(57)【要約】【課題】  定量的な評価基準によって、半導体ウエハ等の試料上に転写された露光パターンの解像性評価を行う解像性評価方法及び解像性評価装置を提供する。【解決手段】  露光パターンの解像性評価を、露光パターンを撮像して、撮像画像中の２つのパターンエッジ位置を撮像画像の画素値に関する閾値に基づき決定し、このパターンエッジ位置の間の距離を閾値を変えて複数回測長し、閾値とパターンエッジ位置の間の距離との関係を近似する所定の近似式のパラメータを決定し、このパラメータに基づいて行うこととする。【選択図】      図１
2005123318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のマスクパターンに対応する露光パターンが表面に転写された試料を撮像し、
前記撮像により得られた画像における、前記露光パターンに対応する撮像パターンの２つのパターンエッジ位置を、前記画像の画素値に関する閾値に基づき決定し、
決定された前記パターンエッジ位置の間の距離を、前記閾値を変えて複数回測長し、
測長された各前記測長値と各前記閾値とに基づいて、前記閾値と前記パターンエッジ位置の間の距離との関係を近似する所定の近似式のパラメータを決定し、
決定される前記パタメータに基づき前記露光パターンの解像性を評価する、試料に転写された露光パターンの解像性評価方法。
【請求項２】
露光条件を変えて前記マスクパターンを複数回転写した試料について、前記パラメータ値をおのおの求め、前記パラメータ値に基づき前記試料の露光条件を決定することを特徴とする請求項１に記載の解像性評価方法。
【請求項３】
前記撮像を、前記試料上に電子ビームを走査させて照射し、前記試料表面で反射した電子を検出することにより、前記電子ビームの各走査位置に応じた前記電子の各検出量に基づいて前記パターンの２次元反射電子像を生成することにより行う請求項１または２に記載の解像性評価方法。
【請求項４】
所定のマスクパターンに対応する露光パターンが表面に転写された試料を撮像する撮像手段と、
前記撮像により得られた画像における、前記露光パターンに対応する撮像パターンの２つのパターンエッジ位置を、前記画像の画素値に関する閾値に基づき決定するパターンエッジ位置決定手段と、
決定された前記パターンエッジ位置の間の距離を、前記閾値を変えて複数回測長する測長手段と、
測長された各前記測長値と各前記閾値とに基づいて、前記閾値と前記パターンエッジ位置の間の距離との関係を近似する所定の近似式のパラメータを決定する近似手段と、
決定される前記パタメータに基づき前記露光パターンの解像性を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする試料に転写された露光パターンの解像性評価装置。
【請求項５】
露光条件を変えて前記マスクパターンを複数回転写した試料について、前記パラメータ値をおのおの求め、前記パラメータ値に基づき前記試料の露光条件を決定する露光条件決定手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の解像性評価装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、
撮像用電子ビームを発生させる撮像用電子ビーム源と、
前記撮像用電子ビームを、表面に所定のパターンが露光された試料上で走査させる撮像用電子ビーム走査手段と、
前記試料の表面で反射した電子を検出する電子検出手段と、
前記電子ビームの各走査位置に応じた前記電子検出手段の各検出量に基づいて前記パターンの２次元反射電子像を生成する反射電子像生成手段とを備えることを特徴とする請求項４に記載の解像性評価装置。
【請求項７】
請求項４〜６に記載の解像性評価装置、ならびに、
前記試料に照射する露光用電子ビームを発生する露光用電子ビーム源と、
前記露光用電子ビームの経路に配置される、所定のマスクパターンを有するマスクと、
前記露光用電子ビームを前記マスク上に走査する露光用電子ビーム走査手段と、を有し、
前記マスクを通過した電子ビームによって、前記マスクパターンに対応する露光パターンを前記試料表面に転写する電子線露光装置を備え、
前記露光パターンの解像性を評価することを特徴とする電子線露光システム。
【請求項８】
露光条件を変えて前記マスクパターンを転写した複数の試料について、前記パラメータ値をおのおの求め、前記パラメータ値に基づき前記試料の露光条件を決定することを特徴とする請求項７に記載の電子線露光システム。
【請求項９】
前記露光条件は、前記露光用電子ビームの平行度状態もしくは非点収差状態、又は前記マスクと前記試料との間隔のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項８に記載の電子線露光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光により試料上に転写されたパターンの解像性の評価方法及び装置に関するものであり、特に半導体集積回路などの製造工程において使用される、微細な露光パターンを有するマスクを半導体ウエハ等の試料の表面に近接して配置し、マスクを通過した電子ビームで露光を行う電子ビーム近接露光における、試料に露光された露光パターンの解像性を評価する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化のニーズに伴い、回路パターンの一層の微細化が要望されている。現在、微細化の限界を規定しているのは主として露光装置であり、電子ビーム直接描画装置やＸ線露光装置などの新しい方式の露光装置が開発されている。
【０００３】
最近では新しい方式の露光装置として、量産レベルで超微細加工用に使用可能な電子ビーム近接露光装置が開示されている（例えば特許文献１、及びこれに対応する日本国特許出願の特許文献２）。
【０００４】
図９は上記電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この電子ビーム近接露光装置１０は、主として電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１８、及び整形アパーチャ１６を含む電子銃１２と、主偏向器２１、２２及び副偏向器５１、５２を含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２４と、マスク３０と、静電チャック４４と、ウエハステージ４６とから構成されている。
【０００５】
前記マスク３０は、静電チャック４４に吸着されたウエハ４０に近接するように（マスク３０とウエハ４０との隙間が、例えば５０μｍとなるように）配置される。この状態で、マスク３０に垂直に電子ビームを照射すると、マスク３０のマスクパターンを通過した電子ビームがウエハ４０上のレジスト層４２に照射される。
走査手段２４中の主偏向器２１、２２は、図１０に示すように電子ビーム１５がマスク３０の全面を走査するように電子ビーム１５を偏向制御する。これにより、マスク３０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。
【０００６】
ウエハステージ４６は、静電チャック４４に吸着されたウエハ４０を水平の直交２軸方向に移動させるもので、マスクパターンの等倍転写が終了するごとにウエハ４０を所定量移動させ、これにより１枚のウエハ４０に複数のマスクパターンを転写できるようにしている。このように、電子ビーム近接露光装置では、マスク３０とウエハ４０の近接に配置し、マスク３０の全面を電子ビーム１５が走査することにより、マスクパターンを転写する。なお、ウエハステージ４６は垂直方向に静電チャック４４を昇降して、マスク３０及び試料４０間のギャップを調整することも可能である。
【０００７】
マスク３０及び試料４０上のレジスト層４２に照射される電子ビーム１５が平行ビームになっていないと、レジスト層４２に転写されるパターンの解像度が低下する。図１１を用いてこの理由を説明する。
図１１（ａ）は、平行ビーム１５’及び非平行ビーム１５が、おのおのマスク３０を通過して、試料４０上のレジスト層４２に照射される様子を示し、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示されるレジスト層４２部分に照射された電子ビームのエネルギー量の、パターン線幅方向のエネルギー分布を示す。
【０００８】
図１１（ａ）に示すとおり、平行ビーム１５’は、マスク３０の開口部を通過した後も、そのままパターン線幅を維持してレジスト層４２にシャープに照射されるのに対して、斜め成分を有する非平行ビーム１５は、マスク３０の開口部を通過した後、僅かに分散しながら進行するため、レジスト層４２に照射されたとき、パターンエッジ部分４７がボケることになる。
したがって、図１１（ｂ）に示すとおり、平行ビーム１５’によるエネルギー蓄積量分布は、そのパターンエッジ部分における立ち上がりがシャープであるのに対して、実線または鎖線で示される非平行ビーム１５によるエネルギー蓄積量分布は、パターンエッジ部分における立ち上がりが、やや緩やかな分布曲線を構成する。
【０００９】
ここで、電子ビーム１５が照射されたレジスト層４２は、所定のエネルギー蓄積量閾値Ｅｔｈの電子ビームが照射された部分のみが、その後の現像工程において除去又は残されて試料４０上にパターンを形成する。しかし、上述のようにパターンエッジ部分のエネルギー蓄積量分布の立ち上がりが緩やかになると、蓄積される電子ビームの強度にばらつきが生じる。この結果、所定の閾値Ｅｔｈを超えるエネルギー量が蓄積されるパターン線幅に、誤差Δｗが生じて解像度が低下することになる。
【００１０】
上述の解像度の低下は、電子ビーム１５が非点収差を有する場合にも同様に生じる。例えば試料４０上で図１２（ａ）に示すような真円となるべき電子ビーム１５の断面形状が、非点収差により図１２（ｂ）に示すようにＹ２方向に長い楕円の断面形状の電子ビーム１５’となると、Ｙ２方向の電子ビームの斜め成分を有する。このため、上述の非平行電子ビーム１５の場合と同様にＹ２方向のボケが大きくなりＹ２方向の解像性が低下する。
また、非点収差により図１２（ｃ）に示すようにＹ１方向に長い楕円の断面形状の電子ビーム１５”となると、Ｙ１方向のボケが大きくなりＹ１方向の解像性が低下する。
【００１１】
このため、電子ビーム近接露光装置１０は、電子ビーム１５の試料４０上に照射される電子ビーム１５の断面形状を変更して電子ビーム１５の非点収差を修正するための、Ｙ軸非点収差コイル９及びＸ軸非点収差コイル１１を備えている。Ｙ軸及びＸ軸非点収差コイル９、１１は、図１２（ｄ）に示すようにＹ軸非点収差コイル９を成すコイルＹＣ１１、ＹＣ１２、ＹＣ２１、ＹＣ２２と、及びＸ軸非点収差コイル１１を成すコイルＸＣ１１、ＸＣ１２、ＸＣ２１、ＸＣ２２とを組み合わせて構成され８極子コイルを形成する。
【００１２】
図示するように、Ｘ軸非点収差コイル１１は、Ｙ軸非点収差補正コイル９に対して４５°回転された状態で配置され、ＹＣ１１とＹＣ１２、ＹＣ２１とＹＣ２２、ＸＣ１１とＸＣ１２、ＸＣ２１とＸＣ２２は各々対向して配置されている。非点収差補正コイル９、１１は一般的に同一平面上に構成されるが、図１０では本発明の説明を容易にするために分離して図示した。
【００１３】
近年、パターン線幅のばらつきの許容範囲は、半導体集積回路の高集積化に伴って非常に厳しくなっている。例えば現在の６５ｎｍノードの半導体集積回路で許される許容範囲は６．５ｎｍ以内とされている。
このため従来は、試験露光したパターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で撮像してその解像性を評価し、解像性が最良となるように、電子ビーム平行度、非点収差、マスク３０〜試料４０間ギャップ等の露光条件を調整していた。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第5,831,272号公報（全体）
【特許文献２】日本特許第2951947号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の露光パターンの解像性評価は、撮像した露光パターンの線幅等を測長し、その測長結果を設計上の所望の線幅と比較するといった手段により行われており、最良の解像状態を把握する基準が明確になっていなかった。また上記手段を人間系によって行っていたために各オペレータの個人差等による撮像画像の解像性差が生じ、露光条件の設定に個人差が生じていた。
【００１６】
上記事情を鑑みて、本発明では、明確な評価基準によって解像性評価を自動的に行うことが可能な、半導体ウエハ等の試料上に転写された露光パターンの解像性評価方法及び解像性評価装置を提供することを目的とする。
【００１７】
さらにまた、本発明は、本発明で提供される解像性評価方法により、最良の露光条件を設定しうる電子線露光装置を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するために、本発明の第１形態に係る解像性評価方法では、解像性を評価する露光パターンを撮像して、撮像画像中の２つのパターンエッジ位置を、撮像画像の画素値に関する閾値に基づき決定し、このパターンエッジ位置の間の距離を閾値を変えて複数回測長し、閾値とパターンエッジ位置の間の距離との関係を近似する所定の近似式のパラメータを決定し、このパラメータに基づき前記露光パターンの解像性を評価することとする。
【００１９】
図１（ａ）に、本発明の第１形態に係る解像性評価方法のフローチャートを示す。
ステップＳ１０１において、所定のマスクパターンに対応する露光パターンが表面に転写されている試料を撮像する。図１（ｂ）に、撮像された画像を例示する。
【００２０】
図示するとおり、撮像画像は明度情報を有するグレースケール画像であり、図中においてマスク開口部に対応する露光パターンは、比較的明部として撮像され、それ以外の部分が比較的暗部として撮像されている。
また、その境界領域であるパターンエッジ部分が階調としてあらわれている。
【００２１】
ステップＳ１０２において、下記ステップ１０３でパターンエッジ位置を決定する際に基準として使用する撮像画像の画素に関する閾値を決定する。この閾値は、例えば撮像画像の画素の明度に関する閾値とする。
【００２２】
ステップＳ１０３において、撮像画像における、撮像パターンの２つのパターンエッジ位置を、前記閾値に基づき決定する。図１（ｂ）に示される撮像画像の例では、明度５０％以上となる境界の位置をパターンエッジ部として決定する。
【００２３】
ステップＳ１０４において、２つのパターンエッジ位置間の距離を測長する。以上のステップＳ１０３及びＳ１０４を、閾値を変更しながら繰り返し、各閾値とこれに対応する測長距離とを記憶する。
【００２４】
ステップＳ１０６において、各測長値と各閾値とに基づいて、閾値とパターンエッジ位置の間の距離との関係を近似する所定の近似式のパラメータを決定する。
【００２５】
ステップＳ１０７において、決定される前記パラメータに基づき前記露光パターンの解像性を評価する。ここで転写された露光パターンの解像性が高ければ、閾値の変化に対する測長値の変化が小さい（または測長値の変化に対する閾値の変化が大きい）ので、近似に使用する所定の近似式の性質と決定された近似パラメータの数値とにより、解像性を定量的に評価することが可能となる。
【００２６】
また、本発明の第２形態に係る解像性評価装置は、所定のマスクパターンに対応する露光パターンが表面に転写された試料を撮像する撮像手段と、撮像により得られた画像における、露光パターンに対応する撮像パターンの２つのパターンエッジ位置を、画像の画素値に関する閾値に基づき決定するパターンエッジ位置決定手段と、決定されたパターンエッジ位置の間の距離を、前記閾値を変えて複数回測長する測長手段と、測長された各前記測長値と閾値とに基づいて、閾値とパターンエッジ位置の間の距離との関係を近似する所定の近似式のパラメータを決定する近似手段と、このパラメータに基づき露光パターンの解像性を評価する評価手段と、を備えることとする。
なお、前記撮像手段には、従来の走査型電子顕微鏡を使用することとしてよい。
【００２７】
さらに、本発明の第３形態に係る電子線露光システムは、前記解像性評価装置、ならびに、試料に照射する露光用電子ビームを発生する露光用電子ビーム源と、露光用電子ビームの経路に配置される、所定のマスクパターンを有するマスクと、露光用電子ビームを前記マスク上に走査する露光用電子ビーム走査手段と、を有し、前記マスクを通過した電子ビームによって、マスクパターンに対応する露光パターンを試料表面に転写する電子線露光装置を備え、露光パターンの解像性を評価することとする。
【発明の効果】
【００２８】
上記するように、本発明によって、ある露光条件において露光した露光パターンの解像性を定量的に取り扱うことができる。したがって、露光条件を変えてマスクパターンを複数回転写した試料について、パラメータ値をおのおの求め、このパラメータ値に基づき試料の露光条件を決定することにより、露光条件の最適化を図ること可能となる。
【００２９】
露光パターンの解像性を定量的に取り扱うことにより、複数回行った露光間の解像性の均一化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面に従って、本発明に係る解像性評価方法及び解像性評価装置、並びに電子ビーム露光システムの望ましい実施の形態について説明する。
【００３１】
図２は、本発明に係る電子ビーム近接露光システムの構成略図である。電子ビーム近接露光システムは、解像性評価装置８０と、電子ビーム近接露光装置１０とを備えている。電子ビーム近接露光装置１０の構成は、図９に示した構成に類似した構成を有するので、同一の機能部分に同一の参照番号を付して表し説明を省略する。
【００３２】
解像性評価装置８０は、撮像用電子ビームを発生させる撮像用電子ビーム源８１と、この電子ビームを、表面に所定のパターンが露光された試料４０上で走査させる撮像用電子ビーム走査手段である偏向器８４と、偏向器８４による電子ビームの走査位置を制御する偏向器制御部８６と、試料４０の表面で反射した電子を検出する電子検出器８５と、電子ビームの各走査位置に応じた電子検出器の出力信号を処理してディジタル信号情報に変換する信号処理回路８７とを備えている。
【００３３】
解像性評価装置８０は、コンピュータ等の計算機８９を有している。電子ビームの各走査位置情報と各反射電子検出量情報とは、偏向器制御部８６と信号処理回路８７とによりそれぞれ計算機８９のデータバスに供給される。計算機８９は、電子ビームの各走査位置と各反射電子検出量に基づいて生成された撮像パターンの２次元反射電子像を生成する。
解像性評価装置８０は、上記の構成により撮像手段を有するが、この撮像手段は通常の走査型電子顕微鏡を利用することとしてよい。
【００３４】
また、解像性評価装置８０は、上記の撮像手段により得られた画像（撮像画像）に含まれる、露光パターンに対応するパターン（撮像パターン）の２つのパターンエッジ位置を決定するパターンエッジ位置決定部９０と、決定された前記パターンエッジ位置の間の距離を測長する測長部９１とを備える。
【００３５】
パターンエッジ位置決定部９０は、撮像画像中のパターンエッジ部分を含む部分画像の位置情報と、各画素の画素値の閾値とを与えられ、与えられた閾値条件を満たす画素領域の境界位置をパターンエッジ位置として決定する。
【００３６】
例えば図１（ｂ）に例示されるようなグレースケールの撮像画像では、前記閾値は、画素値である明度に関して与えられる。いま、撮像画像中の一部分のパターンの、所定方向（Ｘ方向とする）についての明度変化を図３に示す。閾値として、例えば明度５０％が与えられると、明度５０％以上となる画素領域と明度５０％未満となる画素領域との境界位置をパターンエッジ位置として決定する。なお、撮像画像がカラー画像のように色彩の変化で撮像画像を表示する場合、閾値は明度に関するものだけでなく、彩度、色相等の各画素値に関して設定してもよい。
【００３７】
そして、測長部９１は、図３に示すように、パターンエッジ位置決定部９０により決定された２つのパターンエッジ部分間の距離を測長する。
測長部９１は、解像性評価装置８０が有する前記撮像手段により得られた同一の撮像画像に対し、パターンエッジ位置決定部９０に与える閾値を変えながら複数回測長を行う。
【００３８】
さらにまた、解像性評価装置８０は、測長された各測長値と各閾値とに基づいて、閾値とパターンエッジ位置の間の距離との関係を近似する所定の近似式の近似パラメータを決定する近似部９２と、決定されたパラメータに基づき露光パターンの解像性を評価するパラメータ評価部９３を備える。そして、パラメータ評価部９３は、試料４０に露光された露光パターンの解像性評価に基づいて、電子ビーム近接露光装置１０の最適の露光条件を決定する露光条件決定部９４を有する。
【００３９】
さらに、解像性評価装置８０は、解像性評価の対象となる露光パターンが転写された試料４０の露光条件に関するデータを、電子ビーム近接露光装置１０から入力するデータ入出力部９５を備える。データ入出力部９５はまた、パラメータ評価部９３内の露光条件決定部９４により決定された最適の露光条件を、電子ビーム近接露光装置１０へと出力する。データ入出力部９５により入出力されるデータは、記憶部９６に保存される。
【００４０】
なお、これらパターンエッジ位置決定部９０、側長部９１、近似部９２、パラメータ評価部９３、データ入出力部９５、記憶部９６もまた、解像性評価装置８０側の計算機８９のデータバスに接続されている。
【００４１】
一方、電子ビーム近接露光装置１０は、照射レンズ１８を制御して電子ビーム１５の平衡状態を調整する照射レンズ制御部７１と、非点収差コイル９、１１を制御して電子ビーム１５の非点収差状態を調整する非点収差コイル制御部７２と、ウエハステージ４６を制御して試料４０とマスク３０との間のギャップを調整するステージ制御部７３を備える。これら照射レンズ制御部７１、非点収差コイル制御部７２及びステージ制御部７３は、電子ビーム近接露光装置１０側の計算機７４のデータバスに接続されて、データをやりとりすることが可能である。
【００４２】
また、電子ビーム近接露光装置１０は、解像性評価の対象となる露光パターンが転写された試料４０の露光条件に関するデータを、解像性評価装置８０へ出力するデータ入出力部７５を備える。データ入出力部７５はまた、解像性評価装置８０から最適の露光条件を入力する。データ入出力部７５により入出力されるデータは、電子ビーム近接露光装置１０の記憶部７６に記憶される。
【００４３】
さらに、電子ビーム近接露光装置１０は、記憶部７６に記憶された露光条件に基づき、照射レンズ制御部７１及び非点収差コイル制御部７２、並びにステージ制御部７３を駆動して、それぞれ電子ビーム１５の平行度状態及び非点収差状態、並びにマスク３０と試料４０の間のギャップを調整する露光条件制御部７７を備えている。
【００４４】
これら照射レンズ制御部７１、非点収差コイル制御部７２、ステージ制御部７３は、データ入出力部７５、記憶部７６、及び露光条件制御部７７は、電子ビーム近接露光装置１０側の計算機７４のデータバスに接続されてデータをやりとりすることが可能である。
【００４５】
解像性評価装置８０側のデータ入出力部９５と、電子ビーム近接露光装置１０側のデータ入出力部７５とのデータのやりとりは、オンラインで行われてもよく、その他フレキシブルディスクやＣＤ―ＲＯＭ、メモリカードなどの記憶メディアによりオフラインで行われてもよい。また非接触ＩＣチップなどの記憶メディアを評価対象の試料４０に貼付して、解像性評価装置８０側と電子ビーム近接露光装置１０側とにリーダライタを設けて、試料４０とともにデータをやりとりしてもよい。
【００４６】
図４は、本発明に係る電子ビーム近接露光システムの動作フローチャートである。
ステップＳ２０１において、電子ビーム近接露光装置１０の露光条件制御部７７は、解像性を評価する露光パターンを露光するため露光条件をある値に設定する。ここに露光条件とは、例えば電子ビーム１５の平行度の調整量である照射レンズ制御部７１の制御量や、電子ビーム１５の非点収差の調整量である非点収差コイル９又は１１の制御量や、試料４０とマスク３０との間のギャップ量としてよい。
【００４７】
ステップＳ２０２において、電子ビーム近接露光装置１０は、露光条件制御部７７が定めた露光条件の下で、試料４０表面に塗布されたレジスト層４２に、マスク３０が有するマスクパターンを露光して転写する。
【００４８】
ステップＳ２０３において露光済みの試料４０を、解像性評価装置８０内に載置して、上述の撮像手段により、マスクパターンに対応してレジスト層４２に露光されたパターン（露光パターン）を撮像する。すなわち、撮像用電子ビーム源８１により発生させた電子ビーム８２を、偏向器８４により試料４０上で走査させて照射し、試料４０表面で反射した電子を電子検出器８５により検出して、電子ビームの各走査位置に応じた電子検出器の出力信号の強度分布画像を取得する。
【００４９】
レジスト層４２のうち、露光により電子ビーム１５が照射された部分には電子が打ち込まれて帯電しているため、電子ビーム１５が照射されていない部分とは、電子の反射量が異なる。したがって取得される画像（撮像画像）は、図１（ｂ）に例示されるようなグレースケールの２次元反射電子像となる。そして、マスク開口部に対応する露光パターンは、比較的明部として撮像され、それ以外の部分が比較的暗部として撮像されている。その境界領域であるパターンエッジ部分が階調としてあらわれている。
【００５０】
ステップＳ２０４において、パターンエッジ位置決定部９０に与える、撮像画像の画素値に関する閾値を決定する。ここでは、明部と暗部の境界部分である明度が変化する領域内のいずれかの位置をパターンエッジとして決定するために、明度に関する閾値を定めることとする。
【００５１】
ステップＳ２０５において、パターンエッジ位置決定部９０は、撮像画像中に露光パターンに対応して撮像されたパターン（撮像パターン）の、パターンエッジ位置を決定する。
【００５２】
まず、解像性評価のためのサンプルとなるパターン部分として、パターンエッジ部分を含むパターン部分が撮像画像中から選ばれ、その位置情報がパターンエッジ位置決定部９０に与えられる。この位置情報は、オペレータがＳＥＭ観測をしてパターンエッジ部分を含むパターン部分を任意に選んで与えてもよく、マスクパターンのＣＡＤデータから、パターンエッジ部分を含むパターン部分を自動的に選択してもよい。
【００５３】
ここで、パターンエッジ位置決定部９０がパターンエッジ位置を決定する２つのパターンエッジ部分は、必ずしも図５（ａ）に示すように、１つのパターン線について対向する両エッジ部分を選択する必要はないが、少なくとも、図５（ｂ）に示すように、撮像パターンのパターンエッジ方向と直交する方向（パターンの暗部と明部の境界に生じる階調の変化方向、すなわち撮像パターンの線幅方向）に延びる直線上の２点を選択することが好適である。
【００５４】
そして、パターンエッジ位置決定部９０は、パターンエッジ部分（パターンの暗部と明部の境界部分）において、与えられた閾値条件を満たす画素領域の境界位置を、上述のようにパターンエッジ位置として決定する。
【００５５】
ステップＳ２０６において、パターンエッジ位置決定部９０により決定された２つのパターンエッジ位置間の距離を測長する。
そして、ステップＳ２０５のパターンエッジ位置決定とステップＳ２０６の測長は、解像性評価のために必要な回数だけ、閾値を変更して複数回繰り返して行われる（ステップＳ２０７）。
【００５６】
ステップＳ２０８において、近似部９２は、測長された複数の各測長値とこれに対応する各閾値とに基づいて、閾値とパターンエッジ位置の間の距離との関係を所定の近似式で近似する。この近似式は、１次関数による直線近似を含む多項式近似や、正規分布曲線による近似等の種々の近似式を利用してよい。このとき近似部９２は、近似に使用する前記近似式に含まれる近似パラメータを決定する。例えば、近似式として直線近似を使用する場合、近似パラメータを直線の傾斜ａとしてよい。この近似パラメータは、閾値の変化量に対する、パターンエッジ位置の間の距離の変化量を定量的に示す。
図６に測長された複数の各測長値とこれに対応する各閾値のプロット結果と、これに基づきえられた近似式のグラフを例示する。
【００５７】
上記ステップＳ２０２からＳ２０８を、電子ビーム近接露光装置１０の露光条件を変化させて、解像性評価のために必要な回数だけ、閾値を変更して複数回繰り返して行い、複数の露光条件に対応する複数の近似パラメータを取得する（ステップＳ２０９）。図７（ａ）は、露光条件を変化させて取得した閾値とパターンエッジ位置間の距離との関係を示し、図７（ｂ）は露光条件と近似パラメータとの関係を示す。
【００５８】
このとき近似パラメータは、上述の通り、閾値の変化量に対するパターンエッジ位置の間の距離の変化量を定量的に示す。したがって、露光パターン全域にわたって等しい強度で露光されていれば、ある１つの露光条件下では撮像パターンのどの部分についてパラメータを算出しても同様の数値となる。
【００５９】
したがって、ステップＳ２０２からＳ２０９で、異なる露光条件で露光された露光パターンについて近似パラメータを取得する際には、異なる近似パラメータの間において、同一のパターンエッジ部分において測長されたパターンエッジ間距離の測長値を使用する必要はない。すなわち、取得する各近似パラメータについて、異なるパターンエッジ部分において近似パラメータを所得してよい。
【００６０】
また上述の通り、近似パラメータは、閾値の変化量に対するパターンエッジ位置の間の距離の変化量を示すものであるため、パターンエッジ位置を決定する２つのパターンエッジ部分は、必ずしも図５（ｂ）に示すように、撮像パターンのパターンエッジ方向と直交する方向（パターンの暗部と明部の境界に生じる階調の変化方向、すなわち撮像パターンの線幅方向）に延びる直線上の２点を選択する必要もなく、図８（ａ）に示すように、異なる露光条件の撮像パターンの全てについて、２つのパターンエッジ位置を結んだ直線が、試料上に定められる所定の方向について同一方向であればよい。
【００６１】
なお、非点収差の調整を行う際には、前述した図１２（ｄ）に示す４５°、９０°、１３５°及び１８０°方向のそれぞれの方向について解像性を評価することが望ましい。したがって、したがってこの場合には、解像性評価装置８０が有する前記撮像手段は、図８（ｂ）〜（ｅ）に示すような前記各々の方向に伸長する孤立パターンを撮像し、パターンエッジ位置決定部９０及び測長部９１は、これら各撮像画像を使用してその線幅方向にそれぞれ測長する。これにより４５°、９０°、１３５°及び１８０°方向の各解像性をそれぞれ評価することが好適である。
【００６２】
なお、図４に示すように、近似パラメータを決定する（Ｓ２０８）都度、露光条件を変更して（Ｓ２０９）、露光（Ｓ２０２）を繰り返すのではなく、予め露光条件を変えて、１枚又は複数枚の試料に露光を済ませておき、その後に試料撮像（Ｓ２０３）〜近似パラメータ決定（Ｓ２０８）を、各露光条件で露光された露光パターンに関して繰り返し行い、複数の露光条件に対応する複数の近似パラメータを取得することとしてもよい。
【００６３】
ステップＳ２１０において、パラメータ評価部９３の露光条件決定部９４は、露光条件と近似パラメータとの関係に基づき、露光条件を決定する。
例えば、ステップＳ２０９において露光条件である非点収差の調整量を変え、ステップＳ２０８で直線近似で近似する場合には、近似パラメータである傾きが最大となる非点収差量のとき、撮像画像のパターンエッジ部分における明暗差の変化量が最も大きくなり（すなわちパターンエッジ部分の階調部分の幅が狭くなり）、すなわち解像性が高くなり、このときの非点収差量が最適であることが分かる。このように露光条件を評価することが可能となる。
【００６４】
その後、決定された露光条件データは記憶部９６に記憶され、データ入出力部９５によって、電子ビーム近接露光装置１０に出力される。
電子ビーム近接露光装置１０のデータ入出力部７５は入力された露光条件データを記憶部７６に記憶する。
【００６５】
露光条件制御部７７は、記憶された露光条件データを読み出し、照射レンズ制御部７１、非点収差コイル制御部７２又はステージ制御部７３を制御して、露光条件である電子ビーム１５の平行度状態若しくは非点収差状態、又は試料４０とマスク３０間のギャップ調整を行う。以上により露光条件の最適化を図ることが可能となる。
【００６６】
なお、本システムが決定する近似パラメータにより、撮像画像の画素値の変化量に対するパターンエッジ位置の間の距離（すなわちパターン幅測長値であるクリティカルディジジョン）の変化量を定量的に評価することが可能となるため、異なる露光済み試料４０間の解像性の均一性を確認することが可能となる。
【００６７】
さらに、主偏向器２１、２２による電子ビームの変更領域内（ショット内）における、露光パターンの解像性の均一性を確認することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明を利用すれば、電子線露光等のパターン露光において、試料上に転写されたパターンの解像性を定量的に評価することが可能となり、最良の露光条件を設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）は本発明に係る解像性評価方法のフローチャートであり、（ｂ）は露光パターンの撮像画像の例である。
【図２】本発明に係る電子ビーム近接露光システムの基本構成図である。
【図３】パターンエッジ位置決定部によるパターンエッジ位置の決定方法を説明する図である。
【図４】図２の電子ビーム近接露光システムの動作フローチャートである。
【図５】パターンエッジ位置の決定方法を説明する図（その１）である。
【図６】パターンエッジ位置間距離と、画素値閾値との関係図である。
【図７】（ａ）は複数の露光条件におけるパターンエッジ位置間距離と、画素値閾値との関係図であり、（ｂ）は露光条件と近似パラメータとの関係図である。
【図８】パターンエッジ位置の決定方法を説明する図（その２）である。
【図９】従来の電子ビーム近接露光装置の基本構成図である。
【図１０】マスク全面を走査する電子ビームの制御の説明図である。
【図１１】（ａ）は、試料上のレジスト層に照射される平行ビーム及び非平行ビームの説明図であり、（ｂ）は、照射された電子ビームのエネルギー量のエネルギー分布を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｂ）は、非点収差による電子ビーム断面形状の変化図であり、（ｄ）は図９の電子ビーム近接露光装置における非点収差コイルの構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…電子ビーム近接露光装置
１４…露光用電子ビーム源
１５…露光用電子ビーム
１８…照射レンズ
９、１１…非点収差コイル
３０…マスク
４０…試料
４６…ウエハステージ
７１…照射レンズ制御部
７２…非点コイル制御部
７３…ステージ制御部
７７…露光条件制御部
８０…解像性評価装置
８１…撮像用電子ビーム源
８２…撮像用電子ビーム
８４…偏向器
８５…電子検出器
９０…パターンエッジ位置決定部
９１…測長部
９２…近似部
９３…パラメータ評価部
９４…露光条件決定部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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