JP3274212B2 - 電子線検出器及びそれを用いた電子線描画装置 - Google Patents
電子線検出器及びそれを用いた電子線描画装置Info
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Description
に用いられる電子線検出器及びそれを用いた電子線描画
装置に係り、特に、一括図形照射方式を可能にする技術
に関する。
非点収差補正などの電子光学系調整を行う際には、矩形
またはポイント状の電子ビームを用いていた。例えば、
矩形またはポイント状の電子ビームで十字のワイヤ上を
X、Y方向にそれぞれ走査し、電子検出器により透過電
子、あるいは反射電子を検出する。そして、その信号を
走査距離に対して一次微分すると、用いた電子ビームの
X、Y方向のビームプロファイルが得られる。したがっ
て、このプロファイルをもとにして、電子ビームの焦点
合せや非点収差補正などの電子光学系の調整が行われて
いた。
術は、電子ビームの形状が矩形またはポイント状の場合
を対象としたもので、一括図形照射方式のように電子ビ
ームの形状が複雑な図形形状をしている場合には、適用
することはできない。例えば、電子ビームの形状が図9
のように斜めパターンを有する台形状の場合には、X方
向の走査ではビームプロファイルの立ち上りは1μm以
下とはならず、0.1μmレベルの解像度でエッジシャ
ープネスを計測することは極めて困難である。したがっ
て、上記の従来法をそのまま一括図形照射方式の電子ビ
ームに適用することはできない。
なされたもので、一括図形照射方式においても、簡便
に、かつ、高精度に電子光学系の調整を行うことができ
る電子線検出器及びそれを用いた電子線描画装置を提供
することを目的とする。
に、本発明の電子線検出器は、試料面の位置に配置され
た孔径がサブミクロンの孔を有し、電子の飛程より薄い
第1の基板と、前記第1の基板の下に配置された前記第
1の基板の孔より孔径の大きい孔を有し、かつ、電子の
自由工程の10倍よりも厚い第2の基板と、前記第2の
基板の下に前記第2の基板とは分離して配置された電子
線を検出する検出器を具備することを特徴とする。ま
た、本発明の電子線描画装置は、電子源と、前記電子源
からの電子線をアパーチャにより図形ビームに成形する
手段と、成形された図形ビームを試料に照射する対物レ
ンズと、図形ビームが通過する孔を有し、試料面位置に
配置された第1の基板と、前記第1の基板からの散乱ビ
ームを遮断する電子の自由工程の10倍よりも厚い厚さ
を有し、図形ビームの一部が通過する孔を有する第2の
基板と、前記第2の基板とは分離され、前記第2の基板
の孔を通過した電子ビームを検出する検出器を具備する
ことを特徴とする。
同一面上にある微小孔の上を、一括図形照射の電子ビー
ムで走査する。この微小孔を通過した電子は、そのまま
下方にある電子検出器で検出されるので、この検出信号
により、複雑な形状の図形電子ビームでも、微小孔の孔
径の解像度で電子ビームの形状を観測することができ
る。したがって、微小孔の孔径を描画図形の最小寸法よ
りも十分に小さくすることにより、十分に高い解像度で
図形電子ビームの形状が観測できる。そして、得られた
図形のエッジシャープネスやコントラストを最大にする
ことにより、電子光学系の調整がなされる。
孔を設けるためには、その基板の厚さを十分に薄くする
必要があり、通常の電子線描画装置で用いられる電子の
飛程よりも、可成り薄くしなければならない。このた
め、微小孔以外の基板部分を照射した電子は基板を透過
し、下方に洩れ出る。しかし、基板の厚さが電子の平均
自由行程の10倍よりも厚い場合には、殆どの電子は基
板内で大きな角度で散乱されるので、微小孔の基板と電
子検出器との間に制限絞りを設けることによって、殆ど
大部分の散乱電子を阻止することができる。こうして、
非常に高いコントラストで電子ビームの図形信号が得ら
れ、電子光学系の調整を精密に行うことができるように
なる。
複雑な図形の電子ビームを用いるよりも、できるだけ単
純な形状の電子ビームを用いる方が良い。例えば、ライ
ンアンドスペースパターンの場合には、ラインに垂直な
方向の走査により、図2のような検出信号が得られるの
で、これらのピークの大きさが最大になるようにすれ
ば、電子光学系の焦点が最も合った条件が見出される。
また、X、Y方向に規則正しく並んだドット状の電子ビ
ームを用いれば、X、Y両方向に対して上記のような信
号を得ることができるので、二次元的な電子光学系の調
整が可能になる。
ば、従来法のように検出信号を微分する必要がないの
で、その面からも十分にS/N比の高い検出信号が得ら
れ、容易に、かつ、高精度での電子光学系の調整が可能
になる。
電子線描画装置における電子光学系の全体構成図であ
り、図1は、その図形電子ビームの形状を観測するため
の信号検出部の構成図である。
れた電子ビームは第1アパーチァ9で或る大きさに制限
され、転写レンズ11により第2アパーチァ12上に投
影される。第2アパーチァ12上には、電子ビームを各
種の図形に成形するための図形アパーチァが多数個設け
られており、図形選択偏向器10で電子ビームを偏向し
て、それらの図形を選択する。第2アパーチァ12によ
り描画図形に成形された電子ビームは、振り戻し偏向器
13、縮小レンズ14、対物絞り15、対物レンズ16
により試料面17に結像され、露光される。
点収差補正などの電子光学系の調整を行うためには、上
記試料面17とほぼ同一面上にある微小孔3を有する基
板を試料移動装置(図示せず)により移動し、この微小
孔3が図形電子ビームの直下に位置するようにする。
ームの形状観測について述べる。
ほぼ同一面に設けられた厚さ1μmのシリコン基板2
に、0.25μm角の微小孔3が開けられている。そし
て、その上を加速電圧50kVの図形電子ビーム1(全
体寸法が5μm角、ライン幅が0.3μmのラインアン
ドスペースパターン)で走査する。微小孔3を通過した
透過電子5は電子検出器4により検出され、図形電子ビ
ーム1の形状信号となる。ここでシリコン基板2の厚さ
(1μm)は電子ビームの飛程よりも薄いので、シリコ
ン基板2を透過した電子も一部、電子検出器4に混入し
てくる。しかし、これらの電子はシリコン基板2内で大
きな角度で散乱するので、電子検出器4に入射する確率
は1/10以下と低く、したがって、シリコン基板2の
微小孔3を通過した透過電子5により、ある一定のコン
トラストで図形電子ビーム1の形状信号が得られる。
状信号の解像度は微小孔3の大きさで決まり、本実施例
では、ほぼ0.25μmの解像度で図形電子ビーム1の
形状が再現できる。また、本実施例の場合、図形電子ビ
ーム1の形状はライン幅が0.3μmのラインアンドス
ペースパターンなので、比較的忠実にラインアンドスペ
ースパターンの形状信号が得られる。したがって、これ
らの形状信号から図形電子ビーム1のエッジシャープネ
スが判定でき、焦点合せや非点収差補正などの電子光学
系の調整ができるようになる。例えば、図4は、このよ
うにして得られた信号からバックグラウンドを差引いた
図形電子ビーム1の形状信号である。図中の(a)、
(b)、(c)は、電子線描画装置の対物レンズ16の
励磁を僅かに変えた場合の信号を示している。焦点が合
っているときは山の高さが高くなり、パターンの分離も
良くなる。したがって、図では励磁2(b)の場合が、
最も焦点が合った条件であることになる。こうして、図
形電子ビーム1の焦点合せが正しく行える。
線描画装置では、図3に示したように、電子ビームを図
形選択偏向器10によって偏向して、第2アパーチァ1
2の上にある様々な図形を選択する。このとき、電子ビ
ームは光軸から外れ、またその外れ量も図形ごとに変化
するので、電子ビームに非点収差が発生したり変化した
り、また、選択する図形の開口率によって電子ビーム量
が変化するので、これにより焦点条件が変化したりす
る。したがって、予め描画の前に、実際に描画に用いる
図形電子ビームを用いて、各図形ごとに焦点や非点収差
の補正量を測定し、記憶しておく。そして、これにより
描画の際に、電子光学系の微細な調整を行う。
たびに電子光学系の調整を精密に行うことができるよう
になり、一括図形照射方式により、0.2μmのライン
アンドスペースパターンを精度良く描画することができ
るようになった。このように、選択する各図形ごとに電
子光学系の調整を行うことができることが、本発明の一
つの大きな特長である。
図5に示す。ここでは、厚さ1μmのシリコン基板2に
0.1μm角の微小孔3が設けられている。また、シリ
コン基板2と電子検出器4との間に、孔径0.5mmの
制限絞り7が設けられている。これにより、シリコン基
板2内で散乱された散乱電子6の殆ど大部分は遮断さ
れ、電子検出器4に到達できない。このため、検出信号
のうち、微小孔3を通過した透過電子5と散乱電子6の
占める比率を60:1にまで高めることができた。
しており、孔径を小さくすることにより、さらに向上す
ることも可能である。図6は制限絞り7の孔径の見込み
角と、透過電子5と散乱電子6の比率との関係を示した
グラフである。このように、本実施例では制限絞り7の
設置により、実施例1に比較して極めてコントラストの
良い形状信号を得ることができるようになった。
設けたので、0.1μmの解像度で図形電子ビーム1の
調整が可能である。実施例1と同様に図形電子ビーム1
を走査することにより、図形電子ビーム1の形状信号が
得られ、そのエッジシャープネスが最大になるように電
子光学系の調整を行う。これにより、最終的には、0.
15μmのラインアンドスペースパターンまで、一括図
形照射方式で精度良く描画することができた。
描画に用いる図形の電子ビームを用いたが、図7に示す
ラインアンドスペースパターンや、図8のドットパター
ンを調整用パターンとして準備することにより、装置の
稼動初期における電子光学系の調整を容易に、かつ、精
度良く行うことができる。例えば、図8のドットパター
ンを用いると、X、Y両方向に対して、同時に、図4に
類似した信号を得ることができ、特に、電子光学系の非
点収差の調整が容易になる。
ムの形状信号をそのまま電子光学系の調整に用いるの
で、従来技術の微分による信号処理に比べて、極めて雑
音に対して強く、高精度の調整が可能になる。
線検出器及びそれを用いた電子線描画装置では、微小孔
により図形電子ビームの形状を高い解像度で、しかも高
いS/N比で検出できるので、一括図形照射方式の電子
光学系の調整を、容易に、かつ、高精度に行うことがで
きる。
ムの形状信号を検出する概略構成図である。
パターン)の1例である。
の電子光学系の全体構成図である。
件における形状信号の1例である。
ムの形状信号を検出する概略構成図である。
り見込み角度と、透過電子/散乱電子の比率との関係を
示すグラフである。
ンの図である。
Claims (5)
- 【請求項1】試料面の位置に配置された孔径がサブミク
ロンの孔を有し、電子の飛程より薄い第1の基板と、前
記第1の基板の下に配置された前記第1の基板の孔より
孔径の大きい孔を有し、かつ、電子の自由工程の10倍
よりも厚い第2の基板と、前記第2の基板の下に前記第
2の基板とは分離して配置された電子線を検出する検出
器を具備することを特徴とする電子線検出器。 - 【請求項2】前記検出器が半導体固体検出器であること
を特徴とする請求項1記載の電子線検出器。 - 【請求項3】電子源と、前記電子源からの電子線をアパ
ーチャにより図形ビームに成形する手段と、成形された
図形ビームを試料に照射する対物レンズと、図形ビーム
が通過する孔を有し、試料面位置に配置された第1の基
板と、前記第1の基板からの散乱ビームを遮断する電子
の自由工程の10倍よりも厚い厚さを有し、図形ビーム
の一部が通過する孔を有する第2の基板と、前記第2の
基板とは分離され、前記第2の基板の孔を通過した電子
ビームを検出する検出器を具備することを特徴とする電
子線描画装置。 - 【請求項4】前記検出器が半導体固体検出器であること
を特徴とする請求項3記載の電子線描画装置。 - 【請求項5】前記図形ビームの形状がラインアンドスペ
ース状、あるいは規則正しく並んだドット状のいずれか
であることを特徴とする請求項3記載の電子線描画装
置。
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