JP2002246303A - 焦点調整方法及び電子線描画装置 - Google Patents
焦点調整方法及び電子線描画装置Info
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Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 任意形状ビームを含む高精度なビーム焦点調
整方法や、高精度なパターン描画を可能とした電子線描
画装置を提供すること。 【解決手段】 対物レンズ駆動回路21又は動的焦点補
正器22を用いて対物レンズ8のレンズ値を複数段階に
設定し、それぞれの条件下で入射角θを可変しながら、
偏向制御回路14を用いて軸ずれ量を走査し、試料面2
8上での位置ずれ量をマーク位置検出機構16,18で
計測して、位置ずれδrが最小となるレンズ値に対物レ
ンズ8の焦点を合わせる。
整方法や、高精度なパターン描画を可能とした電子線描
画装置を提供すること。 【解決手段】 対物レンズ駆動回路21又は動的焦点補
正器22を用いて対物レンズ8のレンズ値を複数段階に
設定し、それぞれの条件下で入射角θを可変しながら、
偏向制御回路14を用いて軸ずれ量を走査し、試料面2
8上での位置ずれ量をマーク位置検出機構16,18で
計測して、位置ずれδrが最小となるレンズ値に対物レ
ンズ8の焦点を合わせる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造分野等に
おける電子線描画装置に係わり、特に任意断面形状を有
する電子ビームの焦点調整方法及び電子線描画装置に関
するものである。
おける電子線描画装置に係わり、特に任意断面形状を有
する電子ビームの焦点調整方法及び電子線描画装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】電子線描画装置は、半導体製造分野では
パターン生成機能により光露光等のマスク原版作成や少
量多品種品の直接描画、特に先端デバイスの試作に適用
され有用性を実証している。電子線描画装置は、電子源
像やビーム成形開口像を試料面に投影、走査して微細パ
ターンを形成していく。特に後者の可変成形方式ではビ
ーム形状を矩形成形開口と成形偏向器で制御し、試料面
に縮小投影して効率的にパターンを形成する。このため
可変成形方式は、電子源像を転写する点ビーム方式に比
べ描画の高速化を実現している。更に、近年は繰り返し
パターンをあらかじめ一括露光開口として形成し転写す
る部分一括露光方法が実用化され飛躍的な描画速度の向
上と高精度化を達成している。
パターン生成機能により光露光等のマスク原版作成や少
量多品種品の直接描画、特に先端デバイスの試作に適用
され有用性を実証している。電子線描画装置は、電子源
像やビーム成形開口像を試料面に投影、走査して微細パ
ターンを形成していく。特に後者の可変成形方式ではビ
ーム形状を矩形成形開口と成形偏向器で制御し、試料面
に縮小投影して効率的にパターンを形成する。このため
可変成形方式は、電子源像を転写する点ビーム方式に比
べ描画の高速化を実現している。更に、近年は繰り返し
パターンをあらかじめ一括露光開口として形成し転写す
る部分一括露光方法が実用化され飛躍的な描画速度の向
上と高精度化を達成している。
【0003】このような状況で半導体デバイスデザイン
ルールが100nm以下に進みつつあり、微細性を安定
に確保するためには焦点(フォーカス)補正の高精度化
が重要である。従来はビームボケをマーク走査し波形の
ボケとして計測していた。例えばガウシアンビームの場
合は走査波形の立ち上がりや微分波形の半値幅、単純な
矩形ビームの場合は1次微分波形の立ち上がりや2次微
分波形の波高値として定量化し、最適な焦点位置を求め
ている。
ルールが100nm以下に進みつつあり、微細性を安定
に確保するためには焦点(フォーカス)補正の高精度化
が重要である。従来はビームボケをマーク走査し波形の
ボケとして計測していた。例えばガウシアンビームの場
合は走査波形の立ち上がりや微分波形の半値幅、単純な
矩形ビームの場合は1次微分波形の立ち上がりや2次微
分波形の波高値として定量化し、最適な焦点位置を求め
ている。
【0004】なお、ダイナミック・フォーカス(動的焦
点調整)については、例えば特開2000−22816
4号公報等に開示がある。
点調整)については、例えば特開2000−22816
4号公報等に開示がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た微分を用いる方式には以下の問題点があった。第一点
は微分処理等の高度な信号処理が必要であり処理時間が
長く、また微分処理はノイズに弱いことである。第二点
は複雑な形状の一括転写ビームの場合、原理的にビーム
ボケを定量化することに困難がある。例えば円形絞りや
角度図形の場合に、通常のビーム走査波形でビームボケ
を抽出することは困難である。また、ビーム位置決め精
度の観点からは焦点ずれによるビーム結像位置ずれが問
題となる。
た微分を用いる方式には以下の問題点があった。第一点
は微分処理等の高度な信号処理が必要であり処理時間が
長く、また微分処理はノイズに弱いことである。第二点
は複雑な形状の一括転写ビームの場合、原理的にビーム
ボケを定量化することに困難がある。例えば円形絞りや
角度図形の場合に、通常のビーム走査波形でビームボケ
を抽出することは困難である。また、ビーム位置決め精
度の観点からは焦点ずれによるビーム結像位置ずれが問
題となる。
【0006】本発明の目的は、高精度のビーム焦点(フ
ォーカス)調整を可能とする焦点調整方法又は電子線描
画装置を提供することである。
ォーカス)調整を可能とする焦点調整方法又は電子線描
画装置を提供することである。
【0007】本発明の他の目的は、任意形状ビームを含
む高精度なビーム焦点調整を実現する焦点調整方法又は
高精度なパターン描画を可能とした電子線描画装置を提
供することである。
む高精度なビーム焦点調整を実現する焦点調整方法又は
高精度なパターン描画を可能とした電子線描画装置を提
供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴とす
るところは、電子線描画装置の焦点調整方法であって、
対物レンズを複数の異なるレンズ値に設定するステップ
と、これらのレンズ値の下で入射角を変化させ校正マー
ク上を走査するステップと、これらの走査における試料
ステージ上でのビーム位置を検知するステップと、入射
角の変化に伴って生じるビーム位置のずれが最小となる
レンズ値を判定するステップと,この判定されたレンズ
値を対物レンズのレンズ値として設定するステップとを
含むことである。
るところは、電子線描画装置の焦点調整方法であって、
対物レンズを複数の異なるレンズ値に設定するステップ
と、これらのレンズ値の下で入射角を変化させ校正マー
ク上を走査するステップと、これらの走査における試料
ステージ上でのビーム位置を検知するステップと、入射
角の変化に伴って生じるビーム位置のずれが最小となる
レンズ値を判定するステップと,この判定されたレンズ
値を対物レンズのレンズ値として設定するステップとを
含むことである。
【0009】本発明の第2の特徴とするところは、電子
線描画装置において、対物レンズを複数の異なるレンズ
値に設定する手段と、これらそれぞれの条件の下で,軸
調整偏向手段により入射角を変化させ校正マーク上を走
査して試料ステージ上でのビーム位置を検知する手段
と、入射角の変化に伴って生じるビーム位置のずれが最
小となるレンズ値を対物レンズに設定する手段とを備え
たことである。
線描画装置において、対物レンズを複数の異なるレンズ
値に設定する手段と、これらそれぞれの条件の下で,軸
調整偏向手段により入射角を変化させ校正マーク上を走
査して試料ステージ上でのビーム位置を検知する手段
と、入射角の変化に伴って生じるビーム位置のずれが最
小となるレンズ値を対物レンズに設定する手段とを備え
たことである。
【0010】このようにして位置ずれを計測すること
で、複雑な微分処理等を用いずとも所望の最適レンズ値
の設定が可能である。また、任意パターンの位置計測に
より焦点合わせが可能である。更に、多少のビーム軸ず
れがあってもビーム照射位置ずれを最小化できる。
で、複雑な微分処理等を用いずとも所望の最適レンズ値
の設定が可能である。また、任意パターンの位置計測に
より焦点合わせが可能である。更に、多少のビーム軸ず
れがあってもビーム照射位置ずれを最小化できる。
【0011】本発明のその他の特徴は、以下に述べる実
施例の説明によって明らかにする。
施例の説明によって明らかにする。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施例による
可変成形型電子線描画装置の全体構成を示す図である。
図1において、電子源1より照射された電子ビームは一
般に矩形形状の第一成形開口2を通過し、成形レンズ3
により第二成形開口4に結像される。第二の成形開口4
は矩形開口等が配置され、成形偏向器5により第一の矩
形開口像位置が制御され成形ビーム6が発生される。発
生した成形ビーム6は縮小レンズ7により数十分の1に
縮小され対物レンズ8に入射される。対物レンズ8は、
試料ステージ9上に成形ビーム6の像を形成する。試料
ステージ駆動系10および対物偏向器11は成形ビーム
6を描画位置へ順次移動、偏向照射し描画試料上にLS
Iパターンを描画する。制御計算機12は描画データに
応じて、ビーム形状は成形偏向駆動系(制御回路)1
3、照射位置は対物偏向制御回路14および試料ステー
ジ制御回路15を介して駆動制御する。一括露光方式で
は更に成形偏向駆動系13により所望の形状開口が選択
される。反射電子検出器16は試料ステージ9上に配置
した校正用マーク17から反射する電子を検知する。信
号処理回路18は対物偏向器11でマーク17上をビー
ム走査し、得られた信号波形からビーム位置等を検出す
る。19は軸調整偏向器、20はその駆動回路である。
対物レンズ駆動回路21は、対物レンズ8のレンズ値を
調整し、焦点(フォーカス)を調整する。また、より高
速に、焦点(フォーカス)調整を行うための動的焦点
(ダイナミックフォーカス)補正器22とその駆動回路
23を備えており、本発明による焦点調整においても、
これらのいずれを用いても良い。
可変成形型電子線描画装置の全体構成を示す図である。
図1において、電子源1より照射された電子ビームは一
般に矩形形状の第一成形開口2を通過し、成形レンズ3
により第二成形開口4に結像される。第二の成形開口4
は矩形開口等が配置され、成形偏向器5により第一の矩
形開口像位置が制御され成形ビーム6が発生される。発
生した成形ビーム6は縮小レンズ7により数十分の1に
縮小され対物レンズ8に入射される。対物レンズ8は、
試料ステージ9上に成形ビーム6の像を形成する。試料
ステージ駆動系10および対物偏向器11は成形ビーム
6を描画位置へ順次移動、偏向照射し描画試料上にLS
Iパターンを描画する。制御計算機12は描画データに
応じて、ビーム形状は成形偏向駆動系(制御回路)1
3、照射位置は対物偏向制御回路14および試料ステー
ジ制御回路15を介して駆動制御する。一括露光方式で
は更に成形偏向駆動系13により所望の形状開口が選択
される。反射電子検出器16は試料ステージ9上に配置
した校正用マーク17から反射する電子を検知する。信
号処理回路18は対物偏向器11でマーク17上をビー
ム走査し、得られた信号波形からビーム位置等を検出す
る。19は軸調整偏向器、20はその駆動回路である。
対物レンズ駆動回路21は、対物レンズ8のレンズ値を
調整し、焦点(フォーカス)を調整する。また、より高
速に、焦点(フォーカス)調整を行うための動的焦点
(ダイナミックフォーカス)補正器22とその駆動回路
23を備えており、本発明による焦点調整においても、
これらのいずれを用いても良い。
【0013】図1では、簡略化のために照射量を制御す
るためのビームブランキング機能、試料ステージ座標計
測機構、試料等は省略されている。また、図1では可変
成形型電子線描画装置について示したが、本発明は、原
理的にガウシアン(点)ビームに対しても適用可能であ
ることは自明であり、その場合は、図1における成形光
学系を省略した光学系となる。
るためのビームブランキング機能、試料ステージ座標計
測機構、試料等は省略されている。また、図1では可変
成形型電子線描画装置について示したが、本発明は、原
理的にガウシアン(点)ビームに対しても適用可能であ
ることは自明であり、その場合は、図1における成形光
学系を省略した光学系となる。
【0014】図2は、図1における構成での対物レンズ
結像関係を模式的に示す本発明の原理図である。座標軸
は対物レンズ8の軸方向にZ軸、Z軸に垂直な面にXY
軸をとる。対物レンズ8内にZ軸上の物点24より入射
した軸上ビーム25は対物レンズ8の作用により軸上の
結像点26に収束する。同じく物点24より離軸入射角
θで傾斜した離軸ビーム27も同様にレンズ作用により
結像点26に収束される。対物レンズ8のレンズ値(レ
ンズ強度)が不足している場合、結像点26は、より遠
くに移動するので、等価的には図2の試料面28を、逆
に、レンズ方向にZ=hだけ近づけ試料面29としたに
等しい。したがって、軸上ビーム25の試料到達点26
に対し、離軸ビーム27の試料到達点はXY座標平面上
でδrだけ、ずれることになる。このずれは、対物レン
ズ駆動回路18又は動的焦点補正器22を用いて、対物
レンズ10のレンズ値を適切に大きくすれば消滅し、1
点に収束させることができる。この焦点合わせを、本発
明においては、次のような方法で実現する。
結像関係を模式的に示す本発明の原理図である。座標軸
は対物レンズ8の軸方向にZ軸、Z軸に垂直な面にXY
軸をとる。対物レンズ8内にZ軸上の物点24より入射
した軸上ビーム25は対物レンズ8の作用により軸上の
結像点26に収束する。同じく物点24より離軸入射角
θで傾斜した離軸ビーム27も同様にレンズ作用により
結像点26に収束される。対物レンズ8のレンズ値(レ
ンズ強度)が不足している場合、結像点26は、より遠
くに移動するので、等価的には図2の試料面28を、逆
に、レンズ方向にZ=hだけ近づけ試料面29としたに
等しい。したがって、軸上ビーム25の試料到達点26
に対し、離軸ビーム27の試料到達点はXY座標平面上
でδrだけ、ずれることになる。このずれは、対物レン
ズ駆動回路18又は動的焦点補正器22を用いて、対物
レンズ10のレンズ値を適切に大きくすれば消滅し、1
点に収束させることができる。この焦点合わせを、本発
明においては、次のような方法で実現する。
【0015】すなわち、軸調整偏向器19を用いてビー
ム入射角θを変化させながら、対物偏向器11を用いた
走査により試料到達点を検出し、軸上ビームの到達点2
6からのずれδrが最小となる対物レンズ8のレンズ値
を、対物レンズ駆動回路18の出力又は動的焦点補正器
22による補正値として求める。このようにして求めら
れた条件が最適レンズ値となる。ビーム位置ずれδr
は、反射電子検出器16と信号処理回路19による通常
のマーク位置検出機能により測定できる。
ム入射角θを変化させながら、対物偏向器11を用いた
走査により試料到達点を検出し、軸上ビームの到達点2
6からのずれδrが最小となる対物レンズ8のレンズ値
を、対物レンズ駆動回路18の出力又は動的焦点補正器
22による補正値として求める。このようにして求めら
れた条件が最適レンズ値となる。ビーム位置ずれδr
は、反射電子検出器16と信号処理回路19による通常
のマーク位置検出機能により測定できる。
【0016】以上が本発明の一実施例の基本原理であ
る。具体的に説明すると、まず、図2で対物レンズ物点
24を通過した軸上ビーム25は、対物レンズ8により
試料結像点26に収束される。対物レンズ8のレンズ値
が適切であれば、対物レンズ物点24に支点を有する軸
調整偏向器19を用いて角度θだけ偏向した軸ずれビー
ム27の場合も、やはり対物レンズ8のレンズ作用によ
り試料結像点26に収束されるはずである。したがっ
て、軸調整偏向器19により、入射角θを予定の複数段
階に変更して走査し、このときのビーム25,27等の
試料面28への到達点を図1に示す反射電子検出器16
で検出すれば、試料到達点のずれδrが最小となる対物
レンズ8のレンズ値、つまり対物レンズ駆動回路18の
出力又は動的焦点補正器22へ与えるべき補正制御回路
23の出力値を求めることができる。
る。具体的に説明すると、まず、図2で対物レンズ物点
24を通過した軸上ビーム25は、対物レンズ8により
試料結像点26に収束される。対物レンズ8のレンズ値
が適切であれば、対物レンズ物点24に支点を有する軸
調整偏向器19を用いて角度θだけ偏向した軸ずれビー
ム27の場合も、やはり対物レンズ8のレンズ作用によ
り試料結像点26に収束されるはずである。したがっ
て、軸調整偏向器19により、入射角θを予定の複数段
階に変更して走査し、このときのビーム25,27等の
試料面28への到達点を図1に示す反射電子検出器16
で検出すれば、試料到達点のずれδrが最小となる対物
レンズ8のレンズ値、つまり対物レンズ駆動回路18の
出力又は動的焦点補正器22へ与えるべき補正制御回路
23の出力値を求めることができる。
【0017】一般に電子光学的に、入射角θが小さく近
軸仮定が成立する範囲であれば物点24を通過する電子
は結像点26に収束する。入射角θを大きくとると収束
角の3乗に比例する球面収差等の影響で結像点26でも
ビーム軌道の変化や、ボケ等の変化が大きくなる。この
ため、通常は軸上ビーム25の開き角程度にすることが
望ましい。すなわち、対物レンズ8の駆動回路21や動
的焦点補正器22への補正制御回路23の出力値を変化
させ、入射角θ=0とθ=θで位置ずれδrを計測し、
最小となるそれらの出力値を求める。
軸仮定が成立する範囲であれば物点24を通過する電子
は結像点26に収束する。入射角θを大きくとると収束
角の3乗に比例する球面収差等の影響で結像点26でも
ビーム軌道の変化や、ボケ等の変化が大きくなる。この
ため、通常は軸上ビーム25の開き角程度にすることが
望ましい。すなわち、対物レンズ8の駆動回路21や動
的焦点補正器22への補正制御回路23の出力値を変化
させ、入射角θ=0とθ=θで位置ずれδrを計測し、
最小となるそれらの出力値を求める。
【0018】この実施例の補正精度を保つためには、物
点24の位置を変えずに入射角θを走査する角度偏向機
能が必要である。これは図2に示すように軸調整偏向器
19を用い、出射側からみて偏向器内の軸上を過ぎる偏
向中心点に物点24を一致させることで達成できる。こ
の条件で物点24の位置を変えずに偏向角θを変化させ
ることが可能である。但し、厳密に物点24の位置と軸
調整偏向器19の偏向中心が一致しなくても、複数結像
条件で位置ずれδrを測定し、ばらつきを最小化すれば
焦点補正は可能である。
点24の位置を変えずに入射角θを走査する角度偏向機
能が必要である。これは図2に示すように軸調整偏向器
19を用い、出射側からみて偏向器内の軸上を過ぎる偏
向中心点に物点24を一致させることで達成できる。こ
の条件で物点24の位置を変えずに偏向角θを変化させ
ることが可能である。但し、厳密に物点24の位置と軸
調整偏向器19の偏向中心が一致しなくても、複数結像
条件で位置ずれδrを測定し、ばらつきを最小化すれば
焦点補正は可能である。
【0019】また、軸調整偏向器19の中心に物点24
を配置することが困難な場合には、物点24側より後段
に軸調整偏向器19を配置し、更に後段に降り戻し偏向
器を追加して2段偏向とすれば、軸調整偏向器19の外
に偏向中心点を移動することが可能である。すなわち、
この場合の軸調整偏向器19は、第一の軸調整偏向器
と、この第一の軸調整偏向器に対して,電子源像または
成形開口像を支点として振り戻し角度偏向される第二の
軸調整偏向器を備えるのである。
を配置することが困難な場合には、物点24側より後段
に軸調整偏向器19を配置し、更に後段に降り戻し偏向
器を追加して2段偏向とすれば、軸調整偏向器19の外
に偏向中心点を移動することが可能である。すなわち、
この場合の軸調整偏向器19は、第一の軸調整偏向器
と、この第一の軸調整偏向器に対して,電子源像または
成形開口像を支点として振り戻し角度偏向される第二の
軸調整偏向器を備えるのである。
【0020】この実施例によれば、位置ずれを計測する
ことで、複雑な微分処理等を用いずとも、所望の最適レ
ンズ設定が可能である。また、任意パターンの位置計測
より焦点合わせが可能である。更に、多少のビーム軸ず
れがあってもビーム照射位置ずれを最小化できることが
判る。
ことで、複雑な微分処理等を用いずとも、所望の最適レ
ンズ設定が可能である。また、任意パターンの位置計測
より焦点合わせが可能である。更に、多少のビーム軸ず
れがあってもビーム照射位置ずれを最小化できることが
判る。
【0021】図3は、図1における構成での対物レンズ
による結像関係を模式的に示す本発明の第2の実施例に
よる像面湾曲補正の原理図である。図では、ビーム偏向
に伴い結像点がレンズ側にずれるいわゆる像面湾曲の例
を示している。電子線描画装置のように大角度で偏向す
る場合は、像面湾曲により平面である試料投影面28と
の焦点ずれが発生するため、結像位置を焦点補正器22
で修正する必要がある。この像面湾曲補正に対しても図
2と同様の手法が可能である。
による結像関係を模式的に示す本発明の第2の実施例に
よる像面湾曲補正の原理図である。図では、ビーム偏向
に伴い結像点がレンズ側にずれるいわゆる像面湾曲の例
を示している。電子線描画装置のように大角度で偏向す
る場合は、像面湾曲により平面である試料投影面28と
の焦点ずれが発生するため、結像位置を焦点補正器22
で修正する必要がある。この像面湾曲補正に対しても図
2と同様の手法が可能である。
【0022】図3では、対物レンズ8の中心軸上すなわ
ち対物偏向量R=0で正確に焦点合わせがされている。
図中の太い実線25は軸上ビームであり、対物偏向器1
1で偏向され、試料面28において、偏向中心からXY
座標平面上でRだけ偏向された到達点26に着弾する場
合を示している。しかしながら、図2と同様に、軸調整
偏向器19で軸上ビーム25を角度θだけ偏向し破線2
7で示す離軸ビームとした場合、偏向収差である像面湾
曲収差の影響で偏向結像点(像面湾曲店)30は試料面
28よりもδZだけ上方に形成される。したがって、試
料面28では、やはり結像点26からδrだけずれた結
像点31に着弾する。
ち対物偏向量R=0で正確に焦点合わせがされている。
図中の太い実線25は軸上ビームであり、対物偏向器1
1で偏向され、試料面28において、偏向中心からXY
座標平面上でRだけ偏向された到達点26に着弾する場
合を示している。しかしながら、図2と同様に、軸調整
偏向器19で軸上ビーム25を角度θだけ偏向し破線2
7で示す離軸ビームとした場合、偏向収差である像面湾
曲収差の影響で偏向結像点(像面湾曲店)30は試料面
28よりもδZだけ上方に形成される。したがって、試
料面28では、やはり結像点26からδrだけずれた結
像点31に着弾する。
【0023】この実施例においても、像面湾曲の補正
は、対物レンズ8の駆動(制御)回路18又は動的焦点
補正器22の電磁場強度を偏向座標(X,Y)に依存し
て変化させる。動的焦点補正器22は特に主レンズの電
気的負荷が大きく高速性操作ができない場合に用いて好
適である。
は、対物レンズ8の駆動(制御)回路18又は動的焦点
補正器22の電磁場強度を偏向座標(X,Y)に依存し
て変化させる。動的焦点補正器22は特に主レンズの電
気的負荷が大きく高速性操作ができない場合に用いて好
適である。
【0024】具体的な補正量の測定は偏向領域内の複数
代表点において、図2の場合と同様に、ずれδrが最小
となる値を求める。本実施例により、焦点調整を行った
後の離軸ビームは一点鎖線32で示すように補正され、
試料面28の正しい結像点26に着弾している。測定し
た補正量の偏向依存式すなわち焦点補正式は以下によ
り、X,Yの2次多項式で近似する。
代表点において、図2の場合と同様に、ずれδrが最小
となる値を求める。本実施例により、焦点調整を行った
後の離軸ビームは一点鎖線32で示すように補正され、
試料面28の正しい結像点26に着弾している。測定し
た補正量の偏向依存式すなわち焦点補正式は以下によ
り、X,Yの2次多項式で近似する。
【0025】図4は、図3においてX軸方向に軸をずら
した場合の、ずれδrの具体例を試料面28上のXY座
標平面の2次元マップで例示したものである。図中破線
32が理想結像点であり、実線33が像面湾曲による現
実の結像点である。変位量δr(δX,δY)は、 δX=A0+A1X+A2Y+A3X2+A4XY+A5Y2+
・・・ δY=B0+B1X+B2Y+B3X2+B4XY+B5Y2+
・・・ で表わすことができる。図4でδr歪形状はX,Yの2
次曲線となっている。幾何収差論によれば回転対称系の
像面湾曲収差による焦点ずれδZは偏向量Rに対して、 δZ=KcR2=Kc(X2+Y2) の関係がある。また、変位量δZは、微小量であり像面
から試料面までは直線と考えることができる。このため
変位量δZがX,Yの2次式となる場合、変位量δrも
2次式で近似できる。焦点補正感度も直線的と考えられ
るため、変位量δZの補正のための焦点補正器22の出
力は、X,Yの2次多項式で近似できることが分かる。
した場合の、ずれδrの具体例を試料面28上のXY座
標平面の2次元マップで例示したものである。図中破線
32が理想結像点であり、実線33が像面湾曲による現
実の結像点である。変位量δr(δX,δY)は、 δX=A0+A1X+A2Y+A3X2+A4XY+A5Y2+
・・・ δY=B0+B1X+B2Y+B3X2+B4XY+B5Y2+
・・・ で表わすことができる。図4でδr歪形状はX,Yの2
次曲線となっている。幾何収差論によれば回転対称系の
像面湾曲収差による焦点ずれδZは偏向量Rに対して、 δZ=KcR2=Kc(X2+Y2) の関係がある。また、変位量δZは、微小量であり像面
から試料面までは直線と考えることができる。このため
変位量δZがX,Yの2次式となる場合、変位量δrも
2次式で近似できる。焦点補正感度も直線的と考えられ
るため、変位量δZの補正のための焦点補正器22の出
力は、X,Yの2次多項式で近似できることが分かる。
【0026】以上の実施例においては、ビーム像を試料
面28に結像する対物レンズ8と、この対物レンズ8の
焦点を調整する手段21又は22と、対物レンズ8の前
段に配置され対物レンズ8へのビームの入射角θを制御
する軸調整偏向手段19と、ビーム像を試料面28の所
望の位置に偏向させる対物偏向器11と、この対物偏向
器11を制御する対物偏向制御手段14と、描画試料を
搭載する試料ステージ9と、対物偏向器11を用いて試
料ステージ9上の校正マーク17を走査して発生する透
過または反射ビームを検知するビーム検出手段16とを
備えた電子線描画装置において、焦点調整手段21又は
22を用い対物レンズ8を複数の異なるレンズ値に設定
する手段と、これらそれぞれの条件の下で,軸調整偏向
手段19により入射角θを変化させ校正マーク17上を
走査して試料ステージ9上でのビーム位置を検知する手
段16,18と、入射角θの変化に伴って生じるビーム
位置のずれδrが最小となるレンズ値を対物レンズ8に
設定する手段21又は22,23とを備えて構成されて
いる。
面28に結像する対物レンズ8と、この対物レンズ8の
焦点を調整する手段21又は22と、対物レンズ8の前
段に配置され対物レンズ8へのビームの入射角θを制御
する軸調整偏向手段19と、ビーム像を試料面28の所
望の位置に偏向させる対物偏向器11と、この対物偏向
器11を制御する対物偏向制御手段14と、描画試料を
搭載する試料ステージ9と、対物偏向器11を用いて試
料ステージ9上の校正マーク17を走査して発生する透
過または反射ビームを検知するビーム検出手段16とを
備えた電子線描画装置において、焦点調整手段21又は
22を用い対物レンズ8を複数の異なるレンズ値に設定
する手段と、これらそれぞれの条件の下で,軸調整偏向
手段19により入射角θを変化させ校正マーク17上を
走査して試料ステージ9上でのビーム位置を検知する手
段16,18と、入射角θの変化に伴って生じるビーム
位置のずれδrが最小となるレンズ値を対物レンズ8に
設定する手段21又は22,23とを備えて構成されて
いる。
【0027】図5は本発明の一実施例による補正処理手
順を示すフローチャートで、図2の場合を示している。
まず、ステップ501において、対物レンズ8の駆動
(制御)回路18又は動的焦点補正器22の補正制御回
路23により、対物レンズ8のレンズ強度(レンズ値)
をOi(i=1〜n)に設定する。この状態でステップ
502では、軸調整偏向器19への駆動回路20の出力
を変え、入射角θi(i=1〜m)を設定し、次いでス
テップ503でビーム位置δriを測定する。これを予
定のm回、すなわちδr1,…δri,…δrmを測定
し、ステップ504で測定完了を判断すれば、ステップ
505にて分散量σδriを求める。ステップ506で
予定のn個の全レンズ値O1,…Oi,…Onの測定完
了を判断すれば、ステップ507に進んで、次のように
して最適対物レンズ値Ooptを計算する。
順を示すフローチャートで、図2の場合を示している。
まず、ステップ501において、対物レンズ8の駆動
(制御)回路18又は動的焦点補正器22の補正制御回
路23により、対物レンズ8のレンズ強度(レンズ値)
をOi(i=1〜n)に設定する。この状態でステップ
502では、軸調整偏向器19への駆動回路20の出力
を変え、入射角θi(i=1〜m)を設定し、次いでス
テップ503でビーム位置δriを測定する。これを予
定のm回、すなわちδr1,…δri,…δrmを測定
し、ステップ504で測定完了を判断すれば、ステップ
505にて分散量σδriを求める。ステップ506で
予定のn個の全レンズ値O1,…Oi,…Onの測定完
了を判断すれば、ステップ507に進んで、次のように
して最適対物レンズ値Ooptを計算する。
【0028】例えば対物レンズ8のレンズ値をOとする
と、変位量δrは、 δr=K0+K1O+K2O2+・・・ で近似できる。図2から明らかなように、K2以後はゼ
ロで近似できる。この場合は、複数点で変位量δrを求
め、最小二乗法で係数を求め、最適対物レンズ値Oop
tは、 Oopt=K0/K1 となる。像面湾曲を補正する場合は、更に図3、図4か
ら偏向座標X,Yの2次式で近似する。
と、変位量δrは、 δr=K0+K1O+K2O2+・・・ で近似できる。図2から明らかなように、K2以後はゼ
ロで近似できる。この場合は、複数点で変位量δrを求
め、最小二乗法で係数を求め、最適対物レンズ値Oop
tは、 Oopt=K0/K1 となる。像面湾曲を補正する場合は、更に図3、図4か
ら偏向座標X,Yの2次式で近似する。
【0029】この実施例における電子線描画装置の焦点
調整方法は、対物レンズ8を複数n個の異なるレンズ値
Oi(i=1〜n)に設定するステップと、これらのそ
れぞれの設定条件の下で、入射角変更手段19により入
射角θをθi(i=1〜m)に変化させて対物偏向器1
1を用いて校正マーク17上を走査するステップと、こ
れらの走査における試料ステージ9上でのビーム位置を
検知するステップと、入射角θの変化に伴って生じるビ
ーム位置のずれδrが最小となるレンズ値Ooptを判
定するステップと,この判定されたレンズ値Ooptを
対物レンズ8のレンズ値として設定するステップとを含
んでいる。
調整方法は、対物レンズ8を複数n個の異なるレンズ値
Oi(i=1〜n)に設定するステップと、これらのそ
れぞれの設定条件の下で、入射角変更手段19により入
射角θをθi(i=1〜m)に変化させて対物偏向器1
1を用いて校正マーク17上を走査するステップと、こ
れらの走査における試料ステージ9上でのビーム位置を
検知するステップと、入射角θの変化に伴って生じるビ
ーム位置のずれδrが最小となるレンズ値Ooptを判
定するステップと,この判定されたレンズ値Ooptを
対物レンズ8のレンズ値として設定するステップとを含
んでいる。
【0030】この焦点調整方法によれば、電子線描画装
置の高分解能ビーム焦点調整法を可能とする。ビーム位
置ずれを最小とするように直接焦点補正するため、高精
度位置決めが可能である。ビームボケを解析評価する方
法に比べ高速化が可能であり、任意図形形状ビームを含
む一括セル露光法におけるビーム焦点合わせ法が可能で
ある。
置の高分解能ビーム焦点調整法を可能とする。ビーム位
置ずれを最小とするように直接焦点補正するため、高精
度位置決めが可能である。ビームボケを解析評価する方
法に比べ高速化が可能であり、任意図形形状ビームを含
む一括セル露光法におけるビーム焦点合わせ法が可能で
ある。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、電子線描画装置の高精
度なビーム焦点調整方法や、高精度なパターン描画を可
能とした電子線描画装置を提供することができる。
度なビーム焦点調整方法や、高精度なパターン描画を可
能とした電子線描画装置を提供することができる。
【図1】図1は本発明の一実施例による可変成形型電子
線描画装置の全体構成を示す。
線描画装置の全体構成を示す。
【図2】図1における構成での対物レンズによる結像関
係を模式的に示す本発明の第1の実施例の原理図であ
る。
係を模式的に示す本発明の第1の実施例の原理図であ
る。
【図3】図1における構成での対物レンズによる結像関
係を模式的に示す本発明の第2の実施例による像面湾曲
補正の原理図である。
係を模式的に示す本発明の第2の実施例による像面湾曲
補正の原理図である。
【図4】像面湾曲ビーム位置ずれの例を示す本発明説明
図である。
図である。
【図5】本発明の一実施例による制御処理フローチャー
トである。
トである。
Claims (10)
- 【請求項1】ビーム像を試料面に結像する対物レンズ
と、この対物レンズの焦点を調整する手段と、前記対物
レンズの前段に配置され対物レンズへのビームの入射角
を制御する手段と、ビーム像を試料面の所望の位置に偏
向させる対物偏向器と、この対物偏向器を制御する手段
と、描画試料を搭載する試料ステージと、前記対物偏向
器を用いて前記試料ステージ上の校正マークを走査して
発生する透過または反射ビームを検知する手段とを備え
た電子線描画装置の焦点調整方法であって、前記対物レ
ンズを複数の異なるレンズ値に設定するステップと、こ
れらのそれぞれの設定条件の下で、前記入射角変更手段
により入射角を変化させて校正マーク上を走査するステ
ップと、これらの走査における試料ステージ上でのビー
ム位置を検知するステップと、前記入射角の変化に伴っ
て生じる前記ビーム位置のずれが最小となるレンズ値を
判定するステップと,この判定されたレンズ値を前記対
物レンズのレンズ値として設定するステップとを含むこ
とを特徴とする電子線描画装置の焦点調整方法。 - 【請求項2】ビーム像を試料面に結像する対物レンズ
と、この対物レンズの焦点を調整する手段と、前記対物
レンズの前段に配置され対物レンズへのビームの入射角
を制御する軸調整偏向手段と、ビーム像を試料面の所望
の位置に偏向させる対物偏向器と、この対物偏向器を制
御する対物偏向制御手段と、描画試料を搭載する試料ス
テージと、前記対物偏向器を用いて前記試料ステージ上
の校正マークを走査して発生する透過または反射ビーム
を検知するビーム検出手段とを備えた電子線描画装置に
おいて、前記焦点調整手段を用い対物レンズを複数の異
なるレンズ値に設定する手段と、これらそれぞれの条件
の下で,前記軸調整偏向手段により入射角を変化させ校
正マーク上を走査して試料ステージ上でのビーム位置を
検知する手段と、前記入射角の変化に伴って生じる前記
ビーム位置のずれが最小となるレンズ値を前記対物レン
ズに設定する手段とを備えたことを特徴とする電子線描
画装置。 - 【請求項3】請求項2において、前記焦点調整手段は、
対物レンズ駆動回路と、動的焦点補正手段とを含み、前
記レンズ値設定手段を前記動的焦点補正手段を用いて構
成したことを特徴とする電子線描画装置。 - 【請求項4】電子ビームを発生させる電子源像または電
子ビームを成形する成形開口像を試料面に結像する対物
レンズと、この対物レンズの焦点を調整する対物レンズ
駆動回路と、前記対物レンズの前段に配置され対物レン
ズへの入射角を制御する軸調整偏向器と、この軸調整偏
向器を制御する軸調整偏向制御回路と、前記ビーム像を
試料面にて所望の位置に偏向させる対物偏向器と、この
対物偏向器を制御する対物偏向制御回路と、描画試料及
び校正マークを搭載する試料ステージと、この試料ステ
ージを位置決めするステージ制御回路と、前記対物偏向
器で試料ステージ上の校正マークをビーム走査して発生
する透過または反射ビームを検出するビーム検出器とを
備えた電子線描画装置において、前記軸調整偏向器出力
を可変して校正マーク上を走査し,試料面上のビーム位
置ずれを検知する手段と、前記軸調整偏向器出力を可変
したことに基くビーム位置ずれが最小となるレンズ値
に,前記対物レンズのレンズ値を設定する手段を設けた
ことを特徴とする電子線描画装置。 - 【請求項5】請求項4において、前記試料面に結像する
電子源または成形開口像位置に、前記ビーム軸調整偏向
器の中心を一致させ配置させたことを特徴とする電子線
描画装置。 - 【請求項6】請求項4又は5において、前記軸調整偏向
器は、第一の軸調整偏向器と、この第一の軸調整偏向器
に対して,前記電子源像又は成形開口像を支点として角
度偏向される第二の振り戻し軸調整偏向器を備えたこと
を特徴とする電子線描画装置。 - 【請求項7】請求項4〜6のいずれかにおいて、偏向領
域内の複数代表点で前記軸調整偏向器を可変制御する手
段と、前記複数代表点での位置ずれ量の変化が最小とな
る焦点に前記対物レンズ駆動回路の出力を設定する手段
を備えたことを特徴とする電子線描画装置。 - 【請求項8】請求項4〜7のいずれかにおいて、前記対
物レンズ内に配置した動的焦点補正器と、この動的焦点
補正器を制御する焦点補正回路とを備え、前記対物レン
ズのレンズ値を設定する手段は、前記焦点補正回路を用
いて補正することを特徴とする電子線描画装置。 - 【請求項9】請求項4〜8のいずれかにおいて、位置ず
れ量を複数の焦点補正値に対して計測し、焦点補正出力
の多項式で近似して位置ずれ量が最小となる焦点補正値
を決定する手段を備えたことを特徴とする電子線描画装
置。 - 【請求項10】請求4〜9のいずれかにおいて、最適焦
点補正量を偏向座標の2次多項式で近似することを特徴
とする電子線描画装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001045171A JP2002246303A (ja) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | 焦点調整方法及び電子線描画装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001045171A JP2002246303A (ja) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | 焦点調整方法及び電子線描画装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002246303A true JP2002246303A (ja) | 2002-08-30 |
Family
ID=18907017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001045171A Pending JP2002246303A (ja) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | 焦点調整方法及び電子線描画装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002246303A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007188937A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Jeol Ltd | 荷電粒子ビーム装置 |
US8193511B2 (en) | 2008-01-24 | 2012-06-05 | Jeol Ltd. | Method of calibrating beam position in charged-particle beam system |
JP2013197289A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Nuflare Technology Inc | マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びマルチ荷電粒子ビーム描画方法 |
JP2014138175A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Nuflare Technology Inc | 荷電粒子ビーム描画装置、試料面へのビーム入射角調整方法、および荷電粒子ビーム描画方法 |
-
2001
- 2001-02-21 JP JP2001045171A patent/JP2002246303A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007188937A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Jeol Ltd | 荷電粒子ビーム装置 |
US8193511B2 (en) | 2008-01-24 | 2012-06-05 | Jeol Ltd. | Method of calibrating beam position in charged-particle beam system |
JP2013197289A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Nuflare Technology Inc | マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びマルチ荷電粒子ビーム描画方法 |
JP2014138175A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Nuflare Technology Inc | 荷電粒子ビーム描画装置、試料面へのビーム入射角調整方法、および荷電粒子ビーム描画方法 |
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