JP5645335B2 - Ｆｉｂパターニングを改良するためのパターン変更方式 - Google Patents

Description

本出願は、参照によって本明細書に組み込まれる２００９年８月２８日出願の米国特許仮出願第６１／２３８，００７号の優先権を主張するものである。

本発明は、集束イオン・ビーム・システム、電子ビーム・システムなどの荷電粒子ビーム・システムに関し、より具体的には、短いドウェル時間（ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅ）および／または低い入射エネルギー（ｌａｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）を有するビームで起こる飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）エラーの補正に関する。

集束イオン・ビーム・システム、電子ビーム・システムなどの荷電粒子ビームは、例えば加工物をミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）し、または加工物の画像を形成することによって加工物を処理するために、加工物上に荷電粒子を導く。荷電粒子ビーム・システムは、例えば集積回路の製造および他のナノテクノロジ処理で使用される。

荷電粒子ビーム・システムは一般に、粒子源、ビーム・ブランカ（ｂｅａｍ ｂｌａｎｋｅｒ）、加速レンズ、集束光学部品および偏向光学部品を含む。荷電粒子源は例えば、液体金属イオン源、プラズマ・イオン源、またはショットキー放出器などの熱電界型電子放出器である。ビーム・ブランカは、ビームを加工物から遠ざけ、固体阻止材料へ導くことによってビームを遮断する。

集束光学部品は、試料の表面にビームを、スポットとして、または予め規定された形状として集束させる。集束光学部品は一般に、コンデンサ・レンズと対物レンズの組合せを含む。このレンズは、静電式、磁気式またはこれらのさまざまな組合せとすることができる。荷電粒子レンズは、光レンズと同様に、荷電粒子を集束させて鮮明な像を形成することを困難にする収差を有する。収差は、レンズの中心を通過する荷電粒子に対して最も小さく、レンズの中心からの距離が増大するにつれて増大する。したがって、荷電粒子ビームは、レンズの中心のすぐ近くを通過することが望ましい。全ての粒子が同じ電荷を有するビーム内の粒子は互いに反発するため、「ビーム相互作用」と呼ばれる１つのタイプの収差が生じる。粒子が互いに接近しているほど反発力は大きい。対物レンズを通過した後、粒子は一般に収束していくため、加工物のできるだけ近くに対物レンズを配置して、粒子が細いビームとして集束する時間を短くすることが望ましい。対物レンズと加工物の間の距離は「作動距離（ｗｏｒｋｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）」と呼ばれる。

偏向光学部品は、加工物の表面の「ドウェル点（ｄｗｅｌｌ ｐｏｉｎｔ）」または「画素」と呼ばれる点にビームを導く。ビームは例えば、ラスタ・パターンもしくは蛇行パターンとして導かれ、または個々の点の任意の配列に向かって導かれる。ビームは一般に、「ドウェル期間（ｄｗｅｌｌ ｐｅｒｉｏｄ）」と呼ばれる指定された期間の間、１つの点にとどまって、指定された「線量（ｄｏｓｅ）」の荷電粒子を送達し、次いで、次のドウェル点へ偏向される。ドウェル期間の持続時間は、「ドウェル時間」または「画素レート」と呼ばれる（より正確には画素「レート」は、１秒あたりに走査される画素の数を指すが、この用語は、時に、それぞれの画素にビームがとどまる時間を指す目的にも使用される）。

偏向光学部品は磁気式または静電式とすることができる。集束イオン・ビーム・システムでは偏向光学部品が一般に静電式である。集束イオン・ビーム用の静電式偏向器は一般に８極子（ｏｃｔｕｐｏｌｅ）である。すなわち偏向器がそれぞれ、円周に沿って配置された８つの偏向板を含む。これらの８つの偏向板にさまざまな電圧を印加して、光軸から外れたさまざまな方向へビームを偏向させる。

偏向器を対物レンズの下に配置した場合、ビームは対物レンズの中心を通過して、収差を最小化することができる。このような構成は例えば、本発明の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙが販売している一部のＶｉｓＩＯＮ Ｓｙｓｔｅｍで使用されている。しかしながら、偏向器を対物レンズの下に配置すると作動距離が増大し、それによってビーム収差が増大する。

作動距離を最小化するために、偏向器を対物レンズの上に配置することができる。しかしながら、偏向器を対物レンズの上に配置すると、ビームを偏向させたときに、ビームがレンズの中心からずれ、それによってある種の収差が増大する。この問題を解決するため、多くの集束イオン・ビーム・システムは、ビーム１０２を光軸１０４から偏向させるのに、図１に示すようなレンズ前２段式偏向器１００を使用している。第１の段１１０は、ビーム１０２を光軸１０４の一方の側へ偏向させ、第２の偏向器１１４は、ビーム１０２が加工物１２２に衝突するときにビームが正確な位置に偏向されているような角度でビームが対物レンズ１２０の中心を通過するように、そのビームを、光軸１０４のもう一方の側へ偏向させる。所望の偏向を達成するのに、偏向器の両段には一般に同じ大きさの電圧が印加される。

荷電粒子ビームは、加工物上の正確な位置に、計算された数の粒子を送達することによって加工物を処理する。それぞれの粒子は、加工物の変化を生じさせ、２次粒子を放出させる。この処理がミリングであるかまたは画像化であるかに関わらず、この処理を正確に制御するためには、表面のそれぞれの点に衝突する粒子の数を制御しなければならない。荷電粒子ビームが処理する加工物のフィーチャがますます小さくなるにつれて、荷電粒子ビームは、加工物表面の小さなそれぞれの点に、制御された数の荷電粒子をより正確に送達することができなければならない。この正確な制御には、画素から画素へビームを高速に移動させ、同時にそれぞれの画素に正確な線量の粒子を送達することができる偏向器が必要である。

上８極子および下８極子と呼ばれる一般的なレンズ前偏向器の２つの偏向器が、一般に数ミリメートルの距離互いに離れていることによって、重大な問題が生じる。ガリウム・イオンなどのＦＩＢイオンの質量は比較的に大きいため、イオンが偏向器間の距離を移動するのにかかる時間を、短いパターニング・ドウェル時間と比べて無視できるとすることはできない。その結果、第１のドウェル点から第２のドウェル点へビームを導くために、偏向器システムに印加する信号を変化させると、電圧を変化させたときに偏向器の部分（上８極子）を既に通過していた荷電粒子は、下８極子において適切な力を受け取らない。これによって、それらの荷電粒子は、第１のドウェル点でも第２のドウェル点でもない点へ導かれる。ドウェル期間が短くなるにつれて、電圧を変化させる頻度はより大きくなり、電圧が変化する間に偏向システムを通過する粒子の数は増加し、そのため、より多くの粒子が誤って導かれ、加工物を正確に処理することが不可能になる。

両方の偏向器に同じ波形が印加される場合には、イオンが一方の偏向器からもう一方の偏向器へ移動するのにかかる飛行時間（ＴＯＦ）のために、「タイミング・エラー」が生じる。これは、一般にオーバシュート効果（ｏｖｅｒ−ｓｈｏｏｔ ｅｆｆｅｃｔ）として現れるパターニング・エラーにつながる。このパターニング・エラーは、より低い入射エネルギーおよび短いドウェル時間で特に明らかである。図２は、ビーム・エネルギーが８ｋＶ、ドウェル時間が３００ナノ秒のある集束イオン・ビーム・システムのミリング経路２０２を示す。線２０４は、意図したビーム経路を示す。ビームが方向を変えたどの位置においても、かなりのオーバシュート効果をはっきりと見ることができる。

これらのタイプのパターニング・エラーは、回路編集用途およびビーム・ケミストリ（ｂｅａｍ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）用途に対して特に問題である。例えば、多くの回路編集用途では、エラーの余地がほとんどない非常に狭い幾何形状が含まれる。さらに、高アスペクト比ミリングを要するため、しばしばガス支援エッチングが必要となる。ガス支援エッチングを使用するときには、特定の位置におけるエッチング・ガスの枯渇（その結果生じるミリング性能の低下）を防ぐために、ドウェル時間を短くする必要がある。回路編集に関係する許容差は小さいため、（図２に示すような）所望のビーム経路外のミリングは、重要な回路フィーチャが傷つける可能性がある。

飛行時間タイミング・エラーを処理する１つの技法が、本出願の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に組み込まれる、Ｈｉｌｌ他の「Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ」という名称の米国特許第７，５６９，８４１号明細書に記載されている。Ｈｉｌｌは、２つの偏向器システムに印加する偏向信号のタイミングを、偏向器間の移動時間（ｔｒａｎｓｉｔ ｔｉｍｅ）に関係したある量だけ遅らせる方式を記載している。この方法論は非常によく機能するが、この方法論には、追加の偏向器を駆動するための追加の一組の増幅器（一般に８出力）と、時間遅延させた偏向信号を生成する手段とが必要となるという欠点がある。この追加の一組の増幅器は、余分な偏向ノイズを生み出し、イオン・ビーム・システムに余分なコストおよび複雑さを加える。

したがって、ＴＯＦエラーを補正する改良された方法であって、先行技術のこれらの問題を回避する方法が求められている。

米国特許仮出願第６１／２３８，００７号明細書 米国特許第７，５６９，８４１号明細書

本発明の目的は、粒子を加工物に正確に導く荷電粒子ビーム・システムの能力を向上させることにある。

荷電粒子ビーム処理の精度に対する要求が高まるにつれ、荷電粒子が荷電粒子ビーム・システムを通過するのに要する時間は、ビームを正確に制御する際の重要な因子となる。例えば、第１のドウェル点から第２のドウェル点へビームを導くために、偏向器システムに印加する信号を変化させると、電圧を変化させたときに偏向システムの部分を既に通過していた荷電粒子は、第１のドウェル点または第２のドウェル点へビームを変更させる適切な力を受け取らない。ドウェル期間が短くなるにつれて、電圧を変化させる頻度はより大きくなり、電圧が変化する間に偏向器を通過する粒子の数は増加し、そのため、より多くの粒子が誤って導かれ、加工物を正確に処理することが不可能になる。

本発明は、１つまたは複数の偏向器信号を変化させることによって、荷電粒子がシステムを通過するのに要する時間を補償する。本発明の一実施形態によれば、ＴＯＦエラーが原因で起こることがあるオーバシュート効果を低減させ、または排除するために、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換の前に、走査パターンをデジタル・フィルタにかける。他の実施形態では、ＴＯＦエラーを補償するのに、アナログ・フィルタ、またはより低い帯域幅を有する信号増幅器を使用することもできる。走査パターンを変化させることによって、オーバシュート効果をかなり低減させ、または排除することができる。

以上では、以下の本発明の詳細な説明をより理解できるように、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。

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。

集束イオン・ビーム・システム用の一般的な２段式偏向器を示す図である。 先行技術の集束イオン・ビーム・システムの実際のミリング経路およびプログラムされたミリング経路を示す図である。 結合（ｃｏｍｂｉｎｅｄ）８極偏向システムの入射エネルギー３０ｋＶにおける偏向振幅感度対周波数（Ｈｚ）のグラフである。 結合８極偏向システムの入射エネルギー２ｋＶにおける偏向振幅感度対周波数（Ｈｚ）のグラフである。 本発明を実施するのに適した１極デジタル・フィルタを示す図である。 入射エネルギーが８ｋＶのあるＦＩＢシステムの偏向振幅対時間のグラフである。 本発明の好ましい一実施形態に基づくフィルタリング方式の流れ図である。 ドウェル時間３００ナノ秒のミリング・パターンから粒状度２５ナノ秒の信号への変換を示す図である。 結合された８極子のＤＣ応答および本発明の一実施形態に基づくデジタル・フィルタにかけた後の信号応答を示す、偏向振幅感度対周波数のグラフである。 ビーム・エネルギーが８ｋＶ、ドウェル時間が３００ナノ秒の先行技術のある集束イオン・ビーム・システムのミリング経路を示す図である。 走査パターンを生成する前にターゲット波形をデジタル・フィルタにかけた、図１０Ａの集束イオン・ビーム・システムのミリング経路を示す図である。 さまざまなフィルタ周波数を使用した、ある集束イオン・ビーム・システムの試験パターンを示す図である。 さまざまなフィルタ周波数を使用した、ある集束イオン・ビーム・システムの試験パターンを示す図である。 さまざまなフィルタ周波数を使用した、ある集束イオン・ビーム・システムの試験パターンを示す図である。 さまざまなフィルタ周波数を使用した、ある集束イオン・ビーム・システムの試験パターンを示す図である。 本発明の好ましい一実施形態に基づくデジタル・ノッチ・フィルタの使用を示す、偏向振幅感度対周波数のグラフである。 本発明の好ましい一実施形態に基づく帯域幅１ＭＨｚの制限された増幅器を使用した効果を示す、偏向振幅感度対周波数のグラフである。

これらの添付図面は、一律の尺度で描くことを意図して描いたものではない。これらの図面では、さまざまな図に示されている同一の構成要素またはほぼ同一の構成要素が、同様の符号によって示されている。見やすくするため、全ての図面の全ての構成要素に符号が付けられているわけではない。

本発明の実施形態は、所望の走査パターンに対する飛行時間（ＴＯＦ）効果を低減させるのに、フィルタを使用する。好ましくは、ＴＯＦエラーが原因で起こることがあるオーバシュート効果を低減させ、または排除するために、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換の前に、走査パターンをデジタル・フィルタにかける。他の実施形態では、ＴＯＦエラーを補償するのに、アナログ・フィルタ、またはより低い帯域幅を有する信号増幅器を使用することもできる。本発明は、誘導可能なビームを有する荷電粒子ビーム・システム内における荷電粒子の正確な送達を容易にし、特に、システムがビーム位置を高速に変化させているとき（すなわち短いドウェル時間を使用しているとき）、またはビームがより低い入射エネルギーを有するとき（すなわち、イオンがよりゆっくりと移動しており、そのため偏向器間を通過するのにより長い時間がかかるとき）に有用である。極めて大きな質量を有するイオン（例えばＸｅ）を使用しているイオン・カラムでは、イオンの質量に比例して、本明細書に記載したＴＯＦアーチファクトの問題がより大きくなることに留意すべきである。

本発明の好ましい方法または装置は、多くの新規の態様を有する。本発明は、目的の異なる、異なる方法または装置として具体化することができるため、全ての実施形態に全ての態様が存在する必要はない。さらに、記載された実施形態の態様の多くは別個に特許を受けることができる。この説明の多くは、ガリウム・イオンなどのイオンを使用する集束イオン・ビーム・システムを対象としているが、好ましい実施形態は、他のタイプのイオンを使用する荷電粒子ビーム・システム、または電子ビーム・システムを含む他のタイプの荷電粒子で使用するのにも適していると考えられる。

図１に示した２段式偏向器などの先行技術の偏向システムでは、両方の偏向段の電圧を同時に変化させることによって、ビームを異なる画素へ移動させる。しかしながら、粒子が偏向システムを通過するのには有限の時間がかかるため、電圧変化が起こっている間、偏向システム内には粒子が存在する。それらの粒子は、１つの画素に対して適当な偏向力の一部と、次の画素に対して適当な偏向の一部とを受け取る。２段式偏向器の十字形設計のため、この遷移中に偏向システムを通過している粒子は一般に、これらの２つの画素間の点には衝突せず、ある別の点に衝突する。その結果、偏向器を通過するイオンの移動時間が駆動波形の周期と同程度となるくらいに周波数が十分に高いときには、偏向器の応答が不良になる。これは、図２に示すようなオーバシュート効果として一般に現れるパターニング・エラーにつながる。

本明細書に記載された方法論を適用可能にした主たる認識は、周波数解析法を使用してＴＯＦアーチファクトを系統的にモデル化することができることを知ったことである。上述の一般的なレンズ前２段式偏向システムでは、偏向に関連した大きな光学収差を回避するため、２段式偏向システムの有効ピボット点がほぼ、最終集束レンズ（Ｌ２）のレンズ平面にくるように、２段式偏向器を動作させる。これは一般に、逆向きの偏向を生み出すように十字線式に構成された上８極子および下８極子によって達成され、下８極子は、２倍をいくぶん超える偏向感度と、有効偏向ピボット点が所望の位置にくるように配置された間隔（１つまたは複数）および長さとを有する。

速度ｖ_z0、質量ｍの１価のイオンが、長さＬ、ギャップＷの２極偏向器を通過しているとする。ｗは２×π×周波数（π＝３．１４１５９２．．．）である。このとき、振幅Ｖ０ｓｉｎ（ｗｔ＋φ）の正弦波電圧を、一方の偏向板に電圧が印加されているときには、もう一方の偏向板には常に反対の電圧が印加されている対称方式で印加しているとする。イオンに加わる力は下式のように表すことができる。

電子が時刻ｔ₀に２極偏向器に入ったと仮定した場合、このイオンが、移動時間ｔ₁の２極偏向器を出るときのイオンのｙ速度は以下のとおりである。

偏向した角度は下式によって与えられ、

偏向器の後の対物レンズの焦点距離が、その対物レンズから像平面までの距離に非常に近い（ほぼ平行な光線が像平面に入射する）と仮定した場合、焦点距離をｆ_lとすると、像平面（試料）における変位は以下のとおりとなり、

したがって、下式が得られる。

余弦項は全て時間に依存する。偏向器の偏向応答の振幅および位相応答は以下のとおりである。

上式で、ｋ₁は、検査による偏向器のＤＣ偏向感度、Δφは、入力正弦波と出力波形の間の移相、ｙ（ｔ：ｗ）は、試料平面におけるビーム位置、Ａｍｐ（ｙ）は、試料平面における振動しているビーム位置の包絡線の振幅である。

単位振幅正弦波電圧が印加されているレンズ前２段式偏向システムを通過している１価のイオンについて言うと、最初の偏向器の振舞いを記述するのには、上記の最初の結果を使用することができる。次に、最初の偏向器の後に、移動時間ｔ₂の第２の偏向器が続き、最初の偏向器の最後部から第２の偏向器まで移動するのにかかる時間がｔ₃である場合、生じる正味の偏向は以下のように示すことができる。

上式で、定数Ａ₁、Ａ₂およびＢ₁、Ｂ₂は以下のように与えられる。

下表は、ある一般的なＦＩＢ２段式偏向器システムのいくつかの値の例である。

表１に記載されたＦＩＢシステムに関して、図３は、結合８極偏向システムの偏向振幅感度対周波数（Ｈｚ）のグラフであり、このグラフは、上記の式に組み込まれている８極子内および８極子間の移動時間の効果を含んでいる。線３０２は、下８極子単独の偏向感度を示す。線３０４は、上８極子単独の依存度を示す。このグラフに示されているように、下８極子の偏向感度は、下８極子の長さがより長いために、より低い周波数で低下（ロールオフ（ｒｏｌｌ ｏｆｆ））し始める。

線３０６は、上８極子と下８極子の結合された曲線に対するＤＣ応答を示す。１５０ｋＨｚ未満の周波数で、線３０６は、上８極子の感度と下８極子の感度の差を反映し、このことは、これらの偏向器が十字線設計であることから予想される。しかしながら、１５０ｋＨｚを超える周波数では、周波数応答が、このシステム応答対周波数曲線上にかなり大きなピークを示す。偏向振幅応答曲線３０６のこのはっきりしたピーキング（ｐｅａｋｉｎｇ）は、移動時間効果および偏向増幅器のノイズによって、２つの偏向器が、差し引かれるのではなしに「足し合わされた」ことに起因する。

線３０８は、前掲の米国特許第７，５６９，８４１号明細書に記載されているように、２つの偏向器に印加する電圧間に遅延を導入して、８極子間の理論上の遷移時間を正確に補償した場合の結合された偏向器への理想化された応答を示す。

ＦＩＢ入射エネルギーが２ｋＶのときの性能を示すプロットを図４に示す。この図では、曲線の辺（ｅｄｇｅ）およびピークが全て、低周波数側へ約（３０／２）の平方根だけ移動している。（線４０２は、下８極子単独の偏向感度を示し、線４０４は、上８極子単独の依存度を示し、線４０６は、上８極子と下８極子の結合された曲線に対するＤＣ応答を示す。）このように、２段式偏向システムの周波数応答は、さまざまな詳細（ＬＥ、イオンの質量など）に応じて一般に０．５から１．５ＭＨｚの領域にある、システム応答対周波数曲線上のある利得のところに、かなり大きなピークを示す。

本発明の他の主な着想は、有用な補正方式を極めて単純な形態で実現できること、すなわちリアルタイムで使用することができる単純な１極（１−ｐｏｌｅ）デジタル・フィルタの形態で実現できることを認識したことであった。短いドウェル時間および低い入射エネルギーを有するイオン・ビームにまつわるオーバシュート効果の問題はよく知られているが、本出願人は、この問題の主たる原因が上述のＴＯＦエラーであることを発見した。このオーバシュート効果を補正する必要性については長く意識されてはいたが、偏向器信号のデジタル・フィルタリングを使用してこれらの問題を補正しようとした以前の試みを本出願人は知らない。

本発明の好ましい一実施形態によれば、パターンを生成する前に、デジタル・フィルタを使用することができる。使用するデジタル・フィルタは、理論的または実験的な以前の特性評価に基づいて、システム全体の周波数応答が向上するような方式で選択することができる。システムの入射エネルギーが変われば、適切なデジタル・フィルタも異なってくる。単純な一形態では、Ｄ／Ａ変換の前に、デジタル・ドメインにおいて、所望のパターンを１極再帰型（ＩＩＲ）ローパス・フィルタにかける。図５は、下式によって与えられる適当な１極フィルタの図である。

上式で、ｘ（ｎ）は信号入力、ｙ（ｎ）は信号出力、ａ₁およびｂ₀は、図３および４に示したシステム全体の大きな利得ピーキングを回避するような態様で周波数応答をロールオフする帯域幅を有するように選択されたフィルタ係数である。好ましいことに、このフィルタリングはリアルタイムで実行することができる。上記の好ましい実施形態によれば、データ点あたり２回の乗算演算および１回の加算演算だけで済む。ただし、より複雑なフィルタリングも可能である。後により詳細に説明するが、電子装置＋ＴＯＦの結合された周波数応答の位相と振幅の両方を補正することも可能である。

図６は、既知の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）計算を使用して周波数応答から決定することができる、入射エネルギーが８ｋＶのあるＦＩＢシステムのステップ応答のグラフ（振幅対時間）である。あるいは、上述の振幅計算を時間ドメインで実行することもできる。線６０４によって示されているように、ＴＯＦを補正しない偏向器を使用すると、（約５００ナノ秒で）信号が正しい振幅に落ちつく前に、振幅の相当なオーバシュートが生じる。対照的に、（０．５ＭＨｚフィルタおよび１ＭＨｚ増幅器を使用した）線６０８は、所望の振幅をオーバシュートしない。

上述のフィルタリング方式の概念の流れを図７に示す。最初に、ステップ７０２で、荷電粒子ビームのオペレータが、例えば機器のグラフィカル・ユーザ・インタフェースを使用して、ミリングするパターンを選択する。次いで、ステップ７０４で、デジタル−アナログ変換の前に、所望のパターンを適当なデジタル・フィルタにかける。適当なデジタル・フィルタは、偏向器周波数応答の望ましくないピーキングが低減するように選択する。ステップ７０６で、フィルタリングされた信号をアナログ信号に変換し、パターニング・エンジン（ＰＩＡ）によってストリーム・ファイルとして出力する。ステップ７１０でこのアナログ信号を増幅し、ステップ７１２で、荷電粒子ビームを制御するため偏向器へ送る。

図８によって示されているように、当初のミリング・パターンは３００ナノ秒のドウェル時間を使用した。しかしながら、デジタル・フィルタリングは、信号粒状度を２５ナノ秒まで効果的に低下させた。

図９は、Ｄ／Ａ変換の前に、所望の走査パターンを、このような１極ＩＩＲ低域デジタル・フィルタにかける利点を示す。線９０６は、入射エネルギー８ｋＶでの上８極子と下８極子の結合された曲線に対するＤＣ応答を示し、０．３から３．０ＭＨｚの領域に、予想されたはっきりしたピークが見られる。線９１０は、１極ＩＩＲ低域デジタル・フィルタを適用した後の結合された曲線に対するＤＣ応答を示す。

図９に示すように、このデジタル・フィルタは、結合された偏向器曲線のピークを大幅に低減させる。この低減は、図２に示したオーバシュート効果を大幅に改善すると予想される。起こっていることは、まさに図１０Ａおよび１０Ｂに示されている。図１０Ａは、ビーム・エネルギーが８ｋＶ、ドウェル時間が３００ナノ秒のある集束イオン・ビーム・システムのミリング経路１００２を示す。意図したパターンは、４×４のボックス形の蛇行パターンである。このビーム・パターンは、ミリング・ボックス１００８内に収まることが意図されているが、オーバシュート効果の結果、ビーム経路はミリング・ボックスの外側にはみ出している。

図１０Ｂは、走査パターンを生成する前に、ターゲット波形を、デジタル１極ローパス・フィルタ（０．７ＭＨｚ）にかけたミリング経路１０１２を示す。依然としてミリング・ボックス１０１８からの軽度のオーバシュートは見られるが、ビーム経路の精度は大幅に改善し、所望のミリング・ボックス１０１８内にほぼ完全に収まっている。

使用する最適な周波数は、ビーム入射エネルギーによって異なってくる。例えば、図１１Ａから１１Ｄは、ビーム・エネルギーが８ｋＶ、ドウェル時間が３００ナノ秒のある集束イオン・ビーム・システムの試験パターンを示す。意図したパターンは、４×４のボックス形の蛇行パターンである。これらの例は、本発明の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙ（米オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ）から販売されている標準Ｈｅｌｉｏｓ−６００集束イオン・ビーム・システムを使用して生成したものである。この試験は、理論的な解析に基づいて理想的なデジタル・フィルタを決定することからなる。次いで、さまざまな周波数の単純な１極フィルタを使用してデジタル・フィルタリングした試験パターンから、ストリーム・ファイルを作成した。さまざまなフィルタ周波数を使用してフィルタリングした試験パターンは、変更されたストリーム・ファイルとして構築した。それらの異なるストリーム・ファイルを使用して、図１１Ａから１１Ｄに示されたパターンを、Ｈｅｌｉｏｓ−６００でミリングした。

図１１Ａでは、デジタル・フィルタが使用されておらず、結果は、上で論じた図１０Ａと全く同じであった。図１１Ｂでは、１．０ＭＨｚフィルタが使用され、ミリング経路１０１０に対するオーバシュート効果は、低減しはしたが、依然として存在した。図１１Ｃでは、０．７ＭＨｚフィルタが使用され、上述の図１０Ｂの場合と同様に、ビーム経路の精度は大幅に改善し、所望のミリング・ボックス内にほぼ完全に収まった。図１１Ｄでは、０．６ＭＨｚフィルタが使用され、ミリング経路１０１４に対するオーバシュート効果は全く見られなかった。図１１Ｄのビーム経路は、所望の蛇行パターンの鋭い辺（図２の線２０４参照）を示していないが、ビーム経路はミリング・ボックスの内側に完全に収まっている。このことは、回路編集用途およびビーム・ケミストリ用途に対して特に重要である。

上記の好ましい実施形態では、デジタル・フィルタの使用が、周波数応答のはっきりしたピークを平坦にすることによって、システム全体の周波数応答を変更している。そのため、この種のデジタル・フィルタリングの使用は、所望の任意のパターンまたは任意の入射エネルギーに対して使用することができる。言い換えると、上述のデジタル・フィルタリングは、特定のパターンだけを補正するものではない。ただし、後述するように、状況によっては、特定のパターンを補正するものであることが望ましいこともある。位相を無視して周波数応答を平坦にすることが意外にも有効であることを、本出願人は発見した。デジタル信号フィルタリングを介したオーバシュート効果の補正に関して言えば、位相は、振幅ほどには重要でないようである。

より高度なデジタル・フィルタリング方式を使用することもできる。例えば、ある特定の範囲の望ましくない周波数応答を補正するのに、上述の一般的なデジタル・フィルタではなしに、デジタル・ノッチ・フィルタを使用することもできる。図１２において、線１２０４は、結合された偏向器応答を示し、線１２０６は、２極無限インパルス応答（ＩＩＲ）ノッチ・フィルタによって生成された信号利得を示す。線１２１０は、このノッチ・フィルタの後に置かれたときの偏向器（＋増幅器）の振幅応答を示す。本発明のいくつかの実施形態では、再帰型フィルタないしＩＩＲフィルタ、非再帰型フィルタないし有限インパルス応答フィルタ、またはローパス・フィルタもしくはハイパス・フィルタを含む、既知の他のタイプのデジタル・フィルタを使用することもできる。本明細書に記載した本発明の好ましい実施形態は１極フィルタかまたは２極フィルタだが、任意の極数を使用することができる。

本発明の好ましい他の実施形態によれば、ＴＯＦエラーを直接に補償することもできる。例えば、所与の用途に対する実空間のビーム軌道を、上に示した理論モデルから計算することができる。次いで、意図したビーム軌道からの偏差を、予測したビーム軌道と比較することができる。これによって「エラー」軌道が得られ、このエラー軌道を、電子装置へ送る前の最初のターゲット軌道に合計することができる。

あるいは、所望のパターン（振幅対時間）に対してＦＦＴ計算を実行して、そのパターンを周波数ドメイン表現に変換することもできる。既知の不完全な周波数応答を使用して理想的な周波数応答補正を導き出すことができる。この補正に、所望のパターンのＦＦＴを乗じることができる。次いで、変更されたパターンを逆ＦＦＴによって時間ドメインに再び変換し、偏向システムへ送ることができる。

さらに、好ましいいくつかの実施形態では、アナログ・エレクトロニクス・フィルタを使用して、上述のデジタル・フィルタリング方式と同様の結果を達成することができる。好ましいことに、このようなアナログ・フィルタは、異なる入射エネルギーに対して補正を最適化する選択可能な調整を提供すると考えられる。

上述の方法論を使用して、電子増幅器のいくつかのタイプの非理想性（ｎｏｎ−ｉｄｅａｌｉｔｙ）およびＴＯＦ利得ピーキングを補正することができることにも留意すべきである。例えば、パターン生成プロセス中に実行されるデジタル−アナログ信号変換の一部として使用されるある種の増幅器は、関連する周波数範囲において利得ピークを示すことがあり、したがってＴＯＦアーチファクトに寄与することがあり、またはＴＯＦアーチファクトを大きくすることさえある。このような増幅器の使用は、低ドウェル時間用途および／または低入射エネルギー用途に対して明らかに望ましくないであろう。しかしながら、上述のデジタル・フィルタ技法を使用することによって、このような望ましくない利得を有する増幅器を大幅に補償することができる。

一方、望ましくない信号ピークが起こる周波数範囲で利得がロールオフするようなより低い帯域幅を有する増幅器を使用すると有利なことがある。例えば、図１３は、８ｋＶの入射エネルギーを使用するＦＩＢシステム内で、帯域幅１ＭＨｚの制限された増幅器を使用する効果を示す。線１３０６は、増幅器の効果を一切考慮していない、システム内の上８極子および下８極子に対する結合された曲線を示し、線１３０８は、１ＭＨｚ増幅器を使用したときに得られる結合された曲線を示す。増幅器利得は１ＭＨｚよりも大きな周波数に対して既にロールオフしているため、限定された帯域幅を有する増幅器の使用は、ＴＯＦ効果に起因する信号ピークを小さくするという予想外の利点を提供する。この場合、増幅器利得のロールオフは本質的に、より高い周波数における偏向器振幅ピークを小さくするフィルタとして機能している。線１３１０は、より低い帯域幅を有する増幅器を上述のデジタル・フィルタリングと組み合わせる効果を示す。このグラフに示されているように、この組合せは、望ましくない振幅ピーキングを完全に排除する。より低い帯域幅を有する増幅器が全ての用途に対して望ましいということはないため、帯域幅を選択できるフィルタを有する増幅器を使用することができることが好ましい。

上述のモデルおよび実施形態は、ガリウム集束イオン・ビーム・システムに適用される本発明の例を提供するが、本発明は、任意の荷電粒子ビーム・システムに適用可能である。所望の試料を処理する目的に使用するビームは例えば、電子ビーム、レーザ・ビーム、または例えば液体金属イオン源もしくはプラズマ・イオン源からの集束イオン・ビームもしくは成形イオン・ビーム、あるいは他の任意の荷電粒子ビームを含むことができる。電子は一般に、集束イオン・ビーム・システムのイオンの速度よりもはるかに速い速度で電子ビーム・システムを通過するため、偏向に基づくビーム制御の問題は、現行の電子ビーム・システムを制限しない。しかしながら、仕様、特に低エネルギー・ビームに対する仕様が厳しくなるにつれて、ＴＯＦアーチファクトが問題になることもありうる。

本発明は、２段式偏向器に限定されない。例えば、単段式偏向器を使用するシステムに、デジタル・フィルタを適用することができる。本発明は、電子信号に応答してビームを制御する構成要素の離隔距離が、構成要素間の飛行時間のためにビームの制御に影響を及ぼす荷電粒子ビーム・システムのそれらの構成要素とともに使用すると有用である。同様に、本明細書に示し、説明した実施形態の大部分は、試料ミリングに関し、または試料ミリングを示すが、本発明は、付着用途、注入用途または純粋な画像化用途を含む、あらゆる種類の試料処理に適用可能となりうる。

本発明の以上の説明は主に、荷電粒子ビームを導く方法を対象としているが、この方法の処理を実行する装置も本発明の範囲に含まれるであろうことを認識すべきである。さらに、コンピュータ・ハードウェアもしくはソフトウェア、またはその両方の組合せによって、本発明の実施形態を実現することができることも認識すべきである。本発明の方法は、標準プログラミング技法を使用し、本明細書に記載された方法および図に基づいて、コンピュータ・プログラムとして実現することができ、この標準プログラミング技法は、コンピュータ・プログラムを含むように構成されたコンピュータ可読記憶媒体を含み、そのように構成された記憶媒体は、コンピュータを、予め定義された特定の方式で動作させる。コンピュータ・システムと通信するため、それぞれのプログラムは、高水準手続き型プログラミング言語またはオブジェクト指向プログラミング言語で実現することができる。しかしながら、所望ならば、それらのプログラムを、アセンブラ言語または機械語で実現することもできる。いずれにせよ、その言語は、コンパイルまたは解釈される言語とすることができる。さらに、そのプログラムは、そのプログラムを実行するようにプログラムされた専用集積回路上で実行することができる。

さらに、方法論は、限定はされないが、荷電粒子ツールもしくは他の画像化デバイスとは別個の、荷電粒子ツールもしくは他の画像化デバイスと一体の、または荷電粒子ツールもしくは他の画像化デバイスと通信するパーソナル・コンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレーム、ワークステーション、ネットワーク化されたコンピューティング環境または分散コンピューティング環境、コンピュータ・プラットホームなどを含む、任意のタイプのコンピューティング・プラットホームで実現することができる。本発明の諸態様は、取外し可能であるか、またはコンピューティング・プラットホームと一体であるかを問わない、ハードディスク、光学式読取りおよび／または書込み記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶媒体または記憶装置上に記憶された機械可読コードであって、プログラム可能なコンピュータが、本明細書に記載された手順を実行するために、その記憶媒体または記憶装置を読んだときに、そのコンピュータを構成し、処理させるために、そのコンピュータが読むことができるように記憶された機械可読コードとして実現することができる。さらに、機械可読コードまたは機械可読コードの一部を、有線または無線ネットワークを介して伝送することができる。本明細書に記載された発明は、マイクロプロセッサまたは他のデータ処理装置と連携して上述の諸ステップを実現する命令またはプログラムを含む、これらのさまざまなタイプのコンピュータ可読記憶媒体、およびその他のさまざまなタイプのコンピュータ可読記憶媒体を含む。本発明はさらに、本明細書に記載された方法および技法に従ってプログラムされたコンピュータを含む。

本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し、示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なり、全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけではない。本発明を実施するのに適した粒子ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、特に明記しない限り、一律の尺度では描かれていない。

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。

Claims (23)

1. 荷電粒子ビーム・システム内において荷電粒子ビームを導く方法であって、
   前記荷電粒子ビームに対する所望の走査パターンを選択すること
   を含み、前記荷電粒子ビームに対する前記走査パターンが、偏向器システムの少なくとも１つの偏向板に少なくとも第１の電圧および第２の電圧を印加することによって生成され、前記方法がさらに、
   前記第１の電圧から前記第２の電圧への印加電圧の変化に起因する、前記所望の走査パターンと実際の走査パターンとの間の偏差を補償するために、フィルタにかけることによって前記所望の走査パターンを変更すること、
   前記荷電粒子ビームを導くために、前記変更された走査パターンに対応するアナログ信号を前記偏向器システムに印加すること
   を含む方法。
2. 前記所望の走査パターンを変更することが、前記印加電圧を変化させたときに前記荷電粒子ビーム・システム内を移動していた荷電粒子に起因する飛行時間エラーを補正するために、前記所望の走査パターンをデジタル・フィルタにかけることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記所望の走査パターンをデジタル・フィルタにかけることが、偏向器信号の周波数応答の振幅のピークを低減させるデジタル・フィルタを選択することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記デジタル・フィルタが１極再帰型ローパス・フィルタである、請求項２に記載の方法。
5. 前記デジタル・フィルタがノッチ・フィルタである、請求項２に記載の方法。
6. 前記デジタル・フィルタにかけると、ビーム方向を変化させたときの前記荷電粒子ビームのオーバシューティングが低減する、請求項２に記載の方法。
7. 前記デジタル・フィルタにかけることが、デジタル・フィルタにかけて、前記偏向器システムへ送る前記アナログ信号の周波数応答を平坦にすることを含む、請求項２に記載の方法。
8. 前記所望の走査パターンを変更することが、前記所望の走査パターンをアナログ・フィルタにかけることを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記所望の走査パターンを変更することが、飛行時間エラーに起因する投影されたビームの偏差を計算すること、前記所望の走査パターンを予測した走査パターンと比較して、エラー軌道を生成すること、および前記エラー軌道を使用して、前記所望の走査パターンを変更することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記所望の走査パターンを変更することが、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）計算を実行して、前記所望の走査パターンを周波数ドメイン表現に変換すること、既知の不完全な周波数応答に基づいて理想的な周波数応答補正を導き出すこと、前記補正に、前記周波数ドメイン表現を乗じること、および変更された走査パターンを生成するために、変更された前記周波数ドメイン表現を逆ＦＦＴ計算によって変換することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記荷電粒子ビームを導くために、前記アナログ信号を前記偏向器システムに印加することが、前記荷電粒子ビームを導いて所望のパターンを試料上にミリングするために、前記アナログ信号を前記偏向器システムに印加することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記荷電粒子ビームを導くために、前記アナログ信号を前記偏向器システムに印加することが、前記荷電粒子ビームを導いて所望のパターンの材料を試料上に付着させるために、前記アナログ信号を前記偏向器システムに印加することを含む、請求項１に記載の方法。
13. デジタル・フィルタにかけることが、リアルタイムでデジタル・フィルタにかけることを含む、請求項２に記載の方法。
14. 前記デジタル・フィルタが、式ｙ（ｎ）＝ｂ₀ｘ（ｎ）−ａ₁ｙ（ｎ−１）に従う１極フィルタであり、ｘ（ｎ）が信号入力、ｙ（ｎ）が信号出力、ａ₁およびｂ₀が、２つ以上の結合された偏向器曲線の周波数応答のピークを低減させる帯域幅を有するように選択されたフィルタ係数である、請求項２に記載の方法。
15. 前記荷電粒子ビームの入射エネルギーが３０ｋＶ未満である、請求項１に記載の方法。
16. 前記荷電粒子ビームのドウェル時間が３００ナノ秒未満である、請求項１に記載の方法。
17. 荷電粒子ビーム・システム内において荷電粒子ビームを導く方法であって、
    ビーム入射エネルギーと、信号周波数を有する所望の走査パターンとを選択すること、
    荷電粒子ビーム偏向器に対する偏向器振幅と、選択した前記ビーム入射エネルギーに対する信号周波数との間の関係を求めること、
    ある所与の周波数範囲で前記ビームを走査した場合にオーバシュート・エラーに帰着する偏向器振幅のピークの位置を突き止めること、
    偏向器振幅の前記ピークを低減させるために、前記所望の走査パターンを変更すること、および
    変更した前記走査パターンを使用して、前記荷電粒子ビームの位置を制御すること
    を含む方法。
18. 偏向器振幅の前記ピークを低減させるために、前記所望の走査パターンを変更することが、前記所望の走査パターンを、前記荷電粒子ビーム・システムの偏向器システムを制御する目的に使用するアナログ信号に変換する前に、前記所望の走査パターンをデジタル・フィルタにかけることを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 偏向器振幅の前記ピークを低減させるために、前記所望の走査パターンを変更することが、前記所望の走査パターンをアナログ信号に変換する増幅器を選択することを含み、前記増幅器が、オーバシュート・エラーに帰着する偏向器振幅のピークが生じる周波数範囲において信号利得が低減されるような帯域幅を有する、請求項１７に記載の方法。
20. 前記増幅器が、帯域幅を選択できるフィルタを有する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記所望の走査パターンを、前記荷電粒子ビーム・システムの偏向器システムを制御する目的に使用するアナログ信号に変換する前に、前記所望の走査パターンをデジタル・フィルタにかけることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. 荷電粒子ビーム・システム内において荷電粒子ビームを導く方法であって、
    前記荷電粒子ビームを使用してミリングする所望の走査パターンを選択すること、
    前記所望の走査パターンの信号を１極ローパス・デジタル・フィルタにかけて、変更された走査パターンを作成すること、
    前記荷電粒子ビームの位置を制御するために、前記変更された走査パターンに対応するアナログ信号を、偏向器システムの１つまたは複数の偏向板に印加すること
    を含み、前記１極ローパス・デジタル・フィルタをかけることが、前記偏向器システムに印加する前記アナログ信号の周波数応答を平坦にする方法。
23. 荷電粒子ビーム配置内において飛行時間エラーを正確に低減させる装置であって、
    試料を処理するための荷電粒子のビームを生成する粒子ビーム・カラムと、
    前記荷電粒子ビームの位置を制御する偏向器システムと、
    前記装置を制御し、請求項１のステップを前記装置に実行させるプログラムを含むコンピュータ命令を記憶したコンピュータ可読記憶装置と
    を備える装置。

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