JP6192695B2 - 自動スライス・アンド・ビュー下部切削 - Google Patents

Description

本発明は一般に、ナノテクノロジのための荷電粒子ビーム画像化に関し、より詳細には、自動化された３Ｄ分析中の高品質データの取得を改善する方法および装置に関する。

電子顕微鏡法は、材料の構造を３Ｄで、かつ高い分解能で調べる機会を提供する。この技法を使用して、さまざまな材料を観察および分析することができ、この技法は、さまざまな応用分野で使用することができる。本発明は、半導体（例えばバイア、トランジスタなど）の観察および分析においてしばしば利用されるが、本発明は半導体だけに限定されず、例えば金属、触媒、ポリマー、生体構造物などの他の材料を含むことができることを理解すべきである。電子顕微鏡法とともに使用されて例えば材料を分析する１つの技法は「スライス・アンド・ビュー（ｓｌｉｃｅ ａｎｄ ｖｉｅｗ）」と呼ばれている。この技法は通常、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）と走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）とを組み合わせた、本発明の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから販売されているＤｕａｌＢｅａｍ（登録商標）機器などのシステムを用いて実行される。

図１に示されているように、スライス・アンド・ビュー技法では、公知の方法および技法によって、試料材料中の関心の特徴部分の位置を特定し、その特徴部分を測定する。ＦＩＢは、高い精度で試料を切削およびスライスして、試料の３Ｄ内部構造または特徴部分を露出させる。通常、ＦＩＢは、観察すべき隠れた特徴部分を有する試料材料の上面に対して直角な断面または面を露出させる。基板からスライスを分離するのをさらに支援するため、関心領域の両側の材料を除去する。ＳＥＭビーム軸は通常、ＦＩＢビーム軸に対して鋭角をなすため、この面を画像化するためには、この面の前方にあたる部分の試料を除去して、ＳＥＭビームがアクセスすることができるようにすることが好ましい。ＳＥＭによってこの面の画像を得た後、その面にある基板の別の層をＦＩＢを使用して除去し、それによってより深い新たな面、したがって特徴部分のより深い断面を露出させることができる。ＳＥＭでは、特徴部分の一部分、すなわちこの面の表面にある部分しか見ることができないため、操作が完了するまで、切削と画像化、すなわちスライシング（ｓｌｉｃｉｎｇ）と観察を順次繰り返す。この工程は、スライシングされた試料を再構成して特徴部分の３Ｄ表現にするために必要なデータを提供する。次いで、この３Ｄ構造を使用して特徴部分を分析する。

基板の層をスライシングによって除去する際に生じ得る１つの問題が再堆積である。すなわち、材料屑（ｒｅｍｎａｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）の粒子が、画像化する特徴部分の面に再堆積することがあり、このことが、画像化する面の遮蔽物のない視野を妨げ、それによって画像分解能が望ましくないものになることがある。このことが図２に最もよく示されている。図２は、標準スライス・アンド・ビュー法を示しており、標準スライス・アンド・ビュー法では、ＦＩＢが試料の上面に対して垂直であり、ＳＥＭが、ＦＩＢ軸に対して通常は約５２度傾いている。この方法では、ＦＩＢを使用して材料を除去して、傾斜したトレンチ２４を形成することによって、垂直壁すなわち面２０を露出させる。面２０を露出させた後、ＳＥＭによって画像化するための面２０を観察する。ＦＩＢを使用して材料のスライス２６を除去して、ＳＥＭによって画像化する新たな面を露出させる。ＦＩＢがこのミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）操作を実行すると、ミリングされているエリアから切除された材料２８およびイオン・ビームからのガリウムが、面２０の前方に蓄積したり、面２０に再堆積したりして、面２０を改変したりまたは不明瞭にしたりすることがある。図３は、傾斜スライス・アンド・ビュー法（ａｎｇｌｅｄ ｓｌｉｃｅ ａｎｄ ｖｉｅｗ ｍｅｔｈｏｄ）における同じ問題を示す。傾斜スライス・アンド・ビュー法では、ＳＥＭが、試料の上面に対して垂直であり、ＦＩＢが、ＳＥＭ軸と試料の上面の両方に対して傾いている。この方法では、ＦＩＢを使用して材料を除去してトレンチ３２を形成することによって、傾斜した面３０を露出させる。面３０を露出させたら、ＳＥＭによって画像化するための面３０を観察する。ＦＩＢを使用して材料のスライス３４を除去して、ＳＥＭによって画像化する新たな面を露出させる。ＦＩＢがこのミリング操作を実行すると、ミリングされているエリアからの切除材料３６およびイオン・ビームからのガリウムが、面３０の前方に蓄積したり、面３０に再堆積したりして、面２０を改変したりまたは不明瞭にしたりすることがある。再堆積した図２および３の材料はともに、使用に堪えないデータまたは自動化されたサイクルの失敗につながり、その際には、質の悪い１つのスライスまたは１つの画像が操作全体を無効にすることがある。

スライス・アンド・ビュー画像化から３Ｄ再構成を実行するソフトウェア・アルゴリズムは一般に、ＳＥＭによって画像化されたそれぞれのスライスの表面が平坦であると仮定する。再堆積した材料はコントラストおよび組成の変動を引き起こし、その際、再堆積した材料は、露出した表面の画像から形成された３Ｄ表現のノイズ（例えば分解能の低下）と解釈される。例えば、図４は、典型的なスライス・アンド・ビュー試料の最終画像を示す。この画像では、再堆積した材料３８が蓄積して、面４２を不明瞭にし、面４２に影４０を作り、その結果、画像は傷のあるものとなっている。質の悪い１つのスライスまたは１つの画像が操作全体を無効にしかねないため、傷のない大量のデータを求める要求が高まっている。したがって、スライス・アンド・ビュー技法におけるスライシング工程からの高品質データの取得を改善する方法が求められている。

米国特許第５，８５１，４１３号明細書 米国特許第５，４３５，８５０号明細書

したがって、本発明の目的は、スライス・アンド・ビュー処理において画像化する試料の表面の前方での切除材料の再堆積および／または試料表面への再堆積を低減させまたは排除する方法を提供することにある。

本発明は、断面壁の面の内部へ向かって多数の切削を順次ミリングする方法を提供する。スライシングし画像化する関心領域の下の試料基板に下部切削部（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）を形成する。この下部切削は、関心領域を試料基板から分離して、ミリング工程によって生み出された切除材料を捕獲する「トラップ（ｔｒａｐ）」を形成する物理的な空間を提供する。これは、ミリングされた面の視野を不明瞭にする場所に、切除材料が再堆積することを防ぐ。本発明は、スライス・アンド・ビュー処理の標準法と斜面法の両方に対して使用可能である。

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大まかに概説した。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、本発明の目的と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ための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、そ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。

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。

試料のスライス・アンド・ビュー処理を示す図である。 試料面に堆積した材料を示す、標準スライス・アンド・ビュー処理を受けている試料の側面図である。 試料面に材料が堆積した、傾斜スライス・アンド・ビュー処理を受けている試料の側面図である。 堆積した材料が試料面を不明瞭にしている、スライス・アンド・ビュー処理が完了したときの試料の画像である。 スライス・アンド・ビュー処理によって試料を処理する本開示の一実施形態に基づく方法の流れ図である。 堆積材料のための下部切削部を有する、標準スライス・アンド・ビュー処理を受けている試料の側面図である。 堆積材料のための下部切削部を有する、傾斜スライス・アンド・ビュー処理を受けている試料の側面図である。 堆積材料のための代替の下部切削部を示す、図７に類似の側面図である。 スライス・アンド・ビュー処理を実行する準備ができた、本開示の一実施形態に基づく下部切削部を有する試料の画像である。 下部切削部の中に材料が堆積した、スライス・アンド・ビュー処理が完了したときの試料の画像である。 スライス・アンド・ビュー処理用のデュアル・ビーム・システムを示す図である。

本発明の好ましい実施形態によれば、方法は、３Ｄ画像化のための高品質データを提供する、遮るもののない試料の鮮明な画像が得られるスライス・アンド・ビュー技法を提供する。スライスし画像化する関心領域を決定した後、関心領域の前方の材料および関心領域の両側の材料を除去することによって、関心領域を試料基板から分離する。観察する特徴部分の下に下部切削部を形成して、このミリング工程の結果生じた堆積材料を集める領域またはトラップを提供する。

次に図５を参照すると、デュアル・ビーム・システムを用いたスライス・アンド・ビュー処理によって試料の画像を生成する本開示の一実施形態に基づく方法５０の流れ図が示されている。この技法は、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）と走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）とを組み合わせた、本発明の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから販売されているＤｕａｌＢｅａｍ（登録商標）機器などのシステムを用いて実行することができる。試料から材料を除去するため、方法５０のデュアル・ビーム・システムは、ＦＩＢデバイスからの集束イオン・ビーム、レーザからのレーザ・ビームなどのエッチング・ビームを利用する。エッチング・ビームによって露出させた試料の表面を画像化するため、方法５０のデュアル・ビーム・システムは、ＳＥＭからの電子ビームなどの調査ビームを利用する。関心領域を決定した後、試料は、これらのエッチング・ビームおよび調査ビームに対して回転可能でかつ／または平行移動可能なステージ上に装着することが好ましい。このステージを回転させることによって、画像化する特徴部分の周囲の材料をＦＩＢを利用して除去すること、および試料のスライスをＦＩＢを利用してミリングすることができるように、露出した表面の向きを変えることができる。さらに、所望ならば、ステージを回転させることによって、露出した表面の画像を異なる視野から撮影することもできる。方法５０は、ＦＩＢデバイスからの集束イオン・ビーム、ＳＥＭからの電子ビーム、回転可能なステージおよび他の特定の要素を使用して説明されるが、このような選択は単なる例であり、同等の機能を果たすことができる構成要素を使用することができることに留意すべきである。

方法５０は、ステップ５２から始めることができ、ステップ５２では、デュアル・ビーム・システムのステージ上に試料を装填する。標準スライス・アンド・ビュー法（図６）では、通常は水平から約５２度に傾けられたデュアル・ビーム・システムのステージ上に試料６０を装着する。そのため、ＦＩＢは試料６０の上面６２に垂直に衝突し、電子ビームは試料の上面に約５２度の角度で衝突する。斜面スライス・アンド・ビュー法（図７）では、ＳＥＭが、試料７２の上面７０に対して垂直であり、ＦＩＢが、ＳＥＭ軸と上面７０の両方に対して傾いている。試料に対するＦＩＢの角度は所望の任意の角度とすることができる。一例では、ＦＩＢの角度が、試料の上面に対して約３８度とすることができる。

方法５０は続いてステップ５３へ進み、ステップ５３で、集束イオン・ビームを使用して、観察し画像化する面を露出させるための傾斜したトレンチを形成し、さらに、関心領域の両側に側方トレンチを形成する。図６に示されているように、集束イオン・ビームを使用して試料６０内に傾斜したトレンチ６４を形成して、観察し画像化する面６６を露出させる。さらに、側方トレンチ９４が示されている図９に最もよく示されているように、関心領域の両側に側方トレンチを形成する。傾斜したトレンチおよび側方トレンチの寸法は、関心領域の寸法に応じて変更することができる。寸法は一般に、図１に示されているように、ｘ軸（幅）、ｙ軸（長さ）およびｚ軸（深さ）に沿って延びるものとして記載される。一例では、関心領域のｘ軸幅が約１０μｍ、ｙ軸長さが約１２〜約１５μｍの間、ｚ軸深さが約１０μｍである。傾斜したトレンチ６４は例えば、関心の特徴部分を含む面６６から後方へ約３５μｍミリングすることができる。側方トレンチを含む傾斜したトレンチ６４のｘ軸幅は、関心領域のｘ軸幅よりも大きい。それぞれの側方トレンチの幅は通常、関心領域の幅の約３０〜３５％である。例えば、関心領域の幅が約１０μｍである場合、それぞれの側方トレンチの幅は約３〜約４μｍの間とすることができ、そのため、傾斜したトレンチの全ｘ軸幅は約１６〜約１８μｍの間となる。傾斜したトレンチ６４の角度は、集束イオン・ビームと電子ビームの両方が、傾斜したトレンチ６４の下端で面６６を走査することができる十分な角度である。この実施形態では、面６６が、通常は表面６２に対して垂直であり、ミリングの方向に対して平行に広がる。いくつかの実施形態では、試料の他の表面によって遮られることなく２つ以上の異なる向きから電子ビームが面６６を十分に調べることができるように、傾斜したトレンチ６４の寸法が決められる。

方法５０は続いてステップ５４へ進むことができ、ステップ５４では、ＦＩＢデバイスに対するステージの向きを変えて、面６６の下に下部切削部６７を形成する。下部切削部６７の長さは、関心領域の寸法に応じて変更することができる。例えば、関心領域のｚ軸深さが約６μｍである場合、下部切削部は、少なくとも約６μｍ奥へ延びることが好ましい。下部切削部６７のｙ軸長さも変更することができるが、ミリング操作の結果生じた材料が集まる場所を提供して、観察し画像化する面を不明瞭にしないようにする十分な大きさであることが好ましい。例えば、下部切削部６７は、面６６の下縁からのｙ軸長さが約５μｍになるように形成することができ、また、関心の特徴部分を通り過ぎる距離だけ、またはミリングする最後のスライスの下方に下部切削部６７が広がるような距離だけ、ｚ軸深さに沿って面６６から奥へ延びることができる。

方法５０は続いてステップ５５へ進むことができ、ステップ５５では、試料が再び、ＦＩＢデバイスに対して垂直になり、ＳＥＭに対して約５２度傾くようにステージの位置を決める。方法５０は続いてステップ５６へ進むことができ、ステップ５６では、図６に示されているように、集束イオン・ビームを使用して材料のスライス６８を切削し、スライス６８を除去して、新たな面を露出させる。いくつかの実施形態では、面６６の平面に対して実質的に平行に走る本質的に１次元の線をミリングすることによって材料のスライス６８を除去する。除去するスライスの厚さは、関心領域に含まれる特徴部分のサイズに応じて変更することができる。例えば、さまざまな実施形態において、集束イオン・ビームによって除去するスライスの厚さは、約３０ｎｍから約６０ｎｍの範囲など、約２０ｎｍから約１００ｎｍの範囲とすることができる。除去するスライスの幅および長さ寸法は例えば、約１０μｍから約１００μｍの範囲とすることができる。図６に示されているように、試料のスライスをミリングした結果生じた材料屑またはイオン・ビームからのガリウムの粒子は堆積し、下部切削部６７内に集められ、ＳＥＭによって観察する遮るもののない面６６が残される。

方法５０は続いてステップ５７へ進むことができ、ステップ５７では、ＳＥＭの電子ビームを用いて面６６の画像を、本業界で公知の方法で取得し、記憶する。

この方法は、ステップ５７からステップ５８へ進むことができ、ステップ５８では、試料のスライス・アンド・ビュー処理を（例えばステップ５６および５７を繰り返すことによって）もう１回反復するのか、または、ステップ５９へ進んで、試料のスライス・アンド・ビュー処理を終了し、関心の特徴部分の３Ｄの画像を生成するのかを判定する。特徴部分の３Ｄ画像を生成するためには多くの画像を得ることが望ましい。画像の数は、特徴部分のサイズまたは３Ｄ画像の所望の詳細によって決まる。ブロック５８では、試料の処理が進んだときにスライス・アンド・ビュー技法の反復回数を計数する。一実施形態では、スライス・アンド・ビューが所定の回数反復されるまで、スライス・アンド・ビュー処理を続ける。あるいは、特定のトリガー事象の発生に応答して、または、スライス・アンド・ビューがある回数反復して実行された後にスライス・アンド・ビュー処理システムが追加の入力を受け取ったか否かに応じて、スライス・アンド・ビューの反復の終了を開始することもできる。いずれにせよ、試料のスライス・アンド・ビュー処理を継続すべきであると判定された場合、方法５０は、「いいえ」の経路に沿ってステップ５６からステップ５７へ進む。この反復スライシング工程が終わったと判定された場合、方法５０は、「はい」の経路に沿ってステップ５８からステップ５９へ進む。

ステップ５９では、試料のスライス・アンド・ビュー処理中に集められたデータから、関心領域の３Ｄ表現を、広く公知の技法を使用して生成する。この処理の結果生じた粒子が集まる場所を提供して試料面を不明瞭しないようにすることによって、試料の特徴部分の正確で使用に堪える３Ｄ表現を与える高品質画像化を得ることができる。

方法５０は、集束イオン・ビームおよび電子ビームが表面７０および試料７２に対して所望の角度に傾けられた、図７に示された傾斜スライス・アンド・ビュー法に対しても同様に使用可能である。この実施形態では、傾斜したトレンチ７４を集束イオン・ビームを使用して形成して、表面７０から所望の角度で広がる斜面７６を露出させる。次いで、ＦＩＢデバイスに対するステージの向きを変えて、斜面７６の下に広がる下部切削部７８を形成する。次いで、集束イオン・ビームおよび電子ビームが傾いていることを除いて図６に関して上で説明した方法と同じ方法で、集束イオン・ビームがスライスをミリングする。スライスがミリングされるごとに、試料のスライスをミリングした結果生じた材料屑またはイオン・ビームからのガリウムの粒子７９が堆積し、下部切削部７８内に集められ、電子ビームによって観察するための遮るもののない面７６が残される。

図８は、図７に示し説明した傾斜スライス・アンド・ビュー法に類似の傾斜スライス・アンド・ビュー法の下部切削部の代替形状を示す。この実施形態では、集束イオン・ビーム（図示せず）が材料を除去して、電子ビーム（図示せず）によって観察し画像化する斜面８４を露出させる傾斜したトレンチ８２を形成するように、試料８０を処理する。上記の実施形態のように斜面の下に広がる下部切削部を形成するのではなく、斜面８４の前方に下部切削部８６を形成する。下部切削部８６は、スライシング操作の結果生じた粒子８８が集まる場所を提供して、斜面８４を不明瞭にしないようにする。

図９は、スライス・アンド・ビュー処理を実行する準備ができた、スライス・アンド・ビュー処理を実行する前の試料の画像である。関心の特徴部分を含む関心領域９０の位置が特定されており、関心領域９０は、観察し画像化する面９３を露出させる傾斜したトレンチ９２によって試料基板から分離されている。側方トレンチ９４が領域９０を試料基板から分離しており、ミリング操作の結果生じた材料を集めて溜めるための下部切削９６が形成されている。図１０は、スライス・アンド・ビュー処理が完了したときの図９の試料の画像である。この画像では、下部切削部９６の中に粒子９８が集積しており、面９３に、通常なら電子ビームによる観察を不明瞭にするであろう材料の堆積は見られない。

上記の方法を実行するための装置が図１１に示されている。図１１は、垂直に装着されたＳＥＭカラムと、垂直から約５２度の角度に装着された集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）カラムとを備える典型的なデュアル・ビーム・システム１１１０を示す。このようなデュアル・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から販売されている。適当なハードウェアの一例を以下に示すが、本発明は、特定のタイプのハードウェアで実現されることだけに限定されない。

デュアル・ビーム・システム１１１０は、走査電子顕微鏡１１４１と電源および制御ユニット１１４５を備える。陰極１１５２と陽極１１５４の間に電圧を印加することによって、陰極１１５２から電子ビーム１１４３が放出される。電子ビーム１１４３は、集束レンズ１１５６および対物レンズ１１５８によって微細なスポットに集束する。電子ビーム１１４３は、偏向コイル１１６０によって試験体を２次元的に走査する。集束レンズ１１５６、対物レンズ１１５８および偏向コイル１１６０の動作は電源および制御ユニット１１４５によって制御される。

電子ビーム１１４３を、下室１１２６内の可動式Ｘ−Ｙステージ１１２５上にある基板１１２２上に焦束させることができる。電子ビーム中の電子が基板１１２２に当たると、２次電子が放出される。この２次電子は、後に論じる２次電子検出器１１４０によって検出される。

デュアル・ビーム・システム１１１０は集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システム１１１１をさらに含み、ＦＩＢシステム１１１１は、上ネック部１１１２を有する排気された室を含み、上ネック部１１１２内にはイオン源１１１４および集束カラム１１１６が位置し、集束カラム１１１６は静電光学系を含む。集束カラム１１１６の軸は、電子カラムの軸から５２度傾いている。イオン・カラム１１１２は、イオン源１１１４、引出し電極１１１５、集束要素１１１７および偏向要素１１２０を含み、これらは全体で集束イオン・ビーム１１１８を生成する。イオン源１１１４を出た集束イオン・ビーム１１１８は、集束カラム１１１６を通過し、偏向器１１２０間を通り抜けて、下室１１２６内の可動式ステージ１１２５上に配置された基板１１２２、例えば半導体デバイスを含む基板１１２２に向かって進む。

ステージ１１２５は、水平面（Ｘ軸およびＹ軸）内で移動することができ、かつ垂直に（Ｚ軸）移動することができることが好ましい。ステージ１１２５はさらに約６０度傾くことができ、Ｚ軸を軸にして回転することができる。いくつかの実施形態では、別個のＴＥＭ試料ステージ（図示せず）を使用することができる。このようなＴＥＭ試料ステージもＸ、ＹおよびＺ軸に沿って可動であることが好ましい。Ｘ−Ｙステージ１１２５上に基板１１２２を挿入するため、および内部ガス供給リザーバが使用される場合には内部ガス供給リザーバの整備作業のために、扉１１６１が開かれる。システムが真空状態にある場合に開かないように、この扉はインタロックされる。

ネック部１１１２を排気するためにイオン・ポンプ（図示せず）が使用される。室１１２６は、真空コントローラ１１３２の制御の下、ターボ分子および機械ポンピング・システム１１６８によって排気される。この真空システムは、室１１２６に、約１×１０^−７トルから５×１０^−４トルの間の真空を提供する。エッチング支援ガス、エッチング遅延ガスまたは堆積前駆体ガスを使用する場合、室のバックグラウンド圧力は典型的には約１×１０^−５トルまで上昇することがある。

イオン・ビーム１１１８にエネルギーを与え集束させるため、高圧電源１１３４が、集束カラム１１１６内の電極に適当な加速電圧を印加する。イオンが基板１１２２に当たると、材料がスパッタリングされる。すなわち試料から材料が物理的に追い出される。あるいは、イオン・ビーム１１１８が前駆体ガスを分解して、材料を堆積させたりまたは材料をエッチングしたりこともできる。

液体金属イオン源１１１４と、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶのイオン・ビーム１１１８を形成しそれを試料に向かって導くイオン・ビーム集束カラム１１１６内の適当な電極とに高圧電源１１３４が接続されている。パターン発生器１１３８によって提供される所定のパターンに従って動作する偏向コントローラおよび増幅器１１３６が偏向板１１２０に結合されており、それによって、対応するパターンを基板１１２２の上面に描くようにイオン・ビーム１１１８を手動または自動で制御することができる。いくつかのシステムでは、当技術分野ではよく知られているように、偏向板が、最後のレンズの前に配置される。イオン・ビーム集束カラム１１１６内のビーム・ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）電極（図示せず）は、ブランキング・コントローラ（図示せず）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１１１８を、基板１１２２ではなくブランキング絞り（図示せず）に衝突させる。

液体金属イオン源１１１４は通常、ガリウムの金属イオン・ビームを提供する。イオン・ミリング、強化されたエッチングもしくは材料堆積によって基板１１２２を改変するため、または基板１１２２を画像化するために、この源は通常、基板１１２２の位置における幅が１／１０マイクロメートル未満のビームに集束させることができる。プラズマ・イオン源など、他のタイプのイオン源を使用することもできる。

２次イオンまたは２次電子の放出を検出する目的に使用されるエバーハート・ソーンリー（Ｅｖｅｒｈａｒｔ Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）検出器、マルチチャンネル・プレートなどの荷電粒子検出器１１４０がビデオ回路１１４２に接続されており、ビデオ回路１１４２は、ビデオ・モニタ１１４４に駆動信号を供給し、システム・コントローラ１１１９から偏向信号を受け取る。下室１１２６内における荷電粒子検出器１１４０の位置は実施形態によって変更することができる。例えば、荷電粒子検出器１１４０はイオン・ビームと同軸とすることができ、イオン・ビームが通り抜けることを可能にする穴を含むことができる。他の実施形態では、最終レンズを通過し、次いで軸から逸れた２次粒子を集めることができる。

米テキサス州ＤａｌｌａｓのＯｍｎｉｐｒｏｂｅ，Ｉｎｃ．のＡｕｔｏＰｒｏｂｅ １０００（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１１４７は、真空室内の物体を正確に移動させることができる。真空室内に配置された部分１１４９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１１４７は、真空室の外側に配置された精密電動機１１４８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１１４７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１１５０である。

ガス蒸気を導入し基板１１２２に向かって導くためにガス送達システム１１４６が下室１１２６内へ延びている。本発明の譲受人に譲渡されたＣａｓｅｌｌａ他の「Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称の米国特許第５，８５１，４１３号明細書は適当なガス送達システム１１４６を記載している。別のガス送達システムが、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎの「Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第５，４３５，８５０号明細書に記載されている。

システム・コントローラ１１１９は、デュアル・ビーム・システム１１１０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１１１９を介して、イオン・ビーム１１１８または電子ビーム１１４３で所望の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１１１９は、記憶装置１１２１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１１１０を制御することができる。例えば、記憶装置１１２１は、図５に示した方法の全部もしくは一部または本明細書に記載された任意の方法の全部もしくは一部を実行するためのコンピュータ命令を記憶することができる。いくつかの実施形態では、デュアル・ビーム・システム１１１０が、関心領域を自動的に識別する、米マサチューセッツ州ＮａｔｉｃｋのＣｏｇｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているソフトウェアなどの画像認識ソフトウェアを含み、システムは、本発明に従って試料を手動でまたは自動的に抽出することができる。例えば、このシステムは、複数のデバイスを含む半導体ウェーハ上の同様の特徴部分の位置を自動的に特定し、異なる（または同じ）デバイス上のそれらの特徴部分の試料を採取することができる。

本発明のいくつかの実施形態は、デュアル・ビーム・システムを用いたスライス・アンド・ビュー処理によって試料を処理する方法であって、観察し画像化する試料中の関心領域の位置を特定することと、材料を除去してトレンチを形成することによって試料の面を露出させることと、材料を除去して、関心領域の両側に側方トレンチを形成することによって、関心領域を分離することと、試料面を不明瞭にすることなく、スライス・アンド・ビュー処理の結果生じた粒子を集める場所を形成することによって試料を処理する方法を提供する。いくつかの実施形態では、粒子を集める場所が、関心領域の下方に広がる下部切削部として形成される。いくつかの実施形態では、粒子を集める場所が、関心領域の前方に位置する下部切削部として形成される。いくつかの実施形態は、試料の上面に対して実質的に直角な面を含み、他の実施形態は、試料の上面に対して傾斜した試料の面を含む。いくつかの実施形態では、関心領域がある深さを有し、粒子を集める場所が、少なくとも関心領域のその深さまで延びる。

本発明のいくつかの実施形態は、デュアル・ビーム・システムを用いたスライス・アンド・ビュー処理によって試料を処理する方法であって、基板にトレンチをミリングするために、基板に向かってイオン・ビームを導くことであり、このトレンチが、観察する特徴部分を取り囲む関心領域を有する壁を露出させることと、関心領域を不明瞭にすることなく、スライス・アンド・ビュー処理の結果生じた粒子を集める場所をミリングするために、基板に向かってイオン・ビームを導くこととによって試料を処理する方法を提供する。いくつかの実施形態では、粒子を集める場所が、関心領域の下方に広がる下部切削部として形成され、他の実施形態では、粒子を集める場所が、関心領域の前方に位置する下部切削部として形成される。いくつかの実施形態では、前記壁が、試料の上面に対して実質的に直角である。いくつかの実施形態では、前記壁が、試料の上面に対して傾斜する。

本発明のいくつかの実施形態は、デュアル・ビーム・システムを用いたスライス・アンド・ビュー処理によって試料を処理する方法であって、観察する試料の関心領域の面を露出させるように、基板にトレンチを形成するために、基板に向かってイオン・ビームを導くことと、トレンチよりも低い位置に広がる下部切削部を形成するために、基板に向かってイオン・ビームを導くことと、面の画像を形成するために、前記面に向かって電子ビームを導くことと、ミリング操作を実行するためにイオン・ビームを導くことであり、このミリング操作が、関心領域から複数のスライスを順次除去し、それにより、新たなスライスごとに、電子ビームによって観察する新たな面を露出させることによって実行されることとによって試料を処理し、ミリング操作の結果生じた粒子が堆積し、下部切削部内に集められて、電子ビームによって観察する面が不明瞭にならない方法を提供する。いくつかの実施形態では、前記面が、試料の上面に対して実質的に直角であり、下部切削部が、試料の面の下に広がる。いくつかの実施形態では、前記壁が、試料の上面に対して傾斜し、下部切削部が、前記面の前方に広がる。

いくつかの実施形態は、荷電粒子の源と、荷電粒子を加工物上に集束させる集束カラムと、荷電粒子ビーム・システムを動作させるためのコンピュータ命令を記憶したコンピュータ記憶装置と、荷電粒子ビーム・システムをコンピュータ命令に従って制御するコントローラとを備え、このコンピュータ記憶装置が、以上に説明したいずれかの方法を実行するための命令を記憶した荷電粒子ビーム・システムを提供する。

いくつかの実施形態では、荷電粒子の源が、液体金属イオン源またはプラズマ・イオン源である。

いくつかの実施形態は、電子源および電子集束カラムをさらに備える。

本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。

１１１０ デュアル・ビーム・システム
１１１１ 集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システム
１１１４ イオン源
１１１６ 集束カラム
１１１８ 集束イオン・ビーム
１１２２ 基板
１１２５ 可動式Ｘ−Ｙステージ
１１３４ 高圧電源
１１４１ 走査電子顕微鏡

Claims (16)

1. 荷電粒子ビーム・システムを用いたスライス・アンド・ビュー処理によって、試料基板を有する試料を処理する方法であって、
   観察し画像化する前記試料基板中の関心領域の位置を特定することと、
   材料を除去してトレンチを形成することによって前記試料基板の観察し画像化する面を露出させることと、
   観察し画像化する新しい面を露出させるために前記試料のスライスを切除できるように、材料を除去して、前記関心領域の両側に側方トレンチを形成することによって、前記関心領域を分離することと、
   を含み、
   前記試料基板から前記関心領域を切り離す物理的な空間を提供する下部切削部を形成し、前記下部切削部は、前記試料のスライスの切除の結果生じた粒子をその中に集めて溜める、方法。
2. 前記下部切削部が、前記関心領域の下方に広がるように形成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記下部切削部が、前記関心領域の前方に位置するように形成される、請求項１に記載の方法。
4. 前記試料の前記面が、前記試料の上面に対して実質的に直角である、請求項１に記載の方法。
5. 前記試料の前記面が、前記試料の上面に対して傾斜している、請求項１に記載の方法。
6. 前記関心領域がある深さを有し、前記下部切削部が、少なくとも前記関心領域の前記深さまで延びる、請求項１に記載の方法。
7. 荷電粒子ビーム・システムを用いたスライス・アンド・ビュー処理によって、試料基板を有する試料を処理する方法であって、
   前記試料基板にトレンチをミリングするために、前記試料基板に向かってイオン・ビームを導くことであり、前記トレンチが、観察する特徴部分を取り囲む関心領域を有する壁を露出させることと、
   残りの試料基板から前記関心領域を切り離す物理的な空間を提供する下部切削部をミリングするために、前記試料基板に向かって前記イオン・ビームを導くことであって、前記下部切削部は、前記関心領域内の、スライス・アンド・ビュー処理によって露出した面を不明瞭にすることなく、前記スライス・アンド・ビュー処理の結果生じた粒子をその中に集めて溜めることと
   を含む方法。
8. 前記下部切削部が、前記関心領域の下方に広がるように形成される、請求項７に記載の方法。
9. 前記下部切削部が、前記関心領域の前方に位置するように形成される、請求項７に記載の方法。
10. 前記壁が、前記試料の上面に対して実質的に直角である、請求項７に記載の方法。
11. 前記壁が、前記試料の上面に対して傾斜している、請求項７に記載の方法。
12. デュアル・ビーム・システムを用いたスライス・アンド・ビュー処理によって、試料基板を有する試料を処理する方法であって、
    前記試料基板にトレンチを形成するために、前記試料基板に向かってイオン・ビームを導くことであり、前記トレンチが、観察する前記試料の関心領域の面を露出させることと、
    前記トレンチよりも低い位置に広がる下部切削部を形成するために、前記試料基板に向かって前記イオン・ビームを導くことと、
    前記面の画像を形成するために、前記面に向かって電子ビームを導くことと、
    ミリング操作を実行するために、前記イオン・ビームを導くことであり、前記ミリング操作が、前記関心領域から複数のスライスを順次除去し、それにより、新たなスライスごとに、前記電子ビームによって観察する新たな面を露出させることによって実行されることと
    を含み、前記ミリング操作の結果生じた粒子が堆積し、前記下部切削部内に集められて、前記電子ビームによって観察する前記面が不明瞭にならない
    方法。
13. 前記面が、前記試料の上面に対して実質的に直角である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記下部切削部が、前記試料の前記面の下に広がる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記面が、前記試料の上面に対して傾斜している、請求項１２に記載の方法。
16. 前記下部切削部が、前記面の前方に形成される、請求項１５に記載の方法。

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