(57)【要約】【課題】小型の光学系でも高い効率で二次電子を検出する。【解決手段】リターディング電位をウェーハＷに印加するときは、縮小レンズ６３とプリ主偏向器９５’との間に配設された二次電子検出器３１で二次電子を検出し、リターディング電位をウェーハＷに印加しないときは、対物レンズ６５とウェーハＷとの間に配設された二次電子検出器３３で二次電子を検出する。【選択図】図１
2007109677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを発生させて試料に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームを縮小させる縮小手段と、
前記荷電ビームを偏向して前記試料の表面を走査する偏向手段と、
前記荷電ビームの照射を受けて前記試料から発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段であって、その荷電粒子検出面が前記荷電ビームの光軸に面し、かつ、前記光軸に対して回転対称に配設される第１の荷電粒子検出手段と、
を備える荷電ビーム装置。
【請求項２】
前記縮小手段と前記試料との間に配設され、前記荷電ビームの照射を受けて前記試料から発生する荷電粒子を検出する第２の荷電粒子検出手段と、
前記荷電ビームの前記試料への入射速度を減速させるリターディング電位が外部の電源から前記試料へ印加されるときに前記第１の荷電粒子検出手段が選択され、前記試料へ前記リターディング電位が印加されないときに前記第２の荷電粒子検出手段が選択されるように、前記第１の荷電粒子検出手段と前記第２の荷電粒子検出手段とを選択的に切り換える荷電粒子検出制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム装置。
【請求項３】
前記縮小手段は、複数の電極を有する静電レンズを含み、前記複数の電極のうち前記試料側に位置する電極の内径が前記荷電ビーム出射手段側に位置する電極の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の荷電ビーム装置。
【請求項４】
前記複数の電極のうち前記試料に最も近い位置に配設された電極は、その内壁が前記試料に向けて逆テーパ形状を有するように形成されることを特徴とする請求項３に記載の荷電ビーム装置。
【請求項５】
荷電ビームを発生させて試料に照射する荷電ビーム出射手段と、前記荷電ビームを縮小させて前記試料に結像させる縮小手段と、前記荷電ビームを偏向して前記試料の表面を走査する偏向手段と、前記荷電ビームの照射を受けて前記試料から発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、を備える荷電ビーム装置に用いられる荷電粒子の検出方法であって、
前記荷電粒子検出手段の荷電粒子検出面を、前記荷電ビームの光軸に面し、かつ、前記光軸に対して回転対称になるように配置し、
前記荷電粒子検出面で前記荷電粒子を検出する、荷電粒子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電ビーム装置および荷電粒子検出方法に関し、例えばＬＳＩ、超ＬＳＩの半導体製造工程において荷電ビームの照射を受けた基板から発生する二次電子の検出を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
走査型の電子顕微鏡において試料表面で発生した二次電子の検出効率を上げる方法としては、対物レンズの下部にＭＣＰ（Micro Channel Plate）検出器とマイナス電位を印加する金属製筒体５とを配置する方法（例えば特許文献１）の他、ＭＣＰ検出器を対物レンズ上部に配置する方法（例えば特許文献２および３）など、様々な提案がされている。なお、本明細書において、特に明記しない限り、荷電粒子は反射荷電粒子を含む広義の概念であり、二次電子も反射電子を含む広義の概念で用いられる。
【０００３】
特許文献１に提案された荷電粒子検出装置を図１７に示す。同図に示す検出装置では、電子線ＥＢを絞ってウェーハＷ上に照射させる対物レンズ２４１の下部に、二次電子を検出するＭＣＰ検出器２４４と金属製筒体２４５が設けられている。ウェーハＷの電子線ＥＢが照射された位置から発生した二次電子は、対物レンズ２４１の磁界により光軸方向に引き込まれようとするが、電源２４９から金属製筒体２４５に印加されるマイナスの電位（−５０〜−１５０Ｖ）によって発生する電界により二次電子が反発し、軌道Ｅｓｂを辿ってＭＣＰ検出器２４４で検出される。
【０００４】
特許文献２に開示された走査電子顕微鏡の概略構成を図１８のブロック図に示す。同図に示す電子顕微鏡は、２つの電子検出器１７４，１７５を備え、ウェーハＷから放出された二次電子（反射電子を含まない狭義の二次電子）を電子検出器１７４で検出し、かつ、ウェーハＷから放出された反射電子を電子検出器１７５により検出することにより、（狭義の）二次電子と反射電子とを同時に検出することを可能にするものである。
【０００５】
また、図１９は、特許文献３に開示された走査電子顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。ウェーハＷにマイナス電位（リターディング電位）が印加された状態では、ウェーハＷから放出された二次電子は電子銃１０１側に引き出す電界により放出直後にウェーハＷと対物レンズ２６５との間で加速されるので、対物レンズ２６５の下部で検出することは困難である。そこで、図１９の電子顕微鏡では、対物レンズ２６５とその上流側に配置されたＭＣＰ検出器２１１との間にウィーンフィルタ２０８を設け、このウィーンフィルタ２０８により直交電磁界を励起する。この直交電磁界により、一次電子線ＥＢに対しては偏向力が相殺されるが、ウェーハＷで発生して対物レンズ２６５内を飛来した二次電子信号ＥＳに対しては偏向力が相殺されないので、二次電子信号ＥＳが光軸外に偏向され、光軸周辺に配置されたＭＣＰ検出器２１１で検出することができる。
【特許文献１】特開昭６３−１７５３２５
【特許文献２】特開平０６−２４３８１４
【特許文献３】特開平１１−１６２３８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した検出方法には以下のような問題があった。
【０００７】
即ち、特許文献１に開示された方法は、対物レンズ２４１からウェーハＷまでの距離が十分に長い光学系でしか効果が無く、また、金属製筒体２４５に印加するマイナス電位は比較的大きい（−５０〜−１５０Ｖ）ので、これによるフォーカスズレが問題となる。
【０００８】
電子ビームを高加速に加速してウェーハＷ上のレジストへ打ち込むと、照射された電子ビームがウェーハＷ上面のレジスト下面に成膜された各種多層薄膜で反射して再びレジスト上方に向かう現象である近接効果が発生し、これにより描画パターンにボケや解像度の劣化が発生してしまうため、近年、低加速電圧の電子ビームを用いた成形アパーチャ方式の荷電ビーム露光装置が提案されている。このような低加速電圧型の荷電ビーム露光装置では、空間電荷効果によるビームボケが問題になるため、このようなビームボケを低減するために光学系の小型化が必須とされる。特許文献２および３の検出方法では、ＭＣＰ検出器を対物レンズの上方に配置するため、いずれもウェーハＷとＭＣＰ検出器との間に十分な距離が必要になる。このため、光学系を小型化しなければならない低加速電圧型の荷電ビーム露光装置には適用できない、という問題点があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は小型の光学系を有する場合でも高い効率で荷電粒子を検出できる荷電ビーム装置および荷電粒子検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
上記荷電ビームを縮小させる縮小手段と、
上記荷電ビームを偏向して上記基板の表面を走査する偏向手段と、
上記荷電ビームの照射を受けて上記基板から発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段であって、その荷電粒子検出面が上記荷電ビーム出射手段に対向するように配置される第１の荷電粒子検出手段と、
を備える荷電ビーム装置が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて試料に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームを縮小させる縮小手段と、
前記荷電ビームを偏向して前記試料の表面を走査する偏向手段と、
前記荷電ビームの照射を受けて前記試料から発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段であって、その荷電粒子検出面が前記荷電ビームの光軸に面し、かつ、前記光軸に対して回転対称に配設される第１の荷電粒子検出手段と、
を備える荷電ビーム装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、上記荷電ビームを縮小させて上記基板に結像させる縮小手段と、上記荷電ビームを偏向して上記基板の表面を走査する偏向手段と、上記荷電ビームの照射を受けて上記基板から発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、を備える荷電ビーム装置に用いられる荷電粒子の検出方法であって、
上記荷電粒子検出手段の荷電粒子検出面を上記荷電ビーム出射手段に対向するように配置し、
上記荷電粒子の軌道を電界で制御することにより上記荷電粒子検出面で上記荷電粒子を検出する、荷電粒子検出方法が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて試料に照射する荷電ビーム出射手段と、前記荷電ビームを縮小させて前記試料に結像させる縮小手段と、前記荷電ビームを偏向して前記試料の表面を走査する偏向手段と、前記荷電ビームの照射を受けて前記試料から発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、を備える荷電ビーム装置に用いられる荷電粒子の検出方法であって、
前記荷電粒子検出手段の荷電粒子検出面を、前記荷電ビームの光軸に面し、かつ、前記光軸に対して回転対称になるように配置し、
前記荷電粒子検出面で前記荷電粒子を検出する、荷電粒子検出方法が提供される。
【００１４】
さらに、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、上記荷電ビームを第１の電界により縮小させる第１の縮小手段と、上記第１の縮小手段により縮小した上記荷電ビームを磁界または第２の電界によりさらに縮小させて上記基板に結像させる第２の縮小手段と、上記荷電ビームを偏向して上記基板を走査する偏向手段と、を備え、上記荷電ビームの上記基板への入射速度を減速させるリターディング電位を上記基板に印加する外部電源に接続可能な荷電ビーム装置に用いられ、上記荷電ビームの照射を受けて上記基板から発生する荷電粒子を検出する方法であって、
上記リターディング電位を上記基板に印加するときは、上記第１の縮小手段と上記第２の縮小手段との間で上記荷電粒子を検出し、
上記リターディング電位を上記基板に印加しないときは、上記第２の縮小手段と上記基板との間で上記荷電粒子を検出する、
荷電粒子検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高い効率で荷電粒子を検出できる荷電ビーム装置および荷電粒子検出方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。以下では、荷電ビームとして電子ビームを用いる電子ビーム描画システムを取り上げ、電子ビームを基板に照射して荷電粒子としての二次電子を検出する場合について説明するが、本発明はこのような露光装置に限ることなく、荷電ビーム装置全般に適用できるものである。また、本発明は、例えば荷電ビームとしてイオンビームを用いる場合にも勿論適用可能である。
【００１７】
（１）第１の実施の形態
図１は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。同図に示す電子ビーム描画システム１は、電子光学系と制御部とＸＹステージ１９とを備える。
【００１８】
制御部は、システム全体を制御する制御コンピュータ８０と、各電源５１〜５６と、偏向制御電源５７，５８と、本実施形態において特徴的な電子検出器コントローラ８３とを含む。電子検出器コントローラ８３は、スイッチＳＷを切り換えることにより、後述する二次電子検出器３１，３３により検出された二次電子の信号を選択的に受け取って処理し、ＳＥＭ画像となる二次電子信号として制御コンピュータ８０に与える。この点は後に詳述する。制御コンピュータ８０は、この二次電子信号を処理することによりＳＥＭ画像を出力する。
【００１９】
ＸＹステージ１９は、上面でウェーハＷを載置し、図示しないコントローラから制御信号を受けてウェーハＷをＸ−Ｙ平面内で移動させる。
【００２０】
電子光学系は、電子ビームＥＢを発生させる電子銃１１と、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３と、照明レンズ１５と、第１成形偏向器１７と、成形アパーチャ（セルアパーチャ）８９と、第２成形偏向器２１と、縮小レンズ６３と、二次電子検出器３１と、対物レンズ６５と、プリ主偏向器９５’と、副偏向器９３と、主偏向器９５と、ポスト主偏向器９７と、レーザ変位センサ９９と、制御電極９１と、二次電子検出器３３とを含む。
【００２１】
照明レンズ１５は、２個の静電レンズ（アインツェルレンズ）で構成され、それぞれ中央の電極へ電源５２から負の電圧が印加されて使用され、成形アパーチャ８９のセルパターンに対して十分大きく、かつ、必要な大きさのビーム径となるように電子ビームＥＢの倍率を調整する。第２成形アパーチャ８９には、所望の描画パターンの形状に応じてセルアパーチャが複数個配列されている。
【００２２】
第１成形偏向器１７は、照明レンズ１５を通過した電子ビームＥＢが第２成形アパーチャ８９の所望のセルパターンに入射するように、電子ビームＥＢを偏向制御する。
【００２３】
第２成形偏向器２１は、成形アパーチャ８９を通過した電子ビームＥＢを光軸上に振り戻す。縮小レンズ６３は、成形アパーチャ８９を起点とするセルパターン像を縮小させ、対物レンズ６５は、縮小したセルパターン像をさらに縮小させてウェーハＷ上に結像させる。プリ主偏向器９５'、主偏向器９５、およびポスト主偏向器９７は、それぞれ偏向制御電源５８から電圧の印加を受け、ＸＹステージ１９の位置を参照しながらウェーハＷの描画領域（ストライプ）が走査されるように、電子ビームＥＢを偏向制御する。副偏向器９３は、上記ストライプ内をさらに細かく分割した描画範囲に対して電子ビームＥＢの照射位置を制御する。
【００２４】
二段の二次電子検出器３１，３３は電子ビームＥＢの照射によりウェーハＷの表面から発生する二次電子を検出する。二次電子検出器３１は、縮小レンズ６３とプリ主偏向器９５’との間に設けられ、本実施形態において、その二次電子検出面３１ａが成型アパーチャ８９側を向くように配置される。二次電子検出器３３は、ポスト主偏向器９７とウェーハＷとの間に設けられ、その二次電子検出面３３ａはウェーハＷ側を向いて設置される。
【００２５】
制御電極９１は、ポスト主偏向器９７と二次電子検出器３３との間に設けられ、電源５６に接続され、電子検出器コントローラ８３による二次電子検出器３３，３１の選択に応じて印加電圧が制御され、選択された二次電子検出器の検出効率が高まるように二次電子の軌道を制御する。この点は後に詳述する。
【００２６】
レーザ変位センサ９９は、レーザ光を発生させてウェーハＷの上面に対して斜めに入射させることにより、ウェーハＷと縮小投影光学系との距離を計測する。
【００２７】
電子ビームＥＢの軌道について簡単に説明する。まず、電子ビームＥＢは、電子銃１１により低加速で生成され、第１アパーチャ１３の開口を通過した後、照明レンズ１５でその倍率を調整されながら成形アパーチャ８９のセルパターンに照射する。照明レンズ１５を通過した電子ビームＥＢは、成形アパーチャ８９を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第２成形偏向器２１により光学系光軸上に振り戻された状態で縮小レンズ６３を通過する。
【００２８】
成形アパーチャ８９を起点とするセルパターンビームは、成形アパーチャ８９と縮小レンズ６３と間で第１のクロスオーバ９ａをまず形成した後に縮小レンズ６３によりセルパターン像が縮小され、縮小レンズ６３の像面位置７の近傍でそのビーム径を最も小さく絞られた後、プリ主偏向器９５'、副偏向器９３、主偏向器９５、ポスト主偏向器９７を通過するとともに、対物レンズ６５の中心近傍で第２のクロスオーバ９ｂを再度形成し、対物レンズ６５によりウェーハＷの上面に投影される。
【００２９】
図１に示す電子ビーム描画システム１による二次電子検出方法について図２および図３を参照しながら説明する。
【００３０】
まず、図２に示すように、電源５５からウェーハＷにリターディング電位が印加された状態では、電子検出器コントローラ８３は、検出面３１ａがセルアパーチャ８９側を向いて配置された二次電子検出器３１が選択されるようにスイッチＳＷを切り換える。この一方、図３に示すようにウェーハＷにリターディング電位が印加されていない状態では、電子検出器コントローラ８３は、検出面３３ａがウェーハＷ側を向いて設置された二次電子検出器３３が選択されるようにスイッチＳＷを切り換える。このように、リターディング電位の印加の有無に応じて二段の二次電子検出器３１，３３を使い分けることにより検出効率が高くなり、常に高画質のＳＥＭ画像を観察することが可能になり、電子ビームの調整等の制御も容易になる。リターディング電位がウェーハＷに印加されている場合、図２に示すように、ウェーハＷで発生した二次電子ＥＳは、対物レンズ６５を通過した後、縮小レンズ６３の電位によってその速度が減速されるとともに、その軌道ＥｓａがウェーハＷの方向へ変化する。この結果、二次電子ＥＳが二次電子検出器３１で検出される。二次電子ＥＳは、縮小レンズ６３の電位により追い戻される過程でエネルギーを失うことなく、軌道Ｅｓａのみ変化して電子ビーム検出器３１に入射するので、プラス電位を検出面３１ａの表面に印加して電子を引き込む必要も無い。このように、本実施形態によれば、検出面３１ａがセルアパーチャ８９側を向くように二次電子検出器３１を配置し、上方を向いた検出面３１ａで二次電子ＥＳが検出されるように二次電子ＥＳの軌道Ｅｓａを制御するので、高い効率でかつ簡易な構成で二次電子ＥＳを検出することができる。
【００３１】
各二次電子検出器３１，３３での検出効率を高めるため、電源５６から制御電極９１に印加される電圧は、電子検出器コントローラ８３による二次電子検出器３３，３１の選択に応じて制御される。電源５５からウェーハＷにリターディング電位が印加されて電子検出器コントローラ８３により二次電子検出器３１が選択された場合には、図２に示すように、電源５６から制御電極９１にウェーハＷへの印加電圧に対して正の電圧が印加され、これにより、基板Ｗから発生した二次電子ＥＳは縮小レンズ６３に向けて加速される。この結果、二次電子検出器３１での検出効率が向上する。
【００３２】
この一方、ウェーハＷにリターディング電位が印加されず、従って電子検出器コントローラ８３により二次電子検出器３３が選択された場合には、図３に示すように、制御電極９１には電源５６から負の電圧が印加され、これにより、基板Ｗから発生した二次電子ＥＳが押し戻され、ウェーハＷ側を向いて設置された検出面３３ａにより検出される。この結果、二次電子検出器３３での検出効率が向上する。この場合は、二次電子ＥＳが制御電極９１よりも第２成形アパーチャ８９側に侵入することが防止されるので、レンズ電極および偏向電極の各表面へのコンタミネーションとチャージアップとを同時に抑制することができる。
【００３３】
二次電子検出器３１での検出効率をさらに向上し、かつ、アクセプタンスの調整を可能にするためには、縮小レンズ６３が生成する電界の二次電子検出器３１側への浸み出し（電界の分布形状および強度分布など）を調整することが好ましい。このため、図４に示すように、本実施形態では縮小レンズ６３を構成する電極６３ａ〜６３ｃのうち最も二次電子検出器３１側に位置する電極６３ｃの内径ＩＤ３は、他の電極６３ａ，６３ｂの内径ＩＤ１よりも大きくなるように調整される。このような内径の調整に加え、図５に示す変形例６４のように、二次電子検出器３１側からみて逆テーパ状になるように電極６４ｃの内壁にテーパ角ＣＡを持たせるとさらに好ましい。これらの調整と代替的に、またはこれらの調整に加え、電極６３ｃ，６４ｃに二次電子ＥＳの速度を減速させるための電位を印加しても良い。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、電子ビーム検出器３３とウェーハＷ間の距離が短い光学系においてもリターディング電位を印加した状態で検出効率を高めることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、各二次電子検出器３１，３３での検出効率を高めるために二次電子の軌道を制御する制御電極９１を特に設けた場合について説明したが、これに限ることなく、例えば縮小レンズ６３，対物レンズ６５の各電極のうち、最もウェーハＷ側に位置する電極に対して上述した電位制御を実行しても良い。
【００３６】
図６は、本実施形態の荷電ビーム装置の変形例の要部を示すブロック図である。同図に示す電子ビーム描画システム２は、検出面３１ａがセルアパーチャ８９側を向いて配置された二次電子検出器３１に代えて、検出面３２ａが電子ビームＥＢの光軸に平行な面に配置された二次電子検出器３２を備える。二次電子ＥＳは縮小レンズ６３の電位により追い戻されるので、本変形例のように、電子ビームＥＢの光軸に平行になるように検出面３２ａを設置しても、同様に高い効率で二次電子を検出することができる。電子ビーム描画システム２のその他の構成は、図１に示す電子ビーム描画システム１と実質的に同一である。
【００３７】
（２）第２の実施の形態
図７は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第２の実施の形態の要部を示すブロック図であり、また、図８は、図７に示す電子ビーム描画システム３が備えるＸ−Ｙステージ１９の平面図である。
【００３８】
図７および図８に示すように、本実施形態の電子ビーム描画システム３の特徴は、Ｘ−Ｙステージ１９上でウェーハＷを載置する領域と離隔して配設された電子ビーム調整／検出ユニット１４１を備え、このユニット１４１に二次電子検出器３３が一体的に形成されている点にある。電子ビーム描画システム３のその他の構成は、図１に示す電子ビーム描画システム１と実質的に同一である。
【００３９】
電子ビーム調整／検出ユニット１４１の拡大正面図を図９に示す。電子ビーム調整／検出ユニット１４１は、ビーム調整用パターン４１ａ，４１ｂ，４１ｃが上面に形成されたビーム調整試料４１と、ユニットの側面部をなすようにビーム調整試料４１の端部に設けられた支持部４５と、この支持部４５に支持されてその検出面３３ａがビーム調整試料４１側を向くように配設された二次電子検出器３３とを含む。電子ビーム調整／検出ユニット１４１は、ビーム調整用パターン４１ａ〜４１ｃを用いた電子ビームＥＢの調整時にのみ対物レンズ６５の下方に位置するように、Ｘ−Ｙステージ１９で搬送され、ビーム調整用パターン４１ａ〜４１ｃのＳＥＭ画像を検出することにより、電子ビームＥＢのフォーカス、偏向量および非点補正等が調整される。電子ビームＥＢの調整時に試料４１から発生した二次電子は、例えば図９に示す軌道Ｅｓｂを辿って二次電子検出器３３の検出面３３ａで検出される。ウェーハＷの露光工程中では、電子ビーム調整／検出ユニット１４１は露光の妨げにならない位置にＸ−Ｙステージ１９で搬送され、例えば図１０に示す状態で露光工程が実行される。
【００４０】
図１１は、ビーム調整試料４１に設けられたビーム調整用パターン４１ａ〜４１ｃの具体的形状を示す拡大図である。本実施形態において各ビーム調整用パターン４１ａ〜４１ｃは、段差部４１ａｓ〜４１ｃｓと、これらの段差部４１ａｓ〜４１ｃｓの上面でほぼ等間隔に位置するように形成された複数の十字マークＰ４１とを含む。段差部４１ａｓ〜４１ｃｓは、いずれも辺の長さがＤの矩形平面形状で形成されるが、それぞれ異なる高さｈａ〜ｈｃを有する。十字マークＰ４１は、例えばタングステン等の金属材料で形成される。各段差部の平面形状における矩形の辺の長さＤは、主偏向器９５等による主偏向の偏向範囲に対応しており、偏向エリア内でのビーム位置は、十字マークＰ４１を電子ビームで偏向走査してＳＥＭ画像を取得することにより調整される。このとき、段差部４１ａｓ〜４１ｃｓの高さｈａ〜ｈｃがそれぞれ異なるので、それぞれの高さにおけるフォーカス条件を調整することができ、さらに、各高さ条件における偏向エリア内でのビーム位置も調整することができる。
【００４１】
図１２は、電子ビーム調整／検出ユニットの第１の変形例を示す拡大正面図である。同図に示す電子ビーム調整／検出ユニット１４３は、検出面３５ａが電子ビームＥＢの光軸に平行になるように配置された二次電子検出器３５を含む。このように光軸に平行に配置された検出面を有する構成でも良い。
【００４２】
図１３は、電子ビーム調整／検出ユニットの第２の変形例の要部を示す図である。同図に示す電子ビーム調整／検出ユニット１４５は、所望のサイズと形状を有する各種調整用パターン４２ａ〜４２ｃが形成されたビーム調整試料４２と、検出面３７ａがビーム調整試料４２側を向いた二次電子検出器３７とを含み、調整パターン４２ａ〜４２ｃの位置に対応させて電子ビームＥＢが通過するために十分な大きさの開口Ｈａ〜Ｈｅを二次電子検出器３７に設けたものである。
【００４３】
ビーム調整用パターンのサイズを大きくしたい場合や数量を多くしたい場合は、電子ビームＥＢが各調整用パターンすべてに照射できるように二次電子検出器に設けられた開口の内径（例えば図１２の内径ＩＤ５）を大きくする必要が生じる。しかしながら、単に開口の内径を大きくしてしまうと、電子ビームＥＢの照射位置と二次電子検出器の検出面との間の距離が長くなり、その結果、二次電子ＥＳの検出効率が低下してしまう。このような場合に、本変形例の電子ビーム調整／検出ユニット１４５を用いることにより、所望の調整パターンの観察毎にＸ−Ｙステージ１９により各調整用パターンを光軸上に移動させて電子ビームＥＢを照射すれば、検出効率を落とすことなく観察することが可能になる。これにより、ビーム調整試料に配置する調整用パターンの数量や大きさの制限を無くすことができる。
【００４４】
図１４は、電子ビーム調整／検出ユニットの第３の変形例の要部を示す図である。同図に示す電子ビーム調整／検出ユニット１４７は、ビーム調整用パターン３９ａ〜３９ｃが形成されたビーム調整試料３９と、これらのビーム調整用パターン３９ａ〜３９ｃを囲むようにビーム調整試料３９の上面に形成され、検出面が成形アパーチャ８９側を向くように配設された二次電子検出器４３とを含む。電子ビーム調整／検出ユニット１４７は、二次電子検出器４３の検出面とは逆の面にビーム調整試料３９を貼り付けることにより形成しても良い。
【００４５】
本変形例の電子ビーム調整／検出ユニット１４７によれば、二次電子検出器４３がビーム調整試料３９を介してＸ−Ｙステージ１９に接するように配設され、Ｘ−Ｙステージ１９から離隔していないので、例えば図１２の支持部４７の高さに応じた分だけ、対物レンズ６５からウェーハＷまでの距離を短縮することができる。これにより、光学特性を大幅に向上させることができる。
【００４６】
図１４に示す電子ビーム調整／検出ユニット１４７において、ビーム調整用パターン３９ａ〜３９ｃのサイズは、対物レンズ６５を磁界型レンズで構成した場合、ビーム調整試料３９から発生する二次電子のビーム調整試料３９上での広がり（軌道Ｅｓｂ）よりも小さくすると、検出効率をさらに高めることができる。
【００４７】
この一方、静電型レンズで対物レンズ６５を構成する場合は、縮小レンズ６３，６４の構成に関する前述の説明と同様に、図１５に示すように対物レンズ６５を構成する電極６５ａ〜６５ｃのうち最もウェーハＷ側に位置する電極６５ｃの内径ＩＤ９を他の電極の内径ＩＤ７よりも大きくしたり、図１６に示す対物レンズ６６のように内壁にテーパ角ＣＡを持たせて、そのテーパ角を調整することにより、対物レンズ６６の電界のウェーハＷ側への浸み出し（電界の分布形状および強度分布など）が調整されるので、二次電子検出器３３，３５，３７または４３での検出効率をさらに向上させ、アクセプタンスを調整することも可能になる。また、縮小レンズについて前述した点と同様に、これらの調整と代替的に、またはこれらの調整に加え、対物レンズ６５，６６を構成する電極のうち最もウェーハＷ側に位置する電極６５ｃ，６６ｃに二次電子ＥＳの速度を減速させるための電位を印加しても良い。
【００４８】
（３）半導体装置の製造方法
上述した荷電粒子の検出方法を半導体装置の製造工程に用いることにより、高い効率で荷電粒子を検出でき、基板表面の画像を高品質で取得することができるので、短いＴＡＴ（Turn Around Time）でかつ高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限ることなく、その技術的範囲内で種々変更して実施することができる。上述した実施形態では低加速の電子ビーム描画システムに適用する場合について説明したが、本発明は、例えば高加速の荷電ビーム露光装置にも勿論適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明にかかる荷電ビーム装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかる荷電粒子検出方法の実施の一形態の説明図である。
【図３】本発明にかかる荷電粒子検出方法の実施の一形態の説明図である。
【図４】図１に示す荷電ビーム装置が備える縮小レンズの電極構成を示す正面図である。
【図５】図４に示す電極構成の変形例を示す正面図である。
【図６】図１に示す荷電ビーム装置の変形例である。
【図７】本発明にかかる荷電ビーム装置の第２の実施の形態の要部を示すブロック図である。
【図８】図７に示す荷電ビーム装置が備えるＸ−Ｙステージの平面図である。
【図９】図７に示す荷電ビーム装置が備える電子ビーム調整／検出ユニットの拡大正面図である。
【図１０】ウェーハの露光工程中における電子ビーム調整／検出ユニットの位置の一例を示すブロック図である。
【図１１】図９に示す電子ビーム調整／検出ユニットに設けられたビーム調整用パターンの拡大図である。
【図１２】図９に示す電子ビーム調整／検出ユニットの第１の変形例を示す拡大正面図である。
【図１３】図９に示す電子ビーム調整／検出ユニットの第２の変形例の要部を示す図である。
【図１４】図９に示す電子ビーム調整／検出ユニットの第３の変形例の斜視図である。
【図１５】図７に示す荷電ビーム装置が備える対物レンズの電極構成を示す正面図である。
【図１６】図１５に示す電極構成の変形例を示す正面図である。
【図１７】従来の技術による荷電粒子検出装置の一例を示す図である。
【図１８】従来の技術による走査電子顕微鏡の一例を示すブロック図である。
【図１９】従来の技術による走査電子顕微鏡の他の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１〜３  電子ビーム描画システム
７  縮小レンズの像面位置
９ａ，９ｂ  クロスオーバ
１１  電子銃
１３  第１アパーチャ
１５  照明レンズ
１７  第１成形偏向器
１９  Ｘ−Ｙステージ
２１  第２成形偏向器
３１，３３，３５，２４４  ＭＣＰ検出器
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３５ａ  検出面
３９，４１〜４３  ビーム調整試料
３９ａ〜３９ｃ，４１ａ〜４１ｃ，４２ａ〜４２ｃ，４３ａ〜４３ｃ  ビーム調整用パターン
４５，４７，４９  支持部
５１〜５６，２４９  電源
６３，６４  縮小レンズ
６５，６６，２６５  対物レンズ
８０  制御コンピュータ
８３  電子検出器コントローラ
８９  成形アパーチャ（セルアパーチャ）
９３  副偏向器
９５  主偏向器
９５’  プリ主偏向器
９７  ポスト主偏向器
９９  レーザ変位センサ
１４１，１４３，１４５，１４７  電子ビーム調整／検出ユニット
２４５  金属製筒体
ＣＡ  テーパ角
ＥＢ  電子ビーム
Ｅｓａ，Ｅｓｂ  二次電子軌道
Ｈａ〜Ｈｅ  開口
ＩＤ１，ＩＤ３，ＩＤ５，ＩＤ７，ＩＤ９  電極内径
ＳＷ  スイッチ
Ｗ  ウェーハ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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