JP2005015922A5 - - Google Patents

Description

ガス堆積材料は、一般的に、次のような方法でワークピース表面に堆積される。荷電粒子（又は他の）ビームが堆積ガスの存在下でターゲット表面に照射される。表面への衝突時に、荷電粒子ビームは、表面から２次電子を放出させ、それが堆積ガスと相互作用して堆積微粒子を構成するようにする。引き続き、その微粒子は下地のターゲット表面上に蓄積され、それによって、堆積層を形成する。多くのガスとワークピース表面とビームタイプの組み合わせが用いられて、様々な堆積目的を達成している。たとえば、共通に使用される堆積ガスには、タングステンやプラチナや金や炭素を含有して、ターゲット表面上にそれらを堆積するガスが含まれている。堆積すべき特定の材料は、通常、用途、下地のターゲット表面、そして、材料がそれと反応する方法に依存する。同様に、様々なビームタイプが使用されて、２次電子を発生する。これらには、イオンや電子やレザービームが含まれる。特定のビームタイプとパラメータに関連して、ターゲット表面材料とその２次電子放出係数に依存して、これらのビームタイプのうちのいくつかは、所定の用途にとって好適であるかも知れない。特徴評価及び測定用途がシリコンベースのウェハに関連する場合、ガリウムイオンビームと共にタングステンガスが一般に使用されターゲット表面上の保護膜としてタングステンを塗布する。

図４(Ｂ)に関して、保護層を堆積するためには、通常、ＦＩＢそれ自体が使用される。それが断面スライスを切り取るのに使用されているので、堆積層を堆積するためのターゲット表面に対して照射する位置にＦＩＢは既に存在している。これを実行するために、ＦＩＢビーム１０３は、ターゲット表面の近傍で放散された適切な堆積ガス１２０の存在の下で、関連性のあるウェハと特徴表面を有するターゲット表面に亘って走査され、ターゲット表面内の特徴とウェハの両表面上に保護材料を堆積する。ターゲット表面に衝突したとき、ＦＩＢビームがターゲット表面のビームが衝突した箇所からあらゆる方向に２次電子ｅ^-を放出させる。この電子は、ガスと互いに影響しあって微粒子を形成してその下の表面上に堆積する。図４(Ｃ)に示すように、方法が完遂したときに、堆積した微粒子で構成される保護層１２５は、ターゲット表面に亘ってできあがる。

上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載したような「ワークピース上に材料を堆積する方法であって、該ワークピース上に、対象となる領域を囲繞するターゲット面を特定する工程と、前記ターゲット面に近接するも実質的に異なる電子源表面を限定する工程と、前記ターゲット面上に堆積ガスを提供する工程と、前記電子源表面の少なくとも一部に照射して、前記ターゲット面上の領域に突入する２次電子を発生する工程であって、該２次電子が前記堆積ガスと相互に影響しあって、前記対象領域を含む前記ターゲット面上に堆積材料の層を堆積し、前記ターゲット面内の前記対象領域が前記照射によっても損傷を受けないようにするものとからなる方法」を提供するものである。

また、第２の解決手段は、請求項８に記載したように、「ワークピース表面上に材料を堆積する方法であって、該ワークピース表面上においてターゲット面を特定する工程と、前記ターゲット面に近接する補助電子源表面を提供する工程と、前記ターゲット面上に堆積ガスを提供する工程と、前記補助電子源表面の少なくとも一部に照射して、前記ターゲット面上に放出する２次電子を発生し、該２次電子が前記堆積ガスと相互に影響しあって、前記ターゲット面上に堆積層を堆積する工程とからなる方法」であることを特徴とするものである。

更に、第３の解決手段は、請求項１６に記載したような、「ターゲット面を有する上面を具備するワークピースを収容するステージと、 ビームを前記ワークピースの上面に制御可能に放出するように構成されたカラムであって、前記ビームが前記上面に衝突するときに、２次電子を放出させるものと、前記ターゲット面に堆積ガスを提供するガス源と、前記カラムと連結して前記ビームを制御する制御器であって、前記ビームをワークピースの上面に導くものと、前記制御器によって実行されたときに、前記ターゲット面に近接するも前記ターゲット面の一部ではない電子源表面上において前記制御器がビームを走査する命令を前記制御器に提供して、前記ターゲット面上の前記電子源表面から２次電子を発生し、それが堆積ガスと共に相互反応し、それによって、前記ビームがターゲット面に入射することなく、堆積層を前記ターゲット面上に堆積させる記憶デバイスとからなるシステム」であることを特徴とするものである。

本発明は、荷電粒子（たとえば、イオンや電子）又は光ビームを用いて、２次電子を発生してガス堆積材料内に堆積を誘発する、実質的に損傷のない材料堆積を行う方法を提供するものである。また、本発明は、ビームをターゲット表面に近接する電子源表面（ターゲット表面内ではない）に向けて照射する。このビームはその電子源表面上を走査されて２次電子をこの電子源表面から放出させ、ターゲット表面上の領域に突入させて堆積ガスと互いに影響しあって所望の量の材料をターゲット表面に堆積する。それとは別に、ビームはターゲット表面に近接する個々の電子発生面（好ましくは比較的に高い２次電子放出係数を有するもの）に向かって照射されて電子を発生し、ターゲット表面上に堆積材料を堆積する。

図示されたＦＩＢシステムは、イオンビーム２１７を発生してそれをイオンビーム集束カラム２１６に送る液体金属イオン（たとえば、ガリウムイオン）源２１４を有する真空チャンバ２１０を具備する。集束カラム２１６は、静電レンズや各電極（操作電極や偏向電極など）を有する従来の光学系と所望の集束イオンビーム２１８を生成してそれをターゲットのワークピース２２２に集束させることを可能にする他の構成部材を内蔵する。集束イオンビームと共に使用されるレンズと他の光学部材が静電界又は電磁界を利用してビーム内のイオンを制御することと、光学部材がイオン流を制御することを業界において通常の知識を有する者は理解する。更に、たった一つのレンズでも、又は数個までのレンズでも設計上可能である。

高圧電源２３４は、イオンビームカラム２１６内の電極に適切な加速電圧を印加してイオンビーム２１８を活発にし集束させる。ビームが濃縮されたガス蒸気が付着したワークピースに当たったときに、イオンビームはガス状の化合物と基板の間でワークピース上の材料堆積のための反応を引き起こすためのエネルギーを提供する。

近接堆積
本発明の一の実施の形態において、相当高いエネルギー及び／又は相当大きな電流密度を有する荷電粒子（たとえばイオンや電子）又は光ビームを用いて、ターゲット面に直接照射することなく、電子源表面から２次電子を発生し該電子源表面に隣接するそのターゲット面上に蒸着を誘発することによって、ターゲット面上に実質的に傷のない材料堆積を行うことができる。この方法に関して、２次電子の適切なオーバーフローを発生するために、相当高いエネルギー、電流、及び／又は電流密度を有するいかなる粒子ビーム又は光ビームが使用される。このようなビームには、ターゲット面を避けて電子源表面に向かって放射され２次電子を発生する電子ビーム、イオン（たとえば、ＦＩＢ）ビームやレザービームが含まれるが、これらに限定されるものではない。この方法を説明するために単純化して、ＦＩＢビームがここでは用いられるが、当該業界において通常の知識を有する者は他のビームも使用できることを理解する（たとえば、特に電子ビームが相当なエネルギーと電流を有するときには、電子ビームは２次電子を発生するためによく機能する。一つの実施の形態において、３００ｅＶと３ＫｅＶの間のエネルギーと１ｎＡを超える電流値を有する電子ビームが使用されて半導体上に材料を堆積する）。

ターゲット面は、まず、材料堆積層を受けるために限定される。ターゲット面は、一般的に、ウェハ基板表面を囲繞すると共に、（たとえば、計測又は解析のための）対象となる一又はそれ以上の特徴の少なくとも一部を含む。ターゲット面は、一又はそれ以上の特徴の重要な部分がＦＩＢによって適切に衝撃を受けないようにする程十分に広くなくてならない。同時に、２次電子が十分な材料堆積を誘起するために適切にターゲット面の領域に浸透することができるほどに狭いものである（及び／又は適切な幾何学形状を有している）べきである。

一度ターゲット面が特定されると、電子源表面が２次電子を提供するために限定される。電子源表面の領域は、通常ターゲット面に隣接している。それは電子源表面の領域にオーバーフローするほどの満足のできる量の２次電子を作り出す程十分広いか又は適切な形状を有すべきである。一般的に、ターゲット面の周囲で実質的に均一な形状に電子源表面の領域を限定して、２次電子がより均等にターゲット面の領域に分配されるようにすることが望ましく、それによって、結果的により均一な材料堆積層となる。（しかし、ビーム衝突点からの距離が遠くなるにつれて２次電子の濃度が薄くなり、所定のポイントでの材料堆積量がそのポイントにおける利用可能な電子の濃度に比例するので、現実的な均一性を達成することは難しい。このように、電子源表面のビーム衝突点から最大の平均距離を有するターゲット面内の各ポイントは、より薄い材料堆積となる。）多くの場合、ターゲット面を囲繞する閉じた電子源表面を有することが望ましいが、しかし、それらはあらゆる場合にターゲット面を囲繞する必要もない。更に、電子源表面は、矩形や長円形や三角形のようないかなる適切な形状を有することも可能である。

この実施の形態においては、中央の３本のライン特徴（３０５Ｂ、３０５Ｃ、３０５Ｄ）のみが測定される。しかし、特定のターゲット面が限定されて５本のラインを囲繞するが、これは一方で、堆積中のターゲット面へのＦＩＢイオンの過度の放射から適切に測定すべき内側の３本のラインを保護することと、他方で、ターゲット面の全幅を最小にして２次電子がターゲット面内の全ての点に容易にたどり着くことができるようにすることとの妥協の結果である。

別の用例においては、異なるサイズの電子源表面とターゲット面が同様に使用される。それに応じて、処理対象物に依存して、別々の場合において異なるビームパラメータが使用される。一つの実施の形態において、点から点の入射ビームの停止時間は、異なるサイズのビーム電流、電流密度、ビームスポット直径が使用されていても、一定である。特定のビームパラメータを選択したときに、いくつかの要因が考慮される。ビームスポットのサイズは、通常、電子源表面のサイズと面積に依存して決定される。電子源表面領域が広い場合には、ターゲット面に衝突しないで、電子源表面の領域に最も余裕のない状態でビームスポットが適切にはまりこむ限り、より大きなビームスポット領域であることが望ましい。しかし、ビーム電流と電流密度は、ターゲット面のサイズと面積に応じて選択されるべきであり、同様に、電子源表面の材料の２次電子放出特性に応じて選択されるべきである。より大きな電流密度は、一般的に、電子をより遠くに放出しより濃い濃度にする。このように、ターゲット面が電子源表面の最も近いビーム衝撃点からも比較的に遠い内部部分を有しているので、より大きな電流密度を有するビームが使用されるべきである。一方、電流密度があまりにも大きすぎると、余分な材料が電子源表面から跳ね返って２次電子のターゲット面への移動に悪影響を及ぼす。ウェハ表面における真空度が、また、２次電子がどの程度速く移動するのかについて影響する。一つの実施の態様においては、１２．５ｎｍのスポット直径を有する３０μＡのビームが小さなターゲット面に使用され、一方、２５μｍのスポット直径を有する３００ｎＡのビームがより大きなターゲット面に使用されている。

他の実施の形態
図３は、ターゲット面に２次電子を供給する別の方式を図示している。図示されたＦＩＢビーム４０３をウェハのターゲット面３１０に近接する電子源表面に向けて照射する代わりに、図示の場合には、堆積ガス４５９をウェハに向けて放出するために使用されるノズル端ピース４５７の内部金属面である補助電子源表面に向けて照射するものである。この補助電子源表面は、ターゲット面と共通の面を有さない面であり２次電子をそのターゲット面に提供するものであればよい。たとえば、入射ビームによる衝撃に応じて２次電子を提供するために、（ガスがそこに供給され続ける）ターゲット面に調節自在に近接配置されたプレートや型やツールである。ＦＩＢに関しては、電子ビームやレザーや高２次電子放出係数を有する金属のような材料が一般的に望ましいが、しかし、いかなる入手可能な好適な材料でも十分である。ターゲット面に既に近接している（ガスノズル端のような）構造物を使用することはより便利である。

Claims (26)

1. ワークピース上に材料を堆積する方法であって、
   該ワークピース上に、対象となる領域を囲繞するターゲット面を特定する工程と、
   前記ターゲット面に近接するも実質的に異なる電子源表面を限定する工程と、
   前記ターゲット面上に堆積ガスを提供する工程と、
   前記電子源表面の少なくとも一部に照射して、前記ターゲット面上の領域に突入する２次電子を発生する工程であって、該２次電子が前記堆積ガスと相互に影響しあって、前記対象領域を含む前記ターゲット面上に堆積材料の層を堆積し、前記ターゲット面内の前記対象領域が前記照射によっても損傷を受けないようにするものとからなる方法。
2. 前記対象領域が断面解析されるべき特徴を囲繞することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記特徴が長方形状のターゲット面の中心線に沿って配設されたライン特徴であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ワークピースが断面解析されるべき特徴を有する表面を具備するウェハであり、ターゲット面を特定することには、解析されるべきライン特徴の一部を囲繞する実質的に長方形状の面を限定することが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記電子源表面を限定することには、ターゲット面を実質的に囲繞する面を限定することが含まれていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記照射することには、イオンビームによる照射が含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記照射することには、電子ビームによる照射が含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. ワークピース表面上に材料を堆積する方法であって、
   該ワークピース表面上においてターゲット面を特定する工程と、
   前記ターゲット面に近接する補助電子源表面を提供する工程と、
   前記ターゲット面上に堆積ガスを提供する工程と、
   前記補助電子源表面の少なくとも一部に照射して、前記ターゲット面上に放出する２次電子を発生し、該２次電子が前記堆積ガスと相互に影響しあって、前記ターゲット面上に堆積層を堆積する工程とからなる方法。
9. 前記補助電子源を提供することには、堆積ガスを提供する機器の一部である金属面を有する補助電子源を提供することが含まれていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記ターゲット面が断面解析されるべき特徴を囲繞していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記特徴が長方形状のターゲット面の中心線に沿って配設されたライン特徴であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. ワークピースが断面解析されるべき特徴を有する表面を具備するウェハであり、ターゲット面を特定することには、解析されるべきライン特徴の一部を囲繞する実質的に長方形状の面を限定することが含まれていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記補助電子源表面を提供することには、ターゲット面の周囲の軌道で入射ビームを動かす金属面を提供することが含まれていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記補助電子源に照射することには、イオンビームによる照射が含まれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
15. 前記補助電子源に照射することには、電子ビームによる照射が含まれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
16. ターゲット面を有する上面を具備するワークピースを収容するステージと、
    ビームを前記ワークピースの上面に制御可能に放出するように構成されたカラムであって、前記ビームが前記上面に衝突するときに、２次電子を放出させるものと、
    前記ターゲット面に堆積ガスを提供するガス源と、
    前記カラムと連結して前記ビームを制御する制御器であって、前記ビームをワークピースの上面に導くものと、
    前記制御器によって実行されたときに、前記ターゲット面に近接するも前記ターゲット面の一部ではない電子源表面上において前記制御器がビームを走査する命令を前記制御器に提供して、前記ターゲット面上の前記電子源表面から２次電子を発生し、それが堆積ガスと共に相互反応し、それによって、前記ビームがターゲット面に入射することなく、堆積層を前記ターゲット面上に堆積させる記憶デバイスとからなるシステム。
17. 前記電子源表面がガス蒸気源の金属部分であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
18. 前記電子源表面がワークピースの一部であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
19. 前記ワークピースがターゲット面内にある特徴を有するウェハであることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
20. 前記カラムが、ＦＩＢビームを放出するＦＩＢカラムであり、ターゲット面上に堆積層を堆積させた後でＦＩＢビームが前記特徴からスライスを切り取るようにする命令を前記記憶デバイスが有していることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
21. 更に、切り取られたスライスによって露呈された面で前記特徴の断面を映像化するように構成されたＳＥＭを具備していることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
22. 更に、２次電子をターゲット面に向かうようにする静電界を生成するように構成された一又はそれ以上の電極を具備することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
23. 前記一又はそれ以上の電極が、前記ターゲット面の周囲にビームを走らせる静電界を発生することを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
24. 前記ワークピースが、シリコンベースのウェハであり、堆積ガスがヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）₆）を有し、前記ビームがガリウムイオンを有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
25. 前記カラムが電子を放出することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
26. 前記カラムがフォトンを放出することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。