JPH02142044A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、荷電粒子線装置に係り、特に荷電粒子線を用
いて試料の寸法を測定する電子線測長装置、試料にパタ
ーンを描く電子線描画装置、イオンに依る材料加工を行
なうイオン加工装置等の荷電粒子線装置に関する。 ［従来の技術ｌ 従来の光学測長装置に代り、走査型電子顕微鏡を応用し
た電子線測長装置は、ＬＳＩのパターン寸法の測定など
に大いに利用されている。 第３図は電子線測長装置による測定の手法を示す原理説
明図である。 電子ビーム２を細く絞り、試料１６上の被測定パターン
上を線走査させる。試料からは二次電子が発生する。こ
の二次電子は試料の形状を反映しており、第３図（ｂ）
のような信号が検出される。 そして線走査の領域（Ｌｓ：既知の値）と二次電子信号
（Ｌｘ：測定値）との比から被測定パターンの寸法Ｘを
算出することができる。 このような電子線の収束性を生かした電子線測長装置は
、従来の光学測長装置に比べ、サブミクロンの測長が可
能である。

【発明が解決しようとする課題】

上記従来技術において、測長精度を決める要因は、電子
ビーム径や線走査の分解能等種々あるが、最も大きな要
因として線走査方向と被測定試料との非直交性がある。 第３図は、試料としてレジストの寸法Ｘを測定する場合
を示している。図がら明らかなように、電子ビームを試
料にたいして直交してディジタル走査すれば（実線）、
Ｘ＝ＬｘＸ　Ｌ　／　Ｌ　ｓとなる（ｂ）。ここで、Ｌ
は既知の走査幅［μｍｌ、Ｌｓはその時の分解本数、Ｌ
ｘは、ピーク間でカウントされたディジタル値である。 しかしながら、非直交で走査すると（破線）同図（ｃ）
の様に、真の値Ｌｘより大きくなってしまう。この様に
、試料に対する電子ビームの走査方向が直交していない
と測長誤差が発生することとなる。 この非直交性の原因として、次の二点が挙げられる。 第一は、走査コイルと試料ステージの機械的な座標が最
初から異なる場合である。これは機械的な調整または電
気的なローテション回路により解決できる。 第二は、対物レンズによるレンズ作用によって、走査方
向が回転するために生じる場合である。試料ステージの
高さ（対物レンズから試料までの距離）により対物レン
ズのレンズ作用が異なるため、回転角度が異なってくる
。これを避けるため、従来はＳＥＭ像をｉ察しながら走
査方向が直交するように、電気的なローテーション回路
、あるいは偏向コイルを機械的に回転して調整していた
。このことは、電子線副長装置の自動化にとって大きな
障壁となっている。 本発明の目的は、試料に対する上述の電子ビーム走査方
向の回転角度を自動検出し、荷電粒子線装置の微細制御
の自動化を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

上記目的は、電子ビームの試料上における走査方向を検
出する手段と、その検出された信号により、電子ビーム
の走査方向を制御する手段とを具備することにより達成
される。 （作用］ 例えば、上記電子ビームの試料上における走査方向を検
出する手段として、二次元のＰＳＤ　（ポジション　セ
ンシティブ　デテクタ：Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　　５ｅｎｓ
ｉｔｉｖｅ　　Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）を試料面上に設置す
る。このＰＳＤは、半導体装置検出素子と呼ばれ、入射
した電子ビームの位置を検出する機能がある。従って、
電子ビームでＰＳＤ面上をラインスキャンすると、その
全てのライン上の位置座標を知ることが出来る。次に、
対物レンズのレンズ電流を変化させ、同様にラインスキ
ャンすると、ラインは回転する。この時のライン上の位
置座標を認識し、前記ラインスキャン時と比較すること
により回転角を検出することが出来る。この回転角の情
報をローテション回路にフィードバックし、レンズ電流
によるラインスキャンの回転を補正する。上記作用によ
り、レンズ電流の変化に伴う走査方向の回転を、完全に
取り除くことが出来る。 ［実施例１ 以下、本発明の第一の実施例を、第１図により説明する
６ 電子銃１より発生した一次電子ビーム２は走査コイル３
によって、試料上を任意の距離ライン走査せしめられる
。その電子ビーム２は、対物レンズ４の操作により細く
絞られる。同時に、ライン走査の回転が発生する。試料
ステージ（図示略）には、あらかじめ被測定対象物（図
示略）とＰＳＤ５が同一高さ、及び同一の座標系にプリ
アライメントにより設定され、しかも、ＰＳＤのＸＹ座
標とステージのＸＹ座標は一致させられている。 今、電子ビーム２をＰＳＤ５の面上にライン走査で照射
すると、ＰＳＤ５から発生した信号は、ＰＳＤ検出回路
１０に入力される。ここで、座標信号に変換され、任意
の分解能で座標及び、ライン走査幅を記憶回路１１に記
憶する。その値をＣＰＵを含む演算回路１２で読み出し
、ステージあるいは、ＰＳＤ５の座標と比較し、回転角
を計算する。その情報をローテション回路７に制御信号
として与える。ローテション回路７は、回転角の情報に
より、試料上の電子ビーム走査方向を変化させる。 以上の手段により、電子ビーム２を試料上の所定パター
ンに対して直交するように走査させることが出来る。 次に、本発明の第二の実施例を第２図を用いて説明する
。前述したように、走査方向の回転は試料ステージの高
さ（Ｚ軸）の変化に伴うフォーカス位置の変化、即ち、
対物レンズ４の電流変化によるものである。試料ステー
ジの高さがいつも一定であるなら前記の調整は一回で良
いが、試料交換毎に高さが変化する場合、前記の調整を
試料交換毎に実行しなければならない。しかし測長精度
の面からは、むしろ高さを合わせる方が良策である。こ
の手法について以下説明する。 最初に、第一の実施例で記述した方法により、基準のス
テージ高さでフォーカスを最適化し、回転角を零に合わ
せる１次に、試料１６の交換を行なう。そして、対物電
流を前記フォーカス条件に固定したまま、ＰＳＤ５面上
でライン走査をする。 ＰＳＤ５からの信号は、前記第一の実施例と同様にＰＳ
Ｄ検出回路１０．記憶回路１１．演算回路１２を用いて
電子ビームの位置座標及び、ライン走査幅を求める。そ
して、前記ＰＳＤ５の座標及び、ライン走査幅と比較し
、一致しない場合その大小の情報により高さの上下を実
行する。 これは、試料ステージ１５の高さにより、偏向支点から
の距離が変化し、偏向量が変化するためである。従って
、前記走査幅より大きければ、ステージ１５を上昇させ
、小さければ下降させる。 そのための制御信号をＺ軸制御回路１４に入力する。Ｚ
軸制御回路１４は、制御信号により高さの上、下パルス
をＺａ駆動回路１３に入力し、Ｚ軸ステップモータ１７
を駆動し、試料ステージ１８５を上下させる。上記動作
を前記ＰＳＤの走査幅と一致するまで繰返し実行する１
以上の操作により、常時試料の高さを一定にすることが
可能となる。 以上、電子ビーム測長装置を例にとり、本発明の詳細な
説明したが、本発明は、高精度の偏向制御を上記測長装
置と同様に必要とする電子線描画装置、ＦＩＢ装置、電
子ビームテスタ装置等の荷電粒子線装置においても実施
できることは明らかである。

【発明の効果】

本発明によれば、電子ビームの走査方向を自動的に検出
でき、かつ試料ステージの高さを制御することができる
ので、高精度の荷電粒子線装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の荷電粒子線装置のブロ
ック構成図、第２図は本発明の第二の実流側の荷電粒子
線装置のブロック構成図、第＼図は電子ビームによる測
長の手法を示す原理説明図である。 符号の説明 １・・・電子銃、２・・・−次電子ビーム、３・・・走
査コイル、４・・・対物レンズ、５・・・ＰＳＤ、６・
・・偏向増幅器、７・・・ローテション回路、８・・・
走査発信回路、９・・・レンズ電流制御回路、１０・・
・ＰＳＤ検出回路。 １１・・・記憶回路、１２・・・演算回路、１３・・・
Ｚ軸駆動回路、１４・・・Ｚ軸制御回路、１５・・・試
料ステージ、１６・・・試料、１７・・・Ｚ軸ステップ
モータ第 図 ／７−−−乙津山スデファセ、−メ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電粒子線を最終的に細く絞る対物レンズのレンズ
   作用強度の変化に伴う荷電粒子線の走査方向の回転角の
   変化量もしくは、電子線の走査距離を検出する手段とし
   て半導体装置検出素子（ＰＳＤ）を設けたことを特徴と
   する荷電粒子線装置。 ２、上記検出された回転情報を、偏向器にフィードバッ
   クし、走査方向を自動的に補正する手段を設けたことを
   特徴とする請求項第１項記載の荷電粒子線装置。 ３、前記検出された走査距離情報をもとに試料ステージ
   の高さ（Ｚ軸）を制御する手段を設けたことを特徴とす
   る請求項第１項記載の荷電粒子線装置。