WO2001095364A1

WO2001095364A1 - Dispositif de production de faisceaux d'electrons et procede permettant l'irradiation par faisceaux d'electrons

Info

Publication number: WO2001095364A1
Application number: PCT/JP2001/004872
Authority: WO
Inventors: Akira Kintaka; Masato Sekine; Toshimichi Iwai
Original assignee: Advantest Corporation
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2001-12-13
Also published as: JP2001349997A

Description

明細書電子ビーム照射装置、電子ビーム照射方法技術分野

本発明は、電子ビーム照射装置、電子ビーム照射方法に関する。また本出願は、下記の日本特許出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。

特願 2 0 0 0— 1 7 4 5 2 5 出願日平成 1 2年 6月 9日背景技術

図 1は、従来の電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 2 0 0を示す。従来の電子ビーム測長装置 2 0 0は、電子ビームを発生させる電子銃 1 1 2と、筐体 1 1 0と、電子ビームを偏向する偏向器 1 1 4と、電子ビームの焦点を調整する電子レンズ 1 1 6と、電子レンズ 1 1 6を制御する電子レンズ制御部 1 3 4と、被測定部材である部材 1 3 0が設けられたゥヱハ 1 3 2が載置されるステージ 1 2 2と、校正部材 1 5 0または部材 1 3 0にレーザ光を照射し、反射光を受光するセンサ 1 4 0と、センサ 1 4 0を制御し、部材 1 3 0と筐体 1 1 0との距離を求めるセンサ制御部 1 4 6と、部材に電子ビームを照射することにより部材から発生する電子である反射電子もしくは 2次電子を検出する電子検出器 1 5 2とを備える。

図 2は、従来の電子ビーム照射装置を用いた、電子ビーム照射方法のフローチヤートを示す。図 1を参照して、まず、校正ステップ（S 1 1 0 ) において、校正部材 1 5 0に電子ビームを照射することにより、偏向器 1 1 4および電子レンズ 1 1 6の校正を行う。次に、校正距離取得ステップ（S 1 1 2 ) において、センサ 1 4 0およびセンサ制御部 1 4 6により、筐体 1 0と校正部材 1 5 0との距離である校正距離を求める。次に、部材選択ステップ（S 1 1 4 ) において、測定すべき部材 1 3 0を選択し、部材距離取得ステップ（S 1 1 6 ) において、筐体 1 0と部材 1 3 0との距離である部材距離を求める。

次に、電子レンズ調整ステップ（S 1 1 8 ) において、電子レンズ制御部 1 3 4 が、センサ制御部 1 4 6から受け取った当該校正距離および当該部材距離に基づいて、部材 1 3 0に対する電子ビームの焦点を、再度、調整する。次に、電子ビーム照射ステップ（S 1 2 0 ) において、部材 1 3 0に電子ビームを照射することにより、部材 1 3 0の寸法などの測定を行う。

従来の電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 2 0 0は、校正部材 1 5 0 を用いて、電子レンズ 1 1 6を校正した後、実際に部材 1 5 0に電子ビームを照射する。しかしながら、筐体 1 1 0と校正部材 1 5 0との距離が、筐体 1 1 0と部材 1 5 0との距離と異なるため、電子レンズ 1 1 6を校正したにもかかわらず、電子ビームを部材 1 5 0に照射するステップにおいて、再度、電子レンズ 1 1 6に供給する電流値を調整して、部材 1 5 0に対する電子ビームの焦点を調整する必要がある。

従来の電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 2 0 0は、測定すべき部材 1 3 0毎に、電子レンズ 1 1 6に供給する電流などの電子ビームを制御するパラメータを変化させなくてはならない。そのため、例えば、部材 1 3 0の寸法を測定する場合に、当該パラメータを制御することにより測定誤差を生じる。また、近年、半導体プロセスを用いた微細加工技術により作成された部材において、その寸法が

0 . 1マイクロメートルより小さいものが実用化されている。従来の電子ビーム測長装置 2 0 0においては、電子ビームを照射する部材 1 3 0が、小さいほど、当該測定誤差は顕著であり、昨今の半導体プロセスを用いて作成された微細な部材 1 3 0の寸法を精度よく測定することは非常に困難であった。

そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる電子ビーム照射装置、電子ビーム照射方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。発明の開示

即ち、本発明の第 1の形態によると、部材に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置であって、電子ビームを発生させる電子銃と、電子ビームを調整する電子光学系と、部材が載置されるステージと、実質的に電子ビームの照射方向に、ステージを移動させるステージ制御部とを備えることを特徴とする電子ビーム照射装置を提供する。

また、ウェハに設けられた部材と、電子光学系が格納される筐体との距離に対応する値を取得して、部材と筐体との距離を求める距離測定部をさらに備え、ステージ制御部が、部材と筐体との距離である部材距離に基づいて、ステージを移動させることが好ましく、また、ステージ制御部が、電子光学系を校正したときの部材と筐体との距離と、部材距離とが、実質的に等しくなるようにステージを移動させることがさらに好ましい。

本発明の第 2の形態によると、部材に電子ビームを照射する電子ビーム照射方法であって、電子ビームを調整する光学系である電子光学系を校正するための校正部材に電子ビームを照射することにより、電子光学系を校正する校正ステップと、部材が載置されるステージを、電子ビームの照射方向に実質的に沿った方向に移動することにより、部材に対して、電子ビームの焦点を合わせる焦点ステップと、部材に対して、電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップとを備えることを特徴とする電子ビーム照射方法を提供する。

また、焦点ステップが、電子光学系が格納される筐体と部材との距離が、所定の距離になるようにステージを移動するステップを含むことが好ましく、また、電子光学系が校正された状態における筐体と校正部材との距離である校正距離を求める校正距離取得ステツプと、筐体と部材との距離である部材距離を求める部材距離取得ステップとをさらに備え、焦点ステップが、測定距離と、校正距離とが、実質的に等しくなるように、ステージを、実質的に電子ビームの照射方向に移動するステップを含むことがさらに好ましい。なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特 ί敫群のサブコンビネーションも又発明となりうる。図面の簡単な説明

図 1は、従来の電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 2 0 0を示す。図 2は、従来の電子ビーム照射装置を用いた、電子ビーム照射方法のフローチヤートを示す。

図 3は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 1 0 0を示す。

図 4は、本発明の他の実施形態に係る電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 1 0 0を示す。

図 5は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム照射方法のフローチャートを示す。発明を実施するための最良の形態

以下、発明の実施の形態を通じて本堯明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴のみ合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図 3は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 1 0 0を示す。電子ビーム測長装置 1 0 0は、電子ビームを発生させる電子銃 1 2と、電子ビームを調整する電子光学系 1 8と、電子ビームを照射するか否かを制御するバルブ 2 6と、電子銃 1 2および電子光学系 1 8とを格納する筐体 1 0と、被測定部材である部材 3 0が設けられたウェハ 3 2が載置されるステージであるステージ装置 2 4と、ステージ装置 2 4を制御するステージ制御部 3 4と、部材 3 0 と筐体 1 0との距離を求める距離測定部 4 8と、部材に電子ビームを照射することにより発生する電子である反射電子や 2次電子などを検出する電子検出器 5 2とを備える。電子光学系 1 8は、電子ビームを所望の位置に偏向する偏向器 1 4と、電子ビームの焦点を調整する電子レンズ 1 6とを有する。ステージ装置 2 4は、実質的に電子ビームの照射方向に部材 3 0およびウェハ 3 2を移動させるステージである Z方向ステージ 2 0と、電子ビームの照射方向に実質的に垂直な方向に部材 3 0およびウェハ 3 2を移動させる X Y方向ステージ 2 2とを有する。距離測定部 4 8は、光源（レーザ光）を用いて部材 3 0の相対位置を測定するセンサ 4 0と、センサ 4 0 を制御するセンサ制御部 4 6とを有する。センサ 4 0は、当該レーザ光を被測定部材に照射する照射部 4 2と、当該被測定部材において反射した当該レーザ光を受光する受光部 4 4とを有する。当該レーザ光は、部材 3 0に電子ビームを照射する位置において、部材 3 0に照射されるのが好ましい。

図 4は、本発明の他の実施形態に係る電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 1 0 0を示す。図 4に示すように、センサ 4 0は、部材 3 0に対して電子ビームを照射する位置以外の位置において、部材 3 0にレーザ光を照射するように設けられてよい。また、センサ 4 0は、筐体 1 0の下方の領域以外の位置において、部材 3 0にレーザ光を照射するように設けられてもよい。

図 5は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム照射方法のフローチャートを示す。図 3を参照して、まず、電子銃 1 2が、電子ビームを発生させる。電子銃 1 2は、常に電子ビームを発生させるのが好ましいため、測定の開始前において、電子ビームが部材 3 0に照射されないように、バルブ 2 6が、バルブ 2 6より下流に電子ビームが進行することを防ぐ。

次に、校正ステップ（S 1 0 ) において、電子光学系の校正を行う。まず、電子ビームの焦点合わせを行うために、 Z方向ステージ 6 2に設けられた焦点調整用の校正部材 5 0を光軸近傍に移動させる。次いで、電子レンズ 1 6の焦点位置を所定の位置に調整し、偏向器 1 4により電子ビームを校正部材 5 0のマーク上を走査させるとともに、電子検出器 5 2が、校正部材 5 0に電子ビームが照射されることにより発生する反射電子や 2次電子に応じた電気信号を出力することにより制御部（図示せず）に通知する。当該制御部は、検出された電子量に基づいて、電子レンズ 1 6の焦点が合っているか否かを判断する。そして、当該制御部は、反射電子や 2次電子の検出波形の微分値が最大となるように、電子レンズ 1 6に供給する電流を制御する。

例えば、高精度な測定を行うために電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 1 0 0の座標系をレーザ干渉計などを基準として構成するとき、電子ビームの偏向座標系とレーザ干渉計を基準とした直交座標系とが厳密に校正されていることが必要である。そのため、電子ビームの焦点を行った後、偏向量を調整（校正）するために、ステージ装置 2 4に設けられた偏向量調整用の所定のマークを形成された校正部材 5 0を光軸近傍に移動させる。

偏向器 1 4が、電子ビームで、校正部材 5 0の偏向量調整用マーク上を複数回走査させ、電子検出器 5 2が、校正部材 5 0から反射した反射電子や 2次電子の変化を検出し、制御部（図示せず）に通知する。当該制御部は、反射電子や 2次電子の検出波形に基づいて、マークのエッジを定め、マーク座標の中心位置を求めることができる。以上のマーク検出を行うことによって、偏向座標系と直交座標系の校正を実現することができ、偏向器 1 4が、所定の領域に高精度に電子ビームを照射させることが可能となる。

次に、校正距離取得ステップ（S 1 2 ) において、電子光学系 1 8が校正された状態における、筐体 1 0と校正部材 5 0との距離である校正距離を求める。まず、センサ制御部 4 6力センサ 4 0を制御して、照射部 4 2から校正部材 5 0に対してレーザ光を照射する。当該レーザ光は、校正部材 5 0および校正部材 5 0の周辺領域に照射されてよい。そして、受光部 4 4力当該レーザ光の反射光である反射レーザ光を受光することにより、センサ制卸部 4 6力 S、筐体 1 0と校正部材 5 0との距離に対応する値を取得して、当該校正距離を求める。当該値は、センサ 4 0と校正部材 5 0との距離を示す値であってよい。また、ステージ装置 2 4を移動させることにより、部材 3 0に電子ビームを照射する位置以外の位置や、筐体 1 0の下方の領域以外の位置において、部材 3 0にレーザ光を照射することにより、当該校正距離を求めてもよい。次に、部材選択ステップ（S I 4 ) において、後述する電子ビーム照射ステップにおいて、電子ビームを照射する部材 3 0を選択する。部材 3 0が載置されるステージ装置 2 4を移動させて、測定されるべき部材 3 0が光軸近傍に位置するようにする。

次に、部材距離取得ステップ（S 1 6 ) において、部材 3 0と筐体 1 0との距離である部材距離を求める。まず、センサ制御部 4 6が、センサ 4 0を制御して、照射部 4 2から部材 3 0に対してレーザ光を照射する。そして、受光部 4 4が、当該レーザ光の反射光である反射レーザ光を受光することにより、センサ制御部 4 6が、筐体 1 0と部材 3 0との距離に対応する値を取得して、当該部材距離を求める。当該値は、センサ 4 0と部材 3 0との距離を示す値であってよい。また、ステージ装置 2 4を移動させることにより、部材 3 0に電子ビームを照射する位置以外の位置や、筐体 1 0の下方の領域以外の位置において、部材 3 0にレーザ光を照射することにより、当該部材距離を求めてもよい。さらに、センサ制御部 4 6は、当該測定距離を、ステージ制御部 3 4に通知する。

次に、焦点ステップ（S 1 8 ) において、部材 3 0に対する電子ビームの焦点を調整する。焦点ステップ（S 1 8 ) において、 Z方向ステージ 2 0を移動させることにより、部材 3 0に対する電子ビームの焦点を調整するのが望ましい。本実施例において、ステージ制御部 3 4が、実質的に電子ビームの照射方向に沿う方向に、 Z方向ステージ 2 0を移動させる。実質的に電子ビームの照射方向に沿った方向とは、部材 3 0を、筐体 1 0に対する高さ方向であってよい。具体的には、部材 3 0 を、筐体 1 0に近づけたり、筐体 1 0から遠ざけたりして、筐体 1 0と部材 3 0との距離を調整することにより、部材 3 0に対する電子ビームの焦点を調整するのが好ましい。このとき、ステージ制御部 3 4は、筐体 1 0と部材 3 0との距離である測定距離が、所定の距離になるように Z方向ステージ 2 0を移動させるのが好ましい。さらに好ましくは、ステージ制御部 3 4は、部材距離取得ステップ（S 1 6 ) において取得した部材距離と、校正距離取得ステップ（S 1 2 ) において取得した校正距離とが、実質的に等しくなるように Z方向ステージ 2 0を移動させることにより、電子ビームの部材 3 0に対する焦点を調整する。

次に、電子ビーム照射ステップ（S 2 0 ) において、部材 3 0に電子ビームを照射する。バルブ 2 6を開くことにより、パルプ 2 6において遮断されていた電子ビームを部材 3 0に照射する。そして、偏向器 1 4力電子ビームを偏向することにより、部材 3 0に対して電子ビームを走査させる。電子検出器 5 2が、部材 3 0に電子ビームが照射されることにより発生する電子に応じた電気信号を出力することにより制御部（図示せず）に通知する。当該制御部は、反射電子や 2次電子の検出波形に基づいて、部材 3 0に関する情報を取得することができる。例えば、電子ビーム照射ステップ（S 2 0 ) は、部材 3 0に電子ビームを照射することにより、部材 3 0に対応する画像を取得する画像取得ステップであってよく、また、部材 3 0 の寸法を測定する寸法測定ステップであってよい。そして、 S 1 4から S 2 0のステツプを繰り返し行うことにより、ウェハ 3 2に設けられた部材 3 0の全てについて、電子ビームを照射することができる（S 2 2 )。

本発明における電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 1 0 0は、 Z方向ステージ 2 0を備えることにより、部材 3 0を、電子ビームの照射方向に実質的に沿った方向に移動させることができる。このため、校正ステップ（S 1 0 ) において、電子ビームの焦点を調整する電子レンズ 1 6が校正された状態から、電子レンズ 1 6を制御するパラメータを、実質的に変化させずに、電子ビーム照射ステップ

( S 2 0 ) において、電子ビームを照射することができる。具体的には、例えば、電子レンズ 1 6力電子レンズ 1 6に供給される電流に応じて、電子ビームの焦点を調整するレンズである場合には、校正ステップ（S 1 0 ) において校正された電流値である校正電流値を、電子ビーム照射ステップ（S 2 0 ) において、当該校正電流値を実質的に変化させることなく電子ビームを照射することができる。結果として、部材 3 0に対して電子レンズ 1 6の焦点を調整するときに、電子レンズ 1 6 を制御するパラメータを調整することにより生じる誤差を非常に少なくすることができる。そのため、本発明による電子ビーム照射装置である電子ビーム測長装置 1 0 0は、例えば、磁気へッド装置などに含まれる、寸法が 0 . 1マイクロメートル以下の部材 3 0であっても、部材 3 0の寸法を非常に精度よく測定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。産業上の利用可能性

上記説明から明らかなように、本発明によれば非常に精度よく電子ビームを照射することができる電子ビーム照射装置および電子ビーム照射方法を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 部材に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置であって、

前記電子ビームを発生させる電子銃と、

前記電子ビームを調整する電子光学系と、

前記部材が載置されるステージと、

実質的に前記電子ビームの照射方向に、前記ステージを移動させるステージ制御部と

を備えることを特徴とする電子ビーム照射装置。

2 . 前記ウェハに設けられた前記部材と、前記電子光学系が格納される筐体との距離に対応する値を取得して、前記部材と前記筐体との距離を求める距離測定部をさらに備え、

前記ステージ制御部が、前記部材と前記筐体との距離である部材距離に基づいて、前記ステージを移動させることを特徴とする請求項 1記載の電子ビーム照射

3 . 前記ステージ制御部が、前記電子光学系を校正したときの前記部材と前記筐体との距離と、前記部材距離とが、実質的に等しくなるように前記ステージを移動させることを特徴とする請求項 2記載の電子ビーム照射装置。

4 . 部材に電子ビームを照射する電子ビーム照射方法であって、

前記電子ビームを調整する光学系である電子光学系を校正するための校正部材に前記電子ビームを照射することにより、前記電子光学系を校正する校正ステップと前記部材が载置されるステージを、前記電子ビームの照射方向に実質的に沿った方向に移動することにより、前記部材に対して、前記電子ビームの焦点を合わせる焦点ステップと、

前記部材に対して、前記電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップとを備えることを特徴とする電子ビーム照射方法。

5 . 前記焦点ステップが、前記電子光学系が格納される筐体と前記部材との距離が、所定の距離になるように前記ステージを移動するステップを含むことを特徴とする請求項 4記載の電子ビーム照射方法。

6 . 前記電子光学系が校正された状態における前記筐体と前記校正部材との距離である校正距離を求める校正距離取得ステツプと、

前記筐体と前記部材との距離である部材距離を求める部材距離取得ステップとをさらに備え、

前記焦点ステップが、前記測定距離と、前記校正距離とが、実質的に等しくなるように、前記ステージを、実質的に前記電子ビームの照射方向に移動するステップを含む

ことを特徵とする請求項 5記載の電子ビーム照射方法。