JP4135219B2 - 荷電粒子線写像投影光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線写像投影光学系に関し、特に電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線を用いて物体面の観察、検査等を行うための荷電粒子線写像投影光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より微細化、高集積化した半導体素子等の観察、検査をするために、電子ビーム等を用いた荷電粒子線顕微鏡が多く用いられている。荷電粒子線顕微鏡の中には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の他に、写像型電子顕微鏡と呼ばれるものがある。
走査型電子顕微鏡が、いわゆる点から点への照明・結像を行う顕微鏡であるのに対して、写像型電子顕微鏡は、面から面への照明・結像が可能な顕微鏡である。近年、こうした写像型電子顕微鏡の荷電粒子線写像投影光学系の開発が盛んに行われている。
【０００３】
荷電粒子線光学系の構成を、以下簡単に説明する。まず、電子銃より発せられた１次電子ビーム（照射用電子線）は、１次光学系（照射光学系）を通過して、イー・クロス・ビー（Ｅ×Ｂ）と呼ばれる電磁プリズムに入射する。イー・クロス・ビーを通過した後の１次電子ビームは、カソードレンズ（対物光学系）を通過して、その断面形状が線形状又は矩形状又は円、楕円状である電子ビームとなって、試料を落射照明する。試料に１次電子ビームが照射されると、試料で反射する比較的エネルギーの高い反射電子ビームと、試料から放出される低エネルギーの２次電子ビームとが発生する。これらの電子ビームのうち、通常、２次電子ビームが結像に用いられる。
２次電子ビーム（観察用電子線）は、カソードレンズを通過して、イー・クロス・ビーに入射する。イー・クロス・ビーを通過した２次電子ビームは、２次光学系（結像光学系）を通過して、電子ビーム検出器に入射する。この電子ビーム検出器に入射した２次電子ビームの情報を基に、試料の観察、検査等を行うことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の荷電粒子線光学系を用いて、試料を精度良く迅速に観察、検査するためには、その観察、検査に係る試料の位置（座標）を、正確に把握する必要がある。そのため、荷電粒子線光学系にオフアクシス光学系を設置することが考えられる。
オフアクシス光学系を用いた場合のアライメントを、以下簡単に説明する。まず、ステージを移動させて、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にて、ステージ上の基準マークを検出して、ベースライン（オフアクシス量）を求める。次に、試料上のアライメントマークをオフアクシス光学系にて検出する。これにより、ステージ上での試料の相対的な位置が確定するので、その後、前に求めたベースラインに応じてステージを移動させ、荷電粒子線光学系にて試料の観察、検査を行う。
【０００５】
しかし、光を用いた光学顕微鏡をオフアクシス光学系として用い、一般的に光学式露光装置等で用いるライン・アンド・スペース・パターンを基準マークとした場合、荷電粒子線光学系でそのライン・アンド・スペース・パターンを検出することは難しかった。
また、スクライブラインのような溝形状を基準マークとした場合、光学顕微鏡では充分検出できても、荷電粒子線光学系では充分検出できなかった。
すなわち、光で良く見えるマークであっても、必ずしも荷電粒子線では良く見えず、荷電粒子線光学系とオフアクシス光学系の双方にとって最適な基準マークを選ぶことが難しかった。
したがって本発明は、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にとって、最適な基準マークを用いて、試料を精度良く迅速に観察、検査することが可能な荷電粒子線光学系を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、添付図面に付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、照射線源（１５）から発した照射用荷電粒子線（Ｓ）を照射光学系を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）を通過した照射用荷電粒子線（Ｓ）を対物光学系（５）を介して物体面（３０）に入射させ、物体面（３０）から放出された観察用荷電粒子線（Ｋ）を対物光学系（５）を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）によって照射線源（１５）に至る方向とは異なる方向に観察用荷電粒子線（Ｋ）を導き、光路切換手段（６）を通過した後の観察用荷電粒子線（Ｋ）を結像光学系を介して検出手段（１４）に入射させる荷電粒子線写像投影光学系において、物体面（３０）の位置に配置できるように、アライメント用荷電粒子線（Ｔ）を発するアライメント用線源（１ａ）を設け、物体面（３０）と同一の平面上に基準マーク（１ｂ、１ｃ）を設け、基準マーク（１ｂ、１ｃ）を検出するオフアクシス光学系を、対物光学系（５）、光路切換手段（６）及び結像光学系とは別に設けたことを特徴とする荷電粒子線写像投影光学系である。
【０００７】
また本発明は、照射線源（１５）から発した照射用荷電粒子線（Ｓ）を照射光学系を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）を通過した照射用荷電粒子線（Ｓ）を対物光学系（５）を介して物体面（３０）に入射させ、物体面（３０）から放出された観察用荷電粒子線（Ｋ）を対物光学系（５）を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）によって照射線源（１５）に至る方向とは異なる方向に観察用荷電粒子線（Ｋ）を導き、光路切換手段（６）を通過した後の観察用荷電粒子線（Ｋ）を結像光学系を介して検出手段（１４）に入射させる荷電粒子線写像投影光学系において、物体面（３０）と同一の平面内で移動可能に、アライメント用荷電粒子線（Ｔ）を発するアライメント用線源（１ａ）を設け、アライメント用線源（１ａ）を検出するオフアクシス光学系を、対物光学系（５）、光路切換手段（６）及び結像光学系とは別に設けたことを特徴とする荷電粒子線写像投影光学系である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１〜５は、本発明による荷電粒子線光学系の第１実施例を示す。図１は、荷電粒子線光学系の概略図を示す。荷電粒子線光学系の外観部は、主に１次コラム２と２次コラム３とチャンバー４とで構成されている。それらには、真空排気系（不図示）が設置されている。そして、真空排気系のターボポンプによる排気によって、荷電粒子線光学系の内部は真空状態になっている。チャンバー４の内部には、Ｘステージ駆動部３５によってＸ方向に移動可能なＸステージ３１と、Ｙステージ駆動部（不図示）によってＹ方向に移動可能なＹステージ３２が設置されている。Ｘステージ３１上には、基準板１、試料３０、Ｘ移動鏡３３、Ｙ移動鏡（不図示）が載置されている。
【０００９】
図１に示すように、１次コラム２の内部に設置された電子銃１５から照射される１次電子ビームＳは、１次光学系を通過して、イー・クロス・ビー６に入射する。ここで、１次光学系は、視野絞りＦＳ１、照射レンズ１７、１８、１９、アライナ２３、２４、スキャン用アライナ２５、アパーチャ２６等で構成されている。また、照射レンズ１７、１８、１９は電子レンズであり、例えば円形レンズ、４極子レンズ、８極子レンズ等が用いられる。
１次電子ビームＳは、イー・クロス・ビー６によって、その光路が偏向された後、開口絞りＡＳに達し、この位置で電子銃１５のクロスオーバーの像を形成する。開口絞りＡＳを通過した１次電子ビームＳは、第１アライナ９を通過した後、カソードレンズ５によるレンズ作用を受けて、試料３０をケーラー照明する。
【００１０】
試料３０に１次電子ビームＳが照射されると、試料３０からは、その表面形状、材質分布、電位の変化等に応じた分布の２次電子ビームＫ及び反射電子ビームが発生する。このうち、主に２次電子ビームＫが観察用電子ビームとなる。２次電子ビームＫの初期エネルギーは低く、０．５〜２ｅＶ程度である。
試料３０から放出された２次電子ビームＫは、カソードレンズ５、第１アライナ９、開口絞りＡＳ、イー・クロス・ビー６、２次光学系の順に通過した後、電子ビーム検出器１４に入射する。ここで２次光学系は、結像レンズ前群７、結像レンズ後群８、スティグメータ１２、１３、第２アライナ１０、第３アライナ１１、視野絞りＦＳ２等で構成されている。また、視野絞りＦＳ２は、カソードレンズ５と結像レンズ前群７に関して、試料３０と共役な位置関係となっている。また、２次光学系の結像レンズ前群７及び結像レンズ後群８は電子レンズであり、例えば円形レンズ、４極子レンズ、８極子レンズ等が用いられる。
【００１１】
電子ビーム検出器１４の検出面に入射した２次電子ビームＫは、２次光学系によって、拡大された試料３０の像を形成する。ここで、電子ビーム検出器１４は、電子を増幅するためのＭＣＰ（Micro Channel Plate）と、電子を光に変換するための蛍光板と、真空状態に保たれた２次コラム３の外部に変換された光を放出するための真空窓とから構成されている。
電子ビーム検出器１４から放出された光、すなわち試料３０の光学像は、リレーレンズ４０を透過して、ＣＣＤ等の撮像素子４１に入射される。そして、撮像素子４１に入射した光は、光電信号に変換されて、第１コントロールユニット４２に伝達される。更に、第１コントロールユニット４２に伝達された光電信号は、画像信号に変換されて、ＣＰＵ４３に伝達される。この画像信号がディスプレイ４４に伝達され、試料３０の像はディスプレイ４４上に表示されることになる。
【００１２】
またＣＰＵ４３は、その制御信号を第１電圧制御部４５、第２電圧制御部４６、電磁界制御部（不図示）に送る。ここで、第１電圧制御部４５は１次光学系の電圧制御を行い、第２電圧制御部４６はカソードレンズ５、第１アライナ９、２次光学系の電圧制御を行い、電磁界制御部はイー・クロス・ビー６の電磁界制御を行う。
またＣＰＵ４３にて、その制御信号をＸステージ駆動部３５、Ｙステージ駆動部に送信し、Ｘ干渉計３４、Ｙ干渉計（不図示）からステージの位置情報を受信することで、複数の試料の観察、検査を順次行うことができる。
【００１３】
一方、本第１実施例による荷電粒子線光学系は、オフアクシス光学系として光学顕微鏡を備えている。レーザーダイオード等の光源（不図示）から導かれたファイバ５１より射出されたアライメント用光束Ａは、レンズ５２によって収束光となり、ハーフミラー５３に入射する。ハーフミラー５３で反射したアライメント用光束Ａは、真空窓５４に入射する。ここで、真空窓５４は、真空状態に保たれた２次コラム３の内部及び外部へアライメント用光束Ａを入出射するための平行板である。真空窓５４を透過したアライメント用光束Ａは、ミラー５５で反射した後、対物レンズ５６中の開口絞り（不図示）上に結像し、透過して、Ｘステージ３１上の物体面をケーラー照明する。
【００１４】
物体面で反射したアライメント用光束Ａは、対物レンズ５６、ミラー５５、真空窓５４を通過した後、ハーフミラー５３に入射する。ハーフミラー５３を透過したアライメント用光束Ａは、指標板６０、レンズ５７を透過した後、ＣＣＤ５８に入射して、ＣＣＤ５８上に物体面の像を形成する。このときのＣＣＤ５８上の像による光電信号は、第２コントロールユニット５９に伝達され、そこで画像信号に変換された後、ＣＰＵ４３に伝達される。
なお、本第１実施例では、オフアクシス光学系のＣＣＤ５８からＣＰＵ４３に至る信号処理を画像処理としたが、その代わりに、一般的に光学式投影露光装置で用いているＬＳＡ（Laser Step Alignment）やＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）としても良い。
また、本第１実施例では、オフアクシス光学系の光路分割手段として、ハーフミラー５３を用いたが、その代わりに、偏向ビームスプリッターを用いても良い。
【００１５】
次に図２にて、イー・クロス・ビー６の構成作用について説明する。同図（Ａ）に示すように、電子銃１５から発せられた１次電子ビームＳは、１次光学系によるレンズ作用を受けて収束し、イー・クロス・ビー６に入射した後、イー・クロス・ビー６の偏向作用によりその軌道（光路）が曲げられる。
これは、同図（Ｂ）に示すように、互いに直交する電界Ｅと磁界Ｂの中を、電荷ｑの電子（１次電子ビームＳ）が、＋Ｚ方向に速度ｖにて進むとき、−Ｘ方向に働く電界による力ＦE（＝ｑＥ）と磁界による力ＦB（＝ｑｖＢ）との合力を受けるためである。これによって、１次電子ビームＳの軌道は、ＸＺ平面内で曲げられる。
【００１６】
一方、１次電子ビームＳが照射された試料３０から発生した２次電子ビームＫは、カソードレンズ５によるレンズ作用を受けて、カソードレンズ５の焦点位置に配置される開口絞りＡＳを通過し、イー・クロス・ビー６に入射した後、イー・クロス・ビー６をそのまま直進する。
これは、以下の理由による。図２（Ｃ）に示すように、互いに直交する電界Ｅと磁界Ｂの中を、電荷ｑの電子（２次電子ビームＫ）が、−Ｚ方向に速度ｖにて進むとき、−Ｘ方向に働く電界による力ＦEと、＋Ｘ方向に働く磁界による力ＦBとの合力を受ける。このとき、電界による力ＦEと磁界による力ＦBとの絶対値は、等しく（Ｅ＝ｖＢ）なるように、すなわちウィーン条件を満たすように設定されている。したがって、電界による力ＦEと磁界による力ＦBとは互いに相殺され、２次電子ビームＫが受ける見かけ上の力はゼロになり、２次電子ビームＫはイー・クロス・ビー６の中を直進することになる。
以上のように、イー・クロス・ビー６は、そこを通過する電子ビームの光路を選択する、いわゆる電磁プリズムとしての機能をもつ。
【００１７】
次に図３にて、第１実施例による荷電粒子線光学系の基準板１の構成について説明する。基準板１上には、点パターン１ａと、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃが形成されている。
点パターン１ａは、荷電粒子線によるリソグラフィー工法によって、冷陰極上に形成した自己発光パターンである。点パターン１ａは、例えば直径８０ｎｍ程度の円形状である。そして、この点パターン１ａは、アライメント用電子ビームＴを発するアライメント用線源、すなわち荷電粒子線光学系用の基準マークとなる。ここで、冷陰極とは、初期エネルギーが低い電子ビームを放出する、いわゆる自己発光型の線源である。この初期エネルギーの値は、前述した試料３０から放出される２次電子ビームＫの初期エネルギーの値に近似している。冷陰極１としては、例えばＭＯＳ型トンネル冷陰極、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ｉ−Ｓｉ／ｎ−Ｓｉ陰極、シリコンフィールドエミッター等がある。
【００１８】
他方、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃは、例えば基準板１のシリコン基板上のメタルに、幅４μｍにて等間隔に配列した縦横の線状パターンであり、光学式投影露光装置にて形成した試料３０上のアライメントマークと同形状となっている。そして、このライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃは、オフアクシス光学系用の基準マークとなる。
ここで、点パターン１ａと、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃとの相対的な位置は既知となっている。
【００１９】
なお、本第１実施例では、オフアクシス光学系用の基準マークとして、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃを用いている。ところが、このオフアクシス光学系用の基準マークは、オフアクシス光学系での検出に適した幾何学パターンであれば良いので、オフアクシス光学系用の基準マークを、荷電粒子線光学系用の基準マークと共通のマーク、すなわち冷陰極上に形成した点パターン１ａとすることもできる。その際、基準板１上のライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃは不要となる。
【００２０】
次に図４及び図５にて、第１実施例の冷陰極を用いた場合の荷電粒子線光学系のアライメントについて簡単に説明する。まず図４のように、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部を介して、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動させて、Ｘステージ３１上の基準板１の点パターン１ａを荷電粒子線光学系のカソードレンズ５下方に配置する。更に、ＣＰＵ４３に送られる電子ビーム検出器１４で検出した点パターン１ａの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、点パターン１ａの位置が、正確に荷電粒子線光学系の光軸位置となるように調整する。
【００２１】
次に図５のように、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動させて、Ｘステージ３１上の基準板１のライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃを、オフアクシス光学系の対物レンズ５６下方に配置する。更に、ＣＰＵ４３に送られるＣＣＤ５８で検出したライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃと、オフアクシス光学系の指標板６０のパターンとを一致させる。
前述したように、点パターン１ａと、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃとの相対的な位置関係は既知であるので、上記手順を経て、荷電粒子線光学系の光軸とオフアクシス光学系の光軸との距離、いわゆるベースラインＢＬを求めることができる。
【００２２】
以上のように、ベースラインＢＬを求めた後、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動させて、Ｘステージ３１上の試料３０をオフアクシス光学系の対物レンズ５６下方に配置する。更に、ＣＰＵ４３に送られるＣＣＤ５８で検出した試料３０上のアライメントマークの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、試料３０上のアライメントマークと、オフアクシス光学系の指標板６０のパターンとを一致させる。
ここで、試料３０と、試料３０上のアライメントマークの相対的な位置関係は既知であるので、Ｘステージ３１上での試料３０の位置が確定する。最後に、試料３０が荷電粒子線光学系の照射位置に配置されるように、前に求めたベースラインＢＬに応じて、Ｘステージ３１及びＹステージを移動させた後、試料３０の観察、検査を行う。
【００２３】
以上のように、本第１実施例によれば、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にとって、それぞれ最適な基準マークを選択することができるので、試料３０を精度良く迅速に観察、検査することが可能になる。
なお、本第１実施例によるオフアクシス光学系用の基準マークは、基準板１の一部に、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃ等の幾何学パターンを形成したものであったが、その代わりに、幾何学パターンを形成した面発光レーザを用いても良い。その際、図１における照明系、すなわち、光源、ファイバ５１、レンズ５２、ハーフミラー５３は不要となる。
また、本第１実施例によるオフアクシス光学系は、その結像倍率を上げることによって、単なるアライメント用顕微鏡としてではなく、レビュー用顕微鏡として用いることもできる。
【００２４】
次に図６にて、本発明による荷電粒子線光学系の第２実施例を示す。図６は、荷電粒子線光学系の概略図を示す。本第２実施例では、オフアクシス光学系として、前記第１実施例の光学顕微鏡の代わりに、写像型電子顕微鏡を用いている。そして、荷電粒子線光学系とオフアクシス光学系の共通の基準マークとして、基準板１の冷陰極上に形成した点パターン１ａを用いている。
点パターン１ａより放出したアライメント用電子ビームＴは、カソードレンズ６１、結像光学系の順に通過した後、電子ビーム検出器１４に入射する。ここで結像光学系は、荷電粒子線光学系の２次光学系と同様に、開口絞りＡＳ３、結像レンズ前群６２、視野絞りＦＳ３、結像レンズ後群６３等で構成されている。
電子ビーム検出器１４に入射したアライメント用電子ビームＴは、結像光学系によって、点パターン１ａの像を形成する。この点パターン１ａの像は、電子ビーム検出器１４にて光学像に変換された後、リレーレンズ６４を透過して、撮像素子４１に入射される。そして、撮像素子４１に入射した光は、光電信号に変換されて、第１コントロールユニット４２に伝達される。更に、第１コントロールユニット４２に伝達された光電信号は、画像信号に変換されて、ＣＰＵ４３に伝達される。
【００２５】
ＣＰＵ４３に送られる撮像素子４１で検出した点パターン１ａの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、点パターン１ａの位置が、正確にオフアクシス光学系の光軸位置となるように調整する。
以下、前記第１実施例と同様に、ベースラインＢＬを求めた後、試料３０の観察、検査を行う。
以上のように、本第２実施例においても、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にとって、それぞれ最適な基準マークを選択することができるので、試料３０を精度良く迅速に観察、検査することが可能になる。
なお本第２実施例では、オフアクシス光学系として、写像型電子顕微鏡を用いているが、その代わりに、走査型電子顕微鏡を用いても良い。
本実施例でも第１実施例と同様に、アライメントでもレビューをも行える。前記レビューを行う際に、オフアクシス光学系として走査型電子顕微鏡を用いると、容易に高倍率を得ることができる。
【００２６】
なお本第１及び第２実施例では、基準板１上の荷電粒子線光学系用の基準マークに、点パターン１ａを用いたが、その代わりに、ライン・アンド・スペース・パターン、十字マーク、Ｌ字マークを用いても良い。
また本実施例では、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系の位置を固定して、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動することで、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系に対して、試料３０及び基準板１を相対移動させているが、それとは逆に、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を固定して、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系を移動させても良い。
【００２７】
また本実施例では、イー・クロス・ビー６にて、１次電子ビームＳの軌道を曲げ、２次電子ビームＫを直進させているが、これとは逆に、１次電子ビームＳを直進させ、２次電子ビームＫの軌道を曲げる構成としても良い。
また本実施例では、電子ビームを用いた荷電粒子線光学系について示したが、電子ビームの代わりに、イオンビームを用いた荷電粒子線光学系としても良い。
また本実施例の荷電粒子線光学系は、観察装置及び検査装置の単体装置としてではなく、半導体露光装置等にも簡単に応用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明では、荷電粒子線写像投影光学系に最適な基準マークとして、自己発光するアライメント用線源を用い、オフアクシス光学系にとっても最適な基準マークを選択することで、試料を精度良く迅速に観察、検査することが可能な荷電粒子線写像投影光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による荷電粒子線光学系を示す概略図である。
【図２】荷電粒子線光学系のイー・クロス・ビーの（Ａ）概略図と、（Ｂ）１次電子ビームに作用する電界と磁界を示す概略図と、（Ｃ）２次電子ビームに作用する電界と磁界を示す概略図である。
【図３】荷電粒子線光学系の基準板上の基準マークを示す概略図である。
【図４】本発明の第１実施例による荷電粒子線光学系にて基準マークを検出している状態を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施例による荷電粒子線光学系のオフアクシス光学系にて基準マークを検出している状態を示す概略図である。
【図６】本発明の第２実施例による荷電粒子線光学系を示す概略図である。
【符号の説明】
１…基準板
１ａ…点パターン
１ｂ、１ｃ…ライン・アンド・スペース・パターン
２…１次コラム ３…２次コラム
４…チャンバー ５、６１…カソードレンズ
６…イー・クロス・ビー
７、６２…結像レンズ前群 ８、６３…結像レンズ後群
９…第１アライナ １０…第２アライナ
１１…第３アライナ
１２、１３…スティグメータ
１４…電子ビーム検出器 １５…電子銃
１７、１８、１９…照射レンズ
２３、２４…アライナ ２５…スキャン用アライナ
２６…アパーチャ ３０…試料
３１…Ｘステージ ３２…Ｙステージ
３３…Ｘ移動鏡 ３４…Ｘ干渉計
３５…Ｘステージ駆動部 ４０、６４…リレーレンズ
４１…撮像素子 ４２…第１コントロールユニット
４３…ＣＰＵ ４４…ディスプレイ
４５…第１電圧制御部 ４６…第２電圧制御部
４７…加速用電源
５１…ファイバ ５２、５７…レンズ
５３…ハーフミラー
５４…真空窓 ５５…ミラー
５６…対物レンズ ５８…ＣＣＤ
５９…第２コントロールユニット
６０…指標板
ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３…視野絞り
ＡＳ、ＡＳ３…開口絞り
Ｔ…アライメント用電子ビーム Ａ…アライメント用光束
Ｓ…１次電子ビーム Ｋ…２次電子ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線写像投影光学系に関し、特に電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線を用いて物体面の観察、検査等を行うための荷電粒子線写像投影光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より微細化、高集積化した半導体素子等の観察、検査をするために、電子ビーム等を用いた荷電粒子線顕微鏡が多く用いられている。荷電粒子線顕微鏡の中には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の他に、写像型電子顕微鏡と呼ばれるものがある。
走査型電子顕微鏡が、いわゆる点から点への照明・結像を行う顕微鏡であるのに対して、写像型電子顕微鏡は、面から面への照明・結像が可能な顕微鏡である。近年、こうした写像型電子顕微鏡の荷電粒子線写像投影光学系の開発が盛んに行われている。
【０００３】
荷電粒子線光学系の構成を、以下簡単に説明する。まず、電子銃より発せられた１次電子ビーム（照射用電子線）は、１次光学系（照射光学系）を通過して、イー・クロス・ビー（Ｅ×Ｂ）と呼ばれる電磁プリズムに入射する。イー・クロス・ビーを通過した後の１次電子ビームは、カソードレンズ（対物光学系）を通過して、その断面形状が線形状又は矩形状又は円、楕円状である電子ビームとなって、試料を落射照明する。試料に１次電子ビームが照射されると、試料で反射する比較的エネルギーの高い反射電子ビームと、試料から放出される低エネルギーの２次電子ビームとが発生する。これらの電子ビームのうち、通常、２次電子ビームが結像に用いられる。
２次電子ビーム（観察用電子線）は、カソードレンズを通過して、イー・クロス・ビーに入射する。イー・クロス・ビーを通過した２次電子ビームは、２次光学系（結像光学系）を通過して、電子ビーム検出器に入射する。この電子ビーム検出器に入射した２次電子ビームの情報を基に、試料の観察、検査等を行うことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の荷電粒子線光学系を用いて、試料を精度良く迅速に観察、検査するためには、その観察、検査に係る試料の位置（座標）を、正確に把握する必要がある。そのため、荷電粒子線光学系にオフアクシス光学系を設置することが考えられる。
オフアクシス光学系を用いた場合のアライメントを、以下簡単に説明する。まず、ステージを移動させて、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にて、ステージ上の基準マークを検出して、ベースライン（オフアクシス量）を求める。次に、試料上のアライメントマークをオフアクシス光学系にて検出する。これにより、ステージ上での試料の相対的な位置が確定するので、その後、前に求めたベースラインに応じてステージを移動させ、荷電粒子線光学系にて試料の観察、検査を行う。
【０００５】
しかし、光を用いた光学顕微鏡をオフアクシス光学系として用い、一般的に光学式露光装置等で用いるライン・アンド・スペース・パターンを基準マークとした場合、荷電粒子線光学系でそのライン・アンド・スペース・パターンを検出することは難しかった。
また、スクライブラインのような溝形状を基準マークとした場合、光学顕微鏡では充分検出できても、荷電粒子線光学系では充分検出できなかった。
すなわち、光で良く見えるマークであっても、必ずしも荷電粒子線では良く見えず、荷電粒子線光学系とオフアクシス光学系の双方にとって最適な基準マークを選ぶことが難しかった。
したがって本発明は、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にとって、最適な基準マークを用いて、試料を精度良く迅速に観察、検査することが可能な荷電粒子線光学系を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、添付図面に付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、照射線源（１５）から発した照射用荷電粒子線（Ｓ）を照射光学系を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）を通過した照射用荷電粒子線（Ｓ）を対物光学系（５）を介して物体面（３０）に入射させ、物体面（３０）から放出された観察用荷電粒子線（Ｋ）を対物光学系（５）を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）によって照射線源（１５）に至る方向とは異なる方向に観察用荷電粒子線（Ｋ）を導き、光路切換手段（６）を通過した後の観察用荷電粒子線（Ｋ）を結像光学系を介して検出手段（１４）に入射させる荷電粒子線写像投影光学系において、物体面（３０）の位置に配置できるように、アライメント用荷電粒子線（Ｔ）を発するアライメント用線源（１ａ）を設け、物体面（３０）と同一の平面上に基準マーク（１ｂ、１ｃ）を設け、基準マーク（１ｂ、１ｃ）を検出するオフアクシス光学系を、対物光学系（５）、光路切換手段（６）及び結像光学系とは別に設けたことを特徴とする荷電粒子線写像投影光学系である。
【０００７】
また本発明は、照射線源（１５）から発した照射用荷電粒子線（Ｓ）を照射光学系を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）を通過した照射用荷電粒子線（Ｓ）を対物光学系（５）を介して物体面（３０）に入射させ、物体面（３０）から放出された観察用荷電粒子線（Ｋ）を対物光学系（５）を介して光路切換手段（６）に入射させ、光路切換手段（６）によって照射線源（１５）に至る方向とは異なる方向に観察用荷電粒子線（Ｋ）を導き、光路切換手段（６）を通過した後の観察用荷電粒子線（Ｋ）を結像光学系を介して検出手段（１４）に入射させる荷電粒子線写像投影光学系において、物体面（３０）と同一の平面内で移動可能に、アライメント用荷電粒子線（Ｔ）を発するアライメント用線源（１ａ）を設け、アライメント用線源（１ａ）を検出するオフアクシス光学系を、対物光学系（５）、光路切換手段（６）及び結像光学系とは別に設けたことを特徴とする荷電粒子線写像投影光学系である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１〜５は、本発明による荷電粒子線光学系の第１実施例を示す。図１は、荷電粒子線光学系の概略図を示す。荷電粒子線光学系の外観部は、主に１次コラム２と２次コラム３とチャンバー４とで構成されている。それらには、真空排気系（不図示）が設置されている。そして、真空排気系のターボポンプによる排気によって、荷電粒子線光学系の内部は真空状態になっている。チャンバー４の内部には、Ｘステージ駆動部３５によってＸ方向に移動可能なＸステージ３１と、Ｙステージ駆動部（不図示）によってＹ方向に移動可能なＹステージ３２が設置されている。Ｘステージ３１上には、基準板１、試料３０、Ｘ移動鏡３３、Ｙ移動鏡（不図示）が載置されている。
【０００９】
図１に示すように、１次コラム２の内部に設置された電子銃１５から照射される１次電子ビームＳは、１次光学系を通過して、イー・クロス・ビー６に入射する。ここで、１次光学系は、視野絞りＦＳ１、照射レンズ１７、１８、１９、アライナ２３、２４、スキャン用アライナ２５、アパーチャ２６等で構成されている。また、照射レンズ１７、１８、１９は電子レンズであり、例えば円形レンズ、４極子レンズ、８極子レンズ等が用いられる。
１次電子ビームＳは、イー・クロス・ビー６によって、その光路が偏向された後、開口絞りＡＳに達し、この位置で電子銃１５のクロスオーバーの像を形成する。開口絞りＡＳを通過した１次電子ビームＳは、第１アライナ９を通過した後、カソードレンズ５によるレンズ作用を受けて、試料３０をケーラー照明する。
【００１０】
試料３０に１次電子ビームＳが照射されると、試料３０からは、その表面形状、材質分布、電位の変化等に応じた分布の２次電子ビームＫ及び反射電子ビームが発生する。このうち、主に２次電子ビームＫが観察用電子ビームとなる。２次電子ビームＫの初期エネルギーは低く、０．５〜２ｅＶ程度である。
試料３０から放出された２次電子ビームＫは、カソードレンズ５、第１アライナ９、開口絞りＡＳ、イー・クロス・ビー６、２次光学系の順に通過した後、電子ビーム検出器１４に入射する。ここで２次光学系は、結像レンズ前群７、結像レンズ後群８、スティグメータ１２、１３、第２アライナ１０、第３アライナ１１、視野絞りＦＳ２等で構成されている。また、視野絞りＦＳ２は、カソードレンズ５と結像レンズ前群７に関して、試料３０と共役な位置関係となっている。また、２次光学系の結像レンズ前群７及び結像レンズ後群８は電子レンズであり、例えば円形レンズ、４極子レンズ、８極子レンズ等が用いられる。
【００１１】
電子ビーム検出器１４の検出面に入射した２次電子ビームＫは、２次光学系によって、拡大された試料３０の像を形成する。ここで、電子ビーム検出器１４は、電子を増幅するためのＭＣＰ（Micro Channel Plate）と、電子を光に変換するための蛍光板と、真空状態に保たれた２次コラム３の外部に変換された光を放出するための真空窓とから構成されている。
電子ビーム検出器１４から放出された光、すなわち試料３０の光学像は、リレーレンズ４０を透過して、ＣＣＤ等の撮像素子４１に入射される。そして、撮像素子４１に入射した光は、光電信号に変換されて、第１コントロールユニット４２に伝達される。更に、第１コントロールユニット４２に伝達された光電信号は、画像信号に変換されて、ＣＰＵ４３に伝達される。この画像信号がディスプレイ４４に伝達され、試料３０の像はディスプレイ４４上に表示されることになる。
【００１２】
またＣＰＵ４３は、その制御信号を第１電圧制御部４５、第２電圧制御部４６、電磁界制御部（不図示）に送る。ここで、第１電圧制御部４５は１次光学系の電圧制御を行い、第２電圧制御部４６はカソードレンズ５、第１アライナ９、２次光学系の電圧制御を行い、電磁界制御部はイー・クロス・ビー６の電磁界制御を行う。
またＣＰＵ４３にて、その制御信号をＸステージ駆動部３５、Ｙステージ駆動部に送信し、Ｘ干渉計３４、Ｙ干渉計（不図示）からステージの位置情報を受信することで、複数の試料の観察、検査を順次行うことができる。
【００１３】
一方、本第１実施例による荷電粒子線光学系は、オフアクシス光学系として光学顕微鏡を備えている。レーザーダイオード等の光源（不図示）から導かれたファイバ５１より射出されたアライメント用光束Ａは、レンズ５２によって収束光となり、ハーフミラー５３に入射する。ハーフミラー５３で反射したアライメント用光束Ａは、真空窓５４に入射する。ここで、真空窓５４は、真空状態に保たれた２次コラム３の内部及び外部へアライメント用光束Ａを入出射するための平行板である。真空窓５４を透過したアライメント用光束Ａは、ミラー５５で反射した後、対物レンズ５６中の開口絞り（不図示）上に結像し、透過して、Ｘステージ３１上の物体面をケーラー照明する。
【００１４】
物体面で反射したアライメント用光束Ａは、対物レンズ５６、ミラー５５、真空窓５４を通過した後、ハーフミラー５３に入射する。ハーフミラー５３を透過したアライメント用光束Ａは、指標板６０、レンズ５７を透過した後、ＣＣＤ５８に入射して、ＣＣＤ５８上に物体面の像を形成する。このときのＣＣＤ５８上の像による光電信号は、第２コントロールユニット５９に伝達され、そこで画像信号に変換された後、ＣＰＵ４３に伝達される。
なお、本第１実施例では、オフアクシス光学系のＣＣＤ５８からＣＰＵ４３に至る信号処理を画像処理としたが、その代わりに、一般的に光学式投影露光装置で用いているＬＳＡ（Laser Step Alignment）やＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）としても良い。
また、本第１実施例では、オフアクシス光学系の光路分割手段として、ハーフミラー５３を用いたが、その代わりに、偏向ビームスプリッターを用いても良い。
【００１５】
次に図２にて、イー・クロス・ビー６の構成作用について説明する。同図（Ａ）に示すように、電子銃１５から発せられた１次電子ビームＳは、１次光学系によるレンズ作用を受けて収束し、イー・クロス・ビー６に入射した後、イー・クロス・ビー６の偏向作用によりその軌道（光路）が曲げられる。
これは、同図（Ｂ）に示すように、互いに直交する電界Ｅと磁界Ｂの中を、電荷ｑの電子（１次電子ビームＳ）が、＋Ｚ方向に速度ｖにて進むとき、−Ｘ方向に働く電界による力ＦE（＝ｑＥ）と磁界による力ＦB（＝ｑｖＢ）との合力を受けるためである。これによって、１次電子ビームＳの軌道は、ＸＺ平面内で曲げられる。
【００１６】
一方、１次電子ビームＳが照射された試料３０から発生した２次電子ビームＫは、カソードレンズ５によるレンズ作用を受けて、カソードレンズ５の焦点位置に配置される開口絞りＡＳを通過し、イー・クロス・ビー６に入射した後、イー・クロス・ビー６をそのまま直進する。
これは、以下の理由による。図２（Ｃ）に示すように、互いに直交する電界Ｅと磁界Ｂの中を、電荷ｑの電子（２次電子ビームＫ）が、−Ｚ方向に速度ｖにて進むとき、−Ｘ方向に働く電界による力ＦEと、＋Ｘ方向に働く磁界による力ＦBとの合力を受ける。このとき、電界による力ＦEと磁界による力ＦBとの絶対値は、等しく（Ｅ＝ｖＢ）なるように、すなわちウィーン条件を満たすように設定されている。したがって、電界による力ＦEと磁界による力ＦBとは互いに相殺され、２次電子ビームＫが受ける見かけ上の力はゼロになり、２次電子ビームＫはイー・クロス・ビー６の中を直進することになる。
以上のように、イー・クロス・ビー６は、そこを通過する電子ビームの光路を選択する、いわゆる電磁プリズムとしての機能をもつ。
【００１７】
次に図３にて、第１実施例による荷電粒子線光学系の基準板１の構成について説明する。基準板１上には、点パターン１ａと、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃが形成されている。
点パターン１ａは、荷電粒子線によるリソグラフィー工法によって、冷陰極上に形成した自己発光パターンである。点パターン１ａは、例えば直径８０ｎｍ程度の円形状である。そして、この点パターン１ａは、アライメント用電子ビームＴを発するアライメント用線源、すなわち荷電粒子線光学系用の基準マークとなる。ここで、冷陰極とは、初期エネルギーが低い電子ビームを放出する、いわゆる自己発光型の線源である。この初期エネルギーの値は、前述した試料３０から放出される２次電子ビームＫの初期エネルギーの値に近似している。冷陰極１としては、例えばＭＯＳ型トンネル冷陰極、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ｉ−Ｓｉ／ｎ−Ｓｉ陰極、シリコンフィールドエミッター等がある。
【００１８】
他方、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃは、例えば基準板１のシリコン基板上のメタルに、幅４μｍにて等間隔に配列した縦横の線状パターンであり、光学式投影露光装置にて形成した試料３０上のアライメントマークと同形状となっている。そして、このライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃは、オフアクシス光学系用の基準マークとなる。
ここで、点パターン１ａと、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃとの相対的な位置は既知となっている。
【００１９】
なお、本第１実施例では、オフアクシス光学系用の基準マークとして、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃを用いている。ところが、このオフアクシス光学系用の基準マークは、オフアクシス光学系での検出に適した幾何学パターンであれば良いので、オフアクシス光学系用の基準マークを、荷電粒子線光学系用の基準マークと共通のマーク、すなわち冷陰極上に形成した点パターン１ａとすることもできる。その際、基準板１上のライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃは不要となる。
【００２０】
次に図４及び図５にて、第１実施例の冷陰極を用いた場合の荷電粒子線光学系のアライメントについて簡単に説明する。まず図４のように、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部を介して、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動させて、Ｘステージ３１上の基準板１の点パターン１ａを荷電粒子線光学系のカソードレンズ５下方に配置する。更に、ＣＰＵ４３に送られる電子ビーム検出器１４で検出した点パターン１ａの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、点パターン１ａの位置が、正確に荷電粒子線光学系の光軸位置となるように調整する。
【００２１】
次に図５のように、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動させて、Ｘステージ３１上の基準板１のライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃを、オフアクシス光学系の対物レンズ５６下方に配置する。更に、ＣＰＵ４３に送られるＣＣＤ５８で検出したライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃと、オフアクシス光学系の指標板６０のパターンとを一致させる。
前述したように、点パターン１ａと、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃとの相対的な位置関係は既知であるので、上記手順を経て、荷電粒子線光学系の光軸とオフアクシス光学系の光軸との距離、いわゆるベースラインＢＬを求めることができる。
【００２２】
以上のように、ベースラインＢＬを求めた後、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動させて、Ｘステージ３１上の試料３０をオフアクシス光学系の対物レンズ５６下方に配置する。更に、ＣＰＵ４３に送られるＣＣＤ５８で検出した試料３０上のアライメントマークの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、試料３０上のアライメントマークと、オフアクシス光学系の指標板６０のパターンとを一致させる。
ここで、試料３０と、試料３０上のアライメントマークの相対的な位置関係は既知であるので、Ｘステージ３１上での試料３０の位置が確定する。最後に、試料３０が荷電粒子線光学系の照射位置に配置されるように、前に求めたベースラインＢＬに応じて、Ｘステージ３１及びＹステージを移動させた後、試料３０の観察、検査を行う。
【００２３】
以上のように、本第１実施例によれば、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にとって、それぞれ最適な基準マークを選択することができるので、試料３０を精度良く迅速に観察、検査することが可能になる。
なお、本第１実施例によるオフアクシス光学系用の基準マークは、基準板１の一部に、ライン・アンド・スペース・パターン１ｂ、１ｃ等の幾何学パターンを形成したものであったが、その代わりに、幾何学パターンを形成した面発光レーザを用いても良い。その際、図１における照明系、すなわち、光源、ファイバ５１、レンズ５２、ハーフミラー５３は不要となる。
また、本第１実施例によるオフアクシス光学系は、その結像倍率を上げることによって、単なるアライメント用顕微鏡としてではなく、レビュー用顕微鏡として用いることもできる。
【００２４】
次に図６にて、本発明による荷電粒子線光学系の第２実施例を示す。図６は、荷電粒子線光学系の概略図を示す。本第２実施例では、オフアクシス光学系として、前記第１実施例の光学顕微鏡の代わりに、写像型電子顕微鏡を用いている。そして、荷電粒子線光学系とオフアクシス光学系の共通の基準マークとして、基準板１の冷陰極上に形成した点パターン１ａを用いている。
点パターン１ａより放出したアライメント用電子ビームＴは、カソードレンズ６１、結像光学系の順に通過した後、電子ビーム検出器１４に入射する。ここで結像光学系は、荷電粒子線光学系の２次光学系と同様に、開口絞りＡＳ３、結像レンズ前群６２、視野絞りＦＳ３、結像レンズ後群６３等で構成されている。
電子ビーム検出器１４に入射したアライメント用電子ビームＴは、結像光学系によって、点パターン１ａの像を形成する。この点パターン１ａの像は、電子ビーム検出器１４にて光学像に変換された後、リレーレンズ６４を透過して、撮像素子４１に入射される。そして、撮像素子４１に入射した光は、光電信号に変換されて、第１コントロールユニット４２に伝達される。更に、第１コントロールユニット４２に伝達された光電信号は、画像信号に変換されて、ＣＰＵ４３に伝達される。
【００２５】
ＣＰＵ４３に送られる撮像素子４１で検出した点パターン１ａの像の情報と、Ｘ干渉計３４及びＹ干渉計で検出したステージ位置の情報とを、Ｘステージ駆動部３５及びＹステージ駆動部にフィードバックしながら、点パターン１ａの位置が、正確にオフアクシス光学系の光軸位置となるように調整する。
以下、前記第１実施例と同様に、ベースラインＢＬを求めた後、試料３０の観察、検査を行う。
以上のように、本第２実施例においても、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系にとって、それぞれ最適な基準マークを選択することができるので、試料３０を精度良く迅速に観察、検査することが可能になる。
なお本第２実施例では、オフアクシス光学系として、写像型電子顕微鏡を用いているが、その代わりに、走査型電子顕微鏡を用いても良い。
本実施例でも第１実施例と同様に、アライメントでもレビューをも行える。前記レビューを行う際に、オフアクシス光学系として走査型電子顕微鏡を用いると、容易に高倍率を得ることができる。
【００２６】
なお本第１及び第２実施例では、基準板１上の荷電粒子線光学系用の基準マークに、点パターン１ａを用いたが、その代わりに、ライン・アンド・スペース・パターン、十字マーク、Ｌ字マークを用いても良い。
また本実施例では、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系の位置を固定して、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を移動することで、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系に対して、試料３０及び基準板１を相対移動させているが、それとは逆に、Ｘステージ３１及びＹステージ３２を固定して、荷電粒子線光学系及びオフアクシス光学系を移動させても良い。
【００２７】
また本実施例では、イー・クロス・ビー６にて、１次電子ビームＳの軌道を曲げ、２次電子ビームＫを直進させているが、これとは逆に、１次電子ビームＳを直進させ、２次電子ビームＫの軌道を曲げる構成としても良い。
また本実施例では、電子ビームを用いた荷電粒子線光学系について示したが、電子ビームの代わりに、イオンビームを用いた荷電粒子線光学系としても良い。
また本実施例の荷電粒子線光学系は、観察装置及び検査装置の単体装置としてではなく、半導体露光装置等にも簡単に応用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明では、荷電粒子線写像投影光学系に最適な基準マークとして、自己発光するアライメント用線源を用い、オフアクシス光学系にとっても最適な基準マークを選択することで、試料を精度良く迅速に観察、検査することが可能な荷電粒子線写像投影光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による荷電粒子線光学系を示す概略図である。
【図２】荷電粒子線光学系のイー・クロス・ビーの（Ａ）概略図と、（Ｂ）１次電子ビームに作用する電界と磁界を示す概略図と、（Ｃ）２次電子ビームに作用する電界と磁界を示す概略図である。
【図３】荷電粒子線光学系の基準板上の基準マークを示す概略図である。
【図４】本発明の第１実施例による荷電粒子線光学系にて基準マークを検出している状態を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施例による荷電粒子線光学系のオフアクシス光学系にて基準マークを検出している状態を示す概略図である。
【図６】本発明の第２実施例による荷電粒子線光学系を示す概略図である。
【符号の説明】
１…基準板
１ａ…点パターン
１ｂ、１ｃ…ライン・アンド・スペース・パターン
２…１次コラム ３…２次コラム
４…チャンバー ５、６１…カソードレンズ
６…イー・クロス・ビー
７、６２…結像レンズ前群 ８、６３…結像レンズ後群
９…第１アライナ １０…第２アライナ
１１…第３アライナ
１２、１３…スティグメータ
１４…電子ビーム検出器 １５…電子銃
１７、１８、１９…照射レンズ
２３、２４…アライナ ２５…スキャン用アライナ
２６…アパーチャ ３０…試料
３１…Ｘステージ ３２…Ｙステージ
３３…Ｘ移動鏡 ３４…Ｘ干渉計
３５…Ｘステージ駆動部 ４０、６４…リレーレンズ
４１…撮像素子 ４２…第１コントロールユニット
４３…ＣＰＵ ４４…ディスプレイ
４５…第１電圧制御部 ４６…第２電圧制御部
４７…加速用電源
５１…ファイバ ５２、５７…レンズ
５３…ハーフミラー
５４…真空窓 ５５…ミラー
５６…対物レンズ ５８…ＣＣＤ
５９…第２コントロールユニット
６０…指標板
ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３…視野絞り
ＡＳ、ＡＳ３…開口絞り
Ｔ…アライメント用電子ビーム Ａ…アライメント用光束
Ｓ…１次電子ビーム Ｋ…２次電子ビーム
Claims (7)
- 照射線源から発した照射用荷電粒子線を照射光学系を介して光路切換手段に入射させ、該光路切換手段を通過した前記照射用荷電粒子線を対物光学系を介して物体面に入射させ、該物体面から放出された観察用荷電粒子線を前記対物光学系を介して前記光路切換手段に入射させ、該光路切換手段によって前記照射線源に至る方向とは異なる方向に前記観察用荷電粒子線を導き、前記光路切換手段を通過した後の前記観察用荷電粒子線を結像光学系を介して検出手段に入射させる荷電粒子線写像投影光学系において、
前記物体面の位置に配置できるように、アライメント用荷電粒子線を発するアライメント用線源を設け、
前記物体面と同一の平面上に基準マークを設け、
該基準マークを検出するオフアクシス光学系を、前記対物光学系、光路切換手段及び結像光学系とは別に設けたことを特徴とする荷電粒子線写像投影光学系。 - 照射線源から発した照射用荷電粒子線を照射光学系を介して光路切換手段に入射させ、該光路切換手段を通過した前記照射用荷電粒子線を対物光学系を介して物体面に入射させ、該物体面から放出された観察用荷電粒子線を前記対物光学系を介して前記光路切換手段に入射させ、該光路切換手段によって前記照射線源に至る方向とは異なる方向に前記観察用荷電粒子線を導き、前記光路切換手段を通過した後の前記観察用荷電粒子線を結像光学系を介して検出手段に入射させる荷電粒子線写像投影光学系において、
前記物体面と同一の平面内で移動可能に、アライメント用荷電粒子線を発するアライメント用線源を設け、
該アライメント用線源を検出するオフアクシス光学系を、前記対物光学系、光路切換手段及び結像光学系とは別に設けたことを特徴とする荷電粒子線写像投影光学系。 - 前記オフアクシス光学系は、荷電粒子線を用いた光学系であることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線写像投影光学系。
- 前記オフアクシス光学系は、走査型電子顕微鏡であることを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線写像投影光学系。
- 前記アライメント用線源の前記物体面における発光形状は、点形状、線形状、十文字形状又はＬ字形状のうちの少なくとも１つの形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の荷電粒子線写像投影光学系。
- 前記アライメント用荷電粒子線の初期エネルギーは、前記観察用荷電粒子線の初期エネルギーと同等であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の荷電粒子線写像投影光学系。
- 前記アライメント用線源は、冷陰極で形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の荷電粒子線写像投影光学系。
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