JPH02144840A - 荷電粒子ビーム装置における自動焦点合せ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子ビーム描画装置や走査ｔ７−顕微鏡等の
電子ビーム装置やイオンビーム描画装置等のイオンビー
ム装置に用いられる自動焦点合せ装置に関する。

（従来の技術） 電子ビーム描画装置等では、描画の開始前に電子ビーム
の焦点合せを行っているが、この焦点合せは、自動的に
行われている。この自動焦点合せとして、３点追い込み
方式が用いられている。この３点追い込み方式を第３図
、第４図を参照して説明する。を子ビームを試料上のマ
ークを横切って走査し、その走査に伴って発生した反射
電子信号等を検出すると、マークのエツジ部分において
鋭いピークが現れる。第３図は反射電子検出信号を示し
ており、縦軸は信号強度、横軸は走査値！である。この
検出信号の最大値Ｄ＋と最小値Ｄ２との間のピークツー
ピーク値は、電子ビームの焦点が合っていればいるほど
大きくなり、又、ピークの幅は焦点が合うほど狭くなる
。

ここで、電子ビームを集束するための集束レンズの励磁
電流を変えながらマークを横切って電子ビームを走査す
ると、反射ｔ′−ｆ等の検出信号のピークツーピーク値
は、第４図に示すように、はぼ放物線状に変化する。こ
の放物線のピーク位置がジャストフォーカス位置である
。３点追い込み方式では、集束レンズの励磁電流をＩｔ
、Ｉ２．Ｉ、に設定し、夫々の励磁電流のときの電子ビ
ームの走査に伴って得られた得られたマーク信号のピー
クツーピーク値Ｐ＋　、Ｐ−、Ｐｓを検出する。

このピークツーピーク値のうち、最も強度の小さな値Ｐ
１を捨て、ピークツーピーク値Ｆ’ｘ、Ｐｓに対応した
電流Ｉ２．Ｉ３を残す。

次に、このＩｓ、Ｉｓとの中間のｇＩＪ磁電流■。

を選び、このときのピークツーピーク値Ｐ４を検出して
３つのピークツーピークＰｘ、Ｐｓ、Ｐ＊を比較し、最
も低い値Ｐ）を捨て、残りの２つのピークツーピーク値
Ｐ２．Ｐ４を残す、同様に、ピークツーピーク値Ｐ２　
、Ｐ４に対応したｔ流Ｉ２、■、の中間の電流Ｉ、で集
束レンズをｆｉＥＩＪ６１、この状態でマークを横切っ
て走査し、ピークツーピーク値Ｐ、を得る。このように
して、常に３点の励磁電流の際のピークツーピーク値を
検出し、そのピークツーピーク値のうちの最も低い値を
捨て、残りの２つのピークツーピーク値に対応した励磁
電流の中間のｌ１ｉＪ７Ｊ磁電流を新たに設定し、この
動作を繰り返すことにより、放物線のピークＰ０の時（
ジャストフォーカスの時）の集束レンズの励磁電流値■
。が求められる。この集束レンズを励磁電流値Ｉ０に設
定した後、所定の電子ビームによる描画が行われる。

（発期が解決しようとする課題） 上述したような焦点合せ方式においては、電子ビームの
集束の程度を評価するためにピークツーピーク値を用い
ているが、このピークツーピーク値は、第４図に示した
放物線のピークの近傍では変化率が小さく、外乱因子の
影響を受は易い、そのため、正確に放物線のピーク部分
を見つけ、高精度で焦点合せを行うことが困難となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的は、高精度に自動的に焦点合わせを行うことができる
荷電粒子ビーム装置の自動焦点合わせ方法を実現するこ
とにある。

（課Ｕを解決するための手段） 本発明に基づく電子ビーム装置における自動焦点合せ方
法は、荷電粒子ビームを材料上で複数回走査し、荷電粒
子ビームの材料への照射に基づいて得られた信号を検出
すると共に、複数回走査毎に荷電粒子ビームの集束レン
ズの強度を変化させ、各レンズ強度のときの検出信号を
評価し、この評価に基づいて集束レンズの強度を設定す
るようにした自動焦点合せ方法において、検出信号のピ
ークの高さと幅の比によって検出信号を評価するように
したことを特徴としている。

（作用） 荷電粒子ビームを試料に照射した結果得られる信号のピ
ークは、焦点が合えば合うほど鋭くなり、ピーク幅が狭
くなることから、ピークの高さと幅の比によって検出信
号を評価する。ペンシル型ビームを試料に照射し、試料
から得られた信号のピークの波形は、はぼ第５図に示す
正規分布曲線で近似することができる。すなわち、ピー
ク波形ｆ（Ｘ）は、次のように表すことができる。

ｆ（ｘ　　ン　＝（１／ｆｆ−〕＝ヨ　・　σ　）・　
ｅ　　＋飄−ｓｌ　　／１２″　１・・・・・・　（１
） この時、ｍはピーク時のＸの値で、ｘ＝ｍでｆ（Ｘ）は
最大値となる。従って、（１）式にＸ＝ｍを代入すると
、ピーク高さＨは、 Ｈ＝ｆ　（ｍ）＝１／　（ｒ丁マ・σ）・・・・・・　
（２） となる、又１曲線ｆ　（ｘ＞の分布幅Ｗは、一般ににσ
（ｋは正の実数）の形で表わされ、その結果、ピーク高
さＨと幅Ｗによってピーク波形ｆ　（ｘ）を近似できる
ことになる。

ここで、ピーク高さＨと６ｗの比は、次のようになる。

Ｈ／Ｗ＝　１／　（ｋ　−ｒＩ１・σ２）・・・・・・
（３） ところで、正規分布曲線ｆ　（ｘ＞の標準面差σを考慮
すると、この標準面差σは、ビームの焦点が合うほど小
さくなり、この値によってビームの焦点の合致した度合
を評価することができる。従って、（２）式のピークの
高さＨでピーク波形の評価を行うよりも、σが２乗で表
わされる（３）式のピークの高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）に
よって評価を行う方が、値が大きく変化するため、より
正確にビームの焦点の合致した度合を知ることができる
。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。第１図は本発明に基づく電子ビーム装置における自動
焦点合せ方法を実施曳する装置の一例を示したもので、
電子ビームＥＢは、集束レンズ１によって試料２上に細
く集束されると共に、偏向器３によって偏向される。４
は集束レンズ電源、５は偏向器制御ユニットであり、電
源４とユニット５は、共にコンピュータ６によって制御
される。試料２への電子ビームＥＢの照射に伴って発生
した、例えば反射電子は、反射電子検出器７によって検
出される。検出器７の検出信号は、増幅器８を介してピ
ーク高さ検出ユニット９、ピーク幅検出ユニットｌＯに
供給される。ピーク高さ検出ユニット９によって求めら
れたピーク高さに応じた信号と、ピーク幅検出ユニット
１０によって求められたピーク幅に応じた信号は演算回
路１１に供給される。演算回路１１で求められたピーク
の高さと幅の比は、コンピュータ６に供給される。

上述した構成における動作は次の通りである。

コンピュータ６は、集束レンズ電源４を制御し、そのレ
ンズ強度を変化させる。この時、コンピュータ６は、集
束レンズが容具なった励磁電流の時に、偏向器３によっ
て試料２上のマークを横切って直線状に電子ビームが走
査されるように、偏向器制御ユニット５を制御する。試
料２への電子ビームの照射によって発生した反射電子は
検出器７によって検出され、増幅器８によって増幅され
た後、ピーク高さ検出ユニット９とピーク幅検出ユニッ
ト１０に供給される。

ピーク高さ検出ユニット９は、第２図（ａ）の検出信号
の最大値り、と最小値Ｄ２とから、ピークツーピーク値
（Ｈに対応）を検出する。ピーク幅検出ユニット１０は
、第２図（ａ）の信号を絶対値反転させて、第２図（ｂ
）の信号を得、更に、この第２図（ｂ）の信号を任意の
レベル値してチエツクし、方形波処理をして第２図（ｃ
）の信号を得る。この第２図（Ｃ）の信号のハイレベル
信号の＠　（ｗ、＋Ｗ２　）を検出し、これを幅Ｗの信
号として出力する。

このようにして得られたＨに対応した信号と、Ｗに対応
した信号は、演算回路１１に供給され、Ｈ／Ｗの値が求
められる。Ｈ／Ｗの信号は、コンピュータ６に供給され
、このコンピュータ６においては、供給された信号に基
づいて、例えば、前記した３点追い込み方式により、焦
点の最も合った状態のときの集束レンズ４の励磁電流Ｌ
０を求めている。このＬｏの値は、コンピュータ６を介
して集束レンズｔ　′ａ４に供給され、集束レンズ１は
り、の励磁電流で励磁されることから、試料２には焦点
の合った電子ビームが照射されることになる。この後、
電子ビーム描画装置にあっては、焦点の合った電子ビー
ムで材料の描画が行われることになる。

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明はこの実
施例に限定されない０例えば、検出信号の内、正負のピ
ーク信号のピークツーピーク値を求めるようにしたが、
検出信号の内特定の１つのピークについて高さと幅を求
めるようにしても良い、又、自動焦点合せの方式として
、３点追い込み方式を用いたが、池の方式にも本発明を
適用することができる。更に、電子ビーム描画装置を例
に説明したが、他の電子ビーム装置やイオンビーム装置
にも本発明を適用することができる。更に又、反射電子
を検出するようにしたが、２次電子を検出するようにし
ても良い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明では、ビームを試料に照射
した結果得られた信号のピークの高さと幅の比に基づい
て、ビームの集束の程度の評価を行うようにしたので、
高さ情報のみによって評価することに比べ、ジャストフ
ォーカスの近傍における変化率が大きくなり、外乱因子
の影響を少なくすることができ、正確にジャストフォー
カス点を見つけ出すことかできるので、高精度の焦点合
ぜを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための電子ビーム描画装置
の一例を示す図、第２図は、ピーク高さと幅の検出ユニ
ットの動作を説明するために用いた信号波形を示す図、
第３図は、マーク検出信号を示す図、第４図は、３点追
い込み方式を説明するための図、第５図は、正規分布曲
線を示す図である。 １・・・集束）／ンズ　　　　　２・・・試料３・・・
偏向器　　　　　　　４・・・集束レンズ電源５・・・
偏向器制御ユニッＩ−６・・・コンピュータ７・・・検
出器　　　　　　　８・・・増幅器９・・・ピーク高さ
検出ユニット １０・・・ピーク幅検出ユニット １１・・・？？！算回路 角等２ 図 イ言号憤 第３ 図 ４Ｊ！強度 走査位１ 第 図 角等 ５口 第５ ３引

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荷電粒子ビームを材料上で複数回走査し、荷電粒子ビー
   ムの材料への照射に基づいて得られた信号を検出すると
   共に、複数回走査毎に荷電粒子ビームの集束レンズの強
   度を変化させ、各レンズ強度のときの検出信号を評価し
   、この評価に基づいて集束レンズの強度を設定するよう
   にした自動焦点合せ方法において、検出信号のピークの
   高さと幅の比によって検出信号を評価するようにしたこ
   とを特徴とする荷電粒子ビーム装置における自動焦点合
   せ方法。