JPS59114740A - 荷電ビ−ム光学鏡筒のレンズ設定方法 - Google Patents

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】 〔発明の概要〕 本発明は、電子ビーム露光装置やイオンビーム露光装置
等に用いられる荷電ビーム光学鏡筒のレンズ設定方法に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、半導体ウェハやマスク基板等の試料に微細パター
ンを形成するものとして、各種の電子ビーム露光装置が
研究開発されている。この装置は、電子銃から発射され
た電子ビームをレンズにより集束すると共に、偏向器に
より偏向して試料とのレジストを露光するものであり、
１ミクロン或いはサブミクｐンの微細パターン形成に最
も有効であると注目されている。

ところで、可変成形電子ビーム露光装置に用いられる電
子ビーム光学鏡筒にあっては、電子銃から発射された電
子ビームのグロスオーバ像を、レンズにより電子ビーム
照射方向（光軸方向）の特定位置に設定する必要がある
。従来、クロスオーバ像をこのような特定位置に規定す
るには、次の（１１、（２１のような方法が考えられる
。

（１）　　レンズによりグロスオーバ像を光軸方向に移
動させ、小孔を通過するビーム電流を測定し、これが最
大となるレンズ条件を選択する方法。

（２）　　ナイフエ゛ソジ法によりビーム径を測定し一
部ビーム径が最小となるレンズ強度を選択する方法。

しかしながら、この種のレンズ条件設定方法にあっては
、前記クロスオーバ像の形成位置をクロスオーバ像形成
予定位置に正確に一致させることが雛しく、またレンズ
条件設定に際して多大な労力及び時間を要する等の問題
がある。

なお、１述した問題は電子ビーム光学鏡筒に限らず、イ
オンビーム光学鏡筒についても云えることである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、レンズを介して得られる荷電ビームの
クロスオーバ像を、電子ビームの照射方向（光軸方向）
のグロスオーバ形成予定位置に正確に一致させて形成す
ることができ、かつレンズ条件設定の容易化及び設定に
要する時間の短縮化をはかり得る荷電ビーム光学鏡筒の
レンズ設定方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、クロスオーバ像形成予定位置にビーム
阻止体を配置して荷電ビームの一部を非対称に阻止し、
阻止体を介した荷電ビームの強度分布に基づきレンズ条
件を設定することにある、 本発明者等は、レンズ条件を設定する方法として鋭意研
究を重ねた結果、レンズ及びアパーチャマスクを介して
整形されたビーム強度が均一な荷電ビームを使用し、こ
のビームの一部をクロスオーバ形成予定位置で阻止体に
より偏って阻止することによって、クロスオーバ像がそ
の形成予定位置にあるときは阻止体を介した荷電ビーム
の強一度分布が均一となり、クロスオーバ°像がその形
成予定位置からずれるとビーム強度分布が不均一となや
ことを見出した。さらに、このビーム強度分布の変化は
クロスオーバ像の位置に大きく依存し、クロスオーバ像
がその形成予定位置から僅かでもずれるとビーム強度分
布が不均一になることが実験的に判明した。

本発明はこのような点に着目し、荷電ビーム発生源から
放出された荷電ビームを収束し所望位置にクロスオーバ
像を形成するためのレンズと、このレンズにより収束さ
れたビームを整形するビーム整形用アパーチャマスクと
、・ビームを偏向しＬ記アパーチャマスクのアパーチャ
Ｌでのビーム照射分布を可変する偏向器とを具備してな
る荷電ビーム光学鏡筒において、Ｅ記しンズの駆動条件
を設定するに際し、前記アパーチャマスクを介したビー
ムの強度分布が均一となるよう前記偏向器の駆動信号を
制御したのち、ビーム阻止体を用いクロスオーバ形成予
定位置でビームの一部を偏って阻止すると共に、該阻止
体に阻止されず通過したビームの強度分布が均一となる
よう前記レンズの駆動信号を制御するようにした方法で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、阻止体を介したビーム強度分布が均一
となるようレンズ駆動信号を制御しているので、前述し
たクロスオーバ像位置とビーム強度分布との関係から、
クロスオーバ像をその形成予定位置に正確に形成するこ
とができる。また、ビーム強度分布の測定は周知の方法
、例えば特開昭５３−６０１７８号公報に開示された方
法を用いることができる。即ち、測定されるべきビーム
を１粒子を設けたタープ・ソ）ｈで走査し、この粒子か
らの反射電子もしくは二次電子を検出しビームの°部分
強度を連続的に測定する方法により容易かつ短時間で行
い得るので、レンズ条件設定の容易化及び設定に要する
時間の短縮化をはかり得る等の効果を奏する。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例方法を説明するための原理図
で−ある。図中１は電子銃で、この電子銃１から発射さ
れた電子ビームは電磁コイルからなるコンデンサレンズ
２により集束され、軸合わせ用偏向コイル３により偏向
され例えば正方形や円形の孔を有するビーム整形用アパ
ーチャマスク４に照射される。アパーチャマスク４を介
して整形されたビームは、電磁コイルからなる対物レン
ズ５により集束され試料面６Ｌに照射結像されると共に
、ビーム走査用偏向コイル７により試料面６上で走査さ
れる。なお、上記コイル２，５及び偏向コイル３，７は
、インタフェース８を介して計算機９からの指令を受け
た電源１０，１１，１２．１３　により、その通電電流
を制御されるものとなりでいる。

一方、前記レンズ２により収束されたビームのクロスオ
ーバ像形成予定位置には、電子ビームを透過しない物質
からなるビーム阻止体１４が配置される。このビーム阻
止体１４は、例えばクロスオーバ像径と同程度又はそれ
以りの径を有する第４図（ａ）に示すような円形の開口
あるいは＠４図少）に示すような直線状の開口を有する
もので、光軸と直交する方向に移動可能な構成となって
いる。また、前記試料面６には、特開昭５３−６０１７
８号公報に開示されたビームの強度分布を検出する検出
器１５が配置されている。

この検出器１５は第５図に示すように、ターゲット基板
３５上に測定されるべ大ビーム３６よりかなり小さくか
つ基板３５と反射電子もしくは二次電子強度の異なる微
粒子３７を設け、これをビーム３６で走査しビームの部
分強度を粒子からの反射電子もしくは二次電子強度とし
て連続的に検出するものである。検出３Ｓ１５の出力は
増幅器１６により増幅されたのち、スイ・リチ１７を介
して前記インタフェース８若しくは表示器１８に供給さ
れる。表示器Ｉ８は、例えばＣＲＴ（陰極線管）からな
るもので、前記偏向器７によるビーム走査と同期してｔ
記検出信号を２次元的に表示するものとなって、いる。

このように構成された装置において、レンズ２の駆動条
件゛を設定しクロスオーバ像をその形成予定位置に形成
するには、次の操作を行う。

まず、ビーム阻止体Ｚ４を光軸から大きくずらし、この
状態で偏向コイル３の通電電流（駆動信号）を制御しア
パーチャマスク４のアパーチャがビームで均一に照明さ
れるようにする。この均一照明は、後述する偏向コイル
７、検出器１５及び表示器１８の作用により、アパーチ
ャマスク４を介して整形されたビームの強度分布が均一
となるよう上記駆動信号を制御することによってなされ
る。

次に、スイ・ソチ１７を８２側に切り換え、グロスオー
バ像形成予定位置にビーム阻止体１４を〜マｆ二牙すか
（光鉗！二ｆ、４１非玄Ｊ称！＝？犀すＬこれにより、
アパーチャマスク４を介したビームは＠４図（ａ）　、
　（ｂｌに示すようにその一部が偏りて阻止される。こ
の状態で、偏向器７によりビームを偏向走査すると、表
示器１８には試料面６ｔに結像されたビームの強度分布
が第２図（ａ）〜（Ｃ）に示す如く表示される。すなわ
ち、クロスオーバ像がその形成予定位置よりＬ方にある
ときは第２図（ａ）、形成予定位置と一致しているとき
は同図（ｂｌ、形成予定位置より下方にあ４ときは同図
（Ｃ１に示す如く表示される。なお、第２図　　　１中
Ｔは走査時間、Ｓはビーム強度を示している。

したがって、上記ビーム強度分布の測定を繰り返し表示
器Ｉ８の表示が第２図（ｂｌとなるようレンズ２の通電
電流（駆動信号）を制御すれば、クロスオーバ像はその
形成予定位置に正確に一致して形成されることになる。

十の後、ビーム阻止体Ｉ４を光軸から大きくずらし、ス
イ・ンチ１７を８２側に切り換えることによって、通常
の電子ビーム照射を行うことが可能となる。

ｔ２イ乙て：＃震、雄門′方呉Ｊ：誌ね）Ｊ−〒ペ一番
セマスク４を介したビームの強度分布から偏向コイル３
の駆動信号を制御したのち、阻止体Ｉ４を介したビーム
の強度分布からレンズ２の駆動信号を制御することによ
って、クロスオーバ像をその形成予定位置に一致させて
形成することができる。そしてこの場合、を記ビーム強
度分布の測定が極−めで容易かつ短時間で行えるので、
レンズ２の条件設定に要する時間を従来法に比して１０
〜２０倍短縮することができる。また、本発明者等の実
験によれば、本実施例方法により設定したレンズ条件に
おけるクロスオーバ像位置を測定したところ、従来の設
定方法に比較し５〜２０倍の正確さで上記位置がクロス
オーバ像形成予定位置と一致することが確認された。

第３図は他の実施例方法を説明するためのもので、ビー
ム寸法可変型電子ビーム露光装置を示す概略構成図であ
る。なお−箱１図と同一部分には同一符号を付し、その
詳しい説明は省略する。この装置が第１図の装置と異な
る点は、レンズ構成を３段としビームの寸法を可変でき
るようにしたことである。すなわち、前記レンズ（第１
のコンデンサレンズ）２及びアパーチャマスク（第１の
アパーチャマスク）４により整形されたビームは、第２
のコンデンサレンズ２Ｉにより集束され第２のビーム整
形用アパーチャマスク２２に照射される。そして、ビー
ムｉ　形用＋ｇ　向コイル２３によりアパーチャマスク
４．２２の光学約１なりを可変することにより、ビーム
の寸法及び形状が可変せられるものとなっている。

また、図中２４は前記検出器１５と同様な検出器であり
、その検出出力は増幅器２５及びスイ゛ソチ２６を介し
て前記スイッチ１７に接続されている。表示器１８に供
給される偏向信号は、上記スイッチ２６と連動したスイ
ッチ２７により偏向コイル２３．７のいずれかに選択さ
れるものとなっている。なお、図中２８．２９は偏向コ
イル、３０は電源回路を示１〜でいるが、電源回路３０
はレンズ２，５．２１及び偏向コイル３゜７．２３．２
８．２９　　の各通電電流を独立して制御子るものであ
る。また、試料面６には露光すべき試料が配置され、試
料りでのビーム走査により試料上のレジストが所望パタ
ーンに露光されるものとなっている。

このような構成の装置において、第１のコンデンサレン
ズ２の条件設定は、検出器１５の代りに検出器２−°４
を用いると共に偏向コイル７の代りに偏向コイル２３を
用いることによって、先の実施例と同様に行うことがで
きる。ただ１２、この場合スイ゛ソチＺ７はＳ２側、ス
イッチ２６゜２７は共に８．側にしておく必要がある。

一方、第２のコンデンサレンズ２１の駆動条件を設定し
、クロスオーバ像をその形成予定位置、つまり対物レン
ズ５の主面、ヒに形成するには、次の操作を行う。まず
、スイ・ソチ２６．２７を８２側に切り換える。続いて
、偏向コイル２３の駆動信号を制御し、先の実施例と同
様にアパーチャマスク２２のアパーチャがビームで均一
に照射されるようにする。次いで、偏向コイル２９によ
りアパーチャマスク２２を介したビームを僅かに偏向し
、ビームの一部を対物レンズ５の開口絞り５ａにより偏
って非対称に阻止する。この状態で、試料面６ｔのビー
ム強度分布が均一となるようレンズ２１の駆動信号を制
御する。これにより、レンズ２１を介したビームのクロ
スオーバ像は、対物レンズ５の主面りに正確に形成され
ることになる。

かくして本実施例方法によれば、先の実施例と同様の効
果を奏するのは勿論、複数のレンズ２．２１の条件設定
を行うことができる。また、第２のコンデンサレンズ２
１の条件設定に際し、対物レンズ５の開口絞り５ａをビ
ーム阻止体として用いているので、新たにビーム阻止体
を設ける必要もない。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、＠記検出器としてナイフェ・ソジ及び２
次′電子検出器等を用い、ビーム走査と同期して２次電
子を検出することによりビーム強度分布を測定するよう
にしてもよいし、ファラデーカップを用いることもでき
る。

また、前記各種の偏向コイルの代りに偏向板を用いるこ
とも可能である。さらに、咄記し、ンズは電磁レンズに
限るものではなく、静電レンズであってもよいのは勿論
のことである。また、電子ビーム露光装置の他にイオン
ビーム露光装置、その他の荷電ビーム光学鏡筒に適用す
ることが可能であ−る。また、前記表示器１８に表示さ
れる情報を計算機に入力し、計算機制御によりレンズ設
定の自動化を行うことも可能である。

要するに本発明は、そ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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を説明するための原理図
、第２図（ａｌ〜（Ｃ）はそれぞれビーム強度分布の表
示画像を示す模式図、第３図は他の実施例を説明するた
めのものでビーム寸法可変型電子ビーム露光装置を示す
概略構成図、第４図（ａ）　、　（ｂ）は電子ビームと
阻止体の関係を示す説明図、鳩５図は電子ビーム強度分
布検出器のクープ・ソトを示す説明図である。 Ｉ・・・電子銃、２，５．２１・・・レンズ、３，７゜
！！Ｌダ、　２８　、２９・・・偏向コイル（偏向器）
、４，２２・・・ビーム整形用アパーチャマスク、１４
・・・ビーム阻止体、１５．２４・・・検出器、１８・
・・表示器、５ａ・・・対物レンズ開口絞り（ビーム阻
止体）。 出願人代理人　　弁理士　鈴　圧式　彦第４図 （ａ） 第５図 （ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電ビーム発生源から放出された荷電ビームを収
   束し砺望位置にクロスオーバ像を形成す名ためのレンズ
   と、このレンズにより収束された荷電ピー、ムを整形す
   るアパーチャマスクと、上記荷電ビームを偏向し１記ア
   パーチヤマスクのアパーチャ上でのビーム照射分布を可
   変する偏向器とを具備してなる荷電ビーム光学鏡筒の上
   記レンズの駆動条件を設定するに際し、ＩＩＪ記アパー
   チャマスクを通過した荷電ビームの強度分布が均一とな
   るよう前記偏向器の駆動信号を制御したのち、ビーム阻
   止体を用いグロスオーバ像形成予定位置で荷電ビームの
   一部を偏って阻止すると共に、該阻止体により阻止され
   ず通過した荷電ビームの強度分布が均一となるよう前記
   レンズの駆動信号を制御することを特徴とする荷電ビー
   ム光学鏡筒のレンズ設定方法。
2. （２）前記荷電ビームの強度分布を測定する手段として
   　前記アパーチャマスク或いシ未前記ア） パーチャマスク及び阻止体により阻止されず通過した荷
   電ビームをレンズによりタープ・ソト上に結像し、この
   ターゲヅト上のビーム強度分布を測定することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム光学鏡筒の
   レンズ設定方法。