WO2019038917A1 - 較正用試料、それを用いた電子ビーム調整方法及び電子ビーム装置 - Google Patents

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中山　義則
香織 備前
太田　洋也
悠介 安部
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to an electron beam apparatus that performs observation, inspection, and measurement using an electron beam, and more particularly to adjustment of the incident angle of the electron beam.
  • An electron beam apparatus such as a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) used for observation, inspection, and measurement of a sample using an electron beam accelerates electrons emitted from an electron source and uses an electrostatic lens or an electromagnetic lens Focus on the sample surface and irradiate. This is called primary electron. Secondary electrons are emitted from the sample by the incidence of primary electrons. In the present specification, electrons emitted by interaction between a sample and primary electrons are broadly referred to as secondary electrons, and unless otherwise specified, they are not distinguished by their generation mechanism or the like. That is, unless otherwise stated, secondary electrons are described as broad secondary electrons including electrons such as backscattered electrons and backscattered electrons.
  • a silicon single crystal substrate whose top surface is a ⁇ 110 ⁇ plane, and A first concave structure which is open and extends in a first direction, and a second concave structure which is open on the top surface and extends in a second direction intersecting the first direction;
  • the concave structure and the second concave structure each have a first bottom surface intersecting the first side surface and the first side surface, and a second bottom surface intersecting the second side surface and the second side surface, respectively.
  • the side face and the second side face are ⁇ 111 ⁇ faces, and the first bottom face and the second bottom face are calibration samples which are crystal faces different from the ⁇ 110 ⁇ face.
  • FIG. 1 is a schematic view of a scanning electron microscope. It is a bird's-eye view of the sample for calibration for measuring the incident angle of an electron beam. It is sectional drawing of the concave structure formed in the sample for calibration. It is a flowchart figure of incidence angle measurement. It is a principle view of incident angle measurement. It is a top view of the sample for calibration which has a concave structure of multiple directions. It is a schematic diagram of the image of a 0 degree direction structure. It is a schematic diagram of the image of a diagonal direction structure. It is a flowchart figure which measures an incident angle using the concave structure of multiple directions. It is a flowchart figure of incidence angle measurement.
  • FIG. 1 is an overall schematic view of a scanning electron microscope.
  • the electron gun 101 is configured to include an electron source 100 and an electrode for extracting electrons from the electron source.
  • the electron beam (primary electrons 116) emitted from the electron gun 101 is converged and irradiated onto the sample 114 held on the stage 115 by the first condenser lens 103, the second condenser lens 105, and the objective lens 113.
  • Ru In the objective lens shown in the figure, a positive voltage is applied to the objective lens upper magnetic path 110 from the booster voltage control unit 141, and a negative voltage is applied to the sample 114 from the sample voltage control unit 144 to form an electrostatic lens. Therefore, the objective lens 113 is a magnetic field electric field superposition lens.
  • the aperture of the objective lens 113 in FIG. 1 is directed to the sample side, and has a lens structure called a semi-in-lens type.
  • the excitation current flowing through the objective lens coil 112 is controlled by the objective lens control unit 142
  • the secondary electrons 117 emitted from the sample 114 are detected by the first detector 121 in the middle of the lens barrel or the second detector 122 at the bottom of the objective lens.
  • the first detector 121 is controlled by a first detection system controller 136
  • the second detector 122 is controlled by a second detection system controller 138.
  • a first scan deflector 106 and a second scan deflector 108 are provided to scan the electron beam (primary electrons 116) at a desired observation position on the sample.
  • a two-dimensional image of the surface of the sample 114 can be obtained by scanning the electron beam two-dimensionally by the first scanning deflector 106 and the second scanning deflector 108. Two-dimensional scanning is generally performed while moving the line scanning start position in the vertical direction (Y direction) in the horizontal direction (X direction). The center position of this two-dimensional image is defined by the first scanning deflector 106 controlled by the first scanning deflector control unit 137 and the second scanning deflector 108 controlled by the second scanning deflector control unit 139. .
  • a path 116 a of the electron beam 116 indicated by a solid line indicates a path going straight from the electron gun 101 toward the stage 115 without operating the first scanning deflector 106 and the second scanning deflector 108.
  • a two-dimensional image centered on the point 114a on the sample is formed.
  • the path 116 b of the electron beam 116 shown by the broken line is a path 116 a on the sample 114 by the first scanning deflector 106 and the second scanning deflector 108 exerting opposing forces on the primary electrons.
  • the electron beam is irradiated to a position different from that (image shift), and in this example, a two-dimensional image centered on the point 114b on the sample is formed.
  • electrostatic deflectors can be used as the first scanning deflector 106 and the second scanning deflector 108. Secondary electrons generated by scanning the electron beam are detected by the first detector 121 and / or the second detector 122, imaged by the control arithmetic unit 146, and the generated two-dimensional image is displayed on the display 147 Be done. It is also possible to implement the deflector for determining the center position of the two-dimensional image and the deflector for scanning the electron beam in two dimensions as separate deflectors.
  • the electron gun 101 is controlled by an electron gun control unit 131, the first condenser lens 103 is controlled by a first condenser lens control unit 133, and the second condenser lens 105 is controlled by a second condenser lens control unit 135.
  • the first aligner 102 for controlling the beam axis of the primary electrons 116 is disposed downstream of the electron gun 101, and is controlled by the first aligner control unit 132.
  • the control arithmetic unit 146 which controls the entire apparatus uniformly controls the respective control units based on control data and the like stored in the recording unit 145.
  • the detection signals detected by the first detector 121 and the second detector 122 are used by being stored in the recording device 145 or displayed on the display device 147.
  • the incident angle calculation unit 148 performs imaging control for measuring the incident angle and calculates the incident angle from the acquired image.
  • the control arithmetic unit 146 operates the first scanning deflector so that the electron beam (primary electrons 116) is perpendicularly incident on the sample. The deflection direction and the deflection amount of the second scanning deflector 108 are controlled.
  • the control arithmetic device 146 can be realized by a general computer configuration, and the incident angle calculation unit 148 can be implemented as a program executed by the processor of the control arithmetic device 146.
  • FIG. 1 A bird's-eye view of a calibration sample 200 for measuring the incident angle of the electron beam (primary electrons 116) is shown in FIG.
  • the silicon single crystal substrate 201 is formed with a concave structure A 202 and a concave structure B 203 opened on the top surface thereof.
  • the etching rate differs depending on the crystal plane of silicon, but utilizing this difference in etching rate, crystalline anisotropy etching is performed using a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution or the like to obtain a silicon single crystal.
  • KOH potassium hydroxide
  • the upper surface of the single crystal substrate 201 is a (110) plane.
  • the side surfaces are the (1-11) plane and the (-11-1) plane, and the bottom surfaces thereof are the (311) plane and the (13-1) plane.
  • the side surfaces are the (1-1-1) plane and the (-111) plane, and the bottom surfaces thereof are the (31-1) plane and the (131) plane.
  • the cross section of the concave structure is shown in FIG. It has a top surface 301, a bottom surface 303a intersecting the side surface 302a, and a bottom surface 303b intersecting the side surface 302b. Since the bottom surface 303 is a different crystal plane that is not a (110) plane, a bottom groove 306 is formed by the intersection line of the bottom surface 303 a and the bottom surface 303 b.
  • the crystal plane is expressed as a generic term.
  • the (1-11) plane and the (-11-1) plane which are crystal planes of the side surface of the concave structure A 202, are equivalent planes (crystal planes having the same arrangement of atoms in the crystal plane) having different orientations. Inclusively represented as ⁇ 111 ⁇ planes. As shown in FIG.
  • the top surface of the concave structure can be described as ⁇ 110 ⁇ , the side as ⁇ 111 ⁇ , and the bottom as ⁇ 311 ⁇ .
  • the shape of the concave structure depends on the etching rate in the crystal plane. About the etching rate which etches a silicon single crystal, By setting the etching conditions such that the etching rate of the top ⁇ 110 ⁇ plane> the etching rate of the bottom ⁇ 311 ⁇ plane >> the etching rate of the side ⁇ 111 ⁇ plane, a calibration sample having a concave structure shown in FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart for measuring the incident angle of the electron beam. Further, FIG. 5 shows a principle diagram of incident angle measurement.
  • the sample or the electron beam is moved to the position of the concave structure (step S41).
  • the lens intensity is adjusted so that the electron beam is focused on the top surface edge and the bottom surface groove, respectively.
  • the height difference ⁇ H between the top surface edge and the bottom surface groove can be obtained from the two lens intensities (step S42).
  • imaging is performed by setting the focal point to an intermediate height (step S43). This is because it is not possible to focus completely on both structures at the same time because there is a height difference ⁇ H between the top edge and the bottom groove, so focus on the position where both structures appear as sharp as possible on the display 700.
  • ⁇ H can be increased by increasing the etching time, so the difference ⁇ L is increased even at the same incident angle ⁇ . Therefore, the sensitivity of the incident angle measurement, as a result, the measurement accuracy is improved.
  • the calibration sample 200 has a side perpendicular to the top surface.
  • the overall size must be increased in order to increase the amount corresponding to ⁇ H.
  • concave structures A 202 and concave structures B 203 having different directions of about 70 degrees are formed.
  • the incident angle can be calculated regardless of how the electron beam is tilted with respect to the sample surface.
  • FIGS. 7A and 7B Schematic diagrams of images of the 0 degree direction concave structure 601 and the diagonal direction concave structure 602 of the calibration sample 600 are shown in FIGS. 7A and 7B, respectively.
  • FIGS. 7A and 7B show images when the line scanning direction of the concave electron beam is the same X direction. Therefore, the top surface edges 704 and 705 and the bottom surface groove position 703 in FIG. 7B rotate with respect to the top surface edges 504 and 505 and the bottom surface groove position 503 in FIG. 7A.
  • the concave structure it is also effective to make the scanning direction different according to the extension direction. In a scanning electron microscope, the accuracy of line feeding in the longitudinal direction may be inferior to the accuracy of line scanning in the lateral direction.
  • the line scanning direction coincides with the direction orthogonal to the longitudinal direction of the groove, it is possible to improve the accuracy of incident angle measurement in each direction.
  • the line scanning direction is rotated by 70 degrees from the case of the 0 degree concave structure 601, and the line scanning direction is the extension direction of the concave structure. Images may be acquired orthogonally. The image acquired in this case is as shown in FIG. 7A regardless of the direction of the concave structure.
  • Steps S81 to S83 and steps S84 to S86 correspond to performing the steps S41 to S43 shown in FIG. 4 for the concave structure in each direction.
  • steps S44 to S47 shown in FIG. 4 are performed on the concave structure in two directions.
  • the incident angle measured by the 0 degree direction concave structure 601 is ⁇ A °
  • the incident angle measured by the oblique direction concave structure 602 is ⁇ B °
  • the 0 degree direction concave structure 601 and the diagonal direction concave structure 602 are approximately 70 degrees.
  • the incident angles ⁇ X ° and ⁇ Y ° converted to the orthogonal coordinate system can be calculated by (Equation 1) (step S88).
  • imaging is performed separately for concave structures in different directions, but adjusting the magnification images the concave structures in two directions in one shooting, and the incident angles are calculated for each of them. It does not matter.
  • the first scanning deflector 106 and the second scanning deflector 108 are controlled in conjunction with each other so that the primary electrons 116 are perpendicularly incident on the sample.
  • the incident angle (tilt angle) of the electron beam can be controlled by the intensity ratio ⁇ G of the two-stage deflector and the relative angle ⁇ R of the deflection direction.
  • the amount of the intensity ratio ⁇ G to be adjusted and the amount of the relative angle ⁇ R can be determined using a conversion matrix obtained in advance (((2 )reference).
  • the control arithmetic unit 146 interlocks and controls the first scanning deflector control unit 137 and the second scanning deflector control unit 139 based on the amount of the intensity ratio ⁇ G and the amount of the relative angle ⁇ R.
  • FIG. 10A shows a schematic view of an image when the upper surface edge is in focus
  • FIG. 10B shows a schematic view of the image when the bottom surface groove is in focus.
  • the concave structure of this embodiment has a depth, when the focal position is aligned with the upper surface edge 1004a (1005a), the lower surface groove 1003a and the upper surface edge 1004b (1005b) are blurred when the lower surface groove 1003b is focused. Therefore, in this modification, images at a plurality of focal positions are used. After moving to the concave structure position (step S91), imaging is performed with the upper surface and the bottom surface as focal positions (steps S92 and S93), and the top surface edge center position is calculated from the image of the top surface focus (step S94) The bottom groove position is calculated from the image (step S95).
  • the central position of the acquired image with different focus may shift depending on the electron beam trajectory adjustment.
  • the relative position between the top edge center position and the bottom groove position is corrected by examining the relationship between the shift amount of the image position and the focal position in advance or performing position matching so as to maximize the correlation of the acquired plurality of images. Need to do (step S96).
  • the incident angle is calculated based on the last corrected relative position (step S97).
  • the measurement reproducibility can be improved.
  • it is difficult to measure using an image at multiple focal positions because a groove in which the sample height changes continuously is considered to be a great advantage of the concave structure of this embodiment.
  • the number of images captured by changing the focal position is not limited to two, and an image having the focal position between the top surface and the bottom surface may be additionally acquired.
  • the image shift amount is useful for relative position correction because it has a linear relationship with the focal position.
  • FIG. 4 Yet another modification of the flowchart of the incident angle measurement shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS.
  • a plurality of images acquired at different magnifications are used. Since the concave structure of this embodiment has a depth, the amount of signal from the bottom surface is smaller than that of the top surface. Therefore, the measurement performance of the bottom groove position tends to deteriorate. Therefore, in the present modification, a high magnification image of the bottom groove is acquired. After moving to the concave structure position (step S151), a low magnification image including the upper surface edge shown in FIG. 12A is obtained (step S152), and then a high magnification not including the upper surface edge shown in FIG. An image is acquired (step S153).
  • the top edge center and the bottom groove position are calculated from the respective images (steps S154 and S155), and finally the incident angle is calculated (steps S156 and S157).
  • the pixel size is reduced, so that the measurement accuracy can be improved from the viewpoint of resolution and SN.
  • FIG. 4 Yet another modification of the flow chart of incidence angle measurement shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. 13 and FIGS. 14A and 14B.
  • this modification a plurality of images with different emission angle areas or energy area signals are used. Since the concave structure of this embodiment has a depth, the energy and angular distribution of secondary electrons emitted from the sample differ between the top surface edge and the bottom surface groove. By forming an image using electrons with high contrast on each of the top and bottom surfaces, SN is improved and measurement accuracy is improved. As shown in the flowchart of FIG.
  • step S161 After moving to the concave structure position (step S161), the concave structure is imaged (step S162), but the upper surface edge is detected by the image from the first detector (step S163) In the bottom groove, it is effective to detect the image from the second detector (step S164).
  • the amount of emission of secondary electrons has a large angular dependence, so the edge of the sample tends to come out, while the backscattered electrons and backscattered electrons are highly scattered, and the edge of the sample tends to blur.
  • secondary electrons have low energy, so the amount of emission from the bottom of the deep groove is low, and reflected electrons and backscattered electrons have high energy, so reflected electrons from the bottom of the deep groove and backscattered electrons are also detected by the second detector 122. It is detected.
  • the top surface edge images (1404a, 1405a) are observed, while the bottom grooves are not observed.
  • the bottom groove (1403) is emphasized and observed.
  • the top edge center position and the bottom groove position are calculated from the respective images (steps S163 and S164), and finally the incident angle is calculated (steps S165 and S166).
  • a calibration sample having a concave structure shown in the cross-sectional view of FIG. 15 is used.
  • This calibration sample is obtained by laminating a thin film of HfO 2 (hafnium oxide) 1501 on a structure of a silicon substrate by ALD (atomic layer deposition) film formation method.
  • ALD atomic layer deposition
  • the generation efficiency of the secondary electrons from the concave structure can be improved, so that the measurement accuracy by SN improvement is improved.
  • a material to be laminated one having a large atomic number is preferable, and for example, Ta 2 O 5 , La 2 O 3 or the like may be used.
  • a second modification of the calibration sample uses a calibration sample having a concave structure shown in the cross-sectional view of FIG.
  • the concave structure of this calibration sample has a bottom surface 1603 parallel to the top surface 301 in addition to the bottom surface 303 which is inclined with respect to the top surface 301. That is, while the bottom surface 303 is the ⁇ 311 ⁇ plane, the bottom surface 1603 is the same ⁇ 110 ⁇ plane as the top surface.
  • a bottom groove 1601 is formed at the intersection of the bottom surface 303 a and the bottom 1603, and a bottom groove 1602 is formed at the intersection of the bottom 303 b and the bottom 1603. This can be realized by changing the etching conditions of the silicon substrate 201.
  • the tilt angle is calculated using two upper surface edges 304 and 305 and two bottom grooves 1601 and 1602. Specifically, the incident angle is calculated using the relative distance between the center positions of the two top surface edge positions and the center positions of the two bottom groove positions (this relative distance is taken as ⁇ L in FIG. 5). In the structure of this calibration sample, the number of signal grooves is increased by the two bottom grooves, and the measurement accuracy can be improved.
  • a calibration sample having two types of concave structures shown in the cross-sectional view of FIG. 17 is used.
  • the concave structure C1701 has a shallower concave structure D1702.
  • the concave structure C1701 has the same depth as the concave structure A202, and the concave structure D1702 has a shallower structure.
  • the amount of acceleration of primary electrons can be adjusted, and the sample can be incident in a high acceleration mode (for example, 45 kV) or a low acceleration mode (for example, 1 kV). In the low acceleration mode, damage to the observation sample can be reduced more than in the high acceleration mode.
  • the relationship between the etching time and the depth is previously obtained, and the etching time is It may be estimated based on
  • the etching time is It may be estimated based on
  • concave structures having different extension directions are provided correspondingly. That is, it has the same depth as concave structure C1701, and has the same depth as concave structure D1702, which has the same extension direction in the relationship of about 70 ° (or about 110 °), and is about 70 °
  • a concave structure is provided whose extension directions intersect in a relationship of (or about 110 °).
  • the fourth modification of the calibration sample uses a calibration sample in which two concave structures shown in the top view of FIG. 18 intersect.
  • the pattern of FIG. 18 is obtained by crossing the lines in two directions of the 0 degree direction concave structure and the diagonal direction concave structure shown in FIG. For this reason, it becomes easier to perform measurement in two directions in the same field of view. Further, since a peak 1803 in a direction not present in FIG. 6 is formed at the intersection of the two lines, this peak 1803 may be used for incident angle measurement.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications.
  • a concave structure is disclosed in which the top surface is the ⁇ 110 ⁇ surface, the side surface is the ⁇ 111 ⁇ surface, and the bottom surface is the ⁇ 311 ⁇ surface, but the etching rate relationship as described above is satisfied.
  • other crystal planes can be taken as the bottom.
  • the crystal plane for example, the ⁇ 211 ⁇ plane, has an absolute value of at least one of the indices of 2 or more.
  • the examples are intended to illustrate the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electron source, 101 ... Electron gun, 102 ... 1st aligner, 103 ... 1st condenser lens, 105 ... 2nd condenser lens, 106 ... 1st scanning deflector, 108 ... 2nd scanning deflector, 113 ...
  • objective lens 114: specimen, 115: stage, 116: primary electron, 117: secondary electron, 121: first detector, 122: second detector, 131: electron gun controller, 132: first aligner controller, 133: first condenser lens control unit 135: second condenser lens control unit 136: first detection system control unit 137: first scanning deflector control unit 138: second detection system control unit 139: second Scanning deflector control unit 141: booster voltage control unit 142: objective lens control unit 144: sample voltage control unit 145: recording device 146: control arithmetic device 147: display device 48: incident angle calculation unit, 200: sample for calibration, 201: silicon substrate, 202: concave structure A, 203: concave structure B, 301: upper surface, 302: side surface, 303: bottom surface, 304: upper surface edge A, 305, ...

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Abstract

入射角の高精度計測が可能な較正用試料、それを用いた電子ビーム調整方法及び電子ビーム装置を実現する。上面を｛110｝面とするシリコン単結晶基板２０１と、上面に開口し、第１の方向に延在する第１の凹構造２０２と、上面に開口し、第１の方向と交差する第２の方向に延在する第２の凹構造２０３とを有し、第１の凹構造及び第２の凹構造は、それぞれ第１の側面及び第１の側面と交わる第１の底面と第２の側面及び第２の側面と交わる第２の底面とを有し、第１の側面及び第２の側面は｛111｝面であり、第１の底面及び第２の底面は｛110｝面とは異なる結晶面である較正用試料を用いて電子ビームの調整を行う。

Description

較正用試料、それを用いた電子ビーム調整方法及び電子ビーム装置
　電子ビームを用いて観察・検査・計測を行う電子ビーム装置に関し、特に電子ビームの入射角の調整に関する。
　電子ビームを用いて試料の観察・検査・計測に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）などの電子ビーム装置は、電子源から放出された電子を加速し、静電レンズや電磁レンズによって試料表面上に収束させて照射する。これを１次電子と呼んでいる。１次電子の入射によって試料からは２次電子が放出される。なお、本明細書においては、試料と１次電子との相互作用により放出される電子を広く２次電子と称し、特に言及する場合を除き、その発生メカニズム等によって区別しない。すなわち、特に言及しなければ、２次電子は、反射電子、後方散乱電子といった電子についても含む広義の２次電子として記述する。電子ビーム（１次電子）を偏向して走査して、放出されるこれら２次電子を検出することで、試料上の微細パターンや組成分布の走査画像を得ることができる。他にも、試料に吸収される電子を検出することで、吸収電流像を形成することも可能である。
　深溝や深穴に対して、底部の観察や高精度なパターン寸法計測を行うためには、電子ビームを深溝や深穴に対して垂直に入射する必要がある。これを実現するには電子ビームの入射角を計測する必要がある。特許文献１では、このため、（100）面を上面とする単結晶シリコンを結晶異方性エッチングしてピラミッド形状（四角錐）のパターンを形成した較正用サンプルを用いる。ピラミッド形状の複数のエッジの位置を計測することにより、電子ビームの入射角を算出する。単結晶シリコンの結晶異方性エッチングは結晶面に相当する側面のなす角が決まっているため、形状精度が高く、その結果精度の良い入射角の計測が可能となる。
特開２００７－１８７５３８号公報
Sensors and Actuators 73 (1999) 131-137
　ピラミッド形状のパターンでは形状のアスペクト比（上面の幅に対する深さの比）が１以下に決まってしまう。このため、入射角に対する画像の変化を大きくしにくく、入射角計測の精度に限界がある。本発明においては、入射角の高精度計測が可能な較正用試料、それを用いた電子ビーム調整方法及び電子ビーム装置を実現するものである。
　本発明の一態様としては、電子ビーム装置の電子源から放出される１次電子の入射角を計測するための較正用試料において、上面を｛110｝面とするシリコン単結晶基板と、上面に開口し、第１の方向に延在する第１の凹構造と、上面に開口し、第１の方向と交差する第２の方向に延在する第２の凹構造とを有し、第１の凹構造及び第２の凹構造は、それぞれ第１の側面及び第１の側面と交わる第１の底面と第２の側面及び第２の側面と交わる第２の底面とを有し、第１の側面及び第２の側面は｛111｝面であり、第１の底面及び第２の底面は｛110｝面とは異なる結晶面である較正用試料とする。
　また、別の一態様としては、較正用試料を用いて、電子ビーム装置の電子源から放出される１次電子の試料への入射角を調整する電子ビーム調整方法であって、較正用試料において、シリコン単結晶基板の｛110｝面である上面に開口し、第１の方向に延在し｛111｝面を側面とする第１の凹構造は、開口に形成されて第１の方向に延在する第１の上面エッジ及び第２の上面エッジと、第１の凹構造の底部に形成され、第１の方向に延在する第１の底面溝とを有しており、較正用試料の第１の凹構造を撮像し、第１の凹構造を撮像した画像における、第１の上面エッジと第２の上面エッジとの間の中心位置である第１の上面エッジ中心位置及び第１の底面溝の位置を求め、第１の上面エッジ中心位置と第１の底面溝の位置との相対位置ならびに第１及び第２の上面エッジと第１の底面溝との高低差から１次電子の第１の入射角を求める。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　深溝や深穴の観察・検査・計測に必要な１次電子の入射角の調整を高い精度で実施することが可能になる。
走査電子顕微鏡の全体概略図である。 電子ビームの入射角を計測するための較正用試料の鳥瞰図である。 較正用試料に形成される凹構造の断面図である。 入射角計測のフローチャート図である。 入射角計測の原理図である。 複数方向の凹構造を有する較正用試料の上面図である。 ０度方向構造体の画像の模式図である。 斜め方向構造体の画像の模式図である。 複数方向の凹構造を用いて入射角を計測するフローチャート図である。 入射角計測のフローチャート図である。 上面エッジにフォーカスしたときの画像の模式図である。 底面溝にフォーカスしたときの画像の模式図である。 入射角計測のフローチャート図である。 倍率を変えて撮影した２つの画像の模式図である。 入射角計測のフローチャート図である。 第１検出器からの画像の模式図である。 第２検出器からの画像の模式図である。 較正用試料に形成される凹構造の断面図である。 較正用試料に形成される凹構造の断面図である。 較正用試料に形成される凹構造の断面図である。 較正用試料に形成される凹構造の上面図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、走査電子顕微鏡以外の電子ビーム装置にも適用可能である。
　図１は、走査電子顕微鏡の全体概略図である。電子銃１０１は電子源１００と電子源から電子を引き出すための電極等を有して構成される。電子銃１０１から放出される電子ビーム（１次電子１１６）は、第１コンデンサレンズ１０３、第２コンデンサレンズ１０５、及び対物レンズ１１３により、ステージ１１５に保持された試料１１４上に収束されて照射される。図に示す対物レンズにおいては、対物レンズ上磁路１１０にブースター電圧制御部１４１から正電圧が印加され、試料１１４には試料電圧制御部１４４から負電圧が印加されることにより静電レンズが形成されているため、対物レンズ１１３は磁場電場重畳レンズとなっている。また、図１の対物レンズ１１３の開口は試料側に向いており、セミインレンズ型と呼ばれるレンズ構造となっている。対物レンズコイル１１２に流れる励磁電流は、対物レンズ制御部１４２により制御されている。
　試料１１４から放出される２次電子１１７は、鏡筒の中間部にある第１検出器１２１あるいは対物レンズ底面にある第２検出器１２２により検出される。第１検出器１２１は第１検出系制御部１３６によって、第２検出器１２２は第２検出系制御部１３８によって制御される。
　電子ビーム（１次電子１１６）を試料上の所望の観察位置で走査させるため、第１走査偏向器１０６及び第２走査偏向器１０８が設けられている。第１走査偏向器１０６及び第２走査偏向器１０８により電子ビームを２次元に走査することにより、試料１１４表面の２次元画像を得ることができる。２次元走査は一般的に横方向（Ｘ方向）のライン走査を、縦方向（Ｙ方向）にライン走査開始位置を移動しながら行われる。この２次元画像の中心位置は、第１走査偏向器制御部１３７によって制御される第１走査偏向器１０６と第２走査偏向器制御部１３９によって制御される第２走査偏向器１０８により規定される。例えば、実線で示した電子ビーム１１６の経路１１６ａは、第１走査偏向器１０６及び第２走査偏向器１０８を動作させることなく、電子銃１０１からステージ１１５に向けて直進する経路を示している。この場合、試料上の点１１４ａを中心とする２次元画像が形成される。一方、破線で示した電子ビーム１１６の経路１１６ｂは、１次電子に対して第１走査偏向器１０６及び第２走査偏向器１０８が互いに逆方向の力を及ぼすことにより、試料１１４上において経路１１６ａとは異なった位置に電子ビームを照射しており（イメージシフト）、この例では、試料上の点１１４ｂを中心とする２次元画像が形成される。第１走査偏向器１０６及び第２走査偏向器１０８としては静電偏向器を用いることができる。電子ビームを走査して生じた２次電子を第１検出器１２１及び／または第２検出器１２２により検出し、制御演算装置１４６にて画像化し、生成された２次元画像は表示装置１４７に表示される。なお、２次元画像の中心位置を定める偏向器と電子ビームを２次元に走査する偏向器をそれぞれ別の偏向器として実装することも可能である。
　電子銃１０１は電子銃制御部１３１により、第１コンデンサレンズ１０３は第１コンデンサレンズ制御部１３３により、第２コンデンサレンズ１０５は第２コンデンサレンズ制御部１３５により、それぞれ制御される。電子銃１０１の後段には１次電子１１６のビーム軸を制御するための第１アライナー１０２が配置され、第１アライナー制御部１３２によって制御される。また、装置全体を制御する制御演算装置１４６は、記録装置１４５に記憶された制御データ等に基づいてそれぞれの制御部を統一的に制御する。また、第１検出器１２１と第２検出器１２２によって検出された検出信号は、記録装置１４５に記憶したり、表示装置１４７に表示したりして利用される。また、入射角計算部１４８において入射角計測用の撮像制御や取得画像からの入射角の算出を行う。算出した入射角に基づき、試料の観察・検査・計測等を行う際に、電子ビーム（１次電子１１６）が試料に対して垂直に入射されるよう、制御演算装置１４６は第１走査偏向器１０６及び第２走査偏向器１０８の偏向方向と偏向量とを制御する。なお、制御演算装置１４６は一般的な計算機の構成で実現され、入射角計算部１４８は制御演算装置１４６のプロセッサにより実行されるプログラムとして実装することができる。
　電子ビーム（１次電子１１６）の入射角を計測するための較正用試料２００の鳥瞰図を図２に示す。較正用試料２００には、シリコン単結晶基板２０１にはその上面に開口した凹構造Ａ２０２及び凹構造Ｂ２０３が形成されている。シリコンの結晶面によりエッチング速度が異なることはよく知られているが、このエッチング速度の違いを利用し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などを用いて結晶異方性エッチングを行うことでシリコン単結晶基板に凹構造を形成することが可能である（非特許文献１）。単結晶基板２０１の上面は（110）面である。凹構造Ａ２０２においては、その側面が（1-11）面及び（-11-1）面、その底面が（311）面及び（13-1）面である。また、凹構造Ｂ２０３においては、その側面が（1-1-1）面及び（-111）面、その底面が（31-1）面及び（131）面である。
　凹構造の断面を図３に示す。上面３０１、側面３０２ａと交わる底面３０３ａ、側面３０２ｂと交わる底面３０３ｂを有する。底面３０３は（110）面ではない、異なる結晶面であるため、底面３０３ａと底面３０３ｂとの交線によって底面溝３０６が形成されている。本実施例においては、凹構造の開口に形成される２つのエッジ、すなわち上面３０１と側面３０２ａとの交線である上面エッジＡ３０４、上面３０１と側面３０２ｂとの交線である上面エッジＢ３０５、それらと平行する底面溝３０６の画像を用いて電子ビームの入射角を求める。なお、図３では結晶面を総称として表している。例えば、凹構造Ａ２０２の側面の結晶面である（1-11）面、（-11-1）面は向きの異なる等価な面（結晶面における原子の並びが等しい結晶面）であり、これらを包括して｛111｝面として表す。図３に示すように、凹構造の上面が｛110｝面、側面が｛111｝面、底面が｛311｝面と表記することができる。凹構造の形状は、結晶面におけるエッチングレートに依存する。シリコン単結晶をエッチングするエッチングレートについて、
上面｛110｝面のエッチングレート＞底面｛311｝面のエッチングレート≫側面｛111｝面のエッチングレート
となるエッチング条件とすることにより、図２に示す凹構造を有する較正用試料を作成できる。
　図４は電子ビームの入射角を計測するフローチャートである。また、図５に入射角計測の原理図を示す。まず凹構造の位置に試料もしくは電子ビームを移動する（ステップＳ４１）。次に、上面エッジと底面溝でそれぞれ電子ビームの焦点を結ぶようにレンズ強度を調整する。２つのレンズ強度から上面エッジと底面溝との高低差ΔＨを求めることができる（ステップＳ４２）。次に、焦点を中間の高さに設定して撮像を行う（ステップＳ４３）。これは、上面エッジと底面溝との間に高低差ΔＨがあるため、両方の構造に同時に完全に焦点を合わせることはできないため、両方の構造がディスプレイ７００上でできるだけ鮮明に見える位置に焦点を合わせるものである。これからディスプレイ７００の画像上での上面エッジＡ５０４と上面エッジＢ５０５との中心位置（上面エッジ中心位置５０２）と底面溝の位置５０３とを求める（ステップＳ４４，４５）。さらに、上面エッジ中心位置５０２と底面溝の位置５０３との相対位置（差分ΔＬ）を求める（ステップＳ４６）。
　図５に示すように、電子ビームが入射角αをもって入射している場合には、較正用試料の構造として上面エッジＡ３０４と上面エッジＢ３０５との中心位置にある底面溝３０６は、ディスプレイ７００の画像上では上面エッジＡ５０４と上面エッジＢ５０５との中心位置５０２からずれた位置に見える。
このとき、入射角αは、
α＝arctan（ΔＬ／ΔＨ）≒ΔＬ／ΔＨ
で計算される（ステップＳ４７）。
　図２の較正用試料２００の構造ではエッチング時間を長くするとΔＨを大きくすることが出来るので、同じ入射角αでも差分ΔＬが大きくなる。したがって、入射角計測の感度、結果的に計測精度、が向上することになる。これは較正用試料２００が上面に対して垂直な側面を持つことによる利点である。従来のピラミッド構造ではΔＨに相当する量を大きくするためには全体のサイズを大きくしなければならない。
　さらに、較正用試料２００には略７０度方向の異なる凹構造Ａ２０２と凹構造Ｂ２０３とが形成されている。２方向から入射角を計測することにより、試料面に対して電子ビームがどのようにチルトしていたとしても入射角を算出することができる。較正用試料２００の凹構造はいずれも結晶面方位に依存する結晶異方性エッチングで形成するため、２つの凹構造Ａ２０２と凹構造Ｂ２０３の溝同士のなす角度θは、
θ＝arccos（1/3）≒70.53°あるいは、
θ=180°－arccos（1/3）≒109.47°
となる。
　複数方向の凹構造を複数有する較正用試料６００の上面図を図６に示す。図６の例では、０度方向凹構造６０１の長手方向がＹ軸方向に延在するように形成され、０度方向凹構造６０１とは延長方向の異なる斜め方向凹構造６０２とが隣接して配置されている。斜め方向凹構造６０２ａは、０度方向凹構造６０１ｂに対して約１１０°を成して形成されている。同様に、斜め方向凹構造６０２ｃは、０度方向凹構造６０１ｂに対して約７０°を成して形成されている。上述の通り、これらの構造は結晶異方性エッチングにより形成するため、０度方向凹構造６０１と斜め方向凹構造６０２とのなす角はどの凹構造をとっても高い精度で一致している。
　較正用試料６００の０度方向凹構造６０１と斜め方向凹構造６０２の画像の模式図をそれぞれ図７Ａと図７Ｂに示す。図７Ａ及び図７Ｂは、凹構造の電子ビームのライン走査方向を同じＸ方向とした場合の画像を示している。このため、図７Ｂにおける上面エッジ７０４，７０５、底面溝位置７０３は、図７Ａにおける上面エッジ５０４，５０５、底面溝位置５０３に対して回転している。これに対して、凹構造を走査するときにその延長方向に応じて走査方向を異なるものにすることも有効である。走査電子顕微鏡では、横方向のライン走査の精度に比べて、縦方向のライン送りの精度が劣る場合がある。このため、溝の長手方向に対して直交する方向にライン走査方向を一致させることでそれぞれの方向の入射角計測の精度を向上させることが出来る。具体的には、斜め方向凹構造６０２に対して入射角計測を行う場合に、０度方向凹構造６０１の場合より７０度ライン走査方向を回転させて、ライン走査方向が凹構造の延長方向と直交するように画像を取得すればよい。この場合に取得される画像は凹構造の方向にかかわらず、図７Ａのようになる。
　２方向の凹構造を持つ較正用試料から電子ビームの入射角を算出するフローチャートを図８に示す。基本的にはそれぞれの方向で入射角を求めて、その結果からベクトル演算により直交する２方向の入射角を算出するものである。ステップＳ８１～Ｓ８３及びステップＳ８４～Ｓ８６はそれぞれの方向の凹構造に対して図４に示したステップＳ４１～Ｓ４３を実行することに相当する。ステップＳ８７において２方向の凹構造に対して図４に示したステップＳ４４～Ｓ４７を実行する。これにより、０度方向凹構造６０１で測定した入射角度がαＡ°、斜め方向凹構造６０２で測定した入射角度がαＢ°、０度方向凹構造６０１と斜め方向凹構造６０２とが略７０度の角度を持つとすると、直交座標系に換算した入射角αＸ°とαＹ°は、（数１）により算出することができる（ステップＳ８８）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、図８のフローチャートでは方向の異なる凹構造について別々に撮像を行っているが、倍率を調整することで１回の撮影で２方向の凹構造を撮像して、それぞれについて入射角を算出しても構わない。
　このように算出した入射角に基づき、試料に対して１次電子１１６が垂直に入射するように第１走査偏向器１０６と第２走査偏向器１０８とを連動して制御する。電子ビームの入射角（チルト角）は２段の偏向器の強度比ΔＧと偏向方向の相対角度ΔＲにより制御できる。直交座標系に換算した入射角αＸ°とαＹ°に対して、あらかじめ求めておいた換算行列を用いて調整すべき強度比ΔＧの量と相対角度ΔＲの量を求めることが出来る（（数２）参照）。制御演算装置１４６は、求めた強度比ΔＧの量と相対角度ΔＲの量に基づき、第１走査偏向器制御部１３７及び第２走査偏向器制御部１３９とを連動して制御する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図４に示した入射角計測のフローチャートでは焦点位置を凹構造の中間の高さに設定して撮影した例を示したが、その変形例を図９及び図１０Ａ，Ｂを用いて説明する。本変形例では焦点位置（フォーカス）の異なる複数の画像を用いる。本変形例におけるフローチャートを図９に示す。また、図１０Ａに上面エッジに焦点を合わせたときの画像の模式図を、図１０Ｂに底面溝に焦点を合わせたときの画像の模式図を示す。本実施例の凹構造は深さがあるため、上面エッジ１００４ａ（１００５ａ）に焦点位置を合わせると底面溝１００３ａが、底面溝１００３ｂに焦点を合わせると上面エッジ１００４ｂ（１００５ｂ）がぼけてしまう。そのため、本変形例では複数の焦点位置での画像を用いる。凹構造位置へ移動した（ステップＳ９１）後に、上面と底面をそれぞれ焦点位置として撮像を行い（ステップＳ９２，Ｓ９３）、上面フォーカスの画像から上面エッジ中心位置を算出し（ステップＳ９４）、底面フォーカスの画像から底面溝位置とを算出する（ステップＳ９５）。ここで焦点の異なる取得画像の中心位置は電子ビームの軌道調整に依存してシフトする可能性がある。従って予め画像位置のシフト量と焦点位置との関係を調べておくか、取得した複数画像の相関を最大とするように位置マッチングを行うことで上面エッジ中心位置と底面溝位置の相対位置を補正する必要がある（ステップＳ９６）。最後に補正した相対位置をもとに入射角を算出する（ステップＳ９７）。これにより計測再現性の向上を図ることができる。ピラミッドパターンの場合、試料高さが連続的に変化する溝を用いているために、複数焦点位置での画像を用いて計測することは困難であり、本実施例の凹構造の大きな利点と考えられる。
　なお、焦点位置を変えて撮影する画像の数は２つに限らず、上面と底面との間に焦点位置のある画像を追加して取得しても構わない。像シフト量は焦点位置と線形関係があるので相対位置補正に有用である。
　図４に示した入射角計測のフローチャートのさらに別の変形例を図１１及び図１２を用いて説明する。本変形例では異なる倍率で取得した複数の画像を用いる。本実施例の凹構造は深さがあるため、上面と比較して底面からの信号量が少ない。そのため底面溝位置の計測性能が劣化する傾向にある。そのため、本変形例では底面溝の高倍率画像を取得する。凹構造位置へ移動した（ステップＳ１５１）後に、図１２（Ａ）に示す上面エッジを含む低倍率像を取得し（ステップＳ１５２）、次に図１２（Ｂ）に示す上面エッジを含まない高倍率像を取得する（ステップＳ１５３）。それぞれの画像から上面エッジ中心と底面溝位置を算出し（ステップＳ１５４，Ｓ１５５）、最終的に入射角を計算する（ステップＳ１５６，Ｓ１５７）。高倍率像では画素サイズが小さくなるために分解能とＳＮの観点から計測精度を向上させることができる。
　図４に示した入射角計測のフローチャートのさらに別の変形例を図１３及び図１４Ａ，Ｂを用いて説明する。本変形例では異なる放出角度領域あるいはエネルギー領域信号による複数の画像を用いる。本実施例の凹構造は深さがあるため、上面エッジと底面溝では試料から放出される２次電子のエネルギーや角度分布が異なる。上面と底面のそれぞれにコントラストの高い電子を用いて画像を形成することでＳＮが向上し計測精度が向上する。図１３のフローチャートに示すように、凹構造位置へ移動した（ステップＳ１６１）後に、凹構造を撮像する（ステップＳ１６２）が、上面エッジは第１検出器からの画像により検出し（ステップＳ１６３）、底面溝では第２検出器からの画像により検出する（ステップＳ１６４）ことが有効である。
　１次電子が試料に照射されることにより、エネルギーの異なる電子が放出される。図１に示す走査電子顕微鏡においては、２次電子（ここでは狭義の２次電子を指し、試料に入射した電子が非弾性散乱することにより試料内の電子が励起され放出されたものをいい、そのエネルギーは一般に50eV以下として定義される）は対物レンズ上磁路１１０に印加されるブースター電圧により加速されることにより主に第１検出器１２１により検出される。また、比較的エネルギーの高い反射電子（または後方散乱電子、試料に入射した電子が試料中において散乱する過程で試料表面から再放出されたもの）は主に第２検出器１２２により検出される。２次電子（狭義）の放出量は角度依存性が大きいため、試料のエッジが出やすいのに対し、反射電子、後方散乱電子は散乱が大きく、試料のエッジがぼけやすい。一方、２次電子（狭義）はエネルギーが低いため深溝底面からの放出量が低く、反射電子、後方散乱電子はエネルギーが高いため深溝底面からの反射電子、後方散乱電子も第２検出器１２２により検出される。
　このため、図１４Ａに示す第１検出器からの画像では上面エッジ像（１４０４ａ，１４０５ａ）は観測される一方、底面溝は観測されない。一方、図１４Ｂに示す第２検出器からの画像では底面溝（１４０３）が強調されて観測される。それぞれの画像から上面エッジ中心位置と底面溝位置を算出し（ステップＳ１６３，Ｓ１６４）、最終的に入射角を計算する（ステップＳ１６５，Ｓ１６６）。
　また、以下に入射角計測のための較正用試料の変形例について説明する。較正用試料の第１の変形例では、図１５の断面図に示す凹構造を有する較正用試料を用いる。この較正用試料はシリコン基板の構造体にＨｆＯ２（ハフニウムオキサイド）１５０１の薄膜をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）成膜法により積層したものである。ＡＬＤ成膜法では凹構造形状を維持したまま均一な膜厚の積層が可能であるため、本実施例の較正用試料のような凹構造への成膜方法として特に有効である。凹構造に重元素を含む表面膜を形成することにより、凹構造からの２次電子の発生効率を向上させることができるために、ＳＮ向上による計測精度が向上する。積層する材料としては、原子番号の大きなものが良く、例えば、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３などであってもよい。
　較正用試料の第２の変形例では、図１６の断面図に示す凹構造を有する較正用試料を用いる。この較正用試料の凹構造では上面３０１に対して傾きのある底面３０３に加えて、上面３０１と平行な底面１６０３を有している。すなわち、底面３０３が｛311｝面であるのに対し、底面１６０３は上面と同じ｛110｝面である。これにより、底面３０３ａと底面１６０３の交線に底面溝１６０１が形成され、底面３０３ｂと底面１６０３の交線に底面溝１６０２が形成される。これはシリコン基板２０１のエッチング条件を変えることにより実現できる。本変形例では２本の上面エッジ３０４，３０５と２本の底面溝１６０１，１６０２を用いてチルト角を算出することになる。具体的には２本の上面エッジ位置の中心位置と２本の底面溝位置の中心位置との相対距離（この相対距離を図５におけるΔＬとする）を用いて入射角度を算出する。この較正用試料の構造では底面溝が２本になることで信号量が増加し、計測精度を向上させることができる。
　較正用試料の第３の変形例では、図１７の断面図に示す２種の凹構造を有する較正用試料を用いる。具体的には、凹構造Ｃ１７０１に対して、より浅い凹構造Ｄ１７０２を有している。例えば、凹構造Ｃ１７０１は凹構造Ａ２０２と同じ深さとし、凹構造Ｄ１７０２はより浅い構造とする。走査電子顕微鏡では１次電子の加速量を調整でき、試料に対して高加速モード（例えば、４５ｋＶ）または低加速モード（例えば１ｋＶ）で入射させることができる。低加速モードでは、高加速モードよりも観察試料のダメージを軽減することができる。しかし、低加速の１ｋＶ電子の場合は試料の深いところから２次電子が脱出できないので、深い溝からは２次電子の検出量は低下する。本変形例は、信号検出の観点から凹構造の深さを使い分けることを可能とするものである。このため、図１７の較正用試料では高加速モード用の凹構造Ｃ１７０１とともに、低加速モード用の凹構造Ｄ１７０２がシリコン基板１７００上に形成されている。深さの異なる凹構造はそれぞれ結晶異方性エッチングの時間を制御することで形成できる。このため、各凹構造の深さは図４のフローチャートにおいて説明したように電子ビームの焦点位置をもとに計測してもよいが、予めエッチング時間と深さの関係を求めておき、エッチング時間を元に推定してもよい。この較正用試料では深さの異なる凹構造を有することで、電子ビームの加速量にかかわらず、入射角の計測が可能である。なお、図１７では延長方向の同じ２種類の凹構造のみ示しているが、それぞれに対応して延長方向の異なる凹構造を設ける。すなわち、凹構造Ｃ１７０１と同じ深さを有し、約７０°（または約１１０°）の関係でその延長方向が交差する凹構造、同様に凹構造Ｄ１７０２と同じ深さを有し、約７０°（または約１１０°）の関係でその延長方向が交差する凹構造が設けられる。
　較正用試料の第４の変形例では、図１８の上面図に示す２つの凹構造が交差する較正用試料を用いる。図１８のパターンは図６に示した０度方向凹構造と斜め方向凹構造との２方向のラインを交差させたものである。このため、同一視野での２方向の計測がよりやり易くなる。また、２つのラインの交差点には図６には存在しない方向の峰１８０３が形成されているので、この峰１８０３を入射角計測に活用してもよい。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、本実施例の較正用試料では、上面を｛110｝面、側面を｛111｝面、底面を｛311｝面とする凹構造を開示したが、上述したようなエッチングレートの関係を満たす限りにおいて、底面として他の結晶面も取りうる。指数の少なくとも１つの絶対値が２以上となる結晶面、例えば｛211｝面とする可能性もある。また、実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の一部を他の構成に置き換えたり、削除したり、追加することも可能である。また、複数の変形例について説明したが、複数の変形例の構成を組み合わせて使用することも可能なものである。
１００…電子源、１０１…電子銃、１０２…第１アライナー、１０３…第１コンデンサレンズ、１０５…第２コンデンサレンズ、１０６…第１走査偏向器、１０８…第２走査偏向器、１１３…対物レンズ、１１４…試料、１１５…ステージ、１１６…１次電子、１１７…２次電子、１２１…第１検出器、１２２…第２検出器、１３１…電子銃制御部、１３２…第１アライナー制御部、１３３…第１コンデンサレンズ制御部、１３５…第２コンデンサレンズ制御部、１３６…第１検出系制御部、１３７…第１走査偏向器制御部、１３８…第２検出系制御部、１３９…第２走査偏向器制御部、１４１…ブースター電圧制御部、１４２…対物レンズ制御部、１４４…試料電圧制御部、１４５…記録装置、１４６…制御演算装置、１４７…表示装置、１４８…入射角計算部、２００…較正用試料、２０１…シリコン基板、２０２…凹構造Ａ、２０３…凹構造Ｂ、３０１…上面、３０２…側面、３０３…底面、３０４…上面エッジＡ、３０５…上面エッジＢ、３０６…底面溝、５０１…電子ビーム、５０２…上面エッジ中心位置、５０３…底面溝位置、６０１…０度方向凹構造、６０２…斜め方向凹構造、１５０１…ＨｆＯ２薄膜、１７００…シリコン基板、１７０１…凹構造Ｃ、１７０２…凹構造Ｄ。

Claims (15)

  1. 　電子ビーム装置の電子源から放出される１次電子の入射角を計測するための較正用試料であって、
    　上面を｛110｝面とするシリコン単結晶基板と、
    　前記上面に開口し、第１の方向に延在する第１の凹構造と、
    　前記上面に開口し、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する第２の凹構造とを有し、
    　前記第１の凹構造及び前記第２の凹構造は、それぞれ第１の側面及び前記第１の側面と交わる第１の底面と第２の側面及び前記第２の側面と交わる第２の底面とを有し、
    　前記第１の側面及び前記第２の側面は｛111｝面であり、
    　前記第１の底面及び前記第２の底面は｛110｝面とは異なる結晶面である較正用試料。
  2. 　請求項１において、
    　前記第１の底面及び前記第２の底面は｛311｝面である較正用試料。
  3. 　請求項２において、
    　前記第１の底面と前記第２の底面との交線に底面溝が形成されている較正用試料。
  4. 　請求項２において、
    　前記第１の凹構造及び前記第２の凹構造は、さらに｛110｝面である第３の底面を有し、前記第１の底面と前記第３の底面との交線によって第１の底面溝が形成されており、前記第２の底面と前記第３の底面との交線によって第２の底面溝が形成されている較正用試料。
  5. 　請求項１において、
    　前記上面、前記第１の凹構造及び前記第２の凹構造に表面膜が形成されており、
    　前記表面膜には、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３の少なくともいずれかを含む較正用試料。
  6. 　請求項１において、
    　前記上面に開口し、前記第１の方向に延在する第３の凹構造と、
    　前記上面に開口し、前記第２の方向に延在する第４の凹構造とを有し、
    　前記第３の凹構造及び前記第４の凹構造は、それぞれ前記第１の側面及び前記第１の底面と前記第２の側面及び前記第２の底面とを有し、
    　前記第１の凹構造と前記第２の凹構造とは第１の深さを有し、前記第３の凹構造と前記第４の凹構造とは前記第１の深さよりも浅い第２の深さを有する較正用試料。
  7. 　請求項１において、
    　前記第１の凹構造と前記第２の凹構造とが交差する較正用試料。
  8. 　較正用試料を用いて、電子ビーム装置の電子源から放出される１次電子の試料への入射角を調整する電子ビーム調整方法であって、
    　前記較正用試料において、シリコン単結晶基板の｛110｝面である上面に開口し、第１の方向に延在し｛111｝面を側面とする第１の凹構造は、前記開口に形成されて前記第１の方向に延在する第１の上面エッジ及び第２の上面エッジと、前記第１の凹構造の底部に形成されて前記第１の方向に延在する第１の底面溝とを有しており、
    　前記較正用試料の前記第１の凹構造を撮像し、
    　前記第１の凹構造を撮像した画像における、前記第１の上面エッジと前記第２の上面エッジとの間の中心位置である第１の上面エッジ中心位置及び前記第１の底面溝の位置を求め、
    　前記第１の上面エッジ中心位置と前記第１の底面溝の位置との相対位置ならびに前記第１及び前記第２の上面エッジと前記第１の底面溝との高低差から前記１次電子の第１の入射角を求める電子ビーム調整方法。
  9. 　請求項８において、
    　前記較正用試料において、前記シリコン単結晶基板の前記上面に開口し、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在し｛111｝面を側面とする第２の凹構造は、前記開口に形成されて前記第２の方向に延在する第３の上面エッジ及び第４の上面エッジと、前記第２の凹構造の底部に形成されて前記第２の方向に延在する第２の底面溝とを有しており、
    　前記較正用試料の前記第２の凹構造を撮像し、
    　前記第２の凹構造を撮像した画像における、前記第３の上面エッジと前記第４の上面エッジとの間の中心位置である第２の上面エッジ中心位置及び前記第２の底面溝の位置を求め、
    　前記第２の上面エッジ中心位置と前記第２の底面溝の位置との相対位置ならびに前記第３及び前記第４の上面エッジと前記第２の底面溝との高低差から前記１次電子の第２の入射角を求め、
    　前記第１の入射角及び前記第２の入射角から直交する２方向の入射角を算出する電子ビーム調整方法。
  10. 　請求項９において、
    　前記電子ビーム装置は前記１次電子を偏向する第１偏向器及び第２偏向器を有し、
    　前記直交する２方向の入射角から、前記第１偏向器及び前記第２偏向器の強度比と相対角度を求め、
    　求めた前記強度比と前記相対角度に基づき前記第１偏向器及び前記第２偏向器を制御して前記１次電子の試料への入射角を調整する電子ビーム調整方法。
  11. 　請求項１０において、
    　ライン走査方向を前記第１の方向と直交させて前記較正用試料の前記第１の凹構造を撮像し、
    　前記ライン走査方向を前記第２の方向と直交させて前記較正用試料の前記第２の凹構造を撮像する電子ビーム調整方法。
  12. 　請求項１０において、
    　前記較正用試料の前記第１の凹構造または前記第２の凹構造を撮像するときに、前記上面エッジに焦点位置を有する上面フォーカス画像と前記底面溝に焦点位置を有する底面フォーカス画像とを撮像し、
    　前記上面フォーカス画像から前記上面エッジ中心位置を求め、
    　前記底面フォーカス画像から前記底面溝の位置を求め、
    　前記焦点位置に起因する画像位置のシフト量を補正した前記上面エッジ中心位置と前記底面溝の位置との相対位置ならびに前記上面エッジと前記底面溝との高低差から前記１次電子の入射角を求める電子ビーム調整方法。
  13. 　請求項１０において、
    　前記較正用試料は深さの異なる凹構造を有し、
    　前記１次電子の加速量に応じて電子ビームの調整に使用する凹構造を使い分ける電子ビーム調整方法。
  14. 　１次電子を放出する電子源と、
    　試料を載置するステージと、
    　前記１次電子を前記試料上に収束させるための複数のレンズと、
    　前記１次電子の走査位置を制御する第１偏向器及び第２偏向器と、
    　前記第１偏向器を制御する第１偏向器制御部と、
    　前記第２偏向器を制御する第２偏向器制御部と、
    　前記１次電子が前記試料に照射されて生じた２次電子を検出する検出器と、
    　前記１次電子が前記試料上に照射される入射角を計算する入射角計算部を有する制御演算装置とを有し、
    　前記制御演算装置は、前記ステージに載置された較正用試料上で前記１次電子を２次元に走査して生じた２次電子を前記検出器により検出して画像化し、
    　前記入射角計算部は、前記較正用試料の画像における前記較正用試料の２方向の凹構造からそれぞれ前記１次電子が前記較正用試料上に照射される入射角を求め、直交座標系の入射角に変換し、
    　前記較正用試料の前記２方向の凹構造は、シリコン単結晶基板の｛110｝面である上面に開口し、第１の方向に延在し｛111｝面を側面とする第１の凹構造と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在し｛111｝面を側面とする第２の凹構造である電子ビーム装置。
  15. 　請求項１４において、
    　前記制御演算装置は、前記直交座標系の入射角から前記第１偏向器及び前記第２偏向器の強度比と相対角度を求め、前記強度比と前記相対角度に基づき前記第１偏向器制御部及び前記第２偏向器制御部とを連動して制御する電子ビーム装置。
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