WO2008023559A1

WO2008023559A1 - Équipement à faisceau de particules chargées et procédé pour ajuster un axe d'ouverture

Info

Publication number: WO2008023559A1
Application number: PCT/JP2007/065237
Authority: WO
Inventors: Takashi Ogawa; Yo Yamamoto; Hiroshi Matsumura
Original assignee: Sii Nanotechnology Inc.
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2008-02-28
Also published as: JP2008053002A; JP4789260B2; TW200822162A; US20090242757A1; US8124932B2; TWI412054B

Description

明細書

荷電粒子ビーム装置及びアパーチャの軸調整方法

技術分野

[0001] 本発明は、試料に荷電粒子ビームを照射して、試料の加工、観察を行う荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置におけるアパーチャの軸調整方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来から、イオンビームや電子ビームなどの荷電粒子ビームを所定位置に照射させて、加工、観察などを行う荷電粒子ビーム装置が様々な分野で用いられている。荷電粒子ビーム装置としては、例えば、荷電粒子ビームとして電子ビームを照射可能な走査型電子顕微鏡（SEM)、あるいは、荷電粒子ビームとして集束イオンビームを照射可能な集束イオンビーム装置 (FIB)などがある。走査型電子顕微鏡では、試料表面上で電子ビームを走査しながら試料表面から発生する二次電子を検出することで試料表面の状態を観察することが可能である。また、集束イオンビーム装置では、走査型電子顕微鏡同様に二次電子を検出して試料表面を観察可能であるとともに、加速電圧を高くすることで試料のエッチングゃデポジションを行うことが可能であり、 T EM (透過電子顕微鏡）の試料作成やフォトマスクの修正などにも使用されて!/、る。また、近年、集束イオンビーム装置においては、集束イオンビームの加速電圧を 100V から 5000V程度とする低加速領域で使用することで、低ダメージ加工を実現する方法が注目されている。また、加速電圧が 3000V程度の範囲で、集束イオンビームの照射量を InA以上とする大電流領域で使用することでワイヤボンディングや半田バンプなどの大面積加工を実現する方法なども注目されてきて!/、る。

[0003] ところで、これらの荷電粒子ビーム装置にお!/、ては、正確な観察や加工を実施するために、焦点位置の調整とともに、軸外収差と呼ばれるボケを除去する必要がある。軸外収差は、荷電粒子ビームの中心が、対物レンズの中心軸を通過しないことによつて発生するものであり、より具体的には、荷電粒子ビームを絞り込んで対物レンズに入射させるアパーチャの中心軸と、対物レンズの中心軸との間にずれが生じていることに起因する。このため、軸外収差を除去して正確な観察や加工を実施するためには、使用前にアパーチャの中心軸の位置を、対物レンズの中心軸と一致させるように調整する必要がある。

[0004] 従来、このような軸外収差は、具体的には以下の方法によって除去してきた。すなわち、アパーチャの中心軸を任意の位置として、過焦点の状態の像と不足焦点の状態の像とを、対物レンズの焦点位置を調整することで交互に取得する。アパーチャの中心軸と対物レンズの中心軸とが略一致していない状態では、過焦点の状態で映し出される像の位置と、不足焦点の状態で映し出される像の位置とは異なるため、対物レンズの焦点位置を変化させると取得される像は大きく変化する。そして、アパーチャの中心軸を調整しながら上記作業を繰り返して、焦点位置を変化させても像の位置が変化しないようにすることで、アパーチャの中心軸と対物レンズの中心軸とを一致させていた (例えば、非特許文献 1参照）。

[0005] また、他の方法としては、過焦点の状態と不足焦点の状態とのそれぞれで、荷電粒子ビームをナイフエッジ上で走査して、過焦点の状態と不足焦点の状態とでナイフエッジによって検出された電流値の誤差を求める。そして、この電流値の誤差が所定範囲内になるまで、アパーチャの位置を繰り返し変化させて調整する方法が提案されて V、る (例えば、特許文献 1参照）。

非特許文献 1 :「走査電子顕微鏡の基礎と応用」、共立出版株式会社、 1991年 10月 25曰、 p. 78 - 79

特許文献 1 :特開 2005— 276639号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかしながら、非特許文献 1による方法では、過焦点の状態の像と不足焦点の状態の像との変化から、アパーチャの中心軸のずれを定性的に把握するにすぎないため、アパーチャの中心軸の調整は、上記現象及び経験則に基づく手作業によって、繰り返し行うことで実現可能なものである。このため、アパーチャの中心軸の調整には、作業者の技量と、多大な時間とを必要としてしまう問題があった。特に上述のような大電流領域での使用では加工速度が速いので、試料の損傷を最小限とするように調整作業を迅速に行う方法が望まれている。さらに、作業者毎に調整精度にばらつきが生じてしまい、また、同じ作業者が調整したとしても、異なる装置間で調整精度を統一させることは困難であり、装置間で性能のばらつきが生じてしまう問題があった。また、上述のように低加速領域で荷電粒子ビームを照射する場合では、加速電圧が低電圧であることに起因しても荷電粒子ビームの収差が大きくなつてボケが生じてしまう。このため、アパーチャの中心軸のずれに起因するものと、加速電圧に起因するものとを分離することができず、アパーチャの中心軸の調整を正確に行うことができなくなつてしまう問題があった。

[0007] また、特許文献 1による方法では、電流値の誤差からある程度定量的にアパーチャのずれを評価して調整することは可能である力電流値の誤差とアパーチャとのずれとの相関関係は不明確であり、繰り返し行うことでずれを調整しなければならない。このため、非特許文献 1同様に、調整に多大な時間を必要としてしまう問題があった。

[0008] この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、短時間で容易に、かつ、精度良くアパーチャの中心軸の位置調整が可能な荷電粒子ビーム装置、及び、ァパーチヤの軸調整方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0009] 上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。

[0010] 本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、前記荷電粒子ビームを所定の径に絞り込むアパーチャと、該アパーチャで絞り込まれた前記荷電粒子ビームを集束させて試料に照射させる対物レンズと、前記試料の表面の画像を取得可能な観察手段と、前記アパーチャの中心軸を、該中心軸に対して略直交する二軸である X方向及び Y方向に移動可能なアパーチャ駆動部と、該ァパーチヤ駆動部によって前記アパーチャを移動させて、前記対物レンズの中心軸に対して前記アパーチャの前記中心軸の位置を調整可能な制御部とを備え、該制御部は、前記アパーチャ駆動部によって前記アパーチャを前記 X方向及び前記 Y方向に異なる位置に移動させて前記試料に前記荷電粒子ビームを複数回照射することで、前記試料の表面に複数のスポットパターンを形成させるスポットパターン形成手段と、前記観察手段によって取得した画像から、前記試料に形成された各前記スポットバターンの中心をなすスポット中心の位置、及び外縁をなすハローの幾何学的な中心位置を算出する解析手段と、該解析手段で算出された各前記スポットパターンにおける前記スポット中心の位置と前記ハローの前記中心位置とを結んだ線同士が交差する位置に基づいて前記アパーチャの前記中心軸の調整位置を算出する調整位置決定手段とを有し、該調整位置決定手段によって算出された前記調整位置に前記アバ一チヤの前記中心軸を移動させることで前記アパーチャの位置を調整することを特徴としている。

[0011] また、本発明は、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを、アパーチャで所定の径に絞り込むとともに、対物レンズで集束して試料に照射させる荷電粒子ビーム装置について、前記対物レンズの中心軸に対するアパーチャの中心軸の位置調整を行うアパーチャの軸調整方法であって、前記アパーチャの前記中心軸の位置を、該中心軸と略直交する二軸である X方向及び Y方向に異なるものとし、予め用意した試料に前記荷電粒子ビームを複数回照射して、前記試料の表面に複数のスポットバターンを形成するスポットパターン形成工程と、各該スポットパターンの中心をなすスポット中心の位置、及び、外縁をなすハローの幾何学的な中心位置を算出するスポットノターン解析工程と、各前記スポットパターンにおける前記ハローの前記中心位置と前記スポット中心の位置とを結んだ線同士が交差する位置に基づいて前記ァパーチャの前記中心軸の調整位置を算出する調整位置決定工程と、算出された該調整位置に、前記アパーチャの前記中心軸を移動させる中心軸位置調整工程とを備えることを特徴としている。

[0012] この発明に係る荷電粒子ビーム装置及びアパーチャの軸調整方法によれば、スポットパターン形成工程として、試料の表面に複数のスポットパターンを形成する。すなわち、制御部のスポットパターン形成手段は、荷電粒子源から荷電粒子ビームを放出させて、試料の表面の任意の位置に荷電粒子ビームを照射させる。これにより、試料の表面の任意の位置には、照射された荷電粒子ビームの焦点状態に応じて所定の大きさのスポットパターンが形成される。次に、制御部のスポットパターン形成手段は、アパーチャ駆動部によってアパーチャの中心軸を X方向及び Y方向に所定の移動量分移動させて、再び荷電粒子ビームを照射することでスポットパターンを形成する。このようにして形成された複数のスポットパターンは、それぞれ、中心をなすスポット中心と、外縁をなすハローとを有した形状を呈する。ハローは試料表面における荷電粒子ビームの照射範囲を表わすものである。また、対物レンズの中心軸に対してァパーチヤの中心軸が位置ずれしている場合には、ハローの幾何学的な中心位置に対して、アパーチャの中心軸の位置ずれの方向と対応する方向に偏心した位置にスポット中心が形成されることとなる。

[0013] 次に、スポットパターン解析工程として、形成されたスポットパターンの解析を行う。

すなわち、制御部の解析手段は、観察手段によって取得した試料の表面の画像に映し出された各スポットパターンにおいて、スポット中心の位置及びハローの幾何学的な中心位置を算出する。次に、調整位置決定工程として、アパーチャの中心軸と対物レンズの中心軸とが略一致するようなアパーチャの中心軸の調整位置を決定する。すなわち、制御部の調整位置決定手段は、スポットパターン解析工程の結果から、各スポットパターンにおけるスポット中心の位置とハローの中心位置とを結んだ線同士が交差する位置を調整位置として算出する。最後に、中心軸位置調整工程として、制御部は、アパーチャ駆動部によってアパーチャの中心軸を算出された調整位置に移動させることで、アパーチャの中心軸は対物レンズの中心軸と略一致した状態とすること力 Sでさる。

[0014] また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることが可能な走査手段を備え、前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記アパーチャの前記中心軸を移動させて前記試料に前記荷電粒子ビームを照射させる毎に、前記アパーチャの前記 X方向及び前記 Y方向へのそれぞれの移動量に一定の値を乗じた分だけ、前記走査手段によって前記荷電粒子ビームの前記照射位置を前記試料に対して相対移動させることがより好ましいとされている。

[0015] また、上記のアパーチャの軸調整方法において、前記スポットパターン形成工程は、前記アパーチャの前記中心軸を移動させて前記試料に前記荷電粒子ビームを照射する毎に、前記アパーチャの前記 X方向及び前記 Y方向へのそれぞれの移動量に一定の値を乗じた分だけ、前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることがより好ましレ、とされて!/、る。

[0016] この発明に係る荷電粒子ビーム装置及びアパーチャの軸調整方法によれば、スポットパターン形成工程にお!/、て複数のスポットパターンを形成する際に、アパーチャの中心軸の位置を X方向及び Y方向に異なる位置とするともに、走査手段によって荷電粒子ビームの照射位置を試料に対して相対移動させる。このため、試料の表面において複数のスポットパターンを互いに重ならないよう形成することができ、スポットノターンをより明確に識別可能な画像を取得することができ、より正確な軸調整が可能となる。この際、荷電粒子ビームの照射位置の相対的な移動量を、アパーチャの中心軸の X方向及び Y方向への移動量に一定の値を乗じた分とすることで、その移動方向を、対物レンズの中心軸に対するアパーチャの中心軸の位置ずれの方向と一致させること力 Sできる。このため、上記のように照射位置を相対移動させても、調査位置決定工程において、スポット中心の位置とハローの中心位置とを結んだ線同士が交差する位置に基づ!/、て、同様に調査位置を決定することができる。

[0017] また、上記の荷電粒子ビーム装置にお!/、て、前記制御部は、前記スポットパターン形成手段によって前記試料に前記荷電粒子ビームを照射する際に、前記試料に対して前記荷電粒子ビームを過焦点の状態に設定することがより好ましいとされている

[0018] また、上記のアパーチャの軸調整方法において、前記スポットパターン形成工程は、前記対物レンズによって集束される前記荷電粒子ビームを過焦点の状態で前記試料に照射させることがより好ましレ、とされて!/、る。

[0019] この発明に係る荷電粒子ビーム装置及びアパーチャの軸調整方法によれば、スポットパターン形成工程において、制御部のスポットパターン形成手段によって荷電粒子ビームを過焦点の状態に設定して試料に照射することで、不足焦点の状態に比べて、形成されるスポットパターンをより大きく形成することができる。このため、スポットノターン解析工程において、取得された画像からスポットパターンをより明確に識別すること力 Sでき、より正確な軸調整が可能となる。

[0020] また、上記の荷電粒子ビーム装置にお!/、て、前記制御部の前記解析手段は、前記観察手段から取得した前記画像を二値化処理した二値化データとするとともに、該二値化データに基づいて前記スポットパターンの前記ハローの前記中心位置及び前記スポット中心の位置を算出することがより好ましいとされている。

[0021] また、上記のアパーチャの軸調整方法において、前記スポットパターン解析工程は、前記スポットパターンが形成された前記試料の表面の前記画像を二値化処理した二値化データを作成し、該ニ値化データから各前記スポットパターンの前記ハローの前記中心位置と前記スポット中心の位置とを算出することがより好ましいとされている

[0022] この発明に係る荷電粒子ビーム装置及びアパーチャの軸調整方法によれば、スポットパターン解析工程にお!/、て、制御部の解析手段によって画像を二値化処理した二値化データとすることで、画像に表示されたスポットパターンをより明確に識別することができ、より正確な軸調整が可能となる。

発明の効果

[0023] 本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、制御部として、スポットパターン形成手段と、解析手段と、調整位置決定手段とを有し、複数のスポットパターンを試料に形成するだけで、自動的に、短時間で容易に、かつ、精度良くアパーチャの中心軸の位置調整を行うことができる。

[0024] また、本発明のアパーチャの軸調整方法によれば、スポットパターン形成工程と、スポットパターン解析工程と、調整位置決定工程とを備えて、複数のスポットパターンを試料に形成するだけで、短時間で容易に、かつ、精度良くアパーチャの中心軸の位置調整を行うことができ、自動化の適用も可能となる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]この発明の第 1の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。

[図 2]この発明の第 1の実施形態のアパーチャの軸調整のフロー図である。

[図 3]この発明の第 1の実施形態のアパーチャの中心軸と対物レンズの中心軸との関係を示す説明図である。

[図 4]この発明の第 1の実施形態のスポットパターン形成工程で形成されるスポットパターンの詳細図である。

[図 5]この発明の第 1の実施形態のスポットパターンが形成された標準試料の表面の画像を示す平面図である。

[図 6]この発明の第 1の実施形態の一箇所目におけるアパーチャの中心軸と二箇所目におけるアパーチャの中心軸との関係を示す説明図である。

[図 7]この発明の第 1の実施形態の変形例のスポットパターンが形成された標準試料の表面の画像を示す平面図である。

[図 8]この発明の第 2の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。

[図 9]この発明の第 3の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。

[図 10]この発明の第 4の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。

[図 11]この発明の第 4の実施形態のスポットパターン形成工程で形成されるスポットパターンの詳細図である。

符号の説明

1 集束イオンビーム装置 (荷電粒子ビーム装置）

9 イオン源 (荷電粒子源）

12 対物レンズ

L12 対物レンズの中心

17 走査電極（走査手段）

18 アパーチャ

L18 アパーチャの中心軸

19 アパーチャ駆動部

30 制御部

32 観察手段

33 スポットパターン形成手段

34 解析手段

35 調整位置決定手段

I イオンビーム（荷電粒子ビーム）

M 試料

N 標準試料 (試料）

N1 表面 P、 Q、 0、 R、 P' スポットパターン

Pl、 Ql、 01、 Rl ノヽロー

P2、 Q2、 02、 R2 スポット中心

P3、Q3、〇3、R3 ハローの中心

S2 スポットパターン形成工程

S4 スポットパターン解析工程

S5 調整位置決定工程

S6 中心軸位置調整工程

発明を実施するための最良の形態

[0027] (第 1の実施形態）

図 1は、この発明に係る第 1の実施形態を示している。図 1に示すように、荷電粒子ビーム装置である集束イオンビーム装置（FIB) 1は、試料 Mに荷電粒子ビームであるイオンビーム Iを照射することによって、試料 Mの表面の加工等を行うものである。例えばウェハを試料 Mとして配置し、 TEM (透過型電子顕微鏡)観察用の試料を作製することが可能であり、あるいは、フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクを試料 M として、フォトマスクの修正などが可能である。以下、本実施形態における集束イオンビーム装置 1の詳細について説明する。

[0028] 図 1に示すように、集束イオンビーム装置 1は、試料 Mを配置可能な試料台 2と、試料台 2に配置された試料 M対してイオンビーム Iを照射可能なイオンビーム鏡筒 3とを備える。試料台 2は、真空チャンバ一 4の内部 4aに配置されている。真空チャンバ一 4には、真空ポンプ 5が設けられていて、内部 4aを高真空雰囲気まで排気可能である。また、試料台 2には三軸ステージ 6が設けられていて、試料 Mをイオンビーム Iの照射方向である Z方向と、 Z方向と略直交する二軸である X方向及び Y方向に移動させることが可能である。

[0029] イオンビーム鏡筒 3は、先端に真空チャンバ一 4と連通する照射口 7が形成された筒体 8と、筒体 8の内部 8aにおいて、基端側に収容された荷電粒子源であるイオン源 9とを備える。イオン源 9を構成するイオンとしては、例えばガリウムイオン (Ga⁺)などである。イオン源 9は、イオン源制御電源 10と接続されている。そして、イオン源制御電源 10によって加速電圧及び引き出し電圧を印加することで、イオン源 9から弓 Iき出されたイオンを加速させてイオンビーム Iとして放出することが可能である。

[0030] また、筒体 8の内部 8aにおいて、イオン源 9よりも先端側には、イオン源 9から放出されたイオンビーム Iを集束させる光学系として、コンデンサレンズ 11及び対物レンズ 1 2が設けられている。コンデンサレンズ 11及び対物レンズ 12は、それぞれの中心軸力方向と略平行な状態で互いに一致するように調整されている。コンデンサレンズ 1 1及び対物レンズ 12は、静電レンズであり、貫通孔 l la、 12aが形成された 3枚の電極で形成されていて、コンデンサレンズ制御電源 13、対物レンズ制御電源 14とそれぞれ接続されてレ、る。コンデンサレンズ制御電源 13よってコンデンサレンズ 11に電圧を印加することで、貫通孔 11aを通過する拡散状態にあるイオンビーム Iを集束させること力 Sできる。さらに、対物レンズ制御電源 14によって対物レンズ 12に電圧を印加することで、貫通孔 12aを通過するイオンビーム Iをさらに集束させて、集束イオンビームとして試料 Mに照射させることが可能である。

[0031] また、コンデンサレンズ 11と対物レンズ 12との間には、基端側から順に可動絞り 15 と、スティダマ 16と、走査手段である走査電極 17とが設けられている。可動絞り 15は、所定の径を有する貫通孔であるアパーチャ 18と、アパーチャ 18を X方向及び Y方向に移動させるアパーチャ駆動部 19とを備える。アパーチャ 18は、コンデンサレンズ 11から照射されるイオンビーム Iを自身の径に応じて絞り込むものである。本実施形態においては、アパーチャ 18は一つ設けられているのみである力径を異なるものとして複数有し、アパーチャ駆動部 19で移動させて好適な径のものを選択可能な構成としても良い。また、スティダマ 16は、通過するイオンビーム Iの非点補正を行うものであり、スティダマ制御電源 20から電圧を印加することで行われる。また、走査電極 17 は、走査電極制御電源 21によって電圧を印加することで、通過するイオンビーム Iを X方向及び Y方向に所定量だけ偏向させることが可能であり、これにより試料 M上でイオンビーム Iを走査させる、あるいは、所定の位置に照射するように照射位置をシフ卜させること力 Sでさる。

[0032] また、上記のイオン源制御電源 10、コンデンサレンズ制御電源 13、対物レンズ制御電源 14、スティダマ制御電源 20、及び走査電極制御電源 21は、制御部 30と接続されている。すなわち、制御部 30で各電源を制御することによって、所定の加速電圧及び電流のイオンビーム Iを試料 Mの所定位置に焦点を合わせて照射することが可能である。また、制御部 30には端末 25が接続されていて、端末 25によって各種条件を設定して試料 Mにイオンビーム Iを照射することも可能である。また、アパーチャ駆動部 19及び三軸ステージ 6も制御部 30に接続されていて、制御部 30による制御の下、アパーチャ 18の調整を行い、また、試料 Mの位置調整を行うことが可能である。さらに、集束イオンビーム装置 1は、試料 Mにイオンビーム Iを照射した際に試料 Mから発生する二次電子を検出可能な二次電子検出器 22を備えて!/、て、制御部 30の画像処理手段 31に検出結果を出力可能である。画像処理手段 31では、検出結果から試料 Mの表面の状態を画像として取得することが可能であり、すなわち、二次電子検出器 22及び画像処理手段 31によって観察手段 32を構成している。なお、観察手段 32で取得した画像データは、端末 25でモニタリングすることが可能である。

[0033] ここで、イオンビーム Iは、対物レンズ 12の中心軸とアパーチャ 18の中心軸とが X方向及び Y方向に位置ずれしていると、軸外収差と呼ばれるボケが生じてしまう。このような軸外収差が生じた状態では、試料 Mの所定位置にイオンビーム Iを正確に照射することができなくなってしまう。このため、制御部 30は、試料 Mの観察、加工をするに際して、この軸外収差を自動的に補正するために、スポットパターン形成手段 33、解析手段 34、及び、調整位置決定手段 35を備えている。以下に、アパーチャ 18の軸調整を行って軸外収差を補正する手順ととともに、制御部 30の各構成の作用の詳細について、図 2のフロー図に基づいて説明する。

[0034] まず、予め用意した標準試料 Nを試料台 2に配置する (ステップ S 1)。標準試料 N は、イオンビーム Iの照射によって表面にスポットパターンと呼ばれる照射痕が形成可能な材質であれば良いが、アパーチャ 18の軸調整を行うためのものであるため、平坦面を有しているものが好ましい。なお、試料表面にスポットパターンが形成されても観察、加工時に差し支えなければ、実際に観察、加工する試料 Mを標準試料 Nとしても良い。

[0035] 次に、スポットパターン形成工程 S2として、標準試料 Nの表面 N1の複数箇所にィオンビーム Iを照射して、複数のスポットパターンを形成する。まず、制御部 30のスポットパターン形成手段 33は、標準試料 Nの表面 N1において、任意の位置にイオンビーム Iを一定時間照射させてスポットパターン Pを形成させる (ステップ S21)。この際、対物レンズ 12による焦点位置を標準試料 Nの表面 N1に対して過焦点の状態、すなわち対物レンズ 12と標準試料 Nの表面 N1との間の距離を焦点距離よりも長くする。また、この時のアパーチャ 18の中心軸 L18の X方向及び Y方向の位置を、ァパーチャ初期位置 AO (0、 0)と設定し、また、標準試料 Nの表面 N1上における照射位置を初期照射位置 B0 (0、 0)と設定する。

[0036] 図 3は、イオンビーム Iを照射した様子を模式的に示したものである。図 3において、二点鎖線! で示すように、アパーチャ 15の中心軸 L15が対物レンズ 12の中心軸 L1 2と一致する場合には、イオンビーム Iは対物レンズ 12の中心軸 L12と略対称な照射範囲で照射される。一方、アパーチャ 18の中心軸 L18が対物レンズ 12の中心軸 L1 2に対して位置ずれしたままの状態であるアパーチャ初期位置 AOの場合には、過焦点の状態であるので、その位置ずれと方向を同じくして焦点位置 Fを挟んで反対側に偏心した初期照射位置 B0で照射され、初期照射位置 B0を幾何学的な中心とする範囲で標準試料 Nがエッチングされてスポットパターン Pが形成される。

[0037] 図 4 (a)は、スポットパターン Pを観察手段 32で観察した場合の画像を示して!/、て、図 4 (b)は図 4 (a)における A— A断面で破断した断面図を示している。図 4 (a)、 (b) に示すように、標準試料 Nの表面 N1の照射範囲には、イオンビーム Iによってエッチングされて凹みが形成されることになる力 S、この凹みがスポットパターン Pとして画像上で認識される。すなわち、表面 N1の凹みの始まりが外縁をなす略円形状のハロー P1として認識され、初期照射位置 B0はハロー P1の幾何学的な中心 P3と略一致する。また、図 4 (b)に示すように、スポットパターン Pは、内部へ行くに従って急激に凹みの深さが深くなるような断面形状を呈することとなる。このため、図 4 (a)に示すように、取得される画像には、ハロー P1の内部に凹みの深さに応じて略円形状のグラデーシヨンが形成され、その中心にスポット中心 P2が形成される。スポット中心 P2は、最も深くエッチングされた位置を示している。スポット中心 P2付近においては凹みが急激に深くなるので、その付近から放出される二次電子は、そのほとんどが観察手段 32の二次電子検出器 22で検出されない。このため、取得された画像では、スポット中心 P2は黒点として認識される。ここで、アパーチャ 18の中心軸 L18が対物レンズ 1 2の中心軸 L12に対して位置ずれしていることで、スポット中心 P2は、ハロー P1の幾何学的な中心 P3に対して位置ずれして形成される。そして、その位置ずれする方向は、アパーチャ 18の中心軸 L18が対物レンズ 12の中心軸 12に対して位置ずれしている方向と対応するものとなる。

[0038] このようにして、最初のスポットパターン Pが形成されたら、さらに次のスポットパターン Qを形成する。まず、制御部 30のスポットパターン形成手段 33は、アパーチャ駆動部 19を駆動させて、アパーチャ初期位置 AO (0、 0)から、予め設定されている X方向への移動量 Δ XI及び Y方向への移動量 Δ Υ1だけ移動させたアパーチャ位置 A1 ( Α Χ1、 Δ Υ1)に、アパーチャ 18を移動させる（ステップ S22)。さらに、スポットパターン形成手段 33は、走査電極制御電源 21及び走査電極 17によって、アパーチャ 18 の移動量 Δ XI、 Δ Υ1に予め設定された定数 αを乗じた大きさの移動量 α · Δ Χ1、 a · Δ Υ1だけイオンビーム Iをシフトさせる（ステップ S23)。そして、この状態で一定時間標準試料 Nにイオンビーム Iを照射して、二箇所目のスポットパターン Qを形成する（ステップ S24)。

[0039] このようにして、標準試料 Nの表面 N1にスポットパターン P、 Qの形成が完了したら、観察手段 32によって標準試料 Nの表面 N1の画像を取得する（ステップ S3)。すなわち、制御部 30は、イオン源制御電源によって加速電圧を低く設定してイオン源 9からイオンビーム Iを照射させ、走査電極 17によって標準試料 Nの表面 N1上全体に走查させる。そして、照射に応じて標準試料 Nの表面 N1から放出される二次電子を順次観察手段 32の二次電子検出器 22で検出し、その結果を画像処理手段 31で画像化することで標準試料 Nの表面 Nの画像を取得することができる。図 5に取得した画像を示す。

[0040] 次に、スポットパターン解析工程 S4として、取得した画像から、形成されたスポットノターン P、 Qの解析を行う。まず、制御部 30の解析手段 34は、取得した画像の二値化処理を行い、二値化データを作成する（ステップ S41)。これにより、スポットパタ一ン？、 Qが形成されていない標準試料 Nの表面 N1は黒色となる一方、スポットバタ一ン？、 Qの内部は白色となり、コントラストによって明確にハロー Pl、 Q1を識別することカできる。さらに、スポットパターン P、 Qのスポット中心 P2、 Q2は黒色となり、スポットパターン P、 Qの他の部分と明確に識別することが可能となる。

[0041] 次に、図 5に示すように、画像の二値化データに基づいて、各スポットパターン P、 Q における、ハロー Pl、 Q1の中心 P3、 Q3の位置と、スポット中心 P2、 Q2の位置を算出する（S42)。すなわち、まず、一箇所目のスポットパターン Pにおいて、認識されたハロー P1からその幾何学的な中心 P3の位置を算出し、これを初期照射位置 B0(0、 0)とする。そして、この初期照射位置 B0(0、 0)を基準として、スポットパターン Pのスポット中心 P2の位置 CO(XcO、 YcO)を算出する。さらに、初期照射位置 B0(0、 0)を基準として、二箇所目のスポットパターン Qのハロー Q1の幾何学的な中心 Q3である照射位置 Bl (Xbl、 Ybl)と、スポット中心 Q2の位置 CI (Xcl、 Ycl)を算出する。

[0042] ここで、一箇所目の原点である初期照射位置 B0と、二箇所目の照射位置 B1との間には、以下に示す関係がある。図 6に示すように、アパーチャ 18の中心軸 L18を一箇所目のアパーチャ初期位置 AOから二箇所目のアパーチャ位置 A1に移動させると、焦点位置 Fは一定であるため、標準試料 Nの表面上 N1における照射位置は初期照射位置 B0から照射位置 ΒΓに変位する。照射位置 ΒΓは、アパーチャ 18の移動量 ΔΧ1、 ΔΥ1、及び、焦点位置 Fと標準試料 Νとの位置関係によって決定される係数 /3を用いて、焦点位置 Fを基準とする相似的関係から、 ΒΓ ( /3 ΔΧ1、 β ΔΥΙ )で表わされる。すなわち、図 5に示すように、二箇所目としてイオンビーム Iが照射された照射位置 B1における X方向の成分 Xblは、アパーチャ 18の移動量及びイオンビーム Iのシフト量力、ら Xbl = (α + β ) · ΔΧ1で表わされることとなる。同様に、 Υ方向の成分 Yblは、 Ybl= ( α + β ) · ΔΥ1で表わされることとなり、すなわち、ァパーチヤ 18の中心軸 L18の位置と、標準試料 Νの表面 N1上における照射位置とは、相似比（ α + /3 )の相似的関係を有することとなる。

[0043] 次に、調整位置決定工程 S5として、アパーチャ 18の中心軸 L18を対物レンズ 12 の中心軸 L12に一致させることが可能となる調整位置 Τの算出を行う。まず、図 5に示すように、制御部 30の調整位置決定手段 35は、スポットパターン解析工程 S4における算出結果に基づいて、スポットパターン Ρのハロー P1の中心 Ρ3とスポット中心 Ρ2とを結んだ直線 Lpと、スポットパターン Qのハロー Q1の中心 Q3とスポット中心 Q2 とを結んだ直線 Lqとの交点 D (Xd Yd)を算出する（ステップ S51)。次に、算出した交点 Dに基づいて、アパーチャ初期位置 AOを基準としたアパーチャ 18の中心軸 L1 8の調整位置 T (Xt Yt)を算出する。

[0044] ここで、上述のように、スポット中心 P2は、ハロー P1の中心 P3に対して、アパーチャ

18の中心軸 L18が位置ずれしている方向と対応する方向に位置ずれして形成されている。このため、アパーチャ初期位置 AOに対してアパーチャ 18の中心軸 L18を調整する方向は対応する直線 Lpの向きと一致している。同様に、スポットパターン Qと対応するアパーチャ位置 A1に対してアパーチャの中心軸 L18を調整する方向は、対応する直線 Lqの向きと一致している。このため、調整位置 Tの X方向の成分 Xtは、交点 Dの X方向の成分 Xdを相似比（ α + /3 )で除した値となり、 Xt = Xd/ ( a + β ) で算出される。同様に、調整位置 Τの Υ方向の成分 Ytは、交点 Dの Y方向の成分 Yd を相似比（α + /3 )で除した値となり、 Yt=Yd/ + /3 )で算出される。

[0045] 最後に、中心軸位置調整工程 S6として、制御部 30は、アパーチャ駆動部 19を駆動させて、アパーチャ 18の中心軸 18の位置を、アパーチャ初期位置 AOに対して調整位置 Tとなる位置まで移動させる。これにより、アパーチャ 18の中心軸 L15を対物レンズ 12の中心軸 L12に略一致させるものとして、軸外収差を補正することができる

[0046] 以上のように、アパーチャ 18の中心軸 L18の位置を異なるものとして複数のスポットノターン P Qを形成することで、アパーチャ 18の位置ずれを定量的に評価して自動的に調整することができ、短時間で容易に、かつ、精度の良い調整が実現できる。なお、本実施形態においては制御部 30によって自動的に行うものとして説明したが、手作業によるものとしても、本手順により短時間で容易に、かつ、精度良くアパーチャの中心軸の位置調整を行うことが可能となる。また、リアルタイムで取得される画像を確認しながら、交点 Dとなる位置にスポットパターンのハローの中心を一致させるように、手作業によってアパーチャ駆動部 19と走査電極 17を操作するものとしても良い

[0047] また、本実施形態においては、次のスポットパターンを形成する際に、アパーチャ 1 8を移動させるとともに、走査電極 17によってイオンビーム Iをシフトさせるものとしたが、アパーチャ 18のみの移動としても同様の手法によって調整することが可能である。し力、しながら、走査電極 17によってイオンビーム Iをシフトさせることで、複数形成されるスポットパターンを互いに重ならないよう形成することができる。このため、取得した画像から、スポットパターンをより明確に識別することが可能となり、より正確な軸調整が可能となる。また、走査手段として走査電極 17を備え、この走査電極 17によってィオンビーム Iをシフトさせるものとした力これに変えて三軸ステージ 6によって試料 M 側を X方向及び Y方向に移動させるものでも良い。少なくともイオンビーム Iの照射位置を試料 Mに対して相対移動できれば同様の効果を得ることができる。また、スポットノターン形成工程 S2においては、イオンビーム Iを過焦点の状態とするものとしたが、これに限るものではなぐ不足焦点の状態としても良い。少なくとも識別可能な一定の大きさのスポットパターンが形成されるような焦点状態であれば良いが、本実施形態のように過焦点の状態とすることで、より大きなスポットパターンに調整して識別を容易にすることが可能である。

[0048] また、本実施形態においては二箇所のスポットパターンを形成して調整位置を算出するものとした力これに限るものではない。例えば、図 7に示すように、 4箇所形成するものとしても良い。この場合には、調整位置 Tは、 4つのスポットパターン〇、 P、 Q、 Rの各直線 Lo、 Lp、 Lq、 Lrの交点 Eから算出され、誤差などにより一点で交差しない場合には、平均化することによって二箇所のスポットパターンによって算出した場合よりも精度を向上させること力できる。また、一回だけ上記工程を行ってアパーチャの軸調整をするのに限定されるものではなぐ複数回繰り返すものとしても良い。このようにすれば、一回目で観察手段による画像の倍率を小さくして調整し、二回目以降で倍率を大きくして調整することで、効率良く調整を行なうとともに、調整精度を向上させること力 Sでさる。

(第 2の実施形態）

図 8は、この発明に係る第 2の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

[0049] 図 8に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置 40は、観察手段 41として S EM鏡筒 42を備えている。この実施形態においては、解析工程において使用する画像を取得する手段として SEM鏡筒 42及び二次電子検出器 22を用いることで、より精度良い画像に基づいてアパーチャ 18の軸調整を行うことができる。なお、イオンビ一ム鏡筒 3の調整に限らず、 SEM鏡筒 42においても、図示しないアパーチャの軸調整を同様の方法で行うことが可能である。

(第 3の実施形態）

図 9は、この発明に係る第 2の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

[0050] 図 9に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置 50は、さらに希ガスイオンビーム鏡筒 51を備えている。希ガスイオンビーム鏡筒 51は、例えばアルゴンイオンなどの希ガスイオンをイオンビームとして低加速で照射可能なもので、試料を損傷させること無く加工することが可能であり、通常のイオンビームによる加工の仕上げ加工などにも好適に使用される。このような集束イオンビーム装置 50においても、イオンビームイオンビーム鏡筒 3のみならず、 S EM鏡筒 42や希ガスイオンビ一ム鏡筒 51の図示しないアパーチャの軸調整を同様の方法で行うことができる。

(第 4の実施形態）

図 10及び図 11は、この発明に係る第 2の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

[0051] 図 10に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置 60は、さらにガス導入機構 61を備えている。集束イオンビーム装置 60では、イオンビーム Iを照射するとともに、ガス導入機構 61によって有機ガスを試料表面に導入することでデポジションを行うことが可能である。このため、本実施形態の集束イオンビーム装置 60においては、スポットパターン形成工程にぉレ、て、試料のエッチングによってスポットパターンを形成するのではなぐデポジションによってスポットパターンを形成するものとしても良い。すなわち、ガス導入機構 61によって有機ガス Gを導入するとともに、イオンビーム Iを照射することで、照射位置には図 11に示すような凸状のスポットパターンが形成されることとなる。このような凸状のスポットパターン ΡΊこおいても観察手段によって取得された画像力も識別できることで、同様にスポットパターン P'に基づ!/、てァパーチャの軸調整を行うことができる。

[0052] 以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

[0053] なお、荷電粒子ビーム装置として、集束イオンビーム装置を各実施形態で例に挙げたがこれらに限られるものは無い。例えば、同様に荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いるものとしては、イオンビーム露光装置などが挙げられる。また、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いるものとしては、走査型電子顕微鏡や、電子線露光装置などが挙げられる。これらにおいても、制御部として同様の構成を有することで、内蔵されたアパーチャを自動的に短時間で容易に、かつ、精度良く軸調整することができる。また、標準試料としては、エッチングゃデポジションによってスポットパターンを形成可能なものが選択される力これ以外にも、レジスト膜なども選択される。この場合には、標準試料となるレジスト膜に荷電粒子ビームを照射して露光することで、露光パターンによって同様の調整を行うことができる。

産業上の利用可能性

[0054] 本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、制御部として、スポットパターン形成手段と、解析手段と、調整位置決定手段とを有し、複数のスポットパターンを試料に形成するだけで、自動的に、短時間で容易に、かつ、精度良くアパーチャの中心軸の位置調整を行うことができる。よって上記簡便で精度のよいアパーチャ中心軸の位置調整で、ボケのない正確な観察が可能となりまた、精度のよい加工を実施できる。

Claims

請求の範囲

[1] 荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、

前記荷電粒子ビームを所定の径に絞り込むアパーチャと、

該アパーチャで絞り込まれた前記荷電粒子ビームを集束させて試料に照射させる対物レンズと、

前記試料の表面の画像を取得可能な観察手段と、

前記アパーチャの中心軸を、該中心軸に対して略直交する二軸である X方向及び Y方向に移動可能なアパーチャ駆動部と、

該アパーチャ駆動部によって前記アパーチャを移動させて、前記対物レンズの中心軸に対して前記アパーチャの前記中心軸の位置を調整可能な制御部とを備え、該制御部は、前記アパーチャ駆動部によって前記アパーチャを前記 X方向及び前記 Y方向に異なる位置に移動させて前記試料に前記荷電粒子ビームを複数回照射することで、前記試料の表面に複数のスポットパターンを形成させるスポットパターン形成手段と、

前記観察手段によって取得した画像から、前記試料に形成された各前記スポットパターンの中心をなすスポット中心の位置、及び外縁をなすハローの幾何学的な中心位置を算出する解析手段と、

該解析手段で算出された各前記スポットパターンにおける前記スポット中心の位置と前記ハローの前記中心位置とを結んだ線同士が交差する位置に基づいて前記ァパーチヤの前記中心軸の調整位置を算出する調整位置決定手段とを有し、該調整位置決定手段によって算出された前記調整位置に前記アパーチャの前記中心軸を移動させることで前記アパーチャの位置を調整することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

[2] 請求項 1に記載の荷電粒子ビーム装置にお!/、て、

前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることが可能な走査手段を備え、

前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記アパーチャの前記中心軸を移動させて前記試料に前記荷電粒子ビームを照射させる毎に、前記アパーチャの前記 X方向及び前記 Y方向へのそれぞれの移動量に一定の値を乗じた分だけ、前記走査手段によって前記荷電粒子ビームの前記照射位置を前記試料に対して相対移動させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

[3] 請求項 1または請求項 2に記載の荷電粒子ビーム装置において、

前記制御部は、前記スポットパターン形成手段によって前記試料に前記荷電粒子ビームを照射する際に、前記試料に対して前記荷電粒子ビームを過焦点の状態に設定することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

[4] 請求項 1から請求項 3の!/、ずれかに記載の荷電粒子ビーム装置にお!/ヽて、

前記制御部の前記解析手段は、前記観察手段から取得した前記画像を二値化処理した二値化データとするとともに、該ニ値化データに基づいて前記スポットパターンの前記ハローの前記中心位置及び前記スポット中心の位置を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

[5] 荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを、アパーチャで所定の径に絞り込むとともに、対物レンズで集束して試料に照射させる荷電粒子ビーム装置について、前記対物レンズの中心軸に対するアパーチャの中心軸の位置調整を行うアパーチャの軸調整方法であって、

前記アパーチャの前記中心軸の位置を、該中心軸と略直交する二軸である X方向及び Υ方向に異なるものとし、予め用意した試料に前記荷電粒子ビームを複数回照射して、前記試料の表面に複数のスポットパターンを形成するスポットパターン形成工程と、

各該スポットパターンの中心をなすスポット中心の位置、及び、外縁をなすハローの幾何学的な中心位置を算出するスポットパターン解析工程と、

各前記スポットパターンにおける前記ハローの前記中心位置と前記スポット中心の位置とを結んだ線同士が交差する位置に基づいて前記アパーチャの前記中心軸の調整位置を算出する調整位置決定工程と、

算出された該調整位置に、前記アパーチャの前記中心軸を移動させる中心軸位置調整工程とを備えることを特徴とするアパーチャの軸調整方法。

[6] 請求項 5に記載のアパーチャの軸調整方法において、前記スポットパターン形成工程は、前記アパーチャの前記中心軸を移動させて前記試料に前記荷電粒子ビームを照射する毎に、前記アパーチャの前記 X方向及び前記 Y方向へのそれぞれの移動量に一定の値を乗じた分だけ、前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることを特徴とするアパーチャの軸調整方法。

[7] 請求項 5または請求項 6に記載のアパーチャの軸調整方法において、

前記スポットパターン形成工程は、前記対物レンズによって集束される前記荷電粒子ビームを過焦点の状態で前記試料に照射させることを特徴とするアパーチャの軸調整方法。

[8] 請求項 5から請求項 7の!/、ずれかに記載のアパーチャの軸調整方法にお!/、て、前記スポットパターン解析工程は、前記スポットパターンが形成された前記試料の表面の前記画像を二値化処理した二値化データを作成し、該ニ値化データから各前記スポットパターンの前記ハローの前記中心位置と前記スポット中心の位置とを算出することを特徴とするアパーチャの軸調整方法。