JP3110363B2 - 荷電ビーム描画装置の調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路、
その他微細な素子パターンを、荷電ビームを用いて半導
体ウェハやパターン転写用のマスク等の基板上に形成す
るための荷電ビーム描画装置に係わり、特に照射系や結
像系等の光学系の調整を行うための荷電ビーム描画装置
の調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＬＳＩ等の試料面上に所望の
微細パターンを描画するものとして、電子ビーム描画装
置が用いられている。これらのうちでビーム寸法を可変
とする可変成形ビーム方式の電子ビーム露光装置は、ビ
ーム寸法固定方式と比較して格段にスループットが高い
という特徴がある。

【０００３】この可変成形ビーム方式の描画装置は、第
１成形アパーチャと第２成形アパーチャの電子光学的な
重なりにより成形ビームの形状が決定され、その成形ビ
ームが試料面上に結像される。その性質上、電子ビーム
のクロスオーバ像と成形ビーム像の分離を行わなければ
ならない。

【０００４】図１は、かかる電子ビーム描画装置の基本
的な構成図である。図中１０１は電子銃、１０２は電子
ビーム、１０３はコンデンサレンズ、１０４は第１成形
アパーチャ、１０５は成形偏向器、１０６は投影レン
ズ、１０７は第２成形アパーチャ、１０８は縮小レン
ズ、１０９は対物偏向器、１１０は対物レンズ、１１１
は試料、１１２はマーク台、１１３はファラデーカッ
プ、１１４は可動ステージ、１１５はパターンデータデ
コーダ、１１６は成形偏向アンプ、１１７はパターンデ
ータメモリ、１１８はブランキング電極、１１９は対物
偏向アンプ、１２０はブランキングアンプ、１２１はク
ロスオーバ、１２２は重金属粒子、１２３は検出器を示
している。

【０００５】ここで示した電子ビーム描画装置は、電子
銃１０１から放出された電子ビーム１０２に対し、コン
デンサレンズ１０３，投影レンズ１０６，及び縮小レン
ズ１０８によりクロスオーバ像１２１がそれぞれ結像さ
れ、最終的には対物レンズ１１０主面にクロスオーバ像
１２１が結像されるように構成される。これは、ケーラ
照明条件と称されている。

【０００６】従来このような電子ビーム描画装置の照射
系を調整方法するには、可動ステージ上１１４の重金属
粒子１２２上を成形された電子ビーム１０２で走査し、
重金属粒子１２２からの反射電子を検出器１２３で検出
し、その反射電子信号から成形ビームのビームプロファ
イルを観察する。そして、対物レンズ１１０のコイルに
流す電流値を変化させ、ビームプロファイルの形状を観
察し、ビームのプロファイルにクロスオーバ像が現れな
いように調整を行っていた。

【０００７】具体的には、反射電子信号から成形ビーム
のビームプロファイルをオシロスコープ上で観察し、こ
のビームプロファイルを観察しながら、コンデンサレン
ズ１０３及び対物レンズ１１０のコイルに流す電流値を
手動で変化させて、ビームプロファイルの形状を観察
し、ビームのプロファイルにクロスオーバ像が現れない
ように調整を行っていた。しかし、この調整方法は、手
動で調整を行うために調整誤差や個人誤差が大きく、正
確にケーラ照明条件に合わせることが困難であった。

【０００８】そこで最近、対物レンズの主面と共役な位
置にアパーチャを設け、そのアパーチャからの反射電子
を観察し、その微分波形が最大になるように照射レンズ
のコイルに流す電流値を調整する方法が提案されている
（特開平７−２５４５４４号公報）。しかしながら、こ
の方法では、加工精度，組み立て上の問題から数十μｍ
程度のアパーチャの位置設定誤差は発生してしまう。図
１に示す電子光学系では、その誤差を拡大して対物レン
ズの主面へ結像するため、数十μｍの誤差が数百μｍへ
拡大され、精度良く調整はできない。

【０００９】また、正焦点位置から同量正負に対物レン
ズのコイルに流す電流値を変化させ、その時の試料台上
の重金属からの反射電子信号のプロファイルを比較し、
プロファイルの差が最小になるように照射条件を設定す
る方法が提案されている（特願平７−２２０４９４号公
報）。

【００１０】しかしながら、この方法では、正焦点位置
の設定誤差が照射系の設定に寄与する。反射電子信号の
プロファイル形状を比較し、プロファイル形状の差が最
小になるように照射条件を設定するため、プロファイル
の形状判断の画像処理が煩雑になる、ケーラ照明条件が
成立しているときの判断は可能であるが、調整時に定量
的にコンデンサレンズのコイルに流す電流値の最適な電
流値への変化量を判断することができず、調整がトライ
アンドエラーになり、調整時間が長くなる、精度良く調
整できない問題があった。

【００１１】ケーラ照明条件が成立していない場合、成
形ビーム形状が劣化し正確に焦点合わせが行えない、結
像系の非点収差が大きくなる、試料（例えば半導体ウェ
ハ）の高さずれによるビームサイズ大きさが変化するな
ど、試料に対する描画精度を劣化させる要因になる。ま
た、試料面上の高さ変化に対してビーム寸法が変化する
ことからパターン寸法の精度劣化要因になる。さらに、
０．１５μｍ以下のリソグラフィにおいては、数ｎｍ以
下のビーム寸法精度が要求されており、従来の結像系の
非点収差のみの補正でなく、照射系の非点補正（対物主
面上でのビームクロスオーバの形状）も描画精度を劣化
する要因となり、照射系の非点の検出方法，補正も必要
になりつつある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、可変
成形ビーム方式の電子ビーム描画装置においては、描画
精度を向上させるために対物レンズの主面にビームクロ
スオーバ像が来るように（ケーラ照明条件を満足するよ
うに）光学系を調整する必要があるが、このような調整
を正確に行うのは極めて困難であり、さらにその調整に
多大な時間がかかるという問題があった。また、上記の
問題は電子ビーム描画装置に限らず、イオンビーム描画
装置についても同様に言えることである。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、荷電ビーム描画装置の
光学系の調整を簡易に且つ精度良く行い、主に対物レン
ズの主面にビームクロスオーバを精度良く合わせること
ができ、描画精度の向上に寄与し得る荷電ビーム描画装
置の調整方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】 （構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。

【００１５】(1) 荷電ビームを用いてパターンの像を投
影する荷電ビーム描画装置であって、荷電ビーム源から
発生された荷電ビームを所望の形状に成形する２つの成
形アパーチャと、これらの成形アパーチャ間に配置さ
れ、該成形アパーチャの光学的な重なりを所望の形状に
成形する成形偏向器と、前記成形アパーチャ間に配置さ
れ、第１成形アパーチャを物面とし第２成形アパーチャ
上に像面を形成する投影レンズと、前記成形アパーチャ
で成形した荷電ビームを試料上に結像させるための縮小
レンズ及び対物レンズと、反射粒子（反射電子又は反射
イオン）又は２次粒子（２次電子又は２次イオン）を試
料面上方で検出するために配置した検出器とを備えた荷
電ビーム描画装置において、ケーラ照明条件に合わせる
ために、前記対物レンズのコイルに流す電流を変化さ
せ、成形されたビームを試料面位置に配置されたマーク
上で走査し、該マークからの反射粒子又は２次粒子を検
出して成形されたビームサイズを測定し、測定されたビ
ームサイズの変化の情報を基に前記各レンズのコイルに
流す電流値の調整を行うことを特徴とする。

【００１６】(2) (1) において、前記ビームサイズを測
定する際に、前記マークとして試料面位置に配置された
重金属粒子を用い、この重金属粒子からの反射粒子又は
２次粒子の信号の最大値の半値幅をビームサイズとして
求めることを特徴とする。

【００１７】(3) (1) において、前記電流値の調整を行
うに際し、前記対物レンズのコイルに流す電流を変化さ
せたときに、ビームサイズの変化が最小になるように対
物レンズより荷電ビーム源側に設けられた調整用レンズ
のコイルに流す電流値を調整することを特徴とする。

【００１８】(4) (3) において、前記調整用レンズは、
第１成形アパーチャより荷電ビーム源側に設けてあるこ
とを特徴とする。

【００１９】(5) (1) において、前記電流値の調整を行
うに際し、前記対物レンズより荷電ビーム源側に設けた
レンズのコイルに流す電流を変化させ、同時に対物レン
ズのコイルに流す電流を変化させたときのビームサイズ
の変化率を求め、そのビームサイズの変化率により、対
物レンズより荷電ビーム源側に設けたレンズの電流を変
化させた時のレンズ電流の変化に対するクロスオーバ位
置の変化を求めることを特徴とする。

【００２０】(6) (5) において、前記対物レンズより荷
電ビーム源側に設けたレンズは、第１成形アパーチャよ
り荷電ビーム源側に設けたことを特徴とする。

【００２１】(7) (5)(6)において、前記対物レンズより
荷電ビーム源側の２つ以上のレンズのレンズのコイルに
流す電流を変化させ、同時に対物レンズのコイルに流す
電流を変化させ、ビームサイズの変化が最小又は照射条
件が変わらないように、対物レンズより荷電ビーム源側
の２つ以上のレンズのコイルに流す電流値を組み合わせ
て使用することを特徴とする。

【００２２】(8) (3) において、前記電流値の調整を行
うに際し、ビームサイズの一方向とそれに直交した方向
のビームサイズの変化量が最小になる前記調整用のレン
ズのコイルに流す電流値が同じになるように、前記対物
レンズより荷電ビーム源側に設けた非点補正コイルに流
す電流値を調整することを特徴とする。

【００２３】(9) (8) において、前記非点補正コイル
は、第１成形アパーチャより荷電ビーム源側に設けてあ
ることを特徴とする。

【００２４】(10) (1)において、前記電流値の調整を行
うに際し、前記対物レンズより荷電ビーム源側に設けた
レンズのコイルに流す電流を変化させ、同時に対物レン
ズのコイルに流す電流を変化させた時のビームサイズを
測定し、対物レンズより荷電ビーム源側に設けたレンズ
のコイルの電流値の設定値によらず、ビームサイズが同
一になる対物レンズのコイルの電流値の値を求め、その
対物レンズのコイルの電流値を基に対物レンズのコイル
に流す電流値の適切値を設定することを特徴とする。

【００２５】(11) (10) において、前記対物レンズのコ
イルに流す電流値がビームサイズの一方向とそれに直交
した方向に対して対物レンズのコイルに流す電流値が同
じになるように、第２成形アパーチャより試料面側に設
けた非点補正コイルのコイルに流す電流値で調整するこ
とを特徴とする。

【００２６】(12) (5)又は(7) の方法で求めたレンズの
コイルに流す電流値の組み合わせで、予め試料面上の電
流密度を測定しておき、必要に応じて任意の電流密度に
(3)を満足する条件にレンズのコイルに流す電流値の条
件を設定することを特徴とする。

【００２７】(13)荷電ビームを用いてパターンの像を投
影する荷電ビーム描画装置であって、荷電ビーム源から
発生された荷電ビームを所望の形状に成形する第１及び
第２の成形アパーチャと、これらの成形アパーチャ間に
配置され、該成形アパーチャの光学的な重なりを所望の
形状に成形する成形偏向器と、前記成形アパーチャ間に
配置され、第１成形アパーチャを物面とし第２成形アパ
ーチャ上に像面を形成する投影レンズと、前記成形アパ
ーチャで成形した荷電ビームを試料上に結像させるため
の縮小レンズ及び対物レンズと、反射粒子又は２次粒子
を試料面上方で検出するために配置した検出器とを備え
た荷電ビーム描画装置において、前記対物レンズのコイ
ルに流す電流を変化させ、成形されたビームを試料面位
置に配置されたマーク上で走査し、該マークからの反射
粒子又は２次粒子を検出し、該検出した反射粒子又は２
次粒子の最大値の変化情報を基に前記各レンズのコイル
に流す電流値の調整を行うことを特徴とする。

【００２８】(14) (13) において、前記反射粒子又は２
次粒子の最大値の変化情報を基に、前記対物レンズのコ
イルに流す電流を変化させた時に、反射粒子又は２次粒
子の変化が最小になるように対物レンズよりも荷電ビー
ム源側に設けられたレンズのコイルに流す電流値を調整
することを特徴とする。

【００２９】(15) (13) において、前記コイルに流す電
流値を制御するレンズとして、第１成形アパーチャより
も荷電ビーム源側に設けられたレンズを選択することを
特徴とする。

【００３０】（作用）本発明によれば、対物レンズのコ
イルに流す電流を変化させ、成形されたビームを試料面
位置に配置されたマーク上で走査し、該マークからの反
射粒子又は２次粒子を検出して成形されたビームサイズ
を測定し、測定されたビームサイズの変化の情報を基に
前記各レンズのコイルに流す電流値の調整を行うことに
より、対物レンズの主面にビームクロスオーバを合わせ
ることができる。そしてこの場合、光学系の調整を簡易
に且つ精度良く行うことができ、描画精度の向上に寄与
することが可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００３２】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に用いた電子ビーム描画装置を示す概略構成
図である。

【００３３】電子銃１０１から放射された電子ビーム１
０２は、コンデンサレンズ１０３で電流密度が調整さ
れ、第１成形アパーチャ１０４を均一に照明する。この
第１成形アパーチャ１０４の像は、投影レンズ１０６に
より第２成形アパーチャ１０７上に結像される。この２
つのアパーチャ１０４，１０７の光学的な重なりの程度
は、成形偏向器１０５により制御される。このビーム成
形機構は、成形偏向器１０５，成形偏向アンプ１１６，
及び偏向アンプ１１６に偏向データを送るパターンデー
タデコーダ１１５から構成されている。

【００３４】第１成形アパーチャ１０４と第２成形アパ
ーチャ１０７の光学的重なりによる像は、縮小レンズ１
０８及び対物レンズ１１０により縮小され、試料１１１
上に結像される。そして、電子ビーム１０２の試料面上
の位置は、対物主偏向器１０９により試料１１１上に設
定される。

【００３５】試料１１１上の成形ビームは、試料１１１
上の電子ビーム１０２の位置のデータを送るパターンデ
ータデコーダ１１５と、主偏向器１０９に電圧を印加す
る主偏向アンプ１１９で制御される。試料１１１は、フ
ァラデーカップ１１３及び電子ビーム寸法測定用マーク
台１１２と共に可動ステージ１１４上に設置され、可動
ステージ１１４を移動することで、試料１１１，ファラ
デーカップ１１３，又は測定用マーク台１１２を選択す
ることができるようになっている。

【００３６】試料１１１上の電子ビーム１０２の位置を
移動する場合、試料１１１上の不必要な場所に露光され
ないように、電子ビーム１０２をブランキング電極１１
８で偏向し、電子ビーム１０２をカットし、試料面上に
到達しないようにする。ブランキング電極１１８への偏
向電圧の制御は、ブランキングアンプ１２０で制御され
る。そして、これらの全てのデータは、パターンデータ
メモリ１１７に格納されている。

【００３７】このような電子光学系の照射系は、試料面
上の電流密度の調整、又はビームのクロスオーバ像とア
パーチャの像を分離するため、対物レンズ１１０の主面
上にクロスオーバ像が来るように（ケーラ照明条件合わ
せ）に調整を行う必要性がある。

【００３８】図１に示す描画装置の構成において、図２
に示すように、第１の成形アパーチャ１０４で成形され
たビーム１０２を第２の成形アパーチヤ１０７上に投影
することにより、所望のビーム形状を形成する。マーク
台１１２上の重金属粒子１２２を成形されたビームで走
査して得られる反射電子を検出器１２３で検出し、成形
ビームのプロファイルを得る。プロファイルの階調値の
度数分布を求めると、図３に示すように、プロファイル
の最大，最小付近に２つのピークが得られる。この２つ
のピークを最大，最小値として定義し、その５０％のレ
ベルをスライスレベルとする。この５０％のレベルでス
ライスされる波形の幅をビームサイズと定義する。

【００３９】このように測定されたビームサイズを、対
物レンズ１１０のコイルに流す電流値を変化させつつ
（フォーカス変化させる）ビームサイズの大きさを測定
した結果を、図４に示す。この時の電子光学系の設定に
おいて、ビームサイズはフォーカスの変化に対して大き
さが変化する。

【００４０】次に、コンデンサレンズ１０３のコイルに
流す電流値を変化させ、同時に対物レンズ１１０のフォ
ーカスを変化させつつビームサイズを測定した結果を、
図５に示す。コンデンサレンズ１０３のコイルに流す電
流値の設定値を変化させるということは、対物レンズ主
面近傍に結像しているクロスオーバ像１２１の位置を変
化させ、ケーラ照明条件からずれていくことになる。

【００４１】このように測定した結果から、フォーカス
値の変化に対するビームサイズの変化量（直線の傾き）
をプロットした結果を、図６に示す。図６のフォーカス
値の変化に対するビームサイズの変化量が０になる照射
系の設定がケーラ照明条件が設定されていることにな
る。本実施形態では、コンデンサレンズ１０３のコイル
に流す電流値が６．９８５の時にケーラ照明条件が成立
していることになる。

【００４２】このコンデンサレンズ１０３のコイルに流
す電流値を上記値に設定し、フォーカスの変化とビーム
サイズの関係を測定した結果を、図７に示す。この場
合、対物レンズ１１０のコイルに流す電流値の変化に対
して、ビームサイズの変化が少ないことが分り、図７に
示すように、ケーラ照明条件を簡単に合わせることがで
きる。

【００４３】このように本実施形態によれば、対物レン
ズ１１０のコイルに流す電流値を変化させたときのビー
ムサイズを測定することにより、ケーラ照明条件を簡単
に設定することが可能になり、その結果として、高精度
に描画をすることが可能になった。

【００４４】（第２の実施形態）図８は、本発明の第２
の実施形態に用いた電子ビーム描画装置を示す概略構成
図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。

【００４５】この装置が図１の装置と異なる点は、コン
デンサレンズ系を２段にした点にある。即ち、電子銃１
０１から放射された電子ビーム１０２は、第１コンデン
サレンズ（ＣＬ１）１０３及び第２コンデンサレンズ
（ＣＬ２）１３０で電流密度及びケーラ照明条件が調整
され、第１成形アパーチャ１０４を均一に照明する。

【００４６】第１成形アパーチャ１０４の像は、図１の
装置と同様に、投影レンズ１０６により第２成形アパー
チャ１０７上に結像され、２つのアパーチャの光学的な
重なりの程度は、成形偏向器１０５により制御される。
さらに、アパーチャ１０４，１０７の光学的重なりによ
る像は、図１の装置と同様に、縮小レンズ１０８及び対
物レンズ１１０により縮小された試料上１１１に結像さ
れる。つまり、コンデンサレンズがＣＬ１，ＣＬ２の２
段の構成になっている以外は図１の装置と全く同じ構成
である。

【００４７】このような構成を持つ電子ビーム描画装置
は、試料面上の電流密度の調整、又はビームのクロスオ
ーバ像とアパーチャの像を分離するため、対物レンズ１
１０の主面上にクロスオーバ像が来るように（ケーラ照
明条件合わせ）に調整を行う必要性がある。さらに、コ
ンデンサレンズ系を２段にすることによって、試料面上
の電流密度とケーラ照明条件の設定をそれぞれ独立に設
定することが可能となる。

【００４８】図８に示す描画装置の構成において、前記
図２に示すように、第１の成形アパーチャ１０４で成形
されたビーム１０２を第２の成形アパーチャ１０７上に
投影することにより、所望のビーム形状を形成する。マ
ーク台１１２上の重金属粒子１２２を成形されたビーム
で走査して得られる反射電子を検出器１２３で検出し、
成形ビームのプロファイルを得る。プロファイルの階調
値の度数分布を求めると、前記図３に示すように、プロ
ファイルの最大，最小付近に２つのピークが得られる。
この２つのピークを最大，最小値として定義し、その５
０％のレベルをスライスレベルとする。この５０％のレ
ベルでスライスされる波形の幅をビームサイズと定義す
る。

【００４９】第１コンデンサレンズ（ＣＬ１）１０３の
コイルに流す電流値を変化させ、同時に対物レンズ１１
０のコイルに流す電流値を変え、即ちフォーカスを変化
させつつビームサイズを測定した結果を、図９に示す。
図９から分るように、第１コンデンサレンズＣＬ１のコ
イルに流す電流値を変化させることにより、ケーラ照明
条件からのずれが大きくなるに従い、フォーカスの変化
に対するビームサイズの変化の割合が大きくなる。即
ち、フォーカスの変化に対するビームサイズの変化量は
クロスオーバの対物レンズ１１０の主面位置からずれを
反映していることになる。

【００５０】測定した結果から、フォーカス値の変化に
対するビームサイズの変化量と第１コンデンサレンズＣ
Ｌ１のコイルに流す電流値との関係をプロットした結果
を、図１０に示す。第１コンデンサレンズＣＬ１のコイ
ルに流す電流値の変化に対して、ビームサイズの変化量
から、第１コンデンサレンズＣＬ１のコイルに流す電流
値を変化させたときのクロスオーバ位置との関係を定性
的に求めることができる。

【００５１】同様に、第２コンデンサレンズ（ＣＬ２）
１３０のコイルに流す電流値の変化に対して、同時に対
物レンズ１１０のコイルに流す電流値を変え、即ちフォ
ーカスを変化させつつビームサイズの測定した結果を、
図１１に示す。図１１から分るように、第２コンデンサ
レンズＣＬ２のコイルに流す電流値を変えることによ
り、ケーラ照明条件からのずれが大きくなるに従い、フ
ォーカスの変化に対するビームサイズの変化の割合が大
きくなる。即ち、フォーカスの変化に対するビームサイ
ズの変化量はクロスオーバの対物レンズ１１０の主面位
置からずれを反映していることになる。

【００５２】測定した結果から、フォーカス値の変化に
対するビームサイズの変化量と第２コンデンサレンズＣ
Ｌ２のコイルに流す電流値の関係をプロットした結果
を、図１２に示す。第２コンデンサレンズＣＬ２の変化
に対して、ビームサイズの変化量から、第２コンデンサ
レンズＣＬ２の強さを変化させたときのクロスオーバ位
置との関係を定性的に求めることができる。

【００５３】これら図１０、図１２からそれぞれのコン
デンサレンズのコイルに流す電流値の変化に対してクロ
スオーバ位置の変化を定性的に求めることができる。即
ち、レンズのコイルに流す電流値を変化させたときの、
電子光学系内で実際に動作しているレンズの磁界強度変
化をクロスオーバの位置変化として、実測することが可
能となる。図１０と図１２から、各コンデンサレンズの
コイルに流す電流値の変化に対し、クロスオーバ位置の
変化をフォーカスの変化に対するビームサイズの変化量
という形で知ることができる。

【００５４】本実施形態では、図１０より第１コンデン
サレンズＣＬ１の電流値の変化とフォーカスの変化に対
するビームサイズの変化量は、Ｙ＝０．０１６０Ｘ² −
０．３００９Ｘ＋１．４１２５の割合で変化し、図１２
より第２コンデンサレンズＣＬ２の電流値の変化に対す
るフォーカスの変化に対するビームサイズの変化量は、
Ｙ＝０．０２６Ｘ² −０．３８２７Ｘ＋１．４０４６の
割合で変化する。このように２つのレンズＣＬ１，ＣＬ
２のコイルに流す電流値の変化に対して、厳密に実機で
クロスオーバの位置変化を測定することにより、第１コ
ンデンサレンズＣＬ１のコイルに流す電流値の変化に対
して第２コンデンサレンズＣＬ２のコイルに流す電流値
を−１．６２５変化させることによりズームレンズの機
能を厳密に達成できる。

【００５５】また、コンデンサレンズＣＬ１，２のコイ
ルに流す電流値を上記の割合で変化させ、ズームレンズ
として使用することにより、電流密度を変化したときに
も、照射条件を一定に保つことができ、かつ試料面上の
電流密度を可変することが可能となる。

【００５６】図１３はズームレンズ機能を働かせ、電流
密度を変化させた例である。コンデンサレンズＣＬ１，
２のコイルに流す電流値を連動させて変化させ、試料面
上上の電流密度を１８．７Ａ／ｃｍ² から２１．４Ａ／
ｃｍ² まで変化させた。照射条件を一定に保存したま
ま、電流密度を変化させることができた。

【００５７】このように本実施形態を用いることによ
り、実際のレンズのコイルに流す電流値の変化に対する
クロスオーバ位置の測定が可能となり、厳密にズームレ
ンズの設定が可能になり、照射条件を一定に維持した状
態で、電流密度の調整が可能となった。

【００５８】（第３の実施形態）図１４は、本発明の第
３の実施形態に用いた電子ビーム描画装置を示す概略構
成図である。なお、図８と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。

【００５９】この装置が図８の装置と異なる点は、コン
デンサレンズ１０３，１３０の間にコンデンサ非点補正
コイル１４０を設けた点にある。即ち、電子銃１０１か
ら放射された電子ビーム１０２は、第１コンデンサレン
ズ（ＣＬ１）１０３及び第２コンデンサレンズ（ＣＬ
２）１３０で電流密度及びケーラ照明条件が調整され、
第１成形アパーチャ１０４を均一に照明する。また、照
明系の非点はコンデンサ非点補正コイル１４０で補正さ
れる。

【００６０】第１成形アパーチャ１０４の像は、図１、
図８の装置と同様に、投影レンズ１０６により第２成形
アパーチャ１０７上に結像され、２つのアパーチャの光
学的な重なりの程度は、成形偏向器１０５により制御さ
れる。さらに、アパーチャ１０４，１０７の光学的重な
りによる像は、図１、図８の装置と同様に、縮小レンズ
１０８及び対物レンズ１１０により縮小され、試料上１
１に結像される。つまり、コンデンサ非点補正コイル１
４０が設けられている以外は図８の装置と全く同じ構成
である。

【００６１】図１４に示す描画装置の構成において、前
記図２に示すように、第１の成形アパーチャ１０４で成
形されたビーム１０２を第２の成形アパーチャ１０７上
に投影することにより、所望のビーム形状を形成する。
マーク台１１２上の重金属粒子１２２を成形されたビー
ムで走査して得られる反射電子を検出器１２３で検出
し、成形ビームのプロファイルを得る。プロファイルの
階調値の度数分布を求めると、前記図３に示すようにプ
ロファイルの最大，最小付近に２つのピークが得られ
る。この２つのピークを最大，最小値として定義し、そ
の５０％のレベルをスライスレベルとする。この５０％
のレベルでスライスされる波形の幅をビームサイズと定
義する。

【００６２】第２コンデンサレンズ（ＣＬ２）１３０の
コイルに流す電流値を変化させ、同時にフォーカスを変
化させつつビームサイズを測定した結果を、図１５に示
す。第２コンデンサレンズＣＬ２のコイルに流す電流値
を変化させるということは、対物レンズ主面近傍に結像
しているクロスオーバ像１２１の位置を変化させ、ケー
ラ照明条件からずれていくことになる。このように測定
した結果から、フォーカス値の変化に対するＸ方向のビ
ームサイズの変化量をプロットした結果を、図１５に示
す。同様に、フォーカス値の変化に対するＹ方向のビー
ムサイズの変化量をプロットした結果を、図１６に示
す。

【００６３】第２コンデンサレンズＣＬ２のコイルに流
す電流値を変化させ、その時のフォーカスの変化とＸ方
向それに対して９０度異なった方向のＹ方向のビームサ
イズの関係を測定した結果を、図１７に示す。図１７に
よれば、ケーラ照明条件の成立するコンデンサレンズＣ
Ｌ２のコイルに流す電流値がＸ方向とＹ方向で異なって
いる。即ち、Ｘ方向とＹ方向で照明系に非点収差を検出
することが可能となった。

【００６４】従来は、照射系の非点収差を検出すること
は難しく補正が困難であった。しかし、本実施形態を用
いることにより、この照射系の非点収差を検出すること
が可能となり、その値を基にコンデンサ非点補正コイル
１４０に流す電流値を変化させることにより、収差を補
正することが可能となり、結果として高精度の描画が可
能となった。

【００６５】また、コンデンサレンズに入射するビーム
の調整が不完全で発生している収差であれば、コンデン
サレンズに入射するビームの傾斜角度を変えることによ
り、上記非点収差を解消することも可能である。

【００６６】（第４の実施形態）図１８は、本発明の第
４の実施形態に用いた電子ビーム描画装置を示す概略構
成図である。なお、図８と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。

【００６７】この実施形態が図８の装置と異なる点は、
対物レンズ１１０の下方に対物非点補正コイル１５０を
設けたことにある。即ち、電子銃１０１から放射された
電子ビーム１０２は、図８の装置と同様に、第１コンデ
ンサレンズ（ＣＬ１）１０３及び第２コンデンサレンズ
（ＣＬ２）１３０で電流密度及びケーラ照明条件が調整
され、第１成形アパーチャ１０４を均一に照明する。

【００６８】第１成形アパーチャ１０４の像は、図１、
図８の装置と同様に、投影レンズ１０６により第２成形
アパーチャ上１０７に結像され、２つのアパーチャの光
学的な重なりの程度は、成形偏向器１０５により制御さ
れる。さらに、アパーチャ１０４，１０７の光学的重な
りによる像は、縮小レンズ１０８及び対物レンズ１１０
により縮小され、試料上１１１に結像される。そして、
電子ビーム１０２の試料面上の位置は対物主偏向器１０
９により試料上１１１に設定され、結像系の非点は対物
非点補正コイル１５０で補正される。

【００６９】図１８に示す描画装置の構成において、前
記図２に示すように、第１の成形アパーチャ１０４で成
形されたビームを第２の成形アパーチャ１０７上に投影
することにより、所望のビーム形状を形成する。マーク
台１１２上の重金属粒子１２２を成形されたビームで走
査して得られる反射電子を検出器１２３で検出し、成形
ビームのプロファイルを得る。プロファイルの階調値の
度数分布を求めると、前記図３に示すように、プロファ
イルの最大，最小付近に２つのピークが得られる。この
２つのピークを最大，最小値として定義し、その５０％
のレベルでスライスレベルとする。この５０％のレベル
でスライスされる波形の幅をビームサイズと定義する。

【００７０】次に、第２コンデンサレンズ１３０のコイ
ルに流す電流値を変化させ、同時にフォーカスを変化さ
せ、Ｘ方向のビームサイズを測定した結果を、図１９に
示す。ケーラ照射条件からずれたそれぞれの状態でビー
ムサイズを測定すると、ビームサイズの変化は照射条件
によって、ビームサイズの変化の振る舞いが異なること
が分る。また、図１９から照射条件によらず、ビームサ
イズが同じになる対物レンズ１１０のコイルに流す電流
値を求めることができる。この時の対物レンズ１１０の
コイルに流す電流値を基に対物レンズ１１０のコイルの
最適電流値を求めることができ、焦点調整が可能となっ
た。

【００７１】本実施形態によれば、図１９から、本実施
形態の電子光学系の設定の場合は対物レンズ１１０のコ
イルに流す電流値の設定に対し、最適焦点位置が４．５
μｍずれていることが分る。また、同様にＹ方向のビー
ムサイズを第２コンデンサレンズ１３０のコイルに流す
電流値を変化させ、同時にフォーカスを変化させ、測定
した結果を、図２０に示す。Ｘ方向と同様に図２０よ
り、最適焦点位置が４．４μｍずれていることが分る。

【００７２】このようにして、対物レンズ１１０の焦点
位置のずれを検出し、最適焦点位置からのずれ分を補正
し、調整を行うことができる。電子光学系の設定が完全
であれば、Ｘ方向とＹ方向の最適焦点位置は同じ点にな
るはずである。このデータでは、対物レンズ１１０の非
点が補正されていたことが分る。

【００７３】また、本実施形態では、Ｘ方向とＹ方向の
最適焦点位置のずれを検出することが可能であり、本実
施形態によれば、Ｘ方向とＹ方向で結像系の非点収差が
０．１μｍ検出されている。これら値を非点コイル１５
０に流す電流値を変化させて補正することにより、簡単
に結像系の非点収差の補正ができる。また、非点収差補
正後に最適焦点位置の調整を行うことも可能である。

【００７４】（第５の実施形態）本実施形態では、前記
図８に示す電子ビーム描画装置の電流密度の調整方法に
関する。図２１は、第２の実施形態で示したようにケー
ラ照明条件が成立した条件において、電流密度とコンデ
ンサレンズのコイルに流す電流値との関係を示してい
る。

【００７５】従来より電流密度の調整は、希望とする電
流密度になるように、第１コンデンサレンズ（ＣＬ１）
１０３のコイルに流す電流値を調整し、その後にケーラ
照明条件が成立するように、第２コンデンサレンズ（Ｃ
Ｌ２）１３０のコイルに流す電流値を調整する。する
と、ケーラ照明条件を合わせるために、コンデンサレン
ズＣＬ２のコイルに流す電流値を調整することにより、
電流密度が変化してしまう。その後、再び第１コンデン
サレンズＣＬ１のコイルに流す電流値を調整し、その後
にケーラ照明条件が成立するように、第２コデンサレン
ズＣＬ２のコイルに流す電流値を調整し、これらを数回
繰り返し、希望とする電流密度とケーラ照射条件が両立
するように合わせ込んでいた。

【００７６】これに対し本実施形態では、第１コンデン
サレンズＣＬ１と第２コンデンサレンズＣＬ２がズーム
レンズになる関係を求めておき、それぞれの条件でケー
ラ照明条件を確認した後、電流密度を測定し、第１，第
２コンデンサレンズＣＬ１，ＣＬ２と電流密度の関係を
データベース化しておく。任意の電流密度に設定したい
場合は、図２１のデータを２次以上の関係にらフィッテ
ングして、第１及び第２コンデンサレンズＣＬ１，ＣＬ
２のコイルに流す電流値を算出し設定する。

【００７７】例えば、電流密度を２０Ａ／ｃｍ² に設定
する場合、第１コンデンサレンズＣＬ１のコイルに流す
電流値は９．０２に、第２コンデンサレンズＣＬ２のコ
イルに流す電流値は６．９１の値に設定すればよい。

【００７８】このように、一度厳密なケーラ照明条件に
おける電流密度の測定を設定し、第１コンデンサレンズ
ＣＬ１のコイルに流す電流値と第２コデンサレンズＣＬ
２のコイルに流す電流値の関係を求め、それらの関係か
ら希望とする電流密度を短時間に精度良く簡単に合わせ
ることが可能となる。

【００７９】（第６の実施形態）次に、本発明の第６の
実施形態を説明する。本実施形態が先の第１の実施形態
と異なる点は、測定されたビームサイズの変化の情報を
基に各レンズのコイルに流す電流値の調整を行う代わり
に、検出した反射粒子又は２次粒子の最大値の変化情報
を基に各レンズのコイルに流す電流値の調整を行うこと
にある。

【００８０】電子ビーム描画装置としては、前記図１に
示すものを用いた。この装置において、前記図２に示す
ように、第１の成形アパーチャ１０４で成形されたビー
ム１０２を第２の成形アパーチヤ１０７上に投影するこ
とにより、所望のビーム形状を形成する。そして、マー
ク台１１２上の重金属粒子１２２を成形されたビームで
走査して得られる反射電子を検出器１２３で検出し、成
形ビームのプロファイルを得る。このように測定された
成形ビームプロファイルを対物レンズ１１０のコイルに
流す電流値を変化させつつ（フォーカス変化させる）、
成形ビームのプロファイルを測定した結果を、図２２
（ａ）に示す。この時の電子光学系の設定において、成
形ビームのプロファイルはフォーカスの変化に対して高
さが変化する。

【００８１】次いで、コンデンサレンズ１０３のコイル
に流す電流値を変化させ、対物レンズ１１０のフォーカ
スを変化させ、ビームプロファイルを測定した結果を、
図２２（ｂ）に示す。コンデンサレンズ１０３のコイル
に流す電流値の測定値を変化させるということは、対物
レンズ主面近傍に結像しているクロスオーバ像の位置を
変化させ、ケーラ照明条件からずれていくことになる。
このように測定した結果から、フォーカス値の変化に対
するビームプロファイルの最大値が変化する。図２２の
フォーカス値の変化に対するビームプロファイルの最大
値の変化がないような照明系の調整方法によりケーラ照
明条件が設定されていることになる。

【００８２】上記のようにコンデンサレンズのコイルに
流す電流値を調整し、フォーカスの変化とビームプロフ
ァイルの関係を測定した結果を、図２３に示す。この場
合、対物レンズのコイルに流す電流値の変化に対して、
ビームプロファイルの最大値の変化が少なく、このよう
な方法でケーラ照明条件を簡単に合わせることができ
る。

【００８３】このように本実施形態によれば、対物レン
ズのコイルに流す電流値を変化させた時のビームプロフ
ァイルの最大値を測定することにより、ケーラ照明条件
を簡単に設定することが可能になり、その結果として、
高精度に描画することが可能となった。

【００８４】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、ビームサイズを測
定するために反射電子を検出したが、この代りに２次電
子を検出するようにしてもよい。また、本発明は必ずし
も電子ビーム描画装置に限るものではなく、イオンビー
ムを用いたイオンビーム描画装置に適用することも可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。

【００８５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、荷
電ビーム描画装置の照射系の調整（ケーラ照射条件，電
流密度調整，非点補正）、及び結像系の調整（非点補
正，焦点調整）を簡単に精度良く行うことが可能とな
り、描画精度の向上をはかり得る荷電ビーム描画装置を
実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に用いた電子ビーム描画装置を
示す概略構成図。

【図２】ビーム成形の原理及び成形ビームによる走査を
示す図。

【図３】反射電子強度とビームサイズとの関係を示す
図。

【図４】第１の実施形態において、対物レンズの強度変
化に対するビームサイズの変化を示す図。

【図５】第１の実施形態において、コンデンサレンズを
変えたときの、対物レンズの変化とビームサイズの変化
の関係を示す図。

【図６】第１の実施形態において、コンデンサレンズと
ビームサイズの変化の関係を示す図。

【図７】第１の実施形態において、対物レンズの強度変
化に対するビームサイズの変化を示す図。

【図８】第２の実施形態に用いた電子ビーム描画装置を
示す概略構成図。

【図９】第２の実施形態において、第１コンデンサレン
ズＣＬ１を変えたときの、対物レンズの変化とビームサ
イズの変化の関係を示す図。

【図１０】第２の実施形態において、第１コンデンサレ
ンズＣＬ１とビームサイズの変化量の関係を示す図。

【図１１】第２の実施形態において、第２コンデンサレ
ンズＣＬ２を変えたときの対物レンズとビームサイズの
変化の関係を示す図。

【図１２】第２の実施形態において、第２コンデンサレ
ンズＣＬ２とビームサイズの変化量の関係を示す図。

【図１３】第２の実施形態において、第１及び第２コン
デンサレンズＣＬ１，２を連動し変化させた時の対物レ
ンズの変化とビームサイズの変化の関係を示す図。

【図１４】第３の実施形態に用いた電子ビーム描画装置
を示す概略構成図。

【図１５】第３の実施形態において、コンデンサレンズ
を変化したときの、対物レンズの変化に対するビームサ
イズの変化の関係〈Ｘ方向〉を示す図。

【図１６】第３の実施形態において、コンデンサレンズ
を変化させた時の、対物レンズとビームサイズの関係
〈Ｙ方向〉を示す図。

【図１７】第３の実施形態において、照射系の非点収差
を検出した例を示す図。

【図１８】第４の実施形態に用いた電子ビーム描画装置
を示す概略構成図。

【図１９】第４の実施形態において、コンデンサレンズ
を変化させ、対物レンズとビームサイズの関係〈Ｘ方
向〉より、正焦点位置を求めることを示す図。

【図２０】第４の実施形態において、コンデンサレンズ
を変化させ、対物レンズとビームサイズの関係〈Ｙ方
向〉より、正焦点位置を求めることを示す図。

【図２１】第５の実施形態を説明するためもので、ケー
ラ照明条件を満足した状態で電流密度を変化させた例を
示す図。

【図２２】第６の実施形態を説明するためのもので、ケ
ーラ照明条件を満足しない場合の対物レンズ測定値とビ
ームプロファイルとの関係を示す図。

【図２３】第６の実施形態を説明するためのもので、ケ
ーラ照明条件を満足する場合の対物レンズ測定値とビー
ムプロファイルとの関係を示す図。

【符号の説明】

１０１…電子銃 １０２…電子ビーム １０３…コンデンサレンズ １０４…第１成形アパーチャ １０５…成形偏向器 １０６…投影レンズ １０７…第２成形アパーチャ １０８…縮小レンズ １０９…対物偏向器 １１０…対物レンズ １１１…試料 １１２…マーク台 １１３…ファラデーカップ １１４…可動ステージ １１５…パターンデータデコーダ １１６…成形偏向アンプ １１７…パターンデータメモリ １１８…ブランキング電極 １１９…対物偏向アンプ １２０…ブランキングアンプ １２１…クロスオーバ １２２…重金属粒子 １２３…検出器 １３０…コンデンサレンズ２ １４０…コンデンサ非点補正コイル １５０…対物非点補正コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−63937（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−216016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電ビームを用いてパターンの像を投影す
   る荷電ビーム描画装置であって、荷電ビーム源から発生
   された荷電ビームを所望の形状に成形する第１及び第２
   の成形アパーチャと、これらの成形アパーチャ間に配置
   され、該成形アパーチャの光学的な重なりを所望の形状
   に成形する成形偏向器と、前記成形アパーチャ間に配置
   され、第１成形アパーチャを物面とし第２成形アパーチ
   ャ上に像面を形成する投影レンズと、前記成形アパーチ
   ャで成形した荷電ビームを試料上に結像させるための縮
   小レンズ及び対物レンズと、反射粒子又は２次粒子を試
   料面上方で検出するために配置した検出器とを備えた荷
   電ビーム描画装置において、前記成形されたビームを試料面位置に配置されたマーク
   上で走査すると共に、該マークからの反射粒子又は２次
   粒子を検出し、この検出により得られるビーム強度信号
   の最大値の半値幅をビームサイズとして測定することと
   し、 前記対物レンズのコイルに流す電流を変化させたときに
   得られるビームサイズの変化が最小となるように、前記
   各レンズのコイルに流す電流値の調整を行うことを特徴
   とする荷電ビーム描画装置の調整方法。
2. 【請求項２】前記ビームサイズを測定する際に、前記マ
   ークとして試料面位置に配置された重金属粒子を用い、
   この重金属粒子からの反射粒子又は２次粒子を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置の
   調整方法。
3. 【請求項３】前記電流値の調整を行うに際し、前記対物
   レンズより荷電ビーム源側に設けられた調整用レンズの
   コイルに流す電流値を調整することを特徴とする請求項
   １記載の荷電ビーム描画装置の調整方法。
4. 【請求項４】前記調整用レンズは、第１成形アパーチャ
   より荷電ビーム源側に設けてあることを特徴とする請求
   項３記載の荷電ビーム描画装置の調整方法。
5. 【請求項５】前記電流値の調整を行うに際し、前記対物
   レンズより荷電ビーム源側に設けたレンズのコイルに流
   す電流を変化させ、同時に対物レンズのコイルに流す電
   流を変化させたときのビームサイズの変化率を求め、そ
   のビームサイズの変化率により、対物レンズより荷電ビ
   ーム源側に設けたレンズの電流を変化させた時のレンズ
   電流の変化に対するクロスオーバ位置の変化を求めるこ
   とを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置の調
   整方法。
6. 【請求項６】前記対物レンズより荷電ビーム源側に設け
   たレンズは、第１成形アパーチャより荷電ビーム源側に
   設けたことを特徴とする請求項５記載の荷電ビーム描画
   装置の調整方法。
7. 【請求項７】前記対物レンズより荷電ビーム源側の２つ
   以上のレンズのコイルに流す電流を変化させ、同時に対
   物レンズのコイルに流す電流を変化させ、ビームサイズ
   の変化が最小又は照射条件が変わらないように、対物レ
   ンズより荷電ビーム源側の２つ以上のレンズのコイルに
   流す電流値を組み合わせて使用することを特徴とする請
   求項５又は６記載の荷電ビーム描画装置の調整方法。
8. 【請求項８】前記電流値の調整を行うに際し、ビームサ
   イズの一方向とそれに直交した方向のビームサイズの変
   化量が最小になる前記調整用のレンズのコイルに流す電
   流値が同じになるように、前記対物レンズより荷電ビー
   ム源側に設けた非点補正コイルに流す電流値を調整する
   ことを特徴とする請求項３記載の荷電ビーム描画装置の
   調整方法。
9. 【請求項９】前記非点補正コイルは、第１成形アパーチ
   ャより荷電ビーム源側に設けてあることを特徴とする請
   求項８記載の荷電ビーム描画装置の調整方法。
10. 【請求項１０】前記電流値の調整を行うに際し、前記対
    物レンズより荷電ビーム源側に設けたレンズのコイルに
    流す電流を変化させ、同時に対物レンズのコイルに流す
    電流を変化させた時のビームサイズを測定し、対物レン
    ズより荷電ビーム源側に設けたレンズのコイルの電流値
    の設定値によらず、ビームサイズが同一になる対物レン
    ズのコイルの電流値の値を求め、その対物レンズのコイ
    ルの電流値を基に対物レンズのコイルに流す電流値の適
    切値を設定することを特徴とする請求項１記載の荷電ビ
    ーム描画装置の調整方法。
11. 【請求項１１】前記対物レンズのコイルに流す電流値が
    ビームサイズの一方向とそれに直交した方向に対して対
    物レンズのコイルに流す電流値が同じになるように、第
    ２成形アパーチャより試料面側に設けた非点補正コイル
    のコイルに流す電流値で調整することを特徴とする請求
    項１０記載の荷電ビーム描画装置の調整方法。
12. 【請求項１２】請求項５又は請求項７記載の方法で求め
    たレンズのコイルに流す電流値の組み合わせで、予め試
    料面上の電流密度を測定しておき、必要に応じて任意の
    電流密度に請求項３を満足する条件にレンズのコイルに
    流す電流値の条件を設定することを特徴とする荷電ビー
    ム描画装置の調整方法。
13. 【請求項１３】荷電ビームを用いてパターンの像を投影
    する荷電ビーム描画装置であって、荷電ビーム源から発
    生された荷電ビームを所望の形状に成形する第１及び第
    ２の成形アパーチャと、これらの成形アパーチャ間に配
    置され、該成形アパーチャの光学的な重なりを所望の形
    状に成形する成形偏向器と、前記成形アパーチャ間に配
    置され、第１成形アパーチャを物面とし第２成形アパー
    チャ上に像面を形成する投影レンズと、前記成形アパー
    チャで成形した荷電ビームを試料上に結像させるための
    縮小レンズ及び対物レンズと、反射粒子又は２次粒子を
    試料面上方で検出するために配置した検出器とを備えた
    荷電ビーム描画装置において、 前記対物レンズのコイルに流す電流を変化させ、成形さ
    れたビームを試料面位置に配置されたマーク上で走査
    し、該マークからの反射粒子又は２次粒子を検出し、該
    検出した反射粒子又は２次粒子の最大値の変化情報を基
    に前記各レンズのコイルに流す電流値の調整を行うこと
    を特徴とする荷電ビーム描画装置の調整方法。
14. 【請求項１４】前記反射粒子又は２次粒子の最大値の変
    化情報を基に、前記対物レンズのコイルに流す電流を変
    化させた時に、反射粒子又は２次粒子の変化が最小にな
    るように対物レンズよりも荷電ビーム源側に設けられた
    レンズのコイルに流す電流値を調整することを特徴とす
    る請求項１３記載の荷電ビーム描画装置の調整方法。
15. 【請求項１５】前記コイルに流す電流値を制御するレン
    ズとして、第２成形アパーチャよりも荷電ビーム源側に
    設けられたレンズを選択することを特徴とする請求項１
    ３記載の荷電ビーム描画装置の調整方法。