JP4679978B2 - 荷電粒子ビーム応用装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム応用装置に関し、特に、半導体集積回路等の露光に用いられる電子ビーム露光装置やイオンビーム露光装置等の荷電粒子ビーム露光装置、走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム観察装置および収束イオンビーム加工装置等の荷電粒子ビーム加工装置などに適用して有効な技術に関する。

本発明者が検討した技術として、例えば、荷電粒子ビーム応用装置においては、次の技術が考えられる。

荷電粒子ビーム（以下、略して単に「ビーム」ともいう。）のランディング角度とは、被照射物の法線とビーム光軸とのなす角度をいう。すなわち試料にビームが照射されている場合には、試料法線とビーム光軸とのなす角度が試料に対するランディング角度であり、検出器に照射されている場合には、検出面法線とビーム光軸とのなす角度が検出器に対するランディング角度となる。検出面と試料が平行であれば、検出器に対するランディング角度と試料に対するランディング角度は等しい。平行でない場合には、事前に両者の角度関係を計測し、既知としておく。なお検出器が複数の部品で構成されている場合（例えばマークと検出器の組み合わせで検出する場合など）は、計測もしくは定義しやすい部品（例えばマーク）面の法線とビーム光軸のなす角度で定義すればよい。

荷電粒子ビーム露光装置や荷電粒子観察装置、荷電粒子ビーム加工装置等では、通常小さいランディング角度が望まれる。これは、ランディング角度が大きいと、試料の高さが変わった場合に、ビームの照射位置が変化し、露光、像観察、加工位置に影響するためである。また、ビームのランディング角度はビームボケ等の光学性能と大きく関係している場合もあり、ランディング角度が大きいビームは、光軸がレンズ中心をずれて通過している場合が多い。さらに、ランディング角度はビームを偏向した際に大きくなる場合がある。そのため、高精度でビーム露光および像観察、加工を行うには、高精度なビームのランディング角度計測が必須となる。

露光装置における従来のランディング角度計測は、高さを変えてビームを偏向し、高さに依存した偏向幅の変化から偏向時の相対ランディング角度を導出している。

一方、リソグラフィの分野において、電子ビーム露光装置は波長が短いことから高解像度が得られるという利点により期待されているが、時間当たりの処理量（スループット）が光露光装置と比べて低いという課題がある。そこで電子ビーム露光装置特有の課題であるスループットの改善を目指して、マルチ電子ビーム型露光装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この方式では、一度に露光する面積が従来に比べて広いため、スループットが向上するという特徴がある。
「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Journal of Vacuum Science and Technology）」、２０００年、Ｂ１８（６）、ｐ．３０６１−３０６６

ところで、前記のような荷電粒子ビーム応用装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。

例えば、前記マルチ電子ビーム型露光装置では、試料上に照射される電子ビーム量は従来と同等もしくは多いが、複数本に分割しているため、ビーム１本あたりの電流量は低くなる。そのため、従来の反射または２次電子検出では十分な電子量を得ることが困難であり、高ＳＮ比で検出を行うには透過型検出器が必要となる。

ところが、ランディング角度計測のために、透過型検出器に高さの異なるマークを設置するのは構造上困難であるか、もしくは複雑な構造となる。また、従来の荷電粒子量を持つ荷電粒子ビームに対しては、偏向しない状態のランディング角度、すなわちランディング角度の絶対値を計測するには、高さの異なる２個以上のマークを設置し、それぞれにビームを照射した際の反射または２次荷電粒子の位置を検出し、ビーム位置の違いから導出することになる。しかし、少なくとも一方のマーク観察はデフォーカスした状況であることと、マーク同士の設置位置精度などの問題により、ランディング角度の絶対値を高い精度で得ることは困難である。

また、相対ランディング角度の計測においても、透過検出器を用いることができれば、より高いＳＮ比で検出が行え、計測精度を向上させることが可能となる。

そこで、本発明の目的は、荷電粒子ビーム応用装置において、低電流量のビームに対してランディング角度の計測を可能とする技術を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、従来の電流量のビームに対してランディング角度の絶対値計測と高ＳＮ比による相対ランディング角度計測の高精度化を可能とする技術を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本発明による荷電粒子ビーム応用装置は、荷電粒子源と、荷電粒子用レンズと、ステージと、荷電粒子ビームのランディング角度を計測する手段と、を有することを特徴とするものである。

また、前記ランディング角度を計測する手段は荷電粒子ビーム検出器を備え、前記荷電粒子ビーム検出器で検出される荷電粒子量からランディング角度および／または開き角を導出することを特徴とするものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）電流量が小さい荷電粒子ビームでもランディング角度を高精度で計測することが可能となる。

（２）ランディング角度を高精度に計測することで、荷電粒子ビーム露光装置では、高精度の光学調整および高位置精度の描画が可能となり、デバイス製造において従来以上に歩留まりが高くスループットが高い製造が可能となる。

（３）ランディング角度を高精度に計測することで、荷電粒子ビーム観察装置では、高精度の光学調整および高位置精度の像観察が可能となる。

（４）ランディング角度を高精度に計測することで、荷電粒子ビーム加工装置では、高精度の光学調整および高位置精度の加工が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

荷電粒子ビーム露光装置の一例として、まず本実施の形態ではマルチ電子ビーム型露光装置の例を示す。なお、本発明は後述するように、マルチ電子ビームに限らず他の電子ビーム露光装置やイオンビーム等の荷電粒子を用いた露光装置にも同様に適用できる。また、走査型電子顕微鏡などの荷電粒子ビーム観察装置および収束イオンビーム加工装置などの荷電粒子ビーム加工装置に関しても同様に適用できる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るランディング検出装置およびマルチ電子ビーム型露光装置の概略構成を示す図である。

まず、図１により、本実施の形態に係るマルチ電子ビーム型露光装置の構成および動作の一例を説明する。本実施の形態のマルチ電子ビーム型露光装置は、大きく分けて、電子源１、照射光学系２、マルチ電子ビーム形成部３、縮小光学系４、ステージ５、ランディング検出装置６、マーク８、反射・２次電子検出器９および制御部などから構成されている。

電子源１から放射される電子ビームは、光源縮小レンズ２０、コリメータレンズ２１を含む照射光学系２を介して、マルチ電子ビーム形成部３に入射する。非点補正器２２は、非点補正制御回路１５４で制御され、照射光学系２で発生する非点を補正する。照射アライナ２３は、コリメータレンズ２１やマルチ電子ビーム形成部３へのビーム角度調整を行う。

マルチ電子ビーム形成部３は、アパーチャアレイ３１、静電レンズアレイ３２、ブランカアレイ３３、８極静電偏向器３４，３６、像回転レンズ３５，３７で構成される。静電レンズアレイ３２は、上電極３２ａ、中電極３２ｂ、下電極３２ｃの３枚の電極で構成され、フォーカス制御回路１５１で制御される。アパーチャアレイ３１は複数の開口を有する絞り板で、ここで分割された電子ビームのそれぞれが静電レンズアレイ３２によりブランカアレイ３３の位置の近傍に収束される。ブランカアレイ３３は個々の電子ビームを独立に偏向する偏向器群であり、パターン発生回路１５２により制御される。

８極静電偏向器３４ではアパーチャアレイ３１を通過した電子ビームを偏向し、静電レンズアレイ３２を電子ビームが通過するためのビーム角度調整を行う。８極静電偏向器３６では、静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームを偏向し、ブランカアレイ３３を電子ビームが通過するためのビーム角度調整を行う。なお、これらの偏向器は電磁偏向器でも良い。像回転レンズ３５はアパーチャアレイ３１を通過した電子ビームの像回転をし、像回転レンズ３７は静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームの像回転をし、それぞれ静電レンズアレイ３２、ブランカアレイ３３へのビーム回転調整を行う。

マルチ電子ビーム形成部３で複数化された電子ビームは、対称磁気ダブレットレンズ４１，４２で構成される縮小光学系４により、ステージ５上の第１絞り６ａ、マーク８もしくは試料（非図示）の位置（高さ）に縮小投影される。なお、ステージ５上において、第１絞り６ａ、マーク８、試料（非図示）は略同じ高さに設置されているか、もしくはそれぞれの高さ違いを検出・調整する機構を有するか、もしくは事前の計測で高さ関係を既知としてある。１０，１０ａ，１０ｂはステージ５上に投影されたマルチ電子ビームを示している。図１のようなマルチ電子ビーム１０，１０ａ，１０ｂに関しては、各ビームの光軸が被照射物の法線となす角度を各ビームのランディング角度という。ビームの検出はステージ５上に設置されたランディング検出装置６もしくは反射・２次電子検出器９で行い、信号処理回路１５７を通して可視化する。ランディング検出装置６は、第１絞り６ａ、第２絞り６ｂ、検出器６ｃで構成されている。第１絞り６ａは、後述するようにビームを完全に遮断しない薄膜も考えられる。ランディング検出装置６は第１絞り６ａの開口を通過もしくは薄膜で散乱した電子のうち、第２絞り６ｂの開口を通過した電子を検出器６ｃで検出する。なお、ランディング検出装置６は、通常の透過検出器としても使用可能である。反射・２次電子検出器９で検出する場合は、ステージ５上のマーク８を用いる。ランディング検出装置６の位置およびマーク８の位置はステージ５により任意に移動する。また、露光時には、ステージ５によりウエハ等の試料（非図示）をビーム位置に移動する。これらのステージ移動は、ステージ制御回路１５８により制御される。

縮小光学系４内にはブランキングアパーチャＢＡがあり、ブランカアレイ３３で偏向された各電子ビームを遮断する。ブランキングアパーチャＢＡで遮断されていない電子ビームは、偏向器７によりステージ５上を走査される。この際、偏向器７は偏向制御回路１５６により制御される。描画データ１６０に応じてパターン発生回路１５２でブランカアレイ３３の電圧を制御することにより、所望のパターンをステージ５上に形成し試料（非図示）上に露光する。

アライナ制御回路１５３は、照射アライナ２３、８極静電偏向器３４，３６を制御する。レンズ制御回路１５５は、光源縮小レンズ２０、コリメータレンズ２１、像回転レンズ３５，３７、ダブレットレンズ４１，４２を制御する。データ制御回路１５０は、１５１から１５８の各制御・処理回路を制御し、検出器６ｃもしくは反射・２次電子検出器９から信号処理回路１５７を経た検出結果を、アライナ制御回路１５３または偏向制御回路１５６と同期させて、表示機構１５９に表示する。

次に、荷電粒子検出装置の一例として、本実施の形態ではマルチ電子ビーム露光装置において、試料上および検出面での開き角が２０ｍｒａｄの場合を例示する。

図２は、本発明の一実施の形態に係る電子ビーム検出装置の概略構成を示す図である。図１に示したように、ランディング検出装置６は、第１絞り６ａ、第２絞り６ｂ、検出器６ｃから構成されている。第１絞り６ａは微小開口１１を有する。微小開口１１は通常１μｍ程度、もしくはそれ以下が望ましく、このような微小な開口を形成するために、第１絞り６ａはＳｉ等を材質とした薄膜が一般的と考えられる。第１絞り６ａが薄膜である場合にはビームを遮断できず散乱電子を発生するため、第２絞り６ｂがこの散乱電子を検出器６ｃから遮断する役割を担う。ただし、被計測ビームのビーム径より小さいと第１絞り６ａでビームを遮断し計測精度が低下するため、第１絞り６ａの開口サイズは、第１絞り６ａ位置における被計測ビームのビーム径よりは大きい方が良い。

第１絞り６ａは縮小光学系４の像面に位置しており、第１絞り６ａ位置に収束される電子ビーム１０の開き角は２０ｍｒａｄである。図２（ａ）に示すように、第１絞り６ａは微小開口１１を、第２絞り６ｂは開口１２を有する。このランディング検出装置６の検出見込み角ａは、第１絞り６ａと第２絞り６ｂとの間隔ｈと、第２絞り開口１２の開口径ｄから決まる（ａ＝ｄ／ｈ）。第１絞り６ａは投影光学系の像面に位置し、第１絞り６ａ位置に収束される電子ビーム１０の開き角が２０ｍｒａｄであるとすると、ｈ＝１５ｍｍ、ｄ＝０．３ｍｍに設定すると、電子ビーム１０の開き角と検出見込み角ａが一致する。開き角と見込み角ａが一致しなくても計測は可能であるが、その場合、不一致分だけ計測精度が低下する。そのため、開き角と見込み角ａができるだけ一致することが望ましい。また、少なくとも、見込み角が開き角よりも小さいことが望ましい。また、後述する荷電粒子ビーム観察装置や荷電粒子ビーム加工装置の場合には、使用条件により開き角が変化する場合も起こりえる。この場合、第２絞り６ｂを上下に機械的に移動する機構を設置するか、もしくは第２絞り６ｂの開口径ｄを変更できる構造にし、開き角の変化に応じて選択することにより対応できる。なお、第１絞り６ａと第２絞り６ｂの開口形状は、矩形、円形等どのような形状であってもよい。

図２は、第１絞り６ａの微小開口１１中心と第２絞り６ｂの開口１２中心を結ぶ方向が第１絞り６ａ面法線と一致するように示している。この場合、図２（ａ）のようにランディング角度が０ｒａｄの電子ビーム１０に対して検出器６ｃで検出される電流量が最大となる。図２（ｂ）のようにランディング角度が０ｒａｄからずれた電子ビーム１７０に対しては、ビームの一部が第２絞り６ｂで遮断されるため検出電流量が低下する。また、図２（ｃ）に示したように、第１絞り６ａの代わりに、Ｌ字型のナイフエッジ６ａａを用い、図２（ｄ）のようにナイフエッジの角１１ａ近傍に被計測ビームを位置させても同様の機能を有する。すなわち第１絞り６ａ中の微小開口１１は、被計測ビームを第１絞り６ａ上の一点を規定して通過させるものであればよい。このように、第１絞り６ａ上の一点と第２絞り６ｂの開口１２中心を結ぶ方向を規定し、この方向にランディングする場合に検出荷電粒子量が最大となることから、被計測ビームのランディング角度を計測する。

図３は、第１絞りの開口が複数（図３では２個）の場合のランディング角度計測方法を示す説明図であり、（ａ）は被計測ビームのランディング角度が０ｒａｄの場合、（ｂ）は被計測ビームのランディング角度が１ｍｒａｄの場合を示す。

図３のように第１絞り６ａに別の微小開口１３を追加すると、微小開口１３位置にランディング角度０ｒａｄの電子ビーム１０がある場合、ビームの一部が第２絞り６ｂで遮断されるため、検出電流が低下する（図３ａ）。一方、図３（ｂ）のように、微小開口１３中心と第２絞り６ｂの開口１２中心を通る方向の電子ビーム１８０は、第２絞り６ｂで遮断されないため、検出器６ｃで検出される電流量が最大となる。図３に示した例のように、第１絞り６ａと第２絞り６ｂとの間隔ｈ＝１５ｍｍでは、微小開口１１と微小開口１３の間隔Ｌを０．０１５ｍｍにすると、微小開口１３位置で最大電流量となるビームのランディング角度は１ｍｒａｄとなる。このように、ランディング角度計測分解能ｓは、微小開口間隔Ｌと、第１絞り６ａと第２絞り６ｂとの間隔ｈから決まる（ｓ＝Ｌ／ｈ）。

図４は、第１絞りの複数の開口が格子状の場合のランディング角度計測方法を示す説明図であり、（ａ）は微小開口を格子状に配置したシリコン（Ｓｉ）薄膜の模式図、（ｂ）は格子状微小開口を用いた場合の計測例を示す。

図４（ａ）に示すように、第１絞り６ａ中に複数の微小開口ＸＹを等間隔（ここでは１５μｍ間隔）で格子状に配置し、ステージ５で各微小開口ＸＹをビーム直下に移動させるか、もしくはステージ５で各微小開口ＸＹをビーム近傍に移動させて各微小開口ＸＹを偏向器７で走査し、どの開口位置での検出電流量が最大になるかを計測することで、ビームのランディング角度を知ることができる。なお、この場合の第２絞り６ｂの開口径は、例えば、３００μｍである。計測結果は例えば図４（ｂ）に示したように可視化される。可視化の方法は、各微小開口ＸＹでの電流値を図４（ｂ）のような白黒階調で表示しても良いし、カラー階調でも良く、また等高線もしくは数値を表示しても良い。ここでは、検出電流量が最大となる微小開口ＸＹのインデックスは（４，３）である。例えば、中心の微小開口でランディング角度が０ｒａｄであるとすると、このビームのランディング角度は５ｍｒａｄになる。このように、事前にランディング角度が０ｒａｄとなる微小開口のインデックス（縦横番号）を他の方法（例えば組み立て後に精密位置計測をするなど）で既知としてあれば、最大検出電流量を得る微小開口のインデックスがランディング角度に換算でき、ランディング角度の絶対値を求めることができる。また、ここで示したランディング角度は検出面（第１絞り６ａ面）に対するランディング角度であるが、試料と検出面との角度が既知であれば、ここに示した方法で、試料に対するランディング角度の絶対値を求めることができる。

図５（ａ），（ｂ）は、第２絞り６ｂの開口径の違いによる計測表示画像の違いを示している。図５（ａ）は開口径３００μｍで、検出見込み角と被計測ビームの開き角が略等しい場合である。図５（ｂ）は開口径６０μｍを想定しており、検出見込み角はビームの開き角より小さい。見込み角が開き角より小さい場合は、検出電流値が最大となる微小開口ＸＹが複数になるが、それらの中心のインデックスを用いることで、被計測ビームのランディング角度が求まる。またさらに、第２絞り６ｂの開口径を小さくすると、電流が検出できる開口と検出できない開口の差が明瞭になる。この場合、電流が検出できる範囲が被計測ビームの開き角である。なお、図４（ｂ）、図５において、色の薄い部分が電流量の多い部分である。

前記図１のマルチ電子ビーム露光装置においては、例えば、対称ダブレットレンズ４１， ４２の励磁の組み合わせが適切でない場合等、縮小光学系４が所望のレンズ条件になっていない場合、軸外の電子ビーム１０ａ，１０ｂのランディング角度が大きくなる。本発明によれば、ビームのランディング角度を計測できるため、軸外の電子ビーム１０ａ，１０ｂのランディング角度をモニターし、縮小光学系４の対称ダブレットレンズ４１， ４２の条件にフィードバックすることが可能となる。

図６（ａ）〜（ｃ）にマルチ電子ビームにおけるランディング角度計測手順を示す。まず図６（ａ）のように近軸の電子ビーム１０近傍にランディング検出装置６の中心が来るようにステージ５を移動し、ランディング角度を計測する。マルチ電子ビームの計測の場合、被計測ビーム以外のビームはブランクされていることが望ましい。次に図６（ｂ）のように軸外の電子ビーム１０ａ近傍にランディング検出装置６の中心が来るようにステージ５を移動し、ランディング角度を計測する。近軸の電子ビーム１０計測時に最大電流値を示した微小開口のインデックスを基準にし、軸外の電子ビーム１０ａに対し最大電流値を示す微小開口のインデックスとの差をとることで、相対ランディング角度を得ることができる。このように、相対ランディング角度を計測する場合には、先に述べたようにランディング角度０ｒａｄのインデックスが既知である必要はない。また、相対ランディング角度の場合、検出面に対する場合も試料に対する場合も同じになるため、試料と検出面の角度が既知である必要はない。また図６（ｃ）のように軸外の電子ビーム１０ｂに対しても同様に計測し、近軸の電子ビーム１０とのインデックスの差を求めることで、電子ビーム１０ｂの相対ランディング角度を得ることができる。このような計測から、相対ランディング角度が０ｒａｄもしくはできる限り小さくなるようにダブレットレンズ４１，４２の値を変えながら計測を繰り返し、最適な縮小光学系条件を得ることができる。図６（ｄ）に、以上のレンズ条件へのフィードバック手順をフローチャートで示した。

また、マルチ電子ビーム型露光装置や可変成形・一括転写型露光装置などを含めた荷電粒子露光装置や、走査型電子顕微鏡などの荷電粒子ビーム観察装置、収束イオンビーム加工装置などの荷電粒子ビーム加工装置では、ビームを偏向した際にランディング角度が変化する場合がある。ビーム偏向によるランディング角度の変化を調べる場合、偏向前に最大荷電粒子量となる微小開口インデックスを基準とし、ビーム偏向後に偏向分だけステージ５を移動し、最大荷電粒子量となる微小開口のインデックスを得る。偏向前後の最大荷電粒子量における微小開口インデックスの差から、相対ランディング角度を得ることができる。これらの一例を図７、図８に示す。

図７は、本発明の一実施の形態に係る可変成形・一括図形照射型電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。

本実施の形態に係る可変成形・一括図形照射型電子ビーム露光装置は、例えば、電子源２０１、矩形開口２０２を備えた第１マスク２０３、第１転写レンズ２０４、ビーム形成偏向器２０５、第２転写レンズ２０６、矩形開口２０７および一括図形開口２０９を備えた第２マスク２０８、第１縮小レンズ２１０、第２縮小レンズ２１１、第１対物レンズ２１２、対物偏向器２１３、第２対物レンズ２１４、ステージ５、ランディング検出装置６、マーク８、反射・２次電子検出器９、表示装置２２７を備えたデータ制御回路２２６、ビーム形状制御回路２２０、アライナ制御回路２２１、レンズ制御回路２２２、ビーム位置制御回路２２３、信号処理回路２２４、ステージ制御回路２２５などから構成されている。

本実施の形態では、可変成形法と一括図形照射法の併用が可能な電子ビーム描画装置を対象とした。電子源２０１から放出されて５０ｋＶに加速された電子ビームは矩形開口２０２の形成された第１マスク２０３を照射し、矩形開口の像は、第１転写レンズ２０４および 第２転写レンズ２０６により第２マスク２０８上へ形成される。第２マスク２０８上には、可変成形用矩形開口２０７と複数の一括図形開口２０９が形成されている。第２マスク２０８上の第１マスク像の位置は２つのマスクの間にあるビーム形成偏向器２０５やビーム形状制御回路２２０によって制御される。２つのマスクによって形成された透過電子ビームは第１縮小レンズ２１０および第２縮小レンズ２１１により縮小され、最終的に、第１対物レンズ２１２および第２対物レンズ２１４によりステージ５上に置かれた試料２１６上に転写される。これらのレンズはレンズ制御回路２２２により駆動される。また、同時に電子ビームはアライナ制御回路２２１により軸調整される。試料２１６上の電子ビームの位置は対物偏向器２１３によって制御されている。対物偏向器２１３を動作させることにより電子ビーム軌道２１７は偏向された電子ビーム軌道２１５となる。ステージ５上には位置検出用のマーク８が設置されている。試料２１６とステージ５の位置を計測するレーザ干渉計、透過電子検出器（ランディング検出装置６を併用）および信号処理回路２２４とステージ制御回路２２５を用いることで、電子ビームの位置を測定することが出来る。さらに、ステージ５上に本発明によるランディング検出装置６が設けられており、電子ビームのランディング角度や開き角を測定することができる。これら制御の全体はデータ制御回路２２６により統括され、また、制御結果や計測結果は表示装置２２７に表示される。

図８に、可変成形・一括図形照射型電子ビーム露光装置でビームを偏向した際のランディング角度計測の例を示す。ランディング検出装置６は前記図２ないし図４と同様である。偏向によるランディング角度の変化を計測する場合、まず図８（ａ）のように、偏向前の状態でランディング角度を計測し、ビーム偏向後、偏向量と略同一量だけステージ5を移動し（図８ｂ）、そこで検出電流量が最大となる条件を計測し、偏向前との差を求める。この際、図４のような格子状開口を有する第１絞りを用いると、偏向前後で検出電流量が最大となる開口のインデックスを比較することで、偏向によるランディング角度の変化を得ることができる。また図８（ｃ）、図８ （ｄ）に示したように、対物偏向器２１３が２段である場合（２１３，２１３ａ）、２段の偏向量の組み合わせで偏向時のランディング角度が変化する。図８（ｃ）におけるビーム２１８のように偏向時のランディング角度が０ｒａｄとなるのが所望の条件であるとすると、計測結果が図８（ｄ）におけるビーム２１９のようにランディングが傾いた条件であれば、対物偏向器２１３，２１３ａの偏向量割合の調整とランディング角度計測とを繰り返すことにより、所望のランディング条件を導出することが可能となる。

図９に、本発明の一実施の形態に係る走査型電子顕微鏡の構成図を示す。本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡は、例えば、電子源３０１、コンデンサレンズ３０２、偏向器３０３、対物レンズ３０４、ステージ５、第１絞り６ａ，第２絞り６ｂおよび検出器６ｃからなるランディング検出装置６などから構成されている。なお、収束イオンビーム観察加工装置もほぼ同様な構成であり、この場合、３０１がイオン源となる。

電子源３０１から放出された電子ビームは、コンデンサレンズ３０２、対物レンズ３０４を経てステージ５上に収束される。ステージ５上に収束された電子ビーム３０５は偏向器３０３により、ステージ５上の試料上を走査される。３０６は偏向器３０３により偏向された電子ビームを示している。

図１０に、この走査型電子顕微鏡および収束イオンビーム観察加工装置でビームを偏向した際のランディング角度計測の例を示す。第１絞り６ａ，第２絞り６ｂおよび検出器６ｃからなるランディング検出装置６は図２ないし図４と同様である。偏向によるランディング角度の変化を計測する場合、まず図１０（ａ）のように、偏向前の状態でランディング角度を計測し、ビーム偏向後、偏向量と略同一量だけステージ５を移動し（図８（ｂ））、そこで検出電流量が最大となる条件を計測し、偏向前との差を求める。この際、図４のような格子状開口を有する第１絞り６ａを用いると、偏向前後で検出電流量が最大となる開口のインデックスを比較することで、偏向によるランディング角度の変化を得ることができる。

図４に示した格子状の微小開口以外でランディング角度を計測する構造を以下に説明する。

図１１（ａ）は、第２絞り６ｂと検出器６ｃの組を可動ステージ１４上に設置する構造である。微小開口１１を通ったビームの検出電流量が最大となるステージ位置からランディング角度に換算する方法である。可動ステージ１４の位置検出精度が０．００１５ｍｍ（１．５μｍ）であれば、ランディング角度計測精度は０．１ｍｒａｄとなる。この構造は、図２（ａ）のように第１絞り６ａが単一開口の場合でも良く、また図４（ａ）の格子状微小開口構造に対して補間的に用いても良い。また、検出器６ｃの検出面積が十分大きい場合には、第２絞り６ｂのみを可動にする構造でも同様の効果が得られる。

なお、第１絞り６ａと第２絞り６ｂとの相対位置の機械的な移動の最小単位長さを第２の絞り６ｂの開口径より短くすることが望ましい。

また、第１絞り６ａと第２絞り６ｂとの相対位置の機械的な移動の最大可能距離が第２絞り６ｂの開口径より長くすることが望ましい。

図１１（ｂ）は、第１絞り６ａと第２絞り６ｂとの間に偏向器１５を設置した構造である。偏向器１５は４極静電偏向器もしくは８極静電偏向器等、２次元に偏向できる構造を想定している。偏向器１５の偏向感度（印加電圧と偏向角度との関係）を事前に求めておくことにより、微小開口１１を通ったビームの検出電流量が最大となるように偏向器１５の印加電圧値をランディング角度に換算する方法である。ランディング角度計測精度は印加電圧の分解能で決まり、この構造は通常図２〜４に示した構造より高い分解能を得ることができる。この構造は、図２（ａ）のように第１絞り６ａが単一開口の場合でも良く、図４（ａ）の格子状微小開口構造の補間的に用いても良い。また、偏向器１５が第１絞り６ａ中の微小開口１１を兼ねる構造であっても良い。

なお、偏向器１５による偏向可能な距離が第２絞り６ｂの開口径より長くすることが望ましい。

以上説明したように、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子ビーム角度検出装置によれば、電流量が小さい荷電粒子ビームでもランディング角度を高精度で計測することが可能となる。ランディング角度を高精度に計測することで、荷電粒子ビーム露光装置では高精度の光学調整および高位置精度の描画が可能となり、デバイス製造において従来以上に歩留まりが高くスループットが高い製造が可能となる。また、荷電粒子ビーム観察装置では高精度の光学調整および高位置精度の像観察が可能となり、荷電粒子ビーム加工装置では高精度の光学調整および高位置精度の加工が可能となる。

以上、本発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビーム観察装置および荷電粒子ビーム加工装置などに適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るランディング検出装置およびマルチ電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るランディング検出装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は被計測ビームのランディング角度が０ｒａｄの場合、（ｂ）は被計測ビームのランディング角度が０ｒａｄでない場合、（ｃ）はＬ字型ナイフエッジ、（ｄ）はＬ字型ナイフエッジを用いた場合のランディング角度計測例を示す。 本発明の一実施の形態において、第１絞りの開口が複数の場合のランディング角度計測方法を示す説明図であり、（ａ）は被計測ビームのランディング角度が０ｒａｄの場合、（ｂ）は被計測ビームのランディング角度が１ｍｒａｄの場合を示す。 本発明の一実施の形態において、第１絞りの複数の開口が格子状の場合のランディング角度計測方法を示す説明図であり、（ａ）は微小開口を格子状に配置したシリコン（Ｓｉ）薄膜の模式図、（ｂ）は格子状微小開口を用いた場合の計測例を示す。 本発明の一実施の形態において、第１絞りの複数の開口が格子状の場合のランディング角度計測例を示す図であり、(ａ)は検出見込み角と被計測ビームの開き角が略等しい場合の計測結果表示画像例、（ｂ）は検出見込み角が被計測ビームの開き角より小さい場合の計測結果表示画像例を示す。 本発明の一実施の形態において、マルチ電子ビーム型露光装置における計測手順およびレンズ条件へのフィードバック手順を示す図であり、（ａ）は軸上もしくは近軸ビームのランディング角度計測例、（ｂ）及び（ｃ）は軸外ビームのランディング角度計測例、（ｄ）はランディング角度計測をレンズ条件へフィードバックする手順を示す。 本発明の一実施の形態において、可変成形・一括図形照射型電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態において、可変成形・一括図形照射型電子ビーム露光装置における偏向前後のランディング角度計測例を示す図であり、（ａ）は偏向前、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は偏向後を示す。 本発明の一実施の形態において、走査型電子顕微鏡および収束イオンビーム観察加工装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態において、走査型電子顕微鏡および収束イオンビーム観察加工装置における偏向前後のランディング角度計測例を示す図であり、（ａ）は偏向前、（ｂ）は偏向後を示す。 本発明の一実施の形態において、格子状微小開口を用いる機構とは異なる計測機構を示す図であり、（ａ）は可動ステージの設置例、（ｂ）は偏向器の設置例を示す。

符号の説明

１，２０１，３０１ 電子源
２ 照射光学系
３ マルチ電子ビーム形成部
４ 縮小光学系
５ ステージ
６ ランディング検出装置
６ａ 第１絞り
６ａａ Ｌ字型のナイフエッジ
６ｂ 第２絞り
６ｃ 検出器
７，１５，３０３ 偏向器
８ マーク
９ 反射・２次電子検出器
１０，１０ａ，１０ｂ，１７０，１８０，３０５，３０６ 電子ビーム
１１，１３，ＸＹ 微小開口
１１ａ ナイフエッジの角
１２ 第２絞り開口
１４ 可動ステージ
２０ 光源縮小レンズ
２１ コリメータレンズ
２２ 非点補正器
２３ 照射アライナ
３１ アパーチャアレイ
３２ 静電レンズアレイ
３２ａ 上電極
３２ｂ 中電極
３２ｃ 下電極
３３ ブランカアレイ
３４，３６ ８極静電偏向器
３５，３７ 像回転レンズ
４１，４２ タブレットレンズ
１５０，２２６ データ制御回路
１５１ フォーカス制御回路
１５２ パターン発生回路
１５３，２２１ アライナ制御回路
１５４ 非点補正制御回路
１５５，２２２ レンズ制御回路
１５６ 偏向制御回路
１５７，２２４ 信号処理回路
１５８，２２５ ステージ制御回路
１５９，２２７ 表示機構
１６０ 描画データ
２０２，２０７ 矩形開口
２０３ 第１マスク
２０４ 第１転写レンズ
２０５ ビーム形成偏向器
２０６ 第２転写レンズ
２０８ 第２マスク
２０９ 一括図形開口
２１０ 第１縮小レンズ
２１１ 第２縮小レンズ
２１２ 第１対物レンズ
２１３，２１３ａ 対物偏向器
２１４ 第２対物レンズ
２１５，２１８，２１９，３０６ 偏向された電子ビーム軌道
２１６ 試料
２１７，３０５ 電子ビーム軌道（偏向前のビーム）
２２０ ビーム形状制御回路
２２３ ビーム位置制御回路
３０２ コンデンサレンズ
３０４ 対物レンズ
ＢＡ ブランキングアパーチャ
ａ 検出見込み角
ｈ 第１絞りと第２絞りとの間隔
ｄ 第２絞りの開口径
ｓ ランディング角度計測分解能
Ｌ 微小開口間隔

Claims (18)

1. 荷電粒子源と、
   前記荷電粒子源から発生された荷電粒子ビームを収束させる荷電粒子用レンズと、
   前記荷電粒子ビームを照射する被照射物を載せるためのステージと、
   被計測ビームの一部を遮蔽または被計測ビームを減光するエッジと、前記エッジで遮蔽または減光された被計測ビームを遮蔽する絞りと、荷電粒子ビーム検出器と、を備えた検出装置を有し、
   前記荷電粒子ビーム検出器で検出された荷電粒子量から前記荷電粒子ビームのランディング角度および前記荷電粒子ビーム開き角を導出することを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
2. 荷電粒子源と、
   前記荷電粒子源から発生された荷電粒子ビームを収束させる荷電粒子用レンズと、
   前記荷電粒子ビームを照射する被照射物を載せるためのステージと、
   前記荷電粒子ビームのランディング角度を計測する手段と、を有する荷電粒子ビーム応用装置において、
   第１の絞りと、第２の絞りと、荷電粒子ビーム検出器と、を備えた検出装置を有し、
   前記第１の絞りと前記第２の絞りとの間隔と、前記第２の絞りの開口径とで決まる角度の大きさが、前記検出装置近傍での前記荷電粒子ビームの開き角と略一致するかそれより小さいことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
3. 請求項２記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
   前記第１の絞りと前記第２の絞りを通過する荷電粒子量を計測し、レンズ条件もしくは偏向条件にフィードバックする機能を有することを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
4. 請求項２記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
   前記第１の絞りと前記第２の絞りとの間隔と、前記第２の絞りの開口径とで決まる角度の大きさが可変であることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
5. 請求項２記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
   前記第１の絞りの開口が前記第１の絞り位置での荷電粒子ビームの径より大きいことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
6. 請求項１記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
   前記エッジは第１の絞りであり、前記絞りは第２の絞りであり、
   前記第１の絞りは、等間隔の複数の開口を有することを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
7. 請求項６記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
   前記複数の開口が格子状に配列されていることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
8. 請求項６記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
   前記複数の開口の間隔が前記第２の絞りの開口径より短いことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
9. 請求項６記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
   前記複数の開口の全体の大きさが前記第２の絞りの開口より大きいことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
10. 請求項１記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記エッジは第１の絞りであり、前記絞りは第２の絞りであり、
    前記第１の絞りと前記第２の絞りとの相対位置が機械的に移動可能であることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
11. 請求項１０記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記相対位置の機械的な移動の最小単位長さが前記第２の絞りの開口径より短いことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
12. 請求項１０記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記相対位置の機械的な移動の最大可能距離が前記第２の絞りの開口径より長いことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
13. 請求項１記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記エッジと前記絞りとの間に偏向器を有することを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
14. 請求項１３記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記偏向器が前記エッジを兼ねることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
15. 請求項１３記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記偏向器による偏向可能な距離が前記絞りの開口径より長いことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
16. 請求項１記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記エッジと前記絞りとを通過する電流を異なる荷電粒子ビーム条件で計測することを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
17. 請求項１６記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記異なる荷電粒子ビーム条件が異なるマルチビームであることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
18. 請求項１６記載の荷電粒子ビーム応用装置において、
    前記異なる荷電粒子ビーム条件がビームの偏向量であることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。