JP2005085984A - 荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 荷電粒子ビームの進行方向とは異なる方向の軸の回りに回転させた試料表面上の、所望の位置に荷電粒子ビームを収束させて、正確に描画を行う荷電粒子ビーム描画装置、および、それを用いた荷電粒子ビーム描画方法を提供する。
【解決手段】 荷電粒子ビームを発生・照射する荷電粒子ビーム源部１と、試料表面の高さを、荷電粒ビームの照射位置とは異なる位置で測定する高さセンサ部４と、荷電粒子ビームを試料の表面の高さに収束する収束レンズ部２と、荷電粒子ビームを偏向させる偏向部３と、試料を保持・移動するステージ部５とからなる荷電粒子ビーム描画装置において、ステージ部５は、荷電粒子ビームの進行方向に平行ではない方向を軸として試料を回転させる回転駆動部５Ａと、荷電粒子ビームの透過を検出する透過ビーム検出部５Ｂとを有し、収束レンズ部２は、高さセンサ部４に制御され、偏向部３は、透過ビーム検出部５Ｂに制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子ビームやイオンビーム等を用いた荷電粒子ビーム描画装置、および、この荷電粒子ビーム描画装置を用いた荷電粒子ビーム描画方法の技術に関する。

電子ビームやイオンビーム等を用いた荷電粒子ビーム描画装置は、半導体素子など様々な素子を作製するために、各種基板の上に所望の微細パターンを形成することを目的として、広く用いられている。特に、数ナノメータから数十ナノメータの大きさの、任意のパターンを形成する適当な手段が他にないため、電子ビームをなるべく小さいスポットに収束させて描画を行うポイントビーム型電子ビーム描画装置は、ナノメータサイズの構造を有するデバイスを作製することを目的に、重要視されている技術である。

従来の荷電粒子ビーム描画装置の大まかな構成と動作は、非特許文献１に説明されている。以下に、従来の荷電粒子ビーム描画装置の構成と動作の例を、図５、図６、および図７を用いて説明する。図５は、従来の荷電粒子ビーム描画装置の構成の例を示した図であり、１０１は荷電粒子ビーム源部、１０１Ａは荷電粒子ビーム源部１０１からの荷電粒子ビーム、１０２は荷電粒子ビーム１０１Ａを収束させる収束レンズ部、１０３は荷電粒子ビーム１０１Ａを偏向させる偏向部である。

また、１１０は荷電粒子ビーム１０１Ａを照射する対象である試料、１０４は試料１１０を保持・移動するステージ部、１０５は試料１１０の表面の高さ（荷電粒子ビーム１０１Ａが進行する方向に沿った試料１１０の位置）を測定する光てこ型の高さセンサ部、１１１は、試料１１０の高さを測定するために、高さセンサ部１０５から試料１１０に照射される光、１０６は反射電子を検出する反射電子検出部である。高さセンサ部１０５は、出力部１０５Ａと検出部１０５Ｂとを備えている。出力部１０５Ａは、試料１１０に光１１１を照射し、検出部１０５Ｂは光１１１の反射から試料１１０の高さを検出する。

つぎに、この荷電粒子ビーム描画装置の動作を説明する。荷電粒子ビーム源部１０１は荷電粒子ビーム１０１Ａを発生する。荷電粒子ビーム１０１Ａは、下方に配置されているステージ部１０４に進行していくが、収束レンズ部１０２の作用により、試料１１０の表面付近で収束する。また、荷電粒子ビーム１０１Ａは、偏向部１０３の作用により偏向され、試料１１０の表面上に所望のパターンが形成されるように照射される。

この際、荷電粒子ビーム１０１Ａが試料１１０の表面に収束するように、あらかじめ、高さセンサ部１０５は、照射領域付近に光１１１を照射し、その反射光を検出することにより、試料１１０の表面の高さを測定する。測定された高さに応じて、収束レンズ部１０２の作用を調節することにより、荷電粒子ビーム１０１Ａは試料１１０の表面で正確に収束する。

また、荷電粒子ビーム１０１Ａが試料１１０の表面の、所望の位置に偏向するように、あらかじめ試料１１０上に形成されたマーク付近に荷電粒子ビーム１０１Ａを照射して、反射電子（用いる荷電粒子ビーム１０１Ａが電子ビームの場合には反射電子と言い、イオンビームの場合には２次電子などと言われるが、ここではこれらをまとめて反射電子と呼ぶことにする）を反射電子検出部１０６が検出し、測定されたマーク位置に応じて、偏向部１０３の作用を調整する。これにより、試料１１０上の所望の位置に荷電粒子ビーム１０１Ａが描画される。

前記のような荷電粒子ビーム描画装置では、従来、半導体素子のパターンを形成するために、半導体基板にパターン転写するための透明なマスク基板や半導体基板自身が、描画対象の試料として主に用いられてきた。これらの試料の表面は、平坦でかつ水平方向に配置されているため、水平方向に荷電粒子ビームを偏向させたり、ステージを水平方向に動作させることで、試料表面に２次元パターンを形成することができる。また、荷電粒子ビームの照射で発生する反射電子を検出することにより、あらかじめこれらの試料に加工されたマークの位置が測定でき、そこからの相対位置として、試料上の所望の位置に描画をすることができる。

一方、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡などの、荷電粒子ビームを応用した装置の中には、試料表面が平坦でない状態や、試料表面が水平方向でない状態で使用できるものがある。これらの装置には、試料を水平方向に平行移動させるステージだけでなく、水平方向や垂直方向等の軸の回りに試料を回転させる駆動機構が装備されていることが多い。しかし、垂直方向以外の方向の軸（以下、他方向軸という）の回りに試料を回転させる回転駆動部を装備した荷電粒子ビーム描画装置は、走査型電子顕微鏡または２次電子顕微鏡としても使える装置を除いて、これまでなかった。これは、以下に述べるように、回転させ傾斜した試料の表面の高さを測定し、そこに荷電粒子ビームを収束させる手段が知られていなかったためである。また、後で述べる様に、回転させ傾斜した試料の所望の位置に荷電粒子ビームで描画を行うことが難しいことも、重要な理由であった。

前述の他方向軸の回りに回転させて傾斜した試料の表面に、荷電粒子ビームを収束させるためには、従来良く用いられてきた方法とは異なる方法で、試料表面の高さを測定することが必要となる。なぜなら、従来良く用いられてきた、上述の光てこ型の高さセンサでは、試料表面が水平方向に平坦で、かつ、光に対してある程度以上の反射率があるという条件が、測定のために必要だからである。因みに、上述の回転駆動機構が装備された荷電粒子ビーム応用装置では、荷電粒子ビームを試料に照射した状態で、試料の像などを観察しながら、収束レンズの作用を変化させて、調整することが可能である。このため、試料表面の高さを測定することは重要でない。

前述の他方向軸の回りに試料を回転させ、荷電粒子ビームで描画を行う場合、その試料としては、半導体基板のような平坦なもの以外の種々のものが想定されるが、それらの表面は、水平方向に平坦であるとは限らない。少なくとも、他方向軸の回りに試料を回転させると、ほとんどの場合、試料表面は傾いて水平方向に平坦な状態とは異なる状態となる。さらに、従来の描画対象であった半導体基板やマスク基板などと比べて、光に対する反射率がはるかに小さい試料も想定される。

このように、光てこ型の高さセンサで試料表面の高さを測定することが困難な場合に、試料表面の高さを測定し、荷電粒子ビーム描画を行うためには、試料が荷電粒子ビームで描画される位置とは異なる場所で（おそらく光てこ以外の方法で）、試料表面の高さを測定することが必要となる。なぜなら、荷電粒子ビーム描画を行う場所付近は、収束レンズなどの部品があり、光てこ型以外の高さセンサを置く空間が確保できないからである。試料が荷電粒子ビームで描画される位置とは異なる場所で、試料表面の高さを測定することが可能な荷電粒子ビーム装置、および、それを用いた描画方法については、出願済みの「荷電粒子ビーム描画装置およびそれを用いた描画方法」（特許文献１）の中で詳しく説明されている。

よって、前記の他方向軸の回りに回転させた試料について、荷電粒子ビームで描画される位置とは異なる場所で、表面の高さを測定することにより、試料表面に荷電粒子ビームを収束させることが、前記の特許文献１に記載されている装置および方法を用いることで可能となる。

つぎに、他方向軸の回りに回転させ傾斜した試料の所望の位置に、荷電粒子ビームで描画を行うことが困難であった理由を説明するために、これに関する従来の技術を説明する。従来の荷電粒子ビーム描画装置および描画方法において、試料上のマークを用いて、試料上の所望の位置に荷電粒子ビーム描画を行う方法を、図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、試料上にあらかじめ加工されたマーク付近に荷電粒子ビームを照射して、マーク位置を読み取る方法を示す模式図であり、図６（ｂ）は、反射電子強度とビームの位置との関係の例である。図中、１１０Ａは、あらかじめ試料に加工された溝のマークである。また、これ以外の図中の記号は図５と同様である。さらに、図６は試料１１０の表面が水平方向の場合を示す。

荷電粒子ビーム１０１Ａは、マーク１１０Ａ付近に照射され、さらに、偏向部１０３の作用により、例えば矢印Ｍの方向にマーク１１０Ａ付近を走査される。このとき、試料１１０から出る反射電子が反射電子検出部１０６により検出され、その信号強度（反射電子強度）が、偏向部１０３の作用の量と直接対応付けられる荷電粒子ビーム１０１Ａの位置の関数として、関連付けられる。試料１１０の表面が水平方向の場合の、荷電粒子ビーム１０１Ａの位置（Ｘ）と反射電子強度との関係の例を、図６（ｂ）に示した。この関係は、マーク１１０Ａの中央を中心として左右対称になっている。このため、簡単な信号処理により、マーク１１０Ａの中央の位置が算出できる。このマーク中央位置からの相対位置として、荷電粒子ビーム１０１Ａを偏向し、または、試料１１０をステージ部１０４で移動することで、試料１１０上の所望の位置に荷電粒子ビームを描画することが可能となる。

このような方法により、１０ｎｍ以下の位置精度で、荷電粒子ビーム描画が可能となっている。従来技術による半導体基板上での描画位置精度については、例えば、非特許文献２の中で詳しく述べられている。因みに、上で述べた回転駆動機構が装備された、従来の走査型電子顕微鏡等では、荷電粒子ビームを試料に照射した状態で、試料の像などを観察しながら、試料上の所望の位置を探すことが可能である。このため、初めから試料上の所望の位置に、正確に荷電粒子ビームを照射することは重要でない。

このように、従来の荷電粒子ビーム描画装置およびそれを用いた描画方法に、従来の荷電粒子ビームを応用した、その他の装置に用いられている試料駆動の技術を組み合わせ、さらに、荷電粒子ビームを照射する位置とは異なる位置で試料表面の高さを測定する技術（前述の特許文献１）を組み合わせることで、荷電粒子ビームの進行方向に平行でない方向を軸として回転可能な試料の表面に、ビームを収束させて描画を行うことが可能となる。
特願２００２−１０７６５２ 電子・イオンビームハンドブック第３版（日本学術振興会第１３２委員会編、日刊工業新聞社刊、１９９８年）５１９頁〜５４７頁 Jpn. J. Appl. Phy’s. vol.37pp.6788-6791 (1998)

上述のように、試料表面が水平な場合には、あらかじめ加工したマークからの相対位置として、試料上の所望の位置に、荷電粒子ビームによる描画が可能である。しかし、試料表面が水平方向から大きく傾いている場合、試料表面の所望の位置に描画を行うことは、著しく困難であった。その理由を、図７を用いて説明する。

図７（ａ）は、試料上にあらかじめ加工されたマーク付近に、荷電粒子ビームを照射して、マーク位置を読み取る方法を示す模式図であり、図７（ｂ）は、反射電子強度とビームの位置との関係の例である。図中、１１０Ａは、あらかじめ試料に加工された溝のマークである。また、これ以外の図中の記号は図５と同様である。さらに、図７は試料１１０が回転され、表面が水平方向から大きく傾いている場合を示す。

図７（ａ）に示す状態の場合、従来の方法を用いてマークを読み取ろうとすると、溝のマーク１１０Ａと荷電粒子ビーム１０１Ａとの幾何学的関係が複雑になるため、得られる反射電子強度と距離との関係は、図７（ｂ）に示したように、複雑な波形となる。この場合、単純な方法で、マーク１１０Ａの中央の位置を測定することは出来ない。また、複雑な方法を用いても、精度良くマーク１１０Ａの中央（または、特定の部分）の位置を測定することは困難である。

荷電粒子ビーム１０１Ａに対して平行とは異なる方向の軸の回りに試料１１０を回転させた場合、マークの位置自体が回転により（３次元的に）動き、さらに、溝や異なる材質のマークの立体的配置の変化により、検出される反射電子等の信号の強度分布が大きく変化してしまう。このため、マークの位置自体を正確に読み取ることが困難である。よって、このような場合、従来の装置および方法で、試料表面の所望の位置に描画を行うことは、できなかった。

本発明は、前記の問題を解決し、荷電粒子ビームの進行方向とは異なる方向の軸の回りに回転させた試料表面上の、所望の位置に荷電粒子ビームを収束させて、正確に描画を行う荷電粒子ビーム描画装置、および、それを用いた荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、荷電粒子ビームを発生・照射する荷電粒子ビーム源部と、前記荷電粒子ビームを照射する対象である試料の表面の高さを、前記荷電粒ビームを照射する位置とは異なる位置で測定する第１の高さセンサ部と、前記荷電粒子ビームを前記試料の表面の高さに収束する収束レンズ部と、前記荷電粒子ビームを偏向させる偏向部と、前記試料を保持・移動するステージ部とからなる荷電粒子ビーム描画装置において、前記ステージ部は、前記荷電粒子ビームの進行方向に平行ではない方向を軸として前記試料を回転させる回転駆動部と、前記荷電粒子ビームの透過を検出する透過ビーム検出部とを有し、前記収束レンズ部は、前記第１の高さセンサ部により制御され、前記偏向部は、前記透過ビーム検出部により制御されることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置である。
請求項２の発明は、請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置において、前記試料の表面の高さを、前記荷電粒子ビームを照射する位置と同じ位置で測定する第２の高さセンサ部を有し、前記収束レンズ部は、前記第１および第２の高さセンサ部により制御されることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２記載の荷電粒子ビーム描画装置において、前記試料の表面の高さを、前記荷電粒子ビームを照射する位置とは異なる位置で測定する前記第１の高さセンサ部は、前記試料と第１のステージ部が有する回転駆動部とを装着可能な第２のステージ部を有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム描画装置を用いた荷電粒子ビーム描画方法において、前記荷電粒子ビームを前記試料付近で前記偏向部によって偏向させ、その際の前記透過ビーム検出部から出力される信号波形に従って、前記偏向部の偏向量を変化させることにより、前記試料の所望の位置に前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする。

本発明の荷電粒子ビーム描画装置においては、ステージ部が、荷電粒子ビームの進行方向に平行ではない方向を軸として試料を回転させる回転駆動部を有し、かつ、試料に対して荷電粒子ビームを照射する位置とは異なる位置で、高さセンサ部が試料表面の高さを測定する。さらに、試料を配置する直下のステージ部に、荷電粒子ビームを検出する透過ビーム検出部を有する。

前記の荷電粒子ビーム描画装置を用いた本発明の描画方法においては、まず、偏向部が荷電粒子ビームを試料付近で偏向させ、その際の透過ビーム検出部から出力される信号波形に従って、荷電粒子ビームを描画する際の偏向部の偏向量を変化させる。

本発明においては、荷電粒子ビームの進行方向に平行でない方向を軸として回転可能な試料に描画を行う際に、試料の輪郭または透過ビーム強度が変化する部分をまたいで、荷電粒子ビームを走査させ、透過した荷電粒子ビームを透過ビーム検出部により検出する。これにより、試料の輪郭位置あるいは中央位置、または試料内の特定の位置を正確に測定し、その位置に応じて、荷電粒子ビームの偏向量にオフセットを加えることにより、試料上の所望の位置に、正確に所望のパターンを形成することが可能となる。

本発明の荷電粒子ビーム描画装置、および、それを用いた荷電粒子ビーム描画方法においては、荷電粒子ビームの進行方向に平行ではない方向を軸として、試料を回転させる回転駆動部を有する。かつ、試料に対して荷電粒子ビームを照射する位置とは異なる位置で、高さセンサ部が試料の表面の高さを測定し、かつ、試料を配置する直下のステージ部に荷電粒子ビームを検出する透過ビーム検出部を有する。

これにより、回転させた試料の表面に荷電粒子ビームを収束させることが可能である。また、荷電粒子ビームを試料付近で偏向させ、その際の透過ビーム検出部から出力される信号波形に従って、描画する際の偏向部の偏向量を変化させる。これにより、試料上の所望の位置に正確に描画を行うことが可能となる。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態を示す荷電粒子ビーム描画装置の模式図である。図１の荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビーム源部１、収束レンズ部２、偏向部３、高さセンサ部４、およびステージ部５を備えている。また、ステージ部５は、回転駆動部５Ａおよび透過ビーム検出部５Ｂを備えている。

荷電粒子ビーム源部１は、荷電粒子ビーム１Ａをステージ部５の表面に向けて出力する。偏向部３は、荷電粒子ビーム源部１からの荷電粒子ビーム１Ａを、透過ビーム検出部５Ｂの制御により偏向する。収束レンズ部２は、偏向部３によって偏向された荷電粒子ビーム１Ａを、高さセンサ部４の制御により収束させる。

高さセンサ部４は、荷電粒子ビーム源部１が荷電粒子ビーム１Ａを照射する位置とは異なる測定位置で、試料１０の表面の高さを測定する。

回転駆動部５Ａは、試料１０を保持する保持部分５Ａ_１を備えている。保持部分５Ａ_１は、荷電粒子ビーム１Ａの進行方向に平行ではない方向、つまり、本実施の形態では、保持部分５Ａ_１の長手方向を軸として、試料１０を回転させる。また、回転駆動部５Ａは、ステージ部５上を矢印Ａ方向およびその逆方向に移動可能である。つまり、回転駆動部５Ａは、高さセンサ部４の測定位置に試料１０を配置し、また、荷電粒子ビーム源部１からの荷電粒子ビーム１Ａの照射位置に試料１０を配置する。

透過ビーム検出部５Ｂは、ステージ部５の表面側に配置されている。透過ビーム検出部５Ｂは、荷電粒子ビーム源部１から荷電粒子ビーム１Ａが出力されたときに、試料１０を透過した荷電粒子ビームを検出する。そして、透過ビーム検出部５Ｂは、検出結果を基にして偏向部３を偏向させる。

本実施形態では、荷電粒子ビーム源部１から発生した荷電粒子ビーム１Ａは、収束レンズ部２の作用により、試料１０の表面付近で収束する。荷電粒子ビーム１Ａは、偏向部３の作用により偏向され、試料１０の表面に所望のパターンが形成されるように照射される。このとき、試料１０が所望の方位となるように、あらかじめ回転駆動部５Ａにより、試料１０を回転させておく。また、試料１０を回転させた状態で、荷電粒子ビーム１Ａが試料１０の表面で正確に収束するように、試料１０の表面の高さ（分布）を高さセンサ部４であらかじめ測定しておく。この測定は、前記の測定位置で行われる。

さらに、試料１０を回転させ、荷電粒子ビーム１Ａの照射位置付近にある状態で、偏向部３の作用により荷電粒子ビーム１Ａを偏向させ、透過ビーム検出部５Ｂから出力される透過ビーム強度と、偏向部３の作用の量とを対応させることで、試料１０の輪郭位置または中央位置を測定しておく。この測定結果に基づいて、試料１０上の所望の位置に、荷電粒子ビーム１Ａを偏向させ、また、必要に応じてステージ部５により試料１０を移動させることで、試料１０の所望の位置に描画が可能となる。

つぎに、図２と図３とを用いて、試料１０の輪郭位置または中央位置を測定する方法を説明する。図２および図３は、試料付近に荷電粒子ビームを照射して、試料の輪郭位置または中央位置を測定する方法を示す模式図、および、透過ビーム強度とビーム位置との関係の例である。図中の記号は図１と同様である。図２は試料１０の表面が概ね水平方向の場合を示し、図３は試料１０が回転され、表面が水平方向から大きく傾いている場合を示す。

透過ビーム強度と荷電粒子ビーム１Ａの位置とを関連付ける方法は、上述の図６と図７との説明における反射電子を透過ビームに読み替えるだけで、同様である。ただし、本実施形態では、必ずしも試料１０にあらかじめマークを加工しておく必要はなく、試料１０の輪郭等により透過ビームの強度が大きく変化することを利用している。図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、荷電粒子ビーム１Ａを例えば矢印Ｂ方向に走査した場合、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、透過ビーム強度とビーム位置との関係は、試料１０がどのように傾いていても、その状態での試料１０の形状を水平面上に投影した輪郭に対応している。よって、試料１０の輪郭の位置または中央の位置を精度よく測定することができる。

これにより、試料１０の形状と回転の角度とをあらかじめ測定しておけば、回転させた状態での試料１０の表面の任意の位置と、輪郭または中央の位置との関係は容易に求められる。したがって、試料１０上の所望の位置に荷電粒子ビーム１Ａが照射されるように、偏向部３の作用の量にオフセットを加えることで、また、必要であればステージ部５による試料１０の移動も行うことで、試料１０上の所望の位置に荷電粒子ビーム描画を行うことが可能となる。

［実施形態２］
本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置を図４に示す。図４の荷電粒子ビーム描画装置は、電子ビーム源部２１、収束レンズ部２２、偏向部２３、第１の高さセンサ部２４、第２の高さセンサ部２５、ステージ部２６、およびホルダ部２７を備えている。電子ビーム２１Ａを収束させる収束レンズ部２２、および、電子ビーム２１Ａを偏向させる偏向部２３の主な動作は前記の実施の形態と同じである。

ホルダ部２７は、試料ホルダ２７Ａと回転駆動部２７Ｂと保持部分２７Ｃと高さマーク２７Ｄとを備えている。保持部分２７Ｃは試料３０を保持するものであり、回転駆動部２７Ｂは、試料ホルダ２７Ａに設けられ、試料ホルダ２７Ａ内で保持部分２７Ｃを回転させて、試料３０を回転させる。つまり、回転駆動部２７Ｂと保持部分２７Ｃとは、実施形態１の回転駆動部５Ａと保持部分５Ａ_１と同じである。高さマーク２７Ｄは、試料ホルダ２７Ａの表面に形成され、高さ測定の際に参照される。

第１の高さセンサ部２４は、ステージ２４Ａと共焦点レーザ顕微鏡２４Ｂとを備えている。ステージ２４Ａは、第１の高さセンサ部２４内で試料ホルダ２７Ａを保持・移動する。第１の高さセンサ部２４は、共焦点レーザ顕微鏡２４Ｂを用いて、試料３０の表面の高さ分布を、高さマーク２７Ｄの高さからの相対値として測定する。第２の高さセンサ部２５は、光てこ型の高さセンサを用いて、電子ビーム２１Ａの照射位置でホルダ部２７の高さマーク２７Ｄ高さを測定する。第２の高さセンサ部２５は、出力部２５Ａと検出部２５Ｂとを備えている。出力部２５Ａは測定対象に光２５Ａ_１を照射し、検出部２５Ｂは光２５Ａ_１の反射から測定対象の高さを検出する。

ステージ部２６は、ステージ２６Ａと透過電子検出部２６Ｂとを備えている。ステージ２６Ａは、ステージ部２６内でホルダ部２７を保持・移動する。透過電子検出部２６Ｂは、電子ビーム２１Ａの照射により試料３０を透過した電子を検出する。

これら構成部分の主な動作および作用は、実施形態１で述べた通りである。ただし、実施形態１の荷電粒子ビーム源部１として電子ビーム源部２１を、実施形態１の透過ビーム検出部５Ｂとして透過電子検出部２６Ｂを用いている。さらに、実施形態１の高さセンサ部４に相当するものとして、第１の高さセンサ部２４および第２の高さセンサ部２５を用いる。

これらの２つの高さセンサ部２４、２５およびホルダ部２７の高さマーク２７Ｄを用いて、収束レンズ部１２の作用を調整する方法の詳細は、前述した特許文献１の中で説明されている。概略を述べると、まず、第１の高さセンサ部２４で試料３０の表面の高さ分布を、高さマーク２７Ｄの高さからの相対値として測定する。つぎに、ホルダ部２７を矢印Ｃ方向に移動してステージ部２６に移して、第２の高さセンサ部２５で高さマーク２７Ｄの、電子ビーム２１Ａ照射位置での高さを測定する。その高さに、測定済みの試料３０表面の高さ分布を足し合わせることで、試料３０表面の描画位置での高さを求め、その高さに電子ビーム２１Ａが収束するように、収束レンズ部２２の作用を調整する。

高さセンサ部２４に共焦点レーザ顕微鏡２４Ｂを用いることで、試料３０の表面が大きく傾いていたり、複雑な形状である場合、さらに、光に対する反射率が低い場合でも、０.１μｍ以下の精度で、試料３０の表面の高さ分布を測定することが可能であるという利点がある。また、実施形態１の荷電粒子ビーム１Ａとして、電子ビーム２１Ａを用いることで、イオンビームを用いるより、試料３０や透過電子検出部２６Ｂの損傷を小さくすることができ、また、安価に描画の位置精度を保つことができるという利点がある。

このように、荷電粒子ビームに平行でない軸の回りに試料を回転させた場合、荷電粒子ビームを照射する位置とは異なる位置で、試料表面の高さを測定することで、荷電粒子ビームを収束させることができる。さらに、あらかじめ試料付近で荷電粒子ビームを走査させ、透過ビーム強度とビームの位置との関係から、試料の輪郭または中央の位置を正確に求め、これに応じて、偏向部の作用にオフセットを加えることで、試料上の所望の位置に正確に描画を行うことができる。

以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は前記の各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。たとえば、前記の実施形態では、透過ビーム検出部により試料の輪郭の位置を測定する方法を示したが、試料内に透過率の異なる領域がある場合や、あらかじめ透過率の異なる領域ができるように試料を加工しておき、それをマークとして用いてもよい。試料の輪郭の位置を測定する方法の場合、試料をあらかじめ加工する必要がなく、試料の内部構造や材質を考慮する必要がほとんどないため、簡便である。しかし、この方法には、試料がある程度大きい場合、試料を移動させるのに多少時間がかかるときがある。あらかじめ透過率の異なる領域を加工しておく方法は、描画時の試料の方位や描画位置が詳細に決まっている場合、描画時間を最適化できるなどの利点がある。しかし、この方法には、試料のマーク部分を大きく加工しなければいけない場合がある。

また、前記の実施形態では、試料付近で電子ビームを走査して透過電子強度を測定する際の、走査の速度や収束レンズの作用については、特に述べなかった。電子ビームが試料表面に収束した状態で、ある程度以上ゆっくり走査すると、電子ビームによる描画と同様に、試料のその部分が電子ビームに感光（変質）してしまい、好ましくない場合が多い。そのような場合は、走査速度を十分に速くするか、または収束レンズの作用を調整して、試料上で電子ビームが収束しないようにして、試料が感光（変質）しないようにすると良い。

前記の実施形態では、高さセンサ部として、共焦点レーザ顕微鏡を用いる例を示したが、レーザ干渉計や、精度の良い光てこ型高さセンサ、電気容量センサ、原子間力顕微鏡、抵触センサなど、高さやギャップを測定できるその他の測定器を用いてもよい。

前記の実施形態では、試料を回転させる回転駆動部の詳細については省略したが、上述した従来の荷電粒子ビーム応用装置で用いられているような、複数の回転軸を有し、任意の方向に試料を回転できる駆動装置を用いても良いことは言うまでもない。

なお、以上に挙げた本発明の実施形態は、本発明により考え得る実施形態の極一部であり、荷電粒子ビーム応用装置に関する既存の方法や回転駆動に関する既存の技術、さらに、透過ビーム強度の信号の処理や描画に関する既存のアルゴリズムの組み合わせにより、本発明は多数の実施様態を取り得るものである。具体的な組み合わせは、求められる精度や処理時間、また、描画の目的に応じて、最適なものを選択すべきであり、適切な組み合わせにより、同様の効果が得られる。

本発明の実施形態１を説明するための荷電粒子ビーム描画装置を示す模式図である。 試料の表面が概ね水平方向の場合の本発明の実施の形態を説明するための図であり、（ａ）は試料の輪郭位置または中央位置を測定する方法を示す模式図、（ｂ）は透過ビーム強度とビーム位置との関係の例を示す図である。 試料の表面が水平方向から大きく傾いている場合の本発明の実施の形態を説明するための図であり、（ａ）は試料の輪郭位置または中央位置を測定する方法を示す模式図、（ｂ）は透過ビーム強度とビーム位置との関係の例を示す図である。 本発明の実施形態２を説明するための荷電粒子ビーム描画装置を示す模式図である。 従来の荷電粒子ビーム描画装置の例を示す模式図である。 試料表面が水平方向の場合の従来の荷電粒子ビーム描画装置におけるマーク位置読み取りの方法を説明するための図であり、（ａ）は模式図、（ｂ）は反射電子強度と距離の関係を示す図である。 試料表面が傾いている場合の従来の荷電粒子ビーム描画装置におけるマーク位置読み取りの方法を説明するための図であり、（ａ）は模式図、（ｂ）は反射電子強度と距離の関係を示す図である。

符号の説明

１ 荷電粒子ビーム源部
１Ａ 荷電粒子ビーム
２ 収束レンズ部
３ 偏向部
４ 高さセンサ部
５ ステージ部
５Ａ 回転駆動部
５Ａ_１ 保持部分
５Ｂ 透過ビーム検出部
１０ 試料
２１ 電子ビーム源部
２１Ａ 電子ビーム
２２ 収束レンズ部
２３ 偏向部
２４ 第１の高さセンサ部
２４Ａ ステージ
２４Ｂ 共焦点レーザ顕微鏡
２５ 第２の高さセンサ部
２６ ステージ部
２６Ａ ステージ
２６Ｂ 透過電子検出部
２７ ホルダ部
２７Ａ 試料ホルダ
２７Ｂ 回転駆動部
２７Ｃ 保持部分
２７Ｄ 高さマーク
１０１ 荷電粒子ビーム源部
１０１Ａ 荷電粒子ビーム
１０２ 収束レンズ部
１０３ 偏向部
１０４ ステージ部
１０５ 高さセンサ部
１０５Ａ 出力部
１０５Ｂ 検出部
１０６ 反射電子検出部
１１０ 試料
１１０Ａ マーク
１１１ 光

Claims (4)

1. 荷電粒子ビームを発生・照射する荷電粒子ビーム源部（１）と、
   前記荷電粒子ビームを照射する対象である試料の表面の高さを、前記荷電粒ビームを照射する位置とは異なる位置で測定する第１の高さセンサ部（４）と、
   前記荷電粒子ビームを前記試料の表面の高さに収束する収束レンズ部（２）と、
   前記荷電粒子ビームを偏向させる偏向部（３）と、
   前記試料を保持・移動するステージ部（５）と、
   からなる荷電粒子ビーム描画装置において、
   前記ステージ部（５）は、前記荷電粒子ビームの進行方向に平行ではない方向を軸として前記試料を回転させる回転駆動部（５Ａ）と、前記荷電粒子ビームの透過を検出する透過ビーム検出部（５Ｂ）とを有し、
   前記収束レンズ部（２）は、前記第１の高さセンサ部（４）により制御され、
   前記偏向部（３）は、前記透過ビーム検出部（５Ｂ）により制御される
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置において、
   前記試料の表面の高さを、前記荷電粒子ビームを照射する位置と同じ位置で測定する第２の高さセンサ部（２４）を有し、
   前記収束レンズ部は、前記第１および第２の高さセンサ部（２４、２５）により制御される
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
3. 請求項１または２記載の荷電粒子ビーム描画装置において、
   前記試料の表面の高さを、前記荷電粒子ビームを照射する位置とは異なる位置で測定する前記第１の高さセンサ部（２４）は、前記試料と第１のステージ部（２６）が有する回転駆動部（２７Ｂ）とを装着可能な第２のステージ部を有する
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム描画装置を用いた荷電粒子ビーム描画方法において、
   前記荷電粒子ビームを前記試料付近で前記偏向部（３、２３）によって偏向させ、
   その際の前記透過ビーム検出部（５Ｂ、２６Ｂ）から出力される信号波形に従って、前記偏向部（３、２３）の偏向量を変化させることにより、前記試料の所望の位置に前記荷電粒子ビームを照射すること
   を特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。

Images