JP2005005125A

JP2005005125A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2005005125A
Application number: JP2003166980A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suzuki; 浩之鈴木; Shoji Tomita; 将司富田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06
Also published as: US7009192B2; US20040251427A1

Abstract

【課題】荷電粒子線の焦点位置を変化した時または互いの荷電粒子線の焦点位置が試料上で一致しない場合、高精度にて且つ短時間で同一ターゲットを加工、観察できるようにする。
【解決手段】試料を少なくとも３軸方向に移動させるためのステージ装置と、上記試料の表面に対して傾斜した光軸を有し上記試料に荷電粒子線を照射するための少なくとも２つの荷電粒子線光学系と、該荷電粒子線光学系による画像を表示するための表示装置と、を有する荷電粒子線装置において、上記荷電粒子線光学系の各々における焦点位置及び光学条件と上記試料の位置の関係を示す補正テーブルと上記試料の位置を演算する演算部を設け、該演算部は、上記荷電粒子線の焦点位置が変化したとき、上記試料上のターゲットの位置が上記表示装置の画面の視野中心に配置されるように、上記試料の位置の補正量を演算する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の加工に使用して好適な荷電粒子線装置に関し、特に、荷電粒子線装置における試料移動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、半導体デバイスの製造において、不良プロセスの撲滅による歩留まり向上は、市場命題となっている。ウェーハを用いた半導体デバイスの製造工程では、早期の不良原因の発見及び解析のために、検査工程として、走査型電子顕微鏡によって回路パターン画像を比較検査する検査走査型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡による回路パターン幅寸法等を測長する測長走査型電子顕微鏡、さらに高分解能な透過型電子顕微鏡による不良解析が一般的に用いられる。
【０００３】
また透過型電子顕微鏡で回路パターンの欠陥箇所を観察、分析するために、このサンプル試料を作製する手段として集束イオン粒子線を用いるイオン粒子線加工装置が使用される。例えば特開平０５−５２７２１号公報には、ウェーハから試料を分離する方法が開示されている。
【０００４】
これら一連の検査工程は、不良箇所の早期発見とプロセスへの迅速なフィードバックが要求されることから、装置間のウェーハまたはサンプル試料の受渡し時間や稼働率の違いによる時間のロスを無くし、装置間を集約、インライン化するために、複数の荷電粒子線を用いた装置が求められている。
【０００５】
この事例として、例えば、特開平１１−２１３９３５号公報には、イオン粒子線加工装置と走査型電子顕微鏡の荷電粒子を用いたデュアルビーム装置が開示されている。この装置では、図６に示すように、イオン粒子線加工装置カラム６０１と走査型電子顕微鏡カラム６０２がある角度をもって配置され、イオン源６０３及び電子銃６０９から引き出される荷電粒子線は、ステージ６１８上の試料６０７の加工、観察点に照射される。ステージ６１８は、水平２次元移動、回転、傾斜の４軸構成ユーセントリックステージで、ステージ制御部６１９はホストコンピュータ６１４によってコントロールされる。
【０００６】
この場合、イオン粒子線加工装置及び走査型電子顕微鏡の観察点が一致した場合のみユーセントリック機能は有効であり、たとえイオン粒子線加工装置と走査型電子顕微鏡カラムの機械的な軸合わせが一致していたとしても、各々のイオン粒子線加工装置、走査型電子顕微鏡の光学的な条件を変えてしまうと、観察点はずれてしまう。
【０００７】
また、ユーセントリック機能に試料高さ方向のステージ（Ｚステージ）を持たない場合、例えば試料がφ３００ｍｍの半導体ウェーハでは、試料高さ方向に形状変化（そり）が２００μｍ存在するケースもあり、この試料面を電気的に光学系を制御し焦点合わせをしても、一般的に制御範囲と光学的な分解能（倍率）が反比例するため、実用的に不利となる。
【０００８】
また、これらイオン粒子線加工装置、走査型電子顕微鏡の焦点位置と光学的な条件すなわち焦点位置の制御方法について、これまでに多種の公知例が開示されている。例えば、特開平７−１７６２８５号公報に走査型電子顕微鏡の自動焦点合わせ機構が開示されている。
【０００９】
これは、図７、図８に示すように、図示していない電子銃から発生される電子線７０１が対物レンズ７０３によって集束され、試料７０４に照射される。試料を載置するステージ７１５は、測定すべき点の座標が登録されているウェーハ情報ファイル７１６より、測定点の座標データを受け取り、然るべき測定点にウェーハを移動する。Ｘの偏向コイル７０２Ｘ、７０２Ｙは、前記電子線７０１を試料上で走査するための偏向コイルである。試料７０４から発生した二次電子７１４は検出器７０５によって検出され、増幅器７０６を介して合焦点検出装置７１０へ送られる。前記合焦点検出装置７１０は、対物レンズ７０３の励磁電流を順次、段階的に変化させる焦点制御装置、信号強度微分装置、微分値のピークを判定するピーク検出装置で構成されている。これらの構成によって、焦点位置すなわち図８の電子ビームの焦点高さを前記二次電子信号強度の微分値を判定し、対物レンズを制御し自動焦点を可能としている。
【００１０】
しかし、前記公知例（特開平１１−２１３９３５号公報）の如く、試料面と荷電粒子線が垂直に照射されていない場合、焦点位置を変化した場合、合焦点位置は、試料面と水平方向にも変化するため、対物レンズの他に偏向コイル等の光学条件を補正するためシステムが複雑化してしまう。
【００１１】
また、試料と荷電粒子線の位置関係で、試料（試料ステージ）を傾斜し、焦点位置を変化した場合に生じるずれ量をイメージシフト機能によって補正した方法が考案され、特開２０００−２５１８２３号公報が開示されている。この方法では、図９、図１０に示すように、特に試料観察位置とユーセントリック軸に誤差がある場合に、傾斜軸を変化した時に生じるＸ方向とＺ方向またはＹ方向とＺ方向の補正方法について記載されおり、光学条件すなわち電気的なイメージシフト機能または機械的なステージのモータ駆動によって補正を行っている。
【００１２】
しかし、この方法は、ずれ量を換算する基準となるＸとＺの関係を何らかの計測方法であらかじめ各傾斜角度に対して記憶しておく必要がある。しかしながら、この関係は、機械的な固有パラメータであるため、試料交換等で、試料とステージ傾斜中心軸の関係が変わった場合には、再度パラメータを計測する必要がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平０５−５２７２１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１３９３５号公報
【特許文献３】
特開平７−１７６２８５号公報
【特許文献４】
特開２０００−２５１８２３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、荷電粒子線と試料が垂直に照射されない場合、荷電粒子線の焦点位置が変化した時に、表示画面上のターゲットとなる試料観察点が常に一致する（同一ターゲットが表示画面中心にある）、荷電粒子線装置を提供するものである。
【００１５】
本発明の第２の目的は、複数の荷電粒子線を搭載する場合、互いの荷電粒子線の焦点位置が試料上で一致しない時に、使用する荷電粒子線を切り替えても、各々表示画面上のターゲットとなる試料観察点が常に一致する（同一ターゲットが表示画面中心にある）、荷電粒子線装置を提供するものである。
【００１６】
本発明の第３の目的は、複数の荷電粒子線を搭載する場合、互いの荷電粒子線の焦点位置を変えている時すなわち各荷電粒子線のワークディスタンスを変えている時、使用する荷電粒子線を切り替えても、各々表示画面上のターゲットとなる試料観察点が常に一致する（同一ターゲットが表示画面中心にある）、荷電粒子線装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、試料を少なくとも３軸方向に移動させるためのステージ装置と、上記試料の表面に対して傾斜した光軸を有し上記試料に荷電粒子線を照射するための少なくとも２つの荷電粒子線光学系と、該荷電粒子線光学系による画像を表示するための表示装置と、を有する荷電粒子線装置において、
上記荷電粒子線光学系の各々における焦点位置及び光学条件と上記試料の位置の関係を示す補正テーブルと上記試料の位置を演算する演算部を設け、該演算部は、上記荷電粒子線の焦点位置が変化したとき、上記試料上のターゲットの位置が上記表示装置の画面の視野中心に配置されるように、上記試料の位置の補正量を演算する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本発明による荷電粒子線装置の例を説明する。本例の荷電粒子線装置は、イオン粒子線加工装置の機能を有するイオン粒子線加工光学系１００と、走査型電子顕微鏡の機能を有する走査型電子顕微鏡光学系２００と、試料（ウェーハ）１０を３次方向に移動させ且つＺ軸周りに回転移動させるステージ装置３００と、これらの装置を制御する制御装置２２と、イオン粒子線加工光学系及び走査型電子顕微鏡光学系によって得られた画像を表示するための表示装置２３と、各種の演算及び画像処理を行うための計算機２４と、を有し、半導体ウェーハを加工するために使用される。イオン粒子線加工光学系は、半導体ウェーハ内の所定の回路パターンを加工し、任意の大きさに切り出して試料を摘出する機能を有し、走査型電子顕微鏡光学系は、半導体ウェーハ内の所定の回路パターン形状を観察し、またパターン寸法を測長する機能を有する。
【００１９】
本例の荷電粒子線装置による加工の対象は、φ３００ｍｍの半導体ウェーハであり、ステージ装置３００の目標値に対する機械的な停止精度は、１μｍ以下である。
【００２０】
イオン粒子線加工光学系１００は、イオン源１０１と、イオン源からのイオン粒子線１０２を集束するためのイオン粒子線コンデンサレンズ１０３及びイオン粒子線対物レンズ１０４と、集束したイオン粒子線１０２を走査するためのイオン粒子線偏向器１０５と、試料（ウェーハ）１０より発生した二次粒子線を検出するためのイオン粒子線検出器１０６と、を有し、これらは、イオン粒子線鏡体１０７に装着されている。イオン粒子線加工光学系は、イオン粒子線レンズ電源１０８より電源が供給される。
【００２１】
走査型電子顕微鏡光学系２００は、電子銃２０１と、電子銃からの電子線２０２を集束するための走査型電子顕微鏡コンデンサレンズ２０３及び走査型電子顕微鏡対物レンズ２０４と、集束した電子線２０２を走査するための走査型電子顕微鏡偏向器２０５と、試料（ウェーハ）１０より発生した二次粒子線を検出するための走査型電子顕微鏡検出器２０６と、を有し、これらは、走査型電子顕微鏡鏡体２０７に装着されている。走査型電子顕微鏡光学系は、走査型電子顕微鏡レンズ電源２０８より電源が供給される。
【００２２】
ステージ装置３００は、試料（ウェーハ）１０を支持する試料ステージ３０１と、試料ステージ３０１をＺ軸周りに回転移動させるためのＲステージ３０２ｄと、試料ステージ３０１を水平移動させるためのＸステージ３０２ａ及びＹステージ３０２ｂと、試料ステージ３０１を垂直移動させるためのＺステージ３０２ｃと、を有し、これらは、真空試料室３０３内に設けられている。
【００２３】
ステージ装置３００は、更に、試料ステージ３０１の水平方向の移動量を測定するためのレーザー測長器３１１及びミラー３１２と、試料（ウェーハ）１０の垂直方向の変化量を測定するためのＺセンサ３１３と、レーザー測長器３１１及びＺセンサ３１３の出力を入力し、Ｒステージ３０２ｄ、Ｘステージ３０２ａ及びＹステージ３０２ｂ、Ｚステージ３０２ｃの移動を制御するためのステージ制御装置３１５とを有する。
【００２４】
イオン源１０１からのイオン粒子線１０２は、イオン粒子線コンデンサレンズ１０３及びイオン粒子線対物レンズ１０４によって集束され、イオン粒子線偏向器１０５によって走査され、試料（ウェーハ）１０上のターゲットに照射される。試料（ウェーハ）１０より発生した二次粒子線はイオン粒子線検出器１０６によって検出され、その出力信号は制御装置２２を介して計算機２４に送信される。計算機２４は、画像処理によって画像信号を生成し、それを表示装置２３に送信する。表示装置２３は、イオン粒子線加工光学系によって生成された画像を表示する。
【００２５】
同様に、電子銃２０１からの電子線２０２は、走査型電子顕微鏡コンデンサレンズ２０３及び走査型電子顕微鏡対物レンズ２０４によって集束され、走査型電子顕微鏡偏向器２０５によって走査され、試料（ウェーハ）１０上のターゲットに照射される。試料（ウェーハ）１０より発生した二次粒子線は走査型電子顕微鏡検出器２０６によって検出され、その出力信号は制御装置２２を介して計算機２４に送信される。計算機２４は、画像処理によって画像信号を生成し、それを表示装置２３に送信する。表示装置２３は、走査型電子顕微鏡光学系によって生成された画像を表示する。
【００２６】
計算機２４は、後に説明するように補正テーブルを有し、イオン粒子線加工光学系１００又は走査型電子顕微鏡光学系２００において、焦点位置を変化した時に、試料上のターゲット位置、即ち、加工又は観察点が常に表示装置２３の画面の視野中心に配置されるように、試料ステージの移動量を演算する。またイオン粒子線加工光学系１００の焦点位置と走査型電子顕微鏡光学系２００の焦点位置が試料上で一致しない場合に、イオン粒子線加工光学系１００と走査型電子顕微鏡光学系２００を切り替えた場合に、試料上のターゲット位置、即ち、加工又は観察点が常に表示装置２３の画面の視野中心に配置されるように、試料ステージの移動量を演算する。
【００２７】
図４Ａに示すように、イオン粒子線１０２と電子線２０２は、水平面内にて互いに９０°の角度にて配置されており、図４Ｂに示すように、イオン粒子線１０２及び電子線２０２は試料（ウェーハ）１０に対して４５°の角度にて傾斜している。
【００２８】
イオン粒子線１０２の試料（ウェーハ）１０に対する焦点合わせは、制御装置２２によってイオン粒子線レンズ電源１０８を制御し、イオン粒子線対物レンズ１０４のレンズ強度を調整することによって行う。電子線２０２の試料（ウェーハ）１０に対する焦点合わせは、制御装置２２によって走査型電子顕微鏡レンズ電源２０８を制御し、走査型電子顕微鏡対物レンズ２０４のレンズ強度を調整することによって行う。
【００２９】
イオン粒子線１０２、電子線２０２及びＺセンサ３１３からの粒子線又は光線は理論上、試料（ウェーハ）１０の同一点を照射することになる。イオン粒子線１０２及び電子線２０２の焦点ずれ量は、Ｒステージ３０２ｃを移動させることによって補正する。
【００３０】
本例では、Ｒステージ３０２ｄを備えているが、Ｒステージ３０２ｄを使用した試料作製方法が特開２００２−１４８１５９号公報に開示されている。この公報に開示された資料作成方法では、イオン粒子線鏡体２０７を試料（ウェーハ）１０に対して傾斜させ、Ｒステージ３０２ｄを回転させることによって、試料片を摘出する。
【００３１】
次に図２を参照して、イオン粒子線加工光学系１００の補正テーブルの算出方法について説明する。図示のように、試料（ウェーハ）１０の表面上にターゲットマーク３０を形成する。本例のターゲットマーク３０は、縦及び横の寸法が１０μｍの十字形の図形である。図２は、光学倍率が約２５００倍の場合のターゲットマーク３０の像を模式的に示す。
【００３２】
先ず、ターゲットマーク３０を表示装置２３の画面にて観察することができるように、試料１０を、Ｘステージ３０２ａ及びＹステージ３０２ｂによって水平方向に移動させ、Ｚステージ３０２ｃによって任意の高さに移動させる。それによって、試料１０は初期位置に配置される。Ｚセンサ３１３によってターゲットマーク３０のＺ方向の位置を計測する。その値をＺ（０）とする。
【００３３】
次に、表示装置２３の画面にてターゲットマーク３０を観察しながら、イオン粒子線１０２の焦点をターゲットマーク３０に合わせる。この時のイオン粒子線加工光学系１００の光学系条件をＦＰ（０）とする。ここで、光学系条件とは、対物レンズ、偏向器、コンデンサレンズ、印加電圧等のレンズ強度や荷電粒子線を制御するために必要なパラメータである。次に制御装置２２及び計算機２４による画像処理の結果に基づいて、ステージ制御装置３１５によってＸステージ３０２ａ及びＹステージ３０２ｂを微調整し、ターゲットマーク３０の中心を、画面の視野中心に一致させる。このとき、試料ステージのＸ方向及びＹ方向の位置をレーザー測長器３１１によって計測し、その値をＦＸ（０）、ＦＹ（０）とする。
【００３４】
次にＺステージ３０２ｃを所定の規定量３１だけ移動し、Ｚセンサ３１３によってターゲットマーク３０のＺ方向の位置を計測する。その値をＺ（１）とする。Ｚステージ３０２ｃを所定の規定量３１だけ移動させることによって、イオン粒子線１０２の焦点はターゲットマーク３０よりずれ、ターゲットマーク３０は表示装置２３の画面の視野中心よりずれる。破線の十字形３０’は、表示装置２３の画面にて、移動したターゲットマーク３０を示す。
【００３５】
従って、イオン粒子線１０２の焦点をターゲットマーク３０に一致させる。この時のイオン粒子線加工光学系の光学系条件をＦＰ（１）とする。ずれたターゲットマーク３０の中心が、表示装置２３の画面の視野中心に一致するように、Ｘステージ３０２ａ及びＹステージ３０２ｂを微調整する。この時、試料ステージのＸ方向及びＹ方向の位置をレーザー測長器３１１によって計測し、その値をＦＸ（１）、ＦＹ（１）とする。
【００３６】
これをｎ回繰り返すことによって、試料ステージのＸ方向及びＹ方向の位置ＦＸ（０）、ＦＹ（０）、ＦＸ（１）、ＦＹ（１）…ＦＸ（ｎ）、ＦＹ（ｎ）、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置Ｚ（０）、Ｚ（１）…Ｚ（ｎ）及びイオン粒子線加工光学系の光学系条件ＦＰ（０）、ＦＰ（１）…ＦＰ（ｎ）からなるｎ＋１組のデータが得られる。
【００３７】
ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］は、試料ステージのＸ方向の位置［ＦＸ］、Ｙ方向の位置［ＦＹ］及びイオン粒子線加工光学系の光学系条件［ＦＰ］の１次の線形式によって表されると仮定する。
【００３８】
【数１】
［Ｚ］＝ｃＦ・［ＦＸ］＋ｄＦ …（５１）
［Ｚ］＝ｅＦ・［ＦＹ］＋ｆＦ …（５３）
［Ｚ］＝ｃＯ・［ＦＰ］＋ｄＯ …（５５）
【００３９】
ｃＦ、ｄＦ、ｅＦ、ｆＦ、ｃＯ、ｄＯは係数である。この係数ｃＦ、ｄＦ、ｅＦ、ｆＦ、ｃＯ、ｄＯは、上述のｎ＋１組のデータを用いて、計算機２４によって算出される。算出された係数ｃＦ、ｄＦ、ｅＦ、ｆＦ、ｃＯ、ｄＯを式（５１）（５３）（５５）に代入することによって、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と試料ステージのＸ方向の位置［ＦＸ］の関係、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と試料ステージのＹ方向の位置［ＦＹ］の関係、及び、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］とイオン粒子線加工光学系の光学系条件［ＦＰ］の関係が得られる。
【００４０】
図５は、イオン粒子線加工光学系の補正テーブル５１、５３、５５を示す。イオン粒子線加工光学系の補正テーブル５１、５３、５５は、式（５１）（５３）（５５）をグラフに表現したものである。
【００４１】
図３を参照して、走査型電子顕微鏡光学系２００の補正テーブルの算出方法について説明する。これは、イオン粒子線加工光学系の補正テーブルの算出方法と同様であるが、逆方向に進む。先ず、ターゲットマーク３０を表示装置２３の画面にて観察することができるように、試料１０を移動させる。次に、Ｚステージ３０２ｃを用いて試料１０を任意の位置に移動させ、Ｚセンサ３１３によってターゲットマーク３０のＺ方向の位置を計測する。その値をＺ（ｎ）とする。表示装置２３の画面にてターゲットマーク３０を観察しながら、電子線２０２の焦点を合わせる。この時の走査型電子顕微鏡光学系２００の光学系条件をＳＰ（ｎ）とする。
【００４２】
次に、ターゲットマーク３０の中心を、画面の視野中心に一致させる。このとき、試料ステージのＸ方向及びＹ方向の位置をＳＸ（ｎ）、ＳＹ（ｎ）とする。次に、Ｚステージ３０２ｃを所定の規定量３１だけ戻す、即ち、反対方向に移動させる。このとき、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置をＺ（ｎ−１）とする。再び、電子線２０２の焦点をターゲットマーク３０に一致させる。この時の走査型電子顕微鏡光学系２００の光学系条件をＦＰ（ｎ−１）とする。ずれたターゲットマーク３０の中心が、表示装置２３の画面の視野中心に一致するように、Ｘステージ３０２ａ及びＹステージ３０２ｂを微調整する。この時、試料ステージのＸ方向及びＹ方向の位置をＦＸ（ｎ−１）、ＦＹ（ｎ−１）とする。
【００４３】
これをｎ回繰り返すことによって、試料ステージのＸ方向及びＹ方向の位置ＳＸ（ｎ）、ＳＹ（ｎ）、ＳＸ（ｎ−１）、ＳＹ（ｎ−１）、…ＳＸ（０）、ＳＹ（０）、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置Ｚ（ｎ）、Ｚ（ｎ−１）…Ｚ（０）及び走査型電子顕微鏡光学系の光学系条件ＳＰ（ｎ）、ＳＰ（ｎ−１）…ＳＰ（０）からなるｎ＋１組のデータが得られる。
【００４４】
ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］は、試料ステージのＸ方向の位置［ＳＸ］、Ｙ方向の位置［ＳＹ］及び走査型電子顕微鏡光学系の光学系条件［ＳＰ］の１次の線形式によって表されると仮定する。
【００４５】
【数２】
［Ｚ］＝ｃＳ・［ＳＸ］＋ｄＳ …（５２）
［Ｚ］＝ｅＳ・［ＳＹ］＋ｆＳ …（５４）
［Ｚ］＝ａＯ・［ＳＰ］＋ｂＯ …（５６）
【００４６】
ここに、ｃＳ、ｄＳ、ｅＳ、ｆＳ、ａＯ、ｂＯは係数である。この係数ｃＳ、ｄＳ、ｅＳ、ｆＳ、ａＯ、ｂＯは、上述のｎ＋１組のデータを用いて、計算機２４によって算出される。算出された係数ｃＳ、ｄＳ、ｅＳ、ｆＳ、ａＯ、ｂＯを式（５２）（５４）（５６）に代入することによって、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と試料ステージのＸ方向の位置［ＳＸ］の関係、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と試料ステージのＹ方向の位置［ＳＹ］の関係、及び、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と走査型電子顕微鏡光学系の光学系条件［ＳＰ］の関係が得られる。
【００４７】
図５は、走査型電子顕微鏡光学系２００の補正テーブル５２、５４、５６を示す。走査型電子顕微鏡光学系２００の補正テーブル５２、５４、５６は、式（５２）（５４）（５６）をグラフに表現したものである。
【００４８】
尚、本例では、補正テーブルを算出する前提として、イオン粒子線加工光学系及び走査型電子顕微鏡光学系はあらかじめ単体で調整が行われているものとする。また、本例は、補正テーブルを１次の線形としたが、多項式で補正してもよい。さらに、補正テーブルをＲステージ３０２ｄについて同様に算出し、Ｘ、Ｒ、ＺステージまたはＹ、Ｒ、Ｚステージによって補正テーブルを作製してもよい。
【００４９】
また、イオン粒子線加工光学系１００の補正テーブルを表す式（５１）（５３）（５５）の少なくとも２つを加減算することによって、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と３つの変数［ＦＸ］、［ＦＹ］、［ＦＰ］の少なくとも２つの変数の間の線形１次式の関係が得られる。走査型電子顕微鏡光学系２００の補正テーブルを表す式（５２）（５４）（５５）の少なくとも２つを加減算することによって、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と３つの変数［ＳＸ］、［ＳＹ］、［ＳＰ］の少なくとも２つの変数の間の線形１次式の関係が得られる。こうして得られた線形１次式をグラフ化することによって補正テーブルを作成してもよい。
【００５０】
更に、イオン粒子線加工光学系１００の補正テーブルを表す式（５１）（５３）（５５）と走査型電子顕微鏡光学系２００の補正テーブルを表す式（５２）（５４）（５５）を加減算することによって、ターゲットマーク３０のＺ方向の位置［Ｚ］と６つの変数［ＦＸ］、［ＦＹ］、［ＦＰ］、［ＳＸ］、［ＳＹ］、［ＳＰ］の間の線形１次式の関係が得られる。それによって、イオン粒子線加工光学系・走査型電子顕微鏡光学系の補正テーブルが生成される。
【００５１】
図４を参照して説明する。図４Ａは、イオン粒子線加工光学系１００からのイオン粒子線１０２と走査型電子顕微鏡系２００からの電子線２０２をｘｙ平面上に投影した線図を示し、図４Ｂは、イオン粒子線加工光学系１００からのイオン粒子線１０２と走査型電子顕微鏡系２００からの電子線２０２をｘｚ平面上に投影した線図を示す。図４に示すように、イオン粒子線加工光学系１００と走査型電子顕微鏡光学系４００の機械的な光学軸は、点４９にて交差している。
【００５２】
最初は、イオン粒子線１０２の焦点と電子線２０２の焦点は、点４９にて一致していると仮定する。先ず、イオン粒子線加工光学系１００によって、試料（ウェーハ）１０上のターゲットを観察するために水平方向及び垂直方向に移動させ、初期位置に配置する。初期位置におけるＺ方向の位置をＺ（０）、Ｘ方向及びＹ方向の位置をＦＸ（０）、ＦＹ（０）とする。次に、イオン粒子線１０２の焦点を点４９から試料１０上の点４７へ変化させる。それによって、イオン粒子線１０２の焦点は、試料上のターゲットに一致する。
【００５３】
次に、試料１０の高さを変化させないで、走査型電子顕微鏡光学系４００によって試料上の同一ターゲットを観察する場合を考える。この場合、試料をＸ方向及びＹ方向に移動させ且つ電子線２０２の焦点を点４９から点４８に変化させればよい。試料のＸ方向及びＹ方向への移動量は、次の（６１）（６２）式の差分量（ｄＸ、ｄＹ）によって表される。
【００５４】
【数３】
ｄＸ＝ＳＸ（１）−ＦＸ（１） …（６１）
ｄＹ＝ＳＹ（１）−ＦＹ（１） …（６２）
【００５５】
次に各補正テーブルを適用する手順を説明する。イオン粒子線加工光学系の補正テーブルは、イオン粒子線加工光学系光学系１００において、粒子線１０２の焦点位置を移動させた場合に適用する。計算機２４によって、焦点の移動に対応したＸ、Ｙ方向の位置の補正量及びＺ方向の位置の補正量を算出し、それを、ステージ制御装置３１５に出力し試料ステージを移動させる。これによって、粒子線１０２の焦点位置が変化した場合でも、試料上のターゲット、即ち、加工、観察点が常に表示装置２３の画面の視野中心になる。
【００５６】
走査型電子顕微鏡補正テーブルは、走査型電子顕微鏡光学系２００において、試料上の電子線２０２の焦点位置を移動させた場合に適用する。計算機２４によって、焦点の移動量に対応したＸ、Ｙ方向の位置の補正量及びＺ方向の位置の補正量を算出し、それを、ステージ制御装置３１５に出力し試料ステージを移動させる。これによって、電子線２０２の焦点位置が変化した場合でも、試料上のターゲット、即ち、加工、観察点が常に表示装置２３の画面の視野中心になる。
【００５７】
イオン粒子線加工光学系・走査型電子顕微鏡光学系の補正テーブルは、使用する光学系を、イオン粒子線加工光学系１００と走査型電子顕微鏡光学系２００の間で切り替えた場合に適用する。計算機２４によって、切り替えた時の試料の高さに相当するＸ、Ｙ方向の補正量を算出し、ステージ制御装置３１５に出力し試料ステージを移動する。
【００５８】
また、計算機２４によって、切り替えるイオン粒子線加工光学系または走査型電子顕微鏡光学系の光学条件による補正量を算出し、これによって、光学系を切り替えた時も、試料上の加工、観察点が常に表示装置２３の画面の視野中心にあり、かつ焦点が合った状態となる。
【００５９】
また、イオン粒子線加工光学系または走査型電子顕微鏡光学系の光学条件の設定によっては、イオン粒子線加工光学系の焦点位置と走査型電子顕微鏡光学系の焦点位置を同一高さとせず、ワークディスタンスを変えて、イオン粒子線加工光学系と走査型電子顕微鏡光学系の加工、観察作業を切り替えても、上述のように、視野中心と焦点を一致させることが可能である。
【００６０】
以上、本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、試料に対して傾斜した単数または複数の荷電粒子線を有する荷電粒子線装置において、使用中の荷電粒子線の焦点位置を変化させた場合でも、ターゲットである加工又は観察点を、確実に表示画面の視野中心に配置させることができる効果がある。
【００６２】
本発明によれば、試料に対して傾斜した単数または複数の荷電粒子線を有する荷電粒子線装置において、使用する荷電粒子線を切り替えた場合でも、ターゲットである加工又は観察点を、確実に表示画面の視野中心に配置させることができる効果がある。
【００６３】
本発明によれば、試料に対して傾斜した単数または複数の荷電粒子線を有する荷電粒子線装置において、使用中の荷電粒子線の焦点位置を変化させた場合でも、試料ステージを所定の位置に短時間で移動させることができる効果がある。
【００６４】
本発明によれば、試料に対して傾斜した単数または複数の荷電粒子線を有する荷電粒子線装置において、使用する荷電粒子線を切り替えた場合でも、試料ステージを所定の位置に短時間で移動させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る荷電粒子線装置の主要部を示す模式鳥瞰図である。
【図２】本発明に係る荷電粒子線装置のイオン粒子線加工光学系の補正テーブルの算出方法を示す平面図。
【図３】本発明に係る荷電粒子線装置の走査型電子顕微鏡光学系の補正テーブルの算出方法を示す平面図。
【図４】本発明に係る荷電粒子線装置のイオン粒子線加工光学系の焦点位置と走査型電子顕微鏡光学系の焦点位置とＸ、Ｙ、Ｚステージ位置の関係を示す図である。
【図５】イオン粒子線加工光学系と走査型電子顕微鏡光学系の補正式に基づいて作製された補正テーブルを示す図である。
【図６】従来の荷電粒子を用いたデュアルビーム装置（イオン粒子線加工装置−走査型電子顕微鏡）を示す構成図である。
【図７】従来の走査型電子顕微鏡自動焦点合わせ機構を示す構成図である。
【図８】従来の走査型電子顕微鏡自動焦点合わせの判定を行うための分布図である。
【図９】従来のユーセントリックステージを搭載しイメージシフトによる焦点補正を行う試料傾斜観察方法を示す構成図である。
【図１０】従来のユーセントリックステージの焦点補正量を表わす平面図である。
【符号の説明】
１０…試料（ウェーハ）、２２…制御装置、２３…表示装置、２４…計算機、
３０…ターゲットマーク、３１…規定量、５１…［ＦＸ］補正テーブル、５２…［ＳＸ］補正テーブル、５３…［ＦＹ］補正テーブル、５４…［ＳＹ］補正テーブル、５５…［ＦＰ］補正テーブル、５６…［ＳＰ］補正テーブル、１００…イオン粒子線加工光学系、１０１…イオン源、１０２…イオン粒子線、１０３…イオン粒子線コンデンサレンズ、１０４…イオン粒子線対物レンズ、１０５…イオン粒子線偏向器、１０６…イオン粒子線検出器、１０７…イオン粒子線加工光学系鏡体、１０８…イオン粒子線レンズ電源、２００…走査型電子顕微鏡光学系、２０１…電子銃、２０２…電子線、２０３…走査型電子顕微鏡コンデンサレンズ、２０４…走査型電子顕微鏡対物レンズ、２０５…走査型電子顕微鏡偏向器、２０６…走査型電子顕微鏡検出器、２０７…走査型電子顕微鏡鏡体、２０８…走査型電子顕微鏡レンズ電源、３００…ステージ装置、３０１…試料ステージ、３０２ａ…Ｘステージ、３０２ｂ…Ｙステージ、３０２ｃ…Ｚステージ、３０２ｄ…Ｒステージ、３０３…真空試料室、３１１…レーザー測長器、３１２…ミラー、３１３…Ｚセンサ、３１５…ステージ制御装置、６０１…イオン粒子線加工光学系カラム、６０２…走査型電子顕微鏡カラム、６０３…イオン銃、６０４…集束レンズ、６０５…対物レンズ、６０６…偏向器、６０７…試料、６０８…イオン粒子線加工光学系制御部、６０９…電子銃、６１０…集束レンズ、６１１…対物レンズ、６１２…偏向器、６１３…走査型電子顕微鏡カラム制御部、６１４…ホストコンピュータ、６１５…２次電子検出器、６１６…増幅器、６１７…陰極線管、６１８…ステージ、６１９…ステージ制御部、７０１…電子線、７０３…対物レンズ（電磁レンズ）、７０４…試料、７０５…検出器、７０６…増幅器、７１０…合焦点検出装置、７１１…焦点補正値設定装置、７１２…焦点補正値登録装置、７１３…操作者、７１４…二次電子、７１５…ステージ、７１６…ウェーハ情報ファイル、９１０…対物レンズ、９１１…試料、９１２…２次電子検出器、９１３…増幅器、９１４…陰極線管、９１５…ＤＡ変換器、９１６…ＣＰＵ、９１７…イメージシフトコイル、９１８…駆動回路、９１９…フォーカス制御回路、９２０…ステージ、９２１…モータ駆動回路、９２２…メモリー

Claims

試料を少なくとも３軸方向に移動させるためのステージ装置と、上記試料の表面に対して傾斜した光軸を有し上記試料に荷電粒子線を照射するための荷電粒子線光学系と、該荷電粒子線光学系による画像を表示するための表示装置と、を有する荷電粒子線装置において、
上記荷電粒子線光学系における焦点位置及び光学条件と上記試料の位置の関係を示す補正テーブルと上記試料の位置を演算する演算部を設け、該演算部は、上記荷電粒子線の焦点位置が変化したとき、上記試料上のターゲットの位置が上記表示装置の画面の視野中心に配置されるように、上記試料の位置の補正量を演算することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記補正テーブルは、上記試料のＺ方向の位置［Ｚ］が上記試料のＸ方向の位置［Ｘ］、Ｙ方向の位置［Ｙ］及び粒子線光学系の光学系条件［Ｐ］の１次の線形式によって表されると仮定して作製されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記荷電粒子線光学系は複数の荷電粒子線光学系を含み、上記荷電粒子線光学系を切り替えても、上記試料上のターゲットの位置は、上記表示装置の画面の視野中心に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項３記載の荷電粒子線装置において、上記荷電粒子線光学系を切り替えても、上記試料の高さを変化させないで、上記試料上の同一ターゲットを観察する場合、上記荷電粒子線光学系の焦点位置を変化させ且つ上記試料を次の差分量（ｄＸ、ｄＹ）だけＸ方向及びＹ方向に移動させるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
ｄＸ＝ＳＸ（１）−ＦＸ（１）
ｄＹ＝ＳＹ（１）−ＦＹ（１）
但し、ＦＸ（１）、ＦＹ（１）は、切り替える前の荷電粒子線光学系における試料の位置、ＳＸ（１）、ＳＹ（１）は、切り替え後の荷電粒子線光学系における試料の位置である。