JPH04137720A - 荷電ビーム強度プロファイル測定装置およびこれを用いた測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、荷電ビーム強度プロファイルの測定装置およ
びこれを用いた測定方法に係り、特に荷電ビーム装置等
におけるビーム強度プロファイルの測定に関する。

（従来の技術） 半導体デバイスにおける高集積化の進展に伴い、回路パ
ターンの微細化の必要性が高まり、近年益々微細なパタ
ーンを高精度に形成する技術が要求されるようになって
きている。

荷電ビームリソグラフィは、このような微細パターンを
形成するための最も有力な方法の一つとして注目されて
おり、中でもスルーブツトの向上を１指した可変成形ビ
ーム（ＶａｒｉａｂｌｅＳｈａｐｅｄ　　Ｂｅａｍ：Ｖ
ＳＢ）を用いた方式が採用されるようになってきた。

一般にＶＢＳ方式の荷電ビーム装置においては、基本性
能としてビーム強度プロファイル、具体的にはビーム寸
法やビームのエツジ分解能を高精度に測定し制御するこ
とが必要である。例えば、最近の先端デバイス開発に必
要な０．２μｍ以下のパターンを形成するためには、０
．１μｍ以下のビームエツジ分解能が要求され、これを
高精度に測定することが重要な課題となっている。

従来、ＶＢＳ方式の荷電ビーム装置におけるビーム強度
プロファイルの測定には幾つかの方法が用いられている
。

一つは、ナイフェツジ法である。これは、金属などの端
をナイフェツジのようにシャープに薄くして荷電ビーム
の焦点位置に挿入し、そのエツジの下方にファラデーカ
ップを設け、ビームを走査させながらビーム電流の変化
を測定する。このビーム電流変化の微分をとったものが
ビーム強度プロファイルとなる。この方法は原理的には
優れているが、実際に矩形ビームの測定を行うときには
、矩形の一辺とエツジの方向との平行度を正確に測定で
きないと、その誤差がビームプロファイルの誤差として
現われるという問題かある。具体的には矩形ビームとエ
ツジの方向の平行度調整は次のように行う。ビームを徐
々に回転させながら、その都度ビームプロファイルを測
定し、最もビームエツジ分解能の小さい回転方向の位置
を、両者が平行になっているとするわけである。この平
行度調整方法は極めて煩雑であり、ビームエツジ分解能
が最も小さい回転方向の位置を判定するのは困難である
という問題があった。

他の方法として金粒子法がある。この方法は、ベリリウ
ムなどの反射電子発生効率の低い基板の上に、微細な金
粒子をのせ、その上をビームで走査したときに発生する
反射電子や２次電子を検出する。このときの検出信号が
ビームのプロファイルである。この方法はビームの二次
元プロファイルを測定することができ、かつビームブロ
ファイル測定だけてなく、短形などのビームの焦点非点
調整や成形調整にも極めて有効であることはよく知られ
ている。この方法で用いる金粒子は直径０゜２〜０．５
μｍ程度であるか、ビーム寸法がこの粒子と同程度かあ
るいは小さい場合には、検出信号が真のビームプロファ
イルと異なってくるという問題があった。原理的には、
ビーム寸法より小さい金粒子を用いればよいが実際には
、粒子が小さくなるにつれて検出信号のＳＮ比が著しく
低下し、測定できなくなるという問題があった。

さらに他の方法として重金属マーク法がある。

これは、粒子の代わりに、ライン状の重金属マークをビ
ームで走査して、同時に反射電子あるいは２次電子を検
出する方法である。この方法は、ライン幅を小さくして
も、粒子の場合と異なり、検出信号のＳＮ比が低下する
という問題はない。しかし、ナイフェツジ法と同様にビ
ームとラインの平行度の調整が煩雑であり、高精度の測
定が難しいという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 二のように、従来の荷電ビームの強度プロファイルの測
定方法では、ビーム寸法が微細になるにつれて、高精度
に測定するには限界があった。

また、従来方法で高精度に測定しようとすると、測定手
順が極めて煩雑になり、逆に煩雑な放に高精度の測定が
困難であるという問題かあった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、ディープ
サブミクロン以下の寸法をもつ成形ビームの強度プロフ
ァイルを、簡便かつ高精度に測定しつる荷電ビーム強度
プロファイル測定装置および方法を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） そこで本発明では、線状マーカーと点状マーカーとを同
一平面上に形成して、両者を用いて荷電ビーム強度プロ
ファイルを測定するようにしている。

即ち、本発明の第１では、荷電ビームに対して垂直とな
るように設置され、表面に線状マーカーと点状マーカー
とを配置した測定板と、この測定板の荷電ビーム照射側
に配設され、荷電ビームが線状マーカーおよび点状マー
カーに照射されて発生する信号を検出する検出手段と、
点状マーカーによる検出信号から荷電ビームの回転を制
御し、荷電ビームを線状マーカーに平行となるようにす
る回転制御手段と、線状マーカーに平行に照射された荷
電ビームによる検出信号に基づく検出手段の出力から荷
電ビームのビーム強度プロファイルを算出する演算手段
とを具備している。

また、本発明の第２では、同一平面上に線状マーカーと
点状マーカーとを配置し、この平面に垂直となるように
荷電ビームを照射し、点状マーカー上を荷電ビームで走
査しビームの回転を制御し、線状マーカーと平行となる
ように調整したのち、このビームを線状マーカーの配置
方向に垂直に走査し強度プロファイルを測定するように
している。

例えばこのマーカーのビーム照射面側（以下上方と指称
す）あるいはビーム照射面の対向面側（以下下方と指称
す）に荷電ビームがマーカーに照射された際発生する信
号を検出する検出器を配置し、その検出信号を用いて強
度プロファイルを測定する。

あるいはファラデーカップを設置し、ナイフェツジ法を
用いて強度プロファイルを測定する。

（作用） 本発明によれば点状マーカーからの信号を用いて、荷電
ビームと線状マーカーとの平行度を調整し、平行度調整
後、線状マーカーからの信号を用いて、線状マーカーと
直角な方向の荷電ビームの強度プロファイルを高精度に
測定することができるため、高精度の強度プロファイル
測定が可能となる。

さらに、点状マーカーとナイフェツジとを同一平面上に
形成しておき、点状マーカーを用いた平行度の調整後、
ナイフェツジ法を用いて強度プロファイルを測定するよ
うにすれば、線状マーカーの線幅に依存することなく、
より高精度の強度プロファイル測定が可能となる。

また線状及び点状マーカーが同一平面上にあるため、両
者の設置高さが荷電ビームに対して異フることによる測
定時の集魚位置の差異にょるビ。

ムのボケの影響をなくすことが可能となる。

また本発明の方法によれば、点状マーカーをＩいて回転
角の調整を行い、荷電ビームを線状マーカーに平行とな
るように調整した後、線状マーブ上を走査し強度プロフ
ァイルを測定するように（ているため、極めて短時間で
容易に高精度の測父を行うことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明実施例の荷電ビーム強度プロフッイルの測
定方法について図面を参照しつつ詳細（：説明する。

第１図（ａ）は、本発明実施例の荷電ビーム強度プロフ
ァイルの測定装置を示す側面図、第１図（）は同装置の
測定板上の線状マーカー１及び点Ｖマーカー２の配置例
を示す平面図である。第１しく８）および第１図（ｂ）
では、短形ビーム３が線杉マーカーおよび点状マーカー
近傍に照射されて（る状態を示している。線状マーカー
の線幅は０゜０３ｕｍ、点状マーカーは、１辺が０．３
μｍの正方形である。矩形ビームはＶＳＢ（ｖａｒｉａ
ｂｌｅ　　５ｈａｐｅｄ　　ｂｅａｍ）形の電子ビーム
描画装置を用いて形成するもので、短辺の長さは０，３
８ｍ１長辺は１．５μｍ（設定値）である。

この装置は、シリコン基板表面にＷ薄膜パターンで構成
される線状マーカー１及び点状マーカー２を所定の間隔
を隔てて配設してなる測定板１０と、荷電ビームをこの
測定板１０に垂直な方向に照射し、線状マーカー１また
は点状マーカからの反射電子を検出する反射電子検出器
１２と、この出力に基づいて画像処理を行う画像処理装
置１３と、この画像処理装置の出力に基づいて荷電ビー
ムの回転を制御する荷電ビーム制御装置１４と、画像処
理装置の出力に基づいて荷電ビーム像を表示するＣＲ７
表示装置１５とから構成されている。

ここでは図示していないが荷電ビーム制御装置１４によ
って荷電ビーム駆動装置１６の縮小レンズの励磁電流を
わずかづつ変化させ、ビームを回転させるようにしてい
る。

次に、第２図に示すフローチャートを参照し、この装置
を用いた荷電ビーム強度プロファイルの測定方法につい
て説明する。

まず、測定板を荷電ビームの走査方向と線状マーカー１
とが直交するように設置する（ステップ１０１）。

そして荷電ビーム３を線状マーカー１および点状マーカ
ー２上で走査し、反射電子を反射電子検出器１２で検出
しくステップ１０２）、この検出信号を画像処理しＣＲ
７表示装置１５の出力として表示する（ステップ１０３
）。

第３図（ａ）および第３図（ｂ）は、反射電子検出器１
２で検出した信号に基づいてＣＲＴ上に映し出された線
状及び点状マーカーの像である。

点状マーカー像４は、短形に観察され、一方線状マーカ
ー像５は、線状に観察される。ここで、線状マーカーは
、ビームの走査方向に対してあらかじめ直角に設定して
いる。

ビームの走査方向に対してビーム自身が回転している場
合、点状マーカー像は線状マーカー像に対して第３図（
ｂ）に示すように平行にみえない。

第３図（ａ）の如く、ビームの回転が走査方向に対して
なくなれば１．自動的にビームは線状マーカーに対して
平行に設定されることになる。

また、線状ビーム像はビームが線状マーカーに対して平
行でないと第３図（ｂ）中矢印で示すように、ＣＲＴ上
では線状像が太くなる。

この表示結果から、線状マーカー１による線状マーカー
像５と、点状マーカー２による点状マーカー像４との表
示画面上での平行度を測定し平行であるか否かを判断す
る（ステップ１０４）。

この表示画面が第３図（ａ）に示すようになっており、
判断ステップ１０４で平行でないと判断されると、画像
処理装置１３の出力に基づいて荷電ビーム制御装置１４
がビーム駆動装置Ｆ１６の駆動を制御し荷電ビームを回
転する（ステップ１ｏ５）。すなわち、レンズの励磁電
流を微小に変化させると点状マーカー像もそれに伴って
回転方向が変化する。手動による調整は、ＣＲＴ画面の
像を用いて行うことができる。

そして再び荷電ビーム３を線状マーカー１および点状マ
ーカー２上で走査し、反射電子を反射電子検出器１２で
検出するステップ１０２に戻り、この検出信号を画像処
理しＣＲ７表示装置１５の出力として表示し、この表示
結果から、線状マーカー１による線状マーカー像５と、
点状マーカー２による点状マーカー像４との表示画面上
での平行度を測定し平行であるか否かを判断する工程を
繰り返す。

そして判断ステップ１０４で、第３図（ｂ）に示すよう
に平行であると判断されると、このときの線状マーカー
像５から画像処理装置を介してビーム強度プロファイル
を得て、ビーム幅およびビームエツジ分解能を測定する
（ステップ１０６）。

このようにして際めで容易にビーム幅とエツジ分解能を
測定することができる。

このようにして得られたビーム幅は０．３μ−、エツジ
分解能は０．０５μ誼であった。

ここで点状マーカーは０゜３μ■、線状マーカーは幅０
．０３μ鋼である。線状マーカーはビーム幅に対して小
さいが線状であるため十分な信号を得ることができる。

−力点状マーカーはビーム幅と同程度の大きさであるた
め、十分な信号を得ることができる。点状マーカー像は
ビームプロファイルを示すものでなく平行度を調整する
ものであるため大きいのは同等問題はない。

なお、前記実施例では、ＣＲＴ表示画面上での観察によ
り平行度を判断したが、画像処理装置によって第４図（
ａ）および第４図（ｂ）に示すように点状マーカーの走
査出力プロファイルを作成し、平行度を自動的に判断す
るようにしてもよい。自動調整の際は、第４図（ａ）お
よび第４図（ｂ）に示す点状マーカーの走査出力プロフ
ァイルを用いる。

この場合、ビームが線状マーカーと平行である場合すな
わち正常な方位をとっているときは、第４図（ａ）に示
すようにフラットな信号となり、ビームが線状マーカー
と平行でない場合すなわち回転しているときは、第４図
（ｂ）に示すようにピーク値をもち、これに対してフラ
ットな部分がなく傾斜した左右非対称の強度プロファイ
ルをとることになる。この差を読みとり、差の分だけ回
転すればよい。そして強度プロファイルの測定に対して
は前記実施例と同様にして測定する。

この場合、観察者の主観なしに、平行度の測定がなされ
るため、より高精度の測定が可能となる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

ここでは第５図（ａ）および第５図（ｂ）に示すように
、線状マーカーを用いた測定をナイフェツジ法で行うこ
とを特徴とするもので、前記実施例と同様、平行度の調
整については、ナイフェツジ２１の先端と点状マーカー
２２上の荷電ビームの平行度によって調整する。

この装置は、シリコン基板表面に後方散乱係数の小さい
材料からなるバッファ層Ｂを介して形成されたＷ薄膜パ
ターンで構成されるナイフェツジ２１及び点状マーカー
２２を所定の間隔を隔てて配設してなる測定板３０と、
荷電ビームをこの測定板３０に垂直な方向に照射し、点
状マーカーからの反射電子を検出する反射電子検出器３
２と、この出力に基づいて画像処理を行う画像処理装置
３３と、この画像処理装置の出力に基づいて荷電ビーム
の回転を制御する荷電ビーム制御装置３４と、画像処理
装置の出力に基づいて荷電ビーム像を表示するＣＲＴ表
示装置３５と、ナイフェツジ２１の下方に設置され、ビ
ーム強度に基づいて電流が出力されるように構成された
光電変換面を具備したファラデーカップ３６と、ファラ
デーカップ３６の出力を測定する電流測定手段３７と、
電流測定手段３７の出力を処理する画像処理装置３８と
、これを表示する表示手段３９・とから構成されている
。ここでは図示していないが荷電ビーム制御装置３４に
よって荷電ビーム駆動装置４０の縮小レンズの励磁電流
をわずかづつ変化させ、ビームを回転させるようにして
いる。

ビームの平行度調整については、前記第１の実施例とま
ったく同様にしておこなう。

そして、平行度調整が終了すると、点状マーカー２２上
から荷電ビームを走査し、ファラデーカツブ３６で検出
された電流を表示手段３９に出力する。

その結果を第６図（ａ）に示す。縦軸は電流値、横軸は
移動距離を示す。ここで０点は点状マーカー２２上とす
る。この出力の微分値を算出した結果を第６図（ｂ）に
示す。この値がエツジ分解能に相当する。

このようにして容易に高精度の荷電ビーム強度プロファ
イルの測定を行うことかできる。

なお、前記実施例では、ナイフェツジを用いて検出を行
うようにしたが、ナイフェツジに代えて測定板上にスリ
ットを形成するようにしてもよい。

また、点状マーカーによる回転角の調整は反射電子検出
器３２を用いておこなったが、測定板表面全体を反射膜
て被覆し、点状マーカーおよびスリット（ｉｌ状マーカ
ー）を電子ビーム透過性パターンで構成し、両方をファ
ラデーカップで検出するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、点状マーカーと線
状マーカーとを同一平面上に配置し、荷電ビームを点状
マーカに照射して得られる信号を用いて、荷電ビームと
線状マーカーとの平行度調整を行うようにしているため
、両者が精度良く平行に調整され、線状マーカからの信
号を用いてビーム強度プロファイルを測定する際の誤差
が著しく低減し、高精度のプロファイル測定が可能とな
る。

また線状及び点状マーカが同一平面上にあるため、両者
の設置高さが荷電ビームに対して異なることによる測定
時の集魚位置の差異によるビームのボケの影響をなくす
ことが可能となり、高精度のプロファイル測定を簡便に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および第１図（ｂ）は、本発明の第１の実
施例荷電ビーム強度プロファイル測定装置を示す図、第
２図は同装置を用いた荷電ビーム強度プロファイル測定
方法を説明するためフローチャート図、第３図（ａ）お
よび第３図（ｂ）は同装置のＣＲＴ画面上の像を示す図
、第４図（ａ）および第４図（ｂ）は点状マーカの走査
出力プロファイルを示す図、第５図（ａ）および第５図
（ｂ）は、本発明の第２の実施例荷電ビーム強度プロフ
ァイル測定装置を示す図、第６図（ａ）および第６図（
ｂ）は同装置のファラデーカップで検出したビーム電流
の変化を示す図および検出信号を一次微分した信号を示
す図である。 １・・・線状マーカー　２・・・点状マーカー３・・・
矩形ビーム、 ４．４′・・・ＣＲＴ上の点状マーカー像、５．５′・
・・ＣＲＴ上の線状マーカー像、１０・・・測定板、　
　　１２・・・反射電子検出器、１３・・・画像処理装
置、 １４・・・荷電ビーム制御装置、 １５・・・ＣＲＴ表示装置、 １６・・・荷電ビーム駆動装置、 ２１・・・ナイフェツジ、 ２２・・・点状マーカー ３０・・・測定板、　　３２・・・反射電子検出器、３
３・・・画像処理装置、 ３４・・・荷電ビーム制御装置、 ３５・・・ＣＲＴ表示装置、 ３６・・・ファラデーカップ、 ３７・・・電流測定手段、 ３８・−・画像処理装置、 ３つ・・・表示手段、　４０・・・荷電ビーム駆動装置
、Ｂ・・・後方散乱係数の小さい材料からなるバッファ
層。 第２図 図 ａｌｔＪ＊ 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電ビームに対して垂直となるように設置され、
   表面に線状マーカーと点状マーカーとを配置した測定板
   と、 前記測定板の荷電ビーム照射側に配設され、荷電ビーム
   が前記線状マーカーおよび前記点状マーカーに照射され
   て発生する信号を検出する検出手段と、 前記点状マーカーによる検出信号から前記荷電ビームの
   回転を制御し、荷電ビームを前記線状マーカーに平行と
   なるように調整する回転制御手段と、 前記線状マーカーに平行に照射された荷電ビームによる
   検出信号による前記検出手段の出力から荷電ビームのビ
   ーム強度プロファイルを算出する演算、手段とを具備し
   たことを特徴とする荷電ビーム強度プロファイル測定装
   置。
2. （２）前記点状マーカーはビーム反射性材料から構成さ
   れており、 前記検出手段は、前記測定板のビーム照射面側に配設さ
   れ、荷電ビームが前記点状マーカーまたは前記線状マー
   カーに照射されて発生する反射電子あるいは二次電子を
   検出する電子検出手段であることを特徴とする請求項（
   １）記載の荷電ビーム強度プロファイル測定装置。
3. （３）前記点状マーカーはビーム反射性材料から構成さ
   れると共に前記線状マーカーはビーム透過性材料から構
   成されており、 前記検出手段は、 前記測定板のビーム照射面側に配設され、荷電ビームが
   前記点状マーカーに照射されて発生する反射電子あるい
   は二次電子を検出する第１の電子検出手段と、 前記測定板のビーム照射面に対向する側に配設され、前
   記線状マーカーを透過した荷電ビームを検出する第２の
   電子検出手段とから構成されていることを特徴とする請
   求項（１）記載の荷電ビーム強度プロファイル測定装置
   。
4. （４）前記点状マーカーおよび前記線状マーカーはビー
   ム透過性材料から構成されており、 前記検出手段は、 前記測定板のビーム照射面に対向する側に配設され、前
   記点状マーカーまたは前記線状マーカーを透過した荷電
   ビームを検出する電子検出手段から構成されていること
   を特徴とする請求項（１）記載の荷電ビーム強度プロフ
   ァイル測定装置。
5. （５）荷電ビームに対して垂直となるように設置され、
   表面に線状マーカーと点状マーカーとを配置した測定板
   を用意し、 前記測定板の前記点状マーカーに測定すべき荷電ビーム
   を照射し、この荷電ビームを前記線状マーカーに平行と
   なるように調整する回転角調整工程と、 前記線状マーカーに平行となるように調整された前記荷
   電ビームを、前記線状マーカー上で走査し、この線状マ
   ーカーによる検出信号から荷電ビームのビーム強度プロ
   ファイルを算出するビーム強度プロファイル演算工程と
   を具備したことを特徴とする荷電ビーム強度プロファイ
   ルの測定方法。