JP2016129133A - 荷電粒子ビームシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】荷電粒子ビームを形成する荷電粒子源5、対物レンズ14、15、16、及び試料平面における荷電粒子ビームの入射位置を変える第1偏向系12、13を有する荷電粒子ビームカラム3を備えた、荷電粒子ビームシステム1が開示される。本システム1はさらに、加工対象の試料を保持する試料ステージ18を備えた試料チャンバ2と、試料表面の高さマップを作成及び記憶するよう構成されたコントローラ21とを備える。コントローラ21はさらに、高さマップに従った荷電粒子ビームの入射位置に応じて荷電粒子ビームの対物レンズ14、15、16、を動的に調整するよう構成される。
【選択図】図1
Description
a.荷電粒子ビームシステムの試料チャンバに試料を装入するステップと、
b.光光学(light optical)結像系又は電子ビーム系を用いて試料の表面の画像を生成するステップと、
c.画像中の基準マークを識別するステップと、
d.識別された基準マークに基づいて試料の表面上の基準マークの位置を判定するステップと、
e.基準マークの位置及び試料の設計データに基づいて、加工対象の第1領域の場所を判定するステップと、
f.ステップeにおいて決定した場所に従って荷電粒子ビームシステムの偏向系をバイアスするステップと、
g.荷電粒子ビームを第1領域に入射させるステップと
を含む方法を特徴とする。
Claims (58)
- 荷電粒子ビームシステムであって、
荷電粒子ビームを形成する荷電粒子源、対物レンズ、及び試料平面における前記荷電粒子ビームの入射位置を変える第1偏向系を有する荷電粒子ビームカラムと、
加工対象の試料を保持する試料ステージを備えた試料チャンバと、
試料表面の高さマップを作成及び記憶するよう構成され、さらに前記高さマップに従った前記荷電粒子ビームの入射位置に応じて前記荷電粒子ビームの前記対物レンズを動的に調整するよう構成されたコントローラと
を備えた荷電粒子ビームシステム。 - 請求項1に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記コントローラはさらに、前記試料表面の設計データを受け取るよう構成され、前記コントローラはさらに、前記設計データと前記試料チャンバへの前記試料の装入中又は装入後に記録されたデータとの組み合わせに基づいて前記第1偏向系を制御するよう構成される荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1又は2に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記荷電粒子ビームカラムは、イオンビームカラムであり、該荷電粒子ビームシステムはさらに、電子ビームを形成する電子源を有する電子光学カラムを備える荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記コントローラは、前記電子ビーム又は前記イオンビームを用いて記録された画像で識別された位置に応じて、前記荷電粒子ビームの前記入射位置を調整するよう構成される荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記試料ステージは、少なくとも3つの独立した直線方向での前記試料ステージ上に位置決めされた試料の可動性をもたらし、
前記試料ステージは、該試料ステージの移動を測定する測定システムを備え、該測定システムは、5nm以下の測定精度をもたらす荷電粒子ビームシステム。 - 請求項5に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記測定システムは、干渉測定システムを含む荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記試料表面の画像を記録する光学画像記録システムをさらに備え、前記コントローラは、前記光学画像記録システムで記録された画像を受け取るよう構成される荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記荷電粒子ビームはイオンを含む荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、該荷電粒子ビームシステムは、非点収差補正器を備え、前記コントローラはさらに、前記荷電粒子ビームでの前記試料表面の一部の走査と、走査中に前記試料表面を離れた相互作用生成物の検出とによって記録された画像に基づいて、前記非点収差補正器を調整するよう構成される荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記荷電粒子ビームシステムは、第2偏向系を備えることができ、前記コントローラはさらに、前記荷電粒子ビームでの前記試料表面の一部の走査と、走査中に前記試料表面を離れた相互作用生成物の検出とによって記録された画像に基づいて、前記第2偏向系を調整するよう構成される荷電粒子ビームシステム。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記コントローラはさらに、加工対象の試料領域の加工中に前記試料を離れる相互作用生成物に基づいて、又は前記荷電粒子ビームのビーム電流の測定によって、前記試料領域に入射する荷電粒子線量を制御するよう構成される荷電粒子ビームシステム。
- 荷電粒子ビームシステムであって、
荷電粒子ビームを形成する荷電粒子源、対物レンズ、非点収差補正器、及び試料平面における前記荷電粒子ビームの入射位置を変える第1偏向系を有する荷電粒子ビームカラムと、
加工対象の試料を保持する試料ステージを備えた試料チャンバと、
試料表面への前記荷電粒子ビームの入射中に前記試料を離れた相互作用生成物を検出する検出器と、
前記検出器の出力信号に基づいて画像データを生成するよう構成されたコントローラと
を備え、前記コントローラはさらに、前記荷電粒子ビームでの前記試料表面の一部の走査と、走査中に前記試料表面を離れた相互作用生成物の検出とによって記録された画像に基づいて、前記非点収差補正器を調整するよう構成される荷電粒子ビームシステム。 - 荷電粒子ビームシステムであって、
ガス電界イオンビームを形成する荷電粒子源、対物レンズ、及び試料平面における荷電粒子ビームの入射位置を変える第1偏向系を有する荷電粒子ビームカラムと、
加工対象の試料を保持する試料ステージを備えた試料チャンバと、
試料表面への前記荷電粒子ビームの入射中に前記試料を離れた相互作用生成物を検出する検出器と、
検出器の出力信号に基づいて画像データを生成するよう構成されたコントローラと
を備え、前記コントローラはさらに、加工対象の試料領域の加工中に前記試料を離れる相互作用生成物に基づいて、前記試料領域に入射する荷電粒子線量を制御するよう構成される荷電粒子ビームシステム。 - 試料を加工する方法であって、
a.荷電粒子ビームシステムの試料チャンバに試料を装入するステップと、
b.光光学結像系又は電子ビーム系を用いて前記試料の表面の画像を生成するステップと、
c.前記画像中の基準マークを識別するステップと、
d.識別された前記基準マークに基づいて前記試料の前記表面上の前記基準マークの位置を判定するステップと、
e.前記基準マークの前記位置及び前記試料の設計データに基づいて、加工対象の第1領域の場所を判定するステップと、
f.前記ステップeにおいて決定した場所に従って前記荷電粒子ビームシステムの偏向系をバイアスするステップと、
g.前記荷電粒子ビームを前記第1領域に入射させるステップと
を含む方法。 - 請求項14に記載の方法において、前記試料表面の高さマップを記録するステップをさらに含む方法。
- 請求項15に記載の方法において、前記高さマップを電子ビーム又はガス電界イオンビームを用いて記録する方法。
- 請求項16に記載の方法において、前記高さマップに基づいて前記ステップgにおける前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整するステップをさらに含む方法。
- 請求項14〜17のいずれか1項に記載の方法において、
前記荷電粒子ビームが前記第1領域に入射する間に前記試料との前記荷電粒子ビームの相互作用生成物数を測定するステップと、
前記測定された相互作用生成物数に基づいて、前記測定された相互作用生成物数と所定の相互作用生成物数とを比較することによって、前記荷電粒子ビームが前記第1領域に入射する間の滞留時間を動的に調整するステップと
をさらに含む方法。 - 請求項14〜18のいずれか1項に記載の方法において、前記荷電粒子ビームシステムは、対物レンズを備え、該方法は、
前記荷電粒子ビームを前記対物レンズで集束させて、該対物レンズから第1距離に集束荷電粒子ビームスポットを生成するステップと、
前記試料の前記表面が前記対物レンズから第2距離を有するように前記荷電粒子ビームに対して前記試料を位置決めするステップと
をさらに含み、前記第1距離は前記第2距離よりも大きいか又は小さい方法。 - 請求項19に記載の方法において、前記第1距離は、前記第2距離よりも少なくとも1μm大きいか又は小さい方法。
- 請求項20に記載の方法において、前記第1距離は、前記第2距離よりも最大100μm大きいか又は小さい方法。
- 請求項19に記載の方法において、前記イオン光学カラムは、ビーム制限アパーチャを備え、該方法は、前記ビーム制限アパーチャを前記試料の前記表面に投影するよう前記対物レンズを調整するステップをさらに含む方法。
- 請求項14〜22のいずれか1項に記載の方法において、前記ステップc中に、前記対物レンズの電圧に対して負又は正である電圧で前記試料をバイアスするステップをさらに含む方法。
- 請求項14〜23のいずれか1項に記載の方法において、
前記イオンビームカラムに対して前記試料を移動させずに、第1数の第1領域に関して、前記ステップf及び前記ステップgを繰り返すステップ
をさらに含む方法。 - 請求項24に記載の方法において、
前記イオンビームカラムに対して前記試料を移動させるステップと、
第2数の第1領域に関して前記ステップf及び前記ステップgを繰り返すステップと
をさらに含む方法。 - 請求項25に記載の方法において、
前記イオンビームカラムに対する前記試料ステージの移動を測定するステップ
をさらに含む方法。 - 請求項14〜26のいずれか1項に記載の方法において、前記荷電粒子ビームはイオンビームであり、該方法は、イオンビームスパッタリング又はイオンビーム誘起ガス化学析出によって前記試料にシステムアライメントマークを書き込むステップと、前記システムアライメントマークの画像を周期的に記録するステップとをさらに含む方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記アライメントマークの記録画像に基づいて前記荷電粒子ビームシステムのパラメータを調整するステップをさらに含む方法。
- ジョセフソン接合を作製する方法であって、
a.導電層で少なくとも部分的に覆われた超電導物質の膜を備え、且つ超電導膜が前記導電層で覆われていない少なくとも1つの第1領域を備えた試料を用意するステップと、
b.前記第1領域にイオンビームを入射させるステップと
を含み、
c.前記イオンビームは、最大100ピコアンペアのイオン電流で最大1msの滞留時間にわたって前記試料に入射する方法。 - 請求項29に記載の方法において、ステップcにおいて前記試料に入射した前記イオンビームによって生じた相互作用生成物を検出するステップと、検出した相互作用生成物数に基づいてステップcを一定の回数にわたって繰り返すステップと
をさらに含む方法。 - 請求項29〜30のいずれか1項に記載の方法において、前記イオンビーム中のイオンの平均エネルギーは、10keV〜100keVの範囲にある方法。
- 請求項29〜31のいずれか1項に記載の方法において、
対物レンズを有するイオン光学カラムを用意するステップと、
前記イオンビームを前記対物レンズで集束させて、前記対物レンズから第1距離に集束イオンビームスポットを生成するステップと、
前記超電導膜が前記対物レンズから第2距離を有するように前記イオンビームに対して前記試料を位置決めするステップと
をさらに含み、前記第1距離は前記第2距離よりも大きいか又は小さい方法。 - 請求項32に記載の方法において、前記第1距離は、前記第2距離よりも少なくとも1μm大きいか又は小さい方法。
- 請求項33に記載の方法において、前記第1距離は、前記第2距離よりも最大100μm大きいか又は小さい方法。
- 請求項32に記載の方法において、前記イオン光学カラムは、ビーム制限アパーチャを備え、該方法は、前記ビーム制限アパーチャを前記膜に投影するよう前記対物レンズを調整するステップをさらに含む方法。
- 請求項29〜35のいずれか1項に記載の方法において、前記ステップc中、前記対物レンズの電圧に対して負又は正である電圧で前記試料をバイアスするステップをさらに含む方法。
- 請求項29〜36のいずれか1項に記載の方法において、前記試料は、前記第1領域に対して所定の場所に基準マークを含み、該方法は、
前記基準マークを含むが前記第1領域を含まない前記試料の第2領域を前記イオンビーム又は電子ビームによって走査するステップと、
前記第2領域の走査中に前記イオンビーム又は前記電子ビームによって生じた相互作用生成物を検出するステップと、
検出した相互作用生成物に基づいて前記基準マークの位置を判定するステップと、
前記基準マークの前記位置に基づいて前記第1領域の位置を判定するステップと、
前記イオンビームカラムの偏向系に電圧を印加して前記イオンビームを前記第1領域へ偏向させるステップと、
その後に前記ステップcを行うステップと
をさらに含む方法。 - 請求項29〜37のいずれか1項に記載の方法において、前記イオンビームカラムに対して前記試料を移動させずに、第1数の第1領域に関して、前記ステップcを繰り返すステップをさらに含む方法。
- 請求項38に記載の方法において、前記イオンビームカラムに対して前記試料を移動させるステップと、
その後、第2数の第1領域に関して前記ステップcを繰り返すステップと
をさらに含む方法。 - 請求項39に記載の方法において、前記イオンビームカラムは、試料ステージを有するイオンビーム顕微鏡の一部であり、前記試料ステージは、前記イオンビームカラムに対する前記試料ステージの移動を測定する少なくとも1つの測定システムを備え、該方法は、少なくとも1つの測定システムで前記試料ステージの移動を測定するステップをさらに含む方法。
- 請求項29〜40のいずれか1項に記載の方法において、イオンビームスパッタリング又はイオンビーム誘起ガス化学析出によって前記試料にシステムアライメントマークを書き込むステップと、前記システムアライメントマークの画像を周期的に記録するステップとをさらに含む方法。
- 請求項41に記載の方法において、前記システムアライメントマークの記録画像に基づいて前記荷電粒子ビームシステムのパラメータを調整するステップをさらに含む方法。
- ジョセフソン接合を製造する方法であって、
a.導電層で少なくとも部分的に覆われた超電導物質の膜を備え、且つ超電導膜が前記導電層で覆われていない少なくとも1つの第1領域を備えた試料を用意するステップと、
b.少なくとも100ナノ秒の滞留時間中にイオンのイオンビームを前記第1領域に入射させるステップと
を含む方法。 - 請求項43に記載の方法において、前記試料は、前記第1領域に対して所定の場所に基準マークを含み、該方法は、
イオンビーム伝播方向に対して垂直な方向に前記イオンビームを偏向させる偏向系を有するイオン光学カラムを用意するステップと、
前記基準マークを含むが前記第1領域を含まない前記試料の第2領域を前記イオンビームによって走査するステップと、
前記第2領域の走査中に前記イオンビームによって生じた相互作用生成物を検出するステップと、
検出した相互作用生成物に基づいて前記基準マークの位置を判定するステップと、
前記基準マークの前記位置に基づいて前記第1領域の位置を判定するステップと、
前記偏向系に電圧を印加して前記イオンビームを前記第1領域へ偏向させるステップと、
その後に前記ステップbを行うステップと
をさらに含む方法。 - 請求項43又は44に記載の方法において、前記イオンビームカラムはさらに、対物レンズを備え、該方法は、
前記イオンビームを前記対物レンズで集束させて、該対物レンズから第1距離に集束イオンビームスポットを生成するステップと、
前記超電導膜が前記対物レンズから第2距離を有するように前記イオンビームに対して前記試料を位置決めするステップと
をさらに含み、前記第1距離は、前記第2距離よりも大きい方法。 - 請求項45に記載の方法において、前記第1距離は、前記第2距離よりも少なくとも1μm大きいか又は小さい方法。
- 請求項46に記載の方法において、前記第1距離は、前記第2距離よりも最大100μm大きいか又は小さい方法。
- 請求項44に記載の方法において、前記イオンビームカラムは、ビーム制限アパーチャを備え、該方法は、前記ビーム制限アパーチャを前記膜に投影するよう前記対物レンズを調整するステップをさらに含む方法。
- 請求項43〜48のいずれか1項に記載の方法において、
前記ステップb中、前記対物レンズの電圧に対して負又は正である電圧で前記試料をバイアスするステップ
をさらに含む方法。 - 請求項43〜49のいずれか1項に記載の方法において、
前記イオンビームカラムに対して前記試料を移動させずに、第1数の第1領域に関して、前記ステップbを繰り返すステップ
をさらに含む方法。 - 請求項50に記載の方法において、
前記イオンビームカラムに対して前記試料を移動させるステップと、
その後、第2数の第1領域に関して前記ステップbを繰り返すステップと
をさらに含む方法。 - 請求項51に記載の方法において、前記イオンビームカラムは、試料ステージを有するイオンビーム顕微鏡の一部であり、前記試料ステージは、前記イオンビームカラムに対する前記試料ステージの移動を測定する少なくとも1つの測定システムを備え、該方法は、少なくとも1つの測定システムで前記試料ステージの移動を測定するステップをさらに含む方法。
- 請求項43〜52のいずれか1項に記載の方法において、イオンビームスパッタリング又はイオンビーム誘起ガス化学析出によって前記試料にシステムアライメントマークを書き込むステップと、前記システムアライメントマークの画像を周期的に記録するステップとをさらに含む方法。
- 請求項53に記載の方法において、前記システムアライメントマークの記録画像に基づいて前記荷電粒子ビームシステムのパラメータを調整するステップをさらに含む方法。
- 複数のジョセフソン接合を作製する方法であって、
a.超電導物質の膜を備えた試料を用意するステップと、
b.荷電粒子ビームを複数の第1領域のうち選択数の第1領域に入射させることによっていくつかの第1領域を加工するステップと、
c.加工中に被加工領域のそれぞれに入射した荷電粒子線量を記録するステップと、
d.被加工第1領域のそれぞれに入射した前記荷電粒子線量を含む出力プロトコルを用意するステップと
を含む方法。 - 請求項55に記載の方法において、前記被加工第1領域のそれぞれへの前記荷電粒子ビームの入射中に前記試料表面を離れた相互作用生成物を検出するステップと、検出した相互作用生成物数に基づいて、又は前記荷電粒子ビームのビーム電流の測定によって、荷電粒子線量を求めるステップとをさらに含む方法。
- 請求項55又は56に記載の方法において、
前記試料の表面に基準マークを書き込むステップと、
前記基準マークを前記荷電粒子ビームで走査することによって前記基準マークの画像を記録するステップと、
前記基準マークの記録画像から推定された情報に基づいて荷電粒子光学コンポーネントを調整するステップと
をさらに含む方法。 - 請求項57に記載の方法において、前記荷電粒子光学コンポーネントは、非点収差補正器、ビーム偏向系、及び対物レンズの少なくとも1つを含み、該方法は、前記システムアライメントマークの前記記録画像から推定された情報に基づいて、前記非点収差補正器、前記ビーム偏向系、及び前記対物レンズの少なくとも1つを調整するステップを含む方法
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