JPH09223476A - 荷電粒子ビーム装置の非点補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷電粒子ビームの非点補正を簡単に自動的に
行うことができる荷電粒子ビームの非点補正方法を実現
する。 【構成】 異なった非点補正値をセットするごとに電子
ビームＥＢの走査をＸ，Ｙ方向で行い、各々の方向で得
られた検出信号を微分して波形メモリー１５に記憶す
る。コンピュータ５は、各走査方向で微分波形の波高値
がピークとなるように、対物レンズ制御ユニット６を制
御し、対物レンズ３へのレンズ値を変化させる。このと
き得られた、各走査方向での波高値のピーク値、および
そのときのレンズ値は、与えられた非点補正値とともに
コンピュータに記憶される。非点補正値はあらかじめ指
定した範囲で変化するので、各非点補正値で前述のピー
ク値およびレンズ値が得られる。ここで、Ｘ方向とＹ方
向のレンズ値が一致する非点補正値ａと、微分波形の波
高値のピークが最も大きくなる非点補正値ｂが求められ
る。最適非点補正値は（ａ＋ｂ）／２として、非点補正
器に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動的に荷電粒子
ビームの非点の補正を行うことができる電子ビーム描画
装置や走査電子顕微鏡などの荷電粒子ビーム装置におけ
る荷電粒子ビームの非点補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡や電子ビーム描画装置等
の電子ビーム装置では、像の観察やパターンの描画を電
子ビームを用いて行う前に、電子ビームの非点の補正を
行っている。この電子ビームの非点の補正は、円形の金
粒子上で電子ビームの走査を行い、金粒子から発生した
２次電子や反射電子を検出し、その像を観察して、像が
真円になるように非点補正器を調整することにより行っ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した非点の補正
は、手動で行っており、個人差が出やすいので、走査電
子顕微鏡像の観察や電子ビームによるパターン描画の再
現性が良くない。設定した単一の非点補正値で全ての像
観察や電子ビームによるパターン描画を行うのであれ
ば、熟練により非点の有無の判定が目視で行える場合に
はさほど問題とならない。しかしながら、電子ビームの
偏向領域で、ダイナミックに非点補正を行う場合には、
自動補正ができないと、作業効率が著しく低下すること
になる。

【０００４】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、荷電粒子ビームの非点補正を簡単
に自動的に行うことができる荷電粒子ビームの非点補正
方法を実現するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
荷電粒子ビームの非点補正方法は、第１の方向と第１の
方向と直交する第２の方向に走査する荷電粒子ビームの
第１および第２の方向の非点補正を行うための非点補正
器に対し、異なった複数の非点補正値をセットし、各非
点補正値ごとに集束レンズによって荷電粒子ビームのフ
ォーカス合わせを行い、各非点補正値ごとに各走査方向
でフォーカスが合ったときのレンズ値を各々記憶すると
共に、各非点補正値ごとに試料上で荷電粒子ビームを走
査し、走査に応じて試料から得られた信号を微分し、フ
ォーカスが合ったときの微分波形の波高値を記憶し、記
憶された両走査方向のレンズ値変化から両者が一致する
レンズ値に対応した非点補正値ａを求め、微分波形の波
高値の変化から波高値のピークが得られたときの非点補
正値ｂを求め、非点補正器に（ａ＋ｂ）／２の非点補正
値をセットするようにしたことを特徴としている。

【０００６】請求項１の発明に基づく荷電粒子ビームの
非点補正においては、直交する２つの方向の非点補正値
を変化させ、各非点補正値ごとに各走査方向でフォーカ
スが合ったときのレンズ値を各々記憶すると共に、各非
点補正値ごとに試料上で荷電粒子ビームを走査し、走査
に応じて試料から得られた信号を微分し、フォーカスが
合ったときの微分波形の波高値を記憶し、記憶された両
走査方向のレンズ値変化から両者が一致するレンズ値に
対応した非点補正値ａを求め、微分波形の波高値の変化
から波高値のピークが得られたときの非点補正値ｂを求
め、非点補正器に（ａ＋ｂ）／２の非点補正値をセット
する。

【０００７】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビームの
非点補正方法は、第１の方向と第１の方向と直交する第
２の方向に走査する荷電粒子ビームの第１および第２の
方向の非点補正を行うための非点補正器に対し、異なっ
た複数の非点補正値をセットし、各非点補正値ごとに集
束レンズによって荷電粒子ビームのフォーカス合わせを
行い、各非点補正値ごとに各走査方向でフォーカスが合
ったときのレンズ値を各々記憶すると共に、各非点補正
値ごとに試料上で荷電粒子ビームを走査し、走査に応じ
て試料から得られた信号を微分し、フォーカスが合った
ときの微分波形の波高値を記憶し、記憶された両走査方
向のレンズ値変化から両者が一致するレンズ値に対応し
た非点補正値ａを求め、微分波形の波高値の変化から波
高値のピークが得られたときの非点補正値ｂを求め、前
記第１と第２の方向の非点補正器に（ａ＋ｂ）／２の非
点補正値をセットするステップと、次に、第１の方向と
４５°傾斜した第３の方向と第３の方向に直交する第４
の方向の非点補正器に対し、第１と第２の方向の非点補
正器に対して非点補正値をセットする前記ステップと同
様のステップで非点補正値をセットするようにしたこと
を特徴としている。

【０００８】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビームの
非点補正においては、直交する第１と第２の方向の非点
補正値を変化させ、各非点補正値ごとに各走査方向でフ
ォーカスが合ったときのレンズ値を各々記憶すると共
に、各非点補正値ごとに試料上で荷電粒子ビームを走査
し、走査に応じて試料から得られた信号を微分し、フォ
ーカスが合ったときの微分波形の波高値を記憶し、記憶
された両走査方向のレンズ値変化から両者が一致するレ
ンズ値に対応した非点補正値ａを求め、微分波形の波高
値の変化から波高値のピークが得られたときの非点補正
値ｂを求め、前記第１と第２の方向の非点補正器に（ａ
＋ｂ）／２の非点補正値をセットすると共に、このよう
なステップを第１の方向と４５°傾斜した第３の方向と
第３の方向に直交する第４の方向の非点補正器に対し行
う。

【０００９】請求項３の発明では、前記請求項１および
２の発明において、ｂの値を両走査方向のそれぞれの微
分波形の波高値のピークが得られたときの非点補正値の
中間値とした。

【００１０】請求項４の発明では、前記請求項２の発明
において、第１と第２の方向の非点補正器への非点補正
値のセットと、第３と第４の方向の非点補正器への非点
補正値のセットを繰り返し行うようにした。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の方法を実施
するための、走査電子顕微鏡や電子ビーム描画装置とし
て用いられる電子ビーム装置の一例を示している。図中
１は電子銃であり、電子銃１から発生した電子ビームＥ
Ｂは、集束レンズ２と対物レンズ（最終段集束レンズ）
３によって試料４上に細く集束される。

【００１２】対物レンズ３にはコンピュータ５から対物
レンズ制御ユニット６を介して励磁電流が供給される。
また、電子ビームＥＢは、偏向器７によって偏向され、
試料４上の電子ビームの照射位置は走査される。偏向器
７にはコンピュータ５から電子ビーム偏向ユニット８、
増幅器９を介して走査信号が供給される。また、１０は
非点補正コイルであり、このコイル１０にはコンピュー
タ５から非点補正値コントロールユニット１１を介して
非点補正電流が供給される。非点補正コイル１０は図２
に示すように、光軸Ｏに対称的に８極用意されており、
Ｘ−Ｙ方向のコイル１０ａと、Ｘ−Ｙ方向から４５°傾
斜した方向のコイル１０ｂとより構成されている。

【００１３】試料４への電子ビームの照射によって発生
した２次電子は、２次電子検出器１２によって検出され
る。検出器１２の検出信号は、増幅器１３によって増幅
された後、微分ユニット１４に供給される。微分ユニッ
ト１４においては検出信号が微分され、その微分信号は
波形メモリー１５に供給されて記憶される。波形メモリ
ー１５に記憶された微分信号のピーク値は、コンピュー
タ５に供給される。なお、１６は非点補正を自動的に実
行するためのプログラムなどが格納されたメモリーであ
る。このような構成の動作を次に説明する。

【００１４】通常の２次電子像を観察する場合、コンピ
ュータ５は電子ビーム偏向ユニット８を制御し、このユ
ニット８から所定の２次元走査信号を増幅器９を介して
偏向器７に供給する。その結果、試料４上の任意の２次
元領域が電子ビームＥＢによってラスター走査される。
試料４への電子ビームの照射によって発生した２次電子
は、検出器１２によって検出される。その検出信号は、
増幅器１３を介して偏向器５への走査信号と同期した陰
極線管（図示せず）に供給され、陰極線管には試料の任
意の領域の２次電子像が表示される。

【００１５】また、この図１の装置を電子ビーム描画装
置として用いる場合には、試料４上で電子ビームの走査
がパターン情報に基づいて行われ、試料４上で任意のパ
ターンの描画が実行される。

【００１６】次に、電子ビームの自動非点補正動作につ
いて説明する。まず自動非点補正を行うために試料４を
任意の観察位置にセットする。この場合、試料４には、
マークＭが設けられている。次にコンピュータ５はメモ
リー１６に格納された自動非点補正のプログラムにした
がって各ユニットを制御する。まず、コンピュータ５は
電子ビーム偏向ユニット８から、試料４上で電子ビーム
を直線状に走査する走査信号を発生させる。この走査信
号は増幅器９を介して偏向器７に供給される。その結
果、例えば、試料４上でマークＭを横切って電子ビーム
が走査される。この試料４上での電子ビームの走査に基
づいて試料４からは２次電子が発生する。発生した２次
電子は２次電子検出器１２によって検出される。

【００１７】２次電子検出器１２の検出信号は増幅器１
３によって増幅された後、微分ユニット１４に供給され
る。微分ユニット１４により微分された信号は波形メモ
リー１５に供給されて記憶される。ここで、電子ビーム
の走査は、非点補正値コントロールユニット１１から非
点補正コイル１０に異なった非点補正値がセットされる
ごとに実行される。

【００１８】図３，図４はそれぞれ検出信号波形とその
微分信号波形を示している。図３（ａ）は非点がない状
態の検出信号波形であり、図３（ｂ）はその微分波形で
ある。図４（ａ）は非点がある状態の検出信号波形であ
り、図４（ｂ）はその微分波形である。すなわち、非点
がない状態では、マークの端部において検出信号波形は
シャープに変化し、微分信号波形のピーク値Ｐは大きい
値となる。一方、非点がある状態では、マークの端部で
信号がなまり、微分信号波形のピーク値は比較的小さい
値となる。

【００１９】このような傾向は、非点の有無の場合に限
らず、電子ビームのフォーカスの変化によっても同様に
生じる。すなわち、電子ビームのフォーカスが合ってい
る場合には、図３の波形となり、フォーカスが合ってい
ない場合には、図４の波形となる。この結果、ピーク値
が最大となるように対物レンズ制御ユニット６を制御
し、対物レンズ３の励磁電流を設定すれば、ジャストフ
ォーカスの状態とすることができる。

【００２０】さて、本発明では、上記したように電子ビ
ームの走査を、非点補正値コントロールユニット１１か
ら非点補正コイル１０に異なった非点補正値がセットさ
れるごとに実行する。この場合、Ｘ，Ｙ方向の非点補正
コイル１０ａと４５°方向の非点補正コイル１０ｂへの
非点補正値を０とした後、いずれか一方の非点補正値、
例えば、Ｘ，Ｙ方向の非点補正値を−２ａ，−ａ，０，
＋ａ，＋２ａ（ａは指定したパラメータ）と変化させ
る。まず、−２ａの非点補正値をＸ方向の非点補正コイ
ル１０ａ（ｘ）に供給した状態で、電子ビームＥＢの走
査を行い、そのときの検出信号を微分して波形メモリー
１５に記憶する。コンピュータ５は波形メモリー１５に
記憶された微分波形の波高値（ピーク値）Ｐを検出す
る。

【００２１】更に、コンピュータ５は異なった非点補正
値をセットするごとに対物レンズ制御ユニット８を制御
し、対物レンズ３へのレンズ値を変化させる。この対物
レンズ３のレンズ値の変化にともない、微分波形のピー
ク値Ｐは変化し、最も大きいピーク値が得られたときの
レンズ値は、そのときのピーク値と共にコンピュータ５
に記憶される。

【００２２】このようなピーク値とレンズ値の検出と記
憶は、非点補正値を変えながら実行され、その結果、図
５（ａ）に示すようなＸ方向の非点補正値に応じたフォ
ーカス値（対物レンズ値）の曲線が得られ、また、図５
（ｂ）に示すＸ方向の非点補正値に応じた最大微分波高
値（ピーク値）の曲線が得られる。同様の結果がＹ方向
に対しても得られる。

【００２３】その結果、図６（ａ）に示すＸ方向のフォ
ーカス値変化曲線Ｆｘと、Ｙ方向のフォーカス値変化曲
線Ｆｙとが得られ、また、図６（ｂ）に示すＸ方向の最
大微分波高値曲線Ｄｘと、Ｙ方向の最大微分波高値曲線
Ｄｙとが得られる。

【００２４】ここで、非点補正が完了した状態とは、図
６（ａ）におけるＸ方向とＹ方向のフォーカス値が一致
する非点補正値ａと、図６（ｂ）における最大微分波高
値がピークとなる非点補正値ｂとが一致する状態であ
る。通常はこの両者（ａ，ｂ）の値は一致しないので、
ａとｂの平均、すなわち、（ａ＋ｂ）／２を仮の最適非
点補正値として定義する。なお、ａを求める際、測定に
用いた非点補正値でＸ方向とＹ方向のフォーカス値が一
致しない場合には、推定によりａを求めれば良い。ま
た、Ｘ方向の最大微分波高値のピークとＹ方向の最大微
分波高値のピークとが一致しない場合は、両者の中間の
非点補正値をｂの値とする。

【００２５】上記したステップにより求められた（ａ＋
ｂ）／２の値は、Ｘ，Ｙ方向の非点補正コイル１０ａに
仮の最適非点補正値としてコンピュータ５より非点補正
値コントロールユニット１１を介して供給される。次
に、Ｘ，Ｙ方向から４５°傾斜した方向の非点補正コイ
ル１０ｂに対しても、Ｘ，Ｙ方向と同様なステップで仮
の最適非点補正値が与えられる。

【００２６】このＸ，Ｙ方向と４５°傾斜した方向に対
しての仮の最適非点補正値の設定を交互に繰り返し実行
すると、最大微分波高値変化曲線のピーク値ｂと最適フ
ォーカス値ａとの差が、指定した許容値より小さくな
る。その段階で上記したステップを終了させ、最終的に
許容値以下となった補正値（ａ＋ｂ）／２を各非点補正
コイルにセットする。このようにして自動的に非点補正
動作を完了させることができる。

【００２７】上記した方法で、最大微分波高値のピーク
が得られる非点補正値を求める際、精度とスピードを向
上させるため、最初は非点補正値の変化幅を粗くし、ピ
ークが近付いてきた段階で非点補正値の変化幅を細かく
設定することは有効である。また、精度面では低下する
が、（ａ＋ｂ）／２が設定値以下となるまでＸ，Ｙ方向
と４５°傾斜方向の非点補正値の設定を繰り返し行うこ
とはせず、それぞれ（ａ＋ｂ）／２の非点補正値の設定
を１回のみで終了させても良い。この場合には、ａとｂ
を測定するステップが２回で終了する。

【００２８】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこれらの形態に限定されない。例えば、２次電子
を検出したが、反射電子を検出してもよい。また、フォ
ーカス合わせ動作の際に対物レンズの励磁を変化させた
が、補助レンズを用い、補助レンズの励磁を変化させる
ようにしても良い。更に、走査電子顕微鏡などの電子ビ
ーム装置を例にして説明したが、本発明をイオンビーム
装置にも適用することができる。更にまた、非点補正器
として非点補正コイルを用い、磁気的に非点補正を行っ
たが、静電的な非点補正器を用いても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１および２
の発明に基づく荷電粒子ビームの非点補正においては、
直交する２つの方向の非点補正値を変化させ、各非点補
正値ごとに各走査方向でフォーカスが合ったときのレン
ズ値を各々記憶すると共に、各非点補正値ごとに試料上
で荷電粒子ビームを走査し、走査に応じて試料から得ら
れた信号を微分し、フォーカスが合ったときの微分波形
の波高値を記憶し、記憶された両走査方向のレンズ値変
化から両者が一致するレンズ値に対応した非点補正値ａ
を求め、微分波形の波高値の変化から波高値のピークが
得られたときの非点補正値ｂを求め、非点補正器に（ａ
＋ｂ）／２の非点補正値をセットするようにしたので、
自動的に簡単に短時間に荷電粒子ビームの非点の補正を
行うことができる。また、荷電粒子ビームの偏向領域に
おいても、荷電粒子ビームの偏向角に応じてダイナミッ
クに非点の補正を行うことが可能となる。

【００３０】また、請求項３に基づく荷電粒子ビームの
非点補正においては、前記請求項１および２の発明にお
いて、ｂの値を両走査方向のそれぞれの微分波形の波高
値のピークが得られたときの非点補正値の中間値とした
ので、２つの方向で微分波高値のピーク位置が相違して
いても自動的に非点の補正を行うことができる。

【００３１】更に、請求項４に基づく荷電粒子ビームの
非点補正においては、第１と第２の方向の非点補正器へ
の非点補正値のセットと、第３と第４の方向の非点補正
器への非点補正値のセットを繰り返し行うようにしたの
で、非点補正の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく方法を実施するための電子ビー
ム装置の一例を示す図である。

【図２】非点補正コイルの光軸に対する配置を示す図で
ある。

【図３】検出信号波形と微分波形を示した図である。

【図４】検出信号波形と微分波形を示した図である。

【図５】非点補正値に対するフォーカス値変化と最大微
分波高値変化を示す図である。

【図６】非点補正値に対するフォーカス値変化と最大微
分波高値変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 集束レンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ コンピュータ ６ 対物レンズ制御ユニット ７ 偏向器 ８ 電子ビーム偏向ユニット ９ 増幅器 １０ 非点補正コイル １１ 非点補正値コントロールユニット １２ ２次電子検出器 １３ 増幅器 １４ 微分ユニット １５ 波形メモリー １６ メモリー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の方向と第１の方向と直交する第２
   の方向に走査する荷電粒子ビームの第１および第２の方
   向の非点補正を行うための非点補正器に対し、異なった
   複数の非点補正値をセットし、各非点補正値ごとに集束
   レンズによって荷電粒子ビームのフォーカス合わせを行
   い、各非点補正値ごとに各走査方向でフォーカスが合っ
   たときのレンズ値を各々記憶すると共に、各非点補正値
   ごとに試料上で荷電粒子ビームを走査し、走査に応じて
   試料から得られた信号を微分し、フォーカスが合ったと
   きの微分波形の波高値を記憶し、記憶された両走査方向
   のレンズ値変化から両者が一致するレンズ値に対応した
   非点補正値ａを求め、微分波形の波高値の変化から波高
   値のピークが得られたときの非点補正値ｂを求め、非点
   補正器に（ａ＋ｂ）／２の非点補正値をセットするよう
   にした荷電粒子ビームの非点補正方法。
2. 【請求項２】 第１の方向と第１の方向と直交する第２
   の方向に走査する荷電粒子ビームの第１および第２の非
   点補正を行うための非点補正器に対し、異なった複数の
   非点補正値をセットし、各非点補正値ごとに集束レンズ
   によって荷電粒子ビームのフォーカス合わせを行い、各
   非点補正値ごとに各走査で向にフォーカスが合ったとき
   のレンズ値を各々記憶すると共に、各非点補正値ごとに
   試料上で荷電粒子ビームを走査し、走査に応じて試料か
   ら得られた信号を微分し、フォーカスが合ったときの微
   分波形の波高値を記憶し、記憶された両走査方向のレン
   ズ値変化から両者が一致するレンズ値に対応した非点補
   正値ａを求め、微分波形の波高値の変化から波高値のピ
   ークが得られたときの非点補正値ｂを求め、前記第１と
   第２の方向の非点補正器に（ａ＋ｂ）／２の非点補正値
   をセットするステップと、次に、第１の方向と４５°傾
   斜した第３の方向と第３の方向に直交する第４の方向の
   非点補正器に対し、第１と第２の方向の非点補正器に対
   して非点補正値をセットする前記ステップと同様のステ
   ップで非点補正値をセットするようにした荷電粒子ビー
   ムの非点補正方法。
3. 【請求項３】 ｂの値を両走査方向のそれぞれの微分波
   形の波高値のピークが得られたときの非点補正値の中間
   値とした請求項１および２記載の荷電粒子ビームの非点
   補正方法。
4. 【請求項４】 第１と第２の方向の非点補正器への非点
   補正値のセットと、第３と第４の方向の非点補正器への
   非点補正値のセットを繰り返し行うようにした請求項２
   記載の荷電粒子ビームの非点補正方法。