JP2005277143A - 電子線強度分布測定装置、電子線装置及び電子線強度分布測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子線検出器や電子線強度分布測定器などの電子線測定子の出力信号に、電子線測定子以外のセンサ等に入力された電子より生じた信号が与える影響を防止し、電子ビームの正確な電気信号強度分布を得る。
【解決手段】 電子線強度分布測定装置９０を、照射された電子線１５の強度を示す信号を出力する電子線検出手段８０と、電子線検出手段８０を電子線１５から遮る遮断手段９４と、遮断手段９４により電子線１５から遮られた電子線検出手段８０の出力信号を記憶する記憶手段９１と、電子線１５を照射された電子線検出手段８０の出力信号と記憶された出力信号との差分信号を出力する比較手段９２と、比較手段９２による差分信号に基づき、電子線の強度分布を生成する強度分布生成手段９３とを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電子線の強度分布を測定する電子線強度分布測定装置及びその方法に関し、特に半導体集積回路などの製造工程で使用される微細パターンを露光する電子線露光装置の、電子線の強度分布を測定する電子線強度分布測定装置及びその方法に関する。

近年、半導体集積回路の高集積化のニーズに伴い、回路パターンの一層の微細化が要望されている。現在、微細化の限界を規定しているのは主として露光装置であり、電子ビーム直接描画装置やＸ線露光装置などの新しい方式の露光装置が開発されている。

最近では新しい方式の露光装置として、量産レベルで超微細加工用に使用可能な電子線近接露光装置が開示されている（例えば特許文献１、およびこれに対応する日本国特許出願の特許文献２）。

図１は、特許文献１に開示された電子線近接露光装置の基本構成を示す図である。この図を参照して、電子線近接露光装置について簡単に説明する。図示するように、電子光学鏡筒（カラム）１０内には、電子ビーム１５を発生する電子線源１４と整形アパチャ１８と電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１６とを有する電子銃１２、対となる主偏向器２１、２２と、対となる副偏向器５１、５２とを含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２４、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０、および静電チャック４４とＸＹステージ４６とから構成される。試料（半導体ウエハ）４０は、表面にレジスト層４２が形成され、静電チャック４４上に保持されている。

マスク３０は、厚い外縁部３４内の中央に開口が形成された薄膜部３２を有しており、試料４０は表面がマスク３０に近接するように配置される。この状態で、マスクに垂直に電子ビーム１５を照射すると、マスクの開口を通過した電子ビーム１５が試料４０の表面のレジスト層４２に照射される。

電子ビーム１５は、走査手段２４により偏向されて、図２に示すようにマスク３０の薄膜部３２上を走査して全面にわたって露光する。この露光量の分布にムラがあると、現像後のレジストのパターン線幅の誤差を生じるため、マスク薄膜部３２への露光量を一定にする必要がある。そのために、電子ビーム１５の電子線強度分布状態を測定しておく必要がある。

図３（Ａ）は、従来の電子線強度分布測定器の基本構成図である。電子線強度分布測定器７０は、テーブル７３と、テーブル７３をｘ方向に移動させるｘ方向駆動部７４と、テーブル７３に載置されるテーブル７１と、テーブル７１をｙ方向に移動させるｙ方向駆動部７２と、テーブル７１上に載置される電子線検出器８０を備える。

図３（Ｂ）は電子線検出器であるピンホール検出器８０の上面図であり、図３（Ｃ）はピンホール検出器８０の側断面図である。

図示するようにピンホール検出器８０は、測定するビーム径に対して十分小さい電子受入口８１を有するアパチャ板８２を上面に備える。アパチャ板８２の下には、電子受入口８１を通過した電子を検出するファラデーカップのような電子検出器８３を設ける。このような構成によって、ピンホール検出器８０は電子ビーム受入口８１を通過する電子ビームの電流量を出力することが可能となる。

図４は、ピンホール検出器８０を用いた電子線強度分布測定方法の説明図である。図示するとおりピンホール検出器８０の電子受入口８１を、電子ビーム１５が照射されている電子ビーム分布範囲内でｘ方向及びｙ方向に移動させながら、各検出位置で電子検出器８３の出力信号を順次取得する。そして、電子ビーム１５の分布範囲内の各検出位置における電子線強度を示す電子検出器８３の各出力信号と、各検出位置情報とにより、電子線強度分布（ビームプロファイル）を取得する。

図５は、他の従来の電子線強度分布測定器の基本構成図である。電子線強度分布測定器７０は、電子ビーム１５を受けて、その照射箇所が発光することにより電子ビーム１５の強度分布に対応する発光像Ａを作る蛍光面７５と、蛍光面７５に生じる発光像Ａを撮像するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子７７と、蛍光面７５に生じる発光像Ａを撮像素子７７上の投影像Ｂとして結像する光学系（集束レンズ）７６と、信号処理手段７８とを備える。

信号処理手段７８は、発光像Ａの撮像信号を表す撮像素子７７の出力信号から、発光像Ａの各画素位置における輝度情報を抽出して、各画素位置の輝度に基づいてこの画素位置における電子線強度を算出する。そして各画素位置の位置情報とこの位置の電子線強度情報とから、蛍光面７５の位置における電子線１５の断面の電子線強度分布を作成して、出力する。

米国特許第5,831,272号明細書（全体） 日本特許第2951947号公報（全体）

電子線検出器８０の出力信号は、その信号強度に基づいて検出した電子量に対応する電流値を示す電気信号に変換される。そして電子線強度分布を生成する測定器に取り込まれて使用される。
一方、電子線強度分布測定器７０の出力信号は、撮像素子７７により撮像された蛍光面７５に生じる発光像Ａの各位置の輝度情報に対応する電流値を示す電気信号に変換される。そして変換された検出信号が示す電子線強度分布に基づき電子線の強度や平行度の制御を行う外部計算機の入出力インタフェース部に取り込まれて使用される。

一方で、通常の電子線露光装置には、電子線検出器８０や電子線強度分布測定器７０（以下、これらをまとめて「電子線測定子」と記す）の他にも、マスク３０に照射され反射した電子ビームにより生じる２次電子を検出する２次電子検出器や、マスク３０に入射する際の電子ビーム１５の入射角度を検出する入射角度検出器など、他の電子線センサも設けられる。そして、これらの他の電子検出手段の出力信号も、その信号強度に基づいて検出電子量に応じた電気信号に変換される。

通常は、電子線測定子及び他の電子線センサは、そのいずれか１つが測定に使用されているときに他の検出器は使用されず電子ビームが照射されない状態にある（例えば電子ビームを照射されない位置に退避している）。
したがって、電子線測定子や他の電子線センサの出力信号を電流指示信号に変換する信号処理回路（インタフェース部）を１台で供用することができ、このような信号処理回路の重複を避けてコストダウンを図ることが可能である。例えば、電子線測定子、前記２次電子検出器及び入射角度検出器の出力信号線を、信号処理回路に入力する前に相互に接続し信号処理回路にまとめて入力端に接続する、ということも可能である。

しかし、実際には、電子線測定子の出力信号に他の電子線センサからの出力信号が重畳して、電子線強度分布測定の際に前記信号処理回路に混入してしまうことが生じていた。
これは例えば、電子線測定子や電子線露光装置内壁に照射された電子ビーム１５の電子が反射２次電子となり、これら他の電子線センサに検出されることが原因と考えられる。このような理由により従来の方法では、信号処理回路を供用しつつ正確な電子線強度分布を得ることが困難であった。また、電子線測定子と前記信号処理回路との間の電気回線などに２次電子が入力され、電子線強度分布測定に悪影響を与えるなどの問題もあった。

また、図５に示す電子線強度分布測定器７０では、前記撮像素子７７上のノイズにより正確な電気信号強度分布を得ることが困難であった。

上記問題点を鑑みて、本発明は前記の電子線検出器や電子線強度分布測定器などの電子線測定子の出力信号に、上述の電子線測定子以外の電子線センサ等に入力された電子より生じた電子線信号が与える影響を防止し、正確な電子線強度分布を得る電子線強度分布測定装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る電子線強度分布測定装置は、前記の電子線測定子（電子線検出器や電線強度分布測定器）である電子線検出手段以外のセンサや電気回線に入力された電子線の電子により生じるノイズ信号を取得しておき、この信号を電子線測定子の出力信号から引いた差分信号を求め、この差分信号に基づいて電子線強度分布を作成する。

すなわち、本発明の第１形態に係る電子線強度分布測定装置は、電子ビームを検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段と、電子線検出手段を電子ビームから遮る遮断手段と、遮断手段により電子ビームから遮られた電子線検出手段の出力信号を記憶する記憶手段と、電子ビームを照射された電子線検出手段の出力信号と、記憶された前記出力信号と、の差分信号を出力する比較手段と、を備え、電子線の強度分布を差分信号に基づき生成する。

電子線検出手段には、電子受入口と、電子受入口を通過する電子量を電気信号に変換する電子検出器とを備えることとしてよい。電子線強度分布測定装置は、この電子線検出手段を、前記電子線が強度分布の測定領域内で移動する移動手段とを備えることとしてよい。
または電子線検出手段は、照射された電子線の電子線強度分布に応じた発光強度分布で発光する蛍光面と、蛍光面を撮像する撮像素子とを備えることとしてよい。

遮断手段は、電子線の行路中に設けられ、電子線が通過可能な領域を制限するアパチャと、このアパチャの通過可能な領域外に電子線を偏向する偏向手段とを備えることとしてよい。
また遮断手段は、電子線検出手段に設けられた検出する電子線の受け入れ口を遮蔽するシャッター機構を備えることとしてよい。

本発明の第２形態に係る電子線装置は、本発明の第２形態に係る電子線強度分布測定装置を備える。

また本発明の第３形態に係る電子線装置は、試料に照射する電子線を生成する電子線源と、電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、電子線検出手段及び電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースと、インタフェースを介して取得した電子線検出手段の出力信号に基づいて電子線の強度分布を生成する電子線強度分布生成手段とを備え、さらに、前記電子線検出手段から前記インタフェースへの信号入力を制御する信号制御手段と、信号制御手段によって電子線検出手段からの信号が遮断されたインタフェースへの入力信号を記憶する記憶手段と、電子線検出手段からの信号が入力されたインタフェースのへの入力信号と記憶手段に記憶された信号との差分信号を出力する比較手段と、を備えることとし、ここに電子線強度分布生成手段は、この差分信号に基づき生成する。

電子線検出手段は、電子受入口と、電子受入口を通過する電子量を電気信号に変換する電子検出器とを備えることとしてよい。電子線強度分布測定装置は、この電子線検出手段を、前記電子線が強度分布の測定領域内で移動する移動手段とを備えることとしてよい。
電子線検出手段は、照射された電子線の電子線強度分布に応じた発光強度分布で発光する蛍光面と、蛍光面を撮像する撮像素子とを備えることとしてよい。

また本発明の第４形態に係る電子線装置は、試料に照射する電子線を生成する電子線源と、電子線の強度分布を測定して、強度分布を示す信号を出力する電子線強度分布測定手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、電子線強度分布測定手段及び電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースとを備え、さらに電子線強度分布測定手段からインタフェースへの信号入力を制御する信号制御手段と、信号制御手段によって電子線強度分布測定手段からの信号が遮断されたインタフェースへの入力信号を記憶する記憶手段と、電子線強度分布測定手段からの信号が入力されたインタフェースへの入力信号を、記憶手段に記憶された信号との差分信号に補正する補正手段とを備える。

電子線強度分布測定手段は、電子受入口と、電子受入口を通過する電子量を電気信号に変換する電子検出器と、この電子線検出器を、前記電子線が強度分布の測定領域内で移動する移動手段とを備えることとしてよい。また電子線強度分布測定手段は、照射された電子線の電子線強度分布に応じた発光強度分布で発光する蛍光面と、蛍光面を撮像する撮像素子とを備えることとしてよい。

本発明の第６形態に係る電子線強度分布測定方法は、照射された電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段に電子線を照射して、このときの電子線検出手段の出力信号を取得する第１の信号取得ステップと、電子線検出手段を電子線から遮り、このときの電子線検出手段の出力信号を取得する第２の信号取得ステップと、第１の信号取得ステップにて取得した出力信号と、第２の信号取得ステップにて取得した出力信号と、の差分信号を求める比較ステップと、差分信号に基づき、電子線の強度分布を生成する強度分布生成ステップと、を有する。

本発明の第７形態に係る電子線強度分布測定方法は、試料に照射する電子線を生成する電子線源と、電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、電子線検出手段及び電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースと、を備える電子線装置において、インタフェースを介して取得した電子線検出手段の出力信号に基づいて電子線の強度分布を測定する電子線強度分布測定方法であって、電子線検出手段からの信号入力を遮断してインタフェースへの入力信号を取得する第１の信号取得ステップと、電子線検出手段からの信号を入力してインタフェースへの入力信号を取得する第２の信号取得ステップと、第１の信号取得ステップにて取得した信号と、第２の信号取得ステップにて取得した信号と、の差分信号を求める比較ステップと、差分信号に基づき、電子線の強度分布を生成する強度分布生成ステップと、を有する。

本発明の第８形態に係る電子線強度分布測定方法は、試料に照射する電子線を生成する電子線源と、電子線の強度分布を測定して、強度分布を示す信号を出力する電子線強度分布測定手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、電子線強度分布測定手段及び電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースと、を備える電子線装置における電子線の電子線強度分布測定方法であって、電子線強度分布測定手段からの信号入力を遮断してインタフェースへの入力信号を取得する第１の信号取得ステップと、電子線強度分布測定手段から信号を入力してインタフェースへの入力信号を取得する第２の信号取得ステップと、第２の信号取得ステップで取得した信号を、第１の信号取得ステップで取得した信号との差分信号に補正する補正ステップと、を有する。

本発明によれば、電子線検出手段以外に入力された電子線により生じるノイズ信号を取得しておき、これを電子線検出手段の出力信号から引いた差分信号に基づいて電子線強度分布を測定するため、電子線検出手段以外の電子線センサや電気回路に入力された電子によるノイズ信号が、電子線強度分布測定に影響を与えることを防止する。

また、電子線を検出しない状態の遮られた電子線検出手段の出力信号を取得しておき、これを電子線検出手段の出力信号から引いた差分信号に基づいて電子線強度分布を測定するため、前記の蛍光板と撮像素子を使用する電子線検出手段や電子線強度分布測定手段において、撮像素子上のノイズや蛍光板の汚れなどにより生じるノイズ信号が、電子線強度分布測定に影響を与えることを防止する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図６（Ａ）は、本発明の第１実施例に係る電子線強度分布測定装置の基本構成図である。
電子線強度分布測定装置９０は、テーブル７３と、テーブル７３をｘ方向に移動させるｘ方向駆動部７４と、テーブル７３に載置されるテーブル７１と、テーブル７１をｙ方向に移動させるｙ方向駆動部７２と、テーブル７１上に載置される電子線検出器８０を備える。

電子線検出器８０は、図１に示した構成の電子線近接露光装置の電子ビーム１５の偏向範囲内に設けられる。図６（Ａ）の例では、電子線検出器８０は試料４０を保持する静電チャック４４が載置されるＸＹステージ４６上に設けられており、ＸＹステージ４６によって走査手段２４による電子ビーム走査範囲の各位置において強度分布を測定可能である。
なお、電子線近接露光装置の基本構成は、図１に関連して上記に説明したとおりであるため説明は省略する。また、本発明の電子線強度分布測定装置は、電子線近接露光装置だけでなく、その他の方式の電子線露光装置や、電子線源から生じる電子線を試料に照射する電子線装置（例えば、走査型電子顕微鏡や透過形電子顕微鏡、電子線検査装置）にも利用可能である。

図６（Ｂ）は電子線検出器であるピンホール検出器８０の上面図であり、図６（Ｃ）は電子線検出手段であるピンホール検出器８０の側断面図である。

図示するようにピンホール検出器８０は、測定するビーム径に対して十分小さい電子受入口８１を有するアパチャ板８２を上面に備える。アパチャ板８２の下には、電子受入口８１を通過した電子を検出するファラデーカップのような電子検出器８３を設ける。このような構成によって、ピンホール検出器８０は電子ビーム受入口８１を通過する電子ビームの電流量を出力する。

電子線強度分布測定装置９０は、ピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮る遮断手段９４と、ピンホール検出器８０の出力信号を記憶する記憶手段９１と、ピンホール検出器８０の出力信号と記憶手段９１に記憶された出力信号との差分信号を出力する比較手段９２と、比較手段９２による差分信号に基づき、電子ビーム１５の強度分布を生成し強度分布信号を出力する強度分布生成手段９３とを備える。
遮断手段９４はピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮断する状態と遮断しない状態とを有する。例えば図示する例では、遮断部分が移動手段によって電子ビーム１５を遮断する位置と遮断しない位置との間を移動できるように設けられる。

図７を参照して、電子線強度分布測定装置９０の動作を説明する。図７は、本発明に係る電子線強度分布測定方法のフローチャートである。
ステップＳ１０１において、電子線強度分布測定装置９０は、遮断手段９４よりピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮断して、ピンホール検出器８０の出力信号を取得し、取得した出力信号を記憶手段９１に記憶する。

このとき、電子線強度分布測定装置９０は、ｘ方向駆動部７４及びｙ方向駆動部７２によって、ピンホール検出器８０の電子受入口８１を電子ビーム１５の強度分布測定領域内のいずれかの検出位置に位置付けて、ピンホール検出器８０の出力信号を取得し記憶することとしてよい。
すなわち、記憶手段９１に記憶されるピンホール検出器８０の出力信号は、ピンホール検出器８０の電子受入口８１を電子ビーム１５の強度分布測定領域内のいずれかの検出位置に位置付けて、遮断装置９４によりピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮断したときの出力信号としてよい。

または、電子線強度分布測定装置９０は、ｘ方向駆動部７４及びｙ方向駆動部７２によって、電子受入口８１を電子ビーム１５の強度分布測定領域内の各検出位置に位置付けて、各検出位置におけるピンホール検出器８０の各出力信号を取得し、各出力信号と各検出位置の位置情報とをそれぞれ対応させて記憶することとしてもよい。
すなわち、記憶手段９１に記憶されるピンホール検出器８０の出力信号は、ピンホール検出器８０の電子受入口８１を電子ビーム１５の強度分布測定領域内の各検出位置に位置付けて、遮断装置９４によりピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮断したときの各出力信号としてよい。

ステップＳ１０２において、電子線強度分布測定装置９０は、遮断手段９４の状態をピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮断しない状態に変更して、電子ビームを照射されるピンホール検出器８０の出力信号を取得する。
このとき、電子線強度分布測定装置９０は、ｘ方向駆動部７４及びｙ方向駆動部７２によって、電子受入口８１を電子ビーム１５の強度分布測定領域内の各検出位置に位置付けて、各検出位置におけるピンホール検出器８０の各出力信号を取得してよい。

ステップＳ１０３において、比較手段９２は、ステップＳ１０２において取得された出力信号からステップＳ１０１において記憶された出力信号を引いた差分信号を求めて、強度分布生成手段に出力する。
このとき、ステップＳ１０１において記憶される出力信号が強度分布測定領域内のいずれかの検出位置において取得された信号であり、ステップＳ１０２において取得される出力信号が強度分布測定領域内の各検出位置において取得された信号であるとき、比較手段９２は、ステップＳ１０２にて取得した全ての各出力信号から、ステップＳ１０１にて記憶した１つの出力信号をそれぞれ差し引いて、各検出位置に対応する各差分信号をそれぞれ求める。

ステップＳ１０１において記憶される出力信号が強度分布測定領域内の各検出位置において取得された信号であり、ステップＳ１０２において取得される出力信号が強度分布測定領域内の各検出位置において取得された信号であるとき、比較手段９２は、ステップＳ１０２にて取得した各検出位置における各出力信号から、ステップＳ１０１にて記憶した該検出位置における各出力信号をそれぞれ差し引いて、各検出位置に対応する各差分信号を求める。

ステップＳ１０４において、強度分布生成手段９３は、ステップＳ１０３で求めた差分信号に基づき電子ビームの電子線強度分布を生成する。
このとき、ステップＳ１０２において取得される出力信号が強度分布測定領域内の各検出位置において取得された信号であるとき、強度分布生成手段９３は、各検出位置を示す位置信号とこれに対応する各差分信号とに基づき、電子線強度分布を生成する。

電子線検出手段は、図５に示す電子線強度分布測定器７０と同様に設けてよい。この構成を図８に示す。電子線検出手段は、電子ビーム１５を受け入れる電子線受入口７９と、電子線受入口７９を通過した電子ビーム１５の照射箇所が電子線強度分布に応じた発光強度分布で発光することにより、電子線１５の強度分布に対応する発光像Ａを作る蛍光面７５と、蛍光面７５に生じる発光像Ａを撮像するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子７７と、蛍光面７５に生じる発光像Ａを撮像素子７７上の投影像Ｂとして結像する光学系（集束レンズ）７６と、撮像素子７７の各画素信号を処理する信号処理手段７８とを備える。
ここで、信号処理手段７８が処理する各画素信号は、図６に示すピンホール検出器８０の電子受入口８１を電子ビーム１５の強度分布測定領域内の各検出位置に位置付けたピンホール検出器８０の各出力信号に相当する。

記憶手段９１は、遮断手段９４により電子ビーム１５から電子線受入口７９が遮断された場合の、撮像素子７７のいずれかの位置の画像信号を記憶する。
そして、比較手段９２は、電子ビーム１５から電子線受入口７９に入射した場合の撮像素子７７の各画素信号から、記憶手段９１に記憶される画素信号をそれぞれ差し引き、その差分信号を求める。強度分布生成手段９３は、各差分信号と各画素の位置とに基づき、電子ビーム１５の電子線強度分布を生成して出力する。

または、記憶手段９１は、遮断手段９４により電子ビーム１５から電子線受入口７９が遮断された場合の、撮像素子７７の各画素信号を記憶する。
そして、比較手段９２は、電子ビーム１５から電子線受入口７９に入射した場合の撮像素子７７の各画素信号から、記憶手段９１に記憶される各画素信号をそれぞれ差し引き、その差分信号を求める。強度分布生成手段９３は、各差分信号と各画素の位置とに基づき、電子ビーム１５の電子線強度分布を生成して出力する。
図８に示す電子線強度分布測定装置９０によって、撮像素子７７上のノイズによる生じる電子線信号が、出力信号である電子線強度分布信号に影響を与えることを防止できる。

図９は、本発明の第２実施例に係る電子線強度分布測定装置の基本構成図である。電子線強度分布測定装置９０は、電子線検出手段であるピンホール検出器８０の出力信号を信号処理手段９５によって処理することにより、照射された電子ビーム１５の強度分布を測定して強度分布信号を出力する電子線強度分布測定手段７０と、電子線強度分布測定手段７０を電子ビームから遮る遮断手段９４と、電子線強度分布測定手段７０の出力信号を記憶する記憶手段９１と、強度分布測定手段７０の出力信号と、記憶手段９１に記憶された出力信号との差分を出力する比較手段９２とを備える。
遮断手段９４、ピンホール検出器８０、テーブル７１、テーブル７３、ｘ方向駆動部７４及びｙ方向駆動部７２は、図６に示す電子線強度分布測定装置９０の第１実施例と同様であり説明を省略する。

電子線強度分布測定手段７０は、ｘ方向駆動部７４及びｙ方向駆動部７２により、ピンホール検出器８０をｘｙ方向に移動させ、電子ビーム受入口８１を、電子線強度分布測定領域の各検出位置に走査する。そして、各検出位置における電子線強度を測定し、各検出位置の各位置情報と電子線強度の各測定値とにより、電子線強度分布（ビームプロファイル）を測定する。

図１０は、本発明に係る電子線強度分布測定方法のフローチャートである。
ステップＳ１１１において、電子線強度分布測定装置９０は、遮断手段９４により電子線強度分布測定手段７０のピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮断して、電子線強度分布測定手段７０の出力信号であるノイズ分布信号を取得し記憶手段９１に記憶する。

ステップＳ１１２において、電子線強度分布測定装置９０は、遮断手段９４の状態をピンホール検出器８０を電子ビーム１５から遮断しない状態に変更し、電子ビームをピンホール検出器８０に照射させて、電子線強度分布測定手段７０の出力信号である電子線強度分布信号を取得する。

ステップＳ１１３において、比較手段９２は、ステップＳ１０２において取得された出力信号である電子線強度分布信号から、ステップＳ１０１において記憶された出力信号であるノイズ分布信号を引いた差分信号を求めて、ステップＳ１１４において、電子線強度分布信号からノイズ成分を除去した電子線強度分布信号を出力する。

電子線強度分布測定手段７０は、図５及び図８に示す電子線強度分布測定器７０と同様に設けてよい。この構成を図１１に示す。電子線強度分布測定手段７０は、図５及び図８に示す電子線強度分布測定器７０と同様に、電子線受入口７９と、蛍光面７５と、撮像素子７７と、光学系（集束レンズ）７６と、信号処理手段７８とを備える。

電子線強度分布測定装置９０は、遮断手段９４により電子線受入口７９を電子ビーム１５から遮断して、電子線強度分布測定手段７０の出力信号であるノイズ分布信号を取得し、記憶手段９１に記憶する。

次に、電子線強度分布測定装置９０は、遮断手段９４の状態を電子線受入口７９を電子ビーム１５から遮断しない状態に変更し、電子ビーム１５を電子線受入口７９に照射させて、電子線強度分布測定手段７０の出力信号である電子線強度分布信号を取得する。

比較手段９２は、この電子線強度分布信号から、記憶手段９１に記憶されたノイズ分布信号を引いた差分信号を求めて、電子線強度分布信号からノイズ成分を除去した電子線強度分布信号として出力する。

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）には、遮断手段９４の構成例を示す。
図１２（Ａ）に示す構成例では、遮断手段は電子ビーム１５の行路中に設けられ、電子ビームが通過可能な領域を制限するアパチャ板９７と、電子ビーム１５をアパチャ板の通過可能な領域外に偏向する偏向手段である偏向コイル９６とを備える。図示するとおり、電子ビーム１５が、通過可能領域である開口部分以外のアパチャ板９７部分に偏向されて、アパチャ板９７に遮られることによって、電子線検出手段や電子線強度分布測定手段を電子ビーム１５から遮断する。
アパチャ板９７及び偏向コイル９６は、本電子線強度分布測定装置が使用される電子線装置自体が備えるブランキング機構を使用してもよい。

図１２（Ｂ）に示す構成例では、遮断手段は電子線検出手段８０の開口８１を遮蔽するシャッター機構９８を備える。シャッター機構９８は、図８及び図９に示す電子線強度分布測定手段７０の開口７９に設けることとしてもよい。

図１３は、本発明の第３実施例に係る電子線近接露光装置の基本構成図である。電子線近接露光装置２００の基本構成は、図１に示した構成及び上記の文献１に開示された構成に類似した構成を有している。よって、図１と同一の機能部分には同一の参照番号を付して表し、詳しい説明は省略する。また、本発明の電子線装置は、電子線近接露光装置だけでなく、その他の方式の電子線露光装置や、電子線源から生じる電子線を試料に照射する電子線装置（例えば、走査型電子顕微鏡や透過形電子顕微鏡、電子線検査装置）にも利用可能である。

電子ビーム近接露光装置２００は、電子光学鏡筒（カラム）１０及びチャンバ８を備えている。カラム１０内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と整形アパチャ１８と電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１６とを有する電子銃１２、対となる主偏向器２１、２２と、対となる副偏向器５１、５２とを含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２４、露光するパターンに対応する開口を有するステンシルマスク３０（またはマスク基板３０）が設けられる。

一方チャンバ８には、静電チャック４４とＸＹステージ４６とが設けられる。試料（半導体ウエハ）４０は、表面にレジスト層４２が形成され、静電チャック４４上に保持されている。
そして静電チャック４４に吸着された試料４０の表面に近接するように（マスク３０と試料４０とのギャップが、例えば、５０μｍとなるように）配置される。

ＸＹステージ４６上には、電子線検出器である図６に示した電子線検出器８０又は図８に示した電子線強度分布測定器７０が設けられる。ピンホール検出器８０の構成及び機能は、図６を参照して既に説明したとおりである。また電子線強度分布測定器７０の構成及び機能は、図８を参照して既に説明したとおりである。

また電子線露光装置２００内には、マスク３０に照射され反射した電子ビームにより生じる２次電子を検出する２次電子検出器２１１や、マスク３０に入射する際の電子ビームの入射角度を検出する入射角度検出器２１２が設けられる。

また、電子線近接露光装置２００は、電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２の出力信号がそれぞれ入力され、入力される各電気信号を重畳して所定形式の電気信号に変換して出力するインタフェース２２１を備える。インタフェース２２１は、所定形式の電気信号に変換された信号をさらにディジタル形式に変換して出力し、電子線近接露光装置２００の制御を司る計算機２０１のデータバス２０２に供給することとしてよい。

電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０からインタフェース２２１への信号入力は、信号入力制御部である継電器などの開閉器（スイッチ）２２２によって制御される。電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２とインタフェース２２１とは、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２とインタフェース２２１の各出力回線と、電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０の出力回線とを接続点２２３にてそれぞれ接続した後に、インタフェース２２１への入力端に接続する電気的接続手段である信号回線により接続される。

開閉器２２２は、電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０の出力回線の、電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０の出力端と接続点２２３との間に設けられ、電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０の出力回線（出力端）とインタフェース２２１の入力端との間の電気的接続を開閉する。

また、電子ビーム近接露光装置２００は、インタフェース２２１への入力信号を記憶する記憶手段２０３を備える。記憶手段２０３はデータバス２０２に接続されており、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された信号を記憶する一方、記憶した入力信号をデータバス２０２に供給する。

また電子ビーム近接露光装置２００は、インタフェース２２１への現在の入力信号と記憶手段２０３に記憶された信号との差分信号を計算する比較手段２０４を備える。比較手段２０４もまたデータバス２０２に接続されており、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された入力信号と、記憶手段２０３からデータバス２０２に供給された信号とを入力してその差分信号を求め、計算された差分信号をデータバス２０２に供給する。

さらに電子ビーム近接露光装置２００は、比較手段２０４の出力信号に基づいて電子ビーム１５の強度分布を生成する強度分布生成手段２０５を備える。強度分布生成手段２０２もまたデータバス２０２に接続されており、比較手段２０４により計算された差分信号に基づいて電子ビーム１５の強度分布を生成する。

図１４に電子ビーム近接露光装置２００による電子線強度分布測定方法のフローチャートである。

ステップＳ１２０において、開閉器２２２は電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０の出力回線（出力端）とインタフェース２２１の入力端との間の電気的接続を開放し、電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０からインタフェース２２１への信号入力を遮る。その状態でインタフェース２２１は、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２からの出力信号を取得してディジタル信号に変換してデータバス２０２に供給する。
そして、記憶手段２０３はデータバス２０２上に供給されたインタフェース２２１への入力信号を記憶する。

ステップＳ１２１において、開閉器２２２は電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０の出力回線とインタフェース２２１の入力端とを電気的に接続する。その状態でインタフェース２２１は、電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２からの出力信号を取得してディジタル信号に変換してデータバス２０２に供給する。

ステップＳ１２２において、比較手段２０４は、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された現在の信号と、記憶手段２０３に記憶されデータバス２０２に供給された信号とを入力して、現在のインタフェース２２１への入力信号から記憶手段２０３に記憶された信号を差し引いた差分信号を求め、計算された差分信号をデータバス２０２に供給する。

したがって、比較手段２０４から出力される差分データは、測定対象となる電子線検出器８０又は電子線強度分布測定器７０の出力信号と、雑音信号である２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２の電子線信号とを含むインタフェース２２１への入力信号から、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２の出力信号を引いた信号となる。

計算機２０１は、電子線強度を取得する位置を、強度分布を測定するべき測定領域の各検出位置に変更しながら（Ｓ１２３、Ｓ１２４）、上記Ｓ１２０〜Ｓ１２２のステップを繰り返し実行し、計算された各差分信号を記憶手段２０３に記憶する。電子線検出器８０を各検出位置に移動するために、図６に示すテーブル７３と、ｘ方向駆動部７４と、テーブル７１と、ｙ方向駆動部７２と、からなるステージ機構を使用することとしてよい。

ステップＳ１２５において、強度分布生成手段２０５は、各検出位置における電子線強度を、記憶手段２０３に記憶された各検出位置について記憶された各差分信号が示す電子線強度とする強度分布を生成する。

図１５は、本発明の第４実施例に係る電子線近接露光装置の基本構成図である。電子線近接露光装置２００の基本構成は、図１及び図１３に示した構成及び上記の文献１に開示された構成に類似した構成を有している。よって同一の機能部分には同一の参照番号を付して表し、説明は省略する。

ＸＹステージ４６上には、図９及び図１１に示した電子線強度分布測定手段７０が設けられる。電子線強度分布測定手段７０の構成及び機能は、図９及び図１１を参照して既に説明したとおりである。

電子線露光装置２００内には、マスク３０に照射され反射した電子ビームにより生じる２次電子を検出する２次電子検出器２１１や、マスク３０に入射する際の電子ビームの入射角度を検出する入射角度検出器２１２が設けられる。

また、電子線近接露光装置２００は、電子線強度分布測定器７０、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２の出力信号がそれぞれ入力され、入力される各電気信号を重畳して所定形式の電気信号に変換して出力するインタフェース２２１を備える。インタフェース２２１は、所定形式の電気信号に変換された出力信号をさらにディジタル形式に変換し、電子線近接露光装置２００の制御を司る計算機２０１のデータバス２０２に供給することとしてよい。

ここに、電子線強度分布測定器７０からの出力信号は、所定の測定領域内における電子線強度分布を示す信号である。例えば電子線強度分布測定器７０からの出力信号は、前記測定領域内の各検出位置の電子線強度を所定の走査順序で取得した電子線強度信号を、所定の時間間隔で並べて出力されるラスター信号としてよい。インタフェース２２１は、入力されたラスター信号の各時点における信号強度に基づいて、対応する電子ビーム電流強度を算出して、ディジタル信号に変換してデータバス２０２に順次供給することとしてよい。

電子線強度分布測定器７０からインタフェース２２１への信号入力は、信号入力制御部である継電器などの開閉器（スイッチ）２２２によって制御される。電子線強度分布測定器７０、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２とインタフェース２２１とは、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２とインタフェース２２１の各出力回線と、電子線強度分布測定器７０の出力回線とを接続点２２３にてそれぞれ接続した後に、インタフェース２２１への入力端に接続する電気的接続手段である信号回線により接続される。

開閉器２２２は、電子線強度分布測定器７０の出力回線の、電子線強度分布測定器７０の出力端と接続点２２３との間に設けられ、電子線強度分布測定器７０の出力回線（出力端）とインタフェース２２１の入力端との間の電気的接続を開閉する。

また、電子ビーム近接露光装置２００は、インタフェース２２１への入力信号を記憶する記憶手段２０３を備える。記憶手段２０３はデータバス２０２に接続されており、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された信号を記憶する一方、記憶した入力信号をデータバス２０２に供給する。

また電子ビーム近接露光装置２００は、インタフェース２２１への現在の入力信号と記憶手段２０３に記憶された信号との差分信号を計算する補正手段２０６を備える。補正手段２０６もまたデータバス２０２に接続されており、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された入力信号と、記憶手段２０３からデータバス２０２に供給された信号とを入力してその差分信号を求め、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された信号を該差分信号に補正してデータバス２０２に供給する。

ここに、補正手段２０６は、インタフェース２２１へから順次入力される現在の入力信号、すなわち各検出位置の電子線強度を所定の走査順序で取得した電子線強度信号を、所定の時間間隔で並べたラスター信号から、記憶手段２０３に記憶された信号を差し引いた差分信号を求める。

図１６に電子ビーム近接露光装置２００による電子線強度分布測定方法のフローチャートである。

ステップＳ１３０において、開閉器２２２は電子線強度分布測定器７０の出力回線（出力端）とインタフェース２２１の入力端との間の電気的接続を開放し、電子線強度分布測定器７０からインタフェース２２１への信号入力を遮る。その状態でインタフェース２２１は、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２からの出力信号を取得してディジタル信号に変換してデータバス２０２に供給する。
そして、記憶手段２０３はデータバス２０２上に供給されたインタフェース２２１への入力信号を記憶する。

ステップＳ１３１において、開閉器２２２は電子線強度分布測定器７０の出力回線とインタフェース２２１の入力端とを電気的に接続する。その状態でインタフェース２２１は、電子線強度分布測定器７０、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２からの出力信号を取得してディジタル信号に変換してデータバス２０２に供給する。

ステップＳ１３２において、補正手段２０６は、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された現在の信号と、記憶手段２０３に記憶されデータバス２０２に供給された信号とを入力して、現在のインタフェース２２１への入力信号から記憶手段２０３に記憶された信号を差し引いた差分信号を求め、インタフェース２２１からデータバス２０２に供給された現在の信号（現在のインタフェース２２１への入力信号）を補正する。

したがって、補正手段２０６から出力される補正済み出力信号は、測定対象となる電子線強度分布測定器７０の出力信号と、雑音信号である２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２の電子線信号とを含むインタフェース２２１への入力信号から、２次電子検出器２１１及び入射角度検出器２１２の出力信号を引いた信号となる。

電子線近接露光装置の基本構成図である。 電子ビームの走査方法の説明図である。 （Ａ）は、従来の電子線強度分布測定器の基本構成図（その１）であり、（Ｂ）はピンホール検出器の上面図であり、（Ｃ）はその側断面図である。 ピンホール検出器を用いた電子線強度分布測定方法の説明図である。 従来の電子線強度分布測定器の基本構成図（その２）である。 （Ａ）は本発明の第１実施例に係る電子線強度分布測定装置の基本構成図（その１）であり、（Ｂ）は電子線検出器であるピンホール検出器の上面図であり、（Ｃ）はその側断面図である。 本発明に係る電子線強度分布測定方法のフローチャート（その１）である。 本発明の第１実施例に係る電子線強度分布測定装置の基本構成図（その２）である。 本発明の第２実施例に係る電子線強度分布測定装置の基本構成図（その１）である。 本発明に係る電子線強度分布測定方法のフローチャート（その２）である。 本発明の第２実施例に係る電子線強度分布測定装置の基本構成図（その２）である。 遮断手段の構成例を例示する図である。 本発明の第３実施例に係る電子線近接露光装置の基本構成図である。 本発明に係る電子線強度測定方法のフローチャート（その３）である。 本発明の第４実施例に係る電子線近接露光装置の基本構成図である。 本発明に係る電子線強度測定方法のフローチャート（その４）である。

符号の説明

１５…電子ビーム
８０…電子線検出手段
９０…電子線強度分布測定装置
９１…記憶手段
９２…比較手段
９３…強度分布生成手段
９４…遮断手段

Claims (14)

1. 電子線源により生じる電子線を試料に照射する電子線装置に設けられ、前記電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段を備え、前記電子線検出手段の出力信号に基づいて前記電子線の強度分布を生成する電子線強度分布測定装置であって、
   さらに、前記電子線検出手段を前記電子線から遮る遮断手段と、
   前記遮断手段により前記電子線から遮られた前記電子線検出手段の出力信号を記憶する記憶手段と、
   前記電子線を照射された前記電子線検出手段の出力信号と、記憶された前記出力信号と、の差分信号を出力する比較手段と、を備え、
   前記電子線の強度分布を、前記差分信号に基づき生成することを特徴とする電子線強度分布測定装置。
2. 電子線源により生じる電子線を試料に照射する電子線装置に設けられ、前記電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段を備え、前記電子線検出手段の出力信号に基づいて前記電子線の強度分布を生成する電子線強度分布測定装置であって、
   前記電子線を照射された前記電子線検出手段の出力信号を取得する第１の信号取得手段と、
   前記電子線検出手段を前記電子線から遮り、このときの前記電子線検出手段の出力信号を取得する第２の信号取得手段と、
   前記第１の信号取得手段にて取得した出力信号と、前記第２の信号取得手段にて取得した出力信号と、の差分信号を出力する比較手段と、を備え、
   前記電子線の強度分布を、前記差分信号に基づき生成することを特徴とする電子線強度分布測定装置。
3. 前記電子線検出手段は、電子受入口と、該電子受入口を通過する電子量を電気信号に変換する電子検出器とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線強度分布測定装置。
4. 前記電子線検出手段は、照射された前記電子線の電子線強度分布に応じた発光強度分布で発光する蛍光面と、前記蛍光面を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線強度分布測定装置。
5. 前記遮断手段は、
   前記電子線の行路中に設けられ、前記電子線が通過可能な領域を制限するアパチャと、
   前記電子線を、前記アパチャの前記通過可能な領域外に偏向する偏向手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子線強度分布測定装置。
6. 前記電子線検出手段は、検出する前記電子線を受け入れる開口を備え、
   前記遮断手段は、前記電子線検出手段の前記開口を遮蔽するシャッター機構を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子線強度分布測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子線強度分布測定装置を備えることを特徴とする電子線装置。
8. 試料に照射する電子線を生成する電子線源と、前記電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、前記電子線検出手段及び前記電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースと、前記インタフェースを介して取得した前記電子線検出手段の出力信号に基づいて前記電子線の強度分布を生成する電子線強度分布生成手段と、を備える電子線装置であって、
   前記電子線検出手段から前記インタフェースへの信号入力を制御する信号制御手段と、
   前記信号制御手段によって前記電子線検出手段からの信号が遮断された前記インタフェースへの入力信号を記憶する記憶手段と、
   前記電子線検出手段からの信号が入力された前記インタフェースへの入力信号と前記記憶手段に記憶された信号との差分信号を出力する比較手段と、を備え、
   電子線強度分布生成手段は、前記差分信号に基づき前記電子線の強度分布を生成することを特徴とする電子線装置。
9. 前記電子線検出手段は、電子受入口と、該電子受入口を通過する電子量を電気信号に変換する電子検出器とを備えることを特徴とする請求項８に記載の電子線装置。
10. 試料に照射する電子線を生成する電子線源と、前記電子線の強度分布を測定して、該強度分布を示す信号を出力する電子線強度分布測定手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、前記電子線強度分布測定手段及び前記電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースと、を備える電子線装置であって、
    電子線強度分布測定手段から前記インタフェースへの信号入力を制御する信号制御手段と、
    前記信号制御手段によって電子線強度分布測定手段からの信号が遮断された前記インタフェースへの入力信号を記憶する記憶手段と、
    電子線強度分布測定手段からの信号が入力された前記インタフェースへの入力信号を、前記記憶手段に記憶された信号との差分信号に補正する補正手段と、
    を備えることを特徴とする電子線装置。
11. 電子線強度分布測定手段は、照射された前記電子線の電子線強度分布に応じた発光強度分布で発光する蛍光面と、前記蛍光面を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子線装置。
12. 照射された電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段に、電子線を照射して、このときの前記電子線検出手段の出力信号を取得する第１の信号取得ステップと、
    前記電子線検出手段を前記電子線から遮り、このときの前記電子線検出手段の出力信号を取得する第２の信号取得ステップと、
    前記第１の信号取得ステップにて取得した出力信号と、前記第２の信号取得ステップにて取得した出力信号と、の差分信号を求める比較ステップと、
    前記差分信号に基づき、前記電子線の強度分布を生成する強度分布生成ステップと、を有することを特徴とする電子線強度分布測定方法。
13. 試料に照射する電子線を生成する電子線源と、前記電子線を検出してその強度を示す信号を出力する電子線検出手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、前記電子線検出手段及び前記電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースと、を備える電子線装置において、前記インタフェースを介して取得した前記電子線検出手段の出力信号に基づいて前記電子線の強度分布を測定する電子線強度分布測定方法であって、
    前記電子線検出手段からの信号入力を遮断して前記インタフェースへの入力信号を取得する第１の信号取得ステップと、
    前記電子線検出手段からの信号を入力して前記インタフェースへの入力信号を取得する第２の信号取得ステップと、
    前記第１の信号取得ステップにて取得した信号と、前記第２の信号取得ステップにて取得した信号と、の差分信号を求める比較ステップと、
    前記差分信号に基づき、前記電子線の強度分布を生成する強度分布生成ステップと、を有することを特徴とする電子線強度分布測定方法。
14. 試料に照射する電子線を生成する電子線源と、前記電子線の強度分布を測定して、該強度分布を示す信号を出力する電子線強度分布測定手段と、他の電子線検出器である電子線センサと、前記電子線強度分布測定手段及び前記電子線センサの出力信号が重畳して入力されるインタフェースと、を備える電子線装置における前記電子線の電子線強度分布測定方法であって、
    前記電子線強度分布測定手段からの信号入力を遮断して前記インタフェースへの入力信号を取得する第１の信号取得ステップと、
    前記電子線強度分布測定手段から信号を入力して前記インタフェースへの入力信号を取得する第２の信号取得ステップと、
    前記第２の信号取得ステップで取得した信号を、前記第１の信号取得ステップで取得した信号との差分信号に補正する補正ステップと、を有することを特徴とする電子線強度分布測定方法。

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