JP4583936B2 - 荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビーム描画装置等の荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置の制御方法に関する。

電子ビーム描画装置等の荷電粒子ビーム装置においては、真空雰囲気とされた試料室内に配置された試料に電子ビーム等の荷電粒子ビームを照射し、これにより試料に対して所定の処理を施している。以下に、荷電粒子ビーム装置として、電子ビーム描画装置の例を用いて説明する。

電子ビーム描画装置では、試料室内のステージ上に載置された描画材料であるマスク基板等の試料に対して電子ビームの照射を行い、これにより描画処理を行っている。具体的には、試料上に電子ビームを走査して、所定パターンの描画を行っている。

ここで、図１に、電子ビーム描画装置の一般的な構成を示す。同図において、１は電子ビームを放出するための電子銃である。この電子銃１から放出された電子ビーム７は、電子光学系１８を介して、試料室（図示せず）内のステージ８上に載置された試料９に照射される。

詳細に説明すると、電子銃１から試料９に向けて放出された電子ビーム７は、ブランキング電極２を通過して、第１のアパーチャ板５に到達する。第１のアパーチャ板５には、方形状の第１のアパーチャ（開口）が形成されている。第１のアパーチャ板５に到達した電子ビーム７の一部は、第１のアパーチャを通過し、その後、成形電極３を介して第２のアパーチャ板６に到達する。

第２のアパーチャ板６には、方形状の第２のアパーチャ（開口）が形成されている。第２のアパーチャ板６に到達した電子ビーム７の一部は、第２のアパーチャを通過し、位置決め電極４を通過して、ステージ８上もしくはステージ８に載置された試料９上に照射される。

位置決め電極４は、ステージ８上及びステージ８に載置された試料９上での電子ビーム７の照射位置を制御するための偏向用電極である。位置決め電極４による偏向作用により、電子ビーム７がステージ８上の所定箇所もしくは試料９上を走査する。

このような電子ビーム描画装置においては、高精度で安定した電子ビーム７を試料９上に照射する必要がある。このため、試料９に対する描画処理を行う前に、当該装置によって、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の校正及び電子ビーム７のサイズの校正が行われる。

この場合、図１に示すごとく、ステージ８上での所定箇所（試料９が載置される領域から外れた位置）に基準パターンを備えたマーク部１０を設けておく。そして、位置決め電極４による偏向作用により、電子ビーム７がマーク部１０の基準パターンを走査するように、電子ビーム７を偏向する。

電子ビーム７がマーク部１０を走査すると、マーク部１０から２次電子もしくは反射電子等の被検出電子１１が発生する。この被検出電子１１は、試料室内に設けられた電子検出器１２により検出される。電子検出器１２は、被検出電子１１の検出結果に基づいて検出信号を出力する。

この検出信号は、プリアンプ１３により増幅されてＡ／Ｄ変換器１４に送られる。Ａ／Ｄ変換器１４は、増幅された検出信号をデジタル信号に変換し、変換後の検出信号はバスライン１５を介して演算制御部１６に送られる。
演算制御部１６は、電子ビーム７による上記走査に対応して取得されるデジタル化された検出信号から、当該走査に基づく輝度データを作成する。作成された輝度データは、記憶部１７に格納される。

ブランキング電極２、成形電極３、及び位置決め電極４は、それぞれ対応する駆動部２ａ〜４ａにより駆動される。これら駆動部２ａ〜４ａは、Ｄ／Ａ変換器及び増幅器を備えている。そして、各Ｄ／Ａ変換器の入力側はバスライン１５に接続されているとともに、各Ｄ／Ａ変換器からの出力は増幅器により増幅されて対応する電極２〜４に供給される。

演算制御部１６は、駆動部２ａ〜４ａの制御を行う。この結果、ブランキング電極２、成形電極３、及び位置決め電極４は、それぞれ対応する各駆動部２ａ〜４ａを介して演算制御部１６により駆動制御されることとなる。

ここで、上述した電子ビーム７の走査に基づく輝度データの作成について、図２を参照してさらに詳述する。ここで、図２は、電子ビーム７がマーク部１０を走査する状態を示す図である。

同図において、電子ビーム７は、ステージ８（図１参照）上に設けられたマーク部１０を矢印Ａ方向に移動して走査する。マーク部１０には、当該走査方向に直交するように伸長した部分を備える基準パターン１０ａが形成されている。

このようなマーク部１０を電子ビーム７により走査し、当該マーク部１０から発生した被検出電子１１を電子検出器１２により検出すると、演算制御部１６は図３に示すような輝度信号波形を輝度データとして作成する。この輝度信号波形のデータは、記憶部１７に格納される。

また、演算制御部１６は、当該輝度信号波形の特徴（電子ビーム７の断面中心部及びエッジ部）を抽出し、これと位置決め電極４を駆動する駆動部４ａに供給したデータ（偏向信号）との対応付けを行う。これにより、偏向信号とステージ８上での電子ビーム７の位置との関係が測定される。その後の電子ビーム７による試料９への描画処理時において、演算制御部１６は、この測定結果に基づいて当該駆動部４ａに供給する偏向信号の補正を行い、試料９上での電子ビーム７の位置を正確に制御することができる。

このように、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の測定を実行した後に、電子ビーム７による試料９への描画処理を行っているが、電子ビーム７の測定をより正確に行うためには、電子ビーム７の走査時における偏向動作の分解能を細かくする必要がある。一方、試料９への描画処理を高速で行うためには、電子ビーム７の走査時における偏向領域を大きくする必要がある。

ここで、目的に応じて電子ビームによる高精度描画と高速描画とを切り換えて行うことができる電子ビーム描画装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。

特開２０００−１８２９２２号公報

上述のごとく、ステージ上での電子ビームの照射位置の測定をより正確に行うためには、電子ビームの偏向動作の分解能を細かくする必要がある。また、試料への描画処理を高速で行うためには、電子ビームの偏向動作の偏向領域を大きくする必要がある。

従来技術においては、電子ビームの照射位置の測定時においても、描画処理時における電子ビームの偏向動作を行うための駆動部により、電子ビームの偏向動作を行っている。従って、当該測定時においては、描画処理時での電子ビームの偏向動作の分解能と同一の分解能により電子ビームの偏向動作を行うこととなる。

よって、当該測定の際には、描画処理時における電子ビームの偏向動作の分解能に制限されることとなり、当該分解能よりも細かい高分解能とした電子ビームの偏向動作を行うことができなかった。この結果、ステージ上での電子ビームの照射位置の測定をより正確に行うことができなかった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ステージ上での電子ビームの照射位置の測定時において、電子ビームの偏向動作の分解能を細かくすることにより、当該測定をより正確に行うことができる荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から試料に向けて放出された荷電粒子ビームを偏向し、これにより試料上で荷電粒子ビームを走査するための偏向器と、試料を載置すると共に試料の移動を行うステージと、これら荷電粒子ビーム源、偏向器、及びステージの動作を制御する制御部とを備える荷電粒子ビーム装置において、偏向器は、主偏向器及び副偏向器を備えているとともに、主偏向器及び副偏向器には、それぞれ第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を介して高分解能駆動部及び低分解能駆動部が接続されており、制御部は、ステージ上での荷電粒子ビームの照射位置の測定を行う際には高分解能駆動部からの出力を主偏向器に供給するとともに低分解能駆動部からの出力を副偏向器に供給し、また試料上での荷電粒子ビームの走査を行う際には高分解能駆動部からの出力を副偏向器に供給するとともに主偏向器への偏向動作信号の供給を停止するように第１及び第２のスイッチ手段の制御を行い、これにより荷電粒子ビームの偏向動作の分解能を切り換えることを特徴とする。

本発明においては、制御部により、ステージ上での荷電粒子ビームの照射位置を測定する際での偏向器による荷電粒子ビームの偏向動作の分解能を、試料上に荷電粒子ビームを走査する際での偏向器による荷電粒子ビームの偏向動作の分解能に対して高分解能となるように切り換える。

これにより、ステージ上での荷電粒子ビームの照射位置の測定時において、荷電粒子ビームの偏向動作の分解能を細かくすることができ、当該測定をより正確に行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明における実施の形態について説明する。図４は、本発明における荷電粒子ビーム装置を示す概略構成図である。当該荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム描画装置の構成を備えている。なお、同図において、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付して図示している。

図４において、１は電子ビームを放出するための電子銃である。この電子銃１から放出された電子ビーム７は、電子光学系１８を介して、試料室（図示せず）内のステージ８上に載置された試料９に照射される。この試料９は、描画材料となるマスク基板等である。

詳細に説明すると、電子銃１から試料９に向けて放出された電子ビーム７は、ブランキング電極２を通過して、第１のアパーチャ板５に到達する。第１のアパーチャ板５には、方形状の第１のアパーチャ（開口）が形成されている。第１のアパーチャ板５に到達した電子ビーム７の一部は、第１のアパーチャを通過し、その後、成形電極３を介して第２のアパーチャ板６に到達する。

第２のアパーチャ板６には、方形状の第２のアパーチャ（開口）が形成されている。第２のアパーチャ板６に到達した電子ビーム７の一部は、第２のアパーチャを通過し、位置決め電極（偏向器）４を通過して、ステージ８上もしくはステージ８に載置された試料９上に照射される。

位置決め電極４は、ステージ８上及びステージ８に載置された試料９上での電子ビーム７の照射位置を制御するための偏向用電極である。位置決め電極４による偏向作用により、電子ビーム７がステージ８上の所定箇所もしくは試料９上を走査する。

ここで、ブランキング電極２及び成形電極３は、それぞれ対応する駆動部２ａ，３ａにより駆動される。これら駆動部２ａ，３ａは、それぞれＤ／Ａ変換器及び増幅器を備えている。そして、各Ｄ／Ａ変換器の入力側はバスライン１５に接続されているとともに、各Ｄ／Ａ変換器からの出力は増幅器により増幅されて対応する電極２，３に供給される。

また、位置決め電極４には、スイッチ手段２３を介して、第１の駆動部２１と第２の駆動部２２とが選択的に接続されている。ここで、第１の駆動部２１は測定用駆動部となっており、また第２の駆動部２２は描画用駆動部となっている。すなわち、第１の駆動部２１は、ステージ８上での電子ビーム７の測定を行うときに選択されて使用される駆動部である。一方、第２の駆動部２２は、電子ビーム７による試料９の描画処理を行うときに選択的されて使用される駆動部である。

これら第１及び第２の駆動部２１，２２には、それぞれＤ／Ａ変換器及び増幅器を備えられている。そして、各Ｄ／Ａ変換器の入力側はバスライン１５に接続されているとともに、各Ｄ／Ａ変換器からの出力は対応する増幅器により増幅される。

このようにして増幅された各出力は、第１及び第２の駆動部２１，２２からの出力として、スイッチ手段２３に供給される。スイッチ手段２３は、第１の駆動部２１からの出力若しくは第２の駆動部２２からの出力のうちの何れか一方を選択し、選択した出力を位置決め電極４に供給する。本発明においては、位置決め電極４、第１の駆動部２１、第２の駆動部２２、及びスイッチ手段２３により、電子ビーム７の位置決めを行う偏向機構２４が構成される。

ここで、第１の駆動部２１は、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の測定を行う際に位置決め電極４に供給される第１の偏向動作信号を出力する。また、第２の駆動部２２は、試料９上での電子ビーム７の走査を行う際に位置決め電極４に供給される第２の偏向動作信号を出力する。

そして、電子ビーム７の当該測定を行う際に位置決め電極４に供給される第１の偏向動作信号に基づいて実行される電子ビーム７の偏向動作の分解能は、電子ビーム７による試料９の描画処理の際に供給される第２の偏向動作信号に基づいて実行される電子ビーム７の偏向動作の分解能よりも高分解能となるようになっている。これら２つの偏向動作は、スイッチ手段２３により選択的に切り換えられる。

本発明においては、例えば、第１の駆動部２１から供給される第１の偏向動作信号に基づいて実行される電子ビーム７の偏向動作の分解能は０．１ｎｍとされ、このときの最大偏向距離は１０μｍとされる。また、第２の駆動部２２から供給される第２の偏向動作信号に基づいて実行される電子ビーム７の偏向動作の分解能は１ｎｍとされ、このときの最大偏向距離は１ｍｍとされる。

さらに、バスライン１５には、演算制御部１６が接続されている。演算制御部１６は、各駆動部２ａ，３ａの制御を行う。これにより、ブランキング電極２及び成形電極３は、それぞれ対応する各駆動部２ａ，３ａを介して演算制御部１６により駆動制御される。なお、演算制御部１６には、記憶部１７が接続されている。

また、演算制御部１６は、第１及び第２の駆動部２１，２２の制御を行う。これにより、位置決め電極４は、スイッチ手段２３により選択された第１の駆動部２１若しくは第２の駆動部２２を介して演算制御部１６により駆動制御される。なお、このときスイッチ手段２３は、演算制御部１６により制御されている。

そして、試料室内には、電子検出器１２が設けられている。この電子検出器１２は、電子ビーム７が照射（走査）されたステージ８若しくは試料９から発生した２次電子又は反射電子等の被検出電子１１を検出する。そして、電子検出器１２は、被検出電子１１の検出結果に基づいて検出信号を出力する。

この検出信号は、プリアンプ１３により増幅されてＡ／Ｄ変換器１４に送られる。Ａ／Ｄ変換器１４は、増幅された検出信号をデジタル信号に変換し、変換後の検出信号はバスライン１５を介して演算制御部１６に送られる。

演算制御部１６は、電子ビーム７の走査に対応して取得されるデジタル化された検出信号から、当該走査に基づく輝度データを作成する。作成された輝度データは、記憶部１７に格納される。

このような構成からなる荷電粒子ビーム装置（電子ビーム描画装置）において、試料９に対する描画処理を行う前に、当該装置によって、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の校正及び電子ビーム７のサイズの校正が行われる。

この場合、ステージ９上での所定箇所（試料９が載置される領域から外れた位置）に設けられたマーク部１０の基準パターンを走査するように、電子ビーム７を偏向する。このときの基準パターンの形状等は、前述した図２に示す基準パターン１０ａと同様である。

このとき、演算制御部１６は、スイッチ手段２３を制御し、第１の駆動部２１から出力される第１の偏向動作信号を位置決め電極４に供給されるようにする。これにより、電子ビーム７の偏向動作の分解能は、後述する描画処理時における偏向動作の分解能よりも高分解能とされる。電子ビーム７は、位置決め電極４により偏向され、ステージ９に設けられたマーク部１０を走査する。

電子ビーム７によりマーク部１０が走査されると、このマーク部１０から２次電子又は反射電子等の被検出電子が発生する。この被検出電子１１は、電子検出器１２により検出される。そして、電子検出器１２は、被検出電子１１の検出結果を出力し、この検出結果に基づいて演算制御部１６は、輝度信号波形を輝度データとして作成する。この輝度信号波形のデータは、記憶部１７に格納される。

さらに、演算制御部１６は、当該輝度信号波形の特徴（電子ビーム７の断面中心部及びエッジ部）を抽出し、これと位置決め電極４を駆動する第１の駆動部２１に供給したデータ（偏向信号）との対応付けを行う。これにより、第１の駆動部に供給される偏向信号とステージ８上での電子ビーム７の位置との関係が測定される。

このとき、第１の駆動部からスイッチ手段２３を介して位置決め電極４に供給される第１の偏向動作信号に基づいて実行される電子ビーム７の偏向動作の分解能は、電子ビーム７による試料９の描画処理の際に供給される第２の偏向動作信号に基づいて実行される電子ビーム７の偏向動作の分解能よりも高分解能となっている。よって、演算制御部１６により作成される輝度信号波形も高分解能に基づいたものとなっており、電子ビーム７の測定をより正確に行うことができる。

その後、演算制御部１６は、スイッチ手段２３を制御して、第２の駆動部２２から出力される第２の偏向動作信号を位置決め電極４に供給されるようにする。これにより、電子ビーム７による試料９への描画処理が行われる。なお、このとき、演算制御部１６から第２の駆動部２２に供給される偏向信号は、上述した第１の駆動部に供給される偏向信号とステージ８上での電子ビーム７の位置との関係に基づいて補正されている。

このように、本発明においては、制御部１６により、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置を測定する際での偏向機構２４による電子ビーム７の偏向動作の分解能を、試料９上に電子ビーム７を走査する際での偏向機構２４による電子ビーム７の偏向動作の分解能に対して高分解能となるようにスイッチ手段２３を介して切り換える。

これにより、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の測定時において、電子ビーム７の偏向動作の分解能を細かくすることができ、当該測定をより正確に行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。以下に、本発明の変形例について説明する。

図５は、本発明における一の変形例の要部を示す概略構成図である。同図において、３４は、当該変形例における偏向機構である。この偏向機構３４は、位置決め電極（偏向器）４、駆動部３１、増幅器３２、及びスイッチ手段３３を備えている。位置決め電極４には、駆動部３１からの出力と、当該出力を増幅する増幅器３２からの出力とがスイッチ手段３３を介して接続されている。増幅器３２は、例えば１０倍の増幅倍率に設定されている。

そして、演算制御部１６（図４参照）は、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の測定を行う際には駆動部３１からの出力を位置決め電極４に供給し、また試料９上での電子ビーム７の走査を行う際には増幅器３２からの出力を位置決め電極４に供給するように、スイッチ手段３３の制御を行う。これにより、電子ビーム７の偏向動作の分解能を切り換えることができる。このとき、電子ビーム７の当該測定時には、電子ビーム７の偏向動作の分解能を１／１０とすることができ、こでにより高分解能を実現することができる。

さらに、本発明における他の変形例について、図６を参照して説明する。ここで、図６は、本発明における他の変形例の要部を示す概略構成図である。同図において、４５は、当該変形例における偏向機構である。この偏向機構３４は、高分解能駆動部４１、低分解能駆動部４２、第１のスイッチ手段４３、第２のスイッチ手段４４、主偏向器４６、及び副偏向器４７を備えている。

ここで、副偏向器４７の電極寸法は、主偏向器４６の電極寸法に対して小さくなっており、同じ駆動電圧を印加しても電子ビーム７の偏向移動は小さくなるようになっている。例えば、主偏向器４６の偏向感度は１ｍｍ／１００Ｖ（１ｎｍあたり０．１ｍＶ）とし、副偏向器４７の偏向感度は１０μｍ／１０Ｖ（１ｎｍあたり１ｍＶ）とする。

主偏向器４６及び副偏向器４７には、それぞれ第１のスイッチ手段４３及び第２のスイッチ手段４４を介して、高分解能駆動部４１及び低分解能駆動部４２が接続されている。

そして、演算制御部１６（図４参照）は、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の測定を行う際には、第１及び第２のスイッチ手段４３，４４を制御し、各スイッチを接点１側に接触させる。これにより、高分解能駆動部４１からの出力が主偏向器４６に供給されるとともに、低分解能駆動部４２からの出力が副偏向器４７に供給される。

また、演算制御部１６は、描画処理時において試料９上での電子ビーム７の走査を行う際には、第１及び第２のスイッチ手段４３，４４を制御し、各スイッチを接点２側に接触させる。これにより、高分解能駆動部４１からの出力が副偏向器４７に供給されるとともに、主偏向器４６への偏向動作信号の供給を停止される。なお、スイッチ手段４３における接点２は接地されている。これにより、電子ビーム７の偏向動作の分解能を切り換えることができる。

上記各変形例においても、制御部１６により、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置を測定する際での偏向機構による電子ビーム７の偏向動作の分解能を、試料９上に電子ビーム７を走査する際での偏向機構による電子ビーム７の偏向動作の分解能に対して高分解能となるようにスイッチ手段を介して切り換えている。

これにより、ステージ８上での電子ビーム７の照射位置の測定時において、電子ビーム７の偏向動作の分解能を細かくすることができ、当該測定をより正確に行うことができる。

電子ビーム描画装置の一般的な構成を示す概略構成図である。 電子ビームがマーク部を走査する状態を示す図である。 輝度信号波形を示す図である。 本発明における荷電粒子ビーム装置を示す概略構成図である。 本発明における一の変形例の要部を示す概略構成図である。 本発明における他の変形例の要部を示す概略構成図である。

符号の説明

１…電子銃（荷電粒子ビーム源）、２…ブランキング電極、３…成形電極、４…位置決め電極（偏向器）、５…第１のアパーチャ板、６…第２のアパーチャ板、７…電子ビーム（荷電粒子ビーム）、８…ステージ、９…試料、１０…マーク部、１６…演算制御部、２１…第１の駆動部、２２…第２の駆動部、２３…スイッチング手段

Claims (1)

1. 荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から試料に向けて放出された荷電粒子ビームを偏向し、これにより試料上で荷電粒子ビームを走査するための偏向器と、
   試料を載置すると共に試料の移動を行うステージと、これら荷電粒子ビーム源、
   偏向器、及びステージの動作を制御する制御部とを備える荷電粒子ビーム装置において、偏向器は、主偏向器及び副偏向器を備えているとともに、主偏向器及び副偏向器には、それぞれ第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を介して高分解能駆動部及び低分解能駆動部が接続されており、制御部は、ステージ上での荷電粒子ビームの照射位置の測定を行う際には高分解能駆動部からの出力を主偏向器に供給するとともに低分解能駆動部からの出力を副偏向器に供給し、また試料上での荷電粒子ビームの走査を行う際には高分解能駆動部からの出力を副偏向器に供給するとともに主偏向器への偏向動作信号の供給を停止するように第１及び第２のスイッチ手段の制御を行い、これにより荷電粒子ビームの偏向動作の分解能を切り換えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

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