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
【目的】 高精度なビーム強度分布を取得すると共に、高精度なビーム分解能を取得することを目的とする。
【構成】 本発明は、Ｓｉ基板２０上に形成されたドットマーク１０を用いて、ドットマーク１０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する照射工程（Ｓ１０２）と、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１２を計測する計測工程（Ｓ１０４）と、計測工程の結果に基づいて、電子ビーム２００のビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程（Ｓ１０６）と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、高精度なビーム強度分布とビーム分解能を測定することができる。
【構成】 本発明は、Ｓｉ基板２０上に形成されたドットマーク１０を用いて、ドットマーク１０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する照射工程（Ｓ１０２）と、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１２を計測する計測工程（Ｓ１０４）と、計測工程の結果に基づいて、電子ビーム２００のビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程（Ｓ１０６）と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、高精度なビーム強度分布とビーム分解能を測定することができる。
【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に係り、例えば、電子ビームを可変成形させながら試料に照射して描画する描画装置に用いる電子ビームのビーム強度分布とビーム分解能の測定方法に関する。
【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】
ここで、試料３４０に照射される電子線３３０のビーム強度分布の測定は、一般的には以下のように行われる。すなわち、電子線３３０を走査して、ナイフエッジをスキャンする。そして、その信号をナイフエッジの後方に位置するファラデーカップ等で受けて測定する。（例えば、特許文献１参照)。また、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ドットパターンに電子線３３０を照射する。そして、ドットパターン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２参照)。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。そして、かかるビーム分解能は、定義次第であるが、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。また、強度分布誤差関数で近似し、そのパラメータをもって、分解能と定義することもできる。
【特許文献１】特開２００４−７１９９０号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
上述した電子線３３０のビームサイズに比べ十分小さなドットパターンに電子線３３０を照射してビーム強度分布を取得する手法では、ドットパターンのサイズが電子線３３０のビームサイズに比べ十分小さいため、精度の高いビームプロファイルの検出が可能となる。
しかしながら、近年の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ため、それにあわせてビームの分解能も小さくなってきている。このため、ビームの分解能に比べ十分小さいドットパターンの製作は困難になっている。また、たとえ、製作できたとしても、十分な信号（コントラスト）が得られない。その結果、ビームサイズに比べ小さなドットパターンでありながらビームプロファイル上の所定の測定点を検出するほどにはドットパターンが十分小さくないため、ビームプロファイル上の測定点以外も含む広い範囲でビームがドットパターンに当たってしまうことになる。そのため、測定点以外も含む広い範囲の反射電子が飛び出す結果となり、ビームプロファイルが所謂だれてしまい、高精度なビーム強度分布を取得することができないといった問題があった。その結果、高精度なビーム分解能を取得することもできないといった問題があった。
【０００６】
他方、ナイフエッジをスキャンさせてビーム強度分布を取得する手法では、ナイフエッジ部品を機械加工により製作するため、エッジ部分の直線性の精度を高くすることが困難である。その結果、精度の高いビームプロファイルの検出ができず、高精度なビーム強度分布を取得することができないといった問題があった。さらには、ビーム強度を高精度に測定するには、成形されたビームのエッジとナイフエッジ部品のエッジとの平行度を十分高くする必要があるが、ナイフエッジ部品を高精度に設置することは難しい。その結果、高精度なビーム分解能を取得することもできないといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、高精度なビーム強度分布を取得すると共に、高精度なビーム分解能を取得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強度分布測定方法は、
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査してドットパターンの手前からドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
荷電粒子ビームの照射によりドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
計測工程の結果に基づいて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
ドットパターンは、半導体製造プロセスにより作製することができる。その結果、機械加工されるナイフエッジ部品に比べて高精度なエッジの直線性を得ることができる。また、ビームサイズを小さくすることによって、ビームとドットパターンエッジの平行度のずれの影響を小さくできる。また、ドットパターンはプロセスにより製作するので、大量に安価に製作できる。これは、コンタミネーションにより、エッジ精度が劣化しても、おなじチップ上に配置した別のドットマークを使用すれば、また、もとの精度が得られるという利点もある。
【００１０】
また、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、
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査してドットパターンの手前からドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
荷電粒子ビームの照射によりドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
計測工程の結果に基づいて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
荷電粒子ビームのビーム強度分布から所定の式に基づいてビーム分解能を演算するビーム分解能演算工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上述した荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法によって、得られた荷電粒子ビームのビーム強度分布から後述する所定の式に基づいてビーム分解能を演算によって求めることができる。
【００１２】
或いは、本発明の他の態様の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法は、
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査してドットパターンの手前からドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
荷電粒子ビームの照射によりドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
計測工程の結果に基づいて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
荷電粒子ビームのビーム強度分布からビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程と、
を備える構成にしても好適である。
【００１３】
すなわち、上述した荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法によって、得られた荷電粒子ビームのビーム強度分布から演算によってビーム分解能を求める代わりに、ビーム強度分布から測定しても好適である。
【００１４】
また、本発明における照射工程において、荷電粒子ビームのビームサイズをビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、ビーム分解能をビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、荷電粒子ビームのビームサイズは、ドットパターンの幅寸法からビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さい値となる荷電粒子ビームを照射することを特徴とする。
【００１５】
荷電粒子ビームのビームサイズをドットパターンの幅寸法からビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さい値とすることで、ビーム強度がほぼゼロになる範囲を１つのビームとした場合に、１つのビームがドットパターン内に納まるようにすることができる。
【００１６】
さらに、本発明における照射工程において、荷電粒子ビームのビームサイズをビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、ビーム分解能を前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、荷電粒子ビームのビームサイズがビーム分解能の２．６倍以上となるように荷電粒子ビームを照射することを特徴とする。
【００１７】
ビームサイズをビーム分解能の２．６倍以上とすることで、ビームプロファイル上にビーム強度が１００％となる位置を有する荷電粒子ビームにすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、機械加工されるナイフエッジ部品に比べて高精度なエッジの直線性を得ることができるので、ナイフエッジをスキャンさせてビーム強度分布を取得する手法に比べ、高精度なビーム強度分布を得ることができる。さらに、ビームサイズを小さくすることにより、ビームとドットパターンエッジとの並行度のずれの影響を小さくできる。その結果、高精度なビーム分解能を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、照射工程（Ｓ１０２）、反射電子計測工程（Ｓ１０４）、ビーム強度分布演算工程（Ｓ１０６）という一連の工程を実施する。そして、電子ビームのビーム分解能測定方法は、ビーム強度分布測定方法の各工程に加えて、ビーム分解能演算工程（Ｓ１０８）という一連の工程を実施する。
【００２０】
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、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２１２、検出器２１８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。
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２１２、検出器２１８が配置されている。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。
【００２１】
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２１２により偏向され、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。また、ビーム強度等はファラデーカップ２０９に電子ビーム２００を照射して測定することができる。偏向器２１２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。
【００２２】
試料１０１上の電子ビーム２００の位置を移動する場合、或いは照射時間に達した場合、試料１０１上の不必要な領域に電子ビーム２００が照射されないようにするため、図示していないブランキング偏向器で電子ビーム２００を偏向すると共に図示していないブランキングアパーチャで電子ビーム２００をカットし、電子ビーム２００が試料１０１面上に到達しないようにする。このようにして電子ビームがショットされる。
【００２３】
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。
【００２４】
まず、試料の一例となるシリコン（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。
Ｓ（ステップ）１０２において、照射工程として、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する。
【００２５】
図３は、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、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。
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）、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。ドットマーク１０は、例えば、描画装置１００のキャリブレーション用のマークを用いると好適である。よって、Ｓｉ基板２０は、描画装置１００のキャリブレーション用の基板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、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。
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。
【００２７】
Ｓ１０６において、ビーム強度分布演算工程として、Ａ／Ｄ変換器３２８での検出結果から電子ビーム２００のビーム強度Ｉを演算する。
図５は、反射電子の検出結果の一例を示す図である。
図５では、縦軸をビーム強度Ｉに変換している。そして、横軸は、ビーム位置を示している。１つの電子ビームの端がドットマーク１０に当たるとその強度に比例した反射電子１２が検出される。そして、電子ビーム２００の移動に伴い、ビーム強度が上昇していく。図５では、ビームプロファイルの立ち上り区間を「α」、ビーム強度が１００％のトップ位置（ビームが平らな部分）に達している間の区間を「β」、ビームプロファイルの立ち下がり区間を「γ」として示している。
【００２８】
図６は、ビーム強度分布の一例を示す図である。
図５で示したビーム強度Ｉを微分演算し、その絶対値をとることで、図６に示すビーム強度分布を得ることができる。
ここで、かかるビーム強度分布を示すビームプロファイルｂ（ｘ）は、式１で示す誤差関数で表現することができる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここで、Ａは、ビーム強度を示す係数を示し、最大ビーム強度は２×Ａとなる。そして、ｘ０とｘ１は、ビーム強度がＡ、すなわち最大ビーム強度の１／２となる位置を示す。そして、ビームサイズは、ビーム強度が最大ビーム強度の１／２、言い換えればＡの範囲と定義する。よって、ここでのビームプロファイルｂ（ｘ）の場合、ｘ１−ｘ０がビームサイズとなる。そして、ｂ（ｘ）で表されるビームのビーム分解能は、定義次第であるが、一般的には、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）で定義されることが多い。
【００３１】
Ｓ１０８において、ビーム分解能演算工程として、電子ビーム２００のビーム強度分布から上述した式１に基づいてビーム分解能を演算する。
図６に示すようなビーム強度分布が得られると、最大ビーム強度の１／２（５０％）となるＡと最大ビーム強度の１／２（５０％）となる位置ｘ０とｘ１が得られる。よって、式１に基づいて、値σを得ることができる。ここで、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と表すことができる。ビーム分解能の定義を変える場合でも、値σに適当な係数を乗じて見積もることができる。よって、ここでは、１．８σを演算することでビーム分解能を得ることができる。
【００３２】
ここで、Ｓｉ基板２０のＳｉからの反射電子とドットマーク１０からの反射電子とのコントラストを大きくした方が正確なビームプロファイルを得やすい。コントラストを大きくするためには電子ビーム２００のビームサイズを大きくした方が有利である。しかし、本実施の形態では、できるだけ電子ビーム２００のビームサイズを小さくする。
【００３３】
図７は、電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度について説明するための図である。
図８は、電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度による誤差の影響について説明するための図である。
図７に示すように、成形された電子ビーム２００を走査する場合、電子ビームのエッジとドットマークのエッジとを平行に保つことが望ましい。平行に保つことができないと検出器２１８で検出される反射電子１２の数が変動してしまい、正確なビーム強度分布を得ることができなくなる。図８に示すように、平行でない状態で電子ビーム２００がドットマーク１０に重なっていくと、上方から見た場合に、重なる面積が変動し正確なビーム強度を計測できない。ここで、電子ビーム２００のビームサイズをＬとすると、角度θだけずれていた場合、Δｘ＝Ｌ・ｓｉｎθで表すことができる。よって、電子ビーム２００のビームサイズＬをより小さくすることで、その分、平行度による誤差の影響を小さくすることができる。
【００３４】
ここで、電子ビーム２００のビーム強度分布及びビーム分解能を測定するにあたって、電子ビーム２００のビームサイズとドットマーク１０の幅（サイズ）は、値σ及び必要とされる精度によって範囲が決められる。
図９は、ビームプロファイルの変化の様子の一例を示す図である。
上述した式１で示されるビームプロファイルは、ビームサイズがある値以上の場合には最大ビーム強度が２Ａとなるが、ある値より小さくなると最大ビーム強度が２Ａに達しなくなる。データ処理の観点からビームサイズは、最大ビーム強度が２Ａに達するように設定することが望ましい。ｘ０＝−ｋσ、ｘ１＝ｋσと定義した場合、図９に示すように、係数ｋの値によって、電子ビーム２００のビームプロファイルが変化する。図９に示すように、最大ビーム強度が２Ａに達するのは、ｋ＝２．３以上となる。ビームサイズ（ｘ１−ｘ０）は、２ｋσとなるので、すなわち、４．６σ以上であることが望ましい。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（ｘｂ−ｘａ＝１．８σ）で定義する場合、最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとなるビームサイズ（ｘ１−ｘ０）は、ビーム分解能の２．６倍以上となるように設定することが望ましい。ビームサイズをビーム分解能の２．６倍以上とすることで、ビームプロファイル上にビーム強度が１００％となるトップの位置を有する電子ビーム２００にすることができる。
【００３５】
一方で、ドットマーク１０の幅寸法としては、こちらもデータ処理の観点からビーム１個が入る大きさであることが望ましい。かかる場合に、ビーム１個の範囲はビーム強度がほぼゼロになる範囲で構わない。電子ビーム２００のビームプロファイルで見た場合、電子ビーム２００のビーム位置ｘ０から外側に約２σ移動させるとビーム強度がほぼゼロになる。同様に、電子ビーム２００のビーム位置ｘ１から外側に約２σ移動させるとビーム強度がほぼゼロになる。よって、電子ビーム２００のビームサイズは、ドットマーク１０の幅寸法から４σを引いた値以下であることが望ましい。ビーム分解能を用いて表すと、電子ビーム２００のビームサイズは、ドットマーク１０の幅寸法からビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さくすることが望ましい。逆に言い換えれば、ドットマーク１０としては、幅寸法が、電子ビーム２００のビームサイズに４σを加算した値以上のものを用いることが望ましい。電子ビーム２００のビームサイズとドットマーク１０の幅寸法とがかかる関係になることで、ドットマーク１０にビーム強度がほぼゼロになる範囲でのビーム１個が入ることになり、計測する反射電子１２の漏れを無くし正確なビーム強度分布及びビーム分解能を測定することができる。また、発明者の実験によれば、所謂ビームプロファイルの“だれ”を考慮したところ、ドットマーク１０の幅寸法は、０．４μｍ以下が望ましいことを見出した。
【００３６】
以上のように、ドットパターンを用いることで半導体製造プロセスにより作製することができるので、機械加工されるナイフエッジ部品に比べて高精度なエッジの直線性を得ることができる。そして、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを照射することにより、荷電粒子ビームがドットパターン上へ重なり始めた以降のビーム強度を漏れなく検出することができる。その結果、ビームプロファイルが所謂だれてしまうことを防止することができ、高精度なビーム強度分布を得ることができる。よって、高精度なビーム分解能を取得することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図１０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他の一例を示すフローチャート図である。
図１０において、電子ビームのビーム強度分布測定方法は、照射工程（Ｓ１０２）、反射電子計測工程（Ｓ１０４）、ビーム強度分布演算工程（Ｓ１０６）という一連の工程を実施する。そして、電子ビームのビーム分解能測定方法は、ビーム強度分布測定方法の各工程に加えて、ビーム分解能測定工程（Ｓ１１０）という一連の工程を実施する。図１とは、ビーム分解能演算工程（Ｓ１０８）がビーム分解能測定工程（Ｓ１１０）に代わった以外は同様である。
【００３８】
Ｓ１１０において、ビーム分解能測定工程として、図６に示すビーム強度分布から直接ビーム分解能を測定するようにしても好適である。その他は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３９】
以上のように構成しても実施の形態１と同様に高精度なビーム強度分布及びビーム分解能を測定することができる。
【００４０】
また、検出器２１８は、Ｓｉ基板２０のＳｉからとドットマーク１０からの反射電子１２を検出するためＳ／Ｎが劣化しやすいが、スキャン回数を増やすことで回避することができる。また、ノイズの乗った波形の排斥手法を工夫することで回避することもできる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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電子ビーム装置及び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は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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】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】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】反射電子の検出結果の一例を示す図である。
【図６】ビーム強度分布の一例を示す図である。
【図７】電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度について説明するための図である。
【図８】電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度による誤差の影響について説明するための図である。
【図９】ビームプロファイルの変化の様子の一例を示す図である。
【図１０】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他の一例を示すフローチャート図である。
【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。
【符号の説明】
【００４５】
１０ ドットマーク
１２ 反射電子
２０ Ｓｉ基板
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２１２ 偏向器
２１８ 検出器
３１０ 制御コンピュータ
３１２ メモリ
３２０ インターフェース回路
３２６ 増幅器
３２８ Ａ／Ｄ変換器
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に係り、例えば、電子ビームを可変成形させながら試料に照射して描画する描画装置に用いる電子ビームのビーム強度分布とビーム分解能の測定方法に関する。
【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】
ここで、試料３４０に照射される電子線３３０のビーム強度分布の測定は、一般的には以下のように行われる。すなわち、電子線３３０を走査して、ナイフエッジをスキャンする。そして、その信号をナイフエッジの後方に位置するファラデーカップ等で受けて測定する。（例えば、特許文献１参照)。また、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ドットパターンに電子線３３０を照射する。そして、ドットパターン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２参照)。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。そして、かかるビーム分解能は、定義次第であるが、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。また、強度分布誤差関数で近似し、そのパラメータをもって、分解能と定義することもできる。
【特許文献１】特開２００４−７１９９０号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
上述した電子線３３０のビームサイズに比べ十分小さなドットパターンに電子線３３０を照射してビーム強度分布を取得する手法では、ドットパターンのサイズが電子線３３０のビームサイズに比べ十分小さいため、精度の高いビームプロファイルの検出が可能となる。
しかしながら、近年の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ため、それにあわせてビームの分解能も小さくなってきている。このため、ビームの分解能に比べ十分小さいドットパターンの製作は困難になっている。また、たとえ、製作できたとしても、十分な信号（コントラスト）が得られない。その結果、ビームサイズに比べ小さなドットパターンでありながらビームプロファイル上の所定の測定点を検出するほどにはドットパターンが十分小さくないため、ビームプロファイル上の測定点以外も含む広い範囲でビームがドットパターンに当たってしまうことになる。そのため、測定点以外も含む広い範囲の反射電子が飛び出す結果となり、ビームプロファイルが所謂だれてしまい、高精度なビーム強度分布を取得することができないといった問題があった。その結果、高精度なビーム分解能を取得することもできないといった問題があった。
【０００６】
他方、ナイフエッジをスキャンさせてビーム強度分布を取得する手法では、ナイフエッジ部品を機械加工により製作するため、エッジ部分の直線性の精度を高くすることが困難である。その結果、精度の高いビームプロファイルの検出ができず、高精度なビーム強度分布を取得することができないといった問題があった。さらには、ビーム強度を高精度に測定するには、成形されたビームのエッジとナイフエッジ部品のエッジとの平行度を十分高くする必要があるが、ナイフエッジ部品を高精度に設置することは難しい。その結果、高精度なビーム分解能を取得することもできないといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、高精度なビーム強度分布を取得すると共に、高精度なビーム分解能を取得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強度分布測定方法は、
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査してドットパターンの手前からドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
荷電粒子ビームの照射によりドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
計測工程の結果に基づいて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
ドットパターンは、半導体製造プロセスにより作製することができる。その結果、機械加工されるナイフエッジ部品に比べて高精度なエッジの直線性を得ることができる。また、ビームサイズを小さくすることによって、ビームとドットパターンエッジの平行度のずれの影響を小さくできる。また、ドットパターンはプロセスにより製作するので、大量に安価に製作できる。これは、コンタミネーションにより、エッジ精度が劣化しても、おなじチップ上に配置した別のドットマークを使用すれば、また、もとの精度が得られるという利点もある。
【００１０】
また、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、
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査してドットパターンの手前からドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
荷電粒子ビームの照射によりドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
計測工程の結果に基づいて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
荷電粒子ビームのビーム強度分布から所定の式に基づいてビーム分解能を演算するビーム分解能演算工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上述した荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法によって、得られた荷電粒子ビームのビーム強度分布から後述する所定の式に基づいてビーム分解能を演算によって求めることができる。
【００１２】
或いは、本発明の他の態様の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法は、
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査してドットパターンの手前からドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
荷電粒子ビームの照射によりドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
計測工程の結果に基づいて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
荷電粒子ビームのビーム強度分布からビーム分解能を測定するビーム分解能測定工程と、
を備える構成にしても好適である。
【００１３】
すなわち、上述した荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法によって、得られた荷電粒子ビームのビーム強度分布から演算によってビーム分解能を求める代わりに、ビーム強度分布から測定しても好適である。
【００１４】
また、本発明における照射工程において、荷電粒子ビームのビームサイズをビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、ビーム分解能をビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、荷電粒子ビームのビームサイズは、ドットパターンの幅寸法からビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さい値となる荷電粒子ビームを照射することを特徴とする。
【００１５】
荷電粒子ビームのビームサイズをドットパターンの幅寸法からビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さい値とすることで、ビーム強度がほぼゼロになる範囲を１つのビームとした場合に、１つのビームがドットパターン内に納まるようにすることができる。
【００１６】
さらに、本発明における照射工程において、荷電粒子ビームのビームサイズをビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、ビーム分解能を前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、荷電粒子ビームのビームサイズがビーム分解能の２．６倍以上となるように荷電粒子ビームを照射することを特徴とする。
【００１７】
ビームサイズをビーム分解能の２．６倍以上とすることで、ビームプロファイル上にビーム強度が１００％となる位置を有する荷電粒子ビームにすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、機械加工されるナイフエッジ部品に比べて高精度なエッジの直線性を得ることができるので、ナイフエッジをスキャンさせてビーム強度分布を取得する手法に比べ、高精度なビーム強度分布を得ることができる。さらに、ビームサイズを小さくすることにより、ビームとドットパターンエッジとの並行度のずれの影響を小さくできる。その結果、高精度なビーム分解能を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、照射工程（Ｓ１０２）、反射電子計測工程（Ｓ１０４）、ビーム強度分布演算工程（Ｓ１０６）という一連の工程を実施する。そして、電子ビームのビーム分解能測定方法は、ビーム強度分布測定方法の各工程に加えて、ビーム分解能演算工程（Ｓ１０８）という一連の工程を実施する。
【００２０】
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、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２１２、検出器２１８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。
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２１２、検出器２１８が配置されている。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。
【００２１】
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２１２により偏向され、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。また、ビーム強度等はファラデーカップ２０９に電子ビーム２００を照射して測定することができる。偏向器２１２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。
【００２２】
試料１０１上の電子ビーム２００の位置を移動する場合、或いは照射時間に達した場合、試料１０１上の不必要な領域に電子ビーム２００が照射されないようにするため、図示していないブランキング偏向器で電子ビーム２００を偏向すると共に図示していないブランキングアパーチャで電子ビーム２００をカットし、電子ビーム２００が試料１０１面上に到達しないようにする。このようにして電子ビームがショットされる。
【００２３】
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。
【００２４】
まず、試料の一例となるシリコン（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。
Ｓ（ステップ）１０２において、照射工程として、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する。
【００２５】
図３は、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、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。
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）、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。ドットマーク１０は、例えば、描画装置１００のキャリブレーション用のマークを用いると好適である。よって、Ｓｉ基板２０は、描画装置１００のキャリブレーション用の基板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、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。
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。
【００２７】
Ｓ１０６において、ビーム強度分布演算工程として、Ａ／Ｄ変換器３２８での検出結果から電子ビーム２００のビーム強度Ｉを演算する。
図５は、反射電子の検出結果の一例を示す図である。
図５では、縦軸をビーム強度Ｉに変換している。そして、横軸は、ビーム位置を示している。１つの電子ビームの端がドットマーク１０に当たるとその強度に比例した反射電子１２が検出される。そして、電子ビーム２００の移動に伴い、ビーム強度が上昇していく。図５では、ビームプロファイルの立ち上り区間を「α」、ビーム強度が１００％のトップ位置（ビームが平らな部分）に達している間の区間を「β」、ビームプロファイルの立ち下がり区間を「γ」として示している。
【００２８】
図６は、ビーム強度分布の一例を示す図である。
図５で示したビーム強度Ｉを微分演算し、その絶対値をとることで、図６に示すビーム強度分布を得ることができる。
ここで、かかるビーム強度分布を示すビームプロファイルｂ（ｘ）は、式１で示す誤差関数で表現することができる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここで、Ａは、ビーム強度を示す係数を示し、最大ビーム強度は２×Ａとなる。そして、ｘ０とｘ１は、ビーム強度がＡ、すなわち最大ビーム強度の１／２となる位置を示す。そして、ビームサイズは、ビーム強度が最大ビーム強度の１／２、言い換えればＡの範囲と定義する。よって、ここでのビームプロファイルｂ（ｘ）の場合、ｘ１−ｘ０がビームサイズとなる。そして、ｂ（ｘ）で表されるビームのビーム分解能は、定義次第であるが、一般的には、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）で定義されることが多い。
【００３１】
Ｓ１０８において、ビーム分解能演算工程として、電子ビーム２００のビーム強度分布から上述した式１に基づいてビーム分解能を演算する。
図６に示すようなビーム強度分布が得られると、最大ビーム強度の１／２（５０％）となるＡと最大ビーム強度の１／２（５０％）となる位置ｘ０とｘ１が得られる。よって、式１に基づいて、値σを得ることができる。ここで、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と表すことができる。ビーム分解能の定義を変える場合でも、値σに適当な係数を乗じて見積もることができる。よって、ここでは、１．８σを演算することでビーム分解能を得ることができる。
【００３２】
ここで、Ｓｉ基板２０のＳｉからの反射電子とドットマーク１０からの反射電子とのコントラストを大きくした方が正確なビームプロファイルを得やすい。コントラストを大きくするためには電子ビーム２００のビームサイズを大きくした方が有利である。しかし、本実施の形態では、できるだけ電子ビーム２００のビームサイズを小さくする。
【００３３】
図７は、電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度について説明するための図である。
図８は、電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度による誤差の影響について説明するための図である。
図７に示すように、成形された電子ビーム２００を走査する場合、電子ビームのエッジとドットマークのエッジとを平行に保つことが望ましい。平行に保つことができないと検出器２１８で検出される反射電子１２の数が変動してしまい、正確なビーム強度分布を得ることができなくなる。図８に示すように、平行でない状態で電子ビーム２００がドットマーク１０に重なっていくと、上方から見た場合に、重なる面積が変動し正確なビーム強度を計測できない。ここで、電子ビーム２００のビームサイズをＬとすると、角度θだけずれていた場合、Δｘ＝Ｌ・ｓｉｎθで表すことができる。よって、電子ビーム２００のビームサイズＬをより小さくすることで、その分、平行度による誤差の影響を小さくすることができる。
【００３４】
ここで、電子ビーム２００のビーム強度分布及びビーム分解能を測定するにあたって、電子ビーム２００のビームサイズとドットマーク１０の幅（サイズ）は、値σ及び必要とされる精度によって範囲が決められる。
図９は、ビームプロファイルの変化の様子の一例を示す図である。
上述した式１で示されるビームプロファイルは、ビームサイズがある値以上の場合には最大ビーム強度が２Ａとなるが、ある値より小さくなると最大ビーム強度が２Ａに達しなくなる。データ処理の観点からビームサイズは、最大ビーム強度が２Ａに達するように設定することが望ましい。ｘ０＝−ｋσ、ｘ１＝ｋσと定義した場合、図９に示すように、係数ｋの値によって、電子ビーム２００のビームプロファイルが変化する。図９に示すように、最大ビーム強度が２Ａに達するのは、ｋ＝２．３以上となる。ビームサイズ（ｘ１−ｘ０）は、２ｋσとなるので、すなわち、４．６σ以上であることが望ましい。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（ｘｂ−ｘａ＝１．８σ）で定義する場合、最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとなるビームサイズ（ｘ１−ｘ０）は、ビーム分解能の２．６倍以上となるように設定することが望ましい。ビームサイズをビーム分解能の２．６倍以上とすることで、ビームプロファイル上にビーム強度が１００％となるトップの位置を有する電子ビーム２００にすることができる。
【００３５】
一方で、ドットマーク１０の幅寸法としては、こちらもデータ処理の観点からビーム１個が入る大きさであることが望ましい。かかる場合に、ビーム１個の範囲はビーム強度がほぼゼロになる範囲で構わない。電子ビーム２００のビームプロファイルで見た場合、電子ビーム２００のビーム位置ｘ０から外側に約２σ移動させるとビーム強度がほぼゼロになる。同様に、電子ビーム２００のビーム位置ｘ１から外側に約２σ移動させるとビーム強度がほぼゼロになる。よって、電子ビーム２００のビームサイズは、ドットマーク１０の幅寸法から４σを引いた値以下であることが望ましい。ビーム分解能を用いて表すと、電子ビーム２００のビームサイズは、ドットマーク１０の幅寸法からビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さくすることが望ましい。逆に言い換えれば、ドットマーク１０としては、幅寸法が、電子ビーム２００のビームサイズに４σを加算した値以上のものを用いることが望ましい。電子ビーム２００のビームサイズとドットマーク１０の幅寸法とがかかる関係になることで、ドットマーク１０にビーム強度がほぼゼロになる範囲でのビーム１個が入ることになり、計測する反射電子１２の漏れを無くし正確なビーム強度分布及びビーム分解能を測定することができる。また、発明者の実験によれば、所謂ビームプロファイルの“だれ”を考慮したところ、ドットマーク１０の幅寸法は、０．４μｍ以下が望ましいことを見出した。
【００３６】
以上のように、ドットパターンを用いることで半導体製造プロセスにより作製することができるので、機械加工されるナイフエッジ部品に比べて高精度なエッジの直線性を得ることができる。そして、ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを照射することにより、荷電粒子ビームがドットパターン上へ重なり始めた以降のビーム強度を漏れなく検出することができる。その結果、ビームプロファイルが所謂だれてしまうことを防止することができ、高精度なビーム強度分布を得ることができる。よって、高精度なビーム分解能を取得することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図１０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他の一例を示すフローチャート図である。
図１０において、電子ビームのビーム強度分布測定方法は、照射工程（Ｓ１０２）、反射電子計測工程（Ｓ１０４）、ビーム強度分布演算工程（Ｓ１０６）という一連の工程を実施する。そして、電子ビームのビーム分解能測定方法は、ビーム強度分布測定方法の各工程に加えて、ビーム分解能測定工程（Ｓ１１０）という一連の工程を実施する。図１とは、ビーム分解能演算工程（Ｓ１０８）がビーム分解能測定工程（Ｓ１１０）に代わった以外は同様である。
【００３８】
Ｓ１１０において、ビーム分解能測定工程として、図６に示すビーム強度分布から直接ビーム分解能を測定するようにしても好適である。その他は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３９】
以上のように構成しても実施の形態１と同様に高精度なビーム強度分布及びビーム分解能を測定することができる。
【００４０】
また、検出器２１８は、Ｓｉ基板２０のＳｉからとドットマーク１０からの反射電子１２を検出するためＳ／Ｎが劣化しやすいが、スキャン回数を増やすことで回避することができる。また、ノイズの乗った波形の排斥手法を工夫することで回避することもできる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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電子ビーム装置及び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は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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】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】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】反射電子の検出結果の一例を示す図である。
【図６】ビーム強度分布の一例を示す図である。
【図７】電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度について説明するための図である。
【図８】電子ビームのエッジとドットマークのエッジとの平行度による誤差の影響について説明するための図である。
【図９】ビームプロファイルの変化の様子の一例を示す図である。
【図１０】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他の一例を示すフローチャート図である。
【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。
【符号の説明】
【００４５】
１０ ドットマーク
１２ 反射電子
２０ Ｓｉ基板
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２１２ 偏向器
２１８ 検出器
３１０ 制御コンピュータ
３１２ メモリ
３２０ インターフェース回路
３２６ 増幅器
３２８ Ａ／Ｄ変換器
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、前記ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査して前記ドットパターンの手前から前記ドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記ドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
前記計測工程の結果に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法。
【請求項２】
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、前記ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査して前記ドットパターンの手前から前記ドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記ドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
前記計測工程の結果に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
前記荷電粒子ビームのビーム強度分布から所定の式に基づいてビーム分解能を演算するビーム分解能演算工程と、
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３】
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、前記ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査して前記ドットパターンの手前から前記ドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記ドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
前記計測工程の結果に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
前記荷電粒子ビームのビーム強度分布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４】
前記照射工程において、前記荷電粒子ビームのビームサイズを前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、前記ビーム分解能を前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、前記荷電粒子ビームのビームサイズは、前記ドットパターンの幅寸法から前記ビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さい値となる前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項２又は３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】
前記照射工程において、前記荷電粒子ビームのビームサイズを前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、前記ビーム分解能を前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、前記荷電粒子ビームのビームサイズが前記ビーム分解能の２．６倍以上となるように前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【請求項１】
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、前記ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査して前記ドットパターンの手前から前記ドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記ドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
前記計測工程の結果に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法。
【請求項２】
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、前記ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査して前記ドットパターンの手前から前記ドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記ドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
前記計測工程の結果に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
前記荷電粒子ビームのビーム強度分布から所定の式に基づいてビーム分解能を演算するビーム分解能演算工程と、
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３】
試料上に形成された幅寸法が０．４μｍ以下のドットパターンを用いて、前記ドットパターン幅寸法より小さいビームサイズの荷電粒子ビームを走査して前記ドットパターンの手前から前記ドットパターン上へと移動するように照射する照射工程と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記ドットパターンから反射した反射電子を計測する計測工程と、
前記計測工程の結果に基づいて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を演算するビーム強度分布演算工程と、
前記荷電粒子ビームのビーム強度分布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４】
前記照射工程において、前記荷電粒子ビームのビームサイズを前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、前記ビーム分解能を前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、前記荷電粒子ビームのビームサイズは、前記ドットパターンの幅寸法から前記ビーム分解能の２．２倍を引いた値より小さい値となる前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項２又は３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】
前記照射工程において、前記荷電粒子ビームのビームサイズを前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の５０％の位置を結ぶ長さとし、前記ビーム分解能を前記ビーム強度分布における最大ビーム強度の１０％の位置と９０％の位置とを結ぶ長さとする場合、前記荷電粒子ビームのビームサイズが前記ビーム分解能の２．６倍以上となるように前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビームのビーム分解能測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１８８６７１（Ｐ２００７−１８８６７１Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３７６１（Ｐ２００６−３７６１）
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【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１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【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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