荷電粒子ビーム・システムの絞り
【課題】改良されたビーム画定絞り構造および製作方法を提供すること。
【解決手段】支持基板の空洞の上に配置された薄い導電膜に絞り開口を形成する。絞り開口のサイズおよび形状は、基板によってではなく、導電膜の開口によって決定される。
【解決手段】支持基板の空洞の上に配置された薄い導電膜に絞り開口を形成する。絞り開口のサイズおよび形状は、基板によってではなく、導電膜の開口によって決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム・システムに関し、より具体的には、荷電粒子ビーム・システム内のビーム画定絞り（ｂｅａｍ−ｄｅｆｉｎｉｎｇ ａｐｅｒｔｕｒｅ）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、源が荷電粒子を生成し、生成された荷電粒子は、光学カラムによってビームの形に集束され、画像化しおよび／または処理する対象のターゲットの表面へ導かれる。カラム内で、このビームをブランキングする、すなわち、ビームを絞り内へそらしてビームをオフにし、またはビームを偏向させて、ターゲット表面上でビームを周囲に移動させることができる。
【０００３】
より小さなビーム電流を有するビーム、すなわちより少ない数の荷電粒子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る。したがって、より小さなビーム電流を使用すると、より高い分解能で画像化または処理を実行することができる。また、より小さなビーム電流を使用すると、ターゲットに対する損傷がより軽度になる。
【０００４】
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で材料をミリングし、またはスパッタリングすることができる。ミリング速度はビーム電流にほぼ比例する。したがって、材料を迅速に除去したいときにはより大きなビーム電流が好ましいが、より大きなビーム電流を使用すると一般に、処理の分解能がより低くなる。大電流のビームを使用して材料を迅速に除去し、次いでより小電流のビームを使用してミリングをより正確に完了させるツーステップ処理も時に使用される。
【０００５】
全てのイオンが所望のビーム直径内において一様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、多少の違いはあるが概ねベル形であり、ビームの中心から離れるにつれてビーム電流は小さくなる。この「尾の部分」は画像分解能を低下させ、縁をまっすぐ垂直にミリングすることを難しくする。
【０００６】
いくつかの用途は、画像化、粗いミリングおよび細かいミリングを必要とする。具体的に言うと、ターゲット上の既存の特徴部分に対して、ミリングされたパターンを正確に配置する必要があるときには、最初により小電流のＦＩＢを使用してターゲットを画像化し、次いで、より大電流（一般により大きな直径）のＦＩＢに切り替えて粗いミリングを実行し、次いでより小電流のビームに切り替えて細かい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・プロセスの１つの重要な例は、半導体デバイス、低温で凍結させた生体試料などのさまざまタイプの試料の薄い「薄片（ｌａｍｅｌｌａ）」の調製である。半導体デバイスの故障解析の場合には、集積回路内の、通常は解析対象である欠陥のあるデバイスを含む特定の関心領域（ＲｏＩ）の両面をＦＩＢミリングによって露出させ、その欠陥のあるデバイスを含む薄い材料切片（薄片）を残す。それらの薄片は、原則的に原子分解能が使用可能である高電圧の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）または透過型走査電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で使用するのに十分な薄さを有する。薄片の厚さはわずか数十ナノメートルであり、観察しようとする欠陥の大きさもナノメートル規模であることがあるため、薄片を形成するミリングは極めて正確である。
【０００７】
薄片の調製中に、高速なミリングに適した大電流で直径が大きなビームの使用、細かいミリングに適したより小電流で直径がより小さいビームの使用、および画像化に適したよりいっそう小電流で直径がよりいっそう小さいビームの使用を切り替える必要がある。これは一般に、ビームが通過するビーム画定絞り（ＢＤＡ）を取り替えることによって実行される。ＢＤＡは一般に、金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）にあけられた穴であり、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。１枚の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、ビームの経路上に直径の異なる穴が配置されるようにストリップを移動させることを含む。
【０００８】
図１は、先行技術の絞り１００の概略断面図である。シリコン基板１０８に、所望の絞り穴のサイズとほぼ同じサイズの穴１１０を形成する。この穴の形成を助けるため、シリコン基板上に、ＳｉＯ2層１０６、ＳｉxＮy層１０４などの層を付着させることができる。次いで、イオン・ビーム中のイオンから絞りを保護するため、全ての表面にモリブデン層１０２を共形に付着させる。絞り穴の直径が大幅に小さくなることを防ぐため、この層は薄く、一般に２００〜５００ｎｍである。イオン・ビーム中のイオンが絞り構造に衝突して絞り構造を腐食し、絞り穴を広げるため、イオン・ビーム・システムのビーム画定絞りの寿命は有限である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、集束イオン・ビーム・システム、透過型電子顕微鏡、透過型走査電子顕微鏡および走査電子顕微鏡を含む荷電粒子ビーム・システム用の改良されたビーム画定絞りを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、新規の絞り構造およびそれらの構造を製作する方法を含む。好ましい１つの絞り構造は、基板によって支持された付着膜を含み、絞りのサイズおよび形状は基板によって決定されない（すなわち絞りは基板にパターニングされない）。
【００１１】
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。
【００１２】
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】
【００１３】
【図１】先行技術の絞りの概略断面図である。
【図２】先行技術の長方形の絞りの顕微鏡写真であり、この写真は、圧延加工されたモリブデン金属薄板を使用して製作したときに側壁に一般的に見られる欠陥のうちのいくつかの欠陥を示している。
【図３】絞りを製作する１つの方法を示す流れ図である。
【図４Ａ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｂ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｃ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｄ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｅ】図３の処理ステップを示す図である。
【図５】絞りを製作する他の方法を示す流れ図である。
【図６Ａ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｂ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｃ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｄ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｅ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｆ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｇ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｈ】図５の処理ステップを示す図である。
【図７】図３または図５のステップに従って製作された絞りストリップを示す図である。
【図８】図７に示した絞りストリップと同様の絞りストリップが複数製作されたウェーハのレイアウトの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
先行技術の絞り穴を調べた結果、絞り穴を形成するのに使用した機械的なドリリング、レーザ・アブレーション、ＦＩＢ−ミリング、エッチングまたは放電加工（ＥＤＭ）を含む方法に起因する多くの凹凸（ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ）が見られることが分かった。そのような凹凸には、絞り穴から外側へ延びる大きなばり（ｂｕｒｒ）、絞りの側壁の凹凸、真円からの逸脱、および側壁のカーテニング（ｃｕｒｔａｉｎｉｎｇ）（ビーム軸にほぼ平行な垂直の溝および隆起）などがある。
【００１５】
本出願の出願人は、荷電粒子ビームの質に対する絞りの品質の影響を調べた。先行技術のモリブデン絞りの側壁構造の表面に見られるボイド（ｖｏｉｄ）およびパッチ・フィールド（ｐａｔｃｈ ｆｉｅｌｄ）は、絞りを通過する荷電粒子、特に絞りの側壁の近くを通過する荷電粒子の望ましくない偏向を引き起こすと考えられる。この偏向によって仮想源のサイズが拡大され、それにより、基板位置における集束ビームの大きさが、絞り壁の影響がない場合よりも大きくなる。
【００１６】
図２は、先行技術のモリブデン絞り２００（この例では長方形の開口２０２）の顕微鏡写真であり、この写真には、望ましくないさまざまな外観（ａｓｐｅｃｔ）が示されている。この絞りは、焼結させたモリブデン材料を圧延加工することによって形成した薄いモリブデン板から製作されたものである。焼結させたモリブデンは、多くのマイクロクリスタリット（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅ）および空洞（ｃａｖｉｔｙ）を有し、圧延加工されると、それらの構造は平らに押しつぶされて、絞りの側壁に示されている積層材料を形成する。層間剥離２０４が見え、それらの層間剥離は結果的に材料内の空洞となる。それらの空洞は、絞り穴を製作するプロセスの間に露出し、その結果、示されているように壁面の開口となる。さらに、絞り形成プロセスの間に、異なる仕事関数を有する「パッチ・フィールド」２０６も露出する。２次電子画像化ではそれらのパッチ・フィールドが、示されているように暗くまたは明るく見える。パッチ・フィールドと空洞はともに、絞りの内部および絞りの近くにおいて電場の局所的な摂動を誘起することによって、絞りを通過する荷電粒子ビームに対して有害な影響を及ぼすことがある。
【００１７】
さらに、絞り構造を製作するために使用される先行技術のいくつかの方法は費用がかかる。絞りストリップの穴の直径が広い範囲にわたる場合には一般に、一般に０．５から２．０の範囲にある絞りのアスペクト比（すなわち穴の長さと穴の直径の比）を維持するため、より小さな穴の位置に、カウンタボア（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｂｏｒｅ）または空洞を形成する必要がある。これらのカウンタボアまたは空洞の形成は、絞りストリップの費用をさらに増大させる。これらの穴は一般に、（ドリリング、レーザ・アブレーション、ＦＩＢ−ミリング、エッチングまたはＥＤＭによって）個別に形成され、製作プロセスは逐次的である（すなわち一度に１つの絞り穴が形成される）。
【００１８】
先行技術の一般的な製作順序では、絞り穴の直径が、付着させたモリブデン層に付着の最中または付着後にあけられた穴ではなく、モリブデンを付着させる前にシリコン基板にエッチングよってあけられた穴１１０によって決定される。この製作方法の欠点は、最終的な絞り開口のサイズが小さくなることを防ぐために、どうしてもモリブデンを比較的薄くしなければならないことである。ビームが絞り材料をスパッタリングするＦＩＢシステムでは、薄いモリブデン層は急速に劣化し、絞りの寿命は短くなる。
【００１９】
本発明の好ましい一実施形態は、第１の材料の基板と、基板の材料とは異なる絞り材料とを含む。絞り材料の穴の周囲の部分は、基板によって直接には支持されていない。すなわち、絞り材料は、太鼓の胴に張られた太鼓の皮のように、基板の穴の上に片持ち梁式に延びている。すなわち、絞り材料の開口部分の下には、基板にあけられた空洞または穴がある。絞り開口はしたがって、基板の穴によってではなく絞り材料の穴によって画定される。したがって、絞り開口を決定するのは絞り材料のパターニングであり、基板のパターニングではない。
【００２０】
図３は、絞り構造を製作する好ましい第１の製作方法を示す流れ図である。図４Ａ〜４Ｅは、図３の流れ図のステップを示す。
【００２１】
ステップ３０２で、シリコン基板を用意する。図４Ａは、当初のシリコン基板４１０を示す。このシリコン基板は、単結晶半導体シリコン・ウェーハであることが好ましい。平坦な層の付着および絞り支持体への最終的なダイの取付けを容易にするため、シリコン・ウェーハは両面が研磨されていることが好ましい。ウェーハの厚さは重要ではなく、そのためさまざまな直径のウェーハを使用することができる。
【００２２】
ステップ３０４で、ウェーハ４１０の上面に、第１の導電層２０（図４Ｂ）を付着させる。この第１の導電層は金属層であることが好ましく、モリブデン層であるとより好ましい。タングステン、チタン、白金などの他の金属、および黒鉛、（Ｂがドープされた）導電性ダイヤモンドなどの非金属を使用することもできる。導電層４２０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、スパッタリング、蒸着など、知られている方法によって付着させることができる。カウンタボアまたは空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある（ｔｅｎｓｉｌｅ）膜が好ましい。
【００２３】
ステップ３０６で、基板４１０のある領域から基板材料を除去して、図４Ｃに示すように、導電層４２０の下に空洞４３０を形成し、導電層４２０の裏面の一部を露出させる。導電層４２０の露出した部分を、絞り開口画定部分４３２と称する。絞り開口画定部分４３２は、積層物として形成された複数の導電層の露出した部分とすることもできる。基板材料は、例えば深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを使用してエッチングすることができる。いくつかの実施形態では空洞４３０の直径が約１．０ｍｍである。このエッチング・ステップでは導電層４２０がエッチング・ストップの役目を果たし、したがって、この基板のエッチングは基板が完全にエッチングされるまで進み、空洞４３０の底が完全にモリブデンであることを保証する。このＤＲＩＥプロセスで使用するリソグラフィ・パターニング・ステップはよく知られており、それをここで示すことはしない。
【００２４】
ステップ３０８で、ウェーハの裏面、層４２０の露出した裏面および空洞４３０の側壁に、第２の導電層を、図４Ｄに示すように付着させる。第２の導電層は、厚さ約４μｍから５μｍのモリブデンを含むことが好ましい。導電層４２０の付着に関して上で説明した方法など任意の付着方法を使用することができる。この場合も、空洞４３０にわたる絞り開口画定部分の座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００２５】
ステップ３１０で、第１の導電層４２０および第２の導電層４４０を貫通する絞り開口４５０を、図４Ｅに示すように形成する。絞り開口４５０は、例えばフォトリソグラフィまたはイオン・ビーム・ミリングによって形成することができる。この実施形態では、これらの２つの導電層を合わせた厚さが８μｍから１０μｍの間であることが好ましい。この絞り開口は、先行技術の場合のように基板のパターニングによって決定されるのではなく、導電層のパターニングによって決定されるため、導電層をはるかに厚くすることができ、これにより、イオン・ビームによるエッチングに耐える、より寿命の長い絞りが形成される。
【００２６】
図５は、絞り構造を製作する好ましい第２の製作方法を示す流れ図である。図６Ａ〜６Ｈは、図５の流れ図のステップを示す。
【００２７】
ステップ５０２で、シリコン・ウェーハなどの基板を用意する。図６Ａは、シリコン基板、好ましくは単結晶シリコン・ウェーハ６１０を示す。層の付着および絞りロッドまたは取付けデバイスへの最終的なダイの取付けを容易にするため、基板は両面が研磨されていることが好ましい。ウェーハの厚さは重要ではなく、そのためさまざまな直径のウェーハを使用することができる。
【００２８】
ステップ５０４で、ウェーハ６１０の上面に、第１の導電層を、図６Ｂに示すように付着させる。この第１の導電層は、ステップ３０２に関して上で説明した方法によって付着させることができ、層４２０と同じ材料または層４２０と同様の材料からなることができる。この第１の導電層は、厚さ約８μｍから１０μｍのモリブデンの層を含むことが好ましい。この付着は、図４Ｂの導電層４２０の付着よりも厚いことに留意されたい。これは、この製作方法では、最終的な絞り開口画定部分が、付着させた図４Ｄの第１の導電層４２０と付着させた図４Ｅの第２の導電層４４０とを合わせたものからなるのではなく（または第１の導電層４２０と第２の導電層４４０の積層物として形成されるのではなく）、第１のモリブデン層６２０の材料だけからなるためである。空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００２９】
任意選択のステップ５０６で、第１の導電層６２０とは反対側のウェーハ６１０の底面に、第２の導電層６３０（図６Ｃ）を付着させる。この第２の導電層の材料は例えば、第１の導電層に関して説明した材料とすることができる。一実施形態では、第１の導電層と第２の導電層がともにモリブデンを含み、第２の導電層の厚さが約４μｍから５μｍである。上述の方法など任意の付着方法を使用することができる。空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００３０】
ステップ５０８で、リソグラフィ・パターニングおよびそれに続くモリブデンの第１のＤＲＩＥエッチングによって、第２の導電層６３０をエッチングして開口６４０を形成する。この実施形態では、その結果生じる開口６４０の直径が約１．０ｍｍであることが好ましく、ステップ５１０でのＤＲＩＥエッチングなどの第２のエッチングにおいてハード・マスクの役目を果たすこと好ましい。
【００３１】
図６Ｅは、ステップ５１０におけるエッチング・プロセスの結果を示し、ステップ５１０では、図６Ｅに示すように、底面の導電層６３０をマスクとして使用してウェーハ６１０に底面から空洞６５０を形成し、導電層６２０の下のウェーハに空洞６５０を形成し、導電層６２０の裏面の一部を露出させる。導電層６２０の露出した部分を、絞り開口画定部分６３２と称する。絞り開口画定部分６３２は、積層物として形成された複数の導電層の露出した部分とすることもできる。空洞６５０のサイズは開口６４０のサイズによって決定され、空洞６５０の直径は約１．０ｍｍであることが好ましい。第１のモリブデン層６２０はエッチング・ストップの役目を果たし、したがって、シリコンのエッチングはシリコンが完全にエッチングされるまで進み、空洞の底が完全にモリブデンであることを保証する。
【００３２】
ステップ５１２で、導電層６３０、エッチングによって基板に形成された空洞６５０の壁および導電層６２０の底面を覆う図６Ｆに示すような第３の導電層６６０、好ましくはモリブデンを、ウェーハ６１０の裏面から付着させる。空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００３３】
ステップ５１４で、異方性エッチングを使用して、ウェーハ６１０の裏面および導電層６２０の底面から第３の導電層を優先的に除去し、空洞６５０の壁６７０のモリブデンのかなりの部分を残す。このステップの結果、第１のモリブデン付着によって付着させた導電層６２０は実質的に無傷のまま残り、図６Ｇに示すように空洞６５０にわたって片持ち梁式に延びる。したがって、付着させる層６２０の厚さは、絞りの役目を果たすのに十分なものでなければならない。全ての実施形態でそうする必要があるわけではないが、空洞６５０の側壁を含む基板６１０の全ての面は、モリブデンまたは他の金属の保護層によって完全に包囲されていることが好ましい。これは、いくつかの処理ステップはＸｅＦ2の使用を含むことがあり、ＸｅＦ2は、露出したシリコン表面を自発的に腐食し、エッチングするためである。
【００３４】
ステップ５１６で、層６２０に穴を形成して、図６Ｈに示すように絞り開口６８０を形成する。この穴は例えば、フォトリソグラフィまたはイオン・ビーム・ミリングによって形成することができる。絞り開口６８０は、第１のモリブデン付着によって付着させた８μｍから１０μｍの間の厚さを有するモリブデン層６２０を貫いて延びる。
【００３５】
絞りのサイズおよび形状は、荷電粒子ビーム・システムの要件によって異なる。絞り開口の直径は一般に数ミクロンから数百ミクロンである。絞り開口の直径は空洞の直径よりも小さく、荷電粒子は基板の影響を受けない。絞り開口の直径は、空洞の直径の０．８倍よりも小さいことが好ましく、空洞の直径の０．５倍よりも小さいことがより好ましく、空洞の直径の０．１倍よりも小さいことが最も好ましい。いくつかの実施形態では、絞り開口の形状が楕円形または長円形である。絞り開口が円形でないとき、基板表面に垂直な絞り開口の最も長い直径は、基板表面に垂直な空洞の最も短い長さ寸法の０．８倍よりも短いことが好ましく、基板表面に垂直な空洞の最も短い長さ寸法の０．５倍よりも短いことがより好ましく、基板表面に垂直な空洞の最も短い長さ寸法の０．１倍よりも短いことが最も好ましい。用語「直径」は、ビーム軸に垂直な開口の大きないずれかの長さ寸法を指すために使用される。基板の厚さは一般に、絞り開口部分の厚さの５倍よりも厚く、絞り開口部分の厚さの１０倍よりも厚く、または絞り開口部分の厚さの２０倍よりも厚い。いくつかの実施形態では、絞り開口の形状が長方形のスリットである。この絞りスリットの幅の例は１．０〜３．０μｍの範囲にあり、長さの例は約５００μｍである。
【００３６】
図７は、２列からなり、各列に８つの絞り７０２がある絞りストリップ７００を示す。絞りストリップ７００は、エッチングにより基板７０４に形成された１６個の空洞を含む。開口アレイの端に配置された貫通穴７０６は、絞りがビームを遮ることなく荷電粒子ビーム・システムが有効に動作することを可能にする。この穴は、絞り運動アセンブリ内において絞りストリップを適切な向きに配置するためのマーカの役目も果たす。絞りストリップの両側に、エッチングによりオリエンテーション・マーカ７０８が形成されている。
【００３７】
他の実施形態では、同じ絞りストリップに２つ以上の厚さの絞り開口画定部分が形成されるような態様で、絞りストリップを選択的に製作する。言い換えると、同じ絞りストリップ内の１つまたは複数の絞りについて、絞り開口の位置に形成する導電層を異なる厚さにすることができ、それによって異なる厚さの絞りのアスペクト比を一定に維持することができる。絞り開口の直径が大きくなるにつれて厚さも厚くして、直径と厚さの比を一定に維持する。
【００３８】
図８は、直径１５０ｍｍのウェーハ上に配列された１１０個のダイ８０２（図７参照）のレイアウトの一例８００を示す。切溝（ｋｅｒｆ）または罫書線（ｓｃｒｉｂｅ ａｌｌｅｙ）の幅は示されていないが、必要な切溝の幅を考慮に入れるため縁は十分に除外されており、レイアウトを変更する必要はない。この絞りストリップの製作プロセスでは任意のサイズのウェーハを使用することができる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態は、荷電粒子ビーム・システム用の絞り構造であって、
・基板と、
・基板によって支持された絞り材料であり、絞り開口を画定する穴を含む絞り開口画定部分を有する絞り材料と、
・絞り開口画定部分の下の基板の材料中の空洞であり、絞りが、基板の空洞によってではなく絞り材料の穴によって画定されるような空洞と
を備える絞り構造を含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、基板が半導体を含み、絞り材料が導体を含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、基板がシリコンを含み、絞り材料が、モリブデン、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、基板の厚さが、絞り開口画定部分の厚さの１０倍よりも厚い。
【００４３】
いくつかの実施形態では、絞り開口画定部分の下の基板の空洞の基板表面に垂直な最も短い長さ寸法が、基板表面に垂直な絞り開口の最も長い長さ寸法の少なくとも１０倍である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、基板の材料から絞り開口までの最短距離が、絞り開口の直径の１０倍である。
【００４５】
いくつかの実施形態では、共通の基板上に、少なくとも２つの絞り構造がある。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態は、
・荷電粒子源と、
・荷電粒子を集束させる集束カラムであり、上述の絞りストリップを含む集束カラムと
を備える荷電粒子ビーム・カラムを含む。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態は、ビーム画定絞りを製作する方法であって、
・基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
・基板の底面に、第１の導電層の底面の一部を露出させる空洞を形成するステップと、
・導電層に穴を形成するステップであり、この穴によって画定される絞りが、空洞のサイズによってではなく、導電層上のパターニングによって決定されるように、この穴が空洞内に開くステップと
を含む方法を含む。
【００４８】
いくつかの実施形態は、空洞の壁および第１の導電層の底面が覆われるように、基板の底面に第２の導電層を付着させるステップをさらに含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、第１の導電層を付着させるステップが、モリブデンを付着させるステップを含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、第１の導電層を付着させるステップが、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを付着させるステップを含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、第１の導電層を付着させるステップが、伸張性のある構造を付着させるステップを含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、空洞を形成するステップが、直径約１ｍｍの空洞を形成するステップを含む。
【００５３】
いくつかの実施形態では、導電層に穴を形成するステップが、円、長円または長方形スリットの形態の穴を形成するステップを含む。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態は、ビーム画定絞りストリップを製作する方法であって、
・基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
・基板の底面に複数の空洞を形成するステップであり、それらの空洞が、第１の導電層の底面を露出させるステップと、
・空洞のうちの１つまたは複数の空洞の上に、前記第１の導電層を貫通する絞り開口を形成するステップと、
・基板を複数の絞りストリップに分割するステップと
を含む方法を含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ビーム方向に垂直な絞り開口の最も長い長さ寸法が、ビーム方向に垂直な絞り開口の最も長い長さ寸法の０．８倍よりも短い。
【００５６】
いくつかの実施形態では、第１の導電層の厚さが、基板の厚さの５倍よりも薄い。
【００５７】
いくつかの実施形態は、絞り開口画定部分において導電層と導電性の積層物を形成する第３の導電層を、１つまたは複数の絞りの絞り開口における導電層の厚さが同じ絞りストリップ内の残りの絞りとは異なるような態様で、選択的に付着させるステップをさらに含む。
【００５８】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。例えば、本明細書に記載された実施形態は、基板空洞ごとに１つの絞り開口があるように記述しているが、いくつかの実施形態は、空洞ごとに複数の絞り開口を有することができる。例えば、長細い空洞は複数の絞り開口を有することができる。いくつかの実施形態では空洞の側面を導体で覆う必要はないかもしれない。
【００５９】
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】
【００６０】
４１０ シリコン基板
４２０ 第１の導電層
４３０ 空洞
４３２ 絞り開口画定部分
４４０ 第２の導電層
４５０ 絞り開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム・システムに関し、より具体的には、荷電粒子ビーム・システム内のビーム画定絞り（ｂｅａｍ−ｄｅｆｉｎｉｎｇ ａｐｅｒｔｕｒｅ）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、源が荷電粒子を生成し、生成された荷電粒子は、光学カラムによってビームの形に集束され、画像化しおよび／または処理する対象のターゲットの表面へ導かれる。カラム内で、このビームをブランキングする、すなわち、ビームを絞り内へそらしてビームをオフにし、またはビームを偏向させて、ターゲット表面上でビームを周囲に移動させることができる。
【０００３】
より小さなビーム電流を有するビーム、すなわちより少ない数の荷電粒子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る。したがって、より小さなビーム電流を使用すると、より高い分解能で画像化または処理を実行することができる。また、より小さなビーム電流を使用すると、ターゲットに対する損傷がより軽度になる。
【０００４】
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で材料をミリングし、またはスパッタリングすることができる。ミリング速度はビーム電流にほぼ比例する。したがって、材料を迅速に除去したいときにはより大きなビーム電流が好ましいが、より大きなビーム電流を使用すると一般に、処理の分解能がより低くなる。大電流のビームを使用して材料を迅速に除去し、次いでより小電流のビームを使用してミリングをより正確に完了させるツーステップ処理も時に使用される。
【０００５】
全てのイオンが所望のビーム直径内において一様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、多少の違いはあるが概ねベル形であり、ビームの中心から離れるにつれてビーム電流は小さくなる。この「尾の部分」は画像分解能を低下させ、縁をまっすぐ垂直にミリングすることを難しくする。
【０００６】
いくつかの用途は、画像化、粗いミリングおよび細かいミリングを必要とする。具体的に言うと、ターゲット上の既存の特徴部分に対して、ミリングされたパターンを正確に配置する必要があるときには、最初により小電流のＦＩＢを使用してターゲットを画像化し、次いで、より大電流（一般により大きな直径）のＦＩＢに切り替えて粗いミリングを実行し、次いでより小電流のビームに切り替えて細かい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・プロセスの１つの重要な例は、半導体デバイス、低温で凍結させた生体試料などのさまざまタイプの試料の薄い「薄片（ｌａｍｅｌｌａ）」の調製である。半導体デバイスの故障解析の場合には、集積回路内の、通常は解析対象である欠陥のあるデバイスを含む特定の関心領域（ＲｏＩ）の両面をＦＩＢミリングによって露出させ、その欠陥のあるデバイスを含む薄い材料切片（薄片）を残す。それらの薄片は、原則的に原子分解能が使用可能である高電圧の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）または透過型走査電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で使用するのに十分な薄さを有する。薄片の厚さはわずか数十ナノメートルであり、観察しようとする欠陥の大きさもナノメートル規模であることがあるため、薄片を形成するミリングは極めて正確である。
【０００７】
薄片の調製中に、高速なミリングに適した大電流で直径が大きなビームの使用、細かいミリングに適したより小電流で直径がより小さいビームの使用、および画像化に適したよりいっそう小電流で直径がよりいっそう小さいビームの使用を切り替える必要がある。これは一般に、ビームが通過するビーム画定絞り（ＢＤＡ）を取り替えることによって実行される。ＢＤＡは一般に、金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）にあけられた穴であり、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。１枚の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、ビームの経路上に直径の異なる穴が配置されるようにストリップを移動させることを含む。
【０００８】
図１は、先行技術の絞り１００の概略断面図である。シリコン基板１０８に、所望の絞り穴のサイズとほぼ同じサイズの穴１１０を形成する。この穴の形成を助けるため、シリコン基板上に、ＳｉＯ2層１０６、ＳｉxＮy層１０４などの層を付着させることができる。次いで、イオン・ビーム中のイオンから絞りを保護するため、全ての表面にモリブデン層１０２を共形に付着させる。絞り穴の直径が大幅に小さくなることを防ぐため、この層は薄く、一般に２００〜５００ｎｍである。イオン・ビーム中のイオンが絞り構造に衝突して絞り構造を腐食し、絞り穴を広げるため、イオン・ビーム・システムのビーム画定絞りの寿命は有限である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、集束イオン・ビーム・システム、透過型電子顕微鏡、透過型走査電子顕微鏡および走査電子顕微鏡を含む荷電粒子ビーム・システム用の改良されたビーム画定絞りを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、新規の絞り構造およびそれらの構造を製作する方法を含む。好ましい１つの絞り構造は、基板によって支持された付着膜を含み、絞りのサイズおよび形状は基板によって決定されない（すなわち絞りは基板にパターニングされない）。
【００１１】
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。
【００１２】
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】
【００１３】
【図１】先行技術の絞りの概略断面図である。
【図２】先行技術の長方形の絞りの顕微鏡写真であり、この写真は、圧延加工されたモリブデン金属薄板を使用して製作したときに側壁に一般的に見られる欠陥のうちのいくつかの欠陥を示している。
【図３】絞りを製作する１つの方法を示す流れ図である。
【図４Ａ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｂ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｃ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｄ】図３の処理ステップを示す図である。
【図４Ｅ】図３の処理ステップを示す図である。
【図５】絞りを製作する他の方法を示す流れ図である。
【図６Ａ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｂ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｃ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｄ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｅ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｆ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｇ】図５の処理ステップを示す図である。
【図６Ｈ】図５の処理ステップを示す図である。
【図７】図３または図５のステップに従って製作された絞りストリップを示す図である。
【図８】図７に示した絞りストリップと同様の絞りストリップが複数製作されたウェーハのレイアウトの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
先行技術の絞り穴を調べた結果、絞り穴を形成するのに使用した機械的なドリリング、レーザ・アブレーション、ＦＩＢ−ミリング、エッチングまたは放電加工（ＥＤＭ）を含む方法に起因する多くの凹凸（ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ）が見られることが分かった。そのような凹凸には、絞り穴から外側へ延びる大きなばり（ｂｕｒｒ）、絞りの側壁の凹凸、真円からの逸脱、および側壁のカーテニング（ｃｕｒｔａｉｎｉｎｇ）（ビーム軸にほぼ平行な垂直の溝および隆起）などがある。
【００１５】
本出願の出願人は、荷電粒子ビームの質に対する絞りの品質の影響を調べた。先行技術のモリブデン絞りの側壁構造の表面に見られるボイド（ｖｏｉｄ）およびパッチ・フィールド（ｐａｔｃｈ ｆｉｅｌｄ）は、絞りを通過する荷電粒子、特に絞りの側壁の近くを通過する荷電粒子の望ましくない偏向を引き起こすと考えられる。この偏向によって仮想源のサイズが拡大され、それにより、基板位置における集束ビームの大きさが、絞り壁の影響がない場合よりも大きくなる。
【００１６】
図２は、先行技術のモリブデン絞り２００（この例では長方形の開口２０２）の顕微鏡写真であり、この写真には、望ましくないさまざまな外観（ａｓｐｅｃｔ）が示されている。この絞りは、焼結させたモリブデン材料を圧延加工することによって形成した薄いモリブデン板から製作されたものである。焼結させたモリブデンは、多くのマイクロクリスタリット（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅ）および空洞（ｃａｖｉｔｙ）を有し、圧延加工されると、それらの構造は平らに押しつぶされて、絞りの側壁に示されている積層材料を形成する。層間剥離２０４が見え、それらの層間剥離は結果的に材料内の空洞となる。それらの空洞は、絞り穴を製作するプロセスの間に露出し、その結果、示されているように壁面の開口となる。さらに、絞り形成プロセスの間に、異なる仕事関数を有する「パッチ・フィールド」２０６も露出する。２次電子画像化ではそれらのパッチ・フィールドが、示されているように暗くまたは明るく見える。パッチ・フィールドと空洞はともに、絞りの内部および絞りの近くにおいて電場の局所的な摂動を誘起することによって、絞りを通過する荷電粒子ビームに対して有害な影響を及ぼすことがある。
【００１７】
さらに、絞り構造を製作するために使用される先行技術のいくつかの方法は費用がかかる。絞りストリップの穴の直径が広い範囲にわたる場合には一般に、一般に０．５から２．０の範囲にある絞りのアスペクト比（すなわち穴の長さと穴の直径の比）を維持するため、より小さな穴の位置に、カウンタボア（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｂｏｒｅ）または空洞を形成する必要がある。これらのカウンタボアまたは空洞の形成は、絞りストリップの費用をさらに増大させる。これらの穴は一般に、（ドリリング、レーザ・アブレーション、ＦＩＢ−ミリング、エッチングまたはＥＤＭによって）個別に形成され、製作プロセスは逐次的である（すなわち一度に１つの絞り穴が形成される）。
【００１８】
先行技術の一般的な製作順序では、絞り穴の直径が、付着させたモリブデン層に付着の最中または付着後にあけられた穴ではなく、モリブデンを付着させる前にシリコン基板にエッチングよってあけられた穴１１０によって決定される。この製作方法の欠点は、最終的な絞り開口のサイズが小さくなることを防ぐために、どうしてもモリブデンを比較的薄くしなければならないことである。ビームが絞り材料をスパッタリングするＦＩＢシステムでは、薄いモリブデン層は急速に劣化し、絞りの寿命は短くなる。
【００１９】
本発明の好ましい一実施形態は、第１の材料の基板と、基板の材料とは異なる絞り材料とを含む。絞り材料の穴の周囲の部分は、基板によって直接には支持されていない。すなわち、絞り材料は、太鼓の胴に張られた太鼓の皮のように、基板の穴の上に片持ち梁式に延びている。すなわち、絞り材料の開口部分の下には、基板にあけられた空洞または穴がある。絞り開口はしたがって、基板の穴によってではなく絞り材料の穴によって画定される。したがって、絞り開口を決定するのは絞り材料のパターニングであり、基板のパターニングではない。
【００２０】
図３は、絞り構造を製作する好ましい第１の製作方法を示す流れ図である。図４Ａ〜４Ｅは、図３の流れ図のステップを示す。
【００２１】
ステップ３０２で、シリコン基板を用意する。図４Ａは、当初のシリコン基板４１０を示す。このシリコン基板は、単結晶半導体シリコン・ウェーハであることが好ましい。平坦な層の付着および絞り支持体への最終的なダイの取付けを容易にするため、シリコン・ウェーハは両面が研磨されていることが好ましい。ウェーハの厚さは重要ではなく、そのためさまざまな直径のウェーハを使用することができる。
【００２２】
ステップ３０４で、ウェーハ４１０の上面に、第１の導電層２０（図４Ｂ）を付着させる。この第１の導電層は金属層であることが好ましく、モリブデン層であるとより好ましい。タングステン、チタン、白金などの他の金属、および黒鉛、（Ｂがドープされた）導電性ダイヤモンドなどの非金属を使用することもできる。導電層４２０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、スパッタリング、蒸着など、知られている方法によって付着させることができる。カウンタボアまたは空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある（ｔｅｎｓｉｌｅ）膜が好ましい。
【００２３】
ステップ３０６で、基板４１０のある領域から基板材料を除去して、図４Ｃに示すように、導電層４２０の下に空洞４３０を形成し、導電層４２０の裏面の一部を露出させる。導電層４２０の露出した部分を、絞り開口画定部分４３２と称する。絞り開口画定部分４３２は、積層物として形成された複数の導電層の露出した部分とすることもできる。基板材料は、例えば深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを使用してエッチングすることができる。いくつかの実施形態では空洞４３０の直径が約１．０ｍｍである。このエッチング・ステップでは導電層４２０がエッチング・ストップの役目を果たし、したがって、この基板のエッチングは基板が完全にエッチングされるまで進み、空洞４３０の底が完全にモリブデンであることを保証する。このＤＲＩＥプロセスで使用するリソグラフィ・パターニング・ステップはよく知られており、それをここで示すことはしない。
【００２４】
ステップ３０８で、ウェーハの裏面、層４２０の露出した裏面および空洞４３０の側壁に、第２の導電層を、図４Ｄに示すように付着させる。第２の導電層は、厚さ約４μｍから５μｍのモリブデンを含むことが好ましい。導電層４２０の付着に関して上で説明した方法など任意の付着方法を使用することができる。この場合も、空洞４３０にわたる絞り開口画定部分の座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００２５】
ステップ３１０で、第１の導電層４２０および第２の導電層４４０を貫通する絞り開口４５０を、図４Ｅに示すように形成する。絞り開口４５０は、例えばフォトリソグラフィまたはイオン・ビーム・ミリングによって形成することができる。この実施形態では、これらの２つの導電層を合わせた厚さが８μｍから１０μｍの間であることが好ましい。この絞り開口は、先行技術の場合のように基板のパターニングによって決定されるのではなく、導電層のパターニングによって決定されるため、導電層をはるかに厚くすることができ、これにより、イオン・ビームによるエッチングに耐える、より寿命の長い絞りが形成される。
【００２６】
図５は、絞り構造を製作する好ましい第２の製作方法を示す流れ図である。図６Ａ〜６Ｈは、図５の流れ図のステップを示す。
【００２７】
ステップ５０２で、シリコン・ウェーハなどの基板を用意する。図６Ａは、シリコン基板、好ましくは単結晶シリコン・ウェーハ６１０を示す。層の付着および絞りロッドまたは取付けデバイスへの最終的なダイの取付けを容易にするため、基板は両面が研磨されていることが好ましい。ウェーハの厚さは重要ではなく、そのためさまざまな直径のウェーハを使用することができる。
【００２８】
ステップ５０４で、ウェーハ６１０の上面に、第１の導電層を、図６Ｂに示すように付着させる。この第１の導電層は、ステップ３０２に関して上で説明した方法によって付着させることができ、層４２０と同じ材料または層４２０と同様の材料からなることができる。この第１の導電層は、厚さ約８μｍから１０μｍのモリブデンの層を含むことが好ましい。この付着は、図４Ｂの導電層４２０の付着よりも厚いことに留意されたい。これは、この製作方法では、最終的な絞り開口画定部分が、付着させた図４Ｄの第１の導電層４２０と付着させた図４Ｅの第２の導電層４４０とを合わせたものからなるのではなく（または第１の導電層４２０と第２の導電層４４０の積層物として形成されるのではなく）、第１のモリブデン層６２０の材料だけからなるためである。空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００２９】
任意選択のステップ５０６で、第１の導電層６２０とは反対側のウェーハ６１０の底面に、第２の導電層６３０（図６Ｃ）を付着させる。この第２の導電層の材料は例えば、第１の導電層に関して説明した材料とすることができる。一実施形態では、第１の導電層と第２の導電層がともにモリブデンを含み、第２の導電層の厚さが約４μｍから５μｍである。上述の方法など任意の付着方法を使用することができる。空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００３０】
ステップ５０８で、リソグラフィ・パターニングおよびそれに続くモリブデンの第１のＤＲＩＥエッチングによって、第２の導電層６３０をエッチングして開口６４０を形成する。この実施形態では、その結果生じる開口６４０の直径が約１．０ｍｍであることが好ましく、ステップ５１０でのＤＲＩＥエッチングなどの第２のエッチングにおいてハード・マスクの役目を果たすこと好ましい。
【００３１】
図６Ｅは、ステップ５１０におけるエッチング・プロセスの結果を示し、ステップ５１０では、図６Ｅに示すように、底面の導電層６３０をマスクとして使用してウェーハ６１０に底面から空洞６５０を形成し、導電層６２０の下のウェーハに空洞６５０を形成し、導電層６２０の裏面の一部を露出させる。導電層６２０の露出した部分を、絞り開口画定部分６３２と称する。絞り開口画定部分６３２は、積層物として形成された複数の導電層の露出した部分とすることもできる。空洞６５０のサイズは開口６４０のサイズによって決定され、空洞６５０の直径は約１．０ｍｍであることが好ましい。第１のモリブデン層６２０はエッチング・ストップの役目を果たし、したがって、シリコンのエッチングはシリコンが完全にエッチングされるまで進み、空洞の底が完全にモリブデンであることを保証する。
【００３２】
ステップ５１２で、導電層６３０、エッチングによって基板に形成された空洞６５０の壁および導電層６２０の底面を覆う図６Ｆに示すような第３の導電層６６０、好ましくはモリブデンを、ウェーハ６１０の裏面から付着させる。空洞開口にわたる座屈を防ぐため、わずかに伸張性のある膜が好ましい。
【００３３】
ステップ５１４で、異方性エッチングを使用して、ウェーハ６１０の裏面および導電層６２０の底面から第３の導電層を優先的に除去し、空洞６５０の壁６７０のモリブデンのかなりの部分を残す。このステップの結果、第１のモリブデン付着によって付着させた導電層６２０は実質的に無傷のまま残り、図６Ｇに示すように空洞６５０にわたって片持ち梁式に延びる。したがって、付着させる層６２０の厚さは、絞りの役目を果たすのに十分なものでなければならない。全ての実施形態でそうする必要があるわけではないが、空洞６５０の側壁を含む基板６１０の全ての面は、モリブデンまたは他の金属の保護層によって完全に包囲されていることが好ましい。これは、いくつかの処理ステップはＸｅＦ2の使用を含むことがあり、ＸｅＦ2は、露出したシリコン表面を自発的に腐食し、エッチングするためである。
【００３４】
ステップ５１６で、層６２０に穴を形成して、図６Ｈに示すように絞り開口６８０を形成する。この穴は例えば、フォトリソグラフィまたはイオン・ビーム・ミリングによって形成することができる。絞り開口６８０は、第１のモリブデン付着によって付着させた８μｍから１０μｍの間の厚さを有するモリブデン層６２０を貫いて延びる。
【００３５】
絞りのサイズおよび形状は、荷電粒子ビーム・システムの要件によって異なる。絞り開口の直径は一般に数ミクロンから数百ミクロンである。絞り開口の直径は空洞の直径よりも小さく、荷電粒子は基板の影響を受けない。絞り開口の直径は、空洞の直径の０．８倍よりも小さいことが好ましく、空洞の直径の０．５倍よりも小さいことがより好ましく、空洞の直径の０．１倍よりも小さいことが最も好ましい。いくつかの実施形態では、絞り開口の形状が楕円形または長円形である。絞り開口が円形でないとき、基板表面に垂直な絞り開口の最も長い直径は、基板表面に垂直な空洞の最も短い長さ寸法の０．８倍よりも短いことが好ましく、基板表面に垂直な空洞の最も短い長さ寸法の０．５倍よりも短いことがより好ましく、基板表面に垂直な空洞の最も短い長さ寸法の０．１倍よりも短いことが最も好ましい。用語「直径」は、ビーム軸に垂直な開口の大きないずれかの長さ寸法を指すために使用される。基板の厚さは一般に、絞り開口部分の厚さの５倍よりも厚く、絞り開口部分の厚さの１０倍よりも厚く、または絞り開口部分の厚さの２０倍よりも厚い。いくつかの実施形態では、絞り開口の形状が長方形のスリットである。この絞りスリットの幅の例は１．０〜３．０μｍの範囲にあり、長さの例は約５００μｍである。
【００３６】
図７は、２列からなり、各列に８つの絞り７０２がある絞りストリップ７００を示す。絞りストリップ７００は、エッチングにより基板７０４に形成された１６個の空洞を含む。開口アレイの端に配置された貫通穴７０６は、絞りがビームを遮ることなく荷電粒子ビーム・システムが有効に動作することを可能にする。この穴は、絞り運動アセンブリ内において絞りストリップを適切な向きに配置するためのマーカの役目も果たす。絞りストリップの両側に、エッチングによりオリエンテーション・マーカ７０８が形成されている。
【００３７】
他の実施形態では、同じ絞りストリップに２つ以上の厚さの絞り開口画定部分が形成されるような態様で、絞りストリップを選択的に製作する。言い換えると、同じ絞りストリップ内の１つまたは複数の絞りについて、絞り開口の位置に形成する導電層を異なる厚さにすることができ、それによって異なる厚さの絞りのアスペクト比を一定に維持することができる。絞り開口の直径が大きくなるにつれて厚さも厚くして、直径と厚さの比を一定に維持する。
【００３８】
図８は、直径１５０ｍｍのウェーハ上に配列された１１０個のダイ８０２（図７参照）のレイアウトの一例８００を示す。切溝（ｋｅｒｆ）または罫書線（ｓｃｒｉｂｅ ａｌｌｅｙ）の幅は示されていないが、必要な切溝の幅を考慮に入れるため縁は十分に除外されており、レイアウトを変更する必要はない。この絞りストリップの製作プロセスでは任意のサイズのウェーハを使用することができる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態は、荷電粒子ビーム・システム用の絞り構造であって、
・基板と、
・基板によって支持された絞り材料であり、絞り開口を画定する穴を含む絞り開口画定部分を有する絞り材料と、
・絞り開口画定部分の下の基板の材料中の空洞であり、絞りが、基板の空洞によってではなく絞り材料の穴によって画定されるような空洞と
を備える絞り構造を含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、基板が半導体を含み、絞り材料が導体を含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、基板がシリコンを含み、絞り材料が、モリブデン、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、基板の厚さが、絞り開口画定部分の厚さの１０倍よりも厚い。
【００４３】
いくつかの実施形態では、絞り開口画定部分の下の基板の空洞の基板表面に垂直な最も短い長さ寸法が、基板表面に垂直な絞り開口の最も長い長さ寸法の少なくとも１０倍である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、基板の材料から絞り開口までの最短距離が、絞り開口の直径の１０倍である。
【００４５】
いくつかの実施形態では、共通の基板上に、少なくとも２つの絞り構造がある。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態は、
・荷電粒子源と、
・荷電粒子を集束させる集束カラムであり、上述の絞りストリップを含む集束カラムと
を備える荷電粒子ビーム・カラムを含む。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態は、ビーム画定絞りを製作する方法であって、
・基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
・基板の底面に、第１の導電層の底面の一部を露出させる空洞を形成するステップと、
・導電層に穴を形成するステップであり、この穴によって画定される絞りが、空洞のサイズによってではなく、導電層上のパターニングによって決定されるように、この穴が空洞内に開くステップと
を含む方法を含む。
【００４８】
いくつかの実施形態は、空洞の壁および第１の導電層の底面が覆われるように、基板の底面に第２の導電層を付着させるステップをさらに含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、第１の導電層を付着させるステップが、モリブデンを付着させるステップを含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、第１の導電層を付着させるステップが、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを付着させるステップを含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、第１の導電層を付着させるステップが、伸張性のある構造を付着させるステップを含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、空洞を形成するステップが、直径約１ｍｍの空洞を形成するステップを含む。
【００５３】
いくつかの実施形態では、導電層に穴を形成するステップが、円、長円または長方形スリットの形態の穴を形成するステップを含む。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態は、ビーム画定絞りストリップを製作する方法であって、
・基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
・基板の底面に複数の空洞を形成するステップであり、それらの空洞が、第１の導電層の底面を露出させるステップと、
・空洞のうちの１つまたは複数の空洞の上に、前記第１の導電層を貫通する絞り開口を形成するステップと、
・基板を複数の絞りストリップに分割するステップと
を含む方法を含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ビーム方向に垂直な絞り開口の最も長い長さ寸法が、ビーム方向に垂直な絞り開口の最も長い長さ寸法の０．８倍よりも短い。
【００５６】
いくつかの実施形態では、第１の導電層の厚さが、基板の厚さの５倍よりも薄い。
【００５７】
いくつかの実施形態は、絞り開口画定部分において導電層と導電性の積層物を形成する第３の導電層を、１つまたは複数の絞りの絞り開口における導電層の厚さが同じ絞りストリップ内の残りの絞りとは異なるような態様で、選択的に付着させるステップをさらに含む。
【００５８】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。例えば、本明細書に記載された実施形態は、基板空洞ごとに１つの絞り開口があるように記述しているが、いくつかの実施形態は、空洞ごとに複数の絞り開口を有することができる。例えば、長細い空洞は複数の絞り開口を有することができる。いくつかの実施形態では空洞の側面を導体で覆う必要はないかもしれない。
【００５９】
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】
【００６０】
４１０ シリコン基板
４２０ 第１の導電層
４３０ 空洞
４３２ 絞り開口画定部分
４４０ 第２の導電層
４５０ 絞り開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム・システム用の絞り構造であって、
基板と、
前記基板によって支持された絞り材料であり、絞り開口を画定する穴を含む絞り開口画定部分を有する絞り材料と、
前記絞り開口画定部分の下の前記基板の材料中の空洞であり、前記絞りが、前記基板の前記空洞によってではなく前記絞り材料の前記穴によって画定される空洞と
を備える絞り構造。
【請求項２】
前記基板が半導体を含み、前記絞り材料が導体を含む、請求項１に記載の絞り構造。
【請求項３】
前記基板がシリコンを含み、前記絞り材料が、モリブデン、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを含む、請求項２に記載の絞り構造。
【請求項４】
前記基板の厚さが、前記絞り開口画定部分の厚さの１０倍よりも厚い、請求項１から３のいずれかに記載の絞り構造。
【請求項５】
前記絞り開口画定部分の下の前記基板の前記空洞の基板表面に垂直な最も短い長さ寸法が、基板表面に垂直な前記絞り開口の最も長い長さ寸法の少なくとも１０倍である、請求項１から４のいずれかに記載の絞り構造。
【請求項６】
前記基板の材料から前記絞り開口までの最短距離が、前記絞り開口の直径の１０倍である、請求項１から５のいずれかに記載の絞り構造。
【請求項７】
共通の基板上に、請求項１から６のいずれかに記載の絞り構造を少なくとも２つ含む絞りストリップ。
【請求項８】
荷電粒子源と、
荷電粒子を集束させる集束カラムであり、請求項７に記載の絞りストリップを含む集束カラムと
を備える荷電粒子ビーム・カラム。
【請求項９】
ビーム画定絞りを製作する方法であって、
基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
前記基板の底面に、前記第１の導電層の底面の一部を露出させる空洞を形成するステップと、
前記導電層に穴を形成するステップであり、前記穴によって画定される絞りが、前記空洞のサイズによってではなく、前記導電層上のパターニングによって決定されるように、前記穴が前記空洞内に開くステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記空洞の壁および前記第１の導電層の底面が覆われるように、前記基板の底面に第２の導電層を付着させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の導電層を付着させる前記ステップが、モリブデンを付着させるステップを含む、請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１の導電層を付着させる前記ステップが、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを付着させるステップを含む、請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
第１の導電層を付着させる前記ステップが、伸張性のある構造を付着させるステップを含む、請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
空洞を形成する前記ステップが、直径約１ｍｍの空洞を形成するステップを含む、請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記導電層に穴を形成する前記ステップが、円、長円または長方形スリットの形態の穴を形成するステップを含む、請求項９から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
ビーム画定絞りストリップを製作する方法であって、
基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
前記基板の底面に複数の空洞を形成するステップであり、前記空洞が、前記第１の導電層の底面を露出させるステップと、
前記空洞のうちの１つまたは複数の空洞の上に、前記第１の導電層を貫通する絞り開口を形成するステップと、
前記基板を複数の絞りストリップに分割するステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記空洞の壁および前記第１の導電層の底面が覆われるように、前記シリコン基板の底面に第２の導電層を付着させるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板がシリコンを含み、第１の導電層が、モリブデン、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを含む、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ビーム方向に垂直な前記絞り開口の最も長い長さ寸法が、ビーム方向に垂直な前記絞り開口の最も長い長さ寸法の０．８倍よりも短い、請求項１６から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の導電層の厚さが、前記基板の厚さの５倍よりも薄い、請求項１６から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記絞り開口画定部分において前記導電層と導電性の積層物を形成する第３の導電層を、１つまたは複数の絞りの前記絞り開口における導電層の厚さが同じ絞りストリップ内の残りの絞りとは異なるような態様で、選択的に付着させるステップをさらに含む、請求項１６から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
荷電粒子ビーム・システム用の絞り構造であって、
基板と、
前記基板によって支持された絞り材料であり、絞り開口を画定する穴を含む絞り開口画定部分を有する絞り材料と、
前記絞り開口画定部分の下の前記基板の材料中の空洞であり、前記絞りが、前記基板の前記空洞によってではなく前記絞り材料の前記穴によって画定される空洞と
を備える絞り構造。
【請求項２】
前記基板が半導体を含み、前記絞り材料が導体を含む、請求項１に記載の絞り構造。
【請求項３】
前記基板がシリコンを含み、前記絞り材料が、モリブデン、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを含む、請求項２に記載の絞り構造。
【請求項４】
前記基板の厚さが、前記絞り開口画定部分の厚さの１０倍よりも厚い、請求項１から３のいずれかに記載の絞り構造。
【請求項５】
前記絞り開口画定部分の下の前記基板の前記空洞の基板表面に垂直な最も短い長さ寸法が、基板表面に垂直な前記絞り開口の最も長い長さ寸法の少なくとも１０倍である、請求項１から４のいずれかに記載の絞り構造。
【請求項６】
前記基板の材料から前記絞り開口までの最短距離が、前記絞り開口の直径の１０倍である、請求項１から５のいずれかに記載の絞り構造。
【請求項７】
共通の基板上に、請求項１から６のいずれかに記載の絞り構造を少なくとも２つ含む絞りストリップ。
【請求項８】
荷電粒子源と、
荷電粒子を集束させる集束カラムであり、請求項７に記載の絞りストリップを含む集束カラムと
を備える荷電粒子ビーム・カラム。
【請求項９】
ビーム画定絞りを製作する方法であって、
基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
前記基板の底面に、前記第１の導電層の底面の一部を露出させる空洞を形成するステップと、
前記導電層に穴を形成するステップであり、前記穴によって画定される絞りが、前記空洞のサイズによってではなく、前記導電層上のパターニングによって決定されるように、前記穴が前記空洞内に開くステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記空洞の壁および前記第１の導電層の底面が覆われるように、前記基板の底面に第２の導電層を付着させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の導電層を付着させる前記ステップが、モリブデンを付着させるステップを含む、請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１の導電層を付着させる前記ステップが、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを付着させるステップを含む、請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
第１の導電層を付着させる前記ステップが、伸張性のある構造を付着させるステップを含む、請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
空洞を形成する前記ステップが、直径約１ｍｍの空洞を形成するステップを含む、請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記導電層に穴を形成する前記ステップが、円、長円または長方形スリットの形態の穴を形成するステップを含む、請求項９から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
ビーム画定絞りストリップを製作する方法であって、
基板の上面に第１の導電層を付着させるステップと、
前記基板の底面に複数の空洞を形成するステップであり、前記空洞が、前記第１の導電層の底面を露出させるステップと、
前記空洞のうちの１つまたは複数の空洞の上に、前記第１の導電層を貫通する絞り開口を形成するステップと、
前記基板を複数の絞りストリップに分割するステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記空洞の壁および前記第１の導電層の底面が覆われるように、前記シリコン基板の底面に第２の導電層を付着させるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板がシリコンを含み、第１の導電層が、モリブデン、タングステン、チタン、白金、黒鉛または導電性ダイヤモンドを含む、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ビーム方向に垂直な前記絞り開口の最も長い長さ寸法が、ビーム方向に垂直な前記絞り開口の最も長い長さ寸法の０．８倍よりも短い、請求項１６から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の導電層の厚さが、前記基板の厚さの５倍よりも薄い、請求項１６から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記絞り開口画定部分において前記導電層と導電性の積層物を形成する第３の導電層を、１つまたは複数の絞りの前記絞り開口における導電層の厚さが同じ絞りストリップ内の残りの絞りとは異なるような態様で、選択的に付着させるステップをさらに含む、請求項１６から２０のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０１９２９（Ｐ２０１３−１０１９２９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２４２８０５（Ｐ２０１２−２４２８０５）
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【出願人】（５０１４１９１０７）エフ・イ−・アイ・カンパニー (78)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４２８０５（Ｐ２０１２−２４２８０５）
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【出願人】（５０１４１９１０７）エフ・イ−・アイ・カンパニー (78)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]