(57)【要約】【課題】  荷電ビーム発生源の位置ずれに伴う荷電ビームの軸ずれを補正し、ビーム欠け、ビームぼけの無いビーム調整を可能とし試料に対して精度の高い描画を行う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。【解決手段】  本発明に係る荷電ビーム描画装置は、荷電ビーム発生源１から出射したビームを、まず第１の偏向器２により光軸と交差するように偏向し、前記第２の偏向器３により、第１の偏向器により偏向された荷電ビームが光軸上を進行するように偏向するよう制御する。その際、下流の離れた位置にある二つのアパーチャ５と、アパーチャ１２中心にビームが通るように前記第1及び第２の偏向器の励磁量を調整する。それにより荷電ビーム発生源１の位置ずれによる悪影響を下流に与えない調整が可能となる。【選択図】  図１
2006203107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを成形し試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描画装置であって、
荷電ビーム発生源と、
１つの光軸上に配置され、前記荷電ビーム発生源から出射された荷電ビームを透過させる、レンズ及びアパーチャを具備する荷電ビーム成形部と、
前記荷電ビーム成形部と前記荷電ビーム発生源との間に配置され前記荷電ビーム発生源から出射された荷電ビームを偏向する第１の偏向器と、
前記第１の偏向器と前記荷電ビーム成形部との間に配置され前記第１の偏向器により偏向された荷電ビームを偏向する第２の偏向器と、
前記アパーチャの画像データを取得する撮像装置と、
得られた前記画像データから、前記第１の偏向器により、前記荷電ビーム発生源から発生した荷電ビームが前記光軸と交差するように偏向し、前記第２の偏向器により、前記第１の偏向器により偏向された荷電ビームが前記光軸上を進行するように偏向するよう前記第１の偏向器及び第２の偏向器の励磁量を求め、求められた励磁量に基づいて前記第１及び第２の偏向器を制御する制御部を具備することを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項２】
前記荷電ビーム成形部は、前記荷電ビーム発生源側から少なくとも照明レンズ、前記照明レンズ内に設けられたビーム制限アパーチャ、第２照明レンズ、第１ブランキングアパーチャ、ブランキング偏向器及び第２ブランキングアパーチャがこの順で配列され、
前記撮像装置は、前記第２ブランキングアパーチャからの荷電ビームの反射を示す画像データを取得し、
前記制御部は、得られた前記画像データから、前記ビーム制限アパーチャ像と、前記第１及び前記第２ブランキングアパーチャ像を得、得られた前記ビーム制限アパーチャ像と、前記第１及び第２ブランキングアパーチャ像から各々の像の中心位置を求め、求められた各々の像の中心位置に基づいて、前記第１及び第２ブランキングアパーチャのうちの少なくとも一方の中心位置と、前記ビーム制限アパーチャの中心位置を一致させる前記第１及び第２の偏向器の励磁量を求める計算手段と、求められた励磁量に基づいて前記第１及び第２の偏向器を制御する偏向器制御手段とを有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。
【請求項３】
前記計算手段は、得られた前記ビーム制限アパーチャ像と、前記第１及び前記第２ブランキングアパーチャ像の微分又は差分をとって前記アパーチャ像の輪郭を強調して中心位置を求めることを特徴とする請求項２記載の荷電ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子銃から出射された荷電ビームを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。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来例に係る荷電ビーム描画装置の構成図である（例えば特許文献１参照）。
電子銃１から出射される荷電ビームの進行路（すなわち１つの光軸上）には、荷電ビーム成形部、すなわち第１照明レンズ４、第１照明レンズ１内に中心が一致するように設置されたビーム制限アパーチャ５、第２照明レンズ７、第１成形アパーチャ１６、さらに下流に、第１投影レンズ、成形偏向器、第２投影レンズ、第２成形アパーチャ、縮小レンズ、対物レンズ等、が配置され、この荷電ビーム成形部を通ってビームは成形されて試料に照射される。
【０００３】
また、電子銃１と第１照明レンズ４との間には、第１アライメント偏向器２が設けられている。
また、第１照明レンズ４と第２照明レンズ７との間には第３アライメント偏向器６が設けられている。
さらに第２照明レンズ７の下流には、第４アライメント偏向器８、ブランキング偏向器上極アパーチャ（第１ブランキングアパーチャ）９、ブランキング偏向器上極１０、ブランキングアパーチャ（第２ブランキングアパーチャ）１２、第５アライメント偏向器１３、ブランキング偏向器下極１４、第６アライメント偏向器１５、そして第１成形アパーチャ１６が順に設けられている。
【０００４】
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第１照明レンズ４、第２照明レンズ７、第１投影レンズ、第２投影レンズ及び縮小レンズにより５回結像され、最終的に対物レンズの主面に結像される。これと共に電子銃１から出射された荷電ビームは、第１成形アパーチャ１６を通過し、この後成形偏向器により偏向されて第２の成形アパーチャを通過することにより、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成形される。この後縮小レンズ及び対物レンズにより試料面上に結像される。
【０００５】
このような構成の荷電ビーム描画装置の上流においては、電子銃１から出射されたビームは、第１照明レンズ４内のビーム制限アパーチャ５の中心を基準とし、その中心をビームが通過するよう第１アライメント偏向器２を制御していた。
【０００６】
一方、上記の荷電ビーム装置は、電子銃１から第１成形アパーチャ１６が固定されている位置まで７個のブロックに外筒を分けて重ねた構造になっている。ブロック１〜ブロック７には主に以下に示す部位を具備している。
【０００７】
ブロック１（１７）：電子銃１
ブロック２（１８）：電子銃１が入るチャンバ
ブロック３（１９）：第１アライメント偏向器２、第１照明レンズ４、ビーム制限アパーチャ５、第３アライメント偏向器６。
ブロック４（２０）：ブロック３と５をつなぐ外筒。
ブロック５（２１）：第２照明レンズ７、第４アライメント偏向器８。
ブロック６（２２）：ブランキング偏向器上極アパーチャ９、ブランキング電極上極１０、ブランキングアパーチャ１２、第５アライメント偏向器１３、ブランキング偏向器下極１４、第６アライメント偏向器１５。
ブロック７（２３）：第１成形アパーチャ１６。
【０００８】
これらのブロックの外筒は、公差数十μｍの精度で設計されていてブロック間の半径方向の基準は外筒のハメアイ部になっている。これらのブロックを基準にして、複数の構造部品を介してポールピース・偏向器・アパーチャが固定位置決めされている。
【０００９】
このような装置において、ブロック１（１７）よりも下流の部分については一度組上げたら故障の無い限りは分解することは無いので、高い公差で組み立てされている。
【００１０】
しかしながら、電子銃１は消耗品であるので一定期間使用した後で交換される。そのため、電子銃１が配置されているブロック１（１７）は簡単に開閉できる構造にしておく必要があり、他のブロックに比べて組み立て精度を厳しくするのが困難である。また、電子銃１から出射するビームの位置、方向についても精度を良くすることが難しい。
このような事情で、電子銃１から出射されるビームの出射位置や方向が装置の中心軸からずれ易いという不可避的な状況が生じる。
【００１１】
その場合、たとえ電子銃１から出射したビームが第１照明レンズ４内のビーム制限アパーチャ５の中心を通るように、第１アライメント偏向器１を制御したとしても、図９に示すように、装置上流での軸ずれは下流において再度軸ずれを生じ、ビームが下流の構造物に近づき、遮られる可能性が高くなり、ビーム欠け、若しくはビームぼけを生じやすく正確な描画ができない恐れがあった。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−６３９３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、荷電ビーム発生源の位置ずれに伴う荷電ビームの軸ずれを補正し、ビーム欠け、ビームぼけの無いビーム調整を可能とし試料に対して精度の高い描画を行う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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、
荷電ビームを成形し試料上に結像して描画を行う荷電ビーム描画装置であって、
荷電ビーム発生源と、
１つの光軸上に配置され、前記荷電ビーム発生源から出射された荷電ビームを透過させる、レンズ及びアパーチャを具備する荷電ビーム成形部と、
前記荷電ビーム成形部と前記荷電ビーム発生源との間に配置され前記荷電ビーム発生源から出射された荷電ビームを偏向する第１の偏向器と、
前記第１の偏向器と前記荷電ビーム成形部との間に配置され前記第１の偏向器により偏向された荷電ビームを偏向する第２の偏向器と、
前記アパーチャの画像データを取得する撮像装置と、
得られた前記画像データから、前記第１の偏向器により、前記荷電ビーム発生源から発生した荷電ビームが前記光軸と交差するように偏向し、前記第２の偏向器により、前記第１の偏向器により偏向された荷電ビームが前記光軸上を進行するように偏向するよう前記第１の偏向器及び第２の偏向器の励磁量を求め、求められた励磁量に基づいて前記第１及び第２の偏向器を制御する制御部を具備することを特徴とする荷電ビーム描画装置である。
【００１５】
また、前記荷電ビーム描画装置において、
前記荷電ビーム成形部は、前記荷電ビーム発生源側から少なくとも照明レンズ、前記照明レンズ内に設けられたビーム制限アパーチャ、第２照明レンズ、第１ブランキングアパーチャ、ブランキング偏向器及び第２ブランキングアパーチャがこの順で配列され、
前記撮像装置は、前記第２ブランキングアパーチャからの荷電ビームの反射を示す画像データを取得し、
前記制御部は、得られた前記画像データから、前記ビーム制限アパーチャ像と、前記第１及び前記第２ブランキングアパーチャ像を得、得られた前記ビーム制限アパーチャ像と、前記第１及び第２ブランキングアパーチャ像から各々の像の中心位置を求め、求められた各々の像の中心位置に基づいて、前記第１及び第２ブランキングアパーチャのうちの少なくとも一方の中心位置と、前記ビーム制限アパーチャの中心位置を一致させる前記第１及び第２の偏向器の励磁量を求める計算手段と、求められた励磁量に基づいて前記第１及び第２の偏向器を制御する偏向器制御手段とを有することが望ましい。
【００１６】
また、本発明の荷電ビーム描画装置において、前記計算手段は、得られた前記ビーム制限アパーチャ像と、前記第１及び前記第２ブランキングアパーチャ像の微分又は差分をとって前記アパーチャ像の輪郭を強調して中心位置を求めることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、荷電ビーム発生源の出射位置又は方向のずれに伴う荷電ビームの軸ずれを装置の上流で補正し、装置の下流の軸ずれ量を少なくすることができ、ビーム欠け、ビームぼけの無いビーム調整が可能となり、精度の高い描画を行うことができる荷電ビーム描画装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は荷電ビーム描画装置の構成図である。なお、図９と同一の部分については同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００１９】
荷電ビーム発生源である電子銃１から出射される荷電ビームの進行路（すなわち１つの光軸上）には、荷電ビーム成形部、すなわち第１照明レンズ４、第１照明レンズ１内に中心が一致するように設置されたビーム制限アパーチャ５、第２照明レンズ７、第１成形アパーチャ１６、さらに下流に、第１投影レンズ、成形偏向器、第２投影レンズ、第２成形アパーチャ、縮小レンズ、対物レンズ等、が配置され、この荷電ビーム成形部を通ってビームは成形されて試料に照射される。
【００２０】
また、第１照明レンズ４と第２照明レンズ７との間には第３アライメント偏向器６が設けられている。第２照明レンズ７の下流には、第４アライメント偏向器８、ブランキング偏向器上極アパーチャ（第１ブランキングアパーチャ）９、ブランキング偏向器上極１０、ブランキングアパーチャ（第２ブランキングアパーチャ）１２、第５アライメント偏向器１３、ブランキング偏向器下極１４、第６アライメント偏向器１５、そして第１成形アパーチャ１６が順に設けられている。
【００２１】
ブランキング偏向器上極１０、ブランキング偏向器下極１４のギャップは偏向感度を上げるために狭くしている。例えば２ｍｍ程度である。また、ブランキング偏向器上極１０の上部にはビームが電極に触れないようにするために直径２ｍｍの穴の開いた上板（ブランキング偏向器上極アパーチャ）９が設けられている。ビームはこの直径２ｍｍの穴に余裕をもって通過させる必要がある。ブランキング偏向器上極１０およびブランキング偏向器上極アパーチャ９はブランキングホルダーに固定されていて、ホルダー外径を基準として、半径方向の組み立て公差は１０μｍ程度となっている。
【００２２】
この装置では、電子銃１と、第１照明レンズ４との間に、電子銃１側から第１アライメント偏向器２及び第２アライメント偏向器３の２つの偏向器を具備する。
【００２３】
また、この装置では、ブランキング偏向器上極１０とブランキングアパーチャ１２との間には、ビーム検出器（撮像装置）１１が設けられ、ブランキングアパーチャ１２を透過せずこのアパーチャの上側の面を反射する反射ビームを検出する。その検出信号は測定画像データとして制御部３０に送られる。
【００２４】
制御部３０はコンピュータからなるもので第１アライメント偏向器２及び第２アライメント偏向器３に接続されている。制御部３０はビーム検出器１１で検出したブランキングアパーチャ１２からの反射ビームの測定画像データに基づいて、第１のアライメント偏向器２、第２のアライメント偏向器３における励磁量を求める計算手段を有している。また制御部３０は求められた励磁量に従って、第１のアライメント偏向器２、第２のアライメント偏向器３に指令を発する偏向器制御手段を有している。
【００２５】
上記の荷電ビーム装置は、電子銃１から第１成形アパーチャ１６が固定されている位置まで７個のブロックに外筒を分けて重ねた構造になっている。ブロック１〜ブロック７には主に以下に示す部位を具備している。
【００２６】
ブロック１（１７）：電子銃１
ブロック２（１８）：電子銃１が入るチャンバ
ブロック３（１９）：第１アライメント偏向器２、第２アライメント偏向器３、第１照明レンズ４、ビーム制限アパーチャ５、第３アライメント偏向器６。
ブロック４（２０）：ブロック３（１９）とブロック５（２１）をつなぐ外筒。
ブロック５（２１）：第２照明レンズ７、第４アライメント偏向器８。
ブロック６（２２）：ブランキング偏向器上極アパーチャ９、ブランキング電極上極１０、ビーム検出器（撮像装置）１１、ブランキングアパーチャ１２、第５アライメント偏向器１３、ブランキング偏向器下極１４、第６アライメント偏向器１５。
ブロック７（２３）：第１成形アパーチャ１６。
【００２７】
先にも述べたように電子銃１は消耗品であるので一定期間使用した後で交換される。ブロック１（１７）は簡単に開閉できる構造にしておく必要があるので、組み立て精度を厳しくするのが難しい。また、電子銃１から出射するビームの位置、方向についても精度を良くすることが難しい。そのずれ分を補正するために第１、第２アライメント偏向器２、３が設けられている。
【００２８】
つまり、この装置においては、電子銃１とその下流の構造物とのずれが図１のように生じている場合に、下流において進行するビームが斜めにならないようにアライメントが行われる。このとき、制御部３０による制御により、前記第１アライメント偏向器２は、前記荷電ビーム発生源から発生した荷電ビームを前記光軸と交差するように偏向させ、前記第２のアライメント偏向器３は前記第１のアライメント偏向器２により偏向された荷電ビームが前記光軸上を進行するよう偏向させる。それにより、ビームの出射位置または方向のずれを上流で補正することができる。このとき制御部３０は、以下の具体例医に示すようにビーム制限アパーチャ５とそれより下流のブランキング偏向器上極アパーチャ９中心若しくはブランキングアパーチャ１２中心へビームを通すよう第1及び第２の偏向器の偏向量を決定することが望ましい。
【００２９】
以下、制御部３０による装置の動作例についてさらに説明する。
【００３０】
＜１．初期調整＞
アライメントを行わない初期の状態では、ビームの出射にずれがあるので、ビーム制限アパーチャ５をビームが通過していない可能性があり、ビーム検出器１１では何も検出できない可能性がある。まずビーム検出器１１からの検出が何もない場合は第１アライメント偏向器２と第２アライメント偏向器３を順次操作してビーム制限アパーチャ５の像を見つける。ビーム制限アパーチャ５をビームが通過すると検出像が明るくなるので、例えば、最も像が明るくなる第１アライメント偏向器２と第２アライメント偏向器３の励磁の組み合わせにする。これによりビーム制限アパーチャ５、ブランキング偏向器上極アパーチャ９、ブランキングアパーチャ１２の像が検出できるようになる。このとき下流の第３アライメント偏向器６と第４アライメント偏向器８の励磁量はゼロにしておく。
【００３１】
＜２．ビーム制限アパーチャ像の中心検出＞
初期調整後のビーム検出器１１による測定画像を図２に示す。図２に示すように、暗いブランキングアパーチャ（１２）の像２５、明るいビーム制限アパーチャ（５）の像２４、グレーのブランキング偏向器上極アパーチャ（９）の像２６が重なって検出される。
【００３２】
この画像に基づいて計算手段によって以下の処理を行う。
【００３３】
まず、画像の明るさに閾値を設定して閾値以上の像を抽出して２値化する処理を行う。また、閾値以上の像にビーム制限アパーチャ像２４以外の図形２７が検出されてしまった場合にはこの図形を取り除く。すなわち識別するためには図形の円形度、面積を測定して円形度の小さい図形、面積の小さい図形を取り除く。これらの処理を行った後の画像を図３に示す。これによってビーム制限アパーチャ像２４を得ることができるが、暗いブランキングアパーチャ像２５が重なって残っている。
【００３４】
第４アライメント偏向器８を励磁することによってブランキングアパーチャ像２５を避けることができれば良いが、偏向感度不足で避けることができない場合はブランキングアパーチャ１２が無いと想定した像に変換する。
【００３５】
図３に示されるビーム制限アパーチャ像２４をブランキングアパーチャ１２がないと想定した像に変換する方法の１例を以下に説明する。
【００３６】
まず閾値を設定してブランキングアパーチャ像２５を抽出する。次にこの像の周辺のビーム制限アパーチャ像２４の明るさを平均した値を抽出したブランキングアパーチャ像２５位置へ埋め込む。または、平均することなしに、ブランキングアパーチャ像２５周辺のビーム制限アパーチャ像２４の明るさと同じとしてもよい。その処理の結果の、ブランキングアパーチャが無いと想定したビーム制限アパーチャ像（求められたビーム制限アパーチャ像２４´）は図４のようになる。
【００３７】
このように求められたビーム制限アパーチャ像２４´を実際のビーム制限アパーチャ像とみなす。
次にこの像の画像重心を求める。アパーチャが円である場合は円の座標データを算出して、細線と最も良く重なる半径・位置の円の中心位置を求める。図５は求められたビーム制限アパーチャの像２４´とそれから求めた中心を重ねて記載した図である。
【００３８】
＜３．ブランキングアパーチャ像中心及びブランキング偏向器上極アパーチャ像中心の検出＞
一方、先に示した図２に示す画像を微分するか差分をとる。その結果を図６に示す。図６に示すようにブランキングアパーチャ像（内側）、ブランキング偏向器上極アパーチャ像（外側）の輪郭がでる。
【００３９】
これらの像に対してさらに輪郭を抽出するための適当な閾値を設定して二値化する。その結果を図７に示す。
【００４０】
図７に示すように輪郭線が太くなった場合はこの線を一般的な画像処理で求められている手法を利用して細線化する。その結果を図８に示す。
【００４１】
次に、得られたブランキングアパーチャ像及びブランキング偏向器上極アパーチャ像のそれぞれの画像重心を求める。アパーチャが円である場合は円の座標データを算出して、細線と最も良く重なる半径・位置の円の中心位置を求める。
【００４２】
＜４．第１及び第２アライメント偏向器の励磁量の算出及び制御＞
上記でビーム制限アパーチャ像とブランキングアパーチャ像とブランキング偏向器上極アパーチャ像の３個の中心位置を求めることができた。さらにブランキングアパーチャ像、ブランキング偏向器上極アパーチャ像のうちの少なくとも一方の中心位置と、ビーム制限アパーチャ像の中心位置とに注目してこれらがｘ、ｙ方向で一致するように第１アライメント偏向器２と、第２アライメント偏向器３の励磁量を求める。
【００４３】
励磁量は予め第１アライメント偏向器２の励磁変化量とそれぞれのアパーチャ像位置の変化量の関係を求めておく。第２アライメント偏向器２についても同様な関係を求めておく。例えばアライメント偏向器の変化量をΔｘ、Δｙ、アパーチャ像位置の変化量をΔＸ，ΔＹとした場合に、
【数１】
2006203107.tif 000003
で表せる係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを求めておく。Δｘ、Δｙを変えて実際の移動量ΔＸ、ΔＹを測定することによって４個の一次方程式がつくれるので４個の係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを求めることができる。この係数を利用してアライメント偏向器の値を変えてアパーチャの中心位置を一致する励磁量を求める。
【００４４】
このようにして求められた第１アライメント偏向器２と、第２アライメント偏向器３の励磁量に基づいて第１アライメント偏向器２及び第２アライメント偏向器３に偏向器制御手段にて指令を出す。この指令にもとづいて第１及び第２アライメント偏向器２，３が、荷電ビームを偏向し、軸ずれが少ないビーム調整が可能となる。
【００４５】
第２照明レンズ７の中心については、上記で第１アライメント偏向器２と第２アライメント偏向器３の励磁量を決定した後で第３アライメント偏向器６で行い、それによってずれが発生した場合はブランキングアパーチャ１２の中心への調整は第４アライメント偏向器８を用いて行えばよい。
【００４６】
上記では照明レンズは２個で説明したが１個の場合でも適用できる。またビーム制限アパーチャ５を第１照明レンズ４位置にして説明したが第２照明レンズ７位置にあっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に関わる荷電ビーム描画装置の一実施の形態を示す構成図。
【図２】初期の調整後のビーム検出器による測定画像を示す概略図。
【図３】図２の測定画像を２値化処理した後の画像を示す概略図。
【図４】図３の画像をブランキングアパーチャがないと想定した像に変換した画像を示す概略図。
【図５】図４の画像から中心を求めて図４に示す画像と共に示した画像を示す概略図。
【図６】図２に示す画像の微分した、若しくは差分をとった画像を示す概略図。
【図７】図６に示す画像を２値化処理した後の画像を示す概略図。
【図８】図７に示す画像を細線化処理した後の画像を示す概略図。
【図９】従来の荷電ビーム描画装置を示す構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１．  電子銃
２．  第１アライメント偏向器
３．  第２アライメント偏向器
４．  第１照明レンズ
５．  ビーム制限アパーチャ
６．  第３アライメント偏向器
７．  第２照明レンズ
８．  第４アライメント偏向器
９．  ブランキング偏向器上極アパーチャ
１０．  ブランキング偏向器上極
１１．  ビーム検出器
１２．  ブランキングアパーチャ
１３．  第５アライメント偏向器
１４．  ブランキング偏向器下極
１５．  第６アライメント偏向器
１６．  第１成形アパーチャ
１７．  ブロック１
１８．  ブロック２
１９．  ブロック３
２０．  ブロック４
２１．  ブロック５
２２．  ブロック６
２３．  ブロック７
２４．  ビーム制限アパーチャ像
２５．  ブランキングアパーチャ像
２６．  ブランキング偏向器上極アパーチャ像
２７．  その他構造物像
３０．  制御部  
【図１】
2006203107.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図６】
2006203107.tif 000010
【図７】
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【図８】
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