JPH08227680A

JPH08227680A - ビ−ム装置

Info

Publication number: JPH08227680A
Application number: JP3094295A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Kaga; 広靖加賀; Hiroshi Hirose; 博広瀬; Koji Iwata; 浩二岩田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-20
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は試料の傾斜にともなう試料のず
れを精度よく簡単に補正するのに適したビ−ム装置を提
供することにある。【構成】ステ−ジ３の上面（ｚ＝１５ｍｍ）にビ−ム１
のフォ−カスを合わせステ−ジ傾斜補正する。このとき
の傾斜中心軸Ｐ₀（ｘ₀，ｙ₀）を求め傾斜補正用デ−タ
生成器１０に格納する。試料高さが変わった場合、ステ
−ジの高さ（Ｚ軸駆動系７）を調整して試料の上面高さ
をｚ＝１５ｍｍにする。このときステ−ジＺ軸駆動系７
の移動量をｔとすると、ステ−ジが任意傾斜角θ傾いた
とき、観察点Ｐ₂をビ−ム直下（ｚ軸上）に位置付ける
ためのＸ，Ｙ軸駆動系６の補正量ｌは次式から求まる。ｌ＝ｌ₀＋（α（ｃｏｓθ−１）−βｓｉｎθ）ｔ／ｃ
ｏｓθ ただし、ｌ₀は傾斜補正時のＸステ−ジの補正量（Ｐ₀か
ら求まる）。α、βは装置固有の定数。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビ−ム装置、特に半導体
分野において超微細加工により高密度に集積されたＬＳ
Ｉのプロセス評価のために、試料の目的の場所を加工
し、その加工断面を、試料を傾斜して観察するときに起
こる観察点（着目点）の位置シフトの補正を行なうビ−
ム装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工装置に
おいては、試料加工とその加工断面の観察を１つのイオ
ン源からのイオンビ−ムで行なっている。このため、加
工後はイオンビ−ムに対して観察面が見えるように、ス
テ−ジしたがって試料を傾斜させる必要がある。このと
き、傾斜像が、ステ−ジの傾斜による断面観察時に視野
から外れてしまい、再度視野に像が入るように、ステ−
ジの調整あるいは走査ビ−ムのシフトを行う必要があ
る。

【０００３】この問題を解決するために従来は、ステ−
ジの上に固定された試料上の観察点（着目点）にイオン
ビ−ムが照射されているとき、この観察点が試料の傾斜
軸上にあるようにステ−ジが傾斜するユ−セントリック
な機械機構を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来方法は数１０
μｍの領域の断面観察には十分な性能を発揮する。とこ
ろが最近では、サブミクロンの寸法を有する素子の加工
及び断面観察には、０．１ μｍ以下の高精度が要求さ
れる。

【０００５】しかし、５軸ステ−ジなどレ−ザ測長を備
えない場合、ステ−ジの現在値（位置）を正しくビ−ム
照射系にフィ−ドバックできないため、機構系の誤差が
そのまま測長誤差になる。また、ステ−ジ自体の製作誤
差や設置誤差等により数μｍの誤差が生じるため、ステ
−ジ移動に伴う補正を必要とする。しかし、従来補正法
では、ステ−ジ位置精度が８”全面で±１０μｍであ
り、最近の要求には不十分である。

【０００６】傾斜補正に関しては、試料高さが変わると
精度がでないため、試料が変わるごとに補正をやり直さ
ないと正しく補正できないという問題があった。

【０００７】本発明の目的は試料の傾斜にともなう試料
のずれを精度よく簡単に補正するのに適したビ−ム装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の課題解決手段は
次のとおりである。

【０００９】１．ビ−ム装置であって、これは、ビ−
ムを放射するビ−ム源と、そのビ−ムを試料が配置され
る予め定められた位置に収束する手段と、前記試料を３
次元方向に移動すると共に前記ビ−ムに対して傾斜する
手段とを備えたビ−ム装置であって、前記試料の傾斜に
ともなって生じる前記予め定められた位置に対する前記
試料のずれを補正する手段を備え、該補正手段は前記試
料を予め定められた位置に位置付けるように前記ビ−ム
軸方向に移動させたときのその試料の移動量に比例する
試料高さ及び前記試料を傾斜させたときのその試料の傾
斜角を関数として前記ずれを補正することを特徴とする
（請求項１）。

【００１０】２．課題解決手段１のビ−ム装置であっ
て、これは前記収束手段のビ−ム収束条件を記憶する手
段を備えていることを特徴とする（請求項２）。

【００１１】３．課題解決手段１又は２のビ−ム装置
であって、前記関数は前記試料高さに乗じられるべき高
さ係数を含むことを特徴とする（請求項３）。

【００１２】４．課題解決手段３のビ−ム装置であっ
て、前記高さ係数は前記試料の傾斜中心軸位置の前記試
料高さ依存性に関する定数であることを特徴とする（請
求項４）。

【００１３】５．課題解決手段４のビ−ム装置であっ
て、前記高さ係数は前記試料を前記ビ−ム軸方向の第１
及び第２の位置に選択的に位置付けたときの前記試料の
傾斜中心軸の位置にもとづいて定められたものであるこ
とを特徴とする（請求項５）。

【００１４】６．課題解決手段２〜５のいずれかのビ
−ム装置であって、前記関数は前記試料を第１、第２及
び第３の傾斜角に設定したときの前記試料の傾斜中心の
位置を一定値として含むことを特徴とする（請求項
６）。

【００１５】７課題解決手段６のビ−ム装置であっ
て、これは前記高さ係数及び傾斜中心の位置を表す一定
値を記憶する手段を含むことを特徴とする（請求項
７）。

【００１６】

【作用】本発明においては、試料の傾斜にともなって生
じる予め定められた位置に対する試料のずれを補正する
手段を備え、この補正手段は試料を予め定められた位置
に位置付けるようにビ−ム軸方向に移動させたときのそ
の試料の移動量に比例する試料高さ及び試料を傾斜させ
たときのその傾斜角を関数として試料のずれを補正する
ようにしている。これによれば、試料の傾斜にともなう
試料のずれを精度よく簡単に補正するのに適したビ−ム
装置が提供される。

【００１７】

【実施例】図２は本発明の基本原理を説明する図であ
る。これは、ステ−ジに固定された試料にビ−ムが照射
されている状態で、試料の厚さｔを無視したときに観察
点（着目点）Ｐ₁が傾斜中心軸Ｐ₀を中心として傾斜角θ
だけ傾斜されることによりＰ₂点にシフトすることを表
している。

【００１８】本発明の補正原理を説明するにあたり、ス
テ−ジの傾斜回転軸はＹ軸に平行と仮定する。その仮定
の下で図３中の３つの点Ｐ₀，Ｐ₁，Ｐ₂の関係式をＸ−
Ｚ平面（Ｚ軸はビ−ム軸と一致する）上で考える。今、
傾斜角θ＝０におけるステ−ジ上での試料の厚さｔが０
のとき、観察点Ｐ₁の（ｘ₁，ｚ₁）座標を（０，０）と
し、更に傾斜中心軸Ｐ₀の座標を（−ｘ₀，−ｚ₀）、傾
斜角θ時の観察点Ｐ₂の座標を（ｘ₂，ｚ₂）とする。こ
こで、傾斜中心はＰ₀であるから、数１が成り立つ。

【００１９】

【数１】

【００２０】これは、整理すると数２及び数３のように
なる。

【００２１】

【数２】

【００２２】

【数３】

【００２３】そこで、観察点Ｐ₂をビ−ム直下（Ｚ軸
上）にするには、一般にはＺ軸駆動系に可動範囲の制限
があるので、Ｘ軸駆動系を、数２を用いて

【００２４】

【数４】

【００２５】だけ移動すれば良い。

【００２６】一方、試料厚さｔ≠０の場合、観察点Ｐ₁
が（０，ｔ）になるのでステ−ジの傾斜中心を（−
ｘ₀，−ｚ₀−ｔ）とすると、数４と同様に考えることが
できる。したがってステ−ジ傾斜による像シフトをビ−
ム直下（Ｚ軸上）にするには、ステ−ジをＸ方向に

【００２７】

【数５】

【００２８】移動すればよい。

【００２９】しかし、数５を実際に用いるには、ｔを何
らかの方法で測定する必要がある。また、ｔの意味する
ところは観察試料そのものの厚さではなく、傾斜補正に
用いた標準マ−クの高さと観察試料の上面高さの相対値
である。そのため、上記シフト方法を用いるには試料ご
とに補正をやり直す必要がある。

【００３０】そこで、これを補うことで任意の厚さの試
料に対しても傾斜補正をやり直すことなく、かつ精度良
く傾斜に伴う観察像のシフトを補正し、断面観察を可能
ならしめることができる。以下、その傾斜補正法につい
て述べる。

【００３１】本発明の傾斜点のシフトの補正のために
は、予めステ−ジ（Ｚ軸）が動いた場合の傾斜中心軸の
座標（ｘ₀，ｚ₀）及び後述のα，βを傾斜補正用デ−タ
として求める必要がある。その方法について、以下説明
する。

【００３２】２つの傾斜角θ（＝４５°），θ’（＝５
５°）に対する標準マ−クの実測座標を（ｘ₄₅，
ｚ₄₅），（ｘ₅₅，ｚ₅₅）、原点を傾斜角０度の標準マ−
ク位置（ｘ₀₀，ｚ₀₀）に決めると、Ｘ軸座標については
数２は以下のように表される。

【００３３】

【数６】

【００３４】

【数７】

【００３５】よって、Ｐ₀座標（ｘ₀，ｚ₀）は数２、３
から次式のように求まる。

【００３６】

【数８】

【００３７】

【数９】

【００３８】次に、ステ−ジＺ軸駆動系が動いた場合、
Ｐ₀点の座標依存性（高さ依存性）を調べる。そこで、
実験的に求めた結果を図３に示す。たとえば、ステ−ジ
高さｚ₁＝１５mmの場合の傾斜中心軸を（ｘ₀，ｚ₀）、
同様に、ｚ₂＝１６mmの場合の傾斜中心軸を（ｘ₀'，
ｚ₀'）とすると、１次式近似によりステ−ジの高さがｚ
₁からｔ変化したときの傾斜中心（ｘt₀，ｚt₀）を次式
から求めることができる。

【００３９】

【数１０】

【００４０】

【数１１】

【００４１】ここで、図３の実験結果の場合、α、βを
求めると、α＝−０．１，β＝０．９となる。

【００４２】数１０、１１から得られる傾斜中心（ｘ
t₀，ｚt₀）を数２の（ｘ₀，ｚ₀）に代入し、数４を用い
て整理すると、観察点Ｐ₂をビ−ム直下（Ｚ軸上）に位
置づけるようにするには、Ｘ軸駆動系をステ−ジ面に沿
って

【００４３】

【数１２】

【００４４】だけ移動すればよい。

【００４５】また、実験でα、βはステ−ジＸ−Ｙ位置
によらないことが分かった。そのため、α、βは装置の
固有値であり、一度求めレジスタに格納すれば再度求め
る必要がない値である。

【００４６】図１は本発明の一実施例を説明する図であ
る。以下、ステ−ジ傾斜に伴う操作手順の一実施例を説
明する。まず、予め、上記方法でα、βを求め、そして
これは傾斜補正用デ−タ生成器１０に格納されているも
のとする。フォ−カス調整用にステ−ジ３に設置されて
いる試料２（標準マ−クまたはメッシュ）位置にステ−
ジ３を移動する。このとき、ステ−ジ３のＺ軸駆動系７
をイオン源１１側に最も高くした状態（例えばｚ₁＝１
５mm）である。また、イオン源１１からのイオンビ−ム
１はイオン引出レンズ、コンデンサレンズ等からなる照
射レンズ系１３で収束され、更に偏向電源１５によって
駆動される偏向器１６により偏向走査される。それによ
って試料２（標準マ−ク）から発生される２次粒子は検
出器１７によって検出され、この検出された信号は表示
装置１８に導かれ、これによって表示装置１８の操作画
面には試料の像が表示される。

【００４７】試料２（標準マ−ク）の観察点Ｐ₁が走査
画面の視野中央に位置するように、制御計算機４からの
命令にもとずいてＸ，Ｙ軸駆動系６を介してステ−ジ３
を調整する。ステ−ジ３の試料２（ｚ＝１５）に照射レ
ンズ系１３を用いてビ−ム１のフォ−カスを合わせ、傾
斜補正時のフォ−カス条件として照射レンズ系１３のレ
ンズレジスタ１２に格納する。試料２（標準マ−ク）の
観察点Ｐ₁の座標（ｘ₀ ₀，ｚ₀₀）をステ−ジの位置検出
器９を介して傾斜補正用デ−タ生成器１０により実測す
る。次に特定の２つの傾斜角（例えば４５度と５５度）
に対して、制御計算機４からの命令に基ずいて傾斜軸駆
動系５を介して傾斜させ、そのつど試料２（標準マ−
ク）の観察点Ｐ₁が走査画面の視野の中央に入るよう
に、制御計算機４からの指令にもとずきＸ，Ｙ駆動系６
を介してステ−ジ３を調整し、２つの傾斜角に対する標
準マ−ク座標すなわち観察点Ｐ₁の座標（ｘ₄₅，
ｚ₄₅），（ｘ₅ ₅，ｚ₅₅）を、ステ−ジの位置検出器９を
介して傾斜補正用デ−タ生成器１０により実測する。こ
の傾斜補正用デ−タ生成器１０のデ−タをもとに、制御
計算機４で数８、９を用いて傾斜中心軸Ｐ₀（ｘ₀，
ｙ₀）を求める。この点Ｐ₀を傾斜補正用デ−タ生成器１
０に格納する。以上が傾斜補正である。また、このとき
の照射レンズ系１３の収束条件はレンズレジスタ１２に
登録（記憶）される。

【００４８】次に、試料交換などで試料高さが変わった
場合、照射レンズ系１３のレンズレジスタ１２を参照
し、傾斜補正時のフォ−カス条件に戻す。この後、フォ
−カスが合うように制御計算機４からの指令にもとづ
き、Ｚ駆動系７を介してステ−ジ３を調整（ステ−ジ高
さＺ軸駆動系７を微調）する。このときのＺ軸駆動系７
の移動量ｔ（試料高さはこれに比例する）をステ−ジの
位置検出器９を介して傾斜補正用デ−タ生成器１０によ
り実測する。ステ−ジ３を任意傾斜角θ傾けたとき、制
御計算機４で傾斜補正用デ−タ生成器１０のデ−タα、
β、点Ｐ₀（ｘ₀，ｚ₀）、ｔを参照し、数１２を用い
て、観察点Ｐ₂をビ−ム直下（ｚ軸上）に位置させるた
めのＸ，Ｙ軸駆動系６の補正量ｌ（数１２）を算出す
る。この値にもとづいて、傾斜補正器８を介してＸ，Ｙ
軸駆動系６を制御し、ステ−ジの補正移動を実施する。

【００４９】この傾斜中心軸の座標を取得する一実施例
のフロ−処理について図４と図５にまとめる。図４のフ
ロ−１００〜９００は、一度実施しレジスタ−に格納す
れば再度求める必要はない。

【００５０】図４及び５を参照するに、傾斜補正用マ−
クにステ−ジを移動（１００）し、マ−ク像を表示装置
１８に表示する（２００）。次に、マ−ク位置のステ−
ジ座標を測定する（４００）。ステ−ジの傾斜角を４５
°にし（５００）、傾斜する（６００）。このとき、Ｐ
₁が視野からずれるが、視野に入るようにステ−ジを移
動する（１００）。マ−ク位置のステ−ジ座標を測定す
る（４００）。同様にして、ステ−ジ傾斜角度を５５°
にし（５００）、Ｐ₁ マ−ク位置のステ−ジ座標位置
を測定する（４００）。測定結果から、傾斜中心Ｐ₀を
算出する（７００）。ステ−ジの高さ方向の位置を変え
（たとえばｚ＝１６）、同様の測定を行ない（８０
０）、ステ−ジ高さｚ＝１６の場合の傾斜中心Ｐ₀を求
める（７００）。数１０、数１１からα，βを求める
（９００）。加工、観察を必要とする試料に交換する
（１０００）。ステ−ジの傾斜角度θを入力する（１１
００）。対物レンズ等の値すなわち収束条件をステ−ジ
傾斜補正時のそれに戻す（１２００）。フォ−カスが試
料面上に合ったら（１３００）、ステ−ジの傾斜を実行
する（１０００）。自動的にステ−ジの移動量ｔを取り
込み（１５００）、θ，ｔ，Ｐ₀，α，βからＸ方向の
ステ−ジ移動量ｌを数１２を用いて算出し（１７０
０）、ステ−ジ傾斜開始後Ｘステ−ジをｌだけ移動する
（１８００）。

【００５１】実施例において、傾斜中心軸の座標算出の
ため実測デ−タを、傾斜角４５度及び５５度に対して求
めたが、本発明では、上記数値に限定されるものではな
く適宜、設定可能である。また、ｚ₁，ｚ₂に対しても同
様である。更に、Ｚ軸駆動系照射レンズ制御系に上記実
施例から得られる補正を加えることも可能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、試料の傾斜にともなう
試料のずれを精度よく簡単に補正するのに適したビ−ム
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく一実施例を示すビ−ム装置の
概念構成図。

【図２】試料傾斜にもとづく試料のずれの補正を説明す
るための説明図。

【図３】傾斜中心軸を実験によって求めた例を示す図。

【図４】本発明の動作を説明するためのフロ−チャ−ト
を示す図。

【図５】本発明の動作を説明するための、図４とつなが
るフロ−チャ−トを示す図。

【符号の説明】

１：イオンビ−ム、２：試料、３：ステ−ジ、４：制御
計算機、５：傾斜軸駆動系、６：Ｘ，Ｙ軸駆動系、７：
Ｚ軸駆動系、８：傾斜補正器、９：位置検出器、１０：
傾斜補正用デ−タ生成器、１１：イオン源、１２：レン
ズレジスタ、１３：照射レンズ系、１５：偏向電源、１
６：偏向器、１７：検出器、１８：表示装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビ−ムを放射するビ−ム源と、そのビ−ム
を試料が配置される予め定められた位置に収束する手段
と、前記試料を３次元方向に移動すると共に前記ビ−ム
に対して傾斜する手段とを備えたビ−ム装置であって、
前記試料の傾斜にともなって生じる前記予め定められた
位置に対する前記試料のずれを補正する手段を備え、該
補正手段は前記試料を予め定められた位置に位置付ける
ように前記ビ−ム軸方向に移動させたときのその試料の
移動量に比例する試料高さ及び前記試料を傾斜させたと
きのその試料の傾斜角を関数として前記ずれを補正する
ことを特徴とするビ−ム装置。
【請求項２】請求項１に記載されたビ−ム装置であっ
て、前記収束手段のビ−ム収束条件を記憶する手段を備
えていることを特徴とするビ−ム装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載されたビ−ム装置で
あって、前記関数は前記試料高さに乗じられるべき高さ
係数を含むことを特徴とするビ−ム装置。
【請求項４】請求項３に記載されたビ−ム装置であっ
て、前記高さ係数は前記試料の傾斜中心軸位置の前記試
料高さ依存性に関する定数であることを特徴とするビ−
ム装置。
【請求項５】請求項４に記載されたビ−ム装置であっ
て、前記高さ係数は前記試料を前記ビ−ム軸方向の第１
及び第２の位置に選択的に位置付けたときの前記試料の
傾斜中心軸の位置にもとづいて定められたものであるこ
とを特徴とするビ−ム装置。
【請求項６】請求項２〜５のいずれかに記載されたビ−
ム装置であって、前記関数は前記試料を第１、第２及び
第３の傾斜角に設定したときの前記試料の傾斜中心の位
置を一定値として含むことを特徴とするビ−ム装置。
【請求項７】請求項６に記載されたビ−ム装置であっ
て、前記高さ係数及び傾斜中心の位置を表す一定値を記
憶する手段を含むことを特徴とするビ−ム装置。