JP2008187200A - Charged particle beam drawing method using charged particle beam drawing apparatus - Google Patents

Charged particle beam drawing method using charged particle beam drawing apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a charged particle beam drawing apparatus which accurately draws with a charged particle beam focused at desired positions on a surface of a test piece rotated around an axis in a different direction from a traveling direction of the charged particle beam; and a charged particle beam drawing method using the same. <P>SOLUTION: The charged particle beam drawing apparatus comprises: a charged particle beam source section 1 for generating and irradiating a charged particle beam; a height sensor section 4 for measuring a height of the test piece at a different position from an irradiation position of the charged particle beam; a focus lens section 2 for focusing the charged particle beam at the height of the test piece; a deflector section 3 for deflecting the charged particle beam; and a stage section 5 for holding and moving the test piece. The stage section 5 has a rotating driver section 5A for rotating the test piece around an axis in a direction not parallel to the traveling direction of the charged particle beam and a transmitting beam detector section 5B for detecting transmission of the charged particle beam, the height sensor section 4 controls the focus lens section 2, and the transmitting beam detector section 5B controls the deflector section 3. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子ビームやイオンビーム等による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。   The present invention relates to a technique of a charged particle beam writing method using a charged particle beam writing apparatus using an electron beam, an ion beam, or the like.

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。   2. Description of the Related Art A charged particle beam lithography apparatus using an electron beam, an ion beam, or the like is widely used for the purpose of forming a desired fine pattern on various substrates in order to produce various elements such as semiconductor elements. . In particular, since there is no other suitable means for forming an arbitrary pattern having a size of several nanometers to several tens of nanometers, a point beam type electron beam drawing apparatus that performs drawing by converging an electron beam to a spot as small as possible, This technique is regarded as important for the purpose of producing a device having a nanometer size structure.

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。   The general configuration and operation of a conventional charged particle beam drawing apparatus are described in Non-Patent Document 1. Hereinafter, an example of the configuration and operation of a conventional charged particle beam drawing apparatus will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7. FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional charged particle beam drawing apparatus, where 101 is a charged particle beam source unit, 101A is a charged particle beam from the charged particle beam source unit 101, and 102 is a charged particle beam 101A. And a converging lens unit 103 for deflecting the charged particle beam 101A.

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。   Reference numeral 110 denotes a sample to be irradiated with the charged particle beam 101A, 104 denotes a stage unit that holds and moves the sample 110, and 105 denotes a height of the surface of the sample 110 (a sample along the direction in which the charged particle beam 101A travels). 110 is an optical lever-type height sensor unit for measuring the position 110, 111 is a light irradiated on the sample 110 from the height sensor unit 105 to measure the height of the sample 110, and 106 is a reflected electron detector. The backscattered electron detector. The height sensor unit 105 includes an output unit 105A and a detection unit 105B. The output unit 105A irradiates the sample 110 with the light 111, and the detection unit 105B detects the height of the sample 110 from the reflection of the light 111.

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。   Next, the operation of the charged particle beam drawing apparatus will be described. The charged particle beam source unit 101 generates a charged particle beam 101A. The charged particle beam 101 </ b> A travels to the stage unit 104 disposed below, but converges near the surface of the sample 110 due to the action of the converging lens unit 102. Further, the charged particle beam 101A is deflected by the action of the deflecting unit 103 and irradiated so that a desired pattern is formed on the surface of the sample 110.

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。   At this time, the height sensor unit 105 irradiates light 111 in the vicinity of the irradiation region and detects the reflected light in advance so that the charged particle beam 101A converges on the surface of the sample 110. Measure the height. The charged particle beam 101A is accurately converged on the surface of the sample 110 by adjusting the action of the converging lens unit 102 in accordance with the measured height.

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。   In addition, the charged particle beam 101A is irradiated in the vicinity of a mark formed on the sample 110 in advance so that the charged particle beam 101A is deflected to a desired position on the surface of the sample 110, and reflected electrons (the charged particle beam 101A used). When the electron beam is an electron beam, it is referred to as a reflected electron, and when it is an ion beam, it is referred to as a secondary electron. The action of the deflecting unit 103 is adjusted according to the measured mark position. Thereby, the charged particle beam 101A is drawn at a desired position on the sample 110.

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。   In the charged particle beam drawing apparatus as described above, conventionally, in order to form a pattern of a semiconductor element, a transparent mask substrate for transferring a pattern to a semiconductor substrate or the semiconductor substrate itself is mainly used as a sample to be drawn. I came. Since the surfaces of these samples are flat and horizontally arranged, a two-dimensional pattern is formed on the sample surface by deflecting the charged particle beam in the horizontal direction or moving the stage in the horizontal direction. Can do. In addition, by detecting the backscattered electrons generated by the irradiation of the charged particle beam, the positions of the marks processed in advance on these samples can be measured, and drawing is performed at a desired position on the sample as a relative position therefrom. be able to.

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。   On the other hand, some apparatuses using a charged particle beam, such as a transmission electron microscope and a scanning electron microscope, can be used when the sample surface is not flat or the sample surface is not horizontal. These apparatuses are often equipped not only with a stage that translates the sample in the horizontal direction, but also with a drive mechanism that rotates the sample around an axis in the horizontal direction or the vertical direction. However, a charged particle beam drawing apparatus equipped with a rotation drive unit that rotates a sample around an axis in a direction other than the vertical direction (hereinafter referred to as an other direction axis) can also be used as a scanning electron microscope or a secondary electron microscope. There was never before. This is because, as described below, there has been no known means for measuring the height of the surface of the rotated and tilted sample and focusing the charged particle beam there. In addition, as described later, it is also an important reason that it is difficult to perform drawing with a charged particle beam at a desired position of a rotated and inclined sample.

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。   In order to focus the charged particle beam on the surface of the sample tilted by rotating around the other direction axis as described above, the height of the sample surface should be measured by a method different from that conventionally used. Is required. This is because, in the above-mentioned optical lever type height sensor, which has been used well in the past, the condition is that the sample surface is flat in the horizontal direction and has a certain degree of reflectivity for light. Because it is necessary. By the way, in a charged particle beam application device equipped with the above-mentioned rotation drive mechanism, adjustment can be made by changing the action of the converging lens while observing the image of the sample while irradiating the sample with the charged particle beam. Is possible. For this reason, it is not important to measure the height of the sample surface.

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。   When drawing a sample with a charged particle beam by rotating the sample around the above-mentioned other direction axis, various samples other than a flat one such as a semiconductor substrate are assumed as the sample. It is not always flat in the horizontal direction. At least, when the sample is rotated around the other direction axis, in most cases, the surface of the sample is inclined to be different from a flat state in the horizontal direction. Furthermore, a sample having a much lower reflectance with respect to light than a semiconductor substrate or a mask substrate which has been a conventional drawing target is also assumed.

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。   In this way, when it is difficult to measure the height of the sample surface with an optical lever-type height sensor, the sample must be charged particles in order to measure the height of the sample surface and perform charged particle beam drawing. It is necessary to measure the height of the sample surface at a location different from the position drawn by the beam (possibly by a method other than an optical lever). This is because there are parts such as a converging lens near the place where charged particle beam writing is performed, and a space for placing a height sensor other than the optical lever type cannot be secured. For a charged particle beam apparatus capable of measuring the height of the sample surface at a location different from the position where the sample is drawn with the charged particle beam, and a drawing method using the charged particle beam device, the “charged particle” This is described in detail in “Beam drawing apparatus and drawing method using the same” (Patent Document 1).

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。   Therefore, the charged particle beam is converged on the sample surface by measuring the surface height of the sample rotated around the other direction axis at a place different from the position drawn by the charged particle beam. However, it is possible to use the apparatus and method described in Patent Document 1 described above.

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。   Next, in order to explain the reason why it is difficult to perform drawing with a charged particle beam at a desired position of the sample rotated and tilted about the other direction axis, the related art will be described. A method of performing charged particle beam writing at a desired position on a sample using a mark on the sample in a conventional charged particle beam writing apparatus and writing method will be described with reference to FIG.

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。   FIG. 6A is a schematic diagram showing a method of reading a mark position by irradiating a charged particle beam in the vicinity of a mark processed in advance on a sample, and FIG. It is an example of the relationship with a position. In the figure, 110A is a groove mark that has been processed into a sample in advance. The other symbols in the figure are the same as those in FIG. Further, FIG. 6 shows a case where the surface of the sample 110 is in the horizontal direction.

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。   The charged particle beam 101A is irradiated in the vicinity of the mark 110A, and further, the vicinity of the mark 110A is scanned in the direction of the arrow M by the action of the deflecting unit 103, for example. At this time, the reflected electrons emitted from the sample 110 are detected by the reflected electron detector 106, and the signal intensity (reflected electron intensity) is a function of the position of the charged particle beam 101A that is directly associated with the amount of action of the deflector 103. , Associated. FIG. 6B shows an example of the relationship between the position (X) of the charged particle beam 101A and the reflected electron intensity when the surface of the sample 110 is in the horizontal direction. This relationship is symmetrical about the center of the mark 110A. For this reason, the center position of the mark 110A can be calculated by simple signal processing. It is possible to draw the charged particle beam at a desired position on the sample 110 by deflecting the charged particle beam 101A as the relative position from the center position of the mark or by moving the sample 110 by the stage unit 104. Become.

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。   By such a method, charged particle beam writing can be performed with a positional accuracy of 10 nm or less. The drawing position accuracy on the semiconductor substrate according to the prior art is described in detail in Non-Patent Document 2, for example. Incidentally, in a conventional scanning electron microscope equipped with the rotation drive mechanism described above, a desired position on the sample is observed while observing the image of the sample while irradiating the sample with a charged particle beam. It is possible to search. For this reason, it is not important to irradiate the charged particle beam accurately to a desired position on the sample from the beginning.

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.37 pp.6788-6791 (1998)
In this way, the conventional charged particle beam drawing apparatus and the drawing method using the same are combined with the sample driving technology used in other apparatuses that apply the conventional charged particle beam, By combining the technique of measuring the height of the sample surface at a position different from the irradiation position (Patent Document 1 described above), the surface of the sample can be rotated about a direction that is not parallel to the traveling direction of the charged particle beam. Drawing can be performed by converging the beam.
Japanese Patent Application No. 2002-107652 Electron / Ion Beam Handbook 3rd Edition (Japan Society for the Promotion of Science 132nd Committee, published by Nikkan Kogyo Shimbun, 1998) pp. 519-547 Jpn. J. Appl. Phy's.vol.37 pp.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。   As described above, when the sample surface is horizontal, drawing with a charged particle beam can be performed at a desired position on the sample as a relative position from the mark processed in advance. However, when the sample surface is greatly inclined from the horizontal direction, it is extremely difficult to perform drawing at a desired position on the sample surface. The reason will be described with reference to FIG.

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。   FIG. 7A is a schematic diagram showing a method for reading a mark position by irradiating a charged particle beam near a mark processed in advance on a sample, and FIG. 7B shows a reflected electron intensity and beam. It is an example of the relationship with the position of. In the figure, 110A is a groove mark that has been processed into a sample in advance. The other symbols in the figure are the same as those in FIG. Further, FIG. 7 shows a case where the sample 110 is rotated and the surface is greatly inclined from the horizontal direction.

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。   In the case of the state shown in FIG. 7A, when the mark is read using the conventional method, the geometric relationship between the groove mark 110A and the charged particle beam 101A becomes complicated. The relationship with the distance is a complex waveform as shown in FIG. In this case, the center position of the mark 110A cannot be measured by a simple method. Even if a complicated method is used, it is difficult to accurately measure the position of the center (or a specific portion) of the mark 110A.

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。   When the sample 110 is rotated around an axis in a direction different from parallel to the charged particle beam 101A, the position of the mark itself moves (three-dimensionally) by the rotation, and further, a three-dimensional shape of a groove or a mark made of a different material. The intensity distribution of the detected signals such as reflected electrons greatly changes due to the change in the target arrangement. For this reason, it is difficult to accurately read the mark position itself. Therefore, in such a case, it has been impossible to perform drawing at a desired position on the surface of the sample using the conventional apparatus and method.

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。   The present invention solves the above-mentioned problem, and focuses the charged particle beam at a desired position on the sample surface rotated about an axis in a direction different from the traveling direction of the charged particle beam, thereby accurately drawing. An object of the present invention is to provide a charged particle beam writing method using a charged particle beam writing apparatus.

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、前記荷電粒子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を備え、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する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であって、前記回転駆動部により前記試料を回転させて所望の方位に設定し、前記高さセンサ部で前記試料の表面の高さ分布を測定する工程と、前記試料を荷電粒子ビームを照射する位置に移動し、荷電粒子ビームを走査したときの透過ビーム強度とビーム位置の関係を前記透過ビーム検出部で検出して、前記試料の輪郭位置または中央位置を測定する工程と、測定した前記試料の輪郭位置または中央位置に応じて前記偏向部の作用量にオフセットを加えて、前記試料上の所望の位置に、所望のパターンを荷電粒子ビームで描画する工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法である。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is characterized in that a charged particle beam source unit for generating and irradiating a charged particle beam, and a height of a surface of a sample to be irradiated with the charged particle beam, A first height sensor for measuring at a position different from the position irradiated with the particle beam; a converging lens for converging the charged particle beam to the height of the surface of the sample; and a deflection for deflecting the charged particle beam. And a stage unit that holds and moves the sample, the stage unit rotating the sample about a direction that is not parallel to the traveling direction of the charged particle beam, and the charged particle beam A charged particle beam drawing method using a charged particle beam drawing apparatus having a transmitted beam detection unit for detecting transmission of light, wherein the sample is rotated by the rotation drive unit and set in a desired direction. And measuring the height distribution of the surface of the sample with the height sensor unit, moving the sample to a position where the charged particle beam is irradiated, and scanning beam intensity and beam position when the charged particle beam is scanned. The transmitted beam detector detects the relationship between the sample position and the center position of the sample, and an offset is added to the amount of action of the deflector according to the measured contour position or center position of the sample. And drawing a desired pattern with a charged particle beam at a desired position on the sample.

本発明に用いる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。   In the charged particle beam drawing apparatus used in the present invention, the stage unit has a rotation driving unit that rotates the sample about a direction that is not parallel to the traveling direction of the charged particle beam, and the charged particle beam is applied to the sample. The height sensor unit measures the height of the sample surface at a position different from the position where the sample is irradiated. Furthermore, a transmission beam detection unit for detecting a charged particle beam is provided in a stage unit immediately below the sample.

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。   In the drawing method of the present invention using the above charged particle beam drawing apparatus, first, the deflecting unit deflects the charged particle beam near the sample, and charged particles according to the signal waveform output from the transmitted beam detecting unit at that time. The deflection amount of the deflection unit when the beam is drawn is changed.

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。   In the present invention, when drawing on a sample that can be rotated about a direction that is not parallel to the traveling direction of the charged particle beam, the charged particle beam is scanned across the part where the contour of the sample or the transmitted beam intensity changes. The transmitted charged particle beam is detected by the transmitted beam detector. As a result, the contour position or center position of the sample, or a specific position within the sample is accurately measured, and an offset is added to the deflection amount of the charged particle beam in accordance with the position, thereby obtaining a desired position on the sample. Thus, a desired pattern can be accurately formed.

本発明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。   The charged particle beam writing method using the charged particle beam writing apparatus of the present invention includes a rotation driving unit that rotates the sample around a direction that is not parallel to the traveling direction of the charged particle beam. In addition, the height sensor unit measures the height of the surface of the sample at a position different from the position where the sample is irradiated with the charged particle beam, and the charged particle beam is detected on the stage immediately under the sample. A transmitted beam detector.

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。   This makes it possible to focus the charged particle beam on the surface of the rotated sample. Further, the charged particle beam is deflected in the vicinity of the sample, and the deflection amount of the deflecting unit at the time of drawing is changed according to the signal waveform output from the transmitted beam detecting unit at that time. This makes it possible to accurately draw at a desired position on the sample.

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。   Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

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。   FIG. 1 is a schematic diagram of a charged particle beam drawing apparatus showing an embodiment of the present invention. The charged particle beam drawing apparatus in FIG. 1 includes a charged particle beam source unit 1, a converging lens unit 2, a deflection unit 3, a height sensor unit 4, and a stage unit 5. The stage unit 5 includes a rotation drive unit 5A and a transmitted beam detection unit 5B.

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。   The charged particle beam source unit 1 outputs the charged particle beam 1 </ b> A toward the surface of the stage unit 5. The deflection unit 3 deflects the charged particle beam 1A from the charged particle beam source unit 1 under the control of the transmitted beam detection unit 5B. The converging lens unit 2 converges the charged particle beam 1 </ b> A deflected by the deflecting unit 3 under the control of the height sensor unit 4.

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。   The height sensor unit 4 measures the height of the surface of the sample 10 at a measurement position different from the position where the charged particle beam source unit 1 irradiates the charged particle beam 1A.

回転駆動部5Aは、試料10を保持する保持部分5Aを備えている。保持部分5A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。 Rotary drive unit 5A is provided with a holding portion 5A 1 for holding a sample 10. The holding portion 5A 1 rotates the sample 10 around the direction that is not parallel to the traveling direction of the charged particle beam 1A, that is, the longitudinal direction of the holding portion 5A 1 in this embodiment. Further, the rotation drive unit 5A is movable on the stage unit 5 in the direction of arrow A and in the opposite direction. That is, the rotation driving unit 5A arranges the sample 10 at the measurement position of the height sensor unit 4, and arranges the sample 10 at the irradiation position of the charged particle beam 1A from the charged particle beam source unit 1.

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。   The transmitted beam detector 5 </ b> B is disposed on the surface side of the stage unit 5. The transmitted beam detector 5B detects the charged particle beam transmitted through the sample 10 when the charged particle beam 1A is output from the charged particle beam source unit 1. Then, the transmitted beam detection unit 5B deflects the deflection unit 3 based on the detection result.

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。   In the present embodiment, the charged particle beam 1 </ b> A generated from the charged particle beam source unit 1 is converged near the surface of the sample 10 by the action of the converging lens unit 2. The charged particle beam 1 </ b> A is deflected by the action of the deflecting unit 3 and irradiated so that a desired pattern is formed on the surface of the sample 10. At this time, the sample 10 is rotated in advance by the rotation drive unit 5A so that the sample 10 has a desired orientation. In addition, the height sensor unit 4 measures the height (distribution) of the surface of the sample 10 in advance so that the charged particle beam 1A is accurately converged on the surface of the sample 10 while the sample 10 is rotated. . This measurement is performed at the measurement position.

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。   Further, the sample 10 is rotated, and the charged particle beam 1A is deflected by the action of the deflecting unit 3 while being in the vicinity of the irradiation position of the charged particle beam 1A, and the transmitted beam intensity output from the transmitted beam detecting unit 5B is deflected. The contour position or the center position of the sample 10 is measured in correspondence with the amount of action of the unit 3. Based on the measurement result, the charged particle beam 1A is deflected to a desired position on the sample 10, and the sample 10 is moved by the stage unit 5 as necessary, thereby drawing on the desired position of the sample 10. Is possible.

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。   Next, a method for measuring the contour position or the center position of the sample 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing a method for measuring the contour position or the center position of the sample by irradiating the vicinity of the sample with a charged particle beam, and an example of the relationship between the transmitted beam intensity and the beam position. The symbols in the figure are the same as those in FIG. FIG. 2 shows a case where the surface of the sample 10 is substantially horizontal, and FIG. 3 shows a case where the sample 10 is rotated and the surface is greatly inclined from the horizontal direction.

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。   The method for associating the transmitted beam intensity with the position of the charged particle beam 1A is the same only by replacing the reflected electrons in the description of FIGS. 6 and 7 with the transmitted beam. However, in the present embodiment, it is not always necessary to process a mark on the sample 10 in advance, and the fact that the intensity of the transmitted beam changes greatly depending on the contour of the sample 10 is used. As shown in FIGS. 2 (a) and 3 (a), when the charged particle beam 1A is scanned in the direction of the arrow B, for example, as shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b), the transmitted beam intensity and The relationship with the beam position corresponds to an outline obtained by projecting the shape of the sample 10 in that state onto the horizontal plane, no matter how the sample 10 is tilted. Therefore, the position of the contour or the center position of the sample 10 can be accurately measured.

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。   Thereby, if the shape and rotation angle of the sample 10 are measured in advance, the relationship between an arbitrary position on the surface of the sample 10 in the rotated state and the contour or the center position can be easily obtained. Therefore, by adding an offset to the amount of action of the deflecting unit 3 so that the charged particle beam 1A is irradiated to a desired position on the sample 10, the sample unit 10 is also moved by the stage unit 5 if necessary. By doing so, it becomes possible to perform charged particle beam writing at a desired position on the sample 10.

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。   The charged particle beam drawing apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. The charged particle beam drawing apparatus of FIG. 4 includes an electron beam source unit 21, a converging lens unit 22, a deflection unit 23, a first height sensor unit 24, a second height sensor unit 25, a stage unit 26, and a holder unit. 27. The main operations of the converging lens unit 22 for converging the electron beam 21A and the deflecting unit 23 for deflecting the electron beam 21A are the same as those in the above embodiment.

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。 The holder unit 27 includes a sample holder 27A, a rotation drive unit 27B, a holding portion 27C, and a height mark 27D. The holding portion 27C holds the sample 30, and the rotation driving unit 27B is provided in the sample holder 27A, and rotates the holding portion 27C in the sample holder 27A to rotate the sample 30. That is, the rotation drive unit 27B and the holding portion 27C are the same as the rotation drive unit 5A and the holding portion 5A1 of the first embodiment. The height mark 27D is formed on the surface of the sample holder 27A, and is referred to when measuring the height.

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を照射し、検出部25Bは光25Aの反射から測定対象の高さを検出する。 The first height sensor unit 24 includes a stage 24A and a confocal laser microscope 24B. The stage 24A holds and moves the sample holder 27A in the first height sensor unit 24. The first height sensor unit 24 measures the height distribution of the surface of the sample 30 as a relative value from the height of the height mark 27D using the confocal laser microscope 24B. The second height sensor unit 25 measures the height mark 27D height of the holder unit 27 at the irradiation position of the electron beam 21A using an optical lever-type height sensor. The second height sensor unit 25 includes an output unit 25A and a detection unit 25B. The output unit 25A has the light 25A 1 irradiates the measurement target, the detection unit 25B detects the height of the measurement object from the reflection of light 25A 1.

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。   The stage unit 26 includes a stage 26A and a transmission electron detection unit 26B. The stage 26 </ b> A holds and moves the holder portion 27 within the stage portion 26. The transmitted electron detector 26B detects electrons that have passed through the sample 30 by irradiation with the electron beam 21A.

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。   The main operations and actions of these components are as described in the first embodiment. However, the electron beam source unit 21 is used as the charged particle beam source unit 1 of the first embodiment, and the transmission electron detection unit 26B is used as the transmitted beam detection unit 5B of the first embodiment. Furthermore, the 1st height sensor part 24 and the 2nd height sensor part 25 are used as what corresponds to the height sensor part 4 of Embodiment 1. FIG.

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。   Details of the method of adjusting the action of the converging lens unit 12 using these two height sensor units 24 and 25 and the height mark 27D of the holder unit 27 are described in Patent Document 1 described above. . In brief, first, the first height sensor unit 24 measures the height distribution of the surface of the sample 30 as a relative value from the height of the height mark 27D. Next, the holder part 27 is moved in the direction of arrow C and moved to the stage part 26, and the height of the height mark 27D at the irradiation position of the electron beam 21A is measured by the second height sensor part 25. By adding the height distribution of the surface of the sample 30 that has already been measured to the height, the height at the drawing position on the surface of the sample 30 is obtained, and the converging lens unit so that the electron beam 21A converges to that height. 22 is adjusted.

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。   By using the confocal laser microscope 24B for the height sensor unit 24, the accuracy of 0.1 μm or less is obtained even when the surface of the sample 30 is greatly inclined or has a complicated shape, and even when the reflectance to light is low. Thus, there is an advantage that the height distribution on the surface of the sample 30 can be measured. Further, by using the electron beam 21A as the charged particle beam 1A of the first embodiment, damage to the sample 30 and the transmitted electron detection unit 26B can be reduced compared to using an ion beam, and the drawing position can be reduced at a low cost. There is an advantage that accuracy can be maintained.

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。   In this way, when the sample is rotated around an axis that is not parallel to the charged particle beam, the charged particle beam is converged by measuring the height of the sample surface at a position different from the position where the charged particle beam is irradiated. Can be made. Furthermore, a charged particle beam is scanned in advance near the sample, and the contour or center position of the sample is accurately obtained from the relationship between the transmitted beam intensity and the beam position, and an offset is added to the action of the deflection unit accordingly. Thus, it is possible to accurately perform drawing at a desired position on the sample.

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。   The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, in the above-described embodiment, the method of measuring the position of the contour of the sample by the transmitted beam detection unit has been described. However, when there is a region having a different transmittance in the sample, or a region having a different transmittance can be formed in advance. A sample may be processed and used as a mark. In the case of the method for measuring the position of the contour of the sample, it is not necessary to process the sample in advance, and it is not necessary to consider the internal structure and material of the sample, which is convenient. However, this method may take some time to move the sample if the sample is somewhat large. The method of processing regions having different transmittances in advance has an advantage that the drawing time can be optimized when the orientation and drawing position of the sample at the time of drawing are determined in detail. However, in this method, there are cases where the mark portion of the sample has to be processed largely.

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。   Further, in the above-described embodiment, the scanning speed and the action of the focusing lens when measuring the transmitted electron intensity by scanning the electron beam in the vicinity of the sample are not particularly described. When the electron beam is converged on the sample surface and scanned slowly for a certain degree, the portion of the sample is exposed (modified) to the electron beam as in the case of drawing with the electron beam, which is often not preferable. In such a case, it is preferable to increase the scanning speed sufficiently or adjust the action of the converging lens so that the electron beam does not converge on the sample so that the sample is not exposed (deformed).

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。   In the above-described embodiment, an example in which a confocal laser microscope is used as the height sensor unit has been described. However, a laser interferometer, a high-precision optical lever-type height sensor, an electric capacitance sensor, an atomic force microscope, a conflict sensor Other measuring devices that can measure the height and gap may be used.

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。   In the above-described embodiment, the details of the rotation drive unit that rotates the sample are omitted. However, the rotation drive unit has a plurality of rotation axes as used in the conventional charged particle beam application apparatus described above, and is arranged in an arbitrary direction. Needless to say, a driving device capable of rotating the sample may be used.

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。   The embodiments of the present invention described above are only a part of the embodiments that can be considered according to the present invention. The existing methods related to charged particle beam application apparatuses, the existing technologies related to rotational driving, and the transmitted beam intensity The present invention can take many embodiments by combining existing algorithms relating to signal processing and drawing. The specific combination should be selected in accordance with the required accuracy and processing time and the purpose of drawing, and the same effect can be obtained by an appropriate combination.

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。It is a schematic diagram which shows the charged particle beam drawing apparatus for describing Embodiment 1 of this invention. 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。It is a figure for demonstrating embodiment of this invention in case the surface of a sample is a substantially horizontal direction, (a) is a schematic diagram which shows the method of measuring the outline position or center position of a sample, (b) is transmission It is a figure which shows the example of the relationship between beam intensity and a beam position. 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。It is a figure for demonstrating embodiment of this invention when the surface of a sample is inclined largely from a horizontal direction, (a) is a schematic diagram which shows the method of measuring the outline position or center position of a sample, (b) ) Is a diagram showing an example of the relationship between transmitted beam intensity and beam position. 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。It is a schematic diagram which shows the charged particle beam drawing apparatus for describing Embodiment 2 of this invention. 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。It is a schematic diagram which shows the example of the conventional charged particle beam drawing apparatus. 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。It is a figure for demonstrating the method of the mark position reading in the conventional charged particle beam drawing apparatus in case the sample surface is a horizontal direction, (a) is a schematic diagram, (b) shows the relationship between reflected electron intensity and distance. FIG. 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。It is a figure for demonstrating the method of the mark position reading in the conventional charged particle beam drawing apparatus in case the sample surface is inclined, (a) is a schematic diagram, (b) shows the relationship between reflected electron intensity and distance. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charged particle beam source part 1A Charged particle beam 2 Converging lens part 3 Deflection part 4 Height sensor part 5 Stage part 5A Rotation drive part 5A 1 Holding part 5B Transmission beam detection part 10 Sample 21 Electron beam source part 21A Electron beam 22 Convergence Lens unit 23 Deflection unit 24 First height sensor unit 24A Stage 24B Confocal laser microscope 25 Second height sensor unit 26 Stage unit 26A Stage 26B Transmission electron detection unit 27 Holder unit 27A Sample holder 27B Rotation drive unit 27C Holding Part 27D Height mark 101 Charged particle beam source unit 101A Charged particle beam 102 Converging lens unit 103 Deflection unit 104 Stage unit 105 Height sensor unit 105A Output unit 105B Detection unit 106 Backscattered electron detection unit 110 Sample 110A Mark 111 Light

Claims (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、前記荷電粒子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
を備え、
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)とを有する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であって、
前記回転駆動部(5A)により前記試料を回転させて所望の方位に設定し、前記高さセンサ部(4)で前記試料の表面の高さ分布を測定する工程と、
前記試料を荷電粒子ビームを照射する位置に移動し、荷電粒子ビームを走査したときの透過ビーム強度とビーム位置の関係を前記透過ビーム検出部(5B)で検出して、前記試料の輪郭位置または中央位置を測定する工程と、
測定した前記試料の輪郭位置または中央位置に応じて前記偏向部(3)の作用量にオフセットを加えて、前記試料上の所望の位置に、所望のパターンを荷電粒子ビームで描画する工程と
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
A charged particle beam source (1) for generating and irradiating a charged particle beam;
A first height sensor unit (4) for measuring the height of the surface of the sample to be irradiated with the charged particle beam at a position different from the position irradiated with the charged particle beam;
A converging lens portion (2) for converging the charged particle beam to the height of the surface of the sample;
A deflection unit (3) for deflecting the charged particle beam;
A stage unit (5) for holding and moving the sample,
The stage unit (5) includes a rotation driving unit (5A) that rotates the sample about a direction that is not parallel to the traveling direction of the charged particle beam, and a transmitted beam detection unit (for detecting transmission of the charged particle beam). 5B), a charged particle beam writing method using a charged particle beam writing apparatus,
Rotating the sample by the rotation drive unit (5A) and setting the sample to a desired orientation, and measuring the height distribution of the surface of the sample by the height sensor unit (4);
The sample is moved to a position where the charged particle beam is irradiated, and the relationship between the transmitted beam intensity and the beam position when the charged particle beam is scanned is detected by the transmitted beam detector (5B), and the contour position of the sample or Measuring the center position; and
Adding an offset to the amount of action of the deflection unit (3) according to the measured contour position or center position of the sample, and drawing a desired pattern with a charged particle beam at a desired position on the sample; A charged particle beam writing method comprising:
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