(57)【要約】【課題】試料の高さを正確に測定することのできる高さ測定方法と、高さを正確に測定して高い精度で描画することのできる電子ビーム描画装置とを提供する。【解決手段】光の波長を所定値としたときの反射光の光量を測定し、光量が閾値以下である場合には光の波長を変えて反射光の光量を測定する工程を繰り返し、光量が閾値より大きくなる波長で試料の高さを測定する。あるいは、光の波長を変えて反射光の光量を測定し、光量が最大となる波長で試料の高さを測定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に光を照射し、前記試料からの反射光を受光することにより、前記試料の高さを測定する高さ測定方法であって、
前記光の波長を所定値としたときの前記反射光の光量を測定し、前記光量が閾値以下である場合には前記光の波長を変えて前記反射光の光量を測定する工程を繰り返し、前記光量が閾値より大きくなる波長で前記試料の高さを測定することを特徴とする高さ測定方法。
【請求項２】
試料に光を照射し、前記試料からの反射光を受光することにより、前記試料の高さを測定する高さ測定方法であって、
前記光の波長を変えて前記反射光の光量を測定し、前記光量が最大となる波長で前記試料の高さを測定することを特徴とする高さ測定方法。
【請求項３】
光を出射する光源と、前記光をステージ上に載置される試料の表面に収束させる投光レンズと、前記試料の表面で反射した反射光が入射する受光レンズと、前記受光レンズで収束された反射光を受光してその光量を検出する受光素子とを備えた電子ビーム描画装置であって、
前記光源は、少なくとも２波長以上の光を出射し、
前記受光素子で検出した光量から前記光源の波長を決定するよう構成されたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記受光素子で検出した光量が閾値より大きい場合には、その波長を維持し、前記光量が閾値以下である場合には、異なる波長の光が前記光源から出射されるよう構成されたことを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】
前記受光素子で検出した光量が最大となる波長の光が前記光源から出射されるよう構成されたことを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ測定方法および電子ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビーム描画装置などの荷電粒子ビーム描画装置が用いられる。
【０００３】
電子ビーム描画装置は本質的に優れた解像度を有し、また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点を有する。特許文献１には、電子ビーム描画装置を用いた半導体集積回路装置の製造方法が開示されている。
【０００４】
このような電子ビーム描画装置を用いてマスク上に描画する場合、描画位置のずれや電子ビームの焦点ずれなどを避けるために、描画前にマスク表面の正確な高さを測定する必要がある。具体的には、電子ビーム描画装置の高さ測定部において、描画前に、照射領域付近に光を照射して反射光を検出し、マスク表面の高さを測定しておく。そして、測定された高さに応じて、例えば、電子ビームをマスク表面に収束させるレンズを調整する。これにより、電子ビームをマスクの表面に正確に収束させることができる。
【０００５】
ところで、一般にマスクの表面には遮光膜やレジスト膜などの多層膜が形成されており、マスクの種類によって光の反射率が異なる。このため、反射率が低いマスクでは、検出信号の強度が弱くなり、高さ測定の精度が低下するという問題があった。
【０００６】
こうした問題に対して、特許文献１には、高さセンサ部が照射する光の強度をマスク表面の反射率に応じて調整する調整手段を備えた描画装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０３７５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１における高さ測定部は、反射した光量を一定にする調整手段を備えている。この調整手段は、加算器や比較器などの算出手段に基づき、光位置検出器によって検出された信号と、あらかじめ設定された定数とを比較し、その差の信号を光源に出力するものである。
【０００９】
しかし、特許文献１では、調整する信号の値を算出する手段については、説明されているものの、調整された信号により、光源からマスクに照射される入射光量の具体的な出力手段については説明されていない。
【００１０】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、多層膜が設けられた試料の高さを正確に測定することのできる高さ測定方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、多層膜が設けられた試料であっても高さを正確に測定して高い精度で描画することのできる電子ビーム描画装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、試料に光を照射し、試料からの反射光を受光することにより、試料の高さを測定する高さ測定方法であって、
光の波長を所定値としたときの反射光の光量を測定し、光量が閾値以下である場合には光の波長を変えて反射光の光量を測定する工程を繰り返し、光量が閾値より大きくなる波長で試料の高さを測定することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の態様は、試料に光を照射し、試料からの反射光を受光することにより、試料の高さを測定する高さ測定方法であって、
光の波長を変えて反射光の光量を測定し、光量が最大となる波長で試料の高さを測定することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第３の態様は、光を出射する光源と、光をステージ上に載置される試料の表面に収束させる投光レンズと、試料の表面で反射した反射光が入射する受光レンズと、受光レンズで収束された反射光を受光してその光量を検出する受光素子とを備えた電子ビーム描画装置であって、
光源は、少なくとも２波長以上の光を出射し、
受光素子で検出した光量から光源の波長を決定するよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第３の態様は、受光素子で検出した光量が閾値より大きい場合には、その波長を維持し、光量が閾値以下である場合には、異なる波長の光が光源から出射されるよう構成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の第３の態様は、受光素子で検出した光量が最大となる波長の光が光源から出射されるよう構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、多層膜が設けられた試料の高さを正確に測定することのできる高さ測定方法が提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、多層膜が設けられた試料であっても高さを正確に測定して高い精度で描画することのできる電子ビーム描画装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。
【図２】反射光の干渉の説明図である。
【図３】本実施の形態における高さ測定方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。電子ビーム描画装置本体１は、電子銃１１と、ステージ１２と、偏向部１３と、収束レンズ１４とを有する。電子銃１１から放出された電子ビームＢは、ステージ１２の上に載置されたマスクＭに照射される。このとき、偏向部１３と収束レンズ１４によって、電子ビームＢの照射位置が制御される。
【００２２】
マスクＭをステージ１２に載置すると、マスクＭには自重による撓みが生じる。また、マスクＭをステージ１２で下面支持する場合には、マスク固有の厚さおよび平行度もマスクＭの表面高さに影響する。このため、マスクＭの表面形状、厚さ、平行度および撓みの合成による高さ変化によって、電子ビームＢの照射位置がずれたり、焦点がぼけたりして、マスクＭ上に所望のパターンを形成することができなくなる。そこで、マスクＭの表面の高さを正確に測定する必要がある。
【００２３】
ステージ１２上に載置されたマスクＭの高さは、高さ測定部４で測定される。高さ測定部４は、光源４１と、光源４１から照射される光ＬｉをマスクＭ上に収束させる投光レンズ４２と、マスクＭ上で反射した光Ｌｒを受けて収束させる受光レンズ４３と、受光レンズ４３によって収束された光Ｌｒを受光して光の位置を検出する受光素子４４とを有する。受光素子４４には、位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いることができる。
【００２４】
ステージ１２の移動は、制御コンピュータ２によって制御される。すなわち、制御コンピュータ２により、ステージ制御部２１を介して駆動モータ３を駆動させることで、ステージ１２の移動が可能となる。高さ測定部４によって、マスクＭの高さ測定を行う際には、ステージ１２を移動させてマスクＭの測定位置が決められる。
【００２５】
受光素子４４で光の位置が検出されると、高さデータ処理部２２で高さデータが作成される。すなわち、高さデータ処理部２２は、受光素子４４からの出力信号を受けて、この出力信号を、受光素子４４で検出した光の位置に応じたマスクＭ表面の高さデータに変換する。
【００２６】
高さ測定部４では、受光素子４４から２つの信号（Ｉ１、Ｉ２）が出力される。これらの信号は、高さデータ処理部２２に送られる。高さデータ処理部２２では、受光素子４４からの信号がＩ／Ｖ変換アンプで電流値から電圧値に変換された後、各信号Ｖ１、Ｖ２が、非反転増幅アンプによって適切な電圧レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換部でデジタルデータに変換される。そして、このデータを用い、以下に述べるようにして、マスクＭ表面の高さデータが作成される。
【００２７】
具体的には、高さデータ処理部２２において、測定値（Ｖ１、Ｖ２）から（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）の値が計算される（正規化処理）。この値は所定時間間隔（例えば、２０ミリ秒以下）で更新され、得られた値を時間平均して（平均化処理）、マスクＭの表面の高さデータＺ１を得る。尚、平均化処理は、サンプリングデータの最大値と最小値を除いた値に対して行うことができる。
【００２８】
高さデータ処理部２２で生成された高さデータは、制御コンピュータ２を介して、高さ補正演算部２３に転送される。高さ補正演算部２３では、高さデータＺ１に対して、上記と同様の平均化処理が行われた後に直線化補正処理が行われる。
【００２９】
上記の直線化補正処理は、マスクＭ表面の高さ変化の直線性を校正する処理である。具体的には、受光素子４４で得られた正規化データに特定の分解能（ｕｍ／ｂｉｔ）を乗ずれば正確にマスク面の変化を出力するような固有の補正係数を用いて、多項式演算処理を行う。多項式演算の補正係数の算出は、高さの基準となる原器を設置して、その高さを計測した結果を基に、原器の寸法に一致するような固有の多項式近似係数を最小二乗法より求めることで行う。ここで、原器とは、階段状の形状で複数の段差を持ち、段差の寸法が予め精度良く計測してある試料である。電子ビーム描画装置では、マスクＭ表面の高さを電子ビーム描画装置の高さ基準面との相対高さとして計測する必要がある。よって、高さ基準面の高さデータとマスクＭ表面の高さデータの差をとり、マスクＭ表面の高さデータＺ２を得る。
【００３０】
以上のようにして高さ補正演算部２３で得られた高さデータＺ２に基づいて、電子ビーム光学系の調整が行われる。具体的には、高さ補正演算部２３で生成された高さデータＺ２と、パターンデータメモリ２４に格納されたパターンデータとが、描画データ制御部２５へ送られる。
【００３１】
パターンデータメモリ２４には、制御コンピュータ２から読み出された描画データが、フレーム領域毎に一時的に格納される。パターンデータメモリ２４に格納されたフレーム領域毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データなどで構成されるフレーム情報は、上述の通り、高さ補正演算部２３で生成された高さデータＺ２とともに描画データ制御部２５へ送られる。
【００３２】
描画データ制御部２５では、高さデータＺ２、すなわち、高さ補正データを反映した描画データが作成される。次いで、この描画データはＤ／Ａ変換部２６に送られ、Ｄ／Ａ変換部２６からの出力値にしたがって偏向部１３の動きが制御され、マスクＭ上で所望の描画が行われる。
【００３３】
高さ測定の精度は、Ｓ／Ｎ比に依存する。ノイズは、様々な要因で発生するが、熱雑音や電気回路による雑音は、光量の変動に関わらず一定であると考えられる。したがって、ノイズを一定と考えれば、光量が大きくなればなるほど、Ｓ／Ｎ比の数値も限りなく大きくなる。こうした関係から、上記の通り、入射光量を制御して光量を大きくすれば、高さ測定の精度も向上する。
【００３４】
例えば、反射率が２０％と６０％のマスクがある場合、入射光量を制御しないと、反射率の差異がそのまま測定光量の差異となるため、反射率が２０％のフォトマスクは、６０％のフォトマスクに比べてＳ／Ｎ比が３倍程度悪化することになる。
【００３５】
一般に、マスクの表面には、遮光膜やレジスト膜などの多層膜が形成されている。このため、例えば、レジスト膜の表面で反射した光と、レジスト膜と遮光膜の界面で反射した光とが干渉して弱め合うと、反射率は低下する。
【００３６】
例えば、図２に示すように、屈折率ｎ１の媒質１と、屈折率ｎ２の媒質２とが界面Ｘで接しているとする。また、この媒質２と、屈折率ｎ３の媒質３とが界面Ｙで接しているとする。界面Ｘと界面Ｙは互いに平行であり、媒質２の膜厚、すなわち、界面Ｘと界面Ｙの距離はｄであるとする。ここで、波長λの光が媒質１を透過し、界面Ｘに入射角θ１で入射する場合を考える。この光の一部は界面Ｘで反射して媒質１の中に戻るが、他の光は屈折して媒質２の中へ入る。このときの屈折角をθ２とすると、式（１）の関係が成立する。
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【００３７】
図２において、点Ａで媒質２に入った光は、界面Ｙ上の点Ｂで反射し、界面Ｘ上の点Ｃに来る。次いで、点Ｃで式（１）を満たすように再度屈折し、媒質１を透過して点Ｃで反射した光と重なる。この２つの光は干渉を起こす。そして、式（２）を満たすとき、２つの光は弱め合うことになるので、反射光の強度は著しく減少する。
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【００３８】
反射光が低下しないようにするためには、波長を変えて式（２）の関係が成立しないようにすればよい。すなわち、波長λを波長λ’（但し、λ≠λ’）にすると、
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となるので、２つの光が弱め合って反射光強度が低下するのを防ぐことができる。
【００３９】
本実施の形態において、上記波長は、図１の高さ測定部４における光源４１の波長になる。従来法においては、高さ測定部の光源は、１波長に固定されていたので、式（２）が成立する条件下では、反射光強度が著しく低下して測定不能となる事態が生じていた。そこで、本実施の形態では、出射光の波長を変えることのできる光源を用いる。具体的には、光源４１として、所定の範囲で波長を任意に変えることのできる波長可変レーザが好ましく用いられるが、これに限られるものではなく、少なくとも２波長を切り替えることのできる光源であればよい。
【００４０】
図３は、本実施の形態における光源波長制御の一例を示すフローチャートである。この処理は、図１の高さデータ処理部２２で行われる。Ｓ１では、まず、光源４１の波長をλとして、投光レンズ４２を介してマスクＭに光Ｌｉを照射する。そして、マスクＭ上で反射した光Ｌｒを受光レンズ４３で受光素子４４に収束させる。受光素子４４では、反射位置とともに光量が検出される（Ｓ２）。検出された光量は、所定の閾値と比較され（Ｓ３）、閾値より大きい場合には、光源４１の波長をλに固定して高さ測定が行われる（Ｓ４）。一方、検出された光量が閾値以下である場合には、高さデータ処理部２２から光源４１へ信号を送り、光源４１の波長をλ’に変更する（Ｓ５）。その後、Ｓ２〜Ｓ３を繰り返す。
【００４１】
上記の閾値は、次のようにして決定することができる。例えば、高さデータにおける測定再現精度を１μｍとする。安全率を２とすると、要求精度は、１×２＝２（μｍ）である。入射光量が１０μＷであるとき、反射率５０％における反射光量は５μＷになる。反射光量５μＷで、２μｍ（３σ）の要求精度が確保できると実験で確認されれば、この場合の光量の閾値は５μＷとなる。
【００４２】
図３の例では、光源４１の波長を所定値としたときの反射光の光量を測定し、光量が閾値以下である場合には、光源４１の波長を変えて反射光の光量を測定する工程を繰り返し、光量が閾値より大きくなる波長でマスクＭの高さを測定する。
【００４３】
例えば、４８８ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲で波長を任意に変えることのできるレーザを光源４１として用いる場合には、最初に、波長６４０ｎｍの光をマスクＭに照射し、反射光の光量を検出して閾値と比較する。閾値以下である場合には、波長を６３０ｎｍに変えて同様の工程を繰り返す。波長を１０ｎｍずつ変えて上記工程を繰り返し、光量が閾値より大きくなったところで、光源４１をその波長に固定する。この処理は、マスクＭの種類、すなわち、多層膜の膜厚や構成、多層膜を構成する材料の種類などが変わる度に行う。
【００４４】
また、本実施の形態においては、光源４１の波長を変えて反射光の光量を測定し、光量が最大となる波長でマスクＭの高さを測定してもよい。
【００４５】
例えば、２波長の切り替えが可能なレーザを光源４１として用い、光量の大きい方の光源を用いるようにすることができる。
【００４６】
以上述べたように、本実施の形態の高さ測定方法によれば、試料に照射する光の波長を所定値としたときの反射光の光量を測定し、光量が閾値以下である場合には光の波長を変えて反射光の光量を測定する工程を繰り返し、光量が閾値より大きくなる波長で試料の高さを測定する。あるいは、試料に照射する光の波長を変えて反射光量を測定し、この光量が閾値より大きくなる波長で高さ測定を行う。あるいは、試料に照射する光の波長を変えて反射光の光量を測定し、この光量が最大となる波長で高さ測定を行う。いずれの方法によっても、干渉による反射光の光量低下が起こる波長を避けて高さ測定することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、試料の種類にかかわらず反射光量を大きくすることができるので、高さ測定の精度を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施の形態の電子ビーム描画装置は、高さ測定部に波長を変えることのできる光源を用い、受光素子で検出した光量から光源の波長が決定されるよう構成されている。具体的には、受光素子で検出した光量が閾値より大きい場合には、その波長を維持し、光量が閾値以下である場合には、異なる波長の光が光源から出射されるよう構成されている。あるいは、受光素子で検出した光量が最大となる波長の光が光源から出射されるよう構成されている。かかる構成によれば、干渉による反射光の光量低下が起こる波長を避けて高さ測定することが可能となる。したがって、この電子ビーム描画装置によれば、試料の種類にかかわらず反射光量を大きくすることができるので、高さ測定の精度が向上し、結果として描画精度を高めることができる。
【００４８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１    電子ビーム描画装置本体
２    制御コンピュータ
３    駆動モータ
４    高さ測定部
１１    電子銃
１２    ステージ
１３    偏向部
１４    収束レンズ
２１    ステージ制御部
２２    高さデータ処理部
２３    高さ補正演算部
２４    パターンデータメモリ
２５    描画データ制御部
２６    Ｄ／Ａ変換部
４１    光源
４２    投光レンズ
４３    受光レンズ
４４    受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012107979.tif 000008