JPH04116915A

JPH04116915A - 描画ビーム径調整方法

Info

Publication number: JPH04116915A
Application number: JP23867790A
Authority: JP
Inventors: Moriyuki Isobe; 磯部　盛之
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1992-04-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子ビームを細く絞って材料上に照射し、所
望のパターンを描画するようにした電子ビーム描画装置
における描画ビーム径調整方法に関する。

（従来の技術）電子ビーム描画装置では、電子銃のカソードから発生し
た電子のクロスオーバー（カソード表面から放射される
全ての電子が集まってくる点）を縮小レンズで縮小し、
縮小されたクロスオーバー像を対物レンズで更に縮小し
て被描画材料上に投影するようにしている。そして、材
料上に照射される電子ビームを描画すべきパターンに応
じて偏向することにより、材料上に電子ビームで所望パ
ターンの描画を行うようにしている。

（発明が解決しようとする課題）この電子ビーム描画装置のカソード材料としてランタン
へキサポライド（ＬａＢ６）か多く用いられているが、
この種の電子発生材料は、使用時間の経過と共に、特に
先端部分が蒸発して消耗し、先端形状が変化する。この
先端形状の変化に伴い、電子銃部て発生するクロスオー
バーの大きさが変化する。この結果、カソードの使い始
めと長時間使用後とては、レンズ系の縮小比が同一であ
っても材料上の電子ビーム径は異なることになり、極端
な場合、材料上の電子ビーム径は５倍以上も変化してし
まう。このことは、描画材料、レジスト厚、現像プロセ
スなどを同一条件とした場合、同−力ソードを用いると
、長期間の描画の間には、同じパターンを描画してもパ
ターン寸法が変化してしまい、長期間使用後の描画精度
は極めて悪化することになる。このため、カソードを早
い時期に交換しなければならず、このカソード交換に伴
う作業による装置稼動率の低下をもたらしている。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その
目的は、電子ビーム描画装置において、長期間に渡って
同−力ソードを用いても、高い描画精度が維持てき、又
、装置稼動率を向上させることを可能とする描画ビーム
径調整方法を実現することにある。

（課題を解決するための手段）本発明に基づく描画ビーム径調整方法は、電子銃と、電
子銃のクロスオーバーを縮小する縮小レンズと、縮小さ
れたクロスオーバー像を被描画材料上に投影する対物レ
ンズとを備えた光学系を用いる電子ビーム描画装置にお
いて、材料上に投影する像の大きさ（電子ビーム径）を
所定の電子光学系の縮小率で測定し、この測定値に基づ
いて電子光学系の調整を行い、所望の径のビームを材料
上に投影するようにしたことを特徴としている。

（作用）描画材料上の電子ビーム径を所定の電子光学系の縮小率
で測定し、この測定値に基づいて電子光学系の調整を行
い、実際の描画時には所望の径のビームを材料上に投影
する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。第１図（ａ）、　　（ｂ）は、本発明に基づく方法を
実施するための描画装置の電子光学系の一例を示したも
ので、■は電子銃、２は縮小レンズ、３は対物レンズ、
４は被描画材料である。

又、Ａはアパーチャであり、軸外の余分なビームを遮蔽
するために設けられている。第１図（ａ）において、電
子銃１のクロスオーバーＣｇは、縮小レンズ２によって
クロスオーバー像Ｃｄとして結像される。このクロスオ
ーバー像Ｃｄは、対物レンズ３によって材料４上に像Ｃ
ｗとして投影される。図示していないが、偏向器によっ
て電子ビームは偏向され、この像Ｃｗによって材料４上
に所望パターンが描画される。

このような電子光学系において、一般的に描画ビームの
ｔｆｌ　Ｃｗは、ある範囲（例えば１０ｎｍ〜１μｍ）
の大きさに可変して用いられる。このビームサイズの切
換えは、縮小レンズ２の強さを変えて、対物レンズの物
点Ｃｄの位置と大きさを変えることによって行っており
、広範囲のビームサイズを得るために、一般的には縮小
レンズは通常２〜３段のレンズ系を用いている。この電
子光学系では、電子銃のクロス・オーバーＣｇの大きさ
変化は、直接的に描画ビーム（ｗの大きさ（径）変化と
なる。従って、電子ビーム描画装置では、描画ビームＣ
ｗの径を計測し、常に同一径となるように縮小レンズ２
の強さを変えれば問題とならないが、Ｃｗの大きさは、
実用的に使われている範囲は１０ｎｍ〜０．１μｍと極
めて小さいため、精度良（Ｃｗの径を計測することは現
状の技術では簡単には行えない。現在比較的容易に誤差
が少なく再現性のあるビーム径を測定できる範囲は０゜
２μｍ以上か限界である。

このような観点から、本発明においては、ビーム径の計
測時のビーム径を一時的に０．　２μｍ以上となるよう
に電子光学系を所定の縮小比に固定して行うことにした
。第１図（ｂ）は、この測定を行う場合を示している。

この例では、縮小レンズ２の励磁を０とし、レンズ作用
を無くす場合を示した。縮小レンズ２の励磁を０とする
理由は、第１図（ａ）の光学図から明らかなように、縮
小レンズ２の結像点Ｃｄは空間点にあり、レンズの強さ
により変位し、クロスオーバー像の正しい縮小率をつか
むことができないからである。すなわち、幾何学的に配
置距離かはつきりしており、縮小率が明らかなレンズの
みを用いて（所定の縮小率で）材料上の電子ビーム径を
測定し、この測定時の使用レンズの既知縮小率から正し
く電子銃のクロスオーバーＣｇの大きさを求めることが
必要となる。このような理由から第１−図（ｂ）では縮
小レンズ２の励磁を０として図示した。この第１図（ｂ
）の例では、測定したビーム径をｄｍとすると、対物レ
ンズ３による縮小率は（ｂ／ａ）であるため、電子銃の
クロスオーバーＣｇの大きさｄｇは、次式によって簡単
に求めることかできる。

ｄｇ−（ａ／ｂ）　　・ｄｍなお、ビーム径ｄｍは、材料４上のマークを横切ってビ
ームを偏向し、その時の反射電子信号や。

ナイフェツジ透過信号などの既知の測定技術を用いて測
定される。また、この時、縮小率（ｂ　／　ａ　）が１
／１０の場合、電子銃クロスオーバーＣｇのサイスｄｇ
は通常７μｍ〜２０μｍの範囲で変化するので、材料上
のビームサイズｄｍは、０．７μｍ〜２μｍの範囲とな
り、この程度の大きさのサイズであれば、極めて精度高
くサイズの測定をおこなうことができる。

上述した方法で電子銃クロスオーバーＣｇのサイズｄｇ
を求め、更に描画パターンに必要な描画ビーム径ＣＷを
決めれば、電子光学系の全縮小比は、Ｃｗ　／　Ｃｇて
求まり、この縮小比を与える縮小レンズの強さは決まっ
た計算で求められるので、適切な描画ビーム径ＣＷを提
供することができる。

そして、同−力ソードを長期間使用する場合には、この
ような描画ビーム径の調整を定期的に、あるいは、描画
開始前に行えば、常に最適なビーム径で所望のパターン
の描画を高精度で行うことかできる。なお、ここで、描
画に必要とされるビーム径が、電子光学系（特に対物レ
ンズ）の収差によるボケに近付いてくると、描画ビーム
径はこれを含むので、当然このボケの効果を含めて縮小
レンズの強さを計算する必要がある。

第２図は、本発明を実施する描画装置の具体例を示した
もので、第１図と同一部分は同一番号を付してその詳細
な説明を省略する。対物レンズ３と材料４との間には、
偏向器５が配置され、また、材料４の上部には、反射電
子を検出するためのＰＮジャンクションの如き検出素子
６が設けられている。電子銃１には、電子銃電源７から
加速電圧。

バイアス電圧及びカソード加熱電流か供給される。

縮小レンズ２と対物レンズ３には、夫々電源８゜９から
励磁電流が供給される。検出素子６の出力信号は、増幅
器１０によって増幅された後、波形メモリー１１に供給
されて記憶される。各電源７゜８．９は、コンピュータ
１２によって制御され、また、偏向器５には増幅器１３
を介してコンピュータ１２から偏向信号が供給される。

上述した構成において、通常の描画動作に先立って、材
料４上のビームサイズの測定が行われる。

ビームサイズの測定の場合、電源８から縮小レンズ２へ
の励磁電流の供給が０となり、縮小レンズ２のレンズ作
用か無くなる。なおこの場合、縮小レンズ２の消磁を行
う必要がある。この縮小レンズの励磁を０として、材料
４上のビームサイズを所定の縮小比にすると同時に、対
物レンズ電源９を制御し、対物レンズ３によるオートフ
ォーカス動作を行い、ビームサイズの測定に応じたフォ
ーカス合わせを行う。このフォーカス合わせは完全自動
が行うがマニュアル操作でも良いし、対物レンズ励磁電
流値をプリセット値にセットした後、マニアル動作によ
ってフォーカスの確認を行うようにしても良い。

ビームのフォーカス合わせを終了した後、コンピュータ
１２から増幅器１３を介して偏向器５にビームサイズ測
定のための偏向信号が供給される。

この偏向信号は、材料４上のマークＭを横切ってビーム
が直線状に走査されるような信号である。

この材料４上でのビームの走査により発生した反射電子
は、検出素子６によって検出され、その検出信号は増幅
器１０によって微分され増幅された後波形メモリー１１
に供給されて記憶される。コンピュータ１２は、波形メ
モリー１１に記憶された波形を読取り、例えば、波形の
波高値の半減値となったところの幅をビーム径として求
める。コンピュータ１２は、求めたビーム径を使用した
光学系の所定の縮小率とから電子銃クロスオーバーの大
きさを求める。この電子銃クロスオーバーの大きさが判
明した後、コンピュータ１２は、縮小レンズ２の電源８
を制御し、縮小レンズの強さを材料４上のビーム径が所
望のサイズとなるようにセットする。このようなビーム
径の調整の後、材料４を移動させ、描画領域を電子ビー
ムの光軸下に位置させ、偏向器５に描画パターンに応じ
た偏向信号を供給すれば、材料上へのパターンの描画を
所望のビーム径によって行うことができ、高精度のパタ
ーンの描画が実行できる。この一連のビーム径の調整は
、一定時間ごとに行７たり、描画開始前に必ず行うよう
にすれば、長期間に渡って同一のカソードを用いても常
に高い精度でのパターン描画が成し遂げられる。

以上本発明を詳述したが、本発明は上述した実施例に限
定されない。例えば、ビームサイスの測定は、材料上の
マークを用いたか、材料外例えば材料を載置するステー
ジの材料範囲外にマークを設置しても良いし材料外の位
置にエツジ部材を配置し、エツジ部材を横切って電子ビ
ームを走査し、エツジ部材を通過した電子ビームを検出
したり、エツジ部材からの反射電子あるいは透過電子な
どを検出してビーム径を測定するようにしても良い。

また、反射電子を検出してビーム径を測定したが、２次
電子を検出するようにしても良い。更に、ビーム径の測
定は、必ずしも縮小系である必要はなく、拡大系を用い
てクロスオーバーを拡大像として測定面上に投影して行
っても良く、また、測定する手段として、イメージセン
サ−などを用いることもできる。

更に、他の実施例として、レンズの縮小比は一定の値と
し、描画ビームＣｗの径を測定し、該測定した径が所定
の径になるように、電子銃１のバイアス電圧を制御して
クロスオーバー像ｃｄの径を変えるようにしても良い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明では、描画材料上の電子ビ
ームの縮小投影像の大きさ（電子ビーム）を電子光学系
を所定の縮小比で測定し、この測定値に基づいて描画時
の所望のビーム径を得るための縮小レンズの強さを決ま
った式で計算して求め、この強さを縮小レンズに設定し
て材料上に投影するようにしたので、長期間に渡って描
画精度の劣化を伴うことなく、同一のカソードを使用で
きるようになり、カソードの交換回数が減少するので、
装置稼動率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく方法を実施する電子光学系の
一例を示す図、第２図は、本発明に基づく方法を実施す
る描画装置の具体的構成を示す図である。１・・・電子銃　　　　　２・・・縮小レンズ３・・・
対物レンズ　　　４・・・材料５・・・偏向器　　　　
　６・・・検出器７、８．９・・・電源１０．１３・・・増幅器　１１・・・波形メモリー１２
・・・コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃と、電子銃のクロスオーバーを縮小する集
束レンズ系と、縮小されたクロスオーバー像を被描画材
料上に投影する対物レンズとを備えた光学系を用いる電
子ビーム描画装置において、材料上に投影する像の大き
さ（電子ビーム径）を所定の電子光学系の縮小率で測定し
、この測定値に基づいて電子光学系の調整を行い、所望
の径のビームを材料上に投影するようにした描画ビーム
径調整方法。
（２）電子銃と、電子銃のクロスオーバーを縮小する集
束レンズ系と、縮小されたクロスオーバー像を被描画材
料上に投影する対物レンズとを備えた光学系を用いる電
子ビーム描画装置において、材料上に投影する像の大き
さ（電子ビーム径）を所定の電子光学系の縮小率で測定し
、この測定値に基づいて前記電子銃のバイアス電圧の調
整を行い、所望の径のビームを材料上に投影するように
した描画ビーム径調整方法。