JPH11145042A

JPH11145042A - 荷電粒子光学鏡筒の調整方法

Info

Publication number: JPH11145042A
Application number: JP9310621A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Ogasawara; 宗博小笠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JP3512994B2

Abstract

(57)【要約】【課題】合焦点位置の候補が複数存在する場合も非点
収差を正確に補正することができ、より高度な非点収差
の補正及び焦点合わせを可能とする。【解決手段】電子ビームを試料面上のマーク上に２次
元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料面上に
該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる複数の
設定において求める工程と、該工程により得られた２次
元信号分布のそれぞれのフーリエ変換の違いによって決
定される第１の評価関数を用いて非点収差の方向を決定
し、かつ第１の評価関数を処理して得られる第２の評価
関数の焦点設定に対する変化より合焦点位置を求める工
程とを含む電子光学鏡筒の調整方法において、第２の評
価関数の値が非点収差がない場合の合焦点位置付近の２
個所以上で合焦点位置の候補を与えるとき、そのうちの
２個所でのフーリエ変換信号を用いて第１の評価関数を
求め、これにより非点収差の方向を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウェ
ハ上に微細パターンを形成するために用いられる荷電粒
子ビーム描画装置等の荷電粒子光学鏡筒において、非点
収差の補正や焦点合わせを行うための荷電粒子光学鏡筒
の調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造プロセスに用いられる
電子ビーム描画技術では、従来の丸ビームを用いたもの
に加えて、スループットを上げるために、矩形，三角
形，若しくは任意パターンの断面を有するビームを発生
して描画する、可変成形又はキャラクタープロジェクシ
ョン方式の電子ビーム描画装置が用いられている。ま
た、パターン形成の微細化と高精度化が進み、この種の
電子ビーム描画装置においても、ビーム寸法の高精度化
が要求されている。

【０００３】ビーム寸法の高精度化を実現するための条
件の一つとして、ビームの焦点を正確に調節すること、
更には非点収差を除去することが求められる。ビームの
焦点位置を正確に求めるためには、例えば図１（ａ）に
示すように、ビーム１を微細マーク２上で走査し、この
とき得られる図１（ｂ）に示すような反射電子信号の端
部の信号の立ち上がり，立ち下がりの急峻度から合焦点
の程度を求める。図１（ｂ）で矢印で示した線の長さが
狭い程、合焦点位置に近いと考える。また、急峻度の方
向性、例えばｘ方向にマーク上を走査した時とｙ方向に
走査した時とでの急峻度の違いから、非点収差の程度を
求める。

【０００４】マークが、例えば重金属薄膜に微細な孔を
開けて造られたものの場合は、信号の極性が逆になる。
また、マークとして、微小なファラデーカップ構造のも
のを用いて、その流入電流を測定することもできる。

【０００５】ところで、この種のビーム調整において高
精度な測定を行おうとする場合に、以下のような問題が
生じる。即ち、マークの形状は必ずしも真円ではなく方
向性を持っている。特に微細なマークの場合、形状を真
円にするのは困難である。また、成形ビームやキャラク
タービームを用いる装置の場合には、マーク形状の異方
性が問題となる。

【０００６】これに対して本発明者らは、マークから得
られる２次元像のフーリエ変換の違いから、非点方向及
び合焦点位置を決定する方法を既に提案している（特願
平７−２３７４５６号）。しかしこの方法では、合焦点
位置の候補が複数存在する場合、合焦点位置を精度良く
求めることが困難であった。

【０００７】また、より高精度に合焦点位置を求めよう
とすると、マークはできるだけ小さい方がよい。ところ
が、マークからの信号は近似的にはマークの面積に比例
するので、信号はマークの大きさに２乗に比例して小さ
くなる。つまり、精度を上げるためにマークを小さくす
ると、信号のＳＮ比が低下してしまう。この事情を、図
２（ａ）〜（ｃ）で説明する。図２（ａ）では、マーク
が大きく従って信号のＳＮ比は高いが、得られる分解能
は低い。図２（ｂ）では、マークが図２（ａ）よりも小
さくなったため分解能は高くなっているが、ＳＮ比は低
くなっている。さらに図２（ｃ）では、マークが小さい
ため信号のＳＮ比が小さく、従ってビームの分解能の測
定はできない。

【０００８】このように、マークの大きさは許容できる
ＳＮ比によって決められてしまう。即ち、測定の分解能
が信号のＳＮ比によって制限されてしまう。これは、高
精度のビーム調整の観点から深刻な問題である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の荷
電粒子光学鏡筒の調整方法においては、非点が存在する
場合に更に細かく焦点距離を合わせようとすると、合焦
点位置の候補が複数存在し、精度良い調整ができないと
言う問題があった。また、これまでの単一マークを用い
たビーム調整方法においては、分解能が信号のＳＮ比に
よって制限されてしまい、精度良い調整ができないと言
う問題があった。

【００１０】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、合焦点位置の候補が
複数存在する場合も非点収差を正確に補正することがで
き、より高度な非点収差の補正及び焦点合わせを可能と
した荷電粒子光学鏡筒の調整方法を提供することにあ
る。

【００１１】また、本発明の他の目的は、信号のＳＮ比
によって分解能が制限されることはなく高い分解能と高
いＳＮ比を共に満足させることができ、より高度な非点
収差の補正及び焦点合わせを可能とした荷電粒子光学鏡
筒の調整方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。 (1) 荷電粒子光学鏡筒の調整方法において、荷電粒子ビ
ームを試料面上のマーク上に２次元的に走査して得られ
る２次元信号分布を、試料面上に該ビームを収束させる
レンズの焦点距離が異なる複数の設定において求める工
程と、該工程により得られた２次元信号分布のそれぞれ
のフーリエ変換の違いによって決定される第１の評価関
数を用いて非点収差の方向を決定し、かつ第１の評価関
数を処理して得られる第２の評価関数の焦点設定に対す
る変化より合焦点位置を求める工程とを含むこと。

【００１３】(2) 荷電粒子ビームを試料面上のマーク上
に２次元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料
面上に該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる
複数の設定において求める工程と、該工程により得られ
た２次元信号分布のそれぞれのフーリエ変換の違いによ
って決定される第１の評価関数を用いて非点収差の方向
を決定するか、第１の評価関数を処理して得られる第２
の評価関数の焦点設定に対する変化より合焦点位置を求
めるかの少なくとも一方を行う工程とを含む荷電粒子光
学鏡筒の調整方法であって、第２の評価関数の値が非点
収差がない場合の合焦点位置付近の２個所以上で合焦点
位置の候補を与えるとき、そのうちの２個所でのフーリ
エ変換信号を用いて第１の評価関数を求め、この第１の
評価関数から非点収差の方向を求めることを特徴とす
る。

【００１４】(3) (1) 又は(2) において、前記レンズの
異なる焦点距離で求められる２次元信号分布のフーリエ
変換がＩ（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ´（ｋｘ，ｋｙ）で与えら
れるとき、第１の評価関数はＩ（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ´
（ｋｘ，ｋｙ）の絶対値の大小に対応して符号が正負に
決まる関数であり、第２の評価関数は対象とする波数領
域で第１の評価関数を平均又は加重平均したものである
こと。

【００１５】(4) 荷電粒子ビームを試料面上のマーク上
に２次元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料
面上に該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる
複数の設定において求める工程と、該工程により得られ
た２次元信号分布のそれぞれのフーリエ変換の違いによ
って決定される第１の評価関数を用いて非点収差の方向
を決定するか、第１の評価関数を処理して得られる第２
の評価関数の焦点設定に対する変化より合焦点位置を求
めるかの少なくとも一方を行う工程とを含む荷電粒子光
学鏡筒の調整方法であって、第１の評価関数から、波数
空間分布の方向性に依存する第３の評価関数を求め、そ
れぞれの方向に対応する第３の評価関数が同じ焦点設定
位置に合焦点位置の候補を与えるように非点収差の補正
を行うことを特徴とする。

【００１６】(5) (4) において、前記レンズの異なる焦
点距離で求められる２次元信号分布のフーリエ変換がＩ
（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ´（ｋｘ，ｋｙ）で与えられると
き、第１の評価関数はＩ（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ´（ｋｘ，
ｋｙ）の絶対値の大小に対応して符号が正負に決まる関
数であり、第３の評価関数は対象とする波数領域で第１
の評価関数を重みが角度方向に変化する加重平均したも
のであること。

【００１７】(6) 荷電粒子ビームを試料面上のマーク上
に２次元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料
面上に該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる
複数の設定においてそれぞれ測定する工程と、該工程に
より得られた２次元信号分布のそれぞれのフーリエ変換
の違いを用いて、非点収差の方向を決定するか合焦点位
置を求めるかの少なくとも一方を行う工程とを含む荷電
粒子光学鏡筒の調整方法であって、前記測定に用いるビ
ームに相当するビーム面積内を該ビームよりも小さいビ
ームで１次元走査したときに得られる信号に２個以上の
極大又は極小ができるように、前記マークを配置したこ
とを特徴とする。

【００１８】(7) (6) において、２次元信号分布の最大
値が、信号測定系の線形性が成立する範囲にあること。 (8) (6) において、前記マークは、前記測定に用いるビ
ームが一度に照射できる領域に２つ以上配置されるこ
と。

【００１９】(9) (6) において、２次元信号分布の最大
値が、信号測定系のＳＮ比が１よりも十分大きくなる領
域にあること。（作用）本発明（請求項１〜５）において、荷電粒子光
学鏡筒における非点収差の補正及び焦点合わせを行う際
に、第２の評価関数が合焦点位置付近の２個所以上で極
値を有する時にその中央の両側の２個所付近での２次元
像を用いて非点収差の方向を求めるようにしている。又
は、第３の評価関数を用いて異なる方向について合焦点
位置の候補を求め、それらが一致するように調整してい
る。これにより、合焦点位置の候補が複数存在する場合
も非点収差を正確に補正することができ、より高度な非
点収差の補正及び焦点合わせが可能となる。

【００２０】また、本発明（請求項６〜８）では、マー
クは該マークから得られる２次元像の高周波成分が大き
くなるようにしてあり、マークを十分なＳＮ比がとれる
だけ設け、さらに測定系の線形性が成立する範囲に信号
が得られるようにしてある。この条件で、マークよりの
反射信号等より得られる２次元像のフーリエ変換の変化
から、合焦点位置及び非点収差の検出を行うようにして
ある。これにより、大きなＳＮ比が得られる上に、反射
信号より得られる２次元像のフーリエ変換の変化から、
合焦点位置及び非点収差の検出を行うようにしてあるの
で、必要な分解能での調整が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。（第１の実施形態）まず、本発明者らが既に提案してい
るビーム調整方法（周波数空間イメージ変化法：ＦＳＩ
Ｄ法、特願平７−２３７４５６号）について説明する。

【００２２】マークを電子ビームで走査して得られた信
号分布をＩ（ｘ，ｙ）、ビームの電流分布をｂ（ｘ−ｘ
０，ｙ−ｙ０）、マークの分布をｍ（ｘ，ｙ）とする。
ここで、ｘ０，ｙ０はビームの中心の位置とする。Ｉ
（ｘ，ｙ），ｂ（ｘ−ｘ０，ｙ−ｙ０），ｍ（ｘ，ｙ）
の間には比例定数を無視すると、以下の関係式が成立す
ると考えてよい。

【００２３】Ｉ(x,y)=∫∫b(x-x',y-y')m(x',y')dx'dy' … (1) ここで、積分範囲はビームをマークを含まない位置まで
走査して得られた信号であれば、十分な近似で±無限大
ととってよい。さて、関数Ｉ（ｘ，ｙ），ｂ（ｘ，
ｙ），ｍ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換を各々Ｉ（ｋｘ，ｋ
ｙ），Ｂ（ｋｘ，ｋｙ），Ｍ（ｋｘ，ｋｙ）と表すと、
以下の関係式が成立する。

【００２４】Ｉ(kx,ky)=Ｂ(kx,ky) Ｍ(kx,ky) … (2) ところで、ｂ（ｘ，ｙ）はぼけのない理想的なビーム分
布ｂ０（ｘ，ｙ）と、ぼけを表す関数ｔ（ｘ，ｙ）とを
用いて、ｂ(x,y)=∫∫t(x-x',y-y')b0(x',y')dx'dy' … (3) と表される。但し、積分範囲は±無限大である。従っ
て、ｔ（ｘ，ｙ），ｂ０（ｘ，ｙ）のフーリエ変換をＴ
（ｋｘ，ｋｙ），Ｂ０（ｋｘ，ｋｙ）と表せば、Ｂ(kx,ky)=Ｔ(kx,ky) B0(kx,ky) … (4) なる関係が成立する。従って、関係式Ｉ(kx,ky)=Ｔ(kx,ky) B0(kx,ky) Ｍ(kx,ky) … (5) が成立する。

【００２５】いま、対物レンズの異なる焦点距離設定で
の反射電子信号分布をｉ１（ｘ，ｙ），ｉ２（ｘ，ｙ）
とし、その各々のフーリエ変換をＩ１（ｋｘ，ｋｙ），
Ｉ２（ｋｘ，ｋｙ）とする。ここで、Ｉ１（ｋｘ，ｋ
ｙ），Ｉ２（ｋｘ，ｋｙ）の絶対値の大小によって符号
が決まる評価関数Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）を、例えばＲ(kx,ky)= log(|I1(kx,ky)|／|I2(kx,ky)|)… (6) と定義する。式(5) で、レンズの焦点距離を変えた時に
変化するのは十分良い近似でＴ（ｋｘ，ｋｙ）だけであ
るから、Ｉ１（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ２（ｋｘ，ｋｙ）に対
応するＴ（ｋｘ，ｋｙ）を各々Ｔ１（ｋｘ，ｋｙ），Ｔ
２（ｋｘ，ｋｙ）とおくと、Ｒ(kx,ky)= log(|T1(kx,ky)|／|T2(kx,ky)|)… (7) で表される。即ち、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）は、ビーム形状や
マーク形状等によらず決まる。

【００２６】まず、非点収差が存在しない場合について
考える。その場合、ｔ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換して得
られるＴ（ｋｘ，ｋｙ）はＴ（ｋｘ，ｋｙ）＝α exp（−ｋａ² ｋ² ）… (8) と表される。但し、ｋ² ＝ｋｘ² ＋ｋｙ² 、αは比例定
数、ｋａはビームの広がりを示すパラメータである。こ
こで、αは電流が一定であればレンズの焦点距離によら
ないと考えてよい。

【００２７】いま、Ｔ１(kx,ky) = α exp｛-(ｋ/k1)² } Ｔ２(kx,ky) = α exp｛-(ｋ/k2)² } … (9) とすると、Ｒ（kx，ky）＝−（ｋ/k1)² ＋（ｋ/k2)² …(10) となる。原理的には、図３（ａ）に示すように原点、即
ちｋ＝０の点を除き、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）の符号はｋ１，
ｋ２の大小によって決まる。即ち、ｋ１＞ｋ２なら、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）＞０ｋ１＜ｋ２なら、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）＜０ …(11) となる。

【００２８】実用的には、例えば対象とする空間周波数
領域におけるＲ（ｋｘ，ｋｙ）の平均値の符号を用いれ
ば良い。これにより、非点収差が存在する場合でも近似
的に合焦点位置を求めることができる。

【００２９】合焦点位置を求めるには、焦点距離を変え
ながら２次粒子像を測定し、連続する２つの焦点距離設
定条件での２次粒子像に基づいて、上記のＲ（ｋｘ，ｋ
ｙ）を求める。焦点距離、ｚ１，ｚ２，…，ｚｎで、Ｒ
（ｋｘ，ｋｙ）を求めて、これをＲ１，…，Ｒｎとし、
Ｒ０＝０とするとき、ｚｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）にお
いて第２の評価関数Ｆｉ（ｋｘ，ｋｙ）を導入し、Ｆｉ
＝Ｒ０＋Ｒ１＋…＋Ｒｉとする。合焦点位置でＴ（ｋ
ｘ，ｋｙ）の広がりが最大になるとすると、その位置で
Ｆ（ｋｘ，ｋｙ）は最小となる。ここでも、ある点での
Ｆｉ（ｋｘ，ｋｙ）を用いるのではなく、対象とする空
間周波数領域におけるＲ（ｋｘ，ｋｙ）の平均値の符号
を使うのが実用的である。

【００３０】また、非点が存在する時にはＲ（ｋｘ，ｋ
ｙ）の符号分布は、図３（ｂ）に示すように２回対称の
分布となる。非点収差の向きの判定はＲ（ｋｘ，ｋｙ）
を対象とする周波数領域で、角度方向θに対してｅｘｐ
（ｉ２θ）に比例する項を求め、その位相角より非点の
方向を求められる。実用的には、上記で求めた合焦点位
置を挟む焦点距離設定条件を使うことが有利である。

【００３１】非点収差を補正するには、対象とするレン
ズに対応したスティグマタ強度を調節して、上記のｅｘ
ｐ（ｉ２θ）に比例する項のｅｘｐ（ｉ０θ）に比例す
る項への比の絶対値を最小にするようにする。或いは、
スティグマタを非点収差の方向を変えない条件下で調節
していき、角度方向の符号分布が反転するスティグマタ
強度をもって、正しく補正される条件を与える強度とす
ることもできる。

【００３２】ところで、本発明者らのその後の詳細な研
究により、上記第２の評価関数は合焦点位置付近で極値
を複数とり得ることが分かった。即ち、非点収差が存在
する場合に一方向に収束する焦点距離と、他方向に収束
する焦点距離とが異なるために、図４（ａ）に示すよう
に上記の評価関数がそれぞれの付近で極小値を取ること
が起こり得る。また、非点収差がほぼ補正できている場
合には、例えば図４（ｂ）のように合焦点位置の両側に
極小値が生ずることが起こり得る。

【００３３】そこで本実施形態では、図４において次の
ような処理を行う。即ち、合焦点位置の候補が２つ
（Ａ，Ｂ）存在する場合には非点収差が存在するものと
見做し、Ａ，Ｂにおけるフーリエ変換像から、非点収差
の方向を判定する。次いで、求められた非点収差の方向
に基づいて非点収差の補正をスティグマタを用いて行
う。非点格差が小さくなり、合焦点位置の候補が３つ
（Ａ，Ｂ，Ｃ）現れた場合にはＡ，Ｃにおけるフーリエ
変換像から、非点収差の方向を判定する。次いで、求め
られた非点収差の方向に基づいて非点収差の補正をステ
ィグマタを用いて行う。調整は合焦点位置の候補が所定
の距離以内に近づくまで行う。或いは、例えば図４
（ｂ）でＦｚ，Ｆｚ´，Ｆｚ″で示す合焦点候補での第
２の評価関数の値の比Ｅｚ／Ｆｚ′，Ｆｚ／Ｒｚ″が所
定の値以上になるまで調整することもできる。

【００３４】また、非点収差の方向の決定は、次のよう
に行うこともできる。Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）から、直接非点
収差を求める代わりに、図５に示すように波数空間でｋ
ｘ軸に対して角度θ方向に回転した新座標系（ｋｘ´，
ｋｙ´）を考え、新座標系において、例えば斜線で示し
た様にｋｘ´軸に対して、±４５度で引いた線で囲まれ
る領域の内、対象とする周波数範囲でＲ（ｋｘ，ｋｙ）
を積分した量の基準焦点距離で求めた値との差を第３の
評価関数とする。

【００３５】この場合は、基準焦点距離での第３の評価
関数の値は便宜上例えば０とする。或いは、Ｒ（ｋｘ，
ｋｙ）を積分するときに例えばｋｘ´軸に対してなす角
度をαとするとき、ｃｏｓ（α）を重み関数として積分
することで方向性を強調することもできる。第３の評価
関数はα方向の像の鮮明さを与えるものと考えられる。

【００３６】θとして、０度，９０度，４５度，１３５
度を取り、それぞれについて第３の評価関数の焦点位置
依存性を求める。これが、例えば図６に示すように０度
方向ではｚ０で最小、９０度方向でｚ９０で最小、４５
度，１３５度方向では２つの極値を持つとする。ここ
で、第３の評価関数は見やすさのために絶対値をずらせ
て表示している。まず、０度−９０度に対応するスティ
グマタを調節して、ｚ０とｚ９０が一致するようにす
る。さらに、４５度−１３５度に対応するスティグマタ
を調節して、４５度，１３５度方向にも極値を与える焦
点位置が所定の範囲内で一致するように調節する。

【００３７】このように本実施形態によれば、合焦点位
置の候補が複数存在するときに、両端の２点で得られる
フーリエ変換像から得られる第１の評価関数から非点の
方向を求めて調整するか、又は角度方向のイメージの鮮
明さを与える第３の評価関数の合焦点位置の候補が一致
するように調整する。これにより、合焦点位置の候補が
複数存在する場合も非点収差を正確に補正することがで
き、より高度な非点収差の補正及び焦点合わせを可能に
することができる。

【００３８】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。図７（ａ）は、本実施形態
で測定したいビーム１の試料上の断面形状の例と、マー
ク２の配置例を示す。ここで、マーク２の寸法は測定し
たいビーム１の分解能に比べて十分小さい大きさにする
のが望ましい。この例では、矩形ビームを考えている。
この場合に得られる信号の２次元分布は、概ね図７
（ｂ）のようになる。図７（ｂ）の破線に沿った信号分
布は、例えば図７（ｃ）のようになる。図２（ｂ）の従
来例に比べて高いＳＮ比を持つが、従来のように信号波
形の立ち上がり、立ち下がりからビームのぼけを調べる
方法では正確に合焦点位置を求めたり、非点収差を補正
することはできない。

【００３９】ところで、先にも述べたように発明者ら
は、反射電子等の２次粒子の信号の２次元分布のフーリ
エ変換の変化から成形ビームや、キャラクタービームの
場合でも正確に合焦点位置を求め、或いは非点収差を補
正する方法（ＦＳＩＤ法）を提案している。しかしなが
ら、この時には具体的なマーク配置方法については述べ
ていなかった。

【００４０】本実施形態では、マークを次のように配置
した。即ち、測定したいビームに相当するビーム面積内
を該ビームよりも小さいビームで１次元走査したときに
得られる信号に２個以上の極大又は極小ができるように
配置した。より具体的には、ビームに一度に照射される
領域内にマークが複数入るように配置した。

【００４１】これにより、十分なＳＮ比と分解能が得ら
れる条件下でＦＳＩＤ法を用いて合焦点位置の検出と、
非点収差の補正を行うことにより、従来の単一微細マー
クを用いる場合に比べて格段に高精度な調節が可能とな
る。特に、測定したい高い空間周波成分がより大きくな
るようにしてある。さらに、測定系の感度はかならずし
も全信号強度でリニアリティは保たれない。従って、本
方式を用いることにより、主たる測定信号が測定形のリ
ニアリティが保たれる領域に納まるように測定を行うこ
ともできる。さらに、図には示されていないが、２次元
信号分布は図２（ａ）の例に比べて高い空間周波数成分
が大きい。

【００４２】ここで、本実施形態のようなマーク配置
で、矩形ビームに対してＦＳＩＤ法を適用した場合につ
いて説明する。図７（ｂ）において得られた信号分布を
Ｉ（ｘ，ｙ）、ビームの電流分布をｂ（ｘ−ｘ０，ｙ−
ｙ０）、マークの分布をｍ（ｘ，ｙ）とする。ここで、
ｘ０，ｙ０はビームの中心の位置とする。Ｉ（ｘ，
ｙ），ｂ（ｘ−ｘ０，ｙ−ｙ０），ｍ（ｘ，ｙ）の間に
は比例定数を無視すると、前記式(1) の関係式が成立す
ると考えてよい。

【００４３】さて、関数Ｉ（ｘ，ｙ），ｂ（ｘ，ｙ），
ｍ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換を各々Ｉ（ｋｘ，ｋｙ），
Ｂ（ｋｘ，ｋｙ），Ｍ（ｋｘ，ｋｙ）と表すと、前記式
(2)の関係式が成立する。

【００４４】ところで、ｂ（ｘ，ｙ）はぼけのない理想
的なビーム分布ｂ０（ｘ，ｙ）と、ぼけを表す関数ｔ
（ｘ，ｙ）とを用いて、前記式(3) のように表される。
従って、ｔ（ｘ，ｙ），ｂ０（ｘ，ｙ）のフーリエ変換
をＴ（ｋｘ，ｋｙ），Ｂ０（ｋｘ，ｋｙ）と表せば、前
記式(4) なる関係が成立し、前記式(5) の関係式が成立
する。

【００４５】いま、対物レンズの異なる焦点距離設定で
の反射電子信号分布をｉ１（ｘ，ｙ），ｉ２（ｘ，ｙ）
とし、その各々のフーリエ変換をＩ１（ｋｘ，ｋｙ），
Ｉ２（ｋｘ，ｋｙ）とする。ここで、Ｉ１（ｋｘ，ｋ
ｙ），Ｉ２（ｋｘ，ｋｙ）の絶対値の大小によって符号
が決まる評価関数Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）を、例えば前記式
(6) のように定義する。式(5) で、レンズの焦点距離を
変えた時に変化するのは十分良い近似でＴ（ｋｘ，ｋ
ｙ）だけであるから、Ｉ１（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ２（ｋ
ｘ，ｋｙ）に対応するＴ（ｋｘ，ｋｙ）を各々Ｔ１（ｋ
ｘ，ｋｙ），Ｔ２（ｋｘ，ｋｙ）とおくと、前記式(7)
で表される。即ち、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）はビーム形状や、
マーク形状によらず決まる。

【００４６】まず、非点収差が存在しない場合について
考える。その場合、ｔ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換して得
られるＴ（ｋｘ，ｋｙ）は前記式(8) で表される。さら
に、前記式(9) からＲ（ｋｘ，ｋｙ）は前記式(10)で表
される。また、例えばＲ(kx,ky) ＝｛Ｉ1(kx,ky) -Ｉ2(kx,ky)｝／｛Ｉ1(kx,k
y) +Ｉ2(kx,ky)｝と定義してもよい。この場合、となる。

【００４７】以下、前記式(10)で考える。式(10)(12)の
場合とも原理的には、図８（ａ）に示すように原点、即
ちｋ＝０の点を除き、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）の符号はｋ１，
ｋ２の大小によって決まる。即ち、ｋ１＞ｋ２なら、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）＞０ｋ１＜ｋ２なら、Ｒ（ｋｘ，ｋｙ）＜０となる。実用的には、例えば対象とする空間周波数領域
におけるＲ（ｋｘ，ｋｙ）の平均値の符号を用いれば良
い。これにより、非点収差が存在する場合でも近似的に
合焦点位置を求めることができる。

【００４８】合焦点位置を求めるには、焦点距離を変え
ながら２次粒子像を測定し、連続する２つの焦点距離設
定条件での２次粒子像に基づいて、上記のＲ（ｋｘ，ｋ
ｙ）を求め、その符号が反転する位置を合焦点位置とす
ればよい。焦点距離を変えるステップは必要に応じて細
かくすることで合焦点位置の測定精度を高めることがで
きる。

【００４９】また、非点が存在する時にはＲ（ｋｘ，ｋ
ｙ）の符号分布は、例えば図８（ｂ）に示すように２回
対称の分布となる。非点収差の向きの判定はＲ（ｋｘ，
ｋｙ）を対象とする周波数領域で、角度方向θに対して
ｅｘｐ（ｉ２θ）に比例する項を求め、その位相角より
非点の方向を求められる。実用的には、上記で求めた合
焦点位置を挟む焦点距離設定条件を使うことが有利であ
る。具体的には、第１の実施形態を用いるのが便利であ
る。

【００５０】このように本実施形態によれば、測定ビー
ムで一度に照射される領域内に複数のマークが入るよう
に配置することにより、信号のＳＮ比によって分解能が
制限されることはなく高い分解能と高いＳＮ比を共に満
足させることができ、より高度な非点収差の補正及び焦
点合わせを可能とすることができる。さらに、マークか
ら得られる２次元信号分布の高周波成分が強調されるの
で、より高精度の測定が可能となる。

【００５１】非点収差を補正するには、第１の実施形態
を用いるのが便利である。また、対象とするレンズに対
応したスティグマタ強度を調節して、上記のｅｘｐ（ｉ
２θ）に比例する項のｅｘｐ（ｉ０θ）に比例する項へ
の比の絶対値を最小にするようにする。或いは、スティ
グマタを非点収差の方向を変えない条件下で調節してい
き、角度方向の符号分布が反転するスティグマタ強度を
もって、正しく補正される条件を与える強度とすること
もできる。

【００５２】本実施形態では、原理的にはビーム形状や
マーク形状には依存しない調整が可能である。しかし、
信号強度の照射電流に対する線形性を仮定している。従
って、処理すべき信号は図９に示すように、その殆どが
線形領域にあるものであることが条件となる。マークの
大きさや配置は従って、十分なＳＮ比がとれて且つ信号
の線形性が成立する範囲に収まるようにすることが望ま
しい。

【００５３】また、マークの構造としては、重金属のド
ットをシリコン等の原子番号の低い基板上に形成したも
のや、重金属薄膜に微細孔を開けたものを用いて反射電
子を測定する、或いは微細孔を通過した電子電流を測定
するようなものでもよい。要は、必要な空間周波数を有
するものであればよい。さらに、マークの形状として
は、必ずしも図７（ａ）に示したような点状のマークを
用いる必要はない。例えば、図１０（ａ）（ｂ）に示す
ようなものでも同様な効果が得られることは明らかであ
る。必要な信号強度が得られ、かつ必要な空間周波数情
報を含む信号が得られるものであればマークの形状や、
信号の取得方法に制限はない。

【００５４】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。測定すべきビームの形状は矩形に
何等限定されるものではなく、円形ビームであってもよ
い。また、電子ビームに限らずイオンビームの測定にも
適用することができる。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、合
焦点位置の候補が複数存在する場合も非点収差を正確に
補正することができ、より高度な非点収差の補正及び焦
点合わせが可能となる。また、信号のＳＮ比によって分
解能が制限されることはなく高い分解能と高いＳＮ比を
共に満足させることができ、より高度な非点収差の補正
及び焦点合わせが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の単一マークを用いてビーム分解能を測定
する方法を示す図。

【図２】単一マーク上を直線状にビーム走査したときに
得られる反射電子信号の例を示す図。

【図３】非点収差が無いときと有るときのＲ（ｋｘ，ｋ
ｙ）の例を示す図。

【図４】非点収差がある場合の第３の評価関数の分布を
示す図。

【図５】θ方向の第３の評価関数を求める範囲を与える
ための図。

【図６】第３の評価関数の分布の例を示す図。

【図７】第２の実施形態で用いるマークの配置例と得ら
れる信号を示す図。

【図８】評価関数の符号分布の様子を示す図。

【図９】２次元信号分布の最大値が信号測定系の線形性
が成立する範囲にあることを示す図。

【図１０】マークの他の例を示す図。

【符号の説明】

１…電子ビーム２…マーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームを試料面上のマーク上に２
次元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料面上
に該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる複数
の設定において求める工程と、該工程により得られた２
次元信号分布のそれぞれのフーリエ変換の違いによって
決定される第１の評価関数を用いて非点収差の方向を決
定し、かつ第１の評価関数を処理して得られる第２の評
価関数の焦点設定に対する変化より合焦点位置を求める
工程とを含むことを特徴とする荷電粒子光学鏡筒の調整
方法。
【請求項２】荷電粒子ビームを試料面上のマーク上に２
次元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料面上
に該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる複数
の設定において求める工程と、該工程により得られた２
次元信号分布のそれぞれのフーリエ変換の違いによって
決定される第１の評価関数を用いて非点収差の方向を決
定するか、第１の評価関数を処理して得られる第２の評
価関数の焦点設定に対する変化より合焦点位置を求める
かの少なくとも一方を行う工程とを含む荷電粒子光学鏡
筒の調整方法であって、第２の評価関数の値が非点収差がない場合の合焦点位置
付近の２個所以上で合焦点位置の候補を与えるとき、そ
のうちの２個所でのフーリエ変換信号を用いて第１の評
価関数を求め、この第１の評価関数から非点収差の方向
を求めることを特徴とする荷電粒子光学鏡筒の調整方
法。
【請求項３】前記レンズの異なる焦点距離で求められる
２次元信号分布のフーリエ変換がＩ（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ
´（ｋｘ，ｋｙ）で与えられるとき、第１の評価関数は
Ｉ（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ´（ｋｘ，ｋｙ）の絶対値の大小
に対応して符号が正負に決まる関数であり、第２の評価
関数は対象とする波数領域で第１の評価関数を平均又は
加重平均したものであることを特徴とする請求項１又は
２記載の荷電粒子光学鏡筒の調整方法。
【請求項４】荷電粒子ビームを試料面上のマーク上に２
次元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料面上
に該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる複数
の設定において求める工程と、該工程により得られた２
次元信号分布のそれぞれのフーリエ変換の違いによって
決定される第１の評価関数を用いて非点収差の方向を決
定するか、第１の評価関数を処理して得られる第２の評
価関数の焦点設定に対する変化より合焦点位置を求める
かの少なくとも一方を行う工程とを含む荷電粒子光学鏡
筒の調整方法であって、第１の評価関数から、波数空間分布の方向性に依存する
第３の評価関数を求め、それぞれの方向に対応する第３
の評価関数が同じ焦点設定位置に合焦点位置の候補を与
えるように非点収差の補正を行うことを特徴とする荷電
粒子光学鏡筒の調整方法。
【請求項５】前記レンズの異なる焦点距離で求められる
２次元信号分布のフーリエ変換がＩ（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ
´（ｋｘ，ｋｙ）で与えられるとき、第１の評価関数は
Ｉ（ｋｘ，ｋｙ），Ｉ´（ｋｘ，ｋｙ）の絶対値の大小
に対応して符号が正負に決まる関数であり、第３の評価
関数は対象とする波数領域で第１の評価関数を重みが角
度方向に変化する加重平均したものであることを特徴と
する請求項４記載の電粒子光学鏡筒の調整方法。
【請求項６】荷電粒子ビームを試料面上のマーク上に２
次元的に走査して得られる２次元信号分布を、試料面上
に該ビームを収束させるレンズの焦点距離が異なる複数
の設定においてそれぞれ測定する工程と、該工程により
得られた２次元信号分布のそれぞれのフーリエ変換の違
いを用いて、非点収差の方向を決定するか合焦点位置を
求めるかの少なくとも一方を行う工程とを含む荷電粒子
光学鏡筒の調整方法であって、前記測定に用いるビームに相当するビーム面積内を該ビ
ームよりも小さいビームで１次元走査したときに得られ
る信号に２個以上の極大又は極小ができるように、前記
マークを配置したことを特徴とする荷電粒子光学鏡筒の
調整方法。
【請求項７】２次元信号分布の最大値が、信号測定系の
線形性が成立する範囲にあることを特徴とする請求項６
記載の荷電粒子光学鏡筒の調整方法。
【請求項８】前記マークは、前記測定に用いるビームが
一度に照射できる領域に２つ以上配置されることを特徴
とする請求項６記載の荷電粒子光学鏡筒の調整方法。