(57)【要約】      （修正有）【課題】ビーム電流を使用して、あるパターンで材料を堆積させる方法および装置において、改良されたビーム処理を提供する。【解決手段】パターン形成中の１回の走査内でビーム電流を変化させる。相対的に小さな特徴部分は、正確さを高めるために低いビーム電流を必要とし、相対的に大きな特徴部分は、より速い堆積を可能にするより高いビーム電流を使用して形成することができる。ビットマップの解析を実行して、パターンのどの領域が微細な特徴部分を生成するために低いビーム電流を必要とし、ビットマップのどの領域を、スループットを向上させるためにより高いビーム電流で書くことができるのかを決定し、より高いビーム電流を使用することによって節減される時間とビーム電流を変更するのに費やされる時間との間のトレードオフを考慮することによって、ビットマップを通るビーム経路の自動最適化を達成する方法及び装置。【選択図】図５
2017020106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の複数のステップを備える、ビーム誘起材料堆積のための方法、
堆積させる２次元特徴部分のマップを決定することと、
前記マップを解析して、堆積させる前記２次元特徴部分のサイズを決定することと、
堆積させる前記２次元特徴部分のサイズから、前記２次元特徴部分のそれぞれの点に対するビーム電流を決定することと、
前記２次元特徴部分を堆積させるためのビーム走査経路を決定することと、
材料を堆積させ、前記２次元特徴部分を形成するために、前記走査パターンをたどるようにビームで走査することであって、前記ビーム電流が、前記２次元特徴部分の全ての点に対して同じではないこと。
【請求項２】
材料を堆積させ、前記２次元特徴部分を形成するために、前記走査パターンをたどるように前記ビームで走査することが、
前記２次元特徴部分の点の第１のセットを第１のビーム電流を使用して走査することと、
前記ビーム経路上の絞りを変更することと、
前記２次元特徴部分の点の第２のセットを第２のビーム電流を使用して走査することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２次元特徴部分の点の第１のセットを第１のビーム電流を使用して走査することが、異なる点において異なるドウェル時間を使用することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
３次元構造体の記述を提供することと、
前記３次元構造体を複数の２次元層に分割することと
をさらに含み、
堆積させる前記２次元特徴部分の前記マップを決定することが、前記２次元層のうちの１つの層の層マップを決定することを含む、
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
３次元構造体の記述を提供することと、
前記３次元構造体を複数の２次元層マップに分割することと
をさらに含み、
前記２次元層マップのそれぞれのマップに対して、請求項１に記載されたステップが実行される、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記構造体パターン内のいくつかの特徴部分に対して第１のビーム電流が選択され、前記構造体パターン内の別の特徴部分に対して第２のビーム電流が選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
以下の複数のステップを備える、ビーム誘起材料処理の方法、
さまざまなサイズの特徴部分を有する構造体パターンを提供することと、
前記構造体パターンを解析して、前記構造体パターン内の前記特徴部分のサイズを決定することと、
前記構造体パターンの全体を網羅するビーム経路を決定することと、
前記構造体パターン内のそれぞれの点に対して必要なビーム電流を決定することであり、前記ビーム電流が、前記特徴部分のサイズに従って、前記構造体パターンの全体にわたって変化することと、
前記ビーム経路に沿って、前記構造体パターン内のそれぞれの点の決定された前記ビーム電流を使用して、ビームで走査すること。
【請求項８】
ビーム処理が材料堆積を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記構造体パターンが複数の平面層を含み、前記複数の平面層のそれぞれの層を、前記ビームの１回の走査で堆積させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ビーム経路の１回の走査の間に前記ビーム電流が変化する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
以下の複数のステップを備える、加工物をビームでビーム誘起処理する方法、
ビームによって処理する加工物を提供することと、
複数のビーム電流が選択可能なビーム・システムを提供することと、
少なくとも１つのビットマップを有する、前記加工物上にパターン形成する構造体パターンを提供することと、
前記１つまたは複数のビットマップ内のそれぞれの画素に対して使用するビーム電流を決定し、ビーム電流ビットマップを作成するために、前記少なくとも１つのビットマップを解析することと、
同様のビーム電流で処理する領域を決定するために、前記ビーム電流ビットマップを解析することと、
前記選択可能なビーム電流のうちのそれぞれのビーム電流について、前記ビットマップに対するビーム経路を計画することと、
計画されたビーム経路に沿って、前記ビームを、選択されたビーム電流で導くことであり、前記加工物を処理するために、前記計画されたビーム経路上で少なくとも２つの異なるビーム電流が使用されること。
【請求項１２】
加工物のビーム処理を実行する装置であって、
複数の強度が選択可能なビーム・システムであり、導かれるビームを生成するビーム・システムと、
前記ビームを導き集束させる１つまたは複数のビーム・レンズと、
堆積前駆体注入システムと、
前記装置を制御するコントローラと
を備え、前記コントローラが、コンピュータ・システムから命令を受け取り、前記コンピュータ・システムが、請求項１から１１のいずれか一項に記載されたステップを実行するようにプログラムされている
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、あるパターンで材料を堆積させる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料をエッチングしまたは堆積させることによって表面に特徴部分を形成するために、電子ビーム・システム、イオン・ビーム・システム、レーザ・ビーム・システム、クラスタ・ビーム・システム、中性粒子ビーム・システムなどのビーム・システムが使用される。試料から材料を除去する目的および試料上に材料を堆積させる目的には集束ビームが使用される。スパッタリングによって材料を除去することができる。スパッタリングでは、ビーム中の粒子の運動量が、試料表面から原子または分子を物理的にはじき出す。
【０００３】
粒子ビームまたはレーザ・ビームを使用して化学反応を誘起することができる。場合によっては、これらのビームが、前駆体ガスの分解を誘起する。ビーム衝突領域から離れた位置で加工物と反応しないように、前駆体ガスは安定であることが好ましい。堆積またはエッチングの分解能は、ビーム直径およびビームと加工物の間の相互作用の領域によって決定される。本明細書では「分解能」が、プロセスが生み出しうる最も小さな特徴部分のサイズを指す。
【０００４】
ビーム誘起堆積では、分解生成物が、加工物上に留まる不揮発性生成物と、最終的には真空ポンプによって除去される揮発性生成物とを含む。例えば、タングステンヘキサカルボニルなどの気体有機金属化合物を試料の近くに供給することができ、供給された気体有機金属化合物を表面に吸着させる。ビームは、タングステンヘキサカルボニルを分解して、加工物上のビーム衝突点にタングステンを残す。
【０００５】
ビーム誘起エッチングでは、前駆体ガスが、加工物材料と反応して揮発性副生物を形成する。この揮発性副生物は最終的に真空ポンプによって除去される。例えば、ヨウ素を前駆体ガスとして使用してシリコンをエッチングすることができる。ヨウ素は、ビームの存在下でシリコンと反応して揮発性化合物を形成する。当技術分野では多くの堆積前駆体およびエッチング前駆体が知られている。炭素６０粒子のビームの場合など、場合によっては、ビーム中の材料が、前駆体を解離させるのではなしに、直接に表面に堆積する。
【０００６】
異なるタイプのビームは、異なる量のエネルギーを供給し、試料位置において異なるスポット・サイズを有する。より高いエネルギーは通常、より高いエッチング速度またはより高い堆積速度、ならびにより低い分解能に対応する。荷電粒子ビームは、レーザ・ビームよりもはるかに小さなスポットに集束させることができるが、加工物上のビーム・スポットのサイズは通常、ビーム中の電流に関係する。ビーム電流は普通、ビーム経路上の絞り（ａｐｅｒｔｕｒｅ）のサイズによって決定される。より小さな絞りは、通常は集束しない軸から外れた粒子および軸の近くの粒子をより多く遮断する。軸から外れた粒子を遮断するとビーム電流は低減する。さらに、ビーム電流が低減すると、ビーム中の荷電粒子の反発力によってビームが広がる傾向が低下する。絞りを変更するには通常、新たな絞りをビーム経路上に物理的に移動させ、ビーム経路の中心に置くことが必要であり、それにはある時間がかかる。いくつかのシステムでは、プラズマ密度、引出し電圧などの源セッティングを制御することによっても電流が制御される。
【０００７】
液体金属イオン源を使用する典型的な集束イオン・ビーム・システムは、約１ｐＡから約１００ｎＡの間の電流を生み出すことができ、スポット・サイズは約３ｎｍから３ｍｍの間である。プラズマ・イオン集束イオン・ビーム源は、約１．５ｐＡから約１．５μＡの間の電流を生み出すことができ、スポット・サイズは約４ｎｍから約５ｍｍの間である。電子ビーム電流は通常、約０．５ｐＡから約０．５μＡの間、スポット・サイズは１ナノメートル未満から約３ｎｍである。小さな高分解能ビームは通常、低い電流を有し、低い電流は、低いエッチング速度または低い堆積速度を生み出す。例えば、集束電子ビーム誘起堆積の堆積速度は通常、約５×１０−４μｍ３・ｎＣ−１である。イオン・ビームは通常、ビーム誘起堆積を使用することによって、最大約１ミクロン／分の速度で膜を堆積させることができる。
【０００８】
ビームの複数回の走査によって３次元構造体を形成することができる。それぞれの走査で追加の材料がエッチングされまたは堆積される。ビームが向けられるそれぞれの点を「ドウェル点（ｄｗｅｌｌ  ｐｏｉｎｔ）」と呼ぶ。ビームが１つの点に留まる期間を「ドウェル期間（ｄｗｅｌｌ  ｐｅｒｉｏｄ）」と言う。１つの点に供給される粒子またはエネルギーの総量を「ドーズ（ｄｏｓｅ）」と呼び、単一のドウェル期間中のドーズまたは複数のドウェル期間に対するドーズを指すことがある。走査は、長方形などの規則的なパターンでビームが処理領域を走査するラスタ・パターンを指すことがあり、または個々の点に向かってビームが不規則なパターンで導かれる走査を指すこともある。
【０００９】
製作するパターンを、「ビットマップ（ｂｉｔｍａｐ）」によって表すことができる。ビットマップは、ビームが導かれるドウェル点を示す。ビームが向けられない加工物上の点についてはそれらの点を横切ってビームを素早く偏向させることができ、または、ドウェル点とドウェル点の間ではビームをブランキングすることができる。堆積した材料またはエッチングされた材料のパターンを形成するために、現在のシステムでは、Ｘ，Ｙ平面上のどの点をビームにさらすのか、およびそれぞれの点に対して指定されるドウェル期間をユーザが指定することができる。大きな特徴部分と小さな特徴部分の両方を有するパターンを形成したいとき、機械オペレータは、小さい方の特徴部分を形成するのに十分な分解能を提供するビームを選択する必要がある。その結果、微細な分解能を必要としないより大きな特徴部分を形成するための時間が過大になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第８，８５３，０７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、改良されたビーム処理を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、パターン形成中の１回の走査内でビーム電流を変化させる。ビットマップの解析を実行して、パターンのどの領域が微細な特徴部分を生成するために低いビーム電流を必要とし、ビットマップのどの領域を、スループットを向上させるためにより高いビーム電流で書くことができるのかを決定する。より高いビーム電流を使用することによって節減される時間とビーム電流を変更するのに費やされる時間との間のトレードオフを考慮することによって、ビットマップを通るビーム経路の自動最適化を達成することができる。実施形態は、単一の走査を使用した構造体の製作または繰り返される走査を使用した３次元構造体の製作に適用可能である。
【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、本開示および本開示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】本発明を実施する目的に使用することができる荷電粒子ビーム・システムを示す図である。
【図２】３Ｄ材料堆積用のパターンを形成する目的に使用される３Ｄ  ＣＡＤモデルを示す図である。
【図３】異なるサイズの特徴部分を有する層の略図である。
【図４】材料堆積プロセスによって形成された３Ｄ構造体を示す図である。
【図５】本発明の方法を実施するステップを示す流れ図である。
【図６】ビットマップに変換されたパターン形成層を示す図であり、ビットマップ上のそれぞれのドウェル点に対する好ましいビーム電流が示されている。
【図７】図６のビットマップを示す図であり、電流を変更する時間およびドウェル点ごとの好ましい電流に基づいて最適化されたそれぞれのドウェル点に対する電流が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ビーム処理を使用して製作される典型的なパターンは、さまざまなサイズの特徴部分を含むことがある。荷電粒子ビームを使用して加工物をパターン形成するときには通常、製作したい分離された最も小さな特徴部分に対して、画素ごとの最大ビーム電流がユーザによって決定される。次いで、最も小さな特徴部分に対して使用されるこのビーム電流がパターン全体に適用される。その結果、大面積の特徴部分にも、最も小さな特徴部分と同じビーム電流を使用して堆積が実施されることになる。これによって、より大きな領域をパターン形成するのに要する時間が大幅に増大する。そのため、現在のシステムでは、特徴部分のサイズに応じてビームのドウェル時間を変更することができるが、ビーム電流は一定のままである。その結果、処理時間が、最適な処理時間よりも長くなる。本出願の出願人はこの問題を認識し、いくつかの実施形態では、より大きなビーム電流によって節減される時間が、ビーム電流を変更するのに要する時間を上回るときに、１回の走査内でビーム電流を変化させる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、特徴部分を有する製作するパターンに従って材料を堆積させるためのビーム経路を計画する方法が提供される。このパターンを「構造体パターン」と呼ぶ。構造体パターンを解析して、構造体パターン内の特徴部分のサイズを決定する。構造体パターンの全体を網羅するビーム経路を構成し、構造体パターン内のそれぞれの点に対して必要なビーム電流を決定する。構造体パターンは、異なるサイズの特徴部分を有することがあり、ある特徴部分は、別の特徴部分よりも面積または体積が大きい。特徴部分のサイズに応じて、ビーム電流を、ビーム経路に沿って変化させることができる。それぞれの点に対して必要なビーム電流を構成することは、その点に対する許容ビーム電流を決定することを含む。例えば、相対的に小さな特徴部分に対する材料堆積は、正確さを高めるために低いビーム電流を必要とし、相対的に大きな特徴部分は、より速く堆積させるためにより高いビーム電流を使用して堆積させることができる。構造体パターン内のそれぞれの特徴部分は、特徴部分の正確な堆積を可能にする許容される最も高いビーム電流で堆積させる。構造体パターンは複数の平面層を含むことができ、それらの層はそれぞれ、ビームの１回の走査で堆積させる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、加工物をビームで処理するためのビーム経路を計画する方法であって、ビームによって処理する加工物を提供することと、複数のビーム強度が選択可能なビーム・システムを提供することと、少なくとも１つのビットマップを有する、加工物上にパターン形成する構造体パターンを提供することと、それぞれのビットマップを解析して、ビットマップ上のそれぞれのドウェル点に対して使用する最適なビーム強度を決定し、それによってビーム強度ビットマップを作成することと、ビーム強度ビットマップを解析して、同様のビーム強度で処理しうる領域を分離することと、選択可能なそれぞれのビーム強度について、画素化されたビットマップに対するビーム経路を計画することとを含む方法が提供される。
【００１９】
他の実施形態によれば、さまざまなサイズの特徴部分を含む構造体パターンに従って材料を堆積させる。構造体パターンを通るビーム経路を計画し、それぞれの特徴部分のサイズを決定する。それぞれの特徴部分のサイズに応じて、構造体パターン内のそれぞれの点に対して必要なビーム電流を、ビーム経路に沿って変化させる。パターン内のそれぞれの点に対するビーム電流を構成することは、その点に対する許容ビーム・ドーズを決定することを含む。相対的に小さな特徴部分に対しては、正確さを高めるために低いビーム電流が必要とされ、相対的に大きな特徴部分に対しては、より速く堆積させるためにより高いビーム電流を使用することができる。構造体パターン内のそれぞれの特徴部分は、特徴部分の正確な堆積を可能にする許容される最も高いビーム電流で堆積させる。構造体パターンは複数の平面層を含むことができ、それらの層はそれぞれ、ビームの１回の走査で堆積させる。ビーム電流を変更するのに要する時間のため、ビーム電流は、個々のドウェル点の要求に基づいては選択されず、一群のドウェル点に基づいて選択される。すなわち、単一のドウェル点のビーム電流を増大させるために時間を費やすことに価値がないことがあり、単にその単一の点に対するドウェル期間を増大させるだけの方がより効率的であることがある。連続したいくつかのドウェル点の必要分解能が大きなビーム電流の使用を許容する場合には、それらの複数のドウェル点に対するビーム電流を変更することに時間を使った方が有利なことがある。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態を実行する目的に使用することができるデュアル・ビーム・システム１０２を示す。適切なビーム・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。適切なハードウェアの一例を以下に示すが、本発明は、特定のタイプのハードウェアで実現することに限定されない。
【００２１】
デュアル・ビーム・システム１０２は、垂直に取り付けられた電子ビーム・カラム１０４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１０６とを、排気可能な試験体室１０８上に有する。試験体室は、ポンプ・システム１０９によって排気することができる。ポンプ・システム１０９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・ポンプおよび公知の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。
【００２２】
電子ビーム・カラム１０４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１１０、ならびに微細集束電子ビーム１１６を形成する電子−光学レンズ１１２および１１４を含む。通常、電子源１１０は、通常はグランド電位に維持される加工物１１８の電位よりも５００Ｖから３０ｋＶ高い電位に維持される。
【００２３】
加工物１１８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・マスクとすることができる。加工物１１８の表面に電子ビーム１１６の衝突点を配置することができ、偏向コイル１２０によって電子ビーム１１６の衝突点を加工物１１８の表面全体にわたって走査することができる。レンズ１１２、１１４および偏向コイル１２０の動作は、走査電子顕微鏡電源および制御ユニット１２２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。
【００２４】
加工物１１８は、試験体室１０８内の可動ステージ１２４上にある。ステージ１２４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。ＸＹＺステージ１２４上に加工物１１８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１２７を開くことができる。試験体室１０８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。ステージ１２４は、例えばペルチエ冷却器（図示せず）によって冷却することができ、または例えば抵抗ヒータ１２６によって加熱することができる。
【００２５】
真空室には、前駆体材料または活性化材料を保持する複数のガス注入システム（ＧＩＳ）１３０（２つ示されている）、および加工物の表面にガスを導くための針１３２が取り付けられている。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１３４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。
【００２６】
集束イオン・ビーム・カラム１０６は、イオン源１４６および集束カラム１４８がその内部に位置する上ネック部１４４を備え、集束カラム１４８は、引出し電極１５０および静電光学系を含み、静電光学系は対物レンズ１５１を含む。イオン源１４６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１４８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１５２は、イオン源１４６から、集束カラム１４８を通り、静電偏向器１５４間を通過して、加工物１１８に向かって進む。
【００２７】
ＦＩＢ電源および制御ユニット１５６は、イオン源１４６の電位を供給する。ＦＩＢ電源および制御ユニット１５６は偏向板１５４に結合されており、偏向板１５４は、イオン・ビームが、加工物１１８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１４８内のビーム・ブランキング電極（図示せず）は、ＦＩＢ電源および制御ユニット１５６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１５２を、加工物１１８ではなくブランキング絞り（図示せず）に衝突させる。
【００２８】
システム・コントローラ１３８は、デュアル・ビーム・システム１０２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１３８を介して、イオン・ビーム１５２または電子ビーム１１６で希望通りに走査することができる。あるいは、システム・コントローラ１３８は、コンピュータ記憶装置１４０に記憶されたプログラムされた命令に従って、デュアル・ビーム・システム１０２を制御することができる。システム・コントローラ１３８は、構造体の２次元または３次元モデルを一連のビットマップに変換し、次いで、それらのビットマップを、イオン・ビームまたは電子ビームを制御するための電気信号に変換するパターン形成エンジンを含む。コンピュータ記憶装置１４０は、本明細書に記載された方法を実行するための命令を記憶することができる。図１は、本発明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米国特許第８，８５３，０７８号明細書に示され説明されているデュアル・ビーム・システムであり、本発明とともに使用するデュアル・ビーム・システムの一例に過ぎない。
【００２９】
図２は、材料堆積によって３Ｄパターンを形成する目的に使用される３Ｄコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデル２００を示す。モデル２００は、さまざまな形状およびサイズの特徴部分２０２、２０４、２０６を含む。３次元ビットマップを作成するため、モデル２００を、複数の平面層に分割することができる。これらの平面層は、１つにまとめられて、この３次元モデルを表す。次いで、それぞれの層をパターン形成エンジンに送り、所望のパターンのビットマップとして構成することができる。このプロセスは、ｒｅｐｌｉｃａｔ．ｏｒｇ／ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓで利用可能な、または利用できない場合にはｗｗｗ．ａｒｃｈｉｖｅ．ｏｒｇ．で利用可能なＲｅｐｌｉｃａｔｏｒＧオープン・ソース３Ｄ印刷ソフトウェアの中のＧＣＯＤＥ生成プログラムを使用して実行することができる。
【００３０】
図３は、モデル２００から得られた水平な平面層から形成されたビットマップを示す。領域３０２は、特徴部分２０２の１つの水平状態に対応し、領域３０４は、特徴部分２０４の１つの水平状態に対応し、領域３０６は、特徴部分２０６の１つの水平状態に対応する。ビーム・システムのパターン形成アルゴリズムが、それぞれの平面層上のどの点を、ビーム経路に沿った特定のビーム電流にさらすのかを決定する。次いで、そのビットマップを、適切な電子ビームまたはイオン・ビームによってパターン形成する、すなわちそのビットマップを「書く」。このパターン形成は、材料を堆積させることによって、もしくは表面から材料をエッチングすることによって、またはこれらの２つのある組合せによって形成することができる。
【００３１】
図４は、モデル２００（図２）から先行技術の方法を使用して形成された３Ｄ構造体の一例を示す。このモデルを複数の層に分割した。それぞれの層には１つのビットマップが対応する。それぞれのビットマップ内の全てのドウェル点に対して、同じドウェル期間および同じビーム電流が使用される。処理時間を短縮するため、ドーズ、すなわちドウェル期間×電流、をより高いレベルに設定した。しかしながら、特徴部分２０６の小さな尖頂部分が正しく形成されなかったことが分かる。これは、画素ごとのドーズが大き過ぎたためである。これは、全体的なドーズをより低く設定することによって補正することができるが、そうするとパターン形成時間がはるかに長くなるであろう。ビットマップ・パターン内でビーム電流を変化させると、より高い電流（およびより短いドウェル期間）でより大規模な特徴部分を形成することができ、より低いビーム電流ではより小規模な特徴部分が形成される。その結果、より高いパターン忠実度（ｐａｔｔｅｒｎ  ｆｉｄｅｌｉｔｙ）をより高いスループットで得ることができる。
【００３２】
本発明の一実施形態では、それぞれのドウェル点に対する必要ビーム・ドーズがパターン形成エンジンによって決定される。パターン形成エンジンは次いで、そのドーズを達成する電流とドウェル期間の組合せを設定することによって、そのドーズをどのように達成するのかを決定する。ビームは、層内の全ての高電流画素を走査し、次いで全ての低電流画素を走査する。スポット・サイズを小さくする必要があるとき、または結果を求めずにスポット・サイズを大きくすることができるときには、ビーム電流を変更することが好ましい。スループットが増大するためである。大きなスポット・サイズを有することが望ましくないときにはドウェル時間を調整することが好ましい。例えば、領域３０６（図３）は、特徴部分２０６（図２）の小さな尖頂を表す。より小さな特徴部分は通常、正確な材料堆積を達成するためにより低いビーム電流を必要とする。領域３０２（図３）などのより大きな特徴部分は、より短いドウェル時間でより高いドーズを提供することができるより高いビーム電流で堆積させることができる。全体的なドーズをより低く設定すると材料堆積は正確になるであろう。しかしながら、それによって、数時間程度の大幅な生産時間の増大が生じるであろう。全体的なドーズをより高くすると、処理時間は短縮するが、誤差が生じることがあり、その結果、材料堆積が不正確になる。
【００３３】
図５は、本発明の一実施形態の諸ステップを説明する流れ図５００を示す。ステップ５０２で、３次元モデルを複数の層に分解する。ステップ５０４で、最初の層に対応するビットマップを作成する。ステップ５０６で、ビットマップ上のそれぞれのドウェル点を解析して、そのドウェル点に対する最適なビーム電流およびドウェル時間を決定する。この最適な電流は、周囲のドウェル点によって決定される。図６は、特徴部分６０２、６０４および６０６を有するビットマップを示す。クロス・ハッチングで示されたドウェル点６０８は、低ビーム電流を使用することによって最適に書かれ、塗り潰された黒で示されたドウェル点６１０は、高ビーム電流によって最適に書かれる。それぞれのドウェル点に対して最適なビーム電流を決定する目的にはさまざまな方法を使用することができる。特徴部分の縁から数ドウェル点以内にあるドウェル点は、特徴部分に対して鋭い縁を画定するために低ビーム電流を使用して書かれることが好ましい。図６では、特徴部分の縁に接したドウェル点または特徴部分の縁に接したコーナを有するドウェル点が低電流で書かれる。
【００３４】
ビーム・システムによっては、ビーム経路上のビーム画定絞りを物理的に変更することによって電流を変化させるのに、約１分から５分の間の時間がかかることがある。したがって、ステップ５０６で計算され図６に示されたビーム電流およびドウェル時間を適用することは効率的ではない。例えば、プラズマ・イオン源を使用する集束イオン・ビーム・システムでは、高ビーム電流が通常、直径約１μｍから１ｍｍの間のビーム画定絞り（ＢＤＡ）を使用して約１００ｐＡから約１ｍＡの間であり、典型的な動作では、穴径約１００μｍのＢＤＡを使用して電流が約１μＡである。低電流は、直径約１μｍから１０００μｍの間のＢＤＡを使用して約１ｐＡおよび１００ｎＡの間とすることができ、典型的な動作では、約１００μｍのＢＤＡ径を使用してビーム電流が約８０ｎＡである。
【００３５】
ドウェル期間が３ミリ秒であり、電流を１５倍にする場合には、同じドーズを送達するのに、ドウェル期間を、２００ナノ秒（３ミリ秒×１／１５）に短縮することができる。２．８ミリ秒の時間節減である。絞りを変更するのに要する時間、例えば６０秒を取り戻すためには、より高い電流を使用した方が有益なドウェル点の数が少なくとも６０秒÷２．８ミリ秒、すなわち２１，５００個ある必要があろう。例えば、１つのパターンは単一の経路（ｐａｓｓ）からなるのではなく、数千の経路からなる。１，０００の経路を有するパターンまたは層では、５００×５００個の画素からなることが、合計２億５０００万個のドウェル点があることに等しく、そのためビーム電流を切り換えることが時間的に非常に有効である。上で論じたとおり、書きたいパターンまたは構造体の全体を複数の層に分ける。所望のパターン忠実度に応じて、層の厚さは１０〜５０ｎｍを目標とする。したがって、パターンは例えば１００個の層を有することができ、それぞれの層は、それぞれの層の上を通る例えば数十倍から数千倍のビーム経路を有する。
【００３６】
ステップ５０８で、ビーム電流を増大させることによるスループットの増大と電流を変化させるのに要する時間とを釣り合わせることによって、それぞれのドウェル点で使用するビーム電流およびドウェル時間を決定する。
【００３７】
例えば、図７は、高ビーム電流を使用することによって最適にパターン形成されるクロス・パターンで示されたドウェル点７０２が、低ビーム電流を使用してパターン形成されることを示している。これは、短縮されるドウェル時間が、絞りを変更するのに要する時間を補償しないためである。
【００３８】
ステップ５１０で、ビームを設定し、ステップ５１２で、そのビーム電流で走査されるパターンの一部を走査する。判断ブロック５１４で、その層のパターン形成がまだ完了していないと判定された場合、ブロック５１６でビーム電流を変更し、ステップ５１２で、加工物を新たなビーム電流で再びパターン形成する。判断ブロック５１４で、その層のパターン形成が完了していると判定された場合、判断ブロック５１８で、パターン形成する追加の層があるどうかを判定する。パターン形成する追加の層がある場合には、ステップ５０４で次の層をビットマップに変換し、このプロセスを繰り返す。判断ブロック５１８で、全ての層がパターン形成されたと判定されたとき、このプロセスは終了となる。
【００３９】
モデルの複数の層への分解およびそれらの層のビットマップへの変換は、システム・コントローラまたは他のコンピュータによって自動的に実行されることが好ましい。図２に示されたモデルはビーム誘起堆積によって生成されるが、別の実施形態はビーム誘起エッチングを使用する。
【００４０】
この例は、２つの電流レベル間の切換えを記載しているが、別の実施形態は、３つ、４つまたは５つ以上の電流レベルを使用することができ、いくつかの実施形態は、電流値の連続範囲を使用することができる。ビーム電流が、前駆体ガスの存在下で材料が堆積するのかまたはエッチングされるのかを決定しうることも知られている。大きな電流は、基板に堆積した前駆体ガスを使い尽くすことができ、材料が堆積するよりも速く基板材料を除去することができる。ビーム電流の変更を使用して、いくつかの実施形態では、堆積プロセスからエッチング・プロセスに切り換えることができる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態は、ビーム誘起材料堆積のための方法を提供し、この方法は、
堆積させる２次元特徴部分のマップを決定することと、
このマップを解析して、堆積させる２次元特徴部分のサイズを決定することと、
堆積させる２次元特徴部分のサイズから、２次元特徴部分のそれぞれの点に対するビーム電流を決定することと、
２次元特徴部分を堆積させるためのビーム走査経路を決定することと、
材料を堆積させ、２次元特徴部分を形成するために、ある走査パターンに従ってビームで走査することであって、走査パターン内の点のうちの少なくともいくつかの点に対して異なるビーム電流が使用されること、
の複数のステップを備える。
【００４２】
いくつかの実施形態では、材料を堆積させ、２次元特徴部分を形成するために、ある走査パターンに従ってビームで走査することが、
２次元特徴部分の点の第１のセットを第１のビーム電流を使用して走査することと、
ビーム経路上の絞りを変更することと、
２次元特徴部分の点の第２のセットを第２のビーム電流を使用して走査することと
を含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、２次元特徴部分の点の第１のセットを第１のビーム電流を使用して走査することが、異なる点において異なるドウェル時間を使用することを含む。
【００４４】
いくつかの実施形態は、
３次元構造体の記述を提供することと、
３次元構造体を複数の２次元層に分割することと
をさらに含み、
堆積させる２次元特徴部分のマップを決定することが、２次元層のうちの１つの層のマップを決定することを含む。
【００４５】
いくつかの実施形態は、
３次元構造体の記述を提供することと、
３次元構造体を複数の２次元層マップに分割することと
をさらに含み、
２次元層マップのそれぞれのマップに対して、請求項１に記載されたステップが実行される。
【００４６】
いくつかの実施形態では、２次元特徴部分のうちのいくつかの特徴部分に対して第１のビーム電流が選択され、２次元特徴部分内の別の特徴部分に対して第２のビーム電流が選択される。
【００４７】
いくつかの実施形態は、ビーム誘起材料処理の方法を提供し、この方法は、
さまざまなサイズの特徴部分を有する構造体パターンを提供することと、
この構造体パターンを解析して、構造体パターン内の特徴部分のサイズを決定することと、
構造体パターンの全体を網羅するビーム経路を決定することと、
構造体パターン内のそれぞれの点に対して必要なビーム電流を決定することであり、このビーム電流が、構造体パターン内の異なる点で変化することと、
ビーム経路に沿って、構造体パターン内のそれぞれの点の決定されたビーム電流を使用して、ビームで走査すること、
の複数のステップを備える。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ビーム電流が、構造体パターン内の異なる点で、その点を含む特徴部分のサイズに従って変化する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ビーム処理が材料堆積を含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、構造体パターンが複数の平面層を含み、それらの複数の平面層のそれぞれの層を、ビームの１回の走査で堆積させる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、ビーム経路の１回の走査の間にビーム電流が変化する。
【００５２】
いくつかの実施形態は、加工物をビームでビーム誘起処理する方法を提供し、この方法は、
少なくとも１つの２次元ビットマップを有する、加工物上にパターン形成する構造体パターンを提供することと、
１つまたは複数のビットマップ内のそれぞれの画素に対して使用するビーム電流を決定してビーム電流ビットマップを作成するために、少なくとも１つのビットマップを解析することと、
同様のビーム電流で処理する領域を決定するために、前記ビーム電流ビットマップを解析することと、
加工物を処理するためにビットマップに対するビーム経路を計画することと、
加工物を処理するための計画されたビーム経路に沿って、ビームを、選択されたビーム電流で導くことであり、加工物を処理するために、計画されたビーム経路上で少なくとも２つの異なるビーム電流が使用されること、
の複数のステップを備える。
【００５３】
いくつかの実施形態では、計画されたビーム経路に沿ってビームを導くことが、２次元ビーム経路を処理するために計画されたビーム経路内で異なるビーム電流を選択するために、導かれたビームが通り抜ける絞りを変更することを含む。
【００５４】
いくつかの実施形態では、計画されたビーム経路に沿って、ビームを、選択されたビーム電流で導くことが、異なる点において異なるドウェル時間を使用することを含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのビットマップを有する、加工物上にパターン形成する構造体パターンを提供することが、
３次元構造体の記述を提供することと、
３次元構造体を複数の２次元ビットマップに分割することと
を含む。
【００５６】
いくつかの実施形態は、複数のそれぞれの２次元層について、
１つまたは複数のビットマップ内のそれぞれの画素に対して使用するビーム電流を決定してビーム電流ビットマップを作成するために、対応するビットマップを解析することと、
同様のビーム電流で処理する領域を決定するために、前記ビーム電流ビットマップを解析することと、
加工物を処理するためにビットマップに対するビーム経路を計画することと、
加工物を処理するために計画されたビーム経路に沿って選択されたビーム電流でビームを導くことであり、加工物を処理するために、計画されたビーム経路上で少なくとも２つの異なるビーム電流が使用されることと
をさらに含む。
【００５７】
いくつかの実施形態は、加工物のビーム処理を実行する装置であって、
複数の強度が選択可能なビーム・システムであり、導かれるビームを生成するビーム・システムと、
前記ビームを導き集束させる１つまたは複数のビーム・レンズと、
堆積前駆体注入システムと、
前記装置を制御するコントローラと
を備え、前記コントローラが、コンピュータ・システムから命令を受け取り、前記コンピュータ・システムが、上記の方法のうちの任意の方法のステップを実行するようにプログラムされている
装置を提供する。
【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。
【符号の説明】
【００５９】
１０２  デュアル・ビーム・システム
１０４  電子ビーム・カラム
１０６  集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラム
１０８  試験体室
１０９  ポンプ・システム
１１０  電子源
１１８  加工物
１２０  偏向コイル
１２２  走査電子顕微鏡電源／制御ユニット
１２４  可動ステージ
１３０  ガス注入システム（ＧＩＳ）
１３８  システム・コントローラ
１４０  コンピュータ記憶装置
１４６  イオン源
【図１】
2017020106.tif 000003
【図２】
2017020106.tif 000004
【図３】
2017020106.tif 000005
【図４】
2017020106.tif 000006
【図５】
2017020106.tif 000007
【図６】
2017020106.tif 000008
【図７】
2017020106.tif 000009
【外国語明細書】
2017020106000001.pdf
2017020106000002.pdf
2017020106000003.pdf
2017020106000004.pdf