(57)【要約】【課題】成形アパーチャの開口パターンを走査電子顕微鏡にて観察する際に、ＳＥＭ像のコントラストが充分に得られないといった課題を解消する。【解決手段】治具９の表面上であって、成形アパーチャ８を搭載した際に開口パターン１の真下にくる位置に、二次電子１４の放出を抑制する吸収層１５を備える。この吸収層１５には、二次電子１４の放出効率の小さい材料を適宜選定する。これにより、開口パターン１のエッジ領域１１から二次電子１４が検出され難くなり、本来のＳＥＭ像のコントラストを得ることができる。従来の治具は、成形アパーチャ８の開口パターン１の真下は治具９の表面が露出していたため、開口パターン１を通過した一次電子１３が、治具９の表面に照射され、少なからず二次電子１４を放出していた。そのため、本来は何も検出されないはずの開口パターン１のエッジ領域１１上に二次電子１４が検出され、ＳＥＭ像のコントラストが悪化していた。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡を用いた成形アパーチャの開口パターンの検査において検査対象の成形アパーチャを保持する検査用の治具において、
少なくとも、前記成形アパーチャに照射する検査用の一次電子が前記成形アパーチャの開口パターンを通して到達する部分に、二次電子の放出を抑制する吸収層を備える、
ことを特徴とする成形アパーチャの検査用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の成形アパーチャの検査用治具であって、前記吸収層として、二次電子の放出効率が、成形アパーチャの材料であるシリコンよりも小さい材料を用いることを特徴とする成形アパーチャの検査用治具。
【請求項３】
請求項２に記載の成形アパーチャの検査用治具であって、二次電子の放出効率が成形アパーチャの材料であるシリコンよりも小さい材料を用いて表面全体を形成することで、前記部分に前記吸収層を備えるように構成したことを特徴とする成形アパーチャの検査用治具。
【請求項４】
請求項１、２、３のいずれかの検査用治具に成形アパーチャを搭載して走査電子顕微鏡により一次電子を前記開口パターンのエッジ領域に照射することで、前記開口パターンのパターン形状を検査する検査工程を含む、
ことを特徴とする成形アパーチャの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形アパーチャを精度良く検査するのに有効な電子顕微鏡を用いた検査用の治具と成形アパーチャの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の製造プロセスにおいて露光光源に電子線を用いた電子線リソグラフィー技術が試作開発や準量産のデバイスに使われている。特に線幅２２ｎｍノード以降の先端リソグラフィーでは、ＥＵＶ（極端紫外光：Ｅｘｔｒｅｍｅ  ＵｌｔｒａーＶｉｏｌｅｔ）やＡｒＦ液浸、ダブル露光といった方式ではマスクや露光装置の高騰が顕著になるため、少量品のプロセスには不向きであり電子線リソグラフィーの適用が期待されている。
【０００３】
電子線リソグラフィーに用いる荷電ビーム描画装置では、荷電ビームを所望の形状に成形するために、通常、電子銃に近い側に第１の成形アパーチャを、試料に近い側に第２の成形アパーチャをそれぞれ配置させている。
【０００４】
図１を用いて、成形アパーチャの構造を説明する。図１（ａ）に成形アパーチャの上面図、図１（ｂ）に成形アパーチャの断面図をそれぞれ示す。図１に示す成形アパーチャ８は、開口パターン１が形成されたシリコンの自立薄膜２（メンブレン）を、メンブレンエッジ部３の領域が開口したバルクシリコン４で支持する構造となっている。メンブレン２に入射した荷電粒子５は自立薄膜２のメンブレン内に吸収もしくは散乱され、開口パターン１を通過した荷電粒子５が被転写基板に到達してリソグラフィーをおこなうことが可能である。
【０００５】
図２（ａ）に第１の成形アパーチャにおける開口パターン１の一例を、図２（ｂ）に第２の成形アパーチャにおける開口パターン１の一例をそれぞれ示す。図２（ａ）に示す第１の成形アパーチャ６における開口パターン１は通常、矩形にされている。また、図２（ｂ）に示す第２の成形アパーチャ７における開口パターン１は種々のものが考えられているが、ここでは小さな矩形と大きな矩形を組み合わせた鍵型のものを示している。また、部分一括露光方式と呼ばれる電子線リソグラフィー方式では、第２の成形アパーチャ７における開口パターン１として、回路パターンに頻出する図形パターンを数十〜数千個程度抽出し、それらを開口パターン群として自立薄膜２の上に形成する。
【０００６】
荷電ビーム描画装置により切り出され、被転写基板に到達する荷電ビームの形状は、成形アパーチャ８（第１の成形アパーチャ６、第２の成形アパーチャ７）上の開口パターン１の形状に強く影響される。例えば、開口パターン１のエッジのラフネスが大きくなれば、それだけ転写される荷電ビームの形状のラフネスも大きくなり、リソグラフィーにより形成されるパターンのラフネスも大きくなる。そのため、開口パターン１の形状については、寸法の制御だけではなく、コーナーの丸みやエッジラフネスの制御も重要であり、これらは極力小さく抑えるのが望ましい。
【０００７】
また、高精度に加工するだけでなく、成形アパーチャ８の開口パターン１の形状を正確に計測し、その精度を保証することも重要である。開口パターン１の形状を評価する従来技術としては、成形アパーチャを荷電ビーム描画装置に搭載し、第１および第２の成形アパーチャから切り出される荷電ビームの電流量からエッジのラフネスを算出する方法がある。例えば、特許文献１の図８に示すようなものである。ただし、この方法を適用するには、荷電ビーム描画装置に搭載する必要があり、かつ評価に時間を要する。
【０００８】
そのため、成形アパーチャ８上の開口パターン１の形状計測には、ウェハなどのＣＤ寸法の計測に用いる低加速電圧の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が一般的に用いられる。図３はＳＥＭにて観察するために、成形アパーチャ８を治具９に装着したときの断面図である。成形アパーチャ８は小さいもので０．２ｇと大変軽量であるため、ＳＥＭ内で治具９から滑落しないように押さえ１０により固定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２６０２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図３に示すような治具９に搭載して開口パターン１を観察すると、ＳＥＭ像のコントラストが充分に得られないといった課題がある。
【００１１】
図４の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す治具に搭載した場合の、成形アパーチャ８上の開口パターン１におけるエッジ領域１１のＳＥＭ観察像（加速電圧は１ｋＶ、倍率は５０，０００倍、画像の観察領域はおよそ２．５μｍ四方）を示す説明図である。（ａ）は開口幅１２が約２μｍの小開口、（ｂ）は開口幅１２が約２ｍｍの大開口である。いずれも画像の左側がシリコンの自立薄膜２、右側が開口パターン１である。両者を比較すると、（ｂ）は（ａ）と比較して画像のコントラストが大幅に悪化しているのが分かる。エッジラフネスは、閾値を設定してエッジの輪郭線を抽出し、近似直線からのズレを算出することで得られるが、（ｂ）の画像ではエッジの輪郭線が充分な精度で抽出できないため、精度良くラフネスを求めることが出来ない。
【００１２】
図４（ａ）、（ｂ）の画像コントラストの違いは、ＳＥＭ画像生成の原理と、成形アパーチャ８および治具９の構造に起因している。
【００１３】
ＳＥＭ画像は、電子銃から発生した電子線ビーム１３を加速させ、試料に二次元的に走査しながら照射し、試料から発生した二次電子１４を検出器により検出することで得られる。図５は、図４（ａ）、（ｂ）のＳＥＭ画像（５１２×５１２ピクセル）を取得した際の、二次電子１４の検出数をプロットしたものである。図５のグラフの右半分は開口パターン１（ＳＥＭ内では真空）に相当するため、原理的には二次電子はほとんど発生しないはずである。しかし、自立薄膜２からの検出数の半分以上の数の二次電子１４が、大開口の開口パターン部１から検出されている。
【００１４】
これは、開口パターン１をパターン上方から下方へ通過した電子線１３が治具９に照射され、治具９から発生する二次電子１４が、開口パターン１をパターン下方から上方へ通過して成形アパーチャ８の上に出てしまい、上方に設置されている検出器１６によって検出されてしまうからである。図６は、図３に示す従来の治具に装着した成形アパーチャ８に電子線１３を照射したときの模式図である。開口パターン１が大きいほど、治具９から発生する二次電子１４が開口パターン１を通過しやすくなるため、ＳＥＭ画像のコントラストが小さくなる。
【００１５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明は、成形アパーチャの開口パターンを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する際に、ＳＥＭ像のコントラストが充分に得られようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の課題を解決するために、治具の形状および材質、並びに、成形アパーチャの製造方法の検討を行った。これは、開口パターンを通過した電子線が治具に直接照射されることによる二次電子の放出を抑制するためである。
【００１７】
請求項１に記載の本発明は、走査電子顕微鏡を用いた成形アパーチャの開口パターンの検査において検査対象の成形アパーチャを保持する検査用の治具において、少なくとも、前記成形アパーチャに照射する検査用の一次電子が前記成形アパーチャの開口パターンを通して到達する部分に、二次電子の放出を抑制する吸収層を備えることを特徴とする成形アパーチャの検査用治具である。
【００１８】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の成形アパーチャの検査用治具であって、前記吸収層として、二次電子の放出効率が、成形アパーチャの材料であるシリコンよりも小さい材料を用いることを特徴とする成形アパーチャの検査用治具である。
【００１９】
請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の成形アパーチャの検査用治具であって、二次電子の放出効率が成形アパーチャの材料であるシリコンよりも小さい材料を用いて表面全体を形成することで、前記部分に前記吸収層を備えるように構成したことを特徴とする成形アパーチャの検査用治具である。
【００２０】
請求項４に記載の本発明は、請求項１、２、３のいずれかの検査用治具に成形アパーチャを搭載して走査電子顕微鏡により一次電子を前記開口パターンのエッジ領域に照射することで、前記開口パターンのパターン形状を検査する検査工程を含むことを特徴とする成形アパーチャの製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、成形アパーチャの開口パターンを観察する際に、ＳＥＭ像のコントラストが充分に得られないといった課題を解消する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は成形アパーチャの上面図、（ｂ）は成形アパーチャの断面図である。
【図２】（ａ）は第１の成形アパーチャの一例、（ｂ）は第２の成形アパーチャの一例をそれぞれ示す平面図である。
【図３】ＳＥＭにて観察するために図１の成形アパーチャを従来の治具に装着した状態を示す断面図である。
【図４】図３に示す治具に搭載した場合の図１の成形アパーチャ上の開口パターンにおけるエッジ領域のＳＥＭ観察像であり、（ａ）は開口幅１２が約２μｍの小開口、（ｂ）は開口幅１２が約２ｍｍの大開口の場合をそれぞれ示す説明図である。
【図５】図４（ａ）、（ｂ）のＳＥＭ画像を取得した際の、二次電子の検出数をプロットしたグラフである。
【図６】図３に示す従来の治具に装着した成形アパーチャに電子線を照射したときの模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る治具に図１の成形アパーチャを装着して電子線を照射したときの模式図である。
【図８】ＳＥＭにおける一次電子の加速電圧を１ｋｅＶとしたときの、各物質の二次電子放出効率一覧である。
【図９】本発明の実施例に係る治具を用いた成形アパーチャの検査状態を示す平面図である。
【図１０】実施例により得られた、開口幅約２ｍｍのエッジ領域のＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る治具に図１の成形アパーチャを装着して電子線を照射したときの模式図である。本実施形態の治具９は、成形アパーチャ８を搭載して押さえ１０により固定した際に、開口パターン１が真上にくる治具９の領域上に、二次電子の放出を抑制する吸収層１５を備えている。この図では治具９の表面の一部にのみ吸収層１５を設けているが、治具９の表面全体を吸収層１５で覆うような構造であっても差し支えない。
【００２４】
治具９は、一般的には加工性・耐食性に優れかつ軽量のアルミを用いて作製される。照射される一次電子（電子線１３）の加速電圧を１ｋｅＶとすると、アルミの二次電子放出効率は２．１０と大きく、成形アパーチャ８の材料であるシリコンのそれ（１．６０）を上回っている。そのため、一次電子が開口パターン１を通過して治具９の表面に照射された際に、治具９から二次電子１４が多数放出され、成形アパーチャ８の自立薄膜２とのコントラストを悪くしている。
【００２５】
このコントラストの改善には、開口パターン１を通して一次電子（電子線１３）が照射される部分から放出される二次電子１４の数を少なくするアプローチが有効である。この「開口パターン１を通して一次電子（電子線１３）が照射される部分」というのは治具９の表面であるため、治具９表面の、少なくとも一次電子（電子線１３）が照射される部分を、二次電子１４の放出効率の小さい物質に置き換えることが有効である。
【００２６】
図８は一次電子の加速電圧を１ｋｅＶとしたときの、各物質の二次電子放出効率を表に纏めたものである。図７に示す、治具９表面の開口パターン１を通して一次電子（電子線１３）が照射される部分に形成する吸収層１５としては、成形アパーチャ８の材質であるシリコンより放出効率が小さいものを選択すると良い。図８に示すように、金属としては鉄（０．８７）やチタン（０．８２）、マグネシウム（０．４３）、非金属としてはカプトン（０．２５）やポリイミド（０．７２）、テフロン（登録商標）（１．００）、二酸化シリコン（１．０２）などがシリコンより小さい。
【００２７】
図７に示す治具９の表面に形成する吸収層１５の厚みは、一次電子が治具９の表面にまで侵入しないよう、その侵入深さよりも厚くなるように設定する。この侵入深さは吸収層１５として選択する材質により異なるが、加速電圧が１ｋｅＶであれば、ほぼ全ての物質で厚みが１μｍ以上あればよい。
【００２８】
上述した吸収層１５として適する材質のうち、チタンなどの金属については導電性を有しているため、そのまま治具９の材料とすることが可能である。即ち、吸収層１５を表面に有する治具９は、二次電子放出効率の小さいチタンなどで形成したものとすることもできる。
【００２９】
これらの治具９を用いることにより、大きな開口パターン１を有する成形アパーチャ８のエッジ領域１１についても、鮮明なＳＥＭ画像が得られることとなり、精度の高い検査が可能となる。
【００３０】
このように、図７に示す治具９に成形アパーチャ８を搭載し、走査電子顕微鏡１７の電子銃から発生した電子線ビーム１３（一次電子）を、成形アパーチャ８の開口パターン１のエッジ領域１１に照射し、成形アパーチャ８の開口パターン１の周縁部分で発生した二次電子１４を検出器１６で検出し画像解析することで、開口パターン１のラフネスを精度よく検査できる検査工程を構成することができる。そして、この検査工程を含む製造方法により、精度のよい開口パターン１を有する成形アパーチャ８を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
実施例として、本発明の成形アパーチャの検査用治具を用いた検査方法について、図９を用いて説明する。
【００３２】
まずは従来の治具の表面に吸収層１５を接着した。吸収層１５としてはカプトン製のテープ（厚み約５０μｍ）を用いた。今回観察した成形アパーチャ８は開口パターン１が一辺２．０ｍｍの正方形、メンブレンエッジ部３が一辺２．９ｍｍの正方形で、双方のパターン中心が一致していた。よって、吸収層１５は両者のおよそ中間の大きさである一辺２．４ｍｍの正方形とした。また、成形アパーチャ８を装着したときに、開口パターン１の中心と、吸収層１５の中心がおおよそ一致するような位置に接着した。
【００３３】
次に、吸収層１５の端にメンブレンエッジ３が掛からないように成形アパーチャ８を治具９上に置き、押さえ１０により固定した。
【００３４】
上記の成形アパーチャ８を搭載した治具９を走査電子顕微鏡内に入れ、エッジ領域１１を観察したときのＳＥＭ画像を図１０に示す。吸収層１５を搭載していない治具９で観察した場合のＳＥＭ画像（図４の（ｂ））と比較するとコントラストが良く、この画像を用いてエッジのラフネスを精度良く測定することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の治具および検査方法は、可変成形ビーム描画装置に搭載する成形アパーチャの形状評価に利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１…開口パターン、２…自立薄膜（メンブレン）、３…メンブレンエッジ部、４…バルクシリコン、５…荷電粒子、６…第１の成形アパーチャ、７…第２の成形アパーチャ、８…成形アパーチャ、９…治具、１０…押さえ、１１…エッジ領域、１２…開口幅、１３…一次電子、１４…二次電子、１５…吸収層、１６…検出器、１７…走査電子顕微鏡。
【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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