JP3393996B2 - 荷電ビーム描画装置及び荷電ビームの非点収差補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高集積化された半
導体装置等の微細なパターンを試料上に描画する荷電ビ
ーム描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハ等の試料上に所望のパタ
ーンを高精度に描画するための手段として、電子ビーム
等の荷電ビームを用いた描画装置が用いられている。近
年では、荷電ビームにより露光されるパターンを微細化
するため、より一層のビーム解像力の向上が望まれてい
る。そして、様々な低収差の荷電ビーム光学系の設計手
法や収差補正方法が提案されるに至っている。

【０００３】特に、露光面のＸ軸とＹ軸とで像点が異な
る非点収差に関し、非点補正コイルを用いて偏向中心非
点収差を補正する手法、あるいは軸対称系の荷電ビーム
軌道により発生する荷電ビームの偏向量の２乗に比例し
た鞍型の非点収差を、試料上のビーム偏向位置に応じて
非点補正コイルを制御し補正する手法が存在する。さら
には、特開平７−２０１７０１号公報に記載された補正
手法として、試料上において電子ビームを主偏向器を用
いて大きく偏向した場合に生じる非点収差を、副偏向器
を構成する複数の電極のうち対向する１対の電極に印加
する駆動電圧を、主偏向器により生じた偏向量に対応し
て所定値だけ増加させ、対向する他の一対の電極に印加
する駆動電圧をこの所定値分減少させて補正するものが
ある。

【０００４】一般に用いられている荷電ビーム描画装置
の構成を、図１１に示す。電子銃１から出力された電子
ビーム２が対物レンズ３により収束され、可動ステージ
６上に載置された試料５の上面に照射される。この電子
ビーム２は、静電型偏向器４により偏向され、試料５の
表面上における所望の位置に位置決めされる。対物レン
ズ３の動作はレンズ制御手段１１により制御され、偏向
器４は偏向制御手段１０により制御される。

【０００５】試料５を搭載する可動ステージ６には、ビ
ームプロファイルを測定するためのマークが取り付けら
れたマーク台７が設けられている。このマークを電子ビ
ーム２が走査すると反射電子又は二次電子等が発生し、
反射電子検出器１３によって検出され、検出アンプ１６
により増幅されて制御手段９に与えられる。制御手段９
は、与えられた情報に基づいてビームプロファイルから
ビーム分解能やビーム位置等を算出する。ここで、可動
ステージ６の位置はレーザ測長手段１４がモニタしてお
り、測定された位置に基づいてステージ位置制御手段１
５が制御する。

【０００６】また、非点収差を補正するための非点補正
コイル８が、対物レンズ３の付近に設置されており、そ
の補正値は非点補正コイル制御手段１２により補正され
る。

【０００７】制御手段９は、偏向位置データを偏向制御
手段１０に与えることにより、静電型偏向器４にビーム
偏向電圧を印加させてビームを偏向させる。さらに、制
御手段９は対物レンズ制御手段１１及び非点補正コイル
制御手段１２を介してそれぞれ対物レンズ３及び非点補
正コイル１２の動作を制御する。

【０００８】次に、１０００μｍ×１０００μｍの偏向
領域に、静電型偏向器を用いて荷電ビームを偏向させた
場合に、偏向位置に応じてその大きさが変化する非点収
差を測定した結果を図１２に示す。より具体的には、各
偏向位置において非点補正コイル８の励磁を変化させつ
つ対物レンズ３の励磁を変化させて電子ビームの焦点位
置を変化させ、ビーム校正用マーク上を電子ビームで走
査し、反射電子を電子検出器１３で検出してビームプロ
ファイルを測定し、Ｘ方向及びＹ方向のビーム分解能を
算出し、最適な焦点位置を求めることにより得ることが
できる。このグラフは、Ｘ−Ｙ方向における偏向位置
と、非点補正コイルによりもたらされる非点補正値との
関係を表しており、ここではＸＹ平面（偏向領域面）が
その対角線方向、即ち４５度方向に傾いた状態を示して
いる。尚、ここで非点収差の方向、即ち略矩形断面を有
するビームがマーク等の対象物上を走査するときの方向
は、０度、９０度であるとする。

【０００９】一般には、偏向中心位置においても非点収
差は存在する。しかしながら、偏向中心の非点収差は非
点補正コイルを用いた従来の手法により補正することが
可能であり、ここでは零であるとする。図１２では、偏
向位置が（ｘ，ｙ）＝（５００μｍ，５００μｍ）であ
る場合、及び（−５００μｍ，−５００μｍ）である場
合に最も非点補正値が大きくなり、この両者の絶対値は
等しく、符号が逆向きである。また、ベクトルＸ−ベク
トルＹ、あるいはベクトルＹ−ベクトルＸ方向の対角線
上において、非点補正値は零である。

【００１０】このような非点収差は、例えば偏向器の組
立て誤差に伴って四重極電場が発生した場合にはこのよ
うな非点収差が発生して描画パターンの精度に多大な悪
影響を及ぼす。そして、非点収差の大きさは、１０００
μｍ×１０００μｍの偏向領域における四隅において
は、非点隔差に換算すると数十μｍに及ぶ場合がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の非点
収差の補正手法には、以下のような問題が存在した。図
１２に示された非点補正値をＸＹ平面上に投影し、非点
補正コイルによる非点補正値を等高線で表すと、図１３
（ａ）に示されるようなグラフが得られる。図１２を用
いて上述したように、ここでは偏向中心の非点収差補正
値を零としており、偏向中心から見た偏向領域内におけ
る非点補正値の絶対値が最大である方向を太線の矢印で
表している。以降、この矢印で示される方向を便宜上非
点補正直の方向と称し、＋Ｘ軸を０度とし半時計周りの
角度で表すこととする。

【００１２】そして、発明者の研究により、非点収差は
四重極場の状況、より具体的には荷電ビーム描画装置の
加工及び／又は組み立て精度によって非点補正値の方向
が異なることが判明した。例えば、図１３（ａ）に示さ
れた非点補正値が最大である方向は４５度であり、図１
３（ｂ）に示された非点補正値が最大となる方向は９０
度であり、図１３（ｃ）に示された非点補正値が最大と
なる方向は１５０度である。

【００１３】しかしながら、特開平７−２０１７０１号
公報に記載されている手法では、補正可能な非点補正値
の方向は固定されていた。この理由は、静電型偏向器に
おける１対の電極板に印加する非点補正用電圧と、他の
一対の電極板に印加する非点補正用電圧とは、絶対値が
同一で符号が反転した値に限定されていることにある。
このため、図１３（ａ）に示されたような非点補正値の
方向が４５度である場合、あるいは図示されていない２
２５度である場合しか、補正することはできなかった。
さらには、この特開平７−２０１７０１号公報に記載さ
れている手法に従い、静電型偏向器に非点補正電圧を印
加すると、電子ビームの位置が所望の位置からずれてし
まい、この結果偏向位置歪みが発生することが明らかと
なった。

【００１４】本発明は上記事情に鑑み、非点補正値の方
向に制約を受けることなく、非軸対称な非点収差を、平
易かつ高精度に補正することによって、高精度なパター
ン描画が可能な荷電ビーム描画装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の荷電ビーム描画
装置は、試料上に荷電ビームを照射して該試料上に所望
のパターンを描画する装置であって、荷電ビームを試料
上の所望の位置に偏向する偏向器と、前記偏向器の動作
を制御する偏向制御手段と、試料上の偏向中心における
非点収差を補正する非点収差補正手段と、予め測定して
得られた前記非点収差補正手段による非点収差補正値と
前記偏向器に印加する非点収差補正電圧との関係を示す
第１の情報と、予め測定して得られた前記非点収差補正
手段による非点収差補正値と前記偏向器によりもたらさ
れる偏向位置との関係を示す第２の情報と、前記第２の
情報を用いて得られた偏向中心から見た偏向領域内にお
ける非点収差補正値が最大となる方向を示す第３の情報
とを格納し、前記第１、第２及び第３の情報を用いて得
られたゲイン補正値に基づいて前記偏向制御手段の増幅
動作を制御することで非点収差の補正を行う制御手段と
を備えることを特徴としている。

【００１６】ここで、前記制御手段は非点収差の補正を
行うことにより生じた荷電ビームの偏向位置歪の校正を
さらに行うものであってもよい。

【００１７】本発明の荷電ビーム描画装置における荷電
ビームの非点収差を補正する方法は、電子銃から出力さ
れた荷電ビームを試料上の所望の位置に偏向する偏向器
と、前記偏向器の動作を制御する偏向制御手段と、試料
上の偏向中心における非点収差を補正する非点収差補正
手段とを有し、試料上に荷電ビームを照射して所望のパ
ターンを描画する装置における非点収差を補正する方法
であって、前記非点収差補正手段による非点収差補正値
と前記偏向器に印加する非点収差補正電圧との関係を示
す第１の情報を求めるステップと、前記非点収差補正手
段による非点収差補正値と前記偏向器によりもたらされ
る偏向位置との関係を示す第２の情報を求めるステップ
と、前記第２の情報を用いて、偏向中心から見た偏向領
域内における非点収差補正値が最大となる方向を示す第
３の情報を求めるステップと、前記第１、第２及び第３
の情報を用いて、前記偏向制御手段のゲイン補正値を求
めるステップと、求めた前記ゲイン補正値を用いて、前
記偏向制御手段の動作を制御することで非点収差の補正
を行うステップとを備えることを特徴とする。

【００１８】また、本発明の荷電ビームの非点収差を補
正する方法は、上記ゲイン補正値を用いて前記偏向制御
手段の動作を制御することで非点収差の補正を行う非点
収差補正ステップと、前記非点収差補正ステップを行っ
た後に、試料上における荷電ビームの偏向位置歪みの校
正を行う校正ステップとを備え、この非点収差補正ステ
ップ及び校正ステップの組み合わせを少なくとも１回行
うことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のー実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１に、本発明の第１の
実施の形態による荷電ビーム描画装置の構成を示す。こ
こで、図１１に示された装置と同一の要素に対しては同
ー番号を付して説明を省略する。

【００２０】制御手段１９は、それぞれ補正感度、係
数、非点補正方向、変数をそれぞれ格納する補正感度格
納手段１９ａ、係数格納手段１９ｂ、非点補正方向格納
手段１９ｃ、変数格納手段１９ｄを有し、後述するよう
な手順で非点補正処理を行う。また偏向制御手段１０
は、制御手段１９から出力されたディジタル信号を与え
られてアナログ信号に変換するディジタル／アナログ変
換器と、偏向電圧として用いるために必要なレベルに増
幅する偏向アンプとを有している。

【００２１】先ず、本実施の形態における非点収差を補
正する処理の原理について述べる。図３に、本実施の形
態において用いる静電型偏向器４が有する８極の電極Ｅ
１〜Ｅ８の配置状態を示す。ここで、電極Ｅ１及びＥ５
に電圧Ｖｘを印加し、電極Ｅ３及びＥ７に一Ｖｘなる電
圧を印加する。このような電圧が電極Ｅ１及びＥ５、Ｅ
３及びＥ７に印加されると、図４（ａ）において矢印に
より示されたような電場が発生し、電子ビームの断面が
ハッチングで示されたように引き延ばされた状態にな
り、０度、９０度方向の非点収差を制御することができ
る。但し、＋Ｘ方向を０度とする。

【００２２】また、電極Ｅ２及びＥ６に電圧Ｖｙを印加
し、電極Ｅ４及びＥ８に一Ｖｙなる電圧を印加する。こ
の場合には、図４（ｂ）において矢印に示されたような
電場が発生し、ハッチングで示されたように電子ビーム
の断面が引き延ばされて、４５度、１３５度方向の非点
収差を制御することができる。

【００２３】非点補正処理を行わずに偏向のみを行う場
合において、静電型偏向器４が有する８極の電極Ｅ１〜
Ｅ８にそれぞれ印加する偏向電圧は、以下の（１）式群
のように一般化して表すことができる。

【００２４】

【数１】 このような偏向を行うための電圧に加えて、非点補正を
行うための電圧を重畳させた場合において、電極Ｅ１〜
Ｅ８に印加すべき電圧を考える。非点収差の方向が０
度、９０度である非点収差を補正する場合には、次の
（２）式群で表される電圧を印加する。

【００２５】

【数２】 ここで、ａ及びｂは非点補正量の大きさを示す変数Ｋに
依存する変数であり、非点補正値が最大となる方向が４
５°の場合には、次の（３）式で表される。ここでは、
補正している非点収差の方向は０度、９０度であるた
め、４５度、１３５度方向の電極Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６及び
Ｅ８に印加される電圧は、上記（１）式群において非点
収差補正を行わない場合と同一である。

【００２６】

【数３】 次に、（２）式群で示された電圧を各電極に印加する場
合において、代表的な９箇所に電子ビームを偏向したと
きに印加される電圧を図５に示す。ここで、偏向中心は
（ｘ，ｙ）＝（０，０）、偏向中心以外の位置は（ｘ，
ｙ）＝（−ｒ，ｒ）、（０，ｒ）、（ｒ，ｒ）、（−
ｒ，０）、（ｒ，０）、（−ｒ，−ｒ）、（０，−
ｒ）、（ｒ，−ｒ）であるとする。また、図５に示され
た各電極Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５及びＥ７に印加される電圧
は、偏向に寄与する電圧±Ｖ0 （ｘ）は削除してあり非
点収差補正を行うための電圧±Ｖ0 （ｘ）ａ又は±Ｖ0
（ｙ）ｂのみであるとする。

【００２７】例えば、電子ビームを（ｘ，ｙ）＝（ｒ，
ｒ）の位置に偏向させる場合は、電極Ｅ１及びＥ５に印
加する非点補正用の電圧はＶ0 （ｒ）ａ、電極Ｅ３及び
Ｅ７に印加する非点補正用の電圧は−Ｖ0 （ｒ）ｂであ
る。電子ビームを（ｘ，ｙ）＝（−ｒ，−ｒ）の位置に
偏向させる場合は、Ｖ0 （−ｒ）＝−Ｖ0 （ｒ）である
ため、電極Ｅ１及びＥ５に印加する非点補正用の電圧は
−Ｖ0 （ｒ）ａ、電極Ｅ３及びＥ７に印加する非点補正
用の電圧はＶ0 （ｒ）ｂである。電子ビームを（ｘ，
ｙ）＝（０，ｒ）の位置に偏向させる場合は、電極Ｅ１
及びＥ５に印加する電圧は０で、電極Ｅ３及びＥ７に印
加する電圧は−Ｖ0 （ｒ）ｂである。さらに、電子ビー
ムを（ｘ，ｙ）＝（−ｒ，ｒ）の位置に偏向させる場合
は、電極Ｅ１及びＥ５に印加する電圧は−Ｖ0 （ｒ）
ａ、電極Ｅ３及びＥ７に印加する電圧は−Ｖ0 （ｒ）ｂ
である。

【００２８】このように、（ｘ，ｙ）＝（ｒ，ｒ）の位
置における非点収差の補正量を１とすると、（ｘ，ｙ）
＝（−ｒ，−ｒ）の位置における補正量は−１、（ｘ，
ｙ）＝（０，ｒ）の位置における補正量は０．５、
（ｘ，ｙ）＝（−ｒ，ｒ）の位置における補正量は０と
なる。これにより、図１３（ａ）に示されたような非点
補正値が最大となる方向が４５度である非点収差を補正
することが可能となる。非点補正値が最大となる方向が
図１３（ｂ）に示されたように９０度である場合、図１
３（ｃ）に示されたように１５０度である場合、さらに
はこれ以外の任意の角度である場合にも、後述するよう
に非点収差の補正が可能である。

【００２９】そして、非点収差の補正量の大きさは、上
記（２）式群のａ又はｂに含まれる非点補正量の大きさ
に依存する変数Ｋの値を変えることにより調整すること
ができる。非点収差の補正に必要な具体的な電圧は、装
置の電子光学系の構成により相違するが、例えば非点隔
差数十μｍ当たり数百ｍＶである。また、ｙ＝−ｘで表
される位置に電子ビームを偏向する場合は非点補正の必
要はない。しかし、対向する２対の組み合わせから成る
４極の電極の補正電圧が全て等しくなるので、静電レン
ズ的効果が発生し、ビームの焦点位置が変化する。しか
しながら、焦点位置の変化量は一般の荷電ビーム描画装
置では印加電圧１Ｖ当たり１μｍ以下であり、非点補正
に必要な電圧を考慮したとしても無視し得る程度の値で
あるので、実用上問題は生じない。

【００３０】上述したように、上記（２）式で表された
電圧を各電極に印加することで、非点収差を補正するこ
とが可能である。そして、このような電圧を実際の装置
における電極に印加するためには、非点補正を行わず偏
向のみを行う状態から±ａ又は±ｂだけ偏向アンプのゲ
インをずらした電圧を印加すればよい。例えば、図６に
示された電圧Ｖ´_E1は、偏向位置と電極Ｅ１に印加する
電圧を示しているが、非点補正を行わず偏向のみのため
に印加するハッチングＡが施された電圧Ｖ0 （ｘ）に、
非点補正用のハッチングＢが施された電圧Ｖ0 （ｘ）
（ａ）を加算した値Ｖ´_E1＝Ｖ0 （ｘ）（１＋ａ）とす
ればよい。

【００３１】図１３（ｂ）に示されるような非点補正値
が最大となる方向が９０度であるような非点収差を補正
する場合には、上記（１）式群で示される偏向電圧に非
点補正電圧を重畳した、以下の（４）式群により表され
た電圧を各電極に印加すればよい。

【００３２】

【数４】 ここで、ａ´及びｂ´は非点補正の量の大きさに依存し
た変数であって、ａ´＝Ｋｃｏｓ９０°＝０、ｂ´＝Ｋ
ｓｉｎ９０°＝Ｋというように表すことができる。補正
すべき非点収差の方向は０度、９０度であり、４５度、
１３５度方向の電極Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６及びＥ８には、非
点収差がない（１）式群で示された電圧のみが印加さ
れ、さらにａ´＝０であるので、非点補正電圧が印加さ
れるのは電極Ｅ３及びＥ７のみとなる。

【００３３】上記（４）式群で示された電圧を各電極に
印加する場合に、代表的な９箇所の偏向位置に電子ビー
ムを偏向するときどのような補正用電圧が印加されるか
を図７に示す。電子ビームがｙ＝０の位置にある場合
は、ｘの値にかかわらずＥ１、Ｅ３、Ｅ５及びＥ７に印
加する補正用電圧は全て０である。電子ビームがｙ＝ｒ
の位置にある場合は、ｘの値にかかわらずＥ１及びＥ５
に印加する電圧は０、Ｅ３及びＥ７に印加する電圧は−
Ｖ0 （ｒ）ｂ´である。電子ビームがｙ＝−ｒの位置に
ある場合は、ｘの値にかかわらずＥ１及びＥ５に印加す
る電圧は０、Ｅ３及びＥ７に印加する電圧はＶ0 （ｒ）
ｂ´である。

【００３４】（ｘ，ｙ）＝（０，ｒ）の位置における非
点収差の補正量を１とすると、（ｘ，ｙ）＝（０，−
ｒ）の位置における補正量は−１、（ｘ，ｙ）＝（０，
０）の位置における補正量は０、（ｘ，ｙ）＝（−ｒ，
ｒ）の位置における補正量は０となる。これにより、図
１３（ｂ）に示されたような非点補正値の方向が９０度
である非点収差を補正することが可能となる。非点収差
の補正量の大きさは、上記式群（４）における変数ｂ´
の値を変えることで調整することができる。そして、式
群（４）に示された非点補正電圧を電極に印加するため
には、偏向制御手段１０に含まれる偏向アンプのゲイン
を非点補正を行わない状態から−ｂ´からｂ´の範囲内
でずらせばよい。

【００３５】図１３（ｃ）に示されたように、非点補正
値の方向が１５０度である場合に補正を行うときは、上
記（１）式群に示された偏向電圧に以下の（５）式群に
より表された非点補正電圧を重畳させた電圧を電極に印
加する。

【００３６】

【数５】 ここで、ａ''及びｂ''は、非点補正量の大きさＫに依存
する変数であって、ａ''＝Ｋｃｏｓ１５０°、ｂ''＝Ｋ
ｓｉｎ１５０°として表されるものである。また、補正
すべき非点収差の方向が０度、９０度の方向であるた
め、４５度、１３５度方向の電極（Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６、
Ｅ８）は、式群（１）で表された非点収差の補正を行わ
ない場合と同一である。そして、上記式群（５）に示さ
れた電圧を各電極に印加するためには、偏向制御手段１
０に含まれる偏向アンプのゲインを、非点補正を行わな
い状態から±ａ''、又は±ｂ''だけずらせばよい。

【００３７】このように、本実施の形態によれば非点補
正値の方向が任意の場合に対して補正が可能である。即
ち、非点補正値の方向がθであるとすると、８極の偏向
電極に印加すべき補正電圧は、次の（６）式群に示され
るようである。

【００３８】

【数６】 ここで、Ｋは上述したように非点補正値の大きさに依存
する変数である。予め装置毎に補正すべき非点補正値の
方向θを決定した後、後述するように非点補正値の大き
さに基づいて変数Ｋの値を決定する。

【００３９】以上、非点収差が０度、９０度である場合
における補正について述べたが、４５度、１３５度であ
る場合にも補正が可能である。この場合において各電極
に印加すべき補正電圧は、非点補正値の方向をθ′とす
ると（７）式群に示されるとおりである。

【００４０】

【数７】 次に、本実施の形態に従い、非点収差の補正を行う処理
の手順について、フローチャートである図２を用いて説
明する。

【００４１】ステップＳ１として、偏向中心における非
点収差を補正する手段、具体的には非点補正コイル８の
補正値と、偏向器に印加する非点補正電圧との関係を測
定し、最小二乗法でフィッティングして図８のようなグ
ラフを得る。本実施の形態では、非点収差の補正を非点
補正コイル８のみならず偏向器４に非点補正電圧を印加
することで行うので、非点補正コイルの補正値と偏向器
の非点補正電圧との関係を予め調べておく必要がある。

【００４２】より具体的には、偏向制御手段１０に含ま
れる偏向アンプのゲインをパラメータとし、非点補正コ
イル８を用いて非点収差の補正を行って非点補正値を求
めることにより、このグラフを得ることができる。図８
における実線Ｌ１は、０度、９０度方向の非点収差を制
御する偏向電極Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７に、非点収差補
正電圧を印加したときにおける、０度、９０度方向の非
点補正コイル８の非点補正値を示している。この場合の
補正感度ｂ１、即ち非点補正コイルの単位補正値当たり
の非点補正電圧を測定すると、ｂ１＝０．９６７であっ
た。

【００４３】ここで、補正感度として４種類の係数ｂ
１、ｂ２、ｃ１、ｃ２が存在し、それぞれの内容は図１
４に示されるとおりである。０度、９０度方向の非点補
正コイルの非点補正値に対する０度、９０度方向の電極
Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７の非点補正電圧を示す補正感度
が係数ｂ１、０度、９０度方向の非点補正コイルの非点
補正値に対する４５度、１３５度方向の電極Ｅ２、Ｅ
４、Ｅ６、Ｅ８の非点補正電圧を示す補正感度が係数ｂ
２、４５度、１３５度方向の非点補正コイルの非点補正
値に対する０度、９０度方向の電極Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、
Ｅ７の非点補正電圧を示す補正感度が係数ｃ２、４５
度、１３５度方向の非点補正コイルの非点補正値に対す
る４５度、１３５度方向の電極Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６、Ｅ８
の非点補正電圧を示す補正感度が係数ｃ１である。

【００４４】図８における破線Ｌ２は、４５度、１３５
度方向の非点補正コイルの非点補正値当たりの０度、９
０度方向の電極に印加する非点補正電圧を示しており、
この場合の補正感度ｃ２は１４．７であった。このよう
にして得られた補正感度ｂ１及びｃ２を、制御手段１９
が有する補正感度格納手段１９ａに格納する。同様に、
他の補正感度ｂ２及びｃ１を求めて補正感度格納手段１
９ａに格納する。

【００４５】ステップＳ２として、偏向位置（ｘ，ｙ）
と、非点補正コイル８による補正値Δｓ１及びΔｓ２の
関係を求める。上述したように、一般には非点補正コイ
ル８は偏向中心に存在する非点収差の補正に用いられる
が、この場合に限らず偏向中心からはずれた電子ビーム
の補正にも用いることができる。

【００４６】本実施の形態では、０度、９０度方向の非
点収差であって、一次多項式Δｓ１＝ａ10＋ａ11・ｘ＋
ａ12・ｙにより表現可能なものと、４５度、１３５度方
向の非点収差であって、一次多項式Δｓ２＝ａ20＋ａ21
・ｘ＋ａ22・ｙにより表現可能なものとを補正の対象と
する。偏向中心における非点収差は、非点補正コイル８
によって補正されて０であるとすることにより、係数ａ
10及びａ20は０となる。そして、偏向中心以外における
最低２箇所における偏向位置（ｘ，ｙ）に電子ビームを
偏向させ、非点補正コイル８によりもたらされる非点補
正値Δｓ１及びΔｓ２を求める。そして、最小二乗法を
用いて最適な係数ａ11、ａ12、ａ21、ａ22を求めて、係
数格納手段１９ｂに格納する。

【００４７】ステップＳ３として、偏向中心から見た偏
向領域内における非点補正値が最大となる方向θ１及び
θ２の決定を行う。０度、９０度方向の非点収差におい
て非点補正値が最大となる方向を示す角度θ１を例にと
ると、偏向位置と非点補正コイル８による補正値とは、
係数ａ11、ａ12の符号に応じて以下のように表される。

【００４８】

【数８】 ４５度、１３５度方向の非点収差において非点補正値が
最大となる方向を示す角度θ２については、上記（８）
式における係数ａ11、ａ12を係数ａ21、ａ22に置き換え
たものに相当する。このようにして得られた非点補正値
の方向を示す角度θ１及びθ２を、格納手段１９ｃに格
納する。

【００４９】ステップＳ４として、偏向制御手段１０に
含まれるアンプのゲインを以下のような手法を用いて決
定する。非点補正電極に印加する電圧は、上記式群
（４）から明らかなように、偏向位置を（ｘ，ｙ）とす
ると電極Ｅ１に関してはＶ´_E1＝Ｖ0 （ｘ）（１＋Ｋ１
ｃｏｓθ１）と表される。このうち、偏向電圧はＶ0
（ｘ）であり、非点補正電圧はＶ0 （ｘ）・Ｋ１ｃｏｓ
θ１である。ここで、上述した偏向位置（ｘ，ｙ）と非
点補正コイル８による補正値Δｓ１の関係式と、補正感
度ｂ１、ｃ２とを用いると、電極Ｅ１に印加すべき非点
補正電圧は以下のように表される。 Ｖ0 （ｘ）・Ｋ１・ｃｏｓθ１＝Δｓ１・（ｘ，ｙ）ｂ１＋Δｓ２・（ｘ，ｙ ）ｃ２ （９）

【００５０】又、電極Ｅ２に印加すべき非点補正電圧は
以下のように表すことができる。 Ｖ0 （ｘ）・Ｋ２・ｃｏｓθ２＝Δｓ２・（ｘ，ｙ）ｂ２＋Δｓ２・（ｘ，ｙ ）ｃ１ （１０）

【００５１】ここで、０度、９０度方向の非点収差にお
ける変数をＫ１、４５度、１３５度方向の非点収差にお
ける変数をＫ２とする。

【００５２】この（９）及び（１０）式を以下のように
変形し、変数Ｋ１、Ｋ２を求めることができる。 Ｋ１＝Δｓ（ｘ，ｙ）（ｂ１＋ｃ２）／ｃｏｓθ１ （１１） Ｋ２＝Δｓ（ｘ，ｙ）（ｂ２＋ｃ１）／ｃｏｓθ２ （１２） 得られた変数Ｋ１及びＫ２を、変数格納手段１９ｄに格
納する。

【００５３】ステップＳ５として、変数格納手段１９ｄ
に格納した変数Ｋ１と、非点補正方向格納手段１９ｃに
格納した非点補正方向が最大となる方向を示す角度θ１
とで表される０度、９０度方向の非点収差における偏向
制御手段のアンプのゲイン補正値±Ｋ１ｃｏｓθ、±Ｋ
１ｓｉｎθを用いて電極Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７に関す
る偏向制御手段の動作を制御し、変数Ｋ２と角度θ２と
で表される４５度、１３５度方向の非点収差における偏
向制御手段のアンプのゲイン補正値±Ｋ２ｃｏｓθ、±
Ｋ２ｓｉｎθを用いて電極Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６、Ｅ８に関
する偏向制御手段の動作を制御することで、偏向位置に
応じた非点収差の補正を行う。

【００５４】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。一般に、荷電ビーム描画装置では非点収差と
は別に、電子ビームの偏向位置に依存して偏向位置のず
れや歪みが発生する。そこで、一般には偏向位置に応じ
て多項式を用いた偏向位置の校正を行なっている。

【００５５】しかし、上記第１の実施の形態に従って非
点補正電圧を静電型偏向器に重畳させて非点収差の補正
を行うと、この補正が原因となって新たな偏向位置歪み
が発生する場合がある。例えば、図９において破線Ｌ１
１で示された歪みのない理想的な偏向位置に対し、非点
収差補正を行うことにより、実線Ｌ１２で示されたよう
な歪みが発生することがある。このような現象は、電子
ビームを偏向することによるビーム軌道のずれや、偏向
器の中心とレンズ中心とのずれ、あるいは各電極に印加
する偏向電圧のばらつき、レンズや偏向器の加工及び組
み立て誤差に起因するものと考えられる。

【００５６】このような歪みに対し、第２の実施の形態
では図１０のフローチャートに示されたような手順に従
い、非点収差補正を行った後に偏向位置歪みの校正処理
を行う。ステップＳ１１として、レンズ、アライメン
ト、焦点、偏向位置歪み等に対して、一般に用いられて
いる通常の手法によりビーム校正を行う。

【００５７】ステップＳ１２として、上記第１の実施の
形態に従って偏向制御手段１０のゲインの決定を行う。
ステップＳ１３として、求めたゲインを偏向制御手段１
０に設定し、非点収差補正を行う。

【００５８】ステップＳ１４として、偏向位置の校正処
理を行う。

【００５９】多くの場合は、上記ステップＳ１１からＳ
１４までの処理を１回行うことで、十分な非点収差の補
正を行うことができる。しかし、装置の組み立て誤差が
大きいような場合、あるいはビームの偏向位置に対する
精度がより高く要求される場合には、ステップＳ１２か
らステップＳ１４までの処理を、必要な精度が得られる
まで複数サイクル繰り返してもよい。

【００６０】偏向位置の歪みを校正する具体的な手順は
以下のようである。ステージ６を移動してビーム校正用
マーク７を偏向領域範囲内で移動し、各偏向位置におい
てビーム校正用マーク７を電子ビームで走査しビームプ
ロファイルを計測する。さらに、レーザ測長手段１４を
用いて測定したステージ位置からビームの位置を算出す
る。即ち、ステージ位置を基準として所望の偏向位置と
測定により得られた実際の偏向位置との関係を多項式を
用いて関係付けることで、歪みをなくすようには校正し
ていくことができる。

【００６１】上述した実施の形態はいずれも一例であっ
て、本発明を限定するものではない。例えば、上記実施
の形態では偏向中心における非点収差の補正を非点補正
コイルを用いて行っている。しかしこれに限らず、オク
タポール電極等を用いて静電的に補正してもよい。オク
タポール電極等を用いる場合、非点収差の補正用にこの
電極のみを用いてもよいが、偏向器を非点収差補正用に
兼用することがより望ましい。偏向器を補正用に兼用す
る場合は、偏向中心において通常は偏向用の電圧を偏向
器に印加しないが、非点収差を補正するためのオフセッ
ト電圧を印加することになる。上記実施の形態では静電
型偏向器を用いているが、電磁型偏向器を用いても本発
明を同様に適用することができる。即ち、電磁型偏向器
を用いる場合にも、偏向量を制御する電流アンプのゲイ
ンを本発明に従って設定することにより、非点収差を補
正することができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、偏向中心から見た偏向
領域内における非点補正値が最大となる方向がいかなる
場合であっても、非点収差の補正を行うことが可能であ
り、高精度なパターン描画を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による荷電ビーム描
画装置の構成を示したブロック図。

【図２】同実施の形態による荷電ビームの非点収差の補
正方法に従い補正処理を行う手順を示したフローチャー
ト。

【図３】同実施の形態による荷電ビーム描画装置におけ
る静電型偏向器が有する８極の電極の配置を示した平面
図。

【図４】同実施の形態において８極の電極に印加する電
圧と電子ビームの拡がりとの関係を示した説明図。

【図５】非点補正値が最大となる方向が４５度である場
合に、同実施の形態において電子ビームの偏向位置とそ
のときの電極に印加すべき非点収差補正用電圧との関係
を示した説明図。

【図６】偏向器に印加する偏向用電圧とこれに加算され
る非点収差補正用電圧とを示したグラフ。

【図７】非点補正値が最大となる方向が９０度である場
合に、同実施の形態において電子ビームの偏向位置とそ
のときの電極に印加すべき非点収差補正用電圧との関係
を示した説明図。

【図８】非点補正コイルによる非点補正値と、静電型偏
向器の電極に印加する非点補正電圧との関係を示したグ
ラフ。

【図９】非点補正電圧を電極に印加した場合における電
子ビームの移動を示す平面図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態による荷電ビーム
の非点収差の補正方法に従い補正処理を行う手順を示し
たフローチャート。

【図１１】従来の荷電ビーム描画装置の構成を示したブ
ロック図。

【図１２】電子ビームの偏向位置に応じて非点収差の大
きさが変化する様子を示したグラフ。

【図１３】図１２をＸＹ平面上に投影し、非点補正コイ
ルによる非点補正値を等高線で示したグラフ。

【図１４】本発明の第１、第２の実施の形態において用
いられる補正感度を示す説明図。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 電子ビーム ３ 対物レンズ ４ 静電型偏向器 ５ 試料 ６ 可動ステージ ７ マーク台 ８ 非点補正コイル ９ 制御手段 １０ 偏向制御手段 １１ レンズ制御手段 １２ 非点補正コイル制御手段 １４ レーザ測長手段 １５ ステージ位置制御手段 １６ 検出アンプ １９ 制御手段 １９ａ 補正感度格納手段 １９ｂ 係数格納手段 １９ｃ 非点補正方向格納手段 １９ｄ 変数格納手段 Ｅ１〜Ｅ８ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高 松 潤 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 玉 虫 秀 一 東京都中央区銀座四丁目２番11号 東芝 機械株式会社内 (72)発明者 山 崎 聡 東京都中央区銀座四丁目２番11号 東芝 機械株式会社内 (72)発明者 西 村 慎 祐 東京都中央区銀座四丁目２番11号 東芝 機械株式会社内 (72)発明者 山 田 裕 和 東京都中央区銀座四丁目２番11号 東芝 機械株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−65419（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−258347（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−201701（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−124883（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−307136（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料上に荷電ビームを照射して該試料上に
   所望のパターンを描画する荷電ビーム描画装置におい
   て、 荷電ビームを試料上の所望の位置に偏向する偏向器と、 前記偏向器の動作を制御する偏向制御手段と、 試料上の偏向中心における非点収差を補正する非点収差
   補正手段と、 予め測定して得られた前記非点収差補正手段による非点
   収差補正値と前記偏向器に印加する非点収差補正電圧と
   の関係を示す第１の情報と、予め測定して得られた前記
   非点収差補正手段による非点収差補正値と前記偏向器に
   よりもたらされる偏向位置との関係を示す第２の情報
   と、前記第２の情報を用いて得られた偏向中心から見た
   偏向領域内における非点収差補正値が最大となる方向を
   示す第３の情報とを格納し、前記第１、第２及び第３の
   情報を用いて得られたゲイン補正値に基づいて前記偏向
   制御手段の増幅動作を制御することで非点収差の補正を
   行う制御手段と、 を備えることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、非点収差の補正を行うこ
   とにより生じた荷電ビームの偏向位置歪の校正をさらに
   行うものであることを特徴とする請求項１記載の荷電ビ
   ーム描画装置。
3. 【請求項３】電子銃から出力された荷電ビームを試料上
   の所望の位置に偏向する偏向器と、前記偏向器の動作を
   制御する偏向制御手段と、試料上の偏向中心における非
   点収差を補正する非点収差補正手段とを有し、試料上に
   荷電ビームを照射して所望のパターンを描画する荷電ビ
   ーム描画装置における荷電ビームの非点収差を補正する
   方法において、 前記非点収差補正手段による非点収差補正値と前記偏向
   器に印加する非点収差補正電圧との関係を示す第１の情
   報を求めるステップと、 前記非点収差補正手段による非点収差補正値と前記偏向
   器によりもたらされる偏向位置との関係を示す第２の情
   報を求めるステップと、 前記第２の情報を用いて、偏向中心から見た偏向領域内
   における非点収差補正値が最大となる方向を示す第３の
   情報を求めるステップと、 前記第１、第２及び第３の情報を用いて、前記偏向制御
   手段のゲイン補正値を求めるステップと、 求めた前記ゲイン補正値を用いて、前記偏向制御手段の
   動作を制御することで非点収差の補正を行うステップ
   と、 を備えることを特徴とする荷電ビームの非点収差補正方
   法。
4. 【請求項４】電子銃から出力された荷電ビームを試料上
   の所望の位置に偏向する偏向器と、前記偏向器の偏向動
   作を制御する偏向制御手段と、試料上の偏向中心におけ
   る非点収差を補正する非点収差補正手段とを有し、試料
   上に荷電ビームを照射して所望のパターンを描画する荷
   電ビーム描画装置における荷電ビームの非点収差を補正
   する方法において、 前記非点収差補正手段による非点収差補正値と前記偏向
   器に印加する非点収差補正電圧との関係を示す第１の情
   報を求めるステップと、 前記非点収差補正手段による非点収差補正値と前記偏向
   器によりもたらされる偏向位置との関係を示す第２の情
   報を求めるステップと、 前記第２の情報を用いて、偏向中心から見た偏向領域内
   における非点収差補正値が最大となる方向を示す第３の
   情報を求めるステップと、 前記第１、第２及び第３の情報を用いて、前記偏向制御
   手段のゲイン補正値を求めるステップと、 求めた前記ゲイン補正値を用いて、前記偏向制御手段の
   動作を制御することで非点収差の補正を行う非点収差補
   正ステップと、 前記非点収差補正ステップを行った後に、試料上におけ
   る荷電ビームの偏向位置歪みの校正を行う校正ステップ
   と、 を備え、前記非点収差補正ステップ及び前記校正ステッ
   プの組み合わせを少なくとも１回行うことを特徴とする
   荷電ビームの非点収差補正方法。