特許 7372486 平行スキャンＦＩＢを使用した隣り合う材料の均一ミリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-23

(45)【発行日】2023-10-31

(54)【発明の名称】平行スキャンＦＩＢを使用した隣り合う材料の均一ミリング

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/28 20060101AFI20231024BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20231024BHJP

【ＦＩ】

G01N1/28 G

G01N1/28 F

H01L21/66 N

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022581452

(86)(22)【出願日】2021-06-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-01

(86)【国際出願番号】 US2021037669

(87)【国際公開番号】W WO2022005753

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2023-02-22

(31)【優先権主張番号】16/919,013

(32)【優先日】2020-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504144253

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100176418

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 嘉晃

(72)【発明者】

【氏名】ザー イェフダ

【審査官】佐々木 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－３０６４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６２３２７６５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１１８８９６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／００－ １／４４

Ｈ０１Ｌ２１／６４－２１／６６

Ｈ０１Ｊ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料の領域を評価する方法であって、前記領域が、第１のミリングレートを有する第１の副領域と、前記第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する、前記第１の副領域と隣り合う第２の副領域とを含み、前記方法が、
所望の深さにミリングされるまで、前記領域をエッチングするために、前記領域を、前記領域の上で集束イオンビームを複数の反復でスキャンすることによりミリングすることであり、前記領域の上で前記集束イオンビームがスキャンされるたびごとに、前記集束イオンビームが、第１の副領域の上で第１のスキャンレートでスキャンされ、次いで前記第２の副領域の上で、前記第１のスキャンレートとは異なる第２のスキャンレートでスキャンされる、前記ミリングすること
を含む方法。

【請求項2】

前記ミリングすることが、前記複数の反復にわたって、前記第１の副領域と前記第２の副領域の両方を同じ所望の深さまでエッチングするように、前記第１のスキャンレートおよび第２のスキャンレートが選ばれる、請求項１に記載の領域を評価する方法。

【請求項3】

前記領域が、前記第１または第２の副領域の少なくとも一方と隣り合い、前記第１および第２のミリングレートの各々とは異なる第３のミリングレートを有する第３の副領域をさらに含み、
前記ミリングすることにおいて前記領域の上で前記集束イオンビームがスキャンされるたびごとに、前記集束イオンビームがさらに、前記第３の副領域の上で、前記第１および第２のスキャンレートとは異なる第３のスキャンレートでスキャンされ、
前記ミリングすることが、前記複数の反復にわたって、前記第１、第２および第３の副領域の各々を同じ所望の深さまでエッチングするように、前記第１、第２および第３のスキャンレートが選択される、
請求項１に記載の領域を評価する方法。

【請求項4】

前記ミリングすることの各反復が、前記第１および第２の副領域の各々から、材料のおよそ１原子層またはそれ以下を除去する、請求項１に記載の領域を評価する方法。

【請求項5】

前記領域を前記所望の深さまでミリングするために前記ミリングすることが少なくとも数千回繰り返される、請求項１に記載の領域を評価する方法。

【請求項6】

前記第１の副領域が第１の形状寸法を含み、前記第２の副領域が、前記第１の形状寸法とは異なる第２の形状寸法を含む、請求項１に記載の領域を評価する方法。

【請求項7】

前記第１のミリングレートが前記第２のミリングレートよりも速く、前記第１のスキャンレートが前記第２のスキャンレートよりも速い、請求項１に記載の領域を評価する方法。

【請求項8】

試料の領域を評価するためのシステムであって、前記領域が、第１のミリングレートを有する第１の副領域と、前記第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する、前記第１の副領域と隣り合う第２の副領域とを含み、前記システムが、
真空チャンバと、
試料評価プロセスの間、前記真空チャンバ内で試料を保持するように構成された試料支持体と、
前記真空チャンバ内に荷電粒子ビームを導くように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、
プロセッサおよび前記プロセッサに結合されたメモリであり、前記メモリが複数のコンピュータ可読命令を含み、前記複数のコンピュータ可読命令が、前記プロセッサによって実行されたときに、所望の深さにミリングされるまで、前記領域をエッチングするために、前記領域を、前記領域の上で集束イオンビームを複数の反復でスキャンすることによりミリングすることであり、前記領域の上で前記集束イオンビームがスキャンされるたびごとに、前記集束イオンビームが、第１の副領域の上で第１のスキャンレートでスキャンされ、次いで前記第２の副領域の上で、前記第１のスキャンレートとは異なる第２のスキャンレートでスキャンされる、前記ミリングすることを前記システムに実行させる、前記プロセッサおよびメモリと
を備えるシステム。

【請求項9】

前記システムが、前記複数の反復にわたって、前記第１の副領域と前記第２の副領域の両方を同じ所望の深さまでミリングするように、前記第１のスキャンレートおよび前記第２のスキャンレートが選ばれる、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記領域が、前記第１または第２の副領域の少なくとも一方と隣り合い、前記第１および第２のミリングレートの各々とは異なる第３のミリングレートを有する第３の副領域をさらに含み、
前記ミリングすることにおいて前記領域の上で前記集束イオンビームがスキャンされるたびごとに、前記集束イオンビームがさらに、前記第３の副領域の上で、前記第１および第２のスキャンレートとは異なる第３のスキャンレートでスキャンされ、
前記システムが、前記複数の反復にわたって、前記第１、第２および第３の副領域の各々を同じ所望の深さまでミリングするように、前記第１、第２および第３のスキャンレートが選択される、
請求項８に記載のシステム。

【請求項11】

前記ミリングすることの各反復が、前記第１および第２の副領域の各々から、材料のおよそ１原子層またはそれ以下を除去する、請求項８に記載のシステム。

【請求項12】

前記領域を前記所望の深さまでミリングするために、前記システムが、前記ミリングすることを少なくとも数千回繰り返す、請求項８に記載のシステム。

【請求項13】

前記第１の副領域が第１の形状寸法を含み、前記第２の副領域が、前記第１の形状寸法とは異なる第２の形状寸法を含む、請求項８に記載のシステム。

【請求項14】

前記第１のミリングレートが前記第２のミリングレートよりも速く、前記第１のスキャンレートが前記第２のスキャンレートよりも速い、請求項８に記載のシステム。

【請求項15】

試料の領域を評価する方法であって、前記領域が、異なるミリングレートを有する互いに隣り合う２つ以上の副領域を含み、前記方法が、
第１のミリングレートを有する前記領域の第１の副領域の上で集束イオンビームをＸ回スキャンし、前記第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する前記領域の第２のセクションの上で前記集束イオンビームをＹ回スキャンすることにより前記領域をミリングすることであり、前記領域が実質的に均一な量だけミリングされるように、ＸおよびＹが、前記第１のミリングレートと前記第２のミリングレートとの間の差を補償するように選択される、前記ミリングすること、ならびに
所望の深さにミリングされるまで、前記領域をエッチングするために前記ミリングすることを複数回繰り返すること
を含む方法。

【請求項16】

前記ミリングすることの各反復が、前記第１および第２の副領域の各々から、材料の１００原子層またはそれ以下を除去する、請求項１５に記載の領域を評価する方法。

【請求項17】

前記領域を前記所望の深さまでミリングするために前記ミリングすることが少なくとも数千回繰り返される、請求項１５に記載の領域を評価する方法。

【請求項18】

試料の領域を評価するためのシステムであって、前記領域が、第１のミリングレートを有する第１の副領域と、前記第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する、前記第１の副領域と隣り合う第２の副領域とを含み、前記システムが、
真空チャンバと、
試料評価プロセスの間、前記真空チャンバ内で試料を保持するように構成された試料支持体と、
前記真空チャンバ内に荷電粒子ビームを導くように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、
プロセッサおよび前記プロセッサに結合されたメモリであり、前記メモリが複数のコンピュータ可読命令を含み、前記複数のコンピュータ可読命令が、前記プロセッサによって実行されたときに、
第１のミリングレートを有する前記領域の第１の副領域の上で集束イオンビームをＸ回スキャンし、前記第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する前記領域の第２のセクションの上で前記集束イオンビームをＹ回スキャンすることにより前記領域をミリングすることであり、前記領域が実質的に均一な量だけミリングされるように、ＸおよびＹが、前記第１のミリングレートと前記第２のミリングレートとの間の差を補償するように選択される、前記ミリングすること、ならびに
所望の深さまで、前記領域をエッチングするために前記ミリングすることを複数回繰り返すること
を前記システムに実行させる、前記プロセッサおよびメモリと
を備えるシステム。

【請求項19】

前記ミリングすることの各反復が、前記第１および第２の副領域の各々から、材料の１０００原子層またはそれ以下を除去する、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記領域を前記所望の深さまでミリングするために、前記システムが、前記ミリングすることを少なくとも数千回繰り返す、請求項１８に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年７月１日に出願された米国特許出願第１６／９１９，０１３号明細書の優先権を主張するものである。この米国特許出願の開示は、あらゆる目的のためにその全体が参照によって本明細書に組み込まれている。

【背景技術】

【0002】

電子材料および電子材料を電子構造体に加工するためのプロセスの研究では、故障解析およびデバイス妥当性確認のための顕微鏡検査に、電子構造体の試験体を使用することができる。例えば、１つまたは複数の集積回路（ＩＣ）または他の電子構造体がその上に形成されたシリコンウエハなどの試験体を集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いてミリングおよび解析して、ウエハ上に形成されたそれらの回路または他の構造体の特定の特性を研究することができる。

【0003】

いくつかの場合には、ミリングする対象の試験体が、異なるミリングレートを有する２つ以上の異なるエリアを試験体上に含むことがある。この異なるミリングレートは、堆積もしくは他の手法により異なるエリアに存在する異なる材料、同じ材料から形成された、異なるエリアの異なる形状寸法、同じ材料の異なる結晶配向、または異なる材料、異なる配向および／もしくは異なる形状寸法の組合せなどの異なるさまざまな因子の結果であることがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

多数の層を有するように形成された試料上の構造体の特性を解析または研究するために、選択した１つまたは複数の層を除去することはデレイヤリング（ｄｅｌａｙｅｒｉｎｇ）として知られており、これはＦＩＢツールを用いて実行することができる。いくつかの場合には、異なるミリングレートを有する２つ以上の副領域を含む試験体の部分または領域を、それらの２つ以上の異なる副領域の各々において共通の深さまでデレイヤリングすることが望ましい。しかしながら、異なる副領域の異なるミリングレートは、このような試験体を均一に遅延させることに対する課題を提示する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の実施形態は、異なるミリングレートを示す隣り合う２つ以上の副領域を有する試料の領域を、副領域間の滑らかな境界線遷移を有するミリングされた均一な表面を生み出すやり方でデレイヤリングするための方法およびシステムを提供する。いくつかの実施形態は、集束ビームイオン（ＦＩＢ）評価システムの平行スキャンモードを使用して、ミリング中の領域を副領域に分割し、異なる副領域間でビームスキャン速度を変化させることによって、デレイヤリングプロセスが異なる副領域間で均一に進むことを可能にする。本開示のいくつかの実施形態は、半導体基板の上に形成された電子デバイスおよび他の構造体をデレイヤリングするのに特によく適しているが、実施形態は、特定のタイプの試料だけに限定されるものではなく、さまざまな異なる試料をデレイヤリングする目的に実施形態を使用することができる。

【0006】

いくつかの実施形態は、試料の領域を評価する方法に関する。この試料は、第１のミリングレートを有する第１の副領域と、第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する、第１の副領域と隣り合う第２の副領域とを含むことができる。この方法は、領域を所望の深さまでエッチングするために、この領域を、領域の上で集束イオンビームを複数の反復でスキャンすることによりミリングすることであり、領域の上で集束イオンビームがスキャンされるたびごとに、ビームが、第１の副領域の上で第１のスキャンレートでスキャンされ、次いで第２の副領域の上で、第１のスキャンレートとは異なる第２のスキャンレートでスキャンされる、ミリングすることを含むことができる。

【0007】

いくつかの実施形態は、試料の領域を評価するためのシステムであって、この領域が、第１のミリングレートを有する第１の副領域と、第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する、第１の副領域と隣り合う第２の副領域とを含むシステムに関する。このシステムは、真空チャンバと、試料評価プロセスの間、真空チャンバ内で試料を保持するように構成された試料支持体と、真空チャンバ内に荷電粒子ビームを導くように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、プロセッサおよびプロセッサに結合されたメモリとを含むことができる。このメモリは、複数のコンピュータ可読命令を含むことができ、この複数のコンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されたときに、領域を所望の深さまでエッチングするために、この領域を、領域の上で集束イオンビームを複数の反復でスキャンすることによりミリングすることであり、領域の上で集束イオンビームがスキャンされるたびごとに、ビームが、第１の副領域の上で第１のスキャンレートでスキャンされ、次いで第２の副領域の上で、第１のスキャンレートとは異なる第２のスキャンレートでスキャンされる、ミリングすることをシステムに実行させる。

【0008】

本明細書に記載された実施形態のさまざまな実施態様は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。第１のスキャンレートおよび第２のスキャンレートは、ミリングステップが、複数の反復にわたって、第１の副領域と第２の副領域の両方を同じ所望の深さまでエッチングするように選ぶことができる。ミリングステップの各反復は、第１および第２の副領域の各々から、材料のおよそ１原子層またはそれ以下を除去することができる。領域を所望の深さまでミリングするために、ミリングステップを少なくとも数千回繰り返すことができる。第１の副領域は第１の形状寸法を有することができ、第２の副領域は、第１の形状寸法とは異なる第２の形状寸法を有することができる。第１のミリングレートは第２のミリングレートよりも速いものとすることができ、第１のスキャンレートは第２のスキャンレートよりも速いものとすることができる。この領域は、第１または第２の副領域の少なくとも一方と隣り合う第３の副領域をさらに含むことができる。第３の副領域は、第１および第２のミリングレートの各々とは異なる第３のミリングレートを有することができ、ミリングステップにおいて領域の上で集束イオンビームがスキャンされるたびごとに、ビームをさらに、第３の副領域の上で、第１および第２のスキャンレートとは異なる第３のスキャンレートでスキャンすることができ、第１、第２および第３のスキャンレートは、ミリングステップが、複数の反復にわたって、第１、第２および第３の副領域の各々を同じ所望の深さまでエッチングするように選択される。

【0009】

さらに他の実施形態は、試料の領域を評価する方法であって、この領域が、異なるミリングレートを有するそれぞれが互いに隣り合う２つ以上の副領域を含む方法に関し、この方法は、第１のミリングレートを有する領域の第１の副領域の上で集束イオンビームをＸ回スキャンし、第１のミリングレートとは異なる第２のミリングレートを有する領域の第２のセクションの上で集束イオンビームをＹ回スキャンすることにより領域をミリングすることであり、領域が実質的に均一な量だけミリングされるように、ＸおよびＹが、第１のミリングレートと第２のミリングレートとの間の差を補償するように選択される、ミリングすること、ならびに領域を所望の深さまでエッチングするためにミリングプロセスを複数回繰り返することを含む。

【0010】

本開示の性質および利点をより十分に理解するため、以下の説明および添付図を参照すべきである。しかしながら、それぞれの図は説明のためだけに示したものであり、本開示の範囲の境界を定めることを意図したものではないことを理解すべきである。さらに、概して、この説明に反することが明白である場合を除き、異なる図の要素が同一の参照符号を使用している場合、それらの要素は一般に、同一の機能または目的を有するか、または少なくとも同様の機能または目的を有する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示のいくつかの実施形態による見本集束イオンビーム（ＦＩＢ）評価システムの簡略図である。

【図2A】異なるミリングレートを有する第１および第２の副領域を含む領域がその中に形成された試料の簡略図である。

【図2B】図２Ａに示された試料の部分をデレイヤリングするために使用される、以前から知られている方法によるイオンビームスキャンパターンの簡略図である。

【図2C】図２Ｂに示された以前から知られているスキャンパターンを使用して試料の部分をデレイヤリングした後の、図１Ａに示された試料の簡略断面図である。

【図3A】異なるミリングレートを有する隣り合う２つのセクションを有する試料の部分をデレイヤリングするために使用される、以前から知られている別の方法によるイオンビームスキャンパターンの簡略図である。

【図3B】図３Ａに示された以前から知られているスキャンパターンを使用して試料の第１の副領域をデレイヤリングした後の、図３Ａに示された試料の簡略断面図である。

【図3C】図３Ａに示された以前から知られているスキャンパターンを使用して試料の第２の副領域をデレイヤリングした後の、図２Ａに示された試料の簡略断面図である。

【図4】本開示のいくつかの実施形態によるデレイヤリングプロセスに関連したステップを示す流れ図である。

【図5A】異なるミリングレートを有する隣り合う２つのセクションを有する試料の部分をデレイヤリングするために使用される、本開示のいくつかの実施形態によるイオンビームスキャンパターンの簡略図である。

【図5B】本開示のいくつかの実施形態による図４に示された方法に従って試料の部分をデレイヤリングした後の、図５Ａに示された試料の簡略断面図である。

【図6】異なるミリングレートを有する互いに隣り合う３つのセクションを有する試料の部分をデレイヤリングするために使用される、本開示のいくつかの実施形態によるイオンビームスキャンパターンの簡略図である。

【図7】本開示のいくつかの実施形態によるデレイヤリングプロセスに関連したステップを示す流れ図である。

【図8】いくつかの実施形態に従ってデレイヤリングすることができる半導体ウエハ上のエリアの簡略図である。

【図9】いくつかの実施形態に従ってデレイヤリングすることができる半導体ウエハ上のエリアの簡略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示の実施形態は、試料の部分をデレイヤリングすることができる。

【0013】

例示的な集束イオンビーム（ＦＩＢ）評価ツール
本開示をより十分に理解および認識するために最初に図１を参照する。図１は、本開示のいくつかの実施形態による集束イオンビーム（ＦＩＢ）評価システム１００の簡略概略図である。図１に示されているように、システム１００は、とりわけ、集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム１１０、試料支持要素１４０、および２次電子検出器１５０（または、いくつかの実施形態では、２次イオン検出器もしくは並列に動作するこれらの２つの検出器の組合せ）を含むことができる。ＦＩＢカラム１１０は、荷電粒子ビーム１２０を発生させ、その粒子ビームを試料１３０（本明細書では時に「対象物」または「試験体」とも呼ぶ）に向かって導いて、試料をミリングまたは他の手法で加工するように動作可能である。試料、例えば半導体ウエハは、真空チャンバ１０５内の支持要素１４０上に支持することができる。

【0014】

ＦＩＢカラム１１０は、試料に荷電粒子ビーム１２０を照射することによって試料１３０をミリングして（例えば試料１３０に凹みをつくって）断面を形成することができ、希望する場合にはさらにその断面を滑らかにすることができる。ＦＩＢミリングプロセスは典型的には、真空環境内に試験体を置き、試験体に向かってイオンの集束ビームを発射して、試験体上の材料をエッチングまたはミリングによって除去することによって機能する。いくつかの場合には、エッチングの速度および質を制御するのを助ける働きまたは物質の堆積を制御するのを助ける働きをする制御された濃度のバックグラウンドガスによって真空環境をパージすることができる。キセノン、ガリウムまたは他の適切な元素から、加速されたイオンを発生させることができ、典型的には、この加速されたイオンを、５００ボルト～１００，０００ボルトの範囲の電圧によって、より典型的には３，０００ボルト～３０，０００ボルトの範囲の電圧によって試験体に向かって加速させる。ビーム電流は典型的には、ＦＩＢ機器の構成および用途に応じて、数ピコアンペアから数マイクロアンペアの範囲にあり、圧力は典型的に、システムの異なる部分および異なる動作モードにおいて１０^-10～１０^-5ミリバールの間に制御される。

【0015】

デレイヤリングプロセスは、（ｉ）ある厚さの材料を試料から除去するためにミリングすべき関心の位置を特定し、（ｉｉ）ＦＩＢユニットの視野の下に位置するように試料を（例えば機械的支持要素によって）移動させ、（ｉｉｉ）試料をミリングして関心の位置において所望の量の材料を除去することにより、実行することができる。デレイヤリングプロセスは、試料に凹みを形成することを含むことができる（凹みのサイズは普通、横方向寸法で数μｍ～数百μｍである）。

【0016】

ミリングプロセスは典型的には、画像化中またはミリング中の試料の特定のエリアを横切って荷電粒子ビームを（例えばラスタスキャンパターンまたは他のスキャンパターンで）往復でスキャンすることを含む。当業者に知られているように、荷電粒子カラムに結合された１枚または数枚のレンズ（図示せず）がこのスキャンパターンを実現することができる。スキャンされるエリアは典型的には、試料の全エリアのうちの非常に小さな部分である。例えば、試料は、２００または３００ｍｍのいずれかの直径を有する半導体ウエハであることがあり、一方、ウエハ上のスキャンされるそれぞれのエリアは、数μｍまたは数十μｍの幅および／または長さを有する長方形のエリアであることがある。ミリング中に領域を横切ってイオンビームをスキャンするそれぞれの反復（またはフレーム）は典型的には、数マイクロ秒であり、それぞれの反復は、所望の深さの穴をエッチングするのにスキャンパターンが数千回または数百万回繰り返されるような態様で非常に少量の材料（例えば、低ｉプローブ（例えば１０ｐＡ）を使用して０．０１原子層程度、または高ｉプローブ（１０００ｎＡ）を使用して１０００原子層程度）を除去する。

【0017】

ミリング操作中に、ＦＩＢカラム１１０によって生成された荷電粒子ビーム１２０は、真空チャンバ１０５内に形成された真空化された環境を通って伝搬し、その後、試料１３０に衝突する。イオンと試料との衝突で２次電子およびイオン１２５が発生し、それらは検出器１５０によって検出される。検出された２次電子またはイオンを使用して、ミリングされた層および構造体の特性を解析することができる。

【0018】

図１には示されていないが、ＦＩＢ評価システム１００はいくつかの追加の構成要素を含むことができ、それらの構成要素には、限定はされないが、特に、チャンバ１０５にプロセスガスを供給するための１つまたは複数のガスノズル、チャンバ１０５内の圧力を制御するための真空バルブおよび他のバルブ、ならびに他の構成要素中の荷電粒子ビームを導くための１枚または数枚のレンズが含まれる。システム１００はさらに、当業者には知られているとおり、１つまたは複数のコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行することによってシステム１００の動作を制御する１つまたは複数のコントローラ、プロセッサまたは他のハードウェアユニットを含むことができる。例えば、このコンピュータ可読メモリは、固体メモリ（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／もしくリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）。ＲＡＭおよびＲＯＭは、プログラム可能なもの、更新可能なフラッシュメモリ、および／または他の同種のものとすることができる）、ディスクドライブ、光学式記憶装置または同様の非一過性コンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。

【0019】

以前から知られている遅延技法
異なるミリングレートを示す２つ以上の異なるセクションを有する試料の領域をデレイヤリングする一般的に使用されているいくつかの方法は、異なるセクション間に望ましくない境界（すなわち不均一領域）を生み出すやり方で試料の領域をデレイヤリングする。説明のため図２Ａを参照する。図２Ａは試料２００の簡略上面図である。図２Ａに示されているように、試料２００は、ミリングする対象である領域２１０（時に「フレーム」と呼ぶ）を含む。一例として試料２００は半導体ウエハとすることができる。領域２１０は、異なるミリングレートを有する２つの副領域２１０ａおよび２１０ｂを含む。例えば、領域２１０ａのミリングレートは２１０ｂのミリングレートよりも速いものとすることができる。いくつかの場合には、これらの異なるミリングレートが、例えば、副領域２１０ａが主として副領域２１０ｂの材料とは異なる材料からなることに起因しうる。他の場合には、これらの異なるミリングレートが、例えば、副領域２１０ａが副領域２１０ｂとは異なる形状寸法を有することに起因し、または、これらの２つの領域で材料が異なることと形状寸法が異なることの両方の組合せに起因しうる。

【0020】

ミリングレートが異なる理由の如何にかかわらず、以前から知られているいくつかのミリング技法は、領域を横切って特定の（そして一定の）ビーム速度またはスキャンレートで集束イオンビームをスキャンすることによって領域２１０をミリングする。例えば、図２Ｂは、図２Ａに示された試料２００をデレイヤリングするために知られているいくつかの方法に従って使用される例示的なスキャンパターン２２０を示している。スキャンパターン２２０は、連続的にスキャンされる一定の速度または一定のスキャンレートの単一のビームで、ミリングプロセスの他のパラメータ（例えばビーム幅、ビーム強度など）は一定に維持して、副領域２１０ａと副領域２１０ｂの両方を含む領域２１０の全体を横断する。その結果、所定量のミリングの後（例えば、領域２１０を横切ってイオンビームが数千回または数百万回スキャンされた後）、領域２１０は、より速いミリングレートを有する副領域２１０ａまたは２１０ｂが、より遅いミリングレートを有するもう一方の副領域よりも深くミリングされた不均一な輪郭を示す。ミリングされた２つの領域間のこのミリングされた深さの差によって、２つの副領域間の境界に縁（ｅｄｇｅ）ができる。

【0021】

一例として、図２Ｃを参照する。図２Ｃは、図２Ｂに示し図２Ｂに関して論じたスキャンパターンを使用して試料の部分をデレイヤリングした後の、図２Ａに示された試料２００の簡略断面図である。副領域２１０ａは副領域２１０ｂよりも速いミリングレートを有するため、領域２１０が多数回（例えば数千回または数百万回）にわたってミリングされた後、このデレイヤリングプロセスは、副領域２１０ｂの深さよりも大きな深さを有する副領域２１０ａを生み出し、したがって２つの副領域間に縁２１５を形成する。

【0022】

縁２１５の存在はいくつかの場合に望ましくないことがあり、縁２１５を排除するために使用されている１つの技法は、副領域２１０ａ、２１０ｂの各々を別々にミリングする技法である。図３Ａは、試料３００の領域３１０をデレイヤリングするために使用されるイオンビームスキャンパターンの簡略図である。試料３００は、試料２００と同様とすることができ、領域３１０は、上で説明した副領域２１０ａ、２１０ｂと同様の隣り合う２つの副領域３１０ａ、３１０ｂを含むことができる。セクション３１０ａと３１０ｂの異なるミリングレートを補償するため、以前から使用されているいくつかの技法は、第１のスキャンパターン３２０を使用してエリア３１０ａを所望の深さまでミリングし、次いで、その後に、第２のスキャンパターン３２２を使用してエリア３１０ｂをミリングする。

【0023】

２つの副領域３１０ａ、３１０ｂをこのように別々にスキャンすると、一方の副領域をもう一方の副領域よりも長時間ミリングすることによって、これらの領域を実質的に同様の深さまでミリングすることができる。例えば、副領域３１０ａが副領域３１０ｂの２倍のミリングレートを有する場合には、副領域３０１ｂを２倍の時間をかけてミリングすると（すなわち、副領域３１０ａを横切ってイオンビームをスキャンする回数の２倍の回数をかけて、副領域３１０ｂを横切ってイオンビームをスキャンすると）、副領域３１０ａと３１０ｂは、実質的に同じ深さまでミリングされる。

【0024】

しかしながら、このようなプロセスの結果、ミリングされた表面が必ず均一になるとは限らない。その代わりに、このようなプロセスは、２つの副領域間にトレンチまたは他の不均一な境界を生み出しうる。説明のため、図３Ｂおよび３Ｃを参照する。図３Ｂは、副領域３１０ａをミリングした後、エリア３１０ｂをミリングする前の試料３００を示す簡略断面図であり、図３Ｃは、副領域３１０ｂをミリングした後の試料３００を示す簡略断面図である。図３Ｂに示されているとおり、所望の深さまで副領域３１０ａをミリングした後、副領域３１０ａと３１０ｂの間の境界には縁３１２が存在する。続いて副領域３１０ｂをミリングすると、縁領域３１２は、副領域３１０ｂのバルク部分よりも速いレートでミリングされる。

【0025】

したがって、続いて副領域３１０ａと同じ深さまで副領域３１０ｂをミリングすると、縁領域３１２の周囲のより速いミリングレートの結果、図３Ｃに示されているように、副領域３１０ａと３１０ｂの間の境界に望ましくないトレンチ３１５が形成される。したがって、見て分かるとおり、ミリング中の領域が、異なるミリングレートを示す２つ以上の副領域を含むとき、図２Ａ～２Ｃまたは図３Ａ～３Ｃに関して説明した技法はいずれも、ミリング中の領域の全体を横切って均一にミリングされた表面を生み出さない。

【0026】

変化するスキャンレートを用いたミリング
本開示の実施形態は、異なるミリングレートを有する２つ以上の副領域を有する試料の領域を、副領域の境界にバリアがないミリングされた均一な表面を生み出すやり方でミリングするためのシステムおよび方法を提供する。いくつかの実施形態によれば、異なるミリングレートを有する副領域がミリングされているときにスキャンレートが異なるような態様で領域がミリングされている間に集束イオンビームの速度（すなわちスキャンレート）が連続的に変化するような態様で、異なるミリングレートの副領域を含む領域をミリングする。

【0027】

説明のため、図４ならびに図５Ａおよび５Ｂを参照する。図４は、本開示のいくつかの実施形態によるデレイヤリングプロセス４００に関連したステップを示す流れ図である。図５Ａは、異なるミリングレートを有する隣り合う２つのセクションを有する試料の部分をデレイヤリングするために使用される、プロセス４００に従って使用することができる、いくつかの実施形態によるイオンビームスキャンパターンの簡略図であり、図５Ｂは、いくつかの実施形態によるプロセス４００に従って試料の部分をデレイヤリングした後の、図５Ａに示された試料の簡略断面図である。

【0028】

プロセス４００は、試料のミリングする対象の領域（フレーム）および領域内の２つ以上の副領域（サブフレーム）を識別することから始まる（図４、ブロック４１０）。例えば、図５に示されているように、試料５００は、副領域２１０ａおよび２１０ｂに関する上の説明と同様に、異なるミリングレートを有する第１および第２の副領域５１０ａおよび５１０ｂを含むミリングする対象の領域５１０を含むことができる。ユーザは、図１に示されたシステム１００などの集束イオンビーム（ＦＩＢ）評価ツールに関連したソフトウェアを使用して、領域５１０の境界およびそれぞれの副領域５１０ａ、５１０ｂの境界を定めることができる。このソフトウェアはさらに、ユーザがそれぞれの副領域５１０ａ、５１０ｂに特定のミリングレートを割り当てることを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、試験ウエハ上の副領域５１０ａ、５１０ｂと同様の領域をミリングすることによって、それぞれの副領域に対するミリングレートを前もって経験的に決定することができる。

【0029】

領域およびそれぞれの副領域の境界を定め、それぞれの副領域にミリングレートを割り当てた後、次いで、領域５１０が所望のミリング深さまでミリングされ（ブロック４３０、ミリングは完了した＝はい）、プロセスが完了する（ブロック４４０）まで、領域５１０を横切ってイオンビームを数千回または数百万回、繰り返しスキャンする（ブロック４３０、ミリングは完了した＝いいえ）ことによって、領域５１０をミリングすることができる（図４、ブロック４２０）。

【0030】

領域５１０をミリングするそれぞれの反復（図４、ブロック４２０）では、副領域５１０ａ（ブロック４２２）と副領域５１０ｂ（ブロック４２４）の両方を横切ってイオンビームをスキャンする。しかしながら、領域５１０の全体を同じ一定のスキャンレートでスキャンする代わりに、イオンビームの速度を、副領域５１０ａが副領域５１０ｂとは異なるレートでスキャンされるような態様で連続的に変化させることができる。例えば、副領域５１０ａが、副領域５１０ｂの２倍のミリングレートを有する場合には、異なるミリングレートに対する調整のために、それぞれのフルフレームスキャン中の副領域５１０ａにおけるビーム速度を、副領域５１０ｂのビーム速度に比べて２倍にすることができる。

【0031】

さらに説明するため、図５Ａを参照すると、領域５１０のフルフレームスキャンのそれぞれの反復では、副領域５１０ａをスキャンパターン５２０に従ってスキャンすることができ、次いで、スキャンパターン５２４の始点にイオンビームを導くことができ（点線５２２）、エリア５２０ｂをより速いレート（スキャンパターン５２０とは対照的により高密度のスキャンパターン５２４によって表されている）でスキャンすることができる。

【0032】

フルフレームスキャンの途中でのビーム速度のこのような微調整は、副領域５１０ａ、５１０ｂ間に望ましくない境界を形成することなく、ミリングプロセスの全体を通じてミリング深さを副領域５１０ａと５１０ｂの間で一定に維持することを可能にする。このような均一なミリングプロセスの最終結果が図５Ｂに示されており、この図では、ミリングされた領域５１０の底を横切って副領域５１０ａと５１０ｂの間に均一に平らな表面が存在していることが分かる。さらに、副領域５１０ａ、５１０ｂは、逐次的にミリングされるのではなく一度にミリングされるため、（図２Ｂに示された縁２１２などの）縁の生成が回避される。縁の生成は、後に、縁の付近のミリングレートを局所的に変化させ、２つの副領域間にトレンチまたは同様の構造体を形成させる不都合な縁効果（ｅｄｇｅ－ｅｆｆｅｃｔ）を生じさせうる。

【0033】

図４および５Ａ、５Ｂで説明した例は、異なるミリングレートを有する２つの異なる副領域を含むミリング中の領域５１０に対するものであったが、本開示の実施形態を、異なるミリングレートを有する３つ、４つまたは５つ以上のエリアを有するミリングされた領域を横切って均一で平らな表面を生み出す目的に使用することもできる。例えば、図６は、それぞれが異なるミリングレートを有する３つの異なる副領域６１０ａ、６１０ｂおよび６１０ｃを有するミリングする対象の領域６１０を含む試料６００の簡略上面図である。図４に関する上の説明と同様に、ユーザは、システム１００などのＦＩＢ評価ツールに関連したソフトウェアを使用して、領域６１０の境界、ならびにそれぞれの副領域６１０ａ、６１０ｂ、および６１０ｃの境界ならびにそれぞれの副領域のミリングレートを定めることができる。

【0034】

次いで、フルフレームスキャンのそれぞれの反復中に（ブロック４２０）、それぞれ異なる密度のスキャン線６２０、６２４および６２８によって表されているように、副領域６１０ａ、１０ｂおよび６１０ｃの各々を異なるビーム速度でスキャンすることができる。このようにして領域６１０の全体をミリングして、副領域６１０ａ、６１０ｂまたは６１０ｃのいずれの間にもいかなる縁効果を生じることなく、ミリングされた領域６１０の底を横切って均一に平らな表面を生み出すことができる。

【0035】

フルフレームスキャン当たりの可変の回数を用いたそれぞれの副領域のミリング
いくつかの実施形態では、ミリングフレーム内の副領域の異なるミリングレートに対する調整のためにビーム速度を変化させるのではなしに、本開示の実施形態が、ミリングフレームのそれぞれの副領域を横切ってビームをスキャンする回数を調整する。説明のため、図７および８を参照する。図７は、本開示のいくつかの実施形態によるミリング方法７００に関連したステップを示す流れ図であり、図８は、異なるミリングレートを有する副領域８１０ａ、８１０ｂを含むミリングする対象の領域８００を有する試料８００の簡略上面図である。

【0036】

方法４００と同様に、方法７００は、試料のミリングする対象の領域（フレーム）および領域内の２つ以上の副領域（サブフレーム）を識別することを含む（図７、ブロック７１０）。例えば、図７に示されているように、試料７００は、副領域７１０ａおよび７１０ｂに関する上の説明と同様に、異なるミリングレートを有する第１ならびに第２の副領域７１０ａおよび７１０ｂを含むミリングする対象の領域７１０を含むことができる。ユーザは、図１に示されたシステム１００などの集束イオンビーム（ＦＩＢ）評価ツールに関連したソフトウェアを使用して、領域７１０の境界およびそれぞれの副領域７１０ａ、７１０ｂの境界を定めることができる。このソフトウェアはさらに、ユーザがそれぞれの副領域７１０ａ、７１０ｂに特定のミリングレートを割り当てることを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、試験ウエハ上の副領域７１０ａ、７１０ｂと同様の領域をミリングすることによって、それぞれの副領域に対するミリングレートを前もって経験的に決定することができる。

【0037】

領域およびそれぞれの副領域の境界を定め、それぞれの副領域にミリングレートを割り当てた後、次いで、領域７１０が所望のミリング深さまでミリングされ（ブロック７３０、ミリングは完了した＝はい）、プロセスが完了する（ブロック７４０）まで、それぞれの副領域７１０ａ、７１０ｂを横切ってイオンビームを数千回または数百万回、繰り返しスキャンする（ブロック７３０、ミリングは完了した＝いいえ）ことによって、領域７１０をミリングすることができる（図７、ブロック７２０）。

【0038】

副領域７１０ａ、７１０ｂの異なるミリングレートを補償するため、方法７００は、ステップ７２０で、それぞれの副領域におけるイオンビームのビーム速度を調整する代わりに（またはそれぞれの副領域におけるイオンビームのビーム速度を調整するのに加えて）、それぞれの副領域を横切って集束イオンビームをスキャンする回数を、他方の副領域での回数に対して調整することができる。例えば、副領域７１０ａが、副領域７１０ｂの２倍のミリングレートを有する場合には、スキャンレートの差を補うために、ブロック７２０の１回の反復中に、副領域７１０ａを横切ってイオンビームを１回スキャンし、その一方で副領域７１０ｂを横切ってイオンビームを２回スキャンすることができる。

【0039】

この着想が図８に示されている。具体的には、図８は、副領域８１０ａを横切ってスキャンされているイオンビームを表すスキャンパターン８２０を示している。このビームは次いで、経路８２２を通って領域８１０ｂに導かれ、領域８１０ｂで、スキャンパターン８２４を、スキャンパターン８２０と同じビーム速度で実施することができる。スキャンパターン８２４が完了した後、新たなフルフレームスキャンを始める代わりにイオンビームを経路８２６を通して導き、２つの副領域間の異なるスキャンレートに対する調整のために、副領域８１０ｂで２回目のスキャンパターン８２４を実施することができる。領域８１０ｂの２回目のスキャンの後、領域８１０がまだ所望の深さまでミリングされていないと仮定すると（ブロック７３０、完了した＝いいえ）、エリア８１０ａを１回、エリア８１０ｂを２回スキャンすることによってブロック７２０を繰り返すことができ、このプロセスを、所望のミリング深さに達する（ブロック７３０、完了した＝はい）まで、数千回または数百万回繰り返すことができる。

【0040】

方法７００は、副領域間のミリングレートの差を考慮するために、ブロック７２０を通して、副領域８１０ａのスキャン回数を副領域８１０ｂのスキャン回数に対して微調整することができる。例えば、副領域８１０ａのミリングレートが副領域８１０ｂのミリングレートよりも５０％速い場合には、副領域８１０ａを横切ってイオンビームを２回スキャンするごとに、副領域８１０ｂを横切ってイオンビームを３回スキャンすることができる。いくつかの実施形態では、この比を維持しながらそれぞれの副領域のスキャンをできるだけ頻繁に交互に行うことによって、ブロック７２０を実施することができる。したがって、副領域８１０ａを２回スキャンするごとに副領域８１０ｂを３回スキャンするこの例では、いくつかの実施形態において、ブロック７２０のイオンビームを、パターン８２０、パターン８２４、パターン８２０、パターン８２４、パターン８２４の順で繰り返しスキャンすることができる。それぞれの副領域を横切るイオンビームのスキャンは、スパッタリングによって非常に薄い材料層（いくつかの場合には例えばおよそ１原子層）を除去するだけであるため、ブロック７２０のそれぞれの反復でスキャンパターンをそれぞれの副領域で異なる回数繰り返しても、望ましくない縁効果は生じない。非限定的な他の例として、ミリングレートが互いに比較的に近いが、依然として異なるときに、副領域８１０ｂを１０回スキャンする間に副領域８１０ａを７回スキャンすること、または副領域８１０ｂを１００回スキャンする間に副領域８１０ａを９３回スキャンすることもできる。したがって、副領域の異なるミリングレートを補償するのに適切な異なる実施形態で、副領域８１０ａをスキャンする回数と副領域８１０ｂをスキャンする回数との適切な任意の比を使用することができることを認識することができる。同様に、ブロック７２０で異なる副領域の各々をスキャンする回数の適切な比を設定することによって、方法７００を使用して、異なるミリングレートを有する３つ、４つまたは５つ以上の副領域を有する領域を均一にミリングすることができる。

【0041】

ミリングする対象試料の例
上述のとおり、本開示の実施形態を使用して、半導体構造体上に形成された電子回路、多結晶基板または他の基板上に形成された太陽電池、さまざまな基板上に形成されたナノ構造体などを含む多くの異なるタイプの試料をデレイヤリングすることができる。非限定的な１つの例として、図８は、いくつかの実施形態に従ってデレイヤリングすることができる半導体ウエハ上のエリアの簡略図である。具体的には、図８は、ウエハ８００の上面図およびウエハ８００の特定の部分の２つの拡大図を含む。ウエハ８００は、例えば２００ｍｍまたは３００ｍｍ半導体ウエハとすることができ、その上に多数の（図示の例では５２個の）集積回路８０５を含むことができる。集積回路８０５は中間製造段階にあるものとすることができ、本明細書に記載されたデレイヤリング技法を使用して、異なるミリングレートを示す互いに隣り合う２つ以上のセクションを含む集積回路の１つまたは複数の領域８１０を評価および解析することができる。例えば、図８の拡大図Ａは、本明細書に記載された技法に従って評価および解析することができる、集積回路８０５のうちの１つの集積回路の多数の領域８１０を示している。拡大図Ｂは、それらの領域８１０のうちの１つの領域であって、その中に穴のアレイが形成された第１のセクション８１０ａと、隣り合う穴のアレイを分離する全体に中実の部分である第２のセクション８１０ｂとを含む領域を示している。セクション８１０ａおよび８１０ｂの異なる形状寸法のため、これらの２つのセクションも異なるミリングレートを示す。

【0042】

本開示の実施形態は、ミリングによって領域の一番上の層を順番に除去することにより、領域８１０を解析および評価することができる。このミリングプロセスは、方法４００または方法７００に関して上で論じものなどのラスタパターンに従ってＦＩＢビームを領域内で往復でスキャンすることにより、領域８１０をミリングすることができる。例えば、２つの副領域の異なるミリングレートを補償するために、領域を第１のビーム速度（スキャンパターン８１０ａ）で連続的にミリングし、次いで、領域８１０ｂを、第１のビーム速度よりも大きな第２のビーム速度（スキャンパターン８１０ｂ）でミリングすることにより、ブロック４２０に従って領域８１０をミリングすることができる。

【0043】

除去された部分は、Ｚ方向の特定の深さを有することができ、Ｘ方向とＹ方向の両方向において領域８１０からその全体を除去することができる。例えば、領域８１０が、Ｘμｍの長さおよび幅を有する正方形である場合には、ミリングプロセス中に、Ｘ×Ｘμｍの別個の非常に薄いスライス（１原子層以下の厚さの）を領域５７０から順番に除去することができ、それぞれの層で、除去された正方形は、副領域８１０ａからの材料および副領域８１０ｂからの材料を含む。

【0044】

以上の説明では、説明の目的上、記載された実施形態の徹底的な理解を提供するために特定の用語を使用した。しかしながら、記載された実施形態を実行するのにそれらの特定の詳細は必要ないことは当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に記載された特定の実施形態の上記の説明は、例示および説明のために示されたものである。それらの説明が網羅的であること、またはそれらの説明が、開示された正確な形態に実施形態を限定することは意図されていない。さらに、本開示の異なる実施形態を上で開示したが、本開示の実施形態の趣旨および範囲を逸脱することなく、特定の実施形態の特定の詳細を適宜に組み合わせることができる。さらに、以上の教示を考慮すれば、多くの修正および変更が可能であることは当業者には明白であろう。

【0045】

さらに、本明細書における方法への上記の言及は、必要な変更を加えて、その方法を実行することができるシステムに適用されるべきであり、必要な変更を加えて、実行されたときにその方法が実行される命令を記憶したコンピュータプログラム製品に適用されるべきである。同様に、本明細書におけるシステムへの上記の言及は、必要な変更を加えて、そのシステムによって実行することができる方法に適用されるべきであり、必要な変更を加えて、そのシステムによって実行することができる命令を記憶したコンピュータプログラム製品に適用されるべきであり、本明細書におけるコンピュータプログラム製品への言及は、必要な変更を加えて、そのコンピュータプログラム製品に記憶された命令を実行したときに実行することができる方法に適用されるべきであり、必要な変更を加えて、そのコンピュータプログラム製品に記憶された命令を実行するように構成されたシステムに適用されるべきである。

【0046】

本開示の示された実施形態の大部分は、当業者に知られている電子部品および装置を使用して実施することができるため、本開示の教示を不明瞭にしたり、または本開示の教示から逸脱したりしないように、そのような電子部品および装置の詳細は、上で説明したとおり、本開示の基礎をなす発想の理解および認識のために必要と考えられる程度を超えて説明されない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】