JP5297736B2

JP5297736B2 - 高さ測定方法、荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置

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Publication number: JP5297736B2
Application number: JP2008243392A
Authority: JP
Inventors: 光太藤原; 吉郎山中
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-09-22
Also published as: JP2010074112A

Description

本発明は、高さ測定方法、荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置に関する。

マスク基板や半導体ウェハなどの試料上に微細パターンを描画する目的で、電子ビーム描画装置が用いられている。この装置を用いて試料上に描画する場合、描画位置のずれや電子ビームの焦点ずれなどを避けるために、描画前に試料表面の正確な高さを測定する必要がある。具体的には、電子ビーム描画装置の高さ測定部において、描画前に、照射領域付近に光を照射して反射光を検出し、試料表面の高さを測定しておく。そして、測定された高さに応じて、例えば、電子ビームを試料表面に収束させるレンズを調整する。これにより、電子ビームを試料の表面に正確に収束させることができる。

上記の高さ測定部では、光源から出射したレーザ光が、投光レンズによって試料の表面上に収束する。収束した光は、試料の表面で反射して受光レンズに入射した後、再度受光素子に収束する。受光素子には、ＰＳＤ（Position
Sensitive Detector）が用いられる。ＰＳＤとは、ＰＩＮ型フォトダイオードと同様の構造であって、光起電力効果により光電流を測定して光の重心位置計測を実現するものである。ＰＳＤへスポット光が入射すると、入射位置には光エネルギーに比例した電荷が発生し、均一な抵抗値を持つ抵抗層（Ｐ層）を通り、ＰＳＤ上の２端面に設置された電極へと流れる。このときの電流量は、電極までの距離に反比例して分割されたものとなる。一方の端面に設置された電極からの出力電流をＩ_１とし、他方の端面に設置された電極からの出力電流をＩ_２とすれば、スポット光のＰＳＤ中心からの重心位置Ｘは、下記式で求めることができる。但し、受光面の長さをＬとする。
Ｘ＝Ｌ／２×（Ｉ_１−Ｉ_２）/（Ｉ_１＋Ｉ_２）
ここで、ＰＳＤの受光強度を示す全光電流は、Ｉ_１とＩ_２の和で得ることができる。

一方で、光源から出射される光に対する試料表面の反射率は、試料の膜厚や膜の物性、試料面に入射した光の波長および偏光状態によって変化する。上式は、理想的には、受光量が変化しても光の重心位置が変化しなければ、常に一定の値を示すことになり、反射率による受光量変化は計測される重心位置には影響しない。しかし、実際には、高さ測定部を構成する受光素子およびアナログ信号処理回路で生じるオフセット電圧が製作誤差として作用してしまうため、反射率が異なる試料の場合には、一定にならなくなる。よって、反射率の異なる試料間の高さを計測する場合、オフセット電圧が大きいと、反射率が同じ試料間の高さを計測する場合に比べて誤差が大きくなり、電子ビームを試料の表面に正確に収束させることが困難になる。

ここで、入射した光の重心位置は、２つの微弱な電流変化量を計測することにより求められる。このため、通常は、Ｉ／Ｖ変換回路を構成し、ＰＳＤからの出力電流変化（Ｉ_１，Ｉ_２）を出力電圧変化（Ｖ_１，Ｖ_２）として個々に変換して、光の重心位置の計測を行う。このとき、受光素子の暗電流、回路上の漏洩電流およびＩ／Ｖ変換アンプのオフセット電流が製作上の誤差として存在するため、これらの電流量の総和が、回路全体のオフセット電圧（Ｖ_１０，Ｖ_２０）として出力電圧に作用する。すなわち、電圧変換後の出力電圧をＶ_１、Ｖ_２とすると、測定される高さＺは（１）式で表される。ここで、αは試料高さの測定範囲と、ＰＳＤ上での光の重心移動範囲とから決定される係数である。
Ｚ＝α×（Ｖ_１−Ｖ_２）/（Ｖ_１＋Ｖ_２）・・・（１）
しかし、オフセット電圧を考慮すると、実際に測定される高さＺ’は、（２）式で表される。但し、（２）式において、Ｖ_１０、Ｖ_２０は、それぞれオフセット電圧である。
Ｚ’＝α×｛（Ｖ_１＋Ｖ_１０）−（Ｖ_２＋Ｖ_２０）｝/｛（Ｖ_１＋Ｖ_１０）＋（Ｖ_２＋Ｖ_２０）｝
・・・（２）

したがって、試料表面の反射率が低く、受光素子からの出力電圧に比べてオフセット電圧が無視できない場合には、反射率が大きい試料表面に比べて測定値の誤差が大きいものとなる。この問題に対して、特許文献１に、光源から出射される光の強度を、試料表面の反射率に応じて調整する調整手段を備えた電子ビーム描画装置が開示されている。しかし、特許文献１の方法では、高さ測定部の制御回路の変更が必要となる上に、光源から出射される光の強度が変わることによって、試料面の光反応や温度変化などを引き起こすおそれがあった。

一方、オフセット電圧に起因する問題に対しては、オフセット電圧をアナログ回路で調整する方法も考えられる。しかし、この方法の場合、高精度で高価なアナログ回路が必要となるだけでなく、調整が困難で再調整が必要になった場合に対応し難いという問題がある。

特開２００３−３０３７５８号公報

本発明は、上記点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＰＳＤのオフセット電圧の影響を低減して、高精度で試料表面の高さ測定を行うことのできる方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット電圧の影響を低減して、高精度で試料表面の高さ測定を行うことにより、試料の所望の位置に描画することのできる荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。

さらに、本発明の目的は、ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット電圧の影響を低減して、描画対象である試料表面の高さ測定を高精度に行うことのできる荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。

本発明の第１の態様は、試料に光を斜めに入射し、試料の表面で反射した反射光をＰＳＤ（Position
Sensitive Detector）で受光することにより試料の高さを測定する高さ測定方法において、
ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット値を求める工程と、
ＰＳＤの出力値からオフセット値を差し引いた値を用いて試料の高さを求める工程とを有することを特徴とするものである。

本発明の第２の態様は、荷電粒子ビームを用いてステージ上に載置された試料の表面に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
本発明の第１の態様による高さ測定方法により得られた試料の高さを用いて、試料を所望の位置に調整する調整工程を有することを特徴とするものである。
この調整工程は、荷電粒子ビームによる描画前に行うことができる。調整工程を行った後は、測定により得られた高さに基づいて、荷電流粒子ビーム描画装置の光学系を調整する。

本発明の第３の態様は、光を出射する光源と、この光をステージ上に載置される試料の表面に収束させる投光レンズと、試料の表面で反射した反射光が入射する受光レンズと、この受光レンズで収束された反射光を受光して試料の表面の位置を検出するＰＳＤ（Position
Sensitive Detector）とを備えた荷電粒子ビーム描画装置であって、
ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット値を記憶する手段と、
ＰＳＤの出力値からオフセット値を差し引いた値を用いて試料の高さを求める手段とを有することを特徴とするものである。

本発明の第３の態様においては、試料の高さを用いて、試料を所望の位置に調整する手段をさらに有することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット電圧の影響を低減して、高精度で試料表面の高さ測定を行うことができる。

本発明の第２の態様によれば、ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット電圧の影響を低減して、高精度で試料表面の高さ測定を行うことにより、試料の所望の位置に描画することができる。

本発明の第３の態様によれば、ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット電圧の影響を低減して、描画対象である試料表面の高さ測定を高精度に行うことができる。

図１は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。

図１において、電子ビーム描画装置の試料室１内には、試料であるマスク２が設置されたステージ３が設けられている。ステージ３は、ステージ駆動部４によって、Ｘ方向（紙面左右方向）とＹ方向（紙面表裏方向）に駆動される。そして、ステージ駆動部４は、ステージ制御部５を介し、制御計算機６によって制御されている。尚、ステージ３の位置は、レーザ干渉計などを用いた位置回路７によって測定され、測定されたデータは、位置回路７からステージ制御部５に送られる。

試料室１の上方には、電子ビーム光学系１０が設置されている。この光学系１０は、電子銃１１、各種レンズ１２、１３、１４、１５、１６、ブランキング用偏向器１７、成形偏向器１８、ビーム走査用の主偏向器１９、ビーム走査用の副偏向器２０、および、２個のビーム成型用アパーチャ２１、２２等から構成されている。

図２は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、マスク２上に描画されるパターン５１は、短冊状のフレーム領域５２に分割されている。電子ビーム５４による描画は、ステージ３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域５２毎に行われる。フレーム領域５２は、さらに副偏向領域５３に分割されており、電子ビーム５４は、副偏向領域５３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域５２は、主偏向器１９の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域５３は、副偏向器２０の偏向幅で決まる単位描画領域である。

副偏向領域の基準位置の位置決めは、主偏向器１９で行われ、副偏向領域５３内での描画は、副偏向器２０によって制御される。すなわち、主偏向器１９によって、電子ビーム５４が所定の副偏向領域５３に位置決めされ、副偏向器２０によって、副偏向領域５３内での描画位置が決められる。さらに、成形偏向器１８とビーム成型用アパーチャ２１、２２によって、電子ビーム５４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域５３内を描画し、１つの副偏向領域５３の描画が終了したら、次の副偏向領域５３を描画する。フレーム領域５２内の全ての副偏向領域５３の描画が終了したら、ステージ３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域５２を順次描画して行く。

図１で、記憶媒体である磁気ディスク８には、マスク２の描画データが格納されている。磁気ディスク８から読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２１に一時的に格納される。パターンメモリ２５に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ２６と描画データデコーダ２７に送られる。

パターンデータデコーダ２６からの情報は、ブランキング回路２８とビーム成型器ドライバ２９に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ２６で上記データに基づいたブランキングデータが作成され、ブランキング回路２８に送られる。また、所望とするビーム寸法データも作成されて、ビーム成型器ドライバ２９に送られる。そして、ビーム成型器ドライバ２９から、電子光学系１０の成形偏向器１８に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の寸法が制御される。

図１の偏向制御部３０は、セトリング時間決定部３１に接続し、セトリング時間決定部３１は、副偏向領域偏向量算出部３２に接続し、副偏向領域偏向量算出部３２は、パターンデータデコーダ２６に接続している。また、偏向制御部３０は、ブランキング回路２８と、ビーム成型器ドライバ２９と、主偏向器ドライバ３３と、副偏向器ドライバ３４とに接続している。

描画データデコーダ２７の出力は、主偏向器ドライバ３３と副偏向器ドライバ３４に送られる。そして、主偏向器ドライバ３３から、電子光学系１０の主偏向器１９に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ３４から、副偏向器２０に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域５３内での描画が行われる。

次に、制御計算機６による描画制御について説明する。

制御計算機６は、記憶媒体である磁気ディスク８に記録されたマスクの描画データを読み出す。読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２５に一時的に格納される。

パターンメモリ２５に格納されたフレーム領域５２毎の描画データ、つまり、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ２６と描画データデコーダ２７を介して、副偏向領域偏向量算出部３２、ブランキング回路２８、ビーム成型器ドライバ２９、主偏向器ドライバ３３、副偏向器ドライバ３４に送られる。

パターンデータデコーダ２６では、描画データに基づいてブランキングデータが作成されてブランキング回路２８に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム形状データが作成されて副偏向領域偏向量算出部３２とビーム成型器ドライバ２９に送られる。

副偏向領域偏向量算出部３２は、パターンデータデコーダ２６により作成したビーム形状データから、副偏向領域５３における、１ショットごとの電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部３１に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。

セトリング時間決定部３１で決定されたセトリング時間は、偏向制御部３０へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部３０より、ブランキング回路２８、ビーム成型器ドライバ２９、主偏向器ドライバ３３、副偏向器ドライバ３４のいずれかに適宜送られる。

ビーム成型器ドライバ２９では、光学系１０の成形偏向器１８に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の形状と寸法が制御される。

描画データデコーダ２７では、描画データに基づいて副偏向領域５３の位置決めデータが作成され、このデータは主偏向器ドライバ３３に送られる。次いで、主偏向器ドライバ３３から主偏向器１９へ所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４は、副偏向領域５３の所定位置に偏向走査される。

描画データデコーダ２７では、描画データに基づいて、副偏向器２０の走査のための制御信号が生成される。制御信号は、副偏向器ドライバ３４に送られた後、副偏向器ドライバ３４から副偏向器２０に所定の副偏向信号が印加される。副偏向領域５３内での描画は、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム５４を繰り返し照射することによって行われる。

次に、電子ビーム描画装置による描画方法について説明する。

まず、試料室１内のステージ３上にマスク２を載置する。次いで、ステージ３の位置検出を位置回路７により行い、制御計算機６からの信号に基づいて、ステージ制御部５を通じてステージ３を描画可能な位置まで移動させる。

次に、電子銃１１より電子ビーム５４を出射する。出射された電子ビーム５４は、照明レンズ１２により集光される。そして、ブランキング用偏向器１７により、電子ビーム５４をマスク２に照射するか否かの操作を行う。

第１のアパーチャ２１に入射した電子ビーム５４は、第１のアパーチャ２１の開口部を通過した後、ビーム成型器ドライバ２９により制御された成形偏向器１８によって偏向される。そして、第２のアパーチャ２２に設けられた開口部を通過することにより、所望の形状と寸法を有するビーム形状になる。このビーム形状は、マスク２に照射される電子ビーム５４の描画単位である。

電子ビーム５４は、ビーム形状に成形された後、縮小レンズ１５によって縮小される。そして、マスク２上における電子ビーム５４の照射位置は、主偏向器ドライバ３３によって制御された主偏向器１９と、副偏向器ドライバ３４によって制御された副偏向器２０とにより制御される。主偏向器１９は、マスク２上の副偏向領域５３に電子ビーム５４を位置決めする。また、副偏向器２０は、副偏向領域５３内で描画位置を位置決めする。

マスク２への電子ビーム５４による描画は、ステージ３を一方向に移動させながら、電子ビーム５４を走査することにより行われる。具体的には、ステージ３を一方向に移動させながら、各副偏向領域５３内におけるパターンの描画を行う。そして、１つのフレーム領域５２内にある全ての副偏向領域５３の描画を終えた後は、ステージ３を新たなフレーム領域５２に移動して同様に描画する。

上記のようにして、マスク２の全てのフレーム領域５２の描画を終えた後は、新たなマスクに交換し、上記と同様の方法による描画を繰り返す。

ところで、マスク２をステージ３に搭載すると、マスク２には自重による撓みが生じる。また、マスク２をステージ３で下面支持する場合には、マスク固有の厚さおよび平行度もマスク２の表面高さに影響する。このため、マスク２の表面形状、厚さ、平行度および撓みの合成による高さ変化によって、電子ビーム５４の照射位置がずれたり、焦点がぼけたりして、マスク２上に所望のパターンを形成することができなくなる。そこで、マスク２の表面の高さを正確に測定する必要がある。

ステージ３上に載置されたマスク２の高さは、高さ測定部４０で測定される。高さ測定部４０は、光源４１と、光源４１から照射される光Ｌｉをマスク２上で収束させる投光レンズ４２と、マスク２上で反射した光Ｌｒを受けて収束させる受光レンズ４３と、受光レンズ４３によって収束された光Ｌｒを受光して光の位置を検出する受光素子４４とを有する。受光素子４４には、位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）を用いることができる。

受光素子４４で光の位置が検出されると、信号処理部６０を経て、高さデータ処理部７０で高さデータが作成される。すなわち、高さデータ処理部７０は、受光素子４４からの出力信号を受けて、受光素子４４で検出した光の位置に応じたマスク２の表面の高さデータに変換する。

図３を用いて、本実施の形態における高さデータの作成方法について説明する。

高さ測定部４０では、受光素子４４から２つの信号（Ｉ_１、Ｉ_２）が出力される。これらの信号は、Ｉ/Ｖ変換アンプ４５で電流値から電圧値に変換された後、信号処理部６０に入力される。信号処理部６０では、信号Ｖ_１、Ｖ_２が、非反転増幅アンプ６１によって適切な電圧レベルに増幅された後、Ａ/Ｄ変換部６２でデジタルデータに変換される。変換されたデータは、高さデータ処理部７０に送られて、オフセット電圧値を除去する処理が行われる。ここで、高さデータ処理部７０は、本発明における「受光素子の出力値からオフセット値を差し引いた値を用いて試料の高さを求める手段」である。尚、本発明における「受光素子のオフセット値を記憶する手段」は、オフセット値メモリ部８０に対応し、さらに、「試料の高さを用いて、試料を所望の位置に調整する手段」は、ステージ３、ステージ駆動部４およびステージ制御部５によって構成される。

高さデータ処理部７０のオフセット電圧値除去部７１には、信号処理部６０から測定値（Ｖ_１、Ｖ_２）が入力される一方で、オフセット値メモリ部８０からオフセット値（Ｖ_１０、Ｖ_２０）が入力される。この値は、受光素子４４のオフセット電圧に対応する。本実施の形態では、測定値（Ｖ_１、Ｖ_２）からオフセット値（Ｖ_１０、Ｖ_２０）を差し引いた値を用いて、マスク２の表面の高さデータを作成する。

オフセット電圧値除去部７１では、測定値（Ｖ_１、Ｖ_２）からオフセット値（Ｖ_１０、Ｖ_２０）を差し引いた値（Ｖ_１’、Ｖ_２’）を用いて、（Ｖ_１’−Ｖ_２’）/（Ｖ_１’＋Ｖ_２’）の値が計算される（正規化処理）。この値は所定時間間隔（例えば、２０ミリ秒以下）で更新され、得られた値を時間平均して（平均化処理）、マスク２の表面の高さデータＺ_１を得る。尚、平均化処理では、サンプリングデータの最大値と最小値を除いた値に対して行うことができる。

次に、高さ補正部７２において、高さデータＺ_１に対して上記と同様の平均化処理を行った後、直線化補正処理を行う。この直線化補正処理は、試料面の高さ変化の直線性を校正する処理である。具体的には、受光素子４４で得られた正規化データに特定の分解能（um/bit）を乗ずれば正確に試料面の変化を出力するような固有の補正係数を用いて、多項式演算処理を行う。多項式演算の補正係数の算出は、試料２として高さ基準となる原器を設置して、高さを計測した結果を基に、原器の寸法に一致するような固有の多項式近似係数を最小二乗法より求めることで行う。ここで、原器とは、階段状の形状で複数の段差を持ち、段差の寸法が予め精度良く計測してある試料である。このようにして高さデータは作成されるが、マスク２の表面高さは電子ビーム描画装置の高さ基準面との相対高さとして計測する必要がある。よって、高さ基準面の高さデータとマスク２表面高さデータの差をとり、マスク２の表面の高さデータＺ_２を得る。

以上のようにして高さデータ処理部７０で得られた高さデータＺ_２は、ステージ制御部５に送られる。そして、ステージ駆動部４を介して、ステージ３の位置調整がされる。これにより、電子ビームによる描画前にマスク２の表面の高さが調整される。この調整工程を終えた後は、高さデータＺ_２に基づいて電子ビーム光学系１０の調整が行われる。例えば、高さデータ処理部７０から制御計算機６を経て偏向制御部３０に高さデータＺ_２が送られた後、主偏向器ドライバ３３から主偏向器１９へ所定の偏向信号が印加されて主偏向器１９が調整される。これにより、高さ基準面で最適に調整されている主偏向器が高さデータＺ_２に応じて調整され、試料の所望の位置および寸法で描画することが可能となる。尚、高さデータＺ_２に応じて調整されるのは主偏向器１９に限定されるものではなく、静電レンズ１６や副偏向器２０が調整されてもよい。これらを調整しても上記と同様の効果が得られる。

次に、受光素子４４のオフセット値を求める方法について述べる。

実際の測定は（２）式で得られること、理論的には光量が変化しても一定の値（ａ）を示すことから、
｛（Ｖ_１−Ｖ_２）＋（Ｖ_１０−Ｖ_２０）｝/｛（Ｖ_１＋Ｖ_２）＋（Ｖ_１０＋Ｖ_２０）｝＝ａ
で表せる。このとき、オフセット電圧の和（Ｖ_１０＋Ｖ_２０）を光量に対し十分に小さいとして省略すれば、
Ｖ_１−Ｖ_２＝ａ（Ｖ_１＋Ｖ_２）＋（Ｖ_２０−Ｖ_１０）
である。よって、（Ｖ_２０−Ｖ_１０）＝ｂとすれば、（Ｖ_１−Ｖ_２）は下記式で示すことができる。
Ｖ_１−Ｖ_２＝ａ（Ｖ_１＋Ｖ_２）＋ｂ
したがって、光量（Ｖ_１＋Ｖ_２）を変化させた測定を最低２点で行うことで、係数ａおよびｂが求まる。

一方で、この係数を高さの異なる少なくとも２つの点で求めると、Ｖ_１＝Ｖ_２＝０のとき、オフセット電圧のみで高さは計算されて同じ値を示すことから、以下の関係が成立する。
Ｖ_１０−Ｖ_２０＝ａ（Ｖ_１０＋Ｖ_２０）＋ｂ
この場合、オフセット電圧の和を省略したことによる誤差が生ずるが、得られたオフセット値を反復演算して加えることで、誤差を最小にしてＶ_１０、Ｖ_２０が得られる。

尚、オフセット値は、少なくとも２点での測定により求めることができるが、測定点数を多くした方が、測定誤差の影響を小さくして、オフセット値の変動を抑制することができる。

具体的には、高さ測定部において、マスク表面の高さと、光源から照射される光の光量とを変えて、高さ測定を行う。得られた電圧値Ｖ_１、Ｖ_２について、横軸に（Ｖ_１＋Ｖ_２）の値を、縦軸に（Ｖ_１−Ｖ_２）の値をとってグラフを描く。（Ｖ_１＋Ｖ_２）と（Ｖ_１−Ｖ_２）の関係を直線で近似し、この直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）の傾き（ａ）と切片（ｂ）を求める。そして、
ａ＝−｛（Ｖ_２０−Ｖ_１０＋ｂ）/（Ｖ_２０＋Ｖ_１０）｝
の関係を用いることにより、オフセット値Ｖ_１０、Ｖ_２０が得られる。得られたオフセット値Ｖ_１０、Ｖ_２０は、オフセット値メモリ部８０に記憶される。この測定を反復して行い、得られるオフセット値が許容値内または、変化しなくなったときの値を最終登録値とする。

図４は、受光素子の受光量と、マスク表面の高さを測定して得られた値との関係を示した図である。この図において、点線は、受光素子からの出力値に対して高さデータ処理部での処理を行わずに得られた値を結んだ線であり、実線は、高さデータ処理部での処理を行って得られた値を結んだ線である。すなわち、前者は、従来の測定方法により得られた高さデータに対応し、後者は、本実施の形態の方法により得られた高さデータに対応する。この結果から分かるように、高さデータ処理部での処理を行わない場合には、受光素子の受光量が小さい領域で測定値の変動が大きくなる。これは、測定値にオフセット値が含まれていることによって、受光素子の受光量が小さい領域でオフセット値の影響が無視できなくなるためである。一方、高さデータ処理部での処理を行った場合には、測定値からオフセット値が除かれているので、受光素子の受光量にかかわらず高さデータは略一定となる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット値を求めて、ＰＳＤの出力値からオフセット値を差し引いた値を用いてマスク表面の高さを求めるので、ＰＳＤのオフセット電圧の影響を低減して、高精度で試料表面の高さ測定を行うことができる。また、この方法により得られたマスク表面の高さの値を用いることにより、電子ビームを用いてマスクの所望の位置に描画することが可能となる。

すなわち、本実施の形態の高さ測定方法によれば、従来の高さ測定部の構成を変える必要がない。また、光源から出射される光の強度を変える必要もないので、光反応や温度変化などを引き起こすおそれがない。さらに、ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット電圧をアナログ回路で調整する方法のように、高精度で高価なアナログ回路を必要としない上に、調整が容易で再調整が必要になった場合に対応し易いという利点を有する。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成を示す概念図である。本実施の形態による電子ビーム描画方法の一例である。本実施の形態による高さ測定方法の説明図である。受光素子の受光量とマスク表面の高さとの関係を示す図である。

符号の説明

１試料室、２マスク、３ステージ、４ステージ駆動部、５ステージ制御部、６制御計算機、７位置回路、８磁気ディスク、１０電子ビーム光学系、１１電子銃、１２、１３、１４、１５、１６レンズ、１７ブランキング用偏向器、１８成形偏向器、１９主偏向器、２０副偏向器、２１第１のアパーチャ、２２第２のアパーチャ、２５パターンメモリ、２６パターンデータデコーダ、２７描画データデコーダ、２８ブランキング回路、２９ビーム成型器ドライバ、３０偏向制御部、３１セトリング時間決定部、３２副偏向領域偏向量算出部、３３主偏向器ドライバ、３４副偏向器ドライバ、４０高さ測定部、４１光源、４２投光レンズ、４３受光レンズ、４４受光素子、４５Ｉ/Ｖ変換アンプ、５１描画されるパターン、５２フレーム領域、５３副偏向領域、５４電子ビーム、６０信号処理部、６１非反転増幅アンプ、６２Ａ/Ｄ変換部、７０高さデータ処理部、７１オフセット電圧値除去部、７２：高さ補正部、８０オフセット値メモリ部。

Claims

試料に光を斜めに入射し、前記試料の表面で反射した反射光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）で受光することにより前記試料の高さを測定するために、前記ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット値を求める工程と、
前記ＰＳＤの出力値から前記オフセット値を差し引いた値を用いて前記試料の高さを求める工程とを有し、
前記オフセット値を求める工程は、前記試料の表面の高さと前記光の光量を変動させ、前記ＰＳＤの出力を測定することを特徴とする高さ測定方法。
荷電粒子ビームを用いてステージ上に載置された試料の表面に所定のパターンを描画するために、請求項１に記載の高さ測定方法により得られた前記試料の高さを用いて、前記試料を所望の位置に調整する調整工程を有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
前記調整工程は、前記荷電粒子ビームによる描画前に行うことを特徴とする請求項２に
記載の荷電粒子ビーム描画方法。
光を出射する光源と、前記光をステージ上に載置される試料の表面に収束させる投光レンズと、前記試料の表面で反射した反射光が入射する受光レンズと、前記受光レンズで収束された反射光を受光して前記試料の表面の位置を検出するＰＳＤ（Position Sensitive Detector）とを備え、
前記ＰＳＤを含むアナログ信号処理回路上でのオフセット値を記憶する手段と、
前記ＰＳＤの出力値から前記オフセット値を差し引いた値を用いて前記試料の高さを求める手段とを有し、
前記オフセット値を記憶する手段は、前記試料の表面の高さと前記光の光量を変動させ、前記ＰＳＤの出力を測定することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
前記試料の高さを用いて、前記試料を所望の位置に調整する手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画装置。