JPH04196042A

JPH04196042A - 反射電子検出装置

Info

Publication number: JPH04196042A
Application number: JP2322578A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Wakayama; 茂若山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-15

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、試料から反射した電子を検出するための反射
電子検出装置に関し、特に試料から反射した電子を検出
することにより試料の状態を拡大する電子顕微鏡や、Ｌ
ＳＩの製作時に回路図形を描画する描画装置に用いるの
に好適な反射電子検出装置に関する。

（従来の技術）試料に電子を照射して、この試料から反射した電子を検
出することにより、電子の照射量を制御したり、試料の
表面状態を検出するための反射電子検出装置が提案され
ている。

ところで、ＬＳＩの製作時には、設計で得られたデータ
をもとに回路図形（パターン）を創成する必要がある。

この回路図形をウェハへ描画する方法の一例として、電
子線をウェハに照射することにより回路図形を描画する
電子描画装置が使用されている。

ＬＳＩの電子線によるパターン描画（電子描画）はウェ
ハへの直接描画、あるいはマスク及びその数倍大のレク
チルの描画に使用されている。このＬＳＩのパターンは
年々微細化が進んでおり、６４ＭＤＲＡＭでは、パター
ンの線幅が０．４．ｃｚｍ。

重ね合わせ精度が３σで０．１１ｚｍ以ト“と昌ゎれて
いる。　パターン精度を左右する問題としては、（ａ）
電子光学系（鏡筒）、（ｂ）回路系、（Ｃ）機械系（振
動、熱膨脹による斐形）、（ｃｌ）レジストプロセス系
、（ｅ）ステージ位置の測定系、（ｆ）反射電子の検出
なとに別けることが出来る。

これらの問題の各精度は、パターンの微細化に比例（、
て向上さぜることが必須である。

ここでまずＬＳＩの回路図形創成用の一般的な電子ビー
ム描画装置について、第１１図を用いて説明する。

電子ビーム描画装置］は、真空チャンバ′３と、この真
空チャンバ３の」一部から試料７に電ｒを照射する電ｒ
−光学系５（以上「鏡筒」と称する）と、真空チャンバ
３内に配置されて試料７が載置されると共にＸ方向及び
Ｙ方向へ微量移動＋ｉＪ能なＸＹテーブルつと、試料７
へ照射された電子ビームの反射電子を捕捉する反射電子
検出器１１とて構成されている。

また、鏡筒５には制御系］３が接続されている。

この制御系］３には、反射電子検出器１１に接続された
光電了増イ１〜管］５及びこの光電子増倍管１５に接続
された増幅器］７か接続されており、さらにデイスプレ
ィ１つが接続されている。

以上の構成の電子ビーム描画装置１て、回路パターンを
ウェハ等に描画する手順について説明する。先ず、回路
パターン等の設計データを制御系１３に人力する。次に
ｔｉｉｉ画する試料７をＸＹ子テーブル上の所定の位置
に載置する。そして、電子ビームにより試料面上のマー
ク位置を検出する。

検出したマーク位置により鏡筒５と試料７との位置合わ
ぜを行う。既に人力された段調データにノ、（づいて、
鏡筒５から電子ビームを試料７へ回路パターンに応して
照Ｉ・］シ、試料７−１．に回路パターンを描画する。

以りの手順により、試料７上に回路パターンが描画され
る。このような手順による描画では、装置の描画精度に
関り、しているのは、マーク位置及び形状の検出と描画
中の電子ビームの電流密度の安定化の精度である。これ
らのマーク検出と描画に於ける微量な電子ビームの電流
密度の変化量の制御は、反射電子検出器］１により、電
子ビームを試料面に当てたことて発４１−するエネルギ
の小さい反射電子２１を検出することで行っている。

反射電子２１の検出方法は、光電変換素子からなる反射
電子検出装置］］により反射電子２１を、光に変換し、
ライトノＪイト内を導かれた光は光電子倍増管１５によ
り電気信号に変換され、この電気信号は増幅器］５を介
してデイスプレィ］つと、制御系］３に送られ、試料の
パターン像の表示及び描画時における電子ビームの電流
密度の微量な変動を安定させる。

第１２図には、従来の反射電子検出装置１１が示されて
いる。この反射電子検出装置］］の検出部１］ａは、鏡
筒５の先端部と試料７との間の側部に配置されている。

この理由は、鏡筒５の先端部に配置される図示しないり
・１物レンスと試料７との距離（ツーキングデイスタン
ス）Ｓをなるべく短くする必要からである。

ところか、この構成の反射電子検出装置］１は、試料７
に反射して散乱した電子の捕捉がまた不→−−−−，，
５− 分と訂える。

さらに、第１３図には、異なる種類の反射ＴＵ：５．４
”検出装置２′３の例か示されている。この第１３図に
示される反射電子検出装置２３は、鏡筒５の電子ビーム
の照射路の周囲に配置されて、試料７に反身＝ｊして、
電子ビームの照射口から鏡筒５内に戻った反射電子を捕
捉する構成である。

ところか、−に記のような鏡筒５内に配置された反則電
子検出装置２３では、試料で反射されて鏡筒５内に戻っ
てくる反射電子の量が少ないため、＋ｌ−確に試料から
の反射電子の量を検出することが出来ない。

また、第１５図には、鏡筒５の端部と試料７との間に配
置された第１６図に示す環状体形状の反射電子検出装置
２５か示されている。

ところか、この方法では、試料面から見た立体角か非常
に小さく、エネルギーの小さな反射電子の捕捉が不十分
で、正確な反射電子の検出が困難である。

このため電子ビーム電流密度の微量な変化量を検出する
ことが出来すＳ／Ｎ比が悪くなり、微細な回路パターン
の描画ができないという問題があった。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、従来の反射電子検出装置では、いずれも
、反射電子の捕捉か不十分であるため、電子ビーム電流
密度の微量な変化量を得るのが困難であった。

本発明は」１記事実を考慮し、エネルギーの小さな反射
電子をも精度良く検出することが出来る反射電子検出装
置を提供することが目的である。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）」１記目的を達成するため請求項（１）記載の発明では
、電子検出器の電子検出面を、ほぼ全ての反射電子の反
射方向を覆うごとく配置したことを特徴としている。

請求項（２）記載の発明では、電子検出器を、前記試料
とこの試料に向けて電子を照射するための電子光学系と
の間に配置すると共に、この電子検出器を電子光学系を
支持する鏡筒に支持したことを特徴としている。

（作用）請求項（１）記載の発明によれば、試料に反射した電子
は、ほぼ反射電子の反射方向を覆うことく配置された電
子検出器によって検出される。

これにより、試料面から見た立体角が大きくなり、エネ
ルギの小さい反射型ｒ・を精度良く測定することが出来
る。従って、Ｓ／Ｎ比を向」二することが出来る。

請求項（２）記載の発明によれば、電ｒ検出器を鏡筒に
支持したので、鏡筒の分解を行っても鏡筒と一体に分解
されるため鏡筒に対する位置精度は保持され、分解後に
組み（；Ｉける場合に試料面がらの位置が一定になり、
電子検出器がらの信号の補正が不要になる。

（実施例）次に本発明に係る反射電子検出装置２９の実施例につい
て説明する。なお第１１図に示される電子ビーム描画装
置１と同構成部分については、図面に同符号をイτｊし
て説明を省略した。

第１実施例第１図には、電子ビーム描画装置２７の鏡筒先端部に形
成された対物レンス３］と、ＸＹテーブル９」二の所定
の位置に載置された試料７と、この試料７と対物レンス
３１の先端部との間に配置されてこの対物レンス３］に
支持部材３２により支持された光電変換素子３３と、が
示されている。

第２図に示されるように、光電変換素子３３は、種々の
方向に飛び散る反射電子をも検出できるように上下が開
放された円錐形状で、内面に反射電子検出面３３Ｃが形
成されており、試料７側に大径の開口３３ｂか対応し、
対物レンズ３１側に小径の開口３３ａが対応するように
、配置されている。すなわち、対物レンズ３］から照射
されて反射した反射電子３５の反射方向に対して直交す
る方向に反射電子検出面３３ｃか位置するように配置さ
れている。

第３図に示されるように光変換素子３３は、ライトガイ
ド３７を介して石英管３９と接続され、石英管３９はラ
イトガイド４１を介して光電子増倍管］５と接続されて
いる。

従って、光電変換素子３３へ反射電子が人’Ｊ＝１され
ると、光電変換素子３３により光に変換され、変換され
た光は、ライトガイド３７を通過して石英管３つへ送ら
れ、石英管３つにより光は減衰せずに大気中へ取り出さ
れて光電子増倍管１５へ送られる。光電子増倍管］５て
は、送られた光を電気信号に変換し、この電気信号は制
御系１３へ送る。

このように、本実施例によれば、上ト°か開放された円
錐形状の光電変換素子３３により、試料面から見た立体
角が大きくなり、エネルギの小さい反射電子を捕捉する
ことが出来るので、反射電子の検出精度を向」二するこ
とが出来る。

従って、電子ビーム電流密度の微量な変化量を検出する
ことが出来、Ｓ／Ｎ比が向」ニし、微細な回路パターン
の描画が可能となる。

また、光電変換素子３３を対物レンズ３１に取付けてい
るために電子光学系のメンテナンス時等に分解しても光
電変換素子３３と対物レンス３１との取付は精度に変化
かなく精度を維持できる。

第２実施例次に第２実施例について第４図及び第５図を用いて説明
する。本実施例の反射電子検出装置４４の光電変換素子
４゛３は、上記第１実施例の光電変摸索ｒ−３３を分割
した例である。

第４図に示されるように、対物レンス３１に支持部月４
４で支持された光電変換素子４３は、上ドか開放された
円錐形状で内面に電子検出面４３ａか形成された光電変
換素子４３を周方向に６個配置して形成されている。こ
れらの各光電変換素子４３には、第１実施例と同様にラ
イトガイド３７を介して石英管３つと接続され、ライト
ガイド４］を介して光電子増倍管１５と接続されている
。

これにより、第１実施例と同様に石英管３つを介して光
電子増倍管１５へ、光に変換された反射電子が伝達され
る。

第３実施例次に第６図及び第７図を用いて第３実施例にっいて説明
する。第６図に示されるように、反η、ｊ電子検出装置
５３の対物レンス３１に支持部祠５４で支持された光電
変換素子５５は、中空円筒形て、χ・Ｊ物しンズ′３］
と試料７との間に配置されている。

この対物レンス３］と試料７との間は、非常に狭く、こ
の狭い隙間に、光電変換素子５５か、この隙間を囲むよ
うに配置されている。

これにより、試料７から反射した弱いエネルギの電子も
検出することか出来、分解能も向上する。

第４実施例次に第８図及び第９図を用いて第４実施例について説明
する。第９図に示されるように、対物レンス３１に支持
部材５８で支持された光電変換素子５７は、第３実施例
の光電変換素子５５を、軸方向に沿って４個に分割して
形成されている。この光電変換素子５７は、第８図に示
されるように、対物レンズ３１と試料７との隙間に、試
料７の上面を囲むように配置される。従って、試料７か
ら反射した弱いエネルギの電子も検出することが出来る
。

第５実施例次に第１０図（ａ）乃至第１０図（ｄ）を用いて第５実
施例について説明する。第５実施例は、光電変換素子の
変形例である。

第１０図（ａ）は、円形で内面側に電子検出面４５ａが
形成された光電変換素子４５を４個、試料７を囲んでか
つ、試料からの電子の反射方向に対して直交するように
、配置した例である。

第１０図（ｂ）は、矩形状で内面側に電ｒ検出面４７ａ
が形成された光電変換素子４７を４枚、試料を囲んでか
っ、試料からの電子の反η・ｊ方向に対して直交するよ
うに、配置した例である。

第１０図（Ｃ）は、三角形状で内面側に電子検出面４９
ａか形成された光電変換素子４つを４枚、試料を囲んで
かつ試料からの電子の反射方向に対して直交するように
、配置した例である。

第１０図（ｄ）は、台形状で内面側に電ｒ検出面５１．
　ａが形成された光電変換素子５１を４枚、試料を囲ん
でかつ試料からの電子の反射方向に対して直交するよう
に、配置した例である。

［発明の効果］以上説明したように本発明に係る反射電子検出装置によ
れば、試料面から見た立体角が大きくなり、エネルギの
小さな反射電子を精度良くδ１り定することか出来るの
で、電子ビームの電流密度の微量な変化量を検出するこ
とが出来てＳ／Ｎ比か向上し、回路パターンの描画に用
いた場合には、より微細な回路パターンを描画すること
が出来るという優れた効果が得られる。

また、光電変換素子を鏡筒に支持したので、鏡筒の分解
を行っても常に鏡筒との位置ずれは１１じず試料面から
の位置が一定になり分解組み立て後の光電変換素子から
の信号の補正が不要になるという優れた効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る反射電子検出装置の第１実施例を
示す断面図、第２図は第１実施例の反射電子検出装置の
光電変換素子を示す斜視図、第３図は光電変換素子に人
力された電子を光に変換して制御装置に伝達する構成を
示す断面図、第４図は第２実施例の反射電子検出装置を
示す断面図、第５図は第２実施例の反射電子検出装置の
光電変換素子を示す斜視図、第６図は第３実施例の反射
電子検出装置を示す断面図、第７図は第３実施例の反射
電子検出装置の光電変換素子を示す斜視図、第８図は第
４実施例の反射電子検出装置を示す断面図、第９図は第
４実施例の反射電子検出装置の光電変換素子を示す斜視
図、第１０図（ａ）乃至第１０図（ｄ）は光電変換素子
の他の実施例を示す斜視図、第１１図乃至第１５図は従
来の反射電子検出装置を示し第１１図は断面図、第１２
図は試料に反射した電子とこの電子検出する検出装置を
示す斜視図、第１３図は鏡筒の内部に配置された光電変
換素子の従来の反射電子検出装置を示す断面図、第１４
図は円筒形の光電変換素子を示す斜視図、第１５図は環
状の光電変換素子が配置された反射電子検出装置を示す
断面図、第１６図は環状の光電変換素子を示す斜視図で
ある。３・・・真空チャンバ７・・試料９・・・ＸＹテーブル２７・・・電子ビーム描画装置２９．５３・・・反射電子検出装置３２．４４．５４．５８・・支持部月３１・・・対物レンズ３３．４３．４５．４７．４９５１．５５．５７・・・光電変換素子３５・・反射電子３７．４］・・・ライトガイド３つ・・・石英管代理パラ′１１ヱ士三好秀和

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料に反射した電子を電子検出器で検出する反射
電子検出装置であって、前記電子検出器の電子検出面を、ほぼ全ての反射電子の
反射方向を覆うごとく配置したことを特徴とする反射電
子検出装置。
（２）試料に反射した電子を検出する電子検出器を、前
記試料とこの試料に向けて電子を照射するための電子光
学系との間に配置すると共に、前記電子検出器を電子光
学系を支持する鏡筒に支持したことを特徴とする反射電
子検出装置。