(57)【要約】【課題】  開口が形成されたシリコン板とライン・スペースパターンが形成されたシリコン板とを用いた、イオンビーム装置における荷電粒子の入射角モニタ素子を提供する。【解決手段】  荷電粒子を通過させるための開口を有する部材と、寸法を計測するためにパターン構造を形成した荷電粒子を照射させる面を持つ部材とから構成され、それらを空隙を介して配設したことを特徴とする荷電粒子の入射角モニタ素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を用いた加工装置における荷電粒子の拡がり量をモニタする入射角モニタ素子であって、
前記荷電粒子を通過させるための開口部を有する第一の部材と、
前記荷電粒子の拡がり寸法を計測するパターンが形成された前記荷電粒子を照射させる面を持つ第二の部材とから構成され、
前記第一の部材と前記第二の部材とが空隙を介して配設されたことを特徴とする入射角モニタ素子。
【請求項２】
前記第一の部材および前記第二の部材の少なくとも一方は、シリコンを材料として用いることを特徴とする請求項１に記載の入射角モニタ素子。
【請求項３】
前記第二の部材に形成されるパターンは、ライン・スペース状、もしくは同心円状の所定ピッチになる繰り返しパターンを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の入射角モニタ素子。
【請求項４】
前記第一の部材において開口部を形成している基板の一部が除去可能な構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の入射角モニタ素子。
【請求項５】
前記入射角モニタ素子が複数個形成されており、かつ一体として使用されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の入射角モニタ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスクヘッドなどのデバイス製造装置における装置の状態を評価するための評価センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度化が進む磁気ディスクヘッドの製造工程では、プロセス装置には高い加工精度が要求され、装置の状態を常に把握し良好な状態を維持する必要がある。とくに、イオンビーム加工装置では、ビーム拡がりによる加工寸法誤差が問題となり、製品の歩留まり低下をもたらすことが知られている。装置状態は時間とともに変化するため、従来は、製造工程において適宜実ウェハの検査を実施し、その加工形状や特性検査結果から装置の状態を把握し、装置状態の管理にフィードバックする手法をとるのが一般的であった。
【０００３】
ところが、従来の方法では、実サンプルを使うことから不良が発生した場合には大きなコストがかかることや、フィードバックまでに時間がかかることが問題となっている。またテスト用に専用サンプルを用いたとしても、同様のコストと時間を要することが問題である。
【０００４】
これを解決するため、イオンビームの状態を検出する手法として、ビーム通過用微小孔と導体などから構成されるビームセンサを試料位置に配置することによりイオンビーム電流の分布を検出する方法（特許文献１参照）や、シャープなエッジと遮断部を有する形状測定装置をビームと直行する方向に移動させながら通過する荷電粒子を検出することによりビーム形状を高精度に測定する方法（特許文献２参照）が考案されている。
【特許文献１】特開平６−１６２９７５号公報
【特許文献２】特開２００３−１４３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１によるイオンビームの状態検出方法では、問題としているビームの拡がりを測定することは困難であると共に、ウェハ全面を加工するような製造装置には適用が困難である。また、特許文献２では、ビーム径がミクロンオーダー以下の小さなビームの計測にのみ適用可能であり、やはりウェハ全面を加工するような製造装置には適用出来ない。また、例え測定が可能であったとしても、いずれも測定用の構造体を装置内に組み込む必要があるため、製造装置との整合性が悪いのが問題である。
【０００６】
そこで、本発明では、イオンビーム装置におけるイオンビームの拡がりを装置に変更を加えることなく、直接測定できる評価素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明は、荷電粒子を用いた加工装置における荷電粒子の拡がり量をモニタする入射角モニタ素子であって、前記荷電粒子を通過させるための開口部を有する第一の部材と、前記荷電粒子の拡がり寸法を計測するパターンが形成された前記荷電粒子を照射させる面を持つ第二の部材とから構成され、前記第一の部材と前記第二の部材とが空隙を介して配設されたことを特徴とする入射角モニタ素子に関する。
【０００８】
すなわち、第一の発明によれば、入射角モニタ素子は、荷電粒子を通過させる開口部が設けられた第一の部材と、荷電粒子の拡がり量を計測するパターンが設けられた第二の部材とを上下に空隙を介して張り合わせた構成とすることによって、上部の開口部を通過した荷電粒子が下部のパターン部分に照射され、装置に投入後、取り出してその照射パターン部の加工痕を監察することにより荷電粒子のビーム拡がりを簡単に知ることができ、荷電粒子を用いた加工装置において発射される荷電粒子の状態を、プロセス現場にて直接監視することが可能となる。
【０００９】
第二の発明は、前記第一の部材および前記第二の部材の少なくとも一方は、シリコンを材料として用いることを特徴とする上記第一の発明に記載の入射角モニタ素子に関する。
【００１０】
すなわち、第二の発明によれば、シリコン基板上への微細加工を適用することによって、機械加工では実現困難なミクロンオーダーの加工精度を確保することができるため、同様の測定精度が実現される。また、２つの部材の組み合わせによる位置精度も機械加工部品の組み合わせでは実現できないレベルの位置合わせが可能となることから、開口部に対する加工パターンの位置シフト量も正確に観測できる。
【００１１】
第三の発明は、前記第二の部材に形成されるパターンは、ライン・スペース状、もしくは同心円状の所定ピッチになる繰り返しパターンを含むことを特徴とする上記第一または第二の発明に記載の入射角モニタ素子に関する。
【００１２】
すなわち、第三の発明によれば、第二の部材に形成するビーム拡がり量を計測するためのパターンは、例えば、同心円状、格子状、またはライン・スペース等の形状による、所定ピッチの連続的な繰り返しパターンとし、単位パターン寸法を明確にする構成とすることによって、装置投入後に荷電粒子の照射によって加工される形状の寸法が、目視にて容易に確認でき、イオンビーム装置の作業者に大きな利便性を与えることとなる。
【００１３】
第四の発明は、前記第一の部材において開口部を形成している基板の一部が除去可能な構造であることを特徴とする上記第一乃至第三の発明のいずれかに記載の入射角モニタ素子に関する。
【００１４】
すなわち、第四の発明によれば、上部に配置される開口部を形成している基板の一部に切り欠き等を入れ、開口部を形成している部分を容易に削除できる構成をとっているため、装置に投入後、第一の部材に設けた切り欠き部分でその一部を取り除いて、荷電粒子が照射されたパターン部分を露出させることができ、当該パターン部分における照射痕の観測が極めて容易となる。
【００１５】
第五の発明は、前記入射角モニタ素子が複数個形成されており、かつ一体として使用されることを特徴とする上記第一乃至第四の発明のいずれかに記載の入射角モニタ素子に関する。
【００１６】
すなわち、第五の発明によれば、シリコンウェハ等同一基板面内に多数の入射角モニタ素子が形成されるため、基板面内における分布の測定が可能となる。また、シリコンのプロセス技術を用いることで上部の第一の部材と下部の第二の部材との位置合わせを正確に行うことができ、開口部とライン及びスペースなどのパターン形成部との相対位置を正確に配置できることからビームのシフト量の評価を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上、本発明により、イオンビーム加工装置などの製造装置状態を安価に直接観測することが可能となるため、装置の条件確立や装置の状態管理に関する評価工数が大幅に短縮し、コストダウンにつながると共に、歩留まり向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態になる荷電粒子の入射角モニタ素子の一基本構造例を示す。実施例は、荷電粒子を利用したイオンビーム装置の使用時における状態をモニタするために当該装置に入れ込んで、測定試料に照射する荷電粒子のビーム拡がりをチェックする入射角モニタ素子の構造例を示したものである。図１（ａ）は、入射角モニタ素子の上面図、図１（ｂ）は、開口部付近を通る面における断面図を示している。
【００２０】
本発明の入射角モニタ素子は、薄いメンブレン部１１に荷電粒子を通過させる開口部１２が形成された第一の部材１と、当該荷電粒子のビーム拡がりを評価するためのパターン形成部２１を備えた第二の部材２とが上下に接合された構成となっている。なお、本実施例では、第一の部材１および第二の部材２は、ともに、シリコンを材料として適用した例について示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所望の構造を実現させる上で加工性に優れた材料であれば何でもよい。
【００２１】
さらに、上部にある第一の部材１には、荷電粒子を通過させるためのいくつかの開口部１２が形成され、この場合、イオンビーム装置に投入した後に破砕して監察に供するため切り欠き１３が設けられている。開口部１２が形成されている領域（メンブレン部１１）は、厚さが、例えば、２０μｍと薄く形成されている。下部にある第二の部材２には、パターン形成部２１において、ライン及びスペース構造からなるパターンがＸ方向とＹ方向にそれぞれ形成されており、これらのライン及びスペース構造は、上部にある第一の部材１の開口部１２の直下に配置されている。
【００２２】
なお、入射角モニタ素子の寸法は、例えば、開口部１２の寸法はφ１００μｍ、開口部１２と下部の第二の部材２の表面との距離は４５０μｍとしており、下部の第二の部材２のライン及びスペース形状は５μｍ幅で形成してある。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態になる荷電粒子の入射角モニタ素子におけるビーム入射角度と拡がり量の関係を示す。実施例は、荷電粒子が下部の第二の部材２におけるパターン形成部２１に入射されたときの入射角（第二の部材２の表面に対する垂直軸からの拡がり角）に対するビーム直径の拡がり量を示している。但し、上部の第一の部材１のメンブレン部１１下面と第二の部材２表面間の距離は４５０μｍの場合の例を示している。この設計寸法の場合、ビーム入射角の検出感度は、０．５度以下が確保できる。もちろん、それ以上の検出感度を必要とする場合には、ライン及びスペース間隔をより小さくすることで対応が可能となる。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態になる荷電粒子の入射角モニタ素子用ウエーハの形状例を示す。また、図４に、本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子において装置投入後にメンブレンを剥ぎ取った場合の照射状況を示す。本入射角モニタ素子は、図３に示すようにシリコンウェハ内に多数形成されている。このシリコンウェハを評価対象となる装置に投入し、ビームの照射処理を行うことによって当該センサが加工される。装置投入後のウェハを取り出し、図４に示すように、入射角モニタ素子上面の切り欠き１３に沿って薄いメンブレン部１１を切り取り、開口部１２直下において荷電粒子が照射されたライン及びスペースの形状を光学顕微鏡などの手段によって直接観察することができる。これによって、あらかじめ加工されているライン及びスペースパターンを基準に加工領域の寸法を簡単に実測することが可能となる。
【００２５】
また、上部の第一の部材１にはシリコンを材料として用いているため、赤外顕微鏡を用いれば、第一の部材１の切り欠き１３を除去することなく、直接、加工寸法を測定することが可能となる。さらに、ライン及びスペースパターン近傍に寸法値や、入射角に換算した角度値を記載しておけば、より簡単に作業者が装置特性の評価を行うことができる。
【００２６】
また、図３に示すようにウェハ面内に多数の入射角モニタ素子が形成されるため、ウェハ面内における分布の測定が可能となる他、シリコンのプロセス技術を用いることで上部の第一の部材１と下部の第二の部材２との位置合わせが正確に行うことができ、開口部１２とライン及びスペースなどのパターン形成部２１との相対位置を正確に配置できることから、ビームのシフト量の評価が行えることも本発明の特徴の一つである。
【００２７】
以下に、上記してきた荷電粒子の入射角モニタ素子の作製方法について図５〜図７を用いて説明する。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子における第一の部材層の作製手順を示す。本実施例は、第一の部材層の基板としてシリコンを適用した例について扱う。
プロセス１：厚さ６２５μｍの６インチシリコン基板を用意する。なお、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることも可能である。
プロセス２：上記シリコン基板表面にレジストパターンを形成し、ＳＦ６ガスを用いたドライエッチングにより、円形状の開口部１２用パターンと切り欠き１３用パターンを形成する。深さは２０μｍとする。
プロセス３：上記シリコン表面のパターンに合わせて裏面側のウェハ周辺部に凸形状用パターンを露光し、ＴＭＡＨ（Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide ）によるウェットエッチングにて位置合せ凸部１４を形成する。凸形状高さは１５０μｍ程度とする。さらに、凸パターン領域を酸化膜などで保護した状態で凸パターンに合わせて裏面に裏面開口部１５の形状パターンを露光し、ＴＭＡＨによるウェットエッチングによって裏面開口部１５をエッチングし、これにより、上部の第一の部材１が完成する。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子における第二の部材層の作製手順を示す。本実施例も、同様に、第二の部材層の基板としてシリコンを適用した例について扱う。
プロセス１：厚さ６２５μｍの６インチシリコン基板を用意する。
プロセス２：５μｍピッチのライン及びスペースパターンを露光し、ＳＦ６によるドライエッチングによりライン及びスペースパターン形状を形成する。深さは、１μｍ程度とする。
プロセス３：ライン及びスペースパターンに合わせてウェハ周辺部に凹パターンを露光し、ＴＭＡＨによるウェットエッチングにて位置合せ凹部２２形状を形成する。凹形状高さは１５０μｍ程度とする。このとき、既に形成されたパターン領域は酸化膜などで保護しておく。これにより下部の第二の部材２が完成する。
【００３０】
図７は、本発明の実施の形態になる第一の部材と第二の部材を上下に組み合わせた入射角モニタ素子を示す。図７に示すように、作製した上部の第一の部材１と下部の第二の部材２を組み合わせ、シリコンの直接接合や、Ａｕ（金）もしくはＡｌ（アルミニウム）を介在させた共晶接合により両部材を接合する。こうして、上部部材の凸構造（位置合せ凸部１４）と下部部材の凹構造（位置合せ凹部２２）とを組み合わせることによって簡単で正確な位置合わせが可能となる。
【００３１】
以上の手順により、荷電粒子の入射角モニタ素子のウェハが完成する。
【００３２】
完成した入射角モニタ素子のウェハは、そのままウェハ状態で使用することが可能である他、ダイシングによって素子を分離し、小さな素子単位で、例えば、他のウェハや部品に組込み、装置内に投入して評価することも可能である。
【００３３】
なお、上部の第一の部材１は、シリコン材料に限らず、マイクロマシニングプロセスに整合する、例えば、ガラス材料を使うことも可能である。
【００３４】
図８は、本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子の第二の部材に形成する繰り返しパターン例を示す。パターン１は同心円パターンが繰り返し形成された例を、また、パターン２は格子状に矩形パターンが繰り返された例を、さらに、パターン３は幅の異なるライン及びスペースが繰り返された例を示している。これらのパターンは、いずれも単位パターン寸法が明確になっているため、装置投入後に荷電粒子の照射によって加工される形状の寸法が、目視にて容易に確認できる。もちろん、パターン形状は、上記した例に限らず、寸法が目視にて確認できるものであればよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態になる荷電粒子の入射角モニタ素子の一基本構造例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態になる荷電粒子の入射角モニタ素子におけるビーム入射角度と拡がり量の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態になる荷電粒子の入射角モニタ素子用ウエーハの形状例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子において装置投入後にメンブレンを剥ぎ取った場合の照射状況を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子における第一の部材層の作製手順を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子における第二の部材層の作製手順を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態になる第一の部材と第二の部材を上下に組み合わせた入射角モニタ素子を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態になる入射角モニタ素子の第二の部材に形成される繰り返しパターン例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  第一の部材
２  第二の部材
１１  メンブレン部
１２  開口部
１３  切り欠き
１４  位置合せ凸部
１５  裏面開口部
２１  パターン形成部
２２  位置合せ凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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