JP2005123318A - Method and device for evaluating resolution and electron beam exposing system - Google Patents

Method and device for evaluating resolution and electron beam exposing system Download PDF

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幸里 川村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide resolution evaluating method/device for evaluating resolution of an exposure pattern transferred on a sample such as a semiconductor wafer by quantitative evaluation reference. <P>SOLUTION: An image of the exposure pattern is picked up and two pattern edge positions in a picked-up image are decided based on a threshold on the pixel value of the picked-up image. A distance between the pattern edge positions is measured for a plurality of times by changing the threshold. The parameter of a prescribed approximate expression approximating a relation between the threshold and the distance between the pattern edge positions is decided, and resolution of the exposure pattern is evaluated based on the parameter. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating the resolution of a pattern transferred onto a sample by exposure, and in particular, a mask having a fine exposure pattern used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or the like is used as a semiconductor wafer. The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating the resolution of an exposure pattern exposed on a sample in electron beam proximity exposure in which exposure is performed with an electron beam that is placed close to the surface of the sample and passed through a mask.

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。   In recent years, with the need for higher integration of semiconductor integrated circuits, further miniaturization of circuit patterns has been demanded. At present, the limits of miniaturization are mainly limited to exposure apparatuses, and new exposure apparatuses such as an electron beam direct writing apparatus and an X-ray exposure apparatus have been developed.

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)。   Recently, an electron beam proximity exposure apparatus that can be used for ultrafine processing at a mass production level has been disclosed as a new type of exposure apparatus (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 corresponding to Japanese Patent Application). .

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。   FIG. 9 is a view showing a basic configuration of the electron beam proximity exposure apparatus. This electron beam proximity exposure apparatus 10 mainly includes an electron beam source 14 that generates an electron beam 15, a lens 18 that converts the electron beam 15 into a parallel beam, and an electron gun 12 that includes a shaping aperture 16, and main deflectors 21, 22 and The scanning unit 24 includes sub-deflectors 51 and 52 and scans an electron beam parallel to the optical axis, a mask 30, an electrostatic chuck 44, and a wafer stage 46.

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。
The mask 30 is disposed so as to be close to the wafer 40 attracted by the electrostatic chuck 44 (so that the gap between the mask 30 and the wafer 40 is, for example, 50 μm). In this state, when the electron beam is irradiated perpendicularly to the mask 30, the electron beam that has passed through the mask pattern of the mask 30 is irradiated to the resist layer 42 on the wafer 40.
The main deflectors 21 and 22 in the scanning unit 24 control the deflection of the electron beam 15 so that the electron beam 15 scans the entire surface of the mask 30 as shown in FIG. As a result, the mask pattern of the mask 30 is transferred to the resist layer 42 on the wafer 40 at the same magnification.

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。   The wafer stage 46 moves the wafer 40 adsorbed by the electrostatic chuck 44 in two horizontal orthogonal axes, and moves the wafer 40 by a predetermined amount each time the mask pattern is transferred at an equal magnification. A plurality of mask patterns can be transferred to a single wafer 40. As described above, in the electron beam proximity exposure apparatus, the mask pattern is transferred by being arranged in the vicinity of the mask 30 and the wafer 40 and the electron beam 15 scanning the entire surface of the mask 30. The wafer stage 46 can also adjust the gap between the mask 30 and the sample 40 by raising and lowering the electrostatic chuck 44 in the vertical direction.

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。
If the electron beam 15 applied to the mask 30 and the resist layer 42 on the sample 40 is not a parallel beam, the resolution of the pattern transferred to the resist layer 42 is lowered. The reason for this will be described with reference to FIG.
FIG. 11A shows a state in which the parallel beam 15 ′ and the non-parallel beam 15 pass through the mask 30 and are applied to the resist layer 42 on the sample 40, and FIG. The energy distribution in the pattern line width direction of the energy amount of the electron beam irradiated to the resist layer 42 portion shown in FIG.

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。
As shown in FIG. 11A, the parallel beam 15 ′ is irradiated to the resist layer 42 sharply while maintaining the pattern line width as it is even after passing through the opening of the mask 30. Since the non-parallel beam 15 having a beam travels through the opening of the mask 30 while being slightly dispersed, the pattern edge portion 47 is blurred when the resist layer 42 is irradiated.
Therefore, as shown in FIG. 11B, the energy accumulation amount distribution by the parallel beam 15 ′ has a sharp rise at the pattern edge portion, whereas the energy accumulation by the non-parallel beam 15 indicated by a solid line or a chain line. The quantity distribution forms a distribution curve in which the rise at the pattern edge portion is somewhat gentle.

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。 Here, in the resist layer 42 irradiated with the electron beam 15, only a portion irradiated with the electron beam having a predetermined energy accumulation amount threshold value Eth is removed or left in a subsequent development process, and a pattern is formed on the sample 40. Form. However, when the rise of the energy accumulation amount distribution at the pattern edge portion becomes gradual as described above, the intensity of the accumulated electron beam varies. As a result, the pattern line width energy exceeding a predetermined threshold E th is accumulated, so that the resolution is reduced by an error Δw occurs.

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。
The above-described decrease in resolution also occurs when the electron beam 15 has astigmatism. For example, the cross-sectional shape of the electron beam 15 that should be a perfect circle as shown in FIG. 12A on the sample 40 is an electron having an elliptical cross-sectional shape that is long in the Y2 direction as shown in FIG. 12B due to astigmatism. The beam 15 ′ has an oblique component of the electron beam in the Y2 direction. For this reason, as in the case of the non-parallel electron beam 15 described above, the blur in the Y2 direction becomes large and the resolution in the Y2 direction decreases.
Further, when the electron beam 15 ″ has an elliptical cross-sectional shape that is long in the Y1 direction due to astigmatism, the blur in the Y1 direction becomes large and the resolution in the Y1 direction decreases.

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。   For this reason, the electron beam proximity exposure apparatus 10 changes the cross-sectional shape of the electron beam 15 irradiated onto the sample 40 of the electron beam 15 to correct the astigmatism of the electron beam 15. A coil 9 and an X-axis astigmatism coil 11 are provided. As shown in FIG. 12D, the Y-axis and X-axis astigmatism coils 9 and 11 include coils YC11, YC12, YC21, and YC22 that constitute the Y-axis astigmatism coil 9, and the X-axis astigmatism coil 11, respectively. Are combined with coils XC11, XC12, XC21, and XC22 to form an octupole coil.

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。   As shown in the figure, the X-axis astigmatism coil 11 is arranged in a state rotated by 45 ° with respect to the Y-axis astigmatism correction coil 9 and is YC11 and YC12, YC21 and YC22, XC11 and XC12, XC21 and XC22. Are arranged opposite to each other. Although the astigmatism correction coils 9 and 11 are generally configured on the same plane, they are shown separately in FIG. 10 for easy explanation of the present invention.

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。
In recent years, the allowable range of variation in pattern line width has become very strict as semiconductor integrated circuits are highly integrated. For example, the allowable range allowed in the current 65 nm node semiconductor integrated circuit is within 6.5 nm.
For this reason, conventionally, a test-exposed pattern is imaged with a scanning electron microscope (SEM) or the like, and its resolution is evaluated, so that the electron beam parallelism, astigmatism, mask, etc. are optimized. The exposure conditions such as the gap between 30 and 40 were adjusted.

米国特許第5,831,272号公報(全体)US Patent No. 5,831,272 (Overall) 日本特許第2951947号公報(全体)Japanese Patent No. 2951947 (Overall)

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。   However, the conventional evaluation of the resolution of the exposure pattern is performed by means such as measuring the line width of the captured exposure pattern and comparing the measurement result with the desired line width in the design. The standard for grasping the resolution state of was not clear. Further, since the above-described means is performed by a human system, a difference in resolution of captured images due to individual differences among operators is generated, and individual differences occur in setting exposure conditions.

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。   In view of the above circumstances, in the present invention, a resolution evaluation method and resolution of an exposure pattern transferred onto a sample such as a semiconductor wafer, which can automatically perform resolution evaluation according to a clear evaluation standard. An object is to provide a sex assessment device.

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。   Still another object of the present invention is to provide an electron beam exposure apparatus capable of setting the best exposure conditions by the resolution evaluation method provided by the present invention.

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。   In order to achieve the above object, in the resolution evaluation method according to the first aspect of the present invention, an exposure pattern for evaluating the resolution is imaged, and two pattern edge positions in the captured image are determined. This is determined based on the threshold value for the pixel value, the distance between the pattern edge positions is measured multiple times by changing the threshold value, and a parameter of a predetermined approximate expression that approximates the relationship between the threshold value and the distance between the pattern edge positions is The resolution of the exposure pattern is evaluated based on this parameter.

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。
FIG. 1A shows a flowchart of the resolution evaluation method according to the first embodiment of the present invention.
In step S101, an image of a sample having an exposure pattern corresponding to a predetermined mask pattern transferred on the surface is imaged. FIG. 1B illustrates a captured image.

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。
As shown in the figure, the captured image is a grayscale image having brightness information. In the figure, the exposure pattern corresponding to the mask opening is captured as a relatively bright portion, and the other portions are captured as relatively dark portions. Yes.
Further, the pattern edge portion which is the boundary region appears as a gradation.

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。   In step S102, a threshold relating to the pixel of the captured image used as a reference when determining the pattern edge position in step 103 below is determined. This threshold value is, for example, a threshold value regarding the brightness of the pixel of the captured image.

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。   In step S103, two pattern edge positions of the imaging pattern in the captured image are determined based on the threshold value. In the example of the captured image shown in FIG. 1B, the position of the boundary where the brightness is 50% or more is determined as the pattern edge portion.

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。   In step S104, the distance between the two pattern edge positions is measured. The above steps S103 and S104 are repeated while changing the threshold value, and each threshold value and the corresponding measurement distance are stored.

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。   In step S106, a parameter of a predetermined approximation formula that approximates the relationship between the threshold and the distance between the pattern edge positions is determined based on each measured value and each threshold.

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。   In step S107, the resolution of the exposure pattern is evaluated based on the determined parameter. If the resolution of the exposure pattern transferred here is high, the change in the length measurement value with respect to the change in the threshold value is small (or the change in the threshold value with respect to the change in the length measurement value is large). It is possible to quantitatively evaluate the resolution based on the property of and the numerical value of the determined approximate parameter.

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。
Further, the resolution evaluation apparatus according to the second embodiment of the present invention includes an imaging unit that images a sample on which an exposure pattern corresponding to a predetermined mask pattern is transferred, and an exposure pattern in an image obtained by imaging. The pattern edge position determining means that determines two pattern edge positions of the imaging pattern corresponding to the image pattern based on a threshold value relating to the pixel value of the image, and the distance between the determined pattern edge positions is measured a plurality of times while changing the threshold value. Length measuring means, and approximating means for determining a parameter of a predetermined approximation formula that approximates the relationship between the threshold value and the distance between the pattern edge positions based on each measured length value and the threshold value. And an evaluation means for evaluating the resolution of the exposure pattern based on this parameter.
Note that a conventional scanning electron microscope may be used as the imaging means.

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。   Furthermore, an electron beam exposure system according to a third aspect of the present invention includes the resolution evaluation apparatus, an exposure electron beam source that generates an exposure electron beam to be irradiated on a sample, and an exposure electron beam path. A mask having a predetermined mask pattern and an exposure electron beam scanning unit that scans the exposure electron beam on the mask, and corresponds to the mask pattern by the electron beam that has passed through the mask; An electron beam exposure apparatus for transferring the exposure pattern to the sample surface is provided, and the resolution of the exposure pattern is evaluated.

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。   As described above, according to the present invention, the resolution of an exposure pattern exposed under a certain exposure condition can be handled quantitatively. Therefore, it is possible to optimize the exposure conditions by obtaining the parameter values for each sample obtained by transferring the mask pattern a plurality of times while changing the exposure conditions, and determining the exposure conditions for the samples based on the parameter values.

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。   By treating the resolution of the exposure pattern quantitatively, it becomes possible to make the resolution uniform between multiple exposures.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of a resolution evaluation method, a resolution evaluation apparatus, and an electron beam exposure system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

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。   FIG. 2 is a schematic diagram of the configuration of an electron beam proximity exposure system according to the present invention. The electron beam proximity exposure system includes a resolution evaluation device 80 and an electron beam proximity exposure device 10. Since the configuration of the electron beam proximity exposure apparatus 10 has a configuration similar to the configuration shown in FIG. 9, the same functional parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

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。   The resolution evaluation apparatus 80 is an imaging electron beam source 81 that generates an imaging electron beam, and an imaging electron beam scanning unit that scans the electron beam on the sample 40 whose surface is exposed to a predetermined pattern. A certain deflector 84, a deflector controller 86 for controlling the scanning position of the electron beam by the deflector 84, an electron detector 85 for detecting electrons reflected from the surface of the sample 40, and the scanning position of the electron beam. And a signal processing circuit 87 for processing the output signal of the electronic detector and converting it into digital signal information.

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。
The resolution evaluation apparatus 80 includes a computer 89 such as a computer. Each scanning position information and each reflected electron detection amount information of the electron beam are supplied to the data bus of the computer 89 by the deflector controller 86 and the signal processing circuit 87, respectively. The computer 89 generates a two-dimensional reflected electron image of the imaging pattern generated based on each scanning position of the electron beam and each reflected electron detection amount.
The resolution evaluation apparatus 80 includes an imaging unit having the above-described configuration, and the imaging unit may use a normal scanning electron microscope.

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。   Further, the resolution evaluation device 80 determines the pattern edge position for determining two pattern edge positions of the pattern (imaging pattern) corresponding to the exposure pattern included in the image (captured image) obtained by the imaging unit. Unit 90 and a length measuring unit 91 for measuring the distance between the determined pattern edge positions.

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。   The pattern edge position determination unit 90 is provided with position information of a partial image including a pattern edge portion in the captured image and a threshold value of the pixel value of each pixel, and pattern the boundary position of the pixel region that satisfies the given threshold value. The edge position is determined.

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。   For example, in a grayscale captured image as illustrated in FIG. 1B, the threshold value is given with respect to the brightness which is a pixel value. Now, FIG. 3 shows a change in brightness in a predetermined direction (X direction) of a partial pattern in the captured image. For example, when 50% lightness is given as the threshold value, the boundary position between the pixel region having the lightness of 50% or more and the pixel region having the lightness of less than 50% is determined as the pattern edge position. Note that when the captured image is displayed with a change in color as in the case of a color image, the threshold value may be set not only for the brightness but also for each pixel value such as saturation and hue.

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。
Then, the length measuring unit 91 measures the distance between the two pattern edge portions determined by the pattern edge position determining unit 90, as shown in FIG.
The length measuring unit 91 performs length measurement a plurality of times while changing the threshold given to the pattern edge position determining unit 90 with respect to the same captured image obtained by the imaging unit included in the resolution evaluation device 80.

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。   Furthermore, the resolution evaluation apparatus 80 calculates an approximate parameter of a predetermined approximate expression that approximates the relationship between the threshold value and the distance between the pattern edge positions based on each measured length value and each threshold value. An approximation unit 92 for determining and a parameter evaluation unit 93 for evaluating the resolution of the exposure pattern based on the determined parameters are provided. The parameter evaluation unit 93 includes an exposure condition determination unit 94 that determines the optimum exposure condition of the electron beam proximity exposure apparatus 10 based on the resolution evaluation of the exposure pattern exposed on the sample 40.

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。   Further, the resolution evaluation apparatus 80 includes a data input / output unit 95 that inputs data related to the exposure conditions of the sample 40 to which the exposure pattern to be subjected to resolution evaluation is transferred from the electron beam proximity exposure apparatus 10. The data input / output unit 95 also outputs the optimum exposure condition determined by the exposure condition determination unit 94 in the parameter evaluation unit 93 to the electron beam proximity exposure apparatus 10. Data input / output by the data input / output unit 95 is stored in the storage unit 96.

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。   The pattern edge position determination unit 90, the side length unit 91, the approximation unit 92, the parameter evaluation unit 93, the data input / output unit 95, and the storage unit 96 are also connected to the data bus of the computer 89 on the resolution evaluation apparatus 80 side. It is connected.

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。   On the other hand, the electron beam proximity exposure apparatus 10 controls the irradiation lens 18 to adjust the equilibrium state of the electron beam 15 and the astigmatism coils 9 and 11 to control the astigmatism of the electron beam 15. An astigmatism coil controller 72 that adjusts the aberration state, and a stage controller 73 that controls the wafer stage 46 to adjust the gap between the sample 40 and the mask 30 are provided. These irradiation lens control unit 71, astigmatism coil control unit 72, and stage control unit 73 are connected to the data bus of the computer 74 on the electron beam proximity exposure apparatus 10 side, and can exchange data.

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。   Further, the electron beam proximity exposure apparatus 10 includes a data input / output unit 75 that outputs to the resolution evaluation apparatus 80 data related to the exposure conditions of the sample 40 to which the exposure pattern to be subjected to resolution evaluation is transferred. The data input / output unit 75 also inputs optimum exposure conditions from the resolution evaluation device 80. Data input / output by the data input / output unit 75 is stored in the storage unit 76 of the electron beam proximity exposure apparatus 10.

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。   Further, the electron beam proximity exposure apparatus 10 drives the irradiation lens control unit 71, the astigmatism coil control unit 72, and the stage control unit 73 based on the exposure conditions stored in the storage unit 76, respectively. The exposure condition control unit 77 is provided for adjusting the parallelism state and astigmatism state, and the gap between the mask 30 and the sample 40.

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。   The irradiation lens control unit 71, the astigmatism coil control unit 72, the stage control unit 73, the data input / output unit 75, the storage unit 76, and the exposure condition control unit 77 are included in the computer 74 on the electron beam proximity exposure apparatus 10 side. It is possible to exchange data by being connected to a data bus.

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。   Data exchange between the data input / output unit 95 on the resolution evaluation apparatus 80 side and the data input / output unit 75 on the electron beam proximity exposure apparatus 10 side may be performed online, or other flexible disks or CD-ROMs. Alternatively, it may be performed offline using a storage medium such as a memory card. In addition, a storage medium such as a non-contact IC chip is attached to the sample 40 to be evaluated, and a reader / writer is provided on the resolution evaluation device 80 side and the electron beam proximity exposure device 10 side to exchange data with the sample 40. May be.

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。
FIG. 4 is an operation flowchart of the electron beam proximity exposure system according to the present invention.
In step S201, the exposure condition control unit 77 of the electron beam proximity exposure apparatus 10 sets the exposure condition to a certain value in order to expose the exposure pattern whose resolution is to be evaluated. Here, the exposure conditions are, for example, a control amount of the irradiation lens control unit 71 that is an adjustment amount of the parallelism of the electron beam 15 and a control of the astigmatism coil 9 or 11 that is an adjustment amount of astigmatism of the electron beam 15. It may be an amount or a gap amount between the sample 40 and the mask 30.

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。   In step S202, the electron beam proximity exposure apparatus 10 exposes and transfers the mask pattern of the mask 30 to the resist layer 42 applied to the surface of the sample 40 under the exposure conditions determined by the exposure condition control unit 77. .

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。   In step S203, the exposed sample 40 is placed in the resolution evaluation apparatus 80, and the pattern (exposure pattern) exposed on the resist layer 42 corresponding to the mask pattern is imaged by the imaging unit described above. . That is, the electron beam 82 generated by the imaging electron beam source 81 is irradiated on the sample 40 by being scanned by the deflector 84, and the electrons reflected on the surface of the sample 40 are detected by the electron detector 85. An intensity distribution image of the output signal of the electron detector corresponding to each scanning position is acquired.

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。   In the resist layer 42, the electron beam 15 is irradiated and charged in the portion irradiated with the electron beam 15, so that the amount of reflected electrons is different from the portion not irradiated with the electron beam 15. Therefore, the acquired image (captured image) is a grayscale two-dimensional reflected electron image as exemplified in FIG. The exposure pattern corresponding to the mask opening is imaged as a relatively bright part, and the other part is imaged as a relatively dark part. The pattern edge portion, which is the boundary region, appears as a gradation.

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。   In step S204, a threshold value related to the pixel value of the captured image to be given to the pattern edge position determination unit 90 is determined. Here, in order to determine any position in the region where the brightness changes, which is a boundary portion between the bright part and the dark part, as a pattern edge, a threshold value related to the brightness is determined.

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。   In step S205, the pattern edge position determining unit 90 determines a pattern edge position of a pattern (imaged pattern) imaged corresponding to the exposure pattern in the captured image.

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。   First, a pattern portion including a pattern edge portion is selected from the captured image as a pattern portion to be a sample for resolution evaluation, and its position information is given to the pattern edge position determination unit 90. The position information may be given by arbitrarily selecting a pattern portion including a pattern edge portion by SEM observation by an operator, and automatically selecting a pattern portion including a pattern edge portion from CAD data of a mask pattern. Also good.

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。   Here, as shown in FIG. 5A, the two pattern edge portions for which the pattern edge position determining unit 90 determines the pattern edge position do not necessarily need to select the opposite edge portions for one pattern line. However, as shown in FIG. 5B, at least in the direction orthogonal to the pattern edge direction of the imaging pattern (the direction of change in gradation occurring at the boundary between the dark part and the bright part of the pattern, that is, the line width direction of the imaging pattern) It is preferable to select two points on the extending straight line.

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。   Then, the pattern edge position determining unit 90 determines the boundary position of the pixel region that satisfies the given threshold condition as the pattern edge position in the pattern edge part (the boundary part between the dark part and the bright part of the pattern) as described above. .

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)。
In step S206, the distance between the two pattern edge positions determined by the pattern edge position determination unit 90 is measured.
Then, the pattern edge position determination in step S205 and the length measurement in step S206 are repeated a plurality of times while changing the threshold as many times as necessary for the resolution evaluation (step S207).

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。
In step S208, the approximating unit 92 approximates the relationship between the threshold value and the distance between the pattern edge positions using a predetermined approximate expression based on the measured length values and the corresponding threshold values. To do. As this approximation formula, various approximation formulas such as polynomial approximation including linear approximation using a linear function and approximation using a normal distribution curve may be used. At this time, the approximating unit 92 determines approximate parameters included in the approximate expression used for approximation. For example, when linear approximation is used as the approximate expression, the approximate parameter may be the straight line slope a. This approximate parameter quantitatively indicates the change amount of the distance between the pattern edge positions with respect to the change amount of the threshold value.
FIG. 6 illustrates a plurality of measured length values, plot results of the corresponding threshold values, and a graph of an approximate expression obtained based thereon.

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。   The above steps S202 to S208 are repeated by changing the exposure condition of the electron beam proximity exposure apparatus 10 and changing the threshold value as many times as necessary for the resolution evaluation to cope with a plurality of exposure conditions. A plurality of approximate parameters to be acquired are acquired (step S209). FIG. 7A shows the relationship between the threshold value obtained by changing the exposure condition and the distance between the pattern edge positions, and FIG. 7B shows the relationship between the exposure condition and the approximate parameter.

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。   At this time, as described above, the approximate parameter quantitatively indicates the change amount of the distance between the pattern edge positions with respect to the change amount of the threshold value. Therefore, as long as exposure is performed with the same intensity over the entire exposure pattern, the same numerical value can be obtained regardless of the portion of the imaging pattern under a certain exposure condition.

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。   Therefore, when acquiring approximate parameters for exposure patterns exposed under different exposure conditions in steps S202 to S209, the distance between pattern edges measured at the same pattern edge portion between different approximate parameters is measured. There is no need to use long values. That is, for each approximate parameter to be acquired, the approximate parameter may be obtained at different pattern edge portions.

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。   Further, as described above, the approximate parameter indicates the amount of change in the distance between the pattern edge positions with respect to the amount of change in the threshold. Therefore, the two pattern edge portions that determine the pattern edge position are not necessarily shown in FIG. As shown in Fig. 2, two points on a straight line extending in the direction orthogonal to the pattern edge direction of the image pickup pattern (the change direction of the gradation generated at the boundary between the dark part and the bright part of the pattern, that is, the line width direction of the image pickup pattern) are selected. There is no need, and as shown in FIG. 8 (a), the straight lines connecting the two pattern edge positions should be the same in a predetermined direction defined on the sample for all of the imaging patterns with different exposure conditions. .

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。   When adjusting astigmatism, it is desirable to evaluate the resolution in each of the 45 °, 90 °, 135 °, and 180 ° directions shown in FIG. Therefore, in this case, therefore, the imaging unit included in the resolution evaluation device 80 captures an isolated pattern extending in each of the directions as shown in FIGS. The determination unit 90 and the length measurement unit 91 measure the length in the line width direction using each of these captured images. Accordingly, it is preferable to evaluate each resolution in the 45 °, 90 °, 135 °, and 180 ° directions.

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。   As shown in FIG. 4, each time the approximate parameter is determined (S208), the exposure condition is changed (S209), and the exposure (S202) is not repeated. After the sample is exposed, sample imaging (S203) to approximate parameter determination (S208) are repeatedly performed for the exposure pattern exposed under each exposure condition, and a plurality of approximate parameters corresponding to a plurality of exposure conditions are obtained. It is good also as acquiring.

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。
In step S210, the exposure condition determination unit 94 of the parameter evaluation unit 93 determines the exposure condition based on the relationship between the exposure condition and the approximate parameter.
For example, in the case where the adjustment amount of astigmatism that is the exposure condition is changed in step S209 and approximation is performed by linear approximation in step S208, the pattern of the captured image is obtained when the astigmatism amount that has the maximum inclination as the approximation parameter is obtained. It can be seen that the amount of change in brightness difference at the edge portion is the largest (that is, the width of the gradation portion of the pattern edge portion is narrow), that is, the resolution is high, and the amount of astigmatism at this time is optimal. . Thus, it becomes possible to evaluate exposure conditions.

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。
Thereafter, the determined exposure condition data is stored in the storage unit 96, and is output to the electron beam proximity exposure apparatus 10 by the data input / output unit 95.
The data input / output unit 75 of the electron beam proximity exposure apparatus 10 stores the input exposure condition data in the storage unit 76.

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。   The exposure condition control unit 77 reads the stored exposure condition data, controls the irradiation lens control unit 71, the astigmatism coil control unit 72, or the stage control unit 73, and the parallelism state of the electron beam 15 that is the exposure condition Alternatively, an astigmatism state or a gap adjustment between the sample 40 and the mask 30 is performed. As described above, it is possible to optimize the exposure conditions.

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。   The amount of change in the distance between pattern edge positions with respect to the amount of change in the pixel value of the captured image (that is, the critical dimension that is the pattern width measurement value) is quantitatively evaluated using the approximate parameters determined by this system. Therefore, it is possible to confirm the uniformity of the resolution between different exposed samples 40.

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。   Furthermore, it is possible to confirm the uniformity of the resolution of the exposure pattern within the change region (in the shot) of the electron beam by the main deflectors 21 and 22.

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。   By utilizing the present invention, it is possible to quantitatively evaluate the resolution of a pattern transferred onto a sample in pattern exposure such as electron beam exposure, and it is possible to set the best exposure conditions. .

(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。(A) is a flowchart of the resolution evaluation method according to the present invention, and (b) is an example of a captured image of an exposure pattern. 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。1 is a basic configuration diagram of an electron beam proximity exposure system according to the present invention. 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。It is a figure explaining the determination method of the pattern edge position by a pattern edge position determination part. 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。3 is an operation flowchart of the electron beam proximity exposure system of FIG. 2. 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。It is FIG. (1) explaining the determination method of a pattern edge position. 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。FIG. 6 is a relationship diagram between a distance between pattern edge positions and a pixel value threshold value. (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。(A) is a relationship diagram between the distance between pattern edge positions under a plurality of exposure conditions and a pixel value threshold, and (b) is a relationship diagram between exposure conditions and approximate parameters. 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。It is FIG. (2) explaining the determination method of a pattern edge position. 従来の電子ビーム近接露光装置の基本構成図である。It is a basic block diagram of the conventional electron beam proximity exposure apparatus. 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。It is explanatory drawing of control of the electron beam which scans the mask whole surface. (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。(A) is explanatory drawing of the parallel beam and non-parallel beam irradiated to the resist layer on a sample, (b) is a figure which shows energy distribution of the energy amount of the irradiated electron beam. (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。(A)-(b) is a change figure of the electron beam cross-sectional shape by astigmatism, (d) is a block diagram of the astigmatism coil in the electron beam proximity exposure apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electron beam proximity exposure apparatus 14 ... Exposure electron beam source 15 ... Exposure electron beam 18 ... Irradiation lens 9, 11 ... Astigmatism coil 30 ... Mask 40 ... Sample 46 ... Wafer stage 71 ... Irradiation lens control part 72 ... Astigmatic coil control unit 73 ... stage control unit 77 ... exposure condition control unit 80 ... resolution evaluation device 81 ... imaging electron beam source 82 ... imaging electron beam 84 ... deflector 85 ... electron detector 90 ... pattern edge position Determining unit 91 ... Length measuring unit 92 ... Approximating unit 93 ... Parameter evaluating unit 94 ... Exposure condition determining unit

Claims (9)

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。
Image a sample with an exposure pattern corresponding to a predetermined mask pattern transferred to the surface,
In the image obtained by the imaging, two pattern edge positions of the imaging pattern corresponding to the exposure pattern are determined based on a threshold value regarding the pixel value of the image,
Measuring the distance between the determined pattern edge positions a plurality of times by changing the threshold value,
Based on each measured length value and each threshold value, a parameter of a predetermined approximate expression that approximates a relationship between the threshold value and the distance between the pattern edge positions is determined;
A method for evaluating the resolution of an exposure pattern transferred to a sample, wherein the resolution of the exposure pattern is evaluated based on the determined parameter.
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。   2. The resolution according to claim 1, wherein the parameter value is obtained for each sample obtained by transferring the mask pattern a plurality of times under different exposure conditions, and the exposure condition of the sample is determined based on the parameter value. Evaluation methods. 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。   The imaging is performed by scanning the sample with an electron beam and irradiating the sample, and detecting the electrons reflected on the sample surface, so that the electron beam is detected based on the detected amount of the electron according to each scanning position of the electron beam. The resolution evaluation method according to claim 1, wherein the method is performed by generating a two-dimensional reflected electron image of a pattern. 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。
Imaging means for imaging a sample having an exposure pattern corresponding to a predetermined mask pattern transferred to the surface;
Pattern edge position determining means for determining two pattern edge positions of an imaging pattern corresponding to the exposure pattern in an image obtained by the imaging based on a threshold relating to a pixel value of the image;
Length measuring means for measuring the distance between the determined pattern edge positions a plurality of times by changing the threshold value;
Approximating means for determining a parameter of a predetermined approximation formula that approximates a relationship between the threshold value and the distance between the pattern edge positions based on the measured length values and the threshold values;
An evaluation unit for evaluating the resolution of the exposure pattern based on the determined parameter, and a resolution evaluation apparatus for the resolution of the exposure pattern transferred to the sample.
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。   5. An exposure condition determining means for obtaining each of the parameter values for a sample on which the mask pattern has been transferred a plurality of times under different exposure conditions and determining the exposure conditions of the sample based on the parameter values. The resolution evaluation apparatus according to 1. 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。
The imaging means includes
An imaging electron beam source for generating an imaging electron beam;
An imaging electron beam scanning means for scanning the imaging electron beam on a sample whose surface is exposed to a predetermined pattern;
An electron detection means for detecting electrons reflected from the surface of the sample;
5. The backscattered electron image generating unit that generates a two-dimensional backscattered electron image of the pattern based on each detection amount of the electron detecting unit corresponding to each scanning position of the electron beam. Resolution evaluation equipment.
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。
The resolution evaluation apparatus according to claim 4, and
An exposure electron beam source for generating an exposure electron beam for irradiating the sample;
A mask having a predetermined mask pattern disposed in the path of the exposure electron beam;
Exposure electron beam scanning means for scanning the exposure electron beam on the mask,
An electron beam exposure apparatus that transfers an exposure pattern corresponding to the mask pattern to the sample surface by the electron beam that has passed through the mask;
An electron beam exposure system for evaluating the resolution of the exposure pattern.
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。   8. The electron beam exposure according to claim 7, wherein the parameter value is obtained for each of a plurality of samples to which the mask pattern is transferred under different exposure conditions, and the exposure conditions for the sample are determined based on the parameter values. system. 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。   9. The electron beam exposure according to claim 8, wherein the exposure condition is at least one of a parallelism state or an astigmatism state of the exposure electron beam, or an interval between the mask and the sample. system.
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