(57)【要約】【課題】試料に電子線を照射してパターン回路等を描画する電子線描画装置において、電子線が試料に照射されているかどうかを描画中に判定できる電子線描画装置または描画方法を提供すること。【解決手段】電子線描画装置の描画中に、電子線照射を受けた試料が放出するＸ線を測定して、照射物質の種類を判別する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を放出する電子発生源と、放出されて来る電子線を細く絞るビーム収束手段と、絞られた電子線を偏向する偏向手段と、電子線の照射で電子回路パターンを含む図柄が描画されるところの半導体ウェハを含めた試料を載置する載置手段とを有する電子線描画装置において、
電子線の照射で前記試料から放出されるＸ線を検出するＸ線検出手段を設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線描画装置において、
前記Ｘ線検出手段が検出するＸ線中の特性Ｘ線を計測して電子線を照射しているところの物質や位置の特定をする特性Ｘ線測定手段を有することを特徴とする電子線描画装置。
【請求項３】
請求項２記載の電子線描画装置において、
前記特性Ｘ線測定手段は、エネルギー弁別装置や制御計算機を含むことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一つに記載された電子線描画装置において、
前記Ｘ線検出手段は、前記試料から反射した電子線が前記Ｘ線検出手段にあたって前記試料に跳ね返る再反射の電子線による前記試料へのかぶり現象が生じない程度に離間して設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項５】
電子線を放出する電子発生源と、放出されて来る電子線を細く絞るビーム収束手段と、絞られた電子線を偏向する偏向手段と、電子線の照射で電子回路パターンを含む図柄が描画されるところの半導体ウェハを含めた試料を載置する載置手段とを有する電子線描画装置において、
電子線の照射で前記試料から放出されるＸ線中の特性Ｘ線を測定することを特徴とする電子線描画装置の測定方法。
【請求項６】
電子線を放出する電子発生源と、放出されて来る電子線を細く絞るビーム収束手段と、絞られた電子線を偏向する偏向手段と、電子線の照射で電子回路パターンを含む図柄が描画されるところの半導体ウェハを含めた試料を載置する載置手段とを有する電子線描画装置において、
電子線の照射で前記試料から放出されるＸ線中の特性Ｘ線を測定して、電子線を照射しているところの物質や位置の特定をすることを特徴とする電子線描画装置の測定方法。
【請求項７】
電子線を放出する電子発生源と、放出されて来る電子線を細く絞るビーム収束手段と、絞られた電子線を偏向する偏向手段と、電子線の照射で電子回路パターンを含む図柄が描画されるところの半導体ウェハを含めた試料を載置する載置手段とを有する電子線描画装置において、
電子線の照射で前記試料から放出されるＸ線中の特性Ｘ線を測定して、電子線を照射しているところの物質や位置の特定をしながら、電子線の照射による描画を実行することを特徴とする電子線描画装置の描画方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を用いて回路パターン等を半導体ウェハ等に描画する電子線描画装置、およびその電子線描画装置の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁レンズ等を用い細く絞った電子線を用いて回路パターン等を半導体ウェハ等に描画する電子線描画装置の課題の一つに、描画効果の測定がある。描画効果、すなわち電子線が試料に対して描画を行うにあたって、電子線が試料のどの部位に、どれだけの量照射されたかについては、現状、照射後に電子顕微鏡等で観察する方法が主に用いられている。
【０００３】
電子線の照射中に、電子線の線量の変動、電子銃の不調等による一時的な照射の停止等を時宜的にモニターする方法としては、二次電子または反射電子を用いる方法が考えられる。
【０００４】
特開２００３−０５１４３５号公報（特許文献１）に見られるように、試料から放出される電子または試料によって反射される電子を観測して試料上のマークを検出し、照射位置補正に使用する方法であるが、これらの電子を照射モニターとして活用するには、電子検出器を試料の近くに配置する必要がある。
【０００５】
このため、電子線モニターとして使用するために描画中に電子を検出しようとすると、検出器による電子の再反射により、試料へダメージを与えてしまう場合がある（「かぶり」と呼ばれる）。このため、一般には電子検出器は描画中に用いることは困難である。
【０００６】
試料を構成する原子は、電子線の照射によって、反射電子、二次電子のほかＸ線を放射している。電子線照射によるＸ線の利用については、特許第３１４３３２５号特許公報（特許文献２）に記載されているようにＸ線を用いて試料の組成を測定する装置があるが、電子線描画装置においては同様のＸ線放出があるにもかかわらず、これまで積極的に利用されていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００３−０５１４３５号公報
【特許文献２】
特許第３１４３３２５号特許公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、試料に電子線を照射してパターン回路等を描画する電子線描画装置において、電子線が試料に適正に照射されているかどうかを描画中に判定できる電子線描画装置およびその電子線描画装置の測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子線描画装置の描画中に、電子線の照射で前記試料から放出されるＸ線を検出するＸ線検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
さらに具体的には、電子線照射を受けた試料が放出するＸ線を測定して電子線の照射を受けている物質やその位置の特定をすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を引用して以下に説明する。
【００１２】
図１は、電子線描画装置の実施形態の概略構成を表す縦断面図である。図１において、６は電子線を生成、収束させる機能を持つ電子光学系である。電子銃１０１（電子発生源）によって生成された電子線３は、陽極１０２との電位差によってエネルギー数十キロ電子ボルトに加速され、絞り１０４、１０６および電磁レンズ１０３、１０５、１０７（ビーム収束手段）によって成形、縮小され、偏向器１０８（偏向手段）によって偏向を受けて、試料１（半導体ウェハ等）に照射され、電子回路パターン等を含む図柄が描画される。
【００１３】
また、試料１は試料室７の中で、試料移動機構１１０（載置手段）の試料保持機構１０９に固定され、試料移動機構１１０の上で水平方向に移動可能である。試料は試料交換室８内に置かれた別の試料１１１と自動的に交換可能で、複数の試料について連続して描画を行うことができる。これらの電子光学系６、試料室７、試料交換室８等を含む電子線描画装置は、制御用計算機９によってコントロールされ、無人動作が可能になっている。
【００１４】
ここで、電子線３の照射によって、試料１からＸ線４が放出されている。このＸ線４はＸ線検出器２（Ｘ線検出手段）によって検出され、エネルギースペクトル弁別装置５によりＸ線観測信号をエネルギー分布に変換し、得られた情報を制御用計算機９に送り出している。なお、Ｘ線検出器２は、試料１から反射した電子線がＸ線検出器２にあたって試料に跳ね返る再反射の電子線による試料へのかぶり現象が生じない程度に離間したところに設けられる。
【００１５】
次に、描画中におけるＸ線の検出手段について説明する。図２は電子線が照射された原子の模式図である。
【００１６】
図２において、原子２０１は試料を構成する原子であり、原子核２０２の周囲に電子２０３、２０４が配置されている。このように模式化した場合、もっとも原子核に近い軌道２０５をＫ殻と呼び、この軌道２０５を回る電子２０３をＫ殻電子という。以下、原子核２０２に遠い順にＬ殻、Ｍ殻等と名づけられている。図にはＬ殻２０６およびＬ殻電子２０４まで書かれている。
【００１７】
ここに試料１に照射されている電子線３の一部である高速電子２０８が入射する。電子線描画装置においては、一般に照射された高速電子２０８は、原子２０１をその種類によらず励起させ、Ｘ線を放出させるに十分なエネルギーを持つ。
【００１８】
さらに、このエネルギーは、ウラン原子など特に重い幾つかの原子をのぞくほとんどの種類の原子について、Ｋ殻電子２０３を反跳させるために十分なエネルギーである。入射する高速電子２０８の衝突によってＫ殻電子２０３を一つ、二次電子２０９の形で失った原子２０７は、まもなく周辺のいずれかの電子２１３を空いたＫ殻２１１に捕獲し、差のエネルギーを電磁波の形で放出する。これがＸ線２１２である。原子から放出されるＸ線のうち、Ｋ殻のような内殻電子を原因として発生するＸ線をその原子の特性Ｘ線という。
【００１９】
図３は、観測されるＸ線のエネルギースペクトルを模式的に示した概念図である。物質に電子線を照射して得られるＸ線スペクトルは、電子線の制動輻射等による連続したエネルギーをもつ連続Ｘ線３０１と、鋭いピークを持つ３０２、３０３のような特性Ｘ線からなっている。上で説明した特性Ｘ線の発生機構から、この特性Ｘ線のエネルギーまたは波長は原子の種類によって特徴的であり、特性Ｘ線の波長を測定することで、Ｘ線を放出している原子の種類を知ることができる。特性Ｘ線は、エネルギースペクトル弁別装置５や制御用計算機９を含む特性Ｘ線測定手段で測定される。
【００２０】
したがって、電子線描画装置においては、得られた特性Ｘ線の波長と試料を構成する原子の原子番号とを照合することで、電子線が試料に照射されているかどうか、またどれくらいの強度で照射されているかがわかり、二次電子や反射電子のモニター手段を備えていない電子線描画装置においても、描画中に描画状況を知ることが可能になる。
【００２１】
以上のように、本実施例によれば、電子線描画装置において、試料への電子線照射量を時宜的にモニターすることができ、描画ミスの少ない、精度の高い電子線描画装置または描画方法を提供することができる。
【００２２】
Ｘ線の透過力が電子線に比べて高いため、Ｘ線を用いた観測は、二次電子、反跳電子を用いた観測よりも遠方で、一定の厚みの金属等を隔てても観測が可能である。また照射位置の原子の種類を簡単に知ることができる利点もある。このため、装置の設計を簡単にすることができ、装置価格および描画精度を同時に向上させることが可能になる。
【００２３】
また、特性Ｘ線の応用例として、図４、図５に示すようなより詳しい情報を得ることができる。図４は、シリコンウェハ（半導体ウェハ）上にレジストが塗布され、このレジストのみを電子線描画装置によって除去する工程を示した模式図である。
【００２４】
シリコンウェハ４０１の上にレジスト４０２が塗布され、そこに電子線が照射されている。４０７に示す位置に電子線が照射されると、放出されるＸ線４０６のエネルギースペクトルは、４０８のようにレジストを構成する原子に依存する、ある特徴的なスペクトルとなる。
【００２５】
一方、４０４に示す位置に電子線が照射されると、放出されるＸ線４０３のエネルギースペクトルはシリコンウェハを構成する原子を示す４０５に変化し、これは特に特性Ｘ線の波長によってそれぞれ区別することが可能である。このことによって、電子線の照射位置を時宜的に得ることができる。
【００２６】
また図５は、試料に標識となる元素を少量ドーピングし、エッチング等の技術を用いてその濃度を段階的に変化させた試料に電子線を照射する様子を模式的にあらわしたものである。
【００２７】
試料５０１は少量の標識元素がドーピングされ、図で左から右に向かって濃度が増している。標識元素濃度が薄いところの、ある位置５０２に電子線５０５が照射された場合は５０６に示すようなエネルギースペクトルのＸ線５０４が放出される。
【００２８】
一方、標識元素濃度が濃い位置５０３に電子線５０８が照射された場合は５０９に示すようなエネルギースペクトルのＸ線５０７が放出される。それぞれのエネルギースペクトル５０６、５０９において、試料を主に構成する原子からの特性Ｘ線によるスペクトル５１１に加え、微量の標識元素からの特性Ｘ線によって作られる小さいピーク５１０が観測される。このピークの高さを測定することによって、試料内の標識元素の濃度、すなわち、この場合には試料上での電子線の照射位置を時宜的に知ることが可能である。
【００２９】
これらの情報により、照射中に電子線描画装置が、電子線の照射位置について得られる知識は飛躍的に向上し、より精度の高い電子線描画装置または描画方法を得ることができる。
【００３０】
上記実施例の主な作用／効果を以下にまとめて述べる。
【００３１】
１．Ｘ線は、二次電子、反跳電子よりも遠方で、観測／測定が可能であるので、Ｘ線検出器２は離間したところに設けることができる。Ｘ線検出器２が離間したところに置かれるため、従来のような電子検出器から再反射した二次電子、反跳電子よる再照射で試料がダメージ（かぶり）を受けることがなく、良質の描画を提供できる。
【００３２】
２．描画中にＸ線検出器２により、電子線が試料上のどこに照射されているかを常に測定でき、偏向器１０８およびステージ１１０の微調整をより正確に行うことができる。
【００３３】
３．特性Ｘ線の測定（エネルギースペクトル弁別装置５／制御用計算機９）により、電子線が照射されているところのレジストの有無が判断でき、描画完了を知ることができる（現状、これは多数の照射条件で実験を行って適切な照射総量を求めて実地に描画するという方法で行われている）。
【００３４】
４．Ｘ線検出器２を用いることにより、従来の電子検出器を出したり入れたり（抜き差し）する構成にする必要がないので、構造が簡略化され、かつＸ線検出器が固定設置になるため位置精度（出し入れによる位置精度の狂いが生じない）も向上する。
【００３５】
また、電子検出器を電子線描画装置に抜き差しを行う必要がある従来のものとは違い、Ｘ線検出器は最初から描画位置から離して置くことが可能であるので、設計の自由度が増し、製造原価も低減できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、試料に電子線を照射してパターン回路等を描画する電子線描画装置において、電子線が試料に照射されているかどうかを描画中に判定できる電子線描画装置または測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わるもので、電子線描画装置の概略を示す縦断面図。
【図２】本発明の実施例に係わるもので、電子線の照射を受けた原子が特性Ｘ線を放出する経過を説明した模式図。
【図３】本発明の実施例に係わるもので、Ｘ線検出器で得られるＸ線のＸ線エネルギースペクトルを示す概念図。
【図４】本発明の実施例に係わるもので、シリコンウェハ上等にレジスト等が塗布された形式の試料において得られるＸ線のＸ線エネルギースペクトルを示す概念図。
【図５】本発明の実施例に係わるもので、標識元素濃度を段階的に変化させた試料から得られるＸ線のＸ線エネルギースペクトルを示す概念図。
【符号の説明】
１…試料、２…Ｘ線検出器、３…電子線、４…Ｘ線、５…Ｘ線エネルギースペクトル弁別器、６…電子光学系、７…試料室、８…試料交換室、９…制御用計算機、１０１…電子銃、１０２…陽極、１０３…電磁レンズ、１０４…絞り、１０５…電磁レンズ、１０６…絞り、１０７…電磁レンズ、１０８…電子線偏向器、１０９…試料保持機構、１１０…試料移動機構、１１１…交換用試料、２０１…試料を構成する原子、２０２…原子核、２０３…Ｋ殻電子、２０４…Ｌ殻電子、２０５…Ｋ殻、２０６…Ｌ殻、２０７…Ｘ線によって励起された原子、２０８…高速電子、２０９…二次電子、２１０…特性Ｘ線を放出する原子、２１１…Ｋ殻の空位、２１２…放出される特性Ｘ線、２１３…空位を埋める電子、３０１…特性Ｘ線ピーク（Ｋα）、３０２…特性Ｘ線ピーク（Ｋβ）、３０３…連続Ｘ線、４０１…シリコンウェハ、４０２…レジスト、４０３…シリコンウェハからのＸ線、４０４…シリコンウェハに照射される電子線、４０５…シリコンウェハから得られるエネルギースペクトル、４０６…レジストからのＸ線、４０７…レジストに照射される電子線、４０８…レジストから得られるエネルギースペクトル、５０１…標識元素をドーピングされた試料、５０２…標識元素濃度が薄い試料上の位置、５０３…標識濃度が濃い試料上の位置、５０４…標識元素濃度が薄い部分への電子線照射によって放出されるＸ線、５０５…標識元素濃度が薄い部分へ照射される電子線、５０６…標識元素濃度が薄い部分から得られるエネルギースペクトル、５０７…標識元素濃度が濃い部分への電子線照射によって放出されるＸ線、５０８…標識元素濃度が濃い部分へ照射される電子線、５０９…標識元素濃度が濃い部分から得られるエネルギースペクトル、５１０…標識元素の特性Ｘ線、５１１…試料を構成する原子の特性Ｘ線。
【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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