JP3960544B2 - ビーム調整用試料、ビーム調整方法及びビーム調整装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム調整用試料、ビーム調整方法、およびビーム調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームを対象物に対して照射し、対象物の形状等を検出する電子ビーム照射装置が知られている。この種の電子ビーム照射装置としては、例えば以下の特許文献に開示されているような走査型電子顕微鏡(SEM)が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１５９７３５号公報 （第２頁、図５）
【０００４】
走査型電子顕微鏡では、カソードとアノードとの間に所定の電圧を印加し、カソードから飛び出した電子をアライメントコイルで軸調整した後に集束レンズで収束させて、スチグマコイル、変更コイル及び対物レンズを介して試料の所定位置に集束投射し、試料から発生する二次電子を二次電子検出器で検出する。
【０００５】
以下、この種の電子ビーム照射装置における電子ビームの調整方法を図１及び図２を参照しながら説明する。
【０００６】
まずは、図１に示すように、ステージ上に載置された複数のラテックスボール１１０等の大きさが既知の微細構造物に電子ビーム１００を照射し、電子ビーム１００の粗調整を行う。このとき、検出される二次電子を基に得られた画像を見ながら、電子ビーム照射装置の対物レンズのパワーを変更することにより、微細構造物上で電子ビーム１００の焦点がほぼ合うように調整する。
【０００７】
電子ビーム１００の焦点がほぼラテックスボール１１０上に調整されると、次に、電子ビームのスポット形状をほぼ円形とするために電子ビームのｘ方向及びｙ方向ビーム径を調整する。図２および図３は、クロスワイヤを用いたビーム径調整を説明するための図である。図２では、二つの直角に交差したワイヤ１２０，１３０と、ワイヤ１２０，１３０の直下に配置されたファラデーカップ１４０が示されている。
【０００８】
ワイヤ１２０及び１３０は、例えばタングステン製のワイヤ線であり、その太さは約３０μｍである。ワイヤ１２０及び１３０は、それぞれ直交するx方向およびy方向に沿って延出している。このクロスワイヤを用いた調整では、x方向及びy方向に沿ってワイヤ１２０及び１３０を跨ぐように電子ビーム１００を走査し、下方に配置されたファラデーカップ１４０に入射した電子ビーム量を電気信号に変換する。電気信号は、増幅器１５０およびローパスフィルタ１６０を介して、増幅及び波形処理が施され、オシロスコープ１７０に表示される。
【０００９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、このファラデーカップ１４０に入射する電子ビーム１００とワイヤ１２０，１３０の関係を示す模式図である。ここでは、簡略化のため、ワイヤ１２０を例に説明する。図４（ａ）に示すように、電子ビーム１００がすべてワイヤ１２０上に照射されると、電子ビーム１００は、ワイヤ１２０により阻害されて、ファラデーカップに入射しない。この状態を状態Aとする。次に、電子ビーム１００がワイヤ１２０のエッジ近傍に照射されると、一部の電子ビーム１０１は、ワイヤ１２０の側方を通って、ファラデーカップに入射するが、残りの電子ビーム１０２は、ワイヤ１２０により散乱し、散乱電子１０３となる。この状態を状態Bとする。さらに、電子ビーム１００がワイヤ１２０に照射されず、完全に側方を通る場合には、すべての電子ビーム１００は、ファラデーカップ１４０に入射する。この状態を状態Cとする。
【００１０】
図５は、電子ビーム１００を用いてワイヤ１２０及び１３０の一方を連続的に走査したときのファラデーカップ１４０の出力波形を示すグラフである。図５のグラフにおいて横軸は、ビーム走査位置、そして縦軸は、ファラデーカップ１４０の出力を示し、横軸上に振られた"A"，"B" ，"C"は、それぞれ、図４（ａ）〜（ｃ）に示す状態に対応する。図５に示すように、ファラデーカップの出力は、状態Aから状態Cにかけて急激に上昇する。調整では、ビームプロファイルがガウシアンであるとし、ファラデーカップ１４０の出力が１２%となるビーム位置と８８%となるビーム位置の間の幅をビーム径であるとする。そして、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれにつき、このビーム径を最小とするように、さらに、ビーム径がほぼ同一となるように調整を行うことにより、精度の高いほぼ円形のスポット電子ビームを得る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手法によれば、ラテックスボール等を用いた粗調整が不十分な場合には、調整を何度も繰り返し、良好なビーム径が出るまで作業を続けなければならず、非常に多大な時間が必要となる。また、この調整には、経験を必要とし、簡単に取り扱えるものではない。
【００１２】
また、クロスワイヤ法では、ｘ方向及びｙ方向のビーム径の測定の為に、２本のワイヤを用いているが、図３に示すように、ワイヤには幅があるため、ワイヤの幅の分だけ、ｘ方向とｙ方向の調整において測定高さが異なっている。従って、クロスワイヤの正確な高さ位置を正確に計ることができず、測定精度に誤差が生じてしまう。
【００１３】
また、図４（ｂ）に示すように、状態Bでは、一部の電子ビーム１００は、散乱電子１０３となって散乱するが、一部の散乱電子１０３は、ワイヤ１２０で散乱した後に、ファラデーカップ１４０に入射する。従って、図５に示されるファラデーカップの出力曲線は一部散乱電子により嵩上げされ、ビームプロファイルを正確に表現したものとはならない。従って、正確な精度で測定を行うことが困難である。
【００１４】
また、ワイヤ１２０及び１３０は、部分的には形状が一部変化しており、ｚ軸方向高さが場所によって異なっている可能性があり、この高さ誤差により測定精度が劣化してしまう。
【００１５】
本発明が解決すべき課題としては、クロスワイヤ法における高精度測定の困難性が挙げられる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１記載のビーム調整方法は、表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジを有するビーム調整用試料にビームを照射するステップと、前記ビーム調整用試料を通り抜けた前記ビームまたは前記ビーム調整用試料の外部を通り抜けた前記ビームのビーム量を検出するステップと、を有し、前記ビームは、前記二つのエッジを垂直に走査する。
【００１８】
また、本発明の請求項７記載のビーム調整用試料は、表面が平坦な板状のビーム調整用試料であって、互いに直交する二つのエッジを有し、前記二つのエッジは前記ビーム調整用試料端部の二つのエッジであることを特徴とする。
また、本発明の請求項８記載のビーム調整用試料は、表面が平坦な板状のビーム調整用試料であって、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の孔側部は、互いに直交しかつ隣接した二つのエッジを有する。
【００１９】
また、本発明の請求項１２記載のビーム調整装置は、表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジにより定義され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するビーム調整用試料を載置するステージと、前記ビーム調整用試料に対し、ビームを照射するビーム発生器と、前記ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記ビーム調整用試料の位置を検出する位置検出器と、前記ステージの下方に配置されたビーム検出器と、を有し、前記ビーム検出器は、前記ビーム調整用試料を通り抜けた電子ビームのビーム量を検出し、前記ビーム発生器は、前記貫通孔上で走査方向を変更するように前記電子ビームを照射する。
また、本発明の請求項１３記載のビーム調整装置は、表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジを有するビーム調整用試料を載置するステージと、前記ビーム調整用試料に対し、ビームを照射するビーム発生器と、前記ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記ビーム調整用試料の位置を検出する位置検出器と、前記ステージの下方に配置されたビーム検出器と、を有し、前記ビーム調整用試料の前記二つのエッジは、前記ビーム調整用試料端部の二つのエッジであり、前記ビーム検出器は、前記ビーム調整用試料のエッジ外側を通り抜けた電子ビームのビーム量を検出し、前記ビーム発生器は、前記ビーム調整用試料上または前記ビーム調整用試料外で走査方向を変更するようにビームを照射する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図６〜図１２を参照しながら、本発明に係るビーム調整用試料、ビーム調整方法、およびビーム調整装置の実施形態について説明する。
【００２１】
図６は、本発明の実施形態に係るビーム調整装置を示す断面図である。本実施形態のビーム調整装置１は、試料５０を載置する真空容器３と、真空容器３上に取り付けられ、試料５０に向かって電子ビームを照射する筒状の電子ビーム照射部２とから構成される。
【００２２】
電子ビーム照射部２は、電子ビームを発生させる電子ビーム源１０と、アラインメントコイル２０と、集束レンズ２１と、スチグマコイル２２と、偏向コイル２３と、対物レンズ２４とから構成されている。これらのコイルまたはレンズ２０〜２４は、円筒状のコイルから構成されており、発生した電子ビームはこれらのコイル間を通過する。
【００２３】
電子ビーム源１０は、電子ビーム照射部２の軸線上に配置されたカソード１１と、カソード１１の側面を所定距離おいて覆うウェーネルト１２と、カソード１１よりも真空容器３側に配置されたアノード１３とから構成される。カソード１１，ウェーネルト１２，アノード１３に所定の電圧を印加すると、カソード１１から電子が飛びだす。飛び出した電子は、アラインメントコイル２０にて軸調整されて、真空容器３側に移動する。
【００２４】
集束レンズ２１は、アラインメントコイル２０にて軸調整された電子ビームを集束して所定の径をもつ電子ビームに変換するためのレンズである。
【００２５】
スチグマコイル２２は、コイル間を通過する電子ビームの非点収差、つまり電子ビームが軸を中心に対称になるように調整するためのコイルである。各種レンズやコイルのパラメータの変更により非点収差が生じる場合には、スチグマコイル２２を調整して非点収差を補正する。この調整法については、後述する。
【００２６】
偏向コイル２３は、電子ビームの入射方向に垂直なｘ方向及びｙ方向に電子ビームの向きを偏向するためのコイルである。偏向コイル２３に印加する電圧を変化させるに従い、偏向コイル２３内を通過する電子ビームは、コイルが生成する磁場の影響を受け、その進行方向が変化する。この偏向コイル２３は、連続して変化する矩形波、三角波等の交流を印加可能に構成されており、印可される交流パターンに応じて、電子ビームの向きを連続的に変化させることができる。
【００２７】
対物レンズ２４は、電子ビームを収束して電子ビームの入射方向（ｚ方向）に沿った焦点位置を調整する為のものである。対物レンズ２４は、真空容器３内に載置された試料５０上に焦点が合うように調整される。
【００２８】
真空容器３は、測定時、図示せぬ排気チューブ及び真空ポンプにより真空引きされている。真空容器３の内部には、ステージ３３と、ファラデーカップ３４が電子ビームの入射方向に沿って配置されている。ステージ３３は、その上面に配置されるファラデーカップ３４または試料５０をｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動可能に載置するものであり、測定における基準面を提供している。
【００２９】
ステージ３３上には、ファラデーカップ３４とファラデーカップ３４上に載置された試料５０が固定されている。ファラデーカップ３４は、試料５０を通過した電子ビームを、受け取ったビーム量に応じて電気信号に変換するビーム検出器である。ファラデーカップ３４は、試料５０がステージ３３に平行となるように構成されている。
【００３０】
真空容器３の上面には、上面位置測定用のレーザ照射器３０及びレーザ受光器３１が取り付けられている。レーザ照射器３０は、ファラデーカップ３４上に載置された試料５０の上面に向かってレーザビームを照射する。レーザ受光器３１は、試料５０上で反射したレーザビームを受光し試料５０の高さ位置を検知する。
【００３１】
また、真空容器３には、二次電子検出器３２が配置されている。二次電子検出器３２は、試料５０上に照射され試料５０の各点から放出される二次電子を捕獲するための検出器である。放出される二次電子の量は、試料表面の傾斜角やエッジ等の試料表面の形状に応じて増減する。この捕獲した二次電子を増幅し、捕獲した位置毎に二次元表示することにより、試料５０の表面形状の像が得られる。
【００３２】
図７および図８は、ファラデーカップ３４上に載置される試料５０を示す斜視図および図７のVIII―VIII断面図である。試料５０は、表面が平坦な板状のシリコンウェハであり、中央部近傍に表裏を貫通するように開口した貫通孔５１が形成されている。また、貫通孔５１の近傍の試料５０表面には、ラテックスボール５３ａ等からなる大きさが既知の微細構造物５３が付着している。試料５０は、測定精度を上げるためにその表面が場所に依存せず均一に平坦であることが好ましく、逆に表面形状が平坦な部材であれば、シリコンウェハに代えて用いることが可能である。
【００３３】
ここで、試料５０の微細構造物５３の表面には、電子阻止能の高い元素で被膜されていることが好ましい。試料５０の表面には、電子ビームが繰り返し照射されるため、照射された電子ビームが表面から試料５０に埋め込まれ、表面がチャージアップし、放出される二次電子量に悪影響を及ぼす恐れがある。このため、表面がチャージアップしないように電子阻止能の高い高原子番号の元素W, Ta, Mo, Pt等を表面に被膜し、チャージアップしないように構成することが好ましい。この被膜の厚さとしては、100nm以上であることが好ましい。
【００３４】
貫通孔５１は、上面視正方形または長方形形状を有しており、隣り合うエッジ５２は、直交している。また、図８（ａ）に示すように、貫通孔５１の内側面は、試料５０の表面に対して直角に構成されている。また、図８（ｂ）に示すように、貫通孔５１の内側面と試料５０の表面のなす角は、９０°より小さく構成してもよい。
【００３５】
本実施形態においては、この試料５０の貫通孔５１のエッジ５２が、クロスワイヤ法における２本のワイヤに代わる構成として用いられる。図９（ａ）及び（ｂ）は、この試料５０に対して照射される電子ビームの走査パターンを示す図である。本実施形態においては、電子ビームは、試料５０の表面からエッジ５２を垂直に横切って貫通孔５１に向かって照射され、その後に隣り合うエッジ５２を垂直横切って再度試料５０に電子ビームを照射するように走査される。
【００３６】
図９（a）の場合、電子ビームは、照射方向が貫通孔５１上で９０°回転したのち、隣り合うエッジ５２に向かって移動する。また、図９（ｂ）の場合、電子ビームは、所定の回転中心を軸として軌跡が円を描くように照射される。図９（ｂ）の場合には、電子ビームは、エッジ５２を垂直に通るように軌跡は決定されている。
【００３７】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、試料５０に向けて照射される電子ビームと貫通孔５１を通過する電子ビームの関係を示す模式図である。まず、電子ビーム２００は、試料５０の表面に向かって照射される。このとき、電子ビーム２００は、試料５０の表面で阻害されるため、下方に配置されたファラデーカップ３４には入射しない。この状態を状態Dとする。
【００３８】
次に、電子ビーム２００が貫通孔５１のエッジ部５２近傍を照射されると、一部の電子ビーム２０１は、エッジ部５２の側方を通過してファラデーカップ３４に入射し、残りの電子ビーム２０２は、エッジ部５２近傍の試料５０表面で阻害されて散乱電子２０３として散乱する。この散乱電子２０３は、試料５０の表面で散乱するので、貫通孔５１を透過してファラデーカップ３４に入射する散乱電子は殆どない。この状態を状態Eとする。
【００３９】
さらに、電子ビーム２００が移動し、すべてが貫通孔５２を通過する位置までくると、ファラデーカップ３４は、電子ビーム２００をすべて受け取る。この状態を状態Fとする。以上の状態D〜Fは、電子ビーム２００がｘ方向に移動した場合であっても、ｙ方向に移動した場合であっても同様である。
【００４０】
図１１は、図９（ａ）に示される走査経路に従って電子ビーム２００を用いて試料５０表面を走査したときのファラデーカップの出力を示すグラフである。グラフにおいて横軸は、ビーム走査位置、そして縦軸は、ファラデーカップ１４０の出力を示し、横軸上に振られた"D"，"E" ，"F"は、それぞれ、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す状態に対応する。
【００４１】
電子ビーム２００が試料５０の表面に照射されている状態Dの場合には、ファラデーカップ３４に入射する電子ビーム量は０である。電子ビーム２００が、ｘ方向に移動し、貫通孔５１のエッジ５２にかかる位置（状態E）になると、貫通孔５１を通過してファラデーカップ３４に入射する電子ビームは増加する。そして、すべての電子ビーム２００が貫通孔５１を通過する位置（状態F）となると、これ以上入射する電子ビームの量は増加せず、ある一定値となる。
【００４２】
そして、電子ビーム２００の移動方向をｙ方向に変更し、電子ビーム２００をエッジ部５２を介して再度試料５０の表面に移動させると、図１１のグラフの右側に現れているようにファラデーカップ３４の出力は減少し、０となる。
【００４３】
本実施形態の調整では、ビームプロファイルはガウシアンであるとし、ファラデーカップ３４の出力が１２%となるビーム位置と８８%となるビーム位置の間の幅をビーム径であるとする。そして、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれにつき、このビーム径を最小とするように、さらに、ビーム径がほぼ同一となるように調整を行うことにより、精度の高いほぼ円形のスポット電子ビームを得る。ここで、ｘ方向及びｙ方向のビーム径がほぼ同一であるためには、図１１においてファラデーカップの出力曲線の変化の度合いが左右対称であることを意味する。
【００４４】
以下、図１２を参照しながら、本実施形態のビーム調整方法の流れを上記説明を参酌しながら詳細に説明する。
【００４５】
第一に、真空容器内のステージ３３上にファラデーカップ３４、及び試料５０を載置する。このとき、ステージ３３の高さ位置を記録（描画）面と同じ高さに概ね調整しておく。このときの試料５０の表面高さは、上面位置測定用のレーザ照射器３０及びレーザ受光器３１を用いて正確に測定しておく（ステップＳ１）。
【００４６】
次に、電子ビーム２００を試料５０上に付着させたラテックスボール５３ａ等から構成される微細構造物５３に照射し、得られた二次電子像をもとに、ｚ軸方向に焦点をあわせ粗調整を行う（ステップＳ２）。
【００４７】
その後、ステージ３３をｘ方向およびｙ方向に移動し、電子ビーム２００が試料５０の貫通孔５１近傍に位置するようにする。そして、試料５０の表面からエッジ５２を介して貫通孔５１へ向けてｘ方向に電子ビームを走査照射する。このとき、電子ビームは、エッジ５２を垂直に横切るように移動させる（ステップＳ３）。電子ビーム２００が貫通孔５１の中央近傍に到着し、すべての電子ビーム２００が試料５０を通過する位置までくると、電子ビーム２００の走査方向を９０°回転させる（ステップＳ４）。そして、貫通孔５１から先ほど通過したエッジと隣り合うエッジ５２を介して試料５０の表面へむけてｙ方向に電子ビームを走査照射する（ステップＳ５）。ステップＳ３からステップＳ５までの動作は、一回で終了してもよいし、複数回同じ経路を往復させるようにしてもよい。
【００４８】
その後、ファラデーカップの出力を確認し、調整を終了してもよいかどうかをチェックする。調整が不十分である場合には、スチグマコイル２２等を調整し、ビームパラメータを変更し、ステップＳ３に戻る。問題がなければ、測定を終了する。
【００４９】
以上まとめると、本実施形態のビーム調整方法は、表面が平坦な板状であり、厚さ方向に貫通する貫通孔５２が形成されたビーム調整用試料５０にビームを照射するステップと、貫通孔５２を介してビーム調整用試料５０を通り抜けたビームのビーム量を検出するステップと、を有し、ビームは、貫通孔５２上でビームの走査方向を変更するように照射される。
【００５０】
本実施形態によれば、単一の試料５０を用いて、ｚ方向のビーム粗調整およびｘ方向およびｙ方向のビーム径調整を行うことが可能である。従って、ビーム調整の為の手間が簡素化され、ビーム調整のための時間が短縮される。
【００５１】
また、ｘ方向およびｙ方向のビーム径調整は、一度のビーム走査により行われる。またｘ方向調整とｙ方向調整の基準となる面が同じ試料５０の表面であるため、ｘ方向調整とｙ方向調整時の高さ誤差が生じない。従って、精度の高いビーム調整を行うことが可能となる。
【００５２】
また、試料５０は、シリコンウェハで構成されており、その高さ誤差がほとんどない。さらに、試料５０の表面高さ位置は、レーザ照射器３０及びレーザ受光器３１を用いて正確に測定されているため、正確なビーム測定位置を把握することが可能である。
【００５３】
また、微細構造物５３上には、電子阻止能の高い元素が被膜されているため、チャージアップが軽減し、二次電子放出量の誤差が軽減する。また、このコートは、電子ビームによる試料５０のダメージを軽減するため、耐久性の高い試料を提供することが可能となる。
【００５４】
本実施形態のビーム測定装置、ビーム測定方法、ビーム測定用試料は、走査型電子顕微鏡に限らず、電子ビームを用いてディスク上に情報を記録する記録装置にも適用可能である。本実施形態のビーム測定装置、ビーム測定方法、ビーム測定用試料は、電子ビームを精度よく調整することが可能であるため、微細なパターン形成が必要とされる高密度記録用の記録装置としても適している。
【００５５】
なお、上記実施形態では、試料５０は、中央部近傍に貫通孔を有する構成としたが、これに限られず、電子ビームが二つの直交した端部をそれぞれ垂直に横切るように構成可能であればよい。
【００５６】
図１３（ａ）は、試料５０の一変形例として、ファラデーカップ３４上に載置される試料６０を示す斜視図であり、図１３（ｂ）及び（ｃ）は、電子ビームの走査パターンを示す図である。試料６０は、表面が平坦な板状のシリコンウェハである。この試料６０は、表面にはラテックスボール６３ａ等からなる大きさが既知の微細構造物６３が付着している。試料６０は、測定精度を上げるためにその表面が場所に依存せず均一に平坦であることが好ましく、逆に表面形状が平坦な部材であれば、シリコンウェハに代えて用いることが可能である。
【００５７】
ここで、試料６０の微細構造物６３の表面には、電子阻止能の高い高原子番号の元素W, Ta, Mo, Pt等を被膜し、チャージアップしないように構成することが好ましい。この被膜の厚さとしては、100nm以上であることが好ましい。
【００５８】
試料６０は、上面視で隣り合う二つのエッジ６１及び６２が直交するように構成されている。エッジ６１及び６２は、それぞれ図８（ａ）と同様に表面に対して直角であってもよく、また図８（ｂ）と同様に、なす角が９０°より小さく構成してもよい。
【００５９】
本変形例においては、電子ビームは、試料６０の外部からエッジ６１を垂直に横切って試料６０表面に照射され、その後に隣り合うエッジを垂直に横切って再度試料６０外部に電子ビームを照射するように走査される。
【００６０】
図１３（ｂ）の場合、電子ビームは、照射方向が試料６０上で９０°回転した後、隣り合うエッジに向かって移動する。また、図１３（ｃ）の場合、電子ビームは、所定の回転中心を軸として軌跡が円を描くように照射される。図１３（ｃ）の場合には、電子ビームは、エッジ６１，６２を垂直に通るように軌跡は決定されている。本変形例においてファラデーカップ３４は、試料６０によって阻害されず試料６０を通り抜けた電子ビームを受け取り、そのビーム量を測定する。本変形例のように構成された試料６０を用いても、試料５０と同様の効果が得られる。
【００６１】
また、図１４（ａ）は、試料５０の他変形例として、ファラデーカップ３４上に載置される試料７０を示す斜視図であり、図１４（ｂ）及び（ｃ）は、電子ビームの走査パターンを示す図である。試料７０は、表面が平坦な板状のシリコンウェハである。この試料７０は、表面にはラテックスボール７５ａ等からなる大きさが既知の微細構造物７５が付着している。試料７０は、測定精度を上げるためにその表面が場所に依存せず均一に平坦であることが好ましく、逆に表面形状が平坦な部材であれば、シリコンウェハに代えて用いることが可能である。
【００６２】
ここで、試料７０の微細構造物７５の表面には、電子阻止能の高い高原子番号の元素W, Ta, Mo, Pt等を被膜し、チャージアップしないように構成することが好ましい。この被膜の厚さとしては、100nm以上であることが好ましい。
【００６３】
試料７０は、隣り合う二つのエッジ７１及び７２が交わる角部が切り取られ、二つの互いに直交するエッジ７３及び７４が設けられている。エッジ７３及び７４は、それぞれ図８（ａ）と同様に表面に対して直角であってもよく、また図８（ｂ）と同様に、なす角が９０°より小さく構成してもよい。
【００６４】
本変形例においては、電子ビームは、試料７０の表面からエッジ７３を垂直に横切って試料７０外部に照射され、その後に隣り合うエッジ７４を垂直に横切って再度試料７０上に電子ビームを照射するように走査される。
【００６５】
図１４（ｂ）の場合、電子ビームは、照射方向が試料７０外部で９０°回転した後、隣り合うエッジに向かって移動する。また、図１４（ｃ）の場合、電子ビームは、所定の回転中心を軸として軌跡が円を描くように照射される。図１４（ｃ）の場合には、電子ビームは、エッジ７３，７４を垂直に通るように軌跡は決定されている。本変形例においてファラデーカップ３４は、試料７０によって阻害されず試料７０を通り抜けた電子ビームを受け取り、そのビーム量を測定する。本変形例のように構成された試料７０を用いても、試料５０，６０と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビームの粗調整を説明する図である。
【図２】クロスワイヤ法を用いた電子ビームのビーム径の測定方法を説明する図である。
【図３】クロスワイヤの位置関係を示す図である。
【図４】ファラデーカップに入射する電子ビームとワイヤの関係を示す模式図である。
【図５】ビーム走査位置とファラデーカップの出力の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係るビーム調整装置を示す断面図である。
【図７】ファラデーカップ上に載置される試料を示す斜視図である。
【図８】図７のVIII―VIII断面図である。
【図９】試料に対して照射される電子ビームの走査パターンを示す図である。
【図１０】試料に向けて照射される電子ビームと貫通孔を通過する電子ビームの関係を示す模式図である。
【図１１】ビーム走査位置とファラデーカップの出力の関係を示すグラフである。
【図１２】本実施形態のビーム調整方法を示すフローチャートである。
【図１３】本実施形態の一変形例を示す図である。
【図１４】本実施形態の他変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ ビーム調整装置
２ 電子ビーム照射部
３ 真空容器
１０ 電子ビーム源
２０ アラインメントコイル
２１ 集束レンズ
２２ スチグマコイル
２３ 偏向コイル
２４ 対物レンズ
３０ レーザ照射器
３１ レーザ受光器
３２ 二次電子検出器
３３ ステージ
３４ ファラデーカップ
５０ 試料
５１ 貫通孔
５２ エッジ
５３ 微細構造物
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム調整用試料、ビーム調整方法、およびビーム調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームを対象物に対して照射し、対象物の形状等を検出する電子ビーム照射装置が知られている。この種の電子ビーム照射装置としては、例えば以下の特許文献に開示されているような走査型電子顕微鏡(SEM)が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１５９７３５号公報 （第２頁、図５）
【０００４】
走査型電子顕微鏡では、カソードとアノードとの間に所定の電圧を印加し、カソードから飛び出した電子をアライメントコイルで軸調整した後に集束レンズで収束させて、スチグマコイル、変更コイル及び対物レンズを介して試料の所定位置に集束投射し、試料から発生する二次電子を二次電子検出器で検出する。
【０００５】
以下、この種の電子ビーム照射装置における電子ビームの調整方法を図１及び図２を参照しながら説明する。
【０００６】
まずは、図１に示すように、ステージ上に載置された複数のラテックスボール１１０等の大きさが既知の微細構造物に電子ビーム１００を照射し、電子ビーム１００の粗調整を行う。このとき、検出される二次電子を基に得られた画像を見ながら、電子ビーム照射装置の対物レンズのパワーを変更することにより、微細構造物上で電子ビーム１００の焦点がほぼ合うように調整する。
【０００７】
電子ビーム１００の焦点がほぼラテックスボール１１０上に調整されると、次に、電子ビームのスポット形状をほぼ円形とするために電子ビームのｘ方向及びｙ方向ビーム径を調整する。図２および図３は、クロスワイヤを用いたビーム径調整を説明するための図である。図２では、二つの直角に交差したワイヤ１２０，１３０と、ワイヤ１２０，１３０の直下に配置されたファラデーカップ１４０が示されている。
【０００８】
ワイヤ１２０及び１３０は、例えばタングステン製のワイヤ線であり、その太さは約３０μｍである。ワイヤ１２０及び１３０は、それぞれ直交するx方向およびy方向に沿って延出している。このクロスワイヤを用いた調整では、x方向及びy方向に沿ってワイヤ１２０及び１３０を跨ぐように電子ビーム１００を走査し、下方に配置されたファラデーカップ１４０に入射した電子ビーム量を電気信号に変換する。電気信号は、増幅器１５０およびローパスフィルタ１６０を介して、増幅及び波形処理が施され、オシロスコープ１７０に表示される。
【０００９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、このファラデーカップ１４０に入射する電子ビーム１００とワイヤ１２０，１３０の関係を示す模式図である。ここでは、簡略化のため、ワイヤ１２０を例に説明する。図４（ａ）に示すように、電子ビーム１００がすべてワイヤ１２０上に照射されると、電子ビーム１００は、ワイヤ１２０により阻害されて、ファラデーカップに入射しない。この状態を状態Aとする。次に、電子ビーム１００がワイヤ１２０のエッジ近傍に照射されると、一部の電子ビーム１０１は、ワイヤ１２０の側方を通って、ファラデーカップに入射するが、残りの電子ビーム１０２は、ワイヤ１２０により散乱し、散乱電子１０３となる。この状態を状態Bとする。さらに、電子ビーム１００がワイヤ１２０に照射されず、完全に側方を通る場合には、すべての電子ビーム１００は、ファラデーカップ１４０に入射する。この状態を状態Cとする。
【００１０】
図５は、電子ビーム１００を用いてワイヤ１２０及び１３０の一方を連続的に走査したときのファラデーカップ１４０の出力波形を示すグラフである。図５のグラフにおいて横軸は、ビーム走査位置、そして縦軸は、ファラデーカップ１４０の出力を示し、横軸上に振られた"A"，"B" ，"C"は、それぞれ、図４（ａ）〜（ｃ）に示す状態に対応する。図５に示すように、ファラデーカップの出力は、状態Aから状態Cにかけて急激に上昇する。調整では、ビームプロファイルがガウシアンであるとし、ファラデーカップ１４０の出力が１２%となるビーム位置と８８%となるビーム位置の間の幅をビーム径であるとする。そして、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれにつき、このビーム径を最小とするように、さらに、ビーム径がほぼ同一となるように調整を行うことにより、精度の高いほぼ円形のスポット電子ビームを得る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手法によれば、ラテックスボール等を用いた粗調整が不十分な場合には、調整を何度も繰り返し、良好なビーム径が出るまで作業を続けなければならず、非常に多大な時間が必要となる。また、この調整には、経験を必要とし、簡単に取り扱えるものではない。
【００１２】
また、クロスワイヤ法では、ｘ方向及びｙ方向のビーム径の測定の為に、２本のワイヤを用いているが、図３に示すように、ワイヤには幅があるため、ワイヤの幅の分だけ、ｘ方向とｙ方向の調整において測定高さが異なっている。従って、クロスワイヤの正確な高さ位置を正確に計ることができず、測定精度に誤差が生じてしまう。
【００１３】
また、図４（ｂ）に示すように、状態Bでは、一部の電子ビーム１００は、散乱電子１０３となって散乱するが、一部の散乱電子１０３は、ワイヤ１２０で散乱した後に、ファラデーカップ１４０に入射する。従って、図５に示されるファラデーカップの出力曲線は一部散乱電子により嵩上げされ、ビームプロファイルを正確に表現したものとはならない。従って、正確な精度で測定を行うことが困難である。
【００１４】
また、ワイヤ１２０及び１３０は、部分的には形状が一部変化しており、ｚ軸方向高さが場所によって異なっている可能性があり、この高さ誤差により測定精度が劣化してしまう。
【００１５】
本発明が解決すべき課題としては、クロスワイヤ法における高精度測定の困難性が挙げられる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１記載のビーム調整方法は、表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジを有するビーム調整用試料にビームを照射するステップと、前記ビーム調整用試料を通り抜けた前記ビームまたは前記ビーム調整用試料の外部を通り抜けた前記ビームのビーム量を検出するステップと、を有し、前記ビームは、前記二つのエッジを垂直に走査する。
【００１８】
また、本発明の請求項７記載のビーム調整用試料は、表面が平坦な板状のビーム調整用試料であって、互いに直交する二つのエッジを有し、前記二つのエッジは前記ビーム調整用試料端部の二つのエッジであることを特徴とする。
また、本発明の請求項８記載のビーム調整用試料は、表面が平坦な板状のビーム調整用試料であって、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の孔側部は、互いに直交しかつ隣接した二つのエッジを有する。
【００１９】
また、本発明の請求項１２記載のビーム調整装置は、表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジにより定義され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するビーム調整用試料を載置するステージと、前記ビーム調整用試料に対し、ビームを照射するビーム発生器と、前記ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記ビーム調整用試料の位置を検出する位置検出器と、前記ステージの下方に配置されたビーム検出器と、を有し、前記ビーム検出器は、前記ビーム調整用試料を通り抜けた電子ビームのビーム量を検出し、前記ビーム発生器は、前記貫通孔上で走査方向を変更するように前記電子ビームを照射する。
また、本発明の請求項１３記載のビーム調整装置は、表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジを有するビーム調整用試料を載置するステージと、前記ビーム調整用試料に対し、ビームを照射するビーム発生器と、前記ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記ビーム調整用試料の位置を検出する位置検出器と、前記ステージの下方に配置されたビーム検出器と、を有し、前記ビーム調整用試料の前記二つのエッジは、前記ビーム調整用試料端部の二つのエッジであり、前記ビーム検出器は、前記ビーム調整用試料のエッジ外側を通り抜けた電子ビームのビーム量を検出し、前記ビーム発生器は、前記ビーム調整用試料上または前記ビーム調整用試料外で走査方向を変更するようにビームを照射する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図６〜図１２を参照しながら、本発明に係るビーム調整用試料、ビーム調整方法、およびビーム調整装置の実施形態について説明する。
【００２１】
図６は、本発明の実施形態に係るビーム調整装置を示す断面図である。本実施形態のビーム調整装置１は、試料５０を載置する真空容器３と、真空容器３上に取り付けられ、試料５０に向かって電子ビームを照射する筒状の電子ビーム照射部２とから構成される。
【００２２】
電子ビーム照射部２は、電子ビームを発生させる電子ビーム源１０と、アラインメントコイル２０と、集束レンズ２１と、スチグマコイル２２と、偏向コイル２３と、対物レンズ２４とから構成されている。これらのコイルまたはレンズ２０〜２４は、円筒状のコイルから構成されており、発生した電子ビームはこれらのコイル間を通過する。
【００２３】
電子ビーム源１０は、電子ビーム照射部２の軸線上に配置されたカソード１１と、カソード１１の側面を所定距離おいて覆うウェーネルト１２と、カソード１１よりも真空容器３側に配置されたアノード１３とから構成される。カソード１１，ウェーネルト１２，アノード１３に所定の電圧を印加すると、カソード１１から電子が飛びだす。飛び出した電子は、アラインメントコイル２０にて軸調整されて、真空容器３側に移動する。
【００２４】
集束レンズ２１は、アラインメントコイル２０にて軸調整された電子ビームを集束して所定の径をもつ電子ビームに変換するためのレンズである。
【００２５】
スチグマコイル２２は、コイル間を通過する電子ビームの非点収差、つまり電子ビームが軸を中心に対称になるように調整するためのコイルである。各種レンズやコイルのパラメータの変更により非点収差が生じる場合には、スチグマコイル２２を調整して非点収差を補正する。この調整法については、後述する。
【００２６】
偏向コイル２３は、電子ビームの入射方向に垂直なｘ方向及びｙ方向に電子ビームの向きを偏向するためのコイルである。偏向コイル２３に印加する電圧を変化させるに従い、偏向コイル２３内を通過する電子ビームは、コイルが生成する磁場の影響を受け、その進行方向が変化する。この偏向コイル２３は、連続して変化する矩形波、三角波等の交流を印加可能に構成されており、印可される交流パターンに応じて、電子ビームの向きを連続的に変化させることができる。
【００２７】
対物レンズ２４は、電子ビームを収束して電子ビームの入射方向（ｚ方向）に沿った焦点位置を調整する為のものである。対物レンズ２４は、真空容器３内に載置された試料５０上に焦点が合うように調整される。
【００２８】
真空容器３は、測定時、図示せぬ排気チューブ及び真空ポンプにより真空引きされている。真空容器３の内部には、ステージ３３と、ファラデーカップ３４が電子ビームの入射方向に沿って配置されている。ステージ３３は、その上面に配置されるファラデーカップ３４または試料５０をｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動可能に載置するものであり、測定における基準面を提供している。
【００２９】
ステージ３３上には、ファラデーカップ３４とファラデーカップ３４上に載置された試料５０が固定されている。ファラデーカップ３４は、試料５０を通過した電子ビームを、受け取ったビーム量に応じて電気信号に変換するビーム検出器である。ファラデーカップ３４は、試料５０がステージ３３に平行となるように構成されている。
【００３０】
真空容器３の上面には、上面位置測定用のレーザ照射器３０及びレーザ受光器３１が取り付けられている。レーザ照射器３０は、ファラデーカップ３４上に載置された試料５０の上面に向かってレーザビームを照射する。レーザ受光器３１は、試料５０上で反射したレーザビームを受光し試料５０の高さ位置を検知する。
【００３１】
また、真空容器３には、二次電子検出器３２が配置されている。二次電子検出器３２は、試料５０上に照射され試料５０の各点から放出される二次電子を捕獲するための検出器である。放出される二次電子の量は、試料表面の傾斜角やエッジ等の試料表面の形状に応じて増減する。この捕獲した二次電子を増幅し、捕獲した位置毎に二次元表示することにより、試料５０の表面形状の像が得られる。
【００３２】
図７および図８は、ファラデーカップ３４上に載置される試料５０を示す斜視図および図７のVIII―VIII断面図である。試料５０は、表面が平坦な板状のシリコンウェハであり、中央部近傍に表裏を貫通するように開口した貫通孔５１が形成されている。また、貫通孔５１の近傍の試料５０表面には、ラテックスボール５３ａ等からなる大きさが既知の微細構造物５３が付着している。試料５０は、測定精度を上げるためにその表面が場所に依存せず均一に平坦であることが好ましく、逆に表面形状が平坦な部材であれば、シリコンウェハに代えて用いることが可能である。
【００３３】
ここで、試料５０の微細構造物５３の表面には、電子阻止能の高い元素で被膜されていることが好ましい。試料５０の表面には、電子ビームが繰り返し照射されるため、照射された電子ビームが表面から試料５０に埋め込まれ、表面がチャージアップし、放出される二次電子量に悪影響を及ぼす恐れがある。このため、表面がチャージアップしないように電子阻止能の高い高原子番号の元素W, Ta, Mo, Pt等を表面に被膜し、チャージアップしないように構成することが好ましい。この被膜の厚さとしては、100nm以上であることが好ましい。
【００３４】
貫通孔５１は、上面視正方形または長方形形状を有しており、隣り合うエッジ５２は、直交している。また、図８（ａ）に示すように、貫通孔５１の内側面は、試料５０の表面に対して直角に構成されている。また、図８（ｂ）に示すように、貫通孔５１の内側面と試料５０の表面のなす角は、９０°より小さく構成してもよい。
【００３５】
本実施形態においては、この試料５０の貫通孔５１のエッジ５２が、クロスワイヤ法における２本のワイヤに代わる構成として用いられる。図９（ａ）及び（ｂ）は、この試料５０に対して照射される電子ビームの走査パターンを示す図である。本実施形態においては、電子ビームは、試料５０の表面からエッジ５２を垂直に横切って貫通孔５１に向かって照射され、その後に隣り合うエッジ５２を垂直横切って再度試料５０に電子ビームを照射するように走査される。
【００３６】
図９（a）の場合、電子ビームは、照射方向が貫通孔５１上で９０°回転したのち、隣り合うエッジ５２に向かって移動する。また、図９（ｂ）の場合、電子ビームは、所定の回転中心を軸として軌跡が円を描くように照射される。図９（ｂ）の場合には、電子ビームは、エッジ５２を垂直に通るように軌跡は決定されている。
【００３７】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、試料５０に向けて照射される電子ビームと貫通孔５１を通過する電子ビームの関係を示す模式図である。まず、電子ビーム２００は、試料５０の表面に向かって照射される。このとき、電子ビーム２００は、試料５０の表面で阻害されるため、下方に配置されたファラデーカップ３４には入射しない。この状態を状態Dとする。
【００３８】
次に、電子ビーム２００が貫通孔５１のエッジ部５２近傍を照射されると、一部の電子ビーム２０１は、エッジ部５２の側方を通過してファラデーカップ３４に入射し、残りの電子ビーム２０２は、エッジ部５２近傍の試料５０表面で阻害されて散乱電子２０３として散乱する。この散乱電子２０３は、試料５０の表面で散乱するので、貫通孔５１を透過してファラデーカップ３４に入射する散乱電子は殆どない。この状態を状態Eとする。
【００３９】
さらに、電子ビーム２００が移動し、すべてが貫通孔５２を通過する位置までくると、ファラデーカップ３４は、電子ビーム２００をすべて受け取る。この状態を状態Fとする。以上の状態D〜Fは、電子ビーム２００がｘ方向に移動した場合であっても、ｙ方向に移動した場合であっても同様である。
【００４０】
図１１は、図９（ａ）に示される走査経路に従って電子ビーム２００を用いて試料５０表面を走査したときのファラデーカップの出力を示すグラフである。グラフにおいて横軸は、ビーム走査位置、そして縦軸は、ファラデーカップ１４０の出力を示し、横軸上に振られた"D"，"E" ，"F"は、それぞれ、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す状態に対応する。
【００４１】
電子ビーム２００が試料５０の表面に照射されている状態Dの場合には、ファラデーカップ３４に入射する電子ビーム量は０である。電子ビーム２００が、ｘ方向に移動し、貫通孔５１のエッジ５２にかかる位置（状態E）になると、貫通孔５１を通過してファラデーカップ３４に入射する電子ビームは増加する。そして、すべての電子ビーム２００が貫通孔５１を通過する位置（状態F）となると、これ以上入射する電子ビームの量は増加せず、ある一定値となる。
【００４２】
そして、電子ビーム２００の移動方向をｙ方向に変更し、電子ビーム２００をエッジ部５２を介して再度試料５０の表面に移動させると、図１１のグラフの右側に現れているようにファラデーカップ３４の出力は減少し、０となる。
【００４３】
本実施形態の調整では、ビームプロファイルはガウシアンであるとし、ファラデーカップ３４の出力が１２%となるビーム位置と８８%となるビーム位置の間の幅をビーム径であるとする。そして、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれにつき、このビーム径を最小とするように、さらに、ビーム径がほぼ同一となるように調整を行うことにより、精度の高いほぼ円形のスポット電子ビームを得る。ここで、ｘ方向及びｙ方向のビーム径がほぼ同一であるためには、図１１においてファラデーカップの出力曲線の変化の度合いが左右対称であることを意味する。
【００４４】
以下、図１２を参照しながら、本実施形態のビーム調整方法の流れを上記説明を参酌しながら詳細に説明する。
【００４５】
第一に、真空容器内のステージ３３上にファラデーカップ３４、及び試料５０を載置する。このとき、ステージ３３の高さ位置を記録（描画）面と同じ高さに概ね調整しておく。このときの試料５０の表面高さは、上面位置測定用のレーザ照射器３０及びレーザ受光器３１を用いて正確に測定しておく（ステップＳ１）。
【００４６】
次に、電子ビーム２００を試料５０上に付着させたラテックスボール５３ａ等から構成される微細構造物５３に照射し、得られた二次電子像をもとに、ｚ軸方向に焦点をあわせ粗調整を行う（ステップＳ２）。
【００４７】
その後、ステージ３３をｘ方向およびｙ方向に移動し、電子ビーム２００が試料５０の貫通孔５１近傍に位置するようにする。そして、試料５０の表面からエッジ５２を介して貫通孔５１へ向けてｘ方向に電子ビームを走査照射する。このとき、電子ビームは、エッジ５２を垂直に横切るように移動させる（ステップＳ３）。電子ビーム２００が貫通孔５１の中央近傍に到着し、すべての電子ビーム２００が試料５０を通過する位置までくると、電子ビーム２００の走査方向を９０°回転させる（ステップＳ４）。そして、貫通孔５１から先ほど通過したエッジと隣り合うエッジ５２を介して試料５０の表面へむけてｙ方向に電子ビームを走査照射する（ステップＳ５）。ステップＳ３からステップＳ５までの動作は、一回で終了してもよいし、複数回同じ経路を往復させるようにしてもよい。
【００４８】
その後、ファラデーカップの出力を確認し、調整を終了してもよいかどうかをチェックする。調整が不十分である場合には、スチグマコイル２２等を調整し、ビームパラメータを変更し、ステップＳ３に戻る。問題がなければ、測定を終了する。
【００４９】
以上まとめると、本実施形態のビーム調整方法は、表面が平坦な板状であり、厚さ方向に貫通する貫通孔５２が形成されたビーム調整用試料５０にビームを照射するステップと、貫通孔５２を介してビーム調整用試料５０を通り抜けたビームのビーム量を検出するステップと、を有し、ビームは、貫通孔５２上でビームの走査方向を変更するように照射される。
【００５０】
本実施形態によれば、単一の試料５０を用いて、ｚ方向のビーム粗調整およびｘ方向およびｙ方向のビーム径調整を行うことが可能である。従って、ビーム調整の為の手間が簡素化され、ビーム調整のための時間が短縮される。
【００５１】
また、ｘ方向およびｙ方向のビーム径調整は、一度のビーム走査により行われる。またｘ方向調整とｙ方向調整の基準となる面が同じ試料５０の表面であるため、ｘ方向調整とｙ方向調整時の高さ誤差が生じない。従って、精度の高いビーム調整を行うことが可能となる。
【００５２】
また、試料５０は、シリコンウェハで構成されており、その高さ誤差がほとんどない。さらに、試料５０の表面高さ位置は、レーザ照射器３０及びレーザ受光器３１を用いて正確に測定されているため、正確なビーム測定位置を把握することが可能である。
【００５３】
また、微細構造物５３上には、電子阻止能の高い元素が被膜されているため、チャージアップが軽減し、二次電子放出量の誤差が軽減する。また、このコートは、電子ビームによる試料５０のダメージを軽減するため、耐久性の高い試料を提供することが可能となる。
【００５４】
本実施形態のビーム測定装置、ビーム測定方法、ビーム測定用試料は、走査型電子顕微鏡に限らず、電子ビームを用いてディスク上に情報を記録する記録装置にも適用可能である。本実施形態のビーム測定装置、ビーム測定方法、ビーム測定用試料は、電子ビームを精度よく調整することが可能であるため、微細なパターン形成が必要とされる高密度記録用の記録装置としても適している。
【００５５】
なお、上記実施形態では、試料５０は、中央部近傍に貫通孔を有する構成としたが、これに限られず、電子ビームが二つの直交した端部をそれぞれ垂直に横切るように構成可能であればよい。
【００５６】
図１３（ａ）は、試料５０の一変形例として、ファラデーカップ３４上に載置される試料６０を示す斜視図であり、図１３（ｂ）及び（ｃ）は、電子ビームの走査パターンを示す図である。試料６０は、表面が平坦な板状のシリコンウェハである。この試料６０は、表面にはラテックスボール６３ａ等からなる大きさが既知の微細構造物６３が付着している。試料６０は、測定精度を上げるためにその表面が場所に依存せず均一に平坦であることが好ましく、逆に表面形状が平坦な部材であれば、シリコンウェハに代えて用いることが可能である。
【００５７】
ここで、試料６０の微細構造物６３の表面には、電子阻止能の高い高原子番号の元素W, Ta, Mo, Pt等を被膜し、チャージアップしないように構成することが好ましい。この被膜の厚さとしては、100nm以上であることが好ましい。
【００５８】
試料６０は、上面視で隣り合う二つのエッジ６１及び６２が直交するように構成されている。エッジ６１及び６２は、それぞれ図８（ａ）と同様に表面に対して直角であってもよく、また図８（ｂ）と同様に、なす角が９０°より小さく構成してもよい。
【００５９】
本変形例においては、電子ビームは、試料６０の外部からエッジ６１を垂直に横切って試料６０表面に照射され、その後に隣り合うエッジを垂直に横切って再度試料６０外部に電子ビームを照射するように走査される。
【００６０】
図１３（ｂ）の場合、電子ビームは、照射方向が試料６０上で９０°回転した後、隣り合うエッジに向かって移動する。また、図１３（ｃ）の場合、電子ビームは、所定の回転中心を軸として軌跡が円を描くように照射される。図１３（ｃ）の場合には、電子ビームは、エッジ６１，６２を垂直に通るように軌跡は決定されている。本変形例においてファラデーカップ３４は、試料６０によって阻害されず試料６０を通り抜けた電子ビームを受け取り、そのビーム量を測定する。本変形例のように構成された試料６０を用いても、試料５０と同様の効果が得られる。
【００６１】
また、図１４（ａ）は、試料５０の他変形例として、ファラデーカップ３４上に載置される試料７０を示す斜視図であり、図１４（ｂ）及び（ｃ）は、電子ビームの走査パターンを示す図である。試料７０は、表面が平坦な板状のシリコンウェハである。この試料７０は、表面にはラテックスボール７５ａ等からなる大きさが既知の微細構造物７５が付着している。試料７０は、測定精度を上げるためにその表面が場所に依存せず均一に平坦であることが好ましく、逆に表面形状が平坦な部材であれば、シリコンウェハに代えて用いることが可能である。
【００６２】
ここで、試料７０の微細構造物７５の表面には、電子阻止能の高い高原子番号の元素W, Ta, Mo, Pt等を被膜し、チャージアップしないように構成することが好ましい。この被膜の厚さとしては、100nm以上であることが好ましい。
【００６３】
試料７０は、隣り合う二つのエッジ７１及び７２が交わる角部が切り取られ、二つの互いに直交するエッジ７３及び７４が設けられている。エッジ７３及び７４は、それぞれ図８（ａ）と同様に表面に対して直角であってもよく、また図８（ｂ）と同様に、なす角が９０°より小さく構成してもよい。
【００６４】
本変形例においては、電子ビームは、試料７０の表面からエッジ７３を垂直に横切って試料７０外部に照射され、その後に隣り合うエッジ７４を垂直に横切って再度試料７０上に電子ビームを照射するように走査される。
【００６５】
図１４（ｂ）の場合、電子ビームは、照射方向が試料７０外部で９０°回転した後、隣り合うエッジに向かって移動する。また、図１４（ｃ）の場合、電子ビームは、所定の回転中心を軸として軌跡が円を描くように照射される。図１４（ｃ）の場合には、電子ビームは、エッジ７３，７４を垂直に通るように軌跡は決定されている。本変形例においてファラデーカップ３４は、試料７０によって阻害されず試料７０を通り抜けた電子ビームを受け取り、そのビーム量を測定する。本変形例のように構成された試料７０を用いても、試料５０，６０と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビームの粗調整を説明する図である。
【図２】クロスワイヤ法を用いた電子ビームのビーム径の測定方法を説明する図である。
【図３】クロスワイヤの位置関係を示す図である。
【図４】ファラデーカップに入射する電子ビームとワイヤの関係を示す模式図である。
【図５】ビーム走査位置とファラデーカップの出力の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係るビーム調整装置を示す断面図である。
【図７】ファラデーカップ上に載置される試料を示す斜視図である。
【図８】図７のVIII―VIII断面図である。
【図９】試料に対して照射される電子ビームの走査パターンを示す図である。
【図１０】試料に向けて照射される電子ビームと貫通孔を通過する電子ビームの関係を示す模式図である。
【図１１】ビーム走査位置とファラデーカップの出力の関係を示すグラフである。
【図１２】本実施形態のビーム調整方法を示すフローチャートである。
【図１３】本実施形態の一変形例を示す図である。
【図１４】本実施形態の他変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ ビーム調整装置
２ 電子ビーム照射部
３ 真空容器
１０ 電子ビーム源
２０ アラインメントコイル
２１ 集束レンズ
２２ スチグマコイル
２３ 偏向コイル
２４ 対物レンズ
３０ レーザ照射器
３１ レーザ受光器
３２ 二次電子検出器
３３ ステージ
３４ ファラデーカップ
５０ 試料
５１ 貫通孔
５２ エッジ
５３ 微細構造物
Claims (16)
- 表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジを有するビーム調整用試料にビームを照射するステップと、
前記ビーム調整用試料を通り抜けた前記ビームまたは前記ビーム調整用試料の外部を通り抜けた前記ビームのビーム量を検出するステップと、を有し、
前記ビームは、前記二つのエッジを垂直に走査することを特徴とするビーム調整方法。 - 前記ビーム調整用試料は、前記二つのエッジにより定義され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、
前記ビームは、前記貫通孔上で走査方向が変更されることを特徴とする請求項１に記載のビーム調整方法。 - 前記ビーム調整用試料の前記二つのエッジは、前記ビーム調整用試料端部の二つのエッジであり、
前記ビームは、前記ビーム調整用試料上または前記ビーム調整用試料外で走査方向が変更されることを特徴とする請求項１に記載のビーム調整方法。 - 前記ビームの照射位置と検出された前記ビームのビーム量に基づき、前記ビームを調整することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のビーム調整方法。
- 前記ビーム調整用試料上に配置された微細構造物に対し前記ビームを照射し、ビーム照射位置を調整するステップをさらに有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のビーム調整方法。
- 前記ビーム調整用試料の高さ位置を検出するステップをさらに有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のビーム調整方法。
- 表面が平坦な板状のビーム調整用試料であって、互いに直交する二つのエッジを有し、前記二つのエッジは前記ビーム調整用試料端部の二つのエッジであることを特徴とするビーム調整用試料。
- 表面が平坦な板状のビーム調整用試料であって、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の孔側部は、互いに直交しかつ隣接した二つのエッジを有することを特徴とするビーム調整用試料。
- 前記ビーム調整用試料の表面には、微細構造物が付着していることを特徴とする請求項７または８の何れかに記載のビーム調整用試料。
- 前記微細構造物の表面は、電子阻止能の高い元素で被膜されていることを特徴とする請求項９に記載のビーム調整用試料。
- 前記微細構造物表面の前記被膜の厚さは、１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載のビーム調整用試料。
- 表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジにより定義され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するビーム調整用試料を載置するステージと、
前記ビーム調整用試料に対し、ビームを照射するビーム発生器と、
前記ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、
前記ビーム調整用試料の位置を検出する位置検出器と、
前記ステージの下方に配置されたビーム検出器と、を有し、
前記ビーム検出器は、前記ビーム調整用試料を通り抜けた電子ビームのビーム量を検出し、
前記ビーム発生器は、前記貫通孔上で走査方向を変更するように前記電子ビームを照射することを特徴とするビーム調整装置。 - 表面が平坦な板状であり、互いに直交する二つのエッジを有するビーム調整用試料を載置するステージと、
前記ビーム調整用試料に対し、ビームを照射するビーム発生器と、
前記ビームの照射により発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、
前記ビーム調整用試料の位置を検出する位置検出器と、
前記ステージの下方に配置されたビーム検出器と、を有し、
前記ビーム調整用試料の前記二つのエッジは、前記ビーム調整用試料端部の二つのエッ ジであり、
前記ビーム検出器は、前記ビーム調整用試料のエッジ外側を通り抜けた電子ビームのビーム量を検出し、
前記ビーム発生器は、前記ビーム調整用試料上または前記ビーム調整用試料外で走査方向を変更するように前記電子ビームを照射することを特徴とするビーム調整装置。 - 前記ビーム発生器は、前記ビーム調整用試料の表面に配置された微細構造物に前記ビームを照射することを特徴とする請求項１２または１３の何れかに記載のビーム調整装置。
- 前記微細構造物質の表面は、電子阻止能の高い元素で被膜されていることを特徴とする請求項１４に記載のビーム調整装置。
- 前記微細構造物の表面の前記被膜の厚さは、１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１５に記載のビーム調整装置。
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