JP2007179763A - 中心座標の決定方法及び荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次元分布を考慮して中心座標を決定する方法を提供する。
【解決手段】 電子線の偏向量を（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）（ｉ＝１〜128，ｊ＝１〜128）とし、そのときにブランキングアパーチャ１２に流れる電流をＩ（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）とする。まず、Ｉ（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）を、以下に示すようにＹ軸方向に積算してＢ（Ｘ_ｉ）を求める。このようにして求まったＢ（Ｘ_ｉ）を図に示す。Ｂ（Ｘ_ｉ）の差分をとり、差分データのゼロクロスポイントを求めると、Ｉ（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）のＸ方向中心値が求まる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、中心座標の決定方法及び荷電粒子線装置に関するものである。

電子線露光装置、電子線検査装置等の荷電粒子線装置においては、荷電粒子線のチャージアップ等に起因する磁場の影響等により、荷電粒子線のビーム中心位置が光軸からずれて、ドリフトを起こすことがある。このため、従来は、人間がビーム中心位置を測定し、その測定値に基づいて、ビーム中心を光軸に合わせる作業を行っていた。

例えば、電子線露光装置においては、レチクルに形成された位置合わせ用マークの像の位置をウエハ面位置に設けられた測定装置により測定し、その中心を求めていた。この方法は、光軸をＺ軸とするＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系において、偏向器により電子線をＸ軸方向に走査して、検出器の出力を観察し、それからＸ軸方向のビーム中心を求め、同様、偏向器により電子線をＹ軸方向に走査して、検出器の出力を観察し、それからＹ軸方向のビーム中心を求めるものであった。

しかしながら、前述のような従来の方法では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向について、それぞれ１回の走査しか行っておらず、２次元平面に分布する電子線を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向についてそれぞれ１断面で測定して、ビーム中心を求めていることになり、分布全体を考慮していないため、測定が不正確になるという問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、２次元分布を考慮して中心座標を決定する方法、及びこの方法を使用して荷電粒子線ビームの中心位置を求めることが可能な荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、ｘ−ｙ平面上に分布する量のｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃを決定する方法であって、前記ｘ−ｙ平面状の点を（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）（ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝１〜Ｎ）とし、点（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）における前記量の値をＡ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）とするとき、

を求め、Ｂ（ｘ_ｉ）を連続した関数Ｃ（ｘ）に当てはめ、Ｃ（ｘ）を最大又は最小とするｘの値をｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃとすることを特徴とする中心座標の決定方法である。

前記課題を解決するための第２の手段は、ｘ−ｙ平面上に分布する量のｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃを決定する方法であって、前記ｘ−ｙ平面状の点を（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）（ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝１〜Ｎ）とし、点（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）における前記量の値をＡ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）とするとき、

を求め、Ｂ（ｘ_ｉ）を最大又は最小とするｘの値を内挿によって求め、この値をｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃとすることを特徴とする中心座標の決定方法である。

前記課題を解決するための第３の手段は、荷電粒子線装置の光軸をＺ軸とするＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系をとるとき、偏向器により荷電粒子線をＸ−Ｙ２次元方向に走査してアパーチャに当たるようにし、前記偏向器による偏向量を（Ｘ，Ｙ）、そのときの前記アパーチャに流れる電流をＩ（Ｘ，Ｙ）とするとき、前記第１の手段又は第２の手段である中心座標の決定方法によりＩ（Ｘ，Ｙ）のＸ軸方向中心座標Ｘ_ｃ、Ｙ軸方向中心座標Ｙ_ｃを求め、（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ）の値を荷電粒子線のビーム中心とするビーム中心測定機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段の荷電粒子線装置であって、求まった荷電粒子線のビーム中心に基づいて偏向器を操作し、荷電粒子線のビーム中心を前記光軸に合わせる機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置である。

本発明によれば、２次元分布を考慮して中心座標を決定する方法、及びこの方法を使用して荷電粒子線ビームの中心位置を求めることが可能な荷電粒子線露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である電子線露光装置の概要を示す図である。光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には、１段目のコンデンサレンズ２が配置されている。このコンデンサレンズ２の下方には、トリムアパーチャ４が配置されている。

電子銃１から放射された電子線は、コンデンサレンズ２によって収束され、トリムアパーチャ４にクロスオーバーを結像する。トリムアパーチャ４は、クロスオーバーのうち中央部のみを通過させ、周辺部はカットする。

トリムアパーチャ４の下方には、２段目のコンデンサレンズ５が配置されている。このコンデンサレンズ５の下方には、成形開口１０が配置されている。成形開口１０の下方には、２段の照射レンズ６Ａ、６Ｂが配置されている。これら照射レンズ６Ａ、６Ｂの間には、ブランキングアパーチャ１２が配置されている。なお、トリムアパーチャ４と成形開口１０間には、ブランキング偏向器１７が配置されている。このブランキング偏向器１７により電子線を偏向させ、ブランキングアパーチャ１２で遮蔽することにより、ブランキングが行われる。

照射レンズ６Ｂの下方には、レチクル１４が配置されている。レチクル１４は、光軸Ｚに対する垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する。レチクル１４上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。

トリムアパーチャ４を通過した電子線は、コンデンサレンズ５によって平行ビーム化される。この平行ビームは成形開口１０で成形され、レチクル１４の一つのサブフィールド（単位露光パターン領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この成形開口１０の像は、２段の照射レンズ６Ａ、６Ｂによってレチクル１４に結像される。

レチクル１４の下方には、２段の投影レンズ７Ａ、７Ｂが配置されている。これら投影レンズ７Ａ、７Ｂの間には、コントラストアパーチャ１５が配置されている。投影レンズ７Ｂの下方には、ウエハ９が配置されている。

レチクル１４のあるサブフィールドに照明ビームが当てられ、レチクル１４のパターン部を通過した電子線は、投影レンズ７Ａ、７Ｂによって縮小され、ウエハ９上の所定の位置に結像される。ウエハ９上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子ビームのドーズが与えられてレチクル１４上のパターンが縮小されてウエハ９上に転写される。この際、レチクル１４の非パターン部を通過した照明ビームは大きく散乱されるが、散乱された電子線は、コントラストアパーチャ１５で遮断され、取り除かれる。これにより、投影像のコントラストが得られる。

ここで、ブランキングアパーチャ１２は、ケーブル１８を介して電流検出器１９に接続されている。なお、２０は電子線を偏向させる偏向器である。偏向器は複数設けられているが、図１においては１つのみを図示している。

以下、図１に示したような電子線露光装置において、電子線ビームの中心位置を測定する方法の例を説明する。以下の説明においては、電子線露光装置の光軸をＺ軸とするＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系をとり、それに基づいて説明を行う。偏向器のうち１つのみ（例えば偏向器２０）を駆動して、電子線をＸ−Ｙ方向に２次元に走査し、電子線がブランキングアパーチャ１２にかかるようにし、電流検出器１９でブランキングアパーチャ１２を流れる電流を測定する。

電子線の偏向量を（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）（ｉ＝１〜128，ｊ＝１〜128）とし、そのときにブランキングアパーチャ１２に流れる電流をＩ（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）とする。但し、偏向量が０のときｉ＝ｊ＝６４とする。

このようにして測定されたＩ（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）を画像化したものを図２に示す。図２において横方向がＸ軸、縦方向がＹ軸に対応する。図２の元画像はカラー画像であり、カラーにより階調を示しているが、出願の制約上、グレースケールに変化してしまっているので、明度とＩ（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）とは対応していない。

もし、電子線の中心が光軸と一致しているならば、図２における分布の中心が（６４，６４）の点に来るはずであるが、図２を見ると分かるように、分布の中心は（６４，６４）の点（図の中央）からずれており、電子線中心が光軸からずれていることを示している。

このような分布から、Ｘ軸方向の電子線中心を求める方法を以下に示す。まず、Ｉ（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｊ）を、以下に示すようにＹ軸方向に積算してＢ（Ｘ_ｉ）を求める。

このようにして求まったＢ（Ｘ_ｉ）を図３に示す。図３において横軸はｉである。ただし、図３においては、Ｂ（Ｘ_ｉ）の最大値が０となるように正規化している。図３に示すデータの差分をとったデータを図４に示す。図４におけるデータのゼロクロスポイントを求めると、図３においてＢ（Ｘ_ｉ）の最小値を与えるＸが求まる。差分データは離散的であるので、ゼロクロスポイントを与えるＸは内挿によって求めるか、ゼロクロスポイント近くのデータを連続関数（例えば１次式）に当てはめ、この連続関数がゼロクロスするＸの値を求めるようにしてもよい。

図４の場合、ゼロクロスポイント近くのデータを１次式に当てはめ、この一次式がゼロクロスするＸの値を求めたところ、59.2[pixel]となった。同様にして、Ｙ方向についても図３、図４に対応するデータを求め、図４に対応するデータがゼロクロスするＹの値を求めたところ、Ｙ＝61.1[pixel]となった。すなわち、電子線の中心位置は（−4.8，2.9）[pixel]だけ光軸からずれていることになる。

この電子線を光軸に合わせるには、ずれ分を補正するだけの電流を偏向器にバイアスとして加えてやればよい。例えば、128[pixel]だけ電子線を偏向させるのに20mAの電流を流す必要がある場合には、Ｘ方向偏向器に0.75mA，Ｙ方向偏向器に0.45mAのバイアス電流を加えればよい。バイアス電流付加後の、図２に対応する電子線位置画像を図５に示す。電子線中心が（６４，６４）の位置（図の中央）にきていることが分かる。

なお、以上の説明において、図４のデータを求めるとき、図３に示したデータの差分をとったが、図３に示すデータを連続関数に当てはめ、それを微分することによって図４に対応するデータを求め、微分値を０とする方程式を解くことによって、図４のゼロクロス点を求めるようにしてもよい。

図１に示す電子線露光装置に、上述のようにして偏向器を駆動してブランキングアパーチャ１２の電流を測定し、それから上述のような計算により電子線中心を求めて、それから電子線を光軸に合わせるのに必要な電流値を求めて偏向器にバイアスとして与えるような制御装置を付加すれば、自動的に電子線ビームを光軸に合わせることが可能となる。

なお、以上の説明においては、ブランキングアパーチャ１２に電子線ビームを当て、ブランキングアパーチャ１２に流れる電流を測定したが、投影光学系のコントラストアパーチャ１５等、他のアパーチャをブランキングアパーチャ１２の代わりに使用してもよい。

又、以上の説明は電子線露光装置を例として行ったが、電子線検査装置等、他の荷電粒子線装置にも同様に適用が可能である。

電子線露光装置の概要を示す図である。 測定された電流値を画像化した図である。 測定された電流値をＹ方向に積算して正規化した値を示す図である。 図３に示すデータの差分をとったデータを示す図である。 調整後に測定された電流値を画像化した図である。

符号の説明

１…電子銃、２…コンデンサレンズ、４…トリムアパーチャ、５…コンデンサレンズ、６Ａ，６Ｂ…照射レンズ、７Ａ，７Ｂ…投影レンズ、９…ウエハ、１０…成形開口、１２…ブランキングアパーチャ、１４…レチクル、１５…コントラストアパーチャ、１７…ブランキング偏向器、１８…ケーブル、１９…電流検出器、２０…偏向器

Claims (4)

1. ｘ−ｙ平面上に分布する量のｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃを決定する方法であって、前記ｘ−ｙ平面状の点を（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）（ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝１〜Ｎ）とし、点（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）における前記量の値をＡ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）とするとき、
   を求め、Ｂ（ｘ_ｉ）を連続した関数Ｃ（ｘ）に当てはめ、Ｃ（ｘ）を最大又は最小とするｘの値をｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃとすることを特徴とする中心座標の決定方法。
2. ｘ−ｙ平面上に分布する量のｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃを決定する方法であって、前記ｘ−ｙ平面状の点を（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）（ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝１〜Ｎ）とし、点（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）における前記量の値をＡ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）とするとき、
   を求め、Ｂ（ｘ_ｉ）を最大又は最小とするｘの値を内挿によって求め、この値をｘ軸方向の中心座標ｘ_ｃとすることを特徴とする中心座標の決定方法。
3. 荷電粒子線装置の光軸をＺ軸とするＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系をとるとき、偏向器により荷電粒子線をＸ−Ｙ２次元方向に走査してアパーチャに当たるようにし、前記偏向器による偏向量を（Ｘ，Ｙ）、そのときの前記アパーチャに流れる電流をＩ（Ｘ，Ｙ）とするとき、請求項１又は請求項２の中心座標の決定方法によりＩ（Ｘ，Ｙ）のＸ軸方向中心座標Ｘ_ｃ、Ｙ軸方向中心座標Ｙ_ｃを求め、（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ）の値を荷電粒子線のビーム中心とするビーム中心測定機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項３に記載の荷電粒子線装置であって、求まった荷電粒子線のビーム中心に基づいて偏向器を操作し、荷電粒子線のビーム中心を前記光軸に合わせる機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。