(57)【要約】【課題】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、アパーチャの軸調整方法を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム装置１は、荷電粒子源９と、アパーチャ１８と、対物レンズ１２と、観察手段３２と、アパーチャ駆動部１９と、制御部３０とを備える。制御部３０は、荷電粒子ビームＩを照射することで、試料Ｎの表面Ｎ１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３３と、スポットパターンの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解析手段３４と、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に基づいて調整位置を算出する調整位置決定手段３５とを有し、調整位置にアパーチャ１８の中心軸を移動させることでアパーチャ１８の位置を調整する。【選択図】図１
2008053002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
請求項１に記載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を特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項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。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置において、
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を特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか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、該二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。
【発明の詳細な説明】
【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やデポジションを行うことが可能であり、ＴＥＭ（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いる。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１ｎＡ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いる。
【０００３】
ところで、これらの荷電粒子ビーム装置においては、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っ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いる（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日、ｐ．７８−７９
【特許文献１】特開２００５−２７６６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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っ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っ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が、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、アパーチャ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。
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している。
【００１０】
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している。
【００１１】
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アパーチャ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。
【００１２】
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ができる。
【００１３】
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。
【００１４】
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いとされている。
【００１５】
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、スポットパ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ができる。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いて、同様に調査位置を決定することができる。
【００１６】
また、上記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がより好ましいとされている。
【００１７】
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いとされている。
【００１８】
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、スポットパ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ができ、より正確な軸調整が可能となる。
【００１９】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、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。
【００２０】
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、該二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。
【００２１】
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いて、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】
【００２２】
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。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（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。例えばウエハを試料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。
【００２４】
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、真空チャンバー４の内部４ａに配置されている。真空チャンバー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。
【００２５】
イオンビーム鏡筒３は、先端に真空チャンバー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から引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。
【００２６】
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１２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、それぞれの中心軸がＺ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１１及び対物レンズ１２は、静電レンズであり、貫通孔１１ａ、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いる。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を集束させることができる。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。
【００２７】
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、スティグマ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が、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、スティグマ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、スティグマ制御電源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トさせることができる。
【００２８】
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、スティグマ制御電源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を備えていて、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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Ｓ１）。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。
【００３１】
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の複数箇所にイオンビーム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、アパーチャ初期位置Ａ０（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。
【００３２】
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Ｌ´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Ｌ１２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Ｌ１２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Ａ０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。
【００３３】
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いて、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が、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ョンが形成され、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１２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。
【００３４】
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Ａ０（０、０）から、予め設定されているＸ方向への移動量ΔＸ１及びＹ方向への移動量ΔＹ１だけ移動させたアパーチャ位置Ａ１（ΔＸ１、ΔＹ１）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ΔＸ１、ΔＹ１に予め設定された定数αを乗じた大きさの移動量α・ΔＸ１、α・ΔＹ１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）。
【００３５】
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上全体に走査させる。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。
【００３６】
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パターン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、スポットパターンＰ、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、スポットパターンＰ、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Ｐ１、Ｑ１を識別することができる。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。
【００３７】
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Ｐ１、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Ｃ０（Ｘｃ０、Ｙｃ０）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Ｂ１（Ｘｂ１、Ｙｂ１）と、スポット中心Ｑ２の位置Ｃ１（Ｘｃ１、Ｙｃ１）を算出する。
【００３８】
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Ａ０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Ｂ１´に変位する。照射位置Ｂ１´は、アパーチャ１８の移動量ΔＸ１、ΔＹ１、及び、焦点位置Ｆと標準試料Ｎとの位置関係によって決定される係数βを用いて、焦点位置Ｆを基準とする相似的関係から、Ｂ１´（βΔＸ１、βΔＹ１）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Ｘｂ１は、アパーチャ１８の移動量及びイオンビームＩのシフト量からＸｂ１＝（α＋β）・ΔＸ１で表わされることとなる。同様に、Ｙ方向の成分Ｙｂ１は、Ｙｂ１＝（α＋β）・ΔＹ１で表わされることとなり、すなわち、アパーチャ１８の中心軸Ｌ１８の位置と、標準試料Ｎの表面Ｎ１上における照射位置とは、相似比（α＋β）の相似的関係を有することとなる。
【００３９】
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Ｔ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ＰのハローＰ１の中心Ｐ３とスポット中心Ｐ２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Ａ０を基準としたアパーチャ１８の中心軸Ｌ１８の調整位置Ｔ（Ｘｔ、Ｙｔ）を算出する。
【００４０】
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Ａ０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＋β）で除した値となり、Ｘｔ＝Ｘｄ／（α＋β）で算出される。同様に、調整位置ＴのＹ方向の成分Ｙｔは、交点ＤのＹ方向の成分Ｙｄを相似比（α＋β）で除した値となり、Ｙｔ＝Ｙｄ／（α＋β）で算出される。
【００４１】
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Ａ０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。
【００４２】
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パターン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。
【００４３】
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１８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。しかしながら、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によってイオンビームＩをシフトさせるものとしたが、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、スポットパターン形成工程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く、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。
【００４４】
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が、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Ｏ、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ができる。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く、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ができる。
【００４５】
（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。
【００４６】
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ＳＥＭ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、イオンビーム鏡筒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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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、ＳＥＭ鏡筒４２や希ガスイオンビーム鏡筒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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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おいて、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く、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Ｐ´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Ｐ´においても観察手段によって取得された画像から識別できることで、同様にスポットパターンＰ´に基づいてアパーチャの軸調整を行うことができる。
【００５１】
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く、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。
【００５２】
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、エッチングや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が、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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】
【００５４】
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、Ｏ、Ｒ、Ｐ´  スポットパターン
Ｐ１、Ｑ１、Ｏ１、Ｒ１  ハロー
Ｐ２、Ｑ２、Ｏ２、Ｒ２  スポット中心
Ｐ３、Ｑ３、Ｏ３、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
【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】
2008053002.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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