JPH0963937A - 荷電ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、試料に対する描画精度を高くする。 【解決手段】第２の照明レンズ３の励磁をセットし、こ
のときの対物レンズ７の励磁を変化させて各ビームプロ
ファイルを測定し、このうち対物レンズ励磁の焦点合わ
せ値よりも大きな範囲の値のときの各ビームプロファイ
ルと小さな範囲の値のときの各ビームプロファイルと各
面積差が最小となる第２の照明レンズ３の調整値に調整
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子銃から出射さ
れた荷電ビームを成形アパーチャに通過させることによ
り所望のビーム形状に成形し、この荷電ビームを試料に
照射して描画を行う荷電ビーム描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２２はかかる荷電ビーム描画装置の構
成図である。

【０００３】電子銃１から出射される荷電ビームの進行
路上には、第１の照明レンズ２、第２の照明レンズ３、
第１の投影レンズ４、第２の投影レンズ５、さらに縮小
レンズ６、対物レンズ７が配置されている。

【０００４】この荷電ビーム２の進行路上には、第２の
照明レンズ３と第１の投影レンズ４との間にブランキン
グ偏向器８が配置され、第１の投影レンズ４と第２の投
影レンズ５との間に成形偏向器９が配置され、さらに対
物レンズ７とともに対物偏向器１０が配置されている。

【０００５】又、この荷電ビーム２の進行路上には、ブ
ランキング偏向器８と第１の投影レンズ４との間に丸形
アパーチャ１１及び第１の成形アパーチャ１２が成形さ
れ、第２の投影レンズ５と縮小レンズ６との間に第２の
成形アパーチャ１３が配置され、さらに縮小レンズ６と
対物レンズ７との間に丸形アパーチャ１４が配置されて
いる。

【０００６】このうち第１及び第２の成形アパーチャ１
２、１３は、図２３に示すようにそれぞれ正方形又は長
方形に形成されている。

【０００７】一方、対物レンズ７の結像位置には、半導
体ウエハ等の試料１５が配置され、この試料１５の上方
に反射電子検出器１６が配置されるとともに試料１５上
にビーム電流検出器（ファラデーカップ）１７が設けら
れている。

【０００８】このような構成であれば、電子銃１から出
射された荷電ビーム、すなわちクロスオーバ像は、クロ
スオーバ像結像系Ｃに示すように第１の照明レンズ２、
第２の照明レンズ３、第１の投影レンズ４、第２の投影
レンズ５及び縮小レンズ６により５回結像され、最終的
に対物レンズ７の主面に結像される。

【０００９】これと共に電子銃１から出射された荷電ビ
ームは、第１の成形アパーチャ１２を通過し、この後、
成形偏向器９により偏向されて第２の成形アパーチャ１
３を通過することにより、これら第１及び第２の成形ア
パーチャを組み合わせたアパーチャ形状に形成される。

【００１０】この成形ビームは、成形像結像系Ｓに示す
ように第２の成形アパーチャ１３上に結像され、この後
に縮小レンズ６及び対物レンズ７により試料１５面上に
結像される。

【００１１】ところで、このような荷電ビーム描画装置
では、試料１５の面上における成形ビームのビームプロ
ファイルを観察し、このビームプロファイルにクロスオ
ーバ像が現れないように調整が行われる。

【００１２】この調整は、反射電子検出器１６の検出信
号を処理してビームプロファイルをオシロスコープの画
面に映し出し、このビームプロファイル画像を見ながら
第２の照明レンズ３及び対物レンズ７の各励磁をそれぞ
れマニュアルで変化させ、ビームプロファイルにクロス
オーバ像が現れないように調整している。

【００１３】しかしながら、この調整は、手動で第２の
照明レンズ３や対物レンズ７の各励磁をそれぞれ変化さ
せるので、調整誤差や個人誤差が大きくなり、クロスオ
ーバ像を対物レンズ７の主面位置に正確に合わせること
は困難である。

【００１４】しかるに、クロスオーバ像が対物レンズ７
の主面位置からずれると、成形ビームのビームプロファ
イルが悪くなり、高精度にフォーカシングをすることが
出来なくなる。

【００１５】又、クロスオーバ像が対物レンズ７の主面
位置からずれることから、非点収差補正誤差が大きくな
り、試料１５、例えば半導体ウエハの高さ誤差に伴うビ
ーム分解能の劣化が著しくなり、半導体ウエハに形成さ
れるパターン解像性が低下する。以上の事から試料１５
に対する描画精度が低下する。

【００１６】一方、試料１５にパターンを描画する前
に、試料１５の面位置における成形ビームの結像位置を
確認する必要がある。

【００１７】この成形ビームの位置検出は、通常、図２
４に示すように成形ビームを例えば金粒子２０上にビー
ムスキャンさせ、この金粒子２０からの反射電子を反射
電子検出器１６により検出し、その検出信号を測定画像
データとしてファイルに記憶してビームプロファイルを
測定する。

【００１８】ここで、金粒子２０が真球の場合、ビーム
プロファイルは、図２５(a) に示すように球体であるた
めにプロファイルエッジが丸みを帯びたものとなる。な
お、同図(b)(c)はｘ及びｙ方向から見た各ビームプロフ
ァイルである。

【００１９】又、金粒子２０が球体であるが真球でない
場合、ビームプロファイルは、図２６(a) に示すように
ｘ方向とｙ方向とのエッジ分解能が異なったものとな
る。なお、同図(b)(c)はｘ及びｙ方向から見た各ビーム
プロファイルである。

【００２０】実際に測定されるビームプロファイルは、
図２６に示すようにｘ方向とｙ方向とのエッジ分解能が
異なったものである。

【００２１】このようにビームプロファイルが測定され
ると、この測定ビームプロファイルと図２７に示す基準
データのビームプロファイルとのパターンマッチングを
行って成形ビーム位置を検出する。

【００２２】ここで、基準データのビームプロファイル
は、図２８に示すガウシアン分布関数により作成した画
像データと図２９に示すビーム形状設計画像データとの
相互相関関数から作成している。この基準データのビー
ムプロファイルは、ガウシアン分布関数が軸対称となっ
ているので、ｘ方向ｙ方向の各エッジ分解能は等しくな
っている。

【００２３】従って、実際に測定されるビームプロファ
イルと基準データのビームプロファイルとは、ｘ方向ｙ
方向の各エッジ分解能がそれぞれ異なり、これらプロフ
ァイルでパターンマッチングを行って成形ビームを位置
検出すると、この成形ビームの検出位置に誤差が発生
し、精度高く位置検出することが困難である。

【００２４】一方、成形ビームの結像位置を検出する等
に用いられる金粒子２０は、成形ビームの照射時間が長
くなると、成形ビームをスキャンしたところにコンタミ
が付着し、金粒子２０からの正常な反射電子が得られな
くなりビーム検出用の粒子として不適切なものとなる。

【００２５】このため、不適切となった金粒子２０から
別の金粒子を選定し、この金粒子に成形ビームをスキャ
ンして位置検出することになる。

【００２６】このビーム検出用の金粒子２０の選定は、
複数の金粒子２０を載せたＳｉ基板をテーブルのマニュ
アル操作で移動し、低倍率のＳＥＭ（走査型電子顕微
鏡）像をモニターテレビジョンに映し出し、このモニタ
ー像から隣接した金粒子２０のない金粒子２０を選択
し、この金粒子２０に対して高倍率で成形ビームをスキ
ャンしてそのビームプロファイルをオシロスコープの画
面に映し出す。

【００２７】そして、このビームプロファイルのエッジ
を観察し、エッジの立ち上がりが出来るだけ急峻に現れ
る金粒子２０を選択し、これをビーム検出用の金粒子２
０としている。

【００２８】しかしながら、金粒子２０は複数粒載せら
れているが、これら金粒子２０の形状は様々であり、金
粒子２０によってはビームエッジ分解能が小さくなり、
適切なビームプロファイルが得られないものもある。

【００２９】このため、ビーム検出用として使用できる
金粒子２０は、２０分の１個程度であり、マニュアル操
作でビーム検出用の金粒子２０を見付けるには２時間を
必要とする。

【００３０】又、予め用意した複数の金粒子２０の中に
何個使用できる金粒子２０があるかを予め把握するため
には、金粒子２０を例えば１０００個用意した場合、１
００時間掛かってしまい、この事から通常は把握しきれ
ず、複数の金粒子２０を載せたＳｉ基板の交換時期が明
確に決めることができなかった。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにマニュア
ルでビームプロファイルにクロスオーバ像が現れないよ
うに調整しているので、調整誤差や個人誤差が大きくな
り、クロスオーバ像を対物レンズ７の主面位置に正確に
合わせることは困難である。

【００３２】又、実際に測定されるビームプロファイル
と基準データのプロファイルとの各方向のエッジ分解能
がそれぞれ異なり、精度高い成形ビームの位置検出が困
難である。

【００３３】又、マニュアル操作でビーム検出用として
使用できる金粒子２０を見付けるには長時間掛り、かつ
複数の金粒子２０を載せたＳｉ基板の交換時期が明確に
決まっていない。

【００３４】そこで本発明は、試料に対する描画精度を
高くできる荷電ビーム描画装置を提供することを目的と
する。

【００３５】又、本発明は、ビームプロファイルにクロ
スオーバ像が現れないようにクロスオーバ像を対物レン
ズの主面位置に精度高く合わせることができる荷電ビー
ム描画装置を提供することを目的とする。

【００３６】又、本発明は、精度高い成形ビームの位置
検出ができる荷電ビーム描画装置を提供することを目的
とする。

【００３７】又、本発明は、短時間でビーム検出用の粒
子を選定できる荷電ビーム描画装置を提供することを目
的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、電子
銃から出射される荷電ビームの進行路上に照明レンズや
成形アパーチャ、対物レンズを配置し、成形アパーチャ
により成形された成形ビームを試料上に結像して描画を
行う荷電ビーム描画装置において、照明レンズの励磁値
を変化させ、かつこれら励磁値において対物レンズの励
磁を焦点合わせ値よりも大きな値又は小さな値に変化さ
せたときの試料面位置における成形ビームの各ビームプ
ロファイルを測定するプロファイル測定手段と、このプ
ロファイル測定手段により測定された対物レンズ励磁の
焦点合わせ値よりも大きな値のときの各ビームプロファ
イルと小さな値のときの各ビームプロファイルとの差が
最小となる照明レンズの励磁値に調整する照明レンズ調
整手段と、を備えて上記目的を達成しようとする荷電ビ
ーム描画装置である。

【００３９】この請求項１によれば、照明レンズの各励
磁値において対物レンズの励磁を焦点合わせ値よりも大
きな値及び小さな値に変化して各ビームプロファイルを
測定し、このうち対物レンズ励磁の焦点合わせ値よりも
大きな値のときの各ビームプロファイルと小さな値のと
きの各ビームプロファイルと差が最小となる照明レンズ
のの励磁値に照明レンズを調整する。これにより、ビー
ムプロファイルにクロスオーバ像が現れないようにクロ
スオーバ像を対物レンズの主面位置に精度高く合わせら
れる。

【００４０】請求項２によれば、プロファイル測定手段
は、照明レンズの励磁値を少なくともクロスオーバ像が
対物レンズ主面上に結像される値、及び対物レンズ主面
の前後にそれぞれ結像される各値に変化させ、かつこれ
ら励磁値において対物レンズの励磁を焦点合わせ値より
も大きな値又は小さな値に変化させたときの試料面位置
における成形ビームの各ビームプロファイルを測定する
荷電ビーム描画装置である。

【００４１】この請求項２によれば、照明レンズの励磁
値を少なくともクロスオーバ像が対物レンズ主面上に結
像される値、及び対物レンズ主面の前後にそれぞれ結像
される各値に変化させて各ビームプロファイルを測定す
る。

【００４２】請求項３によれば、プロファイル測定手段
は、試料面位置に配置された粒子に対して成形ビームを
スキャンし、粒子からの反射電子を検出してビームプロ
ファイルを得る荷電ビーム描画装置である。

【００４３】この請求項３によれば、試料面位置に配置
された粒子に対して成形ビームをスキャンし、粒子から
の反射電子を検出してビームプロファイルを得る。

【００４４】請求項４によれば、照明レンズ調整手段
は、対物レンズ励磁の焦点合わせ値よりも大きい励磁値
と小さい励磁値との各ビームプロファイルの面積差を求
め、これら面積差の合計値が最小となる照明レンズの励
磁に調整する荷電ビーム描画装置である。

【００４５】この請求項４によれば、対物レンズ励磁の
焦点合わせ値よりも大きい値と小さい値との各ビームプ
ロファイルの面積差を求め、これら面積差の合計値が最
小となる照明レンズの励磁を調整する。

【００４６】請求項５によれば、電子銃から出射される
荷電ビームの進行路上に照明レンズや成形アパーチャ、
対物レンズを配置し、成形アパーチャにより成形された
成形ビームを試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描
画装置において、試料面位置に配置された粒子に対して
成形ビームをスキャンし、粒子からの反射電子を検出し
てビームプロファイルを測定するプロファイル測定手段
と、所望のビームプロファイル関数に基づいて基準ビー
ムプロファイルを作成する基準データ作成手段と、プロ
ファイル測定手段により測定されたビームプロファイル
と基準ビームプロファイルとの一致を取って成形ビーム
の位置を検出する位置検出手段と、を備えて上記目的を
達成しようとする荷電ビーム描画装置である。

【００４７】この請求項５によれば、試料面位置に配置
された粒子に対して成形ビームをスキャンしてビームプ
ロファイルを測定し、このビームプロファイルと所望の
ビームプロファイル関数に基づいて作成された基準ビー
ムプロファイルとをマッチングして成形ビームの位置を
検出する。これにより、精度高い成形ビームの位置検出
ができる。

【００４８】請求項６によれば、基準データ作成手段
は、楕円ビームプロファイル関数、又はこのビームプロ
ファイル関数に回転成分を持たせた関数を用いる荷電ビ
ーム描画装置である。

【００４９】この請求項６によれば、楕円ビームプロフ
ァイル関数、又はこのビームプロファイル関数に回転成
分を持たせた関数を用いて基準画像データを作成する。

【００５０】請求項７によれば、電子銃から出射される
荷電ビームの進行路上に照明レンズや成形アパーチャ、
対物レンズを配置し、成形アパーチャにより成形された
成形ビームを試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描
画装置において、試料面位置に配置された複数の粒子に
対して成形ビームをスキャンしてそのスキャン波形のピ
ークから各粒子の位置を検出する粒子検出手段と、この
粒子検出手段により検出された各粒子の位置から各粒子
間の間隔を求めて互いに所定間隔以上離れている粒子を
検索する粒子検索手段と、この粒子検索手段により検索
された粒子に対して成形ビームをスキャンし、粒子から
の反射電子を検出してビームプロファイルを測定するプ
ロファイル測定手段と、このプロファイル測定手段によ
り測定されたビームプロファイルにおけるエッジ分解能
を求め、このエッジ分解能が許容値以下となる粒子を選
定する粒子選定手段と、を備えて上記目的を達成しよう
とする荷電ビーム描画装置である。

【００５１】この請求項７によれば、試料面位置に配置
された複数の粒子に対して成形ビームをスキャンして各
粒子の位置を検出し、これら粒子の位置から各粒子間の
間隔を求めて互いに所定間隔以上離れている粒子を検索
し、次にこれら粒子に対して成形ビームをスキャンして
ビームプロファイルを測定し、このビームプロファイル
におけるエッジ分解能が許容値以下となる粒子を選定す
る。これにより、短時間でビーム検出用の粒子の選定が
できる。

【００５２】請求項８によれば、プロファイル測定手段
は、粒子に対して成形ビーム径の数倍の面を複数方向か
らスキャンし、粒子からの反射電子を検出して複数方向
からの各ビームプロファイルを測定する荷電ビーム描画
装置である。

【００５３】この請求項８によれば、粒子に対して成形
ビーム径の数倍の面を複数方向からスキャンし、このと
きの反射電子を検出して複数方向からの各ビームプロフ
ァイルを測定する。

【００５４】請求項９によれば、粒子選定手段は、複数
方向の各ビームプロファイルにおける各エッジ分解能を
求め、これらエッジ分解能が全て許容値以下となる粒子
を選定する荷電ビーム描画装置である。

【００５５】この請求項９によれば、複数方向の各ビー
ムプロファイルにおける各エッジ分解能を求め、これら
エッジ分解能が全て許容値以下となる粒子を選定する。

【００５６】請求項１０によれば、電子銃から出射され
る荷電ビームの進行路上に照明レンズや成形アパーチ
ャ、対物レンズを配置し、成形アパーチャにより成形さ
れた成形ビームを試料上に結像して描画を行う荷電ビー
ム描画装置において、照明レンズの励磁を変化させ、か
つこれら励磁値において対物レンズの励磁を焦点合わせ
値よりも大きな値又は小さな値に変化させたときの試料
面位置における成形ビームの各ビームプロファイルを測
定するプロファイル測定手段と、このプロファイル測定
手段により測定された対物レンズ励磁の焦点合わせ値よ
りも大きな値と小さな値とのときにおける各ビームプロ
ファイルの差が最小となる照明レンズの励磁に調整する
照明レンズ調整手段と、試料面位置に配置された粒子に
対して成形ビームをスキャンし、粒子からの反射電子を
検出してビームプロファイルを測定するプロファイル測
定手段と、所望のビームプロファイル関数の画像データ
とビーム形状の設定画像データとの相互相関関数に基づ
いて基準画像データを作成する基準データ作成手段と、
プロファイル測定手段により測定されたビームプロファ
イルと基準画像データとの一致を取って成形ビームの位
置を検出する位置検出手段と、試料面位置に配置された
複数の粒子に対して成形ビームをスキャンしてそのスキ
ャン波形のピークから各粒子の位置を検出する粒子検出
手段と、この粒子検出手段により検出された各粒子の位
置から各粒子間の間隔を求めて互いに所定間隔以上離れ
ている粒子を検索する粒子検索手段と、この粒子検索手
段により検索された粒子に対して成形ビームをスキャン
し、粒子からの反射電子を検出してビームプロファイル
を測定するプロファイル測定手段と、このプロファイル
測定手段により測定されたビームプロファイルにおける
エッジ分解能を求め、このエッジ分解能が許容値以下と
なる粒子を選定する粒子選定手段と、を備えて上記目的
を達成しようとする荷電ビーム描画装置である。

【００５７】この請求項１０によれば、照明レンズの各
励磁値において対物レンズの励磁を焦点合わせ値よりも
大きな値及び小さな値に変化して試料面位置における各
ビームプロファイルを測定し、対物レンズ励磁の焦点合
わせ値よりも大きな値のときの各ビームプロファイルと
小さな値のときの各ビームプロファイルと差が最小とな
る照明レンズの励磁に調整する。又、試料への描画の前
に粒子に対して成形ビームをスキャンしてビームプロフ
ァイルを測定し、このビームプロファイルと所望のビー
ムプロファイル関数に基づいて作成された基準画像デー
タとをマッチングして成形ビームの位置を検出する。さ
らに、複数の粒子に対して成形ビームをスキャンして各
粒子の位置を検出し、これら粒子の位置から各粒子間の
間隔を求めて互いに所定間隔以上離れている粒子を検索
し、これら粒子に対して成形ビームをスキャンしてビー
ムプロファイルを測定してそのエッジ分解能を求め、こ
のエッジ分解能が許容値以下となる粒子を選定する。

【００５８】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。なお、図２２と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。

【００５９】図１は荷電ビーム描画装置の構成図であ
る。

【００６０】反射電子検出器１６の出力端子には、信号
増幅器３０を介して信号処理回路３１及びオシロスコー
プ３２が接続されている。

【００６１】このうち信号処理回路３１には、制御器３
３を介して照明励磁制御器３４及び対物レンズ励磁制御
器３５が接続されている。

【００６２】この信号処理回路３１は、対物レンズ７の
励磁を変化させてビームプロファイルを測定し、この測
定された各ビームプロファイルに基づいて第２の照明レ
ンズ３の励磁を調整する機能を有するものである。

【００６３】図２はかかる信号処理回路３１の具体的な
構成図である。

【００６４】ＣＰＵから成る制御部３４には、プログラ
ムメモリ３５及びプロファイルメモリ３６が接続され、
かつ制御部３４から発せられる各指令により処理部３
７、プロファイル測定部３８及び照明レンズ調整部３９
が作動するものとなっている。

【００６５】このうちプログラムメモリ３５には、図３
に示す第２の照明レンズ調整フローチャートに従ったプ
ログラムが予め記憶されている。

【００６６】又、制御部３４には、各入力部４０、４１
及び出力部４３が接続され、このうち一方の入力部４０
には信号増幅器３０の出力端子が接続され、他方の入力
部４１にはキーボード４３及びマウス４４が接続されて
いる。又、出力部４３には主制御器３３が接続されてい
る。

【００６７】上記プロファイル測定部３８は、第２の照
明レンズ３の励磁を変化させ、これら励磁の変化値毎
に、対物レンズ７の励磁を焦点合わせ（ジャストフォー
カス）値よりも大きな値から小さな値の範囲で変化さ
せ、このときの試料１５の面位置における成形ビームの
各ビームプロファイルを測定する機能を有している。

【００６８】ここで、第２の照明レンズ３の励磁変化
は、クロスオーバ像が対物レンズ７の主面上に結像され
る励磁値（この最適な励磁値を調整値と称する）、対物
レンズ７の主面の前後にそれぞれ結像される各励磁値に
変化させている。

【００６９】なお、ビームプロファイルの測定は、図２
４に示すように試料面１５の面位置に載置された金粒子
２０に対して成形ビームをスキャンし、金粒子２０から
の反射電子を反射電子検出器１６により検出し、その検
出信号を信号増幅器３０により増幅して信号処理回路３
１及びオシロスコープ３２に送ることにより行うものと
なっている。

【００７０】ここで、第２の照明レンズ３の励磁の大き
さに対する成形ビーム及びクロスオーバ像の関係につい
て図４を参照して説明する。

【００７１】なお、点線ａは成形ビームにおいて対物レ
ンズ７の励磁によるジャストフォーカスの結像系を示し
ている。

【００７２】又、実線ｂ１はクロスオーバ像において対
物レンズの励磁によるジャストフォーカスの結像系を示
している。

【００７３】一点破線ｂ２はクロスオーバ像において対
物レンズの励磁によるジャストフォーカス値よりも小さ
な値のときの結像系を示し、二点破線ｂ３はクロスオー
バ像において対物レンズの励磁によるジャストフォーカ
ス値よりも大きな値のときの結像系を示している。

【００７４】(a) 図４(a) は第２の照明レンズ３の励磁
が調整値に調整された場合で、クロスオーバ像は対物レ
ンズ７の主面にある。この場合、対物レンズ７の励磁を
変えてもクロスオーバ像の位置は変化せず、成形ビーム
のみが焦点ぼけを生じる。

【００７５】(b) 図４(b) は第２の照明レンズ３の励磁
が調整値よりも小さい場合で、クロスオーバ像は、対物
レンズ７の主面位置よりも後側つまり対物レンズ７の主
面位置よりも下がる。

【００７６】この状態に、対物レンズ７の励磁を変化さ
せると、そのクロスオーバ像は、対物レンズ７の励磁が
小さいときに試料１５上に結像する。

【００７７】成形ビームは、第２の照明レンズ３の励磁
値によって変化しないので、対物レンズ７の励磁の変化
に対して焦点ぼけを生じる。

【００７８】(c) 図４(c) は第２の照明レンズ３の励磁
が調整値よりも大きい場合で、クロスオーバ像は、対物
レンズ７の主面位置よりも前側つまり対物レンズ７の主
面位置よりも上がる。

【００７９】この状態に、対物レンズ７の励磁を変化さ
せると、そのクロスオーバ像は、対物レンズ７の励磁が
大きいときに試料１５面上に結像する。

【００８０】成形ビームは、第２の照明レンズ３の励磁
値によって変化しないので、対物レンズ７の励磁の変化
に対して焦点ぼけを生じる。

【００８１】照明レンズ調整部３９は、プロファイル測
定部３８により測定された対物レンズ７の励磁の焦点合
わせ値よりも大きな値のときの各ビームプロファイルと
小さな値のときの各ビームプロファイルとの差が最小と
なるように第２の照明レンズ３の励磁を調整する機能を
有している。

【００８２】すなわち、照明レンズ調整部３９は、対物
レンズ７の励磁の焦点合わせ値よりも大きな値のときの
各ビームプロファイルと小さな値のときの各ビームプロ
ファイルとの面積差を求め、これら面積差の合計値が最
小となる第２の照明レンズ３の励磁を決める機能を有し
ている。

【００８３】なお、処理部３７は、入力部４０を通して
入力される反射電子検出器１６の検出信号を信号処理し
てビームプロファイルとしてプロファイルメモリ３６に
記憶する機能を有している。

【００８４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。

【００８５】電子銃１から出射された荷電ビームによる
クロスオーバ像は、第１の照明レンズ２、第２の照明レ
ンズ３、第１の投影レンズ４、第２の投影レンズ５及び
縮小レンズ６により５回結像され、第２の照明レンズ３
の励磁が適切であれば最終的に対物レンズ７の主面に結
像される。

【００８６】これと共に電子銃１から出射された荷電ビ
ームは、第１の成形アパーチャ１２を通過し、この後、
成形偏向器９により偏向されて第２の成形アパーチャ１
３を通過することにより、これら第１及び第２の成形ア
パーチャを組み合わせたアパーチャ形状に形成される。

【００８７】この成形ビームは、第２の成形アパーチャ
１３上に結像され、この後に縮小レンズ６及び対物レン
ズ７により試料１５面上に結像される。

【００８８】ところで、ビームプロファイルにクロスオ
ーバ像が現れないようにする調整は次のように行われ
る。

【００８９】すなわち、制御部３４は、図３に示す第２
の照明レンズ調整のフローチャートのプログラムを実行
してプロファイル測定部３８及び照明レンズ調整部３９
に対して指令を発する。

【００９０】先ず、プロファイル測定部３８は、ステッ
プ＃１において第２の照明レンズ３の励磁の変化量ΔＣ
Ｌ2 をセットするとともに対物レンズ７の励磁の変化量
ΔＯＬをセットし、続くステップ＃２において第２の照
明レンズ３のマニュアルによる励磁の調整値ＣＬ2Mをセ
ットする。

【００９１】次にプロファイル測定部３８は、ステップ
＃３において第２の照明レンズ３の励磁値ＣＬ2 をセッ
トする。この励磁値ＣＬ2 は、 ＣＬ2 ＝ＣＬ2M−（ΔＣＬ2 ／２）＋（ΔＣＬ2 ／ｍ）×ｊ …(1) である。ここで、ｍは自然数であり、ｊ＝０〜ｍであ
る。

【００９２】次にプロファイル測定部３８は、ステップ
＃４において成形ビームを試料１５の面上にフォーカシ
ングする。このフォーカシングしたときの対物レンズ７
に対する励磁値つまりフォーカシング値をＯＬｊとす
る。

【００９３】次にプロファイル測定部３８は、ステップ
＃５において対物レンズ７に対する励磁値ＯＬをセット
する。この励磁値ＯＬは、 ＯＬ＝ＯＬｊ−（ΔＯＬ／２）＋（ΔＯＬ／ｎ）×ｉ …(2) である。なお、ｎは偶数であり、ｉ＝０〜ｎである。

【００９４】しかるに、プロファイル測定部３８は、ｉ
を０〜ｎの範囲で変化させてステップ＃５及び＃６を繰
り返し実行し、これらｉ＝０〜ｎにおける対物レンズ７
の各励磁値ＯＬにおける各ビームプロファイルを測定す
る。

【００９５】すなわち、第２の照明レンズ３に対する励
磁は、ステップ＃３において既に図４(a) に示すような
ジャストフォーカスの調整値にセットされており、この
第２の照明レンズ３の調整値において対物レンズ７の励
磁を変化させる。

【００９６】この対物レンズ７の励磁の変化は、対物レ
ンズ７のジャストフォーカス値を中心として小さな値か
ら大きな値の範囲で行う。

【００９７】このような各対物レンズ７の励磁値におい
て、成形ビームを図２４に示すように試料１５の面上の
金粒子２０に対してスキャンし、このときに金粒子２０
からの生じる反射電子を反射電子検出器１６により検出
し、その検出信号を信号増幅器３０を通して信号処理回
路３１及びオシロスコープ３２に送る。

【００９８】この信号処理回路３１は、反射電子検出器
１６からの検出信号を入力して処理部３７に渡す。この
処理部３７は、反射電子検出器１６の検出信号を信号処
理してビームプロファイルとしてプロファイルメモリ３
６に記憶する。

【００９９】図５(a) は第２の照明レンズ３の励磁をジ
ャストフォーカスの調整値にセットして対物レンズ７の
励磁を焦点合わせ値より小さい値から大きい値の範囲で
変化させたときの各ビームプロファイル波形を示してい
る。

【０１００】これらビームプロファイル波形は、対物レ
ンズ７の励磁を変化させてもクロスオーバ像がでないの
で、対物レンズの焦点合わせ値を中心として対称的なプ
ロファイルとなる。

【０１０１】次に照明レンズ調整部３９は、ステップ＃
６においてこれらビームプロファイルの各面積Ｓo 、Ｓ
1 、…Ｓn/2 、…Ｓn-1 、Ｓｎを演算し求める。

【０１０２】ここで、ビームプロファイルの各面積Ｓo
〜Ｓ(n-2)/2 は対物レンズ７の励磁が焦点合わせ値の面
積Ｓn/2 より小さい範囲であり、各面積Ｓ(n+2)/2 〜Ｓ
ｎは対物レンズ７の励磁が焦点合わせ値の面積Ｓn/2 よ
り小さい範囲である。

【０１０３】次に照明レンズ調整部３９は、ステップ＃
６において、対物レンズ７の励磁の焦点合わせ値より小
さい範囲のビームプロファイルの各面積Ｓo 〜Ｓ(n-2)/
2 と焦点合わせ値より大きい範囲の各面積Ｓ(n+2)/2 〜
Ｓｎとの各面積差をそれぞれ求め、これら面積差の合計
値ΔＳｊを求める。

【０１０４】この差の合計値ΔＳｊは、 ΔＳｊ＝｜Ｓo −Ｓｎ｜＋｜Ｓ1 −Ｓn-1 ｜＋ … ＋｜Ｓ(n-2)/2 −Ｓ(n+2)/2 ｜ …(3) により表される。

【０１０５】すなわち、図６に示すように対物レンズ７
の励磁の最も小さいビームプロファイル面積Ｓo と最も
大きいビームプロファイル面積Ｓｎとの差｜Ｓo −Ｓｎ
｜を求め、同様にして次に励磁の小さいビームプロファ
イル面積Ｓ1 と次に大きいビームプロファイル面積Ｓn-
1 との差を求め、以下同様にしてビームプロファイル面
積Ｓ(n-2)/2 とＳ(n+2)/2 との差までを求め、これら面
積の差を合計する。

【０１０６】次に制御部３４は、ビームプロファイル測
定が全て終了したかを判断し、終了しなければ再びステ
ップ＃３に戻る。

【０１０７】再び、プロファイル測定部３８は、ステッ
プ＃３において第２の照明レンズ３の励磁値ＣＬ2 をセ
ットする。この励磁値ＣＬ2 は、上記式(1) により例え
ばジャストフォーカスの調整値によりも小さな値にセッ
トされる。

【０１０８】次にプロファイル測定部３８は、ステップ
＃４において成形ビームを試料１５の面上にフォーカシ
ングし、次にステップ＃５及び＃６を繰り返し実行して
各ビームプロファイルを測定する。

【０１０９】すなわち、第２の照明レンズ３に対する励
磁は図４(b) に示すようにジャストフォーカスの調整値
によりも小さな値にセットされており、この第２の照明
レンズ３の調整値において対物レンズ７の励磁を対物レ
ンズ７の焦点合わせ値を中心として小さな値から大きな
値の範囲で行う。

【０１１０】図５(b) はかかる対物レンズ７の励磁を変
化させたときの各ビームプロファイル波形を示してい
る。これらビームプロファイル波形は、対物レンズ７の
励磁が焦点合わせ値よりも小さいときにクロスオーバ像
がでるので、その波高は高くなる。

【０１１１】次に照明レンズ調整部３９は、ステップ＃
６においてこれらビームプロファイルの各面積Ｓo 、Ｓ
1 、…Ｓn/2 、…Ｓn-1 、Ｓｎを演算し求め、ステップ
＃７において対物レンズ７の励磁の焦点合わせ値より小
さい範囲のビームプロファイルの各面積Ｓo 〜Ｓ(n-2)/
2 と焦点合わせ値より大きい範囲の各面積Ｓ(n+2)/2〜
Ｓｎとの各差をそれぞれ求め、これら差の合計値ΔＳｊ
を求める。

【０１１２】再び、プロファイル測定部３８は、ステッ
プ＃３に戻って第２の照明レンズ３の励磁値ＣＬ2 をジ
ャストフォーカスの調整値によりも大きな値にセット
し、以下同様に、対物レンズ７の励磁を変化させて各ビ
ームプロファイルを測定し、かつ対物レンズ７の励磁の
焦点合わせ値より小さい範囲のビームプロファイルの各
面積Ｓo 〜Ｓ(n-2)/2 と焦点合わせ値より大きい範囲の
各面積Ｓ(n+2)/2 〜Ｓｎとの各差をそれぞれ求め、これ
ら差の合計値ΔＳｊを求める。

【０１１３】次に照明レンズ調整部３９は、ステップ＃
８に移り、図７に示すように各ビームプロファイル面積
の差の合計値ΔＳｊの２次回帰曲線の近似を行い、次の
ステップ＃９において２次回帰曲線における極小点から
第２の照明レンズ３の励磁値（調整値）ＣＬ2jを求め
る。

【０１１４】次に照明レンズ調整部３９は、ステップ＃
１０において２次回帰曲線から求めた第２の照明レンズ
３の励磁値ＣＬ2jを主制御器３３を通して照明励磁部３
４にセットする。

【０１１５】この結果、ビームプロファイルにクロスオ
ーバ像が現れない調整が行われる。

【０１１６】このように上記第１の実施の形態において
は、第２の照明レンズ３の励磁をセットし、このときの
対物レンズ７の励磁を変化させて各ビームプロファイル
を測定し、このうち対物レンズ励磁の焦点合わせ値より
も大きな範囲の値のときの各ビームプロファイルと小さ
な範囲の値のときの各ビームプロファイルと各面積差が
最小となる第２の照明レンズ３の励磁に調整するように
したので、自動的にビームプロファイルにクロスオーバ
像が現れないようにクロスオーバ像を対物レンズ７の主
面位置に精度高く合わせられる。

【０１１７】そのうえ、各ビームプロファイルの面積差
の合計値ΔＳｊの２次回帰曲線の近似を行い、この２次
回帰曲線における極小点から第２の照明レンズ３の励磁
値ＣＬ2jを求めるので、高精度でクロスオーバ像を対物
レンズ７の主面位置に合わせることができ、成形ビーム
を照射するときの光学的再現性を従来よりも１００倍以
上向上できる。

【０１１８】この結果、試料１５面上のビームプロファ
イルにクロスオーバ像が現れず、試料１５面上における
成形ビームのフォーカシング精度、非点補正精度を高く
でき、描画精度を高くできる。

【０１１９】又、試料１５としての半導体ウエハにおけ
る描画面全面の高さが一様に設定されない場合でも、ビ
ームプロファイルが一様に変わることになり描画精度を
向上できる。

【０１２０】なお、上記第１の実施例は、次の通りに変
形してもよい。

【０１２１】例えば、荷電ビーム描画装置であれば図１
に示す電子光学系に限ることはなく、又、電磁レンズに
限らず静電レンズを用いてもよい。

【０１２２】(2) 次に本発明の第２の実施の形態につい
て説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付し
てその詳しい説明は省略する。

【０１２３】図８は荷電ビーム描画装置の構成図であ
る。

【０１２４】電子銃１から出射される荷電ビームの進行
路上には、縮小レンズ６と対物レンズ７との間に副偏向
器１０ａが配置され、対物レンズ７とともに主偏向器１
０ｂが配置されている。

【０１２５】これら荷電ビームの進行路上に配置される
成形偏向器９、副偏向器１０ａ及び主偏向器１０ｂに
は、それぞれ成形偏向制御器４０、副偏向制御器４１及
び主偏向制御器４２が接続されて各励磁が制御されてい
る。

【０１２６】これに荷電ビーム光学系の下方には、試料
を載置するＸＹテーブル４３が設けられ、これがＸＹテ
ーブル制御器４４により移動制御される。

【０１２７】このＸＹテーブル制御器４４は、ＸＹテー
ブル４３の下面に設置された測長用ミラー４５からの反
射レーザ光を受光して距離Ｐｌを測長する測長用レーザ
発振器４６からの測長信号を入力してＸＹテーブル４３
を移動制御する機能を有している。

【０１２８】なお、距離Ｐｌは、測長用レーザ発振器４
６と測長用ミラー４５との間の距離である。

【０１２９】ＸＹテーブル４３上には、粒子台４７が設
けられ、この粒子台４７上に複数の金粒子２０が載置さ
れている。

【０１３０】一方、反射電子検出器１６の出力端子に
は、信号増幅器３０を介して信号処理回路４８及びオシ
ロスコープ３２が接続されている。

【０１３１】従って、ビームプロファイルの測定は、上
記同様に金粒子２０に対して成形ビームＱをスキャン
し、金粒子２０からの反射電子を反射電子検出器１６に
より検出し、その検出信号を信号増幅器３０により増幅
して信号処理回路４８及びオシロスコープ３２に送るこ
とにより行うものとなっている。

【０１３２】又、これら信号処理回路４８、成形偏向制
御器４０、副偏向制御器４１及び主偏向制御器４２は、
主制御器４９により動作制御されている。

【０１３３】このうち信号処理回路４８は、主制御器４
９による動作制御により測定されたビームプロファイル
と基準ビームプロファイルとをパターンマッチングして
成形ビームＱの位置を検出する位置検出手段としての機
能を有している。

【０１３４】図９はかかる信号処理回路４８の具体的な
構成図である。

【０１３５】ＣＰＵから成る制御部５０には、プロファ
イルメモリ５１及びデータメモリ５２が接続され、かつ
制御部５０から発せられる各指令により処理部５３、基
準データ作成部５４及び位置検出部５５が作動するもの
となっている。

【０１３６】又、制御部５０には、各入力部５６、５７
及び出力部５８が接続され、一方の入力部５６には信号
増幅器３０の出力端子が接続され、他方の入力部５７に
はキーボード５９及びマウス６０が接続されている。
又、出力部５８には主制御器４９が接続されている。

【０１３７】処理部５３は、入力部５６を通して入力さ
れる反射電子検出器１６の検出信号を信号処理してビー
ムプロファイルとしてプロファイルメモリ５１に記憶す
る機能を有している。

【０１３８】基準データ作成部５４は、データメモリ５
２に記憶されているビームプロファイル関数に基づいて
基準ビームプロファイルを作成する機能を有している。

【０１３９】ここで、データメモリ５２に記憶されてい
るビームプロファイル関数は、図１０に示す楕円ビーム
プロファイル関数Ｇ、及び図１１に示すように楕円ビー
ムプロファイル関数Ｇに回転成分を持たせた楕円ビーム
プロファイル関数Ｇとなっている。

【０１４０】この楕円ビームプロファイル関数Ｇは、

【数１】

【０１４１】により表され、回転成分を持たせた楕円ビ
ームプロファイル関数Ｇは、

【数２】

【０１４２】により表される。

【０１４３】又、データメモリ５２には、ビーム形状設
計画像データが記憶されている。

【０１４４】従って、基準データ作成部５４は、データ
メモリ５２から楕円ビームプロファイル関数Ｇ及びビー
ム形状設計画像データを読み出し、これら楕円ビームプ
ロファイル関数Ｇとビーム形状設計画像データとの相互
相関関数から基準ビームプロファイルの画像データを作
成する機能を有している。

【０１４５】位置検出部５５は、基準データ作成部５４
により作成された基準ビームプロファイルの画像データ
とプロファイルメモリ５１に記憶されている測定ビーム
プロファイルのデータとをパターンマッチングして成形
ビームＱの位置を検出する機能を有している。

【０１４６】なお、信号処理回路４８には、上記第１の
実施例におけるプロファイル測定部３８及び照明レンズ
調整部３９の各機能を備えてもよい。すなわち、プロフ
ァイル測定部３８は、第２の照明レンズ３の励磁を変化
させ、これら励磁の変化値毎に、対物レンズ７の励磁を
焦点合わせ値よりも大きな値から小さな値の範囲で変化
させ、このときの試料１５の面位置における成形ビーム
の各ビームプロファイルを測定する機能である。

【０１４７】照明レンズ調整部３９は、プロファイル測
定部３８により測定された対物レンズ７の励磁の焦点合
わせ値よりも大きな値のときの各ビームプロファイルと
小さな値のときの各ビームプロファイルと面積差を求
め、これら面積差の合計値が最小となる第２の照明レン
ズ３の励磁を決める機能である。

【０１４８】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。

【０１４９】電子銃１から出射された荷電ビームによる
クロスオーバ像は、第１の照明レンズ２、第２の照明レ
ンズ３、第１の投影レンズ４、第２の投影レンズ５及び
縮小レンズ６により５回結像され、最終的に対物レンズ
７の主面に結像される。

【０１５０】これと共に電子銃１から出射された荷電ビ
ームは、第１の成形アパーチャ１２を通過し、この後、
成形偏向器９により偏向されて第２の成形アパーチャ１
３を通過することにより、これら第１及び第２の成形ア
パーチャを組み合わせたアパーチャ形状Ｑａに形成され
る。

【０１５１】この成形ビームは、第２の成形アパーチャ
１３上に結像され、この後に縮小レンズ６及び対物レン
ズ７により金粒子２０上に照射される。このとき成形ビ
ームは、副偏向器１０ａ及び主偏向器１０ｂによる偏向
作用により金粒子２０上にスキャンされる。

【０１５２】このとき反射電子検出器１６は、金粒子２
０から生じる反射電子を検出し、その検出信号を信号増
幅器３０を通して信号処理回路４８及びオシロスコープ
３２に送る。

【０１５３】この信号処理回路４８の処理部５３は、反
射電子検出器１６の検出信号を信号処理し、例えば図２
６に示す真球でない測定ビームプロファイルとしてプロ
ファイルメモリ５１に記憶する。

【０１５４】一方、基準データ作成部５４は、データメ
モリ５２から楕円ビームプロファイル関数Ｇ及びビーム
形状設計画像データを読み出し、これら楕円ビームプロ
ファイル関数Ｇとビーム形状設計画像データとの相互相
関関数から基準ビームプロファイルの画像データを作成
する。

【０１５５】図１２はこれら楕円ビームプロファイル関
数Ｇとビーム形状設計画像データとの相互相関関数から
作成される基準ビームプロファイルを示しており、この
基準ビームプロファイルのｘ方向のエッジ分解能はｙ方
向のエッジ分解能よりも大きいことが分かる。

【０１５６】又、基準データ作成部５４は、データメモ
リ５２から回転成分を持つ楕円ビームプロファイル関数
Ｇ及びビーム形状設計画像データを読み出すと、図１３
に示すようにこれら楕円ビームプロファイル関数Ｇとビ
ーム形状設計画像データとの相互相関関数から基準ビー
ムプロファイルの画像データを作成する。

【０１５７】この基準ビームプロファイルは、回転成分
θを持っているので、対角でない部分のエッジ分解能が
回転成分θに対応した変化を示す。

【０１５８】ここで、楕円の形状の表す各径ａ、ｂ、回
転成分θは、測定されたビームプロファイルの形状分布
と等しくなるように選択される。なお、この選択は、キ
ーボード５９又はマウス６０により選択入力される。

【０１５９】このように基準ビームプロファイルが作成
されると、位置検出部５５は、この作成された基準ビー
ムプロファイルの画像データとプロファイルメモリ５１
に記憶されている測定ビームプロファイルのデータとを
受け、これら基準ビームプロファイルと測定ビームプロ
ファイルとを一致させるように（以下ではパターンマッ
チングを例にする）して成形ビームＱの位置を検出す
る。

【０１６０】このとき、測定ビームプロファイルと基準
ビームプロファイルとは、ｘ方向ｙ方向の各エッジ分解
能がそれぞれ同一であり、パターンマッチングにより成
形ビームＱの位置を誤差を発生せずに検出される。

【０１６１】このように上記第２実施の形態において
は、金粒子２０に対して成形ビームＱをスキャンしてビ
ームプロファイルを測定し、この測定ビームプロファイ
ルと楕円ビームプロファイル関数Ｇに基づいて作成され
た基準ビームプロファイルとをパターンマッチングして
成形ビームＱの位置を検出するので、測定ビームプロフ
ァイルと基準ビームプロファイルとにおいてｘ方向ｙ方
向の各エッジ分解能がそれぞれ異なることなく、パター
ンマッチングにより成形ビームＱの位置を誤差なく精度
高く位置検出ができる。

【０１６２】又、回転成分θを持った楕円ビームプロフ
ァイル関数Ｇを用いるので、楕円の形状の表す各径ａ、
ｂ、回転成分θを選択することにより基準ビームプロフ
ァイルを測定ビームプロファイルに合わせることがで
き、成形ビームＱの位置検出の精度を従来よりも２倍以
上高くできる。

【０１６３】さらに、上記第１の実施の形態におけるプ
ロファイル測定部３８及び照明レンズ調整部３９の各機
能を備えることにより、自動的にビームプロファイルに
クロスオーバ像が現れないようにクロスオーバ像を対物
レンズ７の主面位置に精度高く合わせられる。

【０１６４】従って、成形ビームＱの位置検出の精度を
高くし、かつクロスオーバ像を対物レンズ７の主面位置
に精度高く合わせることができるので、試料１５に対す
る描画精度をさらに向上できる。

【０１６５】(3) 次に本発明の第３の実施の形態につい
て説明する。なお、図８と同一部分には同一符号を付し
てその詳しい説明は省略する。

【０１６６】図１４は荷電ビーム描画装置の構成図であ
る。

【０１６７】粒子台４７には、図１５に示すように複数
の金粒子２０が載置されている。

【０１６８】一方、主制御器７０は、副偏向制御器４１
及び主偏向制御器４２を制御して成形ビームＱを偏向し
たとき、副偏向器１０ａ及び主偏向器１０ｂに対する励
磁の大きさから距離Ｐｄを求め、かつＸＹテーブル制御
器４４から送られてくる距離Ｐｌを受け、これら距離Ｐ
ｄ及び距離Ｐｌから金粒子２０の位置を求める機能を有
している。

【０１６９】信号処理回路７１は、主制御器７０の制御
により粒子台４７に載置されている複数の金粒子２０か
らビーム検出用の粒子として適切な金粒子２０を選定す
る機能を有している。

【０１７０】図１５はかかる信号処理回路７１の具体的
な構成図である。

【０１７１】ＣＰＵから成る制御部７２には、プロファ
イルメモリ７３及び粒子選定メモリ７４が接続され、か
つ制御部７２から発せられる各指令によりプロファイル
測定部７５、粒子検出部７６、粒子検索部７７及び粒子
選定部７８が作動するものとなっている。

【０１７２】又、制御部７２には、各入力部７９、８０
及び出力部８１が接続され、一方の入力部７９には信号
増幅器３０の出力端子が接続され、他方の入力部８０に
はキーボード８１及びマウス８２が接続されている。
又、出力部８１には主制御器７０が接続されている。

【０１７３】プロファイル測定部７５は、入力部７９を
通して入力される反射電子検出器１６の検出信号を信号
処理して測定ビームプロファイルとしてプロファイルメ
モリ７３に記憶する機能を有している。

【０１７４】粒子検出部７６は、複数の金粒子２０に対
して成形ビームＱをスキャンしたときのそのスキャン波
形のピークを検出し、このピーク検出の旨を主制御器７
０に送出する機能を有している。

【０１７５】この主制御器７０は、ピーク検出の旨を受
けたとき、上記の如く距離Ｐｄ及び距離Ｐｌから金粒子
２０の位置座標Ｐijk （Ｘijk 、Ｙijk ）を算出するも
のとなる。なお、ｉ＝１〜ｌ、ｊ＝１〜ｍ、ｋ＝１〜ｎ
である。又、Ｐ＝Ｐｌ＋Ｐｄで示される静止座標系とす
る。

【０１７６】このように粒子検出部７６により金粒子２
０の位置検出を行う場合、主制御器７０は副偏向制御器
４１及び主偏向制御器４２による励磁を制御し、かつＸ
Ｙテーブル制御器４４はＸＹテーブル４３を移動制御
し、成形ビームＱのスキャン範囲を図１７に示すように
ｌ×ｍに分割した各ブロックＢlmごとに行うものとなっ
ている。

【０１７７】ここで、各ブロックＢlm内における成形ビ
ームＱのスキャンは、副偏向制御器４１により励磁制御
で行い、各ブロックの選択は主偏向制御器４２による励
磁及びＸＹテーブル４３の移動制御により行う。

【０１７８】粒子検索部７７は、粒子検出部７６により
検出された各金粒子２０の位置座標Ｐijk から各金粒子
２０の間隔δを求め、互いに所定間隔以上離れている金
粒子２０を検索する機能を有している。

【０１７９】各金粒子２０の間隔δは、次式を算出して
求め、隣接する各ブロックＢlm間の各金粒子２０に対し
ても行う。

【０１８０】

【数３】

【０１８１】従って、粒子検索部７７は、各金粒子２０
の間隔δのうち最小値δmin が許容値δT 以上であれば
合格としてその金粒子２０を検索する機能を有してい
る。

【０１８２】この金粒子２０の検索の後、主制御器７０
は、検索された金粒子２０に対して成形ビームＱをスキ
ャンし、金粒子２０からの反射電子を検出してビームプ
ロファイルを測定する機能を有している。

【０１８３】この場合、主制御器７０は、成形ビームＱ
を金粒子２０に対してビーム径の５倍程度の領域にスキ
ャンさせて金粒子２０の重心を求め、金粒子２０の重心
を通るＸ方向及びＹ方向の各ビームプロファイルを測定
する機能を有している。

【０１８４】粒子選定部７８は、この測定されたビーム
プロファイルにおけるＸ方向のエッジ分解能ｒ１、ｒ２
及びＹ方向のエッジ分解能ｒ３、ｒ４を求め、これらエ
ッジ分解能ｒ１〜ｒ４が許容値ｒT 以下となる金粒子２
０を合格として選定する機能を有している。

【０１８５】又、この粒子選定部７８は、合格として選
定した金粒子２０の座標（Ｘ、Ｙ）、各金粒子２０の間
隔δのうち最小値δmin 、エッジ分解能ｒ１〜ｒ４を粒
子選定メモリ７４に記憶して粒子選定表を作成する機能
を有している。

【０１８６】なお、信号処理回路７１には、上記第１の
実施例におけるプロファイル測定部３８及び照明レンズ
調整部３９、さらに上記第２の実施例における基準デー
タ作成部５４及び位置検出部５５の各機能を備えてもよ
い。すなわち、プロファイル測定部３８は、第２の照明
レンズ３の励磁を変化させ、これら励磁の変化値毎に、
対物レンズ７の励磁を焦点合わせ値よりも大きな値から
小さな値の範囲で変化させ、このときの試料１５の面位
置における成形ビームの各ビームプロファイルを測定す
る機能である。

【０１８７】照明レンズ調整部３９は、プロファイル測
定部３８により測定された対物レンズ７の励磁の焦点合
わせ値よりも大きな値のときの各ビームプロファイルと
小さな値のときの各ビームプロファイルと面積差を求
め、これら面積差の合計値が最小となる第２の照明レン
ズ３の励磁を決める機能である。

【０１８８】基準データ作成部５４は、楕円ビームプロ
ファイル関数Ｇ及びビーム形状設計画像データを読み出
し、これら楕円ビームプロファイル関数Ｇとビーム形状
設計画像データとの相互相関関数から基準ビームプロフ
ァイルの画像データを作成する機能である。

【０１８９】位置検出部５５は、基準データ作成部５４
により作成された基準ビームプロファイルの画像データ
と測定ビームプロファイルのデータとをパターンマッチ
ングして成形ビームＱの位置を検出する機能である。

【０１９０】なお、反射電子検出器１６から出力され検
出信号を増幅する信号増幅器３０のゲイン・レベル調整
は、成形ビームＱの各ブロックＢlmに対するスキャンご
とに行い、画像データの最大値と最小値が飽和レベルに
ならないように、又、入力範囲内に広範囲に入力される
ように調整する。

【０１９１】粒子台４７上には、金粒子２０と比較して
大きな異物があり、この異物からの信号レベルが最大値
になることも有り得るので、予め使用できる金粒子２０
の大きさに合せたゲイン・レベルの最大値を求め、これ
を越えないように制限を設ける。この制限を設けること
により誤って大きな異物を検出することはない。

【０１９２】又、金粒子２０と同等レベルの大きさの異
物に対しては、ビームプロファイルのエッジ分解能によ
って判別される。

【０１９３】次に上記の如く構成された装置での金粒子
２０の選定作用について説明する。

【０１９４】電子銃１から出射された荷電ビームによる
クロスオーバ像は、第１の照明レンズ２、第２の照明レ
ンズ３、第１の投影レンズ４、第２の投影レンズ５及び
縮小レンズ６により５回結像され、最終的に対物レンズ
７の主面に結像される。

【０１９５】これと共に電子銃１から出射された荷電ビ
ームは、第１の成形アパーチャ１２を通過し、この後、
成形偏向器９により偏向されて第２の成形アパーチャ１
３を通過することにより、これら第１及び第２の成形ア
パーチャを組み合わせたアパーチャ形状Ｑａに形成され
る。

【０１９６】この成形ビームは、第２の成形アパーチャ
１３上に結像され、この後に縮小レンズ６及び対物レン
ズ７により金粒子２０上に照射される。このとき成形ビ
ームは、副偏向器１０ａ及び主偏向器１０ｂによる偏向
作用により金粒子２０上にスキャンされる。

【０１９７】この場合、主制御器７０は、副偏向制御器
４１及び主偏向制御器４２による励磁を制御し、かつＸ
Ｙテーブル制御器４４はＸＹテーブル４３を移動制御
し、成形ビームＱのスキャン範囲を図１７に示すように
ｌ×ｍに分割した各ブロックＢlmごとに行う。

【０１９８】ここで、各ブロックＢlm内における成形ビ
ームＱのスキャンは、副偏向制御器４１による副偏向器
１０ａの励磁制御で行い、各ブロックＢlmの選択は主偏
向制御器４２による主偏向器１０ｂの励磁及びＸＹテー
ブル４３の移動制御により行う。

【０１９９】この場合、成形ビームＱのスキャンは、各
ブロックＢ11、Ｂ12、Ｂ13、…Ｂ1m、Ｂ21、Ｂ22、…Ｂ
2m、…Ｂlmの順で、各ブロックＢlm内を面状に行う。

【０２００】このように成形ビームＱを各ブロックＢlm
ごとにスキャンしたとき、反射電子検出器１６は、金粒
子２０から生じる反射電子を検出し、その検出信号を信
号増幅器３０を通して信号処理回路７１及びオシロスコ
ープ３２に送る。

【０２０１】この信号処理回路７１の粒子検出部７６
は、複数の金粒子２０に対して成形ビームＱをスキャン
したときのそのスキャン波形のピークを検出し、このピ
ーク検出の旨を主制御器７０に送出する。

【０２０２】この主制御器７０は、ピーク検出の旨を受
けたとき、成形ビームＱの照射位置までの距離Ｐｄ及び
ＸＹテーブル４３までの距離Ｐｌから金粒子２０の位置
座標Ｐijk （Ｘijk 、Ｙijk ）を算出する。

【０２０３】この金粒子２０の位置座標Ｐijk を求める
とき、同一ブロックＢlm内に複数の金粒子２０があれ
ば、複数のスキャン波形のピークが生じ、これらピーク
ごとに位置座標Ｐijk を求める。

【０２０４】図１８はブロック内で検出された各金粒子
２０の座標、例えば座標（Ｘ111 ，Ｙ111 ）（Ｘ112 ，
Ｙ112 ）（Ｘ113 ，Ｙ113 ）を示している。

【０２０５】次に粒子検索部７７は、粒子検出部７６に
より検出された各金粒子２０の座標Ｐijk から各金粒子
２０の間隔δを上記式(6) を演算して求め、これら金粒
子２０の間隔δのうち最小値δmin が許容値δT 以上で
あれば合格としてその金粒子２０を検索する。

【０２０６】すなわち、金粒子２０が所定間隔以上離れ
ていなければ、成形ビームＱの光軸がずれた場合、金粒
子２０の座標がずれてしまい、目的以外の金粒子２０を
検索するからである。なお、金粒子２０の座標がずれが
１０μｍ以内であれば許容できる。

【０２０７】次に金粒子２０の検索が終了すると、主制
御器７０は、検索された金粒子２０に対し、成形ビーム
Ｑをビーム径の５倍程度の領域でスキャンさせて図１９
に示すように金粒子２０の重心を求め、この重心を通る
Ｘ方向及びＹ方向の各ビームプロファイルを測定する。

【０２０８】すなわち、プロファイル測定部７５は、入
力部７９を通して入力される反射電子検出器１６の検出
信号を信号処理してビームプロファイルとしてプロファ
イルメモリ７３に記憶する。このビームプロファイルの
測定は、検索された全ての金粒子２０に対して測定され
る。

【０２０９】次に粒子選定部７８は、これら測定された
ビームプロファイルにおいて図２０(a) に示すようにＸ
方向のエッジ分解能ｒ１、ｒ２、及び同図(b) に示すよ
うにＹ方向のエッジ分解能ｒ３、ｒ４を求める。

【０２１０】次に粒子選定部７８は、これらエッジ分解
能ｒ１〜ｒ４が許容値ｒT 以下であるかを判断し、全て
のエッジ分解能ｒ１〜ｒ４が許容値ｒT 以下となる金粒
子２０を合格として選定する。

【０２１１】この金粒子２０の選定の後、粒子選定部７
８は、合格とした金粒子２０の座標（Ｘ、Ｙ）、各金粒
子２０の間隔δのうち最小値δmin 、エッジ分解能ｒ１
〜ｒ４を粒子選定メモリ７４に記憶し、図２１に示す粒
子選定表を作成する。

【０２１２】このように上記第３の実施の形態において
は、複数の金粒子２０に対して成形ビームＱをスキャン
して各金粒子２０の座標を検出し、これら金粒子２０の
座標から各金粒子２０間の間隔を求めて互いに所定間隔
以上離れている金粒子２０を検索し、次に各金粒子２０
に対して成形ビームＱをスキャンしてビームプロファイ
ルを測定し、このビームプロファイルにおけるエッジ分
解能ｒ１〜ｒ４が許容値ｒT 以下となる金粒子２０を選
定するので、ビーム検出用の金粒子２０を従来よりも１
０分の１の短時間でかつ自動的に選定ができる。

【０２１３】又、この金粒子２０の選定は、各金粒子２
０間の間隔やビームプロファイルにおける各エッジ分解
能を求めて行うので、ビーム検出用として最適な金粒子
２０を確実に選定できる。

【０２１４】又、ビーム検出用として選定された各金粒
子２０の座標、各金粒子２０の間隔δのうち最小値δmi
n 、エッジ分解能ｒ１〜ｒ４を粒子選定表として記憶す
るので、ビーム検出用の各金粒子２０の把握が簡単とな
り、かつ金粒子２０の交換時期を予測できるようにな
る。

【０２１５】そのうえ、上記第１の実施の形態における
プロファイル測定部３８及び照明レンズ調整部３９の各
機能を備えることにより、自動的にビームプロファイル
にクロスオーバ像が現れないようにクロスオーバ像を対
物レンズ７の主面位置に精度高く合わせられる。

【０２１６】さらに上記第２の実施の形態における基準
データ作成部５４及び位置検出部５５の各機能を備える
ことにより、測定ビームプロファイルと基準ビームプロ
ファイルとにおいてｘ方向ｙ方向の各エッジ分解能がそ
れぞれ異なることなく、パターンマッチングにより成形
ビームＱの位置を誤差なく精度高く位置検出ができる。

【０２１７】従って、成形ビームＱの位置検出の精度を
高くし、かつクロスオーバ像を対物レンズ７の主面位置
に精度高く合わせることができるので、試料１５に対す
る描画精度をさらに向上できる。

【０２１８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、試
料に対する描画精度を高くできる荷電ビーム描画装置を
提供できる。

【０２１９】又、本発明によれば、ビームプロファイル
にクロスオーバ像が現れないようにクロスオーバ像を対
物レンズの主面位置に精度高く合わせることができる荷
電ビーム描画装置を提供できる。

【０２２０】又、本発明によれば、精度高い成形ビーム
の位置検出ができる荷電ビーム描画装置を提供できる。

【０２２１】又、本発明によれば、短時間でビーム検出
用の粒子を選定できる荷電ビーム描画装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる荷電ビーム描画装置の第１の実
施の形態を示す構成図。

【図２】信号処理回路の具体的な構成図。

【図３】第２の照明レンズ調整のフローチャート。

【図４】第２の照明レンズの励磁に対する成形ビーム及
びクロスオーバ像の関係図。

【図５】対物レンズ励磁を変化させたときのビームプロ
ファイルを示す図。

【図６】各ビームプロファイルセン面積差を示す図。

【図７】２次回帰曲線から得られる第２の照明レンズ励
磁の調整値を示す図。

【図８】本発明に係わる荷電ビーム描画装置の第２の実
施の形態を示す構成図。

【図９】信号処理回路の具体的な構成図。

【図１０】楕円ビームプロファイル関数の模式図。

【図１１】回転成分を持たせた楕円ビームプロファイル
関数の模式図。

【図１２】基準ビームプロファイルの作成を示す模式
図。

【図１３】回転成分を有する基準ビームプロファイルの
作成を示す模式図。

【図１４】本発明に係わる荷電ビーム描画装置の第３の
実施の形態を示す構成図。

【図１５】金粒子の載置を状態を示す図。

【図１６】信号処理回路の具体的な構成図。

【図１７】成形ビームをスキャンする各ブロックを示す
図。

【図１８】金粒子の座標を示す図。

【図１９】金粒子に対する重心でのプロファイル測定を
示す図。

【図２０】ビームプロファイルのエッジ分解能を示す
図。

【図２１】ビーム検出用として最適な金粒子の粒子選定
表を示す図。

【図２２】従来の荷電ビーム描画装置の構成図。

【図２３】成形アパーチャの構成図。

【図２４】ビームプロファイルの測定方法を示す図。

【図２５】真球の場合のビームプロファイルの模式図。

【図２６】真球でない場合のビームプロファイルの模式
図。

【図２７】基準のビームプロファイルの模式図。

【図２８】ガウシアン分布関数を示す図。

【図２９】ビーム形状設計画像データの模式図。

【符号の説明】

１…電子銃、２…第１の照明レンズ、３…第２の照明レ
ンズ、４…第１の投影レンズ、５…第２の投影レンズ、
６…縮小レンズ、７…対物レンズ、９…成形偏向器、１
０…対物偏向器、１０ａ…副偏向器、１０ｂ…主偏向
器、１２…第１の成形アパーチャ、１３…第２の成形ア
パーチャ、１５…試料、１６…反射電子検出器、３１…
信号処理回路、３２…オシロスコープ、３３…制御器、
３４…照明励磁器、３５…対物レンズ励磁器、３８…プ
ロファイル測定部、３９…照明レンズ調整部、４８…信
号処理回路、５４…基準データ作成部、５５…位置検出
部、７１…信号処理回路、７５…プロファイル測定部、
７６…粒子検出部、７７…粒子検索部、７８…粒子選定
部。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃から出射される荷電ビームの進行
   路上に照明レンズや成形アパーチャ、対物レンズを配置
   し、前記成形アパーチャにより成形された成形ビームを
   試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描画装置におい
   て、 前記照明レンズの励磁を変化させ、かつこれら励磁にお
   いて前記対物レンズの励磁を焦点合わせ値よりも大きな
   値又は小さな値に変化させたときの前記試料面位置にお
   ける前記成形ビームの各ビームプロファイルを測定する
   プロファイル測定手段と、 このプロファイル測定手段により測定された前記対物レ
   ンズ励磁の焦点合わせ値よりも大きな値のときの各ビー
   ムプロファイルと小さな値のときの各ビームプロファイ
   ルとの差が最小となる前記照明レンズの励磁に調整する
   照明レンズ調整手段と、を具備したことを特徴とする荷
   電ビーム描画装置。
2. 【請求項２】 プロファイル測定手段は、照明レンズの
   励磁値を少なくともクロスオーバ像が対物レンズ主面上
   に結像される値、及び対物レンズ主面の前後にそれぞれ
   結像される各値に変化させ、かつこれら励磁値において
   前記対物レンズの励磁を焦点合わせ値よりも大きな値又
   は小さな値に変化させたときの前記試料面位置における
   前記成形ビームの各ビームプロファイルを測定すること
   を特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置。
3. 【請求項３】 プロファイル測定手段は、試料面位置に
   配置された粒子に対して成形ビームをスキャンし、前記
   粒子からの反射電子を検出してビームプロファイルを得
   ることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装
   置。
4. 【請求項４】 照明レンズ調整手段は、前記対物レンズ
   励磁の焦点合わせ値よりも大きい励磁値と小さい励磁値
   との各ビームプロファイルの面積差を求め、これら面積
   差の合計値が最小となる照明レンズの調整値を判断する
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置。
5. 【請求項５】 電子銃から出射される荷電ビームの進行
   路上に照明レンズや成形アパーチャ、対物レンズを配置
   し、前記成形アパーチャにより成形された成形ビームを
   試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描画装置におい
   て、 試料面位置に配置された粒子に対して前記成形ビームを
   スキャンし、前記粒子からの反射電子を検出してビーム
   プロファイルを測定するプロファイル測定手段と、 所望のビームプロファイル関数に基づいて基準ビームプ
   ロファイルを作成する基準データ作成手段と、 前記プロファイル測定手段により測定されたビームプロ
   ファイルと前記基準ビームプロファイルとの一致を取っ
   て前記成形ビームの位置を検出する位置検出手段と、を
   具備したことを特徴とする荷電ビーム描画装置。
6. 【請求項６】 基準データ作成手段は、楕円ビームプロ
   ファイル関数、又はこのビームプロファイル関数に回転
   成分を持たせた関数を用いることを特徴とする請求項５
   記載の荷電ビーム描画装置。
7. 【請求項７】 電子銃から出射される荷電ビームの進行
   路上に照明レンズや成形アパーチャ、対物レンズを配置
   し、前記成形アパーチャにより成形された成形ビームを
   試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描画装置におい
   て、 試料面位置に配置された複数の粒子に対して前記成形ビ
   ームをスキャンしてそのスキャン波形のピークから前記
   各粒子の位置を検出する粒子検出手段と、 この粒子検出手段により検出された前記各粒子の位置か
   ら前記各粒子間の間隔を求めて互いに所定間隔以上離れ
   ている前記粒子を検索する粒子検索手段と、 この粒子検索手段により検索された前記粒子に対して前
   記成形ビームをスキャンし、前記粒子からの反射電子を
   検出してビームプロファイルを測定するプロファイル測
   定手段と、 このプロファイル測定手段により測定されたビームプロ
   ファイルにおけるエッジ分解能を求め、このエッジ分解
   能が許容値以下となる前記粒子を選定する粒子選定手段
   と、を具備したことを特徴とする荷電ビーム描画装置。
8. 【請求項８】 プロファイル測定手段は、粒子に対して
   成形ビーム径の数倍の面を複数方向からスキャンし、前
   記粒子からの反射電子を検出して前記複数方向からの各
   ビームプロファイルを測定することを特徴とする請求項
   ７記載の荷電ビーム描画装置。
9. 【請求項９】 粒子選定手段は、複数方向の各ビームプ
   ロファイルにおける各エッジ分解能を求め、これらエッ
   ジ分解能が全て許容値以下となる粒子を選定することを
   特徴とする請求項７記載の荷電ビーム描画装置。
10. 【請求項１０】 電子銃から出射される荷電ビームの進
    行路上に照明レンズや成形アパーチャ、対物レンズを配
    置し、前記成形アパーチャにより成形された成形ビーム
    を試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描画装置にお
    いて、 前記照明レンズの励磁を変化させ、かつこれら励磁値に
    おいて前記対物レンズの励磁を焦点合わせ値よりも大き
    な値又は小さな値に変化させたときの前記試料面位置に
    おける前記成形ビームの各ビームプロファイルを測定す
    るプロファイル測定手段と、 このプロファイル測定手段により測定された前記対物レ
    ンズ励磁の焦点合わせ値よりも大きな値と小さな値との
    ときにおける各ビームプロファイルの差が最小となる前
    記照明レンズの調整値を判断して調整する照明レンズ調
    整手段と、 前記試料面位置に配置された粒子に対して前記成形ビー
    ムをスキャンし、前記粒子からの反射電子を検出してビ
    ームプロファイルを測定するプロファイル測定手段と、 所望のビームプロファイル関数の画像データとビーム形
    状の設定画像データとの相互相関関数に基づいて基準画
    像データを作成する基準データ作成手段と、 前記プロファイル測定手段により測定されたビームプロ
    ファイルと前記基準画像データとの一致を取って前記成
    形ビームの位置を検出する位置検出手段と、 前記試料面位置に配置された複数の粒子に対して前記成
    形ビームをスキャンしてそのスキャン波形のピークから
    前記各粒子の位置を検出する粒子検出手段と、 この粒子検出手段により検出された前記各粒子の位置か
    ら前記各粒子間の間隔を求めて互いに所定間隔以上離れ
    ている前記粒子を検索する粒子検索手段と、 この粒子検索手段により検索された前記粒子に対して前
    記成形ビームをスキャンし、前記粒子からの反射電子を
    検出してビームプロファイルを測定するプロファイル測
    定手段と、 このプロファイル測定手段により測定されたビームプロ
    ファイルにおけるエッジ分解能を求め、このエッジ分解
    能が許容値以下となる前記粒子を選定する粒子選定手段
    と、を具備したことを特徴とする荷電ビーム描画装置。