(57)【要約】【課題】電子線通路を電子線と同軸上に配置することができる電子線装置を提供する。【解決手段】半導体電子線検出器６０を構成する実装用基板６１の一方の面に、電子線源からの電子線を直接検出して実装用基板６１の中心を検出する第１の電子線センサ７０を設けるとともに、第１の電子線センサ７０を４つの領域Ａ１〜Ａ４に分割した。それぞれの領域Ａ１〜Ａ４から電子線の入射量に応じた信号が出力される。領域Ａ１〜Ａ４からの出力信号が全て等しくなるように半導体電子線検出器６０を移動させて実装用基板６１の中心を検出し、電子線通路７５と電子線ＥＢとを同軸上に位置させる。【選択図】　　　図３
2004079334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線源と、この電子線源とステージ上に載置された試料との間に配置されたコンデンサレンズ系及びオブジェクトレンズ系と、このオブジェクトレンズ系と前記試料との間に配置された半導体電子線検出器とを備える電子線装置において、
前記半導体電子線検出器は、
実装用基板と、
この実装用基板の一方の面に設けられ、前記電子線源からの電子線を直接検出して前記実装用基板の中心を検出する第１の電子線センサと、
前記実装用基板の他方の面に設けられ、前記試料で反射した電子線を検出する第２の電子線センサと
を有することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記オブジェクトレンズ系に前記半導体電子線検出器を取外し可能に支持する支持機構部が設けられ、
少なくとも前記オブジェクトレンズ系を収容する筐体に前記半導体電子線検出器を出し入れするための開口が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の電子線装置。
【請求項３】
前記第１の電子線センサの前記電子線を検出する領域を分割し、前記各領域からの出力信号によって前記実装用基板の中心に対する電子線のずれ方向及びずれ量を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子線を検出する半導体電子線検出器を備える電子顕微鏡や電子線露光装置等の電子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子顕微鏡や半導体素子に微細パターンを転写する電子線露光装置では電子線を検出する検出器として半導体電子線検出器が用いられている。
【０００３】
図５は従来の電子顕微鏡の概念図である。
【０００４】
この電子顕微鏡は電子線源１１０とコンデンサレンズ系１２０とオブジェクトレンズ系１３０とステージ１４０とを備えている。
【０００５】
電子線源１１０とコンデンサレンズ系１２０とオブジェクトレンズ系１３０とステージ１４０とは真空雰囲気とした筐体１５０に収容されている。
【０００６】
オブジェクトレンズ系１３０とステージ１４０上に置かれた試料１０５との間には半導体電子線検出器１６０が配置されている。
【０００７】
電子線源１１０から出射した電子線はコンデンサレンズ系１２０及びオブジェクトレンズ系１３０によって絞られて試料１０５に照射される。試料１０５で反射された電子線は半導体電子線検出器１６０で検出される。
【０００８】
半導体電子線検出器１６０は基板（図示せず）に固定された電子線センサ１８０（図６参照）を備え、例えばねじ等によってオブジェクトレンズ系１３０に固定される。
【０００９】
なお、電子線露光装置においては、試料１０５が半導体ウエハである半導体ウエハから反射される電子線の量を検出することによって露光量や電子線量を検出する点が電子顕微鏡と相違する。
【００１０】
図６は従来の電子線センサの断面図である。
【００１１】
電子線センサ１８０は可視光を受光するセンサと同様の構成であり、シリコンプロセスによって形成される。
【００１２】
電子線センサ１８０は円形であり、その中央部（円形の基板の中央部）には電子線を通過させる電子線通路１７５が設けられている。この電子線通路１７５は電子線と同軸上に配置される。
【００１３】
電子線センサ１８０を構成するＮ−　型半導体基板の表面にはＰ＋　型拡散領域とＮ＋　型拡散領域とが形成されている。
【００１４】
Ｐ＋　型拡散領域とＮ＋　型拡散領域とが形成されたＮ−　型半導体基板の表面にはチャージアップ防止膜１７６とシリコン酸化膜１７７とが形成されている。チャージアップ防止膜１７６は電子線通路１７５の周囲に形成されている。シリコン酸化膜１７７はチャージアップ防止膜１７６の外側に形成されている。
【００１５】
また、Ｐ＋　型拡散領域及びＮ＋　型拡散領域にはそれぞれＰ＋　電極１７８及びＮ＋　電極１７９が接続されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来３０〜４０ｋｅＶ程度の加速電圧で電子線を加速させていたが、近年電子線源の性能向上に伴い、１００ｋｅＶ以上の加速電圧で電子線を加速させて電子線のエネルギーを高めることが可能になった。
【００１７】
電子線のエネルギーが高くなったとき、電子顕微鏡においては分解能が向上し、電子線露光装置においてはスループットが向上するが、電子線を検出する電子線センサ１８０の劣化が早まるので、半導体電子線検出器１６０を交換しなければならなくなる。
【００１８】
しかし、電子顕微鏡等には半導体電子線検出器１６０の基板の中心を検出するための機構が設けられていないため、半導体電子線検出器１６０を交換したとき、電子線通路１７５を電子線と同軸上に配置することができないという問題がある。
【００１９】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は電子線通路を電子線と同軸上に配置することができる電子線装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、電子線源と、この電子線源とステージ上に載置された試料との間に配置されたコンデンサレンズ系及びオブジェクトレンズ系と、このオブジェクトレンズ系と前記試料との間に配置された半導体電子線検出器とを備える電子線装置において、前記半導体電子線検出器は、実装用基板と、この実装用基板の一方の面に設けられ、前記電子線源からの電子線を直接検出して前記実装用基板の中心を検出する第１の電子線センサと、前記実装用基板の他方の面に設けられ、前記試料で反射した電子線を検出する第２の電子線センサとを有することを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子線装置において、前記オブジェクトレンズ系に前記半導体電子線検出器を取外し可能に支持する支持機構部が設けられ、少なくとも前記オブジェクトレンズ系を収容する筐体に前記半導体電子線検出器を出し入れするための開口が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載に発明は、請求項１又は２記載の電子線装置において、前記第１の電子線センサの前記電子線を検出する領域を分割し、前記各領域からの出力信号によって前記実装用基板の中心に対する電子線のずれ方向及びずれ量を検出することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１はこの発明の一実施形態に係る電子顕微鏡の概念図である。
【００２５】
この電子顕微鏡（電子線装置）は電子線源１０とコンデンサレンズ系２０とオブジェクトレンズ系３０とステージ４０とを備えている。
【００２６】
電子線源１０とコンデンサレンズ系２０とオブジェクトレンズ系３０とステージ４０とは真空雰囲気とした筐体５０に収容されている。
【００２７】
オブジェクトレンズ系３０とステージ４０上に置かれた試料５との間には半導体電子線検出器６０が配置されている。
【００２８】
半導体電子線検出器６０はオブジェクトレンズ系３０の下方に設けられたレール６５に沿って水平方向へ移動され、図示しない嵌合機構によって所定位置に固定される。
【００２９】
半導体電子線検出器６０の移動は真空中での直線移動機構であるフィードスルー６６を用いて行なわれる。レール６５と嵌合機構とフィードスルー６６とで請求項２の支持機構部が構成される。
【００３０】
フィードスルー６６の一端はオブジェクトレンズ系３０を収容する筐体３１に設けられた開口３２を介して半導体電子線検出器６０に捩じ込まれている。
【００３１】
また、フィードスルー６６の他端は電子顕微鏡の筐体５０に設けられた予備排気室５５の壁面５６に形成された孔（図示せず）を介して外部へ延びている。孔の周囲は予備排気室５５内の低圧を維持することができるようにシールされている。
【００３２】
予備排気室５５には電子顕微鏡の筐体５０と予備排気室５５とを区画し、筐体５０内を真空雰囲気に保つための図示しない遮断機構が設けられている。また、予備排気室５５には図示しない真空排気弁が設けられ、予備排気室５５の内部を所定の気圧に調整することができる。
【００３３】
以下にこの電子顕微鏡の半導体電子線検出器６０の交換の操作手順を説明する。
【００３４】
まず、現在装着されている半導体電子線検出器６０を予備排気室５５へ移送し、予備排気室５５を大気雰囲気として半導体電子線検出器６０を取り外す。
【００３５】
次に、新たに装着する半導体電子線検出器６０の側面にフィードスルー６６を捩じ込む。予備排気室５５内を筐体５０内の真空度と同程度の真空になるように真空排気弁から排気する。
【００３６】
その後、予備排気室５５内を真空雰囲気を保ちながらフィードスルー６６を押し込んでオブジェクトレンズ系３０を収容する筐体３１内に半導体電子線検出器６０を移送する。
【００３７】
最後に、フィードスルー６６を半導体電子線検出器６０から外して元の位置まで戻し、半導体電子線検出器６０の交換が終了する。
【００３８】
その後、電子線通路７５（図２参照）と電子線とを同軸上に位置させる。
【００３９】
図２（ａ）は半導体電子線検出器の斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２ｂ−２ｂ線に沿う断面図である。
【００４０】
半導体電子線検出器６０は、実装用基板６１と、この実装用基板６１の一方の面に設けられ、電子線源１０からの電子線を直接検出して実装用基板６１の中心を検出する第１の電子線センサ７０と、実装用基板６１の他方の面に設けられ、試料５で反射した電子線を検出する第２の電子線センサ８０とを有する。
【００４１】
第１の電子線センサ７０及び第２の電子線センサ８０は円形であり、その半径はそれぞれ１８ｍｍである。
【００４２】
第２の電子線センサ８０としては従来と同様の電子線センサ（図６参照）を用いることができる。なお、反射した電子線を検出する領域は１つに限るものではなく図３と同様に複数であってもよい。
【００４３】
また、図示しないが、第２の電子線センサ８０は実装用基板の外周縁に形成された電極に金属細線を介して接続される。
【００４４】
実装用基板６１は例えばセラミック基板のように電子線に対する耐久性のあるもので形成される。この実装用基板６１は半径及び厚さがそれぞれ２５ｍｍ及び１ｍｍの円板である。
【００４５】
第１の電子線センサ７０、実装用基板６１及び第２の電子線センサ８０の中央部には電子線を通過させる電子線通路７５が設けられている。電子線通路７５の半径は７ｍｍである。
【００４６】
図３（ａ）は実装用基板の一方の面の平面図、図３（ｂ）は３ｂ−３ｂ線に沿う断面図である。なお、図３（ｂ）には実装用基板６１の他方の面に設けられた第２の電子線センサ８０の図示は省略されている。
【００４７】
第１の電子線センサ７０は可視光を受光するセンサと同様の構成であり、シリコンプロセスによって形成される。
【００４８】
電子線通路７５の外周に形成された第１の電子線センサ７０は電子線を検出する４つの領域Ａ１〜Ａ４に分割されている。
【００４９】
電子線センサを構成するＮ−　型半導体基板の表面にはＰ＋　型拡散領域とＮ＋　型拡散領域とが形成されている。
【００５０】
Ｐ＋　型拡散領域とＮ＋　型拡散領域とが形成されたＮ−　型半導体基板の表面にはチャージアップ防止膜７６とシリコン酸化膜７７とが形成されている。チャージアップ防止膜７６は電子線通路７５の周囲（４つの領域Ａ１〜Ａ４）に形成されている。シリコン酸化膜７７はチャージアップ防止膜７６の外側に形成されている。
【００５１】
また、Ｐ＋　型拡散領域及びＮ＋　型拡散領域にはそれぞれアノード電極（Ｐ＋　電極）７８及びカソ−ド電極（Ｎ＋　電極）７９が接続されている。
【００５２】
アノード電極７８及びカソ−ド電極７９はそれぞれ実装用基板６１の外周縁に形成された電極６２，６３に金属細線７３，７４を介して接続されている。第１の電子線センサ７０には金属細線７３，７４を介して信号の入力及び出力が行なわれる。
【００５３】
例えば、電子線が領域Ａ１に入射したとき、電子線の入射量に応じたホールと電子とのペアが形成される（理論的に３．６ｅＶで１つのホールと電子とのペアが形成される）。
【００５４】
したがって、１００ｋｅＶの電圧で加速された電子線が領域Ａ１に入射すると、理論上入射する電荷の２７×１０３　倍の電荷が信号として出力される。
【００５５】
同様に他の領域Ａ２〜Ａ４に対しても電子線が入射し、それぞれの領域Ａ１〜Ａ４から電子線の入射量に応じた信号が出力される。
【００５６】
そのため、領域Ａ１〜Ａ４から出力される信号によって実装用基板６１の中心に対する電子線のずれ方向及びずれ量を検出することができる。
【００５７】
その結果、実装用基板６１の中心を検出することができる。
【００５８】
図４は電子線通路と電子線との位置合わせ作業の一例を説明する図である。
【００５９】
半導体電子線検出器６０を交換したとき、電子線通路７５は電子線ＥＢと同軸上に位置していないため、第１の電子線センサ７０を用いて電子線通路７５と電子線ＥＢとの位置合わせ作業を行なう。
【００６０】
例えば、図４に示すように電子線ＥＢが電子線通路７５に対して右側にずれているとき、右側の電子線ＥＢを検出する領域からの出力信号が大きくなる。
【００６１】
そこで、全ての領域Ａ１〜Ａ４からの出力信号が等しくなるように例えば半導体電子線検出器６０を白抜き矢印で示すように左方へ移動させる。
【００６２】
電子線ＥＢが実装用基板６１の中心と一致したとき（電子線のずれがなくなったとき）、領域Ａ１〜Ａ４からの出力信号が全て等しくなるため、電子線通路７５と電子線ＥＢとが同軸上に位置したことがわかる。
【００６３】
位置合わせ後、試料５側に設けられた第２の電子線センサ８０で試料５で反射した電子線を検出する。
【００６４】
この実施形態によれば、半導体電子線検出器６０を交換するとき、領域Ａ１〜Ａ４から出力される信号に基いて実装用基板６１の中心を検出できるため、電子線通路７５を電子線と同軸上に配置することができる。
【００６５】
また、レール６５に支持された半導体電子線検出器６０の交換をフィードスルー６６を用いて筐体５０の外部から行なうことができるので、半導体電子線検出器６０を極めて容易に交換することができる。
【００６６】
更に、位置合わせを行なうとき、試料５の損傷を防ぐことができる。
【００６７】
なお、上記実施形態では第１の電子線センサ７０を円形としたが、例えば矩形としてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では第１の電子線センサ７０を４分割したが、４分割以上としてもよく、例えば８分割や１６分割としてもよい。多分割することによって実装用基板６１の中心を高精度に検出することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の電子線装置によれば、電子線通路を電子線と同軸上に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る電子顕微鏡の概念図である。
【図２】図２（ａ）は半導体電子線検出器の斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２ｂ−２ｂ線に沿う断面図である。
【図３】図３（ａ）は実装用基板の一方の面の平面図、図３（ｂ）は３ｂ−３ｂ線に沿う断面図である。
【図４】図４は電子線通路と電子線との位置合わせ作業の一例を説明する図である。
【図５】図５は電子顕微鏡の概念図である。
【図６】図６は従来の電子線センサの断面図である。
【符号の説明】
５　試料
１０　電子線源
２０　コンデンサレンズ系
３０　オブジェクトレンズ系
３２　開口
４０　ステージ
６０　半導体電子線検出器
６１　実装用基板
６５　レール
６６　フィードスルー
７０　第１の電子線センサ
８０　第２の電子線センサ
Ａ１〜Ａ４　電子線を検出する領域
【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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