JPH09190792A

JPH09190792A - 集束ビームのフォーカス調整方法

Info

Publication number: JPH09190792A
Application number: JP8003078A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Komagata; 正駒形
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズ成分に影響されず、集束ビームのフォ
ーカス状態を正しく測定することができる荷電粒子ビー
ムの測定方法を実現する。【解決手段】検出器２７におけるナイフエッジ部材を
横切って電子ビームの走査を行う。この走査により、検
出器２７から得られた信号は、ＡＤ変換器２８を経て演
算回路２９に供給される。演算回路２９において、各デ
ータから初期値の１／２を引いて絶対値化し積算を行
う。この演算を対物レンズ１４の励磁を複数回変化させ
て行う。この結果得られたフォーカスと電流積算値との
曲線のピーク位置から最適フォーカス値を求める。ジャ
ストフォーカス位置が求められたら、演算回路２６より
制御ＣＰＵ１８にその値が供給される。制御ＣＰＵ１８
は演算回路２６からの信号に基づいて、対物レンズ制御
回路２２を制御し、対物レンズ１４にジャストフォーカ
スとなる励磁電流を供給する。

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や
レーザー顕微鏡等の装置における集束ビームのフォーカ
ス調整方法に関する。

【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
フォーカス状態等の測定において、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】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、ノイズ成分に影響されず、集束ビ
ームのフォーカスを正しく調整することができる集束ビ
ームのフォーカス調整方法を実現するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
集束ビームのフォーカス調整方法は、集束ビームを直線
状のエッジを有した部材を横切って走査し、この走査に
伴って検出された信号に対してその信号の最大振幅の１
／２を差し引き、その差信号の絶対値を積算すると共
に、前記積算を集束ビームのフォーカスを多数回変えて
それぞれのフォーカス状態で実行し、得られた多数の積
算結果に基づき、積算結果のピーク時のフォーカスに集
束ビームを調整するようにしたことを特徴としている。

【００１０】請求項１の発明では、集束ビームを直線状
のエッジを有した部材を横切って走査し、この走査に伴
って検出された信号に対してその信号の最大振幅の１／
２を差し引き、その差信号の絶対値を積算すると共に、
前記積算を集束ビームのフォーカスを多数回変えてそれ
ぞれのフォーカス状態で実行し、得られた多数の積算結
果に基づき、積算結果のピーク時のフォーカスに集束ビ
ームを調整する。

【００１１】請求項２の発明に基づく集束ビームのフォ
ーカス調整方法は、集束ビームを直線状のエッジを有し
たナイフエッジ部材を横切って走査し、この走査に伴っ
てナイフエッジ部材に遮蔽されないビームを検出し、検
出された信号に対してその信号の初期値の１／２を差し
引き、その差信号の絶対値を積算するようにしたことを
特徴としている。

【００１２】請求項２の発明では、集束ビームをナイフ
エッジ部材を横切って走査し、ナイフエッジ部材によっ
て遮蔽されないビームを検出する。請求項３の発明に基
づく集束ビームのフォーカス調整方法は、集束ビームを
直線状のエッジを有した部材を横切って走査し、この走
査に伴って部材から反射あるいは発生した信号を検出
し、検出された信号の０レベルの調整を行った後に、調
整された信号に対してその信号の最大値の１／２を差し
引き、その差信号の絶対値を積算するようにしたことを
特徴としている。

【００１３】請求項３の発明では、試料上に設けられた
マーク部材などの、直線状のエッジを有した部材を横切
って集束ビームを走査し、この走査に伴って部材から反
射あるいは発生した信号を検出し、検出された信号の０
レベルの調整を行った後に、調整された信号に対してそ
の信号の最大値の１／２を差し引き、その差信号の絶対
値を積算する。

【００１４】

【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５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。７は電子ビームＥＢを発生する電子銃であり、該電
子銃７から発生した電子ビームＥＢは、照射レンズ８を
介して第１成形アパーチャ９上に照射される。第１成形
アパーチャの開口像は、成形レンズ１０により、第２成
形アパーチャ１１上に結像されるが、その結像の位置
は、成形偏向器１２により変えることができる。第２成
形アパーチャ１１により成形された像は、縮小レンズ１
３、対物レンズ１４を経て描画材料１５上に照射され
る。描画材料１５への照射位置は、位置決め偏向器１６
により変えることができる。

【００１５】１７は制御ＣＰＵであり、制御ＣＰＵ１７
はパターンデータメモリー１８からのパターンデータを
データ転送回路１９に転送する。データ転送回路１９か
らのパターンデータは、成形偏向器１２を制御する制御
回路２０、位置決め偏向器１６を制御する制御回路２
１、対物レンズ１４の励磁を制御する制御回路２２、電
子銃７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）２３を制御するブランキ
ングコントロール回路２４に供給される。

【００１６】更に、制御ＣＰＵ１７は、材料１５のフィ
ールド毎の移動のために、材料１５が載せられたステー
ジ２５の駆動回路２６を制御する。ステージ２５の端部
には、検出器２７が配置されているが、この検出器２７
は、図１に示したナイフエッジ部材４、アパーチャ５、
ファラデーカップ６より構成されている。

【００１７】検出器２７によって検出された信号は、Ａ
Ｄ変換器２８によってディジタル信号に変換された後、
演算回路２９によって所定の演算が実行される。演算回
路２９の演算結果は、制御ＣＰＵ１７に供給される。こ
のような構成の動作を次に説明する。

【００１８】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１８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１９に供給さ
れる。このデータ転送回路１９からのデータに基づき、
偏向制御回路２０は成形偏向器１２を制御し、また、制
御回路２１は位置決め偏向器１６を制御する。

【００１９】この結果、各パターンデータに基づき、成
形偏向器１２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１５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２４から
ブランカー２３へのブランキング信号により、材料１５
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。

【００２０】更に、材料１５上の異なった領域への描画
の際には、制御ＣＰＵ１７からステージ駆動回路２６へ
の指令により、ステージ２５は所定の距離移動させられ
る。なお、ステージ２５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。

【００２１】次に、材料１５へ照射される電子ビームの
フォーカス状態の測定について説明する。まず、制御Ｃ
ＰＵはステージ駆動回路２６を制御して、ステージ２５
を移動させ、検出器２７を電子ビームＥＢの光軸の下に
位置させる。この状態で図１と同様に、検出器２７にお
けるナイフエッジ部材を横切って電子ビームの走査を行
う。

【００２２】この走査は、位置決め偏向器制御回路２１
から位置決め偏向器１６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２７から得られた信
号は、例えば、図３（ａ）の信号波形となる。この信号
は、ＡＤ変換器２８を経て演算回路２９に供給される。

【００２３】演算回路２９では、この信号を１走査につ
きｎ個のデータとして取り込む。この電子ビームのナイ
フエッジ部材を横切っての走査と信号の取り込みは、制
御ＣＰＵ１７から対物レンズ制御回路２２を制御し、対
物レンズ１４の励磁を段階的に変えて多数回（ｍ回）行
われる。異なった対物レンズ１４の励磁変化（電子ビー
ムのフォーカスの変化）に伴って、次の各式で表される
信号が演算回路２９に取り込まれる。

【００２４】ｆ₁（ｉ）ｉ＝１，２，３，…，ｎｆ₂（ｉ）ｉ＝１，２，３，…，ｎ・・ｆ_m（ｉ）ｉ＝１，２，３，…，ｎこの各信号の波形を図６に示す。図６で横軸は走査位
置、縦軸は検出電流値であり、実線で示した線Ｌ₁がジ
ャストフォーカスの時の波形、二点鎖線で示した線Ｌ₂
がアンダーフォーカス時の波形、点線で示した線Ｌ₃が
オーバーフォーカス時の波形である。

【００２５】次に、上記した各走査検出データに対し
て、演算回路２９において、各データから初期値Ｉの１
／２を引いて絶対値化し積算を行う。この演算を式で表
すと次の通りとなる。

【００２６】

【数１】

【００２７】図７には、各走査検出データに対して、各
データから初期値Ｉの１／２を引いて絶対値化した信号
の波形（積算処理前の信号波形）が示されている。図７
で横軸は走査位置、縦軸は検出電流値であり、実線で示
した線Ｌ₄がジャストフォーカスの時の波形、一点鎖線
で示した線Ｌ₅がアンダーフォーカス時とオーバーフォ
ーカス時の波形である。

【００２８】この図７に示した波形信号について積算を
行うと、信号に含まれているノイズの影響を取り除くこ
とができる。すなわち、ランダムノイズ成分あるいは周
期性ノイズでその周期が走査時間より十分小さい場合に
は、和が０に近付く。また、周期性ノイズで周期が長い
ノイズでも、その位相が揃っていれば、演算結果に与え
る影響は同じなので、フォーカス情報は正しく取り出す
ことができる。その結果、積算結果にはフォーカス情報
のみが正確に残ることになる。

【００２９】なお、図６の信号波形をそのまま積算した
場合には、フォーカス情報のみを選択的に取り出すこと
ができない。すなわち、信号波形の最初の変曲点Ｐ１近
傍において、ジャストフォーカスの曲線は電流量が一番
大きく、アンダーフォーカスおよびオーバーフォーカス
の曲線の電流量は、ジャストフォーカスの電流量よりも
小さくなっている。

【００３０】その一方、２番目の変曲点Ｐ２近傍におい
ては、ジャストフォーカスの曲線は電流量が一番小さ
く、アンダーフォーカスおよびオーバーフォーカスの曲
線の電流量は、ジャストフォーカスの電流量よりも大き
くなっている。したがって、このような状態の２つの変
曲点を有した各信号を積算しても、ジャストフォーカス
と他のフォーカス状態のときの積算結果とは差が表れな
いことになる。

【００３１】このような考察に基づき、本発明では、電
子ビームの走査に基づく検出信号に対し、その初期値Ｉ
（信号の最大振幅値）の１／２を差し引き、その絶対値
を求めることで、図７に示す各曲線の変曲点Ｐ１，Ｐ２
において常にジャストフォーカスの値がオーバーフォー
カスやアンダーフォーカスの状態の値より大きくした。

【００３２】このことによって、各フォーカス状態で、
積算結果に変化をつけることができる。その結果、各フ
ォーカス状態で積算した結果は、図８に示すような曲線
となる。この図８で最大の積算値が得られたところが、
ジャストフォーカスの位置となる。なお、検出信号の最
大振幅値は、ナイフエッジ部材を横切ってビームの走査
を行った図６の例では、ナイフエッジにビームが完全に
遮蔽されている時は検出信号が０となるため、信号の初
期値となる。

【００３３】図８の曲線に対しては、フォーカスと電流
積算値との曲線に対して最小二乗法により２次曲線近似
Ｆ（ｘ）を行い、そのピーク位置から最適フォーカス値
を求める。このような演算は、演算回路２９によって実
行される。なお、ピーク位置を求める場合、曲線近似は
２次曲線近似以外にも、他の近似法を用いることができ
る。また、フォーカスを変えての電子ビームの走査を比
較的多く実行し、プロット数を多くすれば、曲線近似を
用いる必要はない。

【００３４】上記したような一連の信号処理を行い、ジ
ャストフォーカス位置が求められたら、演算回路２６よ
り制御ＣＰＵ１８にその値が供給される。制御ＣＰＵ１
８は演算回路２６からの信号に基づいて、対物レンズ制
御回路２２を制御し、対物レンズ１４にジャストフォー
カスとなる励磁電流を供給する。その後、制御ＣＰＵ１
８よりデータ転送回路１９に描画データが供給され、材
料１５への正規の描画が実行される。

【００３５】以上本発明の一実施形態を説明したが、本
発明はこの実施の形態に限定されない。例えば、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を検出したが、直線状のエッジ
を有した２次電子や反射電子の放出係数の高い材料を用
い、その材料を横切って荷電粒子ビームを走査し、材料
からの２次電子や反射電子を検出するように構成しても
良い。その場合、検出信号は、例えば、図９（ａ）とな
る。

【００３６】この場合には、まず、検出信号の最低レベ
ルを図９（ｂ）に示すように０レベルとし、その後、検
出信号の最大振幅値Ｉの１／２を差し引き、図９（ｃ）
に示すように図９（ｂ）の信号の絶対値を求めれば良
い。図９に示した各信号波形の内、実線で示した線はジ
ャストフォーカスの状態のもの、点線で示した線はアン
ダーフォーカスとオーバーフォーカスの状態のものであ
る。

【００３７】また、上記実施の形態では、電子ビームを
用いて説明したが、集束イオンビームや集束レーザービ
ームのフォーカス状態を測定する場合にも適用すること
ができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、集束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、この走査に伴って検出された信号に対してそ
の信号の最大振幅の１／２を差し引き、その差信号の絶
対値を積算すると共に、前記積算を集束ビームのフォー
カスを多数回変えてそれぞれのフォーカス状態で実行
し、得られた多数の積算結果に基づき、積算結果のピー
ク時のフォーカスに集束ビームを調整するように構成し
た。その結果、検出信号のノイズの影響を著しく軽減し
て集束ビームのフォーカス状態を測定することができ、
集束ビームのフォーカスの調整を正確に行うことができ
る。

【００３９】請求項２の発明では、集束ビームをナイフ
エッジ部材を横切って走査し、ナイフエッジ部材によっ
て遮蔽されないビームを検出するようにしたので、請求
項１の発明と同様な効果が得られる。

【００４０】請求項３の発明では、試料上に設けられた
マーク部材などの、直線状のエッジを有した部材を横切
って集束ビームを走査し、この走査に伴って部材から反
射あるいは発生した信号を検出し、検出された信号の０
レベルの調整を行った後に、調整された信号に対してそ
の信号の最大値の１／２を差し引き、その差信号の絶対
値を積算するようにしたので、請求項１の発明と同様な
効果が得られる。

【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】本発明を実施するための電子ビーム描画装置の
一例を示す図である。

【図６】各フォーカス状態における検出信号波形を示す
図である。

【図７】図６の信号に対し、初期値の１／２を差し引き
絶対値を取った信号波形を示す図である。

【図８】各フォーカス状態における図７の信号の積算値
変化を示す図である。

【図９】本発明の他の実施の形態における各信号波形を
示す図である。

【符号の説明】

７電子銃８照射レンズ９第１アパーチャ１０成形レンズ１１第２アパーチャ１２成形偏向器１３縮小レンズ１４対物レンズ１５被描画材料１６位置決め偏向器１７制御ＣＰＵ１８パターンデータメモリー１９データ転送回路２０成形偏向器制御回路２１位置決め偏向器制御回路２２対物レンズ制御回路２３ブランカー２４ブランキングコントロール回路２５ステージ２６ステージ駆動回路２７検出器２８ＡＤ変換器２９演算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束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、この走査に伴って検出された信号
に対してその信号の最大振幅の１／２を差し引き、その
差信号の絶対値を積算すると共に、前記積算を集束ビー
ムのフォーカスを多数回変えてそれぞれのフォーカス状
態で実行し、得られた多数の積算結果に基づき、積算結
果のピーク時のフォーカスに集束ビームを調整するよう
にした集束ビームのフォーカス調整方法。
【請求項２】集束ビームを直線状のエッジを有したナ
イフエッジ部材を横切って走査し、この走査に伴ってナ
イフエッジ部材に遮蔽されないビームを検出し、検出さ
れた信号に対してその信号の初期値の１／２を差し引
き、その差信号の絶対値を積算するようにした請求項１
記載の集束ビームのフォーカス調整方法。
【請求項３】集束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、この走査に伴って部材から反射あ
るいは発生した信号を検出し、検出された信号の０レベ
ルの調整を行った後に、調整された信号に対してその信
号の最大値の１／２を差し引き、その差信号の絶対値を
積算するようにした請求項１記載の集束ビームのフォー
カス調整方法。