JPH09283072A

JPH09283072A - ２次荷電粒子検出方法及びそのシステム並びにイオンビーム加工装置

Info

Publication number: JPH09283072A
Application number: JP8092145A
Authority: JP
Inventors: Akira Shimase; 朗嶋瀬; Junzo Azuma; 淳三東; Yuichi Hamamura; 有一濱村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本課題は、荷電ビームを走査してターゲット表
面から射出する２次粒子を検出する際に、ターゲット表
面の各ビーム照射点の斜面角度ごとに２次粒子信号を取
得する。また、２次粒子の収率を向上させるとともにＭ
ＣＰ面に広く２次粒子を入射させ斜面情報の分解能を向
上させる。【解決手段】ＭＣＰ４の検出電極３を円周方向に分割
し、そこから得られたを処理する。または、ＭＣＰ４か
ら出た電流を蛍光板３０により光に変換して、その光を
リニアセンサ３１で検出して、そのデータを処理する。
収率と入射領域拡大にはＭＣＰアッセンブリの追加およ
び電圧印加とそれらの最適化を実施する。

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・イオン等の荷
電粒子を微細に集束して、１次荷電粒子として対象物
（ターゲット）に照射して、対象物の表面形状を観察す
るあるいは対象物を加工する装置において、１次荷電粒
子の衝突によって対象物（ターゲット）から放出される
２次荷電粒子を検出して対象物（ターゲット）の表面情
報を得る２次荷電粒子検出方法およびそのシステム並び
にイオンビーム加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１次荷電粒子を微細に集束して対象物を
観察する装置としては、走査電子顕微鏡が最も一般的で
あり、オージェ分析等で分析方面への展開とともに、測
長ＳＥＭ、ストロボＳＥＭ、あるいは、ＥＢテスタ等の
半導体分野への展開も進んでいる。また一方、荷電粒子
としてイオンを用いた集束イオンビーム加工装置も、素
子の配線加工・接続や断面形成等に応用され、半導体分
野における不良解析等で重要な位置を占めるようになっ
てきている。１次荷電粒子を微細に集束して対象物を観
察する装置に用いられる従来の２次荷電粒子検出器とし
ては、特開昭６１ー８８４４２号公報（従来技術１）が
知られている。この従来技術１は、図２５に示すよう
に、シンチレータ４５と光電子増倍管４６とを組み合わ
せて２次電子を検出する系で、検出器の角度を変えるこ
とで、(Ａ)の位置では上方に射出した２次電子を多く検
出し、(Ｂ)の位置ではターゲット９の表面凹凸をより顕
在化すべく、より斜方に射出した２次電子を多く検出す
るものである。

【０００３】また１次荷電粒子を微細に集束して対象物
を観察する装置に用いられる従来の２次荷電粒子検出器
としては、特開昭６３−１６８９５１号公報（従来技術
２）や特開平４−５０４３２５号公報（従来技術３）が
知られている。従来技術２には、細く絞られた電子線を
試料面上において二次元的に走査するための手段と、該
走査に伴って得られる反射電子またはＸ線を検出するた
めの試料面法線に近い側に備えられた第１の検出器と、
前記試料面法線に対して遠い側に備えられた第２の検出
器と、該第１の検出器の出力信号から第２の検出器の出
力信号を減算するための手段を備えた走査電子顕微鏡等
の電子線装置に用いられ、試料の磁区構造像や組成像等
を観察するための電子線装置における反射電子等の検出
装置が記載されている。従来技術３には、細いリングで
作成された内側電子検出器、該内側電子検出器の半径方
向外側に配置されて複数個の第１同心弓形扇状部分で作
成された中間電子検出器、および該中間電子検出器の半
径方法外側に配置されて複数個の第２同心弓形扇状部分
で作成された外側電子検出器を有する全体的に環状の電
極組立体からなり、試料の表面から放出される種々の信
号、例えば、低エネルギ２次電子、高エネルギ後方散乱
電子、小角度反射電子、および大角度反射電子を分離す
ることができる電子検出器を備えた環境形走査型電子顕
微鏡が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術１に記載
された２次荷電粒子検出器の角度を変化させてターゲッ
ト面の角度により違う２次荷電粒子射出分布を捕らえる
方式では、以下の課題を有する。即ち、従来技術１に記
載された２次荷電粒子検出器は、シンチレータ４５の前
面に電圧を印加して２次荷電粒子を引き込む方式である
ため、２次荷電粒子を引き込む際異なった射出方向の２
次荷電粒子が混じり合う状況が生じ、角度情報が曖昧に
なるという課題を有していた。また、上記従来技術２、
３には、通常ＬＳＩなどの半導体素子を平面的に観察す
る場合、上方に射出される２次荷電粒子の方が斜面から
射出される２次荷電粒子より多く、斜面情報が平坦部の
情報の中に埋もれた状態となったとしても、この斜面情
報を顕在化して高分解能で観察または認識しようとする
点について十分考慮されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、集束された１次荷電粒子（荷電ビーム）をタ
ーゲットに照射して射出される２次荷電粒子の情報か
ら、ターゲット表面の斜面情報を顕在化して高分解能で
観察または認識できるようにした２次荷電粒子検出方法
及びそのシステムを提供することになる。また本発明の
他の目的は、集束された１次荷電粒子（荷電ビーム）を
ターゲットに照射して射出される２次荷電粒子の情報か
ら、ターゲット表面の３次元形状を顕在化して高分解能
で観察または認識できるようにした２次荷電粒子検出方
法及びそのシステムを提供することになる。また本発明
の他の目的は、集束されたイオンビームをターゲットに
照射して射出される２次荷電粒子の情報から、ターゲッ
ト表面の斜面情報を顕在化して高分解能で観察または認
識して加工位置を高精度に位置決めしてイオンビーム加
工を施すようにしたイオンビーム加工装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、集束された１次荷電粒子をターゲットに
照射し、このターゲットから発生する２次荷電粒子を２
次荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅さ
れた２次荷電粒子を、前記１次荷電粒子照射軸を中心に
した周辺電極で前記ターゲット上における斜面を強調し
た２次荷電粒子信号として検出することを特徴とする２
次荷電粒子検出方法である。また本発明は、集束された
１次荷電粒子をターゲットに照射し、このターゲットか
ら発生する２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅機能を有す
る手段で増幅し、この増幅された２次荷電粒子を、前記
１次荷電粒子照射軸を中心にして半径方向に複数に分割
したリング状の電極の各々で２次荷電粒子信号として検
出することを特徴とする２次荷電粒子検出方法である。
また本発明は、集束された１次荷電粒子をターゲットに
照射し、このターゲットから発生する２次荷電粒子を２
次荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅さ
れた２次荷電粒子を光に変換して半導体センサで受光し
て２次荷電粒子信号として検出することを特徴とする２
次荷電粒子検出方法である。

【０００７】また本発明は、前記２次荷電粒子検出方法
において、前記半導体センサを２つ以上配置することを
特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出方法
において、前記半導体センサがリニアセンサであること
を特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出方
法において、前記リニアセンサを放射状に複数配置した
ことを特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検
出方法において、前記リニアセンサからのデータから１
次荷電粒子照射点ごとのターゲットの傾斜角度を算出し
て３次元形状を認識することを特徴とする。また本発明
は、前記２次荷電粒子検出方法において、前記リング状
検出板の各々からの２次荷電粒子信号によりターゲット
の平面および斜面の各々の鮮明な画像を検出することを
特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出方法
において、集束した１次荷電粒子を通過させる管状の中
央電極（センターパイプ）を備えた１次荷電粒子軸に対
して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅手段
（ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）、ＭＳＰ等）に
おいて前記管状の中央電極（センターパイプ）に電圧を
印加して、管状の中央電極から２次荷電粒子に対する斥
力を生じせしめて２次荷電粒子増幅手段（ＭＣＰ、ＭＳ
Ｐ等）への２次荷電粒子の収集率を向上させることを特
徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出方法に
おいて、２次荷電粒子引き込み用メッシュ電極の形状を
半球状あるいは釣り鐘状とし、１次荷電粒子照射点から
発生する２次荷電粒子を該１次荷電粒子軸（１次荷電粒
子の入射軸）から遠ざける方向に該メッシュ電極に電圧
を印加して２次荷電粒子増幅手段（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）
への２次荷電粒子の収集率を向上させることを特徴とす
る。また本発明は、前記２次荷電粒子検出方法におい
て、２次荷電粒子増幅手段（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）の外縁
付近に円筒状あるいはテーパ付き円筒状電極を設け、該
円筒状電極に電圧を印加して、該ＭＣＰ等の２次荷電粒
子検出領域全体に該２次荷電粒子を拡散せしめる等該２
次荷電粒子の軌道を制御することを特徴とする。また本
発明は、前記２次荷電粒子検出方法において、管状の中
央電極（センターパイプ）を分割して、それぞれに任意
の電圧を印加することで、２次荷電粒子検出系の軸対象
からのずれを補正することを特徴とする。また本発明
は、前記２次荷電粒子検出方法において、円筒状電極を
分割して、それぞれに任意の電圧を印加することで、２
次荷電粒子検出系の軸対象からのずれを補正することを
特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出方法
において、ＭＣＰ等を取り付けるケーシングに電圧を印
加し、２次荷電粒子の軌道を制御することを特徴とす
る。また本発明は、前記２次荷電粒子検出方法におい
て、前記２次荷電粒子増幅機能を有する手段がマイクロ
チャネルプレートまたはマイクロスフェアプレートであ
ることを特徴とする。

【０００８】また本発明は、集束された１次荷電粒子を
ターゲットに照射し、このターゲットから発生する２次
荷電粒子を２次荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅
し、この増幅された２次荷電粒子を光に変換して、配列
方向を前記１次荷電粒子照射軸を中心にして半径方向に
向けて設置したリニアセンサで受光してターゲットの傾
斜角度に応じた２次荷電粒子信号として検出することを
特徴とする２次荷電粒子検出方法である。また本発明
は、集束された１次荷電粒子をターゲットに照射し、こ
のターゲットから発生する２次荷電粒子を２次荷電粒子
増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅された２次荷
電粒子を光に変換して、配列方向を前記１次荷電粒子照
射軸を中心にして半径方向に向けて設置したリニアセン
サで受光してターゲットの傾斜角度に応じた２次荷電粒
子信号として検出し、この検出されたターゲットの傾斜
角度に応じた２次荷電粒子信号からターゲットの傾斜角
度を算出して３次元形状を認識することを特徴とする２
次荷電粒子検出方法である。

【０００９】また本発明は、集束された１次荷電粒子を
管状の中央電極を通してターゲットに照射し、このター
ゲットから発生する２次荷電粒子に対する前記管状の中
心電極からの斥力により前記２次荷電粒子を向けさせて
２次荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅
された２次荷電粒子を検出器により２次荷電粒子信号と
して検出することを特徴とする２次荷電粒子検出方法で
ある。また本発明は、１次荷電粒子軸に対して実質的に
対称に形成された２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ
等）と、１次荷電粒子軸に対してリング状に半径方向に
複数に分割し、各々が前記２次荷電粒子増幅器で増幅さ
れた２次荷電粒子を検出して２次荷電粒子信号に変換す
る検出器と、ターゲットから発生する２次荷電粒子に対
して斥力を生じせしめて２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、
ＭＳＰ等）への２次荷電粒子の収集率を向上させる管状
の中央電極（センターパイプ）と、ケーシングとからな
ることを特徴とする２次荷電粒子検出装置である。

【００１０】また本発明は、１次荷電粒子軸に対して実
質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、
ＭＳＰ等）と、１次荷電粒子軸に対してリング状に半径
方向に複数に分割し、各々が前記２次荷電粒子増幅器で
増幅された２次荷電粒子を検出して２次荷電粒子信号に
変換する検出器と、ターゲットから発生する２次荷電粒
子に対して斥力を生じせしめて２次荷電粒子増幅器（Ｍ
ＣＰ、ＭＳＰ等）への２次荷電粒子の収集率を向上させ
る管状の中央電極（センターパイプ）と、ターゲットか
ら発生する２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅器（ＭＣ
Ｐ、ＭＳＰ等）へ引き込むメッシュ電極と、ケーシング
とを有する２次荷電粒子検出装置を設けた２次荷電粒子
検出システムである。また本発明は、１次荷電粒子軸に
対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅器
（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）と、該２次荷電粒子増幅器で増幅
された２次荷電粒子を光に変換する荷電粒子／光変換器
（螢光板）と、該荷電粒子／光変換器で変換された光を
受光して信号に変換する半導体光センサと、ターゲット
から発生する２次荷電粒子に対して斥力を生じせしめて
２次荷電粒子増幅器への２次荷電粒子の収集率を向上さ
せる管状の中央電極とを有する２次荷電粒子検出装置を
設けた２次荷電粒子検出システムである。

【００１１】また本発明は、前記２次荷電粒子検出装置
において、前記半導体光センサがリニアセンサであるこ
とを特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出
装置において、前記半導体光センサが複数のリニアセン
サであり、該リニアセンサの各々を１次荷電粒子軸（１
次荷電粒子の入射軸）を中心にして実質的に放射状に配
置したことを特徴とする。また本発明は、１次荷電粒子
軸に対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅
器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）と、該ＭＣＰ等の後に設置され
た蛍光板と、その後に設置された半導体光センサと、タ
ーゲットから発生する２次荷電粒子に対して斥力を生じ
せしめて２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）への
２次荷電粒子の収集率を向上させる管状の中央電極（セ
ンターパイプ）と、ターゲットから発生する２次荷電粒
子を２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）へ引き込
むメッシュ電極と、ケーシングとを有する２次荷電粒子
検出装置を設けた２次荷電粒子検出システムである。

【００１２】また本発明は、前記２次荷電粒子検出装置
において、前記半導体光センサがリニアセンサであるこ
とを特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出
装置において、前記半導体光センサが複数のリニアセン
サであり、該リニアセンサの各々を１次荷電粒子軸（１
次荷電粒子の入射軸）を中心にして実質的に放射状に配
置したことを特徴とする。また本発明は、１次荷電粒子
軸に対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅
器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）と、該２次荷電粒子増幅器で増
幅された２次荷電粒子を検出して２次荷電粒子信号に変
換する検出器と、アースから電気的に絶縁することで電
圧印加を可能とし、該印加電圧によってターゲットから
発生する２次荷電粒子に対して斥力を生じせしめて２次
荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）への２次荷電粒子
の収集率を向上させる管状の中央電極（センターパイ
プ）と、ケーシングとを有する２次荷電粒子検出装置を
設けた２次荷電粒子検出システムである。

【００１３】また本発明は、前記２次荷電粒子検出装置
において、ターゲットから発生する２次荷電粒子を２次
荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）へ引き込むメッシ
ュ電極を備えたことを特徴とする。また本発明は、前記
２次荷電粒子検出装置において、半球状あるいは釣り鐘
状あるいは皿状あるいは円筒状の形状とし、１次荷電粒
子入射軸に対して実質的に軸対称に配置し、ターゲット
から発生する２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅器（ＭＣ
Ｐ、ＭＳＰ等）へ引き込むメッシュ電極を備えたことを
特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出装置
において、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）の
外縁付近に配置した円筒状あるいはテーパ付き円筒状の
２次荷電粒子軌道制御電極を備えたことを特徴とする。
また本発明は、前記２次荷電粒子検出装置において、ま
た本発明は、前記２次荷電粒子検出装置において、前記
管状の中央電極（センターパイプ）を分割し、各々に印
加する電圧を制御して２次荷電粒子の軌道を制御するこ
とを特徴とする。また本発明は、前記２次荷電粒子検出
装置において、前記２次荷電粒子軌道制御電極を分割
し、各々に印加する電圧を制御して２次荷電粒子の軌道
を制御することを特徴とする。

【００１４】また本発明は、集束されたイオンビームを
試料上のターゲットマークおよび所望の加工位置に照射
するイオンビーム照射手段を設け、イオンビーム照射軸
に対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅器
と該２次荷電粒子増幅器で増幅された２次荷電粒子を検
出して２次荷電粒子信号に変換する検出器とアースから
電気的に絶縁することで電圧印加を可能とした管状の中
央電極とを有し、前記試料上のターゲットマークから２
次荷電粒子信号を検出する２次荷電粒子検出装置を設
け、該２次荷電粒子検出装置の検出器で検出される前記
試料上のターゲットマークからの２次荷電粒子信号に基
づいて前記試料を位置決めし、前記イオンビーム照射手
段により試料上の所望の加工位置に集束されたイオンビ
ームを照射して加工を施すように構成したことを特徴と
するイオンビーム加工装置である。

【００１５】以上説明したように、本発明によれば、集
束された１次荷電粒子（荷電ビーム）をターゲットに照
射して射出される２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅器
（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）への収集率を向上させて検出器で
斜面情報を顕在化した信号に変換してその２次荷電粒子
の情報から、ターゲット表面の斜面情報を顕在化して高
分解能で観察または認識することができる。また本発明
によれば、集束された１次荷電粒子（荷電ビーム）をタ
ーゲットに照射して射出されるを２次荷電粒子増幅器
（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）への収集率を向上させて検出器で
斜面情報を顕在化した信号に変換してその２次荷電粒子
の情報から、ターゲット表面の３次元形状を顕在化して
高分解能で観察または認識することができる。

【００１６】また本発明によれば、集束された１次荷電
粒子（荷電ビーム）をターゲットに照射して射出される
を２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）への収集率
を向上させて、配列方向を１次荷電粒子照射軸を中心に
して半径方向に向けて設置したリニアセンサによりター
ゲットの傾斜角度に応じた２次荷電粒子信号を検出する
ようにしたので、ＣＰＵによりこの検出されたターゲッ
トの傾斜角度に応じた２次荷電粒子信号からターゲット
の傾斜角度を算出して３次元形状を認識することが可能
となった。また本発明によれば、集束されたイオンビー
ムをターゲットに照射して射出される２次荷電粒子の情
報から、ターゲット表面の斜面情報を顕在化して高分解
能で観察または認識して加工位置を高精度に位置決めし
てイオンビーム加工を施すことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態を図面を
用いて説明する。本発明に係る２次粒子検出方法および
その装置が適用される集束イオンビーム加工装置につい
て図１を用いて説明する。集束イオンビーム加工装置
は、ＵＬＳＩ，ＶＬＳＩ等のＬＳＩ素子の開発段階等に
おいてＬＳＩ素子の配線加工・接続や断面形成等を行っ
てデバックや不良解析等を行うために用いられる。

【００１８】集束イオンビーム装置は、図１に示すよう
に構成されている。イオン源３５から引き出したイオン
ビーム（１次荷電粒子）１を集束レンズ（静電レンズ）
３６で集束して、ステージ８の上に載置した半導体素子
等のターゲット９に照射する。この時、デフレクタコン
トローラ４４からの信号に従い、デフレクタ３７に偏向
電圧を印加してイオンビーム１を偏向するが、この偏向
信号と同期させてターゲット９から発生する２次荷電粒
子３８の強度変化を検出して、ターゲット表面の情報
（主に凹凸情報）を得ることができる。集束イオンビー
ム装置の場合、２次荷電粒子３８の検出にはＭＣＰ（マ
イクロチャンネルプレート）と呼ばれる２次荷電粒子検
出器６０が使われることが多い。この理由は、２次荷電
粒子として２次電子と２次イオンの両方をこの検出器６
０で検出可能であること、ターゲット表面を上方から照
明した状態に表面観察ができること、比較的単純な機器
構成であること等が挙げられる。この２次荷電粒子増幅
器（ＭＣＰ）４は、イオンビーム軸に対して軸対称に配
置されるため、ターゲット表面をモニタ４３の画面上で
上下左右均等に照明されたかのように表示されるため、
イオンビーム１による加工の位置決め等に使用すること
ができる。即ち、ＭＣＰと呼ばれる２次荷電粒子検出器
６０は、通常管状の中央電極（センターパイプ）２を備
え、イオンビーム１を通すタイプであり、２次荷電粒子
増幅器（ＭＣＰ）４で２次荷電粒子信号を増幅して、検
出器である検出板（検出電極）３で２次荷電粒子信号と
して電流を検出し、ヘッドアンプ４２にさらに増幅し
て、信号処理回路７１に信号入力する。信号処理回路７
１にはデフレクタコントローラ４４からイオンビーム１
の偏向信号（走査信号）も入力しており、これらからイ
オンビーム走査の各点に対応した２次荷電粒子信号デー
タを形成する。この信号を画像メモリ７２に送り、そこ
で一度格納し、さらに画像処理回路７３で画像に適正な
処理を施してメインコントローラ７４に送る。メインコ
ントローラ７４では２次荷電粒子信号の処理以外にも装
置各部（例えば集束レンズ（静電レンズ）３６、ブラン
キング電極、デフレクタコントローラ４４等）の制御処
理を行う。そこで、装置の目的に従ったソフト処理の結
果として、上記で得られた２次荷電粒子信号データがモ
ニタ４３上でターゲット表面の２次元画像として表示で
き、イオンビームによる加工の位置決め等に使用する。
即ち、モニタ４３上にターゲットの傾面を強調して高解
像度でもって表示された２次元画像に基づいて試料に対
する加工の位置決めを行う。そして位置決めされた所望
の加工位置に上記イオンビーム１を照射して加工を行
う。また半導体素子等の所望の箇所にイオンビーム１を
走査照射して大きな穴加工を施し、その後この穴加工の
断面を、上記で得られた２次荷電粒子信号データに基づ
く２次元画像をモニタ４３に表示することによって、高
解像度で観察することができる。

【００１９】上記実施の形態では、画像メモリ７２と画
像処理回路７３として、メインコントローラ７４とは別
のハードウエアを使用した場合について説明したが、処
理速度が装置の目的に合致している場合には、それらの
処理をメインコントローラ７４内のソフト処理として実
行してもよい。また、画像メモリ７２や画像処理７３は
必ずしも必要のない場合もあり、その時には装置価格低
減のため、それらを設置しないこともある。なお、上記
の集束イオンビーム装置主要部は真空チャンバ５１内に
収納され、真空ポンプ４１で高真空に排気されている。
また、微細な加工を行うため、真空チャンバ４８を保持
する定盤３９はエアサーボマウント４０上に載置され
る。

【００２０】ところで、１次粒子１の衝突（イオンビー
ム１の照射）によってターゲット９から２次荷電粒子１
９が放出されるが、図２に示すように、ターゲット９の
面に対して垂直方向に近い方向に最も多く放出される。
角度が大きくなると１次粒子１の入射角θに対し、２次
荷電粒子１９の射出角φは一定の関係で変化するが、θ
が９０゜に近くなっても、φが１０゜を越えることはま
れで、ほとんどの場合、２次荷電粒子射出方向はターゲ
ット面の法線方向と考えてよい。

【００２１】そして、ＬＳＩなどの半導体素子からなる
ターゲット９の表面には、マークで示されるように微小
凹凸が存在し、斜面からの２次荷電粒子は、図３に示す
ようにターゲット９の表面の平面・斜面でそれぞれの方
向２６を中心として分布して射出される。これは１次粒
子を照射している領域全体から射出される２次荷電粒子
を総体として考えると、上方射出２次荷電粒子２１と左
方射出２次荷電粒子２２と右方射出２次荷電粒子２３と
に分けられる。これらをそれぞれ検出できれば、それぞ
れの斜面あるいは平面からの情報を分離して検出するこ
とが可能となる。例えば、今斜面の方向を左右で区別せ
ず、斜面であるかどうかだけを問題とするとしたら、図
３に示すように２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４を有す
る検出器である検出板（検出電極）３を、中央検出電極
２４と周辺検出電極２５に分ければよい。それぞれの電
極２４、２５からの情報は、図４（ａ）に示す中央電極
検出信号６１と図４（ｂ）に示す周辺電極検出信号６２
となる。ここで、デフレクタコントローラ４４におい
て、イオンビーム１を偏向（走査）させるデフレクタ３
７に印加する偏向電圧に応じて周辺電極検出信号６２の
みを抽出することによって斜面を強調したターゲット９
の表面像を得ることができる。次に、２次荷電粒子増幅
器（ＭＣＰ）（マイクロチャネルプレート：Ｍｉｃｒｏ
ｃｈａｎｎｅｌＰｌａｔｅ）４を用いて２次荷電粒子
（２次電子または２次イオン）を検出する場合について
詳細に説明する。図５以下では２次荷電粒子として２次
電子を検出する場合について説明する。ただし、２次イ
オンを検出する場合は、最適な電圧値を選択する必要は
あるが、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４から検出板３
までの増倍電子に関する電位関係以外は、基本的には２
次電子の場合と逆電圧を印加すればよい。

【００２２】２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）と呼ばれる
２次荷電粒子検出器６０ａは、図５（ａ）に示す通り、
アース電位のケーシング１４に２次荷電粒子引き込み用
のメッシュ電極５、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）本体
４、検出器である検出電極３、アース電位のセンターパ
イプ２を納めた構造となっている。ステージ８上のター
ゲット９とケーシング１４と管状の中央電極（センター
パイプ）２とはアース電位であり、メッシュ電極５に引
き込み電圧Ｖ１が印加されている。このときの等電位面
７に従い、２次荷電粒子軌道５は図５（ａ）に示す軌道
をとる。これでそれぞれの面からの２次荷電粒子がメッ
シュ電極５を通過し、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４
に入射し、その中で増幅されて、検出電極３に入射す
る。ここで、検出電極３を図５（ｂ）に示すように半径
方向に分割した形状とする。今回は図５（ｂ）に２７、
２８、２９で示すように３分割で、かつ、斜面の方向
（例えば、Ｘ，Ｙ軸方向およびＸＹ平面内でＸ，Ｙ軸に
対してある角度傾斜した方向）では情報として必要とし
なかったため、半径方向のみの分割とした。これは、さ
らに分割して細かな情報を取得することも可能である。
ただし、イオンビーム１を微細に集束してターゲット９
に照射する場合、ビーム電流が元々少ないので、各分割
電極２７〜２９で取得できる情報が小さく、ノイズレベ
ルと同程度になることがあるため、電極の分割はこれも
考慮しておく必要がある。なお、３分割電極２７〜２９
のそれぞれで違う角度の斜面からの情報を得るが、本形
態では、まず周辺電極２９からの信号を使い、ＬＳＩ表
面の比較的緩やかな盛り上がりの形状を観察できた。ま
た、ターゲット９として、使用したマークの形状による
が、中間電極２８による観察の方が、中央電極２７や周
辺電極２９に比べ、マークエッジの検出ばらつきが小さ
かった。

【００２３】上記実施形態では３分割の検出電極２７、
２８、２９を採用したが、斜面データをより細かに取得
する２次荷電粒子検出器６０ｂの形態として、図６
（ａ）（ｂ）に示す形態がある。この２次荷電粒子検出
器６０ｂは、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４で増幅さ
れた信号電流をそのまま検出電極に入射させず、一度２
次荷電粒子／光変換器である蛍光板３１に入射させ、そ
こで光に変換し、それをリニアセンサ３１で電気信号と
して取り出すものである。この方式では細かな斜面情報
を取得でき、イオンビーム１の各走査点ごとに斜面角度
を計算し、それを処理することで、ターゲット９表面の
３次元形状を認識することも可能となる。この場合に
は、レチクル表面に比較的なだらかに残留した余剰欠陥
について本実施の形態でその厚さおよび形状を認識し、
それに従ってイオンビーム１の走査を制御することで、
高品質な欠陥修正を行える。なお、ここで図６（ｂ）に
示すように半導体センサであるリニアセンサ３１を保持
板３４に４本放射状に取り付けたが、本来これでは２次
荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４で取得した情報の一部しか
利用しておらず、効率が悪い。しかし、蛍光板３０とリ
ニアセンサ３１との間にシリンドリカルレンズを挿入す
ることで、効率をあげることも可能である。この実施の
形態では、蛍光板３０とリニアセンサ３１とで検出器を
構成する。さらに、図７（ａ）（ｂ）には２次荷電粒子
検出器６０ｃを示す。２次荷電粒子検出器６０ｃは、リ
ニアセンサ３１間に対応するメッシュ電極５の下の位置
に、メッシュ電極５よりも低い電圧を印加する補助電極
５２を設ける。その場合、図７（ｃ）のように２次荷電
粒子はリニアセンサ３１下のメッシュ電極５の方向へ偏
向され、その領域への２次荷電粒子入射を増加させる。
これにより、リニアセンサ３１で検出できる２次荷電粒
子の収率を向上させることができる。

【００２４】実際の３次元形状の認識の方法は、例えば
以下の方法をとる。事前に予め斜面角度を測定した試料
を用いて、特定角度の時にリニアセンサ３１のどの部分
で最も多くの２次荷電粒子を検出するかを測定する。こ
のデータを斜面角度θについて採集し、その間を補間し
て、斜面角度θとリニアセンサ３１の中の高検出位置の
変化Δｘｐとの関係（Δｘｐ＝ｆ（θ））を求めてお
く。例えば、図６（ｂ）において、ｐ点がイオンビーム
軸に対する垂直な面（傾度θ＝９０°）で最大の２次荷
電粒子検出点である。またｑ点は傾度θ＝４５°の点、
ｓ点は傾度θ＝０°の点である。ターゲット９のパター
ンが平坦な丘部、斜面、谷部を持つパターンである場
合、イオンビーム１を丘部から斜面を経て谷部へターゲ
ット９上で左から右に走査したとすると、最初の走査点
での２次荷電粒子信号のピークはｐ点であるが、走査点
が斜面にかかった段階でｑ点の方向にピーク位置がずれ
始め、走査点の移動に伴いピーク位置がｑ点を過ぎ、一
定の走査点の間は斜面の角度に対応するｑ点とｓ点との
間のｒ点でピーク位置が停止し、その後走査点が斜面か
ら谷部に向かって移動するに従い、またｒ点から戻り、
ｑ点を過ぎて、谷部に走査点が入った段階でｐ点にピー
ク位置が停止するようになる。この各走査点ｘｄでのピ
ーク位置の変化Δｘｐを上記で求めておいた斜面角度θ
に換算し、走査位置ｘｄと斜面角度θとの関係を求め
る。これを走査領域各点で行うことにより、ターゲット
９上の走査領域での３次元形状を計算して認識すること
ができる。

【００２５】上記方式を採用することで、ＬＳＩ上の位
置合わせマークの例えば斜面を強調して、マークの中心
を求めやすくする等の適用が可能であるが、更に本実施
の形態が有用な位相シフトレチクルの欠陥形状認識につ
いて説明する。位相シフトレチクル（以下ＰＳレチクル
と呼ぶ。）は、通常の基板と遮光パターン以外に位相を
反転させるためのシフタと呼ばれる透明パターンが設け
られたレチクルである。遮光パターンに欠陥が発生する
のと同様に、シフタにも欠陥が発生し、その欠陥が全て
のウエハに転写される。このため、欠陥を除去する修正
が不可欠である。しかし、シフタは遮光パターンに比べ
て厚く、その欠陥の形状も３次元的に不定形であること
が多くなっている。従って、それを精度よく除去するに
は、欠陥形状を認識した上で、それに従ったイオンビー
ム照射を行う必要がある。このための欠陥形状認識に本
方式が適用できる。

【００２６】図２４にこの方式を示す。ＰＳレチクルの
基板７５の上に欠陥７６が存在したとする。そこを欠陥
形状認識のためにイオンビーム１を欠陥７６を含む領域
を走査する。図２４ではその中の一つの走査線を取り上
げている。左からイオンビーム１を走査した時、それぞ
れの点、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで２次荷電粒子の射出方向
分布１９は異なる。これを蛍光板３０（図２４には図示
せず）に入射させてリニアセンサ３１で光の強度を読み
取った場合、リニアセンサ３１の出力分布７７は、Ａ，
Ｃ，Ｅのようにイオンビーム１の軸に垂直なターゲット
面ではリニアセンサ３１の中央部付近にピークを持つ。
一方、ＢやＤのように面が傾いている場合にはピーク位
置はずれることになる。（なお、ここで一つの走査線に
ついてだけ説明しているため、紙面に垂直な方向での傾
きは考えていない。このため、リニアセンサ３１の平面
図では、縦方向のリニアセンサ３１は一部だけを描いた
だけとしている。実際には、斜面の傾きはＸＹ両方向で
変化するため、ＸＹ両方のリニアセンサ３１からのピー
ク情報を処理することになる。）それぞれのピーク位置
には、それに対応した斜面角度が予め求められている。
その各点に対応する斜面角度から、斜面傾斜が計算でき
る。その計算結果を積分した結果が欠陥の高さを示すこ
とになり、これで一つの走査線に対応する欠陥形状を求
められる。この処理を実行するにあたり、図１に示すメ
インコントローラ７４内でソフト的に処理することも可
能であるが、実用的な処理速度を得るためには、画像メ
モリ７２ではイオンビーム走査各点でのリニアセンサ上
のピーク位置を記憶するための機能拡充と、画像処理回
路７３ではピーク情報から各点での斜面角度への変換、
それをＸＹ両方向での斜面傾斜データへの変換、さらに
それを積分して高さデータに変換する処理実行への機能
拡充も必要である。

【００２７】集束イオンビーム装置の像分解能を向上さ
せるには、収差が小さなレンズを設計することが必要で
あるが、同時にワーキングディスタンスを小さくし、レ
ンズ倍率を小さくすることも必要である。このため、ワ
ーキングディスタンスは縮小傾向にある。これまでであ
れば、図８（ａ）に示す２次荷電粒子検出器６０ａであ
っても、ターゲット９から射出した２次荷電粒子の大部
分が２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４に到達することが
できた。しかし、ワーキングディスタンスが小さくなる
と、図８（ｂ）に示す２次荷電粒子検出器６０ａように
センターパイプ２をターゲット９との間の空間はほとん
どアース空間となる。この時、イオンビーム１の照射点
から上方を見上げたとしたら、上方にはほぼ全面センタ
ーパイプ２が覆い被さっている状況となる。したがっ
て、上方に射出した２次荷電粒子はアース空間を直進
し、センターパイプ２に吸収されることとなる。一方、
センターパイプ２を短くして、メッシュ電極５の中に入
れてアース電位がかからない状態としても、逆に２次荷
電粒子の引き込み電圧がかかり、やはり上方に射出した
２次荷電粒子はそのまま上方に直進し、２次荷電粒子増
幅器（ＭＣＰ）４には入射できない。

【００２８】そこで、ワーキングディスタンスの短い場
合でも２次荷電粒子検出の収率を確保するために、図９
に示す２次荷電粒子検出器６０ｄのようにセンターパイ
プ２にメッシュ電極５への印加電圧Ｖ１と逆符号の電圧
Ｖ２を印加する。この場合、電位分布は図１０に示す通
り、センターパイプ２の周辺が高くなり、ターゲット面
から上方に射出した２次荷電粒子軌道６は、一度イオン
ビーム１の軸から離れる方向に進み、その先でメッシュ
電極５の方向に進む。これによって、射出エネルギーが
高すぎて軌道を曲げきれない２次荷電粒子以外は全て２
次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４に到達し、２次荷電粒子
収率が向上できる。なお、１１はｙ方向から見たセンタ
ーパイプ２の投影を示す。１２はｙ方向から見たターゲ
ット９の投影を示す。１３はｙ方向から見たメッシュ電
極５の投影を示す。

【００２９】ここで、メッシュ電極５に印加する電圧Ｖ
１とセンターパイプ２に印加する電圧Ｖ２とは下記のよ
うに調整することとした。調整用サンプルとしては多数
の段差のある例えば磁気テープあるいはラテックスを固
着させた膜に金をコーティングしたものを使う。ＬＳＩ
でも使用可であるが、所定角度を持った斜面が多いた
め、電圧調整が特殊な調整となることが多い。ただし、
これは、ＬＳＩ表面の像を主に取り込むような場合に
は、ＬＳＩをサンプルとして使用してもよい。各角度の
斜面がまんべんなく含まれるようにイオンビーム１をサ
ンプル面の１００μｍ□ほどの領域で走査しつつ、射出
される２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４
で検出する。Ｖ１については、検出する２次荷電粒子の
種類（電子であるかイオンであるか）、２次荷電粒子増
幅器（ＭＣＰ）４の耐圧、確保すべき２次荷電粒子増幅
器（ＭＣＰ）ゲインの調整幅、さらにメッシュ電極５か
ら２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４の入射面加速するた
めに印加する電圧（図示せず）で、ある程度決まり、通
常その範囲内で最大の値に固定する。Ｖ２については、
アース電位から検出する２次荷電粒子電荷の極性と同じ
極性で電圧を増加させていく。最初はセンターパイプ１
に衝突していた２次荷電粒子が、Ｖ２印加による電界に
よって反発を受け、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４へ
押し出されるようになり、画面の明るさが増加する。さ
らにＶ２を増加させると、今度はＶ２による電界が２次
荷電粒子の射出方向を横方向に偏向させ、サンプル表面
の凹凸の側面に２次荷電粒子が衝突するようになる。さ
らにＶ２を増加させると、サンプル表面の電界が２次荷
電粒子を押し戻す方向に働き、射出された２次荷電粒子
がすぐにサンプル表面に戻される状況となる。従って、
Ｖ２の変化によって、画面の明るさが最大値を取った後
に低下していく現象が見られる。そこで、Ｖ２としては
画面の明るさが最大になった点に設定する。

【００３０】２次荷電粒子検出器６０ｅにおいて、通常
２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４を収納するケーシング
１４は図１１に示すようにアース電位である。この時、
等電位面７は図１１に示す形状となる。従って、斜めに
射出した２次荷電粒子も２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）
４へ到達する途中でイオンビーム１の軸方向へ押し戻さ
れる力を受ける。このため、２次荷電粒子増幅器（ＭＣ
Ｐ）４に到達した２次荷電粒子の分布１６は図１２に示
すように、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）の検出領域１
５の全面ではなく、その一部分になる。これでは、図５
または図６のように電極を分割あるいはリニアセンサで
検出しても、その斜面情報分解能は期待できない。そこ
で、２次荷電粒子検出器６０ｆとして、図１３に示すよ
うに半球状のメッシュ電極５を採用した。このメッシュ
電極５によって、２次荷電粒子はまずイオンビーム１軸
から離れる方向への力を受け、その後、２次荷電粒子増
幅器（ＭＣＰ）４の前面に印加する電圧Ｖ３によって２
次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４に入射する。この場合の
２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４に到達した２次荷電粒
子の分布１６は図１４に示すように、図１２の平坦なメ
ッシュ電極５の場合に比べ、広がっており、斜面情報の
分解能が向上できる。さらに、ここまではケーシング１
４はアース電位であったが、図１５に示す如く２次荷電
粒子検出器６０ｇとしてケーシング１４に２次荷電粒子
を引き上げる電圧Ｖ４を印加することで２次荷電粒子増
幅器（ＭＣＰ）４に到達した２次荷電粒子の分布１６は
図１６のようにさらに改善され、斜面情報の分解能もさ
らに向上可能である。ここで、メッシュ電極５を半球状
としたが、電圧を適当に設定すれば、釣り鐘状、皿状、
あるいは、円筒状でも同等の効果が得られる。

【００３１】ここで各電圧の調整は、例えば次にように
行う。即ち、調整サンプルとしては、前記と同様、磁気
テープあるいはラテックスを固着させた膜に金をコーテ
ィングしたものを使用する。ＭＰＣ４の前段に印加する
電圧Ｖ３は２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４の耐圧等で
決定される。また、メッシュ電極５から２次荷電粒子増
幅器（ＭＣＰ）４の全面へ２次荷電粒子を加速するため
に、メッシュ電極５に印加する電圧Ｖ１としてはＶ３よ
りも数１０から数１００Ｖ低い電圧を選択するが、この
電圧とＶ３との間でケーシング１４への印加電圧Ｖ４を
調整するので、一定の調整幅をとるため、今回はＶ１を
Ｖ３より３５０Ｖ低く設定した。この状態で、センター
パイプ１への印加電圧Ｖ２をアース電位から増加させて
いくと、前述したように極大値を持つ点があり、ここを
Ｖ２の値として設定する。その上で、ケーシング１４へ
の印加電圧Ｖ４を増加していく。印加の方向はＶ１と同
電位からＶ３と同電位の方向へ変化させた。その時、最
外縁の検出電極３で検出される２次荷電粒子信号に従っ
て変化する画面の明るさを観察し、それが最も明るくな
った時点でＶ４を固定する。ただし、今回はＶ１とＶ３
の電位差を３５０Ｖに固定して調整したが、これは観察
するターゲット９によっては違う電位差が最適な場合も
あり、ターゲットごとにその電位差を変化させつつ、最
適なセンターパイプ１への印加電圧Ｖ２を求め、その時
の最適なケーシング１４への印加電圧Ｖ４を求めていく
手順を踏むべきである。

【００３２】上記の実施の形態ではケーシング１４に電
圧を印加する方式であったが、図１７に示す如く２次荷
電粒子検出器６０ｈとして円筒状のカバー電極１７（こ
れはメッシュで形成されていても同じである。）を設
け、そこに２次荷電粒子を引きつける電圧Ｖ５を印加す
ることで、上記の実施の形態と同等の効果が得られる。
この場合には、ケーシング１４には電圧を印加する必要
はなく、２次荷電粒子検出器６０ｈ全体の取り付けが容
易となる。なお、この実施の形態であれば、図１８に示
す如く２次荷電粒子検出器６０ｉとして必ずしもメッシ
ュ電極５は必要ではなく、２次荷電粒子増幅器（ＭＣ
Ｐ）４の前面に適当な電圧を印加すれば、図１７に示す
２次荷電粒子検出器６０ｈと同等の効果が得られる。

【００３３】また、上記の実施の形態では、円筒状カバ
ー電極１７であったが、これでは条件によっては２次荷
電粒子が円筒状カバー電極自体に入射してしまう危険性
がある。そこで、より安全な形態として、円筒状カバー
電極１７にテーパ形状を付加した図１９の形状を採用し
た。この２次荷電粒子検出器６０ｊにより、円筒状カバ
ー電極１７に印加する電圧Ｖ５と２次荷電粒子増幅器
（ＭＣＰ）４前面に印加する電圧Ｖ３との条件を最適化
することで、円筒状カバー電極１７への２次荷電粒子の
入射を回避できる。特に図２０に示すように２次荷電粒
子増幅器（ＭＣＰ）４の外縁近くに２次荷電粒子を押し
戻す電位分布を実現する電圧印加条件が望ましい。この
実際の電圧調整方法は、上記のケーシング１４への印加
電圧Ｖ４を調整した時の方法において、Ｖ４をカバー電
極１７への印加電圧Ｖ５に置き換えれば、同等の手順と
なる。

【００３４】加工精度や組立精度を合わせた２次荷電粒
子検出器６０自体の総合精度は、最終的には一定レベル
の中には入るが、許容範囲内のずれは必ず生じる。これ
は２次荷電粒子信号を検出して構成した画像において、
特定方向の明るさとして認識できる。しかし、これを補
正しなければ、正確な斜面情報を取得することは困難で
ある。そこで、その補正の一形態として、図２１に示す
如く、センターパイプ２を分割して偏向電圧を印加する
方式がある。図２１（ａ）は、センターパイプ２を分割
して偏向電圧を印加する２次荷電粒子検出器６０ｋの実
施形態を示す正面図、図２１（ｂ）は偏向電圧が印加さ
れる分割されたセンターパイプ２を示す図である。この
ようにセンターパイプ２を分割して偏向電圧を印加する
方式により、２次荷電粒子の軌道６が補正され、上下左
右均一な情報を得られる。実際には、形状の明確なサン
プルを観察し、その周辺の明るさが均一になるように電
圧を調整すればよい。なお、通常、センターパイプ２は
内径が数ｍｍである。図１に示すように、イオンビーム
１を偏向するデフレクタ３７はセンターパイプ２より上
に設置されている関係で、イオンビーム１の走査はセン
ターパイプ２の内径で規定されている。従って、上記の
ようにセンターパイプ２を分割して電圧を印加できれ
ば、図２１（ａ）（ｂ）のように２次荷電粒子を押し戻
す電圧に補正電圧を加えた電圧に、さらに偏向電圧を重
畳し、センターパイプ２を使って、さらにイオンビーム
１を偏向させることができる。これによって、偏向領域
の拡大も可能である。ここでは、センターパイプ２を分
割して調整電圧を印加したが、円筒状電極１７を分割し
て調整電圧を重畳印加することでも、同等の効果が得ら
れる。

【００３５】なお、ここでは円盤形の２次荷電粒子増幅
器（ＭＣＰ）４を中心に実施の形態を説明してきたが、
必ずしも、２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４に限定され
るものではなく、ＭＳＰ（Micro Sphere Plate）等の類
似の円盤形あるいは方形の２次荷電粒子増幅機能を有す
る検出器であれば同等の構成が可能と成る。さらに、２
次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）４等以外にシンチレータを
同等の形状とし、検出電極４を光電子増倍管、あるいは
光電子増倍管へ光を導くライトガイド（例えば、光ファ
イバ）で構成してもよい。これらの実施の形態（２次荷
電粒子検出器６０ｌ）は図２２に示すように、蛍光板３
０またはシンチレータ５８で２次荷電粒子信号を光に変
換し、これを光ファイバ５３に入射させる。光ファイバ
５３はシンチレータ５８上に多数本設けて、これらをま
とめてファイバ束５４とする。これを光電子増倍管に導
くが、途中で中心部、中間部、周辺部の３つにファイバ
束５４を分けて、それぞれを中心部検出光電子増倍管５
７、中間部検出光電子増倍管５６、周辺部検出光電子増
倍管５５へ入射させ、そこで電気信号に変換すると共に
増幅する。この実施の形態ではファイバで光を導いた
が、光学レンズとミラーの組合せでも同等の機能を実現
することができる。また、ここでは２次荷電粒子増幅器
（ＭＣＰ）４を円盤形の一体のアッセンブリとしたが、
例えば、方形の２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ）を検出面
をターゲット９の方向をむけた形でセンターパイプ１の
周りに複数枚配置しても、同様の効果を得ることは可能
である。これらの実施の形態（２次荷電粒子検出器６０
ｍ）は図２３に示す構成の２次荷電粒子検出器６０ｍで
ある。

【００３６】なお、本発明に係る２次荷電粒子検出方法
およびその装置の実施の形態として、図１に示すように
集束イオンビーム装置に適用した場合について説明して
きたが、荷電ビームの内電子ビームを使用する例えば、
走査電子顕微鏡を応用した機器などにおいても、２次荷
電粒子増幅器（ＭＣＰ）４を使用している限り、同等の
適用が可能である。即ち、本発明に係る２次荷電粒子検
出方法およびその装置は、走査電子顕微鏡はもとより、
走査電子顕微鏡を応用した機器に適用することは可能で
ある。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、集束された１次荷電粒
子（荷電ビーム）をターゲットに照射して射出される２
次荷電粒子を２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）
への収集率を向上させて検出器で斜面情報を顕在化した
信号に変換してその２次荷電粒子の情報から、ターゲッ
ト表面の斜面情報を顕在化して高分解能で観察または認
識することができる効果を奏する。また本発明によれ
ば、集束された１次荷電粒子（荷電ビーム）をターゲッ
トに照射して射出されるを２次荷電粒子増幅器（ＭＣ
Ｐ、ＭＳＰ等）への収集率を向上させて検出器で斜面情
報を顕在化した信号に変換してその２次荷電粒子の情報
から、ターゲット表面の３次元形状を顕在化して高分解
能で観察または認識することができる効果を奏する。

【００３８】また本発明によれば、集束された１次荷電
粒子（荷電ビーム）をターゲットに照射して射出される
を２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ、ＭＳＰ等）への収集率
を向上させて、配列方向を１次荷電粒子照射軸を中心に
して半径方向に向けて設置したリニアセンサによりター
ゲットの傾斜角度に応じた２次荷電粒子信号を検出する
ようにしたので、ＣＰＵによりこの検出されたターゲッ
トの傾斜角度に応じた２次荷電粒子信号からターゲット
の傾斜角度を算出して３次元形状を認識することが可能
となった。また本発明によれば、集束されたイオンビー
ムをターゲットに照射して射出される２次荷電粒子の情
報から、ターゲット表面の斜面情報を顕在化して高分解
能で観察または認識して加工位置を高精度に位置決めし
てイオンビーム加工を施すことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２次荷電粒子検出方法及びそのシ
ムテムを適用した集束イオンビーム装置の一実施の形態
を示す構成図である。

【図２】本発明に係るターゲットから発生する２次荷電
粒子の射出状況を示す模式図である。

【図３】本発明に係るターゲットから発生する２次荷電
粒子がＭＣＰおよび検出板に入射する状況を示す模式図
である。

【図４】本発明に係るターゲットの位置に対する検出板
の各電極で検出される２次荷電粒子信号の強度を示す図
である。

【図５】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第１の実施
の形態を示す断面図とそのＡ−Ａ部分の平面図である。

【図６】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第２の実施
の形態を示す断面図とそのＡ−Ａ部分の平面図である。

【図７】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第３の実施
の形態を示す断面図とそのＡ−Ａ部分の平面図である。

【図８】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第１の実施
の形態における管状の中央電極による２次荷電粒子に対
して作用する斥力の関係を説明するための図である。

【図９】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第４の実施
の形態を示す断面図である。

【図１０】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第４の実
施の形態における下部の電位分布を示す斜視図である。

【図１１】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第５の実
施の形態を示す断面図である。

【図１２】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第５の実
施の形態におけるＭＣＰ検出面を示す平面図である。

【図１３】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第６の実
施の形態を示す断面図である。

【図１４】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第６の実
施の形態におけるＭＣＰ検出面を示す平面図である。

【図１５】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第７の実
施の形態を示す断面図である。

【図１６】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第７の実
施の形態におけるＭＣＰ検出面を示す平面図である。

【図１７】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第８の実
施の形態を示す断面図である。

【図１８】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第９の実
施の形態を示す断面図である。

【図１９】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第１０の
実施の形態を示す断面図である。

【図２０】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第１１の
実施の形態を示す断面図である。

【図２１】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第１２の
実施の形態を示す断面図と分割電極を示す平面図であ
る。

【図２２】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第１３の
実施の形態を示す断面図である。

【図２３】本発明に係る２次荷電粒子検出器の第１４の
実施の形態を示す断面図とそのＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ矢
視図である。

【図２４】本発明に係る位相シフトレチクル欠陥形状断
面とリニアセンサの平面図およびデータ処理を示す図で
ある。

【図２５】従来の２次荷電粒子検出器での検出方式を示
す模式図である。

【符号の説明】

１…イオンビーム（１次荷電粒子）、２…センターパイ
プ（管状の中央電極）、３…検出板（検出電極）、４…
２次荷電粒子増幅器（ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレ
ート））、５…メッシュ電極、６…２次荷電粒子軌道、
７…等電位線、８…ステージ、９…ターゲット、１０…
電位分布、１４…ケーシング、１５…ＭＣＰ検出領域、
１６…２次荷電粒子到達領域、１７…カバー電極、１９
…２次荷電粒子射出方向分布、２１…上方射出２次荷電
粒子、２２…左方射出２次荷電粒子、２３…右方射出２
次荷電粒子、２４…中央検出電極、２５…周辺検出電
極、２６…２次荷電粒子軌道、２７…中央検出電極、２
８…中間検出電極、２９…周辺検出電極、３０…蛍光
板、３１…リニアセンサ、３２…ソケット、３３…導
線、３４…取り付け板、３５…イオン源、３６…レン
ズ、３７…デフレクタ、３８…２次荷電粒子、４２…ヘ
ッドアンプ、４３…ディスプレイ、４４…デフレクタコ
ントローラ、４５…シンチレータ、４６…光電子像倍
管、４７…２次荷電粒子軌道、４８…反射電子検出板、
４９…電子ビーム、５０…反射電子軌道、５１…真空チ
ャンバ、５２…補助電極、５３…光ファイバ、５４…フ
ァイバ束、５５…周辺部検出光電子像倍管、５６…中間
部検出光電子像倍管、５７…中心部検出光電子像倍管、
５８…シンチレータ、６０ａ〜６０ｍ…２次荷電粒子検
出器、７１…信号処理回路、７２…画像メモリ、７３…
画像処理回路、７４…メインコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束された１次荷電粒子をターゲットに照
射し、このターゲットから発生する２次荷電粒子を２次
荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅され
た２次荷電粒子を、前記１次荷電粒子照射軸を中心にし
た周辺電極で前記ターゲット上における斜面を強調した
２次荷電粒子信号として検出することを特徴とする２次
荷電粒子検出方法。
【請求項２】前記２次荷電粒子増幅機能を有する手段が
マイクロチャネルプレートまたはマイクロスフェアプレ
ートであることを特徴とする請求項１記載の２次荷電粒
子検出方法。
【請求項３】集束された１次荷電粒子をターゲットに照
射し、このターゲットから発生する２次荷電粒子を２次
荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅され
た２次荷電粒子を、前記１次荷電粒子照射軸を中心にし
て半径方向に複数に分割したリング状の電極の各々で２
次荷電粒子信号として検出することを特徴とする２次荷
電粒子検出方法。
【請求項４】前記２次荷電粒子増幅機能を有する手段が
マイクロチャネルプレートまたはマイクロスフェアプレ
ートであることを特徴とする請求項３記載の２次荷電粒
子検出方法。
【請求項５】集束された１次荷電粒子をターゲットに照
射し、このターゲットから発生する２次荷電粒子を２次
荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅され
た２次荷電粒子を光に変換して半導体センサで受光して
２次荷電粒子信号として検出することを特徴とする２次
荷電粒子検出方法。
【請求項６】前記２次荷電粒子増幅機能を有する手段が
マイクロチャネルプレートまたはマイクロスフェアプレ
ートであることを特徴とする請求項５記載の２次荷電粒
子検出方法。
【請求項７】集束された１次荷電粒子をターゲットに照
射し、このターゲットから発生する２次荷電粒子を２次
荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅され
た２次荷電粒子を光に変換して、配列方向を前記１次荷
電粒子照射軸を中心にして半径方向に向けて設置したリ
ニアセンサで受光してターゲットの傾斜角度に応じた２
次荷電粒子信号として検出することを特徴とする２次荷
電粒子検出方法。
【請求項８】集束された１次荷電粒子をターゲットに照
射し、このターゲットから発生する２次荷電粒子を２次
荷電粒子増幅機能を有する手段で増幅し、この増幅され
た２次荷電粒子を光に変換して、配列方向を前記１次荷
電粒子照射軸を中心にして半径方向に向けて設置したリ
ニアセンサで受光してターゲットの傾斜角度に応じた２
次荷電粒子信号として検出し、この検出されたターゲッ
トの傾斜角度に応じた２次荷電粒子信号からターゲット
の傾斜角度を算出して３次元形状を認識することを特徴
とする２次荷電粒子検出方法。
【請求項９】集束された１次荷電粒子を管状の中央電極
を通してターゲットに照射し、このターゲットから発生
する２次荷電粒子に対する前記管状の中心電極からの斥
力により前記２次荷電粒子を向けさせて２次荷電粒子増
幅機能を有する手段で増幅し、この増幅された２次荷電
粒子を検出器により２次荷電粒子信号として検出するこ
とを特徴とする２次荷電粒子検出方法。
【請求項１０】集束された１次荷電粒子をターゲットに
照射する１次荷電粒子照射手段を設け、１次荷電粒子軸
に対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅器
と、１次荷電粒子軸に対してリング状に半径方向に複数
に分割し、各々が前記２次荷電粒子増幅器で増幅された
２次荷電粒子を検出して２次荷電粒子信号に変換する検
出器と、ターゲットから発生する２次荷電粒子に対して
斥力を生じせしめて２次荷電粒子増幅器への２次荷電粒
子の収集率を向上させる管状の中央電極とを有する２次
荷電粒子検出装置を設けたことを特徴とする２次荷電粒
子検出システム。
【請求項１１】集束された１次荷電粒子をターゲットに
照射する１次荷電粒子照射手段を設け、１次荷電粒子軸
に対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅器
と、１次荷電粒子軸に対してリング状に半径方向に複数
に分割し、各々が前記２次荷電粒子増幅器で増幅された
２次荷電粒子を検出して２次荷電粒子信号に変換する検
出器と、ターゲットから発生する２次荷電粒子に対して
斥力を生じせしめて２次荷電粒子増幅器への２次荷電粒
子の収集率を向上させる管状の中央電極と、ターゲット
から発生する２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅器へ引き
込むメッシュ電極とを有する２次荷電粒子検出装置を設
けたことを特徴とする２次荷電粒子検出システム。
【請求項１２】集束された１次荷電粒子をターゲットに
照射する１次荷電粒子照射手段を設け、１次荷電粒子軸
に対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅器
と、該２次荷電粒子増幅器で増幅された２次荷電粒子を
光に変換する荷電粒子／光変換器と、該荷電粒子／光変
換器で変換された光を受光して信号に変換する半導体光
センサと、ターゲットから発生する２次荷電粒子に対し
て斥力を生じせしめて２次荷電粒子増幅器への２次荷電
粒子の収集率を向上させる管状の中央電極とを有する２
次荷電粒子検出装置を設けたことを特徴とする２次荷電
粒子検出システム。
【請求項１３】前記２次荷電粒子検出装置における半導
体光センサをリニアセンサで構成したことを特徴とする
請求項１２記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項１４】前記２次荷電粒子検出装置における半導
体光センサを複数のリニアセンサで構成し、該各々のリ
ニアセンサを１次荷電粒子軸を中心にして実質的に放射
状に配置したことを特徴とする請求項１２記載の２次荷
電粒子検出システム。
【請求項１５】前記２次荷電粒子検出装置において、タ
ーゲットから発生する２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅
器へ引き込むメッシュ電極を備えたことを特徴とする請
求項１２または１３または１４記載の２次荷電粒子検出
システム。
【請求項１６】集束された１次荷電粒子をターゲットに
照射する１次荷電粒子照射手段を設け、１次荷電粒子
軸に対して実質的に対称に形成された２次荷電粒子増幅
器と、該２次荷電粒子増幅器で増幅された２次荷電粒子
を検出して２次荷電粒子信号に変換する検出器と、アー
スから電気的に絶縁することで電圧印加を可能とした管
状の中央電極とを有する２次荷電粒子検出装置を設けた
ことを特徴とする２次荷電粒子検出システム。
【請求項１７】前記２次荷電粒子検出装置において、タ
ーゲットから発生する２次荷電粒子を２次荷電粒子増幅
器へ引き込むメッシュ電極を備えたことを特徴とする請
求項１６記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項１８】前記２次荷電粒子検出装置において、半
球状あるいは釣り鐘状あるいは皿状あるいは円筒状の形
状とし、１次荷電粒子入射軸に対して実質的に軸対称に
配置し、ターゲットから発生する２次荷電粒子を２次荷
電粒子増幅器へ引き込むメッシュ電極を備えたことを特
徴とする請求項１６記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項１９】前記２次荷電粒子検出装置において、２
次荷電粒子増幅器の外縁付近に配置した２次荷電粒子軌
道制御電極を備えたことを特徴とする請求項１６記載の
２次荷電粒子検出システム。
【請求項２０】前記２次荷電粒子検出装置における前記
管状の中央電極を分割し、各々に印加する電圧を制御し
て２次荷電粒子の軌道を制御することを特徴とする請求
項１６記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項２１】前記２次荷電粒子軌道制御電極を分割
し、各々に印加する電圧を制御して２次荷電粒子の軌道
を制御することを特徴とする請求項１９記載の２次荷電
粒子検出システム。
【請求項２２】集束されたイオンビームを試料上のター
ゲットマークおよび所望の加工位置に照射するイオンビ
ーム照射手段を設け、イオンビーム照射軸に対して実質的に対称に形成された
２次荷電粒子増幅器と該２次荷電粒子増幅器で増幅され
た２次荷電粒子を検出して２次荷電粒子信号に変換する
検出器とアースから電気的に絶縁することで電圧印加を
可能とした管状の中央電極とを有し、前記試料上のター
ゲットマークから２次荷電粒子信号を検出する２次荷電
粒子検出装置を設け、該２次荷電粒子検出装置の検出器で検出される前記試料
上のターゲットマークからの２次荷電粒子信号に基づい
て前記試料を位置決めし、前記イオンビーム照射手段に
より試料上の所望の加工位置に集束されたイオンビーム
を照射して加工を施すように構成したことを特徴とする
イオンビーム加工装置。