JP4790411B2 - 非点収差補正方法および電子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子ビームの非点収差補正手段を有する非点収差補正方法および電子ビーム描画装置に関する。

近年、半導体デバイスの集積度が高密度化するに伴い、半導体ウエハおよび半導体マスク等に一層の微細加工を施す必要が生じてきている。この微細加工を行う上で、波長が短い電子線ビームを用いて半導体ウエハあるいは半導体マスクに微細パターンを描画する電子ビーム描画装置は、超微細デバイスあるいは量子細線等のナノメートル領域の描画が可能であり必要不可欠なものとなっている。

この電子ビーム描画装置の中で、電子ビームの形状がスポット状のスポットビーム方式では、スポット形状が良好な円形であることが必要とされる。そして、電子ビーム描画装置は、円形のスポット形状を、電子ビームに非点収差補正を行うことで実現している。

ここで、電子ビームの非点収差補正は、例えば、電子ビームと直交する方向に９０度向きを変えて対向配置される２組の対向コイルにより行われる。オペレータは、これら２組の対向コイルに電流を流した状態で、画像表示装置に表示されるスポット画像を観察し、非点収差の補正を行う（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、電子ビームの非点収差補正を行う際に、電子ビームの位置がずれる偏向を生じる。この偏向は、非点収差補正を行う２組の対向コイルの機械的中心、言い換えれば磁界強度が零となる位置と、電子ビームの位置が一致しない場合に生じる。すなわち、非点収差補正により、コイルに流される電流が変化されると共に電子ビーム位置の磁界強度が変化し、電子ビームは磁界による変位の大きさが変化する。

これを防止するために、非点収差補正では、補正を行う前に磁界強度が零となる位置と、電子ビームの位置とを一致させるセンタリング調整が、オペレータにより行われる。一方、非点収差補正を行う際には、一対の対向コイルに流される電流比率はセンタリング調整を行った場合と同一にされるので、電流の大きさを変化させても磁界強度が零となる位置は変化せず、従ってセンタリング調整の後に電子ビームが偏向することはない。
特開２００１―２２９８６６号公報、（第１頁、図１）

しかしながら、上記背景技術によれば、センタリング調整は、オペレータにとって手間のかかる作業であると同時に、調整値に個人差が生じるものである。すなわち、オペレータは、電子ビームの走査によって画像表示される基準試料上のマークを観察しつつ、上述した２組の対向コイルの各電流比率および電流を変化させ、マーク位置が変化しなくなる２組の電流比率を求める作業を行う。

この作業では、マーク位置の変化の大きさをオペレータの視覚に頼って判断するため、個人差が大きくなる。また、２組の対向コイルの各電流比率を逐次変化させる作業では、２組の対向コイルにより形成される重畳された磁界が、電子ビーム位置でそれぞれ独立に変化する。従って、マーク位置の変化を複雑なものとし、オペレータの判断を誤らせる要因ともなる。

これらのことから、センタリング調整を容易に、しかも再現性を持って行うことができる非点収差補正方法および電子ビーム描画装置をいかに実現するかが重要となる。
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、センタリング調整を容易に、しかも再現性を持って行うことができる非点収差補正方法および電子ビーム描画装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射し、前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向するように配置され、かつ、互いに逆向きの電流が流される対向コイルを、前記直交面内の異なる方向に複数組配置し、前記対向コイルに流される電流の電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と、前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整し、前記電流比率を保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正方法であって、前記センタリング調整は、前記センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零として前記センタリング調整を行う対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記電子ビームを走査して前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致した電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行う。

この請求項１に記載の発明では、センタリング調整は、センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零としてセンタリング調整を行う対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、この逐次変化ごとに電子ビームを走査して位置検出マークのマーク位置情報および電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、マーク位置変化情報が最小となる電流比率を一致した電流比率とするセンタリング調整を、複数組の対向コイルに対して行う。

また、請求項２に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項１に記載の発明において、前記基準試料が、シリコン基板からなり、前記シリコン基板上に前記電子ビームを反射し直交する２つの金属帯からなる十字型の位置検出マークを備えることを特徴とする。

この請求項２に記載の発明では、前記基準試料は、十字型の位置検出マークを有する。
また、請求項３に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項２に記載の発明において、前記検出が、前記マーク位置情報の検出を、自己相関関数を用いて行うことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項１に記載の発明において、前記基準試料が、金属板からなり、前記金属板の中央部に、辺縁部がナイフエッジをなす電子ビームを透過する開口部からなる位置検出マークを備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明にかかる非点収差補正方法は、請求項４に記載の発明において、前記検出が、前記マーク位置情報の検出を、誤差関数を用いて行うことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明にかかる電子ビーム描画装置は、位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射する照射手段と、前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向するように配置され、かつ、互いに逆向きの電流が流される対向コイルであって、前記直交面内の異なる方向を向く複数組の対向コイルと、前記対向コイルに流される電流の電流比率を一定に保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正手段と、前記対向コイルの対向方向に前記電子ビームを走査する走査手段と、前記電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整する制御部と、を備える電子ビーム描画装置であって、前記非点収差補正手段は、前記対向コイルに流される電流をオンオフするスイッチを有し、前記制御部は、前記センタリング調整を行わない対向コイルのスイッチをオフとし、前記センタリング調整を行う対向コイルのスイッチをオンとし、前記対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記走査を行い前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化された場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致の電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行うことを特徴とする。

この請求項６に記載の発明では、非点収差補正手段は、対向コイルに流される電流をオンオフするスイッチを有し、制御部は、センタリング調整を行わない対向コイルのスイッチをオフとし、センタリング調整を行う対向コイルのスイッチをオンとし、対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、この逐次変化ごとに走査を行い位置検出マークのマーク位置情報および電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、マーク位置変化情報が最小となる電流比率を一致の電流比率とするセンタリング調整を、複数組の対向コイルに対して行う。

本発明によれば、センタリング調整を、センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零として、対向コイルごとにマーク位置変化情報が最小となる電流比率として求めることとしているので、人による誤差をなくし、高い再現性を持って容易に行うことができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子ビーム描画装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる電子ビーム描画装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明に基づく電子ビーム描画装置１００の一例を示す図である。電子ビーム描画装置１００は、内部が真空に排気された筐体１３を有する。筐体１３の内部には、照射手段である電子銃１２、ブランキング電極１１、ズームレンズ１０、対物絞り８、対物絞り駆動部９、電子ビーム４、対向コイル７、走査手段である偏向器６、対物レンズ５、ＸＹ駆動ステージ１、基準試料２および反射電子検出手段３を含む。また、電子ビーム描画装置１００の制御系として、制御部２１、電子銃制御部１４、ビームブランキング制御部１５、電子光学系制御部１６、ビーム走査制御部１７、非点収差補正手段１８、信号検出部２０、ＸＹ駆動ステージ制御部１９および基準試料２を含む。なお、図１中に示したｘｙｚ軸座標は、後述する図中のｘｙｚ軸座標と共通のものであり、図中に示される装置の相互的な位置関係を示す。

筐体１３の上部には、照射手段である電子銃１２が配置されており、電子ビーム４を発生する。この電子銃１２は、電子銃制御部１４によってその加速電圧やビーム電流量の調整がなされる。電子銃１２の下部には、電子ビーム４のブランキング電極１１が位置されている。ブランキング電極１１は、ビームブランキング制御部１５によって製御され、後述する電子ビーム４の走査に同期して、電子ビーム４をブランキングする。

ブランキング電極１１の下部には、ズームレンズ（コンデンサレンズ）１０が設けられ、ズームレンズ１０により電子ビーム４は集束される。このズームレンズ１０は、最終段のレンズである対物レンズ５と共に、電子光学系制御部１６によって制御され、電子ビーム４を細く集束する作用を有すると共に、ズームレンズ１０の下部に設けられた対物レンズ絞り８によって、基準試料２に照射される電子ビーム４の電流量の制御を行う。

なお、対物レンズ絞り８の電子ビーム４の光軸に垂直なＸＹ平面の位置は、絞り駆動部９によって移動させられる。絞り駆動部９は、例えば、Ｘ、Ｙ方向に対物レンズ絞り８を移動させるためのモーターが備えられており、モーターの回転により、絞りの位置を精密に移動させることができる。

対物レンズ５の近傍には２段の静電型の偏向器６が設けられている。また、走査手段である偏向器６に印加される偏向電圧は、ビーム走査制御部１７によって制御される。これら偏向器６の中間位置に対向コイル７が設けられている。これら対向コイル７は、非点収差補正手段１８により、電子ビーム４の非点収差補正を行う。なお、対向コイル７および非点収差補正手段１８については、後に詳述する。

ＸＹ駆動ステージ１は、基準試料２を裁置し、ＸＹ駆動ステージ制御部１９により、基準試料２を電子ビーム４の中心近傍に配設する。ここで、基準試料２は、電子ビーム４の非点収差補正を行う際の位置検出マークを有する。

図２は、基準試料２をｚ軸方向から見た図である。基準試料２は、シリコン基板からなり、ｚ軸方向の面に蒸着された金（Ａｕ）等の金属からなる位置検出マークであるクロスマーク２２を有する。このクロスマーク２２は、ｘ軸およびｙ軸方向に伸びる帯状のパターンが中心位置で交差する十字型の形状を有する。

図１に戻り、反射電子検出手段３は、電子ビーム４が基準試料２の表面に照射された際に、表面から反射される電子ビーム４を検出する。そして、検出された電子ビーム４は、電流信号に変換され信号検出部２０に送信される。

上述した、電子銃制御部１４、ビームブランキング制御部１５、電子光学系制御部１６、ビーム走査制御部１７、非点収差補正手段１８、信号検出部２０、ＸＹ駆動ステージ制御部１９は、制御部２１により制御される。また、信号検出部２０が取得した反射電子検出手段３からの電流信号の情報は、制御部２１に送信される。

図３は、非点収差補正手段１８およびｚ軸方向から見た対向コイル７の図である。対向コイル７は、２組の対向コイル、コイル３１および３２、並びに、コイル３３および３４からなる。コイル３１〜３４は、各々導体ループをなす同様のコイルからなり、導体ループ面がｘｙ面と直交する。そして、コイル３１および３２は、ｘ軸方向にコイル面が対向し、コイル３３および３４は、ｙ軸方向にコイル面が対向する。

非点収差補正手段１８は、電源５１〜５４、スイッチ４１〜４４、電流制御手段３６およびスイッチ制御手段３７を含む。電源５１〜５４は、コイル３１〜３４に電流を供給する。ここで、対向するコイル３１および３２は、常に互いの電流が逆向きに流れｘ軸方向に対向する磁場Ｂｘを形成する。また、同様に、対向するコイル３３および３４は、常に互いの電流が逆向きに流れｙ軸方向に対向する磁場Ｂｙを形成する。なお、電源５１〜５４に流される電流値は、電流制御手段３６により制御される。

また、電源５１〜５４およびコイル３１〜３４を接続する電源ライン上には、スイッチ４１〜４４が存在する。スイッチ４１〜４４は、コイル３１〜３４に流れる電流をオンオフする。なお、スイッチ４１〜４４のオンオフは、スイッチ制御手段３７により制御される。

電流制御手段３６は、電源５１〜５４を制御し、コイル３１〜３４に流れる電流を制御する。ここで、コイル３１および３２に流される電流は、逆向きに流されると共に電流比が一定に保たれる。すなわち、コイル３１に流れる電流をＩ１、コイル３２に流れる電流をＩ２とすると、Ｉ２＝ａ×Ｉ１の関係が保たれる。ここで、ａは、電流比率で、制御部２１からの設定により変更可能となっている。また、コイル３３に流れる電流をＩ３、コイル３４に流れる電流をＩ４とすると、Ｉ４＝ｂ×Ｉ３の関係が保たれる。ここで、ｂは、電流比率で、制御部２１からの設定により変更可能となっている。なお、図３には、コイル３１〜３４を形成する導体ループの断面に、この断面と直交する方向に流れる電流の向きが明示されている。

スイッチ制御手段３７は、スイッチ４１〜４４のオンオフを制御する。ここで、スイッチ４１および４２は、常に同一のタイミングでオンオフされ、またスイッチ４３および４４も、同様にオンオフされる。なお、これらオンオフは、制御部２１により制御される。

ここで、コイル３１〜３４により形成される磁場ＢｘおよびＢｙと、この磁場により偏向される電子ビーム４の関係について簡単に説明する。非点収差補正手段１８は、電子ビームの非点収差を補正すると共に、この補正の際に、電子ビーム４に偏向を生じさせることがある。

図４は、対向コイル７と電子ビーム４のｘｙ面内の相対位置および偏向の関係を示す図である。なお、電子ビーム４は、ビームの中心軸位置４６のみが、電子ビーム４の移動方向である紙面の表から裏側に抜ける記号で示されている。図４（Ａ）では、電子ビーム４の中心軸位置４６が、ｘｙ面内に対向配置されるコイル３１〜３４の配列中心位置４５と異なる場合を示す。また、対向するコイルの電流比率ａおよびｂは、いずれも１としている。

ここで、対向するコイル３１および３２に流れる電流は、等しく逆向きであり、対向するコイル３３および３４も同様である。これにより、配列中心位置４５に形成される磁場ＢｘおよびＢｙは、いずれも零となる。

一方、電子ビーム４が存在する配列中心位置４５から離れた中心軸位置４６には、有限の大きさの磁場が存在する。これにより、電子ビーム４は、図４（Ａ）に矢印で示す配列中心位置４５方向の力を受け偏向する。また、この偏向の大きさは、電流の大きさを変化させることにより、変化する。

図４（Ｂ）は、配列中心位置４５と異なる電子ビーム４の中心軸位置４６において、コイル３１〜３４により形成される磁場ＢｘおよびＢｙが零の場合を示す。ここでは、対向するコイルの電流比率ａおよびｂは、いずれも１よりも大きな値とされ、電子ビーム４は、磁場による力を受けることなく偏向が生じない。また、この場合、コイルの電流比率が一定に保たれれば、電流の大きさを変化させても、偏向が生じることはない。言い換えれば、電流の大きさを変化させる際に、偏向の大きさが最小になる電流比率が、電子ビーム４の中心軸位置４６および磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となる位置が一致する場合となる。

図４（Ｂ）の例では、コイル３１および３２の電流比率の変化により、磁場Ｂｘが零となる位置がｘ軸方向に移動され、またコイル３３および３４の電流比率の変化により、磁場Ｂｙが零となる位置がｙ軸方向に移動される。そして、磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となる位置は、電流比率ａおよびｂを変化させることにより、ｘｙ面内を移動させることができる。

なお、電子ビーム４の非点収差補正を行う場合には、電流比率ａおよびｂを一定にした状態で、コイル３１〜３４の電流値が変化される。この場合には、ｘｙ面内の磁場ＢｘおよびＢｙの大きさが変化し、収差の補正量は変化するものの、磁場ＢｘおよびＢｙが共に零になる位置は変化しない。

つぎに、非点収差補正に関する非点収差補正手段１８および制御部２１の動作を、図５および６を用いて説明する。図５は、非点収差補正の動作を示すフローチャートである。まず、制御部２１は、電子ビーム４のセンタリング調整処理を行う（ステップＳ５０１）。このセンタリング調整処理では、上述した電子ビーム４の中心軸位置４６および磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となるｘｙ面内の位置が一致するように電流比率ａおよびｂが自動で決定される。

ここで、この電流比率ａおよびｂは、対向するコイル３１および３２、並びに、対向するコイル３３および３４を交互にオンオフさせ、ｘ軸方向の磁場Ｂｘが零となる位置およびｙ軸方向の磁場Ｂｙが零となる位置を、一方の対向するコイルがオフ状態にあり電流が流れない状態で独立に決定される。

また、上述したように、電子ビーム４の中心軸位置４６および磁場ＢｘおよびＢｙが共に零となるｘｙ面内の位置が一致する際には、コイル３１〜３４に流される電流が変化しても電子ビーム４は偏向すなわち位置ずれを起こさない。従って、偏向を起こさない電流比率ａおよびｂは、コイル３１〜３４に流される電流を一定量だけ変化させても、電子ビーム４をｘ軸あるいはｙ軸方向に走査して得られる基準試料２上の位置検出マーク２２の位置情報が、位置ずれを起こさないあるいは位置ずれが最も小さい場合として検出される。

図６は、センタリング調整処理の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、制御部２１に電流比ステップ幅ΔＳ、測定回数２Ｎ、電流変化幅ΔＩ等のセンタリング調整を行う際の初期値を設定する（ステップＳ６０１）。ここで、電流比ステップ幅ΔＳは、対向コイルの電流比率ａあるいはｂを逐次変化させる際の変化幅である。また、測定回数２Ｎは、電流比率をΔＳだけ変化させる回数で、コイル３１および３２、並びに、コイル３３および３４の２組の対向コイルに対して各々測定回数のパラメータｎが−Ｎ〜＋Ｎまでの範囲で行われるので２Ｎ回となる。また、電流変化幅ΔＩは、特定の電流比率を有する対向コイルに対して、電流変化に対する偏向の大きさの変化を検出する際に用いられる電流の変化幅の半分の値である。なお、これらの値は、経験的および実験的にセンタリング調整が効率よくしかも高い確度を持って行われるように決定される。

その後、制御部２１は、対向するコイル３１および３２のスイッチ４１および４２をオンとし、対向するコイル３３および３４のスイッチ４３および４４をオフとする（ステップＳ６０２）。これにより、ｘ軸方向に存在する対向コイルの電流比率を決定する際に、もう一方のｙ軸方向の対向コイルに流れる電流値を零とし形成される磁場、ひいては電子ビーム４の偏向の大きさがｙ軸方向の対向コイルに影響されないようにする。

その後、制御部２１は、測定回数のパラメータｎに、−Ｎを代入する（ステップＳ６０３）。そして、制御部２１は、電流比率ａを、ａ＝１+ｎ×ΔＳの式により決定し（ステップＳ６０４）、コイル３１および３２の電流値を、Ｉ₁＝Ｉａ＋ΔＩ，Ｉ₂＝ａ×Ｉ₁により決定し、コイル３１および３２に印加する（ステップＳ６０５）。ここで、Ｉａは、電流を変化させる際に一定とされる基準電流である。

その後、制御部２１は、電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査する（ステップＳ６０６）。この走査は、例えば、図２中に矢印で示したｘ軸方向およびｙ軸方向の走査位置で行われる。そして、制御部２１は、この走査により取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める（ステップＳ６０７）。

ここで、クロスマーク２２の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める方法を、図８を用いて簡単に述べる。図８（Ａ）は、この走査により取得されるクロスマーク２２の位置情報を示す図である。横軸は、例えば走査方向であるｘ軸で、縦軸は信号検出部２０で取得される走査位置ごとの電流値である。ここで、Ａｕ等からなるクロスマーク２２が存在する中央部分では、反射電子が大きく、電流値が高い状態となる。制御部２１は、この電流値をｘ軸方向に微分し、この微分関数の自己相関関数からマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める。

図８（Ｂ）は、走査位置ごとの電流値を微分した微分関数ｇ（ｘ）を図示したものである。この微分関数ｇ（ｘ）は、図８（Ａ）に示すクロスマーク位置の電流値が大きく変化する２つの部分にピークを有する。制御部２１は、マーク位置座標ｘ１を、この２つのピークの間隔をτとし、微分関数ｇ（ｘ）を用いた次式で示される自己相関関数Ｇ（ｘ）、

により算出する。
図８（Ｃ）は、微分関数ｇ（ｘ）から算出された自己相関関数Ｇ（ｘ）を図示したものである。ここで、この自己相関関数で逆の相関が最も高いピーク位置をマーク位置座標ｘ１とする。また、同様にｙ軸方向についても、走査を行いクロスマーク２２の位置情報ｙ１を求め、これら位置情報をマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）とする。

図６に戻り、制御部２１は、コイル３１および３２の電流値を、Ｉ₁＝Ｉａ−ΔＩ，Ｉ₂＝ａ×Ｉ₁に変化させ、コイル３１および３２に印加する（ステップＳ６０８）。そして、制御部２１は、ステップＳ６０６と同様に電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査し（ステップＳ６０９）、この走査によりステップＳ６０７と同様に取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ２、ｙ２）を求める（ステップＳ６１０）。

その後、制御部２１は、これら異なる電流値を用いた際の、マーク位置座標の変化、すなわちマーク位置変化情報である距離Δ₁₂（ｎ）を算出する（ステップＳ６１２）。この距離は、
Δ₁₂（ｎ）＝ＲＯＯＴ｛（ｘ１−ｘ２）²＋（ｙ１−ｙ２）²｝
により算出され、マーク位置座標の変化の指標とされる。

その後、図７に移行し、制御部２１は、２Ｎ回の測定を終了し測定回数のパラメータｎがＮを越えたかどうかを判定する（ステップＳ６１３）。そして、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越えていない場合には（ステップＳ６１３否定）、パラメータｎの値を＋１だけ加算して（ステップＳ６１１）、ステップＳ６０４に移行し、電流比率の変化に始まるマーク位置の測定を行う。また、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越える場合には（ステップＳ６１３肯定）、距離Δ₁₂（ｎ）が最小となるパラメータｎの値を求め、このｎに対する電流比率ａを求める（ステップＳ６１４）。

その後、制御部２１は、対向するコイル３１および３２のスイッチ４１および４２をオフとし、対向するコイル３３および３４のスイッチ４３および４４をオンとする（ステップＳ６１５）。これにより、ｙ軸方向に存在する対向コイルの電流比率を決定する際に、もう一方のｘ軸方向の対向コイルに流れる電流値を零とし形成される磁場、ひいては電子ビーム４の偏向の大きさがｘ軸方向の対向コイルに影響されないようにする。

その後、制御部２１は、測定回数のパラメータｎに、−Ｎ（自然数）を代入する（ステップＳ６１６）。そして、制御部２１は、電流比率ｂを、ｂ＝１+ｎ×ΔＳの式により決定し（ステップＳ６１７）、コイル３３および３４の電流値を、Ｉ₃＝Ｉｂ＋ΔＩ，Ｉ₄＝ｂ×Ｉ₃により決定し、コイル３３および３４に印加する（ステップＳ６１８）。ここで、Ｉｂは、電流を変化させる際に一定とされる基準電流である。

その後、制御部２１は、電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査する（ステップＳ６１９）。この走査は、例えば、図２中に矢印で示したｘ軸方向およびｙ軸方向の走査位置で行われる。そして、制御部２１は、ステップ６０７で行ったのと同様の方法により、この走査により取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいたマーク位置座標（ｘ３、ｙ３）を求める（ステップＳ６２０）。

制御部２１は、コイル３３および３４の電流値を、Ｉ₃＝Ｉｂ−ΔＩ，Ｉ₄＝ｂ×Ｉ₃に変化させ、コイル３３および３４に印加する（ステップＳ６２１）。そして、制御部２１は、ステップＳ６０６と同様に電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査し（ステップＳ６２２）、この走査によりステップＳ６０７と同様に取得される位置検出マークであるクロスマーク２２の位置情報に基づいたマーク位置座標（ｘ４、ｙ４）を求める（ステップＳ６２３）。

その後、制御部２１は、これら異なる電流値を用いた際の、マーク位置座標の変化、すなわちマーク位置変化情報である距離Δ₃₄（ｎ）を算出する（ステップＳ６２４）。この距離は、
Δ₃₄（ｎ）＝ＲＯＯＴ｛（ｘ３−ｘ４）²＋（ｙ３−ｙ４）²｝
により算出され、マーク位置座標の変化の指標とされる。

その後、制御部２１は、２Ｎ回の測定を終了し、測定回数のパラメータｎがＮを越えたかどうかを判定する（ステップＳ６２５）。そして、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越えていない場合には（ステップＳ６２５否定）、パラメータｎの値を＋１だけ加算して（ステップＳ６２８）、ステップＳ６１７に移行し、電流比率の変化に始まるマーク位置の測定を行う。また、制御部２１は、パラメータｎの値がＮを越える場合には（ステップＳ６２５肯定）、距離Δ₃₄（ｎ）が最小となるパラメータｎの値を求め、このｎに対する電流比率ｂを求める（ステップＳ６２６）。そして、制御部２１は、ステップＳ６１４およびステップＳ６２６で求めた電流比率ａおよびｂを、非点収差を行う場合の電流比率として、電流制御手段３６に設定し、センタリング調整処理を終了する。

その後、図５に戻り、制御部２１は、非点収差補正を行う（ステップＳ５０２）。この非点収差補正では、電流制御手段３６に設定された電流比率ａおよびｂを用いて、基準試料２の代わりに非点収差補正用の試料を用いてＳＥＭ画像を観察し、非点収差の補正を行い、
本処理を終了する。

上述してきたように、本実施の形態１では、センタリング調整を行わない対向コイルをオフさせた状態で、電流比率ａあるいはｂを逐次変化させ、この変化ごとに、対向コイルに流れる電流を一定量変化させた場合のクロスマーク位置の変化量である距離Δを求め、この距離Δが最小となる電流比率ａおよびｂを用いて非点収差補正を行うこととしているので、非点収差補正の際に対向コイルに流れる電流を変化させても電子ビーム４が偏向することの無いようにし、加えてこの電流比率ａおよびｂを、人による誤差を含まない再現性あるものとすることができる。

また、本実施の形態１では、対向コイル７は、コイル３１および３２、並びに、コイル３３および３４の２組の対向コイルからなるとしたが、４組もしくはそれ以上の対向コイルからなるものを用いることもできる。
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態２では、対向コイル７に流れる電流を変化させ、この変化の際に生じる電子ビーム４の位置変化を、検出されるマーク位置座標の変化から求めることとしたが、マーク位置座標の変化を測定する代わりに吸収電子検出器および金属板を用いてナイフエッジ位置の変化から求めることもできる。そこで、本実施の形態２では、基準試料２および反射電子検出手段３の代わりに金属板のナイフエッジおよび吸収電子検出器を用いて電子ビーム４の位置変化を求める場合を示すことにする。

図９および１０は、本実施の形態２にかかる金属板９１および吸収電子検出器であるファラデーカップ９２の構成を示す図である。ここで、金属板９１およびファラデーカップ９２は、図１に示す基準試料２および反射電子検出手段３に代わるものであり、その他のハードウェア構成は、図１に示したものと全く同様であるので、詳しい説明を省略する。

金属板９１は、図１０の平面図に示すように、四角い開口部９７を有した金属製の板であり、開口部９７の端部は、高い精度で直線性が保たれたナイフエッジ９５となっており、ｘ軸方向を向く端部Ｘｔとｙ軸方向を向く端部Ｙｔとは正確に直角をなす関係とされている。ファラデーカップ９２は、開口部９７を透過した電子ビーム４を検出するカップ状の電子検出器で、信号検出部２０と接続される。

つぎに、金属板９１およびファラデーカップ９２を用いた場合のセンタリング調整処理の動作について述べる。なお、センタリング調整処理の後に行われる非点収差補正は、図５に示すフローチャートのステップＳ５０２で行ったものと全く同様であるので、説明を省略する。また、本実施の形態２にかかるセンタリング調整処理の動作は、図６に示すフローチャートのステップＳ６０７、Ｓ６１０、Ｓ６２０およびＳ６２３に示すマーク位置検出を省いて全く同様であるので省略し、マーク位置検出に対応するナイフエッジ検出についてのみ説明する。

まず、制御部２１は、電子ビーム４をｘ軸およびｙ軸方向に走査する。この走査は、例えば、図１０中に矢印で示したｘ軸方向およびｙ軸方向の走査位置で行われる。そして、制御部２１は、この走査により取得される位置検出マークである金属板９１の端部の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める。

ここで、金属板９１の端部の位置情報に基づいてマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める方法を、図１１を用いて簡単に述べる。図１１は、この走査により取得される金属板９１の端部Ｙｔの位置情報を示す図である。横軸は、例えば走査方向であるｘ軸で、縦軸は信号検出部２０で取得される走査位置ごとの電流値である。ここで、図１１の中央部には、電流値が大きく変化する端部Ｙｔが存在する。制御部２１は、この端部Ｙｔに誤差関数ｅｒｆのフィッティングを行い、このフィッティング関数ｆのパラメータ値からマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）を求める。

フィッティング関数ｆ（ｘ）は、

の関数形を有する。ここで、ａ０〜ａ３は、フィッティングにより決定されるパラメータで、このパラメータ中のａ１の値を金属板位置ｘ１とする。また、同様にｙ軸方向についても、走査を行い金属板９１の端部Ｙｔの位置情報ｙ１を求め、これら位置情報をマーク位置座標（ｘ１、ｙ１）とする。また、同様にマーク位置座標（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）および（ｘ４、ｙ４）も決定される。

上述してきたように、本実施の形態２では、金属板９１の端部ＸｔおよびＹｔの検出信号に対して誤差関数のフィッティングを行い、このフィッティングにより求まる誤差関数のパラメータからマーク位置座標を決定することとしているので、高い位置精度でもって金属板９１の端部、ひいては電子ビーム４の偏向を検出することができる。

また、本実施の形態２では、図１１に示す検出信号に対してフィッティングを行ったが、この検出信号の１次微分あるいはより高階の微分関数に対してフィッティングを行い金属板位置を決定することもできる。

また、本実施の形態１および２では、位置検出マークのクロスマーク位置あるいはナイフエッジ位置を検出し、その位置変化を求めることとしたが、位置検出マークのＳＥＭ画像を取得し、このＳＥＭ画像の位置変化が最小となる電流比率ａおよびｂを、図６および７に示したセンタリング調整処理と同様の方法により求めることもできる。なお、この際位置変化の検出および電流比率の決定は、目測による手動あるいは実施の形態１あるいは２で述べた相関関数あるいは誤差関数を用いて自動で行うこともできる。

電子ビーム描画装置の断面を含む全体構成を示すブロック図である。 電子ビーム描画装置の基準試料を示す平面図である。 電子ビーム描画装置の非点収差補正手段を示す図である。 非点収差補正手段の動作を示す説明図である。 実施の形態１の非点収差補正手段の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１のセンタリング調整処理の動作を示すフローチャートである（その１）。 実施の形態１のセンタリング調整処理の動作を示すフローチャートである（その２）。 実施の形態１のクロスマーク位置の検出を示す説明図である。 実施の形態２の基準試料である金属板および吸収電子検出器であるファラデーカップを示す断面図である。 実施の形態２の金属板を照射方向から見た平面図である。 実施の形態２の走査で取得される検出信号を示す図である。

符号の説明

１ ＸＹ駆動ステージ
２ 基準試料
３ 反射電子検出手段
４ 電子ビーム
５ 対物レンズ
６ 偏向器
７ 対向コイル
９ 絞り駆動部
１０ ズームレンズ
１１ ブランキング電極
１２ 電子銃
１３ 筐体
１４ 電子銃制御部
１５ ビームブランキング制御部
１６ 電子光学系制御部
１７ ビーム走査制御部
１８ 非点収差補正手段
１９ ＸＹ駆動ステージ制御部
２０ 信号検出部
２１ 制御部
２２ クロスマーク
２２ 位置検出マーク
３１、３２、３３、３４ コイル
３６ 電流制御手段
３７ スイッチ制御手段
４１、４２、４３，４４ スイッチ
４５ 配列中心位置
４６ 中心軸位置
５１〜５４ 電源
９１ 金属板
９２ ファラデーカップ
９５ ナイフエッジ
９７ 開口部
１００ 電子ビーム描画装置

Claims (6)

1. 位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射し、前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向するように配置され、かつ、互いに逆向きの電流が流される対向コイルを、前記直交面内の異なる方向に複数組配置し、前記対向コイルに流される電流の電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と、
   前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整し、前記電流比率を保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正方法であって、
   前記センタリング調整は、前記センタリング調整を行わない対向コイルに流される電流を零として前記センタリング調整を行う対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記電子ビームを走査して前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致した電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行う非点収差補正方法。
2. 前記基準試料は、シリコン基板からなり、前記シリコン基板上に前記電子ビームを反射し直交する２つの金属帯からなる十字型の位置検出マークを備えることを特徴とする請求項１に記載の非点収差補正方法。
3. 前記検出は、前記マーク位置情報の検出を自己相関関数を用いて行うことを特徴とする請求項２に記載の非点収差補正方法。
4. 前記基準試料は、金属板からなり、前記金属板の中央部に、辺縁部がナイフエッジをなし電子ビームを透過する開口部からなる位置検出マークを備えることを特徴とする請求項１に記載の非点収差補正方法。
5. 前記検出は、前記マーク位置情報の検出を、誤差関数を用いて行うことを特徴とする請求項４に記載の非点収差補正方法。
6. 位置検出マークを有する基準試料に電子ビームを照射する照射手段と、
   前記電子ビームを挟んで前記照射の方向と直交する直交面内で対向するように配置され、かつ、互いに逆向きの電流が流される対向コイルであって、前記直交面内の異なる方向を向く複数組の対向コイルと、
   前記対向コイルに流される電流の電流比率を一定に保ちつつ前記電流を変化させて前記電子ビームの非点収差を補正する非点収差補正手段と、
   前記対向コイルの対向方向に前記電子ビームを走査する走査手段と、
   前記電流比率を、前記対向コイルにより形成される磁場の大きさが零になる位置と前記電子ビームの位置とが一致するようにセンタリング調整する制御部と、
   を備える電子ビーム描画装置であって、
   前記非点収差補正手段は、前記対向コイルに流される電流をオンオフするスイッチを有し、
   前記制御部は、前記センタリング調整を行わない対向コイルのスイッチをオフとし、前記センタリング調整を行う対向コイルのスイッチをオンとし、前記対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、前記逐次変化ごとに前記走査を行い前記位置検出マークのマーク位置情報および前記電流を変化された場合のマーク位置変化情報を検出し、前記マーク位置変化情報が最小となる電流比率を前記一致の電流比率とするセンタリング調整を、前記複数組の対向コイルに対して行うことを特徴とする電子ビーム描画装置。

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