JP2003051435A - 電子線描画装置および電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子線描画機において、ドリフトの影響を排し
て高精度かつ正確に偏向補正のゲインを調節し、高い補
正精度を得ることで、描画精度を向上する。 【解決手段】像観察中にステージ１を連続的に低周波で
振動させ、振動変位を検知して偏向補正を加えつつ、振
動中に偏向ゲインを変化させ、観察像の振動を少なくす
るよう調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い描画精度の要
求される電子線描画装置、測長ＳＥＭ等の電子顕微鏡等
の電子線観察装置全般に関係する。

【０００２】

【従来の技術】電子線描画装置において、描画精度を向
上するために、描画する点の位置を調節する電子線の偏
向量と、ステージの移動量の比を、ちょうど一対一にな
るように、２つの縮尺を正確に合わせるという調整を行
う。ここで取り上げるのは、この調整方法に関する技術
である。

【０００３】従来、電子線描画装置においては、描画精
度を高精度化するために、特開昭５３−６７３６５号公
報記載のように、ステージをステッピング移動し、ステ
ージ静止中に観察されるマークまたはバーニア（スケー
ル）の位置（変位）を検出し、この情報と、ステージの
移動量を検出する手段（レーザ測長・レーザスケール
等）を用いて測定したステージの実際の変位量の情報を
元に、ステージの位置を数点へ移動し、各々静止した状
態でマーク・パターンの位置を検出し、これら数点のス
テージ変位とマークの検出位置を測定した情報を元に、
電子線の偏向誤差を算出して偏向ゲインを調節してい
た。この手法は、基本的には近年でもほぼ同様に用いら
れており、例えば特開平１１−２６０６８７号公報にて
も、ステージ移動と静止像観察によるマーク検出によっ
て、偏向誤差補正を行っている。

【０００４】この偏向誤差補正式は、簡易的には、ジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス
・３６巻（１９９７年）７７４１頁から７５４５頁に記
載のように、次に示す（１）式および（２）式の形で表
され、偏向誤差は、変位量に比例したゲイン誤差と、ス
テージ変位方向と偏向器の方向がずれることによる回転
成分の誤差を補正する回転補正ゲインと、楕円的または
双曲線的な誤差を生ずる楕円偏向補正ゲインとを調節す
ることによって、補正される。

【０００５】

【数１】 さらに正確に補正するためには、ジャーナル・オブ・バ
キューム・サイエンス・アンド・テクノロジーズ・Ｂ１
７巻（１９９９年）２９０７頁から２９１１頁に記載の
ように、次の（３）式および（４）式で示される三次の
多項式で補正する方法がある。この場合、偏向誤差は、
上記の比例・回転・楕円成分の誤差の補正以外に、２次
・３次の補正項成分の補正が加えられる。

【０００６】

【数２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の補正方法では、十数点〜数十点におよぶ測定点におい
て、ステージを静止して像観察を繰返さねばならず、測
定に時間がかかるという課題を有した。このように、全
ての点の測定を終えるまでの時間が長いと、電子線のド
リフトや、ステージ機械系のドリフトによって、時間と
共に検出位置のズレが生じるため、正確な偏向ゲインが
設定できずに、描画時の位置誤差となっていた。

【０００７】本発明の目的は、ドリフトの影響を受けず
に正確な偏向ゲイン調整を可能にして高精度な電子線描
画装置や測長ＳＥＭ等の電子顕微鏡を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ドリフトの影響によるゲイン設定誤差を
取り除くために、ステージを連続的に往復運動（振動）
させながら、その往復運動（振動）と同時に偏向補正を
行って、観察画像が揺れないようにゲインを調節する手
法を特徴とする。

【０００９】また、本発明は、この手法を実現するため
に、観察画面のスキャニング信号と同時に、ステージの
位置誤差に対応する偏向補正信号を上乗せできるよう構
成された観察系・偏向補正系を構成することにある。

【００１０】また、本発明は、基板（ウエハ）を載置し
て二次元的に変位可能なステージと、電子線源、該電子
線源から出射された電子線を集束させるフォーカスレン
ズ、および前記電子線を偏向させる偏向器を有する電子
光学系とを備え、描画パターンに基いて前記ステージを
移動させながら前記フォーカスレンズにより集束された
電子線を前記偏向器により偏向させて前記基板に照射し
て描画するように構成した電子線描画装置であって、前
記ステージを、０．５〜５Ｈｚ程度の低周波で連続的に
振動させるステージ制御手段と、該ステージ制御手段に
より前記ステージを振動させている状態で前記偏向器で
電子線を偏向させる偏向ゲインを可変に調節する偏向ゲ
イン調節手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、前記電子線描画装置であ
って、前記ステージを、０．５〜５Ｈｚ程度の低周波で
連続的に振動させるステージ制御手段と、前記ステージ
上（ステージ上に設置された基板上または試料上）に前
記電子線を照射して得られる二次電子または反射電子を
検出して観察像を得る観察手段と、前記ステージ制御手
段により前記ステージを振動させている状態で前記観察
手段で得られる観察像を基に前記偏向器で電子線を偏向
させる偏向ゲインを可変に調節する偏向ゲイン調節手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、前記電子線描画装置であ
って、前記ステージを、０．５〜５Ｈｚ程度の低周波で
連続的に振動させるステージ制御手段と、前記ステージ
上に設置された基板上または試料上のマークに電子線を
照射して得られる二次電子または反射電子を検出して観
察像を得る観察手段と、該観察手段で得られた観察像に
おける揺れ量を検知する検知手段と、前記ステージ制御
手段により前記ステージを振動させている状態で前記検
知手段で検知される観察像の揺れ量を基いて前記偏向器
で電子線を偏向させる偏向ゲインを可変に調節する偏向
ゲイン調節手段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、前記電子線描画装置のス
テージ制御手段において、ステージの振動範囲を一定範
囲内で任意に調節可能に構成することを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記電子線描画装置のス
テージ制御手段において、偏向ゲインの調節時に、前記
ステージを、直交する二方向に同時に振動させるように
構成することを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、前記電子線描画装置にお
いて、前記偏向ゲイン調節手段によって偏向ゲインを可
変に調節する偏向器としては、静電偏向型で構成するこ
とを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、前記電子線描画装置の偏
向ゲイン調整手段において、可変に調節する偏向ゲイン
として、比例成分の補正ゲインと回転成分の補正ゲイン
とを含むことを特徴とする。

【００１７】また、本発明は、前記電子線描画装置の偏
向ゲイン調整手段において、可変に調節する偏向ゲイン
として、比例成分の補正ゲインと回転成分の補正ゲイン
と双曲線成分の補正ゲイン（楕円偏向補正ゲイン）とを
含むことを特徴とする。

【００１８】また、本発明は、前記電子線描画装置のス
テージ制御手段において、偏向ゲインの調節時に、前記
ステージを、直交する二方向について同期して振動さ
せ、その位相を０度または１８０度付近に選択可能に構
成したことを特徴とする。

【００１９】また、本発明は、前記電子線描画装置のス
テージ制御手段において、偏向ゲインの調節時に、前記
ステージを、直交する二方向について異なる周波数で同
時に振動させるように構成することを特徴とする。

【００２０】また、本発明は、試料を載置して二次元的
に変位可能なステージと、電子線源、該電子線源から出
射された電子線を集束させるフォーカスレンズ、および
前記電子線を偏向させる偏向器を有する電子光学系と、
該電子光学系で電子線を前記試料に照射して得られる二
次電子または反射電子を検出して観察像を得る観察手段
とを備えた電子顕微鏡であって、前記ステージを、０．
５〜５Ｈｚ程度の低周波で連続的に振動させるステージ
制御手段と、該ステージ制御手段により前記ステージを
振動させている状態で前記偏向器で電子線を偏向させる
偏向ゲインを可変に調節する偏向ゲイン調節手段とを備
えたことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子線描画装
置や測長電子顕微鏡の実施の形態について、図１〜図８
を用いて説明する。なお、以下においては、往復運動と
振動は、ほぼ同義であるが、特にステージを故意に駆動
して生じる低周波（０．５〜５Ｈｚ）の往復運動につい
ては、振動とも記述する。

【００２２】まず、装置の基本構成について説明する。

【００２３】図１は、偏向機能を有する電子線描画装置
の全体の機械的構成例を示す図である。偏向機能を有す
る電子線描画装置は、電子銃３からの電子線４を、真空
中に設置したＸＹステージ１上のウエハ（基板）２に対
して落射し、偏向とブランキングによって微細なパター
ンを描画する構成となっている。まず、その全体構成を
説明する。

【００２４】電子光学系は、電子線４を発生する電子銃
３と、該電子銃３から発生した電子線４を加速する加速
電極３２と、電子線４の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する
ブランキング電極１５と、電子線４を偏向させる主偏向
器１４および静電偏向電極７と、基板(ウエハ)２から発
生する二次電子または反射電子を収集して検出する散乱
電子収集電極１８とを備えて構成される。当然電子光学
系には、電子銃３から発生した電子線を絞る主フォーカ
スコイル４１が設けられている。更に、高速焦点調節の
ための高速フォーカスコイル４０が設けられている。

【００２５】除振台５上には真空チャンバ６が設置さ
れ、該真空チャンバ６の内部には二次元（平面）的に可
動なＸＹステージ１が設置される。更に、真空チャンバ
６には、真空排気系と搬入室１０とが備えられ、ロータ
リーポンプ１１とターボ分子ポンプ１２の二つの真空ポ
ンプによって、真空チャンバ内を１０のマイナス７乗ミ
リバールまで排気できるように構成される。更に、高精
度な描画のために、振動を生じないようにイオンポンプ
１３が併設される。このようにイオンポンプ１３を併設
することにより、ロータリポンプ１１とターボ分子ポン
プ１２を停止しても、高真空を維持できるよう構成され
る。描画対象であるウエハ２は、二つのゲートに挟まれ
た搬入室１０を介して、大気中から真空内部へ導入され
て、ＸＹステージ１上へ載置される。

【００２６】更に、ウエハ２の高さを検知する基板高さ
センサ１６を含めて、電子線の筆先となる焦点の位置を
調節するオートフォーカスの機能が備えられている。ま
た、ステージ１上には、ウエハの横に、十字マーク１７
のパターンが描画された十字マーク試料３７が搭載され
る。そして、散乱電子収集電極１８は、電子線を十字マ
ーク（基準マーク）１７に照射した際、十字マーク１７
からの電子線の二次電子または反射電子を検出すること
によって、レーザ測長計２５で測長されるＸＹステージ
１の座標系（十字マーク１７の座標系）に対する電子線
の光軸の基準出しが可能となる。

【００２７】なお、十字マーク１７は、ウエハとは別に
用意された試料である必要はなく、ウエハ上にあらかじ
め描画された任意のパターン（マーク）であってもよ
い。以後わかりやすくするため、これらを代表して十字
マークとして記す。

【００２８】以上のように構成されることにより、電子
銃３から発生した電子線４は、加速電極３２に印加され
た高電圧により加速され、前記ＸＹステージ１上に据付
けられたウエハ（基板）２上に落射される。このとき、
電子線４の位置が主偏向器１４、および静電偏向電極７
の両方の制御によって変化し、さらに電子線の照射のＯ
Ｎ／ＯＦＦがブランキング電極１５に印加される電圧に
応じて制御される。

【００２９】電子銃３とウエハ２との途中には、静電偏
向電極７が設けられ、この電極間に電圧を印加すること
によって、図３及び図４に示す如く、電子線４の軌跡を
曲げることができ、ウエハ２上への電子線の照射位置を
走査することができる。静電偏向電極７は、レーザ測長
計２５で測長されるＸＹステージ１の変位に基いてＸＹ
ステージ１を駆動して往復運動も含めて移動させる走査
制御系８につながっており、走査制御系８もしくは該走
査制御系８を制御する描画制御器１９からウエハ上に描
画するパターンに応じた偏向電圧が印加される。

【００３０】次に、本発明に係る電子線描画装置の信号
系の構成について図２を用いて説明する。制御系は、大
きく分けて、カラムと呼ばれる電子光学系（含む電子
銃）の制御部と、ＸＹステージ１の駆動制御系・位置検
出系と、真空排気系と、パターンの描画を司る描画制御
器１９から成る。電子光学系の制御部は、走査電子顕微
鏡と同様に、電子銃３を加熱する電子銃電源３６と、加
速電極３２に加速電圧を印加する加速電圧電源２０と、
描画制御器１９からの制御指令に基いてブランキング電
極１５に印加するブランキング信号を発生するブランキ
ングアンプ３９と、走査信号発生器３４から得られる走
査信号に基いて主偏向器１４を制御する主偏向信号を発
生する走査偏向器用アンプ２１と、基板高さセンサ１６
で検知されて基板高さセンサ回路２４から得られる基板
の高さに応じた信号を基に電子線を基板上に焦点調節す
るように高速フォーカスコイル４０に電圧を印加する高
速フォーカスコイル用アンプ２３と、電子線を十ナノま
たはそれ以下に絞る電圧を主フォーカスコイル４１に印
加する主フォーカスコイル用アンプ２２と、描画制御器
１９からの制御指令およびレーザ測長計２５で測定され
るＸＹステージ１の変位に基いて制御される偏向補正量
調整器２６からの偏向補正量信号を基に静電偏向電極７
を制御する高速偏向器用アンプ２７とで構成される。な
お、散乱電子ディテクタ用アンプ３５は、散乱電子収集
電極１８で検出された二次電子や反射電子の信号を増幅
してＡ／Ｄ変換して画像表示器３０に入力する。画像表
示器３０には、走査信号発生器３４からの走査信号も入
力されることになる。

【００３１】フィードバックＰＩＤ回路２８は、Ｘ軸用
およびＹ軸用が設けられ、レーザ測長計２５で測長され
たＸＹステージ１の変位信号と、描画制御器１９からの
（ＸＹステージ１の）移動制御信号とが入力され、それ
ぞれＸＹステージ１を駆動するモータドライバ２９に駆
動信号を出力する。

【００３２】真空排気系制御器３８は、ロータリーポン
プ１１、ターボ分子ポンプ１２、およびイオンポンプ１
３を制御する。

【００３３】以上説明したように、電子光学系の制御部
では、散乱電子収集電極１８によって検出した二次電子
または反射電子の強度を、走査信号発生器３４から得ら
れる偏向位置と同期させて画像表示器３０の画面に表示
することにより、電子顕微鏡と同様の観察像を得ること
ができるようになっている。これら電子光学系の制御に
ついては、走査電子顕微鏡と同様である。

【００３４】さらに、電子銃電源３６により電子銃３を
加熱して、電子銃３にて発生した電子線を、加速電圧電
源２０の印加電圧にて加速し、走査偏向器用アンプ２１
の電圧に従って位置を走査させ、主フォーカスコイル用
アンプ２２・高速フォーカスコイル用アンプ２３の電圧
に従ってその焦点を調節する。基板高さセンサ回路２４
の出力を高速フォーカスコイル用アンプ２３にフィード
・フォワードすることによって、焦点位置を自動調節す
る。

【００３５】ＸＹステージ１は反射鏡３３を備えてお
り、ＸＹステージ１の位置は、レーザ測長計２５にて測
定される。そして、偏向補正量調整器２６は、描画制御
器１９から得られるＸＹステージ１の目標位置とレーザ
測長計２５で測長されるＸＹステージ１の変位（位置）
との間の制御誤差を検知する。この制御誤差は、高速偏
向器用アンプ２７を介して、静電偏向電極７にフィード
フォワードすることで補償する。

【００３６】ＸＹステージ１は、Ｘ軸・Ｙ軸各々、比例
帯を有するＰＩＤ制御（誤差比例成分（Ｐ）・時間積分
成分（Ｉ）・時間微分成分（Ｄ）の各成分に応じて駆動
力を調節する制御方式）の機能を有するフィードバック
ＰＩＤ回路２８を介して、モータドライバ２９により制
御される。なお、比例帯幅およびＰＩＤ係数は、描画制
御器１９より設定変更できるようになっている。

【００３７】次に、静電偏向電極７の偏向量を決める、
偏向補正量調整器２６の動作例について説明する。偏向
補正ゲインの調節系は、３つの偏向補正ゲインの調節機
能を備えており、（１）比例ゲイン、（２）回転補正ゲ
イン、（３）楕円偏向補正ゲインの調整機能を持つ。上
記（１）式および（２）式に示されるように、（１）比
例ゲイン（ａ，ｄ）は、上記ＸＹステージ１のずれ方向
と同方向の静電偏向電極７に印加するの比例係数を調節
する。（２）回転補正ゲイン（ｂ，ｅ）は、上記静電偏
向電極７によって走査されるＸＹ軸と、ＸＹステージ１
のＸＹ軸の方向の回転角成分のずれを補正する。（３）
楕円偏向ゲイン（ｃ，ｆ）は、Ｘ方向とＹ方向の静電偏
向補正電圧が同時に加わった際に、印加電圧と電子線の
補正偏向量の関係が、わずかに直線関係からずれること
を補正する。これは、Ｘ偏向量とＹ偏向量の乗算成分
（ｘｙ）を各軸に対して印加することで補正される。

【００３８】本発明は、これら各項目の偏向補正ゲイン
の調節方法に特徴がある。

【００３９】次に、本発明による、これらのゲインの調
整方法の原理を、図３および図４を用いて説明する。電
子線描画機の構成のうち、本調整に関わる部分を抜粋し
たものが図３である。例えば、偏向補正量調整器２６
は、描画制御器１９によって与えられるＸＹステージ１
の目標位置５０と、レーザ測長計２５によって測定され
るＸＹステージ１の変位５１との間の位置誤差を算出
し、該算出される誤差量を増幅器２７で増幅し、その電
圧を静電偏向電極７に印加して、電子線４を偏向して、
丁度誤差量と同じ値だけ位置シフトするように制御す
る。これと同時に、走査信号発生器３４にてノコギリ波
状の高周波走査電圧を発生させて主偏向器１４に印加す
る。

【００４０】上記走査電圧と同期させて、散乱電子収集
電極１８にて検知される電子電流を散乱電子ディテクタ
用アンプ３５を介して増幅し、輝度に変換して画像表示
器３０上に表示させることで、観察画像３１が観察され
る。

【００４１】十字マーク１７のパターンを形成した十字
マーク試料３７をＸＹステージ１上に搭載し、このパタ
ーンを観察することで、観察画像３１上で十字マーク像
が表示される。この状態で、ＸＹステージ１の振動を開
始する。この時、偏向ゲインが完全に調整できていない
と、図３に示すように、ＸＹステージ１の左右への揺動
に対して、偏向補正が正しく追従できず、観察画像３１
では、十字マーク像が左右に揺れる様子が観察される。

【００４２】例えば、偏向補正量調整器２６において、
偏向ゲインが十分に正しく調整されると、ステージの誤
差量と電子線の偏向量が一致して、図４に示すように、
観察像の中心を偏向された電子線が追いかける形とな
り、観察画像３１上では、十字マーク１７が絶えず同じ
位置に観測できるようになる。この観察画像上の十字マ
ーク像の動きが、絶えず止まって見えるように、偏向ゲ
インを調整することで、描画時も、ＸＹステージ１の誤
差を補正して、高精度の描画が可能となる。より細かく
偏向ゲインを調節したい場合は、観察像３１の拡大率を
上げることで、さらに視認性良く、より高精度に調整で
きる。

【００４３】上記フィードバックＰＩＤ回路２８におけ
る上記ＰＩＤ係数は、描画時には、ＸＹステージ１の制
御誤差が少なく安定になるように設定されるが、本発明
によるゲインの調整時には、０．５〜５Ｈｚで、静電偏
向電極７による偏向範囲内で、範囲の半分以上と、大き
な振幅で振動するように設定する。

【００４４】これには、時間微分成分（Ｄ）の係数を一
時的にゼロとし、比例帯幅を静電偏向電極７による偏向
範囲程度に大きく設定することで比較的簡易に実現され
る。ＸＹステージ１の振動の変位は、レーザ測長計２５
にて測定の上、静電偏向電極７に印加するフィードフォ
ワードの機能を有効にしておく。なお、振動の形は、必
ずしも正弦波振動である必要はなく、三角波駆動でも、
ステップ移動による往復運動（台形駆動・方波形駆動）
でも良く、上記の振動周波数にて往復運動を行えばよ
い。また、この段階では、各偏向補正ゲインは正しく調
節されている必要はない。

【００４５】なお、上記の振動周波数として０．５〜５
Ｈｚを選択した理由は、次のようである。

【００４６】振動的変位を用いて偏向調整を行う場合、
電子光学系や真空チャンバ６等の機械的な振動による変
位の影響による誤差を、最小限に抑え、しかも機械的共
振を誘発しないためには、５Ｈｚ以下程度とする必要が
ある。

【００４７】一方、連続的に振動の様子を観察できるた
めには、２秒に１往復程度の周期（０．５Ｈｚ）で、往
復を繰返す必要がある。この往復が遅すぎると、調整に
時間がかかり、本手法の特徴であるドリフト誤差を低減
しきれない。

【００４８】以上より、本手法による調整では、往復運
動（振動）の周波数は０．５〜５Ｈｚ程度が適してい
る。

【００４９】次に、静電偏向電極７に対する比例ゲイン
・回転補正ゲインの調整の実施例について説明する。

【００５０】この状態で、ＸＹステージ１のＸ軸のみを
振動させ、実時間的に電子線走査で電子顕微鏡像を得る
と、ステージの揺れに従って、図３の３１で示すよう
に、観察される顕微鏡像が振動して見える。この振動を
止めるように静電偏向電極７に対する（１）比例ゲイン
（ａ）と（２）回転補正ゲイン（ｅ）を調節する。ＸＹ
ステージ１のＸ軸方向と、静電偏向電極７のＸ方向が機
械的にほぼ一致している場合、（１）の比例ゲインの調
節がほとんどで、（２）の回転補正ゲインは、（１）の
動きと垂直な微動成分を止めるのみで済む。

【００５１】今度は、Ｘ軸ステージの振動を止め、Ｙ軸
ステージのみを振動させる。同様に、観察される顕微鏡
像の振動を止めるように静電偏向電極７に対する（１）
比例ゲイン（ｄ）と（２）回転補正ゲイン（ｂ）を調節
する。

【００５２】以上の手順によって、比例ゲイン（ａ，
ｄ）と回転補正ゲイン（ｂ，ｅ）を決定することができ
る。なお、振動を止めている方のステージの位置誤差
は、偏向補正範囲に比較して、十分に小さい誤差に留め
ておくことで、次の楕円偏向補正ゲイン（ｃ，ｆ）も正
確に調節することができる。

【００５３】次に、静電偏向電極７に対する楕円偏向補
正ゲインの調整の実施例について説明する。

【００５４】最後に、今度は、Ｘ軸とＹ軸を同時に振動
させて、楕円偏向補正ゲインを調整する。上述したよう
に、比例ゲインと回転補正ゲインが十分調節されていれ
ば、ほとんど顕微鏡像上の振動は見えない程度までに調
整されるが、それでも、フィードバックＰＩＤ回路２８
の各々で駆動するＸ軸とＹ軸の振動の位相が０度または
１８０度に近くなると、わずかな顕微鏡像上の残振動
が、図５に示すように観察される。図５は、フィードバ
ックＰＩＤ回路２８の各々でＸステージとＹステージが
同位相（＝０度）で振動させる場合の観察像の揺れ方で
あり、４５度斜めの方向に振動しているように観察され
る。この残振動を止めるよう、同様に（３）楕円偏向補
正ゲイン（双曲線補正ゲイン）（ｃ、ｆ）を調節する。
この際、Ｘ軸とＹ軸の振動の位相が、０度または１８０
度で常に一致または反一致していると、誤差が絶えず大
きく現れる状態となるため、顕微鏡像の振動が分かりや
すく、調節しやすい。または、Ｘ軸とＹ軸の振動周期
（振動周波数）がずれていて、時間と共に位相が変化す
る状態でも調節は可能である。Ｘ・Ｙステージが、どの
ような位相関係で同時に振動しても、電子線走査で観察
される電子顕微鏡像が静止して見れるように調節できれ
ば、良好に調節が出来ている。

【００５５】このように、フィードバックＰＩＤ回路２
８の各々で異なる周期で振動させる方法では、振動の周
期を非整数倍の関係に設定することによって、ＸＹステ
ージの振動振幅内の平面上を多様な軌跡で運動するの
で、補正式として上記（３）式および（４）式で示すよ
うに、３次以上の多項式を用いた場合でも、各補正項の
係数を定めることができる。これによって、上記にて示
した補正式以外の補正方法に対しても、ステージを振動
させて調節を行う本手法が適用できる。

【００５６】以上説明した偏向ゲインの調整の手順の具
体的実施例を図６に示す。

【００５７】まず、ステップＳ６１において、ＸＹステ
ージ１のサーボ制御をＯＦＦにする。次に、ステップＳ
６２において、各フィードバックＰＩＤ回路２８に対し
て振動条件（０．５〜５Ｈｚの範囲内）を設定する。さ
らに、偏向補正量調整器２６は、ＸＹステージ１の目標
位置と、ＸＹステージ１の変位との間の位置誤差に基く
静電偏向電極７に対する偏向補正をＯＮにする。

【００５８】次に、ステップＳ６３において、Ｘステー
ジの振動をＯＮにした状態で、ステップＳ６４およびＳ
６５において、顕微鏡像３１の振動を止めるように静電
偏向電極７に対するＸ方向比例係数（ａ）とＹ方向回転
補正係数（ｅ）を調節する。次に、ステップＳ６６にお
いてＸステージの振動をＯＦＦにし、ステップＳ６７に
おいて、こんどはＹステージの振動をＯＮにした状態
で、ステップＳ６８およびＳ６９において、静電偏向電
極７に対するＹ方向比例係数（ｄ）とＸ方向回転補正係
数（ｂ）を調節する。次に、ステップＳ７０においてＸ
およびＹステージの両方の振動をＯＮにした状態で、ス
テップＳ７１およびＳ７２において、静電偏向電極７に
対するＸ方向楕円補正係数（ｃ）とＹ方向楕円補正係数
（ｆ）を調節する。次に、ステップＳ７３において、Ｘ
およびＹステージの振動をＯＦＦして終了となる。この
ように、ステージの振動のさせ方によって、各偏向ゲイ
ンを順に調整の上設定していくことができる。

【００５９】以上述べたように、本発明による偏向ゲイ
ンの調整方法においては、ステージを連続的に振動させ
た状態で、偏向ゲインを調整することが出来る。これ
は、電子線源の電子光学系にドリフト等が生じて、時間
が経つごとに顕微鏡像が平行移動し、流れて観察される
ような状況においても、振動の有無のみを頼りに調節が
行えるため、ドリフトの影響を受けずに正確に偏向ゲイ
ンが調節できるという利点を有している。この点は、特
に電子線描画機や電子顕微鏡において重要であり、荷電
粒子による電荷蓄積によって顕微鏡像が歪むチャージア
ップ現象を避けることができる。

【００６０】従来の電子線描画機で用いられてきた方法
では、ステージを移動して静止し静止画像を測定するこ
との繰返し（ステップ・アンド・リピート）による十数
点〜数十点におよぶ測定点での像観察を行う間の時間が
長いために、ドリフトの影響を大きく受けていたのに対
し、本発明の手法では、振動振幅の大きさのみを検知す
ることで、ゆっくり連続的に変化するドリフトの影響を
排除することができる。また、静電偏向方式において
は、電子の加速電圧によって、偏向量が変化するため、
加速電圧の変更に応じて偏向ゲインを調節する必要があ
り、そのような調節の際に、以前の偏向ゲインを参考に
して、初期値とすることができるため、調整を素早く行
うことができるという利点がある。また、各補正項に相
当する偏向ゲインの計算の処理が不要であり、観察像の
振動を止めるという比較的簡易な手法でパラメータの最
適化が行えるため、プログラムによる自動化を行いやす
い。

【００６１】図７には、その自動調節の手順を示す。例
えば、描画制御器１９によって、ＸＹステージ１のＰＩ
Ｄ制御に振動条件を設定し、その状態で偏向補正量調整
器２６のａ〜ｆのパラメータを変化させ、より観察像の
振動の少ないパラメータを探すという方法で自動調節が
行える。振動量の検知は、図８に示すように、例えば、
描画制御器１９において、画像表示器３０から得られる
振動中の観察画像を、画像表示器３０から得られる静止
状態または時間差をおいた観察画像と、輝度の差分をと
り、その差分量を積算するという画像処理を行うことで
判定することができる。このように、例えば,描画制御
器１９において、積算された差分量の大きさで、画像の
揺れ量を求めることができるため、比較的に簡易に算出
することができる。当然、画像処理装置を画像表示器３
０に接続して新たに設けてもよい。

【００６２】図６において二重枠で示される比例係数の
調節の各部において、図７に示す挟打ち法による係数調
整の手順を繰り返す。即ち、例えば、描画制御器１９
は、ステップＳ７１において、現在の係数（Ｃsrc）よ
り、調整範囲最大値（Ｃmax＝Ｃsrc×（１＋Δtune））
／最小値（Ｃmin＝Ｃsrc×（１−Δtune））を設定す
る。次に、ステップＳ７２において、係数を最大値（Ｃ
max）に設定し、ステップＳ７３においてそのときの観
察像の振動量（Ａmax）を画像処理によって検出する。
次に、ステップＳ７４において、係数を最小値（Ｃmi
n）に設定し、ステップＳ７５においてそのときの観察
像の振動量（Ａmin）を画像処理によって検出する。

【００６３】次に、ステップＳ７６において、係数を最
大値と最小値の中間値（Ｃｍｉｄ＝（Ｃmax＋Ｃmin）／
２）に設定し、ステップＳ７７においてそのときの観察
像の振動量（Ａmid）を画像処理によって検出する。次
に、ステップＳ７８において、ＡmidがＡmaxとＡminと
の間にない場合は終了とする。ＡmidがＡmaxとＡminと
の間にある場合は、ステップＳ７９において、係数を最
小値と中間値の間（Ｃsmaller＝（Ｃmin＋Ｃmid）／
２）に設定し、ステップＳ８０においてそのときの観察
像の振動量（Ａsmaller）を画像処理によって検出す
る。更に、ステップＳ８１において、係数を最大値と中
間値の間（Ｃlarger＝（Ｃmax＋Ｃmid）／２）に設定
し、ステップＳ８２においてそのときの観察像の振動量
（Ａlarger）を画像処理によって検出する。

【００６４】次に、ステップＳ８３において、Ａsmalle
rがＡminとＡmidとの間にある場合はＣsmallerの値をＣ
minにセットし、Ａsmallerの値をＡminにセットする。
次に進み、ステップＳ８５において、ＡlargerがＡmid
とＡmaxとの間にある場合はＣlargerの値をＣmaxにセッ
トし、Ａlargerの値をＡmaxにセットする。この様にし
て調整範囲を更新した後、ふたたびステップＳ７６に戻
り、上記手順が繰り返されて、振動の無い観察像が得ら
れる最適な係数（偏向ゲイン）が挟打ちされて狭められ
て設定されていくことになる。

【００６５】以上説明したように、比例ゲイン、回転補
正ゲイン、楕円偏向ゲインの順で、調整を行うことで、
効率良くこれらの偏向ゲインを調節することができる。
これらによって、比較的シンプルに各偏向ゲインの自動
調節が実現できる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ドリフ
トの影響を受けずに正確な偏向ゲイン調整が行える。像
観察による素早い調節が行え、調節の自動化も比較的簡
易な手順にて確実に行えるという利点を有する。これに
よって高精度な電子線描画機や、高精度な測長電子顕微
鏡を構成することができる。

【００６７】また、本発明によれば、偏向ゲインの調整
機能を持つ電子線描画装置では、高精度の調整が可能な
だけでなく、調整機構や自動調整の仕組みが比較的簡単
に構成できることで、操作性や信頼性も向上するという
効果がある。

【００６８】また、本発明によれば、電子顕微鏡のよう
な観察装置の構成をそのまま利用できるという利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る補正調節を実現する電子線描画装
置の、全体的な機械構成の実施の形態を示す図である。

【図２】本発明に係る補正調節を実現する電子線描画機
の、信号系の構成を示す図である。

【図３】偏向ゲインの調整時におけるステージ変位と偏
向量・観察画像の関係を示す図である。

【図４】偏向ゲインが正しく調節された状態でのステー
ジ変位と偏向量・観察画像の関係を示す図である。

【図５】本発明による、楕円偏向補正ゲインの調節時
の、ステージの振動させ方の実施例を示す図である。

【図６】本発明に係る偏向補正係数（ａ〜ｆ）の調整手
順の実施例を示す図である。

【図７】本発明に係る偏向ゲインの各補正係数の自動調
整を行う手順の流れの実施例を示す図である。

【図８】本発明に係る偏向ゲインの調節時に、画像の振
動量の算出方法を説明する図である。

【符号の説明】

１…ＸＹステージ、２…ウエハ（基板）、３…電子銃、
４…電子線、５…除振台、６…真空チャンバ、７…静電
偏向電極、８…走査制御系、１０…搬入室、１１…ロー
タリーポンプ、１２…ターボ分子ポンプ、１３…イオン
ポンプ、１４…主偏向器、１５…ブランキング電極、１
６…基板高さセンサ、１７…十字マーク、１８…散乱電
子収集電極、１９…描画制御器、２０…加速電圧電源、
２１…走査偏向器用アンプ、２２…主フォーカスコイル
用アンプ、２３…高速フォーカスコイル、２４…基板高
さセンサ回路、２５…レーザ測長計、２６…偏向補正量
調整器、２７…高速偏向器用アンプ、２８…フィードバ
ックＰＩＤ回路、２９…モータドライバ、３０…画像表
示器、３１…観察画像、３２…加速電極、３３…反射
鏡、３４…走査信号発生器、３５…散乱電子ディテクタ
用アンプ、３６…電子銃電源、３７…十字マーク試料、
３８…真空排気系制御器、３９…ブランキングアンプ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年７月３１日（２００２．７．３
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｖ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を載置して二次元的に変位可能なステ
   ージと、 電子線源、該電子線源から出射された電子線を集束させ
   るフォーカスレンズ、および前記電子線を偏向させる偏
   向器を有する電子光学系とを備え、描画パターンに基い
   て前記ステージを移動させながら前記フォーカスレンズ
   により集束された電子線を前記偏向器により偏向させて
   前記基板に照射して描画するように構成した電子線描画
   装置であって、 前記ステージを、０．５〜５Ｈｚ程度の低周波で連続的
   に振動させるステージ制御手段と、 該ステージ制御手段により前記ステージを振動させてい
   る状態で前記偏向器で電子線を偏向させる偏向ゲインを
   可変に調節する偏向ゲイン調節手段とを備えたことを特
   徴とする電子線描画装置。
2. 【請求項２】基板を載置して二次元的に変位可能なステ
   ージと、 電子線源、該電子線源から出射された電子線を集束させ
   るフォーカスレンズ、および前記電子線を偏向させる偏
   向器を有する電子光学系とを備え、描画パターンに基い
   て前記ステージを移動させながら前記フォーカスレンズ
   により集束された電子線を前記偏向器により偏向させて
   前記基板に照射して描画するように構成した電子線描画
   装置であって、 前記ステージを、０．５〜５Ｈｚ程度の低周波で連続的
   に振動させるステージ制御手段と、 前記ステージ上（ステージ上に設置された基板上または
   試料上）に前記電子線を照射して得られる二次電子また
   は反射電子を検出して観察像を得る観察手段と、 前記ステージ制御手段により前記ステージを振動させて
   いる状態で前記観察手段で得られる観察像を基に前記偏
   向器で電子線を偏向させる偏向ゲインを可変に調節する
   偏向ゲイン調節手段とを備えたことを特徴とする電子線
   描画装置。
3. 【請求項３】基板を載置して二次元的に変位可能なステ
   ージと、 電子線源、該電子線源から出射された電子線を集束させ
   るフォーカスレンズ、および前記電子線を偏向させる偏
   向器を有する電子光学系とを備え、描画パターンに基い
   て前記ステージを移動させながら前記フォーカスレンズ
   により集束された電子線を前記偏向器により偏向させて
   前記基板に照射して描画するように構成した電子線描画
   装置であって、 前記ステージを、０．５〜５Ｈｚ程度の低周波で連続的
   に振動させるステージ制御手段と、 前記ステージ上に設置された基板上または試料上のマー
   クに電子線を照射して得られる二次電子または反射電子
   を検出して観察像を得る観察手段と、 該観察手段で得られた観察像における揺れ量を検知する
   検知手段と、 前記ステージ制御手段により前記ステージを振動させて
   いる状態で前記検知手段で検知される観察像の揺れ量に
   基いて前記偏向器で電子線を偏向させる偏向ゲインを可
   変に調節する偏向ゲイン調節手段とを備えたことを特徴
   とする電子線描画装置。
4. 【請求項４】前記偏向ゲイン調整手段において、可変に
   調節する偏向ゲインとして、比例成分の補正ゲインと回
   転成分の補正ゲインとを含むことを特徴とする請求項１
   乃至３の何れか一つに記載の電子線描画装置。
5. 【請求項５】前記偏向ゲイン調整手段において、可変に
   調節する偏向ゲインとして、比例成分の補正ゲインと回
   転成分の補正ゲインと双曲線成分の補正ゲイン（楕円偏
   向補正ゲイン）とを含むことを特徴とする請求項１乃至
   ３の何れか一つに記載の電子線描画装置。
6. 【請求項６】試料を載置して二次元的に変位可能なステ
   ージと、 電子線源、該電子線源から出射された電子線を集束させ
   るフォーカスレンズ、 および前記電子線を偏向させる偏向器を有する電子光学
   系と、 該電子光学系で電子線を前記試料に照射して得られる二
   次電子または反射電子を検出して観察像を得る観察手段
   とを備えた電子顕微鏡であって、 前記ステージを、０．５〜５Ｈｚ程度の低周波で連続的
   に振動させるステージ制御手段と、 該ステージ制御手段により前記ステージを振動させてい
   る状態で前記偏向器で電子線を偏向させる偏向ゲインを
   可変に調節する偏向ゲイン調節手段とを備えたことを特
   徴とする電子顕微鏡。