JP2004146146A

JP2004146146A - 電子ビーム電流検出器を備えた電子ビーム装置および電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JP2004146146A
Application number: JP2002308164A
Authority: JP
Inventors: Yukisato Kawamura; 川村　幸里
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】電子ビーム装置のスループットに影響を与えずに、電子ビ試料に照射する電子ビーム電流を直接検出して高精度のビーム電流検出を行うことができる電子ビーム装置を提供する。
【解決手段】電子ビーム源２０３から生じた電子ビームを検出する電流検出手段２１１をアパチャ２０４の後方に設け、電流検出手段２１１は、移動ステージ２０６とは独立して移動可能な支持手段２１２によって支持されており、電流計測時には電流検出手段２１１がビーム光軸直下に位置し、それ以外のときは退避位置２１４に位置するよう構成した。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム電流を計測する電流検出器を備えた電子ビーム装置に関し、特に、電子ビーム源による電子ビーム電流値を計測する電流検出器を備えた電子ビーム露光装置、電子ビーム近接露光装置、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡または電子線検査装置等に適用される電子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置、電子ビーム近接露光装置、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡または電子線検査装置等の電子ビーム装置（以下、「電子ビーム装置」と記す）では、マスクや試料などのターゲットに照射される電子ビームの電子量を管理する必要があるため、その電流値を計測する必要がある。図１に従来の電子ビームの電流検出器を備えた電子ビーム露光装置を示す。従来の電流検出器は、試料１０７を保持して移動する移動ステージ１０８に、ファラデーカップのような電流検出器１０９を設け、移動ステージ１０８により電流検出器１０９をビーム光軸直下に位置して、ビーム電流を検出している。
【０００３】
また、電子ビーム露光装置１００のビーム源１０１から照射される電子ビーム１０２のうち、整形またはブランキングするアパチャ１０３に照射される電子量を検知する電流検出器１０４をアパチャ１０３に設け、アパチャ１０３の面に照射された電子を検出した電流検出器１０４が検出信号から、信号処理回路１０５によって相対的にアパチャ１０３の開口部を通過するビーム１０６の電流値を求め、これにより試料に照射されるビーム電流値を計測する方法も考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１６２７６０号公報（段落番号〔０００９〕−段落番号〔００１４〕、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のようなアパチャ１０３の面に照射された電子量から、相対的に試料に照射される電流値を求める電流検出方法では以下の問題が生じる。すなわち電子ビーム源１０１から照射される電子ビーム１０２の開き角はフィラメントの状態、種類、電子ビームのクロスオーバ位置あるいは光源輝度等によって変化し、経時的に変動するため、適時的な管理が困難である。このため、アパチャ１０３に照射される電子量とアパチャ１０３の開口部を通過するビームの電子量が一定の相対関係を有せず、開口部を通過するビームの電流値を正確に計測することができないという問題点である。
【０００６】
さらに、試料１０７を保持するチャック１１０は絶縁体でできているため、電流計測中は電子ビームの照射による電荷チャージを防ぐために、チャック１１０上にダミー試料などのカバーを載置しておく必要がある。したがって電流計測を行うたびに移動ステージ１０８を移動してダミー試料を載置、除去する作業が必要になり、これが電子ビーム装置のスループットを低下させる原因となる。また通常は使用しないダミー試料に付着しているホコリ等の異物がチャックに付着する可能性もある。
【０００７】
また、移動ステージ１０８に電流検出器１０９を設ける方法によれば、試料１０７に実際に照射されるビーム電流を検出することができるが、この方法によると、電流を計測するたびに電流検出器１０９を電子ビーム照射位置に移動しなければならなくなり、そのつど移動ステージ１０８が拘束されてしまう。したがって、電流計測により電子ビーム装置のスループットが低下してしまうという問題がある。
【０００８】
上記事情を鑑みて、本発明ではマスクや試料などのターゲットに照射される電子ビーム電流を直接検出することによって、高い精度で電子ビーム電流を計測するとともに、電子ビーム装置のスループットに影響を与えずに電流計測を行うことが可能な電子ビーム装置を実現することを目的とする。
【０００９】
また、前記電流検出器により、電子ビームが試料を照射されていないときは常に電子ビームの電流値を監視して警報を発報し、加えて自動的に装置状態の復旧行うことが可能な電子ビーム装置を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による第１の態様の電子ビーム装置および電子ビーム露光装置は、電子ビーム装置の移動ステージとは独立して移動可能な支持手段によって、ビーム絞り手段の後方に、電流検出器を支持して備えることとした。これにより、電流計測を行う際には電流検出器をビーム絞り手段とターゲットの間に設けて、マスクや試料などのターゲットに照射される電子ビームの電流値を直接計測することが可能となる。
【００１１】
さらに、電子ビーム装置等の移動ステージとは独立して電流検出器を移動させることが可能なため、電流検出器を電流検出位置まで移動させて、電流を計測して、退避位置まで移動させている間に、電子ビーム装置が移動ステージを使用して試料を交換することができる。これにより例えば試料交換と電流計測を同時に行い、電子ビーム装置等のスループットの低下を防ぐことができる。
【００１２】
電子ビーム露光装置や電子ビーム近接露光装置のように試料の保持に絶縁体の試料チャックを使用する電子ビーム装置では、電流検出器は反射電子や２次電子を生じさせない種類のものが好ましい。このような種類の電流検出器を使用することで、試料チャックの電荷チャージを防止することが可能となり、前記のダミー試料による不都合を回避することができる。このような種類の電流検出器には例えばファラデーカップがある。
【００１３】
また、本発明による第２の態様の電子ビーム装置および電子ビーム露光装置は、偏向器によって電子ビームをターゲット領域外に偏向し、偏向されたビーム電流を電流検出器によりビーム絞り手段の後方で検出するように構成した。これにより、電子ビーム装置等がターゲットを照射する際には電子ビームを妨げない位置に電流検出器を設けつつ、電流計測を行う際には電子ビームを偏向して電流検出器に照射せしめ、試料に照射される電子ビームの電流値を直接計測することが可能となる。さらにこの機構によれば、前記本発明による第１の電流検出器に比べ可動部分を少なくすることができ、電流検出器自体に要するメンテナンスの省力化を図ることができる。またこの電流検出器は、電子ビーム装置等の移動ステージの動きを拘束しないので、電流計測中でも電子ビーム装置等が移動ステージを使用できる。これにより例えば試料交換と電流計測を同時に行い、電子ビーム装置等のスループットの低下を防ぐことができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため本発明による電子ビーム装置および電子ビーム露光装置は、前記第１および第２の態様の電子ビーム装置等の電流検出器による検出結果に基づいて、所定の警報を発する警報発生手段を備えて構成した。前記のように本発明による電流検出器では電流計測中でも電子ビーム装置等が移動ステージを使用できるので、例えば試料交換のたびに、電流計測結果から電子ビームの状態異常を検知して、電子ビーム装置等の稼働中に発生した異常の検知を速やかに行うことができる。
【００１５】
また、上記目的を達成するため本発明による電子ビーム装置および電子ビーム露光装置は、前記警報に基づき自動的に装置状態を復旧する手段を備えて構成した。前記警報手段は電子ビームの状態異常の程度によって警報の種類を変え、自動復旧手段は、警報の種類により復旧方法を自動的に選択する。例えば電流値が異常であるがある一定の許容範囲内の場合は、重要度の低い警報を発報し、この場合には検出値に応じて「レシピ」とよばれる電子ビーム装置等の設定パラメータを変更する。電流値が一定の許容範囲を超えているが、まだ電流値の異常の程度が小さい場合には中程度の警報を発報し、この場合には光軸を調整する、あるいは電子銃制御高圧ユニットの各部電圧、電流値を再調整してエミッション電流を調整する自動シーケンスを起動する。電流値の異常の程度が大きい場合には重要度の高い警報を発報し、この場合は手動による復旧を要請する合図を生じる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、説明のために本発明を電子ビーム近接露光装置に適用した実施例を図を参照して説明する。説明は電子ビーム露光装置についてのみ行うが、本発明による電子ビーム装置は他の電子ビーム装置、例えば電子ビーム露光装置、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡または電子線検査装置等にも適用しうる。
【００１７】
図２（ａ）は、本発明の第１実施例である、本発明の電子ビーム装置を適用した電子ビーム近接露光装置の外観を示す図である。ここでは電子ビーム近接露光装置２００は、電子鏡筒２０１、チャンバ２０２を備え、電子鏡筒２０１内には電子ビーム源２０３、ビーム絞り手段であるアパチャ２０４、偏向器２０５を、チャンバ２０２内には移動ステージ２０６、マスク２０７、マスクステージ２０８を備え、移動ステージ２０６は試料２０９の保持手段であるチャック２１０を備えている。さらに電子ビーム近接露光装置２００は、電子ビーム源２０３から見てアパチャ２０４の後方に電流検出器２１１を備え、電流検出器２１１は、支持手段２１２により移動可能に支持されている。支持手段２１２は、電気モータまたはエア制御装置を有する駆動手段２１３により駆動可能に構成されている。
【００１８】
図２（ｂ）は、電流検出器２１１の断面形状を示す。電流検出器２１１は、電子受入口２２１を有するアパチャ板２２２と、その下に設けられ電子受入口２２１を通過した電子ビームを検出するファラデーカップのような電子検出器２２３を備えた構造を有する。このような構造にすることにより電子受入口２２１から入射した電子が電流検出器２１１から飛び出しにくくなり、反射電子や２次電子を生じにくくなる。
【００１９】
ビーム電流を計測するときは、支持手段２１２を移動して電流検出器２１１を電子ビームの光軸直下に位置させる。アパチャ２０４の開口部２１３を通過する電子を漏れなく検知するために、電流検出器の電子受入口は開口部２１３より大きく設ける。また、ビーム電流を計測しないときは、支持手段２１２を移動して、電流検出器２１１を待避位置２１４に移動する。このとき電子ビームは、支持手段２１２に設けられた電子ビーム通過口２１５を通過して試料２０９に照射されることになる。但し、電子ビーム通過口２１５は電子ビームを遮らないように開口径、位置を設計する。
【００２０】
図２には、電流検出器２１１および支持手段２１１が偏向器２０５よりも前方に設けられた例を表したが、これらは成形アパチャ３０４の後方であれば偏向器２０５の後方に設けてもよく、電子ビーム近接露光装置以外の他の種類の電子ビーム装置に設ける場合は、電子鏡筒２０１内に限らずチャンバ２０２内に設けてもよい。
【００２１】
図３は、本発明の第２実施例である、本発明の電子ビーム装置を適用した電子ビーム近接露光装置の外観を示す図の外観を示す図である。電子ビーム近接露光装置３００は、電子鏡筒３０１、チャンバ３０２を備え、電子鏡筒３０１内には電子ビーム源３０３、ビーム絞り手段である成形アパチャ３０４、第１の偏向手段３０５、第２の偏向手段３０６、チャンバ３０２内に移動ステージ３０７、マスク３０８、マスクステージ３０９を備え、移動ステージ３０７は試料３１０の保持手段であるチャック３１１を備えている。さらに電子ビーム近接露光装置３００は、電子ビーム源３０３から見て成形アパチャ３０４の後方、かつターゲットであるマスク３０８および試料３１０の領域内に照射される電子ビームの軌道３１２の外側に、前記の第１実施例の電流検出器２１１と同様の構造を持つ電流検出器３１３を備えている。
【００２２】
前記の第２の偏向手段３０６は、主に電子ビームのブランキングのために使用される。すなわち試料３１０に電子ビームを照射することを望まない場合には、ブランキング・アパチャ３１４によって遮られるように、第２の偏向手段３０６によって電子ビームを軌道３１５へ偏向する。
【００２３】
ビーム電流を計測するときは、第２の偏向手段３０６によって、成形アパチャ３０４の開口部３１７を通過した電子が全て電流検出器３１３の電子受入口に入るよう電子ビームを偏向する（３１６）。成形アパチャ３０４の開口部３１７を通過する電子を漏れなく検知するために、電流検出器の電子受入口は開口部３１７より大きく設ける。また、ビーム電流を計測しないときは、第２の偏向手段３０６による偏向をやめて、電子ビームがターゲットであるマスク３０８および試料３１０の領域内に照射されるようにする。このとき図３に示すように、電流検出器３１３は電子ビーム装置のターゲットの領域内に照射される電子ビームの軌道３１２の外側に設けられているので、マスク３０８および試料３１０への電子ビームの照射を妨げることはない。
【００２４】
また図３には、電流検出器３１３が第１の偏向器３０５よりも前方に設けられた例を表したが、これらは成形アパチャ３０４の後方であれば第１の偏向器３０５の後方に設けてもよく、さらに電子ビーム近接露光装置以外の他の種類の電子ビーム装置に設ける場合は、電子鏡筒３０１内に限らずチャンバ３０２内に設けてもよい。電流検出器３１３を第１の偏向器３０５の後方に設けた場合は、第１の偏向器３０５が第２の偏向器３０６を兼ねることとしてもよい。
【００２５】
図４は、本発明の第１および第２実施例の電子ビーム近接露光装置２００、３００の電子ビームの電流値監視処理のフローチャートである。まず、電子ビームの電流値を計測を行うために、図示しない電子ビームのブランキング手段により試料への露光を停止する（ステップ４０２）。次に支持手段２１２を移動して電流検出器２１１を電子ビームの光軸直下に位置させることにより、または第２の偏向器３０６により電子ビームを偏向して電流検出器３１３に導くことにより、電子ビームを電流検出器で受ける（ステップ４０３）。
【００２６】
そして電流検出器により電子ビーム電流値を計測する（ステップ４０４）。計測方法としては、単純に１回測定結果を計測値とする方法や数回計測した結果を平均して計測値とする方法のほか、以前に計測した一定回数の計測値を積算し、計測のたびに更新しながら積算値を計測値として利用する方法等が考えうる。
【００２７】
このようにして得た計測値によって電流値の異常監視を行う（ステップ４０５）。異常監視方法としては、事前に設けたしきい値から大きく変動があった場合、最近計測した数回分の移動平均値から計測値が大きく変動した場合や、最近計測した数回分の計測値の偏差よりも、計測値が大きく変動した場合に異常とする方法等が考えられる。これらの異常監視方法に基づき、電流値の異常の程度により以下の処理を行う。
【００２８】
電流値が正常ならば、継続して露光を行う（ステップ４０６）。この場合は電子ビーム装置は何ら警報を生じない。
【００２９】
電流値が異常であるがある一定の許容範囲内の場合は、異常値に応じて「レシピ」を変更し（ステップ４０７）、警報を発生させる（ステップ４１０）。レシピに含まれる設定パラメータとしては、たとえば電子ビームの露光時間などがある。
【００３０】
電流値が一定の許容範囲を超えているが、まだ電流値の異常の程度が小さい場合には、電子ビーム装置に備えられた既存の自動光軸調整シーケンス、エミッション電流調整シーケンスに移行し（ステップ４０８）、警報を発生させる（ステップ４１０）。
【００３１】
電流値が一定の許容範囲を超え、さらに自動調節ができないほど電流値の異常の程度が大きい場合には、電子ビーム装置を停止させ手動による復旧作業を要請する合図を行い（ステップ４０９）、警報を発生させる（ステップ４１０）。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の電子ビーム装置によればマスクまたは試料に照射される電子ビーム電流を直接検出することによって高い精度で電子ビーム電流を計測しうるとともに、電子ビーム装置の移動ステージを拘束しないことにより、電子ビーム装置のスループットの低下を回避することができる。
【００３３】
また、前記電流計測がスループットに影響を与えないことにより、電子ビーム装置の試料交換のたびに電子ビームの電流計測を行うことができるため、ビーム電流の定常監視を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビーム電流検出器を備えた従来の電子ビーム露光装置の外観図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施例による電子ビーム近接露光装置の外観図であり、（ｂ）は第１の実施例による電子ビーム近接露光装置で使用する電流検出器の断面形状である。
【図３】本発明の第２の実施例による実施例による電子ビーム近接露光装置の外観図である。
【図４】本発明の第１および第２実施例による電子ビーム近接露光装置の電子ビームの電流値監視処理のフローチャートである。
【符号の説明】
２００、３００…電子ビーム近接露光装置
２０３、３０３…電子ビーム源
２０４…アパチャ
２０５…偏向器
２０６、３０７…移動ステージ
２０９、３１０…試料
２１０、３１１…チャック
２１１、３１３…電流検出器
２１２…支持手段
３０４…成形アパチャ
３０５…第１の偏向器
３０６…第２の偏向器

Claims

電子ビーム光源から見てビーム絞り手段の後方に、試料移動ステージと独立して移動可能な支持手段により、電子ビームの電流値を検知する電流検出器を備える電子ビーム装置。
電子ビームを偏向する偏向手段、および
電子ビーム光源から見てビーム絞り手段の後方、かつターゲットの領域内に照射される電子ビームの軌道外に設けられる電流検出器を備える電子ビーム装置。
前記電流検出器の検出結果に基づき警報を発する警報発生手段を備える請求項１または２に記載の電子ビーム装置。
前記警報の発報に基づき、人為的手段を介さず自動的に装置状態を復旧する手段を備える請求項３に記載の電子ビーム装置。
電子ビーム光源から見てビーム絞り手段の後方に、試料移動ステージと独立して移動可能な支持手段により、電子ビームの電流値を検知する電流検出器を備える電子ビーム露光装置。
電子ビームを偏向する偏向手段、および
電子ビーム光源から見てビーム絞り手段の後方、かつターゲットの領域内に照射される電子ビームの軌道外に設けられる電流検出器を備える電子ビーム露光装置。
前記電流検出器の検出結果に基づき警報を発する警報発生手段を備える請求項５または６に記載の電子ビーム露光装置。
前記警報の発報に基づき、人為的手段を介さず自動的に装置状態を復旧する手段を備える請求項７に記載の電子ビーム露光装置。