JP2007180158A

JP2007180158A - Astigmatism compensating method and electron beam drawing apparatus

Info

Publication number: JP2007180158A
Application number: JP2005374894A
Authority: JP
Inventors: Hitotsugu Yamazaki; 仁嗣山崎
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4790411B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an astigmatism compensating method and electron beam drawing apparatus to realize easier centering adjustment with higher reproducibility. <P>SOLUTION: A current ratio (a) is sequentially changed in the step S604 under the condition that an opposition coil freed from centering adjustment is turned off in the step S602. Moreover, distance Δ as an amount of change in a cross-mark position is obtained for each change in the current ratio in the step S612, in the case where the current flowing into the opposition coil is changed in constant amount in the steps S605 and S608. Consequently, astigmatism is compensated using the current ratios (a) and (b) that results in the minimum distance Δ. Accordingly, the electron beam 4 is never deflected even when the current flowing into the opposition coil is changed on the occasion of the astigmatism compensation, and moreover the current ratios (a) and (b) are defined as the reproducible ratios not including manual errors. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、電子ビームの非点収差補正手段を有する非点収差補正方法および電子ビーム描画装置に関する。 The present invention relates to an astigmatism correction method having electron beam astigmatism correction means and an electron beam drawing apparatus.

近年、半導体デバイスの集積度が高密度化するに伴い、半導体ウエハおよび半導体マスク等に一層の微細加工を施す必要が生じてきている。この微細加工を行う上で、波長が短い電子線ビームを用いて半導体ウエハあるいは半導体マスクに微細パターンを描画する電子ビーム描画装置は、超微細デバイスあるいは量子細線等のナノメートル領域の描画が可能であり必要不可欠なものとなっている。 In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, it has become necessary to perform further fine processing on semiconductor wafers, semiconductor masks, and the like. In performing this microfabrication, an electron beam lithography system that draws a fine pattern on a semiconductor wafer or semiconductor mask using an electron beam with a short wavelength is capable of drawing nanometer regions such as ultrafine devices or quantum wires. It is indispensable.

この電子ビーム描画装置の中で、電子ビームの形状がスポット状のスポットビーム方式では、スポット形状が良好な円形であることが必要とされる。そして、電子ビーム描画装置は、円形のスポット形状を、電子ビームに非点収差補正を行うことで実現している。 In this electron beam drawing apparatus, in the spot beam method in which the shape of the electron beam is a spot shape, the spot shape is required to be a good circle. And the electron beam drawing apparatus implement | achieves circular spot shape by performing astigmatism correction to an electron beam.

ここで、電子ビームの非点収差補正は、例えば、電子ビームと直交する方向に９０度向きを変えて対向配置される２組の対向コイルにより行われる。オペレータは、これら２組の対向コイルに電流を流した状態で、画像表示装置に表示されるスポット画像を観察し、非点収差の補正を行う（例えば、特許文献１参照）。 Here, the astigmatism correction of the electron beam is performed by, for example, two sets of opposed coils arranged opposite to each other by changing the direction by 90 degrees in a direction orthogonal to the electron beam. The operator corrects astigmatism by observing the spot image displayed on the image display device in a state where current flows through these two sets of opposed coils (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、電子ビームの非点収差補正を行う際に、電子ビームの位置がずれる偏向を生じる。この偏向は、非点収差補正を行う２組の対向コイルの機械的中心、言い換えれば磁界強度が零となる位置と、電子ビームの位置が一致しない場合に生じる。すなわち、非点収差補正により、コイルに流される電流が変化されると共に電子ビーム位置の磁界強度が変化し、電子ビームは磁界による変位の大きさが変化する。 However, when correcting the astigmatism of the electron beam, the electron beam is deviated in position. This deflection occurs when the mechanical center of the two sets of opposing coils that perform astigmatism correction, in other words, the position at which the magnetic field intensity becomes zero and the position of the electron beam do not coincide. That is, astigmatism correction changes the current flowing in the coil and changes the magnetic field strength at the electron beam position, and the magnitude of displacement of the electron beam due to the magnetic field changes.

これを防止するために、非点収差補正では、補正を行う前に磁界強度が零となる位置と、電子ビームの位置とを一致させるセンタリング調整が、オペレータにより行われる。一方、非点収差補正を行う際には、一対の対向コイルに流される電流比率はセンタリング調整を行った場合と同一にされるので、電流の大きさを変化させても磁界強度が零となる位置は変化せず、従ってセンタリング調整の後に電子ビームが偏向することはない。
特開２００１―２２９８６６号公報、（第１頁、図１） In order to prevent this, in astigmatism correction, an operator performs centering adjustment to match the position where the magnetic field intensity becomes zero and the position of the electron beam before correction. On the other hand, when performing astigmatism correction, the current ratio passed through the pair of opposed coils is the same as that when centering adjustment is performed, so that the magnetic field strength becomes zero even if the current magnitude is changed. The position does not change, so the electron beam does not deflect after centering adjustment.
JP 2001-229866 A, (first page, FIG. 1)

しかしながら、上記背景技術によれば、センタリング調整は、オペレータにとって手間のかかる作業であると同時に、調整値に個人差が生じるものである。すなわち、オペレータは、電子ビームの走査によって画像表示される基準試料上のマークを観察しつつ、上述した２組の対向コイルの各電流比率および電流を変化させ、マーク位置が変化しなくなる２組の電流比率を求める作業を行う。 However, according to the above background art, the centering adjustment is a troublesome operation for the operator, and at the same time, individual differences occur in the adjustment value. That is, the operator changes the current ratios and currents of the two sets of opposing coils described above while observing the mark on the reference sample displayed as an image by scanning with the electron beam, so that the mark position does not change. Work to find the current ratio.

この作業では、マーク位置の変化の大きさをオペレータの視覚に頼って判断するため、個人差が大きくなる。また、２組の対向コイルの各電流比率を逐次変化させる作業では、２組の対向コイルにより形成される重畳された磁界が、電子ビーム位置でそれぞれ独立に変化する。従って、マーク位置の変化を複雑なものとし、オペレータの判断を誤らせる要因ともなる。 In this work, since the magnitude of the change in the mark position is determined depending on the operator's vision, the individual difference increases. In the operation of sequentially changing the current ratios of the two sets of opposed coils, the superimposed magnetic field formed by the two sets of opposed coils changes independently at the electron beam position. Therefore, the change of the mark position is complicated, and it becomes a factor that makes an operator's judgment wrong.

これらのことから、センタリング調整を容易に、しかも再現性を持って行うことができる非点収差補正方法および電子ビーム描画装置いかに実現するかが重要となる。
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、センタリング調整を容易に、しかも再現性を持って行うことができる非点収差補正方法および電子ビーム描画装置を提供することを目的とする。 From these facts, it is important how to realize an astigmatism correction method and an electron beam drawing apparatus that can easily perform centering adjustment with reproducibility.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the background art, and provides an astigmatism correction method and an electron beam drawing apparatus capable of performing centering adjustment easily and with reproducibility. For the purpose.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射し、前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向する対向コイルを、前記直交面内の異なる方向に複数組配置し、前記対向コイルに流される電流の電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整し、前記電流比率を保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正方法であって、前記センタリング調整は、前記センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零として前記センタリング調整を行う対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記電子ビームを走査して前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致した電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行う。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an astigmatism correction method according to the first aspect of the present invention includes irradiating a reference sample having a position detection mark with an electron beam, and sandwiching the electron beam. A plurality of opposing coils facing each other in the orthogonal plane orthogonal to the irradiation direction are arranged in different directions in the orthogonal plane, and the current ratio of the current flowing in the opposing coil is determined by the magnetic field formed by the opposing coil. Astigmatism correction for correcting astigmatism of the electron beam by adjusting the centering so that the position where the size of the electron beam becomes zero coincides with the position of the electron beam and changing the current while maintaining the current ratio In the method, the centering adjustment may be performed by setting a current ratio to be applied to the counter coil that performs the centering adjustment, with zero current supplied to the counter coil that does not perform the centering adjustment. Next, the electron beam is scanned for each successive change to detect the mark position information of the position detection mark and the mark position change information when the current is changed, and the mark position change information is minimized. Centering adjustment for setting the current ratio to the matched current ratio is performed on the plurality of sets of opposed coils.

この請求項１に記載の発明では、センタリング調整は、センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零としてセンタリング調整を行う対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、この逐次変化ごとに電子ビームを走査して位置検出マークのマーク位置情報および電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、マーク位置変化情報が最小となる電流比率を一致した電流比率とするセンタリング調整を、複数組の対向コイルに対して行う。 According to the first aspect of the present invention, the centering adjustment is performed by sequentially changing the ratio of the current flowing through the counter coil that performs centering adjustment with the current flowing through the counter coil that is not subjected to centering adjustment being zero. A plurality of centering adjustments are performed to detect the mark position change information when the beam is scanned and the mark position change information when the current is changed and the current ratio at which the mark position change information is minimized is the same current ratio. Perform for a pair of opposing coils.

また、請求項２に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項１に記載の発明において、前記基準試料が、シリコン基板からなり、前記シリコン基板上に前記電子ビームを反射し直交する２つの金属帯からなる十字型の位置検出マークを備えることを特徴とする。 The astigmatism correction method according to a second aspect of the present invention is the astigmatism correction method according to the first aspect of the present invention, wherein the reference sample is made of a silicon substrate, and the electron beam is reflected on the silicon substrate to be orthogonal. A cross-shaped position detection mark made of two metal bands is provided.

この請求項２に記載の発明では、前記基準試料は、十字型の位置検出マークを有する。
また、請求項３に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項２に記載の発明において、前記検出が、前記マーク位置情報の検出を、自己相関関数を用いて行うことを特徴とする。 In the invention according to claim 2, the reference sample has a cross-shaped position detection mark.
According to a third aspect of the present invention, there is provided an astigmatism correction method according to the second aspect of the invention, wherein the detection is performed by detecting the mark position information using an autocorrelation function. To do.

また、請求項４に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項１に記載の発明において、前記基準試料が、金属板からなり、前記金属板の中央部に、辺縁部がナイフエッジをなす電子ビームを透過する開口部からなる位置検出マークを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an astigmatism correction method according to the first aspect of the invention, wherein the reference sample is made of a metal plate, and a peripheral portion is a knife at a central portion of the metal plate. A position detection mark including an opening that transmits an electron beam forming an edge is provided.

また、請求項５に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項４に記載の発明において、前記検出が、前記マーク位置情報の検出を、誤差関数を用いて行うことを特徴とする。 The astigmatism correction method according to a fifth aspect of the present invention is the astigmatism correction method according to the fourth aspect of the present invention, wherein the detection performs detection of the mark position information using an error function. .

また、請求項６に記載の発明にかかる電子ビーム描画装置は、位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射する照射手段と、前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向する、前記直交面内の異なる方向を向く複数組の対向コイルと、前記対向コイルに流される電流の電流比率を一定に保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正手段と、前記対向コイルの対向方向に前記電子ビームを走査する走査手段と、前記電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整する制御部と、を備える電子ビーム描画装置であって、前記非点収差補正手段は、前記対向コイルに流される電流をオンオフするスイッチを有し、前記制御部は、前記センタリング調整を行わない対向コイルのスイッチをオフとし、前記センタリング調整を行う対向コイルのスイッチをオンとし、前記対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記走査を行い前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致の電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行うことを特徴とする。 An electron beam lithography apparatus according to a sixth aspect of the invention includes an irradiation unit that irradiates an electron beam onto a reference sample having a position detection mark, and an orthogonal plane that is orthogonal to the irradiation direction with the electron beam interposed therebetween. Astigmatism of the electron beam is corrected by changing the current while maintaining a constant current ratio of currents flowing in the opposing coils and a plurality of pairs of opposing coils facing in different directions in the orthogonal plane. Astigmatism correcting means, scanning means for scanning the electron beam in a direction facing the counter coil, the current ratio, a position where the magnitude of the magnetic field formed by the counter coil becomes zero, and the electron beam And an astigmatism correction unit that turns on and off the current flowing through the counter coil. The control unit turns off the switch of the counter coil that does not perform the centering adjustment, turns on the switch of the counter coil that performs the centering adjustment, and sequentially changes the ratio of the current that flows through the counter coil. The scan is performed for each successive change to detect the mark position information of the position detection mark and the mark position change information when the current is changed, and the current ratio at which the mark position change information is minimized is set to the coincidence. The centering adjustment for the current ratio is performed on the plurality of sets of opposed coils.

この請求項６に記載の発明では、非点収差補正手段は、対向コイルに流される電流をオンオフするスイッチを有し、制御部は、センタリング調整を行わない対向コイルのスイッチをオフとし、センタリング調整を行う対向コイルのスイッチをオンとし、対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、この逐次変化ごとに走査を行い位置検出マークのマーク位置情報および電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、マーク位置変化情報が最小となる電流比率を一致の電流比率とするセンタリング調整を、複数組の対向コイルに対して行う。 In the invention according to claim 6, the astigmatism correction means has a switch for turning on and off the current flowing through the counter coil, and the control unit turns off the switch of the counter coil that does not perform the centering adjustment, thereby adjusting the centering. When the switch of the counter coil that turns on is turned on, the current ratio passed through the counter coil is sequentially changed, the mark position information of the position detection mark and the mark position change information when the current is changed by scanning for each successive change Centering adjustment is performed for a plurality of sets of opposed coils, with the current ratio at which the mark position change information is detected being the same as the matching current ratio.

本発明によれば、センタリング調整を、センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零として、対向コイルごとにマーク位置変化情報が最小となる電流比率として求めることとしているので、人による誤差をなくし、高い再現性を持って容易に行うことができる。 According to the present invention, the centering adjustment is determined as a current ratio at which the mark position change information is minimized for each counter coil, with the current flowing through the counter coil not performing the centering adjustment being zero. It can be easily performed with high reproducibility.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子ビーム描画装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる電子ビーム描画装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明に基づく電子ビーム描画装置１００の一例を示す図である。電子ビーム描画装置１００は、内部が真空に排気された筐体１３を有する。筐体１３の内部には、照射手段である電子銃１２、ブランキング電極１１、ズームレンズ１０、対物絞り８、対物絞り駆動部９、電子ビーム４、対向コイル７、走査手段である偏向器６、対物レンズ５、ＸＹ駆動ステージ１、基準試料２および反射電子検出手段３を含む。また、電子ビーム描画装置１００の制御系として、制御部２１、電子銃制御部１４、ビームブランキング制御部１５、電子光学系制御部１６、ビーム走査制御部１７、非点収差補正手段１８、信号検出部２０、ＸＹ駆動ステージ制御部１９および基準試料２を含む。なお、図１中に示したｘｙｚ軸座標は、後述する図中のｘｙｚ軸座標と共通のものであり、図中に示される装置の相互的な位置関係を示す。 The best mode for carrying out an electron beam drawing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
(Embodiment 1)
First, the overall configuration of the electron beam drawing apparatus 100 according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of an electron beam drawing apparatus 100 according to the present invention. The electron beam drawing apparatus 100 has a housing 13 whose inside is evacuated to a vacuum. Inside the housing 13, there are an electron gun 12, which is an irradiation means, a blanking electrode 11, a zoom lens 10, an objective aperture 8, an objective aperture driver 9, an electron beam 4, a counter coil 7, and a deflector 6 which is a scanning means. , Objective lens 5, XY drive stage 1, reference sample 2 and backscattered electron detection means 3. As a control system of the electron beam drawing apparatus 100, a control unit 21, an electron gun control unit 14, a beam blanking control unit 15, an electron optical system control unit 16, a beam scanning control unit 17, an astigmatism correction unit 18, a signal The detector 20, the XY drive stage controller 19, and the reference sample 2 are included. Note that the xyz-axis coordinates shown in FIG. 1 are the same as the xyz-axis coordinates in the figure described later, and indicate the mutual positional relationship of the devices shown in the figure.

筐体１３の上部には、照射手段である電子銃１２が配置されており、電子ビーム４を発生する。この電子銃１２は、電子銃制御部１４によってその加速電圧やビーム電流量の調整がなされる。電子銃１２の下部には、電子ビーム４のブランキング電極１１が位置されている。ブランキング電極１１は、ビームブランキング制御部１５によって製御され、後述する電子ビーム４の走査に同期して、電子ビーム４をブランキングする。 An electron gun 12 that is an irradiation means is disposed on the upper portion of the housing 13 and generates an electron beam 4. The electron gun 12 is adjusted in its acceleration voltage and beam current amount by the electron gun control unit 14. A blanking electrode 11 for the electron beam 4 is located below the electron gun 12. The blanking electrode 11 is manufactured by the beam blanking control unit 15 and blanks the electron beam 4 in synchronization with scanning of the electron beam 4 described later.

ブランキング電極１１の下部には、ズームレンズ（コンデンサレンズ）１０が設けられ、ズームレンズ１０により電子ビーム４は集束される。このズームレンズ１０は、最終段のレンズである対物レンズ５と共に、電子光学系制御部１６によって制御され、電子ビーム４を細く集束する作用を有すると共に、ズームレンズ１０の下部に設けられた対物レンズ絞り８によって、基準試料２に照射される電子ビーム４の電流量の制御を行う。 A zoom lens (condenser lens) 10 is provided below the blanking electrode 11, and the electron beam 4 is focused by the zoom lens 10. The zoom lens 10 is controlled by the electron optical system control unit 16 together with the objective lens 5 which is the final stage lens, and has an action of focusing the electron beam 4 finely, and an objective lens provided below the zoom lens 10. The current amount of the electron beam 4 irradiated to the reference sample 2 is controlled by the diaphragm 8.

なお、対物レンズ絞り８の電子ビーム４の光軸に垂直なＸＹ平面の位置は、絞り駆動部９によって移動させられる。絞り駆動部９は、例えば、Ｘ、Ｙ方向に対物レンズ絞り８を移動させるためのモーターが備えられており、モーターの回転により、絞りの位置を精密に移動させることができる。 Note that the position of the XY plane perpendicular to the optical axis of the electron beam 4 of the objective lens aperture 8 is moved by the aperture drive unit 9. The aperture drive unit 9 is provided with a motor for moving the objective lens aperture 8 in the X and Y directions, for example, and the position of the aperture can be moved precisely by the rotation of the motor.

対物レンズ５の近傍には２段の静電型の偏向器６が設けられている。また、走査手段である偏向器６に印加される偏向電圧は、ビーム走査制御部１７によって制御される。これら偏向器６の中間位置に対向コイル７が設けられている。これら対向コイル７は、非点収差補正手段１８により、電子ビーム４の非点収差補正を行う。なお、対向コイル７および非点収差補正手段１８については、後に詳述する。 A two-stage electrostatic deflector 6 is provided in the vicinity of the objective lens 5. Further, the deflection voltage applied to the deflector 6 serving as a scanning unit is controlled by the beam scanning control unit 17. A counter coil 7 is provided at an intermediate position between these deflectors 6. These opposing coils 7 perform astigmatism correction of the electron beam 4 by astigmatism correction means 18. The counter coil 7 and the astigmatism correction means 18 will be described in detail later.

ＸＹ駆動ステージ１は、基準試料２を裁置し、ＸＹ駆動ステージ制御部１９により、基準試料２を電子ビーム４の中心近傍に配設する。ここで、基準試料２は、電子ビーム４の非点収差補正を行う際の位置検出マークを有する。 The XY drive stage 1 places the reference sample 2, and the XY drive stage control unit 19 places the reference sample 2 near the center of the electron beam 4. Here, the reference sample 2 has a position detection mark when the astigmatism correction of the electron beam 4 is performed.

図２は、基準試料２をｚ軸方向から見た図である。基準試料２は、シリコン基板からなり、ｚ軸方向の面に蒸着された金（Ａｕ）等の金属からなる位置検出マークであるクロスマーク２２を有する。このクロスマーク２２は、ｘ軸およびｙ軸方向に伸びる帯状のパターンが中心位置で交差する十字型の形状を有する。 FIG. 2 is a diagram of the reference sample 2 viewed from the z-axis direction. The reference sample 2 is made of a silicon substrate and has a cross mark 22 that is a position detection mark made of a metal such as gold (Au) deposited on a surface in the z-axis direction. The cross mark 22 has a cross shape in which strip-shaped patterns extending in the x-axis and y-axis directions intersect at the center position.

図１に戻り、反射電子検出手段３は、電子ビーム４が基準試料２の表面に照射された際に、表面から反射される電子ビーム４を検出する。そして、検出された電子ビーム４は、電流信号に変換され信号検出部２０に送信される。 Returning to FIG. 1, the reflected electron detection means 3 detects the electron beam 4 reflected from the surface when the surface of the reference sample 2 is irradiated with the electron beam 4. The detected electron beam 4 is converted into a current signal and transmitted to the signal detector 20.

上述した、電子銃制御部１４、ビームブランキング制御部１５、電子光学系制御部１６、ビーム走査制御部１７、非点収差補正手段１８、信号検出部２０、ＸＹ駆動ステージ制御部１９は、制御部２１により制御される。また、信号検出部２０が取得した反射電子検出手段３からの電流信号の情報は、制御部２１に送信される。 The above-described electron gun control unit 14, beam blanking control unit 15, electron optical system control unit 16, beam scanning control unit 17, astigmatism correction means 18, signal detection unit 20, and XY drive stage control unit 19 are controlled. Controlled by the unit 21. Further, information on the current signal from the backscattered electron detection means 3 acquired by the signal detection unit 20 is transmitted to the control unit 21.

図３は、非点収差補正手段１８およびｚ軸方向から見た対向コイル７の図である。対向コイル７は、２組の対向コイル、コイル３１および３２、並びに、コイル３３および３４からなる。コイル３１〜３４は、各々導体ループをなす同様のコイルからなり、導体ループ面がｘｙ面と直交する。そして、コイル３１および３２は、ｘ軸方向にコイル面が対向し、コイル３３および３４は、ｙ軸方向にコイル面が対向する。 FIG. 3 is a diagram of the astigmatism correcting unit 18 and the counter coil 7 viewed from the z-axis direction. The counter coil 7 includes two sets of counter coils, coils 31 and 32, and coils 33 and 34. The coils 31 to 34 are each composed of the same coil forming a conductor loop, and the conductor loop surface is orthogonal to the xy plane. The coils 31 and 32 face the coil surface in the x-axis direction, and the coils 33 and 34 face the coil surface in the y-axis direction.

非点収差補正手段１８は、電源５１〜５４、スイッチ４１〜４４、電流制御手段３６およびスイッチ制御手段３７を含む。電源５１〜５４は、コイル３１〜３４に電流を供給する。ここで、対向するコイル３１および３２は、常に互いの電流が逆向きに流れｘ軸方向に対向する磁場Ｂｘを形成する。また、同様に、対向するコイル３３および３４は、常に互いの電流が逆向きに流れｙ軸方向に対向する磁場Ｂｙを形成する。なお、電源５１〜５４に流される電流値は、電流制御手段３６により制御される。 Astigmatism correction means 18 includes power supplies 51 to 54, switches 41 to 44, current control means 36 and switch control means 37. The power supplies 51 to 54 supply current to the coils 31 to 34. Here, the opposing coils 31 and 32 always flow in opposite directions to form a magnetic field Bx that opposes the x-axis direction. Similarly, the opposing coils 33 and 34 always flow in opposite directions to form a magnetic field By that opposes the y-axis direction. Note that the value of the current supplied to the power supplies 51 to 54 is controlled by the current control means 36.

また、電源５１〜５４およびコイル３１〜３４を接続する電源ライン上には、スイッチ４１〜４４が存在する。スイッチ４１〜４４は、コイル３１〜３４に流れる電流をオンオフする。なお、スイッチ４１〜４４のオンオフは、スイッチ制御手段３７により制御される。 Moreover, the switches 41-44 exist on the power supply line which connects the power supplies 51-54 and the coils 31-34. The switches 41 to 44 turn on and off the current flowing through the coils 31 to 34. The on / off of the switches 41 to 44 is controlled by the switch control means 37.

電流制御手段３６は、電源５１〜５４を制御し、コイル３１〜３４に流れる電流を制御する。ここで、コイル３１および３２に流される電流は、逆向きに流されると共に電流比が一定に保たれる。すなわち、コイル３１に流れる電流をＩ１、コイル３２に流れる電流をＩ２とすると、Ｉ２＝ａ×Ｉ１の関係が保たれる。ここで、ａは、電流比率で、制御部２１からの設定により変更可能となっている。また、コイル３３に流れる電流をＩ３、コイル３４に流れる電流をＩ４とすると、Ｉ４＝ｂ×Ｉ３の関係が保たれる。ここで、ｂは、電流比率で、制御部２１からの設定により変更可能となっている。なお、図３には、コイル３１〜３４を形成する導体ループの断面に、この断面と直交する方向に流れる電流の向きが明示されている。 The current control unit 36 controls the power sources 51 to 54 and controls the current flowing through the coils 31 to 34. Here, the currents that flow through the coils 31 and 32 flow in the opposite direction and the current ratio is kept constant. That is, assuming that the current flowing through the coil 31 is I1 and the current flowing through the coil 32 is I2, the relationship of I2 = a × I1 is maintained. Here, a is a current ratio and can be changed by setting from the control unit 21. Further, assuming that the current flowing through the coil 33 is I3 and the current flowing through the coil 34 is I4, the relationship of I4 = b × I3 is maintained. Here, b is a current ratio and can be changed by setting from the control unit 21. In FIG. 3, the direction of the current flowing in the direction orthogonal to the cross section is clearly shown in the cross section of the conductor loop forming the coils 31 to 34.

スイッチ制御手段３７は、スイッチ４１〜４４のオンオフを制御する。ここで、スイッチ４１および４２は、常に同一のタイミングでオンオフされ、またスイッチ４３および４４も、同様にオンオフされる。なお、これらオンオフは、制御部２１により制御される。 The switch control unit 37 controls on / off of the switches 41 to 44. Here, the switches 41 and 42 are always turned on and off at the same timing, and the switches 43 and 44 are similarly turned on and off. These on / off operations are controlled by the control unit 21.

ここで、コイル３１〜３４により形成される磁場ＢｘおよびＢｙと、この磁場により偏向される電子ビーム４の関係について簡単に説明する。非点収差補正手段１８は、電子ビームの非点収差を補正すると共に、この補正の際に、電子ビーム４に偏向を生じさせることがある。 Here, the relationship between the magnetic fields Bx and By formed by the coils 31 to 34 and the electron beam 4 deflected by this magnetic field will be briefly described. The astigmatism correction means 18 corrects the astigmatism of the electron beam and may cause the electron beam 4 to be deflected during the correction.

図４は、対向コイル７と電子ビーム４のｘｙ面内の相対位置および偏向の関係を示す図である。なお、電子ビーム４は、ビームの中心軸位置４６のみが、電子ビーム４の移動方向である紙面の表から裏側に抜ける記号で示されている。図４（Ａ）では、電子ビーム４の中心軸位置４６が、ｘｙ面内に対向配置されるコイル３１〜３４の配列中心位置４５と異なる場合を示す。また、対向するコイルの電流比率ａおよびｂは、いずれも１としている。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the relative position of the opposed coil 7 and the electron beam 4 in the xy plane and the deflection. In addition, the electron beam 4 is indicated by a symbol in which only the center axis position 46 of the beam is removed from the front side of the paper surface in the moving direction of the electron beam 4. FIG. 4A shows a case where the center axis position 46 of the electron beam 4 is different from the array center position 45 of the coils 31 to 34 disposed to face each other in the xy plane. Further, the current ratios a and b of the opposing coils are both 1.

ここで、対向するコイル３１および３２に流れる電流は、等しく逆向きであり、対向するコイル３３および３４も同様である。これにより、配列中心位置４５に形成される磁場ＢｘおよびＢｙは、いずれも零となる。 Here, the currents flowing in the opposing coils 31 and 32 are equally opposite, and the opposing coils 33 and 34 are the same. As a result, the magnetic fields Bx and By formed at the array center position 45 are both zero.

一方、電子ビーム４が存在する配列中心位置４５から離れた中心軸位置４６には、有限の大きさの磁場が存在する。これにより、電子ビーム４は、図４（Ａ）に矢印で示す配列中心位置４５方向の力を受け偏向する。また、この偏向の大きさは、電流の大きさを変化させることにより、変化する。 On the other hand, a magnetic field having a finite magnitude exists at a central axis position 46 away from the array center position 45 where the electron beam 4 exists. Thereby, the electron beam 4 receives and deflects the force in the direction of the array center position 45 indicated by the arrow in FIG. In addition, the magnitude of this deflection changes by changing the magnitude of the current.

図４（Ｂ）は、配列中心位置４５と異なる電子ビーム４の中心軸位置４６において、コイル３１〜３４により形成される磁場ＢｘおよびＢｙが零の場合を示す。ここでは、対向するコイルの電流比率ａおよびｂは、いずれも１よりも大きな値とされ、電子ビーム４は、磁場による力を受けることなく偏向が生じない。また、この場合、コイルの電流比率が一定に保たれれば、電流の大きさを変化させても、偏向が生じることはない。言い換えれば、電流の大きさを変化させる際に、偏向の大きさが最小になる電流比率が、電子ビーム４の中心軸位置４６および磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となる位置が一致する場合となる。 FIG. 4B shows a case where the magnetic fields Bx and By formed by the coils 31 to 34 are zero at the center axis position 46 of the electron beam 4 different from the array center position 45. Here, the current ratios a and b of the opposing coils are both larger than 1, and the electron beam 4 is not deflected without being subjected to a force by a magnetic field. In this case, as long as the current ratio of the coil is kept constant, no deflection occurs even if the magnitude of the current is changed. In other words, when the current magnitude is changed, the current ratio at which the magnitude of the deflection is minimized coincides with the position where the central axis position 46 of the electron beam 4 and the magnetic fields Bx and By are both zero. .

図４（Ｂ）の例では、コイル３１および３２の電流比率の変化により、磁場Ｂｘが零となる位置がｘ軸方向に移動され、またコイル３３および３４の電流比率の変化により、磁場Ｂｙが零となる位置がｙ軸方向に移動される。そして、磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となる位置は、電流比率ａおよびｂを変化させることにより、ｘｙ面内を移動させることができる。 In the example of FIG. 4B, the position where the magnetic field Bx becomes zero is moved in the x-axis direction due to the change in the current ratio of the coils 31 and 32, and the magnetic field By is changed due to the change in the current ratio of the coils 33 and 34. The position that becomes zero is moved in the y-axis direction. The position where both the magnetic fields Bx and By become zero can be moved in the xy plane by changing the current ratios a and b.

なお、電子ビーム４の非点収差補正を行う場合には、電流比率ａおよびｂを一定にした状態で、コイル３１〜３４の電流値が変化される。この場合には、ｘｙ面内の磁場ＢｘおよびＢｙの大きさが変化し、収差の補正量は変化するものの、磁場ＢｘおよびＢｙが共に零になる位置は変化しない。 When astigmatism correction of the electron beam 4 is performed, the current values of the coils 31 to 34 are changed with the current ratios a and b being constant. In this case, although the magnitudes of the magnetic fields Bx and By in the xy plane change and the aberration correction amount changes, the position where both the magnetic fields Bx and By become zero does not change.

つぎに、非点収差補正に関する非点収差補正手段１８および制御部２１の動作を、図５および６を用いて説明する。図５は、非点収差補正の動作を示すフローチャートである。まず、制御部２１は、電子ビーム４のセンタリング調整処理を行う（ステップＳ５０１）。このセンタリング調整処理では、上述した電子ビーム４の中心軸位置４６および磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となるｘｙ面内の位置が一致するように電流比率ａおよびｂが自動で決定される。 Next, the operations of the astigmatism correction means 18 and the control unit 21 relating to astigmatism correction will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing the astigmatism correction operation. First, the control unit 21 performs centering adjustment processing of the electron beam 4 (step S501). In this centering adjustment process, the current ratios a and b are automatically determined so that the position in the xy plane where the central axis position 46 of the electron beam 4 and the magnetic fields Bx and By become zero coincide.

ここで、この電流比率ａおよびｂは、対向するコイル３１および３２、並びに、対向するコイル３３および３４を交互にオンオフさせ、ｘ軸方向の磁場Ｂｘが零となる位置およびｙ軸方向の磁場Ｂｙが零となる位置を、一方の対向するコイルがオフ状態にあり電流が流れない状態で独立に決定される。 Here, the current ratios a and b turn on and off the opposing coils 31 and 32 and the opposing coils 33 and 34 alternately, and the position where the magnetic field Bx in the x-axis direction becomes zero and the magnetic field By in the y-axis direction. Is determined independently with one opposing coil in an off state and no current flowing.

また、上述したように、電子ビーム４の中心軸位置４６および磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となるｘｙ面内の位置が一致する際には、コイル３１〜３４に流される電流が変化しても電子ビーム４は偏向すなわち位置ずれを起こさない。従って、偏向を起こさない電流比率ａおよびｂは、コイル３１〜３４に流される電流を一定量だけ変化させても、電子ビーム４をｘ軸あるいはｙ軸方向に走査して得られる基準試料２上の位置検出マーク２２の位置情報が、位置ずれを起こさないあるいは位置ずれが最も小さい場合として検出される。 Further, as described above, when the position in the xy plane where the central axis position 46 of the electron beam 4 and the magnetic fields Bx and By both become zero coincides, even if the current passed through the coils 31 to 34 changes. The electron beam 4 is not deflected or misaligned. Therefore, the current ratios a and b that do not cause deflection on the reference sample 2 obtained by scanning the electron beam 4 in the x-axis or y-axis direction even when the currents flowing through the coils 31 to 34 are changed by a certain amount. The position information of the position detection mark 22 is detected as a case where no positional deviation occurs or the positional deviation is the smallest.

図６は、センタリング調整処理の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、制御部２１に電流比ステップ幅ΔＳ、測定回数２Ｎ、電流変化幅ΔＩ等のセンタリング調整を行う際の初期値を設定する（ステップＳ６０１）。ここで、電流比ステップ幅ΔＳは、対向コイルの電流比率ａあるいはｂを逐次変化させる際の変化幅である。また、測定回数２Ｎは、電流比率をΔＳだけ変化させる回数で、コイル３１および３２、並びに、コイル３３および３４の２組の対向コイルに対して各々測定回数のパラメータｎが−Ｎ〜＋Ｎまでの範囲で行われるので２Ｎ回となる。また、電流変化幅ΔＩは、特定の電流比率を有する対向コイルに対して、電流変化に対する偏向の大きさの変化を検出する際に用いられる電流の変化幅の半分の値である。なお、これらの値は、経験的および実験的にセンタリング調整が効率よくしかも高い確度を持って行われるように決定される。 FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the centering adjustment process. First, the operator sets initial values for performing centering adjustment such as the current ratio step width ΔS, the number of times of measurement 2N, and the current change width ΔI in the control unit 21 (step S601). Here, the current ratio step width ΔS is a change width when the current ratio a or b of the counter coil is sequentially changed. The number of measurements 2N is the number of times the current ratio is changed by ΔS, and the parameter n of the number of measurements is from −N to + N for the two opposing coils of the coils 31 and 32 and the coils 33 and 34. Since it is performed in the range, it becomes 2N times. Further, the current change width ΔI is a half value of the current change width used when detecting the change in the magnitude of deflection with respect to the current change with respect to the counter coil having a specific current ratio. These values are determined empirically and experimentally so that the centering adjustment is performed efficiently and with high accuracy.

その後、制御部２１は、対向するコイル３１および３２のスイッチ４１および４２をオンとし、対向するコイル３３および３４のスイッチ４３および４４をオフとする（ステップＳ６０２）。これにより、ｘ軸方向に存在する対向コイルの電流比率を決定する際に、もう一方のｙ軸方向の対向コイルに流れる電流値を零とし形成される磁場、ひいては電子ビーム４の偏向の大きさがｙ軸方向の対向コイルに影響されないようにする。 Thereafter, the control unit 21 turns on the switches 41 and 42 of the opposing coils 31 and 32 and turns off the switches 43 and 44 of the opposing coils 33 and 34 (step S602). Thereby, when determining the current ratio of the counter coil existing in the x-axis direction, the magnitude of the magnetic field formed by setting the current value flowing in the other counter coil in the y-axis direction to zero, and hence the deflection of the electron beam 4 is determined. Is not affected by the opposing coil in the y-axis direction.

その後、制御部２１は、測定回数のパラメータｎに、−Ｎを代入する（ステップＳ６０３）。そして、制御部２１は、電流比率ａを、ａ＝１+ｎ×ΔＳの式により決定し（ステップＳ６０４）、コイル３１および３２の電流値を、Ｉ₁＝Ｉａ＋ΔＩ，Ｉ₂＝ａ×Ｉ₁により決定し、コイル３１および３２に印加する（ステップＳ６０５）。ここで、Ｉａは、電流を変化させる際に一定とされる基準電流である。 Thereafter, the control unit 21 substitutes −N for the parameter n of the number of measurements (step S603). Then, the control unit 21 determines the current ratio a by the equation a = 1 + n × ΔS (step S604), and determines the current values of the coils 31 and 32 as I ₁ = Ia + ΔI, I ₂ = a × I ₁ And applied to the coils 31 and 32 (step S605). Here, Ia is a reference current that is constant when the current is changed.

その後、制御部２１は、電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査する（ステップＳ６０６）。この走査は、例えば、図２中に矢印で示したｘ軸方向およびｙ軸方向の走査位置で行われる。そして、制御部２１は、この走査により取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める（ステップＳ６０７）。 Thereafter, the controller 21 scans the electron beam 4 in the x-axis and y-axis directions (step S606). This scanning is performed, for example, at scanning positions in the x-axis direction and the y-axis direction indicated by arrows in FIG. And the control part 21 calculates | requires mark position coordinate (x1, y1) based on the positional information on the cross mark 22 which is a position detection mark acquired by this scanning (step S607).

ここで、クロスマーク２２の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める方法を、図８を用いて簡単に述べる。図８（Ａ）は、この走査により取得されるクロスマーク２２の位置情報を示す図である。横軸は、例えば走査方向であるｘ軸で、縦軸は信号検出部２０で取得される走査位置ごとの電流値である。ここで、Ａｕ等からなるクロスマーク２２が存在する中央部分では、反射電子が大きく、電流値が高い状態となる。制御部２１は、この電流値をｘ軸方向に微分し、この微分関数の自己相関関数からマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める。 Here, a method of obtaining the mark position coordinates (x1, y1) based on the position information of the cross mark 22 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 8A is a diagram showing position information of the cross mark 22 acquired by this scanning. The horizontal axis is, for example, the x axis that is the scanning direction, and the vertical axis is the current value for each scanning position acquired by the signal detection unit 20. Here, in the central portion where the cross mark 22 made of Au or the like exists, the reflected electrons are large and the current value is high. The control unit 21 differentiates the current value in the x-axis direction, and obtains the mark position coordinates (x1, y1) from the autocorrelation function of the differential function.

図８（Ｂ）は、走査位置ごとの電流値を微分した微分関数ｇ（ｘ）を図示したものである。この微分関数ｇ（ｘ）は、図８（Ａ）に示すクロスマーク位置の電流値が大きく変化する２つの部分にピークを有する。制御部２１は、マーク位置座標ｘ１を、この２つのピークの間隔をτとし、微分関数ｇ（ｘ）を用いた次式で示される自己相関関数Ｇ（ｘ）、 FIG. 8B illustrates a differential function g (x) obtained by differentiating the current value for each scanning position. This differential function g (x) has peaks at two portions where the current value at the cross mark position shown in FIG. The control unit 21 sets the mark position coordinate x1, the interval between the two peaks as τ, and an autocorrelation function G (x) represented by the following equation using a differential function g (x),

により算出する。
図８（Ｃ）は、微分関数ｇ（ｘ）から算出された自己相関関数Ｇ（ｘ）を図示したものである。ここで、この自己相関関数で逆の相関が最も高いピーク位置をマーク位置座標ｘ１とする。また、同様にｙ軸方向についても、走査を行いクロスマーク２２の位置情報ｙ１を求め、これら位置情報をマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）とする。 Calculated by
FIG. 8C illustrates the autocorrelation function G (x) calculated from the differential function g (x). Here, the peak position having the highest reverse correlation in the autocorrelation function is defined as the mark position coordinate x1. Similarly, scanning is also performed in the y-axis direction to obtain position information y1 of the cross mark 22, and these position information are set as mark position coordinates (x1, y1).

図６に戻り、制御部２１は、コイル３１および３２の電流値を、Ｉ₁＝Ｉａ−ΔＩ，Ｉ₂＝ａ×Ｉ₁に変化させ、コイル３１および３２に印加する（ステップＳ６０８）。そして、制御部２１は、ステップＳ６０６と同様に電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査し（ステップＳ６０９）、この走査によりステップＳ６０７と同様に取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ２、ｙ２）を求める（ステップＳ６１０）。 Returning to FIG. 6, the control unit 21 changes the current values of the coils 31 and 32 to I ₁ = Ia−ΔI, I ₂ = a × I ₁ and applies them to the coils 31 and 32 (step S608). Then, the control unit 21 scans the electron beam 4 in the x-axis and y-axis directions in the same manner as in step S606 (step S609), and the cross mark 22 that is a position detection mark acquired in the same manner as in step S607 by this scanning. A mark position coordinate (x2, y2) is obtained based on the position information (step S610).

その後、制御部２１は、これら異なる電流値を用いた際の、マーク位置座標の変化、すなわちマーク位置変化情報である距離Δ₁₂（ｎ）を算出する（ステップＳ６１２）。この距離は、
Δ₁₂（ｎ）＝ＲＯＯＴ｛（ｘ１−ｘ２）²＋（ｙ１−ｙ２）²｝
により算出され、マーク位置座標の変化の指標とされる。 Thereafter, the control unit 21 calculates a change in mark position coordinates when these different current values are used, that is, a distance Δ ₁₂ (n) that is mark position change information (step S612). This distance is
Δ ₁₂ (n) = ROOT {(x1−x2) ² + (y1−y2) ² }
And is used as an index of change in the mark position coordinates.

その後、図７に移行し、制御部２１は、２Ｎ回の測定を終了し測定回数のパラメータｎがＮを越えたかどうかを判定する（ステップＳ６１３）。そして、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越えていない場合には（ステップＳ６１３否定）、パラメータｎの値を＋１だけ加算して（ステップＳ６１１）、ステップＳ６０４に移行し、電流比率の変化に始まるマーク位置の測定を行う。また、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越える場合には（ステップＳ６１３肯定）、距離Δ₁₂（ｎ）が最小となるパラメータｎの値を求め、このｎに対する電流比率ａを求める（ステップＳ６１４）。 Thereafter, the process proceeds to FIG. 7, and the control unit 21 determines whether or not 2N measurements are completed and the parameter n of the number of measurements exceeds N (step S613). When the value of the parameter n does not exceed N (No at Step S613), the control unit 21 adds the value of the parameter n by +1 (Step S611), proceeds to Step S604, and sets the current ratio. Measure the mark position starting from the change. Further, when the value of the parameter n exceeds N (Yes in step S613), the control unit 21 obtains the value of the parameter n that minimizes the distance Δ ₁₂ (n), and obtains the current ratio a with respect to this n ( Step S614).

その後、制御部２１は、対向するコイル３１および３２のスイッチ４１および４２をオフとし、対向するコイル３３および３４のスイッチ４３および４４をオンとする（ステップＳ６１５）。これにより、ｙ軸方向に存在する対向コイルの電流比率を決定する際に、もう一方のｘ軸方向の対向コイルに流れる電流値を零とし形成される磁場、ひいては電子ビーム４の偏向の大きさがｘ軸方向の対向コイルに影響されないようにする。 Thereafter, the control unit 21 turns off the switches 41 and 42 of the opposing coils 31 and 32 and turns on the switches 43 and 44 of the opposing coils 33 and 34 (step S615). As a result, when determining the current ratio of the counter coil existing in the y-axis direction, the magnitude of the magnetic field formed by setting the current value flowing in the other counter coil in the other x-axis direction to zero, and hence the deflection of the electron beam 4. Is not affected by the counter coil in the x-axis direction.

その後、制御部２１は、測定回数のパラメータｎに、−Ｎ（自然数）を代入する（ステップＳ６１６）。そして、制御部２１は、電流比率ｂを、ｂ＝１+ｎ×ΔＳの式により決定し（ステップＳ６１７）、コイル３３および３４の電流値を、Ｉ₃＝Ｉｂ＋ΔＩ，Ｉ₄＝ｂ×Ｉ₃により決定し、コイル３３および３４に印加する（ステップＳ６１８）。ここで、Ｉｂは、電流を変化させる際に一定とされる基準電流である。 Thereafter, the control unit 21 substitutes -N (natural number) for the parameter n of the number of measurements (step S616). Then, the control unit 21 determines the current ratio b by the formula b = 1 + n × ΔS (step S617), and determines the current values of the coils 33 and 34 as I ₃ = Ib + ΔI, I ₄ = b × I _3. And applied to the coils 33 and 34 (step S618). Here, Ib is a reference current that is constant when the current is changed.

その後、制御部２１は、電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査する（ステップＳ６１９）。この走査は、例えば、図２中に矢印で示したｘ軸方向およびｙ軸方向の走査位置で行われる。そして、制御部２１は、ステップ６０７で行ったのと同様の方法により、この走査により取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいたマーク位置座標（ｘ３、ｙ３）を求める（ステップＳ６２０）。 Thereafter, the controller 21 scans the electron beam 4 in the x-axis and y-axis directions (step S619). This scanning is performed, for example, at scanning positions in the x-axis direction and the y-axis direction indicated by arrows in FIG. And the control part 21 calculates | requires the mark position coordinate (x3, y3) based on the positional information on the cross mark 22 which is a position detection mark acquired by this scanning by the method similar to having performed at step 607 (FIG. Step S620).

制御部２１は、コイル３３および３４の電流値を、Ｉ₃＝Ｉｂ−ΔＩ，Ｉ₄＝ｂ×Ｉ₃に変化させ、コイル３３および３４に印加する（ステップＳ６２１）。そして、制御部２１は、ステップＳ６０６と同様に電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査し（ステップＳ６２２）、この走査によりステップＳ６０７と同様に取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいたマーク位置座標（ｘ４、ｙ４）を求める（ステップＳ６２３）。 The control unit 21 changes the current values of the coils 33 and 34 to I ₃ = Ib−ΔI, I ₄ = b × I ₃ and applies them to the coils 33 and 34 (step S621). Then, the control unit 21 scans the electron beam 4 in the x-axis and y-axis directions in the same manner as in step S606 (step S622), and the cross mark 22 that is a position detection mark acquired in the same manner as in step S607 by this scanning. A mark position coordinate (x4, y4) based on the position information is obtained (step S623).

その後、制御部２１は、これら異なる電流値を用いた際の、マーク位置座標の変化、すなわちマーク位置変化情報である距離Δ₃₄（ｎ）を算出する（ステップＳ６２４）。この距離は、
Δ₃₄（ｎ）＝ＲＯＯＴ｛（ｘ３−ｘ４）²＋（ｙ３−ｙ４）²｝
により算出され、マーク位置座標の変化の指標とされる。 Thereafter, the control unit 21 calculates a change in mark position coordinates when using these different current values, that is, a distance Δ ₃₄ (n) which is mark position change information (step S624). This distance is
Δ ₃₄ (n) = ROOT {(x3-x4) ² + (y3-y4) ² }
And is used as an index of change in the mark position coordinates.

その後、制御部２１は、２Ｎ回の測定を終了し、測定回数のパラメータｎがＮを越えたかどうかを判定する（ステップＳ６２５）。そして、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越えていない場合には（ステップＳ６２５否定）、パラメータｎの値を＋１だけ加算して（ステップＳ６２８）、ステップＳ６１７に移行し、電流比率の変化に始まるマーク位置の測定を行う。また、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越える場合には（ステップＳ６２５肯定）、距離Δ₃₄（ｎ）が最小となるパラメータｎの値を求め、このｎに対する電流比率ｂを求める（ステップＳ６２６）。そして、制御部２１は、ステップＳ６１４およびステップＳ６２６で求めた電流比率ａおよびｂを、非点収差を行う場合の電流比率として、電流制御手段３６に設定し、センタリング調整処理を終了する。 Thereafter, the control unit 21 ends the 2N measurements, and determines whether or not the parameter n for the number of measurements exceeds N (step S625). If the value of the parameter n does not exceed N (No at Step S625), the control unit 21 adds +1 to the value of the parameter n (Step S628), proceeds to Step S617, and sets the current ratio. Measure the mark position starting from the change. Further, when the value of the parameter n exceeds N (Yes at Step S625), the control unit 21 obtains the value of the parameter n that minimizes the distance Δ ₃₄ (n), and obtains the current ratio b with respect to this n ( Step S626). Then, the control unit 21 sets the current ratios a and b obtained in step S614 and step S626 as the current ratio in the case of performing astigmatism, and ends the centering adjustment process.

その後、図５に戻り、制御部２１は、非点収差補正を行う（ステップＳ５０２）。この非点収差補正では、電流制御手段３６に設定された電流比率ａおよびｂを用いて、基準試料２の代わりに非点収差補正用の試料を用いてＳＥＭ画像を観察し、非点収差の補正を行い、
本処理を終了する。 Thereafter, returning to FIG. 5, the control unit 21 performs astigmatism correction (step S502). In this astigmatism correction, using the current ratios a and b set in the current control means 36, an SEM image is observed using a sample for correcting astigmatism instead of the reference sample 2, and astigmatism is corrected. Make corrections
This process ends.

上述してきたように、本実施の形態１では、センタリング調整を行わない対向コイルをオフさせた状態で、電流比率ａあるいはｂを逐次変化させ、この変化ごとに、対向コイルに流れる電流を一定量変化させた場合のクロスマーク位置の変化量である距離Δを求め、この距離Δが最小となる電流比率ａおよびｂを用いて非点収差補正を行うこととしているので、非点収差補正の際に対向コイルに流れる電流を変化させても電子ビーム４が偏向することの無いようにし、加えてこの電流比率ａおよびｂを、人による誤差を含まない再現性あるものとすることができる。 As described above, in the first embodiment, the current ratio a or b is sequentially changed in a state where the counter coil that is not subjected to centering adjustment is turned off, and the current flowing through the counter coil is changed by a certain amount for each change. The distance Δ, which is the amount of change in the cross mark position when changed, is obtained, and astigmatism correction is performed using the current ratios a and b at which the distance Δ is minimized. In addition, the electron beam 4 is prevented from being deflected even if the current flowing through the counter coil is changed, and in addition, the current ratios a and b can be made reproducible without human error.

また、本実施の形態１では、対向コイル７は、コイル３１および３２、並びに、コイル３３および３４の２組の対向コイルからなるとしたが、４組もしくはそれ以上の対向コイルからなるものを用いることもできる。
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態２では、対向コイル７に流れる電流を変化させ、この変化の際に生じる電子ビーム４の位置変化を、検出されるマーク位置座標の変化から求めることとしたが、マーク位置座標の変化を測定する代わりに吸収電子検出器および金属板を用いてナイフエッジ位置の変化から求めることもできる。そこで、本実施の形態２では、基準試料２および反射電子検出手段３の代わりに金属板のナイフエッジおよび吸収電子検出器を用いて電子ビーム４の位置変化を求める場合を示すことにする。 In the first embodiment, the counter coil 7 is composed of two sets of counter coils of the coils 31 and 32 and the coils 33 and 34. However, the counter coil 7 is composed of four or more counter coils. You can also.
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the current flowing in the counter coil 7 is changed, and the change in the position of the electron beam 4 that occurs during the change is obtained from the change in the detected mark position coordinates. Instead of measuring the change in coordinates, it can also be determined from the change in knife edge position using an absorbing electron detector and a metal plate. Therefore, the second embodiment shows a case where the position change of the electron beam 4 is obtained using a knife edge of a metal plate and an absorption electron detector instead of the reference sample 2 and the backscattered electron detection means 3.

図９および１０は、本実施の形態２にかかる金属板９１および吸収電子検出器であるファラデーカップ９２の構成を示す図である。ここで、金属板９１およびファラデーカップ９２は、図１に示す基準試料２および反射電子検出手段３に代わるものであり、その他のハードウェア構成は、図１に示したものと全く同様であるので、詳しい説明を省略する。 FIGS. 9 and 10 are diagrams showing the configuration of the metal plate 91 and the Faraday cup 92 which is an absorption electron detector according to the second embodiment. Here, the metal plate 91 and the Faraday cup 92 replace the reference sample 2 and backscattered electron detection means 3 shown in FIG. 1, and the other hardware configurations are exactly the same as those shown in FIG. Detailed explanation is omitted.

金属板９１は、図１０の平面図に示すように、四角い開口部９７を有した金属製の板であり、開口部９７の端部は、高い精度で直線性が保たれたナイフエッジ９５となっており、ｘ軸方向を向く端部Ｘｔとｙ軸方向を向く端部Ｙｔとは正確に直角をなす関係とされている。ファラデーカップ９２は、開口部９７を透過した電子ビーム４を検出するカップ状の電子検出器で、信号検出部２０と接続される。 As shown in the plan view of FIG. 10, the metal plate 91 is a metal plate having a square opening 97, and the end of the opening 97 has a knife edge 95 and linearity maintained with high accuracy. Thus, the end portion Xt facing the x-axis direction and the end portion Yt facing the y-axis direction have a right-angle relationship. The Faraday cup 92 is a cup-shaped electron detector that detects the electron beam 4 transmitted through the opening 97 and is connected to the signal detection unit 20.

つぎに、金属板９１およびファラデーカップ９２を用いた場合のセンタリング調整処理の動作について述べる。なお、センタリング調整処理の後に行われる非点収差補正は、図５に示すフローチャートのステップＳ５０２で行ったものと全く同様であるので、説明を省略する。また、本実施の形態２にかかるセンタリング調整処理の動作は、図６に示すフローチャートのステップＳ６０７、Ｓ６１０、Ｓ６２０およびＳ６２３に示すマーク位置検出を省いて全く同様であるので省略し、マーク位置検出に対応するナイフエッジ検出についてのみ説明する。 Next, the operation of the centering adjustment process when the metal plate 91 and the Faraday cup 92 are used will be described. The astigmatism correction performed after the centering adjustment process is exactly the same as that performed in step S502 of the flowchart shown in FIG. Further, the operation of the centering adjustment process according to the second embodiment is the same except that the mark position detection shown in steps S607, S610, S620, and S623 in the flowchart shown in FIG. Only the corresponding knife edge detection will be described.

まず、制御部２１は、電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査する。この走査は、例えば、図１０中に矢印で示したｘ軸方向およびｙ軸方向の走査位置で行われる。そして、制御部２１は、この走査により取得される位置検出マークである金属板９１の端部の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める。 First, the control unit 21 scans the electron beam 4 in the x-axis and y-axis directions. This scanning is performed, for example, at scanning positions in the x-axis direction and the y-axis direction indicated by arrows in FIG. And the control part 21 calculates | requires a mark position coordinate (x1, y1) based on the positional information on the edge part of the metal plate 91 which is a position detection mark acquired by this scanning.

ここで、金属板９１の端部の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める方法を、図１１を用いて簡単に述べる。図１１は、この走査により取得される金属板９１の端部Ｙｔの位置情報を示す図である。横軸は、例えば走査方向であるｘ軸で、縦軸は信号検出部２０で取得される走査位置ごとの電流値である。ここで、図１１の中央部には、電流値が大きく変化する端部Ｙｔが存在する。制御部２１は、この端部Ｙｔに誤差関数ｅｒｆのフィッティングを行い、このフィッティング関数ｆのパラメータ値からマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める。 Here, a method of obtaining the mark position coordinates (x1, y1) based on the position information of the end portion of the metal plate 91 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram showing position information of the end portion Yt of the metal plate 91 obtained by this scanning. The horizontal axis is, for example, the x axis that is the scanning direction, and the vertical axis is the current value for each scanning position acquired by the signal detection unit 20. Here, an end Yt in which the current value changes greatly exists in the center of FIG. The control unit 21 performs the fitting of the error function erf to the end Yt, and obtains the mark position coordinate (x1, y1) from the parameter value of the fitting function f.

フィッティング関数ｆ（ｘ）は、 The fitting function f (x) is

の関数形を有する。ここで、ａ０〜ａ３は、フィッティングにより決定されるパラメータで、このパラメータ中のａ１の値を金属板位置ｘ１とする。また、同様にｙ軸方向についても、走査を行い金属板９１の端部Ｙｔの位置情報ｙ１を求め、これら位置情報をマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）とする。また、同様にマーク位置座標（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）および（ｘ４、ｙ４）も決定される。 It has the function form of Here, a0 to a3 are parameters determined by fitting, and the value of a1 in this parameter is the metal plate position x1. Similarly, in the y-axis direction, scanning is performed to obtain position information y1 of the end portion Yt of the metal plate 91, and these position information are set as mark position coordinates (x1, y1). Similarly, the mark position coordinates (x2, y2), (x3, y3) and (x4, y4) are also determined.

上述してきたように、本実施の形態２では、金属板９１の端部ＸｔおよびＹｔの検出信号に対して誤差関数のフィッティングを行い、このフィッティングにより求まる誤差関数のパラメータからマーク位置座標を決定することとしているので、高い位置精度でもって金属板９１の端部、ひいては電子ビーム４の偏向を検出することができる。 As described above, in the second embodiment, error function fitting is performed on the detection signals of the end portions Xt and Yt of the metal plate 91, and the mark position coordinates are determined from the error function parameters obtained by this fitting. As a result, it is possible to detect the end of the metal plate 91 and thus the deflection of the electron beam 4 with high positional accuracy.

また、本実施の形態２では、図１１に示す検出信号に対してフィッティングを行ったが、この検出信号の１次微分あるいはより高階の微分関数に対してフィッティングを行い金属板位置を決定することもできる。 In the second embodiment, the detection signal shown in FIG. 11 is fitted, but the metal plate position is determined by fitting the first derivative or higher order differential function of the detection signal. You can also.

また、本実施の形態１および２では、位置検出マークのクロスマーク位置あるいはナイフエッジ位置を検出し、その位置変化を求めることとしたが、位置検出マークのＳＥＭ画像を取得し、このＳＥＭ画像の位置変化が最小となる電流比率ａおよびｂを、図６および７に示したセンタリング調整処理と同様の方法により求めることもできる。なお、この際位置変化の検出および電流比率の決定は、目測による手動あるいは実施の形態１あるいは２で述べた相関関数あるいは誤差関数を用いて自動で行うこともできる。 In the first and second embodiments, the cross mark position or knife edge position of the position detection mark is detected and the position change is obtained. However, an SEM image of the position detection mark is acquired, and the SEM image The current ratios a and b that minimize the position change can also be obtained by the same method as the centering adjustment process shown in FIGS. At this time, the detection of the position change and the determination of the current ratio can be performed manually by eye measurement or automatically using the correlation function or error function described in the first or second embodiment.

電子ビーム描画装置の断面を含む全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure including the cross section of an electron beam drawing apparatus. 電子ビーム描画装置の基準試料を示す平面図である。It is a top view which shows the reference | standard sample of an electron beam drawing apparatus. 電子ビーム描画装置の非点収差補正手段を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism correction means of an electron beam drawing apparatus. 非点収差補正手段の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of an astigmatism correction means. 実施の形態１の非点収差補正手段の動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the operation of the astigmatism correction unit of the first embodiment. 実施の形態１のセンタリング調整処理の動作を示すフローチャートである（その１）。6 is a flowchart showing an operation of centering adjustment processing according to the first embodiment (part 1); 実施の形態１のセンタリング調整処理の動作を示すフローチャートである（その２）。7 is a flowchart showing the operation of the centering adjustment process of the first embodiment (No. 2). 実施の形態１のクロスマーク位置の検出を示す説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating detection of a cross mark position according to the first embodiment. FIG. 実施の形態２の基準試料である金属板および吸収電子検出器であるファラデーカップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the Faraday cup which is a metal plate which is a reference | standard sample of Embodiment 2, and an absorption electron detector. 実施の形態２の金属板を照射方向から見た平面図である。It is the top view which looked at the metal plate of Embodiment 2 from the irradiation direction. 実施の形態２の走査で取得される検出信号を示す図である。6 is a diagram illustrating a detection signal acquired by scanning in Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ＸＹ駆動ステージ
２基準試料
３反射電子検出手段
４電子ビーム
５対物レンズ
６偏向器
７対向コイル
９絞り駆動部
１０ズームレンズ
１１ブランキング電極
１２電子銃
１３筐体
１４電子銃制御部
１５ビームブランキング制御部
１６電子光学系制御部
１７ビーム走査制御部
１８非点収差補正手段
１９ＸＹ駆動ステージ制御部
２０信号検出部
２１制御部
２２クロスマーク
２２位置検出マーク
３１、３２、３３、３４コイル
３６電流制御手段
３７スイッチ制御手段
４１、４２、４３，４４スイッチ
４５配列中心位置
４６中心軸位置
５１〜５４電源
９１金属板
９２ファラデーカップ
９５ナイフエッジ
９７開口部
１００電子ビーム描画装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 XY drive stage 2 Reference sample 3 Backscattered electron detection means 4 Electron beam 5 Objective lens 6 Deflector 7 Counter coil 9 Diaphragm drive part 10 Zoom lens 11 Blanking electrode 12 Electron gun 13 Case 14 Electron gun control part 15 Beam blanking Control unit 16 Electron optical system control unit 17 Beam scanning control unit 18 Astigmatism correction means 19 XY drive stage control unit 20 Signal detection unit 21 Control unit 22 Cross mark 22 Position detection marks 31, 32, 33, 34 Coil 36 Current control Means 37 Switch control means 41, 42, 43, 44 Switch 45 Arrangement center position 46 Center axis positions 51-54 Power supply 91 Metal plate 92 Faraday cup 95 Knife edge 97 Opening 100 Electron beam drawing apparatus

Claims

位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射し、
前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向する対向コイルを、前記直交面内の異なる方向に複数組配置し、
前記対向コイルに流される電流の電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整し、
前記電流比率を保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正方法であって、
前記センタリング調整は、前記センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零として前記センタリング調整を行う対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記電子ビームを走査して前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致した電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行う非点収差補正方法。 Irradiate an electron beam to a reference sample having a position detection mark,
A plurality of sets of opposing coils facing each other in an orthogonal plane orthogonal to the direction of irradiation across the electron beam are arranged in different directions in the orthogonal plane,
The current ratio of the current flowing through the counter coil is adjusted so that the position where the magnitude of the magnetic field formed by the counter coil becomes zero and the position of the electron beam coincide with each other,
An astigmatism correction method for correcting astigmatism of the electron beam by changing the current while maintaining the current ratio,
In the centering adjustment, the current flowing in the counter coil that performs the centering adjustment is sequentially changed with zero current flowing in the counter coil that is not subjected to the centering adjustment, and the electron beam is scanned for each successive change to The plurality of sets of centering adjustments for detecting the mark position information of the position detection mark and the mark position change information when the current is changed and setting the current ratio at which the mark position change information is minimum as the matched current ratio Astigmatism correction method for the opposite coil of the present invention.

前記基準試料は、シリコン基板からなり、前記シリコン基板上に前記電子ビームを反射し直交する２つの金属帯からなる十字型の位置検出マークを備えることを特徴とする請求項１に記載の非点収差補正方法。 2. The astigmatism according to claim 1, wherein the reference sample includes a silicon substrate, and includes a cross-shaped position detection mark that includes two metal bands that reflect the electron beam and are orthogonal to each other on the silicon substrate. Aberration correction method.

前記検出は、前記マーク位置情報の検出を、自己相関関数を用いて行うことを特徴とする請求項２に記載の非点収差補正方法。 The astigmatism correction method according to claim 2, wherein the detection is performed by detecting the mark position information using an autocorrelation function.

前記基準試料は、金属板からなり、前記金属板の中央部に、辺縁部がナイフエッジをなし電子ビームを透過する開口部からなる位置検出マークを備えることを特徴とする請求項１に記載の非点収差補正方法。 2. The reference sample according to claim 1, wherein the reference sample is made of a metal plate, and includes a position detection mark having an opening portion whose edge portion forms a knife edge and transmits an electron beam at a central portion of the metal plate. Astigmatism correction method.

前記検出は、前記マーク位置情報の検出を、誤差関数を用いて行うことを特徴とする請求項４に記載の非点収差補正方法。 The astigmatism correction method according to claim 4, wherein the detection is performed by detecting the mark position information using an error function.

位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射する照射手段と、
前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向する、前記直交面内の異なる方向を向く複数組の対向コイルと、
前記対向コイルに流される電流の電流比率を一定に保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正手段と、
前記対向コイルの対向方向に前記電子ビームを走査する走査手段と、
前記電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整する制御部と、
を備える電子ビーム描画装置であって、
前記非点収差補正手段は、前記対向コイルに流される電流をオンオフするスイッチを有し、
前記制御部は、前記センタリング調整を行わない対向コイルのスイッチをオフとし、前記センタリング調整を行う対向コイルのスイッチをオンとし、前記対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記走査を行い前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致の電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行うことを特徴とする電子ビーム描画装置。 An irradiation means for irradiating an electron beam to a reference sample having a position detection mark;
A plurality of sets of opposing coils facing in different directions in the orthogonal plane, facing in an orthogonal plane orthogonal to the direction of irradiation across the electron beam;
Astigmatism correction means for correcting the astigmatism of the electron beam by changing the current while keeping the current ratio of the current passed through the counter coil constant;
Scanning means for scanning the electron beam in a direction opposite to the opposing coil;
A control unit that adjusts the current ratio so that a position where the magnitude of the magnetic field formed by the counter coil becomes zero and a position of the electron beam coincide with each other;
An electron beam lithography apparatus comprising:
The astigmatism correction means has a switch for turning on and off the current passed through the counter coil,
The control unit turns off the switch of the counter coil that does not perform the centering adjustment, turns on the switch of the counter coil that performs the centering adjustment, sequentially changes the ratio of the current that flows to the counter coil, and Centering adjustment by detecting the mark position information of the position detection mark and the mark position change information when the current is changed by performing the scanning, and setting the current ratio at which the mark position change information is minimum as the matching current ratio An electron beam drawing apparatus, wherein the plurality of sets of opposed coils are performed.