JP2003149347A

JP2003149347A - 荷電粒子ビームの形状測定装置

Info

Publication number: JP2003149347A
Application number: JP2001351249A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamazaki; 謙治山▲崎▼; Hideo Ikutsu; 英夫生津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】エッジ部分で散乱した荷電粒子ビームが検出
器に入射するのを阻止して、高精度に荷電粒子ビームの
形状測定をする。【解決手段】荷電粒子ビーム１１は、形状測定装置１
３に掛からないときには全量が検出器１２に入射されて
いるが、走査されていくことにより、エッジ部分１３ａ
側から形状測定装置１３に掛かると、掛かった部分が進
行を遮断され、残りが検出器１２に入射する。検出器１
２は入射する荷電粒子量を測定し、この測定量からビー
ム形状測定をすることができる。エッジ部分１３ａの角
の曲率半径を小さくし、散乱する荷電粒子１１ａを少な
くすると共に、散乱して検出器１２側に向かう荷電粒子
１１ａを、遮蔽部１３ｂにて遮蔽する。このため、検出
器１２には散乱されなかった荷電粒子１１ａのみが入射
され、高精度にビーム形状の測定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームやイオ
ンビーム等の荷電粒子ビームのビーム形状を高い精度で
測定する、荷電粒子ビームの形状測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子
ビームは、様々な物質や試料の評価・観察、様々な材料
の加工・改質および様々な基板の上に所望のパターンを
形成するリソグラフィ等を目的として広く用いられてい
る。荷電粒子ビームの形状を精度良く測定することは、
上記の評価・観察・加工・改質・リソグラフィの分解能
や解像度などの特性を理解する上で重要であり、また上
記の目的のために荷電粒子ビームを発生・使用する装置
を作製・評価する上で重要である。

【０００３】荷電粒子ビームの形状を測定する従来の方
法は、例えば電子・イオンビームハンドブック第３版
（日本学術振興会第１３２委員会編、日刊工業新聞社
刊、１９９８年）３９２頁から３９６頁や、Journal of
Physics Ｅ１７巻（１９８４年）２９６頁から３０３
頁に説明されている。

【０００４】従来の荷電粒子ビームの形状測定装置と方
法の例を、図３、図４、図５および図６を用いて説明す
る。

【０００５】図３は、従来の荷電粒子ビームの形状測定
装置の例を模式的に示した図で、異方性エッチングによ
り形成した結晶シリコンやへき開したGaAs結晶など急峻
なエッジを有する材料が用いられている。図４は、荷電
粒子ビームを発生・使用する装置およびこの装置に組み
込んだ荷電粒子ビームの形状測定装置の模式図である。
図４で、１００は荷電粒子ビーム源、１０１は荷電粒子
ビーム、１０２は荷電粒子ビームを収束させるレンズ、
１０３は荷電粒子ビームを偏向させる偏向器、１０４は
荷電粒子を検出する検出器、１０５は三角波発生器、１
０６はオシロスコープであり、これらは、荷電粒子ビー
ムを発生・使用する装置の一部である。１１０は荷電粒
子ビームの形状測定装置、１１０ａは荷電粒子ビームの
形状測定装置１１０のエッジ部分である。

【０００６】荷電粒子ビームを発生・使用する装置を本
来の目的に使用する際に、試料、基板、材料等を配置す
る場所に、荷電粒子ビームの形状測定装置１１０を一時
的に配置して、荷電粒子ビームの形状を測定するために
用いる。分かりやすく説明するために、図４中に示した
様に、荷電粒子ビーム１０１が進行する方向を−Ｚ方
向、荷電粒子ビームの形状測定装置１１０のエッジ部分
１１０ａが伸びる方向をＹ方向、これらに垂直な方向
（荷電粒子ビームが走査される方向）をＸ方向とする。

【０００７】次に、荷電粒子ビームの形状を測定する際
の、荷電粒子ビームを発生・使用する装置の動作および
荷電粒子ビームの形状測定装置の作用を説明する。荷電
粒子ビーム源１００は荷電粒子ビーム１０１を発生す
る。荷電粒子ビーム１０１は、図４の下方（−Ｚ方向）
に進行していくが、レンズ１０２の作用により荷電粒子
ビームの形状測定装置１１０付近で収束する。荷電粒子
ビームを発生・使用する装置を本来の目的に使用する際
には、試料、基板、材料等の場所で荷電粒子ビーム１０
１が収束するように、レンズ１０２の作用を調整する
が、荷電粒子ビームの形状測定装置１１０を用いて荷電
粒子ビーム１０１のビーム形状を測定する際にも、荷電
粒子ビームの形状測定装置１１０の場所で荷電粒子ビー
ム１０１が収束するように、あらかじめレンズ１０２の
作用を調整しておく。

【０００８】また、荷電粒子ビーム１０１は、偏向器１
０３の作用により偏向され、荷電粒子ビームの形状測定
装置１１０のエッジ部分１１０ａの上をＸ方向に走査す
る。その際、荷電粒子ビーム１０１の一部または全部が
荷電粒子ビームの形状測定装置１１０と相互作用する。
その結果、下方に透過した荷電粒子ビーム１０１の一部
または全部は、検出器１０４に入射する。検出器１０４
は、検出した荷電粒子ビームの量に比例した信号をオシ
ロスコープ１０６に出力する。三角波発生器１０５は、
三角波の信号を偏向器１０３およびオシロスコープ１０
６に出力し、偏向器１０３は、荷電粒子ビーム１０１を
この三角波の信号に比例する量だけ偏向させる。オシロ
スコープ１０６は、三角波発生器１０５から入力した三
角波の信号と、検出器１０４から入力した信号を関連づ
け、画面に表示する。

【０００９】図５は、オシロスコープ１０６に表示され
た、三角波の信号と検出器１０４から入力した信号を関
連付けたグラフの例であり、横軸が三角波の信号の値、
縦軸が検出器１０４から入力した信号の値を示す。上述
の動作から、このグラフの横軸は、荷電粒子ビームの形
状測定装置１０１のエッジ部分１１０ａ付近における荷
電粒子ビーム１０１の走査方向（Ｘ方向）の距離に対応
し、縦軸は検出器１０４に達した荷電粒子ビーム１０１
の量に対応している。

【００１０】図６は、荷電粒子ビーム１０１の走査位置
とエッジ部分１１０ａの位置関係、荷電粒子ビーム１０
１の散乱の様子、検出器１０４の関係を示す模式図であ
る。図６（ａ）は、荷電粒子ビーム１０１が全てエッジ
部分１１０ａの外側（左側、−Ｘ側）を通っている場
合、図６（ｂ）は、荷電粒子ビーム１０１が半分程エッ
ジ部分１１０ａに掛かっている場合、図６（ｃ）は、荷
電粒子ビーム１０１が全てエッジ部分１１０ａの内側
（右側、Ｘ側）に入射している場合であり、順に図５の
グラフのＡ、Ｂ、Ｃの矢印で示した位置の状態に相当す
る。

【００１１】図６（ａ）の状態の様に、エッジ部分１１
０ａの外側（−Ｘ側）を通った荷電粒子ビーム１０１の
部分は全てが検出器１０４に達する。図６（ｂ）の状態
の様に、荷電粒子ビーム１０１が半分程エッジ部分１１
０ａに掛かった場合は、ビーム形状（ＸＹ面上に分布を
持ったビーム量）のうちエッジ部分１１０ａより外側
（−Ｘ側）を通った分については、そのまま検出器１０
４に達する。エッジ部分に入射した分については、その
多くは荷電粒子ビームの測定装置１１０の中に止まるか
検出器１０４以外の方向に散乱される。図６（ｃ）の状
態の様に、荷電粒子ビーム１０１の全てがエッジ部分１
１０ａの内側に入射した場合は、その多くは荷電粒子ビ
ームの測定装置１１０の中に止まるか検出器１０４以外
の方向に散乱される。

【００１２】理想的には、エッジ部分１１０ａの内側
（＋Ｘ）に入射した荷電粒子ビーム１０１の部分につい
ては、全く荷電粒子ビームの形状測定装置１１０を透過
せず、検出器１０４に達しないという仮定のもと、オシ
ロスコープ１０６に表示されたグラフ（図５）は、荷電
粒子ビーム１０１のエッジ部分１１０ａの高さにおけ
る、ビーム形状（ＸＹ面上に分布を持ったビーム量）を
Ｙ方向に積分したものをＸ方向に積分した値と、Ｘ方向
の距離の関係を示していることになる。言い換えると、
同様の仮定の下、オシロスコープ１０６に表示された図
形をＸ方向に微分した波形は、荷電粒子ビーム１０１の
エッジ部分１１０ａの高さにおける、ビーム形状をＹ方
向に積分したものを示している。

【００１３】しかしながら実際には、エッジ部分１１０
ａの内側に入射した荷電粒子ビーム１０１の部分につい
ても、その一部はエッジ部分１１０ａを透過したり、エ
ッジ部分１１０ａで低い角度で散乱されることにより、
検出器１０４に達してしまう。エッジ部分１１０ａの側
壁が非常に平坦である場合、図６に示した様に、エッジ
部分１１０ａの側壁を荷電粒子ビーム１０１の進行方向
に平行に近づけることで、まっすぐ透過する荷電粒子ビ
ームは、無視できる程度におさえることが出来る。この
様にして、荷電粒子ビーム１０１のＸ方向に沿ったビー
ム形状を測定することが出来る。同様にして、荷電粒子
ビームの形状測定装置１１０のエッジ部分１１０ａの方
向と荷電粒子ビーム１０１を走査する方向を適宜変更し
て、測定を繰り返すことにより、荷電粒子ビーム１０１
のＸＹ平面上における任意の方向に対するこれに垂直な
方向にビーム形状を積分した分布が測定でき、これらの
測定された分布の形状から荷電粒子ビーム１０１のＸＹ
平面上における形状を導くことができる。

【００１４】しかし、一般には、１方向か直交する２方
向の測定をするだけで本来の目的、つまり荷電粒子ビー
ムを発生・使用する装置の評価・観察・加工・リソグラ
フィの分解能や解像度などの特性を理解するには十分で
ある場合がほとんどである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この様に、従来の荷電
粒子ビームの形状測定の方法では、荷電粒子ビーム１０
１の形状測定装置のエッジ部分１１０ａの内側（＋Ｘ
側）に入射した荷電粒子ビーム１０１の部分は全く検出
器１０４に達しない、という仮定があるにもかかわら
ず、実際には無視できない程度の荷電粒子ビーム１０１
がエッジ部分１１０ａで散乱されて、検出器１０４に入
射してしまうという問題があった。

【００１６】例えば、図６（ｂ）に示した様に、エッジ
部分１１０ａの内側に入射した荷電粒子ビーム１０１の
一部が検出器１０４に達することにより、図５に斜線で
示されたような領域が測定誤差として現れてしまう。よ
って、実際のビーム形状よりも大きなサイズのビーム形
状として計測されてしまう。

【００１７】透過型電子顕微鏡や走査透過型電子顕微鏡
の一部など荷電粒子ビームを発生・使用する装置によっ
ては、荷電粒子ビームの測定装置１１０と検出器１０４
の間に絞りを入れることが可能で、散乱された荷電粒子
ビーム１０１の一部が検出器１０４に入射するのをある
程度防ぐことができるものもある。しかし、電子ビーム
リソグラフィ装置等、荷電粒子ビーム１０１の形状測定
をすることが重要な装置でも、試料、基板等を駆動する
ステージ機構との関係で絞りを取り付けることが困難だ
ったり、絞りがあってもその位置調整をする機構を取り
付けることが困難な場合がほとんどであるため、エッジ
部分１１０ａで散乱された荷電粒子ビーム１０１を効果
的に遮蔽する手段がなかった。

【００１８】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、荷電粒子ビームを発生・
使用する装置の荷電粒子ビームの形状を高い精度で測定
するための、荷電粒子ビームの形状測定装置を提供する
ことにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の荷電粒子ビームの形状測定装置において
は、急峻なエッジ部分および荷電粒子ビームのうち当該
エッジ部分によって散乱された部分を遮蔽する様に配置
した遮蔽部を有することを特徴としている。

【００２０】また、上記の荷電粒子ビームの形状測定装
置において、前記遮蔽部が、前記エッジ部分と一体のも
のとして形成されていることが、エッジ部分に対する遮
蔽部の配置を簡便且つ精度良くでき、好適である。

【００２１】より具体的には、板状をなすとともにエッ
ジ部分を有しており、検出器に向けて進行している荷電
粒子ビームが、エッジ部分よりも外側の位置からエッジ
部分の内側の位置に向けて走査されてくると、エッジ部
分よりも内側に入った荷電粒子ビームを遮り残りの荷電
粒子ビームを前記検出器に入射させる、荷電粒子ビーム
の形状測定装置において、前記エッジ部分の角の曲率半
径が小さく、しかも、前記荷電粒子ビームのうち前記エ
ッジ部分にて散乱された荷電粒子ビームが、前記検出器
に向かって進行するのを遮蔽する位置に配置した遮蔽部
を有していることを特徴とする。この場合において、遮
蔽部が前記エッジ部分と一体のものとして形成されてい
るようにしてもよい。

【００２２】更に、前記エッジ部分の角の曲率半径は、
ナノメータオーダであることを特徴とする。

【００２３】上記の荷電粒子ビームの形状測定装置にお
いて、前記エッジ部分に異方性エッチングにより形成さ
れた結晶シリコンを用いることが、より一層の精度向上
を図る上で好適である。

【００２４】更に上記の荷電粒子ビームの形状測定装置
において、前記遮蔽部に原子番号４０以上の元素を含む
材料を用いることが、より一層の精度向上を図る上で好
適である。

【００２５】また、上記の荷電粒子ビームの形状測定装
置において、板状の荷電粒子ビームの形状測定装置のう
ち、前記荷電粒子ビームが侵入してくる面である表面側
から、前記検出器側の面である裏面側に達する開口部を
形成し、この開口部の表面側に隣接して前記エッジ部を
形成するとともに開口部の裏面側に隣接して前記遮蔽部
を形成し、表面側に形成された前記エッジ部分と裏面側
に形成された前記遮蔽部を位置的に整合させて形成して
いることが、エッジ部分に対する遮蔽部の配置を簡便且
つ精度良くでき、好適である。

【００２６】更に、上記荷電粒子ビームの形状測定装置
において、前記エッジ部分に隣接する表面側開口部の荷
電粒子ビームの走査方向に対する幅を、遮蔽部に隣接す
る裏面側開口部の前記走査方向に対する幅より広くする
ことが、より一層の精度向上を図る上で好適である。

【００２７】「作用」本発明の荷電粒子ビームの形状測
定装置においては、エッジ部分で荷電粒子ビームの一部
を遮り、残りの荷電粒子ビームが検出器に入射すること
で、その量を測定する際に、前記エッジ部分で前方に散
乱された荷電粒子ビームの一部が、検出器に入射しない
様に、遮蔽部を備えている。よって、荷電粒子ビームの
所望の部分のみのビーム量を検出器で精度良く測定する
ことが可能となる。

【００２８】また、本発明の荷電粒子ビームの形状測定
装置においては、荷電粒子ビームの一部を遮るエッジ部
分と、前記エッジ部分で前方に散乱された荷電粒子ビー
ムの一部を遮る遮蔽部を一体のものとして形成してい
る。よって、エッジ部分と遮蔽部との位置調整などにわ
ずらわされることなく、簡便に高精度の測定をすること
が可能となる。

【００２９】また、本発明の荷電粒子ビームの形状測定
装置においては、非常に鋭いエッジが得られ、かつ非常
に平坦な側面を形成できる、異方性エッチングにより形
成した結晶シリコンのエッジ部分を用いる。よって、非
常に平坦な側面を持ちかつ非常に鋭いエッジ部分が得ら
れるとともに、シリコン半導体加工プロセス技術を用い
ることにより、単価が安くかつ高精度な作製が可能とな
る。

【００３０】更に、本発明の荷電粒子ビームの形状測定
装置においては、原子番号４０以上の元素を含む材料で
遮蔽部を構成することにより、エッジ部分で散乱された
荷電粒子ビームの一部を効率的に遮蔽することが可能と
なる。

【００３１】また、本発明の荷電粒子ビームの形状測定
装置においては、表面側に形成された前記エッジ部分と
裏面側に形成された前記遮蔽部をあらかじめ位置的に整
合させて形成しておく。即ち、開口部の表面側のエッジ
部分で散乱したビームが検出器側に向かうのを防止する
位置（開口部の裏面側の最適位置）に遮蔽部を配置して
形成する。よって、エッジ部分と遮蔽部との位置調整や
適切な位置になっている部分を選択する手間を省くこと
ができ、簡便に高精度の測定をすることが可能となる。

【００３２】また、本発明の荷電粒子ビームの形状測定
装置においては、前記エッジ部分に隣接する表面側開口
部の荷電粒子ビームの走査方向に対する幅よりも、遮蔽
部に隣接する裏面側開口部の前記走査方向に対する幅が
狭くなっている。よって、前記エッジ部分で前方に散乱
された荷電粒子ビームの一部が、極力検出器に入射しな
い様にすることができ、より高精度な測定が可能とな
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を示
す荷電粒子ビームの形状測定装置および荷電粒子ビーム
および荷電粒子ビームを発生・使用する装置の一部の模
式図であって、１１は荷電粒子ビーム、１２は荷電粒子
を検出する検出器、１３は荷電粒子ビームの形状測定装
置、１３ａは荷電粒子ビームの形状測定装置１３のエッ
ジ部分、１３ｂは荷電粒子ビームの形状測定装置１３の
遮蔽部、１１ａは荷電粒子ビーム１１のうちエッジ部分
１３ａで散乱された部分、１１ｂは荷電粒子ビーム１１
のうちエッジ部分１３ａで散乱されなかった部分であ
る。図１中に示した様に、荷電粒子ビーム１１が進行す
る方向を−Ｚ方向、図の右手方向をＸ方向、エッジ部分
１３ａが伸びる方向をＹ方向とする。

【００３４】従来例の説明で述べたように、荷電粒子ビ
ーム１１がエッジ部分１３ａの端をまたぐようにＸ方向
に走査され、その走査位置に対して検出器１２に検出さ
れた荷電粒子ビーム１１の量の関係を表示することによ
り、荷電粒子ビーム１１のエッジ部分１３ａの高さでの
ビーム形状の情報が得られる。この際、ビーム形状の測
定を高精度に行うためには、エッジ部分１３ａの端より
右側（＋Ｘ方向）に入射した荷電粒子ビーム１１の部分
が、検出器１２になるべく到達しないということが重要
である。

【００３５】しかし、エッジ部分１３ａ付近に入射した
荷電粒子ビーム１１の多くの部分は、さまざまな方向に
散乱され、左側（−Ｘ方向）に散乱された部分（１１ａ
で示した部分）のうち散乱角の小さいものはそのままで
は検出器１２に到達してしまう。この小さい角度だけ散
乱された荷電粒子ビーム１１の一部を検出器１２に到達
させないように、荷電粒子ビームの形状測定装置１３の
遮蔽部１３ｂがこの遮蔽部１３ｂの方向に散乱されてき
た荷電粒子ビームの散乱された部分１１ａを効果的に遮
蔽する。

【００３６】さて、エッジ部分１３ａで小さい角度で散
乱された荷電粒子ビームの一部１１ａは遮蔽部１３ｂに
入射するが、入射した荷電粒子ビームの一部１１ａがそ
のまま遮蔽部１３ｂを透過してしまったのでは意味がな
い。そこで、遮蔽部１３ｂは荷電粒子ビーム１１の種類
とエネルギーに応じて適切に設計されなくてはいけな
い。例えば、１００ｋｅＶのエネルギーをもつ電子ビー
ムの場合、８μｍの厚さのＴａを透過する確率は無視で
きるほど小さい。透過する電子ビームが無視できるほど
小さくなる遮蔽部１３ｂの厚さは、電子が物質を通過す
る際の単位走行距離当たり失うエネルギー（阻止能）か
ら簡単に計算できる。この阻止能（ｄＥ／ｄｓ）は一般
に次のような式で表すことができる。

【００３７】

【数１】

【００３８】ここで、Ｎは物質の原子数密度、Ｚは原子
番号、θは電子が散乱する角度、Ｅ ₂（θ）はθの関数
としての電子の物質に対する反跳エネルギー、σ（θ）
はθの関数としての電子に対する物質原子の散乱断面
積、Ｅは電子のエネルギー、ｓは電子の進行する距離で
ある。１００ｋｅＶの電子に対する金属Ｔａの阻止能を
計算すると、１．１×１０^-9Ｊ／ｍ程であり、８μｍの
厚さの金属Ｔａ膜により１００ｋｅＶの電子が遮蔽でき
ることが分かる。

【００３９】上記の表式からも分かるように、遮蔽部１
３ｂの材質の原子番号Ｚにほぼ比例して阻止能が大きく
なり、よって必要な遮蔽部の厚さは概ねＺに反比例して
薄くなる。例えば、電子ビームリソグラフィ装置でよく
用いられている１００ｋｅＶの電子ビームの場合、遮蔽
部１３ｂを形成するための現実的な薄膜堆積の厚さを２
０μｍ程度とすると、必要な遮蔽部１３ｂの材質の原子
番号Ｚは４０程度以上であることが必要である。

【００４０】さて、エッジ部分１３ａの側面（ｙｚ面）
はなるべく平坦であることが望ましい。この場合、エッ
ジ部分１３ａの側面が荷電粒子ビーム１１の進行方向に
水平になる様に荷電粒子ビームの形状測定装置１３を配
置することにより、エッジ部分１３ａの端より右側に入
射した荷電粒子ビーム１１の部分が、荷電粒子ビームの
測定装置１３を突き抜けて、検出器１２に到達すること
を極力さけることができる。

【００４１】もし、エッジ部分１３ａの側面が十分平坦
でないならば、エッジの端の位置が正確に定まらず、エ
ッジ部分１３ａの外側（−Ｘ側）と思われるところに照
射した荷電粒子ビーム１１の一部がエッジ部分１３ａの
側面の凸部に当たることにより散乱されて検出器１２に
到達しなかったり、エッジ部分１３ａの端より内側（＋
Ｘ側）と思われるところに照射した荷電粒子ビーム１１
の一部がエッジ部分１３ａの側面の凹部に突き抜けて、
検出器１２に到達したりする割合が増えてしまう。

【００４２】ところで、結晶シリコンは水酸化カリウム
水溶液に溶解するが、結晶面に依存してエッチング速度
が大きく異なり、エッチング速度の遅い（１１１）面で
は、原子レベルでほとんど平坦なエッチング面が得られ
る。この水酸化カリウム水溶液で異方性エッチングして
得られた結晶シリコンをエッジ部分１３ａに用いること
により、エッジの端の位置が原子オーダのサイズで正確
に定まり、エッジの外側に照射した荷電粒子ビーム１１
は全て検出器１２に到達し、エッジの内側に照射した荷
電粒子ビーム１１は効果的に検出器１２に到達すること
が抑制される。

【００４３】また、エッジ部分１３ａは、なるべく急峻
な角となっていることが望ましく、かつＹ方向に直線的
に伸びていることが望ましい。エッジの角が急峻である
こと、つまりエッジの角の曲率半径が小さいことで、エ
ッジ部分１３ａの端の位置がより正確に決まる。つま
り、荷電粒子ビーム１１の一部がエッジの角で非常に浅
い角度で反射することで、荷電粒子ビーム１１の一部の
入射位置が同じであるにもかかわらず、検出器１２に到
達したり、しなかったりすることが起きてしまうが、エ
ッジの角の曲率半径が小さいことでそのようなことが起
こる幅を非常に短く抑えることができる。

【００４４】また、エッジの端がＹ方向に直線的に伸び
ていることで、荷電粒子ビーム１１のＸ方向の入射位置
が同じであるにも関わらず、検出器１２に到達したり、
しなかったりすることを防ぐことができる。もし、エッ
ジ部分１３ａの端が荷電粒子ビームのビーム形状に比べ
て小さいスケールでＹ方向に曲がりくねっていたら、検
出器１２で検出された荷電粒子ビーム１１の量は、荷電
粒子ビーム１１の形状の複雑な領域を積分した値に対応
することになり、ビーム形状を導き出す解析が著しく困
難になる。

【００４５】水酸化カリウム水溶液で異方性エッチング
して得られた結晶シリコンのエッジの角は、曲率半径が
ナノメータオーダと非常に小さく、かつ原子オーダのス
ケールで直線的なので、これをエッジ部分１３ａに用い
ることにより、エッジの角で非常に浅い角度で反射する
荷電粒子ビーム１１の量を抑えることができ、かつ検出
器１２に到達する荷電粒子ビーム１１の領域が明確とな
る。

【００４６】目的に応じて予め、最適な位置に整合的に
遮蔽部１３ｂをエッジ部分１３ａと一体のものとして形
成することにより（即ち、開口部の表面側のエッジ部分
１３ａで散乱したビームを検出器側に向かうのを防止す
る位置（開口部の裏面側の最適位置）に遮蔽部１３ｂを
配置して一体形成することにより）、あるいは、エッジ
部分１３ａと遮蔽部１３ｂの位置関係を幾つか変えたも
のを作成しておき、目的に応じて最適なものを選択する
ことにより、エッジ部分１３ａに対する遮蔽部１３ｂの
位置調整をする手間が省け、荷電粒子を発生・使用する
装置の中に簡便に配置することができる。

【００４７】このように、急峻で直線的かつ平坦な側面
を持つエッジ部分１３ａでは、エッジの端の位置が正確
に決められる。このエッジより右側に入射した荷電粒子
ビーム１１が検出器１２になるべく到達しないようにエ
ッジ部分１３ａで低い角度で散乱した荷電粒子ビーム１
１ａを遮蔽するように、荷電粒子ビームの形状測定装置
１３に遮蔽部１３ｂを付加することにより、荷電粒子ビ
ーム１１のビーム形状の測定をより高精度に行うことが
できる様になる。

【００４８】図２は上記実施の形態を分かりやすく説明
するための、荷電粒子ビームの形状測定装置および荷電
粒子ビームの断面図であって、１３は荷電粒子ビームの
形状測定装置、１３ａはエッジ部分、１３ｂは遮蔽部、
１１は荷電粒子ビームである。また、Ｔは荷電粒子ビー
ムの形状測定装置１３の厚さ、Ｄは荷電粒子ビームの形
状測定装置１３の表面側開口部の荷電粒子ビームの走査
方向に対する幅、ｄは荷電粒子ビームの形状測定装置１
３の裏面側開口部の荷電粒子ビーム１１の走査方向に対
する幅、ｔは遮蔽部１３ｂの厚さ、αは荷電粒子ビーム
１１の開き半角を示している。

【００４９】本実施の形態では、（１１０）方位の結晶
シリコン基板を用い、エッジ部分１３ａ部分に隣接する
表面側開口部の形状を形成し、ＫＯＨ水溶液を用いた異
方性エッチングによりシリコン基板の裏面まで達する開
口部を形成する。更に、裏面にｔの厚さだけ堆積させて
いた金属Ｔａ膜に、表面側開口部の位置に整合的に（ち
ょうど真裏の位置に）、裏面側開口部を形成する。よっ
て、裏面側開口部に隣接する遮蔽部１３ｂを表面側開口
部またはエッジ部分１３ａの位置に対して所望の配置と
することができる。

【００５０】ところで、荷電粒子ビーム１１の開き半角
αは、通常１〜１０ｍｒａｄ程度の小さい角度である
が、有限の値を持つ。従来例の説明で述べたように、荷
電粒子ビーム１１の全てがエッジ部分の外側（左側）を
通過する場合には、荷電粒子ビーム１１は荷電粒子ビー
ムの形状測定装置１３と全く相互作用せず全て検出器１
２に到達する必要がある。つまり、この場合、荷電粒子
ビーム１１の一部でも、エッジ部分１３ａの側壁や、遮
蔽部１３ｂに入射しない様になっていなければならな
い。このため、エッジ部分１３ａの側壁が、αより少し
大きい角度だけ傾く様に、荷電粒子ビームの形状測定装
置１３全体を傾ける必要がある。また、裏面開口部の幅
ｄは、２αＴ以上でなければならず、かつエッジ部分１
３ａで散乱された荷電粒子ビームの一部を効率的に遮蔽
するためにはなるべく小さい値であることが好ましい。
例えば、Ｔが５００μｍ、αが１ｍｒａｄの場合、ｄは
１μｍ以上の小さい値であることが好ましい。

【００５１】また、エッジ部分１３ａで散乱された荷電
粒子ビーム１１の一部が、エッジ部分１３ａの対面側の
側壁に反射して検出器に入射しては、測定精度が落ちて
しまう。そこで、図２の様に、表面側開口部の幅Ｄは、
裏面側開口部の幅ｄより広いのが好ましい。

【００５２】このように、荷電粒子ビームの特性を考慮
して、エッジ部分１３ａに対して遮蔽部１３ｂを適正に
配置することにより、エッジ部分１３ａの外側を通った
荷電粒子ビームは全て検出器１２に到達し、エッジ部分
１３ａの内側に入射した荷電粒子ビームの部分について
は、ほとんど検出器１２に到達しない様にすることがで
きる。よって、荷電粒子ビーム１１のビーム形状の測定
を高精度に行うことができる様になる。

【００５３】［実施例］本発明の第一の実施例を示す。
本実施例の荷電粒子ビームの形状測定装置は以下の通り
である。（１１０）方位の表面を持つ結晶シリコンウエ
ハを用い、表面および裏面にシリコン酸化膜を形成した
後、表面の線状のパターンを形成しＫＯＨ水溶液により
異方性エッチングを行い結晶シリコン部分に貫通穴を形
成した。更に、裏面にＴａ膜を堆積した後、線状のパタ
ーンを形成してＴａ膜をエッチングし、最後にシリコン
酸化膜を化学的に溶解させることで、図２に示した断面
形状を持つ荷電粒子ビームの形状測定装置を作製した。

【００５４】図２の中に示した各種の構造の大きさは、
次の通りであった。荷電粒子ビームの形状測定装置１３
の厚さＴは３５０μｍ、荷電粒子ビームの形状測定装置
１３の表面側開口部の荷電粒子ビームの走査方向に対す
る幅Ｄは３０μｍ、荷電粒子ビームの形状測定装置１３
の裏面側開口部の荷電粒子ビーム１１の走査方向に対す
る幅ｄは１０μｍ、遮蔽部１３ｂの厚さｔは８μｍであ
った。

【００５５】市販の電子ビームリソグラフィ装置の中に
発生させた、加速電圧１００ｋＶのガウシアン型のビー
ム形状を持つ電子ビームについて、従来の異方性エッチ
ングによる結晶シリコン製の荷電粒子ビームの形状測定
装置および、本実施例による荷電粒子ビームの形状測定
装置を用いた比較測定を行った。この装置における電子
ビームの開き半角αは２ｍｒａｄである。この電子ビー
ムの半値幅は、電子ビームの発生・収束等のシミュレー
ションおよび、リソグラフィの結果得られた最小パター
ンの大きさから４〜５ｎｍ程度と推定されるが、上記従
来の形状測定装置を用いて得られた半値幅は７〜８ｎｍ
であり、３ｎｍ程度もの誤差があった。一方、本実施例
による形状測定装置では、４〜５ｎｍ程度の半値幅の値
が得られた。誤差は１ｎｍ程度以下であり、測定精度が
向上している。

【００５６】上記実施例では、エッジ部分１３ａに異方
性エッチングにより形成した結晶シリコンを用いる例を
示したが、荷電粒子ビームの種類やエネルギーに応じ
て、既知の種々な荷電粒子ビームの形状測定用のエッジ
を用いても良いことは言うまでもない。例えば、ＧａＡ
ｓ結晶をへき開して得られたエッジや、酸化マグネシウ
ム結晶、金を細く伸ばした金線などについても、同様に
遮蔽部を形成して用いることにより、同様の効果が得ら
れるものである。

【００５７】上記実施例で示した異方性エッチングによ
り形成した結晶シリコンは、上述の様に急峻なエッジ等
が容易に得られること、遮蔽部を形成する際にシリコン
半導体加工技術を用いて安価に高精度な加工が可能であ
ることから、電子ビームや比較的軽い元素のイオンビー
ムの形状測定に適している。

【００５８】上記実施例では、遮蔽部１３ｂにＴａの薄
膜を用いる例を示したが、アモルファスシリコンなど小
さい原子番号の材料を遮蔽部１３ｂに用いても良い。上
述したように、大きい原子番号の材料を用いることで、
遮蔽部１３ｂを薄くすることができるので、この場合、
遮蔽部を作成する際の堆積時間が短くてすむという利点
がある。また、アモルファスシリコンを用いた場合、加
工が比較的容易なので、製造装置がより安価なもので済
むという利点がある。

【００５９】上記実施例では、遮蔽部１３ｂの厚さを荷
電粒子ビームが十分に遮蔽される厚さとする例を示した
が、遮蔽部１３ｂの厚さをこの厚さの数分の１として且
つ荷電粒子ビームの形状測定装置１３と検出器１２の間
に絞りを配置しても良い。十分に遮蔽される厚さの数分
の１の厚さでは、荷電粒子ビーム１１は遮蔽部１３ｂで
止められないものの散乱により異なった方向に進行方向
を曲げられるため、荷電粒子ビームの形状測定装置１３
と検出器１２の間に絞りを配置することにより、ほとん
ど検出器１２に入射しない様にすることができる。前者
の場合は、荷電粒子ビームの形状測定装置と検出器の間
に絞りを配置する必要がないという利点があり、後者の
場合は、遮蔽部を形成する際の堆積時間や加工時間が短
くてすむという利点があり、更にシリコンなど小さい原
子番号の材料を使えるので、加工が比較的容易だった
り、製造装置がより安価なもので済むという利点があ
る。

【００６０】また、上記実施例では、荷電粒子ビームの
形状測定装置１３のエッジ部分１３ａの左側に隣接する
表面側開口部および遮蔽部１３ｂはともにＹ方向に直線
的に伸びる例を示したが、前記開口部および遮蔽部１３
ｂを荷電粒子ビーム１１の位置を中心とした半円形の形
状としてもよい。前記穴の部分と遮蔽部１３ｂが直線的
に伸びている場合は、荷電粒子ビームによりエッジ部分
１３ａが汚染されたり加工された場合に、Ｙ方向に隣接
したエッジ部分を使用することができるため、荷電粒子
ビームの測定装置１３の寿命が長く、よって安価に使用
することができるという利点があり、半円形の形状とし
た場合は、エッジ部分１３ａでＹＺ平面上の方向に散乱
された荷電粒子ビーム１１の部分も検出器１２に到達し
ないように遮蔽部１３ｂで効率的に遮蔽できるため、よ
り高精度なビーム形状の測定ができるという利点があ
る。

【００６１】荷電粒子ビームの形状測定装置１３に遮蔽
部１３ｂを取り付ける方法は、荷電粒子ビームの形状測
定装置１３の上面（−Ｚ方向）と下面（Ｚ方向）から半
導体加工技術を用いて位置合わせを行って遮蔽部１３ｂ
を形成してもよいし、エッチングにより穴を形成した後
に、下面の斜め方向から薄膜を堆積させることにより遮
蔽部１３ｂを形成しても良い。前者は遮蔽部１３ｂの位
置や形状を制御しやすいという利点があり、後者は簡便
で安価に製造できるという利点がある。

【００６２】なお、以上に挙げた本発明の実施例は、本
発明により考え得る実施例の極一部であり、荷電粒子ビ
ームの形状測定装置に関する既存の方法や荷電粒子ビー
ムの形状測定方法に関する既存の方法、さらに荷電粒子
ビームを遮蔽する方法の組み合わせにより本発明は多数
の実施態様を取り得るものである。具体的な組み合わせ
の方法は、荷電粒子ビームの種類やエネルギー、ビーム
の大きさや目的に応じて最適なものを選択するべきであ
るが、適切な組み合わせにより同様の効果が得られるも
のである。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
荷電粒子ビームの形状測定装置においては、エッジ部分
で低い角度で散乱された荷電粒子ビームの一部を検出器
に到達しないように遮蔽部で遮蔽することにより、荷電
粒子ビームのビーム形状を高精度に測定することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための荷電粒子
ビームの形状測定装置および荷電粒子ビームおよび荷電
粒子ビームを発生・使用する装置の一部を示す模式図で
ある。

【図２】本発明の実施例を分かりやすく説明するための
荷電粒子ビームの形状測定装置および荷電粒子ビームを
示す断面図である。

【図３】従来の荷電粒子ビームの形状測定装置を示す模
式図である。

【図４】従来の荷電粒子ビームの形状測定装置と方法を
説明するための、荷電粒子ビームを発生・使用する装置
およびこの装置に組み込んだ荷電粒子ビームの形状測定
装置を示す模式図である。

【図５】従来の荷電粒子ビームの形状測定装置と方法お
よびその課題点を分かりやすく説明するための説明図で
ある。

【図６】従来の荷電粒子ビームの形状測定装置と方法お
よびその課題点を分かりやすく説明するための説明図で
ある。

【符号の説明】

１１荷電粒子ビーム１１ａ荷電粒子ビームのうちの散乱された部分１１ｂ荷電粒子ビームのうちの散乱されなかった部分１２検出器１３荷電粒子ビームの形状測定装置１３ａエッジ部分１３ｂ遮蔽部１００荷電粒子ビーム源１０１荷電粒子ビーム１０２レンズ１０３偏向器１０４検出器１０５三角波発生器１０６オシロスコープ１１０荷電粒子ビームの形状測定装置１１０ａエッジ部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G088 EE29 EE30 FF12 JJ12 JJ29 KK32 LL02 LL09 LL11 LL12 5C030 AA02 AA04 AB03 AB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】急峻なエッジ部分および、荷電粒子ビームのうち前記エッジ部分によって散乱され
た部分を遮蔽する様に配置した遮蔽部を有することを特
徴とする荷電粒子ビームの形状測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の荷電粒子ビームの形状
測定装置において、前記遮蔽部が、前記エッジ部分と一
体のものとして形成されていることを特徴とする荷電粒
子ビームの形状測定装置。
【請求項３】板状をなすとともにエッジ部分を有して
おり、検出器に向けて進行している荷電粒子ビームが、
エッジ部分よりも外側の位置からエッジ部分の内側の位
置に向けて走査されてくると、エッジ部分よりも内側に
入った荷電粒子ビームを遮り残りの荷電粒子ビームを前
記検出器に入射させる、荷電粒子ビームの形状測定装置
において、前記エッジ部分の角の曲率半径が小さく、しかも、前記荷電粒子ビームのうち前記エッジ部分にて
散乱された荷電粒子ビームが、前記検出器に向かって進
行するのを遮蔽する位置に配置した遮蔽部を有している
ことを特徴とする荷電粒子ビームの形状測定装置。
【請求項４】板状をなすとともにエッジ部分を有して
おり、検出器に向けて進行している荷電粒子ビームが、
エッジ部分よりも外側の位置からエッジ部分の内側の位
置に向けて走査されてくると、エッジ部分よりも内側に
入った荷電粒子ビームを遮り残りの荷電粒子ビームを前
記検出器に入射させる、荷電粒子ビームの形状測定装置
において、前記エッジ部分の角の曲率半径が小さく、しかも、前記荷電粒子ビームのうち前記エッジ部分にて
散乱された荷電粒子ビームが、前記検出器に向かって進
行するのを遮蔽する位置に配置した遮蔽部を有してお
り、この遮蔽部が前記エッジ部分と一体のものとして形
成されていることを特徴とする荷電粒子ビームの形状測
定装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載の荷電粒子ビームの形状測定装置において、前記エ
ッジ部分の角の曲率半径は、ナノメータオーダであるこ
とを特徴とする荷電粒子ビームの形状測定装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の荷電粒子ビームの形状測定装置において、前記エ
ッジ部分が異方性エッチングにより形成された結晶シリ
コンであることを特徴とする荷電粒子ビームの形状測定
装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一項に
記載の荷電粒子ビームの形状測定装置において、前記遮
蔽部が原子番号４０以上の元素を含む材料で構成されて
いることを特徴とする荷電粒子ビームの形状測定装置。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一項に
記載の荷電粒子ビームの形状測定装置において、板状の
荷電粒子ビームの形状測定装置のうち、前記荷電粒子ビ
ームが侵入してくる面である表面側から、前記検出器側
の面である裏面側に達する開口部を形成し、この開口部
の表面側に隣接して前記エッジ部分を形成するとともに
開口部の裏面側に隣接して前記遮蔽部を形成し、表面側
に形成された前記エッジ部分と裏面側に形成された前記
遮蔽部を位置的に整合させて形成していることを特徴と
する荷電粒子ビームの形状測定装置。
【請求項９】請求項８に記載の荷電粒子ビームの形状
測定装置において、前記エッジ部分に隣接する表面側の
開口部の荷電粒子ビームの走査方向に対する幅が、遮蔽
部に隣接する裏面側の開口部の前記走査方向に対する幅
より広いことを特徴とする荷電粒子ビームの形状測定装
置。