(57)【要約】【課題】  電子ビームスポットの検出器を固定した状態で電子ビームスポットを測定する。【解決手段】  本発明は、電子ビームを発生させる電子(ＥＢ)銃１と、電子ビームのビーム径を絞り込む中間レンズ系９と、絞り込まれたビーム径の電子ビームスポットを通過させるごく微小な孔が開いており且つ電子ビームの照射により物理的に反応する材質の薄いブランキング用アパチャー１６と、この孔を通過する電子ビームスポットの位置を物理的作用により水平方向に移動させ通過経路を変えることでブランキングさせて孔以外の位置から電子ビームスポットをはじくようにするブランキング用静電偏向電極１４と、ブランキング用アパチャー１６に電子ビームをブランキングさせて照射させたときの物理的反応を検出するＣＣＤ１２と、検出信号を２次元に視覚化し測定可能とする２次元表示装置３０と、を電子ビームの光軸調整機構３４に備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と、
上記電子ビームのビーム径を絞り込む電子ビーム絞り手段と、
上記電子ビーム絞り込み手段で絞り込まれた上記ビーム径の電子ビームスポットを通過させるごく微小な孔が開いており且つ電子ビームの照射により物理的に反応する材質の薄い板状開孔手段と、
上記板状開孔手段の孔を通過する電子ビームスポットの位置を物理的作用により上記板状開孔手段に対し水平方向に移動させ通過経路を変えることでブランキングさせて孔以外の位置から電子ビームスポットをはじくようにするブランキング手段と、
上記ブランキング手段を駆動させるための信号を発生する信号発生手段と、
上記板状開孔手段に電子ビームをブランキングさせて照射させたときの物理的反応を検出する検出手段と、
上記検出した物理的反応による信号を２次元に視覚化し測定可能とする測定手段と、
を上記電子ビーム発生手段に対する電子ビームの光軸調整機構に備え、電子ビームをブランキングさせて上記板状開孔手段に照射されるビームスポットの物理的反応状態を検出することにより、電子ビームの位置、スポット径および強度を測定する電子ビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子ビーム照射装置において、
上記板状開孔手段は、電子ビームが照射されることで発光する材料で構成されることを特徴とする電子ビーム照射装置。
【請求項３】
請求項１記載の電子ビーム照射装置において、
上記電子ビーム・スポットの情報を上記光軸調整機構にフィードバックすることで、電子ビームにおける光軸調整を可能とすることを特徴とする電子ビーム照射装置。
【請求項４】
請求項１記載の電子ビーム照射装置において、
上記電子ビーム発生手段による被照射体に対する電子ビーム照射中或いは被測定体に対する測定中に、電子ビームの測定する電子ビーム照射装置。
【請求項５】
電子ビーム発生手段により電子ビームを発生させる電子ビーム発生ステップと、
電子ビーム絞り手段により上記電子ビームのビーム径を絞り込む電子ビーム絞りステップと、
上記電子ビーム絞り込み手段で絞り込まれた上記ビーム径の電子ビームスポットを通過させるごく微小な孔が開いており且つ電子ビームの照射により物理的に反応する材質の薄い板状開孔手段を用いて、信号発生手段からの駆動信号に基づいてブランキング手段により上記板状開孔手段の孔を通過する電子ビームスポットの位置を物理的作用により上記板状開孔手段に対し水平方向に移動させ通過経路を変えることでブランキングさせて孔以外の位置から電子ビームスポットをはじくようにするブランキングステップと、
検出手段により上記板状開孔手段に電子ビームをブランキングさせて照射させたときの物理的反応を検出する検出ステップと、
測定手段により上記検出した物理的反応による信号を２次元に視覚化し測定可能とする測定ステップと、
を上記電子ビーム発生手段に対する電子ビームの光軸調整機構に備え、電子ビームをブランキングさせて上記板状開孔手段に照射されるビームスポットの物理的反応状態を検出することにより、電子ビームの位置、スポット径および強度を測定する電子ビーム照射装置における電子ビーム照射方法。
【請求項６】
請求項５記載の電子ビーム照射方法において、
上記板状開孔手段は、電子ビームが照射されることで発光する材料で構成されることを特徴とする電子ビーム照射方法。
【請求項７】
請求項５記載の電子ビーム照射方法において、
上記電子ビーム・スポットの情報を上記光軸調整機構にフィードバックすることで、電子ビームにおける光軸調整を可能とする光軸調整ステップを設けることを特徴とする電子ビーム照射方法。
【請求項８】
請求項５記載の電子ビーム照射方法において、
上記測定ステップは、上記電子ビーム発生手段による被照射体に対する電子ビーム照射中或いは被測定体に対する測定中に、電子ビームの測定する電子ビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム加速器を搭載し照射される電子ビームにより露光描画または観察・測定する装置などにおいて、電子ビームの中心位置、照射強度(強度分布、大きさを含む)などを検出する電子ビームの検出器および検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば半導体素子或いは１０Ｇｂｙｔｅを超える大容量記録メディア等に代表される製品の高密度化の波は、電子ビームを使用した描画装置または測定装置の需要を益々高めている。それら電子ビーム装置の使用において、高精度露光、或いは正確な測定を実施するためには、先行して光軸調整(ビーム・アライメント)の作業が必要となる。
【０００３】
従来この電子ビームの光軸調整作業はレーザビームの光軸調整作業と異なり、光軸系の途中でのビームの位置、ビーム径などといった情報のモニタが非常に難しく、それらの情報を光軸調整にフィードバック出来ない。故に電子ビームの光軸調整作業手順は、ジャストな光軸(以後、光軸中心と呼ぶ)に対して徐々に近づけるように光学系(以後、レンズ系と呼ぶ)を調整、即ちレンズ系の上段から下段に向けて調整する行為を繰り返すという手法をとることになる。よって電子ビームの光軸調整は一般的に時間がかかるものであり、短時間で効率良く行う光軸調整手順が望まれてきた。
【０００４】
電子ビームの光軸調整の効率化は図るための１つ手段として、電子ビームの光軸途中にあるビームスポットの位置、形状などを検出、測定し、その値をそのビームスポット位置に至るまでのレンズ系の調整にフィードバックすることが上げられる。即ち、例えばレーザビームの光軸調整で行われるようにレンズ系の前段、後段にある程度分割する形の閉じたレンズ系の中でパラメータを決定することができれば、電子ビームの場合においても効率の良い光軸調整が実現可能となる。以上の理由により電子ビームの光軸途中でのビームスポットの検出手段が必要となる。
【０００５】
特許文献1には、最良状態で電子ビーム照射を行うことができるように、電子ビーム発生装置と、電子ビーム照射部と、光学系と、光検出部とを有し、その電子ビーム照射部を、電子ビーム励起によって発光する材料を含有する構成とし、光検出部に、電子ビーム照射によって発生した光を、光学系を通じて導入し、電子ビームの照射状態を検出するようにして、この検出情報によって電子ビーム照射を最適状態で照射するように制御する電子ビーム照射方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２２２７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電子ビームの光軸系の途中にあるビームスポットの検出を行う場合、検出する手段としては公知のもので、例えばアルミナなどのセラミック板に電子ビームを当てその発光の状態をＣＣＤ（ｃｈａｅｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）で観測する方法、あるいは分割した電子検出センサに電子ビームを当て直接ながれる電流値を測定する方法等が挙げられる。
【０００７】
しかし、これらの方法を実現するためには電子ビームの光軸上に上述のセラミック板、或いはセンサを取付けた治具を挿入するなどの行為が必要である。このような物理的移動動作を含む行為の場合、その再現性が重要となり、微妙に位置、角度などが変化してしまうことで正確な測定が実施できないという問題が発生する。
よって電子ビームの検出器具は出来るだけ固定されていることが望ましい。
【０００８】
また、特許文献1は、光検出部に、電子ビーム照射部によって反射した光を、光学系を通じて導入し、電子ビームの照射状態を検出するようにして、この検出情報によって電子ビーム照射を最適状態で照射するように制御するものであり、本発明のように、電子ビーム露光装置において電子ビームのブランキング装置に、ビーム検出手段を設けることにより、直接照射される電子ビームの中心位置や照射強度を検出し、正確なビームアライメントを図るものとは異なる。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みて考案されたもので、その目的は、電子ビームスポットの検出器具を固定した状態で、その電子ビームスポットの状態を測定することが可能な検出方法／検出器ならびに電子ビーム装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と、電子ビームのビーム径を絞り込む電子ビーム絞り手段と、電子ビーム絞り込み手段で絞り込まれたビーム径の電子ビームスポットを通過させるごく微小な孔が開いており且つ電子ビームの照射により物理的に反応する材質の薄い板状開孔手段と、板状開孔手段の孔を通過する電子ビームスポットの位置を物理的作用により板状開孔手段に対し水平方向に移動させ通過経路を変えることでブランキングさせて孔以外の位置から電子ビームスポットをはじくようにするブランキング手段と、ブランキング手段を駆動させるための信号を発生する信号発生手段と、板状開孔手段に電子ビームをブランキングさせて照射させたときの物理的反応を検出する検出手段と、検出した物理的反応による信号を２次元に視覚化し測定可能とする測定手段と、を電子ビーム発生手段に対する電子ビームの光軸調整機構に備え、電子ビームをブランキングさせて板状開孔手段に照射されるビームスポットの物理的反応状態を検出することにより、電子ビームの位置、スポット径および強度を測定する電子ビーム照射装置である。
【００１１】
また、本発明は、電子ビーム発生手段により電子ビームを発生させる電子ビーム発生ステップと、電子ビーム絞り手段により電子ビームのビーム径を絞り込む電子ビーム絞りステップと、電子ビーム絞り込み手段で絞り込まれたビーム径の電子ビームスポットを通過させるごく微小な孔が開いており且つ電子ビームの照射により物理的に反応する材質の薄い板状開孔手段を用いて、信号発生手段からの駆動信号に基づいてブランキング手段により板状開孔手段の孔を通過する電子ビームスポットの位置を物理的作用により板状開孔手段に対し水平方向に移動させ通過経路を変えることでブランキングさせて孔以外の位置から電子ビームスポットをはじくようにするブランキングステップと、検出手段により板状開孔手段に電子ビームをブランキングさせて照射させたときの物理的反応を検出する検出ステップと、測定手段により検出した物理的反応による信号を２次元に視覚化し測定可能とする測定ステップと、を電子ビーム発生手段に対する電子ビームの光軸調整機構に備え、電子ビームをブランキングさせて板状開孔手段に照射されるビームスポットの物理的反応状態を検出することにより、電子ビームの位置、スポット径および強度を測定する電子ビーム照射装置における電子ビーム照射方法である。
【００１２】
本発明によれば、電子ビームのビーム径を絞り込み、上記ビーム径の絞り込みで絞り込まれた電子ビームスポットを通過させるごく微小な孔が開いており且つ電子ビームの照射により発光する材質で出来ている薄い板状開孔手段の孔を通過する電子ビームスポットの位置を駆動信号に基づいて水平方向に移動させ通過経路を変えることで孔の位置からビームスポットをはじくことにより、電子ビームをブランキングさせて照射させたときの発光を検出し、検出した発光の信号を２次元に視覚化し測定可能とする。これにより、電子ビームをブランキングさせて板状開孔手段に照射されるビームスポットの発光状態を検出することにより、電子ビームの位置、スポット径、強度等を測定することができ、これらの機能を用いてより効率の良い光軸調整機構を実現することができる。
【００１３】
また本発明によれば、従来、例えば電子ビーム露光装置では困難とされていた、露光中における電子ビームの照射位置の検出・測定をも、可能にすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば電子ビームの光軸途中でのビーム位置、ビーム径、ビーム強度を物理的に光軸を遮ること無く検出可能とし、従来困難で時間がかかると懸念されている電子ビーム装置の光軸調整を、より簡単で効率の良い方法で実施することが出来る。また、従来電子ビーム装置の動作中では検出が難しいとされている、光軸系の途中におけるビーム位置、ビーム径の変動の検出が可能なシステムの構築が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための系の構成を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態による電子ビーム照射装置の構成を示している。
電子(ＥＢ)銃１から出射された電子ビームは、先ずＥＢ銃１の傾き調整と軸合わせコイルを調整することで、ＥＢ銃１から照射された電子ビームのうち電流密度の高い部分を、Ｅｘｔ絞り３５により絞り込み、下位のレンズ系に対して出来るだけ垂直に通過させる。Ｅｘｔ絞り３５より通過した電子ビームは、コンデンサレンズ系３で照射電流量を調整され、中間レンズ系９で絞り等を調整され、ブランキング機構系１３を通過させる。その後電子ビームは対物レンズ系１７に入り、露光又は観測対象である基体２２に対し調整が行われる。基体２２に照射された電子ビームにより発生する２次電子、或いは反射電子は、表示処理系２３の上部電子検出器（Ｕｐｐｅｒ-ＳＥＤ）３１もしくは反射電子検出器（ＰＮＪ）２４，２５で検出され、プリアンプ回路２４、中間アンプ回路１７およびメインアンプ回路２８で信号増幅され、２次元視覚化処理部２９で２次元視覚化処理が行われた後に２次元表示装置３０にて視覚化されフォーカス調整用画像などとして扱われる。
【００１６】
図２は図１のブランキング機構系におけるブランキング機構の例を部分的に拡大したものである。
上記の中間レンズ系９で調整された電子ビームは、ブランキング用静電偏向電極１４への入力信号(以下、ブランキング信号と呼ぶ)が印加されていない状態(ブランキングＯＦＦ)時は、ブランキング用アパチャー１６を図に示すように電子ビームが通過する。なお、この例で示しているように、特にブランキング用静電偏向電極１４がペア電極である必要は無い。ブランキング信号発生器４４よりブランキング信号がブランキング用静電偏向電極１４に入力されると、静電偏向方向４３で示すように、電子ビームの光路が変化し、ブランキング用アパチャー１６の孔から電子ビームが外れブランキング用アパチャー自身に電子ビームが照射される。電子ビームが照射されたブランキング用アパチャー１６は電子ビーム発光体で構成されているため４１で示すように発光し、その発光したビーム・スポットの状態を上部に備え付けたＣＣＤ１２にてモニタすることが出来る。ＣＣＤ１２によりモニタされた信号はアンプ回路に入り信号増幅処理された後、２次元視覚化処理部２９に入力される。２次元視覚化部２９に入力された信号はビデオ信号等の信号を生成し、２次元表示装置３０にて視覚化される。
【００１７】
本発明の最終目的は、効率の良い電子ビームの光軸調整を行うために、電子ビーム光軸途中の電子ビームのスポット状態（ビーム位置、スポット径、強度等）をモニタ出来る様にし、モニタ位置より上位にあるレンズ系の調整パラメータにフィードバックすることにある。本発明は、電子ビーム装置で使用されるブランキング機構を使い、上述にある電子ビーム光軸途中の電子ビームの状態をモニタする機構を有することを特徴とする。以下、本発明を達成するための原理を、図面の例を使いながら具体的に説明する。
【００１８】
電子ビーム露光装置などで使用されるブランキング機構は、電子ビームを露光したくない部分に電子ビームを照射しないための機能である。ブランキング用アパチャーとはブランキングＯＦＦ(ビーム露光)時には電子ビームを１００％通過させ、ブランキングＯＮ(ビーム非露光)時には１００％電子ビームを高速で遮断する機構が望ましい。そこで図２に示すようにブランキング機構とは、レンズ系によって絞られた電子ビームのクロスポイント４２でブランキング用アパチャー１６の孔を通過させ、ブランキング用アパチャーの孔径を出来るだけ小さくし、高速電極で電子ビーム軸を移動させる手段を必要とする。今回の発明は上述のブランキング機構の特性を利用している。
【００１９】
先ずブランキングはブランキング用静電偏向電極１４などによって高速にＯＮ／ＯＦＦされるが、これは電気信号によって行われ、一定電圧の偏向に対し極めて精度良くビームが偏向される。ブランキング用アパチャー１６が固定であれば、同じ位置に電子ビームのスポットが偏向される。この特性を利用しブランキング用アパチャーをアルミナなどの電子ビームにより発光する材料で製作し、ブランキングしたときにブランキング用アパチャーの発光を上部に装備したＣＣＤ１２でモニタすれば、位置検出器として作用する。例えばブランキング機構はブランキング用アパチャーの孔径が１０〜５０μｍ、ブランキング量は３０〜１００μｍなどとごく小さな値で設計されるので、ＣＣＤ１２は電子ビームの通過孔付近１ｍｍ径が見渡せれば十分であり、電子ビームの通過する光軸の部分さえ遮ることがない位置である孔のほぼ真上に設置し、４１で示す発光方向に対向するようにほんの数度傾けるだけでモニタが可能である。また、例えば電気処理にて視野を大小する事でマクロ／ミクロの位置決めが可能となる。
【００２０】
また、電子ビームはブランキング用アパチャーの孔を通過するとき、そのクロス・ポイント４２がブランキング用アパチャー１６の高さ方向(電子ビームの軸に水平方向)の真ん中を通ることが理想である。図２に示すようにブランキング動作は高さ方向の軸移動はなく、横方向(電子ビームの軸に垂直方向)のみ発生する。この特性を利用すると、ブランキングした時のビーム・スポット径が最も小さく集光出来た場合がブランキング用アパチャー１６に対してジャスト調整ポイントとみなすことが出来る。即ちＣＣＤ１２で検出したブランキング用アパチャー１６の発光点の径が最も小さくなるように調整すればよい。
【００２１】
上述のようにクロス・ポイント４２を高さ方向に上下どちらかに外してブランキングをＯＮすることで、ブランキング用アパチャー１６に広がったビーム・スポットの発光をＣＣＤ１２にて検出する。この時の発光強度（ビーム強度）を分布処理することでビームの偏りを測定する。この分布が上下、左右方向に対称なガウシアン分布となるように調整することで、収差の少ない光軸とすることが可能となる。
【００２２】
ブランキング用アパチャー１６より上位のＣＣＤ１２の検出信号を光軸調整機構３４を介して軸合わせコイル２にフィードバックしながら、閉じた系のパラメータを作って調整可能にすることで、調整が簡単になり短い時間での光軸調整が出来る。
【００２３】
例えば図３以降の考察にあるように、上述のブランキング機構を用いた手段を使えば電子ビーム露光中であっても、ブランキング信号発生器４４からのブランキング信号によりＣＣＤ１２から検出信号(データ)を取り出すタイミングをつくり情報を処理すれば、露光動作中においても、光軸の位置ズレ、径の変化の情報を入手でき、ブランキング用アパチャー１６より上位にある光軸調整系の変動を知ることが可能であり、その調整が可能となる。
【００２４】
図３で示すように、６μmの通過ビーム径５１に対して、１０μm,３０μmと２種類のブランキング用アパチャー１６が用意されている。図３に示すように、ブランキング用アパチャー１６を通過するビーム径５１を６μmとし、ブランキング“ＯＦＦ”（ビーム“ＯＮ”）時には電子ビームはブランキング用アパチャー１６の中心を通っているものとする。
【００２５】
ブランキング信号発生器４４に入力された信号は、５〜１０ｎsecの立ち上がり・下がり特性を持ったブランキング入力信号と例えば図４のような２０ｎsec周期の５０ＭHzのブランキング入力信号をブランキング信号発生器４４に入れたとすると、ブランキング信号発生器４４から出力されるブランキング信号は図５に示すように立ち上がり・下がり特性を５ｎsecとした波形のようになる。
【００２６】
ブランキング“ＯＮ”時、ブランキング用アパチャー１６上で電子ビームは約３０μmの距離ブランキングされていることが確認されている。ブランキング“ＯＮ”の状態からブランキング“ＯＦＦ”の状態にする時、通過ビーム径の最外周がブランキング用アパチャー１６のエッジにかかるまでの距離は、ブランキング用アパチャーの径が１０μmの場合２２μmなので、ブランキング信号が立ち上がってから実際に電子ビームがブランキング用アパチャー１６上に照射され始める（照射ビーム立ち上がり開始）迄の時間は以下の数１式に示すようになる。
【００２７】
（数１）
２２μｍ×（５ｎsec／３０μm）＝３．６７ｎsec
【００２８】
また通過ビーム最外周がブランキング用アパチャー１６のエッジにかかってから、ビームが完全にアパチャ−内に現われる（照射ビーム立ち上がり）時間は、以下の数２式に示すようになる。
【００２９】
（数２）
６μm×（５ｎsec／３０μm）＝１ｎsec
【００３０】
これらの時間を考慮すると照射される電子ビームの信号波形は、図６のようになる。照射ビームに関して信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）を評価（信号レベル中心をＳｌａｓｈして考察）すると、ブランキング用アパチャー１６が１０μｍから３０μmにした場合、理論通リであればビーム“ＯＮ”時間は、以下の数３式に示す差になる。
【００３１】
（数３）
１０ｎsec−６．１６ｎsec＝３．８４ｎsec
また、ブランキング用アパチャー１６が３０μmの場合の電子ビームの信号波形は、図７のようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、電子ビーム露光装置において使用されるブランキング機構を使い、電子ビーム光軸途中の電子ビームの状態をモニタする機構に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態による電子ビーム照射装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ブランキング機構の構成例を示す図である。
【図３】ブランキング用アパチャーを通過するビーム径を示す図である。
【図４】ブランキング信号発生器４４に入力される５０ＭHzのブランキング入力信号波形を示す図である。
【図５】ブランキング信号発生器４４から出力されるブランキング信号波形を示す図である。
【図６】ブランキング用アパチャー１６が１０μｍのときの照射される電子ビームの信号波形を示す図である。
【図７】ブランキング用アパチャー１６が３０μｍのときの照射される電子ビームの信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…電子(ＥＢ)銃、２…軸合わせコイル、３…コンデンサレンズ系、９…中間レンズ系、１２…ＣＣＤ、１３…ブランキング機構系、１４…ブランキング用静電偏向電極、１６…ブランキング用アパチャー、１７…対物レンズ系、２３…表示処理系、３０…２次元表示装置、３４…光軸調整機構、４１…発光、４２…クロスポイント、４３…静電偏向方向、４４…ブランキング信号発生器、４５…画像
【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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