荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法及び荷電粒子ビーム装置
【目的】高精度なビーム分解能を測定する方法、および方法を具現化する描画装置を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様のビーム分解能測定方法は、マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査する走査工程（Ｓ１０２）と、マークからの反射信号を計測する計測工程（Ｓ１０４）と、所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号に基づく波形をフィッティングして、ビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程（Ｓ１０８）と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、高精度なビーム分解能を得ることができる。
【構成】本発明の一態様のビーム分解能測定方法は、マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査する走査工程（Ｓ１０２）と、マークからの反射信号を計測する計測工程（Ｓ１０４）と、所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号に基づく波形をフィッティングして、ビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程（Ｓ１０８）と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、高精度なビーム分解能を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法及び荷電粒子ビーム装置に係り、例えば、電子ビームを可変成形させながら試料に電子ビームを照射する荷電粒子ビーム描画装置における電子ビームのビーム分解能測定方法、及びかかる方法等を具現する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
【０００３】
図１１は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線描画装置（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置）における第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。
【０００４】
上述した電子ビーム描画装置を使用して形成されたパターンの精度や最小解像寸法はビーム分解能と密接な関係にある。一方、基板を描画する場合に基板上に塗布されたレジストのレジストコントラストや化学増幅型レジストの酸拡散などといったプロセスによる実効的に分解能を劣化させる要因が存在する（プロセス分解能）。近年の描画装置では、描画装置自身のビーム分解能が向上して（小さくなり）、計算上ではプロセス分解能と同等、或いはより小さい値にまでなってきた。
【０００５】
ここで、試料３４０に照射される電子線３３０のビーム強度分布は、電子線３３０を走査して、電子線３３０のビームサイズに比べ十分小さな金属マークに電子線３３０を照射する。そして、金属マークからの反射電子を計測することで測定する手法がある(例えば、特許文献１参照)。そして、これらによって得られた電子線３３０のビーム強度分布から電子線３３０のビーム分解能を得ることができる。
【特許文献１】特開平４−２４２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようにして得たビームの強度分布は、誤差関数の波形とはかなりずれてしまっていた。
図１２は、ビームの強度分布の一例を示す図である。
図１２において、ビームの強度分布は、金属マーク上に電子ビームを走査して、金属マークからの反射電子を計測することで測定した結果を示している。ここで、ビームの強度分布は、理想的には誤差関数Ｆ（ｘ）で定義される。しかしながら、得られたビームの強度分布（測定値）は、誤差関数の波形とはかなりずれてしまっていた。これは、１つに測定に用いた金属マークからの散乱による分布が合成されてしまうためである。その他にも、金属マークの形状に起因するものと考えられる。そのため、求められたビーム分解能は、本来のビーム分解能に比べ大きな値となってしまうといった問題があった。その結果、測定結果が頭打ちとなり測定できる範囲にも限界が生じてしまう。そのため、小さな分解能を測定することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、高精度なビーム分解能を測定する方法、および方法を具現化する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】
【０００８】
本発明の一態様の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法は、
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査する走査工程と、
荷電粒子ビームの照射によるマークからの反射信号を計測する計測工程と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号に基づく波形をフィッティングして、反射信号に基づく波形からビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
発明者は、得られた反射信号が示す波形が実際にはマークの形状に依存することを見出した。そこで、所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号をフィッティングすることで、よりフィッティング精度を向上させることができる。このように、マーク形状に基づく関数を用いてフィッティング精度を向上させることで、マーク形状の依存性を排除した誤差関数内のビーム分解能の値σを求めることができる。
【００１０】
そして、所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、荷電粒子ビームの走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いると好適である。
【００１１】
さらに、所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面の端部が上述した側面に向かって傾斜したマークの形状を用いると好適である。
【００１２】
或いは、所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面が曲面のマークの形状を用いても好適である。
【００１３】
上述した方法を具現化する本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査することによって得られるマークからの反射信号を計測する計測部と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号に基づいて得られる波形をフィッティングして、反射信号に基づいて得られる波形から誤差関数のパラメータとなるビーム分解能を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、得られた測定データの波形からマーク形状の依存性を排除した高精度なビーム分解能を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。
【００１６】
また、ビーム分解能は、定義次第であるが、強度分布誤差関数で近似し、そのパラメータσをもって、分解能と定義する場合もある。又は、最大ビーム強度の１０％となる位置から９０％となる位置までの幅（長さ）、或いは最大ビーム強度の２０％となる位置から８０％となる位置までの幅（長さ）等で定義される場合もある。以下、実施の形態では、強度分布誤差関数で近似し、そのパラメータσをもって、ビーム分解能と定義する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における電子ビームのビーム分解能測定方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。
図１において、電子ビームのビーム強度分布測定方法は、走査工程（Ｓ１０２）、反射電子計測工程（Ｓ１０４）、ビーム分解能測定工程（Ｓ１０８）という一連の工程を実施する。
【００１８】
図２は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
図２において、荷電粒子ビーム描画装置の一例となる描画装置１００は、描画部１５０を構成する電子鏡筒１０２、ＸＹステージ１０５、電子銃２０１（照射部）、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、検出器２１８（測定部）を備え、制御部１６０として、制御コンピュータ（ＣＰＵ）３１０、インターフェース回路３２０、メモリ３１２、増幅器３２６、Ａ／Ｄ変換器３２８を備えている。
【００１９】
そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、検出器２１８が配置されている。ＣＰＵ３１０には、インターフェース回路３２０、メモリ３１２、Ａ／Ｄ変換器３２８が接続されている。インターフェース回路３２０は、偏向器２０８に接続されている。また、Ａ／Ｄ変換器３２８は、増幅器３２６に接続され、増幅器３２６は、検出器２１８に接続されている。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。また、図２では、コンピュータの一例となるＣＰＵ３１０で、計測部３１４、測定部３１６といった各機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。或いは、ＣＰＵ３１０の代わりに電気的な回路によるハードウェアで構成しても構わない。
【００２０】
電子銃２０１から出た荷電粒子ビームの一例となる電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器２０５によって制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向され、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上のシリコン（Ｓｉ）基板２０上の金属マークとなるドットマーク１０上を走査するように照射される。偏向器２０８は、インターフェース回路３２０を介して制御コンピュータ３１０によって制御される。制御コンピュータ３１０により演算された結果等の出入力データは、メモリ３１２に格納される。
【００２１】
かかる描画装置１００を用いて、描画装置１００で照射される電子ビームのビーム強度分布ならびにビーム分解能を測定する。以下、ビーム強度分布ならびにビーム分解能を測定する手法について説明する。また、以下の各工程における各動作及び演算処理は、制御コンピュータ３１０によって制御される。
【００２２】
まず、試料の一例となるドットマーク１０が表面に形成されたＳｉ基板２０をＸＹステージ１０５上に配置する。そして、電子ビーム２００がＳｉ基板２０を照射するようにＸＹステージ１０５を移動させて調整しておく。Ｓｉ基板２０は、装置外部からＸＹステージ１０５上に搬送されても構わないし、予め、ＸＹステージ１０５上に固定されていてもよい。予め、ＸＹステージ１０５上に固定しておく場合には、本来の描画されるマスクブランクス等の配置の邪魔にならない位置に固定して配置されるとよい。
【００２３】
Ｓ（ステップ）１０２において、走査工程として、Ｓｉ基板２０上に形成されたドットパターンの一例となる例えば四角形のドットマーク１０を用いて、ドットマーク１０の幅寸法より小さいビームサイズの電子ビーム２００を走査してドットマーク１０の手前からドットマーク１０上へと移動するように照射しながら走査する。
【００２４】
図３は、実施の形態１における電子ビームの走査の仕方を説明するための概念図である。
Ｓｉ基板２０には、金属マークの一例となる例えば四角形のドットマーク１０が形成されている。そして、ドットマーク１０の外周のあるエッジと直交する方向から成形された電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査する。
【００２５】
ドットマーク１０は、Ｓｉ基板２０の材料として使用されるＳｉよりも反射率の大きい材料を用いる。例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等の高融点金属や、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の重金属を用いると好適である。ドットマーク１０は、半導体製造プロセスにて製造することができるので、機械加工するナイフエッジ部品に比べ、パターン形状を精度よく形成することができる。その結果、エッジの直線性とラフネス等を機械加工するナイフエッジ部品に比べ向上させることができる。そして、半導体製造プロセスにて製造することができるので、ナイフエッジに比べ大量に安く生産することができる。ここでは、ドットマーク１０は、成形された電子ビーム２００に対して十分大きなマークを用いると好適である。
【００２６】
Ｓ１０４において、反射電子計測工程として、電子ビーム２００の照射によりドットマーク１０から反射した反射電子を計測する。
図４は、実施の形態１における反射電子を計測する様子を説明するための概念図である。
図３に示すような例えば四角形に成形された電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、図４に示すように、電子ビーム２００が断面が例えば長方形のドットマーク１０に当たると電子ビーム２００の照射によりドットマーク１０から反射電子１２が飛び出す。そして、飛び出した反射電子１２を検出器２１８で検出する。検出器２１８で検出された反射信号は、増幅器３２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２８でデジタル情報に変換され、制御コンピュータ３１０に送られる。そして、計測部３１４が、入力した反射信号を微分演算し、その絶対値をとることで、ビーム強度分布波形のデータが計測される。
【００２７】
しかしながら、上述したように、得られた微分波形は強度分布誤差関数が示す波形とは大きくずれが生じてしまう。これは、ドットマーク１０の形状が、実際には図４に示すような長方形に精度良くは形成されていないこともあるだろうし、ドットマーク１０による電子ビーム２００の散乱も影響していると考えられる。ここで、発明者は、得られた波形に合った近似式を得るためには、ドットマーク１０の形状を考慮することで解決可能であることを見出した。
【００２８】
Ｓ１０８において、ビーム分解能測定工程として、測定部３１６は、以下に示すマーク形状関数と強度分布誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて、測定された反射信号に基づく波形をフィッティングして、反射信号に基づく波形からビーム分解能を測定する。
上述したように、得られた波形に合った近似式を得るためには、ドットマーク１０の形状を考慮することで解決可能である。すなわち、近似式は、以下の式１で示すようにドットマーク１０の形状関数と強度分布誤差関数とのコンボリュートした関数で定義することにより、計測して得られた波形に合った近似関数Ｒ（ｘ）を得ることができる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここでは、マーク形状関数をＰ（ｘ）、強度分布誤差関数をＦ（ｘ）とする。また、強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）は、ビーム分解能をσとする。ビーム幅を２Ｗとしたとき、以下の式２で示すことができる。
【００３１】
【数２】
【００３２】
図５は、実施の形態１におけるマーク形状断面の一例を示す図である。
ここで、発明者は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）に定義するマーク形状として、図５に示すように、電子ビーム２００の走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、図５に示すＰ１とＰ２で結ぶ側面のラインとＰ５とＰ６で結ぶ側面のラインとが上面から下面に向かって広がるように傾斜する形状を用いる。そして、上面の端部となるＰ３とＰ２で結ぶラインが側面に向かって傾斜したマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、図５に示すＰ３からＰ２に向かってＰ１とＰ２で結ぶ側面に向かって下向きに傾斜する形状を用いる。同様に、上面の端部となるＰ４とＰ５で結ぶラインが側面に向かって傾斜したマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、図５に示すＰ４からＰ５に向かってＰ５とＰ６で結ぶ側面に向かって下向きに傾斜する形状を用いる。このようなマーク形状を表すマーク形状関数Ｐ（ｘ）を以下の式３に示す。各位置ｘ１〜ｘ６の２点間の関数は、それぞれパラメータａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ６で定義され、このパラメータを合わせ込む。
【００３３】
【数３】
【００３４】
このように、側面のラインを傾斜させ、上面についても端部を傾斜させたマーク形状関数Ｐ（ｘ）と微分した強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）の積の積分関数を近似関数Ｒ（ｘ）として、測定部３１６で測定された波形をフィッティングすると次のようになった。フィッティング演算は最小二乗法を用いた。各位置ｘ１〜ｘ６の２点間の関数は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）では、パラメータａ１〜ａ５、ｂ１〜ｂ５で定義され、強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）では、パラメータσ、ｗで定義され、これらのパラメータを合わせ込む。
図６は、実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
図６に示すように、上述した近似関数Ｒ（ｘ）（近似式１）で測定された波形をフィッティングした結果、測定値と近似式とを精度よく合わせることができた。そして、フィッティングされた状態での強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）のパラメータとなるビーム分解能σの値は、マーク形状の依存性が排除された描画装置１００単体での電子ビーム２００が持つ本来のビーム分解能σとなる。よって、かかる近似関数Ｒ（ｘ）と強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）とを用いて定義された近似式でフィッティングすることで、高精度なビーム分解能σを測定することができる。
【００３５】
図７は、実施の形態１におけるマーク形状断面の他の一例を示す図である。
発明者は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）に定義するマーク形状として、図７に示すように、上面について、上面が曲面のマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、Ｑ２とＱ３で結ぶ上面のラインが曲線となるようマークの形状を用いる。そして、側面のラインについては、上述したように、電子ビーム２００の走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いると好適である点は同様である。すなわち、図５に示すＰ１とＰ２で結ぶ側面のラインとＰ３とＰ４で結ぶ側面のラインとが上面から下面に向かって広がるように傾斜する形状を用いる。このようなマーク形状を表すマーク形状関数Ｐ（ｘ）を以下の式４に示す。
【００３６】
【数４】
【００３７】
このように、側面のラインを傾斜させ、上面についても曲面に形成させたマーク形状関数Ｐ（ｘ）と微分した強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）の積の積分関数を近似関数Ｒ（ｘ）として、測定部３１６で測定された波形をフィッティングすると次のようになった。フィッティングは最小二乗法を用いた。各位置ｘ１〜ｘ４の２点間の関数は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）では、パラメータａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、ｄで定義され、強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）では、パラメータσ、ｗで定義され、これらのパラメータを合わせ込む。
図８は、実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
図８に示すように、上述した近似関数Ｒ（ｘ）（近似式２）で測定された波形をフィッティングした結果、測定値と近似式とを精度よく合わせることができた。よって、フィッティングされた状態での強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）のパラメータとなるビーム分解能σの値は、マーク形状の依存性が排除された描画装置１００単体での電子ビーム２００が持つ本来のビーム分解能σとなる。したがって、かかる近似関数Ｒ（ｘ）と強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）とを用いて定義された近似式でフィッティングすることで、高精度なビーム分解能σを測定することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態１では、電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、図４に示すように、電子ビーム２００がドットマーク１０に当たって飛び出した反射電子１２を検出器２１８で検出していたが、測定方法はこれに限るものではない。実施の形態２では、電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、電子ビーム２００がドットマーク１０に当たらずに透過した電子を検出器で検出してもよい。
【００３９】
図９は、実施の形態２における描画装置の構成を示す概念図である。
図９において、荷電粒子ビーム描画装置の一例となる描画装置１００は、描画部１５０を構成する電子鏡筒１０２、ＸＹステージ１０５、電子銃２０１（照射部）、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８を備え、制御部１６０として、制御コンピュータ（ＣＰＵ）３１０、インターフェース回路３２０、メモリ３１２、増幅器３２６、Ａ／Ｄ変換器３２８を備えている。
【００４０】
そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８が配置されている。そして、ＸＹステージ１０５には、検出器２１４（測定部）が組み込まれ、配置されている。図９では、本実施の形態２を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。また、図９では、コンピュータの一例となるＣＰＵ３１０で、計測部３１４、測定部３１６といった各機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、実施の形態１と同様、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。或いは、ＣＰＵ３１０の代わりに電気的な回路によるハードウェアで構成しても構わない。
【００４１】
図９では、検出器２１８がＸＹステージ１０５に組み込まれた検出器２１４に代わった点、Ｓｉ基板２０がＳｉ基板２２に代わった点以外は、図１と同様である。よって、実施の形態１と同様である部分については説明を省略する。
【００４２】
まず、試料の一例となるドットマーク１０が表面に形成されたＳｉ基板２２をＸＹステージ１０５上の特に検出器２１４上に配置する。そして、電子ビーム２００がＳｉ基板２２を照射するようにＸＹステージ１０５を移動させて調整しておく。Ｓｉ基板２２は、装置外部からＸＹステージ１０５上に搬送されても構わないし、予め、ＸＹステージ１０５上に固定されていてもよい。Ｓｉ基板２２を予め、ＸＹステージ１０５上に固定しておく場合には、検出器２１４を本来の描画されるマスクブランクス等の配置の邪魔にならない位置に固定して配置し、その上部に配置されるとよい。
【００４３】
実施の形態２では、透過型の検出手法であるため、ドットマーク１０の下地となるＳｉ基板２２のＳｉの厚さは、１μｍ以下になるようにすると好適である。また、Ｓｉ基板２２は、薄膜が残ったメンブレン型でも、ドットマーク１０との境界部分が貫通したステンシル型でも構わない。
【００４４】
そして、図３に示したような例えば四角形に成形された電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、電子ビーム２００がドットマーク１０に当たる直前まで透過した電子ビーム２００を検出器２１４で検出する。検出器２１４で検出された信号は、増幅器３２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２８でデジタル情報に変換され、制御コンピュータ３１０に送られる。実施の形態２では、ドットマーク１０に当たっている間は、電子ビーム２００を検出器２１４で検出できないので、実施の形態１と信号検出の有無を逆にして以降演算すればよい。
【００４５】
実施の形態３．
図１０は、実施の形態３における電子顕微鏡の構成を示す概念図である。
図１０において、荷電粒子ビーム装置の一例となる電子顕微鏡（ＳＥＭ）５００は、光学系５５０を構成する電子鏡筒５２２、ＸＹステージ５２５、電子銃５０１（照射部）、照明レンズ５０２、投影レンズ５０４、偏向器５０５、対物レンズ５０７、検出器５１８を備え、制御部１６０として、制御コンピュータ（ＣＰＵ）５１０、メモリ５１２、増幅器５２６、Ａ／Ｄ変換器５２８、モニタ５２４を備えている。
【００４６】
そして、電子鏡筒５２２内には、電子銃５０１、照明レンズ５０２、投影レンズ５０４、偏向器５０５、対物レンズ５０７、検出器５１８が配置されている。そして、ＸＹステージ５２５上には、実施の形態１と同様、ドットマーク１０が配置されたＳｉ基板２０を載置している。図１０では、本実施の形態３を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。電子顕微鏡５００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。また、図１０では、コンピュータの一例となるＣＰＵ３１０で、計測部５１４、測定部５１６といった各機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、実施の形態１と同様、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。或いは、ＣＰＵ３１０の代わりに電気的な回路によるハードウェアで構成しても構わない。
【００４７】
電子銃５０１から出た荷電粒子ビームの一例となる電子ビーム２００は、照明レンズ５０２や投影レンズ５０４により下流側に投影される。そして、偏向器５０５によって位置が制御され、対物レンズ５０７により焦点を合わせ、移動可能に配置されたＸＹステージ５２５上のＳｉ基板２０上の金属マークとなるドットマーク１０上を走査するように照射される。制御コンピュータ５１０により演算された結果等の出入力データは、メモリ５１２に格納される。
【００４８】
電子ビーム２００がドットマーク１０に当たると電子ビーム２００の照射によりドットマーク１０から反射電子が飛び出す。そして、飛び出した反射電子を検出器５１８で検出する。検出器５１８で検出された信号は、増幅器５２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５２８でデジタル情報に変換され、制御コンピュータ５１０に送られる。そして、かかる信号は画像として、モニタ５２４に表示される。ここでは、Ａ／Ｄ変換器５２８での検出結果から上述した実施の形態と同様、電子ビーム２００のビーム強度Ｉを演算することで、電子ビームのビーム強度分布やかかるビーム強度分布からビーム分解能を得ることができる。
【００４９】
以上のように、上述した実施の形態のような描画装置に限らず、本実施の形態のような電子顕微鏡においても、同様に、本手法を取り入れることができる。
【００５０】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、ビーム分解能を誤差関数のパラメータである値σと定義しているが、ビーム分解能を最大ビーム強度の１０％となる位置ｘａから９０％となる位置ｘｂまでの幅（長さ）で定義する場合、ビーム分解能（ｘｂ−ｘａ）は、１．８σと表すこともできる。よって、誤差関数のパラメータである値σ以外でビーム分解能を定義する場合には、値σに適当な係数を乗じて見積もることができる。
【００５１】
また、マーク形状関数Ｐ（ｘ）に用いるマーク形状は、上述した形状に限るものではなく、その他、種々選択しても構わない。上述したように測定して得られた波形をマーク形状関数がコンボリュートされた関数で近似するように構成するものは本発明に含まれる。
【００５２】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
【００５３】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法及び荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法及び荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置や電子顕微鏡を含む荷電粒子ビーム装置は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１における電子ビームのビーム分解能測定方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。
【図２】実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
【図３】実施の形態１における電子ビームの走査の仕方を説明するための概念図である。
【図４】実施の形態１における反射電子を計測する様子を説明するための概念図である。
【図５】実施の形態１におけるマーク形状断面の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１におけるマーク形状断面の他の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
【図９】実施の形態２における描画装置の構成を示す概念図である。
【図１０】実施の形態３における電子顕微鏡の構成を示す概念図である。
【図１１】従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
【図１２】ビームの強度分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ドットマーク
１２ 反射電子
２０，２２ Ｓｉ基板
１００ 描画装置
１０２，５２２ 電子鏡筒
１０５，５２５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０，５６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１，５０１ 電子銃
２０２，５０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４，５０４ 投影レンズ
２０５，２０８，５０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７，５０７ 対物レンズ
２１４，２１８，５１８ 検出器
３１０，５１０ 制御コンピュータ
３１２，５１２ メモリ
３１４，５１４ 計測部
３１６，５１６ 測定部
３２０ インターフェース回路
３２６，５２６ 増幅器
３２８，５２８ Ａ／Ｄ変換器
３３０ 電子線
３４０ 試料
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース
５００ 電子顕微鏡
５２４ モニタ
５５０ 光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法及び荷電粒子ビーム装置に係り、例えば、電子ビームを可変成形させながら試料に電子ビームを照射する荷電粒子ビーム描画装置における電子ビームのビーム分解能測定方法、及びかかる方法等を具現する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
【０００３】
図１１は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線描画装置（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置）における第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。
【０００４】
上述した電子ビーム描画装置を使用して形成されたパターンの精度や最小解像寸法はビーム分解能と密接な関係にある。一方、基板を描画する場合に基板上に塗布されたレジストのレジストコントラストや化学増幅型レジストの酸拡散などといったプロセスによる実効的に分解能を劣化させる要因が存在する（プロセス分解能）。近年の描画装置では、描画装置自身のビーム分解能が向上して（小さくなり）、計算上ではプロセス分解能と同等、或いはより小さい値にまでなってきた。
【０００５】
ここで、試料３４０に照射される電子線３３０のビーム強度分布は、電子線３３０を走査して、電子線３３０のビームサイズに比べ十分小さな金属マークに電子線３３０を照射する。そして、金属マークからの反射電子を計測することで測定する手法がある(例えば、特許文献１参照)。そして、これらによって得られた電子線３３０のビーム強度分布から電子線３３０のビーム分解能を得ることができる。
【特許文献１】特開平４−２４２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようにして得たビームの強度分布は、誤差関数の波形とはかなりずれてしまっていた。
図１２は、ビームの強度分布の一例を示す図である。
図１２において、ビームの強度分布は、金属マーク上に電子ビームを走査して、金属マークからの反射電子を計測することで測定した結果を示している。ここで、ビームの強度分布は、理想的には誤差関数Ｆ（ｘ）で定義される。しかしながら、得られたビームの強度分布（測定値）は、誤差関数の波形とはかなりずれてしまっていた。これは、１つに測定に用いた金属マークからの散乱による分布が合成されてしまうためである。その他にも、金属マークの形状に起因するものと考えられる。そのため、求められたビーム分解能は、本来のビーム分解能に比べ大きな値となってしまうといった問題があった。その結果、測定結果が頭打ちとなり測定できる範囲にも限界が生じてしまう。そのため、小さな分解能を測定することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、高精度なビーム分解能を測定する方法、および方法を具現化する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】
【０００８】
本発明の一態様の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法は、
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査する走査工程と、
荷電粒子ビームの照射によるマークからの反射信号を計測する計測工程と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号に基づく波形をフィッティングして、反射信号に基づく波形からビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
発明者は、得られた反射信号が示す波形が実際にはマークの形状に依存することを見出した。そこで、所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号をフィッティングすることで、よりフィッティング精度を向上させることができる。このように、マーク形状に基づく関数を用いてフィッティング精度を向上させることで、マーク形状の依存性を排除した誤差関数内のビーム分解能の値σを求めることができる。
【００１０】
そして、所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、荷電粒子ビームの走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いると好適である。
【００１１】
さらに、所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面の端部が上述した側面に向かって傾斜したマークの形状を用いると好適である。
【００１２】
或いは、所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面が曲面のマークの形状を用いても好適である。
【００１３】
上述した方法を具現化する本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査することによって得られるマークからの反射信号を計測する計測部と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて反射信号に基づいて得られる波形をフィッティングして、反射信号に基づいて得られる波形から誤差関数のパラメータとなるビーム分解能を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、得られた測定データの波形からマーク形状の依存性を排除した高精度なビーム分解能を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。
【００１６】
また、ビーム分解能は、定義次第であるが、強度分布誤差関数で近似し、そのパラメータσをもって、分解能と定義する場合もある。又は、最大ビーム強度の１０％となる位置から９０％となる位置までの幅（長さ）、或いは最大ビーム強度の２０％となる位置から８０％となる位置までの幅（長さ）等で定義される場合もある。以下、実施の形態では、強度分布誤差関数で近似し、そのパラメータσをもって、ビーム分解能と定義する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における電子ビームのビーム分解能測定方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。
図１において、電子ビームのビーム強度分布測定方法は、走査工程（Ｓ１０２）、反射電子計測工程（Ｓ１０４）、ビーム分解能測定工程（Ｓ１０８）という一連の工程を実施する。
【００１８】
図２は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
図２において、荷電粒子ビーム描画装置の一例となる描画装置１００は、描画部１５０を構成する電子鏡筒１０２、ＸＹステージ１０５、電子銃２０１（照射部）、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、検出器２１８（測定部）を備え、制御部１６０として、制御コンピュータ（ＣＰＵ）３１０、インターフェース回路３２０、メモリ３１２、増幅器３２６、Ａ／Ｄ変換器３２８を備えている。
【００１９】
そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、検出器２１８が配置されている。ＣＰＵ３１０には、インターフェース回路３２０、メモリ３１２、Ａ／Ｄ変換器３２８が接続されている。インターフェース回路３２０は、偏向器２０８に接続されている。また、Ａ／Ｄ変換器３２８は、増幅器３２６に接続され、増幅器３２６は、検出器２１８に接続されている。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。また、図２では、コンピュータの一例となるＣＰＵ３１０で、計測部３１４、測定部３１６といった各機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。或いは、ＣＰＵ３１０の代わりに電気的な回路によるハードウェアで構成しても構わない。
【００２０】
電子銃２０１から出た荷電粒子ビームの一例となる電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器２０５によって制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向され、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上のシリコン（Ｓｉ）基板２０上の金属マークとなるドットマーク１０上を走査するように照射される。偏向器２０８は、インターフェース回路３２０を介して制御コンピュータ３１０によって制御される。制御コンピュータ３１０により演算された結果等の出入力データは、メモリ３１２に格納される。
【００２１】
かかる描画装置１００を用いて、描画装置１００で照射される電子ビームのビーム強度分布ならびにビーム分解能を測定する。以下、ビーム強度分布ならびにビーム分解能を測定する手法について説明する。また、以下の各工程における各動作及び演算処理は、制御コンピュータ３１０によって制御される。
【００２２】
まず、試料の一例となるドットマーク１０が表面に形成されたＳｉ基板２０をＸＹステージ１０５上に配置する。そして、電子ビーム２００がＳｉ基板２０を照射するようにＸＹステージ１０５を移動させて調整しておく。Ｓｉ基板２０は、装置外部からＸＹステージ１０５上に搬送されても構わないし、予め、ＸＹステージ１０５上に固定されていてもよい。予め、ＸＹステージ１０５上に固定しておく場合には、本来の描画されるマスクブランクス等の配置の邪魔にならない位置に固定して配置されるとよい。
【００２３】
Ｓ（ステップ）１０２において、走査工程として、Ｓｉ基板２０上に形成されたドットパターンの一例となる例えば四角形のドットマーク１０を用いて、ドットマーク１０の幅寸法より小さいビームサイズの電子ビーム２００を走査してドットマーク１０の手前からドットマーク１０上へと移動するように照射しながら走査する。
【００２４】
図３は、実施の形態１における電子ビームの走査の仕方を説明するための概念図である。
Ｓｉ基板２０には、金属マークの一例となる例えば四角形のドットマーク１０が形成されている。そして、ドットマーク１０の外周のあるエッジと直交する方向から成形された電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査する。
【００２５】
ドットマーク１０は、Ｓｉ基板２０の材料として使用されるＳｉよりも反射率の大きい材料を用いる。例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等の高融点金属や、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の重金属を用いると好適である。ドットマーク１０は、半導体製造プロセスにて製造することができるので、機械加工するナイフエッジ部品に比べ、パターン形状を精度よく形成することができる。その結果、エッジの直線性とラフネス等を機械加工するナイフエッジ部品に比べ向上させることができる。そして、半導体製造プロセスにて製造することができるので、ナイフエッジに比べ大量に安く生産することができる。ここでは、ドットマーク１０は、成形された電子ビーム２００に対して十分大きなマークを用いると好適である。
【００２６】
Ｓ１０４において、反射電子計測工程として、電子ビーム２００の照射によりドットマーク１０から反射した反射電子を計測する。
図４は、実施の形態１における反射電子を計測する様子を説明するための概念図である。
図３に示すような例えば四角形に成形された電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、図４に示すように、電子ビーム２００が断面が例えば長方形のドットマーク１０に当たると電子ビーム２００の照射によりドットマーク１０から反射電子１２が飛び出す。そして、飛び出した反射電子１２を検出器２１８で検出する。検出器２１８で検出された反射信号は、増幅器３２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２８でデジタル情報に変換され、制御コンピュータ３１０に送られる。そして、計測部３１４が、入力した反射信号を微分演算し、その絶対値をとることで、ビーム強度分布波形のデータが計測される。
【００２７】
しかしながら、上述したように、得られた微分波形は強度分布誤差関数が示す波形とは大きくずれが生じてしまう。これは、ドットマーク１０の形状が、実際には図４に示すような長方形に精度良くは形成されていないこともあるだろうし、ドットマーク１０による電子ビーム２００の散乱も影響していると考えられる。ここで、発明者は、得られた波形に合った近似式を得るためには、ドットマーク１０の形状を考慮することで解決可能であることを見出した。
【００２８】
Ｓ１０８において、ビーム分解能測定工程として、測定部３１６は、以下に示すマーク形状関数と強度分布誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて、測定された反射信号に基づく波形をフィッティングして、反射信号に基づく波形からビーム分解能を測定する。
上述したように、得られた波形に合った近似式を得るためには、ドットマーク１０の形状を考慮することで解決可能である。すなわち、近似式は、以下の式１で示すようにドットマーク１０の形状関数と強度分布誤差関数とのコンボリュートした関数で定義することにより、計測して得られた波形に合った近似関数Ｒ（ｘ）を得ることができる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここでは、マーク形状関数をＰ（ｘ）、強度分布誤差関数をＦ（ｘ）とする。また、強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）は、ビーム分解能をσとする。ビーム幅を２Ｗとしたとき、以下の式２で示すことができる。
【００３１】
【数２】
【００３２】
図５は、実施の形態１におけるマーク形状断面の一例を示す図である。
ここで、発明者は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）に定義するマーク形状として、図５に示すように、電子ビーム２００の走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、図５に示すＰ１とＰ２で結ぶ側面のラインとＰ５とＰ６で結ぶ側面のラインとが上面から下面に向かって広がるように傾斜する形状を用いる。そして、上面の端部となるＰ３とＰ２で結ぶラインが側面に向かって傾斜したマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、図５に示すＰ３からＰ２に向かってＰ１とＰ２で結ぶ側面に向かって下向きに傾斜する形状を用いる。同様に、上面の端部となるＰ４とＰ５で結ぶラインが側面に向かって傾斜したマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、図５に示すＰ４からＰ５に向かってＰ５とＰ６で結ぶ側面に向かって下向きに傾斜する形状を用いる。このようなマーク形状を表すマーク形状関数Ｐ（ｘ）を以下の式３に示す。各位置ｘ１〜ｘ６の２点間の関数は、それぞれパラメータａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ６で定義され、このパラメータを合わせ込む。
【００３３】
【数３】
【００３４】
このように、側面のラインを傾斜させ、上面についても端部を傾斜させたマーク形状関数Ｐ（ｘ）と微分した強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）の積の積分関数を近似関数Ｒ（ｘ）として、測定部３１６で測定された波形をフィッティングすると次のようになった。フィッティング演算は最小二乗法を用いた。各位置ｘ１〜ｘ６の２点間の関数は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）では、パラメータａ１〜ａ５、ｂ１〜ｂ５で定義され、強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）では、パラメータσ、ｗで定義され、これらのパラメータを合わせ込む。
図６は、実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
図６に示すように、上述した近似関数Ｒ（ｘ）（近似式１）で測定された波形をフィッティングした結果、測定値と近似式とを精度よく合わせることができた。そして、フィッティングされた状態での強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）のパラメータとなるビーム分解能σの値は、マーク形状の依存性が排除された描画装置１００単体での電子ビーム２００が持つ本来のビーム分解能σとなる。よって、かかる近似関数Ｒ（ｘ）と強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）とを用いて定義された近似式でフィッティングすることで、高精度なビーム分解能σを測定することができる。
【００３５】
図７は、実施の形態１におけるマーク形状断面の他の一例を示す図である。
発明者は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）に定義するマーク形状として、図７に示すように、上面について、上面が曲面のマークの形状を用いると好適であることを見出した。すなわち、Ｑ２とＱ３で結ぶ上面のラインが曲線となるようマークの形状を用いる。そして、側面のラインについては、上述したように、電子ビーム２００の走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いると好適である点は同様である。すなわち、図５に示すＰ１とＰ２で結ぶ側面のラインとＰ３とＰ４で結ぶ側面のラインとが上面から下面に向かって広がるように傾斜する形状を用いる。このようなマーク形状を表すマーク形状関数Ｐ（ｘ）を以下の式４に示す。
【００３６】
【数４】
【００３７】
このように、側面のラインを傾斜させ、上面についても曲面に形成させたマーク形状関数Ｐ（ｘ）と微分した強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）の積の積分関数を近似関数Ｒ（ｘ）として、測定部３１６で測定された波形をフィッティングすると次のようになった。フィッティングは最小二乗法を用いた。各位置ｘ１〜ｘ４の２点間の関数は、マーク形状関数Ｐ（ｘ）では、パラメータａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、ｄで定義され、強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）では、パラメータσ、ｗで定義され、これらのパラメータを合わせ込む。
図８は、実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
図８に示すように、上述した近似関数Ｒ（ｘ）（近似式２）で測定された波形をフィッティングした結果、測定値と近似式とを精度よく合わせることができた。よって、フィッティングされた状態での強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）のパラメータとなるビーム分解能σの値は、マーク形状の依存性が排除された描画装置１００単体での電子ビーム２００が持つ本来のビーム分解能σとなる。したがって、かかる近似関数Ｒ（ｘ）と強度分布誤差関数Ｆ（ｘ）とを用いて定義された近似式でフィッティングすることで、高精度なビーム分解能σを測定することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態１では、電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、図４に示すように、電子ビーム２００がドットマーク１０に当たって飛び出した反射電子１２を検出器２１８で検出していたが、測定方法はこれに限るものではない。実施の形態２では、電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、電子ビーム２００がドットマーク１０に当たらずに透過した電子を検出器で検出してもよい。
【００３９】
図９は、実施の形態２における描画装置の構成を示す概念図である。
図９において、荷電粒子ビーム描画装置の一例となる描画装置１００は、描画部１５０を構成する電子鏡筒１０２、ＸＹステージ１０５、電子銃２０１（照射部）、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８を備え、制御部１６０として、制御コンピュータ（ＣＰＵ）３１０、インターフェース回路３２０、メモリ３１２、増幅器３２６、Ａ／Ｄ変換器３２８を備えている。
【００４０】
そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８が配置されている。そして、ＸＹステージ１０５には、検出器２１４（測定部）が組み込まれ、配置されている。図９では、本実施の形態２を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。また、図９では、コンピュータの一例となるＣＰＵ３１０で、計測部３１４、測定部３１６といった各機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、実施の形態１と同様、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。或いは、ＣＰＵ３１０の代わりに電気的な回路によるハードウェアで構成しても構わない。
【００４１】
図９では、検出器２１８がＸＹステージ１０５に組み込まれた検出器２１４に代わった点、Ｓｉ基板２０がＳｉ基板２２に代わった点以外は、図１と同様である。よって、実施の形態１と同様である部分については説明を省略する。
【００４２】
まず、試料の一例となるドットマーク１０が表面に形成されたＳｉ基板２２をＸＹステージ１０５上の特に検出器２１４上に配置する。そして、電子ビーム２００がＳｉ基板２２を照射するようにＸＹステージ１０５を移動させて調整しておく。Ｓｉ基板２２は、装置外部からＸＹステージ１０５上に搬送されても構わないし、予め、ＸＹステージ１０５上に固定されていてもよい。Ｓｉ基板２２を予め、ＸＹステージ１０５上に固定しておく場合には、検出器２１４を本来の描画されるマスクブランクス等の配置の邪魔にならない位置に固定して配置し、その上部に配置されるとよい。
【００４３】
実施の形態２では、透過型の検出手法であるため、ドットマーク１０の下地となるＳｉ基板２２のＳｉの厚さは、１μｍ以下になるようにすると好適である。また、Ｓｉ基板２２は、薄膜が残ったメンブレン型でも、ドットマーク１０との境界部分が貫通したステンシル型でも構わない。
【００４４】
そして、図３に示したような例えば四角形に成形された電子ビーム２００をドットマーク１０に向かって走査していき、電子ビーム２００がドットマーク１０に当たる直前まで透過した電子ビーム２００を検出器２１４で検出する。検出器２１４で検出された信号は、増幅器３２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２８でデジタル情報に変換され、制御コンピュータ３１０に送られる。実施の形態２では、ドットマーク１０に当たっている間は、電子ビーム２００を検出器２１４で検出できないので、実施の形態１と信号検出の有無を逆にして以降演算すればよい。
【００４５】
実施の形態３．
図１０は、実施の形態３における電子顕微鏡の構成を示す概念図である。
図１０において、荷電粒子ビーム装置の一例となる電子顕微鏡（ＳＥＭ）５００は、光学系５５０を構成する電子鏡筒５２２、ＸＹステージ５２５、電子銃５０１（照射部）、照明レンズ５０２、投影レンズ５０４、偏向器５０５、対物レンズ５０７、検出器５１８を備え、制御部１６０として、制御コンピュータ（ＣＰＵ）５１０、メモリ５１２、増幅器５２６、Ａ／Ｄ変換器５２８、モニタ５２４を備えている。
【００４６】
そして、電子鏡筒５２２内には、電子銃５０１、照明レンズ５０２、投影レンズ５０４、偏向器５０５、対物レンズ５０７、検出器５１８が配置されている。そして、ＸＹステージ５２５上には、実施の形態１と同様、ドットマーク１０が配置されたＳｉ基板２０を載置している。図１０では、本実施の形態３を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。電子顕微鏡５００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。また、図１０では、コンピュータの一例となるＣＰＵ３１０で、計測部５１４、測定部５１６といった各機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、実施の形態１と同様、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。或いは、ＣＰＵ３１０の代わりに電気的な回路によるハードウェアで構成しても構わない。
【００４７】
電子銃５０１から出た荷電粒子ビームの一例となる電子ビーム２００は、照明レンズ５０２や投影レンズ５０４により下流側に投影される。そして、偏向器５０５によって位置が制御され、対物レンズ５０７により焦点を合わせ、移動可能に配置されたＸＹステージ５２５上のＳｉ基板２０上の金属マークとなるドットマーク１０上を走査するように照射される。制御コンピュータ５１０により演算された結果等の出入力データは、メモリ５１２に格納される。
【００４８】
電子ビーム２００がドットマーク１０に当たると電子ビーム２００の照射によりドットマーク１０から反射電子が飛び出す。そして、飛び出した反射電子を検出器５１８で検出する。検出器５１８で検出された信号は、増幅器５２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５２８でデジタル情報に変換され、制御コンピュータ５１０に送られる。そして、かかる信号は画像として、モニタ５２４に表示される。ここでは、Ａ／Ｄ変換器５２８での検出結果から上述した実施の形態と同様、電子ビーム２００のビーム強度Ｉを演算することで、電子ビームのビーム強度分布やかかるビーム強度分布からビーム分解能を得ることができる。
【００４９】
以上のように、上述した実施の形態のような描画装置に限らず、本実施の形態のような電子顕微鏡においても、同様に、本手法を取り入れることができる。
【００５０】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、ビーム分解能を誤差関数のパラメータである値σと定義しているが、ビーム分解能を最大ビーム強度の１０％となる位置ｘａから９０％となる位置ｘｂまでの幅（長さ）で定義する場合、ビーム分解能（ｘｂ−ｘａ）は、１．８σと表すこともできる。よって、誤差関数のパラメータである値σ以外でビーム分解能を定義する場合には、値σに適当な係数を乗じて見積もることができる。
【００５１】
また、マーク形状関数Ｐ（ｘ）に用いるマーク形状は、上述した形状に限るものではなく、その他、種々選択しても構わない。上述したように測定して得られた波形をマーク形状関数がコンボリュートされた関数で近似するように構成するものは本発明に含まれる。
【００５２】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
【００５３】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法及び荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法及び荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置や電子顕微鏡を含む荷電粒子ビーム装置は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１における電子ビームのビーム分解能測定方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。
【図２】実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
【図３】実施の形態１における電子ビームの走査の仕方を説明するための概念図である。
【図４】実施の形態１における反射電子を計測する様子を説明するための概念図である。
【図５】実施の形態１におけるマーク形状断面の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１におけるマーク形状断面の他の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１におけるビーム強度分布波形と近似式による波形の一例を示す図である。
【図９】実施の形態２における描画装置の構成を示す概念図である。
【図１０】実施の形態３における電子顕微鏡の構成を示す概念図である。
【図１１】従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
【図１２】ビームの強度分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ドットマーク
１２ 反射電子
２０，２２ Ｓｉ基板
１００ 描画装置
１０２，５２２ 電子鏡筒
１０５，５２５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０，５６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１，５０１ 電子銃
２０２，５０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４，５０４ 投影レンズ
２０５，２０８，５０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７，５０７ 対物レンズ
２１４，２１８，５１８ 検出器
３１０，５１０ 制御コンピュータ
３１２，５１２ メモリ
３１４，５１４ 計測部
３１６，５１６ 測定部
３２０ インターフェース回路
３２６，５２６ 増幅器
３２８，５２８ Ａ／Ｄ変換器
３３０ 電子線
３４０ 試料
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース
５００ 電子顕微鏡
５２４ モニタ
５５０ 光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査する走査工程と、
前記荷電粒子ビームの照射による前記マークからの反射信号を計測する計測工程と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて前記反射信号に基づく波形をフィッティングして、前記反射信号に基づく波形からビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項２】
前記所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、前記荷電粒子ビームの走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項３】
前記所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面の端部が前記側面に向かって傾斜したマークの形状を用いることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項４】
前記所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面が曲面のマークの形状を用いることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項５】
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査することによって得られる前記マークからの反射信号を計測する計測部と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて前記反射信号に基づいて得られる波形をフィッティングして、前記反射信号に基づいて得られる波形から前記誤差関数のパラメータとなるビーム分解能を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１】
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査する走査工程と、
前記荷電粒子ビームの照射による前記マークからの反射信号を計測する計測工程と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて前記反射信号に基づく波形をフィッティングして、前記反射信号に基づく波形からビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項２】
前記所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、前記荷電粒子ビームの走査方向前後の各側面がそれぞれ末広がりに傾斜したマークの形状を用いることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項３】
前記所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面の端部が前記側面に向かって傾斜したマークの形状を用いることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項４】
前記所定のマーク形状関数に定義されるマークの形状として、上面が曲面のマークの形状を用いることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項５】
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
マーク上を荷電粒子ビームで照射しながら走査することによって得られる前記マークからの反射信号を計測する計測部と、
所定のマーク形状関数と誤差関数とを用いて定義された近似式を用いて前記反射信号に基づいて得られる波形をフィッティングして、前記反射信号に基づいて得られる波形から前記誤差関数のパラメータとなるビーム分解能を測定する測定部と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２１４３５（Ｐ２００８−２１４３５Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９０１２８（Ｐ２００６−１９０１２８）
【出願日】平成１８年７月１１日（２００６．７．１１）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１１日（２００６．７．１１）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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