ビーム計測装置、描画装置、および物品の製造方法
【課題】ビームを正確に計測するのに有利なビーム計測装置を提供する。
【解決手段】ビーム計測装置は、エッジを有する遮蔽部材２２と、該遮蔽部材２２で遮蔽されなかったビーム２４を検出する検出器とを含む検出部と、エッジをビーム２４が横切るように遮蔽部材２２とビーム２４との間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、制御部とを有する。ここで、制御部は、検出部と相対移動機構とを制御して、エッジ上の複数の箇所それぞれに関し、エッジをビーム２４に横切らせて検出器で信号列を得、複数の箇所でそれぞれ得られた複数の信号列から、相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して、加算信号列を得、加算信号列からビーム２４の強度分布を求める。
【解決手段】ビーム計測装置は、エッジを有する遮蔽部材２２と、該遮蔽部材２２で遮蔽されなかったビーム２４を検出する検出器とを含む検出部と、エッジをビーム２４が横切るように遮蔽部材２２とビーム２４との間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、制御部とを有する。ここで、制御部は、検出部と相対移動機構とを制御して、エッジ上の複数の箇所それぞれに関し、エッジをビーム２４に横切らせて検出器で信号列を得、複数の箇所でそれぞれ得られた複数の信号列から、相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して、加算信号列を得、加算信号列からビーム２４の強度分布を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム計測装置、それを用いた描画装置および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路などのデバイスの製造に用いられる描画装置は、素子の微細化、回路パターンの複雑化、またはパターンデータの大容量化が進み、描画精度の向上が要求されている。これを実現させる方法として、電子ビームなどの荷電粒子線の偏向走査およびブランキングを制御することで基板に描画を行う描画装置が知られている。さらに、別の方法として、光ビームを音響光学素子により適宜回折させて制御することで描画を行う描画装置もある。このような従来の描画装置では、一般に１つのチップ内の回路パターンを複数の領域に分割し、分割した領域ごとに描画する。しかしながら、ビームの位置ずれ（ドリフトなど）が生じると、例えば、分割した領域間のつなぎ合せにて不具合が生じ得る。また、基板上に既に形成されているパターンに重ね合わせて描画を実施する場合、重ね合わせ精度の劣化を招き得る。したがって、このような描画装置においては、ビームの位置が所定の位置からずれることは好ましくない。そこで、従来の描画装置では、ビームの位置ずれに対処するため、ステージ上にビーム位置を計測するための検出部を設置し、予めビームの位置ずれを計測して補正するようにしていた。
【０００３】
ここで、回路パターンの微細化は、線幅２５ｎｍ以下まで進もうとしている。これに伴い、ビーム径の大きさも小さくする必要があるため、例えば、要求線幅と同等の半値幅を有するガウス分布形状のビームを採用することになり得る。これに対して、ビーム位置の計測の正確さは、線幅の１０％以下、具体的には２５〜５０ｎｍの線幅であれば、２〜５ｎｍ以下が要求される。そこで、特許文献１は、センサーから十分なＳＮ比で信号を得るよう、検出部のエッジの長手方向に電子ビームが複数入射するようにしている。さらに、特許文献２は、検出部のエッジの位置の誤差が荷電ビーム位置の計測誤差となるため、この位置誤差を計測してビーム位置の計測結果を補正することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０６９３１号公報
【特許文献２】特開平１０−６４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、数ｎｍレベルの正確さの位置計測を保証するには、検出部の熱や力による変形や、電気的ドリフトなどに加え、検出部のエッジの粗さ（ラフネス）も考慮する必要がある。例えば、ナイフエッジ法を用いてビームの形状、位置または強度の計測を行う場合、ビームの半値幅が１１〜２２ｎｍ程度に小さくなると、エッジの粗さの影響が無視できなくなる。すなわち、特許文献１および２に示す装置では、計測するビームの形状または大きさに対するエッジの粗さは、十分に小さく無視できるレベルである。これに対して、近年の５０ｎｍ以下の線幅で描画するような描画装置においては、例えば、エッジの２ｎｍの粗さ（凹凸）は、最大で２ｎｍのビーム位置の計測誤差が生じ得るため、無視できない。例えば、ビーム位置の経時変化を計測して補正するような場合、計測誤差は、結果的に描画精度や重ね合わせ精度に影響する。
【０００６】
本発明は、ビームを正確に計測するのに有利なビーム計測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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ビーム計測装置であって、エッジを有する遮蔽部材と、該遮蔽部材で遮蔽されなかったビームを検出する検出器とを含む検出部と、エッジをビームが横切るように遮蔽部材とビームとの間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、制御部とを有し、制御部は、検出部と相対移動機構とを制御して、エッジ上の複数の箇所それぞれに関し、エッジをビームに横切らせて検出器で信号列を得、複数の箇所でそれぞれ得られた複数の信号列から、相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して、加算信号列を得、加算信号列からビームの強度分布を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、ビームを正確に計測するのに有利なビーム計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る描画装置の構成を示す図である。
【図２】検出器の構成を示す図である。
【図３】検出マークのエッジ形状を説明する図である。
【図４】検出マークのエッジ形状の計測を説明する図である。
【図５】電子ビームの偏向幅の最適化の流れを示すフローチャートである。
【図６】電子ビームの偏向周波数などの最適化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１１】
まず、本発明の一実施形態に係るビーム計測装置を有する描画装置について説明する。本実施形態において説明する描画装置は、複数の電子ビーム（荷電粒子線）を偏向させ、電子ビームの照射のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することで、所定の描画データを被処理基板の所定の位置に描画するマルチビーム方式の荷電粒子線描画装置とする。ここで、荷電粒子線は、本実施形態のような電子線に限定されず、イオン線などの他の荷電粒子線であってもよい。また、本発明の描画装置は、荷電粒子線描画装置に限定されず、例えば、光ビーム（レーザービーム）を音響光学素子により適宜回折させて制御することで描画を行う光ビーム描画装置としてもよい。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る描画装置１の構成を示す図である。なお、以下の各図では、被処理基板に対する電子ビームの照射方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。さらに、以下の各図では、図１と同一構成のものには同一の符号を付す。描画装置１は、電子銃２と、該電子銃２のクロスオーバ３から発散した電子ビームを複数の電子ビームに分割、偏向および結像させる光学系４と、被処理基板を保持する基板ステージ５と、描画装置１の各構成要素の動作などを制御する制御部６とを備える。なお、電子ビームは、大気圧雰囲気ではすぐに減衰し、また、高電圧による放電を防止する意味もかねて、制御部６を除く上記構成要素は、不図示の真空排気系により内部圧力が適宜調整された空間内に設置される。例えば、電子銃２および光学系４は、高い真空度に保たれた電子光学鏡筒内に設置される。同様に、基板ステージ５は、電子光学鏡筒内よりも比較的低い真空度に保たれたチャンバー内に設置される。また、被処理基板７は、例えば、単結晶シリコンからなるウエハであり、表面上には感光性のレジストが塗布されている。
【００１３】
電子銃２は、熱や電界の印加により電子ビームを放出する機構であり、図中、クロスオーバ３から放出された電子ビームの軌道２ａを点線で示している。光学系４は、電子銃２側から順に、コリメーターレンズ１０、アパーチャアレイ１１、第１静電レンズアレイ１２、ブランキング偏向器アレイ１３、ブランキングアパーチャアレイ１４、偏向器アレイ１５、および第２静電レンズアレイ１６を備える。なお、光学系４は、ブランキングアパーチャアレイ１４の下流側に、第３静電レンズアレイ１７を備える場合もある。コリメーターレンズ１０は、電磁レンズで構成され、クロスオーバ３で発散した電子ビームを平行ビームとする光学素子である。アパーチャアレイ１１は、マトリクス状に配列した複数の円形状の開口を有し、コリメーターレンズ１０から入射した電子ビームを複数の電子ビームに分割する機構である。第１静電レンズアレイ１２は、円形状の開口を有する３枚の電極板（図中、３枚の電極板を一体で示している）から構成され、ブランキングアパーチャアレイ１４に対して電子ビームを結像させる光学素子である。ブランキング偏向器アレイ１３およびブランキングアパーチャアレイ１４は、共にマトリクス状に配置され、各電子ビームの照射のＯＮ（非ブランキング状態）／ＯＦＦ（ブランキング状態）動作を実施する機構である。偏向器アレイ（偏向器）１５は、基板ステージ５に載置された被処理基板７の表面上の像をＸ軸方向に偏向可能する機構である。さらに、第２静電レンズアレイ１６は、ブランキングアパーチャアレイ１４を通過した電子ビームを被処理基板７に結像させる、または、基板ステージ５に設置された後述する電子ビーム検出部２０に対して元のクロスオーバ３の像を結像させる光学素子である。
【００１４】
基板ステージ５は、被処理基板７を、例えば静電吸着により保持しつつ、適宜、少なくともＸＹの２軸方向に可動とする基板保持部であり、その位置は、不図示の干渉計（レーザー測長器）などにより実時間で計測される。例えば、このときの分解能は、０．１ｎｍ程度である。また、基板ステージ５は、その電子ビーム照射面に、電子ビームを検出する電子ビーム検出部（以下「検出部」という）２０を備える。この検出部２０の出力信号（電気信号）は、以下で詳説するが、電子ビームの変化に対する、電子ビームの強度分布の計測に用いられる。ここで、本実施形態における「強度分布」とは、電子ビームの形状、位置および強度を示す。これらの計測に際しては、例えば、検出マークのエッジを利用したナイフエッジ法が採用可能である。
【００１５】
図２は、検出部２０の構成を示す概略斜視図である。検出部２０は、照射された電子ビームを透過する検出マーク（透過領域）２１を含み、かつ検出マーク２１から外れた電子ビームを遮蔽する基準プレート（遮蔽部材）２２と、透過した電子ビームを受けて電気信号に変換するセンサー（検出器）２３とを備える。検出マーク２１は、例えば、基準プレート２２に貫設された２種類の孔であり、その平面形状は、図２に示すような矩形および三角形である。なお、検出マーク２１は、必ずしも孔である必要はなく、例えば、電子ビームを透過可能とする部材で形成されていてもよい。ここで、基準プレート２２の表面高さは、被処理基板７を基板ステージ５上に載置したときの被処理基板７の表面高さとほぼ一致するように調整することが望ましい。また、基準プレート２２の設置に際しては、検出マーク２１の配置に係るＸＹ座標系と、基板ステージ５の移動方向に係るＸＹ座標系とほぼ一致するように調整することが望ましい。センサー２３は、検出面に到達した電子ビームの量を電気信号に変換する。ただし、センサー２３は、直接電気信号に変換するものに限らず、例えば、蛍光剤などへ一旦電子ビームを当てた後、反射された光信号を電気信号に変換するものであってもよい。
【００１６】
制御部６は、描画装置１の描画に関わる各構成要素の動作を制御する各種制御回路と、各制御回路を統括する主制御部３０とを有する。各制御回路として、制御部６は、不図示のレンズ制御回路と、ブランキング偏向器制御回路３１と、偏向器制御回路３２と、検出器制御回路３３と、ステージ制御回路３４とを含む。まず、レンズ制御回路は、コリメーターレンズ１０や各静電レンズアレイ１２、１６、１７の動作を制御する。ブランキング偏向器制御回路３１は、制御部６内に含まれる描画パターン発生回路、ビットマップ変換回路、およびブランキング指令生成回路により生成されるブランキング信号に基づいて、ブランキング偏向器アレイ１３の動作を制御する。ここで、描画パターン発生回路は、描画パターンを生成し、この描画パターンは、ビットマップ変換回路によりビットマップデータに変換される。ブランキング指令生成回路は、ビットマップデータに基づいてブランキング信号を生成する。偏向器制御回路３２は、制御部６内に含まれる偏向信号発生回路により生成される偏向信号に基づいて、偏向器アレイ１５の動作を制御する。
【００１７】
検出器制御回路３３は、センサー２３からの出力を受けて電子ビームの照射の有無を判定し、判定結果を主制御部３０に送信する。さらに、検出器制御回路３３は、主制御部３０を介して後述のステージ制御回路３４とも連携することにより、照射された電子ビームの特性を計測する。このときの計測項目は、例えば、電子ビームの形状、位置および強度である。この特性計測では、検出器制御回路３３は、センサー２３で検出された結果を主制御部３０に送信し、ステージ制御回路３４も、その時点のステージの位置情報を主制御部３０に送信し、偏向器制御回路３２も、その時点の偏向量（偏向幅）を主制御部３０に送信する。そして、主制御部３０は、これらの各データに基づいて電子ビームの形状、位置および強度を計算することになる。
【００１８】
ステージ制御回路３４は、主制御部３０からの指令であるステージ位置情報（位置座標）に基づいて、基板ステージ５への指令目標値を算出し、駆動後の位置がこの目標値となるように基板ステージ５を駆動させる。このとき、上記干渉計が計測したデータは、ステージ制御回路３４を介して主制御部３０にて処理され、再度ステージ制御回路３４に戻されることで、基板ステージ５の位置の制御に用いられる。ここで、ステージ制御回路３４は、パターン描画中は、被処理基板７（基板ステージ５）をＹ軸方向に連続的にスキャンさせる。このとき、偏向器アレイ１５は、干渉計による基板ステージ５の測長結果を基準として、被処理基板７の表面上の像をＸ軸方向に偏向させる。そして、ブランキング偏向器アレイ１３は、被処理基板７上で目標線量が得られるように、電子ビームの照射のＯＮ／ＯＦＦを実施する。
【００１９】
特に本実施形態では、描画装置１における、少なくとも、検出部２０と、検出マーク２１のエッジを電子ビームが横切るように基準プレート２２と電子ビームとの間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、制御部６とが、ビーム計測装置を構成する。ここで、相対移動機構は、後述するが、基準プレート２２、すなわち検出部２０を移動させるものとして、検出部２０が設置される基板ステージ５が適用され、一方、電子ビームを移動（偏向）させる機構として偏向器アレイ１５が適用され得る。
【００２０】
ここで、コリメーターレンズ１０を通過した電子ビームは、一般にはアパーチャアレイ１１にて複数の電子ビームに分割されるが、一方でアパーチャアレイ１１にて遮断された電子ビームに起因して熱が発生する。その結果、アパーチャアレイ１１が熱膨張し、アパーチャアレイ１１の開口位置が変化する場合がある。また、ブランキング偏向器アレイ１３では、電子ビームの偏向制御のための電流による発熱の影響を受け、ブランキング偏向器アレイ１３の開口部の位置も変化する場合がある。さらに、光学系４の外部からの磁場変動や帯電帯磁の影響により、電子ビームにズレが生じたり、長時間計測を繰り返すことで、検出部２０に蓄積したコンタミ（付着物）による検出マークのエッジの形状が変化したりする場合もある。これらの影響により、電子ビームの照射位置は、時間と共に徐々に変化する。これに対して、検出部２０にて計測する電子ビームの半値幅は、要求される描画線幅とほぼ同等に絞り込む必要がある。例えば、２２ｎｍ以下の線幅描画を実施する場合には、電子ビーム径は、ガウス分布の半値幅で２２ｎｍ以下となる。また、要求される描画線幅が細くなるに伴い、電子ビームの位置、形状および強度に対する計測精度の要求も厳しくなる。例えば、電子ビームの位置に関しては、描画線幅の１０％以下の計測精度が要求され、上記の例で言えば、２ｎｍ以下の計測精度が必要になることになる。
【００２１】
図３は、一例として基準プレート２２に形成された検出マーク２１の境界部の一部を示す概略斜視図である。図３において、左図に示す検出マーク２１の境界部の一部（図中の丸）をさらに拡大したものが右図である。図３に示すように、一見、直線に見える境界部には、電子ビーム２４の径が１１〜２２ｎｍのオーダーとなると検出部２０による検出に影響を及ぼすような粗さが存在している。すなわち、この粗さは、例えば、電子ビーム径が１００ｎｍ以上と大きければ、要求される描画精度が低いため、畳み込み計算による平均化効果などで無視することができるのであるが、電子ビーム径が２２ｎｍ以下と小さければ無視することができない。特に、この境界部の粗さは、例えば、単純な計測再現性のような、すなわち境界部の同じ場所を繰り返し計測するような場合では、影響は少ない。これに対して、例えば、電子ビーム２４の位置の経時変化を計測するような場合では、電子ビーム２４の絶対位置の計測精度（計測再現性精度）の保証時に粗さの影響が現れ、これに起因して発生した計測誤差は、描画精度や重ね合わせ精度などに影響してしまう。そこで、本実施形態のビーム計測装置では、検出マーク２１の境界部、すなわちエッジの粗さ（形状）の影響を考慮しつつ、電子ビーム２４の形状、位置および強度の計測を行う。
【００２２】
次に、エッジの粗さを考慮したビーム計測装置の作用について説明する。図４は、ナイフエッジ法を採用して計測をする場合の電子ビーム２４とエッジとの位置関係と、その位置関係に対するセンサー２３の出力信号とを示す概略図である。特に、図４（ａ）は、従来の描画装置による図であり、図４（ｂ）は、本実施形態の描画装置１（ビーム計測装置）による図である。なお、図４（ａ）内の第１グラフ２５は、基板ステージ５の位置（横軸）に対する出力信号の値（縦軸）を示す。まず、図４（ａ）に示す従来の計測方法によれば、第１グラフ２５に示すように、電子ビーム２４が検出マーク２１内にあるときは、出力信号は、ほぼ一定の値となる。一方、電子ビーム２４がエッジを通過するときは、徐々に出力信号の値が減少して、完全に基準プレート２２上に載ると、出力信号は、ほぼゼロになる。しかしながら、各出力信号は、電子ビーム２４の位置が同じでも、計測時に対応するエッジの粗さ（凹凸）により微妙に異なり、かつ、値が変化する位置も変動する。
【００２３】
これに対して、本実施形態のビーム計測装置は、ナイフエッジ法を採用すると共に、エッジの進行方向、すなわち基板ステージ５の駆動方向（第１方向：Ｘ軸方向）に対して、計測対象となる電子ビーム２４を交差する方向（第２方向：偏向方向）に偏向する。この偏向は、例えば偏向器アレイ１５を使用して実施することができ、または別に専用の偏向器を設置して実施するものでもよい。この場合、制御部６は、エッジの移動速度、すなわち基板ステージ５の駆動速度に対して電子ビーム２４の偏向速度を十分に速い速度（例えば２０倍程度）に設定して計測を実行する。この計測された出力信号を、その時点での基板ステージ５の位置と電子ビーム２４の偏向位置とに基づいて表示したものがセンサー出力マップ（以下「マップ」という）２６となる。マップ２６の各線は、等値線（出力信号の等しい値どうしを線で結んだもの）を示す。なお、マップ２６の偏向位置を固定し、出力信号を基板ステージ５の位置でプロットすれば、図４（ａ）の第１グラフ２５と同様のグラフが得られる。
【００２４】
ここで、制御部６は、基板ステージ５（検出部２０）と相対移動機構とを制御して、エッジ上の複数の箇所それぞれに関して、エッジを電子ビーム２４に横切らせてセンサー２３で信号列を得る。次に、制御部６は、それぞれ得られた複数の信号列から、相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して加算信号列を得る。具体的には、制御部６は、電子ビーム２４の１回の偏向で得られた出力信号の値（信号列）を加算する。制御部６は、これを１回の偏向ごとに実行することで、エッジの粗さの影響を平均化して除去（低減）したデータ（理想的なエッジ形状と電子ビーム２４の強度分布との畳み込み（計算）により得られるデータ、または、そのようにみなせるデータ）を取得する。そして、制御部６は、エッジ形状を理想的な形状（基準形状）として逆畳み込み計算を行い、電子ビーム２４の強度分布を求める。制御部６は、さらに、当該強度分布から、形状、位置、または強度などの電子ビーム２４の所定の特性を求める。なお、当該強度分布は、逆畳み込み計算に限らず、例えば、上述の平均化により得られたデータを微分することにより得てもよい。当該微分により得られたデータから、形状、位置、または強度などの電子ビーム２４の所定の特性を求めることができる。
【００２５】
このようにして求められた電子ビーム２４の特性が電子ビーム毎にばらついていると、描画されるパターンの歪みや描画領域内のエネルギー（露光量）分布が許容範囲外となり得る。そこで、それらが許容範囲内になるように、主制御部３０は、計測された電子ビーム２４の特性のデータに基づいて、電子ビーム２４の偏向およびブランキングの少なくとも一方を制御する。このとき、主制御部３０は、例えば、偏向器制御回路３２およびブランキング偏向器制御回路３１の少なくとも一方を介する。
【００２６】
次に、制御部６は、上記で求めた電子ビーム２４の形状を用いてマップ２６の逆畳み込み計算を実行することで、エッジ形状を求めることができる。また、制御部６は、このエッジ形状データを内部に保存し、上記の計測ごとに比較することで、エッジ形状の経時変化を確認することができる。さらに、制御部６は、このエッジ形状データに基づいて電子ビーム２４の偏向速度と基板ステージ５の駆動速度との最適化を実行することができる。特に、本実施形態のようなマルチビーム方式の描画装置１では、より細い描画線幅と高スループットとの要求を満たすために、電子ビームの本数を増やす傾向にある。例えば、数千本レベルの本数であれば、個々の電子ビーム２４の計測時間のある程度の増加は許容できるが、数十万本レベルの本数となると、個々の電子ビーム２４の計測時間のほんの僅かな増加でも、全体的に見ればスループットに影響する時間となる。したがって、電子ビーム２４の計測時間と計測精度とのバランスで、計測時間をできる限り短くすることが望ましい。
【００２７】
次に、電子ビーム２４の偏向幅の最適化について説明する。図５は、エッジ形状に基づいて、電子ビーム２４の偏向幅を最適化する流れを示すフローチャートである。制御部６は、まず、上記の計測方法にてエッジ形状（２次元データ）の計測を実行し（ステップＳ１００）、次に、ステップＳ１００にて得られたマップ２６を参照して、エッジ形状を計算する（ステップＳ１０１）。次に、制御部６は、ステップＳ１０１にて得られたエッジ形状のデータをフーリエ変換し（ステップＳ１０２）、その後、基本周波数成分の有無を判定する（ステップＳ１０３）。ここで、基本周波数成分の有無を判定する理由は、エッジ形状に特定の基本周波数成分がある場合には、電子ビーム２４の偏向幅をその周期の整数倍の幅とするのが精度的に望ましいためである。一方、エッジ形状に基本周波数成分がない場合には、エッジ形状がランダムであると考えられるので、そのランダム成分を十分に平均化することが可能な幅を電子ビーム２４の偏向幅と決定してよい。そこで、制御部６は、ステップＳ１０３にて基本周波数成分があると判定した場合には、電子ビーム２４の偏向幅を基本周期の整数倍（例えば２倍）と決定する（ステップＳ１０４）。一方、制御部６は、ステップＳ１０３にて基本周波数成分がないと判定した場合には、電子ビーム２４の偏向幅を、既定の固定幅と決定する（ステップＳ１０５）。これにより、電子ビーム２４の偏向幅の最適化が終了する。なお、この最適化は、エッジの一部分のみならず、検出マークの境界部の全てにて実行することが望ましいため、制御部６は、エッジの領域ごとに繰り返し実行する（ステップＳ１０６）。
【００２８】
次に、電子ビーム２４の偏向周波数と基板ステージ５の駆動速度（エッジの移動速度）との最適化について説明する。図６は、電子ビーム２４の偏向周波数と基板ステージ５の駆動速度との最適化を説明するための概略図である。なお、電子ビーム２４は、基板ステージ５の駆動方向に対してほぼ垂直方向に偏向するものとする。例えば、電子ビーム２４の偏向幅ＬＷＤ（ｎｍ）は、図５に示すような方法で最適化される。ここで、電子ビーム２４の半値幅をＷＢＭ（ｎｍ）とすると、検出ピッチＭＰＣＨ（ｎｍ）は、電子ビーム２４を検出したい分解能に依存するため、電子ビーム２４の半値幅の１／Ｍ（Ｍは１以上の整数）とすると、式（１）で現される。
ＭＰＣＨ＝ＷＢＭ／Ｍ （１）
次に、式（１）を用いて、基板ステージ５の駆動速度ＶＷＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、電子ビーム２４の偏向周波数ＦＤＥＦ（Ｈｚ）との関係を考える。まず、計測ピッチＭＰＣＨ間における基板ステージ５の移動時間ＴＰＣＨ（ｓｅｃ）は、式（２）で現される。
ＴＰＣＨ＝ＭＰＣＨ／ＶＷＳ
＝ＷＢＭ／（Ｍ×ＶＷＳ） （２）
また、電子ビーム２４の１回の偏向は、移動時間ＴＰＣＨ内に終了している必要があるため、偏向周波数ＦＤＥＦは、式（３）で現される。ただし、Ｎは１以上の整数である。
ＦＤＥＦ＝Ｎ／ＴＰＣＨ
＝Ｎ×（Ｍ×ＶＷＳ）／（ＷＢＭ） （３）
したがって、制御部６は、式（３）を用いれば、電子ビーム２４の偏向周波数と基板ステージ５の駆動速度との一方を他方に基づいて最適化することができるので、結果的に、計測精度と計測スループットとの両方の最適化が可能となる。
【００２９】
このように、制御部６は、エッジを移動させて電子ビーム計測を実行する際に、電子ビーム２４の偏向速度を、エッジの移動速度に対して十分に速い速度としつつ、計測方向に対して垂直方向へ電子ビーム２４を偏向させる。そして、制御部６は、この電子ビーム計測と同時にエッジの２次元データの計測も実行し、エッジの２次元データからエッジ形状を計算して、電子ビーム計測の計測結果に対してエッジ形状の影響を抑えるように補正すれば、高精度な計測データを得ることができる。したがって、電子ビーム２４の絶対位置の計測精度を保証する際の、エッジの粗さの影響を低減することができ、結果的に、電子ビーム２４の形状、位置および強度の計測を高精度に保証することが可能となる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、電子ビームなどを正確に計測するのに有利なビーム計測装置およびそれを用いた描画装置を提供することができる。また、このビーム計測装置では、従来のナイフエッジ法による計測時間と同等の計測時間でビーム計測ができるため、計測時間を延長させることなく、高性能化／高精度化が可能となる。また、ビームの絶対位置の計測精度の保証が可能になることから、ビームの位置補正誤差による描画エラーを低減させることができるので、つなぎ誤差のない描画が可能になり、被処理基板７上の下地パターンに対する重ね合わせ精度も向上する。したがって、電気的動作のバラツキが少ない物品（デバイス）の製造が可能となり、歩留まりも向上する。さらに、本実施形態によれば、コンタミなどによるエッジ形状の変化に起因したビームの位置補正誤差に対しても、常にエッジ形状の変化に対する影響を補正しながらビームの絶対位置の計測精度を保証することができる。したがって、エッジの粗さの経時変化の影響を抑えることができる。
【００３１】
（物品の製造方法）
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含み得る。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 描画装置
５ 基板ステージ
７ 被処理基板
１５ 偏向器
２０ 電子ビーム検出部
２１ 検出マーク
２２ 基準プレート
２３ センサー
２４ 電子ビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム計測装置、それを用いた描画装置および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路などのデバイスの製造に用いられる描画装置は、素子の微細化、回路パターンの複雑化、またはパターンデータの大容量化が進み、描画精度の向上が要求されている。これを実現させる方法として、電子ビームなどの荷電粒子線の偏向走査およびブランキングを制御することで基板に描画を行う描画装置が知られている。さらに、別の方法として、光ビームを音響光学素子により適宜回折させて制御することで描画を行う描画装置もある。このような従来の描画装置では、一般に１つのチップ内の回路パターンを複数の領域に分割し、分割した領域ごとに描画する。しかしながら、ビームの位置ずれ（ドリフトなど）が生じると、例えば、分割した領域間のつなぎ合せにて不具合が生じ得る。また、基板上に既に形成されているパターンに重ね合わせて描画を実施する場合、重ね合わせ精度の劣化を招き得る。したがって、このような描画装置においては、ビームの位置が所定の位置からずれることは好ましくない。そこで、従来の描画装置では、ビームの位置ずれに対処するため、ステージ上にビーム位置を計測するための検出部を設置し、予めビームの位置ずれを計測して補正するようにしていた。
【０００３】
ここで、回路パターンの微細化は、線幅２５ｎｍ以下まで進もうとしている。これに伴い、ビーム径の大きさも小さくする必要があるため、例えば、要求線幅と同等の半値幅を有するガウス分布形状のビームを採用することになり得る。これに対して、ビーム位置の計測の正確さは、線幅の１０％以下、具体的には２５〜５０ｎｍの線幅であれば、２〜５ｎｍ以下が要求される。そこで、特許文献１は、センサーから十分なＳＮ比で信号を得るよう、検出部のエッジの長手方向に電子ビームが複数入射するようにしている。さらに、特許文献２は、検出部のエッジの位置の誤差が荷電ビーム位置の計測誤差となるため、この位置誤差を計測してビーム位置の計測結果を補正することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０６９３１号公報
【特許文献２】特開平１０−６４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、数ｎｍレベルの正確さの位置計測を保証するには、検出部の熱や力による変形や、電気的ドリフトなどに加え、検出部のエッジの粗さ（ラフネス）も考慮する必要がある。例えば、ナイフエッジ法を用いてビームの形状、位置または強度の計測を行う場合、ビームの半値幅が１１〜２２ｎｍ程度に小さくなると、エッジの粗さの影響が無視できなくなる。すなわち、特許文献１および２に示す装置では、計測するビームの形状または大きさに対するエッジの粗さは、十分に小さく無視できるレベルである。これに対して、近年の５０ｎｍ以下の線幅で描画するような描画装置においては、例えば、エッジの２ｎｍの粗さ（凹凸）は、最大で２ｎｍのビーム位置の計測誤差が生じ得るため、無視できない。例えば、ビーム位置の経時変化を計測して補正するような場合、計測誤差は、結果的に描画精度や重ね合わせ精度に影響する。
【０００６】
本発明は、ビームを正確に計測するのに有利なビーム計測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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ビーム計測装置であって、エッジを有する遮蔽部材と、該遮蔽部材で遮蔽されなかったビームを検出する検出器とを含む検出部と、エッジをビームが横切るように遮蔽部材とビームとの間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、制御部とを有し、制御部は、検出部と相対移動機構とを制御して、エッジ上の複数の箇所それぞれに関し、エッジをビームに横切らせて検出器で信号列を得、複数の箇所でそれぞれ得られた複数の信号列から、相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して、加算信号列を得、加算信号列からビームの強度分布を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、ビームを正確に計測するのに有利なビーム計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る描画装置の構成を示す図である。
【図２】検出器の構成を示す図である。
【図３】検出マークのエッジ形状を説明する図である。
【図４】検出マークのエッジ形状の計測を説明する図である。
【図５】電子ビームの偏向幅の最適化の流れを示すフローチャートである。
【図６】電子ビームの偏向周波数などの最適化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１１】
まず、本発明の一実施形態に係るビーム計測装置を有する描画装置について説明する。本実施形態において説明する描画装置は、複数の電子ビーム（荷電粒子線）を偏向させ、電子ビームの照射のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することで、所定の描画データを被処理基板の所定の位置に描画するマルチビーム方式の荷電粒子線描画装置とする。ここで、荷電粒子線は、本実施形態のような電子線に限定されず、イオン線などの他の荷電粒子線であってもよい。また、本発明の描画装置は、荷電粒子線描画装置に限定されず、例えば、光ビーム（レーザービーム）を音響光学素子により適宜回折させて制御することで描画を行う光ビーム描画装置としてもよい。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る描画装置１の構成を示す図である。なお、以下の各図では、被処理基板に対する電子ビームの照射方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。さらに、以下の各図では、図１と同一構成のものには同一の符号を付す。描画装置１は、電子銃２と、該電子銃２のクロスオーバ３から発散した電子ビームを複数の電子ビームに分割、偏向および結像させる光学系４と、被処理基板を保持する基板ステージ５と、描画装置１の各構成要素の動作などを制御する制御部６とを備える。なお、電子ビームは、大気圧雰囲気ではすぐに減衰し、また、高電圧による放電を防止する意味もかねて、制御部６を除く上記構成要素は、不図示の真空排気系により内部圧力が適宜調整された空間内に設置される。例えば、電子銃２および光学系４は、高い真空度に保たれた電子光学鏡筒内に設置される。同様に、基板ステージ５は、電子光学鏡筒内よりも比較的低い真空度に保たれたチャンバー内に設置される。また、被処理基板７は、例えば、単結晶シリコンからなるウエハであり、表面上には感光性のレジストが塗布されている。
【００１３】
電子銃２は、熱や電界の印加により電子ビームを放出する機構であり、図中、クロスオーバ３から放出された電子ビームの軌道２ａを点線で示している。光学系４は、電子銃２側から順に、コリメーターレンズ１０、アパーチャアレイ１１、第１静電レンズアレイ１２、ブランキング偏向器アレイ１３、ブランキングアパーチャアレイ１４、偏向器アレイ１５、および第２静電レンズアレイ１６を備える。なお、光学系４は、ブランキングアパーチャアレイ１４の下流側に、第３静電レンズアレイ１７を備える場合もある。コリメーターレンズ１０は、電磁レンズで構成され、クロスオーバ３で発散した電子ビームを平行ビームとする光学素子である。アパーチャアレイ１１は、マトリクス状に配列した複数の円形状の開口を有し、コリメーターレンズ１０から入射した電子ビームを複数の電子ビームに分割する機構である。第１静電レンズアレイ１２は、円形状の開口を有する３枚の電極板（図中、３枚の電極板を一体で示している）から構成され、ブランキングアパーチャアレイ１４に対して電子ビームを結像させる光学素子である。ブランキング偏向器アレイ１３およびブランキングアパーチャアレイ１４は、共にマトリクス状に配置され、各電子ビームの照射のＯＮ（非ブランキング状態）／ＯＦＦ（ブランキング状態）動作を実施する機構である。偏向器アレイ（偏向器）１５は、基板ステージ５に載置された被処理基板７の表面上の像をＸ軸方向に偏向可能する機構である。さらに、第２静電レンズアレイ１６は、ブランキングアパーチャアレイ１４を通過した電子ビームを被処理基板７に結像させる、または、基板ステージ５に設置された後述する電子ビーム検出部２０に対して元のクロスオーバ３の像を結像させる光学素子である。
【００１４】
基板ステージ５は、被処理基板７を、例えば静電吸着により保持しつつ、適宜、少なくともＸＹの２軸方向に可動とする基板保持部であり、その位置は、不図示の干渉計（レーザー測長器）などにより実時間で計測される。例えば、このときの分解能は、０．１ｎｍ程度である。また、基板ステージ５は、その電子ビーム照射面に、電子ビームを検出する電子ビーム検出部（以下「検出部」という）２０を備える。この検出部２０の出力信号（電気信号）は、以下で詳説するが、電子ビームの変化に対する、電子ビームの強度分布の計測に用いられる。ここで、本実施形態における「強度分布」とは、電子ビームの形状、位置および強度を示す。これらの計測に際しては、例えば、検出マークのエッジを利用したナイフエッジ法が採用可能である。
【００１５】
図２は、検出部２０の構成を示す概略斜視図である。検出部２０は、照射された電子ビームを透過する検出マーク（透過領域）２１を含み、かつ検出マーク２１から外れた電子ビームを遮蔽する基準プレート（遮蔽部材）２２と、透過した電子ビームを受けて電気信号に変換するセンサー（検出器）２３とを備える。検出マーク２１は、例えば、基準プレート２２に貫設された２種類の孔であり、その平面形状は、図２に示すような矩形および三角形である。なお、検出マーク２１は、必ずしも孔である必要はなく、例えば、電子ビームを透過可能とする部材で形成されていてもよい。ここで、基準プレート２２の表面高さは、被処理基板７を基板ステージ５上に載置したときの被処理基板７の表面高さとほぼ一致するように調整することが望ましい。また、基準プレート２２の設置に際しては、検出マーク２１の配置に係るＸＹ座標系と、基板ステージ５の移動方向に係るＸＹ座標系とほぼ一致するように調整することが望ましい。センサー２３は、検出面に到達した電子ビームの量を電気信号に変換する。ただし、センサー２３は、直接電気信号に変換するものに限らず、例えば、蛍光剤などへ一旦電子ビームを当てた後、反射された光信号を電気信号に変換するものであってもよい。
【００１６】
制御部６は、描画装置１の描画に関わる各構成要素の動作を制御する各種制御回路と、各制御回路を統括する主制御部３０とを有する。各制御回路として、制御部６は、不図示のレンズ制御回路と、ブランキング偏向器制御回路３１と、偏向器制御回路３２と、検出器制御回路３３と、ステージ制御回路３４とを含む。まず、レンズ制御回路は、コリメーターレンズ１０や各静電レンズアレイ１２、１６、１７の動作を制御する。ブランキング偏向器制御回路３１は、制御部６内に含まれる描画パターン発生回路、ビットマップ変換回路、およびブランキング指令生成回路により生成されるブランキング信号に基づいて、ブランキング偏向器アレイ１３の動作を制御する。ここで、描画パターン発生回路は、描画パターンを生成し、この描画パターンは、ビットマップ変換回路によりビットマップデータに変換される。ブランキング指令生成回路は、ビットマップデータに基づいてブランキング信号を生成する。偏向器制御回路３２は、制御部６内に含まれる偏向信号発生回路により生成される偏向信号に基づいて、偏向器アレイ１５の動作を制御する。
【００１７】
検出器制御回路３３は、センサー２３からの出力を受けて電子ビームの照射の有無を判定し、判定結果を主制御部３０に送信する。さらに、検出器制御回路３３は、主制御部３０を介して後述のステージ制御回路３４とも連携することにより、照射された電子ビームの特性を計測する。このときの計測項目は、例えば、電子ビームの形状、位置および強度である。この特性計測では、検出器制御回路３３は、センサー２３で検出された結果を主制御部３０に送信し、ステージ制御回路３４も、その時点のステージの位置情報を主制御部３０に送信し、偏向器制御回路３２も、その時点の偏向量（偏向幅）を主制御部３０に送信する。そして、主制御部３０は、これらの各データに基づいて電子ビームの形状、位置および強度を計算することになる。
【００１８】
ステージ制御回路３４は、主制御部３０からの指令であるステージ位置情報（位置座標）に基づいて、基板ステージ５への指令目標値を算出し、駆動後の位置がこの目標値となるように基板ステージ５を駆動させる。このとき、上記干渉計が計測したデータは、ステージ制御回路３４を介して主制御部３０にて処理され、再度ステージ制御回路３４に戻されることで、基板ステージ５の位置の制御に用いられる。ここで、ステージ制御回路３４は、パターン描画中は、被処理基板７（基板ステージ５）をＹ軸方向に連続的にスキャンさせる。このとき、偏向器アレイ１５は、干渉計による基板ステージ５の測長結果を基準として、被処理基板７の表面上の像をＸ軸方向に偏向させる。そして、ブランキング偏向器アレイ１３は、被処理基板７上で目標線量が得られるように、電子ビームの照射のＯＮ／ＯＦＦを実施する。
【００１９】
特に本実施形態では、描画装置１における、少なくとも、検出部２０と、検出マーク２１のエッジを電子ビームが横切るように基準プレート２２と電子ビームとの間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、制御部６とが、ビーム計測装置を構成する。ここで、相対移動機構は、後述するが、基準プレート２２、すなわち検出部２０を移動させるものとして、検出部２０が設置される基板ステージ５が適用され、一方、電子ビームを移動（偏向）させる機構として偏向器アレイ１５が適用され得る。
【００２０】
ここで、コリメーターレンズ１０を通過した電子ビームは、一般にはアパーチャアレイ１１にて複数の電子ビームに分割されるが、一方でアパーチャアレイ１１にて遮断された電子ビームに起因して熱が発生する。その結果、アパーチャアレイ１１が熱膨張し、アパーチャアレイ１１の開口位置が変化する場合がある。また、ブランキング偏向器アレイ１３では、電子ビームの偏向制御のための電流による発熱の影響を受け、ブランキング偏向器アレイ１３の開口部の位置も変化する場合がある。さらに、光学系４の外部からの磁場変動や帯電帯磁の影響により、電子ビームにズレが生じたり、長時間計測を繰り返すことで、検出部２０に蓄積したコンタミ（付着物）による検出マークのエッジの形状が変化したりする場合もある。これらの影響により、電子ビームの照射位置は、時間と共に徐々に変化する。これに対して、検出部２０にて計測する電子ビームの半値幅は、要求される描画線幅とほぼ同等に絞り込む必要がある。例えば、２２ｎｍ以下の線幅描画を実施する場合には、電子ビーム径は、ガウス分布の半値幅で２２ｎｍ以下となる。また、要求される描画線幅が細くなるに伴い、電子ビームの位置、形状および強度に対する計測精度の要求も厳しくなる。例えば、電子ビームの位置に関しては、描画線幅の１０％以下の計測精度が要求され、上記の例で言えば、２ｎｍ以下の計測精度が必要になることになる。
【００２１】
図３は、一例として基準プレート２２に形成された検出マーク２１の境界部の一部を示す概略斜視図である。図３において、左図に示す検出マーク２１の境界部の一部（図中の丸）をさらに拡大したものが右図である。図３に示すように、一見、直線に見える境界部には、電子ビーム２４の径が１１〜２２ｎｍのオーダーとなると検出部２０による検出に影響を及ぼすような粗さが存在している。すなわち、この粗さは、例えば、電子ビーム径が１００ｎｍ以上と大きければ、要求される描画精度が低いため、畳み込み計算による平均化効果などで無視することができるのであるが、電子ビーム径が２２ｎｍ以下と小さければ無視することができない。特に、この境界部の粗さは、例えば、単純な計測再現性のような、すなわち境界部の同じ場所を繰り返し計測するような場合では、影響は少ない。これに対して、例えば、電子ビーム２４の位置の経時変化を計測するような場合では、電子ビーム２４の絶対位置の計測精度（計測再現性精度）の保証時に粗さの影響が現れ、これに起因して発生した計測誤差は、描画精度や重ね合わせ精度などに影響してしまう。そこで、本実施形態のビーム計測装置では、検出マーク２１の境界部、すなわちエッジの粗さ（形状）の影響を考慮しつつ、電子ビーム２４の形状、位置および強度の計測を行う。
【００２２】
次に、エッジの粗さを考慮したビーム計測装置の作用について説明する。図４は、ナイフエッジ法を採用して計測をする場合の電子ビーム２４とエッジとの位置関係と、その位置関係に対するセンサー２３の出力信号とを示す概略図である。特に、図４（ａ）は、従来の描画装置による図であり、図４（ｂ）は、本実施形態の描画装置１（ビーム計測装置）による図である。なお、図４（ａ）内の第１グラフ２５は、基板ステージ５の位置（横軸）に対する出力信号の値（縦軸）を示す。まず、図４（ａ）に示す従来の計測方法によれば、第１グラフ２５に示すように、電子ビーム２４が検出マーク２１内にあるときは、出力信号は、ほぼ一定の値となる。一方、電子ビーム２４がエッジを通過するときは、徐々に出力信号の値が減少して、完全に基準プレート２２上に載ると、出力信号は、ほぼゼロになる。しかしながら、各出力信号は、電子ビーム２４の位置が同じでも、計測時に対応するエッジの粗さ（凹凸）により微妙に異なり、かつ、値が変化する位置も変動する。
【００２３】
これに対して、本実施形態のビーム計測装置は、ナイフエッジ法を採用すると共に、エッジの進行方向、すなわち基板ステージ５の駆動方向（第１方向：Ｘ軸方向）に対して、計測対象となる電子ビーム２４を交差する方向（第２方向：偏向方向）に偏向する。この偏向は、例えば偏向器アレイ１５を使用して実施することができ、または別に専用の偏向器を設置して実施するものでもよい。この場合、制御部６は、エッジの移動速度、すなわち基板ステージ５の駆動速度に対して電子ビーム２４の偏向速度を十分に速い速度（例えば２０倍程度）に設定して計測を実行する。この計測された出力信号を、その時点での基板ステージ５の位置と電子ビーム２４の偏向位置とに基づいて表示したものがセンサー出力マップ（以下「マップ」という）２６となる。マップ２６の各線は、等値線（出力信号の等しい値どうしを線で結んだもの）を示す。なお、マップ２６の偏向位置を固定し、出力信号を基板ステージ５の位置でプロットすれば、図４（ａ）の第１グラフ２５と同様のグラフが得られる。
【００２４】
ここで、制御部６は、基板ステージ５（検出部２０）と相対移動機構とを制御して、エッジ上の複数の箇所それぞれに関して、エッジを電子ビーム２４に横切らせてセンサー２３で信号列を得る。次に、制御部６は、それぞれ得られた複数の信号列から、相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して加算信号列を得る。具体的には、制御部６は、電子ビーム２４の１回の偏向で得られた出力信号の値（信号列）を加算する。制御部６は、これを１回の偏向ごとに実行することで、エッジの粗さの影響を平均化して除去（低減）したデータ（理想的なエッジ形状と電子ビーム２４の強度分布との畳み込み（計算）により得られるデータ、または、そのようにみなせるデータ）を取得する。そして、制御部６は、エッジ形状を理想的な形状（基準形状）として逆畳み込み計算を行い、電子ビーム２４の強度分布を求める。制御部６は、さらに、当該強度分布から、形状、位置、または強度などの電子ビーム２４の所定の特性を求める。なお、当該強度分布は、逆畳み込み計算に限らず、例えば、上述の平均化により得られたデータを微分することにより得てもよい。当該微分により得られたデータから、形状、位置、または強度などの電子ビーム２４の所定の特性を求めることができる。
【００２５】
このようにして求められた電子ビーム２４の特性が電子ビーム毎にばらついていると、描画されるパターンの歪みや描画領域内のエネルギー（露光量）分布が許容範囲外となり得る。そこで、それらが許容範囲内になるように、主制御部３０は、計測された電子ビーム２４の特性のデータに基づいて、電子ビーム２４の偏向およびブランキングの少なくとも一方を制御する。このとき、主制御部３０は、例えば、偏向器制御回路３２およびブランキング偏向器制御回路３１の少なくとも一方を介する。
【００２６】
次に、制御部６は、上記で求めた電子ビーム２４の形状を用いてマップ２６の逆畳み込み計算を実行することで、エッジ形状を求めることができる。また、制御部６は、このエッジ形状データを内部に保存し、上記の計測ごとに比較することで、エッジ形状の経時変化を確認することができる。さらに、制御部６は、このエッジ形状データに基づいて電子ビーム２４の偏向速度と基板ステージ５の駆動速度との最適化を実行することができる。特に、本実施形態のようなマルチビーム方式の描画装置１では、より細い描画線幅と高スループットとの要求を満たすために、電子ビームの本数を増やす傾向にある。例えば、数千本レベルの本数であれば、個々の電子ビーム２４の計測時間のある程度の増加は許容できるが、数十万本レベルの本数となると、個々の電子ビーム２４の計測時間のほんの僅かな増加でも、全体的に見ればスループットに影響する時間となる。したがって、電子ビーム２４の計測時間と計測精度とのバランスで、計測時間をできる限り短くすることが望ましい。
【００２７】
次に、電子ビーム２４の偏向幅の最適化について説明する。図５は、エッジ形状に基づいて、電子ビーム２４の偏向幅を最適化する流れを示すフローチャートである。制御部６は、まず、上記の計測方法にてエッジ形状（２次元データ）の計測を実行し（ステップＳ１００）、次に、ステップＳ１００にて得られたマップ２６を参照して、エッジ形状を計算する（ステップＳ１０１）。次に、制御部６は、ステップＳ１０１にて得られたエッジ形状のデータをフーリエ変換し（ステップＳ１０２）、その後、基本周波数成分の有無を判定する（ステップＳ１０３）。ここで、基本周波数成分の有無を判定する理由は、エッジ形状に特定の基本周波数成分がある場合には、電子ビーム２４の偏向幅をその周期の整数倍の幅とするのが精度的に望ましいためである。一方、エッジ形状に基本周波数成分がない場合には、エッジ形状がランダムであると考えられるので、そのランダム成分を十分に平均化することが可能な幅を電子ビーム２４の偏向幅と決定してよい。そこで、制御部６は、ステップＳ１０３にて基本周波数成分があると判定した場合には、電子ビーム２４の偏向幅を基本周期の整数倍（例えば２倍）と決定する（ステップＳ１０４）。一方、制御部６は、ステップＳ１０３にて基本周波数成分がないと判定した場合には、電子ビーム２４の偏向幅を、既定の固定幅と決定する（ステップＳ１０５）。これにより、電子ビーム２４の偏向幅の最適化が終了する。なお、この最適化は、エッジの一部分のみならず、検出マークの境界部の全てにて実行することが望ましいため、制御部６は、エッジの領域ごとに繰り返し実行する（ステップＳ１０６）。
【００２８】
次に、電子ビーム２４の偏向周波数と基板ステージ５の駆動速度（エッジの移動速度）との最適化について説明する。図６は、電子ビーム２４の偏向周波数と基板ステージ５の駆動速度との最適化を説明するための概略図である。なお、電子ビーム２４は、基板ステージ５の駆動方向に対してほぼ垂直方向に偏向するものとする。例えば、電子ビーム２４の偏向幅ＬＷＤ（ｎｍ）は、図５に示すような方法で最適化される。ここで、電子ビーム２４の半値幅をＷＢＭ（ｎｍ）とすると、検出ピッチＭＰＣＨ（ｎｍ）は、電子ビーム２４を検出したい分解能に依存するため、電子ビーム２４の半値幅の１／Ｍ（Ｍは１以上の整数）とすると、式（１）で現される。
ＭＰＣＨ＝ＷＢＭ／Ｍ （１）
次に、式（１）を用いて、基板ステージ５の駆動速度ＶＷＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、電子ビーム２４の偏向周波数ＦＤＥＦ（Ｈｚ）との関係を考える。まず、計測ピッチＭＰＣＨ間における基板ステージ５の移動時間ＴＰＣＨ（ｓｅｃ）は、式（２）で現される。
ＴＰＣＨ＝ＭＰＣＨ／ＶＷＳ
＝ＷＢＭ／（Ｍ×ＶＷＳ） （２）
また、電子ビーム２４の１回の偏向は、移動時間ＴＰＣＨ内に終了している必要があるため、偏向周波数ＦＤＥＦは、式（３）で現される。ただし、Ｎは１以上の整数である。
ＦＤＥＦ＝Ｎ／ＴＰＣＨ
＝Ｎ×（Ｍ×ＶＷＳ）／（ＷＢＭ） （３）
したがって、制御部６は、式（３）を用いれば、電子ビーム２４の偏向周波数と基板ステージ５の駆動速度との一方を他方に基づいて最適化することができるので、結果的に、計測精度と計測スループットとの両方の最適化が可能となる。
【００２９】
このように、制御部６は、エッジを移動させて電子ビーム計測を実行する際に、電子ビーム２４の偏向速度を、エッジの移動速度に対して十分に速い速度としつつ、計測方向に対して垂直方向へ電子ビーム２４を偏向させる。そして、制御部６は、この電子ビーム計測と同時にエッジの２次元データの計測も実行し、エッジの２次元データからエッジ形状を計算して、電子ビーム計測の計測結果に対してエッジ形状の影響を抑えるように補正すれば、高精度な計測データを得ることができる。したがって、電子ビーム２４の絶対位置の計測精度を保証する際の、エッジの粗さの影響を低減することができ、結果的に、電子ビーム２４の形状、位置および強度の計測を高精度に保証することが可能となる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、電子ビームなどを正確に計測するのに有利なビーム計測装置およびそれを用いた描画装置を提供することができる。また、このビーム計測装置では、従来のナイフエッジ法による計測時間と同等の計測時間でビーム計測ができるため、計測時間を延長させることなく、高性能化／高精度化が可能となる。また、ビームの絶対位置の計測精度の保証が可能になることから、ビームの位置補正誤差による描画エラーを低減させることができるので、つなぎ誤差のない描画が可能になり、被処理基板７上の下地パターンに対する重ね合わせ精度も向上する。したがって、電気的動作のバラツキが少ない物品（デバイス）の製造が可能となり、歩留まりも向上する。さらに、本実施形態によれば、コンタミなどによるエッジ形状の変化に起因したビームの位置補正誤差に対しても、常にエッジ形状の変化に対する影響を補正しながらビームの絶対位置の計測精度を保証することができる。したがって、エッジの粗さの経時変化の影響を抑えることができる。
【００３１】
（物品の製造方法）
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含み得る。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 描画装置
５ 基板ステージ
７ 被処理基板
１５ 偏向器
２０ 電子ビーム検出部
２１ 検出マーク
２２ 基準プレート
２３ センサー
２４ 電子ビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム計測装置であって、
エッジを有する遮蔽部材と、該遮蔽部材で遮蔽されなかったビームを検出する検出器とを含む検出部と、
前記エッジを前記ビームが横切るように前記遮蔽部材と前記ビームとの間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記検出部と前記相対移動機構とを制御して、前記エッジ上の複数の箇所それぞれに関し、前記エッジを前記ビームに横切らせて前記検出器で信号列を得、
前記複数の箇所でそれぞれ得られた複数の信号列から、前記相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して、加算信号列を得、
前記加算信号列から前記ビームの強度分布を求める、
ことを特徴とするビーム計測装置。
【請求項２】
前記相対移動は、前記エッジを横切る第１方向に前記検出部を移動させ、かつ、前記第１方向と交差する第２方向に前記ビームを偏向させてなされる相対移動を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のビーム計測装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の信号列から前記エッジの形状を求め、該エッジの形状の基本周波数成分を求め、該基本周波数成分の情報に基づいて、前記第２方向における前記ビームの偏向の幅を設定する、ことを特徴とする請求項２に記載のビーム計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記強度分布から前記ビームの形状を求め、該ビームの形状のデータを用いて前記複数の信号列に対して逆畳み込み計算を行って前記エッジの形状を求める、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記エッジの基準形状のデータを用いて前記加算信号列に対して逆畳み込み計算を行って前記強度分布を求める、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記加算信号列を微分して前記強度分布を求める、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１方向における前記検出部の移動の速度、および、前記第２方向における前記ビームの偏向の周波数の一方を他方に基づいて設定する、ことを特徴とする請求項２に記載のビーム計測装置。
【請求項８】
ビームで基板に描画を行う描画装置であって、
前記ビームの強度分布を求める請求項１ないし７のいずれか１項に記載のビーム計測装置を有する、
ことを特徴とする描画装置。
【請求項９】
前記基板を保持して可動のステージを有し、
前記検出部は、前記ステージに含まれている、ことを特徴とする請求項８に記載の描画装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の描画装置を用いて基板に描画を行う工程と、
前記工程で描画を行われた基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【請求項１】
ビーム計測装置であって、
エッジを有する遮蔽部材と、該遮蔽部材で遮蔽されなかったビームを検出する検出器とを含む検出部と、
前記エッジを前記ビームが横切るように前記遮蔽部材と前記ビームとの間の相対移動を生じさせる相対移動機構と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記検出部と前記相対移動機構とを制御して、前記エッジ上の複数の箇所それぞれに関し、前記エッジを前記ビームに横切らせて前記検出器で信号列を得、
前記複数の箇所でそれぞれ得られた複数の信号列から、前記相対移動における相対位置が対応する信号どうしを加算して、加算信号列を得、
前記加算信号列から前記ビームの強度分布を求める、
ことを特徴とするビーム計測装置。
【請求項２】
前記相対移動は、前記エッジを横切る第１方向に前記検出部を移動させ、かつ、前記第１方向と交差する第２方向に前記ビームを偏向させてなされる相対移動を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のビーム計測装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の信号列から前記エッジの形状を求め、該エッジの形状の基本周波数成分を求め、該基本周波数成分の情報に基づいて、前記第２方向における前記ビームの偏向の幅を設定する、ことを特徴とする請求項２に記載のビーム計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記強度分布から前記ビームの形状を求め、該ビームの形状のデータを用いて前記複数の信号列に対して逆畳み込み計算を行って前記エッジの形状を求める、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記エッジの基準形状のデータを用いて前記加算信号列に対して逆畳み込み計算を行って前記強度分布を求める、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記加算信号列を微分して前記強度分布を求める、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１方向における前記検出部の移動の速度、および、前記第２方向における前記ビームの偏向の周波数の一方を他方に基づいて設定する、ことを特徴とする請求項２に記載のビーム計測装置。
【請求項８】
ビームで基板に描画を行う描画装置であって、
前記ビームの強度分布を求める請求項１ないし７のいずれか１項に記載のビーム計測装置を有する、
ことを特徴とする描画装置。
【請求項９】
前記基板を保持して可動のステージを有し、
前記検出部は、前記ステージに含まれている、ことを特徴とする請求項８に記載の描画装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の描画装置を用いて基板に描画を行う工程と、
前記工程で描画を行われた基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２１２１５（Ｐ２０１３−２１２１５Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４７６６（Ｐ２０１１−１５４７６６）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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