(57)【要約】【課題】Ｓ／ＴＥＭ試料製作および分析用の改良されたプロセス・ワークフローおよび装置を提供すること。【解決手段】好ましい実施形態は、自動化されたレシピＴＥＭ試料作製に関して、特に小さな構造のＴＥＭ薄片に関して、ＣＡＤデータを使用して、試料製作のさまざまなステージの位置合せを自動的に行う改良された方法を提供する。このプロセスは、取得した画像を部分的にマスクし、次いでそれらの画像を、ＣＡＤデータからの合成画像と比較することによって、ＦＩＢを用いて作製した基準マークの位置を自動的に確認し、位置合せする。ＳＥＭビームの位置は、ＣＡＤデータから合成された画像との比較によって確認される。ＦＩＢビームの位置は、既に位置合せ済みのＳＥＭ画像と比較することによって、またはＦＩＢ画像をシミュレートする技法を使用してＣＡＤからＦＩＢ画像を合成することによっても確認される。本明細書の自動位置合せ技法は、オペレータの介入なしで、指定された位置に試料薄片を作製することを可能にする。【選択図】図３
2017069186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアル・ビーム荷電粒子システム内で半導体試料を自動的に製作する方法であって、
試料室内の半導体ダイ試料の調査対象の関心の領域に対して前記デュアル・ビーム荷電粒子システムを位置決めすることと、
集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）付着を用いて、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、前記関心の領域に対する所望の位置に形成することと、
前記関心の領域の第１の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を取得することと、
前記関心の領域を記述したコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを取り出すことと、
前記関心の領域を記述したＣＡＤデータから第２のＳＥＭ画像を合成することと、
前記第１のＳＥＭ画像中の前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカをマスクすること、および、前記精密基準マークのマーカの実際の位置に対する最終的な補正オフセットを決定するために、マスクされた前記第１のＳＥＭ画像と前記第２のＳＥＭ画像とを比較することと、
前記最終的な補正オフセットを、前記精密基準マークのマーカの位置に適用することと、
前記精密基準マークのマーカの補正された位置に基づいて、前記試料に対する前記ＦＩＢの位置を調整すること、および、調査用の試料薄片を作製するために、前記ＦＩＢを用いてミリングすることと
を含む方法。
【請求項２】
前記デュアル・ビーム荷電粒子システムを位置決めすることが、ＣＡＤデータと取得した画像とを比較することによって所望の視野との位置合せをすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所望の視野との位置合せをすることが、
（ａ）前記半導体ダイ試料上の位置合せマークを含む予備的なＳＥＭ画像を取得することと、
（ｂ）前記位置合せマークの位置を記述したＣＡＤデータを取得することと、
（ｃ）前記予備的なＳＥＭ画像をこのＣＡＤデータと比較すること、および、第１の位置合せ補正オフセットを決定することと、
（ｄ）前記第１の位置合せ補正オフセットに基づいて、前記デュアル・ビーム・システムのビーム経路の位置に対する試料位置を、前記関心の領域に向かってビーム経路を導くように調整することと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、
（ａ）ＦＩＢ装置からＦＩＢ画像を取得することと、
（ｂ）前記関心の領域を記述した前記ＣＡＤデータからＦＩＢ画像を合成することと、
（ｃ）ＦＩＢ補正オフセットを生成するために、取得したＦＩＢ画像を合成したＦＩＢ画像と比較することと、
（ｄ）前記ＦＩＢ補正オフセットを試料位置に適用することと
をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、
取得したＳＥＭ画像を取得したＦＩＢ画像と比較することによってＦＩＢビームの位置合せをすることと、この比較の結果に基づいて、ＦＩＢビームに対する追跡された位置を更新することとをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ＦＩＢ付着の前に、前記関心の領域の少なくとも一部分の上に保護層を付着させることをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
電子ビーム誘起付着（ＥＢＩＤ）によって前記保護層を付着させる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ＥＢＩＤを用いて前記保護層を付着させることが、
（ａ）前記デュアル・ビーム荷電粒子システムを位置決めした後に、前記視野のＳＥＭ画像を取得することと、
（ｂ）前記ダイ試料の前記関心の領域の位置を記述したＣＡＤデータを取得することと、
（ｃ）取得したＣＡＤデータからＳＥＭ画像を合成することと、
（ｄ）ＳＥＭ位置合せ補正オフセットを決定するために、取得したＳＥＭ画像を合成したＳＥＭ画像と比較することと、
（ｅ）前記ＳＥＭ位置合せ補正オフセットをＦＩＢ位置に適用することと、
（ｆ）次いで、ＥＢＩＤを用いて前記保護層を付着させることと
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカをマスクするときに前記保護層もマスクすることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
デュアル・ビーム荷電粒子システム内で半導体試料を自動的に製作する方法であって、
コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを、取得したＳＥＭ画像と比較し、その結果得られたＳＥＭ補正オフセットを適用することによって、前記デュアル・ビーム荷電粒子システムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）ビームと、試料室内の試料上の所望の関心の特徴部分との位置合せをすることと、
次いで、ビーム誘起付着を用いて、前記関心の領域の少なくとも一部の上に保護層を付着させることと、
次いで、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）を用いて、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、前記関心の領域に対する所望の位置に作製することと、
前記関心の領域の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を取得することと、
前記関心の領域を記述したＣＡＤデータを取り出すことと、
前記関心の領域を記述したＣＡＤデータから第２のＳＥＭ画像を合成することと、
前記第１のＳＥＭ画像中の前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカおよび前記保護層をマスクすること、および、前記精密基準マークのマーカの実際の位置に対する最終的な補正オフセットを決定するために、マスクされた前記第１のＳＥＭ画像と前記第２のＳＥＭ画像とを比較することと、
前記最終的な補正オフセットをＦＩＢ位置に適用すること、および、次いで、調査用の試料薄片を作製するために、この補正された位置を基準としてＦＩＢミリングすることと
を含む方法。
【請求項１１】
前記基準マークのマーカを作製する前に、ＦＩＢ装置からＦＩＢ画像を取得することと、前記関心の領域を記述した前記ＣＡＤデータからＦＩＢ画像を合成することと、ＦＩＢ補正オフセットを生成するために、取得したＦＩＢ画像を合成したＦＩＢ画像と比較することと、前記ＦＩＢ補正オフセットを、前記試料に対するＦＩＢ位置に適用することとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
デュアル・ビーム走査およびミリング・システムを備え、前記デュアル・ビーム走査およびミリング・システムが、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）とを含み、前記走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と前記集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）とがともに試料室に向いており、前記デュアル・ビーム走査およびミリング・システムがさらに、前記ＳＥＭおよびＦＩＢに動作可能に接続されたシステム・コントローラであって、少なくとも１つのプロセッサを含むシステム・コントローラと、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行可能なプログラム命令を記憶した有形の非一時的コンピュータ媒体とを含み、前記プログラム命令が、
コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを、取得したＳＥＭ画像と比較し、その結果得られたＳＥＭ補正オフセットを適用することによって、前記デュアル・ビーム荷電粒子システムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）ビームと、前記試料室内の試料上の所望の関心の特徴部分との位置合せをし、
次いで、ビーム誘起付着を用いて、前記関心の領域の少なくとも一部の上に保護層を付着させ、
次いで、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）を用いて、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、前記関心の領域に対する所望の位置に作製し、
前記関心の領域の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を取得し、
前記関心の領域を記述したＣＡＤデータを取り出し、
前記関心の領域を記述したＣＡＤデータから第２のＳＥＭ画像を合成し、
前記精密基準マークのマーカの実際の位置に対する最終的な補正オフセットを決定するため、前記第１のＳＥＭ画像中の前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカおよび前記保護層をマスクし、マスクされた前記第１のＳＥＭ画像と前記第２のＳＥＭ画像とを比較し、
前記最終的な補正オフセットをＦＩＢ位置に適用し、次いで、調査用の試料薄片を作製するために、この補正された位置を基準としてＦＩＢミリングする
ように実行可能である
自動化された試料製作システム。
【請求項１３】
前記プログラム命令がさらに、前記基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、
（ａ）ＦＩＢ装置からＦＩＢ画像を取得し、
（ｂ）前記関心の領域を記述した前記ＣＡＤデータからＦＩＢ画像を合成し、
（ｃ）ＦＩＢ補正オフセットを生成するため、取得したＦＩＢ画像を合成したＦＩＢ画像と比較し、
（ｄ）前記ＦＩＢ補正オフセットを試料位置に適用する
ように実行可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プログラム命令がさらに、前記基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、取得したＳＥＭ画像を取得したＦＩＢ画像と比較することによってＦＩＢビームの位置合せをし、この比較の結果に基づいて、ＦＩＢビームに対する追跡された位置を更新するように実行可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記試料から１つまたは複数の薄片を取り出すように動作可能な引き抜き装置と、
前記引き抜き装置から前記１つまたは複数の薄片を受け取り、走査を実施するように動作可能な透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）と、
前記デュアル・ビーム走査およびミリング・システム、前記引き抜き装置ならびに前記ＴＥＭに動作可能に接続されたプロセス・コントローラであり、自動化されたワークフローで機能を実行するようそれらに指令するように動作可能なプロセス・コントローラと
をさらに備える、請求項１２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、荷電粒子ビーム装置を用いた試料製作ワークフローに関し、詳細には、透過電子顕微鏡試料を製作するための高度に自動化されたレシピ（ｒｅｃｉｐｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハおよびダイ上の特徴部分は３次元構造物であり、完全な特徴付けは、線の上面の幅、トレンチの上端の幅などの表面寸法だけではなく、特徴部分の完全な３次元プロファイルをも記述しなければならない。製造プロセスを微調整するためおよび所望のデバイス幾何形状が得られることを保証するために、プロセス・エンジニアは、このような表面特徴部分の限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）を正確に測定することができなければならない。
【０００３】
このようなＣＤの測定は通常、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの機器を使用して実施される。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、１次電子ビームを微細なスポットに集束させ、このスポットが、観察しようとする表面を走査する。この１次ビームが表面に衝突すると、その表面から２次電子が放出される。その２次電子を検出し、画像を形成する。このとき、画像のそれぞれの点の輝度は、その表面の対応するスポットにビームが衝突したときに検出された２次電子の数によって決定される。しかしながら、特徴部分が小さくなり続けると、通常のＳＥＭが提供する分解能にとって、測定しようとする特徴部分があまりに小さくなる時点が来る。
【０００４】
半導体の幾何形状が縮小し続けると、製造業者はますます透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）に依存して、プロセスを監視し、欠陥を分析し、界面層の形態を調べるようになる。ＴＥＭでは、数ナノメートル程度のサイズを有する特徴部分を見ること、および試料の内部構造を見ることができる。１次ビーム中の電子の多くが試料を透過し、反対側から出てくることを可能にするため、試料は十分に薄くなければならない。
【０００５】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭまたはＳＴＥＭ）で観察するためには試料が非常に薄くなければならないため、試料の製作は、繊細で時間のかかる作業である。本明細書で使用される用語「ＴＥＭ」はＴＥＭまたはＳＴＥＭを指し、ＴＥＭ用の試料を製作すると言うときには、この製作が、ＳＴＥＭで観察するための試料の製作をも含むことを理解すべきである。ＴＥＭ試料の厚さは通常１００ｎｍ未満であるが、用途によってはこれよりもかなり薄くしなければならない。３０ｎｍ、２２ｎｍ以下である先進のプロセスでは、小規模構造物間の重なりを防ぐために、試料の厚さを２０ｎｍ未満にする必要がある。このような試料を生産する際に含まれる精度および正確さには通常、非常に時間がかかる。実際、ＴＥＭ分析によって知りうる情報が非常に貴重であることがあるしても、ＴＥＭ試料を作製し測定する全体プロセスは歴史的に非常に労働集約的で時間がかかり、そのため、製造プロセスの制御にこのタイプの分析を使用することは実際的ではない。試料製作における集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）法の使用は、ＴＥＭ分析用試料の製作にかかる時間をわずか数時間に短縮したが、所与の１枚のウェーハから得た１５ないし５０のＴＥＭ試料を分析することは珍しいことではない。結果として、試料製作の速度は、ＴＥＭ分析を使用する際、特にＴＥＭ分析を半導体プロセス制御に使用する際の非常に重要な因子である。
【０００６】
図４は、Ａｒｊａｖａｃ他の米国特許第８，８９０，０６４号明細書に記載された（ＥｘＳｏｌｖｅ（商標）システムとして市販されている）自動化された先行技術のＳ／ＴＥＭ試料管理（ｓａｍｐｌｅ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）を示す。このＥｘＳｏｌｖｅウェーハＴＥＭ準備（ｗａｆｅｒ  ＴＥＭ  ｐｒｅｐ：ＷＴＰ）ワークフローは、先端技術ノードにおける自動化された高スループット試料採取を必要とする設備の必要性に対処する。このワークフローは、ＦＥＩ  ｃｏｍｐａｎｙのＨｅｌｉｏｓ  ＮａｎｏＬａｂ（商標）  ＤｕａｌＢｅａｍ（商標）  １２００ＡＴなどのデュアル・ビーム・システムの機能を補完し、オペレータによって指図される、より柔軟な試料製作方法、ならびに高分解能走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像化および分析などの追加の機能を提供する。
【０００７】
図４の図示されたシステムでは、試料（例えば半導体ウェーハから抜き取られた薄片）を逐次的に処理する能力を有する異なる一群の処理ツールによってＴＥＭ試料が処理される。Ｓ／ＴＥＭ試料管理ツール一式１００は一般に、プロセス・コントローラ１１０およびファブ・ホスト（Ｆａｂ  Ｈｏｓｔ）コンピュータ１１２を含み、ファブ・ホスト・コンピュータ１１２は、ＦＩＢシステム１１４、外位置（ｅｘ−ｓｉｔｕ）引き抜き装置（Ｅｘ−Ｓｉｔｕ  Ｐｌｕｃｋｅｒ：「ＥＳＰ」）などの薄片抜取りツール１１６およびＳ／ＴＥＭシステム１１８に動作可能に接続されている（またはこれらと一体化されている）。ＦＩＢシステム１１４は、本発明の譲受人である、米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ  ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＣｅｒｔｕｓ（商標）／ＣＬＭなどのデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムを備えることができ、Ｓ／ＴＥＭシステム１１８は、やはりＦＥＩ  ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＴｅｃｎａｉ（商標）  Ｇ２  Ｓ／ＴＥＭなどのシステムを備えることができる。図４のシステムでは、それぞれの処理ツールが、コンピュータ・ステーション１２０に動作可能に接続されている（またはコンピュータ・ステーション１２０と一体化されている）。コンピュータ・ステーション１２０は、ソフトウェア１２２を使用してＴＥＭ試料作製および処理を実現する。適当な任意のソフトウェア（従来のおよび／または自己生成された（ｓｅｌｆ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ））アプリケーション、モジュールおよびコンポーネントを使用して、ソフトウェアを実現することができる。例えば、図４のシステムでは、自動化されたＳ／ＴＥＭ試料管理が、自動化された機械制御および計測（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）用のＩＣ３Ｄ（商標）ソフトウェアを使用して実現されている。このソフトウェアもＦＥＩ  ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第８，８９０，０６４号明細書
【特許文献２】米国特許第８，１３４，１２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような自動化されたシステムであっても、基準マーク位置の指定や確認などのさまざまなレシピ作製ステップにおいて手動介入が必要であることによって、プロセスの速度は低下する。主要な半導体製造業者が、プロセス監視と欠陥根本原因分析の両方に関して、自動化されたワークフローにおける「データまでの時間（ｔｉｍｅ  ｔｏ  ｄａｔａ）」を実感として理解することを可能にするには、完全に自動化されたＴＥＭ試料製作レシピ（または「ＴＥＭ準備レシピ」）を開発／作製するのに必要な時間および代表試料の数はあまりにも大きい。異なるファブレス型の顧客（ｆａｂｌｅｓｓ  ｃｕｓｔｏｍｅｒ）に対する多数の異なるウェーハがあるため、ファウンドリ（ｆｏｕｎｄｒｙ）型の製造は特に困難が大きい。半導体製造業者が堅牢なレシピを開発するまでにパターンが変わってしまっていることがあり、その場合には、新たなレシピを開発しなければならないことになる。ファウンドリ型の顧客が、完全に自動化されたＴＥＭ準備の利点を実感として理解することができるように、レシピ開発時間を短縮し、最適に自動化しなければならない。
【００１０】
ＴＥＭ準備に関して、この問題は現在、熟練した技術者が、特定の部位の薄片を製作することができる自動化された高スループット試料製作システム（少し前に説明したＥｘＳｏｌｖｅ（商標）システム）上での広範囲にわたる機器制御コマンドおよび画像化タスクの自動化を可能にする先進のビジュアル・スクリプティング・オーサリング・ソフトウェア・フレームワーク（ＦＥＩによるｉＦＡＳＴ（商標）ソフトウェア）内でレシピを作製し、試験試料を作製し、オフラインＴＥＭで試料を手動で分析することによって解決されている。次いで、この分析結果をレシピ・パラメータに適用し、プロセスを繰り返す。しかしながら、このようなプロセスは比較的に低速で、資源集約的であり、容易には拡張できない。完全に自動化されたＴＥＭ準備処理用のレシピ作製／開発は、ウェーハ／試料上で使用可能なパターン情報が予め分かっていないため、時間のかかる応用工学集約的な作業となりうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＣＡＤデータまたは１次回路／レイアウト設計データを、ビーム位置決めのための補正されたフィードバックを生成するレシピの複数のステップに結合して、薄片処理のためのビームの正確な配置を保証することによって、この問題に対する解決策を提供する。ＣＡＤは、自動化された段階的方法において、ＴＥＭ準備を自動化し、ＴＥＭ準備の速度を増大させるのに役立つ。Ｓ／ＴＥＭ試料製作および分析用の改良されたプロセス・ワークフローおよび装置が提供される。好ましい実施形態は、自動化されたレシピＴＥＭ試料作製に関して、特に小さな構造のＴＥＭ薄片に関して、ＣＡＤデータを使用して、試料製作のさまざまなステージの位置合せを自動的に行う改良された方法を提供する。このプロセスは、取得した画像の一部をマスクし、次いでそれらの画像を、ＣＡＤデータからの合成画像と比較することによって、ＦＩＢを用いて作製した基準マークの位置を自動的に確認し、位置合せする。ＳＥＭビームの位置は、ＣＡＤデータから合成された画像との比較によって確認される。ＦＩＢビームの位置は、既に位置合せ済みのＳＥＭ画像と比較することによって、またはＦＩＢ画像をシミュレートする技法を使用してＣＡＤからＦＩＢ画像を合成することによっても確認される。本明細書の自動位置合せ技法は、オペレータの介入なしで、指定された位置に試料薄片を作製することを可能にする。
【００１２】
一実施形態は、デュアル・ビーム荷電粒子システム内で半導体試料を自動的に製作する方法を提供する。この方法は、試料室内の半導体ダイ試料の調査対象の関心の領域に対してデュアル・ビーム荷電粒子システムを位置決めするステップを含む。この方法は、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）付着を用いて、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、関心の領域に対する所望の位置に作製する。基準マークは、付着またはミリングによって製作することができるが、好ましい実施形態では、基準マークが、付着を用いて製作される。次いで、関心の領域の第１の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を取得し、関心の領域を記述したコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを取り出し、関心の領域を記述したＣＡＤデータから第２のＳＥＭ画像を合成し、第１のＳＥＭ画像中の前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカをマスクし、マスクされた第１のＳＥＭ画像と第２のＳＥＭ画像とを比較して、精密基準マークのマーカの実際の位置に対する最終的な補正オフセットを決定することによって、基準マークの位置を確認し、基準マークの位置の位置合せをする。この最終的な補正オフセットを、精密基準マークのマーカの追跡された位置に適用する。次いで、精密基準マークのマーカの補正された位置に基づいて、このプロセスは、ＦＩＢに関してその位置を調整し、ＦＩＢを用いてミリングして、調査用の試料薄片を作製する。これらのステップを、指定された複数の位置で実行して、試料ウェーハまたはデバイスから複数の薄片を製作することができる。
【００１３】
本発明はさらに、自動化されたコントローラを備えるシステムと、本明細書の自動化されたワークフロー・プロセスを実施するように実行可能なプログラム製品とを含む。例えば、いくつかの実施形態は、自動化された試料作製システムを提供する。この自動化された試料作製システムは、デュアル・ビーム走査およびミリング・システムを含み、このデュアル・ビーム走査およびミリング・システムは、共に試料室に向いている走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）と、ＳＥＭおよびＦＩＢに動作可能に接続されていて少なくとも１つのプロセッサを有するシステム・コントローラと、上述したプロセスを実行するようにデュアル・ビーム走査およびミリング装置を制御するための少なくとも１つのプロセッサによって実行可能なプログラム命令を記憶した有形の非一時的コンピュータ媒体とを含む。試料から１つまたは複数の薄片を取り出すように動作可能な引き抜き装置と、引き抜き装置から前記１つまたは複数の薄片を受け取り、走査を実施するように動作可能な透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）と、デュアル・ビーム走査およびミリング・システム、引き抜き装置ならびにＴＥＭに動作可能に接続されたプロセス・コントローラであり、自動化されたワークフローで機能を実行するようそれらに指令するように動作可能なプロセス・コントローラとを含む、試料を自動で取り扱うより大規模な試料管理一式に、このデュアル・ビーム・システムを組み込むこともできる。
【００１４】
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おおまかに概説した。以下では、本発明の追加の特徴および追加の利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造体を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造体は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１５】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、以下の説明および添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】試料製作レシピを自動化する方法を示す連続した流れ図である。
【図１Ｂ】試料製作レシピを自動化する方法を示す連続した流れ図である。
【図１Ｃ】図１Ａに続いて実行する代替の流れ図である。
【図２Ａ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｂ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｃ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｄ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｅ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｆ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｇ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｈ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｉ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図２Ｊ】図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態に従って使用されるデュアル・ビーム・システムの略図である。
【図４】本明細書に記載されたデュアル・ビーム・システムならびにシステムおよびコントローラ・プロセスを組み込んで自動化を改良することができる、先行技術の自動化されたＳ／ＴＥＭ試料管理（市販されているＥｘＳｏｌｖｅシステム）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１Ａおよび１Ｂは、試料薄片を作製するレシピを自動化する、一実施形態に基づくプロセスの流れ図を示す。この好ましい異形実施形態では、試料を装填した後の図示されたステップが、デュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステム内において、例えば図３の例示的なシステム内のものなどのシステム・コントローラおよびプロセス・コントローラの制御下で完全に自動化される。このシステムは、マシン・ビジョンベースの計測および画像認識の機能、高精度基準マークのマークならびに自動基準マーク配置を使用して薄片の配置の正確さおよび精度を相当に向上させる、図４のＥｘＳｏｌｖｅシステムなどの自動化されたより大きなＳ／ＴＥＭ試料管理に含まれることが好ましい。本明細書に記載された技法を図４のシステムに組み込んで、薄片形成プロセスの自動化を改良し、薄片形成プロセスの正確さを向上させることができる。これは、自動化されたさまざまなレシピ・ステップにおいてＳＥＭビームおよびＦＩＢビームの位置合せを自動的に行って、指定された位置に基準マークおよび薄片が作製されるようにするプロセスを提供することにより達成される。
【００１８】
このプロセスはボックス１１から始まり、ボックス１１で、１つまたは複数の半導体ダイを含む半導体ウェーハまたはその一部分を、デュアル・ビーム・システムの試料室内に装填する。この半導体試料は、例えばプロセス欠陥の存在の有無もしくは原因を判定するため、または限界の特徴部分の品質管理のために調査したい１つまたは複数の関心の領域を有する。
【００１９】
図２Ａ〜Ｊは、図１Ａ〜１Ｂの例示的なプロセスを図解する一連の図を示す。両方の一連の図面を参照すると、図２Ａでは、ブロック１１でデュアル・ビーム・システム内に装填した図示された半導体ウェーハ２０１が、１つまたは複数の半導体ダイ２０２を含む。この１つまたは複数の半導体ダイ２０２は通常、この時点ではまだ個々のチップには分離されないが、分離されていてもよい。ブロック１２で、第１の位置またはエリア２０３において予備的なＳＥＭ画像を取得する。この第１の位置またはエリア２０３は拡大されて２０４として図示されている。このエリアは、１つまたは複数のダイ位置合せマーク２０５を含み、この１つまたは複数のダイ位置合せマーク２０５は通常、ダイのコーナにあり、これがダイのコーナの拡大図に示されている。最初に光学画像化システムを使用してビームを位置決めしてもよく、または、調査したいダイのところでの予備的なＳＥＭ画像の取得に直接に進むことができるように、ビームを十分に較正してもよい。
【００２０】
次に、ブロック１３で、調査されたダイのレイアウトの一部分または断片を記述したＣＡＤデータであって、位置合せマークの位置を含むＣＡＤデータを取得する。このデータがさらに関心の領域の位置を含んでいてもよいが、関心の領域の位置は、プロセス入力によって既に提供されていることがある。次に、ブロック１４で、予備的なＳＥＭ画像２０４を、その上に置かれた画像２０６（図２Ｂ）によって示されたＣＡＤデータと比較して、デュアル・ビーム・システム、特にＳＥＭビームがダイと正しく位置合せされているかどうかを判定する。ブロック１４は最初に、ＣＡＤデータ２０６を処理して、公知の画像の特徴部分位置合せ技法によって直接に比較するのに適したＳＥＭ画像を合成することを含むことができる。画像２０４と２０６を比較して、システム・コントローラ・ビーム位置追跡プロセスが、ダイに対するＳＥＭビーム経路の位置を記憶した位置、またはＳＥＭビーム経路の位置であると「考える」位置と、システム・コントローラ・ビーム位置追跡プロセスがダイ上で実際に測定している位置との間に、矢印２０７によって示されたオフセットがあるかどうかを判定する。この比較によってオフセット２０７が検出された場合、システム・コントローラは、ブロック１５で、オフセット２０７を適用する。この適用は、そのダイに対するＳＥＭ装置のより正確な現在の既知の位置および向きを反映するように、記憶されたその位置および向きを更新することによって実施される。このオフセットは回転を含むことがある。このシステムは、ブロック１５で、単に補正された位置を記憶し、次いで、現在の関心の領域を調査するための所望の位置にビームを配置するためにビーム経路を動かしまたは移動させることが好ましい。これは、試料ステージを移動させること、または、機械的に、もしくはそのビーム誘導（ｂｅａｍ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ）制御電圧を用いて、ビーム位置を調整することを含むことができる。
【００２１】
次に、ブロック１６で、関心の領域の位置でＳＥＭ画像２０８を取得する。この画像は、画像２０８として図２Ｃに示されている。この実施形態はＳＥＭを使用するが、別の変形例は、光学画像、またはＦＩＢ画像などの他の粒子ビーム画像を使用することができる。その位置においてビームが適正に位置合せされているかどうかを判定するため、次に、ブロック１７で、関心の領域を記述したＣＡＤデータを比較のために取得しまたは再び呼び出し、そのＣＡＤデータから、取得した画像と比較するのに適したＳＥＭ画像２１０を合成する。取得した画像の実際のエリアの位置を合成した画像上で突き止めることを容易にするために、その視野よりも大きくてもよいが、合成した画像２１０は、取得した画像から予想される視野であることが好ましい。この合成は一般に、ＣＡＤデータ内に規定された特徴部分の寸法を、それらの特徴部分の規定された材料とともに使用して、ＳＥＭビーム画像化プロセスをモデル化または近似し、それによって画像、通常はグレースケールの形態の輝度データを作製する。ブロック１６でＦＩＢ画像または光学画像を使用した場合、ブロック１７の合成プロセスは、比較するのに適当な画像を合成する。次に、ブロック１８で、取得したＳＥＭ画像を合成した画像と比較して、ＳＥＭビームの実際の位置と、ＳＥＭ画像が取得された位置であるとシステムが仮定する記憶された位置との間の位置合せにオフセットがあるかどうかを判定する。これによって、ビームの所望の位置からのビームのオフセットを補正するためのオフセット距離および方向２１２を生成する。ブロック１９で、このオフセットを適用する。この適用は通常、試料に対する現在の実際の位置を反映するようにビームの位置を更新することによって実施される。
【００２２】
次に、図２Ｅに２１４として示された調整後の位置から出発して、プロセスは、ブロック２１で、ＳＥＭ付着（電子ビーム誘起付着：ＥＢＩＤ）によって関心の領域の上に保護層２１６を付着させて、試料製作を完了させるために必要となるＦＩＢ付着およびミリングに起因する損傷または汚染から関心の領域を保護する。この付着は、公知の方法に従って実施される。それらの方法は通常、タングステンヘキサカルボニル、ナフタレンなどの１種または数種の前駆体ガスを使用し、それらの前駆体ガスは、走査電子ビームによる作用を受けて、試料の表面にそれぞれタングステン、炭素などの材料を付着させる。保護層２１４は、後にミリングされ、薄片としてまたはくさび形（ｗｅｄｇｅ）、塊（ｃｈｕｎｋ）などの他の抜取り試料として取り出される試料体積の表面を完全に覆う十分な大きさを有することが好ましい。
【００２３】
この流れ図は、図１Ｂの結合子Ａに続く。電子ビーム付着を用いて保護層を付着させた後、集束イオン・ビームの位置合せをして、後続のイオン・ベースの付着およびミリングの正確さを向上させることができる。このＦＩＢ位置合せが、ＳＥＭの位置合せに対して必ずしも同期しておらず、またはＳＥＭの位置合せに対して必ずしも既知でないことが重要である。図１Ｂは、ＦＩＢの自動化された１つの位置合せプロセスを示し、図１Ｃは、ＦＩＢの自動化された別の位置合せプロセスを示す。この好ましいプロセスは、ブロック２２で、関心の領域のＦＩＢ画像を取得する。この画像は、公知のＦＩＢ画像化技法に従って形成され、それらの技法は通常、ミリング・ステップよりも低いビーム電流のＦＩＢで走査し、２次電子または２次イオンを検出して画像を形成する。次に、ブロック２３で、そのＦＩＢ画像中の関心の領域のＣＡＤデータを取得し、取得した画像と比較するためのＦＩＢ画像を合成する。このＦＩＢ画像の合成は、画像を取得するために使用したＦＩＢの設定に基づいて、ＦＩＢの貫入範囲内にあるＣＡＤレイアウト中の全ての特徴部分を選択することを含む。それらの特徴部分を割り付けまたはモデル化し、それによって作製されたレイアウトを、それぞれの位置（画素）において、使用する電流のＦＩＢにさらされたときに材料が有する予想される放出量（２次電子放出）を示す材料モデルに従ってモデル化する。モデル化されたそれらの放出をさらにフィルタリング、変換または拡張して、所望の合成画像を達成することができる。次に、ブロック２４で、取得したＦＩＢ画像を合成したＦＩＢ画像と比較して、ＦＩＢに対する位置補正オフセットを決定する。ブロック２５で、この補正オフセットを適用して、ＦＩＢに対するシステム・コントローラの追跡された位置と、比較によって決定された実際の位置との位置合せをする。ＳＥＭの場合と同様に、これは、システム・コントローラにある記憶装置内の追跡された位置を調整することによって実行されることが好ましいが、ビームまたは試料を移動させることによって実行することもできる。ＦＩＢビームが位置合せされれば、薄片ミリング・プロセスの位置合せをするための基準マークを作製する精確な位置に、ＦＩＢビームを動かすことができる。ＣＡＤデータを使用して、基準マークの位置を好ましくは自動で指定して、ウェーハ表面の特定の構造体に対する基準マークの位置を指定する。これは、調査対象の特定のそれぞれの特徴部分に関連した前処理ステップにおいて実行することができる。他の実施形態では、自動化されたＦＩＢまたはＳＥＭ計測を使用して、薄片部位を識別することもしくは薄片部位を識別するのを助けることができ、またはその部位が間違いでないことを確認することができる。このような計測は、画像ベースのパターン認識、エッジ検出、ＡＤＲ、質量中心計算、ブロブ解析などからなることができる。
【００２４】
次に、ブロック２６で、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）誘起付着を使用して、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、関心の領域に対する所望の位置に付着させる。例えば本出願の譲受人に譲渡された参照によって本明細書に組み込まれるＢｌａｃｋｗｏｏｄ他の「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｒｅａｔｉｎｇ  Ｓ／ＴＥＭ  Ｓａｍｐｌｅ  ａｎｄ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」という名称の米国特許第８，１３４，１２４号明細書に記載されているように、高精度（微細）基準マークと低精度（バルク）基準マークの組合せを使用して、薄片の配置の精度および正確さを最適化することが好ましい。図２Ｇに示された好ましい基準マーク配置では、関心の領域の一端に高精度基準マーク２１９が作製されており、関心の領域の両端に２つの追加の基準マーク２１７および２１８が位置する。追加の基準マーク２１７および２１８は、低精度基準マークとすることができ、またはこれらの異なるタイプの基準マークの混合体とすることができる。これは限定を意図するものではなく、適当な任意の数および形状の高精度および低精度基準マークを使用することができる。この図面は正確な比率では描かれておらず、通常は低精度基準マークの方がより大きい。これは、薄片ミリング・プロセスを実施するときの粗いミリング用のより低分解能の走査画像上でその位置を突き止めることを容易にするためである。これらの低精度基準マークは、おおよその薄片の位置をすばやく再発見する、薄片のバルク・ミリングのための位置を決定するなどの大規模構造パターン認識に対して使用される。バルク・ミリングにはより大きなサイズのビームが使用されるため、適当な低精度基準マークは、より低分解能の画像中であっても、パターン認識ソフトウェアによって容易に識別されるはずである。
【００２５】
基準マークを作製したら、次に、関心の領域から試料薄片をミリングによって取り出す準備をする。これを最もうまく実行するためには、高精度基準マークを実際に付着させた精確な位置を、所望のターゲット位置に対して決定しなければならない。ＦＩＢ付着中には試料のずれまたは他の位置合せ上の問題が生じる可能性があるため、高精度基準マークの位置は同じでないことがある。この実際の位置を決定するため、最初に、ブロック２７で、関心の領域および基準マークを含むＳＥＭ画像を取得する。次に、ブロック２８で、同じエリアを記述したＣＡＤデータを比較のために取り出す。次いで、このＣＡＤデータから、別のＳＥＭ画像２２２（図２ｉ）を、上で論じたＳＥＭ合成技法を使用して合成する。
【００２６】
合成した画像を取得した画像と比較するため、ブロック３１で、最初に、取得したＳＥＭ画像中の１つまたは複数の追加の基準マークのマーカ２１７および２１８をマスクして、追加の基準マークのマーカ２１７および２１８が画像比較を妨害しないようにし、高精度基準マーク２１９は、図２Ｈに示されているように、マスクをしないでおく。ＳＥＭ付着を使用して（この実施形態のブロック２１で提供される保護層のような）保護層を提供する変形例では、このマスキングがさらに、保護層付着物２１６をマスクすることを含む。このマスキングでは、付着させた構造物の形状を含む画像部分が画像比較に誤差を導入しないように、それらの部分をなんらかの方法で画像から排除することが好ましい。例示的な「マスキング」が、図２Ｈに示された白く表示されたエリア２２０および２２１によって示されている。例えば、その画像データを画像から除去することができ、または、ブロック３２の画像比較プロセスに入力するラベルもしくは他の命令であって、この比較の間、マスクされた領域からのデータをこのプロセスが無視するようにするラベルもしくは他の命令を生成することもできる。マスクされたデータを空にすること、またはマスクされたデータの代わりに画像全体の平均輝度値を使用することもできる。マスクされたエリア２２０および２２１の位置は、画像中で基準マークを探索することによって、マスキングのために突き止めることができ、ＦＩＢ保護層２１６の位置は、周囲の基準マークに対する保護層の位置から突き止められる。または、マスクされた特徴部分の位置は、単純にそれらの最もよく知られている位置をマスクすることによって突き止めることができ、このマスキングは、可能な位置の誤差を考慮するために、それらの既知のサイズよりも大きなエリアをマスクすることを含むことができる。ブロック３１でマスクを作製したら、ブロック３２で、マスクされたＳＥＭ画像と合成したＳＥＭ画像とを比較して、図示されたオフセット２２２など、精密基準マークのマーカの実際の位置を決定するための最終的な補正オフセットを決定する。次に、ブロック３３で、この最終的なオフセット補正を、精密基準マークのマーカの記憶された実際の位置などに適用する。この場合も、このオフセットを、試料に対する精密基準マークの位置に適用することが好ましいが、任意選択で、このオフセットを適用する他の方法を使用することもできる。次に、ブロック３４で、精密基準マークのマーカの補正された位置を基準としてＦＩＢでミリングして、調査用の試料薄片を作製する。この薄片のミリングは、局所精密基準マークを基準として所望のサイズおよび形状の薄片を自動的にミリングする適当な公知の技法を用いて実施することができる。それらの技法は通常、低精度基準マークの位置を基準とした粗ミリング・ステップ（比較的に大きなビーム）と、高精度基準マークの位置を基準とした微細ミリング・ステップとを含む。
【００２７】
上で説明した実施形態は、それぞれのステップを自動的に制御することができるため、ウェーハから薄片または他の試料部分を自動的に、好ましくは人間の介入なしで正確に作製する方法を提供する。図示されたプロセスの処理ステップは、単一の薄片の作製を対象としているが、実際には、このプロセスは通常、試料ウェーハ上に複数の薄片を作製するために適用され、したがって、このプロセスのステップは、複数の位置に適用することができ、特定の薄片形成のためのプロセスは、別の位置で同様のステップを実施すると解釈することができることに留意されたい。いくつかの変形例では、ＳＥＭ保護層を全ての位置に付着させ、次いで基準マークを全ての位置に形成し、次いで全ての位置で薄片のミリングを実施する。いくつかの手順では、上で論じた自動化されたビーム位置合せステップが、複数の位置に対して位置合せされた状態にビームを維持するのに十分である。例えば、ＦＩＢビーム位置の位置合せを１回実行し、次いで、所望の全ての位置に基準マークを作製することができる。または、より多くの位置を処理するために、このビーム位置合せ手順を定期的に実行することもできる。その場合、全ての位置で自動ビーム位置合せを実施する必要はない。
【００２８】
図１Ｃは、ＦＩＢビームを較正する図２Ｂに示された方法の代替法を示す流れ図である。この図示された方法は、図２Ａからの結合子Ａから始まる。基準マークを形成するためには、その前に、システム・コントローラが、付着およびミリング用のＦＩＢの実際の位置を追跡するように、ＳＥＭビーム位置からＦＩＢ位置までの位置シフトを補正しなければならない。図１Ｂのプロセスは、ＦＩＢ画像を取得し、取得した画像を合成したＦＩＢ画像と位置合せすることによって、このような較正を実行する。この変形例では、それぞれのビームを用いて取得した画像を比較することによって、ＦＩＢ位置を、既に較正済みのＳＥＭビーム位置と比較する。ブロック４１で、ＳＥＭ画像を取得する。この取得は、関心の領域においてまたは近くの適当な他のエリアにおいて実行することができる。次に、ブロック４２で、同じエリアのＦＩＢ画像を取得する。ブロック４３では、任意選択で、取得したＦＩＢ画像を処理して、取得したＦＩＢ画像の輝度特性を、比較するＳＥＭ画像の輝度特性により似せることができる。次に、ブロック４４で、これらの２つの画像を比較して、それらの画像間のオフセット距離および方向を決定する。次に、ブロック４５で、この位置補正オフセットを、追跡されたＦＩＢ位置に適用する。ＦＩＢの位置合せが済んだら、続いて、図１Ｂのステップ２６〜３４に関して説明した基準マークの作製および薄片のミリングに進む。
【００２９】
図３は、本発明に基づく方法を実施するように装備された例示的なデュアル・ビームＳＥＭ／ＦＩＢシステム３０２の一実施形態の略図である。上で論じたとおり、本発明の実施形態は多種多様な用途に使用することができる。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、米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。適当なハードウェアの一例を以下に示すが、本発明は、特定のタイプのデュアル・ビーム装置で実現することだけに限定されない。システム・コントローラ３３８は、デュアル・ビーム・システム３０２のさまざまな部分の動作を制御する。従来のユーザ・インタフェース（図示せず）にコマンドを入力することにより、ユーザは、システム・コントローラ３３８を介して、イオン・ビーム３５２または電子ビーム３１６で希望通りに走査することができる。本発明の好ましい実施形態では、本明細書で論じられている技法をプログラムされた命令に従って自動的に実行するように、システム・コントローラ３３８がデュアル・ビーム・システム３０２を制御する。それらの命令の一部は、ネットワーク１３０に接続されたプロセス・コントローラ１１０が発行することができる。デュアル・ビーム・システム３０２およびプロセス・コントローラ１１０にはさらに、ネットワーク１３０を介してＣＡＤデータベース１１０が動作可能に接続されている。ＣＡＤデータベース１１０は、ファブ・ホスト・コントローラ１１２（図４）、専用ＣＡＤデータベース・コンピュータ、プロセス・コントローラ１１０などのシステム・コンピュータ上に提供することができる。重要なのは、このＣＡＤデータベースが、上で説明した自動化されたプロセスを実施するために、要求されたレイアウトをシステム・コントローラに供給する目的に使用可能であることである。
【００３０】
デュアル・ビーム・システム３０２は、垂直に取り付けられた電子ビーム・カラム３０４と、垂直から約５２度の角度に取り付けられた集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラム３０６とを、排気可能な試験体室３０８上に有する。試験体室は、ポンプ・システム３０９によって排気することができる。ポンプ・システム３０９は通常、ターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ、イオン・ゲッタ・ポンプ、スクロール・ポンプおよび知られている他のポンピング手段のうちの１つもしくは複数のポンプ、またはこれらのポンプの組合せを含む。
【００３１】
電子ビーム・カラム３０４は、ショットキ放出器、冷陰極電界放出器などの電子を発生させる電子源３１０、ならびに微細集束電子ビーム３１６を形成する電子−光学レンズ３１２および３１４を含む。電子源３１０は通常、通常はグランド電位に維持される加工物３１８の電位よりも５００Ｖから３０ｋＶ高い電位に維持される。
【００３２】
したがって、電子は、約５００ｅＶから３０ｋｅＶの入射エネルギーで加工物３１８に衝突する。電子の入射エネルギーを低減させ、それによって電子と加工物表面との相互作用体積を小さくし、それによって核生成部位のサイズを小さくするために、加工物に負の電位を印加することができる。加工物３１８は例えば、半導体デバイス、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）またはリソグラフィ・マスクを含むことができる。加工物３１８の表面に電子ビーム３１６の衝突点を配置することができ、偏向コイル３２０によって電子ビームの衝突点で加工物３１８の表面全体を走査することができる。レンズ３１２、３１４および偏向コイル３２０の動作は、走査電子顕微鏡電源および制御ユニット３２２によって制御される。レンズおよび偏向ユニットは、電場、磁場またはこれらの組合せを使用することができる。
【００３３】
加工物３１８は、試験体室３０８内の可動ステージ３２４上にある。ステージ３２４は、水平面（Ｘ軸およびＹ軸）内で移動し、垂直に（Ｚ軸）移動し、約６０度傾き、Ｚ軸を軸に回転することができることが好ましい。Ｘ−Ｙ−Ｚステージ３２４上に加工物３１８を挿入するため、および内部ガス供給リザーバ（図示せず）が使用される場合には内部ガス供給リザーバの整備作業のために、扉３２７を開くことができる。試験体室３０８を排気する場合に開かないように、この扉はインタロックされる。
【００３４】
真空室には、複数（示されているのは２つ）のガス注入システム（ｇａｓ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ：ＧＩＳ）３３０が取り付けられている。ＧＩＳはそれぞれ、前駆体または活性化材料を保持するリザーバ（図示せず）、および加工物の表面にガスを導くための針３３２を備える。ＧＩＳはそれぞれさらに、加工物への前駆体材料の供給を調節する手段３３４を備える。この例では、この調節手段が調整可能な弁として示されているが、調節手段は例えば、前駆体材料を加熱して前駆体材料の蒸気圧を制御する調節された加熱器を含むこともできる。
【００３５】
電子ビーム３１６中の電子が加工物３１８に当たると、２次電子、後方散乱電子およびオージェ電子が放出され、これらの電子を検出して、画像を形成し、または加工物についての情報を決定することができる。例えば２次電子は、低エネルギーの電子を検出することができるエバーハート−ソーンリー（Ｅｖｅｒｈａｒｄ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）検出器、半導体検出器デバイスなどの２次電子検出器３３６によって検出される。ＴＥＭ試料ホルダ３１８およびステージ３２４の下に位置するＳＴＥＭ検出器３６２は、ＴＥＭ試料ホルダ３１８上に取り付けられた試料３１８を透過した電子を集めることができる。検出器３３６、３６２からの信号はシステム・コントローラ３３８へ送られる。前記コントローラ３３８はさらに、偏向器信号、レンズ、電子源、ＧＩＳ、ステージおよびポンプ、ならびにこの機器の他の構成要素を制御する。モニタ３４０は、ユーザ制御を表示し、検出器からの信号を使用して加工物の画像を表示するために使用される。
【００３６】
室３０８は、真空コントローラ３４１の制御の下、ポンプ・システム３０９によって排気される。この真空システムは、室３０８に約３×１０−６ミリバールの真空を提供する。適当な前駆体ガスまたは活性化剤ガスを試料表面に導入すると、室のバックグラウンド圧力は一般に約５×１０−５ミリバールまで上昇することがある。
【００３７】
集束イオン・ビーム・カラム３０６は、イオン源３４６および集束カラム３４８がその内部に位置する上ネック部３４４を備え、集束カラム３４８は、引出し電極３５０および静電光学系を含み、静電光学系は対物レンズ３５１を含む。イオン源３４６は、液体金属ガリウム・イオン源、プラズマ・イオン源、液体金属合金源または他の任意のタイプのイオン源を含むことができる。集束カラム３４８の軸は、電子カラムの軸から５２度傾いている。イオン・ビーム３５２は、イオン源３４６から、集束カラム３４８を通り、静電偏向器３５４間を通過して、加工物３１８に向かって進む。
【００３８】
ＦＩＢ電源および制御ユニット３５６は、イオン源３４６の電位を供給する。イオン源３４６は一般に、一般にグランド電位に維持される加工物の電位よりも１ｋＶから６０ｋＶ高い電位に維持される。したがって、イオンは、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶの入射エネルギーで加工物に衝突する。ＦＩＢ電源および制御ユニット３５６は偏向板３５４に結合される。偏向板３５４は、イオン・ビームが、加工物３１８の上面に、対応するパターンをトレースすることを可能にする。当技術分野ではよく知られているとおり、システムによっては、最後のレンズよりも前に偏向板が置かれる。イオン・ビーム集束カラム３４８内のビーム・ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）電極（図示せず）は、ＦＩＢ電源および制御ユニット３５６がブランキング電極にブランキング電圧を印加したときに、イオン・ビーム３５２を、加工物３１８ではなくブランキング絞り（図示せず）に衝突させる。
【００３９】
イオン源３４６は一般に、一価の正のガリウム・イオンのビームを発生させ、このビームは、イオン・ミリング、強化エッチング、材料付着によって加工物３１８を変更するため、または加工物３１８を画像化するために、加工物３１８の位置において幅１／１０マイクロメートル以下のビームに集束させることができる。
【００４０】
米テキサス州ＤａｌｌａｓのＯｍｎｉｐｒｏｂｅ，Ｉｎｃ．のＡｕｔｏＰｒｏｂｅ２００（商標）、ドイツＲｅｕｔｌｉｎｇｅｎのＫｌｅｉｎｄｉｅｋ  ＮａｎｏｔｅｃｈｎｉｋのＭｏｄｅｌ  ＭＭ３Ａなどのマイクロマニピュレータ３５７は、真空室内の物体を精密に移動させることができる。真空室内に配置された部分３５９のＸ、Ｙ、Ｚおよびθ制御を提供するため、マイクロマニピュレータ３５７は、真空室の外側に配置された精密電動機３５８を備えることができる。小さな物体を操作するため、マイクロマニピュレータ３５７に別のエンド・エフェクタを取り付けることができる。本明細書に記載した実施形態では、このエンド・エフェクタが細いプローブ３６０である。先行技術では知られているように、分析のため、マイクロマニピュレータ（またはマイクロプローブ）を使用して、（一般にイオン・ビームによって基板から分離された）ＴＥＭ試料をＴＥＭ試料ホルダ３１８に移すことができる。
【００４１】
図３は略図であり、この図は、単純にするために、典型的なデュアル・ビーム・システムの全ての要素は含んでおらず、それらの全ての要素の実際の外観およびサイズまたはそれらの全ての要素間の関係を反映してはいないことに留意すべきである。
【００４２】
その内部で本発明を使用することができる１つの適当なＳ／ＴＥＭ試料管理ツール一式が、Ａｒｊａｖａｃ他の米国特許第８，８９０，０６４号明細書に記載されている。この特許は、本発明の譲受人が所有権者であり、参照によって本明細書に組み込まれる。この試料管理一式は一般に、プロセス・コントローラおよびファブ・ホスト・コンピュータを含み、ファブ・ホスト・コンピュータは、薄片を作製するデュアル・ビームまたはＦＩＢシステム、薄片抜取りツール、および薄片を調査するＳ／ＴＥＭシステムに動作可能に接続されている（またはこれらと一体化されている）。このシステムを、この先行技術のツール一式と一体化することは、本明細書に記載された改良されたデュアル・ビーム・システムを設置し、自動化されたワークフローを提供するようにプログラミングすることを含む。調査対象の欠陥または関心の領域ごとに欠陥位置ならびに所望の薄片のサイズおよび向きを指定するように、プロセス・コントローラをプログラムすることができる。本明細書に記載されたさまざまなステップにおいてデュアル・ビーム・システム・コントローラから要求があったときにその要求に応えて詳細なＣＡＤデータを提供することができるように、プロセス・ホストまたは他のマシンは、プログラミング調整を必要とすることがある。しかしながら、既存のいくつかのシステムは既に、ネットワークに動作可能に接続されたＣＡＤデータベースであって、要求に応えて、指定されたＣＡＤデータを提供することができるＣＡＤデータベースを含む。本明細書に記載されたとおりにＦＩＢ画像を合成するように、システム・コントローラまたはプロセス・コントローラをさらにプログラムすることができる。
【００４３】
上で説明した自動化されたワークフロー・プロセスは、ビームの位置合せおよび薄片の自動化された作製に焦点を合わせているが、欠陥観察プロセス用のレシピはさらに、本明細書に組み込まれた米国特許第８，８９０，０６４号明細書に記載されている走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）欠陥観察ツールに対する以下のパラメータのうちの一部または全部を含むことができる：ウェーハ回転（適用可能な場合）；ウェーハ位置合せ点（光学および電子ビーム）；試験ダイの追加／除去；ウェーハ傾斜（適用可能な場合）；ＳＥＭカラム入射エネルギー；ＳＥＭカラム電流；ＳＥＭカラム引出し電流；ビデオ・レベル、集束パラメータ、初期の視野（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）などの自動欠陥ロケータ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ｌｏｃａｔｏｒ：ＡＤＬ）パラメータ；ＦＯＶ；取得時間またはフレーム；自動欠陥分類（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ＡＤＣ）；オートフォーカス；電荷制御；コントラストおよび輝度設定（適用可能な場合）；および欠陥サンプリング。これらの異なるパラメータはそれぞれ、上で説明した検査結果から決定することができる。このレシピに含まれるこれらのパラメータが、例えば欠陥観察ツールの構成によって異なることがあることは明白である。例えば、電子ビーム・ベースの欠陥観察ツールに対しては上に挙げたパラメータが適当であることがあり、異なるタイプの欠陥観察ツール（例えば高分解能光学画像化システム）用のレシピは、異なる一組のパラメータを含むことがある。
【００４４】
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。本明細書に記載された特徴の組合せは、限定を意図したものであると解釈すべきではなく、本明細書の特徴は、本発明に基づく機能する任意の組合せまたは代替の組合せで使用することができる。さらに、本明細書のさまざまな新規のワークフロー・プロセスを使用して、本明細書に組み込まれた特許に記載されたプロセスなどの先行技術のワークフローを改良することができる。この説明は、ワークフローにおいて基準マーク位置を確認する必要があり、またはＳＥＭもしくはＦＩＢビーム位置合せを確認する必要がある、このような組込みをサポートするものであると解釈すべきである。したがって、この説明を、本発明の特徴の機能する任意の組合せまたはある代替の組合せに対する、米国特許法および他国の関連特許法に基づく書面によるサポートを提供するものと解釈すべきである。
【００４５】
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。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態では、
試料室内の半導体ダイ試料の調査対象の関心の領域に対してデュアル・ビーム荷電粒子システムを位置決めすることと、
集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）付着を用いて、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、関心の領域に対する所望の位置に形成することと、
関心の領域の第１の走査電子顕微鏡画像を取得することと、
関心の領域を記述したコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを取り出すことと、
関心の領域を記述したＣＡＤデータから第２のＳＥＭ画像を合成することと、
第１のＳＥＭ画像中の前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカをマスクすること、および、精密基準マークのマーカの実際の位置に対する最終的な補正オフセットを決定すために、マスクされた第１のＳＥＭ画像と第２のＳＥＭ画像とを比較することと、
最終的な補正オフセットを、精密基準マークのマーカの位置に適用することと、
精密基準マークのマーカの補正された位置に基づいて、試料に対するＦＩＢの位置を調整すること、および、調査用の試料薄片を作製するために、ＦＩＢを用いてミリングすることと
とを含む方法を使用して、半導体試料が、デュアル・ビーム荷電粒子システム内で自動的に製作される。
【００４７】
いくつかの実施形態では、デュアル・ビーム荷電粒子システムを位置決めすることが、ＣＡＤデータと取得した画像とを比較することによって所望の視野との位置合せをすることを含む。
【００４８】
いくつかの実施形態では、所望の視野との位置合せをすることが、
ａ．半導体ダイ試料上の位置合せマークを含む予備的なＳＥＭ画像を取得することと、
ｂ．位置合せマークの位置を記述したＣＡＤデータを取得することと、
ｃ．予備的なＳＥＭ画像をこのＣＡＤデータと比較すること、および、第１の位置合せ補正オフセットを決定することと、
ｄ．第１の位置合せ補正オフセットに基づいて、デュアル・ビーム・システムのビーム経路の位置に対する試料位置を、関心の領域に向かってビーム経路を導くように調整することと
を含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、この方法が、
ａ．ＦＩＢ装置からＦＩＢ画像を取得することと、
ｂ．関心の領域を記述したＣＡＤデータからＦＩＢ画像を合成することと、
ｃ．ＦＩＢ補正オフセットを生成するために、取得したＦＩＢ画像を合成したＦＩＢ画像と比較することと、
ｄ．ＦＩＢ補正オフセットを試料位置に適用することと
を含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、この方法が、基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、取得したＳＥＭ画像を取得したＦＩＢ画像と比較することによってＦＩＢビームの位置合せをすることと、この比較の結果に基づいて、ＦＩＢビームに対する追跡された位置を更新することとを含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、この方法が、ＦＩＢ付着の前に、関心の領域の少なくとも一部分の上に保護層を付着させることをさらに含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、電子ビーム誘起付着（ＥＢＩＤ）によって保護層を付着させる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、ＥＢＩＤを用いて保護層を付着させることが、
ａ．デュアル・ビーム荷電粒子システムを位置決めした後に、前記視野のＳＥＭ画像を取得することと、
ｂ．ダイ試料の関心の領域の位置を記述したＣＡＤデータを取得することと、
ｃ．取得したＣＡＤデータからＳＥＭ画像を合成することと、
ｄ．ＳＥＭ位置合せ補正オフセットを決定するために、取得したＳＥＭ画像を合成したＳＥＭ画像と比較することと、
ｅ．ＳＥＭ位置合せ補正オフセットをＦＩＢ位置に適用することと、
ｆ．次いで、ＥＢＩＤを用いて保護層を付着させることと
をさらに含む。
【００５４】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の追加の基準マークのマーカをマスクするときに、保護層もマスクされる。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態は、デュアル・ビーム荷電粒子システム内で半導体試料を自動的に製作する方法であって、
コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを、取得したＳＥＭ画像と比較し、その結果得られたＳＥＭ補正オフセットを適用することによって、デュアル・ビーム荷電粒子システムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）ビームと、試料室内の試料上の所望の関心の特徴部分との位置合せをすることと、
次いで、ビーム誘起付着を用いて、関心の領域の少なくとも一部の上に保護層を付着させることと、
次いで、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）を用いて、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、関心の領域に対する所望の位置に作製することと、
関心の領域の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を取得することと、
関心の領域を記述したＣＡＤデータを取り出すことと、
関心の領域を記述したＣＡＤデータから第２のＳＥＭ画像を合成することと、
精密基準マークのマーカの実際の位置に対する最終的な補正オフセットを決定するために、第１のＳＥＭ画像中の前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカおよび保護層をマスクすること、および、マスクされた第１のＳＥＭ画像と第２のＳＥＭ画像とを比較することと、
最終的な補正オフセットをＦＩＢ位置に適用することと、次いで、調査用の試料薄片を作製するために、この補正された位置を基準としてＦＩＢミリングすることと
を含む方法を提供する。
【００５６】
いくつかの実施形態では、この方法が、基準マークのマーカを作製する前に、ＦＩＢ装置からＦＩＢ画像を取得することと、関心の領域を記述したＣＡＤデータからＦＩＢ画像を合成することと、ＦＩＢ補正オフセットを生成するために、取得したＦＩＢ画像を合成したＦＩＢ画像と比較することと、ＦＩＢ補正オフセットを、試料に対するＦＩＢ位置に適用することとをさらに含む。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態は、
デュアル・ビーム走査およびミリング・システムを備え、このデュアル・ビーム走査およびミリング・システムが、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）とを含み、この走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）とがともに試料室に向いており、このデュアル・ビーム走査およびミリング・システムがさらに、ＳＥＭおよびＦＩＢに動作可能に接続されたシステム・コントローラであって、少なくとも１つのプロセッサを含むシステム・コントローラと、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行可能なプログラム命令を記憶した有形の非一時的コンピュータ媒体とを含み、これらのプログラム命令が、
コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを、取得したＳＥＭ画像と比較し、その結果得られたＳＥＭ補正オフセットを適用することによって、デュアル・ビーム荷電粒子システムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）ビームと、試料室内の試料上の所望の関心の特徴部分との位置合せをし、
次いで、ビーム誘起付着を用いて、関心の領域の少なくとも一部の上に保護層を付着させ、
次いで、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）を用いて、第１の精密基準マークのマーカおよび１つまたは複数の追加の基準マークのマーカを、関心の領域に対する所望の位置に作製し、
関心の領域の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を取得し、
関心の領域を記述したＣＡＤデータを取り出し、
関心の領域を記述したＣＡＤデータから第２のＳＥＭ画像を合成し、
第１のＳＥＭ画像中の前記１つまたは複数の追加の基準マークのマーカおよび保護層をマスクし、精密基準マークのマーカの実際の位置に対する最終的な補正オフセットを決定するために、マスクされた第１のＳＥＭ画像と第２のＳＥＭ画像とを比較し、
最終的な補正オフセットをＦＩＢ位置に適用し、次いで、調査用の試料薄片を作製するために、この補正された位置を基準としてＦＩＢミリングする
ように実行可能である
自動試料製作システムを提供する。
【００５８】
いくつかの実施形態では、前記プログラム命令がさらに、基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、
ａ．ＦＩＢ装置からＦＩＢ画像を取得し、
ｂ．関心の領域を記述したＣＡＤデータからＦＩＢ画像を合成し、
ｃ．ＦＩＢ補正オフセットを生成するために、取得したＦＩＢ画像を合成したＦＩＢ画像と比較し、
ｄ．ＦＩＢ補正を試料位置に適用する
ように実行可能である。
【００５９】
いくつかの実施形態では、前記プログラム命令がさらに、基準マークのマーカのＦＩＢ付着の前に、取得したＳＥＭ画像を取得したＦＩＢ画像と比較することによってＦＩＢビームの位置合せをし、この比較の結果に基づいて、ＦＩＢビームに対する追跡された位置を更新するように実行可能である。
【００６０】
いくつかの実施形態では、この自動化された試料製作システムが、
試料から１つまたは複数の薄片を取り出すように動作可能な引き抜き装置と、
引き抜き装置から前記１つまたは複数の薄片を受け取り、走査を実施するように動作可能な透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）と、
デュアル・ビーム走査およびミリング・システム、引き抜き装置ならびにＴＥＭに動作可能に接続されたプロセス・コントローラであって、自動化されたワークフローで機能を実行するようそれらに指令するように動作可能なプロセス・コントローラと
をさらに備える。
【符号の説明】
【００６１】
３０２  デュアル・ビーム・システム
３０４  電子ビーム・カラム
３０６  集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラム
３１８  加工物
３２４  可動ステージ
３３０  ガス注入システム（ＧＩＳ）
【図１Ａ】
2017069186.tif 000003
【図１Ｂ】
2017069186.tif 000004
【図１Ｃ】
2017069186.tif 000005
【図２Ａ】
2017069186.tif 000006
【図２Ｂ】
2017069186.tif 000007
【図２Ｃ】
2017069186.tif 000008
【図２Ｄ】
2017069186.tif 000009
【図２Ｅ】
2017069186.tif 000010
【図２Ｆ】
2017069186.tif 000011
【図２Ｇ】
2017069186.tif 000012
【図２Ｈ】
2017069186.tif 000013
【図２Ｉ】
2017069186.tif 000014
【図２Ｊ】
2017069186.tif 000015
【図３】
2017069186.tif 000016
【図４】
2017069186.tif 000017
【外国語明細書】
2017069186000001.pdf
2017069186000002.pdf
2017069186000003.pdf
2017069186000004.pdf