(57)【要約】【課題】電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を精度よく測長するパターン幅測長装置を提供する。【解決手段】ウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長するパターン幅測長装置であって、電子ビームを発生する電子銃と、電子ビームを偏向してパターン上を走査させる偏向器と、電子ビームがパターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器と、第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第１エッジの位置を検出する第１エッジ検出器と、第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第２エッジの位置を検出する第２エッジ検出器と、検出された第１エッジの位置及び第２エッジの位置に基づいて、パターンのパターン幅を算出するパターン幅算出部とを備える。【選択図】　図２
2004125737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長するパターン幅測長装置であって、
前記電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、
前記電子ビームを偏向して前記パターン上を走査させる偏向器と、
前記電子ビームが前記ウェハ又は前記パターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器と、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器のうちの前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第１エッジの位置を検出する第１エッジ検出器と、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器のうちの前記第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第２エッジの位置を検出する第２エッジ検出器と、
前記第１エッジ検出器及び前記第２エッジ検出器がそれぞれ検出した前記第１エッジの位置及び前記第２エッジの位置に基づいて、前記パターンのパターン幅を算出するパターン幅算出部と
を備えることを特徴とするパターン幅測長装置。
【請求項２】
前記第１エッジ検出器は、前記第１二次電子検出器から前記第２エッジより離れた位置に形成された前記第１エッジの位置を検出し、
前記第２エッジ検出器は、前記第２二次電子検出器から前記第１エッジより離れた位置に形成された前記第２エッジの位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項３】
前記第１エッジ検出器は、前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの前記電子ビームの照射位置を前記第１エッジの位置として検出し、
前記第２エッジ検出器は、前記第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの前記電子ビームの照射位置を前記第２エッジの位置として検出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項４】
前記第１エッジ検出器は、前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの前記電子ビームの照射位置を前記第１エッジの下端であるボトムエッジとして検出し、
前記第２エッジ検出器は、前記第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極大であるときの前記電子ビームの照射位置を前記第１エッジの上端であるトップエッジとして検出し、
前記パターン幅算出部は、前記第１エッジ検出器及び前記第２エッジ検出器がそれぞれ検出した前記ボトムエッジの位置及び前記トップエッジの位置に基づいて、前記第１エッジの水平方向の長さをさらに算出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項５】
前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量と、前記第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量との和に基づいて、前記第１エッジ及び前記第２エッジの位置を検出する第３エッジ検出器をさらに備え、
前記パターン幅算出部は、前記パターンの形状に基づいて、前記第１エッジ検出器及び前記第２エッジ検出器がそれぞれ検出した前記第１エッジの位置及び前記第２エッジの位置、又は前記第３エッジ検出器が検出した前記第１エッジの位置及び前記第２エッジの位置のいずれかを選択して前記パターンのパターン幅を算出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項６】
前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量と、前記第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量との和の変化が極大であるときの前記電子ビームの照射位置を前記第１エッジの上端であるトップエッジとして検出する第３エッジ検出器をさらに備え、
前記第１エッジ検出器は、前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの前記電子ビームの照射位置を前記第１エッジの下端であるボトムエッジとして検出し、
前記パターン幅算出部は、前記第１エッジ検出器が検出した前記ボトムエッジの位置、及び前記第３エッジ検出器が検出した前記トップエッジの位置に基づいて、前記第１エッジの水平方向の長さをさらに算出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項７】
前記電子ビームが前記ウェハ又は前記パターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第３二次電子検出器をさらに備え、
前記第１エッジ検出器は、前記第１エッジの向きに基づいて、前記第１二次電子検出器及び前記第３二次電子検出器のいずれかを選択し、選択した前記第１二次電子検出器又は前記第３二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第１エッジの位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項８】
前記電子ビームが前記ウェハ又は前記パターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する前記第３二次電子検出器及び前記第４二次電子検出器をさらに備え、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器は、前記電子ビームの光軸に対して対向する位置に設けられ、
前記第３二次電子検出器及び前記第４二次電子検出器は、前記第１二次電子検出器から前記第２二次電子検出器への方向と略垂直な方向に沿って、前記電子ビームの光軸に対して対向する位置に設けられ、
前記第１エッジから前記第２エッジの方向と前記第１二次電子検出器から前記第２二次電子検出器の方向とがなす角度が、前記第１エッジから前記第２エッジの方向と前記第３二次電子検出器から前記第４二次電子検出器の方向とがなす角度より大きい場合、前記第１エッジ検出器は、前記第１二次電子検出器に代えて、前記第３二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第１エッジの位置を検出し、前記第２エッジ検出器は、前記第２二次電子検出器に代えて、前記第４二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第２エッジの位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項９】
前記偏向器が偏向した前記電子ビームを集束して前記ウェハに又は前記パターンに照射させる対物レンズをさらに備え、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器は、前記対物レンズの上上方に設けられ、前記電子ビームが前記ウェハ又は前記パターンに照射されることによって発生する二次電子を前記対物レンズを介して検出することを特徴とする請求項１に記載のパターン幅測長装置。
【請求項１０】
前記対物レンズは、静電レンズであることを特徴とする請求項９に記載のパターン幅測長装置。
【請求項１１】
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器は、前記電子ビームの光軸に対して対向する位置に設けられることを特徴とする請求項９に記載のパターン幅測長装置。
【請求項１２】
電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長するパターン幅測長方法であって、
前記電子ビームを発生する電子ビーム発生段階と、
前記電子ビームを偏向して前記パターン上を走査させる偏向段階と、
第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器により、前記電子ビームが前記ウェハ又は前記パターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する二次電子検出段階と、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器のうちの前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第１エッジの位置を検出する第１エッジ検出段階と、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器のうちの前記第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第２エッジの位置を検出する第２エッジ検出段階と、
前記第１エッジ検出段階及び前記第２エッジ検出段階においてそれぞれ検出した前記第１エッジの位置及び前記第２エッジの位置に基づいて、前記パターンのパターン幅を算出するパターン幅算出段階と
を備えることを特徴とするパターン幅測長方法。
【請求項１３】
電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長する電子ビーム露光装置であって、
前記電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、
前記電子ビームを偏向して前記パターン上を走査させる偏向器と、
前記電子ビームが前記ウェハ又は前記パターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器と、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器のうちの前記第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第１エッジの位置を検出する第１エッジ検出器と、
前記第１二次電子検出器及び前記第２二次電子検出器のうちの前記第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、前記パターンの第２エッジの位置を検出する第２エッジ検出器と、
前記第１エッジ検出器及び前記第２エッジ検出器がそれぞれ検出した前記第１エッジの位置及び前記第２エッジの位置に基づいて、前記パターンのパターン幅を算出するパターン幅算出部と
を備えることを特徴とする電子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン幅測長装置、パターン幅測長方法、及び電子ビーム露光装置に関する。特に本発明は、電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長するパターン幅測長装置、パターン幅測長方法、及び電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体デバイスの微細化に伴い、半導体デバイスの製造工程におけるパターン幅の正確な測定の重要性が高まっている。そのため、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、パターンを電子ビームで走査し、電子ビームが照射されることによって発生する二次電子の電子量の変化からパターンのエッジを求め、パターン幅を測長する方法が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
古屋　寿宏、外６名、ＦＥＢ測長装置　Ｓ−６０００、「日本学術振興会　荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会　第９３回研究会資料」、昭和６０年１１月８日、ｐ．１−５
【非特許文献２】
三好　元介、外１名、線幅計測における走査電子顕微鏡の形状コントラスト、「日本学術振興会　荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会　第９３回研究会資料」、昭和６０年１１月８日、ｐ．１０９−１１４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体デバイスの微細化に伴うパターンの微細化が進み、従来のパターン幅の測長方法では、微細パターンのエッジを正確に特定することが困難である。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるパターン幅測長装置、パターン幅測長方法、及び電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長するパターン幅測長装置であって、電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、電子ビームを偏向してパターン上を走査させる偏向器と、電子ビームがウェハ又はパターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器と、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器のうちの第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第１エッジの位置を検出する第１エッジ検出器と、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器のうちの第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第２エッジの位置を検出する第２エッジ検出器と、第１エッジ検出器及び第２エッジ検出器がそれぞれ検出した第１エッジの位置及び第２エッジの位置に基づいて、パターンのパターン幅を算出するパターン幅算出部とを備える。
【０００７】
第１エッジ検出器は、第１二次電子検出器から第２エッジより離れた位置に形成された第１エッジの位置を検出し、第２エッジ検出器は、第２二次電子検出器から第１エッジより離れた位置に形成された第２エッジの位置を検出してもよい。
【０００８】
第１エッジ検出器は、第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置を第１エッジの位置として検出し、第２エッジ検出器は、第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置を第２エッジの位置として検出してもよい。
【０００９】
第１エッジ検出器は、第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置を第１エッジの下端であるボトムエッジとして検出し、第２エッジ検出器は、第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極大であるときの電子ビームの照射位置を第１エッジの上端であるトップエッジとして検出し、パターン幅算出部は、第１エッジ検出器及び第２エッジ検出器がそれぞれ検出したボトムエッジの位置及びトップエッジの位置に基づいて、第１エッジの水平方向の長さをさらに算出してもよい。
【００１０】
第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量と、第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量との和に基づいて、第１エッジ及び第２エッジの位置を検出する第３エッジ検出器をさらに備え、パターン幅算出部は、パターンの形状に基づいて、第１エッジ検出器及び第２エッジ検出器がそれぞれ検出した第１エッジの位置及び第２エッジの位置、又は第３エッジ検出器が検出した第１エッジの位置及び第２エッジの位置のいずれかを選択してパターンのパターン幅を算出してもよい。
【００１１】
第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量と、第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量との和の変化が極大であるときの電子ビームの照射位置を第１エッジの上端であるトップエッジとして検出する第３エッジ検出器をさらに備え、第１エッジ検出器は、第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置を第１エッジの下端であるボトムエッジとして検出し、パターン幅算出部は、第１エッジ検出器が検出したボトムエッジの位置、及び第３エッジ検出器が検出したトップエッジの位置に基づいて、第１エッジの水平方向の長さをさらに算出してもよい。
【００１２】
電子ビームがウェハ又はパターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第３二次電子検出器をさらに備え、第１エッジ検出器は、第１エッジの向きに基づいて、第１二次電子検出器及び第３二次電子検出器のいずれかを選択し、選択した第１二次電子検出器又は第３二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第１エッジの位置を検出してもよい。
【００１３】
電子ビームがウェハ又はパターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第３二次電子検出器及び第４二次電子検出器をさらに備え、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器は、電子ビームの光軸に対して対向する位置に設けられ、第３二次電子検出器及び第４二次電子検出器は、第１二次電子検出器から第２二次電子検出器への方向と略垂直な方向に沿って、電子ビームの光軸に対して対向する位置に設けられ、第１エッジから第２エッジの方向と第１二次電子検出器から第２二次電子検出器の方向とがなす角度が、第１エッジから第２エッジの方向と第３二次電子検出器から第４二次電子検出器の方向とがなす角度より大きい場合、第１エッジ検出器は、第１二次電子検出器に代えて、第３二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第１エッジの位置を検出し、第２エッジ検出器は、第２二次電子検出器に代えて、第４二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第２エッジの位置を検出してもよい。
【００１４】
偏向器が偏向した電子ビームを集束してウェハに又はパターンに照射させる対物レンズをさらに備え、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器は、対物レンズの上方に設けられ、電子ビームがウェハ又はパターンに照射されることによって発生する二次電子を対物レンズを介して検出してもよい。対物レンズは、静電レンズであってもよい。第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器は、電子ビームの光軸に対して対向する位置に設けられてもよい。
【００１５】
本発明の第２の形態によると、電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長するパターン幅測長方法であって、電子ビームを発生する電子ビーム発生段階と、電子ビームを偏向してパターン上を走査させる偏向段階と、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器により、電子ビームがウェハ又はパターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する二次電子検出段階と、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器のうちの第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第１エッジの位置を検出する第１エッジ検出段階と、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器のうちの第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第２エッジの位置を検出する第２エッジ検出段階と、第１エッジ検出段階及び第２エッジ検出段階においてそれぞれ検出した第１エッジの位置及び第２エッジの位置に基づいて、パターンのパターン幅を算出するパターン幅算出段階とを備える。
【００１６】
本発明の第３の形態によると、電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を測長する電子ビーム露光装置であって、電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、電子ビームを偏向してパターン上を走査させる偏向器と、電子ビームがウェハ又はパターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器と、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器のうちの第１二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第１エッジの位置を検出する第１エッジ検出器と、第１二次電子検出器及び第２二次電子検出器のうちの第２二次電子検出器により検出された二次電子の電子量に基づいて、パターンの第２エッジの位置を検出する第２エッジ検出器と、第１エッジ検出器及び第２エッジ検出器がそれぞれ検出した第１エッジの位置及び第２エッジの位置に基づいて、パターンのパターン幅を算出するパターン幅算出部とを備える。
【００１７】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成の一例を示す。電子ビーム露光装置１００は、電子ビームによりウェハ６４に所定の露光処理を施すための露光部１５０と、露光部１５０の各構成の動作を制御する制御系１４０とを備える。
【００２０】
露光部１５０は、筐体１０内部に、所定の電子ビームを照射する電子ビーム照射系１１０と、電子ビーム照射系１１０から照射された電子ビームを偏向するとともにマスク３０近傍における電子ビームの結像位置を調整するマスク用投影系１１２と、電子ビームのウェハ６４近傍における結像位置を調整する焦点調整レンズ系１１４と、マスク３０を通過した電子ビームをウェハステージ６２に載置されたウェハ６４の所定の領域に偏向するとともにウェハ６４に照射されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系１１６とを含む電子光学系を備える。
【００２１】
また、露光部１５０は、ウェハ６４に露光すべきパターンがそれぞれ形成された複数のブロックを有するマスク３０を載置するマスクステージ７２と、マスクステージ７２を駆動するマスクステージ駆動部６８と、パターンを露光すべきウェハ６４を載置するウェハステージ６２と、ウェハステージ６２を駆動するウェハステージ駆動部７０とを含むステージ系を備える。さらに、露光部１５０は、電子光学系の調整のために、ウェハ６４側から飛散する二次電子及び反射電子を検出して、検出した電子量に相当する電気信号を出力する複数の二次電子検出器６０とを有する。
【００２２】
電子ビーム照射系１１０は、電子ビームを発生する電子ビーム発生部の一例である電子銃１２と、電子ビームの焦点位置を定める第１電子レンズ１４と、電子ビームを通過させる矩形形状の開口が形成された第１スリット部１６とを有する。図１において、電子ビーム照射系１１０から照射された電子ビームが、電子光学系により偏向されない場合の電子ビームの光軸を、一点鎖線Ａで表現する。
【００２３】
マスク用投影系１１２は、電子ビームを偏向するマスク用偏向系としての第１偏向器２２及び第２偏向器２６と、電子ビームの焦点を調整するマスク用焦点系としての第２電子レンズ２０とを有する。第１偏向器２２及び第２偏向器２６は、電子ビームをマスク３０上の所定の領域に照射する偏向を行う。例えば、所定の領域は、ウェハ６４に転写するパターンを有するブロックである。電子ビームがパターンを通過することにより、電子ビームの断面形状は、ブロックに形成されたパターンと同一の形状になる。第２電子レンズ２０は、第１スリット部１６の開口の像を、マスクステージ７２上に載置されるマスク３０上に結像させる機能を有する。
【００２４】
焦点調整レンズ系１１４は、第３電子レンズ２８及び第４電子レンズ３２を有する。ウェハ用投影系１１６は、第５電子レンズ４０、第６電子レンズ４６、第７電子レンズ５０、対物レンズ５２、第３偏向器３４、第４偏向器３８、主偏向器５６、副偏向器５８、ブランキング電極３６、及びラウンドアパーチャ部４８を有する。
【００２５】
第３電子レンズ２８及び第４電子レンズ３２は、電子ビームのウェハ６４に対する焦点を合わせる。第５電子レンズ４０は、電子ビームがウェハ６４上に所望の向きで照射されるように、電子ビームの回転を調整する。第６電子レンズ４６及び第７電子レンズ５０は、マスク３０に形成されたパターンに対するウェハ６４に照射されるパターン像の縮小率を調整する。第３偏向器３４は、電子ビームの進行方向に対するマスク３０の下流において、電子ビームを光軸Ａの方向に偏向する。第４偏向器３８は、電子ビームを光軸Ａに略平行になるように偏向する。主偏向器５６及び副偏向器５８は、ウェハ６４上の所定の領域に電子ビームが照射されるように電子ビームを偏向する。本実施形態では、主偏向器５６は、１ショットの電子ビームで照射可能な領域（ショット領域）を複数含むサブフィールド間で電子ビームを偏向するために用いられ、副偏向器５８は、サブフィールドにおけるショット領域間の偏向のために用いられる。
【００２６】
ラウンドアパーチャ部４８は、円形の開口（ラウンドアパーチャ）を有する。ラウンドアパーチャ部４８は、ラウンドアパーチャの内側に照射された電子ビームを通過させ、ラウンドアパーチャの外側に照射された電子ビームを遮蔽する。ブランキング電極３６は、電子ビームをラウンドアパーチャの外側に当たるように偏向する。従って、ブランキング電極３６は、電子ビームを偏向することにより、ラウンドアパーチャ部４８から下流に電子ビームが進行することを防ぐことができる。
【００２７】
制御系１４０は、統括制御部１３０及び個別制御部１２０を備える。個別制御部１２０は、偏向制御部８２、マスクステージ制御部８４、ブランキング電極制御部８６、電子レンズ制御部８８、二次電子処理部９０、及びウェハステージ制御部９２を有する。統括制御部１３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部１２０に含まれる各制御部を統括的に制御する。偏向制御部８２は、偏向量を示す偏向データを、第１偏向器２２、第２偏向器２６、第３偏向器３４、第４偏向器３８、主偏向器５６、及び副偏向器５８に供給し、第１偏向器２２、第２偏向器２６、第３偏向器３４、第４偏向器３８、主偏向器５６、及び副偏向器５８による偏向量を制御する。マスクステージ制御部８４は、マスクステージ駆動部６８を制御してマスクステージ７２を移動させる。
【００２８】
ブランキング電極制御部８６は、ウェハ６４に転写するパターンを変更するとき、又はパターンを露光するウェハ６４の領域を変更するときに、ブランキング電極３６を制御して、ラウンドアパーチャ部４８から下流に電子ビームが進行しないように電子ビームを偏向する。これにより、電子ビームがウェハ６４に照射されることを防ぐ。電子レンズ制御部８８は、第１電子レンズ１４、第２電子レンズ２０、第３電子レンズ２８、第４電子レンズ３２、第５電子レンズ４０、第６電子レンズ４６、第７電子レンズ５０、及び対物レンズ５２に供給する電流又は電圧を制御する。二次電子処理部９０は、二次電子検出器６０により検出された二次電子及び反射電子の量を示すデータを出力する。ウェハステージ制御部９２は、ウェハステージ駆動部７０を制御してウェハステージ６２を所定の位置に移動させる。
【００２９】
なお、電子ビーム露光装置１００は、電子ビームを用いてウェハ６４上に形成されたパターンのパターン幅を測長する、本発明のパターン幅測長装置の一例である。主偏向器５６又は副偏向器５８は、ウェハ６４に形成されたパターン上で電子ビームを走査させる。そして、二次電子検出器６０は、電子ビームがウェハ６４又はパターンに照射されることによって発生する二次電子を検出する。そして、二次電子処理部９０は、二次電子検出器６０により検出された二次電子及び反射電子の量を示すデータを出力し、統括制御部１３０に供給する。統括制御部１３０は、二次電子処理部９０から供給されたデータに基づいて、パターンのエッジの位置を検出し、パターン幅、即ちパターンの線幅、パターン間幅を算出する。
【００３０】
また、電子ビーム露光装置１００は、可変矩形ビームにより、ウェハ６４にパターンを露光する可変矩形露光装置であってもよい。また、複数の電子ビームにより、ウェハ６４にパターンを露光するマルチビーム露光装置であってもよい。
【００３１】
図２は、電子ビーム露光装置１００が備えるパターン幅測長手段の構成の一例を示す。パターン幅測長手段は、電子ビームを発生する電子銃１２、電子ビームを偏向してパターン２００上を走査させる主偏向器５６及び副偏向器５８と、電子ビームがウェハ６４又はパターン２００に照射されることによって発生する二次電子を検出する二次電子検出器６０ａ及び二次電子検出器６０ｂと、主偏向器５６又は副偏向器５８が偏向した電子ビームをウェハ６４に対して集束してウェハ６４又はパターン２００に照射させる対物レンズ５２と、二次電子検出器６０ａ及び二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示すデータを出力する二次電子処理部９０と、二次電子処理部９０が出力するデータに基づいてパターン２００のパターン幅を算出する統括制御部１３０とを備える。
【００３２】
二次電子検出器６０ａ及び６０ｂは、対物レンズ５２の上方、即ち対物レンズ５２から電子銃１２の方向に設けられ、電子ビームがウェハ６４又はパターン２００に照射されることによって発生する二次電子を対物レンズ５２を介して検出する。また、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂは、電子ビームの光軸Ａに対して対向する位置に設けられることが好ましい。対物レンズ５２は、電磁レンズであってもよいが、電磁レンズである場合、ウェハ６４又はパターン２００から発生した二次電子が磁力により光軸Ａを中心として回転してしまうため、ウェハ６４又はパターン２００における二次電子の発生位置を特定することが困難である。したがって、対物レンズ５２は、静電レンズであることが好ましい。
【００３３】
また、統括制御部１３０は、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂのうちの二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ａの位置を検出するエッジ検出器２０２ａと、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂのうちの二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ｂの位置を検出するエッジ検出器２０２ｂと、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量を示すデータと二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示すデータとを加算する加算器２０４と、加算器２０４の出力、即ち二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量と二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量との和に基づいて、パターン２００のエッジ２００ａ及び２００ｂの位置を検出するエッジ検出器２０２ｃと、エッジ検出器２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃのうちのいずれかが検出したエッジ２００ａ及び２００ｂの位置に基づいて、パターン２００のパターン幅を算出するパターン幅算出部２０６と、二次電子処理部９０が出力するデータやパターン幅算出部２０６が算出したパターン幅を表示する表示部２０８とを有する。
【００３４】
パターン幅算出部２０６は、パターン２００の形状に基づいて、エッジ検出器２０２ａ及び２０２ｂが検出したエッジ２００ａの位置及びエッジ２００ｂの位置、又はエッジ検出器２０２ｃが検出したエッジ２００ａの位置及びエッジ２００ｂの位置のいずれかを選択してパターンのパターン幅を算出してもよい。例えば、パターン幅算出部２０６は、パターン２００の厚さに基づいて選択してもよいし、パターン２００の上面と側面（エッジ面）とがなす角度に基づいて選択してもよい。具体的には、エッジ２００ａ及び２００ｂの近傍のウェハ６４に電子ビームが照射される場合、ウェハ６４から発生した二次電子がパターン２００に衝突し、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂが検出する二次電子の電子量が減少するので、パターン算出部２０６は、パターン２００の厚さが所定厚さより大きい場合、又はパターン２００の上面と側面とがなす角度が所定角度より大きい場合は、エッジ検出器２０２ａ及び２０２ｂが検出したエッジ２００ａの位置及びエッジ２００ｂの位置に基づいて、パターン２００のパターン幅を算出してもよい。また、パターン算出部２０６は、パターン２００の厚さが所定厚さより小さい場合、又はパターン２００の上面と側面とがなす角度が所定角度より小さい場合は、ウェハ６４から発生した二次電子がパターン２００に衝突して二次電子検出器６０ａ及び６０ｂが検出する二次電子の電子量が減少する現象が現れ難くなるので、エッジ検出器２０２ｃが検出したエッジ２００ａの位置及びエッジ２００ｂの位置に基づいて、パターン２００のパターン幅を算出してもよい。
【００３５】
エッジ検出器２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃがそれぞれ検出するパターン２００のエッジ２００ａ及び２００ｂの位置を、パターン２００の形状に基づいて選択的に特定することにより、様々な形状のパターン２００のパターン幅を正確に算出することができる。
【００３６】
図３（ａ）は、ウェハ６４上に形成されたパターン２００の断面図である。図３（ｂ）は、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量を示す。図３（ｃ）は、二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す。図３（ｄ）は、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す。
【００３７】
図３（ｂ）に示した二次電子検出器６０ａにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置Ｄをエッジ２００ａの位置として検出する。エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ａからエッジ２００ｂより離れた位置に形成されたエッジ２００ａの位置を検出する。
【００３８】
図３（ｃ）に示した二次電子検出器６０ｂにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置Ａをエッジ２００ｂの位置として検出する。エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ｂからエッジ２００ａより離れた位置に形成されたエッジ２００ｂの位置を検出する。
【００３９】
また、図３（ｂ）に示した二次電子検出器６０ａにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置Ｄをエッジ２００ａの下端であるボトムエッジとして検出し、極大であるときの電子ビーム照射位置Ｂをエッジ２００ｂの上端であるトップエッジとして検出してもよい。また、図３（ｃ）に示した二次電子検出器６０ｂにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置Ａをエッジ２００ｂの下端であるボトムエッジとして検出し、極大であるときの電子ビーム照射位置Ｃをエッジ２００ａの上端であるトップエッジとして検出してもよい。
【００４０】
パターン幅算出部２０６は、エッジ検出器２０２ａが検出したエッジ２００ａのボトムエッジの位置Ｄと、エッジ検出器２０２ｂが検出したエッジ２００ｂのボトムエッジの位置Ａとに基づいて、パターン２００のパターン幅を算出する。また、パターン幅算出部２０６は、エッジ検出器２０２ａ及び２０２ｂがそれぞれ検出したエッジ２００ａのボトムエッジの位置Ｄ及びトップエッジの位置Ｃ、又はエッジ２００ｂのボトムエッジの位置Ａ及びトップエッジの位置Ｂに基づいて、エッジ２００ａ又は２００ｂの水平方向の長さを算出する。水平方向とは、ウェハ６４の面内方向で、パターン２００に略垂直な方向である。
【００４１】
また、図３（ｄ）に示した二次電子検出器６０ａ及び６０ｂにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ｃは、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量と二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量との和が極小であるときの電子ビームの照射位置Ａ及びＤをエッジ２００ｂのボトムエッジ及びエッジ２００ａのボトムエッジとして検出し、極大であるときの電子ビームの照射位置Ｂ及びＣをエッジ２００ｂのトップエッジ及びエッジ２００ａのトップエッジとして検出する。パターン２００の厚さが所定厚さより小さい場合、パターン２００の上面と側面とがなす角度が所定角度より小さい場合等には、パターン幅算出２０６は、エッジ検出器２０２ｃが検出したボトムエッジの位置Ａ及び位置Ｄに基づいて、パターン２００のパターン幅を算出してもよい。また、パターン幅算出部２０６は、エッジ検出器２０２ｃが検出したボトムエッジの位置Ａ及びトップエッジの位置Ｂ、又はトップエッジの位置Ｃ及びボトムエッジの位置Ｄに基づいて、エッジ２００ａ又は２００ｂの水平方向の長さを算出してもよい。
【００４２】
図４（ａ）は、ウェハ６４上に形成されたパターン２００の断面図である。図４（ｂ）は、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量を示す。図４（ｃ）は、二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す。図４（ｄ）は、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す。
【００４３】
図４（ａ）に示すようにパターン２００のエッジ２００ａ及び２００ｂの角の曲率が大きい場合、図３（ｂ）又は（ｃ）に示したような、二次電子検出器６０ａ又は６０ｂにより検出された二次電子の電子量が極値であるときの電子ビームの照射位置を特定し難く、エッジ２００ａ及び２００ｂを正確に検出できない場合がある。このような場合には、次のようにエッジ２００ａ及び２００ｂを検出してパターン２００のパターン幅を算出する。
【００４４】
図４（ｂ）に示した二次電子検出器６０ａにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置Ｄをエッジ２００ａのボトムエッジの位置として検出する。エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ａからエッジ２００ｂより離れた位置に形成されたエッジ２００ａの位置を検出する。
【００４５】
図４（ｃ）に示した二次電子検出器６０ｂにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量が極小であるときの電子ビームの照射位置Ａをエッジ２００ｂのボトムエッジの位置として検出する。エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ｂからエッジ２００ａより離れた位置に形成されたエッジ２００ｂの位置を検出する。
【００４６】
また、図４（ｄ）に示した二次電子検出器６０ａ及び６０ｂにより検出された電子量に基づいて、エッジ検出器２０２ｃは、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量と二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量との和の変化が極大であるときの電子ビームの照射位置Ｂ及びＣをエッジ２００ｂのトップエッジ及びエッジ２００ａのトップエッジとして検出する。
【００４７】
パターン幅算出部２０６は、エッジ検出器２０２ａが検出したエッジ２００ａボトムエッジの位置Ｄと、エッジ検出器２０２ｂが検出したエッジ２００ｂのボトムエッジの位置Ａとに基づいて、パターン２００のパターン幅を算出する。また、パターン幅算出部２０６は、エッジ検出器２０２ａが検出したエッジ２００ａのボトムエッジの位置Ｄと、エッジ検出器２０２ｃが検出したエッジ２００ａのトップエッジの位置Ｃとに基づいて、エッジ２００ａの水平長さを算出する。また、パターン幅算出部２０６は、エッジ検出器２０２ｂが検出したエッジ２００ｂのボトムエッジの位置Ａと、エッジ検出器２０２ｃが検出したエッジ２００ｂのトップエッジの位置Ｂとに基づいて、エッジ２００ｂの水平長さを算出する。水平方向とは、ウェハ６４の面内方向で、パターン２００に略垂直な方向である。
【００４８】
図５は、電子ビーム露光装置１００が備えるパターン幅測長手段の構成の他の例を示す。本例の各構成要素の動作及び構成は、以下に説明する部分を除き、図１から図４に説明した動作及び構成と同一である。
【００４９】
パターン幅測長手段は、電子ビームがウェハ６４又はパターン２００に照射されることによって発生する二次電子を検出する二次電子検出器６０ｃ及び二次電子検出器６０ｄをさらに備える。二次電子処理部９０は、二次電子検出器６０ｃ及び二次電子検出器６０ｄにより検出された二次電子の電子量を示すデータを出力し、統括制御部１３０に供給する。また、統括制御部１３０は、二次電子検出器６０ｃにより検出された二次電子の電子量を示すデータと二次電子検出器６０ｄにより検出された二次電子の電子量を示すデータとを加算する加算器２０５をさらに有する。
【００５０】
二次電子検出器６０ｃ及び６０ｄは、対物レンズ５２の上方、即ち対物レンズ５２から電子銃１２の方向に設けられ、電子ビームがウェハ６４又はパターン２００に照射されることによって発生する二次電子を対物レンズ５２を介して検出する。また、二次電子検出器６０ｃ及び６０ｄは、二次電子検出器６０ａから二次電子検出器６０ｂへの方向と略垂直な方向に沿って、電子ビームの光軸Ａに対して対向する位置に設けられることが好ましい。
【００５１】
エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ｃ及び６０ｄのうちの二次電子検出器６０ｃにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ｃの位置を検出する。エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ｃ及び６０ｄのうちの二次電子検出器６０ｄにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ｄの位置を検出する。エッジ検出器２０２ｃは、加算器２０５の出力、即ち二次電子検出器６０ｃにより検出された二次電子の電子量と二次電子検出器６０ｄにより検出された二次電子の電子量との和に基づいて、パターン２００のエッジ２００ｃ及び２００ｄの位置を検出する。
【００５２】
エッジ２００ｃからエッジ２００ｄの方向と二次電子検出器６０ａから二次電子検出器６０ｂへの方向とがなす角度が、エッジ２００ｃからエッジ２００ｄの方向と二次電子検出器６０ｃから二次電子検出器６０ｄへの方向とがなす角より大きい場合、エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ａに代えて、二次電子検出器６０ｃにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ｃの位置を検出し、エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ｂに代えて、二次電子検出器６０ｄにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ｄの位置を検出する。
【００５３】
換言すると、エッジ検出器２０２ａ及び２０２ｂは、二次電子検出器６０ｃから二次電子検出器６０ｄへの方向に沿って形成されたパターン２００のエッジ２００ａの位置及び２００ｂの位置をそれぞれ検出する。また、エッジ検出器２０２ｃ及び２０２ｄは、二次電子検出器６０ａから二次電子検出器６０ｂへの方向に沿って形成されたパターン２００のエッジ２００ｃの位置及び２００ｄの位置をそれぞれ検出する。
【００５４】
即ち、パターン幅算出手段は、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂとは異なる位置に設けられた二次電子検出器６０ｃ又は６０ｄを備え、エッジ検出器２０２ａは、パターン２００のエッジの向きに基づいて、二次電子検出器６０ａ及び６０ｃのいずれかを選択し、選択した二次電子検出器６０ａ又は６０ｃにより検出された二次電子の電子量に基づいて、エッジ２００ａ又は２００ｃの位置を検出し、エッジ検出器２０２ｂは、パターン２００のエッジの向きに基づいて、二次電子検出器６０ｂ及び６０ｄのいずれかを選択し、選択した二次電子検出器６０ｂ又は６０ｄにより検出された二次電子の電子量に基づいて、エッジ２００ｂ又は２００ｄの位置を検出する。
【００５５】
したがって、エッジ検出器２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃは、ウェハ６４におけるパターン２００の配線方向、又はエッジの長手方向に基づいて、二次電子検出器６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、及び６０ｄを選択することにより、パターン２００のエッジを精度良く検出することができる。そのため、パターン幅算出部２０６は、エッジ検出器２０２ａ、２０２ｂ、又は２０２ｃが検出したパターン２００のエッジの位置に基づいて、パターン２００のパターン幅を精度良く算出することをできる。
【００５６】
図６は、パターン幅測長方法のフローの一例を示す。まず、電子銃１２は、電子ビームを発生し（Ｓ１００）、主偏向器５６又は副偏向器５８は、ウェハ６４に形成されたパターン２００上で電子ビームを走査させる（Ｓ１０２）。次に、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂは、電子ビームがウェハ６４又はパターン２００に照射されることによって発生する二次電子を検出する（Ｓ１０４）。次に、エッジ検出器２０２ａは、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂのうちの二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ａの位置を検出し、エッジ検出器２０２ｂは、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂのうちの二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量に基づいて、パターン２００のエッジ２００ｂの位置を検出する（Ｓ１０６）。次に、パターン幅算出部２０６は、エッジ検出部２０２ａ及び２０２ｂがそれぞれ検出したエッジ２００ａの位置及びエッジ２００ｂの位置に基づいて、パターン２００のパターン幅を算出する（Ｓ１０８）。
【００５７】
なお、電子ビーム露光装置１００は、ウェハ６４に露光処理を施してパターン２００を形成した後、形成したパターン２００のパターン幅を上述したパターン幅測長方法によって測長してもよい。また、電子ビーム露光装置１００は、上述したパターン幅測長方法によってパターン２００のパターン幅を測長した後、測長結果に基づいて電子光学系を調整し、他のウェハに露光処理を施してもよい。電子ビーム露光装置１００は、パターン２００のパターン幅を精度良く測長できるので、測長結果に基づいて露光処理を行うことによりウェハにパターンを精度良く露光することができる。
【００５８】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５９】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、電子ビームを用いてウェハ上に形成されたパターンのパターン幅を精度よく測長するパターン幅測長装置、パターン幅測長方法、及び電子ビーム露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビーム露光装置１００の構成の一例を示す図である。
【図２】パターン幅測長手段の構成の一例を示す図である。
【図３】（ａ）は、ウェハ６４上に形成されたパターン２００の断面図である。（ｂ）は、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量を示す図である。（ｃ）は、二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す図である。（ｄ）は、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す図である。
【図４】（ａ）は、ウェハ６４上に形成されたパターン２００の断面図である。（ｂ）は、二次電子検出器６０ａにより検出された二次電子の電子量を示す図である。（ｃ）は、二次電子検出器６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す図である。（ｄ）は、二次電子検出器６０ａ及び６０ｂにより検出された二次電子の電子量を示す図である。
【図５】パターン幅測長手段の構成の他の例を示す図である。
【図６】パターン幅測長方法のフローの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・筐体、１２・・・電子銃、１４・・・第１電子レンズ、１６・・・第１スリット部、２０・・・第２電子レンズ、２２・・・第１偏向器、２６・・・第２偏向器、２８・・・第３電子レンズ、３０・・・マスク、３２・・・第４電子レンズ、３４・・・第３偏向器、３６・・・ブランキング電極、３８・・・第４偏向器、４０・・・第５電子レンズ、４６・・・第６電子レンズ、４８・・・ラウンドアパーチャ部、５０・・・第７電子レンズ、５２・・・対物レンズ、５６・・・主偏向器、５８・・・副偏向器、６０・・・二次電子検出器、６２・・・ウェハステージ、６４・・・ウェハ、６８・・・マスクステージ駆動部、７０・・・ウェハステージ駆動部、７２・・・マスクステージ、８２・・・偏向制御部、８４・・・マスクステージ制御部、８６・・・ブランキング電極制御部、８８・・・電子レンズ制御部、９０・・・二次電子処理部、９２・・・ウェハステージ制御部、１００・・・電子ビーム露光装置、１１０・・・電子ビーム照射系、１１２・・・マスク用投影系、１１４・・・焦点調整レンズ系、１１６・・・ウェハ用投影系、１２０・・・個別制御部、１３０・・・統括制御部、１４０・・・制御系、１５０・・・露光部、２００・・・パターン、２００ａ・・・エッジ、２００ｂ・・・エッジ、２０２ａ・・・エッジ検出器、２０２ｂ・・・エッジ検出器、２０２ｃ・・・エッジ検出器、２０４・・・加算器、２０６・・・パターン幅算出部、２０８・・・表示部
【図１】
2004125737.tif 000003
【図２】
2004125737.tif 000004
【図３】
2004125737.tif 000005
【図４】
2004125737.tif 000006
【図５】
2004125737.tif 000007
【図６】
2004125737.tif 000008