JP4141511B2

JP4141511B2 - 荷電粒子ビーム露光装置およびその露光方法

Info

Publication number: JP4141511B2
Application number: JP10738696A
Authority: JP
Inventors: 章夫山田; 覚佐合; 学大野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: JPH09293473A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム露光装置およびその露光方法にかかり、特に、露光装置を構成する各サブシステムの機能が正常か否かを迅速に検査し露光工程のスループットを上げることができる発明に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームやイオンビームからなる荷電粒子ビームを利用した露光方法は、サブミクロンの精度のパターンを露光することができ、高集積度の半導体デバイスの露光方法として実現されている。
【０００３】
このような露光装置では、電子銃等で発生させた荷電粒子ビームを所望の透過マスクパターンにより成形し、偏向器によって試料表面の所望の位置にそのパターンを露光する。どの様なパターンを試料上のどの位置に露光するかについての情報を有する露光データが、ハードディスク等の記憶媒体から読みだされ、演算装置側で光学系で必要なデータに変換される。光学系には、ビームを均一にしたり、縮小、回転、投影を行なう複数のレンズ、透過マスクの所望パターンへの偏向を行なうマスク偏向器、そのマスク偏向補正器、試料上へのビームの絞りを行なうラウンドアパーチャ、試料上の所望位置に偏向を行なう主偏向器と副偏向器、更に、試料ステージやマスクステージ等が設けられている。従って、これらの要素（サブシステムまたはエレメント）に対して、それらを駆動するために必要なデータが上記した演算装置側で生成される。そして、その駆動データに対応するアナログ駆動信号により、上記各要素が駆動される。
【０００４】
これらのアナログ駆動信号は、ハードディスク内の露光データから変換されて生成されたデジタル信号が、デジタル・アナログ変換され増幅されることにより生成される。従って、露光データを変更するとそれに連動して複数の駆動信号も変更され、個別に変更することはできない。
【０００５】
また、複数の駆動信号により各要素が駆動されると、荷電粒子ビームが偏向、収束、補正され、所定の位置に照射される。露光データを変更することにより複数の駆動信号が同時に連動して変更され、その結果試料上の露光パターンも変更される。
【０００６】
通常の露光工程では、上記の複数の要素がそれぞれ正常に動作していることを前提として、露光データを初めとする動作条件を与えて所望パターンの露光を行なう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の要素がそれぞれ正常に動作していることを確認する作業は必ずしも容易ではない。その理由は、単純に露光データというインプットと露光パターンというアウトプットだけからでは、その途中で発生している各要素の障害を検知することが困難だからである。システム全体が正常に機能していない場合、その原因は、各要素が破損や劣化を起こしたり、ある外部条件が特定の要素に影響を及ぼしたり、更に要素間で複合的に不良状態になったりと、千差万別である。
【０００８】
特に、光学系に設けられる複数の偏向器や補正コイル等は、電極の劣化、コンタミネーションの付着に伴うチャージアップ、磁界の変化に伴う渦電流等により、そのリニアリティの特性が劣化したり応答時間が長くなったりといった、ＤＣ的な特性劣化とＡＣ的な特性劣化が発生し易い。
【０００９】
従って、アウトプットである露光パターンを手掛かりにして、それぞれの要素が正常か否かの調査を行なうことは非常に熟練を要する作業であり、長時間を要する。従ってシステムダウンの時間が長くなり、露光装置の稼働率を大幅に落とす要因となる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、荷電粒子ビーム露光装置を構成する各要素に対して個別に正常に機能していることを確認することができる露光装置及びその露光方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の別の目的は、荷電粒子ビーム露光装置のビーム光学系を構成する偏向器や補正コイル等の各要素に対して、個別に駆動データを設定することができる露光装置及びその露光方法を提供することにある。
【００１２】
更に、本発明の別の目的は、荷電粒子ビーム露光装置の演算装置系を構成するデータ生成回路等の各要素に対して、個別に入力データを設定することができ、個別にその出力を監視することができる露光装置及びその露光方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、所望のパターンの透過マスクを通過した荷電粒子ビームを、試料ステージ上に載せられた試料表面の所望の位置に偏向して照射する荷電粒子ビーム露光装置において、
該荷電粒子ビームを偏向する偏向器及びビームの露光条件を補正する補正コイルを少なくとも有するビーム制御要素と、
該ビーム制御要素にそれぞれ駆動信号を与える要素駆動手段と、
露光データに従って該要素駆動手段にそれぞれ駆動データを与えるデータ演算部と、
該要素駆動手段に所望の検査用駆動データをそれぞれ設定するためのデータ設定手段と、
該検査用駆動データを設定した後の該荷電粒子ビームの状態の変化を検出するビーム応答検出手段とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置を提供することにより達成される。
【００１４】
本発明によれば、この要素駆動手段は、前記データ演算部から与えられるデジタル駆動データをアナログ駆動信号に変換し増幅する回路であることを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の露光装置では、前記データ演算部が、更に複数のサブシステムから構成され、少なくとも一つのサブシステムに検査用入力データを設定するための入力設定手段と、当該サブシステムの出力を読みだす出力読み出し手段とを更に有することを特徴とする。
【００１６】
また、ビーム応答検出手段は、前記試料ステージ上の基準マークに該ビームを照射した時に発生する反射電子の検出素子や、該ビームの照射により前記試料ステージに漏れる電流の検出器などが好ましい。
【００１７】
上記の様に、本発明によれば、ビーム偏向器や補正コイルを駆動する駆動回路に検査用の駆動データを個別に設定することで、それぞれの要素の動作状態をチェックすることができる。
【００１８】
上記の目的は、更に本発明によれば、露光データに従って、所望のパターンの透過マスクを通過した荷電粒子ビームを、試料ステージ上に載せられた試料表面の所望の位置に偏向して照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
該荷電粒子ビームを偏向する偏向器及びビームの露光条件を補正する補正コイルを少なくとも有するビーム制御要素にそれぞれ駆動信号を与える要素駆動手段に対し、所望の検査用駆動データをそれぞれ設定する工程と、
該検査用駆動データを設定した後の該荷電粒子ビームの状態の変化を検出するビーム変化検出工程と、
該検出された荷電粒子ビームの状態の変化に従って、前記ビーム制御要素の動作の確認を行なう工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法を提供することにより達成される。
【００１９】
上記のビーム変化検査工程では、前記検査用駆動データを所望量変化させた時に該ビームが変化する量、或いは前記検査用駆動データを所望量変化させた時の該ビームの応答速度を検出することが好ましい。
【００２０】
この様に、検査用のデータを個別に設定してそれに伴う出力のＤＣ的変化またはＡＣ的変化を検出することで、露光装置の調整時間を短縮することができ、実質的に露光装置の稼働率を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。
【００２２】
［荷電粒子ビーム露光装置の全体構成］
図１は、荷電粒子ビーム露光装置の一例である電子ビーム露光装置の全体構成図である。本発明は電子ビームに限定されず、荷電粒子ビーム全てに適用することができるが、以下その一例として電子ビーム露光装置に従って説明する。
【００２３】
図１中の、１００は、露光データを各要素の駆動データに変換するためのデータの演算処理と露光装置の制御を行なう演算装置部であり、２００は電子ビームの電子光学系部分である。
【００２４】
電子光学系２００から簡単に説明する。電子銃ＥＢＧから発生した電子ビームは、二つの電磁レンズＬ１ａ，Ｌ１ｂを介して第一の透過マスク４０を通過する。これにより、電子ビームは例えば矩形形状に成形される。微小なビーム偏向を行なうことができるシェーピング偏向器ＳＨＰＤＥＦを通過した後、その矩形ビームは、４個のマスク偏向器ＭＤ１−４により第二の透過マスク４３上の所望の位置のブロックマスクを通過する。
【００２５】
第二の透過マスクは、一例として複数の繰り返しパターン開孔と可変矩形用の矩形開孔が設けられたブロックマスクであり、パターン選択用のマスク偏向器ＭＤ１，ＭＤ２により、ビームは所望パターンの位置まで偏向される。そして、そのパターンに成形されたビームは、レンズＬ２ａ，Ｌ２ｂの収束作用とマスク偏向器ＭＤ３，ＭＤ４により光軸に戻される。ブロックマスクについては、例えばJapan Journal of applied Physics Vol. 32 (1993)6006 等に記載される通り、例えば５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形マスク上に、複数の偏向領域（例えば５ｍ×５ｍ程度）が設けられ、各偏向領域内に複数の繰り返しマスクパターンの開孔が設けられている。そして、上記した通り、マスク偏向器ＭＤ１−４により何れかのマスクパターンが選択される。４１（ＤＳ）は、第二の透過マスク上の偏向位置に応じて動的に非点収差を補正する補正コイルであり、４２（ＤＳ）は、同様に偏向位置に応じて動的に焦点距離を補正する補正コイルである。尚、第二の透過マスクは、水平方向に移動可能なマスクステージ４４上に載せられる。
【００２６】
この様にして、所望パターンに成形されたビームは、縮小レンズＬ３と投影レンズＬ４，Ｌ５を介して試料ステージ５２上に置かれたウエハ等の試料５０上に照射される。試料５０上の所望の位置にビームを偏向するために、電磁偏向器等からなる主偏向器ＭＤＥＦと静電偏向器等からなる副偏向器ＳＤＥＦが設けられている。主偏向器ＭＤＥＦは、応答時間は比較的長いが大きな領域内での偏向が可能な電磁偏向器で構成され、副偏向器は、応答時間は比較的短いが狭い領域内での偏向が可能な静電偏向器で構成される。４７（ＤＳ）は、試料上への偏向量に応じて動的に非点収差を補正する補正コイルであり、４８（ＤＦ）は、同偏向量に応じて動的に焦点距離を補正する補正コイルである。
【００２７】
尚、ＢＤＥＦは、ビームの試料上への照射のオン・オフを行なうブランキング偏向器であり、４５は、一種の絞りの制御を行なうラウンドアパーチャである。４６は、リフォーカス用のコイルであり、第二の透過マスク上の選択されたマスクパターンの大きさに応じて電子ビームのリフォーカスを行なう。これは、マスクパターンが大きい場合には、電子ビームの量が多くなり、ビーム間の反発によりビーム形状自体が拡大するので、それを補正するのである。また、試料５０上には電子ビームが試料やステージ上の基準マークに照射された時に発生する反射電子を検出する検出素子４９が設けられている。
【００２８】
上記した各種の偏向器や補正コイル、マスクステージ等の各要素は、それぞれデジタル・アナログ変換及び増幅器ＤＡＣ／ＡＭＰからのアナログ駆動信号によって駆動される。また、デジタル・アナログ変換及び増幅器ＤＡＣ／ＡＭＰに対しては、駆動用のデジタル信号が、演算装置１００側で生成され与えられる。
【００２９】
演算装置１００内には、中央演算ユニットＣＰＵ１０がバスＢＵＳを介して、ハードディスク１１、クロックユニット１２、バッファメモリ１３、パターン発生ユニット１４、マスクメモリ１６、主偏向器設定ユニット１７、試料ステージ制御ユニット１８、反射電子検出器ユニット１９等と接続される。
【００３０】
ハードディスク１１内には、露光データ、その露光データから各要素を制御する駆動データに変換する為の演算プログラム、更に露光制御プログラム等が格納されている。ハードディスク１１内の露光データは、バッファメモリ１３内に読みだされる。
【００３１】
図２は、露光データと露光装置内の偏向器や補正コイル等の各要素への駆動データとの関係を示す図である。露光データには、大きく分けて、パターンデータ、ブロックデータ、メインデフレクタデータ、ステージデータ等から構成される。パターンデータは、ビームの大きさと試料上の照射位置から構成される。従って、パターンデータは、第一の透過マスクを通過した電子ビームが第二の透過マスク上の可変矩形用の矩形開孔との重なりの程度を設定するためのシェーピング偏向器ＳＨＰＤＥＦの駆動データＳＨＡＰＥと、副偏向器ＳＤＥＦの駆動データ（ＳＤＥＦｘ，ＳＤＥＦｙ）とに変換される。
【００３２】
ブロックデータは、特に図１の例で示したブロックマスクを第二の透過マスク４３として使用する場合に必要なデータであり、ブロックマスク上のどのパターンを選択するかを示すパターンデータコード（ＰＤＣ）を有する。パターンデータコードを選択すると、選択されたパターンデータコードに対応して予め登録されているマスク偏向器ＭＤ１−４の偏向データ（ＢＳＸ１，ＢＳＹ１）〜（ＢＳＸ４，ＢＳＹ４）、偏向量に対応した非点収差補正用データＤＳ（ＤＳＸ，ＤＳＹ）及び焦点補正データＤＦＯ、マスクステージ駆動データＭＳＴ、そしてリフォーカスコイル４６用のデータＲｅｆｃｓが、マスクメモリ１６から読みだされる。
【００３３】
メインデフレクタデータ３３は、主偏向器ＭＤＥＦを駆動するためのデータであり、主偏向器の偏向データＭＤＥＦ，その偏向量に対応した非点収差補正コイル４７用の補正データＤＳ及び焦点補正コイル４８用の補正データＤＦを有する。また、ステージデータは試料ステージ５２を駆動するデータである。
【００３４】
バッファメモリに読みだされた露光データの内、パターンデータとブロックデータがパターン発生ユニット１４に与えられ、上記した電子ビームを試料５０上に照射するための各要素を駆動するデータを発生する。パターン補正ユニット１５では、ビームサイズや副偏向領域内の位置のデータを受信し、実際の試料上の位置に対応する光学系２００の鏡筒内の座標に変換する補正演算が行われる。そして、補正後の駆動データをそれぞれの要素毎に設けられたデジタル・アナログ変換器及び増幅器２０，２８に与える。そして、変換されたアナログ駆動信号に従って、シェーピング偏向器ＳＨＰＤＥＦと副偏向器ＳＤＥＦが駆動される。
【００３５】
また、パターン発生ユニット１４では、露光データ中のブロックデータに対応するパターンデータコードＰＤＣが生成され、そのコードＰＤＣに従ってマスクメモリ１６内に予め登録され格納されている駆動データが読みだされる。そして、それぞれのデジタル駆動信号が要素それぞれのデジタル・アナログ変換器及び増幅器２１〜２６，２９，３２に与えられる。そしてそれらで生成されるアナログ駆動信号により各要素が駆動される。
【００３６】
１８は、試料ステージ５２の移動を制御する駆動及び位置検出器であり、１９は、後で説明する反射電子検出器４９からの検出信号を処理する手段である。
【００３７】
上記した通り、露光データを一部変更することにより、複数の変更器や補正コイル等の要素に与える駆動データが一斉に変更され、各要素の動作を個別に確認することは困難である。
【００３８】
［診断機能］
本発明にかかる露光装置では、露光装置を構成する電子光学系、試料ローディング系、アナログアンプ系、演算制御系など幾つかのサブシステムの中の更に機能単位に分けられた要素に対して、その動作条件や動作データを個別に与えることができる入力手段を設けている。そして、それらの入力手段に対して、制御部１００から予め登録されている診断用のデータが自在に書き込めるようになる。この入力データを書き換えた結果発生する電子ビームのビーム強度、シャープネス、変更位置等の変化を測定する。また、電子ビームに対して直接変化をもたらさないような要素、例えばパターン補正ユニット１５等、に対しては、その出力の変化を直接読み取ることができる出力手段を設ける。
【００３９】
この各要素に対する入力データの変化に対応した出力の変化として、第一に、入力を一定量変化させたとき出力がどの程度の大きさ変化するか、或いは相対値でどれたけの割合変化するかといった入力と出力のＤＣ的なレスポンス関係があり、第二に、入力の変化に対する出力の応答の速さ、時定数等のＡＣ的なレスポンス関係がある。それらの変化を、例えば、電子ビームの照射に伴う反射電子の量、ステージ電流の量等で検出する。それらの出力の変化は、例えば以前に行った測定の履歴と比較したりすることで、各要素の動作を個別に正確に確認することができる。
【００４０】
図３は、かかる診断機能を行うことができる露光装置の概略的なブロック図である。この図では、簡単の為に、パターン発生ユニット１４、パターン補正ユニット１５またはマスクメモリ１６、その出力により駆動される各要素のデジタル・アナログ変換器及び増幅器６０ａ，ｂ，ｃが例として上げられている。６５は、パターン補正ユニット１５やデジタル・アナログ変換器及び増幅器６０に個別に入力データを設定する入力データ設定回路である。６２及び６４はそれぞれ入力データ書き込み用のレジスタ手段であり、入力データ設定回路６５により、診断用の入力データが書き込まれ、その入力データがそれぞれのパターン補正ユニット１５と変換器及び増幅器６０に与えられる。
【００４１】
図３中では、例として変換器及び増幅器６０ａが露光装置内のビーム偏向器ＤＥＦを駆動する。従って、変換器及び増幅器６０ａに入力データが設定されると、その入力の変化に従ってビーム偏向器ＤＥＦの偏向量が変化し、電子ビームＥＢの位置が変化することになる。電子ビームが照射される試料面またはステージ面に異なるビーム反射係数をもつ基準マーク７０等を形成しておくことで、その反射電子の強度やステージ上の試料から流れる試料電流の強度の変化が、アナログ・デジタル変換器及び増幅器６７，６８を介して検出される。
【００４２】
入力データ設定手段６５は、それぞれのレジスタ６２，６４に対して入力データを設定すると共に、それに同期した或いは所定の遅延後のタイミングでサンプリングトリガ信号ＴＲＧを発生し、トリガ信号に同期して電子ビームの変化が変換器及び増幅器６７，６８から取り込まれる。応答信号解析部６６により、その応答信号について、前述したＤＣ的なレスポンス関係とＡＣ的なレスポンス関係とが検出される。
【００４３】
更に、図３中の６１及び６３は、パターン発生ユニット１４とパターン補正ユニット１５の出力データを読み取る読取レジスタである。パターン発生ユニット１４は、入力する露光データを変化させることで入力データの設定ができるが、その出力は電子ビームに直接影響を与えないので、その出力を読み取るレジスタ６１を設けることで、パターン発生ユニット１４の動作を確認することができる。同様に、パターン補正ユニット１５についても読取レジスタ６３により入力データの変化に対する出力の応答を確認することができる。尚、入力データ設定手段は、それらの読取レジスタ６１，６３の読取を行い、ＣＰＵ１０に与える。
【００４４】
図４、図５は、図３の入力データ設定手段、入力データ書き込みレジスタ及びその出力データ読取レジスタ等の詳細ブロック図である。
【００４５】
図４では、入力データ設定手段６５が、シェイピング偏向器ＳＨＰＤＥＦ、副偏向器ＳＤＥＦ、マスク偏向器ＭＤ１−４、非点収差補正コイル４１，焦点補正コイル４２，リフォーカスコイル４６及びマスクステージ４４を駆動するそれぞれのデジタル・アナログ変換器及び増幅器２０〜２６，２８，２９，３２に対して、入力データ書き込みレジスタ６４１，６４２，６４３−６５０から検査用駆動データとして入力データを設定する。また、入力データ設定手段６５は、パターン補正ユニット１５に対して補正変換用の偏向係数も係数設定レジスタ６０から変更設定できるようになっている。この補正変換用の偏向係数には、光学系の特性によりゲイン、ローテーション、オフセット、歪み等が発生するので、それを補正するための係数である。
【００４６】
図５では、主偏向器設定ユニット１７によって駆動データ３３が与えられるデジタル・アナログ変換器及び増幅器２９−３１に対してそれぞれ入力データを設定するための入力データ書き込みレジスタ６５１，６５２，６５３が示されている。これにより、主として主偏向器データによって生成される主偏向器ＭＤＥＦ，非点収差補正コイル４７，焦点補正コイル４８の駆動データを個別に設定することができる。
【００４７】
上記した様に、露光装置を構成する各要素に対して、検査用駆動データや検査用入力データの設定とその出力の分析が行えるようにレジスタや反射電子検出器４９、ステージ電流検出手段等を設けて、所定の診断プログラムに従って各要素の診断が行われる。
【００４８】
図６は、その診断プログラムに従うフローチャート図である。先ず，動作確認を行う対象となる要素の選択を行う（ステップＳ１）。次に、動作確認するに適切な検査用のデータを入力データ設定手段６５が発生する。この検査用データは、例えば、全ての要素に対して与えられる標準的な初期値のセットが全ての要素に対して書き込みレジスタを介して設定される。そして、その初期値の下で各要素の出力が安定した後に、例えば、選択された要素に対する入力値のみ所定の値に変更させるための加算値からなる終値のセットが全ての要素に対して書き込みレジスタを介して設定される（ステップＳ２）。即ち、選択されていない要素に対する加算値はゼロになる。
【００４９】
この検査用データは、例えば記憶媒体であるハードディスク１１内に複数セットのデータとして予め登録されている。この登録されたデータは、上記した標準的な値のセットである初期値セット以外に、例えば、副偏向器ＳＤＥＦ用の駆動データのみを変更させる第一の加算値セット、主偏向器ＭＤＥＦの駆動データのみを変更させる第二の加算値セット、焦点補正コイル４８の駆動データのみを変更させる第三の加算値セット等を有する。即ち、それぞれの要素の動作を確認するために必要な検査用データセットを初期値以外に予め登録しておくのである。そして、入力データ設定手段６５は、単にそれらの初期値セットと選択された要素に与える検査用の駆動データセットとを適宜読みだして各書き込みレジスタに書き込むだけである。
【００５０】
さて、そのようにして終値が設定されると、所定のタイミングでその応答を取得するためのサンプリングトリガ信号ＴＲＧが、入力データ設定手段６５により発生される（ステップＳ３）。
【００５１】
図３で説明した通り、初期値に加算値である終値が入力データとして加算され偏向されたことに伴って発生する出力の応答が、サンプリングトリガ信号ＴＲＧのタイミングで計測され（ステップＳ４）、その応答特性の分析が行われる（ステップＳ５）。この応答特性は、最も典型的には、電子ビームの変化を捉えることで確認することができる。前述した通り、電子ビームは、複数の偏向器で偏向され、複数の補正コイルで磁界により補正が与えられる。従って、電子ビームの変化の様子を計測することで、各要素の動作確認を行うことができる。
【００５２】
図６中に示した通り、応答特性が許容値以上であることが検出されると（ステップＳ６）、例えば露光装置はアラームを発生する（ステップＳ７）。そして、全ての要素に対しての確認作業が上記と同様にして繰り返される。
【００５３】
図７乃至図１２により、上記の応答特性の分析方法について説明する。
【００５４】
図７及び図８は、露光装置の要素の一つである副偏向器ＳＤＥＦのＤＣ的な応答特性を検出する方法を説明するための図である。副偏向器ＳＤＥＦを駆動するデジタル・アナログ変換器及び増幅器２８には、入力データ設定手段６５から初期値と終値が書込みレジスタ６４２を介して与えられる。ＤＣ的な応答特性を検出するために、試料ステージ５２上には、基準マーク７０の一例としてＳｉ基板上にＴａ等の重金属層７１を所定パターンに形成したものが置かれる。Ｔａ等の重金属は、Ｓｉ基板に比較して電子ビームを数倍程度反射し易く、電子ビームの照射位置内のＴａ７１の領域に比例して、反射電子強度が強くなる。
【００５５】
そこで、変換器及び増幅器２８に初期値を設定して電子ビームをＥＢ１の位置に照射し、その時に発生する反射電子の強度を反射電子検出器４９により検出する。その後、重金属層７１とシリコン基板との境界線上からリニアにそれる方向に電子ビームを偏向させる複数の終値を順次変換器及び増幅器２８にセットし、電子ビームの照射位置をＥＢ１からＥＢ２方向に移動させる。例えば、変換器及び増幅器２８と副偏向器ＳＤＥＦが正常に動作する場合は、図８に示した通り、その反射電子の強度は電子ビームの走査方向ＳＣＡＮに従ってリニアに変化する。
【００５６】
しかしながら、例えば副偏向器ＳＤＥＦにコンタミネーション等が付着して浮遊チャージがたまっている等のチャージアップ現象等が発生していると、反射電子強度の変化は必ずしもリニアな特性にはならない。また、変換器及び増幅器２８にビット欠けなどの不良が発生していると、図８に示したようなある特定点で反射電子強度が急変する等の現象が見い出される。
【００５７】
このような現象を、応答信号解析部６６では、応答信号を記憶し以前に記憶した履歴との比較を行なったり、許容値以内であるか否かの判定などを行い、所望の特性から外れる場合には、アラームを出力するようＣＰＵ１０に指示する。
【００５８】
図９及び図１０は、同様に副偏向器ＳＤＥＦを例にしてＡＣ的な応答特性の例を説明する図である。ＡＣ的な応答特性を検出する為に、図９に示される通り、初期値から終値に偏向することで、電子ビームの照射位置がＥＢ３，ＥＢ４間で移動するように設定する。そして、駆動データを初期値から終値に変更する時刻ｔ１から終値に対応する反射電子強度のレベルに整定する時刻ｔ２までの応答時間Ｔｒを検出する。この応答時間Ｔｒが許容値範囲内にあるか否かの分析を行なう。偏向電極やその近傍でのチャージアップ等の原因で応答特性が悪化して、図１０中の破線の如くなる場合は、応答時間が許容値以上となり副偏向器ＳＤＥＦの動作不良が検出される。この応答時間Ｔｒは、ビームが整定するまでの時定数である。
【００５９】
電子ビームの照射位置をＥＢ３からＥＢ４に移動させる場合は、図１０中の上側の特性曲線であり、逆にＥＢ４からＥＢ３に移動させる場合は、図１０中の下側の特性曲線である。
【００６０】
図９及び図１０で説明したＡＣ的な応答特性は、電磁偏向器である主偏向器ＭＤＥＦの場合にも同様に適用できる。特に、電磁偏向器により磁界を発生して電子ビームを偏向させる場合には、その磁界の変化に伴うフィールド内の金属部品表面に発生する渦電流により、そのＡＣ的な応答特性が影響を受けやすい。そのような点についても、図９及び図１０で示した方法で個別に検出することができる。図１１及び図１２は、焦点補正コイル４８のＡＣ的な応答特性を検出する場合について説明するための図である。焦点補正コイル４８を駆動する変換器及び増幅器３１に書き込みレジスタ６５２が接続されている。例えば、光軸から外れた位置において、焦点がぼけた状態のビームＥＢ５から焦点補正値を終値として書き込みレジスタ６５２から変換器及び増幅器３１に設定することで、ビームＥＢ６の様にシャープネスを強くする場合を考える。焦点補正コイル４８によりビームの焦点が合うことで、ビーム照射領域ＥＢ６内のＴａ７１が占める領域が増加し、反射電子の強度は図１２に示される通り増加する。
【００６１】
従って、反射電子の強度の変化の時間Ｔｒを検出することにより、焦点補正コイル４８のＡＣ的な応答特性を検出することができる。
【００６２】
図７乃至図１２に示した例では、反射電子検出器４９を利用している。しかしながら、図３にて示した通り、試料ステージ上にのせた試料５０から流れる試料電流値を検出することでも同様に電子ビームの変化を検出することができる。例えば、試料５０に形成した深い孔からなるパターンにビームが照射され、その反射電子の発生が抑えられた状態で、試料５０に流れる電流はビームの電流量に略比例する。従って、試料電流の場合は、試料や試料ステージ側に流れた電流であるので、反射電子検出器からの信号とは応答特性が逆になる。また、上記パターンがが試料ステージ表面に埋め込んで形成されている場合などは、このステージからの漏れ電流を試料電流として検出することで感度を上げることができる。
【００６３】
以上、偏向器と補正コイルを例にしてその特性を個別に検査する方法について説明した。それらの方法では、電子ビームの変化を監視することでそれらの動作特性を検査している。しかしながら、図３，４等で説明した通り、パターン補正ユニット１５等に対して、書き込みレジスタ６２や読み出しレジスタ６３によって入力データを設定しその出力を検出することによっても、パターン補正ユニット１５の動作特性を個別に検出することができる。
【００６４】
更に、試料ステージ５０の駆動回路１８に対しても、所望の検査用駆動データを個別に設定し、その反応として、例えば試料ステージ上の基準マークが移動することに伴い電子ビームの反射係数が変化するのを、反射電子検出器やステージ漏れ電流計等で検出することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、荷電粒子ビーム露光装置を構成する各要素の動作特性を個別に検査することができる。特に、露光データに対して偏向器やコイル等の複数の要素が連動して動作するような露光装置において、それぞれの要素に対して個別に駆動データを設定することができるので、それぞれの要素の動作特性を個別に顕在化して検査することができ、露光装置の前準備工程を大幅に短縮し、露光装置の稼働率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷電粒子ビーム露光装置の一例である電子ビーム露光装置の全体構成図である。
【図２】露光データと露光装置内の偏向器や補正コイル等の各要素への駆動データとの関係を示す図である。
【図３】診断機能を行うことができる露光装置の概略的なブロック図である。
【図４】診断機能を行うことができる露光装置の詳細なブロック図である。
【図５】診断機能を行うことができる露光装置の詳細なブロック図である。
【図６】診断プログラムに従うフローチャート図である。
【図７】露光装置の要素の一つである副偏向器ＳＤＥＦのＤＣ的な応答特性を検出する方法を説明するための図である。
【図８】図７のＤＣ的な応答特性図である。
【図９】露光装置の要素の一つである副偏向器ＳＤＥＦのＡＣ的な応答特性を検出する方法を説明するための図である。
【図１０】図９のＡＣ的な応答特性図である。
【図１１】露光装置の要素の一つである焦点補正コイル４８のＡＣ的な応答特性を検出する方法を説明するための図である。
【図１２】図１１のＡＣ的な応答特性図である。
【符号の説明】
１００データ演算装置部
１４パターン発生ユニット
１５パターン補正ユニット
１７主偏向器設定ユニット
２０〜３２デジタル・アナログ変換器及び増幅器
２００電子光学系
ＭＤ１〜４マスク偏向器
４１，４２補正コイル
４０，４３透過マスク
ＭＤＥＦ主偏向器
ＳＤＥＦ副偏向器
４７，４８補正コイル
４９反射電子検出器
５０試料
５２試料ステージ
６２，６４，６４１〜６５２書き込みレジスタ
６１，６３読み出しレジスタ

Claims

所望のパターンの透過マスクを通過した荷電粒子ビームを、試料ステージ上に載せられた試料表面の所望の位置に偏向して照射する荷電粒子ビーム露光装置において、
該荷電粒子ビームを偏向する偏向器及びビームの非点収差もしくは焦点距離を補正する補正コイルと、
該偏向器及び該補正コイルにそれぞれ駆動信号を与える要素駆動手段と、
露光データに従って該要素駆動手段にそれぞれ駆動データを与えるデータ演算部と、
該要素駆動手段に、該偏向器及び該補正コイルに対する所望の検査用駆動データをそれぞれ個別に設定するためのデータ設定手段と、
該検査用駆動データが所定量変化した場合に対応する該荷電粒子ビームの状態の変化を検出するビーム応答検出手段とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置において、
前記要素駆動手段は、前記データ演算部から与えられるデジタル駆動データをアナログ駆動信号に変換し増幅する回路であることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置において、
前記データ演算部は、更に複数のサブシステムから構成され、少なくとも一つのサブシステムに検査用入力データを設定するための入力設定手段と、当該サブシステムの出力を読み出す出力読み出し手段とを更に有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置において、
前記ビーム応答検出手段は、前記試料ステージ上の基準マークに該ビームを照射した時に発生する反射電子の検出素子を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置において、
前記ビーム応答検出手段は、該ビームの照射により前記試料に流れる試料電流を検出することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置において、
前記データ設定手段は、前記要素駆動手段の入力端に接続され前記検査用駆動データを保持するレジスタを少なくとも有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
露光データに従って、所望のパターンの透過マスクを通過した荷電粒子ビームを、試料ステージ上に載せられた試料表面の所望の位置に偏向して照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
該荷電粒子ビームを偏向する偏向器及びビームの非点収差もしくは焦点距離を補正する補正コイルにそれぞれ駆動信号を与える要素駆動手段に対し、該偏向器及び該補正コイルに対する所望の検査用駆動データをそれぞれ個別に設定する工程と、
該検査用駆動データが所定量変化した場合に対応する該荷電粒子ビームの状態の変化を検出するビーム変化検出工程と、
該検出された荷電粒子ビームの状態の変化に従って、前記ビーム制御要素の動作の確認を行なう工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
請求項７記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
前記ビーム変化検出工程において、前記検査用駆動データを所望量変化させた時に該ビームが変化する量を検出することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
請求項７記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
前記ビーム変換検出工程において、前記検査用駆動データを所望量変化させた時に該ビームの応答速度を検出することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
請求項７記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
前記露光データから前記ビーム制御要素に与える駆動信号を生成するデータ演算手段を構成する少なくとも一つのサブシステムに対して、所望の検査用入力データを設定する工程と、
該検査用入力データを設定した後の当該サブシステムの出力の変化を検出する工程と、
該検出された出力の変化に従って、前記サブシステムの動作の確認を行なう工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。