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公開番号2025100498
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2024225020
出願日2024-12-20
発明の名称混合ガス種プラズマ源システム
出願人エフイーアイカンパニ,FEI COMPANY
代理人弁理士法人ITOH
主分類H01J 37/08 20060101AFI20250626BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】プラズマ源において複数の固有のガス種の混合を最適化するイオンビームシステムを提供する。
【解決手段】イオンビームシステムは、プラズマ源チャンバを画定するプラズマ源管と、第1のガスを収容する第1のガスリザーバと、第2のガスを収容する第2のガスリザーバと、第1のガスリザーバに流体的に結合されており、第1のガスの第1の流量を制御するように構成された第1のコントローラと、第2のガスリザーバに流体的に結合されており、第2のガスの第2の流量を制御するように構成された第2のコントローラと、を含む。システムはまた、第1のコントローラに流体的に結合された第1の端部とプラズマ源チャンバに流体的に結合された第2の端部とを含む、第1の毛細管狭窄部と、第2のコントローラに流体的に結合された第3の端部とプラズマ源チャンバに流体的に結合された第4の端部とを含む、第2の毛細管狭窄部と、を含み、第1の毛細管狭窄部及び第2の毛細管狭窄部は、別個である。
【選択図】図2A

特許請求の範囲【請求項１】
イオンビームシステムであって、
プラズマ源チャンバを画定するプラズマ源管と、
第１のガスを収容する第１のガスリザーバと、第２のガスを収容する第２のガスリザーバと、
前記第１のガスリザーバに流体的に結合されており、前記第１のガスの第１の流量を制御するように構成された第１のコントローラと、前記第２のガスリザーバに流体的に結合されており、前記第２のガスの第２の流量を制御するように構成された第２のコントローラと、
前記第１のコントローラに流体的に結合された第１の端部と前記プラズマ源チャンバに流体的に結合された第２の端部とを含む第１の毛細管狭窄部と、前記第２のコントローラに流体的に結合された第３の端部と前記プラズマ源チャンバに流体的に結合された第４の端部とを含む第２の毛細管狭窄部と、を備え、前記第１の毛細管狭窄部と前記第２の毛細管狭窄部とは、別個である、イオンビームシステム。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第１の毛細管狭窄部及び前記第２の毛細管狭窄部は、互いに分離されている、請求項１に記載のイオンビームシステム。
【請求項３】
前記第１の毛細管狭窄部及び前記第２の毛細管狭窄部は、互いに交差していない、請求項１に記載のイオンビームシステム。
【請求項４】
前記第１のコントローラ又は前記第２のコントローラのうちの少なくとも１つは、可変出口圧力弁を含む、請求項１に記載のイオンビームシステム。
【請求項５】
前記第１のガスリザーバと前記第１のコントローラとを流体的に結合している第１のガス供給ラインと、前記第２のガスリザーバと前記第２のコントローラとを流体的に結合している第２のガス供給ラインと、を更に備え、前記第１のコントローラは、前記第１のガス供給ラインを前記第１の毛細管狭窄部から流体的に隔離するように構成されており、前記第２のコントローラは、前記第２のガス供給ラインを前記第２の毛細管狭窄部から流体的に隔離するように構成されている、請求項１に記載のイオンビームシステム。
【請求項６】
前記プラズマ源管に結合されたバイパスマニホールドを更に備え、
前記バイパスマニホールドは、前記プラズマ源チャンバと流体連通するバイパスチャンバを画定し、
前記第１の毛細管狭窄部の前記第２の端部は、前記バイパスマニホールドに結合されており、前記第２の毛細管狭窄部の前記第４の端部は、前記バイパスマニホールドに結合されている、請求項１に記載のイオンビームシステム。
【請求項７】
第１の状態では、前記バイパスマニホールドは、前記プラズマ源管に結合されており、前記第１及び第２の毛細管狭窄部、前記バイパスチャンバ、並びに前記プラズマ源チャンバは、真空源から流体的に隔離され、
第２の状態では、前記バイパスマニホールドは、前記プラズマ源管から距離を置かれ、前記第１及び第２の毛細管狭窄部、前記バイパスチャンバ、並びに前記プラズマ源チャンバは、前記真空源と流体連通している、請求項６に記載のイオンビームシステム。
【請求項８】
前記プラズマ源管及び前記バイパスマニホールドを収容する内部容積を画定するチャンバ本体を更に備え、前記内部容積は、前記真空源と流体連通している、請求項７に記載のイオンビームシステム。
【請求項９】
前記第１のコントローラは、前記真空源に流体的に結合された第１のリリーフポート弁を含み、前記第２のコントローラは、前記真空源に流体的に結合された第２のリリーフポート弁を含み、
前記第２の状態では、前記第１のコントローラは、前記第１の毛細管狭窄部を前記第１のリリーフポート弁に流体的に結合するように構成されており、前記第２のコントローラは、前記第２の毛細管狭窄部を前記第２のリリーフポート弁に流体的に結合するように構成されている、請求項７に記載のイオンビームシステム。
【請求項１０】
イオンビームシステムであって、
プラズマ源チャンバを画定するプラズマ源管と、
第１のガス種を収容する第１のガスリザーバと、第２のガス種を収容する第２のガスリザーバと、
前記第１のガスリザーバに流体的に結合されており、前記第１のガス種の第１の流量を制御するように構成された第１のコントローラと、
前記第１のコントローラに流体的に結合された第１の端部と前記プラズマ源チャンバに流体的に結合された第２の端部とを含む、第１の毛細管狭窄部と、
前記第１のコントローラと通信し、前記第１のコントローラを動作させるための命令を提供するように構成されたコンピュータシステムと、を備える、イオンビームシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合ガス種プラズマ源システムに関する。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビームシステムは、集積回路、磁気記録ヘッド、及びフォトリソグラフィマスクなどの小型デバイスの製造、修理、及び検査を含む様々な用途で使用されている。特定のタイプの荷電粒子ビームシステムでは、プラズマ源内でガスをイオン化することによってイオンが生成される。これらのイオンは、その後、処理又は撮像ステップを実行するために、並びに試料に物理的変更を加えるために、ビームで試料に向けられる。この目的のために利用されるイオン種は、プラズマ源内でイオン化されるガス種を変更することによって、特定の試料又はプロセスに合わせて調整することができる。特定の試料又はプロセスは、複数の固有のイオン種の混合物を必要とし、プラズマ源において複数の固有のガス種の混合物を必要とする。このガス混合を最適化する新しい荷電粒子ビームシステムが望まれている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の一態様は、イオンビームシステムを提供する。イオンビームシステムはまた、プラズマ源チャンバを画定するプラズマ源管を含む。システムはまた、第１のガスを収容する第１のガスリザーバと、第２のガスを収容する第２のガスリザーバと、を含む。システムはまた、第１のガスリザーバに流体的に結合されており、第１のガスの第１の流量を制御するように構成された第１のコントローラと、第２のガスリザーバに流体的に結合されており、第２のガスの第２の流量を制御するように構成された第２のコントローラと、を含む。システムはまた、第１のコントローラに流体的に結合された第１の端部とプラズマ源チャンバに流体的に結合された第２の端部とを含む、第１の毛細管狭窄部と、第２のコントローラに流体的に結合された第３の端部とプラズマ源チャンバに流体的に結合された第４の端部とを含む、第２の毛細管狭窄部と、を含み、第１の毛細管狭窄部及び第２の毛細管狭窄部は、別個である。
【０００４】
本開示の別の態様は、イオンビームシステムを提供する。イオンビームシステムはまた、プラズマ源チャンバを画定するプラズマ源管を含む。システムはまた、第１のガス種を収容する第１のガスリザーバと、第２のガス種を収容する第２のガスリザーバと、を含む。システムはまた、第１のガスリザーバに流体的に結合されており、第１のガス種の第１の流量を制御するように構成された第１のコントローラを含む。システムはまた、第１のコントローラに流体的に結合された第１の端部とプラズマ源チャンバに流体的に結合された第２の端部とを含む第１の毛細管狭窄部を含む。システムはまた、第１のコントローラと通信し、第１のコントローラを動作させる命令を提供するように構成されたコンピュータシステムを含む。
【０００５】
本開示の更に別の態様は、プログラムのコンピューティングデバイス可読命令が記憶された非一時的コンピューティングデバイス可読記憶媒体を提供する。非一時的コンピューティングデバイス可読記憶媒体はまた、第１のコントローラに、第１の可変出口圧力弁を開放し、第１の毛細管狭窄部を介して、第１のガスリザーバからプラズマ源管の中に画定されるプラズマ源チャンバの中へ第１の流量で第１のガスを放出するように命令することを含む。媒体はまた、第１及び第２のガスがプラズマ源チャンバ内で混合するように、第２の可変出口圧力弁を開放し、第２のガスリザーバから第２の毛細管狭窄部を介してプラズマ源チャンバの中へ第２の流量で第２のガスを放出するように第２のコントローラに命令することを含み、第２の毛細管狭窄部は、第１の毛細管狭窄部とは別個である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
様々な実施形態の性質及び利点の更なる理解は、以下の図を参照することによって実現することができる。添付の図面において、同様の構成要素又は特徴は、同じ参照ラベルを有することができる。更に、同じタイプの様々な構成要素は、ダッシュによる参照ラベルと、同様の構成要素間を区別する第２のラベルとを続けることによって、区別することができる。第１の参照ラベルのみが本明細書で使用される場合、説明は、第２の参照ラベルにかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちのいずれか１つに適用可能である。
例示的な荷電粒子システムの簡略化された断面図である。
本開示の一実施形態による例示的な荷電粒子システムの簡略断面図を示す。
本開示の一実施形態による、プラズマ源チャンバからガスを排出する図２Ａの荷電粒子システムを示す図である。
本開示の一実施形態によるプラズマ源システムのガス流路を示す図である。
本開示の一実施形態による、プラズマ源システムを使用してガス混合物中のガス種の比率を調整するためのフローチャートを示す。
本開示の一実施形態による、プラズマ源チャンバ内でガスを混合するためのプロセスを示すフローチャートを示す。
本開示の一実施形態による、プラズマ源チャンバからガスを排出するためのプロセスを示すフローチャートを示す。
本開示の一実施形態による、ガスを混合するためにプラズマ源システムに命令を提供するためのプロセスを示すフローチャートを示す。
本開示の実施形態によるシステム及び方法とともに使用可能な例示的なコンピュータシステムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
イオンビームシステムは、試料を（例えば、ミリングによって）改変するために使用される荷電粒子ビームシステムの一種である。特に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）は、物理的スパッタリングとして知られるプロセスを介して試料の表面から原子及び分子を物理的に除去することによってミリングを行う。ＦＩＢシステムは、一般に、イオンの集束ビームをラスタパターンなどの試料の表面上に向けることによって動作する。一例では、これらのイオンは、プラズマ源から抽出され、一連の開口及び静電レンズを使用して、試料上に加速及び集束され得る。具体的には、これらのプラズマ源は、プラズマ源チャンバ内でガス又はガスの混合物をイオン化し、イオンを抽出して、試料上に集束されるビームを形成する。試料の特定の材料、又はその材料に対して実行されるプロセスは、試料を最適にミリングする混合種イオンビームを生成するために、特定の比率でのプロセスガスの混合物を必要とし得る。各特定の試料に対してガス混合物中のガス種の特定の比率を提供することは、困難であり得る。
【０００８】
ガス混合物を供給する１つの方法は、予め混合されたガス混合物をプラズマ源に供給することを含む。これは、予め混合されたガス混合物が、試料をミリングする（例えば、不均一な又は様々なタイプの材料層をミリングする）ために最適なイオンビームを抽出するために使用される正確な比率のガスを含む場合に実現可能であり得るが、予め混合されたガス混合物がこの特定の比率のガスを含まない場合に問題が生じる場合がある。具体的には、ガス混合物は予め混合されているため、ガス混合物中のガスの比を動的に変化させることはできない（例えば、ガス混合物中のガスの比は、試料がミリングされているときに変化させることはできない）。したがって、予め混合されたガス混合物を使用すると、柔軟性が低下する。
【０００９】
ガス混合物を提供する別の方法は、プラズマチャンバのすぐ外側の高圧ガス入口（例えば、１バールを上回る）においてガスを混合することと、狭窄部を使用して、ガス混合物をプラズマ源チャンバの中に導入することと、を含んでもよい。しかしながら、混合が狭窄の前に高圧で行われる場合、プラズマセル内の各ガスの所望の分圧を制御及び調整することは困難であり得る。更に、（例えば、管を精密にクリンプすることからの）狭窄部領域は、製造における変動性に起因して各システム間で異なり得、これは、不規則な断面形状を有する狭窄部をもたらす可能性があり、この方法を用いて圧力を一貫して制御することを困難にする可能性がある。漏れ速度の不一致は、異なる単位で見られることもあれば、同じ単位で経時的に見られることもある。更に、新しいガス混合物を提供するためにガス供給ライン全体から高圧ガスを除去しなければならないため、ガス混合物を変更することは、長い時間（例えば、約１０分）を要し、高価なガスの不必要な浪費につながる可能性がある。したがって、この大きな圧力降下を狭窄部に使用することは、困難であり、一貫性がなく、高価であり得る。
【００１０】
本開示は、各々が特定のガス種の供給を選択的かつ個別に制御することができるコントローラを含むプラズマ源システムを提供する。特に、各コントローラは、ガス混合物の組成をより動的かつ正確に制御して、異なる試料材料に対応することができるように、ガス混合物に混合される各ガス種の圧力又は差動流量を制御する。本開示はまた、ガス供給ラインの排出を必要とすることなく毛細管狭窄部内のガスを排出することができるように、ガス供給ラインから流体的に分離された毛細管狭窄部を含む。これにより、ガスの無駄を最小限に抑え、コストを節約することができる。毛細管狭窄部はまた、従来のプラズマ源システムよりも更に少ないガスを排出することによって、ガス廃棄物を更に最小限に抑え、コストを節約するために、従来のガス供給ラインよりも小さくてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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