JP2946336B2 - 試料面の高さ検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子線を用いて試料面の高さを測定する装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、従来、電子線描画装置において、試料面の高
さを測定する場合には、対物レンズ近傍に光学系を別途
設け、試料面に斜めに光を入射させ、そこからの反射光
の結像位置から試料面の高さを測定していた。

また、特別の測定光のための光学系を用いずに、描画
用の電子線の合焦条件から試料の高さを求めるようにし
たものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、光を用いて高さを検出するものは、電
子光学系の近くに測定光の光学系に不可欠なガラス等の
絶縁物を設ける必要があり、これが電子線によって帯電
し、電子線の位置ドリフトあるいは非点収差を生ずる原
因となると共に、電子光学系の他に光の光学系を必要と
するため、装置が複雑、かつ高価になる欠点がある。ま
た、特別の測定光を用いた従来装置では描画面が平坦で
かつパターンが無い場合には正確な高さが測定できる
が、反射率の異るパターンがある場所や、描画面に凹凸
がある場合には正確な高さが測定できない問題点があっ
た。

他方、電子線の合焦条件から試料の高さを求めるよう
にしたものでは、対物レンズの電流を何度か変化させる
必要があるため、測定に長時間を要する問題点があっ
た。

さらに試料面の既知である２点の間隔と偏向角度、偏
向中心を用いて試料面の高さを求める測定装置は公知で
あるが実際には精度があまり良くないので実用化されて
いなかった。

そこで本発明は、高さ測定に光を用いることなく、電
子光学系を用いて試料の高さを測定するに際し、高精度
かつ高速で測定することのできる試料面の高さ測定装置
を得ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、まず、電子線
発生装置からの電子線を試料上にて集束させる集束レン
ズ系と、前記電子線を試料上で偏向走査させるための偏
向装置と、前記試料からの信号を検出する検出器と、前
記試料の表面から対物レンズの焦点距離の10分の１以下
の距離にある１点を偏向支点として試料面上の予め間隔
の分かっている２つのマークを前記電子線により走査さ
せる制御装置と、前記走査により、前記マークから得ら
れる信号を検出する前記検出器の検出信号に基づいて前
記試料面の高さを求める検出装置と、を設けたことを特
徴とする試料面の高さ検出装置であり、 また、電子線発生装置からの電子線を材料上にて集束
させる集束レンズ系と、前記電子線を試料上にて偏向走
査するための偏向装置と、前記試料からの信号を検出す
る検出器と、を少なくとも有する試料面の高さ検出装置
において、前記試料の表面の近辺を偏向支点として試料
面上の予め間隔の分かっている２つのマークを前記電子
線により走査させる偏向手段を設けると共に、前記マー
クから得られる信号を検出する前記検出器の検出信号に
基づいて前記試料の高さを求める検出装置において、上
記偏向支点を試料面より上方に設定した時のマーク間の
偏向角と、上記偏向支点を試料面より下方とした時のマ
ーク間の偏向角から試料面の高さを算出することことを
特徴とする試料面の高さ測定装置であり、 さらに、電子線発生装置からの電子線を試料上にて集
束させる集束レンズ系と、 前記電子線を試料上で偏向走査させるための偏向装置
と、 前記試料からの信号を検出する検出器と、 前記試料の表面の近辺の１点を偏向支点として試料面
上の予め間隔の分かっている２つのマークを前記電子線
により走査させる制御装置と、 前記走査により、前記マークから得られる信号を検出
前記検出器の検出信号に基づいて前記試料面の高さを求
めることを特徴とする試料面の高さ検出装置において高
さが既知の少なくとも２つのＺ位置に校正用 マークを設け、これら２組のマークでの偏向支点とマー
ク間の偏向角との関係を校正しておき、任意の試料面で
の高さはこれらの校正データを参考にして算出すること
を特徴とする検出装置である。

〔作 用〕

本発明に於いては、偏向支点と試料表面との距離を小
さく（対物レンズの像点距離の1/10程度）するので、試
料上のある程度の間隔の２つのマークを走査した時の偏
向角度は大きくなる。即ち大きい角度を持つ斜入射走査
をすることになる。従って試料のわずかな上下変動によ
ってマーク間偏向角が大きく変り、高精度の測定が可能
となる。

また、２つのマークの一度の走査で測定が行なえるの
で、２つのマークを走査位置との関係で所定の位置に持
ってくる時間を考えたとしても、迅速な測定が行なえる
ことになる。

〔実施例〕

第１図は、本発明を電子線を用いた描画装置に利用し
た場合の実施例の説明図である。

電子線発生装置20から出てきた電子線１は、縮小レン
ズ２及び焦点補正レンズ３を通り、電子線発生装置20の
電子線発生源の縮小像を位置４に結像させる。この像
は、対物レンズ７によって試料11の表面に結像される。
対物レンズ７への入射条件は軸合わせコイル５、６で決
定され、描画用偏向器８で試料上の走査が行われ、描画
が実行される。試料11は複数個のチップで構成され、第
２図に示したように、各チップにはレジストレーション
マーク12が設けられている。そして、試料11は試料移動
装置16により移動制御される。

試料11からの反射電子は、反射電子検出器10にて検出
され、検出器10の出力信号は、増幅器13にて増幅され、
制御装置14に入力される。制御装置14は、入力装置15か
らオペレータの指令、試料11の表面のパターンの設計値
等を入力し、電子線発生装置20、縮小レンズ２、焦点補
正レンズ３、軸合わせコイル５、６、描画用偏向器８、
対物レンズ７、試料移動装置16を制御する。

軸合わせコイル５、６は２段の偏向器であるから、軸
合わせコイル５、６を用いて電子線が試料上を走査する
ように制御することができ、しかも、それぞれに流す電
流比を適当な値にすることによって、偏向支点を試料11
の表面のすぐ上の位置９とするように設定できる。

本実施例は、軸合わせコイル５、６のこの性質を利用
して、試料11のレジストレーションマーク12a、12bを走
査する。この場合の電子線１の軌道を第１図に符号17で
示す。

制御装置14は入力装置15から入力される設計情報に基
づき、所定のレジストレーションマーク12a、12bの中心
が電子光学系の軸上にくるように、試料移動制御装置19
に制御指令を行い、位置９を偏向支点としてレジストレ
ーションマーク12a、12bを走査するように軸合わせコイ
ル５、６にそれぞれに流す電流値を制御する。

そして、電子線発生装置20から電子線１を射出せしめ
ると、電子線１は、第２図に示したように、レジストレ
ーションマーク12a、12bを走査する。走査に同期して増
幅器13の出力を取り込むことにより、偏向支点９から試
料11表面までの距離を知ることができる。すなわち、レ
ジストレーションマーク12a、12bの間隔2Lはあらかじめ
分かっており、また、電子線１を走査したときに、レジ
ストレーションマーク12a、12bから得られる信号を増幅
器13の出力から読み取ることにより、偏向支点９から２
つのレジストレーションマーク12a、12bを見込む角度Θ
が求まるので、偏向中心９と試料11表面までの距離Ｄを
知ることができる。

すなわち、Ｄ＝L/tanΘ、である。

そして、制御装置14は、求めた距離Ｄが所定位置にな
る様に対物レンズ７に流す電流値を制御し、距離Ｄが所
定の値になったときに、測定した２つのレジストレーシ
ョンマーク12a、12bのあるチップに設計値に応じた描画
を行うべく、描画用偏向器８に流す電流を制御する。

そして、描画が終了すると、設計値に応じて試料移動
装置16を制御し、同上のことを繰り返す。

次に、第３図を参照して測定精度について述べる。

偏向支点９と試料11表面までの距離をＤ、レジストレ
ーションマーク12a、12b間隔を2L、要求されるＺ測定精
度をdZ、マーク測定精度をdLとすると第２図の２つの相
似３角形から次の関係が得られる。

ここで例えば2L＝100μｍ、dL＝0.02μｍ、Ｄ＝2mmと
するとdZ＝２μｍが得られる。

即ち、偏向コイル２つによる偏向支点（中心）を試料
上2mmの位置に調整し、一走査でマーク間隔を測定でき
れば２μｍの精度で測定できる。

また偏向支点を試料より下へ設け、試料11より情報に
偏向支点９を設定した時の偏向角と、試料11より下方の
支点９′を偏向中心とした時のレジストレーションマー
ク12a、12bの間隔が同じ値になる条件を求め、その中間
に試料11の位置があると算出してもよい。

また、試料11の表面が変動する可能性のある範囲のＺ
位置外の２つのＺ位置に較正用マークを設け、レンズに
近い側のマークで、偏向器に最大電流を与えた時丁度マ
ークが一走査で測定できる条件に偏向支点を設定する
と、レンズに遠い側のマーク及びすべての試料面位置の
マークは検出可能になる。２つの較正用マークでの測定
値間から内挿して任意の試料面でのＺ測定を行えば、測
定の信頼性を向上することができる。

以上の説明では、電子線描画装置に本発明を適用した
例を上げたが、本発明を適用するのは電子線描画装置に
限られず、広く電子線を用いた試料面の高さ検出装置と
してとらえることができる。そして、上記実施例では電
子光学系の２つの軸合わせコイル５、６を用いて高さ検
出のための走査を行なわせていたが、軸合わせコイル
５、６を兼用することは必ずしも必要なことではなく、
高さ検出専用の走査手段を設けてもよいことは当然のこ
とである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、 （１） 光の光学系が不要となるため、電子光学系が簡
略化され、光光学系の絶縁物による悪影響もないので、
ビームが安定する、 （２） 対物レンズのレンズ電流を変えて合焦条件から
Ｚを求める方法に比べて、単にビームを複数回走査する
だけであるから測定時間が大幅に短縮される、 （３） 偏向支点を試料面近くに設定するため、測定精
度を向上することができる、等の効果がある。

さらに本発明の実施例によれば試料面の前方と後方と
に偏向支点を設けた場合のデータから測定することによ
り、さらに高精度な測定を行なうことができ、また、２
つの高さの異る位置での較正用マークを走査した時のデ
ータを参照することにより、測定値の信頼性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を電子線描画装置に適用した場合のブロ
ック図、第２図は電子線の偏向支点と２つのレジストレ
ーションマークとの関係を示す拡大図、第３図は測定精
度を説明するための線図、である。 〔主要部分の符号の説明〕 ５、６……軸合せコイル、９……偏向支点、 10……反射電子検出器、14……制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 15/00 - 15/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子線発生装置からの電子線を試料上にて
   集束させる集束レンズ系と、 前記電子線を試料上で偏向走査させるための偏向装置
   と、 前記試料からの信号を検出する検出器と、 前記試料の表面から対物レンズの焦点距離の10分の１以
   下の距離にある１点を偏向支点として試料面上の予め間
   隔の分かっている２つのワークを前記電子線により走査
   させる制御装置と、 前記走査により、前記マークから得られる信号を検出前
   記検出器の検出信号に基づいて前記試料面の高さを求め
   ることを特徴とする試料面の高さ検出装置。
2. 【請求項２】電子線発生装置からの電子線を試料上にて
   集束させる集束レンズ系と、 前記電子線を試料上で偏向走査させるための偏向装置
   と、 前記試料からの信号を検出する検出器と、 を少なくとも有する試料面の高さ検出装置において、 前記試料の表面の近辺を偏向支点として試料面上の予め
   間隔の分かっている２つのマークを前記電子線により走
   査させる偏向手段を設けると共に、前記マークから得ら
   れる信号を検出する前記検出器の検出信号に基づいて前
   記試料面の高さを求める検出装置において、 上記偏向支点を試料面より上方に設定した時のマーク間
   の偏向角と、上記偏向支点を試料面より下方とした時の
   マーク間の偏向角から試料面の高さを算出することを特
   徴とする試料面の高さ検出装置。
3. 【請求項３】電子線発生装置からの電子線を試料上にて
   集束させる集束レンズ系と、 前記電子線を試料上で偏向走査させるための偏向装置
   と、 前記試料からの信号を検出する検出器と、 前記試料の表面の近辺にある１点を偏向支点として試料
   面上の予め間隔の分かっている２つのマークを前記電子
   線により走査させる制御装置と、 前記走査により、前記マークから得られる信号を検出前
   記検出器の検出信号に基づいて前記試料面の高さを求め
   る装置において、 高さが既知の少なくとも２つのＺ位置に校成用マークを
   設け、これら２組のマークでの偏向支点とマーク間の偏
   向角との関係を校正しておき、任意の試料面での高さは
   これらの校正データを参考にして算出することを特徴と
   する試料面の高さ検出装置。