JPH04162337A - 電子線装置 - 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、電子線を用いて半導体基板上にＬＳＩ等のパ
ターン図形を形成する電子線描画装置、またはパターン
図形の寸法を測長する電子線測長装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体製造装置分野に於ては増々微細加工技術が
重要と成ってきており、従ってこの種の製造装置に対す
る高精度化への要求仕様も厳しく成ってきている昨今で
ある。

ここでは、前記製造装置の一例として、電子線描画装置
を取り上げ、その従来技術について以下に説明する。

第３図は、電子線描画装置の一例を示した試料近傍の簡
略構成図である。全体が真空に保持されたコラム１５内
に於て、電子線源から放出されてきた電子線１は、偏向
コイル２によってＸ、Ｙ平面方向に走査されながら、対
物レンズ３により試料１１上に収束されて種々のパター
ン図形を形成していく。また、反射電子検出器５は、上
記試料１１」二に予め設けられたマークからの反射電子
を検出して位置合わせをしながら描画する時に用いられ
るものである。一方、高さセンサー１２は、前記試料１
１上に図形を描画する際に、該試料面の反りあるいは段
差等による高さ変動を補正するためのものである。つま
り、その動作は、レーザー光源６からでた光が試料１１
表面に入射角０で当たった後、該試料面の反り等により
影響され、その反射光の形状や位置、大きさなどの変位
量がディテクタ８で検出される。この高さ情報が信号処
理回路９およびＣＰＵｌ０を通してＤＦ（ダイナミック
フォーカス）コイル４にフィードバックされ、前記電子
線１の試料面に対する収束状態を正しく補正するもので
ある。

従来、ここで問題になっていたことは、第３図の試料１
１付近を拡大した第４図における現象である。即ち、試
料１１の表面に照射された電子線１の照射位置Ｏは、図
中に示すある基準位置Ｈ８においてレーザー光源６から
入射角０で照射されるレーザー光７の照射位置と一致し
ており、この時の反射光Ｒ８の基準位置がディテクタ８
を介してメモリに記憶されている。しかしながら、今、
該試料１１の表面が図示の如く反り等によって上方向の
ＨｌまでΔｈだけ上がった場合には、電子線１の照射位
置はその直上のＯ′点に移行する反面、レーザー光７は
試料１１表面のＰ点で反射後破線のように進み変位εを
生じて反射光Ｒ工として検出される。なお、Ｍｉ、Ｍｒ
はそれぞれ反射ミラーを示す。この場合、Ｐ点はＯ′点
からΔＸだけシフトした位置を計測することになり、非
常に不都合である。θ≧４５°　（θ〉４５°の装置も
ありえる）の場合には、Δｈ＝１００μｍではΔＸ＝Δ
ｈ−ｔａｎθ≧１００μｍ　となる。このΔＸは、上記
試料が大口径化されればその製造プロセス等の熱変形に
より、反り量も一層大きくなる。従って、この様な検出
方法も見直す必要がある。

この様な高さによる位置ずれをなくすには、試料面に対
してレーザー光を電子線と平行入射させることが有効で
、その公知例として例えば特開平２−２１５５３号公報
がある。しかし本公知例ではレーザー光の外径が少なく
とも数１００μ■１φ以上もあり大き過ぎて、１００μ
ｍ角以下の角頭下においても高い加工精度が要求される
描画装置には適用できない。仮にこの発明の構成では、
外部から導入するレーザー光を数１０μｍφ以下に絞っ
たとしても、電子線の通過途中にある反射ミラー面中央
に設けられた約１５０μｍφの電子線通過孔内にレーザ
ー光が取り込まれてしまい試料面まで到達できなくなる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

−に記従来の課題は、試料面が」二下動した際の電子線
直下の高さを測定する場合に、レーザー光が電子線に対
して大きく傾いて入射するため別の位置での高さが得ら
れ、測定誤差が生じやすかった。

一方、使用する電子線に平行な単一波長のレーザー光で
もスポット径が大き過ぎては、描画装置が要求するよう
な加工精度が確保できない。つまり、レーザー光の大き
さとしては、１００μｍφ以下が望ましい。

従って本発明の目的は、試料面が上下変動した場合にも
電子線直下の照射位置と一致した試料面の正しい高さを
測定することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記従来の問題点を解決するには、前記電子線と平行な
少なくとも２本のレーザー光をその近傍で該電子線を中
間に挾むが如く配置し、照射する。

そして、該レーザー光は１００μｍφ以下に絞って試料
面に当てるようにする。

〔作用〕

この様な２本の平行なレーザー光が同時に照射されるこ
とにより、得られる２つの高さの平均値がその中間に位
置する電子線照射位置のものとかなりの正確さで一致す
る。ウェーハ而が反りあるいは局部的な凹凸あるいは傾
きをもって上下動していても、ある程度の大きさに絞ら
れた２本のレーザー光を用いれば、その中間位置の高さ
を直接的に測れなくともその近傍の離れた２点間の高さ
の内挿から比較的正確に求めることが可能である。

〔実施例〕

以下に、本発明を実施例により説明する。

第１図は本発明の実施例を示すものである。第１図に於
て、電子線１は試料１１の表面０点に垂直に照射される
。そこでコラム１５の大気側にある右方のレーザー光源
６ａから発せられたレーザー光はハーフミラ−１６ａを
通過後、試料室１８の」二面窓から全体が真空に保持さ
れたその内部に導入され、反射ミラーＭａ、１３ａでそ
れぞれ直角に曲げられ、試料１１の方向に照射される。

反射ミラー１３ａは、光の反射面以外はすべて電子線１
による帯電が生じないように、導電カバー１４ａにより
導電処理が施しである。左方の反射ミラー１３ｂについ
ても全く同様である。右のレーザー光７ａは上記電子線
１と平行である。該レーザー光７ａは試料１１上のＰ□
点に到達後、同一光路をたどって逆方向に反射される。

一方、コラム１５の左方のレーザー光源６ｂも同時に操
作され、レーザー光７ｂは試料１１の２２点で反射され
る。つまり、２つのレーザー光の試料面への到達点Ｐ□
とＰ２は同一直線上にあって電子線１をその中間に挾む
ように配置する。その場合、電子線１の照射位置０点に
対するＰ、およびＰ２の距離はｄ１＝ｄ２の関係を保ち
、これらが数ｍｍオーダーで十分ＬＳＩチップ以内の大
きさに設定されていることが望ましい。ところで、反射
光に関しては再び元の光路をたどって上記反射ミラー１
３ａおよびＭａ、または１３ｂおよびＭｂでそれぞれ反
射後、コラム１５外のハーフミラ−１６ａまたは１６ｂ
で直角に曲げられ、レンズ１７ａまたは１７ｂによりそ
れらの反射スポット光がそれぞれディテクタ８ａまたは
８ｂ上に結像される。もし該試料１１の高さが変動した
場合には、この結像されるレーザー光７ａ’または７ｂ
’の形状及び強度変化より高さを求める。次いで、両デ
ィテクタから出る光電変換された高さ情報信号は、信号
処理回路１９の中で加算平均される。この高さ信号出力
は、先の２つのレーザー光照射位置■）２点と２２点と
が電子線１の照射位置０点に近いことから、該電子線直
下の高さを忠実に反映するものである。これによって得
られた出力は、第３図の時と同様にＣＰＵｌ０を通して
ＤＦコイル４にフィードバックされ、前記電子線１の収
束状態を補正する。この様にして試料１１上には、正し
い描画パターン等が形成されることになる。

一方、試料面が水平面にたいして角度αだけ傾いている
場合にも、第２図のように、電子線１の直下の０点の高
さは、それに平行な２つのレーザー光の照射位置Ｐ１′
　とＰ２′の高さの加算平均値によって精度よく与えら
れる。

なお、前記第１図では、電子線１の照射位置０点に対す
る２つのレーザー光照射点Ｐ工とＰ２が完全に等間隔の
場合で説明したが、多少違っていてもかなりの精度は保
たれる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明における電子線装置で
は、加工に用いる電子線直下の高さ測定が困難な場合に
おいて、その近傍に該電子線と平行で且つ少なくとも２
本のレーザー光を照射すれば、その反射光信号による加
算平均化処理により精度良く高さを測定することができ
る。また、上の説明文中では電子線及び２本のレーザー
光の照射位置が一直線上に配置される様に限定して説明
したが、実際のＬＳＩ−個は１０数ｍｍ角前後の領域が
あるため一度に３〜４本のレーザー光を照射した方がよ
り正確である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第２図のそれぞれは本発明の詳細な説明する
図、第３図から第４図のそれぞれは従来の技術を説明す
るための図である。 １・・・電子線、３・・・対物レンズ、４・・・ダイナ
ミックフォーカスコイル、６．６ａ、６ｂ・・・レーザ
ー光源、７　、７　ａ　、　７　ｂ−レーザー光、８．
８ａ。 ８ｂ・・・ディテクタ、９，１９・・・信号処理回路、
１１・・・試料、１２・・・高さセンサー、１３ａ、１
３ｂ。 Ｍ　ａ　、　Ｍ　ｂ　、　Ｍ　ｉ　、　Ｍ　ｒ−反射ミ
ラー、１４ａ。 ］、　４．　ｂ・・・導電カバー、１５・・・コラム、
１６ａ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子銃から発生された電子線を試料面上に収束させ
   て所望の微細なパターンを高精度に描画または上記パタ
   ーンの寸法を測定する電子線装置に於て、前記試料面の
   高さを検出するためにレーザー光が照射され、該試料面
   からの反射光を光学系により検出してその焦点位置を検
   出する光学検出手段において、該レーザー光は該試料面
   に垂直な前記電子線に対して平行で、且つそれは該電子
   線を中間に挾むように配設された少なくとも２本の照射
   光から成ることを特徴とする電子線装置。 ２、上記２本のレーザー光は前記電子線の照射位置を含
   む一直線上にあって、該電子線の照射位置を中点とした
   相反する方向にそれぞれ等間隔に配設されていることを
   特徴とする前記第一項記載の電子線装置。 ３、上記該電子線と平行に保たれているレーザー光は、
   前記電子銃と前記試料面との間に設けてあることを特徴
   とする前記第一項記載の電子線装置。 ４、上記レーザー光は、その試料上での外径が１００μ
   ｍφ以下であることを特徴とする前記第一項記載の電子
   線装置。