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公開番号2022142325
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-30
出願番号2021042464
出願日2021-03-16
発明の名称荷電粒子ビーム装置
出願人日本電子株式会社
代理人
主分類H01J 37/147 20060101AFI20220922BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】自身の生むデフォーカスを、短時間で、かつ十分な測定可能範囲を以って測定し、さらにそのデフォーカスを補正することが可能な荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビームを生成する光源と、光学系と、ぼけ測定手段、フォーカス補正手段、および2回非点補正手段とを備え、その2回非点補正手段に入力する信号の強度を増減しながら、上記ぼけ測定手段により、上記ビームの被照射面の高さ位置における上記ビームのぼけを、その被照射面内の互いに直交する2方向、またはその被照射面内の1方向に沿って測定し、そうして測定されるぼけを最小とする上記信号の強度から、上記高さ位置に現れているデフォーカスを決定するように、荷電粒子ビーム装置を構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
荷電粒子ビームを生成する光源と、前記荷電粒子ビームに対する光学系と、前記荷電粒子ビームに対するぼけ測定手段とを備え、
前記光学系は、前記荷電粒子ビームによって照射される被照射面に前記荷電粒子ビームを伝送する少なくとも1段のレンズを備え、
前記光学系は、前記光源の像か、前記光学系内に配置され、前記荷電粒子ビームによって照射される開口板の開口の透過像か、または、前記光学系内に配置され、前記荷電粒子ビームによって照射される薄膜の透過像かを、前記少なくとも1段のレンズによって前記被照射面上に結び、
前記光学系は、さらに、前記被照射面の高さ位置に現れるデフォーカスを補正するフォーカス補正手段と、前記被照射面の高さ位置に現れる2回非点収差を補正する2回非点補正手段とを備え、
前記フォーカス補正手段は、前記デフォーカスを補正するための信号をフォーカス補正信号として与えられ、前記フォーカス補正信号に応じて前記デフォーカスを変化させ、
前記2回非点補正手段は、前記2回非点収差を補正するための信号を2回非点補正信号として与えられ、前記2回非点補正信号に応じて前記2回非点収差を変化させ、
前記ぼけ測定手段は、前記被照射面の高さ位置に現れる、前記荷電粒子ビームのぼけであって、前記デフォーカスおよび前記2回非点収差次第で大きさを変えるぼけを、測定する、
ように構成された荷電粒子ビーム装置であって、
前記2回非点補正信号の強度を増減しながら、前記ぼけ測定手段により、前記ぼけの大きさを、前記被照射面内の互いに直交する2方向の各々に沿って測定し、前記ぼけの前記2方向のうちの1方向の大きさを最小とする前記2回非点補正信号の強度と、前記ぼけの前記2方向のうちのもう1方向の大きさを最小とする前記2回非点補正信号の強度との差を、第一の差として決定し、前記第一の差により、前記デフォーカスを表すという、第一の方法か、
前記2回非点補正信号の強度を増減しながら、前記ぼけ測定手段により、前記ぼけの大きさを、前記被照射面内の互いに直交する2方向の各々に沿って測定し、前記ぼけの前記2方向のうちの1方向の大きさを最小とする前記2回非点補正信号の強度と、前記ぼけの前記2方向のうちのもう1方向の大きさを最小とする前記2回非点補正信号の強度との平均を、第一の平均として決定し、前記ぼけの前記2方向のうちのいずれか1方向の大きさを最小とする前記2回非点補正信号の強度と、前記第一の平均との差を、第二の差として決定し、前記第二の差により、前記デフォーカスを表すという、第二の方法か、
あるいは、前記2回非点補正信号の強度を増減しながら、前記ぼけ測定手段により、前記ぼけの大きさを、前記被照射面内の単一の方向に沿って測定し、前記ぼけの前記単一の方向の大きさを最小とする前記2回非点補正信号の強度と、前記2回非点補正信号の強度を増減しながら前記ぼけの大きさを前記単一の方向に沿って測定する前における前記2回非点補正信号の強度との差を、第三の差として決定し、前記第三の差により、前記デフォーカスを表すという、第三の方法により、前記デフォーカスを取得する
ように構成されたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
続きを表示(約 4,200 文字)【請求項2】
前記被照射面の高さ位置に、前記ぼけを測定するためのナイフエッジ状のぼけ測定媒体を備え、
さらに、前記光源から前記被照射面までの間に、前記荷電粒子ビームを偏向することによって前記荷電粒子ビームに前記ぼけ測定媒体を走査せしめるための走査手段を備え、
前記ぼけ測定媒体と前記走査手段とを前記ぼけ測定手段として用い、
前記ぼけ測定手段による前記ぼけの測定は、前記走査手段によって前記ぼけ測定媒体を走査しながら、前記荷電粒子ビームの、前記ぼけ測定媒体に遮られなかった部分の電流、または、前記ぼけ測定媒体に遮られた部分の電流を検出し、該検出された電流の波形の鈍りに基づいて前記ぼけを評価することによる、
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項3】
前記2回非点補正信号は、互いに独立な2成分から構成され、
前記2回非点補正信号を構成する互いに独立な2成分が前記2回非点補正手段に与えられることにより、前記2回非点収差に、互いに線形独立な2成分からなる変化が与えられ、
前記2回非点補正信号を構成する互いに独立な2成分の各々を増減して取得される2通りの前記第一、前記第二、または前記第三の差のうち、零でない大きさを持つ、いずれか1通りの前記第一、前記第二、または前記第三の差により、前記デフォーカスが表される、
請求項1または請求項2に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項4】
前記零でない大きさを持つ、いずれか1通りの前記第一、前記第二、または前記第三の差は、前記2通りの前記第一、前記第二、または前記第三の差のうち、いずれか絶対値の小さくない方の1通りの前記第一、前記第二、または前記第三の差であり、
前記いずれか絶対値の小さくない方の1通りの前記第一、前記第二、または前記第三の差により、前記デフォーカスが表される、
請求項3に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項5】
前記2回非点補正信号を構成する互いに独立な2成分のうちの1成分であって、前記デフォーカスを表すための前記1通りの前記第一、前記第二、または前記第三の差を呈する1成分を、第一の成分と称し、
前記第一の方法により、前記第一の成分の呈する前記第一の差を決定するか、前記第二の方法により、前記第一の成分の呈する前記第二の差を決定するか、または、前記第三の方法により、前記第一の成分の呈する前記第三の差を決定するかし、
前記デフォーカスを、前記第一の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差によって表し、
前記フォーカス補正信号の強度に所定の変化量を与え、前記第一の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差であって、前記フォーカス補正信号の強度に前記所定の変化量が与えられる前後における前記第一、前記第二、または前記第三の差と、前記所定の変化量とから、前記第一の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差の、前記フォーカス補正信号の強度に関する偏微分係数を、第一の偏微分係数として決定し、
前記第一の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差によって表された前記デフォーカスを、前記第一の偏微分係数により、前記フォーカス補正信号の強度の変化量に換算する、
請求項3または請求項4に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項6】
前記第一の偏微分係数を決定した後に、該決定された前記第一の偏微分係数の値を記憶し、
該決定された前記第一の偏微分係数の値を記憶した以降に、前記第一の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差によって表された前記デフォーカスの、前記フォーカス補正信号の強度の変化量への換算に、前記記憶された値の前記第一の偏微分係数を、繰り返し用いる、
請求項5に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項7】
前記デフォーカスを前記第一の偏微分係数によって前記フォーカス補正信号の強度の変化量に換算した後に、そうして前記フォーカス補正信号の強度の変化量に換算された前記デフォーカスを、前記フォーカス補正信号の強度に前記所定の変化量が与えられる前における前記フォーカス補正信号の強度から減算し、該減算の結果に等しい強度の前記フォーカス補正信号を、前記フォーカス補正手段に与える、
請求項5または請求項6に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項8】
前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第二の差によって表す場合には、前記第一の平均に等しい強度の前記第一の成分を、前記2回非点補正手段に与え、
前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第一の差によって表す場合には、前記ぼけの前記2方向のうちの1方向の大きさを最小とする前記第一の成分の強度と、前記ぼけの前記2方向のうちのもう1方向の大きさを最小とする前記第一の成分の強度との平均を、前記第一の平均として決定し、前記第一の平均に等しい強度の前記第一の成分を、前記2回非点補正手段に与える、
請求項7記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項9】
前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第三の差によって表す場合には、
前記デフォーカスの取得のために前記第一の成分の強度を増減しながら前記ぼけの大きさを前記被照射面内の単一の方向に沿って測定する前に、前記ぼけの、前記単一の方向の大きさを最小とする前記第一の成分の強度と、前記ぼけの、前記被照射面内で前記単一の方向に直交する方向の大きさを最小とする前記第一の成分の強度との平均を、第二の平均として決定し、前記第二の平均に等しい強度の前記第一の成分を、前記2回非点補正手段に与えておく、
請求項7に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項10】
前記2回非点補正信号を構成する互いに独立な2成分のうちの、前記第一の成分とは別の1成分を、第二の成分と称し、前記第二の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差を決定し、前記フォーカス補正信号の強度に、前記所定の変化量を、または前記所定の変化量とは別の所定の変化量を、与え、前記第二の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差であって、前記フォーカス補正信号の強度に前記所定の変化量または前記別の所定の変化量が与えられる前後における前記第一、前記第二、または前記第三の差と、前記所定の変化量または前記別の所定の変化量とから、前記第二の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差の、前記フォーカス補正信号の強度に関する偏微分係数を、第二の偏微分係数として決定し、
前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第一の差によって表す場合には、前記第二の成分の呈する前記第一の差を、前記第一の方法によって決定するとともに、前記第二の偏微分係数を、前記第二の成分の呈する前記第一の差から決定し、前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第二の差によって表す場合には、前記第二の成分の呈する前記第二の差を、前記第二の方法によって決定するとともに、前記第二の偏微分係数を、前記第二の成分の呈する前記第二の差から決定し、前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第三の差によって表す場合には、前記第二の成分の呈する前記第三の差を、前記第三の方法によって決定するとともに、前記第二の偏微分係数を、前記第二の成分の呈する前記第三の差から決定し、
前記デフォーカスを、前記第一の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差によって表した後であって、そうして表された前記デフォーカスを前記第一の偏微分係数によって前記フォーカス補正信号の強度の変化量に換算した後に、そうして前記フォーカス補正信号の強度の変化量に換算された前記デフォーカスを、さらに、前記第二の偏微分係数により、前記第二の成分の呈する前記第一、前記第二、または前記第三の差に換算し、
前記ぼけの前記2方向のうちの1方向の大きさを最小とする前記第二の成分の強度と、前記ぼけの前記2方向のうちのもう1方向の大きさを最小とする前記第二の成分の強度との平均を、別の第一の平均として決定するか、または、前記ぼけの、前記単一の方向の大きさを最小とする前記第二の成分の強度と、前記ぼけの、前記被照射面内で前記単一の方向に直交する方向の大きさを最小とする前記第二の成分の強度との平均を、別の第二の平均として決定するかし、
前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第一の差によって表す場合には、前記ぼけの前記2方向のうちのいずれか1方向の大きさを最小とする前記第二の成分の強度と、前記第二の成分の呈する前記第一の差に換算された前記デフォーカスとから、前記別の第一の平均を決定するという、第四の方法により、前記別の第一の平均を決定し、
前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第二の差によって表す場合には、前記ぼけの前記2方向のうちのいずれか1方向の大きさを最小とする前記第二の成分の強度と、前記第二の成分の呈する前記第二の差に換算された前記デフォーカスとから、前記別の第一の平均を決定するという、第五の方法により、前記別の第一の平均を決定し、
前記デフォーカスを前記第一の成分の呈する前記第三の差によって表す場合には、前記ぼけの、前記単一の方向の大きさを最小、または、前記ぼけの、前記被照射面内で前記単一の方向に直交する方向の大きさを最小とする前記第二の成分の強度と、前記第二の成分の呈する前記第三の差に換算された前記デフォーカスとから、前記別の第二の平均を決定するという、第六の方法により、前記別の第二の平均を決定し、
前記決定された前記別の第一または前記別の第二の平均に等しい強度の前記第二の成分を、前記2回非点補正手段に与える、
請求項8または請求項9に記載の荷電粒子ビーム装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、結像機能を持つ荷電粒子ビーム装置に関する。そのような装置には、電子ビーム描画装置、電子ビーム3次元造形装置、走査型電子顕微鏡(SEM)、および透過型電子顕微鏡(TEM)が含まれる。
続きを表示(約 2,200 文字)【背景技術】
【0002】
荷電粒子ビーム装置とは、ある目的のために荷電粒子ビームを制御および利用する装置である。荷電粒子ビームは、電子ビームとイオンビームに大別される。
荷電粒子ビーム装置の中でも、結像機能を持ち、微細な描画、造形、および観察等を目的とする装置は、用いるビームの収差およびぼけが小さいことを要求される。電子ビーム描画装置、電子ビーム3次元造形装置、走査型電子顕微鏡、および透過型電子顕微鏡は、そのような装置の代表である。
【0003】
上記のような装置の一つとして、可変成形電子ビーム描画装置(特許文献1および非特許文献1を参照)を、以下に説明する。
【0004】
可変成形電子ビーム描画装置は、微細な描画を可能としつつ、かつ高い描画スループットを得ることを目的に生み出された電子ビーム描画装置である。可変成形電子ビーム描画装置は、主に、半導体デバイス製造用のフォトマスクの描画に用いられる。
可変成形電子ビーム描画装置は、上記目的のため、被描画材料(被露光材料)上における電子ビームの断面の形状および寸法を可変とし、その形状および寸法を、描画されるパターンに応じて制御する。ここで、被描画材料上における電子ビームの断面は、そのビームにより一度に露光される領域を決定する。
【0005】
可変成形電子ビーム描画装置で用いられる光学系の例を、図24に示す。図24においては、説明の便宜上、光学系構成要素(レンズ、偏向器、および開口類)がZ軸に沿って配置され、Z軸の正の向きに電子ビーム1が流れるものとする。この光学系におけるレンズおよび偏向器類は、磁界型および静電型のいずれであってもよいが、以降では、特に明示のない限り、それぞれ、磁界型および静電型であるものとする。
【0006】
上記光学系は、まず、図24に示すように、電子ビーム1を、照射レンズ2により収束するとともに、電子ビーム1により、第1の成形開口板3を照射する。ここで、電子ビーム1の供給源、即ち光源4としては、一般には、電子銃(図示せず)中に形成されるクロスオーバを想定すればよい。
上記照射の結果、第1の成形開口板3の下に、光源の像5が結ばれる。光源の像5の位置は、図24において、光源4の高さ位置に起点を持つ光線(破線)が交わる位置に一致する。上記光学系の生む光源の像(光源の像5、16、および19)は、いずれも、これら光線が交わる位置に結ばれる。
【0007】
上記光学系は、次に、第1の成形開口板3の開口の像を、成形レンズ6により、第2の成形開口板7に投影する。その像の位置は、図24において、第1の成形開口板3の高さ位置に起点を持つ光線(実線)が最初に交わる位置に一致する。上記光学系の生む成形開口板の開口の像(投影図形11を含む)は、いずれも、これら光線が交わる位置に結ばれる。
上記光学系は、そして、第1の成形開口板3の開口の像と第2の成形開口板7の開口との重なりによって生じる図形(論理積)の像を、縮小レンズ8と対物レンズ9により、材料10に投影する。即ち、材料10が露光される。材料10には、レジスト(感光材料)が塗布されている。
上記露光の結果、材料10上のレジストが感光する。即ち、投影図形11が材料10上のレジストに転写される。従って、投影図形11の形状、寸法、位置、および露光時間を制御することで、材料10に所望のパターンが描画できる。
【0008】
投影図形11の形状と寸法(二次元)の制御は、成形偏向器12による。成形偏向器12によって電子ビーム1が偏向されれば、上述の重なりによって生じる図形の形状と寸法が変わり、従って、投影図形11の形状と寸法も変わる。
【0009】
投影図形11の位置(二次元)の制御は、対物偏向器13と材料ステージ14との併用による。対物偏向器13の偏向可能領域、即ち偏向フィールド(正方形または長方形)には制限があるため、まず、材料ステージ14によって材料10を移動させることで、ステップの大きな位置決めが行われ、次に、対物偏向器13によって電子ビーム1を偏向することで、ステップの小さな位置決めが行われる。
上記偏向フィールドの制限は、対物偏向器13を駆動する電源(図示せず)の定格出力および対物偏向器13の偏向感度による。ここで、偏向感度とは、材料10の表面の高さ位置における、単位印加電圧当たりの偏向量を指す。
【0010】
対物偏向器13の偏向フィールドは、描画スループット(描画速度)の観点からは、大きい方がよい。これは、対物偏向器13の偏向フィールドを大きくすれば、その分だけ、材料ステージ14の移動および停止の回数が減ることによる。
ここで、材料ステージ14の移動および停止は、材料10への描画の間、無駄時間(材料10への描画に直接寄与しない時間)を生む。その移動および停止の回数は、対物偏向器13の偏向フィールドの面積の、材料10の面積に対する比に反比例する。
つまり、対物偏向器13の偏向フィールドを大きくし、そうして材料ステージ14の移動および停止の回数を減らせば、上記無駄時間が減り、その結果、描画スループットが向上する。
(【0011】以降は省略されています)

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