JPH0136663B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 本発明は、電子ビーム露光装置やイオンビーム
露光装置等に用いられる荷電ビーム光学鏡筒のレ
ンズ設定方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、半導体ウエハやマスク基板等の試料に微
細パターンを形成するものとして、各種の電子ビ
ーム露光装置が研究開発されている。この装置
は、電子銃から発射された電子ビームをレンズに
より集束すると共に、偏向器により偏向して試料
上のレジストを露光するものであり、１ミクロン
或いはサブミクロンの微細パターン形成に最も有
効であると注目されている。

ところで、可変成形電子ビーム露光装置に用い
られる電子ビーム光学鏡筒にあつては、電子銃か
ら発射された電子ビームのクロスオーバ像を、レ
ンズにより電子ビーム照射方向（光軸方向）の特
定位置に設定する必要がある。従来、クロスオー
バ像をこのような特定位置に規定するには、次の
(1)、(2)のような方法が考えられる。

(1) レンズによりクロスオーバ像を光軸方向に移
動させ、小孔を通過するビーム電流を測定し、
これが最大となるレンズ条件を選択する方法。

(2) ナイフエツジ法によりビーム径を測定し、該
ビーム径が最小となるレンズ強度を選択する方
法。

しかしながら、この種のレンズ条件設定方法に
あつては、前記クロスオーバ像の形成位置をクロ
スオーバ像形成予定位置に正確に一致させること
が難しく、またレンズ条件設定に際して多大な労
力及び時間を要する等の問題がある。なお、上述
た問題は電子ビーム光学鏡筒に限らず、イオンビ
ーム光学鏡筒についても云えることである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、レンズを介して得られる荷電
ビームのクロスオーバ像を、電子ビームの照射方
向（光軸方向）のクロスオーバ形成予定位置に正
確に一致させて形成することができ、かつレンズ
条件設定の容易化及び設定に要する時間の短縮化
をはかり得る荷電ビーム光学鏡筒のレンズ設定方
法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、クロスオーバ像形成予定位置
にビーム阻止体を配置して荷電ビームの一部を非
対称に阻止し、阻止体を介した荷電ビームの強度
分布に基づきレンズ条件を設定することにある。

本発明者等は、レンズ条件を設定する方法とし
て鋭意研究を重ねた結果、レンズ及びアパーチヤ
マスクを介して整形されたビーム強度が均一な荷
電ビームを使用し、このビームの一部をクロスオ
ーバ形成予定位置で阻止体により偏つて阻止する
ことによつて、クロスオーバ像がその形成予定位
置にあるときは阻止体を介した荷電ビームの強度
分布が均一となり、クロスオーバ像がその形成予
定位置からずれるとビーム強度分布が不均一とな
ることを見出した。さらに、このビーム強度分布
の変化はクロスオーバ像の位置に大きく依存し、
クロスオーバ像がその形成予定位置から僅かでも
ずれるとビーム強度分布が不均一になることが実
験的に判明した。

本発明はこのような点に着目し、荷電ビーム発
生源から放出された荷電ビームを収束し所望位置
にクロスオーバ像を形成するためのレンズと、こ
のレンズにより収束されたビームを整形するビー
ム整形用アパーチヤマスクと、ビームを偏向し上
記アパーチヤマスクのアパーチヤ上でのビーム照
射分布を可変する偏向器とを具備してなる荷電ビ
ーム光学鏡筒において、上記レンズの駆動条件を
設定するに際し、前記アパーチヤマスクを介した
ビームの強度分布が均一となるよう前記偏向器の
駆動信号を制御したのち、ビーム阻止体を用いク
ロスオーバ形成予定位置で荷電ビームの一部を偏
つて阻止すると共に、該阻止体により阻止されず
通過したビームの強度分布が均一となるよう前記
レンズの駆動信号を制御するようにした方法であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、阻止体を介したビーム強度分
布が均一となるようレンズ駆動信号を制御してい
るので、前述したクロスオーバ像位置とビーム強
度分布との関係から、クロスオーバ像を形成予定
位置に正確に形成することができる。また、ビー
ム強度分布の測定は周知の方法、例えば特開昭53
―60178号公報に開示された方法を用いることが
できる。即ち、測定されるべきビームを、粒子を
設けたターゲツト上で走査し、この粒子からの反
射電子もしくは二次電子を検出しビームの部分強
度を連続的に測定する方法により容易かつ短時間
で行い得るので、レンズ条件設定の容易化及び設
定に要する時間の短縮化をはかり得る等の効果を
奏する。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例方法を説明するため
の原理図である。図中１は電子銃で、この電子銃
１から発射された電子ビームは電磁コイルからな
るコンデンサレンズ２により集束され、軸合わせ
用偏向コイル３により偏向され例えば正方形や円
形の孔を有するビーム整形用アパーチヤマスク４
に照射される。アパーチヤマスク４を介して整形
されたビームは、電磁コイルからなる対物レンズ
５により集束され試料面６上に照射結像されると
共に、ビーム走査用偏向コイル７により試料面６
上で走査される。なお、上記コイル２，５及び偏
向コイル３，７は、インタフエース８を介して計
算機９からの指令を受けた電源１０，１１，１
２，１３により、その通電電流を制御されるもの
となつている。

一方、前記レンズ２により収束されたビームの
クロスオーバ像形成予定位置には、電子ビームを
透過しない物質からなるビーム阻止体１４が配置
される。このビーム阻止体１４は、例えばクロス
オーバ像径と同程度又はそれ以上の径を有する第
４図ａに示すような円形の開口あるいは第４図ｂ
に示すような直線状の開口を有するもので、光軸
と直交する方向に移動可能な構成となつている。
また、前記試料面６には、特開昭53―60178号公
報に開示されたビームの強度分布を検出する検出
器１５が配置されている。

この検出器１５は第５図に示すように、ターゲ
ツト基板３５上に測定されるべきビーム３６より
かなり小さくかつ基板３５と反射電子もしくは二
次電子強度の異なる微粒子３７を設け、これをビ
ーム３６で走査しビームの部分強度を粒子からの
反射電子もしくは二次電子強度として連続的に検
出するものである。検出器１５の出力は増幅器１
６により増幅されたのち、スイツチ１７を介して
前記インタフエース８若しくは表示器１８に供給
される。表示器１８は、例えばCRT（陰極線管）
からなるもので、前記偏向器７によるビーム走査
と同期して上記検出信号を２次元的に表示するも
のとなつている。

このように構成された装置において、レンズ２
の駆動条件を設定しクロスオーバ像をその形成予
定位置に形成するには、次の操作を行う。まず、
ビーム阻止体１４を光軸から大きくずらし、この
状態で偏向コイル３の通電電流（駆動信号）を制
御してアパーチヤマスク４のアパーチヤがビーム
で均一に照明されるようにする。この均一照明
は、後述する偏向コイル７、検出器１５及び表示
器１８の作用により、アパーチヤマスク４を介し
て整形されたビームの強度分布が均一となるよう
上記駆動信号を制御することによつてなされる。

次に、スイツチ１７をS₂側に切り換え、クロス
オーバ像形成予定位置にビーム阻止体１４を、図
に示す如く光軸に対し非対称に配置する。これに
より、アパーチヤマスク４を介したビームは第４
図ａ，ｂに示すようにその一部が偏つて阻止され
る。この状態で、偏向器７によりビームを偏向走
査すると、表示器１８には試料面６上に結像され
たビームの強度分布が第２図ａ〜ｃに示す如く表
示される。すなわち、クロスオーバ像がその形成
予定位置より上方にあるときは第２図ａ、形成予
定位置と一致しているときは同図ｂ、形成予定位
置より下方にあるときは同図ｃに示す如く表示さ
れる。なお、第２図中Ｔは走査時間、Ｓはビーム
強度を示している。

したがつて、上記ビーム強度分布の測定を繰り
返し表示器１８の表示が第２図ｂとなるようレン
ズ２の通電電流（駆動信号）を制御すれば、クロ
スオーバ像はその形成予定位置に正確に一致して
形成されることになる。その後、ビーム阻止体１
４を光軸から大きくずらし、スイツチ１７をS₂側
に切り換えることによつて、通常の電子ビーム照
射を行うことが可能となる。

かくして本実施例方法によれば、アパーチヤマ
スク４を介したビームの強度分布から偏向コイル
３の駆動信号を制御したのち、阻止体１４を介し
たビームの強度分布からレンズ２の駆動信号を制
御することによつて、クロスオーバ像をその形成
予定位置に一致させて形成することができる。そ
してこの場合、上記ビーム強度分布の測定が極め
て容易かつ短時間で行えるので、レンズ２の条件
設定に要する時間を従来法に比して10〜20倍短縮
することができる。また、本発明者等の実験によ
れば、本実施例法により設定したレンズ条件にお
けるクロスオーバ像位置を測定したところ、従来
の設定方法に比較し５〜20倍の正確さで上記位置
がクロスオーバ像形成予定位置と一致することが
確認された。

第３図は他の実施例方法を説明するためのもの
で、ビーム寸法可変型電子ビーム露光装置を示す
概略構成図である。なお、第１図と同一部分には
同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。こ
の装置が第１図の装置と異なる点は、レンズ構成
を３段としビームの寸法を可変できるようにした
ことである。すなわち、前記レンズ（第１のコン
デンサレンズ）２及びアパーチヤマスク（第１の
アパーチヤマスク）４により整形されたビーム
は、第２のコンデンサレンズ２１により集束され
第２のビーム整形用アパーチヤマスク２２に照射
される。そして、ビーム整形用偏向コイル２３に
よりアパーチヤマスク４，２２の光学的重なりを
可変することにより、ビームの寸法及び形状が可
変せられるものとなつている。

また、図中２４は前記検出器１５と同様な検出
器であり、その検出出力は増幅器２５及びスイツ
チ２６を介して前記スイツチ１７に接続されてい
る。表示器１８に供給される偏向信号は、上記ス
イツチ２６と連動したスイツチ２７により偏向コ
イル２３，７のいずれかに選択されるものとなつ
ている。なお、図中２８，２９は偏向コイル、３
０は電源回路を示しているが、電源回路３０はレ
ンズ２，５，２１及び偏向コイル３，７，２３，
２８，２９の各通電電流を独立して制御するもの
であり、また、試料面６には露光すべき試料が配
置され、試料上でのビーム走査により試料上のレ
ジストが所望パターンに露光されるものとなつて
いる。

このような構成の装置において、第１のコンデ
ンサレンズ２の条件設定は、検出器１５の代りに
検出器２４を用いると共に偏向コイル７の代りに
偏向コイル２３を用いることによつて、先の実施
例と同様に行うことができる。ただし、この場合
スイツチ１７はS₂側、スイツチ２６，２７は共に
S₁側にしておく必要がある。

一方、第２のコンデンサレンズ２１の駆動条件
を設定し、クロスオーバ像をその形成予定位置、
つまり対物レンズ５の主面上に形成するには、次
の操作を行う。まず、スイツチ２６，２７をS₂側
に切り換える。続いて、偏向コイル２３の駆動信
号を制御し、先の実施例と同様にアパーチヤマス
ク２２のアパーチヤがビームで均一に照射される
ようにする。次いで、偏向コイル２９によりアパ
ーチヤマスク２２を介したビームを僅かに偏向
し、ビームの一部を対物レンズ５の開口絞り５ａ
により偏つて非対称に阻止する。この状態で、試
料面６上のビーム強度分布が均一となるようレン
ズ２１の駆動信号を制御する。これにより、レン
ズ２１を介したビームのクロスオーバ像は、対物
レンズ５の主面上に正確に形成されることにな
る。

かくして本実施例方法によれば、先の実施例と
同様の効果を奏するのは勿論、複数のレンズ２，
２１の条件設定を行うことができる。また、第２
のコンデンサレンズ２１の条件設定に際し、対物
レンズ５の開口絞り５ａをビーム阻止体として用
いているので、新たにビーム阻止体を設ける必要
もない。

なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。例えば、前記検出器としてナイフ
エツジ及び２次電子検出器等を用い、ビーム走査
と同期して２次電子を検出することによりビーム
強度分布を測定するようにしてもよいし、フアラ
デーカツプを用いることもできる。また、前記各
種の偏向コイルの代りに偏向板を用いることも可
能である。さらに、前記レンズは電磁レンズに限
るものではなく、静電レンズであつてもよいのは
勿論のことである。また、電子ビーム露光装置の
他にイオンビーム露光装置、その他の荷電ビーム
光学鏡筒に適用することが可能である。また、前
記表示器１８に表示される情報を計算機に入力
し、計算機制御によりレンズ設定の自動化を行う
ことも可能である。要するに本発明は、その要旨
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を説明するため
の原理図、第２図ａ〜ｃはそれぞれビーム強度分
布の表示画像を示す模式図、第３図は他の実施例
を説明するためのものでビーム寸法可変型電子ビ
ーム露光装置を示す概略構成図、第４図ａ，ｂは
電子ビームと阻止体の関係を示す説明図、第５図
は電子ビーム強度分布検出器のターゲツトを示す
説明図である。 １……電子銃、２，５，２１……レンズ、３，
７，２３，２８，２９……偏向コイル（偏向器）、
４，２２……ビーム整形用アパーチヤマスク、１
４……ビーム阻止体、１５，２４……検出器、１
８……表示器、５ａ……対物レンズ開口絞り（ビ
ーム阻止体）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電ビーム発生源から放出された荷電ビーム
   を収束し所望位置にクロスオーバ像を形成するた
   めのレンズと、このレンズにより収束された荷電
   ビームを整形するアパーチヤマスクと、上記荷電
   ビームを偏向し上記アパーチヤマスクのアパーチ
   ヤ上でのビーム照射分布を可変する偏向器とを具
   備してなる荷電ビーム光学鏡筒の上記レンズの駆
   動条件を設定するに際し、前記アパーチヤマスク
   を通過した荷電ビームの強度分布が均一となるよ
   う前記偏向器の駆動信号を制御したのち、ビーム
   阻止体を用いクロスオーバ像形成予定位置で荷電
   ビームの一部を偏つて阻止すると共に、該阻止体
   により阻止されず通過した荷電ビームの強度分布
   が均一となるよう前記レンズの駆動信号を制御す
   ることを特徴とする荷電ビーム光学鏡筒のレンズ
   設定方法。 ２ 前記荷電ビームの強度分布を測定する手段と
   して、前記アパーチヤマスク或いは前記アパーチ
   ヤマスク及び阻止体により阻止されず通過した荷
   電ビームをレンズによりターゲツト上に結像し、
   このターゲツト上のビーム強度分布を測定するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電
   ビーム光学鏡筒のレンズ設定方法。