそうしなければならないというわけではなく、起点１０８からＲｏＩ１１０までの距離をメモリ１０６に亘って走査するのに必要なラスタ走査の総数を減らすために、隣接するラスタ走査２０７を、この例では下方向と右方向の両方向へ変位させることもできることに留意されたい。
【００２８】
ラスタ走査２０８は、ＲｏＩ１１０のＹ位置にあるが、図２に示されているように左側へずれている。したがって、図２７のブロック２７１２では、欠陥セル１１０を取り囲む最終的なラスタ２１０に向かって右へ移動する追加の走査２０９が必要である。ラスタ走査２０６〜２１０を得たら、それぞれの画像内に含まれるメモリ・セルの数を慎重に数え、隣接する画像間の重なりを考慮して、垂直のＹ方向（ラスタ２０６〜２０８）、次いで水平のＸ方向（ラスタ２０８〜２１０）のセルの総数の適正な計算が記録されるようにすることが必要である。ステージ（図示せず）によってＩＣ１００を移動させて、ＦＩＢラスタ２１０を欠陥セル１１０の上に配置すると、判断ブロック２７１４の判定は「イエス」となり、経路２７２２を辿って、図２６のＦＩＢミリング工程（下記参照）に対応するブロック２７２４へ進む。
【００２９】
図３Ａは、ラスタ２１０などの画像内において見られるであろう詳細な上面図である。図１および２のキャッシュ・メモリ１０６のＲｏＩ１１０を含むＩＣ１００のエリア３００が示されている。表面位置３０６は欠陥セル１１０の真上にある（印「＋」は図示だけが目的であり、実際のデバイス上で見られるわけではない）。見られるであろう一般的なフィーチャには、長い相互接続３０４、短い接続３０２および絶縁エリア３０８などがある。
【００３０】
図３Ｂは、図３Ａの上面図に示されたＩＣ１００の領域の詳細な等角投影図である。
【００３１】
ＲｏＩ位置における先行技術の保護構造および基準マークの形成
図２および２７において、ターゲット内のＲｏＩは、ＦＩＢカラムの下に配置されているため、ラメラ作製工程を開始することができる。図４は、先行技術の場合のように厚い保護付着４０８を形成する、図３Ａおよび３ＢのＲｏＩ位置におけるＦＩＢ支援付着工程の等角投影概略図４００である。ガス噴射器のノズル４０２を、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）４０６がターゲットＩＣ１００の表面に衝突する位置の近くに配置する。ノズル４０２の端部から、付着前駆体ガス４０４の雲（ｃｌｏｕｄ）が出てくる。その結果、ターゲット表面の欠陥セル１１０の真上の位置３０６および位置３０６の周囲のＩＣ１００の表面に、前駆体ガス４０４が吸着する。ターゲット表面に亘ってＦＩＢ４０６を走査すると、ＦＩＢ４０６と前駆体ガス４０４とが相互に作用して、図５の「Ｘ線」上面図に示されているような厚い付着４０８を形成する。この厚い付着４０８は一般に、作製するラメラの計画された壁に対して平行な向きに形成される。付着４０８の２つの端を使用して、図６に示すような基準マークをミリングすることができる。または、その代わりに、付着４０８の２つの端から離隔した追加の厚い付着（図示せず）を付着させてもよい。付着４０８の目的は、１）ミリング（図１０〜１２参照）に使用する集束イオン・ビームの「尾」によって生じることがある意図しないミリングからその下のデバイス層を保護すること、および２）位置基準マークをミリングすることができる材料を提供すること（図６参照）である。
【００３２】
図５は、図３Ａの向きと同じ向きに示した、図４に示した工程による厚い付着４０８の上面Ｘ線概略図５００である。
【００３３】
図６は、図４で形成した先行技術のための厚い付着４０８に２つの基準マーク６０６および６０８を形成するＦＩＢミリング工程の等角投影概略図６００である。付着４０８の位置６０４に衝突するＦＩＢ６０２が示されている。ＦＩＢ６０２を、ある制御されたパターンに従って移動させて、付着４０８の左下の端にマーク６０６をミリングする。付着４０８の右上の端には、以前にミリングした別のマーク６０８がある。マーク６０８の切欠図は、基準マークの深さに関する２つの重要な要件を示している：１）マークは、付着４０８内においてできるだけ深くなければならないが、２）欠陥デバイスに損傷を与え、デバイス故障の原因を突き止めることを不可能にする（デバイスの損傷がＦＩＢによる可能性もあるため）ことがあるため、付着の下のデバイス層内へ延びてはならない。先行技術では、ラメラを形成するミリングの際にビームを再整列させるのに必要な画像化走査の最中の材料の過度の損失を防ぐため、付着４０８がかなり厚くなければならない。厚い付着４０８は、必然的に、図４における、より長い付着時間と、図６において基準マーク６０６および６０８をミリングするためのより長いミリング時間の両方を必要とする。付着を厚くする理由は、先行技術のいくつかのシステムでは、ミリングと画像化の両方に対して同じＦＩＢが使用され、したがって、画像化ビーム電流が、本発明のいくつかの実施形態の画像化ビーム電流よりもかなり大きいためである。
【００３４】
ＲｏＩ位置における本発明の一実施形態の保護構造および基準マークの形成
本発明の一実施形態のための変更された付着手順およびミリング手順を図７および８に示す。後に論じるが、本発明のいくつかの実施形態は、基準マークを画像化するのに、より小ビーム電流の集束イオン・ビームを使用することができ、そのため、これに対応して、ＲｏＩの上の付着から失われる材料の量が低減すると考えられる。図７は、本発明の一実施形態では薄い保護付着７０８を形成する、図３Ａおよび３ＢのＲｏＩ位置におけるＦＩＢ支援付着工程の等角投影概略図７００である。ガス噴射器のノズル７０２を、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）７０６がターゲットＩＣ１００の表面に衝突する位置の近くに配置する。ノズル７０２の端部から、付着前駆体ガス７０４の雲が出てくる。その結果、ターゲット表面の欠陥セル１１０の真上の位置３０６および位置３０６の周囲のＩＣ１００の表面に、前駆体ガス７０４が吸着する。ターゲット表面に亘ってＦＩＢ７０６を走査すると、ＦＩＢ７０６と前駆体ガス７０４とが相互に作用して、薄い付着７０８を形成する。図５の「Ｘ線」上面図で見て、付着７０８は、図４の先行技術の付着４０８と同じＩＣ１００のエリアを覆うことができる。この薄い付着７０８は一般に、作製するラメラの計画された壁に対して平行な向きに形成される。付着７０８の２つの端を使用して、図８に示すような基準マークをミリングすることができる。または、その代わりに、付着７０８の２つの端から離隔した追加の厚い付着（図示せず）を付着させてもよい。付着７０８の目的は、先行技術の付着４０８に対するものと同じであり、１）ミリング（図１０〜１２参照）に使用する集束イオン・ビームの「尾」によって生じることがある意図しないミリングからその下のデバイス層を保護すること、および２）基準マーク８０６および８０８をミリングすることができる材料を提供すること（図８参照）である。
【００３５】
図８は、図７で形成した本発明の一実施形態のための薄い付着７０８に２つの基準マーク８０６および８０８を形成するＦＩＢミリング工程の等角投影概略図８００である。付着７０８の位置８０４に衝突するＦＩＢ８０２が示されている。ＦＩＢ８０２を、ある制御されたパターンに従って移動させて、付着７０８の左下の端にマーク８０６をミリングする。付着７０８の右上の端には、以前にミリングした別のマーク８０８がある。本発明の一実施形態のための基準マーク８０６および８０８の深さに関しても、先行技術のための図６のマーク６０６および６０８に関して説明した２つの重要な要件と同じ２つの重要な要件があてはまる：１）マークは、付着７０８内おいてできるだけ深くなければならないが、２）欠陥デバイスに損傷を与え、デバイス故障の原因を突き止めることを不可能にする（デバイスの損傷がＦＩＢによる可能性もあるため）ことがあるため、付着の下のデバイス層内へ延びてはならない。本発明のいくつかの実施形態では、先行技術で基準マーク６０６および６０８を画像化する場合よりも小さいＦＩＢ電流を使用して、基準マーク８０６および８０８を画像化することができるため、付着７０８を、付着４０８よりもかなり薄くすることができる。画像化電流がより小さいため、それに対応して、マークの画像化中に生じる意図しないＦＩＢミリングの速度が低下し、したがって、画像化中のミリングによって除去される材料が減る。薄い付着７０８は、図７における、より短い付着時間と、図８において基準マーク８０６および８０８をミリングするためのより短いミリング時間の両方を可能にする。
【００３６】
ボックス・ミリング工程
図９は、薄い付着７０８にＦＩＢによってミリングした基準マーク８０６および８０８のＦＩＢ画像化工程９００を示す。基準マーク８０６と基準マーク８０８の両方に亘って、画像化集束イオン・ビーム９１２を、一般にＸ−Ｙラスタ・パターンに従って走査する（マーク８０６の走査が図示されている）。マーク８０６に亘ってＦＩＢを走査すると、２次電子（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）（ＳＥ）が放出され、この２次電子をＳＥ検出器によって集めて画像を形成する。次いで、画像処理を使用して、マーク８０６の正確な位置を知ることができる。マークの位置は例えば、示されている「Ｘ」パターンの中心と定義することができる。図１０および１１のボックス・ミリング工程では、エリア９０２をミリングによって除去する。
【００３７】
図１０は、ＦＩＢボックス・ミリング工程の開始１０００を示す図である。「ボックス」ミリングは、解析対象のデバイスを含むＲｏＩの両側に大きな（約５〜２０μｍ）トレンチを切削する工程に対する用語である。より大電流の集束イオン・ビーム１０１２を、付着７０８の片側のパターン１０１６に沿って走査して、表面の位置１０１４に当てる。図１１に示されているように、ビーム１０１２によって、材料１０１２がミリングされて除かれる。付着７０８の片側をミリングした後、付着７０８のもう一方の側に対して、同様のボックス・ミリング・パターン１０１８を実行する。このビーム走査工程の詳細は知られている。しかしながら、必然的に、エリア９０２の付着７０８からより遠い部分よりも、エリア９０２の付着７０８により近い部分の上に、ＦＩＢ１０１２がより長くとどまらなければならないことは、図１１から明白である。この方法は、図１１に示す三角形のトレンチを形成する。
【００３８】
図１１は、付着７０８の両側に三角形のトレンチを形成するＦＩＢボックス・ミリング工程の完了１１００を示す。エリア１１０８にビーム１０１２が衝突することによって、深さが概ね５から１５μｍ、横断距離（幅）も同じくらいのトレンチが刻まれている。トレンチの底１１１０の上方には、ほぼ垂直な壁１１１４が露出している。壁１１１４と付着７０８の縁の間にギャップ１１３０があることに留意されたい。このギャップは、後続のより微細なミリング・ステップおよび研磨ステップを可能にし、これらのステップは、ラメラの最終的な壁を、ＲｏＩ内の解析対象のデバイスに対して高い精度（２〜４ｎｍ）で位置決めすることを可能にする。場合によっては、画像化ビームに再び切り替えて、図９の場合と同様に基準マーク８０６および８０８を再走査することを可能にするために、ボックス・ミリング工程を１回または数回、中断することができる。このことは、ＦＩＢカラムに対するターゲットのドリフトによって、ミリング・ビームがＲｏＩに衝突し、それによって解析対象のデバイスに損傷を与えることがないことを保証する。
【００３９】
クリーニング・ミリング工程
図１２は、一般に図１０〜１１のボックス・ミリング工程の後に実施されるＦＩＢクリーニング工程１２００を示す。この工程では、より小さい電流を有するより小さなＦＩＢ１２０８を表面の位置１２０６に当てて、欠陥デバイスが露出した最終的な壁１２１４が形成されるまで、壁１１１４をミリングする。場合によっては、画像化ビームに再び切り替えて、図１０〜１１のボックス・ミリング工程の場合と同様に基準マーク８０６および８０８を再走査することを可能にするために、クリーニング・ミリング工程を１回または数回、中断することができる。このミリング工程では、図１１に示したボックス・ミリング工程後に残った突き出た材料１１３０上で、ビーム１２０８を前後１２１０に移動させる。
【００４０】
先行技術および本発明の一実施形態の多ステップ式画像化およびミリング工程
先行技術では一般に、ＦＩＢカラムのパラメータを、画像化とミリングの両方に対して最適化する。この最適化は、カラム内のさまざまな電極電圧の設定、およびビーム画定絞り（ＢＤＡ）の（機械的または電気的（上記参照））選択を含む。表Ｉは、カラム設定のタイプ（最適化または非最適化）、および６つのシステム動作モードＡからＦのそれぞれのモードの用途をまとめたものである。この場合、「最適化」は、カラム電圧とＢＤＡの両方が、ターゲットにおけるビーム直径を最小にすることによってビーム電流密度を最大にするように選択されていることを意味する。「非最適化」は、ＢＤＡだけが変更され、カラム電圧は変更されていないこと、したがって、ビーム直径が最適直径よりも大きいために、その結果として生じるビーム電流密度がより低いことを意味する。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、粗画像化に対してモードＢまたはＣを使用することができる。モードＢおよびＣは、先行技術のモードＤほど高い空間分解能は持たないが、カラムの電圧供給が落ち着くのを待つ必要がないため、モード間切替え（Ａ←→またはＡ←→Ｃ）ははるかに高速であると考えられる。同様に、本発明のいくつかの実施形態では、微細ミリングに対して、最適化モードＤを、微細画像化用の非最適化モードＥと交互に使用することができる。このことは、最適化モードＤと最適化モードＦを交互に使用し、切替え（Ｄ←→Ｆ）時にカラム電圧とＢＤＡの変更が必要な先行技術と対照をなす。
【００４１】
表ＩＩは、先行技術（表ＩＩの上）と本発明のいくつかの実施形態（表ＩＩの下）の両方について、デュアルモード工程ステップにおいて表Ｉのさまざまな動作モードＡ〜Ｆをどのように組み合わせることができるのかを概略的に示す。例えば、先行技術では、図１１および１２に示した三角形のトレンチを形成するバルク・ミリング工程に対して、最適化モードＡと最適化モードＤを交互に使用する。本発明のいくつかの実施形態では、バルク・ミリング工程が、最適化バルク・ミリング・モードＡを、非最適化粗画像化モードＢと交互に使用することを含む。モードＡ←→モードＢまたはモードＡ←→モードＣの切替え時間は、モードＡ←→モードＤの切替え時間よりも短いため、非最適化モードＢの空間分解能が、基準マーク８０６および８０８（図９参照）の位置を決定する目的に対して十分である限りにおいて、本発明のこの実施形態は先行技術よりも優れている。
【００４２】
【表１】
2012178347.tif 000003
【００４３】
表Ｉ．先行技術および本発明の一実施形態に対する集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラムの動作モード
【００４４】
【表２】
2012178347.tif 000004
【００４５】
表ＩＩ．先行技術および本発明の一実施形態における３つのそれぞれの工程ステップ（バルク・ミリング、微細ミリング、研磨）に対する表Ｉの動作モードの組合せ
本発明の一実施形態を実現する集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラム
図１３は、本発明の一実施形態の多ステップ式画像化およびミリング工程を実現することができる例示的なＦＩＢカラム１３００の側断面図である。Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系が示されており、Ｘ軸１３０４は、カラム１３００の光軸を表すＺ軸１３０２に対して垂直である。Ｙ軸（図示せず）は図の平面に対して垂直である。イオン放出を誘起させるため、源１３０６と引出し電極１３０８の間に「引出し」電圧が印加される。源１３０６が正イオンを放出する液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）である場合、このバイアス電圧は一般に−７０００から−１５０００Ｖである。源１３０６からの初期イオン放出は一般に、半角が約３０°［すなわち立体角がπ（π３０°／１８０°）2≒０．８６ステラジアン］の円錐形になる。イオン「銃」は、源１３０６、抽出器１３０８、銃集束電極１３１２および銃出口電極１３１４を備える。銃出口電極１３１４内に取り付けられたビーム画定絞り（ＢＤＡ）１３１６も銃の部分である。銃集束電極１３１２に集束電圧が印加され、銃出口電極１３１４がグランド電位（０Ｖ）にバイアスされる。したがって、この例では、ターゲットもグランド電位にバイアスされているため、銃を出たイオンは既に、その最終的なビーム・エネルギーを有する。抽出器１３０８、集束電極１３１２および出口電極１３１４上の異なる電圧は、銃内のカラム軸上およびカラム軸の近くに電界を誘導する。この電界は、図１４〜１７の軌道図に示されているように、イオン・ビーム１３１０を偏向させ、集束させる。ある場合、特に、ターゲット位置においてより小さなビームが望ましく、したがってより高い源−ターゲット縮小が必要とされる場合には、銃内において、最小集束（ｍｉｎｉｍａｌ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）の効果がある。他の場合には、銃が、概ね平行なビームを形成し、形成されたビームは次いで、主レンズによって、より低い縮小でターゲット上に集束され、より大きな電流を有するより大きなビームを生成する。銃の下方には、電極１３１８および１３２０を備えるビーム・ブランカがある。ビームがオンのとき、電極１３１８および１３２０はともに一般に０Ｖであり、したがってビーム１３１０は、偏向されずにブランカおよびビーム・ブランキング絞り（ｂｅａｍ−ｂｌａｎｋｉｎｇ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）（ＢＢＡ）１３２２を通過する。ビームをオフにするためには、電極１３１８に正電圧を、電極１３２０に負電圧を印加し、それによって、ビーム１３１０が偏向されて軸を外れ、ＢＢＡ１３２２に当たるようにする。一般的なブランキング電圧は５Ｖから１０Ｖである。
【００４６】
ＢＢＡ１３２２の下方には、上偏向器１３２４および下偏向器１３２６がある。これらの偏向器はともに一般に４極子または８極子である（静電および／または磁気）。全ての場合に、偏向は、回転可能な双極子場（すなわちＸ−Ｙオフアクシス平面内の任意の方向に偏向させること）を必要とし、当業者にはよく知られているとおり、より均一な場を生成することによって偏向収差を低減させる目的には、８極子など、より高次の電極構成が使用される。偏向器１３２４および１３２６は「２重偏向器」を構成し、この２重偏向器は、主レンズに入るビームの位置と傾きの両方を制御することができ、それによって画像化およびミリング中のオフアクシス収差の低減を可能にする。電極１３２８、１３３０および１３３２は、ターゲット１３３４の表面の位置１３３６にビーム１３１０を集束させる主レンズを構成する。ここに示した例では、電極１３２８上の電圧と電極１３３２上の電圧が同じであり、グランドに対して０Ｖである。次いで、集束させるために、電極１３３０上の電圧を０Ｖとは異なる電圧にして、電極１３２８、１３３０および１３３２間に必要な集束電界を発生させる。正イオンついて言うと、電極１３３０上の電圧が＞０Ｖである場合には、主レンズは「減速レンズ」であり、電極１３３０上の電圧が＜０Ｖである場合には、主レンズは「加速レンズ」である。本発明のいくつかの実施形態の多ステップ式画像化およびミリング工程とともに使用する目的には、両方の主レンズ構成が適している。
【００４７】
先行技術および本発明の一実施形態のさまざまな動作モードに対する集束イオン・ビームの軌道
この項において、図１４〜１７は、本発明のいくつかの実施形態（図１４および１６）と先行技術（図１５および１７）の両方に対する集束イオン・ビームのさまざまな軌道を示す。これらの軌道は、先行技術のＦＩＢカラム設定と本発明のいくつかの実施形態のＦＩＢカラム設定の間の動作の違い、具体的には異なるビーム直径（半値全幅「ＦＷＨＭ」とビーム電流の１／２を含む直径「ｄ５０」の両方）および源−ターゲット縮小の起源、を理解する基礎を提供する。これらの図は、例示のため同じ図に並置されて示された異なる軌道を示しており、動作時には、それぞれのモードが光軸を中心に対称であることが理解される。また、軌道の線は、特定の荷電粒子数に対応しているわけではなく、そのため、より狭い間隔で描かれた線が、より高い電流密度を示しているわけではない。
【００４８】
図１４は、本発明の一実施形態のバルク・ミリング・モードＡのイオン軌道１４２０（光軸１４０４の上側）および粗画像化モードＢの軌道１４３０の側面図１４００である。モードＡでもモードＢでも、イオンはともに、図１３の源１３０６に対応する源１４０２から放出される。次いで、図１３の電極１３０８、１３１２および１３１４に対応する銃レンズ１４０６が、これらのイオンを集束させる。軌道１４２０および１４３０は次いで、主レンズ１４０８によってターゲット上の位置１４１０で結像する。この構成では、モードＡとモードＢの間で、銃レンズ電極上の電圧および主レンズ電極上の電圧は変更されず、より大電流のバルク・ミリング・モードＡとより小電流の粗画像化モードＢとの間で異なるのは、ビーム画定絞り（ＢＤＡ）１４２４とＢＤＡ１４３４だけである。このことは、モードＡのＢＤＡ１４２４（軸１４０４の上側）の半径と、モードＢのＢＤＡ１４３４（軸１４０４の下側）の半径とを比較すると分かる。ＢＤＡ１４２４の半径およびＢＤＡ１４３４の半径はともに、ターゲットに到達し、位置１４１０においてモードＡおよびモードに対する集束イオン・ビームを形成する源１４０２からの放出の最大半角を決定することに留意されたい。銃レンズ位置における軌道１４２０の最大半径１４２２と軌道１４３０の最大半径１４３２の比は、主レンズ位置における最大半径１４２６と最大半径１４３６の比と同じである。このことは、軸１４０４に沿った全ての点における軌道１４２０および軌道１４３０内の個々の粒子線の全てのオフアクシス半径が互いに同じ比で比例しており、Ｘ軸および／またはＹ軸に沿ったそれらの全体的な尺度だけが異なっていることを示している。軌道１４２０と軌道１４３０の間にこの比例関係が存在する理由は、本発明のいくつかの実施形態では、バルク・ミリング・モードＡと粗画像化モードＢの間のカラム構成の違いがＢＤＡの選択だけであるためである。レンズ電圧の設定はどれも変更されず、したがって、モードＡに対するカラムの全体的な集束特性とモードＢに対するカラムの全体的な集束特性は同じである。代替実施態様では、粗画像化用のモードＢの代わりに、中程度の画像化を提供するモードＣを利用することができる。モードＡとモードＢを使用する利点は、（ＢＤＡ１４３４の半径の方が、モードＣで使用されるＢＤＡの半径よりもＢＤＡ１４２４の半径に近いため）ＢＤＡの不整列に対する感度がより低いことであり、モードＡとモードＣを使用する利点は、中程度の画像化モードＣの方が、粗画像化モードＢよりも小さいビーム電流を有し、そのため、付着７０８（図７参照）をより薄くし、基準マーク８０６および８０８（図８参照）をより浅くすることができ、その結果、付着時間およびミリング時間を節約し、ラメラ作製のスループットをより高くすることができることである。
【００４９】
図１５は、図１４と同じバルク・ミリング・モードＡのイオン軌道１４２０（光軸１５０４の上側）および先行技術の微細画像化モードＤの軌道１５３０の側面図１５００である。モードＡでもモードＤでも、イオンはともに、図１３の源１３０６に対応する源１５０２から放出される。次いで、図１３の電極１３０８、１３１２および１３１４に対応する銃レンズ１５０６が、これらのイオンを集束させる。軌道１４２０は、図１４と同じく、主レンズ１５０８によってターゲット上の位置１４１０で結像する。軌道１５３０は、やはり主レンズ１５０８によって、ターゲット上の位置１５１０で結像する。位置１５１０は、位置１４１０と同じ位置であることもあり、または位置１４１０の近傍の別の位置であることもある。この先行技術の構成では、モードＡとモードＤの間で、銃レンズ電極上の電圧、主レンズ電極上の電圧およびビーム画定絞り（ＢＤＡ）の全てが変更されることがある。このことは、モードＡのＢＤＡ１４２４（軸１５０４の上側）の半径と、モードＤのＢＤＡ１５３４（軸１５０４の下側）の半径とを比較すると分かる。ＢＤＡ１４２４の半径およびＢＤＡ１５３４の半径はともに、ターゲットに到達し、それぞれ位置１４１０および位置１５１０において集束イオン・ビームを形成する源１５０２からの放出の最大半角を決定することに留意されたい。銃レンズ位置における軌道１４２０の最大半径１４２２と軌道１５３０の最大半径１５３２の比は、主レンズ位置における最大半径１４２６と最大半径１５３６の比とは異なる。このことは、２つのモードＡとモードＤが、表ＩＩＩに示されている銃レンズ電極の異なる電圧設定および主レンズ電極の異なる電圧設定に起因する異なる源−ターゲット倍率に対応していることを示している。電圧およびＢＤＡがこのように変更される理由は、先行技術では、バルク・ミリング・モードＡと微細画像化モードＤの両方に対して光学設定を最適化しようとするためである。表ＩＩＩは、モードＡからＤのさまざまな動作パラメータについて、先行技術（図１５）と本発明の一実施形態（図１４）の比較を示している。
【００５０】
図１６は、本発明の一実施形態の微細ミリング・モードＤのイオン軌道１５３０（光軸１６０４上側）および微細画像化モードＥの軌道１６３０の側面図１６００である。モードＤでもモードＥでも、イオンはともに源１６０２から放出される。源１６０２は、図１４の源１４０２に対応することがある。次いで、銃レンズ１６０６がこれらのイオンを集束させる。銃レンズ１６０６は、図６の銃レンズ１４０６に対応することがある。軌道１５３０および１６３０は次いで、主レンズ１６０８によって、それぞれターゲット上の位置１５１０および１６１０で結像する。主レンズ１６０８は、図１４の主レンズ１４０８に対応することがある。この構成では、モードＤとモードＥの間で、銃レンズ電極上の電圧および主レンズ電極上の電圧は変更されず、より大電流の微細ミリング・モードＤとより小電流の微細画像化モードＥの間で異なるのは、ビーム画定絞り（ＢＤＡ）だけである。このことは、モードＤのＢＤＡ１５３４（軸１６０４の上側）の半径と、モードＥのＢＤＡ１６３４（軸１６０４の下側）の半径とを比較すると分かる。ＢＤＡ１５３４の半径およびＢＤＡ１６３４の半径はともに、ターゲットに到達し、位置１５１０および１６１０において集束イオン・ビームを形成する源１６０２からの放出の最大半角を決定することに留意されたい。銃レンズ位置における軌道１５３０の最大半径１５３２と軌道１６３０の最大半径１６３２の比は、主レンズ位置における最大半径１５３６と最大半径１６３６の比と同じである。このことは、軸１６０４に沿った全ての点における軌道１５３０および軌道１６３０内の個々の粒子線の全てのオフアクシス半径が互いに同じ比で比例しており、Ｘ軸およびＹ軸に沿ったそれらの全体的な尺度だけが異なっていることを示している。軌道１５３０と軌道１６３０の間にこの比例関係が存在する理由は、本発明のこの実施形態では、微細ミリング・モードＤと微細画像化モードＥの間のカラム構成の違いがＢＤＡの選択だけであるためである。レンズ電圧の設定はどれも変更されず、したがって、モードＤに対するカラムの全体的な集束特性とモードＥに対するカラムの全体的な集束特性は同じである。モードＤおよびＥの軌道とモードＡおよびＢの軌道とは質的に異なるが、この違いは、表ＩＩＩに示されているように、銃レンズの集束電圧の設定および主レンズの集束電圧の設定が、これらの２対の動作モードで異なることに起因することに留意されたい。モードＡおよびＢでは、より大きな電流を有するより大きなビームが望ましいため、源−ターゲット縮小がより小さい。しかしながら、モードＤおよびＥについては、より小さな電流を有するより小さなビームが必要である。倍率およびＢＤＡの直径の比較が表ＩＩＩに示されている。
【００５１】
図１７は、図１６と同じ微細ミリング・モードＤのイオン軌道１５３０（光軸１７０４の上側）および先行技術の最良画像化モードＦの軌道１７３０の側面図１７００である。モードＤでもモードＦでも、イオンはともに、図１３の源１３０６に対応する源１７０２から放出される。次いで、図１３の電極１３０８、１３１２および１３１４に対応する銃レンズ１７０６が、これらのイオンを集束させる。軌道１５３０は、図１５および１６と全く同じに、主レンズ１７０８によってターゲット上の位置１５１０で結像する。軌道１７３０は、やはり主レンズ１７０８によって、ターゲット上の位置１７１０で結像する。位置１７１０は、位置１５１０と同じ位置であることもあり、または位置１５１０の近傍の別の位置であることもある。この先行技術の構成では、モードＤとモードＦの間で、銃レンズ電極上の電圧、主レンズ電極上の電圧およびビーム画定絞り（ＢＤＡ）の全てが変更されることがある。このことは、モードＤのＢＤＡ１５３４（軸１７０４の上側）の半径と、モードＦのＢＤＡ１７３４（軸１７０４の下側）の半径とを比較すると分かる。ＢＤＡ１５３４の半径およびＢＤＡ１７３４の半径はともに、ターゲットに到達し、それぞれ位置１５１０および位置１７１０において集束イオン・ビームを形成する源１７０２からの放出の最大半角を決定することに留意されたい。銃レンズ位置における軌道１５３０の最大半径１５３２と軌道１７３０の最大半径１７３２の比は、主レンズ位置における最大半径１５３６と最大半径１７３６の比とは異なる。このことは、２つのモードＤとモードＦが、表ＩＩＩに示されている銃レンズ電極の異なる電圧設定および主レンズ電極の異なる電圧設定に起因する異なる源−ターゲット倍率に対応していることを示している。電圧およびＢＤＡがこのように変更される理由は、先行技術では、微細ミリング・モードＤおよび微細画像化モードＦの両方に対して光学設定を最適化しようとするためである。表ＩＩＩは、モードＤ、ＥおよびＦのさまざまな動作パラメータについて、先行技術（図１７）と本発明の一実施形態（図１６）の比較を示している。
【００５２】
本発明の実施形態および先行技術の６つの動作モードの動作パラメータおよびビーム特性の比較
この項において、図１８〜２５は、表Ｉに概要を示した６つのモードＡ〜Ｆのさまざまなシステム動作パラメータを示す。動作パラメータの詳細は表ＩＩＩに示されている。表ＩＩには、先行技術と本発明の一実施形態の両方において使用されるモードの組合せの概要が示されている。図１４に示すように、本発明のいくつかの実施形態では、バルク・ミリング工程および粗画像化工程に対して、モードＡとモードＢが交互に使用される。あるいは、本発明のいくつかの実施形態では、バルク・ミリングおよび改良された画像化のために、モードＡとモードＣが使用される。先行技術では、バルク・ミリング工程に対して、モードＡとモードＤが交互に使用される（図１５）が、モード間でより多くのパラメータ（電極電圧）を変更する必要があるため、ミリング・モード（モードＡ）と画像化モード（モードＤ）の間の切替え時間はより長くなる。図１６に示すように、本発明の一実施形態では、微細ミリングおよび微細画像化においてモードＤとモードＥが交互に使用される。先行技術では、微細ミリング工程および最良画像化工程に対して、モードＤとモードＦが交互に使用される（図１７）が、この場合もやはり、切替え時間がより長くなる。図１８〜２５の全ての図において、グラフ上の点にはモードＡ〜Ｆの符号が付けられている。
【００５３】
【表３】
2012178347.tif 000005
【００５４】
表ＩＩＩ．モードＡ〜ＦのＦＩＢカラム動作パラメータ。先端に対する電圧とグランド電位に対する電圧の両方が示されている。
【００５５】
図１８は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、放出器先端におけるビーム半角１８０４を、ビーム電流１８０２に対して示したグラフ１８００である。モードＡは、バルク・ミリング速度を最大にするため、最も大きなビーム電流を有する（１３．７ｎＡ。表ＩＩＩ参照）。源の角強度が２２．５μＡ／ｓｒであると仮定すると、モードＡでは、先端におけるビーム半角が０．８°である必要がある。
【００５６】
【数１】
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【００５７】
モードＢとモードＤは、先端におけるビーム半角が同じ（０．２５°）であり（ただしＢＤＡの直径は同じではない。図１９参照）、したがって同じビーム電流を有し、上に示したとおりに計算した同じビーム電流は１．３４ｎＡである。モードＣ、モードＥおよびモードＦも同じビーム半角（０．０７５°）を有し（ただしＢＤＡの直径は同じではない。図１９参照）、したがって同じビーム電流１２１ｐＡを有する。モードＡ、モードＢ、Ｄ、およびモードＣ、Ｅ、Ｆのビーム電流は、ＢＤＡの直径を適切に選択する（直径比をおよそ１／√１０にする）ことによって、差が大体１／１０になるように設定されていることに留意されたい。表ＩＩＩ参照。
【００５８】
図１９は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、ビーム画定絞り（ＢＤＡ）の直径１９０４を、ビーム電流１９０２に対して示したグラフ１９００である。モードＢとモードＤは、源先端における同じ放出半角に対応する（それによって同じビーム電流を与える）が、モードＢとモードＤは異なるＢＤＡ直径を必要とすることに留意されたい。これは、モードＢとモードＤが異なるレンズ設定を有し（表ＩＩＩ参照）、したがって、先端における半角とＢＤＡが位置する銃の出口におけるビーム直径との間の相関が異なるためである。なぜそうなるのかを見るために、図１４の軌道１４３０（モードＢ）と図１５の軌道１５３０（モードＤ）とを比較する。銃レンズ１４０６と主レンズ１４０８の間の軌道１４３０と銃レンズ１５０６と主レンズ１５０８の間の軌道１５３０とでは、軌道１４３０の方が明らかにより平行である。これは、モードＢの方がモードＤよりも小さい源−ターゲット縮小を有することに対応する。一般に、大きな縮小は、より小さなビーム直径およびより小さなビーム電流を可能にする。グラフ１９００から、本発明の一実施形態では、バルク・ミリングおよび画像化（モードＡおよびＢ。表ＩＩ参照）を実現するに２つのＢＤＡが必要であり、微細ミリングおよび画像化（モードＤおよびＥ。表ＩＩ参照）のためにもう一組のＢＤＡが必要であることが分かる。先行技術では、必要なＢＤＡが、バルク・ミリングおよび画像化（モードＡおよびＤ。表ＩＩ参照）を実現するための２つのＢＤＡと、微細ミリングおよび画像化（モードＤおよびＦ。表ＩＩ参照）のための追加の１つのＢＤＡの３つだけである。これは、これらの２つのミリング工程間でモードＤが共通であるためである。
【００５９】
図２０は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、銃レンズの集束電圧２００４を、ビーム電流２００２に対して示したグラフ２０００である。本発明について言えば、モードＡ、ＢおよびＣは全て、曲線２００６に沿って、同じ銃集束電圧値２００８、２０１０および２０１２を有する。これは、本発明のいくつかの実施形態は、バルク・ミリング工程（モードＡ←→モードＢまたはモードＡ←→モードＣを使用）の間、全てのＦＩＢカラム電圧設定を変えないためである。同様に、本発明に関して、モードＤとモードＥは、微細ミリング工程ステップ（モードＤ←→モードＥを使用）の間、曲線２０１４に沿って、同じ銃集束電圧値２０１６および２０１８を有する。曲線２０２０は先行技術に対応し、バルク・ミリング工程に対してはモードＡおよびモードＤが使用され、微細ミリング工程に対してはモードＤおよびモードＦが使用される。
【００６０】
図２１は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、主レンズの集束電圧２１０４を、ビーム電流２１０２に対して示したグラフ２１００である。本発明について言えば、モードＡ、ＢおよびＣは全て、曲線２１０６に沿って、同じ主レンズ集束電圧値２１０８、２１１０および２１１２を有する。これは、本発明のこの実施形態が、バルク・ミリング工程ステップ（モードＡ←→モードＢまたはモードＡ←→モードＣを使用）の間、全てのＦＩＢカラム電圧設定を変えないためである。同様に、本発明に関して、モードＤとモードＥは、微細ミリング工程ステップ（モードＤ←→モードＥを使用）の間、曲線２１１４に沿って、同じ主レンズ集束電圧値２１１６および２１１８を有する。曲線２１２０は先行技術に対応し、バルク・ミリング工程に対してはモードＡおよびモードＤが使用され、微細ミリング工程に対してはモードＤおよびモードＦが使用される。
【００６１】
図２２は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、半値全幅（ＦＷＨＭ）ビーム直径２２０４を、ビーム電流２２０２に対して示したグラフ２２００である。本発明のこの実施形態の曲線２２０６は、モードＡのＦＷＨＭビーム直径２２０８、モードＢのＦＷＨＭビーム直径２２１０およびモードＣのＦＷＨＭビーム直径２２１２を結んでいる。モードＡからモードＢへビーム電流２２０２が小さくなると、ＦＷＨＭビーム直径も７５ｎｍから６５ｎｍまで小さくなり、モードＣではさらに６０ｎｍまで小さくなることに留意されたい。先行技術に関しては、曲線２２２０が、モードＡのＦＷＨＭビーム直径２２０８、モードＤのＦＷＨＭビーム直径２２１６およびモードＦのＦＷＨＭビーム直径２２２２を結んでいる。このグラフから、本発明のこの実施形態が先行技術よりも不利な点が分かる。すなわち、モードＢのＦＷＨＭビーム直径２２１０は、モードＤのＦＷＨＭビーム直径２２１６の２倍よりも大きい。この欠点は、本発明のこの実施形態が先行技術よりも有利な点、すなわち、ＢＤＡ直径の機械的な変更だけを使用することによって、ＢＤＡの機械的変更だけではなく、（固有の設定時間を有する）ＦＩＢカラム電圧の切替えが必要な先行技術と比較して、ＦＩＢバルク・ミリング（モードＡ）と粗画像化（モードＢ）の間の切替えがより高速である点とバランスがとれていなければならない。先行技術の代わりに本発明の一実施形態を使用できるかどうかは、モードＤに比べて画像化分解能に劣るモードＢが、モードＡのＦＩＢミリング・ビームの配置精度に大きな影響を与えないかどうかにかかっている。同様に、モードＤおよびモードＥを含む本発明のこの実施形態の微細ミリング工程を、先行技術のモードＤおよびＦと比較すると、モードＥのＦＷＨＭビーム直径は、モードＦのＦＷＨＭビーム直径に比べて２倍以上大きい。モードＤで正確な微細なミリングを達成するのに、２９ｎｍのＦＷＨＭビーム直径が許容される場合、モードＦのより小さなＦＷＨＭビーム直径は不要である。時間に関してモードＥがモードＦよりも有利なことは、モードＢとモードＤの間の関係と同様である。モードＣは、上の図１４で論じたように、ＦＩＢミリング用のモードＡおよび中程度の画像化用のモードＣを使用してバルク・ミリング工程を実現する場合に備えて示されている。
【００６２】
図２３は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、ビーム直径（ｄ５０）２３０４を、ビーム電流２３０２に対して示したグラフ２３００である。モードＡ  ２３０８、モードＢ  ２３１０およびモードＣ  ２３１２を結ぶ曲線２３０６の比較は、ｄ５０ビーム直径に関しては、モードＡからモードＢおよびモードＣへ向かうにつれての分解能の向上が、ビーム直径を特徴づけるのにＦＷＨＭを使用した図２２の場合よりもかなり大きいことを示している。この違いの理由は、ｄ５０直径が、モードＡのビーム直径などのより大きなビーム直径に対して生じるより大きなビームの「尾」を考慮に入れているためである。したがって、モードＢおよびモードＣの場合のようなより小さなビーム電流に関しては、これらの尾が、ＦＷＨＭ直径に反映される中心のビームの直径よりも急速に低下する。モードＢのｄ５０値（６５ｎｍ）とモードＤのｄ５０値（４４ｎｍ）とを比較すると、図２２のＦＷＨＭ値では５０％超であるのに対して、違いは約３０％だけである。曲線２３１４は、本発明のこの実施形態のモードＤ  ２３１６とモードＥ  ２３１８を結んでいる。モードＦ  ２３２２はモードＥ  ２３１８と同じｄ５０値を有し、したがって、本発明のこの実施形態における微細ミリング工程（Ｄ←→Ｅ）および先行技術における微細ミリング工程（Ｄ←→Ｆ）に関して、ｄ５０ビーム直径の差はない（ただし、図２２によれば、モードＥとモードＦのＦＷＨＭ直径の差はかなりある）。画像化中のビームの尾の影響は主に、得られる画像コントラストを低下させることであり、一方、ＦＷＨＭビーム直径は中心のビームの寸法である。より低いコントラストが許容される場合には、コントラストは高いが低速である先行技術の微細ミリング工程よりも、モードＥ（ミリング←→画像化切替え時間がより短い）の方が好ましいことがある。反対に、基準マーク（例えば図８の８０６および８０８等）を正確に画像化するために最も高い画像コントラストが必要な場合には、スループットについては不利であるにもかかわらず、先行技術の微細ミリング工程が必要になることがある。
【００６３】
図２４は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、源−ターゲット倍率２４０４を、ビーム電流２４０２に対して示したグラフ２４００である。モードＡ、ＢおよびＣは全て、曲線２４０６に沿って、同じ倍率値２４０８、２４１０および２４１２を有する。これは、本発明のこの実施形態が、バルク・ミリング工程ステップ（モードＡ←→モードＢまたはモードＡ←→モードＣを使用）の間、全てのＦＩＢカラム電圧設定を変えず、レンズ電圧が倍率を決定するためである。同様に、モードＤとモードＥは、微細ミリング工程ステップ（モードＤ←→モードＥを使用）の間、曲線２４１４に沿って、同じ倍率値２４１６および２４１８を有する。曲線２４２０は先行技術に対応し、バルク・ミリング工程に対してはモードＡおよびモードＤが使用され、微細ミリング工程に対してはモードＤおよびモードＦが使用される。
【００６４】
図２５は、６つの動作モードＡ〜Ｆについて、ビーム画定絞り（ＢＤＡ）の不整列感度２５０４を、ビーム電流２５０２に対して示したグラフ２５００である。ＢＤＡ不整列感度は、ＢＤＡ不整列１μｍ当たりのターゲット位置におけるＦＩＢカラムの光軸に対するビームの移動量ないし変位量（ｎｍ）に対応する。モードＡ、ＢおよびＣは全て、曲線２５０６に沿って、同じ不整列感度値２５０８、２５１０および２５１２を有する。これは、本発明のこの実施形態が、バルク・ミリング工程ステップ（モードＡ←→モードＢまたはモードＡ←→モードＣを使用）の間、全てのＦＩＢカラム電圧設定を変えず、レンズ電圧がＢＤＡ不整列感度を決定するためである。同様に、モードＤとモードＥは、微細ミリング工程ステップ（モードＤ←→モードＥを使用）の間、曲線２５１４に沿って、同じＢＤＡ不整列感度値２５１６および２５１８を有する。曲線２５２０は先行技術に対応し、バルク・ミリング工程に対してはモードＡおよびモードＤが使用され、微細ミリング工程に対してはモードＤおよびモードＦが使用される。グラフ２５００は、本発明のこの実施形態が先行技術よりも不利な別の点を示している。すなわち、ＢＤＡ不整列感度がより大きいため、ＢＤＡの機械的移動の精度が約３０％高くなければならない。ＢＤＡ不整列感度がより大きいのは、図２４のグラフ２４００に示されているように源−ターゲット倍率がより大きい（縮小がより小さい）ことによる。これは、グラフ２４００の曲線の形状とグラフ２５００の曲線の形状が非常によく似ていることによって示されているように、ＢＤＡ不整列感度が、倍率に密接に関連しているためである。
【００６５】
本発明の一実施形態の２ステップ・ミリング工程の工程流れ図
図２６は、本発明の一実施形態に対して使用可能な２ステップ画像化およびミリング工程の流れ図である。最初のステップは、バルク・ミリング工程を構成する粗画像化モードとバルク・ミリング・モードの一連の交互使用を含む。このステップに続いて、微細ミリング工程を構成する微細画像化モードと微細ミリング・モードの一連の交互使用を含む第２のステップを実行する。本発明のこの実施形態のこれらの２つの工程の完了後、後続の研磨ステップを使用して、加工ムラ（ｃｕｒｔａｉｎｉｎｇ）および完了した画像化モードおよびミリング・モード中に傷ついた層を最終的に除去することができる。
【００６６】
最初に、ブロック２６０２で、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラムの軸上に、関心領域（ＲｏＩ）を、ステージによって機械的に配置する。ブロック２６０２は、図２７で概説した工程２７００の使用を表すことがある。いくつかの場合には、ＲｏＩが例えば、図１〜図３Ｂに示したマイクロプロセッサ・チップ１００上のＳＲＡＭキャッシュ・メモリ１０６内の（単一のビットを記憶する）欠陥メモリ・セル１１０を表すことがある。次に、ブロック２６０４で、保護層７０８を付着させる。ブロック２６０４は、図７に示したＦＩＢ支援付着工程に対応する。続くブロック２６０６は、図８に示した基準マーク８０６および８０８のＦＩＢミリングに対応する。これらのマークは、ステージの移動、カラム制御電子回路内の電圧の変更、ターゲットの熱膨張などのさまざまなドリフトの原因を補償する、ＲｏＩに対する集束イオン・ビームの正確な再位置決めを可能にするために、後続のブロックで使用される。次いで、バルク・ミリング・モードで使用するようにＦＩＢカラムを構成するブロック２６０８から、バルク・ミリング工程が始まる。ブロック２６０８は、モードＡ〜Ｃに対応するＦＩＢカラム内の全ての電極（図１３に示したレンズ、ブランカおよび偏向器）上の必要な電圧を設定することからなる。次いで、ブロック２６１０で、小径のビーム画定絞り（ＢＤＡ）を選択することによって、これらの３つの可能なモードの中から選択する特定のモードを決定する。ブロック２６１０では、バルク・ミリング・モードＡが提供するビーム直径よりも小さなビーム直径をターゲット位置に与えるモードＢまたはＣを使用するように、カラムを設定する。
【００６７】
ブロック２６０８および２６１０で、カラムは、ターゲット９０２において粗画像化ビーム９１２を形成するように構成されているので、次に、ブロック２６１２で、図９に示した画像化工程９１０を開始する。画像化工程９１０は、図８で保護層７０８にミリングした基準マーク８０６および８０８の正確な位置決め（および経路２６２０の後の再位置決め）を可能にする。ブロック２６１２で、基準マーク８０６および８０８を画像化しておけば、画像処理を使用して、基準マーク８０６および８０８の中心の位置（例えば図９に示された「Ｘ」パターンの中心と定義される）を正確に決定することができる。これらの位置は、図１０に示したパターン１０１６および１０１８をミリングする（ブロック２６１６（後述））ためにバルク・ミリング・ビーム１０１２を適切に配置することを可能にする情報を、ＦＩＢカラム・コントローラに提供する。ブロック２６１２で基準マークの位置を決定した後、ブロック２６１４で大径のＢＤＡを選択し、続くブロック２６１６で、大電流ビームを使用して、制御された量のバルク・ミリングを実行する。次に、判断ブロック２６１８へ進み、バルク・ミリングが完了したかどうかを判断する。この判断は、予め決められたバルク・ミリング速度と累積ミリング時間とに基づく。バルク・ミリングがまだ完了していない場合には、経路２６２０を辿ってブロック２６１０へ戻り、バルク・ミリングが完了したと判断ブロック２６１８が判定するまで、ブロック２６１０〜２６１６の画像化／ミリング・シーケンスを繰り返す。次いで、経路２６２２を辿ってブロック２６２４へ進む。このバルク・ミリング工程は、全体として、図１０〜１１に示したボックス・ミリング手順に対応することがある。
【００６８】
次いで、微細ミリングを実施するようにＦＩＢカラムを構成するブロック２６２４から、微細ミリング工程が始まる。このステップは、動作モードＤおよびＥに対応するＦＩＢカラム内の全ての電極（図１３に示したレンズ、ブランカおよび偏向器）上の必要な電圧を設定することからなる。次いで、ブロック２６１０で、小径のビーム画定絞り（ＢＤＡ）を選択することによって、これらの２つの可能な動作モードの中から選択する特定の動作モードを決定する。これにより、微細ミリング・モードＤが提供するビーム直径よりも小さなビーム直径をターゲット位置に与える微細画像化モードＥを使用するように、カラムが設定される。
【００６９】
ブロック２６２４および２６２６で、カラムは、ターゲット９０２において微細画像化ビーム９１２を形成するように構成されているので、次に、ブロック２６１２で、図９に示したような画像化工程９１０を開始する。画像化工程９１０は、図８で保護層７０８にミリングした基準マーク８０６および８０８の正確な位置決め（および経路２６３６の後の再位置決め）を可能にする。ブロック２６２８で、基準マーク８０６および８０８を画像化しておけば、画像処理を使用して、基準マーク８０６および８０８の中心の位置（例えば図９に示された「Ｘ」パターンの中心と定義される）を正確に決定することができる。これらの位置は、図１２に示したクリーニング・ミリング（ブロック２６３２（後述））のために微細ミリング・ビーム１２０８を適切に配置することを可能にする情報を、ＦＩＢカラム・コントローラに提供する。ブロック２６２８で基準マークの位置を決定した後、ブロック２６３０で中間の直径のＢＤＡを選択し、続くブロック２６３２で、中間の電流のビームを使用して、制御された期間の微細ミリングを実行する。次に、判断ブロック２６３４へ進み、微細ミリングが完了したかどうかを判断する。この判断は、予め決められた微細ミリング速度に基づく。微細ミリングがまだ完了していない場合には、経路２６３６を辿ってブロック２６２６へ戻り、微細ミリングが完了したと判断ブロック２６３４が判定するまで、ブロック２６２６〜２６３２の画像化／ミリング・シーケンスを繰り返す。この微細ミリング工程は、全体的として、図１２に示したクリーニング・ミリング手順に対応することがある。次いで、経路２６３８を辿ってブロック２６４０へ進む。ブロック２６４０は、ラメラ作製を完了するのに必要な残りの全てのＦＩＢ研磨ステップを含み、それらのＦＩＢ研磨ステップは、潜在的により低電圧のＦＩＢおよび／または加工ムラの除去を助けるさまざまな角度のＦＩＢを含む。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、イオン・カラムおよび複数のビーム画定絞りを備える集束イオン・ビーム・システムを使用して、１つまたは複数の基準マークを関心領域の近くに含むターゲット内の構造をミリングする方法は、第１の電流を有するイオン・ビームを生成するための第１のビーム画定絞りを選択するステップと、第１の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ集束させるように、イオン・カラム内の電極電圧を設定するステップと、第１の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、第１の電流を有するイオン・ビームを基準マークに亘って走査して、イオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を決定するステップと、第１の電流よりも大きい第２の電流を有するイオン・ビームを生成するための第２のビーム画定絞りを選択するステップと、イオン・カラム内の電極電圧を再設定せずに、第２の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、第２の電流を有するイオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、関心領域においてミリング工程を実行するステップであり、そのビーム偏向が、第１の電流を有するイオン・ビームによって決定したイオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を考慮して行われるステップとを含む。
【００７１】
いくつかの実施形態では、構造をミリングする前記方法がさらに、第２の電流を有するイオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて関心領域においてミリング工程を実行した後に、第１の電流を有するイオン・ビームを生成するための第１のビーム画定絞りを再び選択して、ターゲットを画像化するステップを含む。
【００７２】
いくつかの実施形態では、構造をミリングする前記方法がさらに、第１のビーム電流よりも小さい第３の電流を有するイオン・ビームを生成するための第３のビーム画定絞りを選択するステップと、第３の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ集束させるように、イオン・カラム内の電極電圧を設定するステップと、第３の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、第３の電流を有するイオン・ビームを基準マークに亘って走査して、イオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を決定するステップであり、第３の電流を有するイオン・ビームの前記位置決定が、第１の電流を有するイオン・ビームの前記位置決定よりも正確なステップと、第３の電流よりも大きく、第１の電流よりも小さい第４の電流を有するイオン・ビームを生成するための第４のビーム画定絞りを選択するステップと、イオン・カラム内の電極電圧を再設定せずに、第４の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、第４の電流を有するイオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、関心領域において微細ミリング工程を実行するステップであり、前記ビーム偏向が、第３の電流を有するイオン・ビームによって決定したイオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を考慮して行われるステップとを含む。
【００７３】
いくつかの実施形態では、構造をミリングする前記方法がさらに、第４の電流を有するイオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて関心領域において微細ミリング工程を実行した後に、第３の電流を有するイオン・ビームを生成するための第３のビーム画定絞りを再び選択して、ターゲットを画像化するステップを含む。
【００７４】
いくつかの実施形態では、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第１の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第２の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含む。
【００７５】
いくつかの実施形態では、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第１の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第２の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第３の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第４の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含む。
【００７６】
いくつかの実施形態では、構造をミリングする前記方法がさらに、前記複数のビーム画定絞りの上方に第１の偏向器を配置するステップと、前記複数のビーム画定絞りの下方に第２の偏向器を配置するステップとを含む。
【００７７】
いくつかの実施形態では、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第１の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含み、第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第２の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含む。
【００７８】
いくつかの実施形態では、構造をミリングする前記方法がさらに、前記複数のビーム画定絞りの上方に第１の偏向器を配置するステップと、前記複数のビーム画定絞りの下方に第２の偏向器を配置するステップとを含む。
【００７９】
いくつかの実施形態では、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第１の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含み、第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第２の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含み、第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第３の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含み、第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第４の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含む。
【００８０】
いくつかの実施形態では、構造をミリングする前記方法が、前記ミリング工程の後に実行されるイオン・ビーム研磨工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、構造をミリングする前記方法が、前記微細ミリング工程の後に実行されるイオン・ビーム研磨工程をさらに含む。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、イオン・カラムおよび複数のビーム画定絞りを備える集束イオン・ビーム・システムを使用して、１つまたは複数の基準マークを関心領域の近くに含むターゲット内の構造をバルク・ミリングし、微細ミリングする方法は、第１の電流を有するイオン・ビームを生成するための第１のビーム画定絞りを選択するステップと、第１の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ集束させるように、イオン・カラム内の電極電圧を設定するステップと、第１の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、イオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を決定するために、第１の電流を有するイオン・ビームを基準マークに亘って走査するステップと、第１の電流よりも大きい第２の電流を有するイオン・ビームを生成するための第２のビーム画定絞りを選択するステップと、イオン・カラム内の電極電圧を再設定せずに、第２の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、第２の電流を有するイオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、関心領域においてバルク・ミリング工程を実行するステップであり、前記ビーム偏向が、第１の電流を有するイオン・ビームによって決定したイオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を考慮して行われるステップと、前記バルク・ミリング工程が完了したかどうかを判断し、前記バルク・ミリング工程が完了していない場合に、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップに戻るステップと、第１のビーム電流よりも小さい第３の電流を有するイオン・ビームを生成するための第３のビーム画定絞りを選択するステップと、第３の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ集束させるように、イオン・カラム内の電極電圧を設定するステップと、第３の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、イオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を決定するために、第３の電流を有するイオン・ビームを基準マークに亘って走査するステップであり、第３の電流を有するイオン・ビームの前記位置決定が、第１の電流を有するイオン・ビームの前記位置決定よりも正確なステップと、第３の電流よりも大きく、第１の電流よりも小さい第４の電流を有するイオン・ビームを生成するための第４のビーム画定絞りを選択するステップと、イオン・カラム内の電極電圧を再設定せずに、第４の電流を有するイオン・ビームをターゲット上へ導くステップと、第４の電流を有するイオン・ビームを所定のパターンに従って偏向させて、関心領域において微細ミリング工程を実行するステップであり、前記ビーム偏向が、第３の電流を有するイオン・ビームによって決定したイオン・カラムの軸に対する基準マークの位置を考慮して行われるステップと、前記微細ミリング工程が完了したかどうかを判断し、前記微細ミリング工程が完了していない場合に、第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップに戻るステップとを含む。
【００８２】
いくつかの実施形態では、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第１の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第２の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第３の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含み、第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、前記複数の絞りのうちの第４の絞りをイオン・カラムの軸上に機械的に移動させるステップを含む。
【００８３】
いくつかの実施形態では、前記方法がさらに、前記複数のビーム画定絞りの上方に第１の偏向器を配置するステップと、前記複数のビーム画定絞りの下方に第２の偏向器を配置するステップとを含む。
【００８４】
いくつかの実施形態では、第１のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第１の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含み、第２のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第２の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含み、第３のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第３の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含み、第４のビーム画定絞りを選択する前記ステップが、イオン・ビームを、前記複数のビーム画定絞りのうちの第４の絞り上へ偏向させるように、第１の偏向器を作動させるステップと、イオン・ビームを、イオン・カラムの軸上へ、かつ、イオン・カラムの軸に対して平行に偏向させるように、第２の偏向器を作動させるステップとを含む。
【００８５】
いくつかの実施形態では、前記方法が、前記微細ミリング工程の後に実行されるイオン・ビーム研磨工程をさらに含む。
【００８６】
いくつかの実施形態では、前記方法が、保護層の付着ステップをさらに含み、この付着ステップが前記ミリング工程の前に実行される。いくつかの実施形態では、前記方法が、保護層の付着ステップをさらに含み、この付着ステップが前記バルク・ミリング工程の前に実行される。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、粒子源と、複数のビーム画定絞りと、少なくとも１つの集束レンズとを有する荷電粒子ビーム・システムを動作させる方法は、荷電粒子源から荷電粒子を引き出すステップと、荷電粒子をビームに形成するステップと、第１の直径を有する第１のビーム画定絞りを通過するように荷電粒子ビームを導くステップであり、第１のビーム画定絞りを出た荷電粒子ビームが第１の電流を有するステップと、ターゲット表面のスポットに荷電粒子を収束させるように、集束レンズを調整するステップと、第１の直径とは異なる第２の直径を有する第２のビーム画定絞りを通過するように荷電粒子ビームを導くステップであり、第２のビーム画定絞りを出た荷電粒子ビームが第２の電流を有するステップと、集束レンズの集束強度を変更せずに、荷電粒子を、集束レンズを通過するように導くステップとを含む。
【００８８】
いくつかの実施形態では、集束レンズの集束強度を変更せずに、荷電粒子を、集束レンズを通過するように導くステップが、ビームを再整列させることなく、荷電粒子を、集束レンズを通過するように導くステップを含む。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態およびそれらの実施形態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。上記の電極に対する電圧源は、単一の電源に由来するものとし、分圧器を使用することができるが、それぞれの電極に対して別個の電源を使用することもでき、または分圧器と電源の何らかの組合せを使用することもできる。上記の例は、２次粒子の軌道を変化させるのに電界を提供するが、磁界を使用することもできる。ただし、その場合には、１次ビームに対する磁場の影響を考慮しなければならない。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載された工程、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工程、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、このような工程、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００９０】
２９０２  軸
２９０４  荷電粒子ビーム
２９０６  絞り
２９１０  レンズ
２９１２  集束ビーム
２９１６  ターゲット（基板）
２９２６  絞り
２９３２  集束ビーム
２９４６  絞り
【図１】
2012178347.tif 000007
【図２】
2012178347.tif 000008
【図３Ａ】
2012178347.tif 000009
【図３Ｂ】
2012178347.tif 000010
【図４】
2012178347.tif 000011
【図５】
2012178347.tif 000012
【図６】
2012178347.tif 000013
【図７】
2012178347.tif 000014
【図８】
2012178347.tif 000015
【図９】
2012178347.tif 000016
【図１０】
2012178347.tif 000017
【図１１】
2012178347.tif 000018
【図１２】
2012178347.tif 000019
【図１３】
2012178347.tif 000020
【図１４】
2012178347.tif 000021
【図１５】
2012178347.tif 000022
【図１６】
2012178347.tif 000023
【図１７】
2012178347.tif 000024
【図１８】
2012178347.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【外国語明細書】
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2012178347000002.pdf
2012178347000003.pdf
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