(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定するためのライン形第１開口部と、
該エッジぼけ量のクーロン相互作用以外の成分が無視できる程度に該第１開口部と離間して形成され、該第１開口部と同時に該荷電粒子ビームが通される第２開口部とが、
同時露光するためのブロックパターンとして形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
請求項１のステンシルマスクを用い、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定することを特徴とするビームエッジぼけ量測定方法。
【請求項３】
上記荷電粒子ビームは電子ビームであり、
試料上の電子反射率又は２次電子放出率が急変する部分を電子ビーム照射点が通るように該電子ビームを該試料上で走査させ、
該電子ビーム照射点からの反射電子又は２次電子の量を検出し、
その検出量又は該検出量の微分値に基づいて上記エッジぼけ量を実質的に測定する、
ことを特徴とする請求項２記載のビームエッジぼけ量測定方法。
【請求項４】
請求項１のステンシルマスクを用い、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定し、該エッジぼけ量が最小になるように、荷電粒子ビームに対するリフォーカス量を決定することを特徴とするリフォーカス量決定方法。
【請求項５】
上記第１開口部と上記第２開口部との開口面積合計が異なる複数のブロックパターンが形成されている請求項１のステンシルマスクを用い、
該複数のブロックパターンの各々について、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定し、該エッジぼけ量が最小になる、荷電粒子ビームに対するリフォーカス量を決定し、
該複数のブロックパターンの各々の該開口面積合計に対し決定された該リフォーカス量に基づいて、ステンシルマスク上の任意のブロックパターンの開口面積に対するリフォーカス量の関係を直線近似する、
ことを特徴とするリフォーカス量決定方法。
【請求項６】
請求項１のステンシルマスクを用い、上記第２開口部への荷電粒子照射面積を変え、その各々の荷電粒子照射面積について、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定し、該エッジぼけ量が最小になる、荷電粒子ビームに対するリフォーカス量を決定し、
複数の荷電粒子照射面積の各々に対し決定された該リフォーカス量に基づいて、ステンシルマスク上の任意のブロックパターンの開口面積に対するリフォーカス量の関係を決定する、
ことを特徴とするリフォーカス量決定方法。
【請求項７】
上記荷電粒子ビームは電子ビームであり、
試料上の電子反射率又は２次電子放出率が急変する部分を電子ビーム照射点が通るように該電子ビームを該試料上で走査させ、
該電子ビーム照射点からの反射電子又は２次電子の量を検出し、
その検出量又は該検出量の微分値に基づいて上記ぼけ量を実質的に測定する、
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１つに記載のリフォーカス量決定方法。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか１つに記載のリフォーカス量決定方法で決定したリフォーカス量で荷電粒子ビームのフォーカスを補正して露光を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項９】
請求項１記載のステンシルマスクと、
該ステンシルマスク上のブロックパターンに荷電粒子ビームを照射させて、該ブロックパターンを試料上に縮小投影させる光学系と、
該荷電粒子ビームを試料上で走査させる偏向器と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム露光におけるビームエッジぼけ量測定方法及びリフォーカス量決定方法、これらの方法に用いられるステンシルマスク並びに荷電粒子ビーム露光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子ビーム露光装置では、より微細パターンを描画するために、ビームエッジのぼけ、すなわち試料上のマスクパターン投影像のエッジ部ぼけを、できるだけ低減する必要がある。
図５は、従来の荷電粒子ビーム露光装置の概略構成を示す。
【０００３】
荷電粒子銃１０と露光対象物としての半導体ウェーハ１１との間には、光軸に沿って成形絞り１２、マスク１３及び角度絞り１４が配置されている。
荷電粒子銃１０の一点から放射された荷電粒子ビーム、例えば電子ビーム（以下、荷電粒子ビームは電子ビームであるとする。）の縦断面を光軸と直角な方向に拡大したものが２点鎖線１５のようになるように、電磁レンズ２１〜２５が配置されている。電磁レンズ２１は、成形絞り１２を上下に挟むように配置された電磁レンズ２１Ａと電磁レンズ２１Ｂとからなり、電磁レンズ２２は、マスク１３を上下に挟むように配置された電磁レンズ２２Ａと電磁レンズ２２Ｂとからなる。
【０００４】
成形絞り１２とマスク１３との間には成形偏向器２６が配置され、マスク１３と角度絞り１４との間にはブランキング偏向器２７が配置され、対物レンズ２５内には荷電粒子ビーム走査用の主偏向器２８及び副偏向器２９が配置されている。
荷電粒子銃１０から射出された電子ビームは、成形絞り１２の矩形アパーチャ１２ａを通ってその断面が矩形に成形され、成形偏向器２６で偏向されて、この矩形の像がマスク１３上に形成され、矩形像と矩形アパーチャ１３ａとの論理積部分が矩形アパーチャ１３ａを通る。これにより、電子ビーム横断面は、成形偏向器２６による偏向量に応じた可変矩形にされる。電子ビームは、さらに角度絞り１４の円形アパーチャ１４ａを通ってその角度が制限され、次いで主偏向器２８及び副偏向器２９で偏向されて、前記可変矩形がウェーハ１１上の所望の位置に縮小投影される。
【０００５】
ビーム中の電子相互間にクーロン反発力が働くために、ウェーハ１１上の投影像にぼけが生ずる。これを補正するために、マスク１３の下方にリフォーカスコイル３０が、その軸を光軸ＡＸに一致させて配置されている。矩形アパーチャ１２ａを通るビーム電流は一定であり、ぼけ補正用リフォーカス量は、矩形アパーチャ１３ａを通過するビームの電流にほぼ比例するので、矩形アパーチャ１３ａとこの位置での成形絞り１２の像とが重なりあう面積に比例した電流Ｉｒ、すなわち成形偏向器２６での偏向量に応じた電流Ｉｒが、リフォーカス量としてリフォーカスコイル３０に供給される。
【０００６】
マスク１３としてステンシルマスクを用いた場合にも同様にリフォーカス補正が行われる。
リフォーカス量を決定するために、従来では次のようにしてビームエッジぼけ量を測定していた。すなわち、シリコンＳｉのウェーハ１１上に、図６（Ａ）に示す如く、シリコンＳｉよりも電子反射率及び２次電子放出率が高いタンタル膜Ｔａのナイフエッジを形成しておく。図５の副偏向器２９でビームを走査させて、投影像ＢＳに対しタンタル膜Ｔａのナイフエッジを横切らせ、この際、照射点からの反射電子又は／及び２次電子を電子検出器３１及び３２で検出する。そして、電子検出器３１及び３２の出力Ｓ１とＳ２との和である図６（Ｂ）に示すような電子検出量Ｓを求める。この電子検出量Ｓをビーム走査位置Ｘにつき微分して図６（Ｃ）に示すような波形ＤＳを取得し、その最大値ＤＳ０が９０％から１０％まで変化する距離をビームエッジぼけ量δとして求める。ビーム走査位置Ｘは、副偏向器２９への印加電圧との関係で定まる。
【０００７】
従来では、このビームエッジぼけ量δを最小にするリフォーカス量Ｉｒを、面積の異なる投影像ＢＳについて決定し、可変矩形の面積とリフォーカス量Ｉｒとの関係を直線近似し、これに基づき、任意形状のブロックパターンについてその面積からリフォーカス量Ｉｒを決定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ビームエッジぼけ量δには、クーロン相互作用以外に、投影像ＢＳのサイズが大きくなることに起因する、開口面積に比例しない成分を含んでいるため、このようにして決定されたリフォーカス量Ｉｒを用いても、ビームエッジぼけ量δを最小にすることができず、パターンの微細化を妨げる原因となっていた。
【０００９】
また、上記直線近似せずに具体的なブロックパターンについてビームエッジぼけ量δを測定しても、前記と同じ理由により、前記問題が生ずる。例えば図７（Ａ）に示すようなラインアンドスペースのブロックパターンでは、試料上でのラインパターン長手方向に直角なライン上の電流密度プロファイルが、図７（Ｂ）のようになる。図７（Ａ）のアパーチャを通るビーム内電子は、その方向や速度にばらつきがある。同一方向であっても速度が異なれば電磁界から受ける力や通過時間が異なるので、試料上照射点が異なることになる。このため、アパーチャ１３２を通ったビーム内電子の一部は、クーロン相互作用と無関係にプロファイル端部Ｅ１に寄与する。したがって、プロファイル端部Ｅ１についてビームエッジぼけ量δを測定しても、クーロン相互作用のみによるビームエッジぼけ量δを正確に測定することができず、前記問題が生ずる。
【００１０】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、より適正なリフォーカス量を決定することが可能なビームエッジぼけ量測定方法及びリフォーカス量決定方法、これらの方法に用いられるステンシルマスク並びに荷電粒子ビーム露光方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
請求項１のステンシルマスクでは、
荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定するためのライン形第１開口部と、
該エッジぼけ量のクーロン相互作用以外の成分が無視できる程度に該第１開口部と離間して形成され、該第１開口部と同時に該荷電粒子ビームが通される第２開口部とが、
同時露光するためのブロックパターンとして形成されている。
【００１２】
このステンシルマスクを用いて、ライン形第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定すれば、第１開口部と第２開口部とがエッジぼけ量のクーロン相互作用以外の成分が無視できる程度に離間しているので、エッジぼけ量はほぼクーロン相互作用のみに基づくものとなるという効果を奏する。
請求項２のビームエッジぼけ量測定方法では、請求項１のステンシルマスクを用い、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定する。
【００１３】
請求項３のビームエッジぼけ量測定方法では、請求項２において、
上記荷電粒子ビームは電子ビームであり、
試料上の電子反射率又は２次電子放出率が急変する部分を電子ビーム照射点が通るように該電子ビームを該試料上で走査させ、
該電子ビーム照射点からの反射電子又は２次電子の量を検出し、
その検出量又は該検出量の微分値に基づいて上記エッジぼけ量を実質的に測定する。
【００１４】
請求項４のリフォーカス量決定方法では、請求項１のステンシルマスクを用い、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定し、該エッジぼけ量が最小になるように、荷電粒子ビームに対するリフォーカス量を決定する。
このリフォーカス量決定方法によれば、ビームエッジぼけ量が殆どクーロン相互作用のみに基づくものであるので、マスクの任意の開口パターンに対しこの関係に基づいてクーロン相互作用補正用リフォーカス量を決定することにより、従来よりもビームエッジぼけ量を低減することが可能になるという効果を奏し、露光パターンの微細化に寄与するところが大きい。
【００１５】
請求項５では、上記第１開口部と上記第２開口部との開口面積合計が異なる複数のブロックパターンが形成されている請求項１のステンシルマスクを用い、
該複数のブロックパターンの各々について、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定し、該エッジぼけ量が最小になる、荷電粒子ビームに対するリフォーカス量を決定し、
該複数のブロックパターンの各々の該開口面積合計に対し決定された該リフォーカス量に基づいて、ステンシルマスク上の任意のブロックパターンの開口面積に対するリフォーカス量の関係を直線近似する。
【００１６】
請求項６のリフォーカス量決定方法では、請求項１のステンシルマスクを用い、上記第２開口部への荷電粒子照射面積を変え、その各々の荷電粒子照射面積について、上記第１開口部を通った荷電粒子ビームのエッジぼけ量を実質的に測定し、該エッジぼけ量が最小になる、荷電粒子ビームに対するリフォーカス量を決定し、
複数の荷電粒子照射面積の各々に対し決定された該リフォーカス量に基づいて、ステンシルマスク上の任意のブロックパターンの開口面積に対するリフォーカス量の関係を決定する。
【００１７】
この方法によれば、ステンシルマスク上に形成された１つのリフォーカス量決定用ブロックマスクに対する荷電粒子ビームの照射位置を変えるだけで、該ステンシルマスク上に複数のリフォーカス量決定用ブロックマスクを形成してこれらを用いた場合と同じ結果が得られるという利点を有する。
請求項７のリフォーカス量決定方法では、請求項４乃至６のいずれかにおいて、上記荷電粒子ビームは電子ビームであり、
試料上の電子反射率又は２次電子放出率が急変する部分を電子ビーム照射点が通るように該電子ビームを該試料上で走査させ、
該電子ビーム照射点からの反射電子又は２次電子の量を検出し、
その検出量又は該検出量の微分値に基づいて上記ぼけ量を実質的に測定する。
【００１８】
請求項８の荷電粒子ビーム露光方法では、請求項４乃至７のいずれか１つに記載のリフォーカス量決定方法で決定したリフォーカス量で荷電粒子ビームのフォーカスを補正して露光を行う。
請求項８の荷電粒子ビーム露光装置では、
請求項１記載のステンシルマスクと、
該ステンシルマスク上のブロックパターンに荷電粒子ビームを照射させて、該ブロックパターンを試料上に縮小投影させる光学系と、
該荷電粒子ビームを試料上で走査させる偏向器とを有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、ビームエッジぼけ量測定方法に用いられるステンシルマスク４０Ａ及び４０Ｂのブロックパターンを示す。ハッチングを施した部分は、基材部である。
【００２０】
ステンシルマスク４０Ａは、図５の矩形マスク１３の代わりに用いられ、アパーチャ４１と４２とを含む矩形領域に荷電粒子ビームが照射され、アパーチャ４１及び４２の像がウェーハ１１上に同時に縮小投影される。ライン形開口部としてのアパーチャ４１は、例えば配線パターンに対応している。縮小投影の倍率を１／Ｍ、例えば１／６０とすると、アパーチャ４１の線幅は例えば０．１Ｍμｍである。
【００２１】
アパーチャ４２をアパーチャ４１に接近させると、図７について上述したように、アパーチャ４１を通った電子ビームのぼけに、アパーチャ４２を通った電子ビームの一部の影響によるクーロン相互作用以外のものが含まれることになる。
そこで、アパーチャ４１と、このような影響が無視できる距離（以下、これを不重距離と称す）以上離間して、アパーチャ４２が形成されている。アパーチャ４１と４２の間の基材部幅は例えば０．４Ｍμｍである。アパーチャ４２の幅は、例えば４．０Ｍμｍである。
【００２２】
アパーチャ４１及び４２のウェーハ１１上の像はそれぞれ、図２（Ａ）に示す投影像ＢＳ１及びＢＳ２のようになる。
図６（Ａ）の場合と同様に、図２（Ａ）に示す如く、シリコンＳｉのウェーハ１１上に、シリコンＳｉよりも電子反射率及び２次電子放出率が高いタンタル膜Ｔａのナイフエッジを形成しておく。図５の副偏向器２９でビームを走査させて投影像ＢＳに対し、タンタル膜Ｔａのナイフエッジを横切らせ、この際、電子検出器３１及び３２の出力Ｓ１とＳ２との和である図２（Ｂ）に示すような電子検出量Ｓを求める。この電子検出量Ｓをビーム走査位置Ｘにつき微分して図２（Ｃ）に示すような波形ＤＳを取得し、投影像ＢＳ１のエッジに対応した部分の最大値ＤＳ１が９０％から１０％まで変化する距離をビームエッジぼけ量δａとして求める。
【００２３】
δａの測定精度を高くするために、投影像ＢＳ１の長手方向はタンタル膜Ｔａのナイフエッジと平行にされ、投影像ＢＳ１の走査方向はその長手方向と直角な方向にされる。
微分波形ＤＳにおいて、投影像ＢＳ２のエッジに対応した部分の最大値ＤＳ２が９０％から１０％まで変化する距離をδａｘとすると、δａ＜δａｘとなる。
これは、ビームエッジぼけ量δａにはアパーチャ４２を通った電子ビームの一部の影響が殆ど含まれていないので、ほぼクーロン相互作用のみに基づくものとなり、これに対し、ビームエッジぼけ量δａｘには、アパーチャ４２が広いのでアパーチャ４２のエッジ部の近くを通った電子ビームの一部の影響が含まれているからである。
【００２４】
他方、電子ビーム内のクーロン相互作用は、主に図５の２点鎖線１５のクロスオーバ点で生ずるので、アパーチャ４１と４２との離間は、クーロン相互作用によるウェーハ１１上でのぼけに影響しない。すなわち、ビームエッジぼけ量δａに含まれるクーロン相互作用に基づく成分は、δａｘのそれと同一であり、ブロックパターン開口面積Ａａ＝Ａ１＋Ａ２に依存する。
【００２５】
そこで、リフォーカス量Ｉｒ決定用としてビームエッジぼけ量δａを測定する。リフォーカス量Ｉｒを変化させて、ビームエッジぼけ量δａが最小値δａｍｉｎとなるＩｒ＝Ｉｒ１を求める。
次に、図１（Ｂ）に示すステンシルマスク４０Ｂを用い、上記同様にして、ビームエッジぼけ量最小値δａｍｉｎに対応したビームエッジぼけ量最小値δｂｍｉｎを探索し、このときのリフォーカス量ＩｒをＩｒ２として求める。
【００２６】
ステンシルマスク４０Ｂには、ステンシルマスク４０Ａのアパーチャ４１と同一形状のものと、アパーチャ４２と異なる面積Ａ３のアパーチャ４３とが形成されている。ブロックパターン開口面積ＡｂはＡ１＋Ａ３である。アパーチャ４３は、上記同様の理由で、アパーチャ４１から不重距離以上離間している。
図１（Ｃ）に示す如く、２点（Ａａ，δａｍｉｎ）及び（Ａｂ，δｂｍｉｎ）を通る直線で、任意のブロックパターン開口面積Ａに対するリフォーカス量Ｉｒを近似する。
【００２７】
ビームエッジぼけ量最小値δａｍｉｎ及びδｂｍｉｎは殆どクーロン相互作用のみに基づくものであるので、任意のブロックパターンに対しこの関係に基づいてクーロン相互作用補正用リフォーカス量Ｉｒを決定することにより、従来よりもビームエッジぼけ量δを低減することが可能となる。これにより、従来よりも微細なパターンを露光することが可能となる。
【００２８】
ビームエッジぼけ量δｂがブロックパターン開口面積Ａｂにより定まることから、図１（Ｂ）のステンシルマスク４０Ｂの替わりに、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなブロックパターン開口面積Ａｂのステンシルマスク４０Ｃ、４０Ｄ又は４０Ｅを用いてもよい。
ステンシルマスク４０Ｃのアパー４３Ａの面積はＡ３であり、ステンシルマスク４０Ｄのアパーチャ４３１〜４３６の合計面積はＡ３あり、ステンシルマスク４０Ｅのアパーチャ４３Ｂの面積もＡ３である。また、ステンシルマスク４０Ｃ、４０Ｄ及び４０Ｅにはいずれもアパーチャ４１が形成され、アパーチャ４３Ａ、４３１及び４３Ｂはいずれもアパーチャ４１と不重距離以上離れている。
【００２９】
次に、図４を参照して、本発明の他の実施形態のリフォーカス量決定方法を説明する。
この方法では、１つのブロックパターンを用いて、２以上のブロックパターンを用いた場合と同じ結果を得る。
すなわち、図４（Ａ）に示す如く、ステンシルマスク４０Ａ上に図５中のアパーチャ１２ａの像１２Ｉを形成し、上記実施形態の場合と同様に、アパーチャ４１を通った電子ビームのエッジぼけ量δを測定し、これが最小になるリフォーカス量を決定する。
【００３０】
次に、図５の偏向器２６により、ステンシルマスク４０Ａ上のアパーチャ１２ａの像１２Ｉを図４（Ｂ）に示す如くずらして、アパーチャ４２と像１２１との重なり部分の面積を前記の場合と異ならせ、前記同様に、アパーチャ４１を通った電子ビームのエッジぼけ量δを測定し、これが最小になるリフォーカス量を決定する。
【００３１】
これにより、図１（Ｃ）と同じ関係が得られる。
この方法によれば、ステンシルマスク上にリフォーカス量決定用ブロックマスクを１つ形成し、ステンシルマスク上の電子ビーム照射位置を変えるだけで、複数のリフォーカス量決定用ブロックマスクを形成してこれらを用いた場合と同じ結果が得られるという利点を有する。
【００３２】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
例えば、図１（Ｃ）の近似直線を３点以上の測定点に基づいて最小２乗法により求めてもよいことは勿論である。
また、アパーチャ４１はビームエッジぼけ量δへの上記影響が無視できる程度に細幅であればよく、実際の配線パターンに対応していなくてもよい。
【００３３】
さらに、上記実施形態ではライン形開口部が１本のアパーチャ４１である場合を説明したが、ライン形開口部は、例えば同一直線上で途切れた複数本のアパーチャで構成されていてもよい。
ビームエッジぼけ量は、リフォーカス量の決定のみではなく、露光における近接効果の計算にも用いられるので、本発明のビームエッジぼけ量測定方法はそれのみで技術的意義がある。
【００３４】
また、上述のステンシルマスクを用いてビームエッジシャープネスを測定することにより、実質的に本発明に係るビームエッジぼけ量を測定する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施形態のビームエッジぼけ量測定方法に用いられるステンシルマスクのブロックパターンを示す図であり、（Ｃ）はブロックパターン開口面積とリフォーカス量との関係を示す線図である。
【図２】図１（Ａ）のブロックパターンを用いたビームエッジぼけ量測定説明図である。
【図３】図１（Ｂ）のブロックパターンの変形例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係り、１つのブロックパターンを用いて図１（Ｃ）の関係得る方法の説明図である。
【図５】従来の荷電粒子ビーム露光装置光学系の概略構成図である。
【図６】従来のビームエッジぼけ量測定説明図である。
【図７】従来技術の問題点説明図である。
【符号の説明】
１１  ウェーハ
１２ａ、１３ａ  矩形アパーチャ
１３  マスク
２９  副偏向器
３０  リフォーカスコイル
３１、３２  電子検出器
４０Ａ〜４０Ｅ  ステンシルマスク
４１〜４３、１３２、４３Ａ、４３Ｂ、４３１〜４３６  アパーチャ
Ｓ  電子検出量
δａ、δｂ  ビームエッジぼけ量
δａｍｉｎ、δｂｍｉｎ  ビームエッジぼけ量最小値
Ｓｉ  シリコン
Ｔａ  タンタル膜
ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２  投影像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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