(57)【要約】【課題】散乱体上の開口パターンの有効な範囲を広くし、高精度な描画を可能にする電子ビーム検出器とそれを用いた電子ビーム描画技術を提供する。【解決手段】複数の散乱体１０２とこれに対応する複数の制限絞り１０５、１０６を同一形状で作製し、位置合わせ機構１０９を用いて積層させることにより電子ビーム検出器を構成する。この検出器を電子ビーム描画装置に搭載して、ビームプロファイルの測定を行い、電子光学系にフィードバックを行う。【選択図】  図１
2004355884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【請求項２】
前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム検出器。
【請求項３】
前記複数の散乱体領域の各々の中心軸と、対応する前記開口部の中心軸とが略一致するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム検出器。
【請求項４】
開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【請求項５】
開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心軸と、対応する前記開口部の中心軸とが略一致するように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【請求項６】
前記複数の散乱体領域の開口パターンが、それぞれ異なることを特徴とする請求項１、４、又は５記載の電子ビーム検出器。
【請求項７】
前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るようにするための位置合わせ機構を、前記散乱体および前記制限絞りに設けてなることを特徴とする請求項２、４、又は５記載の電子ビーム検出器。
【請求項８】
前記制限絞りの複数の開口部が、中心軸方向に複数段設けられていることを特徴とする請求項１、４、又は５記載の電子ビーム検出器。
【請求項９】
前記複数の散乱体領域と前記制限絞りの複数の開口部とが同じ材質で構成されていることを特徴とする請求項１、４、又は５記載の電子ビーム検出器。
【請求項１０】
マーク形状の開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と前記散乱体を保持する支持体とを含む第１の構造体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞り部と前記制限絞り部を保持する支持体とを含む第２の構造体と、前記制限絞り部を通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞り部の複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【請求項１１】
前記複数の散乱体領域の開口パターンが、それぞれ異なることを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム検出器。
【請求項１２】
前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るようにするための位置合わせ機構を、前記第１の構造体および前記第２の構造体に設けてなることを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム検出器。
【請求項１３】
前記制限絞り部の複数の開口部が、その中心軸方向に複数段設けられていることを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム検出器。
【請求項１４】
隣接する前記複数の散乱体領域間および隣接する前記複数の制限絞りの開口部間の各々に、分離壁を設けてなることを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム検出器。
【請求項１５】
マーク形状の開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と前記散乱体を保持する支持体とを含む第１の構造体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の第１の開口部を備えた第１の制限絞りと前記第１の制限絞りを保持する支持体とを含む第２の構造体と、前記第１の制限絞りと略同一形状の複数の第２の開口部を備えた第２の制限絞りと前記第２の制限絞りを保持する支持体とを含む第３の構造体と、前記第１の制限絞りおよび前記第２の制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記第１の制限絞りおよび前記第２の制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心軸と、対応する前記第１の制限絞りおよび前記第２の制限絞りの各開口部の中心軸と略一致するように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【請求項１６】
前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記第１の制限絞りおよび前記第２の制限絞りの各開口部を通るようにするための位置合わせ機構を設けたことを特徴とする請求項１５記載の電子ビーム検出器。
【請求項１７】
隣接する前記複数の散乱体領域間、隣接する前記第１の制限絞り開口部間、および隣接する前記第２の制限絞り開口部間の各々に、分離壁を設けてなることを特徴とする請求項１５記載の電子ビーム検出器。
【請求項１８】
マーク形状の開口パターンを含む複数の散乱体領域を有する散乱体と、前記散乱体を保持する支持体とを一体化して形成した第１の構造体を作製する工程と、前記複数の散乱体領域の各々に対応して複数の開口部を有する制限絞りと、前記制限絞りを保持する支持体とを一体化して形成した第２の構造体を作製する工程と、前記第１の構造体と前記第２の構造体とを、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記制限絞りの開口部を通るように、積層形成せしめる工程と、前記積層された構造体のうち第２の構造体側に、前記散乱体領域を経て前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子を形成する工程とを有することを特徴とする電子ビーム検出器の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の構造体と略同一形状の複数の開口部を有する制限絞りを有する第３の構造体を作製する工程と、前記第１の構造体と前記第２の構造体と前記第３の構造体とを、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記第２の構造体および前記第３の構造体の各開口部を通るように、積層形成させる工程とを含むことを特徴とする請求項１８記載の電子ビーム検出器の製造方法。
【請求項２０】
電子源と、前記電子源から放出される電子ビームを、偏向器および電子レンズを介して試料上に照射し走査することにより、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系と、前記電子ビームのビームプロファイルを測定するための電子ビーム検出器とを備えた電子ビーム描画装置において、前記電子ビーム検出器は、開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るように構成されていることを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２１】
前記電子ビーム検出器からのビームプロファイルに関する信号を基に、前記電子光学系を調整する補正データを作成し、前記補正データにより前記試料上でのパターン描画にフィードバックする手段を有することを特徴とする請求項２０記載の電子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路などの加工、描画に用いられる電子ビーム描画技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩを代表とする半導体集積回路の高密度化、高集積化が急速に進み、これに伴い形成すべき回路パターンの微細化も急速に進んでいる。特に、１００ｎｍノード以下のパターン形成は、従来の光リソグラフィーの延長では非常に困難とされている。
【０００３】
これに対して、電子ビーム描画は、微細パターンを形成するためには有効な手段である。しかし、量産に適用するためには、高い描画精度を維持しつつ、更に高い描画速度向上が要求されている。このため、点ビームによる描画から、２枚の矩形絞りで寸法可変の矩形ビームを発生する可変矩形方式、特定の図形形状開口を有し、図形形状ビームを発生する一括図形方式（例えば、試料上で５μｍ角）など一度に照射するビームの面積を大きくすることで高速化を行ってきた。さらに、ＬＳＩの１チップ分のマスクを準備して電子ビーム（例えば、試料上で２５０μｍ角）で部分的に走査を行いながら縮小投影や近接転写を行う、転写方式の描画装置の開発も行われている。本明細書では、これらの全ての方式を含んで電子ビーム描画とする。
【０００４】
上記のようにビーム面積が大きくなると、面内でのビームプロファイルばらつきを光学設計上十分に小さくしなければならない。また、大面積ビームを偏向したときのプロファイルの変化を補正することも重要な課題である。ここで、プロファイルとは、電子光学系の収差によるボケ、焦点や非点のずれによるボケ、ビーム面内の歪、ビームの中心位置、ビーム強度などである。これらは、光学系を調整する段階でも、また、偏向によるプロファイルの変化を求める際にも正確に測定することが、描画精度を高める上で必須である。
【０００５】
ビームプロファイルの測定は、電子ビームの反射率の異なる材質（例えば、シリコン基板上のタングステン）でマークを形成し、これを走査することによる反射電子信号の変化として行っていた。しかしながら、高精度な測定を行うためには十分なコントラストを得ることが困難になってきていた。
【０００６】
これに対して、透過電子による測定方法を用いれば、十分なコントラストを得ることが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
かかる透過電子検出法では、微小な穴形状を加工する、あるいは、エッジラフネスの少ないナイフエッジ形状を加工するために、マークとなる部材を薄膜化することが必須である。部材が薄膜化すると、入射した電子の一部が薄膜を透過し漏れることになる。ただし、透過した電子は部材を構成する原子との相互作用により、特定の角度分布をもつ。このような部材を散乱体とよぶ。ここで、散乱体とは照射された電子ビームの飛程（侵入深さ）より薄く、電子ビームが完全に遮蔽されず、一部が透過する材質で構成される構造体のことである。
【０００８】
このようにして透過した電子は、構造体と電子ビームの相互作用により、特定の散乱角度分布を持つことになる。この散乱された電子を制限する絞りを用いれば、エッジとして機能し、十分なコントラストを得られることが実証されている。また、微小ホール開口を透過した電子を計測する素子として、ファラデーカップの様に電流を直接計測するのではなく、フォトダイオードのような半導体検出素子を用いれば更に信号強度を増やすことが可能である。
【０００９】
図１１に、従来の散乱型の電子ビーム検出器の構造を示す。散乱体１１０２と制限絞り１１０５、電子検出素子１１０６を組み合わせた構造である。この図は、散乱体に微小開口を用いた例である。散乱体１１０２上に電子ビーム１１０１を走査すると、散乱体１１０２で電子が散乱される。また、その開口部は全ての電子が通過し、開口を通過した電子ビーム１１０３は散乱されずに検出素子に入射する。散乱体で散乱された電子ビーム１１０４は、散乱体の材質（原子量）と、厚さ、入射エネルギーにより散乱角度分布を持つ。散乱された電子の一部を制限絞り１１０５により制限し、検出素子に入射しないようにする。このとき、制限する角度、すなわち入射角１１０７を適切に選べば、十分なコントラストを得ることができる。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３２７４２１２号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示したような従来の散乱型の電子ビーム検出器では、例えば、５０ｋＶのエネルギーの電子で、２μｍ厚のシリコンを散乱体として用い、入射角を１０ｍｒａｄにすれば、散乱されて検出素子に入射する電子の数と制限絞りにより検出素子に入射しない電子の数の比は１：１０００程度を得ることができる。
【００１２】
しかしながら、実際の電子ビーム描画装置の試料ステージ上、あるいは、電子レンズや偏向器を内蔵する電子光学系の内部に設置するためには、検出ユニット自身を１０ｍｍ程度の高さで構成しなければならない。入射角を１０ｍｒａｄとし、散乱体１１０２から制限絞り１１０５までの距離を１０ｍｍとすれば、制限絞りは直径０．２ｍｍとなる。このことは、散乱体上の開口パターンの有効な範囲が直径０．２ｍｍの円内にしか配置できないことになる。また、散乱体上の開口と制限絞りとの位置合わせを０．２ｍｍの１／１０程度で行わなければならい。
【００１３】
散乱体上の開口パターンの有効な範囲を広くし、かつ、入射角を一定にするためには散乱体と制限絞りの間の距離を大きくするしか方法がない。この場合、位置あわせ精度が厳しくなるだけではなく、検出ユニットの高さが高くなり、実質的に開口パターンの種類を増やすことができないという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、散乱体上の開口パターンの有効な範囲を広くし、高精度な描画を可能にする電子ビーム検出器とそれを用いた電子ビーム描画技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、まず、マーク開口を持つ複数の散乱体領域とこれを保持する支持体を含む構造体を作製する。次に、この構造体と外形が同一形状の複数の制限絞りを含む構造体を作製する。これらの構造体を、位置合わせ機構を用いて積層させる。この積層された構造体の下に電子検出素子を設置し、電子ビーム検出器を構成することを特徴とする。
【００１６】
この電子ビーム検出器を電子ビーム描画装置に搭載して、ビームプロファイルを測定し、電子ビーム描画装置の制御系を介して電子光学系を調整することにより、高精度な描画を行うことを特徴とする。
【００１７】
以下に、本発明の代表的な構成例を述べる。
【００１８】
（１）開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【００１９】
（２）開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【００２０】
（３）開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心軸と、対応する前記開口部の中心軸とが略一致するように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【００２１】
（４）マーク形状の開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と前記散乱体を保持する支持体とを含む第１の構造体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞り部と前記制限絞り部を保持する支持体とを含む第２の構造体と、前記制限絞り部を通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞り部の複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【００２２】
（５）マーク形状の開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と前記散乱体を保持する支持体とを含む第１の構造体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の第１の開口部を備えた第１の制限絞りと前記第１の制限絞りを保持する支持体とを含む第２の構造体と、前記第１の制限絞りと略同一形状の複数の第２の開口部を備えた第２の制限絞りと前記第２の制限絞りを保持する支持体とを含む第３の構造体と、前記第１の制限絞りおよび前記第２の制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記第１の制限絞りおよび前記第２の制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心軸と、対応する前記第１の制限絞りおよび前記第２の制限絞りの各開口部の中心軸と略一致するように構成されていることを特徴とする電子ビーム検出器。
【００２３】
（６）マーク形状の開口パターンを含む複数の散乱体領域を有する散乱体と、前記散乱体を保持する支持体とを一体化して形成した第１の構造体を作製する工程と、前記複数の散乱体領域の各々に対応して複数の開口部を有する制限絞りと、前記制限絞りを保持する支持体とを一体化して形成した第２の構造体を作製する工程と、前記第１の構造体と前記第２の構造体とを、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記制限絞りの開口部を通るように、積層形成せしめる工程と、前記積層された構造体のうち第２の構造体側に、前記散乱体領域を経て前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子を形成する工程とを有することを特徴とする電子ビーム検出器の製造方法。
【００２４】
（７）電子源と、前記電子源から放出される電子ビームを、偏向器および電子レンズを介して試料上に照射し走査することにより、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系と、前記電子ビームのビームプロファイルを測定するための電子ビーム検出器とを備えた電子ビーム描画装置において、前記電子ビーム検出器は、開口パターンを備えた複数の散乱体領域からなる散乱体と、前記散乱体上に電子ビームを走査して、散乱された電子を制限する複数の開口部を備えた制限絞りと、前記制限絞りを通過した電子を検出する電子検出素子とを有し、かつ、前記制限絞りの複数の開口部は、前記複数の散乱体領域の各々に対応して設けられ、前記複数の散乱体領域の各々の中心が、対応する前記開口部を通るように構成されていることを特徴とする電子ビーム描画装置。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）
まず、本発明の電子ビーム検出器の構成について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施例になる電子ビーム検出器の断面図を示す。プロファイルを測定する電子ビーム１０１は、マークパターン形状の開口を持つ散乱体１０２上を図中の矢印のごとく走査を行う。このとき、散乱体１０２の開口部分を通過した電子ビーム１０３は、２段の制限絞り１０５、１０６を通過して直接電子検出素子１０７に到達し、電流として計測される。散乱体の開口部以外に照射され、散乱体により散乱された電子ビーム１０４のほとんどは、制限絞り１０５または１０６、支持体１１０、分離壁１０８などにあたって吸収され、電子検出素子１０７には到達せず計測されない。散乱された電子ビームの一部は、２段の制限絞り１０５、１０６を通過して電子検出素子１０７に到達するが、相対的に少なくコントラストを十分にとることが出来る。ここでは、電子検出素子１０７の例として、半導体電子検出素子、いわゆるフォトダイオードを用いた。
【００２８】
散乱体１０２には厚さ２μｍのシリコンを用いた。この散乱体１０２と支持体１１０とを一体の構造体として作製した。この構造体の作製方法は後述する。また、制限絞り１０５には厚さ２０μｍシリコンを用い、支持体１１１と一体の構造体として作製した。制限絞り１０６と支持体１１２も同じ構造である。これら３つの構造体を位置合わせ機構１０９を基準として積層させ、全体として電子ビーム検出器を構成した。また、本実施例における位置合わせ機構は、円筒型のピンを用い、３つの構造体に差し込む方法とした。
【００２９】
図１では、散乱体と制限絞りが２段の構造を用いたが、制限絞りは２段以上の多段でもよい。その場合にも、位置合わせ機構を用いれば、精度良く多段の制限絞りを重ね合わせることができる。
【００３０】
次に、散乱体１０２と支持体１１０からなる構造体の上面図を、図３（Ａ）に示す。同一の基板上に、特定の大きさを持つ複数の散乱体領域３０１にビーム検出の目的に応じた複数のマーク開口３０２が開いている。複数のマーク開口間の距離は、マーク形状測定に必要な走査距離に比べて大きく、かつ、測定するビームの大きさ以上である必要がある。ここでは、マーク開口間の距離を１ｍｍとし、散乱体１０２は１０ｍｍの正方形とした。散乱体領域３０１は２μｍ厚のシリコンで、それ以外の部分は下側（紙面の奥側）には支持体３０３が存在する。このとき、支持体３０３の外側の部分は散乱体に機械的強度を持たせるためのものである。また、散乱体領域３０１間の部分（図中矢印の部分）の支持体は、図１の分離壁１０８となっている。また、位置合わせ機構用開口３０４を支持体３０３に形成した。この開口は丸穴で、この構造体を貫通している。
【００３１】
図３（Ｂ）に、制限絞り１０５と支持体１１１からなる構造体の上面図を示す。同一基板上に、散乱体領域と同じ大きさの制限絞り領域３０５内に制限絞り開口３０６が開いている。制限絞り開口は、図３（Ａ）の散乱体領域上のマーク開口のそれぞれに対応して複数作製する。これ以外の部分は支持体３０７である。この構造体を貫通する位置合わせ機構用開口３０８を形成した。
【００３２】
図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示す構造体は、散乱体領域３０１と制限絞り領域３０５の厚さ、およびマーク開口３０２と制限絞り開口３０６の形状だけが異なる。すなわち、散乱体領域３０１と制限絞り領域３０５の大きさおよび、位置合わせ機構用開口３０４、３０８を基準とした散乱体領域３０１と制限絞り領域３０５の位置関係は全く同一である。従って、位置合わせ機構用開口３０４、３０８を基準として２つの構造体を重ねれば、散乱体領域３０１と制限絞り領域３０５は上下方向に完全に重なることになる。
【００３３】
制限絞りを有効に使用するためには、上面から見て図３（Ａ）に示すマーク開口の中心（例えば、重心）が必ず対応する制限絞り開口内を通るように、マーク開口と制限絞り開口を配置しなければならない。通常、散乱体領域の中心にマーク開口の中心を一致させ、制限絞り領域の中心に制限絞り開口の中心を一致させればよい。
【００３４】
制限絞り１０６と支持体１１２からなる構造体も図３（Ｂ）と同一のため、位置合わせ機構用開口を基準として重ねれば、３つの構造体は上下方向に完全に重なる。
【００３５】
次に、マークパターン開口をもつ構造体の作製方法について述べる。高精度なビームプロファイルを計測するためのマークにはラフネス（パターン辺の凹凸）の少ないエッジが必要である。また、微細なビーム形状を計測するためには、例えば０．１μｍ角程度の大きさの微小な開口や０．１μｍ程度の溝形状の加工が必要である。このような加工には、開口のアスペクト比（開口寸法と厚さの比）を小さくする必要がある。したがって、加工対象となる材料は薄膜になる。また、このような開口が加工可能な、現在最も有効な材質としてはシリコンである。厚さ２μｍ程度のシリコンであれば半導体プロセスを応用し、０．１μｍ程度の加工が可能である。従って、本発明ではシリコンを用いて作製した。
【００３６】
図４に、マークパターン開口をもつ構造体の作製プロセスの一例を示す。厚さ２μｍの薄膜単体では、機械強度が弱く、ハンドリングが困難であるため、薄膜の周囲に枠を付けて機械的強度を向上させる必要がある。ここでは、シリコン／酸化膜／シリコンのＳＯＩウェハーを用いた。酸化膜は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で、この層は後述のエッチングのストッパー機能を持つ。また厚さはそれぞれ２μｍ／０．５μｍ／５００μｍである。説明の便宜上２μｍのシリコン側を表とする（ステップ（Ａ））。
【００３７】
まず、裏面側の加工を行う。裏面にフォトレジストを塗布し、散乱体領域と位置合わせ用の開口パターンのフォトマスクを用意して、コンタクトアライナーで露光し、現像を行ってパターニングした（ステップ（Ｂ））。
【００３８】
次に、裏面からドライエッチングを行って支持体の構造を作製した。このとき、酸化膜はエッチングのストッパーとなり、表面のシリコンはエッチングされない。その後、残ったフォトレジストを剥離した（ステップ（Ｃ））。
【００３９】
次に、表面側の加工を行う。表面にフォトレジストを塗布し、裏面の開口を基準として表側のマークパターンを形成する。ここでは、０．１μｍの解像性を実現するために電子ビーム描画を用いた。その後、フォトレジスト現像してレジストパターンを形成した（ステップ（Ｄ））。
【００４０】
次に、表面側のシリコンをドライエッチングにより加工した後、フォトレジストを剥離した（ステップ（Ｅ））。
【００４１】
次に、フッ酸に浸して酸化膜を除去した。これにより、散乱体領域４０１、マーク開口４０２、支持体４０３、位置合わせ機構用開口４０４の加工が完了した（ステップ（Ｆ））。
【００４２】
最後に、薄膜周囲の枠の部分を適当な大きさで切断し、散乱体構造をもつチップ形状とした。なお、本作製法は主なプロセスのみ記述しており、洗浄や乾燥等のプロセスは省略している。
【００４３】
次に、制限絞り開口をもつ構造体の作製プロセスについて説明する。基本的なプロセスは、図４と同一である。異なる点は、ＳＯＩウェハー上層のシリコンの厚さが２０μｍであるということだけである。２０μｍのシリコンは加速エネルギー５０ｋＶの電子の透過率がほとんど０になる厚さである。この厚さは加速エネルギーにより変更してもよい。このプロセスにおいて重要なことは、裏面の支持体加工用のフォトマスクをマークパターン用と制限絞り用で同じものを使用することである。これにより、位置合わせ用の開口と制限絞り開口の相対位置関係を、マークパターンと同じ精度で実現可能であり、マークパターン開口と制限絞り開口の軸を合わせることが容易になる。
【００４４】
また、従来、電子ビーム描画装置において、限られた試料ステージの稼動範囲にマークパターン１個の電子ビーム検出器を多く搭載するには限界があったが、本発明のような構成の電子ビーム検出器を用いることにより、限られた試料ステージのスペース上に多くの種類のマークパターンを搭載することが可能となる。
【００４５】
（実施例２）
本発明による電子検出器を搭載した電子ビーム描画装置の構成例を、図２を用いて説明する。
【００４６】
電子銃（電子源）２０１から放射された電子ビーム２０２は、第１マスク２０３を照射し、第１マスク２０３の像は第２マスク２０５上に照射される。第２マスク２０５上には矩形状の可変成形用開口と一括図形用の開口が設けられており、これらは成形選択偏向器２０４により選択され、可変矩形または一括図形形状のビームを発生させる。この第２マスク２０５の像は、縮小レンズ２０６により縮小され、第１対物レンズ２０７と第２対物レンズ２０８によりＸＹステージ（試料ステージ）２１０上に設置された試料２０９に投影される。
【００４７】
ＸＹステージ２１０は、ＸＹステージ制御装置２１２により制御される。対物レンズ内の電子ビームは、主偏向制御装置２１３からの偏向信号で駆動される主偏向器２１４に、また、副偏向制御装置２１５からの偏向信号で駆動される副偏向器２１６により試料２０９上での描画位置を決定される。ＸＹステージ２１０、主偏向器２１４および副偏向器２１６は、描画制御装置２１１により描画パターンに応じて同期して制御される。試料２０９上の合わせマークは、マーク上を走査した電子ビームの反射電子を反射電子検出器２１７により捕捉され、信号処理装置２１９で増幅、位置検出演算を行った後、描画制御装置２１１に下層形状として認識され、合わせ描画が行われる。
【００４８】
実際の描画の前には、電子レンズや偏向器からなる電子光学系の調整を行わなければならない。この調整は、描画精度に直接影響するため、高精度な描画のためには高精度なビームプロファイル測定が必須である。ここで、プロファイルとは、電子光学系の収差によるボケ、焦点や非点のずれによるボケ、ビーム面内の歪、偏向器で発生する偏向歪、ビームの中心位置、ビーム強度などである。
【００４９】
ビームプロファイルの測定に、ＸＹステージ２１０上に設置した本発明の電子ビーム検出器２１８を用いる。ボケは直交する２辺のエッジ形状をもつマーク開口で、ビーム位置は別の位置に有る十字形状のマーク開口までＸＹステージ２１０を移動して測定を行う。ここで得られた信号は、信号処理装置２１９で増幅や波形処理されて描画制御装置２１１に入力される。描画制御装置２１１は、このデータに基づきビームの結像性能や、偏向器の特性を演算し、補正データを作成する。さらに、この補正データに基づいて、試料上でのパターン描画の際にフィードバックを行うことにより、高精度な描画が実現できる。
【００５０】
また、従来、電子ビーム描画装置において、限られた試料ステージの稼動範囲にマークパターン１個の電子ビーム検出器を多く搭載するには限界があったが、本発明のような構成の電子ビーム検出器を用いることにより、限られた試料ステージのスペース上に多くの種類のマークパターンを搭載することが可能となる。
【００５１】
（実施例３）
本発明による電子ビーム検出器の別の構成例を、図５に示す。図５（Ａ）は、その断面図である。散乱体５０１と支持体５０５からなる構造体、制限絞り５０２と支持体５０６からなる構造体、制限絞り５０３と支持体５０７からなる構造体を積層し、電子検出素子５０４を設置した構造は、基本的には図１と同一である。図１と異なる点は位置合わせ機構５０８である。本実施例では、構造体に溝形状を加工し、円筒形状の部材を横方向（紙面の奥行き方向）に挟み込んだことである。溝の幅と円筒の部材の径が精度良く加工されていれば、上下の構造体の位置と間隔（高さ）を精度良く決めることができる。
【００５２】
構造体の上面図を、図５（Ｂ）に示す。マーク開口５０９、支持体５１０、散乱体領域５１２は、図３と同一である。位置合わせ機構用開口５１１の形状を矩形とした。また、矩形の溝を縦方向と横方向に配置することにより、縦位置および横位置を決定することができる。この溝は、いわゆるＶ溝でも良い。
【００５３】
また、円筒形状の部材ではなく、球体を使用することも可能である。このときには、位置合わせ機構用開口は円形に加工すれば良い。
【００５４】
また、特別に位置合わせ機構を用いなくても、散乱体や制限絞りから構造体端部までの距離を正確に切り出すことができれば、基準面に押し当てながら積層させても良い。
【００５５】
更に別の構造を、図９に示す。この構造は、散乱体９０１と支持体９０２からなる構造体、制限絞り９０４と支持体９０５からなる構造体、制限絞り９０７と支持体９０８からなる構造体にそれぞれ中間部９０３、９０６、９０９を設けたものである。これにより、散乱体と制限絞りの間の距離を大きくすることができ、同じ大きさの制限絞りでも電子検出素子９１０に対する入射角を小さくすることができる。ここでは中間部の厚さは全て５００μｍとした。これら中間部の上下の位置合わせ機構９１２の相対位置を正しければ、散乱体と制限絞り間の位置合わせ精度は変わらない。ここでは、各中間部の分離壁９１１に相当する部分が無い構造を用いたが、分離壁を設けた中間部を用いても良い。
【００５６】
（実施例４）
図１に示した電子ビーム検出器の電子検出素子には、フォトダイオードを用いた。フォトダイオードは、電流増倍作用があるために微弱な電流計測には有効であるが、計測する電子ビームの電流量が多ければファラデーカップを用いても良い。また、電子ビームを照射すると発光する蛍光体と、光電子増倍管を用いても良い。これを、図６（Ａ）に示す。図の上部、散乱体および制限絞りを含む構造体は、基本的には図１と同一である。制限絞りを通過した電子ビームは、蛍光体６０１に照射され発光する。この光を光電子増倍管６０２を用いて増幅し、電子ビーム検出器の出力とする。
【００５７】
また、図１の実施例において示した電子検出素子は１つであるが、複数の散乱体領域毎に電子検出素子を設けてもよい。これを、図６（Ｂ）に示す。本図の構造体も、基本的には図１と同一である。電子の検出に電子検出素子アレイを用いた。このように検出素子を複数に分離すれば、個々の素子の静電容量を減少させることが可能で、それぞれに増幅器（図示してない）を接続すれば、高速な測定が可能となる。
【００５８】
（実施例５）
これまで説明した本発明による電子ビーム検出器では、複数の散乱体領域と複数の制限絞りを用いているが、必ずしもすべての領域を使用しなくてもよい。図７は、その例を示すもので、（Ａ）は、散乱体の上面図、（Ｂ）は制限絞りの上面図を示している。基本的な構造は、図３と同一である。本実施例では、複数の散乱体領域のうち開口のない散乱体領域７０１と、複数の制限絞り領域のうち開口のない制限絞り領域７０２が存在する。この場合、この領域ではビームプロファイルの測定はできない。
【００５９】
図３では、制限絞りの形状は矩形を用いている。この矩形の大きさは、対応する散乱体上のマーク開口を包含し、電子検出素子への入射角に相当する分だけ面積を大きくしてある。この形状は、マーク開口を包含すれば、円形でも良い。また、マーク開口に入射角に相当する輪郭を付けた相似形でも良い。
【００６０】
図１０に、その例を示す。図１０（Ａ）は、散乱体領域１００１上のマーク開口１００２を示す。支持体１００３と位置合わせ機構用開口１００４は、基本的には図３と同一である。これに対応する制限絞りを、図１０（Ｂ）に示す。制限絞り領域１００５上に制限絞り開口１００６を設けた。この形状は、対応するマーク開口と相似形で、いわゆる太らせた形状である。複数のマーク開口があり、輪郭を付けて重なる部分は共通の制限絞り開口になる。支持体１００７と位置合わせ機構用開口１００８は、基本的には図３と同一である。
【００６１】
（実施例６）
本発明による電子ビーム検出器のさらに別の構成例を、図８に示す。制限絞り８０２と８０３以外の構造は図１と同一である。ここでは、制限絞り８０２と８０３は厚さが散乱体８０１と同一となっている。散乱体８０１で散乱された電子ビーム８０４の一部は、制限絞りに到達する。しかし、制限絞りも散乱体であるため、再度散乱されて下側に透過する。このうち一部の散乱された電子ビーム８０５は、電子検出素子８０６に到達してバックグラウンド信号として検出されてしまうことになる。従って、信号のコントラストは低下する。しかし、得られるコントラストが測定精度を得るのに十分であれば実用上問題はない。この構造であれば、散乱体および制限絞りを含む構造体を完全に同一プロセスで作製することが可能となる。このことは、例えば、同一ＳＯＩウェハーで、マーク開口と制限絞り開口を作製すれば、作製コストの大幅な削減となる。
【００６２】
（実施例７）
本実施例では、可変矩形ビームのビームサイズ校正に応用した。図１２に、試料ステージ上に設置された電子ビーム検出ユニットの構造を示し、図１３に、散乱体１２０１に形成された開口形状を示した。散乱体には２μｍ厚のシリコンに金を３０ｎｍ蒸着したものを用い、下方に散乱電子遮断用の絞り１２０２、更に下方に電子検出器１２０３を設けた。開口１３０２は長手方向が６μｍ、短い方向が０．２μｍの矩形状であり、２つの開口がおおよそ９０度の角度で形成されている。２つの開口がある理由は矩形ビームの２方向の幅を測定するためである。また、これらの方向は可変矩形ビームのそれぞれの辺の方向とおおよそ同じである。なお、短い方向の開口幅０．２μｍは開口の厚さ方向で一番幅の広いところで定義した。したがって、アスペクト比は１０となる。
【００６３】
この開口上を１μｍ角の電子ビーム１３０３で走査した。走査幅は走査方向１３０４の電子ビームの幅と開口の幅の和より長く、これによりビームプロファイルを得ることが出来る。透過信号を作図したのが、図１４であり、いわゆるビームプロファイル１４０１である。通常ビームプロファイルは反射電子の１次微分信号として得られるが、本実施例では得られた信号を微分することなく、ビームプロファイルが得られている。これにより信号の雑音に対して強い測定が可能となる。生信号での測定を可能とするためには高効率で高コントラストな信号が得られる透過電子を用いることが必要であり、本実施例による測定が有効となっている。使用した図１３での開口を辺の長さの異なる矩形状にした理由は、走査方向と垂直方向を長くすることで、開口の形成を容易にするとともに信号量を多くするためでもある。微小な開口を形成する技術があれば両辺とも短い一つの開口で２方向の測定をすることも可能である。
【００６４】
また、ビームプロファイルを得るには開口幅が電子ビーム幅より狭い必要があるために、開口は薄い散乱体に形成している。また、透過電子信号を用いるメリットは、図１５（ａ）のようにテ―パー状の開口を形成すれば（ここで、図１５は開口の断面図であり、開口の長手方向に垂直な面を示している）、実質的に開口の狭い方で開口の幅が決まることにある。これはわずかな厚さでも散乱コントラストが得られる透過電子信号の特性によっている。このことは加工の容易さも考慮に入れると、実質的に狭い開口の形成が容易に行えることを示している。結果として反射電子と比較して高い分解能を得ることが可能となり、より小さな幅の電子ビームの計測が可能となる。なお、このときのテーパーは電子ビームの走査方向、すなわち開口の長手方向の側面に形成した。更にテーパーは下に広がる構造が、テーパー面での浅い角度での散乱を防止するので効果的である。また、金を蒸着すること、すなわち、図１５（ｂ）のように原子番号の大きな物質１５０２で原子番号の小さな物質からなる散乱体１５０３の表面の１部若しくは全部を被覆すること、でシリコンの酸化を防ぐと同時に実質的な分解能をあげることが出来る。
【００６５】
こうして得られたビームプロファイルの最大信号強度１４０２とゼロレベル１４０３との半分のスライスレベル１４０４での幅を電子ビーム幅とし、校正を行った。そのアルゴリズムを、図１６に示す。まず、偏向制御データに基いて、開口幅より大きな種々のビームサイズでの電子ビーム幅を２方向測定する。その幅と所望の幅との差から、成型偏向信号のオフセット・ゲイン・回転を求める。これらのデータを偏向制御データにフィードバックする。これらの動作を繰り返し、測定した幅と所望の幅との差が許容値以下になれば校正を終了する。校正の結果、最終的な描画パターン幅の直線性は両方向ともに０．５μｍから２μｍの間で３ｎｍとなった。
【００６６】
なお、本実施例は、これまでの実施例で説明した本発明による電子ビーム検出器に適用できるばかりでなく、本実施例の基本的な考え方は従来の透過型の電子ビーム検出器に対しても適用可能である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のマーク形状の透過型電子ビーム検出器を実現することができ，これを用いて電子ビーム描画装置の電子光学系を調整することにより高精度な描画を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する図。
【図２】本発明の第２の実施例を説明する図。
【図３】本発明における散乱体および制限絞りを示す上面図。
【図４】本発明における散乱体と支持体からなる構造の作製プロセスを説明する図。
【図５】本発明の第３の実施例を説明する図。
【図６】本発明の第４の実施例を説明する図。
【図７】本発明の第５の実施例を説明する図。
【図８】本発明の第６の実施例を説明する図。
【図９】第３の実施例の別の構成例を説明する図。
【図１０】第５の実施例の別の構成例を説明する図。
【図１１】従来の透過型電子ビーム電子検出器を示す図。
【図１２】本発明の第７の実施例での検出ユニットを説明する図。
【図１３】第７の実施例での開口配置を説明する図。
【図１４】第７の実施例でのビームプロファイルの一例を示す図。
【図１５】第７の実施例での開口の断面図。
【図１６】第７の実施例でのビーム校正アルゴリズムを説明する図。
【符号の説明】
１０１…電子ビーム、１０２…散乱体、１０３…制限絞り、１０４…制限絞り、１０５…電子検出素子、１０６…分離壁、１０７…位置合わせ機構、１０８…支持体、１０９…支持体、１１０…支持体、２０１…電子銃、２０２…電子ビーム、２０３…第１マスク、２０４…成形選択偏向器、２０５…第２マスク、２０６…縮小レンズ、２０７…第１対物レンズ、２０８…第２対物レンズ、２０９…試料、２１０…ＸＹステージ、２１１…描画制御装置、２１２…ＸＹステージ制御装置、２１３…主偏向制御装置、２１４…主偏向器、２１５…副偏向制御装置、２１６…副偏向器、２１７…反射電子検出器、２１８…電子ビーム検出器、２１９…信号処理装置、３０１…散乱体領域、３０２…マーク開口、３０３…支持体、３０４…位置合わせ機構用開口、３０５…制限絞り領域、３０６…制限絞り開口、３０７…支持体、３０８…位置合わせ機構用開口、４０１…散乱体領域、４０２…マーク開口、４０３…支持体、４０４…位置合わせ機構用開口、５０１…散乱体、５０２…制限絞り、５０３…制限絞り、５０４…電子検出素子、５０５…支持体、５０６…支持体、５０７…支持体、５０８…位置合わせ機構、５０８…散乱体領域、５０９…マーク開口、５１０…支持体、５１１…位置合わせ機構用開口、６０１…蛍光体、６０２…光電子増倍管、６０３…電子検出素子アレイ、７０１…開口のない散乱体領域、７０２…開口のない制限絞り領域、８０１…散乱体、８０２…制限絞り、８０３…制限絞り、８０４…散乱された電子ビーム、８０５…散乱された電子ビーム、８０６…電子検出素子、９０１…散乱体、９０２…支持体、９０３…中間部、９０４…制限絞り、９０５…支持体、９０６…中間部、９０７…制限絞り、９０８…支持体、９０９…中間部、９１０…電子検出素子、９１１…分離壁、９１２…位置合わせ機構、１００１…散乱体領域、１００２…マーク開口、１００３…支持体、１００４…位置合わせ機構用開口、１００５…制限絞り領域、１００６…制限絞り開口、１００７…支持体、１００８…位置合わせ機構用開口、１１０１…電子ビーム、１１０２…散乱体、１１０３…開口を通過した電子ビーム、１１０４…散乱された電子ビーム、１１０５…制限絞り、１１０６…電子検出素子、１１０７…入射角、１２０１…散乱体、１２０２…絞り、１２０３…電子検出器、１２０４…電子ビーム、１３０１…散乱体、１３０２…開口、１３０３…電子ビーム、１３０４…走査方向、１３０１…ビームプロファイル、１４０２…最大信号強度、１４０３…ゼロレベル、１４０４…スライスレベル、１４０５…電子ビーム幅、１５０１…散乱体、１５０２…原子番号の大きな物質、１５０３…軽い原子からなる散乱体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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