JPH11271458A - ビームの測定方法 - Google Patents

ビームの測定方法

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JPH11271458A
JPH11271458A JP10079078A JP7907898A JPH11271458A JP H11271458 A JPH11271458 A JP H11271458A JP 10079078 A JP10079078 A JP 10079078A JP 7907898 A JP7907898 A JP 7907898A JP H11271458 A JPH11271458 A JP H11271458A
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electron beam
scanning
waveform
mark
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Tadashi Komagata
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームのぼけをも正確に測定することができ
るカーブフィッティング処理を用いたビームの測定方法
を実現する。 【解決手段】 制御CPUはステージ駆動回路39を制
御して、ステージ38を移動させ、検出器40を電子ビ
ームEBの光軸の下に位置させる。この状態で図9に示
すように、と同様に、検出器40におけるピンホール部
材51上で矩形ビームの走査を行う。この走査は、位置
決め偏向器制御回路34から位置決め偏向器29に走査
信号を供給することによって行う。この走査により、検
出器40から得られた信号は、AD変換器28を経て波
形メモリー29に供給される。制御CPUは、波形メモ
リー29から波形データを読みだしフィッティング処理
を行う。このフィッティング処理によってビームサイ
ズ、ビーム位置、矩形ビームの4辺のエッジシャープネ
ス、4辺の傾き、電流分布を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、電子ビーム描画装置や
イオンビーム装置などの荷電粒子ビームを用いた装置に
おける荷電粒子ビームや、レーザービーム装置における
レーザービーム等のビームの測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、電子ビーム描画装置では、実際
の描画動作に先だって、描画に用いる電子ビームのサイ
ズや位置、あるいは、電子ビームのフォーカスの状態を
測定し、その測定結果に基づいて電子ビームの調整を行
っている。図1はこのような電子ビームの測定に用いら
れる装置の一例を示しており、1は測定される電子ビー
ムである。電子ビーム1は図示していないが、2枚の矩
形スリットと、2枚の矩形スリットの間に設けられた偏
向器によって断面が矩形に形成されている。
【0003】電子ビーム1は、最終段レンズ2によって
集束され、更に、静電偏向器3によって偏向を受ける。
偏向器3の下部には、ナイフエッジ部材4が配置されて
いるが、ナイフエッジ部材4は矩形の開口が設けられて
おり、その各内側は薄く直線状に形成されている。ナイ
フエッジ部材4の下部には、散乱された電子ビームをカ
ットするアパーチャ5が設けられ、更にその下部には、
電子ビームの電流量を検出するファラデーカップ6が配
置されている。
【0004】上記の構成で、偏向器2に図2(a)に示
す鋸歯状の偏向信号を印加すると、矩形の電子ビーム1
は、X方向に偏向を受ける。電子ビームの偏向により、
電子ビームは徐々にナイフエッジ部材4によって遮蔽さ
れ、ファラデーカップ6に入射する電子ビームの量は減
少する。電子ビーム1がナイフエッジ部材4によって完
全に遮蔽されると、ファラデーカップ6の検出電流は0
となる。
【0005】図2(b)は、ファラデーカップ6の検出
電流を示しており、この検出電流信号を1回微分する
と、図2(c)の信号が得られる。更に、図2(c)の
信号を再度微分すると、図2(d)の信号が得られる。
この図2(d)で横軸は電子ビームの走査位置であり、
信号の2つのピーク間の距離に基づいて電子ビームのサ
イズが求められる。また、2つのピーク位置の中間位置
に基づいて、電子ビームの位置が判明する。更に、ピー
クの波高値は、電子ビームのフォーカスの状態を示して
いる。このようにして得られたビームサイズ、ビーム位
置、フォーカス状態により、電子ビームの各種調整が行
われ、その後に正規の描画動作が実行される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した電子ビームの
サイズ等の測定において、図2(b)に示した検出信号
は、通常ノイズ成分が含まれている。図3(a)はノイ
ズ成分を含んだファラデーカップの検出信号波形を示し
ており、このようなノイズ成分を含んだ信号を1回微分
すると、図3(b)の信号が得られ、更に、2回微分し
た結果の信号は、図3(c)のようになる。この図3
(c)の信号は、2つのピークがノイズピークの中に埋
もれてしまい、正確なビームサイズ,位置,フォーカス
状態の測定が不可能となる。
【0007】そのため、信号の平滑化処理を行うことが
実施されている。図4(a)はノイズ成分を含んだ検出
信号であり、この信号を微分すると図4(b)の信号が
得られる。この時、1次微分信号はノイズ除去の平滑化
処理が施されている。この処理を実行した後、再度微分
を行うと、図4(c)の信号が得られる。この信号で
は、ピーク位置は正しく得られるものの、平滑化処理に
よってピークが鈍ってしまうため、ビームのフォーカス
状態を反映するピークの波高値は、正しいものとはなら
なくなり、実質的にフォーカス状態を正しく測定するこ
とはできない。
【0008】このため、ビームを直線状のエッジを有し
た部材を横切って走査し、この走査にともなって検出さ
れたビームの信号の変化に対してカーブフィッティング
を施し、ビームサイズや位置等の測定を行なうことが考
えられている。
【0009】図5はこのカーブフィッティングを行うた
めの構成の一例を示しており、図1の装置と同一番号は
同一構成要素を示す。この構成で、ファラデーカップ6
によって検出された電流信号は、AD変換器7によって
ディジタル信号に変換された後、波形メモリー8に供給
される。波形メモリー8に供給されて記憶された信号
は、制御CPU9によって読み出され、カーブフィッテ
ィング処理が施される。なお、制御CPU9は静電偏向
器3に電子ビーム1の走査信号を供給するための偏向回
路10を制御している。このような構成の動作を次に説
明する。
【0010】電子ビーム1のサイズ,位置,フォーカス
状態を測定する場合、制御CPU9は偏向回路10を制
御し、静電偏向器3に鋸歯状の偏向信号を印加する。こ
の偏向信号の印加に伴って、矩形の電子ビーム1は、X
方向に偏向を受ける。電子ビームの偏向により、電子ビ
ームは徐々にナイフエッジ部材4によって遮蔽され、フ
ァラデーカップ6に入射する電子ビームの量は減少す
る。電子ビーム1がナイフエッジ部材4によって完全に
遮蔽されると、ファラデーカップ6の検出電流は0とな
る。
【0011】図6(a)は電子ビーム1の偏向によって
得られたファラデーカップ6の検出信号波形を示してお
り、この検出信号は波形メモリー8に記憶される。この
波形メモリー8に記憶された検出信号は制御CPU9に
よって読み出され、一次微分が行われる。ここで、一次
微分波形は予め図7に示すようにモデル化してある。図
7においてaはビームサイズの2分の1、bはビーム位
置である。
【0012】本発明における基本的な考え方は、検出信
号波形をモデル化した波形に対してフィティング処理を
行うことであり、図6(a)に示した信号波形は、一次
微分され図7に示すモデル化された信号波形とフィッテ
ィングを行うことにより、図6(b)の信号が得られ
る。フィッティング処理された信号はノイズ成分が除去
され、図6(b)の信号を更に微分することにより、図
6(c)の信号が得られる。
【0013】この図6(c)の信号は、フィッティング
処理が施されているのでノイズ成分が除去されており、
更に、平滑化処理がされていないので、ナイフエッジの
端部に基づく信号成分が鈍らずに明瞭に残っており、従
って、電子ビーム1のサイズ,位置,フォーカス状態を
正確に測定することができる。
【0014】次により具体的なフィッティング処理につ
いて述べる。まず、波形メモリー8に記憶されたファラ
デーカップ6の検出信号は制御CPU9に読み出され、
一次微分処理が施される。一次微分信号に対して、制御
CPU9はフィッティグ処理を行う。このフィッティン
グ処理は、適宜な評価関数を用いて行う。例えば、aが
ビームサイズの1/2、bがビーム位置、cがフォーカ
ス情報とすると、次の評価関数を用いることができる。
【0015】Fi(a,b,c)=Tanh{(i−a
−b)/c}−Tanh{(i+a−b)/c} なお、上式でiはビームの走査位置(i=1,2,……
…,n)を示している。フィッティングは、一次微分信
号のn個のデータAiと上記評価関数との差分の2乗和
が最小となるようにパラメータa,b,cを決定する。
すなわち、次式を用いてパラメータが決定される。
【0016】
【数1】
【0017】前記した例では、ファラデーカップ6の検
出信号を一次微分し、その後にフィッティング処理を行
ったが、この場合には、検出信号のSN比が比較的優れ
ている場合に適用することができる。ファラデーカップ
6の検出信号のSN比が比較的悪い場合には、波形メモ
リー8のn個のデータBi(i=1,2,……,n)と
評価関数Fiとの差分の2乗和
【0018】
【数2】
【0019】が最小となるようにパラメータa,b,c
を決定することができる。この場合、評価関数として
は、例えば、非線形最小2乗法を用いた次の関数を用い
ることができる。
【0020】Fi(a,b,c)=Log[Cosh
{(i+a−b)/c}]−Log[Cosh{(−i
+a+b)/c}] 上記はX方向のビームの測定であるが、同様にしてY方
向のビームの測定が行われる。このようにして、電子ビ
ームのビームサイズ、ビーム位置、フォーカス情報を測
定した後、ビームサイズの調整、ビーム位置の補正、フ
ォーカスの調整が実施され、その後、正規の描画動作が
開始される。
【0021】ところで、2枚の矩形状の成形スリットを
用いて矩形ビームを成形し、この矩形ビームの面積を変
えるようにした可変面積ビーム描画装置が利用されてい
る。この場合、2枚のスリットの間に電子レンズがあ
り、1枚目のスリット像を2枚目のスリットに結像させ
ている。
【0022】上記したカーブフィッティングによる信号
処理を可変面積型電子ビーム描画装置に適用した場合、
ビームの断面を積分した信号なので、次のような問題点
を有していることが確認された。まず第1に、ナイフエ
ッジマーク辺と矩形ビーム辺と走査方向の法線とが平行
でない場合は、エッジシャープネスを低下させてしま
う。すなわち、ビームのぼけが正確に測定できない。
【0023】第2には、ナイフエッジマーク辺および矩
形ビームのエッジラフネスや走査方向の法線方向のゆら
ぎがエッジシャープネスを低下させてしまう。このこと
によってもビームのぼけが正確に測定できないことにな
る。
【0024】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、ビームのぼけをも正確に測定する
ことができるカーブフィッティング処理を用いたビーム
の測定方法を実現するにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に基づく
ビームの測定方法は、ビームを点状の標識を含む所定領
域を2次元的に走査し、ビームが点状の標識を横切る際
に得られる信号を検出し、この走査に伴って検出された
ビームの信号の変化に対してカーブフィッティングを施
し、ビームのビームサイズ、ビーム位置、フォーカス情
報の少なくともいずれかを測定するようにしたことを特
徴としている。
【0026】請求項1の発明では、ビームを点状の標識
を含む所定領域を2次元的に走査し、ビームが点状の標
識を横切る際に得られる信号を検出し、この走査に伴っ
て検出されたビームの信号の変化に対してカーブフィッ
ティングを施す。
【0027】請求項2の発明に基づくビームの測定方法
は、請求項1の発明において、点状の標識をピンホール
とし、ピンホールを透過したビームを検出する。請求項
3の発明に基づくビーム測定方法は、ビームは電子ビー
ムであり、点状の標識は電子ビームの照射によって反射
電子の放出が多いマークであり、マークからの反射電子
を検出する。
【0028】
【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8は本発明を実施するた
めの可変面積型電子ビーム描画装置の一例を示してい
る。20は電子ビームEBを発生する電子銃であり、該
電子銃20から発生した電子ビームEBは、照射レンズ
21を介して第1成形スリット22上に照射される。第
1成形スリットの開口像は、成形レンズ23により、第
2成形スリット24上に結像されるが、その結像の位置
は、成形偏向器25により変えることができる。第2成
形スリット24により成形された像は、縮小レンズ2
6、対物レンズ27を経て描画材料28上に照射され
る。描画材料28への照射位置は、位置決め偏向器29
により変えることができる。
【0029】30は制御CPUであり、制御CPU30
はパターンデータメモリー31からのパターンデータを
データ転送回路32に転送する。データ転送回路32か
らのパターンデータは、成形偏向器25を制御する制御
回路33、位置決め偏向器29を制御する制御回路3
4、対物レンズ27の励磁を制御する制御回路35、電
子銃20から発生した電子ビームのブランキングを行う
ブランカー(ブランキング電極)36を制御するブラン
キングコントロール回路37に供給される。
【0030】更に、制御CPU29は、材料28のフィ
ールド毎の移動のために、材料28が載せられたステー
ジ38の駆動回路39を制御する。ステージ38の端部
には、検出器40が配置されているが、この検出器40
は、図1に示したナイフエッジ部材4、スリット5、フ
ァラデーカップ6の構成に対して、ナイフエッジ部材4
の代わりに図9に平面図を示すごときビームが通過する
ピンホール50を有するピンホール部材51を設けた構
成としている。
【0031】検出器40によって検出された信号は、A
D変換器41によってディジタル信号に変換された後、
波形メモリー42によって記憶される。波形メモリー4
2に記憶された信号は、制御CPU30に供給される。
このような構成の動作を次に説明する。
【0032】まず、基本的な描画動作について説明す
る。パターンデータメモリ31に格納されたパターンデ
ータは、逐次読み出され、データ転送回路32に供給さ
れる。このデータ転送回路32からのデータに基づき、
偏向制御回路33は成形偏向器25を制御し、また、制
御回路34は位置決め偏向器29を制御する。
【0033】この結果、各パターンデータに基づき、成
形偏向器25により電子ビームの断面が単位パターン形
状に成形され、その単位パターンが順々に材料28上に
ショットされ、所望の形状のパターン描画が行われる。
なお、この時、ブランキングコントロール回路37から
ブランカー36へのブランキング信号により、材料28
への電子ビームのショットに同期して電子ビームのブラ
ンキングが実行される。
【0034】更に、材料28上の異なった領域への描画
の際には、制御CPU30からステージ駆動回路39へ
の指令により、ステージ38は所定の距離移動させられ
る。なお、ステージ38の移動距離は、図示していない
が、レーザー測長器により監視されており、測長器から
の測長結果に基づき、ステージの位置は正確に制御され
る。
【0035】次に、材料28へ照射される電子ビームの
測定について説明する。まず、制御CPUはステージ駆
動回路39を制御して、ステージ38を移動させ、検出
器40を電子ビームEBの光軸の下に位置させる。この
状態で、矩形ビームの走査は図9に示すように、X方向
とY方向に対して実行され、所定の走査範囲Sで行われ
る。
【0036】この走査は、位置決め偏向器制御回路34
から位置決め偏向器29に走査信号を供給することによ
って行う。この走査により、検出器40から得られた信
号は、AD変換器28を経て波形メモリー29に供給さ
れる。
【0037】制御CPUは、波形メモリー29から波形
データを読みだしフィッティング処理を行う。このフィ
ッティング処理によってビームサイズ、ビーム位置、矩
形ビームの4辺のエッジシャープネス、4辺の傾き、電
流分布を求めることができる。
【0038】以下、このフィッティング処理についてよ
り詳細に説明する。フィッティングは非線形最小2乗法
を用いて、波形メモリー29内に記憶されたn×m個の
データAij(i=1,2,・・・,n、j=1,2,
・・・,m)と信号モデル式Fijとの差分の2乗和が
最小となるようにパラメータを決定する。
【0039】ここで、求めるパラメータは次の通りであ
る。 a,b,c:頂面の傾きと高さ(電流密度の値と傾き) px,py:ビームの中心位置 sx,sy:ビームサイズの1/2 sx1,sx2,sy1,sy2=矩形ビームの各辺の
エッジシャープネス kx1,kx2,ky1,ky2=矩形ビームの各辺の
傾き 信号モデル式Fijは次の式が用いられる。
【0040】Fij(a,b,c,px,py,sx,
sy,sx1,sx2,sy1,sy2,kx1,kx
2,ky1,ky2)=(a×i+b×j+c)×[T
anh{(sx+i−px+kx1×j)/sx1}+
Tanh{(sx−i+px−kx2×j)/sx2}
×[Tanh{(sy+j−py+ky1×i)/sx
1}+Tanh{(sy−j+py−ky2×i)/s
y2}i=1,2,・・・,n、j=1,2,・・・,
m フィッティングは、n×m個のデータAijと上記評価
関数(信号モデル式Fij)との差分の2乗和が最小と
なるように各パラメータを決定する。すなわち、次式を
用いてパラメータが決定される。
【0041】
【数3】
【0042】信号波形モデル式(f(X,Y))につい
て更に詳述する。モデル式は次の3式の掛算となってい
る。 f1(X,Y)=Tanh{(sx+X−px+kx1×Y)/sx1} +Tanh{(sx−X+px−kx2×Y)/sx2} ……(1) f2(X,Y)=Tanh{(sy+Y−py+ky1×Y)/sx1} +Tanh{(sy−Y+py−ky2×Y)/sy2 ……(2) f3(X,Y)=a×X+b×Y+c ……(3) f(X,Y)=f1×f2×f3 上記式(1)による波形は図10に示すようになる。ま
た、式(2)による波形は図11に、式(3)による波
形は図12に、式(4)による波形は図13に示すよう
になる。この図10〜図13に示した波形を求めるに当
たって、各パラメータの値は次に示す値を用いた。
【0043】a=2 b=5 c=10 px=0.5 py=0.5 sx=1 sy=1 sx1=0.2 sx2=0.2 sy1=0.2 sy2=0.2 kx1=0.1 kx2=0.2 ky1=0.1 ky2=0.3 図10,11では各方向に対するビームの傾きと電流密
度の分布やエッジシャープネス等が明らかとなる。ま
た、図12ではフォーカス情報等が明らかとなる。更
に、図13ではそれらを合成した情報が明らかとなる。
【0044】このように、上記した実施の形態では、電
子ビームの頂面の傾きと傾き(電流密度の値と傾き)、
ビームの中心位置、ビームサイズ、矩形ビームの各辺の
エッジシャープネス、矩形ビームの各辺の傾きを、同時
に求めるようにしたので、ナイフエッジ辺と矩形ビーム
辺と走査方向の法線とが平行でない場合であっても、矩
形ビームのぼけの状態までを正確に測定することかでき
る。
【0045】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明はこの形態に限定されず、幾多の変形が可能であ
る。例えば、フィッティングの計算処理は、スピード向
上のため、制御CPUで行わず、別個のマイクロプロセ
ッサーを用いても良い。
【0046】また、評価関数は、ビームサイズ、ビーム
位置、フォーカス情報を表せるものであれば、上式に限
定されるものではない。例えば、誤差関数(Error Func
tion)を用いることができる。そして、評価関数を変更
すれば、矩形ビームのみならず、スポットビーム(ガウ
シャンビーム)にも本発明を適用することができる。
【0047】更に、上記実施の形態では電子ビームを用
いて説明したが、イオンビーム装置やレーザービーム装
置にも本発明を適用することができる。更にまた、ピン
ホール部材によって遮蔽され、ファラデーカップに入射
する電子ビームの量を検出したが、金粒子等の反射電子
マークを用意し、この上を走査して得られる反射電子を
検出するように構成しても良い。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ビー
ムを点状の標識を含む所定領域を2次元的に走査し、ビ
ームが点状の標識を横切る際に得られる信号を検出し、
この走査に伴って検出されたビームの信号の変化に対し
てカーブフィッティングを施すようにした。その結果、
ビーム形状の3次元信号(ビームの位置と電流密度)を
モデル式に対して曲面適合できるので、ノイズの影響な
く、ビームの位置、サイズ、各辺の傾き、各辺のエッジ
シャープネス、電流密度とその傾きを正確に測定するこ
とができる。また、検出信号の平滑化処理を行わないの
で、フォーカス情報をより正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電子ビーム測定に用いられる装置の一例
を示す図である。
【図2】電子ビーム測定のための基本的な信号処理を説
明するための波形図である。
【図3】従来の信号処理による各種波形を示す図であ
る。
【図4】平滑化処理を伴った従来の信号処理による各種
波形を示す図である。
【図5】カーブフィッティング処理を実施するための装
置の一例を示す図である。
【図6】フィッティング処理を伴った信号処理による各
種波形を示す図である。
【図7】モデル化された一次微分信号を示す図である。
【図8】本発明を実施する可変面積型電子ビーム描画装
置を示す図である。
【図9】図8の装置に使用されるピンホール部材を示す
図である。
【図10】信号波形モデル式に基づく信号波形を示す図
である。
【図11】信号波形モデル式に基づく信号波形を示す図
である。
【図12】信号波形モデル式に基づく信号波形を示す図
である。
【図13】信号波形モデル式に基づく信号波形を示す図
である。
【符号の説明】
20 電子銃 21 照射レンズ 22 第1スリット 23 成形レンズ 24 対2スリット 25 成形偏向器 26 縮小レンズ 27 対物レンズ 28 被描画材料 29 位置決め偏向器 30 制御CPU 36 ブランカー 38 ステージ 40 検出器 41 AD変換器 42 波形メモリー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビームを点状の標識を含む所定領域を2
    次元的に走査し、ビームが点状の標識を横切る際に得ら
    れる信号を検出し、この走査に伴って検出されたビーム
    の信号の変化に対してカーブフィッティングを施し、ビ
    ームのビームサイズ、ビーム位置、フォーカス情報の少
    なくともいずれかを測定するようにしたビームの測定方
    法。
  2. 【請求項2】 点状の標識はピンホールであり、ピンホ
    ールを透過したビームを検出するようにした請求項1記
    載のビームの測定方法。
  3. 【請求項3】 ビームは電子ビームであり、点状の標識
    は電子ビームの照射によって反射電子の放出が多いマー
    クであり、マークからの反射電子を検出するようにした
    請求項1記載のビームの測定方法。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH11271459A (ja) * 1998-03-26 1999-10-08 Jeol Ltd ビームの測定方法
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