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装置
【目的】測定可能なビーム分解能の精度を向上させるビームの強度分布測定方法を提供することを目的とする。
【構成】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、上面から下面に向かって所定の角度θで細くなる金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を測定する荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法であって、上述した金属マークとして、金属マークの厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する荷電粒子ビームの分解能σ以下となるように形成された金属マークを用いることを特徴とする。本発明によれば、測定可能なビーム分解能の精度を向上させることができる。
【構成】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、上面から下面に向かって所定の角度θで細くなる金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を測定する荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法であって、上述した金属マークとして、金属マークの厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する荷電粒子ビームの分解能σ以下となるように形成された金属マークを用いることを特徴とする。本発明によれば、測定可能なビーム分解能の精度を向上させることができる。
【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強度分布測定方法、かかる方法から得られる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金属マーク（ドットパターン）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ビーム分解能は、装置の性能が向上して、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。よって、最終的に仕上がったパターンの精度、最終解像寸法を評価するにあたり、それらが装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを知ることが装置設計や実際のパターン形成の方向性を決めるのに重要となってきた。
【０００８】
図１２は、従来の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、従来の金属マーク（ドットパターン）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ｂ（ｘ）で定義される。しかしながら、従来の金属マーク上に電子ビームを走査させても、その結果得られ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。これは、従来の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。このような従来の金属マークからの散乱による影響が含まれてしまうため、得られたビーム分解能が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、上述したパターンの精度、最終解像寸法が装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを知ろうとしても、そもそもこれらの判断ができる程度の小さな分解能を測定することができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、測定可能なビーム分解能の精度を向上させるビームの強度分布方法、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】
【００１０】
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、
上面から下面に向かって所定の角度θで細くなる金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を測定する荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法であって、
上述した金属マークとして、金属マークの厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する荷電粒子ビームの分解能σ以下となるように形成された金属マークを用いることを特徴とする。
【００１１】
このような金属マークを用いることで、金属マークからの散乱の影響を低減させることができる。
【００１２】
そして、上述した金属マークは、所定の角度θが１．５度以下となるように形成されると好適である。
【００１３】
また、上述した金属マークは、前記金属マークの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されると好適である。
【００１４】
さらに、金属マークは、所定の角度θが１．５度以下で、金属マークの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されるとなお好適である。
【００１５】
上述した方法を具現化させ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、
上面から下面に向かって所定の角度θで細くなり、上面から下面までの厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する荷電粒子ビームの分解能σ以下となるように形成された金属マークを配置するステージと、
上述した金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させることに基づいて、荷電粒子ビームの強度分布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】
【００１６】
本発明によれば、金属マークからの散乱の影響を低減させることができるので、より誤差関数に近づけることができる。よって、測定可能なビーム分解能の精度を向上させることがきる。その結果、上述したパターンの精度、最終解像寸法が装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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における反射電子の検出結果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の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１における測定可能分解能とマーク厚さとマーク側壁角度との関係を示す図である。
【図８】実施の形態１におけるビームの強度分布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】従来のビームの強度分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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４に示すように、ドットマーク１０は、上面から下面に向かってマーク側壁角度（所定の角度）θで細くなるように形成され、ドットマーク１０の厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する電子ビーム２００のビーム分解能σ以下となるように形成されている。特に、マーク側壁角度θが１．５度以下となるように形成されると好適である。また、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されると好適である。従来、かかるドットマーク１０の厚さｔとマーク側壁角度θとの関係が考慮されていなかったため、ドットマーク１０上に電子ビーム２００を走査した場合にドットマーク１０からの散乱の影響を排除することができなかった。本実施の形態では、ドットマーク１０の厚さｔとマーク側壁角度θとの関係を考慮することで、ドットマーク１０からの散乱の影響を低減、或いは排除することができる。また、Ｓｉ基板２０は、例えば、６２５μｍの厚さの基板を用いる。
【００３０】
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。
【００３１】
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、実施の形態１における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。
【００３２】
図６は、実施の形態１における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。
【００３３】
ここで、ドットマーク１０からの散乱の影響が十分に低減されていれば、ビーム強度分布を示すビームプロファイルは、以下の式（式１）で示す誤差関数ｂ（ｘ）で近似することができる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
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が誤差関数ｂ（ｘ）の場合、ｘ１−ｘ０がビームサイズとなる。
【００３６】
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、ビーム分解能となる誤差関数のパラメータである値σを得ることができる。
【００３７】
図７は、実施の形態１における測定可能分解能とマーク厚さとマーク側壁角度との関係を示す図である。
図７に示すように、ドットマーク１０の厚さｔを薄くしていくと、下地のＳｉとの間でのコントラストが劣化し、Ｓ／Ｎ比がとれなくなる。また、例えば、所望するビーム分解能σが１０ｎｍ以下の場合、１０ｎｍ以上となるマーク側壁角度θとマーク厚さｔとの組み合わせでは、分解能不足となってしまう。また、マーク側壁角度θについてもマーク厚さｔが大きくなるに従って精度よく加工できる範囲に限界がある。よって、図７に示すこれらの条件を全て満たす領域がドットマーク１０の使用可能領域となる。ここで、図７では、マーク厚みとマーク側壁角度については、任意単位［ａ．ｕ．］で示しているが、上述したドットマーク１０の材料では、いずれを用いた場合でもマーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されると好適である。マーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されることにより、１０ｎｍ以下のビーム分解能σを得ることができる。
【００３８】
ここで、マーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下の場合、ドットマーク１０の厚さｔと所定の角度θとの積が、０．８程度となるが、実際にはドットマーク１０からの散乱を完全には排除できないので、所望する電子ビーム２００のビーム分解能σが１０ｎｍ以下の場合には、マーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されると好適である。Ｓ／Ｎ比がとれる厚さｔでマーク側壁角度θが値０度（すなわち、ドットマーク１０の側壁が上面に対して直角）により近づくほど高いビーム分解能σを得ることができる。
【００３９】
図８は、実施の形態１におけるビームの強度分布の一例を示す図である。
上述したようなドットマーク１０を用いて、ドットマーク１０上に電子ビームを走査することで、図８に示すようなビームの強度分布を得ることができる。図８に示すように、ビームの強度分布は、誤差関数ｂ（ｘ）にほぼ一致させることができる。よって、測定可能なビーム分解能の精度を向上させることがきる。その結果、上述したパターンの精度、最終解像寸法が装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを判断することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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２０４により下流側に投影される。そして、偏向器２０５によって位置が制御され、対物レンズ２０７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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。従って、ドットマーク１０の厚さｔとマーク側壁角度θとの関係を考慮する場合に、定義したビーム分解能から誤差関数のパラメータである値σを求めておけばよい。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【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
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強度分布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強度分布測定方法、かかる方法から得られる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金属マーク（ドットパターン）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ビーム分解能は、装置の性能が向上して、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。よって、最終的に仕上がったパターンの精度、最終解像寸法を評価するにあたり、それらが装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを知ることが装置設計や実際のパターン形成の方向性を決めるのに重要となってきた。
【０００８】
図１２は、従来の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、従来の金属マーク（ドットパターン）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ｂ（ｘ）で定義される。しかしながら、従来の金属マーク上に電子ビームを走査させても、その結果得られ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。これは、従来の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。このような従来の金属マークからの散乱による影響が含まれてしまうため、得られたビーム分解能が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、上述したパターンの精度、最終解像寸法が装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを知ろうとしても、そもそもこれらの判断ができる程度の小さな分解能を測定することができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、測定可能なビーム分解能の精度を向上させるビームの強度分布方法、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】
【００１０】
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、
上面から下面に向かって所定の角度θで細くなる金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させて、荷電粒子ビームのビーム強度分布を測定する荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法であって、
上述した金属マークとして、金属マークの厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する荷電粒子ビームの分解能σ以下となるように形成された金属マークを用いることを特徴とする。
【００１１】
このような金属マークを用いることで、金属マークからの散乱の影響を低減させることができる。
【００１２】
そして、上述した金属マークは、所定の角度θが１．５度以下となるように形成されると好適である。
【００１３】
また、上述した金属マークは、前記金属マークの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されると好適である。
【００１４】
さらに、金属マークは、所定の角度θが１．５度以下で、金属マークの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されるとなお好適である。
【００１５】
上述した方法を具現化させ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、
上面から下面に向かって所定の角度θで細くなり、上面から下面までの厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する荷電粒子ビームの分解能σ以下となるように形成された金属マークを配置するステージと、
上述した金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させることに基づいて、荷電粒子ビームの強度分布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】
【００１６】
本発明によれば、金属マークからの散乱の影響を低減させることができるので、より誤差関数に近づけることができる。よって、測定可能なビーム分解能の精度を向上させることがきる。その結果、上述したパターンの精度、最終解像寸法が装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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における反射電子の検出結果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の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１における測定可能分解能とマーク厚さとマーク側壁角度との関係を示す図である。
【図８】実施の形態１におけるビームの強度分布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】従来のビームの強度分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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４に示すように、ドットマーク１０は、上面から下面に向かってマーク側壁角度（所定の角度）θで細くなるように形成され、ドットマーク１０の厚さｔと所定の角度θとの積が、所望する電子ビーム２００のビーム分解能σ以下となるように形成されている。特に、マーク側壁角度θが１．５度以下となるように形成されると好適である。また、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されると好適である。従来、かかるドットマーク１０の厚さｔとマーク側壁角度θとの関係が考慮されていなかったため、ドットマーク１０上に電子ビーム２００を走査した場合にドットマーク１０からの散乱の影響を排除することができなかった。本実施の形態では、ドットマーク１０の厚さｔとマーク側壁角度θとの関係を考慮することで、ドットマーク１０からの散乱の影響を低減、或いは排除することができる。また、Ｓｉ基板２０は、例えば、６２５μｍの厚さの基板を用いる。
【００３０】
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。
【００３１】
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、実施の形態１における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。
【００３２】
図６は、実施の形態１における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。
【００３３】
ここで、ドットマーク１０からの散乱の影響が十分に低減されていれば、ビーム強度分布を示すビームプロファイルは、以下の式（式１）で示す誤差関数ｂ（ｘ）で近似することができる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
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が誤差関数ｂ（ｘ）の場合、ｘ１−ｘ０がビームサイズとなる。
【００３６】
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、ビーム分解能となる誤差関数のパラメータである値σを得ることができる。
【００３７】
図７は、実施の形態１における測定可能分解能とマーク厚さとマーク側壁角度との関係を示す図である。
図７に示すように、ドットマーク１０の厚さｔを薄くしていくと、下地のＳｉとの間でのコントラストが劣化し、Ｓ／Ｎ比がとれなくなる。また、例えば、所望するビーム分解能σが１０ｎｍ以下の場合、１０ｎｍ以上となるマーク側壁角度θとマーク厚さｔとの組み合わせでは、分解能不足となってしまう。また、マーク側壁角度θについてもマーク厚さｔが大きくなるに従って精度よく加工できる範囲に限界がある。よって、図７に示すこれらの条件を全て満たす領域がドットマーク１０の使用可能領域となる。ここで、図７では、マーク厚みとマーク側壁角度については、任意単位［ａ．ｕ．］で示しているが、上述したドットマーク１０の材料では、いずれを用いた場合でもマーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されると好適である。マーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されることにより、１０ｎｍ以下のビーム分解能σを得ることができる。
【００３８】
ここで、マーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下の場合、ドットマーク１０の厚さｔと所定の角度θとの積が、０．８程度となるが、実際にはドットマーク１０からの散乱を完全には排除できないので、所望する電子ビーム２００のビーム分解能σが１０ｎｍ以下の場合には、マーク側壁角度θが１．５度以下、ドットマーク１０の厚さｔが２００ｎｍ以下に形成されると好適である。Ｓ／Ｎ比がとれる厚さｔでマーク側壁角度θが値０度（すなわち、ドットマーク１０の側壁が上面に対して直角）により近づくほど高いビーム分解能σを得ることができる。
【００３９】
図８は、実施の形態１におけるビームの強度分布の一例を示す図である。
上述したようなドットマーク１０を用いて、ドットマーク１０上に電子ビームを走査することで、図８に示すようなビームの強度分布を得ることができる。図８に示すように、ビームの強度分布は、誤差関数ｂ（ｘ）にほぼ一致させることができる。よって、測定可能なビーム分解能の精度を向上させることがきる。その結果、上述したパターンの精度、最終解像寸法が装置のビーム分解能に起因するのか、或いはプロセス分解能に起因するのかを判断することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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２０４により下流側に投影される。そして、偏向器２０５によって位置が制御され、対物レンズ２０７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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。従って、ドットマーク１０の厚さｔとマーク側壁角度θとの関係を考慮する場合に、定義したビーム分解能から誤差関数のパラメータである値σを求めておけばよい。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【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
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】
上面から下面に向かって所定の角度θで細くなる金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を測定する荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法であって、
ビーム強度分布をパラメータσを用いた誤差関数で近似し、誤差関数のパラメータσをビーム分解能として、１０ｎｍ以下のビーム分解能を得るために、前記金属マークとして、前記所定の角度θが１．５度以下で、前記金属マークの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されたタンタルの金属マークを用いる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】
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
ビーム強度分布をパラメータσを用いた誤差関数で近似し、誤差関数のパラメータσをビーム分解能として、１０ｎｍ以下のビーム分解能を得るために、上面から下面に向かって所定の角度θで細くなり、前記所定の角度θが１．５度以下で、上面から下面までの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されたタンタルの金属マークを配置するステージと、
前記金属マーク上に前記荷電粒子ビームを走査させることに基づいて、前記荷電粒子ビームの強度分布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】
上面から下面に向かって所定の角度θで細くなる金属マーク上に荷電粒子ビームを走査させて、前記荷電粒子ビームのビーム強度分布を測定する荷電粒子ビームのビーム強度分布測定方法であって、
ビーム強度分布をパラメータσを用いた誤差関数で近似し、誤差関数のパラメータσをビーム分解能として、１０ｎｍ以下のビーム分解能を得るために、前記金属マークとして、前記所定の角度θが１．５度以下で、前記金属マークの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されたタンタルの金属マークを用いる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】
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
ビーム強度分布をパラメータσを用いた誤差関数で近似し、誤差関数のパラメータσをビーム分解能として、１０ｎｍ以下のビーム分解能を得るために、上面から下面に向かって所定の角度θで細くなり、前記所定の角度θが１．５度以下で、上面から下面までの厚さｔが２００ｎｍ以下となるように形成されたタンタルの金属マークを配置するステージと、
前記金属マーク上に前記荷電粒子ビームを走査させることに基づいて、前記荷電粒子ビームの強度分布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２０１２−１６９２９１（Ｐ２０１２−１６９２９１Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０２３８２（Ｐ２０１２−１０２３８２）
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００６−５１４４１（Ｐ２００６−５１４４１）の分割
【原出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【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２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００６−５１４４１（Ｐ２００６−５１４４１）の分割
【原出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【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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